JP6539048B2

JP6539048B2 - レンズ駆動装置及び駆動方法

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Publication number: JP6539048B2
Application number: JP2015004693A
Authority: JP
Inventors: 晴滋山本
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2015-01-14
Filing date: 2015-01-14
Publication date: 2019-07-03
Anticipated expiration: 2035-01-14
Also published as: JP2016130779A; US10185116B2; US20160202445A1

Description

本発明は、光学機器に適用されるレンズ駆動装置及び駆動方法に関する。

従来この種のレンズ駆動装置及び駆動方法には、２個のボイスコイルモータを用いてレンズを駆動する技術が知られている。

特開２０１１−４３７０５号公報

上述の特許文献１に開示された従来技術では、ＶＣＭ６６及び磁気センサ１２０は、基準となる第１のガイド軸３９の近傍に配設されていた。特に一対のＶＣＭ６６は、第１のガイド軸３９を挟んで対称の位置であって、第１のガイド軸３９に最も近接可能な位置に配置されていた。

光学設計上の要求からフォーカスレンズ３６の重力が増すと、これを支えるフォーカスレンズ枠３７は姿勢変化により弾性変形を起こす。その結果フォーカスレンズ３６の光軸に対する傾きが変化し光学性能を劣化させる恐れがある。また、第１のガイド軸３９とフォーカスレンズ枠３７の嵌合部に生じるガタの影響により、姿勢変化が生じ、フォーカスレンズ３６の光軸に対する傾きが変化する。これにより、光学機器のレンズ駆動において、姿勢変化による光学性能の劣化を引き起こす恐れがあるが、上述の従来の構成ではこの問題に対する技術的な解決策が示されていない。

また、重いレンズ、または倒れ精度が厳しいレンズを精度よく駆動制御する必要があるが、従来の構成では、その技術的な解決策が示されていなかった。

従って、本発明の目的は、光学機器のレンズ駆動において、姿勢変化による光学性能の劣化を防止できるレンズ駆動装置及び駆動方法を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明の技術的特徴として、第１のガイドバー及び第２のガイドバーにより支持された、光軸方向に移動自在にレンズを保持するレンズ保持部材を、駆動する際、該レンズ保持部材を駆動する第１の駆動手段及び第２の駆動手段の前記光軸方向における位置を検出する第１の位置検出手段及び第２の位置検出手段の位置検出結果に応じて、予め決められた位置に前記第１の駆動手段及び第２の駆動手段が位置するように、前記第１の駆動手段と前記第２の駆動手段の両方若しくは一方を駆動制御することを特徴とする。

また、別の技術的特徴として、第１のガイドバー及び第２のガイドバーにより支持された、光軸方向に移動自在にレンズを保持するレンズ保持部材を、目標位置まで移動するために、該レンズ保持部材を前記光軸方向に駆動する第１の駆動手段及び第２の駆動手段を駆動して、前記第１の駆動手段及び前記第２の駆動手段の駆動を停止させた後、前記第１の駆動手段及び前記第２の駆動手段のうちどちらか一方への電力供給を停止させるとともに、前記第１の駆動手段及び前記第２の駆動手段のうちどちらか他方を駆動制御することを特徴とする。

また、別の技術的特徴として、第１のガイドバー及び第２のガイドバーにより支持された、光軸方向に移動自在にレンズを保持するレンズ保持部材を、駆動する際、該レンズ保持部材を駆動する第１の駆動手段及び第２の駆動手段の前記光軸方向における位置を検出する第１の位置検出手段及び第２の位置検出手段の位置検出の結果、前記第１の位置検出手段により検出された前記第１の駆動手段の位置と、前記第２の位置検出手段により検出された前記第２の駆動手段の位置との差分が所定値を超えている場合は、前記第２の駆動手段の駆動制御を再設定することを特徴とする。

本発明によれば、光学機器に用いられるレンズ駆動装置において、レンズ駆動装置の姿勢変化による光学性能の劣化を防止することが可能となる。

本発明の一実施例にかかるレンズ駆動装置の要部を示す斜視図である。本発明の一実施例にかかるレンズ駆動装置の要部の組立状態を示す正面図である。本発明が適用されるレンズ駆動装置の駆動回路構成図である。レンズを保持するレンズ保持部材を駆動する際のフローチャート図である。傾き補正の制御フローＢ（図４）の詳細を示すフローチャート図である。

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。各図面において同一部分は同一符号で示してある。また、以下説明する実施例は、本発明を例示するものであり、限定するものでないことは言うまでもない。

図１は本発明の一実施例にかかるレンズ駆動装置の要部を示す斜視図である。レンズ駆動装置５０は、光軸Ｘの方向（以下「光軸方向」とする）に移動自在にレンズ２を保持するレンズ保持部材１、レンズ保持部材１を光軸方向において移動自在に支持する第１のガイドバー３及び第２のガイドバー４、を備えている。第１のガイドバー３及び第２のガイドバー４は、レンズ保持部材１の被係合穴部１ａ及び回転止めのＵ字溝部１ｂにそれぞれ摺動自在に係合し、レンズ保持部材１を光軸Ｘ（図１参照）に沿ってガイドする。

レンズ駆動装置５０は、レンズ保持部材１を光軸方向に駆動する第１の駆動手段及び第２の駆動手段を備えている。リニア型超音波モータを構成する振動板５及び６は、公知の圧電素子７及び８がそれぞれ一体に接着されている。振動板５に接着された圧電素子７により第１の駆動手段である振動子１０１が、また振動板６に接着された圧電素子８により第２の駆動手段である振動子１０２が形成される。

リニア型超音波モータにおいて、第１の駆動手段及び第２の駆動手段は、同一の駆動周波数によって駆動される。また、後述の第１の位置検出手段及び第２の位置検出手段の位置検出信号に基づいて、第１の駆動手段及び第２の駆動手段を駆動する駆動電圧を可変に制御する。

高周波電圧が印加されると、振動子１０１及び１０２は長手方向及び短手方向のそれぞれに共振を起こすように設定されている。その結果、振動板５及び６に形成された摺動部先端５ａ及び６ａが楕円運動を起こす。このとき、圧電素子７及び８に印加する高周波電圧の周波数や位相を変えることで、回転方向や楕円比を適宜変化させて所望の動きを発生させることができる。よって摺動部先端５ａ及び６ａが圧接される相手部品であるスライダー９及び１０と摩擦接触することにより駆動力を発生させ、振動子１０１及び１０２を光軸方向に沿って駆動することが可能となる。

このとき、振動子１０１及び１０２は以下のようにレンズ保持部材１に固定される。振動子１０１及び１０２とレンズ保持部材１とを連結する連結部材１１及び１２は、レンズ保持部材１の固定部１ｃ及び１ｄにそれぞれ固定される。連結部材１１及び１２は、振動子１０１及び１０２をスライダー９及び１０に弾性的に圧接させる板バネのような機能を有している。これにより、組み込み時において、振動板５及び６の摺動部先端５ａ及び６ａをスライダー９及び１０に押圧することが可能である。

その内部に磁気的パターンが形成されたスケール１３及び１４は、それぞれ読み取りセンサー１５及び１６により測定対象の位置を読み取る。スケール１３及び１４はレンズ保持部材１の取り付け部１ｅ及び１ｆに接着固定され、レンズ保持部材１と一体となって光軸方向に移動可能である。

レンズ駆動装置５０は、第１の位置検出手段１０３及び第２の位置検出手段１０４を備えている。スケール１３と読み取りセンサー１５とにより第１の位置検出手段１０３が形成され、スケール１４と読み取りセンサー１６とにより第２の位置検出手段１０４が形成され、レンズ保持部材１の光軸方向の位置を検出する。読み取りセンサー１５及び１６は後述するレンズ鏡筒１７に公知の接着剤などにより固定される。

図１及び図２に示すように、第１の位置検出手段であるスケール１３及び読み取りセンサー１５は、第１の駆動手段である振動子１０１の近傍に配置される。また、第２の位置検出手段であるスケール１４及び読み取りセンサー１６は、第２の駆動手段である振動子１０２の近傍に配置されている。第２の駆動手段は第１の駆動手段に対してレンズ２の光軸Ｘに対して対称の位置に配置されている。ここでは、第１の駆動手段と第２の駆動手段は、レンズ保持部材１に対して１８０度位相が異なる位置にそれぞれ設けられている。

第１のガイドバー３の軸方向の一端部３ａ、第２のガイドバー４の一端（不図示）並びに読み取りセンサー１５及び１６、さらにスライダー９及び１０の軸方向の一端部９ａ及び１０ａはレンズ鏡筒１７の所定の位置に固定される。また、第１のガイドバー３の軸方向の他の端部３ｂ、第２のガイドバー４の軸方向の他の端部４ｂ、スライダー９及び１０の軸方向の他の端部９ｂ及び１０ｂは、蓋部材（不図示）により保持されている。不図示の蓋部材がレンズ鏡筒１７にネジで固定されることで、レンズ保持部材１は両持ち状態で支持されるため、レンズ保持部材１を安定して保持することができる。

以上説明したように、本発明の一実施例にかかるレンズ駆動装置５０は構成されている。図２は本発明の一実施例にかかるレンズ駆動装置の要部の組立状態を示す正面図である。

組立状態においては、振動子１０１及び１０２はそれぞれ連結部材１１及び１２の押圧力によりスライダー９及び１０へ向かう方向（図１及び図２における矢印Ａ方向）へ加圧される。その結果、摺動部先端５ａ及び６ａがスライダー９及び１０に摩擦接触され、前述の通り、第１の駆動手段及び第２の駆動手段である振動子１０１及び１０２の超音波振動によりレンズ保持部材１を光軸Ｘに沿って進退することを可能としている。

次に、上述のように構成されたレンズ駆動装置５０の駆動制御を説明する。図３は本発明が適用されるレンズ駆動装置の駆動回路構成図である。レンズ駆動装置５０の内部構造（断面）と駆動回路構成との関係を示している。レンズマイコン３０１は、後述するレンズ駆動に関する制御を管理実行する。昇圧回路３０２は、レンズマイコン３０１に接続され、圧電素子７及び８へ高周波電圧を付与するための高電圧を発生する。

駆動回路３０３は、昇圧回路３０２並びに圧電素子７及び８に接続され、昇圧回路３０２において発生した高電圧の電圧や周波数を変えて圧電素子７及び８へ供給する。また、位置検出器３０４は、レンズマイコン３０１並びに読み取りセンサー１５及び１６に接続し、読み取りセンサー１５及び１６からの位置情報を検出する。

前述の駆動回路構成において実際にレンズ２を合焦動作させる際の駆動制御方法を以下に説明する。ここでは、第１の位置検出手段及び第２の位置検出手段の位置検出信号に基づいて、第１の駆動手段及び第２の駆動手段を駆動する駆動電圧を可変に制御する。

図４はスタート位置から目標位置へ向けてレンズ２を保持するレンズ保持部材１を移動する際のフローチャート図である。以下、図４に従って各ステップを説明する。Ｓ４０１において駆動制御をスタートする。Ｓ４０２で第１の駆動手段に供給する駆動電圧をＶ１に設定し、Ｓ４０３において第２の駆動手段に供給する駆動電圧をＶ２に設定する。

Ｓ４０４において第１の駆動手段を一定時間駆動し、Ｓ４０５において第２の駆動手段を一定時間駆動する。次にＳ４０６において第１の位置検出手段により第１の駆動手段の位置を位置Ｐ１として検出する。Ｓ４０７において、第２の駆動手段の位置を位置Ｐ２として検出する。Ｓ４０８において、第１の駆動手段の位置Ｐ１が目標位置であるか否かを判別する。

ここで第１の駆動手段の位置Ｐ１が目標位置であるときはＳ４０９に進み、第１及び第２の駆動手段の駆動を停止し、図５において後述する傾き補正を行うフローＢに進む。また、これとは別にＳ４０８において、第１の駆動手段の位置Ｐ１が目標位置に届いていない時はＳ４１１において、位置Ｐ１と位置Ｐ２の差分｜Ｐ１−Ｐ２｜が決められた値（所定値）Ｐを超えていないかを判断する。このとき差分｜Ｐ１−Ｐ２｜が値Ｐ以下の時はＳ４０４に戻って制御を継続する。

また、｜Ｐ１−Ｐ２｜が値Ｐを超えているときは、Ｓ４１２においてＰ１−Ｐ２が正か負かの判別を行う。この結果が０以下（負の値）の時はＳ４１３に進み、第２の駆動手段の駆動電圧Ｖ２の値（駆動電圧値）を現状のＶ２から決められた電圧ａだけ差し引いた値Ｖ２−ａに再設定した後、Ｓ４０４へ戻り制御を続ける。逆にＳ４１２において、Ｐ１−Ｐ２が正の値であった場合は、Ｓ４１４へ進み第２の駆動手段の駆動電圧Ｖ２を現状のＶ２から決められた電圧ａだけ加えた値Ｖ２＋ａに再設定した後、Ｓ４０４へ戻る。

上述の制御は第２の駆動手段側の駆動電圧を変化させたが、第１の駆動手段側の駆動電圧を可変にして制御することも可能である。また上述の制御は、第１及び第２の駆動手段の駆動位置の差分が規定量を超えた場合、第２の駆動手段の駆動電圧を上げるか下げるかして駆動速度を調整することもできる。第１の駆動手段の駆動位置と第２の駆動手段の駆動位置の差が規定の範囲を超えないよう、予め決められた位置に第１の駆動手段及び第２の駆動手段が位置する。このように、第１の駆動手段と第２の駆動手段の両方もしくは一方を駆動制御することで、二つの駆動手段の駆動位置の差が著しく異なり、その結果、駆動負荷が増えて駆動停止を起こしたり、装置が破壊したりすることを防ぐことを可能とする。本実施例では駆動電圧を可変にすることで第２の駆動手段の駆動速度を変える方法を示したが、これとは別に、圧電素子に加える駆動周波数や駆動位相を変えることで駆動速度を可変にすることも可能である。

次に図５を用いて、傾き補正を行うフローＢについて説明する。前述のように第１の駆動手段の位置Ｐ１が目標位置に停止した状態で、前述のＳ４０９において、第１、及び第２の駆動手段の駆動が停止されてから、フローＢの制御が開始されるとＳ５０１において再び第１の位置検出手段の位置検出結果を位置Ｐ１に設定する。

次にＳ５０２において、第２の位置検出手段の位置検出結果を位置Ｐ２に設定し、Ｓ５０３においてこれらの位置の差分｜Ｐ１−Ｐ２｜をＰａとして設定する。次にＳ５０４において、Ｐａの絶対値が規定値Ｄよりも少ないかどうかを判別する。ここでＰａの絶対値が規定値Ｄよりも少ない時はＳ５０５に進み制御を終了する。また、規定値Ｄ以上の時はＳ５０６に進む。Ｓ５０６においてまず、第１の駆動手段への電力供給を遮断して駆動を停止した後、Ｓ５０７において第２の駆動手段を、Ｐａが減少する方向に一定時間駆動する。その後Ｓ５０１に戻り上述した傾き補正フローＢの駆動制御を実行する。第１の駆動手段及び第２の駆動手段のうちどちらか一方への電力供給を停止するとともに、第１の駆動手段及び第２の駆動手段のうちどちらか他方のみを駆動制御することができる。従って、上記説明とは逆に、先に第２の駆動手段への電力供給を遮断して、次に第１の駆動手段を駆動制御することも可能である。

レンズ駆動装置５０の姿勢変化によりレンズ保持部材１と第１のガイドバー３との嵌合ガタが生じることがある。ガタが生じると、レンズ２が光軸に対して倒れを生じ、また、レンズ２の自重によりレンズ保持部材１が弾性変形を起こす。しかしながら、以上説明した本発明の実施例による構成及び駆動方法を実施することで、レンズ２が光軸に対して倒れた場合でもこの倒れを補正して光学性能の劣化を防止することができる。

このときレンズ２の倒れは第１のガイドバー３に係合した被係合穴部１ａのガタ、またレンズ２の自重の影響によりレンズ保持部材１が弾性変形を起こし、結果、第２のガイドバー４に係合した回転止めのＵ溝部１ｂが光軸方向に動くことで発生する。結果、第２の位置検出手段の位置検出結果が変化する。しかしながら、上述の通り二つの位置検出手段の位置検出結果が一定の値に収まるよう、予め決められた位置に第１の駆動手段と第２の駆動手段の両方もしくは一方を駆動制御するので光学性能劣化を防止することが可能となる。

必要に応じて、レンズ保持部材１を光軸Ｘに沿ってガイドする一対のガイドバー３及び４近傍にレンズ駆動手段を配置し、それぞれの位置情報により駆動制御条件を変更することもできる。

以上、本発明に関わるレンズ駆動装置及びその駆動方法に関して、具体例を詳述したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、請求項記載の範囲に示したものであればどのような形態をとることも可能である。

光学機器に用いられるレンズ駆動装置において、レンズ駆動装置の姿勢変化による光学性能の劣化を防止する。

１レンズ保持部材
２レンズ
３、４ガイドバー
５、６振動板
７、８圧電素子
９、１０スライダー
１１、１２連結部材
１３、１４スケール
１５、１６読み取りセンサー
１７レンズ鏡筒
５０レンズ駆動装置

Claims

光軸方向に移動自在にレンズを保持するレンズ保持部材と、
該レンズ保持部材を前記光軸方向に移動自在に支持する第１のガイドバー及び第２のガイドバーと、
１つの該レンズ保持部材を前記光軸方向に駆動する第１の駆動手段及び第２の駆動手段と、
該第１の駆動手段及び該第２の駆動手段のそれぞれの近傍に配置され、前記光軸方向におけるそれぞれの位置を検出する第１の位置検出手段及び第２の位置検出手段と、を備え、
前記レンズ保持部材を駆動する際、前記第１の位置検出手段及び前記第２の位置検出手段の位置検出結果から、予め決められた位置に前記第１の駆動手段及び前記第２の駆動手段が位置するように、前記第１の駆動手段と前記第２の駆動手段の両方若しくは一方を駆動制御することを特徴とするレンズ駆動装置。
請求項１に記載のレンズ駆動装置において、前記第１の駆動手段は前記第１のガイドバーの近傍に配置されているとともに、前記第２の駆動手段は前記第１の駆動手段に対して前記レンズの光軸に対して対称の位置に配置されていることを特徴とするレンズ駆動装置。
請求項１または２に記載のレンズ駆動装置において、前記第１の駆動手段及び前記第２の駆動手段はリニア型超音波モータで構成されていることを特徴とするレンズ駆動装置。
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のレンズ駆動装置において、前記第１の駆動手段及び前記第２の駆動手段は、同一の駆動周波数によって駆動されるとともに、前記第１の位置検出手段及び前記第２の位置検出手段の位置検出信号に基づいて、前記第１の駆動手段及び前記第２の駆動手段を駆動する駆動電圧を可変に制御することを特徴とするレンズ駆動装置。
光軸方向に移動自在にレンズを保持するレンズ保持部材と、
該レンズ保持部材を前記光軸方向に移動自在に支持する第１のガイドバー及び第２のガイドバーと、
１つの該レンズ保持部材を前記光軸方向に駆動する第１の駆動手段及び第２の駆動手段と、
該第１の駆動手段及び該第２の駆動手段のそれぞれの近傍に配置され、前記光軸方向におけるそれぞれの位置を検出する第１の位置検出手段及び第２の位置検出手段と、を備え、
前記レンズ保持部材を目標位置まで移動するため、前記第１の駆動手段及び前記第２の駆動手段を駆動し、前記第１の駆動手段及び前記第２の駆動手段の駆動を停止した後、前記第１の駆動手段及び前記第２の駆動手段のうちどちらか一方への電力供給を停止するとともに、前記第１の駆動手段及び前記第２の駆動手段のうちどちらか他方を駆動制御することを特徴とするレンズ駆動装置。
光軸方向に移動自在にレンズを保持するレンズ保持部材と、
該レンズ保持部材を前記光軸方向に移動自在に支持する第１のガイドバー及び第２のガイドバーと、
１つの該レンズ保持部材を前記光軸方向に駆動する第１の駆動手段及び第２の駆動手段と、
該第１の駆動手段及び該第２の駆動手段のそれぞれの近傍に配置され、前記光軸方向におけるそれぞれの位置を検出する第１の位置検出手段及び第２の位置検出手段と、を備え、
前記第１の位置検出手段により検出された前記第１の駆動手段の位置と、前記第２の位置検出手段により検出された前記第２の駆動手段の位置との差分が所定値を超えている場合は、前記第２の駆動手段の駆動制御を再設定することを特徴とするレンズ駆動装置。
請求項６に記載のレンズ駆動装置において、前記第２の駆動手段の駆動制御を再設定することで、前記第２の駆動手段の駆動速度を変えることを特徴とするレンズ駆動装置。
請求項６に記載のレンズ駆動装置において、前記第１の位置検出手段により検出された前記第１の駆動手段の位置と、前記第２の位置検出手段により検出された前記第２の駆動手段の位置との差分が所定値を超えている場合は、前記第２の駆動手段の駆動電圧を再設定することを特徴とするレンズ駆動装置。
請求項８に記載のレンズ駆動装置において、前記第１の位置検出手段により検出された前記第１の駆動手段の位置からの前記第２の位置検出手段により検出された前記第２の駆動手段の位置の差分が、負の値の場合には、前記第２の駆動手段の駆動電圧値を減らし、前記第１の位置検出手段により検出された前記第１の駆動手段の位置からの前記第２の位置検出手段により検出された前記第２の駆動手段の位置の差分が、正の値の場合には、前記第２の駆動手段の駆動電圧値を増やすことを特徴とするレンズ駆動装置。
第１のガイドバー及び第２のガイドバーにより支持された、光軸方向に移動自在にレンズを保持するレンズ保持部材を、駆動する際、１つの該レンズ保持部材を駆動する第１の駆動手段及び第２の駆動手段の前記光軸方向におけるそれぞれの位置を検出する第１の位置検出手段及び第２の位置検出手段の位置検出結果に応じて、予め決められた位置に前記第１の駆動手段及び前記第２の駆動手段が位置するように、前記第１の駆動手段と前記第２の駆動手段の両方若しくは一方を駆動制御することを特徴とするレンズ駆動方法。
第１のガイドバー及び第２のガイドバーにより支持された、光軸方向に移動自在にレンズを保持するレンズ保持部材を、目標位置まで移動するために、１つの該レンズ保持部材を前記光軸方向に駆動する第１の駆動手段及び第２の駆動手段を駆動して、前記第１の駆動手段及び前記第２の駆動手段の駆動を停止させた後、前記第１の駆動手段及び前記第２の駆動手段のうちどちらか一方への電力供給を停止させるとともに、前記第１の駆動手段及び前記第２の駆動手段のうちどちらか他方を駆動制御することを特徴とするレンズ駆動方法。
第１のガイドバー及び第２のガイドバーにより支持された、光軸方向に移動自在にレンズを保持するレンズ保持部材を、駆動する際、１つの該レンズ保持部材を駆動する第１の駆動手段及び第２の駆動手段の前記光軸方向におけるそれぞれの位置を検出する第１の位置検出手段及び第２の位置検出手段の位置検出の結果、前記第１の位置検出手段により検出された前記第１の駆動手段の位置と、前記第２の位置検出手段により検出された前記第２の駆動手段の位置との差分が所定値を超えている場合は、前記第２の駆動手段の駆動制御を再設定することを特徴とするレンズ駆動方法。