JP4547621B2 - レンズ駆動機構、レンズユニット及び撮像装置 - Google Patents

レンズ駆動機構、レンズユニット及び撮像装置 Download PDF

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Description

本発明はレンズ駆動機構、レンズユニット及び撮像装置についての技術分野に関する。詳しくは、可動部を移動させる駆動手段として圧電素子を用い、該圧電素子に関する所定量を検出して可動部に対する位置制御の信頼性の向上等を図る技術分野に関する。
鏡筒に可動レンズ等の撮像光学系や可動レンズを所定の方向へ移動させるレンズ駆動機構等が配置されて成るレンズユニットは、ビデオカメラやスチルカメラの他、携帯電話等の各種の撮像装置に組み込まれている。可動レンズは、これを保持するレンズホルダーとともに可動部を構成し、該可動部はレンズ駆動機構によってフォーカス又はズーミングのために光軸方向へ移動されたり、ぶれ補正を行うために光軸と直交する方向へ移動される。
このようなレンズ駆動機構には、駆動用コイルや駆動用マグネット等によって構成されたリニアアクチュエーターを有するものがある(例えば、特許文献1参照)。
特許第3387173号公報
ところが、上記した従来の撮像装置にあっては、レンズ駆動機構として駆動用コイルや駆動用マグネット等によって構成されたリニアアクチュエーターが設けられているため、駆動用コイルや駆動用マグネット等を必要とする分、構造が複雑であると共に配置スペースも大きくなり大型化を来たすという問題がある。
また、可動部をその可動範囲において移動させる場合に加え、可動部を所望の位置に保持する場合においても、常時、駆動用コイルに通電を行う必要があり、その分、消費電力が大きいという問題がある。
一方、可動部は予め設定された可動範囲において移動されるが、生産される各撮像装置においては、各部品の組付誤差等により可動範囲のバラツキが生じ得るため、各撮像装置毎に可動部に対する固有の位置制御を行うことが望ましい。特に、可動範囲における可動部の移動端である初期位置に関しては、正確な設定を行う必要がある。
そこで、本発明は、上記した問題点を克服し、機構の簡素化による小型化及び可動部に対する位置制御の信頼性の向上等を図ることを課題とする。
本発明レンズ駆動機構、レンズユニット及び撮像装置は、上記した課題を解決するために、通電により変形を生じ可動部に移動力を付与する駆動手段として機能する圧電素子と、可動部の上記所定の方向への移動を規制する規制手段と、圧電素子に関する所定量を検出する検出手段とを設け、圧電素子の変形により移動された可動部が規制手段によって規制されたときに検出手段によって検出される所定量における変極点に基づいて、可動部の可動範囲の移動端における位置として初期位置の設定を行うようにしたものである。
従って、本発明レンズ駆動機構、レンズユニット及び撮像装置にあっては、可動部が規制手段によって規制されたときに可動部の初期位置の設定が行われる。
本発明レンズ駆動機構は、可動レンズを有する可動部を所定の方向へ移動させるレンズ駆動機構であって、通電により変形を生じ可動部に移動力を付与する駆動手段として機能する圧電素子と、可動部の上記所定の方向への移動を規制する規制手段と、圧電素子に関する所定量を検出する検出手段とを備え、圧電素子の変形により移動された可動部が規制手段によって規制されたときに検出手段によって検出される所定量における変極点に基づいて、可動部の可動範囲の移動端における位置として初期位置の設定を行うようにしたことを特徴とする。
従って、駆動手段として圧電素子を用い、可動部が規制手段によって規制されたときに可動部の初期位置を設定するので、レンズ駆動機構の小型化を図ることができると共に初期位置の設定を容易に行うことができる。
請求項2に記載した発明にあっては、設定された可動部の上記初期位置に基づいて可動部の可動範囲の設定を行うようにしたので、可動部に対する動作制御の容易化及び可動部の動作の信頼性の向上を図ることができる。
請求項3に記載した発明にあっては、上記検出手段として、圧電素子に生じる歪み量を検出する歪ゲージを用いたので、製造コストの高騰を来たすことなく検出を容易に行うことができる。
請求項4に記載した発明にあっては、上記検出手段として、圧電素子に蓄積される電荷量を検出する電荷センサーを用いたので、製造コストの高騰を来たすことなく検出を容易に行うことができる。
請求項5に記載した発明にあっては、上記規制手段を可動部の移動方向に離隔して2つ設け、圧電素子の変形により移動された可動部が各規制手段によって規制されたときに設定される各初期位置に基づいて、可動部の可動範囲の設定を行うようにしたので、可動部に対する移動制御の信頼性の向上を図ることができる。
本発明レンズユニットは、可動レンズを有する可動部と該可動部を所定の方向へ移動させるレンズ駆動機構とを備えたレンズユニットであって、レンズ駆動機構は、通電により変形を生じ可動部に移動力を付与する駆動手段として機能する圧電素子と、可動部の上記所定の方向への移動を規制する規制手段と、圧電素子に関する所定量を検出する検出手段とを備え、圧電素子の変形により移動された可動部が規制手段によって規制されたときに検出手段によって検出される所定量における変極点に基づいて、可動部の可動範囲の移動端における位置として初期位置の設定を行うようにしたことを特徴とする。
従って、駆動手段として圧電素子を用い、可動部が規制手段によって規制されたときに可動部の初期位置を設定するので、レンズユニットの小型化を図ることができると共に初期位置の設定を容易に行うことができる。
本発明撮像装置は、可動レンズを有する可動部と該可動部を所定の方向へ移動させるレンズ駆動機構と撮像光学系によって結像された像を電気信号に変換する撮像素子とを備えた撮像装置であって、レンズ駆動機構は、通電により変形を生じ可動部に移動力を付与する駆動手段として機能する圧電素子と、可動部の上記所定の方向への移動を規制する規制手段と、圧電素子に関する所定量を検出する検出手段とを備え、圧電素子の変形により移動された可動部が規制手段によって規制されたときに検出手段によって検出される所定量における変極点に基づいて、可動部の可動範囲の移動端における位置として初期位置の設定を行うようにしたことを特徴とする。
従って、駆動手段として圧電素子を用い、可動部が規制手段によって規制されたときに可動部の初期位置を設定するので、撮像装置の小型化を図ることができると共に初期位置の設定を容易に行うことができる。
以下に、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に従って説明する。本発明は、携帯電話、ビデオカメラ、スチルカメラ等の動画撮影又は静止画撮影の機能を有する各種の撮像装置又はこれらの撮像装置に用いられた各種のレンズユニット、レンズ駆動機構に適用することができる。
先ず、撮像装置1の全体構成について説明する(図1参照)。
撮像装置1は、カメラブロック2、カメラDSP(Digital Signal Processor)3、SDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory)4、媒体インターフェース5、制御ブロック6、操作部7、LCD(Liquid Crystal Display)8及び外部インターフェース9を備え、記録媒体100が着脱可能とされている。
記録媒体100としては、半導体メモリーを用いた所謂メモリーカード、記録可能なDVD(Digital Versatile Disk)や記録可能なCD(Compact Disc)等のディスク状記録媒体等の種々のものを用いることができる。
カメラブロック2は、可動部10、CCD(Charge Coupled Device)等の撮像素子11、A/D変換回路12、第1のドライバー13、第2のドライバー14、タイミング生成回路15等を備えている。
可動部10は、例えば、フォーカスレンズやズームレンズ等の可動レンズ16と該可動レンズ16を保持するレンズホルダー17等を有している(図2参照)。可動部10はレンズホルダー17が光軸方向に延びるガイド軸18、18に摺動自在に支持され、該ガイド軸18、18に案内されて光軸方向へ移動される。
レンズホルダー17には、例えば、下方へ突出された突出部19が設けられ、該突出部19には上下に長い支持孔19aが形成されている。
撮像素子11は、図1に示すように、第2のドライバー14からの駆動信号に応じて動作し、可動レンズ16を介して取り込まれた被写体の画像を取り込み、制御ブロック6によって制御されるタイミング生成回路15から出力されたタイミング信号に基づいて、取り込んだ被写体の画像(画像情報)を電気信号としてA/D変換回路12に送出する。
尚、撮像素子11はCCDに限られることはなく、撮像素子11として、例えば、CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)等の他の素子を使用することもできる。
A/D変換回路12は、入力された電気信号としての画像情報に対して、CDS(Correlated Double Sampling)処理を行っての良好なS/N比の保持、AGC(Automatic Gain Control)処理を行っての利得の制御、A/D(Analog/Digital)変換を行ってのデジタル信号としての画像データーの生成等を行う。
第1のドライバー13は、制御ブロック6の後述するCPUの指令に基づいて後述する圧電素子に対して駆動信号を送出する。
第2のドライバー14は、タイミング生成回路15から出力されたタイミング信号に基づいて撮像素子11に対して駆動信号を送出する。
タイミング生成回路15は、制御ブロック6による制御に応じて、所定のタイミングを提供するタイミング信号を生成する。
カメラブロック2には、可動部10を、例えば、光軸S方向(図1参照)へ移動させる駆動手段として機能する圧電素子20が設けられている。圧電素子20は通電されることにより略曲率半径が一定の状態で変形する。このとき圧電素子20には電荷が蓄積される。圧電素子20は一端部(下端部)が固定部21に固定され、光軸方向に対応する方向へ変形する。
圧電素子20には、大別して、バイモルフ型とユニモルフ型とが存在するが、カメラブロック2には、例えば、バイモルフ型の圧電素子20が用いられている。尚、圧電素子20として、ユニモルフ型を用いることも可能である。
圧電素子20の先端部(上端部)には、図2に示すように、係合ピン22が取り付けられ、該係合ピン22が可動部10のレンズホルダー17に形成された支持孔19aに摺動自在に支持されている。
カメラブロック2には規制手段23、23が設けられている。規制手段23、23は光軸方向に離隔して設けられ、例えば、レンズホルダー17の突出部19と接触可能な位置に配置され、可動部10の光軸方向における移動を規制する役割を果たす。
カメラブロック2には検出手段24が設けられている。検出手段24としては圧電素子20に関する所定量、例えば、圧電素子20に生じる歪み量を検出する歪みゲージが用いられ、圧電素子20に貼り付けられている。歪みゲージによる出力は、例えば、図示しないブリッジ回路によって処理される。
カメラDSP3は、A/D変換回路12から入力した画像データーに対して、AF(Auto Focus)、AE(Auto Exposure)、AWB(Auto White Balance)等の信号処理を行う。AF、AE、AWB等の信号処理が行われた画像データーは、所定の方式でデーター圧縮され、制御ブロック6を介して記録媒体100に出力され、該記録媒体100にファイルとして記録される。
カメラDSP3には、SDRAMコントローラー25が設けられ、該SDRAMコントローラー25の指令によりSDRAM4に対して高速でデーターの読み書きが行われる。
制御ブロック6は、CPU(Central Processing Unit)26、RAM(Random Access Memory)27、フラッシュROM(Read Only Memory)28、時計回路29等の各部がシステムバス30を介して接続されて構成されたマイクロコンピュータであり、撮像装置1の各部を制御する機能を有する。
CPU26は第1のドライバー13やタイミング生成回路15を介して第2のドライバー14等に指令信号を送出し、これらの各部を動作させる。
RAM27は処理の途中結果を一時記憶する等、主に作業領域として用いられる。
フラッシュROM28には、CPU26において実行する種々のプログラムや各処理に必要となるデーター等が記憶される。
時計回路29は、現在年月日、現在曜日、現在時刻、撮影日時等を出力する回路である。
操作部7は撮像装置1の筐体に設けられたタッチパネルやコントロールキー等であり、操作部7に対する操作に応じた信号がCPU26に入力され、該CPU26によって入力した信号に基づいて各部に指令信号が送出される。
LCD8は、例えば、筐体に設けられ、システムバス30に接続されたLCDコントローラー31によって制御される。LCD8には、LCDコントローラー31の駆動信号に基づいた画像データー等の各種の情報が表示される。
外部インターフェース9はシステムバス30に接続されている。外部インターフェース9を介して外部機器200、例えば、外部のパーソナルコンピューターと接続し、このパーソナルコンピューターから画像データーを受け取って記録媒体100に記録したり、記録媒体100に記録されている画像データーを外部のパーソナルコンピューター等に出力することができる。尚、記録媒体100はシステムバス30に接続された媒体インターフェース5を介して制御ブロック6に接続される。
また、外部インターフェース9に外部デバイス200、例えば、通信モジュールを接続することにより、例えば、インターネット等のネットワークに接続し該ネットワークを通じて種々の画像データーやその他の情報を取得し、これらのデーターや情報を記録媒体100に記録したり、記録媒体100に記録されているデーターを、ネットワークを通じて目的とする相手先に送信したりすることができる。
尚、外部インターフェース9は、IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers)1394、USB(Universal Serial Bus)等の有線用インターフェースとして設けることも可能であり、また、光や電波による無線用インターフェースとして設けることも可能である。
一方、記録媒体100に記録された画像データーは、ユーザーによって行われた操作部7に対する操作に応じた操作信号に基いて記録媒体100から読み出され、媒体インターフェース5を介してカメラDSP3に送出される。
カメラDSP3は、記録媒体100から読み出されて入力された圧縮されている画像データーについて、データー圧縮の解凍処理(伸張処理)を行い、解凍後の画像データーをシステムバス30を介してLCDコントローラー31に送出する。LCDコントローラー31は、この画像データーに基づいた画像信号をLCD8に送出する。LCD8には画像信号に基づいた画像が表示される。
以上のように構成された撮像装置1において、圧電素子20と係合ピン22と規制手段23、23と検出手段24は可動部10の移動制御を行うレンズ駆動機構32の構成要素とされ、該レンズ駆動機構32と可動部10はレンズユニット33の構成要素とされる(図1参照)。
撮像装置1において、CPU26の指令により第1のドライバー13から圧電素子20に対して駆動信号が出力されると、図示しない電源回路から圧電素子20に対して駆動電圧が印加される。
圧電素子20に対して駆動電圧が印加されると圧電素子20が変形され、この変形に伴って可動部10がガイド軸18、18に案内されて光軸方向へ移動されフォーカス動作やズーミング動作が行われる(図2及び図3参照)。このとき圧電素子20に取り付けられた係合ピン22はレンズホルダー17の支持孔19a内を摺動される。
圧電素子20は固定部21を基準として略曲率一様な状態で変形されるが、図3に示すように、レンズホルダー17の突出部19が規制手段23、23に接触されて可動部10の光軸方向への移動が規制されると、圧電素子20に生じる歪み量が急増する。この歪み量の急増は、可動部10の移動が規制手段23、23によって規制され圧電素子20の変形が制限されることにより生じる。
図4は、圧電素子20の変位量と検出手段(歪みゲージ)24により検出された歪み量との関係を示すグラフ図である。
図4のグラフ図に示すように、圧電素子20の変形が制限されたときに変極点P、Pが出現する。従って、この変極点P、Pが出現した位置を可動部10の光軸方向の可動範囲における移動端として判別することができ、撮像装置1にあっては、変極点P、Pに基づいて可動部10の可動範囲における移動端の位置としての初期位置を検出している。初期位置を検出すると、可動部10の可動範囲における各位置と第1のドライバー13による制御上のアドレスとの関係が設定される。この両者の関係は、例えば、マップ情報としてフラッシュROM28に記憶され、第1のドライバー13による圧電素子20に対する駆動制御時に読み出されて使用される。
また、上記の初期位置の検出が行われると、可動部10が所定の範囲でのみ移動されるような制御を行うために、可動範囲の設定が行われる。可動範囲の設定は、例えば、「初期位置を基準として○○mmの範囲までを可動部10の可動範囲とする。」等により行われ、この設定状態が、例えば、フラッシュROM28に記憶される。
尚、図2及び図3に示すように、規制手段23、23を圧電素子20の先端側に配置した構成とすることにより、圧電素子20における固定部21側に規制手段23、23を設けた構成とする場合に比し、可動部10の移動が規制手段23、23によって規制された状態において、圧電素子20には先端側より固定部21側に大きなモーメントが生じ、大きな歪み量が生じる。従って、規制手段23、23を圧電素子20の先端側に配置した構成とすることにより、検出手段24による変極点P、Pの検出を容易に行うことができる。
上記には、初期位置の検出及び可動範囲の設定を行うために検出する圧電素子20の所定量として、圧電素子20に生じる歪み量を用いた例を示したが、検出される圧電素子20の所定量としては、例えば、以下に説明するように、圧電素子20に蓄積される電荷量を用いることも可能である。
上記と同様に、圧電素子20は固定部21を基準として略曲率一様な状態で変形されるが、レンズホルダー17の突出部19が規制手段23、23に接触されて可動部10の光軸方向への移動が規制されると、通電による電荷の蓄積に加え圧電素子20に対して作用する外力によって電荷が蓄積され、圧電素子20に蓄積される電荷量が急増する。この電荷量の検出を行う検出手段24Aとしては、例えば、検出回路に組み込むことができる電荷量センサーを用いる。
図5は、圧電素子20の変位量と検出手段(電荷量センサー)24Aにより検出された電荷量との関係を示すグラフ図である。
図5のグラフ図に示すように、圧電素子20の変形が制限されたときに変極点Q、Qが出現する。従って、この変極点Q、Qに基づいて可動部10の初期位置を検出し、可動範囲の設定を行う。
尚、上記した初期位置の検出及び可動範囲の設定は、撮像装置1の製造時の調整工程において予め行っておくことも可能であり、また、ユーザーの使用時に随時行えるようにすることも可能である。ユーザーの使用時に随時行えるようにすれば、例えば、経時的変化等により各部品間の相対的な位置が変化した状態においても、新たな初期位置の検出及び可動範囲の設定により、可動部10に対する移動制御の信頼性の向上を図ることができる。
可動範囲の設定は、一方の規制手段23によって可動部10の移動が規制されたときの変極点P又は変極点Qを検出すると共に他方の規制手段23によって可動部10の移動が規制されたときの変極点P又は変極点Qを検出することにより行うこともできる。この場合には2つの変極点P、P又は2つの変極点Q、Qに基づいて設定された各初期位置を基準として可動部10の可動範囲が定められ、例えば、経時的変化等により規制手段23、23の相対的な位置が変化した場合等に特に有効である。
また、2つの変極点P、P又は2つの変極点Q、Qを検出した場合には、例えば、2つの変極点P、P又は2つの変極点Q、Qが検出された位置の中央の位置を基準として可動部10の可動範囲を定めることもできる。この中央の位置を基準として可動範囲を定めたときには、その可動範囲を可動部10が規制手段23、23に接触しない範囲とすることが可能であり、可動部10に対する移動制御の信頼性の向上を図ることができる。
以上に記載した通り、撮像装置1にあっては、可動部10を移動させる駆動手段として圧電素子20を用いている。
従って、可動部10の軽量化、レンズ駆動機構32の簡素化、配線の引き回し作業の簡単化及び駆動手段の配置スペースが小さくなることによる小型化等を図ることができる。
また、圧電素子20は無通電状態においても、その変形状態が保持されるため、圧電素子20に対する通電を行うことなく可動部10を可動範囲における各位置に保持することが可能となり、その分、省電力化を図ることができる。
さらに、圧電素子20の変形時に可動部10が規制手段23、23によって規制されたときに検出手段24によって検出された所定量における変極点P、P、Q、Qに基づいて可動部10の初期位置の設定を行うようにしているため、初期位置の設定が容易であると共に初期位置の精度の向上を図ることができる。
さらにまた、検出手段24、24Aによって検出された所定量に基づいて設定された初期位置を基準として可動部10の可動範囲の設定を行うようにしているため、可動部10に対する動作制御の容易化及び可動部10の動作の信頼性の向上を図ることができる。
加えて、圧電素子20に関する所定量を、検出手段として広く用いられている歪みゲージ又は電荷量センサーである検出手段24、24Aによって検出しているため、製造コストの高騰を来たすことなく検出を容易に行うことができる。
尚、上記には、レンズ駆動機構32によって可動部10が光軸方向へ移動されてフォーカス動作又はズーミング動作が行われる場合を例として説明したが、レンズ駆動機構32は可動部10を光軸方向へ移動させる機構として用いられる場合に限定されることはなく、例えば、可動部10を光軸と直交する面内において移動させてぶれ補正を行うための機構としても用いることができる。レンズ駆動機構32をぶれ補正用の機構として用いる場合には、圧電素子20が光軸と直交する方向へ変形されるように各部を配置すればよい。
尚、上記に示した上下の方向は説明の便宜上のものであり、本発明の適用においては、これらの方向に限定されることはない。
上記した最良の形態において示した各部の具体的な形状及び構造は、何れも本発明を実施する際の具体化のほんの一例を示したものにすぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されることがあってはならないものである。
図2乃至図5と共に本発明の最良の形態を示すものであり、本図は、撮像装置の全体構成を示すブロック図である。 圧電素子が変形される前の状態を可動部とともに一部を断面にして示す拡大側面図である。 圧電素子が変形された状態を可動部とともに一部を断面にして示す拡大側面図である。 圧電素子の変位量と検出手段により検出された歪み量との関係を示すグラフ図である。 圧電素子の変位量と検出手段により検出された電荷量との関係を示すグラフ図である。
符号の説明
1…撮像装置、10…可動部、11…撮像素子、16…可動レンズ、20…圧電素子、23…規制手段、24…検出手段、32…駆動機構、33…レンズユニット、24…検出手段

Claims (7)

  1. 可動レンズを有する可動部を所定の方向へ移動させるレンズ駆動機構であって、
    通電により変形を生じ可動部に移動力を付与する駆動手段として機能する圧電素子と、
    可動部の上記所定の方向への移動を規制する規制手段と、
    圧電素子に関する所定量を検出する検出手段とを備え、
    圧電素子の変形により移動された可動部が規制手段によって規制されたときに検出手段によって検出される所定量における変極点に基づいて、可動部の可動範囲の移動端における位置として初期位置の設定を行うようにした
    ことを特徴とするレンズ駆動機構。
  2. 設定された可動部の上記初期位置に基づいて可動部の可動範囲の設定を行うようにした
    ことを特徴とする請求項1に記載のレンズ駆動機構。
  3. 上記検出手段として、圧電素子に生じる歪み量を検出する歪ゲージを用いた
    ことを特徴とする請求項1に記載のレンズ駆動機構。
  4. 上記検出手段として、圧電素子に蓄積される電荷量を検出する電荷センサーを用いた
    ことを特徴とする請求項1に記載のレンズ駆動機構。
  5. 上記規制手段を可動部の移動方向に離隔して2つ設け、
    圧電素子の変形により移動された可動部が各規制手段によって規制されたときに設定される各初期位置に基づいて、可動部の可動範囲の設定を行うようにした
    ことを特徴とする請求項1に記載のレンズ駆動機構。
  6. 可動レンズを有する可動部と該可動部を所定の方向へ移動させるレンズ駆動機構とを備えたレンズユニットであって、
    レンズ駆動機構は、
    通電により変形を生じ可動部に移動力を付与する駆動手段として機能する圧電素子と、
    可動部の上記所定の方向への移動を規制する規制手段と、
    圧電素子に関する所定量を検出する検出手段とを備え、
    圧電素子の変形により移動された可動部が規制手段によって規制されたときに検出手段によって検出される所定量における変極点に基づいて、可動部の可動範囲の移動端における位置として初期位置の設定を行うようにした
    ことを特徴とするレンズユニット。
  7. 可動レンズを有する可動部と該可動部を所定の方向へ移動させるレンズ駆動機構と撮像光学系によって結像された像を電気信号に変換する撮像素子とを備えた撮像装置であって、
    レンズ駆動機構は、
    通電により変形を生じ可動部に移動力を付与する駆動手段として機能する圧電素子と、
    可動部の上記所定の方向への移動を規制する規制手段と、
    圧電素子に関する所定量を検出する検出手段とを備え、
    圧電素子の変形により移動された可動部が規制手段によって規制されたときに検出手段によって検出される所定量における変極点に基づいて、可動部の可動範囲の移動端における位置として初期位置の設定を行うようにした
    ことを特徴とする撮像装置。
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