JP2021131458A - 光学駆動装置および光学機器 - Google Patents

Abstract

【課題】光学素子を保持する保持部材をその移動に対する抵抗の発生を抑えつつ光軸方向に案内する。【解決手段】光学駆動部材は、光学素子を保持して光軸方向に移動可能な可動部材４と、可動部材４に回転可能に取り付けられた対の転動部材２ａ，２ｂと、光軸方向視において対の転動部材２ａ，２ｂが互いに異なる方向から当接し、可動部材４を光軸方向に案内する案内部材１とを有する。転動部材２ａ，２ｂは、内輪と該内輪に対して回転可能な外輪を有する。内輪は、その内周に挿入された軸部材３により可動部材４に固定され、軸部材３に設けられたテーパ面との接触により軸部材３と同軸となるように可動部材４に対して位置決めされる。光軸方向視において対の転動部材２ａ，２ｂのそれぞれの中心軸がなす角度θが１８０°未満である。【選択図】図２

Description

本発明は、デジタルカメラや交換レンズ等の光学機器において、レンズ等の光学素子を光軸方向に駆動する光学駆動装置に関する。

光学駆動装置として、レンズを保持するレンズ保持部材がガイドバー等の案内部材によって光軸方向に案内されるものがある。特許文献１には、レンズ保持部材に設けられたスリーブ穴部に通されたガイドバーによってレンズ保持部材が光軸方向に案内され、さらにレンズ保持部材に設けられた転動部材を回転止めバーに当接させることでレンズ保持部材のガイドバー回りでの回転を抑制するレンズ駆動装置が開示されている。転動部材は、レンズ保持部材に設けられた磁石と回転止めバーとの間に発生する磁気吸着力（付勢力）によって回転止めバーに押圧される。

特開２０１７−１５７９９号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたレンズ駆動装置において、様々な姿勢でもガタなくレンズ保持部材を案内するために上記付勢力を強くすると、レンズ保持部材のスリーブ穴部とガイドバーとの接触圧も増加し、それらの間の摺動抵抗が増大する。この結果、レンズ保持部材を光軸方向に駆動するアクチュエータに要求される出力が大きくなり、消費電力が増加したりアクチュエータが大型化したりする。

本発明は、光学素子を保持する保持部材をその移動に対する抵抗の発生を抑えつつ光軸方向に案内できるようにした光学駆動装置を提供する。

本発明の一側面としての光学駆動部材は、光学素子を保持して光軸方向に移動可能な可動部材と、可動部材に回転可能に取り付けられた対の転動部材と、光軸方向視において対の転動部材が互いに異なる方向から当接し、可動部材を光軸方向に案内する案内部材とを有する。転動部材は、内輪と該内輪に対して回転可能な外輪を有する。内輪は、その内周に挿入された軸部材により可動部材に固定され、軸部材に設けられたテーパ面との接触により軸部材と同軸となるように可動部材に対して位置決めされている。光軸方向視において対の転動部材のそれぞれの中心軸がなす角度が１８０°未満であることを特徴とする。なお、上記光学駆動装置を備えた光学機器も、本発明の他の一側面を構成する。

本発明によれば、光学素子を保持する保持部材をその移動に対する抵抗の発生を抑えつつ光軸方向に案内することができる。

本発明の実施例であるレンズ駆動装置の一部を示す斜視図。 実施例のレンズ駆動装置におけるガイド機構を示す断面図。 実施例のレンズ駆動装置に用いられる軸ビスを示す斜視図。 上記ガイド機構におけるローラの固定方法を示す断面図。 上記ガイド機構におけるローラの配置例を示す模式図。 実施例のレンズ駆動装置の全体を示す斜視図。 実施例のレンズ駆動装置における回転止め機構を示す図。 実施例のレンズ駆動装置を備えた撮像装置のブロック図。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。図８は、本発明の実施例１である光学駆動装置としてのレンズ駆動装置を備えた光学機器である撮像装置（デジタルカメラ）１００の構成を示している。図１において、後述する撮像光学系の光軸Ｏａが延びる方向を光軸方向とし、光軸Ｏａに直交する方向を光軸直交方向という。

撮像装置１００は、レンズ鏡筒１０３とカメラ本体１０５とにより構成されている。レンズ鏡筒１０３は、光学素子としての焦点調節用レンズ１０１を含む撮像光学系と、レンズ１０１を光軸方向に駆動する振動型アクチュエータ２００を含むレンズ駆動装置と、レンズ１０１の光軸方向での位置を検出する位置検出部１０７とを有する。

カメラ本体１０５は、撮像光学系により形成される光学像を撮像（光電変換）する撮像素子１０４と、撮像素子１０４上に形成される光学像のピント状態を検出するピント検出部１０６とを有する。さらにカメラ本体１０５は、ピント検出部１０６によるピント検出結果に応じた合焦位置に位置検出部１０７により検出されるレンズ１０１の位置が移動するようにアクチュエータ駆動部１０９を介して振動型アクチュエータ２００を制御する制御部１０８を有する。

図１は、本実施例のレンズ駆動装置の一部の構成を示している。１は丸棒形状のガイドバー（第１の案内部材）であり、レンズ鏡筒１０３を構成する不図示の固定鏡筒によって光軸方向前後の両端が保持されている。７はレンズ保持部材であり、その前部に設けられた開口部７ａにおいて図８に示したレンズ１０１を保持する。

レンズ保持部材７における前部と後部にはそれぞれ、２つ（対）のローラ（転動部材）２ａ，２ｂが回転可能に取り付けられたローラベース４がねじ１１によって固定されている。レンズ保持部材７は、計４個のローラ２ａ，２ｂを介してガイドバー１により光軸方向に移動可能に支持されている。本実施例では、ローラ２ａ，２ｂとして、内輪と該内輪に対して回転可能な外輪とを有するボールベアリング（転がり軸受け）を用いている。ただし、内輪と外輪を有するコロベアリングや滑り軸受けであってもよい。

本実施例では、レンズ保持部材７とこれに固定されたローラベース４とにより可動部材が構成される。なお、本実施例ではレンズ保持部材７と別体のローラベース４にローラ２ａ，２ｂを取り付けているが、ローラベース４を設けずに２ａ，２ｂを直接、レンズ保持部材７に取り付けてもよい。

図２は、ローラベース４に取り付けられた対のローラ２ａ，２ｂの光軸に直交する（光軸方向から見たときの）断面を示している。対のローラ２ａ，２ｂはそれぞれ、軸ビス３とナット５によってローラベース４に取り付けられている。対のローラ２ａ，２ｂは、それらの回転中心である軸が６０°等の角度をなすようにローラベース４に取り付けられており、ガイドバー１に対して互いに異なる２方向から当接している。対のローラ２ａ，２ｂが互いに異なる２方向からガイドバー１に当接することで、レンズ保持部材７のガイドバー１に対する光軸直交方向での平行変位が制限される。なお、以下の説明において、ローラ２ａ，２ｂをまとめてローラ２とも表記する。

レンズ保持部材７における前後のローラ２の間には、図２に一点鎖線で示すように第１の付勢部材としての磁石１２が固定されている。ガイドバー１は磁性体により形成されており、ガイドバー１と磁石１２との間には、前後のローラ２をガイドバー１に押圧させる付勢力Ｆとしての磁気吸着力が作用している。なお、第１の付勢部材を磁性体とし、ガイドバー１を磁石により形成してもよい。

前後の対のローラ２ａ，２ｂがガイドバー１に押圧された状態でレンズ保持部材７が光軸方向に移動すると、それらローラ２ａ，２ｂが転動する。このため、低い摩擦負荷でレンズ保持部材７を光軸方向に案内しつつ移動させることが可能である。

さらにレンズ保持部材７における光軸方向に互いに離れた２か所であって前後のローラ２とは異なる位置には、ストッパ部７ｂ，７ｃが設けられている。これらストッパ部７ｂ，７ｃの穴内にはガイドバー１が通されている。ストッパ部７ｂ，７ｃは、撮像装置１００に加わった衝撃等によってレンズ保持部材７のガイドバー１から離れる方向に外力が作用したときに、ガイドバー１に係合（当接）してレンズ保持部材７の該方向への変位を制限し、ローラ２がガイドバー１から脱落するのを防止する。

図２〜図４を用いて、上述したガイドバー１とローラ２を含むガイド機構において、ローラベース４に対のローラ２ａ，２ｂを高精度に位置決めするための構成について説明する。まず、ローラベース４と軸ビス３との位置関係について説明する。図３は、軸ビス３の外観を示している。軸ビス３は、頭部３ｄ、ローラ取付部３ｅ、テーパ部３ａ、円筒部３ｂおよびねじ部３ｃを有する。ローラ取付部３ｅの外周には、ローラ（ボールベアリング）２の内輪が取り付けられる。

図２に示すように、ローラベース４には、中心軸が角度θ（例えば６０°）をなす２つの貫通孔部４ａが設けられている。各貫通孔部４ａには、ローラ取付部３ｅの外周にローラ２と金属製ワッシャ６が取り付けられた軸ビス３が、円筒部３ｂが貫通孔部４ａに嵌合し、ねじ部３ｃが貫通孔部４ａから突出するように挿入される。円筒部３ｂが貫通孔部４ａに嵌合することで、軸ビス３がローラベース４に対して精度良く位置決めされる。なお、円筒部３ｂは、ローラベース４に対して軸方向にスライド可能なように貫通孔部４ａに嵌合している。

次に、軸ビス３とローラ２の内輪との位置関係について説明する。図４は、ローラ２、軸ビス３およびローラベース４等の断面を示している。ローラ２は、軸ビス３とナット５が所定の締め付けトルクで締め付けられることでローラベース４に固定される。このとき、ローラ２の内輪２−ｉｎは軸力Ｔにより軸ビス３（テーパ部３ａ）とワッシャ６との間に挟持される。内輪２−ｉｎは、ローラベース４側の端面でワッシャ６に面接触することでワッシャ６とともに正確に姿勢が定まり、テーパ部３ａ側の端面の内径エッジ近傍で角度φのテーパ部３ａに接触することで軸ビス３に対して同軸になるように位置決めされる。こうしてローラ２は、内輪２−ｉｎを介して軸ビス３に対して高い精度で位置決めされる。

なお、ローラ２ごとの内輪の内径エッジと軸ビス３のテーパ部３ａとの接触位置は、内径エッジの面取り形状（Ｃ面取り、Ｒ面取り）の違いや面取り寸法のばらつきによって変化する。このため、内輪におけるテーパ部３ａとの接触位置は、必ずしも最内周でなくてもよく、内輪の内径エッジの近傍であればよい。

さらに、ローラ２の内輪と外輪との位置関係について説明する。ホールベアリングは、内輪と外輪との間に隙間を有し、隙間の間には複数のボールが転動可能に配置されている。付勢力Ｆは、図４に示すように、ローラ２の中心軸に対して角度θ／２だけ傾いた方向からガイドバー１に向かって作用している。このとき、付勢力Ｆは、ローラ２の外輪２−ｏｕｔとガイドバー１との間に予圧に相当する摩擦力Ｆ−ｆｒｉｃを発生させる。これにより、外輪２−ｏｕｔが内輪２−ｉｎに対してボールを介して高精度に位置決めされる。

以上説明したように、ローラベース４と軸ビス３との間、軸ビス３とローラの内輪２−ｉｎとの間およびローラ２の内輪２−ｉｎと外輪２−ｏｕｔとの間のそれぞれにおいて高い位置決め精度が確保され、この結果、ローラベース４に対してローラ２の外輪２−ｏｕｔが高精度に位置決めされる。そして、このように高精度に位置決めされた外輪２−ｏｕｔがガイドバー１に接触しながら転動することで、レンズ保持部材７（つまりはレンズ１０１）を光軸方向に高精度にかつ小さな抵抗で案内することができる。

ただし、付勢力Ｆが対のローラ２ａ，２ｂの両方に対して、それらの外輪を片寄せするためのＦ−ｆｒｉｃを発生していることが必要である。さらに、各ローラ２の外輪２−ｏｕｔがその径方向にガイドバー１から反力Ｆ−ｈｒｚを受けること、すなわち外輪２−ｏｕｔが常にガイドバー１との接触を維持できることが必要である。

これら２つの条件を満たすために、対のローラ２ａ，２ｂの中心軸がなす角度を１８０°未満にする必要がある。言い換えれば、上記角度を１８０°未満にすることで、Ｆ−ＦｒｉｃとＦ−ｈｒｚが発生する。望ましくは、対のローラ２ａ，２ｂの中心軸がなす角度を９０°以下、さらに望ましくは６０°以下にするとよい。また同じ理由により、付勢力Ｆが作用する付勢方向は、図２に示す角度θを内分する方向であることが必要である。ローラ２の中心軸と平行な方向に付勢力Ｆが作用するとＦ−ｈｒｚが得られず、高精度な案内ができなくなる。

次に、組立工程における軸ビス３にテーパ部３ａを設ける効果について説明する。ローラ２のローラベース４への取り付けでは、まずローラベース４にワッシャ６とローラ２を載せ、それらの内周に軸ビス３を挿入して軸ビス３の円筒部３ｂをローラベース４の貫通孔部４ａに嵌合させ、貫通孔部４ａから突出したねじ部３ｃにナット５を締め込む。

ローラ２の内輪の内周に挿入された軸ビス３のテーパ部３ａが内輪の内径エッジの近傍に接触し始めると、テーパ部３ａのくさび効果によってローラ２をその径方向外側に滑らせようとする力Ｔ−ｈｒｚが作用する。そして、テーパ部３ａがローラ２の内輪の内径エッジ近傍の全周に接触するまで挿入されると、軸ビス３はそれ以上挿入できなくなる。この状態で所定の締め付けトルクで軸ビス３ねじ部３ｃにナット５を締め込むことで、ローラ２が軸ビス３と同軸でローラベース４に取り付けられる。

この組立工程においてローラ２をテーパ面３ａによって径方向外側に滑らせるためには、軸力Ｔによる摩擦力で内輪２−ｉｎがその位置に留まろうとする力よりも、くさび効果による径方向への力Ｔ−ｈｒｚが強くなければならない。このため、本実施例では、軸ビス３の中心軸に対してテーパ部３ａがなす角度（テーパ角）φを４５°以下に設定している。これにより、ローラ２が径方向にスムーズに滑ることができる。
なお、軸ビス３のテーパ部３ａは平面であっても曲面であってもよく、軸ビス３にナット５を締め込んだ状態でローラ２の内輪と接触する位置でのテーパ角が４５°以下になっていればよい。また、テーパ角φを３０°以下に設定してもよい。

また本実施例では軸ビス３とナット５を用いてローラ２をローラベース４に取り付ける場合について説明したが、ローラ２を挟持するための軸力が得られれば、軸ビスに代えて、セルフタップねじ、圧入部材、リベット等の軸部材を用いてもよい。
次に、レンズ駆動装置の小型化を実現するためのガイド機構における対のローラ２ａ，２ｂの配置について説明する。

レンズ鏡筒１０３内でのレンズ駆動装置の周辺のスペースは、レンズ鏡筒１０３内の他の構成要素の配置スペースとして使用されるので、レンズ駆動装置が占有するスペースをできるだけ小型化することでレンズ鏡筒１０３、さらには撮像装置１００を小型化することができる。

図５（Ａ），（Ｂ）は、光軸方向から見た（光軸方向視における）レンズ１０１、ガイドバー１および対のローラ２ａ，２ｂの配置を模式的に示している。これらの図において、ガイドバー１の中心ＣＡと光軸Ｏａ（レンズ１０１の中心）とを結ぶ第１の直線をＬ１とし、該第１の直線Ｌ１を境として左領域（第１の領域）と右領域（第２の領域）に分ける。また対のローラ２ａ，２ｂの中心軸がなす角度θの２等分線をＬ２とする。２等分線Ｌ２と直線Ｌ１とがなす角度をφ２とする。さらにガイドバー１の中心ＣＡを通って第１の直線Ｌ１に直交する第２の直線をＬ３とし、該第２の直線Ｌ３を境として上領域（第３の領域）と下領域（第４の領域）に分ける。

レンズ駆動装置の小型化を実現するためには、ガイド機構を光軸Ｏａを中心とする径方向においてコンパクトにまとめる必要がある。このため、対のローラ２ａ，２ｂが第２の直線Ｌ３を境とする上領域と下領域のうちいずれか一方の領域にまとめて配置されることが望ましい。図５（Ａ）はローラ２ａ，２ｂが下領域にまとめて配置された場合を示し、図５（Ｂ）はローラ２ａ，２ｂが上領域にまとめて配置された場合を示している。これらの図から明らかなように、上下領域にローラ２ａ，２ｂが分かれて配置される場合と比較して、一方の領域にまとめて配置された方がコンパクトな構成となる。

また、対のローラ２ａ，２ｂは、第１の直線Ｌ１を境とする左領域と右領域とに分かれて配置されることが望ましい。図２で示したように、ローラ２ａ，２ｂの固定には軸ビス３とローラベース４が必要である。このため、左右領域のうち一方にローラ２ａ，２ｂをまとめて配置することはスペース的に困難である。

一方、図５（Ａ），（Ｂ）のように左右領域にローラ２ａ，２ｂを１つずつ配置する場合は、ローラ２ａ，２ｂを光軸方向にずらして配置することも可能である。しかし、このような配置を採用すると、ローラベース４の形状が複雑になったりガイド機構の組み立ても難しくなったりするだけでなく、対のローラ２ａ，２ｂの中心軸がなす角度θが９０°未満になって外輪に予圧として作用する摩擦力が不安定になるおそれもある。このため、ローラ２ａ，２ｂは光軸方向において同じ位置に配置することが望ましい。

以上説明したように、対のローラ２ａ，２ｂを直線Ｌ３を境とする上下領域のうち一方にまとめて配置し、かつ直線Ｌ１を境とする左右領域に分けて配置することで、レンズ駆動装置の小型化を実現することができる。

図６は、図１〜図５を用いて一部の構成を説明したレンズ駆動装置の全体を示している。図１〜図５に示した構成要素には、図６においても同符号を付している。レンズ１０１を保持したレンズ保持部材７は、前述したようにガイドバー１によって光軸方向に案内されるとともに、回転止めバー（第２の案内部材）８によってガイドバー１回りでの回転が制限される。回転止めバー８も、ガイドバー１と同様に固定鏡筒にその光軸方向前後の両端が固定されている。

レンズ保持部材７にはラック（連結部材）９が取り付けられている。ラック９は、アクチュエータ１０の可動部に連結されている。アクチュエータ１０は、振動型アクチュエータである。振動型アクチュエータは、圧電素子により振動が励起される振動体を含む可動部と、振動体が加圧接触する摩擦部材を含む固定部とを有する。可動部が固定部に対して光軸方向に駆動されることで、レンズ保持部材７（レンズ１０１）が光軸方向に移動する。

なお、振動体を含む固定部に対して摩擦部材を含む可動部をて移動させる振動型アクチュエータを用いてもよい。またアクチュエータ１０として、振動型アクチュエータに代えて、ステッピングモータやボイスコイルモータ等を用いてもよい。

図７は、光軸を挟んでガイドバー１およびローラ２を含むガイド機構とは反対側に設けられた回転止め機構を示している。回転止めバー８は、レンズ保持部材７に回転可能に固定されたローラ２ｃと当接している。ローラ２ｃは、レンズ保持部材７とアクチュエータ１０との間に配置された弾性部材等の第２の付勢部材が可動部を固定部に対して加圧接触させるために発生した付勢力の反力を受けることで、回転止めバー８に押圧されている。これにより、レンズ保持部材７は、ガイドバー１回りでの回転ぶれを生じることなく、ガイドバー１によって光軸方向に案内される。レンズ保持部材７の光軸方向への移動とともにローラ２ｃが回転止めバー８に対して転動するので、回転止め機構におけるレンズ保持部材７の移動に対する抵抗は小さい。

本実施例によれば、レンズ保持部材７をその移動に対する抵抗の発生を抑えつつ光軸方向に高精度に案内することができる。

以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。

１ ガイドバー
２ａ，２ｂ ローラ
３ 軸ビス
４ ローラベース
５ ナット
６ ワッシャ
７ レンズ保持部材

Claims (7)

1. 光学素子を保持して光軸方向に移動可能な可動部材と、
   前記可動部材に回転可能に取り付けられた対の転動部材と、
   光軸方向視において前記対の転動部材が互いに異なる方向から当接し、前記可動部材を前記光軸方向に案内する案内部材とを有し、
   前記転動部材は、
   内輪と該内輪に対して回転可能な外輪を有し、
   前記内輪は、その内周に挿入された軸部材により前記可動部材に固定され、前記軸部材に設けられたテーパ面との接触により前記軸部材と同軸となるように前記可動部材に対して位置決めされており、
   光軸方向視において、前記対の転動部材のそれぞれの中心軸がなす角度が１８０°未満であることを特徴とする光学駆動装置。
2. 前記内輪と前記可動部材との間にワッシャが配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光学駆動装置。
3. 前記テーパ面における前記内輪が接触する位置において前記軸部材の中心軸と前記テーパ面とがなす角度が４５°以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の光学駆動装置。
4. 前記対の転動部材を前記案内部材に押圧するように前記可動部材を付勢する付勢部材を有し、
   光軸方向視における前記付勢部材による前記可動部材の付勢方向は、前記対の転動部材のそれぞれの中心軸がなす角度を内分する方向であることを特徴とする請求項１に記載の光学駆動装置。
5. 前記付勢部材と前記案内部材のうち一方が磁石であり、他方が磁性体であることを特徴とする請求項４に記載の光学駆動装置。
6. 光軸方向視において、
   前記案内部材の中心と前記光学素子の中心とを通る第１の直線を境とする２つの領域を第１の領域および第２の領域とし、前記案内部材の中心を通って前記第１の直線に直交する第２の直線を境とする２つの領域を第３の領域および第４の領域とするとき、
   前記対の転動部材は、前記第１および第２の領域に分かれて配置され、前記第３および第４の領域のうち一方の領域にまとめて配置されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の光学駆動装置。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載の光学駆動装置を有することを特徴とする光学機器。

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