JP2006301202A - Optical device and digital camera - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被写体を撮影するための光学装置に関する。 The present invention relates to an optical device for photographing a subject.
特公平7−4075号公報と特許第2768869号は、イオン交換膜の両面に設けた電極に電位差を与えることにより変形する高分子アクチュエーターを開示している。
イオン交換膜を用いた高分子アクチュエーターでは、数ボルトの電圧印加で数ミリ程度の変位量が得られ、圧電アクチュエーターに比べて高電圧を得るための昇圧回路は不要である。例えば小型の光学装置の駆動部への応用が考えられる。しかし、高分子アクチュエーターは高温環境では変位量が大きくなる。従って、小型の光学装置に適用した場合には高分子アクチュエーターが撮像素子の発熱の影響を受けやすく、変位量を精度良く制御することが難しい。変位量を精度良く制御するには温度センサーと温度補償回路などが必要となる。これは光学装置の小型化を妨げる要因となる。 In a polymer actuator using an ion exchange membrane, a displacement of several millimeters can be obtained by applying a voltage of several volts, and a booster circuit for obtaining a higher voltage than that of a piezoelectric actuator is not required. For example, application to a drive unit of a small optical device is conceivable. However, the displacement amount of the polymer actuator increases in a high temperature environment. Therefore, when applied to a small optical device, the polymer actuator is easily affected by the heat generated by the image sensor, and it is difficult to control the displacement with high accuracy. In order to control the amount of displacement with high accuracy, a temperature sensor and a temperature compensation circuit are required. This is a factor that hinders downsizing of the optical device.
本発明は、このような実状を考慮して成されたものであり、その目的は、駆動部に高分子アクチュエーターを用いた変位量を精度良く制御できる簡単な構成で小型な光学装置を提供することである。 The present invention has been made in view of such a situation, and an object of the present invention is to provide a small optical device with a simple configuration capable of accurately controlling the amount of displacement using a polymer actuator in the drive unit. That is.
本発明の光学装置は、被写体の光学像を形成するための光学素子と、前記光学素子を所定の方向に案内し移動可能に支持するための支持機構と、前記光学素子を移動させるための高分子アクチュエーターと、前記光学素子により形成された光学像をデジタル画像データに変換するための撮像素子とを備え、前記光学素子が前記高分子アクチュエーターよりも前記撮像素子の側に配置されている。 An optical device according to the present invention includes an optical element for forming an optical image of a subject, a support mechanism for supporting the optical element in a predetermined direction so as to be movable, and a height for moving the optical element. A molecular actuator and an image sensor for converting an optical image formed by the optical element into digital image data are provided, and the optical element is disposed closer to the image sensor than the polymer actuator.
本発明によれば、駆動部に高分子アクチュエーターを用いた変位量を精度良く制御できる簡単な構成で小型な光学装置が提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, a small optical apparatus with a simple structure which can control the displacement amount which used the polymer actuator for the drive part with high precision is provided.
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
本実施形態は、PDA(Personal Digital Assistant)に着脱自在に組み込まれるデジタルカメラに向けられている。図1は、本実施形態のデジタルカメラが組み込まれたPDAの概略斜視図である。図2は、本実施形態のデジタルカメラがPDAから取り外された状態を示している。図3は、図2のデジタルカメラを被写体側から見た斜視図である。図4は、デジタルカメラの撮像部の撮像ユニットを示している。 The present embodiment is directed to a digital camera that is detachably incorporated in a PDA (Personal Digital Assistant). FIG. 1 is a schematic perspective view of a PDA in which the digital camera of this embodiment is incorporated. FIG. 2 shows a state in which the digital camera of this embodiment is detached from the PDA. FIG. 3 is a perspective view of the digital camera of FIG. 2 as viewed from the subject side. FIG. 4 shows an imaging unit of the imaging unit of the digital camera.
図1と図2に示されるように、PDA500は、そのおもて面(図の左面)に、液晶モニター510と各種の操作ボタン(操作スイッチ)520とを備え、その上面に、カード状記録メディアのなどの周辺機器との交換可能な接続のためのカードスロット530が設けられている。図2と図3に示されるように、デジタルカメラ600は、撮像部610と、PDA500に挿入される板状の挿入部620とを備えている。挿入部620はPDA500のカードスロット530に挿入され、その底面の接続コネクターを介してPDA500と電気的に接続される。図4に示されるように、デジタルカメラ600の撮像部610は撮像ユニット100を内蔵しており、撮像ユニット100はPDA500の操作によりフォーカス(マクロ切り替え)や撮影などの操作が可能になっている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
図5は、図4に示されたデジタルカメラ600の撮像ユニット100の分解斜視図である。また図6は、図5に示された撮像ユニット100を反対側から見た分解斜視図である。
FIG. 5 is an exploded perspective view of the
図5と図6に示されるように、撮像ユニット100は、被写体の光学像を形成するための光学素子であるレンズ群146と、レンズ群146を保持する移動鏡枠140と、移動鏡枠140を移動可能に支持する二本のガイド軸131と132と、ガイド軸131と132を共働して保持する固定鏡枠110と蓋部材120と、レンズ群146により形成される光学像をデジタル画像データに変換するための撮像素子182と、撮像素子182を保持する基板180とを備えている。
As shown in FIGS. 5 and 6, the
蓋部材120は、被写体からの光を通す開口121を有し、固定鏡枠110の前側にねじ止めによって取り付けられる。また固定鏡枠110は、被写体からの光を通す開口115を有している。基板180は、固定鏡枠110の後ろ側にねじ止めによって取り付けられる。撮像素子182は、蓋部材120の開口121と固定鏡枠110の開口115を介して被写体からの光を受ける。
The
レンズ群146は接着などにより移動鏡枠140に固定されている。ガイド軸131とガイド軸132は、一端が圧入などによって固定鏡枠110に固定され、他端が蓋部材120に保持される。ガイド軸131とガイド軸132は固定鏡枠110と蓋部材120とによって互いに平行に支持される。移動鏡枠140は、ガイド軸131が嵌合するスリーブ部141と、ガイド軸132を受けるU溝142とを有している。移動鏡枠140のU溝142は、ガイド軸132と係合して、ガイド軸131周りの移動鏡枠140の回転を規制する。移動鏡枠140のスリーブ部141とU溝142はそれぞれガイド軸131とガイド軸132に沿って移動可能であり、移動鏡枠140は二本のガイド軸131と132に平行な一本の軸に沿って移動し得る。つまり、固定鏡枠110と蓋部材120と二本のガイド軸131と132と移動鏡枠140はレンズ群146を所定の方向に案内し移動可能に支持する支持機構を構成している。望ましくは、レンズ群146はその光軸が移動鏡枠140の移動方向と平行になるように固定されており、レンズ群146は移動鏡枠140の移動に伴って光軸に沿って移動される。
The
撮像ユニット100は、移動鏡枠140を蓋部材120に向けて付勢するコイルバネ148と、移動鏡枠140をコイルバネ148の付勢力に逆らって固定鏡枠110に向けて移動させるための高分子アクチュエーター150とを備えている。
The
コイルバネ148は、ガイド軸131が通され、固定鏡枠110と移動鏡枠140の間に配置される。蓋部材120が固定鏡枠110に取り付けられた状態では、コイルバネ148は固定鏡枠110と移動鏡枠140によって圧縮され、その結果として、コイルバネ148は移動鏡枠140を蓋部材120に向けて付勢する。
The
高分子アクチュエーター150は細長く、移動鏡枠140の縁に沿って湾曲しており、一方の端部がピン158によって蓋部材120に固定され、他端は自由端になっている。移動鏡枠140は、ピン158との接触を避けるため、逃げ部143を有している。
The
高分子アクチュエーター150は、例えば特公平7−4075号公報や特許第2768869号に開示されている。高分子アクチュエーター150は電圧の印加に応じて変形する高分子部を有している。より詳しくは、図7に示されるように、高分子アクチュエーター150は、高分子部としての含水したイオン交換膜151と、イオン交換膜151の両側に設けられた一対の電極152と153とを備えている。電極152と電極153はイオン交換膜151を介して対向している。
The
図7において、高分子アクチュエーター150は、上側の端部が固定されていて、下側の端部が自由端になっている。図7に示されるように、高分子アクチュエーター150は二枚の電極152と153の間への電圧印加に応じて撓み、その撓む方向は二枚の電極152と153の間に印加される電圧の向きに依存している。
In FIG. 7, the
図5と図6において、高分子アクチュエーター150は電圧印加に応じて撓み、自由端が蓋部材120から離れ、移動鏡枠140を押す。その結果、移動鏡枠140がコイルバネ148の付勢力に逆らって固定鏡枠110に向けて移動される。
5 and 6, the
つまり、別の言い方をすれば、高分子アクチュエーター150は、電圧の印加に応じて変形する高分子部を有し、電圧の印加による高分子部の変形により移動鏡枠140を移動させる。またコイルバネ148は、高分子アクチュエーター150による移動鏡枠140の移動方向に対して逆方向に移動鏡枠140を付勢している。
That is, in other words, the
また、固定鏡枠110は、レンズ群146を位置決めするための位置決め部111を有し、蓋部材120は、レンズ群146を位置決めするための位置決め部125を有している。
The fixed
図8と図9は、高分子アクチュエーター150によって移動鏡枠140が移動される様子を模式的に示している。図8は、高分子アクチュエーター150に電圧が印加されていない状態での移動鏡枠140の位置を示し、図9は、高分子アクチュエーター150に電圧が印加されている状態での移動鏡枠140の位置を示している。
8 and 9 schematically show how the
高分子アクチュエーター150に電圧が印加されていない状態では、図8に示されるように、移動鏡枠140はコイルバネ148によって高分子アクチュエーター150を介して蓋部材120の位置決め部125に押し付けられている。その結果として、固定鏡枠110の裏面(図中右側)から距離Lの位置にレンズ群146が位置決めされる。
In a state where no voltage is applied to the
高分子アクチュエーター150に電圧が印加されると、高分子アクチュエーター150が固定鏡枠110の側に撓み、移動鏡枠140は固定鏡枠110に近づく向きに移動される。移動鏡枠140の移動は、移動鏡枠140が固定鏡枠110の位置決め部111に接触して終了する。
When a voltage is applied to the
つまり、高分子アクチュエーター150に電圧が印加されている状態では、図9に示されるように、移動鏡枠140は高分子アクチュエーター150によって固定鏡枠110の位置決め部111に押し付けられている。その結果として、固定鏡枠110の裏面(図中右側)から距離L+l−tの位置にレンズ群146が位置決めされる。ここで、lは位置決め部125に押し付けられている高分子アクチュエーター150と位置決め部111の間隔であり、tは移動鏡枠140の板状部分(スリーブ部141を除いた部分)の厚さである。
That is, in a state where a voltage is applied to the
高分子アクチュエーター150への電圧印加が解除されると、移動鏡枠140はコイルバネ148によって固定鏡枠110から離れる向きに移動され、図8の状態に戻る。
When the voltage application to the
つまり、位置決め部125は、高分子アクチュエーター150を介して移動鏡枠140と接触してコイルバネ148による蓋部材120に近づく向きの移動鏡枠140の移動を妨げてレンズ群146を被写体から比較的近い第一の位置に位置決めする。また位置決め部111は、移動鏡枠140と接触して高分子アクチュエーター150による蓋部材120から離れる向きの移動鏡枠140の移動を妨げてレンズ群146を被写体から比較的遠い第二の位置に位置決めする。すなわち、固定鏡枠110の位置決め部111と蓋部材120の位置決め部125と移動鏡枠140は、高分子アクチュエーター150によるレンズ群146の移動のストロークを制限する制限機構を構成している。
That is, the
この制限機構により、移動鏡枠140の位置は、高分子アクチュエーター150の変形量によってではなく、位置決め部111と位置決め部125によって決まる。従って、レンズ群146を所定の二つの位置に高精度に位置決めできる。
By this limiting mechanism, the position of the
図10は、図5と図6に示された移動鏡枠140を蓋部材120の側から見た平面図である。
FIG. 10 is a plan view of the
図10において、高分子アクチュエーター150は一方の端部が支持点P1を中心として蓋部材120に固定されており、他方の端部は、電圧印加による変形すなわち撓みにより、作用点P2を中心として移動鏡枠140を押す。図10に示されるように、高分子アクチュエーター150の作用点P2は、高分子アクチュエーター150の支持点P1よりもガイド軸131の近くに位置している。
In FIG. 10, one end of the
また図10に示すように、高分子アクチュエーター150は、レンズ群146の光軸に直交する平面への投影において、レンズ群146を通過する光の光路を避けて、例えば光軸を中心とする円周に沿って延びている。また、レンズ群146の光軸に直交する平面への投影において、支持点P1と作用点P2は共に光軸を中心としガイド軸131の中心を通る円の内側に位置している。従って、高分子アクチュエーター150の少なくとも内周部は光軸を中心としガイド軸131の中心を通る円Cの内側に位置している。これにより、撮像ユニット100は小型化されている。
Further, as shown in FIG. 10, the
より好ましくは、高分子アクチュエーター150の全体が、光軸を中心としガイド軸131の中心を通る円Cの内側に位置しているとよい。この場合、撮像ユニット100をさらに小型化できる。
More preferably, the
また、移動鏡枠140がコイルバネ148によって付勢される部位はスリーブ部141の裏側であり、ガイド軸131との接触部の近くに位置し、支持点P1よりも作用点P2の近くに位置している。
Further, the part where the
撮像素子182は駆動時に熱を発生する。また、高分子アクチュエーター150は周囲の温度に依存して変位量が変化する。変位量を精度良く制御するには温度センサーと温度補償回路などが必要である。これは小型化の妨げる要因となる。
The
本実施形態の撮像ユニット100では、移動鏡枠140が高分子アクチュエーター150よりも撮像素子182の側に配置されている。撮像素子182は駆動時に熱を発する。高分子アクチュエーター150は撮像素子182から比較的遠くに位置しているため、撮像素子182が発した熱によって暖められにくい。このため、高分子アクチュエーター150が高温になることが避けられる。従って、温度センサーと温度補償回路を必要とすることなく、変位量を精度良く制御できる。
In the
これにより、撮像ユニット100は、高分子アクチュエーター150によって移動される移動鏡枠140に保持されたレンズ群146の位置を前述の第一の位置と第二の位置の間において精度良く制御できる。
Thereby, the
続いて、本実施形態の変形例について述べる。図11は、本実施形態の変形例の撮像ユニットの分解斜視図である。図11において、図5と図6に示された部材と同一の参照符号で示された部材は同様の部材であり、その詳しい説明は省略する。 Subsequently, a modification of the present embodiment will be described. FIG. 11 is an exploded perspective view of an imaging unit according to a modification of the present embodiment. In FIG. 11, members denoted by the same reference numerals as those illustrated in FIGS. 5 and 6 are similar members, and detailed description thereof is omitted.
本変形例の撮像ユニット200は、図11に示されるように、移動鏡枠140と撮像素子182の間に配置された断熱ガラスなどの透明な断熱部材118を備えている。断熱部材118は断熱性が良く、撮像素子182が発する熱や撮像素子182に関与する電気回路が発する熱の高分子アクチュエーター150への伝導を抑える。その結果、高分子アクチュエーター150はさらに暖められにくくなる。このため、さらに良好に、高分子アクチュエーター150が高温になることが避けられる。従って、温度センサーと温度補償回路を必要とすることなく、さらに安定して、変位量を精度良く制御できる。
As shown in FIG. 11, the
これにより、撮像ユニット200は、高分子アクチュエーター150によって移動される移動鏡枠140に保持されたレンズ群146の位置を前述の第一の位置と第二の位置の間において精度良く制御できる。
Thereby, the
これまで、図面を参照しながら本発明の実施形態を述べたが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において様々な変形や変更が施されてもよい。 The embodiments of the present invention have been described above with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications and changes can be made without departing from the scope of the present invention. Also good.
上述した実施形態では、合焦位置の制御のためにレンズ群146をその光軸に沿って移動させているが、焦点距離の制御(ズーム)のためにレンズ群を光軸に沿って移動させる構成にも応用できる。また手ぶれや撮影方向の補正のために、光軸と異なる方向、例えば光軸に直交する方向に移動させてもよい。
In the embodiment described above, the
100…撮像ユニット、110…固定鏡枠、111…位置決め部、115…開口、118…断熱部材、120…蓋部材、121…開口、125…位置決め部、131…ガイド軸、132…ガイド軸、140…移動鏡枠、141…スリーブ部、142…U溝、143…逃げ部、146…レンズ群、148…コイルバネ、150…高分子アクチュエーター、151…イオン交換膜、152…電極、153…電極、158…ピン、180…基板、182…撮像素子、500…PDA、510…液晶モニター、520…操作ボタン、530…カードスロット、600…デジタルカメラ、610…撮像部、620…挿入部、P1…支持点、P2…作用点。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記光学素子を所定の方向に案内し移動可能に支持するための支持機構と、
前記光学素子を移動させるための高分子アクチュエーターと、
前記光学素子により形成された光学像をデジタル画像データに変換するための撮像素子とを備え、
前記光学素子が前記高分子アクチュエーターよりも前記撮像素子の側に配置されている、光学装置。 An optical element for forming an optical image of a subject;
A support mechanism for guiding and moving the optical element in a predetermined direction;
A polymer actuator for moving the optical element;
An image sensor for converting an optical image formed by the optical element into digital image data;
An optical device, wherein the optical element is disposed closer to the imaging element than the polymer actuator.
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