JP2006276224A

JP2006276224A - レンズ駆動機構、レンズユニット及び撮像装置

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Publication number: JP2006276224A
Application number: JP2005092157A
Authority: JP
Inventors: Tatsuro Makii; 達郎牧井
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2005-03-28
Filing date: 2005-03-28
Publication date: 2006-10-12
Anticipated expiration: 2025-03-28
Also published as: TWI298105B; CN1841109A; CN100406949C; US7409150B2; US20060227437A1; JP4600754B2; TW200641429A; KR20060103846A

Abstract

【課題】機構の簡素化及びブレ補正に関する制御の適正化等を図る。
【解決手段】通電により変形を生じ可動部１０に移動力を付与する圧電素子２４、２５と、該圧電素子に蓄積される電荷量を検出する電荷量センサー３０とを設け、可動部を光軸に直交する方向へ移動させるときに、圧電素子に注入又は圧電素子から放出される電荷量と電荷量センサーによって検出され圧電素子に蓄積された電荷量との差に基づいて可動部に付与された外力を推測して圧電素子に対する通電量を決定するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明はレンズ駆動機構、レンズユニット及び撮像装置についての技術分野に関する。詳しくは、可動部を移動させる圧電素子に蓄積される電荷量を検出して該圧電素子に対する通電量を決定し、機構の簡素化及びブレ補正に関する制御の適正化等を図る技術分野に関する。

鏡筒に可動レンズ等の撮像光学系や可動レンズを移動させるレンズ駆動機構等が配置されて成るレンズユニットは、ビデオカメラやスチルカメラの他、携帯電話等の各種の撮像装置に組み込まれている。可動レンズは、これを保持するレンズホルダーとともに可動部を構成し、該可動部はレンズ駆動機構によって、例えば、ブレ補正を行うために光軸に直交する方向へ移動される。

このようなレンズ駆動機構には、駆動用コイルや駆動用マグネット等によって構成されたリニアアクチュエーターを有するものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−６６２５７号公報

ところが、上記した従来の撮像装置にあっては、レンズ駆動機構として駆動用コイルや駆動用マグネット等によって構成されたリニアアクチュエーターが設けられているため、駆動用コイルや駆動用マグネット等を必要とする分、構造が複雑であると共に配置スペースも大きくなり大型化を来たすという問題がある。

また、ブレを検出するための加速度センサー等に加え、可動部の位置検出を行うためのＭＲ（Magneto Resistance）センサー等を有しているため、部品点数が多く、機構が複雑であるという問題もある。

さらに、加速度センサー等の検出手段によって検出された出力値に基づいて可動部のブレ量が算出され、このブレ量に応じたブレ補正量だけ可動部をレンズ駆動機構によって光軸に直交する方向へ移動させてブレ補正を行っており、ブレ量に基づいてブレ補正量だけ可動部を移動させる制御が所謂オープンループ制御となってしまう。従って、リアルタイム応答性を有しないため、例えば、レンズ駆動機構において自励振動が生じた場合等にはブレ補正を適正に行うことができなくなるおそれがある。

そこで、本発明は、上記した問題点を克服し、機構の簡素化及びブレ補正に関する制御の適正化等を図ることを課題とする。

本発明レンズ駆動機構、レンズユニット及び撮像装置は、上記した課題を解決するために、通電により変形を生じ可動部に移動力を付与する圧電素子と、該圧電素子に蓄積される電荷量を検出する電荷量センサーとを設け、可動部を光軸に直交する方向へ移動させるときに、圧電素子に注入又は圧電素子から放出される電荷量と電荷量センサーによって検出され圧電素子に蓄積された電荷量との差に基づいて可動部に付与された外力を推測して圧電素子に対する通電量を決定するようにしたものである。

従って、本発明レンズ駆動機構、レンズユニット及び撮像装置にあっては、外力が付与された可動部の変位に伴う圧電素子の変形状態に応じて該圧電素子に通電が行われる。

本発明レンズ駆動機構は、可動レンズを有する可動部を光軸に直交する方向へ移動させてブレ補正を行うレンズ駆動機構であって、通電により変形を生じ可動部に移動力を付与する圧電素子と、該圧電素子に蓄積される電荷量を検出する電荷量センサーとを備え、可動部を光軸に直交する方向へ移動させるときに、圧電素子に注入又は圧電素子から放出される電荷量と電荷量センサーによって検出され圧電素子に蓄積された電荷量との差に基づいて可動部に付与された外力を推測して圧電素子に対する通電量を決定するようにしたことを特徴とする。

従って、機構の簡素化及び小型化を図ることができると共に容易にクローズドループ制御を行うことが可能でありブレ補正に関する制御の適正化を図ることができる。

本発明レンズユニットは、可動レンズを有する可動部と該可動部を光軸に直交する方向へ移動させてブレ補正を行うレンズ駆動機構とを備えたレンズユニットであって、レンズ駆動機構は、通電により変形を生じ可動部に移動力を付与する圧電素子と、該圧電素子に蓄積される電荷量を検出する電荷量センサーとを備え、可動部を光軸に直交する方向へ移動させるときに、圧電素子に注入又は圧電素子から放出される電荷量と電荷量センサーによって検出され圧電素子に蓄積された電荷量との差に基づいて可動部に付与された外力を推測して圧電素子に対する通電量を決定するようにしたことを特徴とする。

本発明撮像装置は、可動レンズを有する可動部と該可動部を光軸に直交する方向へ移動させてブレ補正を行うレンズ駆動機構と撮像光学系によって結像された像を電気信号に変換する撮像素子とを備えた撮像装置であって、レンズ駆動機構は、通電により変形を生じ可動部に移動力を付与する圧電素子と、該圧電素子に蓄積される電荷量を検出する電荷量センサーとを備え、可動部を光軸に直交する方向へ移動させるときに、圧電素子に注入又は圧電素子から放出される電荷量と電荷量センサーによって検出され圧電素子に蓄積された電荷量との差に基づいて可動部に付与された外力を推測して圧電素子に対する通電量を決定するようにしたことを特徴とする。

以下に、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に従って説明する。本発明は、携帯電話、ビデオカメラ、スチルカメラ等の動画撮影又は静止画撮影の機能を有する各種の撮像装置又はこれらの撮像装置に用いられた各種のレンズユニット、レンズ駆動機構に適用することができる。

先ず、撮像装置１の全体構成について説明する（図１参照）。

撮像装置１は、カメラブロック２、カメラＤＳＰ（Digital Signal Processor）３、ＳＤＲＡＭ（Synchronous Dynamic Random Access Memory）４、媒体インターフェース５、制御ブロック６、操作部７、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）８及び外部インターフェース９を備え、記録媒体１００が着脱可能とされている。

記録媒体１００としては、半導体メモリーを用いた所謂メモリーカード、記録可能なＤＶＤ（Digital Versatile Disk）や記録可能なＣＤ（Compact Disc）等のディスク状記録媒体等の種々のものを用いることができる。

カメラブロック２は、可動部１０、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の撮像素子１１、Ａ／Ｄ変換回路１２、第１のドライバー１３、第２のドライバー１４、タイミング生成回路１５等を備えている。

可動部１０は、例えば、フォーカスレンズやズームレンズ等の可動レンズ１６と該可動レンズ１６を保持するレンズホルダー１７等を有している（図２参照）。

レンズホルダー１７は、例えば、レンズ保持体１８と可動ベース１９と支持ベース２０とによって構成されている。

レンズ保持体１８には可動レンズ１６が取り付けられて保持され、例えば、左右に突出されたアーム部１８ａ、１８ａが設けられている。レンズ保持体１８には、例えば、下方へ突出された突出部１８ｂが設けられ、該突出部１８ｂには上下に長い支持孔１８ｃが形成されている。

可動ベース１９には、例えば、上下に突出された腕部１９ａ、１９ａが設けられている。可動ベース１９には、例えば、右方へ突出された突部１９ｂが設けられ、該突部１９ｂには左右に長い摺動孔１９ｃが形成されている。可動ベース１９には左右に延びる支持軸２１、２１が設けられ、該支持軸２１、２１にそれぞれレンズ保持体１８のアーム部１８ａ、１８ａが摺動自在に支持されている。従って、レンズ保持体１８は可動ベース１９に対して左右方向（図２に示すＸ方向）へ移動可能とされる。

支持ベース２０には上下に延びる摺動軸２２、２２が設けられ、該摺動軸２２、２２にそれぞれ可動ベース１９の腕部１９ａ、１９ａが摺動自在に支持されている。従って、可動ベース１９は支持ベース２０に対して上下方向（図２に示すＹ方向）へ移動可能とされる。可動ベース１９が支持ベース２０に対してＹ方向へ移動されるときには、レンズ保持体１８も可動ベース１９と一体となってＹ方向へ移動される。

支持ベース２０にはそれぞれ外方へ突出された軸受け部２０ａ、２０ａが設けられ、該軸受け部２０ａ、２０ａが光軸方向に延びるガイド軸２３、２３に摺動自在に支持されている。支持ベース２０はガイド軸２３、２３に案内されて光軸方向へ移動可能とされ、支持ベース２０が光軸方向へ移動されるときには、レンズ保持体１８及び可動ベース１９も支持ベース２０と一体となって光軸方向へ移動される。

撮像素子１１は、図１に示すように、第２のドライバー１４からの駆動信号に応じて動作し、可動レンズ１６を介して取り込まれた被写体の画像を取り込み、制御ブロック６によって制御されるタイミング生成回路１５から出力されたタイミング信号に基づいて、取り込んだ被写体の画像（画像情報）を電気信号としてＡ／Ｄ変換回路１２に送出する。

尚、撮像素子１１はＣＣＤに限られることはなく、撮像素子１１として、例えば、ＣＭＯＳ(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)等の他の素子を使用することもできる。

Ａ／Ｄ変換回路１２は、入力された電気信号としての画像情報に対して、ＣＤＳ（Correlated Double Sampling）処理を行っての良好なＳ／Ｎ比の保持、ＡＧＣ（Automatic Gain Control）処理を行っての利得の制御、Ａ／Ｄ（Analog/Digital）変換を行ってのデジタル信号としての画像データーの生成等を行う。

第１のドライバー１３は、制御ブロック６の後述するＣＰＵの指令に基づいて後述する圧電素子に対して駆動信号を送出する。

第２のドライバー１４は、タイミング生成回路１５から出力されたタイミング信号に基づいて撮像素子１１に対して駆動信号を送出する。

タイミング生成回路１５は、制御ブロック６による制御に応じて、所定のタイミングを提供するタイミング信号を生成する。

カメラブロック２には、可動部１０を、例えば、光軸に直交するＸＹ方向（図２参照）へ移動させる駆動手段として機能する圧電素子２４、２５が設けられている。圧電素子２４は可動部１０を、例えば、Ｘ方向へ移動させる駆動手段として機能し、圧電素子２５は可動部１０を、例えば、Ｙ方向へ移動させる駆動手段として機能する。

圧電素子２４、２５は通電されることにより略曲率半径が一定の状態で変形する。このとき圧電素子２４、２５には電荷が蓄積される。圧電素子２４、２５はそれぞれ一端部が固定部２６、２７に固定され、それぞれＸＹ方向に対応する方向へ変形する。尚、固定部２６、２７は支持ベース２０上に配置されていてもよい。または、固定部２６が可動ベース１９上に配置され、固定部２７が支持ベース２０上に配置されていてもよい。

圧電素子２４、２５には、大別して、バイモルフ型とユニモルフ型とが存在するが、カメラブロック２には、例えば、バイモルフ型の圧電素子２４、２５が用いられている。尚、圧電素子２４、２５として、ユニモルフ型を用いることも可能である。

圧電素子２４、２５の他端部には、図２に示すように、それぞれ係合ピン２８、２９が取り付けられ、該係合ピン２８、２９がそれぞれレンズ保持体１８の支持孔１８ｃと可動ベース１９の摺動孔１９ｃに摺動自在に支持されている。

カメラブロック２には電荷量センサー３０が設けられている。電荷量センサー３０は、圧電素子２４、２５に蓄積される電荷量を検出し、例えば、図示しない検出回路に組み込まれている。電荷量センサー３０からの出力は制御ブロック６の後述するＣＰＵに入力される。

カメラＤＳＰ３は、Ａ／Ｄ変換回路１２から入力した画像データーに対して、ＡＦ（Auto Focus）、ＡＥ（Auto Exposure）、ＡＷＢ（Auto White Balance）等の信号処理を行う。ＡＦ、ＡＥ、ＡＷＢ等の信号処理が行われた画像データーは、所定の方式でデーター圧縮され、制御ブロック６を介して記録媒体１００に出力され、該記録媒体１００にファイルとして記録される。

カメラＤＳＰ３には、ＳＤＲＡＭコントローラー３１が設けられ、該ＳＤＲＡＭコントローラー３１の指令によりＳＤＲＡＭ４に対して高速でデーターの読み書きが行われる。

制御ブロック６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３２、ＲＡＭ（Random Access Memory）３３、フラッシュＲＯＭ（Read Only Memory）３４、時計回路３５等の各部がシステムバス３６を介して接続されて構成されたマイクロコンピュータであり、撮像装置１の各部を制御する機能を有する。

ＣＰＵ３２は第１のドライバー１３やタイミング生成回路１５を介して第２のドライバー１４等に指令信号を送出し、これらの各部を動作させる。ＣＰＵ３２には、電荷量センサー３０によって検出され圧電素子２４、２５に蓄積された電荷量の情報が入力され、ＣＰＵ３２によって入力された電荷量の情報に基づいて第１のドライバー１３に対して指令信号が出力される。

図３は、圧電素子２４、２５の変位量（変形量）と電荷量センサー３０により検出された電荷量との関係を示すグラフ図である。

図３に示すように、圧電素子２４、２５の変位量は、該圧電素子２４、２５に蓄積される電荷量に対して比例関係にある。また、圧電素子２４、２５はこれによる変形が生じると、生じた変形量に比例する量の電荷が蓄積されるという特性を有している。

従って、圧電素子２４、２５に蓄積された電荷量を検出し、この検出された電荷量から印加される駆動電圧に応じて圧電素子２４、２５に注入又は放出される電荷量を差し引くことにより、外力によって圧電素子２４、２５に蓄積された電荷量を算出することができる。尚、圧電素子２４、２５に印加されていた駆動電圧より高い駆動電圧が印加されたときには圧電素子２４、２５に電荷が注入され、圧電素子２４、２５に印加されていた駆動電圧より低い駆動電圧が印加されたときには圧電素子２４、２５から電荷が放出されることになる。

このように、圧電素子２４、２５を用いることにより、手ブレが生じたときの慣性力によって可動部１０に付与された外力の大きさ、即ち、ブレ量を、可動部１０の変位に伴って変形される圧電素子２４、２５に蓄積された電荷量を検出することにより推測することができる。従って、圧電素子２４、２５は可動部１０をＸＹ方向へ移動させるための駆動手段として機能する他、可動部１０に生じるブレ量を検出するブレ検出手段としても機能する。

撮像装置１にあっては、「圧電素子２４、２５に注入又は圧電素子２４、２５から放出される電荷量と電荷量センサー３０によって検出され圧電素子２４、２５に蓄積された電荷量との差」と「「可動部１０に生じると推測されるブレ量」との関係が、予め、マップ情報としてフラッシュＲＯＭ３４等に記憶されている。従って、撮像装置１による撮影時には、常時、電荷量センサー３０によって圧電素子２４、２５に蓄積された電荷量が検出され、この検出結果がＣＰＵ３２に電荷量の情報として入力される。このとき上記したマップ情報が読み出されてＣＰＵ３２から可動部１０に生じたブレ量を補正するための補正量に応じた指令信号が第１のドライバー１３に対して出力され、ＣＰＵ３２の指令に基づいて第１のドライバー１３から圧電素子２４、２５に対して駆動信号が出力されて該圧電素子２４、２５に対して必要な駆動電圧が印加される。

ＲＡＭ３３は処理の途中結果を一時記憶する等、主に作業領域として用いられる。

フラッシュＲＯＭ３４には、ＣＰＵ３２において実行する種々のプログラムや各処理に必要となるデーター等が記憶される。

時計回路３５は、現在年月日、現在曜日、現在時刻、撮影日時等を出力する回路である。

操作部７は撮像装置１の筐体に設けられたタッチパネルやコントロールキー等であり、操作部７に対する操作に応じた信号がＣＰＵ３２に入力され、該ＣＰＵ３２によって入力した信号に基づいて各部に指令信号が送出される。

ＬＣＤ８は、例えば、筐体に設けられ、システムバス３６に接続されたＬＣＤコントローラー３７によって制御される。ＬＣＤ８には、ＬＣＤコントローラー３７の駆動信号に基づいた画像データー等の各種の情報が表示される。

外部インターフェース９はシステムバス３６に接続されている。外部インターフェース９を介して外部機器２００、例えば、外部のパーソナルコンピューターと接続し、このパーソナルコンピューターから画像データーを受け取って記録媒体１００に記録したり、記録媒体１００に記録されている画像データーを外部のパーソナルコンピューター等に出力することができる。尚、記録媒体１００はシステムバス３６に接続された媒体インターフェース５を介して制御ブロック６に接続される。

また、外部インターフェース９に外部デバイス２００、例えば、通信モジュールを接続することにより、例えば、インターネット等のネットワークに接続し該ネットワークを通じて種々の画像データーやその他の情報を取得し、これらのデーターや情報を記録媒体１００に記録したり、記録媒体１００に記録されているデーターを、ネットワークを通じて目的とする相手先に送信したりすることができる。

尚、外部インターフェース９は、ＩＥＥＥ（Institute of Electrical and Electronics Engineers）１３９４、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）等の有線用インターフェースとして設けることも可能であり、また、光や電波による無線用インターフェースとして設けることも可能である。

一方、記録媒体１００に記録された画像データーは、ユーザーによって行われた操作部７に対する操作に応じた操作信号に基いて記録媒体１００から読み出され、媒体インターフェース５を介してカメラＤＳＰ３に送出される。

カメラＤＳＰ３は、記録媒体１００から読み出されて入力された圧縮されている画像データーについて、データー圧縮の解凍処理（伸張処理）を行い、解凍後の画像データーをシステムバス３６を介してＬＣＤコントローラー３７に送出する。ＬＣＤコントローラー３７は、この画像データーに基づいた画像信号をＬＣＤ８に送出する。ＬＣＤ８には画像信号に基づいた画像が表示される。

以上のように構成された撮像装置１において、圧電素子２４、２５と係合ピン２８、２９と電荷量センサー３０は可動部１０の移動制御を行うレンズ駆動機構３８の構成要素とされ、該レンズ駆動機構３８と可動部１０はレンズユニット３９の構成要素とされる（図１参照）。

撮像装置１において、上記したように、ＣＰＵ３２の指令により第１のドライバー１３から圧電素子２４、２５に対して駆動信号が出力されると、図示しない電源回路から圧電素子２４、２５に対して駆動電圧が印加される。

圧電素子２４、２５に対して駆動電圧が印加されると圧電素子２４、２５が変形され、この変形に伴って可動部１０がＸＹ方向へ移動されブレ補正動作が行われる（図４及び図５参照）。このとき圧電素子２４、２５に取り付けられた係合ピン２８、２９は、それぞれレンズ保持体１９の支持孔１９ｃ、可動ベース２０の摺動孔２０ｃ内を摺動される。

以上に記載した通り、撮像装置１にあっては、レンズ駆動機構３８に圧電素子２４、２５を用いているため、機構の簡素化を図ることができると共に及び配置スペースが少なくて済むため小型化を図ることができる。

また、可動部１０を移動させる駆動手段と可動部１０に生じるブレ量を検出するブレ検出手段とを圧電素子２４、２５によって兼用しているため、容易にクローズドループ制御（フィードバック制御）を行うことが可能であり、リアルタイムにブレを補正することができ、ブレ補正に関する制御の適正化を図ることができる。

尚、上記には、可動部１０をＸＹ方向へ移動させてブレ補正を行う例を示したが、ブレ補正はＸ方向又はＹ方向の何れかの方向とすることも可能であり、この場合には一方の圧電素子２４又は圧電素子２５を用いればよい。

また、上記には、光軸方向へ移動されるズームレンズ又はフォーカスレンズを有する可動部１０を光軸に直交する方向へ移動させてブレ補正を行う例を示したが、ブレ補正用のレンズとして、光軸方向へ移動せず光軸に直交する方向にのみ移動可能な専用のレンズを用いることも可能である。この場合のブレ補正用のレンズは、ガイド軸２３、２３に支持されている必要はない。

尚、上記に示した上下左右の方向は説明の便宜上のものであり、本発明の適用においては、これらの方向に限定されることはない。

上記した最良の形態において示した各部の具体的な形状及び構造は、何れも本発明を実施する際の具体化のほんの一例を示したものにすぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されることがあってはならないものである。

図２乃至図５と共に本発明の最良の形態を示すものであり、本図は、撮像装置の全体構成を示すブロック図である。圧電素子が変形される前の状態を可動部とともに一部を断面にして示す拡大正面図である。圧電素子の変位量と電荷量センサーにより検出された電荷量との関係を示すグラフ図である。圧電素子が変形され可動部がＸ方向へ移動された状態を一部を断面にして示す拡大正面図である。圧電素子が変形され可動部がＹ方向へ移動された状態を一部を断面にして示す拡大正面図である。

符号の説明

１…撮像装置、１０…可動部、１１…撮像素子、１６…可動レンズ、２４…圧電素子、２５…圧電素子、３０…電荷量センサー、３８…レンズ駆動機構、３９…レンズユニット

Claims

可動レンズを有する可動部を光軸に直交する方向へ移動させてブレ補正を行うレンズ駆動機構であって、
通電により変形を生じ可動部に移動力を付与する圧電素子と、
該圧電素子に蓄積される電荷量を検出する電荷量センサーとを備え、
可動部を光軸に直交する方向へ移動させるときに、圧電素子に注入又は圧電素子から放出される電荷量と電荷量センサーによって検出され圧電素子に蓄積された電荷量との差に基づいて可動部に付与された外力を推測して圧電素子に対する通電量を決定するようにした
ことを特徴とするレンズ駆動機構。
可動レンズを有する可動部と該可動部を光軸に直交する方向へ移動させてブレ補正を行うレンズ駆動機構とを備えたレンズユニットであって、
レンズ駆動機構は、
通電により変形を生じ可動部に移動力を付与する圧電素子と、
該圧電素子に蓄積される電荷量を検出する電荷量センサーとを備え、
可動部を光軸に直交する方向へ移動させるときに、圧電素子に注入又は圧電素子から放出される電荷量と電荷量センサーによって検出され圧電素子に蓄積された電荷量との差に基づいて可動部に付与された外力を推測して圧電素子に対する通電量を決定するようにした
ことを特徴とするレンズユニット。
可動レンズを有する可動部と該可動部を光軸に直交する方向へ移動させてブレ補正を行うレンズ駆動機構と撮像光学系によって結像された像を電気信号に変換する撮像素子とを備えた撮像装置であって、
レンズ駆動機構は、
通電により変形を生じ可動部に移動力を付与する圧電素子と、
該圧電素子に蓄積される電荷量を検出する電荷量センサーとを備え、
可動部を光軸に直交する方向へ移動させるときに、圧電素子に注入又は圧電素子から放出される電荷量と電荷量センサーによって検出され圧電素子に蓄積された電荷量との差に基づいて可動部に付与された外力を推測して圧電素子に対する通電量を決定するようにした
ことを特徴とする撮像装置。