(57)【要約】【課題】  動力伝達機構を不要とし、アクチュエータの動作のみによって焦点調節を行う焦点調節装置を提供する。【解決手段】  レンズ（５、６）の光軸方向の位置は固定し、このレンズ（５、６）に対して画像センサ（４）を進退移動させる。画像センサ（４）は、シリコーン膜（２ａ）と、シリコーン膜（２ａ）の両面にカーボンを塗布して形成した電極層（２ｂ１、２ｂ２）からなる電歪アクチュエータ（２）の上側に設置される。電極層（２ｂ１、２ｂ２）に電圧を印加することにより、電歪アクチュエータ（２）は伸縮し、これに伴って画像センサ（４）が光軸方向に進退移動する。これによりレンズ（５、６）との間隔が変化し、焦点調節が行われる。【選択図】          図１
2005352341.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンズと画像センサとの間の距離調節を行う焦点調節装置であって、
光軸方向の位置を固定したレンズと、
アクチュエータにより前記レンズに対して進退移動する画像センサと、
を有し、前記アクチュエータは光軸方向に伸縮動作をする電歪アクチュエータであり、
当該電歪アクチュエータを基材上に設置するとともに、
前記電歪アクチュエータの上側に前記画像センサを設置して、
前記電歪アクチュエータの光軸方向の伸縮動作により前記レンズと前記画像センサとの距離を可変としたことを特徴とする焦点調節装置。
【請求項２】
前記電歪アクチュエータは電歪素材を有し、該電歪素材は柔軟性及び絶縁性を有するポリマであることを特徴とする請求項１に記載の焦点調節装置。
【請求項３】
前記電歪アクチュエータと前記画像センサとの間にシールド処理を施したことを特徴とする請求項１又は２に記載の焦点調節装置。
【請求項４】
シールドパターンを形成したフレキシブルプリント基板により前記電歪アクチュエータを被覆し、前記フレキシブルプリント基板上に前記画像センサを設置したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の焦点調節装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタルカメラ等の画像センサを有する映像撮影装置に搭載される焦点調節装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラ等の映像撮影装置は、レンズと画像センサとの距離を調節することによって焦点調節を行っている。従来、このような焦点調節装置は、電磁ステッピングモータ、ボイスコイルモータ、圧電モータ等のアクチュエータで発生させた力を利用していた。すなわち、このようなアクチュエータの力を歯車やカム等の動力伝達機構を介してレンズに伝達することによって該レンズを光軸方向に移動させ、これにより位置を固定した画像センサとの距離の調節をして焦点調節を行っていた。
【０００３】
また、特許文献１には、液体レンズを用い、レンズ自体の焦点距離を可変とした可変焦点レンズが提案されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３４７００５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記のように電磁ステッピングモータ、ボイスコイルモータ、圧電モータ等のアクチュエータを用いた焦点調節装置では、これらのアクチュエータの力をレンズへ伝達してレンズを移動させる動力伝達機構が必要となる。また、アクチュエータが発生した力の方向がレンズの移動方向と異なる場合にはアクチュエータが発生する力の方向をレンズの移動方向に一致させるための機構も必要となる。このような動力伝達機構は総じて複雑となりやすい。
【０００６】
さらに、焦点調節を行うためにはレンズと画像センサとの間の距離を数ミクロン単位の精度で調節しなければならないが、前記のようなアクチュエータ単体で得られるそのままの速度、変位量をミクロン単位の精度で制御することは困難である。このため、制御しやすいレンズの移動速度、変位量を得ることができ、ミクロン単位の精度での制御を可能とするためにアクチュエータの動力伝達機構に減速機構を取り付ける必要が生じる場合が多い。
【０００７】
以上のように従来のアクチュエータを用いた焦点調節装置では部品点数も多く、構成自体も非常に複雑なものとなっていた。このような複雑な構成は、装置の小型化の妨げとなるものである。また、このようなアクチュエータを用いた装置の耐衝撃性、対振動性を確保するには、装置製造に係わるあらゆる分野で難度の高い技術を必要としていた。
【０００８】
さらに、昨今の映像撮影装置は、画像、映像の撮影だけでなく、これと同時に音声録音を行う機能を有する機種もある。このような音声録音機能を有する映像撮影装置の場合、前記のような従来のアクチュエータを用いると、アクチュエータ自体の作動音や、動力伝達機構、減速機構の歯車等の作動音を録音装置が拾ってしまい、これらの作動音が雑音として録音されてしまうおそれがあった。
【０００９】
一方、特許文献１記載の可変焦点レンズは、レンズ自体の焦点距離を可変として焦点調節を行っているので、レンズ移動用のアクチュエータや、これに付随する動力伝達機構等は備えていない。
【００１０】
しかし、特許文献１記載の可変焦点レンズは、レンズ自体が液体状であることから、レンズ液滴の表面形状を安定に維持するための液体材料を準備しなければならない等、前記従来のアクチュエータを用いた焦点調節装置とは異なる問題を有していた。
【００１１】
そこで本発明は、電磁ステッピングモータ、ボイスコイルモータ、圧電モータといった従来のアクチュエータを用いず、さらに、これに付随する動力伝達機構等を廃止した焦点調節装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
かかる目的を達成する本発明の焦点調節装置は、レンズと画像センサとの間の距離調節を行う焦点調節装置であって、光軸方向の位置を固定したレンズと、アクチュエータにより前記レンズに対して進退移動する画像センサと、を有することを特徴とする。このような焦点調節装置において、前記アクチュエータは光軸方向に伸縮動作をする電歪アクチュエータであり、当該電歪アクチュエータを基材上に設置するとともに、前記電歪アクチュエータの上側に前記画像センサを設置して、前記電歪アクチュエータの光軸方向の伸縮動作により前記レンズと前記画像センサとの距離を可変とした構成とすることができる。
【００１３】
電歪アクチュエータは、例えば、シリコーンゴム等の膜状の電歪素材の両面に電極を配置し、当該電極間に電圧を印加することによって伸縮動作をするものである。このように電歪素材を有する電歪アクチュエータを用いることにより、従来の電磁ステッピングモータ等のアクチュエータを用いることなく焦点調節、すなわち、レンズと画像センサとの間隔の調節を行うことができる。ここで、前記電歪アクチュエータを基材上に設置し、この基材上で電歪アクチュエータを作動させることにより画像センサとレンズとの距離を変化させることができる。このため、アクチュエータを設置する基材は、硬質なものであることが望ましい。仮にアクチュエータを収縮可能な基材上に設置するとアクチュエータの伸縮動作による伸縮分、すなわち、画像センサの移動分が基材に吸収されてしまうおそれがあるが、硬質の基材とすればそのようなおそれはなく、アクチュエータの伸縮動作による伸縮分はすべて画像センサの移動分に充てることができる。
【００１４】
前記のような電歪素材として、柔軟性及び絶縁性を有するポリマを採用することができる。
【００１５】
電歪素材は、電圧を印加することにより電極が引き合うように変形可能な柔軟性の高い絶縁体であればどのようなものであっても良いが、例えばシリコーンゴム、アクリルゴム、ポリウレタンゴムのような柔軟性に富むポリマー、所謂エラストマーであれば電歪アクチュエータ（電歪ポリマアクチュエータ）を構成することができる。
【００１６】
このような焦点調節装置において、前記アクチュエータと前記画像センサとの間にシールド処理を施した構成とすることができる。シールド処理の手段としては、シールドパターンを形成したフレキシブルプリント基板により前記アクチュエータを被覆し、前記フレキシブルプリント基板上に前記画像センサを設置した構成を採用することができる。
【００１７】
電歪アクチュエータは、膜状の電歪素材の両面に電極を形成し、当該電極間に電圧を印加することによって伸縮動作を実現するアクチュエータである。このため、画像センサ等に対して電磁障害（ＥＭＩ）を及ぼすおそれがある。そこで、シールドパターンを形成したフレキシブルプリント基板で前記アクチュエータを被覆する等してシールド処理を施せば、画像センサ等の電歪アクチュエータ作動に伴うＥＭＩ対策となる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、電圧を印加して光軸方向の伸縮動作をするアクチュエータにより、光軸方向の位置を固定したレンズに対して画像センサを直接進退移動させるようにしたので、アクチュエータの動きを画像センサに伝達する伝達機構が不要となり、装置の小型化が実現できる。また、そのような伝達機構が不要であることから歯車の回転等に伴う雑音が発生することがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。
【実施例１】
【００２０】
本実施例の焦点調節装置１の全体構成を図１に基づいて説明する。図１は、焦点調節装置１の断面図である。焦点調節装置１は、電歪アクチュエータ２がプリント配線基板３上に設置してあり、画像センサ４を設置したフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）７が電歪アクチュエータ２を被覆し、プリント配線基板３側に押圧するようにプリント配線基板３上に取り付けてある。また、二枚のレンズ５、６を重ねた状態で保持した鏡筒８がレンズ５、６の光軸上に画像センサ４が位置するようにプリント配線基板３上に取り付けてある。ここで、レンズ５、６は光軸方向の動きが規制されており、光軸方向の位置は固定された状態となっている。また、プリント配線基板３は、本発明の基材に相当するものであるが、このプリント配線基板３は硬質の板体からなる。
【００２１】
次に、プリント配線基板３上に設置した電歪アクチュエータ２について、図２に基づいて説明する。
【００２２】
電歪アクチュエータ２は、絶縁体であるシリコーンゴムからなるシリコーン膜２ａの両面にカーボンを塗布して電極層２ｂ１、２ｂ２を形成し、この電極層２ｂ１、２ｂ２に図示しないリードを接続して構成している。なお、シリコーン膜２に代えて、アクリルゴムの膜、ポリウレタンゴムの膜を用いても良いし、これらに限らず絶縁性を備えたエラストマーであれば良い。このように構成した電歪アクチュエータ２は、図に示すように電極層２ｂ１側をプリント配線基板３と向き合わせて、このプリント配線基板３上に装着する。例えば、電歪アクチュエータ２は、その平面的な伸びを極力損なわないように、その中央部でプリント配線基板３に接着され、同様に中央部でフレキシブルプリント基板７に接着される。電歪アクチュエータ２は電極層２ｂ１、２ｂ２間に電圧を印加し、電極層２ｂ１、２ｂ２間に電位差が生じると静電力により電極層２ｂ１、２ｂ２が引き付け合う。その結果、シリコーン膜２ａは厚み方向に押し潰されるような力を受ける。ここで、シリコーンは非圧縮体であるから、電極層２ｂ１、２ｂ２間に電圧が印加されることにより、シリコーン膜２ａは電圧を印加していない図２（ａ）に示すような状態から、図２（ｂ）に示すような状態となる。すなわち、シリコーン膜２ａは、図２（ｂ）中、矢示１０で示したように厚み方向に圧縮され、これに伴って図２（ａ）中、矢示９で示したように平面的に伸びる。
【００２３】
焦点調節装置１は、このような伸縮動作をする電歪アクチュエータ２に、図１に示すように画像センサ４を載置することにより、画像センサ４をレンズ５、６の光軸に対して進退移動させることができる。これにより焦点の調節が可能となっている。ここでプリント配線基板３は硬質の板体からなることから、このプリント配線基板３に中央部で接着された電極層２ｂ１の位置はプリント配線基板３に対して不変であり、電極層２ｂ２がプリント基板３側へ引き寄せられる。この為、シリコーン膜２ａの伸縮量Ｓ１は、全て画像センサ４の移動分となる。これに限らず、電歪アクチュエータ２の周縁部をプリント配線基板３に接着しても良い。この場合、電歪アクチュエータ２の平面的な伸びが周縁部で拘束され、電歪アクチュエータ２は中央部で光軸方向に膨らむこととなる。電歪アクチュエータ２は、中央部で電極層２ｂ２がプリント基板３側から盛り上がり、画像センサ４をレンズ５、６側に押し上げる。
【００２４】
次に、フレキシブルプリント基板７について図３に基づいて説明する。フレキシブルプリント基板７は、一面側に画像センサ４やその他の部品１１を実装し、他面側には、シールドパターン１２を形成してある。このように構成したフレキシブルプリント基板７は、その柔軟性により変形可能であることから、図１に示すように電歪アクチュエータ２を被覆するようにプリント配線基板３上に取り付けた。このように構成することにより、電歪アクチュエータ２の伸縮動作に追随して画像センサ４を実装したフレキシブルプリント基板７も変形するので、画像センサ４を進退移動させることができる。
また、このとき、図１中、符号１３、１４を付して示したフレキシブルプリント基板７の周縁部は、ＥＭＩ対策を万全なものとすべくプリント配線基板３に接着し、シールしてある。このようにフレキシブルプリント基板７にシールドパターン１２を設けるとともにプリント配線基板３との間でシール処理を行うことにより数１００Ｖ〜数ｋＶ程度の高電圧で駆動される電歪アクチュエータ２からのノイズを遮断、除去することができ、画像センサ４等に対する電磁障害を取り除くことができる。
【００２５】
以上のように構成される焦点調節装置１は、電歪アクチュエータ２の電極層２ｂ１、２ｂ２間に印加する電圧を制御し、シリコーン膜２ａの伸縮量、すなわち画像センサ４の移動量を変化させ、画像センサ４と光軸方向の位置が固定されたレンズ５、６との距離を調節して焦点の調節を行う。具体的には、電極層２ｂ１、２ｂ２間に印加する電圧を上昇させるとシリコーン膜２ａの縮み量が増加し、画像センサ４とレンズ５、６との距離が離れる。
【００２６】
以上説明した構成の本発明の焦点調節装置１は、歯車等を用いた動力伝達機構を一切必要としないため、装置の小型化を図ることができる。また、作動時の雑音を生じるおそれもない。
【実施例２】
【００２７】
次に、本発明の実施例２について図４を参照しつつ説明する。実施例１の電歪アクチュエータ２が１層のシリコーン膜２ａの両面にそれぞれカーボンを塗布して形成した電極層２ｂ１、２ｂ２を有する構成となっているのに対し、この実施例２の電歪アクチュエータ１５は３層のシリコーン膜１５ａと４層の電極層１５ｂ１〜１５ｂ４とを図４に示すように交互に積層した構成となっている点で実施例１の電歪アクチュエータ２と異なる。
【００２８】
前記のように構成した電歪アクチュエータ１５を用いれば、電歪アクチュエータ１５の伸縮量Ｓ２を実施例１の電歪アクチュエータ２の伸縮量Ｓ１よりも大きくすることができる。すなわち、画像センサ４の移動距離を稼ぐことができ、焦点調節の幅を広げることができる。ここで、本実施例では、積層数を全７層としているが、この積層数は、使用条件等に応じて適宜変更し、所望の圧力、伸縮量を得るようにすることができる。
【００２９】
なお、他の点については実施例１と異なる点がないので、同一の構成要素については図面中、同一の参照番号を付し、その詳細な説明は省略する。
【実施例３】
【００３０】
次に、本発明の実施例３について説明する。実施例１の電歪アクチュエータ２は、図２に示したようにシリコーン膜２ａをプリント配線基板３に重ねる向きに配置している。このようにシリコーン膜２ａを配置することにより、実施例１の電歪アクチュエータ２では電極層２ｂ１、２ｂ２に電圧を印加したとき、画像センサ４はレンズ５、６から遠ざかり、画像センサ４とレンズ５、６との間隔は開く。これは、図４に示すように実施例２も同様である。すなわち、実施例２の電歪アクチュエータ１５もシリコーン膜１５ａをプリント配線基板３に重ねる向きに配置しているので、電歪アクチュエータ１５の電極層１５ｂ１〜１５ｂ４に電圧を印加したとき、画像センサ４はレンズ５、６から遠ざかり、画像センサ４とレンズ５、６との間隔は開く。
【００３１】
これに対し、本実施例３の電歪アクチュエータ１６は、図５に示すようにシリコーン膜１６ａの面とプリント配線基板３の面とが垂直、すなわち光軸方向とシリコーン膜１６の面とが平行となるようにプリント配線基板３上に設置しており、この点、実施例１、２と異なる。なお、本実施例では、積層数を４層のシリコーン膜１６ａと、これと交互に配置した５層の電極層１６ｂ１〜１６ｂ５としているがこの積層数は適宜変更できるものである。
【００３２】
このような電歪アクチュエータ１６は、図１に示した実施例１の電歪アクチュエータ２と同様に画像センサ４を設置したフレキシブルプリント基板７で被覆される。これにより画像センサ４が電歪アクチュエータ１６の作動により光軸方向に移動する。
但し、前記のように設置した電歪アクチュエータ１６は、電極層１６ｂ１〜１６ｂ５に電圧を印加すると、電極層１６ｂ１〜１６ｂ５はそれぞれ引き付け合う。これにより電極層１６ｂ１〜１６ｂ５と隣接するシリコーン膜１６ａはそれぞれ押し潰されて光軸方向に広がるのでシリコーン膜１６ａは光軸方向にＳ３だけ伸びる。従って、電極層１６ｂ１〜１６ｂ５に電圧を印加したときの画像センサ４の移動方向は、図１に示すレンズ５、６の方向である。すなわち、電極層１６ｂ１〜１６ｂ５に電圧を印加することによって画像センサ４とレンズ５、６との距離は縮まる。この点、実施例１、２と異なる。
このように電歪アクチュエータを配置する向きを変えても画像センサ４を移動させることができ、焦点調節を行うことができる。
【００３３】
なお、他の点については実施例１と異なる点がないので、同一の構成要素については図面中、同一の参照番号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００３４】
上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本実施例の焦点調節装置の断面図である。
【図２】図１の焦点調節装置に設置した電歪アクチュエータの構成を示し、（ａ）は電極層に電圧を印加していない状態の断面図、（ｂ）は電極層に電圧を印加した状態の断面図である。
【図３】図１の焦点調節装置に設置したフレキシブルプリント基板の構成を示す断面図である。
【図４】他の電歪アクチュエータの構成を示し、（ａ）は電極層に電圧を印加していない状態の断面図、（ｂ）は電極層に電圧を印加した状態の断面図である。
【図５】さらに他の電歪アクチュエータの構成を示し、（ａ）は電極層に電圧を印加していない状態の断面図、（ｂ）は電極層に電圧を印加した状態の断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  焦点調節装置
２、１５、１６  電歪アクチュエータ
３  プリント配線基板
４  画像センサ
５、６  レンズ
７  フレキシブルプリント基板
８  鏡筒
１１  部品
１２  シールドパターン
１３、１４  接着位置
【図１】
2005352341.tif 000003
【図２】
2005352341.tif 000004
【図３】
2005352341.tif 000005
【図４】
2005352341.tif 000006
【図５】
2005352341.tif 000007