ウエハレベル光学システム
【解決手段】本発明は、１つ以上の電気活性高分子アクチュエータを利用する光学システム、光学装置及び光学的方法を提供するものであって、光学装置又は光学システムの光学的パラメータを調整するものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願］
本発明は、参照することによりその内容が全体として本明細書に組み込まれる、２００９年３月１８日に出願された米国仮特許出願番号61/161,374の本出願である。
【０００２】
本発明は、光学レンズシステムに関し、さらに詳しくは、電気活性高分子トランスデューサーを用いて、レンズを調節し、自動焦点、ズーム、画像安定化、及び／又は、シャッター／アパーチャ（絞り）機能を与えるシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
デジタルカメラ等の従来の光学システムでは、モーター及びソレノイドが、レンズ等の光学素子上で作用するギアやカムを移動させる動力源として用いられて、焦点調節、ズーム及び画像安定化（振動防止とも称される）を実現していた。しかし、このような従来のシステムには、消費電力が多い、応答時間が長い、精度が低い、必用な空間容量が大きい等、多くの問題があった。
【０００４】
小型化技術の進歩により、高品質、高機能で、軽量の携帯型装置が開発され、さらなる改善に対する消費需要が絶え間なく増大し続けている。一例としてカメラ付き携帯電話とも称される、カメラの機能を備えた携帯電話の進歩が挙げられる。このようなカメラ付携帯電話の多くは、小さな形状因子のレンズを用いる全てが機械的なレンズモジュールを採用しているが、この手法では、多くの可動部分が必要となるため、可変焦点又は自動焦点、ズーム及び画像安定化機能を実現することができない。たとえば、ズーム機能には、レンズ素子、モーター及びカム機構の組み合わせが必要であり、所望の倍率を得るためには、モーターの回転動作を直線的な動きに伝達して、レンズと関連画像センサーとの相対的な位置を調整する必要がある。レンズの相対的な位置を正確に制御するためには、モーター及びカム機構に加えて、複数の減速ギアも必要となる。
【０００５】
磁力を生成するコイルを備え、光軸方向における磁石の長さがコイルの長さよりも長い電磁アクチュエータ（一般に「音声コイル」と称される）が、デジタルカメラと、カメラ付携帯電話の一部で、自動焦点機能とズーム機能とを実現するために、通常用いられている。この音声コイル技術は、小型で軽量の光学レンズシステムを実現できるため広範囲に利用されている。しかし、軽量で小型のカメラのマイナス面、特に、長い露出時間に対応可能で解像度の高いセンサーを用いるカメラのマイナス面は、主に手の動きによるカメラの振動が写真の画質に大きな影響を与えること、すなわち、手ぶれを生じること、である。カメラの振動を補償するために、多くの場合、画像の安定化にジャイロスコープ（姿勢制御装置）が用いられる。ジャイロスコープは、ピッチとヨーを測定できるが、ロール、すなわち、レンズバレルにより規定される軸を中心とした回転、を測定することはできない。従来、フルスケールレンジでの画像安定化を目的として、２つの短軸圧電式ジャイロスコープ又はクオーツ式ジャイロスコープが、多くの外部部品と共に用いられてきた。InvenSense社は、画像安定化にＭＥＭＳ技術を採用することにより小型化を実現した一体型二軸ジャイロスコープを開発した。
【０００６】
可変焦点、ズーム及び画像安定化機能を、カメラ付携帯電話や比較的小さな形状因子を有する他の光学システム内で実現することは可能であるが、これらの機能を加えることにより、装置の全体的な重量が増加する。さらに、多くの可動部品が必要となるため、消費電力が非常に大きくなり、製造コストも高くなる。
【０００７】
したがって、従来技術の問題点を克服するような光学レンズシステムが求められている。特に、レンズとアクチュエータ構造との間の構造及びメカニカルインターフェースを一体化して、可能な限り形状因子を抑制したシステムが求められている。このような光学システムに用いられる機械部品の数を最小限に抑えることができれば、構造の複雑さを軽減でき、システムの製造コストも抑えられるため、非常に望ましい。
【発明の概要】
【０００８】
本発明は、光学レンズシステム及び装置並びに光学レンズシステムや装置を用いるための方法に関する。システム及び装置は、１つ以上の電気活性高分子系（ＥＡＰ）アクチュエータがその内部に組み込まれ、装置／システムのパラメータを調整する。たとえば、１つ以上のＥＡＰアクチュエータを、自動的にレンズの焦点距離を調節する（自動焦点）、レンズにより焦点を合わせた画像を拡大する（ズーム）、及び／又は、レンズシステムによる望ましくない任意の動きを調節する（画像安定化又は振動防止）ように構成してもよい。
【０００９】
１つ以上のＥＡＰアクチュエータは１つ以上のＥＡＰトランスデューサを備え、１つ以上の出力部材が、本発明のレンズシステム／装置の１つ以上のレンズ部分、センサー部分及びシャッター／アパーチャ（絞り）部分と一体化される。レンズ部分（すなわち、レンズスタック又はレンズバレル）は、少なくとも１つのレンズを備える。ある実施形態において、レンズ部分は、焦点レンズ部品と、アフォーカルレンズ部品と、を備える。センサー部分は、装置のレンズ部分から画像を受信して、画像処理電子機器により画像のデジタル処理を行なう画像センサーを備える。ＥＡＰトランスデューサーに電圧を印可することによりＥＡＰアクチュエータを活性化して、レンズ部品及び／又はセンサー部品の相対的な位置を調節し、レンズシステムの光学パラメータを有効にする又は修正することができる。
【００１０】
１つの形態において、（少なくとも１つのＥＡＰアクチュエータを含む）アクチュエータアセンブリを用いて、センサー部分に対してレンズスタックの一部の位置を長手軸（Ｚ軸）に沿って調節し、レンズスタックの焦点距離を変えることができる。他の形態において、同じまたは別のアクチュエータを用いて、スタック内の１つ以上のレンズの位置を長手軸（Ｚ軸）に沿って互いに調節し、レンズシステムの倍率を調整することができる。また別の形態において、アクチュエータを用いて、レンズ部分に対してシステムのセンサー部分を平面方向（Ｘ軸及び／又はＹ軸）に動かすことにより、又は、その逆にレンズ部分を動かすことにより、システム上の望ましくない動きを補償することができる、すなわち、画像センサーに与えられる画像を安定化させることができる。本発明の他の特徴として、ＥＡＰアクチュエータを用いて、レンズシステムの開口部（アパーチャ）の大きさを制御する、及び／又は、シャッター機構の開閉を制御する、ことができる。ＥＡＰアクチュエータは、単一の機能（たとえば、シャッター制御や画像安定化）のみを与えるものでもよいし、組み合わせた機能（たとえば、自動焦点とズーム）を与えるものでもよい。
【００１１】
本発明は、さらに、本発明の装置及びシステムを用いて、画像の焦点を合わせる、及び／又は、画像を拡大する、又は、装置／システムの望ましくない動きを相殺する、方法に関する。本発明の方法は、さらに、本発明の装置及びシスエムを製造する方法も含む。
【００１２】
本発明の上記及び他の特徴や目的、利点は、当業者にとっては、以下の本発明の詳細な説明から明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
本発明を、以下、添付の図面を参照して詳細に説明するが、本発明は何ら図示される構成に限定されるものではなく、さまざまに変形及び変更が可能である。本発明の説明をわかりやすくするために、それぞれの図面で共通する同じ部品には、（差支えがない限り）同じ参照番号を用いている。
【図１Ａ】電気活性高分子アクチュエータを用いて、自動焦点機能を有する本発明の光学レンズシステムを示す断面斜視図。
【図１Ｂ】電気活性高分子アクチュエータを用いて、自動焦点機能を有する本発明の光学レンズシステムのアセンブリ分解図。
【図２Ａ】本発明の光学システムと用いられる電気活性高分子膜に電圧を印可する前の概略図。
【図２Ｂ】本発明の光学システムと用いられる電気活性高分子膜に電圧を印可した後の概略図。
【図３】焦点制御に他の形態の電気活性高分子アクチュエータを用いる本発明の他の光学レンズシステムを示す断面斜視図。
【図４Ａ】ズームと自動焦点の各々を制御するためにアクチュエータの組み合わせを用いる他の光学レンズシステムを示す断面斜視図。
【図４Ｂ】ズームと自動焦点の各々を制御するためにアクチュエータの組み合わせを用いる他の光学レンズシステムのアセンブリ分解図。
【図５Ａ】ズームを調節する他の手段を示す斜視図。
【図５Ｂ】ズームを調節する他の手段を示す斜視図。
【図６Ａ】図５Ａ及び図５Ｂに示すトランスデューサー構成の連続的な駆動工程を示す斜視図。
【図６Ｂ】図５Ａ及び図５Ｂに示すトランスデューサー構成の連続的な駆動工程を示す斜視図。
【図６Ｃ】図５Ａ及び図５Ｂに示すトランスデューサー構成の連続的な駆動工程を示す斜視図。
【図７Ａ】自動焦点機能と画像安定化機能とを有する本発明の他の光学レンズシステムを示す断面斜視図。
【図７Ｂ】自動焦点機能と画像安定化機能とを有する本発明の他の光学レンズシステムのアセンブリ分解図。
【図８】図７Ａ及び図７Ｂに示すレンズシステムの画像安定化カートリッジのアセンブリ分解図。
【図９Ａ】図８に示す画像安定化カートリッジの電気活性高分子トランスデューサーの電極配置を示す上面図。
【図９Ｂ】図８に示す画像安定化カートリッジの電気活性高分子トランスデューサーの電極配置を示す底面図。
【図１０Ａ】図８に示す画像安定化カートリッジと共に利用可能なフレーム付電気活性高分子トランスデューサーの別の実施例を示す上面図。
【図１０Ｂ】８に示す画像安定化カートリッジと共に利用可能なフレーム付電気活性高分子トランスデューサーの別の実施例を示す底面図。
【図１０Ｃ】図１０Ａ及び図１０Ｂに示すトランスデューサーで用いられる電気活性膜を示す上面図。
【図１０Ｄ】図１０Ａ及び図１０Ｂに示すトランスデューサーで用いられる電気活性膜を示す底面図。
【図１１Ａ】図７Ａ及び図７Ｂに示すレンズシステムのパッシブ型剛性を示す図。
【図１１Ｂ】図７Ａ及び図７Ｂに示すレンズシステムの負荷応答を示す図。
【図１２Ａ】本発明のＥＡＰ自動焦点アクチュエータを付勢するために利用可能な板バネ付勢部材を示す斜視図。
【図１２Ｂ】図１２Ａに示す板バネ付勢部材が作動状態にある、本発明の光学レンズシステムを示す断面斜視図。
【図１２Ｃ】図１２Ａに示す板バネ付勢部材が作動状態にある、本発明の光学レンズシステムの上面図。
【図１３】一体型板バネ付勢部材を用いる本発明の他の光学レンズシステムを示す断面斜視図。
【図１４Ａ】他の種類の一体型バネ付勢部材を備えるレンズシステム筺体をレンズバレルを取り除いた状態で示す断面斜視図。
【図１４Ｂ】他の種類の一体型バネ付勢部材を備えるレンズシステム筺体をレンズバレルを取りつけた状態で示す断面斜視図。
【図１５Ａ】本発明のレンズシステムと共に利用可能なレンズバレル／フランジ・アセンブリであって、焦点キャリブレーション（較正）を目的としたバレルを調節可能な設計のレンズバレル／フランジアセンブリを示す斜視図。
【図１５Ｂ】本発明のレンズシステムと共に利用可能なレンズバレル／フランジ・アセンブリであって、焦点キャリブレーション（較正）を目的としたバレルを調節可能な設計のレンズバレル／フランジアセンブリを示す断面図。
【図１５Ｃ】図１５Ａ及び図１５Ｂに示すレンズバレルアセンブリの無限遠焦点パラメータのキャリブレーション（較正）を行なうツールを用いる様子を示す図。
【図１６Ａ】焦点キャリブレーションを目的としたフランジを調節可能な設計の他のレンズバレルアセンブリを示す斜視図。
【図１６Ｂ】焦点キャリブレーションを目的としたフランジを調節可能な設計の他のレンズバレルアセンブリを示す断面図。
【図１７Ａ】非常に小型で薄型の形状を可能にする単相アクチュエータ構成のレンズシステムを示す断面図。
【図１７Ｂ】非常に小型で薄型の形状を可能にする二相アクチュエータ構成のレンズシステムを示す断面図。
【図１８Ａ】本発明のＥＡＰアクチュエータ型レンズ移動機構の例を示す斜視図。
【図１８Ｂ】本発明のＥＡＰアクチュエータ型レンズ移動機構の例を示す断面図。
【図１９Ａ】本発明で利用可能な他のＥＡＰレンズ移動機構を示す斜視図。
【図１９Ｂ】本発明で利用可能な他のＥＡＰレンズ移動機構を示す断面図。
【図２０Ａ】ＥＡＰアクチュエータと機械的リンク機構を用いる他のレンズ移動機構を示す斜視図。
【図２０Ｂ】ＥＡＰアクチュエータと機械的リンク機構を用いる他のレンズ移動機構を示す断面図。
【図２１】本発明の他のハイブリッド型レンズ移動機構を示す断面図。
【図２２Ａ】本発明の「尺取虫」型レンズ移動機構を示す斜視図。
【図２２Ｂ】本発明の「尺取虫」型レンズ移動機構を示す断面図。
【図２３Ａ】本発明の多段「尺取虫」型レンズ移動機構を示す斜視図。
【図２３Ｂ】本発明の多段「尺取虫」型レンズ移動機構を示す断面図。
【図２４Ａ】図２３Ａ及び図２３Ｂに示すレンズ移動機構のアクチュエータカートリッジの概略を示す断面図。
【図２４Ｂ】駆動サイクルにおいて、アクチュエータと関連レンズガイドレールの位置の変化を示す概略図。
【図２４Ｃ】駆動サイクルにおいて、アクチュエータと関連レンズガイドレールの位置の変化を示す概略図。
【図２４Ｄ】駆動サイクルにおいて、アクチュエータと関連レンズガイドレールの位置の変化を示す概略図。
【図２４Ｅ】駆動サイクルにおいて、アクチュエータと関連レンズガイドレールの位置の変化を示す概略図。
【図２４Ｆ】駆動サイクルにおいて、アクチュエータと関連レンズガイドレールの位置の変化を示す概略図。
【図２５Ａ】本発明の多重アクチュエータ型レンズ移動システムを示す断面図。
【図２５Ｂ】本発明の多重アクチュエータ型レンズ移動システムを示す断面図。
【図２５Ｃ】本発明の多重アクチュエータ型レンズ移動システムを示す断面図。
【図２６Ａ】不活性状態の本発明のレンズ画像安定化システムを示す断面図。
【図２６Ｂ】活性状態の本発明のレンズ画像安定化システムを示す断面図。
【図２７Ａ】本発明の他のレンズ画像安定化システムをさまざまな活性状態で示す断面図。
【図２７Ｂ】本発明の他のレンズ画像安定化システムをさまざまな活性状態で示す断面図。
【図２７Ｃ】本発明の他のレンズ画像安定化システムをさまざまな活性状態で示す断面図。
【図２８】本発明のレンズシステム及び他の周知のレンズシステムに用いるのに適した本発明のアパーチャ（絞り）／シャッター機構を示す分解図。
【図２８Ａ】図２８に示すアパーチャ（絞り）／シャッター機構の回転カラーを示す側面図。
【図２９Ａ】図２８に示すアパーチャ（絞り）／シャッター機構の全開状態を示す図。
【図２９Ｂ】図２８に示すアパーチャ（絞り）／シャッター機構の半開状態を示す図。
【図２９Ｃ】図２８に示すアパーチャ（絞り）／シャッター機構の全閉状態を示す図。
【図３０Ａ】本発明のレンズ移動機構で用いられるユニモルフ型アクチュエータ膜を示す断面図。
【図３０Ｂ】本発明のレンズ移動機構で用いられるユニモルフ型アクチュエータ膜を示す断面図。
【図３１Ａ】図３０Ａ及び図３０Ｂに示すユニモルフ型アクチュエータ膜を用いる本発明の他のレンズ移動機構の不活性状態を示す側面図。
【図３１Ｂ】図３０Ａ及び図３０Ｂに示すユニモルフ型アクチュエータ膜を用いる本発明の他のレンズ移動機構の活性状態を示す側面図。
【図３２Ａ】ユニモルフ型アクチュエータを用いる本発明の他のレンズ移動機構を示す側面図。
【図３２Ｂ】ユニモルフ型アクチュエータを用いる本発明の他のレンズ移動機構を示す側面図。
【図３３Ａ】レンズシステムを作動させて性能を最適化する周辺環境の湿度等の条件を実現する機能を備えるＥＡＰアクチュエータを用いる様子を示す図。
【図３３Ｂ】レンズシステムを作動させて性能を最適化する周辺環境の湿度等の条件に対処する機能を備えるＥＡＰアクチュエータを用いる様子を示す図。
【図３４】環境条件に対処するための他の構成を採用した本発明のレンズ移動システムを示す断面図。
【図３４Ａ】図３４に示すシステムの環境条件制御機構を示す斜視図。
【図３４Ｂ】図３４に示すシステムの環境条件制御機構を示す上面図。
【図３５】レンズ位置センサーを備える本発明の他のレンズ移動システムを示す断面図。
【図３６Ａ】本発明のシャッター／絞り（アパーチャ）機構の機械部品の他の例を示す斜視図。
【図３６Ｂ】図３６Ａに示すシャッター／絞り（アパーチャ）機構の全開状態を示す図。
【図３６Ｃ】図３６Ａのシャッター／絞り（アパーチャ）機構の全閉状態を示す図。
【図３６Ｄ】本発明のＥＡＰアクチュエータに図３６Ａに示す機構が動作可能に連結された様子を示す斜視図。
【図３７Ａ】ウエハレベル光学システムに用いられるセンサー及びレンズ構成の例を示す図。
【図３７Ｂ】ウエハレベル光学システムに用いられるセンサー及びレンズ構成の例を示す図。
【図３７Ｃ】ウエハレベル光学システムに用いられるセンサー及びレンズ構成の例を示す図。
【図３７Ｄ】ウエハレベル光学システムに用いられるセンサー及びレンズ構成の例を示す図。
【図３７Ｅ】ウエハレベル光学システムに用いられるセンサー及びレンズ構成の例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の装置、システム及び方法を説明を説明するが、本発明は、何ら特定の形態や適用に限定されるものではなく、さまざまな変更が可能である。したがって、主に可変焦点カメラレンズに関連して本発明を以下に説明するが、本発明の光学システムを、顕微鏡、双眼鏡、望遠鏡、携帯型ビデオカメラ、プロジェクター、眼鏡等に用いることもできるし、また、その他の光学的分野に適用することも可能である。また、以下で用いられる用語は、特定の実施例を説明する目的で用いるものであり、何ら本発明を限定するものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によってのみ限定されるものである。
【００１５】
図１Ａ及び図１Ｂに、自動焦点機能を備える本発明の光学レンズシステムを示す。図示するように、レンズモジュール１００は、（図示しない）１つ以上のレンズを保持するレンズバレル１０８を備える。レンズバレル１０８の遠位端又は前端に開口部（アパーチャ）１０６が備えられる。アパーチャ１０６の遠位側に、電気活性高分子膜１２０を備える電気活性高分子（ＥＡＰ:Electroactive polymer）アクチュエータ１０２が配置される。電気活性高分子膜１２０は、その周縁部がフレーム層１２２ａ及び１２２ｂに挟まれ、中心部がディスク層１０４ａ及び１０４ｂに挟まれて、環状部が露出する構造となっている。電気活性膜の構造及び作用に関して、以下、図２Ａ及び図２Ｂを参照して詳述する。
【００１６】
図２Ａ及び図２Ｂの概略図に示すように、電気活性膜２は、高分子誘電体薄膜４を柔軟電極板（プレート）又は層６の間に挟んだ複合体からなり、容量性構造を形成する。図２Ｂに示すように、電極を通して電圧を印加すると、２つの電極６における逆の電荷が互いに引き合い、これらの静電引力により、誘電体層４が（Ｚ軸に沿って）圧縮される。また、各電極における同じ電荷間の反発力により誘電体層４が平面内で（Ｘ軸及びＹ軸に沿って）伸びやすくなり、膜厚を減少させる。したがって、誘電体層４は、電界の変化に応じてたわむ。電極６は柔軟であるため、誘電体層４に応じて形が変わる。一般的に言って、「たわみ」は、変位、拡大、縮小、ねじれ、線形及び領域歪みや、その他、誘電体層４の一部の変形を意味する。適合する構造に応じて、たとえば、容量性構造が適用されるフレームに応じて、このような「たわみ」を利用して力学的仕事を生じさせることができる。フレーム内で予め電気活性膜２に歪みを加えることにより、電気エネルギーと力学的エネルギーとの間の変換を向上させることができる。すなわち、予め歪みを加えることにより、膜のたわみが大きくなり、大きな力学的仕事が可能になる。
【００１７】
電圧を印加すると、たわみを促進する静電的な力と機械的な力が均衡するまで、電気活性膜２はたわみ続ける。ここで、機械的な力には、誘電体層４の弾性的復元力や電極６の弾性コンプライアンス及び電気活性膜２に接続される装置及び／又は負荷による外部抵抗が含まれる。電圧の印加により生じる電気活性膜のたわみは、エラストマー材料の誘電率や大きさや剛性等、他の多くのファクターにも依存するものでもよい。電圧差や誘導電荷がなくなると、逆の影響が生じ、図２Ａに示すような不活性状態に戻る。
【００１８】
電気活性高分子膜２の長さＬ及び幅Ｗは、厚みｔと比べて大きい。通常、誘電体層４の厚みは、約１μｍから約１００μｍの範囲であり、各電極よりの厚みよりも大きいことが多い。電極６によりアクチュエータに加えられる付加剛性が、約１００ＭＰａ未満と比較的低い弾性率を有する誘電体層の剛性よりも小さくなるように、電極６の弾性率と厚みとを選択することが望ましい。
【００１９】
本発明の光学システムに用いるのに好適な電気活性高分子材料の種類としては、以下に限定されるものではないが、誘電エラストマー、電歪ポリマー、電子電気活性ポリマー、イオン性電気活性ポリマー及び共重合体が挙げられる。また、好適な誘電材料としては、以下に限定されるものではないが、シリコーン、アクリル、ポリウレタン、フルオロシリコーン等が挙げられる。電歪ポリマーは、電気活性高分子の非線形反応を引き起こす。電子電気活性ポリマーは、（通常、乾燥状態の）電場に応じた電子の移動により形状または大きさが変わる。イオン性電気活性ポリマーは、（通常、湿潤状態で電解質を含有する）電場に応じた電子の移動により形状または大きさが変わる。好適な電極材料としては、炭素、金、白金、アルミニウム等が挙げられる。本発明のダイヤフラム・カートリッジに用いるのに適した膜や材料は、参照により本明細書に組み込まれる米国特許第6,376,971号、6,583,533号及び6,664,718号に開示されている。
【００２０】
図１Ａ及び図１Ｂに戻って説明を続ける。レンズバレル／スタック１０８に対してＥＡＰアクチュエータ１０２を動作可能に係合することにより、レンズアセンブリの自動焦点合わせが可能になる。キャップ１０４内の開口部（アパーチャ）１１８とアパーチャ１０６とが軸方向に同一直線上に配置されてレンズアセンブリに光を通すように、フレーム１２２が、孔１２６ｂに収容されるボルト１２６ａによって、筺体１１４の遠位端に固定される一方で、ＥＡＰアクチュエータ１０２のディスク部又はキャップ部１０４が、レンズバレル１０８の遠位端に対して配置又は載置される。板バネ機構１１０の形態の付勢部材をレンズバレル１０８とフレーム１２２との間に動作可能に係合させて、矢印１２５の方向にディスク１０４に予め負荷を加える、又は、ディスク１０４を付勢することにより、錐台形状の構造が形成される。このような錐台形状のアクチュエータの詳細は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許出願11/085,798、11/085,804及び11/618,577に記載されている。予め負荷を加えること又は付勢することにより、単に電極を活性化する場合と比較して、アクチュエータ１０２を所望の方向に駆動することが可能になる。図示される板バネ機構１１０と共に、筺体１１４が、アクチュエータ１０２に対して１つ以上の板バネを収容し、動作可能に位置決めできるように、壁凹部１３２等を備えるようにしてもよい。図７Ａに示すように、正のバネ定数を有する単純なバネ（たとえば、コイルバネ）等、他の付勢手段を代わりに用いるようにしてもよい。
【００２１】
レンズアセンブリ又はレンズスタック１０８の近位端又は後端には、制御電子機器１２８（図１Ｂにのみ図示）によりデジタル処理される画像を受信する画像センサー／検出器１１６（たとえば、電荷結合素子（ＣＣＤ））が配置される。レンズスタック１０８の焦点距離は、ＥＡＰアクチュエータ１０２の選択的作動により調整可能である（１つ以上のレンズの軸方向の位置を他のレンズに対して調整可能である）。センサー１１６及びアクチュエータ１０２は、電源１３０との電気的結合を介して駆動されるようにしてもよい。
【００２２】
図１Ｂに示すように、完成したカメラアセンブリは、少なくとも被覆部又はカバー１１２を備える。従来のレンズシステムで通常用いられる（図示しない）赤外（ＩＲ）フィルター等の他の構成要素を動作可能にシステム１００内に組み込むようにしてもよい。
【００２３】
図３に、本発明の他のレンズモジュール１４０を示す。１つ以上のレンズ１４４を備える円筒形上のレンズバレル１４２は、外側筺体部材１４６及び内側筺体部材１４８の内部で移動可能に保持され、遠位部１４２ａが外側筺体部材１４６の開口部を通ってスライド可能に配置され、近位部１４２ｂが内側筺体部材１４８の開口部を通ってスライド可能に配置される。遠位バレル部１４２ａと近位バレル部１４２ｂとの間が接合されることにより、ＥＡＰアクチュエータ１５２の環状内側フレーム部材１５８が載置される環状肩部１５０が規定される。アクチュエータ１５２は二重錐台構造を有し、各錐台は、内側フレーム部材１５８との間で延伸した状態で保持される膜１５４ａ及び１５４ｂによって規定される。遠位膜１５４ａの周縁部は、外側筺体部材１４６とフレームブロック又はスペーサ１５６との間に保持され、一方、近位膜１５４ｂの周辺部は、内側筺体部材１４８とフレームブロック１５６との間に保持される。板バネ機構による付勢の代わりに、二重錐台構造の遠位膜１５４ａが、矢印１５５の方向にアクチュエータ１５２に予備荷重を加え、レンズバレル１４２を同じ方向に移動させて、焦点レンズ１４４を調節することができる。付勢されない膜１５４ｂがＥＡＰ膜であるのに対し、付勢される膜１５４ａは必ずしもＥＡＰ膜でなくてもよく、単なる網状エラストマーでもよい。ただし、膜１５４ａに電気活性高分子材料を用いれば、容量変化により位置を感知することが可能になり、あるいは、膜１５４ｂと共に、二相アクチュエータを形成することも可能である。後者の場合、膜１５４ｂが活性化されると、レンズバレル１４２が矢印１５７の方向に移動し、逆方向にレンズ１４４の焦点距離を調節することができる。
【００２４】
本発明の他の例として、図４Ａ及び図４Ｂに、焦点及びズームの各々を制御するアクチュエータの組み合わせを用いた光学システム１６０を示す。システム１６０は、筺体１８２内に収容され焦点レンズ１６４を有する焦点調節部を備え、焦点レンズ１６４は、レンズバレル１６２内に保持されて、ダイヤフラム・アクチュエータ１６６により駆動される。図１Ａ及び図１Ｂを参照して上述した方法と同様の方法で、レンズ１６４と画像センサー１８０との間の距離を変えることにより、焦点調節ができる。システム１６０は、さらに、ズームレンズ１６８を有するズーム部を備え、ズームレンズ１６８は、レンズ固定具１７０内であって、各々、電機子１７４ａ及び１７４ｂにより１対の平面アクチュエータ１７２ａ及び１７２ｂに機械的に結合されるレンズカバー１７６の下方に保持される。各アクチュエータ１７２ａ及び１７２ｂは、電機子に固定された共通のフレーム部材１７８の上方にＥＡＰ膜を延伸させることにより、形成される。レンズ１６４とレンズ１６８との間の距離を変えることによりズーム機能が得られる。一般に、焦点調節には、約０．１ｍｍから２．０ｍｍの範囲の移動距離が必要であり、一方、ズームには、ストローク量の約５倍ないし１０倍の距離が必要となる。図示していないが、複合体フレームの複数の面に、ダイヤフラム・アクチュエータのみを、あるいは、平面アクチュエータのみを備えるようにしてもよい。また、非直交フレーム配置を用いることもできる。
【００２５】
広い利用可能な空間が存在する場合には、より長いズーム移動に適したＥＰＡＭズーム／焦点エンジンを備えて、装置の動作範囲を広くすることが望ましいこともある。図５Ａ及び図５Ｂは、複数対の平面アクチュエータ１９２ａ及び１９２ｂを入れ子状に配置した別のレンズシステム１９０を示す斜視図である。各対のアクチュエータは、各々、ズームレンズ１９８を支持するレンズバレル１９６に固定されるレンズ支持台１９４の両側に配置される。平面アクチュエータ構造は、駆動されると、レンズバレル１９６とズームレンズ１９８とを、焦点軸に沿って、画像センサー２００に対して、矢印２０２又は矢印２０４の方向に移動させる。図５Ａ及び図５Ｂは、それぞれ、最小ズーム位置と最大ズーム位置を示す。
【００２６】
図６Ａないし図６Ｃの拡大図に、アクチュエータの接続状態や作動状態を示す。図６Ａないし図６は、図５Ａ及び図５Ｂのアクチュエータ・スタックのさまざまな駆動段階を示す。出力棒２０８を各々アクチュエータフレーム部２０６に接続し、一番内側の出力棒２０８をロッド２１０に取り付けてズーム構成要素を駆動することにより、移動が可能になる。
【００２７】
図７Ａ及び図７Ｂに、自動焦点機能に加えて画像安定化機能を備える本発明の他の光学レンズシステム３００を示す。レンズモジュール３０２は、１つ以上のレンズを保持するレンズバレル３１２を備える。図示した例では、レンズバレル３１２には、４つのレンズ３１４ａ、３１４ｂ、３１４ｃ及び３１４ｄが保持されるが、レンズの数はもっと多くても、もっと少なくてもよい。外側フレーム３２２と内側ディスク又はキャップ部材３２８との間に伸長するＥＡＰ膜３２５を備えるＥＡＰアクチュエータ３２０により、レンズアセンブリ３１４が変位する。外側フレーム３２２は、下側筺体３２４と上側筺体３２６との間に固定される。コイルバネ３３２の形態の付勢部材を、レンズバレル３１２の周りに配置し、下側筺体３２４の後端３３４とレンズバレル３１２の肩部又はフランジ３３６との間に動作可能に係合させて、矢印３３５の方向に、キャップ又はディスク部材３２８に予め負荷を加える、又は、キャップ又はディスク部材３２８を付勢することにより、ＥＡＰアクチュエータ３２０を錐台形状にする。
【００２８】
アクチュエータのディスク部材３２８の径方向の剛性とレンズバレル３１２の遠位端にかかる反作用力／付勢力（矢印３３５の反対方向）とにより、レンズモジュール３０２の内部にバレルを同心円状に維持できる。また、付勢されたＥＡＰアクチュエータの構造全体が、レンズバレルを効果的に懸架することにより、図１１Ａのグラフからわかるように、レンズバレルが重力の影響を受けなくなる。図１１Ａに、このようなレンズ位置決めシステムのパッシブ型剛性を示す。また、図１１Ｂに、ハードストップ位置から移動開始後のシステムの標準的な負荷応答を示す。
【００２９】
ブッシング壁３１８が、筺体３２４の後端３３４から上方に伸長し、コイルバネ３３２とレンズバレル３１２の外側面との間に配置される。ブッシング壁３１８は、レンズバレル３１２のリニアガイドとして機能し、フランジ３３６と共に、最大「マクロ」（短焦点）位置で、それ以上の移動を制限する。ハードストップ、すなわち、移動制限部を内蔵することにより、システム３００のアセンブリ製造時におけるバレル位置の初期キャリブレーション（較正）に役立つ。また、ブッシング壁３１８の剛性により、通常使用時に、レンズアセンブリが破壊されないように保護することができる。さらに、ＥＡＰアクチュエータの構造全体で、レンズバレルの衝撃を吸収することができる。ＥＡＰアクチュエータ、付勢バネ、ブッシング及びバレルの全体的な設計により、径方向における均一な位置合わせが可能になり、レンズシステムが最適性能を発揮できる。
【００３０】
ＥＡＰアクチュエータの錐台構造を、図１２Ａに示す非常に薄型の板バネ付勢機構３９０等、別の付勢部材により形成するようにしてもよい。付勢機構３９０は環状基部３９２を備え、環状基部３９２は、基部３９２の外周に沿って間隔をあけて配置され、屈曲点３９６で基部３９２の外周から上方に曲がった、径方向に伸長するフォーク型タブ３９４を有する。図１２Ｂ及び図１２Ｃに、図７Ａ及び図７Ｂに示すシステム３００と同様の構造の光学レンズシステム内で、板バネ付勢機構３９０を動作可能に付勢部材として用いる例を示す。板バネの基部３９２は、フランジ３３６の下方で、レンズバレル３１２の周囲を囲み、フォーク型タブ３９４は、各々、軸受表面として作用する外側フレーム３２２の下側に係合する。均一なバランスで同心円状に付勢するために、板バネ機構が、少なくとも３つの均等な間隔で配置されるタブ３９４を備えることが望ましい。また、板バネ３９０が偶発的に回転しないように、筺体の各隅に形成された溝内に、フォーク型タブ３９４の歯又は足をはめ込む。内側筺体ブロック３９８は、レンズバレル３１２が無限遠（すなわち、最近位）位置にある場合に、レンズバレル３１２に対するリニアブッシング又は逆転防止装置として作用する。
【００３１】
付勢部材が、光学レンズシステムのレンズバレル及び／又は筺体構造に組み込まれるものでもよい。図１３に、本発明のレンズシステムの構造部４１０が筺体部４１４内部に同心円状に配置されるレンズバレル４１２を備える例を示す。付勢部材４１６は、レンズバレルと筺体との間に、両者にまたがるように配置されている。付勢部材は、（たとえば、成形により）これらの構成要素と共に単一構造又はモノリシック構造として形成されるものでもよいし、あるいは、レンズバレルと筺体との間のインサートとして備えられるものでもよい。後者の構成では、（上端側又は外側から見て）凸部構造を有する環状ダイヤフラム４１８が図示されているが、代わりに凹部構造としてもよい。シリコーン、ポリウレタン、ＥＰＤＭ、その他エラストマーや任意の低粘度エラストマーが、ダイヤフラム４１８に適した材料である。ダイヤフラムは、それぞれ、外側レンズバレル壁及び内側筺体壁を支持する内側側壁４２０ａ及び外側側壁４２０ｂの間に伸長する。曲面ダイヤフラム４１８は、負の付勢定数を有するバネ機構を形成する。負の付勢定数を有するＥＡＰアクチュエータの他の例は、先に参照した米国特許出願11/618,577に開示されている。
【００３２】
図１４Ａ及び図１４Ｂに、本発明のレンズシステムにアクチュエータのバネ付勢部を組み込む他の例を示す。図１４Ａにおいて、たとえば、図７Ａ及び図７Ｂに示すレンズシステム３００の下側筺体３２４に構造的に組み込まれ、筺体３２４の外壁とブッシング壁３１８との間の同心円状の隙間内で径方向内側に伸長する２つ以上のタブ４２２により、（図示しない）ＥＡＰアクチュエータにバネ付勢力が与えられる。タブ４２２は、負荷が加わるとバネ付勢力を与えるように、曲げられる、又は、成形される。図１４Ｂに示すように、レンズバレル３１２は、タブ４２２と（たとえば、成形により）一体に形成され、タブ４２２に固定されるものでもよい。
【００３３】
本発明のレンズシステムが、レンズに対して任意の適当な位置に、１つ以上の光フィルターを備えるようにしてもよい。図７Ａ及び図７Ｂに示すシステム３００を再び参照すると、上側筺体３２６は、光を通過させるように配置される透明または半透明のカバー３３０を備える。あるいは、上側筺体３２６全体を透明／半透明の材料から成形するようにしてもよい。いずれにしても、カバーは、約６７０ｎｍ以上の赤外波長はレンズアセンブリを透過させない一方で、可視波長は損失を生じることなくレンズアセンブリを透過させるようなフィルターとして機能することができる。これに代えて、又は、これに加えて、ＩＲフィルター３６６をレンズアセンブリの近位端側に配置するようにしてもよい。
【００３４】
本発明のレンズシステムは、さらに、画像安定化機能を備えるものでもよい。再び、図７Ａ及び図７Ｂを参照すると、図示された実施例では、レンズモジュール３０２の近位端側に、画像安定化モジュール３０４が配置されている。画像安定化モジュール３０４は、レンズモジュール３０２により画像センサー３０６上に焦点を合わせた画像を受信する画像センサー３０６と、受信した画像を処理するための関連電子機器と、を備える。画像安定化モジュール３０４は、さらに、ｘ−ｙ平面で画像センサー３６０の任意の動き、すなわち、「振動」を補償して、焦点画像をシャープに保つように働くＥＡＰアクチュエータ３１０を備える。このような動きを感知するセンサーと共に、Ｚ軸補正を行なうようにしてもよい。
【００３５】
ＥＡＰアクチュエータ３１０は、図８のアセンブリ分解図及び図９Ａ及び図９Ｂの平面図に示すように、「ホット」層３３８と接地層３４８とを含む２層ＥＡＰ膜トランスデューサーを備える平面構成を有する。ＥＡＰ膜３３８は、エラストマー層３４２と、各々、エラストマー層３４２の一部上に伸長する電気的に絶縁されている複数の電極３４０と、を備える。エラストマー層３４２の中心部３６２ａには、電極材が存在しない。ＥＡＰ膜３４８は、エラストマー層３５２と、１つの接地電極３５０と、を備える。環状の接地電極３５０に各ホット電極３４０が近接して配置され、膜３３８の中心部３６２ａと同様に、中心部３６２ａには電極材が存在しない。この２つの膜の組み合わせにより、４つの活性コードラント（quadrant：四分円）を有し（すなわち、４対の活性接地電極を有し）４相アクチュエータとして機能するトランスデューサーが形成される。ただし、図１０Ａないし図１０Ｄを参照して後述するように、活性部の数は、もっと多くても、逆に、もっと少なくてもよい。各コードラントは、個別に、又は、１つ以上の他のコードラントと並行して、選択的に活性化されて、システムによる振動に応じて、かつ、これを補償するように、ｘ−ｙ平面内での（すなわち、２つの自由度で）作動範囲を規定する。各タブが１つのホット電極に対応するように、複数の電気タブ３４４が２つの膜の間に挟まれる。１対の接地電気タブ３４６が、ＥＡＰ膜３３８及び３４８の反対側の外側面に配置される。タブ３３４及び３４８により、ＥＡＰアクチュエータが（図示しない）電源及び制御電子機器に接続される。２層トランスデューサー膜は上側フレーム部材３５４ａと下側フレーム部材３５４ｂとの間に挟まれ、ＥＡＰ膜が延伸されて引っ張られた状態で保持される。
【００３６】
アクチュエータ３１０は、さらに、複合体膜構造の両側で中心に配置される２つのディスク３５６及び３５８を備える。これらのディスクは、さまざまな機能を果たす。ディスク３５６は、ホット電極膜３３８の外側に備えられ、バックプレート又はカバー３６０ｂにより、フレーム層３５４ｂの環状空間すなわちカットアウト内の平面内に保持される。ディスク３５６は、移動停止部として機能し、膜３３８がバックプレートに接触しないようにし、また、センサーに対して補助軸受支持部として作用する。ディスク３５８は、膜３４８の外側に備えられ、フロントプレート又はカバー３６０ａにより、フレーム層３５４ａの環状空間すなわちカットアウト内の平面内に保持される。カバー３６０ａもカットアウト部を有し、このカットアウト部を介して、ディスク３５８が、アクチュエータ３１０の動きを画像センサー３０６に伝える。ディスク３５８から画像センサー３０６にアクチュエータから出力される動きを容易に伝えることができるように、リニア軸受構造／サスペンション部材３０８を両者の間に配置させる。リニア軸受構造／サスペンション部材３０８は、複数の衝撃吸収部３６４を備える平面基板３６２として形成される。衝撃吸収部３６４は、たとえば、基板３６２の端部から伸長するバネタブでもよく、緩衝装置として機能し、アクチュエータ３１０から出力される動きを最適化する。基板３６２は、（バネタブ３６４が導電材料から形成されている場合には）バネタブ３６４を備えるフレックス回路の形態でもよい。この場合、バネタブ３６４により、画像センサー３０６とアクチュエータ３１０に対する制御電子機器との間に電気接点が形成される。
【００３７】
画像センサー３０６、サスペンション部材３０８及びアクチュエータ３１０は、筺体３１６内に入れ子構造で配置される。筺体３１６の遠位端側３６８は陥凹されており、レンズモジュール３０２が収容される。筺体３１６は、さらに、近位端側３７０に、アクチュエータ３１０の電気接点タブ３４４及び３４６及び／又は軸受／サスペンション部材３０８のバネタブ３６４を収容する切欠き又は凹部３７２を備える。
【００３８】
４相アクチュエータ３１０の説明に関連して上述したように、本発明の画像安定化アクチュエータは、所望の位相駆動を可能にする任意の数の活性領域を備えることができる。図１０Ａないし図１０Ｄに、本発明の光学レンズシステムと共に用いるのに適しており、少なくとも画像を安定化させる３相ＥＡＰアクチュエータ３８０を示す。アクチュエータ３８０は、３つの電極領域３８６を有するホットＥＡＰ膜３８４ａを備え、各電極領域３８６は、アクチュエータ３８０の活性領域全体の約１／３を駆動することができる。接地ＥＡＰ膜３８４ｂは、１つの環状接地電極３８８を備え、フレーム層３８２ａ及び３８２ｂにより膜３８４ａと組み合わせた際に、アクチュエータ３８０の３つの活性領域の各々の接地側を形成する。この３相の設計は、４相の設計と比べて、機械的にも電気的にもより単純な設計であるが、３相アクチュエータは、単独でＸ軸又はＹ軸に対して個別の動きができないため、必要な電子制御アルゴリズムは、より複雑になる。
【００３９】
製造されるハードウェア部品の多くは、許容可能な公差範囲内の寸法を有し、同じ部品間のわずかな寸法の変動や関連部品間のわずかな寸法の変動は、生産収率に影響を及ぼさない。しかし、光学レンズのような装置では、より高い精度が求められる場合が多い。もっと具体的に説明すると、画像センサーに対するレンズアセンブリの相対的な位置を、「無限遠」位置に（すなわち、「オフ」状態）におけるレンズアセンブリの焦点調節を最適化して、エンドユーザーが使用する際に正確な焦点調節が可能になるように設定することが重要である。したがって、製造工程で無限遠位置のキャリブレーション（較正）を行なうことが望ましい。
【００４０】
図１５Ａ及び図１５Ｂは、レンズアセンブリの無限遠位置のキャリブレーション（較正）を行なうための、すなわち、画像センサーとレンズアセンブリとの間の距離を調節して無限遠位置での最適な焦点調節を可能にするための、設計形態を例示する。レンズバレルアセンブリ４３０は、レンズバレル４３２と、分離可能なフランジ４３４と、を備える。フランジ４３４は、内側ネジ部４３９を備え、レンズバレル４３２の外側ネジ部４３７に回転係合する。また、フランジ４３４は、径方向に伸長するタブ４３６を備え、図１５Ｃに示すように、システム筺体４４２内に収容された状態で、タブ４３６が所定の開口部４３６から突出する。したがって、レンズバレル４３２に対するフランジ４３４の回転位置が固定される。図１５Ｃに示すように、レンズバレル４３２の上部カバー４３５の先端部４３８は、キャリブレーションツール（較正ツール）４４４の作業端部４４６が挿入される溝又は窪み４４０を備える。ツール４４４は、筺体４４２内に収容された状態のレンズバレル４３２に接続可能であり、タブ４３６と開口部４３６を介して筺体内で位置固定されているネジ係合されたフランジ４３４に対していずれかの方向に、レンズバレル４３２を回転させることができる。このように相対的に回転移動させることにより、レンズバレルアセンブリ４３０全体を、レンズシステム内で（図示しない）画像センサー及びその他の固定部品に対して、（レンズバレルの回転方向に応じていずれかの方向に）直線的に又は軸方向に移動させることができる。レンズアセンブリ４４８（図１５Ｂ参照）と画像センサーとの距離により、システムの無限遠位置が規定される。
【００４１】
図１６Ａ及び図１６Ｂに、レンズアセンブリのキャリブレーション（較正）に（少なくとも部分的に）用いられる他のレンズバレル構成４５０を示す。図１５Ａないし図１５Ｃに示す構成とは、筺体４５２内に動作可能に収容され、回転方向に固定されたレンズバレルに対して、フランジ４５６が移動可能な点で異なる。レンズバレルの外壁から径方向に伸長する緩衝部又は突起４６０によりレンズバレルが固定される。システム筺体４５２内にレンズバレルが収容されると、緩衝部４６０は、筺体壁に形成された開口部又は窓４５８内に挿入され、レンズバレルは回転移動できなくなる。フランジ４５６の外周には、（図示しない）キャリブレーションツール（較正ツール）と係合する窪み４６２が形成される。筺体４５２は窓４６４を備え、フランジ４５６の周縁端部が窓４６４から露出している。キャリブレーションツール（又は可能ならば指）を用いて、フランジ４５６を必要に応じていずれかの方向に回転することができる。先に説明した構成と同様に、レンズバレルに対するフランジの相対的な移動により、（図示しない）画像センサーに対してレンズアセンブリ全体を直線的に／軸方向に動かすことができる。いずれの構成でも、レンズシステムの最終的な組立時に、レンズアセンブリの無限遠位置のキャリブレーション（較正）を簡便に行なうことができる。
【００４２】
図１７Ａ及び図１７Ｂに、より単純で薄型構造に設計された本発明のレンズシステムの２つの他の実施例を示す。これらの実施例では、レンズ４７２（１つのレンズ又は複数のレンズのうち一番遠位端側のレンズ）は、ＥＡＰアクチュエータと一体化され、選択的に位置決めされる。
【００４３】
図１７Ａに示すレンズシステム４７０は、単相アクチュエータであり、内側フレーム部材４７４と、外側フレーム部材４７６と、その間で延伸されるＥＡＰ膜４７８と、を備える。レンズ４７２は、内側フレーム４７４内に同心円状に配置及び固定され、アクチュエータにより出力された動きが直接レンズ４７２に伝達される。単相アクチュエータは、内側フレーム４７４とバックプレート４８２との間に形成される錐台形状の空間内に設置される小型のコイルバネ４８０によりレンズの正面側４７２ａに向かう方向に付勢される。バックプレート４８２は、最大「マクロ」（短焦点）位置で、それ以上の移動を制限するハードストップとして機能する。アクチュエータが「オフ」状態ではレンズ４７２はマクロ位置にあり、アクチュエータが駆動されると、レンズが矢印４８８の方向に無限遠位置に向かって移動する。マクロ位置でのみ作動するレンズ位置決め装置（ポジショナー）を用いる場合には、最初のマクロ位置設定により、不要な移動範囲を除外できるため、システムの信頼性が向上する。
【００４４】
図１７Ｂに、同様の薄型構造を有する２相レンズシステム５１０を示す。この例では、ＥＡＰアクチュエータは、互いを付勢する２つの層又はダイヤフラムを備える。上側又は後側アクチュエータは、内側フレーム４９０ａと外側フレーム４９０ｂとの間に伸長するＥＡＰ膜４９４を備え、一方、下側又は前側アクチュエータは、内側フレーム４９０ａと外側フレーム４９２ｂとの間に伸長するＥＡＰ膜４９６を備える。内側フレーム４９０ａ及び４９２ａが連結される一方、外側フレーム４９０ｂ及び４９２ｂは、中間筺体部材５００により間隔をあけて配置され、それぞれ、中間筺体部材５００と上側筺体部材４９８の間、中間筺体部材５００と下側筺体部材５０２の間に挟まれる。（頂部が平面で切断された薄型形状の）レンズ４７２は、連結された内側アクチュエータフレーム内で同心円状に配置される。２つのアクチュエータが駆動されると、各々互いに付勢し合い、レンズ４７２を２相すなわち双方向に移動できる。具体的には、下側アクチュエータが駆動され、上側アクチュエータがオフの場合には、上側アクチュエータによる付勢によって、レンズ４７２が矢印５０４の方向に移動する。また、上側アクチュエータが駆動され、下側アクチュエータがオフの場合には、下側アクチュエータによる付勢によって、レンズ４７２が矢印５０６の方向に移動する。この構成により、レンズ４７２は、単相システム４７０の移動距離の２倍の距離（２Ｘ）移動可能になる。このような二重ダイヤフラム構成では、いずれか一方のアクチュエータを不活性にすることにより、すなわち、常時オフ状態にすることにより、単相アクチュエータとして機能させることも可能である。いずれの場合でも、二重ダイヤフラム型アクチュエータは、レンズシステムを非常に薄型の形状にすることが可能である。
【００４５】
自動焦点の場合でもズームの場合でも、レンズの動きを可能にする構造部品を追加することによって、レンズ移動／ストロークを増大（及び削減）可能である。このような動きには、１枚のレンズ又はレンズスタックの絶対的な動き、及び／又は、レンズアセンブリ内での複数のレンズ間の相対的な動きが含まれる。また、このような動きを可能にする追加の部品としては、１つ以上のＥＡＰアクチュエータ、機械的リンク機構又はそれに類するもの、あるいは、両方の組み合わせが含まれ、レンズバレル／アセンブリと一体化又は連結されるものでもよい。
【００４６】
図１８及び図１９に、本発明のレンズ移動機構を例示する斜視図を示す。これらの例では、複数のＥＡＰアクチュエータ／トランスデューサーが順次積層され、それぞれ、矢印５２５及び５３５で示すように、ストローク出力が増幅される。図示されるように、所望の出力が得られるように、複数のトランスデューサーを所望の構成に接続または連結するようにしてもよい。
【００４７】
図１８Ａ及び図１８Ｂに示すレンズ移動機構５２０は、複数の二重錐台型ＥＡＰアクチュエータユニット５２８から構成され、各アクチュエータユニット５２８は、それぞれの内側フレーム又はキャップ５３２が連結された２つの凹表面トランスデューサー・ダイヤフラム５２６を備える。アクチュエータの外側フレーム５３４は、隣接するアクチュエータの外側フレームに連結又は接続される。一番遠位端側の外側フレーム５３４ａは、レンズ５２２が内部に配置されたレンズフレーム５２４に取り付けられる。一番近位端側の外側フレーム５３４ｂは、（図示しない）画像センサーモジュールの遠位端側に配置される。
【００４８】
図１９Ａ及び図１９Ｂは、同様に機能するレンズ移動機構５４０を示す。この例では、複数のＥＡＰアクチュエータユニット５４８の各々は、逆の構造を有し、トランスデューサー・ダイヤフラム５４４は、凹面側を内側に向けて、外側フレーム５３８を連結する。アクチュエータの内側フレーム５３６は、隣接するアクチュエータの内側フレームに連結又は接続される。一番遠位端側の内側フレーム５３６ａは、内部に同心円状に配置されるレンズ５２２を保持する。一番近位端側の内側フレーム５３６ｂは、（図示しない）画像センサーモジュールの遠位端側に配置される。
【００４９】
いずれの設計においても、アクチュエータユニットの数が増大するほど、ストロークが増加する可能性が高い。さらに、アクチュエータスタック内で１つ以上のアクチュエータユニットをズームに用いて、追加レンズをさまざまな高さのアクチュエータ面と一体化させて、全体としてアフォーカル・レンズアセンブリとして動作させるようにしてもよい。これに加えて、又は、これの代わりに、１つ以上のトランスデューサーユニットを設定して検知を行ない、駆動と対照的に、能動的な（アクティブ）アクチュエータ制御や動作検証を容易にするようにしてもよい。このような操作のいずれにおいても、ＰＩコントローラーやＰＩＤコントローラー等の任意の形態のフィードバック法をシステム内で用いて、非常に高い精度及び／又は確度でアクチュエータの位置制御を行なうようにしてもよい。
【００５０】
図２０Ａ及び図２０Ｂに、ＥＡＰ型部又は部品５５２を機械的レンズ駆動部又は部品５５４と組み合わせ、ＥＡＰ型部５５２を用いて駆動部５５４を駆動する他のレンズ移動機構５５０を示す。ＥＡＰ型部５５２は、二重錐台型アクチュエータを備え、外側フレーム５５６ａ及び５５６ｂが下側筺体部５５８ａと５５８ｂとの間に保持され、連結されたトランスデューサーの内側フレーム５５５ａ及び５５５ｂが光軸５７６に沿って相対的に移動可能である。上述したように、アクチュエータは、光軸５７６に沿って両方向に能動的に移動可能な２相アクチュエータでもよいし、光軸に沿って上向き／順方向に移動可能な単相アクチュエータでもよい。
【００５１】
移動機構５５０の駆動部５５４は、リンク対５６６ａと５６６ｂ及び５６８ａと５６８ｂにより相互接続される第１及び第２の駆動板（駆動プレート）又は台５６０及び５６４を備える。各駆動プレートは中央開口部を有し、（図示しない）レンズを保持及び支持することにより、アフォーカルレンズ・アセンブリを構成し、焦点軸に沿って移動する際に、上側筺体５７４内部のレンズ開口部５７８内の中心に配置される（図示しない）焦点レンズの倍率を調製する。２つのズーム移動プレートを備える構成を図示したが、任意の数のズーム移動プレート及びそれに対応するレンズを用いることができる。
【００５２】
リンク対の構成により、第１の駆動プレート５６０に力が加えられると、折り畳み式ジャッキ型の作用で、光軸に沿って第２の駆動プレート５６４を動かすことができる。当業者には自明のことであるが、このような折り畳み式ジャッキ型の作用では、第１の駆動プレート５６０よりも大きな速度で第２の駆動プレート５６０を移動させることができる。ここで、第１の駆動プレートと第２の駆動プレートとの間の移動比率により入れ子効果が得られる。下側筺体部５５８ａと上側筺体５７４との間に伸長するリニアガイドロッド５７２に沿って、また、リニアガイドロッド５７２により、駆動プレート５６０及び５６４はスライド可能に誘導される。アクチュエータ部５５２が活性化されると、キャップ５５５ａが移動し、駆動プレート５６０の近位端５６２に上向きの力が加えられる。これにより第１の駆動プレート５６０が駆動されて、リンク対を動かし、所定のより大きな移動速度で第２の駆動プレート５６４を駆動する。図示した例を参照して折り畳み式ジャック型のリンク構造を説明したが、他の種類のリンク構造又は機械的構造を用いて、一方の駆動プレートを他方の駆動プレートよりも比例的に大きな移動速度及び距離で移動させるようにしてもよい。
【００５３】
図２１に、本発明の他のハイブリッド型（アクチュエータリンク型）レンズ移動機構５８０の断面図を示す。このレンズ移動機構５８０では、アクチュエータ部５８２が、コイルバネ５８６により光軸５８８に沿って上向きに付勢される単一のＥＡＰトランスデューサー５８４を備える。コイルバネ５８６の代わりに、任意のバネ付勢手段（たとえば、板バネ）を用いることができる。アクチュエータが活性化されると、キャップ５９０が第１の駆動プレート５９２に逆らって動き、リンク機構５９６を駆動し、その結果、光軸５８８に沿って上向きに第２の駆動プレート５９４を動かす。
【００５４】
図２２及び２３に、ハイブリッド構造を採用した本発明の２つの他のレンズ移動機構を示す。これらの機構は、いずれも、２種類のアクチュエータ機構を用いて、それぞれのレンズアセンブリ／バレルを「尺取虫」のように漸進的に移動させる。
【００５５】
図２２Ａ及び図２２Ｂに示すレンズ移動機構６００は、２種類の作動、すなわち、「厚みモード」作動と平面内作動、を利用して、レンズアセンブリ／バレル６０２を尺取虫のように漸進的に移動させる。レンズバレル６０２は、アフォーカルレンズ・アセンブリを形成してズームを可能にするような（図示しない）１つ以上のレンズを保持する。バレル６０２は、外側表面から横方向に伸長するブッシング６０６を備える。ブッシング６０６は、上側作動部６０８ｂと下側作動部６０８ａとの間に伸長するガイドレール６０４と、摩擦により、かつ、スライド可能に、係合する。移動機構６００の作動部は、下側作動部６０８ａと上側作動部６０８ｂとを備える。各作動部は、厚みモードアクチュエータＥＡＰ膜６１０と平面アクチュエータＥＡＰ膜６１２とを含むアクチュエータ・スタックを備える。これらのＥＡＰ膜は、互いに分離され、粘弾性材料等、望ましくは非常に低い粘度と硬度レベルの可撓性材料層６１４ａないし６１４ｃの間に封入されて、アクチュエータ・スタック６０８ａを形成する。図２２Ａに、アクチュエータ・スタック６０８ａの切断図において電極層パターン６１０ａ及び６１２ａを示す。中心穴又は孔６１６は、スタック６０８ａを通して伸長し、（図示しない）画像センサー／検出器に焦点を合わせる画像を通過させる。
【００５６】
作動時には、ガイドレールの後側又は下側端部６０４ａが、ほぼ垂直に、アクチュエータ膜スタック６０８ａに（あるいは、少なくともアクチュエータ層６１４ｂ及び６１４ｃに）係合され、平面アクチュエータＥＡＰ膜６１２が活性化されると、横方向に互いに逆向きに、たとえば、ガイドレール６０４の軸長に垂直な方向６０５に、互いに離れるように、レール端部６０４ａが移動する。ガイドレールの前側又は上側端部６０４ｂの位置は固定されているため、このような動きにより、ガイドレール６０４が軸受６０６に支えられ、レール６０４上でレンズバレル６０２の位置が摩擦により固定される。膜６１２が不活性化されると、レールが、ニュートラル位置すなわち膜スタック６０８ａに対して直角の位置に戻る。次に、厚みモード作動を利用して、ガイドレール６０４を軸方向６０７に動かすことにより、ガイドレール６０３に摩擦により係合されているレンズバレル６０２を同じ方向に移動させて、レンズアセンブリの焦点距離を調節する。さらに具体的に説明すれば、ＥＡＰ膜６１０が活性化されると、膜スタック６０８ａが曲がり、ガイドレール６０４を軸方向に移動させる。レンズバレル６０２の動きに応じて、（図示しない）摩擦軸受表面が位置決めされえ、バレルの外側表面に係合する。この摩擦係合力は、レール６０４上のバレル・ブッシング６０６により加えられる摩擦係合力よりも大きい。バレル壁に対する軸受表面の摩擦係合力は、ガイドレールに対するブッシングの摩擦係合力より大きいため、厚みモードＥＡＰ膜６１０が不活性化されてガイドレールが休止位置に戻る際に、レンズバレルは前進位置に保持される。上述した平面作動と厚みモード作動の順序を逆にして、レンズアセンブリを軸方向逆向きに移動させるようにしてもよい。
【００５７】
あるいは、上側作動部６０８ｂを用いて、レール６０４の相対的な位置又は角度を調節する、及び／又は、軸方向６０７にレンズバレル６０２が移動可能な距離を増大させるようにしてもよい。この例では、アクチュエータ６０８ｂは、平面作動をして、摩擦によりブッシング６０６に対してレールを係合させるように、レールの位置を調節するように構成される。具体的には、アクチュエータ６０８ａは、層６２０ａと層６２０ｂとの間に挟まれた平面作動ＥＡＰ膜６１８を備える。層６２０ａ及び層６２０ｂは、下側アクチュエータ６０８ａの層６１４ａないし６１４ｃと同じ材料で形成されるものでもよい。この複合体構造は、構造を貫通する穴又は孔６２２を有し、光を、（図示しない）焦点レンズを通って、ズーム又はアフォーカルレンズ・アセンブリ６０２まで透過させることができる。膜６０８ａ及び６０８ｂの平面部分を同時に駆動して、互いに平行にガイドレール６０４を維持することが望ましい。
【００５８】
平面作動下側アクチュエータ６０８ａの代わりに、上側アクチュエータ６０８ｂを用いて、上述したようにレールを角度変位させるようにしてもよい。あるいは、上側アクチュエータ６０８ｂを下側アクチュエータ６０８ａの平面作動部と共に用いて、レールの両端を横方向に移動させるようにしてもよい。このようなタンデム作動を制御して、レールの角度配置を正確に調節するようにしてもよい。あるいは、各アクチュエータの平面に対して直角にレールを維持する（すなわち、レールを互いに平行に維持する）と共に、横方向に（レンズバレル６０２に向かって、あるいは、レンズバレル６０２から離れるように）充分に移動させて、ブッシング６０６に対する摩擦軸受として機能させるようにしてもよい。上側アクチュエータ６０８ｂが、上述した厚みモード作動機能を備えるようにして、ガイドレールの軸方向の動きを増幅するようにしてもよい。２本のレールを動かす構成を説明してきたが、本発明は、単一のレールを動かしたり、３本以上のレールを動かしたりするような構成のレンズ移動機構にも適用可能である。
【００５９】
図２３Ａ及び図２３Ｂに、尺取虫のような漸進的作動を行なう他のレンズ移動機構６２５を示す。移動機構６２５は、各々（図示しない）レンズを保持するカットアウト６２７を有する複数のレンズ段６２６ａ、６２６ｂ、６２６ｃ及び６２６ｄからなるレンズアセンブリを収容する。レンズ段が４層の例を図示したが、当業者には自明のように、レンズ段の数はこれより多くても少なくてもよい。また、レンズ段は、焦点レンズやズームレンズを保持するものでもよいし、あるいは、単に光を透過させるものでもよい。さらに、すべての段を移動可能に構成する必要はなく、機構の筺体や支柱６２８に固定するようにしてもよい。図示した例では、第１段６２６ａと第４段６２６ｄが固定される一方、第２段６２６ｂと第３段６２６ｃが移動可能である。４段のレンズ段は、最上段のレンズ段６２６ａから最下段のレンズ段６２６ｄに固定され、この間に伸長するリニアガイドレール６４２により、互いに平行に、間隔をあけて保持される。移動可能なレンズ段６２６ｂ及び６２６ｃは、軸受６４８を介して、ガイドレール６４２に沿って横方向に移動可能である。
【００６０】
移動機構６２５の作動部は、第１の／上側アクチュエータ・カートリッジ６３０ｂと第２の／下側アクチュエータ・カートリッジ６３０ａとを備える。カートリッジ６３０ａの構造を図２４Ａに示す。カートリッジ６３０ａは、２つのアクチュエータ、すなわち、互いに積層された単相リニア・アクチュエータ６３２と２相平面アクチュエータ６３４と、を備える。各アクチュエータは、内側部材６３８ａと外側部材６３８ｂとの間に伸長するＥＡＰ膜を備え、内側部材６３８ａは互いに連結され、外側部材６３８ｂはその間に配置されるスペーサー６４０にそれぞれ接続される。図示した例では、各平面アクチュエータ６３４のＥＡＰ膜は、少なくとも２つの別々に活性化可能な部分６３６ａ及び６３６ｂに分割され、２相（又はそれ以上の多相）作動を可能にする。この例では、各リニアアクチュエータ６３２は、全体的に活性化可能なモノリシックなＥＡＰ膜６３６ｃを備える。２つの単相リニアアクチュエータ６３２（上側カートリッジと下側カートリッジから１つずつ）が、協働して２相リニアアクチュエータを形成し、アクチュエータを互いに引っ張って保持するプッシュロッド６４４により、上側リニアアクチュエータにより下側リニアアクチュエータが付勢される、あるいは、逆に、下側リニアアクチュエータにより上側リニアアクチュエータが付勢される。この結果、対応するリニアアクチュエータ６３２が不活性な場合、各平面アクチュエータ６３４には、面外の力がかからない。両方のアクチュエータ６３２及び６３４の内側部材６３８ａ（アクチュエータ出力部材とも称する）の出力を制御して、それぞれ矢印６４０ａ及び６４０ｂで示される軸方向の動き及び／又は平面の動きが所望の作動サイクルまたは順序で生じるようにしてもよい。上側カートリッジ６３０ｂも同様に構成されるが、下側カートリッジ６３０ａに対向するように配置されるため、カートリッジの凹面側が外側に向く。
【００６１】
プッシュロッド６４４の形態のリンク部が、アクチュエータ・カートリッジ６３０ａ及び６３０ｂの内側出力部材６３８ａ間に伸長し、各レンズ段で軸方向に並んだ孔内をスライド可能に貫通する。クラッチ又は遮断機構６４６ａ及び６４６ｂが、移動可能なレンズ段６２６ｂ及び６２６ｃ内の孔に隣接して、互いに反対側に備えられる。クラッチ機構６４６ａ及び６４６ｂは、プッシュロッド６４４と選択的に係合可能であり、それぞれのレンズ段の軸方向の位置を固定する。クラッチ機構６４６ａ及び６４６ｂの構造は、任意の適当な構造であればよく、たとえば、これに限定されるものではないが、摩擦軸受面やブッシュロッド６４４上に形成された対応する溝と係合し協働する歯でもよい。
【００６２】
作動時には、２つのアクチュエータ・カートリッジ６３０ａ及び６３０ｂのリニアアクチュエータ６３２及び平面アクチュエータ６３４を選択的に駆動することにより、プッシュロッド６４４が周期的に移動して、レンズ段６２６ｂ及び６２６ｃを漸進的に動かす。「尺取虫」のように漸進的に動く様子の概要を図２４Ｂないし図２４Ｆに示す。図２４Ｂでは、アクチュエータ６３２及び６３４が療法との不活性であり、ガイドレール６４４は、ニュートラル位置にあり、レンズ段６２６ｂ及びレンズ段６３６ｃのいずれにも係合していない。レンズ段６２６ｂを順方向に移動させる場合には、図２４Ｃに示すように、各平面アクチュエータ６３４（すなわち、図２３Ａ及び図２３Ｂの上端及び下端）のＥＡＰ膜の第１の部分６３６ａを活性化させて、プッシュロッド６４４をニュートラル位置から横方向に動かし、（この図には示していない）クラッチ機構６４６ａにかみ合わせる。次に、図２４Ｄに示すように、各平面アクチュエータ６３４の第１の部分６３６ａを活性化した状態に保つと共に、リニアアクチュエータ６３２を活性化させて、出力部材６３８ａを面外に移動させる。この面外の動きによりプッシュロッド６４４が押されて持ち上がり、レンズ段６２６ｂが順方向に移動する。所望の軸方向の位置まで移動後、図２４Ｅに示すように、各平面アクチュエータ６３４の第１のＥＡＰ部分６３６ａを不活性化することにより、プッシュロッド６４４がクラッチ機構６４６ａから外れる。最後に、図２４Ｆに示すように、各リニアアクチュエータ６３２を不活性化して、プッシュロッド６４４をニュートラル位置に戻す。レンズ段６２６ｃを移動させる場合には、上記の工程が繰り返されるが、第１のＥＡＰ部分６３６ａの代わりに、平面アクチュエータ６３４の第２のＥＡＰ部分６３６ｂを活性化させる。別々に活性化可能な相、すなわち、ＥＡＰ膜部分を、追加のクラッチ機構と共に、各平面アクチュエータ６３４に加えて、レンズ移動機構により、２つのレンズ段が、あるいは、場合によっては、さらに多くのレンズ段が、並行して動くようにしてもよい。
【００６３】
図２５Ａないし図２５Ｃに、焦点機能とズーム機能の両方を備える他のレンズ移動システム６５０を示す。システム６５０は、２つの一体化した単相バネ付勢アクチュエータを備え、一方は単一錐台ダイヤフラム構成６５２であり、他方は、二重錐台ダイヤフラム構成６５４である。アクチュエータ６５２は、焦点レンズアセンブリ６５８を収容するレンズバレル構造６５６を備える。バレル構造６６２内に収容されるアフォーカルレンズアセンブリ６６０が、システムの焦点軸に沿って、レンズアセンブリ６５８の近位端側に配置される。２つのレンズバレル６５６及び６６２は、コイルバネ６６４により互いに離れるように付勢される。２つのアクチュエータは、さらに、径方向に伸長する横構造６６６により結合されている。アクチュエータ６５２及び６５４の外側フレーム又は出力部材６６８ａ及び６６８ｂが、それぞれ、横構造６６６に連結される。ＥＡＰ膜６７０が、外側フレーム６６８ａと、フォーカス・アクチュエータ６５２のレンズバレル６５６の遠位端に備えられた対応する内側フレーム又は出力部材６７２との間に延伸されている。第１のＥＡＰ膜６７６ａが、外側フレーム６６８ｂとレンズバレル６６２の近位端に備えられた愛王する内側フレーム又は出力部材６７４との間に延伸されている。また、第２のＥＡＰ膜６７６ｂが、内側フレーム６７４と接地された外側フレーム又は出力部材６６８ｃとの間に延伸され、ズーム・アクチュエータ６５４の二重ダイヤフラム構造を形成している。第２のコイルバネ６７８により、接地された外側フレーム６６８ｃから離れるように、連結された外側フレーム６６８ａ及び６６８ｂが付勢されている。
【００６４】
図２５Ａに示すように、システムアクチュエータのすべての相が不活性な状態では、焦点は「無限遠」位置にある。システムの焦点合わせを行なう場合には、図２５Ｂに示すように、フォーカス・アクチュエータ６５２のＥＡＰ膜６７０を活性化させる。レンズバレル６５６に与えられた予圧により、レンズバレル６５６が矢印６８０の方向に前進し、焦点距離を短くする。アクチュエータ６５２に印可される電圧量を調節することにより、レンズバレル６５６による移動量を制御するようにしてもよい。ズームも同様に行われるが、この場合には、図２５Ｃに示すように、アクチュエータ６５４が活性化され、ＥＡＰ膜６７６ａ及び６７６ｂの両方に電圧が印可されて、レンズバレル６６２を矢印６８２の方向に前進させる。焦点合わせの場合と同様に、アクチュエータ６５４に印可される電圧量を調節することにより、ズーム移動範囲を制御するようにしてもよい。移動量を大きくするために、アクチュエータ段を追加して直列配置するようにしてもよい。漸進的なズーム移動をする場合には、アクチュエータ６５４を２相で作動させるようにしてもよく、互いに独立に２つのダイヤフラムを活性化するようにしてもよい。フォーカス・レンズアセンブリ（図２５Ｂ）とズーム・レンズアセンブリ（図２５Ｃ）とを独立の動作として図示したが、特定のレンズ用途に応じて、所望の組み合わせの焦点調節及びズームがなされるように、両者を同時に操作するようにしてもよいし、並行して制御するようにしてもよい。
【００６５】
図２６Ａ及び図２６Ｂに、レンズ画像安定化に適した他の移動機構６９０を示す。アクチュエータ機構は、出力フレーム取付具６９２と中心出力ディスク又は部材６９４との間に延伸される多相ＥＡＰ膜６９６を備える。出力ディスク６９４は、ディスクを平面外に付勢するピボット６９８に取り付けられる。休止状態では、図２６Ａに示すように、多相膜のすべての相又は部分が不活性であり、出力ディスク６９４は横になっている。膜６９６ａの（任意の数の別々に活性化可能な部分のうち）所定の一部又は複数部分が活性化されると、図２６Ｂに示すように、付勢された膜が活性化領域６９６ａで弛緩し、出力部材６９４にかかる力が非対称になり、出力部材６９４を傾斜させる。システムの振動に応じて、所望の活性化可能な部分を選択的に活性化させ、（図示しないが、中心ディスク又は出力部材６９４上に備えられた）画像センサー又はミラーの３次元移動を可能にするようにしてもよい。
【００６６】
図２６Ａ及び図２６Ｂに示す移動機構をさらに変更して、画像センサーによるｚ方向の望ましくない動きを補償するようにしてもよい。このような移動機構７００を図２７Ａないし図２７Ｃに例示する。この例では、アクチュエータの出力部材７０４を回動可能に接地する代わりに、バネ付勢機構７０８が用いられている。この例でも、多相膜７０６が用いられ、図２７Ｂに示すように、膜の１つの相７０６ａ又は全部ではない複数の相が活性化されると、アクチュエータの出力ディスク６９４は、非対称に傾斜し、軸方向に移動する。すべてのフィルム部分７０６が同時に活性化される場合、あるいは、対称的な応答が得られるような一部が活性化される場合には、出力部材７０４は、図２Ｃに示すように、軸方向にのみ直線的に移動する。すべての相に印可される電圧を調節することにより、あるいは、同時に活性化される膜部分の相対数を選択することにより、このような直線的な移動量を制御するようにしてもよい。
【００６７】
本発明は、さらに、本明細書で説明するように、レンズ口径を閉じる（シャッター機能）、及び／又は、光学素子又は部品を通過する光の量を制御する（絞り機能）ことが必要又は望ましい撮像／光学システムに用いられるシャッター／絞り（アパーチャ）機構を提供する。図２８に、本発明のシャッター／絞り（アパーチャ）システム７１０を例示する。シャッター／絞りシステム７１０は、ＥＡＰアクチュエータ７１２を用いて、複数の協働するプレート又は羽根（ブレード）７２４を駆動し、撮像経路を通過する光を調節する。アクチュエータ７１２は、外側フレーム部材７１４と内側フレーム部材７１６との間に伸長する２相ＥＡＰ膜７１８ａ及び７１８ｂを備える平面構造を有する。内側フレーム部材７１６は、光を通過させる環状開口部７１５を備える。２相の膜部分７１８ａ及び７１８ｂを備える構成が実施例として図示されているが、２相に限らず、多相の膜を用いることができる。シャッター／絞りシステムの機械部品／可動部品は、上板７２０ａ及び底板７２０ｂを有するカートリッジ７２３に収容され、上板及び底板７２０ａ及び７２０ｂは、それぞれ、光を通過させる開口部７２５ａ及び７２５ｂを備える。
【００６８】
絞り羽根（アパーチャ・ブレード）７２４は、湾曲した又はアーチ状に曲がった涙滴形であり、重なった平面配列で環状に配置される。ブレード７２４は、上向きに伸長するカムピン７３６によって、底板７２０に回動可能に取り付けられる。カムピン７３６は、それぞれ対応するブレード７２４の幅広端部に形成された穴にはめ込まれ、ピボット又は支点を形成し、これを中心としてブレード７２４を回動させる。各ブレード７２４のテーパ端部は同じ方向を向き、その凹面端部によりレンズ口径が形成される。ブレード７２４を選択的に回動させることにより、レンズ口径の開口径を変えることができる。ブレード７２４は、各々、カム従動子スロット７３０を備え、（図２８Ａに示すように）他のカムピン群７３２が、ブレード７２４の反対側に配置される回転環（カラー）７２２の底面側からカム従動子スロット７３０を通って伸長する。カム従動子スロット７３０は湾曲して、所望のアーチ形状の移動経路を形成し、カラー７２２の回転に伴い、カムピン７３２がこのアーチ状の移動経路を移動し、支点を中心に湾曲したブレード７２４を回動させる。カラー７２２の上面側すなわちアクチュエータに対向する側から伸長するピン７２６は、カートリッジの上板７２０ａの開口部７２５ａを通って突出し、アクチュエータ７１２の内側フレーム部材７１６に形成された穴７１７にはめ込まれる。アクチュエータの２相の膜７１８を選択的に活性化させることにより、アクチュエータの内側フレーム７１６が平面内で横向きに反対方向に移動する。カラーピン７２６のプル（引く）／プッシュ（押す）を介して伝達されるアクチュエータの出力がカラー７２７を回転させ、その結果、各アパーチャ・ブレード７２４のカムスロット７３０内でカムピン７３２を回転させる。これにより、ブレードが回動され、ブレードのテーパ端部が移動して、互いに近づいたり、又は、互いに離れたりすることにより、図２９Ｂのカートリッジ７２３の上面図に示すように、可変絞り開口が形成される。絞り開口径は、全開状態（図２９Ａ）と全閉状態（図２９Ｃ）との間で可変であり、レンズシャッターとして機能する。
【００６９】
図３６Ａないし図３６Ｄに本発明の他の絞り（アパーチャ）／シャッター機構８４０を示す。機構８４０は平面基板８４２を備え、平面基板８４２上には、アパーチャ（絞り）／シャッター・ブレード（羽根）８４４が、その一端で回転軸８４５に取り付けられている。ブレード８４４の回動により、ブレード８４４の自由端が、光を通過させる画像アパーチャ（開口部）８５４上で、平面内を前後に動く。ブレード８４４の内側周縁部に形成された切欠き８５６に移動可能に収容される自由端を有するレバーアーム８４６の回転軸を中心とした動きに応じて、ブレード８４４が動く。レバーアーム８４６は、回転軸８５２ａを中心として基板８４２に回動可能に取り付けられる。レバーアーム８４６と一体的に連結された、又は、レバーアーム８４６と共にモノリシック構造として形成された屈曲部８４８が、第１の回転軸８５２ａと第２の回転軸８５２ｂの間に伸長する。タブ８５０が、屈曲部８４８の中心位置から開口部（アパーチャ）８５４に向かって内側に伸長する。ブレード、レバーアーム及び屈曲部を用いて、開口部（アパーチャ）８５４を通常開状態としてもよいし、通常閉状態としてもよい。
【００７０】
図３６Ｃに示すように、タブ８５０が矢印８６０ａの方向にアパーチャ（開口部）８５０に向かって移動すると、同じ方向に屈曲部８４８が撓む。この作用により、矢印８６０ｂの方向にレバーアーム８４６が回動して、レバーアーム８４６の自由端が回転軸８４５に向かって切欠き８５６内を移動する。この結果、ブレード８４４が矢印８６０ｃの方向に回動し、開口部（アパーチャ）８５４を覆う。図３６Ｄに示すように、機構８４０の可動部品上に取り付けられた又は積層されたアクチュエータ８５６が活性化されることにより、このように駆動される。図２８に図示したアクチュエータ７１０と同様に、アクチュエータ８５６は、それぞれ外側フレーム部材８５８ａ及び内側フレーム部材８５８ｂ間に伸長するＥＡＰ膜８６０ａ及び８６０ｂの２相構造を備える。タブ８５０の自由端は、内側フレーム部材８５８ｂに機械的に連結される。図３６Ｄに示すようなシャッター機構８４０に対するアクチュエータの配置に基づき、ＥＡＰ膜８６０ａの活性化によってタブ８５０が外側に押され、一方、ＥＡＰ膜８６０ｂの活性化によって多雨８５０が内側に引っ張られる。
【００７１】
図示するように、機構８４０は、主にシャッターとして機能し、アパーチャ（開口部）８５４が開いたり閉じたりする。ブレード８４４に形成した（図３６Ａに点線で示す）穴８６２は、ブレード８４４が閉位置にある場合にアパーチャ８６４と一直線上に並び、アパーチャ８５４よりも小さな直径を有する。この構成により、２つの異なる設定で絞り（アパーチャ）機構が機能する。一方の設定は、ブレードが開位置で、より多くの光が開口部（アパーチャ）８５４を通過してレンズモジュールに到達する。もう一方の設定は、ブレードが開口部（アパーチャ）８５４を閉じ、光は小さな穴８６２を通る。
【００７２】
「ユニモルフ型」膜構造又は複合体を採用したアクチュエータを用いて、レンズ又はレンズスタックに動きを伝達するようなレンズ移動機構でもよい。図３０Ａ及び図３０Ｂにこのような膜構造７４０の一部の断面を示す。膜構造はエラストマー誘電体膜７４２を備え、エラストマー誘電体膜７４２は、誘電体膜７４２よりも硬い、すなわち、誘電体膜７４２よりも弾性係数が高い、膜支持層又は基板７４４に接合される。これらの層は、誘電体膜７４２の露出面に形成される柔軟電極７４６と硬い膜支持層７４４の内側面又は露出面のいずれかに形成される硬い電極７４８との間に挟まれる。したがって、複合体構造７４０が「付勢」されて、１つの方向にのみ偏向する。具体的に説明すると、膜構造７４０が活性化されると、図３０Ｂに示すように、誘電体膜７４２が圧縮されて横方向に移動するため、基板７４４から離れる方向に弓形に曲がる又はアーチ状に曲がる。国際公開公報WO98/35529に記述された方法等、任意の周知の方法で、構造を付勢することができる。このようなユニモルフ型ＥＡＰアクチュエータを採用した本発明のレンズ移動機構の例をいくつか説明する。
【００７３】
図３１Ａ及び図３１Ｂに示すレンズ移動システム７５０は、ユニモルフ型ＥＡＰ膜構造７５２を利用するアクチュエータ機構に連結されたレンズバレルまたはアセンブリ７５４を備える。膜構造７５２の選択された領域又は長さが、レンズバレル７５４と固定基板部材７５６との間に伸長する。膜構造は、スカートのようにレンズバレルを囲むモノリシック形状に構成可能であり、単相構造でもよいし、多相動作を可能にするように複数の指定可能な領域を有する構造でもよい。あるいは、アクチュエータは、まとめて又は別個に指定可能な複数の別々の膜セグメントから構成されるものでもよい。いずれの場合も、膜が外側に付勢されるように、硬い膜部分又は層（すなわち、基板層）を内側に向ける。図３１Ｂに示すように、膜は、活性化されると、付勢方向に広がり、固定部分から離れるように、すなわち、基板部材７５６から離れるように、伸長して、レンズバレル７５４を矢印７５８の方向に移動させる。レンズシステムの自動焦点及び／又はズームを可能にする所望の移動量が得られるように、膜複合体のさまざまなパラメータ、たとえば、膜の面積／長さ、ＥＡＰ層と基板層との間の弾性差等、を調節するようにしてもよい。
【００７４】
図３２Ａ及び図３２Ｂに示すレンズ移動機構７６０も、ユニモルフ型膜アクチュエータを利用している。システム７６０は、ガイドレール７６６上に載置されたレンズカートリッジ７６４に取り付けられたレンズバレル又はアセンブリ７６２を備える。アクチュエータ７７０は、直列に結合される折り畳み式又は積層式ユニモルフ型膜シートから構成されている。図示される実施例では、各ユニモルフ型シートは、柔軟面側７７２ａがレンズバレルに対向し、硬い面側７７２ｂがレンズバレルと反対方向を向くように構成されているが、この逆の構成でもよい。アクチュエータシートがすべて不活性な場合には、図３２Ａに示すように、スタックは最も圧縮された状態となり、レンズバレル７６２は最も近位側の位置にある。焦点レンズアセンブリの場合、この位置で、焦点距離が最も長くなる。アフォーカルレンズ・アセンブリの場合、ズームレンズがマクロ位置になる。１つ以上のシート７７２が活性化されると、同時に活性化された場合でも別々に活性化された場合でも、矢印７６５の方向にレンズバレル７８２が移動して、レンズシステムの焦点及び／又は倍率を調節することができる。
【００７５】
所定の環境条件下では、たとえば、高湿度で極端な温度の条件下では、ＥＡＰアクチュエータの性能に影響が出る可能性がある。本発明は、ＥＡＰアクチュエータ自体に特徴的な構造を組み込むことにより、あるいは、システムが必要とする空間容量を増大させることなくシステム内に特徴的な構造を形成することにより、このような環境条件に対処することができる。ＥＡＰアクチュエータが加熱素子を備え、必用に応じて熱を発生させて、ＥＡＰアクチュエータ及び／又はＥＡＰアクチュエータを直接取り巻く周辺環境の湿度及び／又は温度を維持又は制御するようにしてもよい。加熱素子を抵抗として、導体をＥＡＰ膜内に組み込む、又はＥＡＰ膜に隣接させるようにしてもよい。導体を通る電圧は、アクチュエータの活性化に必要な電圧よりも低い。レンズ移動及び／又は画像安定化に用いたＥＡＰアクチュエータと同様のＥＡＰアクチュエータを用いて、システムの環境パラメータを制御し、システムに用いられる部品点数を削減したり、全体の質量や重量を削減するようにしてもよい。
【００７６】
図３３Ａに、本発明のレンズ／光学システムで利用可能な、直列電極配置で加熱機能を有するＥＡＰアクチュエータ７８０を例示する。接地電極パターン７８２を有するアクチュエータの接地側を図示し、アクチュエータ７８０の反対側の高電圧電極パターン７８４を点線で示す。ラグ（つまみ）７８６ａ及び７８６ｂは、それぞれ、アクチュエータを作動させるための（図示しない）システム電源からの接地端子及び高電圧入力端子と電気的接続を形成する。第３のラグ又は接続部７８６ｃは、電源からの低電圧入力端子に接続して、直列抵抗ヒーター電流路を形成する。矢印７８８は、抵抗加熱素子として接地電極７８２全体を用いる電極構造により形成される環状電流路を示す。
【００７７】
図３３Ｂに、並列電極配置で加熱機能を有する他のＥＡＰアクチュエータ７９０を例示する。接地電極パターン７９２を有するアクチュエータの接地側を図示し、アクチュエータ７９０の反対側の高電圧電極パターン７８４を点線で示す。ラグ（つまみ）７９６ａ及び７９６ｂは、それぞれ、アクチュエータを作動させるための（図示しない）システム電源からの接地端子及び高電圧入力端子と電気的接続を形成する。パラレルバス（並列バス）バー７９８ａ及び７９８ｂが、アクチュエータ７９０の接地側に備えられ、それぞれ、（図示しない）電源からの接地端子及び低電圧入力端子に接続される。矢印８００は、並列電極配置により形成される放射状の電流路を示す。電極を直列配置とは対照的に並列配置にすることにより、低電圧を用いることができ、膜を加熱するのに必要な電流を流すことができる。
【００７８】
前述したように、ＥＡＰアクチュエータに隣接して配置した抵抗加熱素子を用いて、システムの湿度及び温度の制御を行なうようにしてもよい。図３４に、ＥＡＰ膜８１２を備えるＥＡＰアクチュエータを用いるレンズ移動機構８１０を示す。上部筺体／カバー８１３とＥＡＰ膜８１２との間の隙間８１６は、加熱素子８１４を配置するのに十分な空間である。望ましくは、加熱素子は、ＥＡＰ膜の形状及び寸法と一致する形状及び寸法を有し、図３４Ａに図示した例では錐台形状を有し、システムに必要な間隔を最小限に抑えて、加熱素子８１４とＥＡＰ膜８１２との間の熱伝達を最大にすることが望ましい。加熱素子は、絶縁基板８１５ｂ上に設置された抵抗配線８１５ａと電気接点８１８とを備え、加熱素子をシステムの電源及び検知電子機器と電気的に接続する。
【００７９】
本発明のレンズ移動システムが、レンズ又はレンズアセンブリの位置を検知するセンサーを備え、レンズ移動の閉ループ制御を行なうように構成してもよい。図３５に、図７Ａに示すレンズ移動システムと同様の構成のレンズ移動システム８２０に位置検知機構を組み込んだ実施例を示す。検知機構は、円筒形形状で入れ子構造の電極対を備える。一方の電極８２２ａ、たとえば、接地側電極は、レンズバレル８２４の外側を囲むように配置される。接地電極８２２ａは、アクチュエータ付勢バネ８３０を介して、アース線８３０ａと電気的に接続される。他方の電極８２２ｂ、たとえば、活性又は電源／検知電極８２２ｂは、筺体８２８の後端部から上向きに伸長するブッシング壁８２６の内側表面を取り囲み、アクチュエータ付勢バネ８３０とレンズバレル８２４の外表面との間に配置される。電極８２２ｂは、電源／検知線８３０ｂと電気的に接続される。活性電極８２２ｂに固着された絶縁体を２つの電極間に規定される隙間に備え、容量性構造を形成するようにしてもよい。図示されるレンズバレルの位置で、電極を通るキャパシタンスが最大になる。レンズバレル８２４が遠位方向に移動するにつれて、電極が重なる表面積が減少し、電極間の容量電荷が減少する。このキャパシタンスの変化をシステムの（図示しない）制御電子機器にフィードバックして、レンズ位置の閉ループ制御を行なうことができる。
【００８０】
ＥＡＰアクチュエータを自動焦点、ズーム、画像安定化及び／又はシャッター制御に用いることにより、本発明の光学レンズシステムが必要とする空間容量や必要電力を最小限に抑えることができる。したがって、携帯電話用カメラ等の超小型の光学システムへの適用に最適である。
【００８１】
本発明を適用して、ＥＡＰアクチュエータ又はＥＡＰ膜（又はＥＡＰ膜層の組み合わせ）を用いて、レンズ又はレンズの組み合わせを動かし、ウエハレベル光学システム内で光学路を変化させるようにしてもよい。形状の小型化、解像度の向上及びコストパフォーマンスを考えて、カメラ関連技術にウエハレベル光学を適用する場合がある。このようなウエハレベル光学システムは、通常、カメラ付携帯電話やゲーム用システム、コンピュータ等の携帯電子機器で用いられる。このようなシステムでは、集積回路の組み立てと同様に、ウエハレベル光学用の光学部品をウエハ上で組み立てる。図３７Ａないし図３７Ｅに代表的な構成例を示す。ウエハレベルカメラは、画像センサー３１５とレンズ素子３１４とを備える単純な構成である。通常２００ｍｍ又は３００ｍｍの工程で製造される（任意の大きさのウエハレベル光学システムが本発明の要旨の範囲内である）ＣＭＯＳ画像センサーウエハ及び（通常、半導体処理や紫外線反復照射等で形成される）光学ウエハを搭載し、得られたウエハスタックを多数の個別カメラモジュールに切断する。カメラ部品全体をウエハレベルで配列させて組み立てた後、分割して、個々のカメラモジュールを形成するようにしてもよい。あるいは、組み立て前に、画像センサーウエハ及び光学ウエハを切断するようにしてもよい。個々の画像センサーやレンズ素子を接合して、個々のカメラモジュールを形成するようにしてもよい。標準的な半導体製造技術を用いて、ウエハレベルで、光学素子を備える完全なウエハカメラを製造及びパッケージ化するようにしてもよい。
【００８２】
家庭用電化製品の光学システムでは、カメラモジュールの高さを大幅に削減することが大きな利点となる。したがって、ＥＡＰ膜３２５又はＥＡＰ膜層３２５の組み合わせを用いることにより、従来のレンズ調節システムで通常用いられる比較的大型で邪魔なモーターを必要とすることなく、光路軸に対するカメラレンズの直接操作や再配置が可能になる。
【００８３】
第１の例では、第１のレンズを機械接地（メカニカル・グラウンド）に固定する一方で、第２のレンズを、１つ以上のＥＡＰ膜を用いて、機械接地に関する軸（光路により規定される）に対して自由に移動させることができる。ＥＡＰ膜を駆動することによって、レンズをプラス方向、マイナス方向又はその両方に移動させることができる。
【００８４】
他の例では、ＥＡＰ膜を１つ以上のレンズ素子に直接付着させるようにしてもよい。以下に限定されるものではないが、スクリーン印刷、接着、ロール・ツー・ロール法等、任意のさまざまな周知の方法で、ＥＡＰ膜をレンズ素子又はモジュールに貼り付け可能である。
【００８５】
また別の例では、ＥＡＰ膜を、レバー又は他の伝達手段に係合させて、レンズを動かし、ウエハレベルカメラの光路を変化させるようにしてもよい。さらに、ＥＡＰ膜を、直接、レンズ素子及びレバー又は他の伝達手段に取り付けて、要求通りに光路を調節するようにしてもよい。
【００８６】
ウエハレベル光学システムにおけるＥＡＰ膜をさまざまなアプリケーション・ソフトウェアと組み合わせて、画像の後処理を行なうようにしてもよい。
【００８７】
ＥＡＰ膜を、図３７Ａに示すように、単一チャンネルウエハレベルカメラ（単一光路）で用いるようにしてもよいし、さまざまなチャンネルから１つ以上の画像を生成する多重カメラチャンネル（フュージョンカメラ）を用いるカメラシステムで用いるようにしてもよい。フュージョンカメラは、（図３７Ｃに示すように）センサー上に複数の小領域を備える単一のＣＭＯＳ／ＣＣＤ画像センサーから構成することもできるし、（図３７Ｂに示すように）別個のＣＭＯＳ／ＣＣＤ画像センサーの組み合わせとして形成することもできる。
【００８８】
製造時に、個々のレンズの外側環状部又はフュージョンカメラで用いられるような平面レンズアレイ全体の周縁部にＥＡＰ膜を貼り付けるようにしてもよい。さらに、ＥＡＰ膜を用いて、フュージョンカメラで用いられるチャンネル・サブセットを動かすようにしてもよい。この場合、一部のチャンネルの焦点距離を可変にすると共に、ＥＡＰ膜に連結されない他のチャンネルを固定焦点距離とする。いずれの場合でも、バネ又は他の付勢機構／構造をＥＡＰと共に用いて、レンズ素子を動かすことができる。
【００８９】
ウエハレベル光学システムにＥＡＰ材料を用いることにより、光学システムをモノリシックな構造とすることができる。この場合、ウエハを製造する際に、ウエハ上に直接レンズ及びアクチュエータを蒸着させる、形成する、又は積層するようにして、ウエハ光学システムを構築するようにしてもよい。また、ＥＰＡＭを用いる場合には、レンズ全体又はレンズの一部をＥＰＡＭ材料から形成可能である。たとえば、ＥＰＡＭと接触する電極を透明電極（たとえば、導電性ポリマーやCambrios社の銀ナノワイヤ材料）としてもよい。電極は、選択的にＥＰＡＭを変形して、in situ（その場）でレンズを形成することができる。
【００９０】
ＥＡＰ膜３２５を用いることにより、１つ以上のレンズの操作が可能になるだけではない。単一チャンネル構成では、ＥＡＰ膜は、センサーに対して１つ又は複数のレンズを動かすことができる。さらに、（複数のＣＭＯＳセンサーを組み合わせる場合でも、あるいは、複数のチャンネルに分割された単一のＣＭＯＳセンサーを用いる場合でも）複数の個別のレンズを用いる多重チャンネル構成では、ＥＡＰ膜を用いることにより、任意の数のレンズ又は任意の数のレンズ・サブセットを独立に制御することが可能になる。たとえば、図３７Ｃ及び図３７Ｄに示すように、別々のチャンネルに接続された各レンズを独立に操作することもできるし、各々所定のチャンネル（たとえば、赤（red）、緑（green）、青（blue）、赤外（IR）又はその組み合わせ等）に接続されたレンズサブセットをＥＡＰにより操作することも可能である。
【００９１】
また別の例で、ＥＰＡＭによりハイブリッド型のウエハ光学システムも可能になる。このような場合、ハイブリッド構造は、不透明電極又は半透明電極を用いるものでもよい。すなわち、環状の電極材料を活性化することにより、中心の不活性領域を変形させて、焦点距離を変化させ、レンズを変化又は生成させる。このような構成は、魚眼レンズ構成に適している。
【００９２】
リング型のＥＰＡＭアクチュエータを用いることにより、複合レンズを備え、各レンズとガスケット等のアパーチャ（開口部）又はフォーム（発砲体）等の圧縮性材料との間に間隔をあけた積層構造が可能になる。さらに別の例では、標準的なシート状の成形レンズを積層して複合レンズを形成し、ＥＰＡＭを用いて、レンズ間の間隔を変えるようにしてもよい。いずれの場合も、成形レンズの代わりに、どのようなレンズ製造技術を用いることもできる。たとえば、レンズを、エッチング、鋳造、フォトリソグラフィー、又は他の任意のレンズ及びレンズアレイ製造方法で製造するようにしてもよい。
【００９３】
本発明の光学システム、装置、部品及び素子に関する方法にも本発明を適用可能である。このような方法には、たとえば、レンズの焦点を選択的に画像上に合わせる方法、レンズアセンブリを用いて画像を選択的に拡大する方法、及び／又は、選択的に画像センサーを動かして、レンズ又はレンズアセンブリによる望ましくない振動を補償する方法が含まれる。また、エンドユーザーによる設定等を必要とする、本発明を適用した好適な装置又はシステムを提供する方法でもよい。すなわち、（レンズやアクチュエータ等を）「提供する」と、エンドユーザーは、これを取得し、利用可能にし、準備をし、設置し、セットアップを行ない、起動し、電源を入れる、又は、その他、装置の要件を満たす操作を行なう必要がある。さらに、本発明の方法は、上述した装置の使用に関する機械的な動作や電気的な動作の各々に関するものでもよい。したがって、上述した装置の使用に関する手順も本発明の一部を構成する。さらに、本発明の方法を可能にする電気的なハードウェア及び／又はソフトウェア制御及び電力供給も本発明の一部を構成する。
【００９４】
本発明の別の態様は、上述した装置を組み合わせたキットであり、パッケージ化した組み合わせとして提供するようにしてもよいし、使用説明書に従って使用時に技術者が組み立てるようにしてもよい。キットは、本発明に従う任意の数の光学システムを備えるものでもよい。また、キットは、光学システムと共に用いられる他のさまざまな部品、たとえば、機械的接続装置、電気的コネクタ、電源等、を備えるものでもよい。本発明のキットは、さらに、装置やアセンブリを用いるための説明書を備えるものでもよい。このような説明書は、紙やプラスチック等の基板に印刷されるものでもよい。したがって、説明書は、キットや部品の容器の（すなわち、パッケージングや包装に関する）ラベル等、添付文書としてキットに含まれるものでもよい。あるいは、説明書を、ＣＤ−ＲＯＭやディスケット等、適当なコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶させた電子記憶データファイルとして提供するようにしてもよい。あるいは、実際の説明書をキットに入れるのではなく、インターネット等を介してリモートソースから説明書を入手するための手段を提供するようにしてもよい。この場合、説明書を見ることができる、及び／又は、説明書をダウンロードできるウエブアドレスをキットが備えるようにしてもよい。さらに、説明書の場合と同様に、説明書を入手するための手段を適当な媒体に記録するようにしてもよい。
【００９５】
当業者に自明なように、他のさまざまな材料や構成を本発明に適用することができる。また、上述した様々な一般的あるいは特定の付加的な構成は、本発明の方法にも適用可能である。必要に応じて様々な特徴を備えるいくつかの実施例を参照して本発明を説明したが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではなく、さまざまに変形及び変更が可能である。（本明細書中で説明したものも、また、説明を簡潔にするために本明細書中で説明しなかったものも含めて）さまざまな等価の形態も、本発明の要旨の範囲内である。また、図示した任意の数の個々の部品やサブアセンブリを、設計上、一体化して形成するようにしてもよい。このような変更等も、実装性を考慮した設計原理により行われるものである。
【００９６】
また、上述した本発明のさまざまな実施形態や実施例における特徴は、個別に実現されるものでも、あるいは、任意の１つ以上の他の特徴と組み合わせて実現されるものでもよい。「単数」で説明した構成要素は、「複数」の構成要素でもよい。具体的に説明すると、発明の詳細な説明及び特許請求の範囲において、「１つの」や「前記」等、単数で説明した構成要素は、特に断らない限りは、複数の構成要素としてもよい。すなわち、発明の詳細な説明及び特許請求の範囲において、これらの冠詞は「少なくとも１つ」の意味で用いられている。請求項が、他の構成要素を除外するように書かれている場合もある。請求項の構成要素の説明に関して「単独で」や「のみ」等の排他的な表現が用いられたり、「否定的な」限定が用いられる場合もある。このような排他的な表現を用いることなく、請求項内で「備える」「有する」等の表現が用いられる場合には、一定数の構成要素が請求項中に列挙されているか否かにかかわらず、任意の他の構成要素を含有することを何ら妨げるものではない。そうでなければ、特徴を追加することにより、請求項中に記載されている構成要素の特質が転換される、と考えることもできる。特に明記しない限り、本明細書中で用いられるすべての技術的及び科学的用語は、請求項の有効性を維持しつつ、一般的に理解されている広い意味で用いられるものである。
【００９７】
本発明の範囲は、上述したいかなる実施例や形態に限定されるものではなく、以下の本発明の範囲により限定されるものである。
【技術分野】
【０００１】
［関連出願］
本発明は、参照することによりその内容が全体として本明細書に組み込まれる、２００９年３月１８日に出願された米国仮特許出願番号61/161,374の本出願である。
【０００２】
本発明は、光学レンズシステムに関し、さらに詳しくは、電気活性高分子トランスデューサーを用いて、レンズを調節し、自動焦点、ズーム、画像安定化、及び／又は、シャッター／アパーチャ（絞り）機能を与えるシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
デジタルカメラ等の従来の光学システムでは、モーター及びソレノイドが、レンズ等の光学素子上で作用するギアやカムを移動させる動力源として用いられて、焦点調節、ズーム及び画像安定化（振動防止とも称される）を実現していた。しかし、このような従来のシステムには、消費電力が多い、応答時間が長い、精度が低い、必用な空間容量が大きい等、多くの問題があった。
【０００４】
小型化技術の進歩により、高品質、高機能で、軽量の携帯型装置が開発され、さらなる改善に対する消費需要が絶え間なく増大し続けている。一例としてカメラ付き携帯電話とも称される、カメラの機能を備えた携帯電話の進歩が挙げられる。このようなカメラ付携帯電話の多くは、小さな形状因子のレンズを用いる全てが機械的なレンズモジュールを採用しているが、この手法では、多くの可動部分が必要となるため、可変焦点又は自動焦点、ズーム及び画像安定化機能を実現することができない。たとえば、ズーム機能には、レンズ素子、モーター及びカム機構の組み合わせが必要であり、所望の倍率を得るためには、モーターの回転動作を直線的な動きに伝達して、レンズと関連画像センサーとの相対的な位置を調整する必要がある。レンズの相対的な位置を正確に制御するためには、モーター及びカム機構に加えて、複数の減速ギアも必要となる。
【０００５】
磁力を生成するコイルを備え、光軸方向における磁石の長さがコイルの長さよりも長い電磁アクチュエータ（一般に「音声コイル」と称される）が、デジタルカメラと、カメラ付携帯電話の一部で、自動焦点機能とズーム機能とを実現するために、通常用いられている。この音声コイル技術は、小型で軽量の光学レンズシステムを実現できるため広範囲に利用されている。しかし、軽量で小型のカメラのマイナス面、特に、長い露出時間に対応可能で解像度の高いセンサーを用いるカメラのマイナス面は、主に手の動きによるカメラの振動が写真の画質に大きな影響を与えること、すなわち、手ぶれを生じること、である。カメラの振動を補償するために、多くの場合、画像の安定化にジャイロスコープ（姿勢制御装置）が用いられる。ジャイロスコープは、ピッチとヨーを測定できるが、ロール、すなわち、レンズバレルにより規定される軸を中心とした回転、を測定することはできない。従来、フルスケールレンジでの画像安定化を目的として、２つの短軸圧電式ジャイロスコープ又はクオーツ式ジャイロスコープが、多くの外部部品と共に用いられてきた。InvenSense社は、画像安定化にＭＥＭＳ技術を採用することにより小型化を実現した一体型二軸ジャイロスコープを開発した。
【０００６】
可変焦点、ズーム及び画像安定化機能を、カメラ付携帯電話や比較的小さな形状因子を有する他の光学システム内で実現することは可能であるが、これらの機能を加えることにより、装置の全体的な重量が増加する。さらに、多くの可動部品が必要となるため、消費電力が非常に大きくなり、製造コストも高くなる。
【０００７】
したがって、従来技術の問題点を克服するような光学レンズシステムが求められている。特に、レンズとアクチュエータ構造との間の構造及びメカニカルインターフェースを一体化して、可能な限り形状因子を抑制したシステムが求められている。このような光学システムに用いられる機械部品の数を最小限に抑えることができれば、構造の複雑さを軽減でき、システムの製造コストも抑えられるため、非常に望ましい。
【発明の概要】
【０００８】
本発明は、光学レンズシステム及び装置並びに光学レンズシステムや装置を用いるための方法に関する。システム及び装置は、１つ以上の電気活性高分子系（ＥＡＰ）アクチュエータがその内部に組み込まれ、装置／システムのパラメータを調整する。たとえば、１つ以上のＥＡＰアクチュエータを、自動的にレンズの焦点距離を調節する（自動焦点）、レンズにより焦点を合わせた画像を拡大する（ズーム）、及び／又は、レンズシステムによる望ましくない任意の動きを調節する（画像安定化又は振動防止）ように構成してもよい。
【０００９】
１つ以上のＥＡＰアクチュエータは１つ以上のＥＡＰトランスデューサを備え、１つ以上の出力部材が、本発明のレンズシステム／装置の１つ以上のレンズ部分、センサー部分及びシャッター／アパーチャ（絞り）部分と一体化される。レンズ部分（すなわち、レンズスタック又はレンズバレル）は、少なくとも１つのレンズを備える。ある実施形態において、レンズ部分は、焦点レンズ部品と、アフォーカルレンズ部品と、を備える。センサー部分は、装置のレンズ部分から画像を受信して、画像処理電子機器により画像のデジタル処理を行なう画像センサーを備える。ＥＡＰトランスデューサーに電圧を印可することによりＥＡＰアクチュエータを活性化して、レンズ部品及び／又はセンサー部品の相対的な位置を調節し、レンズシステムの光学パラメータを有効にする又は修正することができる。
【００１０】
１つの形態において、（少なくとも１つのＥＡＰアクチュエータを含む）アクチュエータアセンブリを用いて、センサー部分に対してレンズスタックの一部の位置を長手軸（Ｚ軸）に沿って調節し、レンズスタックの焦点距離を変えることができる。他の形態において、同じまたは別のアクチュエータを用いて、スタック内の１つ以上のレンズの位置を長手軸（Ｚ軸）に沿って互いに調節し、レンズシステムの倍率を調整することができる。また別の形態において、アクチュエータを用いて、レンズ部分に対してシステムのセンサー部分を平面方向（Ｘ軸及び／又はＹ軸）に動かすことにより、又は、その逆にレンズ部分を動かすことにより、システム上の望ましくない動きを補償することができる、すなわち、画像センサーに与えられる画像を安定化させることができる。本発明の他の特徴として、ＥＡＰアクチュエータを用いて、レンズシステムの開口部（アパーチャ）の大きさを制御する、及び／又は、シャッター機構の開閉を制御する、ことができる。ＥＡＰアクチュエータは、単一の機能（たとえば、シャッター制御や画像安定化）のみを与えるものでもよいし、組み合わせた機能（たとえば、自動焦点とズーム）を与えるものでもよい。
【００１１】
本発明は、さらに、本発明の装置及びシステムを用いて、画像の焦点を合わせる、及び／又は、画像を拡大する、又は、装置／システムの望ましくない動きを相殺する、方法に関する。本発明の方法は、さらに、本発明の装置及びシスエムを製造する方法も含む。
【００１２】
本発明の上記及び他の特徴や目的、利点は、当業者にとっては、以下の本発明の詳細な説明から明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
本発明を、以下、添付の図面を参照して詳細に説明するが、本発明は何ら図示される構成に限定されるものではなく、さまざまに変形及び変更が可能である。本発明の説明をわかりやすくするために、それぞれの図面で共通する同じ部品には、（差支えがない限り）同じ参照番号を用いている。
【図１Ａ】電気活性高分子アクチュエータを用いて、自動焦点機能を有する本発明の光学レンズシステムを示す断面斜視図。
【図１Ｂ】電気活性高分子アクチュエータを用いて、自動焦点機能を有する本発明の光学レンズシステムのアセンブリ分解図。
【図２Ａ】本発明の光学システムと用いられる電気活性高分子膜に電圧を印可する前の概略図。
【図２Ｂ】本発明の光学システムと用いられる電気活性高分子膜に電圧を印可した後の概略図。
【図３】焦点制御に他の形態の電気活性高分子アクチュエータを用いる本発明の他の光学レンズシステムを示す断面斜視図。
【図４Ａ】ズームと自動焦点の各々を制御するためにアクチュエータの組み合わせを用いる他の光学レンズシステムを示す断面斜視図。
【図４Ｂ】ズームと自動焦点の各々を制御するためにアクチュエータの組み合わせを用いる他の光学レンズシステムのアセンブリ分解図。
【図５Ａ】ズームを調節する他の手段を示す斜視図。
【図５Ｂ】ズームを調節する他の手段を示す斜視図。
【図６Ａ】図５Ａ及び図５Ｂに示すトランスデューサー構成の連続的な駆動工程を示す斜視図。
【図６Ｂ】図５Ａ及び図５Ｂに示すトランスデューサー構成の連続的な駆動工程を示す斜視図。
【図６Ｃ】図５Ａ及び図５Ｂに示すトランスデューサー構成の連続的な駆動工程を示す斜視図。
【図７Ａ】自動焦点機能と画像安定化機能とを有する本発明の他の光学レンズシステムを示す断面斜視図。
【図７Ｂ】自動焦点機能と画像安定化機能とを有する本発明の他の光学レンズシステムのアセンブリ分解図。
【図８】図７Ａ及び図７Ｂに示すレンズシステムの画像安定化カートリッジのアセンブリ分解図。
【図９Ａ】図８に示す画像安定化カートリッジの電気活性高分子トランスデューサーの電極配置を示す上面図。
【図９Ｂ】図８に示す画像安定化カートリッジの電気活性高分子トランスデューサーの電極配置を示す底面図。
【図１０Ａ】図８に示す画像安定化カートリッジと共に利用可能なフレーム付電気活性高分子トランスデューサーの別の実施例を示す上面図。
【図１０Ｂ】８に示す画像安定化カートリッジと共に利用可能なフレーム付電気活性高分子トランスデューサーの別の実施例を示す底面図。
【図１０Ｃ】図１０Ａ及び図１０Ｂに示すトランスデューサーで用いられる電気活性膜を示す上面図。
【図１０Ｄ】図１０Ａ及び図１０Ｂに示すトランスデューサーで用いられる電気活性膜を示す底面図。
【図１１Ａ】図７Ａ及び図７Ｂに示すレンズシステムのパッシブ型剛性を示す図。
【図１１Ｂ】図７Ａ及び図７Ｂに示すレンズシステムの負荷応答を示す図。
【図１２Ａ】本発明のＥＡＰ自動焦点アクチュエータを付勢するために利用可能な板バネ付勢部材を示す斜視図。
【図１２Ｂ】図１２Ａに示す板バネ付勢部材が作動状態にある、本発明の光学レンズシステムを示す断面斜視図。
【図１２Ｃ】図１２Ａに示す板バネ付勢部材が作動状態にある、本発明の光学レンズシステムの上面図。
【図１３】一体型板バネ付勢部材を用いる本発明の他の光学レンズシステムを示す断面斜視図。
【図１４Ａ】他の種類の一体型バネ付勢部材を備えるレンズシステム筺体をレンズバレルを取り除いた状態で示す断面斜視図。
【図１４Ｂ】他の種類の一体型バネ付勢部材を備えるレンズシステム筺体をレンズバレルを取りつけた状態で示す断面斜視図。
【図１５Ａ】本発明のレンズシステムと共に利用可能なレンズバレル／フランジ・アセンブリであって、焦点キャリブレーション（較正）を目的としたバレルを調節可能な設計のレンズバレル／フランジアセンブリを示す斜視図。
【図１５Ｂ】本発明のレンズシステムと共に利用可能なレンズバレル／フランジ・アセンブリであって、焦点キャリブレーション（較正）を目的としたバレルを調節可能な設計のレンズバレル／フランジアセンブリを示す断面図。
【図１５Ｃ】図１５Ａ及び図１５Ｂに示すレンズバレルアセンブリの無限遠焦点パラメータのキャリブレーション（較正）を行なうツールを用いる様子を示す図。
【図１６Ａ】焦点キャリブレーションを目的としたフランジを調節可能な設計の他のレンズバレルアセンブリを示す斜視図。
【図１６Ｂ】焦点キャリブレーションを目的としたフランジを調節可能な設計の他のレンズバレルアセンブリを示す断面図。
【図１７Ａ】非常に小型で薄型の形状を可能にする単相アクチュエータ構成のレンズシステムを示す断面図。
【図１７Ｂ】非常に小型で薄型の形状を可能にする二相アクチュエータ構成のレンズシステムを示す断面図。
【図１８Ａ】本発明のＥＡＰアクチュエータ型レンズ移動機構の例を示す斜視図。
【図１８Ｂ】本発明のＥＡＰアクチュエータ型レンズ移動機構の例を示す断面図。
【図１９Ａ】本発明で利用可能な他のＥＡＰレンズ移動機構を示す斜視図。
【図１９Ｂ】本発明で利用可能な他のＥＡＰレンズ移動機構を示す断面図。
【図２０Ａ】ＥＡＰアクチュエータと機械的リンク機構を用いる他のレンズ移動機構を示す斜視図。
【図２０Ｂ】ＥＡＰアクチュエータと機械的リンク機構を用いる他のレンズ移動機構を示す断面図。
【図２１】本発明の他のハイブリッド型レンズ移動機構を示す断面図。
【図２２Ａ】本発明の「尺取虫」型レンズ移動機構を示す斜視図。
【図２２Ｂ】本発明の「尺取虫」型レンズ移動機構を示す断面図。
【図２３Ａ】本発明の多段「尺取虫」型レンズ移動機構を示す斜視図。
【図２３Ｂ】本発明の多段「尺取虫」型レンズ移動機構を示す断面図。
【図２４Ａ】図２３Ａ及び図２３Ｂに示すレンズ移動機構のアクチュエータカートリッジの概略を示す断面図。
【図２４Ｂ】駆動サイクルにおいて、アクチュエータと関連レンズガイドレールの位置の変化を示す概略図。
【図２４Ｃ】駆動サイクルにおいて、アクチュエータと関連レンズガイドレールの位置の変化を示す概略図。
【図２４Ｄ】駆動サイクルにおいて、アクチュエータと関連レンズガイドレールの位置の変化を示す概略図。
【図２４Ｅ】駆動サイクルにおいて、アクチュエータと関連レンズガイドレールの位置の変化を示す概略図。
【図２４Ｆ】駆動サイクルにおいて、アクチュエータと関連レンズガイドレールの位置の変化を示す概略図。
【図２５Ａ】本発明の多重アクチュエータ型レンズ移動システムを示す断面図。
【図２５Ｂ】本発明の多重アクチュエータ型レンズ移動システムを示す断面図。
【図２５Ｃ】本発明の多重アクチュエータ型レンズ移動システムを示す断面図。
【図２６Ａ】不活性状態の本発明のレンズ画像安定化システムを示す断面図。
【図２６Ｂ】活性状態の本発明のレンズ画像安定化システムを示す断面図。
【図２７Ａ】本発明の他のレンズ画像安定化システムをさまざまな活性状態で示す断面図。
【図２７Ｂ】本発明の他のレンズ画像安定化システムをさまざまな活性状態で示す断面図。
【図２７Ｃ】本発明の他のレンズ画像安定化システムをさまざまな活性状態で示す断面図。
【図２８】本発明のレンズシステム及び他の周知のレンズシステムに用いるのに適した本発明のアパーチャ（絞り）／シャッター機構を示す分解図。
【図２８Ａ】図２８に示すアパーチャ（絞り）／シャッター機構の回転カラーを示す側面図。
【図２９Ａ】図２８に示すアパーチャ（絞り）／シャッター機構の全開状態を示す図。
【図２９Ｂ】図２８に示すアパーチャ（絞り）／シャッター機構の半開状態を示す図。
【図２９Ｃ】図２８に示すアパーチャ（絞り）／シャッター機構の全閉状態を示す図。
【図３０Ａ】本発明のレンズ移動機構で用いられるユニモルフ型アクチュエータ膜を示す断面図。
【図３０Ｂ】本発明のレンズ移動機構で用いられるユニモルフ型アクチュエータ膜を示す断面図。
【図３１Ａ】図３０Ａ及び図３０Ｂに示すユニモルフ型アクチュエータ膜を用いる本発明の他のレンズ移動機構の不活性状態を示す側面図。
【図３１Ｂ】図３０Ａ及び図３０Ｂに示すユニモルフ型アクチュエータ膜を用いる本発明の他のレンズ移動機構の活性状態を示す側面図。
【図３２Ａ】ユニモルフ型アクチュエータを用いる本発明の他のレンズ移動機構を示す側面図。
【図３２Ｂ】ユニモルフ型アクチュエータを用いる本発明の他のレンズ移動機構を示す側面図。
【図３３Ａ】レンズシステムを作動させて性能を最適化する周辺環境の湿度等の条件を実現する機能を備えるＥＡＰアクチュエータを用いる様子を示す図。
【図３３Ｂ】レンズシステムを作動させて性能を最適化する周辺環境の湿度等の条件に対処する機能を備えるＥＡＰアクチュエータを用いる様子を示す図。
【図３４】環境条件に対処するための他の構成を採用した本発明のレンズ移動システムを示す断面図。
【図３４Ａ】図３４に示すシステムの環境条件制御機構を示す斜視図。
【図３４Ｂ】図３４に示すシステムの環境条件制御機構を示す上面図。
【図３５】レンズ位置センサーを備える本発明の他のレンズ移動システムを示す断面図。
【図３６Ａ】本発明のシャッター／絞り（アパーチャ）機構の機械部品の他の例を示す斜視図。
【図３６Ｂ】図３６Ａに示すシャッター／絞り（アパーチャ）機構の全開状態を示す図。
【図３６Ｃ】図３６Ａのシャッター／絞り（アパーチャ）機構の全閉状態を示す図。
【図３６Ｄ】本発明のＥＡＰアクチュエータに図３６Ａに示す機構が動作可能に連結された様子を示す斜視図。
【図３７Ａ】ウエハレベル光学システムに用いられるセンサー及びレンズ構成の例を示す図。
【図３７Ｂ】ウエハレベル光学システムに用いられるセンサー及びレンズ構成の例を示す図。
【図３７Ｃ】ウエハレベル光学システムに用いられるセンサー及びレンズ構成の例を示す図。
【図３７Ｄ】ウエハレベル光学システムに用いられるセンサー及びレンズ構成の例を示す図。
【図３７Ｅ】ウエハレベル光学システムに用いられるセンサー及びレンズ構成の例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の装置、システム及び方法を説明を説明するが、本発明は、何ら特定の形態や適用に限定されるものではなく、さまざまな変更が可能である。したがって、主に可変焦点カメラレンズに関連して本発明を以下に説明するが、本発明の光学システムを、顕微鏡、双眼鏡、望遠鏡、携帯型ビデオカメラ、プロジェクター、眼鏡等に用いることもできるし、また、その他の光学的分野に適用することも可能である。また、以下で用いられる用語は、特定の実施例を説明する目的で用いるものであり、何ら本発明を限定するものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によってのみ限定されるものである。
【００１５】
図１Ａ及び図１Ｂに、自動焦点機能を備える本発明の光学レンズシステムを示す。図示するように、レンズモジュール１００は、（図示しない）１つ以上のレンズを保持するレンズバレル１０８を備える。レンズバレル１０８の遠位端又は前端に開口部（アパーチャ）１０６が備えられる。アパーチャ１０６の遠位側に、電気活性高分子膜１２０を備える電気活性高分子（ＥＡＰ:Electroactive polymer）アクチュエータ１０２が配置される。電気活性高分子膜１２０は、その周縁部がフレーム層１２２ａ及び１２２ｂに挟まれ、中心部がディスク層１０４ａ及び１０４ｂに挟まれて、環状部が露出する構造となっている。電気活性膜の構造及び作用に関して、以下、図２Ａ及び図２Ｂを参照して詳述する。
【００１６】
図２Ａ及び図２Ｂの概略図に示すように、電気活性膜２は、高分子誘電体薄膜４を柔軟電極板（プレート）又は層６の間に挟んだ複合体からなり、容量性構造を形成する。図２Ｂに示すように、電極を通して電圧を印加すると、２つの電極６における逆の電荷が互いに引き合い、これらの静電引力により、誘電体層４が（Ｚ軸に沿って）圧縮される。また、各電極における同じ電荷間の反発力により誘電体層４が平面内で（Ｘ軸及びＹ軸に沿って）伸びやすくなり、膜厚を減少させる。したがって、誘電体層４は、電界の変化に応じてたわむ。電極６は柔軟であるため、誘電体層４に応じて形が変わる。一般的に言って、「たわみ」は、変位、拡大、縮小、ねじれ、線形及び領域歪みや、その他、誘電体層４の一部の変形を意味する。適合する構造に応じて、たとえば、容量性構造が適用されるフレームに応じて、このような「たわみ」を利用して力学的仕事を生じさせることができる。フレーム内で予め電気活性膜２に歪みを加えることにより、電気エネルギーと力学的エネルギーとの間の変換を向上させることができる。すなわち、予め歪みを加えることにより、膜のたわみが大きくなり、大きな力学的仕事が可能になる。
【００１７】
電圧を印加すると、たわみを促進する静電的な力と機械的な力が均衡するまで、電気活性膜２はたわみ続ける。ここで、機械的な力には、誘電体層４の弾性的復元力や電極６の弾性コンプライアンス及び電気活性膜２に接続される装置及び／又は負荷による外部抵抗が含まれる。電圧の印加により生じる電気活性膜のたわみは、エラストマー材料の誘電率や大きさや剛性等、他の多くのファクターにも依存するものでもよい。電圧差や誘導電荷がなくなると、逆の影響が生じ、図２Ａに示すような不活性状態に戻る。
【００１８】
電気活性高分子膜２の長さＬ及び幅Ｗは、厚みｔと比べて大きい。通常、誘電体層４の厚みは、約１μｍから約１００μｍの範囲であり、各電極よりの厚みよりも大きいことが多い。電極６によりアクチュエータに加えられる付加剛性が、約１００ＭＰａ未満と比較的低い弾性率を有する誘電体層の剛性よりも小さくなるように、電極６の弾性率と厚みとを選択することが望ましい。
【００１９】
本発明の光学システムに用いるのに好適な電気活性高分子材料の種類としては、以下に限定されるものではないが、誘電エラストマー、電歪ポリマー、電子電気活性ポリマー、イオン性電気活性ポリマー及び共重合体が挙げられる。また、好適な誘電材料としては、以下に限定されるものではないが、シリコーン、アクリル、ポリウレタン、フルオロシリコーン等が挙げられる。電歪ポリマーは、電気活性高分子の非線形反応を引き起こす。電子電気活性ポリマーは、（通常、乾燥状態の）電場に応じた電子の移動により形状または大きさが変わる。イオン性電気活性ポリマーは、（通常、湿潤状態で電解質を含有する）電場に応じた電子の移動により形状または大きさが変わる。好適な電極材料としては、炭素、金、白金、アルミニウム等が挙げられる。本発明のダイヤフラム・カートリッジに用いるのに適した膜や材料は、参照により本明細書に組み込まれる米国特許第6,376,971号、6,583,533号及び6,664,718号に開示されている。
【００２０】
図１Ａ及び図１Ｂに戻って説明を続ける。レンズバレル／スタック１０８に対してＥＡＰアクチュエータ１０２を動作可能に係合することにより、レンズアセンブリの自動焦点合わせが可能になる。キャップ１０４内の開口部（アパーチャ）１１８とアパーチャ１０６とが軸方向に同一直線上に配置されてレンズアセンブリに光を通すように、フレーム１２２が、孔１２６ｂに収容されるボルト１２６ａによって、筺体１１４の遠位端に固定される一方で、ＥＡＰアクチュエータ１０２のディスク部又はキャップ部１０４が、レンズバレル１０８の遠位端に対して配置又は載置される。板バネ機構１１０の形態の付勢部材をレンズバレル１０８とフレーム１２２との間に動作可能に係合させて、矢印１２５の方向にディスク１０４に予め負荷を加える、又は、ディスク１０４を付勢することにより、錐台形状の構造が形成される。このような錐台形状のアクチュエータの詳細は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許出願11/085,798、11/085,804及び11/618,577に記載されている。予め負荷を加えること又は付勢することにより、単に電極を活性化する場合と比較して、アクチュエータ１０２を所望の方向に駆動することが可能になる。図示される板バネ機構１１０と共に、筺体１１４が、アクチュエータ１０２に対して１つ以上の板バネを収容し、動作可能に位置決めできるように、壁凹部１３２等を備えるようにしてもよい。図７Ａに示すように、正のバネ定数を有する単純なバネ（たとえば、コイルバネ）等、他の付勢手段を代わりに用いるようにしてもよい。
【００２１】
レンズアセンブリ又はレンズスタック１０８の近位端又は後端には、制御電子機器１２８（図１Ｂにのみ図示）によりデジタル処理される画像を受信する画像センサー／検出器１１６（たとえば、電荷結合素子（ＣＣＤ））が配置される。レンズスタック１０８の焦点距離は、ＥＡＰアクチュエータ１０２の選択的作動により調整可能である（１つ以上のレンズの軸方向の位置を他のレンズに対して調整可能である）。センサー１１６及びアクチュエータ１０２は、電源１３０との電気的結合を介して駆動されるようにしてもよい。
【００２２】
図１Ｂに示すように、完成したカメラアセンブリは、少なくとも被覆部又はカバー１１２を備える。従来のレンズシステムで通常用いられる（図示しない）赤外（ＩＲ）フィルター等の他の構成要素を動作可能にシステム１００内に組み込むようにしてもよい。
【００２３】
図３に、本発明の他のレンズモジュール１４０を示す。１つ以上のレンズ１４４を備える円筒形上のレンズバレル１４２は、外側筺体部材１４６及び内側筺体部材１４８の内部で移動可能に保持され、遠位部１４２ａが外側筺体部材１４６の開口部を通ってスライド可能に配置され、近位部１４２ｂが内側筺体部材１４８の開口部を通ってスライド可能に配置される。遠位バレル部１４２ａと近位バレル部１４２ｂとの間が接合されることにより、ＥＡＰアクチュエータ１５２の環状内側フレーム部材１５８が載置される環状肩部１５０が規定される。アクチュエータ１５２は二重錐台構造を有し、各錐台は、内側フレーム部材１５８との間で延伸した状態で保持される膜１５４ａ及び１５４ｂによって規定される。遠位膜１５４ａの周縁部は、外側筺体部材１４６とフレームブロック又はスペーサ１５６との間に保持され、一方、近位膜１５４ｂの周辺部は、内側筺体部材１４８とフレームブロック１５６との間に保持される。板バネ機構による付勢の代わりに、二重錐台構造の遠位膜１５４ａが、矢印１５５の方向にアクチュエータ１５２に予備荷重を加え、レンズバレル１４２を同じ方向に移動させて、焦点レンズ１４４を調節することができる。付勢されない膜１５４ｂがＥＡＰ膜であるのに対し、付勢される膜１５４ａは必ずしもＥＡＰ膜でなくてもよく、単なる網状エラストマーでもよい。ただし、膜１５４ａに電気活性高分子材料を用いれば、容量変化により位置を感知することが可能になり、あるいは、膜１５４ｂと共に、二相アクチュエータを形成することも可能である。後者の場合、膜１５４ｂが活性化されると、レンズバレル１４２が矢印１５７の方向に移動し、逆方向にレンズ１４４の焦点距離を調節することができる。
【００２４】
本発明の他の例として、図４Ａ及び図４Ｂに、焦点及びズームの各々を制御するアクチュエータの組み合わせを用いた光学システム１６０を示す。システム１６０は、筺体１８２内に収容され焦点レンズ１６４を有する焦点調節部を備え、焦点レンズ１６４は、レンズバレル１６２内に保持されて、ダイヤフラム・アクチュエータ１６６により駆動される。図１Ａ及び図１Ｂを参照して上述した方法と同様の方法で、レンズ１６４と画像センサー１８０との間の距離を変えることにより、焦点調節ができる。システム１６０は、さらに、ズームレンズ１６８を有するズーム部を備え、ズームレンズ１６８は、レンズ固定具１７０内であって、各々、電機子１７４ａ及び１７４ｂにより１対の平面アクチュエータ１７２ａ及び１７２ｂに機械的に結合されるレンズカバー１７６の下方に保持される。各アクチュエータ１７２ａ及び１７２ｂは、電機子に固定された共通のフレーム部材１７８の上方にＥＡＰ膜を延伸させることにより、形成される。レンズ１６４とレンズ１６８との間の距離を変えることによりズーム機能が得られる。一般に、焦点調節には、約０．１ｍｍから２．０ｍｍの範囲の移動距離が必要であり、一方、ズームには、ストローク量の約５倍ないし１０倍の距離が必要となる。図示していないが、複合体フレームの複数の面に、ダイヤフラム・アクチュエータのみを、あるいは、平面アクチュエータのみを備えるようにしてもよい。また、非直交フレーム配置を用いることもできる。
【００２５】
広い利用可能な空間が存在する場合には、より長いズーム移動に適したＥＰＡＭズーム／焦点エンジンを備えて、装置の動作範囲を広くすることが望ましいこともある。図５Ａ及び図５Ｂは、複数対の平面アクチュエータ１９２ａ及び１９２ｂを入れ子状に配置した別のレンズシステム１９０を示す斜視図である。各対のアクチュエータは、各々、ズームレンズ１９８を支持するレンズバレル１９６に固定されるレンズ支持台１９４の両側に配置される。平面アクチュエータ構造は、駆動されると、レンズバレル１９６とズームレンズ１９８とを、焦点軸に沿って、画像センサー２００に対して、矢印２０２又は矢印２０４の方向に移動させる。図５Ａ及び図５Ｂは、それぞれ、最小ズーム位置と最大ズーム位置を示す。
【００２６】
図６Ａないし図６Ｃの拡大図に、アクチュエータの接続状態や作動状態を示す。図６Ａないし図６は、図５Ａ及び図５Ｂのアクチュエータ・スタックのさまざまな駆動段階を示す。出力棒２０８を各々アクチュエータフレーム部２０６に接続し、一番内側の出力棒２０８をロッド２１０に取り付けてズーム構成要素を駆動することにより、移動が可能になる。
【００２７】
図７Ａ及び図７Ｂに、自動焦点機能に加えて画像安定化機能を備える本発明の他の光学レンズシステム３００を示す。レンズモジュール３０２は、１つ以上のレンズを保持するレンズバレル３１２を備える。図示した例では、レンズバレル３１２には、４つのレンズ３１４ａ、３１４ｂ、３１４ｃ及び３１４ｄが保持されるが、レンズの数はもっと多くても、もっと少なくてもよい。外側フレーム３２２と内側ディスク又はキャップ部材３２８との間に伸長するＥＡＰ膜３２５を備えるＥＡＰアクチュエータ３２０により、レンズアセンブリ３１４が変位する。外側フレーム３２２は、下側筺体３２４と上側筺体３２６との間に固定される。コイルバネ３３２の形態の付勢部材を、レンズバレル３１２の周りに配置し、下側筺体３２４の後端３３４とレンズバレル３１２の肩部又はフランジ３３６との間に動作可能に係合させて、矢印３３５の方向に、キャップ又はディスク部材３２８に予め負荷を加える、又は、キャップ又はディスク部材３２８を付勢することにより、ＥＡＰアクチュエータ３２０を錐台形状にする。
【００２８】
アクチュエータのディスク部材３２８の径方向の剛性とレンズバレル３１２の遠位端にかかる反作用力／付勢力（矢印３３５の反対方向）とにより、レンズモジュール３０２の内部にバレルを同心円状に維持できる。また、付勢されたＥＡＰアクチュエータの構造全体が、レンズバレルを効果的に懸架することにより、図１１Ａのグラフからわかるように、レンズバレルが重力の影響を受けなくなる。図１１Ａに、このようなレンズ位置決めシステムのパッシブ型剛性を示す。また、図１１Ｂに、ハードストップ位置から移動開始後のシステムの標準的な負荷応答を示す。
【００２９】
ブッシング壁３１８が、筺体３２４の後端３３４から上方に伸長し、コイルバネ３３２とレンズバレル３１２の外側面との間に配置される。ブッシング壁３１８は、レンズバレル３１２のリニアガイドとして機能し、フランジ３３６と共に、最大「マクロ」（短焦点）位置で、それ以上の移動を制限する。ハードストップ、すなわち、移動制限部を内蔵することにより、システム３００のアセンブリ製造時におけるバレル位置の初期キャリブレーション（較正）に役立つ。また、ブッシング壁３１８の剛性により、通常使用時に、レンズアセンブリが破壊されないように保護することができる。さらに、ＥＡＰアクチュエータの構造全体で、レンズバレルの衝撃を吸収することができる。ＥＡＰアクチュエータ、付勢バネ、ブッシング及びバレルの全体的な設計により、径方向における均一な位置合わせが可能になり、レンズシステムが最適性能を発揮できる。
【００３０】
ＥＡＰアクチュエータの錐台構造を、図１２Ａに示す非常に薄型の板バネ付勢機構３９０等、別の付勢部材により形成するようにしてもよい。付勢機構３９０は環状基部３９２を備え、環状基部３９２は、基部３９２の外周に沿って間隔をあけて配置され、屈曲点３９６で基部３９２の外周から上方に曲がった、径方向に伸長するフォーク型タブ３９４を有する。図１２Ｂ及び図１２Ｃに、図７Ａ及び図７Ｂに示すシステム３００と同様の構造の光学レンズシステム内で、板バネ付勢機構３９０を動作可能に付勢部材として用いる例を示す。板バネの基部３９２は、フランジ３３６の下方で、レンズバレル３１２の周囲を囲み、フォーク型タブ３９４は、各々、軸受表面として作用する外側フレーム３２２の下側に係合する。均一なバランスで同心円状に付勢するために、板バネ機構が、少なくとも３つの均等な間隔で配置されるタブ３９４を備えることが望ましい。また、板バネ３９０が偶発的に回転しないように、筺体の各隅に形成された溝内に、フォーク型タブ３９４の歯又は足をはめ込む。内側筺体ブロック３９８は、レンズバレル３１２が無限遠（すなわち、最近位）位置にある場合に、レンズバレル３１２に対するリニアブッシング又は逆転防止装置として作用する。
【００３１】
付勢部材が、光学レンズシステムのレンズバレル及び／又は筺体構造に組み込まれるものでもよい。図１３に、本発明のレンズシステムの構造部４１０が筺体部４１４内部に同心円状に配置されるレンズバレル４１２を備える例を示す。付勢部材４１６は、レンズバレルと筺体との間に、両者にまたがるように配置されている。付勢部材は、（たとえば、成形により）これらの構成要素と共に単一構造又はモノリシック構造として形成されるものでもよいし、あるいは、レンズバレルと筺体との間のインサートとして備えられるものでもよい。後者の構成では、（上端側又は外側から見て）凸部構造を有する環状ダイヤフラム４１８が図示されているが、代わりに凹部構造としてもよい。シリコーン、ポリウレタン、ＥＰＤＭ、その他エラストマーや任意の低粘度エラストマーが、ダイヤフラム４１８に適した材料である。ダイヤフラムは、それぞれ、外側レンズバレル壁及び内側筺体壁を支持する内側側壁４２０ａ及び外側側壁４２０ｂの間に伸長する。曲面ダイヤフラム４１８は、負の付勢定数を有するバネ機構を形成する。負の付勢定数を有するＥＡＰアクチュエータの他の例は、先に参照した米国特許出願11/618,577に開示されている。
【００３２】
図１４Ａ及び図１４Ｂに、本発明のレンズシステムにアクチュエータのバネ付勢部を組み込む他の例を示す。図１４Ａにおいて、たとえば、図７Ａ及び図７Ｂに示すレンズシステム３００の下側筺体３２４に構造的に組み込まれ、筺体３２４の外壁とブッシング壁３１８との間の同心円状の隙間内で径方向内側に伸長する２つ以上のタブ４２２により、（図示しない）ＥＡＰアクチュエータにバネ付勢力が与えられる。タブ４２２は、負荷が加わるとバネ付勢力を与えるように、曲げられる、又は、成形される。図１４Ｂに示すように、レンズバレル３１２は、タブ４２２と（たとえば、成形により）一体に形成され、タブ４２２に固定されるものでもよい。
【００３３】
本発明のレンズシステムが、レンズに対して任意の適当な位置に、１つ以上の光フィルターを備えるようにしてもよい。図７Ａ及び図７Ｂに示すシステム３００を再び参照すると、上側筺体３２６は、光を通過させるように配置される透明または半透明のカバー３３０を備える。あるいは、上側筺体３２６全体を透明／半透明の材料から成形するようにしてもよい。いずれにしても、カバーは、約６７０ｎｍ以上の赤外波長はレンズアセンブリを透過させない一方で、可視波長は損失を生じることなくレンズアセンブリを透過させるようなフィルターとして機能することができる。これに代えて、又は、これに加えて、ＩＲフィルター３６６をレンズアセンブリの近位端側に配置するようにしてもよい。
【００３４】
本発明のレンズシステムは、さらに、画像安定化機能を備えるものでもよい。再び、図７Ａ及び図７Ｂを参照すると、図示された実施例では、レンズモジュール３０２の近位端側に、画像安定化モジュール３０４が配置されている。画像安定化モジュール３０４は、レンズモジュール３０２により画像センサー３０６上に焦点を合わせた画像を受信する画像センサー３０６と、受信した画像を処理するための関連電子機器と、を備える。画像安定化モジュール３０４は、さらに、ｘ−ｙ平面で画像センサー３６０の任意の動き、すなわち、「振動」を補償して、焦点画像をシャープに保つように働くＥＡＰアクチュエータ３１０を備える。このような動きを感知するセンサーと共に、Ｚ軸補正を行なうようにしてもよい。
【００３５】
ＥＡＰアクチュエータ３１０は、図８のアセンブリ分解図及び図９Ａ及び図９Ｂの平面図に示すように、「ホット」層３３８と接地層３４８とを含む２層ＥＡＰ膜トランスデューサーを備える平面構成を有する。ＥＡＰ膜３３８は、エラストマー層３４２と、各々、エラストマー層３４２の一部上に伸長する電気的に絶縁されている複数の電極３４０と、を備える。エラストマー層３４２の中心部３６２ａには、電極材が存在しない。ＥＡＰ膜３４８は、エラストマー層３５２と、１つの接地電極３５０と、を備える。環状の接地電極３５０に各ホット電極３４０が近接して配置され、膜３３８の中心部３６２ａと同様に、中心部３６２ａには電極材が存在しない。この２つの膜の組み合わせにより、４つの活性コードラント（quadrant：四分円）を有し（すなわち、４対の活性接地電極を有し）４相アクチュエータとして機能するトランスデューサーが形成される。ただし、図１０Ａないし図１０Ｄを参照して後述するように、活性部の数は、もっと多くても、逆に、もっと少なくてもよい。各コードラントは、個別に、又は、１つ以上の他のコードラントと並行して、選択的に活性化されて、システムによる振動に応じて、かつ、これを補償するように、ｘ−ｙ平面内での（すなわち、２つの自由度で）作動範囲を規定する。各タブが１つのホット電極に対応するように、複数の電気タブ３４４が２つの膜の間に挟まれる。１対の接地電気タブ３４６が、ＥＡＰ膜３３８及び３４８の反対側の外側面に配置される。タブ３３４及び３４８により、ＥＡＰアクチュエータが（図示しない）電源及び制御電子機器に接続される。２層トランスデューサー膜は上側フレーム部材３５４ａと下側フレーム部材３５４ｂとの間に挟まれ、ＥＡＰ膜が延伸されて引っ張られた状態で保持される。
【００３６】
アクチュエータ３１０は、さらに、複合体膜構造の両側で中心に配置される２つのディスク３５６及び３５８を備える。これらのディスクは、さまざまな機能を果たす。ディスク３５６は、ホット電極膜３３８の外側に備えられ、バックプレート又はカバー３６０ｂにより、フレーム層３５４ｂの環状空間すなわちカットアウト内の平面内に保持される。ディスク３５６は、移動停止部として機能し、膜３３８がバックプレートに接触しないようにし、また、センサーに対して補助軸受支持部として作用する。ディスク３５８は、膜３４８の外側に備えられ、フロントプレート又はカバー３６０ａにより、フレーム層３５４ａの環状空間すなわちカットアウト内の平面内に保持される。カバー３６０ａもカットアウト部を有し、このカットアウト部を介して、ディスク３５８が、アクチュエータ３１０の動きを画像センサー３０６に伝える。ディスク３５８から画像センサー３０６にアクチュエータから出力される動きを容易に伝えることができるように、リニア軸受構造／サスペンション部材３０８を両者の間に配置させる。リニア軸受構造／サスペンション部材３０８は、複数の衝撃吸収部３６４を備える平面基板３６２として形成される。衝撃吸収部３６４は、たとえば、基板３６２の端部から伸長するバネタブでもよく、緩衝装置として機能し、アクチュエータ３１０から出力される動きを最適化する。基板３６２は、（バネタブ３６４が導電材料から形成されている場合には）バネタブ３６４を備えるフレックス回路の形態でもよい。この場合、バネタブ３６４により、画像センサー３０６とアクチュエータ３１０に対する制御電子機器との間に電気接点が形成される。
【００３７】
画像センサー３０６、サスペンション部材３０８及びアクチュエータ３１０は、筺体３１６内に入れ子構造で配置される。筺体３１６の遠位端側３６８は陥凹されており、レンズモジュール３０２が収容される。筺体３１６は、さらに、近位端側３７０に、アクチュエータ３１０の電気接点タブ３４４及び３４６及び／又は軸受／サスペンション部材３０８のバネタブ３６４を収容する切欠き又は凹部３７２を備える。
【００３８】
４相アクチュエータ３１０の説明に関連して上述したように、本発明の画像安定化アクチュエータは、所望の位相駆動を可能にする任意の数の活性領域を備えることができる。図１０Ａないし図１０Ｄに、本発明の光学レンズシステムと共に用いるのに適しており、少なくとも画像を安定化させる３相ＥＡＰアクチュエータ３８０を示す。アクチュエータ３８０は、３つの電極領域３８６を有するホットＥＡＰ膜３８４ａを備え、各電極領域３８６は、アクチュエータ３８０の活性領域全体の約１／３を駆動することができる。接地ＥＡＰ膜３８４ｂは、１つの環状接地電極３８８を備え、フレーム層３８２ａ及び３８２ｂにより膜３８４ａと組み合わせた際に、アクチュエータ３８０の３つの活性領域の各々の接地側を形成する。この３相の設計は、４相の設計と比べて、機械的にも電気的にもより単純な設計であるが、３相アクチュエータは、単独でＸ軸又はＹ軸に対して個別の動きができないため、必要な電子制御アルゴリズムは、より複雑になる。
【００３９】
製造されるハードウェア部品の多くは、許容可能な公差範囲内の寸法を有し、同じ部品間のわずかな寸法の変動や関連部品間のわずかな寸法の変動は、生産収率に影響を及ぼさない。しかし、光学レンズのような装置では、より高い精度が求められる場合が多い。もっと具体的に説明すると、画像センサーに対するレンズアセンブリの相対的な位置を、「無限遠」位置に（すなわち、「オフ」状態）におけるレンズアセンブリの焦点調節を最適化して、エンドユーザーが使用する際に正確な焦点調節が可能になるように設定することが重要である。したがって、製造工程で無限遠位置のキャリブレーション（較正）を行なうことが望ましい。
【００４０】
図１５Ａ及び図１５Ｂは、レンズアセンブリの無限遠位置のキャリブレーション（較正）を行なうための、すなわち、画像センサーとレンズアセンブリとの間の距離を調節して無限遠位置での最適な焦点調節を可能にするための、設計形態を例示する。レンズバレルアセンブリ４３０は、レンズバレル４３２と、分離可能なフランジ４３４と、を備える。フランジ４３４は、内側ネジ部４３９を備え、レンズバレル４３２の外側ネジ部４３７に回転係合する。また、フランジ４３４は、径方向に伸長するタブ４３６を備え、図１５Ｃに示すように、システム筺体４４２内に収容された状態で、タブ４３６が所定の開口部４３６から突出する。したがって、レンズバレル４３２に対するフランジ４３４の回転位置が固定される。図１５Ｃに示すように、レンズバレル４３２の上部カバー４３５の先端部４３８は、キャリブレーションツール（較正ツール）４４４の作業端部４４６が挿入される溝又は窪み４４０を備える。ツール４４４は、筺体４４２内に収容された状態のレンズバレル４３２に接続可能であり、タブ４３６と開口部４３６を介して筺体内で位置固定されているネジ係合されたフランジ４３４に対していずれかの方向に、レンズバレル４３２を回転させることができる。このように相対的に回転移動させることにより、レンズバレルアセンブリ４３０全体を、レンズシステム内で（図示しない）画像センサー及びその他の固定部品に対して、（レンズバレルの回転方向に応じていずれかの方向に）直線的に又は軸方向に移動させることができる。レンズアセンブリ４４８（図１５Ｂ参照）と画像センサーとの距離により、システムの無限遠位置が規定される。
【００４１】
図１６Ａ及び図１６Ｂに、レンズアセンブリのキャリブレーション（較正）に（少なくとも部分的に）用いられる他のレンズバレル構成４５０を示す。図１５Ａないし図１５Ｃに示す構成とは、筺体４５２内に動作可能に収容され、回転方向に固定されたレンズバレルに対して、フランジ４５６が移動可能な点で異なる。レンズバレルの外壁から径方向に伸長する緩衝部又は突起４６０によりレンズバレルが固定される。システム筺体４５２内にレンズバレルが収容されると、緩衝部４６０は、筺体壁に形成された開口部又は窓４５８内に挿入され、レンズバレルは回転移動できなくなる。フランジ４５６の外周には、（図示しない）キャリブレーションツール（較正ツール）と係合する窪み４６２が形成される。筺体４５２は窓４６４を備え、フランジ４５６の周縁端部が窓４６４から露出している。キャリブレーションツール（又は可能ならば指）を用いて、フランジ４５６を必要に応じていずれかの方向に回転することができる。先に説明した構成と同様に、レンズバレルに対するフランジの相対的な移動により、（図示しない）画像センサーに対してレンズアセンブリ全体を直線的に／軸方向に動かすことができる。いずれの構成でも、レンズシステムの最終的な組立時に、レンズアセンブリの無限遠位置のキャリブレーション（較正）を簡便に行なうことができる。
【００４２】
図１７Ａ及び図１７Ｂに、より単純で薄型構造に設計された本発明のレンズシステムの２つの他の実施例を示す。これらの実施例では、レンズ４７２（１つのレンズ又は複数のレンズのうち一番遠位端側のレンズ）は、ＥＡＰアクチュエータと一体化され、選択的に位置決めされる。
【００４３】
図１７Ａに示すレンズシステム４７０は、単相アクチュエータであり、内側フレーム部材４７４と、外側フレーム部材４７６と、その間で延伸されるＥＡＰ膜４７８と、を備える。レンズ４７２は、内側フレーム４７４内に同心円状に配置及び固定され、アクチュエータにより出力された動きが直接レンズ４７２に伝達される。単相アクチュエータは、内側フレーム４７４とバックプレート４８２との間に形成される錐台形状の空間内に設置される小型のコイルバネ４８０によりレンズの正面側４７２ａに向かう方向に付勢される。バックプレート４８２は、最大「マクロ」（短焦点）位置で、それ以上の移動を制限するハードストップとして機能する。アクチュエータが「オフ」状態ではレンズ４７２はマクロ位置にあり、アクチュエータが駆動されると、レンズが矢印４８８の方向に無限遠位置に向かって移動する。マクロ位置でのみ作動するレンズ位置決め装置（ポジショナー）を用いる場合には、最初のマクロ位置設定により、不要な移動範囲を除外できるため、システムの信頼性が向上する。
【００４４】
図１７Ｂに、同様の薄型構造を有する２相レンズシステム５１０を示す。この例では、ＥＡＰアクチュエータは、互いを付勢する２つの層又はダイヤフラムを備える。上側又は後側アクチュエータは、内側フレーム４９０ａと外側フレーム４９０ｂとの間に伸長するＥＡＰ膜４９４を備え、一方、下側又は前側アクチュエータは、内側フレーム４９０ａと外側フレーム４９２ｂとの間に伸長するＥＡＰ膜４９６を備える。内側フレーム４９０ａ及び４９２ａが連結される一方、外側フレーム４９０ｂ及び４９２ｂは、中間筺体部材５００により間隔をあけて配置され、それぞれ、中間筺体部材５００と上側筺体部材４９８の間、中間筺体部材５００と下側筺体部材５０２の間に挟まれる。（頂部が平面で切断された薄型形状の）レンズ４７２は、連結された内側アクチュエータフレーム内で同心円状に配置される。２つのアクチュエータが駆動されると、各々互いに付勢し合い、レンズ４７２を２相すなわち双方向に移動できる。具体的には、下側アクチュエータが駆動され、上側アクチュエータがオフの場合には、上側アクチュエータによる付勢によって、レンズ４７２が矢印５０４の方向に移動する。また、上側アクチュエータが駆動され、下側アクチュエータがオフの場合には、下側アクチュエータによる付勢によって、レンズ４７２が矢印５０６の方向に移動する。この構成により、レンズ４７２は、単相システム４７０の移動距離の２倍の距離（２Ｘ）移動可能になる。このような二重ダイヤフラム構成では、いずれか一方のアクチュエータを不活性にすることにより、すなわち、常時オフ状態にすることにより、単相アクチュエータとして機能させることも可能である。いずれの場合でも、二重ダイヤフラム型アクチュエータは、レンズシステムを非常に薄型の形状にすることが可能である。
【００４５】
自動焦点の場合でもズームの場合でも、レンズの動きを可能にする構造部品を追加することによって、レンズ移動／ストロークを増大（及び削減）可能である。このような動きには、１枚のレンズ又はレンズスタックの絶対的な動き、及び／又は、レンズアセンブリ内での複数のレンズ間の相対的な動きが含まれる。また、このような動きを可能にする追加の部品としては、１つ以上のＥＡＰアクチュエータ、機械的リンク機構又はそれに類するもの、あるいは、両方の組み合わせが含まれ、レンズバレル／アセンブリと一体化又は連結されるものでもよい。
【００４６】
図１８及び図１９に、本発明のレンズ移動機構を例示する斜視図を示す。これらの例では、複数のＥＡＰアクチュエータ／トランスデューサーが順次積層され、それぞれ、矢印５２５及び５３５で示すように、ストローク出力が増幅される。図示されるように、所望の出力が得られるように、複数のトランスデューサーを所望の構成に接続または連結するようにしてもよい。
【００４７】
図１８Ａ及び図１８Ｂに示すレンズ移動機構５２０は、複数の二重錐台型ＥＡＰアクチュエータユニット５２８から構成され、各アクチュエータユニット５２８は、それぞれの内側フレーム又はキャップ５３２が連結された２つの凹表面トランスデューサー・ダイヤフラム５２６を備える。アクチュエータの外側フレーム５３４は、隣接するアクチュエータの外側フレームに連結又は接続される。一番遠位端側の外側フレーム５３４ａは、レンズ５２２が内部に配置されたレンズフレーム５２４に取り付けられる。一番近位端側の外側フレーム５３４ｂは、（図示しない）画像センサーモジュールの遠位端側に配置される。
【００４８】
図１９Ａ及び図１９Ｂは、同様に機能するレンズ移動機構５４０を示す。この例では、複数のＥＡＰアクチュエータユニット５４８の各々は、逆の構造を有し、トランスデューサー・ダイヤフラム５４４は、凹面側を内側に向けて、外側フレーム５３８を連結する。アクチュエータの内側フレーム５３６は、隣接するアクチュエータの内側フレームに連結又は接続される。一番遠位端側の内側フレーム５３６ａは、内部に同心円状に配置されるレンズ５２２を保持する。一番近位端側の内側フレーム５３６ｂは、（図示しない）画像センサーモジュールの遠位端側に配置される。
【００４９】
いずれの設計においても、アクチュエータユニットの数が増大するほど、ストロークが増加する可能性が高い。さらに、アクチュエータスタック内で１つ以上のアクチュエータユニットをズームに用いて、追加レンズをさまざまな高さのアクチュエータ面と一体化させて、全体としてアフォーカル・レンズアセンブリとして動作させるようにしてもよい。これに加えて、又は、これの代わりに、１つ以上のトランスデューサーユニットを設定して検知を行ない、駆動と対照的に、能動的な（アクティブ）アクチュエータ制御や動作検証を容易にするようにしてもよい。このような操作のいずれにおいても、ＰＩコントローラーやＰＩＤコントローラー等の任意の形態のフィードバック法をシステム内で用いて、非常に高い精度及び／又は確度でアクチュエータの位置制御を行なうようにしてもよい。
【００５０】
図２０Ａ及び図２０Ｂに、ＥＡＰ型部又は部品５５２を機械的レンズ駆動部又は部品５５４と組み合わせ、ＥＡＰ型部５５２を用いて駆動部５５４を駆動する他のレンズ移動機構５５０を示す。ＥＡＰ型部５５２は、二重錐台型アクチュエータを備え、外側フレーム５５６ａ及び５５６ｂが下側筺体部５５８ａと５５８ｂとの間に保持され、連結されたトランスデューサーの内側フレーム５５５ａ及び５５５ｂが光軸５７６に沿って相対的に移動可能である。上述したように、アクチュエータは、光軸５７６に沿って両方向に能動的に移動可能な２相アクチュエータでもよいし、光軸に沿って上向き／順方向に移動可能な単相アクチュエータでもよい。
【００５１】
移動機構５５０の駆動部５５４は、リンク対５６６ａと５６６ｂ及び５６８ａと５６８ｂにより相互接続される第１及び第２の駆動板（駆動プレート）又は台５６０及び５６４を備える。各駆動プレートは中央開口部を有し、（図示しない）レンズを保持及び支持することにより、アフォーカルレンズ・アセンブリを構成し、焦点軸に沿って移動する際に、上側筺体５７４内部のレンズ開口部５７８内の中心に配置される（図示しない）焦点レンズの倍率を調製する。２つのズーム移動プレートを備える構成を図示したが、任意の数のズーム移動プレート及びそれに対応するレンズを用いることができる。
【００５２】
リンク対の構成により、第１の駆動プレート５６０に力が加えられると、折り畳み式ジャッキ型の作用で、光軸に沿って第２の駆動プレート５６４を動かすことができる。当業者には自明のことであるが、このような折り畳み式ジャッキ型の作用では、第１の駆動プレート５６０よりも大きな速度で第２の駆動プレート５６０を移動させることができる。ここで、第１の駆動プレートと第２の駆動プレートとの間の移動比率により入れ子効果が得られる。下側筺体部５５８ａと上側筺体５７４との間に伸長するリニアガイドロッド５７２に沿って、また、リニアガイドロッド５７２により、駆動プレート５６０及び５６４はスライド可能に誘導される。アクチュエータ部５５２が活性化されると、キャップ５５５ａが移動し、駆動プレート５６０の近位端５６２に上向きの力が加えられる。これにより第１の駆動プレート５６０が駆動されて、リンク対を動かし、所定のより大きな移動速度で第２の駆動プレート５６４を駆動する。図示した例を参照して折り畳み式ジャック型のリンク構造を説明したが、他の種類のリンク構造又は機械的構造を用いて、一方の駆動プレートを他方の駆動プレートよりも比例的に大きな移動速度及び距離で移動させるようにしてもよい。
【００５３】
図２１に、本発明の他のハイブリッド型（アクチュエータリンク型）レンズ移動機構５８０の断面図を示す。このレンズ移動機構５８０では、アクチュエータ部５８２が、コイルバネ５８６により光軸５８８に沿って上向きに付勢される単一のＥＡＰトランスデューサー５８４を備える。コイルバネ５８６の代わりに、任意のバネ付勢手段（たとえば、板バネ）を用いることができる。アクチュエータが活性化されると、キャップ５９０が第１の駆動プレート５９２に逆らって動き、リンク機構５９６を駆動し、その結果、光軸５８８に沿って上向きに第２の駆動プレート５９４を動かす。
【００５４】
図２２及び２３に、ハイブリッド構造を採用した本発明の２つの他のレンズ移動機構を示す。これらの機構は、いずれも、２種類のアクチュエータ機構を用いて、それぞれのレンズアセンブリ／バレルを「尺取虫」のように漸進的に移動させる。
【００５５】
図２２Ａ及び図２２Ｂに示すレンズ移動機構６００は、２種類の作動、すなわち、「厚みモード」作動と平面内作動、を利用して、レンズアセンブリ／バレル６０２を尺取虫のように漸進的に移動させる。レンズバレル６０２は、アフォーカルレンズ・アセンブリを形成してズームを可能にするような（図示しない）１つ以上のレンズを保持する。バレル６０２は、外側表面から横方向に伸長するブッシング６０６を備える。ブッシング６０６は、上側作動部６０８ｂと下側作動部６０８ａとの間に伸長するガイドレール６０４と、摩擦により、かつ、スライド可能に、係合する。移動機構６００の作動部は、下側作動部６０８ａと上側作動部６０８ｂとを備える。各作動部は、厚みモードアクチュエータＥＡＰ膜６１０と平面アクチュエータＥＡＰ膜６１２とを含むアクチュエータ・スタックを備える。これらのＥＡＰ膜は、互いに分離され、粘弾性材料等、望ましくは非常に低い粘度と硬度レベルの可撓性材料層６１４ａないし６１４ｃの間に封入されて、アクチュエータ・スタック６０８ａを形成する。図２２Ａに、アクチュエータ・スタック６０８ａの切断図において電極層パターン６１０ａ及び６１２ａを示す。中心穴又は孔６１６は、スタック６０８ａを通して伸長し、（図示しない）画像センサー／検出器に焦点を合わせる画像を通過させる。
【００５６】
作動時には、ガイドレールの後側又は下側端部６０４ａが、ほぼ垂直に、アクチュエータ膜スタック６０８ａに（あるいは、少なくともアクチュエータ層６１４ｂ及び６１４ｃに）係合され、平面アクチュエータＥＡＰ膜６１２が活性化されると、横方向に互いに逆向きに、たとえば、ガイドレール６０４の軸長に垂直な方向６０５に、互いに離れるように、レール端部６０４ａが移動する。ガイドレールの前側又は上側端部６０４ｂの位置は固定されているため、このような動きにより、ガイドレール６０４が軸受６０６に支えられ、レール６０４上でレンズバレル６０２の位置が摩擦により固定される。膜６１２が不活性化されると、レールが、ニュートラル位置すなわち膜スタック６０８ａに対して直角の位置に戻る。次に、厚みモード作動を利用して、ガイドレール６０４を軸方向６０７に動かすことにより、ガイドレール６０３に摩擦により係合されているレンズバレル６０２を同じ方向に移動させて、レンズアセンブリの焦点距離を調節する。さらに具体的に説明すれば、ＥＡＰ膜６１０が活性化されると、膜スタック６０８ａが曲がり、ガイドレール６０４を軸方向に移動させる。レンズバレル６０２の動きに応じて、（図示しない）摩擦軸受表面が位置決めされえ、バレルの外側表面に係合する。この摩擦係合力は、レール６０４上のバレル・ブッシング６０６により加えられる摩擦係合力よりも大きい。バレル壁に対する軸受表面の摩擦係合力は、ガイドレールに対するブッシングの摩擦係合力より大きいため、厚みモードＥＡＰ膜６１０が不活性化されてガイドレールが休止位置に戻る際に、レンズバレルは前進位置に保持される。上述した平面作動と厚みモード作動の順序を逆にして、レンズアセンブリを軸方向逆向きに移動させるようにしてもよい。
【００５７】
あるいは、上側作動部６０８ｂを用いて、レール６０４の相対的な位置又は角度を調節する、及び／又は、軸方向６０７にレンズバレル６０２が移動可能な距離を増大させるようにしてもよい。この例では、アクチュエータ６０８ｂは、平面作動をして、摩擦によりブッシング６０６に対してレールを係合させるように、レールの位置を調節するように構成される。具体的には、アクチュエータ６０８ａは、層６２０ａと層６２０ｂとの間に挟まれた平面作動ＥＡＰ膜６１８を備える。層６２０ａ及び層６２０ｂは、下側アクチュエータ６０８ａの層６１４ａないし６１４ｃと同じ材料で形成されるものでもよい。この複合体構造は、構造を貫通する穴又は孔６２２を有し、光を、（図示しない）焦点レンズを通って、ズーム又はアフォーカルレンズ・アセンブリ６０２まで透過させることができる。膜６０８ａ及び６０８ｂの平面部分を同時に駆動して、互いに平行にガイドレール６０４を維持することが望ましい。
【００５８】
平面作動下側アクチュエータ６０８ａの代わりに、上側アクチュエータ６０８ｂを用いて、上述したようにレールを角度変位させるようにしてもよい。あるいは、上側アクチュエータ６０８ｂを下側アクチュエータ６０８ａの平面作動部と共に用いて、レールの両端を横方向に移動させるようにしてもよい。このようなタンデム作動を制御して、レールの角度配置を正確に調節するようにしてもよい。あるいは、各アクチュエータの平面に対して直角にレールを維持する（すなわち、レールを互いに平行に維持する）と共に、横方向に（レンズバレル６０２に向かって、あるいは、レンズバレル６０２から離れるように）充分に移動させて、ブッシング６０６に対する摩擦軸受として機能させるようにしてもよい。上側アクチュエータ６０８ｂが、上述した厚みモード作動機能を備えるようにして、ガイドレールの軸方向の動きを増幅するようにしてもよい。２本のレールを動かす構成を説明してきたが、本発明は、単一のレールを動かしたり、３本以上のレールを動かしたりするような構成のレンズ移動機構にも適用可能である。
【００５９】
図２３Ａ及び図２３Ｂに、尺取虫のような漸進的作動を行なう他のレンズ移動機構６２５を示す。移動機構６２５は、各々（図示しない）レンズを保持するカットアウト６２７を有する複数のレンズ段６２６ａ、６２６ｂ、６２６ｃ及び６２６ｄからなるレンズアセンブリを収容する。レンズ段が４層の例を図示したが、当業者には自明のように、レンズ段の数はこれより多くても少なくてもよい。また、レンズ段は、焦点レンズやズームレンズを保持するものでもよいし、あるいは、単に光を透過させるものでもよい。さらに、すべての段を移動可能に構成する必要はなく、機構の筺体や支柱６２８に固定するようにしてもよい。図示した例では、第１段６２６ａと第４段６２６ｄが固定される一方、第２段６２６ｂと第３段６２６ｃが移動可能である。４段のレンズ段は、最上段のレンズ段６２６ａから最下段のレンズ段６２６ｄに固定され、この間に伸長するリニアガイドレール６４２により、互いに平行に、間隔をあけて保持される。移動可能なレンズ段６２６ｂ及び６２６ｃは、軸受６４８を介して、ガイドレール６４２に沿って横方向に移動可能である。
【００６０】
移動機構６２５の作動部は、第１の／上側アクチュエータ・カートリッジ６３０ｂと第２の／下側アクチュエータ・カートリッジ６３０ａとを備える。カートリッジ６３０ａの構造を図２４Ａに示す。カートリッジ６３０ａは、２つのアクチュエータ、すなわち、互いに積層された単相リニア・アクチュエータ６３２と２相平面アクチュエータ６３４と、を備える。各アクチュエータは、内側部材６３８ａと外側部材６３８ｂとの間に伸長するＥＡＰ膜を備え、内側部材６３８ａは互いに連結され、外側部材６３８ｂはその間に配置されるスペーサー６４０にそれぞれ接続される。図示した例では、各平面アクチュエータ６３４のＥＡＰ膜は、少なくとも２つの別々に活性化可能な部分６３６ａ及び６３６ｂに分割され、２相（又はそれ以上の多相）作動を可能にする。この例では、各リニアアクチュエータ６３２は、全体的に活性化可能なモノリシックなＥＡＰ膜６３６ｃを備える。２つの単相リニアアクチュエータ６３２（上側カートリッジと下側カートリッジから１つずつ）が、協働して２相リニアアクチュエータを形成し、アクチュエータを互いに引っ張って保持するプッシュロッド６４４により、上側リニアアクチュエータにより下側リニアアクチュエータが付勢される、あるいは、逆に、下側リニアアクチュエータにより上側リニアアクチュエータが付勢される。この結果、対応するリニアアクチュエータ６３２が不活性な場合、各平面アクチュエータ６３４には、面外の力がかからない。両方のアクチュエータ６３２及び６３４の内側部材６３８ａ（アクチュエータ出力部材とも称する）の出力を制御して、それぞれ矢印６４０ａ及び６４０ｂで示される軸方向の動き及び／又は平面の動きが所望の作動サイクルまたは順序で生じるようにしてもよい。上側カートリッジ６３０ｂも同様に構成されるが、下側カートリッジ６３０ａに対向するように配置されるため、カートリッジの凹面側が外側に向く。
【００６１】
プッシュロッド６４４の形態のリンク部が、アクチュエータ・カートリッジ６３０ａ及び６３０ｂの内側出力部材６３８ａ間に伸長し、各レンズ段で軸方向に並んだ孔内をスライド可能に貫通する。クラッチ又は遮断機構６４６ａ及び６４６ｂが、移動可能なレンズ段６２６ｂ及び６２６ｃ内の孔に隣接して、互いに反対側に備えられる。クラッチ機構６４６ａ及び６４６ｂは、プッシュロッド６４４と選択的に係合可能であり、それぞれのレンズ段の軸方向の位置を固定する。クラッチ機構６４６ａ及び６４６ｂの構造は、任意の適当な構造であればよく、たとえば、これに限定されるものではないが、摩擦軸受面やブッシュロッド６４４上に形成された対応する溝と係合し協働する歯でもよい。
【００６２】
作動時には、２つのアクチュエータ・カートリッジ６３０ａ及び６３０ｂのリニアアクチュエータ６３２及び平面アクチュエータ６３４を選択的に駆動することにより、プッシュロッド６４４が周期的に移動して、レンズ段６２６ｂ及び６２６ｃを漸進的に動かす。「尺取虫」のように漸進的に動く様子の概要を図２４Ｂないし図２４Ｆに示す。図２４Ｂでは、アクチュエータ６３２及び６３４が療法との不活性であり、ガイドレール６４４は、ニュートラル位置にあり、レンズ段６２６ｂ及びレンズ段６３６ｃのいずれにも係合していない。レンズ段６２６ｂを順方向に移動させる場合には、図２４Ｃに示すように、各平面アクチュエータ６３４（すなわち、図２３Ａ及び図２３Ｂの上端及び下端）のＥＡＰ膜の第１の部分６３６ａを活性化させて、プッシュロッド６４４をニュートラル位置から横方向に動かし、（この図には示していない）クラッチ機構６４６ａにかみ合わせる。次に、図２４Ｄに示すように、各平面アクチュエータ６３４の第１の部分６３６ａを活性化した状態に保つと共に、リニアアクチュエータ６３２を活性化させて、出力部材６３８ａを面外に移動させる。この面外の動きによりプッシュロッド６４４が押されて持ち上がり、レンズ段６２６ｂが順方向に移動する。所望の軸方向の位置まで移動後、図２４Ｅに示すように、各平面アクチュエータ６３４の第１のＥＡＰ部分６３６ａを不活性化することにより、プッシュロッド６４４がクラッチ機構６４６ａから外れる。最後に、図２４Ｆに示すように、各リニアアクチュエータ６３２を不活性化して、プッシュロッド６４４をニュートラル位置に戻す。レンズ段６２６ｃを移動させる場合には、上記の工程が繰り返されるが、第１のＥＡＰ部分６３６ａの代わりに、平面アクチュエータ６３４の第２のＥＡＰ部分６３６ｂを活性化させる。別々に活性化可能な相、すなわち、ＥＡＰ膜部分を、追加のクラッチ機構と共に、各平面アクチュエータ６３４に加えて、レンズ移動機構により、２つのレンズ段が、あるいは、場合によっては、さらに多くのレンズ段が、並行して動くようにしてもよい。
【００６３】
図２５Ａないし図２５Ｃに、焦点機能とズーム機能の両方を備える他のレンズ移動システム６５０を示す。システム６５０は、２つの一体化した単相バネ付勢アクチュエータを備え、一方は単一錐台ダイヤフラム構成６５２であり、他方は、二重錐台ダイヤフラム構成６５４である。アクチュエータ６５２は、焦点レンズアセンブリ６５８を収容するレンズバレル構造６５６を備える。バレル構造６６２内に収容されるアフォーカルレンズアセンブリ６６０が、システムの焦点軸に沿って、レンズアセンブリ６５８の近位端側に配置される。２つのレンズバレル６５６及び６６２は、コイルバネ６６４により互いに離れるように付勢される。２つのアクチュエータは、さらに、径方向に伸長する横構造６６６により結合されている。アクチュエータ６５２及び６５４の外側フレーム又は出力部材６６８ａ及び６６８ｂが、それぞれ、横構造６６６に連結される。ＥＡＰ膜６７０が、外側フレーム６６８ａと、フォーカス・アクチュエータ６５２のレンズバレル６５６の遠位端に備えられた対応する内側フレーム又は出力部材６７２との間に延伸されている。第１のＥＡＰ膜６７６ａが、外側フレーム６６８ｂとレンズバレル６６２の近位端に備えられた愛王する内側フレーム又は出力部材６７４との間に延伸されている。また、第２のＥＡＰ膜６７６ｂが、内側フレーム６７４と接地された外側フレーム又は出力部材６６８ｃとの間に延伸され、ズーム・アクチュエータ６５４の二重ダイヤフラム構造を形成している。第２のコイルバネ６７８により、接地された外側フレーム６６８ｃから離れるように、連結された外側フレーム６６８ａ及び６６８ｂが付勢されている。
【００６４】
図２５Ａに示すように、システムアクチュエータのすべての相が不活性な状態では、焦点は「無限遠」位置にある。システムの焦点合わせを行なう場合には、図２５Ｂに示すように、フォーカス・アクチュエータ６５２のＥＡＰ膜６７０を活性化させる。レンズバレル６５６に与えられた予圧により、レンズバレル６５６が矢印６８０の方向に前進し、焦点距離を短くする。アクチュエータ６５２に印可される電圧量を調節することにより、レンズバレル６５６による移動量を制御するようにしてもよい。ズームも同様に行われるが、この場合には、図２５Ｃに示すように、アクチュエータ６５４が活性化され、ＥＡＰ膜６７６ａ及び６７６ｂの両方に電圧が印可されて、レンズバレル６６２を矢印６８２の方向に前進させる。焦点合わせの場合と同様に、アクチュエータ６５４に印可される電圧量を調節することにより、ズーム移動範囲を制御するようにしてもよい。移動量を大きくするために、アクチュエータ段を追加して直列配置するようにしてもよい。漸進的なズーム移動をする場合には、アクチュエータ６５４を２相で作動させるようにしてもよく、互いに独立に２つのダイヤフラムを活性化するようにしてもよい。フォーカス・レンズアセンブリ（図２５Ｂ）とズーム・レンズアセンブリ（図２５Ｃ）とを独立の動作として図示したが、特定のレンズ用途に応じて、所望の組み合わせの焦点調節及びズームがなされるように、両者を同時に操作するようにしてもよいし、並行して制御するようにしてもよい。
【００６５】
図２６Ａ及び図２６Ｂに、レンズ画像安定化に適した他の移動機構６９０を示す。アクチュエータ機構は、出力フレーム取付具６９２と中心出力ディスク又は部材６９４との間に延伸される多相ＥＡＰ膜６９６を備える。出力ディスク６９４は、ディスクを平面外に付勢するピボット６９８に取り付けられる。休止状態では、図２６Ａに示すように、多相膜のすべての相又は部分が不活性であり、出力ディスク６９４は横になっている。膜６９６ａの（任意の数の別々に活性化可能な部分のうち）所定の一部又は複数部分が活性化されると、図２６Ｂに示すように、付勢された膜が活性化領域６９６ａで弛緩し、出力部材６９４にかかる力が非対称になり、出力部材６９４を傾斜させる。システムの振動に応じて、所望の活性化可能な部分を選択的に活性化させ、（図示しないが、中心ディスク又は出力部材６９４上に備えられた）画像センサー又はミラーの３次元移動を可能にするようにしてもよい。
【００６６】
図２６Ａ及び図２６Ｂに示す移動機構をさらに変更して、画像センサーによるｚ方向の望ましくない動きを補償するようにしてもよい。このような移動機構７００を図２７Ａないし図２７Ｃに例示する。この例では、アクチュエータの出力部材７０４を回動可能に接地する代わりに、バネ付勢機構７０８が用いられている。この例でも、多相膜７０６が用いられ、図２７Ｂに示すように、膜の１つの相７０６ａ又は全部ではない複数の相が活性化されると、アクチュエータの出力ディスク６９４は、非対称に傾斜し、軸方向に移動する。すべてのフィルム部分７０６が同時に活性化される場合、あるいは、対称的な応答が得られるような一部が活性化される場合には、出力部材７０４は、図２Ｃに示すように、軸方向にのみ直線的に移動する。すべての相に印可される電圧を調節することにより、あるいは、同時に活性化される膜部分の相対数を選択することにより、このような直線的な移動量を制御するようにしてもよい。
【００６７】
本発明は、さらに、本明細書で説明するように、レンズ口径を閉じる（シャッター機能）、及び／又は、光学素子又は部品を通過する光の量を制御する（絞り機能）ことが必要又は望ましい撮像／光学システムに用いられるシャッター／絞り（アパーチャ）機構を提供する。図２８に、本発明のシャッター／絞り（アパーチャ）システム７１０を例示する。シャッター／絞りシステム７１０は、ＥＡＰアクチュエータ７１２を用いて、複数の協働するプレート又は羽根（ブレード）７２４を駆動し、撮像経路を通過する光を調節する。アクチュエータ７１２は、外側フレーム部材７１４と内側フレーム部材７１６との間に伸長する２相ＥＡＰ膜７１８ａ及び７１８ｂを備える平面構造を有する。内側フレーム部材７１６は、光を通過させる環状開口部７１５を備える。２相の膜部分７１８ａ及び７１８ｂを備える構成が実施例として図示されているが、２相に限らず、多相の膜を用いることができる。シャッター／絞りシステムの機械部品／可動部品は、上板７２０ａ及び底板７２０ｂを有するカートリッジ７２３に収容され、上板及び底板７２０ａ及び７２０ｂは、それぞれ、光を通過させる開口部７２５ａ及び７２５ｂを備える。
【００６８】
絞り羽根（アパーチャ・ブレード）７２４は、湾曲した又はアーチ状に曲がった涙滴形であり、重なった平面配列で環状に配置される。ブレード７２４は、上向きに伸長するカムピン７３６によって、底板７２０に回動可能に取り付けられる。カムピン７３６は、それぞれ対応するブレード７２４の幅広端部に形成された穴にはめ込まれ、ピボット又は支点を形成し、これを中心としてブレード７２４を回動させる。各ブレード７２４のテーパ端部は同じ方向を向き、その凹面端部によりレンズ口径が形成される。ブレード７２４を選択的に回動させることにより、レンズ口径の開口径を変えることができる。ブレード７２４は、各々、カム従動子スロット７３０を備え、（図２８Ａに示すように）他のカムピン群７３２が、ブレード７２４の反対側に配置される回転環（カラー）７２２の底面側からカム従動子スロット７３０を通って伸長する。カム従動子スロット７３０は湾曲して、所望のアーチ形状の移動経路を形成し、カラー７２２の回転に伴い、カムピン７３２がこのアーチ状の移動経路を移動し、支点を中心に湾曲したブレード７２４を回動させる。カラー７２２の上面側すなわちアクチュエータに対向する側から伸長するピン７２６は、カートリッジの上板７２０ａの開口部７２５ａを通って突出し、アクチュエータ７１２の内側フレーム部材７１６に形成された穴７１７にはめ込まれる。アクチュエータの２相の膜７１８を選択的に活性化させることにより、アクチュエータの内側フレーム７１６が平面内で横向きに反対方向に移動する。カラーピン７２６のプル（引く）／プッシュ（押す）を介して伝達されるアクチュエータの出力がカラー７２７を回転させ、その結果、各アパーチャ・ブレード７２４のカムスロット７３０内でカムピン７３２を回転させる。これにより、ブレードが回動され、ブレードのテーパ端部が移動して、互いに近づいたり、又は、互いに離れたりすることにより、図２９Ｂのカートリッジ７２３の上面図に示すように、可変絞り開口が形成される。絞り開口径は、全開状態（図２９Ａ）と全閉状態（図２９Ｃ）との間で可変であり、レンズシャッターとして機能する。
【００６９】
図３６Ａないし図３６Ｄに本発明の他の絞り（アパーチャ）／シャッター機構８４０を示す。機構８４０は平面基板８４２を備え、平面基板８４２上には、アパーチャ（絞り）／シャッター・ブレード（羽根）８４４が、その一端で回転軸８４５に取り付けられている。ブレード８４４の回動により、ブレード８４４の自由端が、光を通過させる画像アパーチャ（開口部）８５４上で、平面内を前後に動く。ブレード８４４の内側周縁部に形成された切欠き８５６に移動可能に収容される自由端を有するレバーアーム８４６の回転軸を中心とした動きに応じて、ブレード８４４が動く。レバーアーム８４６は、回転軸８５２ａを中心として基板８４２に回動可能に取り付けられる。レバーアーム８４６と一体的に連結された、又は、レバーアーム８４６と共にモノリシック構造として形成された屈曲部８４８が、第１の回転軸８５２ａと第２の回転軸８５２ｂの間に伸長する。タブ８５０が、屈曲部８４８の中心位置から開口部（アパーチャ）８５４に向かって内側に伸長する。ブレード、レバーアーム及び屈曲部を用いて、開口部（アパーチャ）８５４を通常開状態としてもよいし、通常閉状態としてもよい。
【００７０】
図３６Ｃに示すように、タブ８５０が矢印８６０ａの方向にアパーチャ（開口部）８５０に向かって移動すると、同じ方向に屈曲部８４８が撓む。この作用により、矢印８６０ｂの方向にレバーアーム８４６が回動して、レバーアーム８４６の自由端が回転軸８４５に向かって切欠き８５６内を移動する。この結果、ブレード８４４が矢印８６０ｃの方向に回動し、開口部（アパーチャ）８５４を覆う。図３６Ｄに示すように、機構８４０の可動部品上に取り付けられた又は積層されたアクチュエータ８５６が活性化されることにより、このように駆動される。図２８に図示したアクチュエータ７１０と同様に、アクチュエータ８５６は、それぞれ外側フレーム部材８５８ａ及び内側フレーム部材８５８ｂ間に伸長するＥＡＰ膜８６０ａ及び８６０ｂの２相構造を備える。タブ８５０の自由端は、内側フレーム部材８５８ｂに機械的に連結される。図３６Ｄに示すようなシャッター機構８４０に対するアクチュエータの配置に基づき、ＥＡＰ膜８６０ａの活性化によってタブ８５０が外側に押され、一方、ＥＡＰ膜８６０ｂの活性化によって多雨８５０が内側に引っ張られる。
【００７１】
図示するように、機構８４０は、主にシャッターとして機能し、アパーチャ（開口部）８５４が開いたり閉じたりする。ブレード８４４に形成した（図３６Ａに点線で示す）穴８６２は、ブレード８４４が閉位置にある場合にアパーチャ８６４と一直線上に並び、アパーチャ８５４よりも小さな直径を有する。この構成により、２つの異なる設定で絞り（アパーチャ）機構が機能する。一方の設定は、ブレードが開位置で、より多くの光が開口部（アパーチャ）８５４を通過してレンズモジュールに到達する。もう一方の設定は、ブレードが開口部（アパーチャ）８５４を閉じ、光は小さな穴８６２を通る。
【００７２】
「ユニモルフ型」膜構造又は複合体を採用したアクチュエータを用いて、レンズ又はレンズスタックに動きを伝達するようなレンズ移動機構でもよい。図３０Ａ及び図３０Ｂにこのような膜構造７４０の一部の断面を示す。膜構造はエラストマー誘電体膜７４２を備え、エラストマー誘電体膜７４２は、誘電体膜７４２よりも硬い、すなわち、誘電体膜７４２よりも弾性係数が高い、膜支持層又は基板７４４に接合される。これらの層は、誘電体膜７４２の露出面に形成される柔軟電極７４６と硬い膜支持層７４４の内側面又は露出面のいずれかに形成される硬い電極７４８との間に挟まれる。したがって、複合体構造７４０が「付勢」されて、１つの方向にのみ偏向する。具体的に説明すると、膜構造７４０が活性化されると、図３０Ｂに示すように、誘電体膜７４２が圧縮されて横方向に移動するため、基板７４４から離れる方向に弓形に曲がる又はアーチ状に曲がる。国際公開公報WO98/35529に記述された方法等、任意の周知の方法で、構造を付勢することができる。このようなユニモルフ型ＥＡＰアクチュエータを採用した本発明のレンズ移動機構の例をいくつか説明する。
【００７３】
図３１Ａ及び図３１Ｂに示すレンズ移動システム７５０は、ユニモルフ型ＥＡＰ膜構造７５２を利用するアクチュエータ機構に連結されたレンズバレルまたはアセンブリ７５４を備える。膜構造７５２の選択された領域又は長さが、レンズバレル７５４と固定基板部材７５６との間に伸長する。膜構造は、スカートのようにレンズバレルを囲むモノリシック形状に構成可能であり、単相構造でもよいし、多相動作を可能にするように複数の指定可能な領域を有する構造でもよい。あるいは、アクチュエータは、まとめて又は別個に指定可能な複数の別々の膜セグメントから構成されるものでもよい。いずれの場合も、膜が外側に付勢されるように、硬い膜部分又は層（すなわち、基板層）を内側に向ける。図３１Ｂに示すように、膜は、活性化されると、付勢方向に広がり、固定部分から離れるように、すなわち、基板部材７５６から離れるように、伸長して、レンズバレル７５４を矢印７５８の方向に移動させる。レンズシステムの自動焦点及び／又はズームを可能にする所望の移動量が得られるように、膜複合体のさまざまなパラメータ、たとえば、膜の面積／長さ、ＥＡＰ層と基板層との間の弾性差等、を調節するようにしてもよい。
【００７４】
図３２Ａ及び図３２Ｂに示すレンズ移動機構７６０も、ユニモルフ型膜アクチュエータを利用している。システム７６０は、ガイドレール７６６上に載置されたレンズカートリッジ７６４に取り付けられたレンズバレル又はアセンブリ７６２を備える。アクチュエータ７７０は、直列に結合される折り畳み式又は積層式ユニモルフ型膜シートから構成されている。図示される実施例では、各ユニモルフ型シートは、柔軟面側７７２ａがレンズバレルに対向し、硬い面側７７２ｂがレンズバレルと反対方向を向くように構成されているが、この逆の構成でもよい。アクチュエータシートがすべて不活性な場合には、図３２Ａに示すように、スタックは最も圧縮された状態となり、レンズバレル７６２は最も近位側の位置にある。焦点レンズアセンブリの場合、この位置で、焦点距離が最も長くなる。アフォーカルレンズ・アセンブリの場合、ズームレンズがマクロ位置になる。１つ以上のシート７７２が活性化されると、同時に活性化された場合でも別々に活性化された場合でも、矢印７６５の方向にレンズバレル７８２が移動して、レンズシステムの焦点及び／又は倍率を調節することができる。
【００７５】
所定の環境条件下では、たとえば、高湿度で極端な温度の条件下では、ＥＡＰアクチュエータの性能に影響が出る可能性がある。本発明は、ＥＡＰアクチュエータ自体に特徴的な構造を組み込むことにより、あるいは、システムが必要とする空間容量を増大させることなくシステム内に特徴的な構造を形成することにより、このような環境条件に対処することができる。ＥＡＰアクチュエータが加熱素子を備え、必用に応じて熱を発生させて、ＥＡＰアクチュエータ及び／又はＥＡＰアクチュエータを直接取り巻く周辺環境の湿度及び／又は温度を維持又は制御するようにしてもよい。加熱素子を抵抗として、導体をＥＡＰ膜内に組み込む、又はＥＡＰ膜に隣接させるようにしてもよい。導体を通る電圧は、アクチュエータの活性化に必要な電圧よりも低い。レンズ移動及び／又は画像安定化に用いたＥＡＰアクチュエータと同様のＥＡＰアクチュエータを用いて、システムの環境パラメータを制御し、システムに用いられる部品点数を削減したり、全体の質量や重量を削減するようにしてもよい。
【００７６】
図３３Ａに、本発明のレンズ／光学システムで利用可能な、直列電極配置で加熱機能を有するＥＡＰアクチュエータ７８０を例示する。接地電極パターン７８２を有するアクチュエータの接地側を図示し、アクチュエータ７８０の反対側の高電圧電極パターン７８４を点線で示す。ラグ（つまみ）７８６ａ及び７８６ｂは、それぞれ、アクチュエータを作動させるための（図示しない）システム電源からの接地端子及び高電圧入力端子と電気的接続を形成する。第３のラグ又は接続部７８６ｃは、電源からの低電圧入力端子に接続して、直列抵抗ヒーター電流路を形成する。矢印７８８は、抵抗加熱素子として接地電極７８２全体を用いる電極構造により形成される環状電流路を示す。
【００７７】
図３３Ｂに、並列電極配置で加熱機能を有する他のＥＡＰアクチュエータ７９０を例示する。接地電極パターン７９２を有するアクチュエータの接地側を図示し、アクチュエータ７９０の反対側の高電圧電極パターン７８４を点線で示す。ラグ（つまみ）７９６ａ及び７９６ｂは、それぞれ、アクチュエータを作動させるための（図示しない）システム電源からの接地端子及び高電圧入力端子と電気的接続を形成する。パラレルバス（並列バス）バー７９８ａ及び７９８ｂが、アクチュエータ７９０の接地側に備えられ、それぞれ、（図示しない）電源からの接地端子及び低電圧入力端子に接続される。矢印８００は、並列電極配置により形成される放射状の電流路を示す。電極を直列配置とは対照的に並列配置にすることにより、低電圧を用いることができ、膜を加熱するのに必要な電流を流すことができる。
【００７８】
前述したように、ＥＡＰアクチュエータに隣接して配置した抵抗加熱素子を用いて、システムの湿度及び温度の制御を行なうようにしてもよい。図３４に、ＥＡＰ膜８１２を備えるＥＡＰアクチュエータを用いるレンズ移動機構８１０を示す。上部筺体／カバー８１３とＥＡＰ膜８１２との間の隙間８１６は、加熱素子８１４を配置するのに十分な空間である。望ましくは、加熱素子は、ＥＡＰ膜の形状及び寸法と一致する形状及び寸法を有し、図３４Ａに図示した例では錐台形状を有し、システムに必要な間隔を最小限に抑えて、加熱素子８１４とＥＡＰ膜８１２との間の熱伝達を最大にすることが望ましい。加熱素子は、絶縁基板８１５ｂ上に設置された抵抗配線８１５ａと電気接点８１８とを備え、加熱素子をシステムの電源及び検知電子機器と電気的に接続する。
【００７９】
本発明のレンズ移動システムが、レンズ又はレンズアセンブリの位置を検知するセンサーを備え、レンズ移動の閉ループ制御を行なうように構成してもよい。図３５に、図７Ａに示すレンズ移動システムと同様の構成のレンズ移動システム８２０に位置検知機構を組み込んだ実施例を示す。検知機構は、円筒形形状で入れ子構造の電極対を備える。一方の電極８２２ａ、たとえば、接地側電極は、レンズバレル８２４の外側を囲むように配置される。接地電極８２２ａは、アクチュエータ付勢バネ８３０を介して、アース線８３０ａと電気的に接続される。他方の電極８２２ｂ、たとえば、活性又は電源／検知電極８２２ｂは、筺体８２８の後端部から上向きに伸長するブッシング壁８２６の内側表面を取り囲み、アクチュエータ付勢バネ８３０とレンズバレル８２４の外表面との間に配置される。電極８２２ｂは、電源／検知線８３０ｂと電気的に接続される。活性電極８２２ｂに固着された絶縁体を２つの電極間に規定される隙間に備え、容量性構造を形成するようにしてもよい。図示されるレンズバレルの位置で、電極を通るキャパシタンスが最大になる。レンズバレル８２４が遠位方向に移動するにつれて、電極が重なる表面積が減少し、電極間の容量電荷が減少する。このキャパシタンスの変化をシステムの（図示しない）制御電子機器にフィードバックして、レンズ位置の閉ループ制御を行なうことができる。
【００８０】
ＥＡＰアクチュエータを自動焦点、ズーム、画像安定化及び／又はシャッター制御に用いることにより、本発明の光学レンズシステムが必要とする空間容量や必要電力を最小限に抑えることができる。したがって、携帯電話用カメラ等の超小型の光学システムへの適用に最適である。
【００８１】
本発明を適用して、ＥＡＰアクチュエータ又はＥＡＰ膜（又はＥＡＰ膜層の組み合わせ）を用いて、レンズ又はレンズの組み合わせを動かし、ウエハレベル光学システム内で光学路を変化させるようにしてもよい。形状の小型化、解像度の向上及びコストパフォーマンスを考えて、カメラ関連技術にウエハレベル光学を適用する場合がある。このようなウエハレベル光学システムは、通常、カメラ付携帯電話やゲーム用システム、コンピュータ等の携帯電子機器で用いられる。このようなシステムでは、集積回路の組み立てと同様に、ウエハレベル光学用の光学部品をウエハ上で組み立てる。図３７Ａないし図３７Ｅに代表的な構成例を示す。ウエハレベルカメラは、画像センサー３１５とレンズ素子３１４とを備える単純な構成である。通常２００ｍｍ又は３００ｍｍの工程で製造される（任意の大きさのウエハレベル光学システムが本発明の要旨の範囲内である）ＣＭＯＳ画像センサーウエハ及び（通常、半導体処理や紫外線反復照射等で形成される）光学ウエハを搭載し、得られたウエハスタックを多数の個別カメラモジュールに切断する。カメラ部品全体をウエハレベルで配列させて組み立てた後、分割して、個々のカメラモジュールを形成するようにしてもよい。あるいは、組み立て前に、画像センサーウエハ及び光学ウエハを切断するようにしてもよい。個々の画像センサーやレンズ素子を接合して、個々のカメラモジュールを形成するようにしてもよい。標準的な半導体製造技術を用いて、ウエハレベルで、光学素子を備える完全なウエハカメラを製造及びパッケージ化するようにしてもよい。
【００８２】
家庭用電化製品の光学システムでは、カメラモジュールの高さを大幅に削減することが大きな利点となる。したがって、ＥＡＰ膜３２５又はＥＡＰ膜層３２５の組み合わせを用いることにより、従来のレンズ調節システムで通常用いられる比較的大型で邪魔なモーターを必要とすることなく、光路軸に対するカメラレンズの直接操作や再配置が可能になる。
【００８３】
第１の例では、第１のレンズを機械接地（メカニカル・グラウンド）に固定する一方で、第２のレンズを、１つ以上のＥＡＰ膜を用いて、機械接地に関する軸（光路により規定される）に対して自由に移動させることができる。ＥＡＰ膜を駆動することによって、レンズをプラス方向、マイナス方向又はその両方に移動させることができる。
【００８４】
他の例では、ＥＡＰ膜を１つ以上のレンズ素子に直接付着させるようにしてもよい。以下に限定されるものではないが、スクリーン印刷、接着、ロール・ツー・ロール法等、任意のさまざまな周知の方法で、ＥＡＰ膜をレンズ素子又はモジュールに貼り付け可能である。
【００８５】
また別の例では、ＥＡＰ膜を、レバー又は他の伝達手段に係合させて、レンズを動かし、ウエハレベルカメラの光路を変化させるようにしてもよい。さらに、ＥＡＰ膜を、直接、レンズ素子及びレバー又は他の伝達手段に取り付けて、要求通りに光路を調節するようにしてもよい。
【００８６】
ウエハレベル光学システムにおけるＥＡＰ膜をさまざまなアプリケーション・ソフトウェアと組み合わせて、画像の後処理を行なうようにしてもよい。
【００８７】
ＥＡＰ膜を、図３７Ａに示すように、単一チャンネルウエハレベルカメラ（単一光路）で用いるようにしてもよいし、さまざまなチャンネルから１つ以上の画像を生成する多重カメラチャンネル（フュージョンカメラ）を用いるカメラシステムで用いるようにしてもよい。フュージョンカメラは、（図３７Ｃに示すように）センサー上に複数の小領域を備える単一のＣＭＯＳ／ＣＣＤ画像センサーから構成することもできるし、（図３７Ｂに示すように）別個のＣＭＯＳ／ＣＣＤ画像センサーの組み合わせとして形成することもできる。
【００８８】
製造時に、個々のレンズの外側環状部又はフュージョンカメラで用いられるような平面レンズアレイ全体の周縁部にＥＡＰ膜を貼り付けるようにしてもよい。さらに、ＥＡＰ膜を用いて、フュージョンカメラで用いられるチャンネル・サブセットを動かすようにしてもよい。この場合、一部のチャンネルの焦点距離を可変にすると共に、ＥＡＰ膜に連結されない他のチャンネルを固定焦点距離とする。いずれの場合でも、バネ又は他の付勢機構／構造をＥＡＰと共に用いて、レンズ素子を動かすことができる。
【００８９】
ウエハレベル光学システムにＥＡＰ材料を用いることにより、光学システムをモノリシックな構造とすることができる。この場合、ウエハを製造する際に、ウエハ上に直接レンズ及びアクチュエータを蒸着させる、形成する、又は積層するようにして、ウエハ光学システムを構築するようにしてもよい。また、ＥＰＡＭを用いる場合には、レンズ全体又はレンズの一部をＥＰＡＭ材料から形成可能である。たとえば、ＥＰＡＭと接触する電極を透明電極（たとえば、導電性ポリマーやCambrios社の銀ナノワイヤ材料）としてもよい。電極は、選択的にＥＰＡＭを変形して、in situ（その場）でレンズを形成することができる。
【００９０】
ＥＡＰ膜３２５を用いることにより、１つ以上のレンズの操作が可能になるだけではない。単一チャンネル構成では、ＥＡＰ膜は、センサーに対して１つ又は複数のレンズを動かすことができる。さらに、（複数のＣＭＯＳセンサーを組み合わせる場合でも、あるいは、複数のチャンネルに分割された単一のＣＭＯＳセンサーを用いる場合でも）複数の個別のレンズを用いる多重チャンネル構成では、ＥＡＰ膜を用いることにより、任意の数のレンズ又は任意の数のレンズ・サブセットを独立に制御することが可能になる。たとえば、図３７Ｃ及び図３７Ｄに示すように、別々のチャンネルに接続された各レンズを独立に操作することもできるし、各々所定のチャンネル（たとえば、赤（red）、緑（green）、青（blue）、赤外（IR）又はその組み合わせ等）に接続されたレンズサブセットをＥＡＰにより操作することも可能である。
【００９１】
また別の例で、ＥＰＡＭによりハイブリッド型のウエハ光学システムも可能になる。このような場合、ハイブリッド構造は、不透明電極又は半透明電極を用いるものでもよい。すなわち、環状の電極材料を活性化することにより、中心の不活性領域を変形させて、焦点距離を変化させ、レンズを変化又は生成させる。このような構成は、魚眼レンズ構成に適している。
【００９２】
リング型のＥＰＡＭアクチュエータを用いることにより、複合レンズを備え、各レンズとガスケット等のアパーチャ（開口部）又はフォーム（発砲体）等の圧縮性材料との間に間隔をあけた積層構造が可能になる。さらに別の例では、標準的なシート状の成形レンズを積層して複合レンズを形成し、ＥＰＡＭを用いて、レンズ間の間隔を変えるようにしてもよい。いずれの場合も、成形レンズの代わりに、どのようなレンズ製造技術を用いることもできる。たとえば、レンズを、エッチング、鋳造、フォトリソグラフィー、又は他の任意のレンズ及びレンズアレイ製造方法で製造するようにしてもよい。
【００９３】
本発明の光学システム、装置、部品及び素子に関する方法にも本発明を適用可能である。このような方法には、たとえば、レンズの焦点を選択的に画像上に合わせる方法、レンズアセンブリを用いて画像を選択的に拡大する方法、及び／又は、選択的に画像センサーを動かして、レンズ又はレンズアセンブリによる望ましくない振動を補償する方法が含まれる。また、エンドユーザーによる設定等を必要とする、本発明を適用した好適な装置又はシステムを提供する方法でもよい。すなわち、（レンズやアクチュエータ等を）「提供する」と、エンドユーザーは、これを取得し、利用可能にし、準備をし、設置し、セットアップを行ない、起動し、電源を入れる、又は、その他、装置の要件を満たす操作を行なう必要がある。さらに、本発明の方法は、上述した装置の使用に関する機械的な動作や電気的な動作の各々に関するものでもよい。したがって、上述した装置の使用に関する手順も本発明の一部を構成する。さらに、本発明の方法を可能にする電気的なハードウェア及び／又はソフトウェア制御及び電力供給も本発明の一部を構成する。
【００９４】
本発明の別の態様は、上述した装置を組み合わせたキットであり、パッケージ化した組み合わせとして提供するようにしてもよいし、使用説明書に従って使用時に技術者が組み立てるようにしてもよい。キットは、本発明に従う任意の数の光学システムを備えるものでもよい。また、キットは、光学システムと共に用いられる他のさまざまな部品、たとえば、機械的接続装置、電気的コネクタ、電源等、を備えるものでもよい。本発明のキットは、さらに、装置やアセンブリを用いるための説明書を備えるものでもよい。このような説明書は、紙やプラスチック等の基板に印刷されるものでもよい。したがって、説明書は、キットや部品の容器の（すなわち、パッケージングや包装に関する）ラベル等、添付文書としてキットに含まれるものでもよい。あるいは、説明書を、ＣＤ−ＲＯＭやディスケット等、適当なコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶させた電子記憶データファイルとして提供するようにしてもよい。あるいは、実際の説明書をキットに入れるのではなく、インターネット等を介してリモートソースから説明書を入手するための手段を提供するようにしてもよい。この場合、説明書を見ることができる、及び／又は、説明書をダウンロードできるウエブアドレスをキットが備えるようにしてもよい。さらに、説明書の場合と同様に、説明書を入手するための手段を適当な媒体に記録するようにしてもよい。
【００９５】
当業者に自明なように、他のさまざまな材料や構成を本発明に適用することができる。また、上述した様々な一般的あるいは特定の付加的な構成は、本発明の方法にも適用可能である。必要に応じて様々な特徴を備えるいくつかの実施例を参照して本発明を説明したが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではなく、さまざまに変形及び変更が可能である。（本明細書中で説明したものも、また、説明を簡潔にするために本明細書中で説明しなかったものも含めて）さまざまな等価の形態も、本発明の要旨の範囲内である。また、図示した任意の数の個々の部品やサブアセンブリを、設計上、一体化して形成するようにしてもよい。このような変更等も、実装性を考慮した設計原理により行われるものである。
【００９６】
また、上述した本発明のさまざまな実施形態や実施例における特徴は、個別に実現されるものでも、あるいは、任意の１つ以上の他の特徴と組み合わせて実現されるものでもよい。「単数」で説明した構成要素は、「複数」の構成要素でもよい。具体的に説明すると、発明の詳細な説明及び特許請求の範囲において、「１つの」や「前記」等、単数で説明した構成要素は、特に断らない限りは、複数の構成要素としてもよい。すなわち、発明の詳細な説明及び特許請求の範囲において、これらの冠詞は「少なくとも１つ」の意味で用いられている。請求項が、他の構成要素を除外するように書かれている場合もある。請求項の構成要素の説明に関して「単独で」や「のみ」等の排他的な表現が用いられたり、「否定的な」限定が用いられる場合もある。このような排他的な表現を用いることなく、請求項内で「備える」「有する」等の表現が用いられる場合には、一定数の構成要素が請求項中に列挙されているか否かにかかわらず、任意の他の構成要素を含有することを何ら妨げるものではない。そうでなければ、特徴を追加することにより、請求項中に記載されている構成要素の特質が転換される、と考えることもできる。特に明記しない限り、本明細書中で用いられるすべての技術的及び科学的用語は、請求項の有効性を維持しつつ、一般的に理解されている広い意味で用いられるものである。
【００９７】
本発明の範囲は、上述したいかなる実施例や形態に限定されるものではなく、以下の本発明の範囲により限定されるものである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウエハレンズシステムであって、
第１のウエハ上に組み立てられた画像センサーと、
焦点軸に沿って配置され、前記第１のウエハに接続されている、少なくとも１つのレンズを備えるレンズユニットと、
前記レンズユニットに接続され、活性化により前記焦点軸に対して前記レンズユニットを移動させる、少なくとも１つの電気活性高分子膜と、を備えるウエハレンズシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のウエハレンズシステムはさらに、
前記レンズユニットと前記電気活性高分子膜との間に接続されるレバー部材を備え、
前記電気活性高分子膜の活性化により前記レバー部材が駆動されて、前記レンズユニットが移動される、ウエハレンズシステム。
【請求項１】
ウエハレンズシステムであって、
第１のウエハ上に組み立てられた画像センサーと、
焦点軸に沿って配置され、前記第１のウエハに接続されている、少なくとも１つのレンズを備えるレンズユニットと、
前記レンズユニットに接続され、活性化により前記焦点軸に対して前記レンズユニットを移動させる、少なくとも１つの電気活性高分子膜と、を備えるウエハレンズシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のウエハレンズシステムはさらに、
前記レンズユニットと前記電気活性高分子膜との間に接続されるレバー部材を備え、
前記電気活性高分子膜の活性化により前記レバー部材が駆動されて、前記レンズユニットが移動される、ウエハレンズシステム。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１０Ｃ】
【図１０Ｄ】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１２Ｃ】
【図１３】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１５Ｃ】
【図１６Ａ】
【図１６Ｂ】
【図１７Ａ】
【図１７Ｂ】
【図１８Ａ】
【図１８Ｂ】
【図１９Ａ】
【図１９Ｂ】
【図２０Ａ】
【図２０Ｂ】
【図２１】
【図２２Ａ】
【図２２Ｂ】
【図２３Ａ】
【図２３Ｂ】
【図２４Ａ】
【図２４Ｂ】
【図２４Ｃ】
【図２４Ｄ】
【図２４Ｅ】
【図２４Ｆ】
【図２５Ａ】
【図２５Ｂ】
【図２５Ｃ】
【図２６Ａ】
【図２６Ｂ】
【図２７Ａ】
【図２７Ｂ】
【図２７Ｃ】
【図２８】
【図２８Ａ】
【図２９Ａ】
【図２９Ｂ】
【図２９Ｃ】
【図３０Ａ】
【図３０Ｂ】
【図３１Ａ】
【図３１Ｂ】
【図３２Ａ】
【図３２Ｂ】
【図３３Ａ】
【図３３Ｂ】
【図３４】
【図３４Ａ】
【図３４Ｂ】
【図３５】
【図３６Ａ】
【図３６Ｂ】
【図３６Ｃ】
【図３６Ｄ】
【図３７Ａ】
【図３７Ｂ】
【図３７Ｃ】
【図３７Ｄ】
【図３７Ｅ】
【図１Ｂ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１０Ｃ】
【図１０Ｄ】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１２Ｃ】
【図１３】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１５Ｃ】
【図１６Ａ】
【図１６Ｂ】
【図１７Ａ】
【図１７Ｂ】
【図１８Ａ】
【図１８Ｂ】
【図１９Ａ】
【図１９Ｂ】
【図２０Ａ】
【図２０Ｂ】
【図２１】
【図２２Ａ】
【図２２Ｂ】
【図２３Ａ】
【図２３Ｂ】
【図２４Ａ】
【図２４Ｂ】
【図２４Ｃ】
【図２４Ｄ】
【図２４Ｅ】
【図２４Ｆ】
【図２５Ａ】
【図２５Ｂ】
【図２５Ｃ】
【図２６Ａ】
【図２６Ｂ】
【図２７Ａ】
【図２７Ｂ】
【図２７Ｃ】
【図２８】
【図２８Ａ】
【図２９Ａ】
【図２９Ｂ】
【図２９Ｃ】
【図３０Ａ】
【図３０Ｂ】
【図３１Ａ】
【図３１Ｂ】
【図３２Ａ】
【図３２Ｂ】
【図３３Ａ】
【図３３Ｂ】
【図３４】
【図３４Ａ】
【図３４Ｂ】
【図３５】
【図３６Ａ】
【図３６Ｂ】
【図３６Ｃ】
【図３６Ｄ】
【図３７Ａ】
【図３７Ｂ】
【図３７Ｃ】
【図３７Ｄ】
【図３７Ｅ】
【公表番号】特表２０１２−５２１５６６（Ｐ２０１２−５２１５６６Ａ）
【公表日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５００９７５（Ｐ２０１２−５００９７５）
【出願日】平成２２年３月１８日（２０１０．３．１８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０２７８７１
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１０８０４１
【国際公開日】平成２２年９月２３日（２０１０．９．２３）
【出願人】（５１１１７６０１２）バイヤー・マテリアルサイエンス・アーゲー (7)
【氏名又は名称原語表記】ＢＡＹＥＲ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳＣＩＥＮＣＥ ＡＧ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１８日（２０１０．３．１８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０２７８７１
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１０８０４１
【国際公開日】平成２２年９月２３日（２０１０．９．２３）
【出願人】（５１１１７６０１２）バイヤー・マテリアルサイエンス・アーゲー (7)
【氏名又は名称原語表記】ＢＡＹＥＲ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳＣＩＥＮＣＥ ＡＧ
【Ｆターム（参考）】
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