JP7074987B2

JP7074987B2 - レンズ駆動装置及びそれを有するレンズ鏡筒

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Publication number: JP7074987B2
Application number: JP2018146928A
Authority: JP
Inventors: 秀行武澤; 今日子西山
Original assignee: Sigma Inc
Current assignee: Sigma Inc
Priority date: 2018-08-03
Filing date: 2018-08-03
Publication date: 2022-05-25
Anticipated expiration: 2038-08-03
Also published as: JP2020021026A

Description

本発明は、超音波アクチュエータを用い、レンズの駆動方向と垂直な平面において省スペースで、停止精度に優れたレンズ駆動装置及びそれを有するレンズ鏡筒に関する。

写真撮影や動画撮影に用いられる撮影レンズにおいては、ズーミングやフォーカシングを行うことが当たり前となっている。これらのズーミングやフォーカシングを実現する手段の一つとして、撮影レンズを構成する光学系の一部を光軸に沿って移動させるというものがある。そして、このような光学系の一部を駆動させるためのアクチュエータが従来より種々存在している。

例えば、特許文献１に記載の発明では、対物レンズ枠４１は、第二レンズ枠４２，絞り枠４３，第三レンズ枠４４及び第四レンズ枠４５と共に一体的にレンズ群を構成し、第二レンズ枠４２は、直線送り装置４７により、対物レンズ枠４１に対して、光軸方向に沿って移動可能に支持され、直線送り装置４７のナット部材４７ｂが第二レンズ枠４２に連結され、直線送り装置４７のステッピングモータ４７ｃに適宜に通電することにより、第二レンズ枠４２が、対物レンズ枠４１，第三レンズ枠４４，第四レンズ枠４５に対して相対的に光軸方向に移動され、ズーミングが行われる。

また、特許文献２に記載の発明では、レンズ鏡筒は、光軸方向Ｈに移動するフォーカスレンズＬ４を保持した４群保持枠４と、４群保持枠４を光軸方向Ｈに駆動するＶＣＭアクチュエータと、を有し、４群保持枠４は、スリーブ部４ａと振れ止め部４ｂを有し、スリーブ部４ａと振れ止め部４ｂはそれぞれ、４群鏡筒６と撮像素子地板９に支持されているガイドバー６５、６６に係合し、ＶＣＭアクチュエータは、第１のヨーク６１と、第２のヨーク６２と、磁石６３と、略四角柱形状の空芯コイル４１と、を有し、コイル４１に通電すると磁気回路の作用により、４群保持枠４が光軸方向に駆動される。

しかし、これら従来より広く普及しているアクチュエータを用いた駆動装置には、停止精度が低い、無給電時にガタが生じやすい、連結パーツにガタが生じやすい、等の欠点があった。

一方、２つのプーリ（滑車）の間に紐状部材を渡してプーリを回動させることで、紐状部材に連結したレンズ移動枠を駆動させる駆動装置も存在する。

例えば、特許文献３に記載の発明では、可撓線状体と、該可撓線状体が少なくとも一回転以上巻き掛けられ、該光学部材と共に移動する第１の回転可能な部材と、該可撓線状体が巻き掛けられ該第１の回転可能な部材を挟む位置に配置された第２の回転可能な部材及び巻き掛け部と、第１の回転可能な部材を駆動する駆動手段と、マニュアル操作部材の操作を該第２の回転可能な部材に伝達する伝達手段を設けたことを特徴とするレンズ鏡筒が開示されている。

この発明によれば、駆動手段による光学部材の移動動作からマニュアル操作部材の操作による該光学部材の引き続いた移動動作を連続的に行うことができ、光学部材を移動させる回転環部材を設けることで回転環部材とマニュアル操作部材の移動方向を逆向きにすることも容易にする、としている。

また、特許文献４に記載の発明では、カメラケーシングの内部に配設した一対のプーリに伝達ワイヤを掛け渡し、遊び車を伝達ワイヤに押圧して伝達ワイヤに張力を生じさせ、プーリにモータの出力軸の回転を伝達して伝達ワイヤを往復移動させ、伝達ワイヤの一部に撮影レンズを保持したレンズ枠に設けた伝達腕部の先端部を固定し、該レンズ枠を光軸方向に沿ったガイド棒に支持させて光軸方向への移動を案内させることを特徴とする撮影レンズ駆動機構が開示されている。

この発明によれば、モータの動力をレンズ枠に伝達する要素から打音などが発生することをなくして騒音の発生を極力抑制したカメラの撮影レンズ駆動機構を提供する、としている。

特開平０８－２６６０９３号公報特開２０１１－０７５６７４号公報特開平０７－０９２３６５号公報特開平０９－０４３４８１号公報

しかしながら、上述した従来技術では以下のような問題点があった。

すなわち、特許文献３に開示の発明では、可撓線状体を１つのプーリに１回転以上巻き掛けており、移動部材を移動させるためにプーリを回転駆動させると、巻き掛けた可撓線状体同士が絡まるおそれがある。また、可撓線状体に張力を持たせるために回転軸が移動可能なプーリを用意する必要があるので、構造が複雑になり、レンズ鏡筒が大型化するおそれがある。さらに、モータ及びその減速機構の駆動ユニットをプーリと同軸に配置する必要があり、レンズ鏡筒が大型化するおそれがある。

また、特許文献４に開示の発明では、無端の伝達ワイヤに張力を持たせるために回転軸が移動可能なプーリを用意する必要があるので、構造が複雑になり、機構が大型化するおそれがある。また、無端の伝達ワイヤを使用すると、撮影レンズを保持したレンズ枠の重さや駆動速度によっては、プーリと伝達ワイヤとの間で滑りが発生するおそれがある。さらに、モータを一方のプーリと同軸に配置する必要があり、機構が大型化するおそれがある。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、超音波アクチュエータを用い、レンズの駆動方向と垂直な平面において省スペースで、停止精度に優れたレンズ駆動装置及びそれを有するレンズ鏡筒を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明を実施のレンズ駆動装置は、略直方体形状であり、端面に摩擦部を有する超音波アクチュエータユニットと、第１のプーリを軸支する第１の軸と第２のプーリを軸支する第２の軸とを備えたベース部材と、前記第１のプーリと前記第２のプーリとに張架された紐状部材とを有するプーリユニットと、前記紐状部材とレンズ移動枠とを連結する連結部と、を有し、前記超音波アクチュエータユニットは前記プーリユニットの前記第１の軸と前記第２の軸との間に配置され、前記超音波アクチュエータユニットの長手方向と前記第１の軸と前記第２の軸の並ぶ方向とは略平行であり、前記摩擦部は前記第１のプーリの外周面に加圧接触されて駆動力を伝達すること特徴とする。

また、本発明を実施のレンズ駆動装置は、好ましくは、前記第１のプーリは、互いに独立して回動可能に軸支された上段プーリ及び下段プーリで構成され、前記紐状部材の一方の端部は前記上段プーリに固定され、前記紐状部材の他方の端部は前記下段プーリに固定され、前記上段プーリと前記下段プーリとの間には、前記紐状部材を巻き取る方向に前記上段プーリ及び前記下段プーリを回転付勢する付勢部材をさらに有することを特徴とする。

また、本発明を実施のレンズ駆動装置は、好ましくは、前記摩擦部は、前記上段プーリ又は前記下段プーリの少なくとも一方に対して加圧接触されることを特徴とする。

また、本発明を実施のレンズ鏡筒は、レンズ光学系の光軸と、前記レンズ駆動装置の前記第１の軸と前記第２の軸の並ぶ方向とが略平行であることを特徴とする。

本発明を実施のレンズ駆動装置及びそれを有するレンズ鏡筒によれば、超音波アクチュエータを用い、プーリに巻き取った紐状部材に被駆動体を連動させるレンズ駆動装置において、レンズの駆動方向と垂直な平面において省スペースであり、紐状部材の両端を別々のプーリに固定することで紐状部材に滑りが発生せず、シンプルな構成で紐状部材にテンションを持たせることが可能で、バックラッシュの発生し得るギア等を使用しないので停止精度に優れたレンズ駆動装置及びそれを有するレンズ鏡筒を提供することが可能となる。

本発明の一実施形態であるレンズ駆動装置の外観斜視図である。超音波アクチュエータユニット単体の外観斜視図である。超音波アクチュエータユニットの摩擦部と第１のプーリとの接触を説明する部分拡大図である。レンズ駆動装置を真横から見た側面図である。第１のプーリの構造を説明する部分展開図である。レンズ駆動装置を備えたレンズ鏡筒の断面図である。

以下、添付の図面に従って、本発明を実施するための最良の形態について説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。

図１は、本発明が適用されたレンズ駆動装置１００の外観斜視図である。本図に示すように、レンズ駆動装置１００は、ベース１１０と、第１のプーリ１２０と、第２のプーリ１３０と、紐状部材１４０と、超音波アクチュエータユニット１５０と、を有して構成されている。

ベース１１０は概ね扁平な直方体形状をしており、扁平面の長手方向の一方の端部付近には第１の軸１１１が、他方の端部付近には第２の軸１１２が突設されている。

これらの軸にはそれぞれプーリが回動可能な状態で取り付けられている。すなわち、第１の軸１１１には第１のプーリ１２０が、第２の軸１１２には第２のプーリ１３０が、それぞれ取り付けられる。これらのプーリ間に紐状部材１４０が張架されている。第１のプーリ１２０内には、紐状部材１４０を固定する機能と、紐状部材１４０に適切なテンションをかける機能とが備えられている。これらについて詳しくは後述する。

紐状部材１４０には所定の箇所に連結部材１４１が固定されている。この連結部材１４１には不図示のレンズ移動枠が連結される。これにより、プーリの回転駆動がレンズ移動枠の直進運動に変換される。

ベース１１０の扁平面には超音波アクチュエータユニット１５０が設置されている。超音波アクチュエータユニット１５０は概ね直方体形状をしており、長手方向の一方の先端部が第１のプーリ１２０に加圧接触されている。

詳しくは後述するが、超音波アクチュエータユニット１５０が駆動されると、摩擦部１５１を介して第１のプーリ１２０が駆動され所定の方向に回転される。この回転運動によって紐状部材１４０がレンズ駆動装置１００の長手方向に移動され、紐状部材１４０に固定された連結部材１４１も移動する。連結部材１４１には不図示のレンズ移動枠が連結されており、結果としてレンズが長手方向に駆動されることになる。

以上が、本発明を実施のレンズ駆動装置１００によるレンズ駆動の簡単な説明となる。

図２は、超音波アクチュエータユニット１５０単体の外観斜視図である。超音波アクチュエータユニット１５０は、摩擦部１５１とユニットケース１５２と、を有している。

ユニットケース１５２内部には、不図示の超音波アクチュエータ本体及び加圧手段が備えられている。摩擦部１５１は、超音波アクチュエータ本体の一方の長手方向端面に設けられており、ユニットケース１５２の先端面から露出されている。

超音波アクチュエータ本体は、例えば圧電素子からなり、所定の電圧が印加されることで圧電素子が振動し、この振動が摩擦部１５１を介して被駆動体に伝達されることで駆動力が発生する。

詳しくは、圧電素子に設けた複数の電極に対して所定の高周波電圧を印加する。すると、圧電素子には、一方向に伸縮する運動と、この方向と直交する方向に屈曲する運動とが同時に発生する。圧電素子の摩擦部１５１には、この伸縮運動と屈曲運動とが合成されることで楕円運動が生じる。印加する電極の組み合せや、電圧、周期を変更することによって、圧電素子の振動モードを制御することができる。

ユニットケース１５２は、この圧電素子の振動モードを妨げないようにして圧電素子を収納保持している。

また、圧電素子は、ユニットケース１５２内に設けられる加圧手段によって、摩擦部１５１が第１のプーリ１２０と加圧接触する方向に付勢されている。加圧接触した状態で、圧電素子に高周波電圧を印加すると、摩擦部１５１に上述した楕円運動が生じ、この楕円運動が第１のプーリ１２０に伝達されて、プーリが回転駆動される。

このようにして動作される超音波アクチュエータユニット１５０は、高トルク性、静穏性、高自己保持力、が特徴となっている。

図１にも示したように、超音波アクチュエータユニット１５０は２本の軸１１１及び１１２の間に配置されている。さらに別の言い方によれば、２つのプーリ１２０及び１３０に巻きつく紐状部材１４０により囲われる空間に配置されている。

このように配置することにより、駆動方向と垂直な平面においてレンズ駆動装置１００の省スペース化が可能となる。さらに、レンズ駆動装置１００をユニットとして取り扱うことが可能となり、レンズ鏡筒への組み込みも容易となる。

上述したように、超音波アクチュエータユニット１５０の摩擦部１５１は、第１のプーリ１２０に対して加圧接触されている。図３は、超音波アクチュエータユニット１５０の摩擦部１５１が第１のプーリ１２０と接触する様子を説明するための部分拡大図である。

詳しくは後述するが、第１のプーリ１２０は、大まかに２つのプーリで構成されており、軸方向に隣接する上段プーリ１２１と下段プーリ１２２とを有している。そして、超音波アクチュエータユニット１５０の摩擦部１５１は、この下段プーリ１２２の外周面に対して加圧接触するよう配置されている。

上段プーリ１２１と下段プーリ１２２とは互いに一体となって軸中心に回転可能に構成されているので、下段プーリ１２２に入力された回転力により第１のプーリ１２０全体が回転駆動されることになる。

図４は、レンズ駆動装置１００を真横から見た側面図である。本図からも、超音波アクチュエータユニット１５０が２本の軸１１１及び１１２の間に配置され、また、２つのプーリ１２１及び１２２に巻きつく紐状部材１４０により囲われる空間に配置されていることがわかる。

上述したように、第１のプーリ１２０は上段プーリ１２１と下段プーリ１２２とで構成されている。紐状部材１４０はループ状ではなく端を有する形態をした紐であり、端の一方が上段プーリ１２１、他方が下段プーリ１２２に固定されている。また、紐状部材１４０の中間部は第２のプーリ１３０に這い回されている。

第１のプーリ１２０には、紐状部材１４０にテンションを発生する機構が設けられている。これにより、紐状部材１４０には、第１のプーリ１２０と第２のプーリ１３０との間で所定のテンションが掛かるようになっている。このテンションを発生する仕組みについて詳しくは後述する。

本図に示すように、紐状部材１４０の中間部が這い回される第２のプーリ１３０では、紐状部材１４０がらせん状に這い回されてからＵターンされる。これは、紐状部材１４０の両端が固定される２つのプーリが軸方向に重なり合っていて、その結果それぞれの端部の軸方向の高さが異なるためである。

図５は、第１のプーリ１２０の構造を説明するための部分展開図である。これによれば、第１のプーリ１２０は、上段プーリ１２１と、ねじりばね１２３と、ワッシャ１２４と、下段プーリ１２２と、から構成されている。

上段プーリ１２１及び下段プーリ１２２にはそれぞれねじりばね１２３を収納するためのスペース１２５が設けられている。さらに、それらのスペース１２５には、ねじりばね１２３の２本の腕部１２６が緩挿される孔部１２７が設けられている。第１のプーリ１２０の組み立て時には、ねじりばね１２３はこれらのスペース１２５及び孔部１２７に収納される。

ワッシャ１２４は、上段プーリ１２１と下段プーリ１２２とにより形成される紐状部材１４０用の凹みを２段に分ける働きをする。このワッシャ１２４により、第１のプーリ１２０において紐状部材１４０の両端が互いに接触することがなく、摩擦による劣化や絡まりを防止することができる。

本図中では不図示であるが、上述したように、紐状部材１４０の一方の端が上段プーリ１２１、他方の端が下段プーリ１２２にそれぞれ設けられた不図示の切り欠きに圧入され固定されている。

ねじりばね１２３は紐状部材１４０にテンションをかける付勢部材として機能する。まず、紐状部材１４０を巻き取る方向に付勢力が発生する向きにねじりばね１２３をねじる。これは、ねじりばね１２３を緩めることで紐状部材１４０の円周が長くなった状態と言うこともできる。

この状態で、両端部が上段プーリ１２１及び下段プーリ１２２にそれぞれ固定された紐状部材１４０の中間部を第２のプーリ１３０に掛ける。すると、上段プーリ１２１及び下段プーリ１２２は、ねじりばね１２３の復元力により紐状部材１４０を巻き込む方向に回転して円周が短くなり、その結果、第２のプーリ１３０を経由した紐状部材１４０の両端が引っ張られて紐状部材１４０にテンションがかけられる。

上段プーリ１２１及び下段プーリ１２２は、挿入されている第１の軸１１１から抜けないように、不図示の規制部材により抜け止めされている。軸方向の規制状態においても、上段プーリ１２１及び下段プーリ１２２はそれぞれ互いに回転自在になっており、上述した紐状部材１４０のテンションが維持される。

以上で説明したように、本発明に係るレンズ駆動装置によれば、レンズの駆動方向と垂直な平面において省スペースであり、紐状部材の両端を別々のプーリに固定することで紐状部材に滑りが発生しない。さらに、バックラッシュの発生し得るギア等を使用しないので優れた停止精度を達成できる。また、ねじりばねにより２つの重なるプーリを巻き取る方向に付勢するというシンプルな構成で紐状部材にテンションを持たせることが可能となる。

図６は、上述してきたレンズ駆動装置をレンズ鏡筒に適用した実施例を示しており、そのようなレンズ鏡筒の主な構成を示した断面図である。

本図に示すように、レンズ鏡筒２００は、不図示のカメラ本体に装着可能な交換レンズであって、マウント部２１０を介してカメラ本体と接続される。

固定筒２２０の被写体側には固定群である第１レンズ群Ｇ１が保持されている。また、像面側にはレンズ移動枠２３０が設けてあり、レンズ移動枠２３０がフォーカス群である第２レンズ群Ｇ２を保持している。このレンズ移動枠２３０が光軸方向に進退することによって、レンズ鏡筒２００のピント調整が行われる。

レンズ移動枠２３０の光軸方向の移動を可能にするために、固定筒２２０内部には光軸方向に伸びるガイド軸２４０が複数設けられている。ガイド軸２４０は図中では便宜上1本のみが表示されている。レンズ移動枠２３０には、このガイド軸２４０が緩挿されるガイド孔が複数設けられていて、ガイド軸２４０に沿って所定の範囲において進退可能に構成されている。

固定筒２２０内部には、レンズ移動枠２３０の可動範囲における位置を検出するために、不図示の位置検出部材も備えられている。この位置検出部材は公知のものであり、例えばエンコーダーや可変抵抗が用いられる。

固定筒２２０内部には、上述したレンズ駆動装置１００が、装置の長手方向と光軸方向とが一致するように固定されている。レンズ移動枠２３０は、このレンズ駆動装置１００の紐状部材１４０に固定されている連結部材１４１と連結されている。

レンズ駆動装置１００は、不図示のフレキシブルプリント基板を介して、電力が供給されている。この電力はさらに、マウント部２１０の不図示の電子接点を介して、カメラ本体から供給されている。レンズ駆動装置１００は、また、不図示のレンズＣＰＵと電気的に接続されていて、このレンズＣＰＵにより制御が行われる。

次に、レンズ移動枠２３０の駆動について説明する。

撮影者によってカメラ本体を介してオートフォーカスの指令がレンズ鏡筒２００に伝達されると、レンズＣＰＵはレンズ駆動装置１００に対して駆動制御を開始する。レンズ移動枠２３０の目標位置が決定されると、レンズ駆動装置１００の駆動方向及び駆動量が算出され、レンズ駆動装置１００が駆動される。

上述したように、超音波アクチュエータユニット１５０の摩擦部１５１により第１のプーリ１２０が回転されることで、紐状部材１４０が巻き取られ連結部材１４１が目標とする方向に移動する。これにより、連結部材１４１と連結されているレンズ移動枠２３０も光軸に沿って移動を行う。このとき、レンズ移動枠２３０は緩挿されているガイド軸２４０により正しく光軸と平行にガイドされるので、レンズ移動枠２３０に生じる倒れや捩じれ等が抑えられる。

以上で説明したように、本発明に係るレンズ駆動装置を備えたレンズ鏡筒によれば、省スペースなレンズ駆動装置を用いることによる設計自由度の向上や、高停止精度なレンズ駆動装置を用いることによるによる合焦性能の向上が可能となる。

なお、上述した実施例ではＡＦ時のフォーカスレンズ駆動について説明したが、これは撮影者のマニュアル操作に対しても適用可能である。その場合、例えば、撮影者によるフォーカスリング２５０の操作をフォトインタラプタ（ＩＰ）等を利用して検出し、リングの回転方向と回転量とから演算された移動量となるようにレンズ駆動装置１００が駆動され、レンズ移動枠２３０が移動される。

１００レンズ駆動装置、１１０ベース、１１１第１の軸、１１２第２の軸、１２０第１のプーリ、１２１上段プーリ、１２２下段プーリ、１２３ねじりばね、１２４ワッシャ、１２５スペース、１２６腕部、１２７孔部、１３０第２のプーリ、１４０紐状部材、１４１連結部材、１５０超音波アクチュエータユニット、１５１摩擦部、１５２ユニットケース、２００レンズ鏡筒、２１０マウント部、２２０固定筒、２３０レンズ移動枠、２４０ガイド軸、２５０フォーカスリング

Claims

略直方体形状であり、端面に摩擦部を有する超音波アクチュエータユニットと、
第１のプーリを軸支する第１の軸と第２のプーリを軸支する第２の軸とを備えたベース部材と、前記第１のプーリと前記第２のプーリとに張架された紐状部材とを有するプーリユニットと、
前記紐状部材とレンズ移動枠とを連結する連結部と、
を有し、
前記超音波アクチュエータユニットは前記プーリユニットの前記第１の軸と前記第２の軸との間に配置され、
前記超音波アクチュエータユニットの長手方向と前記第１の軸と前記第２の軸の並ぶ方向とは略平行であり、
前記摩擦部は前記第１のプーリの外周面に加圧接触されて駆動力を伝達する
ことを特徴とするレンズ駆動装置。
前記第１のプーリは、互いに独立して回動可能に軸支された上段プーリ及び下段プーリで構成され、
前記紐状部材の一方の端部は前記上段プーリに固定され、前記紐状部材の他方の端部は前記下段プーリに固定され、
前記上段プーリと前記下段プーリとの間には、前記紐状部材を巻き取る方向に前記上段プーリ及び前記下段プーリを回転付勢する付勢部材をさらに有する
ことを特徴とする請求項１に記載のレンズ駆動装置。
前記摩擦部は、前記上段プーリ又は前記下段プーリの少なくとも一方に対して加圧接触される
ことを特徴とする請求項２に記載のレンズ駆動装置。
請求項１乃至３のいずれかに記載のレンズ駆動装置を備えたレンズ鏡筒であって、
レンズ光学系の光軸と、前記レンズ駆動装置の前記第１の軸と前記第２の軸の並ぶ方向とが略平行である
ことを特徴とするレンズ鏡筒。