JP2011507036A - 光学レンズ画像安定化システム - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光学レンズ系に関し、より具体的には、自動焦点合わせ、ズーム、画像安定化、および/またはシャッタ/開口能力を提供するために、電気活性ポリマートランスデューサを用いてレンズを調整する光学系に関する。
デジタルカメラ等の従来の光学系では、焦点合わせ、ズーム、および画像安定化(ブレ防止とも呼ばれる)を提供するために、モータおよびソレノイドを電力源として使用して、光学素子、例えば、レンズに作用するギアおよびカムを変位する。このような従来の光学系は、多くの不利点、つまり、高電力消費、長い応答時間、制限された正確さ、および高いスペース要求を伴う。
本発明は、光学レンズ系と、それを使用するための機器および方法を含む。光学系および機器は、機器/光学系のパラメータを調整するために、その中に一体型である1つ以上の電気活性ポリマー(EAP)ベースのアクチュエータを含む。例えば、1つ以上のEAPアクチュエータは、レンズの焦点距離の調整(自動焦点合わせ)、レンズが焦点を合わせた画像の拡大(ズーム)、および/またはレンズ系が受ける任意の不要な運動の調整(画像安定化またはブレ防止)を自動的に行なうように構成されてもよい。
本発明の機器、システム、および方法について説明する前に、本発明が特定の形状嵌合または用途に限定されず、変動してもよいことを理解されたい。したがって、本発明は、可変焦点カメラレンズに関連して主に説明されるが、対象の光学系を、顕微鏡、双眼鏡、望遠鏡、カムコーダ、プロジェクタ、眼鏡、および他の種類の光学的応用において使用してもよい。本明細書において使用する専門用語は、特定の実施形態を説明する目的だけのものであり、本発明の範囲が添付の請求項によってのみ限定されるため、限定的であるように意図されない。
本発明のさらに別の局面は、パッケージ化された組み合わせで提供されるか、または使用を動作するための技術者、使用説明書により組み立てられるか等にかかわらず、本明細書に説明する機器の任意の組み合わせを有するキットを含む。キットは、本発明に従う任意の数の光学系を含んでもよい。キットは、機械的または電気的コネクタ、電源等を含む光学系とともに使用するために種々の他の構成要素を含んでもよい。また、対象のキットは、機器またはその組立体のための使用説明書も含んでもよい。このような使用説明書は、紙またはプラスチック等の基板上に印刷されてもよい。したがって、使用説明書は、キットまたはその構成要素(すなわち、パッケージ化またはサブパッケージ化に関連する)の容器のラベルにおいて、パッケージの挿入物としてキットに存在してもよい。他の実施形態では、使用説明書は、適切なコンピュータ可読記憶媒体、例えば、CD−ROM、ディスケット等の上に存在する電子的格納データファイルとして存在する。さらに他の実施形態では、実際の使用説明書は、キットに存在しないが、遠隔ソースから、例えば、インターネットを介して使用説明書を入手するための手段が提供される。本実施形態は、使用説明書を閲覧可能であり、および/またはそこから使用説明をダウンロード可能であるウェブアドレスを含むキットである使用説明書と同様に、使用説明書を入手するためのこの手段は、適切なメディア媒体上に記録される。
Claims (71)
- 焦点軸に沿って配置される少なくとも1つのレンズを備えるレンズユニットであって、該レンズユニットは線形軸受表面を有する、レンズユニットと、
該レンズユニットに隣接して配置される電気活性ポリマーアクチュエータであって、該アクチュエータの作動は、該焦点軸に沿って該レンズユニットを移動させる、電気活性ポリマーアクチュエータと、
該レンズユニットの位置を維持するための該線形軸受表面に隣接する線形ガイドと
を備える、レンズ変位システム。 - 前記焦点軸に沿って前記レンズユニットを偏向する偏向機構をさらに備える、請求項1に記載のレンズ変位システム。
- 前記レンズユニットの偏向は、前記電気活性ポリマーアクチュエータの隔膜を錐台形式に伸長する、請求項2に記載のレンズ変位システム。
- 前記偏向機構は、前記レンズユニットを取り囲むコイルバネを備え、前記線形ガイドは、該コイルバネと該レンズユニットの外面との間に配置される、請求項2に記載のレンズ変位システム。
- 前記線形ガイドは、前記レンズユニットを少なくとも部分的に封入する筐体から延出するブッシング壁である、請求項1に記載のレンズ変位システム。
- 前記線形ガイドは、前記焦点軸に平行に延出する少なくとも1つのガイドレールを備える、請求項1に記載のレンズ変位システム。
- 前記レンズユニットは、前記少なくとも1つのガイドレールを収容する開口部を自身の中に有するプラットフォームを備える、請求項6に記載のレンズ変位システム。
- 前記偏向機構は、前記線形ガイドと前記レンズユニットの外面との間に位置する板バネ機構を備える、請求項2に記載のレンズ変位システム。
- 前記板バネ機構は、前記レンズユニットを取り囲む基部リングと、前記電気活性アクチュエータの表面に対して係合される複数の半径方向に延出するタブとを有する、請求項8に記載のレンズ変位システム。
- 前記偏向機構は、前記レンズユニットと一体的に形成される、請求項2に記載のレンズ変位システム。
- 前記偏向機構は、さらに前記レンズユニットを少なくとも部分的に封入する筐体と一体的に形成される、請求項10に記載のレンズ変位システム。
- 前記偏向機構は、前記レンズユニットと前記筐体との間に延在する環状隔膜を備え、該隔膜は、負レートのバネ偏向を有する、請求項2に記載のレンズ変位システム。
- 前記隔膜は、低粘性エラストマー材料を含む、請求項12に記載のレンズ変位システム。
- 前記偏向機構は、前記レンズユニットと前記筐体との間に延在する少なくとも2つのバネタブを備える、請求項2に記載のレンズ変位システム。
- 前記レンズユニットの移動は、該レンズユニットの前記焦点距離を変更する、請求項1に記載のレンズ変位システム。
- 前記少なくとも1つのレンズは、集束レンズである、請求項1に記載のレンズ変位システム。
- 前記レンズユニットの移動は、該レンズユニットの倍率を変更する、請求項1に記載のレンズ変位システム。
- 前記レンズユニットは、レンズ駆動機構によって担持され、それにより、前記アクチュエータの作動は、該レンズ駆動機構を移動させる、請求項1に記載のレンズ変位システム。
- 前記レンズユニットは、アフォーカルレンズ組立体を備える、請求項18に記載のレンズ変位システム。
- 複数のレンズ段を備え、各段は、レンズを備え、前記レンズ駆動機構は、異なる割合で該複数の段を平行移動させる、請求項19に記載のレンズ変位システム。
- 一方のレンズ段の平行移動割合の別のレンズ段の平行移動割合に対する比率は、入れ子式作用を規定する、請求項20に記載のレンズ変位システム。
- 各レンズは、前記レンズ駆動機構により担持されるレンズ板内に設置される、請求項20に記載のレンズ変位システム。
- 前記レンズ駆動機構は、レンズ板間に延在する一対の連係をさらに備える、請求項22に記載のレンズ変位システム。
- 無限遠焦点位置を越える前記レンズユニットの移動を防止するように、安全装置をさらに備える、請求項1に記載のレンズ変位システム。
- 前記焦点軸に沿って少なくとも1つのフィルタをさらに備える、請求項1に記載のレンズ変位システム。
- 前記レンズユニットの前方端部を覆う半透明のカバーをさらに備える、請求項1に記載のレンズ変位システム。
- 前記レンズユニットは、該レンズユニットの焦点を較正するように構成される、請求項1に記載のレンズ変位システム。
- 前記レンズユニットの筐体部分は、較正ツールを収容するための少なくとも1つの刻み目を備える、請求項27に記載のレンズ変位システム。
- 前記レンズユニットの位置を検知するセンサをさらに備える、請求項1に記載のレンズ変位システム。
- 前記センサは、一対の離間した電極を備え、該第1の電極は、前記レンズユニットの外面上に配置され、該第2の電極は、該レンズユニットの該外面に対向する前記線形ガイドの表面上に配置され、線形ガイドに対する該レンズユニットの位置は、該電極を横切る静電容量を変化させる、請求項29に記載のレンズ変位システム。
- 前記電気活性ポリマーアクチュエータの少なくとも一部分の温度を制御するために配置される加熱要素をさらに備える、請求項1に記載のレンズ変位システム。
- 前記レンズユニットは、円柱状鏡筒構成を有し、前記線形軸受表面は、前記レンズ鏡筒の外面である、請求項1に記載のレンズ変位システム。
- 前記レンズユニットは、複数のレンズを備え、遠位の最大のレンズは、集束レンズであり、それよりも近位の2つ以上のレンズは、アフォーカルレンズである、請求項1に記載のレンズ変位システム。
- 前記電気活性ポリマーアクチュエータは、フィルムを備え、該フィルムは、作動時に、一方向のみにそれるように構成される、請求項1に記載のレンズ変位システム。
- 前記フィルムは、裏当て材料に接合されるエラストマー誘電体層を備え、該裏当て材料は、該誘電体層よりも高い弾性係数を有する、請求項34に記載のレンズ変位システム。
- 焦点軸に沿って配置される少なくとも1つのレンズを備えるレンズユニットであって、該レンズユニットは無限遠方向に偏向される、レンズユニットと、
初期マクロ位置を越えるマクロ方向への該レンズユニットの移動を防止する安全装置と、
該レンズユニットに隣接して配置される電気活性ポリマーアクチュエータであって、該アクチュエータの作動は、該焦点軸に沿って無限遠位置側に該レンズユニットを移動させる、電気活性ポリマーアクチュエータと
を備える、レンズ変位システム。 - 焦点軸に沿って対向方向に配置され移動可能である少なくとも1つのレンズを備えるレンズユニットと、
該レンズユニットに隣接して配置される二相電気活性ポリマーアクチュエータであって、該アクチュエータの作動は、該焦点軸に沿って該レンズユニットを移動させ、該アクチュエータは、相互に偏向する反対に対向する錐台形状の隔膜を備える、二相電気活性ポリマーアクチュエータと
を備える、レンズ変位システム。 - 直列に積層される複数の二相電気活性ポリマーアクチュエータを備える、請求項37に記載のレンズ変位システム。
- 隣接するアクチュエータは、バネによって離隔して偏向される、請求項38に記載のレンズ変位システム。
- 前記錐台隔膜の凹側面は、相互に対向する、請求項39に記載のレンズ変位システム。
- 前記錐台隔膜の凸側面は、相互に対向する、請求項40に記載のレンズ変位システム。
- 焦点軸に沿って配置される少なくとも1つのレンズを備えるレンズユニットと、
該レンズユニットに隣接して配置される電気活性ポリマーアクチュエータであって、該アクチュエータの作動は、該焦点軸に沿って該レンズユニットを移動させ、該アクチュエータは、電気活性ポリマーフィルムを備え、該フィルムは、作動時に、一方向のみにそれる、電気活性ポリマーアクチュエータと
を備える、レンズ変位システム。 - 前記フィルムは、裏当て材料に接合されるエラストマー誘電体層を備え、該裏当て材料は、該誘電体層よりも高い弾性係数を有する、請求項42に記載のレンズ変位システム。
- 前記アクチュエータは、固定基部部材をさらに備え、前記フィルムは、前記レンズユニットと該基部部材との間に延在する、請求項42に記載のレンズ変位システム。
- 前記フィルムは、アーチ状構成を有し、前記裏当て材料は、該フィルムの凹側面上に存在する、請求項44に記載のレンズ変位システム。
- 前記フィルムは、折り畳まれた構成を有する、請求項44に記載のレンズ変位システム。
- 焦点軸に沿って配置される少なくとも1つのレンズを備えるレンズユニットと、
該レンズユニットに隣接して配置される電気活性ポリマーアクチュエータであって、該アクチュエータの作動は、該焦点軸に沿って該レンズユニットを移動させ、該アクチュエータは、熱を生成するように構成される電極配置を備える、電気活性ポリマーアクチュエータと
を備える、レンズ変位システム。 - 前記電極配置は直列である、請求項47に記載のレンズ変位システム。
- 前記電極配置は並列である、請求項47に記載のレンズ変位システム。
- 焦点軸に沿って配置される少なくとも1つのレンズを備えるレンズユニットと、
該レンズユニットに隣接して配置される電気活性ポリマーアクチュエータであって、該アクチュエータの作動は、該焦点軸に沿って該レンズユニットを移動させ、該アクチュエータは、電気活性ポリマーフィルムを備える、電気活性ポリマーアクチュエータと、
該電気活性ポリマーフィルムに隣接して配置され、かつ該電気活性ポリマーフィルムのプロファイルに一致するプロファイルを有する加熱要素と
を備える、レンズ変位システム。 - 前記加熱要素は、錐台形状を有する、請求項50に記載のレンズ変位システム。
- 光学系とともに使用するための機器であって、
少なくとも1つの旋回可能に装着される開口ブレードと、
該開口ブレードに隣接して配置される電気活性ポリマーアクチュエータであって、該アクチュエータの作動は、レンズ開口を通る光の通過を調整するために該開口ブレードを移動させる、電気活性ポリマーアクチュエータと
を備える、機器。 - 平面配列において提供される複数の協働開口ブレードを備える、請求項52に記載の機器。
- 各開口ブレードは、曲線状の涙型の形状を有し、該ブレードは、相互に重なり合う少なくとも一部分を有する隣接ブレードと環状的に整列される、請求項53に記載の機器。
- 前記アクチュエータは、外側および内側枠部材間で延在する二相平面フィルムを備え、該内側枠部材は、前記レンズ開口に光を通過するための環状開口部を有し、さらに、1つの位相の作動は、前記ブレードを一方向に旋回可能に移動させ、他方の位相の作動は該ブレードを、反対方向に旋回可能に移動させる、請求項54に記載の機器。
- 前記開口ブレードの旋回端と協働する屈曲機構をさらに備え、作動時に、前記電気活性ポリマーアクチュエータは、該開口ブレードを旋回可能に回転する該屈曲機構の一部分をそらす、請求項52に記載の機器。
- 前記開口ブレードの自由端は、そこを通る光通過穴を有する、請求項52に記載の機器。
- 焦点軸に沿って配置される少なくとも1つのレンズを備えるレンズユニットと、
該レンズユニットの対向端部に配置される2つの電気活性ポリマーアクチュエータ機構であって、該アクチュエータの作動は、該アクチュエータに対して該レンズユニットを平行移動させる、電気活性ポリマーアクチュエータと
を備える、レンズ変位システム。 - 前記複数のアクチュエータ機構の間に延在する少なくとも1つのガイドレールをさらに備え、前記レンズユニットは、該少なくとも1つのガイドレールに摺動可能に結合され、該アクチュエータ機構の作動は、増分様式で、前記焦点軸に沿った該レンズユニットの平行移動を提供する、請求項58に記載のレンズ変位システム。
- 前記アクチュエータ機構のうちの少なくとも1つは、前記焦点軸に沿って、かつ該焦点軸の側方に前記少なくとも1つのガイドレールを移動させるための少なくとも2つの別々に作動可能な部分を備える、請求項59に記載のレンズ変位システム。
- 各別々に作動可能な部分は、電気活性フィルム層を備え、該層は積層される、請求項60に記載のレンズ変位システム。
- 少なくとも1つのフィルム層は、作動時に厚さモード作動を提供し、少なくとも1つの他のフィルム層は、作動時に面内作動を提供する、請求項61に記載のレンズ変位システム。
- 前記面内作動は、前記少なくとも1つのガイドレールを角度的に変位する、請求項60に記載のレンズ変位システム。
- 前記レンズユニットは、プラットフォーム内に配置されるレンズを備える複数のレンズ段を備え、少なくとも1つのレンズ段は、他のレンズ段から独立して、前記焦点軸に沿って平行移動可能である、請求項59に記載のレンズ変位システム。
- 前記2つのアクチュエータ機構の間に延在し、かつ該2つのアクチュエータ機構に動作可能に結合されるプッシュロッドをさらに備え、該プッシュロッドは、各レンズプラットフォーム内にあり、かつ各レンズプラットフォームと解放可能に係合可能である開口を通過する、請求項64に記載のレンズ変位システム。
- 前記プッシュロッドと協働係合するための、各レンズプラットフォームに関連するクラッチ機構をさらに備える、請求項65に記載のレンズ変位システム。
- 各アクチュエータ機構は、前記焦点軸に沿って、かつ該焦点軸の側方に前記レンズユニットを移動させるための2つの別々に作動可能な部分を備える、請求項58に記載のレンズ変位システム。
- 一方の作動可能部分は、単相線形アクチュエータを備え、他方の作動可能部分は、相互に直列に積層される二相平面アクチュエータスタックを備える、請求項67に記載のレンズ変位システム。
- 前記アクチュエータは、所望の作動シーケンスを提供するために、軸方向および側方に前記プッシュロッドを平行移動させるように、独立してかつ選択的に制御可能である、請求項68に記載のレンズ変位システム。
- 前記レンズユニットは、集束レンズ部分およびアフォーカルレンズ部分を備え、前記第1のアクチュエータは、該アフォーカルレンズ部分に対して前記焦点軸に沿って該集束レンズ部分を平行移動させ、前記第2のアクチュエータは、該焦点軸に沿って該アフォーカルレンズ部分を平行移動させ、該アクチュエータは、選択的にかつ独立して作動可能である、請求項58に記載のレンズ変位システム。
- 前記2つのレンズ部分は、バネにより相互から離隔して偏向される、請求項70に記載のレンズ変位システム。
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