JP2007316569A - 撮像ユニットおよび撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の機能を１個で実現でき、しかも組立性もよいアクチュエータを実現することで、小型で高性能な撮像ユニットおよび撮像装置を提供すること。
【解決手段】高分子アクチュエータを備え、該アクチュエータを用いて、撮像素子、レンズ、撮像光学系、鏡胴ユニット等の被駆動体を複数の異なる方向に移動させることで、複数の機能を１個で実現でき、しかも組立性もよいアクチュエータを実現することができ、小型で高性能な撮像ユニットおよび撮像装置を提供することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮像ユニットおよび撮像装置に関し、特に、高分子アクチュエータを駆動源としてオートフォーカスと手振れ補正を行う手段を有する撮像ユニットおよび撮像装置に関する。

携帯電話等に搭載される小型撮像装置には、小型化、低コスト化と高機能化とが同時に要求される。高機能化とは、デジタルカメラで実現されている「オートフォーカス機能」「自動露出機能」「手振れ補正機能」等の機能の搭載である。従来のデジタルカメラでは、これらの機能の実現のためのアクチュエータとしては、各機能に最適なアクチュエータがそれぞれ独自に開発され、採用されてきていた。

例えば、「オートフォーカス機能」では電磁力を用いるボイスコイルモータや圧電素子を駆動源としたリニアアクチュエータ（ＳＩＤＭ：Ｓｍｏｏｔｈ Ｉｍｐａｃｔ Ｄｒｉｖｅ Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ）等が、「自動露出機能」ではガルバノメータを用いた絞り機構等が、「手振れ補正機能」では形状記憶合金（ＳＭＡ：Ｓｈａｐｅ Ｍｅｍｏｒｙ Ａｌｌｏｙｓ）等が用いられている。

また、それらのアクチュエータの実装方法として、例えば、携帯電話に搭載されるカメラモジュールにおいて、画像センサの基板上にアクチュエータを形成し、コンパクト化を図ったものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、光ピックアップ装置のレンズホルダにおいて、フォーカスとチルトの支持機構を一体的に形成するものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。

しかしながら、特許文献１の提案は「手振れ補正機能」に限ったもので、例えば「オートフォーカス機能」のためには別途アクチュエータを設ける必要があり、特許文献２の提案では、支持機構は一体化されているものの、アクチュエータはフォーカス用とチルト用とで別個のものを用いるものであり、携帯電話のような超小型機器に、いくら各々が小型化されているとはいえ、複数の異なるアクチュエータを搭載することは、大きさや組立・調整の簡便さ、コストと言った面で大きな課題である。

一方、近年、発生力が大きい、軽い、音がしない、低電力で駆動できる、材料が樹脂であるため成形で自由な形状が作れるなどの特徴があるとして、高分子アクチュエータが注目されつつある。

そこで、高分子アクチュエータを駆動源として手振れ補正機能付き撮像装置の校正装置の駆動部等が構成できるとの提案がなされている（例えば、特許文献３参照）。

また、高分子アクチュエータを駆動源として撮像素子を凹状に湾曲させることで画像の歪みをなくす方法も提案されている（例えば、特許文献４参照）。
特開２００３−２０４４７０号公報 特開平１０−１０６０１３号公報 特開２００５−３３０４５７号公報 特開２００５−２７８１３３号公報

しかし、特許文献３の提案では、高分子アクチュエータが手振れ補正機能付き撮像装置の校正装置の駆動部に好適である、との記載があるのみで、具体的な手段や方法の提案は何らなされていない。また、本発明とは直接の関係は少ないが、特許文献４の方法では、撮像素子のような半導体素子に凹状に湾曲させるような外力を加えることは素子の割れに繋がるだけでなく、歪みによる素子特性の変化を引き起こし、特性劣化の要因となり好ましくない。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、高分子アクチュエータを用いて、複数の機能を１個で実現でき、しかも組立性もよいアクチュエータを実現することで、小型で高性能な撮像ユニットおよび撮像装置を提供することを目的とする。

本発明の目的は、下記構成により達成することができる。

１．被写体像を結像する撮像光学系と、
被駆動体と、
前記被駆動体を前記撮像光学系の光軸に平行な方向と前記光軸に垂直な方向とで移動させる高分子アクチュエータとを有することを特徴とする撮像ユニット。

２．前記高分子アクチュエータは、前記被駆動体に当接する部分に複数の凸形状の変位部を有し、前記変位部は電界が印加されることでさらに凸形状に変形することを特徴とする１に記載の撮像ユニット。

３．前記変位部が前記被駆動体に当接する位置は、前記被駆動体の質量中心を囲む位置であることを特徴とする２に記載の撮像ユニット。

４．前記高分子アクチュエータは、外周に配置された保持部で保持されていることを特徴とする１乃至３の何れか１項に記載の撮像ユニット。

５．前記高分子アクチュエータは、平面形状をしており、電界が印加されることで凸形状の複数の作用部が出現するように、固定部材により固定されていることを特徴とする１に記載の撮像ユニット。

６．前記高分子アクチュエータは、前記作用部が凸形状に変形した場合に被駆動体と接する部分の電極が除かれていることを特徴とする５に記載の撮像ユニット。

７．前記高分子アクチュエータは、前記作用部に開口部を有することを特徴とする５に記載の撮像ユニット。

８．前記固定部材は、表面に筋目を有することを特徴とする５に記載の撮像ユニット。

９．前記撮像光学系で結像される被写体像を撮像する撮像素子を有し、
前記被駆動体は、前記撮像素子であることを特徴とする１乃至８の何れか１項に記載の撮像ユニット。

１０．前記被駆動体は、前記撮像光学系または前記撮像光学系を構成する光学素子の一部であることを特徴とする１乃至８の何れか１項に記載の撮像ユニット。

１１．１乃至１０の何れか１項に記載の撮像ユニットを備えた撮像装置において、
前記撮像光学系で結像される被写体像のフォーカス状態を検出するフォーカス検知手段と、
前記フォーカス検知手段の検出結果に基づき前記高分子アクチュエータを駆動して合焦動作を行うオートフォーカス手段と、
前記撮像装置の手振れを検出する手振れ検知手段と、
前記手振れ検知手段の検知結果に基づき前記高分子アクチュエータを駆動して手振れを補正する手振れ補正手段とを備えたことを特徴とする撮像装置。

本発明によれば、高分子アクチュエータを備え、該アクチュエータを用いて、撮像素子、レンズ、撮像光学系、鏡胴ユニット等の被駆動体を複数の異なる方向に移動させることで、複数の機能を１個で実現でき、しかも組立性もよいアクチュエータを実現することができ、小型で高性能な撮像ユニットおよび撮像装置を提供することができる。

以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。なお、図中、同一あるいは同等の部分には同一の番号を付与し、重複する説明は省略する。

まず、本発明における撮像装置について、図１を用いて説明する。図１は撮像装置１の構成を示す模式図である。

図１において、撮像装置１は、撮像部３５０と撮像回路３００とで構成される。撮像部３５０は、撮像ユニット３３０と手振れ検知手段３０１とで構成される。撮像ユニット３３０は、レンズ２１１ａとレンズ２１１ｂからなる撮像光学系２１１、撮像素子１６２および移動手段３３１で構成され、手振れ検知手段３０１は上下振れセンサ３０１Ｐ（Ｐｉｔｃｈの意）と左右振れセンサ３０１Ｙ（Ｙａｗの意）とで構成される。

撮像回路３００は、振れ検出回路３０３、手振れ補正手段３０５、ＡＦ手段１６７、アクチュエータ制御手段３１５、駆動回路部３１３、撮像制御部１６１、アナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換器１６３、画像処理部１６５、画像記録部１８１、操作部１１１および画像表示部１３１で構成される。駆動回路部３１３には昇圧回路が含まれ、移動手段３３１を構成する高分子アクチュエータを駆動するのに必要な電圧が作られる。

図１の撮像装置１は大きく２つの機能に分かれる。一つは撮像機能であり、他は撮像素子移動機能である。まず撮像機能について説明すると、被写体の像が撮像光学系２１１により撮像素子１６２の撮像面上に結像され、被写体像が撮像素子１６２により光電変換されて撮像データ１６２ｋとして出力される。出力された撮像データ１６２ｋはＡ／Ｄ変換器１６３でデジタルデータに変換され、画像処理部１６５でホワイトバランス処理やガンマ変換等の画像処理が施されて画像データ１６１ｇとして画像記録部１８１に記録されるとともに、画像表示部１３１に適宜表示される。これらの一連の撮像動作は撮像制御部１６１により制御される。

撮像素子移動機能は、さらに、撮像装置１の手振れを補正する手振れ補正機能と、撮像光学系２１１を合焦させるＡＦ機能の２つの機能に分かれる。

手振れ補正機能は、手振れ検知手段３０１のセンサ３０１Ｐと３０１Ｙおよび振れ検出回路３０３により手振れが検知され、手振れ補正手段３０５により手振れ補正量が演算され、アクチュエータ制御手段３１５および駆動回路部３１３により移動手段３３１を構成する高分子アクチュエータに電圧が印加されて、撮像素子１６２が上下方向（以後、Ｐ方向と言う）および左右方向（以後、Ｙ方向と言う）に移動されて手振れが補正される。ここに、振れ検出回路３０３、手振れ補正手段３０５、アクチュエータ制御手段３１５、駆動回路部３１３および移動手段３３１は本発明における手振れ補正手段として機能する。

ＡＦ機能は、撮像素子１６２で撮像された画像のコントラストがＡＦ手段１６７で算出され、画像のコントラストが最大となるように、アクチュエータ制御手段３１５および駆動回路部３１３により移動手段３３１を構成する高分子アクチュエータに電圧が印加されることで撮像素子１６２が光軸２００方向に移動され、撮像光学系２１１が合焦される。ここに、ＡＦ手段１６７は本発明におけるフォーカス検知手段として機能し、アクチュエータ制御手段３１５、駆動回路部３１３および移動手段３３１は、本発明におけるオートフォーカス手段として機能する。

ここでは、ＡＦ機能は、撮像素子１６２で撮像された画像を用いて画像のコントラストが最大となるように撮像素子１６２が光軸２００方向に移動されるとしたが、別途ＡＦ手段を設け、その出力を用いて撮像素子１６２を光軸２００方向に移動する方法であってもよい。

なお、移動手段３３１については、図３以降で詳述する。

次に、本発明で使用される高分子アクチュエータの動作原理について、図２を用いて説明する。図２は、高分子アクチュエータの動作原理を説明するための模式図である。

図２において、高分子アクチュエータ４０１は、誘電ポリマ（シリコン樹脂やアクリル系樹脂）からなる伸張部４０３と、伸張部４０３の両面に設けられる導電性の炭素粒子を混ぜた高分子材料の電極４０５とからなる。伸張部４０３の両面に設けられた電極４０５間に電界Ｅが印加されると、電極間に静電吸引力が発生して電極間が吸引され、その結果、弾性体である誘電ポリマからなる伸張部４０３が図の矢印の方向に伸張する。伸張の大きさは印加される電界Ｅの大きさに略比例する。

電極４０５を部分電極とすると、部分電極の直下の伸張部４０３だけが伸張するので、電極４０５を複数の部分電極に分割し、それぞれを別個に駆動することで、複数個の高分子アクチュエータを並べた所謂アクチュエータアレイを作成可能である。高分子アクチュエータは、発生力が大きい、軽い、音がしない、低電力で駆動できる、材料が樹脂であるため成形で自由な形状が作れる、複数個のアクチュエータを一体的に形成できる等の特徴がある。

次に、上述した高分子アクチュエータ４０１を用いた移動手段３３１の第１の実施の形態について、図３および図４を用いて説明する。図３は、移動手段３３１の第１の実施の形態の構成を示す模式図で、図３（ａ）は移動手段３３１の光軸２００に平行な面での断面図、図３（ｂ）は本第１の実施の形態に用いられている高分子アクチュエータ４０１の形状を示す展開図である。

図３（ａ）において、レンズ２１１ａとレンズ２１１ｂとからなる撮像光学系２１１の光軸２００上の結像位置近傍に撮像素子１６２の撮像素子チップ１６２ｂが配置され、撮像素子チップ１６２ｂは撮像素子パッケージ１６２ａ内に実装されている。撮像素子パッケージ１６２ａは移動手段３３１の保持部３３１ａ内に配置され、撮像素子パッケージ１６２ａと保持部３３１ａとの間には高分子アクチュエータ４０１が配置されている。

高分子アクチュエータ４０１は、平面部４０１ａと複数の突起状の変位部４０１ｂとを有し、変位部４０１ｂは、撮像素子パッケージ１６２ａの側面部と底面部とに当接するように配置されている。撮像素子パッケージ１６２ａの短辺に正対する高分子アクチュエータ４０１の変位部を４０１ｂｙ１と４０１ｂｙ２、撮像素子パッケージ１６２ａの長辺に正対する高分子アクチュエータ４０１の変位部を４０１ｂｐ１と４０１ｂｐ２、撮像素子パッケージ１６２ａの底面に正対する高分子アクチュエータ４０１の変位部を４０１ｂｆとする。

図２で説明したように、高分子アクチュエータの伸張の大きさは印加される電界Ｅの大きさに略比例するので、印加される電界Ｅを効率的に利用するために、変位部４０１ｂは平面部４０１ａと同等程度の肉厚とすることが望ましい。

高分子アクチュエータ４０１の平面部４０１ａおよび変位部４０１ｂの側部は、保持部３３１ａと保持部３３１ａに固定された規制部材３３１ｂとに挟まれ、電界が印加されても伸張できないように規制されている。変位部４０１ｂの撮像素子パッケージ１６２ａに当接する部分の裏面凹部は撮像素子パッケージ１６２ａの移動量に相当する隙間を空けて保持部３３１ａの突起部に接している。

撮像素子パッケージ１６２ａの撮像光学系２１１側は、付勢バネ３３１ｃにより光軸方向（以後、Ｆ方向と言う）の−Ｆ方向に付勢されており、付勢バネ３３１ｃと高分子アクチュエータ４０１の変位部４０１ｂｆとで挟まれた形となっている。

図３（ｂ）において、高分子アクチュエータ４０１は、例えば射出成形で一体的に形成され、矩形のシート状の平面部４０１ａが５面つなぎ合わされた形状をしており、各平面部の中心付近に突起状の変位部４０１ｂが各１個ずつ配置されている。平面部４０１ａは、図に破線で示した部分で折り曲げられて、保持部３３１ａの内面に添うように挿入される。形状はここに示したものに限られるものではなく、挿入されるスペースに即した任意の形状でよい。図２に示した電極４０５は、例えば、図の紙面表面側は撮像素子パッケージ１６２ａと接する頂上部を除く変位部４０１ｂの全面に部分電極として設けられ、図の紙面裏面側は変位部４０１ｂの凹部も含めて全面に設けられる。

図４は、図３で説明した５つの変位部４０１ｂｐ１、４０１ｂｐ２、４０１ｂｙ１、４０１ｂｙ２および４０１ｂｆに印加される電界Ｅと撮像素子１６２のＰ方向変位、Ｙ方向変位およびＦ方向変位の関係を示すタイミングチャートである。

図４において、タイミングＴ１で、図３に示した変位部４０１ｂｐ１に＋Ｅの電界が印加されると、高分子アクチュエータ４０１の変位部４０１ｂ以外の部分は規制部材３３１ｂと保持部３３１ａとに挟まれて伸びることができないので、変位部４０１ｂｐ１が伸張して撮像素子パッケージ１６２ａを−Ｐ方向に押し、高分子アクチュエータ４０１は柔らかい誘電ポリマでできているために変位部４０１ｂｐ１の対面にある変位部４０１ｂｐ２が撮像素子パッケージ１６２ａに押されて縮み、全体として撮像素子パッケージ１６２ａが−Ｐ方向に押され、撮像素子１６２は−Ｐ方向に変位する。

同様に、タイミングＴ２で変位部４０１ｂｐ２に＋Ｅの電界が印加されることで、変位部４０１ｂｐ２が伸張して撮像素子パッケージ１６２ａを＋Ｐ方向に押し、変位部４０１ｂｐ１が撮像素子パッケージ１６２ａに押されて縮み、全体として撮像素子パッケージ１６２ａが＋Ｐ方向に押され、撮像素子１６２は＋Ｐ方向に変位する。

タイミングＴ３で変位部４０１ｂｙ１に＋Ｅの電界が印加されることで、変位部４０１ｂｙ１が伸張して撮像素子パッケージ１６２ａを＋Ｙ方向に押し、変位部４０１ｂｙ２が撮像素子パッケージ１６２ａに押されて縮み、全体として撮像素子パッケージ１６２ａが＋Ｙ方向に押され、撮像素子１６２は＋Ｙ方向に変位する。

同様に、タイミングＴ４で変位部４０１ｂｙ２に＋Ｅの電界が印加されることで、変位部４０１ｂｙ２が伸張して撮像素子パッケージ１６２ａを−Ｙ方向に押し、変位部４０１ｂｙ１が撮像素子パッケージ１６２ａに押されて縮み、全体として撮像素子パッケージ１６２ａが−Ｙ方向に押され、撮像素子１６２は−Ｙ方向に変位する。

タイミングＴ１とＴ３の電界を同時に印加すると、撮像素子パッケージ１６２ａは−Ｐ／＋Ｙ方向に押され、撮像素子１６２は−Ｐ／＋Ｙ方向に変位する。同様に、タイミングＴ１とＴ４の電界を同時に印加すると撮像素子１６２は−Ｐ／−Ｙ方向に変位し、タイミングＴ２とＴ３の電界を同時に印加すると撮像素子１６２は＋Ｐ／＋Ｙ方向に変位し、タイミングＴ２とＴ４の電界を同時に印加すると撮像素子１６２は＋Ｐ／−Ｙ方向に変位する。

タイミングＴ５で、変位部４０１ｂｆに＋Ｅの電界が印加されることで、変位部４０１ｂｆが伸張して撮像素子パッケージ１６２ａを＋Ｆ方向に押し、撮像素子１６２は付勢バネ３３１ｃの付勢力に抗して＋Ｆ方向に変位する。変位部４０１ｂｆに電界が印加されていない状態では、撮像素子パッケージ１６２ａは付勢バネ３３１ｃに押され、撮像素子１６２は−Ｆ方向の移動範囲の端に位置している。

ここでは、−Ｆ方向への移動は付勢バネ３３１ｃによって行われるとしたが、撮像素子パッケージ１６２ａの上部にも高分子アクチュエータ４０１の変位部４０１ｂｆ２、保持部３３１ａおよび規制部材３３１ｂを設けることで、−Ｆ方向への移動も高分子アクチュエータ４０１を用いて行ってもよい。この場合は、Ｐ方向およびＹ方向と同様に、変位部４０１ｂｆおよび４０１ｂｆ２に電界が印加されていない状態では撮像素子パッケージ１６２ａは移動範囲の中央付近に位置する。

以上に示したように、本第１の実施の形態によれば、高分子アクチュエータ４０１は、光軸方向と光軸に垂直な面内の直交する２方向との互いに直交する３方向に変位部４０１ｂを有し、各変位部４０１ｂを一体的に形成でき、撮像素子１６２と移動手段３３１の保持部３３１ａの間の僅かの隙間に配置することができてスペース効率が非常によく、駆動も単に電界を印加するだけと非常に簡単で制御もしやすい。

次に、高分子アクチュエータ４０１を用いた移動手段３３１の第２の実施の形態を、図５を用いて説明する。図５は、移動手段３３１の第２の実施の形態の構成を示す模式図で、図５（ａ）が移動手段３３１の第２の実施の形態の光軸２００に平行な面での断面図、図５（ｂ）が高分子アクチュエータ４０１の形状を示す展開図である。

本第２の実施の形態においては、図５（ｂ）に示すように、撮像素子１６２の質量中心１６２ｃを囲む二等辺三角形の３つの頂点の位置にそれぞれ３つの変位部４０１ｂｆ１、４０１ｂｆ２および４０１ｂｆ３が形成されている。その他の構成は図３に示したものと同じである。

図５（ａ）および（ｂ）において、高分子アクチュエータ４０１の変位部４０１ｂｆ１、４０１ｂｆ２および４０１ｂｆ３は、撮像素子パッケージ１６２ａの底面の撮像素子１６２の質量中心１６２ｃを囲む位置に当接しており、付勢バネ３３１ｃとで挟み込むことで撮像素子パッケージ１６２ａをＦ方向に移動させる構成となっている。駆動方法は、図４に示した変位部４０１ｂｆへの電界Ｅの印加（タイミングＴ５）と同様の電界の印加を、３つの変位部に同時にあるいは個別に行えばよい。

本第２の実施の形態によれば、３つの変位部４０１ｂｆ１、４０１ｂｆ２および４０１ｂｆ３が撮像素子パッケージ１６２ａの底面に３点当たりで力を加えるために、図３に示した第１の実施の形態における撮像素子１６２の質量中心１６２ｃに１点で力を加える方法に比べて、撮像素子１６２のＦ方向への移動に際して摩擦負荷となる変位部４０１ｂｐ１、４０１ｂｐ２、４０１ｂｙ１および４０１ｂｙ２の摩擦負荷の変動があっても光軸に平行に力を加えることができ、より安定に撮像素子１６２を移動させることができる。

また、３つの変位部４０１ｂｆ１、４０１ｂｆ２および４０１ｂｆ３を用いることで、個々の変位部が小さくて済み、駆動の際の応答性が向上するため、撮像素子１６２のより高速での移動が可能となる。

さらに、３つの変位部４０１ｂｆ１、４０１ｂｆ２および４０１ｂｆ３に印加する電界を細かく制御することで、光軸２００に対する撮像素子チップ１６２ｂの撮像面の傾きを補正したり、逆に傾きを持たせて像面を傾けることで、チルト撮影のような特殊効果を持たせたりすることも可能となる。

次に、高分子アクチュエータ４０１を用いた移動手段３３１の第３の実施の形態を、図６を用いて説明する。図６は、移動手段３３１の第３の実施の形態を説明するための模式図で、図６（ａ）は第３の実施の形態の図６（ｂ）のＢ−Ｂ’断面図、図６（ｂ）は同じく図６（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。本第３の実施の形態においては、移動手段３３１は撮像光学系２１１を構成するレンズ２１１ｂを移動させることで手振れ補正とＡＦ動作とを行うものである。即ち、第３の実施の形態では、図１に示す構成と異なり、移動手段３３１をレンズ２２１ｂに配置したものである。

図６（ａ）および（ｂ）において、レンズ２１１ｂは鏡胴２０１の内側に取り付けられ、鏡胴２０１は移動手段３３１を構成する底面中央に穴が空いたコップ状の形をした保持部３３１ａの内側に配置され、レンズ２１１ｂと保持部３３１ａの間には高分子アクチュエータ４０１が配置される。

高分子アクチュエータ４０１も、保持部３３１ａと同様に底面中央に穴が空いたコップ状の形をしており、コップの側面側は外周が保持部３３１ａの内側に当接する円筒形状で、内周側には１２０度ごとに鏡胴２０１の側面に当接する突起状の変位部４０１ｂを３個備え、コップの底面側は底面側が保持部３３１ａの内側に当接するリング状で、内面側には１２０度ごとに鏡胴２０１の端面に当接する突起状の変位部４０１ｂｆが３個配置され、一体的に形成されている。本例では、側面側の変位部４０１ｂと底面側の変位部４０１ｂｆとは光軸に対して６０度ずれた位置に配置されているが、これは必須ではない。

高分子アクチュエータ４０１の６個の変位部以外の薄肉部４０１ｃは、保持部３３１ａと保持部３３１ａに固定された規制部材３３１ｂとに挟まれ、電界が印加されても伸張できないように規制されている。鏡胴２０１の変位部４０１ｂｆと当接していない側の端面は、付勢バネ３３１ｃにより光軸方向（−Ｆ方向）に付勢されており、鏡胴２０１は、付勢バネ３３１ｃと高分子アクチュエータ４０１の変位部４０１ｂｆとで挟まれた形となっている。側面側の変位部４０１ｂおよび底面側の変位部４０１ｂｆは、図３（ａ）に示したと同様に、薄肉部４０１ｃと同等程度の肉厚とするのが望ましい。

本第３の実施の形態における高分子アクチュエータ４０１の電極構成は、図３（ｂ）および図５（ｂ）に示した電極構成と同様でよい。また、駆動方法は、Ｆ方向については図５に示した三角配置の３つの変位部４０１ｂｆ１、４０１ｂｆ２および４０１ｂｆ３の駆動方法と同じであり、その効果も同じである。

また、Ｐ方向およびＹ方向については、３つの変位部４０１ｂを正三角形の各頂点の位置に置き、各変位部の力が光軸に向かって働くように配置してあるので、３つの変位部４０１ｂに印加する電界Ｅの大きさを適宜制御することでレンズ２１１ｂを光軸に垂直な面内で自由に動かすことができる。

本例では撮像光学系２１１を構成するレンズ２１１ｂを移動させるとしたが、撮像光学系２１１全体を移動させてもよい。高分子アクチュエータは発生力が大きいため、撮像光学系２１１全体のような重い物でも動かすことができる。

以上に示したように、本第３の実施の形態によれば、高分子アクチュエータ４０１は、射出成形等で形状が自由に形成できるため、本例のような底面中央に穴が空いたコップ状の形の内部に突起を持ったような通常のアクチュエータでは考えられない複雑な形状も作成可能であり、形状の自由度が極めて高い。また、レンズ２１１ｂと移動手段３３１の保持部３３１ａの間の僅かの隙間に配置することができてスペース効率が非常によく、駆動も単に印加する電界の大きさを制御するだけと非常に簡単で制御もしやすい。

次に、高分子アクチュエータ４０１を用いた移動手段３３１の第４および第５の実施の形態を、図７を用いて説明する。図７は、移動手段３３１の第４および第５の実施の形態を説明するための模式図で、図７（ａ）は第４の実施の形態を説明するための断面図、図７（ｂ）は第５の実施の形態を説明するための断面図である。

上述した第１乃至第３の実施の形態においては、電界が印加されていない変位部は撮像素子パッケージ１６２ａの移動に対して摩擦負荷となる。第４および第５の実施の形態においては、電界が印加されていない変位部の摩擦負荷を防止する方法について説明する。

図７（ａ）において、角形のコップ形状をしたフレーム３３３の底部に撮像素子パッケージ１６２ａの底面が接するように配置され、撮像素子パッケージ１６２ａの側面とフレーム３３３の側面との間には、図３の第１の実施の形態と同様に高分子アクチュエータ４０１が配置され、高分子アクチュエータ４０１の変位部４０１ｂが撮像素子パッケージ１６２ａの側面に当接している。

一方、フレーム３３３は、保持部３３１ａの内壁に接するように保持部３３１ａに挿入され、フレーム３３３の底部には高分子アクチュエータ４０１の変位部４０１ｂｆが当接している。つまり、図３（ａ）に示した第１の実施の形態の撮像素子パッケージ１６２ａと保持部３３１ａとの間にフレーム３３３が挿入された形となっている。高分子アクチュエータ４０１の変位部４０１ｂと４０１ｂｆとは、図３（ｂ）に示したと同様の形状をしており、一体的に形成されている。

移動手段３３１を組み立てる際には、保持部３３１ａの内部に高分子アクチュエータ４０１を図３（ｂ）の破線部で折り曲げて挿入し、高分子アクチュエータ４０１上に規制部材３３１ｂを載せ、規制部材３３１ｂを保持部３３１ａに固定する。フレーム３３３には高分子アクチュエータ４０１の変位部４０１ｂを通す穴が設けられており、その穴に変位部４０１ｂを通した状態でフレーム３３３が保持部３３１ａ内に挿入される。最後に撮像素子パッケージ１６２ａがフレーム３３３内に挿入されて組立が完成する。

撮像素子パッケージ１６２ａは、フレーム３３３の内部で高分子アクチュエータ４０１の変位部４０１ｂによってＰ方向およびＹ方向に移動される。フレーム３３３は保持部３３１ａの内部で高分子アクチュエータ４０１の変位部４０１ｂｆによってＦ方向に移動され、撮像素子パッケージ１６２ａもフレーム３３３と一体となってＹ方向に移動される。高分子アクチュエータ４０１は柔らかい誘電ポリマでできており、Ｙ方向の移動の際には、高分子アクチュエータ４０１の平面部４０１ａが伸縮することで移動の妨げとなることを防止できる。

以上に述べたように、本第４の実施の形態によれば、上述した構成により、撮像素子パッケージ１６２ａのＦ方向への移動の際のＰ方向およびＹ方向の変位部４０１ｂによる摩擦負荷を防止することができ、また、撮像素子パッケージ１６２ａのＰ方向およびＹ方向への移動の際のＦ方向の変位部４０１ｂｆによる摩擦負荷をなくすことができる。

図７（ｂ）では、図７（ａ）のフレーム３３３内に更に第２のフレーム３３５を設けることで、Ｐ方向およびＹ方向の移動の際の摩擦負荷を防止する方法について説明する。

図７（ｂ）において、撮像素子パッケージ１６２ａは、第２のフレーム３３５の内部に配置され、その長辺側面は第２のフレーム３３５の内壁に接し、短辺側面と第２のフレーム３３５の内壁との間には高分子アクチュエータ４０１が配置され、高分子アクチュエータ４０１のＹ方向の変位部４０１ｂｙが撮像素子パッケージ１６２ａの短辺側面に当接している。高分子アクチュエータ４０１のＹ方向の平面部４０１ａは、第２のフレーム３３５と第２のフレームの規制部材３３５ｂとで挟まれている。

一方、第２のフレーム３３５は、フレーム３３３の内部に配置され、撮像素子パッケージ１６２ａの長辺側に対応する側面には高分子アクチュエータ４０１のＰ方向の変位部４０１ｂｐが当接している。高分子アクチュエータ４０１の変位部４０１ｂｙと４０１ｂｐとは一体的に形成されている。高分子アクチュエータ４０１のＰ方向の平面部４０１ａは、フレーム３３３とフレームの規制部材３３３ｂとで挟まれている。

撮像素子パッケージ１６２ａは、第２のフレーム３３５の内部で高分子アクチュエータ４０１のＹ方向の変位部４０１ｂｙによってＹ方向に移動される。第２のフレーム３３５はフレーム３３３の内部で高分子アクチュエータ４０１のＰ方向の変位部４０１ｂｐによってＰ方向に移動され、撮像素子パッケージ１６２ａも第２のフレーム３３５と一体となってＰ方向に移動される。Ｆ方向については、図７（ａ）と同じ構成と動作である。

以上に述べたように、本発明の第５の実施の形態によれば、上述した構成により、撮像素子パッケージ１６２ａのＰ方向への移動の際のＹ方向の変位部４０１ｂｙによる摩擦負荷および撮像素子パッケージ１６２ａのＹ方向への移動の際のＰ方向の変位部４０１ｂｐによる摩擦負荷も防止することができる。

次に、本発明に用いられる高分子アクチュエータ４０１の構成の他の例について、図８乃至図１１を用いて説明する。図８は高分子アクチュエータ４０１の構成の第２の例、図９は第３の、図１０は第４の、図１１は第５の例である。

上述した本発明の第１乃至第５の実施の形態においては、高分子アクチュエータ４０１は、例えば図３（ｂ）に示したように、平面部４０１ａと突起状の変位部４０１ｂとを持っており、電極４０５は、図の紙面表面側は撮像素子パッケージ１６２ａと接する頂上部を除く変位部４０１ｂの全面に部分電極として設けられ、図の紙面裏面側は変位部４０１ｂの凹部も含めて全面に設けられており、電極間に電界が印加されることで変位部４０１ｂが伸張してアクチュエータとして動作する。

一方、ここで説明する高分子アクチュエータ４０１の構成の第２乃至第５の例においては、高分子アクチュエータ４０１は平面形状をしており、突起状の変位部４０１ｂは有しない。従って、電極４０５は印刷等で簡単に形成することができるし、高分子アクチュエータ４０１を移動手段３３１に組み込むのもさらに容易である。

図８（ａ）において、高分子アクチュエータ４０１は、誘電ポリマ（シリコン樹脂やアクリル系樹脂）からなる平面状の伸張部４０３と、導電性の炭素粒子を混ぜた高分子材料からなる上面電極４０５ａおよび下面電極４０５ｂとで構成されている。この例では、上面電極４０５ａは部分電極、下面電極４０５ｂは全面電極としている。上面電極４０５ａと下面電極４０５ｂとで挟まれた領域がアクチュエータとして作用する作用部４０１ｘである。

高分子アクチュエータ４０１は、剛性をあげて変形を安定させるために、作用部４０１ｘ以外の部分が保持部３３１ａと規制部材３３１ｂとで挟み込まれている。保持部３３１ａは、作用部４０１ｘの範囲ギリギリあるいは作用部４０１ｘに一部かかる程度に、規制部材３３１ｂよりも作用部４０１ｘの近くまで延ばされることが望ましい。ここに、保持部３３１ａと規制部材３３１ｂとは、本発明における固定部材として機能する。

図８（ｂ）において、スイッチＳｗがオンされて上面電極４０５ａと下面電極４０５ｂとの間に電界Ｅが印加されると、作用部４０１ｘが静電気力により圧縮されて横方向に伸び、保持部３３１ａが障害となって下面電極４０５ｂ側には伸びることができないため、結果として図のように上面電極４０５ａ側に凸の形状に変形する。電極４０５も伸張部４０３と同様にゴムのような柔軟な高分子材料でできているため、伸張部４０３と一緒に伸びて、凸形状に変形する。

高分子アクチュエータ４０１は、その構造および材料から電気的にはキャパシタと同様の特性を持つため、一度電界が印加されて作用部４０１ｘが凸形状に変形すると、スイッチＳｗがオフされても電極間の電界は維持され、変形も維持される。電極間を短絡する等で電界を取り除くと、作用部４０１ｘは元の平面に戻る。

図９（ａ）において、図８の例では上面電極４０５ａは作用部４０１ｘ上全体に一様な電極であったが、図９の例では、図３に示された電極４０５と同様に、被駆動体と接する頂上部が除かれた部分電極として設けられている。その他の構造は基本的には図８と同じであるが、保持部３３１ａを規制部材３３１ｂよりも作用部４０１ｘの近くまで延ばすことは必須ではない。

図９（ｂ）において、スイッチＳｗがオンされて上面電極４０５ａと下面電極４０５ｂとの間に電界Ｅが印加されると、作用部４０１ｘが静電気力により圧縮されて横方向に伸び、上面電極４０５ａの頂上部が除かれている方向が伸びやすいために、図のように上面電極４０５ａ側に凸の形状に変形する。電極４０５も伸張部４０３と同様にゴムのような柔軟な高分子材料でできているため、伸張部４０３と一緒に伸びて、凸形状に変形する。

このように被駆動体と接する頂上部の電極を予め除いておくことで、頂上部の電極が被駆動体と接触することによって電極が摩耗し、摩耗した電極によって摩擦が増加することによる作動不良等の不具合を防止することができ、動作が安定する。また、変形の方向性も決定することができる。

図１０（ａ）において、高分子アクチュエータ４０１は、作用部４０１ｘの裏面部分を除く裏面全面が、接着剤３３７で保持部３３１ａに接着されている。この方法によっても、図８に示した保持部３３１ａと規制部材３３１ｂとで挟み込む方法と同様に、剛性をあげて変形を安定させることができる。ここに、保持部３３１ａと接着剤３３７とは、本発明における固定部材として機能する。

接着剤３３７の層は非常に薄いので、高分子アクチュエータ４０１と保持部３３１ａとはほぼ密着している。この状態では、上面電極４０５ａと下面電極４０５ｂとに電界Ｅを印加しても、作用部４０１ｘと保持部３３１ａとの間に空気が入らないために作用部４０１ｘが凸形状に変形できない。そこで、図１０の例では、作用部４０１ｘに開口部４０７を設けてある。

図１０（ｂ）において、スイッチＳｗがオンされて上面電極４０５ａと下面電極４０５ｂとの間に電界Ｅが印加されると、作用部４０１ｘが静電気力により圧縮されて横方向に伸び、開口部４０７を通して作用部４０１ｘと保持部３３１ａとの間に空気が入り、図のように上面電極側に凸の形状に変形する。

図１１（ａ）において、高分子アクチュエータ４０１は、図１０と同様に、作用部４０１ｘの裏面部分を除く裏面全面が、接着剤３３７で保持部３３１ａに接着されている。保持部３３１ａは、少なくとも高分子アクチュエータ４０１の作用部４０１ｘの裏面部分と対向する部分の表面にスリット状の筋目３３１ｓが切ってある。

図１１（ｂ）において、スイッチＳｗがオンされて上面電極４０５ａと下面電極４０５ｂとの間に電界Ｅが印加されると、作用部４０１ｘが静電気力により圧縮されて横方向に伸び、筋目３３１ｓを通して保持部３３１ａの側面から作用部４０１ｘと保持部３３１ａとの間に空気が入り、図のように上面電極側に凸の形状に変形する。

図１０および図１１の例においては、接着によって高分子アクチュエータ４０１の剛性をあげて変形を安定させる場合に、作用部４０１ｘと保持部３３１ａとの間に空気を送り込む開口部４０７や筋目３３１ｓを設けることで、作用部４０１ｘの凸形状の変形を容易にすることができる。開口部４０７や筋目３３１ｓを設ける方法は、図８および図９に示した保持部３３１ａと規制部材３３１ｂとで挟み込む場合でも、例えば保持部３３１ａが高分子アクチュエータ４０１の裏面全面に形成されている場合には有効である。

以上、図８乃至図１１に示した高分子アクチュエータ４０１の第２乃至第５の例によれば、高分子アクチュエータ４０１が平面形状で構成できるため、電極４０５が印刷等で簡単に形成することができ、高分子アクチュエータ４０１を移動手段３３１に組み込む場合も、平板を折り曲げてはめ込むだけでよく、非常に容易である。

また、保持部３３１ａによって変形の方向を規制したり、上面電極４０５ａの頂上部を部分的に除くことで変形しやすい部分を作る等により、変形の方向性を決める要素を簡単に作成することができる。

以上に示した例では、作用部４０１ｘが１個の例を示したが、複数個を一体に形成することも可能であるのはもちろんである。

第２乃至第５の例の高分子アクチュエータ４０１を本発明の第１乃至第５の実施の形態に組み込む場合には、作用部４０１ｘが変位部４０１ｂの位置になるように高分子アクチュエータ４０１を配置し、撮像素子１６２や鏡胴２０１等の被駆動体と高分子アクチュエータ４０１とは全面で密着するように配置される。

以上に述べたように、本発明によれば、高分子アクチュエータを備え、該アクチュエータを用いて、撮像素子、レンズ、撮像光学系、鏡胴ユニット等の被駆動体を複数の異なる方向に移動させることで、複数の機能を１個で実現でき、しかも組立性もよいアクチュエータを実現することができ、小型で高性能な撮像ユニットおよび撮像装置を提供することができる。

尚、本発明に係る撮像ユニット、撮像ユニットおよび撮像装置を構成する各構成の細部構成および細部動作に関しては、本発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜変更可能である。

撮像装置の構成を示す模式図である。 高分子アクチュエータの動作原理を説明するための模式図である。 移動手段の第１の実施の形態の構成を示す模式図である。 第１の実施の形態における高分子アクチュエータに印加される電界と撮像素子の変位の関係を示すタイミングチャートである。 移動手段の第２の実施の形態を説明するための模式図である。 移動手段の第３の実施の形態を説明するための模式図である。 移動手段の第４および第５の実施の形態を説明するための模式図である。 高分子アクチュエータの第２の例を示す模式図である。 高分子アクチュエータの第３の例を示す模式図である。 高分子アクチュエータの第４の例を示す模式図である。 高分子アクチュエータの第５の例を示す模式図である。

符号の説明

１ 撮像装置
１１１ 操作部
１３１ 画像表示部
１６１ 撮像制御部
１６２ 撮像素子
１６３ アナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換器
１６５ 画像処理部
１６７ ＡＦ手段
１８１ 画像記録部
２００ 光軸
２０１ 鏡胴
２１１ 撮像光学系
２１１ａ レンズ
２１１ｂ レンズ
３００ 撮像回路
３０１ 手振れ検知手段
３０３ 振れ検出回路
３０５ 手振れ補正手段
３１３ 駆動回路部
３１５ アクチュエータ制御手段
３３０ 撮像ユニット
３３１ 移動手段
３３１ａ 保持部
３３１ｂ 規制部材
３３１ｃ 付勢バネ
３３１ｓ 筋目
３３３ フレーム
３３３ｂ フレームの規制部材
３３５ 第２のフレーム
３３５ｂ 第２のフレームの規制部材
３３７ 接着剤
３５０ 撮像部
４０１ 高分子アクチュエータ
４０１ａ 平面部
４０１ｂ 変位部
４０１ｃ 薄肉部
４０１ｘ 作用部
４０３ 伸張部
４０５ 電極
４０７ 開口部

Claims (11)

1. 被写体像を結像する撮像光学系と、
   被駆動体と、
   前記被駆動体を前記撮像光学系の光軸に平行な方向と前記光軸に垂直な方向とで移動させる高分子アクチュエータとを有することを特徴とする撮像ユニット。
2. 前記高分子アクチュエータは、前記被駆動体に当接する部分に複数の凸形状の変位部を有し、前記変位部は電界が印加されることでさらに凸形状に変形することを特徴とする請求項１に記載の撮像ユニット。
3. 前記変位部が前記被駆動体に当接する位置は、前記被駆動体の質量中心を囲む位置であることを特徴とする請求項２に記載の撮像ユニット。
4. 前記高分子アクチュエータは、外周に配置された保持部で保持されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の撮像ユニット。
5. 前記高分子アクチュエータは、平面形状をしており、電界が印加されることで凸形状の複数の作用部が出現するように、固定部材により固定されていることを特徴とする請求項１に記載の撮像ユニット。
6. 前記高分子アクチュエータは、前記作用部が凸形状に変形した場合に被駆動体と接する部分の電極が除かれていることを特徴とする請求項５に記載の撮像ユニット。
7. 前記高分子アクチュエータは、前記作用部に開口部を有することを特徴とする請求項５に記載の撮像ユニット。
8. 前記固定部材は、表面に筋目を有することを特徴とする請求項５に記載の撮像ユニット。
9. 前記撮像光学系で結像される被写体像を撮像する撮像素子を有し、
   前記被駆動体は、前記撮像素子であることを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の撮像ユニット。
10. 前記被駆動体は、前記撮像光学系または前記撮像光学系を構成する光学素子の一部であることを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の撮像ユニット。
11. 請求項１乃至１０の何れか１項に記載の撮像ユニットを備えた撮像装置において、
    前記撮像光学系で結像される被写体像のフォーカス状態を検出するフォーカス検知手段と、
    前記フォーカス検知手段の検出結果に基づき前記高分子アクチュエータを駆動して合焦動作を行うオートフォーカス手段と、
    前記撮像装置の手振れを検出する手振れ検知手段と、
    前記手振れ検知手段の検知結果に基づき前記高分子アクチュエータを駆動して手振れを補正する手振れ補正手段とを備えたことを特徴とする撮像装置。

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