JP2011008121A - 可変焦点レンズ、カメラモジュール及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】光の屈折媒体として液状媒体を用いた可変焦点レンズにおいて、レンズ内部の液状媒体の充填量を変化させてレンズ面を変形させる駆動機構を備えた可変焦点レンズを提供する。
【解決手段】可変焦点レンズ１を、レンズ部１３と、液状媒体格納部１７とを備える構成とする。レンズ部１３は、少なくとも一方が変形可能な一対の光透過性部材１２，１４、及び、該一対の光透過性部材１２，１４間に封入された光透過性を有する１種類の液状媒体１５を含む。液状媒体格納部１７は、レンズ部１３と流通し且つ内部に液状媒体１５が充填された格納室１９を有する。そして、該格納室１９の体積を変化させることにより、レンズ部１３内の液状媒体１５の充填量を調整して変形可能な光透過性部材１４の表面形状を変化させるようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、可変焦点レンズ、カメラモジュール及び電子機器に関し、より詳細には、光の屈折媒体として液状媒体を用いた可変焦点レンズ、並びに、それを備えるカメラモジュール及び電子機器に関する。

従来、例えばスチルカメラやビデオカメラ等の撮像装置や、携帯電話等に内蔵されるカメラモジュールにおいて、撮像レンズ光学系の小型化は、大きな課題となっている。また、このような撮像装置またはカメラモジュールでは、焦点距離を変化させる機能、いわゆる光学ズーム機能の需要も高い。

しかしながら、従来の光学ズーム機能を有する撮影レンズ（以下、ズームレンズという）では、ガラスや樹脂等で形成された複数の固定焦点レンズをズームレンズ内で光軸方向に移動させることにより、焦点距離の変倍を行う。それゆえ、従来のズームレンズでは、その内部にレンズの移動スペースを設ける必要があるので、小型化が困難である。すなわち、従来の撮像装置またはカメラモジュールにおいて、光学ズーム機能の付加と、撮像レンズ光学系の小型化の実現とは相反する課題となる。

このような課題を解決する手法として、ズームレンズに可変焦点レンズを用いる手法が考えられる。可変焦点レンズを用いてズームレンズを構成した場合には、ズームレンズ内のレンズの移動スペースを設ける必要が無くなるので、上述のような課題を解決することが可能である。

従来、そのような可変焦点レンズの一つとして、光の屈折媒体として液体を用いた可変焦点レンズが提案されている（例えば、特許文献１参照）。なお、特許文献１で提案されている可変焦点レンズでは、液体が封入された容器に圧力を印加して変形することによりレンズ面を変形させ、焦点距離を調整する。

また、従来、屈折媒体として液体を用いた可変焦点レンズをワイドコンバータに応用する技術も提案されている（例えば、特許文献２参照）。なお、特許文献２では、外部のポンプ機構等の駆動により、可変焦点レンズ内部の液体の充填量を変化させて、レンズ面を変形させる手法が提案されている。

特開２０００−８１５０４号公報 特開２００８−１８５６２７号公報

上述のように、光の屈折媒体として液体を用いた可変焦点レンズ（液体レンズ）を用いることにより、撮像装置またはカメラモジュールにおいて、撮像レンズ光学系の小型化の実現と、光学ズーム機能の付加という２つの課題を解消することができる。それゆえ、このような可変焦点レンズでは、好適な駆動機構を備える可変焦点レンズの開発が要望されている。

ところで、従来、上述のように、液体レンズの駆動手法の一つとして、上記特許文献２には、レンズ内部の液体の充填量を変化させてレンズ面の形状を変化させる駆動手法が提案されている。しかしながら、特許文献２では、この駆動手法を実現する機構（ポンプ機構等）は液体レンズの外部に設けられ、液体レンズ自身はこの駆動機構を備えていない。また、特許文献２では外部のポンプ機構の具体的な構成についても言及されていない。

本発明は、上記状況に鑑みなされたものである。本発明の目的は、光の屈折媒体として液状媒体を用いた可変焦点レンズにおいて、レンズ内部の液状媒体の充填量を変化させてレンズ面を変形させる駆動機構を備えた可変焦点レンズを提供することである。

上記課題を解決するため、本発明の可変焦点レンズは、レンズ部と、液状媒体格納部とを備える構成とする。レンズ部は、少なくとも一方が変形可能な一対の光透過性部材、及び、該一対の光透過性部材間に封入された光透過性を有する１種類の液状媒体を含む。そして、液状媒体格納部は、レンズ部と流通し且つ内部に液状媒体が充填された格納室を有し、該格納室の体積を変化させることにより、レンズ部内の液状媒体の充填量を調整して変形可能な光透過性部材の表面形状を変化させる。

なお、本明細書でいう「液状媒体」とは、液体だけでなく、例えばゲル状等の流動性を有する媒体を含む意味である。

また、本発明のカメラモジュールは、上記本発明の可変焦点レンズと、可変焦点レンズを介して入射された被写体光を光電変換して画像信号を生成する撮像部とを備える構成とする。

さらに、本発明の電子機器は、上記本発明の可変焦点レンズと、可変焦点レンズを介して入射された被写体光を光電変換して画像信号を生成する撮像部と、可変焦点レンズを駆動制御する制御部とを備える構成とする。

上述のように、本発明の可変焦点レンズでは、液状媒体格納部を設け、その内部の液状媒体の格納部の体積を変化させることにより、変形可能な光透過性部材の表面形状（レンズ面）を変形させる。すなわち、本発明によれば、レンズ部内部の液状媒体の充填量を変化させてレンズ面を変形させる駆動機構を備えた可変焦点レンズを提供することができる。

また、本発明のカメラモジュール及び電子機器は、本発明の可変焦点レンズを備えるので、カメラモジュール及び電子機器に搭載される撮像レンズ光学系を小型化することができる。

第１の実施形態に係る可変焦点レンズの概略断面構成図である。 第１の実施形態の可変焦点レンズのレンズ本体の外観斜視図である。 図３（ａ）は、第１の実施形態の可変焦点レンズで用いる台形ダイヤフラムの表側から見た外観斜視図であり、図３（ｂ）は、台形ダイヤフラムの裏側から見た外観斜視図である。 第１の実施形態の可変焦点レンズの動作を説明するための図である。 第１の実施形態の可変焦点レンズの動作を説明するための図である。 図６（ａ）及び（ｂ）は、第１の実施形態の可変焦点レンズで用いる台形ダイヤフラムの負荷特性を評価する際の概要を説明するための図である。 図７（ａ）及び（ｂ）は、フラットダイヤフラムの負荷特性を評価する際の概要を説明するための図である。 ダイヤフラムの負荷特性の評価結果を示す図である。 変形例のダイヤフラムの概略構成図である。 本発明の第２の実施形態に係る撮像装置の概略ブロック構成図である。 本発明の第３の実施形態に係る携帯通信端末装置の概略ブロック構成図である。

以下に、本発明の実施形態に係る可変焦点レンズ、及び、それを備える電子機器の具体例を、図面を参照しながら以下の順で説明する。なお、本発明は以下の例に限定されるものではない。
１．第１の実施形態：可変焦点レンズの基本構成例
２．第２の実施形態：本発明の可変焦点レンズを備える電子機器の構成例
３．第３の実施形態：本発明の可変焦点レンズを備える別の電子機器の構成例

＜１．第１の実施形態＞
［可変焦レンズの構成］
図１に、本発明の第１の実施形態に係る可変焦点レンズの概略断面構成を示す。可変焦点レンズ１は、レンズ本体１０と、可変焦点レンズ１の焦点距離を駆動制御する駆動部２０とを備える。なお、本実施形態の可変焦点レンズ１は、光の屈折媒体として液状媒体を用いた液体レンズである。

まず、レンズ本体１０の構成を、図１及び２を参照しながら説明する。なお、図２は、レンズ本体１０の外観斜視図である。レンズ本体１０は、筐体１１と、封止部材１２と、液体レンズ部１３（レンズ部）と、固定部材１６と、液体格納部１７（液状媒体格納部）とを備える。

筐体１１は、内部に空洞を有する箱状部材であり、その一方の表面（図１及び２中では上面）には、封止部材１２が取り付けられる円形状の開口部１１ａを有する。また、筐体１１の他方の表面（図１及び２中では下面）には、後述する透明膜１４が取り付けられる円形状の開口部１１ｂと、後述するダイヤグラム１８が取り付けられる略矩形状の開口部１１ｄとが形成される。なお、透明膜１４が取り付けられる開口部１１ｂは、封止部材１２が取り付けられる開口部１１ａと対向する領域に形成される。

また、筐体１１内部には、導管部１１ｃが形成され、その導管部１１ｃを介して、液体レンズ部１３と、液体格納部１７とが流通する。なお、本実施形態では、導管部１１ｃを１つ設ける例を説明するが、本発明はこれに限定されず、導管部１１ｃを筐体１１内部に複数設けてもよい。

封止部材１２（光透過性部材）は、筐体１１の開口部１１ａに固定され、液状媒体１５を封止する。封止部材１２は、例えば、透明なカバーガラス、固定レンズ、透明膜等で構成することができる。本実施形態では、封止部材１２として固定レンズを用い、封止部材１２の液体レンズ部１３側の表面形状を凸状とし、且つ、液体レンズ部１３側とは反対側の表面形状を凹状とする。なお、封止部材１２の形状はこれに限定されず、例えば用途等に応じて適宜変更できる。また、封止部材１２の形成材料は、可変焦点レンズ１を通過する光の波長帯域に対して所望の透過率を有する材料であれば任意の材料を用いることができる。

液体レンズ部１３は、透明膜１４（光透過性部材）と、透明膜１４及び封止部材１２間に封入された液状媒体１５とで構成される。

透明膜１４は、固定部材１６により、筐体１１の開口部１１ｂの端部に固定され、液状媒体１５を封止する。また、透明膜１４は、透明膜１４及び封止部材１２間に封入される液状媒体１５の充填量（体積）に応じてその表面（レンズ面）形状が変形する。具体的には、透明膜１４は固定部材１６により筐体１１の開口部１１ｂの端部に固定されているので、透明膜１４の表面は、開口部１１ｂを固定端として、透明膜１４及び封止部材１２間に充填される液状媒体１５の量に応じて凹状から凸状の範囲で変形する。

透明膜１４は、透明膜１４及び封止部材１２間に封入される液状媒体１５の変化量に応じて、所望の変位量で変形可能な材料であり、且つ、可変焦点レンズ１を通過する光の波長帯域に対して所望の透過率を有する材料であれば任意の材料で形成することができる。具体的には、透明膜１４を、例えば透明薄膜や、エラストマーなどの弾性膜等で構成することができる。また、透明膜１４を、例えばガラスや透明プラスチック樹脂等からなる薄板で構成してもよい。

液状媒体１５は、１種類の液体または例えばゲル状等の流動性材料等であり、且つ、可変焦点レンズ１を通過する光の波長帯域に対して光透過性を有する材料で構成される。また、液状媒体１５の形成材料としては、不揮発性の高い材料で構成することが好ましい。そのような液状媒体１５の形成材料としては、例えばシリコーンオイル等の光透過性液体を用いることができる。なお、液状媒体１５は、例えば用途や必要とするレンズ界面での屈折率差などを考慮して適宜選択される。

液体格納部１７は、主に、筐体１１の開口部１１ｄに取り付けられたダイヤフラム１８と、ダイヤフラム１８及びそれと対向する筐体１１の内部壁面１１ｅにより画成される液体格納室１９とで構成される。そして、液体格納室１９には液状媒体１５が充填されており、液体格納室１９は、導管部１１ｃを介して、液体レンズ部１３の内部と流通する。

すなわち、本実施形態の可変焦点レンズ１では、筐体１１の内壁、封止部材１２、透明膜１４及びダイヤフラム１８により画成されるレンズ本体１０内部の空間に液状媒体１５が封止される。なお、本実施形態では、導管部１１ｃを備える構成例を示すが、本発明はこれに限定されない。導管部１１ｃを設けず、液体格納室１９と液体レンズ部１３の内部とが直接流通する構造にしてもよい。

ダイヤフラム１８は、駆動部２０から加わる押圧力により変形し、液体格納室１９の体積を変化させる。これにより、液体レンズ部１３内部の液状媒体１５の充填量（体積）を変化させ、透明膜１４を変形させる。この動作については、後でより具体的に説明する。

図３（ａ）及び（ｂ）に、本実施形態で用いるダイヤフラム１８の概略構成を示す。なお、図３（ａ）は、ダイヤフラム１８を表側（図１中では液状媒体１５側）から見た外観斜視図であり、図３（ｂ）は、ダイヤフラム１８を裏側（図１中では駆動部２０側）から見た外観斜視図である。

ダイヤグラム１８は、有底の筒状形状を有するダイヤフラム本体１８ａと、その開口部１８ｃに設けられた固定部１８ｂとで構成される。ダイヤグラム１８の開口部１８ｃの形状は略矩形状であり、端辺側の両辺が円弧状で形成される。また、ダイヤグラム１８の開口部１８ｃの開口面積は、ダイヤフラム本体１８ａの底部の面積より大きくなるように構成される。すなわち、言い換えると、本実施形態のダイヤフラム１８は、一方の表面が開口した略台形の箱状部材である。それゆえ、以下では、本実施形態のダイヤフラム１８を台形ダイヤフラム１８という。なお、ダイヤフラム１８の形状は、例えば用途、レンズ本体１０の形状等に応じて適宜変更することができる。

また、台形ダイヤフラム１８の形成材料としては、駆動部２０から加わる押圧力により変形可能な材料であれば任意の材料を用いることができる。例えば、柔軟なゴム素材（ＥＰＤＭ：Ethylene Propylene Diene Monomer）、ニトリルゴム（ＮＢＲ：Nitrile Butadiene Rubber）、ブチルゴム（ＩＩＲ：Isobutylene-Isoprene Rubber）等で形成することができる。また、例えば、形状変形可能なシート類（薄膜フィルム）、柔軟な成形プラスチック樹脂材料等で形成することができる。

次に、駆動部２０の構成を、図１を参照しながら説明する。駆動部２０は、筐体２１と、押圧部材２２と、押圧部材２２を駆動する駆動アクチュエータ２３とを備える。本実施形態では、レンズ本体１０の筐体１１の一部と、駆動部２０の筐体２１の一部とが接続され、駆動部２０がレンズ本体１０の液体格納部１０の下部に固定される。

押圧部材２２は、駆動アクチュエータ２３により駆動され、台形ダイヤフラム１８の底部に押圧力を加える。また、押圧部材２２の先端部は、台形ダイヤフラム１８の底部に取り付けられる。本実施形態では、駆動アクチュエータ２３により、押圧部材２２を台形ダイヤフラム１８の底面に直交する方向（図１面上では上下方向）に移動させて台形ダイヤフラム１８を変形させる。なお、押圧部材２２は、駆動アクチュエータ２３の後述する棒状部材２３ａを保持するための保持部２２ａを備える。この保持部２２ａは、例えば、Ｖ字状の溝と、それと対向して配置された金具等とで構成することができる。

駆動アクチュエータ２３は、押圧部材２２を台形ダイヤフラム１８の底面に直交する方向（図１面上では上下方向）に駆動する。本実施形態では、駆動アクチュエータ２３として、ＳＩＤＭ（Smooth Impact Drive Mechanism）と呼ばれるアクチュエータを用いた例を説明する。

駆動アクチュエータ２３は、棒状部材２３ａと、棒状部材２３ａに設けられた圧電素子２３ｂ（ピエゾアクチュエータ）と、圧電素子２３ｂを駆動する超音波モータ（不図示）とを備える。この駆動アクチュエータ２３の棒状部材２３ａは、押圧部材２２の保持部２２ａに挿入されて保持される。そして、超音波モータで圧電素子２３ｂを駆動して、棒状部材２３ａをその軸方向に超音波振動させる。この際に押圧部材２２の保持部２２ａと棒状部材２３ａとの間に生じる摩擦と、押圧部材２２の慣性とを利用して、棒状部材２３ａの軸方向に沿って押圧部材２２を移動させる。

なお、本実施形態では、駆動アクチュエータ２３として、ＳＩＤＭを用いた例を説明したが、本発明はこれに限定されず、押圧部材２２を上下に駆動できるアクチュエータであれば任意のアクチュエータを用いることができる。例えば、電動モータを用いてリードスクリューをネジ送りする方式のアクチュエータ、ボイスコイルを用いた電磁リニアアクチュエータ等を用いることができる。

［可変焦点レンズの動作］
次に、本実施形態の可変焦点レンズ１の駆動動作を図４及び図５を参照しながら説明する。なお、図４は、台形ダイヤフラム１８を液状媒体１５側に押した際の可変焦点レンズ１の動作の様子を示す図であり、図５は、台形ダイヤフラム１８を駆動部２０側に引っ張った際の可変焦点レンズ１の動作の様子を示す図である。

まず、台形ダイヤフラム１８の底面を筐体１１の開口部１１ｄ（固定部１８ｂの高さ）付近まで押し上げた状態で、液体レンズ部１３の透明膜１４の表面（レンズ面）形状が平坦となるように液体媒体１５が充填されている状態（以下、初期状態という）を考える。

そして、初期状態からさらに、駆動アクチュエータ２３が、押圧部材２２を液状媒体１５側に移動させて（図４中の破線矢印）、台形ダイヤフラム１８の底面を液状媒体１５側に押し上げる。この場合、液体格納室１９の体積が減少し、その減少した体積分の液状媒体１５は、導管部１１ｃを介して液体レンズ部１３内部（封止部材１２と透明膜１４との間）に流れ込む（図４中の白抜き矢印）。その結果、液体レンズ部１３内部の液状媒体１５の充填量が増大し、液体レンズ部１３の透明膜１４は、レンズ本体１０の外側に向かって膨らむ（図４中の太実線矢印）。この際、透明膜１４の外端部は、固定部材１６により筐体１１の開口部１１ｂに固定されているので、透明膜１４の表面形状は凸状となる（図４の状態）。

また、逆に、初期状態からさらに、駆動アクチュエータ２３が、押圧部材２２を液状媒体１５側とは反対側に移動させて（図５中の破線矢印）、台形ダイヤフラム１８の底面を引き下げる。この場合、液体格納室１９の体積が増大し、その増大した体積分の液状媒体１５は、液体レンズ部１３内部から導管部１１ｃを介して液体格納室１９に流れ込む（図５中の白抜き矢印）。その結果、液体レンズ部１３内部の液状媒体１５の充填量が減少し、液体レンズ部１３の透明膜１４は、液状媒体１５側に引っ張られる（図５中の太実線矢印）。この際、透明膜１４の外端部は、固定部材１６により筐体１１の開口部１１ｂに固定されているので、透明膜１４の表面形状は凹状となる（図５の状態）。本実施形態の可変焦点レンズ１では、上述のようにして、レンズ本体１０と一体的に設けられた駆動部２０により透明膜１４の表面形状（レンズ面形状）を変化させる。

上述のように、本実施形態の可変焦点レンズ１では、液体格納室１９の体積を駆動部２０により調整することにより、液体レンズ部１３のレンズ面の形状（曲率等）を制御することができる。

また、本実施形態の可変焦点レンズ１では、図５に示すように、台形ダイヤフラム１８の底部を押圧部材２２を介して駆動アクチュエータ２３で引き下げることにより、液体レンズ部１３のレンズ面を凹状にしてレンズ厚を薄くすることができる。すなわち、本実施形態では、より薄厚のレンズを容易に形成することができる。例えば、従来、ガラスやプラスチック等の固体レンズを作製する場合、製造上の制約等により、凹レンズの最薄部を０．５ｍｍ以下にすることは困難であるが、本実施形態では、そのような薄厚の凹レンズであっても容易に形成することができる。

［ダイヤフラムの負荷特性］
本実施形態では、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、液体格納室１９の体積を調整するための変形部材として台形ダイヤフラム１８を用いる例を説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば用途やレンズ本体１０の形状等に応じて任意の形状のダイヤフラムを用いることができる。ただし、台形ダイヤフラム１８のように、ダイヤフラムの底面の面積が開口部の面積より小さくなるような箱状（有底筒状）のダイヤフラムを用いた場合、それを変形させるための駆動力（負荷）をより低減することができる。以下では、この利点についてより具体的に説明する。

図６（ａ）及び（ｂ）に、本実施形態で行った台形ダイヤフラム１８の負荷特性の測定手法の概要を示す。図６（ａ）は、台形ダイヤフラム１８の負荷特性を測定する際の筐体３１の開口部３１ａ、台形ダイヤフラム１８及び押圧部材３０の配置図である。また、図６（ｂ）は、図６（ａ）において、押圧部材３０側から見た際の押圧部材３０と筐体３１の開口部３１ａとの位置関係を示す図である。

図６（ａ）及び（ｂ）に示す例では、底部の長さ６．５ｍｍ、底部の幅１．５ｍｍ、底部の端辺側の曲率半径０．５ｍｍ、深さ１．５ｍｍ、開口端の長さ７．５ｍｍ、開口端の幅２．５ｍｍ、及び、開口端の端辺側の曲率１ｍｍの台形ダイヤフラム１８を用いる。なお、台形ダイヤフラム１８の形成材料は、ＥＰＤＭとし、厚さは、０．１ｍｍとする。また、押圧部材３０の上面形状は、台形ダイヤフラム１８の底部の形状と同じにし、筐体３１の開口部３１ａの形状は、台形ダイヤフラム１８の開口端の形状と同じとする。

台形ダイヤフラム１８の負荷特性の測定手順は、次の通りである。まず、台形ダイヤフラム１８の開口端側で筐体３１の開口部３１ａを塞ぐように台形ダイヤフラム１８を筐体３１上に配置する。次いで、押圧部材３０を台形ダイヤフラム１８の底部に設置する。次いで、台形ダイヤグラム１８が変形していない状態（図６（ａ）の状態：変形前状態）から、押圧部材３０により、台形ダイヤフラム１８の底部を筐体３１側に３ｍｍ押し込む。そして、この際、押し込み過程における押し込み量と押圧部材３０にかかる負荷との関係を測定する。

なお、台形ダイヤフラム１８の底部を筐体３１側に３ｍｍ押し込んだ場合、約３０ｍｍ^３の体積を台形ダイヤフラム１８で変動させたことになる。また、台形ダイヤフラム１８の底部を筐体３１側に３ｍｍ押し込んだ場合、台形ダイヤフラム１８の形状は、筐体３１の表面に対して変形前状態（図６（ａ）の状態）の形状を反転した形状（裏返した形状）になる。

次いで、台形ダイヤフラム１８の底部を筐体３１側に３ｍｍ押し込んだ状態から、押圧部材３０により台形ダイヤフラム１８の底部を引き戻し、台形ダイヤグラム１８を変形前状態に戻す。そして、この際、引き戻し過程における台形ダイヤフラム１８の引き戻し量と押圧部材３０にかかる負荷との関係を測定する。

また、この負荷特性の評価では、平坦なゴム膜（以下、フラットゴム膜という）をダイヤフラムとして用いた場合の負荷特性も測定した。図７（ａ）及び（ｂ）に、フラットゴム膜の負荷特性の測定手法の概要を示す。図７（ａ）は、フラットゴム膜３５の負荷特性を測定する際の筐体３７の開口部３７ａ、フラットゴム膜３５及び押圧部材３６の配置図である。また、図７（ｂ）は、図７（ａ）において、押圧部材３６側から見た際の押圧部材３６と筐体３７の開口部３７ａとの位置関係を示す図である。

図７（ａ）及び（ｂ）に示す例では、フラットゴム膜３５の厚さを１００μｍとする。また、フラットゴム膜３５で塞ぐ筐体３７の開口部３７ａの形状は直径６．８ｍｍの円形とし、押圧部材３６の上面形状は直径３．６ｍｍの円形とする。また、この測定では押圧部材３６を開口部３７ａの中央に配置する。

フラットゴム膜３５の負荷特性の測定では、まず、押圧部材３６により、フラットゴム膜３５を筐体３７から遠ざける方向に引っ張り、フラットゴム膜３５と押圧部材３６との接触面を、筐体３７の表面から０．７ｍｍ離れた位置に配置する。次いで、この状態から押圧部材３６により、フラットゴム膜３５を筐体３７の開口部３７ａ側に押し込み、この過程における押し込み量と押圧部材３６にかかる負荷との関係を測定する。この工程では、フラットゴム膜３５と押圧部材３６との接触面が、筐体３７の表面から０．７ｍｍだけ筐体３７内部に入り込んだ位置に配置されるまで、フラットゴム膜３５を押し込む。これにより、台形ダイヤフラム１８の負荷特性の評価と同様に、約３０ｍｍ^３の体積をフラットゴム膜３５で変動させたことになる。

図８に、上述のようにして測定した台形ダイヤフラム１８及びフラットゴム膜３５の負荷特性を示す。図８に示す特性では、横軸に台形ダイヤフラム１８またはフラットゴム膜３５で変化させた体積を示し、縦軸に押圧部材にかかる負荷（荷重）を示す。また、図８中の黒星印の測定点を繋いだ特性が台形ダイヤフラム１８の負荷特性であり、白抜き四角印の測定点を繋いだ特性がフラットゴム膜３５の負荷特性である。

なお、図８には、台形ダイヤフラム１８の負荷特性については、実線及び破線で示す２つの負荷特性を示す。実線で示す台形ダイヤフラム１８の負荷特性は、台形ダイヤフラム１８を変形前状態から筐体３１側に押し込んだ際の負荷特性である。また、図８中の破線で示す台形ダイヤフラム１８の負荷特性は、台形ダイヤフラム１８を筐体３１内部に押し込んだ状態から変形前状態に引き戻した際の負荷特性である。

図８に示す負荷特性から明らかなように、約３０ｍｍ^３の体積を変動させるために必要な負荷は、台形ダイヤフラム１８の方がフラットゴム膜３５より小さくなることが分かる。これは、ダイヤフラムの形状を本実施形態のように台形の箱状にした場合、フラット形状のダイヤフラムに比べて、押圧部材でダイヤフラムを押し引きした際の反力が小さくなるためである。

上述のように、本実施形態のように、レンズ面の形状を調整する変形部材に台形ダイヤフラム１８を用いた場合には、より小さな駆動力でレンズを駆動することができる。この効果は、底面の面積が開口部の面積より小さくなるような有底筒状のダイヤフラムであれば、任意の形状のダイヤフラムで得られる。例えば、底面及び開口部の形状が円形、楕円形、多角形等の形状を有する有底筒状のダイヤフラムを用いた場合に上記効果が得られる。

［変形例］
上記第１の実施形態の台形ダイヤフラム１８では、押圧部材と接触する台形ダイヤフラム１８の底部と固定部１８ｂとを繋ぐ部分、すなわち、台形ダイヤフラム１８の側壁部の断面は直線状としたが、本発明はこれに限定されない。例えば、ダイヤフラムの側壁部が折り返された形状で構成されていてもよい。変形例では、そのような構成のダイヤフラムの一例を説明する。

図９に、変形例のダイヤフラムの概略構成を示す。この例のダイヤフラム４０では、押圧部材と接触するダイヤフラム４０の底部４０ａと固定部４０ｃとを繋ぐ側壁部４０ｂの断面をＵ字状とする。すなわち、この例の側壁部４０ｂは、ダイヤフラム４０の底部４０ａと固定部４０ｃとの間で、１回折り返した構造を有する。また、この例のダイヤフラム４０では、ダイヤフラム４０の底部４０ａの表面と固定部４０ｃ（筐体４５）の表面とが略面一になるように構成される。

第１の実施形態では、上述のように、台形ダイヤフラム１８を初期状態にする際、台形ダイヤフラム１８の底部が固定部１８ｂの高さと同じ位置になるように駆動部２０により、台形ダイヤフラム１８の底部を液状媒体１５側に押し込む。すなわち、第１の実施形態では、台形ダイヤフラム１８に負荷を加えて台形ダイヤフラム１８を変形し、図９に示す状態にする。

それに対して、この例のダイヤフラム４０では、その側壁部４０ｃを予め折り曲げて作製しているので、第１の実施形態のようにダイヤフラム４０に負荷をかけることなくダイヤフラム４０を初期状態にすることができる。

また、第１の実施形態では、台形ダイヤフラム１８を押し引きしてその形状を反転させるタイプのダイヤフラムであるので、その形状反転時の側壁部の屈曲性及び挙動等により、台形ダイヤフラム１８の底部の移動がスムーズでなくなる可能性もある。それに対して、この例のダイヤフラム４０では、その側壁部４０ｃを予め型で折り曲げて作製しているので、上述のようなダイヤフラムの形状反転時の問題を解消することができ、底部４０ａの移動をよりスムーズに行うことができる。

＜２．第２の実施形態＞
第２の実施形態では、本発明の可変焦点レンズを備える電子機器の一例について説明する。なお、ここでは、例えばスチルカメラやビデオカメラ等の撮像装置に本発明の可変焦点レンズを適用する例を説明する。

図１０に、本実施形態の撮像装置の概略ブロック構成図を示す。本実施形態の撮像装置１００は、撮像光学系１０１と、撮像素子１０２（撮像部）と、映像信号処理部１０３と、映像信号記録／再生部１０４と、内部メモリ１０５と、表示装置１０６と、制御部１０７とを備える。各部の機能及び構成は次の通りである。

撮像光学系１０１は、被写体光を取り込んで撮像素子１０２の撮像面（不図示）に結像させる。そして、撮像光学系１０１には、本発明の可変焦点レンズ１０１ａが含まれる。可変焦点レンズ１０１ａとしては、本発明の可変焦点レンズを用いることができ、例えば上記第１の実施形態や変形例等で説明した可変焦点レンズを用いることができる。

撮像素子１０２は、撮像光学系１０１により結像された被写体光を光電変換して画像信号を生成する。そして、撮像素子１０２の出力端子は映像信号処理部１０３の入力端子に接続されており、撮像素子１０２は、生成した画像信号を映像信号処理部１０３に出力する。なお、撮像素子１０２としては、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Devices）型、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）型等の各種タイプのイメージセンサを適用することができる。

映像信号処理部１０３は、撮像素子１０２から入力された画像信号に対して例えば補正処理、ノイズ除去処理等の所定の画像処理を施す。そして、映像信号処理部１０３の出力端子は、映像信号処理部１０３の入力端子に接続され、映像信号処理部１０３は、画像処理が施された信号を映像信号記録／再生部１０４に出力する。

映像信号記録／再生部１０４は、例えばマイクロコンピュータ（ＣＰＵ：Central Processing Unit）等からなる演算回路等で構成され、映像信号処理部１０３から入力された画像信号の記録処理及び／又は再生処理の制御を行う。具体的には、映像信号記録／再生部１０４は、内部メモリ１０５に接続されており、映像信号処理部１０３から入力された画像信号を記録する場合には、その画像信号を内部メモリ１０５に出力する。また、映像信号記録／再生部１０４は、表示装置１０６に接続されており、映像信号処理部１０３から入力された画像信号を表示再生する場合には、その画像信号を表示装置１０６に出力する。

内部メモリ１０５は、例えばＨＤＤ（Hard Disk Drive）、半導体メモリ、光ディスク等で構成することができる。そして、内部メモリ１０５は、映像信号記録／再生部１０４から入力された画像信号を格納する。

表示装置１０６は、映像信号記録／再生部１０４から供給された画像信号を表示モニタで表示可能な形式の信号に変換して表示する。なお、表示装置１０６は、表示モニタだけでなく、表示モニタを駆動するモニタ駆動部も備える。また、表示モニタは、例えばＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、有機ＥＬ（Electro Luminescence）パネル等で構成することができる。

制御部１０７は、撮像装置１００の各部の動作を制御する。また、制御部１０７は、例えばズームボタン等の操作により生成される操作信号（焦点距離に対応する信号）に基づいて、可変焦点レンズ１０１ａの動作、具体的には、可変焦点レンズ１０１ａの液体レンズ部のレンズ面（屈折面）の形状（曲率）を制御する。

上述のように、本実施形態の撮像装置１００では、撮像光学系１０１内に本発明の可変焦点レンズ１０１ａを用いるので、撮像光学系１０１を小型化することができる。

＜３．第３の実施形態＞
上記第２の実施形態では、本発明の可変焦点レンズを適用する電子機器として、撮像装置を例に挙げ説明したが、本発明はこれに限定されない。本発明の可変焦点レンズは、撮影機能（カメラモジュール）を有する例えば、携帯通信端末装置、パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ（Personal Digital Assistance）等の情報端末装置にも適用可能である。

第３の実施形態では、カメラモジュールを有する携帯通信端末装置に、本発明の可変焦点レンズを適用した例を説明する。なお、ここでいう携帯通信端末装置は、いわゆる携帯電話と称されるものであり、無線電話用の基地局と無線通信を行う端末装置である。

［携帯通信端末装置の構成］
図１１に、本実施形態の携帯通信端末装置の概略ブロック構成図を示す。携帯通信端末装置２００は、制御部２０１と、ＲＯＭ（Read Only Memory）２０２と、ＲＡＭ（Random Access Memory）２０３と、アンテナ２０４と、通信制御部２０５と、表示制御部２０６と、表示部２０７とを備える。また、携帯通信端末装置２００は、カメラモジュール２０８と、カメラ制御部２０９（制御部）とを備える。

また、携帯通信端末装置２００は、通話時の音声データをデジタルアナログ変換する音声処理部２１１と、通話時の音声を出力するためのスピーカ２１２と、通話時の音声を吸音するためのマイクロフォン２１３とを備える。さらに、携帯通信端末装置２００は、メモリカードインターフェース２１４と、メモリカード２１５と、操作部２１６と、赤外線インターフェース２１７と、赤外線通信部２１８とを備える。そして、上述した各部は、図１１に示すように、信号バス２１０を介して電気的に直接的または間接的に接続される。各部の機能及び構成は次の通りである。

制御部２０１は、例えばＣＰＵ等の演算制御装置からなり、携帯通信端末装置２００全体の動作を制御する。具体的には、制御部２０１は、ＲＯＭ２０２に記憶されている制御プログラムをＲＡＭ２０３に展開し、信号バス２１０を介して携帯通信端末装置２００全体の動作を制御する。

通信制御部２０５は、アンテナ２０４を介して携帯電話基地局（不図示）との間で送信信号の送信及び受信信号の受信を行う。なお、通信制御部２０５では携帯電話基地局とやり取りする電波の変調及び復調も行う。具体的には、通信制御部２０５は、音声通話モードにおいては、受信した音声情報に対して所定の処理を施し、その処理後の信号を音声処理部２１１を介してスピーカ２１２に出力する。また、通信制御部２０５は、マイクロフォン２１３が集音した音声を音声処理部２１１を介して取得し、その取得した情報に対して所定の処理を施した後、その処理後の信号をアンテナ２０４を介して送信する。

表示制御部２０６は、信号バス２１０を介して供給された画像信号を、表示部２０７で表示可能な形式の信号に変換し、その変換した信号を表示部２０７に出力する。また、表示部２０７は、例えばＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、有機ＥＬ（Electro Luminescence）パネル等で構成することができ、表示制御部２０６から供給された信号を画像として表示画面上に表示する。

カメラモジュール２０８は、被写体光を取り込んで結像させ、その結像された被写体光を光電変換して画像信号を生成する。そして、カメラモジュール２０８は、その画像信号をカメラ制御部２０９に出力する。カメラモジュール２０８は、可変焦点レンズ２０８ａを含む撮像光学系（不図示）と、撮像素子２０８ｂ（撮像部）とを備える。

可変焦点レンズ２０８ａとしては、本発明の可変焦点レンズを用いることができ、例えば上記第１の実施形態や変形例等で説明した可変焦点レンズを用いることができる。また、撮像素子２０８ｂは、撮像光学系により結像された被写体光を光電変換して画像信号を生成する。なお、撮像素子２０８ｂとしては、例えば、ＣＣＤ型、ＣＭＯＳ型等の各種タイプのイメージセンサを適用することができる。

メモリカード２１５は、例えば半導体メモリ等で構成することができる。そして、メモリカード２１５は、カメラモジュール２０８で撮影した静止画、動画等の情報や、音声通話時の音声情報等をメモリカードインターフェース２１４を介して取得し格納する。

操作部２１６は、ジョグダイアルやキーパッドなどから構成される。操作部２１６では、電話番号やメール文などの入力操作、各種モードの設定操作などの入力操作信号を入力することができる。また、カメラモジュール２０８での撮影操作及びモード設定操作もこの操作部２１６で行う。

赤外線通信部２１８は、図示しないが、赤外線発光素子と赤外線受光素子とを備え、外部の赤外線通信可能な情報機器、例えば、携帯電話、パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ等との間で情報の送受信を行うことができる。より具体的には、赤外線通信部２１８は、メモリカード２１５等に記憶された画像情報及び音声情報等を、赤外線インターフェース２１７を介して取得し、外部情報機器に送信する。また、赤外線通信部２１８は、外部情報機器から送信された情報を受信し、その受信信号を赤外線インターフェース２１７を介してメモリカード２１５等に出力する。

なお、図１１には示していないが、携帯通信端末装置２００は電源部を備えており、電源部から各部に電力が供給される。

［画像情報の記録及び再生動作］
ここで、本実施形態の携帯通信端末装置２００におけるカメラモジュール２０８で撮影した画像信号の記録処理及び再生処理の動作を簡単に説明する。

まず、カメラ制御部２０９は、カメラモジュール２０８を駆動制御して、静止画または動画等の画像の撮影を行う。カメラ制御部２０９は、取得した画像情報に対して、例えばＪＰＥＧ方式、ＭＰＥＧ方式等の圧縮技術を利用した圧縮加工等の処理を行う。そして、カメラ制御部２０９は、圧縮加工された画像情報を信号バス２１０に出力する。

次いで、ＲＡＭ２０３は、信号バス２１０を介して、画像情報を取得し、その情報を一時保存する。この際、ＲＡＭ２０３は、撮影と同時にマイクロフォン２１３を通じて収録された音声情報を画像情報と共に取得し、一時的に保存してもよい。

なお、この際、制御部２０１は、必要に応じて、画像情報及び／又は音声情報は、メモリカードインターフェース２１４を介してメモリカード２１５に保存してもよい。さらに、この際、制御部２０１は、必要に応じて、画像情報を表示制御部２０６を介して表示部２０７に表示し、音声情報を音声処理部２１１を介してスピーカ２１２に出力してもよい。

また、制御部２０１は、取得した画像情報や音声情報を、必要に応じて、赤外線通信部２１８を介して赤外線通信可能な外部機器に送信してもよい。

なお、ＲＡＭ２０３やメモリカード２１５に保存されている画像情報を読み出して、その情報を表示部２０７に表示する際には、カメラ制御部２０９が、ＲＡＭ２０３やメモリカード２１５に保存されているデータを一旦読み出して、データのデコードや解凍を行う。そして、カメラ制御部２０９、処理後の画像データを信号バス２１０を介して表示制御部２０６に供給する。

上述のように、本実施形態の携帯通信端末装置２００は、本発明の可変焦点レンズ１１１ａを含むカメラモジュール２０８を備えている。それゆえ、本実施形態では、より小型の撮影機構（光学ズーム機構）を備えた携帯通信端末装置２００を提供することができる。

なお、本実施形態では、カメラモジュール２０８と、カメラ制御部２０９とを別体とした例を説明しているが、本発明はこれに限定されず、カメラモジュール２０８がカメラ制御部２０９を含んでいてもよい。さらに、制御部２０１において、上述したカメラ制御部２０９の制御と同様の制御を行う場合には、カメラ制御部２０９を設けない構成にしてもよい。

１，１０１ａ，２０８ａ…可変焦点レンズ、１０…レンズ本体、１１…筐体、１２…封止部材、１３…液体レンズ部、１４…透明膜、１５…液状媒体、１６…固定部材、１７…液体格納部、１８…ダイヤフラム、１９…液体格納室、２０…駆動部、２１…筐体、２２…押圧部材、２３…駆動アクチュエータ、１００…撮像装置、１０１…撮像光学系、１０２，２０８ｂ…撮像素子、１０３…映像信号処理部、１０７…制御部、２００…携帯通信端末装置、２０８…カメラモジュール、２０９…カメラ制御部

Claims (6)

1. 少なくとも一方が変形可能な一対の光透過性部材、及び、該一対の光透過性部材間に封入された光透過性を有する１種類の液状媒体を含むレンズ部と、
   前記レンズ部と流通し且つ内部に前記液状媒体が充填された格納室を有し、該格納室の体積を変化させることにより、前記レンズ部内の前記液状媒体の充填量を調整して前記変形可能な光透過性部材の表面形状を変化させる液状媒体格納部と
   を備える可変焦点レンズ。
2. 前記液状媒体格納部が前記液状媒体を前記格納室に封止するダイヤフラムを有し、該ダイヤフラムが底部の面積が開口部の面積より小さい有底筒状の形状を有し、且つ、該ダイヤフラムの変形により前記格納室の体積が変化する
   請求項１に記載の可変焦点レンズ。
3. さらに、前記ダイヤフラムを変形させる駆動部を備える
   請求項２に記載の可変焦点レンズ。
4. 前記液状媒体格納部が、前記変形可能な光透過性部材の表面形状を凹状から凸状の範囲で変形させる
   請求項２に記載の可変焦点レンズ。
5. 少なくとも一方が変形可能な一対の光透過性部材、及び、該一対の光透過性部材間に封入された光透過性を有する１種類の液状媒体を含むレンズ部と、前記レンズ部と流通し且つ内部に前記液状媒体が充填された格納室を有し、該格納室の体積を変化させることにより、前記レンズ部内の前記液状媒体の充填量を調整して前記変形可能な光透過性部材の表面形状を変化させる液状媒体格納部とを有する可変焦点レンズと、
   前記可変焦点レンズを介して入射された被写体光を光電変換して画像信号を生成する撮像部と
   を備えるカメラモジュール。
6. 少なくとも一方が変形可能な一対の光透過性部材、及び、該一対の光透過性部材間に封入された光透過性を有する１種類の液状媒体を含むレンズ部と、前記レンズ部と流通し且つ内部に前記液状媒体が充填された格納室を有し、該格納室の体積を変化させることにより、前記レンズ部内の前記液状媒体の充填量を調整して前記変形可能な光透過性部材の表面形状を変化させる液状媒体格納部とを有する可変焦点レンズと、
   前記可変焦点レンズを介して入射された被写体光を光電変換して画像信号を生成する撮像部と、
   前記可変焦点レンズを駆動制御する制御部と
   を備える電子機器。

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