JP2004004326A - レンズ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レンズの移動に電気―機械変換素子を用いたときに好適なレンズ位置検出手段を備えたレンズ駆動装置を提供する。
【解決手段】レンズの位置検出を、このレンズの移動の駆動源として使用されている駆動シャフト用圧電素子に対する駆動電圧を監視することで行なうと共に、レンズ位置の誤検出による異常事態に対処するために、レンズの移動範囲の両端にセンサを配備した。
【選択図】　　　　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光軸方向にレンズを移動させるレンズ駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、光軸方向にレンズを移動させるレンズ駆動装置におけるレンズの移動に、モータの代わりに電気―機械変換素子が採用され始めており、特開平９−１９１６７６号公報には、その提案がなされている。
【０００３】
電気―機械変換素子をモータの代わりに採用すると、レンズ駆動装置を小型化することができる利点がある。
【０００４】
レンズの移動に電気―機械変換素子を採用するレンズ駆動装置では、レンズが、レンズの移動範囲のいずれに位置しているかがポテンションメータなどによって検出されている。特開昭５８−１６６３２８号公報には、レンズの絶対位置がポテンションメータによって検出されている例が示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、基板に対し接点を摺動させてレンズ位置の検出を行なうレンズ駆動装置では、摩擦力により、それら接触部分は磨耗するため、位置検出に誤差が生じ、あるいは位置検出自体が不能になってしまうおそれがある。
【０００６】
また、その磨耗により、レンズ位置の検出に大きな誤差が生じあるいは位置検出自体が不能となってしまうと、レンズ移動の端点にもかかわらず移動不可能な方向への移動を試みてしまい、機構を破壊してしまうおそれがある。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑み、レンズの移動に電気―機械変換素子を用いたときに好適なレンズ位置検出手段を備えたレンズ駆動装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明のレンズ駆動装置は、
レンズをこのレンズの光軸方向に移動させるレンズ駆動装置において、
上記レンズを保持するレンズ保持部材と、
上記レンズ保持部材に与えられる駆動力を発生する駆動源としての、駆動電圧に応じて厚みが変化する電気―機械変換素子と、
上記移動方向に延び上記電気―機械変換素子の厚みの変化を前記レンズ保持部材に伝えることによりこのレンズ保持部材の光軸方向への移動に作用する駆動ロッドと、
上記レンズ保持部材の移動範囲の両端それぞれに配備された、上記レンズ保持部材がこの移動範囲の端に達したことを検出するセンサとを備えたことを特徴とする。
【０００９】
本発明は、レンズ保持部材の位置は、電気―機械変換素子に印加される駆動電圧を基に検出可能であることから、一端に設定されるホームポジションの検出や何らかの原因で暴走したときにこれを停止させるための端点の検出で足りる。本発明はこれに想到することによりなされたものである。すなわち、本発明のレンズ駆動装置によれば、磨耗によってレンズの位置を誤って検出するという事態をなくすことができる。さらに、本発明のレンズ駆動装置では、レンズ保持部材の移動範囲の両端にセンサが設けられ、これにより、レンズ保持枠がレンズの移動範囲の限界地点への到達を検出することができるため、例えば、電気系のトラブルが発生したことで、電気―機械変換素子に印加される駆動電圧を監視することで行なわれているレンズの位置検出に狂いが生じ、誤って検出されたレンズ位置を基に無理な移動指示がだされることによる機構破壊を未然に防止することができる。
【００１０】
ここで、上記センサは、上記レンズ保持部材に押されて接点の接離の状態が変化するリーフスイッチであることが好ましい。
【００１１】
このように、センサにリーフスイッチを採用すると、端点の検出が安価で行なうことができる。
【００１２】
あるいは、上記センサは、上記レンズ保持部材により光線が遮られるフォトセンサであってもよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００１４】
図１は、本発明のレンズ駆動装置の第１実施形態を採用するカメラの正面図である。
【００１５】
図１に示される本実施形態であるレンズ駆動装置１００を採用するカメラ１は、レンズ鏡胴が備えられた、オートフォーカスおよびパワーズーム機能付のデジタルカメラである。ただし、このレンズ鏡胴は、フォーカシングおよびズーミングの際にもその長さは不変のものである。
【００１６】
図１に示されるカメラ１の前面には、前面レンズ１１を内包するレンズ鏡胴１２が中央付近に、フラッシュ発光窓１５がレンズ鏡胴１２の上方に、ファインダ対物窓１３ａがフラッシュ発光窓１５の左（図１においては右）に、電源スイッチ１６がファインダ対物窓１３ａの左斜め下に、および、レリーズボタン１４が右上端（図１においては左上端）に備えられている。尚、このレリーズボタン１４は２段式になっており、半押し状態では、フォーカスロックできるようになっている。
【００１７】
図２は、図１に示されるカメラの背面図である。
【００１８】
図２に示されるカメラ１の背面には、液晶パネル１８が中央やや左付近に、ズームスイッチ１９が液晶パネル１８の右斜め上に、機能スイッチ１７ａおよび撮影モードスイッチ１７ｂが液晶パネル１８の上方に、ファインダ接眼窓１３ｂが左上端に備えられている。
【００１９】
このカメラ１は、‘撮影記録’機能および‘画像データ再生’機能の２つの機能を有しており、機能スイッチ１７ａによりいずれかの機能が選択される。　さらに、‘撮影記録’機能には、‘人物撮影’モード、‘スポーツ撮影’モード、および‘風景撮影’モードがあり、これらのうちのいずれかのモードが撮影モードスイッチ１７ｂによって選択される。尚、ズームスイッチ１９の、上向きの三角形部分を操作することで望遠側にズームされ、下向きの三角形部分を操作することで広角側にズームされる。
【００２０】
図３は、図１および図２に示されるカメラの内部構成図である。尚、図３には、ＡＦ演算回路、フォーカスレンズの駆動機構、およびフラッシュ機構などの図示は省略されている。
【００２１】
図３には、カメラ１に採用されている、本実施形態のレンズ駆動装置１００が示されており、このレンズ駆動装置１００は、ズームレンズ用のものであり、光軸方向に伸縮する駆動シャフト用圧電素子１４２を含む圧電素子駆動部１４０と、駆動シャフト用圧電素子１４２の端部に接合された駆動シャフト１３０と、駆動部１１０と、レンズの姿勢保持のための案内シャフト１２０と、案内シャフトを支持する支持部材１５０と、この支持部材に立設されているリーフセンサ１６０とで構成されている。尚、駆動シャフト用圧電素子１４２の、駆動シャフトが接合されている端部の反対側の端部は、カメラ本体２１に固定されている。尚、リーフセンサ１６０の、支持部材からの立設状態の図示は省略されている。また、図示しないフォーカスレンズ用のレンズ駆動装置も同様の構成となっている。
【００２２】
圧電素子駆動部１４０は、土台１４１、駆動シャフト用圧電素子１４２、駆動シャフト用圧電素子ドライバ１４３、および電源１４４で構成されており、土台１４１は、カメラ本体２１に固定されると共に駆動シャフト用圧電素子１４２が取り付けられている。駆動シャフト用圧電素子１４２からは、２本の電気配線が示されており、１本は、駆動シャフト用圧電素子ドライバ１４３を介して電源１４４から電力供給をうけるための線であり、もう１本はアース線である。
【００２３】
駆動部１１０は、ズームレンズ群１１２と、このズームレンズ群１１２を保持するズームレンズ保持枠１１１と、レンズ保持枠の端部に設けられてリーフセンサ１６０に作用する突起１１３とで構成されている。
【００２４】
リーフセンサ１６０は、図３の左側に示される（カメラ前方側）終点リーフスイッチ１６１、および、図３の右側に示される（カメラ背面側）ホームリーフスイッチ１６２からなり、終点リーフスイッチ１６１は、第１接点１６１ａおよび第２接点１６１ｂ、ホームリーフスイッチ１６２は、第１接点１６２ａおよび第２接点１６２ｂで構成されている。図３に示される突起１１３が、レンズ保持枠と共に移動してレンズの移動範囲のホームリーフスイッチ１６２の第１接点１６２ａを押し、この第１接点１６２ａを第２接点１６２ｂに接触させた時に、駆動部１１０はホーム位置に到達したとされ、これとは逆方向に進み、突起１１３が、終点リーフスイッチ１６１の第１接点１６１ａを押し、この第１接点１６１ａを第２接点１６１ｂに接触させた時に、レンズ保持枠は終点位置に到達したとされる。
【００２５】
このレンズ駆動装置１００では、駆動シャフト１３０に対しズームレンズ保持枠１１１は所定の摩擦力を以って結合され、駆動シャフト用圧電素子１４２の伸縮に伴い駆動シャフト１３０に発生する加速度の度合いにより、レンズ保持枠が光軸方向に移動するか否かが決まる。
【００２６】
ここで、特開平９−１９１６７６号公報に提案されている、レンズ保持枠の駆動原理を簡単に説明する。
【００２７】
まず、駆動部１１０をカメラ前方側に移動させる場合について説明する。
【００２８】
図４は、カメラ前方側への駆動原理を示す図である。
【００２９】
図５は、この場合の、駆動シャフト用圧電素子に印加する電圧の変化を示す図である。
【００３０】
図５には、緩やかに増加し、所定電圧に達するとしばらくして急激に減少する印加電圧の変化の様子が示されている。
【００３１】
駆動シャフト用圧電素子１４２に、図５に示されるように変化する電圧を印加すると、電圧がなだらかに増加する部分では、駆動シャフト用圧電素子１４２が図４（ａ）に示す状態からその厚みがゆっくりと厚くなり図４（ｂ）に示す状態となる。このため、駆動シャフト１３０は、その圧電素子１４２に押されてカメラ前方方向（図４の左側方向）に移動する。すると、駆動シャフトに対し被駆動状態に置かれている駆動部１１０は、図４（ｂ）に示されるように、駆動シャフト１３０がかなりゆっくりとした速度でカメラ前方方向（図４の左側方向）に移動することから、駆動シャフト１３０に対しすべることなくカメラ前方方向に移動する。
【００３２】
しかし、この印加電圧は、値Ｖ１に到達した後は、しばらくして値０まで急激な減少に転じるため、圧電素子１４２の厚みが急激に縮まる。すると、駆動シャフト１３０も、（ｃ）に示されるように一気に図４の右方向に移動する。この急激な駆動シャフト１３０の移動により、駆動部１１０は、駆動シャフト１３０が急激に移動する前の図４（ｂ）に示す位置にそのままとどまることとなり、これにより、駆動部１１０は、図５に示される距離ｘだけカメラ前面方向に進んだこととなる。
【００３３】
次に、この駆動部１１０をカメラ背面側に移動させる場合について説明する。
【００３４】
図６は、カメラ背面側への駆動原理を示す図である。
【００３５】
この場合の、駆動シャフト用圧電素子１４２に対する印加電圧は、図７に示すような変化を有するものが考えられる。
【００３６】
図７は、駆動部をカメラ背面側に移動させる場合の、駆動シャフト用圧電素子に印加される電圧の変化を表すグラフ図である。
【００３７】
図７には、印加電圧が、急激に増加し、その後なだらかに減少する様子が示されている。
【００３８】
この場合に、図６（ａ）に示されている状態の圧電素子１４２は、図７に示される急激な立ち上りの駆動電圧の供給を受け、急激にカメラ前方方向（図６の左側方向）に伸長する。これにより、駆動シャフト１３０も急激にカメラ前方方向に移動するため、駆動部１１０は、図６（ｂ）に示されるように駆動シャフト１３０上をカメラの背面方向にすべることとなる。その後、なだらかに減少する駆動電圧の供給により、図６（ｃ）に示されるように、圧電素子１４２はカメラ背面方向（図６の右側）にゆっくりと縮み、これにともなって駆動シャフトもカメラ背面方向に移動する。この駆動シャフト１３０の動作はゆっくりしているため、駆動部１１０も駆動シャフトに対しすべることなく駆動シャフトと共にカメラ背面側に移動する。これにより、駆動部１１０は、カメラ背面側に距離Ｙだけ移動したこととなる。
【００３９】
ここで、再び図３の説明に戻るが、図３には、また、図１にも示されている、レリーズスイッチ１４および各種スイッチ、電源スイッチ１６、およびこのカメラ１全体を制御するＣＰＵ１０も示されており、これらスイッチに対する操作は、信号でＣＰＵ１０に送信される。
【００４０】
以下、本実施形態のカメラ１の撮影動作について説明する。
【００４１】
図１に示される電源スイッチ１６を投入し、その後、被写体を画角内に捉えて、図２に示されるズームスイッチ１９を操作すると、パワーズーム機能により、その操作にあわせて図示しないズームレンズ群の駆動が上述した方法で行なわれる。
【００４２】
カメラ１では、駆動シャフト用圧電素子に対して印加する電圧を監視することでレンズ保持枠の移動範囲におけるレンズ保持枠の位置検出が行なわれている。その後、照準を被写体に合わせ、レリーズスイッチを半押しすると、オートフォーカス機能によりフォーカスレンズ群を光軸方向に移動させフォーカシングが行なわれる。このフォーカシングも上記ズーミングと同様に、駆動シャフト用圧電素子１４２に所定の周波数で変化する電圧を印加して行なわれる。
【００４３】
フォーカシングが終了し、レリーズスイッチを全押しすることで撮影が行なわれる。このカメラ１では、全押しのタイミングで、液晶パネル１８に表示されている画像が静止画像として画像表示され、保存指示によりその静止画像データが図示しないメモリに記録される。
【００４４】
図８は、本実施形態のレンズ駆動装置を採用するカメラにおいて、図２に示される機能スイッチにより、‘撮影記録’機能が選択された場合に起動されるルーチンのフローチャートである。
【００４５】
図８のステップＳ１では、画角内をリアルタイムで液晶パネルに画像表示するように指示が出される。その後、ステップＳ２において、図２に示されるズームスイッチ１９に対する操作があったか否かが判定される。
【００４６】
ステップＳ２において、操作がなかったと判定されるとステップＳ４に進み、操作があったと判定されると、ステップＳ３に進み、サブルーチン‘レンズ駆動’が起動される。
【００４７】
図９は、サブルーチン‘レンズ駆動’のフローチャートである。
【００４８】
図９のステップＳ２１では、ズームレンズの現在位置からの移動量および方向が、測距情報、ズームスイッチの操作情報、および現在までの駆動シャフト用圧電素子に対する印加電圧などを基に割り出される。その後、ステップＳ２２において、検出された移動量などを基に移動指示が出される。その後、ステップＳ２３に進む。
【００４９】
ステップＳ２３では、図３に示される、ホームリーフスイッチサ１６２あるいは終点リーフスイッチ１６１からの、突起１１３との接触を表す信号の送信があったか否かが判定される。ステップＳ２３において、送信がないと判定されると図８のステップＳ４に進み、送信があったと判定されると、ステップＳ２４に進む。
【００５０】
ステップＳ２４では、今回のレンズの絶対移動量の検出が行なわれ、ステップＳ２５において、この送信が、レンズ位置の誤認によるものか否かが判定される。
【００５１】
ステップＳ２５において、レンズ位置の把握に誤認がないと判定されると、図８のステップＳ４に進み、誤認があると判定されると、ステップＳ２６に進む。
【００５２】
ステップＳ２６では、レンズ保持枠をホームリーフスイッチに接触する位置に移動させ原点復帰させる。その後、ステップＳ２７において、レンズを絶対移動量動かす指示を出す。その後、図８のステップＳ４に進む。
【００５３】
ここで、図８のステップＳ４に進んだところから説明する。
【００５４】
ステップＳ４では、図１に示されるレリーズスイッチ１４が半押し状態にされているか否かが判定される。ステップＳ４において、半押しされていないと判定されると、ステップＳ１に戻り、半押しされていると判定されると、ステップＳ５に進む。
【００５５】
ステップＳ５では、サブルーチン‘レンズ駆動’が起動され、ここではフォーカスレンズの移動が行なわれる。その後、ステップＳ６に進み、レリーズスイッチが全押しされたか否かが判定される。
【００５６】
ステップＳ６において、全押しされていないと判定されると、ステップＳ１に戻り、全押しされていると判定されると、ステップＳ７に進み、撮影が行なわれる。その後、ステップＳ８では、レリーズスイッチが押下されたタイミングで液晶パネルにリアルタイムで表示されている画像の、静止画像での表示が指示される。その後、ステップＳ９に進み、その静止画像を記録するか否かが判定され、記録を指示する信号が送信されていると判定されるとステップＳ１０に進み、その画像データのメモリへの記録が指示される。ステップＳ９ににおいて、送信されていないと判定されるとステップＳ１に戻る。
【００５７】
本実施形態のレンズ駆動装置を採用するカメラ１では、従来のように接点を基板に摺動させることで、移動するレンズの絶対位置は監視されておらず、これにより、レンズ位置検出から磨耗の影響を排除することができる。また、何らかの異常事態により、レンズ位置の検出にミスが生じても、レンズの移動範囲の両端にセンサを配備したことで無理なレンズ移動による機構破壊が回避されている。尚、ここでは、レンズの移動範囲の両端のうち、カメラの背面側の端であるホームリーフスイッチによって検出される地点をレンズ移動の原点としている。
【００５８】
次に、本発明のレンズ駆動装置の第２実施形態について説明する。
【００５９】
図１０は、本実施形態のレンズ駆動装置の一部を示す図である。尚、図１０において示されているもので、図３において示されているものと同じ種類のものには、図３において付されている符号と同じ符号が付されている。
【００６０】
図１０には、図３に示されているリーフセンサ１６０の代わりに、突起１１３が通過することにより光線が遮られることでレンズ保持枠の両端の到達を検出できるフォトセンサ２６０を採用したレンズ駆動機構２００の一部が示されている。このフォトセンサ２６０は、図１０の左側、すなわちカメラの前方側に位置する終点フォトスイッチ２６１、および、図１０の右側、すなわちカメラの背面側に位置するホームフォトスイッチ２６２で構成されている。本発明のレンズ駆動装置の、題１実施形態と第２実施形態に間の相違点は、リーフセンサがフォトセンサに代わったことだけであるので、その他の説明については省略する。
【００６１】
以上説明した、第１および第２実施形態では、デジタルカメラに採用した例を挙げて説明したが、これに限らず、ロール上のフィルムに撮影するカメラに採用された例を挙げてもよく、さらには、ビデオカメラに採用された例を挙げてもよい。
【００６２】
また、第１および第２実施形態では、駆動シャフトに対しレンズ保持枠を所定の摩擦力を以って結合させ、駆動シャフトを圧電素子を駆動させることで所定以上の加速度を以って動作させることでレンズの移動を行なっている例を挙げて説明しているが、レンズの移動を電気−変化素子の厚み変化を駆動シャフトが一例である駆動ロッドに作用させることで行なうものであればこれに限らず、電気―機械変換素子の駆動方向がレンズの移動方向と同方向でないものであってもよい。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のレンズ駆動装置によれば、レンズの移動に電気―機械変換素子を用いたときに好適なレンズ位置検出手段を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のレンズ駆動装置の第１実施形態を採用するカメラの正面図である。
【図２】図２は、図１に示されるカメラの背面図である。
【図３】図１および図２に示されるカメラの内部構成図である。
【図４】カメラ前方側への駆動原理を示す図である。
【図５】駆動シャフト用圧電素子に印加する電圧の変化を示す図である。
【図６】カメラ背面側への駆動原理を示す図である
【図７】駆動部をカメラ背面側に移動させる場合の、駆動シャフト用圧電素子に印加される電圧の変化を表すグラフ図である。
【図８】本実施形態のレンズ駆動装置を採用するカメラにおいて、図２に示される機能スイッチにより、‘撮影記録’機能が選択された場合に起動されるルーチンのフローチャートである。
【図９】サブルーチン‘レンズ駆動’のフローチャートである。
【図１０】本実施形態のレンズ駆動装置の一部を示す図である。
【符号の説明】
１　カメラ
１０　ＣＰＵ
１１　前面レンズ
１２　レンズ鏡胴
１３ａ　ファインダ対物窓
１３ｂ　ファインダ接眼窓
１４　レリーズボタン
１５　フラッシュ発光窓
１６　電源スイッチ
１７ａ　機能スイッチ
１７ｂ　モードスイッチ
１８　液晶パネル
１９　ズームスイッチ
２１　カメラ本体
２２　固体撮像素子
１００、２００　レンズ駆動装置
１１０　駆動部
１１１　ズームレンズ保持枠
１１２　ズームレンズ群
１１３　突起
１２０　案内シャフト
１３０　駆動シャフト
１４０　圧電素子駆動部
１４１　土台
１４２　駆動シャフト用圧電素子
１４３　駆動シャフト用圧電素子ドライバ
１４４　電源
１５０、２５０　支持部材
１６０　リーフセンサ
１６１　終点リーフスイッチ
１６１ａ、１６２ａ　第１接点
１６１ｂ、１６２ｂ　第２接点
１６２　ホームリーフスイッチ
２６０　フォトセンサ
２６１　終点フォトスイッチセンサ
２６２　ホームフォトセンサ

Claims (3)

1. レンズを該レンズの光軸方向に移動させるレンズ駆動装置において、
   前記レンズを保持するレンズ保持部材と、
   前記レンズ保持部材に与えられる駆動力を発生する駆動源としての、駆動電圧に応じて厚みが変化する電気―機械変換素子と、
   前記移動方向に延び前記電気―機械変換素子の厚みの変化を前記レンズ保持部材に伝えることにより該レンズ保持部材の光軸方向への移動に作用する駆動ロッドと、
   前記レンズ保持部材の移動範囲の両端それぞれに配備された、前記レンズ保持部材が該移動範囲の端に達したことを検出するセンサとを備えたことを特徴とするレンズ駆動装置。
2. 前記センサは、前記レンズ保持部材に押されて接点の接離の状態が変化するリーフスイッチであることを特徴とする請求項１記載のレンズ駆動装置。
3. 前記センサは、前記レンズ保持部材により光線が遮られるフォトセンサであることを特徴とする請求項１記載のレンズ駆動装置。

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