透镜模块、摄像装置、电子系统和透镜模块的驱动方法

专利名称：透镜模块、摄像装置、电子系统和透镜模块的驱动方法
技术领域：
本发明涉及一种透镜模块，该透镜模块包括通过使用当被施加电压时而发生变形的平板状位移元件而移动的透镜，本发明还涉及采用所述透镜模块的摄像装置和电子系统以及所述透镜模块的驱动方法。
背景技术：
近年来，移动电话、个人计算机(PC)、PDA(个人数字助理)及其他移动电子系统在 多功能性方面取得了显著进步，并且通常设有可提供摄像功能的透镜模块。在这种移动电子系统中，必需沿光轴朝着物体移动透镜或将透镜从物体移开，从而使相机模块具有自聚焦能力。一般来说，通过利用相关技术中的音圈电机、步进电机或任何其它驱动器以移动透镜模块中的透镜。然而，近年来，依据小型化的观点而开发了采用聚合物致动元件的驱动器。聚合物致动元件例如由夹在一对电极间的离子交换树脂膜构成，当这对电极间产生电位差时，离子交换树脂膜以垂直于膜面的方向移位。采用这种聚合物致动元件的透镜模块的例子例如为这样的构造，其中，用于保持一组透镜的可移动透镜框被可沿光轴移动的导轴所支撑，并且聚合物致动元件定位为沿光轴与可移动透镜框对准。根据上述构造，当聚合物致动元件发生变形时，使可移动透镜框沿光轴移动(例如，参照JP-A-2006-293006)。在这种透镜模块的另一构造中，将一组以相互不同的方向弯曲的聚合物致动元件相互组合，并将透镜布置在聚合物致动元件组件的一端(例如，参照JP-A-2006-172635)。然而，在JP-A-2006-293006所示的透镜模块中，由于将聚合物致动元件定位为沿光轴方向与用于保持一组透镜的可移动透镜框对准，故难以减小透镜模块和采用所述透镜模块的电子系统的厚度。在JP-A-2006-172635所示的透镜模块中，由于透镜布置在聚合物致动元件组件的端部，故每个聚合物致动元件必需足够长，以便在大范围内移动透镜。这种长的长度使透镜模块和采用所述透镜模块的电子系统难以小型化。

发明内容
因此，本发明期望提供一种小巧且薄的透镜模块，该透镜模块具有利用平板状位移元件以驱动透镜的构造，本发明还提供采用所述透镜模块的小巧且薄的摄像装置和电子系统。本发明的一个实施方式旨在提供一种透镜模块，该透镜模块包括透镜体；透镜保持部件，其通过保持沿光轴延伸的该透镜体的侧壁以保持所述透镜体；以及固定部件，其布置在透镜体的与透镜保持部件相反的一侧。而且，平板状位移元件布置在透镜体的侧壁的相对侧，每个位移元件的一端固定于固定部件，并且另一端为自由端且向透镜保持部件凸出。当对所述位移元件施加电压时，每个位移元件沿其表面弯曲，从而使自由端沿所述光轴移位。而且，多个驱动支撑部件布置在透镜体的侧壁的相对侧，每个驱动支撑部件的一端固定于相应的位移元件的自由端，且另一端枢轴式固定于透镜保持部件。根据如此构造的透镜模块，所述位移元件的自由端的位移使得具有一侧端部固定于自由端的所述驱动支撑部件绕枢轴转动，这使固定于驱动支撑部件的另一侧端部的透镜保持部件发生移位而同时透镜保持部件保持平行于固定部件，从而使得由透镜保持部件所保持的透镜体沿光轴移动。在不采用各位移元件沿透镜体的光轴堆叠或者透镜体保持在位移元件的端部的构造的情况下，上述构造的透镜模块可使透镜体在无倾角的情况下沿光轴移动。本发明的另一实施方式也旨在提供一种采用上述透镜模块的摄像装置、电子系统以及该透镜模块的驱动方法。 在不采用各位移元件沿透镜体的光轴堆叠或者透镜体保持在位移元件的端部的构造的情况下，本发明的上述实施方式可使得透镜体沿光轴移动。透镜模块以及采用所述透镜模块的摄像装置和电子系统可以薄且小巧。


图I为说明第一实施方式的透镜模块的构造的立体图；图2A和图2B为说明第一实施方式的透镜模块的构造及其驱动操作的侧面图；图3A和图3B为说明聚合物致动元件的详细构造例和基本操作的图解横截面图；图4A和图4B为说明支撑部件和位移元件之间的连接的横截面图；图5A为说明支撑部件和位移元件之间的连接的平面图，且图5B为说明支撑部件和位移元件之间的连接的横截面图；图6A和图6B为说明第二实施方式的透镜模块的构造的平面图；图7为说明第三实施方式的透镜模块的构造的立体图；图8A和图SB为说明第三实施方式的透镜模块的构造及其驱动操作的侧面图；图9为说明第四实施方式的透镜模块的构造的立体图；图10为第五实施方式的摄像装置的构造图；并且图IlA和图IlB为第六实施方式的电子系统的构造图。
具体实施例方式下面，参照附图，以下列顺序说明本发明的实施方式。I.第一实施方式(透镜模块)2.第二实施方式(包含成形的位移元件的透镜模块)3.第三实施方式(使用弹性线的透镜模块)4.第四实施方式(包含立方体形状的透镜体的透镜模块)5.第五实施方式(摄像装置)
6.第六实施方式(电子系统) 1.第一实施方式 >> (透镜模块)图I为说明第一实施方式的透镜模块的构造的立体图。图2A和图2B为说明第一实施方式的透镜模块的构造及其驱动操作的侧面图。下面，参照图I、图2A和图2B，说明第一实施方式的透镜模块的构造及其驱动操作。[第一实施方式的透镜模块的构造]图I、图2A和图2B所示的透镜模块1_1例如被并入摄像装置和光拾取装置中，并且在无倾角的情况下沿光轴z移动透镜Ln。透镜模块1-1包括透镜体3，其由透镜Ln构成；和透镜保持部件5，其具体地通过保持与光轴z平行的透镜体3的侧壁以保持透镜体3。固定部件7设置在透镜体3的与透 镜保持部件5相反的一侧，并且台座9从固定部件7的端部向透镜体3延伸并与透镜体3重叠。而且，位移元件11设置为从固定部件7向透镜保持部件5延伸，并且驱动支撑部件13设置为将位移元件11连接至透镜保持部件5。而且，支撑部件15设置为在透镜保持部件5和固定部件7之间与驱动支撑部件13平行地延伸。下面，依次详述上述每个部件。<透镜体3>透镜体3由用于摄像装置或光拾取装置的物镜构成。透镜体3可以为沿光轴z —体化为筒状部件的多个透镜Ln的组合，或者可以为单个透镜Ln。在本实施方式中，透镜体3为沿着每个透镜Ln的外形的圆筒形状。透镜体3的直径可随着沿光轴z布置的每个透镜Ln的直径而沿光轴z变化。<透镜保持部件5>透镜保持部件5具体地通过保持沿光轴z延伸的透镜体3的侧壁而保持透镜体3。例如，将四根线材5a连接成矩形框架或者将一根线材弯曲成矩形框架，从而形成透镜保持部件5。构成透镜保持部件5的线材5a具有充分的刚性而不弯曲。透镜体3固定于透镜保持部件5，具体来说，透镜体3固定于垂直于光轴z的两行线材5a的中央部。将透镜体3固定于透镜保持部件5的方法需要根据这两个部件的材料以适当地加以选择。透镜保持部件5不是必须如上所述地构造，而是可以构造为透镜保持部件5具体地通过保持透镜体3的沿光轴z延伸的侧壁以保持透镜体3的任何方式。透镜保持部件5例如可以为板状，或者包括围绕透镜体3的侧面而环绕延伸的臂状部。〈固定部件7>固定部件7将透镜模块1-1固定在摄像装置或光拾取装置的壳体内，并且位于透镜体3的与透镜保持部件5相反的一侧。固定部件7例如由沿光轴z堆叠的两个固定部形成，且在两个固定部之间夹有分别为平板状的位移元件11。固定部件7的夹有位移元件11的部分用作将电压施加给位移元件11的端子。夹在固定部件7的各固定部之间的位移元件11从固定部件7凸出，并且固定部件7的在位移元件11凸出的部分的角部(边缘部)可被斜切。斜切角(边缘部)使后述的位移元件11易于弯曲，并且减小了在固定部件7的尖角处发生的刮擦与摩擦量(否则会大量发生)，从而提高了位移元件11的耐久性。〈台座9>台座9为用于支撑整个透镜模块1-1的基底部件(基体)。台座9从固定部件7的一端以垂直于透镜体3的光轴z的方向延伸，并将台座9布置为与透镜体3重叠。台座9具有开口 9a，透镜体3采集的光经由该开口 9a穿过。从固定部件7延伸的台座9可视为固定部件7的部分。〈位移元件11>每个位移元件11在被施加电压时发生变形，这种变形用作使由透镜保持部件5所保持的透镜体3在无倾角的情况下沿光轴z移动的驱动源。每个位移元件11为当被施加电压时沿表面弯曲的平板状元件，且将所述位移元件11布置为使得其弯曲面、即被驱动面垂直于光轴z。在本说明书中，两个位移元件11布置在透镜体3的侧壁的相对侧，并且将所述两个位移元件11的每个固定为使得其一端夹持在固定部件7的两个固定部之间。每个位移 元件11的一端固定(称作固定端)，而另一端为自由端Ila,自由端Ila朝向透镜保持部件
5、即透镜体3凸出。当通过施加电压而使所述两个位移元件11的每个的被驱动面弯曲时，从固定部件7凸出的自由端Ila沿着光轴z移位。上述两个位移元件11的每个在平面图中例如为矩形，并且将位移元件11固定为不与透镜体3接触。或者，两个位移元件11的形状可以使得它们在设有固定部件7的一侧在平面图中彼此连接，只要这种形状的位移元件11不与透镜体3接触即可。每个上述位移元件11例如为聚合物致动元件。图3A和图3B为说明聚合物致动元件的详细构造例和基本操作的图解横截面图。如图3A和图3B所示，用作每个位移元件
(11)的聚合物致动元件21为这样的横截面结构，其中，一对电极膜25A、25B接合至离子导电性高分子化合物膜23的相反的表面。换言之，聚合物致动元件21具有一对电极膜25A、25B，且离子导电性高分子化合物膜23介于电极膜25A和电极膜25B之间。聚合物致动元件21和电极膜25A、25B可完全覆盖有由高弹性材料(诸如聚氨酯)制成的绝缘保护膜。离子导电性高分子化合物膜23还称作电活性聚合物(EAP)片。如此构造的聚合物致动元件21工作如下。首先说明由包含阳离子和极化溶剂(polarized solvent)的阳离子物质制成的聚合物致动元件21。在此情况下，如图3A所示，当未施加电压时，由于阳离子物质大致均匀地分散于离子导电性高分子化合物膜23中，故聚合物致动元件21不弯曲而呈平板状。如图3B所示，当用电压施加单元27施加电压时，聚合物致动元件21工作如下。即，当例如将预定的驱动电压施加于电极膜25A和电极膜25B之间以使电极膜25A为负电位且电极膜25B为正电位时，以极化溶剂溶解的阳离子向电极膜25A移动。在此过程中，由于阴离子在离子导电性高分子化合物膜23中几乎不移动，故离子导电性高分子化合物膜23在设有电极膜25A的一侧膨胀，而在设有电极膜25B的一侧收缩。因此，聚合物致动元件21作为整体向电极膜25B侧弯曲。随后，当去除电极膜25A和电极膜25B之间的电位差或者在其间不施加电压时，在离子导电性高分子化合物膜23中向电极膜25A侧偏移的阳离子物质(阳离子和极化溶剂)被扩散，因此，聚合物致动元件21返回至图3A所示的平板状态。而且，当在电极膜25A和电极膜25B之间施加预定的驱动电压以使电极膜25A为正电位而电极膜25B为负电位，从而改变图3A所示的无电压施加状态时，以极化溶剂溶解的阳离子向电极膜25B移动。在此情况下，由于离子导电性高分子化合物膜23在设有电极膜25A的一侧收缩且在设有电极膜25B的一侧膨胀，故聚合物致动元件21作为整体向电极膜25A侧弯曲。
接下来说明将包含液态阳离子的离子液体用作阳离子物质的情况。在此情况下，如图3A所示，当未施加电压时，由于离子液体大致均匀地分散于离子导电性高分子化合物膜23中，故聚合物致动元件21也为平板状。如图3B所示，当用电压施加单元27施加电压时，聚合物致动元件21工作如下。例如，将预定的驱动电压施加于电极膜25A和电极膜25B之间，以使电极膜25A为负电位而电极膜25B为正电位。离子液体中的阳离子向电极膜25A移动，而阴离子通常不能在作为阳离子交换膜的离子导电性高分子化合物膜23中移动。因此，离子导电性高分子化合物膜23在设有电极膜25A的一侧膨胀，而在设有电极膜25B的一侧收缩。因此，聚合物致动元件21作为整体向电极膜25B侧弯曲。随后，当去除电极膜25A和电极膜25B之间的电位差或者在其间不施加电压时，在离子导电性高分子化合物膜23中向电极膜25A偏移的阳离子被扩散，因此，聚合物致动元件21返回至图3A所示的平板状态。而且，当在电极膜25A和电极膜25B之间施加预定的驱动电压以使电极膜25A为正电位而电极膜25B为负电位，从而改变图3A所示的无电压施加状态时，离子液体中的阳离子向电极膜25B移动。在此情况下，由于离子导电性高分子化合物膜23在设有电极膜25A的一侧收缩且在设有电极膜25B的一侧膨胀，故聚合物致动元件21作为整体向电极膜25A侧弯曲。 在上述驱动操作中，最好不要在电极膜25A和电极膜25B之间长时间(例如约一秒)地施加大于或等于聚合物致动元件21的耐压的电压(例如约3V)。其原因在于，上述驱动条件可使聚合物致动元件21的耐久性提高。每个位移元件11不限于上述聚合物致动元件，而可以是被施加电压时发生变形的任何板状元件。位移元件11的其他例子可包括由形状记忆合金制成的元件和压电器件。如上述图I、图2A和图2B所示，例如由聚合物致动元件形成的每个位移元件11的构造为使得电压施加在位移元件11的固定端，该固定端固定于固定部件7。<驱动支撑部件13>各个驱动支撑部件13例如由不弯曲的刚性、线状连杆形成，并且各个驱动支撑部件13在透镜体3的侧壁的相对侧设置为在透镜保持部件5和位移元件11之间延伸。每个驱动支撑部件13的一端固定于相应的位移元件11的自由端11a，而另一端枢轴式地固定于透镜保持部件5。在此状态下，两个驱动支撑部件13保持相互平行，并且沿光轴z而彼此齐平。驱动支撑部件13不是必须以指定的方式固定于位移元件11，重要的是，驱动支撑部件13固定于位移元件11的自由端11a，以使得被固定的驱动支撑部件13不会妨碍位移元件11移位。图4A和图4B为说明如何使驱动支撑部件13固定于位移元件11的横截面图。如图4A所示，每个驱动支撑部件13可用粘合剂31固定于相应的位移元件11。当位移元件11为上述聚合物致动元件(21)并且驱动支撑部件13由导电材料制成时,驱动支撑部件13例如以绝缘性粘合剂31固定于位移元件11，该绝缘性粘合剂31确保驱动支撑部件13和位移元件11的电极膜25A、25B之间的绝缘性。或者，如图4B所示，每个驱动支撑部件13可如此固定于相应的位移元件11，以使得驱动支撑部件13的一端保持在位移元件11的层中。当位移元件11为上述聚合物致动元件(21)并且驱动支撑部件13由导电材料制成时，驱动支撑部件13保持在离子导电性高分子化合物膜23中，或者驱动支撑部件13的表面覆盖有绝缘涂层，该绝缘涂层确保驱动支撑部件13和位移元件11的电极膜25A、25B之间的绝缘性。图5A为表不驱动支撑部件13之一固定于相应的位移兀件11的部分的平面图。如图5A所示，为将驱动支撑部件13牢固地固定于位移元件11，可以沿着与驱动支撑部件13延伸的方向垂直的方向将驱动支撑部件13的固定于位移元件11的端部分开。
另一方面，在驱动支撑部件13固定于透镜保持部件5的部分设有用于将驱动支撑部件13枢轴式地固定于透镜保持部件5的连接部件17。在连接部件17稳定地保持驱动支撑部件13的同时，将各驱动支撑部件13连接为，当力作用于驱动支撑部件13上时，各驱动支撑部件13在平行于光轴z的平面内枢轴式移动。在本说明书中，假设在未施加力的通常状态下，如图2A所示，每个驱动支撑部件13和透镜保持部件5间的内角Θ设定在90°，并且驱动支撑部件13相对于光轴z而保持倾斜90°。每个连接部件17例如为具有限位器的铰链或螺旋弹簧。<支撑部件15>支撑部件15类似于上述驱动支撑部件13，且每个支撑部件15例如由不弯曲的刚性、线状连杆形成。支撑部件15在透镜体3的侧壁的相对侧布置为可以在透镜保持部件5和固定部件7之间延伸。各支撑部件15之一、透镜保持部件5、固定部件7以及各驱动支撑部件13之一沿光轴z形成了平行连杆机构。支撑部件15沿光轴z而布置在与驱动支撑部件13的高度不同的高度。而且，每个支撑部件15的一端被枢轴式固定于固定部件7，而另一端被枢轴式固定于透镜保持部件
5。在此状态下，两个支撑部件15保持相互平行，并且沿光轴z而彼此齐平。在支撑部件15固定于固定部件7的部分，设有用于将支撑部件15枢轴式固定于固定部件7的连接部件19。连接部件19在稳定地保持支撑部件15的同时，通过连接各支撑部件15，使得当力作用于支撑部件15上时，各支撑部件15在平行于光轴z的平面内枢轴式移动。在本说明书中，假设在未施加力的通常状态下，如图2A所示，支撑部件15相对于固定部件7的延伸方向、即光轴z倾斜90°。每个连接部件19例如为弹性铰链。另一方面，在支撑部件15固定于透镜保持部件5的部分，设有与用于将驱动支撑部件13固定于透镜保持部件5的连接部件17类似的连接部件17。于是，支撑部件15枢轴式固定于透镜保持部件5。在上述构造中，如上所述，透镜保持部件5、固定部件7、各驱动支撑部件13之一以及各支撑部件15之一沿光轴z形成了平行连杆机构。平行连杆机构布置在透镜体3的两侦牝并且两个平行连杆机构形成所谓的受电弓(pantograph)结构。[第一实施方式的透镜模块的驱动操作]接下来，说明透镜模块1-1的驱动操作。首先，如图I和图2A所示，当未对位移元件11施加电压时，位移元件11不弯曲而呈平板状。此时，由透镜保持部件5、固定部件7、驱动支撑部件13和支撑部件15构成的每个平行连杆机构的内角Θ保持在θ=90°，并且由透镜保持部件5保持的透镜体3被保持在初始位置。另一方面，如图2Β所示，当对位移元件11施加电压，使得所述位移元件11以远离台座9的方向弯曲时，固定于位移元件11的自由端Ila的驱动支撑部件13以位移元件11为枢轴而以远离台座9的方向转动。因此，固定于驱动支撑部件13的透镜保持部件5被以远离台座9的方向提起。在由透镜保持部件5、固定部件7、驱动支撑部件13和支撑部件15构成的每个平行连杆机构中，透镜保持部件5和驱动支撑部件13间的内角Θ由Θ变为(90-α)。。内角的变化使透镜保持部件5沿光轴ζ移动而同时透镜保持部件5保持平行于固定部件7，从而，使得由透镜保持部件5所保持的透镜体3在与光轴ζ无倾角(即相对于光轴ζ无倾斜)的情况下而相对于固定部件7移动。在图2Β所示的例子中，透镜体3在与光轴ζ无倾角的情况下移动而同时被以远离台座9的方向提起。在此状态下，当停止对位移元件11施加电压时，位移元件11由弯曲状态返回至平板状态。此时，如图2Α所不，由透镜保持部件5、固定部件7、驱动支撑部件13和支撑部件15构成的每个平行连杆机构的内角Θ返回至90°，因此，透镜体3返回至初始位置。在上述驱动操作中，透镜体3沿光轴ζ的移动量取决于位移元件11的弯曲量，即由施加给位移元件11的电压大小来控制。而且，如结合位移元件11的构造所描述的情况，位移元件11的弯曲方向由施加给构成位移元件11的电极的电压状态来控制。例如，为了 向台座9移动透镜体3，施加给构成位移元件11的电极的电压状态可相对于上述驱动操作中的电压施加状态而反转。为增加移动透镜体3的推力，可增大位移元件11沿垂直于光轴ζ的方向的宽度。如上所述地增加由位移元件11产生的推力还增大了透镜体3的移动量和透镜体3的移动速度。或者，为增加透镜体3的移动量，可增大位移元件11从固定部件7凸出的部分的长度。或者，为增加透镜体3的移动速度，可减小位移元件11从固定部件7凸出的部分的长度。[第一实施方式的透镜模块所产生的有益效果]在上述第一实施方式的透镜模块1-1中，固定于固定部件7的位移元件11的自由端Ila的位移使得驱动支撑部件13绕枢轴转动，驱动支撑部件13的一侧的端部固定于自由端11a。因此，固定于驱动支撑部件13的另一侧端部的透镜保持部件5发生移位而同时透镜保持部件5保持平行于固定部件7，从而，由透镜保持部件5保持的透镜体3沿光轴ζ移动。在不采用各位移元件11沿透镜体3的光轴ζ堆叠或者透镜体3保持在位移元件11的端部的构造的情况下，上述构造的透镜模块1-1可实现透镜体3在与光轴ζ无倾斜的情况下沿光轴ζ移动。固定为在相应的位移元件11和透镜保持部件5之间延伸的每个驱动支撑部件13可由诸如线材等非常细的针构成。因此，相比于具有位移元件11沿透镜体3的光轴Z堆叠或者透镜体3保持在位移元件11的端部的构造的透镜模块，所述透镜模块可更薄更小巧。而且，根据上述构造，可减小透镜模块1-1的外径和透镜体3的直径之间的差，从而，在透镜Ln的口径或透镜Ln的直径可增大的情况下，透镜模块1_1的外径可减小。因为各位移元件11仅需要具备使它们的自由端Ila移位的功能，故每个位移元件11可以为简单形状，例如为矩形或不规则四边形。因此，例如由聚合物致动元件构成的每个位移元件11在平面图中可以为简化的形状，这可使得每片情况下的EAP片(即聚合物致动元件)的产量(产品数量)相比于例如各聚合物致动元件沿透镜体的光轴堆叠的情况而大幅增加，从而使成本下降。以上，参照这样的构造说明了第一实施方式，其中，在透镜体3的相对侧，驱动支撑部件13固定于透镜保持部件5和位移元件11之间，并且还在透镜体3的相对侧，支撑部件15以与驱动支撑部件13所固定的高度不同的高度而固定于透镜保持部件5和固定部件7之间。或者，第一实施方式的透镜模块1-1可构造为使得四个位移元件11以两个不同的高度而布置在透镜体3的相对侧，并且驱动支撑部件13固定于透镜保持部件5和四个位移元件11之间。上述构造使位移元件11产生的驱动力加倍。而且，由于具有相同构造的四组部件将透镜保持部件5连接至与透镜保持部件5面对的固定部件7，故透镜保持部件5可靠地与固定部件7保持平行，这样，当透镜体3沿光轴ζ移动时，可以可靠地防止光轴ζ倾斜。 2.第二实施方式 >> (包括成形的位移元件的透镜模块)图6A和图6B为从透镜体3所处的一侧看到的用于说明第二实施方式的透镜模块的构造的平面图。下面，参照图6A和图6B，说明第二实施方式的透镜模块的构造及其驱动操作。与第一实施方式中所述的透镜模块的部件相同的部件具有相同的附图标记，并且省略了重复说明。
[第二实施方式的透镜模块的构造]图6A和图6B所示的第二实施方式的透镜模块1_2与第一实施方式的透镜模块的不同之处仅在于每个位移元件IP在平面图中的形状，而透镜模块1-2的其他部件与透镜模块1-1的其他部件相同。即，每个位移元件IP在平面图中根据透镜体3的形状而成形。换言之，布置在透镜体3的相对侧且固定于固定部件7的每个位移元件11'具有面向透镜体3且沿透镜体3被截头的部分。每个位移元件11'的沿透镜体3被截头的部分不必为图6A和图6B所示的直线形状，而可以为弧形或阶梯状。而且，每个位移元件1Γ的形状可以设计为使其宽度在面向固定部件7的端部处最大且随着距固定部件7的距离而向自由端Ila'侧变窄。如图6B所示，重要的是，即使当对位移元件11'施加电压时，并且由此造成的位移元件11'的弯曲使透镜体3向固定部件7移动时，在每个位移元件11'和透镜体3之间仍产生间隙d。[第二实施方式的透镜模块的驱动操作]以与第一实施方式的透镜模块同样的方式来驱动如此构造的透镜模块1-2。[第二实施方式的透镜模块所产生的有益效果]在上述第二实施方式的透镜模块1-2中，每个位移元件I广在平面图中的形状被沿着透镜体3截头。截头位移元件11'可使得透镜体3和固定部件7间的距离小于第一实施方式的透镜模块的相应距离，从而可进一步减小透镜模块1-2的尺寸。由于还减小了每个位移元件11'的面积，故在每片情况下的EAP片(即聚合物致动元件)的产量(产品数量)还可大幅增加，从而使成本进一步下降。由位移元件11'的弯曲所产生且用于移动透镜体3的推力取决于每个位移元件ir被施加电压的部分的宽度、即固定部件7的用于保持每个位移元件Ii'的部分的宽度。因此，在第二实施方式中，每个位移元件IP在平面图中为朝向自由端Ila^的锥形，推力可足够大。 3.第三实施方式 >> (使用弹性线的透镜模块)图7为说明第三实施方式的透镜模块的构造的立体图。图8A和图SB为说明第三实施方式的透镜模块的构造及其驱动操作的侧面图。下面，参照图7、图8A和图SB，说明第三实施方式的透镜模块的构造及其驱动操作。与第一实施方式中所述的透镜模块的部件相同的部件具有相同的附图标记，并且省略了重复说明。[第三实施方式的透镜模块的构造]图7、图8A和图8B所示的透镜模块1_3与第一实施方式的透镜模块的不同之处仅在于，四个位移元件11沿光轴Z设置在两个不同的高度，并且将弹性线用作每个驱动支撑部件13'，而透镜模块1-3的其他部件与透镜模块1-1的其他部件相同。〈位移元件11>所述四个位移元件11的每一个均与第一实施方式中的任何位移元件相同。在透镜体3的侧壁的相对侧，沿光轴ζ处于某高度的两个位移元件11和处于另一高度的另两个位移元件11被固定于固定部件7。固定部件7例如由沿光轴ζ堆叠的三个固定部构成，并 且每个位移元件11的一端夹在各个相应的固定部之间。固定部件7的夹有位移元件11的部分还用作将电压施加给位移元件11的端子。四个位移元件11具有相同的构造，并以相同的方式固定于固定部件7。如第二实施方式所述，每个所述四个位移元件11在平面图中可根据透镜体3的形状而成形。〈驱动支撑部件13'>驱动支撑部件13'在透镜体3的相对侧布置为在透镜保持部件5和位移元件11之间延伸。每个驱动支撑部件13'由具有某种程度的刚性的柔性材料制成，并且由弹性线构成。弹性线产生将其由弯曲状态恢复为直线状态的回复力。每个驱动支撑部件13'的一端固定于相应的位移元件11的自由端11a，而另一端固定于透镜保持部件5。在此状态下，沿光轴ζ设置在同一高度的两个驱动支撑部件13'保持相互平行。各驱动支撑部件13'具有同一长度且产生同样大小的回复力，并且以同样的方式固定于各位移元件11。当在没有力作用于透镜体3的初始状态下，如图8A中的侧面图所示，驱动支撑部件13'保持直线状，并且透镜保持部件5和每个驱动支撑部件13'间的内角Θ保持在90°。当有力作用于透镜保持部件5和透镜体3时，驱动支撑部件13'试图返回至初始状态。驱动支撑部件13'固定于位移元件11的方式与第一实施方式中的驱动支撑部件固定于位移元件11的方式相同。另一方面，在驱动支撑部件13'固定于透镜保持部件5的部分处，设有允许驱动支撑部件13'仅在与光轴ζ平行的平面内发生弯曲的防扭曲部件33。每个防扭曲部件33例如为L形的弹性铰链。[第三实施方式的透镜模块的驱动操作]接下来，说明透镜模块1-3的驱动操作。首先，如图7和图8A所示，当不对位移元件11施加电压时，位移元件11不弯曲而保持平板状。各自均由弹性线构成的四个驱动支撑部件13'保持直线状，并且透镜体3保持在初始位置。另一方面，如图8B所示，当对位移元件11施加电压时，位移元件11以远离台座9的方向弯曲，固定于位移元件11的自由端Ila的驱动支撑部件13'以位移元件11为枢轴而以远离台座9的方向转动。因此，固定于驱动支撑部件13'的透镜保持部件5被以远离台座9的方向提起。在此过程中，由于相同的位移元件11和相同的驱动支撑部件13'将透镜保持部件5连接至固定部件7，故透镜体3在与光轴ζ无倾角的情况下被沿光轴ζ提起，而同时透镜保持部件5与固定部件7保持平行。具体来说，在各驱动支撑部件13'连接至透镜保持部件5的部分处设有防扭曲部件33，并且驱动支撑部件13'仅在与光轴ζ平行的平面内弯曲，从而透镜保持部件5可靠地与固定部件7保持平行，并且透镜体3在与光轴ζ无倾角的情况下、即相对于光轴ζ无倾斜地被沿光轴ζ提起。而且，在此状态下，当停止对位移元件11施加电压时，如图8A所示，位移元件11由弯曲状态返回至平板状态，从而驱动支撑部件13'返回至直线状态，并且在与光轴ζ无倾角的情况下使透镜体3回到台座9正上方的位置。在上述驱动操作中，透镜体3沿光轴ζ的移动量取决于位移元件11的弯曲量，即由对位移元件11施加的电压的大小所控制。而且，如结合位移元件11的构造所描述的情况，位移元件11的弯曲方向由施加给构成位移元件11的电极的电压状态所控制。例如，为向台座9移动透镜体3，施加给构成位移元件11的电极的电压状态可相对于在上述驱动操作中施加的电压状态反转。[第三实施方式的透镜模块所产生的有益效果] 在上述第三实施方式的透镜模块1-3中，固定于固定部件7的位移元件11的自由端Ila的位移还使得驱动支撑部件13'绕枢轴转动，驱动支撑部件13'在其一侧的端部固定于自由端11a。因此,可获得与第一实施方式和第二实施方式相同的有益效果。以上，参照在透镜体3的相对侧将四个位移元件11设置在两个不同的高度处的构造，说明了第三实施方式。或者，第三实施方式的透镜模块1-3还可以构造为，在透镜体3的相对侧将各驱动支撑部件13'固定于透镜保持部件5和位移元件11之间，并且如第一实施方式所述的那样，各支撑部件可布置为，在不同于各驱动支撑部件13'的高度，所述支撑部件还在透镜体3的相对侧在透镜保持部件5和固定部件7之间延伸，并且没有被插入的位移元件。在此情况下，所述支撑部件由与驱动支撑部件13'同样的材料制成。于是，可减少位移元件11的数量，从而使成本下降。而且，在第三实施方式中，每个驱动支撑部件13'由弹性线制成。或者，每个驱动支撑部件13'可由这样的柔性材料制成，该柔性材料具有某种程度的刚性并能够产生使其由弯曲状态恢复至直线状态的回复力。因此，弹性线可被沿透镜体3的光轴ζ方向薄的平板状驱动支撑部件13'替换。这种平板状驱动支撑部件13'仅在板厚度薄的方向、即在平行于光轴ζ的方向具有柔性。使用平板状驱动支撑部件13'消除了在驱动支撑部件13'与透镜保持部件5的连接部分设置防扭曲部件33的需要，从而可减少部件数。 4.第四实施方式 >>(包含具有立方体形状的透镜体的透镜模块)图9为说明第四实施方式的透镜模块的构造的立体图。第四实施方式的透镜模块1-4为第三实施方式的透镜模块的变型例，并且与第三实施方式中所述的透镜模块相同的部件具有相同的附图标记，且省略了重复说明。[第四实施方式的透镜模块的构造]图9所示的透镜模块1-4与第三实施方式的透镜模块的不同之处仅在于，透镜体3'为诸如所谓回流焊透镜(reflowable lens)的立方体形状的筒状透镜体，而第四实施方式的其他部件与第三实施方式的其他部件相同。这里采用的回流焊透镜为可耐受回流焊接工艺的高耐热透镜。在如此构造的透镜模块1-4中，四根线材5a构成了透镜保持部件5，并且四根线材5a中的两根保持住具有立方体形状的透镜体3'的侧壁的较宽区域。第四实施方式的透镜模块1-4中使用的四个位移元件11在平面图中不是必须为如图9所示的矩形，而是如第二实施方式中所述可根据透镜体3'的形状而成形。在此情况下，每个位移元件具有面向透镜体3'且根据透镜体3'的形状而被截头为阶梯状的部分。[第四实施方式的透镜模块的驱动操作]以与第三实施方式的透镜模块同样的方式来驱动如此构造的透镜模块1-4。[第四实施方式的透镜模块所产生的有益效果]上述第四实施方式的透镜模块1-4还可获得与第一实施方式和第三实施方式同样的有益效果。具体来说，在第四实施方式中，由于使用立方体形状的透镜体3'，可使得驱 动支撑部件13'沿透镜体3'的外形而布置，故可更有效地减小透镜模块1-4的外尺寸。第四实施方式的透镜模块1-4可与第一实施方式的透镜模块进行组合。例如，第一实施方式中所述的透镜模块中的透镜体可以为立方体形状。以与第一实施方式的透镜模块同样的方式来驱动如此构造的透镜模块。〈〈5.第五实施方式 >>(摄像装置)下面，将本发明的实施方式的摄像装置的构造作为第五实施方式而说明。图10为使用本发明的透镜模块之一的摄像装置61的构造图。图10所示的摄像装置61将本发明的上述实施方式的透镜模块(在本说明书中，将第一实施方式的透镜模块1-1用作代表性的透镜模块)之一用作自聚焦模块。摄像装置61不仅包括透镜模块1-1，如若必要，还包括固体摄像器件63、驱动电路65以及信号处理电路67。固体摄像器件63获取由构成透镜模块1-1的透镜体3所生成的图像信号。固体摄像器件63包括由电荷耦合器件(CCD)、CMOS (互补金属氧化物半导体)器件或任何其他合适的摄像器件形成的图像传感器。固体摄像器件63沿透镜模块1-1的光轴ζ而与透镜模块1-1对准。更具体地，固体摄像器件63与透镜模块1-1如此地对准，以使得透镜体3的光轴ζ与固体摄像器件63中的图像传感器的光接收面相交且垂直于该光接收面。例如，当固体摄像器件63布置在设有台座9的一侧时，固体摄像器件63布置为使得图像传感器的光接收面朝向贯穿台座9而设置的开口 9a。透镜模块1-1和固体摄像器件63固定于摄像装置的壳体(未图示)内。驱动电路65驱动固体摄像器件63，并且控制在图像传感器的光电转换过程中生成的信号电荷的累积和读出。驱动电路65可设置为固体摄像器件63的外部电路，或者可作为内部电路而并入固体摄像器件63中。信号处理电路67对通过驱动电路65读出的视频信号进行处理，并且将必要时经信号处理后的视频信号输出至存储器或任何其他存储介质和监视器。在如此构造的摄像装置61中，透镜模块1-1中的透镜体3将来自物体的图像光(入射光)聚焦在固体摄像器件63的光接收面上。在此过程中，驱动电路65通过驱动固体摄像器件63以在固定时段内将信号电荷累积于其中并从中读出信号电荷，从而生成视频信号。将本发明的一个实施方式的透镜模块1-1用作自聚焦模块而构造的摄像装置61薄且小巧。因此，即使在要求高质量图像且采用大孔径透镜的情况下，摄像装置61仍可薄且小巧。
6.第六实施方式 >> (电子系统)下面，将应用本发明的电子系统的构造例作为第六实施方式而说明。图IlA和图IlB为表示作为电子系统的例子的具备摄像功能的移动电话(移动电话100)的示意性构造的立体图。移动电话100具有经由铰链机构(未图示)而相互折叠连接的壳体IOlA和壳体IOlB0如图IlA所不,壳体IOlA的一个表面具有布置于该表面上的各种操作键102和布置于下端部的话筒103。用户以预设的方式操作每个操作键102以输入信息。例如，在通话时，通过话筒103输入用户的声音。如图IIA所示，壳体IOlB的一个表面具有例如由布置于其中的液晶面板形成的显示部104和布置于上端部的扬声器105。显示部104显示各种信息，例如无线电波接收状态、电池电源剩余量、他方电话号码、电话簿中登记的内容(电话号码、姓名及其他登记方的其 它信息)、去电历史记录以及来电历史记录。扬声器105输出例如通话时来自他方的声音及其它声响。如图IlB所不,壳体IOlA的另一表面具有布置于其中的玻璃盖板106和在对应于壳体IOlA内的玻璃盖板106的位置处布置的上述摄像装置61。在壳体IOlA内如此地固定摄像装置61，以便第一实施方式中所述的透镜模块1-1例如布置在物体侧(设有玻璃盖板106的一侧)且固体摄像器件63布置在图像侧(在壳体IOlA内比透镜模块1-1更深的位置)。移动电话100设有信号处理电路(67)，信号处理电路￠7)基于从摄像装置61的固体摄像器件63中读出的信号电荷以进行各种信号处理。经信号处理电路￠7)处理后的视频信号被存储在内置存储器或任何其它存储介质中，或者被输出至显示部104。移动电话100收纳有例如具有第一实施方式所述的透镜模块1-1的摄像装置61，如此构造的移动电话100可小型化。具体来说，可减小移动电话100沿透镜光轴的厚度。本发明还可配置如下。(I) 一种透镜模块，其包括透镜体；透镜保持部件，其通过保持沿所述透镜体的光轴延伸的该透镜体的侧壁以保持所述透镜体；固定部件，其布置在所述透镜体的与所述透镜保持部件相反的一侧；平板状位移元件，其布置在所述透镜体的所述侧壁的相对侧，每个所述位移元件的一端固定于所述固定部件，并且另一端为自由端且向所述透镜保持部件凸出，当对所述位移元件施加电压时，每个所述位移元件沿其表面弯曲，从而使所述自由端沿所述光轴移位；以及多个驱动支撑部件，它们布置在所述透镜体的所述侧壁的相对侧，每个所述驱动支撑部件的一端固定于相应的位移元件的所述自由端，且另一端枢轴式固定于所述透镜保持部件。(2)根据(I)所述的透镜模块，其中，每个所述位移元件为聚合物致动元件。
(3)根据⑴或⑵所述的透镜模块，其中，每个所述位移元件具有面向所述透镜体且在平面图中根据所述透镜体的形状而成形的部分。(4)根据(1Γ(3)之任一项所述的透镜模块，其中，与所述驱动支撑部件类似的支撑部件在所述透镜体的所述侧壁的相对侧设置为在所述透镜保持部件和所述固定部件之间延伸，每个所述支撑部件在与所述光轴平行的平面内作枢轴式移动。(5)根据(1Γ(4)之任一项所述的透镜模块，其中，每个驱动支撑部件由刚性连杆形成，并且在所述驱动支撑部件和所述透镜保持部件之间设有连接部件，该连接部件将每个·驱动支撑部件枢轴式连接至所述透镜保持部件。(6)根据(1Γ(4)之任一项所述的透镜模块，其中，每个驱动支撑部件由弹性线形成。(7) 一种摄像装置，其包括透镜体；透镜保持部件，其通过保持沿所述透镜体的光轴延伸的该透镜体的侧壁以保持所述透镜体；固定部件，其布置在所述透镜体的与所述透镜保持部件相反的一侧；平板状位移元件，其布置在所述透镜体的所述侧壁的相对侧，每个所述位移元件的一端固定于所述固定部件，并且另一端为自由端且向所述透镜保持部件凸出，当对所述位移元件施加电压时，每个所述位移元件沿其表面弯曲，从而使所述自由端沿所述光轴移位；以及多个驱动支撑部件，它们布置在所述透镜体的所述侧壁的相对侧，每个所述驱动支撑部件的一端固定于相应的位移元件的所述自由端，且另一端枢轴式固定于所述透镜保持部件；以及固体摄像器件，其布置在所述透镜体形成图像的位置。(8) 一种电子系统,其包括透镜体；透镜保持部件，其通过保持沿所述透镜体的光轴延伸的该透镜体的侧壁以保持所述透镜体；固定部件，其布置在所述透镜体的与所述透镜保持部件相反的一侧；平板状位移元件，其布置在所述透镜体的所述侧壁的相对侧，每个所述位移元件的一端固定于所述固定部件，并且另一端为自由端且向所述透镜保持部件凸出，当对所述位移元件施加电压时，每个所述位移元件沿其表面弯曲，从而使所述自由端沿所述光轴移位；以及多个驱动支撑部件，它们布置在所述透镜体的所述侧壁的相对侧，每个所述驱动支撑部件的一端固定于相应的位移元件的所述自由端，且另一端枢轴式固定于所述透镜保持部件；固体摄像器件，其布置在所述透镜体形成图像的位置；以及
信号处理电路，其处理来自所述固体摄像器件的输出信号。(9) 一种透镜模块的驱动方法，所述方法包括对有一端固定于固定部件的平板状位移元件施加电压，以使得所述位移元件沿其表面弯曲并且使所述位移元件的自由端移位；使所述位移元件的弯曲导致有一端固定于所述位移元件的所述自由端的驱动支撑部件以所述位移元件弯曲的方向作枢轴转动；使所述驱动支撑部件的枢轴转动导致固定于所述驱动支撑部件的另一端并且平行地面对所述固定部件的透镜保持部件，以所述透镜保持部件保持平行于所述固定部件的方式发生移位；并且使所述透镜保持部件的移位导致由所述透镜保持部件所保持的透镜体沿着在所述位移兀件弯曲的方向上延伸的光轴发生移动。 本领域的技术人员应当明白，在不脱离所附权利要求及其等同物的范围内，取决于设计需要和其它因素可出现各种变化、组合、子组合和替代。
权利要求
1.一种透镜模块，其包括 透镜体； 透镜保持部件，其通过保持沿所述透镜体的光轴延伸的该透镜体的侧壁以保持所述透镜体； 固定部件，其布置在所述透镜体的与所述透镜保持部件相反的一侧； 平板状位移元件，其布置在所述透镜体的所述侧壁的相对侧，每个所述位移元件的一端固定于所述固定部件，并且另一端为自由端且向所述透镜保持部件凸出，当对所述位移元件施加电压时，每个所述位移元件沿其表面弯曲，从而使所述自由端沿所述光轴移位；以及 多个驱动支撑部件，它们布置在所述透镜体的所述侧壁的相对侧，每个所述驱动支撑部件的一端固定于相应的位移元件的所述自由端，且另一端枢轴式固定于所述透镜保持部件。
2.如权利要求I所述的透镜模块，其中，每个所述位移元件为聚合物致动元件。
3.如权利要求I或2所述的透镜模块，其中，每个所述位移元件具有面向所述透镜体且在平面图中根据所述透镜体的形状而成形的部分。
4.如权利要求I或2所述的透镜模块，其中，与所述驱动支撑部件类似的支撑部件在所述透镜体的所述侧壁的相对侧设置为在所述透镜保持部件和所述固定部件之间延伸，每个所述支撑部件在与所述光轴平行的平面内作枢轴式移动。
5.如权利要求I或2所述的透镜模块， 其中，每个所述驱动支撑部件由刚性连杆形成，并且 在所述驱动支撑部件和所述透镜保持部件之间设有连接部件，该连接部件将每个所述驱动支撑部件枢轴式连接至所述透镜保持部件。
6.如权利要求I或2所述的透镜模块，其中，每个所述驱动支撑部件由弹性线形成。
7.一种摄像装置，其包括 如权利要求I 6之一所述的透镜模块；以及 固体摄像器件，其布置在所述透镜体形成图像的位置。
8.—种电子系统,其包括 如权利要求I 6之一所述的透镜模块； 固体摄像器件，其布置在所述透镜体形成图像的位置；以及 信号处理电路，其处理来自所述固体摄像器件的输出信号。
9.一种透镜模块的驱动方法，所述方法包括 对有一端固定于固定部件的平板状位移元件施加电压，以使得所述位移元件沿其表面弯曲并且使所述位移元件的自由端移位； 使所述位移元件的弯曲导致有一端固定于所述位移元件的所述自由端的驱动支撑部件以所述位移元件弯曲的方向作枢轴转动； 使所述驱动支撑部件的枢轴转动导致固定于所述驱动支撑部件的另一端并且平行地面对所述固定部件的透镜保持部件，以所述透镜保持部件保持平行于所述固定部件的方式发生移位；并且 使所述透镜保持部件的移位导致由所述透镜保持部件所保持的透镜体沿着在所述位移元 件弯曲的方向上延伸的光轴发生移动。
全文摘要
一种透镜模块及采用该透镜模块的摄像装置、电子系统以及透镜模块的驱动方法，该透镜模块包括透镜体；透镜保持部件，其通过沿光轴保持透镜体的侧壁以保持透镜体；固定部件，其布置在透镜体的与透镜保持部件相反的一侧；平板状位移元件，其布置在透镜体的侧壁的相对侧，每个位移元件的一端固定于固定部件，并且另一端为自由端且向所述透镜保持部件凸出，当对位移元件施加电压时，每个位移元件沿其表面弯曲，从而使自由端沿光轴移位；以及驱动支撑部件，其布置在透镜体的侧壁的相对侧，每个驱动支撑部件的一端固定于相应的位移元件的自由端，且另一端枢轴式固定于透镜保持部件。本发明可使透镜模块以及采用透镜模块的摄像装置和电子系统薄且小巧。
文档编号G02B7/04GK102778737SQ20121013560
公开日2012年11月14日 申请日期2012年5月3日 优先权日2011年5月11日
发明者东堤良仁, 村本准一, 清水秀二, 蒲谷美辉, 藤永阳一郎 申请人:索尼公司