JP3970691B2 - Lens drive device - Google Patents

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JP3970691B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レンズ群の移動に電気―機械変換素子を採用するレンズ駆動装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、オートフォーカス機能およびパワーズーム機能を備えた、カメラあるいはビデオカメラなどでは、被写体までの距離をあらわす距離情報、固体撮像素子上に結像された被写体像のコントラスト情報、ズームレバーに対する操作量を基に、光軸上の目標位置へのフォーカスレンズおよびズームレンズの移動が行なわれている。
【0003】
これらの中には、これらフォーカスレンズおよびズームレンズの光軸方向への移動を、これらのレンズそれぞれを保持するレンズ保持枠に設けられたネジ孔に螺合されたリードスクリュを別々のモータで回転させて行なうものがある。
【0004】
しかし、上記のような、モータを使用するレンズ駆動装置は、構造が複雑になり小型化が難しいという問題がある。
【0005】
そこで、印加電圧の変化に応じて所定方向に伸縮する電気―機械変換素子をフォーカスレンズおよびズームレンズそれぞれに与え、これによってフォーカスレンズおよびズームレンズの移動を行なうレンズ駆動装置が特開平9−191676号公報に提案されている。
【0006】
上記公報に提案されているレンズ駆動装置では、フォーカスレンズやズームレンズを保持するレンズ保持枠が、光軸方向に伸縮する電気―機械変換素子に伴なって光軸方向への往復移動する駆動ロッドに所定の摩擦力を以って結合されている。したがって、このレンズ駆動装置では、この所定の摩擦力を上回る慣性力を引き起こす所定レベル以上の加速度を以って駆動ロッドを動作させた場合にのみこれらレンズ保持枠を駆動ロッドに対して移動させることができ、これにより、フォーカスレンズおよびズームレンズを光軸方向に移動させている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、駆動ロッドを所定以上の加速度を以って動作させることでレンズ保持枠を移動させる場合、各レンズ保持枠と駆動ロッドとの接触部分には運動摩擦力が発生するため、各レンズ保持枠の駆動ロッドとの接触面および駆動ロッドの表面にはストレスがかかり、その部分の摩擦係数が経年変化するおそれがある。
【0008】
例えば、このストレスにより摩擦係数が大きくなると、レンズ枠を移動させるために、駆動ロッドがより大きな加速度で動作するように電気−機械変換素子を伸縮させなければならなくなるという問題が発生する。
【0009】
本発明は、上記事情に鑑み、各レンズ保持枠と駆動ロッドとが互いに接触する部分の摩擦係数の経年変化が抑制された、光軸方向へのレンズ群の移動に電気―機械変換素子が採用されたレンズ駆動装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明のレンズ駆動装置のうちの第1のレンズ駆動装置は、
光軸方向に延びる単一の駆動ロッドと、
レンズ群を保持するとともに上記駆動ロッドに嵌入され、上記駆動ロッドとの間の結合状態を、それぞれ独立に上記駆動ロッドに固定された固定状態とこの駆動ロッドによる駆動を免れる非駆動状態との間で切り替えられるクラッチ機構を備えた複数のレンズ保持枠と、
上記駆動ロッドをこの駆動ロッドの延びる方向に往復移動させる電気―機械変換素子とを備え
上記クラッチ機構の動作と協働して上記複数のレンズ保持枠を選択的に光軸方向に移動または停止させるように構成したことを特徴とする。
【0011】
本発明のレンズ駆動装置では、上記構成により、駆動ロッドに対するレンズ保持枠の結合状態が、駆動ロッドに対し固定された状態である固定状態と、駆動ロッドとはほとんど離間した状態である非駆動状態との間で切り替えられる。つまり、レンズ枠が所定の摩擦力を以って駆動ロッドに結合されていた従来においては、レンズ枠の移動の際に、駆動ロッドとの間に運動摩擦力が発生していたのに対し、本発明のレンズ駆動装置では、駆動ロッドに対するレンズ保持枠の移動が、駆動ロッドに対してほとんど接触することなく行なわれるため、運動摩擦力がほとんど発生しない。これにより、各レンズ保持枠の駆動ロッドとの接触面および駆動ロッドの表面へのストレスを低減することができる。したがって、本発明のレンズ駆動装置によれば、レンズ保持枠と駆動ロッドとが互いに接触する部分の摩擦係数の経年変化を抑制することができる。
【0012】
上記目的を達成するための本発明のレンズ駆動装置のうちの第2のレンズ駆動装置は、 光軸方向に延びる2本の駆動ロッドと、
レンズ群を保持するとともに、前記駆動ロッドに嵌入され、前記駆動ロッドとの間の結合状態を、それぞれ独立に前記駆動ロッドに固定された固定状態と該駆動ロッドによる駆動を免れる非駆動状態との間で切り替えられるクラッチ機構を備えた複数のレンズ保持枠と、
前記駆動ロッドを該駆動ロッドの延びる方向に往復移動させる電気―機械変換素子とを備え、
前記クラッチ機構の動作と協働して前記複数のレンズ保持枠を光軸に沿って異なる方向に移動させるように構成したことを特徴とする
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【0014】
図1は、本発明のレンズ駆動装置の第1実施形態を採用するカメラの正面図である。
【0015】
尚、このカメラ1は、レンズ鏡胴が備えられた、オートフォーカスおよびパワーズーム機能付のデジタルカメラである。ただし、このレンズ鏡胴は、フォーカシングおよびズーミングの際にもその長さは不変である。
【0016】
図1に示されるカメラ1の前面には、前面レンズ11を内包するレンズ鏡胴12が中央付近に、フラッシュ発光窓15がレンズ鏡胴12の上方に、ファインダ対物窓13aがフラッシュ発光窓15の左(図1においては右)に、マイクロフォン16がファインダ対物窓13aとレンズ鏡胴12との間に、および、レリーズボタン14が右上端(図1においては左上端)に備えられている。
【0017】
図2は、図1に示されるカメラの背面図である。
【0018】
図2に示されるカメラ1の背面には、液晶パネル18が中央やや左付近に、スピーカ20が液晶パネルの右側に、ズームスイッチ19がスピーカ20の上方に、機能スイッチ17aおよび撮影モードスイッチ17bが液晶パネル18の上方に、ファインダ接眼窓13bが左上端に備えられている。
【0019】
このカメラ1は、‘撮影記録’機能および‘画像データ再生’機能の2つの機能を有しており、機能スイッチ17aによりいずれかの機能が選択される。 さらに、‘撮影記録’機能には、‘人物撮影’モード、‘スポーツ撮影’モード、および‘風景撮影’モードがあり、これらのうちのいずれかのモードが撮影モードスイッチ17bによって選択される。尚、ズームスイッチ19の、上向きの三角形部分を操作することで望遠側にズームされ、下向きの三角形部分を操作することで広角側にズームされる。
【0020】
図3は、図1および図2に示されるカメラの内部構成図である。
【0021】
図3には、本実施形態のレンズ駆動機構100が示されており、このレンズ駆動機構100は、所定の方向に伸縮する駆動シャフト用圧電素子130と、駆動シャフト用圧電素子130に接合された駆動シャフト140と、駆動シャフト用圧電素子ドライバ130aと、図1に示されるレンズ鏡胴内の左側に位置するズームレンズ群を含む第1駆動部110と、第1駆動部の右側の、フォーカスレンズ群を含む第2駆動部120と、第1および第2駆動部の、レンズ鏡胴内での安定的な移動を補助する案内シャフト150とで構成されている。
【0022】
第1駆動部110は、さらに、ズームレンズ保持枠111と、ズームレンズ群113と、第1圧電素子112と、第1圧電素子ドライバ112aとで構成されており、第2駆動部120は、フォーカスレンズ保持枠121と、フォーカスレンズ群123と、第2圧電素子122と、第2圧電素子ドライバ122aとで構成されている。
【0023】
また、図3には、案内シャフト150がレンズ鏡胴内部の上方に、駆動シャフト用圧電素子130の一方の端部がレンズ鏡胴内部の下方に固定されている様子が示されている。尚、駆動シャフト用圧電素子130は、カメラの光軸方向、すなわち図3の左方向に伸縮する。
【0024】
図3に示されるレンズ鏡胴内には、第1駆動部110の構成要素であるズームレンズ保持枠111および第2駆動部120の構成要素であるフォーカスレンズ保持枠121が、駆動シャフト140を挟み込む一方で案内シャフト150に貫通されている様子が示されている。
【0025】
また、図3に示されるレンズ鏡胴12の前面側には、図1にも示される前面レンズ11が嵌め込まれており、図3に示されるレンズ鏡胴の後面側には、後面レンズ10が嵌め込まれている。
【0026】
図4は、カメラの前方側から第1駆動部を見た場合を示す図である。
【0027】
図4には、ズームレンズ群113を取り囲むように保持するズームレンズ保持枠111が示されており、ズームレンズ保持枠111が、さらに可動部111bを有している様子が示されている。ズームレンズ保持枠111には、可動部111bと、可動部111bを除いた他の部分とで、駆動シャフト140を挟み込むための凹部111aが形成されており、図4には、その凹部111aに、第1圧電素子112が、ズームレンズ保持枠111の上下方向に伸縮するように配備されると共に、駆動シャフト140が挟み込まれている様子が示されている。尚、上述したことは第2駆動部120についても同様であり、図示は省くが、第2駆動部のフォーカスレンズ保持枠121においても、可動部121bと、可動部121bを除いた他の部分とで、駆動シャフト140を挟み込むための凹部121aが形成されている。このように、このレンズ駆動機構100では、第1駆動部110の第1圧電素子112および第2駆動部120の第2圧電素子122の伸縮によって駆動シャフト140に対する結合が決定されている。
【0028】
ここで、図3には、さらに、レンズ鏡胴12の右側に備えられたCCD撮像素子210、この撮像素子から得られたアナログ画像信号をデジタル信号に変換するA/D変換回路211、このカメラ1全体を制御するCPU216、ワークエリアとしても使用されるバッファメモリ213、このバッファメモリ213にデジタル画像データを格納する画像入力コントローラ214、バッファメモリに格納されているデジタル画像データを圧縮可能なように処理する画像信号処理回路212、圧縮可能に処理されたデジタル画像データを圧縮する圧縮処理回路220、CPU216によってファイル形式に変換された圧縮済みのデジタル画像データを外部記憶装置223に記録するメディアコントローラ221、バッファメモリ213から転送された圧縮前のデジタル画像データを格納するメモリ218、メモリ218に格納されている圧縮前のデジタル画像データに同期信号を付加してビデオ信号を作成し、このビデオ信号をデジタル信号からアナログ信号に変換して増幅する画像表示制御回路222も示されている。この画像表示制御回路222の制御によって液晶パネル18には画像が表示される。
【0029】
また、図3には、CCD撮像素子210から出力される画像信号を基とする画像から、コントラスト情報および輝度情報を検出するAF/AE演算回路215、ズームスイッチ19、機能スイッチ17a、撮影モードスイッチ17b、レリーズスイッチ14、これらスイッチに対する操作を検出するキーコントローラ219、および、以上に述べてきた各回路が接続されているバス217が示されている。
【0030】
ここで、カメラ1による写真撮影におけるフォーカシングおよびズーミング動作について説明する。
【0031】
このカメラ1では、図示しないメインスイッチが投入され、機能スイッチ17aによって‘撮影記録’が選択されると、本撮影の前の予備撮影が行なわれる。
【0032】
その予備撮影では、CCD撮像素子210から出力された画像信号がA/D変換回路211に送られてデジタル信号に変換された後、画像入力コントローラ214に送られ、画像入力コントローラ214からAF/AE演算回路に送られる。
【0033】
AF/AE演算回路215では、画像信号のコントラストが測定され、被写体までの測距情報が算出される。この測距情報はCPU31に送られる。尚、このAF/AE演算回路215ではデジタル処理を想定しているが、このAF/AE演算回路215がアナログ信号を処理するものであってもよい。
【0034】
一方、ズームスイッチ19で設定されたズームレベルもCPU31に送られる。
【0035】
このようにして、CPU31では、送られた測距情報から合焦位置が、ズームレベルから焦点距離が算出される。
【0036】
このカメラ1では、駆動シャフト用圧電素子ドライバ130a、第1圧電素子ドライバ122a、および第2圧電素子ドライバ112aはCPU216によって制御されており、CPU216は、算出された合焦位置および焦点距離に応じた位置にズームレンズ群およびフォーカスレンズ群が配置されるようにこれらドライバに指示を出す。その後、これらレンズ群が目標位置に移動されてから本撮影が行なわれる。
【0037】
ここで、電気―機械変換素子である圧電素子について説明する。
【0038】
圧電素子は、電圧の増加に伴なって所定の方向に伸長し、その伸長の度合いは電圧の増加の度合いに比例し、電圧が減少に転じると短縮し始め、その短縮の度合いは電圧の減少の度合いに比例する。したがって、電圧をゆっくり上昇あるいは下降させると、圧電素子はゆっくり伸長あるいは短縮し、電圧を急速に上昇あるいは下降させると、圧電素子は急激に伸長あるいは短縮する。
【0039】
さらに、従来の、上記圧電素子を利用したレンズ移動について簡単に説明する。
【0040】
まず、駆動部110をカメラ前方側に移動させる場合について説明する。尚、以下では、特開平9−191676号公報に提案されている原理について説明する。
【0041】
図5は、カメラ前方側への駆動原理を示す図である。
【0042】
図6は、この場合の、駆動シャフト用圧電素子に印加する電圧の変化を示す図である。
【0043】
図6には、緩やかに増加し、所定電圧に達するとしばらくして急激に減少する印加電圧の変化の様子が示されている。
【0044】
駆動シャフト用圧電素子130に、図6に示されるように変化する電圧を印加すると、電圧がなだらかに増加する部分では、駆動シャフト用圧電素子130が図5(a)に示す状態からその厚みがゆっくりと厚くなり図5(b)に示す状態となる。このため、駆動シャフト140は、その圧電素子130に押されてカメラ前方方向(図5の左側方向)に移動する。すると、駆動シャフトに対し被駆動状態に置かれている駆動部110は、図5(b)に示されるように、駆動シャフト140がかなりゆっくりとした速度でカメラ前方方向(図5の左側方向)に移動することから、駆動シャフト140に対しすべることなくカメラ前方方向に移動する。
【0045】
しかし、この印加電圧は、値V1に到達した後は、しばらくして値0まで急激な減少に転じるため、圧電素子130の厚みが急激に縮まる。すると、駆動シャフト140も、(c)に示されるように一気に図5の右方向に移動する。この急激な駆動シャフト140の移動により、駆動部110は、駆動シャフト140が急激に移動する前の図5(b)に示す位置にそのままとどまることとなり、これにより、駆動部110は、図5に示される距離xだけカメラ前面方向に進んだこととなる。
【0046】
次に、この駆動部110をカメラ背面側に移動させる場合について説明する。
【0047】
図7は、カメラ背面側への駆動原理を示す図である。
【0048】
この場合の、駆動シャフト用圧電素子130に対する印加電圧は、図8に示すような変化を有するものが考えられる。
【0049】
図8は、駆動部をカメラ背面側に移動させる場合の、駆動シャフト用圧電素子に印加される電圧の変化を表すグラフ図である。
【0050】
図8には、印加電圧が、急激に増加し、その後なだらかに減少する様子が示されている。
【0051】
この場合に、図7(a)に示されている状態の圧電素子130は、図7に示される急激な立ち上りの駆動電圧の供給を受け、急激にカメラ前方方向(図7の左側方向)に伸長する。これにより、駆動シャフト140も急激にカメラ前方方向に移動するため、駆動部110は、図7(b)に示されるように駆動シャフト140上をカメラの背面方向にすべることとなる。その後、なだらかに減少する駆動電圧の供給により、図7(c)に示されるように、圧電素子130はカメラ背面方向(図7の右側)にゆっくりと縮み、これにともなって駆動シャフトもカメラ背面方向に移動する。この駆動シャフト140の動作はゆっくりしているため、駆動部110も駆動シャフトに対しすべることなく駆動シャフトと共にカメラ背面側に移動する。これにより、駆動部110は、カメラ背面側に距離Yだけ移動したこととなる。
【0052】
本実施形態では、駆動シャフト用圧電素子ドライバ130aは、CPU216からの指示を受けると、駆動シャフト用圧電素子130への供給電圧を変化させて伸縮のスピードを制御する。また、第1および第2圧電素子ドライバ112a、122aも、CPU216からの指示を受け、第1および第2圧電素子に対する供給電圧を変化させることで、第1および第2圧電素子112、122の伸縮を制御し、駆動シャフトに対するレンズ保持枠の結合状態をそれぞれ、ほぼ離間状態の非駆動状態と、固定させる固定状態とのうちのいずれかの状態におく。
【0053】
図3に示される駆動シャフト用圧電素子130は、その右端面がレンズ鏡胴内に固定されているため、電圧が増加するとカメラの前方方向に伸長し、電圧が低下するとカメラの背面方向に短縮する。これに伴って、駆動シャフト140は、カメラ1の光軸方向に往復移動する。
【0054】
尚、これら第1および第2駆動部をどのように移動させるか、以下に簡単に説明する。
【0055】
最初に、ズームレンズ群を含む第1駆動部のみをカメラの前方側に移動させ、フォーカスレンズ群を含む第2駆動部をそのままの位置に据え置く場合について説明する。
【0056】
この場合は、まず、第1および第2圧電素子の伸縮を制御して、駆動シャフト140に対する、ズームレンズ枠111とフォーカスレンズ枠121の接触状態を共に固定状態にする。
【0057】
図9は、駆動シャフト用圧電素子に対する印加電圧の一例を示す図である。
【0058】
図9には、急速に増加し、所定電圧(V1)に達するとしばらく定電圧状態に入り、その後、急激に減少する印加電圧の変化の様子が示されている。尚、駆動シャフトに対するレンズ枠は、上記非駆動状態においては、ほぼ離間状態にあるものの自重などのために完全にフロート状態にあるわけではないので、駆動シャフトは、急峻な動作を以って移動される。
【0059】
駆動シャフト用圧電素子130に、図9に示されるように変化する電圧を印加すると、電圧が急激に増加する部分では、駆動シャフトは急激にカメラの前方方向へと移動するため、駆動シャフト140に対し固定状態に置かれているズームレンズ枠111およびフォーカスレンズ枠121は、この急激に移動する駆動シャフト140に伴なってカメラ前方方向に移動する。その後、この印加電圧は、値V1に到達すると定電圧状態となる。印加電圧が定電圧状態にあるうちに、すなわち駆動シャフトが移動されレンズ鏡胴内に対する所定の位置に停止している間に、駆動シャフト140に対するズームレンズ枠111の結合状態のみ固定状態から非駆動状態へと切り替える。これにより、ズームレンズ枠111は、駆動シャフトに対しほとんど離間した状態となる。その後、印加電圧が急激に減少に転じると、駆動シャフト140は一気にカメラの背面方向に移動する。この急激な駆動シャフト140の、カメラの背面方向への移動により、この駆動シャフト140に対しほぼ離間状態のズームレンズ枠111は、駆動シャフト140が背面方向に移動される前に位置していた位置に取り残されることとなり、これにより、ズームレンズ枠111のみがカメラの前方に移動したこととなる。
【0060】
駆動シャフト140が背面方向に移動されて再び停止したときを見計らってズームレンズ枠111の結合状態を非駆動状態から固定状態へと切り替えて上記を繰り返すことによりフォーカスレンズをそのままにズームレンズのみをカメラ前方にさらに移動させることができる。
【0061】
次に、第1駆動部のみをカメラ背面側に移動させ、第2駆動部をそのままの位置に据え置く場合について説明する。
【0062】
この場合は、駆動シャフト140に対し、ズームレンズ枠111を非駆動状態、フォーカスレンズ枠121を固定状態におき、駆動シャフト用圧電素子130に図9に示される変化を有する電圧を印加する。この印加電圧の急速な立ち上りによる、駆動シャフト140の急速なカメラ前方方向への移動により、この駆動シャフト140に対しほぼ離間状態のズームレンズ枠111は、駆動シャフト140が前方方向へ移動される前に位置していた位置に取り残されることとなり、これにより、ズームレンズ枠111のみを駆動シャフト140の根元側に移動させることができる。その後、印加電圧が定電圧状態となり、駆動シャフト140が停止したときを見計らってズームレンズ枠111の結合状態を非駆動状態から固定状態へと切り替える。その後、急激に減少する電圧が印加され、駆動シャフト140が一気にカメラ背面方向に移動されると、フォーカスレンズをそのままにズームレンズのみをカメラ背面に移動させたことになる。駆動シャフト140が背面方向に移動されて再び停止したときを見計らってズームレンズ枠111の結合状態を固定状態から非駆動状態へと切り替えて上記を繰り返すことによりフォーカスレンズをそのままにズームレンズのみをカメラ背面方向にさらに移動させることができる。
【0063】
さらに、フォーカスレンズ群を含む第2駆動部のみをカメラ前方側、あるいは背面側に移動させ、第1駆動部をそのままの位置に据え置く場合についても、上記と同様の考え方で行なうことができるので説明は省略する。本実施形態では、図9に示されるようなパルス波形状に変化する電圧を印加すればよいため、この電圧を制御する制御回路を、図6あるいは図8に示されるように印加電圧を制御する場合と比べ、簡単な回路で済ますことができる。尚、ズームレンズおよびフォーカスレンズの目標位置への到達の確認については、各レンズ枠およびレンズ鏡胴内部に取り付けられた図示しないエンコーダによって監視されている。
【0064】
図10は、予備撮影が終了すると起動されるルーチンのフローチャートである。
【0065】
図10に示されるステップS1では、ズームレンズ群を含む第1駆動部110の移動を行なうか否かが判定される。
【0066】
ステップS1において、ズームレンズ群の移動を行なうと判定されると、ステップS2に進み、その移動の方向がカメラ前方方向であるか否かが判定される。
【0067】
ステップS2において、移動の方向がカメラ前方方向であると判定されると、ステップS3に進み、ズームレンズ枠およびフォーカスレンズ枠が共に駆動シャフトに対し固定状態にされる。その後、ステップS4では、図9に示される急激に増加する電圧が駆動シャフト用圧電素子に印加される。これにより、駆動シャフトは急激にカメラ前方側に移動する。その後、印加電圧が定電圧になると、駆動シャフトはカメラ前方側に移動したまま停止し、ステップS5において、駆動シャフトに対するズームレンズ枠の結合状態が固定状態から非駆動状態へと切り替えられる。その後、ステップS6では、駆動シャフト用圧電素子に対し、図9に示される急激に低下する電圧が印加され、これにより、駆動シャフト用圧電素子は急速に短縮され、結果的にズームレンズ枠はカメラ前方に移動する。その後、ステップS11に進む。
【0068】
一方、ステップS2において、移動方向がカメラの前方方向では無いと判定されると、移動方向はカメラの背面方向ということとなり、ステップS7において、フォーカスレンズ枠のみが固定状態にされる。ステップS8では、図9に示される急激に増加する電圧が駆動シャフト用圧電素子に印加され、これにより、駆動シャフトは急激にカメラ前方方向に移動するため、ズームレンズ枠は、駆動シャフトの根元側に移動する。その後、印加電圧が定電圧になると、駆動シャフトはカメラ背面側に移動したまま停止し、ステップS9において、駆動シャフトに対するズームレンズ枠の結合状態が非駆動状態から固定状態へと切り替えられる。その後、ステップS10では、駆動シャフト用圧電素子に対し、図9に示される急激に低下する電圧が印加され、これにより、駆動シャフト用圧電素子は急速に短縮され、結果的に、ズームレンズ枠はカメラ後方に移動する。その後、ステップS11に進む。
【0069】
ステップS11では、ズームレンズ枠が目標位置に到達したか否かが判定され、まだ目標位置に到達していないと判定されるとステップS2に戻り、目標位置に到達したと判定されるとステップS22に進む。
【0070】
ここで、ステップS1において、移動がズームレンズ枠に対するものではなく、フォーカスレンズ枠に対するものであると判定された場合に話を戻して説明する。この場合は、ステップS12に進み、移動の方向がカメラ前方方向であるか否かが判定される。ステップS12において、移動がカメラ前方方向であると判定されると、ステップS13に進み、ズームレンズ枠およびフォーカスレンズ枠が駆動シャフトに対し共に固定状態にされる。その後、ステップS14では、図9に示される急激に増加する電圧が駆動シャフト用圧電素子に印加される。これにより、駆動シャフト用圧電素子は急激に伸長し、駆動シャフトも急激にカメラ前方側に移動する。その後、印加電圧が定電圧になると、駆動シャフトはカメラ前方側に移動したまま停止し、ステップS15において、駆動シャフトに対するフォーカスレンズ枠の結合状態が固定状態から非駆動状態へと切り替えられる。その後、ステップS16では、駆動シャフト用圧電素子に対し、図9に示される急激に低下する電圧が印加され、これにより、駆動シャフト用圧電素子は急速に短縮され、フォーカスレンズ枠は、結果的に、カメラの前方に移動する。その後、ステップS21に進む。
【0071】
一方、ステップS12において、移動がカメラ背面方向であると判定されると、ステップS17に進み、ズームレンズ枠のみが非駆動状態から固定状態にされ、ステップS18では駆動シャフト用圧電素子に急激に増加する電圧が印加される。その後、ステップS19において、フォーカスレンズ枠の結合状態が非駆動状態から固定状態にされる。ステップS20では、駆動シャフト用圧電素子に急激に低下する電圧が印加される。これにより、フォーカスレンズ枠は結果的に、カメラ背面方向に移動する。その後、ステップS21に進む。
【0072】
ステップS21では、フォーカスレンズ枠が目標位置に到達したか否かが判定され、まだ目標位置に到達していないと判定されるとステップS12に戻り、フォーカスレンズ枠が目標位置に到達したと判定されると、ステップS22に進む。
【0073】
ステップS22では、駆動ロッドに対する、ズームレンズ枠およびフォーカスレンズ枠の状態が固定状態から非駆動状態にされる。その後、ステップS23に進み、ズームレンズ枠およびフォーカスレンズ枠の双方が目標位置に到達したか否かが判定される。ステップS23において、双方ともには目標位置に到達していないと判定されるとステップS1に戻り、双方ともに目標位置に到達していると判定されると、このルーチンを終了する。
【0074】
以上に説明した第1実施形態であるレンズ駆動装置では、レンズ枠を移動させる際の駆動ロッドに対する結合状態である非駆動状態が、駆動ロッドに対してほとんど離間した状態となっているので、レンズ枠が駆動ロッド上を移動する際の、駆動ロッドとレンズ枠とが互いに接触する部分の運動摩擦力が低減されている。したがって、本実施形態のレンズ駆動装置によれば、レンズ保持枠と駆動ロッドとが互いに接触する部分の摩擦係数の経年変化を抑制することができる。
【0075】
以下、本発明のレンズ駆動装置の第2実施形態について説明する。尚、この第2実施形態も、図1および図2に示されるタイプと同じタイプのカメラに採用されているとして説明する。
【0076】
図11は、本発明のレンズ駆動装置の第2実施形態の一部を示す図である。
【0077】
図11には、本実施形態のレンズ駆動装置300の一部が示されており、図3に示されているものと同じ種類のものには図3において付されている符号と同じ符号が付されている。
【0078】
図11に示されるレンズ駆動装置300は、図3にも示されるレンズ鏡胴12の内部上方に固定されて所定の方向に伸縮する上部駆動シャフト用圧電素子350と、この上部駆動シャフト用圧電素子350に接合された上部駆動シャフト340と、上部駆動シャフト用圧電素子ドライバ350aと、レンズ鏡胴12の内部下方に固定され、所定の方向に伸縮する下部駆動シャフト用圧電素子330と、下部駆動シャフト用圧電素子ドライバ330aと、この下部駆動シャフト用圧電素子330に接合された下部駆動シャフト320と、レンズ群を含む駆動部310とで構成されている。
【0079】
さらに、駆動部310は、レンズ保持枠311と、レンズ群314と、上部圧電素子312と、上部圧電素子ドライバ312aと、下部圧電素子313と、下部圧電素子ドライバ313aとで構成されている。尚、上部駆動シャフト用圧電素子350、下部駆動シャフト用圧電素子330、上部圧電素子312、および下部圧電素子313の伸縮を制御するドライバの図示は省略されており、また、実際には備えられる、レンズ駆動部310を案内するため案内シャフトの図示も省略されている。
【0080】
図11に示されている上部駆動シャフト用圧電素子350の端部および下部駆動シャフト用圧電素子330の端部はレンズ鏡胴内部の上方および下方それぞれに固定されている。これにより、これら上部および下部駆動シャフト用圧電素子は、カメラの光軸方向に伸縮することとなる。
【0081】
図11に示されるレンズ鏡胴内には、レンズ保持枠311が上部および下部駆動シャフトをそれぞれ挟み込む様子が示されている。
【0082】
また、図11に示されるレンズ鏡胴の前面側には、図1にも示される前面レンズ11が嵌め込まれており、図11に示されるレンズ鏡胴の後面側には、後面レンズ10が嵌め込まれている。
【0083】
図12は、カメラの前方側から図11に示されるレンズ駆動部を見た場合を示す図である。
【0084】
図12には、レンズ群314を取り囲むように保持するレンズ保持枠311が示されており、このレンズ保持枠311が、上下2ヶ所に可動部3112b、3113bを有している様子が示されている。レンズ保持枠311には、可動部3112b、3113bと、これら可動部を除いた他の部分とで、上部および下部駆動シャフト340、320それぞれを挟み込むための凹部3112a、3113aが形成されており、図12には、その凹部3112a、3113aそれぞれに、上部圧電素子312および下部圧電素子313が、レンズ保持枠の上下方向に伸縮するように配備されると共に、上部駆動シャフト340および下部駆動シャフト320が挟み込まれている様子が示されている。このレンズ駆動機構300では、上部圧電素子312および下部圧電素子313の伸縮によって上部駆動シャフト340および下部駆動シャフト320それぞれに対する結合状態が決定されている。尚、その結合状態は、第1実施形態と同様、駆動ロッドに対して固定された固定状態、および、駆動シャフトに対してほとんど離間した状態である非駆動状態のうちのいずれかである。
【0085】
ここで、本実施形態におけるレンズ群の移動の様子について説明する。
【0086】
本実施形態のレンズ駆動装置300では、後述する3つの態様でレンズ群を移動させることができる。
【0087】
【表1】

Figure 0003970691
【0088】
表1の(a)から(d)には、本実施形態における3つの態様がそれぞれ示されており、(a)には、第1実施形態と同様の手順でレンズ枠を移動させる態様が、(b)には、第1実施形態に対して、高負荷の下でもレンズ枠の移動が可能な態様が、(c)および(d)には、第1実施形態に対し、レンズ枠の移動を高速で行なうことが可能な態様が示されている。
【0089】
(a)から(d)には、時間の経過に対する、上部駆動シャフト、上部圧電素子、下部駆動シャフト、下部圧電素子、およびレンズ枠の各状態が示されている。
【0090】
最初に、(a)に示されている、この第2実施形態において第1実施形態と同様の方法でレンズ枠を移動させる態様について説明する。
【0091】
この態様では、上部駆動シャフトに対するレンズ枠の結合状態を切り替える上部圧電素子と下部圧電素子のうち下部圧電素子は常に非駆動状態に置かれるため、上部および下部の各駆動シャフトのうち下部シャフトは移動しない。したがって、この(a)に示される態様は、駆動するシャフトの位置が上下逆になっているものの第1実施形態と同様の手順および構成となっているので、これについての説明は省略する。
【0092】
次に、(b)に示されている、第1実施形態に対して、移動の手順については同じではあるものの高負荷の下のレンズ枠の移動が可能な態様について説明する。
【0093】
この態様では、第1実施形態では、下方に備えられている1本の駆動シャフトに対して行われていた、駆動シャフトに対するレンズ枠の結合状態の切り替えが、上下に備えられた駆動シャフトそれぞれに対し、同時に、そして、同じ手順で行われている。これにより、この態様では、レンズ枠が、上部および下部駆動シャフト双方に固定することができるため、移動の基となるレンズ鏡胴内での駆動シャフトとの移動を、レンズ枠にかかっている高負荷に抗して行なうことが可能である。尚、この態様の動作説明については、図3においてした説明と重複するので省略する。
【0094】
最後に、(c)に示されている、第1実施形態に対し、レンズ枠の移動を高速で行なうことが可能な態様について説明する。
【0095】
この態様では、(c)に示されるように、上部駆動シャフト用圧電素子と下部シャフト用圧電素子は、互いに逆方向に動作すると共に、上部圧電素子と下部圧電素子も、互いに逆の結合状態でそれぞれの駆動ロッドに結合される。
【0096】
図13は、表1の(c)に示される態様によるレンズ枠の移動の様子を示す図である。
【0097】
図13には、上部駆動シャフト用圧電素子と上部駆動シャフト、および、下部駆動シャフト用圧電素子と下部駆動シャフトが、上下2段の4つの状態(C1、C2、C4、およびC6)で示されており、レンズ枠は、これら上部および下部駆動シャフト上をカメラ前方方向に移動している。
【0098】
以下、図13を参照しながら、表1の(c)に示される態様について説明する。
【0099】
まず、(c)の下方に示されるC1において、上部圧電素子が上部駆動シャフトに対し固定状態にされ、下部圧電素子が下部駆動シャフトに対し非駆動状態にされる。それからC2において、上部駆動シャフト用圧電素子が伸長され、逆に、下部駆動シャフト用圧電素子が短縮される。レンズ枠は、C1と比べ、上部駆動シャフト用圧電素子が伸長した分だけカメラ前方方向に移動する。次に、C3において双方の駆動シャフトが停止している間に、上部圧電素子が上部駆動シャフトに対し固定状態から非駆動状態にされ、下部圧電素子が下部駆動シャフトに対し非駆動状態から固定状態にされる。この状態で、今度はC4において、上部駆動シャフト用圧電素子が短縮し下部駆動シャフト用圧電素子が伸長すると、レンズ枠は、C2と比べ、下部駆動シャフト用圧電素子が伸長した分だけカメラの前方方向に移動する。C6では、以上説明したサイクルが繰り返されて、レンズ枠は、C4と比べ、上部駆動シャフト用圧電素子の伸長分だけカメラの前方方向に移動する。
【0100】
ここで、レンズ枠をカメラ前方方向ではなくカメラ背面方向に移動させる場合については(d)に示されている。
【0101】
(d)には、上部および下部駆動シャフト用圧電素子の伸縮については同じであるものの、それら駆動シャフトそれぞれに対する上部圧電素子および下部圧電素子の結合状態が(c)とは逆になっている。
【0102】
図14は、表1の(d)に示されるように圧電素子が動作した場合のレンズ枠の駆動の様子を示す図である。
【0103】
図14には、レンズ枠が図13とは逆にカメラ背面方向に移動されている様子が示されている。尚、(d)および図14についての説明は、(c)および図13についてした説明と基本的に同じとなるので省略する。
【0104】
この第2実施形態の(c)および(d)に示される態様では、2本の駆動シャフトを互いに逆方向に移動させるとともに、これら駆動シャフトに対するレンズ枠の結合状態を上部と下部で逆の状態にすることで、(a)および(b)においてはレンズ枠の移動を行うことができなかったタイミングにおいてもレンズ枠を移動させることができるため、第1実施形態よりも高速にレンズ枠の移動を行うことが可能である。
【0105】
図15は、本実施形態の(c)および(d)に示される態様が採用されているカメラにおいて、予備撮影が行われた後に起動されるルーチンのフローチャートである。
【0106】
図15に示されるステップS1では、レンズ枠の移動方向がカメラ前方方向であるか否かが判定される。
【0107】
ステップS1において移動方向がカメラ前方であると判定されると、ステップS2に進み、上部圧電素子は固定状態に、下部圧電素子は非駆動状態にされ、ステップS3では、上部駆動シャフト用圧電素子が伸長され、下部駆動シャフト用圧電素子が短縮される。その後、ステップS4において、レンズ枠が目標位置に到達したか否かが判定され、到達したと判定されるとステップS14に進み、到達していないと判定されるとステップS5に進む。
【0108】
ステップS5では、上部圧電素子は非駆動状態に、下部圧電素子は固定状態にされ、ステップS6では、上部駆動シャフト用圧電素子が短縮され、下部駆動シャフト用圧電素子が伸長される。その後、ステップS7に進み、レンズ枠が目標位置に到達したか否かが判定され、到達した判定されるとステップS14に進み、到達していないと判定されると、ステップS1に戻る。
【0109】
一方、ステップS1において、レンズ枠の移動方向がカメラ前方方向ではなく、カメラ背面方向であると判定されると、ステップS8に進み、上部圧電素子は非駆動状態に、下部圧電素子は固定状態にされ、ステップS9では、上部駆動シャフト用圧電素子が伸長され、下部駆動シャフト用圧電素子が短縮される。その後、ステップS10では、レンズ枠が目標位置に到達したか否かが判定され、到達したと判定されるとステップS14に進み、到達していないと判定されるとステップS11に進む。
【0110】
ステップS11では、上部圧電素子は固定状態に、下部圧電素子は非駆動状態にされ、ステップS12では、上部駆動シャフト用圧電素子が短縮され、下部駆動シャフト用圧電素子が伸長される。その後、ステップS13に進み、目標位置に到達したか否かが判定され、到達したと判定されるとステップS14に進み、到達していないと判定されるとステップS1に戻る。
【0111】
ステップS14では、上部圧電素子および下部圧電素子が共に非駆動状態にされ、その後、このルーチンは終了される。
【0112】
以上に説明した第2実施形態であるレンズ駆動装置300においても、レンズ枠の移動時には、駆動シャフトとレンズ枠とが互いに接触する部分に運動摩擦力はほとんど発生しないため、レンズ枠と駆動ロッドとが互いに接触する部分の摩擦係数の経年変化を抑制することができる。また、この第2実施形態では、1つのレンズ枠を光軸方向に移動させる例を挙げて説明したが、これに限らず、複数のレンズ枠それぞれが駆動シャフトに対し、ほとんど離間状態である非駆動状態と固定された固定状態との間で切替可能なクラッチ機構を備えているものであれば複数のレンズ群を有するものであってよい。
【0113】
尚、第1および第2実施形態では、駆動シャフト用圧電素子への印加電圧の電圧波形は、駆動方向によらず一定であり、駆動方向は、レンズ枠用圧電素子への印加タイミングによって決まる。その印加電圧も2値などの不連続でかまわないため、従来のように連続的に電圧値を変化させなければならない場合と比べ回路を単純にすることができる。また、デジタルカメラに採用された場合を例に挙げて説明したが、これに限らず、ロール状の写真フィルムに写真撮影を行なう通常のカメラ、あるいはビデオカメラに採用されるものであってよく、また、駆動シャフトに対するレンズ保持枠の結合状態を切り替えるクラッチ機構に圧電素子が採用されている例を挙げて説明したが、これに限らず、レンズ保持枠に電磁石を備え、この電磁石により引きつけたものによって駆動シャフトに対する摩擦力を制御するものであってよく、あるいは、その電磁石の磁力によって駆動シャフトとの結合状態を制御するものであってもよい。
【0114】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のレンズ駆動装置によれば、レンズ保持枠と駆動ロッドとが互いに接触する部分の摩擦係数の経年変化が抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のレンズ駆動装置の第1実施形態を採用するカメラの正面図である。
【図2】図1に示されるカメラの背面図である。
【図3】図1および図2に示されるカメラの内部構成図である。
【図4】カメラの前方側から第1駆動部を見た場合を示す図である。
【図5】カメラ前方側への駆動原理を示す図である。
【図6】駆動シャフト用圧電素子に印加する電圧の変化を示す図である。
【図7】カメラ背面側への駆動原理を示す図である。
【図8】駆動部をカメラ背面側に移動させる場合の、駆動シャフト用圧電素子に印加される電圧の変化を表すグラフ図である。
【図9】駆動シャフト用圧電素子に対する印加電圧の一例を示す図である。
【図10】予備撮影が終了すると起動されるルーチンのフローチャートである。
【図11】本発明のレンズ駆動装置の第2実施形態の一部を示す図である。
【図12】カメラの前方側から図7に示されるレンズ駆動部を見た場合を示す図である。
【図13】表1の(c)に示される態様によるレンズ枠の移動の様子を示す図である。
【図14】表1の(d)に示されるように圧電素子が動作した場合のレンズ枠の移動の様子を示す図である。
【図15】本実施形態において(c)および(d)に示される態様が採用されているカメラにおいて、予備撮影が行われた後に起動されるルーチンのフローチャートである。
【符号の説明】
1 カメラ
10 後面レンズ
11 前面レンズ
12 レンズ鏡胴
13a ファインダ対物窓
13b ファインダ接眼窓
14 レリーズボタン
15 フラッシュ発光窓
16 マイクロフォン
17a 機能スイッチ
17b モードスイッチ
18 液晶パネル
19 ズームスイッチ
20 スピーカ
100、300 レンズ駆動装置
110 第1駆動部
111 ズームレンズ保持枠
111a 凹部
111b 可動部
112 第1圧電素子
112a 第1圧電素子ドライバ
113 ズームレンズ
120 第2駆動部
121 フォーカスレンズ保持枠
121a 凹部
121b 可動部
122 第2圧電素子
122a 第2圧電素子ドライバ
123 フォーカスレンズ
130 駆動シャフト用圧電素子
130a 駆動シャフト用圧電素子ドライバ
140 駆動シャフト
150 案内シャフト
210 CCD撮像素子
211 A/D変換回路
212 画像信号処理回路
213 バッファメモリ
214 画像入力コントローラ
215 AF/AE演算回路
216 CPU
217 バス
218 メモリ
219 キーコントローラ
220 圧縮処理回路
221 メディアコントローラ
222 画像表示制御回路
223 外部記憶装置
310 駆動部
311 レンズ保持枠
312 上部圧電素子
3112a、3113a 凹部
3112b、3113b 可動部
312a 上部圧電素子ドライバ
313 下部圧電素子
313a 下部圧電素子ドライバ
314 レンズ群
320 下部駆動シャフト
330 下部駆動シャフト用圧電素子
340 上部駆動シャフト
350 上部駆動シャフト用圧電素子[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a lens driving device that employs an electro-mechanical conversion element for moving a lens group.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in a camera or video camera equipped with an autofocus function and a power zoom function, distance information indicating the distance to the subject, contrast information of the subject image formed on the solid-state image sensor, and an operation amount with respect to the zoom lever Based on this, the focus lens and zoom lens are moved to the target position on the optical axis.
[0003]
Among these, the movement of the focus lens and the zoom lens in the optical axis direction is performed by rotating a lead screw screwed into a screw hole provided in a lens holding frame for holding each of these lenses with a separate motor. There is something to do.
[0004]
However, the lens driving device using a motor as described above has a problem that the structure is complicated and it is difficult to reduce the size.
[0005]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-191676 discloses a lens driving device in which an electro-mechanical conversion element that expands and contracts in a predetermined direction according to a change in applied voltage is applied to each of a focus lens and a zoom lens. Proposed in the gazette.
[0006]
In the lens driving device proposed in the above publication, the lens holding frame that holds the focus lens and the zoom lens is a driving rod that reciprocates in the optical axis direction along with the electromechanical conversion element that expands and contracts in the optical axis direction. Are coupled with a predetermined friction force. Therefore, in this lens driving device, these lens holding frames are moved relative to the driving rod only when the driving rod is operated with an acceleration of a predetermined level or more that causes an inertial force exceeding the predetermined frictional force. Thus, the focus lens and the zoom lens are moved in the optical axis direction.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the lens holding frame is moved by operating the driving rod with a predetermined acceleration or more, a kinetic frictional force is generated at the contact portion between each lens holding frame and the driving rod. The contact surface with the drive rod and the surface of the drive rod are stressed, and the friction coefficient of the portion may change over time.
[0008]
For example, when the friction coefficient increases due to this stress, there arises a problem that in order to move the lens frame, the electromechanical conversion element has to be expanded and contracted so that the drive rod operates at a higher acceleration.
[0009]
In view of the above circumstances, the present invention adopts an electro-mechanical conversion element for moving the lens group in the optical axis direction, in which the secular change of the friction coefficient of the portion where each lens holding frame and the drive rod contact each other is suppressed. It is an object of the present invention to provide a lens driving device.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
  To achieve the above object, the present inventionThe first of the lens driving devicesThe lens driving device
  Extends in the optical axis directionsingleA drive rod;
  While holding the lens groupInserted in the drive rod, The coupling state with the drive rod,Each independentlyProvided with a clutch mechanism that can be switched between a fixed state fixed to the drive rod and a non-drive state that avoids driving by the drive rod.pluralA lens holding frame;
  The drive rod is reciprocated in the extending direction of the drive rod.With electro-mechanical transducer,
  In cooperation with the operation of the clutch mechanism,pluralThe lens holding frameSelectivelyMove along the optical axisOr stopMakeConfigured asIt is characterized by that.
[0011]
In the lens driving device of the present invention, with the above-described configuration, the lens holding frame is coupled to the driving rod in a fixed state in which the lens holding frame is fixed to the driving rod and a non-driving state in which the driving rod is almost separated from the driving rod. Can be switched between. In other words, in the conventional case where the lens frame is coupled to the drive rod with a predetermined frictional force, a kinetic frictional force is generated between the lens frame and the drive rod. In the lens driving device of the present invention, the movement of the lens holding frame with respect to the driving rod is performed with little contact with the driving rod, so that little kinetic frictional force is generated. Thereby, the stress to the contact surface with the drive rod of each lens holding frame and the surface of the drive rod can be reduced. Therefore, according to the lens driving device of the present invention, it is possible to suppress the secular change of the friction coefficient of the portion where the lens holding frame and the driving rod are in contact with each other.
[0012]
In order to achieve the above object, a second lens driving device of the lens driving device of the present invention includes two driving rods extending in the optical axis direction,
The lens group is held, and is inserted into the drive rod, and the coupling state with the drive rod is divided into a fixed state that is independently fixed to the drive rod and a non-drive state that avoids driving by the drive rod. A plurality of lens holding frames with a clutch mechanism that can be switched between;
An electro-mechanical conversion element for reciprocating the drive rod in the extending direction of the drive rod;
The plurality of lens holding frames are configured to move in different directions along the optical axis in cooperation with the operation of the clutch mechanism..
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
[0014]
FIG. 1 is a front view of a camera that employs a first embodiment of the lens driving device of the present invention.
[0015]
The camera 1 is a digital camera equipped with a lens barrel and having an autofocus and power zoom function. However, the length of the lens barrel is unchanged even during focusing and zooming.
[0016]
On the front surface of the camera 1 shown in FIG. 1, a lens barrel 12 containing a front lens 11 is near the center, a flash emission window 15 is above the lens barrel 12, and a finder objective window 13 a is the flash emission window 15. On the left (right in FIG. 1), a microphone 16 is provided between the finder objective window 13a and the lens barrel 12, and a release button 14 is provided on the upper right end (upper left end in FIG. 1).
[0017]
FIG. 2 is a rear view of the camera shown in FIG.
[0018]
On the back side of the camera 1 shown in FIG. 2, the liquid crystal panel 18 is slightly near the center, the speaker 20 is on the right side of the liquid crystal panel, the zoom switch 19 is above the speaker 20, the function switch 17a and the shooting mode switch 17b. Above the liquid crystal panel 18, a viewfinder eyepiece window 13b is provided at the upper left corner.
[0019]
The camera 1 has two functions of a “photographing and recording” function and an “image data reproduction” function, and one of the functions is selected by the function switch 17a. Furthermore, the 'shooting and recording' function includes a 'portrait shooting' mode, a 'sport shooting' mode, and a 'landscape shooting' mode, and any one of these modes is selected by the shooting mode switch 17b. The zoom switch 19 is zoomed to the telephoto side by operating the upward triangular portion, and is zoomed to the wide angle side by operating the downward triangular portion.
[0020]
FIG. 3 is an internal configuration diagram of the camera shown in FIGS. 1 and 2.
[0021]
FIG. 3 shows a lens driving mechanism 100 according to the present embodiment. The lens driving mechanism 100 is joined to a driving shaft piezoelectric element 130 that expands and contracts in a predetermined direction and the driving shaft piezoelectric element 130. A drive shaft 140, a drive shaft piezoelectric element driver 130a, a first drive unit 110 including a zoom lens group located on the left side in the lens barrel shown in FIG. 1, and a focus lens on the right side of the first drive unit The second drive unit 120 includes a group, and a guide shaft 150 that assists the stable movement of the first and second drive units in the lens barrel.
[0022]
The first drive unit 110 further includes a zoom lens holding frame 111, a zoom lens group 113, a first piezoelectric element 112, and a first piezoelectric element driver 112a, and the second drive unit 120 includes a focus lens. The lens holding frame 121, the focus lens group 123, a second piezoelectric element 122, and a second piezoelectric element driver 122a are included.
[0023]
FIG. 3 shows a state in which the guide shaft 150 is fixed above the inside of the lens barrel and one end of the drive shaft piezoelectric element 130 is fixed below the inside of the lens barrel. The drive shaft piezoelectric element 130 expands and contracts in the optical axis direction of the camera, that is, in the left direction in FIG.
[0024]
In the lens barrel shown in FIG. 3, a zoom lens holding frame 111 that is a component of the first drive unit 110 and a focus lens holding frame 121 that is a component of the second drive unit 120 sandwich the drive shaft 140. On the other hand, a state of being penetrated by the guide shaft 150 is shown.
[0025]
Further, the front lens 11 shown in FIG. 1 is fitted on the front side of the lens barrel 12 shown in FIG. 3, and the rear lens 10 is provided on the rear side of the lens barrel shown in FIG. It is inserted.
[0026]
FIG. 4 is a diagram illustrating a case where the first drive unit is viewed from the front side of the camera.
[0027]
FIG. 4 shows a zoom lens holding frame 111 that holds the zoom lens group 113 so as to surround the zoom lens group 113, and shows that the zoom lens holding frame 111 further has a movable portion 111b. In the zoom lens holding frame 111, a concave portion 111a for sandwiching the drive shaft 140 is formed by the movable portion 111b and other portions excluding the movable portion 111b. In FIG. The first piezoelectric element 112 is arranged so as to expand and contract in the vertical direction of the zoom lens holding frame 111, and the drive shaft 140 is sandwiched. Note that the above description is the same for the second drive unit 120, and although not shown, the focus lens holding frame 121 of the second drive unit also includes the movable unit 121b and other parts excluding the movable unit 121b. Thus, a recess 121a for sandwiching the drive shaft 140 is formed. As described above, in the lens driving mechanism 100, the coupling to the driving shaft 140 is determined by the expansion and contraction of the first piezoelectric element 112 of the first driving unit 110 and the second piezoelectric element 122 of the second driving unit 120.
[0028]
3 further shows a CCD image pickup device 210 provided on the right side of the lens barrel 12, an A / D conversion circuit 211 that converts an analog image signal obtained from the image pickup device into a digital signal, and this camera. 1, a CPU 216 that controls the whole, a buffer memory 213 that is also used as a work area, an image input controller 214 that stores digital image data in the buffer memory 213, and a digital image data stored in the buffer memory so that it can be compressed An image signal processing circuit 212 for processing, a compression processing circuit 220 for compressing digital image data processed to be compressible, and a media controller 221 for recording the compressed digital image data converted into a file format by the CPU 216 in the external storage device 223. , Transferred from the buffer memory 213 A memory 218 for storing the uncompressed digital image data, a video signal is created by adding a synchronization signal to the uncompressed digital image data stored in the memory 218, and the video signal is converted from a digital signal to an analog signal. Also shown is an image display control circuit 222 that amplifies. An image is displayed on the liquid crystal panel 18 by the control of the image display control circuit 222.
[0029]
FIG. 3 also shows an AF / AE arithmetic circuit 215 that detects contrast information and luminance information from an image based on an image signal output from the CCD image sensor 210, a zoom switch 19, a function switch 17a, and a shooting mode switch. 17b, a release switch 14, a key controller 219 for detecting an operation on these switches, and a bus 217 to which the circuits described above are connected.
[0030]
Here, focusing and zooming operations in photographing with the camera 1 will be described.
[0031]
In this camera 1, when a main switch (not shown) is turned on and “shooting recording” is selected by the function switch 17a, preliminary shooting before the main shooting is performed.
[0032]
In the preliminary photographing, the image signal output from the CCD image pickup device 210 is sent to the A / D conversion circuit 211 and converted into a digital signal, and then sent to the image input controller 214, and the AF / AE is sent from the image input controller 214. It is sent to the arithmetic circuit.
[0033]
The AF / AE calculation circuit 215 measures the contrast of the image signal and calculates distance measurement information up to the subject. This distance measurement information is sent to the CPU 31. The AF / AE arithmetic circuit 215 assumes digital processing, but the AF / AE arithmetic circuit 215 may process an analog signal.
[0034]
On the other hand, the zoom level set by the zoom switch 19 is also sent to the CPU 31.
[0035]
In this way, the CPU 31 calculates the in-focus position from the sent distance measurement information and the focal length from the zoom level.
[0036]
In this camera 1, the drive shaft piezoelectric element driver 130a, the first piezoelectric element driver 122a, and the second piezoelectric element driver 112a are controlled by the CPU 216, and the CPU 216 corresponds to the calculated in-focus position and focal length. The driver is instructed so that the zoom lens group and the focus lens group are arranged at the positions. Thereafter, the actual photographing is performed after the lens groups are moved to the target position.
[0037]
Here, a piezoelectric element that is an electro-mechanical conversion element will be described.
[0038]
The piezoelectric element expands in a predetermined direction as the voltage increases, and the degree of expansion is proportional to the degree of increase in voltage. When the voltage starts to decrease, the piezoelectric element starts to decrease. It is proportional to the degree. Accordingly, when the voltage is slowly increased or decreased, the piezoelectric element slowly expands or shortens, and when the voltage is rapidly increased or decreased, the piezoelectric element rapidly expands or shortens.
[0039]
Furthermore, a conventional lens movement using the piezoelectric element will be briefly described.
[0040]
First, the case where the drive part 110 is moved to the camera front side is demonstrated. In the following, the principle proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-191676 will be described.
[0041]
FIG. 5 is a diagram illustrating the principle of driving the camera forward.
[0042]
FIG. 6 is a diagram showing a change in voltage applied to the drive shaft piezoelectric element in this case.
[0043]
FIG. 6 shows a change in the applied voltage that gradually increases and rapidly decreases after a predetermined voltage is reached.
[0044]
When a voltage that changes as shown in FIG. 6 is applied to the drive shaft piezoelectric element 130, the thickness of the drive shaft piezoelectric element 130 from the state shown in FIG. The thickness gradually increases and the state shown in FIG. For this reason, the drive shaft 140 is pushed by the piezoelectric element 130 and moves in the forward direction of the camera (left side in FIG. 5). Then, as shown in FIG. 5B, the drive unit 110 placed in a driven state with respect to the drive shaft moves the drive shaft 140 in the forward direction of the camera (the left direction in FIG. 5) at a considerably slow speed. Therefore, it moves in the forward direction of the camera without slipping with respect to the drive shaft 140.
[0045]
However, after this applied voltage reaches the value V1, it suddenly decreases to a value of 0 after a while, so that the thickness of the piezoelectric element 130 is rapidly reduced. Then, the drive shaft 140 also moves rightward in FIG. 5 as shown in FIG. Due to this sudden movement of the drive shaft 140, the drive unit 110 remains at the position shown in FIG. 5B before the drive shaft 140 moves suddenly. This means that the camera has advanced in the front direction of the camera by the indicated distance x.
[0046]
Next, the case where this drive part 110 is moved to the camera back side is demonstrated.
[0047]
FIG. 7 is a diagram showing the principle of driving to the rear side of the camera.
[0048]
In this case, the applied voltage to the drive shaft piezoelectric element 130 may have a change as shown in FIG.
[0049]
FIG. 8 is a graph showing a change in voltage applied to the drive shaft piezoelectric element when the drive unit is moved to the back side of the camera.
[0050]
FIG. 8 shows a state in which the applied voltage increases rapidly and then decreases gently.
[0051]
In this case, the piezoelectric element 130 in the state shown in FIG. 7 (a) is supplied with the suddenly rising drive voltage shown in FIG. 7, and suddenly moves in the forward direction of the camera (left side in FIG. 7). Elongate. As a result, the drive shaft 140 also suddenly moves in the forward direction of the camera, so that the drive unit 110 slides on the drive shaft 140 in the rear direction of the camera as shown in FIG. 7B. After that, as shown in FIG. 7C, the piezoelectric element 130 is gradually contracted in the rear direction of the camera (right side in FIG. 7) due to the supply of the driving voltage that gradually decreases. Move in the direction. Since the operation of the drive shaft 140 is slow, the drive unit 110 also moves to the rear side of the camera together with the drive shaft without sliding with respect to the drive shaft. As a result, the drive unit 110 has moved by the distance Y toward the back side of the camera.
[0052]
In this embodiment, when receiving an instruction from the CPU 216, the drive shaft piezoelectric element driver 130a changes the supply voltage to the drive shaft piezoelectric element 130 to control the speed of expansion and contraction. In addition, the first and second piezoelectric element drivers 112a and 122a also receive instructions from the CPU 216 and change the supply voltage to the first and second piezoelectric elements, so that the first and second piezoelectric elements 112 and 122 expand and contract. And the coupling state of the lens holding frame with respect to the drive shaft is set to one of a non-drive state in a substantially separated state and a fixed state in which the lens is fixed.
[0053]
The right end surface of the drive shaft piezoelectric element 130 shown in FIG. 3 is fixed in the lens barrel, so that when the voltage increases, it expands in the forward direction of the camera, and when the voltage decreases, it shortens in the rear direction of the camera. To do. Along with this, the drive shaft 140 reciprocates in the optical axis direction of the camera 1.
[0054]
In addition, how to move the first and second driving units will be briefly described below.
[0055]
First, a case will be described in which only the first drive unit including the zoom lens group is moved to the front side of the camera, and the second drive unit including the focus lens group is left at the same position.
[0056]
In this case, first, the expansion and contraction of the first and second piezoelectric elements is controlled so that the contact state of the zoom lens frame 111 and the focus lens frame 121 with respect to the drive shaft 140 is fixed.
[0057]
FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a voltage applied to the drive shaft piezoelectric element.
[0058]
FIG. 9 shows the state of change in applied voltage that rapidly increases and enters a constant voltage state for a while when it reaches a predetermined voltage (V1) and then decreases rapidly. The lens frame with respect to the drive shaft is in a substantially separated state in the non-drive state, but is not completely in a float state due to its own weight, etc., so the drive shaft moves with a steep operation. Is done.
[0059]
When a voltage changing as shown in FIG. 9 is applied to the drive shaft piezoelectric element 130, the drive shaft rapidly moves in the forward direction of the camera in a portion where the voltage suddenly increases. On the other hand, the zoom lens frame 111 and the focus lens frame 121 placed in a fixed state move in the forward direction of the camera along with the rapidly moving drive shaft 140. Thereafter, when the applied voltage reaches the value V1, the constant voltage state is reached. While the applied voltage is in a constant voltage state, that is, while the drive shaft is moved and stopped at a predetermined position in the lens barrel, only the coupled state of the zoom lens frame 111 to the drive shaft 140 is not driven from the fixed state. Switch to state. Thereby, the zoom lens frame 111 is almost separated from the drive shaft. Thereafter, when the applied voltage suddenly decreases, the drive shaft 140 moves in the back direction of the camera. The zoom lens frame 111 that is substantially separated from the drive shaft 140 due to the rapid movement of the drive shaft 140 in the rear direction of the camera is located before the drive shaft 140 is moved in the rear direction. As a result, only the zoom lens frame 111 is moved in front of the camera.
[0060]
Assuming that the drive shaft 140 is moved back and stops again, the coupling state of the zoom lens frame 111 is switched from the non-driving state to the fixed state, and the above is repeated, so that only the zoom lens is left without changing the focus lens. It can be moved further forward.
[0061]
Next, a case where only the first drive unit is moved to the rear side of the camera and the second drive unit is left at the same position will be described.
[0062]
In this case, with respect to the drive shaft 140, the zoom lens frame 111 is in a non-driven state and the focus lens frame 121 is in a fixed state, and a voltage having a change shown in FIG. Due to the rapid movement of the drive shaft 140 in the forward direction of the camera due to the rapid rise of the applied voltage, the zoom lens frame 111 that is substantially separated from the drive shaft 140 is moved before the drive shaft 140 is moved in the forward direction. Thus, only the zoom lens frame 111 can be moved to the base side of the drive shaft 140. Thereafter, the coupling state of the zoom lens frame 111 is switched from the non-driving state to the fixed state in anticipation of when the applied voltage becomes a constant voltage state and the driving shaft 140 stops. Thereafter, when a rapidly decreasing voltage is applied and the drive shaft 140 is moved in the back direction of the camera, only the zoom lens is moved to the back side of the camera without changing the focus lens. Assuming that the drive shaft 140 is moved back and stopped again, the zoom lens frame 111 is switched from the fixed state to the non-driven state by repeating the above, and the focus lens remains as it is and only the zoom lens is switched to the camera. It can be moved further in the back direction.
[0063]
Further, the case where only the second drive unit including the focus lens group is moved to the front side or the back side of the camera and the first drive unit is left at the same position can be performed in the same way as described above. Is omitted. In this embodiment, it is only necessary to apply a voltage that changes to a pulse wave shape as shown in FIG. 9, so the control circuit that controls this voltage controls the applied voltage as shown in FIG. 6 or FIG. Compared to the case, a simple circuit can be used. The confirmation of the zoom lens and the focus lens reaching the target position is monitored by an encoder (not shown) attached to each lens frame and inside the lens barrel.
[0064]
FIG. 10 is a flowchart of a routine that is started when the preliminary shooting is completed.
[0065]
In step S1 shown in FIG. 10, it is determined whether or not the first drive unit 110 including the zoom lens group is to be moved.
[0066]
If it is determined in step S1 that the zoom lens group is to be moved, the process proceeds to step S2, and it is determined whether or not the direction of the movement is the front direction of the camera.
[0067]
If it is determined in step S2 that the direction of movement is the front direction of the camera, the process proceeds to step S3, and both the zoom lens frame and the focus lens frame are fixed to the drive shaft. Thereafter, in step S4, a rapidly increasing voltage shown in FIG. 9 is applied to the drive shaft piezoelectric element. As a result, the drive shaft suddenly moves to the front side of the camera. Thereafter, when the applied voltage becomes a constant voltage, the drive shaft stops while moving to the front side of the camera, and in step S5, the coupling state of the zoom lens frame to the drive shaft is switched from the fixed state to the non-driven state. Thereafter, in step S6, the voltage that rapidly decreases as shown in FIG. 9 is applied to the drive shaft piezoelectric element, whereby the drive shaft piezoelectric element is rapidly shortened, resulting in the zoom lens frame being a camera. Move forward. Then, it progresses to step S11.
[0068]
On the other hand, if it is determined in step S2 that the moving direction is not the front direction of the camera, the moving direction is the back direction of the camera, and only the focus lens frame is fixed in step S7. In step S8, the rapidly increasing voltage shown in FIG. 9 is applied to the drive shaft piezoelectric element, whereby the drive shaft is suddenly moved in the forward direction of the camera, so that the zoom lens frame is located on the root side of the drive shaft. Move to. Thereafter, when the applied voltage becomes a constant voltage, the drive shaft stops while moving to the back side of the camera, and in step S9, the coupled state of the zoom lens frame to the drive shaft is switched from the non-driven state to the fixed state. Thereafter, in step S10, a voltage that rapidly decreases as shown in FIG. 9 is applied to the drive shaft piezoelectric element, whereby the drive shaft piezoelectric element is rapidly shortened. As a result, the zoom lens frame is Move to the back of the camera. Then, it progresses to step S11.
[0069]
In step S11, it is determined whether or not the zoom lens frame has reached the target position. If it is determined that the zoom lens frame has not yet reached the target position, the process returns to step S2, and if it is determined that the target position has been reached, step S22 is performed. Proceed to
[0070]
Here, when it is determined in step S1 that the movement is not with respect to the zoom lens frame but with respect to the focus lens frame, the description will be returned. In this case, the process proceeds to step S12, and it is determined whether or not the direction of movement is the front direction of the camera. If it is determined in step S12 that the movement is in the forward direction of the camera, the process proceeds to step S13, and the zoom lens frame and the focus lens frame are both fixed to the drive shaft. Thereafter, in step S14, the rapidly increasing voltage shown in FIG. 9 is applied to the drive shaft piezoelectric element. As a result, the piezoelectric element for the drive shaft is rapidly expanded, and the drive shaft is also rapidly moved to the front side of the camera. Thereafter, when the applied voltage becomes a constant voltage, the drive shaft stops while moving to the front side of the camera, and in step S15, the coupling state of the focus lens frame to the drive shaft is switched from the fixed state to the non-driven state. Thereafter, in step S16, the voltage that rapidly decreases as shown in FIG. 9 is applied to the drive shaft piezoelectric element, whereby the drive shaft piezoelectric element is rapidly shortened, and the focus lens frame is Move to the front of the camera. Then, it progresses to step S21.
[0071]
On the other hand, if it is determined in step S12 that the movement is in the rear direction of the camera, the process proceeds to step S17, where only the zoom lens frame is changed from the non-driven state to the fixed state, and in step S18, the piezoelectric element for the drive shaft increases rapidly. Voltage is applied. Thereafter, in step S19, the coupled state of the focus lens frame is changed from the non-driven state to the fixed state. In step S20, a voltage that rapidly decreases is applied to the drive shaft piezoelectric element. As a result, the focus lens frame eventually moves in the rear direction of the camera. Then, it progresses to step S21.
[0072]
In step S21, it is determined whether or not the focus lens frame has reached the target position. If it is determined that the focus lens frame has not yet reached the target position, the process returns to step S12 to determine that the focus lens frame has reached the target position. Then, it progresses to step S22.
[0073]
In step S22, the state of the zoom lens frame and the focus lens frame with respect to the drive rod is changed from the fixed state to the non-driven state. Thereafter, the process proceeds to step S23, where it is determined whether both the zoom lens frame and the focus lens frame have reached the target position. If it is determined in step S23 that both have not reached the target position, the process returns to step S1, and if it is determined that both have reached the target position, this routine is terminated.
[0074]
In the lens driving device according to the first embodiment described above, the non-driving state, which is a coupling state with respect to the driving rod when the lens frame is moved, is almost separated from the driving rod. When the frame moves on the drive rod, the kinetic frictional force of the portion where the drive rod and the lens frame are in contact with each other is reduced. Therefore, according to the lens driving device of the present embodiment, it is possible to suppress the secular change of the friction coefficient at the portion where the lens holding frame and the driving rod are in contact with each other.
[0075]
Hereinafter, a second embodiment of the lens driving device of the present invention will be described. The second embodiment will also be described as being used in the same type of camera as that shown in FIGS.
[0076]
FIG. 11 is a diagram showing a part of a second embodiment of the lens driving device of the present invention.
[0077]
FIG. 11 shows a part of the lens driving device 300 of the present embodiment, and the same reference numerals as those in FIG. 3 are assigned to the same types as those shown in FIG. Has been.
[0078]
A lens driving device 300 shown in FIG. 11 includes an upper drive shaft piezoelectric element 350 that is fixed inside the lens barrel 12 shown in FIG. 3 and expands and contracts in a predetermined direction, and the upper drive shaft piezoelectric element. 350, the upper drive shaft 340, the upper drive shaft piezoelectric element driver 350a, the lower drive shaft piezoelectric element 330 that is fixed below the lens barrel 12 and expands and contracts in a predetermined direction, and the lower drive shaft. It comprises a piezoelectric element driver 330a, a lower drive shaft 320 joined to the lower drive shaft piezoelectric element 330, and a drive unit 310 including a lens group.
[0079]
Further, the drive unit 310 includes a lens holding frame 311, a lens group 314, an upper piezoelectric element 312, an upper piezoelectric element driver 312 a, a lower piezoelectric element 313, and a lower piezoelectric element driver 313 a. The driver for controlling the expansion and contraction of the upper drive shaft piezoelectric element 350, the lower drive shaft piezoelectric element 330, the upper piezoelectric element 312 and the lower piezoelectric element 313 is not shown, and is actually provided. The guide shaft is not shown for guiding the lens driving unit 310.
[0080]
The ends of the upper drive shaft piezoelectric element 350 and the lower drive shaft piezoelectric element 330 shown in FIG. 11 are fixed above and below the lens barrel, respectively. Thus, the upper and lower drive shaft piezoelectric elements expand and contract in the optical axis direction of the camera.
[0081]
In the lens barrel shown in FIG. 11, the lens holding frame 311 shows the upper and lower drive shafts sandwiched between them.
[0082]
Further, the front lens 11 shown in FIG. 1 is fitted on the front side of the lens barrel shown in FIG. 11, and the rear lens 10 is fitted on the rear side of the lens barrel shown in FIG. It is.
[0083]
12 is a diagram illustrating a case where the lens driving unit illustrated in FIG. 11 is viewed from the front side of the camera.
[0084]
FIG. 12 shows a lens holding frame 311 that holds the lens group 314 so as to surround the lens group 314. The lens holding frame 311 has movable portions 3112b and 3113b at two upper and lower positions. Yes. The lens holding frame 311 is formed with recesses 3112a and 3113a for sandwiching the upper and lower drive shafts 340 and 320 by the movable portions 3112b and 3113b and other portions excluding these movable portions. 12, the upper piezoelectric element 312 and the lower piezoelectric element 313 are disposed in the recesses 3112a and 3113a so as to expand and contract in the vertical direction of the lens holding frame, and the upper drive shaft 340 and the lower drive shaft 320 are sandwiched therebetween. The situation is shown. In this lens driving mechanism 300, the coupling state with respect to the upper driving shaft 340 and the lower driving shaft 320 is determined by expansion and contraction of the upper piezoelectric element 312 and the lower piezoelectric element 313. As in the first embodiment, the coupled state is either a fixed state that is fixed to the drive rod or a non-driven state that is almost separated from the drive shaft.
[0085]
Here, the movement of the lens group in the present embodiment will be described.
[0086]
In the lens driving device 300 of the present embodiment, the lens group can be moved in the following three modes.
[0087]
[Table 1]
Figure 0003970691
[0088]
(A) to (d) of Table 1 show three aspects in the present embodiment, respectively, and (a) shows an aspect in which the lens frame is moved in the same procedure as in the first embodiment. (B) shows a mode in which the lens frame can be moved even under a high load with respect to the first embodiment, and (c) and (d) show a movement of the lens frame with respect to the first embodiment. The mode which can be performed at high speed is shown.
[0089]
(A) to (d) show the states of the upper drive shaft, the upper piezoelectric element, the lower drive shaft, the lower piezoelectric element, and the lens frame over time.
[0090]
First, a mode in which the lens frame is moved in the second embodiment shown in (a) by the same method as in the first embodiment will be described.
[0091]
In this aspect, the lower piezoelectric element of the upper and lower piezoelectric elements that switches the coupling state of the lens frame to the upper drive shaft is always in the non-driven state, so the lower shaft of the upper and lower drive shafts moves. do not do. Therefore, the mode shown in (a) has the same procedure and configuration as the first embodiment although the position of the driving shaft is upside down, and the description thereof will be omitted.
[0092]
Next, a mode in which the lens frame can be moved under a high load, although the movement procedure is the same as in the first embodiment shown in FIG.
[0093]
In this aspect, in the first embodiment, the switching of the coupling state of the lens frame to the drive shaft, which has been performed for one drive shaft provided below, is performed on each of the drive shafts provided above and below. On the other hand, at the same time and in the same procedure. Thereby, in this aspect, since the lens frame can be fixed to both the upper and lower drive shafts, the movement of the drive shaft in the lens barrel that is the basis of the movement is applied to the lens frame. It can be done against the load. Note that the description of the operation of this aspect is omitted because it overlaps with the description in FIG.
[0094]
Finally, a mode in which the lens frame can be moved at high speed with respect to the first embodiment shown in (c) will be described.
[0095]
In this aspect, as shown in (c), the piezoelectric element for the upper drive shaft and the piezoelectric element for the lower shaft operate in opposite directions to each other, and the upper piezoelectric element and the lower piezoelectric element are also coupled in the opposite directions. Coupled to each drive rod.
[0096]
FIG. 13 is a diagram showing the movement of the lens frame according to the mode shown in (c) of Table 1.
[0097]
In FIG. 13, the piezoelectric element for the upper drive shaft and the upper drive shaft, and the piezoelectric element for the lower drive shaft and the lower drive shaft are shown in four states (C1, C2, C4, and C6) in two upper and lower stages. The lens frame moves on the upper and lower drive shafts in the forward direction of the camera.
[0098]
Hereinafter, the aspect shown in (c) of Table 1 will be described with reference to FIG.
[0099]
First, in C1 shown below (c), the upper piezoelectric element is fixed to the upper drive shaft, and the lower piezoelectric element is not driven to the lower drive shaft. Then, at C2, the piezoelectric element for the upper drive shaft is extended, and conversely, the piezoelectric element for the lower drive shaft is shortened. The lens frame moves in the forward direction of the camera by an amount corresponding to the extension of the piezoelectric element for the upper drive shaft, as compared with C1. Next, while both drive shafts are stopped at C3, the upper piezoelectric element is changed from the fixed state to the upper drive shaft, and the lower piezoelectric element is fixed from the non-drive state to the lower drive shaft. To be. In this state, when the upper drive shaft piezoelectric element is shortened and the lower drive shaft piezoelectric element is expanded at C4 this time, the lens frame is in front of the camera by an amount corresponding to the extension of the lower drive shaft piezoelectric element compared to C2. Move in the direction. In C6, the cycle described above is repeated, and the lens frame moves in the forward direction of the camera by the extension of the piezoelectric element for the upper drive shaft, compared to C4.
[0100]
Here, the case where the lens frame is moved not in the front direction of the camera but in the rear direction of the camera is shown in (d).
[0101]
In (d), the expansion and contraction of the piezoelectric elements for the upper and lower drive shafts is the same, but the coupling state of the upper piezoelectric element and the lower piezoelectric element to each of these drive shafts is opposite to (c).
[0102]
FIG. 14 is a diagram showing how the lens frame is driven when the piezoelectric element is operated as shown in (d) of Table 1.
[0103]
FIG. 14 shows a state in which the lens frame is moved in the camera rear direction, contrary to FIG. The description of (d) and FIG. 14 is basically the same as the description of (c) and FIG.
[0104]
In the mode shown in (c) and (d) of the second embodiment, the two drive shafts are moved in opposite directions, and the coupling state of the lens frame to these drive shafts is reversed between the upper part and the lower part. Therefore, in (a) and (b), the lens frame can be moved even at a timing when the lens frame could not be moved, so that the lens frame can be moved faster than in the first embodiment. Can be done.
[0105]
FIG. 15 is a flowchart of a routine that is started after preliminary shooting is performed in a camera that adopts the modes shown in (c) and (d) of the present embodiment.
[0106]
In step S1 shown in FIG. 15, it is determined whether or not the moving direction of the lens frame is the front direction of the camera.
[0107]
If it is determined in step S1 that the moving direction is in front of the camera, the process proceeds to step S2, where the upper piezoelectric element is fixed and the lower piezoelectric element is not driven. In step S3, the upper drive shaft piezoelectric element is moved. The piezoelectric element for the lower drive shaft is shortened by being extended. Thereafter, in step S4, it is determined whether or not the lens frame has reached the target position. If it is determined that the lens frame has reached, the process proceeds to step S14. If it is determined that the lens frame has not reached, the process proceeds to step S5.
[0108]
In step S5, the upper piezoelectric element is set in a non-driven state and the lower piezoelectric element is set in a fixed state. In step S6, the upper drive shaft piezoelectric element is shortened and the lower drive shaft piezoelectric element is extended. Thereafter, the process proceeds to step S7, where it is determined whether or not the lens frame has reached the target position. If it is determined that the lens frame has reached, the process proceeds to step S14. If it is determined that the lens frame has not reached, the process returns to step S1.
[0109]
On the other hand, if it is determined in step S1 that the moving direction of the lens frame is not the camera front direction but the camera back direction, the process proceeds to step S8, where the upper piezoelectric element is in the non-driven state and the lower piezoelectric element is in the fixed state. In step S9, the piezoelectric element for the upper drive shaft is extended and the piezoelectric element for the lower drive shaft is shortened. Thereafter, in step S10, it is determined whether or not the lens frame has reached the target position. If it is determined that the lens frame has reached, the process proceeds to step S14. If it is determined that the lens frame has not reached, the process proceeds to step S11.
[0110]
In step S11, the upper piezoelectric element is fixed and the lower piezoelectric element is not driven. In step S12, the upper drive shaft piezoelectric element is shortened and the lower drive shaft piezoelectric element is extended. Thereafter, the process proceeds to step S13, where it is determined whether or not the target position has been reached. If it is determined that the target position has been reached, the process proceeds to step S14, and if it has not been reached, the process returns to step S1.
[0111]
In step S14, the upper piezoelectric element and the lower piezoelectric element are both brought into a non-driven state, and then this routine is ended.
[0112]
Also in the lens driving device 300 according to the second embodiment described above, when the lens frame is moved, the frictional force is hardly generated at the portion where the driving shaft and the lens frame are in contact with each other. It is possible to suppress the secular change of the coefficient of friction of the portions that are in contact with each other. In the second embodiment, an example in which one lens frame is moved in the optical axis direction has been described. However, the present invention is not limited to this, and each of the plurality of lens frames is almost separated from the drive shaft. As long as it has a clutch mechanism that can be switched between a driving state and a fixed state, it may have a plurality of lens groups.
[0113]
In the first and second embodiments, the voltage waveform of the voltage applied to the drive shaft piezoelectric element is constant regardless of the drive direction, and the drive direction is determined by the application timing to the lens frame piezoelectric element. Since the applied voltage may be discontinuous such as binary, the circuit can be simplified as compared with the case where the voltage value must be continuously changed as in the prior art. Moreover, although the case where it was employ | adopted as the example was demonstrated and demonstrated to a digital camera, it may be employ | adopted not only in this but the normal camera which takes a photograph on a roll-shaped photographic film, or a video camera, In addition, although an example in which a piezoelectric element is employed in the clutch mechanism that switches the coupling state of the lens holding frame to the drive shaft has been described, the present invention is not limited thereto, and the lens holding frame includes an electromagnet and is attracted by the electromagnet. The frictional force with respect to the drive shaft may be controlled by the above, or the coupling state with the drive shaft may be controlled by the magnetic force of the electromagnet.
[0114]
【The invention's effect】
As described above, according to the lens driving device of the present invention, it is possible to suppress the secular change of the friction coefficient of the portion where the lens holding frame and the driving rod are in contact with each other.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view of a camera that employs a first embodiment of a lens driving device of the present invention.
FIG. 2 is a rear view of the camera shown in FIG.
3 is an internal configuration diagram of the camera shown in FIGS. 1 and 2. FIG.
FIG. 4 is a diagram illustrating a case where the first drive unit is viewed from the front side of the camera.
FIG. 5 is a diagram illustrating a driving principle toward the front side of a camera.
FIG. 6 is a diagram showing a change in voltage applied to a piezoelectric element for a drive shaft.
FIG. 7 is a diagram showing the principle of driving to the back side of the camera.
FIG. 8 is a graph showing a change in voltage applied to the drive shaft piezoelectric element when the drive unit is moved to the back side of the camera.
FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a voltage applied to a piezoelectric element for a drive shaft.
FIG. 10 is a flowchart of a routine that is started when preliminary shooting ends.
FIG. 11 is a diagram showing a part of a second embodiment of the lens driving device of the present invention.
12 is a diagram illustrating a case where the lens driving unit illustrated in FIG. 7 is viewed from the front side of the camera.
FIG. 13 is a diagram showing a state of movement of the lens frame according to the aspect shown in (c) of Table 1.
FIG. 14 is a diagram showing how the lens frame moves when the piezoelectric element is operated as shown in (d) of Table 1.
FIG. 15 is a flowchart of a routine that is started after preliminary shooting is performed in a camera that adopts the modes shown in (c) and (d) in the present embodiment.
[Explanation of symbols]
1 Camera
10 Rear lens
11 Front lens
12 Lens barrel
13a Viewfinder objective window
13b Viewfinder eyepiece
14 Release button
15 Flash emission window
16 microphone
17a Function switch
17b Mode switch
18 LCD panel
19 Zoom switch
20 Speaker
100, 300 Lens driving device
110 1st drive part
111 Zoom lens holding frame
111a recess
111b Movable part
112 First piezoelectric element
112a First piezoelectric element driver
113 Zoom lens
120 Second drive unit
121 Focus lens holding frame
121a recess
121b Movable part
122 Second piezoelectric element
122a Second piezoelectric element driver
123 Focus lens
130 Piezoelectric element for drive shaft
130a Piezoelectric element driver for drive shaft
140 Drive shaft
150 Guide shaft
210 CCD image sensor
211 A / D conversion circuit
212 Image signal processing circuit
213 Buffer memory
214 Image Input Controller
215 AF / AE arithmetic circuit
216 CPU
217 Bus
218 memory
219 Key controller
220 Compression processing circuit
221 Media controller
222 Image display control circuit
223 External storage device
310 Drive unit
311 Lens holding frame
312 Upper piezoelectric element
3112a, 3113a recess
3112b, 3113b Movable part
312a Upper piezoelectric element driver
313 Lower piezoelectric element
313a Lower piezoelectric element driver
314 lens group
320 Lower drive shaft
330 Piezoelectric element for lower drive shaft
340 Upper drive shaft
350 Piezoelectric element for upper drive shaft

Claims (2)

光軸方向に延びる単一の駆動ロッドと、レンズ群を保持するとともに、前記駆動ロッドとの間の結合状態を、前記駆動ロッドに固定された固定状態と該駆動ロッドによる駆動を免れる非駆動状態との間で切り替えられるクラッチ機構を具備する複数のレンズ保持枠と、前記駆動ロッドを該駆動ロッドの延びる方向に往復移動させることにより、前記クラッチ機構の動作と協働して前記レンズ保持枠を光軸方向に移動させる第1の電気―機械変換素子とを備えたレンズ駆動装置において
前記レンズ保持枠は、可動部を有するとともに、該可動部と該可動部を除いた他の部分とで前記駆動ロッドを挟み込む凹部が形成され、該凹部に、該可動部と該可動部を除いた他の部分との間の距離を変化させる第2の電気―機械変換素子が配備されて前記クラッチ機構を構成したものであることを特徴とするレンズ駆動装置。
Non spared a single drive rod extending in the direction of an optical axis, together when holding the lens group, the coupling state between the driving rod, the driving by the fixed state and the driving rods secured before SL drive rod A plurality of lens holding frames having a clutch mechanism that can be switched between a driving state and the lens holding in cooperation with the operation of the clutch mechanism by reciprocating the driving rod in a direction in which the driving rod extends. In the lens driving device including the first electro-mechanical conversion element that moves the frame in the optical axis direction ,
The lens holding frame has a movable portion, and a concave portion that sandwiches the drive rod is formed between the movable portion and other portions excluding the movable portion, and the movable portion and the movable portion are excluded in the concave portion. A lens driving device characterized in that a second electro-mechanical conversion element for changing a distance from another portion is provided to constitute the clutch mechanism .
光軸方向に延びる2本の駆動ロッドと、レンズ群を保持するとともに、前記駆動ロッドとの間の結合状態を、前記駆動ロッドに固定された固定状態と該駆動ロッドによる駆動を免れる非駆動状態との間で切り替えられるクラッチ機構を具備する複数のレンズ保持枠と、前記駆動ロッドを該駆動ロッドの延びる方向に往復移動させる第1の電気―機械変換素子とを備えたレンズ駆動装置において
前記レンズ保持枠は、2つの可動部を有するとともに、該2つの可動部を除いた他の部分と該2つの可動部それぞれとで前記2本の駆動ロッドを別々に挟み込む2つの凹部が形成され、該2つの凹部それぞれに、該可動部と該可動部を除いた他の部分との間の距離を変化させる第2の電気―機械変換素子が配備されて前記クラッチ機構を構成したものであって、
前記第1の電気―機械変換素子と前記第2の電気―機械変換素子との協働により、前記複数のレンズ保持枠それぞれを光軸に沿って独立して移動させることを特徴とするレンズ駆動装置。
Non spared and two drive rods extending in the optical axis direction, holds the lens group, the coupling state between the front SL drive rod, the drive by the fixed state and the driving rods secured before SL drive rod A lens driving device comprising: a plurality of lens holding frames having a clutch mechanism that can be switched between driving states; and a first electro-mechanical conversion element that reciprocates the driving rod in a direction in which the driving rod extends . ,
The lens holding frame has two movable portions, and two concave portions are formed in which the two drive rods are sandwiched separately by the other portions excluding the two movable portions and the two movable portions. Each of the two recesses is provided with a second electro-mechanical conversion element for changing the distance between the movable part and the other part excluding the movable part, thereby constituting the clutch mechanism. And
A lens drive characterized in that each of the plurality of lens holding frames is independently moved along an optical axis in cooperation with the first electro-mechanical conversion element and the second electro-mechanical conversion element. apparatus.
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