KR20080030107A

KR20080030107A - 초점거리 가변 렌즈와 이를 이용한 초점거리 조절 장치 및촬상 장치

Info

Publication number: KR20080030107A
Application number: KR1020087004387A
Authority: KR
Inventors: 타케시 기노시타; 고지 요네다; 토시히로 히라이; 타카후미 오기와라; 가츠야 후지이
Original assignee: 세이코 프레시죤 가부시키가이샤; 신슈 다이가쿠
Priority date: 2005-08-23
Filing date: 2006-08-23
Publication date: 2008-04-03
Also published as: CN101248383A; EP1925963A1; US20090303613A1; WO2007023870A1; JP4697786B2; JP2007057716A; US8169715B2; KR100979253B1; CN101248383B; EP1925963A4; EP1925963B1

Abstract

　구조가 간단하여 소형화에 대응 가능한 초점거리 가변 렌즈와 이를 이용한 초점거리 조절 장치 및 촬상 장치가 제공된다. 초점거리 가변 렌즈(10)는, 렌즈(11), 정전극(13) 및 부전극(14)을 구비한다. 렌즈(11)를 구성하는 제2의 층(11b) 및 제1의 층(11a)은, 가소제가 혼입된 폴리염화비닐로 형성되며, 가소제의 혼입량이나 종류 등을 조절함으로써 그 딱딱함이 조절된다. 제2의 층(11b)은 제1의 층(11a)의 적어도 빛이 투과하는 영역을 덮도록 형성된다. 정전극(13)과 부전극(14)의 사이에 전압이 인가되면, 제2의 층(11b)과 제1의 층(11a)은 정전극(13)으로 끌리도록 변형하여, 이에 의하여 초점거리 가변 렌즈(10)의 곡률이 변화하여, 초점거리가 변화한다.

초점거리 가변 렌즈, 정전극, 부전극, 초점거리 조절 장치, 곡률 변화

Description

초점거리 가변 렌즈와 이를 이용한 초점거리 조절 장치 및 촬상 장치{VARIABLE FOCAL LENGTH LENS, AND FOCAL LENGTH ADJUSTING DEVICE AND IMAGING APPARATUS THAT USE THE SAME}

본 발명은, 인가 전압을 변화시키는 것에 의해 초점거리가 변화하는 초점거리 가변 렌즈와 이를 이용한 초점거리 조절 장치 및 촬상 장치에 관한 것이다.

촬상 장치의 소형화가 진행되고 있다. 촬상 장치는 주로 렌즈와 촬상 소자로 구성된다. 촬상 장치에 있어서는, 촬상 소자 위에 피사체의 상을 결상하기 위해서, 피사체와 촬상 소자와의 거리에 상응하여, 렌즈와 촬상 장치와의 거리를 조정해야 하는 경우가 있다. 종래, 이러한 경우에 렌즈와 촬상 소자와의 거리는 예를 들면 모터 등의 액츄에이터에 의하여 초점거리 조절 장치에 연동된 렌즈가 이동하여 조절되었다. 그러나, 이러한 구성에서는, 모터의 동력으로 렌즈를 이동하기 위한 초점거리 조절 장치의 구성이 복잡하게 되어, 촬상 장치의 소형화에 대응하는 것이 어렵다는 문제가 있었다.

또한, 전왜재료(電歪材料)로 구성된 액츄에이터에 의해, 렌즈 홀더를 이동함 으로써, 렌즈와 촬상 소자 사이의 거리를 조절하는 기술이 특개 2003－215429호 공보에 개시되어 있다.

이 렌즈 구동 기구는 전자(電磁) 모터 등을 이용하는 렌즈 구동 기구보다도 구조가 간단하다. 그러나, 전왜재료의 신축 제어에 가이드나 스프링이 필요하게 된다. 이 때문에, 부품 수가 많아 여전히 구조가 복잡하다.

렌즈의 위치를 변화시키는 대신에, 초점거리를 변화시킬 수 있는 렌즈(렌즈 시스템)도 사용되고 있다. 이러한 종류의 렌즈 시스템은, 복수의 단일 렌즈로 구성되어 서로의 위치를 변화시킴으로써 의하여 렌즈 시스템의 초점거리를 변화시킨다. 그러나, 초점거리를 변화시키기 위해서 단일 렌즈를 이동시키는 구성은, 전술한 렌즈 구동장치와 동일하다. 따라서, 종래의 렌즈 시스템의 구성은 복잡하여 초점거리의 조정이 곤란하다.

(발명이 해결하려고 하는 과제)

본 발명의 목적은, 구조가 간단하여 소형화에 대응 가능한 초점거리 가변 렌즈와 이를 이용한 초점거리 조절 장치 및 촬상 장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 곡률을 적절히 조정할 수 있는 렌즈와 이를 이용한 초점거리 조절 장치 및 촬상 장치를 제공하는 것이다.

(과제를 해결하기 위한 수단)

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제1의 관점과 관련된 초점거리 가변 렌즈는,

고분자로 형성된 제1의 층 및 제1의 층의 적어도 빛이 투과하는 영역에 고분자로 형성되어 렌즈의 곡률을 정하는 제2의 층을 가지는 렌즈와,

제1의 층과 접하도록 형성된 제1의 전극과,

제1의 층과 접하도록 형성된 제2의 전극을 구비하며,

제1의 전극과 제2의 전극 사이에 전압이 인가되었을 때, 제1의 층과 제2의 층이 각각 제1의 전극으로 끌리도록 변형함으로써 렌즈의 곡률이 변화하는 것을 특징으로 한다.

제2의 층은, 상기 제1의 층보다 딱딱하게 형성되어도 좋다.

제1의 층과 제2의 층은, 가소제가 첨가된 고분자로 형성된다. 제1의 층과 제2의 층의 딱딱함은, 고분자의 종류, 가소제의 첨가량 및 가소제의 종류 중 적어도 어느 하나를 변화시킴으로써 변화되어도 좋다.

제1의 전극과 제2의 전극은, 고리 형상으로 형성되어도 좋다.

제1의 전극과 제2의 전극은, 렌즈의 광축을 중심으로 대칭하여 분할된 복수의 전극으로 구성되어도 좋다.

제2의 층은, 제1의 층의 빛의 입사면의 전체를 덮도록 형성하여도 무방하다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제2의 관점과 관련된 초점거리 조절 장치는,

렌즈를 고정하는 렌즈 홀더와,

렌즈 홀더의 렌즈와 접촉하는 영역에 설치된 제1의 전극과,

렌즈 홀더의 렌즈와 접촉하는 영역에 설치된 제2의 전극을 구비하며,

제1의 전극과 제2의 전극이 적어도 렌즈의 제1의 층과 접하며,

제1의 전극과 제2의 전극 사이에 전압이 인가되었을 때, 렌즈의 제1의 층 및 제2의 층이 각각 제1의 전극에 끌리도록 변형함으로써 렌즈의 곡률이 변화하여 초점거리가 변화하는 것을 특징으로 한다.

렌즈 홀더는, 개구부를 가지는 평판부를 구비하며, 렌즈는 평판부에 고정되어도 좋다.

제1의 전극은 평판부 위에 고리 형상으로 형성되고, 제2의 전극은 평판부의 개구부의 내주면에 형성될 수 있다.

제1의 전극은 평판부의 한쪽의 면에 형성되고, 제2의 전극은 평판부의 다른 쪽의 면에 평판부의 개구부를 덮도록 형성되며, 제2의 전극은 광투과성을 갖는 재질로 형성될 수 있다.

제1의 전극 및 제2의 전극은, 렌즈의 광축을 중심으로 대칭하여 분할된 복수의 전극으로 구성될 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제3의 관점과 관련된 촬상 장치는,

제2의 관점과 관련된 초점거리 조절 장치와,

초점거리 조절 장치가 설치된 기판과,

기판 위에 배치되는 촬상 소자를 구비하는 것을 특징으로 한다.

(발명의 효과)

본 발명은, 인가된 전압에 상응하여 변형하여 곡률이 변화하는 초점거리 가변 렌즈를 이용함으로써, 구조가 간단하여 소형화에 대응 가능한 초점거리 조절 장치와, 이를 이용한 촬상 장치를 제공할 수 있다.

도 1은, 본 발명의 제1 실시 형태의 촬상 장치의 단면도(도 2의 일점쇄선 A－A에서의 단면도)이다.

도 2는, 본 발명의 제1 실시 형태의 촬상 장치의 평면도이다.

도 3은, 본 발명의 제1 실시 형태의 촬상 장치를 구성하는 초점거리 조절 장치에 설치된 초점거리 가변 렌즈에 전압이 인가된 상태를 모식적으로 나타내는 단면도이다.

도 4의 (a)는, 본 발명의 제1 실시 형태의 초점거리 가변 렌즈의 동작을 모식적으로 나타내는 도면이다. 도 4의 (b)는, 본 발명의 제1 실시 형태의 초점거리 가변 렌즈의 동작을 모식적으로 나타내는 도면이다.

도 5는, 본 발명의 제2 실시 형태의 촬상 장치의 단면도(도 6의 일점쇄선 B －B에서의 단면도)이다.

도 6은, 본 발명의 제2 실시 형태의 촬상 장치의 평면도이다.

도 7은, 본 발명의 제3 실시 형태의 촬상 장치의 단면도(도 8의 일점쇄선 C－C에서의 단면도)이다.

도 8은, 본 발명의 제3 실시 형태의 촬상 장치의 평면도이다.

도 9는, 본 발명의 실시 형태의 변형예를 나타내는 단면도이다.

도 10은, 3층으로 렌즈를 구성한 본 발명의 실시 형태의 변형예를 나타내는 단면도이다.

<부호의 설명>

　10　초점거리 가변 렌즈

　11　렌즈

　11a　제1의 층

　11b　제2의 층

　11c　제3의 층

　13　정(正)전극

　14　부(負)전극

　20　초점거리 조절 장치

　21　렌즈 홀더

　22　렌즈

　30　촬상 장치

　31　촬상 소자

　32　기판

　52　촬상 장치

　53　촬상 장치

　62　초점거리 조절 장치

　63　초점거리 조절 장치

　80　초점거리 가변 렌즈

　90　초점거리 가변 렌즈

　93　정전극

　94　부전극

　100　초점거리 조절 장치

　101　초점거리 가변 렌즈

　111　제어부

　112　제어부

이하, 본 발명의 실시 형태와 관련되는 초점거리 가변 렌즈와 이를 이용한 초점거리 조절 장치 및 촬상 장치를 도면을 참조하여 설명한다.

(제1 실시 형태)

본 발명의 제1 실시 형태와 관련되는 촬상 장치(30)를, 도 1 내지 도 4를 참조해 설명한다.

본 발명의 제1 실시 형태와 관련되는 촬상 장치(30)는, 도 1의 단면으로 나타낸 바와 같이 초점거리 조절 장치(20), 촬상 소자(31) 및 기판(32)을 구비한다.

촬상 소자(31)는, 피사체의 광학 상(像)을 전기신호로 변환한다. 촬상 장치(31)는 CCD(Charge Coupled Device), CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서 등으로 구성된다. 촬상 장치(31)는 기판(32) 위에 설치되어 있다.

초점거리 조절 장치(20)는, 초점거리 가변 렌즈(10), 렌즈 홀더((21)) 및 렌즈 (22)를 구비한다.

초점거리 가변 렌즈(10)는 도 1, 도 4의 (a) 및 도 4의 (b)에 나타난 바와 같이, 렌즈(11), 정(正)전극(13) 및 부(負)전극(14)을 구비한다.

렌즈(11)는, 렌즈 홀더(21)의 평판부(21c)의, 평판부(21a)와 대향하는 면 위에 설치된다.

렌즈(11)는, 제1의 층(11a) 및 제1의 층(11a) 위에 배치된 제2의 층(11b)으로 구성된다.

제1의 층(11a)과 제2의 층(11b)은 어느 쪽이든, 전압의 인가에 상응하여 변형되는 고분자로 형성된다. 본 실시 형태에서, 이들은 폴리염화비닐에 가소제(可塑劑)를 첨가함으로써 형성된다. 폴리염화비닐과 가소제는, 후술하는 바와 같이 각각의 층에 요구되는 변위량, 강도 등에 의해 결정되며, 예를 들면 1：9(폴리염화비닐：가소제)의 비율로 혼합된다.

제1의 층(11a)은, 렌즈 홀더(21)의 평판부(21c)에 형성된 정전극(13) 및 부전극(14)에 접하도록 설치된다.

제2의 층(11b)은, 제1의 층(11a)의 한쪽의 면(렌즈(22) 측과 대향하는 면, 빛의 입사면)의 적어도 빛이 투과하는 영역을 덮도록 제1의 층(11a)에 밀착하여 형성되어, 렌즈(11)의 곡률을 결정한다. 또한 제2의 층(11b)은, 렌즈 전체가 제1의 층(11a)으로 구성되어 있는 경우와 비교하여 곡률의 변화가 적게 되도록 형성되며, 또한 초점거리 가변 렌즈(10)의 보호막이 불필요할 정도로 딱딱하게 형성된다.

렌즈(11)는, 정전극(13) 및 부전극(14)에 인가되는 전압이 제로, 즉 초기 상태에서 도 2에 도시한 바와 같이 고리 형상으로 형성된다. 정전극(13) 및 부전극(14)에 인가되는 전압이 제로로부터 상승된 때, 렌즈(11)를 구성하는 제1의 층(11a)이, 도 3에 도시한 바와 같이 정전극(13)을 따르도록 변형된다. 또한 제2의 층(11b) 역시 정전극(13)에 끌리도록 변형된다. 이에 의하여, 렌즈(11)의 곡률이 변화하여, 초점거리가 변화한다.

렌즈(11)를 구성하는 제1의 층(11a) 및 제2의 층(11b)의 딱딱함은, 사용되는 폴리염화비닐의 중합의 정도, 가소제의 혼입량 및 사용되는 가소제의 성질에 의해 정해진다. 이 때문에, 제1의 층(11a) 및 제2의 층(11b)의 딱딱함은, 제1의 층(11a) 및 제2의 층(11b)에 요구되는 성질에 따라 적당히 조절됨으로써 결정된다.

구체적으로, 예를 들면 폴리염화비닐의 중합도에 관해서, n=1100과 n=3700의 중합도인 폴리염화비닐을 비교해 보면, 예를 들면, n=3700의 폴리염화비닐은 가소제를 많이 포함하는 것이 강도도 높다. 그러나, 그 투명도는 n=1100의 폴리염화비닐에 비해 낮다. 따라서, 이 경우는 n=1100의 폴리염화비닐쪽이 초점거리 가변 렌즈(10)로 이용되는 것이 바람직하다.

다음으로, 가소제는 프탈산 에스테르계의 것이 바람직하다. 특히, 프탈산 디부틸(DBP), 프탈산 디－2－에틸헥실(DEHP(DOP)), 프탈산디노말옥틸(DnOP), 프탈산디이소노닐(DINP), 프탈산 디이소데실(DIDP), 프탈산 디운데실(DUP) 등이 바람직하다.

이러한 가소제는, 일반적으로 폴리염화비닐에 첨가되는 양이 증가하는 것에 따라 폴리염화비닐의 겔이 유연하게 되어, 전압이 인가되었을 때의 변위량이 많아지는 경향이 있다. 또한, 각각의 가소제는 에스테르기의 사슬이 길면 길수록 폴리염화비닐에 전압을 인가했을 때의 변위량이 적게 되는 경향을 나타낸다. 또한 이들은, 에스테르기가 분기(分岐)를 가지는 경우, 전압이 인가되었을 때의 변위량이 적은 경향을 나타낸다.

따라서, 이러한 성질을 이용함으로써, 초점거리 가변 렌즈에 요구되는 변위량, 강도 등에 상응하는 가소제의 재질 및 혼합량이 적당히 조절된다. 예를 들면, 초점거리 가변 렌즈(10)에 특히 큰 변위량이 요구되는 경우, 부드러운 겔이 만들어질 필요가 있다. 이 때문에, 가소제의 혼입량을 늘리거나, 에스테르기의 사슬이 짧은 가소제를 이용하거나, 에스테르기의 분기가 적은 가소제를 이용하는 등의 어느 하나 또는 이들의 조합에 의해 겔의 딱딱함이 조절된다.

또한, 렌즈(11)를 구성하는 제1의 층(11a) 및 제2의 층(11b)은, 아래와 같이 형성된다. 우선, 폴리염화비닐에 가소제로서 예를 들면 프탈산 디부틸이 첨가된다. 그 후, 이것이 테트라 히드로 프란(THF)에 용해된다. 이어서, 이 용액을 미리 초점거리 가변 렌즈(10)의 형상으로 성형되어 있는 틀에 유입시키고 몇 일간 방치한다. 이렇게 방치되는 것에 의해 테트라 히드로 프란이 증발하여, 겔 렌즈가 형성된다.

정전극(13)은, 도 1에 도시된 바와 같이 렌즈 홀더(21)의 평판부(21c)의평판부(21a)와 대향하는 면 위에, 도 2에 도시된 바와 같이 고리 형상으로 형성된다. 정전극(13)은, 예를 들면, 카본 블랙, 금, 은, 알루미늄, 인 청동 등의 무기 도전성 재료 또는 유기 도전성 고분자 등의 유기 도전성 재료로 구성된다.

부전극(14)은, 렌즈 홀더(21)의 평판부(21c)에 형성된 개구(21d)의 안쪽 면을 덮도록 고리 형상으로 형성된다. 부전극(14)도, 예를 들면, 카본 블랙, 금, 은, 알루미늄, 인 청동 등의 무기 도전성 재료 또는 유기 도전성 고분자 등의 유기 도전성 재료로 구성된다.

또한, 정전극(13) 및 부전극(14)은 제어부(111)에 접속되어 있다. 제어부(111)는, 외부로부터의 제어 신호에 따라, 정전극(13)과 부전극(14) 사이에 인가하는 전압 V를 제어한다.

정전극(13)과 부전극(14)의 사이에 전압 V가 인가됨으로써 렌즈(11)는 정전극(13)으로 끌려 정전극(13)을 따라서 변형된다. 끌리는 강도(변형의 정도)는 대체로, 인가 전압이 커짐에 따라 커진다. 제1 실시 형태에서는, 정전극(13), 부전 극(14) 및 렌즈(11)의 가장자리의 위치가 도 1 및 도 2에 도시된 위치 관계에 있기 때문에, 정전극(13) 및 부전극(14) 각각에 전압 V＋, V－를 인가하면, 렌즈(11)가 지름 방향 바깥쪽으로 변형된다(늘어난다).

다음으로, 초점거리 가변 렌즈(10)가 초점거리를 변화시키는 동작을 도 4를 참조하여 설명한다.

정전극(13)과 부전극(14) 사이에 인가되는 전압 V가 제로인 초기 상태에서는, 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 렌즈(11)의 제1의 층(11a)은 부전극(14)에 접하며, 그 주변 부분이 정전극(13)의 단부에 접하고 있다.

정전극(13)과 부전극(14)에 인가되는 전압이 제로로부터 상승하면, 렌즈(11)의 제1의 층(11a) 및 제2의 층(11b)을 구성하는 폴리염화비닐이 정전극(13)으로 끌어 당겨진다. 그 때문에, 제1의 층(11a) 및 제2의 층(11b)은 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 정전극(13)을 덮도록 지름 방향의 외측 방향으로 변형된다(늘어난다). 렌즈(11)의 지름의 증가에 수반하여, 렌즈(11)의 두께는 Ta에서 Tb로 감소한다(얇아진다). 정전극(13)과 부전극(14) 사이에 인가되는 전압에 의해, 제2의 층(11b)도 지름 방향의 외측 방향으로 변형되고(늘어나고), 제2의 층(11b)의 두께는 얇아진다. 이 때문에, 제2의 층(11b)의 곡률 반경이 커진다. 즉, 렌즈(11)의 곡률은 작아지고, 렌즈(11)의 초점거리는 멀어진다.

제2의 층(11b)에는, 가소제의 혼입량이 작은 및/또는 변위량이 작은 가소제가 이용된다. 이 때문에, 전극(13, 14) 간에 전압이 인가되었을 때, 제2의 층(11b)이 정전극(13)으로 끌어 당겨질 수 있는 정도는 제1의 층(11a)과 비교하여 작다. 한편, 제1의 층(11a)은 강하게 끌어 당겨짐으로써 크게 변형된다. 그러나, 제1의 층(11a) 및 제2의 층(11b)은 가소제의 첨가량이나 종류 등만이 다른 거의 같은 재질로 형성되기 때문에, 양자의 밀착성은 우수하다. 따라서, 전술한 바와 같은 변형의 정도에 대해 제1의 층(11a)과 제2의 층(11b) 사이에 차이가 있다고 하여도, 양자의 경계면의 박리나 공기의 혼입 등은 발생하지 않으며, 이들은 양호한 광투과성을 갖는다.

또한, 정전극(13) 및 부전극(14)에 인가하는 전압이 제로로 돌아갈 경우, 제1의 층(11a) 및 제2의 층(11b)을 구성하는 폴리염화비닐이 정전극(13)으로 끌어 당겨지지 않으므로, 렌즈(11)는 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이 초기 상태로 돌아온다.

렌즈 홀더(21)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 원통형이며, 그 안쪽에 초점거리 가변 렌즈(10) 및 렌즈(22)를 고정시킨다. 또한, 렌즈 홀더(21)는 평판부(21a) 및 평판부(21c)를 구비한다. 평판부(21a)는 렌즈(22)의 지름에 대응하는 개구부(21b)를 가진다. 평판부(21c)는 초점거리 가변 렌즈(10)에 대응하는 개구부(21d)를 구비한다. 또한 평판부(21c)의 평판부(21a)에 대향하는 면 위에는 정전극(13)이 형성되어 있고, 평판부(21c)의 개구부(21d)에는 내주면의 전체에 걸쳐서 부전극(14)이 형성된다.

이와 같이 렌즈 홀더(21)의 평판부(21c)에는 정전극(13) 및 부전극(14)이 형성된다. 따라서, 양자를 전기적으로 절연하기 위해서, 렌즈 홀더(21)의 적어도 평 판부(21c)는 절연 재료로 형성되는 것이 바람직하고, 구체적으로 PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트)로 형성된다.

렌즈(22)는 플라스틱 렌즈, 유리 렌즈 등으로 구성되어 초점거리 가변 렌즈(10)와 함께 피사체의 광학 화상을 집광한다.

초점거리 가변 렌즈(10)는 전술한 바와 같이, 정전극(13)과 부전극(14)의 사이에 인가된 전압에 상응하여 그 곡률이 변화한다. 한편, 렌즈(22)의 곡률은 일정하다.

제1 실시 형태의 초점거리 가변 렌즈(10)는, 제2의 층(11b) 및 제1의 층 (11a)로 구성된 렌즈(11)를 구비한다. 또한, 제어부(111)는 전극(13, 14) 사이에 인가하는 전압 V를 제어한다. 렌즈(11)의 곡률은 제어부(111)의 인가 전압에 의해 용이하게 제어된다. 렌즈(11)의 곡률은 렌즈 표면에 의해 결정된다. 이 때문에, 렌즈(11)의 곡률의 변화를 소정 정도 얻기 위해서는 렌즈(11)의 표면 변형이 제어될 필요가 있다. 그러나, 렌즈(11) 전체가 동일한 정도의 딱딱함으로 변형된다면, 렌즈(11)의 미묘한 형상의 차등에 의해, 전극(13, 14) 간에 인가된 전압에 의한 변형의 정도가 크게 바뀐다. 따라서, 렌즈(11)의 표면의 형상, 즉 렌즈(11)의 곡률이 제어되는 것이 어렵다.

그러나, 렌즈(11)의 곡률을 결정하는 표면 영역에 제2의 층(11b)이 배치되어 있으므로, 제2의 층(11b)의 변형 만이 제어될 수 있다. 이에 의하여, 렌즈(11)의 곡률이 제어될 수 있다. 따라서, 그 외의 영역, 즉 제1의 층(11a)의 변위량 등은 렌즈(11)의 곡률에 그다지 영향을 미치지 않는다. 이 때문에, 렌즈(11)의 곡률이 용이하게 제어된다.

또한, 초점거리 가변 렌즈를 구성하는 렌즈가 단일 층에 의해 형성되는 경우, 렌즈의 표면을 외부 환경으로부터 보호하기 위해 렌즈의 표면을, 예를 들면 폴리우레탄, 폴리파라킬렌 수지(파린) 등의 신축성이 있는 얇은 막으로 덮을 필요가 있다. 그러나, 보호막과 렌즈는 다른 소재이기 때문에 밀착성이 부족하다. 그 때문에, 렌즈가 변형되었을 때, 보호막과 렌즈의 사이에 틈새가 발생하는 등의 문제가 있다. 따라서, 렌즈를 변형함으로써 곡률이 제어되는 경우, 틈새 등이 생기지 않고 정확하게 곡률이 제어되는 것이 어렵다는 문제가 있었다. 그러나, 제1 실시 형태와 같이 제2의 층(11b)이 형성됨으로써, 렌즈 표면이 외부 환경의 영향을 받기 어려워진다. 그 때문에, 렌즈가 단일 층으로 형성되는 경우에 필요하게 되는 보호막이 생략될 수 있다.

전술한 것처럼, 제1 실시 형태의 초점거리 가변 렌즈(10)는 전압이 인가되는 것에 의해 렌즈(11) 그 자체가 변형하고, 그 결과, 곡률이 변화하여, 초점거리가 변화한다. 따라서, 종래 이용되어 온 렌즈를 고정하는 렌즈 홀더가 액츄에이터 등에 의해 광축 방향으로 이동함으로써 초점거리가 조절되는 구성과 달리, 액츄에이터, 동력 전달 수단, 가이드 등이 생략될 수 있다. 결과적으로, 초점거리 조절 장치(20)가 소형화되는 이점 및 촬상 장치(30)의 소형화에 용이하게 대처할 수 있다.

(제2 실시 형태)

본 발명의 제2 실시 형태의 촬상 장치(52)를 도 5 및 도 6을 참조하여 설명한다.

제2 실시 형태에 의한 초점거리 가변 렌즈(80)와 제1 실시 형태의 초점거리 가변 렌즈(10)의 차이는, 정전극 및 부전극의 수 및 형태가 제1 실시 형태의 정전극 및 부전극과 다르다는 것이다. 제2 실시 형태에서 제1 실시 형태와 공통되는 부분에는 동일한 인용 번호를 첨부한다.

제2 실시 형태의 촬상 장치(52)는, 초점거리 조절 장치(62), 촬상 소자(31) 및 기판(32)을 구비한다. 초점거리 조절 장치(62)는 초점거리 가변 렌즈(80), 렌즈 홀더(21) 및 렌즈(22)를 구비한다.

초점거리 가변 렌즈(80)는 제1 실시 형태와 같이, 렌즈(11), 정전극(83) 및 부전극(84)으로 구성된다.

렌즈(11)를 구성하는 제1의 층(11a) 및 제2의 층(11b)은 제1 실시 형태와 같이 가소제가 혼입된 폴리염화비닐에 의해 형성된다. 제2의 층(11b)은, 제1의 층 (11a)보다도 소정 정도 딱딱하게 형성되며, 또한 제1의 층(11a) 위의 적어도 빛의 투과 영역을 덮도록 형성되고, 제2의 층(11b)이 렌즈(11)의 곡률을 결정한다.

정전극(83)은 도 6에 도시된 바와 같이 중심축(광축)에 대하여 점대칭으로 배치된 4개의 전극(83a~83d)으로 구성되어 있다. 즉, 전극(83a~83d)은, 도 1의 정전극(13)이 4개로 균등하게 분할된 형상을 가진다. 이러한 전극(83a~83d)을 총칭하여 정전극(83)이라 한다. 또한, 정전극(83)은 도 5에 도시된 바와 같이 렌즈 홀더(21)의 평판부(21c) 위에 전체적으로 고리 형상으로 설치된다. 정전극(83)은, 예를 들면 카본 블랙, 금,은, 알루미늄, 인 청동 등의 무기 도전성 재료 또는 유기 도전성 고분자 등의 유기 도전성 재료로 구성된다.

부전극(84)은 정전극(83)을 구성하는 전극(83a~83d)에 대응하여, 도 6에 도시된 바와 같이 광축에 대해 점대칭으로 배치된 4개의 전극(84a~84d)으로 구성된다. 즉, 전극(84a~84d)은 도 1의 부전극(14)이 4개로 균등하게 분할된 형상을 가진다. 이러한 전극(84a~84d)을 총칭하여 부전극(84)이라고 한다. 전극(84a~84d)은, 전극(83a~83d)의 배치 위치에 대응하여, 렌즈 홀더 (21)의 평판부(21c)에 형성된 개구부(21d)의 안쪽 면에 형성된다. 부전극(84)은, 예를 들면 카본 블랙, 금, 은, 알루미늄, 인 청동 등의 무기 도전성 재료 또는 유기 도전성 고분자 등의 유기 도전성 재료로 구성된다.

정전극(83)을 구성하는 4개의 전극(83a~83d)과 부전극(84)을 구성하는 4개의 전극(84a~84d)은 각각 제어부(112)에 접속되어 있다.

제어부(112)는 전극(83a)에 전압 Va＋, 전극(84a)에 전압 Va－를 인가하고, 마찬가지로 전극(83b~83d)에 전압 Vb＋, Vc＋, Vd＋, 전극(84b~84d)에 전압 Vb－, Vc－, Vd－를 인가한다. 각 전압은 독립적으로 제어 가능하다. 즉, 제어부(112)는 전극 83a과 84a 사이, 전극 83b와 84b 사이, 전극 83c와 84c 사이, 전극 83d와 84d 사이에 인가하는 전압을 독립적으로 제어한다.

이러한 구성에 의한 초점거리 가변 렌즈(80)에서는, 각 전극(83a~83d)에 서로 동일한 제1의 전압을 인가하고, 전극(84a~84d)에 서로 동일한 제2의 전압을인가함으로써, 렌즈(11)를 전체에 걸쳐서 거의 균일하게 지름 방향으로 늘릴 수가 있 다. 이에 의하여 렌즈(11)의 곡률이 변화하여 초점거리가 변화된다.

또한, 제2 실시 형태의 초점거리 가변 렌즈(80)에서 제어부(112)는, 전극 (83a)과 전극(84a)의 사이에 인가되는 전압 Va와, 전극(83b)과 전극(84b)의 사이에 인가되는 전압 Vb와, 전극(83c)과 전극(84c)의 사이에 인가되는 전압 Vc와, 전극(83d)과 전극(84d0의 사이에 인가되는 전압 Vd를 서로 다른 전압으로 설정할 수 있다.

따라서, 예를 들면, 렌즈(11)가 광축에 대한 오차(렌즈의 왜곡)를 포함하는 경우, 전극(83a)과 전극(84a) 사이에 인가되는 전압 Va를, 다른 인가 전압 Vb~Vd와는 다른 값으로 설정함으로써 제1의 층(11a) 및 제2의 층(11b)의 변형을 조절하여 이들의 오차를 수정(보정)하는 것도 가능하다.

또한, 각 전극이 중심 축을 기준으로 대칭하여 분할됨으로써, 인가되는 전압에 의한 오차가 수정될 수 있기 때문에, 제1 실시 형태와 같이 정전극이 고리 형상으로 형성되는 경우에 필요하던, 렌즈 실장시에 광축을 맞추면서 렌즈를 고정하는 작업이 생략될 수 있다.

또한, 만일 정지 상태에서의 광축 맞춤에 의해 렌즈가 고정된 경우에도, 형성된 렌즈의 형상의 오차나 전극 경계면과의 미묘한 차이 등에 의하여, 초점거리 가변 렌즈가 가동되었을 때, 화질 개체차이가 크다고 하는 문제가 발생할 가능성이 있었다. 그러나, 제2 실시 형태와 같이 각 전극이 분할되어 형성되는 것에 의하여, 렌즈 실장시에 광축이 엄밀하게 맞지 않는 경우에도, 각 전극 간에 인가되는 전압이 조절되어 광축과의 엇갈림이 보정될 수 있다. 따라서, 제2 실시 형태의 초점거리 가변 렌즈(80)를 이용함으로써 각각의 렌즈에 맞는 조절 기능을 갖출 수 있어, 초점거리 가변 렌즈 제조시의 개체차이(형상 등)의 허용치가 커지므로 제조 비용을 낮출 수 있다.

일반적인 초점거리 가변 렌즈는, 광축 방향(Z축 방향)만의 초점 조절 기능을 가지지만, 제2 실시 형태의 초점거리 가변 렌즈(80)는, 광축에 대해 수직이 되는 면 방향(X,Y축 방향)에 대하여 초점을 미묘하게 조절할 수 있다. 따라서, 예를 들면, 방범 카메라 등 카메라가 고정되어 있는 경우에도, 렌즈를 조절하는 것에 의해 원하는 피사체의 영상을 포착할 수 있다.

(제3 실시 형태)

본 발명의 제3 실시 형태의 촬상 장치(53)가 도 7 및 도 8에 도시되어 있다.

제3 실시 형태의 초점거리 가변 렌즈(90)와 전술한 실시 형태의 초점거리 가변 렌즈(10, 80)의 차이는, 부전극이 형성되는 영역이다. 전술한 실시예와 공통되는 부분은 동일한 인용 번호를 첨부한다.

촬상 장치(53)는 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 초점거리 조절 장치(63), 촬상 소자(31) 및 기판(32)을 구비한다. 초점거리 조절 장치(63)는 초점거리 가변 렌즈(90), 렌즈 홀더(21) 및 렌즈(22)를 구비한다.

초점거리 가변 렌즈(90)는 렌즈(11), 정전극(93) 및 부전극(94)으로 구성된다. 초점거리 가변 렌즈(90)는 도 7에 도시된 바와 같이 렌즈 홀더(21)의 평판부 (21c) 위에 설치된다.

렌즈(11)를 구성하는 제2의 층(11b) 및 제1의 층(11a)은, 제1 실시 형태와 같이 가소제가 혼입된 폴리염화비닐로 형성된다. 제2의 층(11b)은 제1의 층(11a) 보다도 소정 정도 딱딱하게 형성되며, 또한 제1의 층(11a)위의 적어도 빛의 투과 영역을 덮도록 형성되어 렌즈(11)의 곡률을 결정한다. 또한, 제3 실시 형태에서는, 제1의 층(11a)은, 평판부(21c)의 기판(32)과 대향하는 면(아래쪽 면)에 형성된 부전극(94)과 접하도록, 렌즈 홀더(21)의 평판부(21c)의 개구부(21d)를 메우도록 형성된다.

정전극(93)은, 카본 블랙, 금, 은, 알루미늄, 인 청동 등의 무기 도전성 재료 또는 유기 도전성 고분자 등의 유기 도전성 재료, 예를 들면 인 청동판으로 형성되어 렌즈 홀더(21)의 평판부(21c)의 상면을 덮도록 형성된다.

부전극(94)은, 광투과성을 갖는 도전재료, 예를 들면 ITO(Indium Tin Oxide)로 형성되며, 도 7에 도시된 바와 같이 평판부(21c)의 아래쪽 면 위에, 개구부 (21d)를 막도록 설치된다.

제3 실시 형태의 초점거리 가변 렌즈(90) 역시, 제1 실시 형태와 마찬가지로 제1의 층(11a) 및 제2의 층(11b)으로 구성되는 렌즈(11)를 구비함으로써, 그 곡률을 용이하게 제어할 수 있다. 또한, 제3 실시 형태에서는, 부전극(14)이 초점거리 가변 렌즈(90)를 구성하는 제1의 층(11a)의 아래쪽에 형성되기 때문에, 초점거리 가변 렌즈(90)의 아래쪽 면이 균일하게 되어 광학상(光學像)의 혼란 발생이 감소한다. 또한, 부전극(94)이 평판부(21c)의 아래쪽 면에 형성됨으로써, 평판부(21c)의 개구부(21d)의 내주면에 부전극(94)이 형성되도록 구성되므로, 이때문에 부전극(94)이 용이하게 형성된다.

본 발명은, 전술한 실시 형태에 한정되지 않으며, 여러 가지 수정 및 응용이 가능하다. 예를 들면, 전술한 각각의 실시 형태에서는, 렌즈(11)의 제2의 층(11b)이 제1의 층(11a)의 적어도 빛이 투과하는 면을 덮도록 형성되는 경우가 예로서 설명되었다. 그러나, 본 발명은 이것에 한정되지 않으며, 도 9에 도시된 초점거리 가변 렌즈(100)와 같이 제2의 층(101b)이 제1의 층(101a) 전체를 덮도록 형성되어도 괜찮다.

또한, 전술한 제2 실시 형태에서는, 정전극(83) 및 부전극(84)이 각각 중심 축을 기준으로 대칭하여 4개로 분할되는 경우를 예로 들어 설명하였지만, 분할되는 수는 4개에 한정되는 것이 아니며, 2 이상의 임의의 정수이어도 무방하다. 또한, 제2 실시 형태의 전극을 분할하여 형성하는 구성은, 제3 실시 형태에도 응용될 수 있다.

또한, 초점거리 가변 렌즈(10)에 인가되는 전압은 고정된 일단계로 한정되지 않는다. 인가 전압을 연속적으로(아날로그적으로) 변화시키거나 다단계(계단식으로)로 변화시키거나 해도 괜찮다. 이러한 전압 인가 방법을 사용하면, 초점거리 가변 렌즈(10)의 곡률을 다단계 또는 단계 없이 연속적으로 변화시킬 수 있다.

또한, 제1 실시 형태에서는, 정전극(13)이 렌즈 홀더(21)의 평판부(21c) 위에 형성되고, 부전극(14)은 평판부(21c)의 개구부(21d)의 내주면 상에 형성되어, 제1의 층(11a) 및 제2의 층(11b)이 지름 방향 외측으로 변형하는 구성이 예로서 설명되었다. 그러나, 이것에 한정되는 것은 아니며, 정전극(13) 및 부전극(14)이 형성되는 영역이나 제1의 층(11a) 및 제2의 층(11b)이 변형되는 방향은 임의로 변경될 수 있다. 예를 들면, 부전극(14)이 평판부(21c) 위에 형성되고, 정전극(13)은 부전극(14)보다 지름 방향으로 안쪽에 형성되어, 제1의 층(11a) 및 제2의 층(11b)이 지름 방향의 안쪽 방향으로 변형될 수 있다. 또한, 정전극(13) 및 부전극(14)이 평판부(21c)의 동일한 면 위에 형성된 구성도 선택될 수 있다.

전술한 각각의 실시 형태에서는, 제2의 층(11b)이 빛의 입사면(렌즈(22)와 대향하는 면)으로 형성되는 경우가 예로서 설명되었다. 그러나, 이것에 한정되는 것은 아니며, 촬상 소자(31)와 대향하는 면에 제2의 층(11b)과 마찬가지인 제1의 층(11a)보다도 딱딱한 층이 형성되어, 초점거리 가변 렌즈(10)의 양면의 곡률을 바꿀수 있는 구성이 선택될 수 있다.

전술한 각 실시 형태에서는, 폴리염화비닐을 이용한 경우를 예로서 설명하였으나, 정전극과 부전극 사이에 인가된 전압에 상응하여 변형하는 성질을 갖출 수 있다면, 폴리염화비닐 이외의 물질도 이용될 수 있다.

또한, 전술한 각 실시 형태에서는, 2매의 렌즈에 의해 피사체의 광학 화상이 집광되는 구성이 예로서 설명되었지만, 이것에 한정되지 않고, 예를 들면 3매의 렌즈를 이용하는 구성이 선택될 수 있다. 또한, 초점거리 가변 렌즈의 위치를 임의로 선택할 수 있어서, 초점거리 가변 렌즈와 촬상 소자 사이에 렌즈를 설치하는 구성도 선택될 수 있다.

렌즈를 구성하는 층의 수를 2층으로 했지만, 3층 이상으로 구성해도 괜찮다.

또한, 한 면의 곡률만을 변화시키는 예를 설명했지만, 양면의 곡률을 변화시켜도 괜찮다. 이러한 경우는, 도 10에 도시된 바와 같이, 예를 들면, 도 1 내지 도 9에 나타낸 렌즈의 한 면의 곡률을 제어하는 구성을 아래쪽 면 방향으로도 배치해도 좋다. 예를 들면, 도 1 또는 도 5에 나타낸 정전극(13, 83)과 동일한 구성의 제2의 정전극을 평판부(21c)의 아래쪽 면에도 배치하여, 제1의 층(11a)의 일부를 이 정전극(13, 83)에 접촉시킨다. 또한, 제1의 층(11a)의 아래쪽 면에는, 렌즈의 아래쪽 면의 곡률을 정하기 위하여, 제1의 층(11a) 보다도 딱딱한 제3의 층(11c)을 배치한다.

또한, 제1 내지 제 3 실시 형태에서는, 렌즈의 형상이 볼록 렌즈인 경우에 대해 설명했지만, 렌즈의 형상은 오목 렌즈이어도 괜찮다. 이러한 경우, 본 발명의 실시 형태에 있어서 렌즈의 곡률을 결정하는 것은, 도 10을 예로 하면, 고분자로 형성된 층(11a, 11b, 11c) 중에서, 제1의 층(11a) 보다도 딱딱하게 형성되어 바깥 표면 방향으로 배치되는 제2의 층(11b) 및 제3의 층(11c)이다.

본 출원은, 헤이세이 17년 8월 23일에 일본 특허청에 출원된 특원 2005－241863호를 기초로 하고 있으며, 해당 출원의 내용을 본 출원에 포함하는 것으로 한다.

또한, 본 출원은, 헤이세이 17년 3월 31일에 일본 특허청에 출원된 특원 2005－104630호에 개시된 기술과 공통되는 부분을 가진다. 다만, 이 출원에는, 렌즈를 복수의 층으로 구성하는 것은 개시되어 있지 않다. 이 출원의 내용도 본 출원 에 포함하는 것으로 한다.

인가된 전압에 상응하여 변형되어 곡률이 변화하는 초점거리 가변 렌즈를 제공할 수 있다. 또한, 초점거리 가변 렌즈를 이용함으로써, 구조가 간단하여 소형화에 대응 가능한 초점거리 조절 장치와 이것을 이용한 촬상 장치를 제공할 수 있다.

Claims

고분자로 형성된 제1의 층 및 상기 제1의 층의 적어도 빛이 투과하는 영역에 배치되며 고분자로 형성되어 렌즈의 곡률을 정하는 제2의 층을 가지는 렌즈;

상기 제1의 층과 접하도록 형성된 제1의 전극; 및

상기 제1의 층과 접하도록 형성된 제2의 전극을 구비하며,

상기 제1의 전극과 상기 제2의 전극 사이에 전압이 인가되면, 상기 제1의 층과 상기 제2의 층이 각각 상기 제1의 전극으로 끌리도록 변형하여, 상기 렌즈의 곡률이 변화하는 것을 특징으로 하는 초점거리 가변 렌즈.
제1항에 있어서,

상기 제2의 층은 상기 제1의 층보다 딱딱한 것을 특징으로 하는 초점거리 가변 렌즈.
제1항에 있어서,

상기 제1의 층과 상기 제2의 층은 모두, 가소제가 첨가된 고분자로 형성되며, 고분자의 종류, 가소제의 첨가량, 가소제의 종류 중 적어도 어느 하나가 서로 다름으로써, 딱딱함이 서로 다른 것을 특징으로 하는 초점거리 가변 렌즈.
제1항에 있어서,

상기 제1의 전극은 고리 형상으로 형성되며, 상기 제2의 전극은 고리 형상 또는 원판 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 초점거리 가변 렌즈.
제1항에 있어서,

상기 제1의 전극과 상기 제2의 전극은, 상기 렌즈의 광축을 중심으로 대칭이 되도록 배치된 복수의 전극으로 구성되는 것을 특징으로 하는 초점거리 가변 렌즈.
제1항에 있어서,

상기 제2의 층은, 상기 제1의 층의 빛의 입사면 전체를 덮도록 형성되는 것을 특징으로 하는 초점거리 가변 렌즈.
고분자로 형성된 제1의 층 및 상기 제1의 층의 적어도 빛의 투과 영역에 배치되며 고분자로 형성되어 렌즈의 곡률을 정하는 제2의 층을 가지는 렌즈;

상기 렌즈를 고정하는 렌즈 홀더;

상기 렌즈 홀더의 상기 렌즈와 접촉하는 영역에 설치된 제1의 전극; 및

상기 렌즈 홀더의 상기 렌즈와 접촉하는 영역에 설치된 제2의 전극을 구비하며,

상기 제1의 전극 및 전기 제2의 전극은 적어도 상기 렌즈의 상기 제1의 층과 접하고,

상기 제1의 전극과 상기 제2의 전극 사이에 전압이 인가되면, 상기 렌즈의 상기 제1의 층 및 상기 제2의 층이 각각 상기 제1의 전극으로 끌리도록 변형하여, 이에 의하여 상기 렌즈의 곡률이 변화하여, 초점거리가 변화하는 것을 특징으로 하는 초점거리 조절 장치.
제7항에 있어서,

상기 렌즈 홀더는, 개구부를 갖는 평판부를 구비하며, 상기 렌즈는 상기 평판부에 고정되는 것을 특징으로 하는 초점거리 조절 장치.
제8항에 있어서,

상기 제1의 전극은 상기 평판부 위에 고리 형상으로 형성되고,

상기 제2의 전극은 상기 평판부의 개구부의 내주면에 형성되는 것을 특징으로 하는 초점거리 조절 장치.
제8항에 있어서,

상기 제1의 전극은 상기 평판부의 한쪽의 면에 형성되고,

상기 제2의 전극은 상기 평판부의 다른 쪽의 면에 상기 평판부의 개구부를 덮도록 형성되며,

상기 제2의 전극은 광투과성을 갖는 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 초점거리 조절 장치.
제7항에 있어서,

상기 제1의 전극 및 상기 제2의 전극은, 상기 렌즈의 광축을 중심으로 대칭하여 배치된 복수의 전극으로 구성되는 것을 특징으로 하는 초점거리 조절 장치.
청구항 제 7항에 기재된 초점거리 조절 장치;

상기 초점거리 조절 장치가 설치되는 기판; 및

상기 기판 위에 배치되는 촬상 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.