JP2876753B2 - カメラのレンズ駆動機構 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

本発明は、カメラにおける撮影レンズの駆動機構に関
する。

【従来の技術】

従来のオートフォーカス機構を備えた一眼レフカメラ
を平面及び正面から見た場合の概略構成を第10図及び第
11図に示している。図において、501は撮影レンズの駆
動機構、502は絞りの駆動機構、503は主ミラーの駆動機
構、504はシャッター機構、505はパトローネ室、506は
スプール、507はフィルムの巻き上げ・巻き戻し用とし
てスプール506内に収納されたモータ、508はフィルムの
巻き上げ機構、509は巻き戻し機構、510はこのカメラの
電源であるリチウム電池を収納する電池室、511はミラ
ーボックス、512はレンズマウントである。また、501a
はレンズ駆動機構501の駆動源として設けられた電磁モ
ータであり、501bは電磁モータ501aに連結された減速機
構である。 このタイプのカメラでは、レンズ駆動機構501の駆動
源である電磁モータ501aが低トルク・高回転という特性
を有していて、モータ直結ではレンズを駆動するのが困
難なため、減速機構501bを用いて回転数を下げるととも
に高トルクを得るように構成している。したがってこの
タイプのカメラでは、減速機構の動作による騒音の発生
や伝達効率の低下という問題があった。 一方、上述のものとはタイプの異なる駆動機構を備え
たカメラとして、撮影レンズの鏡胴内にリング状の進行
波型超音波モータを組み込んだものが提供されている。
このカメラでは、超音波モータが有する高トルク・低回
転という特性を生かし、減速機構を設けずに、比較的静
粛で効率良くレンズのフォーカシング駆動を行なってい
る。

【発明が解決しようとする課題】

ところが、このタイプのカメラに設けられる駆動機構
では、全交換レンズでオートフォーカスを行なえるよう
にするためにはレンズ毎に超音波モータを内蔵しなくて
はならず、しかも駆動回路が各レンズ毎に必要なために
コストがかなり高くなる。また、レンズの鏡胴内に超音
波モータを組み込むことは、一般に振動子の重量が重い
ために交換レンズの重量が増加する原因となり、交換レ
ンズを持ち運ぶのが撮影者にとって大変であるのと同時
に、交換レンズをカメラのボディに取り付けたときのバ
ランスが崩れて撮影時のカメラぶれを誘発する要因とも
なる。また、この構成では、超音波モータの特性上、レ
ンズの駆動が停止しているときにはロータとステータ間
の摩擦力が大きくなるので、手動でもピント合わせを行
なえるようにするためには、動力の伝達系統を切るため
のクラッチ機構を各鏡胴毎に組み込む必要が生じる。さ
らに、超音波モータではロータとステータ間での駆動力
の伝達は摩擦によって行なわれるので、例えば撮影者が
レンズの鏡胴を手で持っていてその回転が妨げられた場
合等に生じ得るロータとステータ間での滑りによる摩耗
を防止するための機構も各鏡胴毎に組み込まなければな
らない。 以上説明したようなレンズ内にモータを組み込む場合
の問題から判断すれば、駆動源はボディ内に収めるのが
好ましいことは明らかであり、一方、減速機構等を省略
できるという長所を生かすため、その駆動源としては超
音波モータを用いることが好ましい。そしてその場合、
従来のオートフォーカス用の交換レンズをそのまま使え
るという観点からすれば、レンズマウントから突出して
設けられたカプラーを利用できるようなタイプの超音波
モータを用いることが好ましく、進行波を用いたリング
状の超音波モータを用いることはその出力形態から考え
て望ましくないということができる。つまり、従来の交
換レンズを有効に利用できるようなタイプの超音波モー
タを駆動源として、ボディ内に駆動機構を設けることが
最も好ましいと言うことができる。 したがって、本発明の解決すべき技術的課題は、カプ
ラーを利用するのに好適なタイプの超音波モータをボデ
ィ内に設けて、上述したような電磁モータをボディ内に
設けた場合の問題や、レンズ内に超音波モータを設けた
場合の問題の発生を防止した上でレンズの駆動を行なえ
るようにすることである。

【課題を解決するための手段】

本発明に係るカメラのレンズ駆動機構は、上述の技術
的課題を解決するために以下のように構成されている。 すなわち、縦モード振動を発する振動子を有する定在
波型超音波モータを、その振動方向がレンズの光軸に略
平行となるようにカメラのボディ内に配するとともにカ
プラーと直接接続して、レンズ駆動の駆動源としてい
る。なお、この構成では、ねじり結合器型超音波モータ
（例えば特開昭61-52163号公報参照）や複合振動子型超
音波モータ（例えば日経BP社発行の「日経メカニカル」
1989年３月20日号第34頁参照）などを駆動源として用い
ることができる。

【作用・効果】

上記構成においては、超音波モータが低速・高トルク
という特性を有していて減速機構を設ける必要がないた
めに、超音波モータのロータの回転力を直接カプラーに
伝達し、さらにこのカプラーによりレンズの駆動を静粛
に行なうことができる。また、駆動機構はボディ内に設
けられるため上述のようなレンズ重量の増加による種々
の問題は生じず、しかも減速機構が不要である分だけそ
の配置に必要なスペースが小さくて済むので、カメラが
同じ大きさであれば空きスペースが大きくなって、上述
したクラッチ機構やロータとステータの摩耗防止機構な
どを比較的容易に配置することができる。また、この構
成ではモータはレンズ毎には必要でないから、カメラを
交換レンズ等も含めたシステムとして捕らえた場合にそ
のシステムとしてのコストアップを防止でき、同時に、
電磁モータを駆動源としてボディ内に有する従来のオー
トフォーカスカメラに用いていた交換レンズを有効に利
用することもできる。さらに、定在波型の超音波モータ
が従来の進行波型のものに比べてエネルギー変換効率が
優れているので、その進行波形超音波モータを駆動源と
する駆動機構に比較して、電池を長時間使用できる。

【実施例】

以下に、第１図から第９図に示した本発明の一実施例
に係るレンズ駆動機構を備えた一眼レフカメラについて
詳細に説明する。 第１図は、このカメラのボディを平面から見た構成
図、第２図は正面から見た構成図である。図において、
１はオートフォーカス用のレンズ駆動機構、２は絞り駆
動機構、３はミラー駆動機構、４はシャッター機構を示
しており、５はパトローネ収納室、６はスプール、７は
フィルムの巻き上げ・巻き戻し用モータ、８はフィルム
の巻き上げ機構、９は巻き戻し機構、10は電池室、そし
て11はミラーボックスを示している。このカメラでは、
１から４で示した各駆動機構には、それぞれタイプの異
なる超音波モータが、駆動源として別個に設けられてい
る。これらの機構のうち、まず、レンズ駆動機構１につ
いて第３図を用いて説明する。 図において、12はこのレンズ駆動機構１を取り付ける
ためのミラーボックス11の前枠を示しており、13はボデ
ィ前面のレンズマウントから突出して交換レンズのフォ
ーカシング駆動等を行なうためのカプラーを示してい
る。 101は、筒体102と取付部材103とからなるこのレンズ
駆動機構１のケーシングである。取付部材103は、ボス
部104とその周囲の数箇所に設けられた取付プレート105
とから構成されており、この取付プレート105に防振ゴ
ム106をはめ込んだ後、ビス107によりミラーボックスの
前枠12に固定される構造となっている。筒体102におい
て取付部材103が固定される側の端部は開口しており、
その開口端面110の数箇所には、筒体102の軸方向へ沿っ
て延びる鈎状の係止爪108が設けられている。また、取
付部材103のボス部104には、係止爪108と対応した位置
において破線で示した外周面から径方向外方へ延びる係
止部109が形成されており、取付部材103を筒体102の軸
方向に沿って差し込んで係止部109と係止爪108とを相互
に引っ掛けることにより、取付部材103を筒体102に固定
することができる。 一方、筒体102の底部には、ねじり結合器型の超音波
モータ111がビス112を用いて取り付けられている。この
モータ111では、縦モード振動を発する圧電素子113がベ
ース部114に取り付けられるとともに、ホーン115を介し
てねじり結合器116に連結されている。ねじり結合器116
は、ホーン側の面に溝（不図示）を持った円板116aと、
この溝に対して斜めに交差するような位置関係で円板11
6aの上面に固定された梁116bとから構成されている。そ
して、圧電素子113の発する縦モード振動により梁116b
の上面に縦振動とねじり振動とが合成された変位が生ま
れ、その変位により、ねじり結合器116に圧着されたロ
ータ117に回転トルクが伝えられる。なお、ロータ117の
回転方向は、例えば特開昭61-49670号公報に開示されて
いるようにその振動の周波数を適宜設定することで、正
逆のいずれか一方を選択することができる。 ロータ117の上面の中心には軸部117aが突設されてお
り、その先端部分は断面が半円筒に形成されている。一
方、カプラー13の下端部13aも断面が半円筒に形成され
ており、これらを組み合わせることによってロータ117
の回転力がカプラー13に伝達される。カプラー13は、ス
プリング118とストップリング119の作用によって、取付
部材103内に挿通された状態で、軸方向へ移動可能に保
持されている。また、取付部材103には、そのボス部104
に形成された穴104aに保持部材120の位置決め軸121を挿
入することにより、エンコーダ122の保持部材120が装着
されている。カプラー13の軸部13bには黒白のパターン
が形成されていて、エンコーダ122の矢印方向に沿った
投受光によりカプラーの回転量が検出される。 以上の構成では、取付部材103とカプラー13、及びエ
ンコーダ122の保持部材120がまずユニットとして組み立
てられ、超音波モータ111の装着された筒体102と取付部
材103とが組み付けられた後、取付部材103がミラーボッ
クスの前枠12に固定される。この構成では、定在波型超
音波モータを用いたことによって、減速機構を設けずに
カプラーを利用して、レンズ駆動を静粛に行なうことが
可能である。 第４図はこの駆動機構の制御回路を示している。ａは
コントローラ、ｂはオシレータ、ｃはアンプ、ｄはねじ
り結合器型超音波モータ、ｅは超音波モータｄの回転量
検出手段（第３図におけるエンコーダ122を含む）であ
る。超音波モータｄは、コントローラａに制御されるオ
シレータｂを通じて適当な周波数の交流電圧が加えられ
て正逆いずれかの方向へ回転し、同じくコントローラａ
に制御されるアンプｃにより電圧が適当な大きさに増幅
されてその回転速度が制御される。また、アンプｃから
超音波モータｄに加えられる電圧がモニタされて、オシ
レータｂでの発振周波数が所定値に保たれるようになっ
ている。そして、超音波モータｄの回転が回転量検出手
段ｅで検出されてその信号がコントローラａに入力され
ることで、その回転位置が制御される。 以上説明した構成では、駆動源としてねじり結合器型
の超音波モータを用いていたが、その代わりとして、例
えば前掲の「日経メカニカル」1989年３月20日号の第34
頁に記載されたような複合振動子型のものを使用するこ
ともできる。このタイプの超音波モータは縦振動用の圧
電素子に加えてねじり振動用の圧電素子を有しているの
で、縦振動用圧電素子が膨張したときにねじり振動用圧
電素子が所望の方向へねじれるようにタイミングを取れ
ば、ロータを正逆いずれかの方向へ回転させることがで
きる。そのため、制御回路には、第５図に示すように、
位相制御手段ｆが設けられている。この位相制御手段ｆ
によって各圧電素子における発振のタイミングが取ら
れ、オシレータｂ、アンプｃ及び回転量検出手段ｅがコ
ントローラａにより制御されて、超音波モータｄの回転
が制御される。 また、上記構成において、カプラー13とロータ117の
間に、一定値以上の負荷で滑りを生じる滑り機構を設け
てよい。このようにすれば、超音波モータに過負荷が加
わってもロータ117とねじり結合器（ステータ）116の間
で滑りが生じるのを防止できるから、その間で摩耗の生
じる不具合を防止できる。なお、以上説明したような定
在波型超音波モータは、上述のようなカプラを介して駆
動される交換レンズだけでなく、ボディに組み込まれた
タイプの撮影レンズにも適用可能であり、さらにはファ
インダ光学系のレンズを駆動するためにも使用可能であ
る。 次に、第６図に分解斜視図を示した絞り駆動機構２に
ついて説明する。 図において、11は前述したミラーボックスであり、12
はその前枠である。この絞り駆動機構２はリング状の進
行波型超音波モータを駆動源としており、撮影レンズの
絞り口径を制御するために、図示するようにミラーボッ
クス11の前面に取り付けられている。その具体的な構成
は以下の通りである。 まず、ミラーボックス11の前面に、リング状の圧電素
子201（図示していないが周方向に分極された電極を有
している）と、同じくリング状に形成されて圧電素子20
1に接着されたステータとしての弾性体202とが装着され
る。そのさらに前面には、撮影レンズに設けられた絞り
レバー（不図示）と係合して絞り口径を変化させるため
の絞り駆動レバー203aを持った絞りリング203がロータ
として重ねられ、さらに押さえバネ204を介してレンズ
マウント14がミラーボックスの前面に設けられたボス11
aにビスで取り付けられることで、絞りリング203が弾性
体202に押し付けられた状態で以上の各構成部品がミラ
ーボックス11とレンズマウント14の間に保持される。な
お、ミラーボックス11の前面の３箇所に設けられた各ピ
ン11bには、ローラー205が絞りリング203の周囲に接触
してその回転をガイドするように取り付けられる。 この構成では、分極された電極に対して適当に電圧を
印加して弾性体202の表面に一方向へ向かう進行波を励
振すると、その表面に圧着された絞りリング203が進行
波の進行方向と逆方向に回転する。また、電圧の符号を
逆にすると、絞りリング203はその回転方向とは逆方向
に回転する。したがって、電圧を適切に印加すれば、絞
り駆動レバー203aを任意の方向へ回転させて撮影レンズ
の絞りレバーを適切に動作させ、撮影レンズの絞り口径
を制御することができる。 絞り駆動機構を以上のように構成すると、従来のよう
な減速機構やスプリングのチャージ機構等を設ける必要
がなくなるので、伝達効率が向上するとともに駆動を迅
速に行なえるようになる。またその結果、連続撮影する
場合における撮影間隔を短縮することが可能となる。さ
らに、従来減速機構等を設けていたスペースが不要とな
って、その配置スペースが非常に小さくて済むため、カ
メラを小型化することができる。あるいは、従来減速機
構等が設けられていたスペースに例えばフラッシュの発
光用の部品等を配置するなどして、カメラを大形化する
ことなく多機能化することが可能である。 次に、第７図及び第８図に示したミラー駆動機構３に
ついて説明する。 第７図はミラーボックス11を後ろ側から見た斜視図で
ある。この駆動機構３は、図示するようにミラーボック
ス11の側壁17に取り付けられている。また、この駆動機
構３の構成を第８図に断面図で示している。 第７図において、15は撮影レンズの透過光の一部をフ
ァインダー光学系へ導くためにハーフミラーで構成され
た主ミラーであり、16は主ミラー15の透過光を不図示の
測距素子へ導くための副ミラーである。各ミラー15,16
は、露光時には同時にはね上げられるが、そのためにこ
の駆動機構３では、例えば前掲の「日経メカニカル」19
89年３月20日号の第38頁に記載されたような電歪公転子
型超音波モータが用いられている。 この超音波モータは、第８図に示すように、基部301a
と支軸301bとからなる支持部材301と、その支軸301bに
はめ込まれた円板状の圧電素子302の両面にそれぞれ４
分割された電極303を貼着してなるステータ304とを、エ
ンドプレート305とボルト306とを用いてミラーボックス
11の側壁17に共締めし、且つ、ミラー15の支軸307の端
部308を膨出させてステータ304と接触させ、この支軸30
7をロータとすることで構成されている。 この構成では、４対の電極303の内の任意の１対に正
の電圧を印加するとともにその対極に位置する電極に負
の電圧を印加すると、正の電圧が印加された部分が膨張
するとともに負の電圧が印加された部分は収納する。し
たがって正負の電圧を印加する部分を右回りあるいは左
回りに順に移動させるように制御することで、ステータ
304における膨張箇所を順次移動させることができるの
で、その外周面に接触したロータ308を回転させること
ができる。 ミラー駆動機構をこのように構成すれば、従来とは異
なり、減速機構やカム機構等の介在なくモータ直結でミ
ラー15の駆動を行なえるので、カメラの小型化が図れる
とともに動力の伝達効率が向上する。また、ミラーのば
ね上げもしくは下降の完了間際で速度を適切に制御すれ
ば、予め行なっていたスプリングのチャージを解除して
ミラーの駆動を行なうタイプに見られたようなミラーの
僅かな跳ね返りを防止して、レリーズ時のタイムラグを
短縮することができる。 次に、第９図に分解斜視図を示したシャッター機構４
について説明する。 図において、401及び402は相互に固定される第１カバ
ー及び第２カバーである。第１カバー401と第２カバー4
02は、それぞれ、光軸に垂直な第１壁面401a,402aと、
光軸に平行な縦の第２壁面401b,402bとからなるもので
あり、第１壁面401a,402aには、それぞれ、露光面積に
応じた開口401c,402cが形成されている。シャッター膜
は後膜403と先膜404とから構成されており、これらはそ
れぞれ３枚の羽根403a,b,c及び404a,b,cが組み合わされ
て構成されている。そして、後膜403で図示しているよ
うに各羽根が重ねられると開口401c,402cが開放され、
先膜404で図示しているように各羽根が広げられると開
口401c,402cが塞がれる。そして、各膜403,404の両方で
開口401c,402cの開閉を行なうことができるように、そ
れぞれ１枚の羽根403a,404aが、開口401c,402cの外側の
位置で、各カバー401,402の第１壁面401a,402aに装着さ
れる振動体405,406と接合部407によって連結されてい
る。また、その反対側には、不図示であるが各羽根403
a,b,c及び404a,b,cの上下動のガイドとして例えば従来
の駆動機構に設けられていたようなリンク機構が設けら
れる。振動体405,406は、詳細は不図示であるが絞り駆
動機構２に設けたリング状超音波モータでの場合と同じ
ように圧電素子と弾性体とからなるものであり、その形
状は、羽根403a,404aの動きに合わせるように、カメラ
の上下に延びる直線部を持った長円形状とされている。 この構成では、電圧の適当な印加により振動体405,40
6の表面に進行波を発生させて振動体405,406に連結され
た羽根403,404を上下動させることで、開口401c,402cの
開閉を行なうことができる。すなわち、後膜403では上
述したように図示の状態から羽根403aを上方へ移動させ
ると開口401c,402cを閉じることができ、先膜404では図
示の状態から羽根404aを上方へ移動させると開口401c,4
02cを開くことができるので、各羽根403a,b,c及び404a,
b,cの移動するタイミングを取ってその間で構成される
スリットの幅を適宜設定すれば、適当なシャッタースピ
ードで露光を行なうことができる。 シャッター機構をこのように構成すれば、従来のよう
に回転運動を直線運動に変換するための機構が必要でな
いからシャッター開閉の効率が向上する。また、シャッ
ター膜の横のスペースを超音波モータの配置スペースと
して利用したことと、スプリングのチャージ機構等を設
ける必要がないことにより、カメラの小型化を図ること
もできる。 以上説明したように、このカメラでは、各機構におい
てそれぞれの動作に適した超音波モータを別個に駆動源
として設けたことによって従来のように各機構の動作を
機械的に連動させるための手段を設ける必要がなく、且
つ、超音波モータの特性を利用したことによって減速機
構を設ける必要性もないので、省スペースによるカメラ
の小型化が可能になるのと同時に、各機構における動力
の伝達効率及びその動作の信頼性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図から第９図は本発明の一実施例に係るレンズ駆動
機構を備えた一眼レフカメラを示し、第１図はこのカメ
ラのボディを平面から見た構成図、第２図は正面から見
た構成図、第３図はレンズ駆動機構の断面図、第４図は
レンズ駆動機構の制御回路図、第５図はレンズ駆動機構
の駆動源として複合振動子型超音波モータを設けた場合
の制御回路図、第６図は絞り駆動機構の分解斜視図、第
７図はミラー駆動機構が取り付けられたミラーボックス
を後ろ側から見た斜視図であり、第８図はミラー駆動機
構の構成を示す断面図、第９図はシャッター機構の分解
斜視図、第10図は従来例に係るレンズ駆動機構を備えた
カメラを平面から見た構成図、第11図は正面から見た構
成図である。 １……レンズ駆動機構、２……絞り駆動機構、３……ミ
ラー駆動機構、４……シャッター機構、５……パトロー
ネ収納室、６……スプール、７……モータ、８……巻き
上げ機構、９……巻き戻し機構、10……電池室、11……
ミラーボックス、11a……ボス、11b……ピン、12……前
枠、13……カプラー、14……レンズマウント、15……主
ミラー、16……副ミラー、17……ミラーボックス側壁、
101……ケーシング、102……筒体、103……取付部材、1
04……ボス部、104a……穴、105……取付プレート、106
……防振ゴム、107……ビス、108……係止爪、109……
係止部、110……端面、111……ねじり結合器型超音波モ
ータ、112……ビス、113……圧電素子、114……ベース
部、115……ホーン、116……ねじり結合器、117……ロ
ータ、117a……軸部、118……スプリング、119……スト
ップリング、120……保持部材、121……位置決め軸、12
2……エンコーダ、201……圧電素子、202……弾性体、2
03……絞りリング、203a……絞り駆動レバー、204……
押さえバネ、205……ローラー、301……支持部材、301a
……基部、301b……支軸、302……圧電素子、303……電
極、304……ステータ、305……エンドプレート、306…
…ボルト、307……支軸、308……端部、401……第１カ
バー、402……第２カバー、401a,402a……第１壁面、40
1b,402b……第２壁面、401c,402c……開口、403……後
膜、403a,b,c……羽根、404……先膜、404a,b,c……羽
根、405,406……振動体、407……接合部、ａ……コント
ローラ、ｂ……オシレータ、ｃ……アンプ、ｄ……超音
波モータ、ｅ……回転量検出手段、ｆ……位相制御手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 新谷 大 大阪府大阪市中央区安土町２丁目３番13 号 大阪国際ビル ミノルタカメラ株式 会社内 (72)発明者 谷口 信行 大阪府大阪市中央区安土町２丁目３番13 号 大阪国際ビル ミノルタカメラ株式 会社内 (56)参考文献 特開 昭62−85695（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−103177（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G02B 7/09

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レンズマウント（14）に突設された光軸方
   向に移動可能なカプラー（13）を介して撮影レンズの駆
   動を行なうべくカメラのボディ内に設けられるレンズ駆
   動機構において、 縦モード振動を発する振動子（113）と、該振動子の振
   動によって回転する駆動軸（117a）とを有する定在波型
   超音波モータ（111）を備え、上記振動子の振動方向と
   上記カプラーの移動方向とが略平行となるように配置す
   るとともに、上記駆動軸をカプラーに直接接続したこと
   を特徴とするカメラのレンズ駆動機構。