JP2006162803A - Optical device and imaging apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レンズと撮像素子との焦点距離を調節するための光学装置と、これを用いた撮像装置に関する。 The present invention relates to an optical device for adjusting a focal length between a lens and an image sensor, and an image pickup device using the optical device.
近年、微小なカメラを搭載した携帯電話等の電子機器が普及しており、撮像装置の小型化が求められている。そこで、撮像装置の小型化のため、オートフォカス、ズーム機構のアクチュエータとして電歪アクチュエータが用いられている。 In recent years, electronic devices such as mobile phones equipped with a minute camera have become widespread, and downsizing of imaging devices has been demanded. Therefore, in order to reduce the size of the imaging apparatus, an electrostrictive actuator is used as an actuator for an autofocus and zoom mechanism.
例えば、特許文献1に開示されているように、電歪アクチュエータは、ガイド軸の外周に巻き付けた形状で設置されている。この電歪アクチュエータは、印加電圧に応じてガイド軸方向に伸長し、レンズ枠をガイド軸方向に移動させる。
特許文献1に開示された光学装置において、レンズ枠の移動距離は光学装置の電歪アクチュエータの伸長する長さと一致する。レンズ枠の移動距離をより増やすためには、電歪アクチュエータをより伸長させる、換言すれば電歪アクチュエータに高電圧を印加する必要がある。しかし、電歪アクチュエータに印加される電圧が高くなると、電歪アクチュエータの絶縁、耐圧性、駆動回路のサイズが問題となる。 In the optical device disclosed in Patent Document 1, the moving distance of the lens frame coincides with the extending length of the electrostrictive actuator of the optical device. In order to further increase the moving distance of the lens frame, it is necessary to further extend the electrostrictive actuator, in other words, to apply a high voltage to the electrostrictive actuator. However, when the voltage applied to the electrostrictive actuator increases, the insulation, withstand voltage, and the size of the drive circuit of the electrostrictive actuator become problems.
例えば、特許文献1に開示されている電歪アクチュエータは、レンズ枠の両端に設置されたガイド柱に配置されるため、撮像装置が小型化すると、電歪アクチュエータ間に十分な空隙を確保することが困難となる。従って、良好に絶縁することが困難であり、小型化に対応し難いという問題があった。 For example, since the electrostrictive actuator disclosed in Patent Document 1 is arranged on the guide pillars installed at both ends of the lens frame, when the imaging device is downsized, a sufficient gap is secured between the electrostrictive actuators. Becomes difficult. Therefore, there is a problem that it is difficult to achieve good insulation and it is difficult to cope with downsizing.
絶縁性及び耐圧性の問題については、電歪アクチュエータに印加する電圧を低くすることで対処する方法も考えられる。低電圧で電歪アクチュエータの変位量を大きくするためには、電歪アクチュエータに用いられるエラストマを多層に形成し、膜厚を薄くする方法がある。しかし、薄型化には限界があり、また製造コストも増大するため、実際この方法を採ることも難しい。 A method of dealing with the problems of insulation and pressure resistance by lowering the voltage applied to the electrostrictive actuator is also conceivable. In order to increase the displacement amount of the electrostrictive actuator at a low voltage, there is a method in which the elastomer used for the electrostrictive actuator is formed in multiple layers and the film thickness is reduced. However, there is a limit to the reduction in thickness and the manufacturing cost increases, so it is actually difficult to adopt this method.
そこで、近年の撮像装置の小型化に対応するために、光学装置のアクチュエータの変位量を所定程度確保した上で、アクチュエータに印加する電圧を低くする必要がある。また、光学装置を小型化するためには、動力伝達機構を簡略化し、部品点数を減らすことも必要である。 Therefore, in order to cope with the recent downsizing of the image pickup apparatus, it is necessary to reduce the voltage applied to the actuator after securing a predetermined amount of displacement of the actuator of the optical apparatus. In order to reduce the size of the optical device, it is also necessary to simplify the power transmission mechanism and reduce the number of parts.
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、低電圧で駆動し、且つ部品点数の少ない光学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。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an optical device that is driven at a low voltage and has a small number of components, and an imaging device using the optical device.
上記目的を達成するため、本発明の第1の観点に係る光学装置は、
鏡筒と、
前記鏡筒内に設置され、レンズを保持するとともに、前記レンズの光軸方向に移動可能なレンズホルダと、
前記レンズホルダの前記光軸方向の一端部に当接するように、前記鏡筒内に設置され、印加電圧に応じて変形するアクチュエータと、を備える光学装置であって、
前記アクチュエータは、絶縁膜と、該絶縁膜の両面にそれぞれ形成された電極と、前記絶縁膜及び前記電極上に形成された高分子層と、を備え、
前記レンズホルダは、前記アクチュエータの前記印加電圧に応じた変形の前記光軸方向の成分を利用し、前記光軸方向に移動し、
前記アクチュエータの前記絶縁膜と、前記電極と、前記高分子層は、それぞれ環状に形成され、前記光軸方向に積層して構成されており、前記電極の幅は、前記絶縁膜と前記高分子層の幅よりも小さくてもよい。
In order to achieve the above object, an optical device according to the first aspect of the present invention provides:
A lens barrel,
A lens holder installed in the lens barrel, holding the lens, and movable in the optical axis direction of the lens;
An optical device including an actuator installed in the lens barrel and deformed in accordance with an applied voltage so as to abut one end of the lens holder in the optical axis direction,
The actuator includes an insulating film, electrodes formed on both surfaces of the insulating film, and a polymer layer formed on the insulating film and the electrode,
The lens holder uses a component in the optical axis direction of deformation according to the applied voltage of the actuator, moves in the optical axis direction,
The insulating film, the electrode, and the polymer layer of the actuator are each formed in a ring shape and laminated in the optical axis direction, and the width of the electrode is the insulating film and the polymer layer. It may be smaller than the width of the layer.
前記アクチュエータは、前記印加電圧の極性の違いに応じて前記電極が引き合うことにより、前記電極周辺の前記絶縁膜及び前記高分子層が前記光軸方向に盛り上がるようにして変形してもよい。 The actuator may be deformed so that the insulating film and the polymer layer around the electrode are raised in the optical axis direction by attracting the electrode according to a difference in polarity of the applied voltage.
前記光学装置は、前記レンズホルダを初期位置に戻すための付勢力を与える付勢部材を更に備えてもよい。 The optical device may further include a biasing member that applies a biasing force for returning the lens holder to the initial position.
前記鏡筒の内壁には、前記レンズホルダの移動を前記光軸方向に導くガイドが形成されていてもよい。 A guide for guiding the movement of the lens holder in the optical axis direction may be formed on the inner wall of the lens barrel.
上記目的を達成するため、本発明の第2の観点に係る撮像装置は、
第1の観点に係る光学装置と、
前記光学装置が設置される基板と、
前記基板上に配置される撮像素子と、を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, an imaging apparatus according to the second aspect of the present invention provides:
An optical device according to a first aspect;
A substrate on which the optical device is installed;
And an image pickup device disposed on the substrate.
本発明は低電圧で駆動し、且つ部品点数の少ない光学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。 The present invention can provide an optical device that is driven at a low voltage and has a small number of components, and an imaging device using the optical device.
本発明の実施の形態に係る光学装置10と撮像装置20とを、図を用いて説明する。図1は、光学装置10の部分断面図である。図2は、光学装置10の断面図であり、図3は、光学装置10の分解斜視図である。
An
本発明の実施の形態に係る撮像装置20は、光学装置10と、撮像素子21と、基板22と、を備える。図1に示すように、撮像素子21が配置された基板22上に光学装置10が設置されている。
The
光学装置10は、図1に示すように、アクチュエータ11と、レンズホルダ12と、レンズ13a〜13cと、鏡筒14と、カバー15と、バネ16と、を備える。
As shown in FIG. 1, the
アクチュエータ11は、図5(a)に示すように絶縁膜51と、絶縁膜51の対向する面それぞれに形成された電極52と、絶縁膜51と電極52を覆うように形成された高分子材料の層(以下、高分子層)53とから構成される。
As shown in FIG. 5A, the
絶縁膜51は、常温付近でゴム状の弾性を示す高分子材料(エラストマ)、例えばシリコン樹脂、アクリルフォーム等から構成される。絶縁膜51は、図1及び2に示すように、円環状に形成されており、絶縁膜51の幅はレンズホルダ12の底面の幅及び鏡筒14の溝部14aの幅とほぼ同じとなるよう形成される。
The
電極52は、伸縮性と導電性とを備える、例えばカーボンブラック、金、銀、アルミニウム等から構成され、図5(a)に示すように、絶縁膜51の対向する面(両面)にそれぞれ形成される。図1及び2に示すように、電極52も絶縁膜51と同様に円環状であり、電極52の幅は、絶縁膜51及び高分子層53の幅より小さく形成される。電極52には図示しない電源が取り付けられ、かつ図示しない駆動回路に接続されており、図示しない制御部からの入力に従い、電圧が印加される。
The
高分子層53は、絶縁膜51より柔らかい、例えばエラストマ、シリコン樹脂、アクリルフォーム等から構成される。高分子層53は、図5(a)に示すように絶縁膜51及び電極52上に、絶縁膜51及び電極52を覆うようにして層状に形成される。図1及び2に示すように、高分子層53も、絶縁膜51及び電極52と同様に円環状であり、高分子層53の幅は、絶縁膜51の幅とほぼ同じに形成される。また、高分子層53は、絶縁膜51よりも厚く形成される。高分子層53の一方の面は、レンズホルダ12の一面(光軸方向の一端面)に接している。高分子層53の他方の面は、鏡筒14の溝部14aに接している。
The
このような構成を採るアクチュエータ11の電極52間への印加電圧を初期状態(0)から大きくすると、電極52が静電引力によって、例えば図5(b)に示すように引き合う。本実施の形態の電極52は絶縁膜51より幅が小さいため、電極52間が引き合うことによって、電極52の周囲へ絶縁膜51が押し出され、これに伴い電極52が面方向に押し広げられる。電極52の周囲の絶縁膜51はta2−ta1だけ鉛直方向に盛り上がる。また、電極52の対向する面に形成された高分子層53は、引き合う電極52に伴って面方向に押し広げられる。電極52の周囲の高分子層53は、tb2−tb1だけ鉛直方向に盛り上がる。結果として、アクチュエータ11全体としては、(tb2−tb1)×2+(ta2−ta1)だけ鉛直方向に盛り上がる。このようにアクチュエータ11の電極52の周辺部が盛り上がるように変形する際の光軸方向の成分を利用し、図4に示すようにレンズホルダ12は光軸方向に移動する。
When the voltage applied between the
また、アクチュエータ11の電極52間への印加電圧を0に変化させると、電極52間の引き合いを止めることができる。引き合いが止まれば、絶縁膜51と高分子層53は図5(a)に示す初期状態に戻るため、レンズホルダ12も初期位置に戻る。ここで、本実施の形態ではバネ16によって、レンズホルダ12に付勢力が付与されるため、アクチュエータ11は、この付勢力により速やかに初期位置に戻る。
Further, when the voltage applied between the
レンズホルダ12は、円筒状の形状であり、その内側にレンズ13a〜13cを保持する。レンズホルダ12の底面と反対側の面には、アクチュエータ11の高分子層53の一方の面が接している。レンズホルダ12は底面に溝12aを備え、この溝12aの底面と反対側の面にはバネ16の一端が設置される。溝部12aの幅とアクチュエータ11の幅とは、ほぼ同じに形成される。レンズホルダ12が光軸方向に移動することにより、レンズ13a〜13cと、撮像素子21との距離を調節して、焦点調節を行う。
The
鏡筒14は、円筒状の形状であり、基板22上に設置される。鏡筒14は、底面の内側に溝部14aを備える。アクチュエータ11の高分子層53の他方の面は、この溝部14aに設置される。溝部14aの幅とアクチュエータ11の幅とは、ほぼ同じに形成される。また、鏡筒14の他端にはカバー15が固定される。カバー15は、溝部15aを備え、この溝15aにバネ16の他端が設置される。
The
撮像素子21は、被写体の光学像を電気信号に変換するものである。撮像素子は、CCD(Charge Coupled Device)、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサ等から構成されており、例えば図1に示すように基板22上に配置される。
The
以上の構成を採る光学装置10において、アクチュエータ11の電極52間への印加電圧を0から大きくすると、アクチュエータ11の電極52が静電引力で引き合うことによって、電極52の周辺で、絶縁膜51及び高分子層53が光軸方向に上下に盛り上がる。これによって、レンズホルダ12は光軸方向へ上に押し上げられる。アクチュエータ11に印加する電圧を初期状態に戻すと、電極52間の引き合いが止まるため、絶縁膜51及び高分子層53は初期状態に戻る。この際、バネ16からレンズホルダ12に対して初期状態に戻る方向に付勢力が働くため、アクチュエータ11は、速やかに初期状態に戻る。
In the
上述したように光学装置10は、絶縁膜51及び電極52上に絶縁膜51より柔らかい高分子層53を形成したアクチュエータ11を用いるため、低電圧で、光軸方向の変化量を得ることができる。また、アクチュエータ11の一方の面は、レンズホルダ12に接しているため、アクチュエータ11の変形を直にレンズホルダ12に伝えることができる。したがって、動力伝達手段を用いず、且つ少ない部品点数でレンズホルダ12を動かし、レンズ13a〜13cと、撮像素子21との焦点距離を調節することができる。
As described above, since the
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レンズホルダ12に付勢力を与える付勢部材として、レンズホルダ12の周囲にバネ16を配置する構成を例に挙げて説明したが、これに限られず、レンズホルダ12が初期位置に戻るための付勢を与えられれば、バネ以外のものを採用することも可能である。
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and applications are possible.
For example, in the above-described embodiment, the configuration in which the
また、レンズホルダ12が移動方向を一定にするため、例えば鏡筒14の内壁に例えば溝を形成し、この溝とかみ合う凸状の部分をレンズホルダ12の周囲に形成することも可能である。なお、レンズホルダ12の周囲に溝を形成し、鏡筒14の内壁に溝とかみ合う凸状の部分を形成してもよい。
Further, in order to make the movement direction of the
また、上述した実施の形態ではレンズホルダ12に保持されるレンズの枚数が3枚の場合を例に挙げて説明したが、これに限られない。また、一つのレンズホルダ12に3枚が保持される必要はなく、1枚のレンズを保持するレンズホルダ等を複数配置し、それぞれにアクチュエータ11を配置する構成を採ることも可能である。
In the above-described embodiment, the case where the number of lenses held by the
上述した実施の形態では、アクチュエータ11は、初期状態と電圧を変化させた状態の2段階に変化させる場合を例に挙げて説明したが、これに限られずアクチュエータ11に印加する電圧を多段階に変化させ、アクチュエータ11の変化量を多段階として、レンズホルダ12をレンズの光軸方向に多段階に変化させることも可能である。
In the above-described embodiment, the
10 光学装置
11 アクチュエータ
12 レンズホルダ
13a、13b、13c レンズ
14 鏡筒
15 カバー
16 バネ
20 撮像装置
21 撮像素子
22 基板
51 絶縁膜
52 電極
53 高分子層
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記鏡筒内に設置され、レンズを保持するとともに、前記レンズの光軸方向に移動可能なレンズホルダと、
前記レンズホルダの前記光軸方向の一端部に当接するように、前記鏡筒内に設置され、印加電圧に応じて変形するアクチュエータと、を備える光学装置であって、
前記アクチュエータは、絶縁膜と、該絶縁膜の両面にそれぞれ形成された電極と、前記絶縁膜及び前記電極上に形成された高分子層と、を備え、
前記レンズホルダは、前記アクチュエータの前記印加電圧に応じた変形の光軸方向の成分を利用し、前記光軸方向に移動し、
前記アクチュエータの前記絶縁膜と、前記電極と、前記高分子層は、それぞれ環状に形成され、前記光軸方向に積層して構成されており、前記電極の幅は、前記絶縁膜と前記高分子層の幅よりも小さいことを特徴とする光学装置。 A lens barrel,
A lens holder installed in the lens barrel, holding the lens, and movable in the optical axis direction of the lens;
An optical device including an actuator installed in the lens barrel and deformed in accordance with an applied voltage so as to abut one end of the lens holder in the optical axis direction,
The actuator includes an insulating film, electrodes formed on both surfaces of the insulating film, and a polymer layer formed on the insulating film and the electrode,
The lens holder uses a component in the optical axis direction of deformation according to the applied voltage of the actuator, moves in the optical axis direction,
The insulating film, the electrode, and the polymer layer of the actuator are each formed in a ring shape and laminated in the optical axis direction, and the width of the electrode is the insulating film and the polymer layer. An optical device characterized by being smaller than the width of the layer.
前記光学装置が設置される基板と、
前記基板上に配置される撮像素子と、を備えることを特徴とする撮像装置。
An optical device according to any one of claims 1 to 4,
A substrate on which the optical device is installed;
An image pickup apparatus comprising: an image pickup element disposed on the substrate.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2004351817A JP2006162803A (en) | 2004-12-03 | 2004-12-03 | Optical device and imaging apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2004351817A JP2006162803A (en) | 2004-12-03 | 2004-12-03 | Optical device and imaging apparatus |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US8259211B2 (en) | 2008-09-10 | 2012-09-04 | Sony Corporation | Lens driver and image pickup apparatus |
WO2017191797A1 (en) * | 2016-05-06 | 2017-11-09 | 日本電産コパル株式会社 | Imaging device |
-
2004
- 2004-12-03 JP JP2004351817A patent/JP2006162803A/en not_active Withdrawn
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2017191797A1 (en) * | 2016-05-06 | 2017-11-09 | 日本電産コパル株式会社 | Imaging device |
US10793085B2 (en) | 2016-05-06 | 2020-10-06 | Nidec Copal Corporation | Imaging device |
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