JP2012042979A - 撮像装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】コンパクトで高性能で静音性に優れ、カメラ付き携帯電話等に好適な撮像装置を提供する。
【解決手段】撮像装置は、撮像光学系が固定された鏡筒を有する光学ユニットと、撮像光学系の光軸上に配置された撮像素子を有する撮像ユニットと、筒形の形状を有し、撮像光学系の光軸に平行な方向に伸縮する駆動素子とを備える。そして、駆動素子は、鏡筒と撮像ユニットとの間に配置されて、筒形の形状の一方の端面が鏡筒の像面側端面に直接接合されるとともに、筒形の形状の他方の端面が撮像ユニットに直接接合されることにより筒形の構造体として光学ユニットを支持し、光軸に平行な方向に伸縮して鏡筒を移動させることにより、鏡筒に固定された撮像光学系と、光学ユニットとの間隔を変化させる。
【選択図】図1

Description

本発明は撮像装置に関し、特に、撮像光学系を保持する鏡筒を駆動する駆動素子を備えた撮像装置に関する。
デジタルカメラやビデオカメラのような従来の撮像装置では、撮影レンズの全てまたは一部をモータで移動させることでオートフォーカス機能を実現していた。しかし、このような方法ではモータの力を伝達するギア系のバックラッシュ等のために所望の合焦性能が得られなかったり、特にビデオカメラにおいて、音声とともにモータの駆動音が録音されたりという不具合があった。
そこで、モータの駆動音が録音される機会を減少させ、合焦性能を向上させる方法として、フォーカス用モータで粗く合焦させ、高分子アクチュエータで厳密に合焦させるとともに、高分子アクチュエータで撮影レンズを微少振動させて合焦状態とレンズの移動方向とを検出する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特開2007−94237号公報
しかし、特許文献1の方法では、フォーカス用モータの駆動軸とガイド軸とがレンズ保持枠の外側に設けられる構成となっているために、レンズ駆動装置の外形が大型化し、昨今のカメラ付き携帯電話等のような超小型撮像装置には適用できない。また、フォーカス用モータが使用される確率は低くなるとはいえ、フォーカス用モータが使用された場合にはモータの駆動音が録音されてしまい、問題点が解消されたわけではない。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、コンパクトで高性能で静音性に優れ、カメラ付き携帯電話等に好適な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。
第1の態様に係る撮像装置は、撮像光学系が固定された鏡筒を有する光学ユニットと、前記撮像光学系の光軸上に配置された撮像素子を有する撮像ユニットと、筒形の形状を有し、前記撮像光学系の光軸に平行な方向に伸縮する駆動素子とを備え、前記駆動素子は、前記鏡筒と前記撮像ユニットとの間に配置されて、前記筒形の形状の一方の端面が前記鏡筒の像面側端面に直接接合されるとともに、前記筒形の形状の他方の端面が前記撮像ユニットに直接接合されることにより筒形の構造体として前記光学ユニットを支持し、前記光軸に平行な方向に伸縮して前記鏡筒を移動させることにより、前記鏡筒に固定された前記撮像光学系と、前記光学ユニットとの間隔を変化させることを特徴とする。
第2の態様に係る撮像装置は、第1の態様に係る撮像装置において、前記駆動素子は、印加される電圧に応じて伸縮する可変部と、当該可変部の両端部の間に電圧を印加する電極部とを有する構造体が順次積層された積層型のアクチュエータであり、前記鏡筒は、電極を有することなく、前記可変部と前記電極部とのうち前記可変部のみの材料によって形成されており、前記鏡筒と前記駆動素子とは、一体的に形成されていることを特徴とする。
第3の態様に係る撮像装置は、第1または第2の態様に係る撮像装置において、前記駆動素子は、前記筒形の形状の周方向に沿ってそれぞれ設けられた複数の部分素子を有し、前記複数の部分素子は、それぞれ個別に前記撮像光学系の光軸に平行な方向に伸縮可能であることを特徴とする。
第4の態様に係る撮像装置は、第3の態様に係る撮像装置において、前記駆動素子は、前記複数の部分素子のうち一部の部分素子が、他の部分素子に対して相対的に伸縮することにより前記撮像光学系の光軸をチルトさせることを特徴とする。
第1から第4の何れの態様に係る発明によっても、撮像装置が備える筒形の形状の駆動素子は、鏡筒と撮像ユニットとの間に配置されて、筒形の形状の一方の端面が鏡筒の像面側端面に直接接合されるとともに、他方の端面が撮像ユニットに直接接合されることにより筒形の構造体として光学ユニットを支持する。そして、当該駆動素子は、撮影光学系の光軸に平行な方向に伸縮して鏡筒を移動させることにより、鏡筒に固定された撮像光学系と、光学ユニットとの間隔を変化させる。従って、第1から第4の何れの態様に係る発明によっても、鏡筒と同程度の外形で撮像光学系を駆動することができるコンパクトで高性能で静音性に優れ、カメラ付き携帯電話等に好適な光学ユニットを備えた撮像装置を提供することができる。また、第1から第4の何れの態様に係る発明によっても、当該光学ユニットと同程度の外形で撮像光学系を駆動することができ、コンパクトで高性能で静音性に優れ、カメラ付き携帯電話等に好適な撮像装置を提供することができる。
第2の態様に係る発明によれば、駆動素子と鏡筒とは一体的に形成されるので、部品点数や接着工程等の製造工程を削減でき低コスト化に優れた撮像装置を提供することができる。
第3および第4の何れの態様に係る発明によっても、駆動素子の筒形の形状の周方向に沿って複数の部分素子が設けられており、当該複数の部分素子は、それぞれ個別に撮像光学系の光軸に平行な方向に伸縮可能であるので、撮影光学系の光軸はチルトされ得る。従って、第3および第4の何れの態様に係る発明によっても、手ブレ補正、撮像光学系の片ボケ補正やあおり撮影のような高度な撮影も可能な撮像装置を提供することができる。
本発明における光学ユニットおよび撮像装置の第1の実施の形態の構成を示す模式図である。 駆動素子の第1の例の構成を示す模式図である。 駆動素子の第2の例の構成を示す模式図である。 駆動素子の第3の例の構成を示す模式図である。 本発明における光学ユニットおよび撮像装置の第2の実施の形態の構成を示す模式図である。 本発明における光学ユニットの第3の実施の形態の構成を示す断面図である。
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限られない。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。
最初に、本発明における光学ユニットおよび撮像装置の第1の実施の形態について、図1を用いて説明する、図1は、本発明における光学ユニット200および撮像装置10の第1の実施の形態の構成を示す模式図で、図1(a)は光学ユニット200および撮像装置10を撮像光学系側から見た図、図1(b)は図1(a)のA−A’断面図である。
図1(a)および(b)において、撮像装置10は、撮像ユニット100、光学ユニット200および駆動素子301等で構成される。撮像ユニット100は、撮像素子111、撮像基板121および撮像回路131等で構成される。光学ユニット200は、撮像光学系211、撮像光学系211の保持枠221および鏡胴231等で構成される。保持枠221および鏡胴231は、本発明における鏡筒として機能する。
撮像基板121の片面には撮像素子111が実装され、反対面には撮像回路131を構成するCPUや回路部品等が実装されている。
撮像光学系211は例えば2枚のレンズ211aおよび211bからなり、レンズ211aおよび211bは保持枠221内に所定の間隔で配置され固定されている。保持枠221の外周と鏡胴231の内周とにはネジが切られており、保持枠221を鏡胴231内にねじ込むことで、撮像装置10の組み立て時の撮像光学系211のピント調整が行われる。ピント調整後、保持枠221と鏡胴231とは接着等により固定される。
鏡胴231の撮像面側端面231aと撮像基板121の撮像素子111搭載面121aとの間に、駆動素子301が配置される。駆動素子301と鏡胴231、および駆動素子301と撮像基板121とは、例えば接着等により接合される。
図2で後述するが、駆動素子301に駆動電圧が印加されると、駆動素子301が光軸201方向(図のZ方向)に収縮し、鏡胴231および保持枠221を介して撮像光学系211が光軸201方向(図のZ方向)に引き下げられることでオートフォーカス動作が実現される。
上述したように、光学ユニット200および撮像装置10の第1の実施の形態によれば、光学ユニット200と撮像ユニット100とを駆動素子301で直接に接合し、駆動素子301を光学ユニット200の光軸方向に伸縮させるので、光学ユニット200と同程度の外形で撮像光学系211を駆動することができ、コンパクトで高性能な、カメラ付き携帯電話等に好適な光学ユニット200および撮像装置10を提供することができる。
次に、上述した駆動素子301の第1の例について、図2を用いて説明する。図2は、駆動素子301の第1の例の構成を示す模式図で、図2(a)は駆動素子301の形状を示す斜視図、図2(b)は光軸201を含む平面で切った断面図、図2(c)および(d)はその駆動方法を示す図である。
図2(a)において、本第1の例では、駆動素子301は撮像光学系211の光軸201に軸対称な円筒形をしており、その端面は図1に示した鏡胴231の撮像面側端面231aと同一の形状となされている。図1で述べたように、鏡胴231の撮像面側端面231aと駆動素子301の端面とは接着等の方法で接合される。
図2(b)および(c)において、駆動素子301は、円筒形の薄板を光軸201方向に積層した積層型のアクチュエータで、第1の電極303、可変部307、第2の電極305、可変部307、第1の電極303の順に積層されている。積層型のアクチュエータの例としては、電歪型高分子アクチュエータや液晶エラストマ等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。これらのアクチュエータは構造体としての保持機能を持ち、光学ユニット200を支持することが可能である。
図2(c)において、第1の電極303と第2の電極305との間にはスイッチSWを介して駆動用の電源PS(駆動電圧V)が接続される。
図2(d)において、スイッチSWが閉じられると、電源PSから第1の電極303と第2の電極305との間に駆動電圧Vが印加され、可変部307が収縮することで駆動素子301が光軸201方向に収縮する。可変部307の収縮量は電源PSの駆動電圧Vの大きさに比例する。駆動素子301の種類によっては、駆動電圧Vの向きを逆にすることで可変部307が伸張し、駆動素子301が光軸201方向に伸張するものもある。モータとは異なり、積層型のアクチュエータは駆動時にほとんど駆動音がないので、ビデオカメラ等に用いてもアクチュエータの駆動音が録音されることはない。
ここで、上述した積層型のアクチュエータの例について述べる。
積層型のアクチュエータの1例として電歪型高分子アクチュエータ、あるいは誘電性エラストマと呼ばれるものがある。これは、例えばフレキシブルな電極間に高分子エラストマをサンドイッチした構造を持ち、電極間に電界を印加した時の電極間引力によって高分子エラストマが押しつぶされて電極方向に収縮し、電極と平行な方向に伸張するものである。例えば[長田他「ソフトアクチュエータ開発の最前線、人工筋肉の実現をめざして」207頁、図12(株式会社エヌ・ティー・エス)]にその例が示されている。
また、他の例として液晶エラストマあるいは液晶ゲルアクチュエータと呼ばれるものがある。これは、液晶分子を3次元的に結合した構造体である液晶ゲルに電界や熱を印加することで、規則的な配列を持つ液晶相から配向が乱れた等方相へと変化させ、これによって変形を引き起こすものである。液晶の種類によって、例えば電界を印加することで電界の印加方向に収縮するものと伸張するものとがある。例えば上述した[長田他「ソフトアクチュエータ開発の最前線、人工筋肉の実現をめざして」217頁、図1(株式会社エヌ・ティー・エス)]や[九州工業大学「液晶エラストマを用いた人工筋肉」http://www.phys.mse.kyutech.ac.jp/elastomer.htm(2007年9月12日検索)]にその例が示されている。
上述したように、駆動素子301の第1の例によれば、撮像装置10の第1の実施の形態の効果に加えて、静音性に優れた撮像装置10を提供することができる。
続いて、駆動素子301の第2の例について、図3を用いて説明する。図3は、駆動素子301の第2の例の構成を示す模式図である。
図3においては、駆動素子301と鏡胴231とが一体に形成されている。駆動素子301として機能する部分には、図2(c)に示したと同様に、第1の電極303、可変部307および第2の電極305が順次積層されている。一方、鏡胴231として機能する部分には、第1の電極303および第2の電極305は形成されておらず、可変部307と同じ材料だけが積層されている。
このような構成とすることで、駆動素子301として機能する部分は、図2(d)に示したように、第1の電極303と第2の電極305との間に駆動電圧Vを印加することでアクチュエータとして機能し、電極が形成されていない鏡胴231として機能する部分は、形状が変化せず、一体的に形成されていながら、駆動素子301と鏡胴231との2つの機能を果たすことが可能となる。
このような一体型構成を可能とするアクチュエータとしては、例えば図2の説明で述べた電歪型高分子アクチュエータや液晶エラストマ等が挙げられる。これらのアクチュエータは構造体としての保持機能を持ち、光学系を支持することが可能となる。
上述したように、駆動素子301の第2の例によれば、光学ユニット200および撮像装置10の第1の実施の形態、および駆動素子301の第1の例の効果に加えて、駆動素子301と鏡胴231とを一体的に形成できるので、部品点数や接着工程等の製造工程を削減でき低コスト化に優れた撮像装置10を提供することができる。
次に、駆動素子301の第3の例について、図4を用いて説明する。図4は、駆動素子301の第3の例の構成を示す模式図で、図4(a)は駆動素子301と鏡胴231とを鏡胴231側から見た上面図、図4(b)および(c)は図4(a)のB−B’断面図である。ここでは、鏡胴231は駆動素子301と同じ円筒形として簡略化して図示してある。
図4(a)において、駆動素子301自体は円筒形であるが、その第1の電極303および第2の電極305は全面に形成されておらず、90°毎の4カ所の部分電極303a、305a、303b、305b、303c、305cおよび303d、305dとして形成されている。結果として、駆動素子301は、4つの部分素子301a、301b、301cおよび301dと、部分素子間にあって駆動素子として機能しない4つの部分とに分割されている。
図4(b)において、駆動素子301および鏡胴231のB−B’断面は、電極303a、305aおよび303b、305bが部分電極であることを除いて、図2あるいは図3と同様である。好ましくは、図3と同様に、駆動素子301と鏡胴231とは一体に形成されている。
図4(c)において、部分電極303aと305aとの間にだけ選択的に駆動電圧Vが印加されると、可変部307aだけが収縮し、部分素子301aだけが収縮する。部分素子301bは変化しない。これによって、鏡胴231の部分素子301aの上部の部分のみが光軸方向に引き下げられ、結果として光軸201を図の矢印R方向に傾ける所謂チルト動作が可能となる。
ここでは部分素子301aのみに駆動電圧Vを印加する例を示したが、4つの部分素子301a、301b、301cおよび301dの各々に異なる駆動電圧Vを印加すれば、あらゆる方向に光軸201をチルトすることが可能となる。これによって、手ブレ補正や撮像光学系の片ボケ補正のみならず、あおり撮影のような高度な撮影も可能となる。もちろん、4つの部分素子の各々に同じ駆動電圧Vを印加すれば、撮像装置10の第1の実施の形態に示したと同様のオートフォーカス動作が可能である。
駆動素子301の分割は4分割に限るものではなく、例えば3分割して正三角形の配置としてもよい。その他、用途に合わせて種々のバリエーションが考えられる。
上述したように、駆動素子301の第3の例によれば、光学ユニット200および撮像装置10の第1の実施の形態、駆動素子301の第1の例および駆動素子301の第2の例の効果に加えて、駆動素子301を部分素子化することで光軸201をチルトすることができるので、手ブレ補正、撮像光学系の片ボケ補正やあおり撮影のような高度な撮影も可能な撮像装置10を提供することができる。
次に、本発明における光学ユニットおよび撮像装置の第2の実施の形態について、図5を用いて説明する、図5は、本発明における光学ユニット200および撮像装置10の第2の実施の形態の構成を示す模式図で、図5(a)は光学ユニット200および撮像装置10を撮像光学系側から見た図、図5(b)は図5(a)のC−C’断面図である。
本第2の実施の形態と第1の実施の形態との違いは、第1の実施の形態が円形の撮像光学系211、円筒形の保持枠221、鏡胴231および駆動素子301を用いているのに対し、本第2の実施の形態では撮像素子111と同じ矩形形状をした撮像光学系211、角筒形の鏡胴231および駆動素子301を用いている点である。鏡胴231は、本発明における鏡筒として機能する。
また、本第2の実施の形態では、特に小型化に適した例として、撮像光学系211はレンズ1枚の構成とし、保持枠221、鏡胴231および駆動素子301を一体化し、撮像基板121を鏡胴231や駆動素子301と同一のサイズとしてある。これによって、撮像装置10はさいころのような1個の四角い塊となり、特にカメラ付き携帯電話等に実装するのに最適の形状となる。本例においても、図4に示した駆動素子301の部分素子化は可能である。
上述したように、光学ユニット200および撮像装置10の第2の実施の形態によれば、矩形の撮像光学系211、角筒形の鏡胴231および駆動素子301を用いることで、撮像装置10をさいころのような1個の四角い塊とすることができ、コンパクトで高性能な、カメラ付き携帯電話等に好適な光学ユニット200および撮像装置10を提供することができる。
次に、本発明における光学ユニット200の第3の実施の形態について、図6を用いて説明する。図6は、本発明における光学ユニット200の第3の実施の形態の構成を示す断面図で、図6(a)は駆動素子301が伸縮していない状態を、図6(b)は駆動素子301が収縮した状態を示す。
図6(a)において、光学ユニット200は、撮像光学系211と鏡筒241とで構成される。撮像光学系211は、2枚のレンズ211aと211bとで構成され、鏡筒241は、第1の鏡筒241aと第2の鏡筒241bとで構成される。レンズ211aは第1の鏡筒241aに保持され、レンズ211bは第2の鏡筒241bに保持されている。第1の鏡筒241aと第2の鏡筒241bとの間には駆動素子301が配置されている。駆動素子301は、図2に示したと同様の円筒形状の積層型アクチュエータである。
第1の鏡筒241aと第2の鏡筒241bおよび駆動素子301は、図1あるいは図2に示したように別体であってもよいし、図3に示したように、一体に形成されていてもよい。
図6(b)において、駆動素子301に駆動電圧Vが印加されることで駆動素子301が収縮し、第1の鏡筒241aと第2の鏡筒241bとの間隔、即ちレンズ211aと211bとの間隔が狭められる。これによって、撮像光学系211の合焦位置を変化させることができ、オートフォーカス機能を実現することができる。
さらに、駆動素子301を図4に示したように部分素子化することも可能で、部分素子化によって撮像光学系211の光軸201を傾けることもできるので、オートフォーカス機能と同時に手ブレ補正機能を実現することができる。
上述したように、光学ユニット200の第3の実施の形態によれば、第1の鏡筒241aと第2の鏡筒241bとの間に駆動素子301を配置することで、レンズ211aと211bとの間隔を可変にすることができ、オートフォーカス機能を実現することができる。さらに、駆動素子301を部分素子化することで、オートフォーカス機能と同時に手ブレ補正機能を実現することができ、コンパクトで高性能な、カメラ付き携帯電話等に好適な光学ユニット200および撮像装置10を提供することができる。
上述した駆動素子301あるいは一体化された駆動素子301と鏡胴231の形成方法としては、(1)電極および可変部を印刷で積層する方法、(2)電極および可変部をインクジェット方式で塗布して積層する方法(3)シート状に成形された電極および可変部を積層し、型抜き後に加熱等により硬化させる方法等が考えられる。
なお、上述した各実施の形態における駆動素子301の動作では、駆動電圧Vが印加されると駆動素子301が収縮するとして説明したが、電圧が印加されることで伸張する駆動素子(例えば上述した液晶エラストマの一種)を用いる場合には、その逆の動作として考えればよい。
以上に述べたように、本発明によれば、撮像光学系を保持する鏡筒を駆動する駆動素子を備え、駆動素子を撮像光学系の光軸方向に伸縮させることで、鏡筒と同程度の外形で撮像光学系を駆動することができるコンパクトで高性能で静音性に優れ、カメラ付き携帯電話等に好適な光学ユニットを提供することができる。また、光学ユニットと撮像ユニットとを駆動素子で直接に接合し、駆動素子を光学ユニットの光軸方向に伸縮させることで、光学ユニットと同程度の外形で撮像光学系を駆動することができ、コンパクトで高性能で静音性に優れ、カメラ付き携帯電話等に好適な撮像装置を提供することができる。
尚、本発明に係る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。
10 撮像装置
100 撮像ユニット
111 撮像素子
121 撮像基板
131 撮像回路
200 光学ユニット
201 光軸
211 撮像光学系
211a レンズ
211b レンズ
221 (撮像光学系)保持枠
231 鏡胴
301 駆動素子
303 第1の電極
305 第2の電極
307 可変部
SW スイッチ
PS 電源
V 駆動電圧

Claims (4)

  1. 撮像光学系が固定された鏡筒を有する光学ユニットと、
    前記撮像光学系の光軸上に配置された撮像素子を有する撮像ユニットと、
    筒形の形状を有し、前記撮像光学系の光軸に平行な方向に伸縮する駆動素子と、
    を備え、
    前記駆動素子は、
    前記鏡筒と前記撮像ユニットとの間に配置されて、前記筒形の形状の一方の端面が前記鏡筒の像面側端面に直接接合されるとともに、前記筒形の形状の他方の端面が前記撮像ユニットに直接接合されることにより筒形の構造体として前記光学ユニットを支持し、
    前記光軸に平行な方向に伸縮して前記鏡筒を移動させることにより、前記鏡筒に固定された前記撮像光学系と、前記光学ユニットとの間隔を変化させることを特徴とする撮像装置。
  2. 請求項1に記載の撮像装置において、
    前記駆動素子は、
    印加される電圧に応じて伸縮する可変部と、当該可変部の両端部の間に電圧を印加する電極部とを有する構造体が順次積層された積層型のアクチュエータであり、
    前記鏡筒は、
    電極を有することなく、前記可変部と前記電極部とのうち前記可変部のみの材料によって形成されており、
    前記鏡筒と前記駆動素子とは、一体的に形成されていることを特徴とする撮像装置。
  3. 請求項1または請求項2に記載の撮像装置において、
    前記駆動素子は、
    前記筒形の形状の周方向に沿ってそれぞれ設けられた複数の部分素子を有し、
    前記複数の部分素子は、それぞれ個別に前記撮像光学系の光軸に平行な方向に伸縮可能であることを特徴とする撮像装置。
  4. 請求項3に記載の撮像装置において、
    前記駆動素子は、
    前記複数の部分素子のうち一部の部分素子が、他の部分素子に対して相対的に伸縮することにより前記撮像光学系の光軸をチルトさせることを特徴とする撮像装置。
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