CN1955775A - 透镜装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种既能防止驱动器的驱动轴受到损伤，又能以高精度移动被驱动部件的透镜装置。透镜装置(10)具备：包括变焦透镜(组)(14)和透镜框架(18)的被驱动部件、沿光轴(P)方向引导该被驱动部件的导向轴(22、24)、与被驱动部件摩擦配合的驱动轴(44)、和固定了驱动轴(44)的压电元件(42)。
Description
技术领域
本发明涉及一种透镜装置，特别是涉及一种装配在数码照相机或移动电话等小型精密机器上的透镜装置。
背景技术
作为数码照相机等的透镜部的驱动装置，有使用压电元件的驱动器。例如，专利文献1中公开的驱动装置，是在压电元件的一侧固定驱动轴，而压电元件的另一侧，则固定在装置主体上。在驱动轴上可自由滑动地支撑镜筒，而镜筒则利用板簧的推顶力摩擦配合在驱动轴上。当向压电元件施加略呈锯齿状波形的驱动脉冲时，压电元件向延伸方向和收缩方向以不同的速度变形。例如，当压电元件缓慢地变形时，镜筒与驱动轴一起移动。相反，当压电元件快速变形时，镜筒就由于其质量的惯性，停在相同同一位置。因此，通过向压电元件反复施加略呈锯齿状波形的驱动脉冲，能使镜筒以细小的间距间歇性地移动。
专利文献1中公开的驱动装置，由于驱动轴直接嵌合在镜筒，所以不拆卸整个装置，就无法更换部件。那么，在专利文献2中公开的驱动器，是在驱动轴上摩擦配合滑块，并在该滑块上固定镜筒。因此，既能分离镜筒和驱动器，而且能简易地更换部件。
[专利文献1]日本专利第2633066号
[专利文献2]日本专利第3170999号
但是，专利文献1和2中公开的驱动装置，都是镜筒的所有负荷施加在驱动器的驱动轴上的结构。例如，专利文献2中公开的驱动装置，是只有驱动轴支撑着镜筒的荷重。另外，专利文献1中公开的驱动装置，虽然将镜筒配合在导杆上进行止转，但镜筒的负荷由驱动轴支撑。而且，专利文献1和2中公开的驱动装置，当受到坠落等引起的冲击时，向驱动轴施加很大的负荷，会使驱动轴损坏或者变形。要解决此问题，就必须加粗驱动轴，提高刚性。但是，如果加粗驱动轴，就存在由压电元件的反应变得迟钝，并且不能高精度移动镜筒的同时装置的尺寸变大的问题。
发明内容
本发明是鉴于这种情况而作的，其目的在于提供一种既能防止驱动器的驱动轴受到损伤，又能高精度地移动被驱动部件的透镜装置。
技术方案1所述的发明为了达成上述目的，其特征在于，具有，包括光学系统和保持该光学系统的透镜框架的被驱动部件、沿光轴方向引导该被驱动部件的多个导件、与上述被驱动部件摩擦配合的驱动摩擦部件、以及与该驱动摩擦部件连接的电力机械转换元件(压电元件)。
根据本发明，由于设置与驱动摩擦部件不同的多个导件，沿光轴方向引导被驱动部件，所以被驱动部件的全部荷重不会施加在驱动摩擦部件上。因此，当受到坠落等冲击时，能防止驱动摩擦部件受到很大的负荷而损坏的情况。
技术方案2所述的发明，如技术方案1所述的发明，其特征在于，上述被驱动部件，包括与上述驱动摩擦部件摩擦配合的连接部件，而且该连接部件通过弹性物体与上述透镜框架连接。
根据技术方案2所述的发明，由于在上述驱动摩擦部件上摩擦配合的连接部件与透镜框架独立地构成，而且，连接部件和透镜框架是通过弹性物体的推顶力而连接。所以，当受到坠落等冲击时，通过弹性物体能吸收冲击。因此，能防止透镜框架的荷重施加在驱动摩擦部件上，并能防止驱动摩擦部件受到损伤，同时还能防止因姿势差而导致的偏位和倾斜。
技术方案3所述的发明，如技术方案1或者2所述的发明，其特征在于，安装有多个上述被驱动部件，并且用共用的导件引导该多个被驱动部件。因此，根据技术方案3所述的发明，就能实现透镜装置的小型化。
根据本发明，由于设置多个导件，沿光轴方向引导被驱动部件，所以能防止被驱动部件的荷重施加在驱动摩擦部件上，并且当受到坠落等冲击时，能防止驱动摩擦部件受到损伤。而且，还能防止因姿势差而导致的偏位和倾斜。
附图说明
图1是表示适用本发明的驱动器的透镜装置的立体图。
图2是表示图1的透镜装置的内部结构的立体图。
图3是表示与图2不同的方向观察透镜装置的立体图。
图4表示第1实施方式的驱动器的结构的示意图。
图5是表示驱动轴与连接件的连接部分的截面图。
图6是表示连接件与透镜框架的配合部分的立体图。
图7是表示连接件与透镜框架的配合部分的截面图。
图8是表示向压电元件施加电压的驱动脉冲的例的示意图。
具体实施方式
下面，参照附图，详细说明本发明的透镜装置的最佳实施方式。
图1是表示本发明的透镜装置10的立体图，而图2、图3是表示其内部结构的立体图。
如图1所示的透镜装置10，具有略呈矩形状的主体12，在该主体12的内部，有图2、图3所示的变焦透镜(组)14和16。该变焦透镜(组)14和16，一方为变焦透镜，而另一方为校正透镜。另外，也可以将变焦透镜(组)14和16中的一方用作聚焦透镜。
变焦透镜(组)14和16，分别被保持框架18和20保持。该保持框架18和20，被两根导向轴22和24沿光轴P方向可自由滑动地支撑。两根导向轴22和24设置在主体12内与光轴P平行的对角位置上，并固定在主体12上。
保持框架18，具有，包括插拔导向轴22的贯通孔26A的导向部26、以及包括配合导向轴24的U状槽28A的配合部28。因此，保持框架18，是将导向轴22作为主要导向装置沿光轴P方向引导，而且将导向轴24作为辅助导向装置对光轴P方向止转。据此，保持框架18被两根导向轴22和24导向，并且沿光轴P方向可自由滑动地支撑变焦透镜(组)14。
同样，变焦透镜16的保持框架20，具有，包括插拔导向轴24的贯通孔(无图示)的导向部30、以及包括配合导向轴22的U状槽32A的配合部32。因此，保持框架20，是将导向轴24作为主要导向装置沿光轴P方向引导，而且将导向轴22作为辅助导向装置对光轴P方向止转。据此，保持框架20被两根导向轴22和24导向，并且沿光轴P方向可自由滑动地支撑变焦透镜(组)16。
变焦透镜(组)14和16，分别被驱动器34和36沿光轴P方向驱动。驱动器34和驱动器36，安装在主体12的相反侧面上。具体而言，在图1的主体12上面，安装变焦透镜(组)14用驱动器34，而在主体12的下面，安装变焦透镜(组)16用驱动器36。
而且，图1～图3中的符号72、74，是检测保持框架18和保持框架20位置的位置检测装置。位置检测装置72，是反射式光反射器，设置在与保持框架18(或者保持框架20)成一体的板状反射部78的相对面，并且嵌入在主体12(参照图1)的开口部12A上而固定。在反射部78上，沿驱动方向以一定间隔设置有多个反射体(无图示)。因此，根据从位置检测装置72向反射部78投光，再接收其反射光，检测光量的变化，以此能检测出反射部78(即，保持框架18和20)的移动量。另外，位置检测装置74，具有投光部74A和受光部74B，并且在该投光部74A和受光部74B之间，可插入或拔出与保持框架18(或者保持框架20)成一体的板状遮光部76。因此，遮光部76插入在投光部74A和受光部74B之间，受光部74B的光量变化，根据该光量变化，能检测出遮光部76(即，保持框架18和20)已移动到规定的位置。如此，根据用位置检测装置74检测保持框架18和20的标准位置，用位置检测装置72检测保持框架18和20的移动量，能正确地求出保持框架18和20的位置。驱动器34和36，是根据位置检测装置72和74的测定值而进行驱动控制。
下面，对于驱动器34的结构进行说明。但是，驱动器36的结构与驱动器34的结构相同，因此省略驱动器36的结构说明。
图4是表示驱动器34结构的立体图。如图4所示，驱动器34，主要是由固定框架40、压电元件(相当于电力机械转换元件)42、驱动轴44构成。固定框架40，是固定在图1的透镜装置10的主体12上。
压电元件42，在透镜装置10的光轴P方向(以下称为驱动方向)上层叠而构成，并构成为通过施加电压向驱动方向变形(伸缩)。因此，压电元件42通过施加电压，使长方向的端面42A和42B向驱动方向变位。
压电元件42的端面42A和42B中，在一侧的端面42B上，粘接由软性材料而成的锤部件58而固定。该锤部件58，通过向端面42B施加负荷，防止端面42B比端面42A变位更大的情况。因此，作为锤部件58，最好是其重量比驱动轴44重。而且，锤部件58，使用比压电元件42和驱动轴44的杨氏模量小的软性材料，例如，由300MPa以下的材料构成。例如，锤部件58，由聚氨酯橡胶或者聚氨酯树脂等构成，而且，在此橡胶和树脂中混入用于提高比重的钨等金属粉末而制成。为了小型化，锤部件58的比重越高越好，例如设定在8～12左右。
锤部件58，压电元件42的相反侧面，粘接在安装托架48上。安装托架48，是经折弯薄金属板而呈“コ”字形，在其两端的弯曲部分上形成开口部48B。经在固定框架40的突起部40B上嵌合此开口部48B，而在固定框架40上安装安装托架48。据此，压电元件42，通过锤部件58、安装托架48而支撑在固定框架40。
另一方面，压电元件42的端面42A上固着有驱动轴44的基端。驱动轴44，呈圆柱状，而且设置为其中心轴朝向驱动方向。而且，该驱动轴44，插入在固定框架40上形成的两个孔40A和40A上而被导向，并沿中心轴方向可自由滑动地受到支撑。驱动轴44的材料，是牢固地复合石墨结晶的石墨结晶复合体，例如，选用碳石墨。
在驱动轴44上，配合有连接件(相当于连接部件)46。该连接件46，如后面所述，配合在保持框架18上。由此连接件46、保持框架18、以及变焦透镜(组)14构成被驱动部件。
连接件46，略呈长方体，在其四个角部上方设置突出的突出部46A、46A…。驱动轴44，设置为贯穿突出部46A、46A…之间，而配合在连接件46上。
图5是表示连接件46与驱动轴44的配合部分的截面图。如该图所示，在连接件46与驱动轴44的配合部分上安装第1滑动部件52和第2滑动部件54。第1滑动部件52，安装在驱动轴44的上侧，而第2滑动部件54，则安装在驱动轴44的下侧。该第1滑动部件52和第2滑动部件54，是为稳定地获得连接件46和驱动轴44的摩擦力而安装的部件。例如，由不锈钢构成。
第2滑动部件54，呈“V”字形，固定在连接件46上。而第1滑动部件52，则呈倒V字形，安装在连接件46的四个突出部46A、46A…所围成的区域内。而且，第1滑动部件52的各角落部是对应连接件46的突出部46A、46A…而开槽的。这样，在突出部46A、46A…所围成的范围内安装第1滑动部件52时，第1滑动部件52不会从连接件46脱落。
在连接件46上安装压紧弹簧56。该压紧弹簧56，是经折弯金属板而构成，通过将爪56A卡在连接件46的下部，而固定在连接件46上。而且，压紧弹簧56，构成为具有设置在第1滑动部件52上侧的按压部56B，并用该按压部56B向下推顶第1滑动部件52。据此，驱动轴44，处于被第1滑动部件52和第2滑动部件54夹压的状态。而且，连接件46，通过第1滑动部件52和第2滑动部件54摩擦配合在驱动轴44上。而且，连接件46和驱动轴44的摩擦力，设定为向压电元件42施加电压变化缓慢的驱动脉冲时，摩擦力比其驱动力大，而且向压电元件42施加电压变化急剧的驱动脉冲时，摩擦力比其驱动力小。此时，摩擦力(滑动阻力)优选是10gf以上30gf以下，若是15gf以上25gf以下则更优选。
连接件46配合在上述保持框架18上。即，如图6及图7所示，在连接件46的下面，朝下方突出形成导向部80。该导向部80的侧面形成标准面80A，而标准面80A的相反侧的侧面突出形成圆柱状的弹簧保持部82。该弹簧保持部82的外侧，套入螺旋状的弹簧84。
另一方面，在保持框架18中，形成向上下方向(即，与光轴P垂直相交的方向)开口的中空部86，在此中空部86的端部，形成有标准面86A。连接件46，以弹簧保持部82保持弹簧84的状态下，插入于保持框架18的中空部86内。这样，导向部80，被弹簧84推顶，使导向部80的标准面80A持续处于接触在保持框架18的标准面86A上的状态。因此，连接件46以定位在保持框架18的状态配合，所以能整体移动由连接件46、保持框架18、变焦透镜(组)14构成的被驱动部件。
在上述压电元件42中，施加图8(A)和图8(B)所示的驱动脉冲的电压。图8(A)，表示向左方向移动图4的连接件46时的驱动脉冲。而图8(B)，则表示向右方向移动图4的连接件46时的驱动脉冲。
对于图8(A)情况，向压电元件42施加经时刻α1至时刻α2之间缓慢地上升，而在时刻α3急剧下降的、略呈锯齿状驱动脉冲。因此，在时刻α1至时刻α2之间，压电元件42缓慢地伸长。此时，因为驱动轴44以缓慢的速度移动，所以连接件46与驱动轴44同时移动。据此，能使图4的连接件46向左方向移动。在时刻α3，由于压电元件42急剧收缩，所以驱动轴44向右方向移动。此时，由于驱动轴44急剧移动，所以连接件46因惯性停留在原位，只有驱动轴44移动。因此，通过反复施加图8(A)所示的锯齿状驱动脉冲，图4的连接件46，反复着向左方向的移动和停止，以此能向左方向移动。
对于图8(B)情况，向压电元件42施加经时刻β1至时刻β2之间缓慢地下降，而在时刻β3急剧上升的、略呈锯齿状的驱动脉冲。因此，在时刻β1至时刻β2之间，压电元件42缓慢的收缩。此时，因为驱动轴44缓慢地变位，所以连接件46与驱动轴44一同移动。据此，能使图4的连接件46向右方向移动。在时刻β3，由于压电元件42急剧伸长，所以驱动轴44向左方向移动。此时，由于驱动轴44急剧移动，所以连接件46因惯性停留在原位，只有驱动轴44移动。因此，通过反复施加图8(B)所示的锯齿状驱动脉冲，图4的连接件46，反复着向右方向的移动和停止，以此能向右方向移动。
下面，说明如上述构成的透镜装置10的作用。如上所述，变焦透镜(组)14的保持框架18，被两根导向轴22和24沿光轴P方向可自由滑动地支撑。即，保持框架18，被作为主要导向装置的导向轴22可自由滑动地支撑，同时被作为辅助导向装置的导向轴24止转。同样，变焦透镜(组)16的保持框架20，被作为主要导向装置的导向轴24可自由滑动地支撑，同时被作为辅助导向装置的导向轴22止转。
这种保持框架18和20，被两根导向轴22和24可自由滑动地支撑。因此，无需用驱动器34和36的导向轴44和44支撑保持框架18和20的荷重，所以导向轴44所承受的负荷变小。因此，当掉落透镜装置10而受到冲击时，没有损伤导向轴44的危险，并且能避免发生驱动器34和36的动作不良。
特别是，根据本实施方式，被驱动部件，分为保持框架18和连接件46，而此保持框架18和连接件46由弹簧84的推顶力而配合。因此，当受到坠落等的冲击时，保持框架18和连接件46的配合状态克服推顶力而被解除，因此，能使受到的冲击不会直接传递到驱动轴44上，并更有效地防止驱动轴44受到损伤。
而且，根据本实施方式，由于被驱动部件被导向轴22和24支撑，而且驱动轴44无需支撑被驱动部件的荷重，因此，能够将驱动轴44细径化，使装置更轻。因而，能提高向压电元件42施加电压时的驱动轴44的灵敏性，并能以高精度移动被驱动部件。
进而，在本实施方式中，将导向轴22作为主要导向装置支撑保持框架18，同时将导向轴24作为辅助导向装置配合保持框架18。而且，将导向轴24作为主要导向装置支撑保持框架20，同时将导向轴22作为辅助导向装置配合保持框架20。因此，在本实施方式中，利用两根导向轴22和24均等地支撑保持框架18和20，而且能实现透镜装置的小型化。
另外，作为本发明的驱动器用途，可适用于诸如数码照相机、移动电话等小型精密机器。特别是，对于移动电话，虽然需要用3V以下的低电压驱动，但是，使用本发明的驱动器，就能以40～70kHz左右的高频驱动，而且能以2mm/s以上的高速度移动保持框架20。因此，即使是需要移动10mm左右的变焦透镜，也能迅速移动。而且，作为本发明的驱动器用途，并不限于用来移动聚焦透镜、变焦透镜等移动透镜，还可以用于移动CCD等的用途上。
另外，本发明的锤部件58的材料，并不限于上面所述的软性材料，也可以使用硬性材料，但是使用软性材料具有如下理想之处。即，若是使用由软性材料制成的锤部件58，就由压电元件42、驱动摩擦部件44、以及锤部件58构成的系统的共振频率变低。通过共振频率变低，减少由压电元件42、驱动轴44、以及锤部件58的结构不同所带来的影响，并且能够获得稳定的驱动力。而且，通过共振频率f0变低，则在成为f≥21/2·f0的隔振范围内更容易地设定驱动频率f，并能减少共振影响而且获得稳定的驱动力。据此，由于压电元件42的伸缩产生的驱动力，可靠地传递到被驱动部件，所以能向压电元件42的伸缩方向正确地移动被驱动部件。而且，由于共振频率f0变小，减少共振所带来的影响，因此能够随意地选择驱动器的支撑位置和支撑方法。例如，能用压电元件42的端面42A或者侧面、驱动轴44的侧面或者端面支撑驱动器。
Claims (3)
1.一种透镜装置，其特征在于，
具有：
包括光学系统和保持该光学系统的透镜框架的被驱动部件；
沿光轴方向引导该被驱动部件的多个导件；
与上述被驱动部件摩擦配合的驱动摩擦部件；
与该驱动摩擦部件连接的电力机械转换元件。
2.根据权利要求1所述的透镜装置，其特征在于，
上述被驱动部件包括与上述驱动摩擦部件摩擦配合的连接部件，而且该连接部件通过弹性物体与上述透镜框架连接。
3.根据权利要求1或2所述的透镜装置，其特征在于，
安装有多个上述被驱动部件，并且用共用的导件引导该多个被驱动部件。
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