可変焦点レンズとこれを用いた焦点調節装置及び撮像装置
【課題】構造が簡単で小型化に対応可能な可変焦点レンズと、これを利用した焦点調節装置及び撮像装置を提供する。
【解決手段】
可変焦点レンズ１０は、可変レンズ１１と、板部１２と、正電極１３と、負電極１４とを備える。可変レンズ１１は、ポリ塩化ビニルに可塑剤が混入されたものから形成され、正電極１３と負電極１４との間に電圧が印加されると、正電極１３に沿って変形する。これにより可変レンズ１１の曲率が変化し、可変焦点レンズ１０は、焦点距離を変えることができる。また、板部１２は凹状の曲面に形成された凹部１２ａを備えるため、可変レンズ１１の撮像素子７１と対向する面の曲率を一定に保つことができる。
【解決手段】
可変焦点レンズ１０は、可変レンズ１１と、板部１２と、正電極１３と、負電極１４とを備える。可変レンズ１１は、ポリ塩化ビニルに可塑剤が混入されたものから形成され、正電極１３と負電極１４との間に電圧が印加されると、正電極１３に沿って変形する。これにより可変レンズ１１の曲率が変化し、可変焦点レンズ１０は、焦点距離を変えることができる。また、板部１２は凹状の曲面に形成された凹部１２ａを備えるため、可変レンズ１１の撮像素子７１と対向する面の曲率を一定に保つことができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧の印加によって曲率が変化し、焦点距離が変化する可変焦点レンズとこれを用いた焦点調節装置及び撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話等の小型の電子機器に撮像装置が搭載されるようになり、撮像装置の小型化が進んでいる。これらの撮像装置に用いられるレンズと撮像素子との間の焦点距離を調節する焦点調節装置において、従来、電磁モータを利用してレンズと撮像素子との距離を調節することが行われている。しかし、電磁モータを利用する場合、動力を伝達するための機構が必要となり、焦点調節装置の構成が複雑となり撮像装置の小型化に対応することが難しいという問題がある。
【０００３】
そこで、印加された電圧に応じて変形する電歪材料から構成されたアクチュエータを用いて、レンズを保持するレンズホルダをレンズの光軸方向に移動させ、レンズと撮像素子との距離を調節することが行われている（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特開２００３−２１５４２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１に開示されている技術では、電磁モータ等を利用する場合と比較し構造が簡単になるものの、電歪材料の伸縮の制御にガイドやバネが必要であり、部品点数が多く、構造も複雑となる問題は解決されない。
【０００５】
そこで、ガイド、バネ等を省略し簡単な構造を実現するため、レンズ自体の焦点距離を変化させることが可能な可変焦点レンズと、これを用いた焦点調節装置及び撮像装置が求められている。
【０００６】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、構造が簡単で小型化に対応可能な可変焦点レンズと、これを利用した焦点調節装置及び撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る可変焦点レンズは、
高分子から形成されたレンズと、
前記レンズが設置され、光透過性を有する板部と、
前記レンズと接するように設置された第１の電極と、
前記板部上に、前記レンズと接するように設置された第２の電極と、を備え、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧が印加されると、前記レンズが前記第１の電極に沿って変形し、前記レンズの曲率が変化する、ことを特徴とする。
【０００８】
前記板部の前記レンズが設置される側の面が、凹状又は凸状の曲面に形成されてもよい。
【０００９】
前記第２の電極は、光透過性を備え、前記板部の前記曲面を覆うように形成されてもよい。
【００１０】
前記板部の一方の面に前記レンズが設置され、
前記板部の他方の面に、レンズとして機能する凸状又は凹状の曲面が形成されてもよい。
【００１１】
前記レンズと前記第２の電極とは、前記板部の一方の面上に設置され、
更に、高分子からなり前記板部の他方の面上に設置された第２のレンズと、該第２のレンズと接するように設置された第３の電極と、該第２のレンズと接するように前記板部の他方の面上に設置された第４の電極と、を備え
前記第３の電極と前記第４の電極との間に電圧が印加されると、前記第２のレンズが前記第３の電極に沿って変形し、前記第２のレンズの曲率が変化してもよい。
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明の第２の観点に係る焦点調節装置は、
高分子から形成されたレンズと、
前記レンズが設置され、光透過性を有する板部と、
前記レンズと前記板部とを保持するレンズホルダと、
前記レンズホルダに前記レンズと接するように設置された第１の電極と、
前記レンズホルダに前記レンズと接するように設置された第２の電極と、を備え、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧が印加されると、前記レンズが前記第１の電極に沿って変形し、前記レンズの曲率が変化し、焦点距離が変わることを特徴とする。
【００１３】
前記レンズホルダが、開口部を有する平板部を備え、
前記レンズと前記板部とが、前記平板部に保持されてもよい。
【００１４】
前記第１の電極が、前記平板部の一方の面上に環状に形成され、
前記板部が、前記平板部の他方の面上に形成され、
前記第２の電極が、前記板部と前記平板部の他方の面との間に形成されてもよい。
【００１５】
前記板部の前記レンズの設置される側の面が、凸状又は凹状の曲面に形成されてもよい。
【００１６】
前記第２の電極は、光透過性を備え、前記板部の前記曲面を覆うように形成されてもよい。
【００１７】
前記レンズが、前記板部の一方の面に設置され、
前記板部の他方の面は、レンズとして機能する凸状又は凹状の曲面に形成されてもよい。
【００１８】
前記レンズと前記第２の電極とは、前記板部の一方の面上に設置され、
更に、高分子からなり前記板部の他方の面上に設置された第２のレンズと、前記第２のレンズと接するように設置された第３の電極と、前記第２のレンズと接するように前記板部の他方の面に設置された第４の電極と、を備え、
前記レンズホルダが、開口部を備えるとともに前記平板部に対向し、前記第２のレンズと前記第３の電極とを保持する第２の平板部を備え、
前記第３の電極と前記第４の電極との間に電圧が印加されると、前記第２のレンズが前記第３の電極に沿って変形し、前記第２のレンズの曲率が変化してもよい。
【００１９】
上記目的を達成するため、本発明の第３の観点に係る撮像装置は、
上記第２の観点に係る焦点調節装置と、
前記焦点調節装置が設置される基板と、
前記基板上に設置された撮像素子と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、印加された電圧に応じて変形し、曲率が変化する可変焦点レンズを用いることによって、構造が簡単で小型化に対応可能な焦点調節装置と、これを用いた撮像装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の実施の形態に係る可変焦点レンズと、これを用いた焦点調節装置及び撮像装置について図を用いて説明する。
【００２２】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る撮像装置９１を図１〜図４に示す。図２は撮像装置９１の平面図である。図１は、図２の一点鎖線Ａ−Ａにおける断面図である。また、図３は撮像装置９１を構成する焦点調節装置８１に設けられた可変焦点レンズ１０に電圧が印加された状態を模式的に示す断面図である。図４（ａ）及び（ｂ）は、可変焦点レンズ１０の動作を説明するための図である。なお、図２では説明の便宜のため、特にレンズホルダ６１の平板部６１ａと開口部６１ｂと、レンズ６２と、可変焦点レンズ１０を構成する可変レンズ１１と正電極１３とを図示している。
【００２３】
本発明の第１の実施の形態に係る撮像装置９１は、図１に示すように焦点調節装置８１と、撮像素子７１と、基板７２とを備える。
【００２４】
撮像素子７１は、被写体の光学像を電気信号に変換するものであり、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサ等から構成されており、例えば図１に示すように基板７２上に設置される。
【００２５】
焦点調節装置８１は、図１に示すように、可変焦点レンズ１０と、レンズホルダ６１と、レンズ６２とを備える。可変焦点レンズ１０は、図１〜図４に示すように、可変レンズ１１と、板部１２と、正電極１３と、負電極１４と、を備える。
【００２６】
可変レンズ１１は、電圧の印加に応じて変形する性質を備える高分子から形成され、本実施の形態ではポリ塩化ビニルに可塑剤を添加したものから形成される。可変レンズ１１は、図２に示すように平面視円形に形成され、図１に示すように板部１２の凹部１２ａ上に形成された負電極１４を覆い、更にレンズホルダ６１の平板部６１ｃであって平板部６１ａと対向する面（レンズ６２と対向する面）に形成された正電極１３の一部を覆うように設置される。また、可変レンズ１１は、正電極１３と負電極１４との間に印加される電圧がゼロ、つまり初期状態で図２に示すように平面形状がほぼ円形に形成される。正電極１３と負電極１４との間に印加される電圧をゼロから上昇させると、可変レンズ１１を構成する高分子が正電極１３に引き寄せられるため、図３に示すように正電極１３に沿って径方向外側に変形する。これにより、可変レンズ１１の曲率が変化し、可変焦点レンズ１０の焦点距離が変化する。なお、可変レンズ１１の撮像素子７１と対向する面（板部１２と対向する面）の曲率は、一定に保たれ、電圧の印加によって変化しない。
【００２７】
また、可変レンズ１１の屈折率をｎ１とし、板部１２の屈折率をｎ２とし、大気の屈折率をｎ３としたとき、ｎ２とｎ１との差が、ｎ３とｎ２との差を下回ると、可変レンズ１１と板部１２との境界面での屈折を有効に得ることができない。このため、可変レンズ１１と板部１２との材質は、ｎ２とｎ１との差がｎ３とｎ２との差を上回る性質を備えるものであることが好ましい。
【００２８】
また、可変レンズ１１を構成するポリ塩化ビニルと可塑剤は、後述するようにそれぞれの層に要求される変位量、強度等から決定され、例えば１：９（ポリ塩化ビニル：可塑剤）の割合で混合される。また、可変レンズ１１の硬さは、用いるポリ塩化ビニルの重合の程度、可塑剤の混入量、用いる可塑剤の性質によって決まるため、これらを適宜調節することによって硬さを決定し、変位量を定める。
【００２９】
具体的に、例えばポリ塩化ビニルに関して、本実施の形態では、重合度１１００のポリ塩化ビニルを用いることが好ましい。例えば、重合度３７００のポリ塩化ビニルは、可塑剤を多く含むことができ、また強度が高く好ましいが、透明度が重合度１１００のものに比べて低いため、本実施の形態のように可変焦点レンズ１０として用いるのは適さない。
【００３０】
次に、可塑剤は、フタル酸エステル系のものが好ましく、フタル酸ジブチル（ＤＢＰ）、フタル酸ジ−２−エチルヘキシル（ＤＥＨＰ（ＤＯＰ））、フタル酸ジノルマルオクチル（ＤｎＯＰ）、フタル酸ジイソノニル（ＤＩＮＰ）、フタル酸ジイソデシル（ＤＩＤＰ）、フタル酸ジウンデシル（ＤＵＰ）がより好ましい。これらの可塑剤は、一般にポリ塩化ビニルに添加される量が増えるに従って、ポリ塩化ビニルのゲルが柔軟になり、電圧を印加した際の変位量が多くなる傾向にある。また、それぞれの可塑剤は、エステル基の直鎖が長いほどポリ塩化ビニルに電圧を印加した際の変位量が少ない傾向を示す。また、エステル基に分岐があると電圧を印加した際の変位量が少ない傾向を示す。
【００３１】
また、可変レンズ１１は、以下に記述するようにして形成する。まず、ポリ塩化ビニルに可塑剤として例えばフタル酸ジブチルを加え、これをテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）に溶解させる。続いて、この溶液を予め可変レンズ１１の形状に成型した型に流し込み、数日間放置する。放置することによって、テトラヒドロフランが蒸発し、可変レンズ１１が形成される。
【００３２】
なお、外部環境から保護するため、可変レンズ１１の表面を例えばポリウレタン、ポリパラキシリレン樹脂（パリレン）等の伸縮性のある薄い膜で覆ってもよい。
【００３３】
板部１２は、光透過性を有する材質、例えばプラスチック、ガラスから構成され、平面視円形に形成される。板部１２は、レンズホルダ６１の平板部６１ｃの下面（撮像素子７１と対向する面）に、負電極１４を介して設置される。板部１２は、図１に示すようにレンズ６２と対向する面に凹状の曲面に形成された凹部１２ａを備える。なお、板部１２の撮像素子７１と対向する面は凹部１２ａと異なり平面状に形成される。板部１２に凹部１２ａを形成し、可変レンズ１１が負電極１４を介して凹部１２ａを充填するように形成されることによって、可変レンズ１１の撮像素子７１と対向する面は、凸状の形状が保たれる。従って、可変レンズ１１に電圧が印加された際も可変レンズ１１の撮像素子７１と対向する面の曲率を一定に保つことができる。
【００３４】
正電極１３は、例えばカーボンブラック、金、銀、アルミニウム、リン青銅等の無機導電性材料又は有機導電性高分子等の有機導電性材料から構成され、図１及び図２に示すように、レンズホルダ６１の平板部６１ｃ上に環状に形成される。上述したように、正電極１３と負電極１４との間に電圧が印加されると可変レンズ１１は正電極１３に沿うように変形する。本実施の形態では、可変レンズ１１を径方向外側に良好に変形させるため、正電極１３は、図４（ａ）に示すように可変レンズ１１よりも径方向外側に広く形成される。
【００３５】
負電極１４は光透過性を備える導電材料、例えばＩＴＯから構成される。負電極１４は、レンズホルダ６１の平板部６１ｃの下面と、板部１２との間に、板部１２全面を覆うように、平面視円形状に形成される。
また、正電極１３と負電極１４とは、電源（図示せず）及び制御部（図示せず）に接続されており、制御部（図示せず）からの入力に従い正電極１３と負電極１４との間に電圧が印加される。
【００３６】
次に、可変焦点レンズ１０に電圧が印加された場合を図４を用いて説明する。
図４（ａ）に示す初期状態の可変焦点レンズ１０の正電極１３と負電極１４とに印加する電圧を０から上げていくと、可変レンズ１１を構成するポリ塩化ビニルが正電極１３に引き寄せられるため、可変レンズ１１は図４（ｂ）に示すように正電極１３を覆うように径方向外側に変形する。そして可変レンズ１１の厚みはＴａからＴｂへと変化し、可変レンズ１１の曲率半径は大きくなる、換言すれば曲率は小さくなり、可変レンズ１１の焦点距離は遠くなる。
【００３７】
また、正電極１３と負電極１４とに印加する電圧をゼロに戻すと、可変レンズ１１を構成するポリ塩化ビニルが正電極１３に引き寄せられなくなるため、可変レンズ１１は図４（ａ）に示す初期状態に戻る。このようにして可変焦点レンズ１０の焦点距離を変化させる。
【００３８】
レンズホルダ６１は、図１及び図２に示すように円筒状に形成され、その内側に可変焦点レンズ１０及びレンズ６２を保持する。また、レンズホルダ６１は、平板部６１ａ及び平板部６１ｃを備える。平板部６１ａは、レンズ６２の径に対応した開口部６１ｂを有する。平板部６１ｃは、可変焦点レンズ１０に対応する開口部６１ｄを備える。開口部６１ｂと開口部６１ｄとはほぼ同じ径に形成される。また、平板部６１ｃの平板部６１ａに対向する面上には、正電極１３が形成される。また、平板部６１ｃの撮像素子７１と対向する面には、負電極１４が形成される。このようにレンズホルダ６１の平板部６１ｃには正電極１３及び負電極１４が形成されるため、両者を電気的に絶縁するため、レンズホルダ６１の少なくとも平板部６１ｃは絶縁材料から形成されるのが好ましく、具体的にＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）から形成される。
【００３９】
レンズ６２は、プラスチックレンズ、ガラスレンズ等から構成され、可変焦点レンズ１０とともに被写体の光学画像を集光する。可変焦点レンズ１０は上述したように、正電極１３と負電極１４との間に印加された電圧に応じて曲率が変化するが、レンズ６２の曲率は一定である。
【００４０】
本実施の形態の可変焦点レンズ１０は、印加された電圧に応じて可変レンズ１１そのものが変形し、曲率が変化することによって、焦点距離が変化する。従って、レンズを保持するレンズホルダをアクチュエータ等によって光軸方向に移動させ、焦点距離を調節する従来の構成と異なり、アクチュエータ、動力伝達手段、ガイド等を省略することができる。結果として、焦点調節装置８１を小型化することが可能となり、さらには撮像装置９１の小型化に容易に対応することができる。
【００４１】
更に本実施の形態の可変焦点レンズ１０は、板部１２に凹部１２ａを形成することによって、可変レンズ１１の片面を容易に凸状の曲面とすることができる。従って、例えば板部１２の両面を平面状に形成した場合に生じていた収差の影響による像の歪みを抑制し、良好な像を得ることができる。
【００４２】
また、本実施の形態の可変焦点レンズ１０は、可変レンズ１１の片面は凹部１２ａに沿っていることから、容易に曲率を一定に保つことができる。従って、レンズ１１の一方の面の曲率を変化させつつ、他方の面の曲率を容易に一定に保つことができる。
【００４３】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係る撮像装置９２を図５及び図６に示す。図６は本実施の形態に係る撮像装置９２の平面図であり、図５は図６のＢ−Ｂ線断面図である。図６では、説明の便宜のため、レンズホルダ６１の平板部６１ａと、開口部６１ｂと、可変焦点レンズ２０を構成する可変レンズ２１と、正電極２３と、を図示し、その他は省略している。第２の実施の形態に係る可変焦点レンズ２０が、第１の実施の形態の可変焦点レンズ１０と異なるのは板部の形が異なることである。第１の実施の形態と共通する部分に関しては、第１の実施の形態と同一の引用番号を付し、詳細な説明は省略する。
【００４４】
本実施の形態の撮像装置９２は、焦点調節装置８２と、撮像素子７１と、基板７２と、を備える。焦点調節装置８２は、可変焦点レンズ２０と、レンズホルダ６１と、レンズ６２と、を備える。また、可変焦点レンズ２０は、第１の実施の形態と同様に可変レンズ２１と、板部２２と、正電極２３と、負電極２４とから構成される。可変焦点レンズ２０はレンズホルダ６１内に保持される。
【００４５】
可変レンズ２１は、第１の実施の形態と同様にポリ塩化ビニルに可塑剤を混入したものから構成され、図６に示すように平面視円形に形成される。可変レンズ２１は、板部２２上に形成された負電極２４を覆い、更にレンズホルダ６１の平板部６１ｃ上に形成された正電極２３の一部を覆うように設置される。正電極２３と負電極２４の間に電圧が印加されると、可変レンズ２１は正電極２３に沿って径方向に外側に変形し、可変レンズ２１の曲率が変化する。
【００４６】
板部２２は、光透過性を備える材質、例えばプラスチック、ガラスから形成され、レンズホルダ６１の平板部６１ｃの下面（撮像素子７１と対向する面）に、負電極２４を介して設置される。板部２２の負電極２４が形成される面は平面状に形成されており、板部２２の撮像素子７１と対向する面は凸状の曲面に形成され、凸レンズとして機能する。
【００４７】
正電極２３は、例えばカーボンブラック、金、銀、アルミニウム、リン青銅等の無機導電性材料又は有機導電性高分子等の有機導電性材料から構成され、図５に示すように平板部６１ｃ上に形成される。また、正電極２３の一部は可変レンズ２１によって覆われる。
【００４８】
負電極２４は光透過性を備える導電材料、例えばＩＴＯから構成される。負電極２４は、図５に示すように板部２２を覆うように形成される。
また、正電極２３と負電極２４とは、電源（図示せず）及び制御部（図示せず）に接続されており、制御部（図示せず）からの入力に従い正電極２３と負電極２４との間に電圧が印加される。
【００４９】
本実施の形態の可変焦点レンズ２０は、電圧を印加することによって可変レンズ２１そのものが変形し、曲率が変化するため、第１の実施の形態と同様に焦点調節装置８２及び撮像装置９２を小型化することが可能となる。また、本実施の形態の可変焦点レンズ２０では、板部２２の撮像素子７１に対向する面が凸レンズとして機能するように凸状の曲面に形成されるため、板部の両面を平面状に形成した場合に生ずる収差の影響による像の歪みを抑制することが可能となる。
【００５０】
また、上述した第１の実施の形態では、板部１２の屈折率ｎ２と可変レンズ１１の屈折率ｎ１と大気の屈折率ｎ３との関係が、ｎ２とｎ１との差がｎ２とｎ３との差より大きくなるようレンズ１１と板部１２の材質を調節する必要があった。しかし、本実施の形態では、板部２２の片面がレンズとして機能するため、例えば可変レンズ２１の屈折率と板部２２の屈折率とがほぼ同じである場合のように第１の実施の形態では用いることが難しい材質を用いることも可能となる。
【００５１】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態に係る撮像装置９３を図７及び８に示す。図８は、撮像装置９３を示す平面図であり、図７は図８のＣ−Ｃ線断面図である。図８では説明の便宜のため、レンズホルダ６１の平板部６１ａと、開口部６１ｂと、可変レンズ３１ａと、正電極３３ａとを図示し、その他は省略する。本実施の形態に係る可変焦点レンズ３０が上述した実施の形態の可変焦点レンズ１０、２０と異なるのは可変レンズが板部の両面に形成される点にある。上述した実施の形態と共通する部分については、同一の引用番号を付し、詳細な説明は省略する。
【００５２】
撮像装置９３は、図７及び図８に示すように焦点調節装置８３と、撮像素子７１と、基板７２と、を備える。焦点調節装置８３は、可変焦点レンズ３０と、レンズホルダ６１と、レンズ６２とを備える。
【００５３】
可変焦点レンズ３０は、可変レンズ３１ａ、３１ｂと、板部３２と、正電極３３ａ、３３ｂと、負電極３４ａ、３４ｂと、から構成される。可変焦点レンズ３０は、図７に示すようにレンズホルダ２１内に設置される。
【００５４】
可変レンズ３１ａ及び３１ｂは、それぞれ第１の実施の形態と同様にポリ塩化ビニルに可塑剤を混入したものから構成され、それぞれ平面視円形に形成される。可変レンズ３１ａは、板部３２のレンズ６２と対向する面（光の入射面）上に形成された負電極３４ａ上に形成される。一方、可変レンズ３１ｂは、板部３２の撮像素子７１と対向する面上に形成された負電極３４ｂ上に形成される。また、可変レンズ３１ａは正電極３３ａと接するように、可変レンズ３１ｂは、正電極３３ｂと接触するように形成される。
【００５５】
なお、可変レンズ３１ａと可変レンズ３１ｂとは、板部３２によって電気的に絶縁されており、別々に電圧が印加され、それぞれ独立して曲率が変化する。例えば、正電極３３ａと負電極３４ａとの間に電圧が印加されると、可変レンズ３１ａは正電極３３ａに引かれるように、径方向外側に変形する。このようにして可変レンズ３１ａの曲率が変化する。一方、正電極３３ｂと負電極３４ｂとの間に電圧が印加されると、可変レンズ３１ｂは正電極３３ｂに引かれるように径方向外側に変形する。このようにして可変レンズ３１ｂの曲率が変化する。
【００５６】
なお、可変レンズ３１ａと可変レンズ３１ｂとは、ほぼ同じ硬さに形成されても良いし、ポリ塩化ビニルの重合度、用いる可塑剤を変化させることによって、異なる硬さに形成しても良い。これらは可変焦点レンズ３０に要求される性質に応じて適宜変化させることが可能である。
【００５７】
板部３２は、光透過性を有する材質、例えばプラスチック、ガラスから形成される。板部３２は、平面視円形に形成され、レンズ６２と対向する面と撮像素子７１と対向する面とは、それぞれ凸状の曲面に形成される。板部３２は、平板部６１ｃと平板部６１ｅとの間に設置され、レンズ６２と対向する面、撮像素子７１と対向する面それぞれに負電極３４ａ、３４ｂが形成されるため、絶縁性を備える材質から形成される。
【００５８】
正電極３３ａ、３３ｂは、カーボンブラック、金、銀、アルミニウム、リン青銅等の無機導電性材料又は有機導電性高分子等の有機導電性材料、例えばリン青銅板から構成され、平板部６１ｃ、６１ｅ上に環状に形成される。
【００５９】
負電極３４ａ、３４ｂは、光透過性を備える導電材料、例えばＩＴＯから形成される。負電極３４ａ、３４ｂは、それぞれ板部３２のレンズ６２と対向する面、撮像素子７１と対向する面を覆うように、平面視円形に形成される。
正電極３３ａ、３３ｂ、負電極３４ａ、３４ｂは、それぞれ図示しない電源及び図示しない制御部に接続され、個別に電圧が印加される。
【００６０】
本実施の形態の可変焦点レンズ３０は、電圧を印加することによって可変レンズ３１ａ、３１ｂそのものが変形し、曲率が変化するため、第１の実施の形態と第２の実施の形態と同様に焦点調節装置８３及び撮像装置９３を小型化することが可能となる。また、本実施の形態の可変焦点レンズ３０では、板部３２の両面に可変レンズ３１ａ、３１ｂが形成されるため、例えば可変レンズを板部の一面に設け、板部の両面を平面状に形成した場合に生ずる収差の影響による像の歪みを抑制し、良好な像を得ることができる。
【００６１】
更に、本実施の形態の可変レンズ３０は、絶縁性を備える板部３２の上面及び下面に可変レンズ３１ａ、３１ｂ、正電極３３ａ、３３ｂ、負電極３４ａ、３４ｂが形成されており、可変レンズ３１ａ、３１ｂにそれぞれ独立して電圧を印加することができるため、可変レンズ３１ａ又は３１ｂ、もしくは両方の曲率を自由に変化させることができる。従って、可変焦点レンズ３０の曲率の変化、換言すれば焦点距離の変化の幅を広げることが可能となる。
【００６２】
本発明は上述した実施の形態に限られず、様々な修正及び応用が可能である。
例えば、上述した第１の実施の形態では、板部１２が凹部１２ａを備える場合を例に挙げて説明したが、これに限られない。例えば、図９に示すように板部１２に凸状の曲面である凸部１２ｂを形成することも可能である。この場合、可変レンズ１１の撮像素子７１と対向する面は凹状となり、この面を凹レンズとして機能させることが可能となる。
【００６３】
同様に、上述した第２の実施の形態では板部２２の撮像素子７１と対向する面が凸状に形成される場合を例に挙げて説明したが、これに限られず、例えば図１０に示すように凹状の曲面に形成することも可能である。
【００６４】
また、上述したそれぞれの実施の形態では、可変レンズ１１が凸レンズである場合を例に挙げて説明したが、これに限られず凹レンズとすることも可能である。この場合、例えば図１１に示すように可変焦点レンズ４０は、撮像装置９４を構成する焦点調節装置８４に設置される。
【００６５】
可変焦点レンズ４０は、可変レンズ４１と、板部４２と、正電極４３と、負電極４４と、を備える。可変レンズ４１は、図１１に示すように凹状の球面に形成される。また、可変レンズ４１は、正電極４３と負電極４４とに接するように設置される。板部４２は、凹状の曲面に形成された凹部４２ａを備える。正電極４３は、上述した実施の形態と異なり、レンズホルダ６１の平板部６１ｃに形成された開口部６１ｄの内周面に形成される。負電極４４は、板部４２の凹部４２ａを覆うように形成される。
【００６６】
この可変焦点レンズ４０に電圧が印加されると、図１２に示すように、可変レンズ４１は正電極４３に沿って上側に変形し、可変レンズ４１の曲率が変化する。この場合、可変レンズ４１の曲率半径は小さくなる、換言すれば可変レンズ４１の曲率が大きくなり、焦点距離が短くなる。
【００６７】
また、上述したそれぞれの実施の形態では、負電極は板部の一方の面全体を覆うように形成される場合を例に挙げて説明したが、可変レンズに必要とされる変位量が得られるのであれば、例えば、図１３に示す負電極１５のように平板部６１ｃの下面に、板部１２の一部を覆うように形成することも可能である。
【００６８】
また、上述した各実施の形態では、可変焦点レンズに印加される電圧が一段階に変化する場合を例に挙げて説明したが、これに限られず、可変焦点レンズに印加する電圧を多段階に変化させ、可変焦点レンズの曲率を多段階に変化させることも可能である。
【００６９】
上述した各実施の形態では、レンズホルダ６１の平板部６１ｃは、レンズホルダ６１と一体に形成される場合を例に挙げて説明したが、これに限られず、平板部６１ｃ上に可変レンズ１１、正電極１３等を形成した後、レンズホルダ６１内に設置する構成を採ることも可能である。
【００７０】
上述した各実施の形態では、ポリ塩化ビニルを用いた場合を例に挙げて説明したが、正電極と負電極との間に印加された電圧に応じて変形する性質を備えれば、ポリ塩化ビニル以外を用いることも可能である。
【００７１】
また、上述した各実施の形態では、２枚のレンズで被写体の光学画像を集光する構成を例に挙げて説明したがこれに限られず、例えば３枚のレンズを用いる構成を採ることが可能である。また、可変焦点レンズの位置も、任意であり、可変焦点レンズと撮像素子との間にレンズを設置する構成を採ることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る撮像装置の断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る撮像装置の平面図である。
【図３】本発明の第１実施の形態に係る撮像装置に設置された可変焦点レンズに電圧が印加された場合の撮像装置の断面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る可変焦点レンズの動作を模式的に示す図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る撮像装置の断面図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る撮像装置の平面図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態に係る撮像装置の断面図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態に係る撮像装置の平面図である。
【図９】本発明の実施の形態の変形例を示す断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態の変形例を示す断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態の変形例を示す断面図である。
【図１２】図１１に示す可変焦点レンズに電圧が印加された状態を示す断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態の変形例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７３】
１０，２０，３０ 可変焦点レンズ
１１，２１，３１ａ，３１ｂ 可変レンズ
１２，２２，３２ 板部
１３，２３，３３ａ，３３ｂ 正電極
１４，２４，３４ａ，３４ｂ 負電極
６１ レンズホルダ
６２ レンズ
７１ 撮像素子
７２ 基板
８１，８２，８３ 焦点調節装置
９１，９２，９３ 撮像装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧の印加によって曲率が変化し、焦点距離が変化する可変焦点レンズとこれを用いた焦点調節装置及び撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話等の小型の電子機器に撮像装置が搭載されるようになり、撮像装置の小型化が進んでいる。これらの撮像装置に用いられるレンズと撮像素子との間の焦点距離を調節する焦点調節装置において、従来、電磁モータを利用してレンズと撮像素子との距離を調節することが行われている。しかし、電磁モータを利用する場合、動力を伝達するための機構が必要となり、焦点調節装置の構成が複雑となり撮像装置の小型化に対応することが難しいという問題がある。
【０００３】
そこで、印加された電圧に応じて変形する電歪材料から構成されたアクチュエータを用いて、レンズを保持するレンズホルダをレンズの光軸方向に移動させ、レンズと撮像素子との距離を調節することが行われている（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特開２００３−２１５４２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１に開示されている技術では、電磁モータ等を利用する場合と比較し構造が簡単になるものの、電歪材料の伸縮の制御にガイドやバネが必要であり、部品点数が多く、構造も複雑となる問題は解決されない。
【０００５】
そこで、ガイド、バネ等を省略し簡単な構造を実現するため、レンズ自体の焦点距離を変化させることが可能な可変焦点レンズと、これを用いた焦点調節装置及び撮像装置が求められている。
【０００６】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、構造が簡単で小型化に対応可能な可変焦点レンズと、これを利用した焦点調節装置及び撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る可変焦点レンズは、
高分子から形成されたレンズと、
前記レンズが設置され、光透過性を有する板部と、
前記レンズと接するように設置された第１の電極と、
前記板部上に、前記レンズと接するように設置された第２の電極と、を備え、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧が印加されると、前記レンズが前記第１の電極に沿って変形し、前記レンズの曲率が変化する、ことを特徴とする。
【０００８】
前記板部の前記レンズが設置される側の面が、凹状又は凸状の曲面に形成されてもよい。
【０００９】
前記第２の電極は、光透過性を備え、前記板部の前記曲面を覆うように形成されてもよい。
【００１０】
前記板部の一方の面に前記レンズが設置され、
前記板部の他方の面に、レンズとして機能する凸状又は凹状の曲面が形成されてもよい。
【００１１】
前記レンズと前記第２の電極とは、前記板部の一方の面上に設置され、
更に、高分子からなり前記板部の他方の面上に設置された第２のレンズと、該第２のレンズと接するように設置された第３の電極と、該第２のレンズと接するように前記板部の他方の面上に設置された第４の電極と、を備え
前記第３の電極と前記第４の電極との間に電圧が印加されると、前記第２のレンズが前記第３の電極に沿って変形し、前記第２のレンズの曲率が変化してもよい。
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明の第２の観点に係る焦点調節装置は、
高分子から形成されたレンズと、
前記レンズが設置され、光透過性を有する板部と、
前記レンズと前記板部とを保持するレンズホルダと、
前記レンズホルダに前記レンズと接するように設置された第１の電極と、
前記レンズホルダに前記レンズと接するように設置された第２の電極と、を備え、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧が印加されると、前記レンズが前記第１の電極に沿って変形し、前記レンズの曲率が変化し、焦点距離が変わることを特徴とする。
【００１３】
前記レンズホルダが、開口部を有する平板部を備え、
前記レンズと前記板部とが、前記平板部に保持されてもよい。
【００１４】
前記第１の電極が、前記平板部の一方の面上に環状に形成され、
前記板部が、前記平板部の他方の面上に形成され、
前記第２の電極が、前記板部と前記平板部の他方の面との間に形成されてもよい。
【００１５】
前記板部の前記レンズの設置される側の面が、凸状又は凹状の曲面に形成されてもよい。
【００１６】
前記第２の電極は、光透過性を備え、前記板部の前記曲面を覆うように形成されてもよい。
【００１７】
前記レンズが、前記板部の一方の面に設置され、
前記板部の他方の面は、レンズとして機能する凸状又は凹状の曲面に形成されてもよい。
【００１８】
前記レンズと前記第２の電極とは、前記板部の一方の面上に設置され、
更に、高分子からなり前記板部の他方の面上に設置された第２のレンズと、前記第２のレンズと接するように設置された第３の電極と、前記第２のレンズと接するように前記板部の他方の面に設置された第４の電極と、を備え、
前記レンズホルダが、開口部を備えるとともに前記平板部に対向し、前記第２のレンズと前記第３の電極とを保持する第２の平板部を備え、
前記第３の電極と前記第４の電極との間に電圧が印加されると、前記第２のレンズが前記第３の電極に沿って変形し、前記第２のレンズの曲率が変化してもよい。
【００１９】
上記目的を達成するため、本発明の第３の観点に係る撮像装置は、
上記第２の観点に係る焦点調節装置と、
前記焦点調節装置が設置される基板と、
前記基板上に設置された撮像素子と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、印加された電圧に応じて変形し、曲率が変化する可変焦点レンズを用いることによって、構造が簡単で小型化に対応可能な焦点調節装置と、これを用いた撮像装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の実施の形態に係る可変焦点レンズと、これを用いた焦点調節装置及び撮像装置について図を用いて説明する。
【００２２】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る撮像装置９１を図１〜図４に示す。図２は撮像装置９１の平面図である。図１は、図２の一点鎖線Ａ−Ａにおける断面図である。また、図３は撮像装置９１を構成する焦点調節装置８１に設けられた可変焦点レンズ１０に電圧が印加された状態を模式的に示す断面図である。図４（ａ）及び（ｂ）は、可変焦点レンズ１０の動作を説明するための図である。なお、図２では説明の便宜のため、特にレンズホルダ６１の平板部６１ａと開口部６１ｂと、レンズ６２と、可変焦点レンズ１０を構成する可変レンズ１１と正電極１３とを図示している。
【００２３】
本発明の第１の実施の形態に係る撮像装置９１は、図１に示すように焦点調節装置８１と、撮像素子７１と、基板７２とを備える。
【００２４】
撮像素子７１は、被写体の光学像を電気信号に変換するものであり、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサ等から構成されており、例えば図１に示すように基板７２上に設置される。
【００２５】
焦点調節装置８１は、図１に示すように、可変焦点レンズ１０と、レンズホルダ６１と、レンズ６２とを備える。可変焦点レンズ１０は、図１〜図４に示すように、可変レンズ１１と、板部１２と、正電極１３と、負電極１４と、を備える。
【００２６】
可変レンズ１１は、電圧の印加に応じて変形する性質を備える高分子から形成され、本実施の形態ではポリ塩化ビニルに可塑剤を添加したものから形成される。可変レンズ１１は、図２に示すように平面視円形に形成され、図１に示すように板部１２の凹部１２ａ上に形成された負電極１４を覆い、更にレンズホルダ６１の平板部６１ｃであって平板部６１ａと対向する面（レンズ６２と対向する面）に形成された正電極１３の一部を覆うように設置される。また、可変レンズ１１は、正電極１３と負電極１４との間に印加される電圧がゼロ、つまり初期状態で図２に示すように平面形状がほぼ円形に形成される。正電極１３と負電極１４との間に印加される電圧をゼロから上昇させると、可変レンズ１１を構成する高分子が正電極１３に引き寄せられるため、図３に示すように正電極１３に沿って径方向外側に変形する。これにより、可変レンズ１１の曲率が変化し、可変焦点レンズ１０の焦点距離が変化する。なお、可変レンズ１１の撮像素子７１と対向する面（板部１２と対向する面）の曲率は、一定に保たれ、電圧の印加によって変化しない。
【００２７】
また、可変レンズ１１の屈折率をｎ１とし、板部１２の屈折率をｎ２とし、大気の屈折率をｎ３としたとき、ｎ２とｎ１との差が、ｎ３とｎ２との差を下回ると、可変レンズ１１と板部１２との境界面での屈折を有効に得ることができない。このため、可変レンズ１１と板部１２との材質は、ｎ２とｎ１との差がｎ３とｎ２との差を上回る性質を備えるものであることが好ましい。
【００２８】
また、可変レンズ１１を構成するポリ塩化ビニルと可塑剤は、後述するようにそれぞれの層に要求される変位量、強度等から決定され、例えば１：９（ポリ塩化ビニル：可塑剤）の割合で混合される。また、可変レンズ１１の硬さは、用いるポリ塩化ビニルの重合の程度、可塑剤の混入量、用いる可塑剤の性質によって決まるため、これらを適宜調節することによって硬さを決定し、変位量を定める。
【００２９】
具体的に、例えばポリ塩化ビニルに関して、本実施の形態では、重合度１１００のポリ塩化ビニルを用いることが好ましい。例えば、重合度３７００のポリ塩化ビニルは、可塑剤を多く含むことができ、また強度が高く好ましいが、透明度が重合度１１００のものに比べて低いため、本実施の形態のように可変焦点レンズ１０として用いるのは適さない。
【００３０】
次に、可塑剤は、フタル酸エステル系のものが好ましく、フタル酸ジブチル（ＤＢＰ）、フタル酸ジ−２−エチルヘキシル（ＤＥＨＰ（ＤＯＰ））、フタル酸ジノルマルオクチル（ＤｎＯＰ）、フタル酸ジイソノニル（ＤＩＮＰ）、フタル酸ジイソデシル（ＤＩＤＰ）、フタル酸ジウンデシル（ＤＵＰ）がより好ましい。これらの可塑剤は、一般にポリ塩化ビニルに添加される量が増えるに従って、ポリ塩化ビニルのゲルが柔軟になり、電圧を印加した際の変位量が多くなる傾向にある。また、それぞれの可塑剤は、エステル基の直鎖が長いほどポリ塩化ビニルに電圧を印加した際の変位量が少ない傾向を示す。また、エステル基に分岐があると電圧を印加した際の変位量が少ない傾向を示す。
【００３１】
また、可変レンズ１１は、以下に記述するようにして形成する。まず、ポリ塩化ビニルに可塑剤として例えばフタル酸ジブチルを加え、これをテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）に溶解させる。続いて、この溶液を予め可変レンズ１１の形状に成型した型に流し込み、数日間放置する。放置することによって、テトラヒドロフランが蒸発し、可変レンズ１１が形成される。
【００３２】
なお、外部環境から保護するため、可変レンズ１１の表面を例えばポリウレタン、ポリパラキシリレン樹脂（パリレン）等の伸縮性のある薄い膜で覆ってもよい。
【００３３】
板部１２は、光透過性を有する材質、例えばプラスチック、ガラスから構成され、平面視円形に形成される。板部１２は、レンズホルダ６１の平板部６１ｃの下面（撮像素子７１と対向する面）に、負電極１４を介して設置される。板部１２は、図１に示すようにレンズ６２と対向する面に凹状の曲面に形成された凹部１２ａを備える。なお、板部１２の撮像素子７１と対向する面は凹部１２ａと異なり平面状に形成される。板部１２に凹部１２ａを形成し、可変レンズ１１が負電極１４を介して凹部１２ａを充填するように形成されることによって、可変レンズ１１の撮像素子７１と対向する面は、凸状の形状が保たれる。従って、可変レンズ１１に電圧が印加された際も可変レンズ１１の撮像素子７１と対向する面の曲率を一定に保つことができる。
【００３４】
正電極１３は、例えばカーボンブラック、金、銀、アルミニウム、リン青銅等の無機導電性材料又は有機導電性高分子等の有機導電性材料から構成され、図１及び図２に示すように、レンズホルダ６１の平板部６１ｃ上に環状に形成される。上述したように、正電極１３と負電極１４との間に電圧が印加されると可変レンズ１１は正電極１３に沿うように変形する。本実施の形態では、可変レンズ１１を径方向外側に良好に変形させるため、正電極１３は、図４（ａ）に示すように可変レンズ１１よりも径方向外側に広く形成される。
【００３５】
負電極１４は光透過性を備える導電材料、例えばＩＴＯから構成される。負電極１４は、レンズホルダ６１の平板部６１ｃの下面と、板部１２との間に、板部１２全面を覆うように、平面視円形状に形成される。
また、正電極１３と負電極１４とは、電源（図示せず）及び制御部（図示せず）に接続されており、制御部（図示せず）からの入力に従い正電極１３と負電極１４との間に電圧が印加される。
【００３６】
次に、可変焦点レンズ１０に電圧が印加された場合を図４を用いて説明する。
図４（ａ）に示す初期状態の可変焦点レンズ１０の正電極１３と負電極１４とに印加する電圧を０から上げていくと、可変レンズ１１を構成するポリ塩化ビニルが正電極１３に引き寄せられるため、可変レンズ１１は図４（ｂ）に示すように正電極１３を覆うように径方向外側に変形する。そして可変レンズ１１の厚みはＴａからＴｂへと変化し、可変レンズ１１の曲率半径は大きくなる、換言すれば曲率は小さくなり、可変レンズ１１の焦点距離は遠くなる。
【００３７】
また、正電極１３と負電極１４とに印加する電圧をゼロに戻すと、可変レンズ１１を構成するポリ塩化ビニルが正電極１３に引き寄せられなくなるため、可変レンズ１１は図４（ａ）に示す初期状態に戻る。このようにして可変焦点レンズ１０の焦点距離を変化させる。
【００３８】
レンズホルダ６１は、図１及び図２に示すように円筒状に形成され、その内側に可変焦点レンズ１０及びレンズ６２を保持する。また、レンズホルダ６１は、平板部６１ａ及び平板部６１ｃを備える。平板部６１ａは、レンズ６２の径に対応した開口部６１ｂを有する。平板部６１ｃは、可変焦点レンズ１０に対応する開口部６１ｄを備える。開口部６１ｂと開口部６１ｄとはほぼ同じ径に形成される。また、平板部６１ｃの平板部６１ａに対向する面上には、正電極１３が形成される。また、平板部６１ｃの撮像素子７１と対向する面には、負電極１４が形成される。このようにレンズホルダ６１の平板部６１ｃには正電極１３及び負電極１４が形成されるため、両者を電気的に絶縁するため、レンズホルダ６１の少なくとも平板部６１ｃは絶縁材料から形成されるのが好ましく、具体的にＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）から形成される。
【００３９】
レンズ６２は、プラスチックレンズ、ガラスレンズ等から構成され、可変焦点レンズ１０とともに被写体の光学画像を集光する。可変焦点レンズ１０は上述したように、正電極１３と負電極１４との間に印加された電圧に応じて曲率が変化するが、レンズ６２の曲率は一定である。
【００４０】
本実施の形態の可変焦点レンズ１０は、印加された電圧に応じて可変レンズ１１そのものが変形し、曲率が変化することによって、焦点距離が変化する。従って、レンズを保持するレンズホルダをアクチュエータ等によって光軸方向に移動させ、焦点距離を調節する従来の構成と異なり、アクチュエータ、動力伝達手段、ガイド等を省略することができる。結果として、焦点調節装置８１を小型化することが可能となり、さらには撮像装置９１の小型化に容易に対応することができる。
【００４１】
更に本実施の形態の可変焦点レンズ１０は、板部１２に凹部１２ａを形成することによって、可変レンズ１１の片面を容易に凸状の曲面とすることができる。従って、例えば板部１２の両面を平面状に形成した場合に生じていた収差の影響による像の歪みを抑制し、良好な像を得ることができる。
【００４２】
また、本実施の形態の可変焦点レンズ１０は、可変レンズ１１の片面は凹部１２ａに沿っていることから、容易に曲率を一定に保つことができる。従って、レンズ１１の一方の面の曲率を変化させつつ、他方の面の曲率を容易に一定に保つことができる。
【００４３】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係る撮像装置９２を図５及び図６に示す。図６は本実施の形態に係る撮像装置９２の平面図であり、図５は図６のＢ−Ｂ線断面図である。図６では、説明の便宜のため、レンズホルダ６１の平板部６１ａと、開口部６１ｂと、可変焦点レンズ２０を構成する可変レンズ２１と、正電極２３と、を図示し、その他は省略している。第２の実施の形態に係る可変焦点レンズ２０が、第１の実施の形態の可変焦点レンズ１０と異なるのは板部の形が異なることである。第１の実施の形態と共通する部分に関しては、第１の実施の形態と同一の引用番号を付し、詳細な説明は省略する。
【００４４】
本実施の形態の撮像装置９２は、焦点調節装置８２と、撮像素子７１と、基板７２と、を備える。焦点調節装置８２は、可変焦点レンズ２０と、レンズホルダ６１と、レンズ６２と、を備える。また、可変焦点レンズ２０は、第１の実施の形態と同様に可変レンズ２１と、板部２２と、正電極２３と、負電極２４とから構成される。可変焦点レンズ２０はレンズホルダ６１内に保持される。
【００４５】
可変レンズ２１は、第１の実施の形態と同様にポリ塩化ビニルに可塑剤を混入したものから構成され、図６に示すように平面視円形に形成される。可変レンズ２１は、板部２２上に形成された負電極２４を覆い、更にレンズホルダ６１の平板部６１ｃ上に形成された正電極２３の一部を覆うように設置される。正電極２３と負電極２４の間に電圧が印加されると、可変レンズ２１は正電極２３に沿って径方向に外側に変形し、可変レンズ２１の曲率が変化する。
【００４６】
板部２２は、光透過性を備える材質、例えばプラスチック、ガラスから形成され、レンズホルダ６１の平板部６１ｃの下面（撮像素子７１と対向する面）に、負電極２４を介して設置される。板部２２の負電極２４が形成される面は平面状に形成されており、板部２２の撮像素子７１と対向する面は凸状の曲面に形成され、凸レンズとして機能する。
【００４７】
正電極２３は、例えばカーボンブラック、金、銀、アルミニウム、リン青銅等の無機導電性材料又は有機導電性高分子等の有機導電性材料から構成され、図５に示すように平板部６１ｃ上に形成される。また、正電極２３の一部は可変レンズ２１によって覆われる。
【００４８】
負電極２４は光透過性を備える導電材料、例えばＩＴＯから構成される。負電極２４は、図５に示すように板部２２を覆うように形成される。
また、正電極２３と負電極２４とは、電源（図示せず）及び制御部（図示せず）に接続されており、制御部（図示せず）からの入力に従い正電極２３と負電極２４との間に電圧が印加される。
【００４９】
本実施の形態の可変焦点レンズ２０は、電圧を印加することによって可変レンズ２１そのものが変形し、曲率が変化するため、第１の実施の形態と同様に焦点調節装置８２及び撮像装置９２を小型化することが可能となる。また、本実施の形態の可変焦点レンズ２０では、板部２２の撮像素子７１に対向する面が凸レンズとして機能するように凸状の曲面に形成されるため、板部の両面を平面状に形成した場合に生ずる収差の影響による像の歪みを抑制することが可能となる。
【００５０】
また、上述した第１の実施の形態では、板部１２の屈折率ｎ２と可変レンズ１１の屈折率ｎ１と大気の屈折率ｎ３との関係が、ｎ２とｎ１との差がｎ２とｎ３との差より大きくなるようレンズ１１と板部１２の材質を調節する必要があった。しかし、本実施の形態では、板部２２の片面がレンズとして機能するため、例えば可変レンズ２１の屈折率と板部２２の屈折率とがほぼ同じである場合のように第１の実施の形態では用いることが難しい材質を用いることも可能となる。
【００５１】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態に係る撮像装置９３を図７及び８に示す。図８は、撮像装置９３を示す平面図であり、図７は図８のＣ−Ｃ線断面図である。図８では説明の便宜のため、レンズホルダ６１の平板部６１ａと、開口部６１ｂと、可変レンズ３１ａと、正電極３３ａとを図示し、その他は省略する。本実施の形態に係る可変焦点レンズ３０が上述した実施の形態の可変焦点レンズ１０、２０と異なるのは可変レンズが板部の両面に形成される点にある。上述した実施の形態と共通する部分については、同一の引用番号を付し、詳細な説明は省略する。
【００５２】
撮像装置９３は、図７及び図８に示すように焦点調節装置８３と、撮像素子７１と、基板７２と、を備える。焦点調節装置８３は、可変焦点レンズ３０と、レンズホルダ６１と、レンズ６２とを備える。
【００５３】
可変焦点レンズ３０は、可変レンズ３１ａ、３１ｂと、板部３２と、正電極３３ａ、３３ｂと、負電極３４ａ、３４ｂと、から構成される。可変焦点レンズ３０は、図７に示すようにレンズホルダ２１内に設置される。
【００５４】
可変レンズ３１ａ及び３１ｂは、それぞれ第１の実施の形態と同様にポリ塩化ビニルに可塑剤を混入したものから構成され、それぞれ平面視円形に形成される。可変レンズ３１ａは、板部３２のレンズ６２と対向する面（光の入射面）上に形成された負電極３４ａ上に形成される。一方、可変レンズ３１ｂは、板部３２の撮像素子７１と対向する面上に形成された負電極３４ｂ上に形成される。また、可変レンズ３１ａは正電極３３ａと接するように、可変レンズ３１ｂは、正電極３３ｂと接触するように形成される。
【００５５】
なお、可変レンズ３１ａと可変レンズ３１ｂとは、板部３２によって電気的に絶縁されており、別々に電圧が印加され、それぞれ独立して曲率が変化する。例えば、正電極３３ａと負電極３４ａとの間に電圧が印加されると、可変レンズ３１ａは正電極３３ａに引かれるように、径方向外側に変形する。このようにして可変レンズ３１ａの曲率が変化する。一方、正電極３３ｂと負電極３４ｂとの間に電圧が印加されると、可変レンズ３１ｂは正電極３３ｂに引かれるように径方向外側に変形する。このようにして可変レンズ３１ｂの曲率が変化する。
【００５６】
なお、可変レンズ３１ａと可変レンズ３１ｂとは、ほぼ同じ硬さに形成されても良いし、ポリ塩化ビニルの重合度、用いる可塑剤を変化させることによって、異なる硬さに形成しても良い。これらは可変焦点レンズ３０に要求される性質に応じて適宜変化させることが可能である。
【００５７】
板部３２は、光透過性を有する材質、例えばプラスチック、ガラスから形成される。板部３２は、平面視円形に形成され、レンズ６２と対向する面と撮像素子７１と対向する面とは、それぞれ凸状の曲面に形成される。板部３２は、平板部６１ｃと平板部６１ｅとの間に設置され、レンズ６２と対向する面、撮像素子７１と対向する面それぞれに負電極３４ａ、３４ｂが形成されるため、絶縁性を備える材質から形成される。
【００５８】
正電極３３ａ、３３ｂは、カーボンブラック、金、銀、アルミニウム、リン青銅等の無機導電性材料又は有機導電性高分子等の有機導電性材料、例えばリン青銅板から構成され、平板部６１ｃ、６１ｅ上に環状に形成される。
【００５９】
負電極３４ａ、３４ｂは、光透過性を備える導電材料、例えばＩＴＯから形成される。負電極３４ａ、３４ｂは、それぞれ板部３２のレンズ６２と対向する面、撮像素子７１と対向する面を覆うように、平面視円形に形成される。
正電極３３ａ、３３ｂ、負電極３４ａ、３４ｂは、それぞれ図示しない電源及び図示しない制御部に接続され、個別に電圧が印加される。
【００６０】
本実施の形態の可変焦点レンズ３０は、電圧を印加することによって可変レンズ３１ａ、３１ｂそのものが変形し、曲率が変化するため、第１の実施の形態と第２の実施の形態と同様に焦点調節装置８３及び撮像装置９３を小型化することが可能となる。また、本実施の形態の可変焦点レンズ３０では、板部３２の両面に可変レンズ３１ａ、３１ｂが形成されるため、例えば可変レンズを板部の一面に設け、板部の両面を平面状に形成した場合に生ずる収差の影響による像の歪みを抑制し、良好な像を得ることができる。
【００６１】
更に、本実施の形態の可変レンズ３０は、絶縁性を備える板部３２の上面及び下面に可変レンズ３１ａ、３１ｂ、正電極３３ａ、３３ｂ、負電極３４ａ、３４ｂが形成されており、可変レンズ３１ａ、３１ｂにそれぞれ独立して電圧を印加することができるため、可変レンズ３１ａ又は３１ｂ、もしくは両方の曲率を自由に変化させることができる。従って、可変焦点レンズ３０の曲率の変化、換言すれば焦点距離の変化の幅を広げることが可能となる。
【００６２】
本発明は上述した実施の形態に限られず、様々な修正及び応用が可能である。
例えば、上述した第１の実施の形態では、板部１２が凹部１２ａを備える場合を例に挙げて説明したが、これに限られない。例えば、図９に示すように板部１２に凸状の曲面である凸部１２ｂを形成することも可能である。この場合、可変レンズ１１の撮像素子７１と対向する面は凹状となり、この面を凹レンズとして機能させることが可能となる。
【００６３】
同様に、上述した第２の実施の形態では板部２２の撮像素子７１と対向する面が凸状に形成される場合を例に挙げて説明したが、これに限られず、例えば図１０に示すように凹状の曲面に形成することも可能である。
【００６４】
また、上述したそれぞれの実施の形態では、可変レンズ１１が凸レンズである場合を例に挙げて説明したが、これに限られず凹レンズとすることも可能である。この場合、例えば図１１に示すように可変焦点レンズ４０は、撮像装置９４を構成する焦点調節装置８４に設置される。
【００６５】
可変焦点レンズ４０は、可変レンズ４１と、板部４２と、正電極４３と、負電極４４と、を備える。可変レンズ４１は、図１１に示すように凹状の球面に形成される。また、可変レンズ４１は、正電極４３と負電極４４とに接するように設置される。板部４２は、凹状の曲面に形成された凹部４２ａを備える。正電極４３は、上述した実施の形態と異なり、レンズホルダ６１の平板部６１ｃに形成された開口部６１ｄの内周面に形成される。負電極４４は、板部４２の凹部４２ａを覆うように形成される。
【００６６】
この可変焦点レンズ４０に電圧が印加されると、図１２に示すように、可変レンズ４１は正電極４３に沿って上側に変形し、可変レンズ４１の曲率が変化する。この場合、可変レンズ４１の曲率半径は小さくなる、換言すれば可変レンズ４１の曲率が大きくなり、焦点距離が短くなる。
【００６７】
また、上述したそれぞれの実施の形態では、負電極は板部の一方の面全体を覆うように形成される場合を例に挙げて説明したが、可変レンズに必要とされる変位量が得られるのであれば、例えば、図１３に示す負電極１５のように平板部６１ｃの下面に、板部１２の一部を覆うように形成することも可能である。
【００６８】
また、上述した各実施の形態では、可変焦点レンズに印加される電圧が一段階に変化する場合を例に挙げて説明したが、これに限られず、可変焦点レンズに印加する電圧を多段階に変化させ、可変焦点レンズの曲率を多段階に変化させることも可能である。
【００６９】
上述した各実施の形態では、レンズホルダ６１の平板部６１ｃは、レンズホルダ６１と一体に形成される場合を例に挙げて説明したが、これに限られず、平板部６１ｃ上に可変レンズ１１、正電極１３等を形成した後、レンズホルダ６１内に設置する構成を採ることも可能である。
【００７０】
上述した各実施の形態では、ポリ塩化ビニルを用いた場合を例に挙げて説明したが、正電極と負電極との間に印加された電圧に応じて変形する性質を備えれば、ポリ塩化ビニル以外を用いることも可能である。
【００７１】
また、上述した各実施の形態では、２枚のレンズで被写体の光学画像を集光する構成を例に挙げて説明したがこれに限られず、例えば３枚のレンズを用いる構成を採ることが可能である。また、可変焦点レンズの位置も、任意であり、可変焦点レンズと撮像素子との間にレンズを設置する構成を採ることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る撮像装置の断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る撮像装置の平面図である。
【図３】本発明の第１実施の形態に係る撮像装置に設置された可変焦点レンズに電圧が印加された場合の撮像装置の断面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る可変焦点レンズの動作を模式的に示す図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る撮像装置の断面図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る撮像装置の平面図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態に係る撮像装置の断面図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態に係る撮像装置の平面図である。
【図９】本発明の実施の形態の変形例を示す断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態の変形例を示す断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態の変形例を示す断面図である。
【図１２】図１１に示す可変焦点レンズに電圧が印加された状態を示す断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態の変形例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７３】
１０，２０，３０ 可変焦点レンズ
１１，２１，３１ａ，３１ｂ 可変レンズ
１２，２２，３２ 板部
１３，２３，３３ａ，３３ｂ 正電極
１４，２４，３４ａ，３４ｂ 負電極
６１ レンズホルダ
６２ レンズ
７１ 撮像素子
７２ 基板
８１，８２，８３ 焦点調節装置
９１，９２，９３ 撮像装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子から形成されたレンズと、
前記レンズが設置され、光透過性を有する板部と、
前記レンズと接するように設置された第１の電極と、
前記板部上に、前記レンズと接するように設置された第２の電極と、を備え、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧が印加されると、前記レンズが前記第１の電極に沿って変形し、前記レンズの曲率が変化することを特徴とする可変焦点レンズ。
【請求項２】
前記板部の前記レンズが設置される側の面が、凹状又は凸状の曲面に形成されることを特徴とする請求項１に記載の可変焦点レンズ。
【請求項３】
前記第２の電極が、光透過性を備え、前記板部の前記曲面を覆うように設置されることを特徴とする請求項２に記載の可変焦点レンズ。
【請求項４】
前記板部の一方の面に前記レンズが設置され、
前記板部の他方の面に、レンズとして機能する凸状又は凹状の曲面が形成されることを特徴とする請求項１に記載の可変焦点レンズ。
【請求項５】
前記レンズと前記第２の電極とが、前記板部の一方の面上に設置され、
更に、高分子からなり前記板部の他方の面上に設置された第２のレンズと、該第２のレンズと接するように設置された第３の電極と、該第２のレンズと接するように前記板部の他方の面上に設置された第４の電極と、を備え
前記第３の電極と前記第４の電極との間に電圧が印加されると、前記第２のレンズが前記第３の電極に沿って変形し、前記第２のレンズの曲率が変化することを特徴とする請求項１に記載の可変焦点レンズ。
【請求項６】
高分子から形成されたレンズと、
前記レンズが設置され、光透過性を有する板部と、
前記レンズと前記板部とを保持するレンズホルダと、
前記レンズホルダに前記レンズと接するように設置された第１の電極と、
前記レンズホルダに前記レンズと接するように設置された第２の電極と、を備え、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧が印加されると、前記レンズが前記第１の電極に沿って変形し、前記レンズの曲率が変化し、焦点距離が変わることを特徴とする焦点調節装置。
【請求項７】
前記レンズホルダが、開口部を有する平板部を備え、
前記レンズと前記板部とが、前記平板部に保持されることを特徴とする請求項６に記載の焦点調節装置。
【請求項８】
前記第１の電極が、前記平板部の一方の面上に環状に形成され、
前記板部が、前記平板部の他方の面上に形成され、
前記第２の電極が、前記板部と前記平板部の他方の面との間に形成されることを特徴とする請求項７に記載の焦点調節装置。
【請求項９】
前記板部の前記レンズの設置される側の面が、凸状又は凹状の曲面に形成されることを特徴とする請求項８に記載の焦点調節装置。
【請求項１０】
前記第２の電極が、光透過性を備え、前記板部の前記曲面を覆うように形成されることを特徴とする請求項９に記載の焦点調節装置。
【請求項１１】
前記レンズが、前記板部の一方の面に設置され、
前記板部の他方の面は、レンズとして機能する凸状又は凹状の曲面に形成されることを特徴とする請求項６又は７に記載の焦点調節装置。
【請求項１２】
前記レンズと前記第２の電極とが、前記板部の一方の面上に設置され、
更に、高分子からなり前記板部の他方の面上に設置された第２のレンズと、前記第２のレンズと接するように設置された第３の電極と、前記第２のレンズと接するように前記板部の他方の面上に設置された第４の電極と、を備え、
前記レンズホルダが、開口部を備えるとともに前記平板部に対向し、前記第２のレンズと前記第３の電極とを保持する第２の平板部を備え、
前記第３の電極と前記第４の電極との間に電圧が印加されると、前記第２のレンズが前記第３の電極に沿って変形し、前記第２のレンズの曲率が変化することを特徴とする請求項７に記載の焦点調節装置。
【請求項１３】
請求項６乃至１２のいずれか１項に記載の焦点調節装置と、
前記焦点調節装置が設置される基板と、
前記基板上に設置された撮像素子と、を備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項１】
高分子から形成されたレンズと、
前記レンズが設置され、光透過性を有する板部と、
前記レンズと接するように設置された第１の電極と、
前記板部上に、前記レンズと接するように設置された第２の電極と、を備え、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧が印加されると、前記レンズが前記第１の電極に沿って変形し、前記レンズの曲率が変化することを特徴とする可変焦点レンズ。
【請求項２】
前記板部の前記レンズが設置される側の面が、凹状又は凸状の曲面に形成されることを特徴とする請求項１に記載の可変焦点レンズ。
【請求項３】
前記第２の電極が、光透過性を備え、前記板部の前記曲面を覆うように設置されることを特徴とする請求項２に記載の可変焦点レンズ。
【請求項４】
前記板部の一方の面に前記レンズが設置され、
前記板部の他方の面に、レンズとして機能する凸状又は凹状の曲面が形成されることを特徴とする請求項１に記載の可変焦点レンズ。
【請求項５】
前記レンズと前記第２の電極とが、前記板部の一方の面上に設置され、
更に、高分子からなり前記板部の他方の面上に設置された第２のレンズと、該第２のレンズと接するように設置された第３の電極と、該第２のレンズと接するように前記板部の他方の面上に設置された第４の電極と、を備え
前記第３の電極と前記第４の電極との間に電圧が印加されると、前記第２のレンズが前記第３の電極に沿って変形し、前記第２のレンズの曲率が変化することを特徴とする請求項１に記載の可変焦点レンズ。
【請求項６】
高分子から形成されたレンズと、
前記レンズが設置され、光透過性を有する板部と、
前記レンズと前記板部とを保持するレンズホルダと、
前記レンズホルダに前記レンズと接するように設置された第１の電極と、
前記レンズホルダに前記レンズと接するように設置された第２の電極と、を備え、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧が印加されると、前記レンズが前記第１の電極に沿って変形し、前記レンズの曲率が変化し、焦点距離が変わることを特徴とする焦点調節装置。
【請求項７】
前記レンズホルダが、開口部を有する平板部を備え、
前記レンズと前記板部とが、前記平板部に保持されることを特徴とする請求項６に記載の焦点調節装置。
【請求項８】
前記第１の電極が、前記平板部の一方の面上に環状に形成され、
前記板部が、前記平板部の他方の面上に形成され、
前記第２の電極が、前記板部と前記平板部の他方の面との間に形成されることを特徴とする請求項７に記載の焦点調節装置。
【請求項９】
前記板部の前記レンズの設置される側の面が、凸状又は凹状の曲面に形成されることを特徴とする請求項８に記載の焦点調節装置。
【請求項１０】
前記第２の電極が、光透過性を備え、前記板部の前記曲面を覆うように形成されることを特徴とする請求項９に記載の焦点調節装置。
【請求項１１】
前記レンズが、前記板部の一方の面に設置され、
前記板部の他方の面は、レンズとして機能する凸状又は凹状の曲面に形成されることを特徴とする請求項６又は７に記載の焦点調節装置。
【請求項１２】
前記レンズと前記第２の電極とが、前記板部の一方の面上に設置され、
更に、高分子からなり前記板部の他方の面上に設置された第２のレンズと、前記第２のレンズと接するように設置された第３の電極と、前記第２のレンズと接するように前記板部の他方の面上に設置された第４の電極と、を備え、
前記レンズホルダが、開口部を備えるとともに前記平板部に対向し、前記第２のレンズと前記第３の電極とを保持する第２の平板部を備え、
前記第３の電極と前記第４の電極との間に電圧が印加されると、前記第２のレンズが前記第３の電極に沿って変形し、前記第２のレンズの曲率が変化することを特徴とする請求項７に記載の焦点調節装置。
【請求項１３】
請求項６乃至１２のいずれか１項に記載の焦点調節装置と、
前記焦点調節装置が設置される基板と、
前記基板上に設置された撮像素子と、を備えることを特徴とする撮像装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００７−１１４６０８（Ｐ２００７−１１４６０８Ａ）
【公開日】平成１９年５月１０日（２００７．５．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３０７６０４（Ｐ２００５−３０７６０４）
【出願日】平成１７年１０月２１日（２００５．１０．２１）
【出願人】（３９６００４９８１）セイコープレシジョン株式会社 (481)
【出願人】（５０４１８０２３９）国立大学法人信州大学 (759)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年５月１０日（２００７．５．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１０月２１日（２００５．１０．２１）
【出願人】（３９６００４９８１）セイコープレシジョン株式会社 (481)
【出願人】（５０４１８０２３９）国立大学法人信州大学 (759)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]