JP2009246932A - 撮影レンズユニット及びそれを用いた電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】ユニットが大型化せず、液晶光学素子の光軸中心と撮像素子の中心を一致することができる撮影レンズユニット及び該ユニットを用いた電子機器を提供することである。
【解決手段】撮影レンズユニットは、複数の透明電極板からなる液晶光学素子を含む撮影レンズと、撮影レンズの像側に配され光学像を電気信号に変換する撮像素子と、撮影レンズの光軸上に開口部を有する基板と、撮像素子を保持する撮像素子ホルダと、基板に対して撮像素子ホルダを撮影レンズの光軸に対して直交に駆動可能な２次元駆動機構または基板に固定された撮像素子と、を備え、前記撮像素子ホルダは第１、第２の保持部材とを有し、前記第１の保持部材は上記液晶光学素子の光軸に直交するＸ及びＹ軸平面内で位置決めする第１の位置決め部及び光軸方向を規制する第２の位置決め部を有し、該第２の保持部材は上記液晶光学素子を覆い第２の位置決め部と接合する接合部と、を有する。
【選択図】 図３

Description

本発明は液晶光学素子を含む撮影レンズユニット及びそれを用いた電子機器に関するものである。

カメラのブレに起因する像ブレは写真撮影に於ける一般的な問題である。この問題は、比較的焦点距離の長いレンズを使用する場合に、カメラの動き（揺れ）の影響がレンズの焦点距離に比例して大きくなるため、特に深刻となる。特に、焦点距離の長い設定では、カメラのブレは、補正措置を行わない限り、撮影者がブレのない画像を撮影する能力を制限する要因となる可能性がある。

従来のブレ補正装置では、撮像素子を駆動するためのアクチュエータには大きなパワーが必要となり、装置全体が大型化されると共に、撮像素子が第２の方向に移動する際にフレキシブル配線板の捩れ角が変化するため、その捩れ角に応じて変形抵抗の大きさが変動して制御量が異なることになり、撮像素子の精度良い移動制御を行わなければならないものであった。

こうした像ブレ補正を行うために、例えば、下記特許文献１及び特許文献２に記載された技術が知られている。

特許文献１に記載の画像安定化システムは、カメラの動きに応答して動かされるアセンブリと、プレートと、プレートに取り付けられる磁石であって、リニアモータの部分を形成し、リニアモータの作用線が可動アセンブリの質量の中心の位置とほぼ同じ位置を通るように配置される磁石とを備えて、撮影中のカメラが揺れることに伴う手振れを低減するようにしたものである。

特許文献２に記載の像ぶれ補正装置では、フレキシブル配線板のＣＣＤと液晶ディスプレイ等との間を連結する部分に、その平面に沿って円弧状に湾曲させることにより弾性を付与した円弧状連結部を設け、ＣＣＤのレンズ系の光軸に直交する第１の方向への移動及びレンズ系の光軸に直交、且つ第１の方向とも直交する第２の方向への移動に際して、円弧状連結部に於ける曲面形状の変形によってその移動を許容し得るようにしている。
特開２００６−３１０２７号公報 特開２００７−５８０８９号公報

ところで、レンズホルダを駆動する駆動系は、４群レンズ１０が光軸方向に移動するためのフォーカス駆動機構はフォーカス用モータ、送りネジ軸およびナットおよび２本のガイド軸が必要なことから部品点数が多く、装置が大型化、高価になるという問題が生じる。

そこで、装置の大型化を防止するために液晶レンズを用いた撮像レンズが開発されている。ところが、例えば、矩形形状し、オートフォーカス用等に用いる液晶光学素子を位置決めし、入射側または射出側に配置された単数または複数レンズの光軸を一致させるなどの場合には組み立て作業が困難となる。また、レンズを交換するときに射出瞳距離が変わる。焦点距離の短い場合には入射光は斜め入射が多くなり、撮像素子への入射光が減少してしまう。これを改善するために被写体からの斜め入射光を液晶素子に入射する際に、液晶素子に印加電圧を与えて屈折させ、傾斜角度を変更して撮像素子に集光させるなどが上げられる。この液晶素子または液晶レンズでＣＣＤシフト機構の撮像素子の中心を一致させ、中央部分で焦点があっていても、撮像素子の周辺部分で画像がぼけてしまう問題点がある。

本発明は前記実情に鑑みてなされたものであり、ユニットが大型化することなく、撮影レンズの光軸と液晶光学素子の光軸中心を容易に一致することができる撮影レンズユニットおよびそれを用いた電子機器を提供することを目的とする。

すなわち請求項１に記載の発明は、複数の透明電極板からなる液晶光学素子を含む撮影レンズと、前記撮影レンズの像側に配され、光学像を電気信号に変換する撮像素子と、前記撮影レンズの光軸上に開口部を有する基板と、前記撮像素子を保持する撮像素子ホルダと、前記基板に対して前記撮像素子ホルダを撮影レンズの光軸に対して直交に駆動可能な２次元駆動機構または前記基板に固定された撮像素子と、を具備し、前記撮像素子ホルダは第１の保持部材と第２の保持部材とを有し、前記第１の保持部材は、上記液晶光学素子の光軸に直交するＸおよびＹ軸平面内で位置決めする第１の位置決め部および光軸方向を規制する第２の位置決め部を有し、上記第２の保持部材は、上記液晶光学素子を覆い上記第２の位置決め部と接合する接合部を有することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明に於いて、上記第１の位置決め部は、透明電極が形成された複数の基板を有する上記液晶光学素子のうち、１枚の基板の外形部と第１の保持部材の凹部で位置決めされ、かつ、上記第１の保持部材と上記第２の保持部材との間に位置決めピンによる嵌合することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明に於いて、上記撮影レンズを収納するレンズ枠と、上記レンズ枠と上記液晶レンズホルダとの間に介在される断熱部材と、を更に具備することを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明に於いて、上記液晶レンズホルダと上記断熱部材の間に配設された熱伝導体を更に具備することを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の発明に於いて、前記２次元駆動機構は、前記基板若しくは前記撮像素子ホルダの何れか一方に配置された複数の駆動用コイルと、前記駆動用コイルの近傍に配置された複数の位置センサと、前記基板若しくは前記撮像素子ホルダの他方に前記駆動用コイルに対向する位置に配置された複数の駆動用磁石からなることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、液晶光学素子を含む撮影レンズと、前記撮影レンズの像側に配され、光学像を電気信号に変換する撮像素子と、前記撮影レンズの光軸上に開口部を有する基板と、前記撮像素子を保持する撮像素子ホルダと、前記撮像素子ホルダを前記基板に対して支持する支持手段と、上記液晶光学素子を光軸方向に保持するもので、該液晶光学素子の射出面側に凸部が形成された液晶レンズホルダと、上記支持手段を固定するもので、上記液晶レンズホルダの凸部と嵌合する凹部が形成されて上記液晶光学素子を位置決めする本体部と、を具備することを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の発明に於いて、上記液晶レンズホルダの凸部は球面形状であり、上記本体部の凹部は上記凸部の球面形状に対応した形状であることを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、請求項６に記載の発明に於いて、上記液晶レンズホルダの凸部は傾斜面を有し、上記本体部の凹部は上記凸部の傾斜面に対応した傾斜面を有することを特徴とする。

請求項９に記載の発明は、請求項６に記載の発明に於いて、上記撮影レンズを収納するレンズ枠と、上記レンズ枠と上記液晶レンズホルダとの間に介在される断熱部材と、を更に具備することを特徴とする。

請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の発明に於いて、上記液晶レンズホルダと上記断熱部材の間に配設された第１の熱伝導体を更に具備することを特徴とする。

請求項１１に記載の発明は、請求項１または６に記載の発明に於いて、上記撮像素子からの熱を伝達する放熱板を設け、本体部にクリップ部を設け、上記放熱板と輸送時などの電源オフ時にはクランプすることを特徴とする。

本発明によれば、ユニットが大型化することなく、液晶レンズホルダは第１の保持部材と第２の保持部材とを有し、上記液晶光学素子の光軸に直交するＸおよびＹ軸平面内で位置決めする第１の位置決め部および光軸方向を規制する第２の位置決め部を有する上記第１の保持枠と、液晶光学素子を覆い上記第２の位置決め部と接合する接合部を有する上記第２の保持枠とする構成にすると撮像素子と液晶光学素子の光軸中心を容易に一致することができる撮影レンズユニット及び撮影レンズを用いた電子機器を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る撮像素子モジュールを用いた撮影レンズユニットの光線に沿った断面図である。

例えば、コンパクトカメラ用のレンズユニット１０には、撮影レンズ１１を構成するもので、近傍に絞り１７が設けられた第１レンズ１２と、第２レンズ１３と、第３レンズ１４と、第４レンズ１５₁ とが設けられている。前記第１レンズ１２と第２レンズ１３との間には、直角プリズム１６が設けられている。直角プリズム１６は、第１レンズ１２と第２レンズ１３の間で、撮影レンズ１１の光軸Ａを下方へ向けて直角に曲げる。デジタルカメラでは、このように撮影レンズ１１の光軸を屈曲させることによって、レンズユニット１０の被写体方向に対する厚みを抑えてカメラ本体を薄型化している。

前記第２レンズ１３は、前述したように、直角プリズム１６に近接して固定されている。第３レンズ１４は、撮影倍率を変更するズーム動作時に光軸に沿って移動する。また、液晶素子を有する第４レンズ１５₁ は、レンズホルダ１０に固定される。（光軸方向に移動しない）。この第４レンズ１５₁ は、例えば、入射側及び射出側レンズ１５ａ及び１５ｂとの間に配置された透明基板（図示せず）と２枚の回折型液晶を用いた液晶光学素子（第１液晶レンズ）１５ｃ、（第２液晶レンズ）１５ｄを有している。この液晶光学素子１５ｃ、１５ｄは、オートフォーカス用などの回折型液晶素子、または回折型液晶素子とレンズで構成される。（図１は回折型またはフレネル型液晶素子の入射、射出側に配置したり、あるいは入射か射出側のいずれかに配置されたレンズが配置された回折型またはフレネル型液晶素子とレンズの組み合わせた構成を液晶光学素子という。）
２枚の回折型液晶光学素子は、液晶レンズに交流電圧を印加していない状態あるいは交流電圧を印加した状態で動作が変化する。第１液晶レンズ１５ｃと第２液晶レンズ１５ｄは、液晶の配光方向が直交している。

第１の液晶レンズ１５ｃに交流電圧を印加しない場合、液晶は入射する光線の偏光方向によらず常光屈折率として作用する。基板の屈折率と液晶の常光屈折率が等しいので、液晶レンズは入射する光線の偏光方向によらず偏向しない機能を行う。

第２液晶レンズ１５ｄに交流電圧を印加すると、第２の液晶レンズ１５ｄはＰ偏光に対して異常光屈折率としての作用し、Ｐ偏光は回折（偏向）する。一方、第１液晶レンズ１５ｃはＳ偏光に対して常光屈折率として作用し、Ｓ偏光は回折（偏向）しない。第１液晶レンズ１５ｃに交流電圧を印加すると、第１液晶レンズ１５ｃはＳ偏光に対して異常光屈折率としての作用し、Ｓ偏光は回折（偏向）する。

レンズユニット１０は、撮影レンズ１１の下方に撮像素子２８及び該撮像素子２８を支持する撮像素子ユニット２０が支持されたカメラ本体２５に対して、位置決めピン２２、２３で位置決めされる。更に、ネジ２４によって固定される。

撮像素子２８は、受光量に応じた電荷を蓄積する複数の光電変換素子が配列された受光面を備えている。そして、撮影レンズ１１により受光面に結像された光学的な被写体像を電気的な撮像信号に変換し、この撮像信号を出力することによって撮像を行う。この撮像素子２８は、電磁駆動機構を介して、レンズユニット１０の底面を構成するカメラ本体２５に、受光面を撮影光軸と垂直にした状態で配置される。

前記レンズユニット１０は、開口部２１ａを有する地板２１を介して、位置決めピン２２、２３及びネジ２４によってカメラ本体２５に固定される。上記開口部２１ａは撮影レンズ１１からの入射光を撮像素子２８に導くために形成されている。この撮像素子２８の受光面上には保護シート２９が設けられており、更に撮像素子２８と地板２１の間には光学ローパスフィルタ２７が設けられている。

また、撮像素子２８は、アルミニウム材等で構成される放熱板４０に取り付けられている。この放熱板４０の裏面側には放熱シート４１が設けられている。撮像素子２８の接続端子４５は、プリント基板４３及びフレキシブルプリント回路基板（ＦＰＣ基板）４４に、半田により接続されている。そして、この撮像素子２８が取付けられた放熱板４０及び放熱シート４１が位置決めピン３９によって位置決めされることにより、撮像素子２８が位置決めされる。

撮像素子ユニット２０は、例えば、プリント基板からなる地板２１（基板という）と、該地板２１に対向して前記撮像素子２８を取り付けた撮像素子ホルダである撮像素子支持板３８と、支持手段と、を有して構成される。前記撮像素子支持板３８にはガイドベアリング３１ａが設けられており、地板２１に設けられたガイドベアリング３１ｂと対向している。この一対のガイドベアリング３１ａ、３１ｂと、該ガイドベアリング３１ａ、３１ｂの間に介在された鋼球１３１とで、前記支持手段を構成している。前記一対のガイドベアリング３１ａ、３１ｂは、矩形状で表面硬度が高く、厚さ１ｍｍ程度の金属材料（例えば、鋼材）で構成される。

上記撮像素子支持板３８に固着された撮像素子２８の表面側には、光学ローパスフィルタ２７と撮像素子支持板３８との間に密封部材３０が介在されている。この密封部材３０は、黒色弾性ゴムで形成されている。光学ローパスフィルタ２７が固着された取り付け部材を撮像素子支持板３８に小ネジで固定することで、密封部材３０が押しつぶされる。これにより、撮像素子２８の保護板と光学ローパスフィルタ２７の出射面が、塵挨から保護される構造である。

撮像素子支持板３８の上部に延出された突出部材３２及び３３には、複数の厚さ方向に磁化された異極対向で２つが結合した第１及び第２の永久磁石３４、３５及び３６、３７が配置されている。そして地板２１には磁性材を挟み、Ｘ軸またはＹ軸駆動用プリントコイルが配置されている。上記撮像素子支持板３８の少なくとも一対の永久磁石３４、３５及び３６、３７と、地板２１の磁性材との間で、リテーナ付きで少なくとも４つの鋼球を有するガイドベアリング３１ａ、３１ｂに、磁気的な押圧力（磁気吸引力）が作用する。この押圧力が作用すると、ガイドベアリング３１ａ，３１ｂの鋼球が、撮像素子支持板３８と地板２１に押し付けられる。この結果、撮像素子支持板３８と地板２１との間に設けられたそれぞれのガイドベアリング３１ａ，３１ｂとの間に介在する鋼球１３１のがた付きが除去される。

撮像素子支持板３８の突出部材３２上には、磁性材１３３を介して第１の永久磁石３４，３５が配置されている。この永久磁石３４，３５は地板２１に磁性材１３４を介して接合されたＸ軸駆動用プリントコイル１２１に対向する位置に、厚さ方向に磁化された第１の永久磁石３４，３５はＮ極とＳ極がＦＰＣ基板４４の延在方向に並ぶように分極着磁されている。

また、地板２１に磁性材１３６を介して接合されたＹ軸駆動用プリントコイル１２２は横長の長方形状をしており、その長辺が、突出部材３３上の磁性材１３５を介して第２の永久磁石３６，３７の各磁極に対向するように配置されている。同様に、Ｘ軸駆動用プリントコイル１２２は横長の長方形状をしており、その長辺が第１の永久磁石３４，３５の各磁極に対向するように配置されている。

本実施形態では、上記Ｘ軸またはＹ軸駆動用プリントコイル１２１及び１２２の内側にホール素子を配置し、リテーナ付きガイドベアリング３１を用いた撮像素子支持板３８と地板２１の磁性材との間に磁気吸引力による支持手段を構成した。しかしながら、上記磁性材を使用しないで、撮像素子支持板３８側に軸受けを形成し、地板２１側にガイド軸を設けた場合には、撮像素子支持板３８と地板２１との間に、一軸方向に移動可能な中間部材を配置して、該中間部材の移動方向に対して直交する方向に移動する撮像素子支持板とする構成としたメタル軸受けを用いた支持手段としてもよい。

また、ここでは、１組の第１及び第２永久磁石としたが、それぞれの永久磁石が対角線上に位置するように４つの永久磁石と、対向する地板２１上に４つの駆動用プリントコイルが位置するような配置とし、Ｘ軸、Ｙ軸駆動用プリントコイルの対向する延長線上で各軸駆動用プリントコイルの裏面位置にそれぞれ磁性片を配置することも可能である。或いは、磁性片をＸ軸またはＹ軸駆動用プリントコイル上で、永久磁石３４および３７の長手方向の中央部付近と対向する位置に接合することも可能である。Ｘ軸およびＹ軸駆動用プリントコイル１２１、１２２の通電が遮断されると、撮像素子支持板３８は、永久磁石と磁性片との磁気バランスで撮影レンズの光軸と可動する撮像素子２８の中心が一致する初期位置に戻る。

更に、Ｘ軸およびＹ軸駆動用コイルをプリント基板の地板２１に配置し、永久磁石を撮像素子支持板３８側に配置したが、逆に、Ｘ軸およびＹ軸駆動用コイル１２１，１２２と磁性材を撮像素子支持板３８側に配置し、４つの永久磁石３４，３５，３６，３７を地板２１に配置しても良い。

次に、撮像素子２８を支持する撮像素子支持板３８の位置制御を行うＣＰＵ（図示せず）は、プリント基板４３上に配置された駆動回路を有する。上記ＣＰＵは、撮像素子支持板３８の水平方向であるＸ軸方向の移動と、該撮像素子支持板３８の垂直方向であるＹ軸方向の移動を駆動するための上記駆動回路を制御する。

ＣＰＵは、図示されないジャイロから入力される角速度に基づいて、撮像素子支持板３８を所望の位置へ移動させる制御を行う。撮像素子支持板３８に配置されて異極接合された永久磁石の磁束内に垂直方向のＸ軸駆動用プリントコイル１２２が通電されて撮像素子支持板３８が移動すると、このプリントコイル内側に配置されたホール素子により位置検出が行われる。そして、上記Ｘ軸駆動用プリントコイル１２２の通電が遮断されると、撮像素子支持板３８は、永久磁石３７と磁性片との磁気バランスで撮影レンズの光軸と可動する撮像素子の中心が一致する初期位置に戻る。

同様に、ＣＰＵ（制御回路、コントローラ）は、図示されないジャイ口から入力される角速度に基づいて、撮像素子支持板３８を所望位置へ移動させる制御を行う。撮像素子支持板３８に配置された異極接合された永久磁石３４，３５の磁束内に垂直方向のＹ軸駆動用プリントコイル１２１が通電され、撮像素子支持板３８が移動すると、Ｙ軸駆動コイル１２１内側に配置されたホール素子により、位置検出が行われる。

上記Ｙ軸駆動用プリントコイル１２１の通電が遮断されると、撮像素子支持板３８は初期位置に戻ることが可能であるが、後述するユーザが機器を使用するとき、機器下側に配置された（図５を参照）クリップによるロック機構を用いると、磁石と磁性片との磁気バランスで初期化は不要となる。ここでは温度センサの配置については省略する。

このように、レンズユニット１０が振動したときに、可動可能な撮像素子支持板３８上の撮像素子２８が２次元方向に移動して、該撮像素子２８の受光面で画像の振れを補正することができる。

尚、実施形態では、２次元駆動機構は、可動磁石型の直流リニアモータに限らず、圧電素子駆動モータや屈曲振動モータを駆動源として駆動する方式であってもよい。

次に、図２（ａ）を参照して、図１の第４レンズ１５₁ の詳細な構成について説明する。

図２（ａ）に於いて、この第４レンズ１５₁ は液晶レンズとして構成されるもので、その中央部には液晶レンズ５０が設けられている。この液晶レンズ５０は、ここでは図示されていないが、撮影すべき物体からの入射光線を妨げることなく、ズームおよびオートフォーカスの操作による第４レンズ群枠は固定位置に配置されている。

そして、この液晶レンズ５０は、例えば、回折型液晶やフレネル型液晶で、ネマチック液晶材料を用いており、透明な第１基板５５または透明な第２基板５６の屈折率を境界として、屈折率が変化可能な屈折面を有する液晶レンズで構成される。この第４のレンズ１５₁ は、液晶レンズ５０と上記第１基板５５、液晶レンズ５０と第２基板５６の間にそれぞれ設けられている電極端子５１及び５２を通じて、液晶レンズ５０に印可される電圧の大きさを調整し、焦点調整や像面の補正を行うものである。つまり、液晶レンズ５０は、ネマチック液晶に電圧を印加するために、第１基板５５側の配向膜、及び第２基板５６側の配向膜に形成された透明な電極が形成されている。

上記第４レンズ１５₁ は、一般的にオートフォーカスや像面補正が可能であることが知られている。そして、ネマチック液晶材料で構成される液晶レンズ５０は、シール材５３によって内部空間が密封されている。

また、上記電極端子５１と５２の間には、組み付け時に液晶レンズ５０を挿入して両者を接合するための切断線５４が設けられている。また、電極端子５１と５２の外側には、それぞれ隙間５１ａ、５２ａが設けられている。更に、第１基板５５及び第２基板５６の外側には、レンズ５７及びレンズ５８が、それぞれ配置されている。

前記電極端子５１、５２、第１、第２基板５５、５６、レンズ５７、５８の周囲には、これらを保持するための保持部材となる第１および第２の保持部材６７，６８（液晶レンズホルダという）が設けられている。この第１および第２の保持部材６７，６８の外周面には、前記液晶レンズ５０を加熱するための金属線６２（熱伝導体）を埋め込むための凹部６１が形成されている。すなわち、この金属線６２は、第１および第２の保持部材６７，６８を介して、液晶レンズ５０の周囲に巻回されている。前記金属線６２は、前記液晶レンズ５０が低温によって感度が悪化するのを防止するために、予熱を与える目的で設けられている。そして、金属線６２は、配線６３を介して図示されない基板上の感温スイッチの出力端子に接続され、この感温スイッチの入力端子は、後述する図５に示すクリップ７５と接続された金属線７７を受けるようになっている。

特に、電子カメラを使用する際の低温環境下（例えば、１０℃以下）で、放熱板４０をクリップ７５でクランプし、撮像素子２８を駆動させ、クリップ７５から金属線７７を通じて金属線６２に熱伝導させ、感温スイッチが所定温度に達したときに、第１および第２の保持部材６７、６８を温めることができる。液晶レンズ５０の周囲温度１０℃以上になると、感温スイッチを遮断し、撮像素子２８の駆動を停止する。

尚、液晶レンズ５０は、例えば、並列で積層された３枚の透明基板と２枚の薄型の回折型の液晶レンズ５０からなる構造としてもよい。その際は中央の透明基板の前後の両側の面にそれぞれ回折型またはフレネル型の液晶レンズを配置する。

また、金属線６２は、ここでは２本を１組として同一の凹部６１に埋め込むようにしているが、これに限られるものではない。例えば、図２（ｂ）の第４レンズ１５₂ に示されるように、１つの凹部６１ａに対して１本の金属線を配置するようにしてもよく、或いは２本以上の金属線６２を配置するようにしてもよい。

上記第１の保持部材６７、６８は、断熱部材６５及び６６と、この断熱部材６５及び６６によってレンズユニット１０内の鏡筒枠内に固定されるようになっている。前記断熱材６５及び６６は、低温時に、前記液晶レンズ５０に外部の温度が伝達されないようにするため、或いは液晶レンズを加熱した温度が外部に伝わらないようにするために、設けられている。したがって、液晶レンズ５０とレンズユニット１０との間は、断熱部材６５及び６６によって熱が伝わらないように構成されている。

図３および図４は、上述した図２（ｂ）の第４レンズ１５₂ の詳細を分解して示したもので、図３（ａ）は第１の保持部材６７を示した図、図３（ｂ）は第２の保持部材６８を示した図、図３（ｃ）は液晶レンズ５０の構造を示した図、図４（ａ）は第１の保持部材６７を第２の保持部材６８の側から見た平面図、図４（ｂ）は第２の保持部材６８を第１の保持部材６７の側から見た平面図である。

第１の保持部材６７の入射光側には、レンズ５７が保持されている。組み立て完了時に、このレンズ５７と透明基板５５の入射面とは隙間があり、第４のレンズ１５₂ の光軸方向を位置決めするための第２の保持部材６８内に凹部１５２ａが形成されている。第１の保持部材内の第１の位置決め手段（凹部の隅部に逃げ孔をもつ）に第４のレンズ１５₂ を接合すると光軸方向及び光軸方向に対して直交する平面内に位置を合わせる。第２の保持部材６８には第２の位置決め手段である投影レンズの光軸に平行な２本の位置決めピン６０ａが設けられている。

第１の保持部材６７に突起部６７ａを設け、第２の保持部材６８の内部に段差部６８ａを設ける。そして、第２の保持部材６８を第１の保持部材６７に挿入する際に、この突起部６７ａと段差部６８ｂとは遊嵌状態とする。この第１の保持部材６７の位置決めピン１５１ａを基にして、第２の保持部材６８の位置決め穴１５２ａを嵌合挿入すると、第１の保持部材６７の外周面と第２の保持部材６８の外周面とを一致することができる。なお、図示６８ｂは第２の保持部材６８の第１の保持部材６７との接合面であり、６２ａは金属線の終端部分である。

上記液晶レンズ５０は、図３（ｃ）に示されるように、上述した３枚の透明電極基板と２層の回析型液晶レンズ（液晶層）とにより構成される。同図に於いて、透明電極基板は、入射側より第１の透明電極基板１４１、第２の透明電極基板１４２及び第３の透明電極基板１４３から成っている。そして、それぞれの基板間には液晶層１４５、１４６と共に、スペーサ１４７、１４８が設けられている。また、第２の透明電極基板１４２は引き出し電極として、第１、第３の透明電極基板１４１、１４３より長く形成されており、且つ、引き出し側と反対側の端部１４２ａは、例えば０．５ｍｍ突出して構成される。

このようにして構成された液晶レンズ５０が、図４（ａ）に示されるように、第１保持部材６７内に載置される。すなわち、第２の透明電極基板１４２の端部１４２ａが、第１の保持部材６７内に形成された開口部１５０に当接して、位置決めされる。この際、Ｘ軸方向は位置決め基準面１５６に、Ｙ軸方向は位置決め基準面１５５によって決定される。なお、図示１５７は液晶５５を第１の保持部材３７に接合するための接着剤であり、１５８及び１５９は透明電極基板の逃げ孔である。また、５８ａはレンズ５８の嵌合部を表している。

このように、レンズ５７およびレンズ５８と液晶レンズ５０が位置決めされた第１及び第２の保持部材６７、６８を断熱部材６５及び６６を介してレンズユニット１０内に挿入すれば、該レンズユニット１０に対する液晶レンズ５０の位置も決定される。したがって、装置全体が大型化することなく、レンズ５７やレンズ５８と液晶の中心を結ぶ光軸を容易に位置決めすることができる。

また、ここでは第１の保持部材６７に複数の位置決めピン１５１ａ、１５１ｂを立設し、第２の保持部材６８に位置決め孔１５２ａ、１５２ｂを設けたが、第２の保持部材６８に液晶レンズ５０を接合し、位置決めピン１５１ａ、１５１ｂを立設し、第１の保持部材６７に位置決め孔１５２ａ、１５２ｂを設けてもよい。

尚、ここでは図示されないが、上述した液晶レンズ５０は、透明な第１基板５５及び第２基板５６の内部に、例えばオイルと流体の電解液を充填し、第１基板５５及び第２基板５６の外側に絶縁体と透明電極を形成して、流体の電解液に電圧を印加し、電解液とオイルとの境界の形状面が変化し、焦点距離が変化する液体レンズに置き換えることも可能である。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。

図５は、本発明の第２の実施形態に係る例えば、コンパクトカメラに用いる撮像素子モジュールを用いた撮影レンズユニットの光線に沿った断面図である。

尚、以下に述べる実施形態に於いて、上述した第１の実施形態と同じ部分には同一の参照番号を付して、その図示及び説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。

図５に於いて、撮像素子ユニット２０のうち、撮像素子２８が取り付けられた放熱板４０はその一端が延出されて形成されている。この放熱板４０の延出された先端部近傍には、後述する突起ピン７６と嵌合してロックするためのロック用凹部７２が形成されている。

カメラ本体２５には、上述した放熱板４０からの熱を放熱するための銅線などの金属線７７が、ネジ止めによって固定されている。この金属線７７の先端部には、内部に突起ピン７６が形成されたクリップ７５を有している。図５に於いて、このクリップ７５が左側に移動されて、該クリップ７５内に放熱板４０の先端部が挿入される。すると、突起ピン７６とロック用凹部７２が嵌合することによって、放熱板４０と金属線７７が結合される。これにより、撮像素子２８で発生した熱が金属線７７に伝わるようになっている。

また、撮像素子からの熱を伝達する放熱板を設け、本体部にクリップ部を設け、上記放熱板と輸送時などの電源オフ時にはクランプすることが可能な電子機器となる。

上記カメラ本体２５には、地板２１を介して、撮影レンズユニット本体８３が、位置決めピン２２及び２３とネジ２４によって固定される。そして、撮影レンズユニット本体８３には、それぞれスプリング８６、８７が外周面に巻回された抜け止め用のストッパ８４、調整ネジ８５によって、第１の保持枠Ａ８８及び第２の保持枠Ｂ８９が、撮影レンズの光軸方向に対して移動可能に設けられている。上記第１の保持枠Ａ８８及び第２の保持枠Ｂ８９は、例えば値カーボンが充填されたＰＰＳ樹脂やポリカーボネイト等のプラスチック成型品で構成される。尚、図５では調整ネジ８５は１本のみが示されているが、実際にはストッパ８４を調整ネジ８５に置き換えた複数本（例えば、３本）が存在する。しかしながら、この調整ネジの本数は、これらに限られるものではない。

第１の保持枠Ａ８８及び第２保持枠Ｂ８９内には、液晶光学素子である液晶レンズ１５を支持する液晶レンズホルダ９０が設けられている。この液晶ホルダ９０（は断熱部材で構成されているもので、断面形状が円形で環状のＯリング９３により光軸方向に押圧されている。また、液晶ホルダ９０は、位置決めピン９４、９５によって第２の保持枠Ｂ８９に位置決め固定される。液晶レンズホルダ９０は液晶レンズ１５を光軸に直交するＸおよびＹ軸平面内で位置決めする第１の位置決め部を有する。この第１の位置決め部の形状は図２（ｂ）示された位置決めピンと同様である。

また、液晶レンズ１５を覆い第２の位置決め部（第１の保持枠Ａ８８の上面）と結合する結合面をもつ第１の保持枠Ａ８８が第２の保持枠として構成されている。

第１の保持枠Ａ８８には、図示されない被写体からの入射光を撮像素子２８に導くための開口８８ａが設けられると共に、第１および第２の保持枠Ａ８８、Ｂ８９に予熱を供給するための金属線６３を通すための孔８８ｂが設けられている。そして、上記開口８８ａを覆うようにして、液晶レンズ１５や撮像素子２８に塵埃等が侵入することを防止するためのアクリル板９６及びＯリング９３が設けられている。

一方、第２の保持枠Ｂ８９には、液晶レンズ１５の射出側表面と対向する位置に開口８９ａが設けられると共に、図示下向きに凸部８９ｂが形成されている。そして、撮影レンズユニット本体８３の、上記凸部８９ｂと対向する位置に、液晶レンズ１５を位置決めするための凹部８３ｂが設けられている。尚、この凹部８３ｂの中央部には、開口８３ａが設けられている。

上記第２の保持枠Ｂ８９の凸部８９ｂと撮影レンズユニット本体８３の凹部８３ｂのそれぞれの接触面は、例えば、図示されるような液晶レンズ１５の屈折面近傍を中心とした所定の径Ｒで形成されている。これにより、上記凹部８３ｂが球面軸受けを構成している。尚、上記接触面は、所定のテーパ角を有して形成されたものであってもよく、その場合、凹部８３ｂは円錐面軸受けを構成する。

これは、例えば、第２の保持枠Ｂ８９の外形を基準とすると、案内する面が小さくなり、内部に保持している液晶レンズ１５の入射及び射出表面が傾き、性能が劣化する原因になる。この傾きを防止するため、上述した球面軸受けの光軸に垂直な面や、例えば２次加工した支柱の取り付け面を接触面として、より安定した保持としている。これにより、液晶面の光軸に対する傾きを改善している。

尚、第２の保持枠Ｂ８９を基準に液晶レンズ１５を挿入し、第１の保持枠Ａ８８で液晶レンズ１５を塞ぎ、Ｏリング９３で光軸方向に押圧をかけることによって、より安定した保持とすることができる。

このような構成に於いて、調整ネジ８５を調整することによって、撮影レンズユニット本体８３の球面軸受け上で、第２の保持枠Ｂ８９の凸部８９ｂが移動する。こうして、球面軸受けの中心と液晶レンズ１５の中心を一致させるように調整ネジ８５を調整することにより、第２の保持枠Ｂ８９に位置決めされた液晶レンズ１５の光軸の傾きが調整される。

上記調整ネジ８５による調整が必要なのは、以下の理由による。

すなわち、手ブレ補正用に可動する撮像素子２８を用いる場合に、本体基準面に対して可動する撮像素子の表面の平行度を維持し、且つ、液晶レンズの射出側の光軸に対して直交する面の加工精度が必要となる。すると、撮像素子を保持するホルダは、駆動コイルや固定磁石等で構成する電磁駆動機構を介在することから、撮像素子取り付け面の２次加工等を必要とするが、複雑な治具を用いた作業工程が発生し、撮影レンズユニットのコスト高につながるからである。また、レンズを交換するときに射出瞳距離が変わる。焦点距離の短い場合には入射光は斜め入射が多くなり、撮像素子への入射光が減少してしまう。これを改善するために被写体からの斜め入射光を液晶素子に入射する際に、液晶素子に印加電圧を与えて屈折させ、傾斜角度を変更して撮像素子に集光させるなどが上げられる。このような場合には、液晶光学素子をＣＣＤシフト機構の撮像素子の中心を一致させ、中央部分で焦点があっていても、撮像素子の周辺部分で画像がぼけを防止することができる。

そのため、調整ネジ８５により調整が行われる。

次に、本発明の第２の実施形態の第１の変形例について説明する。

図６は、本発明の第２の実施形態の第１の変形例に係る例えば、レンズ交換型電子カメラに用いる撮像素子モジュールを用いた撮影レンズユニットの光線に沿った断面図である。

図６に於いて、撮像素子ユニット２０のうち、撮像素子２８が取り付けられた放熱板４０は、抜け止め用のストッパ１０３及び１０４によって本体部１０１に固定されている。この本体部１０１と上記放熱板４０との間には、輪帯形状した弾性力のあるスペーサ１１０が嵌入されており、光軸に対する角度が調整可能になっている。また、ストッパ１０３及び１０４の他端には、焦点距離の短いレンズを用いると撮像素子への斜め入射が多くなり、画面の周辺での明るさのかげり（シェーディング）発生を抑制するために液晶（回折型やフレネル型液晶を用いた液晶光学素子）レンズ１５を保持した第１の保持枠Ａ８８及び第２の保持枠Ｂ８９が、接着剤１０７及び１０８によって固定されている。

尚、第２の保持枠Ｂ８９は、本体部１０１との間に断面形状が円形で環状のＯリング１０２が介在されており、光軸方向に押圧されている。スペーサ１１０はりん青銅材の薄板ばねに弾性ゴムを積層するとＯリング１０２の押圧量を調整することができ、撮像素子２８や光学ローパスフィルタ２７の表面に埃が付着することを防止することができる。

また、液晶レンズ１５と液晶レンズホルダ９０との間には、スペーサ１１２及び１１３が嵌入されている。スペーサ１１２および１１３によって、液晶レンズ１５の射出表面は撮影レンズの光軸と直交する方向への調整が可能となる。

液晶レンズホルダ９０は液晶レンズ１５を光軸に直交するＸおよびＹ軸平面内で位置決めする第１の位置決め部を有する。この第１の位置決め部の形状は図２（ｂ）に示された位置決めピンと同様である。

また、液晶レンズ１５を覆い、第２の位置決め部（ストッパ８４と第１の保持枠Ａ８８の上面との接触する面）をもつ第１の保持枠Ａ８８が第２の保持枠として構成されている。

更に、光学ローパスフィルタ２７は、密封部材１１５を介して本体１０１に固着される。上記密閉部材１１５の下面は、保護シート２９の上面と接触している。つまり、密閉部材１１５によって、保護シート２９及び光学ローパスフィルタ２７の面に塵埃が付着しないように、二重構造の密封とされている。

また、放熱板４０の下面には、セラミックシートやパラフィン等の熱吸収可能な蓄熱材がラミネートされた蓄熱シート１１６が接合される。このセラミックシートや蓄熱シート１１６により、急激な温度上昇を抑制する。

このように構成しても、上述した第２の実施形態と同様に、液晶の中心と撮影レンズの光軸中心とを一致することができる。

また、図６において、図５に示す防振用光学フィルタまたは赤外線カットフィルタと、この光学素子を振動するための圧電素子と撮像素子との間に光学ローパスフィルタに代え、液晶を配置することもできる。

次に、本発明の第２の実施形態の第２の変形例について説明する。

図７は、本発明の第２の実施形態の第２の変形例に係る例えば、レンズ交換型電子カメラに用いる撮像素子モジュールを用いた撮影レンズユニットの光線に沿った断面図である。

尚、以下に述べる第２の実施形態の第２の変形例に於いて、上述した第１、第２の実施形態と同じ部分には同一の参照番号を付して、その図示及び説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。

この第２の変形例では、液晶レンズの射出角を確保するため、上述した第２の実施形態による撮像素子ユニットを、以下のように構成する。

図７に於いて、撮像素子ユニット２０は、撮影レンズユニット本体３８を金属の板材とし、第１の保持枠８９の外形側に球面やテープ面による接触部１１７を設ける。こうして、第１の保持枠８９や撮影レンズユニット本体８３の開口部とする。また、スプリングに代えてゴム材等の弾性材料によるスペーサ１１８、１１９を介在させている。これにより、液晶レンズと撮像素子の受光面とを接近させることが可能となる。

このように構成しても、上述した第２の実施形態と同様に、液晶の中心と撮影レンズの光軸中心とを一致することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前述した実施形態以外にも、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形実施が可能である。

更に、前述した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適当な組合せにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。

本発明の第１の実施形態に係るコンパクトカメラに用いる撮像素子モジュールを用いた撮影レンズユニットの光線に沿った断面図である。 （ａ）は図１の第４レンズ１５₁ の詳細な構成について説明する図、（ｂ）は（ａ）の変形例を示した図である。 図２（ｂ）の液晶レンズ１５₂ の詳細を分解して示したもので、（ａ）は第１の保持部材６７を示した図、図３（ｂ）は第２の保持部材６８を示した図、図３（ｃ）は液晶レンズ５０の構造を示した図である。 図２（ｂ）の液晶レンズ１５₂ の詳細を分解して示したもので、（ａ）は第１の保持部材６７を第２の保持部材６８の側から見た平面図、（ｂ）は第２の保持部材６８を第１の保持部材６７の側から見た平面図である。 本発明の第２の実施形態に係るコンパクトカメラに用いる撮像素子モジュールを用いた撮影レンズユニットの光線に沿った断面図である。 本発明の第２の実施形態の第１の変形例に係るレンズ交換型電子カメラに用いる撮像素子モジュールを用いた撮影レンズユニットの光線に沿った断面図である。 本発明の第２の実施形態の第２の変形例に係るレンズ交換型電子カメラに用いる撮像素子モジュールを用いた撮影レンズユニットの光線に沿った断面図である。

符号の説明

１０…レンズユニット、１１…撮影レンズ、１２…第１レンズ、１３…第２レンズ、１４…第３レンズ、１５、５０…液晶レンズ、１５₁ ，１５₂ …第４レンズ（２枚の液晶光学素子を含む）、１６…直角プリズム、２０…撮像素子ユニット、２１…地板、２１ａ…開口部、２２、２３、３９…位置決めピン、２４…ネジ、２５…カメラ本体、２７…光学ローパスフィルタ、２８…撮像素子、２９…保護シート、３０…密封部材、３１ａ、３１ｂ…ガイドベアリング、３２、３３…突出部材、３４、３５、３６、３７…永久磁石、３８…撮像素子支持板、４０…放熱板、４３…プリント基板、４４…フレキシブルプリント回路基板（ＦＰＣ基板）、４５…接続端子、５１、５２…電極端子、５３…シール材、５５、５６…基板、５７、５８…レンズ、６０ａ…位置決めピン、６０ｂ…位置決め穴、６１…凹部、６２、７７…金属線（熱伝導体）、６３…配線、６５、６６…断熱部材、液晶レンズホルダ（６７…第１の保持枠、６８…第２の保持枠）、第１の保持枠Ａ８８、第２の保持枠Ｂ８９。

Claims (11)

1. 複数の透明電極板からなる液晶光学素子を含む撮影レンズと、
   前記撮影レンズの像側に配され、光学像を電気信号に変換する撮像素子と、
   前記撮影レンズの光軸上に開口部を有する基板と、
   前記撮像素子を保持する撮像素子ホルダと、
   前記基板に対して前記撮像素子ホルダを撮影レンズの光軸に対して直交に駆動可能な２次元駆動機構または前記基板に固定された撮像素子と、
   を具備し、
   前記撮像素子ホルダは第１の保持部材と第２の保持部材とを有し、
   前記第１の保持部材は、上記液晶光学素子の光軸に直交するＸおよびＹ軸平面内で位置決めする第１の位置決め部および光軸方向を規制する第２の位置決め部を有し、
   上記第２の保持部材は、上記液晶光学素子を覆い上記第２の位置決め部と接合する接合部を有する
   ことを特徴とする撮影レンズユニット。
2. 上記第１の位置決め部は、透明電極が形成された複数の基板を有する上記液晶光学素子のうち、１枚の基板の外形部と第１の保持部材の凹部で位置決めされ、かつ、上記第１の保持部材と上記第２の保持部材との間に位置決めピンによる嵌合することを特徴とする請求項１記載の撮影レンズユニット。
3. 上記撮影レンズを収納するレンズ枠と、
   上記レンズ枠と上記液晶レンズホルダとの間に介在される断熱部材と、
   を更に具備することを特徴とする請求項１に記載の撮影レンズユニット。
4. 上記液晶レンズホルダと上記断熱部材の間に配設された熱伝導体を更に具備することを特徴とする請求項３に記載の撮影レンズユニット。
5. 前記２次元駆動機構は、前記基板若しくは前記撮像素子ホルダの何れか一方に配置された複数の駆動用コイルと、前記駆動用コイルの近傍に配置された複数の位置センサと、前記基板若しくは前記撮像素子ホルダの他方に前記駆動用コイルに対向する位置に配置された複数の駆動用磁石からなることを特徴とする請求項１記載の撮影レンズユニット
6. 液晶光学素子を含む撮影レンズと、
   前記撮影レンズの像側に配され、光学像を電気信号に変換する撮像素子と、
   前記撮影レンズの光軸上に開口部を有する基板と、
   前記撮像素子を保持する撮像素子ホルダと、
   前記撮像素子ホルダを前記基板に対して支持する支持手段と、
   上記液晶光学素子を光軸方向に保持するもので、該液晶光学素子の射出面側に凸部が形成された液晶レンズホルダと、
   上記支持手段を固定するもので、上記液晶レンズホルダの凸部と嵌合する凹部が形成されて上記液晶光学素子を位置決めする本体部と、を具備することを特徴とする撮影レンズユニット。
7. 上記液晶レンズホルダの凸部は球面形状であり、上記本体部の凹部は上記凸部の球面形状に対応した形状であることを特徴とする請求項６に記載の撮影レンズユニット。
8. 上記液晶レンズホルダの凸部は傾斜面を有し、上記本体部の凹部は上記凸部の傾斜面に対応した傾斜面を有することを特徴とする請求項６に記載の撮影レンズユニット。
9. 上記撮影レンズを収納するレンズ枠と、
   上記レンズ枠と上記液晶レンズホルダとの間に介在される断熱部材と、
   を更に具備することを特徴とする請求項６に記載の撮影レンズユニット。
10. 上記液晶レンズホルダと上記断熱部材の間に配設された第１の熱伝導体を更に具備することを特徴とする請求項９に記載の撮影レンズユニット。
11. 上記撮像素子からの熱を伝達する放熱板を設け、本体部にクリップ部を設け、上記放熱板と輸送時などの電源オフ時にはクランプすることを特徴とする請求項１または６に記載の電子機器。

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