JP2006154390A

JP2006154390A - レンズ駆動装置及び、撮像装置

Info

Publication number: JP2006154390A
Application number: JP2004345800A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Kinoshita; 健木下
Original assignee: Seiko Precision Inc
Current assignee: Seiko Precision Inc
Priority date: 2004-11-30
Filing date: 2004-11-30
Publication date: 2006-06-15

Abstract

【課題】絶縁性の優れたレンズ駆動装置及び、これを用いた撮像装置を提供することを目的とする。
【解決手段】
鏡筒１６と、鏡筒１６内に光軸に形成されたガイド１５と、レンズ１４を保持し鏡筒１６内をガイド１４に沿って光軸方向に移動するレンズブロック１３と、鏡筒１６の内壁に一端をレンズブロック１３に他端を固定された上部アクチュエータ１１とを備えるレンズ駆動装置で、上部アクチュエータ１１は径方向に鏡筒１６及びレンズブロック１３に固定されており、電圧に応じて光軸方向の成分を有するよう伸縮し、上部アクチュエータ１１は下部アクチュエータ１２によってテンションを付与されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、レンズを駆動するためのレンズ駆動装置、及び撮像装置に関する。また、本発明は、特に電気エネルギーを機械エネルギーに変換する材料を利用したレンズ駆動装置、及び撮像装置に関する。

近年、デジタルカメラ等の光学装置の小型化が進行し、光学装置のレンズ駆動装置等に利用されるアクチュエータも小型化が進んでいる。光学装置が小型化すると、部品点数の増加、駆動力伝達機構の複雑化の点から、従来用いられるような小型モータ等を利用することが困難となる。そこで、アクチュエータとして電気エネルギーを機械エネルギーに変換する材料、例えば電歪ポリマを利用したレンズ駆動装置が開発されている（例えば、特許文献１）。

ここで、電歪ポリマとは、ポリマ膜の両面に例えばカーボンブラック等で電極が形成されたものである。電歪ポリマの電極に電圧が印加されると、電極同士がクーロン力によって引き合うことで、電歪ポリマは平面的に伸びる。電圧の印加を止めれば、電歪ポリマは元の形状に戻る。
特開２００３−２１５４２９号公報

電歪ポリマに印加される電圧は、数百Ｖ〜数千Ｖに及ぶため、特許文献１に記載されたアクチュエータは、光学装置が小型化した場合、アクチュエータ間の空隙を確保できないことから絶縁性が劣るという問題があった。
また、アクチュエータ間に付勢部材が配置されているため、レンズユニットの位置は、アクチュエータの伸びと、付勢部材との釣り合いによって定まり、位置の正確な制御が困難であるという問題があった。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、絶縁性の優れたレンズ駆動装置及び、これを用いた撮像装置を提供することを目的とする。
また、本発明はレンズブロックの位置の制御が容易なレンズ駆動装置及び、これを用いた撮像装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係るレンズ駆動装置は、
鏡筒と、
レンズを保持し、前記鏡筒内をガイドに沿って当該レンズの光軸方向に移動するレンズブロックと、
前記鏡筒の内壁に一端を、前記レンズブロックに他端を固定されたアクチュエータと、を備えるレンズ駆動装置であって、
前記アクチュエータの少なくとも一つは、印加された電圧に応じて伸縮し、当該伸縮動作により前記レンズブロックに前記レンズの光軸方向への移動を付与するように固定されており、前記レンズブロックを介して前記アクチュエータに、その伸縮方向へテンションを付与する部材を更に備えることを特徴とする。

前記アクチュエータは、前記レンズの光軸方向に対して斜めに延在するようにしてもよい。

前記アクチュエータは、電気エネルギーを機械エネルギーに変換するポリマ材料であってもよい。

前記アクチュエータは、ポリマ膜の両面に電極が形成された電歪ポリマであってもよい。

前記アクチュエータは、形状記憶合金であってもよい。

前記アクチュエータは、コイル状であってもよい。

前記ガイドは、柱状であってもよい。

前記ガイドは、前記鏡筒の内壁に溝状に形成されていてもよい。

前記レンズブロックの位置は、少なくとも一つの前記アクチュエータに印加される電圧と、前記アクチュエータに付与されるテンションと、を調節することにより制御されてもよい。

上記目的を達成するため、本発明の第２の観点に係るレンズ駆動装置は、
鏡筒と、
レンズを保持し、前記鏡筒内をガイドに沿って当該レンズの光軸方向に移動するレンズブロックと、
前記鏡筒の内壁に一端を、前記レンズブロックに他端を固定された複数のアクチュエータと、を備えるレンズ駆動装置であって、
前記アクチュエータは、印加された電圧に応じて伸縮し、当該伸縮動作により前記レンズブロックに前記レンズの光軸方向への駆動力を付与し、かつその伸縮方向へ相互にテンションを付与するように固定されており、
前記アクチュエータに印加される電圧と、前記アクチュエータに付与されるテンションと、を調節することにより前記レンズブロックの位置を制御することを特徴とする。

上記目的を達成するため、本発明の第３の観点に係る撮像装置は、
第１の観点又は第２の観点に係るレンズ駆動装置と、
前記レンズ駆動装置が設置される基板と、
前記基板上に配置された撮像素子と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、絶縁性の優れたレンズ駆動装置及び、これを用いた撮像装置を提供することができる。
また、本発明によれば、レンズブロックの位置の制御が容易なレンズ駆動装置及び、これを用いた撮像装置を提供することができる。

本発明の実施の形態に係るレンズ駆動装置と、レンズ駆動装置を備える撮像装置を図を用いて説明する。

本発明の実施の形態に係る撮像装置２０を図１及び図２に示す。図２は撮像装置２０の平面図である。図１は、図２の一点鎖線Ａ−Ａ’における断面図である。図１及び図２に示すように、撮像装置２０は、レンズ駆動装置１０と、撮像素子２３と、基板２４と、を備える。

レンズ駆動装置１０は、図１に示すように、上部アクチュエータ１１と、下部アクチュエータ１２、レンズブロック１３と、レンズ１４と、ガイド１５と、鏡筒１６と、制御部１７と、を備える。

上部アクチュエータ１１は、電圧の印加により伸縮する電歪ポリマから構成される。上部アクチュエータ１１は、一端を鏡筒１６の内壁に、他端をレンズブロック１３の上側の端部に、伸縮動作によりレンズブロック１３にレンズ１４の光軸方向への移動力を付与するようにレンズ１４の光軸方向に対して斜めに延在して固定されている。上部アクチュエータ１１は、図示するように、伸縮した際、レンズ１４の光軸方向の成分を有するように、鏡筒１６の径方向、すなわちレンズ１４の光軸方向に対して斜めに延在して固定されていることから、その周囲に十分な空隙を備える。上部アクチュエータ１１の電極には、図示しない電源が接続されている。また、上部アクチュエータ１１は、図１に示す矢印Ｙａ方向のテンションが付与された状態で固定されている。上部アクチュエータ１１に印加される電圧は、制御部１７によって制御されている。

ここで、上部アクチュエータ１１に用いられる電歪ポリマとは、図４（ａ）に示すように、例えばシリコン樹脂、アクリルフォーム等から形成されたポリマ膜５１の対向する面に、それぞれカーボンブラック、金等の電極５２が形成されたものである。この電歪ポリマ５０の対向する面に形成された電極５２に、電圧が印加されると、図４（ｂ）に示すように、電極５２間がクーロン力で引き合う。このように電極５２間に押されるように圧縮されることによって、ポリマ膜５１の厚みが薄くなり、電歪ポリマ５０は、平面的に伸びる。換言すれば、電歪ポリマは電気エネルギーを機械エネルギーに変換する。

上述したような上部アクチュエータ１１に印加する電圧を、初期状態の電圧Ｖ０からＶ１に変化させると、非線形ではあるが電圧に応じて、例えば図２に示すように、上部アクチュエータ１１は伸長する。この上部アクチュエータ１１の伸長に伴って、下部アクチュエータ１２が収縮することから、レンズブロック１３は下に移動し、レンズ１４と撮像素子２３との距離を短くすることができる。

下部アクチュエータ１２は、弾性部材から構成される。下部アクチュエータ１２は、本実施の形態では、上部アクチュエータ１１と同様に電歪ポリマから構成されているが、上部アクチュエータ１１と異なり電源は接続されていない。下部アクチュエータ１２は、上部アクチュエータ１１と同様に伸縮した際、光軸方向の成分を有するよう、一端を鏡筒１６の内壁に、他の一端をレンズブロック１３下側の端部に固定されている。つまり、下部アクチュエータ１２は、レンズ１４の光軸方向に対して斜めに延在して固定されている。また、下部アクチュエータ１２は、上部アクチュエータ１１にテンションを付与するように、図１に示す矢印Ｙｂ方向にテンションを付与された状態で固定されている。

このように、上部アクチュエータ１１と下部アクチュエータ１２とは、所定の位置で釣り合っており、この状態から上部アクチュエータ１１に電圧が印加され、上部アクチュエータ１１が電圧に応じて伸縮すると、両者が釣り合う位置も変わり、レンズブロック１３は上下（レンズ１４の光軸方向）に移動する。

レンズブロック１３は、円筒状の形状であり、その内側にレンズ１４を保持する。レンズブロック１３は、上面及び下面に開口部を備え、この開口部を介してレンズ１４が露出する。また、レンズブロック１３の外側の上下の端には、それぞれ上部アクチュエータ１１及び下部アクチュエータ１２の一端が固定されている。また、レンズブロック１３には、ガイド１５がレンズ１４の光軸方向に貫くように配置されている。上部アクチュエータ１１及び下部アクチュエータ１２の伸縮と、このガイド１５によってレンズブロック１３は光軸方向に上下に移動する。

ガイド１５は、柱状であり、レンズ１４の光軸方向にレンズブロック１３を貫いて配置されている。ガイド１５の一端は、鏡筒１６の内壁に、他の一端は基板２４に固定されている。図２に示すように上部アクチュエータ１１は、電圧の印加によってレンズ１４の光軸方向に対してやや斜めに伸長する。ガイド１５は、この上部アクチュエータ１１の伸長を、レンズ１４の光軸方向に導き、レンズブロック１３を下に移動させるよう補助する。なお、ガイド１５は、図示するように柱状に限られず、鏡筒１６内に溝状に形成することもできる。この場合、レンズブロック１３に、溝状のガイドに対応した部分を形成し、溝をスライドするようにして移動させる。

鏡筒１６は、円筒状の形状であり、レンズ１４が露出する開口部を備え、基板２４上に配置される。鏡筒１６の内側には、上部アクチュエータ１１と下部アクチュエータ１２の一端とが固定される。また、鏡筒１６の内壁にはガイド１５がレンズ１４の光軸方向に形成される。

制御部１７は、マイコン（Micro Computer）から構成され、上部アクチュエータ１１に印加する電圧の制御を行う。

基板２４上には、レンズ駆動装置１０及び撮像素子２３が配置される。撮像素子２３は、一般的なＣＣＤ（Charge Coupled Device）から構成される。

上述した構成をとることで、上部アクチュエータ１１は、図１に示すようにレンズブロック１３と鏡筒１６とに、伸縮した際、光軸方向の成分を有するように、筒１６の径方向に固定されていることから、上部アクチュエータ１１の周囲に十分な空隙を確保することができる。従って、上部アクチュエータ１１は、レンズ駆動装置１０及び撮像装置２０を構成する他の部材から、十分離間させることができ、上部アクチュエータ１１に数百〜数千Ｖの電圧が印加された場合であっても、優れた絶縁性を得ることができる。

また、上部アクチュエータ１１に印加する電圧を電圧Ｖ１に変化させると、上部アクチュエータ１１は、予め、下部アクチュエータ１２によって図１に示す矢印Ｙａ方向にテンションが付与されているため、このテンション方向に伸長し、図２に示す状態となる。この際、下部アクチュエータ１２は、予め図１に示す矢印Ｙｂ方向にテンションが付与されているため、上部アクチュエータ１１の伸長に従って、矢印Ｙｂとは反対の方向に収縮する。

一方、上部アクチュエータ１１への電圧の印加をＶ０に戻せば、電極間がクーロン力によって引き合うことが止まるため、上部アクチュエータ１１は、元の形状に戻り、これに伴って下部アクチュエータ１２は伸長する。従って、レンズブロック１３は上に移動し、図１に示す初期の位置に戻る。

このように、上部アクチュエータ１１と、下部アクチュエータ１２の伸縮によってレンズブロック１３を移動させることができる。従って、予め下部アクチュエータ１２によって上部アクチュエータ１１に付与されるテンションと、上部アクチュエータ１１に印加する電圧を調節することによって、レンズブロック１３の位置を容易に制御することができる。

本発明は上述した実施の形態に限られず、様々な修正及び応用が可能である。
例えば、上述した実施の形態では、上部アクチュエータ１１のみにＶ０とＶ１の２段階で電圧を印加する場合を例に挙げて説明したが、これに限られず、上部アクチュエータ１１に多段階に電圧を印加することも可能である。

また、上部アクチュエータ１１にのみでなく、下部アクチュエータ１２にも電源を接続し、電圧に応じて伸縮させることで、さらに多段階にレンズブロック１３を移動させることが可能である。この場合、例えば図５に示すように、レンズブロックの位置Ｐ０に応じ、上部アクチュエータ１１に印加する電圧Ｖ１０と、下部アクチュエータ１２に印加する電圧Ｖ２０を、予め実験的に得ておく。同様にレンズブロック１３の位置Ｐ１、Ｐ２等に対応した電圧も、予め実験的に得ておく。制御部１７は、この情報を元に、上部アクチュエータ１１及び下部アクチュエータ１２に印加する電圧の制御を行う。この構成を採ると、レンズブロック１３の位置を詳細に制御することができる。

また、上述した実施の形態では、上部アクチュエータ１１として電歪ポリマを利用した場合を例に挙げて説明したが、これに限られず形状記憶合金を利用することも可能である。この場合、形状記憶合金は、電圧の印加に応じて伸縮し、例えばコイル状に形成されている。

また、上述した実施の形態では、上部アクチュエータ１１と下部アクチュエータ１２とが、同じ電歪ポリマから構成される場合を例に挙げて説明したが、上部アクチュエータ１１と下部アクチュエータ１２とは別の材質から構成されてもよい。

本発明の実施の形態に係る撮像装置の断面図である。本発明の実施の形態に係る撮像装置の平面図である。本発明の実施の形態に係るアクチュエータに電圧を印加した場合の撮像装置の断面図である。電歪ポリマを模式的に示す図である。レンズブロックの位置とアクチュエータに印加される電圧との関係を示す図である。

符号の説明

１０レンズ駆動装置
１１上部アクチュエータ
１２下部アクチュエータ
１３レンズブロック
１４レンズ
１５ガイド
１６鏡筒
１７制御部
２０撮像装置
２３撮像素子
２４基板

Claims

鏡筒と、
レンズを保持し、前記鏡筒内をガイドに沿って当該レンズの光軸方向に移動するレンズブロックと、前記鏡筒の内壁に一端を、前記レンズブロックに他端を固定されたアクチュエータと、を備えるレンズ駆動装置であって、
前記アクチュエータは、印加された電圧に応じて伸縮し、当該伸縮動作により前記レンズブロックに前記レンズの光軸方向への移動力を付与するように固定されており、前記レンズブロックを介して前記レンズ駆動装置は、前記アクチュエータに、その伸縮方向へテンションを付与する部材を更に備えることを特徴とするレンズ駆動装置。
前記アクチュエータは、前記レンズの光軸方向に対して斜めに延在することを特徴とする請求項１に記載のレンズ駆動装置。
前記アクチュエータは、電気エネルギーを機械エネルギーに変換するポリマ材料であることを特徴とする請求項１又は２に記載のレンズ駆動装置。
前記アクチュエータは、ポリマ膜の両面に電極が形成された電歪ポリマであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のレンズ駆動装置。
前記アクチュエータは、形状記憶合金であることを特徴とする請求項１又は２に記載のレンズ駆動装置。
前記アクチュエータは、コイル状であることを特徴とする請求項５に記載のレンズ駆動装置。
前記ガイドは、柱状であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のレンズ駆動装置。
前記ガイドは、前記鏡筒の内壁に溝状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のレンズ駆動装置。
前記レンズブロックの位置は、前記アクチュエータに印加される電圧と、前記アクチュエータに、前記部材によって付与されるテンションと、を調節することにより制御されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のレンズ駆動装置。
鏡筒と、
レンズを保持し、前記鏡筒内をガイドに沿って当該レンズの光軸方向に移動するレンズブロックと、
前記鏡筒の内壁に一端を、前記レンズブロックに他端を固定された複数のアクチュエータと、を備えるレンズ駆動装置であって、
前記アクチュエータは、それぞれ印加された電圧に応じて伸縮し、当該伸縮動作により前記レンズブロックに前記レンズの光軸方向の移動力を付与し、かつその伸縮方向へ相互にテンションを付与するように固定されており、
前記アクチュエータに印加される電圧と、前記アクチュエータに付与されるテンションと、を調節することにより前記レンズブロックの位置を制御することを特徴とするレンズ駆動装置。
請求項１乃至１０に記載のレンズ駆動装置と、
前記レンズ駆動装置が設置される基板と、
前記基板上に配置された撮像素子と、を備えることを特徴とする撮像装置。