JP6091650B2 - 駆動装置及び画像機器 - Google Patents

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Description

本発明は、撮像時の画像のブレ補正及び合焦等のために駆動される可動枠を含む撮影レンズ、又は撮影レンズを構成するレンズを保持する可動枠(移動枠、レンズ)を含むカメラにおいて、当該可動枠を駆動する駆動装置及びこの駆動装置を用いた画像機器に関する。
近年、静止画のみならず動画の撮影を可能するデジタルカメラが製品化されている。撮影レンズ又はカメラにおいてオートフォーカスを行なう場合には、撮影レンズを構成する一部のレンズ又は撮像素子を保持している可動枠を、当該撮影レンズの光軸方向に駆動することが行われる。撮影レンズ又はカメラにおいてブレ補正を行なう場合には、レンズ又は撮像素子を保持している枠を上記光軸方向に対して直交方向に移動したり、上記光軸方向に対して直交方向に傾けたりしている。
このように撮影レンズを保持する可動枠を光軸方向に移動させたり、当該光軸方向に対して直交方向に移動させるためには、可動枠を各方向に移動させるために独立した各駆動装置が必要になる。このためにカメラ等の画像機器では、構成が複雑となり、かつ大型化する。
撮影レンズを保持する可動枠の駆動は、撮影チャンスを的確に捉えるために高速かつ精密(位置精度高く)に駆動することが要求される。可動枠の高速駆動には、例えばステッピングモータ、又はボイスコイルモータなどの電磁モータが一般的に用いられている。
しかしながら、これらモータでは、所定以上の高速駆動になると発振してしまって制御が出来なくなる問題がある。又、これらモータでは、精密(位置精度高く)に駆動するために微小駆動させようとすると、当該微小駆動をさせるための所定の駆動量以下の駆動が出来ないといった問題がある。
かかるオートフォーカス及びブレ補正に係る技術は、例えば特許文献1乃至5に開示されている。特許文献1は、フォーカスレンズを光軸方向に振動させる、所謂ウォブリングをしながら被写体を撮像し、この撮像により得られた画像から焦点位置を評価して合焦位置にフォーカスレンズを駆動することを開示する。ウォブリングでは、ステッピングモータの駆動によりフォーカスレンズをウォブリング駆動する。
特許文献2は、ボイスコイルモータで撮像素子を光軸に直交する面に沿った方向に移動する駆動装置について開示する。
特許文献3は、素材がセラミックである矩形の積層バイモルフ型圧電素子により、フォーカスレンズ枠を光軸方向に駆動することを開示する。
特許文献4は、ポリ乳酸から構成される圧電積層フィルムについて開示する。
特許文献5は、撮像素子を撮影レンズの光軸と直交する平面内で、直交する2方向(X方向、Y方向)と、光軸回りの回転方向とにそれぞれ駆動するボイスコイルモータを用い、さらに、撮像素子の光軸方向の駆動を圧電体により行う駆動装置について開示する。
特開2010−170051号公報 特開2005−351917号公報 特開2006−209029号公報 特開2012−232497号公報 特開2012−226205号公報
上記の通りオートフォーカス及びブレ補正は、高速かつ精密(位置精度高く)に行なわれないと、撮影チャンスを逃したり、合焦精度が低くなって画質が悪化したり、カメラのブレにより画質が悪くなったりするので、高速かつ精密(位置精度高く)にフォーカスレンズやブレ補正用レンズを駆動する必要がある。オートフォーカスの高速化のためには、撮影レンズの一部のレンズを保持する可動枠(レンズ枠)を高速かつ所定の振幅で振動させる、所謂ウォブリングを行って焦点位置を検出することが行なわれている。
一方、ブレ補正では、撮影レンズを保持する可動枠が光軸に対して直交方向に振動しながら高速で駆動される。高速で可動枠を駆動制御しようとすると、当該制御が外れ、可動枠の駆動が不安定になり、精密な位置制御や速度制御が出来ない問題がある。
上記カメラや撮影レンズは、小型軽量であることが要求される。しかしながら、カメラや撮影レンズでは、可動枠を光軸方向と当該光軸方向に対する直交方向との2方向に駆動しようとすると、これら方向にそれぞれ独立して可動枠を駆動するための各駆動装置が必要なる。これら各駆動装置は、互いに干渉しないように動作しなければならないので、カメラや撮影レンズが複雑化し、大型化していた。さらに、像位置を高精度に制御する場合には、上記の通りカメラ及び撮影レンズの各構成が複雑になるために、可動枠の位置精度をより精密に制御することが難しくなる。
このために、オートフォーカス及びブレ補正では、上記光軸方向と当該光軸方向に対して直交方向との2方向における高速かつ精密な可動枠の駆動と、当該可動枠を駆動した場合に相互干渉が無く安定した駆動制御が可能であることとが要求される。さらに、上記カメラ及び撮影レンズは、撮影者に携帯される機器であるため、駆動装置は小形軽量であることが強く望まれている。
特許文献1に開示されている撮像装置は、フォーカスレンズを光軸方向に振動的に移動させて異なるフォーカスレンズ位置で撮像した各画像から焦点位置を検出してフォーカスレンズを合焦位置に制御している。フォーカスレンズを光軸方向に振動的に駆動する所謂ウォブリングには、ステッピングモータが用いられている。ステッピングモータにより高速なウォブリングを行おうとすると、当然、ステッピングモータは高速動作される。
しかしながら、ステッピングモータは、所定以上の高速になると、脱調が発生し、駆動制御が出来なくなってしまう。ステッピングモータは、摺動部を持つので、高速に駆動すると不要な振動や音が発生する。他の電磁式のアクチュエータ、例えばボイスコイルモータにおいても、ステッピングモータと同様に、高速駆動すると脱調と同じ原理で制御系が発振し、かつ摺動動作することにより振動や音が発生する。
さらに、電磁式のアクチュエータでは、高速駆動するために磁束密度を上げる。このため、当該アクチュエータでは、磁石面積を大きくしたり、磁石体積も大きくする必要があり、さらにコイルに流れる電流を強くするためにコイル線径を太くする必要があり、コイルを大きくする必要がある。このため、駆動装置自体が大きくなり、重いものとなってしまう。
特許文献5の駆動装置は、撮像素子を撮影レンズの光軸と直交する平面内で、直交する2方向(X方向、Y方向)と、光軸回りの回転方向とに駆動するボイスコイルモータを用いている。さらに、同駆動装置は、圧電体を用いて撮像素子の光軸方向の駆動を行っている。
しかしながら、同駆動装置は、X方向、Y方向の各駆動アクチュエータであるボイスコイルモータと、光軸方向に撮像素子を駆動する圧電体の機構とが独立に設けられているために、複雑で大きなものになっていた。ボイスコイルモータと圧電体を駆動する駆動回路は、全く異なるものとなるために複雑で大きなものになっていた。
一方、特許文献1に開示されている撮像装置は、セラミック素材のバイモルフ型圧電素子に対して所定の電圧を印加することにより当該圧電素子を光軸方向に変位させ、この変位によりレンズユニットを移動させてフォーカス合わせをしている。特許文献1は、アクチュエータが光軸方向に比較的薄く形成されていることを開示するが、光軸に対して直交方向に駆動するための駆動機構については全く開示されていない。
特許文献1は、バイモルフ型圧電素子の変位量がもともと非常に小さいので、当該変位量を大きくするために変位方向の長さを長くしている。かかる長いバイモルフ型圧電素子は、例えばレンズユニットを支える。しかしながら、バイモルフ型圧電素子は、剛性が低くなるために、レンズユニットに加わる重力等の外力により当該レンズユニットに変位が発生してしまう。このため特許文献1は、レンズユニットに発生する変位を補正してレンズユニットの光軸位置を精密に制御しているが、当該制御は大変複雑なものになる。また、変位を大きくするためにバイモルフ型圧電素子の長さが長く、撮像装置が大型化してしまう。
特許文献4は、ポリ乳酸の積層シートからなる圧電素子シートを開示しているが、可動枠を高速で精密に駆動させる小型の駆動装置については何ら開示していない。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、カメラや撮影レンズ等の小型の画像機器において、所定の方向及び同方向に対して直交方向に高速かつ精密に可動枠を駆動することが可能な小型軽量な駆動装置及び画像機器を提供することを目的とする。
本発明の主要な局面に係る駆動装置は、第1の方向に屈曲する少なくとも1つの第1の圧電体部と、上記第1の方向と直交する第2の方向に屈曲する少なくとも1つの第2の圧電体部と、上記第1の圧電体部と上記第2の圧電体部とを接続する少なくとも1つの接続部とを含む圧電シートと、上記少なくとも1つの接続部が固定される固定枠と、上記第1の圧電体部及び上記第2の圧電体部に支持される移動枠と、上記第1の圧電体部と上記第2の圧電体部とに電圧信号を印加して当該第1の圧電体部と当該第2の圧電体部とを屈曲させ、上記移動枠を上記第1の方向又は上記第2の方向のうちいずれか一方向又は両方向を合成した方向に移動させる制御回路とを具備する。
本発明の主要な局面に係る駆動装置は、厚さ方向に直交する少なくとも第1の方向に変位する複数の第1の樹脂シートと、上記第1の方向に対して反対の第2の方向に変位する複数の第2の樹脂シートとを固着して形成され、上記第1と上記第2の方向とは異なる少なくとも第3の方向に屈曲する第1の変位部と、上記第3の方向に対して直交する第4の方向に屈曲変位する第2の変位部とを含む積層樹脂シートと、上記第1と上記第2の変位部にそれぞれ電圧信号を加えるための複数の圧電体部と、上記複数の圧電体部の各端部を接続する接続部と、上記接続部が固定される固定枠と、上記複数の圧電体部の前記各端部とは異なる複数の他端部で支持される移動枠と、上記複数の圧電体部に電圧信号を印加して当該各圧電体部を屈曲させ、上記固定枠に対して上記移動枠を相対的に変位させる制御回路とを具備する。
本発明の主要な局面に係る画像機器は、撮像素子又は光学素子と、厚さ方向に直交する少なくとも第1の方向に変位する複数の第1の樹脂シートと、上記第1の方向に対して反対の第2の方向に変位する複数の第2の樹脂シートとを固着して形成され、上記第1と上記第2の方向とは異なる少なくとも第3の方向に屈曲する第1の変位部と、上記第3の方向に対して直交する第4の方向に屈曲変位する第2の変位部とを含む積層樹脂シートと、上記第1と上記第2の変位部にそれぞれ電圧信号を加えるための複数の圧電体部と、上記複数の圧電体部の各端部を接続する接続部と、上記接続部が固定される固定枠と、上記複数の圧電体部の前記各端部とは異なる複数の他端部で支持され、かつ上記撮像素子又は上記光学素子を保持する移動枠と、上記複数の圧電体部に電圧信号を印加して当該各圧電体部を屈曲させ、上記固定枠に対して上記移動枠を相対的に変位させる制御回路とを具備する。
本発明によれば、カメラや撮影レンズ等の小型の画像機器において、オートフォーカスやブレ補正等で、可動枠を所定の方向及び同方向に対して直交方向に高速かつ精密に駆動制御することができる小型軽量な駆動装置及び画像機器を提供できる。
図1は、本発明に係る駆動装置の第1の実施の形態を搭載した交換レンズを含むカメラシステムを示す構成図である。 図2は、交換レンズのフォーカス・ブレ補正機構の構成を説明する正面図である。 図3は、図2に示すフォーカス・ブレ補正機構を示すAA線側断面図である。 図4は、図2に示すフォーカス・ブレ補正機構の構造を説明する分解斜視図である。 図5は、図4に示す圧電シートの構造を説明する展開図である。 図6は、図5に示す圧電シートの詳細構造を説明するBB線側断面図である。 図7は、図5に示す圧電シートの詳細構造を説明するCC線側断面図である。 図8は、図5に示す圧電シートの詳細構造を説明するDD線側断面図である。 図9は、圧電シートの構造の変形例を示す断面図である。 図10は、図9に示す圧電シートの異なる断面図である。 図11Aは、ウォブリング時に圧電シートに印加される電圧信号により動作を説明するタイムチャートであって、圧電体部PZに印加される駆動信号を示す図である。 図11Bは、ウォブリング時に圧電シートに印加される電圧信号により動作を説明するタイムチャートであって、電圧信号に応じてフォーカスレンズが光軸方向に振動するときのフォーカスレンズの位置を示す図である。 図12は、フォーカス時に圧電シートに印加される電圧信号によりフォーカスレンズの動作を説明するタイムチャートを示す図である。 図13は、圧電シートを駆動制御する制御回路を示す図である。 図14は、図13の制御回路から出力される信号によりフォーカスレンズの動作を説明するタイムチャートを示す図である。 図15は、カメラシステムの動作を説明するフローチャートである。 図16は、オートフォーカスの動作を説明するフローチャートである。 図17は、ブレ補正動作の動作を説明するフローチャートである。 図18は、第2の変形例である圧電シートの構成を説明する部分正面図である。 図19は、図18の圧電シートを示すEE線側断面図である。 図20は、第2の実施形態であるフォーカス・ブレ補正機構の構成を説明するための正面図である。 図21は、図20の圧電シートの構造を説明する展開図である。 図22図は、20のフォーカス・ブレ補正機構のFF線側断面図である。
[第1の実施の形態]
以下、本発明の第1の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図においては、各構成要素を図面上で認識可能な程度の大きさとするために構成要素毎に縮尺を異ならせてある。本発明は、以下の各図に記載された構成要素の数量、構成要素の形状、構成要素の大きさの比率及び各構成要素の相対的な位置関係のみに限定されるものではない。
図1は本発明の本実施の形態に係る操作装置を適用したカメラシステム(デジタルカメラ)10の構成例のブロック図を示す。このカメラシステム10においては、カメラ本体200から被写体に向かう方向を前方と称し、その反対方向を後方と称する。交換式レンズ100が構成する光学系の光軸O1と一致する軸をZ軸とし、Z軸に直交する平面上において互いに直交する2つの軸をX軸及びY軸、或いはα軸及びβ軸とする。
このカメラシステム10は、交換式レンズ100とカメラ本体200とを含む。これら交換式レンズ100とカメラ本体200とは、I/F219を介して通信可能に接続されている。
交換式レンズ100は、被写体像を形成する撮影レンズ113と、各ドライバ105、106、107と、レンズ制御用マイクロコンピュータ(以下、「Lucom」と称する)108と、Flashメモリ109と、位置センサ110と、X軸ジャイロ114と、Y軸ジャイロ115と、圧電シート111(後述する圧電体部で構成される)と、圧電シート制御回路112とを含む。
撮影レンズ113は、フォーカスレンズ101と、変倍レンズ102と、絞り104とを含む。
ドライバ106は、絞り104を構成する絞りハネを駆動制御する。
ドライバ105、107は、変倍レンズ102を光軸方向に駆動制御する。
Lucom108は、ボディ制御用マイクロコンピュータ(以下、「Bucom」と称する)214とI/F219とを介して通信して交換式レンズ100内の制御回路を制御する。
Flashメモリ109には、交換式レンズ100内の制御回路の制御に必要な情報が記憶されている。
位置センサ110は、焦点合わせとブレ補正のためにフォーカスレンズ101の位置を検出する。
X軸ジャイロ114は、手ブレ量であるX軸周りの角速度を検出する。
Y軸ジャイロ115は、Y軸周りの角速度を検出する。
圧電シート111は、フォーカスレンズ101を光軸O1方向と、当該光軸O1方向に直交する面内方向に駆動する。
圧電シート制御回路112は、圧電シート111を駆動するための電気信号を発生する。
カメラ本体200は、シャッタ201と、防塵フィルタ221と、光学ローパスフィルタ223(必要に応じて搭載され、無くても良い)と、撮像素子202と、ホルダ228と、アナログ処理部203と、アナログ/デジタル変換部(以下「A/D変換部」と称する)204と、AE処理部205と、撮影された画像に画像処理をして最終出力される画像情報を出力する画像処理部206と、AF処理部207と、画像圧縮展開部208と、LCDドライバ209と、メモリインターフェース(以下「メモリI/F」と称する)211と、SDRAM213と、Bucom214と、Flashメモリ215と、操作部216と、電池224と、電源回路218とを含む。
シャッタ201は、撮像時にシャッタハネをシャッタ駆動機構220により駆動制御して露出制御する。
防塵フィルタ221は、防塵フィルタ制御回路222により超音波振動させて画像に写る塵埃を除去する。
光学ローパスフィルタ223は、撮影レンズ113が作る光学像の空間周波数の高い成分を除去する。
撮像素子202は、撮影レンズ113が作る光学像をアナログの電気信号に変換する。
ホルダ228は、撮像素子202を保持してカメラ本体200の固定部材に取り付けられている。
アナログ処理部203は、撮像素子202により変換出力された電気信号のノイズ除去等のアナログ処理を行う。
A/D変換部204は、アナログ処理部203のアナログ出力をデジタル画像信号に変換する。
AE処理部205は、被写体からの光を測光して撮影時の画像の露出を制御する情報を出力する。
画像処理部206は、撮影された画像に画像処理をして最終出力される画像情報を出力する。
AF処理部207は、撮影レンズが作る光学像の合焦点位置を検出してフォーカスを制御する情報を出力する。
画像圧縮展開部208は、撮影された画像の情報を圧縮したり、圧縮されたものをもとの情報に戻したりする。
LCDドライバ209は、撮影された画像や撮影時の情報等を表示するLCD210を制御する。
メモリI/F211は、撮影された画像や撮影時の情報を記録媒体212に記録したり、呼び出したりする。
SDRAM213には、撮影された画像等の情報が一次的に記憶される。
Bucom214は、カメラシステムの電気回路をバス217等を通して制御する。
Flashメモリ215には、制御用の情報等が記憶される。
操作部216は、カメラ本体200を操作するためのレリーズやダイヤル、ボタン等を備える。
カメラ本体200には、内蔵のストロボ234と、Bucom214の指示に従いストロボ234の発光を制御するストロボ制御回路235とが含まれる。
なお、Lucom108は、交換式レンズ100内の制御回路を制御するもの、又、Bucom214はカメラシステム10電気回路を制御するものの一制御手段であって、他の手段を用いて制御を行ってもよい。
フォーカスレンズ101は、被写体の光学像を撮像素子202の受光面に結像させる。変倍レンズ102は、撮影レンズ113の焦点距離を変えることにより、被写体の光学像の倍率を変える。フォーカスレンズ101も光学像を変倍するときに、動作される構成の交換式レンズ100であっても勿論良い。
フォーカスレンズ101は、可動枠302と、この可動枠302に保持されたレンズ303とから成る。このフォーカスレンズ101は、可動枠302を無くしてレンズのみで構成し、当該レンズを直接圧電シート311で保持しても良い。
レンズ303は、凸レンズで構成されている。レンズ303は、撮影レンズ113の焦点位置をその動作によって変えることが可能、又は撮像素子202上の光学像の光軸に対して直交する方向への変位が可能であれば、凹レンズや回折格子等の光学素子であっても良いし、複数の光学素子から構成されていても良い。
フォーカスレンズ101及び変倍レンズ102は、図1中において単一のレンズで記載されているが、複数のレンズ構成であっても良いし、光学的なフィルタ等の光学素子を含んでいても勿論良い。
撮影レンズ113の焦点位置を振動的に変位させる、いわゆるウォブリングのために、振動的に光軸方向に変位するのは、フォーカスレンズ101ではなく、変倍レンズ102や、変倍レンズを構成するレンズであっても良い。
一方、ブレ補正では、X軸ジャイロ114とY軸ジャイロ115とにより検出される手ブレに応じた角速度信号を圧電シート制御回路112に入力する。この圧電シート制御回路112は、角速度信号をデジタル信号に変換してLucom108に送る。
このLucom108は、当該デジタル信号に基づいて撮像素子202の撮像面上における光学像位置補正のために、フォーカスレンズ101を光軸と直交する面方向(X軸方向、Y軸方向)で移動すべき補正量を演算して圧電シート制御回路112に指示する。
圧電シート制御回路112は、Lucom108からの指示を受けてフォーカスレンズ101をX軸方向、Y軸方向に変位させてブレ補正する。この場合、X軸方向、Y軸方向にフォーカスレンズ101を移動する代わりに、フォーカスレンズ101をX軸周り、Y軸回りに回転させても撮像素子202上の光学像位置は補正できる。
Lucom108には、各ドライバ105、106、107と、I/F219と、Flashメモリ109と、圧電シート制御回路112とが接続されている。圧電シート制御回路112には、位置センサ110と、X軸ジャイロ114と、Y軸ジャイロ115と、圧電シート111とが接続されている。
Lucom108は、Flashメモリ109に記憶されている情報の読み込み・書き込みを行うと共に、各ドライバ105、106、107と圧電シート制御回路112とを制御する。Lucom108は、I/F219を介してBucom214との間で通信し、各種情報をBucom214へ送信し、かつBucom214からの各種情報を受信する。例えば、Lucom108は、レンズの操作部材(不図示)の状態に応じた情報と、位置センサ110の出力信号(検出信号)と、フォーカスレンズ、変倍レンズ、絞りの位置や状態信号に応じた各情報とをBucom214へ送信する。Lucom108は、例えば、圧電シート制御回路112の制御情報をBucom214から受信する。さらに、Lucom108は、オートフォーカスやブレ補正する場合にBucom214から受信した制御情報に基づいて圧電シート制御回路112を制御する。
ドライバ105は、Lucom108の指示を受けて変倍レンズ102aを駆動する。ドライバ107は、Lucom108の指示を受けて変倍レンズ102bを駆動させることで焦点距離の変更を行う。
ドライバ106は、Lucom108の指示により絞り104を駆動して被写体の光量を調節する。具体的に変倍レンズ102aは、ドライバ105内に設けられた図示しないステッピングモータ、VCM、又は超音波モータ等のアクチュエータによって駆動される。変倍レンズ102bも、ドライバ107内に設けられた図示しないステッピングモータ、ボイスコイルモータ(VCM)、又は超音波モータ等のアクチュエータによって駆動される。さらに、絞り104は、ドライバ106内の図示しないステッピングモータ等によって駆動される。
圧電シート制御回路112は、Lucom108の制御の下、圧電シート111を駆動する。圧電シート111は、圧電シート制御回路112からの制御信号を受けて圧電体部(後述する)を駆動し、圧電シート111の端部に支持されたフォーカスレンズ101の運動を制御する。圧電シート111は、撮影レンズ113の焦点位置を検出するために、微小な光軸方向の振動動作であるウォブリングをしたり、又は焦点を合わせるためにフォーカスレンズ101の光軸方向位置制御を行う。
さらに、圧電シート111は、X軸ジャイロ114とY軸ジャイロ115とからの各ブレ信号に応じて圧電シート制御回路112から出力されるブレ補正信号に従ってフォーカスレンズ101の光軸方向と直交する方向とに対する位置制御を行う。すなわち、圧電シート111は、圧電シート制御回路112を介してLucom108によって制御される。
圧電シート111は、詳しくは後述するように、例えば、積層された圧電シートにより成る。圧電シート111は、電圧信号を印加することにより、光軸方向に屈曲変位するバイモルフ部と、光軸と直交する方向に屈曲変位するバイモルフ部とから成る。
位置センサ110は、フォーカスレンズ101の光軸方向の位置と、当該光軸方向に対して直交方向の位置とを検出し、その検出信号を圧電シート制御回路112によりデジタル信号に変換してLucom108へ出力する。位置センサ110は、フォーカスレンズ101に求められる検出範囲や精度、構成を有する。この位置センサ110は、詳しく後述するように、例えばフォーカスレンズ101を構成する枠に設けた磁石に対向して設けられ、かつ固定枠に設けられたホール素子により成る。勿論、フォーカスレンズ101の位置検出には、GMR素子(巨大磁気抵抗素子)を用いたり、又は光学的なものや静電的なものを用いても良い。なお、図示されていないが変倍レンズ102aと変倍レンズ102bと絞り104とには、可動機構が用いられ、可動部材の位置を検出するための位置検出機構を夫々備えている。
シャッタ201は、本体用マイクロコンピュータ214の指示を受けて駆動し、撮像素子202に被写体を露光する時間を制御する。例えば、シャッタ201は、先幕と後幕との2つのシャッタ幕を含み、2つのシャッタ幕が形成するスリットを撮像素子202の短辺側或いは長辺側に走らせることで露光をする。
撮像素子202は、各画素を構成するフォトダイオードの前面に、ベイヤー配列のカラーフィルタを配置して成る。ベイヤー配列は、水平方向にR画素とG(Gr)画素とが交互に配置されたラインと、G(Gb)画素とB画素とが交互に配置されたラインとを含み、当該2つのラインを垂直方向にも交互に配置して成る。撮像素子202は、フォーカスレンズ101及び変倍レンズ102により集光された光をフォトダイオードで受光して光電変換することで、光の量を電荷量としてアナログ処理部203へ出力する。撮像素子202は、CMOS方式のものでもCCD方式等の他の型式のものでも良い。
アナログ処理部203は、撮像素子202から読み出された電気信号(アナログ画像信号)に対し、リセットノイズ等を低減した上で波形整形を行い、さらに目的の明るさとなるようにゲインアップを行う。
バス217は、デジタルカメラ内部で発生した各種データをデジタルカメラ内の各部に転送するための転送路である。バス217は、AE処理部205と、画像処理部206と、AF処理部207と、画像圧縮展開部208と、LCDドライバ209と、メモリI/F211と、SDRAM213と、本体用マイクロコンピュータ214とに接続されている。
A/D変換部204は、アナログ処理部203から出力されたアナログ画像信号をデジタル画像信号(以後、画像データという)に変換する。A/D変換部204から出力される画像データは、バス217を介して一旦SDRAM213に記憶される。
SDRAM213は、例えば、A/D変換部204において得られた画像データと、画像処理部206において処理された画像データと、画像圧縮展開部208において処理された画像データとなどの各種データが一時的に記憶される記憶部である。
画像処理部206は、SDRAM213から読み出した画像データに対して各種画像処理を施す。画像処理部206によって各処理が行われた後の画像データは、SDRAM213に記憶される。
AE処理部205は、画像データから被写体輝度を算出する。被写体輝度を算出するためのデータは、専用の測光センサの出力であってもよい。
AF処理部207は、画像データから高周波成分の信号を取り出し、AF(Auto Focus)積算処理により合焦評価値を取得する。このとき、フォーカスレンズ101が光軸方向に振動的に駆動しており、この状態にAF処理部207は、焦点位置が被写体に近づいた位置と離れた位置との各位置で撮影した各画像を用いてAF演算処理し、これら位置での各合焦評価値を取得する。AF処理部207は、各合焦評価値を比較することで焦点位置のある方向を判定する。焦点位置がある方向が分かることにより、より高速にAF駆動をすることが出来る。
画像圧縮展開部208は、所定の圧縮方式による画像データの圧縮と、当該所定の圧縮方式により圧縮された画像データの展開(伸長)とを行う。画像圧縮展開部208は、例えば、取り扱う画像データが静止画である場合にJPEG方式等による圧縮及び展開を行う。画像圧縮展開部208は、取り扱う画像データが動画である場合にMotion−JPEG方式や、H.264方式等による圧縮及び展開を行う。
静止画に係る画像データを記録する場合、画像圧縮展開部208は、SDRAM213から画像データを読み出し、当該読み出した画像データを例えばJPEG圧縮方式に従って圧縮し、この圧縮したJPEG画像データをSDRAM213に一旦記憶する。
Bucom214は、SDRAM213に記憶されたJPEG画像データに対して、JPEGファイルを構成するために必要なJPEGヘッダを付加してJPEGファイルを作成し、当該作成したJPEGファイルをメモリI/F211を介して記録媒体212に記録する。
記録媒体212は、例えばカメラ本体200に着脱可能なメモリカードからなる記録媒体であるが、これに限定されるものではない。
LCDドライバ209は、LCD210に画像を表示させる。この画像の表示には、撮影直後の画像データを短時間だけ表示するレックビュー表示と、記録媒体212に記録されたJPEGファイルの再生表示と、ライブビュー表示等の動画の表示とが含まれる。
記録媒体212に記録されたJPEGファイルを再生する場合、画像圧縮展開部208は、記録媒体212に記録されているJPEGファイルを読み出して伸張処理(展開処理)を施した上で、伸張した画像データを一旦SDRAM213に記憶させる。
LCDドライバ209は、伸張された画像データをSDRAM213から読み出し、読み出した画像データを映像信号へ変換した後でLCD210へ出力して画像の表示を行う。
Bucom214は、カメラ本体200の各種シーケンスを統括的に制御する。このBucom214には、操作部216と、Flashメモリ215とが接続されている。
操作部216は、電源ボタン、レリーズボタン、再生ボタン、メニューボタン、動画ボタン、各種入力キー等の複数の操作部材を含む。操作部216は、ユーザのマニュアル操作によって複数の操作部材のうち何れかの操作部材が操作される。Bucom214は、操作部216に対するユーザの操作に応じた各種シーケンスを実行する。
例えば、電源ボタンは、デジタルカメラであるカメラシステム10の電源のオン/オフ指示を行うための操作部材である。電源ボタンが押されたときに、Bucom214は、当該カメラシステム10の電源をオン又はオフする。レリーズボタンは、ファーストレリーズスイッチとセカンドレリーズスイッチとの2段スイッチを含む。レリーズボタンが半押しされて、ファーストレリーズスイッチがオンされた場合、Bucom214は、AE処理やAF処理等の撮影準備シーケンスを行う。レリーズボタンが全押しされて、セカンドレリーズスイッチがオンされた場合、Bucom214は、撮影シーケンスを実行して撮影を行う。再生ボタンは、記録媒体212に記録されているファイルの再生指示を行うための操作部材である。再生ボタンが押されたときに、Bucom214は、再生シーケンスを実行して再生を行う。メニューボタンは、カメラ設定を変更可能にするメニューの表示指示を行うための操作部材である。メニューボタンが押されたときに、Bucom214は、カメラ設定シーケンスを実行してメニュー表示等を行う。動画ボタンは、動画撮影指示を行うための操作部材である。動画ボタンが押されたときに、Bucom214は、動画撮影シーケンスを実行して動画撮影を行う。
Flashメモリ215には、ホワイトバランスモードに応じたホワイトバランスゲインやローパスフィルタ係数等のデジタルカメラの動作に必要な各種パラメータ、銀塩粒子による粒状感に似せた粒状パターンの画像データ、及びデジタルスチルカメラを特定するための製造番号などが記憶されている。Flashメモリ215には、Bucom214により実行される各種プログラムも記憶されている。Bucom214は、Flashメモリ215に記憶されているプログラムに従い、又、Flashメモリ215から各種シーケンスに必要なパラメータを読み込み、各処理を実行する。
カメラシステム10は、AF動作で焦点位置検出のためにフォーカスレンズ101を光軸方向に振動的に動作させるウォブリングを行う。ウォブリングの周波数は、1秒間にカメラシステム1が撮像する周波数に対応するのが一般的である。ウォブリング周波数は、動画が撮影可能なカメラシステムであれば30フレーム/秒以上であり、30Hz以上でウォブリングをすることになる。しかし、ウォブリング周波数30Hzでは1回の検出に約33msの時間が最低でもかかり、この周波数を上げないとAFの動作を速くすることが出来ない。
しかるに、撮像の周波数を上げるとともに、ウォブリング周波数を上げることが必要になる。ウォブリング周波数を上げることは、高速にフォーカスレンズ101を駆動することになる。さらに焦点を合わせるためにフォーカスレンズ101を高速に駆動することも必要になることは勿論である。
ウォブリングの動作中、撮像された画像のコントラストから撮影レンズ113の焦点位置を検出しているが、デジタルカメラ1では撮影された画像をLCD210に表示し、撮影者がファインダ像として観察することになる。従って、ウォブリングの動作量をあまり大きくするとボケが大きくなり、許容できないレベルとなる。
ここで、許容錯乱円径をδ、撮影レンズ113の絞り値(有効Fナンバー)をF、焦点深度をdとすると、
d=F・δ ・・・(1)
となる。
ウォブリング駆動量dwは、焦点深度dの1/4〜3/4と一般的に言われているので、
F・δ/4≦dw≦3・F・δ/4 ・・・(2)
の関係を有する。
許容錯乱円径δは、撮像素子202の画素ピッチ以下で画像の分解能が無くなるので、最小でも画素ピッチ以上であり、上限は4画素以下と一般的に言われている。すなわち、画素ピッチをpとすると、
p≦δ≦4・p ・・・(3)
となる。
より具体的には、画素ピッチp=5μm、絞り値F=8とすると、ウォブリング駆動量dwは、
10μm≦dw≦120μm
となり、最大の駆動量としては120μm程度が確保できれば良いことがわかる。
セラミック素材のバイモルフ式の板状圧電体において直流電圧の印加により120μm程度の変位をさせるためには、当該板状圧電体の長さを大きくする必要がある。例えば、フォーカスレンズ101の質量5gとしてウォブリング周波数120Hzで駆動すると、フォーカスレンズ101を制御するのに必要な力は0.1N(ニュートン)から0.2Nである。当該力を発生させてウォブリングに必要な120μmの変位幅を得るのには、変位量が大きなソフト系のセラミック圧電体材料を用い、さらに後述する本実施形態のように4つの圧電体を用いることが考えられる。
ところが、当該4つの圧電体を用いたとしても、1つの圧電体バイモルフの形状は、幅6mm、厚さ0.8mm、長さ40mm(支持固定の長さを含まない)のサイズが必要である。さらにフォーカスも行うことを考えると、フォーカスレンズ101を制御するのに必要な力を得るには、セラミック圧電材料ではとても実用レベルの大きさにはならない。セラミックは脆いので補強が必要であり、補強すると補強材の変形にエネルギーが必要で、発生力も変位量もより小さなものとなる。
次に、交換式レンズ100に設けられたフォーカスレンズ101の駆動機構の詳細な構成について図2、図3、図4及び図5を参照して説明する。
図2はフォーカスレンズ101の駆動機構を被写体側から見た主要部概要の正面図を示す。図3は図2のAA線側断面図を示す。図4は図2の駆動機構の分解斜視図を示す。図5は図4の圧電シートを展開した展開正面図を示す。
フォーカスレンズ101の駆動機構は、円筒状に形成された固定枠301と、円環状の圧電シート311と、フォーカスレンズ101を構成するレンズ303が設けられた可動枠302とから成る。
圧電シート311には、複数の曲げ部315a、315b、315c、315d(以下、315a/315dと記載する)が形成されている。各曲げ部315a/315dは、固定枠301に固着される。
圧電シート311は、複数の曲げ部315a/315dと、複数のZ変位部(一方の変位部)312ab、312bb、312cb、312db(以下、312ab/312dbと記載する)と、複数のZ変位部(他方のZ変位部)312aa、312ba、312ca、312da(以下、312aa/312daと記載する)と、複数の腕部313aaと313ab、313baと313bb、313caと313cb、313daと313db(以下、313aaと313ab/313daと313dbと記載する)とを含む。
なお、一方のZ変位部312ab/312dbと他方のZ変位部312aa/312daとを含んでZ変位部の全体が形成される。
一方のZ変位部312ab/312dbは、それぞれ各曲げ部315a/315dに対して略直交する方向に形成され、かつ円環状に形成された環状部314の一部から円周方向に延び、さらに光軸O1の方向に曲がって形成されている。
他方のZ変位部312aa/312daは、それぞれ各曲げ部315a/315dの一端部から略直角に折り曲げられ、この折り曲げられた部位から光軸O1の中心側に延出されて形成されている。
これらZ変位部312ab/312dbと、同Z変位部312aa/312daとは、可動枠302を光軸O1の方向に保持する。
複数の腕部313aaと313ab/313daと313dbは、一対でそれぞれ各曲げ部315a/315dの周方向に沿って延出されている。例えば、一対となる腕部313aa、313abは、図2に示すようにα軸を線対称として互いに向かい合って配置され、当該α軸を線対称として互いに向い合う方向に回動可能である。すなわち、一対となる各腕部313aa、313abは、曲げ部315aの両端すなわち円環状の圧電シート311の周方向の両端に設けられている。各腕部313aa、313abは、曲げ部315aの周方向の両端を軸として互いに向かい合う方向に回動する。
以下、同様に、一対となる各腕部313ba、313bbは、曲げ部315bの両端に設けられ、当該曲げ部315bの周方向の両端を軸として互いに向かい合う方向に回動する。一対となる各腕部313ca、313cbも、曲げ部315cの両端に設けられ、当該曲げ部315cの周方向の両端を軸として互いに向かい合う方向に回動自在する。一対となる腕部313da、313dbは、曲げ部315dの両端に設けられ、当該曲げ部315dの周方向の両端を軸として互いに向かい合う方向に回動する。
しかるに、一方のZ変位部312ab/312dbと、他方のZ変位部312aa/312daとには、可動枠302が保持される。従って、フォーカスに用いられるレンズ303は、可動枠302に設けられているので、一方のZ変位部312ab/312dbの変位と、他方のZ変位部312aa/312daの変位とにより光軸O1の方向(以下、光軸O1方向と称する)に駆動され、位置決め保持される。
これと共にレンズ303は、上記同様に、可動枠302に設けられているので、各腕部313aaと313ab/313daと313dbの回動により光軸O1に対して直交方向に駆動され、位置決め保持される。
圧電シート311の環状部314は、圧電シート311に電気信号を入力しても変位しない部分である。環状部314は、固定枠301に貼り付け固定することにより、圧電シート311を固定枠301に確実に固定する。
圧電シート311の各腕部313aaと313ab/313daと313dbには、それぞれ各圧電体部317aa、317ab、317ba、317bb、317ca、317cb、317da、317dbが形成されている。
一方のZ変位部312ab/312dbには、それぞれ4つの圧電体部316ab、316bb、316cb、316db(以下、316ab/316dbと称する)が形成されている。
他方のZ変位部312aa/312daには、それぞれ4つの圧電体部316aa、316ba、316ca、316da(以下、316aa/316daと称する)が形成されている。
これら圧電体部317aa、317ab、317ba、317bb、317ca、317cb、317da、317db、316ab、316bb、316cb、316db、316aa、316ba、316ca、316daは、それぞれ略矩形形状に形成され、電圧信号の印加により屈曲する。
次に、一方のZ変位部312ab/312dbと、他方のZ変位部312aa/312daと、各腕部313aaと313ab/313daと313dbとの動作・作用について説明する。
一方のZ変位部312ab/312dbは、可動枠302の後端面を支持する。
他方のZ変位部312aa/312daは、可動枠302の前端面を支持する。
一方のZ変位部312ab/312dbに設けられた4つの圧電体部316ab/316dbと、他方のZ変位部312aa/312daに設けられた4つの圧電体部316aa/316daとが光軸O1方向で同じ方向に曲がるように当該各圧電体部316ab/316dbと当該各圧電体部316aa/316daとに電圧信号が印加されると、可動枠302は、光軸O1方向(Z軸方向)に駆動される。ここで、各Z変位部312aa/312daと各Z変位部312ab/312dbとは、それぞれ4つ設けられているが、光軸O1方向(Z軸方向)に可動枠302が位置決めできるように構成すれば夫々1つ以上設ければ良い。
一方、各腕部313aa、313ab、313ca、313cb、313ba、313bb、313da、313dbは、可動枠302の外周面を光軸O1と直交する方向に支持する。各腕部313aa、313ab、・・・、313dbは、α軸方向に支持する各腕部313aa、313ab、313ca、313cbと、β軸方向に支持する各腕部313ba、313bb、313da、313dbとから成る。
各圧電体部317aa、317ab、317ca、317cbがα軸方向で同じ方向に曲がるように電圧信号が印加されると、可動枠302は、α軸方向に駆動される。
各圧電体部317ba、317bb、317da、317dbがβ軸方向で同じ方向に曲がるように電圧信号が印加されると、可動枠302は、β軸方向に駆動される。
各圧電体部317aa、317ab、317ca、317cb及び各圧電体部317ba、317bb、317da、317dbに印加する電圧信号に応じて当該各圧電体部317aa、317ab、317ca、317cb及び当該各圧電体部317ba、317bb、317da、317dbの曲がり量はそれぞれ変わる。これにより、可動枠302のα軸、β軸方向の位置は、当該各圧電体部317aa、317ab、317ca、317cb及び当該各圧電体部317ba、317bb、317da、317dbに印加する各電圧値をそれぞれ変えることによって制御することができる。
α軸とβ軸とは、光軸O1と直交する面内で互いに直交しているので、α軸とβ軸とをX軸方向(Y軸ジャイロ115のブレ検出方向)とY軸方向(X軸ジャイロ114のブレ検出方向)とに配置すれば、相互の軸方向への駆動による干渉が殆どなく、可動枠302をX軸方向とY軸方向とに自由に駆動することができる。
圧電シート制御回路112は、X軸ジャイロ114とY軸ジャイロ115とにより検出されたブレ量に基づいてフォーカスレンズ101を的確に駆動することができる。
各腕部313aa、313ab、313ca、313cbと、各腕部313ba、313bb、313da、313dbとは、1つの曲げ部315a、315b、315c又は315dに対して2つ形成されているが、同1つの曲げ部315a、315b、315c又は315dに対して1つ以上形成されていれば良い。
各腕部313aa、313ab、313ca、313cbは、可動枠302の外周の4等分の角度位置に配置しているのに限らず、非等分の角度配置でも良い。さらに、各腕部313aa、313ab、313ca、313cbは、外周上に3つ以上配置されていれば、X軸方向、Y軸方向に自由に可動枠302を駆動できる。圧電シート311の固定は、接着の他、例えば、ビス止めや溶着などを用いても良い。
以上のように構成されたフォーカスレンズ101の駆動機構において、フォーカスレンズ101は、Z軸方向に駆動の各圧電体部316aa、316ba、316ca、316da、316ab、316bb、316cb、316dbと、α軸方向駆動の各圧電体部317aa、317ab、317ca、317cbと、β軸方向駆動の各圧電体部317ba、317bb、317da、317dbとによって駆動される。この場合、フォーカスレンズ101の光軸O1方向、α軸方向、β軸方向の位置を検出するために可動枠302の外周部には、厚さ方向に着磁された板状矩形の磁石からなる各スケール308a、308b、308c、308dが固定される。固定枠301には、各スケール308a、308b、308c、308dに対向して磁気を検出する複数のホール素子が配置された位置センサ309a、309b、309c、309dが配置される。
1つの位置センサ309a、309b、309c又は309dは、光軸O1方向(Z軸方向)と、X軸方向或いはY軸方向のうち1つの方向が検出可能なように複数のホール素子が配置されている。
各位置センサ309a、309b、309c、309dは、4セット使われているが、2つあれば良い。各位置センサ309a、309b、309c、309dは、各圧電体部317aa、317ab、317ba、317bb、317ca、317cb、317da、317db、316ab、316bb、316cb、316db、316aa、316ba、316ca、316daに印加する電圧値に応じて可動枠302は変位するので、各スケール308a、308b、308c、308dと位置センサ309a、309b、309c、309dを使用せずにオープンループでの制御をしても良い。
このように上記第1の実施の形態では、Z軸方向に変位する各圧電体部316aa、316ba、316ca、316da、316ab、316bb、316cb、316dbを1組ずつ独立に駆動するようにすれば、フォーカスレンズ101の光軸O1に対する傾きも含めて補正して、極めて高精度にウォブリングやフォーカスをすることができる。
これと共に本実施の形態では、α軸方向駆動の各圧電体部317aa、317ab、317ca、317cbと、β軸方向駆動の各圧電体部317ba、317bb、317da、317dbとを1組ずつ独立に制御することでブレ補正動作をすることができる。
従って、カメラや撮影レンズ等の小型の画像機器において、オートフォーカスやブレ補正等で、可動枠を所定の方向及び同方向に対して直交方向に高速かつ精密に駆動制御することができる。
圧電シート311の各圧電体部316aa、316ba、316ca、316da、316ab、316bb、316cb、316dbと、これと共にα軸方向に駆動する各圧電体部317aa、317ab、317ca、317cbと、β軸方向に駆動する各圧電体部317ba、317bb、317da、317dbとに電圧信号を加えるための回路線は、当該各圧電体部から環状部314に延び、さらに当該環状部314からフレキシブルプリント基板から成るフレキ部材310に電気接続されている。各位置センサ309a、309b、309c、309dは、同様にフレキ部材310により、交換式レンズ100内の電気回路に接続されている。
さらに、フォーカスレンズ101をウォブリングやフォーカス、ブレ補正で駆動しない場合でも、各圧電体部316aa、316ba、316ca、316da、316ab、316bb、316cb、316db、及び各圧電体部317aa、317ab、317ca、317cb、各圧電体部317ba、317bb、317da、317dbに異なる電圧信号を印加することにより、フォーカスレンズと他のレンズの光軸の傾きや、光軸のX軸方向Y軸方向ずれやレンズ間隔を極めて高精度に補正することも可能である。
この補正変位を与える補正電圧をウォブリングやフォーカス駆動の場合にウォブリング駆動信号やフォーカス信号にオフセット値として加えて制御をすることにより、簡単な制御で、より高精度なウォブリングやフォーカスやブレ補正ができる。
撮影レンズ113を構成するレンズの傾きや、光軸O1からのズレ量、レンズ間隔の調整を撮影レンズ113の組立て時に、本実施の形態の駆動装置で行い、位置調整した後に可動枠302を固定枠301に接着固定することでレンズ位置調整をすることも可能である。
圧電シート311の構造について図5乃至図8を参照して説明する。図5は図4に示す圧電シート311の詳細な構造の展開正面図を示し、図6は図5に示す圧電シート311のBB線側断面図、図7は図5に示す圧電シート311のCC線側断面図(正確には、スルーホール1つ分)、図8は図5に示す圧電シート311のDD線側断面図を示す。
圧電シート311は、圧電性を有するL体ポリ乳酸800のシートとD体ポリ乳酸801のシートとを交互に積層して成る。各圧電体部316aa、316ba、316ca、316da、316ab、316bb、316cb、316dbや、各圧電体部317aa、317ab、317ca、317cb、各圧電体部317ba、317bb、317da、317db(以下、圧電体部PZと総称する)の各層(L体ポリ乳酸800とD体ポリ乳酸801との各層)の間には、導電性の信号電極802とGND電極806が交互に形成されている。当該各層(L体ポリ乳酸800とD体ポリ乳酸801との各層)の圧電体部には、電圧信号が印加されるようになっている。
圧電シート311は、第1駆動圧電層(第1の圧電体部)803と第2駆動圧電層(第2の圧電体部)804とから成る。これら第1駆動圧電層803と第2駆動圧電層804とは、L体ポリ乳酸800とD体ポリ乳酸801との積層方向が互いに逆になっている。これにより、第1駆動圧電層803と第2駆動圧電層804とに電圧信号が印加されて第1駆動圧電層803が延びれば、第2駆動圧電層804は縮む。
圧電シート311の表側と裏側の層には、それぞれ絶縁層805が形成されている。絶縁層805は、L体ポリ乳酸、D体ポリ乳酸のシートでも良いし、他のポリイミドシート等の絶縁樹脂シートでも良い。第1駆動圧電層803と第2駆動圧電層804を構成するのは、L体ポリ乳酸、D体ポリ乳酸のシートである必要は無い。第1駆動圧電層803と第2駆動圧電層804を構成するのは、電圧を加えることにより変位する素材であれば良く、圧電性を持つポリフッ化ビニリデン等や、イオン液体を含有するポリビニールアルコール等の高分子イオン素材等でも良い。
圧電シート311の基本構成は、信号電極802と、1枚のシートと、GND電極806と、その引き出し線が形成された1枚のシートとを含む。圧電シート311は、信号電極802と、1枚のシートと、GND電極806と、シートとがペア(交互に積層していれば、必ずしも偶数層で構成しなくても良く、奇数層で構成しても良い)となって複数積層し、第1駆動圧電層803と第2駆動圧電層804とを形成したものとなっている。信号電極802は、圧電体部PZに対応する部位にアルミニウム蒸着等により形成されている。1枚のシートは、圧電部位にアルミニウム蒸着等によりGND電極806とその引き出し線が形成されている。
絶縁層805には、片側の面に電極が形成されている。絶縁層805には、圧電体部PZに電圧信号を印加する電極が形成され、かつ回路線の引き出しのための配線が形成されている。
各引出し部310a、310b、310c、310dは、図8に示すように絶縁層805に挟まれた回路線(配線)から成る。絶縁層805の回路線の端部には、当該絶縁層805により覆われない端子が形成されている。当該端子は、位置検出センサ等の他の回路と接続されるフレキ部材310と、半田や導電性の接着剤や電気コネクタ等で電気接続されている。
一方、信号電極802とGND電極806とは、第1駆動圧電層803と第2駆動圧電層804とを挟むように設けられている。信号電極802とGND電極806とからは、電極の異なる位置から外側に回路線(配線)が引き出されている。当該回路線は、圧電シート311に形成された穴であるスルーホール807の内周側で電気的に接続され、引出し部の回路線とも電気接続される。
ここでは、第1駆動圧電層803と第2駆動圧電層804との電気的な接続にスルーホール807を用いているが、圧電シート311の外形側面に引き出された回路線を、側面に導電層を形成して電気接続しても勿論良い。その場合は、導電層が圧電シート311の外形部に露出するので、ショートをさけるため絶縁層805で覆うようにするのが良い。
各引出し部310a、310b、310c、310dは、最も外側の絶縁層805のみが圧電シート311から引き出されているが、第1駆動圧電層803と第2駆動圧電層804との一部を外側に引き出して他方の絶縁層805を構成しても良い。このように構成すると、図8に示される前側の独立な絶縁層805は不要となる。
次に、圧電シート311の圧電体部PZの配線について図5を参照して説明をする。
圧電体部PZは、4ヶ所に各4つ(可動枠302の前側の1つと後側の1つ、外周部に2つ)設けられているが、配線は同様になるので、各圧電体部316aa、316ab及び各圧電体部317aa、317abの配線についてのみ説明する。
各圧電体部316aa、317aa、317abの夫々のGND電極806からは、複数の配線が引き出されている。当該複数の配線は、スルーホール807に結線され、次に引出し部310aの配線(GND線)808に結線され、次に圧電シート制御回路112のグランドに結線されている。
圧電体部316aaの信号電極から引き出された複数の配線(信号線)は、第1のスルーホール807aに結線され、GND線808が形成された絶縁層805とは異なるポリ乳酸シートの層に形成した配線(信号線Ba)を通して第2のスルーホール807bに結線され、当該第2のスルーホール807bから引出し部310aの配線(信号線Bb)に結線され、引出し部310aから引き出されて圧電シート制御回路112の出力端子に結線される。
圧電体部316abのGND電極806からは、複数の配線が引き出されている。当該複数の配線は、対応するスルーホール807に結線され、このスルーホール807から絶縁層805に形成されたGND線808に結線され、このGND線808から引出し部310aに結線され、この引出し部310aから引き出されて圧電シート制御回路112のグランドに結線される。
圧電体部316abの信号電極から引き出された複数の配線は、同様に対応する別のスルーホール807に結線され、絶縁層805に形成された配線(信号線A)を通して引出し部310aに結線され、この引出し部310aから引き出されて圧電シート制御回路112の出力端子に結線される。
一方、各圧電体部317aa、317abの夫々の複数の信号電極から引き出された複数の配線は、対応する第1のスルーホール807aに結線された後、信号線Baが形成された絶縁層805とは異なるポリ乳酸シートの層に形成した配線(信号線Ca)を通して第2スルーホール807bに結線され、当該スルーホール807から引出し部310aの配線(信号線Cb)に結線され、引出し部310aから引き出されて圧電シート制御回路112の出力端子に結線される。ここで、GND線808は、第1のスルーホール807aに結線された後、絶縁層805に形成されたGND線808を通して引出し部310aから引き出されて圧電シート制御回路112のグランドに結線される。
次に、圧電シート311の圧電体部PZの光軸O1方向(Z軸方向)の駆動について説明をする。
圧電シート制御回路112からの電圧信号が信号線Baを通して圧電体部316aaに印加されると、第1駆動圧電層803と第2駆動圧電層804とは、その一方が長手方向(Y軸方向)に伸び、他方が縮む。ここで、圧電体部316aaは、第1駆動圧電層803と第2駆動圧電層804とを積層して一体に形成している。さらに圧電体部316aaの一端部は、固定枠301に固定された曲げ部315aに接続している。これにより、圧電体部312aは、板厚方向(Z軸方向)に屈曲する。
圧電シート制御回路112から電圧信号が信号線Aを通して圧電体部316abに印加されると、上記同様に、第1駆動圧電層803と第2駆動圧電層804との一方は長手方向(Y軸方向)に伸び、他方は縮む。これにより、圧電体部316abが形成されたZ変位部312abの両端部は、固定枠301に支持された湾曲された形状で、かつ一端部のみ固定枠301に固定された環状部314に接続されて固定されているので、湾曲の曲率が変わり、湾曲のZ軸方向突出部のZ軸方向の位置が変位する。
当該湾曲のZ軸方向への突出部は、可動枠302のZ軸方向後端部を支持する。圧電体部316aaが配置されたZ変位部312aaの先端部は、可動枠302のZ軸方向前端部を支持する。これらの支持がZ軸方向に動作するように各圧電体部316aa、316abには、それぞれ電圧信号が印加される。各圧電体部316aa、316abに印加される各電圧信号の大きさは、各位置センサ309a、309b、309c、309dにより検出される可動枠302のZ軸方向変位量に基づいて調節される。これにより、可動枠302のZ軸方向の位置が調整される。
さらに、4つあるZ軸方向に変位する圧電体部PZの変位量を変えると、可動枠302のZ軸に対する傾きをも調整することができる。ここでは、各圧電体部316aa、316abを屈曲変位させるために、第1駆動圧電層803と第2駆動圧電層804とを用いているが、第1駆動圧電層803のみにして当該第1駆動圧電層803の片側に樹脂や金属等の材料で出来た矩形板状の弾性体を固着しても屈曲する圧電シート311を形成することができる。
この場合、第1駆動圧電層803がY軸方向に延びると、弾性体自体はほとんど伸びないので、第1駆動圧電層803側が凸になるように屈曲する。反対に第1駆動圧電層803がY軸方向に縮むと、弾性体はほとんど縮まないので、第1駆動圧電層803の側が凹になるように屈曲する。この形態の場合、弾性体そのものが圧電シート311を補強することになるが、弾性体を変形させるエネルギーが必要となるために、各圧電体部316aa、316abの発生力や変位量は小さくなる。図6には第1駆動圧電層803と第2駆動圧電層804との屈曲の中立軸NPが示されている。
次に、圧電シート311の圧電体部PZのα軸方向(Z軸方向と直交する方向)駆動について説明する。
圧電シート制御回路112からの電圧信号が信号線Caを通して各圧電体部317aa、317abに印加されると、第1駆動圧電層804と第2駆動圧電層804とのいずれか一方は長手方向(Y軸方向)に伸び、他方は縮む。各圧電体部317aa、317abは、第1駆動圧電層803と第2駆動圧電層804とが積層されて一体に形成され、さらに各圧電体部317aa、317abの一端部が固定枠301に固定された曲げ部315aに接続されているので、各圧電体部317aa、317abは板厚方向(α軸方向)に屈曲する。
一方、各圧電体部317ca、317cbも各圧電体部317aa、317abと同様な構成をとっているので、上記同様に、圧電シート制御回路112からの電圧信号が各圧電体部317ca、317cbに印加されると、各圧電体部317ca、317cbは、α軸方向に屈曲変位する。
各圧電体部317ca、317cbの変位量と各圧電体部317aa、317abの変位量とが同じで、かつ変位する方向が同じとなるような電圧信号を当該各圧電体部317ca、317cbと各圧電体部317aa、317abとに印加すれば、圧電体部PZの形成された各腕部313aa、313ab、313ca、313cbと、各腕部313ba、313bb、313da、313dbの先端部で支持された可動枠302をα軸方向に変位できる。この変位量は、電圧値の大きさによって変えることが出来ることは勿論である。β軸方向の駆動は、α軸方向の駆動と同様なのでここではその説明を省略する。
このような圧電シート311の構造であれば、駆動装置の形状の設計自由度を高くすることができる。即ち、駆動装置は、薄く形成でき、かつ折り曲げが可能な構造とすることができる。駆動装置の固定方法についても素材の特性に起因する制限が少ない。
このように駆動量、駆動の精度を十分に確保しつつ、かつ形状を薄くでき、そのうえフレキシブルな特性を生かした小型で軽量な駆動装置を実現することができる。
(第1の変形例)
次に、本発明の第1の変形例について上記第1の実施の形態と異なる部分を主に説明する。図9及び図10は上記図5乃至図8に示す第1の実施の形態と相違する圧電シート311の圧電体部の変形例の部分断面図を示す。図9は図5に示すBB線側断面に対応する断面図を示す。図10は図5に示すCC線側断面図に対応する断面図を示す。上記図5では、図面の煩雑さを避けるため、スルーホール2つを横断したようなCC線になっているが、ここでは、説明の簡単化のため、スルーホール1つのみの図面を示す。
第1駆動圧電層803は、L体ポリ乳酸800のシートにより形成されている。第2駆動圧電層804は、D体ポリ乳酸801のシートにより形成されている。GND電極806及び信号電極802は、各シートを挟み込むように構成されている。GND電極806及び信号電極802は、L体ポリ乳酸800とD体ポリ乳酸801との各シートに電圧信号を印加するために設けられている。
圧電シート311の第1駆動圧電層803に対して圧電シート制御回路112から電圧信号を印加すると、第1駆動圧電層803又は第2駆動圧電層804のいずれか一方が延び、他方が縮む。これにより、圧電体部PZは、上記第1の実施の形態と同じように光軸O1方向に屈曲する。
次に、本実施の形態におけるフォーカスレンズ101をウォブリングする場合の駆動信号と、フォーカスレンズ101の動作と、焦点位置検出時の撮像動作との関係を図11A、図11B及び図12を参照して説明する。
図11Aは、圧電体部PZに印加される駆動信号を示す。周波数は、撮像のフレームレートの周波数となるような周波数に選定される。電圧信号は、台形波であるが、台形波以外の正弦波や矩形波であっても良い。
図11Bは、同図11Aに示す駆動信号を圧電シート311に印加した場合に、電圧信号に応じてフォーカスレンズ101が光軸方向に振動するときのフォーカスレンズ101の位置を示す。このとき、フォーカスレンズ101の動作は、圧電体部PZに印加される駆動信号の駆動電圧(駆動波形)に対して位相がずれると共に、台形の角部が鈍った振動波形に応じたものになる。すなわち、フォーカスレンズ101の動作は、圧電シート311の屈曲のバネ特性、減衰特性及びフォーカスレンズ101の質量により、上記駆動電圧(駆動波形)に対して位相差Δθpだけ位相がずれると共に、台形の角部が鈍った振動波形になる。
さらに、フォーカスレンズ101の所定の位置で撮像をしないと充分な画像コントラストが得られなくなり、AF評価量が正しく判定できなくなる。従って、判定のための許容コントラスト域の範囲にある状態を長く保つためには、台形波振動に出来るだけ近い駆動をするのが良い。台形波形でなく、矩形波形にすれば、許容コントラスト域にある時間は長くなる。ところが、矩形波形では、立ち上がり、立下りの部分で不要な振動が発生したり、動作のオーバーシュート(行き過ぎ)が発生する。
図12は、AF時の圧電シート311の動作を示す。AFでは、最初にフォーカスレンズ101がウォブリング動作する。ウォブリング動作中における撮影では、フォーカスレンズ101が前側位置にある状態で撮影する前側位置撮像と、フォーカスレンズ101が後側位置にある状態で撮影する後側位置撮像とが交互に行われる。当該撮影では、フォーカスレンズ101が前側位置と後側位置との2つの位置での撮像画像のコントラストが比較され、当該比較結果から合焦位置の方向が判明される。
続いて、フォーカスレンズ101を合焦位置方向に動作させながら撮像が行われる。この撮像により複数の画像が取得されるので、これら画像から各コントラストが算出される。これらコントラストのうち最大コントラストと判定された位置でフォーカスレンズ101が停止される。
ところが、最大コントラストの判定動作は、フォーカスレンズ101を合焦位置方向に動作させて合焦位置を通り過ぎるまでコントラストを取得し、最大コントラストが取得される合焦位置を通り過ぎてから合焦位置側に反転駆動することになる。実際に、この最大コントラスト判定は、図10に示す合焦点確認の動作になりウォブリング動作以上の振幅を持つ台形波駆動を実施することで行われる。
図13は、圧電シート制御回路430(112)の概要図を示す。図14は、図13に対応した回路の主要な構成要素からの信号のタイミングチャートを示す。
Lucom108からは、撮像の同期信号を基準にして位相差Δθを補正した信号Sig1が出力される。この信号Sig1は、バス431を経由してD/Aコンバータ制御回路432に入力される。D/Aコンバータ制御回路は、信号Sig1がHighの場合、DATAとして「+」の電圧信号で台形波形+Aを出力する。信号Sig1がLowの場合、D/Aコンバータ制御回路は、DATAとして「−」の電圧信号で台形波形−Aを出力する。台形波形+Aと台形波形−Aとは、D/Aコンバータ433に送られる。ここで、Aは駆動信号の振幅値となる。当該駆動信号の振幅値Aは、Lucom108により指示される。
D/Aコンバータ433の出力信号Sig2は、アンプ435により増幅された後、ローパスフィルタ436に入力され、このローパスフィルタ436によって高周波成分が除かれて擬似的な台形波として出力される。ローパスフィルタ436から出力される信号は、アンプ437により増幅され、圧電体部400に駆動信号Sig3として加えられる。
一方、圧電体部400の検出圧電層(図18、図19参照)からの振動状態に対応した電圧信号は、ローパスフィルタ438に入力され、このローパスフィルタ438によって高周波成分が除去された信号Sig4となる。この信号Sig4は、A/Dコンバータ439によりデジタルデータに変換された後、位相差検出回路440に入力される。
位相差検出回路440は、信号Sig4と信号Sig1との位相差Δθを検出する。この位相差Δθは、デジタルデータとしてLucom108に入力される。このLucom108は、位相差Δθのデジタルデータに基づいて信号Sig1の同期信号との位相の補正を行う。
なお、信号Sig2とA/Dコンバータ439の出力との比較データは、Lucom108に入力し、当該Lucom108においてゲインの補正が行われるようにしても良い。
ブレ補正をする光軸と直交するα軸方向とβ軸方向の駆動をする圧電体部の駆動回路及び駆動信号は、フォーカスの場合と同様なものとなるので説明は省略する。なお、フォーカスの場合、可動枠302の光軸に対する傾き補正をしなければ、全ての信号線に1つの駆動回路からの信号を供給すれば良い。光軸に対する傾き補正をする場合は、独立な4つの駆動信号を作る回路構成が必要である。同様にα軸、β軸方向の駆動では各軸に夫々1つの独立した信号を作る回路を必要とする。
このような圧電シート制御回路430の構成であれば、フォーカスレンズ101と圧電体部400を含む駆動系とにそれぞれ誤差変動があった場合でも、駆動信号に対するフォーカスレンズ101の振動の位相差と振幅変動を、直接、圧電体部400から取得して補正する駆動が可能となり、高速で精度の高い位置制御が可能となる。
圧電シート制御回路430では、D/Aコンバータ制御回路432を設けてD/Aコンバータ433を制御しているが、D/Aコンバータ433は、Lucom108から直接制御するようにしてもよい。アンプ435、437は、必須のものでは無く、必要に応じて設ければよい。さらに、振動状態を検出するのに圧電体部400の検出圧電層からの信号を用いていたが、フォーカスレンズ101の位置を検出している位置センサからの信号を用いて位相差と振幅を検出しても良い。ここで示した回路は、複数ある圧電体部312に1つずつ設けても良いし、各圧電体部312の動作バラツキが小さい場合は、複数に対して1つの回路を設けるようにしても良い。
次に、上記の通りに構成されたカメラシステム(デジタルカメラ)10の動作について図15に示すフローチャートを参照して説明する。
電源ボタンが操作され、電源がオン(ON)になると、Bucom214は、図15に示すメインフローに従って動作を開始する。Bucom214は、動作を開始すると、先ず、システム起動時の初期化を行ない、記録中のフラグをオフ(OFF)に初期化する(ステップS1)。この記録中フラグは、動画の記録中であるか否かを示すフラグである。記録中フラグがONの場合は、動画を記録中であることを示す。記録中フラグがOFFであれば動画の記録を行なっていないことを示す。
システム起動時の初期化すると、Bucom214は、本カメラシステム10に接続されている交換レンズ等のアクセサリの検出を行ない(ステップS2)、再生ボタン等の操作スイッチの検出を行ない(ステップS3)、中立位置動作をする(ステップS4)。この中立位置動作では、光軸O1と撮像素子202との撮像中心合わせと光軸方向初期位置合わせとを行うので、Bucom214は、圧電シート111を駆動してフォーカスレンズ101を光軸O1と直交する方向及び光軸方向に駆動制御する。光軸O1と直交する方向及び光軸方向の駆動は、1つの方向ずつ順次駆動しても良いし、2つの方向が合成された方向に同時に駆動しても良い。
次に、Bucom214は、操作部216の中のブレ補正スイッチがONされているか否かを判定する(ステップS5)。ブレ補正スイッチがONであれば、Bucom214は、ブレ補正動作を行う(ステップS6)。
ステップS5の判定で、ブレ補正スイッチがONされている場合、Bucom214は、ステップS6において、ブレ補正動作を行い、この後にライブビュー表示を行う(ステップS7)。このライブビュー表示では、Bucom214は、撮像素子202によって画像信号を取得し、ライブビュー表示用に画像処理を行い、LCD210にライブビュー表示を行なう。ステップS5の判定で、ブレ補正スイッチがONされていなければ、Bucom214は、ステップS7において、ライブビュー表示を行う。
次に、Bucom214は、再生ボタンが押されたか否かを判定する(ステップS8)。この判定の結果、再生ボタンが押された場合、Bucom214は、次に再生を行なう(ステップS9)。この再生では、Bucom214は、記録媒体212から画像データを読み出し、LCD210に表示させる。
Bucom214は、上記ステップS9において再生を実行した後、又は上記ステップS8において再生ボタンが押されていなかった場合、動画ボタンが押されたか否かの判定を行う(ステップS10)。当該判定は、操作部216において、動画ボタンの操作状態を検知し、この検知結果に基づいて行う。
この判定の結果、動画ボタンが押された場合、Bucom214は、記録中フラグを反転する(ステップS11)。上記のように動画ボタンは押される毎に、動画撮影開始と終了とを交互に繰り返すので、Bucom214は、同ステップS11において、記録中フラグがOFFであった場合に当該記録中フラグをONに反転し、記録中フラグがONであった場合に当該記録中フラグをOFFに反転する。
上記ステップS11において記録中フラグを反転させた後、又は上記ステップS10における判定の結果から動画ボタンが押されていなかった場合、Bucom214は、動画記録中であるか否かの判定を行なう(ステップS12)。
当該ステップS12における判定の結果、動画記録中でなかった場合、Bucom214は、ファーストレリーズが押されたか否か、換言すると、ファーストレリーズスイッチがOFFからONとなったか否かを判定する(ステップS18)。この判定は、レリーズボタンに連動するファーストレリーズスイッチの状態を操作部216によって検知し、この検知結果に基づいて行なう。同ステップS18では、ファーストレリーズスイッチがOFFからONに変化したか否かを判定し、ON状態が維持されている場合には、判定結果はNOになる。
上記ステップS18における判定の結果、ファーストレリーズが押された場合、Bucom214は、ファーストレリーズが押された時点に画像撮影を行ない、AEを行なう(ステップS19)。このときの画像撮影は、撮像素子202によって画像信号を取得し、画像処理を行い、AEに使われる画像データを取得するもので、画像データを記録媒体212に記録することはない。
AE処理部205は、被写体の輝度を測定し、絞り値やシャッタ速度等の露出制御値を決め、LCD210に表示するライブビュー表示を適正露光で行なうための制御値を決める。
次に、AF処理部207は、AFを行なう(ステップS20)。AF処理部207は、フォーカスレンズ101をウォブリングさせて撮像素子202によって取得された画像データのコントラストを評価する。AF処理部207は、コントラストの評価値に基づいて焦点位置の方向を検出しながらフォーカスレンズ101を検出方向に移動し、画像が最高のコントラストになるようにフォーカスレンズを制御する。
上記ステップS18における判定の結果、レリーズボタンが押されずにファーストレリーズスイッチがOFFからONに遷移しなかった場合、Bucom214は、セカンドレリーズが押されたか否かを判定する。換言すると、Bucom214は、レリーズボタンが全押しされ、セカンドレリーズスイッチがOFFからONに変化したか否かの判定を行なう(ステップS21)。このステップS21では、レリーズボタンに連動するセカンドレリーズスイッチの状態を操作部216によって検知し、この検知結果に基づいて判定を行なう。
当該ステップS21における判定の結果、セカンドレリーズが押された場合、Bucom214は、静止画撮影を行なう(ステップS22)。ここで、Bucom214は、撮像素子202において露光を行い、被写体像に応じた画像信号を取得する。Bucom214は、静止画撮影を行なうと、画像信号を読み出し、当該画像信号に基づく静止画の画像データについて画像処理を施す(ステップS23)と共に画像圧縮処理を行う。Bucom214は、当該各処理を行なった後、記録媒体212に記録を行う(ステップS24)。
上記ステップS12における判定の結果、動画記録中であった場合、Bucom214は、上記ステップS19と同様にAEを行なう(ステップS13)。続いてBucom214は、AFを行い(ステップS14)、その後、動画撮影を行なう(ステップS15)。ここで、Bucom214は、撮像素子202によって動画の画像信号を取得し、当該画像データについて画像処理部206により画像処理を行い(ステップS16)、さらに、画像圧縮展開部208において動画の画像圧縮を行なった後、動画の画像データを記録媒体212に記録する(ステップS17)。
上記ステップS20においてAF動作が終了した場合、又上記ステップS21の判定の結果、レリーズボタンの全押しがなされていなかった場合、或いは上記ステップS17において動画の画像データの記録媒体212への記録が終了した場合、又は上記ステップ24において静止画の画像データの記録媒体212への記録が終了した場合、Bucom214は、操作部216の電源スイッチがOFFされているか否かを判定する(ステップS25)。この判定の結果、電源がOFFでなかった場合、Bucom214は、ステップS8に戻る。
一方、判定の結果、電源がOFFの場合、Bucom214は、メインのフローの終了動作を行なった後に、メインフローを終了する。
次に、ウォブリングがあるAFの動作について図16に示すフローチャートを参照して説明する。
動作が開始されると、Bucom214は、カメラシステム10のAFモード設定状態がウォブリングを動作させるモードに操作部216によって設定されているか否かを判定する(ステップS101)。この判定の結果、ウォブリングを動作させるモードでない場合、Bucom214は、一般的な撮影画像のコントラストを判定し、当該コントラストが最大となる位置にフォーカスレンズ101を制御する動作を行う。
一方、上記判定の結果、ウォブリングを動作させるAFモードである場合、Bucom214は、ウォブリングの周波数、ウォブリングの振幅に対応する電圧値A(図14に示すDATAを参照)、位相差θをFlashメモリ109から読み出してLucom108に設定する(ステップS102)。
Bucom214は、ステップS102のウォブリングの設定に応じて、圧電シート制御回路112により各圧電体部316aa、316ab、316ba、316bb、316ca、316cb、316da、316dbをそれぞれ駆動し、フォーカスレンズ101を光軸方向にウォブリングする(ステップS103)。このウォブリング動作は、撮影の同期信号と位相差θを持って同期している。これにより、Bucom214は、フォーカスレンズ101が被写体に近い位置(前側位置)で撮影する状態と、フォーカスレンズ101が被写体から遠い位置(後側位置)で撮影する状態とを交互に繰り返して撮影を行う(ステップS104)。
Bucom214は、撮影された前側位置の画像と後側位置の画像とからコントラストを検出する(ステップS105)。その後、Bucom214は、前側位置の画像と後側位置の画像との各コントラストを比較し、焦点位置の方向を順次検出する(ステップS106)。
Bucom214は、撮影された画像から検出されたコントラストが合焦点の許容差内であるか否かを判定する(ステップS107)。判定の結果、許容差内でない場合、Bucom214は、フォーカスレンズ101を検出された焦点位置の方向に所定量駆動させ(ステップS108)、ステップS103に戻る。
一方、判定が許容差内であった場合、Bucom214は、フォーカスレンズ101のウォブリングと、フォーカスレンズ101の駆動を停止して保持し(ステップS109)、メインのフローに戻る。
上記ステップS107における許容のコントラストか否かの判定は、前側位置で撮影された画像と後側位置で撮影された画像とのコントラストの比較で行われる。仮にコントラスト差が0であれば、その前側位置と後側位置とのほぼ中間位置にフォーカスレンズ101がある状態で焦点が合うことになる。従って、ウォブリングをその状態で停止すると、フォーカスレンズ101は、焦点が合った位置に停止することになる。
次に、ブレ補正動作について図17に示すフローチャートを参照して説明する。
最初に、交換式レンズ100に設けられたX軸ジャイロ114とY軸ジャイロ115とは、それぞれカメラシステム10のブレ量を、X軸周りの角速度量として検出すると共に、Y軸周りの角速度量として検出する(ステップS201)。
次に、これらX軸ジャイロ114とY軸ジャイロ115とにより検出された各角速度量は、アナログ電気信号として圧電シート制御回路112に入力され、デジタル信号に変換されてLucom108に入力される。
Lucom108は、各角速度量のデジタル信号から上記カメラシステム10のブレ量を補正する位置補正量(シフト量)、すなわちフォーカスレンズ101のα軸方向とβ軸方向への位置補正量を演算し求める(ステップS202)。
フォーカスレンズ101のシフト量は、圧電シート制御回路112に入力される。圧電シート制御回路112は、フォーカスレンズ101のシフト量に応じた圧電シート311の圧電体部PZに印加される電圧信号を求め、当該電圧信号を圧電シート111に加える。これにより、フォーカスレンズ101のブレ補正シフト駆動が行われる(ステップS203)。
この後、Lucom108は、ブレ補正の設定がブレ補正では無くなるか、又は電源スイッチがOFFになるまで、ステップS201からステップS203の動作を繰り返す(ステップS204)。
(第2の変形例)
次に、本発明の第2の変形例について図18及び図19を参照して説明する。第2の変形例では、第1の実施の形態と相違するのが圧電シート111の構造のみであるので、その相違する部分について説明する。図18は、第1の実施形態の図5の圧電シート311の圧電体部316db付近に対応する部分展開図を示す。図19は、図18のEE線断面図を示す。
上記第1の実施の形態における圧電シート311には、上記図13に示す圧電シート制御回路430における検出電極に対応して設けられた検出圧電層が含まれない。本第2の変形例は、圧電体部PZの屈曲する部分の中立面付近に検出圧電層810が設けられている。これにより、本第2の変形例は、圧電体部PZが屈曲すると、当該屈曲に応じて電圧信号が発生し、その電圧値を検出することで圧電体部PZの屈曲変位量を検出することができる。なお、図18においてK1は検出電極層811の配線を示し、K2の破線は圧電シートの折り線を示す。
[第2の実施の形態]
次に、本発明の第2の実施形態について図20乃至図22を参照して説明する。なお、上記第1の実施の形態と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。
図20は、上記第1の実施の形態における上記図2に対応する駆動装置の正面図を示す。図21は、本実施の形態に用いられる圧電シートの展開図を示し、上記第1の実施の形態の図5に対応する。図22は、図20のFF線断面図を示す。
第1の相違点について説明する。
上記第1の実施の形態では、レンズ303を保持した可動枠302を圧電シート311により駆動しているが、本第2の実施の形態では、レンズ603を直接圧電シート611により駆動する。
このような構成であれば、圧電シート611の薄さとフレキシブルさとによって駆動装置をさらに小型化することが可能となる。レンズ603と圧電シート611とが直接摺動するが、当該圧電シート611が樹脂により柔らかいので、レンズ603を傷付けることが無い。圧電シート611とレンズ603との摺動面に摩擦係数の小さなPTFE等の薄いシート材を貼ることで、圧電シート611の駆動での損失を小さくすることができる。なお、上記第1の実施の形態と同様に、可動枠302にレンズ303を組み込んだ形式としても勿論良い。
第2の相違点について説明する。
当該第2の相違点は、圧電シート611の形態が異なることである。図21の展開図に示すように略帯状の圧電シート611は、多角形状に折り曲げてレンズ603の外周部に巻き付け、かつ固定枠601の穴601bに通して各固定部618aa、618ab、618ac、618ba、618bb、618ca、618cb、618da、618dbと、各結合部619a、619b、619c、619dとを接着剤900により接着固定している。各固定部618aa、618ab、618ac、618ba、618bb、618ca、618cb、618da、618dbは、固定枠601に接している各腕部613a、613b、613c、613dの両端に形成されている。
なお、各固定部618aa、618ab、618ac、618ba、618bb、618ca、618cb、618da、618dbの光軸O1方向の位置は、当該固定部618aa、618ab、618ac、618ba、618bb、618ca、618cb、618da、618dbの端部に突出した突起部901を固定枠601のフランジ601aに当て付けることによって決めている。
従って、レンズ603は、各腕部613a、613b、613c、613dにより光軸O1と直交する方向に位置決め支持されている。
各Z変位部612aa、612ab、612ba、612bb、612ca、612cb、612da、612dbは、帯の上下に4組延出している。各Z変位部612aa、612ab、612ba、612bb、612ca、612cb、612da、612dbは、光軸O1側に折り曲げた部分でレンズ603を挟み込み、光軸O1方向の位置決め支持されている。
各腕部613a、613b、613c、613dには、光軸O1と直交する方向に屈曲変位する圧電体部PZが設けられている。
各Z変位部612aa、612ab、612ba、612bb、612ca、612cb、612da、612dbには、光軸O1方向に屈曲変位する圧電体部PZが夫々設けられている。各圧電体部PZには、上記第1の実施の形態と同様に、それぞれ配線が形成されている。各配線は、各引き出し部610a、610bより引き出されて圧電シート制御回路112に接続されている。このような形態にすると、圧電シートの材料からのより効率的な切り出しができるので、駆動装置の小型化が可能になる。
次に、上記の通り構成された駆動装置の動作について説明する。
光軸O1方向(Z軸方向)へのレンズ603の駆動では、各圧電体部616aa、616ba、616ca、616da、616ab、616bb、616cb、616dbが光軸O1方向と同じ方向に屈曲変位するように、当該各圧電体部616aa、616ba、616ca、616da、616ab、616bb、616cb、616dbに対して電圧信号が印加される。これにより、各Z変位部612aa、612ab、612ba、612bb、612ca、612cb、612da、612dbに支持されたレンズ603は、光軸O1方向に変位する。
レンズ603の前側と後側とを支持する各Z変位部612aa、612ab、612ba、612bb、612ca、612cb、612da、612dbは、上記第1の実施の形態と相違し、形態が同じで、かつ互いに対向した位置に配置された2つの組が光軸回りの4等分の各角度位置に設けられている。これにより、各Z変位部612aa、612ab、612ba、612bb、612ca、612cb、612da、612dbは、4組設けられている。従って、レンズ603に作用する力を均一にすることが可能になる。配線が簡単となる。各引き出し部610a、610bから引き出される配線の数を減らすことができる。位置制御が簡単になる。
図21に示すように各圧電体部616aaと616ab、616baと616bb、616caと616cb、616daと616dbの各組は、信号線が互い結線されている。GND電極806と信号電極とは、ポリ乳酸層に電圧信号を印加するために設けられている。GND電極806と信号電極とは、当該GND電極806と信号電極との位置が互いに逆になるように結線されている。これにより、各圧電体部616aaと616ab、616baと616bb、616caと616cb、616daと616dbの各組は、光軸O1方向で同じ方向に屈曲変位する。
一方、光軸O1に直交する方向へのレンズ603の駆動を説明する。
各圧電体部617aと617c、617bと617dの夫々の組がY軸方向、X軸方向の同じ方向に屈曲変位することにより、各腕部613aと613c、613bと613dに接触支持されたレンズ603は、X軸方向、Y軸方向に変位する。図20及び図21においてWは、各腕部613a、613b、613c、613dの変位状態を示す。各圧電体部617aと617c、617bと617dの組の信号線は、互いに結線されている。GND電極806と信号電極との位置は、互いに逆になるように結線されている。これにより、各圧電体部617aと617c、617bと617dは、同じ方向に屈曲変位する。GND電極806は、ポリ乳酸層に電圧信号を印加するために設けられている。
上記第1の実施の形態も上記第2の実施の形態も、複数の光軸方向に屈曲変位する圧電体部と、複数の光軸と直交する方向に屈曲変位する圧電体部とが1つの圧電シートに形成されている。これら第1及び第2の実施の形態は、これに限らず、互いに直交する圧電体部を少なくとも1つ以上もつ圧電シートを複数用いて駆動装置を構成しても良いことは勿論である。
なお、本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴うレンズ、カメラ及びカメラシステムもまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
本発明は、上述の実施の形態で説明したデジタルカメラのレンズの形態に限らず、撮影機能を備えた録音機器、携帯電話、PDA、パーソナルコンピューター、ゲーム機、デジタルメディアプレーヤー、テレビ、GPS、又は時計等の電子機器にも適用可能である。
10:カメラシステム、100:交換レンズ、101:フォーカスレンズ、102:変倍レンズ、104:絞り、105:変倍レンズ用のドライバ、106:絞り用のドライバ、107:変倍レンズ用のドライバ、108:交換レンズ制御用マイクロコンピュータ(Lucom;制御部、識別部、算出部)、109:Flashメモリ、110:フォーカスレンズ用位置センサ、111、311、411、511、611:圧電シート、112、430:圧電シート制御回路、113:撮影レンズ、114:X軸ジャイロ、115:Y軸ジャイロ、200:カメラ本体、201:シャッタ、202:撮像素子、203:アナログ処理部、204:A/D変換部、205:AE処理部、206:画像処理部、207:AF処理部、208:画像圧縮展開部、209:LCDドライバ、210:LCD、211:メモリI/F、212:記録媒体、213:SDRAM、214:ボディ制御用マイクロコンピュータ(Bucom)、215:Flashメモリ、216:操作部、217:バス、218:電源回路、219:交換レンズとボディ本体のI/F、220:シャッタ駆動機構、221:防塵フィルタ、222:防塵フィルタ制御回路、223:光学ローパスフィルタ、224:電池、234:ストロボ、235:ストロボ制御回路、302:可動枠、303:レンズ、311:直接圧電シート、301:固定枠、315a,315b,315c,315d:曲げ部、312ab,312bb,312cb,312db:Z変位部(一方の変位部)、312aa,312ba,312ca,312da:Z変位部(他方のZ変位部)、313aa,313ab,313ba,313bb,313ca,313cb,313da,313db:腕部、314:環状部、302:可動枠、317aa,317ab,317ba,317b:圧電体部、308a,308b,308c,308d:スケール、309a,309b,309c,309d:位置センサ、800:L体ポリ乳酸、801:D体ポリ乳酸、316aa,316ba,316ca,316da,316ab,316bb,316cb,316db:圧電体部、317aa,317ab,317ca,317cb:圧電体部、803:第1駆動圧電層、804:第2駆動圧電層、805:絶縁層、806:GND電極、310a,310b,310c,310d:引出し部、902:穴、807:スルーホール、808:GND線、433:D/Aコンバータ、435:アンプ、436:ローパスフィルタ、437:アンプ、400:圧電体部、438:ローパスフィルタ、439:A/Dコンバータ、440:位相差検出回路、432:D/Aコンバータ制御回路、603:レンズ、611:直接圧電シート、601:固定枠、601b:穴、618aa,618ab,618ac,618ba,618bb,618ca,618da,618db:固定部、619a,619b,619c,619d:結合部、900:接着剤、901:突起部、613a,613b,613c,613d:腕部、612aa,612ab,612ba,612bb,612ca,612da,612db:Z変位部、613a,613b,613c,613d:腕部、PZ:圧電体部、616aa,616ba,616ca,616da,616ab,616bb,616cb,616db:圧電体部、610a,610b:引き出し部、617a,617c,617b,617d:圧電体部。

Claims (12)

  1. 第1の方向に屈曲する少なくとも1つの第1の圧電体部と、上記第1の方向と直交する第2の方向に屈曲する少なくとも1つの第2の圧電体部と、上記第1の圧電体部と上記第2の圧電体部とを接続する少なくとも1つの接続部とを含む圧電シートと、
    上記少なくとも1つの接続部が固定される固定枠と、
    上記第1の圧電体部及び上記第2の圧電体部に支持される移動枠と、
    上記第1の圧電体部と上記第2の圧電体部とに電圧信号を印加して当該第1の圧電体部と当該第2の圧電体部とを屈曲させ、上記移動枠を上記第1の方向又は上記第2の方向のうちいずれか一方向又は両方向を合成した方向に移動させる制御回路と、
    を具備することを特徴とする駆動装置。
  2. 厚さ方向に直交する少なくとも第1の方向に変位する複数の第1の樹脂シートと、上記第1の方向に対して反対の第2の方向に変位する複数の第2の樹脂シートとを固着して形成され、上記第1と上記第2の方向とは異なる少なくとも第3の方向に屈曲する第1の変位部と、上記第3の方向に対して直交する第4の方向に屈曲変位する第2の変位部とを含む積層樹脂シートと、
    上記第1と上記第2の変位部にそれぞれ電圧信号を加えるための複数の圧電体部と、
    上記複数の圧電体部の各端部を接続する接続部と、
    上記接続部が固定される固定枠と、
    上記複数の圧電体部の前記各端部とは異なる複数の他端部で支持される移動枠と、
    上記複数の圧電体部に電圧信号を印加して当該各圧電体部を屈曲させ、上記固定枠に対して上記移動枠を相対的に変位させる制御回路と、
    を具備することを特徴とする駆動装置。
  3. 上記積層樹脂シートの外側の層に固着された絶縁樹脂シートと、
    上記絶縁樹脂シートに形成され、上記圧電体部に電圧信号を印加するための回路線と、
    を含むことを特徴とする請求項2記載の駆動装置。
  4. 上記移動枠は、撮像素子又は光学素子を保持することを特徴とする請求項2記載の駆動装置。
  5. 上記撮像素子又は上記光学素子の光軸と、上記光軸に対して直交する平面内において互いに直交する複数の軸とを設定すると、
    上記複数の圧電体部は、それぞれ屈曲により上記移動枠を駆動し、当該移動枠に保持されている上記撮像素子又は上記光学素子を、上記光軸と上記複数の軸との各軸のうちいずれかの前記軸の方向に駆動する、
    ことを特徴とする請求項4記載の駆動装置。
  6. 上記複数の圧電体部は、上記撮像素子又は上記光学素子を上記光軸と一致する方向に駆動することによりフォーカス又はウォブリングを行い、上記撮像素子又は上記光学素子を上記互いに直交する上記各軸のうちいずれかの上記軸に一致する方向に駆動することによりブレ補正動作を行うことを特徴とする請求項5記載の駆動装置。
  7. 上記積層樹脂シートは、当該積層樹脂シートを曲げ可能な曲げ部と、当該曲げ部の両端に設けられた一対の腕部と、当該積層樹脂シートを変位させる第1と第2との各変位部とを含み、
    上記一対の腕部は、互いに向かい合う方向に回動して、上記撮像素子又は上記光学素子を上記光軸に対して直交方向に位置決め保持し、
    上記第1と上記第2の変位部は、当該各変位部のうちいずれか一方又は両方の前記変位部の変位により上記撮像素子又は上記光学素子を上記光軸方向に位置決め保持する、
    ことを特徴とする請求項5記載の駆動装置。
  8. 撮像素子又は光学素子と、
    厚さ方向に直交する少なくとも第1の方向に変位する複数の第1の樹脂シートと、上記第1の方向に対して反対の第2の方向に変位する複数の第2の樹脂シートとを固着して形成され、上記第1と上記第2の方向とは異なる少なくとも第3の方向に屈曲する第1の変位部と、上記第3の方向に対して直交する第4の方向に屈曲変位する第2の変位部とを含む積層樹脂シートと、
    上記第1と上記第2の変位部にそれぞれ電圧信号を加えるための複数の圧電体部と、
    上記複数の圧電体部の各端部を接続する接続部と、
    上記接続部が固定される固定枠と、
    上記複数の圧電体部の前記各端部とは異なる複数の他端部で支持され、かつ上記撮像素子又は上記光学素子を保持する移動枠と、
    上記複数の圧電体部に電圧信号を印加して当該各圧電体部を屈曲させ、上記固定枠に対して上記移動枠を相対的に変位させる制御回路と、
    を具備することを特徴とする画像機器。
  9. 上記積層樹脂シートの外側の層に固着された絶縁樹脂シートと、
    上記絶縁樹脂シートに形成され、上記圧電体部に電圧信号を印加するための回路線と、
    を含むことを特徴とする請求項8記載の画像機器。
  10. 上記撮像素子又は上記光学素子の光軸と、上記光軸に対して直交する平面内において互いに直交する複数の軸とを設定すると、
    上記複数の圧電体部は、それぞれ屈曲により上記移動枠を駆動し、当該移動枠に保持されている上記撮像素子又は上記光学素子を、上記光軸と上記複数の軸との各軸のうちいずれかの前記軸の方向に駆動する、
    ことを特徴とする請求項8記載の画像機器。
  11. 上記複数の圧電体部は、上記撮像素子又は上記光学素子を上記光軸と一致する方向に駆動することによりフォーカス又はウォブリングを行い、上記撮像素子又は上記光学素子を上記互いに直交する上記各軸のうちいずれかの上記軸に一致する方向に駆動することによりブレ補正動作を行うことを特徴とする請求項10記載の画像機器。
  12. 上記積層樹脂シートは、当該積層樹脂シートを曲げ可能な曲げ部と、当該曲げ部の両端に設けられた一対の腕部と、当該積層樹脂シートを変位させる第1と第2との各変位部とを含み、
    上記一対の腕部は、互いに向かい合う方向に回動して、上記撮像素子又は上記光学素子を上記光軸に対して直交方向に位置決め保持し、
    上記第1と上記第2の変位部は、当該各変位部のうちいずれか一方又は両方の前記変位部の変位により上記撮像素子又は上記光学素子を上記光軸方向に位置決め保持する、
    ことを特徴とする請求項10記載の画像機器。
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