JP2000019375A - 駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数の被駆動体のそれぞれに対して駆動素子
と駆動軸を備え、各被駆動体を同一直線上で移動させる
駆動装置の駆動軸の短縮化を図る。 【解決手段】 ２本の駆動軸をそれぞれ他方の被駆動体
の駆動範囲に入らないように軸方向にずらして配置し、
各駆動軸の相互に遠い側の端部に駆動素子を配置する。
駆動素子として圧電アクチュエータを用い、ズームレン
ズの可動レンズを駆動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数の被駆動体を
同一直線上で駆動する駆動装置に関し、より詳しくは、
被駆動体ごとに駆動素子と駆動軸を備えて被駆動体を個
別に駆動する駆動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】複数の被駆動体を所定の位置関係に保ち
ながら同一直線上で駆動する場合、被駆動体を駆動方向
に案内するとともに被駆動体間の相対位置を規制するガ
イド機構を備えて、単一の駆動素子によって全ての被駆
動体を駆動することが行われてきた。例えば、ズームレ
ンズでは、ガイド機構としてピッチの異なるヘリコイド
をレンズ鏡筒に設けて、モータの回転量の駆動量への変
換を可動レンズごとに個別に行うことで複数の可動レン
ズを所定の位置関係に保ち、これにより焦点位置の移動
を防止しつつ焦点距離を変化させるようにしている。

【０００３】近年では、複数の被駆動体のそれぞれに対
して駆動素子と駆動軸を備え、被駆動体を個別に駆動す
るとともに駆動素子の出力を個別に調節することによ
り、被駆動体を所定の位置関係に保つことが行われるよ
うになってきた。この方式の駆動装置は、駆動素子の数
が増すものの、高い精度が要求される複雑なガイド機構
が不要になるため構成が簡素になり、特に、軽量な被駆
動体を少量だけ駆動するのに適している。

【０００４】被駆動体のそれぞれに駆動素子と駆動軸を
備えた駆動装置の例として、図１４にデジタルカメラの
撮影レンズの駆動装置を示す。この駆動装置５は、図９
に示した４つのレンズから成るズームレンズの第２のレ
ンズＬ２と第４のレンズＬ４を駆動するものである。第
１のレンズＬ１と第３のレンズＬ３は固定されており、
図１４には示していない。

【０００５】駆動装置５は、駆動素子としての２つの圧
電アクチュエータ５１、５２、２本の駆動軸５３、５
４、および１本のガイド軸５５より成る。圧電アクチュ
エータ５１、５２の後端面は不図示の基台に固定されて
おり、駆動軸５３、５４はそれぞれ圧電アクチュエータ
５１、５２の前端面に固定されている。圧電アクチュエ
ータ５１、５２は電圧を印加され、印加電圧に応じた量
だけ前端面と後端面を結ぶ方向に伸縮する。駆動軸５
３、５４は平行に配置されており、ガイド軸５５は駆動
軸５３、５４の中央下方にこれらと平行に配置されてい
る。

【０００６】レンズＬ２、Ｌ４はそれぞれレンズ枠５
６、５７に保持されている。レンズ枠５６、５７の斜め
上部には駆動軸５３、５４を通す貫通孔を有する突部５
６ａ、５７ａが設けられており、下部にはガイド軸５５
を通す溝を有する突部５６ｂ、５７ｂが設けられてい
る。レンズ枠５６の突部５６ａの側面には駆動軸５３を
露出させる開口が形成されており、また、開口から露出
した駆動軸５３を適度な力で押圧する板ばね５６ｃが設
けられている。板ばね５６ｃの押圧力により突部５６ａ
の貫通孔の内面は駆動軸５３に摺接する。図１４には現
れていないが、レンズ枠５７の突部５７ａも同様に構成
されており、突部５７ａの貫通孔の内面は駆動軸５４に
摺接する。レンズ枠５６、５７の突部５６ｂ、５７ｂの
溝の壁面はガイド軸５５に軽く摺接して、レンズＬ２、
Ｌ４の回転を防止する。

【０００７】圧電アクチュエータへの印加電圧の例を図
１３に示す。印加電圧が急激に変化すると圧電アクチュ
エータは急激に伸張または収縮し、印加電圧が徐々に変
化すると圧電アクチュエータは徐々に伸張または収縮す
る。圧電アクチュエータ５１、５２の伸縮に伴って駆動
軸５３、５４は変位する。駆動軸５３、５４に摺接して
いるに過ぎないレンズ枠５６、５７は、駆動軸５３、５
４の変位が低速であればその変位に追随し得るが、駆動
軸５３、５４の変位が高速であればその変位に追随し得
ず、元の位置に留まる。

【０００８】したがって、圧電アクチュエータ５１、５
２への印加電圧を、図１３（ａ）のように急激に上昇さ
せ緩やかに下降させることを繰り返すことにより、レン
ズＬ２、Ｌ４を一方向に駆動することができ、逆に、図
１３（ｂ）のように緩やかに上昇させ急激に下降させる
ことを繰り返すことにより、レンズＬ２、Ｌ４を逆方向
に駆動することができる。レンズＬ２、Ｌ４の駆動速度
は印加電圧の大きさおよび周期によって調節可能であ
る。

【０００９】圧電アクチュエータ５１および５２への印
加電圧を個別に制御してレンズＬ２およびＬ４の駆動を
個別に制御することにより、レンズＬ２、Ｌ４は所定の
位置関係に保たれる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところが、被駆動体の
それぞれに駆動素子と駆動軸を備えた従来の駆動装置で
は、駆動素子を並べて配置し駆動軸も並べて配置してい
るため、被駆動体の移動範囲は駆動軸の全長ではなく、
その一部の範囲に限られている。したがって、各駆動軸
は必要以上の長さを有し、その分空間を無駄に占めるこ
とになる。

【００１１】駆動素子として圧電アクチュエータを使用
するときは、剛性の高い駆動軸を使用するものの、駆動
軸の弾性変形を皆無にすることはできない。このため、
駆動軸が長くなると、圧電アクチュエータからの駆動力
が吸収されたり被駆動体への伝達遅れが生じたりして、
被駆動体を効率よく駆動することが困難になる。また、
エネルギーの損失も生じる。さらに、駆動軸が長くなる
ほど駆動軸の剛性を高める必要が生じて、駆動軸に用い
る材料が限定されるとともに、コストの上昇を招く。

【００１２】本発明は、上記の問題点に鑑みてなされた
もので、被駆動体のそれぞれに駆動素子と駆動軸を備え
る駆動装置の、駆動軸の短縮化を図ることを目的とす
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、駆動力を発生する第１および第２の駆
動素子、第１の駆動素子が発生する駆動力を第１の被駆
動体に伝達して第１の被駆動体を自己の軸方向に駆動す
る第１の駆動軸、ならびに第１の駆動軸と同じ方向に配
置され、第２の駆動素子が発生する駆動力を第２の被駆
動体に伝達して第２の被駆動体を自己の軸方向に駆動す
る第２の駆動軸を備え、第１および第２の被駆動体を同
一直線上でかつ重複しない範囲で駆動する駆動装置にお
いて、第１および第２の駆動軸をそれぞれ第２および第
１の被駆動体の駆動範囲に入らないように軸方向にずら
して配置し、第１および第２の駆動素子をそれぞれ第１
および第２の駆動軸の第２および第１の駆動軸から遠い
側の端部に配置するようにする。

【００１４】このように配置された第１および第２の駆
動軸は、互いに他方の側方に位置する部分がほとんどな
くなり、それぞれ第１および第２の被駆動体の駆動範囲
を含む最小限の長さとすることができる。

【００１５】第１および第２の駆動軸は同一直線上に配
置するのが好ましい。駆動軸が占める空間の幅が、唯１
本の駆動軸を備える場合と同じになる。

【００１６】具体的には、第１および第２の駆動素子と
して印加される電圧に応じて伸縮する圧電アクチュエー
タを用い、第１および第２の駆動軸をそれぞれ第１およ
び第２の駆動素子に連結され第１および第２の被駆動体
に摺接するロッドとして、第１および第２の駆動素子が
高速での伸張と低速での収縮または低速での伸張と高速
での収縮を繰り返して第１および第２の駆動軸を軸方向
に振動させることにより第１および第２の被駆動体を駆
動する駆動装置とすることができる。

【００１７】駆動軸であるロッドの長さを必要最小限に
とどめることで、駆動力である圧電アクチュエータの伸
縮の吸収や被駆動体への伝達の遅れが軽減され、ロッド
の材料に特に高剛性のものを用いなくても、効率よく被
駆動体を駆動することが可能になる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の駆動装置をカメラ
の撮影レンズの駆動に適用した実施形態について図面を
参照しながら説明する。第１の実施形態の駆動装置は、
図９に示した４つのレンズから成るズームレンズを駆動
するためのものである。第１、第３のレンズＬ１、Ｌ３
は固定されており、第２、第４のレンズＬ２、Ｌ４が可
動である。このズームレンズの焦点距離と各レンズの位
置関係を図１０に示す。レンズＬ２、Ｌ４の駆動範囲は
数ｍｍ程度である。

【００１９】第２、第４のレンズＬ２、Ｌ４を駆動する
本実施形態の駆動装置１の平面図および側面図を図１お
よび図２に示す。なお、これらの図には第１のレンズＬ
１は示していない。駆動装置１は、第１、第２の駆動素
子としての圧電アクチュエータ１１、１２、第１、第２
の駆動軸１６、１７、１本のガイド軸２０、２つの基台
２１、２２、および３つのフランジ２３、２４、２５を
備えている。圧電アクチュエータ１１および駆動軸１６
によって第２のレンズＬ２が駆動され、圧電アクチュエ
ータ１２および駆動軸１７によって第４のレンズＬ４が
駆動される。

【００２０】圧電アクチュエータ１１および１２はそれ
ぞれ後端面を基台２１および２２に固定されており、印
加電圧に応じた量だけ前後方向に伸縮する。駆動軸１６
および１７はそれぞれ圧電アクチュエータ１１および１
２の前端面に固定されており、圧電アクチュエータ１
１、１２の伸縮に伴って軸方向に変位する。圧電アクチ
ュエータ１１、１２および駆動軸１６、１７は、駆動軸
１６、１７が互いに平行でかつそれらの先端部のみが隣
り合うように逆向きに配置されている。基台２１、２２
は不図示のレンズ鏡筒に固定されている。ガイド軸２０
は駆動軸１６、１７の中央下方にこれらと平行に配置さ
れ、両端をレンズ鏡筒に固定されている。

【００２１】フランジ２３および２４はそれぞれ駆動軸
１６および１７の基端部を支持するものであり、フラン
ジ２５は第３のレンズＬ３を固定するとともに、駆動軸
１６、１７の先端部を支持するものである。フランジ２
３、２４、２５はレンズ鏡筒に固定されている。各フラ
ンジは、駆動軸１６、１７を通すための内周面が平滑な
貫通孔を有しており、駆動軸１６、１７を摺動自在に支
持する。駆動軸１６、１７の先端部はフランジ２５から
僅かに突出している。

【００２２】レンズＬ２、Ｌ３、Ｌ４はそれぞれレンズ
枠３１、３５、３２に保持されている。第２、第４のレ
ンズＬ２、Ｌ４のレンズ枠３１、３２は、斜め上部に突
部３１ａ、３２ａを、下部に突部３１ｂ、３２ｂを備え
ている。図１、２には示していないが、突部３１ａ、３
２ａには、図１４に示した突部５６ａと同様に、駆動軸
１６、１７を通すための貫通孔、貫通孔の側方から駆動
軸１６、１７を露出させるための開口、および開口から
露出した駆動軸１６、１７を適度な力で押圧する板ばね
が設けられている。板ばねの押圧力により突部３１ａお
よび３２ａの貫通孔の内面はそれぞれ駆動軸１６および
１７に摺接する。また、突部３１ｂ、３２ｂには、図１
４の突部５６ｂと同様に、ガイド軸２０を摺動自在に通
す溝が設けられており、これによってレンズＬ２、Ｌ４
の回転が防止される。

【００２３】駆動軸１６、１７は剛性の高いカーボン樹
脂で形成されており、外周面は平滑に加工されている。
駆動軸１６は、図１０に示した第２のレンズＬ２の駆動
範囲全体を含み、かつフランジ２３、２５によって支持
されるに足るだけの最小限の長さに設定されている。同
様に、駆動軸１７も、第４のレンズＬ４の駆動範囲全体
を含み、かつフランジ２４、２５によって支持されるに
足るだけの最小限の長さに設定されている。

【００２４】圧電アクチュエータ１１、１２には、前述
の図１３に示したような電圧が印加される。レンズＬ
２、Ｌ４は、印加電圧を同図（ａ）のように急激に上昇
させ緩やかに下降させることを繰り返すことにより一方
向に駆動され、同図（ｂ）のように緩やかに上昇させ急
激に下降させることを繰り返すことにより逆方向に駆動
される。圧電アクチュエータ１１、１２の印加電圧は個
別に制御され、第２、第４のレンズＬ２、Ｌ４は図１０
に示した位置関係に保たれる。これにより、撮影レンズ
の焦点位置の移動を防止しつつ焦点距離を変化させるこ
とができる。

【００２５】駆動軸１６、１７は先端部が隣り合うのみ
であり、一方の駆動軸の先端部を除く側方には他方の駆
動軸が存在しない。すなわち駆動軸１６、１７の延長上
には空間があり、この空間は他の部材の配置に利用する
ことができる。また、駆動軸１６、１７はいずれも駆動
対象であるレンズＬ２またはＬ４の駆動範囲を僅かに超
える長さであるから、圧電アクチュエータ１１、１２の
伸縮の吸収やレンズＬ２、Ｌ４への伝達の遅延は最小限
に抑えられる。したがって、レンズＬ２、Ｌ４を効率よ
く駆動することが可能であり、エネルギーの利用効率も
高い。

【００２６】なお、ここでは駆動効率をできるだけ高く
するために高剛性のカーボン樹脂を駆動軸１６、１７の
材料として用いているが、長さを短くしたことにより駆
動力の吸収や伝達遅延が大幅に低減されるため、多少剛
性の劣る材料で駆動軸１６、１７を形成しても、駆動効
率は従来の装置以上となる。このため、所望の駆動効率
を得るために駆動軸として用い得る材料の幅が広がり、
また、それにより装置のコストを低減することができ
る。例えば、ステンレス等の金属を駆動軸１６、１７の
材料として使用することが可能である。

【００２７】以下、本発明の駆動装置の他の実施形態に
ついて説明するが、既述の構成要素と同一または類似の
構成要素には同一の符号を付して、重複する説明は省略
する。

【００２８】第２の実施形態の駆動装置の平面図および
側面図を図３および図４に示す。この駆動装置２も図９
のズームレンズの第２、第４のレンズＬ２、Ｌ４を駆動
するものであり、第１、第２の駆動軸１６、１７を同一
直線上に配置した点で駆動装置１と異なる。駆動軸１
６、１７の先端部を支持するフランジ２６は、前述のフ
ランジ２５よりも厚く形成されており、単一の貫通孔を
駆動軸１６、１７の先端部の支持に共用している。駆動
軸１６の先端と駆動軸１７の先端は数百μｍ程度または
それ以上離間して配置されており、駆動軸１６、１７の
先端が当接することはない。

【００２９】このように駆動軸１６、１７を同一直線上
に配置すると、駆動軸が占める空間の幅は長い駆動軸を
唯１本備える場合と同じになり、第１の実施形態の駆動
装置１よりもさらに空間の利用効率が高くなる。レンズ
枠３１、３２の突部３１ａ、３２ａは上部中央に設けら
れており、レンズＬ２、Ｌ４の光軸、駆動軸１６、１７
およびガイド軸２０は同一平面上に位置する。

【００３０】第３の実施形態の駆動装置は図１１に示す
３つのレンズから成るズームレンズを駆動するためのも
のである。第１、第２、第３のレンズＬ１ａ、Ｌ２ａ、
Ｌ３ａはいずれも可動である。図１２に焦点距離と各レ
ンズの位置関係を示す。

【００３１】本実施形態の駆動装置３の平面図および側
面図を図５および図６に示す。この駆動装置３は、同一
直線上に配置された圧電アクチュエータ１１、１２と駆
動軸１６、１７のほかに、圧電アクチュエータ１３と駆
動軸１８を備える構成である。駆動軸１８は駆動軸１６
に並べて平行に配置され、圧電アクチュエータ１３は圧
電アクチュエータ１１と共に基台２１に固定されてい
る。圧電アクチュエータ１１と駆動軸１６が第１のレン
ズＬ１ａを、圧電アクチュエータ１３と駆動軸１８が第
２のレンズＬ２ａを、圧電アクチュエータ１２と駆動軸
１７が第３のレンズＬ３ａを駆動する。

【００３２】第２のレンズＬ２ａを保持するレンズ枠３
３は他のレンズ枠３１、３２と同様の構成であり、斜め
上部に突部３３ａ、下部に突部３３ｂを有する。フラン
ジ２３は２つの貫通孔を有しており、駆動軸１６、１８
の基端部を支持する。フランジ２６も２つの貫通孔を有
しており、３本の駆動軸１６、１７、１８の先端部を支
持する。

【００３３】本実施形態の駆動装置３においては、第２
の駆動軸１７に対して、駆動軸１６、１８の双方が第１
の駆動軸となる。なお、駆動軸１６、１７を同一直線上
に配置することに代えて、フランジ２６に３つの貫通孔
を設け、両側の貫通孔で駆動軸１６、１８の先端部を支
持し、中央の貫通孔で駆動軸１７の先端部を支持するよ
うにしてもよい。

【００３４】第４の実施形態の駆動装置は、４つの可動
レンズから成るズームレンズを駆動するためのものであ
る。例えば、図９の第１、第３のレンズＬ１、Ｌ３も可
動として全てを個別に駆動するときに用いられる。

【００３５】本実施形態の駆動装置４の平面図および側
面図を図７および図８に示す。駆動装置４は、第３の実
施形態の駆動装置３に圧電アクチュエータ１４と駆動軸
１９を加えた構成である。駆動軸１９は駆動軸１８と同
一直線上に配置され、その基端部はフランジ２４によ
り、先端部はフランジ２６により支持される。圧電アク
チュエータ１４は圧電アクチュエータ１２と共に基台２
２に固定されている。圧電アクチュエータ１１と駆動軸
１６が第１のレンズＬ１を、圧電アクチュエータ１３と
駆動軸１８が第２のレンズＬ２を、圧電アクチュエータ
１２と駆動軸１７が第３のレンズＬ３を、圧電アクチュ
エータ１４と駆動軸１９が第４のレンズＬ４を駆動す
る。この駆動装置４においては、第１の駆動軸１６、１
８の双方に対して、駆動軸１９も第２の駆動軸となる。

【００３６】上記各実施形態の駆動装置は、駆動軸が短
く駆動力の吸収や伝達遅れが生じ難いため、小型軽量化
の要請が高くしかも厳密な駆動が必須である精密機器の
駆動に適する。なお、ここでは、撮影レンズを駆動する
例を掲げたが、本発明の駆動装置は被駆動体を個別に駆
動するあらゆる機器に適用することができる。また、駆
動素子として圧電アクチュエータを使用したが、他の種
類の駆動装置、例えば駆動軸を回転させるモータも駆動
素子として利用可能である。

【００３７】

【発明の効果】本発明の駆動装置では、駆動軸を被駆動
体の駆動範囲を含む最小限の長さとすることができるか
ら、駆動軸が無駄に空間を占めることがなくなり、ま
た、駆動力の吸収や伝達遅れが減少する。したがって、
小型化が望まれ高い駆動効率が要求されるカメラ等の精
密機器に適する。

【００３８】駆動力の吸収や伝達遅れの減少による駆動
効率の向上の効果は、駆動素子として圧電アクチュエー
タを用いるときに特に顕著になり、圧電アクチュエータ
の特長を十分に発揮させることができる。また、駆動軸
が短くなることで駆動軸の剛性を特別に高くしなくても
ある程度の駆動効率は得られるから、駆動軸の材料の選
択の自由度が増し、コストも低下する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１の実施形態の駆動装置の平面図。

【図２】 第１の実施形態の駆動装置の側面図。

【図３】 第２の実施形態の駆動装置の平面図。

【図４】 第２の実施形態の駆動装置の側面図。

【図５】 第３の実施形態の駆動装置の平面図。

【図６】 第３の実施形態の駆動装置の側面図。

【図７】 第４の実施形態の駆動装置の平面図。

【図８】 第５の実施形態の駆動装置の側面図。

【図９】 ２つの固定レンズと２つの可動レンズから成
る第１のズームレンズを示す図。

【図１０】 第１のズームレンズの焦点距離とレンズ位
置の関係を示す図。

【図１１】 ３つの可動レンズからなる第２のズームレ
ンズを示す図。

【図１２】 第２のズームレンズの焦点距離とレンズ位
置の関係を示す図。

【図１３】 圧電アクチュエータの印加電圧の例を示す
図。

【図１４】 従来の駆動装置の斜視図。

【符号の説明】

１、２、３、４ 駆動装置 １１、１２、１３、１４ 圧電アクチュエータ １６、１７、１８、１９ 駆動軸 ２０ ガイド軸 ２１、２２ 基台 ２３、２４、２５、２６ フランジ ３１、３２、３３、３４、３５ レンズ枠 Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４ レンズ Ｌ１ａ、Ｌ２ａ、Ｌ３ａ レンズ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 駆動力を発生する第１および第２の駆動
   素子、前記第１の駆動素子が発生する駆動力を第１の被
   駆動体に伝達して第１の被駆動体を自己の軸方向に駆動
   する第１の駆動軸、ならびに前記第１の駆動軸と同じ方
   向に配置され、前記第２の駆動素子が発生する駆動力を
   第２の被駆動体に伝達して第２の被駆動体を自己の軸方
   向に駆動する第２の駆動軸を備え、第１および第２の被
   駆動体を同一直線上でかつ重複しない範囲で駆動する駆
   動装置において、 前記第１および第２の駆動軸がそれぞれ前記第２および
   第１の被駆動体の駆動範囲に入らないように軸方向にず
   らして配置され、前記第１および第２の駆動素子がそれ
   ぞれ前記第１および第２の駆動軸の前記第２および第１
   の駆動軸から遠い側の端部に配置されていることを特徴
   とする駆動装置。
2. 【請求項２】 前記第１および第２の駆動軸は同一直線
   上に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の
   駆動装置。
3. 【請求項３】 前記第１および第２の駆動素子は印加さ
   れる電圧に応じて伸縮する圧電アクチュエータであり、
   前記第１および第２の駆動軸はそれぞれ前記第１および
   第２の駆動素子に連結され第１および第２の被駆動体に
   摺接するロッドであって、前記第１および第２の駆動素
   子が高速での伸張と低速での収縮または低速での伸張と
   高速での収縮を繰り返して前記第１および第２の駆動軸
   を軸方向に振動させることにより第１および第２の被駆
   動体を駆動することを特徴とする請求項１に記載の駆動
   装置。