JP5152483B2 - 撮像装置 - Google Patents
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Description
また、本発明の撮像装置によれば、本発明の光学素子モジュールを用いることにより、撮像装置全体のコンパクト化を図るとともに、光学素子を傾斜させて、手振れ補正を行うことができる。さらに、光学素子を光軸方向に移動させて、フォーカス又はズーム調整を行うことができる。
光学素子モジュール100は、光学素子11と、複数のアクチュエータ素子10a,10b,10c,10dと、光学素子11及びアクチュエータ素子10a,10b,10c,10dを収納する固定枠12と、を備えている。また、前記複数のアクチュエータ素子10a,10b,10c,10dは、短冊形状の4つのアクチュエータ素子であって、そのうち2つのアクチュエータ素子10a,10bは、光学素子11をXY平面上の一方向(X方向)に挟んでお互いが光学素子11の光軸を中心として点対称となるように配置され、残りの2つのアクチュエータ素子10c,10dは、光学素子11をX方向と直交する方向(Y方向)に挟んでお互いが前記光軸を中心として点対称となるように配置されている。さらに、アクチュエータ素子10a,10b,10c,10dは、それぞれの前記一方の端部が光学素子11の底面又は側面に変位を伝達可能に連結され他方の端部が固定枠12に固定されている。なお、前記変位を伝達可能に連結する構造としては、例えば接合部にユニバーサルジョイントを使用したり、連結部をボールポイントアーム構造とするとよい。あるいは、可撓性のある板ばねやプラスチックフィルムを介する連結部してもよい。
図2は、高分子アクチュエータ素子の基本的構成を示す断面図である。なおここでは、イオン導電性高分子体は、その一態様としてフィルム状となったもの(イオン導電性高分子膜)を示している。
高分子アクチュエータ素子10は、水系の電解液が含浸されたイオン導電性高分子膜(イオン導電性高分子フィルム)1と、該イオン導電性高分子膜1の両面それぞれに設けられる電極膜2と、該電極膜2それぞれに電気的に接続されたリード線4とを備え、1対のリード線4より電極膜2間に電圧が印加されることによりイオン導電性高分子膜1が湾曲または変形するものである。
いずれの方法によっても、簡便に短時間で電極膜2を形成することができる。
図3は、本発明の高分子アクチュエータを構成する別の高分子アクチュエータ素子の基本的構成を示す断面図である。
高分子アクチュエータ素子20は、上述した高分子アクチュエータ素子10の1対の電極膜2それぞれの上に金または白金からなる金属導電膜3を備え、該金属導電膜3にリード線4を電気的に接続した構成となっている。ここで、イオン導電性高分子膜1、電極膜2、イオン導電性高分子膜1に含浸させる水系の電解液は、図2で示したものと同じである。
図4(a)では、電源Eよりリード線4を通じて、図中左側の高分子アクチュエータ10の電極膜2にプラスの電位、図中右側の電極膜2にマイナスの電位を印加している。この電位差(例えば0.5〜1.5V程度)により、高分子アクチュエータ素子10(20)のイオン導電性高分子膜1中では、マイナスの電位が印加された側(図中右側)の電極膜2にナトリウムイオン水和物が引き寄せられて移動し、当該電極膜2の近傍に集中しこの領域は体積膨張するようになる。一方、プラスの電位が印加された側(図中左側)の電極膜2近傍におけるナトリウム水和物濃度は減少し、この領域は体積収縮するようになる。その結果、イオン導電性高分子膜1の2つの電極膜2近傍領域の間に体積差が生じることとなり、イオン導電性高分子膜1は図中左側に湾曲するようになる。なお、湾曲後に2つの電極膜2近傍領域で蓄積された電荷を移動させない状態で保持すると、特に電力を使用することなく、その湾曲状態が維持される。
(1)動作1(図5(b))
光学素子11をα(+)方向(図1(a)における右方向)に傾斜させるには、以下の操作1a、1bのいずれか一方又は両方を行なう。
(操作1a)高分子アクチュエータ素子10aを電圧印加により光学素子11の底面から頂上に向かう方向(図5(a)における上方向)に湾曲させ、該高分子アクチュエータ素子10aの一方の端部で光学素子11を上方向に押圧する。
(操作1b)高分子アクチュエータ素子10bを電圧印加により光学素子11の底面から下方向(図5(a)における下方向)に湾曲させ、該高分子アクチュエータ素子10bの一方の端部で光学素子11を下方向に牽引する。
(2)動作2(図5(c))
光学素子11をα(−)方向(図1(a)における左方向)に傾斜させるには、以下の操作2a、2bのいずれか一方又は両方を行なう。
(操作2a)高分子アクチュエータ素子10bを電圧印加により光学素子11の底面から頂上に向かう方向(図5(a)における上方向)に湾曲させ、該高分子アクチュエータ素子10bの一方の端部で光学素子11を上方向に押圧する。
(操作2b)高分子アクチュエータ素子10aを電圧印加により光学素子11の底面から下方向(図5(a)における下方向)に湾曲させ、該高分子アクチュエータ素子10aの一方の端部で光学素子11を下方向に牽引する。
(3)動作3
光学素子11をβ(+)方向(図1(a)における上方向)に傾斜させるには、以下の操作3a、3bのいずれか一方又は両方を行なう。
(操作3a)高分子アクチュエータ素子10dを電圧印加により光学素子11の底面から頂上に向かう方向(図1(b)における上方向)に湾曲させ、該高分子アクチュエータ素子10dの一方の端部で光学素子11を上方向に押圧する。
(操作3b)高分子アクチュエータ素子10cを電圧印加により光学素子11の底面から下方向(図1(b)における下方向)に湾曲させ、該高分子アクチュエータ素子10cの一方の端部で光学素子11を下方向に牽引する。
(4)動作4
光学素子11をβ(−)方向(図1(a)における下方向)に傾斜させるには、以下の操作4a、4bのいずれか一方又は両方を行なう。
(操作4a)高分子アクチュエータ素子10cを電圧印加により光学素子11の底面から頂上に向かう方向(図1(b)における上方向)に湾曲させ、該高分子アクチュエータ素子10cの一方の端部で光学素子11を上方向に押圧する。
(操作4b)高分子アクチュエータ素子10dを電圧印加により光学素子11の底面から下方向(図1(b)における下方向)に湾曲させ、該高分子アクチュエータ素子10dの一方の端部で光学素子11を下方向に牽引する。
図6は、本発明に係る光学素子モジュールの第2の実施の形態における構成を示す概略図である。図6(a)は、光学素子モジュール200を光学素子の光軸に沿って上から見た正面図であり、図6(b)は光学素子モジュール200の側面図である。
光学素子モジュール200は、光学素子21を内包する内枠22と、内枠22を光学素子22とともに内包する外枠23とを備えている。また、光学素子モジュール200は、前記複数のアクチュエータ素子として、前述した高分子アクチュエータ素子10と同じ構成の短冊形状の4つのアクチュエータ素子20a,20b,20c,20dを有しており、そのうち2つのアクチュエータ素子20a,20bは、光学素子21を光学素子21の光軸に対して垂直となる平面(XY平面)上の一方向(X方向)に挟んでお互いが前記光軸を中心として点対称となるように内枠22の枠内に配置され、残りの2つのアクチュエータ素子20c,20dは、内枠22及び光学素子21をX方向と直交する方向(Y方向)に挟んでお互いが前記光軸を中心として点対称となるように外枠23の枠内に配置されている。
(1)動作1(図7(b))
光学素子21をα(+)方向(図6(a)における右方向)に傾斜させるには、以下の操作1a、1bのいずれか一方又は両方を行なう。
(操作1a)高分子アクチュエータ素子20aを電圧印加により光学素子21の底面から頂上に向かう方向(図7(a)における上方向)に湾曲させ、該高分子アクチュエータ素子20aの一方の端部で光学素子21を上方向に押圧する。
(操作1b)高分子アクチュエータ素子20bを電圧印加により光学素子21の底面から下方向(図7(a)における下方向)に湾曲させ、該高分子アクチュエータ素子20bの一方の端部で光学素子21を下方向に牽引する。
(2)動作2(図7(c))
光学素子21をα(−)方向(図6(a)における左方向)に傾斜させるには、以下の操作2a、2bのいずれか一方又は両方を行なう。
(操作2a)高分子アクチュエータ素子20bを電圧印加により光学素子21の底面から頂上に向かう方向(図7(a)における上方向)に湾曲させ、該高分子アクチュエータ素子20bの一方の端部で光学素子21を上方向に押圧する。
(操作2b)高分子アクチュエータ素子20aを電圧印加により光学素子21の底面から下方向(図7(a)における下方向)に湾曲させ、該高分子アクチュエータ素子20aの一方の端部で光学素子21を下方向に牽引する。
(3)動作3(図7(d))
光学素子21をβ(+)方向(図6(a)における上方向)に傾斜させるには、以下の操作3a、3bのいずれか一方又は両方を行なう。
(操作3a)高分子アクチュエータ素子20cを電圧印加により光学素子21の底面から頂上に向かう方向(図7(b)における上方向)に湾曲させ、該高分子アクチュエータ素子20cの一方の端部で光学素子21を上方向に押圧する。
(操作3b)高分子アクチュエータ素子20dを電圧印加により光学素子21の底面から下方向(図7(b)における下方向)に湾曲させ、該高分子アクチュエータ素子20dの一方の端部で光学素子21を下方向に牽引する。
(4)動作4(図7(e))
光学素子21をβ(−)方向(図6(a)における下方向)に傾斜させるには、以下の操作4a、4bのいずれか一方又は両方を行なう。
(操作4a)高分子アクチュエータ素子20dを電圧印加により光学素子21の底面から頂上に向かう方向(図7(a)における上方向)に湾曲させ、該高分子アクチュエータ素子20dの一方の端部で光学素子21を上方向に押圧する。
(操作4b)高分子アクチュエータ素子20cを電圧印加により光学素子21の底面から下方向(図7(a)における下方向)に湾曲させ、該高分子アクチュエータ素子20cの一方の端部で光学素子21を下方向に牽引する。
図9は、本発明に係る光学素子モジュールの第3の実施の形態における構成を示す概略図である。図9(a)は、光学素子モジュール300の斜視図であり、図9(b)は光学素子モジュール300を光学素子の光軸に沿って上から見た正面図である。
光学素子モジュール300は、光学素子31と、3つ以上の高分子アクチュエータ素子30a,30b,30cと、光学素子31及び高分子アクチュエータ素子30a,30b,30cを搭載する平板状のベース32と、を備えている。
図10(a)の初期状態において、高分子アクチュエータ素子30aに所定の電圧を印加すると、ベース32に固定された前記他方の端部を基準として一方の端部が光学素子31の底面から頂上に向かう方向(図10(a)における上方向)に湾曲し、該高分子アクチュエータ素子30aの一方の端部が光学素子31の底面を上方向に押圧する。これにより、光学素子31は所定方向の所定角度で傾斜するようになる(図10(b))。このように、高分子アクチュエータ素子30a,30b,30cのうち、1または2の高分子アクチュエータ素子を適宜湾曲させて、光学素子31の光軸を該光学素子31の初期状態の光軸に対して任意の角度で傾斜させることができる。
図12は、本発明に係る光学素子モジュールの第4の実施の形態における構成を示す概略図である。図12(a)は、光学素子モジュール400の分解図であり、図12(b)は光学素子モジュール400の側面図、図12(c)は光学素子モジュール400を背面側から見た斜視図である。
光学素子モジュール400は、光学素子41と、複数の高分子アクチュエータ素子40a,40b,40c,40dと、高分子アクチュエータ素子40a,40b,40c,40dを搭載するベース42と、を備える。
(1)動作1(図13(b))
光学素子41をα(+)方向(図13(a)における右方向)に傾斜させるには、以下の操作1a、1bのいずれか一方又は両方を行なう。
(操作1a)高分子アクチュエータ素子40aを電圧印加により光学素子41の底面から頂上に向かう方向(図13(a)における上方向)に湾曲させ、該高分子アクチュエータ素子40aの一方の端部に連結されたアーム部材40pで光学素子41の矩形底面を構成する1辺を上方向に押圧する。
(操作1b)高分子アクチュエータ素子40bを電圧印加により光学素子41の底面から下方向(図13(a)における下方向)に湾曲させ、該高分子アクチュエータ素子40bの一方の端部に連結されたアーム部材40pで光学素子41の矩形底面を構成する1辺を下方向に牽引する。
(2)動作2(図13(c))
光学素子41をα(−)方向(図13(a)における左方向)に傾斜させるには、以下の操作2a、2bのいずれか一方又は両方を行なう。
(操作2a)高分子アクチュエータ素子40bを電圧印加により光学素子41の底面から頂上に向かう方向(図13(a)における上方向)に湾曲させ、該高分子アクチュエータ素子40bの一方の端部に連結されたアーム部材40pで光学素子41の矩形底面を構成する1辺を上方向に押圧する。
(操作2b)高分子アクチュエータ素子40aを電圧印加により光学素子41の底面から下方向(図13(a)における下方向)に湾曲させ、該高分子アクチュエータ素子40aの一方の端部に連結されたアーム部材40pで光学素子41の矩形底面を構成する1辺を下方向に牽引する。
(3)動作3
光学素子41をβ(+)方向(図13(a)における紙面向こう方向)に傾斜させるには、以下の操作3a、3bのいずれか一方又は両方を行なう。
(操作3a)高分子アクチュエータ素子40dを電圧印加により光学素子41の底面から頂上に向かう方向(図13(a)における上方向)に湾曲させ、該高分子アクチュエータ素子40dの一方の端部に連結されたアーム部材40pで光学素子41の矩形底面を構成する1辺を上方向に押圧する。
(操作3b)高分子アクチュエータ素子40cを電圧印加により光学素子41の底面から下方向(図13(a)における下方向)に湾曲させ、該高分子アクチュエータ素子40cの一方の端部に連結されたアーム部材40pで光学素子41の矩形底面を構成する1辺を下方向に牽引する。
(4)動作4
光学素子41をβ(−)方向(図13(a)における紙面手前方向)に傾斜させるには、以下の操作4a、4bのいずれか一方又は両方を行なう。
(操作4a)高分子アクチュエータ素子40cを電圧印加により光学素子41の底面から頂上に向かう方向(図13(a)における上方向)に湾曲させ、該高分子アクチュエータ素子40cの一方の端部に連結されたアーム部材40pで光学素子41の矩形底面を構成する1辺を上方向に押圧する。
(操作4b)高分子アクチュエータ素子40dを電圧印加により光学素子41の底面から下方向(図13(a)における下方向)に湾曲させ、該高分子アクチュエータ素子40dの一方の端部に連結されたアーム部材40pで光学素子41の矩形底面を構成する1辺を下方向に牽引する。
図14は、本発明に係る光学素子モジュールの第5の実施の形態における構成を示す概略図である。図14(a)は、光学素子モジュール500を光学素子の光軸に沿って上から見た正面図であり、図14(b)は光学素子モジュール500の側面図である。
光学素子モジュール500は、高分子アクチュエータ素子50と、光学素子51と、光学素子51、高分子アクチュエータ素子50を収納する固定枠52と、固定枠52内で光学素子51を光軸周りに回転可能に保持するベアリング53と、を備える。
光学素子モジュール500の初期状態としては、図15(a)に示すように、高分子アクチュエータ素子50は固定枠52の内壁から垂直に直立した状態である。ついで、高分子アクチュエータ素子50に電圧を印加すると、該高分子アクチュエータ素子50は厚み方向に湾曲し、一方の端部がレンズ51a側に変位し、この変位がアーム部材50pを介してレンズ51aに伝達され、該レンズ51a及び受光素子51b(光学素子51)は光軸を中心として時計回り方向に回転する(図15(b))。また、高分子アクチュエータ素子50に図15(b)の場合とは逆極性にして電圧を印加すると、該高分子アクチュエータ素子50は厚み方向に湾曲し、一方の端部がレンズ51aから離れる側に変位し、この変位がアーム部材50pを介してレンズ51aに伝達され、該レンズ51a及び受光素子51b(光学素子51)は光軸を中心として反時計回り方向に回転する(図15(c))。
このように、高分子アクチュエータ素子50への電圧印加の極性、電圧値を調整することにより、光学素子51を光軸周りに任意の角度で回転させることができる。
図17は、本発明に係る撮像装置の手振れ補正機能を中心とした構成を示すブロック図である。
図17に示すように、撮像装置70は、複数のレンズ及び受光素子CCDの光学素子群からなり、そのうちの一部が本発明の光学素子モジュール100となった撮像光学系71と、加速度センサなどの手振れ検出手段72と、光学素子モジュール100を構成する光学素子の位置を検出する光学素子位置検出手段73と、手振れ検出手段72や光学素子位置検出手段73からの信号を受けて演算処理を行なう演算回路74と、演算回路74からの信号を受けるドライブ回路75と、ドライブ回路75からの信号を受け光学素子モジュール100の駆動を制御する光学素子モジュール駆動手段76と、受光素子CCDから出力される画像信号についてホワイトバランスの補正やγ補正等の画像信号処理を行なう画像信号処理回路77と、信号処理されたデータを保存する記録手段78と、を備える。なお、撮像光学系71の光学素子モジュール100に代えて、前述した本発明の光学素子モジュール200,300,400,500,600のいずれかとしてもよい。
(S11)シャッターボタンが押された瞬間に、手振れ検出手段72が撮像装置70全体の振れを検出する。ついで、演算回路74は、手振れ検出手段72からの検出信号に基づいて手振れ量(あるいは速度)を演算する。
(S12)ついで、演算回路72は、この手振れ量(あるいは速度)によって生ずる像ぶれをキャンセルするように光学素子モジュール100の光学素子11の目標傾斜角度(あるいは目標回転角度)を演算し、さらに初期状態からの駆動量の演算結果に応じた駆動信号を計算し出力する。
(S13)ドライブ回路75は演算回路74からの駆動信号に基づいて光学素子モジュール駆動手段76を制御する。さらに、光学素子モジュール駆動手段76はその制御に基づいて、光学素子モジュール100の高分子アクチュエータ素子10a,10b,10c,10dそれぞれに所定の電圧を印加し、湾曲変位させて光学素子11を該光学素子11の光軸に対して所定方向の所定の傾斜角度(あるいは回転角度)となるように駆動させる。
(S14)この際、光学素子11の傾斜(回転)位置(あるいは速度)を光学素子位置検出手段73により検出する。
(S15)演算回路74は、光学素子位置検出手段73の検出信号に基づいて、ステップS12で求めた光学素子11の目標位置との誤差(手振れ補正誤差)を計算する。
(S16)ついで、この手振れ補正誤差が予め設定された閾値以下であれば(YES)、この回の手振れ補正動作は終了し、つぎの手振れ補正動作に備える(ステップS11へ)。また、手振れ補正誤差が予め設定された閾値を超えていれば(NO)、ステップS12に戻り、それ以降の処理動作を行なう。
以上の手振れ補正動作により、光学素子モジュール100における光学素子11の手振れ補正は目標位置に精度良く駆動され、適正な撮像が可能となる。
Claims (8)
- 光学素子モジュールを有する撮像光学系を備え、
前記光学素子モジュールは、
レンズ、レンズおよびレンズホルダー、受光素子のいずれか、またはそれらの組合せからなる光学素子と、
第1および第2のアクチュエータ素子からなる複数のアクチュエータ素子と、
前記光学素子および前記複数のアクチュエータ素子のうちの少なくとも1つを収納または搭載する固定部材と
を備え、
前記第1および第2のアクチュエータ素子はそれぞれ、イオン導電性高分子膜とこのイオン導電性高分子膜の両面に設けられる電極とを有するとともに、前記電極間への電圧印加により全体が厚み方向に湾曲するものであり、
前記第1のアクチュエータ素子は、それらの厚み方向が前記光学素子の光軸方向とされるとともに、この光学素子の光軸に対して垂直となる平面(XY平面)上においてその光軸周りに均等配置され、
前記第2のアクチュエータ素子は、その厚み方向が前記光学素子の光軸の垂直方向となるとともに、その幅方向が前記光学素子の光軸方向となるように配置され、
前記複数のアクチュエータ素子のうち、少なくとも1つの第1および第2のアクチュエータ素子における長手方向に沿った一方の端部がそれぞれ、前記光学素子に対して前記湾曲による変位を伝達可能に連結されるとともに、それらの第1および第2のアクチュエータ素子における他方の端部がそれぞれ、前記固定部材に固定され、
前記少なくとも1つの第1および第2のアクチュエータ素子における前記一方の端部の前記湾曲による変位が前記光学素子の側面または底面に作用することによって、前記光学素子を傾斜させるか、前記光学素子を光軸周りに回転させるか、または前記光学素子をその光軸方向に沿って移動させる機能を有し、
撮像時に前記光学素子モジュールを駆動して、前記固定部材を変位させずに固定しつつ、前記光学素子のみを傾斜させて光軸ブレを補正する第1補正と、前記光学素子のみを光軸周りに回転させて回転ブレを補正する第2補正とを併用することにより、手振れ補正を行う
撮像装置。 - 前記固定部材として、前記光学素子および前記複数のアクチュエータ素子を収納する固定枠を備え、
前記第1のアクチュエータ素子は、4つのアクチュエータ素子であり、
そのうち2つのアクチュエータ素子は、前記光学素子を前記XY平面上の一方向(X方向)に挟んで、お互いが前記光軸を中心として点対称となるように配置され、
残りの2つのアクチュエータ素子は、前記光学素子を前記X方向と直交する方向(Y方向)に挟んで、お互いが前記光軸を中心として点対称となるように配置され、
各第1のアクチュエータ素子における前記一方の端部が、前記光学素子の底面または側面に対して前記湾曲による変位を伝達可能に連結され、かつ前記他方の端部が前記固定枠に固定されている
請求項1に記載の撮像装置。 - 前記固定部材として、前記光学素子を内包する内枠と、この内枠を前記光学素子とともに内包する外枠とを備え、
前記第1のアクチュエータ素子は、4つのアクチュエータ素子であり、
そのうち2つのアクチュエータ素子は、前記光学素子を前記XY平面上の一方向(X方向)に挟んで、お互いが前記光軸を中心として点対称となるように前記内枠の枠内に配置されるとともに、各アクチュエータ素子における前記一方の端部が、前記光学素子の側面に対して前記湾曲による変位を伝達可能に連結され、かつ前記他方の端部が前記内枠の内壁に固定されており、
残りの2つのアクチュエータ素子は、前記内枠および前記光学素子を前記X方向と直交する方向(Y方向)に挟んで、お互いが前記光軸を中心として点対称となるように前記外枠の枠内に配置されるとともに、各アクチュエータ素子における前記一方の端部が、前記内枠の外壁に対して前記湾曲による変位を伝達可能に連結され、かつ前記他方の端部が前記外枠の内壁に固定されている
請求項1に記載の撮像装置。 - 前記固定部材として、前記光学素子および前記複数のアクチュエータ素子を搭載するベースを備え、
前記第1のアクチュエータ素子は、
前記光学素子の底面と前記ベースとの間に配置される3以上のアクチュエータ素子であり、
それらのアクチュエータ素子の長手方向が、前記光学素子の光軸を中心とする円周に沿って均等配置され、
各第1のアクチュエータ素子における前記一方の端部が前記光学素子の底面に固定され、かつ前記他方の端部が前記ベースに固定されている
請求項1に記載の撮像装置。 - 前記固定部材として、前記複数のアクチュエータ素子を搭載するベースを備え、
前記第1のアクチュエータ素子は、
前記光学素子の底面側に配置される4つのアクチュエータ素子であり、
それらのアクチュエータ素子における長手方向が、前記光学素子の光軸中心から放射する方向とされるとともに、隣接するアクチュエータ素子同士のなす角度が90°となるように配置され、
各第1のアクチュエータ素子における前記一方の端部が、前記光学素子の底面に対して前記湾曲による変位を伝達可能に連結され、かつ前記他方の端部が前記ベースに固定されている
請求項1に記載の撮像装置。 - 前記光学素子が、レンズおよびレンズホルダー、またはレンズであり、
前記光学素子モジュールを駆動して、前記固定部材を変位させずに固定しつつ、前記光学素子のみをその光軸方向に沿って移動させることにより、フォーカスまたはズーム調整を行う
請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 前記電極は、樹脂中にカーボン粒子が分散されてなる導電膜である
請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 前記複数のアクチュエータ素子は、前記イオン導電性高分子膜の両面に前記電極をもつものが厚み方向に複数枚重ね合わされてなる
請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の撮像装置。
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