JP4530163B2 - 焦点調節装置及び撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、焦点を調節するための焦点調節装置と、これを用いた撮像装置に関する。

従来、カメラ等の撮像装置において焦点距離を調節するために、電磁モータや電歪材料を用いたアクチュエータでレンズを保持するレンズホルダをレンズの光軸方向に移動させ、レンズと撮像素子との距離を調節していた。
特開２００３−２１５４２９号公報

近年、携帯電話等の小型の電子機器に撮像装置が搭載されるようになり、撮像装置の小型化が進んでいる。レンズと撮像素子との間の焦点距離を調節する焦点調節装置に電磁モータを利用する場合、動力を伝達するための機構が必要となり、焦点調節装置の構成が複雑となり撮像装置の小型化に対応することが困難である。

また、特許文献１に開示されているように電磁モータの代わりに電歪アクチュエータを用いる場合も、電歪材料の伸縮の制御にガイドやバネが必要であり、構造が複雑となり小型化に対応することが難しい。

そこで、構造が簡単で小型化に対応できる焦点調節装置とそれを利用した撮像装置が求められている。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、構造が簡単で小型化に対応可能な焦点調節装置とそれを利用した撮像装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る焦点調節装置は、
高分子層と、第１の電極と、第２の電極と、を備える焦点調節装置であって、
前記高分子層は、前記第１の電極の一部を覆うように形成されており、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧が印加されると、前記高分子層は前記第１の電極を覆う面積が広がるように変形し、この変形によって焦点距離を調節する
ことを特徴とする。

前記焦点調節装置は、
レンズを保持するとともに、当該レンズの光軸方向に移動可能なレンズホルダと、
前記レンズホルダが設置されるホルダ支持基板と、を更に備え、
前記ホルダ支持基板と前記レンズホルダとの間に前記高分子層が設けられ、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧が印加されると、前記高分子層が前記第１の電極に沿って変形し、この変形により前記レンズホルダを前記光軸方向へ移動させてもよい。

前記ホルダ支持基板の一面に、前記レンズホルダが前記高分子層によって前記光軸方向に移動可能な状態に保持されてもよい。

前記ホルダ支持基板の前記レンズホルダに対向する面に前記第１の電極が形成され、
前記レンズホルダの前記ホルダ支持基板に対向する面に前記第２の電極が形成されてもよい。

前記ホルダ支持基板には、開口部が設けられ、
前記レンズホルダには、前記ホルダ支持基板の前記開口部に嵌合されて当該レンズホルダが前記光軸方向に移動する際のガイドとして機能する円筒部が設けられてもよい。

前記高分子層は、環状に形成されてもよい。

上記目的を達成するため、本発明の第２の観点に係る焦点調節装置は、
高分子層と、第１の電極と、第２の電極と、を備える焦点調節装置であって、
前記高分子層及びレンズをその内側に備えるレンズホルダを更に備え、
前記高分子層上に、前記レンズが当該レンズの光軸方向へ移動可能な状態で保持され、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧が印加されると、前記高分子層が前記第１の電極に沿って変形し、この変形により前記レンズを前記光軸方向へ移動させて焦点距離を調節する
ことを特徴とする。

前記レンズホルダには、開口部を備える平板部が設けられ、
前記平板部上に前記高分子層が設置されてもよい。

前記平板部上に前記第１の電極が形成され、
前記平板部の前記開口部の内周面に前記第２の電極が形成されてもよい。

前記高分子層と前記レンズとの間に空気が内包されないように、前記高分子層が前記レンズと密着して配置されてもよい。

前記高分子層は、前記レンズと同一の屈折率を有してもよい。

前記高分子層は、円形に形成されてもよい。

上記目的を達成するため、本発明の第３の観点に係る焦点調節装置は、
高分子層と、第１の電極と、第２の電極と、を備える焦点調節装置であって、
前記高分子層を保持するレンズホルダを更に備え、
前記高分子層がレンズ状に形成されており、且つ前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧が印加されると、前記高分子層が前記第１の電極に沿って変形し、前記高分子層の曲率が変化することによって焦点距離を調節する
ことを特徴とする。

上記目的を達成するため、本発明の第４の観点に係る焦点調節装置は、
高分子層と、第１の電極と、第２の電極と、を備える焦点調節装置であって、
前記高分子層はポリ塩化ビニルから形成されており、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧が印加されると、前記高分子層が前記第１の電極に沿って変形し、この変形によって焦点距離を調節する
ことを特徴とする。

上記目的を達成するため、本発明の第５の観点に係る焦点調節装置は、
高分子層と、第１の電極と、第２の電極と、を備える焦点調節装置であって、
前記高分子層には、可塑剤としてフタル酸ジ−ｎ−ブチルが混合されており、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧が印加されると、前記高分子層が前記第１の電極に沿って変形し、この変形によって焦点距離を調節する
ことを特徴とする。

上記目的を達成するため、本発明の第６の観点に係る撮像装置は、
上記第１乃至第５の観点にかかる焦点調節装置と、
前記焦点調節装置が設置される基板と、
前記基板上に配置される撮像素子と、を備える
ことを特徴とする。

本発明によれば、印加された電圧に応じて変形する高分子層を用いることによって、構造が簡単で小型化に対応可能な焦点調節装置と、これを用いた撮像装置を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る焦点調節装置及び撮像装置について図を用いて説明する。

（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る撮像装置２０を図１〜図３に示す。図２は撮像装置２０の平面図である。図１は、図２の一点鎖線Ａ−Ａ’における断面図である。また、図３は焦点調節装置１０に電圧が印加された状態を模式的に示す断面図である。

本発明の第１の実施の形態に係る撮像装置２０は、図１に示すように焦点調節装置１０と、撮像素子２１と、基板２２とを備える。撮像素子２１は、被写体の光学像を電気信号に変換するものである。撮像素子２１は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサ等から構成されており、例えば図１に示すように基板２２上に配置される。

焦点調節装置１０は、図１に示すように、アクチュエータ１１と、レンズホルダ１２と、レンズ１３ａ、１３ｂと、ホルダ支持基板１４と、を備える。

アクチュエータ１１は、図１、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、高分子層５１と、高分子層５１の下面に形成された正電極５２と、高分子層５１の上面に形成された負電極５３と、から構成される。アクチュエータ１１は、環状でありレンズホルダ１２とホルダ支持基板１４との間に配置される。

高分子層５１は、ポリ塩化ビニルと可塑剤であるフタル酸ジ−ｎ−ブチルが例えば１：９の割合で混合されたものである。高分子層５１は、正電極５２と負電極５３との間に印加される電圧が０、つまり初期状態で図４（ａ）に示すように環状に形成される。また、高分子層５１は、図１に示すようにレンズホルダ１２に形成された負電極５３と、ホルダ支持基板１４に形成された正電極５２との間に設置される。

アクチュエータ１１の正電極５２、負電極５３間に印加する電圧を０から上げていくと、高分子層５１のポリ塩化ビニルは正電極５２に引き寄せられるため、図４（ｂ）に示すように高分子層５１は正電極５２を覆うように径方向外側に変形する。高分子層５１の変形量は、正電極５２の位置、印加する電圧等によって変化する。本実施の形態では、高分子層５１を径方向外側に変形させ、レンズ１３ａ、１３ｂの光軸方向の厚みの変化を良好に得られるよう、高分子層５１は、図４（ａ）に示すように初期状態で正電極５２を半分程度覆うように形成される。

なお、高分子層５１の表面は、外部環境から保護するため、例えばポリウレタン、ポリパラキシリレン樹脂（パリレン）等の伸縮性のある薄い膜で覆われていても良い。また、ポリ塩化ビニルと可塑剤であるフタル酸ジ−ｎ−ブチルの割合は、高分子層５１に要求される性能に応じて適宜変更することが可能である。

正電極５２は、例えばカーボンブラック、金、銀、アルミニウム等から構成され、図４に示すように環状に形成される。正電極５２は、レンズホルダ１２の円筒部１２ａと対向するホルダ支持基板１４上の面に形成される。上述したように、正電極５２と負電極５３との間に電圧が印加されると高分子層５１は正電極５２に沿うように変形する。本実施の形態では、高分子層５１を径方向外側に良好に変形させるため、正電極５２は、図４（ａ）に示すように高分子層５１よりも径方向外側に広く形成される。

負電極５３は例えばカーボンブラック、金、銀、アルミニウム等から構成され、図４に示すように環状に形成される。負電極５３は、レンズホルダ１２の円筒部１２ａのホルダ支持基板１４と対向する面に形成される。
正電極５２と負電極５３とは、電源（図示せず）に接続されており、且つ駆動回路制御部（図示せず）に接続されており、制御部（図示せず）からの入力に従い電圧が印加される。

以上の構成を採るアクチュエータ１１の正電極５２と負電極５３との間に印加する電圧を０から上げていくと、高分子層５１を構成するポリ塩化ビニルが極性を有するため、図４（ｂ）に示すように、高分子層５１は正電極５２を覆うように径方向外側に延びる。高分子層５１が径方向へ延びることによって、高分子層５１の厚みがＴａからＴｂまで薄くなる。レンズホルダ１２は高分子層５１によってホルダ支持基板１４上に移動可能な状態に保持されているため、高分子層５１の厚みの変化に伴って、図３に示すようにレンズホルダ１２は（Ｔａ−Ｔｂ）だけ、撮像素子２１に近づくようにレンズ１３ａ、１３ｂの光軸方向へ移動する。
一方、正電極５２と負電極５３との間に印加する電圧を０に戻すと、高分子層５１が元の形状に戻るため、レンズホルダ１２も図１に示す状態に戻る。

レンズホルダ１２は、図１に示すように高分子層５１を介し、ホルダ支持基板１４上にレンズ１３ａ、１３ｂの光軸方向に移動可能な状態で保持される。レンズホルダ１２は、図１及び図２に示すように円筒状の第１円筒部１２ａと第２円筒部１２ｂとを備える。第１円筒部１２ａは、内側にレンズ１３ａ及び１３ｂを保持する。第２円筒部１２ｂの端部はレンズ１３ａ、１３ｂの光軸方向に移動可能な状態でホルダ支持基板１４の開口部１４ａに嵌合される。このようにレンズホルダ１２の第２円筒部１２ｂが開口部１４ａに嵌合されていることによって、アクチュエータ１１が変形した際、第２円筒部１２ｂがガイドとして機能する。従って、レンズ１３ａ、１３ｂを傾けずにレンズホルダ１２はレンズ１３ａ、１３ｂの光軸方向に移動することが可能となる。また、第１円筒部１２ａのホルダ支持基板１４と対向する面に負電極５３が形成される。

ホルダ支持基板１４は、図１及び図２に示すように、環状に形成されており、基板２２上に設置される。ホルダ支持基板１４は、レンズ１３ａ、１３ｂに対応する開口部１４ａを備える。また、ホルダ支持基板１４の開口部１４ａは、レンズホルダ１２の第２円筒部１２ｂの外径よりもわずかに大きく、第２円筒部１２ｂの端部が嵌合される。レンズホルダ１２の第１円筒部１２ａに対向するホルダ支持基板１４の面に、正電極５２が形成される。

上記の構成を採る焦点調節装置１０において、正電極５２と負電極５３との間に印加する電圧を０から大きくすると、高分子層５１が正電極５２に引き寄せられ、正電極５２に沿うように変形し、径方向外側に延びることによって厚みが減少する。この厚みの減少、換言すれば、高分子層５１のレンズ１３ａ、１３ｂの光軸方向の厚みの変化に伴いレンズホルダ１２は撮像素子２１に近づくように、レンズ１３ａ、１３ｂの光軸方向へ移動する。従って、撮像素子２１とレンズ１３ａ、１３ｂとの距離を短くし、焦点距離を調節することができる。また、正電極５２と負電極５３との間に印加する電圧を０に戻すと、高分子層５１が元の形状に戻るため、レンズホルダ１２は最初の位置に戻る。

このように本発明の実施の形態に係る焦点調節装置１０において、レンズホルダ１２は、アクチュエータ１１の高分子層５１を介してレンズ１３ａ、１３ｂの光軸方向に移動可能な状態でホルダ支持基板１４上に保持される。従って、正電極５２と負電極５３との間に印加する電圧を上昇させた際、アクチュエータ１１は、レンズ１３ａ、１３ｂの光軸方向への高分子層５１の変形に伴ってレンズホルダ１２を移動させることが可能となる。このように、アクチュエータ１１の動力等を伝える手段を必要としないため、焦点調節装置１０の構成は簡単となり焦点調節装置１０が用いられる撮像装置２０の小型化に容易に対応することができる。

なお、高分子層５１を構成する材料、印加する電圧、等に応じて、高分子層５１の変形の程度を変えることができるため、これらを適宜変更させ、レンズホルダ１２に要求される移動距離を実現することが可能である。また、印加する電圧を多段階に設定し、レンズホルダ１２の位置を多段階に変更させることも可能である。

（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係る撮像装置２５を図５〜図７に示す。図６は撮像装置２５の平面図である。図５は、図６の一点鎖線Ｂ−Ｂ’における断面図である。また、図７は焦点調節装置３０に電圧が印加された状態を模式的に示す断面図である。なお、図５ではレンズ３３ｂに形成された凹部３３ｃと、ガイド軸３２ｃとを説明するため、レンズ３３ａ等の図示を省略している。

本発明の第２の実施の形態に係る撮像装置２５は、第１の実施の形態と同様に焦点調節装置３０と、撮像素子２１と、基板２２とを備える。撮像素子２１は、被写体の光学像を電気信号に変換するものである。撮像素子２１は、ＣＣＤ、ＣＭＯＳイメージセンサ等から構成されており、例えば図５に示すように基板２２上に配置される。

焦点調節装置３０は、図５に示すように、アクチュエータ３１と、レンズホルダ３２と、レンズ３３ａ、３３ｂと、を備える。

アクチュエータ３１は、図５、図８（ａ）及び（ｂ）に示すように、高分子層６１と、レンズホルダ３２の平板部３２ｂに形成された正電極６２と、レンズホルダ３２の開口部３２ｂ’の内周面に形成された負電極６３と、から構成される。アクチュエータ３１は、平面形状が円形であり、レンズホルダ３２の平板部３２ｂに配置される。アクチュエータ３１は、少なくとも光が透過する領域において、高分子層６１とレンズ３３ｂとの間に空気が内包されないよう高分子層６１がレンズ３３ｂと密着して配置されている。

高分子層６１は、ポリ塩化ビニルと可塑剤であるフタル酸ジ−ｎ−ブチルが例えば１：９の割合で混合されたものである。高分子層６１とレンズ３３ｂとは屈折率が同一である。従って、レンズ３３ｂと撮像素子２１との間に高分子層６１が介在しても、光学像は乱れない。なお、高分子層６１の屈折率とレンズ３３ｂの屈折率とが同一である場合に限らず、その差異が１０％以内であってもよく、この場合にもレンズ３３ｂと撮像素子２１との間に高分子層６１が介在しても、光学像は乱れない。
高分子層６１は、正電極６２と負電極６３との間に印加される電圧が０、つまり初期状態で図８（ａ）に示すように円形に形成される。また、高分子層６１は、図５に示すようにレンズホルダ３２の平板部３２ｂに形成された正電極６２、平板部３２ｂの開口部３２ｂ’に形成された負電極６３との間に設置される。

アクチュエータ３１の正電極６２、負電極６３間に印加する電圧を０から上げていくと、高分子層６１のポリ塩化ビニルは正電極６２に引き寄せられるため、図８（ｂ）に示すように高分子層６１は正電極６２を覆うように径方向外側に変形する。高分子層６１の変形量は、正電極６２の位置、印加する電圧等によって変化する。本実施の形態では、高分子層６１を径方向外側に変形させ、レンズ３３ａ、３３ｂの光軸方向の厚みの変化を良好に得られるよう、高分子層６１は、図８（ａ）に示すように初期状態で正電極６２を半分程度覆うように形成される。

なお、高分子層６１の表面は、外部環境から保護するため、例えばポリウレタン、ポリパラキシリレン樹脂（パリレン）等の伸縮性のある薄い膜で覆われていても良い。また、ポリ塩化ビニルと可塑剤であるフタル酸ジ−ｎ−ブチル混合割合は、高分子層６１に要求される性能に応じて適宜変更することが可能である。

正電極６２は、例えばカーボンブラック、金、銀、アルミニウム等から構成され、図８（ａ）及び（ｂ）に示すように環状に形成される。正電極６２は、レンズホルダ３２の平板部３２ｂ上に形成される。上述したように、正電極６２と負電極６３との間に電圧が印加されると高分子層６１は正電極６２に沿うように変形する。本実施の形態では、高分子層６１を径方向外側に良好に変形させるため、正電極６２は、図８（ａ）に示すように高分子層６１よりも径方向外側に広く形成される。

負電極６３は例えばカーボンブラック、金、銀、アルミニウム等から構成され、図５に示すようにレンズホルダ３２の開口部３２ｂ’の内周面に全面に渡って形成される。
正電極６２と負電極６３とは、電源（図示せず）に接続されており、且つ駆動回路制御部（図示せず）に接続されており、制御部（図示せず）からの入力に従い電圧が印加される。

以上の構成を採るアクチュエータ３１の正電極６２と負電極６３との間に印加する電圧を０から上げていくと、高分子層６１を構成するポリ塩化ビニルが極性を有するため、図８（ｂ）に示すように、高分子層６１は正電極６２を覆うように径方向外側に延びる。高分子層６１が径方向へ延びることによって、高分子層６１の厚みがＴｃからＴｄまで薄くなる。レンズ３３ｂは、高分子層６１上に密着して配置されているため、高分子層６１の厚みの変化に伴って、図８に示すようにレンズ３３ｂは、（Ｔｃ−Ｔｄ）だけ、撮像素子２１に近づくようにレンズ３３ａ、３３ｂの光軸方向へ移動する。
一方、正電極６２と負電極６３との間に印加する電圧を０に戻すと、高分子層６１が元の形状に戻るため、レンズ３３ｂも図５に示す初期状態に戻る。

レンズホルダ３２は円筒状であり、レンズ３３ａを保持する平板部３２ａとアクチュエータ３１を保持する平板部３２ｂとを備える。平板部３２ａはレンズ３２ａに対応する開口部３２ａ’を備え、この開口部３２ａ’にレンズ３３ａが保持されている。平板部３２ｂもレンズ３３ｂに対応する開口部３２ｂ’を備える。この開口部３２ｂ’にはアクチュエータ３１が保持されている。また、平板部３２ｂの平板部３２ａと対向する面に正電極６２が形成されており、開口部３２ｂ’の内周面にその全周に亘って負電極６３が形成される。レンズ３３ｂは、レンズホルダ３２に１対のガイド軸３２ｃを介して光軸方向へ移動可能に搭載されているとともに、アクチュエータ３１によって光軸方向の所定位置に保持されている。ガイド軸３２ｃは、レンズホルダ３２の平板部３２ａ、３２ｂ間にレンズ３３ｂの光軸方向と平行に架設されている。レンズ３３ｂには、外周端部に凹部３３ｃが形成され、この凹部３３ｃにガイド軸３２ｃがスライド可能に嵌合されてガイド軸３２ｃに沿って光軸方向へ移動可能となっている。

上記の構成を採る焦点調節装置３０において、正電極６２と負電極６３との間に印加する電圧を０から大きくすると、高分子層６１が正電極６２に引き寄せられ、正電極６２に沿うように変形し、径方向外側に延びることによって厚みが減少する。この厚みの減少、換言すれば、高分子層６１のレンズ３３ａ、３３ｂの光軸方向の厚みの変化に伴いレンズ３３ｂは撮像素子２１に近づくように、レンズ３３ａ、３３ｂの光軸方向へ移動する。従って、撮像素子２１とレンズ３３ａ、３３ｂとの距離を短くし、焦点距離を調節することができる。また、正電極６２と負電極６３との間に印加する電圧を０に戻すと、高分子層６１が元の形状に戻るため、レンズ３３ｂは最初の位置に戻る。

このように、本発明によれば、アクチュエータ３１の動力等を伝える手段を必要としないため、焦点調節装置３０の構成は簡単となり焦点調節装置３０が用いられる撮像装置の小型化に容易に対応することができる。また、アクチュエータの変形を利用し、直接レンズを光軸方向へ移動させるため、部品点数を削減し、更なる小型化に対応することが可能となる。
また、高分子層６１の屈折率とレンズ３３ｂの屈折率とが同一であるので、高分子層６１とレンズ３３ｂとが協働して単一のレンズとして機能することとなり、レンズ設計の自由度が向上する。なお、レンズ３３ｂが高分子層６１に密着して設けられているため、高分子層６１が変形しても、レンズ３３ｂによって高分子層６１の曲率が常に一定に保持される。

なお、高分子層６１を構成する材料、印加する電圧、等に応じて、高分子層６１の変形の程度を変えることができるため、これらを適宜変更させ、レンズホルダ３２に要求される移動距離を実現することが可能である。また、印加する電圧を多段階に設定し、レンズ３３ｂの位置を多段階に変更させることも可能である。

（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態に係る焦点調節装置と撮像装置について図を用いて説明する。第１の実施の形態と共通する部分については、第１の実施の形態で用いたものと同様の番号を付し詳細な説明は省略する。

本発明の第３の実施の形態に係る焦点調節装置４０と撮像装置２６とを図９及び図１０に示す。図９は、撮像装置４０の断面図である。図１０は、焦点調節装置４０に電圧が印加された状態の撮像装置２６の断面図である。

本発明の実施の形態に係る撮像装置２６は、図９に示すように、焦点調節装置４０と、撮像素子２１と、基板２２とを備える。

焦点調節装置４０は、レンズホルダ４１と、レンズ４２と、可変レンズ４３と、正電極４４と、負電極４５と、を備える。

レンズホルダ４１は円筒状であり、レンズ４２を保持する第１平板部４１ａと可変レンズ４３を保持する第２平板部４１ｂとを備える。第１平板部４１ａはレンズ４２に対応する開口部４１ａ’を備え、この開口部４１ａ’にレンズ４２が保持されている。同様に第２平板部４１ｂも可変レンズ４３に対応する開口部４１ｂ’を備え、この開口部４１ｂ’に可変レンズ４３が保持されている。また、第２平板部４１ｂの第１平板部４１ａと対向する面に正電極４４が形成されており、開口部４１ｂ’の内周面にその全周に亘って負電極４５が形成される。

レンズ４２は、可変レンズ４３とともに被写体の光学画像を集光するものである。可変レンズ４３は後述するように、正電極４４と負電極４５との間に印加された電圧に応じて曲率が変化するが、レンズ４２の曲率は一定である。

可変レンズ４３は、ポリ塩化ビニルと可塑剤であるフタル酸ジ−ｎ−ブチルとが例えば１：９の割合で混合されたものである。可変レンズ４３は、レンズホルダ４１の第２平板部４１ｂに保持されており、第２平板部４１ｂに形成された正電極４４上に、正電極４４と負電極４５との間に印加される電圧が０の状態（初期状態）で正電極４４を半分程度覆うように設置される。正電極４４と負電極４５との間に電圧が印加されると、可変レンズ４３は径方向外側に変形する。このように変形することによって、可変レンズ４３の曲率が変わる。なお、ポリ塩化ビニルとフタル酸ジ−ｎ−ブチルとの混合割合はレンズに要求される特性に応じて変更可能である。

正電極４４は、図９に示すように第２平板部４１ｂの第１平板部４１ａと対向する面に環状に形成される。正電極４４は、上述したように半分程度が可変レンズ４３に覆われている。
負電極４５は、図９に示すように第２平板部４１ｂの開口部４１ｂ’ の内周面にその全周に亘って形成される。
また、正電極４４と負電極４５とは電源（図示せず）に接続されており、且つ回路制御部（図示せず）に接続されており、制御部（図示せず）からの入力に従い電圧が印加される。

以上の構成を採る焦点調節装置４０において、正電極４４と、負電極４５との間に印加される電圧を０から大きくしていくと、可変レンズ４３を構成するポリ塩化ビニルが正電極４４に引き寄せられることから、図１０に示すように可変レンズ４３は径方向外側に延びるように変形する。可変レンズ４３が径方向外側に広がることによって、可変レンズ４３の曲率半径は電圧が０の状態（初期状態）の時と比較して大きくなる、換言すれば可変レンズ４３の曲率は小さくなる。従って、可変レンズ４３の焦点距離を長くすることができる。

上述したように焦点調節装置４０は、印加された電圧に応じて変形する可変レンズ４３を用いることにより、可変レンズ４３そのものの曲率を変更して焦点距離を調節することができる。一般的に焦点距離を変えるためには、レンズと撮像素子との距離を変える方法が採られているが、本実施の形態では、レンズそのものの曲率を変えるため、レンズを動かす必要がなく、焦点調節装置の構成を簡略化することが可能である。従って、撮像装置の小型化に容易に対応することができる。

なお、正電極と負電極との間に印加する電圧、可変レンズの材質等を変化させることによって曲率の変化する程度を変更させることが可能である。
また、可変レンズの変形は印加する電圧の高さによっても変わるため、正電極と負電極との間に印加する電圧を多段階に設定し、可変レンズの曲率を多段階に変化させることも可能である。

本発明は上述したそれぞれの実施の形態に限られず、様々な修正及び応用が可能である。
例えば、第１の実施の形態において、正電極５２がホルダ支持基板１４上に、負電極５３がレンズホルダ１２上に形成され、高分子層５１が径方向外側に変形する構成を例に挙げて説明したが、これに限られず正電極５２、負電極５３を形成する場所、高分子層５１を変形させる方向を任意に変更することが可能である。例えば、正電極５２がレンズホルダ１２上に形成され、負電極５３がホルダ支持基板１４上に形成される構成を採ることも可能であるし、高分子層５１を径方向内側に変形させる構成、レンズ１３ａ、１３ｂの光軸方向に変形させる構成などを採ることが可能である。

また、上述した第１の実施の形態において、アクチュエータ１１は、レンズホルダ１２とホルダ支持基板１４との間に設けられる場合を例に挙げて説明したが、これに限られず、ホルダ支持基板１４を設けずに、基板２２とレンズホルダ１２との間に設けてもよいし、ホルダ支持基板１４と基板２２とが一体に形成されていても良い。

上述した第１の実施の形態において、アクチュエータ１１は環状に形成される場合を例に挙げて説明したがこれに限られず、例えば、複数のアクチュエータ１１を、レンズホルダ１２とホルダ支持基板１４との間の何カ所かに設置し、それぞれを変形させ、レンズホルダ１２をレンズ１３ａ、１３ｂの光軸方向へ移動させる構成を採ることも可能である。

また、上述した第２の実施の形態では、正電極６２がレンズホルダ３２の平板部３２ｂ上に、負電極６３が開口部３２ｂ’の周方向に形成され、高分子層６１が径方向外側に変形する構成を例に挙げて説明したが、これに限られず正電極６２、負電極６３を形成する場所、高分子層６１を変形させる方向を任意に変更することが可能である。例えば、正電極６２がレンズホルダ３２に形成され、負電極６３がホルダ支持基板３４に形成され、レンズ３３ａ、３３ｂの光軸方向に変形させる構成を採ることも可能である。また、高分子層６１を径方向内側に変形させる構成を採ることが可能である。

また、上述した第２の実施の形態では、高分子層６１とレンズ３３ｂとが協働して単一のレンズとして機能するように、高分子層６１の屈折率とレンズ３３ｂの屈折率とを同一としたが、高分子層６１とレンズ３３ｂとが協働して複合レンズとして機能するように、高分子層６１の屈折率とレンズ３３ｂの屈折率とを適宜変えるようにしてもよい。例えば、高分子層６１を組成する可塑剤の混合比を変えて高分子層６１の屈折率を変えることにより、高分子層６１の屈折率とレンズ３３ｂの屈折率とを適宜変えて高分子層６１とレンズ３３ｂとが協働して複合レンズとして機能するようにしてもよい。

また、上述した第２の実施の形態で、高分子層６１は、円形に形成される構成を例に挙げて説明したが、これに限られず第１の実施の形態のように高分子層を環状に形成することも可能である。同様に、第１の実施の形態で、高分子層５１は環状に形成されている場合を例に挙げて説明したが、第２の実施の形態と同様に円形に形成することも可能である。

上述した各実施の形態では、ポリ塩化ビニルを用いた場合を例に挙げて説明したが、正電極と負電極との間に印加された電圧に応じて変形する性質を備えれば、ポリ塩化ビニル以外を用いることも可能である。
また、上述した各実施の形態では、２枚のレンズで被写体の光学画像を集光する構成を例に挙げて説明したがこれに限られず、例えば３枚のレンズを用いる構成を採ることが可能である。

本発明の第１の実施の形態に係る撮像装置の断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る撮像装置の平面図である。 本発明の第１実施の形態に係る焦点調節装置のアクチュエータに電圧が印加された場合の撮像装置の断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る焦点調節装置のアクチュエータの動作を模式的に示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る撮像装置の断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る撮像装置の平面図である。 本発明の第２実施の形態に係る焦点調節装置のアクチュエータに電圧が印加された場合の撮像装置の断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る焦点調節装置のアクチュエータの動作を模式的に示す図である。 本発明の第３の実施の形態に係る撮像装置の断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る可変レンズに電圧が印加された場合の撮像装置の断面図である。

符号の説明

１０ 焦点調節装置
１１ アクチュエータ
１２ レンズホルダ
１３ａ，１３ｂ レンズ
１４ ホルダ支持基板
２０ 撮像装置
２１ 撮像素子
２２ 基板

Claims (16)

1. 高分子層と、第１の電極と、第２の電極と、を備える焦点調節装置であって、
   前記高分子層は、前記第１の電極の一部を覆うように形成されており、
   前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧が印加されると、前記高分子層は前記第１の電極を覆う面積が広がるように変形し、この変形によって焦点距離を調節する
   ことを特徴とする焦点調節装置。
2. レンズを保持するとともに、当該レンズの光軸方向に移動可能なレンズホルダと、
   前記レンズホルダが設置されるホルダ支持基板と、を更に備え、
   前記ホルダ支持基板と前記レンズホルダとの間に前記高分子層が設けられ、
   前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧が印加されると、前記高分子層が前記第１の電極に沿って変形し、この変形により前記レンズホルダを前記光軸方向へ移動させる
   ことを特徴とする請求項１に記載の焦点調節装置。
3. 前記ホルダ支持基板の一面に、前記レンズホルダが前記高分子層によって前記光軸方向に移動可能な状態に保持されている
   ことを特徴とする請求項２に記載の焦点調節装置。
4. 前記ホルダ支持基板の前記レンズホルダに対向する面に前記第１の電極が形成され、
   前記レンズホルダの前記ホルダ支持基板に対向する面に前記第２の電極が形成される
   ことを特徴とする請求項２又は３に記載の焦点調節装置。
5. 前記ホルダ支持基板には、開口部が設けられ、
   前記レンズホルダには、前記ホルダ支持基板の前記開口部に嵌合されて当該レンズホルダが前記光軸方向に移動する際のガイドとして機能する円筒部が設けられる
   ことを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の焦点調節装置。
6. 前記高分子層として、環状に形成された高分子層が用いられる
   ことを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項に記載の焦点調節装置。
7. 高分子層と、第１の電極と、第２の電極と、を備える焦点調節装置であって、
   前記高分子層及びレンズをその内側に備えるレンズホルダを更に備え、
   前記高分子層上に、前記レンズが当該レンズの光軸方向へ移動可能な状態で保持され、
   前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧が印加されると、前記高分子層が前記第１の電極に沿って変形し、この変形により前記レンズを前記光軸方向へ移動させて焦点距離を調節する
   ことを特徴とする焦点調節装置。
8. 前記レンズホルダには、開口部を備える平板部が設けられ、
   前記平板部上に前記高分子層が設置される
   ことを特徴とする請求項７に記載の焦点調節装置。
9. 前記平板部上に前記第１の電極が形成され、
   前記平板部の前記開口部の内周面に前記第２の電極が形成される
   ことを特徴とする請求項８に記載の焦点調節装置。
10. 前記高分子層と前記レンズとの間に空気が内包されないように、前記高分子層が前記レンズと密着して配置される
    ことを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項に記載の焦点調節装置。
11. 前記高分子層として、前記レンズと同一の屈折率を有する高分子層が用いられる
    ことを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか１項に記載の焦点調節装置。
12. 前記高分子層として、円形に形成された高分子層が用いられる
    ことを特徴とする請求項７乃至１１のいずれか１項に記載の焦点調節装置。
13. 高分子層と、第１の電極と、第２の電極と、を備える焦点調節装置であって、
    前記高分子層を保持するレンズホルダを更に備え、
    前記高分子層がレンズ状に形成されており、且つ前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧が印加されると、前記高分子層が前記第１の電極に沿って変形し、前記高分子層の曲率が変化することによって焦点距離を調節する
    ことを特徴とする焦点調節装置。
14. 高分子層と、第１の電極と、第２の電極と、を備える焦点調節装置であって、
    前記高分子層はポリ塩化ビニルから形成されており、
    前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧が印加されると、前記高分子層が前記第１の電極に沿って変形し、この変形によって焦点距離を調節する
    ことを特徴とする焦点調節装置。
15. 高分子層と、第１の電極と、第２の電極と、を備える焦点調節装置であって、
    前記高分子層には、可塑剤としてフタル酸ジ−ｎ−ブチルが混合されており、
    前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧が印加されると、前記高分子層が前記第１の電極に沿って変形し、この変形によって焦点距離を調節する
    ことを特徴とする焦点調節装置。
16. 請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の焦点調節装置と、
    前記焦点調節装置が設置される基板と、
    前記基板上に配置される撮像素子と、を備える
    ことを特徴とする撮像装置。

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