JP2013242377A - レンズ駆動機構 - Google Patents

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Abstract

【課題】簡単な構成で小型化を実現するとともに、変倍動作の際に撮影倍率を連続的に選択可能なレンズ駆動機構を提供する。
【解決手段】レンズ移動機構は、バリエーター71とコンペンセーター72とを有する撮影光学系においてバリエーター71とコンペンセーター72とを光軸方向に駆動するレンズ駆動機構であって、バリエーター71を保持するカムフォロワー74と、コンペンセーター72を保持するカムフォロワー75と、撮影光学系の変倍動作時にはカムフォロワー74,75に当接し、カムフォロワー74,75を光軸方向に移動させるカム部32と、変倍動作時にカムフォロワー74,75をカム部32に当接させる圧縮コイルばね79と、変倍動作時にカム部32を回転駆動する振動体10Aと、撮影光学系のフォーカシング動作時にカムフォロワー75をカム部32から離間させるようにカムフォロワー75を光軸方向に移動させる振動体10Bとを備える。
【選択図】図4

Description

本発明は、レンズ駆動機構に関する。
携帯電話やスマートフォンなどに内蔵されるマイクロカメラユニット(MCU)は、現在数多く生産されており、高画素化が進むとともに、デジタルカメラに置き換わるための機能を備えつつある。
しかし、光学ズーム等のレンズ群を大きく動かす必要がある機能は、移動機構によってレンズユニットを大型化させるため、これを携帯電話やスマートフォンに内蔵する場合、機器の大型化により商品価値を損なうことになりやすい。したがって、光学ズーム機能を内蔵した携帯電話やスマートフォンはあまり普及していない。つまり、携帯電話やスマートフォンにおいて、光学ズーム機能を普及させるためには、移動機構を含めたレンズユニットを小型化する必要がある。
従来のズームレンズ鏡胴においては、撮影光学系の前群と後群とを光軸方向に移動させて撮影倍率を変える動作(変倍動作)と、被写体へのピント調節を行なう動作(フォーカシング動作)とを別個の駆動手段や案内手段によって行なうのが普通であった。
これに対し、特開昭61−259210号公報(特許文献1)に記載のズームレンズ鏡胴は、1個のズ−ムリングを回転させることにより、撮影光学系の前群と後群とを光軸方向に移動させて変倍動作とフォーカシング動作とを同時に行なうものである。ここで、変倍動作を行なう際は、ズームリングを回転させることにより、前群と後群とを光軸方向に移動させる。フォーカシング動作を行なう際は、撮影光学系全体を光軸方向に移動させる方法と、前群または後群の何れかを移動させる方法とがある。
特許文献1に記載の構成によれば、単一のズームリングを単一のモータで回転させることにより変倍動作とフォーカシング動作とを行なうことができるので、別個に駆動手段や案内手段を設けたズームレンズ鏡胴と比較して、部品点数が少なく簡単に構成できる。
特開昭61−259210号公報
しかしながら、特許文献1に記載のズームレンズ鏡胴は、変倍動作の際に撮影倍率を段階的にしか選択できないという問題があった。
本発明の目的は、簡単な構成で小型化を実現するとともに、変倍動作の際に撮影倍率を連続的に選択可能なレンズ駆動機構を提供することにある。
本発明に係るレンズ駆動機構は、第1レンズと第2レンズとを有する撮影光学系において第1レンズと第2レンズとを光軸方向に駆動するレンズ駆動機構である。
上記レンズ駆動機構は、第1レンズを保持する第1保持体と、第2レンズを保持する第2保持体と、少なくとも撮影光学系の変倍動作時には第1保持体および第2保持体に当接し、第1保持体および第2保持体を光軸方向に移動させるカムと、変倍動作時に第1保持体および第2保持体をカムに当接させる当接手段と、変倍動作時にカムを回転駆動する第1駆動手段と、撮影光学系のフォーカシング動作時に第2保持体をカムから離間させるように第2保持体を光軸方向に移動させる第2駆動手段とを備える。
1つの実施態様では、上記レンズ駆動機構において、カムは、第1保持体および第2保持体が嵌合するガイド溝を有する板状部材を含み、板状部材が回転することにより、第1保持体および第2保持体が光軸方向に移動する。
1つの実施態様では、上記レンズ駆動機構において、当接手段は、第1保持体および第2保持体を互いに引き寄せる方向または互いに引き離す方向に付勢する部材を含む。
1つの実施態様では、上記レンズ駆動機構において、当接手段は、第1保持体をカムに当接させる第1当接手段と、第2保持体をカムに当接させる第2当接手段とを含み、第2当接手段を第2駆動手段により構成する。
1つの実施態様では、上記レンズ駆動機構において、第1駆動手段および第2駆動手段の少なくとも一方は圧電素子による振動アクチュエーターを含む。
本発明によれば、1つのカムを用いて変倍動作とフォーカシング動作とを行なうことができるので、簡単な構成で小型化を実現することができる。また、変倍動作のための駆動手段とフォーカシング動作のための駆動手段とが別個に設けられているため、変倍動作とフォーカシング動作とを独立して制御可能であり、変倍動作の際に撮影倍率を連続的に選択可能とすることができる。
本発明の1つの実施の形態に係るレンズ駆動機構に適用可能な駆動装置の正面図である。 図1に示す駆動装置の側面図である。 図1,図2に示す駆動装置による駆動状態を示す図である。 本発明の1つの実施の形態に係るレンズ駆動機構による変倍動作について説明するための図であり、撮影光学系がワイドのポジションに位置している状態を示す。 本発明の1つの実施の形態に係るレンズ駆動機構による変倍動作について説明するための図であり、撮影光学系がテレのポジションに位置している状態を示す。 本発明の1つの実施の形態に係るレンズ駆動機構によるフォーカシング動作について説明するための図であり、フォーカス位置が無限遠にある状態を示す。 本発明の1つの実施の形態に係るレンズ駆動機構によるフォーカシング動作について説明するための図であり、フォーカス位置が最近接にある状態を示す。
以下に、本発明の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。
なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本発明にとって必ずしも必須のものではない。
図1,図2は、各々、本実施の形態に係るレンズ駆動機構に含まれる駆動装置(振動アクチュエーター1A)の正面図および側面図である。なお、本願の図1〜図7においては、便宜上、共通の直交XYZ座標系を用いて方向を示すものとする。
図1および図2に示すように、振動アクチュエーター1Aは、駆動源である振動体10と、振動体10により駆動される被駆動体30Aと、加圧部材40と、振動体10から被駆動体30Aへと付与される力(荷重)を支持する支持部材(荷重支持部材)50と、台板60とを備えている。振動体10と被駆動体30Aと支持部材50とは、図1中のZ方向において、この順序で配置されている。
振動体10は、2つの圧電素子を用いたトラス型の振動発生体として構成される。具体的には、振動体10は、図1に示すように、2つの圧電素子11,12と、チップ部材13と、ベース部材14とを備えている。振動体10は、高周波電圧(高周波信号)の印加に応じて振動する。
2本の圧電素子11,12は直角に交差して配置され、圧電素子11,12の交差側端部はチップ部材13に接合されている。これら圧電素子11,12の他端は、ベース部材14に接合されている。
圧電素子11は、積層型圧電素子であり、圧電特性を有する複数のセラミック薄板と電極とを交互に積層した構造を有している。圧電素子11は、印加電圧の変更に応じて積層方向に伸縮する変位素子である。圧電素子12も圧電素子11と同様の構成を備えており、印加電圧の変更に応じて積層方向に伸縮する。振動体10の圧電素子11,12を、位相差を有する交流電圧で駆動することによって、振動体10のチップ部材13を楕円運動させることができる。この楕円運動により発生する駆動力を用いて、被駆動体30Aが駆動される。
被駆動体30Aは、薄板状の円形形状を有しており、所定の回転軸Az(図2参照)を中心に回動する回動体として形成されている。具体的には、被駆動体30Aの中央には貫通孔が設けられており、振動アクチュエーター1Aの本体側に固定された軸部材29(図2参照)が当該貫通孔に貫通する。被駆動体30Aは、この軸部材29を中心にして回動することが可能である。
被駆動体30Aは、接触部31とカム部32とを備えている。接触部31およびカム部32は、たとえば、金属(ステンレス、アルミニウム等)またはセラミックにより形成される。
接触部31は、振動体10に接触する部分である。振動体10からの駆動力は、接触部31に対して直接的に伝達される。具体的には、接触部31は、振動体10の振動動作に応じて振動体10との接触(衝突)および振動体10からの離反を繰り返しつつ振動体10との間に生じる摩擦力によって駆動される。換言すれば、振動体10は、接触部31の表面において摩擦接触を伴う微小移動動作を繰り返すことによって、接触部31を駆動する。
カム部32は、接触部31と一体の部品であってもよいし、接触部31とは異なる種類の材料で形成され、接触部31に対して接合されたものであってもよい。接触部31とは振動伝搬速度が異なる材料をカム部32に用いることによって、振動伝達を抑制でき、カム部32が接触部31と同調して振動することを防止できる。
振動体10に対して被駆動体30Aとは反対側(−Z側)に加圧部材40が設けられている。加圧部材40は、たとえばコイルバネなどの弾性部材で構成されており、その一端は、振動体10のベース部材14に固定され、他端は台板60に固定される。加圧部材40による付勢力によって、振動体10は被駆動体30Aに軽く押しつけられている。なお、加圧部材40による付勢力は比較的小さな力であり、且つ、振動体10の振動周期は加圧部材40の伸縮動作が追従できない程に短い(すなわち非常に高い周波数、具体的にはたとえば180kHz程度である)ため、振動体10のチップ部材13は、加圧部材40の付勢力に抗して、被駆動体30Aに対して接触と離反とを繰り返すことができる。したがって、後述するような駆動動作を行うことが可能である。
支持部材50は、振動体10のチップ部材13との間で被駆動体30Aを挟むよように、被駆動体30Aに対して振動体10とは反対側(+Z側)に設けられている。支持部材50は、ローラ51を有している。ローラ51は、台板60から+Y方向に伸びた細長円柱状の軸部材61(図2参照)によって回転自在に軸支されている。なお、ローラ51は、押さえ部材(不図示)によって、軸Ay方向(Y方向)の移動が規制されており、軸部材61から脱落しないように構成されている。
支持部材50(ローラ51)は、図1および図2に示すように、薄板状の被駆動体30A(接触部31)の両主面のうちチップ部材13との接触面(図の下面)とは反対側の面(図の上面)において、チップ部材13と被駆動体30Aとの接触位置の直上位置で、被駆動体30Aに接触している。このように、支持部材50をチップ部材13の直上位置(言い換えれば、被駆動体30Aを挟んでチップ部材13に対向する位置)に設けることにより、振動体10の振動によって生じるZ方向の力を確実に支持することができる。この結果、大きな駆動力を得ることが可能になる。
図3は、振動体10による被駆動体30Aの駆動状態を示す概念図である。図3に示すように、理想状態においては、まず、チップ部材13が楕円軌道PBの上側に存在する場合には、振動体10のチップ部材13が被駆動体30Aに摩擦接触した状態で接触開始位置から接触終了位置まで移動することによって、所定方向(図2ではX方向)DXの駆動力が伝達される(図3(a))。そして、チップ部材13が楕円軌道PBの下側に存在する場合には、チップ部材13が被駆動体30Aから離れた状態で接触開始位置側へと復帰する(図3(b))。以降、同様の動作を繰り返す(図3(c))ことによって、被駆動体30Aがチップ部材13と接触部31との間に生じる摩擦力によって所定方向DX(X方向)に駆動される。すなわち、接触部31は、振動体10の振動動作に応じて振動体10との接触および振動体10からの離反を繰り返しつつ、振動体10との間に生じる摩擦力によって駆動される。
次に、図4〜図7を用いて、被駆動体30A(カム部32)と被駆動体30Aに連結された撮影光学系70の動作について説明する。なお、図4〜図7においては、説明に必要な被駆動体30Aや撮影光学系70等以外の部材は不図示としている。
なお、本実施の形態において、上述した振動体10は2個使用される。そのうち1個の振動体10は被駆動体30Aを介してカム部32を駆動し、他の振動体10は、フォーカシング動作のために設けられたフォーカスレバー78を駆動する。
以下では、被駆動体30Aを駆動する振動体10を振動体10Aと称し、フォーカスレバー78を駆動する振動体10を振動体10Bと称する。
図4,図5は、変倍動作について説明するための図である。図4は、撮影光学系がワイドのポジションに位置している状態を示し、図5は、撮影光学系がテレのポジションに位置している状態を示している。
なお、図4(b)は、平面図である図4(a)におけるIVB−IVB断面を示すものである。図5(b)は、平面図である図5(a)におけるVB−VB断面を示すものである。
図4,図5に示すように、カム部32には、2本のカム溝76,77が形成されている。バリエーター71およびコンペンセーター72は、各々ガイド軸73に嵌合することで、光軸方向(X軸方向)にのみ移動可能に保持されている。
バリエーター71には、カムフォロワー74が設けられている。カムフォロワー74は、2本のカム溝76,77のうち、カム溝76に係合している。
コンペンセーター72には、カムフォロワー75が設けられている。カムフォロワー75は、2本のカム溝76,77のうち、カム溝77に係合している。
カム溝77の幅は、カムフォロワ−75の太さよりもかなり広く形成されている(図4,図5中のドット領域参照)。このため、コンペンセーター72は、被駆動体30Aが停止している状態でも、カム溝77の溝幅の分だけ、光軸方向に移動することが可能である。
カムフォロワー75は、フォーカスレバー78にも係合している。バリエーター71とコンペンセーター72の間には、圧縮コイルばね79が設けられている。カムフォロワー74およびカムフォロワー75は、各々カム溝76およびカム溝77の片側端面に押圧されている。ここでは、圧縮コイルばね79によってカムフォロワー75が押圧されているカム溝77の片側端面を、接触面80と称する。
フォーカスレバー78は、薄板状でレバー形状を有しており、所定の回転軸Bzを中心に回動する回動体として形成されている。具体的には、レバーの出力端には前述のカムフォロワー75が係合されており、入力端には振動体10Bが配設されている。
フォーカスレバー78の出力端と入力端との間には貫通孔が設けられている。振動アクチュエーター1Aの本体側(たとえば台板60)に固定された軸部材(不図示)が、上記貫通孔に貫通する。フォーカスレバー78は、この軸部材を中心にして回動する。
変倍動作を行なう際、被駆動体30Aは、振動体10Aにより駆動され(駆動方法は前述のとおり。)、回転する。被駆動体30Aの回転に伴なって、被駆動体30A(カム部32)のカム溝76,77に係合しているバリエーター71およびコンペンセーター72は、各々光軸方向(X軸方向)に移動する。
この時、コンペンセーター72のカムフォロワー75は、圧縮コイルばね79によって接触面80に押圧されながら移動する。したがって、カム溝77の溝幅が広くても、バリエーター71とコンペンセーター72の間の光学的な距離は担保される。
なお、カムフォロワー75はフォーカスレバー78を介して振動体10Bと連結しているが、フォーカスレバー78は振動体10Bのチップ部材13と摩擦結合しているので、圧縮コイルばね79の押圧力により接触面が滑り、これによって、カムフォロワー75は接触面80に接触することができる。したがって、この機構においては、被駆動体と摩擦結合するタイプのアクチュエータ、つまり振動アクチュエータを用いることが望ましい。
ここで、フォーカスレバー78を介してカムフォロワー75が接触面80に押圧される方向に振動体10Bを駆動してもよい。このようにすることで、圧縮コイルばね79による押圧力を阻害するフォーカスレバー78と振動体10Bとの間の摩擦力の影響を減ずることができる。この結果、カムフォロワー75と接触面80との接触が確実なものとなる。
さらに、振動体10Bを上述のように駆動する場合、圧縮コイルばね79によるカムフォロワー75の接触面80への押圧を廃止することも可能である。ただし、この場合においても、バリエーター71のカムフォロワ−74をカム溝76の側面に押圧してバリエーター71とコンペンセーター72との間の光学的な距離を担保するための機構は必要である。
次に、図6,図7を用いて、フォーカシング動作について説明する。なお、図6,図7は、いずれも、撮影光学系がワイドのポジションに位置している状態を示している。図6は、フォーカス位置が無限遠にある状態を示し、図7は、フォーカス位置が最近接にある状態を示す。
なお、図6(b)は、平面図である図6(a)におけるVIB−VIB断面を示すものである。図7(b)は、平面図である図7(a)におけるVIIB−VIIB断面を示すものである。
フォーカシング動作時において、振動体10Aは停止している。他方、振動体10Bは動作し、フォーカスレバー78を駆動する。フォーカスレバー78は、回転軸Bzを中心に回転する。これにより、図7に示すように、カムフォロワー75が圧縮コイルばね79の付勢力に抗して接触面80から離間する。コンペンセーター72は、フォーカスレバー78の回転量に応じて光軸方向(−X方向)に移動する。ここで、振動体10Bに印加する駆動信号の印加時間を制御することにより、フォーカスレバー78を任意の回転位置で停止させることが可能である。したがって、コンペンセーター72によるフォーカシング動作が可能となる。
上記フォーカシング動作時において、振動体10Aに摩擦結合している被駆動体30Aは回転しない。したがって、バリエーター71は移動せず、変倍は伴なわずにフォーカシング動作のみが行われる。
本実施の形態に係るレンズ移動機構によれば、1つのカム部32を用いて変倍動作とフォーカシング動作とを行なうことができるので、簡単な構成で小型化を実現することができる。また、変倍動作のための振動体10Aとフォーカシング動作のための振動体10Bとが別個独立に動作可能であるため、変倍動作とフォーカシング動作とを独立して制御可能であり、変倍動作の際に撮影倍率を連続的に選択可能とすることができる。
上述した内容について要約すると、以下のようになる。すなわち、本実施の形態に係るレンズ移動機構は、バリエーター71(第1レンズ)とコンペンセーター72(第2レンズ)とを有する撮影光学系においてバリエーター71とコンペンセーター72とを光軸方向に駆動するレンズ駆動機構であって、バリエーター71を保持するカムフォロワー74(第1保持体)と、コンペンセーター72を保持するカムフォロワー75(第2保持体)と、撮影光学系の変倍動作時にはカムフォロワー74,75に当接し、カムフォロワー74,75を光軸方向(X軸方向)に移動させるカム部32と、変倍動作時にカムフォロワー74,75をカム部32に当接させる圧縮コイルばね79(当接手段)と、変倍動作時にカム部32を回転駆動する振動体10A(第1駆動手段)と、撮影光学系のフォーカシング動作時にカムフォロワー75をカム部32から離間させるようにカムフォロワー75を光軸方向に移動させる振動体10B(第2駆動手段)とを備える。
より具体的には、カム部32は、カムフォロワー74,75が嵌合するカム溝76,77(ガイド溝)を有する板状部材からなり、この板状部材が回転することにより、カムフォロワー74,75が光軸方向(X軸方向)に移動する。
なお、本実施の形態においては、圧縮コイルばね79によってカムフォロワー74,75を互いに互いに引き離す方向に付勢することによってカムフォロワー74,75をカム部32に当接させる例を典型的な例として示したが、「当接手段」の構造は上記のものに限定されない。すなわち、カムフォロワー74をカム部32に当接させる手段と、カムフォロワー75をカム部32に当接させる手段とが別々に設けられてもよい。なお、上述のとおり、振動体10Bによってカムフォロワー75をカム部32に当接させることが一例として考えられる。
本実施の形態においては、圧電素子による振動アクチュエーター1Aによってカム部32およびフォーカスレバー78を駆動する例を示したが、「駆動手段」の構造は圧電素子を含むものに限定されるわけではない。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
1A 振動アクチュエーター、10,10A,10B 振動体、11,12 圧電素子、13 チップ部材、14 ベース部材、29,61 軸部材、30A 被駆動体、31 接触部、32 カム部、40 加圧部材、50 支持部材、51 ローラ、60 台板、70 撮影光学系、71 バリエーター、72 コンペンセーター、73 ガイド軸、74,75 カムフォロワー、76,77 カム溝、78 フォーカスレバー、79 圧縮コイルばね、80 接触面。

Claims (5)

  1. 第1レンズと第2レンズとを有する撮影光学系において前記第1レンズと前記第2レンズとを光軸方向に駆動するレンズ駆動機構であって、
    前記第1レンズを保持する第1保持体と、
    前記第2レンズを保持する第2保持体と、
    少なくとも前記撮影光学系の変倍動作時には前記第1保持体および前記第2保持体に当接し、前記第1保持体および前記第2保持体を光軸方向に移動させるカムと、
    前記変倍動作時に前記第1保持体および前記第2保持体を前記カムに当接させる当接手段と、
    前記変倍動作時に前記カムを回転駆動する第1駆動手段と、
    前記撮影光学系のフォーカシング動作時に前記第2保持体を前記カムから離間させるように前記第2保持体を光軸方向に移動させる第2駆動手段とを備えた、レンズ駆動機構。
  2. 前記カムは、前記第1保持体および前記第2保持体が嵌合するガイド溝を有する板状部材を含み、
    前記板状部材が回転することにより、前記第1保持体および前記第2保持体が光軸方向に移動する、請求項1に記載のレンズ駆動機構。
  3. 前記当接手段は、前記第1保持体および前記第2保持体を互いに引き寄せる方向または互いに引き離す方向に付勢する部材を含む、請求項1または請求項2に記載のレンズ駆動機構。
  4. 前記当接手段は、前記第1保持体を前記カムに当接させる第1当接手段と、前記第2保持体を前記カムに当接させる第2当接手段とを含み、
    前記第2当接手段を前記第2駆動手段により構成した、請求項1または請求項2に記載のレンズ駆動機構。
  5. 前記第1駆動手段および前記第2駆動手段の少なくとも一方は圧電素子による振動アクチュエーターを含む、請求項1から請求項4のいずれかに記載のレンズ駆動機構。
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