JP2004007914A - 光学機器 - Google Patents

Abstract

【課題】電気―機械変換素子を利用して光軸方向への移動が行なわれるレンズ保持枠などの保持部材に備えられた絞りなどの作動部材に対する電力供給が、好適に行なわれる光学機器を提供する。
【解決手段】電圧に応じて厚みが変化する電気―機械変換素子の厚みの変化を光学部材を保持する保持部材に伝えることにより該保持部材の移動方向への移動に作用する駆動ロッドと、
前記移動方向に延び該移動方向に移動する保持部材をガイドして該保持部材の姿勢を保持するガイドロッドとを備え、
駆動ロッドおよびガイドロッドのうちの少なくとも１本のロッドが、保持部材に保持された作動部材への電力供給用の電線の作用を兼ねた。
【選択図】　　　　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、駆動力を受けて所定の移動方向に移動する光学部材を備えた光学機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、カメラ、あるいはビデオカメラなどの光学機器における、レンズの光軸方向への移動はモータで行なわれているが、最近では、モータの代わりに電気―機械変換素子が採用され始めている。
【０００３】
特開平９−１９１６７６号公報には、電気―機械変換素子によるレンズ移動が提案されている。
【０００４】
これは、印加される電圧の変化に応じて厚みが変化する、圧電素子に代表される電気―機械変換素子によって、レンズを保持するレンズ保持枠を所定の摩擦力を以って結合させた駆動ロッドを光軸方向に往復運動させ、印加電圧に応じた速度で動作する特性を利用することで、駆動ロッドを所定以上の加速度で以って動作させ、その所定の摩擦力を超える慣性力を発生させることでレンズ保持枠の光軸方向への移動を行なうものである。
【０００５】
ところで、レンズを保持するレンズ保持枠には、絞りなどの機構が取り付けられている場合があり、絞りの開閉などは、アクチュエータなどによって調節されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、印加電圧に応じて電気―機械変化素子の状態を変化させ、レンズの移動に利用しているレンズ駆動装置では、その移動の駆動力はそれほど強力なものではないため、上記のように、レンズ保持枠に備えられた絞りなどに電力を供給するためのケーブル状の電気配線がレンズ保持枠にぶらさがっていること自体が負荷となる上に、この負荷も一定したものではないために、保持部材の、所定位置への移動を困難なものにしてしまう可能性がある。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑み、電気―機械変換素子を利用して光軸方向への移動が行なわれるレンズ保持枠などの保持部材に備えられた絞りなどの作動部材に対する電力供給が、好適に行なわれる光学機器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光学機器は、
駆動力を受けて所定の移動方向に移動する光学部材を備えた光学機器において、
上記光学部材を保持すると共に、電力の供給を受けて作動する作動部材を保持する保持部材と、
上記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―機械変換素子の厚みの変化を上記保持部材に伝えることによりこの保持部材の移動方向への移動に作用する駆動ロッドと、
上記移動方向に延びこの移動方向に移動する保持部材をガイドしてこの保持部材の姿勢を保持するガイドロッドとを備え、
上記駆動ロッドおよび上記ガイドロッドのうちの少なくとも１本のロッドが、上記保持部材に保持された上記作動部材への電力供給用の電線の作用を兼ねたものであることを特徴とする。
【０００９】
本発明の光学機器では、レンズなどの光学部材を保持する保持部材に保持される絞りなどの作動部材に対する電力供給が、光軸方向に保持部材を移動させる際に利用される、駆動ロッドおよびガイドロッドのうちの少なくとも１本に電線の機能を持たせて行なわれている。これにより、作動部材に対する電力供給をケーブルで行なわなくてもよくなるため、保持部材の光軸方向への移動に与える影響を抑制することができる。
【００１０】
【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。
【００１１】
図１は、本発明の第１実施形態の正面図である。
【００１２】
図１に示される本実施形態であるカメラ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。
【００１３】
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の左斜め下方に、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、フォーカスロックができるようになっている。
【００１４】
図２は、図１に示されるカメラの背面図である。
【００１５】
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。
【００１６】
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、このカメラ１では、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。
【００１７】
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レンズ駆動機構、レンズ鏡胴内のレンズの絶対位置を検出するためのエンコーダ、およびフラッシュ機構などの図示は省略されている。
【００１８】
図３には、本実施形態のカメラ１に採用されているレンズ駆動機構１００も示されており、このレンズ駆動機構１００は、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導体である駆動シャフト１３０と、駆動部１１０と、絞り部１２０と、導体である案内シャフト１６０とで構成されている。尚、図３の左側がカメラ前方方向であり、駆動部１１０の右側には固体撮像素子２２も示されている。
【００１９】
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。
【００２０】
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、案内シャフト１６０および駆動シャフト１３０と電気的に接続するための電極１１３で構成されている。このレンズ駆動機構１００では、ズームレンズ保持枠１１１の端部が駆動シャフト１３０を挟み込むようになっており、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ている。駆動シャフト用圧電素子１４２の伸縮に伴い駆動シャフトも図３に示される左右方向に動作し、それに発生する加速度の度合いにより、駆動シャフトに対し所定の摩擦力を以って結合されているズームレンズ保持枠が光軸方向に移動するか否かが決まる。
【００２１】
絞り部１２０は、アクチュエータ１２１と、絞りばね１２２と、ＣＰＵからの指示を受けアクチュエータの制御を行なうアクチュエータドライバ１２３からなり、このレンズ駆動機構１００では、アクチュエータ１２１のプラス側は、レンズ保持枠１１１に備えられた電極１１３および導体である案内シャフト１６０を経てアクチュエータドライバ１２３に接続された状態であり、アクチュエータ１２１のマイナス側は、レンズ保持枠１１１に備えられた電極１１３および導体である駆動シャフト１３０を経て、駆動シャフトを支持する支持部材１３１ａに接続されてアースされている。アクチュエータドライバ１２３のマイナス側もアースされている。これにより、アクチュエータドライバ１２３からの駆動電力により、アクチュエータ１２１は作動し、絞りばね１２２の調整がＣＰＵ１０の指示を受けて行なわれる。したがって、本実施形態のカメラ１によれば、絞りばねを駆動するためのアクチュエータに対する電力供給が上記のごとく行なわれるので、アクチュエータに対する電力供給がケーブルで行なわれる場合と比べ、駆動部１１０の移動を安定して行なうことができる。
【００２２】
図４は、図３に示す駆動部の断面図である。
【００２３】
図４には、中心にズームレンズ１１２を保持するレンズ保持枠１１１が示されており、図４の左上には、案内シャフト１６０、この案内シャフトの下面に接触している電極１１３、この電極１１３が結線されているアクチュエータ１２１が示されている。また、図４の右下には、挟み込んでいる駆動シャフト１３０の上面に接触する電極１１３が示されており、この電極１１３はアクチュエータ１２１に結線されている。
【００２４】
ここで、このレンズ駆動機構１００における駆動部１１０の、光軸方向への移動原理について説明する。尚、図示しないフォーカスレンズのレンズ駆動機構においても、同様なレンズの移動が行われる。
【００２５】
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。尚、以下では、特開平９−１９１６７６号公報に提案されている原理について説明する。
【００２６】
図５は、カメラ前方側への駆動原理を示す図である。
【００２７】
図６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。
【００２８】
図６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。
【００２９】
駆動シャフト用圧電素子１４２に、図６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５（ａ）に示す状態からその厚みがゆっくりと厚くなり図５（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５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５（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５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。
【００３０】
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５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５（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。
【００３１】
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。
【００３２】
図７は、カメラ背面側への駆動原理を示す図である。
【００３３】
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８に示すような変化を有するものが考えられる。
【００３４】
図８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。
【００３５】
図８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。
【００３６】
この場合に、図７（ａ）に示されている状態の圧電素子１４２は、図８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７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７（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７（ｃ）に示されるように、圧電素子１４２はカメラ背面方向（図７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。
【００３７】
ここで、再び図３の説明に戻るが、図３には、レリーズスイッチ１４、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。
【００３８】
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。
【００３９】
図１に示される電源スイッチ１６を投入し、図２に示される機能スイッチ１７ａにより‘撮影記録’機能が選択され、‘人物撮影’モード、‘スポーツ撮影’モード、および‘風景撮影’モードのうちのいずれかのモードが選択された場合について説明する。
【００４０】
まず、被写体を画角内に捉え、図２に示されるズームスイッチ１９を操作した場合は、パワーズーム機能により、その操作にあわせてズームレンズ群の移動が上述した方法で行なわれる。
【００４１】
その後、照準を被写体に合わせ、レリーズスイッチ１４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に所定の周波数で変化する電圧を印加して行なわれる。それから、レリーズスイッチ１４が全押しされ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、不図示のスイッチによる保存指示により、その静止画像データが図示しないメモリに記録される。上述したように、本実施形態では、駆動部１１０に備えられている絞りの開閉について、案内シャフトおよび駆動シャフトを利用しての電力供給が行なわれる。
【００４２】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
【００４３】
図９は、本実施形態のカメラのレンズ駆動機構を示す図である。
【００４４】
図９（ｂ）には、第１駆動部２１０（左側）および第２駆動部２２０（右側）が、レンズ鏡胴内に設けられた案内シャフト１６０および駆動シャフト１３０それぞれによって上下で軸支されている。レンズ鏡胴１２の下方において、第１駆動部２１０および第２駆動部２２０を軸支している駆動シャフト１３０は、その右側の端部に駆動シャフト用圧電素子１４２を介してレンズ鏡胴の後面に固定されている。案内シャフト１６０も同様に、レンズ鏡胴の後面に固定されている。尚、このレンズ鏡胴１２の前面には、図１にも示される前面レンズ１１が嵌め込まれており、レンズ鏡胴の後面にも、後面レンズ３１が嵌め込まれている。
【００４５】
レンズ鏡胴１２の下方に備えられた駆動シャフト１３０と第１および第２駆動部との結合は、図９（ｂ）にも示される結合用圧電素子２１３、２２３によって制御されている。図９（ａ）は、図９（ｂ）に示される第１駆動部２１０断面図である。
【００４６】
図９（ａ）には、第１駆動部２１０の断面図が示されており、レンズ保持枠２１１の右下方には隙間２１１ａが設けられている。この隙間２１１ａは、駆動シャフト１３０を挟み込むために設けられており、その駆動シャフトを挟み込む強さは、その隙間２１１ａの根元部分に配置されている結合用圧電素子２１３をどの程度図９の左右方向に駆動させ、その隙間を開かせるか、あるいは閉じさせるかによって決定される。
【００４７】
また、図９（ａ）には、駆動シャフト１３０の左右面に電極１３１が光軸方向に埋め込まれ、これら電極１３１に対応してレンズ保持枠２１１にも電極２１４が埋め込まれている様子が示されている。
【００４８】
図１０は、レンズ保持枠と駆動シャフトとの結合状態を示す図である。
【００４９】
図１０には、レンズ保持枠の隙間２１１ａに駆動シャフト１３０が嵌め込まれ、レンズ保持枠の電極２１４と駆動シャフトの電極１３１が接触している様子が示されている。
【００５０】
図１１は、図１０に示される、駆動シャフトおよびレンズ保持枠の断面図である。
【００５１】
図１１には、レンズ保持枠２１４に埋め込まれた２つの電極２１４それぞれは、結合用圧電素子２１３の両端に結線されている。また、駆動シャフト１４３に埋め込まれた電極１３１には、ＣＰＵ１０の指示を受けるドライバ１５０が接続されている。
【００５２】
図１１に示されるように、レンズ保持枠２１１の隙間２１１ａは、その隙間に嵌め込まれている結合用圧電素子２１３の厚みによってコントロールされ、これにより、駆動シャフトに対するレンズ保持枠の結合状態が決定される。したがって、本実施形態のカメラ２においても、レンズ保持枠に備えられた圧電素子に対する電力供給をケーブルなどで直接行なう場合に比べ、レンズ保持枠の移動に影響を与えずに済ますことができる。
【００５３】
以上説明した第１および第２実施形態では、デジタルカメラを例に挙げて説明したが、これに限らず、ロール上のフィルムに撮影するカメラ、あるいはビデオカメラを例に挙げてもよい。
【００５４】
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、圧電素子を駆動させることで所定以上の加速度で駆動シャフトを動作させ、これによりレンズの移動を行なう例を挙げて説明しているが、レンズの移動を電気−機械変化素子の厚み変化を駆動シャフト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。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光学機器によれば、電気―機械変換素子を利用して光軸方向への移動が行なわれるレンズ保持枠などの保持部材に備えられた絞りなどの作動部材に対する電力供給を好適に行なうことができる
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光学機器の第１実施形態の正面図である。
【図２】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】図３の駆動部の断面図である。
【図５】カメラ前方側への駆動原理を示す図である。
【図６】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７】カメラ背面側への駆動原理を示す図である。
【図８】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９】本実施形態のカメラのレンズ駆動機構を示す図である。
【図１０】レンズ保持枠と駆動シャフトとの結合状態を示す図である。。
【図１１】図１０に示される、駆動シャフトおよびレンズ保持枠の断面図である。
【符号の説明】
１、２　カメラ
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　レンズ駆動機構
１１０　駆動部
１１１、２１１　ズームレンズ保持枠
１１２、２１２　ズームレンズ群
１１３、１３１、２１４　電極
１２０　絞り部
１２１　アクチュエータ
１２２　絞りばね
１２３　アクチュエータドライバ
１３０　駆動シャフト
１３１ａ　支持部材
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　ドライバ
１６０　案内シャフト
２１０　第１駆動部
２１１ａ　隙間
２１３、２２３　結合用圧電素子
２２０　第２駆動部
２２１　フォーカスレンズ保持枠
２２２　フォーカスレンズ群

Claims (1)

1. 駆動力を受けて所定の移動方向に移動する光学部材を備えた光学機器において、
   前記光学部材を保持すると共に、電力の供給を受けて作動する作動部材を保持する保持部材と、
   前記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―機械変換素子の厚みの変化を前記保持部材に伝えることにより該保持部材の移動方向への移動に作用する駆動ロッドと、
   前記移動方向に延び該移動方向に移動する保持部材をガイドして該保持部材の姿勢を保持するガイドロッドとを備え、
   前記駆動ロッドおよび前記ガイドロッドのうちの少なくとも１本のロッドが、前記保持部材に保持された前記作動部材への電力供給用の電線の作用を兼ねたものであることを特徴とする光学機器。

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