WO2007023870A1 - 焦点距離可変レンズとこれを用いた焦点距離調節装置及び撮像装置 - Google Patents
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Definitions
- variable focal length lens focal length adjustment device and imaging device
- the present invention relates to a variable focal length lens in which a focal length changes by changing an applied voltage, and a focal length adjusting device and an imaging device using the same.
- the imaging device is mainly composed of a lens and an imaging device.
- an imaging device in order to form an image of a subject on the imaging device, the distance between the lens and the imaging device must be adjusted according to the distance between the subject and the imaging device! /, Sometimes.
- the distance between the lens and the image sensor is adjusted by moving the lens linked to the focal length adjustment device by an actuator such as a motor.
- an actuator such as a motor.
- the configuration of the focal length adjustment device for moving the lens by the power of the motor becomes complicated and it is difficult to cope with the downsizing of the imaging device.
- Japanese Patent Laid-Open No. 2003-215429 discloses a technique for adjusting the distance between a lens and an image pickup device by moving a lens holder with an actuator composed of an electrostrictive material cover. ing.
- This lens driving mechanism has a simpler structure than a lens driving mechanism using an electromagnetic motor or the like.
- a guide and a panel are required for controlling the expansion and contraction of the electrostrictive material. For this reason, the structure is still complex with many parts.
- a lens that can change the focal length is also used.
- This type of lens system is composed of a plurality of single lens forces, and changes the focal length of the lens system by changing the position of each other.
- the configuration for moving the single lens to change the focal length is the same as that of the lens driving device described above. Therefore, the configuration of the conventional lens system is complicated and it is difficult to adjust the focal length.
- An object of the present invention is to provide a variable focal length lens that has a simple structure and can be reduced in size, and a focal length adjustment device and an imaging device using the same.
- Another object of the present invention is to provide a lens capable of appropriately adjusting the curvature, and a focal distance adjusting device and an imaging device using the lens.
- variable focal length lens has a first layer formed with a polymer force, and at least a region of the first layer through which light is transmitted.
- the curvature of the lens changes by deforming the first layer and the second layer so that they are pulled by the first electrode. It is characterized by that.
- the second layer may be formed to be harder than the first layer.
- the first layer and the second layer are formed of a polymer to which a plasticizer is added.
- the hardness of the first layer and the second layer may be changed by changing at least one of the type of polymer, the amount of plasticizer added, and the type of plasticizer.
- the first electrode and the second electrode may be formed in an annular shape.
- the first electrode and the second electrode may be composed of a plurality of electrodes divided symmetrically about the optical axis of the lens.
- the second layer may be formed so as to cover the entire light incident surface of the first layer.
- a focal length adjusting device includes: a first layer formed with a polymer force; and a polymer in at least a light transmission region of the first layer.
- a lens holder for holding the lens
- a first electrode provided in an area in contact with the lens of the lens holder
- a second electrode provided in a region in contact with the lens of the lens holder, The first electrode and the second electrode are in contact with at least the first layer of the lens;
- the curvature of the lens changes by deforming so that the first layer and the second layer of the lens are pulled by the first electrode, respectively.
- the focal length changes.
- the lens holder may include a flat plate portion having an opening, and the lens may be held by the flat plate portion.
- the first electrode may be formed in an annular shape on the flat plate portion, and the second electrode may be formed on the inner peripheral surface of the opening of the flat plate portion.
- the first electrode is formed on one surface of the flat plate portion
- the second electrode is formed on the other surface of the flat plate portion so as to cover the opening of the flat plate portion
- the second electrode transmits light. It may also be formed of a material material having properties.
- the first electrode and the second electrode may be composed of a plurality of electrodes divided symmetrically about the optical axis of the lens.
- an imaging apparatus according to the third aspect of the present invention provides:
- a focal length adjustment device according to a second aspect
- a substrate on which the focal length adjustment device is installed is installed
- An image pickup device disposed on a substrate is provided.
- the present invention uses a variable focal length lens that is deformed and changes its curvature in accordance with an applied voltage, thereby providing a focal length adjustment device that has a simple structure and can be reduced in size.
- An imaging device can be provided.
- FIG. 1 is a cross-sectional view (a cross-sectional view taken along one-dot chain line AA in FIG. 2) of the imaging apparatus according to the first embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is a plan view of the imaging apparatus according to the first embodiment of the present invention.
- FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a state in which a voltage is applied to a variable focal length lens provided in a focal length adjusting device constituting the imaging device according to the first embodiment of the present invention.
- the FIG. 4 (a) is a diagram schematically showing the operation of the variable focal length lens according to the first embodiment of the present invention.
- FIG. 4 (b) is a diagram schematically showing the operation of the variable focal length lens according to the first embodiment of the present invention.
- FIG. 5 is a cross-sectional view (a cross-sectional view taken along one-dot chain line BB in FIG. 6) of the imaging apparatus according to the second embodiment of the present invention.
- FIG. 6 is a plan view of an imaging apparatus according to a second embodiment of the present invention.
- FIG. 7 is a cross-sectional view (cross-sectional view taken along one-dot chain line C in FIG. 8) of the imaging apparatus according to the third embodiment of the present invention.
- FIG. 8 is a plan view of an imaging apparatus according to a third embodiment of the present invention.
- FIG. 9 is a cross-sectional view showing a modification of the embodiment of the present invention.
- FIG. 10 is a cross-sectional view showing a modification of the embodiment of the present invention in which a lens is configured with three layers.
- variable focal length lens according to an embodiment of the present invention, a focal length adjusting device using the same, and an imaging device will be described with reference to the drawings.
- FIGS. 1-10 An imaging device 30 according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
- the imaging device 30 includes a focal length adjusting device 20, an imaging element 31, and a substrate 32 as shown in a cross section in FIG.
- the image sensor 31 converts an optical image of a subject into an electric signal.
- the imaging device 31 is configured by a CCD (and narge coupled device), a CMO 3 (Complementary Metal-uxide semiconductor) image sensor, and the like.
- the imaging device 31 is installed on the substrate 32.
- the focal length adjusting device 20 includes a variable focal length lens 10, a lens holder 21, and a lens 22.
- the variable focal length lens 10 includes a lens 11, a positive electrode 13, and a negative electrode 14, as shown in FIG. 1, FIG. 4 (a), and FIG. 4 (b).
- the lens 11 is installed on the surface of the flat plate portion 21c of the lens holder 21 that faces the flat plate portion 21a.
- the lens 11 is composed of a force with the first layer 1 la and the second layer 1 lb disposed on the first layer 1 la.
- Both the first layer 11a and the second layer l ib are formed of a polymer that deforms in response to application of a voltage. In the present embodiment, these are formed by adding a plasticizer to polysalt gel. As will be described later, the polychlorinated bulule and the plasticizer are determined from the amount of displacement, strength, etc. required for each layer, and are mixed at a ratio of, for example, 1: 9 (polychlorinated bulule: plasticizer).
- the first layer 11a is placed in contact with the positive electrode 13 and the negative electrode 14 formed on the flat plate portion 21c of the lens holder 21.
- the second layer l ib is in close contact with the first layer 11a so as to cover at least the light transmitting region of one surface of the first layer 11a (the surface facing the lens 22 side, the light incident surface).
- the curvature of the lens 11 is determined.
- the second layer l ib is formed so that the change in curvature is smaller than when the entire lens is composed of the first layer 11a, and the protective film for the variable focal length lens 10 is unnecessary. It is formed so hard as to become.
- the lens 11 is formed in an annular shape as shown in FIG. 2 when the voltage applied to the positive electrode 13 and the negative electrode 14 is zero, that is, in the initial state.
- the first layer 11a constituting the lens 11 is deformed along the positive electrode 13 as shown in FIG.
- the second layer l ib is also deformed so as to be pulled by the positive electrode 13.
- the curvature of the lens 11 changes and the focal length changes.
- the hardness of the first layer 11a and the second layer ib constituting the lens 11 is determined by the degree of polymerization of the polychlorinated bur used, the amount of plasticizer mixed, and the properties of the plasticizer used. For this reason, the hardness of the first layer 1 la and the second layer 1 lb is determined by appropriately adjusting according to the properties required for the first layer 1 la and the second layer 1 lb.
- the plasticizer is preferably a phthalate ester type.
- dibutyl phthalate (DBP), di-2-ethylhexyl phthalate (DEHP (DOP)), dinormalo phthalate Cutyl (DnOP), diisonol phthalate (DINP), diisodecyl phthalate (DIDP), and diunedecyl phthalate (DUP) are preferred.
- plasticizers tend to become softer as the amount of added to the polyvinyl chloride vinyl increases and the amount of displacement when a voltage is applied increases.
- each plasticizer has a tendency that the longer the straight chain of the ester group, the smaller the amount of displacement when a voltage is applied to the polysalt vinyl.
- the ester group has a branch, the amount of displacement when a voltage is applied tends to be small.
- the plasticizer material and mixing amount are appropriately adjusted in accordance with the amount of displacement, strength, etc. required for the variable focal length lens. For example, if a particularly large displacement is required for the variable focal length lens 10, a soft gel needs to be made.
- the amount of plasticizer mixed in is increased, or a short plasticizer with a straight chain of ester groups is used, or a plasticizer with few branches of ester groups is used.
- the hardness of the gel is adjusted.
- the first layer 11a and the second layer ib constituting the lens 11 are formed as follows. First, for example, dibutyl phthalate is added as a plasticizer to poly (vinyl chloride) vinyl. This is then dissolved in tetrahydrofuran (THF). Subsequently, this solution is poured into a mold previously molded into the shape of the variable focal length lens 10 and left for several days. By allowing it to stand, tetrahydrofuran evaporates and a gel lens is formed.
- THF tetrahydrofuran
- the positive electrode 13 is formed in an annular shape on the surface of the flat plate portion 21c of the lens holder 21 facing the flat plate portion 21a as shown in FIG.
- the positive electrode 13 is made of, for example, an inorganic conductive material such as carbon black, gold, silver, aluminum, phosphor bronze, or an organic conductive material such as an organic conductive polymer.
- the negative electrode 14 is formed in an annular shape so as to cover the inner surface of the opening 21d formed in the flat plate portion 21c of the lens holder 21.
- the negative electrode 14 is also composed of, for example, an inorganic conductive material such as carbon black, gold, silver, aluminum, phosphor bronze, or an organic conductive material such as an organic conductive polymer.
- the positive electrode 13 and the negative electrode 14 are connected to the control unit 111.
- the control unit 111 controls the voltage V applied between the positive electrode 13 and the negative electrode 14 according to the control signal of the external force.
- the lens 11 is pulled by the positive electrode 13 and deformed along the positive electrode 13.
- the pulling strength increases as the applied voltage increases.
- the voltages V + and V applied to the positive electrode 13 and the negative electrode 14 respectively.
- the lens 11 is deformed (extended) radially outward.
- the first layer 11a of the lens 11 is in contact with the negative electrode 14 and its peripheral edge. Is in contact with the end of the positive electrode 13.
- the second layer l ib a plasticizer containing a small amount of plasticizer and a small amount of Z or displacement is used in advance. For this reason, when a voltage is applied between the electrodes 13 and 14, the second layer 1 lb is less attracted to the positive electrode 13 than the first layer 11a. On the other hand, the first layer 11a is strongly attracted and greatly deformed. However, since the first layer 11a and the second layer l ib are formed of substantially the same material cover that differs only in the amount and type of plasticizer added, the adhesion between them is excellent.
- the lens holder 21 has a cylindrical shape as shown in FIGS. 1 and 2, and holds the variable focal length lens 10 and the lens 22 inside thereof.
- the lens holder 21 includes a flat plate portion 21a and a flat plate portion 21c.
- the flat plate portion 21 a has an opening portion 21 b corresponding to the diameter of the lens 22.
- the flat plate portion 21c includes an opening 21d corresponding to the focal length variable lens 10.
- a positive electrode 13 is formed on the surface of the flat plate portion 21c facing the flat plate portion 21a, and a negative electrode 14 is formed in the opening portion 21d of the flat plate portion 21c over the entire inner peripheral surface.
- the positive electrode 13 and the negative electrode 14 are formed on the flat plate portion 21c of the lens holder 21. Therefore, in order to electrically insulate them, at least the flat plate portion 21c of the lens holder 21 is specifically formed of PET (polyethylene terephthalate), which is preferably formed of an insulating material cover.
- PET polyethylene terephthalate
- the lens 22 includes a plastic lens, a glass lens, and the like, and collects an optical image of the subject together with the variable focal length lens 10.
- the focal length variable lens 10 changes its curvature according to the voltage applied between the positive electrode 13 and the negative electrode 14.
- the curvature of the lens 22 is constant.
- the variable focal length lens 10 includes a lens 11 including a second layer l ib and a first layer 11a. Further, the control unit 111 controls the voltage V applied between the electrodes 13 and 14.
- the curvature of the lens 11 is easily controlled by the applied voltage of the control unit 111.
- the curvature of lens 11 is determined by the lens surface. Therefore, in order to obtain a predetermined change in the curvature of the lens 11, the deformation of the surface of the lens 11 needs to be controlled.
- the entire lens 11 is formed to have the same hardness, the degree of deformation due to the voltage applied between the electrodes 13 and 14 varies greatly due to a subtle difference in the shape of the lens 11 and the like. Therefore, it is difficult to control the shape of the surface of the lens 11, that is, the curvature of the lens 11.
- the second layer l ib is arranged in the surface region that determines the curvature of the lens 11 by applying force, only the deformation of the second layer l ib can be controlled. Thereby, the curvature of the lens 11 can be controlled. Therefore, other regions, that is, the displacement of the first layer 11a, etc., affect the curvature of the lens 11. Does not affect much. For this reason, the curvature of the lens 11 is easily controlled.
- the lens constituting the variable focal length lens is formed of a single layer
- the lens surface is protected with, for example, polyurethane or polyoxyxylene resin to protect the lens surface from external environmental forces. It was necessary to cover with a thin elastic film such as Parylene).
- a thin elastic film such as Parylene
- the protective film and the lens are different materials, the adhesion is poor. Therefore, there is a problem that when the lens is deformed, a gap is formed between the protective film and the lens. Therefore, when the curvature is controlled by deforming the lens, there is a problem that it is difficult to accurately control the curvature so that a gap or the like is not generated.
- the second layer l ib is formed as in the first embodiment, the lens surface is affected by the external environment. Therefore, the protective film required when the lens is formed from a single layer can be omitted.
- the lens 11 itself is deformed by applying a voltage, and as a result, the curvature changes and the focal length changes. Therefore, unlike the configuration in which the focal length is adjusted by moving the lens holder that holds the lens used in the past in the optical axis direction by an actuator or the like, the actuator, power transmission means, guide, etc. are omitted. Can be done. As a result, the focal length adjusting device 20 can be downsized, and further, downsizing of the imaging device 30 can be easily accommodated.
- variable focal length lens 80 that works in the second embodiment and the variable focal length lens 10 in the first embodiment is that the number and shape of the positive and negative electrodes are different from the positive and negative electrodes in the first embodiment. That is.
- parts common to the first embodiment are given the same reference numbers.
- the imaging device 52 of the second embodiment includes a focal length adjustment device 62, an imaging element 31, and a substrate 32.
- the focal length adjusting device 62 includes a variable focal length lens 80, a lens holder 21, and a lens 22.
- the variable focal length lens 80 includes a lens 11, a positive electrode 83, and a negative electrode 84, as in the first embodiment.
- the first layer 11a and the second layer l ib constituting the lens 11 may be the same as in the first embodiment. It is made of polysalt gel mixed with plasticizer.
- the second layer l ib is formed to be harder than the first layer 11a to a predetermined extent, and is formed so as to cover at least the light transmission region on the first layer 11a, and the second layer l ib is a lens. Define 11 curvatures.
- the positive electrode 83 is composed of four electrodes 83a to 83d arranged in point symmetry with respect to the central axis (optical axis).
- the electrodes 83a to 83d have a shape in which the positive electrode 13 in FIG. 1 is equally divided into four.
- the electrodes 83a to 83d are collectively referred to as the positive electrode 83.
- the positive electrode 83 is installed in an annular shape on the flat plate portion 21c of the lens holder 21 as a whole.
- the positive electrode 83 is made of an inorganic conductive material such as carbon black, gold, silver, aluminum, phosphor bronze, or an organic conductive material such as an organic conductive polymer.
- the negative electrode 84 is composed of four electrodes 84a to 84d arranged in point symmetry with respect to the optical axis, as shown in FIG. 6, corresponding to the electrodes 83a to 83d constituting the positive electrode 83.
- the electrodes 84a to 84d have a shape in which the negative electrode 14 in FIG. 1 is equally divided into four.
- the electrodes 84a to 84d are collectively referred to as the negative electrode 84.
- the electrodes 84a to 84d are formed on the inner surface of the opening 21d formed in the flat plate portion 21c of the lens holder 21 corresponding to the arrangement positions of the electrodes 83a to 83d.
- the negative electrode 84 is made of, for example, an inorganic conductive material such as carbon black, gold, silver, aluminum, phosphor bronze, or an organic conductive material such as an organic conductive polymer.
- the four electrodes 83a to 83d constituting the positive electrode 83 and the four electrodes 84a to 84d constituting the negative electrode 84 are connected to the control unit 112, respectively.
- Control ⁇ 112 applies voltage Va + to electrode 83a and voltage Va- to electrode 84a.
- electrodes 83b to 83d [this voltage Vb +, Vc +, Vd +, electrodes 84b to 84d [this voltage Vb] —, Vc—, Vd — are applied.
- Each voltage can be controlled independently.
- the control unit 112 independently controls the voltage applied between the electrodes 83a and 84a, between the electrodes 83b and 84b, between the electrodes 83c and 84c, and between the electrodes 83d and 84d.
- variable focal length lens 80 having such a configuration, the same first voltage is applied to the electrodes 83a to 83d, and the same second voltage is applied to the electrodes 84a to 84d.
- the lens 11 can be extended in the radial direction almost uniformly over the entire circumference. This As a result, the curvature of the lens 11 changes and the focal length changes.
- the control unit 112 includes a voltage Va applied between the electrode 83a and the electrode 84a, and a voltage Vb applied between the electrode 83b and the electrode 84b.
- the voltage Vc applied between the electrode 83c and the electrode 84c and the voltage Vd applied between the electrode 83d and the electrode 84d can be set to different voltages.
- the lens 11 includes an error with respect to the optical axis (lens distortion), for example, the voltage Va applied between the electrode 83a and the electrode 84a is different from the other applied voltages Vb to Vd.
- the voltage Va applied between the electrode 83a and the electrode 84a is different from the other applied voltages Vb to Vd.
- the positive electrode is formed in an annular shape as in the first embodiment.
- the work of fixing the lens while aligning the optical axis at the time of mounting the lens, which was required for the camera, can be omitted.
- variable focal length lens 80 of the second embodiment an adjustment function suitable for each lens is provided, and the tolerance of individual differences (shape, etc.) at the time of manufacturing the variable focal length lens is increased. Manufacturing costs can be reduced.
- a general variable focal length lens has a focus adjustment function only in the optical axis direction (Z-axis direction), but the variable focal length lens 80 of the second embodiment is a surface perpendicular to the optical axis.
- the focus can be finely adjusted with respect to the direction (XY axis direction). Therefore, for example, even when a camera such as a security camera is fixed, an image of a desired subject can be captured by adjusting the lens.
- the difference between the variable focal length lens 90 of the third embodiment and the variable focal length lenses 10 and 80 of the above-described embodiment is the region where the negative electrode is formed. Portions common to the above-described embodiment are given the same reference numbers.
- the imaging device 53 includes a focal length adjustment device 63, an imaging device 31, and the like.
- Focal length adjustment device 63 includes variable focal length lens 90, lens holder
- the variable focal length lens 90 includes a lens 11, a positive electrode 93, and a negative electrode 94.
- the variable focal length lens 90 is installed on the flat plate portion 21c of the lens holder 21 as shown in FIG.
- the second layer l ib and the first layer 11a constituting the lens 11 are formed with a polysalt-bulb force mixed with a plasticizer.
- the second layer l ib is formed to be harder than the first layer 11a by a predetermined amount, and is formed so as to cover at least the light transmission region on the first layer 11a to determine the curvature of the lens 11.
- the first layer 11a has the opening 21d of the flat plate portion 21c of the lens holder 21 so as to contact the negative electrode 94 formed on the surface (lower surface) facing the substrate 32 of the flat plate portion 21c. Formed to fill.
- the positive electrode 93 is formed of an inorganic conductive material such as carbon black, gold, silver, aluminum, phosphor bronze, or an organic conductive material such as an organic conductive polymer, for example, a phosphor bronze plate. It is formed so as to cover the upper surface of the flat plate portion 21c.
- the negative electrode 94 is also formed of a conductive material having optical transparency, for example, ITO (Indium Tin Oxide) force, and is installed on the lower surface of the flat plate portion 21c so as to block the opening portion 21d as shown in FIG.
- ITO Indium Tin Oxide
- variable focal length lens 90 of the third embodiment includes the lens 11 composed of the first layer 11a and the second layer 1 lb, so that the curvature thereof can be easily achieved. Can be controlled. Furthermore, in the third embodiment, since the negative electrode 14 is formed below the first layer 11a constituting the variable focal length lens 90, the bottom surface of the variable focal length lens 90 is uniform, and the optical image is disturbed. Is reduced. Further, the negative electrode 94 is formed on the lower surface of the flat plate portion 21c, so that the negative electrode 94 is formed on the inner peripheral surface of the opening 21d of the flat plate portion 21c. It is formed.
- the present invention can be variously modified and applied without being limited to the above-described embodiments.
- the case where the second layer l ib of the lens 11 is formed so as to cover at least the light transmission surface of the first layer 1 la has been described as an example.
- the present invention is not limited to this, and the second layer 101b may be formed so as to cover the entire first layer 101a like the variable focal length lens 100 shown in FIG.
- the case where the positive electrode 83 and the negative electrode 84 are each divided into four symmetrically with respect to the central axis has been described as an example. Is not limited to 4 and may be any integer of 2 or more.
- the configuration in which the electrode of the second embodiment is formed by being divided can also be applied to the third embodiment.
- the voltage applied to the variable focal length lens 10 is not limited to one stage.
- the applied voltage may be changed continuously (analogously) or in multiple steps (stepwise). If this voltage application method is adopted, the curvature of the variable focal length lens 10 can be changed in a multi-step or stepless continuously.
- the positive electrode 13 is formed on the flat plate portion 21c of the lens holder 21, and the negative electrode 14 is formed on the inner peripheral surface of the opening 21d of the flat plate portion 21c.
- the configuration in which the layer 11a and the second layer l ib of the first layer 11b are deformed radially outward has been described as an example.
- the present invention is not limited to this, and the region in which the positive electrode 13 and the negative electrode 14 are formed and the direction in which the first layer 1 la and the second layer 1 lb are deformed can be arbitrarily changed.
- the negative electrode 14 is formed on the flat plate portion 21c, the positive electrode 13 is formed radially inward of the negative electrode 14, and the first layer 11a and the second layer l ib are radially inward.
- Can be transformed into A configuration in which the positive electrode 13 and the negative electrode 14 are formed on the same surface of the flat plate portion 21c can also be selected.
- the second layer 1 lb is formed only on the light incident surface (the surface facing the lens 22) has been described as an example.
- a harder layer than the first layer 11a similar to the second layer ib is formed on the surface facing the image sensor 31, and the curvatures of both surfaces of the variable focal length lens 10 are increased.
- the configuration to change can be selected.
- the optical image of the subject is condensed by the two lenses.
- a configuration using three lenses can be selected.
- the position of the variable focal length lens can be arbitrarily selected, and a configuration in which a lens is installed between the variable focal length lens and the image sensor can also be selected.
- the lens may be composed of three or more layers with two layers constituting the lens.
- the example of changing only the curvature of one side may change the curvature of both sides.
- the configuration for controlling the curvature of one side of the lens shown in FIGS. for example, a second positive electrode having the same configuration as that of the positive electrode 1 3 (83) shown in FIGS. 1 and 5 is also disposed on the lower surface of the flat plate portion 21c, and a part of the first layer 11a is disposed on the positive electrode. 13 Touch (83).
- a third layer 1 lc that is harder than the first layer 1 la for determining the curvature of the lower surface of the lens is disposed on the lower surface of the first layer 11a.
- the lens shape is a convex lens
- the lens shape may be a concave lens.
- the curvature of the lens according to the embodiment of the present invention is determined from the first layer 11a among the layers lla, 1 lb, and 11c formed by the polymer sheath, taking FIG. 10 as an example.
- the second layer 11b and the third layer 11c are also formed hard and are arranged on the outer surface side.
- a focal length variable lens that is deformed and changes its curvature in accordance with an applied voltage can be provided.
- a variable focal length lens it is possible to provide a focal length adjustment device that has a simple structure and can be reduced in size, and an imaging device using the same.
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Abstract
構造が簡単で小型化に対応可能な焦点距離可変レンズと、これを利用した焦点距離調節装置及び撮像装置が提供される。
焦点距離可変レンズ(10)は、レンズ(11)、正電極(13)、負電極(14)を備える。レンズ(11)を構成する第2の層(11b)と第1の層(11a)は、可塑剤が混入されたポリ塩化ビニルから形成され、可塑剤の混入量や種類等を調節することによりその硬さが調節されている。第2の層(11b)は第1の層(11a)の少なくとも光の透過する領域を覆うように形成される。正電極(13)と負電極(14)の間に電圧が印加されると、第2の層(11b)と第1の層(11a)は正電極(13)に引かれるように変形し、それにより焦点距離可変レンズ(10)の曲率が変化し、焦点距離が変化する。
Description
明 細 書
焦点距離可変レンズとこれを用いた焦点距離調節装置及び撮像装置 技術分野
[0001] 本発明は、印加電圧を変化させることにより焦点距離が変化する焦点距離可変レ ンズと、これを用いた焦点距離調節装置及び撮像装置に関する。
背景技術
[0002] 撮像装置の小型化が進んで!/ヽる。撮像装置は主にレンズと撮像素子とから構成さ れる。撮像装置においては、撮像素子上に被写体の像を結像するために、被写体と 撮像素子との距離に応じて、レンズと撮像装置との距離を調整しなければならな!/、場 合がある。従来、そのような場合にはレンズと撮像素子との距離は例えばモータなど のァクチユエータにより焦点距離調節装置に連動したレンズが移動して調節されてい る。しかし、この構成では、モータの動力でレンズを移動するための、焦点距離調節 装置の構成が複雑になり、撮像装置の小型化に対応することが難しいという問題が ある。
[0003] また、電歪材料カゝら構成されたァクチユエータにより、レンズホルダを移動すること により、レンズと撮像素子との間の距離を調節する技術が特開 2003— 215429号公 報に開示されている。
[0004] このレンズ駆動機構は電磁モータ等を利用するレンズ駆動機構よりも、構造が簡単 になる。しかし、電歪材料の伸縮の制御にガイドやパネが必要とされる。そのため、部 品点数が多ぐ依然として構造が複雑である。
[0005] レンズの位置を変化させる代わりに、焦点距離を変化させることができるレンズ (レン ズシステム)も使用されている。この種のレンズシステムは、複数の単レンズ力 構成 され、相互の位置を変化させることにより、レンズシステムの焦点距離を変化させる。 しかし、焦点距離を変化させるために、単レンズを移動させる構成は、上述のレンズ 駆動装置と同一である。従って、従来のレンズシステムの構成は複雑で、焦点距離の 調整が困難である。
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0006] 本発明の目的は、構造が簡単で小型化に対応可能な焦点距離可変レンズと、これ を利用した焦点距離調節装置及び撮像装置を提供することである。
また、本発明の他の目的は、曲率を適切に調整可能なレンズと、これを利用した焦 点距離調節装置及び撮像装置を提供することである。
課題を解決するための手段
[0007] 上記目的を達成するため、本発明の第 1の観点に係る焦点距離可変レンズは、 高分子力 形成された第 1の層と、第 1の層の少なくとも光が透過する領域に高分 子力 形成されレンズの曲率を定める第 2の層を有するレンズと、
第 1の層と接するように形成された第 1の電極と、
第 1の層と接するように形成された第 2の電極、を備え、
第 1の電極と第 2の電極の間に電圧が印加された際、第 1の層と第 2の層がそれぞ れ第 1の電極に引かれるように変形することによりレンズの曲率が変化する、ことを特 徴とする。
[0008] 第 2の層は、前記第 1の層よりも硬く形成されてもよい。
[0009] 第 1の層と第 2の層は、可塑剤が添加された高分子から形成される。第 1の層と第 2 の層の硬さは、高分子の種類、可塑剤の添加量、可塑剤の種類の少なくともいずれ 力 1つを変化させることにより変化されてもよい。
[0010] 第 1の電極と第 2の電極は、環状に形成されてもよい。
[0011] 第 1の電極と第 2の電極は、レンズの光軸を中心として対称に分割された複数の電 極から構成されてもよい。
[0012] 第 2の層は、第 1の層の光の入射面の全体を覆うように形成されてもよい。
[0013] 上記目的を達成するため、本発明の第 2の観点に係る焦点距離調節装置は、 高分子力 形成された第 1の層と、第 1の層の少なくとも光の透過領域に高分子か ら形成されレンズの曲率を定める第 2の層を有するレンズと、
レンズを保持するレンズホルダと、
レンズホルダのレンズと接触する領域に設けられた第 1の電極と、
レンズホルダのレンズと接触する領域に設けられた第 2の電極、を備え、
第 1の電極と第 2の電極が少なくともレンズの第 1の層と接し、
第 1の電極と第 2の電極の間に電圧が印加された際、レンズの第 1の層及び第 2の 層がそれぞれ第 1の電極に引かれるように変形することによってレンズの曲率が変化 し焦点距離が変わる、ことを特徴とする。
[0014] レンズホルダは、開口部を有する平板部を備え、レンズは平板部に保持されてもよ い。
[0015] 第 1の電極は平板部上に環状に形成され、第 2の電極は平板部の開口部の内周面 に形成されてもよい。
[0016] 第 1の電極は平板部の一方の面に形成され、第 2の電極は平板部の他方の面に平 板部の開口部を覆うように形成され、第 2の電極は光透過性を備える材質カゝら形成さ れてもよい。
[0017] 第 1の電極及び第 2の電極は、レンズの光軸を中心として対称に分割された複数の 電極から構成されてもよい。
[0018] 上記目的を達成するため、本発明の第 3の観点に係る撮像装置は、
第 2の観点に係る焦点距離調節装置と、
焦点距離調節装置が設置される基板と、
基板上に配置される撮像素子、を備えることを特徴とする。
発明の効果
[0019] 本発明は、印加された電圧に応じて変形し曲率が変化する焦点距離可変レンズを 用いることにより、構造が簡単で小型化に対応可能な焦点距離調節装置と、これを用 V、た撮像装置を提供することができる。
図面の簡単な説明
[0020] [図 1]図 1は、本発明の第 1実施形態の撮像装置の断面図(図 2の一点鎖線 A— Aに おける断面図)である。
[図 2]図 2は、本発明の第 1実施形態の撮像装置の平面図である。
[図 3]図 3は、本発明の第 1実施形態の撮像装置を構成する焦点距離調節装置に設 けられた焦点距離可変レンズに電圧が印加された状態を模式的に示す断面図であ る。
[図 4]図 4 (a)は、本発明の第 1実施形態の焦点距離可変レンズの動作を模式的に示 す図である。図 4 (b)は、本発明の第 1実施形態の焦点距離可変レンズの動作を模 式的に示す図である。
[図 5]図 5は、本発明の第 2実施形態の撮像装置の断面図(図 6の一点鎖線 B— Bに おける断面図)である。
[図 6]図 6は、本発明の第 2実施形態の撮像装置の平面図である。
[図 7]図 7は、本発明の第 3実施形態の撮像装置の断面図(図 8の一点鎖線 C こ おける断面図)である。
[図 8]図 8は、本発明の第 3実施形態の撮像装置の平面図である。
[図 9]図 9は、本発明の実施形態の変形例を示す断面図である。
[図 10]図 10は、 3層でレンズを構成した本発明の実施形態の変形例を示す断面図で ある。
符号の説明
10 焦点距離可変レンズ
11 レンズ
11a 第 1の層
l ib 第 2の層
11c 第 3の層
13 正電極
14 負電極
20 焦点距離調節装置
21 レンズホルダ
22 レンズ
30 撮像装置
31 撮像素子
32 基板
52 撮像装置
53 撮像装置
62 焦点距離調節装置
63 焦点距離調節装置
80 焦点距離可変レンズ
90 焦点距離可変レンズ
93 正電極
94 負電極
100 焦点距離調節装置
101 焦点距離可変レンズ
111 制御部
112 制御部
発明を実施するための最良の形態
[0022] 以下、本発明の実施形態に係る焦点距離可変レンズとこれを用いた焦点距離調節 装置及び撮像装置を、図を用いて説明する。
[0023] (第 1実施形態)
本発明の第 1実施形態に係る撮像装置 30を、図 1乃至図 4を参照して説明する。
[0024] 本発明の第 1実施形態に係る撮像装置 30は、図 1に断面で示されるように焦点距 離調節装置 20と、撮像素子 31と、基板 32と、を備える。
[0025] 撮像素子 31は、被写体の光学像を電気信号に変換する。撮像装置 31は、 CCD ( し narge Coupled Device)、 CMO¾ (Complementary Metal uxide semiconductor)ィメ ージセンサ等カゝら構成される。撮像装置 31は、基板 32上に設置されている。
[0026] 焦点距離調節装置 20は、焦点距離可変レンズ 10と、レンズホルダ 21と、レンズ 22 とを備える。
[0027] 焦点距離可変レンズ 10は、図 1、図 4 (a)、図 4 (b)に示されるように、レンズ 11、正 電極 13、負電極 14を備える。
レンズ 11は、レンズホルダ 21の平板部 21cの平板部 21aと対向する面上に設置さ れる。
レンズ 11は、第 1の層 1 laと第 1の層 1 laの上に配置された第 2の層 1 lbと力 構成 される。
[0028] 第 1の層 11aと第 2の層 l ibはどちらも、電圧の印加に応じて変形する高分子から 形成される。本実施の形態では、これらはポリ塩ィ匕ビュルに可塑剤を添加することに より形成される。ポリ塩化ビュルと可塑剤は、後述するようにそれぞれの層に要求され る変位量、強度等から決定され、例えば 1 : 9 (ポリ塩ィ匕ビュル:可塑剤)の割合で混合 される。
[0029] 第 1の層 11aは、レンズホルダ 21の平板部 21cに形成された正電極 13と負電極 14 に接するように設置される。
第 2の層 l ibは、第 1の層 11aの一方の面(レンズ 22側と対向する面、光の入射面) の少なくとも光が透過する領域を覆うように第 1の層 11aに密着して形成され、レンズ 11の曲率を決定する。また第 2の層 l ibは、レンズ全体が第 1の層 11aで構成されて いる場合と比較して曲率の変化が少なくなるように形成され、また焦点距離可変レン ズ 10の保護膜が不要となる程度に硬く形成される。
[0030] レンズ 11は、正電極 13と負電極 14に印加される電圧がゼロ、つまり初期状態で図 2に示すように環状に形成される。正電極 13と負電極 14に印加される電圧がゼロか ら上昇された際、レンズ 11を構成する第 1の層 11aが、図 3に示すように、正電極 13 に沿うように変形する。また第 2の層 l ibも正電極 13に引かれるように変形する。これ により、レンズ 11の曲率が変化し、焦点距離が変化する。
[0031] レンズ 11を構成する第 1の層 11aと第 2の層 l ibの硬さは、用いるポリ塩化ビュルの 重合の程度、可塑剤の混入量、用いる可塑剤の性質によって定まる。そのため、第 1 の層 1 laと第 2の層 1 lbの硬さは、第 1の層 1 laと第 2の層 1 lbに要求される性質に 応じ適宜調節されることによって決定される。
[0032] 具体的に、例えばポリ塩ィ匕ビュルの重合度に関して、 n= 1100と n= 3700の重合 度であるポリ塩ィ匕ビュルを比較したとすると、例えば n= 3700のポリ塩ィ匕ビュルは、 可塑剤を多く含むことができ強度も高い。しかし、その透明度は n= 1100のポリ塩ィ匕 ビュルに比べて低い。従って、この場合は、 n= 1100のポリ塩化ビュルの方が焦点 距離可変レンズ 10として用いられることが好まし 、。
次に、可塑剤はフタル酸エステル系のものが好まれる。とりわけ、フタル酸ジブチル (DBP)、フタル酸ジ— 2—ェチルへキシル (DEHP (DOP) )、フタル酸ジノルマルォ
クチル(DnOP)、フタル酸ジイソノ-ル(DINP)、フタル酸ジイソデシル(DIDP)、フ タル酸ジゥンデシル (DUP)が好まれる。
これらの可塑剤は、一般に、ポリ塩ィ匕ビニルに添加される量が増えるに従ってポリ 塩ィ匕ビュルのゲルが柔軟になり、電圧が印加された際の変位量が多くなる傾向にあ る。また、それぞれの可塑剤はエステル基の直鎖が長ければ長いほどポリ塩ィ匕ビ- ルに電圧を印加した際の変位量が少なくなる傾向を示す。またこれらは、エステル基 が分岐を持つ場合、電圧が印加された際の変位量が少な ヽ傾向を示す。
[0033] 従って、この性質を利用することにより、焦点距離可変レンズに要求される変位量、 強度等に応じた可塑剤の材質、混合量が適宜調節される。例えば、焦点距離可変レ ンズ 10に特に大きい変位量が求められる場合、柔らかいゲルが作られる必要がある
。そのため、可塑剤の混入量が増される、もしくはエステル基の直鎖の短い可塑剤が 用いられる、あるいはエステル基の分岐の少ない可塑剤が用いられる、等のいずれ 力 1つ若しくはこれらの組み合わせによって、ゲルの硬さが調節される。
[0034] また、レンズ 11を構成する第 1の層 11a及び第 2の層 l ibは、以下のように形成され る。まず、ポリ塩ィ匕ビニルへ可塑剤として例えばフタル酸ジブチルが加えられる。その 後、これがテトラヒドロフラン (THF)に溶解される。続いて、この溶液が予め焦点距離 可変レンズ 10の形状に成型した型に流し込まれ、数日間放置される。放置されること によってテトラヒドロフランが蒸発し、ゲルレンズが形成される。
[0035] 正電極 13は、図 1に示すように、レンズホルダ 21の平板部 21cの平板部 21aと対向 する面上に、図 2に示されるように環状に形成される。正電極 13は、例えば、カーボ ンブラック、金、銀、アルミニウム、リン青銅等の無機導電性材料又は有機導電性高 分子等の有機導電性材料から構成される。
[0036] 負電極 14は、レンズホルダ 21の平板部 21cに形成された開口 21dの内側面を覆う ように環状に形成される。負電極 14も、例えば、カーボンブラック、金、銀、アルミ-ゥ ム等、リン青銅等の無機導電性材料又は有機導電性高分子等の有機導電性材料か ら構成される。
[0037] また、正電極 13と負電極 14は制御部 111に接続されている。制御部 111は、外部 力 の制御信号に従って、正電極 13と負電極 14の間に印加する電圧 Vを制御する
[0038] 正電極 13と負電極 14との間に電圧 Vが印加されることによりレンズ 11は正電極 13 に引かれ、正電極 13に沿うように変形する。引かれる強度 (変形の程度)は、おおよ そ、印加電圧が大きくなるに従って大きくなる。第 1実施形態では、正電極 13と負電 極 14とレンズ 11の縁部の位置が図 1及び図 2に示す位置関係にあるため、正電極 1 3と負電極 14それぞれにかける電圧 V+、 V—を印加すると、レンズ 11が径方向外 側に変形される (伸びる)。
[0039] 次に、焦点距離可変レンズ 10が焦点距離を変化させる動作を図 4を用いて説明す る。
正電極 13と負電極 14間に印加される電圧 Vがゼロの初期状態では、図 4 (a)に示 すように、レンズ 11の第 1の層 11aは、負電極 14に接し、その周縁部が正電極 13の 端部に接している。
[0040] 正電極 13と負電極 14に印加される電圧がゼロから上昇すると、レンズ 11の第 1の 層 11 aと第 2の層 1 lbを構成するポリ塩ィ匕ビュルが正電極 13に弓 |き寄せられる。その ため、第 1の層 11aと第 2の層 l ibは図 4 (b)に示されるように正電極 13を覆うように 径方向に外側に変形される(伸びる)。レンズ 11の径の増加に伴って、レンズ 11の厚 みは Taから Tbへと減少する(薄くなる)。正電極 13と負電極 14間に印加される電圧 により、第 2の層 l ibも径方向の外向き側に変形され (伸びる)、第 2の層 l ibの厚み は薄くなる。このため、第 2の層 l ibの曲率半径が大きくなる。換言すれば、レンズ 11 の曲率は小さくなり、レンズ 11の焦点距離は遠くなる。
[0041] 第 2の層 l ibには、可塑剤の混入量が予め少ない、及び Z又は変位量の少ない可 塑剤が用いられている。このため、電極 13, 14間に電圧が印加された際、第 2の層 1 lbが正電極 13に引き寄せられる程度は第 1の層 11aと比較して少ない。一方、第 1 の層 11aは、強く引き寄せられ大きく変形する。しかし、第 1の層 11aと第 2の層 l ib は可塑剤の添加量や種類等のみが異なるほぼ同じ材質カゝら形成されるため、両者の 密着性は優れている。従って、上述したような変形の度合いについて第 1の層 11aと 第 2の層 1 lbの違 、があったとしても、両者の界面の剥離や空気の混入等は生じず、 これらは良好な光透過性を備える。
[0042] また正電極 13と負電極 14に印加する電圧がゼロに戻された場合、第 1の層 11aと 第 2の層 1 lbを構成するポリ塩ィ匕ビュルが正電極 13に弓 Iき寄せられなくなり、レンズ 1 1は図4 (&)に示す初期状態に戻る。
[0043] レンズホルダ 21は図 1及び図 2に示されるように円筒状であり、その内側に焦点距 離可変レンズ 10及びレンズ 22を保持する。また、レンズホルダ 21は、平板部 21a及 び平板部 21cを備える。平板部 21aは、レンズ 22の径に対応した開口部 21bを有す る。平板部 21cは、焦点距離可変レンズ 10に対応する開口部 21dを備える。また平 板部 21cの平板部 21aに対向する面上には正電極 13が形成されており、平板部 21 cの開口部 21dには内周面の全周にわたって負電極 14が形成される。
このようにレンズホルダ 21の平板部 21cには正電極 13及び負電極 14が形成される 。従って、両者を電気的に絶縁するために、レンズホルダ 21の少なくとも平板部 21c は絶縁材料カゝら形成されるのが好ましぐ具体的に PET (ポリエチレンテレフタレート )から形成される。
[0044] レンズ 22は、プラスチックレンズ、ガラスレンズ等カゝら構成され、焦点距離可変レン ズ 10とともに被写体の光学画像を集光する。
[0045] 焦点距離可変レンズ 10は上述したように正電極 13と負電極 14との間に印加された 電圧に応じてその曲率が変化する。一方、レンズ 22の曲率は一定である。
[0046] 第 1実施形態の焦点距離可変レンズ 10は、第 2の層 l ibと第 1の層 11aから構成さ れたレンズ 11を備える。また、制御部 111が、電極 13と 14との間に印加する電圧 V を制御する。レンズ 11の曲率は、制御部 111の印加電圧により容易に制御される。レ ンズ 11の曲率はレンズ表面により定まる。このため、レンズ 11の曲率の変化を所定 程度得るためにはレンズ 11の表面の変形が制御される必要がある。しかし、レンズ 1 1全体が同じ硬さに形成されると、レンズ 11の微妙な形状の差等によって、電極 13, 14間に印加された電圧による変形の程度が大きく変わる。そのため、レンズ 11の表 面の形状、つまりレンズ 11の曲率が制御されるのが難し 、。
[0047] し力し、レンズ 11の曲率を決定する表面領域に第 2の層 l ibが配置されているので 、第 2の層 l ibの変形のみが制御され得る。これにより、レンズ 11の曲率が制御され 得る。従って、その他の領域、つまり第 1の層 11aの変位量等はレンズ 11の曲率に影
響をあまり及ぼさない。このため、レンズ 11の曲率が容易に制御される。
[0048] また、焦点距離可変レンズを構成するレンズが単一の層により形成される場合、レ ンズの表面を外部環境力も保護するため、レンズの表面を、例えばポリウレタン、ポリ ノ ラキシリレン榭脂 (パリレン)等の伸縮性のある薄い膜で覆う必要があった。しかし、 保護膜とレンズは違う素材であるため、密着性に乏しい。そのため、レンズが変形さ れた際、保護膜とレンズの間に隙間が生ずる等の問題がある。従って、レンズを変形 することにより曲率が制御される際、隙間等が生じないよう正確に曲率が制御されるこ とが難しいという問題があった。しかし、第 1実施形態のように第 2の層 l ibが形成さ れることにより、レンズ表面が外部環境の影響を受けに《なる。そのため、レンズが 単一の層から形成される場合に必要とされた保護膜が省略され得る。
[0049] 上述したように、第 1実施形態の焦点距離可変レンズ 10は電圧が印加されることに よってレンズ 11そのものが変形し、その結果、曲率が変化し、焦点距離が変化する。 従って、従来利用されてきたレンズを保持するレンズホルダがァクチユエータ等によ つて光軸方向に移動されることにより焦点距離が調節される構成と異なり、ァクチユエ ータ、動力伝達手段、ガイド等が省略され得る。結果として、焦点距離調節装置 20が 小型化され得り、さらには撮像装置 30の小型化が容易に対応され得る。
[0050] (第 2実施形態)
本発明の第 2実施形態の撮像装置 52を、図 5及び図 6を参照して、説明する。 第 2実施形態に力かる焦点距離可変レンズ 80と第 1実施形態の焦点距離可変レン ズ 10の違いは、正電極及び負電極の数及び形が第 1実施形態の正電極及び負電 極と異なることである。第 2実施形態で第 1実施形態と共通する部分は同一の引用番 号を付される。
[0051] 第 2実施形態の撮像装置 52は、焦点距離調節装置 62、撮像素子 31、基板 32を 備える。焦点距離調節装置 62は、焦点距離可変レンズ 80、レンズホルダ 21、レンズ 22を備える。
[0052] 焦点距離可変レンズ 80は、第 1実施形態と同様に、レンズ 11、正電極 83、負電極 84から構成される。
[0053] レンズ 11を構成する第 1の層 11a及び第 2の層 l ibは、第 1実施形態と同様に、可
塑剤が混入されたポリ塩ィ匕ビュルにより形成される。第 2の層 l ibは、第 1の層 11aよ りも所定程度硬く形成され、また第 1の層 11a上の少なくとも光の透過領域を覆うよう に形成され、第 2の層 l ibがレンズ 11の曲率を定める。
[0054] 正電極 83は、図 6に示されるように中心軸(光軸)に対して点対称に配置された 4つ の電極 83a〜83dから構成されている。換言すると、電極 83a〜83dは、図 1の正電 極 13が 4つに均等に分割された形状を有する。電極 83a〜83dを総称して正電極 8 3と呼ぶ。また、正電極 83は、図 5に示されるようにレンズホルダ 21の平板部 21c上 に全体として環状に設置される。正電極 83は、例えばカーボンブラック、金、銀、アル ミニゥム、リン青銅等の無機導電性材料又は有機導電性高分子等の有機導電性材 料から構成される。
[0055] 負電極 84は、正電極 83を構成する電極 83a〜83dに対応して、図 6に示されるよう に、光軸に対して点対称に配置された 4つの電極 84a〜84dから構成されている。換 言すると、電極 84a〜84dは、図 1の負電極 14が 4つに均等に分割された形状を有 する。電極 84a〜84dを総称して負電極 84と呼ぶ。電極 84a〜84dは、電極 83a〜8 3dの配置位置に対応して、レンズホルダ 21の平板部 21cに形成された開口 21dの 内面に形成される。負電極 84は例えばカーボンブラック、金、銀、アルミニウム、リン 青銅等の無機導電性材料又は有機導電性高分子等の有機導電性材料から構成さ れる。
[0056] 正電極 83を構成する 4つの電極 83a〜83dと負電極 84を構成する 4つの電極 84a 〜84dは、それぞれ制御部 112に接続されて!、る。
制御咅 112は、電極 83aに電圧 Va +、電極 84aに電圧 Va—を印カロし、同様に、電 極 83b〜83d【こ電圧 Vb +、 Vc +、 Vd+、電極 84b〜84d【こ電圧 Vb—、 Vc—、 Vd —を印加する。各電圧は独立に制御可能である。即ち、制御部 112は、電極 83aと 8 4a間、電極 83bと 84b間、電極 83cと 84c間、電極 83dと 84d間に、印カロする電圧を 独立して制御する。
[0057] このような構成を採る焦点距離可変レンズ 80では、電極 83a〜83dに互いに同一 の第 1の電圧を印加し、電極 84a〜84dに互いに同一の第 2の電圧を印加することに より、レンズ 11を全周にわたってほぼ均一に径方向に引き延ばすことができる。これ
により、レンズ 11の曲率が変化し、焦点距離が変化する。
[0058] 更に、第 2実施形態の焦点距離可変レンズ 80では、制御部 112は、電極 83aと電 極 84aの間に印加する電圧 Vaと、電極 83bと電極 84bの間に印加する電圧 Vbと、電 極 83cと電極 84cの間に印加する電圧 Vcと、電極 83dと電極 84dの間に印加する電 圧 Vdとを、互いに異なる電圧に設定し得る。
[0059] 従って、例えば、レンズ 11が光軸に対する誤差 (レンズの歪み)を含む場合、例え ば、電極 83aと電極 84a間に印加する電圧 Vaを、他の印加電圧 Vb〜Vdとは異なる 値とすることにより第 1の層 1 la及び第 2の層 1 lbの変形を調節して、これらの誤差を 修正 (補正)することも可能とする。
[0060] また、各電極が中心軸に対して対称に分割されることによって印加される電圧によ る誤差が修正され得るため、第 1実施形態のように正電極が環状に形成される場合 に必要とされていたレンズ実装時に光軸をあわせながらレンズを固定する作業が省 略され得る。
[0061] また、仮に静止状態での光軸合わせによりレンズが固定された場合でも、形成され たレンズの形状の誤差や電極界面との微妙な差異等によって、焦点距離可変レンズ が稼働された際、画質個体差が大きいという問題が生ずる可能性があった。しかし、 第 2実施形態のように各電極が分割されて形成されることによって、レンズ実装時に 光軸が厳密に合わされない場合であっても、各電極間に印加される電圧が調節され 光軸とのズレが補正され得る。従って、第 2実施形態の焦点距離可変レンズ 80を利 用することによって個々のレンズに即した調節機能が備えられ、焦点距離可変レンズ 製造時の個体差 (形状等)の許容値が大きくなり、製造コストが下げられ得る。
[0062] 一般的な焦点距離可変レンズは、光軸方向 (Z軸方向)のみの焦点調節機能を有 するが、第 2実施形態の焦点距離可変レンズ 80は、光軸に対し垂直となる面方向 (X Y軸方向)に対し焦点を微妙に調節できる。従って、例えば、防犯カメラ等カメラが固 定されている場合にも、レンズを調節することによって所望の被写体の映像を捉らぇ 得る。
[0063] (第 3実施形態)
本発明の第 3実施形態の撮像装置 53が、図 7及び図 8に示される。
第 3実施形態の焦点距離可変レンズ 90と上述した実施形態の焦点距離可変レン ズ 10、 80との違いは、負電極の形成される領域である。上述した実施例と共通する 部分は同一の引用番号を付す。
[0064] 撮像装置 53は、図 7及び図 8に示されるように焦点距離調節装置 63、撮像素子 31
、基板 32を備える。焦点距離調節装置 63は、焦点距離可変レンズ 90、レンズホルダ
21、レンズ 22を備える。
[0065] 焦点距離可変レンズ 90は、レンズ 11、正電極 93、負電極 94から構成される。焦点 距離可変レンズ 90は、図 7に示されるようにレンズホルダ 21の平板部 21c上に設置さ れる。
[0066] レンズ 11を構成する第 2の層 l ib及び第 1の層 11aは、第 1実施形態と同様に可塑 剤が混入されたポリ塩ィ匕ビュル力 形成される。第 2の層 l ibは、第 1の層 11aよりも 所定程度硬く形成され、また第 1の層 11a上の少なくとも光の透過領域を覆うように形 成されてレンズ 11の曲率を定める。なお、第 3実施形態では、第 1の層 11aは、平板 部 21cの基板 32と対向する面(下面)に形成された負電極 94と接するようレンズホル ダ 21の平板部 21cの開口部 21dを充填するように形成される。
[0067] 正電極 93は、カーボンブラック、金、銀、アルミニウム、リン青銅等の無機導電性材 料又は有機導電性高分子等の有機導電性材料、例えばリン青銅板から形成され、レ ンズホルダ 21の平板部 21cの上面を覆うように形成される。
[0068] 負電極 94は、光透過性を備える導電材料、例えば ITO (Indium Tin Oxide)力も形 成され、図 7に示すように平板部 21cの下面上に、開口部 21dを塞ぐよう設置される。
[0069] 第 3実施形態の焦点距離可変レンズ 90も、第 1実施形態と同様に第 1の層 11aと第 2の層 1 lbから構成されるレンズ 11を備えることにより、その曲率を容易に制御できる 。さらに、第 3実施形態では、負電極 14が焦点距離可変レンズ 90を構成する第 1の 層 11aの下側に形成されるため、焦点距離可変レンズ 90の下面が均一となり光学像 の乱れの発生が軽減される。また、負電極 94が平板部 21cの下面に形成されること により平板部 21cの開口部 21dの内周面に負電極 94が形成されるよう構成され、そ のため、負電極 94が容易に形成される。
[0070] 本発明は、上述した実施形態に限られることなぐ様々な修正及び応用がされ得る
。例えば、上述したそれぞれの実施形態では、レンズ 11の第 2の層 l ibが第 1の層 1 laの少なくとも光の透過面を覆うように形成される場合が例として説明された。しかし 、本発明はこれに限られることなぐ図 9に示される焦点距離可変レンズ 100の様に 第 2の層 101bが第 1の層 101a全体を覆うように形成されてもよ!、。
[0071] また、上述した第 2実施形態では、正電極 83と負電極 84がそれぞれ中心軸に対し て対称に 4つに分割される場合を例に挙げて説明されたが、分割される数は 4に限ら ず 2以上の任意の整数であっても良い。また、第 2実施形態の電極を分割して形成 する構成は、第 3実施形態にも応用され得る。
[0072] また、焦点距離可変レンズ 10に印加される電圧は一段階に限られない。印加電圧 を連続的に (アナログ的に)変化させたり、多段階 (階段状に)に変化させたりしてもよ い。この電圧印加方法を採用すれば、焦点距離可変レンズ 10の曲率を多段階又は 無段階連続的に変化され得る。
[0073] また、第 1実施形態では、正電極 13がレンズホルダ 21の平板部 21c上に形成され 、負電極 14が平板部 21cの開口部 21dの内周面上に形成されて、第 1の層 11a及び 第 2の層 l ibが径方向外側に変形する構成が例として説明された。しかし、これに限 られることなく正電極 13、負電極 14が形成される領域や第 1の層 1 la及び第 2の層 1 lbが変形される方向は任意に変更され得る。例えば、負電極 14が平板部 21c上に 形成され、負電極 14よりも径方向に内側に正電極 13が形成されて、第 1の層 11a及 び第 2の層 l ibが径方向に内側に変形され得る。また、正電極 13と負電極 14が平板 部 21cの同一面上に形成された構成も選択され得る。
[0074] 上述したそれぞれの実施形態では、第 2の層 1 lbが光の入射面(レンズ 22と対向 する面)にのみ形成される場合が例として説明された。しかし、これ〖こ限られることなく 、撮像素子 31と対向する面に第 2の層 l ibと同様の第 1の層 11aよりも硬い層が形成 され、焦点距離可変レンズ 10の両面の曲率を変える構成が選択され得る。
[0075] 上述した各実施形態では、ポリ塩ィ匕ビニルを用いた場合が例として説明されたが、 正電極と負電極の間に印加された電圧に応じて変形する性質が備えられるなら、ポリ 塩ィ匕ビニル以外が利用され得る。
[0076] また、上述した各実施の形態では、 2枚のレンズにより被写体の光学画像が集光さ
れる構成が例として説明された力 これに限られることなぐ例えば 3枚のレンズを用 いる構成が選択され得る。また、焦点距離可変レンズの位置が任意に選択され得り、 焦点距離可変レンズと撮像素子の間にレンズを設置する構成も選択され得る。
[0077] レンズを構成する層の数を 2層とした力 3層以上から構成してもよい。
[0078] また、片面の曲率のみを変化させる例を示した力 両面の曲率を変化させてもよい 。この場合は、図 10に示すように、例えば、図 1〜図 9に示したレンズの片面の曲率 を制御する構成を下面用にも配置すればよい。例えば、図 1や図 5に示した正電極 1 3 (83)と同様の構成の第 2の正電極を平板部 21cの下面にも配置し、第 1の層 11a の一部をこの正電極 13 (83)に接触させる。また、第 1の層 11aの下面には、レンズ の下面の曲率を定めるための、第 1の層 1 laよりも硬 、第 3の層 1 lcを配置する。
[0079] また、第 1乃至第 3実施形態では、レンズの形状が凸レンズである場合について説 明したが、レンズの形状は凹レンズであってもよい。この場合、本発明の実施形態の レンズの曲率を決定するのは、図 10を例にすると、高分子カゝら形成された層 l la、 1 lb、 11cのうち、第 1の層 11aよりも硬く形成され、外表面側に配置される第 2の層 11 b、第 3の層 11cである。
[0080] この出願は、平成 17年 8月 23日に日本国特許庁に出願された特願 2005— 2418 63号を基礎としており、該出願の内容を、本願に取り込むものとする。
また、この出願は、平成 17年 3月 31日に日本国特許庁に出願された特願 2005— 104630号に開示された技術と共通する部分を有する。ただし、この出願には、レン ズを複数の層から構成することは開示されていない。この出願の内容も、本願に取り 込むものとする。
産業上の利用可能性
[0081] 印加された電圧に応じて変形し曲率が変化する焦点距離可変レンズを提供できる 。また、焦点距離可変レンズを用いることにより、構造が簡単で小型化に対応可能な 焦点距離調節装置と、これを用いた撮像装置を提供できる。
Claims
[1] 高分子から形成された第 1の層と、前記第 1の層の少なくとも光が透過する領域に 配置され、高分子力 形成されレンズの曲率を定める第 2の層、を有するレンズと、 前記第 1の層と接するように形成された第 1の電極と、
前記第 1の層と接するように形成された第 2の電極と、を備え、
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第 1の層と前記 第 2の層がそれぞれ前記第 1の電極に引かれるように変形し、前記レンズの曲率が変 化する、ことを特徴とする焦点距離可変レンズ。
[2] 前記第 2の層は、前記第 1の層よりも硬い、ことを特徴とする請求項 1に記載の焦点 距離可変レンズ。
[3] 前記第 1の層と前記第 2の層は、共に、可塑剤が添加された高分子力も形成され、 高分子の種類、可塑剤の添加量、可塑剤の種類の少なくともいずれか 1つが互いに 異なることにより、硬さが互いに異なっている、ことを特徴とする請求項 1に記載の焦 点距離可変レンズ。
[4] 前記第 1の電極が環状に形成され、前記第 2の電極が、環状又は円板状に形成さ れることを特徴とする請求項 1に記載の焦点距離可変レンズ。
[5] 前記第 1の電極と前記第 2の電極が、前記レンズの光軸を中心として対称になるよう 配置された複数の電極から構成されることを特徴とする請求項 1に記載の焦点距離 可変レンズ。
[6] 前記第 2の層は、前記第 1の層の光の入射面の全体を覆うように形成されることを特 徴とする請求項 1に記載の焦点距離可変レンズ。
[7] 高分子から形成された第 1の層と、前記第 1の層の少なくとも光の透過領域に配置 され、高分子から形成され、レンズの曲率を定める第 2の層、を有するレンズと、 前記レンズを保持するレンズホルダと、
前記レンズホルダの前記レンズと接触する領域に設けられた第 1の電極と、 前記レンズホルダの前記レンズと接触する領域に設けられた第 2の電極と、を備え、 前記第 1の電極と前記第 2の電極が少なくとも前記レンズの前記第 1の層と接し、 前記第 1の電極と前記第 2の電極の間に電圧が印加されると、前記レンズの前記第
1の層及び前記第 2の層がそれぞれ前記第 1の電極に引かれるように変形し、それに よって前記レンズの曲率が変化し、焦点距離が変わることを特徴とする焦点距離調 節装置。
[8] 前記レンズホルダ力 開口を有する平板部を備え、前記レンズが前記平板部に保 持される、ことを特徴とする請求項 7に記載の焦点距離調節装置。
[9] 前記第 1の電極が、前記平板部上に環状に形成され、
前記第 2の電極が、前記平板部の前記開口部の内周面に形成されることを特徴と する請求項 8に記載の焦点距離調節装置。
[10] 前記第 1の電極が、前記平板部の一方の面に形成され、
前記第 2の電極が、前記平板部の他方の面に、前記平板部の開口部を覆うように 形成され、
前記第 2の電極は光透過性を備える材質から形成されることを特徴とする請求項 8 に記載の焦点距離調節装置。
[11] 前記第 1の電極及び前記第 2の電極が、前記レンズの光軸を中心として対称に配 置された複数の電極から構成されることを特徴とする請求項 7に記載の焦点距離調 節装置。
[12] 請求項 7に記載の焦点距離調節装置と、
前記焦点距離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、を備えることを特徴とする撮像装置。
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