KR20080000577A

KR20080000577A - 초점 조절 장치 및 촬상 장치

Info

Publication number: KR20080000577A
Application number: KR1020077022270A
Authority: KR
Inventors: 야스다 아키라; 키노시타 타케시; 히라이 토시히로
Original assignee: 세이코 프레시죤 가부시키가이샤; 신슈 다이가쿠
Priority date: 2005-03-31
Filing date: 2006-03-17
Publication date: 2008-01-02
Also published as: KR100951910B1; CN101151567A; US20100103542A1; JP2006309112A; US7933081B2; CN101151567B; WO2006109433A1; JP4530163B2

Abstract

구조가 간단하고 소형화에 대응할 수 있는 초점 조절 장치와, 이를 이용한 촬상 장치를 제공한다.

초점 조절 장치(10)는, 액츄에이터(11), 렌즈(13a, 13b)를 지지하는 렌즈 홀더(12), 렌즈 홀더(12)가 설치되는 홀더 지지 기판(14)을 구비한다. 액츄에이터(11)는, 고분자층(51), 홀더 지지 기판(14)에 형성되는 정전극(52), 렌즈 홀더(12)에 형성되는 부전극(53)을 구비한다. 정전극(52)과 부전극(53)의 사이에 인가되는 전압이 증가되면, 고분자층(51)은 정전극(52)을 따라서 반경방향으로 변형한다. 액츄에이터(11)는 상기 고분자층(51)의 변형을 따라서 렌즈 홀더(12)를 광축 방향으로 이동시킨다.

초점 조절 장치, 촬상 장치, 액츄에이터, 렌즈 홀더, 렌즈, 고분자층.

Description

초점 조절 장치 및 촬상 장치{FOCUSING DEVICE AND IMAGING DEVICE}

본 발명은 초점을 조절하기 위한 초점 조절 장치와, 이를 이용한 촬상 장치에 관한 것이다.

종래에는 카메라 등의 촬상 장치에 있어서 초점 거리를 조절하기 위해, 전자 모터나 전왜(電歪) 재료를 이용하는 액츄에이터에 의해 렌즈를 고정하는 렌즈 홀더를 렌즈의 광축 방향으로 이동시켜, 렌즈와 촬상 소자와의 거리를 조절하고 있었다.

특허 문헌1: 일본국 특개2003-215429호 공보

발명이 해결하고자 하는 과제

최근에는, 휴대 전화기 등의 소형의 전자 기기에 촬상 장치가 탑재되게 되어, 촬상 장치의 소형화가 진행되고 있다. 그러나, 렌즈와 촬상 소자와의 사이의 초점 거리를 조절하는 초점 조절 장치에 전자 모터를 이용하는 경우, 동력을 전달하기 위한 기구가 필요해 지므로, 초점 조절 장치의 구성이 복잡해져 촬상 장치의 소형화에 대응하는 것이 곤란하다.

또한, 특허 문헌 1에 개시되어 있는 바와 같이 전자 모터 대신에 전왜 액츄에이터를 사용하는 경우에도, 전왜 재료의 신축을 제어하기 위한 가이드나 스프링이 필요하여, 구조가 복잡해져 소형화에 대응하는 것이 어렵다.

따라서, 구조가 간단하고 소형화에 대응할 수 있는 초점 조절 장치와 그것을 이용한 촬상 장치가 요구되고 있다.

본 발명은 상기 실정을 감안하여 이루어진 것이며, 구조가 간단하여 소형화에 대응 가능한 초점 조절 장치와 그것을 이용한 촬상 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

과제를 해결하기 위한 수단

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제1의 관점에 관한 초점 조절 장치는, 고분자층, 제1 전극 및 제2 전극을 구비하는 초점 조절 장치로서,

상기 제1 전극과 상기 제2 전극과의 사이에 전압이 인가되면, 상기 고분자층이 상기 제1 전극을 따라서 변형하고, 이 변형에 의해 초점 거리를 조절하는 것을 특징으로 한다.

상기 초점 조절 장치는, 렌즈를 지지하는 동시에 , 해당 렌즈의 광축 방향으로 이동 가능한 렌즈 홀더 및 상기 렌즈 홀더가 설치되는 홀더 지지 기판을 추가적으로 포함하고, 상기 홀더 지지 기판과 상기 렌즈 홀더 사이에 상기 고분자층이 설치되며,

상기 제1 전극과 상기 제2 전극과의 사이에 전압이 인가되면, 상기 고분자층이 상기 제1 전극을 따라서 변형하고, 이 변형에 의해 상기 렌즈 홀더를 상기 광축 방향으로 이동시킬 수 있다.

상기 홀더 지지 기판의 일면에, 상기 렌즈 홀더가 상기 고분자층에 의해 상기 광축 방향으로 이동 가능한 상태로 유지될 수 있다.

상기 홀더 지지 기판의 상기 렌즈 홀더에 대향하는 면에 상기 제1 전극이 형성되고, 상기 렌즈 홀더의 상기 홀더 지지 기판에 대향하는 면에 상기 제2 전극이 형성되며, 상기 고분자층은 상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 사이에 설치되도록 할 수 있다.

상기 홀더 지지 기판에는 개구부가 형성되고, 상기 렌즈 홀더에는 상기 홀더 지지 기판의 상기 개구부에 결합되어 해당 렌즈 홀더가 상기 광축 방향으로 이동할 때의 가이드로서 기능하는 원통부가 형성될 수 있다.

상기 고분자층은 환형으로 형성될 수 있다.

상기 초점 조절 장치는, 상기 고분자층 및 렌즈를 그 내측에 구비하는 렌즈 홀더를 추가적으로 포함하고,

상기 고분자층 상에 상기 렌즈가 해당 렌즈의 광축 방향으로 이동 가능한 상태로 유지되고, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 사이에 전압이 인가되면, 상기 고분자층이 상기 제1 전극을 따라서 변형하고, 이 변형에 의해 상기 렌즈를 상기 광축 방향으로 이동시킬 수 있다.

상기 렌즈 홀더에는 개구부를 구비하는 평판부가 설치되고, 상기 평판부상에 상기 고분자층이 설치될 수 있다.

상기 평판부 상에 상기 제1 전극이 형성되고, 상기 평판부의 상기 개구부의 내주면에 상기 제2 전극이 형성되며, 상기 고분자층은 상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 사이에 설치될 수 있다.

상기 고분자층과 상기 렌즈와의 사이에 공기가 내 파오 되지 않도록, 상기 고분자층이 상기 렌즈와 밀착하여 배치될 수 있다.

상기 고분자층은 상기 렌즈와 동일한 굴절률을 가질 수 있다.

상기 고분자층은 원형으로 형성될 수 있다.

상기 초점 조절 장치는 상기 고분자층을 고정하는 렌즈 홀더를 추가적으로 포함하고,

상기 고분자층이 렌즈 형상으로 형성되어 있고, 또한 상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 사이에 전압이 인가되면 상기 고분자층이 상기 제1 전극을 따라서 변형하여, 상기 고분자층의 곡률이 변화할 수 있다.

상기 렌즈 홀더에는 개구부를 구비하는 평판부가 형성되고, 상기 평판부상에 상기 고분자층이 설치될 수 있다.

상기 평판부 상에 상기 제1 전극이 형성되고, 상기 평판부의 상기 개구부의 내주면에 상기 제2 전극이 형성되며,

상기 고분자층은 상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 사이에 설치될 수 있다.

상기 고분자층은 폴리염화비닐로 형성될 수 있다.

상기 고분자층에는 가소제로서 프탈산 디-n-부틸이 혼합될 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제2의 관점에 관한 촬상 장치는, 상기 제1의 관점에 관한 초점 조절 장치, 상기 초점 조절 장치가 설치되는 기판 및 상기 기판상에 배치되는 촬상 소자를 구비한 것을 특징으로 한다.

발명의 효과

본 발명에 의하면, 인가된 전압에 따라 변형하는 고분자층을 사용함으로써, 구조가 간단해 소형화에 대응 가능한 초점 조절 장치와, 이것을 사용한 촬상 장치를 제공하는 것이 가능하다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 관한 촬상 장치의 단면도이다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 관한 촬상 장치의 평면도이다.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 관한 초점 조절 장치의 액츄에이터에 전압이 인가된 경우의 촬상 장치의 단면도이다.

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 관한 초점 조절 장치의 액츄에이터의 동작을 모식적으로 나타낸 도면이다.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 관한 촬상 장치의 단면도이다.

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 관한 촬상 장치의 평면도이다.

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 관한 초점 조절 장치의 액츄에이터에 전압이 인가된 경우의 촬상 장치의 단면도이다.

도 8은 본 발명의 제2 실시예에 관한 초점 조절 장치의 액츄에이터의 동작을 모식적으로 나타낸 도면이다.

도 9는 본 발명의 제 3 실시예에 관한 촬상 장치의 단면도이다.

도 10은 본 발명의 제 3 실시예에 관한 가변 렌즈에 전압이 인가된 경우의 촬상 장치의 단면도이다.

부호의 설명

10, 30, 40 초점 조절 장치

11, 31 액츄에이터

12, 32, 41 렌즈 홀더

13a, 13b, 33a, 33b, 42 렌즈

43 가변 렌즈

44 정전극

45 부전극

14 홀더 지지 기판

20, 25, 26 촬상 장치

21 촬상 소자

22 기판

본 발명의 실시예에 관한 초점 조절 장치 및 촬상 장치에 대하여 도면을 사용하여 설명한다.

(제1 실시예)

본 발명의 제1 실시예에 관한 촬상 장치(20)를 도 1 내지 도 3에 나타낸다. 도 2는 촬상 장치(20)의 평면도이다. 도 1은 도 2의 일점 쇄선 A-A'에 따른 단면도이다. 또한, 도 3은 초점 조절 장치(10)에 전압이 인가된 상태를 모식적으로 나타낸 단면도이다.

본 발명의 제1 실시예에 관한 촬상 장치(20)는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 초점 조절 장치(10), 촬상 소자(21) 및 기판(22)을 구비한다. 촬상 소자(21)는 피사체의 광학상을 전기 신호로 변환하는 것이다. 촬상 소자(21)는 CCD(Charge Coupled Device), CMOS(Complementary Metal 0xide Semiconductor) 이미지 센서 등으로 구성되어 있고, 예를 들면 도 1에 나타낸 바와 같이 기판(22)상에 배치된다.

초점 조절 장치(10)는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 액츄에이터(11), 렌즈 홀더(12), 렌즈(13a, 13b) 및 홀더 지지 기판(14)을 구비한다.

액츄에이터(11)는, 도 1, 도 4(A) 및 (B)에 나타낸 바와 같이, 고분자층(51), 고분자층(51)의 하면에 형성된 정전극(正電極,52) 및 고분자층(51)의 상면에 형성된 부전극(負電極,53)으로 구성된다. 액츄에이터(11)는 환형이고, 렌즈 홀더(12)와 홀더 지지 기판(14) 사이에 배치된다.

고분자층(51)은 폴리염화비닐과 가소제인 프탈산 디-n-부틸이, 예를 들면 1 : 9의 비율로 혼합된 것이다. 고분자층(51)은, 정전극(52)과 부전극(53) 사이에 인가되는 전압이 0인 상태, 즉, 초기 상태에서 도 4(A)에 나타낸 바와 같이 환형으로 형성된다. 또한, 고분자층(51)은, 도 1에 나타낸 바와 같이, 렌즈 홀더(12)에 형성된 부전극(53)과 홀더 지지 기판(14)에 형성된 정전극(52) 사이에 설치된다.

액츄에이터(11)의 정전극(52), 부전극(53) 사이에 인가하는 전압을 0에서부터 증가시키면, 고분자층(51)의 폴리염화비닐은 정전극(52)으로 끌려들어가므로, 도 4(B)에 나타낸 바와 같이 고분자층(51)은 정전극(52)를 덮도록 직경 방향 외측으로 변형한다. 고분자층(51)의 변형량은, 정전극(52)의 위치, 인가하는 전압 등에 의해 변화한다. 본 실시예에서는, 고분자층(51)을 직경 방향 외측으로 변형시켜, 렌즈(13a, 13b)의 광축 방향의 두께 변화를 양호하게 얻도록 하기 위해, 고분자층(51)은, 도 4(A)에 나타낸 바와 같이, 초기 상태에서 정전극(52)를 반정도 덮도록 형성된다.

그리고, 고분자층(51)의 표면은, 외부 환경으로부터 보호하기 위해, 예를 들면 폴리우레탄, 폴리파라크실렌 수지(파릴렌) 등의 신축성이 있는 얇은 막으로 덮여 있어도 좋다. 또, 폴리염화비닐과 가소제인 프탈산 디-n-부틸의 비율은, 고분자층(51)에 요구되는 성능에 따라 적절히 변경하는 것이 가능하다.

정전극(52)은, 예를 들면 카본 블랙, 금, 은, 알루미늄 등으로 구성되며, 도 4에 나타낸 바와 같이 환형으로 형성된다. 정전극(52)은 렌즈 홀더(12)의 원통부(12a)와 대향하는 홀더 지지 기판(14) 상의 면에 형성된다. 전술한 바와 같이, 정전극(52)과 부전극(53) 사이에 전압이 인가되면, 고분자층(51)은 정전극(52)을 따라서 변형한다. 본 실시예에서는, 고분자층(51)을 직경 방향 외측으로 양호하게 변형시키기 위해, 상기 정전극(52)은 도 4(A)에 나타낸 바와 같이 고분자층(51) 보다도 직경 방향 외측으로 넓게 형성된다.

부전극(53)은, 예를 들면 카본 블랙, 금, 은, 알루미늄 등으로 구성되며, 도 4에 나타낸 바와 같이 환형으로 형성된다. 부전극(53)은 렌즈 홀더(12)의 원통부(12a)의 홀더 지지 기판(14)과 대향하는 면에 형성된다.

정전극(52)과 부전극(53)은 전원(도시하지 않음)에 접속되어 있고, 또한 구동 회로 제어부(도시하지 않음)에 접속되어 있으며, 제어부(도시하지 않음)로부터의 입력에 따른 전압이 인가된다.

이상의 구성을 채용하는 액츄에이터(11)의 정전극(52)과 부전극(53) 사이에 인가하는 전압을 0으로부터 상승시키면, 고분자층(51)을 구성하는 폴리염화비닐이 극성을 가지므로, 도 4(B)에 나타낸 바와 같이, 고분자층(51)은 정전극(52)를 덮도록 직경 방향 외측으로 연장된다. 고분자층(51)이 직경 방향으로 연장되는 것에 따라서, 고분자층(51)의 두께가 Ta로부터 Tb까지 얇아진다. 렌즈 홀더(12)는 고분자층(51)에 의해 홀더 지지 기판(14) 상에 이동 가능한 상태로 유지되고 있으므로, 고분자층(51)의 두께 변화에 따라, 도 3에 나타낸 바와 같이 렌즈 홀더(12)는 (Ta-Tb)만큼 촬상 소자(21)에 가까워지도록 렌즈(13a, 13b)의 광축 방향으로 이동한다.

한편, 정전극(52)과 부전극(53) 사이에 인가하는 전압을 0으로 되돌리면, 고분자층(51)이 원래의 형상으로 돌아오기 때문에, 렌즈 홀더(12)도 도 1에 나타낸 상태로 돌아온다.

렌즈 홀더(12)는, 도 1에 나타낸 바와 같이 고분자층(51)을 통하여, 홀더 지지 기판(14)상에 렌즈(13a, 13b)의 광축 방향으로 이동 가능한 상태로 유지된다. 렌즈 홀더(12)는, 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 원통형의 제1 원통부(12a)와 제2 원통부(12b)를 구비한다. 제1 원통부(12a)는, 내측에 렌즈(13a 및 13b)를 유 지한다. 제2 원통부(12b)의 단부는 렌즈(13a, 13b)의 광축 방향으로 이동 가능한 상태에서 홀더 지지 기판(14)의 개구부(14a)에 결합된다. 이와 같이 렌즈 홀더(12)의 제2 원통부(12b)가 개구부(14a)에 결합되어 있는 것에 의해, 액츄에이터(11)가 변형했을 때, 제2 원통부(12b)가 가이드로서 기능한다. 따라서, 렌즈(13a, 13b)를 기울이지 않고 렌즈 홀더(12)는 렌즈(13a, 13b)의 광축 방향으로 이동하는 것이 가능해진다. 또한, 제1 원통부(12a)의 홀더 지지 기판(14)과 대향하는 면에 부전극(53)이 형성된다.

홀더 지지 기판(14)은, 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 환형으로 형성되어 있고, 기판(22) 상에 설치된다. 홀더 지지 기판(14)은 렌즈(13a, 13b)에 대응하는 개구부(14a)를 구비한다. 또, 홀더 지지 기판(14)의 개구부(14a)는 렌즈 홀더(12)의 제2 원통부(12b)의 외경보다도 조금 크고, 제2 원통부(12b)의 단부가 결합된다. 렌즈 홀더(12)의 제1 원통부(12a)에 대향하는 홀더 지지 기판(14)의 면에 정전극(52)이 형성된다.

상기의 구성을 채용하는 초점 조절 장치(10)에 있어서, 정전극(52)과 부전극(53) 사이에 인가하는 전압을 0으로부터 증가시키면, 고분자층(51)이 정전극(52)으로 끌어당겨져서 정전극(52)을 따르도록 변형하고, 직경 방향 외측으로 연장되는 것에 의해 두께가 감소한다. 이러한 두께의 감소, 다시 말해 고분자층(51)의 렌즈(13a, 13b)의 광축 방향의 두께의 변화에 따라서, 렌즈 홀더(12)는 촬상 소자(21)와 가까워지도록 렌즈(13a, 13b)의 광축 방향으로 이동한다. 따라서, 촬상 소자(21)와 렌즈(13a, 13b)의 거리를 짧게 하여, 초점 거리를 조절할 수 있다. 또 한, 정전극(52)과 부전극(53) 사이에 인가하는 전압을 0으로 되돌리면, 고분자층(51)이 원래의 형상으로 돌아오기 때문에, 렌즈 홀더(12)는 최초의 위치로 돌아온다.

이와 같이 본 발명의 실시예에 관한 초점 조절 장치(10)에 있어서, 렌즈 홀더(12)는 액츄에이터(11)의 고분자층(51)을 통하여 렌즈(13a, 13b)의 광축 방향으로 이동 가능한 상태에서 홀더 지지 기판(14)상에 유지된다. 따라서, 정전극(52)과 부전극(53) 사이에 인가하는 전압을 상승시켰을 때, 액츄에이터(11)는 렌즈(13a, 13b)의 광축 방향으로의 고분자층(51)의 변형에 수반해 렌즈 홀더(12)를 이동시키는 것이 가능해진다. 이와 같이, 액츄에이터(11)의 동력 등을 전달하는 수단을 필요로 하지 않기 때문에, 초점 조절 장치(10)의 구성이 간단해지고 초점 조절 장치(10)가 사용되는 촬상 장치(20)의 소형화에 용이하게 대응할 수 있다.

그리고, 고분자층(51)을 구성하는 재료, 인가하는 전압 등에 따라, 고분자층(51)이 변형되는 정도를 바꿀 수가 있기 때문에, 이들을 적절히 변경시켜, 렌즈 홀더(12)에 요구되는 이동거리를 실현하는 것이 가능하다. 또한, 인가하는 전압을 다단계로 설정하여, 렌즈 홀더(12)의 위치를 다단계로 변경시키는 일도 가능하다.

(제2 실시예)

본 발명의 제2 실시예에 관한 촬상 장치(25)를 도 5 내지 도 7에 나타낸다. 도 6은 촬상 장치(25)의 평면도이다. 도 5, 도 6의 일점 쇄선 B-B'에 있어서의 단면도이다. 또, 도 7은 초점 조절 장치(30)에 전압이 인가된 상태를 모식적으로 나 타낸 단면도이다. 그리고, 도 6에서는 렌즈(33b)에 형성된 오목부(33c)와 가이드축(32c)을 설명하기 위해, 렌즈(33a) 등의 도시는 생략한다.

본 발명의 제2 실시예에 관한 촬상 장치(25)는 제1 실시예와 마찬가지로 초점 조절 장치(30), 촬상 소자(21) 및 기판(22)을 구비한다. 촬상 소자(21)는 피사체의 광학상을 전기 신호로 변환하는 것이다. 촬상 소자(21)는 CCD, CMOS 이미지 센서 등으로 구성되어 있고, 예를 들면 도 5에 나타낸 바와 같이 기판(22)상에 배치된다.

초점 조절 장치(30)는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 액츄에이터(31), 렌즈 홀더(32) 및 렌즈(33a, 33b)를 구비한다.

액츄에이터(31)는, 도 5, 도 8(A) 및(B)에 나타낸 바와 같이, 고분자층(61), 렌즈 홀더(32)의 평판부(32b)에 형성된 정전극(62) 및 렌즈 홀더(32)의 개구부(32b')의 내주면에 형성된 부전극(63)으로 구성된다. 액츄에이터(31)는 평면 형상이 원형이며, 렌즈 홀더(32)의 평판부(32b)에 배치된다. 액츄에이터(31)는 적어도 광이 투과하는 영역에 있어서, 고분자층(61)과 렌즈(33b) 사이에 공기가 내 포되지 않게 고분자층(61)이 렌즈(33b)와 밀착되게 배치되어 있다.

고분자층(61)은 폴리염화비닐과 가소제인 프탈산 디-n-부틸이 예를 들면 1 : 9의 비율로 혼합된 것이다. 고분자층(61)과 렌즈(33b)는 굴절률이 동일하다. 따라서, 렌즈(33b)와 촬상 소자(21) 사이에 고분자층(61)이 개재되어도, 광학상은 흐트러지지 않는다. 그리고, 고분자층(61)의 굴절률과 렌즈(33b)의 굴절률이 동일한 경우만으로 한정되지 않고, 그 차이가 10% 이내에 있어도 되며, 이 경우에도 렌 즈(33b)와 촬상 소자(21) 사이에 고분자층(61)이 개재되어도, 광학상은 흐트러지지 않는다.

고분자층(61)은 정전극(62)과 부전극(63)사이에 인가되는 전압이 0인 상태, 즉 초기 상태에서 도 8(A)에 나타낸 바와 같이 원형으로 형성된다. 또, 고분자층(61)은, 도 5에 나타낸 바와 같이, 렌즈 홀더(32)의 평판부(32b)에 형성된 정전극(62), 평판부(32b)의 개구부(32b')에 형성된 부전극(63) 사이에 설치된다.

액츄에이터(31)의 정전극(62)과 부전극(63) 사이에 인가하는 전압을 0으로부터 증가시키면, 고분자층(61)의 폴리염화비닐은 정전극(62)으로 끌려들어갈 수 있도록, 도 8(B)에 나타낸 바와 같이 고분자층(61)은 정전극(62)를 덮도록 직경 방향 외측으로 변형한다. 고분자층(61)의 변형량은, 정전극(62)의 위치, 인가하는 전압 등에 의해 변화한다. 본 실시예에서는 고분자층(61)을 직경 방향 외측으로 변형시켜, 렌즈(33a, 33b)의 광축 방향의 두께 변화를 양호하게 얻도록, 고분자층(61)은 도 8(A)에 나타낸 바와 같이 초기 상태에서 정전극(62)을 반정도 덮도록 형성된다.

그리고, 고분자층(61)의 표면은 외부 환경으로부터 보호하기 위해, 예를 들면 폴리우레탄, 폴리파라크실렌 수지(파릴렌) 등의 신축성이 있는 얇은 막으로 덮여 있어도 된다. 또한, 폴리염화비닐과 가소제인 프탈산 디-n-부틸 혼합 비율은 고분자층(61)에 요구되는 성능에 따라 적절히 변경하는 것이 가능하다.

정전극(62)은 예를 들면 카본 블랙, 금, 은, 알루미늄 등으로부터 구성되며, 도 8(A) 및 (B)에 나타낸 바와 같이 환형으로 형성된다. 정전극(62)은 렌즈 홀더(32)의 평판부(32b) 상에 형성된다. 전술한 바와 같이, 정전극(62)과 부전 극(63) 사이에 전압이 인가되면 고분자층(61)은 정전극(62)을 따라서 변형한다. 본 실시예에서는, 고분자층(61)을 직경 방향 외측으로 양호하게 변형시키기 위해, 상기 정전극(62)은 도 8(A)에 나타낸 바와 같이 고분자층(61)보다도 직경 방향 외측으로 넓게 형성된다.

부전극(63)은 예를 들면 카본 블랙, 금, 은, 알루미늄 등으로 구성되며, 도 5에 나타낸 바와 같이 렌즈 홀더(32)의 개구부(32b')의 내주면의 전체면에 걸쳐서 형성된다.

정전극(62)과 부전극(63)은 전원(도시하지 않음)에 접속되어 있고, 또한 구동 회로 제어부(도시하지 않음)에 접속되어 있으며, 제어부(도시하지 않음)로부터의 입력에 따라 전압이 인가된다.

이상의 구성을 채용한 액츄에이터(31)의 정전극(62)과 부전극(63) 사이에 인가되는 전압을 0으로부터 증가시키면, 고분자층(61)을 구성하는 폴리염화비닐이 극성을 가지므로, 도 8(B)에 나타낸 바와 같이, 고분자층(61)은 정전극(62)를 덮도록 직경 방향 외측으로 연장된다. 고분자층(61)이 직경 방향으로 연장되는 것에 따라서, 고분자층(61)의 두께가 Tc로부터 Td까지 얇아진다. 렌즈(33b)는 고분자층(61)상에 밀착하여 배치되어 있으므로, 고분자층(61) 의 두께의 변화에 수반하여, 도 8에 나타낸 바와 같이 렌즈(33b)는 (Tc-Td) 만큼, 촬상 소자(21)에 가까워지도록 렌즈(33a, 33b)의 광축 방향으로 이동한다.

한편, 정전극(62)과 부전극(63) 사이에 인가하는 전압을 0으로 되돌리면, 고분자층(61)이 원래의 형상으로 돌아오기 때문에, 렌즈(33b)나 도 5에 나타낸 초 기 상태에 돌아온다.

렌즈 홀더(32)는 원통형이며, 렌즈(33a)를 유지하는 평판부(32a)와 액츄에이터(31)을 유지하는 평판부(32b)를 구비한다. 평판부(32a)는 렌즈(33a)에 대응하는 개구부(32a')를 구비하고, 이 개구부(32a')에 렌즈(33a)가 유지되어 있다. 평판부(32b)도 렌즈(33b)에 대응하는 개구부(32b')를 구비한다. 상기 개구부(32b')에는 액츄에이터(31)가 유지되어 있다. 또, 평판부(32b)의 평판부(32a)와 대향하는 면에 정전극(62)이 형성되어 있고, 개구부(32b')의 내주면에 그 전체 둘레에 걸쳐 부전극(63)이 형성된다. 렌즈(33b)는 렌즈 홀더(32)에 한 쌍의 가이드축(32c)을 통하여 광축 방향으로 이동 가능하게 탑재되어 있는 동시에, 액츄에이터(31)에 의해 광축 방향의 소정 위치에 유지되어 있다. 가이드축(32c)은 렌즈 홀더(32)의 평판부(32a, 32b) 사이에 렌즈(33b)의 광축 방향과 평행으로 가설되어 있다. 렌즈(33b)에는 외주 단부에 오목부(33c)가 형성되고, 상기 오목부(33c)에 가이드축(32c)이 슬라이드 가능하게 결합되어, 가이드축(32c)을 따라 광축 방향으로 이동 가능하게 되어 있다.

상기의 구성을 채용한 초점 조절 장치(30)에 있어서, 정전극(62)과 부전극(63) 사이에 인가하는 전압을 0으로부터 증가시키면, 고분자층(61)이 정전극(62)으로 끌려들어가서, 정전극(62)을 따라 변형하고, 직경 방향 외측으로 연장되는 것에 의해 두께가 감소한다. 이러한 두께의 감소, 다시 말하면 고분자층(61)의 렌즈(33a, 33b)의 광축 방향의 두께의 변화에 따른 렌즈(33b)는 촬상 소자(21)에 가까워지도록, 렌즈(33a, 33b)의 광축 방향으로 이동한다. 따라서, 촬상 소자(21)와 렌즈(33a, 33b)와의 거리를 짧게 하여, 초점 거리를 조절할 수 있다. 또, 정전극(62)과 부전극(63) 사이에 인가하는 전압을 0으로 되돌리면, 고분자층(61)이 원래의 형상으로 돌아오기 때문에, 렌즈(33b)는 최초의 위치에 돌아온다.

이와 같이, 본 발명에 의하면, 액츄에이터(31)의 동력 등을 전달하는 수단을 필요로 하지 않기 때문에, 초점 조절 장치(30)의 구성이 간단해지고 초점 조절 장치(30)가 사용되는 촬상 장치의 소형화에 용이하게 대응할 수 있다. 또, 액츄에이터의 변형을 이용하여, 직접 렌즈를 광축 방향으로 이동시키기 때문에, 부품수를 삭감하고, 한층 더 소형화에 대응하는 것이 가능해진다.

또, 고분자층(61)의 굴절률과 렌즈(33b)의 굴절률이 동일하므로, 고분자층(61)과 렌즈(33b)가 협동하여 단일의 렌즈로서 기능하게 되므로, 렌즈 설계의 자유도가 향상된다. 그리고, 렌즈(33b)가 고분자층(61)에 밀착되게 설치되어 있으므로, 고분자층(61)이 변형되어도, 렌즈(33b)에 의해 고분자층(61)의 곡률이 항상 일정하게 유지된다.

그리고, 고분자층(61)을 구성하는 재료, 인가하는 전압 등에 따라, 고분자층(61)이 변형하는 정도를 바꿀 수가 있기 때문에, 이들을 적당히 변경시켜, 렌즈 홀더(32)에 요구되는 이동거리를 실현하는 것이 가능하다. 또, 인가하는 전압을 다단계로 설정하여, 렌즈(33b)의 위치를 다단계로 변경시키는 일도 가능하다.

(제 3 실시예)

본 발명의 제 3 실시예에 관한 초점 조절 장치와 촬상 장치에 대하여 도면 을 사용하여 설명한다. 제1 실시예와 공통되는 부분에 대하여는, 제1 실시예에서 사용한 것과 동일한 번호를 부여하고 상세한 설명은 생략한다.

본 발명의 제 3 실시예에 관한 초점 조절 장치(40)와 촬상 장치(26)을 도 9 및 도 10에 나타낸다. 도 9는 촬상 장치(40)의 단면도이다. 도 10은 초점 조절 장치(40)에 전압이 인가된 상태의 촬상 장치(26)의 단면도이다.

본 발명의 실시예에 관한 촬상 장치(26)는, 도 9에 나타낸 바와 같이, 초점 조절 장치(40), 촬상 소자(21) 및 기판(22)을 구비한다.

초점 조절 장치(40)는 렌즈 홀더(41), 렌즈(42), 가변 렌즈(43), 정전극(44)및 부전극(45)을 구비한다.

렌즈 홀더(41)는 원통형이며, 렌즈(42)를 유지하는 제1 평판부(41a)와 가변 렌즈(43)를 유지하는 제2 평판부(41b)를 구비한다. 제1 평판부(41a)는 렌즈(42)에 대응하는 개구부(41a')를 구비하고, 상기 개구부(41a')에 렌즈(42)가 유지되어 있다. 마찬가지로 제2 평판부(41b)도 가변 렌즈(43)에 대응하는 개구부(41b')를 구비하며, 상기 개구부(41b')에 가변 렌즈(43)가 유지되어 있다. 또한, 제2 평판부(41b)의 제1 평판부(41a)와 대향하는 면에 정전극(44)이 형성되어 있고, 개구부(41b')의 내주면에 그 전체 둘레에 걸쳐 부전극(45)이 형성된다.

렌즈(42)는, 가변 렌즈(43)와 함께 피사체의 광학 화상을 집광하는 것이다. 가변 렌즈(43)는 후술하는 바와 같이, 정전극(44)과 부전극(45) 사이에 인가된 전압에 따라 곡률이 변화하지만, 렌즈(42)의 곡률은 일정하게 있다.

가변 렌즈(43)는 폴리염화비닐과 가소제인 프탈산 디-n-부틸이 예를 들면 1 : 9의 비율로 혼합된 것이다. 가변 렌즈(43)는 렌즈 홀더(41)의 제2 평판부(41b)에 유지되어 있고, 제2 평판부(41b)에 형성된 정전극(44)상에, 정전극(44)과 부전극(45) 사이에 인가되는 전압이 0인 상태(초기 상태)에서 정전극(44)을 반정도 덮도록 설치된다. 정전극(44)과 부전극(45) 사이에 전압이 인가되면, 가변 렌즈(43)는 직경 방향 외측으로 변형한다. 이와 같이 변형함으로써, 가변 렌즈(43)의 곡률이 바뀐다. 그리고, 폴리염화비닐과 프탈산 디-n-부틸과의 혼합 비율은 렌즈에 요구되는 특성에 따라 변경 가능하다.

정전극(44)은 도 9에 나타낸 바와 같이 제2 평판부(41b)의 제1 평판부(41a)와 대향하는 면에 환형으로 형성된다. 정전극(44)은 전술한 바와 같이 반정도가 가변 렌즈(43)에 덮여 있다.

부전극(45)은 도 9에 나타낸 바와 같이 제2 평판부(41b)의 개구부(41b')의 내주면에 그 전체 둘레에 걸쳐 형성된다.

또한, 정전극(44)과 부전극(45)은 전원(도시하지 않음)에 접속되어 있고, 또한 회로 제어부(도시하지 않음)에 접속되어 있으며, 제어부(도시하지 않음)로부터의 입력에 따라 전압이 인가된다.

이상의 구성을 채용한 초점 조절 장치(40)에 있어서, 정전극(44)과 부전극(45) 사이에 인가되는 전압을 0으로부터 증가시켜가면, 가변 렌즈(43)를 구성하는 폴리염화비닐이 정전극(44)으로 끌려들어가는 것에 의해, 도 10에 나타낸 바와 같이 가변 렌즈(43)는 직경 방향 외측으로 연장되도록 변형한다. 가변 렌즈(43)가 직경 방향 외측으로 연장되는 것에 의해, 가변 렌즈(43)의 곡률 반경은 전압이 0인 상태(초기 상태)에 비해 커지며, 환언하면 가변 렌즈(43)의 곡률은 작아진다. 따라서, 가변 렌즈(43)의 초점 거리를 길게 할 수 있다.

전술한 바와 같이 초점 조절 장치(40)는, 인가된 전압에 따라 변형하는 가변 렌즈(43)를 사용함으로써, 가변 렌즈(43) 그 자체의 곡률을 변경하여 초점 거리를 조절할 수 있다. 일반적으로 초점 거리를 바꾸기 위해서는, 렌즈와 촬상 소자와의 거리를 변경하는 방법이 채용되고 있지만, 본 실시예에서는 렌즈 그 자체의 곡률을 변경하기 때문에, 렌즈를 움직일 필요가 없어 초점 조절 장치의 구성을 간략화하는 것이 가능하다. 따라서, 촬상 장치의 소형화에 용이하게 대응할 수 있다.

그리고, 정전극과 부전극과의 사이에 인가하는 전압, 가변 렌즈의 재질 등을 변화시킴으로써 곡률의 변화하는 정도를 변경시키는 것이 가능하다.

또한, 가변 렌즈의 변형은 인가하는 전압의 크기에 의해도 바뀌기 때문에, 정전극과 부전극의 사이에 인가되는 전압을 다단계로 설정하여, 가변 렌즈의 곡률을 다단계로 변화시키는 일도 가능하다.

본 발명은 전술한 각각의 실시예에 한정되지 않고, 다양한 수정 및 응용이 가능하다.

예를 들면, 제1 실시예에 있어서, 정전극(52)이 홀더 지지 기판(14)상에, 부전극(53)이 렌즈 홀더(12) 상에 형성되고, 고분자층(51)이 직경 방향 외측으로 변형하는 구성을 예로 들어 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 정전극(52), 부전극(53)을 형성하는 장소, 고분자층(51)을 변형시킬 방향을 임의로 변경하는 것이 가능하다. 예를 들면, 정전극(52)이 렌즈 홀더(12) 상에 형성되고, 부전극(53)이 홀더 지지 기판(14)상에 형성되는 구성을 채용하는 것도 가능하고, 고분자층(51)을 직경 방향 내측으로 변형시키는 구성, 렌즈(13a, 13b)의 광축 방향으로 변형시키는 구성 등을 채용하는 것이 가능하다.

또, 전술한 제1 실시예에 있어서, 액츄에이터(11)는 렌즈 홀더(12)와 홀더 지지 기판(14) 사이에 설치되는 경우를 예로 들어 설명하였으나, 이에 한정되지 않고, 홀더 지지 기판(14)를 구비하지 않고 , 기판(22)과 렌즈 홀더(12) 사이에 설치해도 되고, 홀더 지지 기판(14)과 기판(22)이 일체로 형성되어 있어도 된다.

전술한 제1 실시예에 있어서, 액츄에이터(11)가 환형으로 형성되는 경우를 예로 들어 설명하였으나 이에 한정되지 않고, 예를 들면, 복수 개의 액츄에이터(11)를 렌즈 홀더(12)와 홀더 지지 기판(14) 사이의 임의의 개소에 설치하고, 각각을 변형시켜, 렌즈 홀더(12)를 렌즈(13a, 13b)의 광축 방향으로 이동시키는 구성을 채용하는 것도 가능하다.

또, 전술한 제2 실시예에서는, 정전극(62)이 렌즈 홀더(32)의 평판부(32b) 상에, 부전극(63)이 개구부(32b')의 둘레 방향으로 형성되고, 고분자층(61)이 직경 방향 외측으로 변형하는 구성을 예로 들어 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 정전극(62), 부전극(63)을 형성하는 장소, 고분자층(61)을 변형시킬 방향을 임의로 변경하는 것이 가능하다. 예를 들면, 정전극(62)이 렌즈 홀더(32)에 형성되고, 부전극(63)이 홀더 지지 기판에 형성되고, 렌즈(33a, 33b)의 광축 방향으로 변형시키는 구성을 채용하는 것도 가능하다. 또, 고분자층(61)을 직경 방향 내측으로 변형시키는 구성을 채용하는 것이 가능하다.

또, 전술한 제2 실시예에서는, 고분자층(61)으로 렌즈(33b)가 협동하여 단일 렌즈로서 기능하도록, 고분자층(61)의 굴절률과 렌즈(33b)의 굴절률을 동일하게 하였으나, 고분자층(61)과 렌즈(33b)가 협동하여 복합 렌즈로서 기능하도록, 고분자층(61)의 굴절률과 렌즈(33b)의 굴절률을 적절히 변경해도 된다. 예를 들면, 고분자층(61)을 조성하는 가소제의 혼합비를 바꾸어 고분자층(61)의 굴절률을 변경함으로써, 고분자층(61)의 굴절률과 렌즈(33b)의 굴절률을 적절히 바꾸어 고분자층(61)과 렌즈(33b)가 협동하여 복합 렌즈로서 기능하도록 해도 된다.

또, 전술한 제2 실시예에서, 고분자층(61)이 원형으로 형성되는 구성을 예로 들어 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 제1 실시예와 같이 고분자층을 환형으로 형성하는 것도 가능하다. 마찬가지로, 제1 실시예에서, 고분자층(51)이 환형으로 형성되어 있는 경우를 예로 들어 설명하였으나, 제2 실시예와 마찬가지로 원형으로 형성하는 것도 가능하다.

전술한 각 실시예에서는, 폴리염화비닐을 사용한 경우를 예로 들어 설명하였으나, 정전극과 부전극과의 사이에 인가된 전압에 따라 변형되는 성질을 구비하는 것이라면, 폴리염화비닐 이외의 것을 사용하는 것도 가능하다.

또, 전술한 각 실시예에서는, 2개의 렌즈로 피사체의 광학 화상을 집광하는 구성을 예로 들어 설명하였으나, 이에 한정되지 않고, 예를 들어 3개의 렌즈를 이용하는 구성을 채용할 수도 있다.

그리고, 본원에 있어서는, 2005년 3월 31일에 출원된 일본 특허출원 특원2005-104630호 및 2005년 7월 13일에 출원된 일본 특허출원 특월2005-204567호를 기초로 하는 우선권을 주장하고, 상기 기초 출원의 내용을 전부 본원에 포함되는 것으로 한다.

본 발명에 의하면, 인가된 전압에 따라 변형되는 고분자층을 사용함으로써, 구조가 간단하고 소형화에 대응 가능한 초점 조절 장치와, 이것을 사용한 촬상 장치를 제공하는 것이 가능하다.

Claims

고분자층, 제1 전극 및 제2 전극을 구비하는 초점 조절 장치로서,

상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 사이에 전압이 인가되면, 상기 고분자층이 상기 제1 전극을 따라 변형하고, 이러한 변형에 의해 초점 거리가 조절되는 것을 특징으로 하는 초점 조절 장치.
제1항에 있어서,

렌즈를 지지하는 동시에 해당 렌즈의 광축 방향으로 이동 가능한 렌즈 홀더 및

상기 렌즈 홀더가 설치되는 홀더 지지 기판을 추가적으로 포함하고,

상기 홀더 지지 기판과 상기 렌즈 홀더 사이에 상기 고분자층이 설치되고,

상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 전압이 인가되면, 상기 고분자층이 상기 제1 전극을 따라 변형하고, 이러한 변형에 의해 상기 렌즈 홀더를 상기 광축 방향으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 초점 조절 장치.
제2항에 있어서,

상기 홀더 지지 기판의 일면에, 상기 렌즈 홀더가 상기 고분자층에 의해 상기 광축 방향으로 이동 가능한 상태로 유지되고 있는 것을 특징으로 하는 초점 조절 장치.
제2항에 있어서,

상기 홀더 지지 기판의 상기 렌즈 홀더와 대향하는 면에 상기 제1 전극이 형성되고,

상기 렌즈 홀더의 상기 홀더 지지 기판과 대향하는 면에 상기 제2 전극이 형성되고,

상기 고분자층은 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 초점 조절 장치.
제2항에 있어서,

상기 홀더 지지 기판에는 개구부가 형성되고,

상기 렌즈 홀더에는 상기 홀더 지지 기판의 상기 개구부에 결합되어 해당 렌즈 홀더가 상기 광축 방향으로 이동할 때의 가이드로서 기능하는 원통부가 형성되는 것을 특징으로 하는 초점 조절 장치.
제2항에 있어서,

상기 고분자층으로서, 환형으로 형성된 고분자층이 사용되는 것을 특징으로 하는 초점 조절 장치.
제1항에 있어서,

상기 고분자층 및 렌즈를 그 내측에 구비하는 렌즈 홀더를 추가적으로 포함하고,

상기 고분자층 상에, 상기 렌즈가 해당 렌즈의 광축 방향으로 이동 가능한 상태로 유지되고, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 사이에 전압이 인가되면, 상기 고분자층이 상기 제1 전극을 따라 변형하고, 이러한 변형에 의해 상기 렌즈를 상기 광축 방향으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 초점 조절 장치.
제7항에 있어서,

상기 렌즈 홀더에는 개구부를 구비하는 평판부가 형성되고,

상기 평판부 상에 상기 고분자층이 설치되는 것을 특징으로 하는 초점 조절 장치.
제8항에 있어서,

상기 평판부 상에 상기 제1 전극이 형성되고,

상기 평판부의 상기 개구부의 내주면에 상기 제2 전극이 형성되고,

상기 고분자층은 상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 초점 조절 장치.
제7항에 있어서,

상기 고분자층과 상기 렌즈의 사이에 공기가 내포되지 않도록, 상기 고분자 층이 상기 렌즈와 밀착되게 배치되는 것을 특징으로 하는 초점 조절 장치.
제7항에 있어서,

상기 고분자층으로서, 상기 렌즈와 동일한 굴절률을 가지는 고분자층이 사용되는 것을 특징으로 하는 초점 조절 장치.
제7항에 있어서,

상기 고분자층으로서, 원형으로 형성된 고분자층이 사용되는 것을 특징으로 하는 초점 조절 장치.
제1항에 있어서,

상기 고분자층을 유지하는 렌즈 홀더를 추가적으로 포함하고,

상기 고분자층이 렌즈 형태로 형성되어 있고, 또한 상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 사이에 전압이 인가되면, 상기 고분자층이 상기 제1 전극을 따라서 변형하여, 상기 고분자층의 곡률이 변화하는 것을 특징으로 하는 초점 조절 장치.
제13항에 있어서,

상기 렌즈 홀더에는 개구부를 구비하는 평판부가 형성되고,

상기 평판부 상에 상기 고분자층이 설치되는 것을 특징으로 하는 초점 조절 장치.
제14항에 있어서,

상기 평판부 상에 상기 제1 전극이 형성되고,

상기 평판부의 상기 개구부의 내주면에 상기 제2 전극이 형성되고,

상기 고분자층은 상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 초점 조절 장치.
제1항에 있어서,

상기 고분자층으로서, 폴리염화비닐로 형성된 고분자층이 사용되는 것을 특징으로 하는 초점 조절 장치.
제1항에 있어서,

상기 고분자층에는, 가소제로서 프탈산 디-n-부틸이 혼합되는 것을 특징으로 하는 초점 조절 장치.
청구항 1에 기재된 초점 조절 장치와,

상기 초점 조절 장치가 설치되는 기판과,

상기 기판 상에 배치되는 촬상 소자를 구비한 것을 특징으로 하는 촬상 장치.