JP5966433B2 - 軸部材駆動機構および光学機器 - Google Patents

Description

本発明は、軸部材駆動機構および光学機器に関する。

圧電素子の伸縮運動と屈曲運動を併せて駆動力を発生する超音波アクチュエータがある（特許文献１参照）。
［特許文献１］特開２００７−３０６８００号公報

超音波アクチュエータに対しても小型化と高効率化とが求められている。

本発明の第一態様として、一の方向に延伸する軸部材と、軸部材に当接する当接部を有し、軸部材の延伸方向に往復振動する縦振動、および、延伸方向に直交する方向に往復振動する横振動の組み合わせにより、当接部を楕円振動させる駆動部と、駆動部を軸部材に付勢する付勢部と、軸部材を前記駆動部に対向する位置でＶ溝により支持する軸受け部とを備え、軸部材の延伸方向に直交する断面が円形を有する軸部材駆動機構が提供される。

本発明の第二態様として、上記軸部材駆動機構と、軸部材および駆動部のいずれか一方に連結され、駆動部により軸部材の延伸方向に沿って移動する光学部材とを備える光学機器が提供される。

上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。これら特徴群のサブコンビネーションもまた発明となり得る。

軸部材駆動機構１０１の分解斜視図である。 軸部材駆動機構１０１の模式的な断面図である。 軸部材駆動機構１０１の模式的な断面図である。 圧電振動子１２１単独の側面図である。 圧電振動子１２１の動作を示す図である。 圧電振動子１２２の側面図である。 圧電振動子１２３の側面図である。 圧電振動子１２４の側面図である。 軸部材駆動機構１０２の分解斜視図である。 軸部材駆動機構１０２の模式的な断面図である。 軸部材駆動機構１０２の模式的な断面図である。 軸部材駆動機構１０２の分解斜視図である。 軸部材駆動機構１０２の模式的な断面図である。 軸部材駆動機構１０２の模式的な断面図である。 一眼レフカメラ１００の模式的断面図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、軸部材駆動機構１０１の分解斜視図である。軸部材駆動機構１０１は、枠体１１０、圧電振動子１２１、付勢部１３０、軸受け部１４０および主軸部材１９０を含む。

枠体１１０は、互いに平行な底面部１１２および天面部１１４と、互いに平行な一対の側壁部１１６、１１８とを有する。なお、枠体１１０の各部は、図示の方向に合わせて底面部１１２、天面部１１４、側壁部１１６、１１８等と記載している。しかしながら、軸部材駆動機構１０１の向きが重力方向に対して図示の方向に制限されるわけではない。

枠体１１０は、全体として直方体の形状を有するが、図中左側および右側に位置して互いに対向する一対の面は開放されている。図１では、枠体１１０の内面形状を示す目的で、図中手前側の側壁部１１８は他の部分から切り離して図示しているが、当初より４面が閉じた管状の材料により枠体１１０を形成してもよい。

枠体１１０の底面部１１２には、一対のねじ穴１１１が設けられる。ねじ穴１１１は、それぞれ内面にねじ溝が切られ、底面部１１２を厚さ方向に貫通する。ねじ穴１１１には、ねじ穴１１１と螺合する外径およびピッチを有する与圧ねじ１８０が、枠体１１０の外側からねじ込まれる。

枠体１１０の内側には、底面部１１２側から順次、付勢部１３０、支持部材１７０、圧電振動子１２１、軸受け部１４０が配される。圧電振動子１２１および軸受け部１４０の間には、主軸部材１９０が挿通される。

付勢部１３０は、矩形の板ばね部１３２と、板ばね部１３２の略中央に形成された位置決め部１３４とを有する。板ばね部１３２は弾性材料により形成される。位置決め部１３４は、板ばね部１３２の図中上面から隆起する一対の畝状の部分を有する。位置決め部１３４の内側は、支持部材１７０の図中下面と相補的な形状を有し、支持部材１７０を軸方向に挟み持つことにより位置決めする。

圧電振動子１２１は、圧電体１５０と駆動電極１５１、１５２、１５３、１５４とを有する。圧電体１５０は、ＰＺＴ等の圧電材料により形成され、直方体の形状を有する。駆動電極１５１、１５２、１５３、１５４は、圧電体１５０の一方の側面に配される。

当接部１６０は、圧電体１５０の表面において、駆動電極１５１、１５２、１５３、１５４が形成された面と直交する図中上面に接着される。当接部１６０は、耐磨耗性が高い、例えば樹脂材料等により形成される。

軸受け部１４０は、図中下面に、下方に向かって開口する受け溝１４２を有する。受け溝１４２は、軸受け部１４０の長手方向に直交する断面で見た場合、上下が反転したＶ字形の断面形状を有するＶ溝をなす。主軸部材１９０としては、寸法精度が高い材料を容易に得られる金属の丸棒、例えばステンレス鋼により形成された丸棒を用いることができる。

図２は、軸部材駆動機構１０１の模式的な断面図であり、主軸部材１９０の長手方向と平行な断面を示す。図２は、図１に示した部材を組み立てた状態を示し、図１と共通の要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。

組み立てられた軸部材駆動機構１０１において、一対の与圧ねじ１８０は、枠体１１０の底面部１１２に設けられたねじ穴１１１にねじ込まれる。これにより、与圧ねじ１８０の先端は、枠体１１０の内側に、図中上方に向かって突出する。

枠体１１０の内部において、一対の与圧ねじ１８０の先端上には、付勢部１３０、支持部材１７０、圧電体１５０、当接部１６０、主軸部材１９０および軸受け部１４０が順次積み上げられる。なお、以降の説明において、主軸部材１９０の軸方向と平行な方向を単に軸方向と記載する。

付勢部１３０の板ばね部１３２は、長手方向の端部近傍を、与圧ねじ１８０により押し上げられる。押し上げられた板ばね部１３２は、長手方向中央付近において支持部材１７０を押し上げる。

支持部材１７０は、付勢部１３０の位置決め部１３４の内側に嵌まりこんでいる。これにより、支持部材１７０が、板ばね部１３２に対して軸方向に位置ずれすることが防止される。

圧電体１５０は、軸方向の略中央を支持部材１７０に支持され、主軸部材１９０の下面に向かって押し上げられる。圧電体１５０の上面には当接部１６０が貼り付けられているので、当接部１６０が主軸部材１９０に対して下方から押し付けられる。

主軸部材１９０の図中上方には軸受け部１４０が配される。下方から押し上げられた主軸部材１９０は、軸受け部１４０の受け溝１４２の内側に当接する。軸受け部１４０の上面は枠体１１０の天面部１１４に当接するので、軸受け部１４０が上方に変位することはない。

よって、主軸部材１９０は、圧電体１５０に接着された当接部１６０と、軸受け部１４０の受け溝１４２との間に挟まれる。こうして、付勢部１３０の付勢力により、当接部１６０を通じて圧電振動子１２１を主軸部材１９０に押し当てる駆動力発生部１９９が形成される。

主軸部材１９０の軸方向の寸法は、枠体１１０の紙面上の幅よりも長い。よって、主軸部材１９０は、枠体１１０の外側まで延在する。

図３は、軸部材駆動機構１０１の模式的な断面図であり、主軸部材１９０の長手方向と直交する断面を示す。図１および図２と共通の要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。

軸部材駆動機構１０１において、主軸部材１９０は、軸方向と直交する断面において円形をなす。また、圧電振動子１２１により押し上げられた主軸部材１９０は、軸受け部１４０の受け溝１４２に入り込んで、受け溝１４２を形成する一対の面に押し付けられる。

軸受け部１４０は、枠体１１０の内面と相補的な外形を有する。よって、軸受け部１４０は、枠体１１０に接した３方向、即ち、図中の上方および両側方について、枠体１１０内で位置決めされる。

受け溝１４２の内面に押し付けられた主軸部材１９０は、軸方向と交差する方向について、枠体１１０内で位置決めされる。即ち、軸部材駆動機構１０１において、円形断面を有する主軸部材１９０は、枠体１１０に対して嵌合状態となる。

なお、支持部材１７０の長手方向の長さは、枠体１１０の内壁の間隔に略等しい。よって、枠体１１０の内壁に挟まれることにより、軸方向と直交する方向についても支持部材１７０は位置決めされる。

また、付勢部１３０が、圧電体１５０を押し上げる力の方向は、主軸部材１９０の円形断面の中心に向かう。更に、圧電体１５０が当接部１６０を介して主軸部材１９０を押し上げる力の方向も、主軸部材１９０の円形断面の中心に向かう。

これにより、圧電体１５０が発生する駆動力は、主軸部材１９０に効率よく伝達される。例えば、本実施形態のように、圧電振動子１２１が発生する駆動力の方向は、付勢部１３０が生じる付勢力の方向と同一直線上に配されることが好ましい。

圧電体１５０の一方の側面には、駆動電極１５３、１５４を含む複数の電極が配される。また、圧電体１５０において、駆動電極１５３、１５４が形成された面に対向する面には、単一の共通電極１５５が配される。よって、共通電極１５５を規準電圧、例えば接地電圧に結合しつつ、駆動電極１５３、１５４を個別の電位に結合することにより、圧電体１５０の各部位に個別の電圧を印加できる。

図４は、圧電振動子１２１単独の側面図である。圧電振動子１２１は、圧電体１５０の側面を略四等分して配された４つの駆動電極１５１、１５２、１５３、１５４を有する。

また、圧電振動子１２１は、駆動電極１５１、１５２、１５３、１５４が形成された面と直交する面の長手方向の略中央に支持部材１７０を接着される。よって、圧電振動子１２１は支持部材１７０により位置決めされ、枠体１１０に対して変位しない。

換言すれば、圧電体１５０が変形した場合は、支持部材１７０により固定されていない圧電体１５０の図中両側端部が変位する。よって、圧電体１５０の変形により生じた駆動力を主軸部材１９０に伝達する当接部１６０は、圧電体１５０の軸方向中央から離れた位置に配される。

図５は、圧電振動子１２１が駆動力を生じる作用を説明する図である。既に説明した通り、圧電振動子１２１における圧電体１５０の側面には４つの駆動電極１５１、１５２、１５３、１５４が配される。

圧電体１５０の矩形の側面においてひとつの対角に位置する一対の駆動電極１５２、１５４には、例えば正弦曲線の波形を有する変調信号で変調された駆動電圧が印加される。同時に、他の対角に位置する一対の駆動電極１５１、１５３には、駆動電極１５２、１５４に印加された駆動電圧に対して位相が９０度シフトした正弦曲線の波形を有する変調信号で変調された駆動電圧が印加される。

圧電体１５０において、支持部材１７０に接着されて固定された中央部に対して一方の側、例えば、駆動電極１５１、１５２が配された図中左側部分に着目すると、駆動電極１５１から圧電体１５０に印加される駆動電圧と、駆動電極１５２から圧電体１５０に印加される駆動電圧とは異なる位相で変化する。よって、圧電体１５０は、印加された駆動電圧の差分に相当する屈曲変形を生じ、図中に矢印Ｂ_１で示すように、当接部１６０を図中上下に変位させる横振動を生じる。

同様に、圧電体１５０において駆動電極１５３、１５４が配された図中右側の部分についても、駆動電極１５３から圧電体１５０に印加される駆動電圧と、駆動電極１５４から圧電体１５０に印加される駆動電圧との差分に応じて、図中に矢印Ｂ_２で示すように、当接部１６０が図中上下に変位する横振動が生じる。ただし、圧電体１５０の図中右側と図中左側では駆動電圧の差分の生じ方が逆相になるので、一対の当接部１６０に生じる横振動の位相は互いにずれる。

また、上記のような駆動電圧が駆動電極１５１、１５２、１５３、１５４に印加された場合に圧電体１５０が生じる変形には、図中に矢印Ｌで示すように、軸方向の長さが伸縮する縦振動の成分を含む。このため、圧電体１５０の変形に伴って生じる当接部１６０の各々の変位に着目すると、当接部１６０は、駆動電極１５１、１５２、１５３、１５４が配された面と平行な面内で楕円軌道を描く楕円振動を生じる。

既に説明した通り、当接部１６０は、付勢部１３０により、主軸部材１９０の下面に向かって押し付けられている。よって、当接部１６０が上記の楕円振動を生じた場合、軸部材駆動機構１０１には、主軸部材１９０を軸方向に変位させる駆動力が生じる。

このように、圧電振動子１２１は、軸方向に伸縮振動する縦振動と、延伸方向に交差する方向に変位する横振動との組み合わせにより、当接部１６０を楕円振動させる。また、当接部１６０の楕円振動は、軸方向駆動力として主軸部材１９０に伝達される。

なお、上記のような作用に鑑みて、当接部１６０は、圧電体１５０に生じる振動の腹に当たる部分に配置することが好ましい。これにより、楕円振動により生じる当接部１６０の振幅が大きくなり、主軸部材１９０に対して駆動力が効率よく伝達される。

なお、圧電振動子１２１において、圧電体１５０は、軸方向について略中央の一点において支持部材１７０により支持される。一方、圧電体１５０に接着された一対の当接部１６０は、支持部材１７０に対して、軸方向について略対称に配される。これにより、一対の当接部１６０が主軸部材１９０に対して押し付けられた場合、当接部１６０は自己整合的に、均等な圧力で主軸部材１９０に対して押し付けられる。よって、一対の当接部１６０は互いに等しい駆動力を生じ、主軸部材１９０を円滑に駆動する。

図６は、レイアウトの異なる駆動電極１５１、１５２，１５３，１５４、１５６を有する圧電振動子１２２の側面図である。圧電振動子１２２は、圧電体１５０側面の四隅に配された４つの駆動電極１５１、１５２、１５３、１５４と、圧電体１５０の長手方向中央で略三分の一を占める駆動電極１５６とを有する。

上記のような圧電振動子１２２において、四隅に配された２対の駆動電極は、対角に位置する一対の駆動電極１５２、１５４に、同相の正弦波で変調された駆動電圧が印加される。また、対角に位置する他の一対の駆動電極１５１、１５３には、逆相の正弦波により変調された駆動電圧が印加される。更に、中央の駆動電極１５６には、位相が９０度シフトした正弦波で変調された駆動電圧が印加される。

このような駆動形態により、圧電体１５０の軸方向両端は専ら横振動を生じる。また、中央の駆動電極１５６は、専ら縦振動を生じる。これにより、当接部１６０の各々は楕円振動を生じて主軸部材１９０を駆動する。なお、当接部１６０は、圧電振動子１２１の場合と同様に、振幅の大きな振動の腹に配置することが好ましい。

図７は、また異なるレイアウトの駆動電極１５１、１５２、１５３、１５４を有する圧電振動子１２３の側面図である。圧電振動子１２３は、圧電体１５０側面において、上下で全幅を占有する一対の駆動電極１５１、１５３と、幅方向中程で、長手方向を二分する一対の駆動電極１５２、１５４とを有する。

上記のような圧電振動子１２３において、中段を２分する一対の駆動電極１５２、１５４には、互いに逆相の正弦波で変調された駆動電圧が印加される。また、上段および下段の駆動電極１５１、１５３には、位相が９０度シフトした正弦波で変調された駆動電圧が印加される。

このような駆動形態により、上段および下段の一対の駆動電極１５１、１５３が縦振動を生じると共に、中段の一対の駆動電極１５２、１５４が横振動を生じる。よって、当接部１６０は、それぞれ楕円振動を生じて、主軸部材１９０を駆動する。当接部１６０は、圧電振動子１２１、１２２の場合と同様に、振幅の大きな振動の腹に配置することが好ましい。

図８は、また異なるレイアウトの駆動電極１５１、１５２、１５３を有する圧電振動子１２４の側面図である。圧電振動子１２４は、圧電体１５０側面において、上段で全幅を占有する単一の駆動電極１５２と、下段を長手方向に二分する一対の駆動電極１５１、１５３とを有する。

上記のような圧電振動子１２３において、下段を２分する一対の駆動電極１５１、１５３には、互いに逆相の正弦波で変調された駆動電圧が印加される。また、上段の駆動電極１５２には、位相が９０度シフトした正弦波で変調された駆動電圧が印加される。

このような駆動形態により、上段の駆動電極１５２が縦振動を生じると共に、下段の一対の駆動電極１５１、１５３が横振動を生じる。よって、当接部１６０は、それぞれ楕円振動を生じて、主軸部材１９０を駆動する。当接部１６０は、圧電振動子１２１、１２２、１２３の場合と同様に、振幅の大きな振動の腹に配置することが好ましい。

図９は、軸部材駆動機構１０２の分解斜視図である。なお、軸部材駆動機構１０２は、この後に説明する部分を除くと、図１から図３までに示した軸部材駆動機構１０１と同じ構造を有する。よって、軸部材駆動機構１０１と共通の部材には、同じ参照番号を付して重複する説明を省く。また、軸部材駆動機構１０１の場合と同様に、下記の説明において図上の配置について上下に言及した部材があっても、軸部材駆動機構１０２の向きが重力方向に対して図示の方向に制限されるわけではない。

軸部材駆動機構１０２においては、枠体１１０の側壁部１１６、１１８に、それぞれひとつずつの支持穴１１９が設けられる。支持穴１１９は、支持部材１７０を挿通し得る大きさを有し、側壁部１１６、１１８を厚さ方向に貫通する。

また、軸部材駆動機構１０２においては、単一のねじ穴１１１が枠体１１０の天面部１１４に設けられる。よって、枠体１１０にねじ込まれる与圧ねじ１８０も単一となる。

更に、付勢部１３０は、支持部材１７０ではなく、軸受け部１４０を下方に向かって付勢すべく、天面部１１４の下面と軸受け部１４０の上面との間に配される。これにより、枠体１１０の内部においては、枠体１１０の底面部１１２側から順に、支持部材１７０、圧電振動子１２１、軸受け部１４０および付勢部１３０が順次配置される。主軸部材１９０は、圧電振動子１２１および軸受け部１４０の間に挟まれる。

なお、付勢部１３０は、矩形の板ばね部１３２と、板ばね部１３２の長手方向両端に形成された一対の脚部１３６とを有する。これにより、単一の板ばね部１３２は、長手方向端部近傍の２箇所で当接して軸受け部１４０を付勢する。

図１０および図１１は、軸部材駆動機構１０２の模式的な断面図であり、図９に示した部材を組み立てた状態を示す。図１０は、軸方向と平行な断面を示し、図１１は、軸方向と直交する断面を示す。これらの図において、図９と共通の要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。

組み立てられた軸部材駆動機構１０２において、支持部材１７０は、支持穴１１９に挿通される。これにより、支持部材１７０は、枠体１１０内で位置決めされる。よって、支持部材１７０により支持された圧電振動子１２１も位置決めされる。

また、軸部材駆動機構１０２において、単一の与圧ねじ１８０は、枠体１１０の天面部１１４に設けられたねじ穴１１１にねじ込まれる。よって、与圧ねじ１８０の先端は、枠体１１０の内側に図中下方に向かって突出する。これにより、付勢部１３０は、板ばね部１３２の中央を与圧ねじ１８０に押し下げられ、脚部１３６を通じて軸受け部１４０を図中下方に向かって付勢する。

主軸部材１９０は、上記のようにして図中下方に向かって付勢された軸受け部１４０に押し下げられて、圧電振動子１２１の当接部１６０に押し当てられる。こうして、付勢部１３０の付勢力により、当接部１６０を通じて圧電振動子１２１を主軸部材１９０に押し当てる駆動力発生部１９９が形成される。

よって、圧電振動子１２１に駆動電圧が供給されて当接部１６０が楕円振動した場合に生じる駆動力は、当接部１６０を通じて主軸部材１９０に伝達される。なお、軸部材駆動機構１０２においても、圧電振動子１２２、１２３、１２４を始めとする他の振動子を用いてもよい。

このような軸部材駆動機構１０２の構造は、圧電振動子１２１が枠体１１０に対して固定されているので、主軸部材１９０の、軸方向に交差する方向の変位が少ない。よって、主軸部材１９０の位置決め精度が向上される。

また、軸部材駆動機構１０２の構造は、与圧ねじ１８０を単一としたので、部品点数および組立工数の削減になる。更に、組立後の調整箇所も低減される。更に、付勢部１３０の脚部１３６は、板ばね部１３２をプレス加工して簡単に作製できる。

なお、軸部材駆動機構１０２においても、付勢部１３０が、主軸部材１９０を押し下げる力の方向は、主軸部材１９０の円形断面の中心に向かう。また、主軸部材１９０を当接部１６０に向かって押し付ける力の方向も、主軸部材１９０の円形断面の中心に向かう。

これにより、駆動電圧を印加された圧電体１５０が発生する駆動力は、主軸部材１９０に効率よく伝達される。このように、圧電振動子１２１が発生する駆動力の方向は、付勢部１３０が生じる付勢力の方向と同一直線上に配されることが好ましい。

図１２は、軸部材駆動機構１０３の分解斜視図である。軸部材駆動機構１０３は、この後に説明する部分を除くと、図１から図３までに示した軸部材駆動機構１０１と同じ構造を有する。よって、軸部材駆動機構１０１と共通の部材には、同じ参照番号を付して重複する説明を省く。

軸部材駆動機構１０３は、軸受け部１４０が用いられていない点を除くと、図１、図２および図３に示した軸部材駆動機構１０３と同じ部品を用いて形成される。ただし、軸部材駆動機構１０３においては、与圧ねじ１８０、付勢部１３０および圧電振動子１２１により形成される駆動力発生部１９９が２組形成される。

図１３および図１４は、軸部材駆動機構１０３の模式的な断面図であり、図１２に示した部材を組み立てた状態を示す。図１３は、軸方向と平行な断面を示し、図１４は、軸方向と直交する断面を示す。これらの図において、図１２と共通の要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。

組み立てられた軸部材駆動機構１０３において、主軸部材１９０は、一対の駆動力発生部１９９の間に挟まれる。主軸部材１９０に対して図中下側の駆動力発生部１９９は、一対の与圧ねじ１８０、付勢部１３０および圧電振動子１２１により形成される。

与圧ねじ１８０は、枠体１１０の底面部１１２のねじ穴１１１に、枠体１１０の下からねじ込まれる。これにより、与圧ねじ１８０の先端は、底面部１１２から枠体１１０の内側に突出する。
付勢部１３０は、図中両側端部を与圧ねじ１８０に押し上げられて、図中中央に搭載された支持部材１７０を押し上げる。これにより、圧電振動子１２１は、上方に向かって押し上げられる。

また、主軸部材１９０に対して図中上側の駆動力発生部１９９も、一対の与圧ねじ１８０、付勢部１３０および圧電振動子１２１により形成される。ここでは、与圧ねじ１８０は、枠体１１０の上方から天面部１１４のねじ穴１１１にねじ込まれる。これにより、与圧ねじ１８０の先端は、天面部１１４から枠体１１０の内側に突出する。
付勢部１３０は、両側端部を与圧ねじ１８０に押し下げられて支持部材１７０を押し下げる。これにより、圧電振動子１２１は、下方に向かって押し下げられる。

主軸部材１９０は、下側の駆動力発生部１９９において圧電振動子１２１の上面に設けられた当接部１６０と、上側の駆動力発生部１９９において圧電振動子１２１の下面に設けられた当接部１６０との間に挟まれる。これにより、一対の駆動力発生部１９９において発生した駆動力が、共に主軸部材１９０に伝達される。

なお、単一の主軸部材１９０を協働して駆動する一対の圧電振動子１２１は、互いに同期した駆動信号により駆動されることが好ましい。これにより、当接部１６０の楕円振動が、効率よく主軸部材１９０に伝達される。

上記のような軸部材駆動機構１０３においても、付勢部１３０が、主軸部材１９０を押し下げる力の方向は、主軸部材１９０の円形断面の中心に向かう。また、主軸部材１９０を当接部１６０に向かって押し付ける力の方向も、主軸部材１９０の円形断面の中心に向かう。

これにより、駆動電圧を印加された圧電体１５０が発生する駆動力は、主軸部材１９０に効率よく伝達される。このように、圧電振動子１２１が発生する駆動力の方向は、付勢部１３０が生じる付勢力の方向と同一直線上に配されることが好ましい。

また、軸部材駆動機構１０３は軸受け部１４０を省いているので、主軸部材１９０は、図中水平方向には位置決めされていない。主軸部材１９０径方向部両側部には枠体１１０の側壁部１１６、１１８が配されるので、主軸部材１９０が圧電振動子１２１の間からはずれることはない。

しかしながら、主軸部材１９０をより厳密に位置決めする場合は、枠体１１０の内側と主軸部材１９０の外径を略同じにしてもよい。また、枠体１１０の側壁部１１６、１１８の内面に、図中に点線で示すように、スペーサ１１７を設けてもよい。更に、当接部１６０において主軸部材１９０に当接する面に、受け溝１４２に相当する溝形状を形成してもよい。

また、軸部材駆動機構１０３は、圧電振動子１２２、１２３、１２４を始めとする他の振動子を用いても形成できる。更に、軸部材駆動機構１０２のように、圧電振動子１２１毎に単一の与圧ねじ１８０と脚部１３６を有する付勢部１３０とを用いた駆動力発生部を用いて軸部材駆動機構１０３を形成してもよい。

このような軸部材駆動機構１０３の構造は、複数の駆動力発生部により主軸部材１９０を駆動するので、単一の圧電振動体を用いた軸部材駆動機構１０１、１０２よりも大きな駆動力を発生できる。また、一対の駆動力発生部は、互いに同じ部品を用いて形成できるので、用意する部品の種類を低減できる。

なお、上記の例では、一対の駆動力発生部１９９により主軸部材１９０を駆動したが、更に多くの駆動力発生部１９９を用意して、主軸部材１９０の周方向に配置してもよい。また更に、軸方向にも複数の駆動力発生部１９９を配置してもよい。

図１５は、一眼レフカメラ１００の模式的断面図である。図１から図３までと共通の部材には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。一眼レフカメラ１００は、レンズユニット２００およびカメラボディ３００を含む。

レンズユニット２００は、軸部材駆動機構１０１、固定筒２１０、固定レンズ２２０、移動レンズ２３０、係合部２４０およびレンズ側制御部２５０を有する。固定筒２１０の一端には、レンズ側マウント部２６０が設けられる。レンズ側マウント部２６０は、カメラボディ３００のボディ側マウント部３６０と嵌合して、レンズユニット２００をカメラボディ３００に結合する。

レンズ側マウント部２６０およびボディ側マウント部３６０の結合は予め定められた操作により解除できる。よって、同じ規格のレンズ側マウント部２６０を有する他のレンズユニット２００をカメラボディ３００に装着できる。

固定レンズ２２０および移動レンズ２３０は、固定筒２１０の内部において光軸Ｘに沿って配列されて光学系を形成する。固定レンズ２２０は、固定筒２１０に対して固定される。

移動レンズ２３０は、レンズ保持部２３２に保持される。レンズ保持部２３２には、主軸部材１９０および副軸部材１９２の先端が結合される。主軸部材１９０および副軸部材１９２は、それぞれ光軸Ｘに対して平行に配される。よって、主軸部材１９０と副軸部材１９２も互いに平行になる。

主軸部材１９０は、枠体１１０の内部に挿通され、枠体１１０内部の部材と共に軸部材駆動機構１０１を形成する。枠体１１０内部の構造については、図１から図３を参照して既に説明した。

主軸部材１９０は、枠体１１０の内部で軸受け部１４０および当接部１６０に挟まれて、長手方向と交差する方向について位置決めされる。また、圧電振動子１２１が動作した場合、主軸部材１９０は軸方向に案内されつつ軸方向の駆動力を受ける。

副軸部材１９２は、係合部２４０と係合する。係合部２４０は、レンズ保持部２３２の周方向に対向する一対の係合面により副軸部材１９２を挟む。これにより、係合部２４０は、図の紙面に交差する方向の移動を規制する。これにより、係合部２４０は、レンズ保持部２３２が主軸部材１９０の回りに回転することを防止する。

このような構造により、移動レンズ２３０は、光軸Ｘと平行な方向に、固定筒２１０に対して移動する。これにより、移動レンズ２３０を含む光学系の焦点距離または焦点位置が変化する。

レンズ側制御部２５０は、上記軸部材駆動機構１０１の制御を含む、レンズユニット２００の制御を担う。また、レンズ側制御部２５０は、カメラボディ３００のボディ側制御部３２２との通信も担う。これにより、カメラボディ３００に装着されたレンズユニット２００は、カメラボディ３００と連携して動作する。

カメラボディ３００は、ボディ側マウント部３６０を挟んでレンズユニット２００の反対側にあたる位置にミラーユニット３７０を備える。ミラーユニット３７０は、メインミラー保持枠３７２およびメインミラー３７１を有する。メインミラー保持枠３７２は、メインミラー３７１を保持しつつ、メインミラー回動軸３７３により軸支される。

また、ミラーユニット３７０は、サブミラー保持枠３７５およびサブミラー３７４を有する。サブミラー保持枠３７５は、サブミラー３７４を保持しつつ、サブミラー回動軸３７６によりメインミラー保持枠３７２から軸支される。メインミラー保持枠３７２が回動した場合、サブミラー３７４およびサブミラー保持枠３７５はメインミラー保持枠３７２と共に移動しつつ、メインミラー保持枠３７２に対して回動する。

図示のミラーユニット３７０においては、降下したメインミラー３７１が、被写体光束の光軸Ｘを斜めに横切る観察位置にある。観察位置のメインミラー３７１に入射した被写体光の一部は、メインミラー３７１の一部に形成されたハーフミラー領域を透過してサブミラー３７４に入射する。サブミラー３７４に入射した被写体光の一部は、ミラーユニット３７０の図中下方に向かって反射され、ミラーユニット３７０の図中下方に配された合焦光学系３８０を通じて合焦センサ３８２に入射される。

カメラボディ３００において、ミラーユニット３７０の図中上方にはフォーカシングスクリーン３５２およびペンタプリズム３５４が順次配される。また、カメラボディ３００において、ペンタプリズム３５４の図中後方にはファインダ光学系３５６および測光センサ３９０が配される。ファインダ光学系３５６の後端は、カメラボディ３００の背面にファインダ３５０として露出する。測光センサ３９０は、入射光強度に基づいて被写体輝度を検出する。

カメラボディ３００において、ミラーユニット３７０の図中後方には、フォーカルプレンシャッタ３１０、光学フィルタ３３２および撮像素子３３０が順次配される。フォーカルプレンシャッタ３１０は開閉して、撮像素子３３０に入射する被写体光束を導入または遮断する。

光学フィルタ３３２は、撮像素子３３０の直前に設置され、撮像素子３３０に入射する被写体光束から赤外線および紫外線を除去する。また、光学フィルタ３３２は、撮像素子３３０の表面を保護する。更に、光学フィルタ３３２は、被写体光束の空間周波数を減じるローパスフィルタを含む。これにより、光学フィルタ３３２は、撮像素子３３０のナイキスト周波数を越える空間周波数成分を入射光束から除去してモアレの発生を抑制する。

撮像素子３３０は、ＣＣＤセンサ、ＣＭＯＳセンサなどの光電変換素子により形成され、光学フィルタ３３２を透過した入射光を受光する。撮像素子３３０の更に背後には、基板３２０、背面表示部３４０が順次配される。基板３２０には、ボディ側制御部３２２および画像処理部３２４等が実装される。背面表示部３４０は、液晶表示板等により形成され、カメラボディ３００の背面に露出する。

上記のような構造を有するカメラボディ３００において、観察位置にあるメインミラー３７１は、レンズユニット２００を通じて入射した入射光束の大半をフォーカシングスクリーン３５２に向かって反射する。フォーカシングスクリーン３５２は、撮像素子３３０の素子配列面と光学的に共役な位置に配され、レンズユニット２００の光学系が形成した像光を可視化する。フォーカシングスクリーン３５２に結ばれた被写体像は、ペンタプリズム３５４およびファインダ光学系３５６を通じてファインダ３５０から正立正像として観察される。

ペンタプリズム３５４から射出される被写体光束の一部は、ファインダ光学系３５６の上方に配された測光センサ３９０に受光される。カメラボディ３００のレリーズボタンが半押し状態になると、測光センサ３９０は、受光した入射光束の一部から被写体輝度を検出する。

ボディ側制御部３２２は、検出された被写体輝度に応じて、絞り値、シャッタ速度、ＩＳＯ感度等の撮像条件を算出する。これにより、一眼レフカメラ１００は、適切な撮影条件で被写体を撮影できる状態になる。

また、カメラボディ３００のレリーズボタンが半押し状態になると、合焦センサ３８２は、レンズユニット２００の光学系におけるデフォーカス量を検出して、ボディ側制御部３２２に通知する。ボディ側制御部３２２は、レンズ側制御部２５０と通信して、検知されたデフォーカス量を打ち消すように、移動レンズ２３０等を移動させる。こうして、レンズユニット２００は、撮像素子３３０の素子配列面に被写体像を結ぶべく合焦する。

続いて、一眼レフカメラ１００においてレリーズボタンが深く押し込まれた場合、メインミラー保持枠３７２はメインミラー３７１と共に図中時計回りに回動し、退避位置に略水平に停止する。これにより、メインミラー３７１は、レンズユニット２００の光学系を通じて入射した被写体光束の光路から退避する。

メインミラー３７１が撮影位置に向かって回動する場合、サブミラー保持枠３７５も、メインミラー保持枠３７２と上昇すると共に、サブミラー回動軸３７６の回りに回動して、撮影位置において略水平に停止する。これにより、サブミラー３７４も被写体光束の光路から退避する。

メインミラー３７１およびサブミラー３７４が撮影位置に移動すると、続いてフォーカルプレンシャッタ３１０が開く。これにより、レンズユニット２００の光学系を通じて入射した入射光束は、光学フィルタ３３２を通過して撮像素子３３０に受光され、撮像される。その後、フォーカルプレンシャッタ３１０の後膜が閉じ、メインミラー３７１およびサブミラー３７４は再び観察位置に復帰して、撮影に係る一連の動作が一巡する。

なお、上記の例に係るレンズユニット２００では、枠体１１０が固定筒２１０に対して固定され、レンズ保持部２３２に対して結合された主軸部材１９０が駆動されて移動レンズ２３０を移動させる構造となっている。しかしながら、レンズユニット２００は、枠体１１０をレンズ保持部２３２に結合し、固定筒２１０に対して固定した主軸部材１９０に対して駆動力を伝達することにより、移動レンズ２３０を移動させる構造としてもよい。

また、上記の例では、主軸部材１９０に対して駆動力を伝達する構造としたが、レンズユニット２００は、副軸部材１９２に対して駆動力を伝達する構造としてもよい。この場合、軸受け部１４０に受け溝１４２は設けず、当接部１６０の表面と平行な面と当接部１６０との間に副軸部材１９２を挟む構造とする。更に、レンズユニット２００は、レンズ保持部２３２を案内する主軸部材１９０および副軸部材１９２とは別に、軸部材駆動機構１０１により駆動される軸部材をレンズ保持部２３２に結合する構造とすることもできる。

更に、一眼レフカメラ１００のレンズユニット２００を例にあげて説明したが、軸部材駆動機構１０１は、ミラーレスカメラ、コンパクトカメラ、ビデオカメラ等、様々な撮像装置のレンズユニットにおいて、光学部材を移動させる用途に使用できる。更に，撮像装置に限らず、光学部材を備えた顕微鏡等の光学機器をはじめ、高い位置決め精度で位置決めされた部材を並進させる場合に広く利用できる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加え得ることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１００ 一眼レフカメラ、１０１、１０２、１０３ 軸部材駆動機構、１１０ 枠体、１１１ ねじ穴、１１２ 底面部、１１４ 天面部、１１６、１１８ 側壁部、１１７ スペーサ、１１９ 支持穴、１２１、１２２、１２３、１２４ 圧電振動子、１３０ 付勢部、１３２ 板ばね部、１３４ 位置決め部、１３６ 脚部、１４０ 軸受け部、１４２ 受け溝、１５０ 圧電体、１５１、１５２、１５３、１５４、１５６ 駆動電極、１５５ 共通電極、１６０ 当接部、１７０ 支持部材、１８０ 与圧ねじ、１９０ 主軸部材、１９２ 副軸部材、１９９ 駆動力発生部、２００ レンズユニット、２１０ 固定筒、２２０ 固定レンズ、２３０ 移動レンズ、２３２ レンズ保持部、２４０ 係合部、２５０ レンズ側制御部、２６０ レンズ側マウント部、３００ カメラボディ、３１０ フォーカルプレンシャッタ、３２０ 基板、３２２ ボディ側制御部、３２４ 画像処理部、３３０ 撮像素子、３３２ 光学フィルタ、３４０ 表示部、３５０ ファインダ、３５２ フォーカシングスクリーン、３５４ ペンタプリズム、３５６ ファインダ光学系、３６０ ボディ側マウント部、３７０ ミラーユニット、３７１ メインミラー、３７２ メインミラー保持枠、３７３ メインミラー回動軸、３７４ サブミラー、３７５ サブミラー保持枠、３７６ サブミラー回動軸、３８０ 合焦光学系、３８２ 合焦センサ、３９０ 測光センサ

Claims (7)

1. 一の方向に延伸する軸部材と、
   前記軸部材に当接する当接部を有し、前記軸部材の延伸方向に往復振動する縦振動、および、前記延伸方向に直交する方向に往復振動する横振動の組み合わせにより、前記当接部を楕円振動させる駆動部と、
   前記駆動部を軸部材に付勢する付勢部と、
   前記軸部材を前記駆動部に対向する位置でＶ溝により支持する軸受け部と
   を備え、
   前記軸部材の延伸方向に直交する断面が円形を有する軸部材駆動機構。
2. 一の方向に延伸する軸部材と、
   前記軸部材に当接する当接部を有し、前記軸部材の延伸方向に往復振動する縦振動、および、前記延伸方向に直交する方向に往復振動する横振動の組み合わせにより、前記当接部を楕円振動させる駆動部と、
   前記駆動部を軸部材に付勢する付勢部と、
   前記軸部材を前記駆動部に対向する位置でＶ溝により支持する軸受け部と
   を備え、
   前記当接部は前記楕円振動の腹に一対配され、前記付勢部による付勢力が前記当接部の各々に均等に作用する軸部材駆動機構。
3. 前記軸部材の延伸方向に直交する断面が円形を有する請求項２に記載の軸部材駆動機構。
4. 前記付勢部が付勢する方向が前記円形の中心を向いているとともに、前記当接部が前記軸部材に与える駆動力の方向が前記円形の中心を向いている請求項１または３に記載の軸部材駆動機構。
5. 前記軸部材はステンレス鋼により形成され、前記当接部はプラスチックにより形成される請求項１から４のいずれか１項に記載の軸部材駆動機構。
6. 前記駆動部を支持する支持部をさらに備え、
   前記駆動部は、楕円振動の面に直交する方向に突出する突出部を有し、
   前記支持部は、前記突出部を固定することで前記駆動部を支持する請求項１から５のいずれか１項に記載の軸部材駆動機構。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の軸部材駆動機構と、
   前記軸部材および前記駆動部のいずれか一方に連結され、前記駆動部により前記軸部材の延伸方向に沿って移動する光学部材と
   を備える光学機器。

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