光学レンズ画像安定化システム
本発明は、１つ以上の電気活性ポリマーアクチュエータを利用する光学系、機器、および方法を提供して、機器または光学系により生成される画像を安定化させる。本発明は、光学レンズ系と、それを使用するための機器および方法を含む。光学系および機器は、機器／光学系のパラメータを調整するために、その中に一体型である１つ以上の電気活性ポリマー（ＥＡＰ）ベースのアクチュエータを含む。例えば、１つ以上のＥＡＰアクチュエータは、レンズの焦点距離の調整（自動焦点合わせ）、レンズが焦点を合わせた画像の拡大（ズーム）、および／またはレンズ系が受ける任意の不要な運動の調整（画像安定化またはブレ防止）を自動的に行なうように構成されてもよい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（本発明の分野）
本発明は、光学レンズ系に関し、より具体的には、自動焦点合わせ、ズーム、画像安定化、および／またはシャッタ／開口能力を提供するために、電気活性ポリマートランスデューサを用いてレンズを調整する光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
（背景）
デジタルカメラ等の従来の光学系では、焦点合わせ、ズーム、および画像安定化（ブレ防止とも呼ばれる）を提供するために、モータおよびソレノイドを電力源として使用して、光学素子、例えば、レンズに作用するギアおよびカムを変位する。このような従来の光学系は、多くの不利点、つまり、高電力消費、長い応答時間、制限された正確さ、および高いスペース要求を伴う。
【０００３】
小型技術の進歩によって、高品質、高機能、軽量の携帯型機器がもたらされ、これ以上の改良に対する消費者需要がさらに高まっている。このような例として、カメラを含む携帯電話機であって、しばしばカメラ付き携帯電話機と呼ばれる携帯電話機の開発が挙げられる。このようなカメラ付き携帯電話機の大部分は、小さい形状因子のレンズを有する全機械的レンズモジュールを用いるが、本手法は、かなりの数の可動部品を必要とするため、可変または自動焦点合わせ、ズーム、および画像安定化能力を提供しない。例えば、ズーム能力は、所望の倍率を得るために、レンズ素子と、モータと、レンズおよび関連の画像センサの相対位置を調整するために、モータの回転移動を線形移動に伝達するためのカム機構との組み合わせを必要とする。モータおよびカム機構に加え、レンズの相対位置決めを正確に制御するために、複数の減速ギアが使用される。
【０００４】
磁力を生成するコイルを含む電磁式アクチュエータであって、磁石の長さが、光軸方向においてコイル（一般的に、「音声コイル」と呼ばれる）よりも長いアクチュエータは、デジタルスチルカメラ内において、またある程度においては、カメラ付き携帯電話機において、自動焦点機能およびズームアクチュエータ機能の多くを実行するために一般的に用いられる。この音声コイル技術は、小型かつ軽量の光学レンズ系を可能にすることから、広く受け入れられてきた。しかしながら、軽量かつ小型のカメラに対する不利な面、具体的には、長い露光時間のための能力および高解像度センサを有するという不利な面は、主に手によるジッタにより、カメラのブレが写真の質に及ぼす影響が大きくなることであり、すなわちボケが引き起こされる。カメラのブレを補償するために、しばしばジャイロスコープが画像安定化のために使用される。ジャイロスコープは、ピッチおよびヨーを測定するが、ロール、すなわち、レンズ鏡筒により画定される軸を中心とする回転を測定することができない。従来では、２つの単軸圧電または石英ジャイロスコープを多くの外部構成要素とともに使用して、本格的な領域の画像安定化を達成している。ＩｎｖｅｎＳｅｎｓｅ，Ｉｎｃ．は、画像安定化のためのＭＥＭＳ技術を使用する一体型２軸ジャイロスコープを提供し、これにより小型化が提供される。
【０００５】
形状因子が比較的小さいカメラ付き携帯電話機および他の光学系内において、可変焦点合わせ、ズーム、および画像安定化特徴が可能であるが、これらの特徴は、これらの機器の全体的な質量に実質的に付加される。さらに、多数の可動構成要素を必要とするため、電力消費が極めて高くなり、製造費用が増加する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、従来技術の制限を克服する光学レンズ系を提供することが有利である。具体的には、レンズとそのアクチュエータ構造との配置およびそれらの間の機械的界面部分が、形状因子を可能な限り低下させるように高度に一体型であるような光学系を提供することが有利である。このような光学系が、最小数の機械的構成要素を伴い、それによって光学系の複雑性および製作費用が減少するのであれば、極めて有益となるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（本発明の概要）
本発明は、光学レンズ系と、それを使用するための機器および方法を含む。光学系および機器は、機器／光学系のパラメータを調整するために、その中に一体型である１つ以上の電気活性ポリマー（ＥＡＰ）ベースのアクチュエータを含む。例えば、１つ以上のＥＡＰアクチュエータは、レンズの焦点距離の調整（自動焦点合わせ）、レンズが焦点を合わせた画像の拡大（ズーム）、および／またはレンズ系が受ける任意の不要な運動の調整（画像安定化またはブレ防止）を自動的に行なうように構成されてもよい。
【０００８】
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含み、１つ以上の出力部材は、対象のレンズ系／機器のレンズ部分、センサ部分、およびシャッタ／開口部分のうちの１つ以上に一体化される。レンズ部分（すなわち、レンズスタックまたは鏡筒）は、少なくとも１つのレンズを含む。一定の実施形態では、レンズ部分は、通常は、集束レンズ構成要素ならびにアフォーカルレンズ構成要素を含む。センサ部分は、画像処理電子機器によるデジタル処理のために、機器のレンズ部分から画像を受信する画像センサを含む。ＥＡＰアクチュエータの作動、すなわち、ＥＡＰトランスデューサへの電圧の印加によって、レンズおよび／またはセンサ構成要素の相対位置が調整され、レンズ系の最適パラメータがもたらされるか、または修正される。
【０００９】
一変形例では、レンズスタックの焦点長さを変更するために、アクチュエータ組立体（少なくとも１つのＥＡＰアクチュエータを含む）を使用して、センサ部分に対して、その長手方向軸（Ｚ軸）に沿ってレンズスタックの一部分の位置を調整してもよい。別の変形例では、レンズ系の倍率を調整するために、同一または異なるアクチュエータを使用して、長手方向軸（Ｚ軸）に沿って、相互に対してスタック内の１つ以上のレンズの位置を調整してもよい。さらに、別の変形例では、光学系に課される不要な運動を補償するために、すなわち、画像センサ上に課される画像を安定化させるために、アクチュエータを使用して、平面方向（Ｘ軸および／またはＹ軸）内における光学系の部分のセンサ部分をレンズ部分に対して移動してもよく、またはその反対も同様である。本発明の他の特徴は、ＥＡＰアクチュエータを使用して、レンズ系の開口サイズを制御すること、および／またはシャッタ機構の開閉を制御することを含む。ＥＡＰアクチュエータは、単一の機能のみ（例えば、シャッタ制御もしくは画像安定化）、または機能の組み合わせ（例えば、自動焦点およびズーム）を提供してもよい。
【００１０】
また、本発明は、画像の焦点合わせおよび／または拡大、あるいは機器／光学系の不要な移動の取り消しのために、対象の機器および光学系を使用するための方法も含む。他の方法は、対象の機器および光学系を製作する方法を含む。
【００１１】
本発明のこれらのおよび他の特徴、目的、および利点は、さらに十分に後述する本発明の詳細を熟読することにより、当業者に明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
添付の概略図を併用して以下の詳細な説明を熟読することにより、本発明は最も良く理解され、図面に示す概略図から本発明の変形例が想定される。本発明の説明を理解し易くするために、図面において共通である類似の要素を指定するために同一の参照番号を使用している（実用的である場合）。図面には以下の図面が含まれる。
【図１Ａ】図１Ａおよび図１Ｂは、自動焦点合わせを提供するように構成される電気活性ポリマーアクチュエータを用いる本発明の光学レンズ系の断面斜視図および分解組立図のぞれぞれである。
【図１Ｂ】図１Ａおよび図１Ｂは、自動焦点合わせを提供するように構成される電気活性ポリマーアクチュエータを用いる本発明の光学レンズ系の断面斜視図および分解組立図のぞれぞれである。
【図２Ａ】図２Ａおよび図２Ｂは、電圧印加前および後の、本発明の光学系とともに使用するための電気活性ポリマーフィルムの概略図を提供する。
【図２Ｂ】図２Ａおよび図２Ｂは、電圧印加前および後の、本発明の光学系とともに使用するための電気活性ポリマーフィルムの概略図を提供する。
【図３】図３は、焦点制御のための別の種類の電気活性ポリマーアクチュエータを用いる本発明の別の光学レンズ系の断面斜視図である。
【図４Ａ】図４Ａおよび図４Ｂは、ズームおよび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別の光学レンズ系の断面斜視図および分解組立図のそれぞれである。
【図４Ｂ】図４Ａおよび図４Ｂは、ズームおよび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別の光学レンズ系の断面斜視図および分解組立図のそれぞれである。
【図５】図５Ａおよび図５Ｂは、ズームを制御する代替手段を示す斜視図である。
【図６】図６Ａ〜図６Ｃは、図５Ａおよび図５Ｂにおけるトランスデューサ配置の作動の進行形の段を示す斜視図である。
【図７Ａ】図７Ａおよび図７Ｂは、自動焦点合わせ能力および画像安定化能力を提供するように構成される本発明の別の光学レンズ系の断面斜視図および分解組立図のそれぞれである。
【図７Ｂ】図７Ａおよび図７Ｂは、自動焦点合わせ能力および画像安定化能力を提供するように構成される本発明の別の光学レンズ系の断面斜視図および分解組立図のそれぞれである。
【図８】図８は、図７Ａおよび図７Ｂのレンズ系の画像安定化カートリッジの全分解組立図である。
【図９】図９Ａおよび図９Ｂは、図８の画像安定化カートリッジの電気活性ポリマートランスデューサの電極構成の上面平面図および底面平面図のそれぞれである。
【図１０Ａ】図１０Ａおよび図１０Ｂは、図８の画像安定化カートリッジとともに使用可能である枠付き電気活性ポリマートランスデューサの別の実施形態の上面平面図および底面平面図のそれぞれである。
【図１０Ｂ】図１０Ａおよび図１０Ｂは、図８の画像安定化カートリッジとともに使用可能である枠付き電気活性ポリマートランスデューサの別の実施形態の上面平面図および底面平面図のそれぞれである。
【図１０Ｃ】図１０Ｃおよび図１０Ｄは、図１０Ａおよび図１０Ｂのトランスデューサにおいて用いられる電気活性フィルムの上面平面図および底面平面図のそれぞれである。
【図１０Ｄ】図１０Ｃおよび図１０Ｄは、図１０Ａおよび図１０Ｂのトランスデューサにおいて用いられる電気活性フィルムの上面平面図および底面平面図のそれぞれである。
【図１１Ａ】図１１Ａおよび図１１Ｂは、図７Ａおよび図７Ｂのレンズ系の受動剛性および負荷応答をそれぞれ示す。
【図１１Ｂ】図１１Ａおよび図１１Ｂは、図７Ａおよび図７Ｂのレンズ系の受動剛性および負荷応答をそれぞれ示す。
【図１２Ａ】図１２Ａは、本発明のＥＡＰ自動焦点アクチュエータを偏向するために使用可能である板バネ偏向部材の斜視図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂおよび図１２Ｃは、図１２Ａの板バネ偏向部材が動作的に使用される本発明の光学レンズ系の斜視断面図および上面図である。
【図１２Ｃ】図１２Ｂおよび図１２Ｃは、図１２Ａの板バネ偏向部材が動作的に使用される本発明の光学レンズ系の斜視断面図および上面図である。
【図１３】図１３は、一体型板バネ偏向部材を使用する本発明の別の光学レンズ系の斜視断面図である。
【図１４】図１４Ａおよび図１４Ｂは、別の種類の一体型バネ偏向部材を有する関連のレンズ鏡筒を含むおよび含まないレンズ系筐体のぞれぞれの斜視断面図である。
【図１５Ａ】図１５Ａおよび図１５Ｂは、本発明のレンズ系と使用可能である組み立てられたレンズ鏡筒およびフランジ組立体の斜視断面図であり、組立体は、焦点較正の目的で調整可能な鏡筒設計を提供する。
【図１５Ｂ】図１５Ａおよび図１５Ｂは、本発明のレンズ系と使用可能である組み立てられたレンズ鏡筒およびフランジ組立体の斜視断面図であり、組立体は、焦点較正の目的で調整可能な鏡筒設計を提供する。
【図１５Ｃ】図１５Ｃは、図１５Ａおよび図１５Ｂのレンズ鏡筒組立体の無限遠焦点パラメータを較正するためのツールの使用を示す。
【図１６】図１６Ａおよび図１６Ｂは、焦点較正の目的で調整可能なフランジ設計を有する別のレンズ鏡筒組立体の斜視断面図である。
【図１７】図１７Ａおよび図１７Ｂは、極めて小型で低プロファイルの形状因子を提供する単相および二相アクチュエータ構成のそれぞれを有するレンズ系の断面図である。
【図１８】図１８Ａおよび図１８Ｂは、本発明の例示的ＥＡＰアクチュエータベースのレンズ変位機構の斜視断面図である。
【図１９】図１９Ａおよび図１９Ｂは、本発明とともに使用可能である別のＥＡＰレンズ変位機構のそれぞれの斜視断面図である。
【図２０Ａ】図２０Ａおよび図２０Ｂは、ＥＡＰアクチュエータおよび機械的連係を用いる別のレンズ変位機構のそれぞれの斜視断面図である。
【図２０Ｂ】図２０Ａおよび図２０Ｂは、ＥＡＰアクチュエータおよび機械的連係を用いる別のレンズ変位機構のそれぞれの斜視断面図である。
【図２１】図２１は、本発明の別の混合レンズ変位システムの断面図である。
【図２２】図２２Ａおよび図２２Ｂは、本発明の「尺取り虫」式レンズ変位機構のそれぞれの斜視断面図である。
【図２３】図２３Ａおよび図２３Ｂは、本発明の「尺取り虫」式のレンズ変位機構のそれぞれの斜視断面図である。
【図２４Ａ】図２４Ａは、図２３Ａおよび図２３Ｂのレンズ変位機構のアクチュエータカートリッジの断面の概略図である。
【図２４Ｂ】図２４Ｂ〜図２４Ｆは、作動サイクル中の、アクチュエータおよび関連のレンズガイドレールの種々の位置を概略的に示す。
【図２４Ｃ】図２４Ｂ〜図２４Ｆは、作動サイクル中の、アクチュエータおよび関連のレンズガイドレールの種々の位置を概略的に示す。
【図２４Ｄ】図２４Ｂ〜図２４Ｆは、作動サイクル中の、アクチュエータおよび関連のレンズガイドレールの種々の位置を概略的に示す。
【図２４Ｅ】図２４Ｂ〜図２４Ｆは、作動サイクル中の、アクチュエータおよび関連のレンズガイドレールの種々の位置を概略的に示す。
【図２４Ｆ】図２４Ｂ〜図２４Ｆは、作動サイクル中の、アクチュエータおよび関連のレンズガイドレールの種々の位置を概略的に示す。
【図２５】図２５Ａ〜図２５Ｃは、本発明のマルチアクチュエータレンズ変位システムの断面図である。
【図２６Ａ】図２６Ａおよび図２６Ｂは、本発明のレンズ画像安定化システムの非活性状態および活性状態の断面図である。
【図２６Ｂ】図２６Ａおよび図２６Ｂは、本発明のレンズ画像安定化システムの非活性状態および活性状態の断面図である。
【図２７Ａ】図２７Ａ〜図２７Ｃは、種々の作動状態における本発明の別のレンズ画像安定化システムの断面図である。
【図２７Ｂ】図２７Ａ〜図２７Ｃは、種々の作動状態における本発明の別のレンズ画像安定化システムの断面図である。
【図２７Ｃ】図２７Ａ〜図２７Ｃは、種々の作動状態における本発明の別のレンズ画像安定化システムの断面図である。
【図２８】図２８は、対象のレンズ系ならびに他の既知のレンズ系とともに使用するために適切である本発明の開口／シャッタ機構の分解図である。
【図２８Ａ】図２８Ａは、図２８のシャッタ／開口機構の回転カラーの側面図である。
【図２９】図２９Ａ〜図２９Ｃは、完全開放状態、部分開放状態、および完全閉鎖状態のそれぞれにおける図２８の開口／シャッタ機構を示す。
【図３０】図３０Ａおよび図３０Ｂは、本発明のレンズ変位機構において使用するための単一構造アクチュエータフィルムの断面図である。
【図３１】図３１Ａおよび図３１Ｂは、図３０Ａおよび図３０Ｂの単一構造アクチュエータフィルムを用いる、非活性状態および活性状態のそれぞれにおける本発明の別のレンズ変位機構の側面図を示す。
【図３２】図３２Ａおよび図３２Ｂは、単一構造アクチュエータを用いる本発明の別のレンズ変位機構の側面図を示す。
【図３３Ａ】図３３Ａおよび図３３Ｂは、性能を最適化するために、一定の条件、例えば、レンズ系が動作する周囲環境の湿度に対処するように機能する特徴を有するＥＡＰアクチュエータの使用を示す。
【図３３Ｂ】図３３Ａおよび図３３Ｂは、性能を最適化するために、一定の条件、例えば、レンズ系が動作する周囲環境の湿度に対処するように機能する特徴を有するＥＡＰアクチュエータの使用を示す。
【図３４】図３４は、周囲条件に対処するための別の構成を用いる本発明のレンズ変位システムの断面図を示す。
【図３４Ａ】図３４Ａおよび図３４Ｂは、図３４のシステムの周囲条件制御機構の斜視図および上面図である。
【図３４Ｂ】図３４Ａおよび図３４Ｂは、図３４のシステムの周囲条件制御機構の斜視図および上面図である。
【図３５】図３５は、レンズ位置センサを有する本発明の別のレンズ変位システムの断面図を示す。
【図３６Ａ】図３６Ａは、本発明のシャッタ／開口機構の機械的構成要素の別の変形例の斜視図である。
【図３６Ｂ】図３６Ｂおよび図３６Ｃは、完全開放状態および完全閉鎖状態のそれぞれにおける図３６Ａのシャッタ／開口を示す。
【図３６Ｃ】図３６Ｂおよび図３６Ｃは、完全開放状態および完全閉鎖状態のそれぞれにおける図３６Ａのシャッタ／開口を示す。
【図３６Ｄ】図３６Ｄは、本発明のＥＡＰアクチュエータと動作可能に結合される図３６Ａの機構の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（本発明の詳細な説明）
本発明の機器、システム、および方法について説明する前に、本発明が特定の形状嵌合または用途に限定されず、変動してもよいことを理解されたい。したがって、本発明は、可変焦点カメラレンズに関連して主に説明されるが、対象の光学系を、顕微鏡、双眼鏡、望遠鏡、カムコーダ、プロジェクタ、眼鏡、および他の種類の光学的応用において使用してもよい。本明細書において使用する専門用語は、特定の実施形態を説明する目的だけのものであり、本発明の範囲が添付の請求項によってのみ限定されるため、限定的であるように意図されない。
【００１４】
次に、図面を参照すると、図１Ａおよび図１Ｂは、自動焦点能力を有する本発明の光学レンズ系を示す。図面は、１つ以上のレンズ（図示せず）を保持するレンズ鏡筒１０８を有するレンズモジュール１００について詳述する。開口１０６は、レンズ鏡筒１０８の遠位端または前方端に提供される。開口１０６の遠位に配置されるのは、電気活性ポリマーフィルム１２０を有する電気活性ポリマー（ＥＡＰ）アクチュエータ１０２である。フィルム１２０は、その外周の周囲において枠側面１２２ａ、１２２ｂにより挟まれ、中央において円板側面１０４ａ、１０４ｂにより挟まれ、フィルム１２０の暴露された環状区分を残す。次に、電気活性フィルムの構造および機能について、図２Ａおよび図２Ｂを参照してより詳細に説明する。
【００１５】
図２Ａおよび図２Ｂの概略図に示すように、電気活性フィルム２は、適合する電極板または電極層６の間に挟まれるポリマー誘電体薄層４を含む材料の複合体を備え、これによって静電容量構造が形成される。図２Ｂにおいて分かるように、電極に電圧が印加されると、２つの電極６における異なる電荷が相互に引き付けられ、これらの静電引力は、誘電体層４を圧縮する（Ｚ軸に沿って）。加えて、各電極における異なる電荷間の反発力は、面内において（Ｘ軸およびＹ軸に沿って）誘電体を伸長する傾向があり、これによって、フィルムの厚さが低減される。これによって、誘電体層４は、電場の変化により偏向する。電極６が適合するため、電極６は、誘電体層４に合わせて形状を変更する。一般的に、偏向は、誘電体層４の一部分の任意の変位、拡張、収縮、ねじれ、線形もしくは範囲歪み、または任意の他の変形を指す。形状嵌合構築、例えば、静電容量構造が用いられる枠に依存して、この偏向を使用して機械仕事を産生してもよい。電気エネルギーと機械エネルギーとの間の変換を改善するために、電気活性フィルム２を枠内で事前に歪めてもよく、すなわち、事前の歪みによって、フィルムのさらなる偏向およびさらなる機械仕事の提供が可能になる。
【００１６】
電圧が印加されると、電気活性フィルム２は、偏向を駆動する静電力を機械力がバランスを保てるまで偏向し続ける。機械力には、誘電体層４の弾性的復元力、電極６の適合、ならびにフィルム２に結合される機器および／または負荷により提供される任意の外部抵抗が含まれる。また、電圧印加により生じるフィルムの偏向も、エラストマー材料の誘電率ならびにそのサイズおよび剛性等の、多数の他の要因に依存し得る。電圧差および誘起電荷の除去により、逆の効果が引き起こされ、図２Ａに示すような非活性状態に戻る。
【００１７】
電気活性ポリマーフィルム２の長さＬおよび幅Ｗは、その厚さｔよりも大幅に大きい。通常は、誘電体層４は、約１μｍから約１００μｍの範囲の厚さを有し、電極の各々よりも厚い可能性が高い。アクチュエータに寄与する追加の剛性が概して誘電体層の剛性未満になるように、弾性係数および電極６の厚さを選択することが望ましく、比較的低い弾性係数、すなわち、約１００ＭＰａ未満を有する。
【００１８】
対象の光学系とともに使用するのに適切な電気活性ポリマー材料の種類には、誘電エラストマー、電歪ポリマー、電子電気活性ポリマーおよびイオン電気活性ポリマー、ならびにいくつかのコポリマーが含まれるが、これらに限定されない。適切な誘電材料には、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含まれるが、これらに限定されない。電歪ポリマーは、電気活性ポリマーの非線形反応によって特徴付けられる。通常は、電子電気活性ポリマーは、電場に応答する電子の移動により形状または寸法を変更する（通常、乾式）。イオン電気活性ポリマーは、電場に応答するイオンの移動により形状または寸法を変更するポリマーである（通常、湿式であり、電解質を含有する）。適切な電極材料には、炭素、金、白金、アルミニウム等が含まれる。本発明の隔膜カートリジとともに使用するのに適切なフィルムおよび材料は、米国特許第６，３７６，９７１号、第６，５８３，５３３号、第６，６６４，７１８号において開示されており、これらは本明細書に参考として援用される。
【００１９】
再び図１Ａおよび図１Ｂを参照すると、レンズ鏡筒およびスタック１０８を備えるＥＡＰアクチュエータ１０２の動作的係合により、レンズ組立体の自動焦点合わせが可能になる。枠１２２は、穴１２６ｂに収容されるボルト１２６ａによって、筐体１１４の遠位端に取り付けられ、一方、ＥＡＰアクチュエータ１０２の円板またはキャップ部分１０４は、レンズ鏡筒１０８の遠位端に対して配置または装着され、これによって、キャップ１０４内の開口１１８は、レンズ組立体への光の通過を可能にするように、軸方向に開口１０６と整列される。板バネ機構１１０の形式である偏向部材は、矢印１２５の方向に円板１０４に事前に負荷をかけるか、または円板１０４を偏向するように、レンズ鏡筒１０８と枠１２２との間で動作可能に係合され、錐台形状の構築を提供する。このような錐台式アクチュエータについては、米国特許出願第１１／０８５，７９８号、第１１，０８５，８０４号、および第１１／６１８，５７７号に説明されており、その各々は、その全体が本明細書に参考として援用される。予圧または偏向により、アクチュエータ１０２が、電極作動により単にしわ状になるのではなく、所望の方向に作動することが確実になる。図示する板バネ機構１１０では、アクチュエータ１０２に対して１つ以上のバネを収容および動作可能に配置するように、筐体１１４に、壁凹部１３２等が設けられてもよい。図７Ａに示すような、単純な陽性率（例えば、コイルバネ）等の他の偏向手段を代替として使用してもよい。
【００２０】
レンズ組立体またはスタック１０８の近位または後方側面において、制御電子機器１２８（図１Ｂのみに示す）によるデジタル処理のために画像を受信する画像センサ／検出器１１６（電荷結合素子（ＣＣＤ）等）が存在する。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（この場合、１つ以上のレンズの軸方向配置は、他のレンズに対して調整される）。センサ１１６ならびにアクチュエータ１０２は、電源１３０への電気的結合を介して電力供給され得る。
【００２１】
図１Ｂに示すように、完全なカメラ組立体は、少なくともシュラウドまたはカバー１１２を含む。一般的に従来のレンズ系とともに使用される赤外線（ＩＲ）フィルタ（図示せず）等の他の構成要素も、光学系１００に動作可能に組み込まれてもよい。
【００２２】
図３は、本発明の別のレンズモジュール１４０を示す。１つ以上のレンズ１４４を有する円柱状のレンズ鏡筒１４２は、外側および内側筐体部材１４６、１４８内で移動可能に保持され、遠位部分１４２ａは、外側筐体１４６における開口部と通って摺動可能に配置され、近位部分１４２ｂは、内側筐体１４８における開口部を通って摺動可能に配置される。遠位および近位鏡筒部分１４２ａ、１４２ｂ間の連接点は、環状肩部１５０を画定し、その環状肩部１５０にＥＡＰアクチュエータ１５２の環状内側枠部材１５８が装着される。アクチュエータ１５２は、二重錐台構築を有し、各錐台は、内側部材１５８の間において伸長状態で保持されるフィルム１５４ａ、１５４ｂによって画定され、遠位フィルム１５４ａの外周部分は、外側筐体１４６と枠ブロックまたはスペーサ１５６との間に保持され、近位フィルム１５４ｂの外周部分は、内側筐体１４８と枠ブロック１５６との間に保持される。板バネ機構により偏向される代わりに、二重錐台構造の遠位フィルム１５４ａは、矢印１５５の方向にアクチュエータ１５２に予圧を提供し、これによって、レンズ鏡筒１４２が同一方向に移動し、集束レンズ１４４が調整される。非偏向型フィルム１５４ｂは、ＥＡＰフィルムであるが、偏向型フィルム１５４ａは、そうである必要はなく、単に、エラストマーウェビングであってもよい。しかしながら、フィルム１５４ａが電気活性ポリマー材料を備える場合、静電容量変化により位置を検知するために用いられてもよく、またはフィルム１５４ｂとともに、二相アクチュエータを提供してもよい。後者の場合、フィルム１５４ｂが作動すると、レンズ鏡筒１４２が矢印１５７の方向に移動し、これによって、反対方向にレンズ１４４の焦点距離が調整される。
【００２３】
本発明の別の変形例では、図４Ａおよび図４Ｂは、焦点およびズーム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光学系１６０を示す。光学系は、筐体１８２内に収容される焦点段を有し、レンズ鏡筒１６２に保持され、かつ隔膜アクチュエータ１６６によって駆動される集束レンズ１６４を含む。焦点合わせは、図１Ａおよび図１Ｂに関連して説明したものと同様に、レンズ１６４と画像センサ１８０との間の距離を変動することによって調整される。また、光学系１６０は、レンズ固定具１７０内に保持され、かつ電機子１７４ａ、１７４ｂのそれぞれによって対の平面アクチュエータ１７２ａ、１７２ｂに機械的に結合されるレンズカバー１７６の下に保持されるズームレンズ１６８を含むズーム段も提供する。これらのアクチュエータ１７２ａ、１７２ｂの各々は、電機子に取り付けられる共通の枠要素１７８において、またはその上にＥＡＰフィルムを伸長することによって形成される。ズーム機能は、レンズ１６４とレンズ１６８との間の距離を変動させることによって達成される。概して、焦点調整は、約０．１から２．０ｍｍの間の移動を必要とするが、ズームは、しばしば、そのストローク量の約５倍から１０倍を必要とする。図示しないが、組み合わせた枠の複数の対向面が、隔膜アクチュエータのみまたは平面アクチュエータのみを担持することが想定される。またさらに、非直交枠幾何学的形状を用いてもよい。
【００２４】
さらなるスペースが利用可能な場合、機器の動作領域を増加するために、より長いズーム移動に適切なＥＰＡＭズーム／焦点エンジンを提供することが望ましくてもよい。図５Ａおよび図５Ｂは、代替レンズ系１９０を示す斜視図であり、対の組の平面アクチュエータ１９２ａ、１９２ｂの伸縮自在な配置であって、各対のうちの１対が、ズームレンズ１９８を担持するレンズ鏡筒１９６に固定されるレンズカートリッジ１９４の対向側面に配置される。作動すると、平面アクチュエータ配置は、矢印２０２および２０４の方向に、画像センサ２００に対して焦点軸に沿って、レンズ鏡筒１９６およびズームレンズ１９８を平行移動し、この場合、図５Ａおよび図５Ｂは、それぞれ最小および最大ズーム位置を示す。
【００２５】
アクチュエータが連結され、かつ動作する方式について、図６Ａ〜図６Ｃの拡大断面図によって明確にし、これらの図は、図５Ａおよび図５Ｂのアクチュエータスタックの種々の作動段を示す。進行形の運動は、連続する出力バー２０８をアクチュエータ枠区分２０６に連結することによって達成され、最も内側の出力バーは、ズーム構成要素を駆動するためにロッド２１０に取り付けられる。
【００２６】
次に、図７Ａおよび図７Ｂを参照すると、自動焦点合わせに加えて、画像安定化能力を提供する本発明の別の光学レンズ系３００が示される。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鏡筒３１２を含み、本図面において、４つのレンズ３１４ａ、３１４ｂ、３１４ｃ、および３１４ｄを有するように示されるが、用いるレンズの数は増減してもよい。レンズ組立体３１４は、外側枠３２２と内側円板またはキャップ部材３２８との間に延在するＥＡＰフィルム３２５を有するＥＡＰアクチュエータ３２０によって変位される。外側枠３２２は、底部筐体３２４と上部筐体３２６との間に固定される。コイルバネ３３２形式の偏向部材が、レンズ鏡筒３１２の周囲に配置され、底部筐体３２４の後方端３３４とレンズ鏡筒３１２の肩部またはフランジ３３６の間に動作可能に係合され、これによって、キャップまたは円板３２８が矢印３３５の方向に予圧または偏向され、錐台形状をＥＡＰアクチュエータ３２０に提供する。
【００２７】
アクチュエータの円板部材３２８の半径方向の剛性と、レンズ鏡筒３１２の遠位端に課される対抗力／偏向（矢印３３５とは反対）は、レンズモジュール３０２内における鏡筒の連結性の保持を支援する。さらに、偏向されたＥＡＰアクチュエータの構造全体は、レンズ鏡筒を効果的に懸架し、このようなレンズ位置決めシステムの受動剛性を示す図１１Ａのグラフにより証明されるように、重力の影響を受けないようにする。一方、図１１Ｂは、急停止位置からの移動開始後のシステムの通常の負荷応答を示す。
【００２８】
ブッシング壁３１８は、筐体３２４の後方端３３４から上方に延出し、コイルバネ３３２とレンズ鏡筒３１２の外面との間に設置される。ブッシング３１８は、レンズ鏡筒３１２の線形ガイドとしての役割を果たし、フランジ３３６とともに、最大「マクロ」焦点（焦点近傍）位置において移動停止具を提供する。また、内蔵の移動停止具または急停止具を有することは、光学系３００の組立体の製造中の鏡筒の位置の初期較正時にも有用である。また、ブッシング壁３１８の剛性によっても、通常の使用中にレンズ組立体に加えられる圧搾に対する保護が提供される。加えて、ＥＡＰアクチュエータ３２０の全体構造は、何らかの衝撃吸収性をレンズ鏡筒に提供する。集合的に、ＥＡＰアクチュエータ、偏向バネ、ブッシング、および全体の鏡筒設計は、レンズ系の最適性能のために、均一の半径方向整列を提供する。
【００２９】
ＥＡＰアクチュエータの錐台構築は、図１２Ａに示す板バネ偏向機構３９０等の他の種類の偏向部材によって提供されてもよく、この構成は、具体的には、低プロファイルを提供する。偏向機構３９０は、半径方向に延出する分岐タブ３９４であって、離間し、かつ屈曲点３９６で基部３９２の円周から上方に角度付けられる分岐タブ３９４を有する環状基部３９２を含む。図１２Ｂおよび図１２Ｃは、図７Ａおよび図７Ｂの光学系３００と類似の構成を有する光学レンズ系内において、偏向部材として動作可能に用いられる板バネ偏向機構３９０を示す。板バネの基部３９２は、フランジ３３６の下でレンズ鏡筒３１２を取り囲み、分岐タブ３９４の各々は、軸受表面としての役割を果たす外側枠３２２の裏面に係合する。均一にバランスの取れた同心の偏向を提供するためには、板バネ機構は、少なくとも３つの均一に離間したタブ３９４を提供することが好ましい。さらに、板バネ３９０の不測の回転移動を防止するために、スロット内の分岐タブ３９４の枝部または脚部は、筐体の各角に位置する。内側筐体ブロック３９８は、「無限遠」（すなわち、最も近位の）位置にある場合に、レンズ鏡筒３１２への線形ブッシングまたは安全装置としての役割を果たす。
【００３０】
また、偏向部材は、光学レンズ系のレンズ鏡筒および／または筐体構造に一体型であってもよい。図１３は、本発明のレンズ系の構造的部分４１０が、筐体部品４１４内に同心円状に配置されるレンズ鏡筒４１２を含む例を示す。偏向部材４１６は、レンズ鏡筒と筐体との間に配置され、それらの間をまたがり、この場合、偏向部材は、単一またはモノリシック構造としてこれらの構成要素とともに形成されてもよく（例えば、成形によって）、あるいは、それらの間の挿入物として提供されてもよい。環状隔膜４１８が凸状構成を有する（上部または外部からの観点から）後者の構成について図示するが、凹状構成を代替として用いてもよい。シリコーン、ポリウレタン、ＥＰＤＭ、他のエラストマー、または任意の低粘性エラストマーは、隔膜４１８の適切な材料である。隔膜は、内壁４２０ａと外壁４２０との間で延在し、これらの壁は、外側レンズ鏡筒壁および内側筐体壁をそれぞれ留める。曲線状隔膜４１８は、負レートの偏向を有するバネ機構を提供する。負レートの偏向を有するＥＡＰアクチュエータの他の例は、前に参照した米国特許出願第１１／６１８，５７７号に開示されている。
【００３１】
図１４Ａおよび図１４Ｂは、アクチュエータのバネ偏向を対象のレンズ系に一体化する他の方式を示す。図１４Ａにおいて、ＥＡＰアクチュエータ（図示せず）に印加されるバネ偏向は、２つ以上のタブ４２２によって提供され、これらのタブ４２２は、例えば、図７Ａおよび図７Ｂのレンズ系３００の底部筐体３２４に構造的に一体化され、筐体３２４の外壁とブッシング壁３１８との間の同心間隙内で半径方向内側に延在する。タブ４２２は、負荷の印加時にバネ偏向を提供するように湾曲または成形される。また、レンズ鏡筒３１２は、図１４Ｂに示すように、タブ４２２と一体的に形成されてもよく（成形等によって）、タブ４２２に固定されてもよい。
【００３２】
本発明のレンズ系には、レンズに対する任意の適切な位置に１つ以上のフィルタが装備されてもよい。図７Ａおよび図７Ｂの光学系３００を再び参照すると、上部筐体３２６は、光線を通過させるためにその中に位置する透明または半透明のカバー３３０を有する。あるいは、上部筐体３２６の全体が、透明／半透明材料から成形されてもよい。いずれの場合においても、カバーは、約６７０ｎｍ以上の赤外波長のレンズ組立体の透過を防止するとともに、可視波長をほぼ消失することなく透過可能にするフィルタとして機能し得る。代替的または付加的に、ＩＲフィルタ３６６は、レンズ組立体の近位に位置してもよい。
【００３３】
また、本発明のレンズ系は、画像安定化能力も有してもよい。図７Ａおよび図７Ｂを再び参照すると、画像安定化モジュール３０４の例示的実施形態は、レンズモジュール３０２の近位に位置し、画像安定化モジュール３０４は、レンズモジュール３０２によりそこに焦点が合わされた画像を受信するための画像センサ３０６と、これらの画像を処理するための関連電子機器とを含む。また、画像安定化モジュール３０４は、ＥＡＰアクチュエータ３１０も含み、これは、焦点の合った画像を鮮明に維持するために、任意の移動、すなわち、ｘ−ｙ平面における画像センサ３６０の「ブレ」を補償する役割を果たす。また、このような運動を検知するためのセンサとともに、Ｚ軸補正も提供してもよい。
【００３４】
ＥＡＰアクチュエータ３１０は、「高電圧」側面および接地側面３３８および３４８を有する２層ＥＡＰフィルムトランスデューサを備える平面構成を有し、図８の分解組立図および図９Ａおよび図９Ｂの平面図において最も良く図示される。ＥＡＰフィルム３３８は、エラストマー層３４２と、電気的に絶縁された電極３４０とを備え、その電極の各々は、エラストマー３４２の一部分において延在するとともに、層３４２の中央部分３６２ａに電極材料が含まれないようにする。ＥＡＰフィルム３４８は、エラストマー層３５２および単一の接地電極３５０を含む。接地電極３５０の環状形状によって、各高電圧電極３４０への接合が可能になり、フィルム３３８の部分３６２ａに一致する中央部分３６２ｂに電極材料が含まれないようにする。集合的に、２つのフィルムは、４相アクチュエータを提供するために、４つの活性４分円を有する（すなわち、４つの活性接地電極の対を有する）トランスデューサを提供するが、図１０Ａ〜図１０Ｄに関して後述するように、用いる活性部分の数を増減してもよい。各４分円は、個々に、または他の４分円のうちの１つ以上と連携して、選択的に作動して、光学系が受けるブレに応答して、およびそれを補償するために、ｘ−ｙ平面において広範な作動の運動（すなわち、２つの自由度を有する）を提供する。電気タブ３４４が、高電圧電極毎に１つ、２つのフィルムの間に挟まれる。対の接地電気タブ３４６は、ＥＡＰフィルム３３８、３４８の対向する外面上に提供される。タブ３３４および３４８は、ＥＡＰアクチュエータを電源および制御電子機器（図示せず）に結合するためのものである。次いで、２層トランスデューサフィルムは、上部および底部枠部材３５４ａ、３５４ｂの間に挟まれ、これらは、ＥＡＰフィルムを伸長および緊張状態に保持する。
【００３５】
また、アクチュエータ３１０は、２つの円板３５６、３５８も含み、複合フィルム構造の側面毎に１つ、中央に配置される。円板は、種々の機能の役割を果たす。高電圧電極フィルム３３８の外側に提供される円板３５６は、裏当て板またはカバー３６０ｂによって、枠側面３５４ｂの環状スペース内または切り抜き内において平面整列して保持される。円板３５６は、移動停止具としての役割を果たし、つまり、フィルム３３８の裏板との接触を防止し、センサに対する補助軸受支持としての役割を果たす。円板３５８は、フィルム３４８の外側に提供され、前方板またはカバー３６０ａによって、枠側面３５４ａの環状スペース内または切り抜き内において平面整列して保持され、前方板またはカバー３６０ａも、そこを通ってアクチュエータ３１０の移動を画像センサ３０６に移行する切り抜き部分を有する。円板３５８から画像センサ３０６への出力アクチュエータ運動の伝達を容易にするために、線形軸受構造懸架部材３０８がその間に提供される。構造／部材３０８は、平面基板３６２の形式であり、複数の衝撃吸収要素３６４、例えば、基板３６２の縁から延出するバネタブを有し、このバネタブは、アクチュエータ３１０の出力運動を最適化するために衝撃吸収体として機能する。基板３６２は、バネタブ３６４を含むフレックス回路の形式であってもよく（伝導性材料から作製の場合）、画像センサ３０６とその関連の制御電子機器との間の電気的接触をアクチュエータ３１０に提供する。
【００３６】
集合的に、画像センサ３０６、懸架部材３０８、およびアクチュエータ３１０は、筐体３１６内において、まとめて入れ子式である。筐体３１６は、レンズモジュール３０２を収容するために、遠位側面３６８において凹状である。その近位側面３７０において、筐体３１６は、アクチュエータ３１０の電気接触タブ３４４、３４６および／または軸受懸架部材３０８のバネタブ３６４を収容するために切り欠きまたは凹部３７２を有する。
【００３７】
４相アクチュエータ３１０に関する説明について前述したように、本発明の画像安定化アクチュエータは、所望の位相作動を提供する任意の数の活性範囲を有してもよい。図１０Ａ〜図１０Ｄは、少なくとも画像安定化のために本発明の対象の光学レンズ系とともに使用するのに適切な３相ＥＡＰアクチュエータ３８０を示す。アクチュエータ３８０は、３つの電極範囲３８６を有する高電圧ＥＡＰフィルム３８４ａを有し、電極範囲の各々は、アクチュエータ３８０の活性範囲の約３分の１の作動をもたらす。接地ＥＡＰフィルム３８４ｂは、単一の環状接地電極３８８を有し、これは、枠側面３８２ａおよび３８２ｂによってフィルム３８４ａでパッケージ化される場合に、アクチュエータ３８０の３つの活性部分の各々に接地側面を提供する。この３相設計は、機械的および電気的にも４相設計より基礎的であるが、３相アクチュエータだけではＸ軸またはＹ軸のいずれかにおいて個別の移動を提供することができないため、より複雑な電子制御アルゴリズムが必要となる。
【００３８】
多くの製造されたハードウェア構成要素は、容認可能な許容範囲内にある寸法を有することから、類似の構成要素および関連の構成要素間のわずかな寸法変動は、生産収率に影響を及ぼさない。しかしながら、光学レンズ等の機器では、さらなる精度が必要とされることが多い。より具体的には、エンドユーザによる使用の際に正確な焦点合わせを確実にするように、「無限遠」位置にある場合に（すなわち、「オフ」状態にある場合に）画像センサに対するレンズ組立体の位置を、レンズ組立体の焦点を最適化するように設定することが重要である。したがって、無限遠位置は、好ましくは、製作過程中に較正される。
【００３９】
図１５Ａおよび図１５Ｂは、レンズ組立体の無限遠位置を較正するため、すなわち、画像センサとレンズ組立体との間の距離を調整して、製作過程中に最適に焦点が合わされる無限遠位置を確立するための例示的設計構成を示す。レンズ鏡筒組立体４３０は、レンズ鏡筒４３２および分離可能なフランジ４３４から構成される。フランジ４３４は、内側にネジ山４３９が付けられ、レンズ鏡筒４３２の外側ネジ山４３７と回転係合する。フランジ４３４には、半径方向に延出するタブ４３６が提供され、これは、図１５Ｃに示すような光学系筐体４４２内の載置時に、特定の開口部４３６から突出する。したがって、フランジ４３４の回転位置は、レンズ鏡筒４３２に対して固定される。レンズ鏡筒４３２の上部カバー４３５の頂部分４３８には、図１５Ｃに示すように、較正ツール４４４の作用端部４４６を収容するための溝または刻み目４４０が提供される。ツール４４４によって、筐体４４２内の封入後であってもレンズ鏡筒４３２へのアクセスが可能になり、ツール４４４を使用して、ネジ係合されたフランジ４３４であって、その位置がタブ４３６および開口部４３６によって筐体内に固定されるフランジ４３４に対していずれの方向にもレンズ鏡筒４３２を回転させる。次いで、この相対回転移動は、画像センサ（図示せず）およびレンズ系の他の固定構成要素に対して、レンズ鏡筒組立体４３０全体を線形または軸方向に（レンズ鏡筒の回転方向に依存するいずれかの方向に）平行移動させる。光学系の無限遠位置を規定するのは、レンズ組立体４４８（図１５Ｂ参照）と画像センサとの間の距離である。
【００４０】
図１６Ａおよび図１６Ｂは、レンズ組立体を較正する目的の（少なくとも部分的）別のレンズ鏡筒構成４５０を示す。図１５Ａ〜図１５Ｃの構成との違いは、フランジ４５６が、筐体４５２内に動作可能に設置される場合に回転固定されるレンズ鏡筒に対して移動可能であることにある。この固定は、レンズ鏡筒の外壁から半径方向に延出するバンパーまたは突起部４６０によって提供される。レンズ鏡筒が光学系筐体４５２内に設置される場合、バンパー４６０は、筐体の壁内における開口部または窓４５８内に位置し、レンズ鏡筒の回転移動を防止する。フランジ４５６の外周には、較正ツール（図示せず）に係合するように構成される刻み目４６２が提供される。筐体４５２には、窓４６４が提供され、それを通ってフランジ４５６の外周縁が露出される。較正ツール（可能であれば、指）を使用することによって、フランジ４５６は、必要に応じていずれの方向にも回転可能である。前述した構成と同様に、レンズ鏡筒に対するフランジの相対移動によって、画像センサ（図示せず）に対してレンズ組立体全体が線形／軸方向に平行移動する。両構成は、レンズ系の最終組み立て中にレンズ組立体の無限遠位置を較正する便利で簡単な方式を提供する。
【００４１】
図１７Ａおよび図１７Ｂは、より単純かつより低プロファイルの設計を有する本発明のレンズ系の２つの他の実施形態を図示し、ここで、レンズ４７２（単一のレンズか、または複数のレンズの中の最遠位のレンズかのいずれか）は、ＥＡＰアクチュエータに直接一体化され、ＥＡＰアクチュエータによって選択的に配置される。
【００４２】
図１７Ａのレンズ系４７０は、内側および外側枠部材４７４、４７６をそれぞれ備える単相アクチュエータを用い、ＥＡＰフィルム４７８は、それらの部材の間に伸長される。レンズ４７２は、内側枠４７４内に配置され、かつ同心円状に固定され、アクチュエータによる出力移動がレンズ４７２に直接課されるようにする。単相アクチュエータは、内側枠４７６と裏板４８２との間に画定される錐台スペース内に配置される小型コイルバネ４８０によって、レンズの前方側面４７２ａに向かう方向に偏向される。裏板４８２は、最大「マクロ」（焦点近傍）位置において急停止具としての役割を果たす。アクチュエータが「オフ」状態にある場合、レンズ４７２はマクロ位置にあり、作動時に、レンズは矢印４８８の方向に無限遠位置側に移動する。マクロ位置においてのみ動作するレンズポジショナ用途では、初期マクロ設定によって、不必要な変位領域を排除することにより光学系の信頼性が改善される。
【００４３】
類似の低プロファイル構成を有する二相レンズ系５１０を図１７Ｂに示す。本図面において、ＥＡＰアクチュエータは、相互に偏向するように機能する２つの層または隔膜を備える。上部または後方アクチュエータは、内側枠および外側枠４９０ａ、４９０ｂ間で延在するＥＡＰフィルム４９４を含み、底部または前方アクチュエータは、内側および外側枠４９０ａ、４９２ｂ間に延在するＥＡＰフィルム４９６を含む。内側枠４９０ａ、４９２ａは結合されるが、それぞれの外側枠４９０ｂ、４９２ｂは、中間筐体部材５００によって離間され、中間筐体部材５００と、上部筐体部材４９８および底部筐体部材５０２のそれぞれとの間に挟まれる。レンズ４７２（切頂低プロファイル形状を有する）は、結合される内側アクチュエータ枠内に同心円状に配置される。２つの活性アクチュエータの各々は、他方に偏向を提供し、レンズ４７２の二相または双方向移動を可能にする。具体的には、底部アクチュエータが作動する場合、上部アクチュエータはオフであるが、上部アクチュエータによる偏向は、矢印５０４の方向にレンズ４７２を移動させ、同様に、上部アクチュエータが作動する場合、底部アクチュエータはオフであるが、底部アクチュエータによる偏向は、矢印５０６の方向にレンズ４７２を移動させる。これにより、レンズ４７２は、単相光学系４７０の移動距離の２倍（２Ｘ）の移動距離を有することが可能になる。この二重隔膜構成は、アクチュエータの一方または他方を受動的、すなわち、常にオフ状態にすることによって、単相アクチュエータとして機能するように作製可能である。いずれの場合においても、二重隔膜アクチュエータは、極めて低いプロファイルの形状因子をレンズ系に提供する。
【００４４】
自動焦点合わせ用またはズーム用にかかわらず、レンズ移動／ストロークは、レンズの移動を可能にする追加の構造的構成要素を用いることよって増加（ならびに減少）することが可能である。この移動は、単一のレンズもしくは多数のレンズの絶対変位、および／またはレンズの組立体内のレンズ間の相対移動を伴ってもよい。このような移動をもたらすための追加の構成要素は、１つ以上のＥＡＰアクチュエータ、機械的連係等、またはレンズ鏡筒／組立体に一体型であるか、またはそれに連結されるその両方の組み合わせを含んでもよい。
【００４５】
図１８および図１９は、本発明の例示的レンズ変位機構の斜視図を提供し、矢印５２５、５３５のそれぞれが示すストローク出力を増幅するために、多数のＥＡＰアクチュエータ／トランスデューサを連続して積層する。図示するように、トランスデューサは、所望の出力を達成するために、所望の構成で結合または連動されてもよい。
【００４６】
図１８Ａおよび図１８Ｂのレンズ変位機構５２０は、多数の二重錐台ＥＡＰアクチュエータ５２８ユニットを提供し、各アクチュエータユニット５２８は、その内側枠またはキャップ５３２が連動する２つの凹面対向トランスデューサ隔膜５２６を含む。次いで、アクチュエータの外側枠５３４は、隣接するアクチュエータの外側枠５３４に連動または結合される。最遠位の外側枠５３４ａは、レンズ５２２がその中に配置されるレンズ枠５２４に装着される。最近位外側枠５３４ｂは、画像センサモジュール（図示せず）の遠位に配置される。
【００４７】
図１９Ａおよび図１９Ｂは、同様に機能するレンズ変位機構５４０を図示し、複数のＥＡＰアクチュエータユニット５４８の各々が、逆の構成を有することによって、トランスデューサ隔膜５４４は、連動するその外側枠５３８と内側に対向するその凹状側面を有する。次いで、アクチュエータの内側枠５３６は、隣接するアクチュエータの内側枠５３６に連動または結合される。最遠位内側枠５３６ａは、その中に同心円状にレンズ５２２を保持する役割を果たす。最近位内側枠５３６ｂは、画像センサモジュール（図示せず）の遠位に配置される。
【００４８】
いずれの設計でも、アクチュエータレベルの数が多いほど、ストローク潜在性が増加する。さらに、スタック内における１つ以上のアクチュエータレベルをズーム用途に使用してもよく、この場合、追加のレンズが種々のアクチュエータレベルに一体化され、集合的に、アフォーカルレンズ組立体として動作してもよい。付加的にまたは代替的に、トランスデューサレベルのうちの１つ以上は、活性アクチュエータ制御または動作検証を容易にするために、検知（作動とは対照的）するために設定されてもよい。これらの動作のうちのいずれかにより、ＰＩまたはＰＩＤ制御器等の任意の種類のフィードバック手法を光学系に用いて、極めて高度な正確さおよび／または精度により、アクチュエータ位置を制御してもよい。
【００４９】
次に、図２０Ａおよび図２０Ｂを参照すると、機械的レンズ駆動部分または構成要素５５４と併用してＥＡＰベースの部分または構成要素５５２を利用する別のレンズ変位機構５５０が図示され、ＥＡＰベースの部分または構成要素５５２を利用して、機械的レンズ駆動部分または構成要素５５４駆動する。ＥＡＰ部分５５２は、二重錐台アクチュエータを含み、そのアクチュエータにおいて、外側枠５５６ａ、５５６ｂは、底部筐体部分５５８ａ、５５８ｂの間に保持され、結合されるトランスデューサの内側枠５５５ａ、５５５ｂは、光軸５７６に沿って相対的に平行移動可能である。上述のように、アクチュエータは、光軸５７６に沿った両方向における能動的移動を可能にする二相アクチュエータ、または光軸に沿った上方／前方方向に移動可能である単相アクチュエータのいずれかとして構成されてもよい。
【００５０】
変位システム５５０の機械的部分５５４は、連係対５６６ａ、５６６ｂおよび５６８ａ、５６８ｂによって相互連結される第１および第２の駆動板またはプラットフォーム５６０、５６４を含む。板の各々は、レンズ（図示せず）を保持および担持するために中央開口部を有し、レンズは、集合的に、アフォーカルレンズ組立体を提供し、集束レンズ組立体は、焦点軸に沿って移動する際に、上部筐体５７４内のレンズ開口部５７８において中央に配置される集束レンズ（図示せず）の倍率を調整する。提供されるズーム変位板は２つだけであるが、任意の数の板および対応するレンズを用いてもよい。
【００５１】
連係対は、第１の駆動板５６０上に作用した力に応答して、光軸に沿って第２の駆動板５６４を移動させるために、折り畳み式ジャッキ作用を提供する。当業者が理解するように、このような折り畳み式ジャッキ作用は、第１の駆動板５６０よりも大きな割合で第２の駆動板５６４を平行移動し、この場合、第１の坂と第２の坂との間の平行移動割合は、入れ子式作用を提供する。板５６０、５６４は、線形ガイドロッド５７２に沿って、およびそれによって摺動可能に案内され、線形ガイドロッド５７２は、底部筐体部分５５８ａと上部筐体５７４との間に延在する。アクチュエータ部分５５２が作動すると、キャップ５５５ａが変位し、これによって駆動板５６０の近位端５６２に対して上方の力が印加される。これは、第１の板５６０を駆動し、次いで、第１の板５６０は、連係対を移動させて、より大きな選択割合の平行移動で第２の板５６４を駆動する。折り畳み式ジャッキ連係について例示的に説明するが、他の種類の連係または機械的配置を使用して、一方の板を、他方の板よりも比例的に大きい平行移動割合および距離で平行移動してもよい。
【００５２】
図２１は、本発明の別の混合（アクチュエータ／連係）レンズ変位機構５８０の断面図を提供し、アクチュエータ部分５８２は、コイルバネ５８６によって光軸５８８に沿って上方に偏向される単一のＥＡＰトランスデューサ５８４を含むが、任意のバネ偏向手段（例えば、板バネ）を用いてもよい。アクチュエータが作動すると、キャップ５９０は、第１の駆動板５９２に対して移動し、第１の駆動板５９２は連係機構５９６を駆動して、次いで、第２の駆動板５９４を光軸５８８に沿って上方に移動させる。
【００５３】
次に図２２および図２３を参照すると、混合構成を用いる本発明の２つの他のレンズ変位機構が図示される。これらの機構のうちの両方は、２つの種類のアクチュエータ機構を使用することによって、そのそれぞれのレンズ組立体／鏡筒を増分様式または「尺取り虫」様式で平行移動する。
【００５４】
図２２Ａおよび図２２Ｂのレンズ変位機構６００は、レンズ組立体／鏡筒６０２の尺取り虫変位をもたらすために、２つの種類の作動運動、つまり、「厚さモード」作動および面内作動を用いる。レンズ鏡筒６０２は、ズーム目的のためにアフォーカルレンズ組立体を形成し得る１つ以上のレンズ（図示せず）を保持する。鏡筒６０２は、外面から側方に延出するブッシング６０６を有する。ブッシング６０６は、上部および底部作動部分６０８ａ、６０８ｂ間に延在するガイドレール６０４と機能的または摺動可能に係合される。機構６００の作動構成要素は、底部部分６０８ａおよび上部部分６０８ｂを含む。各作動部分は、厚さモードアクチュエータＥＡＰフィルム６１０および平面アクチュエータＥＡＰフィルム６１２を有するアクチュエータスタックを含む。フィルムは、相互に分離され、粘弾性材料および好ましくは極めて低い粘性とデュロメータ評価を有する材料等の可撓性材料６１４ａ〜６１４ｃの層の間にカプセル化されて、アクチュエータスタック６０８ａを形成する。図２２Ａは、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および６１２ａをそれぞれ示す。中央穴または開口６１６は、スタック６０８ａを貫通し、焦点を合わせた画像が画像センサ／検出器（図示せず）に通過することを可能にする。
【００５５】
動作中、ガイドレールの後方端または底部端６０４ａが、実質的に直角にフィルムスタック６０８ａ（または、少なくともアクチュエータ層６１４ｂ、６１４ｃ）に係合された状態で、平面アクチュエータＥＡＰフィルム６１２の作動により、レール端部６０４ａは、反対方向に、例えば、ガイドレール６０４の軸方向長さに垂直の方向６０５において相互から離隔する方向に、側方に移動する。ガイドレールの前方端または上部端６０４ｂが固定位置にある状態で、この移動により、ガイドレール６０４は、軸受６０６に進み、これによって、レール６０４上にレンズ鏡筒６０２の位置が摩擦で固定される。フィルム６１２の停止により、フィルムスタック６０８ａに対してその中立角位置または直角位置にレールが引き込まれる。次いで、厚さモード作動を用いて、ガイドレール６０４を軸方向６０７に平行移動することによって、この時点でガイドレール６０３に摩擦係合されるレンズ鏡筒６０２が同一方向に平行移動し、レンズ組立体の焦点距離を調整する。より具体的には、ＥＡＰフィルム６１０が作動する際、フィルムスタック６０８ａは留め金で留まり、これによって、ガイドレール６０４が軸方向に変位する。レンズ鏡筒６０２が進むと、摩擦軸受表面（図示せず）は、鏡筒の外面を係合するように配置され、これによって、この摩擦係合は、レール６０４上の鏡筒ブッシング６０６により課される摩擦係合よりも大きくなる。鏡筒の壁における軸受表面の摩擦係合は、ガイドレール上のブッシングの摩擦係合を上回り、その結果、厚さモードＥＡＰフィルム６１０が停止し、ガイドレールは、非活性位置に戻り、レンズ鏡筒は、進められた位置に保持される。説明した平面／厚さモード作動シーケンスを逆にして、レンズ組立体を逆の軸方向に平行移動してもよい。
【００５６】
任意選択により、上部作動部分６０８ｂを用いて、レール６０４の相対位置もしくは角度を調整してもよく、および／またはいずれの軸方向６０７にもレンズ鏡筒６０２の潜在的な移動距離を増加させてもよい。本例において、アクチュエータ６０８ｂは、摩擦でレールをブッシング６０６に係合する目的で、レールの位置を調整するために平面作動を提供するように構成される。具体的には、アクチュエータスタック６０８ａは、層６２０ａ、６２０ｂの間に挟まれる平面作動ＥＡＰフィルム６１８を備え、これは、底部アクチュエータ６０８ａの層６１４ａ〜６１４ｃと同一の材料から作製されてもよい。複合構造は、集束レンズ（図示せず）を通ってズームまたはアフォーカルレンズ組立体６０２に光線が通過することを可能にするように貫通する穴または開口６２２を有する。好ましくは、６０８ａおよび６０８ｂの平面区分は、ガイドロッド６０４を相互に平行関係に維持するように同時に作動する。
【００５７】
上部アクチュエータ６０８ｂを、底部アクチュエータ６０８ａの平面作動の代わりに用いて、上述のようなレールの角変位を提供してもよく、または上部アクチュエータ６０８ｂを底部アクチュエータ６０８ａの平面作動部分と連携して使用して、レールの両側を側方に変位してもよい。この連携作動を制御して、レールの角度配置を正確に調整することが可能であり、または、あるいは、それぞれの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が（すなわち、レールは、相互に平行に維持される）、ブッシング６０６に対して摩擦軸受をもたらすのに十分な側方変位（レンズ鏡筒６０２に向かって、またはレンズ鏡筒６０２から離隔して）を提供することが可能である。また、上部アクチュエータ６０８ｂに、上述のような厚さモード作動能力を装備して、ガイドレールの増幅した軸方向移動をもたらしてもよい。両方のレールの平行移動について説明したが、本発明は、単一のレールのみまたは３つ以上のレールを移動するように構成されるレンズ変位機構の変形例も含む。
【００５８】
図２３Ａおよび図２３Ｂは、尺取り虫式作動運動を用いる別のレンズ変位機構６２５を示す。機構６２５は、複数のレンズ段６２６ａ、６２６ｂ、６２６ｃ、６２６ｄを含むレンズ組立体を収容し、その各々は、レンズ（図示せず）を保持するための切り抜き６２７を有する。図示する４つの段よりも多くのまたは少ない段を用いてもよいこと、ならびに段が焦点合わせ、ズーム、または単に光線の通過の提供のために使用されるレンズを保持してもよいことを、当業者は理解する。さらに、全ての段が平行移動可能である必要はなく、機構筐体または支柱６２８に固定されてもよい。図示する変形例では、例えば、第１および第４の段６２６ａ、６２６ｄが固定される一方で、第２および第３の段６２６ｂ、６２６ｃは平行移動可能である。４つのレンズ段は、線形ガイドレール６４２によって相互に離間した平行整列で保持され、線形ガイドレール６４２は、上部および底部レンズ段６２６ａ、６２６ｄの間に固定され、かつその間で延在する。移動可能なレンズ段６２６ｂ、６２６ｃは、軸受６４８を通ってガイドレール６４２に沿って線形に平行移動可能である。
【００５９】
変位機構６２５の作動部分は、第１の上部アクチュエータカートリッジ６３０ａと、第２の底部アクチュエータカートリッジ６３０ｂとを含む。カートリッジ６３０ａの構成について図２４Ａに図示し、２つのアクチュエータ、つまり、単相線形アクチュエータ６３２と、相互に直列に積層される二相平面アクチュエータ６３４とが提供される。各アクチュエータは、内側および外側部材６３８ａ、６３８ｂ間に延在するＥＡＰフィルムを備え、これによって、それぞれの内側部材６３８ａは連動し、それぞれの外側部材６３８ｂは、それらの間に配置されるスペーサ６４０に結合される。図示する変形例では、各平面アクチュエータ６３４のＥＡＰフィルムは、少なくとも２つの別々の作動可能な部分６３６ａ、６３６ｂに分割され、二相（またはそれ以上）の作動を提供する。本変形例では、各線形アクチュエータ６３２は、全体的に作動可能であるモノリシックＥＡＰフィルム６３６ｃを有する。２つの単相線形（上部および底部カートリッジの各々から）アクチュエータ６３２は、集合的に、二相線形アクチュエータを形成し、この場合、底部線形アクチュエータは、アクチュエータを相互に引張して保持するプッシュロッド６４４によって、上部線形アクチュエータに偏向され、またその反対も同様である。結果として、各平面アクチュエータ６３４には、対応する線形アクチュエータ６３２が受動的である場合、面外の力が印加されない。両方のアクチュエータ６３２および６３４の内側部材６３８ａ（アクチュエータ出力部材とも呼ばれる）の出力運動を制御して、矢印６４０ａ、６４０ｂが示すような軸方向運動および／または平面運動をそれぞれ呈して、所望の作動サイクルまたはシーケンスを提供してもよい。上部カートリッジ６３０ｂの構成は、同一であるが、カートリッジの凹面が外側に向くように、底部カートリッジ６３０ａに対向するように配向されてもよい。
【００６０】
プッシュロッド６４４の形式の連携部分は、アクチュエータカートリッジ６３０ａ、６３０ｂの内側に対向する出力部材６３８ａの間に延在し、レンズ段の各々内における軸方向に整列される開口内において通過し、かつ摺動可能である。クラッチまたはブレーキ機構６４６ａ、６４６ｂが、移動可能な段６２６ｂおよび６２６ｃ内の開口に隣接し、相互から反対にまたは正反対に配置され、クラッチまたはブレーキ機構６４６ａ、６４６ｂは、それぞれのレンズ段の軸方向の位置を固定するために、選択的に係合可能である。クラッチ機構６４６ａ、６４６ｂは、摩擦軸受表面またはプッシュロッド６４４上の対応する溝に協働係合するための歯部を含むがこれらに限定されない任意の適切な構成を有してもよい。
【００６１】
動作中、２つのアクチュエータカートリッジ６３０ａ、６３０ｂの線形および平面アクチュエータ６３２、６３４の選択的作動によって、レンズ段６２６ｂ、６２６ｃを増分的に平行移動するために、プッシュロッド６４４の循環運動が可能になる。このような増分または「尺取り虫」運動について、図２４Ｂ〜図２４Ｆに概略的に示す。図２４Ｂは、中立位置における、すなわち、両方のアクチュエータ６３２、６３４が非活性である場合に、レンズ段６２６ｂまたは６３６ｃにも係合されていないガイドレール６４４を示す。レンズ段６２６ｂを前方方向に移動するためには、各平面アクチュエータ６３４のＥＡＰフィルムの第１の部分６３６ａ（すなわち、図２３Ａおよび図２３Ｂにおける上部および底部）を図２４Ｃに示すように作動して、プッシュロッド６４４を中立位置から側方に移動し、クラッチ機構６４６ａ（本図面に図示せず）を係合する。次に、図２４Ｄに示すように、線形アクチュエータ６３２が作動する一方で、各平面アクチュエータ６３４の第１の部分６３６ａは、依然として活性しており、出力部材６３８ａが面外に移動する。この面外運動により、プッシュロッド６４４ひいてはレンズ段６２６ｂが前方方向に押圧または持ち上げられる。所望の軸方向位置に移動すると、プッシュロッド６４４は、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を停止することによって、クラッチ６４６ａから係脱される。最終的に、各線形アクチュエータ６３２は停止して、図２４Ｆに示すように、プッシュロッド６４４をその中立位置に引き込む。レンズ段６２６ｃを移動するためには、本過程を繰り返すが、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を作動させる。別々に作動可能である相、すなわち、ＥＡＰフィルム部分を、追加のクラッチ機構とともに各平面アクチュエータ６３４に加えて、レンズ変位機構が両方のレンズ段を移動させること、または連携する場合ではさらなる段を移動させることを可能にしてもよい。
【００６２】
図２５Ａ〜図２５Ｃは、焦点合わせ能力およびズーム能力の両方を有する別のレンズ変位システム６５０を示す。システム６５０は、２つの一体型単層バネ偏向型アクチュエータ（一方は、単一錐台隔膜構成６５２を有し、他方は、二重錐台隔膜構成６５４を有する）。アクチュエータ６５２は、焦点合わせレンズ組立体６５８を収容するレンズ鏡筒構造６５６を含む。システムの焦点軸に沿ったレンズ組立体６５８の近位に、鏡筒構造６６２内に収容されるアフォーカルレンズ組立体６６０が存在する。２つのレンズ鏡筒６５６、６６２は、コイルバネ６６４によって相互から離隔して偏向される。さらに、２つのアクチュエータを一体化することは、半径方向に延出する側方構造６６６であり、その側方構造に、アクチュエータ６５２、６５４の外側枠または出力部材６６８ａ、６６８ｂがそれぞれ結合される。外側枠６６８ａと、焦点合わせアクチュエータ６５２のレンズ鏡筒６５６の遠位端に装着される対応する内側枠または出力部材６７２との間に、ＥＡＰフィルム６７０が伸長される。次いで、外側枠６６８ｂと、レンズ鏡筒６６２の近位端に装着される対応する内側枠または出力部材６７４との間に、第１のＥＡＰフィルム６７６ａが伸長される。第２のＥＡＰフィルム６７６ｂは、内側枠６７４と接地外側枠または出力部材６６８ｃとの間で伸長され、ズームアクチュエータ６５４の二重隔膜構造を形成する。第２のコイルバネ６７８は、接地外側枠６６８ｃから、結合される外側枠６６８ａ、６６８ｂを偏向する。
【００６３】
図２５Ａに示すように、「無限遠」位置に焦点が合う状態で、システムのアクチュエータの全位相は受動的である。システムの焦点合わせは、図２５Ｂに示すように、焦点アクチュエータ６５２のＥＡＰフィルム６７０を作動することを伴う。レンズ鏡筒６５６に対する予圧によって、レンズ鏡筒６５６が矢印６８０の方向に進み、焦点距離を低減することが可能になる。レンズ鏡筒６５６が受ける変位量は、アクチュエータ６５２に印加する電圧量を制御することによって制御されてもよい。ズーム作動は、図２５Ｃに示すアクチュエータ６５４の作動に類似するが、この場合、レンズ鏡筒６６２を矢印６８２の方向に進めるために、電圧は、両方のＥＡＰフィルム６７６ａ、６７６ｂに印可される。焦点合わせと同様に、ズーム変位の程度は、アクチュエータ６５４に印加する電圧量を調節することによって制御されてもよい。より大きな変位を得るために、連続する配置で追加のアクチュエータ段を用いてもよい。増分ズーム変位を提供するために、アクチュエータ６５４は二相で動作してもよく、それによって２つの隔膜が、相互に独立して作動される。図面は、焦点（図２５Ｂ）およびズーム（図２５Ｃ）のレンズ組立体の独立した動作を示すが、その両方を同時に動作してもよく、または特定のレンズ用途のための焦点およびズームの所望の組み合わせを提供するために連携して制御されてもよい。
【００６４】
図２６Ａおよび図２６Ｂは、レンズ画像安定化に適切な別の変位機構６９０を示す。アクチュエータ機構は、外側枠装着具６９２と中央出力円板または部材６９４との間に伸長する多相ＥＡＰ６９６を有する。出力円板６９４は、円板を面外に偏向する旋回軸６９８に装着される。静止時に、図２６Ａに示すように、多相フィルムの全ての位相または部分は、受動的であり、出力円板６９４は、水平である。フィルム６９６ａの選択された１つまたは複数の部分（任意の数の別々の作動可能な部分から）が作動すると、偏向されたフィルムは、作動範囲６９６ａにおいて弛緩し、出力プラットフォーム６９４に対する力における非対称を引き起こし、図２６Ｂに示すように、出力プラットフォーム６９４が傾く。種々の作動可能部分は、システムのズレに応答して、画像センサまたは鏡（図示しないが、中央円板または出力部材６９４の上部に位置する）の三次元変位を提供するように選択的に作動可能である。
【００６５】
図２６Ａおよび図２６Ｂの変位機構をさらに修正して、画像センサが受ける不要なｚ方向移動を補償することが可能である。このような変位機構７００について、図２７Ａ〜図２７Ｃに図示し、これらの図面では、アクチュエータの出力部材７０４を接地に旋回可能に装着する代わりに、バネ偏向機構７０８が用いられる。また、多相フィルム７０６も使用して、１つの７０６ａ、または全ての位相未満のものが、図２７ｂに示すように作動する場合、アクチュエータ出力円板６９４は、非対称の傾斜および軸方向平行移動を受ける。フィルム部分７０６の全てが同時に作動する場合、またはいくつかが作動して対称的な応答を提供する場合、出力部材７０４は、図２Ｃに示すように、完全に線形の変位を軸方向に受ける。この線形変位の大きさは、全位相に印加する電圧を調節することによって、または同時に作動するフィルム部分の相対数を選択することによって制御してもよい。
【００６６】
また、本発明は、本明細書に開示するもの等の撮像／光学系とともに使用するためのシャッタ／開口機構も提供し、この場合、レンズ開口（シャッタ機能）を閉鎖すること、および／または光学素子もしくは構成要素（開口機能）へ通過する光の量を制御することが必要もしくは望ましい。図２８は、本発明のこのようなシャッタ／開口系７１０を図示し、これは、ＥＡＰアクチュエータ７１２を用いて複数の協働の板またはブレード７２４を作動して、撮像経路を通る光の通過を調整する。アクチュエータ７１２は、外側および内側枠部材７１４、７１６の間に延在する二相ＥＡＰフィルム７１８ａ、７１８ｂを有する平面構成を有し、内側枠部材は、光の通過のための環状開口部７１５を有する。図示する実施形態において用いられるフィルム部分７１８ａ、７１８ｂは２つだけであるが、多相フィルムも使用してもよい。シャッタ／開口の機械的／可動構成要素は、カートリッジ７２３内に収容され、カートリッジ７２３は、上部板および底部板７２０ａ、７２０ｂを有し、各々は、光がそこを通過するように開口部７２５ａ、７２５ｂをそれぞれ有する。
【００６７】
開口ブレード７２４は、曲線状またはアーチ状の涙型の形状を有し、それによって、その環状整列は、重なり合う平面配列で保持される。ブレードは、上方に延出するカムピン７３６によって底部板７２０に旋回可能に装着され、カムピン７３６は、対応するように、ブレード７２４の広い方の端部を貫通するそれぞれの穴に嵌合することによって、ブレードが動作可能に旋回する旋回軸または支点を規定する。ブレードのテーパ状の端部は同一方向に向き、その凹状縁はレンズ開口を画定し、その開口部サイズは、ブレード７２４の選択的な旋回により可変である。ブレード７２４の各々は、カム従動スロット７３０を有し、それを通って、別の組のカムピン７３２が、ブレード７２４の反対側面に配置される回転カラー７２２の底部側面から延出する（図２８Ａに示す）。カム従動スロット７３０は、カラー７２２の回転時にカムピン７３２による所望のアーチ状の移動経路を提供するために曲線状であり、次いで、その支点を中心に曲線状のブレード７２４を旋回する。カラー７２２の上部側面またはアクチュエータ対向側面から延出するピン７２６であって、上部カートリッジ板７２０ａの開口部７２５ａから突出するピン７２６は、アクチュエータ７１２の内側枠部材７１６内の穴７１７に嵌合する。アクチュエータ二相フィルム７１８の選択的な作動によって、内側アクチュエータ枠７１６は、対向方向に面内で側方に移動する。カラーピン７２６の引張／押圧によるアクチュエータの出力運動により、カラー７２７ひいてはそれぞれの開口ブレード７２４内におけるカムスロット７３０内のカムピン７３２が回転する。次いで、これは、ブレードを旋回することによって、ブレードのテーパ状の端部を相互に近接してまたは離隔して移動して、可変開口部を提供し、これは、図２９Ｂにおけるカートリッジ７２３の上面図において最も良く図示される。開口の開口部のサイズは、完全開放（図２９Ａ）と完全閉鎖（図２９Ｃ）との間で変動して、レンズシャッタとして動作してもよい。
【００６８】
図３６Ａ〜図３６Ｄは、本発明の別の開口／シャッタ機構８４０を示す。機構８４０は、平面基部８４２を含み、その上において、開口／シャッタブレード８４４が、一方の端部において、旋回軸８４５に旋回可能に装着される。ブレード８４４の旋回移動により、光通過画像開口８５４の上で、平面においてその自由端が前後に移動する。ブレード８４４の移動は、ブレード８４４の内部縁内の切り欠き８５６内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の旋回移動により達成される。レバーアーム８４６は、旋回軸８５２ａにおいて基部８４２に旋回可能に装着される。モノリシック部品としてレバーアーム８４６と一体的に結合または形成される屈曲部８４８は、第１の旋回軸８５２ａと第２の旋回軸８５２ｂとの間で延在する。タブ８５０は、屈曲部８４８における中央点から開口８５４側に内側に延出する。ブレード、レバーアーム、および屈曲部は、通常の開放状態または通常の閉鎖状態において開口８５４を提供するように適合されてもよい。
【００６９】
矢印８６０ａの方向における開口８５０側のタブ８５０の移動により、図３６Ｃに示すように、同一の方向に屈曲部８４８をそらす。次いで、本作用によって、矢印８６０ｂの方向にレバーアーム８４６が回転旋回し、これによってレバーアームの自由端が、切り欠き８５６内において旋回軸８４５側に移動し、次いで、ブレード８４４が矢印８６０ｃの方向に旋回可能に移動することによって、開口８５４が被覆される。このような作動は、アクチュエータ８５６の作動により引き起こされ、アクチュエータ８５６は、図３６Ｄに示すように、機構８４０の可動構成要素の上部に装着または積層される。アクチュエータ８５６は、図２８のアクチュエータ７１０と類似し、外側および内側枠部材８５８ａ、８５８ｂのそれぞれの間に延在する二相ＥＡＰフィルム８６０ａ、８６０ｂ構成を備える。タブ８５０の自由端は、内側枠部材８５８ｂに機械的に連結される。図３６Ｄに示すシャッタ機構８４０に対するアクチュエータ８５６の配向に基づいて、ＥＡＰ区分８６０ａのみの作動がタブ８５０を外側に押圧し、ＥＡＰ区分８６０ｂのみの作動がタブ８５０を内側に引っ張る。
【００７０】
図示するように、機構８４０は、主に、開口８５４が開放または閉鎖するシャッタとして機能する。ブレード８４４内における穴８６２（図３６Ａにおいて点線で示す）であって、ブレード８４４が閉鎖位置にある場合に開口８５４と整列し、開口８５４よりも小さい直径を有する穴８６２によって、機構は、２つの設定（一方の設定は、ブレードが開放位置にある状態で、それによって開口８５４からレンズモジュールにさらなる光を通過させ、別の設定は、ブレードが開口８５４の上で閉鎖した状態で、それによって光が小さい穴８６２を通過する）を含む開口機構として機能することが可能になる。
【００７１】
他のレンズ変位機構は、「単一構造」フィルム構造または複合体を用いるアクチュエータの使用によって、レンズまたはレンズスタックに移動を与えてもよい。図３０Ａおよび図３０Ｂは、このようなフィルム構造７４０の区分の断面を示す。フィルム構造は、フィルム裏当てまたは基板７４４に接合されるエラストマー誘電体フィルム７４２を備え、フィルム裏当てまたは基板７４４は、比較的より剛性であり、すなわち、誘電体フィルム７４２よりも高い弾性係数を有する。これらの層は、誘電体フィルム７４２の露出側面上の可撓性電極７４６と、剛性フィルム裏当て７４４の内面または露出側面上のいずれかのより剛性である電極７４８との間に挟まれる。したがって、複合構造７４０を「偏向」して、一方向のみにそらす。具体的には、図３０Ｂに示すようにフィルム構造７４０が作動すると、誘電体フィルム７４２は、側方に圧縮および変位され、構造は、基板７４４から離隔する方向に湾曲またはアーチ状になる。構造に課された偏向は、国際公開第ＷＯ９８／３５５２９号において概説される方式を含む任意の既知の方式でもたらされてもよい。次に、このような単一構造式ＥＡＰアクチュエータを用いる本発明のいくつかのレンズ変位機構について説明する。
【００７２】
図３１Ａおよび図３１Ｂのレンズ変位システム７５０は、単一構造ＥＡＰフィルム構造７５２を利用するアクチュエータ機構に結合されるレンズ鏡筒または組立体７５４を含む。フィルム構造７５２の選択面積または長さは、レンズ鏡筒７５４と固定基部部材７５６との間に延在する。フィルム構造は、スカートのようにレンズ鏡筒を囲繞するモノシリック部品であってもよく、モノシリック部品は、単相構造または多相作用を提供するために複数の対処可能な範囲を備えてもよい。あるいは、アクチュエータは、集合的にまたは独立して対処可能であるように構成され得るフィルムの複数の個々の区分を備えてもよい。いずれの変形例においても、より剛性のフィルム側面または層（すなわち、基板側面）は、フィルムが外側に偏向されるように内側に対向する。フィルムの作動時に、図３１Ｂに示すように、フィルムは、偏向方向に拡張し、フィルムはその固定側面から離隔して、すなわち、基部部材７５６から離隔して延出し、これによって、レンズ鏡筒７５４が矢印７５８の方向に移動する。フィルム複合体の種々のパラメータ、例えば、フィルム面積／長さ、ＥＡＰ層と基板層との間の可変性弾性等を調整して、レンズ系の自動焦点および／またはズーム動作をもたらすために所望の変位量を提供してよい。
【００７３】
図３２Ａおよび図３２Ｂのレンズ変位機構７６０も、単一構造フィルムアクチュエータを用いる。システム７６０は、ガイドレール７６６上にあるレンズキャリッジ７６４に装着されるレンズ鏡筒または組立体７６２を含む。アクチュエータ７７０は、連続して結合される折り畳み型または積層型単一構造フィルムシートを備える。図示する実施形態では、各単一構造シートは、レンズ鏡筒に対向するより可撓性の側面７７２ａと、レンズ鏡筒から離隔して対向するより剛性の側面７７２ｂとから構成されるが、逆の配向を用いてもよい。アクチュエータシートの全てが非活性である場合、スタックは、図３２Ａに示すように、最大限に圧縮された位置、すなわち、レンズ鏡筒７６２が最も近位の位置にある。焦点合わせレンズ組立体に関連して、この位置は最大焦点距離を提供するが、アフォーカルレンズ組立体に関連して、ズームレンズはマクロ位置にある。１つ以上のシート７７２の作動によって、集合的にまたは独立して、レンズ鏡筒７６２が矢印７６５の方向に変位し、レンズ系の焦点および／または倍率を調整する。
【００７４】
高湿度および極端な温度環境等の一定の環境条件下において、ＥＡＰアクチュエータの実行に影響が及ぼされ得る。本発明は、ＥＡＰアクチュエータ自体に一体型であるか、あるいは光学系のスペース要求を増加させずに構成され得る特徴を組み込んで、このような周囲条件に対処する。一定の変形例において、ＥＡＰアクチュエータは、必要に応じて熱を生成して、ＥＡＰアクチュエータおよび／または直接取り巻く周辺環境の湿度および／または温度を維持または制御するように加熱要素とともに構成される。加熱要素は、抵抗であり、ＥＡＰフィルムに一体型であるか、またはそれに隣接して導体を有し、この場合、導体における電圧は、アクチュエータの作動に必要な電圧よりも低い。光学系の周辺パラメータを制御するために、レンズ変位および／または画像安定化に使用する同一のＥＡＰアクチュエータを用いることによって、光学系における構成要素の数およびその全体質量および重量がさらに減少する。
【００７５】
図３３Ａは、加熱機能のために直列電極配置を用いる本発明のレンズ／光学系とともに使用可能である例示的ＥＡＰアクチュエータ７８０を示す。図面は、アクチュエータの接地側面を示し、接地電極パターン７８２と、点線で示されるアクチュエータ７８０の他方の側面上の高電圧電極パターン７８４とを含む。ラグ７８６ａおよび７８６ｂは、アクチュエータを動作するための光学系の電源（図示せず）からの接地および高電圧入力に対するそれぞれの電気接続を確立する。第３のラグまたはコネクタ７８６ｃは、直列抵抗加熱器電流路のための電源からの低電圧入力への接続を提供する。矢印７８８は、接地電極７８２全体を抵抗加熱要素として使用する電極配置により提供される環状電流路を示す。
【００７６】
図３３Ｂは、加熱機能のための並列電極配置を用いる別のＥＡＰアクチュエータ７９０を示す。本図面は、アクチュエータの接地側面を示し、接地電極パターン７９２と、アクチュエータ７９０の他方の側面からの、点線で示される高電圧電極パターン７８４とを含む。ラグ７９６ａおよび７９６ｂは、アクチュエータを動作するための光学系の電源（図示せず）からの接地および高電圧入力に対するそれぞれの電気接続を確立する。並列バスバー７９８ａ、７９８ｂは、電源（図示せず）からの接地および低電圧入力へのそれぞれの接続のために、アクチュエータ７９０の接地側面上に提供される。矢印８００は、並列電極配置により確立される電流の半径方向経路を示す。直列ではなく並列の電極を使用することによって、より低い電圧の使用が、フィルムの加熱の誘起に必要な電流達成することが可能になる。
【００７７】
前述のように、光学系の湿度および温度制御に対する別の手法として、ＥＡＰアクチュエータに隣接して配置される抵抗加熱要素の使用が挙げられる。図３４は、ＥＡＰフィルム８１２を有するＥＡＰアクチュエータを用いるレンズ変位機構８１０を示す。上部筐体／カバー８１３とＥＡＰフィルム８１２との間に画定される間隔８１６は、加熱要素８１４の配置に十分なスペースを提供する。好ましくは、加熱要素は、光学系のスペース要求を最小化するために、および加熱要素８１４とＥＡＰフィルム８１２との間の熱伝達を最大化するために、ＥＡＰフィルムのプロファイルと一致するプロファイルおよびサイズ（この場合、図３４Ａに示す錐台形状である）を有する。加熱要素は、絶縁基板８１５ｂ上の抵抗トレース８１５ａと、加熱要素を光学系の電力および検知電子機器に電気的に結合する電気的接触部８１８とを含む。
【００７８】
本発明のレンズ変位システムの別の任意選択の特徴は、レンズ変位の閉ループ制御を提供するレンズまたはレンズ組立体の位置を検知するためのセンサを提供することである。図３５は、レンズ変位システム８２０に組み込まれるこのような位置検知配置の例示的実施形態を図示し、図７Ａのレンズ変位システムと類似の構成を有する。検知配置は、円柱状構成を有する入れ子式電極対を備える。一方の電極８２２ａ、例えば、接地側面電極は、レンズ鏡筒８２４の外側部分を取り囲む。接地電極８２２ａは、アクチュエータ偏向バネ８３０を介して接地リード８３０ａに電気的に結合される。他方の電極８２２ｂ、例えば、活性または電源／検知電極８２２ｂは、ブッシング壁８２６の内面を取り囲み、筐体８２８の後端から上方に延出し、アクチュエータ偏向バネ８３０とレンズ鏡筒８２４の外面との間に設置される。電極８２２ｂは、電源／検知リード８３０ｂに電気的に結合される。活性電極８２２ｂに接着される絶縁材料は、静電容量構造を提供するために、２つの電極間で画定される間隙に提供されてもよい。図示するレンズ鏡筒の位置では、電極を横切る静電容量はその最大である。レンズ鏡筒８２４が遠位方向に変位する際、電極の重合表面積が減少し、次いで、それらの間の静電容量電荷が低減する。この静電容量変化は、レンズ位置の閉ループ制御のための光学系の制御電子機器（図示せず）にフィードバックされる。
【００７９】
自動焦点合わせ、ズーム、画像安定化、および／またはシャッタ制御のためにＥＡＰアクチュエータを使用することによって、対象の光学レンズ系のスペースおよび電力要求が最小化されることから、携帯電話機のカメラ等の高度に小型の光学系における使用に最適である。
【００８０】
対象の光学系、機器、構成要素、および要素に関連する本発明の方法が想定される。例えば、このような方法は、レンズの焦点を画像に選択的に合わせるステップ、レンズ組立体を使用して画像を選択的に拡大するステップ、および／またはレンズもしくはレンズ組立体が受ける不要なズレを補償するために画像センサを選択的に移動するステップを含んでもよい。本方法は、対象の発明が用いられる適切な機器またはシステムを提供する行為を含んでもよく、その提供は、エンドユーザにより実行され得る。言い換えると、（例えば、レンズ、アクチュエータ等を）「提供すること」は、単に、エンドユーザが、アクセス、アプローチ、配置、設定、作動、電源オンを入手すること、またはそうでなければ、対象の方法において必要な機器を提供するために行動すること、を必要とするだけである。対象の方法は、説明する機器の使用に関連する機械的活動ならびに電気的活動の各々を含んでもよい。したがって、説明する機器の使用に間接的な方法論は、本発明の一部を形成する。さらに、本発明をもたらすように適合される電気的ハードウェアおよび／またはソフトウェア制御ならびに電源は、本発明の一部を形成する
本発明のさらに別の局面は、パッケージ化された組み合わせで提供されるか、または使用を動作するための技術者、使用説明書により組み立てられるか等にかかわらず、本明細書に説明する機器の任意の組み合わせを有するキットを含む。キットは、本発明に従う任意の数の光学系を含んでもよい。キットは、機械的または電気的コネクタ、電源等を含む光学系とともに使用するために種々の他の構成要素を含んでもよい。また、対象のキットは、機器またはその組立体のための使用説明書も含んでもよい。このような使用説明書は、紙またはプラスチック等の基板上に印刷されてもよい。したがって、使用説明書は、キットまたはその構成要素（すなわち、パッケージ化またはサブパッケージ化に関連する）の容器のラベルにおいて、パッケージの挿入物としてキットに存在してもよい。他の実施形態では、使用説明書は、適切なコンピュータ可読記憶媒体、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ、ディスケット等の上に存在する電子的格納データファイルとして存在する。さらに他の実施形態では、実際の使用説明書は、キットに存在しないが、遠隔ソースから、例えば、インターネットを介して使用説明書を入手するための手段が提供される。本実施形態は、使用説明書を閲覧可能であり、および／またはそこから使用説明をダウンロード可能であるウェブアドレスを含むキットである使用説明書と同様に、使用説明書を入手するためのこの手段は、適切なメディア媒体上に記録される。
【００８１】
本発明の他の詳細に関し、材料および代替の関連構成を、当業者のレベル内で用いてもよい。一般的または論理的に用いられる追加の行為に関して、同じことが本発明の方法ベースの局面に当てはまり得る。加えて、種々の特徴を任意選択により組み込むいくつかの例を参照して本発明について説明したが、本発明は、本発明の各変形例に関連して想定されたように説明または表示する例に限定されない。本発明の精神および範囲から逸脱することなく、種々の変更を、説明した本発明に加えてもよく、その均等物（本明細書に列挙されるか、または簡潔にするために含まれないかにかかわらず）に置換してもよい。図示する任意の数の個々の部品または下位組立体はその設計に一体型であってもよい。このような変更または他の変更は、組立体の設計の原理によって実行または誘導されてもよい。
【００８２】
また、説明した発明の変形例の任意選択の特徴が、独立して、または本明細書に説明する特徴のうちの任意の１つ以上と組み合わせて記載および請求されてもよいことが想定される。単数形の項目を参照することは、同一の項目が複数存在する可能性を含む。より具体的には、本明細書および添付の請求項において使用する場合、単数形「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、「前記（ｓａｉｄ）」、「その（ｔｈｅ）」は、別途明記しない限り、複数の指示対象を含む。言い換えると、冠詞の使用によって、上記説明および以下の請求項における対象の項目のうちの「少なくとも１つ」が可能になる。さらに、任意選択の要素を除外するように請求項が書かれていてもよいことに留意されたい。したがって、本記述は、請求要素の記述に関連して、「単に」、「のみ」等の排他的専門用語を使用するため、または「否定的な」限定を使用するための先の記載の役割を果たすように意図される。このような排他的専門用語を使用せずに、請求項における用語の「備える」により、任意の追加の要素の包含が可能になるものとする（所与の数の要素が請求項において列挙されているか、または特徴の追加が請求項に記載の要素の本質を変換するものとして見なされるかにかかわらない）。本明細書において別途規定のない限り、本明細書において使用する全ての技術用語および科学用語は、可能な限り広範に一般的に理解される意味が付与されるとともに、請求項を有効に維持するようにするものとする。
【００８３】
全体において、本発明の幅は、提供される例に限定されない。
【技術分野】
【０００１】
（本発明の分野）
本発明は、光学レンズ系に関し、より具体的には、自動焦点合わせ、ズーム、画像安定化、および／またはシャッタ／開口能力を提供するために、電気活性ポリマートランスデューサを用いてレンズを調整する光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
（背景）
デジタルカメラ等の従来の光学系では、焦点合わせ、ズーム、および画像安定化（ブレ防止とも呼ばれる）を提供するために、モータおよびソレノイドを電力源として使用して、光学素子、例えば、レンズに作用するギアおよびカムを変位する。このような従来の光学系は、多くの不利点、つまり、高電力消費、長い応答時間、制限された正確さ、および高いスペース要求を伴う。
【０００３】
小型技術の進歩によって、高品質、高機能、軽量の携帯型機器がもたらされ、これ以上の改良に対する消費者需要がさらに高まっている。このような例として、カメラを含む携帯電話機であって、しばしばカメラ付き携帯電話機と呼ばれる携帯電話機の開発が挙げられる。このようなカメラ付き携帯電話機の大部分は、小さい形状因子のレンズを有する全機械的レンズモジュールを用いるが、本手法は、かなりの数の可動部品を必要とするため、可変または自動焦点合わせ、ズーム、および画像安定化能力を提供しない。例えば、ズーム能力は、所望の倍率を得るために、レンズ素子と、モータと、レンズおよび関連の画像センサの相対位置を調整するために、モータの回転移動を線形移動に伝達するためのカム機構との組み合わせを必要とする。モータおよびカム機構に加え、レンズの相対位置決めを正確に制御するために、複数の減速ギアが使用される。
【０００４】
磁力を生成するコイルを含む電磁式アクチュエータであって、磁石の長さが、光軸方向においてコイル（一般的に、「音声コイル」と呼ばれる）よりも長いアクチュエータは、デジタルスチルカメラ内において、またある程度においては、カメラ付き携帯電話機において、自動焦点機能およびズームアクチュエータ機能の多くを実行するために一般的に用いられる。この音声コイル技術は、小型かつ軽量の光学レンズ系を可能にすることから、広く受け入れられてきた。しかしながら、軽量かつ小型のカメラに対する不利な面、具体的には、長い露光時間のための能力および高解像度センサを有するという不利な面は、主に手によるジッタにより、カメラのブレが写真の質に及ぼす影響が大きくなることであり、すなわちボケが引き起こされる。カメラのブレを補償するために、しばしばジャイロスコープが画像安定化のために使用される。ジャイロスコープは、ピッチおよびヨーを測定するが、ロール、すなわち、レンズ鏡筒により画定される軸を中心とする回転を測定することができない。従来では、２つの単軸圧電または石英ジャイロスコープを多くの外部構成要素とともに使用して、本格的な領域の画像安定化を達成している。ＩｎｖｅｎＳｅｎｓｅ，Ｉｎｃ．は、画像安定化のためのＭＥＭＳ技術を使用する一体型２軸ジャイロスコープを提供し、これにより小型化が提供される。
【０００５】
形状因子が比較的小さいカメラ付き携帯電話機および他の光学系内において、可変焦点合わせ、ズーム、および画像安定化特徴が可能であるが、これらの特徴は、これらの機器の全体的な質量に実質的に付加される。さらに、多数の可動構成要素を必要とするため、電力消費が極めて高くなり、製造費用が増加する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、従来技術の制限を克服する光学レンズ系を提供することが有利である。具体的には、レンズとそのアクチュエータ構造との配置およびそれらの間の機械的界面部分が、形状因子を可能な限り低下させるように高度に一体型であるような光学系を提供することが有利である。このような光学系が、最小数の機械的構成要素を伴い、それによって光学系の複雑性および製作費用が減少するのであれば、極めて有益となるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（本発明の概要）
本発明は、光学レンズ系と、それを使用するための機器および方法を含む。光学系および機器は、機器／光学系のパラメータを調整するために、その中に一体型である１つ以上の電気活性ポリマー（ＥＡＰ）ベースのアクチュエータを含む。例えば、１つ以上のＥＡＰアクチュエータは、レンズの焦点距離の調整（自動焦点合わせ）、レンズが焦点を合わせた画像の拡大（ズーム）、および／またはレンズ系が受ける任意の不要な運動の調整（画像安定化またはブレ防止）を自動的に行なうように構成されてもよい。
【０００８】
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含み、１つ以上の出力部材は、対象のレンズ系／機器のレンズ部分、センサ部分、およびシャッタ／開口部分のうちの１つ以上に一体化される。レンズ部分（すなわち、レンズスタックまたは鏡筒）は、少なくとも１つのレンズを含む。一定の実施形態では、レンズ部分は、通常は、集束レンズ構成要素ならびにアフォーカルレンズ構成要素を含む。センサ部分は、画像処理電子機器によるデジタル処理のために、機器のレンズ部分から画像を受信する画像センサを含む。ＥＡＰアクチュエータの作動、すなわち、ＥＡＰトランスデューサへの電圧の印加によって、レンズおよび／またはセンサ構成要素の相対位置が調整され、レンズ系の最適パラメータがもたらされるか、または修正される。
【０００９】
一変形例では、レンズスタックの焦点長さを変更するために、アクチュエータ組立体（少なくとも１つのＥＡＰアクチュエータを含む）を使用して、センサ部分に対して、その長手方向軸（Ｚ軸）に沿ってレンズスタックの一部分の位置を調整してもよい。別の変形例では、レンズ系の倍率を調整するために、同一または異なるアクチュエータを使用して、長手方向軸（Ｚ軸）に沿って、相互に対してスタック内の１つ以上のレンズの位置を調整してもよい。さらに、別の変形例では、光学系に課される不要な運動を補償するために、すなわち、画像センサ上に課される画像を安定化させるために、アクチュエータを使用して、平面方向（Ｘ軸および／またはＹ軸）内における光学系の部分のセンサ部分をレンズ部分に対して移動してもよく、またはその反対も同様である。本発明の他の特徴は、ＥＡＰアクチュエータを使用して、レンズ系の開口サイズを制御すること、および／またはシャッタ機構の開閉を制御することを含む。ＥＡＰアクチュエータは、単一の機能のみ（例えば、シャッタ制御もしくは画像安定化）、または機能の組み合わせ（例えば、自動焦点およびズーム）を提供してもよい。
【００１０】
また、本発明は、画像の焦点合わせおよび／または拡大、あるいは機器／光学系の不要な移動の取り消しのために、対象の機器および光学系を使用するための方法も含む。他の方法は、対象の機器および光学系を製作する方法を含む。
【００１１】
本発明のこれらのおよび他の特徴、目的、および利点は、さらに十分に後述する本発明の詳細を熟読することにより、当業者に明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
添付の概略図を併用して以下の詳細な説明を熟読することにより、本発明は最も良く理解され、図面に示す概略図から本発明の変形例が想定される。本発明の説明を理解し易くするために、図面において共通である類似の要素を指定するために同一の参照番号を使用している（実用的である場合）。図面には以下の図面が含まれる。
【図１Ａ】図１Ａおよび図１Ｂは、自動焦点合わせを提供するように構成される電気活性ポリマーアクチュエータを用いる本発明の光学レンズ系の断面斜視図および分解組立図のぞれぞれである。
【図１Ｂ】図１Ａおよび図１Ｂは、自動焦点合わせを提供するように構成される電気活性ポリマーアクチュエータを用いる本発明の光学レンズ系の断面斜視図および分解組立図のぞれぞれである。
【図２Ａ】図２Ａおよび図２Ｂは、電圧印加前および後の、本発明の光学系とともに使用するための電気活性ポリマーフィルムの概略図を提供する。
【図２Ｂ】図２Ａおよび図２Ｂは、電圧印加前および後の、本発明の光学系とともに使用するための電気活性ポリマーフィルムの概略図を提供する。
【図３】図３は、焦点制御のための別の種類の電気活性ポリマーアクチュエータを用いる本発明の別の光学レンズ系の断面斜視図である。
【図４Ａ】図４Ａおよび図４Ｂは、ズームおよび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別の光学レンズ系の断面斜視図および分解組立図のそれぞれである。
【図４Ｂ】図４Ａおよび図４Ｂは、ズームおよび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別の光学レンズ系の断面斜視図および分解組立図のそれぞれである。
【図５】図５Ａおよび図５Ｂは、ズームを制御する代替手段を示す斜視図である。
【図６】図６Ａ〜図６Ｃは、図５Ａおよび図５Ｂにおけるトランスデューサ配置の作動の進行形の段を示す斜視図である。
【図７Ａ】図７Ａおよび図７Ｂは、自動焦点合わせ能力および画像安定化能力を提供するように構成される本発明の別の光学レンズ系の断面斜視図および分解組立図のそれぞれである。
【図７Ｂ】図７Ａおよび図７Ｂは、自動焦点合わせ能力および画像安定化能力を提供するように構成される本発明の別の光学レンズ系の断面斜視図および分解組立図のそれぞれである。
【図８】図８は、図７Ａおよび図７Ｂのレンズ系の画像安定化カートリッジの全分解組立図である。
【図９】図９Ａおよび図９Ｂは、図８の画像安定化カートリッジの電気活性ポリマートランスデューサの電極構成の上面平面図および底面平面図のそれぞれである。
【図１０Ａ】図１０Ａおよび図１０Ｂは、図８の画像安定化カートリッジとともに使用可能である枠付き電気活性ポリマートランスデューサの別の実施形態の上面平面図および底面平面図のそれぞれである。
【図１０Ｂ】図１０Ａおよび図１０Ｂは、図８の画像安定化カートリッジとともに使用可能である枠付き電気活性ポリマートランスデューサの別の実施形態の上面平面図および底面平面図のそれぞれである。
【図１０Ｃ】図１０Ｃおよび図１０Ｄは、図１０Ａおよび図１０Ｂのトランスデューサにおいて用いられる電気活性フィルムの上面平面図および底面平面図のそれぞれである。
【図１０Ｄ】図１０Ｃおよび図１０Ｄは、図１０Ａおよび図１０Ｂのトランスデューサにおいて用いられる電気活性フィルムの上面平面図および底面平面図のそれぞれである。
【図１１Ａ】図１１Ａおよび図１１Ｂは、図７Ａおよび図７Ｂのレンズ系の受動剛性および負荷応答をそれぞれ示す。
【図１１Ｂ】図１１Ａおよび図１１Ｂは、図７Ａおよび図７Ｂのレンズ系の受動剛性および負荷応答をそれぞれ示す。
【図１２Ａ】図１２Ａは、本発明のＥＡＰ自動焦点アクチュエータを偏向するために使用可能である板バネ偏向部材の斜視図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂおよび図１２Ｃは、図１２Ａの板バネ偏向部材が動作的に使用される本発明の光学レンズ系の斜視断面図および上面図である。
【図１２Ｃ】図１２Ｂおよび図１２Ｃは、図１２Ａの板バネ偏向部材が動作的に使用される本発明の光学レンズ系の斜視断面図および上面図である。
【図１３】図１３は、一体型板バネ偏向部材を使用する本発明の別の光学レンズ系の斜視断面図である。
【図１４】図１４Ａおよび図１４Ｂは、別の種類の一体型バネ偏向部材を有する関連のレンズ鏡筒を含むおよび含まないレンズ系筐体のぞれぞれの斜視断面図である。
【図１５Ａ】図１５Ａおよび図１５Ｂは、本発明のレンズ系と使用可能である組み立てられたレンズ鏡筒およびフランジ組立体の斜視断面図であり、組立体は、焦点較正の目的で調整可能な鏡筒設計を提供する。
【図１５Ｂ】図１５Ａおよび図１５Ｂは、本発明のレンズ系と使用可能である組み立てられたレンズ鏡筒およびフランジ組立体の斜視断面図であり、組立体は、焦点較正の目的で調整可能な鏡筒設計を提供する。
【図１５Ｃ】図１５Ｃは、図１５Ａおよび図１５Ｂのレンズ鏡筒組立体の無限遠焦点パラメータを較正するためのツールの使用を示す。
【図１６】図１６Ａおよび図１６Ｂは、焦点較正の目的で調整可能なフランジ設計を有する別のレンズ鏡筒組立体の斜視断面図である。
【図１７】図１７Ａおよび図１７Ｂは、極めて小型で低プロファイルの形状因子を提供する単相および二相アクチュエータ構成のそれぞれを有するレンズ系の断面図である。
【図１８】図１８Ａおよび図１８Ｂは、本発明の例示的ＥＡＰアクチュエータベースのレンズ変位機構の斜視断面図である。
【図１９】図１９Ａおよび図１９Ｂは、本発明とともに使用可能である別のＥＡＰレンズ変位機構のそれぞれの斜視断面図である。
【図２０Ａ】図２０Ａおよび図２０Ｂは、ＥＡＰアクチュエータおよび機械的連係を用いる別のレンズ変位機構のそれぞれの斜視断面図である。
【図２０Ｂ】図２０Ａおよび図２０Ｂは、ＥＡＰアクチュエータおよび機械的連係を用いる別のレンズ変位機構のそれぞれの斜視断面図である。
【図２１】図２１は、本発明の別の混合レンズ変位システムの断面図である。
【図２２】図２２Ａおよび図２２Ｂは、本発明の「尺取り虫」式レンズ変位機構のそれぞれの斜視断面図である。
【図２３】図２３Ａおよび図２３Ｂは、本発明の「尺取り虫」式のレンズ変位機構のそれぞれの斜視断面図である。
【図２４Ａ】図２４Ａは、図２３Ａおよび図２３Ｂのレンズ変位機構のアクチュエータカートリッジの断面の概略図である。
【図２４Ｂ】図２４Ｂ〜図２４Ｆは、作動サイクル中の、アクチュエータおよび関連のレンズガイドレールの種々の位置を概略的に示す。
【図２４Ｃ】図２４Ｂ〜図２４Ｆは、作動サイクル中の、アクチュエータおよび関連のレンズガイドレールの種々の位置を概略的に示す。
【図２４Ｄ】図２４Ｂ〜図２４Ｆは、作動サイクル中の、アクチュエータおよび関連のレンズガイドレールの種々の位置を概略的に示す。
【図２４Ｅ】図２４Ｂ〜図２４Ｆは、作動サイクル中の、アクチュエータおよび関連のレンズガイドレールの種々の位置を概略的に示す。
【図２４Ｆ】図２４Ｂ〜図２４Ｆは、作動サイクル中の、アクチュエータおよび関連のレンズガイドレールの種々の位置を概略的に示す。
【図２５】図２５Ａ〜図２５Ｃは、本発明のマルチアクチュエータレンズ変位システムの断面図である。
【図２６Ａ】図２６Ａおよび図２６Ｂは、本発明のレンズ画像安定化システムの非活性状態および活性状態の断面図である。
【図２６Ｂ】図２６Ａおよび図２６Ｂは、本発明のレンズ画像安定化システムの非活性状態および活性状態の断面図である。
【図２７Ａ】図２７Ａ〜図２７Ｃは、種々の作動状態における本発明の別のレンズ画像安定化システムの断面図である。
【図２７Ｂ】図２７Ａ〜図２７Ｃは、種々の作動状態における本発明の別のレンズ画像安定化システムの断面図である。
【図２７Ｃ】図２７Ａ〜図２７Ｃは、種々の作動状態における本発明の別のレンズ画像安定化システムの断面図である。
【図２８】図２８は、対象のレンズ系ならびに他の既知のレンズ系とともに使用するために適切である本発明の開口／シャッタ機構の分解図である。
【図２８Ａ】図２８Ａは、図２８のシャッタ／開口機構の回転カラーの側面図である。
【図２９】図２９Ａ〜図２９Ｃは、完全開放状態、部分開放状態、および完全閉鎖状態のそれぞれにおける図２８の開口／シャッタ機構を示す。
【図３０】図３０Ａおよび図３０Ｂは、本発明のレンズ変位機構において使用するための単一構造アクチュエータフィルムの断面図である。
【図３１】図３１Ａおよび図３１Ｂは、図３０Ａおよび図３０Ｂの単一構造アクチュエータフィルムを用いる、非活性状態および活性状態のそれぞれにおける本発明の別のレンズ変位機構の側面図を示す。
【図３２】図３２Ａおよび図３２Ｂは、単一構造アクチュエータを用いる本発明の別のレンズ変位機構の側面図を示す。
【図３３Ａ】図３３Ａおよび図３３Ｂは、性能を最適化するために、一定の条件、例えば、レンズ系が動作する周囲環境の湿度に対処するように機能する特徴を有するＥＡＰアクチュエータの使用を示す。
【図３３Ｂ】図３３Ａおよび図３３Ｂは、性能を最適化するために、一定の条件、例えば、レンズ系が動作する周囲環境の湿度に対処するように機能する特徴を有するＥＡＰアクチュエータの使用を示す。
【図３４】図３４は、周囲条件に対処するための別の構成を用いる本発明のレンズ変位システムの断面図を示す。
【図３４Ａ】図３４Ａおよび図３４Ｂは、図３４のシステムの周囲条件制御機構の斜視図および上面図である。
【図３４Ｂ】図３４Ａおよび図３４Ｂは、図３４のシステムの周囲条件制御機構の斜視図および上面図である。
【図３５】図３５は、レンズ位置センサを有する本発明の別のレンズ変位システムの断面図を示す。
【図３６Ａ】図３６Ａは、本発明のシャッタ／開口機構の機械的構成要素の別の変形例の斜視図である。
【図３６Ｂ】図３６Ｂおよび図３６Ｃは、完全開放状態および完全閉鎖状態のそれぞれにおける図３６Ａのシャッタ／開口を示す。
【図３６Ｃ】図３６Ｂおよび図３６Ｃは、完全開放状態および完全閉鎖状態のそれぞれにおける図３６Ａのシャッタ／開口を示す。
【図３６Ｄ】図３６Ｄは、本発明のＥＡＰアクチュエータと動作可能に結合される図３６Ａの機構の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（本発明の詳細な説明）
本発明の機器、システム、および方法について説明する前に、本発明が特定の形状嵌合または用途に限定されず、変動してもよいことを理解されたい。したがって、本発明は、可変焦点カメラレンズに関連して主に説明されるが、対象の光学系を、顕微鏡、双眼鏡、望遠鏡、カムコーダ、プロジェクタ、眼鏡、および他の種類の光学的応用において使用してもよい。本明細書において使用する専門用語は、特定の実施形態を説明する目的だけのものであり、本発明の範囲が添付の請求項によってのみ限定されるため、限定的であるように意図されない。
【００１４】
次に、図面を参照すると、図１Ａおよび図１Ｂは、自動焦点能力を有する本発明の光学レンズ系を示す。図面は、１つ以上のレンズ（図示せず）を保持するレンズ鏡筒１０８を有するレンズモジュール１００について詳述する。開口１０６は、レンズ鏡筒１０８の遠位端または前方端に提供される。開口１０６の遠位に配置されるのは、電気活性ポリマーフィルム１２０を有する電気活性ポリマー（ＥＡＰ）アクチュエータ１０２である。フィルム１２０は、その外周の周囲において枠側面１２２ａ、１２２ｂにより挟まれ、中央において円板側面１０４ａ、１０４ｂにより挟まれ、フィルム１２０の暴露された環状区分を残す。次に、電気活性フィルムの構造および機能について、図２Ａおよび図２Ｂを参照してより詳細に説明する。
【００１５】
図２Ａおよび図２Ｂの概略図に示すように、電気活性フィルム２は、適合する電極板または電極層６の間に挟まれるポリマー誘電体薄層４を含む材料の複合体を備え、これによって静電容量構造が形成される。図２Ｂにおいて分かるように、電極に電圧が印加されると、２つの電極６における異なる電荷が相互に引き付けられ、これらの静電引力は、誘電体層４を圧縮する（Ｚ軸に沿って）。加えて、各電極における異なる電荷間の反発力は、面内において（Ｘ軸およびＹ軸に沿って）誘電体を伸長する傾向があり、これによって、フィルムの厚さが低減される。これによって、誘電体層４は、電場の変化により偏向する。電極６が適合するため、電極６は、誘電体層４に合わせて形状を変更する。一般的に、偏向は、誘電体層４の一部分の任意の変位、拡張、収縮、ねじれ、線形もしくは範囲歪み、または任意の他の変形を指す。形状嵌合構築、例えば、静電容量構造が用いられる枠に依存して、この偏向を使用して機械仕事を産生してもよい。電気エネルギーと機械エネルギーとの間の変換を改善するために、電気活性フィルム２を枠内で事前に歪めてもよく、すなわち、事前の歪みによって、フィルムのさらなる偏向およびさらなる機械仕事の提供が可能になる。
【００１６】
電圧が印加されると、電気活性フィルム２は、偏向を駆動する静電力を機械力がバランスを保てるまで偏向し続ける。機械力には、誘電体層４の弾性的復元力、電極６の適合、ならびにフィルム２に結合される機器および／または負荷により提供される任意の外部抵抗が含まれる。また、電圧印加により生じるフィルムの偏向も、エラストマー材料の誘電率ならびにそのサイズおよび剛性等の、多数の他の要因に依存し得る。電圧差および誘起電荷の除去により、逆の効果が引き起こされ、図２Ａに示すような非活性状態に戻る。
【００１７】
電気活性ポリマーフィルム２の長さＬおよび幅Ｗは、その厚さｔよりも大幅に大きい。通常は、誘電体層４は、約１μｍから約１００μｍの範囲の厚さを有し、電極の各々よりも厚い可能性が高い。アクチュエータに寄与する追加の剛性が概して誘電体層の剛性未満になるように、弾性係数および電極６の厚さを選択することが望ましく、比較的低い弾性係数、すなわち、約１００ＭＰａ未満を有する。
【００１８】
対象の光学系とともに使用するのに適切な電気活性ポリマー材料の種類には、誘電エラストマー、電歪ポリマー、電子電気活性ポリマーおよびイオン電気活性ポリマー、ならびにいくつかのコポリマーが含まれるが、これらに限定されない。適切な誘電材料には、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含まれるが、これらに限定されない。電歪ポリマーは、電気活性ポリマーの非線形反応によって特徴付けられる。通常は、電子電気活性ポリマーは、電場に応答する電子の移動により形状または寸法を変更する（通常、乾式）。イオン電気活性ポリマーは、電場に応答するイオンの移動により形状または寸法を変更するポリマーである（通常、湿式であり、電解質を含有する）。適切な電極材料には、炭素、金、白金、アルミニウム等が含まれる。本発明の隔膜カートリジとともに使用するのに適切なフィルムおよび材料は、米国特許第６，３７６，９７１号、第６，５８３，５３３号、第６，６６４，７１８号において開示されており、これらは本明細書に参考として援用される。
【００１９】
再び図１Ａおよび図１Ｂを参照すると、レンズ鏡筒およびスタック１０８を備えるＥＡＰアクチュエータ１０２の動作的係合により、レンズ組立体の自動焦点合わせが可能になる。枠１２２は、穴１２６ｂに収容されるボルト１２６ａによって、筐体１１４の遠位端に取り付けられ、一方、ＥＡＰアクチュエータ１０２の円板またはキャップ部分１０４は、レンズ鏡筒１０８の遠位端に対して配置または装着され、これによって、キャップ１０４内の開口１１８は、レンズ組立体への光の通過を可能にするように、軸方向に開口１０６と整列される。板バネ機構１１０の形式である偏向部材は、矢印１２５の方向に円板１０４に事前に負荷をかけるか、または円板１０４を偏向するように、レンズ鏡筒１０８と枠１２２との間で動作可能に係合され、錐台形状の構築を提供する。このような錐台式アクチュエータについては、米国特許出願第１１／０８５，７９８号、第１１，０８５，８０４号、および第１１／６１８，５７７号に説明されており、その各々は、その全体が本明細書に参考として援用される。予圧または偏向により、アクチュエータ１０２が、電極作動により単にしわ状になるのではなく、所望の方向に作動することが確実になる。図示する板バネ機構１１０では、アクチュエータ１０２に対して１つ以上のバネを収容および動作可能に配置するように、筐体１１４に、壁凹部１３２等が設けられてもよい。図７Ａに示すような、単純な陽性率（例えば、コイルバネ）等の他の偏向手段を代替として使用してもよい。
【００２０】
レンズ組立体またはスタック１０８の近位または後方側面において、制御電子機器１２８（図１Ｂのみに示す）によるデジタル処理のために画像を受信する画像センサ／検出器１１６（電荷結合素子（ＣＣＤ）等）が存在する。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（この場合、１つ以上のレンズの軸方向配置は、他のレンズに対して調整される）。センサ１１６ならびにアクチュエータ１０２は、電源１３０への電気的結合を介して電力供給され得る。
【００２１】
図１Ｂに示すように、完全なカメラ組立体は、少なくともシュラウドまたはカバー１１２を含む。一般的に従来のレンズ系とともに使用される赤外線（ＩＲ）フィルタ（図示せず）等の他の構成要素も、光学系１００に動作可能に組み込まれてもよい。
【００２２】
図３は、本発明の別のレンズモジュール１４０を示す。１つ以上のレンズ１４４を有する円柱状のレンズ鏡筒１４２は、外側および内側筐体部材１４６、１４８内で移動可能に保持され、遠位部分１４２ａは、外側筐体１４６における開口部と通って摺動可能に配置され、近位部分１４２ｂは、内側筐体１４８における開口部を通って摺動可能に配置される。遠位および近位鏡筒部分１４２ａ、１４２ｂ間の連接点は、環状肩部１５０を画定し、その環状肩部１５０にＥＡＰアクチュエータ１５２の環状内側枠部材１５８が装着される。アクチュエータ１５２は、二重錐台構築を有し、各錐台は、内側部材１５８の間において伸長状態で保持されるフィルム１５４ａ、１５４ｂによって画定され、遠位フィルム１５４ａの外周部分は、外側筐体１４６と枠ブロックまたはスペーサ１５６との間に保持され、近位フィルム１５４ｂの外周部分は、内側筐体１４８と枠ブロック１５６との間に保持される。板バネ機構により偏向される代わりに、二重錐台構造の遠位フィルム１５４ａは、矢印１５５の方向にアクチュエータ１５２に予圧を提供し、これによって、レンズ鏡筒１４２が同一方向に移動し、集束レンズ１４４が調整される。非偏向型フィルム１５４ｂは、ＥＡＰフィルムであるが、偏向型フィルム１５４ａは、そうである必要はなく、単に、エラストマーウェビングであってもよい。しかしながら、フィルム１５４ａが電気活性ポリマー材料を備える場合、静電容量変化により位置を検知するために用いられてもよく、またはフィルム１５４ｂとともに、二相アクチュエータを提供してもよい。後者の場合、フィルム１５４ｂが作動すると、レンズ鏡筒１４２が矢印１５７の方向に移動し、これによって、反対方向にレンズ１４４の焦点距離が調整される。
【００２３】
本発明の別の変形例では、図４Ａおよび図４Ｂは、焦点およびズーム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光学系１６０を示す。光学系は、筐体１８２内に収容される焦点段を有し、レンズ鏡筒１６２に保持され、かつ隔膜アクチュエータ１６６によって駆動される集束レンズ１６４を含む。焦点合わせは、図１Ａおよび図１Ｂに関連して説明したものと同様に、レンズ１６４と画像センサ１８０との間の距離を変動することによって調整される。また、光学系１６０は、レンズ固定具１７０内に保持され、かつ電機子１７４ａ、１７４ｂのそれぞれによって対の平面アクチュエータ１７２ａ、１７２ｂに機械的に結合されるレンズカバー１７６の下に保持されるズームレンズ１６８を含むズーム段も提供する。これらのアクチュエータ１７２ａ、１７２ｂの各々は、電機子に取り付けられる共通の枠要素１７８において、またはその上にＥＡＰフィルムを伸長することによって形成される。ズーム機能は、レンズ１６４とレンズ１６８との間の距離を変動させることによって達成される。概して、焦点調整は、約０．１から２．０ｍｍの間の移動を必要とするが、ズームは、しばしば、そのストローク量の約５倍から１０倍を必要とする。図示しないが、組み合わせた枠の複数の対向面が、隔膜アクチュエータのみまたは平面アクチュエータのみを担持することが想定される。またさらに、非直交枠幾何学的形状を用いてもよい。
【００２４】
さらなるスペースが利用可能な場合、機器の動作領域を増加するために、より長いズーム移動に適切なＥＰＡＭズーム／焦点エンジンを提供することが望ましくてもよい。図５Ａおよび図５Ｂは、代替レンズ系１９０を示す斜視図であり、対の組の平面アクチュエータ１９２ａ、１９２ｂの伸縮自在な配置であって、各対のうちの１対が、ズームレンズ１９８を担持するレンズ鏡筒１９６に固定されるレンズカートリッジ１９４の対向側面に配置される。作動すると、平面アクチュエータ配置は、矢印２０２および２０４の方向に、画像センサ２００に対して焦点軸に沿って、レンズ鏡筒１９６およびズームレンズ１９８を平行移動し、この場合、図５Ａおよび図５Ｂは、それぞれ最小および最大ズーム位置を示す。
【００２５】
アクチュエータが連結され、かつ動作する方式について、図６Ａ〜図６Ｃの拡大断面図によって明確にし、これらの図は、図５Ａおよび図５Ｂのアクチュエータスタックの種々の作動段を示す。進行形の運動は、連続する出力バー２０８をアクチュエータ枠区分２０６に連結することによって達成され、最も内側の出力バーは、ズーム構成要素を駆動するためにロッド２１０に取り付けられる。
【００２６】
次に、図７Ａおよび図７Ｂを参照すると、自動焦点合わせに加えて、画像安定化能力を提供する本発明の別の光学レンズ系３００が示される。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鏡筒３１２を含み、本図面において、４つのレンズ３１４ａ、３１４ｂ、３１４ｃ、および３１４ｄを有するように示されるが、用いるレンズの数は増減してもよい。レンズ組立体３１４は、外側枠３２２と内側円板またはキャップ部材３２８との間に延在するＥＡＰフィルム３２５を有するＥＡＰアクチュエータ３２０によって変位される。外側枠３２２は、底部筐体３２４と上部筐体３２６との間に固定される。コイルバネ３３２形式の偏向部材が、レンズ鏡筒３１２の周囲に配置され、底部筐体３２４の後方端３３４とレンズ鏡筒３１２の肩部またはフランジ３３６の間に動作可能に係合され、これによって、キャップまたは円板３２８が矢印３３５の方向に予圧または偏向され、錐台形状をＥＡＰアクチュエータ３２０に提供する。
【００２７】
アクチュエータの円板部材３２８の半径方向の剛性と、レンズ鏡筒３１２の遠位端に課される対抗力／偏向（矢印３３５とは反対）は、レンズモジュール３０２内における鏡筒の連結性の保持を支援する。さらに、偏向されたＥＡＰアクチュエータの構造全体は、レンズ鏡筒を効果的に懸架し、このようなレンズ位置決めシステムの受動剛性を示す図１１Ａのグラフにより証明されるように、重力の影響を受けないようにする。一方、図１１Ｂは、急停止位置からの移動開始後のシステムの通常の負荷応答を示す。
【００２８】
ブッシング壁３１８は、筐体３２４の後方端３３４から上方に延出し、コイルバネ３３２とレンズ鏡筒３１２の外面との間に設置される。ブッシング３１８は、レンズ鏡筒３１２の線形ガイドとしての役割を果たし、フランジ３３６とともに、最大「マクロ」焦点（焦点近傍）位置において移動停止具を提供する。また、内蔵の移動停止具または急停止具を有することは、光学系３００の組立体の製造中の鏡筒の位置の初期較正時にも有用である。また、ブッシング壁３１８の剛性によっても、通常の使用中にレンズ組立体に加えられる圧搾に対する保護が提供される。加えて、ＥＡＰアクチュエータ３２０の全体構造は、何らかの衝撃吸収性をレンズ鏡筒に提供する。集合的に、ＥＡＰアクチュエータ、偏向バネ、ブッシング、および全体の鏡筒設計は、レンズ系の最適性能のために、均一の半径方向整列を提供する。
【００２９】
ＥＡＰアクチュエータの錐台構築は、図１２Ａに示す板バネ偏向機構３９０等の他の種類の偏向部材によって提供されてもよく、この構成は、具体的には、低プロファイルを提供する。偏向機構３９０は、半径方向に延出する分岐タブ３９４であって、離間し、かつ屈曲点３９６で基部３９２の円周から上方に角度付けられる分岐タブ３９４を有する環状基部３９２を含む。図１２Ｂおよび図１２Ｃは、図７Ａおよび図７Ｂの光学系３００と類似の構成を有する光学レンズ系内において、偏向部材として動作可能に用いられる板バネ偏向機構３９０を示す。板バネの基部３９２は、フランジ３３６の下でレンズ鏡筒３１２を取り囲み、分岐タブ３９４の各々は、軸受表面としての役割を果たす外側枠３２２の裏面に係合する。均一にバランスの取れた同心の偏向を提供するためには、板バネ機構は、少なくとも３つの均一に離間したタブ３９４を提供することが好ましい。さらに、板バネ３９０の不測の回転移動を防止するために、スロット内の分岐タブ３９４の枝部または脚部は、筐体の各角に位置する。内側筐体ブロック３９８は、「無限遠」（すなわち、最も近位の）位置にある場合に、レンズ鏡筒３１２への線形ブッシングまたは安全装置としての役割を果たす。
【００３０】
また、偏向部材は、光学レンズ系のレンズ鏡筒および／または筐体構造に一体型であってもよい。図１３は、本発明のレンズ系の構造的部分４１０が、筐体部品４１４内に同心円状に配置されるレンズ鏡筒４１２を含む例を示す。偏向部材４１６は、レンズ鏡筒と筐体との間に配置され、それらの間をまたがり、この場合、偏向部材は、単一またはモノリシック構造としてこれらの構成要素とともに形成されてもよく（例えば、成形によって）、あるいは、それらの間の挿入物として提供されてもよい。環状隔膜４１８が凸状構成を有する（上部または外部からの観点から）後者の構成について図示するが、凹状構成を代替として用いてもよい。シリコーン、ポリウレタン、ＥＰＤＭ、他のエラストマー、または任意の低粘性エラストマーは、隔膜４１８の適切な材料である。隔膜は、内壁４２０ａと外壁４２０との間で延在し、これらの壁は、外側レンズ鏡筒壁および内側筐体壁をそれぞれ留める。曲線状隔膜４１８は、負レートの偏向を有するバネ機構を提供する。負レートの偏向を有するＥＡＰアクチュエータの他の例は、前に参照した米国特許出願第１１／６１８，５７７号に開示されている。
【００３１】
図１４Ａおよび図１４Ｂは、アクチュエータのバネ偏向を対象のレンズ系に一体化する他の方式を示す。図１４Ａにおいて、ＥＡＰアクチュエータ（図示せず）に印加されるバネ偏向は、２つ以上のタブ４２２によって提供され、これらのタブ４２２は、例えば、図７Ａおよび図７Ｂのレンズ系３００の底部筐体３２４に構造的に一体化され、筐体３２４の外壁とブッシング壁３１８との間の同心間隙内で半径方向内側に延在する。タブ４２２は、負荷の印加時にバネ偏向を提供するように湾曲または成形される。また、レンズ鏡筒３１２は、図１４Ｂに示すように、タブ４２２と一体的に形成されてもよく（成形等によって）、タブ４２２に固定されてもよい。
【００３２】
本発明のレンズ系には、レンズに対する任意の適切な位置に１つ以上のフィルタが装備されてもよい。図７Ａおよび図７Ｂの光学系３００を再び参照すると、上部筐体３２６は、光線を通過させるためにその中に位置する透明または半透明のカバー３３０を有する。あるいは、上部筐体３２６の全体が、透明／半透明材料から成形されてもよい。いずれの場合においても、カバーは、約６７０ｎｍ以上の赤外波長のレンズ組立体の透過を防止するとともに、可視波長をほぼ消失することなく透過可能にするフィルタとして機能し得る。代替的または付加的に、ＩＲフィルタ３６６は、レンズ組立体の近位に位置してもよい。
【００３３】
また、本発明のレンズ系は、画像安定化能力も有してもよい。図７Ａおよび図７Ｂを再び参照すると、画像安定化モジュール３０４の例示的実施形態は、レンズモジュール３０２の近位に位置し、画像安定化モジュール３０４は、レンズモジュール３０２によりそこに焦点が合わされた画像を受信するための画像センサ３０６と、これらの画像を処理するための関連電子機器とを含む。また、画像安定化モジュール３０４は、ＥＡＰアクチュエータ３１０も含み、これは、焦点の合った画像を鮮明に維持するために、任意の移動、すなわち、ｘ−ｙ平面における画像センサ３６０の「ブレ」を補償する役割を果たす。また、このような運動を検知するためのセンサとともに、Ｚ軸補正も提供してもよい。
【００３４】
ＥＡＰアクチュエータ３１０は、「高電圧」側面および接地側面３３８および３４８を有する２層ＥＡＰフィルムトランスデューサを備える平面構成を有し、図８の分解組立図および図９Ａおよび図９Ｂの平面図において最も良く図示される。ＥＡＰフィルム３３８は、エラストマー層３４２と、電気的に絶縁された電極３４０とを備え、その電極の各々は、エラストマー３４２の一部分において延在するとともに、層３４２の中央部分３６２ａに電極材料が含まれないようにする。ＥＡＰフィルム３４８は、エラストマー層３５２および単一の接地電極３５０を含む。接地電極３５０の環状形状によって、各高電圧電極３４０への接合が可能になり、フィルム３３８の部分３６２ａに一致する中央部分３６２ｂに電極材料が含まれないようにする。集合的に、２つのフィルムは、４相アクチュエータを提供するために、４つの活性４分円を有する（すなわち、４つの活性接地電極の対を有する）トランスデューサを提供するが、図１０Ａ〜図１０Ｄに関して後述するように、用いる活性部分の数を増減してもよい。各４分円は、個々に、または他の４分円のうちの１つ以上と連携して、選択的に作動して、光学系が受けるブレに応答して、およびそれを補償するために、ｘ−ｙ平面において広範な作動の運動（すなわち、２つの自由度を有する）を提供する。電気タブ３４４が、高電圧電極毎に１つ、２つのフィルムの間に挟まれる。対の接地電気タブ３４６は、ＥＡＰフィルム３３８、３４８の対向する外面上に提供される。タブ３３４および３４８は、ＥＡＰアクチュエータを電源および制御電子機器（図示せず）に結合するためのものである。次いで、２層トランスデューサフィルムは、上部および底部枠部材３５４ａ、３５４ｂの間に挟まれ、これらは、ＥＡＰフィルムを伸長および緊張状態に保持する。
【００３５】
また、アクチュエータ３１０は、２つの円板３５６、３５８も含み、複合フィルム構造の側面毎に１つ、中央に配置される。円板は、種々の機能の役割を果たす。高電圧電極フィルム３３８の外側に提供される円板３５６は、裏当て板またはカバー３６０ｂによって、枠側面３５４ｂの環状スペース内または切り抜き内において平面整列して保持される。円板３５６は、移動停止具としての役割を果たし、つまり、フィルム３３８の裏板との接触を防止し、センサに対する補助軸受支持としての役割を果たす。円板３５８は、フィルム３４８の外側に提供され、前方板またはカバー３６０ａによって、枠側面３５４ａの環状スペース内または切り抜き内において平面整列して保持され、前方板またはカバー３６０ａも、そこを通ってアクチュエータ３１０の移動を画像センサ３０６に移行する切り抜き部分を有する。円板３５８から画像センサ３０６への出力アクチュエータ運動の伝達を容易にするために、線形軸受構造懸架部材３０８がその間に提供される。構造／部材３０８は、平面基板３６２の形式であり、複数の衝撃吸収要素３６４、例えば、基板３６２の縁から延出するバネタブを有し、このバネタブは、アクチュエータ３１０の出力運動を最適化するために衝撃吸収体として機能する。基板３６２は、バネタブ３６４を含むフレックス回路の形式であってもよく（伝導性材料から作製の場合）、画像センサ３０６とその関連の制御電子機器との間の電気的接触をアクチュエータ３１０に提供する。
【００３６】
集合的に、画像センサ３０６、懸架部材３０８、およびアクチュエータ３１０は、筐体３１６内において、まとめて入れ子式である。筐体３１６は、レンズモジュール３０２を収容するために、遠位側面３６８において凹状である。その近位側面３７０において、筐体３１６は、アクチュエータ３１０の電気接触タブ３４４、３４６および／または軸受懸架部材３０８のバネタブ３６４を収容するために切り欠きまたは凹部３７２を有する。
【００３７】
４相アクチュエータ３１０に関する説明について前述したように、本発明の画像安定化アクチュエータは、所望の位相作動を提供する任意の数の活性範囲を有してもよい。図１０Ａ〜図１０Ｄは、少なくとも画像安定化のために本発明の対象の光学レンズ系とともに使用するのに適切な３相ＥＡＰアクチュエータ３８０を示す。アクチュエータ３８０は、３つの電極範囲３８６を有する高電圧ＥＡＰフィルム３８４ａを有し、電極範囲の各々は、アクチュエータ３８０の活性範囲の約３分の１の作動をもたらす。接地ＥＡＰフィルム３８４ｂは、単一の環状接地電極３８８を有し、これは、枠側面３８２ａおよび３８２ｂによってフィルム３８４ａでパッケージ化される場合に、アクチュエータ３８０の３つの活性部分の各々に接地側面を提供する。この３相設計は、機械的および電気的にも４相設計より基礎的であるが、３相アクチュエータだけではＸ軸またはＹ軸のいずれかにおいて個別の移動を提供することができないため、より複雑な電子制御アルゴリズムが必要となる。
【００３８】
多くの製造されたハードウェア構成要素は、容認可能な許容範囲内にある寸法を有することから、類似の構成要素および関連の構成要素間のわずかな寸法変動は、生産収率に影響を及ぼさない。しかしながら、光学レンズ等の機器では、さらなる精度が必要とされることが多い。より具体的には、エンドユーザによる使用の際に正確な焦点合わせを確実にするように、「無限遠」位置にある場合に（すなわち、「オフ」状態にある場合に）画像センサに対するレンズ組立体の位置を、レンズ組立体の焦点を最適化するように設定することが重要である。したがって、無限遠位置は、好ましくは、製作過程中に較正される。
【００３９】
図１５Ａおよび図１５Ｂは、レンズ組立体の無限遠位置を較正するため、すなわち、画像センサとレンズ組立体との間の距離を調整して、製作過程中に最適に焦点が合わされる無限遠位置を確立するための例示的設計構成を示す。レンズ鏡筒組立体４３０は、レンズ鏡筒４３２および分離可能なフランジ４３４から構成される。フランジ４３４は、内側にネジ山４３９が付けられ、レンズ鏡筒４３２の外側ネジ山４３７と回転係合する。フランジ４３４には、半径方向に延出するタブ４３６が提供され、これは、図１５Ｃに示すような光学系筐体４４２内の載置時に、特定の開口部４３６から突出する。したがって、フランジ４３４の回転位置は、レンズ鏡筒４３２に対して固定される。レンズ鏡筒４３２の上部カバー４３５の頂部分４３８には、図１５Ｃに示すように、較正ツール４４４の作用端部４４６を収容するための溝または刻み目４４０が提供される。ツール４４４によって、筐体４４２内の封入後であってもレンズ鏡筒４３２へのアクセスが可能になり、ツール４４４を使用して、ネジ係合されたフランジ４３４であって、その位置がタブ４３６および開口部４３６によって筐体内に固定されるフランジ４３４に対していずれの方向にもレンズ鏡筒４３２を回転させる。次いで、この相対回転移動は、画像センサ（図示せず）およびレンズ系の他の固定構成要素に対して、レンズ鏡筒組立体４３０全体を線形または軸方向に（レンズ鏡筒の回転方向に依存するいずれかの方向に）平行移動させる。光学系の無限遠位置を規定するのは、レンズ組立体４４８（図１５Ｂ参照）と画像センサとの間の距離である。
【００４０】
図１６Ａおよび図１６Ｂは、レンズ組立体を較正する目的の（少なくとも部分的）別のレンズ鏡筒構成４５０を示す。図１５Ａ〜図１５Ｃの構成との違いは、フランジ４５６が、筐体４５２内に動作可能に設置される場合に回転固定されるレンズ鏡筒に対して移動可能であることにある。この固定は、レンズ鏡筒の外壁から半径方向に延出するバンパーまたは突起部４６０によって提供される。レンズ鏡筒が光学系筐体４５２内に設置される場合、バンパー４６０は、筐体の壁内における開口部または窓４５８内に位置し、レンズ鏡筒の回転移動を防止する。フランジ４５６の外周には、較正ツール（図示せず）に係合するように構成される刻み目４６２が提供される。筐体４５２には、窓４６４が提供され、それを通ってフランジ４５６の外周縁が露出される。較正ツール（可能であれば、指）を使用することによって、フランジ４５６は、必要に応じていずれの方向にも回転可能である。前述した構成と同様に、レンズ鏡筒に対するフランジの相対移動によって、画像センサ（図示せず）に対してレンズ組立体全体が線形／軸方向に平行移動する。両構成は、レンズ系の最終組み立て中にレンズ組立体の無限遠位置を較正する便利で簡単な方式を提供する。
【００４１】
図１７Ａおよび図１７Ｂは、より単純かつより低プロファイルの設計を有する本発明のレンズ系の２つの他の実施形態を図示し、ここで、レンズ４７２（単一のレンズか、または複数のレンズの中の最遠位のレンズかのいずれか）は、ＥＡＰアクチュエータに直接一体化され、ＥＡＰアクチュエータによって選択的に配置される。
【００４２】
図１７Ａのレンズ系４７０は、内側および外側枠部材４７４、４７６をそれぞれ備える単相アクチュエータを用い、ＥＡＰフィルム４７８は、それらの部材の間に伸長される。レンズ４７２は、内側枠４７４内に配置され、かつ同心円状に固定され、アクチュエータによる出力移動がレンズ４７２に直接課されるようにする。単相アクチュエータは、内側枠４７６と裏板４８２との間に画定される錐台スペース内に配置される小型コイルバネ４８０によって、レンズの前方側面４７２ａに向かう方向に偏向される。裏板４８２は、最大「マクロ」（焦点近傍）位置において急停止具としての役割を果たす。アクチュエータが「オフ」状態にある場合、レンズ４７２はマクロ位置にあり、作動時に、レンズは矢印４８８の方向に無限遠位置側に移動する。マクロ位置においてのみ動作するレンズポジショナ用途では、初期マクロ設定によって、不必要な変位領域を排除することにより光学系の信頼性が改善される。
【００４３】
類似の低プロファイル構成を有する二相レンズ系５１０を図１７Ｂに示す。本図面において、ＥＡＰアクチュエータは、相互に偏向するように機能する２つの層または隔膜を備える。上部または後方アクチュエータは、内側枠および外側枠４９０ａ、４９０ｂ間で延在するＥＡＰフィルム４９４を含み、底部または前方アクチュエータは、内側および外側枠４９０ａ、４９２ｂ間に延在するＥＡＰフィルム４９６を含む。内側枠４９０ａ、４９２ａは結合されるが、それぞれの外側枠４９０ｂ、４９２ｂは、中間筐体部材５００によって離間され、中間筐体部材５００と、上部筐体部材４９８および底部筐体部材５０２のそれぞれとの間に挟まれる。レンズ４７２（切頂低プロファイル形状を有する）は、結合される内側アクチュエータ枠内に同心円状に配置される。２つの活性アクチュエータの各々は、他方に偏向を提供し、レンズ４７２の二相または双方向移動を可能にする。具体的には、底部アクチュエータが作動する場合、上部アクチュエータはオフであるが、上部アクチュエータによる偏向は、矢印５０４の方向にレンズ４７２を移動させ、同様に、上部アクチュエータが作動する場合、底部アクチュエータはオフであるが、底部アクチュエータによる偏向は、矢印５０６の方向にレンズ４７２を移動させる。これにより、レンズ４７２は、単相光学系４７０の移動距離の２倍（２Ｘ）の移動距離を有することが可能になる。この二重隔膜構成は、アクチュエータの一方または他方を受動的、すなわち、常にオフ状態にすることによって、単相アクチュエータとして機能するように作製可能である。いずれの場合においても、二重隔膜アクチュエータは、極めて低いプロファイルの形状因子をレンズ系に提供する。
【００４４】
自動焦点合わせ用またはズーム用にかかわらず、レンズ移動／ストロークは、レンズの移動を可能にする追加の構造的構成要素を用いることよって増加（ならびに減少）することが可能である。この移動は、単一のレンズもしくは多数のレンズの絶対変位、および／またはレンズの組立体内のレンズ間の相対移動を伴ってもよい。このような移動をもたらすための追加の構成要素は、１つ以上のＥＡＰアクチュエータ、機械的連係等、またはレンズ鏡筒／組立体に一体型であるか、またはそれに連結されるその両方の組み合わせを含んでもよい。
【００４５】
図１８および図１９は、本発明の例示的レンズ変位機構の斜視図を提供し、矢印５２５、５３５のそれぞれが示すストローク出力を増幅するために、多数のＥＡＰアクチュエータ／トランスデューサを連続して積層する。図示するように、トランスデューサは、所望の出力を達成するために、所望の構成で結合または連動されてもよい。
【００４６】
図１８Ａおよび図１８Ｂのレンズ変位機構５２０は、多数の二重錐台ＥＡＰアクチュエータ５２８ユニットを提供し、各アクチュエータユニット５２８は、その内側枠またはキャップ５３２が連動する２つの凹面対向トランスデューサ隔膜５２６を含む。次いで、アクチュエータの外側枠５３４は、隣接するアクチュエータの外側枠５３４に連動または結合される。最遠位の外側枠５３４ａは、レンズ５２２がその中に配置されるレンズ枠５２４に装着される。最近位外側枠５３４ｂは、画像センサモジュール（図示せず）の遠位に配置される。
【００４７】
図１９Ａおよび図１９Ｂは、同様に機能するレンズ変位機構５４０を図示し、複数のＥＡＰアクチュエータユニット５４８の各々が、逆の構成を有することによって、トランスデューサ隔膜５４４は、連動するその外側枠５３８と内側に対向するその凹状側面を有する。次いで、アクチュエータの内側枠５３６は、隣接するアクチュエータの内側枠５３６に連動または結合される。最遠位内側枠５３６ａは、その中に同心円状にレンズ５２２を保持する役割を果たす。最近位内側枠５３６ｂは、画像センサモジュール（図示せず）の遠位に配置される。
【００４８】
いずれの設計でも、アクチュエータレベルの数が多いほど、ストローク潜在性が増加する。さらに、スタック内における１つ以上のアクチュエータレベルをズーム用途に使用してもよく、この場合、追加のレンズが種々のアクチュエータレベルに一体化され、集合的に、アフォーカルレンズ組立体として動作してもよい。付加的にまたは代替的に、トランスデューサレベルのうちの１つ以上は、活性アクチュエータ制御または動作検証を容易にするために、検知（作動とは対照的）するために設定されてもよい。これらの動作のうちのいずれかにより、ＰＩまたはＰＩＤ制御器等の任意の種類のフィードバック手法を光学系に用いて、極めて高度な正確さおよび／または精度により、アクチュエータ位置を制御してもよい。
【００４９】
次に、図２０Ａおよび図２０Ｂを参照すると、機械的レンズ駆動部分または構成要素５５４と併用してＥＡＰベースの部分または構成要素５５２を利用する別のレンズ変位機構５５０が図示され、ＥＡＰベースの部分または構成要素５５２を利用して、機械的レンズ駆動部分または構成要素５５４駆動する。ＥＡＰ部分５５２は、二重錐台アクチュエータを含み、そのアクチュエータにおいて、外側枠５５６ａ、５５６ｂは、底部筐体部分５５８ａ、５５８ｂの間に保持され、結合されるトランスデューサの内側枠５５５ａ、５５５ｂは、光軸５７６に沿って相対的に平行移動可能である。上述のように、アクチュエータは、光軸５７６に沿った両方向における能動的移動を可能にする二相アクチュエータ、または光軸に沿った上方／前方方向に移動可能である単相アクチュエータのいずれかとして構成されてもよい。
【００５０】
変位システム５５０の機械的部分５５４は、連係対５６６ａ、５６６ｂおよび５６８ａ、５６８ｂによって相互連結される第１および第２の駆動板またはプラットフォーム５６０、５６４を含む。板の各々は、レンズ（図示せず）を保持および担持するために中央開口部を有し、レンズは、集合的に、アフォーカルレンズ組立体を提供し、集束レンズ組立体は、焦点軸に沿って移動する際に、上部筐体５７４内のレンズ開口部５７８において中央に配置される集束レンズ（図示せず）の倍率を調整する。提供されるズーム変位板は２つだけであるが、任意の数の板および対応するレンズを用いてもよい。
【００５１】
連係対は、第１の駆動板５６０上に作用した力に応答して、光軸に沿って第２の駆動板５６４を移動させるために、折り畳み式ジャッキ作用を提供する。当業者が理解するように、このような折り畳み式ジャッキ作用は、第１の駆動板５６０よりも大きな割合で第２の駆動板５６４を平行移動し、この場合、第１の坂と第２の坂との間の平行移動割合は、入れ子式作用を提供する。板５６０、５６４は、線形ガイドロッド５７２に沿って、およびそれによって摺動可能に案内され、線形ガイドロッド５７２は、底部筐体部分５５８ａと上部筐体５７４との間に延在する。アクチュエータ部分５５２が作動すると、キャップ５５５ａが変位し、これによって駆動板５６０の近位端５６２に対して上方の力が印加される。これは、第１の板５６０を駆動し、次いで、第１の板５６０は、連係対を移動させて、より大きな選択割合の平行移動で第２の板５６４を駆動する。折り畳み式ジャッキ連係について例示的に説明するが、他の種類の連係または機械的配置を使用して、一方の板を、他方の板よりも比例的に大きい平行移動割合および距離で平行移動してもよい。
【００５２】
図２１は、本発明の別の混合（アクチュエータ／連係）レンズ変位機構５８０の断面図を提供し、アクチュエータ部分５８２は、コイルバネ５８６によって光軸５８８に沿って上方に偏向される単一のＥＡＰトランスデューサ５８４を含むが、任意のバネ偏向手段（例えば、板バネ）を用いてもよい。アクチュエータが作動すると、キャップ５９０は、第１の駆動板５９２に対して移動し、第１の駆動板５９２は連係機構５９６を駆動して、次いで、第２の駆動板５９４を光軸５８８に沿って上方に移動させる。
【００５３】
次に図２２および図２３を参照すると、混合構成を用いる本発明の２つの他のレンズ変位機構が図示される。これらの機構のうちの両方は、２つの種類のアクチュエータ機構を使用することによって、そのそれぞれのレンズ組立体／鏡筒を増分様式または「尺取り虫」様式で平行移動する。
【００５４】
図２２Ａおよび図２２Ｂのレンズ変位機構６００は、レンズ組立体／鏡筒６０２の尺取り虫変位をもたらすために、２つの種類の作動運動、つまり、「厚さモード」作動および面内作動を用いる。レンズ鏡筒６０２は、ズーム目的のためにアフォーカルレンズ組立体を形成し得る１つ以上のレンズ（図示せず）を保持する。鏡筒６０２は、外面から側方に延出するブッシング６０６を有する。ブッシング６０６は、上部および底部作動部分６０８ａ、６０８ｂ間に延在するガイドレール６０４と機能的または摺動可能に係合される。機構６００の作動構成要素は、底部部分６０８ａおよび上部部分６０８ｂを含む。各作動部分は、厚さモードアクチュエータＥＡＰフィルム６１０および平面アクチュエータＥＡＰフィルム６１２を有するアクチュエータスタックを含む。フィルムは、相互に分離され、粘弾性材料および好ましくは極めて低い粘性とデュロメータ評価を有する材料等の可撓性材料６１４ａ〜６１４ｃの層の間にカプセル化されて、アクチュエータスタック６０８ａを形成する。図２２Ａは、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および６１２ａをそれぞれ示す。中央穴または開口６１６は、スタック６０８ａを貫通し、焦点を合わせた画像が画像センサ／検出器（図示せず）に通過することを可能にする。
【００５５】
動作中、ガイドレールの後方端または底部端６０４ａが、実質的に直角にフィルムスタック６０８ａ（または、少なくともアクチュエータ層６１４ｂ、６１４ｃ）に係合された状態で、平面アクチュエータＥＡＰフィルム６１２の作動により、レール端部６０４ａは、反対方向に、例えば、ガイドレール６０４の軸方向長さに垂直の方向６０５において相互から離隔する方向に、側方に移動する。ガイドレールの前方端または上部端６０４ｂが固定位置にある状態で、この移動により、ガイドレール６０４は、軸受６０６に進み、これによって、レール６０４上にレンズ鏡筒６０２の位置が摩擦で固定される。フィルム６１２の停止により、フィルムスタック６０８ａに対してその中立角位置または直角位置にレールが引き込まれる。次いで、厚さモード作動を用いて、ガイドレール６０４を軸方向６０７に平行移動することによって、この時点でガイドレール６０３に摩擦係合されるレンズ鏡筒６０２が同一方向に平行移動し、レンズ組立体の焦点距離を調整する。より具体的には、ＥＡＰフィルム６１０が作動する際、フィルムスタック６０８ａは留め金で留まり、これによって、ガイドレール６０４が軸方向に変位する。レンズ鏡筒６０２が進むと、摩擦軸受表面（図示せず）は、鏡筒の外面を係合するように配置され、これによって、この摩擦係合は、レール６０４上の鏡筒ブッシング６０６により課される摩擦係合よりも大きくなる。鏡筒の壁における軸受表面の摩擦係合は、ガイドレール上のブッシングの摩擦係合を上回り、その結果、厚さモードＥＡＰフィルム６１０が停止し、ガイドレールは、非活性位置に戻り、レンズ鏡筒は、進められた位置に保持される。説明した平面／厚さモード作動シーケンスを逆にして、レンズ組立体を逆の軸方向に平行移動してもよい。
【００５６】
任意選択により、上部作動部分６０８ｂを用いて、レール６０４の相対位置もしくは角度を調整してもよく、および／またはいずれの軸方向６０７にもレンズ鏡筒６０２の潜在的な移動距離を増加させてもよい。本例において、アクチュエータ６０８ｂは、摩擦でレールをブッシング６０６に係合する目的で、レールの位置を調整するために平面作動を提供するように構成される。具体的には、アクチュエータスタック６０８ａは、層６２０ａ、６２０ｂの間に挟まれる平面作動ＥＡＰフィルム６１８を備え、これは、底部アクチュエータ６０８ａの層６１４ａ〜６１４ｃと同一の材料から作製されてもよい。複合構造は、集束レンズ（図示せず）を通ってズームまたはアフォーカルレンズ組立体６０２に光線が通過することを可能にするように貫通する穴または開口６２２を有する。好ましくは、６０８ａおよび６０８ｂの平面区分は、ガイドロッド６０４を相互に平行関係に維持するように同時に作動する。
【００５７】
上部アクチュエータ６０８ｂを、底部アクチュエータ６０８ａの平面作動の代わりに用いて、上述のようなレールの角変位を提供してもよく、または上部アクチュエータ６０８ｂを底部アクチュエータ６０８ａの平面作動部分と連携して使用して、レールの両側を側方に変位してもよい。この連携作動を制御して、レールの角度配置を正確に調整することが可能であり、または、あるいは、それぞれの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が（すなわち、レールは、相互に平行に維持される）、ブッシング６０６に対して摩擦軸受をもたらすのに十分な側方変位（レンズ鏡筒６０２に向かって、またはレンズ鏡筒６０２から離隔して）を提供することが可能である。また、上部アクチュエータ６０８ｂに、上述のような厚さモード作動能力を装備して、ガイドレールの増幅した軸方向移動をもたらしてもよい。両方のレールの平行移動について説明したが、本発明は、単一のレールのみまたは３つ以上のレールを移動するように構成されるレンズ変位機構の変形例も含む。
【００５８】
図２３Ａおよび図２３Ｂは、尺取り虫式作動運動を用いる別のレンズ変位機構６２５を示す。機構６２５は、複数のレンズ段６２６ａ、６２６ｂ、６２６ｃ、６２６ｄを含むレンズ組立体を収容し、その各々は、レンズ（図示せず）を保持するための切り抜き６２７を有する。図示する４つの段よりも多くのまたは少ない段を用いてもよいこと、ならびに段が焦点合わせ、ズーム、または単に光線の通過の提供のために使用されるレンズを保持してもよいことを、当業者は理解する。さらに、全ての段が平行移動可能である必要はなく、機構筐体または支柱６２８に固定されてもよい。図示する変形例では、例えば、第１および第４の段６２６ａ、６２６ｄが固定される一方で、第２および第３の段６２６ｂ、６２６ｃは平行移動可能である。４つのレンズ段は、線形ガイドレール６４２によって相互に離間した平行整列で保持され、線形ガイドレール６４２は、上部および底部レンズ段６２６ａ、６２６ｄの間に固定され、かつその間で延在する。移動可能なレンズ段６２６ｂ、６２６ｃは、軸受６４８を通ってガイドレール６４２に沿って線形に平行移動可能である。
【００５９】
変位機構６２５の作動部分は、第１の上部アクチュエータカートリッジ６３０ａと、第２の底部アクチュエータカートリッジ６３０ｂとを含む。カートリッジ６３０ａの構成について図２４Ａに図示し、２つのアクチュエータ、つまり、単相線形アクチュエータ６３２と、相互に直列に積層される二相平面アクチュエータ６３４とが提供される。各アクチュエータは、内側および外側部材６３８ａ、６３８ｂ間に延在するＥＡＰフィルムを備え、これによって、それぞれの内側部材６３８ａは連動し、それぞれの外側部材６３８ｂは、それらの間に配置されるスペーサ６４０に結合される。図示する変形例では、各平面アクチュエータ６３４のＥＡＰフィルムは、少なくとも２つの別々の作動可能な部分６３６ａ、６３６ｂに分割され、二相（またはそれ以上）の作動を提供する。本変形例では、各線形アクチュエータ６３２は、全体的に作動可能であるモノリシックＥＡＰフィルム６３６ｃを有する。２つの単相線形（上部および底部カートリッジの各々から）アクチュエータ６３２は、集合的に、二相線形アクチュエータを形成し、この場合、底部線形アクチュエータは、アクチュエータを相互に引張して保持するプッシュロッド６４４によって、上部線形アクチュエータに偏向され、またその反対も同様である。結果として、各平面アクチュエータ６３４には、対応する線形アクチュエータ６３２が受動的である場合、面外の力が印加されない。両方のアクチュエータ６３２および６３４の内側部材６３８ａ（アクチュエータ出力部材とも呼ばれる）の出力運動を制御して、矢印６４０ａ、６４０ｂが示すような軸方向運動および／または平面運動をそれぞれ呈して、所望の作動サイクルまたはシーケンスを提供してもよい。上部カートリッジ６３０ｂの構成は、同一であるが、カートリッジの凹面が外側に向くように、底部カートリッジ６３０ａに対向するように配向されてもよい。
【００６０】
プッシュロッド６４４の形式の連携部分は、アクチュエータカートリッジ６３０ａ、６３０ｂの内側に対向する出力部材６３８ａの間に延在し、レンズ段の各々内における軸方向に整列される開口内において通過し、かつ摺動可能である。クラッチまたはブレーキ機構６４６ａ、６４６ｂが、移動可能な段６２６ｂおよび６２６ｃ内の開口に隣接し、相互から反対にまたは正反対に配置され、クラッチまたはブレーキ機構６４６ａ、６４６ｂは、それぞれのレンズ段の軸方向の位置を固定するために、選択的に係合可能である。クラッチ機構６４６ａ、６４６ｂは、摩擦軸受表面またはプッシュロッド６４４上の対応する溝に協働係合するための歯部を含むがこれらに限定されない任意の適切な構成を有してもよい。
【００６１】
動作中、２つのアクチュエータカートリッジ６３０ａ、６３０ｂの線形および平面アクチュエータ６３２、６３４の選択的作動によって、レンズ段６２６ｂ、６２６ｃを増分的に平行移動するために、プッシュロッド６４４の循環運動が可能になる。このような増分または「尺取り虫」運動について、図２４Ｂ〜図２４Ｆに概略的に示す。図２４Ｂは、中立位置における、すなわち、両方のアクチュエータ６３２、６３４が非活性である場合に、レンズ段６２６ｂまたは６３６ｃにも係合されていないガイドレール６４４を示す。レンズ段６２６ｂを前方方向に移動するためには、各平面アクチュエータ６３４のＥＡＰフィルムの第１の部分６３６ａ（すなわち、図２３Ａおよび図２３Ｂにおける上部および底部）を図２４Ｃに示すように作動して、プッシュロッド６４４を中立位置から側方に移動し、クラッチ機構６４６ａ（本図面に図示せず）を係合する。次に、図２４Ｄに示すように、線形アクチュエータ６３２が作動する一方で、各平面アクチュエータ６３４の第１の部分６３６ａは、依然として活性しており、出力部材６３８ａが面外に移動する。この面外運動により、プッシュロッド６４４ひいてはレンズ段６２６ｂが前方方向に押圧または持ち上げられる。所望の軸方向位置に移動すると、プッシュロッド６４４は、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を停止することによって、クラッチ６４６ａから係脱される。最終的に、各線形アクチュエータ６３２は停止して、図２４Ｆに示すように、プッシュロッド６４４をその中立位置に引き込む。レンズ段６２６ｃを移動するためには、本過程を繰り返すが、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を作動させる。別々に作動可能である相、すなわち、ＥＡＰフィルム部分を、追加のクラッチ機構とともに各平面アクチュエータ６３４に加えて、レンズ変位機構が両方のレンズ段を移動させること、または連携する場合ではさらなる段を移動させることを可能にしてもよい。
【００６２】
図２５Ａ〜図２５Ｃは、焦点合わせ能力およびズーム能力の両方を有する別のレンズ変位システム６５０を示す。システム６５０は、２つの一体型単層バネ偏向型アクチュエータ（一方は、単一錐台隔膜構成６５２を有し、他方は、二重錐台隔膜構成６５４を有する）。アクチュエータ６５２は、焦点合わせレンズ組立体６５８を収容するレンズ鏡筒構造６５６を含む。システムの焦点軸に沿ったレンズ組立体６５８の近位に、鏡筒構造６６２内に収容されるアフォーカルレンズ組立体６６０が存在する。２つのレンズ鏡筒６５６、６６２は、コイルバネ６６４によって相互から離隔して偏向される。さらに、２つのアクチュエータを一体化することは、半径方向に延出する側方構造６６６であり、その側方構造に、アクチュエータ６５２、６５４の外側枠または出力部材６６８ａ、６６８ｂがそれぞれ結合される。外側枠６６８ａと、焦点合わせアクチュエータ６５２のレンズ鏡筒６５６の遠位端に装着される対応する内側枠または出力部材６７２との間に、ＥＡＰフィルム６７０が伸長される。次いで、外側枠６６８ｂと、レンズ鏡筒６６２の近位端に装着される対応する内側枠または出力部材６７４との間に、第１のＥＡＰフィルム６７６ａが伸長される。第２のＥＡＰフィルム６７６ｂは、内側枠６７４と接地外側枠または出力部材６６８ｃとの間で伸長され、ズームアクチュエータ６５４の二重隔膜構造を形成する。第２のコイルバネ６７８は、接地外側枠６６８ｃから、結合される外側枠６６８ａ、６６８ｂを偏向する。
【００６３】
図２５Ａに示すように、「無限遠」位置に焦点が合う状態で、システムのアクチュエータの全位相は受動的である。システムの焦点合わせは、図２５Ｂに示すように、焦点アクチュエータ６５２のＥＡＰフィルム６７０を作動することを伴う。レンズ鏡筒６５６に対する予圧によって、レンズ鏡筒６５６が矢印６８０の方向に進み、焦点距離を低減することが可能になる。レンズ鏡筒６５６が受ける変位量は、アクチュエータ６５２に印加する電圧量を制御することによって制御されてもよい。ズーム作動は、図２５Ｃに示すアクチュエータ６５４の作動に類似するが、この場合、レンズ鏡筒６６２を矢印６８２の方向に進めるために、電圧は、両方のＥＡＰフィルム６７６ａ、６７６ｂに印可される。焦点合わせと同様に、ズーム変位の程度は、アクチュエータ６５４に印加する電圧量を調節することによって制御されてもよい。より大きな変位を得るために、連続する配置で追加のアクチュエータ段を用いてもよい。増分ズーム変位を提供するために、アクチュエータ６５４は二相で動作してもよく、それによって２つの隔膜が、相互に独立して作動される。図面は、焦点（図２５Ｂ）およびズーム（図２５Ｃ）のレンズ組立体の独立した動作を示すが、その両方を同時に動作してもよく、または特定のレンズ用途のための焦点およびズームの所望の組み合わせを提供するために連携して制御されてもよい。
【００６４】
図２６Ａおよび図２６Ｂは、レンズ画像安定化に適切な別の変位機構６９０を示す。アクチュエータ機構は、外側枠装着具６９２と中央出力円板または部材６９４との間に伸長する多相ＥＡＰ６９６を有する。出力円板６９４は、円板を面外に偏向する旋回軸６９８に装着される。静止時に、図２６Ａに示すように、多相フィルムの全ての位相または部分は、受動的であり、出力円板６９４は、水平である。フィルム６９６ａの選択された１つまたは複数の部分（任意の数の別々の作動可能な部分から）が作動すると、偏向されたフィルムは、作動範囲６９６ａにおいて弛緩し、出力プラットフォーム６９４に対する力における非対称を引き起こし、図２６Ｂに示すように、出力プラットフォーム６９４が傾く。種々の作動可能部分は、システムのズレに応答して、画像センサまたは鏡（図示しないが、中央円板または出力部材６９４の上部に位置する）の三次元変位を提供するように選択的に作動可能である。
【００６５】
図２６Ａおよび図２６Ｂの変位機構をさらに修正して、画像センサが受ける不要なｚ方向移動を補償することが可能である。このような変位機構７００について、図２７Ａ〜図２７Ｃに図示し、これらの図面では、アクチュエータの出力部材７０４を接地に旋回可能に装着する代わりに、バネ偏向機構７０８が用いられる。また、多相フィルム７０６も使用して、１つの７０６ａ、または全ての位相未満のものが、図２７ｂに示すように作動する場合、アクチュエータ出力円板６９４は、非対称の傾斜および軸方向平行移動を受ける。フィルム部分７０６の全てが同時に作動する場合、またはいくつかが作動して対称的な応答を提供する場合、出力部材７０４は、図２Ｃに示すように、完全に線形の変位を軸方向に受ける。この線形変位の大きさは、全位相に印加する電圧を調節することによって、または同時に作動するフィルム部分の相対数を選択することによって制御してもよい。
【００６６】
また、本発明は、本明細書に開示するもの等の撮像／光学系とともに使用するためのシャッタ／開口機構も提供し、この場合、レンズ開口（シャッタ機能）を閉鎖すること、および／または光学素子もしくは構成要素（開口機能）へ通過する光の量を制御することが必要もしくは望ましい。図２８は、本発明のこのようなシャッタ／開口系７１０を図示し、これは、ＥＡＰアクチュエータ７１２を用いて複数の協働の板またはブレード７２４を作動して、撮像経路を通る光の通過を調整する。アクチュエータ７１２は、外側および内側枠部材７１４、７１６の間に延在する二相ＥＡＰフィルム７１８ａ、７１８ｂを有する平面構成を有し、内側枠部材は、光の通過のための環状開口部７１５を有する。図示する実施形態において用いられるフィルム部分７１８ａ、７１８ｂは２つだけであるが、多相フィルムも使用してもよい。シャッタ／開口の機械的／可動構成要素は、カートリッジ７２３内に収容され、カートリッジ７２３は、上部板および底部板７２０ａ、７２０ｂを有し、各々は、光がそこを通過するように開口部７２５ａ、７２５ｂをそれぞれ有する。
【００６７】
開口ブレード７２４は、曲線状またはアーチ状の涙型の形状を有し、それによって、その環状整列は、重なり合う平面配列で保持される。ブレードは、上方に延出するカムピン７３６によって底部板７２０に旋回可能に装着され、カムピン７３６は、対応するように、ブレード７２４の広い方の端部を貫通するそれぞれの穴に嵌合することによって、ブレードが動作可能に旋回する旋回軸または支点を規定する。ブレードのテーパ状の端部は同一方向に向き、その凹状縁はレンズ開口を画定し、その開口部サイズは、ブレード７２４の選択的な旋回により可変である。ブレード７２４の各々は、カム従動スロット７３０を有し、それを通って、別の組のカムピン７３２が、ブレード７２４の反対側面に配置される回転カラー７２２の底部側面から延出する（図２８Ａに示す）。カム従動スロット７３０は、カラー７２２の回転時にカムピン７３２による所望のアーチ状の移動経路を提供するために曲線状であり、次いで、その支点を中心に曲線状のブレード７２４を旋回する。カラー７２２の上部側面またはアクチュエータ対向側面から延出するピン７２６であって、上部カートリッジ板７２０ａの開口部７２５ａから突出するピン７２６は、アクチュエータ７１２の内側枠部材７１６内の穴７１７に嵌合する。アクチュエータ二相フィルム７１８の選択的な作動によって、内側アクチュエータ枠７１６は、対向方向に面内で側方に移動する。カラーピン７２６の引張／押圧によるアクチュエータの出力運動により、カラー７２７ひいてはそれぞれの開口ブレード７２４内におけるカムスロット７３０内のカムピン７３２が回転する。次いで、これは、ブレードを旋回することによって、ブレードのテーパ状の端部を相互に近接してまたは離隔して移動して、可変開口部を提供し、これは、図２９Ｂにおけるカートリッジ７２３の上面図において最も良く図示される。開口の開口部のサイズは、完全開放（図２９Ａ）と完全閉鎖（図２９Ｃ）との間で変動して、レンズシャッタとして動作してもよい。
【００６８】
図３６Ａ〜図３６Ｄは、本発明の別の開口／シャッタ機構８４０を示す。機構８４０は、平面基部８４２を含み、その上において、開口／シャッタブレード８４４が、一方の端部において、旋回軸８４５に旋回可能に装着される。ブレード８４４の旋回移動により、光通過画像開口８５４の上で、平面においてその自由端が前後に移動する。ブレード８４４の移動は、ブレード８４４の内部縁内の切り欠き８５６内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の旋回移動により達成される。レバーアーム８４６は、旋回軸８５２ａにおいて基部８４２に旋回可能に装着される。モノリシック部品としてレバーアーム８４６と一体的に結合または形成される屈曲部８４８は、第１の旋回軸８５２ａと第２の旋回軸８５２ｂとの間で延在する。タブ８５０は、屈曲部８４８における中央点から開口８５４側に内側に延出する。ブレード、レバーアーム、および屈曲部は、通常の開放状態または通常の閉鎖状態において開口８５４を提供するように適合されてもよい。
【００６９】
矢印８６０ａの方向における開口８５０側のタブ８５０の移動により、図３６Ｃに示すように、同一の方向に屈曲部８４８をそらす。次いで、本作用によって、矢印８６０ｂの方向にレバーアーム８４６が回転旋回し、これによってレバーアームの自由端が、切り欠き８５６内において旋回軸８４５側に移動し、次いで、ブレード８４４が矢印８６０ｃの方向に旋回可能に移動することによって、開口８５４が被覆される。このような作動は、アクチュエータ８５６の作動により引き起こされ、アクチュエータ８５６は、図３６Ｄに示すように、機構８４０の可動構成要素の上部に装着または積層される。アクチュエータ８５６は、図２８のアクチュエータ７１０と類似し、外側および内側枠部材８５８ａ、８５８ｂのそれぞれの間に延在する二相ＥＡＰフィルム８６０ａ、８６０ｂ構成を備える。タブ８５０の自由端は、内側枠部材８５８ｂに機械的に連結される。図３６Ｄに示すシャッタ機構８４０に対するアクチュエータ８５６の配向に基づいて、ＥＡＰ区分８６０ａのみの作動がタブ８５０を外側に押圧し、ＥＡＰ区分８６０ｂのみの作動がタブ８５０を内側に引っ張る。
【００７０】
図示するように、機構８４０は、主に、開口８５４が開放または閉鎖するシャッタとして機能する。ブレード８４４内における穴８６２（図３６Ａにおいて点線で示す）であって、ブレード８４４が閉鎖位置にある場合に開口８５４と整列し、開口８５４よりも小さい直径を有する穴８６２によって、機構は、２つの設定（一方の設定は、ブレードが開放位置にある状態で、それによって開口８５４からレンズモジュールにさらなる光を通過させ、別の設定は、ブレードが開口８５４の上で閉鎖した状態で、それによって光が小さい穴８６２を通過する）を含む開口機構として機能することが可能になる。
【００７１】
他のレンズ変位機構は、「単一構造」フィルム構造または複合体を用いるアクチュエータの使用によって、レンズまたはレンズスタックに移動を与えてもよい。図３０Ａおよび図３０Ｂは、このようなフィルム構造７４０の区分の断面を示す。フィルム構造は、フィルム裏当てまたは基板７４４に接合されるエラストマー誘電体フィルム７４２を備え、フィルム裏当てまたは基板７４４は、比較的より剛性であり、すなわち、誘電体フィルム７４２よりも高い弾性係数を有する。これらの層は、誘電体フィルム７４２の露出側面上の可撓性電極７４６と、剛性フィルム裏当て７４４の内面または露出側面上のいずれかのより剛性である電極７４８との間に挟まれる。したがって、複合構造７４０を「偏向」して、一方向のみにそらす。具体的には、図３０Ｂに示すようにフィルム構造７４０が作動すると、誘電体フィルム７４２は、側方に圧縮および変位され、構造は、基板７４４から離隔する方向に湾曲またはアーチ状になる。構造に課された偏向は、国際公開第ＷＯ９８／３５５２９号において概説される方式を含む任意の既知の方式でもたらされてもよい。次に、このような単一構造式ＥＡＰアクチュエータを用いる本発明のいくつかのレンズ変位機構について説明する。
【００７２】
図３１Ａおよび図３１Ｂのレンズ変位システム７５０は、単一構造ＥＡＰフィルム構造７５２を利用するアクチュエータ機構に結合されるレンズ鏡筒または組立体７５４を含む。フィルム構造７５２の選択面積または長さは、レンズ鏡筒７５４と固定基部部材７５６との間に延在する。フィルム構造は、スカートのようにレンズ鏡筒を囲繞するモノシリック部品であってもよく、モノシリック部品は、単相構造または多相作用を提供するために複数の対処可能な範囲を備えてもよい。あるいは、アクチュエータは、集合的にまたは独立して対処可能であるように構成され得るフィルムの複数の個々の区分を備えてもよい。いずれの変形例においても、より剛性のフィルム側面または層（すなわち、基板側面）は、フィルムが外側に偏向されるように内側に対向する。フィルムの作動時に、図３１Ｂに示すように、フィルムは、偏向方向に拡張し、フィルムはその固定側面から離隔して、すなわち、基部部材７５６から離隔して延出し、これによって、レンズ鏡筒７５４が矢印７５８の方向に移動する。フィルム複合体の種々のパラメータ、例えば、フィルム面積／長さ、ＥＡＰ層と基板層との間の可変性弾性等を調整して、レンズ系の自動焦点および／またはズーム動作をもたらすために所望の変位量を提供してよい。
【００７３】
図３２Ａおよび図３２Ｂのレンズ変位機構７６０も、単一構造フィルムアクチュエータを用いる。システム７６０は、ガイドレール７６６上にあるレンズキャリッジ７６４に装着されるレンズ鏡筒または組立体７６２を含む。アクチュエータ７７０は、連続して結合される折り畳み型または積層型単一構造フィルムシートを備える。図示する実施形態では、各単一構造シートは、レンズ鏡筒に対向するより可撓性の側面７７２ａと、レンズ鏡筒から離隔して対向するより剛性の側面７７２ｂとから構成されるが、逆の配向を用いてもよい。アクチュエータシートの全てが非活性である場合、スタックは、図３２Ａに示すように、最大限に圧縮された位置、すなわち、レンズ鏡筒７６２が最も近位の位置にある。焦点合わせレンズ組立体に関連して、この位置は最大焦点距離を提供するが、アフォーカルレンズ組立体に関連して、ズームレンズはマクロ位置にある。１つ以上のシート７７２の作動によって、集合的にまたは独立して、レンズ鏡筒７６２が矢印７６５の方向に変位し、レンズ系の焦点および／または倍率を調整する。
【００７４】
高湿度および極端な温度環境等の一定の環境条件下において、ＥＡＰアクチュエータの実行に影響が及ぼされ得る。本発明は、ＥＡＰアクチュエータ自体に一体型であるか、あるいは光学系のスペース要求を増加させずに構成され得る特徴を組み込んで、このような周囲条件に対処する。一定の変形例において、ＥＡＰアクチュエータは、必要に応じて熱を生成して、ＥＡＰアクチュエータおよび／または直接取り巻く周辺環境の湿度および／または温度を維持または制御するように加熱要素とともに構成される。加熱要素は、抵抗であり、ＥＡＰフィルムに一体型であるか、またはそれに隣接して導体を有し、この場合、導体における電圧は、アクチュエータの作動に必要な電圧よりも低い。光学系の周辺パラメータを制御するために、レンズ変位および／または画像安定化に使用する同一のＥＡＰアクチュエータを用いることによって、光学系における構成要素の数およびその全体質量および重量がさらに減少する。
【００７５】
図３３Ａは、加熱機能のために直列電極配置を用いる本発明のレンズ／光学系とともに使用可能である例示的ＥＡＰアクチュエータ７８０を示す。図面は、アクチュエータの接地側面を示し、接地電極パターン７８２と、点線で示されるアクチュエータ７８０の他方の側面上の高電圧電極パターン７８４とを含む。ラグ７８６ａおよび７８６ｂは、アクチュエータを動作するための光学系の電源（図示せず）からの接地および高電圧入力に対するそれぞれの電気接続を確立する。第３のラグまたはコネクタ７８６ｃは、直列抵抗加熱器電流路のための電源からの低電圧入力への接続を提供する。矢印７８８は、接地電極７８２全体を抵抗加熱要素として使用する電極配置により提供される環状電流路を示す。
【００７６】
図３３Ｂは、加熱機能のための並列電極配置を用いる別のＥＡＰアクチュエータ７９０を示す。本図面は、アクチュエータの接地側面を示し、接地電極パターン７９２と、アクチュエータ７９０の他方の側面からの、点線で示される高電圧電極パターン７８４とを含む。ラグ７９６ａおよび７９６ｂは、アクチュエータを動作するための光学系の電源（図示せず）からの接地および高電圧入力に対するそれぞれの電気接続を確立する。並列バスバー７９８ａ、７９８ｂは、電源（図示せず）からの接地および低電圧入力へのそれぞれの接続のために、アクチュエータ７９０の接地側面上に提供される。矢印８００は、並列電極配置により確立される電流の半径方向経路を示す。直列ではなく並列の電極を使用することによって、より低い電圧の使用が、フィルムの加熱の誘起に必要な電流達成することが可能になる。
【００７７】
前述のように、光学系の湿度および温度制御に対する別の手法として、ＥＡＰアクチュエータに隣接して配置される抵抗加熱要素の使用が挙げられる。図３４は、ＥＡＰフィルム８１２を有するＥＡＰアクチュエータを用いるレンズ変位機構８１０を示す。上部筐体／カバー８１３とＥＡＰフィルム８１２との間に画定される間隔８１６は、加熱要素８１４の配置に十分なスペースを提供する。好ましくは、加熱要素は、光学系のスペース要求を最小化するために、および加熱要素８１４とＥＡＰフィルム８１２との間の熱伝達を最大化するために、ＥＡＰフィルムのプロファイルと一致するプロファイルおよびサイズ（この場合、図３４Ａに示す錐台形状である）を有する。加熱要素は、絶縁基板８１５ｂ上の抵抗トレース８１５ａと、加熱要素を光学系の電力および検知電子機器に電気的に結合する電気的接触部８１８とを含む。
【００７８】
本発明のレンズ変位システムの別の任意選択の特徴は、レンズ変位の閉ループ制御を提供するレンズまたはレンズ組立体の位置を検知するためのセンサを提供することである。図３５は、レンズ変位システム８２０に組み込まれるこのような位置検知配置の例示的実施形態を図示し、図７Ａのレンズ変位システムと類似の構成を有する。検知配置は、円柱状構成を有する入れ子式電極対を備える。一方の電極８２２ａ、例えば、接地側面電極は、レンズ鏡筒８２４の外側部分を取り囲む。接地電極８２２ａは、アクチュエータ偏向バネ８３０を介して接地リード８３０ａに電気的に結合される。他方の電極８２２ｂ、例えば、活性または電源／検知電極８２２ｂは、ブッシング壁８２６の内面を取り囲み、筐体８２８の後端から上方に延出し、アクチュエータ偏向バネ８３０とレンズ鏡筒８２４の外面との間に設置される。電極８２２ｂは、電源／検知リード８３０ｂに電気的に結合される。活性電極８２２ｂに接着される絶縁材料は、静電容量構造を提供するために、２つの電極間で画定される間隙に提供されてもよい。図示するレンズ鏡筒の位置では、電極を横切る静電容量はその最大である。レンズ鏡筒８２４が遠位方向に変位する際、電極の重合表面積が減少し、次いで、それらの間の静電容量電荷が低減する。この静電容量変化は、レンズ位置の閉ループ制御のための光学系の制御電子機器（図示せず）にフィードバックされる。
【００７９】
自動焦点合わせ、ズーム、画像安定化、および／またはシャッタ制御のためにＥＡＰアクチュエータを使用することによって、対象の光学レンズ系のスペースおよび電力要求が最小化されることから、携帯電話機のカメラ等の高度に小型の光学系における使用に最適である。
【００８０】
対象の光学系、機器、構成要素、および要素に関連する本発明の方法が想定される。例えば、このような方法は、レンズの焦点を画像に選択的に合わせるステップ、レンズ組立体を使用して画像を選択的に拡大するステップ、および／またはレンズもしくはレンズ組立体が受ける不要なズレを補償するために画像センサを選択的に移動するステップを含んでもよい。本方法は、対象の発明が用いられる適切な機器またはシステムを提供する行為を含んでもよく、その提供は、エンドユーザにより実行され得る。言い換えると、（例えば、レンズ、アクチュエータ等を）「提供すること」は、単に、エンドユーザが、アクセス、アプローチ、配置、設定、作動、電源オンを入手すること、またはそうでなければ、対象の方法において必要な機器を提供するために行動すること、を必要とするだけである。対象の方法は、説明する機器の使用に関連する機械的活動ならびに電気的活動の各々を含んでもよい。したがって、説明する機器の使用に間接的な方法論は、本発明の一部を形成する。さらに、本発明をもたらすように適合される電気的ハードウェアおよび／またはソフトウェア制御ならびに電源は、本発明の一部を形成する
本発明のさらに別の局面は、パッケージ化された組み合わせで提供されるか、または使用を動作するための技術者、使用説明書により組み立てられるか等にかかわらず、本明細書に説明する機器の任意の組み合わせを有するキットを含む。キットは、本発明に従う任意の数の光学系を含んでもよい。キットは、機械的または電気的コネクタ、電源等を含む光学系とともに使用するために種々の他の構成要素を含んでもよい。また、対象のキットは、機器またはその組立体のための使用説明書も含んでもよい。このような使用説明書は、紙またはプラスチック等の基板上に印刷されてもよい。したがって、使用説明書は、キットまたはその構成要素（すなわち、パッケージ化またはサブパッケージ化に関連する）の容器のラベルにおいて、パッケージの挿入物としてキットに存在してもよい。他の実施形態では、使用説明書は、適切なコンピュータ可読記憶媒体、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ、ディスケット等の上に存在する電子的格納データファイルとして存在する。さらに他の実施形態では、実際の使用説明書は、キットに存在しないが、遠隔ソースから、例えば、インターネットを介して使用説明書を入手するための手段が提供される。本実施形態は、使用説明書を閲覧可能であり、および／またはそこから使用説明をダウンロード可能であるウェブアドレスを含むキットである使用説明書と同様に、使用説明書を入手するためのこの手段は、適切なメディア媒体上に記録される。
【００８１】
本発明の他の詳細に関し、材料および代替の関連構成を、当業者のレベル内で用いてもよい。一般的または論理的に用いられる追加の行為に関して、同じことが本発明の方法ベースの局面に当てはまり得る。加えて、種々の特徴を任意選択により組み込むいくつかの例を参照して本発明について説明したが、本発明は、本発明の各変形例に関連して想定されたように説明または表示する例に限定されない。本発明の精神および範囲から逸脱することなく、種々の変更を、説明した本発明に加えてもよく、その均等物（本明細書に列挙されるか、または簡潔にするために含まれないかにかかわらず）に置換してもよい。図示する任意の数の個々の部品または下位組立体はその設計に一体型であってもよい。このような変更または他の変更は、組立体の設計の原理によって実行または誘導されてもよい。
【００８２】
また、説明した発明の変形例の任意選択の特徴が、独立して、または本明細書に説明する特徴のうちの任意の１つ以上と組み合わせて記載および請求されてもよいことが想定される。単数形の項目を参照することは、同一の項目が複数存在する可能性を含む。より具体的には、本明細書および添付の請求項において使用する場合、単数形「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、「前記（ｓａｉｄ）」、「その（ｔｈｅ）」は、別途明記しない限り、複数の指示対象を含む。言い換えると、冠詞の使用によって、上記説明および以下の請求項における対象の項目のうちの「少なくとも１つ」が可能になる。さらに、任意選択の要素を除外するように請求項が書かれていてもよいことに留意されたい。したがって、本記述は、請求要素の記述に関連して、「単に」、「のみ」等の排他的専門用語を使用するため、または「否定的な」限定を使用するための先の記載の役割を果たすように意図される。このような排他的専門用語を使用せずに、請求項における用語の「備える」により、任意の追加の要素の包含が可能になるものとする（所与の数の要素が請求項において列挙されているか、または特徴の追加が請求項に記載の要素の本質を変換するものとして見なされるかにかかわらない）。本明細書において別途規定のない限り、本明細書において使用する全ての技術用語および科学用語は、可能な限り広範に一般的に理解される意味が付与されるとともに、請求項を有効に維持するようにするものとする。
【００８３】
全体において、本発明の幅は、提供される例に限定されない。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
焦点軸に沿って配置される少なくとも１つのレンズを備えるレンズユニットであって、該レンズユニットは線形軸受表面を有する、レンズユニットと、
該レンズユニットに隣接して配置される電気活性ポリマーアクチュエータであって、該アクチュエータの作動は、該焦点軸に沿って該レンズユニットを移動させる、電気活性ポリマーアクチュエータと、
該レンズユニットの位置を維持するための該線形軸受表面に隣接する線形ガイドと
を備える、レンズ変位システム。
【請求項２】
前記焦点軸に沿って前記レンズユニットを偏向する偏向機構をさらに備える、請求項１に記載のレンズ変位システム。
【請求項３】
前記レンズユニットの偏向は、前記電気活性ポリマーアクチュエータの隔膜を錐台形式に伸長する、請求項２に記載のレンズ変位システム。
【請求項４】
前記偏向機構は、前記レンズユニットを取り囲むコイルバネを備え、前記線形ガイドは、該コイルバネと該レンズユニットの外面との間に配置される、請求項２に記載のレンズ変位システム。
【請求項５】
前記線形ガイドは、前記レンズユニットを少なくとも部分的に封入する筐体から延出するブッシング壁である、請求項１に記載のレンズ変位システム。
【請求項６】
前記線形ガイドは、前記焦点軸に平行に延出する少なくとも１つのガイドレールを備える、請求項１に記載のレンズ変位システム。
【請求項７】
前記レンズユニットは、前記少なくとも１つのガイドレールを収容する開口部を自身の中に有するプラットフォームを備える、請求項６に記載のレンズ変位システム。
【請求項８】
前記偏向機構は、前記線形ガイドと前記レンズユニットの外面との間に位置する板バネ機構を備える、請求項２に記載のレンズ変位システム。
【請求項９】
前記板バネ機構は、前記レンズユニットを取り囲む基部リングと、前記電気活性アクチュエータの表面に対して係合される複数の半径方向に延出するタブとを有する、請求項８に記載のレンズ変位システム。
【請求項１０】
前記偏向機構は、前記レンズユニットと一体的に形成される、請求項２に記載のレンズ変位システム。
【請求項１１】
前記偏向機構は、さらに前記レンズユニットを少なくとも部分的に封入する筐体と一体的に形成される、請求項１０に記載のレンズ変位システム。
【請求項１２】
前記偏向機構は、前記レンズユニットと前記筐体との間に延在する環状隔膜を備え、該隔膜は、負レートのバネ偏向を有する、請求項２に記載のレンズ変位システム。
【請求項１３】
前記隔膜は、低粘性エラストマー材料を含む、請求項１２に記載のレンズ変位システム。
【請求項１４】
前記偏向機構は、前記レンズユニットと前記筐体との間に延在する少なくとも２つのバネタブを備える、請求項２に記載のレンズ変位システム。
【請求項１５】
前記レンズユニットの移動は、該レンズユニットの前記焦点距離を変更する、請求項１に記載のレンズ変位システム。
【請求項１６】
前記少なくとも１つのレンズは、集束レンズである、請求項１に記載のレンズ変位システム。
【請求項１７】
前記レンズユニットの移動は、該レンズユニットの倍率を変更する、請求項１に記載のレンズ変位システム。
【請求項１８】
前記レンズユニットは、レンズ駆動機構によって担持され、それにより、前記アクチュエータの作動は、該レンズ駆動機構を移動させる、請求項１に記載のレンズ変位システム。
【請求項１９】
前記レンズユニットは、アフォーカルレンズ組立体を備える、請求項１８に記載のレンズ変位システム。
【請求項２０】
複数のレンズ段を備え、各段は、レンズを備え、前記レンズ駆動機構は、異なる割合で該複数の段を平行移動させる、請求項１９に記載のレンズ変位システム。
【請求項２１】
一方のレンズ段の平行移動割合の別のレンズ段の平行移動割合に対する比率は、入れ子式作用を規定する、請求項２０に記載のレンズ変位システム。
【請求項２２】
各レンズは、前記レンズ駆動機構により担持されるレンズ板内に設置される、請求項２０に記載のレンズ変位システム。
【請求項２３】
前記レンズ駆動機構は、レンズ板間に延在する一対の連係をさらに備える、請求項２２に記載のレンズ変位システム。
【請求項２４】
無限遠焦点位置を越える前記レンズユニットの移動を防止するように、安全装置をさらに備える、請求項１に記載のレンズ変位システム。
【請求項２５】
前記焦点軸に沿って少なくとも１つのフィルタをさらに備える、請求項１に記載のレンズ変位システム。
【請求項２６】
前記レンズユニットの前方端部を覆う半透明のカバーをさらに備える、請求項１に記載のレンズ変位システム。
【請求項２７】
前記レンズユニットは、該レンズユニットの焦点を較正するように構成される、請求項１に記載のレンズ変位システム。
【請求項２８】
前記レンズユニットの筐体部分は、較正ツールを収容するための少なくとも１つの刻み目を備える、請求項２７に記載のレンズ変位システム。
【請求項２９】
前記レンズユニットの位置を検知するセンサをさらに備える、請求項１に記載のレンズ変位システム。
【請求項３０】
前記センサは、一対の離間した電極を備え、該第１の電極は、前記レンズユニットの外面上に配置され、該第２の電極は、該レンズユニットの該外面に対向する前記線形ガイドの表面上に配置され、線形ガイドに対する該レンズユニットの位置は、該電極を横切る静電容量を変化させる、請求項２９に記載のレンズ変位システム。
【請求項３１】
前記電気活性ポリマーアクチュエータの少なくとも一部分の温度を制御するために配置される加熱要素をさらに備える、請求項１に記載のレンズ変位システム。
【請求項３２】
前記レンズユニットは、円柱状鏡筒構成を有し、前記線形軸受表面は、前記レンズ鏡筒の外面である、請求項１に記載のレンズ変位システム。
【請求項３３】
前記レンズユニットは、複数のレンズを備え、遠位の最大のレンズは、集束レンズであり、それよりも近位の２つ以上のレンズは、アフォーカルレンズである、請求項１に記載のレンズ変位システム。
【請求項３４】
前記電気活性ポリマーアクチュエータは、フィルムを備え、該フィルムは、作動時に、一方向のみにそれるように構成される、請求項１に記載のレンズ変位システム。
【請求項３５】
前記フィルムは、裏当て材料に接合されるエラストマー誘電体層を備え、該裏当て材料は、該誘電体層よりも高い弾性係数を有する、請求項３４に記載のレンズ変位システム。
【請求項３６】
焦点軸に沿って配置される少なくとも１つのレンズを備えるレンズユニットであって、該レンズユニットは無限遠方向に偏向される、レンズユニットと、
初期マクロ位置を越えるマクロ方向への該レンズユニットの移動を防止する安全装置と、
該レンズユニットに隣接して配置される電気活性ポリマーアクチュエータであって、該アクチュエータの作動は、該焦点軸に沿って無限遠位置側に該レンズユニットを移動させる、電気活性ポリマーアクチュエータと
を備える、レンズ変位システム。
【請求項３７】
焦点軸に沿って対向方向に配置され移動可能である少なくとも１つのレンズを備えるレンズユニットと、
該レンズユニットに隣接して配置される二相電気活性ポリマーアクチュエータであって、該アクチュエータの作動は、該焦点軸に沿って該レンズユニットを移動させ、該アクチュエータは、相互に偏向する反対に対向する錐台形状の隔膜を備える、二相電気活性ポリマーアクチュエータと
を備える、レンズ変位システム。
【請求項３８】
直列に積層される複数の二相電気活性ポリマーアクチュエータを備える、請求項３７に記載のレンズ変位システム。
【請求項３９】
隣接するアクチュエータは、バネによって離隔して偏向される、請求項３８に記載のレンズ変位システム。
【請求項４０】
前記錐台隔膜の凹側面は、相互に対向する、請求項３９に記載のレンズ変位システム。
【請求項４１】
前記錐台隔膜の凸側面は、相互に対向する、請求項４０に記載のレンズ変位システム。
【請求項４２】
焦点軸に沿って配置される少なくとも１つのレンズを備えるレンズユニットと、
該レンズユニットに隣接して配置される電気活性ポリマーアクチュエータであって、該アクチュエータの作動は、該焦点軸に沿って該レンズユニットを移動させ、該アクチュエータは、電気活性ポリマーフィルムを備え、該フィルムは、作動時に、一方向のみにそれる、電気活性ポリマーアクチュエータと
を備える、レンズ変位システム。
【請求項４３】
前記フィルムは、裏当て材料に接合されるエラストマー誘電体層を備え、該裏当て材料は、該誘電体層よりも高い弾性係数を有する、請求項４２に記載のレンズ変位システム。
【請求項４４】
前記アクチュエータは、固定基部部材をさらに備え、前記フィルムは、前記レンズユニットと該基部部材との間に延在する、請求項４２に記載のレンズ変位システム。
【請求項４５】
前記フィルムは、アーチ状構成を有し、前記裏当て材料は、該フィルムの凹側面上に存在する、請求項４４に記載のレンズ変位システム。
【請求項４６】
前記フィルムは、折り畳まれた構成を有する、請求項４４に記載のレンズ変位システム。
【請求項４７】
焦点軸に沿って配置される少なくとも１つのレンズを備えるレンズユニットと、
該レンズユニットに隣接して配置される電気活性ポリマーアクチュエータであって、該アクチュエータの作動は、該焦点軸に沿って該レンズユニットを移動させ、該アクチュエータは、熱を生成するように構成される電極配置を備える、電気活性ポリマーアクチュエータと
を備える、レンズ変位システム。
【請求項４８】
前記電極配置は直列である、請求項４７に記載のレンズ変位システム。
【請求項４９】
前記電極配置は並列である、請求項４７に記載のレンズ変位システム。
【請求項５０】
焦点軸に沿って配置される少なくとも１つのレンズを備えるレンズユニットと、
該レンズユニットに隣接して配置される電気活性ポリマーアクチュエータであって、該アクチュエータの作動は、該焦点軸に沿って該レンズユニットを移動させ、該アクチュエータは、電気活性ポリマーフィルムを備える、電気活性ポリマーアクチュエータと、
該電気活性ポリマーフィルムに隣接して配置され、かつ該電気活性ポリマーフィルムのプロファイルに一致するプロファイルを有する加熱要素と
を備える、レンズ変位システム。
【請求項５１】
前記加熱要素は、錐台形状を有する、請求項５０に記載のレンズ変位システム。
【請求項５２】
光学系とともに使用するための機器であって、
少なくとも１つの旋回可能に装着される開口ブレードと、
該開口ブレードに隣接して配置される電気活性ポリマーアクチュエータであって、該アクチュエータの作動は、レンズ開口を通る光の通過を調整するために該開口ブレードを移動させる、電気活性ポリマーアクチュエータと
を備える、機器。
【請求項５３】
平面配列において提供される複数の協働開口ブレードを備える、請求項５２に記載の機器。
【請求項５４】
各開口ブレードは、曲線状の涙型の形状を有し、該ブレードは、相互に重なり合う少なくとも一部分を有する隣接ブレードと環状的に整列される、請求項５３に記載の機器。
【請求項５５】
前記アクチュエータは、外側および内側枠部材間で延在する二相平面フィルムを備え、該内側枠部材は、前記レンズ開口に光を通過するための環状開口部を有し、さらに、１つの位相の作動は、前記ブレードを一方向に旋回可能に移動させ、他方の位相の作動は該ブレードを、反対方向に旋回可能に移動させる、請求項５４に記載の機器。
【請求項５６】
前記開口ブレードの旋回端と協働する屈曲機構をさらに備え、作動時に、前記電気活性ポリマーアクチュエータは、該開口ブレードを旋回可能に回転する該屈曲機構の一部分をそらす、請求項５２に記載の機器。
【請求項５７】
前記開口ブレードの自由端は、そこを通る光通過穴を有する、請求項５２に記載の機器。
【請求項５８】
焦点軸に沿って配置される少なくとも１つのレンズを備えるレンズユニットと、
該レンズユニットの対向端部に配置される２つの電気活性ポリマーアクチュエータ機構であって、該アクチュエータの作動は、該アクチュエータに対して該レンズユニットを平行移動させる、電気活性ポリマーアクチュエータと
を備える、レンズ変位システム。
【請求項５９】
前記複数のアクチュエータ機構の間に延在する少なくとも１つのガイドレールをさらに備え、前記レンズユニットは、該少なくとも１つのガイドレールに摺動可能に結合され、該アクチュエータ機構の作動は、増分様式で、前記焦点軸に沿った該レンズユニットの平行移動を提供する、請求項５８に記載のレンズ変位システム。
【請求項６０】
前記アクチュエータ機構のうちの少なくとも１つは、前記焦点軸に沿って、かつ該焦点軸の側方に前記少なくとも１つのガイドレールを移動させるための少なくとも２つの別々に作動可能な部分を備える、請求項５９に記載のレンズ変位システム。
【請求項６１】
各別々に作動可能な部分は、電気活性フィルム層を備え、該層は積層される、請求項６０に記載のレンズ変位システム。
【請求項６２】
少なくとも１つのフィルム層は、作動時に厚さモード作動を提供し、少なくとも１つの他のフィルム層は、作動時に面内作動を提供する、請求項６１に記載のレンズ変位システム。
【請求項６３】
前記面内作動は、前記少なくとも１つのガイドレールを角度的に変位する、請求項６０に記載のレンズ変位システム。
【請求項６４】
前記レンズユニットは、プラットフォーム内に配置されるレンズを備える複数のレンズ段を備え、少なくとも１つのレンズ段は、他のレンズ段から独立して、前記焦点軸に沿って平行移動可能である、請求項５９に記載のレンズ変位システム。
【請求項６５】
前記２つのアクチュエータ機構の間に延在し、かつ該２つのアクチュエータ機構に動作可能に結合されるプッシュロッドをさらに備え、該プッシュロッドは、各レンズプラットフォーム内にあり、かつ各レンズプラットフォームと解放可能に係合可能である開口を通過する、請求項６４に記載のレンズ変位システム。
【請求項６６】
前記プッシュロッドと協働係合するための、各レンズプラットフォームに関連するクラッチ機構をさらに備える、請求項６５に記載のレンズ変位システム。
【請求項６７】
各アクチュエータ機構は、前記焦点軸に沿って、かつ該焦点軸の側方に前記レンズユニットを移動させるための２つの別々に作動可能な部分を備える、請求項５８に記載のレンズ変位システム。
【請求項６８】
一方の作動可能部分は、単相線形アクチュエータを備え、他方の作動可能部分は、相互に直列に積層される二相平面アクチュエータスタックを備える、請求項６７に記載のレンズ変位システム。
【請求項６９】
前記アクチュエータは、所望の作動シーケンスを提供するために、軸方向および側方に前記プッシュロッドを平行移動させるように、独立してかつ選択的に制御可能である、請求項６８に記載のレンズ変位システム。
【請求項７０】
前記レンズユニットは、集束レンズ部分およびアフォーカルレンズ部分を備え、前記第１のアクチュエータは、該アフォーカルレンズ部分に対して前記焦点軸に沿って該集束レンズ部分を平行移動させ、前記第２のアクチュエータは、該焦点軸に沿って該アフォーカルレンズ部分を平行移動させ、該アクチュエータは、選択的にかつ独立して作動可能である、請求項５８に記載のレンズ変位システム。
【請求項７１】
前記２つのレンズ部分は、バネにより相互から離隔して偏向される、請求項７０に記載のレンズ変位システム。
【請求項１】
焦点軸に沿って配置される少なくとも１つのレンズを備えるレンズユニットであって、該レンズユニットは線形軸受表面を有する、レンズユニットと、
該レンズユニットに隣接して配置される電気活性ポリマーアクチュエータであって、該アクチュエータの作動は、該焦点軸に沿って該レンズユニットを移動させる、電気活性ポリマーアクチュエータと、
該レンズユニットの位置を維持するための該線形軸受表面に隣接する線形ガイドと
を備える、レンズ変位システム。
【請求項２】
前記焦点軸に沿って前記レンズユニットを偏向する偏向機構をさらに備える、請求項１に記載のレンズ変位システム。
【請求項３】
前記レンズユニットの偏向は、前記電気活性ポリマーアクチュエータの隔膜を錐台形式に伸長する、請求項２に記載のレンズ変位システム。
【請求項４】
前記偏向機構は、前記レンズユニットを取り囲むコイルバネを備え、前記線形ガイドは、該コイルバネと該レンズユニットの外面との間に配置される、請求項２に記載のレンズ変位システム。
【請求項５】
前記線形ガイドは、前記レンズユニットを少なくとも部分的に封入する筐体から延出するブッシング壁である、請求項１に記載のレンズ変位システム。
【請求項６】
前記線形ガイドは、前記焦点軸に平行に延出する少なくとも１つのガイドレールを備える、請求項１に記載のレンズ変位システム。
【請求項７】
前記レンズユニットは、前記少なくとも１つのガイドレールを収容する開口部を自身の中に有するプラットフォームを備える、請求項６に記載のレンズ変位システム。
【請求項８】
前記偏向機構は、前記線形ガイドと前記レンズユニットの外面との間に位置する板バネ機構を備える、請求項２に記載のレンズ変位システム。
【請求項９】
前記板バネ機構は、前記レンズユニットを取り囲む基部リングと、前記電気活性アクチュエータの表面に対して係合される複数の半径方向に延出するタブとを有する、請求項８に記載のレンズ変位システム。
【請求項１０】
前記偏向機構は、前記レンズユニットと一体的に形成される、請求項２に記載のレンズ変位システム。
【請求項１１】
前記偏向機構は、さらに前記レンズユニットを少なくとも部分的に封入する筐体と一体的に形成される、請求項１０に記載のレンズ変位システム。
【請求項１２】
前記偏向機構は、前記レンズユニットと前記筐体との間に延在する環状隔膜を備え、該隔膜は、負レートのバネ偏向を有する、請求項２に記載のレンズ変位システム。
【請求項１３】
前記隔膜は、低粘性エラストマー材料を含む、請求項１２に記載のレンズ変位システム。
【請求項１４】
前記偏向機構は、前記レンズユニットと前記筐体との間に延在する少なくとも２つのバネタブを備える、請求項２に記載のレンズ変位システム。
【請求項１５】
前記レンズユニットの移動は、該レンズユニットの前記焦点距離を変更する、請求項１に記載のレンズ変位システム。
【請求項１６】
前記少なくとも１つのレンズは、集束レンズである、請求項１に記載のレンズ変位システム。
【請求項１７】
前記レンズユニットの移動は、該レンズユニットの倍率を変更する、請求項１に記載のレンズ変位システム。
【請求項１８】
前記レンズユニットは、レンズ駆動機構によって担持され、それにより、前記アクチュエータの作動は、該レンズ駆動機構を移動させる、請求項１に記載のレンズ変位システム。
【請求項１９】
前記レンズユニットは、アフォーカルレンズ組立体を備える、請求項１８に記載のレンズ変位システム。
【請求項２０】
複数のレンズ段を備え、各段は、レンズを備え、前記レンズ駆動機構は、異なる割合で該複数の段を平行移動させる、請求項１９に記載のレンズ変位システム。
【請求項２１】
一方のレンズ段の平行移動割合の別のレンズ段の平行移動割合に対する比率は、入れ子式作用を規定する、請求項２０に記載のレンズ変位システム。
【請求項２２】
各レンズは、前記レンズ駆動機構により担持されるレンズ板内に設置される、請求項２０に記載のレンズ変位システム。
【請求項２３】
前記レンズ駆動機構は、レンズ板間に延在する一対の連係をさらに備える、請求項２２に記載のレンズ変位システム。
【請求項２４】
無限遠焦点位置を越える前記レンズユニットの移動を防止するように、安全装置をさらに備える、請求項１に記載のレンズ変位システム。
【請求項２５】
前記焦点軸に沿って少なくとも１つのフィルタをさらに備える、請求項１に記載のレンズ変位システム。
【請求項２６】
前記レンズユニットの前方端部を覆う半透明のカバーをさらに備える、請求項１に記載のレンズ変位システム。
【請求項２７】
前記レンズユニットは、該レンズユニットの焦点を較正するように構成される、請求項１に記載のレンズ変位システム。
【請求項２８】
前記レンズユニットの筐体部分は、較正ツールを収容するための少なくとも１つの刻み目を備える、請求項２７に記載のレンズ変位システム。
【請求項２９】
前記レンズユニットの位置を検知するセンサをさらに備える、請求項１に記載のレンズ変位システム。
【請求項３０】
前記センサは、一対の離間した電極を備え、該第１の電極は、前記レンズユニットの外面上に配置され、該第２の電極は、該レンズユニットの該外面に対向する前記線形ガイドの表面上に配置され、線形ガイドに対する該レンズユニットの位置は、該電極を横切る静電容量を変化させる、請求項２９に記載のレンズ変位システム。
【請求項３１】
前記電気活性ポリマーアクチュエータの少なくとも一部分の温度を制御するために配置される加熱要素をさらに備える、請求項１に記載のレンズ変位システム。
【請求項３２】
前記レンズユニットは、円柱状鏡筒構成を有し、前記線形軸受表面は、前記レンズ鏡筒の外面である、請求項１に記載のレンズ変位システム。
【請求項３３】
前記レンズユニットは、複数のレンズを備え、遠位の最大のレンズは、集束レンズであり、それよりも近位の２つ以上のレンズは、アフォーカルレンズである、請求項１に記載のレンズ変位システム。
【請求項３４】
前記電気活性ポリマーアクチュエータは、フィルムを備え、該フィルムは、作動時に、一方向のみにそれるように構成される、請求項１に記載のレンズ変位システム。
【請求項３５】
前記フィルムは、裏当て材料に接合されるエラストマー誘電体層を備え、該裏当て材料は、該誘電体層よりも高い弾性係数を有する、請求項３４に記載のレンズ変位システム。
【請求項３６】
焦点軸に沿って配置される少なくとも１つのレンズを備えるレンズユニットであって、該レンズユニットは無限遠方向に偏向される、レンズユニットと、
初期マクロ位置を越えるマクロ方向への該レンズユニットの移動を防止する安全装置と、
該レンズユニットに隣接して配置される電気活性ポリマーアクチュエータであって、該アクチュエータの作動は、該焦点軸に沿って無限遠位置側に該レンズユニットを移動させる、電気活性ポリマーアクチュエータと
を備える、レンズ変位システム。
【請求項３７】
焦点軸に沿って対向方向に配置され移動可能である少なくとも１つのレンズを備えるレンズユニットと、
該レンズユニットに隣接して配置される二相電気活性ポリマーアクチュエータであって、該アクチュエータの作動は、該焦点軸に沿って該レンズユニットを移動させ、該アクチュエータは、相互に偏向する反対に対向する錐台形状の隔膜を備える、二相電気活性ポリマーアクチュエータと
を備える、レンズ変位システム。
【請求項３８】
直列に積層される複数の二相電気活性ポリマーアクチュエータを備える、請求項３７に記載のレンズ変位システム。
【請求項３９】
隣接するアクチュエータは、バネによって離隔して偏向される、請求項３８に記載のレンズ変位システム。
【請求項４０】
前記錐台隔膜の凹側面は、相互に対向する、請求項３９に記載のレンズ変位システム。
【請求項４１】
前記錐台隔膜の凸側面は、相互に対向する、請求項４０に記載のレンズ変位システム。
【請求項４２】
焦点軸に沿って配置される少なくとも１つのレンズを備えるレンズユニットと、
該レンズユニットに隣接して配置される電気活性ポリマーアクチュエータであって、該アクチュエータの作動は、該焦点軸に沿って該レンズユニットを移動させ、該アクチュエータは、電気活性ポリマーフィルムを備え、該フィルムは、作動時に、一方向のみにそれる、電気活性ポリマーアクチュエータと
を備える、レンズ変位システム。
【請求項４３】
前記フィルムは、裏当て材料に接合されるエラストマー誘電体層を備え、該裏当て材料は、該誘電体層よりも高い弾性係数を有する、請求項４２に記載のレンズ変位システム。
【請求項４４】
前記アクチュエータは、固定基部部材をさらに備え、前記フィルムは、前記レンズユニットと該基部部材との間に延在する、請求項４２に記載のレンズ変位システム。
【請求項４５】
前記フィルムは、アーチ状構成を有し、前記裏当て材料は、該フィルムの凹側面上に存在する、請求項４４に記載のレンズ変位システム。
【請求項４６】
前記フィルムは、折り畳まれた構成を有する、請求項４４に記載のレンズ変位システム。
【請求項４７】
焦点軸に沿って配置される少なくとも１つのレンズを備えるレンズユニットと、
該レンズユニットに隣接して配置される電気活性ポリマーアクチュエータであって、該アクチュエータの作動は、該焦点軸に沿って該レンズユニットを移動させ、該アクチュエータは、熱を生成するように構成される電極配置を備える、電気活性ポリマーアクチュエータと
を備える、レンズ変位システム。
【請求項４８】
前記電極配置は直列である、請求項４７に記載のレンズ変位システム。
【請求項４９】
前記電極配置は並列である、請求項４７に記載のレンズ変位システム。
【請求項５０】
焦点軸に沿って配置される少なくとも１つのレンズを備えるレンズユニットと、
該レンズユニットに隣接して配置される電気活性ポリマーアクチュエータであって、該アクチュエータの作動は、該焦点軸に沿って該レンズユニットを移動させ、該アクチュエータは、電気活性ポリマーフィルムを備える、電気活性ポリマーアクチュエータと、
該電気活性ポリマーフィルムに隣接して配置され、かつ該電気活性ポリマーフィルムのプロファイルに一致するプロファイルを有する加熱要素と
を備える、レンズ変位システム。
【請求項５１】
前記加熱要素は、錐台形状を有する、請求項５０に記載のレンズ変位システム。
【請求項５２】
光学系とともに使用するための機器であって、
少なくとも１つの旋回可能に装着される開口ブレードと、
該開口ブレードに隣接して配置される電気活性ポリマーアクチュエータであって、該アクチュエータの作動は、レンズ開口を通る光の通過を調整するために該開口ブレードを移動させる、電気活性ポリマーアクチュエータと
を備える、機器。
【請求項５３】
平面配列において提供される複数の協働開口ブレードを備える、請求項５２に記載の機器。
【請求項５４】
各開口ブレードは、曲線状の涙型の形状を有し、該ブレードは、相互に重なり合う少なくとも一部分を有する隣接ブレードと環状的に整列される、請求項５３に記載の機器。
【請求項５５】
前記アクチュエータは、外側および内側枠部材間で延在する二相平面フィルムを備え、該内側枠部材は、前記レンズ開口に光を通過するための環状開口部を有し、さらに、１つの位相の作動は、前記ブレードを一方向に旋回可能に移動させ、他方の位相の作動は該ブレードを、反対方向に旋回可能に移動させる、請求項５４に記載の機器。
【請求項５６】
前記開口ブレードの旋回端と協働する屈曲機構をさらに備え、作動時に、前記電気活性ポリマーアクチュエータは、該開口ブレードを旋回可能に回転する該屈曲機構の一部分をそらす、請求項５２に記載の機器。
【請求項５７】
前記開口ブレードの自由端は、そこを通る光通過穴を有する、請求項５２に記載の機器。
【請求項５８】
焦点軸に沿って配置される少なくとも１つのレンズを備えるレンズユニットと、
該レンズユニットの対向端部に配置される２つの電気活性ポリマーアクチュエータ機構であって、該アクチュエータの作動は、該アクチュエータに対して該レンズユニットを平行移動させる、電気活性ポリマーアクチュエータと
を備える、レンズ変位システム。
【請求項５９】
前記複数のアクチュエータ機構の間に延在する少なくとも１つのガイドレールをさらに備え、前記レンズユニットは、該少なくとも１つのガイドレールに摺動可能に結合され、該アクチュエータ機構の作動は、増分様式で、前記焦点軸に沿った該レンズユニットの平行移動を提供する、請求項５８に記載のレンズ変位システム。
【請求項６０】
前記アクチュエータ機構のうちの少なくとも１つは、前記焦点軸に沿って、かつ該焦点軸の側方に前記少なくとも１つのガイドレールを移動させるための少なくとも２つの別々に作動可能な部分を備える、請求項５９に記載のレンズ変位システム。
【請求項６１】
各別々に作動可能な部分は、電気活性フィルム層を備え、該層は積層される、請求項６０に記載のレンズ変位システム。
【請求項６２】
少なくとも１つのフィルム層は、作動時に厚さモード作動を提供し、少なくとも１つの他のフィルム層は、作動時に面内作動を提供する、請求項６１に記載のレンズ変位システム。
【請求項６３】
前記面内作動は、前記少なくとも１つのガイドレールを角度的に変位する、請求項６０に記載のレンズ変位システム。
【請求項６４】
前記レンズユニットは、プラットフォーム内に配置されるレンズを備える複数のレンズ段を備え、少なくとも１つのレンズ段は、他のレンズ段から独立して、前記焦点軸に沿って平行移動可能である、請求項５９に記載のレンズ変位システム。
【請求項６５】
前記２つのアクチュエータ機構の間に延在し、かつ該２つのアクチュエータ機構に動作可能に結合されるプッシュロッドをさらに備え、該プッシュロッドは、各レンズプラットフォーム内にあり、かつ各レンズプラットフォームと解放可能に係合可能である開口を通過する、請求項６４に記載のレンズ変位システム。
【請求項６６】
前記プッシュロッドと協働係合するための、各レンズプラットフォームに関連するクラッチ機構をさらに備える、請求項６５に記載のレンズ変位システム。
【請求項６７】
各アクチュエータ機構は、前記焦点軸に沿って、かつ該焦点軸の側方に前記レンズユニットを移動させるための２つの別々に作動可能な部分を備える、請求項５８に記載のレンズ変位システム。
【請求項６８】
一方の作動可能部分は、単相線形アクチュエータを備え、他方の作動可能部分は、相互に直列に積層される二相平面アクチュエータスタックを備える、請求項６７に記載のレンズ変位システム。
【請求項６９】
前記アクチュエータは、所望の作動シーケンスを提供するために、軸方向および側方に前記プッシュロッドを平行移動させるように、独立してかつ選択的に制御可能である、請求項６８に記載のレンズ変位システム。
【請求項７０】
前記レンズユニットは、集束レンズ部分およびアフォーカルレンズ部分を備え、前記第１のアクチュエータは、該アフォーカルレンズ部分に対して前記焦点軸に沿って該集束レンズ部分を平行移動させ、前記第２のアクチュエータは、該焦点軸に沿って該アフォーカルレンズ部分を平行移動させ、該アクチュエータは、選択的にかつ独立して作動可能である、請求項５８に記載のレンズ変位システム。
【請求項７１】
前記２つのレンズ部分は、バネにより相互から離隔して偏向される、請求項７０に記載のレンズ変位システム。
【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】
【公表番号】特表２０１１−５０７０３６（Ｐ２０１１−５０７０３６Ａ）
【公表日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５３８１４１（Ｐ２０１０−５３８１４１）
【出願日】平成２０年１２月１０日（２００８．１２．１０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０８６２９３
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０７６４７７
【国際公開日】平成２１年６月１８日（２００９．６．１８）
【出願人】（５０７３１１２４５）アーティフィシャル マッスル，インク． (5)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月１０日（２００８．１２．１０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０８６２９３
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０７６４７７
【国際公開日】平成２１年６月１８日（２００９．６．１８）
【出願人】（５０７３１１２４５）アーティフィシャル マッスル，インク． (5)
【Ｆターム（参考）】
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