JP2021026185A - 駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型で耐久性に優れた駆動装置を提供すること。【解決手段】駆動装置は、固定部材と、長辺と短辺とからなる矩形形状を備え、固定部材に対して長辺、および短辺を含む平面内を移動可能な駆動対象部材と、駆動対象部材を移動させるための、第１方向への駆動力を発生させる第１のアクチュエータ、および第２のアクチュエータと、第１方向に直交する第２方向への駆動力を発生させる第３のアクチュエータとを有し、第１および第２のアクチュエータのうち少なくとも一つは、圧電素子を備える振動子と、振動子からの駆動力を伝達される摩擦部材からなるモータであって、第１および第２のアクチュエータは、平面に直交する方向から見た場合駆動対象部材の中心を挟んで短辺に重なるように配置され、第３のアクチュエータは、平面に直交する方向から見た場合、第１および第２のアクチュエータの間に配置されている。【選択図】図９

Description

本発明は、駆動装置に関する。

従来、手持ち撮影時などに生じやすい手振れ等による像振れを防止するため、レンズや撮像素子などの光学素子を光学機器の振れを吸収する方向へ移動させる像振れ補正装置が知られている。一般的に、光学素子を移動させる駆動源は、ＶＣＭ（ボイスコイルモータ）や超音波モータなどが用いられ、移動させる光学素子の周囲に配置される。そのため、駆動源が搭載された装置は、光軸に直交する方向へ大型化してしまう。特許文献１には、直動型超音波モータを用いて光学素子を光軸に直交する方向へ平行移動させるとともに、光軸方向を回転軸として回転移動させる撮像装置が開示されている。

特開２０１８−１６５７５６号公報

しかしながら、特許文献１の撮像装置では、振動子と摩擦部材との間で摩耗が進行して高い耐久性が得られない。

本発明は、小型で耐久性に優れた駆動装置を提供することを目的とする。

本発明の一側面としての駆動装置は、固定部材と、長辺と短辺とからなる矩形形状を備え、固定部材に対して長辺、および短辺を含む平面内を移動可能な駆動対象部材と、駆動対象部材を移動させるための複数のアクチュエータとを有し、複数のアクチュエータは、第１方向への駆動力を発生させる第１のアクチュエータ、および第２のアクチュエータと、第１方向に直交する第２方向への駆動力を発生させる第３のアクチュエータとを有し、第１および第２のアクチュエータのうち少なくとも一つは、圧電素子を備える振動子と、振動子からの駆動力を伝達される摩擦部材からなるモータであって、第１および第２のアクチュエータは、平面に直交する方向から見た場合、駆動対象部材の中心を挟んで短辺に重なるように配置され、第３のアクチュエータは、平面に直交する方向から見た場合、第１および第２のアクチュエータの間に配置されていることを特徴とする。

また、本発明の他の側面としての駆動装置は、固定部材と、長辺と短辺とからなる矩形形状を備え、固定部材に対して長辺、および短辺を含む平面内を移動可能な駆動対象部材と、駆動対象部材を移動させるための複数のアクチュエータとを有し、複数のアクチュエータは、第１方向への駆動力を発生させる第１のアクチュエータ、および第２のアクチュエータと、第１方向に直交する第２方向への駆動力を発生させる第３のアクチュエータとを有し、第１および第２のアクチュエータのうち少なくとも一つは、圧電素子を備える振動子と、振動子からの駆動力を伝達される摩擦部材からなるモータであって、第１および第２のアクチュエータは、第２方向に可動部材の中心を挟んで並ぶように配置され、第３のアクチュエータは、第２の方向において第１および第２のアクチュエータの間に配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、小型で耐久性に優れた駆動装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る像振れ補正装置を備える光学装置の一例である撮像装置の断面図である。 超音波モータの断面図である。 像振れ補正装置の斜視図である。 像振れ補正装置の背面図である。 像振れ補正装置の背面図である。 像振れ補正装置の分解斜視図である。 像振れ補正装置の分解斜視図である。 像振れ補正装置の分解斜視図である。 像振れ補正装置の背面図である。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
（撮像装置）
図１は、本発明の実施形態に係る像振れ補正装置（駆動装置）を備える光学装置の一例である撮像装置８の断面図である。撮像装置８とは例えば、デジタルカメラやデジタルビデオカメラである。撮像装置８は、レンズ鏡筒１とカメラ本体２とから構成されている。レンズ鏡筒１とカメラ本体２は、コンパクトデジタルカメラのように一体構造で構成されていてもよいし、デジタル一眼レフカメラのように着脱可能な構造で構成されていてもよい。また、撮像装置８は、後述するミラーやプリズムのない所謂ミラーレスカメラでもよく、シャッターがない構成であっても構わない。

説明の便宜上、図１に示されるように、レンズ鏡筒１の光軸Ｏ方向をＺ方向に定め、Ｚ方向と直交する平面内において互いに直交する２つの方向をＸ方向、およびＹ方向に定める。Ｚ方向が水平方向と一致した状態では、Ｘ方向、およびＹ方向はそれぞれ、水平方向、および鉛直方向と平行になる。

なお、以降の説明では駆動対象部材が撮像素子６である場合について説明するが、駆動対象部材はレンズ鏡筒１内のレンズであっても構わず、本発明を限定するものではない。

レンズ鏡筒１やカメラ本体２の内部には、像振れ補正用の角速度センサや加速度センサが配置されている。レンズ鏡筒１は、不図示のズームレンズ群やフォーカスレンズ群を有する。カメラ本体２の内部には、ミラーユニット３、シャッターユニット４、プリズム５、撮像素子６、および像振れ補正装置７が配置されている。

撮像装置８が撮像準備状態である場合、ミラーユニット３で反射された光束はプリズム５を介して撮像者の目に導かれる。撮像時には、ミラーユニット３がミラーアップ状態となり、シャッターユニット４が所定の速度でシャッター動作（露光動作）を行う。これにより、レンズ鏡筒１を通過した被写体からの光束が撮像素子６に導かれ、撮像素子６の結像面に光学像として結像することにより、画像が形成される。撮像素子６は例えば、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の光電変換デバイスであり、レンズ鏡筒１内の光学系を介して形成された光学像を光電変換により電気信号に変換する。

撮像時に撮像装置８に撮像者の動きや振動等の外力が加わると、撮像素子６の結像面に結像された光学像に像振れが生じてしまい、形成された画像の画質が低下してしまうことがある。この像振れを補正（軽減）するために、レンズ鏡筒１、またはカメラ本体２に配置された角速度センサや加速度センサの検出信号に基づき、像振れ補正装置７を駆動して、駆動対象部材である撮像素子６を光軸Ｏと直交する平面内で移動させる。

なお、光軸Ｏと直交する平面とは、レンズ鏡筒１、およびカメラ本体２における各種部品の寸法精度や組み付け精度を考慮して、実質的に光軸Ｏと直交するとみなすことができる平面であり、物理的に極めて厳密に光軸Ｏと直交していることを要するものではない。
（超音波モータ）
図２を参照して、像振れ補正装置７に搭載されるアクチュエータの一例である超音波モータについて説明する。図２は、後述する図５のＡ−Ａ線断面図であり、超音波モータ９ｃのＹ方向断面図である。なお、本実施形態では、説明を簡単にするため、第１の超音波モータ９ａ、第２の超音波モータ９ｂ、および第３の超音波モータ９ｃの構造は全て同じとし、代表して第３の超音波モータ９ｃについて説明をする。

振動子２０は、弾性体としての振動板２１と、圧電素子２２とにより構成される。振動板２１と圧電素子２２とは接着剤等により固定されており、圧電素子２２は電圧を印加されると高周波の振動を励振する。振動子２０と振動子保持部材２３とは、接着剤等により固定されている。

加圧機構保持部材２４は、固定部材１０に不図示のビス等により固定されている。加圧機構保持部材２４は、ローラ２６を介して振動子保持部材２３と連結している。ローラ２６を介することによって、振動子保持部材２３と加圧機構保持部材２４とは駆動方向にはガタなく連結し、加圧バネ２７の加圧方向へ移動自在となる。その結果、加圧バネ２７の加圧力により振動子２０は摩擦部材２８に安定して接触し、効率良く振動子２０の駆動力を得ることが可能となる。弾性部材２５は、加圧バネ２７と振動子２０との間に配置され、加圧バネ２７と圧電素子２２との直接接触を妨げることで圧電素子２２の損傷を防止する。摩擦部材２８は、第１の駆動案内部材１２に不図示のビス等により固定されている。

上述した状態において圧電素子２２に駆動電圧が印加されると、振動子２０に発生した楕円運動によって生じる摩擦力が駆動力として効率的に摩擦部材２８に伝達される。その結果、摩擦部材２８を保持する第１の駆動案内部材１２は所定の方向へ移動可能となる。すなわち、第３の超音波モータ９ｃが第１の駆動案内部材１２に対して駆動力を与えることによって、第１の駆動案内部材１２は固定部材１０に対して相対的に移動する。

なお、第１および第２の超音波モータ９ａ，９ｂでは、加圧機構保持部材２４は第１の駆動案内部材１２に不図示のビス等により固定され、摩擦部材２８は第２の駆動案内部材（第２の可動部材）１３に不図示のビス等により固定されている。これにより、第１および第２の超音波モータ９ａ，９ｂが第２の駆動案内部材１３に対して駆動力を与えることによって、第２の駆動案内部材１３は第１の駆動案内部材１２に対して相対的に移動する。

また、以降の説明を簡単にするため、像振れ補正装置７に搭載される複数のアクチュエータは全て同じ構成として説明をするが、構成が異なるアクチュエータや、ＶＣＭ等の他の原理で動くアクチュエータであっても構わず、本発明を限定するものではない。
（像振れ補正装置）
図３から図８を参照して、像振れ補正装置７の構成について説明する。図３は、像振れ補正装置７の斜視図である。図３（ａ），（ｂ）はそれぞれ、被写体側、撮像者側から見た図である。図４は、像振れ補正装置７の背面図である。図５は、図４の構成から第１および第２の超音波モータ９ａ，９ｂ、第２の駆動案内部材１３、および弾性連結部材１４を除いた像振れ補正装置７の背面図である。図６は、図５の構成の像振れ補正装置７の分解斜視図である。図７、および図８は、像振れ補正装置７の分解斜視図である。

固定部材１０は、不図示のビス等により、カメラ本体２に固定されている。第３の超音波モータ９ｃは、不図示のビス等により固定部材１０に固定されている。第３の超音波モータ９ｃの内部の構成は前述のとおりである。本実施形態では、第３の超音波モータ９ｃはＸ方向（第２方向）へ駆動力を発生させる。

第１の駆動案内部材１２と固定部材１０との間には、３個のボール１６ｂが配置される。３個のボール１６ｂは、固定部材１０が備える転動溝１０Ｘと、第１の駆動案内部材１２が備える転動溝１２Ｘとの間に嵌入されている。３個のボール１６ｂ、転動溝１０Ｘ，１２Ｘにより第１の案内部材が構成される。転動溝１０Ｘ，１２Ｘはそれぞれ３組ずつ設けられ、２組は駆動方向であるＸ方向に沿って形成されたＶ字状の溝、１組はＸ方向、およびＹ方向と平行な平面を有する凹形状である。転動溝１０Ｘ，１２Ｘは、第３の超音波モータ９ｃの駆動方向と同じ方向（Ｘ方向）に沿って形成され、第１の駆動案内部材１２と固定部材１０がＹ方向へ相対移動しないように規制する。

第３の超音波モータ９ｃの駆動力により、摩擦部材２８と摩擦部材２８を保持する第１の駆動案内部材１２とが一体的にＸ方向へ移動する。上述の通り、固定部材１０と第１の駆動案内部材１２との間でボール１６ｂが転動することにより、第１の駆動案内部材１２は効率よく移動可能となる。

第１の駆動案内部材１２は、第１の超音波モータ９ａ、および第２の超音波モータ９ｂを保持している。第１および第２の超音波モータ９ａ，９ｂは、駆動力の方向が略平行になるように配置されている。第１および第２の超音波モータ９ａ，９ｂの駆動方向は、第３の超音波モータ９ｃの駆動方向と略直交する方向（Ｙ方向）である。第１および第２の超音波モータ９ａ，９ｂの駆動力を伝える２つの摩擦部材２８はともに、第２の駆動案内部材１３に固定されている。

第１の駆動案内部材１２と第２の駆動案内部材１３との間には３個のボール１６ｃが配置される。３個のボール１６ｃは、第１の駆動案内部材１２が備える転動溝１２ＹＲと、第２の駆動案内部材１３が備える転動溝１３ＹＲとの間に嵌入されている。３個のボール１６ｃ、転動溝１２ＹＲ，１３ＹＲにより第２の案内部材が構成される。転動溝１２ＹＲ，１３ＹＲはそれぞれ３組ずつ設けられている。１組はＹ方向に沿って形成されたＶ字状の溝（Ｖ溝）であり、１つのボール（第１の転動部材）１６ｃを挟持している。２組はＸ方向、およびＹ方向と平行な平面を有する凹形状であり、それぞれが１つのボール（第２の転動部材）１６ｃを挟持する。ここで、転動溝１２ＹＲ，１３ＹＲは、転動溝１０Ｘ，１２Ｘと、略直交する方向（Ｙ方向）に沿って形成され、第１の駆動案内部材１２と第２の駆動案内部材１３がＸ方向へ相対移動しないように規制する。すなわち、第１の駆動案内部材１２と第２の駆動案内部材１３は、Ｙ方向、およびＺ回転方向へ相対移動することが可能である。

弾性連結部材１４は、第２の駆動案内部材１３と被駆動部材１１とを連結するように、第２の駆動案内部材１３、および被駆動部材１１に不図示のビスにより固定されている。なお、弾性連結部材１４は、本実施形態では第２の駆動案内部材１３、および被駆動部材１１にビスにより固定されているが、接着等の他の手段で固定されていてもよい。

被駆動部材１１は、駆動対象部材としての撮像素子６を保持している。被駆動部材１１は、３個のボール１６ａを介して固定部材１０と接触している。被駆動部材１１と固定部材１０とが備える転動部は、Ｘ方向、およびＹ方向と平行な平面であり、駆動方向を規制する機能は持たない。

付勢バネ１５は、被駆動部材１１と第２の駆動案内部材１３とを連結している。付勢バネ１５の付勢力が被駆動部材１１を固定部材１０に対してＺ方向へ付勢することで、被駆動部材１１のＺ方向の位置を規制している。

以上の構成において、第１および第２の超音波モータ９ａ，９ｂを同時に同方向へ駆動すると、第２の駆動案内部材１３がＹ方向へ移動する。また、第１および第２の超音波モータ９ａ，９ｂを同時に逆方向へ駆動すると、第２の駆動案内部材１３がＺ方向を回転軸として回転移動する。第１および第２の超音波モータ９ａ，９ｂが異なる速度で駆動された場合、第２の駆動案内部材１３のＹ方向への移動と回転移動が同時に発生する。
（撮像素子からの位置関係）
図９を参照して、超音波モータ９と撮像素子６との位置関係について説明する。図９は、像振れ補正装置７の背面図である。

回転半径Ｒは、撮像素子６の中心である光軸Ｏを中心として第２の駆動案内部材１３が回転移動したときの回転軌跡と光軸Ｏとの距離を示している。第１および第２の超音波モータ９ａ，９ｂは、Ｙ方向への駆動力を発生させる。前述したように、第１および第２の超音波モータ９ａ，９ｂを同時に逆方向へ駆動すると、第２の駆動案内部材１３が回転移動する。このとき、第１および第２の超音波モータ９ａ，９ｂの駆動力の方向に直交するＸ方向の負荷が掛かり、振動子２０と摩擦部材２８との間で過度な摩擦による摩耗が発生する。摩耗が発生することにより第１および第２の超音波モータ９ａ，９ｂの駆動効率低下や摩耗粉が撮像素子６に飛散することによる画質劣化が生じる。回転半径Ｒを大きくすることで第２の駆動案内部材１３の回転移動方向をＹ方向に近づけることができ、第１および第２の超音波モータ９ａ，９ｂに生じる負荷を軽減することができる。

撮像素子６は、初期状態においてＸ方向に平行な長辺ＬとＹ方向に平行な短辺Ｓからなる矩形形状を有する。撮像素子６のＸＹ平面上の大きさは、長辺Ｌ、および短辺ＳによりＸＹ規定されている。Ｚ方向（ＸＹ平面に直交する方向）から見た場合、第１および第２の超音波モータ９ａ，９ｂは、光軸Ｏ（撮像素子６の中心）を挟んで、少なくとも一部が撮像素子６のＸＹ平面内に位置し、短辺Ｓに重なるように配置されている。また、Ｚ方向から見た場合第３の超音波モータ９ｃは、少なくとも一部が撮像素子６のＸＹ平面内に位置し、長辺Ｌに重なるように第１および第２の超音波モータ９ａ，９ｂの間に配置されている。また、第１および第２の超音波モータ９ａ，９ｂは、それぞれの中心点を結ぶ直線を含み、Ｚ方向に平行なＺ方向平面が光軸Ｏ（撮像素子６の中心）を通るように配置されている。なお、本実施形態では、第１および第２の超音波モータ９ａ，９ｂのそれぞれの中心を結ぶ直線を含み、Ｚ方向に平行なＺ方向平面は、ＺＸ平面と平行であるが、光軸Ｏを通っていればその限りではない。
（耐久性・小型化の効果）
第１および第２の超音波モータ９ａ，９ｂの負荷軽減のため、回転半径Ｒを大きくしようとすると像振れ補正装置７がＸＹ平面において大型化してしまう。本実施形態では、第２の駆動案内部材１３の回転軌跡を撮像素子６の投影面内となる条件下で回転半径Ｒを大きくすることで、負荷軽減を図りながら像振れ補正装置７のＸ方向への大型化を抑制することができる。また、第３の超音波モータ９ｃを撮像素子６の投影面にとどめながら第１および第２の超音波モータ９ａ，９ｂの間に配置することで、像振れ補正装置７のＹ方向への大型化を抑制することができる。以上の構成により、本実施形態では、像振れ補正装置７をＸＹ平面において小型化可能である。

第１および第２の超音波モータ９ａ，９ｂのそれぞれの中心を結ぶ直線を含み、Ｚ方向と平行なＺ方向平面と光軸Ｏとが離れていると、第２の駆動案内部材１３が回転移動するときの回転中心と光軸中心とのずれが大きくなる。そのため、像振れ補正に必要な駆動に加えて第２の駆動案内部材１３の回転移動時の中心ずれを補正するための駆動が必要となる。結果として、全体の駆動範囲が大きくなり、像振れ補正装置７が大型化してしまうとともに、駆動回数が増加し、第１および第２の超音波モータ９ａ，９ｂの摩耗の進行を早めてしまう。

本実施形態では、第１および第２の超音波モータ９ａ，９ｂは、それぞれの中心を結ぶ直線を含み、Ｚ方向に平行なＺ方向平面が光軸Ｏを通るように配置されている。これにより、第２の駆動案内部材１３の回転移動時の中心ずれを補正するための駆動量を抑えることができるため、駆動回数を抑制することができる。結果として、第１および第２の超音波モータ９ａ，９ｂの摩耗を抑制することができるとともに、全体の駆動範囲が小さくなり、像振れ補正装置７を小型化可能である。

以上説明したように、本実施形態の構成によれば、複数のアクチュエータを効率的に配置するとともに、アクチュエータに対する負荷を軽減することで、光軸直交方向に小型で耐久性に優れた像振れ補正装置７を実現することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

６ 撮像素子（駆動対象部材）
７ 像振れ補正装置（駆動装置）
９ａ，９ｂ，９ｃ 超音波モータ（複数のアクチュエータ）
１０ 固定部材
２０ 振動子
２２ 圧電素子
２８ 摩擦部材

Claims (11)

1. 固定部材と、
   長辺と短辺とからなる矩形形状を備え、前記固定部材に対して前記長辺、および前記短辺を含む平面内を移動可能な駆動対象部材と、
   前記駆動対象部材を移動させるための複数のアクチュエータとを有し、
   前記複数のアクチュエータは、第１方向への駆動力を発生させる第１のアクチュエータ、および第２のアクチュエータと、前記第１方向に直交する第２方向への駆動力を発生させる第３のアクチュエータとを有し、
   前記第１および第２のアクチュエータのうち少なくとも一つは、圧電素子を備える振動子と、前記振動子からの駆動力を伝達される摩擦部材からなるモータであって、
   前記第１および第２のアクチュエータは、前記平面に直交する方向から見た場合、前記駆動対象部材の中心を挟んで前記短辺に重なるように配置され、
   前記第３のアクチュエータは、前記平面に直交する方向から見た場合、前記第１および第２のアクチュエータの間に配置されていることを特徴とする駆動装置。
2. 前記第３のアクチュエータは、前記平面に直交する方向から見た場合、前記長辺に重なるように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
3. 前記第１および第２のアクチュエータのそれぞれの中心点を結ぶ直線を含み、前記平面に直交する方向に平行な面は、前記駆動対象部材の中心を通ることを特徴とする請求項１または２に記載の駆動装置。
4. 複数の前記アクチュエータのうち少なくとも一つは、前記平面に直交する方向から見た場合、前記駆動対象部材に重なるように配置されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の駆動装置。
5. 前記第１方向は、前記駆動対象部材が初期状態である場合の前記短辺に平行な方向であり、
   前記第２方向は、前記駆動対象部材が初期状態である場合の前記長辺に平行な方向であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の駆動装置。
6. 複数の前記アクチュエータのいずれも、圧電素子を備える振動子と、前記振動子からの駆動力を伝達される摩擦部材からなるモータであることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の駆動装置。
7. 前記固定部材に対して前記第１の方向へ相対的に移動する第１の可動部材と、
   前記駆動対象部材を保持するとともに、前記第１の可動部材と前記第１の方向へ一体的に移動し、前記第１の可動部材に対して前記第１の方向とは異なる方向へ相対的に移動する第２の可動部材とを更に有することを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の駆動装置。
8. 前記第１の可動部材を前記固定部材に対して前記第１の方向へ相対的に移動可能に保持する第１の案内部材と、
   前記第２の可動部材を前記第１の可動部材に対して前記第１の方向とは異なる方向へ相対的に移動可能に保持する第２の案内部材とを更に有することを特徴とする請求項７に記載の駆動装置。
9. 前記第２の案内部材は、第１の転動部材を挟持するＶ溝と、第２の転動部材を挟持する平面を備える凹形状とを有することを特徴とする請求項８に記載の駆動装置。
10. 固定部材と、
    長辺と短辺とからなる矩形形状を備え、前記固定部材に対して前記長辺、および前記短辺を含む平面内を移動可能な駆動対象部材と、
    前記駆動対象部材を移動させるための複数のアクチュエータとを有し、
    前記複数のアクチュエータは、第１方向への駆動力を発生させる第１のアクチュエータ、および第２のアクチュエータと、前記第１方向に直交する第２方向への駆動力を発生させる第３のアクチュエータとを有し、
    前記第１および第２のアクチュエータのうち少なくとも一つは、圧電素子を備える振動子と、前記振動子からの駆動力を伝達される摩擦部材からなるモータであって、
    前記第１および第２のアクチュエータは、前記第２方向に前記可動部材の中心を挟んで並ぶように配置され、
    前記第３のアクチュエータは、前記第２の方向において前記第１および第２のアクチュエータの間に配置されていることを特徴とする駆動装置。
11. 前記駆動対象部材は、光学系を介して形成された光学像を光電変換する撮像素子であることを特徴とする請求項１乃至１０の何れか一項に記載の駆動装置。