JP2023117697A - レンズ駆動機構 - Google Patents

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Takeya Abe
慎治 大塚
Shinji Otsuka
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Abstract

【課題】レンズの傾きを補正可能な小型のレンズ駆動機構を提供する。【解決手段】レンズ駆動機構10は、レンズ14を移動させる第1、第2ピエゾ棒22、32、レンズ14の位置を検出する第1、第2センサ40、50を備えている。第1ピエゾ棒22から光軸Lへの垂線(第1ピエゾ線PL1)と、第1センサ40から光軸Lへの垂線(第1センサ線SL1)とのなす角θ(PL1-SL1)は90°未満である。第2ピエゾ棒32から光軸Lへの垂線(第2ピエゾ線PL2)と、第2センサ50から光軸Lへの垂線(第2センサ線SL2)とのなす角θ(PL2-SL2)は90°未満である。【選択図】図4

Description

本発明は、レンズ駆動機構に関する。
特許文献1には、レンズと摩擦力により係合した2本の軸、及び、各軸に対応する2つのピエゾ素子を備え、各ピエゾ素子により対応する軸を振動させることによってレンズを光軸方向に移動させる構成が記載されている。
特許文献2には、フローティング構造のレンズを、磁力で牽引することにより、レンズの傾きを補正する構成が記載されている。
国際公開第2019/083087号 特許第5517431号公報
本開示の技術に係る一つの実施形態は、レンズの傾きを補正可能な小型のレンズ駆動機構を提供する。
本開示の技術に係る一つの態様のレンズ駆動機構は、レンズと摩擦力で係合する第1軸、及び、第2軸と、第1軸を振動させ、レンズを光軸方向に移動する第1ピエゾ素子と、第2軸を振動させ、レンズを光軸方向に移動する第2ピエゾ素子と、光軸方向におけるレンズの位置を検出する第1センサ、及び、第2センサと、第1センサ、及び、第2センサの出力に基づいて、レンズの位置、及び/または、角度を制御するレンズ制御装置と、を備えている。
第1軸からレンズの光軸への垂線である第1ピエゾ線と第1センサから光軸への垂線である第1センサ線とを引いた場合に、第1ピエゾ線と第1センサ線とのなす角が90°未満であり、かつ、第2軸から光軸への垂線である第2ピエゾ線と第2センサから光軸への垂線である第2センサ線とを引いた場合に、第2ピエゾ線と第2センサ線とのなす角が90°未満である、ことが好ましい。
第1ピエゾ線と第2ピエゾ線とのなす角が90°よりも大きく、かつ、第1センサ線と第2センサ線とのなす角が90°よりも大きい、ことが好ましい。
第1ピエゾ線と第2ピエゾ線とのなす角が180°である、ことが好ましい。
第1センサ線と第2センサ線とのなす角が180°である、ことが好ましい。
レンズと摩擦力で係合する第3軸と、3軸を振動させ、レンズを光軸方向に移動する第3ピエゾ素子と、を設けてもよい。
光軸方向における、レンズの位置を検出する第3センサを設けてもよい。
レンズと摩擦力で係合する第3軸と、3軸を振動させ、レンズを光軸方向に移動する第3ピエゾ素子と、光軸方向における、レンズの位置を検出する第3センサと、を設けてもよい。
第3軸から光軸への垂線である第3ピエゾ線と第3センサから光軸への垂線である第3センサ線とを引いた場合に、第3ピエゾ線と第3センサ線とののなす角が90°未満である、ことが好ましい。
第3軸から光軸への垂線である第3ピエゾ線を引いた場合に、第3ピエゾ線と第1ピエゾ線とのなす角、及び、第3ピエゾ線と第2ピエゾ線とのなす角が90°よりも大きい、ことが好ましい。
第3センサから光軸への垂線である第3センサ線を引いた場合に、第3センサ線と第1センサ線とのなす角、及び、第3センサ線と第2センサ線とのなす角が90°よりも大きい、ことが好ましい。
レンズ駆動機構の外観図である。 レンズ駆動機構の分解図である。 第1摺動部の外観図である。 レンズ駆動機構の正面図である。 レンズ駆動機構の概略正面図である。 レンズ駆動機構の概略正面図である。 レンズ駆動機構の概略正面図である。
[第1実施形態]
図1、図2において、レンズ駆動機構10は、例えば、デジタルカメラ、スマートフォン、ビデオカメラなどの撮像機器に搭載される。レンズ駆動機構10は、レンズユニット12を備える。レンズユニット12は、レンズ14とこのレンズ14を保持するレンズ保持枠16とが一体化されたものであり、フォーカスやズームに際して、レンズ14の光軸L方向に移動される。
レンズ駆動機構10は、前述したレンズユニット12の他、第1駆動ユニット20、第2駆動ユニット30、第1センサ40、第2センサ50、レンズ制御回路60(レンズ制御装置)を備えている。これらレンズ駆動機構10の各部は、ベース70に取り付けられている。ベース70は、取り付けられた各部を支持するものであり、レンズ駆動機構10が搭載される機器に固定される。
ベース70には、光軸Lと平行なスライド軸70a、70bが設けられており、レンズユニット12(レンズ保持枠16)には、このスライド軸70a、70bが挿通されるスライド穴16a、16bが設けられている。レンズユニット12は、スライド穴16a、にスライド軸70aが、スライド穴16bにスライド棒70bがそれぞれ挿通され、光軸L方向にスライド自在に支持される。
第1駆動ユニット20は、第1ピエゾ素子21、第1ピエゾ棒22(第1軸)、第1支持フレーム23、第1摺動部24、を備えている。第1ピエゾ素子21は、円板状に形成され、板面を光軸Lと垂直にした状態で配置される。第1ピエゾ素子21は、電圧が印加されると円板板型から椀型へと湾曲(変形)する。第1ピエゾ素子21が変形する方向(光軸L方向の前側に湾曲するか、後側に湾曲するか)及び変形スピードは、電圧の印加態様(印加方向、立ち上がり時間、立ち下がり時間)によって変化する。
第1ピエゾ棒22は、光軸L方向に長く形成され、先端が第1ピエゾ素子21の板面中央部に固定されている。そして、第1ピエゾ棒22は、第1ピエゾ素子21の変形に伴って、光軸L方向に移動(振動)する。
第1支持フレーム23は、ベース70に固定される。第1支持フレーム23は、光軸L方向の断面がコ字型に形成され、コ字型の開口部を挟んで光軸L方向前側には貫通穴23bが、後側には貫通穴23cが形成されている。第1ピエゾ棒22は、前端側が貫通穴23bに挿通され、後端側が貫通穴23cに挿通される。そして、第1ピエゾ棒22は、前端側が貫通穴23bに、後端側が貫通穴23cに、それぞれ弾性を有する接着剤を介して接続される。これにより、第1ピエゾ棒22は、光軸L方向に振幅(移動)自在に支持される。
第1摺動部24は、第1ピエゾ棒22のうち、貫通穴23b、23cの間から露呈された部分と摩擦力によって係合されている。具体的には、図3に示すように、第1摺動部24は、光軸Lと垂直な断面がL字型の切り欠き部24aと、切り欠き部24aの開口部を塞ぐように設けられた板バネ24bと、を備えている。そして、第1ピエゾ棒22は、切り欠き部24aと板バネ24bとの間に形成された三角柱状の空間に、板バネ24bを押し広げるように弾性変形させて挿通され、板バネ24bの復元力により切り欠き部24aに押し当てられ、これらとの摩擦力によって係合される。
第1摺動部24は、固定部24cを備え、固定部24cがレンズ保持枠16にネジ止めされるなどして固定され、レンズユニット12(レンズ保持枠16)と一体化される。第1駆動ユニット20は、第1ピエゾ素子21を駆動制御して第1ピエゾ棒22と第1摺動部24の係合位置を変化させることにより、レンズユニット12を光軸L方向に移動させる。
すなわち、レンズユニット12(第1摺動部24)は、摩擦力によって第1ピエゾ棒22と係合されているので、この摩擦力を上回るように高速で第1ピエゾ棒22を移動させても、第1ピエゾ棒22のみが移動し第1摺動部24は移動しない。一方、摩擦力を上回らないように低速で第1ピエゾ棒22を移動させると、第1ピエゾ棒22とともに第1摺動部24が移動する。第1駆動ユニット20は、これを利用し、第1ピエゾ素子21を駆動制御(第1ピエゾ素子21に印加する電圧を制御)して、レンズユニット12(第1摺動部24)を、光軸L方向に移動させる。
具体的には、レンズユニット12を光軸L方向前側へ移動させる場合は、第1ピエゾ素子21を駆動制御し、第1ピエゾ棒22を光軸L方向前側へ低速で移動させる動作、及び、第1ピエゾ棒22を光軸L方向後側へ高速で移動させる動作、を実行させる(繰り返す)。また、レンズユニット12を光軸L方向後側へ移動させる場合は、第1ピエゾ棒22を光軸L方向前側へ高速で移動させる動作、及び、第1ピエゾ棒22を光軸L方向後側へ低速で移動させる動作、を実行させる(繰り返す)。
図2に戻り、上述した第1駆動ユニット20と同様に、第2駆動ユニット30は、第2ピエゾ素子31、第2ピエゾ棒32(第2軸)、第2支持フレーム33、第2摺動部34を備えている。また、第2支持フレーム33は、光軸L方向の断面がコ字型に形成され、貫通穴33bが前端側、貫通穴33cが後端側に設けられている。そして、第2ピエゾ棒32は、前端側が貫通穴33b、後端側が貫通穴33cにそれぞれ挿通され、各貫通穴33、33cと弾性を有する接着剤を介して接続され、光軸L方向に振幅(移動)自在に支持される。
さらに、第2摺動部34は、切り欠き部34aと板バネ34bとを備え、第2ピエゾ棒32は、切り欠き部34aと板バネ34bとの間に形成された三角柱状の空間に挿通され、これらと摩擦力によって係合される。また、第2摺動部34は、レンズユニット12(レンズ保持枠16)に固定するための固定部34cを備え、レンズユニット12と一体化される。
そして、第2駆動ユニット30は、第2ピエゾ素子31を駆動制御(第2ピエゾ素子31に印加する電圧を制御)して、レンズユニット12(第2摺動部34)を、光軸L方向に移動させる。すなわち、レンズユニット12を光軸L方向前側へ移動させる場合は、第2ピエゾ棒32を光軸L方向前側へ低速で移動させる動作、及び、第2ピエゾ棒32を光軸L方向後側へ高速で移動させる動作、を実行させる(繰り返す)。また、レンズユニット12を光軸L方向後側へ移動させる場合は、第2ピエゾ棒32を光軸L方向前側へ高速で移動させる動作、及び、第2ピエゾ棒32を光軸L方向後側へ低速で移動させる動作、を実行させる(繰り返す)。
第1センサ40は、レンズ14(レンズユニット12)の位置を検出するために設けられ、ベース70に固定される。レンズ保持枠16の外周には、第1検出片41が設けられており、第1センサ40は、第1検出片41との位置関係を示す信号を、レンズ制御回路60へ出力する。同様に、第2センサ50もレンズ14(レンズユニット12)の位置を検出するために設けられ、ベース70に固定される。そして、第2センサ50は、レンズ保持枠16の外周に設けられた第2検出片51との位置関係を示す信号を、レンズ制御回路60へ出力する。
レンズ制御回路60は、入力された信号に基づいて、レンズ14(レンズユニット12)の位置及び傾きを検出する。そして、レンズ制御回路60は、検出したレンズ14の位置及び傾きを用いて第1駆動ユニット20及び第2駆動ユニット30を駆動し、レンズ14の位置及び傾きを制御する。具体的には、レンズ14を光軸L方向の所望の位置(フォーカスやズームのために移動させるべき位置)へと移動させる。また、レンズ14の光軸Lが撮影光軸に対して傾いている場合には、この傾きを補正する。
図4に示すように、本発明のレンズ駆動機構10では、第1ピエゾ棒22から光軸Lへの垂線である第1ピエゾ線PL1を引き、第1センサ40から光軸Lへの垂線である第1センサ線SL1を引いた場合、第1ピエゾ線PL1と第1センサ線SL1とのなす角θ(PL1-SL1)が90°未満である。すなわち、第1ピエゾ線PL1と第1センサ線SL1とのなす角θ(PL1-SL1)が90°未満となるように、第1ピエゾ素子21(第1ピエゾ棒22)と第1センサ40(第1検出片41)を配置している。
また、本発明のレンズ駆動機構10では、第2ピエゾ棒32から光軸Lへの垂線である第2ピエゾ線PL2を引き、第2センサ50から光軸Lへの垂線である第2センサ線SL2を引いた場合、第2ピエゾ線PL2と第2センサ線SL2とのなす角θ(PL2-SL2)が90°未満である。すなわち、第2ピエゾ線PL2と第2センサ線SL2とのなす角θ(PL2-SL2)が90°未満となるように、第2ピエゾ素子31(第2ピエゾ棒32)と第2センサ50(第2検出片51)を配置している。
このように、第1ピエゾ線PL1と第1センサ線SL1とのなす角θ(PL1-SL1)を90°未満としたり、第2ピエゾ線PL2と第2センサ線SL2とのなす角θ(PL2-SL2)を90°未満とすること、すなわち、ピエゾ棒(ピエゾ素子)の比較的近くにセンサを配置することにより、レンズ14の位置(傾き)を精度よく制御できる。つまり、レンズ14の位置変化(傾き)は、ピエゾ棒(ピエゾ素子)から力の供給を受けて生じる。このため、ピエゾ棒(ピエゾ素子)に近いほどレンズ14の位置変化(傾き)を精度よく検出でき、センサの配置位置として好適である。そして、このように好適な配置位置にセンサを配置して精度のよい検出を行うことで、検出したレンズ14の位置を用いて行われるレンズ14の位置(傾き)制御の精度も向上する。
さらに、本発明のレンズ駆動機構10では、第1ピエゾ線PL1と第2ピエゾ線PL2とのなす角θ(PL1-PL2)を90°よりも大きくしている。こうすること、すなわち、ピエゾ棒(ピエゾ素子)同士を、光軸Lを中心とした離れた角度位置に配置することにより、レンズ14の傾きをより確実に補正できる。つまり、ピエゾ棒(ピエゾ素子)同士が近い角度位置に並んでいると、これらピエゾ棒(ピエゾ素子)が設けられた側とは光軸Lを挟んで反対側については、レンズ14の位置の柔軟な制御ができないが、ピエゾ棒(ピエゾ素子)同士を離れた角度位置に配置することでこのような問題を防止できる。なお、ピエゾ棒(ピエゾ素子)同士は、光軸Lを中心に180°離れた角度位置に配置すること(なす角θ(PL1-PL2)を180°とすること)が好ましく、本実施形態でもそのようにしている。
また、本発明のレンズ駆動機構10では、第1センサ線SL1と第2センサ線SL2とのなす角θ(SL1-SL2)を90°よりも大きくしている。こうすること、すなわち、センサ同士を、光軸Lを中心とした離れた角度位置に配置することにより、レンズ14の傾きをより確実に補正できる。つまり、センサ同士が近い角度位置に並んでいると、これらセンサが設けられた側とは光軸Lを挟んで反対側については、レンズ14の位置が判らず、レンズ14の傾きを検出できない場合があるが、センサ同士を離れた角度位置に配置することでこのような問題を防止できる。なお、センサ同士は、光軸Lを中心に180°離れた角度位置に配置すること(なす角θ(SL1-SL2)を180°とすること)が好ましく、本実施形態でもそのようにしている。
[第2実施形態]
上記第1実施形態では、第1、第2の2つのピエゾ棒22、32により、レンズ14(レンズユニット12)の外周の2箇所に力を供給して移動させる例で説明をしたが、本発明はこれに限定されない。図5に示すレンズ駆動機構100のように、第1実施形態の2つのピエゾ棒(第1ピエゾ棒22、第2ピエゾ棒32に加え、第3ピエゾ棒110(第3軸)を設け、レンズ14の外周の3箇所に力を供給して移動させる構成としてもよい。なお、図5以降の図面を用いた説明では、前述した実施形態と同様の部材については同様の符号を付して説明を省略している。また、図5以降の図面では、図面を簡略化している。
なお、図5の構成においては、第3ピエゾ棒110から光軸Lへの垂線である第3ピエゾ線PL3を引いた場合に、第3ピエゾ線PL3と第1ピエゾ線PL1とのなす角θ(PL3-PL1)が90°より大きく、かつ、第3ピエゾ線PL3と第2ピエゾ線PL2とのなす角θ(PL3-PL2)が90°より大きいことが好ましい。こうすることで、レンズ14の傾きをより確実に補正できる。
[第3実施形態]
上記第1実施形態では、第1、第2の2つのセンサ40、50を設け、レンズ14(レンズユニット12)の外周の2箇所においてレンズ14の位置を検出する例で説明をしたが、本発明はこれに限定されない。図6に示すレンズ駆動機構200のように、第1実施形態の2つの2つのセンサ(第1センサ40、第2センサ50)に加えて、第3センサ210を設け、レンズ14の外周の3箇所においてレンズ14の位置を検出してもよい。
なお、図6の構成においては、第3センサ210から光軸Lへの垂線である第3センサ線SL3を引いた場合に、第3センサ線SL3と第1センサ線SL1とのなす角θ(SL3-SL1)が90°より大きく、かつ、第3センサ線SL3と第2センサ線SL2とのなす角θ(SL3-SL2)が90°より大きいことが好ましい。こうすることで、レンズ14の傾きをより確実に補正できる。
[第4実施形態]
図7に示すレンズ駆動機構300のように、上記第1実施形態の2つのピエゾ棒(第1ピエゾ棒22、第2ピエゾ棒32)、及び、2つのセンサ(第1センサ40、第2センサ50)に加え、上記第2実施形態の第3ピエゾ棒110、及び、上記第3実施形態の第3センサ210を設け、レンズ14の外周の3箇所に力を供給して移動させるとともにレンズ14の外周の3箇所においてレンズ14の位置を検出する構成としてもよい。
なお、図7の構成においては、第3ピエゾ棒110と第3センサ210との位置が近いこと、具体的には、第3ピエゾ線PL3と第3センサ線SL3とのなす角θ(PL3-SL3)が90°未満であること、が好ましい。こうすることで、レンズ14の位置(傾き)を精度よく制御できる。
10 レンズ駆動機構
12 レンズユニット
14 レンズ
16 レンズ保持枠
16a、16b スライド穴
20 第1駆動ユニット
21 第1ピエゾ素子
22 第1ピエゾ棒(第1軸)
23 第1支持フレーム
23b、23c 貫通穴
24 第1摺動部
24a 切り欠き部
24b 板バネ
24c 固定部
30 第2駆動ユニット
31 第2ピエゾ素子
32 第2ピエゾ棒(第2軸)
33 第2支持フレーム
33b、33c 貫通穴
34 第2摺動部
34a 切り欠き部
34b 板バネ
34c 固定部
40 第1センサ
41 第1検出片
50 第2センサ
51 第2検出片
60 レンズ制御回路(レンズ制御装置)
70 ベース
70a、70b スライド軸
100 レンズ駆動機構
110 第3ピエゾ棒(第3軸)
200 レンズ駆動機構
210 第3センサ
300 レンズ駆動機構
L 光軸
PL1 第1ピエゾ線
SL1 第1センサ線
PL2 第2ピエゾ線
SL2 第2センサ線
θ(PL1-SL1) 第1ピエゾ線と第1センサ線とのなす角
θ(PL2-SL2) 第2ピエゾ線と第2センサ線とのなす角
θ(PL1-PL2) 第1ピエゾ線と第2ピエゾ線とのなす角
θ(SL1-SL2) 第1センサ線と第2センサ線とのなす角
PL3 第3ピエゾ線
SL3 第3センサ線
θ(PL3-PL1) 第3ピエゾ線と第1ピエゾ線とのなす角
θ(PL3-PL2) 第3ピエゾ線と第2ピエゾ線とのなす角
θ(SL3-SL1) 第3センサ線と第1センサ線とのなす角
θ(SL3-SL2) 第3センサ線と第2センサ線とのなす角
θ(PL3-SL3) 第3ピエゾ線と第3センサ線とのなす角

Claims (11)

  1. レンズと摩擦力で係合する第1軸、及び、第2軸と、
    前記第1軸を振動させ、前記レンズを光軸方向に移動する第1ピエゾ素子と、
    前記第2軸を振動させ、前記レンズを前記光軸方向に移動する第2ピエゾ素子と、
    前記光軸方向における前記レンズの位置を検出する第1センサ、及び、第2センサと、
    前記第1センサ、及び、前記第2センサの出力に基づいて、前記レンズの位置、及び/または、角度を制御するレンズ制御装置と、を備えた、
    レンズ駆動機構。
  2. 前記第1軸から前記レンズの光軸への垂線である第1ピエゾ線と前記第1センサから前記光軸への垂線である第1センサ線とを引いた場合に、前記第1ピエゾ線と前記第1センサ線とのなす角が90°未満であり、かつ、前記第2軸から前記光軸への垂線である第2ピエゾ線と前記第2センサから前記光軸への垂線である第2センサ線とを引いた場合に、前記第2ピエゾ線と前記第2センサ線とのなす角が90°未満である、
    請求項1に記載のレンズ駆動機構。
  3. 前記第1ピエゾ線と前記第2ピエゾ線とのなす角が90°よりも大きく、かつ、前記第1センサ線と前記第2センサ線とのなす角が90°よりも大きい、
    請求項1または2に記載のレンズ駆動機構。
  4. 前記第1ピエゾ線と前記第2ピエゾ線とのなす角が180°である、
    請求項3に記載のレンズ駆動機構。
  5. 前記第1センサ線と前記第2センサ線とのなす角が180°である、
    請求項3または4に記載のレンズ駆動機構。
  6. 前記レンズと摩擦力で係合する第3軸と、
    前記3軸を振動させ、前記レンズを前記光軸方向に移動する第3ピエゾ素子と、を備えた、
    請求項1-5のいずれか1項に記載のレンズ駆動機構。
  7. 前記光軸方向における、前記レンズの位置を検出する第3センサを備えた、
    請求項1-5のいずれか1項に記載のレンズ駆動機構。
  8. 前記レンズと摩擦力で係合する第3軸と、
    前記3軸を振動させ、前記レンズを前記光軸方向に移動する第3ピエゾ素子と、
    前記光軸方向における、前記レンズの位置を検出する第3センサと、を備えた、
    請求項1-5のいずれか1項に記載のレンズ駆動機構。
  9. 前記第3軸から前記光軸への垂線である第3ピエゾ線と前記第3センサから前記光軸への垂線である第3センサ線とを引いた場合に、前記第3ピエゾ線と前記第3センサ線とののなす角が90°未満である、
    請求項8に記載のレンズ駆動機構。
  10. 前記第3軸から前記光軸への垂線である第3ピエゾ線を引いた場合に、前記第3ピエゾ線と前記第1ピエゾ線とのなす角、及び、前記第3ピエゾ線と前記第2ピエゾ線とのなす角が90°よりも大きい、
    請求項6、8、9のいずれか1項に記載のレンズ駆動機構。
  11. 前記第3センサから前記光軸への垂線である第3センサ線を引いた場合に、前記第3センサ線と前記第1センサ線とのなす角、及び、前記第3センサ線と前記第2センサ線とのなす角が90°よりも大きい、
    請求項7-9のいずれか1項に記載のレンズ駆動機構。
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