JP2023115705A - 駆動装置及び撮像装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】電源オフの場合に生じる駆動軸の損傷を最小限に抑制し、良好な動作性を確保することが可能な駆動装置及び撮像装置を提供する。【解決手段】 駆動装置23は、ピエゾ素子31と、ピエゾ素子31の振動を受けて第1撮像光学系22Aの光軸OA方向に沿って振動する駆動軸と、駆動軸と摩擦係合し、かつ第1撮像光学系22Aと連結される係合部材33と、ピエゾ素子31の振動を制御するレンズ制御部61とを備え、第1撮像光学系22Aは、第1の位置及び第2の位置を少なくとも含む範囲を移動可能に設けられており、レンズ制御部61は、駆動装置13の電源オフを指示する信号を受信した場合に、第1撮像光学系22Aを第1の位置から第2の位置に移動させる制御を行う。【選択図】図4

Description

本発明は、撮像光学系を駆動する駆動装置及び撮像装置に関する。
特許文献1には、振動子と、振動子と摩擦接触する摩擦部材とを有する超音波モータと、超音波モータを制御することで、被駆動部材を駆動する制御部とを備える駆動装置について記載されている。制御部は、検出された被駆動部材の位置に基づいて、超音波モータが起動位置および端位置を通過した回数をカウントし、上記カウントされた回数に応じて起動位置および端位置を変更する。
特許文献2には、筐体と、レンズの光軸方向に移動可能に設けられ、レンズを保持するバレルホルダと、圧電素子とを備える駆動装置について記載されている。バレルホルダには、圧電素子およびこの圧電素子に固定され圧電素子の振動を受ける駆動軸が、レンズの光軸方向に駆動軸の長手方向が沿うように固定されている。筐体には、駆動軸を摺動可能な状態で保持する軸保持部が設けられている。
特開2016-116352号公報 特開2013-76944号公報
本開示の技術に係る一つの実施形態は、電源オフの場合に生じる駆動軸の損傷を最小限に抑制し、良好な動作性を確保することが可能な駆動装置及び撮像装置を提供する。
本開示の技術に係る一つの態様の駆動装置は、撮像光学系を駆動する駆動装置であって、ピエゾ素子と、ピエゾ素子の振動を受けて撮像光学系の光軸方向に沿って振動する駆動軸と、駆動軸と摩擦係合し、かつ撮像光学系と連結される係合部材と、ピエゾ素子の振動を制御するプロセッサとを備え、撮像光学系は、ピエゾ素子の振動を受けて、第1の位置及び第2の位置を少なくとも含む範囲を移動可能に設けられており、プロセッサは、駆動装置の電源オフを指示する信号を受信した場合に、撮像光学系を第1の位置から第2の位置に移動させる制御を行う駆動装置である。
プロセッサは、ピエゾ素子が停止状態である時間に基づいて、撮像光学系を第1の位置から第2の位置に移動させる制御を行うことが好ましい。
第1の位置は、駆動装置の電源オンを指示する信号を受信した場合に、撮像光学系が移動する移動範囲内の位置であり、第2の位置は、撮像光学系が係合部材を介して駆動軸と係合する範囲のうち、移動範囲以外の位置であることが好ましい。
第1の位置は、撮像光学系の光学的精度を保証する撮像用移動範囲内の位置であり、第2の位置は、撮像光学系が係合部材を介して駆動軸と係合する範囲のうち、撮像用移動範囲以外の位置であることが好ましい。
第2の位置は、撮像用移動範囲の両端外側に位置し、プロセッサは、両端外側に位置する第2の位置のうち、電源オフを指示する信号を受信した場合に、撮像光学系が位置する第1の位置と近いほうの第2の位置に撮像光学系を移動させる制御を行うことが好ましい。
光軸方向における撮像用移動範囲内で第1撮像光学系が移動する最大移動量をAとし、係合部材と駆動軸とが係合する係合長さをW、駆動軸の長さをLとした場合、L>A+2Wの関係を満たすことが好ましい。
光軸方向における撮像用移動範囲内で第1撮像光学系が移動する最大移動量をAとし、係合部材と駆動軸とが係合する係合長さをW、駆動軸の長さをLとした場合、L>A+3Wの関係を満たすことが好ましい。
駆動軸の軌道上には、潤滑剤を滞留させる潤滑剤溜まり部があり、第2の位置は、光軸方向における潤滑剤溜まり部よりも撮像用移動範囲に近い位置にあることが好ましい。
駆動軸の軌道上には、潤滑剤を滞留させる潤滑剤溜まり部があり、第2の位置は、撮像用移動範囲を間に挟み、光軸方向における潤滑剤溜まり部とは反対側の位置にあることが好ましい。
撮像光学系が第1の位置にある際、係合部材と摩擦係合する部分における駆動軸の直径を第1の直径とし、撮像光学系が第2の位置にある際、係合部材と摩擦係合する部分における駆動軸の直径を第2の直径とした場合、第1の直径は、第2の直径よりも小さいことが好ましい。
撮像光学系が第1の位置にある際、係合部材と摩擦係合する部分における駆動軸と係合部材との間の摩擦力を第1の摩擦力とし、撮像光学系が第2の位置にある際、係合部材と摩擦係合する部分における駆動軸と係合部材との間の摩擦力を第2の摩擦力とした場合、第1の摩擦力は、第2の摩擦力よりも小さいことが好ましい。駆動軸はカーボンシャフトであることが好ましい。
本開示の技術に係る一つの態様の撮像装置は、上記に記載の駆動装置と、撮像光学系とを有する撮像装置である。
デジタルカメラの分解斜視図である。 デジタルカメラの平面図である。 レンズ鏡筒の要部断面図である。 駆動装置の正面図である。 駆動装置の斜視図である。 駆動装置の分解斜視図である。 ピエゾ素子、駆動軸、及保持部材の斜視図である。 ピエゾ素子、駆動軸、及係合部材の分解斜視図である。 レンズ保持枠の正面図である。 レンズ保持枠と係合部材とを連結する状態を説明する斜視図である。。 ピエゾ素子の振動により、撮像光学系を光軸方向に移動させる動作についての説明図であり、電圧無印可状態(A)、及びピエゾ素子の上側の電極層をマイナス電位、下側の電極層をプラス電位とする電圧を印可した状態(B)を示す説明図である。 ピエゾ素子の振動により、撮像光学系を光軸方向に移動させる動作についての説明図であり、ピエゾ素子の上側の電極層をプラス電位、下側の電極層をマイナス電位とする電圧を印可した状態(A)、及びピエゾ素子の上側の電極層をマイナス電位、下側の電極層をプラス電位とする電圧を印可した状態(B)を示す説明図である。 駆動軸の長さと、移動範囲との関係について説明する説明図である。 デジタルカメラの概略構成を示すブロック図である。 第1変形例の概略構成を示すブロック図である。 第2実施形態における駆動軸の長さと、移動範囲との関係について説明する説明図である。 第2変形例における潤滑剤溜まり部と、移動範囲との関係について説明する説明図である。 第3変形例における潤滑剤溜まり部と、移動範囲との関係について説明する説明図である。
[第1実施形態]
図1に示すように、デジタルカメラ10は、カメラボディ11、交換式のレンズ鏡筒12を備える。カメラボディ11の前面にはレンズマウント13、及びレリーズスイッチ14、電源スイッチ(図示せず)等が設けられている。レンズマウント13は円形状の撮像開口13Aを有する。レンズマウント13には、レンズ鏡筒12が着脱可能に装着される。デジタルカメラ10は、本発明に係る撮像装置の一例である。
カメラボディ11には撮像素子16が内蔵されている。撮像素子16は、例えばCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサ、CCD(Charge Coupled Device)イメージセンサ、又は、有機薄膜撮像素子等である。レンズマウント13は、撮像開口13Aの内側にレンズ鏡筒12と電気的に接続して通信を行うためのボディ側信号接点17(図14参照)が設けられている。また、カメラボディ11は、グリップ部11Aを有する。
レンズ鏡筒12は、レンズ鏡筒本体21と、撮像光学系22と、後述する駆動装置23とを備える。レンズ鏡筒本体21は、円筒形状で内部に撮像光学系22、及び駆動装置23を保持し、後端にレンズマウント24(図3参照)及びレンズ側信号接点25(図10参照)が設けられている。撮像光学系22は、レンズ鏡筒12がカメラボディ11に装着された場合、撮像素子16に被写体光を結像する。
図2及び図3に示すように、駆動装置23は、レンズ鏡筒12の内部に配されている。駆動装置23は、撮像光学系22の一部である第1撮像光学系22Aを駆動する。第1撮像光学系22Aは、特許請求の範囲における「撮像光学系」に相当する。駆動装置23は、レンズ鏡筒本体21に対して、取付部材26、27等を介して取り付けられている。
第1撮像光学系22Aは、フォーカスレンズ51と、レンズ保持枠52とを備える。レンズ保持枠52は円筒形状に形成され、フォーカスレンズ51を保持する。レンズ保持枠52は、後述する保持部材34と連結される。
図4に示すように、駆動装置23は、ピエゾ素子31と、駆動軸32(図5~図8、図10参照)と、係合部材33と、保持部材34と、位置検出センサ35と、ガイド軸36と、レンズ制御部61と、ピエゾ素子駆動ドライバ62とを備える。レンズ制御部61は、ピエゾ素子駆動ドライバ62を介してピエゾ素子31の振動を制御する。また、後述するように、レンズ制御部61はレンズ鏡筒12の各部を制御する。
図5に示すように、ピエゾ素子31は、外形が円板状に形成された圧電体の両面に電極層を有するバイモルフ型の圧電素子である。ピエゾ素子31の両面には、フレキシブル基板37が接続されている。フレキシブル基板37は、ピエゾ素子駆動ドライバ62に接続されている。ピエゾ素子31は、フレキシブル基板37を介してピエゾ素子駆動ドライバ62により電圧が印加されるピエゾ素子31を構成する圧電体は、例えば圧電セラミックス等の圧電材料である。
ピエゾ素子31は、電圧無印加状態においては、湾曲することなく平面状である。ピエゾ素子31に対して、ピエゾ素子駆動ドライバ62により一方の電極層をマイナス電位、他方の電極層をプラス電位となるように、電極層間に所定の駆動電圧を印加すると、圧電体の一方の電極層側が膨張し、他方の電極層側が収縮してピエゾ素子31が御椀状に湾曲する(すなわち、一方の電極層側が凸となる湾曲状態)。これとは逆に、ピエゾ素子31に対して、一方の電極層をプラス電位、他方の電極層をマイナス電位となるように、電極層間に所定の駆動電圧を印加すると、圧電体の一方の電極層側が収縮し、他方の電極層側が膨張してピエゾ素子31が御椀状に湾曲する(すなわち、他方の電極層側が凸となる湾曲状態)。そして、レンズ制御部61は、第1撮像光学系22Aを駆動する場合、電圧を印加することによりピエゾ素子31が凸となる向きを周期的に可変させてピエゾ素子31を振動させる。なお、ピエゾ素子31の振動により、第1撮像光学系22Aを移動させる動作については後述する。
図6に示すように、駆動軸32は、円柱状に形成され、一端がピエゾ素子31と結合されている。駆動軸32は、例えば、カーボンシャフトである。駆動軸32の外径は、ピエゾ素子31の外径よりも小さい。駆動軸32の中心軸と、ピエゾ素子31の中心軸とが一致している。駆動軸32とピエゾ素子31との結合は、例えば、ピエゾ素子31の中心に形成した貫通孔に駆動軸32の一端を嵌合させる。あるいは、駆動軸32とピエゾ素子31とを接着剤、又は半田付け等により接着してもよい。
駆動軸32は、撮像光学系22の光軸OAと平行に配されている。駆動軸32は、上述したようにピエゾ素子31と結合されているため、ピエゾ素子31の振動を受けて光軸OA方向に沿って振動する。
図7に示すように、ピエゾ素子31及び駆動軸32は、保持部材34によって保持されている。保持部材34は、U字状に屈曲した形状に形成されている。具体的には、保持部材34は、柱状部34Aと、保持片34B、34Cとが一体に形成されている。柱状部34Aは、光軸OAと平行に配された矩形断面の柱状に形成されている。
保持片34B、34Cは、柱状部34Aの先端部及び基端部に配されている。保持片34B、34Cには貫通孔34D、34Eが形成されている。駆動軸32は、先端部及び基端部が貫通孔34D、34Eを貫通して保持片34B、34Cに保持される。なお、保持片34B、34Cの内部、且つ駆動軸32の周辺には、軸受け部材34F(図11及び図12参照)が設けられている。軸受け部材34Fは、ゴム等の弾性体から形成され、軸受け部材34Fと駆動軸32との間に生じる摩擦力により、駆動軸32が保持片34B、34Cから離脱することを防ぐ。
保持片34Bには、円筒状のリブ34Gが一体に形成されている。リブ34Gの内径は、ピエゾ素子31の外径に合わせて形成されている。これにより、駆動軸32が保持片34B、34Cに保持された場合、リブ34Gがピエゾ素子31を保持する。
保持部材34は、例えばネジ止めにより、取付部材26に固定される(図3参照)。これにより、ピエゾ素子31及び駆動軸32は、保持部材34及び取付部材26を介してレンズ鏡筒本体21に取り付けられる。
図8に示すように、係合部材33は、第1部材38と、第2部材39と、ねじ部材41とから構成される。第1部材38は、連結部38Aと、受け部38Bとが一体に形成されている。受け部38Bには、溝38Cと、位置決め突起38Dと、ねじ孔38Eとが形成されている。溝38Cは、光軸OAと平行に配されたV字状の溝である。駆動軸32は、係合部材33と係合する場合、溝38Cと当接する。溝38CがV字状に形成されているため、駆動軸32に対する第1撮像光学系22Aの傾きが抑制される。連結部38Aには、ねじ孔38Fが形成されている。
第2部材39は、押さえ片39Aと、位置決め開口39B、ねじ孔39Cが形成されている。第2部材39は、位置決め開口39Bを第1部材38の位置決め突起38Dに嵌合させることにより、光軸OA方向の位置決めが行われる。押さえ片39Aは、弾性を有する板バネである。
溝38Cと押さえ片39Aとの間に駆動軸32を配した状態で、第2部材39のねじ孔39C、及び第1部材38のねじ孔38Eに、ねじ部材41を螺合することによって第1部材38と第2部材39とが連結されるとともに、溝38Cと押さえ片39Aとの間に駆動軸32が挟み込まれる。駆動軸32は、押さえ片39Aから付勢力を受けるため、係合部材33と摩擦係合する。
ピエゾ素子31、駆動軸32、係合部材33、及び保持部材34は、撮像光学系22の光軸OA(すなわち、第1撮像光学系22Aの光軸)を中心にして180度の回転対称となる位置にそれぞれ配置されている(図4参照)。すなわち、第1撮像光学系22Aに対して、一対のピエゾ素子31、駆動軸32、係合部材33、及び保持部材34が設けられている。
図9に示すように、レンズ保持枠52は、光軸OAを中心にして180度の回転対称となる位置に、ねじ孔52Aがそれぞれ設けられている。図10に示すように、レンズ保持枠52と係合部材33とは、ねじ孔52A及びねじ孔38Fにねじ部材42を螺合させることにより、連結される。上述したように、係合部材33は、駆動軸32と摩擦係合し、かつ第1撮像光学系22Aと連結される。さらに、保持部材34が駆動軸32を保持し、かつレンズ鏡筒本体21に取り付けられる。すなわち、第1撮像光学系22Aは、係合部材33を介して駆動軸32と摩擦係合した状態を保持しながら、レンズ鏡筒本体21に取り付けられる。
位置検出センサ35は、光軸OAを中心にして180度の回転対称となる位置にそれぞれ配置されている(図4参照)。すなわち、第1撮像光学系22Aに対して、一対の位置検出センサ35が設けられている。位置検出センサ35は、レンズ保持枠52の位置を検出する。具体的には、磁石43と、磁気センサ44とから構成される。例えば、磁石43としては、多極着磁磁石を使用し、磁気センサ44としては、MRセンサ(Magnetoresistivesensor)を使用する。磁石43は、レンズ保持枠52に取り付けられている(図9参照)。磁気センサ44は、磁石43と向き合うように取付部材27を介してレンズ鏡筒本体21に取り付けられている(図3参照)。磁石43は、光軸OA方向に沿ってN極とS極が交互に配列したパターンで着磁されている。着磁のパターン幅は、例えば100μm程度である。磁気センサ44は、例えば磁界の強さに応じて電気抵抗値が変化する各種の磁気抵抗(MR)素子を用いて構成されている。
磁気センサ44は、磁石43のN極S極交互配列パターンに応じたパルス信号、または周期的に変化する電気信号をレンズ制御部61に出力する。この出力に基づいて、レンズ制御部61は、レンズ保持枠52、すなわち第1撮像光学系22Aの位置を検出することができる。なお、位置検出センサ35としては、これに限らず、例えば、ホール素子を用いたホールセンサと、磁石とから構成してもよい。
また、レンズ保持枠52は、光軸OAを中心にして180度の回転対称となる位置に、外周面から突出するボス52Bがそれぞれ設けられている。ボス52Bには、ガイド軸36が移動自在に嵌合するガイド孔52C(図5及び図9参照)が形成されている。ガイド軸36の先端部及び基端部は、レンズ鏡筒本体21に設けられた取り付け開口部28(図3参照)に固定される。ガイド軸36は、光軸OA方向と平行に配される。これにより、ガイド軸36は、レンズ保持枠52、すなわち第1撮像光学系22Aを光軸OA方向にガイドする。
図11及び図12を参照して、ピエゾ素子31の振動により、第1撮像光学系22Aを光軸OA方向に移動させる動作について説明する。なお、図11及び図12においては、図面の煩雑化を防ぐため、位置検出センサ35、及びガイド軸36等は省略している。図11(A)に示すように、第1撮像光学系22Aが移動する前、第1撮像光学系が停止している状態では、ピエゾ素子31は、電圧無印可状態であるため、平面状である。
先ず、図11(B)に示すように、レンズ制御部61がピエゾ素子駆動ドライバ62を制御して、図中の上側の電極層をマイナス電位、下側の電極層をプラス電位とする電圧を印可すると、ピエゾ素子31は、図中の上側に凸となる湾曲状態に変位する。この際、駆動軸32と係合部材33とは摩擦係合しているため、駆動軸32、係合部材33、及び第1撮像光学系22Aは、ピエゾ素子31が光軸OA方向に変位した変位量D1(図11(A)に示す初期位置P0からの変位量)と同じ移動量で、光軸OAの基端側へ移動する。
次に、図12(A)に示すように、レンズ制御部61は、図11(B)に示す状態とは逆に、図中の上側の電極層をプラス電位、下側の電極層をマイナス電位とする電圧を印可すると、ピエゾ素子31は、図中の下側に凸となる湾曲状態に変位する。レンズ制御部61は、図12(A)に示す場合、図11(B)に示す場合よりも、短時間で電圧を印可し、ピエゾ素子31を速く動かす。これにより、慣性力により駆動軸32のみが、図11(A)に示す初期位置P0に戻り、係合部材33、及び第1撮像光学系22Aは、変位量D1分移動した位置に残る。
さらに、図12(B)に示すように、レンズ制御部61は、ピエゾ素子31に、プラス及びマイナス電位を反対にした電圧(すなわち、図11(B)に示す場合と同じ状態)で印可すると、ピエゾ素子31は、図中の上側に凸となる湾曲状態に変位する。この際、図11(B)の場合と同様に、駆動軸32、係合部材33、及び第1撮像光学系22Aは、ピエゾ素子31が光軸OA方向に変位した変位量D1と同じ移動量で、光軸OAの基端側へ移動する。すなわち、駆動軸32、係合部材33、及び第1撮像光学系22Aは、初期位置P0からは、変位量D1の2倍移動していることになる。
そして、レンズ制御部61が、プラス及びマイナス電位を反対にした電圧(すなわち、図12(A)に示す場合と同じ状態)で印可すると、ピエゾ素子31は、図中の下側に凸となる湾曲状態に変位する。この際、図12(A)に示す場合と同様に、ピエゾ素子31を速く動かすと、慣性力により駆動軸32のみが、図11(A)に示す初期位置P0に戻り、係合部材33、及び第1撮像光学系22Aは、初期位置P0から変位量D1×2倍移動した位置に残る。
このように、レンズ制御部61が電圧を印加することを繰り返すことによりピエゾ素子31が凸となる向きを周期的に可変させる、すなわちピエゾ素子31を振動させると、係合部材33及び第1撮像光学系22Aが駆動軸32に沿って移動することができる。また、係合部材33及び第1撮像光学系22Aを光軸OAの先端側へ移動させる場合は、上記とは逆のプロセス、すなわち、ピエゾ素子31を図中の下側に凸となる湾曲状態に変位する際は、ピエゾ素子31を遅く動かし、ピエゾ素子31を図中の上側に凸となる湾曲状態に変位する際は、ピエゾ素子31を速く動かすという動作を繰り返せばよい。
第1撮像光学系22Aは、ピエゾ素子31の振動を受けて、第1の位置及び第2の位置を少なくとも含む範囲を移動可能に設けられている。以下では、第1撮像光学系22Aが移動する第1の位置及び第2の位置について説明する。
図13(A)に示すように、光軸OA方向における第1撮像光学系22Aの移動範囲RM内で、第1撮像光学系22Aが移動する最大移動量をAとし、係合部材33と駆動軸32とが係合する係合長さをW、駆動軸32の長さをL1とする。なお、図13(A)及び図13(B)では、説明の都合上、各部品を簡略化して図示している。
第1の位置P11は、移動範囲RM内の位置である。なお、ここでいう移動範囲RM内の位置であるとは、移動範囲RM内に、係合部材33が全て位置する場合をいう。移動範囲RMは、レンズ制御部61が駆動装置23の電源オンを指示する信号を受信した場合に、第1撮像光学系22Aが移動する移動範囲である。具体的には、後述するカメラボディ制御部71からの制御信号が、駆動装置23の電源オンを指示する信号に相当し、この制御信号を受けたレンズ制御部61が、第1撮像光学系22Aを移動させる範囲が、移動範囲RMである。
さらに本実施形態では、第1撮像光学系22Aは、フォーカスレンズ51を含むことから、移動範囲RMは、後述するカメラボディ制御部71及びAF(Autofocus)処理部83の制御により焦点調節を行う場合、第1撮像光学系22Aが移動する撮像用移動範囲である。よって、この移動範囲RMを移動する場合、第1撮像光学系22Aは、光学的精度を保証しなければならない。もし仮に、移動範囲RMに第1撮像光学系22Aに位置する場合に、位置ずれや傾きが発生すると、焦点調節の精度が低下してしまうからである。
図13(B)に示すように、第2の位置P12は、第1撮像光学系22Aが係合部材33を介して駆動軸32と係合する範囲のうち、移動範囲RM以外の位置である。本発明では、移動範囲RMの基端側の位置を第2の位置P12としている。レンズ制御部61は、駆動装置23の電源オフを指示する信号を受信した場合に、第1撮像光学系22Aを第1の位置から第2の位置に移動させる制御を行う。すなわち、後述するカメラボディ制御部71からの停止信号(駆動装置23を停止させる制御信号)が、駆動装置23の電源オフを指示する信号に相当し、この停止信号を受けたレンズ制御部61が、第1撮像光学系22Aを移動させる位置が第2の位置である。
以下では、駆動軸32の長さL1について詳細に述べる。駆動軸32のうち、第1撮像光学系22Aが絶対に移動できない範囲、すなわち、駆動軸32が保持片34Bにより保持されている部分よりも先端側の部分の長さ(保持片34Bの長さを含む。)をα、駆動軸32が保持片34Cにより保持されている部分よりも基端側の部分の長さ(保持片34Cの長さを含む。)をβ、第1撮像光学系22Aが先端側の保持片34Bに最も近接した場合の保持片34Bと係合部材33との隙間をa、第1撮像光学系22Aが基端側の保持片34Cに最も近接した場合(すなわち第1撮像光学系22Aが第2の位置P12にある場合)の保持片34Cと係合部材33との隙間をb、第1撮像光学系22Aが第2の位置P12にある場合の係合部材33と移動範囲RMとの隙間をcとすると、駆動軸32の長さL1=α+a+W+A+c+W+b+βとなる。これらのうち、長さα、β、隙間a、b、cなどは寸法誤差を考慮した余裕分の寸法なので、少なくともL1>A+2Wの関係が必要である。
図14に示すように、レンズ鏡筒12は、撮像光学系22、ピエゾ素子31、位置検出センサ35、レンズ制御部61、及びピエゾ素子駆動ドライバ62等の他、モータドライバ63、モータ64、65などを備える。
レンズ制御部61は、CPU(Central Processing Unit)と、このCPUで使用されるプログラムやパラメータを記憶したROM(Read Only Memory)と、CPUのワークメモリとして使用されるRAM(Random Access Memory)(いずれも図示せず)などを備えたマイクロコンピュータからなり、レンズ鏡筒12の各部を制御する。ピエゾ素子駆動ドライバ62、モータドライバ63、及び位置検出センサ35が接続されている。
レンズ制御部61は、後述するカメラボディ制御部71からの制御信号に基づき、絞りユニット55、第1撮像光学系22A、及び第2撮像光学系22Bの駆動を制御する。
撮像光学系22は、第1撮像光学系22A、第2撮像光学系22Bを含む複数のレンズ、絞りユニット55などを備える。第1撮像光学系22Aは、上述したように、フォーカスレンズ51及びレンズ保持枠52を含む。第1撮像光学系22Aは、ピエゾ素子31の振動により光軸OA方向に移動し、撮像距離を調節する。レンズ制御部61は、カメラボディ11側の制御信号に応じて第1撮像光学系22Aを移動させる制御信号をピエゾ素子駆動ドライバ62に送信する。ピエゾ素子駆動ドライバ62は、制御信号に基づいて電圧を印可してピエゾ素子31を振動させる。
第2撮像光学系22Bは、ズームレンズ53、及びズームレンズ53を保持するレンズ保持枠54を含む。第2撮像光学系22Bは、モータ64の駆動により、光軸OA方向に移動し、撮像光学系22の画角を変倍する電動のズーム機構を構成する。このズーム機構は、例えば、カメラボディ11側の操作に応じて第2撮像光学系22Bの移動量、移動方向が決定される。第2撮像光学系22Bが移動することによって撮像光学系22の画角を変倍することができる。
絞りユニット55は、モータ65の駆動により複数枚の絞り羽根55Aを移動させ、撮像素子16への入射光量を変化させる。モータドライバ63は、レンズ制御部61の制御に基づき、モータ64、65の駆動を制御する。
カメラボディ制御部71は、CPUと、このCPUで使用されるプログラムやパラメータを記憶したROMと、CPUのワークメモリとして使用されるRAM(いずれも図示せず)などを備えている。カメラボディ制御部71は、カメラボディ11と、カメラボディ11に接続されたレンズ鏡筒12の各部を制御する。カメラボディ制御部71には、レリーズスイッチ14からレリーズ信号が入力される。また、カメラボディ制御部71には、ボディ側信号接点17が接続されている。
レンズ側信号接点25は、レンズ鏡筒12のレンズマウント24がカメラボディ11のレンズマウント13に装着された際にボディ側信号接点17と接触し、レンズ鏡筒12とカメラボディ11とを電気的に接続する。
シャッタユニット72は、いわゆるフォーカルプレーンシャッターであり、レンズマウント13と撮像素子16との間に配置されている。シャッタユニット72は、撮像光学系22と撮像素子16との間の光路を遮断可能に設けられており、開口状態と閉口状態との間で変化する。シャッタユニット72は、ライブビュー画像及び動画撮影時に開口状態とされる。シャッタユニット72は、静止画撮影時には、開口状態から一時的に閉口状態になる。このシャッタユニット72は、シャッタモータ73により駆動される。モータドライバ74は、シャッタモータ73の駆動を制御する。
撮像素子16は、カメラボディ制御部71により駆動制御される。撮像素子16は、2次元マトリクス状に配列された複数の画素(図示せず)により構成された受光面を有している。各画素は、光電変換素子を含んでおり、撮像光学系22により受光面に結像された被写体像を光電変換して撮像信号を生成する。
また、撮像素子16は、ノイズ除去回路、オートゲインコントローラ、A/D変換回路等の信号処理回路(いずれも図示せず)を備える。ノイズ除去回路は、撮像信号にノイズ除去処理を施す。オートゲインコントローラは、撮像信号のレベルを最適な値に増幅する。A/D変換回路は、撮像信号をデジタル信号に変換して撮像素子16からバスライン76に出力する。撮像素子16の出力信号は、画素ごとに1つの色信号を有する画像データ(いわゆるRAWデータ)である。
画像メモリ75は、バスライン76に出力された1フレーム分の画像データを格納する。画像データ処理部77は、画像メモリ75から1フレーム分の画像データを読み出し、マトリクス演算、デモザイク処理、γ補正、輝度・色差変換、リサイズ処理などの公知の画像処理を施す。
LCDドライバ78は、画像データ処理部77で画像処理された1フレーム分の画像データを順次に画像表示部79に入力する。画像表示部79は、例えば、カメラボディ11の背面に設けられ、ライブビュー画像を一定の周期で順次に表示する。カードI/F(Interface)81は、カメラボディ11に設けられたカードスロット(図示せず)内に組み込まれており、カードスロットに挿入されたメモリカード82と電気的に接続する。カードI/F81は、画像データ処理部77で画像処理された画像データをメモリカード82に格納する。また、メモリカード82に格納されている画像データを再生表示する際には、カードI/F81は、メモリカード82から画像データを読み出す。
カメラボディ制御部71は、後述するAF処理部83により検出した位相差に応じて第1撮像光学系22Aすなわちフォーカスレンズ51を駆動させるための制御信号をレンズ制御部61に送信する。制御信号に基づき、レンズ制御部61は、ピエゾ素子駆動ドライバ62を制御して第1撮像光学系22Aを移動させ、且つ位置検出センサ35により第1撮像光学系22Aの位置を検出する。そして、レンズ制御部61は、AF処理部83により検出した位相差が最小値となる位置に第1撮像光学系22Aを移動させる。
カメラボディ制御部71は、後述するAE(Automatic Exposure;自動露出)処理部84により算出した露出情報に応じて絞りユニット55を動作させ、絞り径を変更するための制御信号をレンズ制御部61に送信する。レンズ制御部61は、制御信号に基づいてモータドライバ74を制御し、AE処理部84により算出した絞り値が得られるように絞りユニット55の絞り径を制御する。
AE処理部84は、1フレーム分の画像データから、各色信号の積算値を算出する。カメラボディ制御部71は、1フレーム分の画像ごとに算出される積算値に基づき適正露出値を算出し、予め設定されたシャッタ速度に対して算出した適正露出値となるように絞り値を決定する。カメラボディ制御部71は、制御信号をレンズ制御部61に送信する。レンズ制御部61は、制御信号に基づいてモータドライバ74を制御し、決定した絞り値が得られる絞り径に絞りユニット55を動作させる。
AF処理部83は、1フレーム分の画像データから、瞳分割方式による位相差を検出する。なお、位相差検出による焦点調節の技術については周知であるため、詳しい説明は省略する。カメラボディ制御部71は、AF処理部83で1フレーム分の画像が得られるたびに算出される位相差、及び位置検出センサ35で検出される第1撮像光学系22Aの位置に基づいて、位相差が最小値となる第1撮像光学系22Aの位置(合焦位置)を検出する。カメラボディ制御部71は、検出した合焦位置に第1撮像光学系22Aを移動させ、第1撮像光学系22Aの移動を停止させる。このように、ユーザが操作を行うことなく、焦点調節が自動で行われる。
なお、カメラボディ制御部71及びAF処理部83が行うAF処理は、位相差検出による焦点調節に限るものではなく、コントラスト方式の焦点調節でもよい。この場合、AF処理部83は、1フレーム分の画像データから、高周波成分の積算値であるAF評価値を算出する。カメラボディ制御部71は、AF処理部83で1フレーム分の画像が得られるたびに算出されるAF評価値、及び位置検出センサ35で検出される第1撮像光学系22Aの位置に基づいて、AF評価値が最大値となる第1撮像光学系22Aの位置(合焦位置)を検出する。以降は、位相差検出の場合と同様であり、カメラボディ制御部71は、検出した合焦位置に第1撮像光学系22Aを移動させ、第1撮像光学系22Aの移動を停止させる。
本実施形態のデジタルカメラ10の動作について説明する。撮像者であるユーザにより電源スイッチ(図示せず)が操作されて電源がオン状態になるとデジタルカメラ10の各部に電源が供給される。
デジタルカメラ10の電源がオン状態になると、撮像素子16、カメラボディ制御部71、及び、AF処理部84、レンズ制御部61、ピエゾ素子駆動ドライバ62、ピエゾ素子31、位置検出センサ35等が起動して焦点調節を行う。上述したように、カメラボディ制御部71からの制御信号を受信した場合に、レンズ制御部61は、移動範囲RM内で、第1撮像光学系22Aを移動させる。そして、レンズ制御部61は、合焦位置が検出されると第1撮像光学系22Aを停止させる。このように、レンズ制御部61が駆動装置23の電源オンを指示する信号を受けた場合、第1撮像光学系22Aは、移動範囲RM内、すなわち第1の位置にある。
そして、ユーザが、デジタルカメラ10による撮像を終了し、電源がオフ状態になる場合、上述した焦点調節の動作も終了する。上述したように、カメラボディ制御部71からの停止信号を受信した場合に、レンズ制御部61は、第1撮像光学系22Aを移動範囲RM内(すなわち、第1の位置)から第2の位置に移動させる制御を行う。第1撮像光学系22Aが第2の位置で停止すると、デジタルカメラ10の各部への電源供給が停止する。
以上のように、駆動装置23では、第1撮像光学系22Aは、ピエゾ素子31の振動を受けて、第1の位置及び第2の位置を少なくとも含む範囲を移動可能に設けられており、レンズ制御部61は、駆動装置23の電源オフを指示する信号を受信した場合に、第1撮像光学系22Aを第1の位置から第2の位置に移動させる制御を行う。この第2の位置は、移動範囲RM以外の位置であるから、例えば、デジタルカメラ10が振動や衝撃を受けた場合、駆動軸32における係合部材33との係合部分に傷や凹みなどが生じたとしても、第1撮像光学系22Aの動作には影響が無い。すなわち、駆動装置23は、電源オフの場合に生じる駆動軸32の損傷を最小限に抑制し、良好な動作性を確保することができる。
[第1変形例]
上記第1実施形態では、駆動装置23の電源オフを指示する信号を受信した場合に、第1撮像光学系22Aを第1の位置から第2の位置に移動させる制御を行う例をしているが、本発明はこれに限らず、ピエゾ素子31が停止状態である時間に基づいて、撮像光学系を第1の位置から第2の位置に移動させる制御を行ってもよい。この場合、図15に示すように、デジタルカメラ10は、停止状態の時間を計測する計測部を設ける。
この第1変形例では、レンズ制御部61が計測部85の機能を有する。計測部85は、停止状態の時間、例えば、カメラボディ11側から連続して送信される停止信号を受信した時間を計測する。レンズ制御部61は、停止信号を受信した時間が、一定の閾値を超えた場合に、第1撮像光学系22Aを第1の位置から第2の位置に移動させる制御を行う。なお、計測部85の構成はこれに限らず、カメラボディ制御部71に設けてもよいし、レンズ制御部61及びカメラボディ制御部71とは別にタイマIC(integrated circuit)を設けてもも良い。
[第2実施形態]
上記第1実施形態では、第2の位置は、撮像用移動範囲の基端側にのみ配しているが、本発明はこれに限らず、以下で説明する第2実施形態では、図16(A)及び図16(B)に示すように、第2の位置P22は、移動範囲RMの両端外側の位置である。
本実施形態の駆動装置91は、第2の位置を駆動軸32の両端外側に設けたことにより、駆動軸92、保持部材93、ガイド軸等を上記第1実施形態における駆動軸32、保持部材34、ガイド軸36等よりも長く形成しているが、これらの違い以外は、上記第1実施形態及び上記第1変形例と同様であり、説明を省略する。また、図16(A)及び図16(B)では、説明の都合上、各部品を簡略化して図示している。
図16(A)の示すように、第1の位置P11は、上記第1実施形態と同様に、移動範囲RM内の位置である。また、移動範囲RMは、上記第1実施形態と同様に、カメラボディ制御部71及びAF(Autofocus)処理部83の制御により焦点調節を行う場合、第1撮像光学系22Aが移動する撮像用移動範囲である。
図16(B)に示すように、第2の位置P22は、第1撮像光学系22Aが係合部材33を介して駆動軸92と係合する範囲のうち、移動範囲RM以外の位置である。本実施形態では、移動範囲RMの先端側及び基端側の位置を第2の位置P22としている。レンズ制御部61は、駆動装置91の電源オフを指示する信号を受信した場合に、第1撮像光学系22Aを第1の位置から第2の位置に移動させる制御を行う。なお、上記第1実施形態と同様に、カメラボディ制御部71からの停止信号(駆動装置91を停止させる制御信号)が、駆動装置91の電源オフを指示する信号に相当する。
また、本実施形態における駆動軸92の長さL2は、上記第1実施形態の駆動軸32の長さL1よりも、係合部材33と駆動軸92とが係合する係合長さWと、第1撮像光学系22Aが第2の位置P22にある場合の係合部材33と移動範囲RMとの隙間cの分、長くなる。すなわち、駆動軸32の長さL2=α+a+W+c+W+A+c+W+b+βとなる。よって、少なくともL2>A+3Wの関係が必要である。
本実施形態では、第2の位置P22が2箇所あるため、レンズ制御部61は、電源オフを指示する信号を受信した場合に、位置検出センサ35による位置情報から第1撮像光学系22Aが位置する第1の位置P11と近いほうの第2の位置P22を判断する。そして、レンズ制御部61は、第1撮像光学系22Aが位置する第1の位置P11と近いほうの第2の位置P22に第1撮像光学系22Aを移動させる制御を行う。これにより、駆動装置23は、電源オフを指示する信号を受信した場合に、第1撮像光学系22Aを移動させる移動量が少なくなる。よって、上記第1実施形態の効果に加えて、駆動軸32の移動範囲RMにおける損傷を受ける可能性がさらに低くなり、また、電源オフまでの時間が短くなり、良好な動作性を確保することができる。
[第2変形例]
また、上記各実施形態の変形例としては、図17に示す駆動装置94のように、駆動軸95の軌道上に、潤滑剤を滞留させる潤滑剤溜まり部96を設け、第1撮像光学系22Aが移動する第2の位置P32を、光軸OA方向において潤滑剤溜まり部96よりも移動範囲RMに近い位置にしてもよい。なお、潤滑剤溜まり部96は、例えば、駆動軸95の外周面から凹となる凹部である。また、潤滑剤溜まり部96、及び第2の位置P32以外の構成は上記各実施形態と同様であり、説明を省略する。
[第3変形例]
また、別の変形例としては、図18に示す駆動装置97のように、駆動軸98の軌道上に、潤滑剤を滞留させる潤滑剤溜まり部96を設け、第1撮像光学系22Aが移動する第2の位置P42を、移動範囲RMを間に挟み、光軸OA方向における潤滑剤溜まり部96とは反対側の位置にしてもよい。なお、潤滑剤溜まり部96は、上記第2変形例と同様である。また、潤滑剤溜まり部96、及び第2の位置P42以外の構成は上記各実施形態と同様であり、説明を省略する。
また、上記各実施形態では、駆動軸32、92、95、98の直径については言及していないが、例えば、第1撮像光学系22Aが第1の位置にある際、係合部材33と摩擦係合する部分における駆動軸32の直径を第1の直径R1とし、第1撮像光学系22Aが第2の位置にある際、係合部材33と摩擦係合する部分における駆動軸32、92、95、98の直径を第2の直径R2とした場合、第1の直径R1は、第2の直径R2よりも小さくすることが好ましい。
あるいは、第1撮像光学系22Aが第1の位置にある際、係合部材33と摩擦係合する部分における駆動軸32、92、95、98と係合部材33との間の摩擦力を第1の摩擦力F1とし、第1撮像光学系22Aが第2の位置にある際、係合部材33と摩擦係合する部分における駆動軸32、92、95、98と係合部材33との間の摩擦力を第2の摩擦力F2とした場合、第1の摩擦力F1は、第2の摩擦力F2よりも小さいことが好ましい。
上記各実施形態では、ピエゾ素子31として、外形が円板状に形成された圧電体の両面に電極層を有するバイモルフ型のピエゾ素子を使用しているが、これに限るものではなく、片面のみに電極層を有するユニモルフ型のピエゾ素子でもよく、積層した圧電体から構成され、圧電体を積層した方向に伸縮する積層型のピエゾ素子でもよい。
上記各実施形態において、レンズ制御部61、カメラボディ制御部71のような各種の処理を実行する処理部のハードウェア的な構造は、次に示すような各種のプロセッサである。各種のプロセッサには、ソフトウエア(プログラム)を実行して各種の処理部として機能する汎用的なプロセッサであるCPU(Central Processing Unit)、GPU(Graphical Processing Unit)、FPGA(Field Programmable Gate Array)などの製造後に回路構成を変更可能なプロセッサであるPLD(Programmable Logic Device)、各種の処理を実行するために専用に設計された回路構成を有するプロセッサである専用電気回路などが含まれる。
1つの処理部は、これら各種のプロセッサのうちの1つで構成されてもよいし、同種又は異種の2つ以上のプロセッサの組み合せ(例えば、複数のFPGAや、CPUとFPGAの組み合わせ、又はCPUとGPUの組み合わせ等)で構成されてもよい。また、複数の処理部を1つのプロセッサで構成してもよい。複数の処理部を1つのプロセッサで構成する例としては、第1に、クライアントやサーバなどのコンピュータに代表されるように、1つ以上のCPUとソフトウエアの組み合わせで1つのプロセッサを構成し、このプロセッサが複数の処理部として機能する形態がある。第2に、SoC(System On Chip)などに代表されるように、複数の処理部を含むシステム全体の機能を1つのIC(Integrated Circuit)チップで実現するプロセッサを使用する形態がある。このように、各種の処理部は、ハードウェア的な構造として、上記各種のプロセッサを1つ以上用いて構成される。
さらに、これらの各種のプロセッサのハードウェア的な構造は、より具体的には、半導体素子などの回路素子を組み合わせた形態の電気回路(circuitry)である。
なお、上記各実施形態では、撮像光学系として、フォーカスレンズ51を含む第1撮像光学系22Aを例示しているが、本発明はこれに限らず、ズームレンズを含む撮像光学系に適用してもよい。また、本発明は、デジタルカメラ以外に、スマートフォン、ビデオカメラ等の撮像装置に適用可能である。
10 デジタルカメラ
11 カメラボディ
11A グリップ部
12 レンズ鏡筒
13 レンズマウント
13A 撮像開口
14 レリーズスイッチ
16 撮像素子
17 ボディ側信号接点
21 レンズ鏡筒本体
22 撮像光学系
22A 第1撮像光学系
22B 第2撮像光学系
24 レンズマウント
25 レンズ側信号接点
26 取付部材
27 取付部材
28 取り付け開口部
31 ピエゾ素子
32 駆動軸
33 係合部材
34 保持部材
34A 柱状部
34B、34C 保持片
34D、34E 貫通孔
34F 軸受け部材
34G リブ
35 位置検出センサ
36 ガイド軸
37 フレキシブル基板
38 第1部材
38A 連結部
38B 受け部
38C 溝
38D 位置決め突起
38E ねじ孔
38F ねじ孔
39 第2部材
39A 押さえ片
39B 位置決め開口
39C ねじ孔
41 ねじ部材
43 磁石
44 磁気センサ
51 フォーカスレンズ
52 レンズ保持枠
52A ねじ孔
52B ボス
52C ガイド孔
53 ズームレンズ
54 レンズ保持枠
55 絞りユニット
55A 絞り羽根
61 レンズ制御部
62 ピエゾ素子駆動ドライバ
63 モータドライバ
64、65 モータ
71 カメラボディ制御部
72 シャッタユニット
73 シャッタモータ
74 モータドライバ
75 画像メモリ
76 バスライン
77 画像データ処理部
78 LCDドライバ
79 画像表示部
81 カードI/F(Interface)
82 メモリカード
83 AF(Autofocus)処理部
84 AE(Automatic Exposure;自動露出)処理部
85 計測部
91 駆動装置
92 駆動軸
93 保持部材
94 駆動装置
95 駆動軸
96 潤滑剤溜まり部
97 駆動装置
98 駆動軸
D1 変位量
L1 長さ
L2 長さ
OA 光軸
P0 初期位置
P11 第1の位置
P12 第2の位置
P22 第2の位置
P32 第2の位置
P42 第2の位置
RM 移動範囲

Claims (13)

  1. 撮像光学系を駆動する駆動装置であって、
    ピエゾ素子と、
    前記ピエゾ素子の振動を受けて前記撮像光学系の光軸方向に沿って振動する駆動軸と、
    前記駆動軸と摩擦係合し、かつ前記撮像光学系と連結される係合部材と、
    前記ピエゾ素子の振動を制御するプロセッサとを備え、
    前記撮像光学系は、前記ピエゾ素子の振動を受けて、第1の位置及び第2の位置を少なくとも含む範囲を移動可能に設けられており、
    前記プロセッサは、前記駆動装置の電源オフを指示する信号を受信した場合に、前記撮像光学系を前記第1の位置から前記第2の位置に移動させる制御を行う駆動装置。
  2. 前記プロセッサは、
    前記ピエゾ素子が停止状態である時間に基づいて、前記撮像光学系を前記第1の位置から前記第2の位置に移動させる制御を行う請求項1記載の駆動装置。
  3. 前記第1の位置は、前記駆動装置の電源オンを指示する信号を受信した場合に、前記撮像光学系が移動する移動範囲内の位置であり、
    前記第2の位置は、前記撮像光学系が前記係合部材を介して前記駆動軸と係合する範囲のうち、前記移動範囲以外の位置である請求項1又は2に記載の駆動装置。
  4. 前記第1の位置は、前記撮像光学系の光学的精度を保証する撮像用移動範囲内の位置であり、
    前記第2の位置は、前記撮像光学系が前記係合部材を介して前記駆動軸と係合する範囲のうち、前記撮像用移動範囲以外の位置である請求項1又は2に記載の駆動装置。
  5. 前記第2の位置は、前記撮像用移動範囲の両端外側に位置し、
    前記プロセッサは、前記両端外側に位置する前記第2の位置のうち、前記電源オフを指示する信号を受信した場合に、前記撮像光学系が位置する前記第1の位置と近いほうの前記第2の位置に前記撮像光学系を移動させる制御を行う請求項4記載の駆動装置。
  6. 前記光軸方向における前記撮像用移動範囲内で前記撮像光学系が移動する最大移動量をAとし、前記係合部材と前記駆動軸とが係合する係合長さをW、前記駆動軸の長さをLとした場合、L>A+2Wの関係を満たす請求項4記載の駆動装置。
  7. 前記光軸方向における前記撮像用移動範囲内で前記撮像光学系が移動する最大移動量をAとし、前記係合部材と前記駆動軸とが係合する係合長さをW、前記駆動軸の長さをLとした場合、L>A+3Wの関係を満たす請求項5記載の駆動装置。
  8. 前記駆動軸の軌道上には、潤滑剤を滞留させる潤滑剤溜まり部があり、
    前記第2の位置は、前記光軸方向における前記潤滑剤溜まり部よりも前記撮像用移動範囲に近い位置にある請求項4ないし7のいずれか1項に記載の駆動装置。
  9. 前記駆動軸の軌道上には、潤滑剤を滞留させる潤滑剤溜まり部があり、
    前記第2の位置は、前記撮像用移動範囲を間に挟み、前記光軸方向における前記潤滑剤溜まり部とは反対側の位置にある請求項4ないし7のいずれか1項に記載の駆動装置。
  10. 前記撮像光学系が前記第1の位置にある際、前記係合部材と摩擦係合する部分における前記駆動軸の直径を第1の直径とし、
    前記撮像光学系が前記第2の位置にある際、前記係合部材と摩擦係合する部分における前記駆動軸の直径を第2の直径とした場合、
    前記第1の直径は、前記第2の直径よりも小さい請求項1ないし9のいずれか1項に記載の駆動装置。
  11. 前記撮像光学系が前記第1の位置にある際、前記係合部材と摩擦係合する部分における前記駆動軸と前記係合部材との間の摩擦力を第1の摩擦力とし、
    前記撮像光学系が前記第2の位置にある際、前記係合部材と摩擦係合する部分における前記駆動軸と前記係合部材との間の摩擦力を第2の摩擦力とした場合、
    前記第1の摩擦力は、前記第2の摩擦力よりも小さい請求項1ないし10のいずれか1項に記載の駆動装置。
  12. 前記駆動軸はカーボンシャフトである請求項1ないし11のいずれか1項に記載の駆動装置。
  13. 請求項1ないし12のいずれか1項に記載の駆動装置と、撮像光学系とを有する撮像装置。
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