JP2019066870A - Drive device and lens unit using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、リードスクリューを用いてレンズを移動する光学機器のレンズ駆動に関する。 The present invention relates to lens driving of an optical device that moves a lens using a lead screw.
近年、静止画だけでなく動画の撮影も可能なデジタルカメラが製品化されている。そのカメラに用いられる撮影レンズは、電気的に可動レンズなどの光学素子を保持した可動枠を駆動することでフォーカシングやズーミングを行っている。使用者が撮影に伴いフォーカシングやズーミングを操作した際、撮影チャンスを的確にとらえるために可動枠の駆動は、高速かつ精密な動きが求められる。 In recent years, digital cameras capable of shooting not only still images but also moving images have been commercialized. The photographing lens used in the camera performs focusing and zooming by electrically driving a movable frame holding an optical element such as a movable lens. When the user operates focusing and zooming along with shooting, the movable frame is required to move at high speed and with high precision in order to accurately capture a shooting opportunity.
従来は可動枠を駆動する機構として、リードスクリューとナットの組合せによる方法とリードスクリューとラックの組合せによる方法が知られている。これらは、モータなどの回転変位を直線変位に変換するのに有利であるからである。特にステッピングモータと組合せることでこの利点はより発揮される。これは、ねじ山が一重であれば、リードスクリュー1回転に対してナット又はラックが1ピッチ進退する。ステッピングモータの場合、ステップ駆動で回転するため、この回転をパルス制御することで、ナット又はラックの進退を容易に制御することができる。従って、ナット又はラックの進退量を設定することが容易である。可動枠である移動レンズをステッピングモータで直接駆動する例として、特開2012−150234号公報や特開2007−298718号公報に開示されているものがある。また、ステッピングモータの代わりに、DCモータや超音波モータを用いることとしてもよい。 Conventionally, as a mechanism for driving a movable frame, a method by combination of a lead screw and a nut and a method by combination of a lead screw and a rack are known. These are because they are advantageous for converting rotational displacement of a motor or the like into linear displacement. Especially when combined with the stepping motor, this advantage is more realized. This means that if the screw thread is single, the nut or rack moves back and forth one pitch for one rotation of the lead screw. In the case of a stepping motor, since rotation is performed by step driving, it is possible to easily control advancing and retracting of the nut or the rack by pulse-controlling this rotation. Therefore, it is easy to set the amount of movement of the nut or rack. As an example in which a movable lens which is a movable frame is directly driven by a stepping motor, there are those disclosed in JP 2012-150234 A and JP 2007-298718 A. Also, instead of the stepping motor, a DC motor or an ultrasonic motor may be used.
リードスクリューとナットを用いて移動レンズを駆動する機構の場合、第1と第2のガイドシャフトに沿って光軸方向に進退移動自在となっている。第1のガイドシャフトだけでは、モータの回転や停止、正転や逆転運動、などステッピングモータによる駆動の動作が加わると第1のガイドシャフトを中心に可動枠が回転してしまう。そこで、可動枠が第1のガイドシャフトを中心に回転してしまうことを防ぐために第2のガイドシャフトを用いる。しかし、可動枠の有する第2のガイドシャフトの係合部は、クリアランスを有するため、このクリアランスの分だけガタが生じ振動やノイズが発生するという不具合が生じていた。 In the case of a mechanism for driving a moving lens using a lead screw and a nut, it is movable forward and backward along the first and second guide shafts in the optical axis direction. With only the first guide shaft, the movable frame rotates about the first guide shaft when the driving operation by the stepping motor such as rotation and stop of the motor, forward rotation and reverse rotation is added. Therefore, the second guide shaft is used to prevent the movable frame from rotating about the first guide shaft. However, since the engaging portion of the second guide shaft of the movable frame has a clearance, there is a problem that rattling occurs due to this clearance and vibration and noise occur.
そこで、これらの振動やノイズを防ぐために、特許文献1に記載の駆動装置は、バネを設けて可動枠をガイドシャフトに片寄していた。しかし、この方法は問題点を有している。可動枠をガイドシャフトに片寄せするバネが最も短くなる位置を初期位置とすると、可動枠が初期位置から光軸方向に進退移動すると、可動枠をガイドシャフトに片寄せするための光軸と垂直方向以外に、可動枠を光軸方向の進退移動を妨げる向きにもバネの力が働く。その結果、レンズ移動の為のモータに余計な負荷をかけていた。
Therefore, in order to prevent these vibrations and noises, the drive device described in
また、リードスクリューとラックを用いて移動レンズを駆動する機構の場合、リードスクリューとナットを用いて移動レンズを駆動する機構と異なり可動枠を片寄せするバネを用いていない。そのため、可動枠が初期位置から光軸方向に進退移動しても、可動枠を光軸方向の進退移動を妨げる向きに力が働かない。しかし、可動枠を片寄せするバネを用いないことから可動枠と第2のガイドシャフトの係合部がクリアランスの分だけガタが生じ振動やノイズが生じるという課題を有する。 Further, in the case of a mechanism for driving a moving lens using a lead screw and a rack, unlike a mechanism for driving a moving lens using a lead screw and a nut, a spring for biasing the movable frame is not used. Therefore, even if the movable frame moves back and forth in the direction of the optical axis from the initial position, no force acts on the movable frame in a direction that hinders the movement in the direction of the optical axis. However, since the spring for biasing the movable frame is not used, there is a problem that the engagement portion between the movable frame and the second guide shaft causes rattling by the amount of the clearance and vibration and noise occur.
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、レンズ保持部材に付勢機構が配されることでレンズ移動時の振動を抑えると同時に姿勢差による振動も抑えられる。また、高速駆動の際にも振動を抑えることができるのでレンズ移動時の静粛性が高まる。加えて、光軸方向へレンズの進退移動を妨げる力が働かない。その結果、動画撮影時に求められる静粛性を満たしつつ、駆動するモータを大型化することなくより重いレンズを駆動する又はレンズを高速に駆動することが可能なレンズを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a situation, and by providing an urging mechanism to the lens holding member, it is possible to suppress the vibration at the time of movement of the lens and at the same time suppress the vibration due to the difference in posture. In addition, since the vibration can be suppressed also at the time of high speed driving, the quietness at the time of lens movement is enhanced. In addition, there is no force that prevents the lens from moving back and forth in the optical axis direction. As a result, it is an object of the present invention to provide a lens capable of driving a heavier lens or driving a lens at high speed without upsizing a driving motor while satisfying the quietness required for moving image shooting.
上記課題を解決するための手段である第1の発明は、光軸と平行に配され回転駆動されるリードスクリュー部と、前記リードスクリューに噛合するラック歯が設けられ、前記リードスクリューの回転により光軸方向に進退移動するラック部材と、前記ラック歯を前記リードスクリュー側に押圧するバネ部材と、前記リードスクリューにより案内され、光軸方向に進退移動自在のレンズ保持部材と、前記光軸と平行に配され、前記レンズ保持部材を光軸方向に進退移動自在に案内する主軸と副軸と、前記レンズ保持部材は、前記主軸と係合する孔と前記副軸と係合するガイドと光軸方向に間隔を有して配される一対のラック部材支持部とを有し、前記レンズ保持部材を前記ラック部材を介して前記リードスクリューに沿って光軸方向に進退移動させるモータと、前記レンズ保持部材に配され、前記副軸を前記レンズ保持部材に対して当接する方向に付勢する付勢バネとを備え、前記付勢バネの付勢力は、前記モータによって駆動される構造物の総重量を持ち上げる以上の力に設定されていることを特徴とする駆動装置である。 According to a first aspect of the present invention, which is a means for solving the above problems, a lead screw portion disposed parallel to an optical axis and rotationally driven, and rack teeth meshing with the lead screw are provided, and the lead screw is rotated by rotation. A rack member that moves forward and backward in the optical axis direction, a spring member that presses the rack teeth toward the lead screw, a lens holding member that is guided by the lead screw and is movable forward and backward in the optical axis direction, and the optical axis A main shaft and a secondary shaft which are disposed in parallel and guide the lens holding member back and forth in the optical axis direction, and the lens holding member is provided with a hole engaged with the main shaft and a guide and light engaged with the secondary shaft And a pair of rack member support portions arranged at intervals in the axial direction, and the lens holding member is moved back and forth in the optical axis direction along the lead screw via the rack member And a biasing spring disposed on the lens holding member and biasing the sub shaft in a direction to abut the lens holding member, and a biasing force of the biasing spring is driven by the motor. The driving device is characterized in that it is set to a force that raises the total weight of the structure to be carried out.
本発明によれば、レンズ保持部材に付勢機構が配されることでレンズ移動時の振動を抑えると同時に姿勢差による振動も抑えられる。また、高速駆動の際にも振動を抑えることができるのでレンズ移動時の静粛性が高まる。加えて、光軸方向へレンズの進退移動を妨げる力が働かない。その結果、動画撮影時に求められる静粛性を満たしつつ、駆動するモータを大型化することなくより重いレンズを駆動する又はレンズを高速に駆動することが可能なレンズを提供することができる。 According to the present invention, by providing the biasing mechanism to the lens holding member, it is possible to suppress the vibration at the time of movement of the lens and at the same time suppress the vibration due to the difference in posture. In addition, since the vibration can be suppressed also at the time of high speed driving, the quietness at the time of lens movement is enhanced. In addition, there is no force that prevents the lens from moving back and forth in the optical axis direction. As a result, it is possible to provide a lens capable of driving a heavier lens or driving the lens at high speed without upsizing a driving motor while satisfying the quietness required for moving image shooting.
以下、添付の図面に従って、本発明を実施するための最良の形態について説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described according to the attached drawings. The present invention is not limited by the embodiment.
図1は、本願発明の実施例のレンズ駆動装置の一例となる。レンズ保持枠2について説明する。レンズ保持枠2の外周部にレンズ(群)1の光軸を挟んで第1の突起部21と第2の突起部22が延出されている。第1の突起部21と第2の突起部22は、光軸方向に所定の長さを有し、第1の突起部21の内部には主軸を挿通する為の孔211を、第2の突起部22の内部には副軸を挿通する為のガイド222がそれぞれ設けられている。尚、孔211は丸孔、矩形孔のいずれも良い。また、光軸と垂直な方向へレンズ保持枠2が外れないよう規制を備えていればU字孔などでも良い。ガイド222は、副軸を挟持することが可能であれば良い。
FIG. 1 shows an example of a lens driving device according to an embodiment of the present invention. The lens holding
レンズ保持枠2の周辺の構成を具体的に説明すると、モータ6によって駆動される構造物は、レンズ(群)1をレンズ保持枠2に取り付け、且つレンズ保持枠2にレンズ(群)1の光軸を挟んで第1の突起部21に形成された孔211に主軸81を、第2の突起部22に形成されたガイド222に副軸82をそれぞれ係合させ、主軸81と副軸82は光軸に対して平行に設けられることで、レンズ保持枠2が主軸81と副軸82に沿って光軸方向に移動可能となっている。
Specifically, the structure driven by the
この時、レンズ保持枠2はレンズ(群)1と共に主軸81と副軸82に沿って光軸方向にスムーズに摺動しながら移動する。
At this time, the lens holding
レンズ保持枠2の外周部には、第1の突起部21と第2の突起部22の他に係合部23が設けられている。係合部23は、ナット部材4と係合している。ナット部材4はリードスクリュー5と螺合している。
In addition to the
また、レンズ(群)1の移動用のモータ6のリードスクリュー5を正転又は逆転させることで、リードスクリュー5と螺合したナット部材4はレンズ保持枠2の係合部23と係合していることで従動回転することがない。つまり、ナット部材4が、光軸方向前側に移動すると、レンズ保持枠2は、バネ7の付勢によりナット部材4と当接しながら、光軸方向前側へ移動する。ナット部材4が光軸方向後側へ移動すると、同様にレンズ保持枠2は光軸方向後側へ移動する。従って、リードスクリュー5はナット部材4を介してレンズ保持枠2及びレンズ(群)1を光軸方向に進退移動させる。
Further, by rotating the
また、レンズ保持枠2は、レンズ保持枠2を光軸方向へ付勢することができればレンズ保持枠2とバネ7の係合する位置はどこでも構わない。また、バネ7の一方は、レンズ保持枠2と係合し、他方は、固定筒(不図示)と係合している。
Further, as long as the lens holding
尚、本願発明の本実施例では、リードスクリュー5とナット部材4を用いたが、既に先行技術文献2などにて公知となっているリードスクリュー5とラックを用いた構成であっても良い。
Although the
具体的には、ナット4に代えてラックとし、係合部23に代えてラック部をリードスクリューに押圧するバネとラック支持部を用いる構成としてよい。
Specifically, the
リードスクリュー5とラックを用いた構成としても、副軸周りにクリアランスを有することから、ガタが生じ、振動やノイズが生じる。
Even in the configuration using the
次に、図2と図3は、従来のレンズ駆動装置の一例を示す。 Next, FIG. 2 and FIG. 3 show an example of the conventional lens drive device.
図1と同一部分には同一の符号を付し、その説明は省略する。 The same reference numerals as in FIG. 1 denote the same parts, and a description thereof will be omitted.
従来のレンズ駆動装置は、バネ7に加えてバネ71と2本のバネにより、レンズ保持枠を付勢する。具体的には、バネ7でレンズ保持枠2を光軸と平行な方向へ付勢する。一方、バネ71の付勢方向は、レンズ(群)1の位置により異なる。図2はレンズ(群)1の位置が至近距離の場合を示し、図3はレンズ(群)1の位置が無限遠の場合を示す。
The conventional lens drive device biases the lens holding frame by the
図2のレンズ(群)1の位置が無限遠の場合を用いて説明する。バネ71の付勢力(図中ベクトルa)は光軸と平行な方向の力(同ベクトルb)と光軸と垂直な方向の力(同ベクトルc)の2種類の力に分解できる。この時、光軸と垂直な方向の力(同ベクトルc)は、レンズ保持枠2を副軸82へ付勢する。一方、光軸と平行な方向の力(同ベクトルb)は、モータ6の負荷となる。また、図3のレンズ(群)1の位置が至近距離の場合も同様にバネ71の付勢力を光軸と垂直な方向と光軸と平行な方向の2つの力に分解できる。以上より、従来のレンズ駆動装置は、レンズ(群)1の無限遠から至近距離の範囲でモータ6に負荷をかける力が発生している。また、レンズ(群)1の位置によってバネ71の付勢力(同ベクトルa)が変化することから、光軸と垂直な方向の力、光軸と平行な方向の力ともに変化することが分かる。従って、モータ6の駆動力を制御する際、レンズ(群)1の位置を考慮する必要があった。
The case where the position of the lens (group) 1 in FIG. 2 is at infinity will be described. The biasing force of the spring 71 (vector a in the drawing) can be decomposed into two types of force: a force in the direction parallel to the optical axis (the same vector b) and a force in the direction perpendicular to the optical axis (the same vector c). At this time, the force in the direction perpendicular to the optical axis (the vector c) urges the
一方、本願発明のレンズ保持枠2は、レンズ保持枠2上に配された付勢バネ31が、レンズ保持枠2を光軸と垂直な方向へ付勢する。その為、レンズ保持枠2は第2の突起部22に設けられたガイド222に挿通されている副軸82と常に接触した状態に保たれる。従って、ガイド222と副軸82の間のクリアランスによって生じる振動や音といった不具合は生じない。更に、本願の付勢バネ31は、レンズ保持枠2の位置に関わらず常にレンズ保持枠2を光軸と垂直な方向へのみ付勢するので、付勢バネ31の力がレンズ保持枠2を光軸方向に進退移動を妨げる向きに働くことはない。その結果、レンズ移動の為のモータ6に余計な負荷をかけずに済む。
On the other hand, in the
また、本願発明はレンズ(群)1の位置に関わらず、付勢バネ31がレンズ保持枠2を副軸82へ片寄せする一定の力が得られる。
Further, according to the present invention, regardless of the position of the lens (group) 1, a constant force can be obtained in which the biasing
次に、図4は、本願発明の実施例のレンズ駆動装置の正面図である。 Next, FIG. 4 is a front view of a lens drive device according to an embodiment of the present invention.
尚、図4のレンズ駆動装置の正面図は、図1からカバー3を外した状態のレンズ駆動装置を正面から見たものである。図1と同一部分には同一の符号を付し、その説明は省略する。付勢バネ31は付勢アーム32を介してレンズ保持枠2を副軸82へ片寄せする。その結果、フォーカス駆動時のガイド222と副軸82とから発生する振動を抑えることができ、静粛性が高まる。さらに、モータにより駆動された際に、付勢バネ31はレンズ保持部2に配置されているので、レンズ(群)1やレンズ保持枠2などと共に。付勢バネ31の付勢する方向は光軸と垂直な方向に限られる。つまり、光軸と平行な方向に付勢することはない。
The front view of the lens driving device of FIG. 4 is a front view of the lens driving device with the
尚、本願発明の実施例では付勢アーム32を入れた。付勢アーム32を入れることで副軸82との摺動性が向上する。しかし、付勢アーム32を入れることなく付勢バネ31が直接レンズ保持枠2を副軸82へ片寄せする構成としても良い。
In the embodiment of the present invention, the biasing
また、付勢バネ31の付勢力については、モータ6の駆動によりレンズ保持枠2と共に光軸方向に移動する構造物の総重量を持ち上げる以上の力とすることが望ましい。付勢バネ31の付勢力がモータ6によりレンズ保持枠2と共に光軸方向に移動する構造物の総重量未満である場合、レンズ保持枠2の姿勢によって、つまりは付勢バネ31の姿勢によって移動する構造物の総重量が付勢バネ31の付勢する向きと反対に係る方向だった場合、付勢力がキャンセルされてしまいガイド222と副軸82にクリアランスが生じ、振動や音といった不具合が生じることがある。
Further, it is desirable that the biasing force of the biasing
モータ6の駆動によりレンズ保持枠2と共に光軸方向に移動する構造物は、図1の場合、レンズ(群)1とレンズ保持枠2と付勢バネ31と付勢アーム32とカバー3となるので、付勢バネ31の付勢力はこれらの総重量を持ち上げる以上の力が設定値となる。但し、前述したように本願発明は付勢アーム32を備えなくてもその効果を得ることが可能である。従って、付勢アーム32を備えなない構成の場合、付勢バネ31の付勢力は、レンズ(群)1とレンズ保持枠2と付勢バネ31とカバー3の総重量を持ち上げる以上の力が設定値となる。
The structure moving in the optical axis direction with the
カバー3についても付勢アーム32と同様である。カバー3を備えなくても、本願発明の効果を得ることが可能である。従って、カバー3を備えない構成の場合、モータ6の駆動によりレンズ保持枠2と共に光軸方向に移動する構造物には含まれないので、付勢バネ31の付勢力に加えなくて良い。
The
尚、本願発明の本実施例では、バネ7によりレンズ保持枠2を光軸方向へ付勢し、付勢バネ31によりレンズ保持枠2を光軸と垂直な方向へ付勢することでガタ取りを行っている。従って、リードスクリューとラックどちらの構成の場合でも、バネ7を用いず付勢バネ31のみであっても副軸周りにクリアランスを有することから生じる振動やノイズを抑える効果を有する。
In the present embodiment of the present invention, the
1 レンズ(群)
2 レンズ保持枠
21 第1の突起部
211 孔
22 第2の突起部
222 ガイド
3 カバー
31 付勢バネ
32 付勢アーム
4 ナット部材
5 リードスクリュー
6 モータ
7 バネ
71 バネ
81 主軸
82 副軸
1 lens (group)
Claims (1)
前記リードスクリューに噛合するラック歯が設けられ、前記リードスクリューの回転により光軸方向に進退移動するラック部材と、
前記ラック歯を前記リードスクリュー側に押圧するバネ部材と、
前記リードスクリューにより案内され、光軸方向に進退移動自在のレンズ保持部材と、
前記光軸と平行に配され、前記レンズ保持部材を光軸方向に進退移動自在に案内する主軸と副軸と、
前記レンズ保持部材は、前記主軸と係合する孔と前記副軸と係合するガイドと光軸方向に間隔を有して配される一対のラック部材支持部とを有し、
前記レンズ保持部材を前記ラック部材を介して前記リードスクリューに沿って光軸方向に進退移動させるモータと、
前記レンズ保持部材に配され、前記副軸を前記レンズ保持部材に対して当接する方向に付勢する付勢バネと、
前記付勢バネの付勢力は、前記モータによって駆動される構造物の総重量を持ち上げる以上の力に設定されていることを特徴とする駆動装置。 A lead screw portion disposed parallel to the optical axis and rotationally driven;
A rack member that is provided with a rack tooth that meshes with the lead screw and that moves forward and backward in the optical axis direction by rotation of the lead screw;
A spring member pressing the rack teeth toward the lead screw;
A lens holding member guided by the lead screw and movable back and forth in the optical axis direction;
A main axis and an auxiliary axis disposed parallel to the optical axis and guiding the lens holding member back and forth in the optical axis direction;
The lens holding member has a hole engaged with the main shaft, a guide engaged with the counter shaft, and a pair of rack member support portions arranged at intervals in the optical axis direction.
A motor for advancing and retracting the lens holding member along the lead screw via the rack member in the optical axis direction;
An urging spring disposed in the lens holding member and urging the auxiliary shaft in a direction in which the auxiliary shaft abuts on the lens holding member;
The biasing force of the biasing spring is set to a force that raises the total weight of the structure driven by the motor.
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