JP2002357760A

JP2002357760A - カメラ用レンズ駆動装置

Info

Publication number: JP2002357760A
Application number: JP2001163558A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Miyazaki; 浩宮崎; Tadahisa Koga; 忠尚古賀; Kiyoshi Hosono; 喜代司細野; Kiyoshi Toma; 清當摩
Original assignee: Nidec Copal Corp
Current assignee: Nidec Precision Corp
Priority date: 2001-05-31
Filing date: 2001-05-31
Publication date: 2002-12-13
Anticipated expiration: 2021-05-31
Also published as: JP4667646B2

Abstract

(57)【要約】【課題】カメラ用レンズ駆動装置において、レンズ鏡
筒と超音波モータの間に介在するトルク伝達機構を改善
して、超音波モータの動作の安定化を図る。【解決手段】カメラ用レンズ駆動装置は、公転トルク
を発生するステータ１及び公転トルクにより自転運動を
行なうロータ２からなる超音波モータと、カメラ用のレ
ンズ３３，３４を搭載し且つレンズの光軸Ｚ方向に直線
変位可能なレンズ鏡筒３と、ロータ２の回転運動をレン
ズ鏡筒３の直線変位に変換して伝達する伝達部材５とを
有する。伝達部材５は、ロータ２に対して遊動可能に連
結されており、カメラの姿勢差によるレンズ鏡筒３の荷
重の変動からロータ２を保護している。伝達部材５とレ
ンズ鏡筒３とは、これらの一方に設けたオスのヘリコイ
ドギヤ３１と他方に設けたメスのヘリコイドギヤ５１と
により係合して回転運動を直線変位に変換する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はカメラ用レンズ駆動
装置に関する。より詳しくは、超音波モータを動力源に
用いたカメラ用レンズの駆動装置に関する。更に詳しく
は、超音波モータのロータの回転運動をカメラのレンズ
鏡筒の直線運動に変換する伝達機構に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知の様に、通常のフィルムカメラや更
にはデジタルカメラにおいては、レンズ機構をモータに
よって駆動させることにより、自動化を図っている。こ
の場合、駆動源として用いるモータがカメラを小型軽量
化する際の重要な要素となっている。

【０００３】一方、近年では、例えば特開平６−５１１
８１号公報に開示されている様に、超音波モータが開発
されている。従来、超音波モータはその振動子の重心固
定の対称励振モードである定在波型モータと進行波型モ
ータの２種類と、さらに振動子である円板又は円筒を例
えば４分割し左右の振幅が逆になる非対称モードにより
励振することで重心が中心の周りを回転移動し、円の外
周がフラフープのように偏心する電歪公転子型モータと
が知られている。こうした超音波モータはその振動子の
重心固定の対称励振モードである定在波型モータと進行
波型モータの２種類と、さらに振動子である円板又は円
筒を例えば４分割し左右の振幅が逆になる非対称モード
により励振することで重心が中心の周りを回転移動し、
円の外周がフラフープのように偏心する電歪公転子型モ
ータとが知られている。超音波モータは、ステータとな
る圧電素子に高周波の交流電圧を印加して超音波振動を
発生させることにより、ステータに圧接されたロータを
回転駆動している。この種の超音波モータは、構造が簡
単で小型軽量化に適するとともに、低速回転時でも高い
トルクが得られる上、駆動音も少なく静かであるという
利点を有している。特に後者の電歪公転子型モータは、
特開平１０−２７２４２０号公報に示されているよう
に、円筒状公転子の径および周方向に加えて軸方向のモ
ードも結合させた３Ｄ公転トルク発生子として利用でき
るという特長を有している。

【０００４】係る超音波モータを動力源としたカメラ用
レンズ駆動装置が開発されており、例えば特開平１１−
１４６２５８号公報に開示されている。このカメラ用レ
ンズ駆動装置は、公転トルクを発生するステータ及びこ
の公転トルクにより自転運動を行なうロータからなる超
音波モータと、カメラ用のレンズを搭載し且つレンズの
光軸方向に直線変位可能なレンズ鏡筒と、ロータの自転
運動をレンズ鏡筒の直線変位に変換する伝達機構とを有
する。この伝達機構は、ロータの外周に形成されたオス
のヘリコイド歯車と、レンズ鏡筒の内周に形成されたメ
スのヘリコイド歯車とからなる。互いに同心的に配置さ
れたロータとレンズ鏡筒は上述した一対のヘリコイド歯
車を介して直接に係合した構造となっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来のカメラ
用レンズ駆動装置では、超音波モータのロータとレンズ
鏡筒が直接回転可能に連結している。この為、レンズ鏡
筒の重量がロータを介して直接超音波モータのステータ
に印加される。従って、カメラの保持姿勢により、レン
ズ鏡筒の荷重が変化し、これに応じてステータに加わる
圧力も変化する。ステータに加わる物理的な圧力が変化
すると、ステータの電気的な共振条件が変化する。これ
により、共振周波数や駆動電圧が変動し、回転数やトル
クが変化したり、最悪の場合には超音波モータの回転が
停止する恐れがあった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述した従来の技術の課
題に鑑み、本発明はレンズ鏡筒と超音波モータの間に介
在するトルク伝達機構を改善して、超音波モータの動作
の安定化を図ることを目的とする。係る目的を達成する
ために以下の手段を講じた。即ち、本発明は、公転トル
クを発生するステータ及び該公転トルクにより自転運動
を行なうロータからなる超音波モータと、カメラ用のレ
ンズを搭載し且つレンズの光軸方向に直線変位可能なレ
ンズ鏡筒と、該ロータの自転運動を該レンズ鏡筒の直線
変位に変換して伝達する伝達部材とを有するカメラ用レ
ンズ駆動装置において、前記伝達部材は、該ロータに対
して遊動可能に連結されており、カメラの姿勢差による
該レンズ鏡筒の荷重の変動から該ロータを保護している
ことを特徴とする。好ましくは、前記伝達部材と該ロー
タとは、これらの一方に設けたキー溝と他方に設けられ
該キー溝に遊嵌するキーとにより、互いに連結されてい
る。又、前記伝達部材とレンズ鏡筒とは、これらの一方
に設けたオスのヘリコイドギヤと他方に設けたメスのヘ
リコイドギヤとにより係合して該回転運動を該直線変位
に変換する。さらに、前記レンズ駆動装置は、該伝達部
材を回転可能に支持する受部材を備えており、前記受部
材は該伝達部材を介して加えられる該レンズ鏡筒の荷重
の少くとも一部を該ロータに伝えない様に受ける。又、
前記ステータは光軸と平行な円筒軸を有する円筒型ステ
ータであり、前記レンズ鏡筒は該円筒型ステータの端面
方向から該円筒型ステータの内側に組み込まれ、前記ロ
ータは該円筒軸と一致する中心を有する環形ロータであ
って、該円筒型ステータの端面に圧接しており、前記伝
達部材は該ロータと同軸の環形状を有し、該環形ロータ
の内周と該レンズ鏡筒の外周との間に介在している。
又、前記超音波モータは、該円筒型ステータが電歪公転
共振の形で該端面に発生する公転トルクを、該端面に圧
接している環形ロータの自転運動に変換して出力する電
歪公転型の超音波モータである。

【０００７】超音波モータのロータは、例えば与圧バネ
により一定の力でステータに圧接している。一方、超音
波モータとレンズ鏡筒の間に介在する伝達部材はロータ
に対して遊動可能に連結されている。例えば、環状のト
ルク伝達部材は同じく環状のロータの周囲に遊嵌してお
り、ロータ内周とトルク伝達部材の外周とがキーとキー
溝の組み合わせにより連結している。更に、ロータと遊
嵌しているトルク伝達部材自体は、受部材によって回転
可能に保持されている。よって、レンズ鏡筒の荷重や、
レンズ鏡筒のガタを寄せる為の付勢力などは、ロータに
直接圧力として加わらず、受部材が大部分を受けること
になる。従って、カメラの保持姿勢が変わってレンズ鏡
筒の荷重が変化しても、ステータには与圧バネによる一
定の弾性力しか加わらない。係る構成により、ステータ
の動作を安定化することができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
の形態を詳細に説明する。図１は、本発明に係るカメラ
用レンズ駆動装置の実施形態を示す模式的な縦断面図で
ある。図示する様に、本カメラ用レンズ駆動装置は、前
述した特開平１０-２７２４２０号公報に示されている
３Ｄ公転トルク共振子よりなる電歪公転子型モータであ
って、基本的に、ステータ１及びロータ２とからなる超
音波モータと、レンズ鏡筒３と、両者の間に介在する伝
達部材５とで構成されている。これらの部品は、台座６
を用いて組み立てられている。ステータ１は外部から駆
動電圧の印加を受けて、公転トルクを発生する。ロータ
２はステータ１に発生した公転トルクにより自転運動を
行なう。この為、ロータ２は加圧保持部８によりステー
タ１に圧接されている。一方レンズ鏡筒３はカメラ用の
レンズ３３，３４を搭載し、且つレンズの光軸Ｚ方向に
直線変位可能な様に台座６に取り付けられている。具体
的には、レンズ鏡筒３にはストッパ３２が形成されてお
り、台座６に植設されたガイドシャフト４に係合してい
る。レンズ鏡筒３はストッパ３２により回転を規制され
ているとともに、ガイドシャフト４に沿って光軸Ｚ方向
に直線変位する。尚、ガイドシャフト４に係合したスト
ッパ３２には、レンズ鏡筒３のガタ寄せ用のバネ４１が
装着されている。ここで、ロータ２とレンズ鏡筒３との
間に介在する伝達部材５は、ロータ２の自転運動をレン
ズ鏡筒３の直線変位に変換して伝達する。

【０００９】本発明の特徴事項として、伝達部材５はロ
ータ２に対して遊動可能に連結されており、カメラの姿
勢差によるレンズ鏡筒３の荷重の変動からロータ２を保
護している。換言すると、レンズ鏡筒３の重量やガタ寄
せバネ４１の付勢力が、直接ロータ２に印加されない様
に、伝達部材５で逃がす構成となっている。具体的に
は、伝達部材５とロータ２とは、これらの一方に設けた
キー溝と他方に設けられ且つキー溝に遊嵌するキーとに
より、互いに連結されている。本実施形態では、伝達部
材５側に設けたキー５２と、ロータ２側に形成したキー
溝とが、互いに遊嵌しており、ある程度の遊びを持って
ロータ２と伝達部材５が互いに係合している。一方、伝
達部材５とレンズ鏡筒３とは、これらの一方に設けたオ
スのヘリコイドギヤと他方に設けたメスのヘリコイドギ
ヤとにより係合して、ロータ２の自転運動を直線変位に
変換している。本実施形態では、レンズ鏡筒３に設けた
オスのヘリコイドギヤ３１と、伝達部材５に設けたメス
のヘリコイドギヤ５１とが互いに係合している。ロータ
２が自転すると、上述したキー／キー溝の連結により伝
達部材５も回転する。更に、上述したヘリコイドギヤの
結合によりレンズ鏡筒３も回転しようとするが、ストッ
パ３２で回転変位を規制されている為、ガイドシャフト
４に沿って光軸Ｚ方向に直線変位することになる。ここ
で、伝達部材５を回転可能に支持する受板（受部材）７
がネジで台座６の底部に取り付けられている。受板７は
伝達部材５を介して加えられるレンズ鏡筒３の荷重やガ
タ寄せバネ４１の付勢力の少くとも一部を、ロータ２側
に伝えることなく、自身で受ける様になっている。これ
により、ロータ２はレンズ鏡筒３側の負荷から解放され
る一方、自転運動を伝達部材５を介してレンズ鏡筒３側
に伝達することができる。

【００１０】図示する様に、ステータ１は光軸Ｚと平行
な円筒軸を有する円筒型である。レンズ鏡筒３も同じく
円筒型であり、ステータ１の光軸Ｚ方向前端からステー
タ円筒の内側に組み込まれている。これにより、レンズ
鏡筒３と超音波モータをコンパクトに実装することがで
きる。ロータ２はステータ１の円筒軸と一致する中心を
有する環状ロータであって、円筒型ステータ１の光軸Ｚ
方向後端に圧接している。この目的で、環状ロータ２と
受板７との間に前述した加圧保持部８が配されている。
加圧保持部８は、ベアリング８１と押え板８２とコイル
バネ８３とで構成されている。ベアリング８１は、環状
ロータ２の円周に沿って形成された溝に配されている。
押え板８２は同じく環状を有しており、ベアリング８１
が脱落しない様に押えている。コイルバネ８３は押え板
８２を介してロータ２をステータ１の後端に向けて与圧
している。尚、伝達部材５はロータ２と同軸の環形状を
有し、環形ロータ２の内周とレンズ鏡筒３の外周との間
に介在している。係る構成を有する超音波モータは、ス
テータ１が電歪公転共振の形で発生する公転トルクによ
りロータ２が自転運動を行なう電歪公転型となってい
る。但し、本発明はこれに限られるものではなく、環状
ロータを前端に圧接する構成としても良い。

【００１１】図２は、図１に示したＳ−Ｓ線に沿ったカ
メラ用レンズ駆動装置の横断面図である。図示する様
に、環形状の伝達部材５は、同じく環形状のロータ２の
内側に同心的に配されている。伝達部材５の外周５３
と、ロータ２の内周２３との間には所定のクリアランス
があり、両者は相対的に遊動可能である。これにより、
レンズ鏡筒３の重力が伝達部材５を介してロータ２に伝
わることなく、受板７側に逃がすことができる。一方、
伝達部材５とロータ２は、伝達部材５側に形成されたキ
ー５２とロータ２側に形成されたキー溝２２とにより互
いに連結している。これにより、ロータ２の自転運動は
確実に伝達部材５側に伝わることになる。尚、キー５２
とキー溝２２は遊嵌しているので、レンズ鏡筒３側の荷
重が直接伝達部材５を介してロータ２側に伝わることは
ない。

【００１２】図３は、図１及び図２に示したカメラ用レ
ンズ駆動装置に組み込まれる超音波モータの構造を示す
模式的な斜視図である。図示する様に、超音波モータは
円筒型のステータ１と、その後端に圧接された環状のロ
ータ２とで構成されている。円筒型ステータ１の外周面
には、電極１１，１２，１３，１４が形成されている。
図示しないが、円筒の内周面にも電極が形成されてい
る。円筒の外周面に形成された電極は四分割されてお
り、それぞれ位相の異なる交流駆動電圧Ａ，Ｂ，ＡＸ，
ＢＸが印加される。Ａ相電圧とＢ相電圧は位相が互いに
９０度異なっている。又、Ａ相電圧とＡＸ相電圧は位相
が１８０度異なっている。換言すると、Ａ相とＡＸ相は
互いに反対極性である。同様に、Ｂ相とＢＸ相も反対極
性となっている。

【００１３】図４は、図３に示したステータの模式的な
横断面図である。図示する様に、セラミックなどの圧電
素子からなる円筒型ステータ１の内周面には、全面的に
基準電位を与える電極１０が形成されている。円筒の外
周面には四分割された駆動用の電極１１〜１４が形成さ
れている。これら四分割された電極１１〜１４には、互
いに位相が９０度ずつシフトした４相の交流電圧Ａ，
Ｂ，ＡＸ，ＢＸが印加される。

【００１４】図５を参照して、図３及び図４に示した超
音波モータの動作を説明する。超音波モータでは動力源
となる超音波振動が一定の共振周波数であるから、電流
はほぼ一定値となる。共振器はＱが高く、振動振幅の立
ち上がりは１サイクル以内と考えられ、非慣性機構と見
なすことができる。負荷の慣性が影響する範囲でしか電
流は変化しない。係る特徴を有する超音波モータは様々
な構成が開発されているが、特に電歪公転型が有力であ
る。電歪公転型は、従来の様に振動をトルクに変えるの
ではなく、周面全面に亘って一様な公転トルクを直接励
振することができる共振子を使っている。従来の超音波
振動子は定在波型と進行波型の二種類あるが、共に重心
固定の対称モードでしか励振できない。これに反して、
円筒を左右の伸縮が逆になるモードで励振すると、重心
が中心を離れて振動する。この非対称励振を行なうと、
従来の対称励振では観測できなかった円筒の共振モード
が得られる。そこで、ステータ円筒の電極を例えば四分
割し、９０度ずつ位相の異なる回転電場で励振すると、
図５に示す様に、重心が中心の周りを回転するモードの
共振が見られる。この時円の外周は元の形を保ったま
ま、フラフープの様に偏心するので、振動子が公転回転
を行なう。係る構成の電歪公転子型モータでは、直接回
転モードが励振され、円筒状公転子の径および周方向に
加えて軸方向のモードも結合させた３Ｄ公転トルク発生
子として利用できる。この公転トルクは、直接ロータの
回転運動として取り出される。

【００１５】図６は、四分割されたステータ電極のそれ
ぞれに印加されるＡ相、Ｂ相、ＡＸ相、ＢＸ相電圧の波
形図である。図示する様に、Ａ相に対しＢ相は９０度シ
フトし、ＡＸ相は１８０度シフトし、ＢＸ相は２７０度
シフトしている。この様に９０度ずつ位相の異なる交流
電圧をステータに印加することで回転電場が形成され、
これに応じてステータは直接回転モードを励振する。

【００１６】最後に図７は、超音波モータの駆動回路を
表わしている。図示する様に、一対の駆動信号Ａ，ＡＸ
はＨブリッジＡを介してステータ１の互いに対向する一
対の電極に印加される。同様に、他の一対の駆動信号
Ｂ，ＢＸもＨブリッジＢを介して互いに対向する他の一
対のステータ電極に印加される。Ｈブリッジは、それぞ
れ入力信号に応答して、ステータ電極に充分な出力電流
を供給する為のドライバ回路となっている。

【００１７】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、超
音波モータの公転トルクをレンズ鏡筒の直線変位に変換
する伝達部材が、ロータに対して遊動可能に連結されて
いる。ロータの自転を直接レンズ鏡筒に連結せずに、ト
ルク伝達部材を介することにより、ステータに加わる圧
力はカメラがどの様な姿勢でもほとんど与圧バネの力だ
けになり、常に一定にすることができる。これにより、
ステータの共振条件が変化せず、安定した回転数やトル
クが得られる。又、レンズ鏡筒に大きな外力が加わった
場合でも、ステータに外力が直接伝わらないので、セラ
ミックスなどからなるステータの破損を防ぐことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るカメラ用レンズ駆動装置を示す縦
断面図である。

【図２】図１に示したＳ−Ｓ線に沿ったカメラ用レンズ
駆動装置の横断面図である。

【図３】本発明に係るカメラ用レンズ駆動装置に組み込
まれる超音波モータの模式的な斜視図である。

【図４】本発明に係るカメラ用レンズ駆動装置に組み込
まれる超音波モータの模式的な横断面図である。

【図５】超音波モータの動作説明に供する模式図であ
る。

【図６】超音波モータの動作説明に供する波形図であ
る。

【図７】超音波モータの駆動回路図である。

【符号の説明】

１・・・ステータ、２・・・ロータ、３・・・レンズ鏡
筒、５・・・伝達部材、６・・・台座、７・・・受板、
８・・・加圧保持部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 41/08 Ｕ (72)発明者細野喜代司東京都板橋区志村２丁目18番10号日本電産コパル株式会社内 (72)発明者當摩清東京都板橋区志村２丁目18番10号日本電産コパル株式会社内Ｆターム(参考） 2H044 BD02 BD10 BE05 BE07 BE08 5C022 AC54 AC69 AC74 5H680 AA14 BB17 BC01 DD01 DD22 DD36 DD74 DD87 DD88 FF33

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】公転トルクを発生するステータ及び該公
転トルクにより自転運動にを行なうロータからなる超音
波モータと、カメラ用のレンズを搭載し且つレンズの光
軸方向に直線変位可能なレンズ鏡筒と、該ロータの回転
運動を該レンズ鏡筒の直線変位に変換して伝達する伝達
部材とを有するカメラ用レンズ駆動装置において、前記伝達部材は、該ロータに対して遊動可能に連結され
ており、カメラの姿勢差による該レンズ鏡筒の荷重の変
動から該ロータを保護していることを特徴とするカメラ
用レンズ駆動装置。
【請求項２】前記伝達部材と該ロータとは、これらの
一方に設けたキー溝と他方に設けられ該キー溝に遊嵌す
るキーとにより、互いに連結されていることを特徴とす
る請求項１記載のカメラ用レンズ駆動装置。
【請求項３】前記伝達部材とレンズ鏡筒とは、これら
の一方に設けたオスのヘリコイドギヤと他方に設けたメ
スのヘリコイドギヤとにより係合して該回転運動を該直
線変位に変換することを特徴とする請求項１記載のカメ
ラ用レンズ駆動装置。
【請求項４】前記カメラ用レンズ駆動装置は、該伝達
部材を回転可能に支持する受部材をさらに備えており、
前記受部材は該伝達部材を介して加えられる該レンズ鏡
筒の荷重の少くとも一部を該ロータに伝えない様に受け
ることを特徴とする請求項１記載のカメラ用レンズ駆動
装置。
【請求項５】前記ステータは光軸と平行な円筒軸を有
する円筒型ステータであり、前記レンズ鏡筒は該円筒型
ステータの端面方向から該円筒型ステータの内側に組み
込まれ、前記ロータは該円筒軸と一致する中心を有する
環形ロータであって、該円筒型ステータの端面方向に圧
接しており、前記伝達部材は該ロータと同軸の環形状を
有し、該環形ロータの内周と該レンズ鏡筒の外周との間
に介在していることを特徴とする請求項１記載のカメラ
用レンズ駆動装置。
【請求項６】前記超音波モータは、該円筒型ステータ
が電歪公転共振の形で該端面に発生する公転トルクを、
該端面に圧接している環形ロータの自転運動に変換して
出力する電歪公転型の超音波モータであることを特徴と
する請求項５記載のカメラ用レンズ駆動装置。