JP2008072785A - 振動型リニア駆動装置及びカメラレンズ - Google Patents

Abstract

【課題】振動子の機械的干渉を防ぐことができ、振動子の可動範囲を広げることができるともに、スライド部材の摩耗量を減らすことができる振動型リニア駆動装置を提供する。
【解決手段】振動型リニア駆動装置は、弾性体１０と圧電素子１１からなる複数の振動子６と、棒状のスライダ８を有する。そして、複数の振動子６に設けられた突起１０ａ、１０ｂをスライダ８に接触させ、複数の振動子６とスライダ８が相対的に移動可能に構成されかつ、複数の振動子６を、スライダ８の異なる外周面に接触させるようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、振動型リニア駆動装置及びカメラレンズに関し、特に、直線状に移動する超音波リニアモータを複数用いた振動型リニア駆動装置及びカメラレンズに関する。

従来から超音波リニアモータに関する多くの提案がなされている。超音波リニアモータを、小型、高速、高応答という特徴を活かして、デジタルカメラやデジタルビデオカメラの鏡筒内部のレンズを駆動するアクチュエータとして利用した提案がなされている。

例えば、特許文献１では、複数の超音波リニアモータを配置し、カメラレンズ鏡筒内のズーム用レンズ群及びフォーカス調整用のレンズ群を駆動している。その際、超音波リニアモータの複数の振動子は共通のガイド軸に接触させることにより装置の小型化を図っている。
特開２００５−０９４９５７号公報

しかしながら、上記特許文献１記載の技術においては、共通で使用するガイド軸に対して２つの振動子の接触面が同一であるために、２つの振動子間の距離が近くなると振動子同士が接触してしまうので所定の距離よりも近づけることが不可能であった。

それに加えて、加圧機構のバランスがくずれてガイド軸が傾かないように、２つの振動子の移動範囲を規制しなければならないという問題もあった。さらに２つの振動子がガイドの同一面と接触する構成となっているので、ガイド軸側の摩耗量が大きいという問題もあった。

本発明の目的は、振動子の機械的干渉を防ぐことができ、振動子の可動範囲を広げることができるとともに、スライド部材の摩耗量を減らすことができる振動型リニア駆動装置及びカメラレンズを提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１記載の振動型リニア駆動装置は、弾性体と電気−機械エネルギー変換素子からなる複数の振動子と、棒状のスライド部材を有し、前記複数の振動子に設けられた接触部を前記スライド部材に接触させ、前記複数の振動子と前記スライド部材が相対的に移動可能に構成された振動型リニア駆動装置において、前記複数の振動子を、前記スライド部材の異なる外周面に接触させることを特徴とする。

請求項９記載のカメラレンズは、請求項１記載の複数の前記振動子をカメラレンズの鏡筒におけるズーム倍率調整用レンズ及び焦点調整用レンズの駆動源とすることを特徴とする。

本発明の振動型リニア駆動装置は、弾性体と電気−機械エネルギー変換素子からなる複数の振動子と、棒状のスライド部材を有する。そして、複数の振動子に設けられた接触部をスライド部材に接触させ、複数の振動子とスライド部材が相対的に移動可能に構成されかつ、複数の振動子を、スライド部材の異なる外周面に接触させるようにする。

このように、複数の振動子を、スライド部材の異なる外周面に接触させるようにすることで、振動子の機械的干渉を防ぐことができ、振動子の可動範囲を広げることができるとともに、スライド部材の摩耗量を減らすことができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。

本発明の実施の形態は、超音波リニアモータを駆動源としたカメラレンズ機構に関して説明する。デジタルビデオカメラやデジタルカメラ等で用いられているレンズ機構は通常複数のレンズ群で構成されている。複数のレンズ群は、鏡筒に対して固定されているレンズ群と移動可能なレンズ群からなっている。

公知のデジタルビデオカメラやデジタルカメラ等においては、所定のレンズ群を光軸方向に移動させることにより、フォーカスを調整することを可能としている。また、上記とは別の所定のレンズ群を光軸方向に移動させることにより、ズーム倍率を変更することを可能としている。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の振動型リニア駆動装置としての第１の実施の形態に係るレンズ鏡筒の正面図である。また、図２は、図１のレンズ鏡筒を矢印Ａの方向から見た図である。

図１及び図２は、上述したような複数のレンズ群からなるレンズ機構を示しているが、説明を簡略化するために、フォーカス調整レンズ及びズーム倍率調整用レンズ以外に関しては図示を省略した。また、レンズ機構で必要とされる絞り等の機構に関しても図示及び説明を省略する。

図１及び図２において、レンズ鏡筒は、ズーム倍率調整用のレンズ１、レンズ１を保持するレンズ保持部材２及び９、ガイド軸３、駆動力伝達部材４及び５、後述する超音波リニアモータの振動子６及び７、スライダ８を備える。

レンズ保持部材９はフォーカス調整用のレンズを保持する。フォーカス調整用のレンズは図１及び図２の方向からは見えないので図示していないが、実際にはフォーカス調整用レンズ保持部材９に取り付いている。

ガイド軸３は、レンズ保持部材２及び９に形成された穴にそれぞれ嵌合しており、それぞれのレンズ保持部材２及び９の運動方向を規制している。駆動力伝達部材４は、後述する超音波リニアモータの振動子６の動力をレンズ保持部材２に伝える役割を担っている。同様に、駆動力伝達部材５は、レンズ保持部材９に振動子７の動力を伝達するための部材である。

超音波リニアモータのスライダ８の外周面は、振動子６及び振動子７が接触加圧されている。スライダ８は磁石で構成されており、振動子６、７は磁石に吸引される部材で構成されているので、振動子６、７は磁力によってスライダ８に加圧されるように構成されている。

ここで超音波リニアモータに関して説明を行う。

図３は、図１のレンズ鏡筒に用いられる超音波リニアモータの斜視図である。

図３において、超音波リニアモータは、振動子６とスライダ８を備えている。上述したように、振動子６とスライダ８は磁力により加圧されるように構成されている。

振動子６は、金属材料からなる弾性体１０及び圧電素子１１から構成される。弾性体１０と圧電素子１１は接着剤等で固着されている。弾性体１０には２つの突起１０Ａ、１０Ｂが形成されている。

圧電素子１１において、弾性体１０と接着されている面とは反対の面には図４に示すような２つの電極Ｖ１、Ｖ２が配置されている。図４の「＋」マークは分極方向であり、２つの電極部分の分極方向が同じであることを表している。

図５は、図３における振動子の２つの振動モードを示す図である。

図５において、（ａ）は矩形の振動子６の長辺方向２次の屈曲振動を示す図である。この振動モードをＡモードと呼ぶことにする。また、（ｂ）はもう１つの振動モードであり、矩形の振動子６の短辺方向１次の屈曲振動を示す図である。この振動モードをＢモードと呼ぶことにする。ＡモードとＢモードの振動の共振周波数は略一致するように形状を決めている。

上記のように構成された超音波リニアモータにおいて、図４の電極Ｖ１及びＶ２に共振周波数付近の同一周波数で、かつ同一位相の交流電圧を印加することによりＢモードの振動が発生する。また、電極Ｖ１及びＶ２に共振周波数付近の同一周波数で、かつ逆位相の交流電圧を印加することによりＡモードの振動が発生する。

電極Ｖ１とＶ２に印加する電圧の位相差を同相または逆相以外の位相差にすると、振動子６にはＡモードとＢモードが同時に発生することになる。ＡモードとＢモードの振動を組み合わせると、図３における弾性体１０の突起１０ａ、１０ｂ、即ち、振動子６の突起には楕円運動が発生する。この楕円運動を利用して振動子６とスライダ８は図３における矢印Ｄに示す方向に相対的に移動する。

図２に戻って、レンズ保持部材２に接続された振動子６及びレンズ保持部材９に接続された振動子７には不図示の電圧供給手段により交流電圧が印加されている。その結果、それぞれの振動子６、７の突起には楕円運動が発生する。振動子６及び７に対して共通のスライダ８を加圧接触させているので、レンズ保持部材２は矢印Ｂのように駆動される。同様にしてレンズ保持部材９は矢印Ｃのように駆動される。

レンズ保持部材２及び９はそれぞれ別の振動子６、７によって駆動力を発生させているので、それぞれのレンズ保持部材は独立して動作させることが可能である。さらに、振動子６と振動子７が、図１に示すように、スライダ８の異なる外周面に接触しているために、振動子６及び７がスライダ８の同一面に接触している場合と比較してレンズ保持部材２と９の間隔を小さくすることが可能となる。

即ち、図６において、振動子６及び７をスライダ８の同一面に接触させた場合は、振動子同士が干渉するためにレンズ保持部材２と９の間隔は図６の（ａ）に示す関係までしか近づけられない。しかし、本実施の形態のようにスライダ８の異なる外周面に接触させることによりレンズ保持部材２と９は図６の（ｂ）に示す関係まで近づけることが可能となる。

さらに、振動子６及び７がスライダ８の別の外周面に接触しているので、同一面に複数の振動子を接触させた場合と比較してスライダ側の摩耗量が少なくなる。

尚、本実施の形態ではレンズ鏡筒に搭載された超音波リニアモータに関して説明したが、本発明はこれに限らず、複数の被駆動物を直線状に駆動する構成の機構であれば用途を限定しないものとする。また、本実施の形態では超音波振動子を２つ用いた例を示したが、本発明はこれに限らず３個以上の振動子をスライダの異なる外周面に接触させてもよいものとする。

（第２の実施の形態）
図７は、本発明の振動型リニア駆動装置としての第２の実施の形態に係るレンズ鏡筒の正面図である。

図７において、第１の実施の形態で説明した図１と同記号の部材は第１の実施の形態と同様な機能を有する部材であるので説明を省略する。

第１の実施の形態では、振動子６及び７がスライダ８の隣接する外周面に接触していたのに対して、第２の実施の形態の図７では、振動子６及び７がスライダ８の対向する外周面に接触するように構成されている。

このように構成することにより、図７に示すように、スライダ８の断面の一辺よりも振動子６及び７の断面長の方が長い場合でも振動子同士が干渉するのを防ぐことができる。

（第３の実施の形態）
図８は、本発明の振動型リニア駆動装置としての第３の実施の形態に係るレンズ鏡筒の正面図である。

本実施の形態は、図７に示す第２の実施の形態のレンズ鏡筒をさら改良したものである。図８において、スライダ１２の断面形状が第２の実施の形態と異なっている。図８に示したように、スライダ１２の断面形状を曲面にすることにより振動子６及び７の姿勢が変化した場合においても安定した接触状態を保つことが可能となる。

尚、本実施の形態では、スライダ１２の断面形状は円形であるが、本発明はこれに限らず断面形状は楕円であってもよいし、曲線と直線を有する形状であってもよいものとする。

（第４の実施の形態）
図９は、本発明の振動型リニア駆動装置としての第４の実施の形態に係るレンズ鏡筒の正面図である。

本実施の形態は、図８に示す第３の実施の形態のレンズ鏡筒に対し、ズーム倍率調整用レンズ及びフォーカス調整用のレンズそれぞれの位置検出用として、光学式エンコーダを追加したものである。

図９において、ズーム倍率調整用のレンズ１への駆動力伝達部材４がレンズ１とは逆方向に張り出すような構成となっており、張り出した部分に光学式エンコーダの発光素子及び受光素子が一体化したセンサ１３が取り付けられている。同様に駆動力伝達部材５にもセンサ１４が取り付けられている。

本実施の形態で使用する光学式エンコーダは反射型のエンコーダであり、スケール１５に光を照射し、スケール１５で反射される光をセンサで１３及び１４で読み取ることにより、スケール１５とセンサ１３，１４の相対的な位置を検知するものである。

図９のセンサ１３及び１４からスケール１５に向けて記載した矢印は光の照射方向を示している。反射式エンコーダに関しては公知の技術であるので詳しい説明を省略する。

上記のような構成にすることにより、ズーム倍率調整用レンズ及びフォーカス調整用レンズの位置を検出するために従来２つ必要であったスケールを、１つの共通のスケール１５とすることが可能となり、構成を簡略化することができる。

本発明の振動型リニア駆動装置としての第１の実施の形態に係るレンズ鏡筒の正面図である。 図１のレンズ鏡筒を矢印Ａの方向から見た図である。 図１のレンズ鏡筒に用いられる超音波リニアモータの斜視図である。 図３における圧電素子の説明図である。 図３における振動子の２つの振動モードを示す図である。 図２のレンズ鏡筒の動作の説明図である。 本発明の振動型リニア駆動装置としての第２の実施の形態に係るレンズ鏡筒の正面図である。 本発明の振動型リニア駆動装置としての第３の実施の形態に係るレンズ鏡筒の正面図である。 本発明の振動型リニア駆動装置としての第４の実施の形態に係るレンズ鏡筒の正面図である。

符号の説明

１ レンズ
２、９ レンズ保持部材
３ ガイド軸
４、５ 駆動力伝達部材
６、７ 振動子
８、１２ スライダ（スライド部材）
１０ 弾性体
１０ａ、１０ｂ 突起（接触部）
１１ 圧電素子（電気−機械エネルギー変換素子）
１３、１４ センサ
１５ スケール

Claims (8)

1. 弾性体と電気−機械エネルギー変換素子からなる複数の振動子と、棒状のスライド部材を有し、前記複数の振動子に設けられた接触部を前記スライド部材に接触させ、前記複数の振動子と前記スライド部材が相対的に移動可能に構成された振動型リニア駆動装置において、
   前記複数の振動子を、前記スライド部材の異なる外周面に接触させることを特徴とする振動型リニア駆動装置。
2. 前記スライド部材の前記外周面は複数の平面部を有し、前記複数の振動子をそれぞれ前記スライド部材の前記平面部に接触させることを特徴とする請求項１記載の振動型リニア駆動装置。
3. 前記スライド部材の断面形状は四角形であり、前記複数の振動子は２つで構成されており、前記２つの振動子を前記スライド部材の対向する前記外周面に接触させることを特徴とする請求項２記載の振動型リニア駆動装置。
4. 前記スライド部材の断面形状は四角形であり、前記複数の振動子は２つで構成されており、前記２つの振動子を前記スライド部材の隣合う前記平面部に接触させることを特徴とする請求項２記載の振動型リニア駆動装置。
5. 前記スライド部材の断面形状は円または楕円形状であり、前記複数の振動子を前記外周面の異なる部分に接触させることを特徴とする請求項１記載の振動型リニア駆動装置。
6. 前記複数の振動子にはそれぞれ位置センサが取り付けられており、前記位置センサは共通のスケールを用いて位置の検知を行うことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の振動型リニア駆動装置。
7. 前記位置センサは光学式のエンコーダであることを特徴とする請求項６記載の振動型リニア駆動装置。
8. 請求項１記載の複数の前記振動子をカメラレンズの鏡筒におけるズーム倍率調整用レンズ及び焦点調整用レンズの駆動源とすることを特徴とするカメラレンズ。

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