JP2005352132A - カメラユニット - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単な機構であって軽量かつコンパクトなカメラユニットを提供する。
【解決手段】 鏡筒２に納められたレンズ３と、レンズ３を通過した光を受光する撮像素子４とを備えたカメラユニット１において、鏡筒２は撮像素子４に対する位置を固定された固定鏡筒１０と、固定鏡筒１０に対し端面が互いに対向するように設けられレンズ３を納めた可動鏡筒１５とからなり、互いに対向する固定鏡筒１０と可動鏡筒１５の各端面は伸縮駆動素子６を介して連結されることで、可動鏡筒１５に納められたレンズ３を撮像素子４に対して光軸方向に移動自在とした。
【選択図】 図１

Description

本発明はレンズと撮像素子が一体化されたカメラユニットに関し、特にレンズと撮像素子の相対位置を変化させてオートフォーカスを行うカメラユニットに関する。

従来から、カメラにおいてオートフォーカスを行うために、レンズを撮像素子に対して光軸方向に移動自在としたものが知られている。このようなカメラユニットとしては、モータの回転動作によりスクリューバー等を介してレンズを平行移動させるものがある。特許文献１に従来のカメラユニットについて示す。
特開平５−８０２４２号公報

しかし、従来のカメラユニットでは、レンズを駆動するためにモータを用いており、このためモータの回転運動を直線運動に変換する機構が必要である。したがって、機構が複雑で重量が大きくなると共に、コンパクト化に限界があった。また、モータで駆動する代わりに圧電素子を用いてレンズを移動することも考えられるが、オートフォーカスの動作のためにはある程度の移動距離が求められるのに対し、圧電素子を用いた場合には移動量を大きくすることが困難である。

本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、簡単な機構であって軽量かつコンパクトなカメラユニットを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため本発明に係るカメラユニットは、鏡筒に納められたレンズと、該レンズを通過した光を受光する撮像素子とを備えたカメラユニットにおいて、
上記鏡筒は上記撮像素子に対する位置を固定された固定鏡筒と、該固定鏡筒に対し端面が互いに対向するように設けられ上記レンズを納めた可動鏡筒とからなり、互いに対向する上記固定鏡筒と可動鏡筒の各端面は伸縮駆動素子を介して連結されることで、上記可動鏡筒に納められたレンズを上記撮像素子に対して光軸方向に移動自在としたことを特徴として構成されている。

また、本発明に係るカメラユニットは、鏡筒に納められたレンズと、該レンズを通過した光を受光する撮像素子とを備えたカメラユニットにおいて、
上記撮像素子は基板上に固定され、上記鏡筒は端面が上記基板と互いに対向するように設けられ、互いに対向する上記鏡筒の端面と上記基板の表面は伸縮駆動素子を介して連結されることで、上記鏡筒に納められたレンズを上記撮像素子に対して光軸方向に移動自在としたことを特徴として構成されている。

さらに、本発明に係るカメラユニットは、上記固定鏡筒は内周面に段部を有し、上記可動鏡筒は上記固定鏡筒の段部の周面にスライド自在に当接するガイド部を有してなることを特徴として構成されている。

さらにまた、本発明に係るカメラユニットは、上記伸縮駆動素子は伸縮自在な誘電体からなる面状の伸縮材を伸縮自在な２つの面状の電極で挟んで構成し、該電極間に電圧を印加すると上記伸縮材及び電極が面方向に膨張し厚さ方向に収縮することを特徴として構成されている。

そして、本発明に係るカメラユニットは、上記伸縮駆動素子は上記各電極及び伸縮材を上記鏡筒の端面と略平行な向きで配置したことを特徴として構成されている。

また、本発明に係るカメラユニットは、上記伸縮駆動素子は上記各電極及び伸縮材を上記鏡筒の端面と略直交する向きで配置したことを特徴として構成されている。

本発明に係るカメラユニットによれば、撮像素子に対する位置を固定された固定鏡筒と、固定鏡筒に対し端面が互いに対向するように設けられるレンズを納めた可動鏡筒とからなり、互いに対向する固定鏡筒と可動鏡筒の各端面は伸縮駆動素子を介して連結されることで、レンズを撮像素子に対して光軸方向に移動自在としたことにより、伸縮駆動素子のみでレンズを撮像素子に対して移動させることができるので、簡易な機構によりオートフォーカスの動作を実現することができ、軽量化及びコンパクト化を図ることができる。

また、本発明に係るカメラユニットによれば、鏡筒は端面が基板と互いに対向するように設けられ、互いに対向する鏡筒の端面と基板の表面は伸縮駆動素子を介して連結されることで、レンズを撮像素子に対して光軸方向に移動自在としたことにより、鏡筒を分割することなくより簡易な機構でオートフォーカスの動作を実現することができ、また伸縮駆動素子自体に遮光性を持たせることにより、鏡筒とは別体で遮光構造を設ける必要がなくなり、コンパクトなカメラユニットとすることができる。

さらに、本発明に係るカメラユニットによれば、固定鏡筒は内周面に段部を有し、可動鏡筒は固定鏡筒の段部の周面にスライド自在に当接するガイド部を有してなることにより、鏡筒の動作を光軸方向に安定して行うことができる。

さらにまた、本発明に係るカメラユニットによれば、伸縮駆動素子は面方向に伸縮自在な２つの平面状の電極間に伸縮自在な誘電体からなる伸縮材を設けて構成したことにより、伸縮による移動距離が大きく取れるので、大きなストロークを得ることができる。

そして、本発明に係るカメラユニットによれば、伸縮駆動素子は各電極及び伸縮材を上記鏡筒の端面と略平行な向きで配置したことにより、伸縮駆動素子に電圧を印加することでレンズを納めた鏡筒を撮像素子側に移動させることができる。

また、本発明に係るカメラユニットによれば、伸縮駆動素子は各電極及び伸縮材を鏡筒の端面と略直交する向きで配置したことにより、伸縮駆動素子に電圧を印加することでレンズを納めた鏡筒を撮像素子から離れる方向に移動させることができる。

本発明の実施形態について、図面に沿って詳細に説明する。図１は、本実施形態におけるカメラユニット１の縦断面図である。この図に示すように、本実施形態におけるカメラユニット１は、鏡筒２に納められたレンズ群３と、レンズ群３を通過した光を受光する撮像素子４とを一体的に構成してなり、レンズ群３を撮像素子４に対して光軸方向に移動自在としたものである。

撮像素子４は、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の光電変換素子であり、平面上の基板５上に配置されている。鏡筒２は、基板５上に撮像素子４を囲繞するように設けられるものであって、円柱状に形成され、内部にレンズ群３を納めてなるものである。本実施形態におけるレンズ群３は、凸レンズ３ａと凹レンズ３ｂとから構成されている。ただし、鏡筒２に納められるのは単レンズでもよく、またレンズ群３のレンズは３つ以上から構成されていてもよい。

また、鏡筒２は２つの部材から構成されている。一方の部材である固定鏡筒１０は、基板５に対して固定されている。もう一方の部材である可動鏡筒１５は、この固定鏡筒１０に対し、端面が互いに対向するように設けられる。すなわち、固定鏡筒１０の上端面１３と、可動鏡筒１５の下端面１８とは、互いに対向している。

固定鏡筒１０は、基板５上に固定されているから、同じく基板５上に固定された撮像素子４に対して相対位置が固定されている。一方、可動鏡筒１５は下端面１８が伸縮駆動素子６を介して固定鏡筒１０の上端面１３に対して全周に渡って連結されている。伸縮駆動素子６は、電圧の印加に応じて上下方向に収縮し、平面方向に伸張するものである。したがって、可動鏡筒１５は基板５上に固定された撮像素子４に対して、上下方向すなわち光軸方向に移動自在とされている。

ここで、固定鏡筒１０の内周面１１には、全周に渡って段部１２が形成されている。一方、可動鏡筒１５の内周面１６には、固定鏡筒１０の段部１２の周面にスライド自在に当接するガイド部１７が全周に渡って形成されている。可動鏡筒１５の光軸方向の動作に伴って、固定鏡筒１０の段部１２によってガイド部１７がスライド自在とされることにより、可動鏡筒１５を安定して動作させることができる。

次に、鏡筒２の動作について説明する。図２には、伸縮駆動素子６に電圧を印加した場合におけるカメラユニット１の縦断面図を示す。この図に示すように、伸縮駆動素子６に電圧を印加すると、上下方向に収縮して可動鏡筒１５を固定鏡筒１０側に移動させる。移動量は、伸縮駆動素子６に印加する電圧値によって制御することができる。レンズ群３は可動鏡筒１５内に納められているから、伸縮駆動素子６の動作によってレンズ群３と撮像素子４との相対位置を変化させ、それによってオートフォーカス動作を行う。

鏡筒２を動作させるための伸縮駆動素子６についてより詳細に説明する。図３には、伸縮駆動素子６の分解斜視図を示す。この図に示すように、伸縮駆動素子６は、円環状の上部電極２０と下部電極２１が、同じく円環状の伸縮材２２を挟持してなるものである。上部電極２０には、円周方向適所に外部と電気的に接続するための端子２０ａが形成されており、下部電極２１には、上部電極２０の端子２０ａとは円周方向において異なる適所に外部と電気的に接続するための端子２１ａが形成されている。

上部電極２０及び下部電極２１は、導電性の炭素粒子を含んだ高分子材料によって形成されている。また、伸縮材２２は、シリコーン樹脂やアクリル系樹脂など電気応答性を持つプラスチックである誘電エラストマーによって形成されている。上部電極２０と下部電極２１の間に電圧を印加すると、上部電極２０と下部電極２１の間に引力が生じ、この力によって伸縮材２２は押し潰されて厚さ方向に収縮し面方向に膨張する。上部電極２０と下部電極２１もそれに伴って厚さ方向に収縮し面方向に膨張する。

伸縮駆動素子６は、このような動作によって直線的な駆動を行うアクチュエータとして用いることができる。本実施形態では、面状に形成された上部電極２０と下部電極２１及び伸縮材２２を、固定鏡筒１０の上端面１３及び可動鏡筒１５の下端面１８と略平行となるように配置している。上部電極２０と下部電極２１の間に電圧を印加すると、伸縮駆動素子６は厚さ方向に収縮するので、上述したように可動鏡筒１５を固定鏡筒１０側に移動させることができる。

また、図１に示すように伸縮駆動素子６はその外径が鏡筒２の外径よりも小さく形成され、内周面が可動鏡筒１５のガイド部１７に当接するように形成されている。このように伸縮駆動素子６は内周方向には動作が規制されており、一方で外周方向には自由に伸張できるようにされているので、図１の状態から電圧を印加されると、厚さ方向に収縮すると共に、外周方向に膨張して図２の状態となる。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図４には本実施形態におけるカメラユニット１の縦断面図を示す。この図に示すように、本実施形態のカメラユニット１は、基本的な構成については第１の実施形態のカメラユニット１と同様である。すなわちこのカメラユニット１は、鏡筒２に納められたレンズ群３と、レンズ群３を通過した光を受光する撮像素子４とを一体的に構成してなり、レンズ群３を撮像素子４に対して光軸方向に移動自在としている。

鏡筒２も第１の実施形態と同様に撮像素子４に対して相対位置が固定された固定鏡筒１０と、固定鏡筒１０と互いに端面が対向するように設けられた可動鏡筒１５とから構成されている。第１の実施形態と異なるのは、固定鏡筒１０と可動鏡筒１５を連結する伸縮駆動素子６の配置である。以下それについて説明する。

図４に示すように伸縮駆動素子６は、それを構成する面状の上部電極２０と下部電極２１及び伸縮材２２とが、固定鏡筒１０の上端面１３及び可動鏡筒１５の下端面１８に対して略垂直に配置されている。ここでは、外周側に上部電極２０を、内周側に下部電極２１をそれぞれ配置しており、下部電極２１の内周面は可動鏡筒１５のガイド部１７に当接し、固定されている。そして、伸縮駆動素子６に電圧が印加されていない状態において、可動鏡筒１５は撮像素子４側に位置している。

この状態で、伸縮駆動素子６に電圧を印加すると、上部電極２０が下部電極２１側に移動し、伸縮材２２と共に面方向に膨張し厚さ方向に収縮する。図５には伸縮駆動素子６に電圧を印加した場合を示している。この図に示すように、電圧を印加した場合には伸縮駆動素子６は面方向すなわち上下方向に伸張し、可動鏡筒１５を上方に移動させる。可動鏡筒１５にはレンズ群３が納められているので、これによってレンズ群３の撮像素子４に対する相対位置を光軸方向に移動させることができる。移動量は伸縮駆動素子６に印加する電圧値によって制御することができる。

次に本発明の第３の実施形態について説明する。図６には本実施形態におけるカメラユニット１の縦断面図を示す。この図に示すように、本実施形態のカメラユニット１は、基本的な構成については第１の実施形態のカメラユニット１と同様である。鏡筒２の構成も第１の実施形態と同様に撮像素子４に対して相対位置が固定された固定鏡筒１０と、固定鏡筒１０と互いに端面が対向するように設けられた可動鏡筒１５とから構成されている。

ここで、本実施形態では可動鏡筒１５の移動量を大きくするために、伸縮駆動素子６を２段重ねて設けている。すなわち、互いに対向する固定鏡筒１０の上端面１３と可動鏡筒１５の下端面１８との間に同じ伸縮駆動素子６を２つ設けてある。これら２つの伸縮駆動素子６には、独立して電圧を印加することができるようにされている。

図７には２つの伸縮駆動素子６のいずれにも電圧を印加した状態を示している。この図に示すように、本実施形態によれば第１の実施形態に比べて可動鏡筒１５を光軸方向に最大２倍移動させることができる。伸縮駆動素子６は、所望の移動量に合わせて２段に限らずさらに多段構成とすることもできる。

次に、本発明の第４の実施形態について説明する。図８には本実施形態におけるカメラユニット１の縦断面図を示す。この図に示すように、本実施形態のカメラユニット１は、レンズ群３を納めた鏡筒２を撮像素子４に対して光軸方向に移動させる点では第１の実施形態と同様である。しかし、本実施形態で鏡筒２は単一の部材から構成されており、伸縮駆動素子６は鏡筒２の下端面２ａと撮像素子４が配置された基板５との間を連結している。

伸縮駆動素子６に電圧を印加した状態について図９に示す。この図に示すように伸縮駆動素子６は面方向に膨張し厚さ方向に収縮するので、鏡筒２は基板５側に移動する。すなわち、鏡筒２に納められたレンズ群３は撮像素子４側に移動する。この際に安定した動作を行うために、基板５に固定されたガイド棒３０に対して鏡筒２の外周面にスライド部３１を設けてスライド自在とし、ガイド棒３０によって鏡筒２が基板５に対して垂直すなわち光軸方向に動作するようにしている。

本実施形態のように鏡筒２の下端面２ａと基板５の間に伸縮駆動素子６を設けることにより、鏡筒２を一部材で構成することができ、機構を簡単にすることができる。また、伸縮駆動素子６は自体に遮光性を持たせることにより、鏡筒２の周囲に遮光構造を設ける必要がなくなり、この点からも全体の構成を簡易にすることができて、カメラユニット１の軽量化及びコンパクト化を図ることができる。なお、伸縮駆動素子６を遮光性とするためには、伸縮駆動素子６の電極２０、２１に含まれる導電性の炭素粒子の添加量を適宜調整するか、これら電極２０、２１に例えば色素を成分とした光吸収剤を添加すればよく、また、伸縮材２２を形成する誘電エラストマーに同様な光吸収剤を添加すればよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の適用はこれら実施形態には限られず、その技術的思想の範囲内において様々に適用されうるものである。

本実施形態におけるカメラユニットの縦断面図である。 鏡筒の動作時における図１のカメラユニットの縦断面図である。 伸縮駆動素子の分解斜視図である。 第２の実施形態におけるカメラユニットの縦断面図である。 鏡筒の動作時における図４のカメラユニットの縦断面図である。 第３の実施形態におけるカメラユニットの縦断面図である。 鏡筒の動作時における図６のカメラユニットの縦断面図である。 第４の実施形態におけるカメラユニットの縦断面図である。 鏡筒の動作時における図８のカメラユニットの縦断面図である。

符号の説明

１ カメラユニット
２ 鏡筒
３ レンズ群
４ 撮像素子
５ 基板
６ 伸縮駆動素子
１０ 固定鏡筒
１５ 可動鏡筒
２０ 上部電極
２１ 下部電極
２２ 伸縮材

Claims (6)

1. 鏡筒に納められたレンズと、該レンズを通過した光を受光する撮像素子とを備えたカメラユニットにおいて、
   上記鏡筒は上記撮像素子に対する位置を固定された固定鏡筒と、該固定鏡筒に対し端面が互いに対向するように設けられ上記レンズを納めた可動鏡筒とからなり、互いに対向する上記固定鏡筒と可動鏡筒の各端面は伸縮駆動素子を介して連結されることで、上記可動鏡筒に納められたレンズを上記撮像素子に対して光軸方向に移動自在としたことを特徴とするカメラユニット。
2. 鏡筒に納められたレンズと、該レンズを通過した光を受光する撮像素子とを備えたカメラユニットにおいて、
   上記撮像素子は基板上に固定され、上記鏡筒は端面が上記基板と互いに対向するように設けられ、互いに対向する上記鏡筒の端面と上記基板の表面は伸縮駆動素子を介して連結されることで、上記鏡筒に納められたレンズを上記撮像素子に対して光軸方向に移動自在としたことを特徴とするカメラユニット。
3. 上記固定鏡筒は内周面に段部を有し、上記可動鏡筒は上記固定鏡筒の段部の周面にスライド自在に当接するガイド部を有してなることを特徴とする請求項１記載のカメラユニット。
4. 上記伸縮駆動素子は伸縮自在な誘電体からなる面状の伸縮材を伸縮自在な２つの面状の電極で挟んで構成し、該電極間に電圧を印加すると上記伸縮材及び電極が面方向に膨張し厚さ方向に収縮することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のカメラユニット。
5. 上記伸縮駆動素子は上記各電極及び伸縮材を上記鏡筒の端面と略平行な向きで配置したことを特徴とする請求項４記載のカメラユニット。
6. 上記伸縮駆動素子は上記各電極及び伸縮材を上記鏡筒の端面と略直交する向きで配置したことを特徴とする請求項４記載のカメラユニット。

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