(57)【要約】【課題】  断面積を小さく且つ、薄型に抑えながら、固定子の面積を増加してアクチュエータの駆動力を増大させることが可能な静電アクチュエータ及びこの静電アクチュエータを有した薄型の光学装置を得ること及び、この光学装置を備え、小型薄型の携帯端末等へ内蔵するに好適な撮像装置を得ること。【解決手段】  第１の電極を有する第１の固定子と、第２の電極を有する第２の固定子と、第１及び第２の固定子間に配置され、第１の電極並びに第２の電極に相対する面に電極部を備え、所定方向に移動可能な可動子を有した静電アクチュエータにおいて、第１の固定子と第２の固定子を、第１の固定子の面と前記第２の固定子の面の延長面が交わるような角度で配置した静電アクチュエータとする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極を有する第１の固定子と、第２の電極を有する第２の固定子と、前記第１及び第２の固定子間に配置され、前記第１の電極並びに第２の電極に相対する面に電極部を備え、所定方向に移動可能な可動子を有した静電アクチュエータにおいて、
前記第１の固定子と前記第２の固定子を、前記第１の固定子の面と前記第２の固定子の面の延長面が交わるような角度で配置したことを特徴とする静電アクチュエータ。
【請求項２】
前記角度が鋭角であることを特徴とする請求項１に記載の静電アクチュエータ。
【請求項３】
前記可動子は、移動方向に平行な軸により、軸支されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の静電アクチュエータ。
【請求項４】
前記可動子に形成された軸支のための穴は、長穴形状であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の静電アクチュエータ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の静電アクチュエータの可動子に、被写体光を導く光学系が組み付けられたことを特徴とする光学装置。
【請求項６】
請求項５に記載の光学装置と、被写体像を光電変換する撮像素子とを備えたことを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は静電アクチュエータ及び静電アクチュエータを用い、光学系を光軸方向に移動可能に構成した光学装置及びこの光学装置を備えた撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、固体撮像素子により被写体画像を撮影する撮像装置が、携帯電話機やＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）等の小型、薄型の携帯端末に搭載されるようになり、これにより遠隔地へ音声情報だけでなく画像情報も相互に伝送することが可能となっている。これらの撮像装置は、携帯端末に内蔵可能とするために、極めて小型薄型に構成することが要求されている。
【０００３】
これらの小型化、の要望に対し、光学系を個々に直接的に移動させることの可能なアクチュエータとして、静電アクチュエータを用いた光学装置が種々提案されている。
【０００４】
例えば、静電アクチュエータを用いた光学装置で、電極部を有する一対の固定子と、この固定子間に配置され、光学素子が取り付けられた可動子を、光軸方向に移動可能としたものが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−１９９７４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の特許文献１に記載の静電アクチュエータを用いた光学装置は、電極を有する固定子を平行に配置するものであり、光学装置は光軸に直交する断面が矩形である柱状のものとなる。
【０００６】
図７は、従来の静電アクチュエータを用いた光学装置の、光軸に直交する面で切断した断面図である。同図において、３０は筐体、３１は可動子、３２及び３３は固定子である。レンズ群３４は可動子３１内に組み付けられている。可動子３１は、固定子３２、３３に形成された電極に所定の駆動方法で、固定子３２、３３に相互に吸着されつつ、紙面表裏方向に移動するようになっている。
【０００７】
同図（ａ）に示す断面構成の光学装置に対し、静電アクチュエータに、より大きな駆動力（吸着力）を必要とする場合、光線経路等の関係で光軸方向に固定子を延長することは好ましくなく、固定子の幅方向を増加させることになる。同図（ｂ）は、同図（ａ）に示す状態から、固定子３２、３３の幅方向の寸法を例えば４０％増加させた場合を示している。
【０００８】
このような場合、同図（ｂ）に示すように、レンズ群３４はそのままで、可動子３１は大型化し、固定子３２、３３の幅方向の寸法増加に対応して比例的に断面積が増加し、デッドスペースとなってしまう問題がある。この問題は、小型薄型の携帯端末等に内蔵しようとしたとき、大きな問題となる。
【０００９】
本発明は上記問題に鑑み、断面積を小さく且つ、薄型に抑えながら、固定子の面積を増加してアクチュエータの駆動力を増大させることが可能な静電アクチュエータ及びこの静電アクチュエータを有した薄型の光学装置を得ること及び、この光学装置を備え、小型薄型の携帯端末等へ内蔵するに好適な撮像装置を得ることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題は、以下の構成により解決される。
【００１１】
１）  第１の電極を有する第１の固定子と、第２の電極を有する第２の固定子と、前記第１及び第２の固定子間に配置され、前記第１の電極並びに第２の電極に相対する面に電極部を備え、所定方向に移動可能な可動子を有した静電アクチュエータにおいて、前記第１の固定子と前記第２の固定子を、前記第１の固定子の面と前記第２の固定子の面の延長面が交わるような角度で配置したことを特徴とする静電アクチュエータ。
【００１２】
２）  前記角度が鋭角である１）の静電アクチュエータ。
【００１３】
３）  前記可動子は、移動方向に平行な軸により、軸支されている１）又は２）の静電アクチュエータ。
【００１４】
４）  前記可動子に形成された軸支のための穴は、長穴形状である１）〜３）のいずれかの静電アクチュエータ。
【００１５】
５）  １）〜４）のいずれかの静電アクチュエータの可動子に、被写体光を導く光学系が組み付けられたことを特徴とする光学装置。
【００１６】
６）  ５）の光学装置と、被写体像を光電変換する撮像素子とを備えたことを特徴とする撮像装置。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、静電アクチュエータを構成する二つの固定子の面のそれぞれの延長面が交わるような角度に配置することにより、小型で薄型の静電アクチュエータを得ることが可能となる。またこの角度を鋭角となるよう配置することにより、充分な駆動力を有した、固定子電極と可動子電極の面積を確保できると共に、静電アクチュエータの占有する断面積を削減することが可能となる。
【００１８】
また、可動子に被写体光を導く光学系を組み付けることにより、固定子電極と可動子電極に充分な駆動力を確保しつつ、断面積の削減された、小型で薄型の光学装置を得ることが可能となる。
【００１９】
更に、この光学装置と被写体光を光電変換する撮像素子を有した撮像装置とすることにより、小型薄型で、携帯端末等へ内蔵するに好適な撮像装置を得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、実施の形態により本発明を詳しく説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００２１】
図１は、本発明に係る光学装置を備えた撮像装置１００の概略構成を示す斜視図である。同図は、撮像装置１００の主要な内部が見えるように、側面を開放して示している。
【００２２】
同図において、１１はレンズ群及び赤外光カットフィルタ等の光学素子で構成された光学系であり、可動子１７に組み付けられている。１３は撮像素子であり例えばＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）型イメージセンサやＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型イメージセンサ等の固体撮像素子である。１４はプリント基板であり、撮像素子１３が実装されると共に、撮像素子１３の駆動用電子部品が実装されており、フレキシブルプリント基板１９が接続されて、撮像素子１３から出力される光電変換信号に所望の処理を施した後、他のプリント基板へ送出するようになっている。
【００２３】
１６は静電アクチュエータの第１の固定子、１８は静電アクチュエータの第２の固定子であり、図示のごとく、くの字状の筐体２０に固定されている。このため、固定子１６、１８の面は、その延長面が交わるような角度（本例では鋭角）になった状態で保持されることになる。固定子１６、１８は、ガラスまたはセラミックス等の絶縁体からなる基板上にスパッタリング等の手法により導電体被膜を形成することで作成される。また、形成された導電体被膜上には絶縁体被膜を設けることが好ましい。
【００２４】
固定子１６及び１８の間には、可動子１７が配置されている。可動子１７は、鋭角に配置された固定子の面に対応して断面が扇形の形状となっている。この可動子１７は、導電性を有する材料で形成されており、例えば、特開２００３−２８４３５９号公報に記載の気相成長炭素繊維（ＶＧＣＳ）とＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド）等の熱可塑性樹脂と溶融混練してなる樹脂組成物で成形した導電性樹脂等で形成されるのが、軽量で安価なため望ましい。
【００２５】
可動子１７には長穴１７ｈが形成され、ガイド軸１５が貫通して配置されている。ガイド軸１５の貫通する長穴１７ｈは、可動子１７が固定子１６、１８のそれぞれに吸着されたとき揺動できるように湾曲した長穴形状に形成されている。このガイド軸１５により軸支された可動子１７は、固定子１６、１８間の揺動とガイド軸１５に沿った光軸方向の移動のみが可能となされている。
【００２６】
筐体２０に形成された３箇所のピン２０ｐと、ガイド軸１５の先端に形成されたピン部１５ｐとは、前面板２１に形成された穴に嵌合され、前面板２１の筐体２０への固定及び前面板２１によるガイド軸１５の固定がなされている。更に筐体２０は、ガイド軸１５の他端の固定及びプリント基板１４も保持している。
【００２７】
図２は、図１に示す、本発明に係る光学装置を備えた撮像装置１００の光軸に直交する面で切断した断面図である。同図は、静電アクチュエータを構成する固定子１６、１８の面のなす角を略４５度となるように配置したものを例にとり断面を示している。なお、以下の図においては、説明の重複を避けるため、同機能部品には同符号を付与し説明する。
【００２８】
同図に示すように、筐体２０は、その成す角を略４５度となるように形成され、この筐体２０の内面に固定子１６及び１８が固着されている。光学系１１が組み付けられた可動子１７は、一方の固定子に吸着されているときは、他方の固定子と微小な隙間ｔを有するように配置されている。これは光軸に平行に配置されたガイド軸１５と、可動子１７に形成された長穴１７ｋによりこの関係が維持されるようになっている。更に、光学装置の側面には、側面板２２が筐体２０に固着されている。
【００２９】
図３は、可動子１７の斜視図である。
【００３０】
同図に示すように、可動子１７の固定子１８側の面には、可動子電極部１７ｄが形成されている。可動子電極部１７ｄは、図示のごとく、可動子１７の移動方向（矢印で示す方向）と平行な複数の凸部で形成されている。一方、可動子１７の固定子１６側の面には、可動子電極部１７ｆが形成されている。可動子電極部１７ｆは、可動子１７の移動方向と垂直な方向に複数の凸部で形成されている。なお、この可動子電極部１７ｄ、１７ｆの突出量は、微小であり、説明のため誇張して示してある。なお、図示していないが、可動子１７には電荷を取り除くための配線が接続される。また、図示していないが、軽量化のため肉厚部の削除等をおこなうことが好ましい。
【００３１】
この可動子電極部１７ｆに形成された凸部の幅は２Ｌの長さ、凸部と凸部の間の凹部の幅は２Ｌで形成されている。即ち、可動子電極部１７ｆは４Ｌのピッチで形成され、２Ｌの幅の凸部と２Ｌの幅の凹部が交互に形成されているということである。
【００３２】
図４は、固定子１６及び固定子１８の、可動子１７に相対する面に形成された電極の模式図である。同図（ａ）は、固定子１６に形成された電極を示し、同図（ｂ）は、固定子１８に形成された電極を示している。
【００３３】
同図（ａ）に示すように、固定子１６の可動子１７と相対する面には、可動子電極部１７ｆの配列に対応して、移動方向に垂直な方向にストライプ状に、第１の電極である、４系統の電極Ａ、電極Ｂ、電極Ｃ、電極Ｄが交互に形成されており、電極Ａは電極パッドＡに、電極Ｂは電極パッドＢに、電極Ｃは電極パッドＣに、電極Ｄは電極パッドＤに接続されている。この４系統の電極Ａ〜Ｄは、後述のように、順次切り替えて電圧を印加することにより可動子１７を移動させるために用いられる。このストライプ状の電極の配列ピッチはＬとなるよう形成されている。以下、この電極Ａ〜Ｄを駆動電極と称す。
【００３４】
また、同図（ｂ）に示すように、固定子１８の可動子１７と相対する面には、可動子電極部１７ｄの凸部に対応して、第２の電極である、電極Ｋが形成されており、これらの電極Ｋは一系統の電極パッドＫに接続されている。以下、この電極Ｋを保持電極と称す。
【００３５】
駆動電極Ａ〜Ｄ及び保持電極Ｋには、各電極に選択的に電圧を印加する不図示のスイッチング回路が接続され、スイッチング回路には電源が接続される。
【００３６】
この固定子１６及び１８は、紙面左側の端面を物体側、紙面右側の端面を像面側（撮像素子側）にして配置されている。
【００３７】
図５は、固定子１６に形成された駆動電極Ａ〜Ｄ、固定子１８に形成された保持電極Ｋにより、可動子１７を光軸方向に駆動する場合のシーケンスを示すタイムチャートである。同図を用い可動子１７の移動制御について説明する。
【００３８】
同図において、時間ｔ０〜ｔ１の時、保持電極Ｋに電圧が印加され可動子１７の可動子電極１７ｄ側が固定子１８に吸着され、可動子電極１７ｆ側の凸部は、それぞれ固定子１８の駆動電極ＣとＤに対応する位置にある状態とする。
【００３９】
ｔ１で保持電極Ｋへの電圧印加を停止し、駆動電極Ｂ、Ｃに電圧を印加する。これにより、可動子１７は、固定子１８との吸着力を失い、固定子１６の駆動電極Ｂ、Ｃに吸着され、駆動電極１ピッチ分（Ｌ）だけ、図４に示す紙面左方向に移動する。
【００４０】
次いで、ｔ２で駆動電極Ｂ、Ｃへの電圧印加を停止し、保持電極Ｋに電圧を印加する。可動子１７は固定子１６との吸引力を失い、その位置で固定子１８の保持電極Ｋ側に吸引される。
【００４１】
次いで、ｔ３で保持電極Ｋへの電圧印加を停止し、駆動電極Ａ、Ｂに電圧を印加する。これにより、可動子１７は、固定子１８の保持電極Ｋとの吸着力を失い、固定子１６の駆動電極Ａ、Ｂに吸着され、更に駆動電極１ピッチ分（Ｌ）だけ、図４に示す紙面左方向に移動する。
【００４２】
更に、ｔ４で駆動電極Ａ、Ｂへの電圧印加を停止し、保持電極Ｋに電圧を印加、ｔ５で保持電極Ｋへの電圧印加を停止し、駆動電極Ａ、Ｄに電圧を印加、ｔ６で駆動電極Ａ、Ｄへの電圧印加を停止し、保持電極Ｋに電圧を印加、ｔ７で保持電極Ｋへの電圧印加を停止し、駆動電極Ｃ、Ｄに電圧を印加、ｔ８で駆動電極Ｃ、Ｄへの電圧印加を停止し、保持電極Ｋに電圧を印加、ｔ９で保持電極Ｋへの電圧印加を停止し、駆動電極Ｂ、Ｃに電圧を印加、ｔ１０で駆動電極Ｂ、Ｃへの電圧印加を停止し、保持電極Ｋに電圧を印加というようにスイッチング回路を制御することにより、可動子１７を、駆動電極１ピッチ（Ｌ）ずつ順次図４に示す紙面左方向に移動させることができる。
【００４３】
また、可動子１７を上記と逆方向（図４に示す紙面右方向）に移動させるには、駆動電極Ａ〜Ｄへの電圧印加を逆の順序でおこなうことで移動させることができる。
【００４４】
例えば、前述のｔ１０の状態から、可動子１７を逆方向に移動させるには、ｔ１１で保持電極Ｋへの電圧印加を停止し、駆動電極Ｃ、Ｄに電圧印加、ｔ１２で駆動電極Ｃ、Ｄへの電圧印加を停止し、保持電極Ｋに電圧印加、ｔ１３で保持電極Ｋへの電圧印加を停止し、駆動電極Ａ、Ｄに電圧印加、ｔ１４で駆動電極Ａ、Ｄへの電圧印加を停止し、保持電極Ｋに電圧印加、ｔ１５で保持電極Ｋへの電圧印加を停止し、駆動電極Ａ、Ｂに電圧印加、ｔ１６で駆動電極Ａ、Ｂへの電圧印加を停止し、保持電極Ｋに電圧印加、ｔ１７で保持電極Ｋへの電圧印加を停止し、駆動電極Ｂ、Ｃに電圧印加、ｔ１８で駆動電極Ｂ、Ｃへの電圧印加を停止し、保持電極Ｋに電圧印加というように順次スイッチングすることで、可動子１７を、逆方向に移動させることができる。
【００４５】
このように、固定子１６に形成された駆動電極Ａ〜Ｄ、固定子１８に形成された保持電極Ｋへの電圧印加を制御することにより、可動子１７を固定子１６、１８間で揺動させつつガイド軸１５に沿って光軸方向に移動させることができ、可動子１７と共に光学系１１も移動し、撮像素子１３との距離を変化させ、焦点調節をおこなうことができる。
【００４６】
なお、図３〜図５で説明した可動子電極、固定子電極の形状、電極パタン、スイッチング制御は、一例を示したものであり、その他の公知の電極の形状、電極パタン、スイッチング制御を用いて可動子を移動制御してもよいのは勿論である。
【００４７】
図６は、本発明と従来の光学装置に使用される可動子の光軸に直交する面で切断した断面の比較図である。同図のうち、実線で示す形状が本発明の光学装置の光軸に直交する断面であり、同図の破線で示す矩形は従来例である図７（ｂ）に示す光学装置の光軸に直交する断面を示している。
【００４８】
同図は、本発明に係る光学装置に用いられる静電アクチュエータの可動子と、破線で示した従来の矩形状の可動子の幅方向の長さは、共に同じ長さのＷで図示している。同図に示すように、可動子に形成する可動子電極の大きさ及び可動子に相対する固定子の大きさを等しく保ちつつ、ハッチングで示す断面積を削減することができ、所謂デッドスペースを減らすことができる。このことは、同じ断面積であれば、可動子電極の大きさ及び固定子電極を、従来より大きく確保できることを意味している。加えて、可動子の軽量化もできる。
【００４９】
以上説明したように、固定子の面の延長面のなす角を鋭角となるよう配置することにより、充分な駆動力を有する面積を確保した固定子電極と可動子電極を得ることができると共に、静電アクチュエータの占有する断面積を削減することが可能となり、小型で薄型の静電アクチュエータを得ることが可能となる。
【００５０】
また、可動子に被写体光を導く光学系を組み付けることにより、充分な駆動力を有する固定子電極と可動子電極を確保しつつ、断面積の小さい、小型で薄型の光学装置を得ることが可能となる。
【００５１】
更に、この光学装置と被写体光を光電変換する撮像素子を有した撮像装置とすることにより、小型薄型で、携帯端末等へ内蔵するに好適な撮像装置を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明に係る光学装置を備えた撮像装置の概略構成を示す斜視図である。
【図２】図１に示す、本発明に係る光学装置を備えた撮像装置の光軸に直交する面で切断した断面図である。
【図３】可動子の斜視図である。
【図４】固定子１６及び固定子１８の、可動子１７に相対する面に形成された電極の模式図である。
【図５】固定子１６に形成された駆動電極Ａ〜Ｄ、固定子１８に形成された保持電極Ｋにより、可動子１７を光軸方向に駆動する場合のシーケンスを示すタイムチャートである。
【図６】本発明と従来の光学装置に使用される可動子の光軸に直交する面で切断した断面の比較図である。
【図７】従来の静電アクチュエータを用いた光学装置の、光軸に直交する面で切断した断面図である。
【符号の説明】
【００５３】
１１  光学系
１３  撮像素子
１４  プリント基板
１５  ガイド軸
１６  固定子
１７  可動子
１８  固定子
１９  フレキシブルプリント基板
２０  筐体
２１  前面板
２２  側面板
【図１】
2005287117.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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