JP4910589B2 - 撮像ユニットおよび撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、撮像ユニットおよび撮像装置に関し、特に、高分子アクチュエータを用いて鏡胴の撮影光軸を回動させる撮像ユニットおよび撮像装置に関する。

携帯電話等に搭載される小型撮像装置には、小型化、低コスト化と高機能化とが同時に要求される。高機能化とは、デジタルカメラで実現されている「オートフォーカス機能」「自動露出機能」「手振れ補正機能」等の機能の搭載であり、これらの機能の実現のためには撮像素子や撮影光学系を移動させるためのアクチュエータが必要となる。

一方、小型化のためには従来の機能の小型化に含めて、上述した高機能化のために付加される部材、特にアクチュエータの小型化が必要であるし、全ての部品レベルでのスペース効率の向上が不可欠である。さらに、低コスト化のためには、部品の低コスト化だけでなく、組立を容易にすることによる費用等の削減が重要となる。

これらの観点から近年注目されているアクチュエータとして、高分子アクチュエータがある。高分子アクチュエータは、発生力が大きい、軽い、音がしない、低電力で駆動できる、材料が樹脂であるため成形で自由な形状が作れるなどの特徴を持っている。

例えば、高分子アクチュエータを駆動源として手振れ補正機能付き撮像装置の校正装置の駆動部等が構成できるとの提案がなされている（例えば、特許文献１参照）。

また、高分子アクチュエータを駆動源として撮像素子を凹状に湾曲させることで画像の歪みをなくす方法も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００４−２８２９９２号公報 特開２００５−２７８１３３号公報

しかし、特許文献１には、高分子アクチュエータが手振れ補正機能付き撮像装置の校正装置の駆動部に好適である、との記載があるのみで、具体的な手段や方法の提案は何らなされておらず、実現性の検証はなされていない。

また、本発明とは直接の関係は少ないが、特許文献２の方法では、撮像素子のような半導体素子に凹状に湾曲させるような外力を加えることは素子の割れに繋がるだけでなく、歪みによる素子特性の変化を引き起こし、特性劣化の要因となり好ましくない。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、高分子アクチュエータを用いて、小型で低コストで高性能な撮像ユニットおよび撮像装置を提供することを目的とする。

本発明の目的は、下記構成により達成することができる。

本発明にかかる一態様では、撮像ユニットは、被写体の像を結像する撮像光学系と前記撮像光学系で結像された被写体の像を撮像する撮像素子とを一体に支持する鏡胴と、前記鏡胴を撮影光軸が傾斜するように回動させる高分子アクチュエータと、前記高分子アクチュエータを保持する保持部と、を備えた撮像ユニットにおいて、前記高分子アクチュエータは略平面形状で、一方の面は前記鏡胴の後端部に面し、他方の面は前記保持部に面するように配置され、前記高分子アクチュエータは、前記保持部に伸長不可であるように固定された平面部と前記保持部に固定されておらず伸長可能な複数の変位部とを含み、前記複数の変位部が夫々、面方向に伸長することにより平面部から前記鏡胴の後端部に向かって突起状に突出し、その突出した先端部が前記鏡胴の後端部を押圧し前記押圧方向へ移動させることによって、前記撮像光学系の光軸が傾斜するように前記鏡胴を回動させることを特徴とする。

また、上述の撮像ユニットにおいて、前記変位部は、変位前の状態において、前記鏡胴の後端部側に突出する突起部の変位部であり、前記変位部の先端部が前記鏡胴の後端部に当接し前記鏡胴を支持しており、前記変位部が面方向に伸長することにより前記先端部が前記鏡胴の後端部を押圧し前記押圧方向へ移動させることを特徴とするが好ましい。

また、上述の撮像ユニットにおいて、前記変位部は変位前の状態において平面形状であり、前記平面部と同一平面上にあり、前記高分子アクチュエータは、前記保持部と、前記高分子アクチュエータに対して前記保持部と反対側に配置された規制部とで挟持され、
前記保持部は、前記規制部が前記高分子アクチュエータを挟持しない部分の一部にも延在することにより前記変位部が前記保持部側へ突出することを規制されていることが好ましい。

また、上述の撮像ユニットにおいて、前記鏡胴に対して前記高分子アクチュエータの反対側に配置され、前記鏡胴を介して前記高分子アクチュエータを前記保持部側に付勢する付勢手段を更に備えたことを特徴とすることが好ましい。

また、上述の撮像ユニットにおいて、前記高分子アクチュエータは、前記変位部の先端部が前記鏡胴の前端部を押圧するように前記鏡胴の前端部側にも配置されていることを特徴とすることが好ましい。
また、本発明にかかる一態様では、撮像装置は、上述の何れかの撮像ユニットを備え、前記撮像装置の手振れを検出する手振れ検知手段と、前記手振れ検知手段の検知結果に基づき前記高分子アクチュエータを駆動して手振れを補正する手振れ補正手段とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、撮像光学系と撮像素子とを一体に支持する鏡胴を、高分子アクチュエータを用いて撮影光軸回りに回動させることにより、手振れ補正を実現し、しかも組立性のよいアクチュエータを実現することで、小型で低コストで高性能な撮像ユニットおよび撮像装置を提供することができる。

以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限られない。なお、図中、同一あるいは同等の部分には同一の番号を付与し、重複する説明は省略する。

まず、本発明における撮像装置について、図１を用いて説明する。図１は撮像装置１の構成を示す模式図である。

図１において、撮像装置１は、撮像部３５０と撮像回路３００とで構成される。撮像部３５０は、撮像ユニット３３０と手振れ検知部３０１とで構成される。撮像ユニット３３０は、撮像光学系２１１、撮像素子１６２、鏡胴２０１、および移動機構３３１で構成されている。鏡胴２０１内部には撮像光学系２１１が固定されており、撮像素子１６２が、撮像光学系２１１の結像面位置に撮像素子１６２の撮像面がくるように配置されて、鏡胴２０１に接着やネジ止め等により固定されている。

ここでは、撮像光学系２１１および撮像素子１６２は鏡胴２０１に固定されているとして説明しているが、オートフォーカス手段を介して鏡胴に取り付けられていてもよい。手振れ検知部３０１は上下振れセンサ３０１Ｐ（Ｐｉｔｃｈの意）と左右振れセンサ３０１Ｙ（Ｙａｗの意）とで構成される。

撮像回路３００は、振れ検出回路３０３、手振れ補正部３０５、アクチュエータ制御部３１５、駆動回路部３１３、撮像制御部１６１、アナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換器１６３、画像処理部１６５、画像記録部１８１、操作部１１１および画像表示部１３１で構成される。駆動回路部３１３には昇圧回路が含まれ、移動機構３３１を構成する高分子アクチュエータを駆動するのに必要な電圧が作られる。

図１の撮像装置１は大きく２つの機能に分かれる。一つは撮像機能であり、他は手振れ補正機能である。まず撮像機能について説明すると、被写体の像が撮像光学系２１１により撮像素子１６２の撮像面上に結像され、被写体像が撮像素子１６２により光電変換されて撮像データ１６２ｋとして出力される。出力された撮像データ１６２ｋはＡ／Ｄ変換器１６３でデジタルデータに変換され、画像処理部１６５でホワイトバランス処理やガンマ変換等の画像処理が施されて画像データ１６１ｇとして画像記録部１８１に記録されるとともに、画像表示部１３１に適宜表示される。これらの一連の撮像動作は撮像制御部１６１により制御される。

一方、手振れ補正機能は、手振れ検知部３０１のセンサ３０１Ｐと３０１Ｙおよび振れ検出回路３０３により撮像装置１の手振れが検知され、手振れ補正部３０５により手振れ補正量が演算される。演算された手振れ補正量に応じて、アクチュエータ制御部３１５および駆動回路部３１３により移動機構３３１を構成する高分子アクチュエータに電界が印加されて、鏡胴２０１が上下（Ｐｉｔｃｈ）方向（以後、Ｐ方向と言う）および左右（Ｙａｗ）方向（以後、Ｙ方向と言う）に回動されることで鏡胴２０１の撮影光軸２００が手振れと逆方向に回動され、手振れが補正される。ここに、振れ検出回路３０３、手振れ補正部３０５、アクチュエータ制御部３１５、駆動回路部３１３および移動機構３３１は本発明における手振れ補正手段として機能する。

なお、移動機構３３１については、図３以降で詳述する。

次に、本発明で使用される高分子アクチュエータの動作原理について、図２を用いて説明する。図２は、高分子アクチュエータの動作原理を説明するための模式図である。

図２において、高分子アクチュエータ４０１は、誘電ポリマ（シリコン樹脂やアクリル系樹脂）からなる伸張部４０３と、伸張部４０３の両面に設けられる導電性の炭素粒子を混ぜた高分子材料の電極４０５とからなる。伸張部４０３の両面に設けられた電極４０５間に電界Ｅが印加されると、電極間に静電吸引力が発生して電極間が吸引され、その結果、弾性体である誘電ポリマからなる伸張部４０３が図の矢印の方向に伸張する。伸張の大きさは印加される電界Ｅの大きさに略比例する。

電極４０５を部分電極とすると、部分電極の直下の伸張部４０３だけが伸張するので、電極４０５を複数の部分電極に分割し、それぞれを別個に駆動することで、複数個の高分子アクチュエータを並べた所謂アクチュエータアレイを作成可能である。高分子アクチュエータは、発生力が大きい、軽い、音がしない、低電力で駆動できる、材料が樹脂であるため成形で自由な形状が作れる、複数個のアクチュエータを一体的に形成できる等の特徴がある。

次に、上述した高分子アクチュエータ４０１を用いた移動機構３３１の第１の実施の形態について、図３および図４を用いて説明する。図３は、移動機構３３１の第１の実施の形態の構成を示す模式図で、図３（ａ）は移動機構３３１の撮影光軸２００に平行で図３（ｂ）のＹ１−Ｙ２を通る平面での断面図、図３（ｂ）は本第１の実施の形態に用いられている高分子アクチュエータ４０１の形状を示す模式図である。

図３（ａ）において、撮像光学系２１１の結像位置に撮像素子１６２が配置され、撮像光学系２１１および撮像素子１６２は、鏡胴２０１に一体的に取り付けられている。鏡胴２０１は、移動機構３３１の保持部３３１ａおよび規制部材３３１ｂで構成される空間内に配置されている。鏡胴２０１と保持部３３１ａとの間には高分子アクチュエータ４０１が配置され、鏡胴２０１の撮像素子１６２側の端面に対して撮影光軸２００方向（以後、Ｆ方向と言う）の＋Ｆ方向に力を作用させる。

高分子アクチュエータ４０１は、平面部４０１ａと複数の突起状の変位部４０１ｂとを有し、変位部４０１ｂは、鏡胴２０１の底面部に当接するように配置されている。図２で説明したように、高分子アクチュエータの伸張の大きさは印加される電界Ｅの大きさに略比例するので、印加される電界Ｅを効率的に利用するために、変位部４０１ｂは平面部４０１ａと同等程度の肉厚とすることが望ましい。

高分子アクチュエータ４０１の平面部４０１ａおよび変位部４０１ｂの側部は、保持部３３１ａと保持部３３１ａに固定された規制部材３３１ｂとに挟まれ、電界が印加されても伸張できないように規制されている。変位部４０１ｂの鏡胴２０１に当接する部分の裏面凹部は鏡胴２０１の移動量に相当する隙間を空けて保持部３３１ａの突起部に接している。

鏡胴２０１の高分子アクチュエータ４０１の変位部４０１ｂと当接する面の撮像光学系２１１を挟んで反対面は、本発明における付勢部材として機能する付勢バネ３３１ｃにより−Ｆ方向に付勢されており、鏡胴２０１は、付勢バネ３３１ｃと高分子アクチュエータ４０１の変位部４０１ｂとに挟まれた形となっている。

実際に移動機構３３１を組み立てる場合には、浅いコップ形状の保持部３３１ａの内部に高分子アクチュエータ４０１を落とし込むようにして配置し、その上に規制部材３３１ｂを置いて保持部３３１ａに固定する。次に、鏡胴２０１を規制部材３３１ｂの内部に落とし込み、上から付勢バネ３３１ｃで押さえ込めばよく、非常に簡単に組み立てることができ、組立費用を安価に抑えることができる。

図３（ｂ）において、高分子アクチュエータ４０１は、例えば射出成形で一体的に形成され、矩形のシート状の平面部４０１ａ上に突起状の変位部４０１ｂが４個配置されている。図のＰ方向の＋側の変位部を４０１ｂｐ１、Ｐ方向の−側の変位部を４０１ｂｐ２、Ｙ方向の＋側の変位部を４０１ｂｙ１、Ｙ方向の−側の変位部を４０１ｂｙ２とする。

平面部４０１ａは、保持部３３１ａの内面に添うように挿入される。形状はここに示したものに限られるものではなく、挿入されるスペースに即した任意の形状でよい。図２に示した電極４０５は、例えば、図の紙面表面側は撮像素子パッケージ１６２ａと接する頂上部を除く変位部４０１ｂの全面に部分電極として設けられ、図の紙面裏面側は変位部４０１ｂの凹部も含めて全面に設けられる。

このように、高分子アクチュエータ４０１は、成形等により４つの変位部を一体的に形成でき、形状も組み込む相手の形状に合わせて任意であり、簡便にかつ安価に作製することができる。

図４は、図３で説明した４つの変位部４０１ｂｐ１、４０１ｂｐ２、４０１ｂｙ１および４０１ｂｙ２に印加される電界Ｅと撮像素子１６２のＰ方向変位およびＹ方向変位の関係を示すタイミングチャートである。

図４において、タイミングＴ１で、図３に示した変位部４０１ｂｐ１に＋Ｅの電界が印加されると、高分子アクチュエータ４０１の変位部４０１ｂ以外の部分は規制部材３３１ｂと保持部３３１ａとに挟まれて伸びることができないので、変位部４０１ｂｐ１が伸張して鏡胴２０１の当接部を＋Ｆ方向に押す。鏡胴２０１は付勢バネ３３１ｃにより−Ｆ方向に付勢されているため、変位部４０１ｂｐ１に当接している側のみが＋Ｆ方向に押し上げられ、全体として、変位部４０１ｂｐ２を支点として鏡胴２０１が−Ｐ方向に回動される。ただし、鏡胴２０１が−Ｐ方向に回動することで、変位部４０１ｂｐ２の頭頂部が鏡胴２０１の端部に押されて変形するので、変位部４０１ｂｐ２は完全な支点ではない。

同様に、タイミングＴ２で変位部４０１ｂｐ２に＋Ｅの電界が印加されることで、変位部４０１ｂｐ２が伸張して鏡胴２０１の当接部を＋Ｆ方向に押し、全体として鏡胴２０１が＋Ｐ方向に回動される。

タイミングＴ３で変位部４０１ｂｙ１に＋Ｅの電界が印加されることで、変位部４０１ｂｙ１が伸張して鏡胴２０１の当接部を＋Ｆ方向に押し、全体として鏡胴２０１が−Ｙ方向に回動される。

同様に、タイミングＴ４で変位部４０１ｂｙ２に＋Ｅの電界が印加されることで、変位部４０１ｂｙ２が伸張して鏡胴２０１の当接部を＋Ｆ方向に押し、全体として鏡胴２０１が＋Ｙ方向に回動される。

タイミングＴ１とＴ３の電界を同時に印加すると、鏡胴２０１は−Ｐ／−Ｙ方向に回動される。同様に、タイミングＴ１とＴ４の電界を同時に印加すると鏡胴２０１は−Ｐ／＋Ｙ方向に回動され、タイミングＴ２とＴ３の電界を同時に印加すると鏡胴２０１は＋Ｐ／−Ｙ方向に回動され、タイミングＴ２とＴ４の電界を同時に印加すると鏡胴２０１は＋Ｐ／＋Ｙ方向に回動される。

以上に示したように、本第１の実施の形態によれば、高分子アクチュエータ４０１は、４つの変位部４０１ｂｐ１、４０１ｂｐ２、４０１ｂｙ１および４０１ｂｙ２を一体的に形成でき、鏡胴２０１と移動機構３３１の保持部３３１ａの間の僅かの隙間に配置することができるために、スペース効率が非常によく、組立が容易である。また、鏡胴２０１を付勢バネ３３１ｃと高分子アクチュエータ４０１の弾性により保持しているために衝撃に強い。さらに、駆動も、単に電界Ｅを印加するだけと非常に簡単で、例えば圧電アクチュエータのような共振のピークも持たないために、制御も非常にしやすい。

図３においては、鏡胴２０１は付勢バネ３３１ｃによって−Ｆ方向に付勢されているとしたが、鏡胴２０１のレンズ２１１側にも高分子アクチュエータ４０１を設け、鏡胴２０１の上下両方から高分子アクチュエータ４０１を用いた駆動を行ってもよい。この例を移動機構３３１の第２の実施の形態として図５を用いて説明する。図５は移動機構３３１の第３の実施の形態の構成を示す模式図で、図５（ａ）は移動機構３３１の撮影光軸２００に平行で図５（ｂ）のＹ１−Ｙ２を通る平面での断面図、図５（ｂ）は本第２の実施の形態の鏡胴上部に設けられている高分子アクチュエータ４０１の形状を示す模式図である。

図５（ａ）において、鏡胴２０１および撮像素子１６２側の移動機構３３１は図３に示したものと同じである。本実施の形態では、鏡胴２０１のレンズ側にも、図５（ｂ）に示した変位部４０１ｂｙ３、４０１ｂｙ４、４０１ｂｐ３、４０１ｂｐ４を有し、中央に穴が空いた高分子アクチュエータ４０１、保持部３３１ｄおよび規制部材３３１ｅを備えており、鏡胴２０１は、撮影光軸２００に略平行な＋Ｆおよび−Ｆ方向から高分子アクチュエータ４０１によって挟み込まれており、高分子アクチュエータ４０１は撮影光軸２００に略平行でかつ逆の方向から鏡胴２０１に力を作用させる。

実際に移動機構３３１を組み立てる場合には、浅いコップ形状の保持部３３１ａの内部に高分子アクチュエータ４０１を落とし込むようにして配置し、その上に規制部材３３１ｂを置いて保持部３３１ａに固定する。次に、鏡胴２０１を規制部材３３１ｂの内部に落とし込む。次に、中央に穴が空いた浅いコップ形状の保持部材３３１ｄの内部に、同じく中央に穴が空いた高分子アクチュエータ４０１を落とし込み、その上に中央に穴が空いた規制部材３３１ｅを置いて保持部３３１ｄに固定したものを、鏡胴２０１のレンズ２１１側からはめ込んで保持部材３３１ｂと固定することで、非常に簡単に組み立てることができ、組立費用を安価に抑えることができる。

移動機構３３１の駆動方法としては、変位部４０１ｂｐ１と４０１ｂｐ４、４０１ｂｐ２と４０１ｂｐ３、４０１ｂｙ１と４０１ｂｙ４、４０１ｂｙ２と４０１ｂｙ３をそれぞれ組にして、図４に示した変位部４０１ｂｐ１、４０１ｂｐ２、４０１ｂｙ１および４０１ｂｙ２に印加している印加電界Ｅを印加すれば、図４と同じ動作を行わせることができる。

本実施の形態では、図３（ｂ）および図５（ｂ）に示したように、変位部４０１ｂｙ１の鏡胴２０１を挟んだ対面に変位部４０１ｂｙ３を配置し、同様に変位部４０１ｂｙ２の対面に変位部４０１ｂｙ４、変位部４０１ｂｐ１の対面に変位部４０１ｂｐ３、変位部４０１ｂｐ２の対面に変位部４０１ｂｐ４を配置しているが、例えば変位部４０１ｂｙ１と４０１ｂｐ１の中間の対面に４０１ｂｙ３を配置し、以下同様に４５°ずつずらせて配置してもよい。

また、本実施の形態では鏡胴２０１を挟み込む２つの高分子アクチュエータ４０１は、図３（ｂ）および図５（ｂ）に示したように別体のものとしたが、図３（ｂ）および図５（ｂ）に示した２つの高分子アクチュエータ４０１に保持部３３１ｂに添った連結部を設けて一体化してもよい。

以上に示したように、本第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様に、高分子アクチュエータ４０１は、４つの変位部を一体的に形成でき、鏡胴２０１と移動機構３３１の保持部３３１ａの間の僅かの隙間に配置することができるために、スペース効率が非常によく、組立が容易である。また、鏡胴２０１を高分子アクチュエータ４０１で挟み込み、その弾性により保持しているために衝撃に強く、個々の変位部は小型化でき、さらに省スペース化が可能となる。さらに、駆動も、単に電界Ｅを印加するだけと非常に簡単で、例えば圧電アクチュエータのような共振のピークも持たないために、制御も非常にしやすい。

次に、高分子アクチュエータ４０１を用いた移動機構３３１の第３の実施の形態を、図６および図７を用いて説明する。図６は、移動機構３３１の第３の実施の形態の構成を示す模式図で、図６（ａ）は第３の実施の形態の撮影光軸２００の＋Ｆ方向から−Ｆ方向を見た上面図で、図６（ｂ）は図６（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。本第３の実施の形態においては、第１の実施の形態と異なり、高分子アクチュエータ４０１は、３つの変位部４０１ｂを正三角形の各頂点の位置に配置してある。

図６（ａ）および（ｂ）において、平面部４０１ａと３つの変位部４０１ｂとが一体的にシート状に形成された高分子アクチュエータ４０１は、浅いコップ型の保持部３３１ａの底部に落とし込む形で配置され、３つの変位部４０１ｂ以外の部分が保持部３３１ａと規制部材３３１ｂとで挟み込まれることで、電界が印加されても伸張できないように規制されている。３つの変位部４０１ｂは、平面部４０１ａと同等程度の肉厚とするのが望ましい。

撮像光学系２１１および撮像素子１６２を一体的に支持する鏡胴２０１は、規制部材３３１ｂの内側に配置され、撮像素子１６２が取り付けられている側の端面が高分子アクチュエータ４０１の３つの変位部４０１ｂの先端に当接している。鏡胴２０１の変位部４０１ｂに当接していない側の端面は、規制部材３３１ｂに取り付けられた付勢バネ３３１ｃの先端に当接しており、これにより、鏡胴２０１は−Ｆ方向に付勢されている。

高分子アクチュエータ４０１の３つの変位部４０１ｂ１、４０１ｂ２および４０１ｂ３は、撮影光軸２００を中心として各々１２０°隔てた正三角形の頂点の位置に配置されており、３つの変位部４０１ｂ１、４０１ｂ２および４０１ｂ３に印加する電界Ｅの大きさを個別に適宜制御することで鏡胴２０１を移動機構３３１の内部で自由に回動させることができる。

図７は、図６で説明した３つの変位部４０１ｂ１、４０１ｂ２および４０１ｂ３に印加される電界Ｅと鏡胴２０１のＰ方向変位およびＹ方向変位の関係を示すタイミングチャートである。

図７において、タイミングＴ１１で変位部４０１ｂ１に＋Ｅの電界が印加されると、鏡胴２０１の変位部４０１ｂ１に当接する部分が＋Ｆ方向に押され、付勢バネ３３１ｃの力とのバランスにより、鏡胴２０１は−Ｐ方向に回動される。タイミングＴ１２で変位部４０１ｂ２に＋Ｅの電界が印加されると、鏡胴２０１の変位部４０１ｂ２に当接する部分が＋Ｆ方向に押され、付勢バネ３３１ｃの力とのバランスにより、鏡胴２０１は＋Ｙ方向に回動されるとともに＋Ｐ方向にも少し回動される。

タイミングＴ１３で変位部４０１ｂ３に＋Ｅの電界が印加されると、鏡胴２０１の変位部４０１ｂ３に当接する部分が＋Ｆ方向に押され、付勢バネ３３１ｃの力とのバランスにより、鏡胴２０１は−Ｙ方向に回動されるとともに＋Ｐ方向にも少し回動される。タイミングＴ１４で変位部４０１ｂ２と４０１ｂ３とに＋Ｅの電界が印加されると、鏡胴２０１の変位部４０１ｂ２と４０１ｂ３とに当接する部分が＋Ｆ方向に押され、付勢バネ３３１ｃの力とのバランスにより、鏡胴２０１は＋Ｐ方向に回動される。

タイミングＴ１５で変位部４０１ｂ２に＋Ｅの電界が印加され、変位部４０１ｂ１に＋Ｅよりも小さい電界が印加されると、鏡胴２０１の変位部４０１ｂ１と４０１ｂ２とに当接する部分が＋Ｆ方向に押され、付勢バネ３３１ｃの力とのバランスにより、鏡胴２０１は＋Ｙ方向に回動される。タイミングＴ１６で変位部４０１ｂ３に＋Ｅの電界が印加され、変位部４０１ｂ１に＋Ｅよりも小さい電界が印加されると、鏡胴２０１の変位部４０１ｂ１と４０１ｂ３とに当接する部分が＋Ｆ方向に押され、付勢バネ３３１ｃの力とのバランスにより、鏡胴２０１は−Ｙ方向に回動される。

本第３の実施の形態によれば、第１の実施の形態の効果に加えて、３つの変位部４０１ｂ１、４０１ｂ２および４０１ｂ３が鏡胴２０１の端面に３点当たりで力を加えることで、撮影光軸２００を中心に鏡胴２０１をＰ方向およびＹ方向に安定的に自在に回動させることができる。

次に、高分子アクチュエータ４０１を用いた移動機構３３１の第４の実施の形態を、図８および図９を用いて説明する。図８は、移動機構３３１の第３の実施の形態に用いられる高分子アクチュエータ４０１の構成の第２の例を示す模式図で、図８（ａ）は電界Ｅが印加されていない場合の断面図、図８（ｂ）は電界Ｅが印加されている場合の断面図である。

上述した移動機構３３１の第１、第２および第３の実施の形態においては、高分子アクチュエータ４０１は、例えば図３（ｂ）に示したように、平面部４０１ａと突起状の変位部４０１ｂとを持っており、電極４０５は、図の紙面表面側は撮像素子パッケージ１６２ａと接する頂上部を除く変位部４０１ｂの全面に部分電極として設けられ、図の紙面裏面側は変位部４０１ｂの凹部も含めて全面に設けられており、電極間に電界が印加されることで変位部４０１ｂが伸張してアクチュエータとして動作する。

一方、図８で説明する高分子アクチュエータ４０１の構成の第２の例では、高分子アクチュエータ４０１は平面形状をしており、突起状の変位部４０１ｂは有しない。従って、電極４０５は印刷等で簡単に形成することができるし、高分子アクチュエータ４０１を移動機構３３１に組み込むのもさらに容易である。

図８（ａ）において、高分子アクチュエータ４０１は、誘電ポリマ（シリコン樹脂やアクリル系樹脂）からなる平面状の伸張部４０３と、導電性の炭素粒子を混ぜた高分子材料からなる上面電極４０５ａおよび下面電極４０５ｂとで構成されている。この例では、上面電極４０５ａは部分電極、下面電極４０５ｂは全面電極としている。上面電極４０５ａと下面電極４０５ｂとで挟まれた領域がアクチュエータとして作用する作用部４０１ｘである。

図８に示した例は最も基本的な例であり、図３（ｂ）に示したと同様に、上面電極４０５ａの頂上部を部分的に除くことにより電極の摩耗による変形特性の劣化を防止したり、変形しやすい部分を作ることによって変形の方向性を決める等の種々の工夫が可能である。

高分子アクチュエータ４０１は、剛性をあげて変形を安定させるために、作用部４０１ｘ以外の部分が保持部３３１ａと規制部材３３１ｂとで挟み込まれている。保持部３３１ａは、作用部４０１ｘの範囲ギリギリあるいは作用部４０１ｘに一部かかる程度に、規制部材３３１ｂよりも作用部４０１ｘの近くまで延ばされることが望ましい。

図８（ｂ）において、スイッチＳｗがオンされて上面電極４０５ａと下面電極４０５ｂとの間に電界Ｅが印加されると、作用部４０１ｘが静電気力により圧縮されて横方向に伸び、保持部３３１ａが障害となって下面電極４０５ｂ側には伸びることができないため、結果として図のように上面電極４０５ａ側に凸のお椀形状に変形する。電極４０５も伸張部４０３と同様にゴムのような柔軟な高分子材料でできているため、伸張部４０３と一緒に伸びて、凸形状に変形する。

高分子アクチュエータ４０１は、その構造および材料から電気的にはキャパシタと同様の特性を持つため、一度電界が印加されて作用部４０１ｘが凸形状に変形すると、スイッチＳｗがオフされても電極間の電界は維持され、変形も維持される。電極間を短絡する等で電界を取り除くと、作用部４０１ｘは元の平面に戻る。

図９は、図８に示した高分子アクチュエータ４０１の第２の例を図３に示した移動機構３３１の第１の実施の形態に適用した移動機構３３１の第４の実施の形態を示す模式図である。

図９において、高分子アクチュエータ４０１は、保持部３３１ａの内側に落とし込まれる形で配置されている。図９には、図３の変位部４０１ｂｙ１と４０１ｂｙ２とに相当する作用部４０１ｘ１の上面電極４０５ａ１および作用部４０１ｘ２の上面電極４０５ａ２を例示してある。保持部３３１ａには、作用部の上面電極４０５ａ１および４０５ａ２の裏面部に空気穴としての開口部４０７が設けられている。高分子アクチュエータ４０１は、図３および図６と同様に、作用部の上面電極４０５ａ以外の部分が保持部３３１ａと規制部材３３１ｂとに挟まれており、電界が印加されても伸張できないように規制されている。

撮像光学系２１１および撮像素子１６２を一体的に支持する鏡胴２０１は、これも図３および図６と同様に、規制部材３３１ｂの内側に配置され、撮像素子１６２が取り付けられている側の端面が高分子アクチュエータ４０１の作用部４０１ｘに当接している。鏡胴２０１の作用部の上面電極４０５ａに当接していない側の端面は、規制部材３３１ｂに取り付けられた付勢バネ３３１ｃの先端に当接しており、これにより、鏡胴２０１は−Ｆ方向に付勢されている。

以上の状態で、例えば図４のタイミングＴ４に示したと同様に、図３の変位部４０１ｂｙ２に相当する作用部４０１ｘ２の上面電極４０５ａ２と下面電極４０５ｂとの間に電界Ｅが印加されると、作用部４０１ｘ２が上面電極４０５ａ２側に凸のお椀形状に盛り上がり、鏡胴２０１の作用部４０１ｘ２に当接している部分が押し上げられ、付勢バネ３３１ｃの力とのバランスにより、鏡胴２０１は＋Ｙ方向に回動される。図９にはこの状態を例示したが、その他の作用部４０１ｘの上面電極４０５ａと下面電極４０５ｂとの間に電界Ｅが印加された場合も図４と同様に考えればよい。また、作用部４０１ｘを３個用いて、図６と同様の構成を実現することも可能である。

以上に述べた移動機構３３１の第４の実施の形態によれば、第１あるいは第３の実施の形態の効果に加えて、高分子アクチュエータ４０１が平面形状で構成できるため、電極４０５が印刷等で簡単に形成することができ、高分子アクチュエータ４０１を移動機構３３１に組み込む場合も、移動機構内部にはめ込むだけでよく、非常に容易である。また、保持部３３１ａによって変形の方向を規制したり、上面電極４０５ａの頂上部を部分的に除くことで変形しやすい部分を作る等により、変形の方向性を決める要素を簡単に作成することができる。

以上に述べたように、本発明によれば、撮像光学系と撮像素子とを一体に支持する鏡胴を、高分子アクチュエータを用いて撮影光軸回りに回動させることにより、手振れ補正を実現し、しかも組立性のよいアクチュエータを実現することで、小型で低コストで高性能な撮像ユニットおよび撮像装置を提供することができる。

尚、本発明に係る撮像ユニットおよび撮像装置を構成する各構成の細部構成および細部動作に関しては、本発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜変更可能である。

撮像装置の構成を示す模式図である。 高分子アクチュエータの動作原理を説明するための模式図である。 移動機構の第１の実施の形態の構成を示す模式図である。 第１の実施の形態における高分子アクチュエータに印加される電界と鏡胴の変位の関係を示すタイミングチャートである。 移動機構の第２の実施の形態の構成を示す模式図である。 移動機構の第３の実施の形態の構成を示す模式図である。 第３の実施の形態における高分子アクチュエータに印加される電界と鏡胴の変位の関係を示すタイミングチャートである。 高分子アクチュエータの第２の例を示す模式図である。 移動機構の第４の実施の形態の構成を示す模式図である。

符号の説明

１ 撮像装置
１１１ 操作部
１３１ 画像表示部
１６１ 撮像制御部
１６２ 撮像素子
１６３ アナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換器
１６５ 画像処理部
１８１ 画像記録部
２００ 撮影光軸
２０１ 鏡胴
２１１ 撮像光学系
３００ 撮像回路
３０１ 手振れ検知部
３０３ 振れ検出回路
３０５ 手振れ補正部
３１３ 駆動回路部
３１５ アクチュエータ制御部
３３０ 撮像ユニット
３３１ 移動機構
３３１ａ 保持部
３３１ｂ 規制部材
３３１ｃ 付勢バネ
３３１ｄ 保持部
３３１ｅ 規制部材
３５０ 撮像部
４０１ 高分子アクチュエータ
４０１ａ 平面部
４０１ｂ 変位部
４０１ｘ 作用部
４０３ 伸張部
４０５ 電極
４０７ 開口部

Claims (6)

1. 被写体の像を結像する撮像光学系と前記撮像光学系で結像された被写体の像を撮像する撮像素子とを一体に支持する鏡胴と、
   前記鏡胴を撮影光軸が傾斜するように回動させる高分子アクチュエータと、
   前記高分子アクチュエータを保持する保持部と、
   を備えた撮像ユニットにおいて、
   前記高分子アクチュエータは略平面形状で、一方の面は前記鏡胴の後端部に面し、他方の面は前記保持部に面するように配置され、
   前記高分子アクチュエータは、前記保持部に伸長不可であるように固定された平面部と前記保持部に固定されておらず伸長可能な複数の変位部とを含み、
   前記複数の変位部が夫々、面方向に伸長することにより平面部から前記鏡胴の後端部に向かって突起状に突出し、その突出した先端部が前記鏡胴の後端部を押圧し前記押圧方向へ移動させることによって、前記撮像光学系の光軸が傾斜するように前記鏡胴を回動させることを特徴とする撮像ユニット。
2. 前記変位部は、変位前の状態において、前記鏡胴の後端部側に突出する突起部の変位部であり、前記変位部の先端部が前記鏡胴の後端部に当接し前記鏡胴を支持しており、
   前記変位部が面方向に伸長することにより前記先端部が前記鏡胴の後端部を押圧し前記押圧方向へ移動させることを特徴とする請求項１に記載の撮像ユニット。
3. 前記変位部は変位前の状態において平面形状であり、前記平面部と同一平面上にあり、
   前記高分子アクチュエータは、前記保持部と、前記高分子アクチュエータに対して前記保持部と反対側に配置された規制部とで挟持され、
   前記保持部は、前記規制部が前記高分子アクチュエータを挟持しない部分の一部にも延在することにより前記変位部が前記保持部側へ突出することを規制されていることを特徴とする請求項１に記載の撮像ユニット。
4. 前記鏡胴に対して前記高分子アクチュエータの反対側に配置され、前記鏡胴を介して前記高分子アクチュエータを前記保持部側に付勢する付勢手段を更に備えたことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の撮像ユニット。
5. 前記高分子アクチュエータは、前記変位部の先端部が前記鏡胴の前端部を押圧するように前記鏡胴の前端部側にも配置されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の撮像ユニット。
6. 請求項１乃至５の何れか一項に記載の撮像ユニットを備えた撮像装置において、
   前記撮像装置の手振れを検出する手振れ検知手段と、
   前記手振れ検知手段の検知結果に基づき前記高分子アクチュエータを駆動して手振れを補正する手振れ補正手段とを備えたことを特徴とする撮像装置。
   

Images