JPWO2020149108A1 - 光学機器用アクチュエータおよびこれを備えたレンズ鏡筒 - Google Patents

Abstract

光学機器用アクチュエータは、フォーカスレンズ（Ｌ１１）を含む可動枠（３３）、主軸ガイド（４０）、圧電素子（３６ａ）、ウェイト（３６ｂ）、固定枠（３０）、ガイド保持枠（３５）、バネ（３６ｃ）を備える。圧電素子（３６ａ）は、主軸ガイド（４０）の第１端（４０ａ）側に振動を付与する。固定枠（３０）は、主軸ガイド（４０）の第１端（４０ａ）側に配置された圧電素子（３６ａ）とウェイト（３６ｂ）とを支持する。ガイド保持枠（３５）は、主軸ガイド（４０）の第１端（４０ａ）側とは反対の第２端（４０ｂ）側を固定された状態で支持する。バネ（３６ｃ）は、主軸ガイド（４０）の第１端（４０ａ）側に設けられており、ウェイト（３６ｂ）を介して、主軸ガイド（４０）の第１端（４０ａ）に対して圧電素子（３６ａ）を軸方向に沿って押圧する。

Description

本開示は、レンズ等の光学機器を光軸方向に沿って前後に駆動する光学機器用アクチュエータおよびこれを備えたレンズ鏡筒に関する。

従来、レンズ鏡筒のレンズ枠体を光軸方向において前後に移動させるために、高速応答が可能なＳＩＤＭ（Smooth Impact Drive Mechanism）等のガイド軸加振用振動アクチュエータが使用されている。
例えば、特許文献１には、駆動軸と、駆動軸の第１端側が接着剤等を用いて固定された圧電素子と、駆動軸の第２端側を軸方向に平行に移動可能な状態で支持する支持部材と、駆動軸を含む駆動部が軸方向とは異なる方向の外力を受けた場合に駆動部に作用するべき外力の影響を緩和するために圧電素子に取り付けられた外力緩和支持部（バネ等）を備えた駆動装置について開示されている。

国際公開第２０１４／０９１６５６号

しかしながら、上記従来の駆動装置の構成では、以下に示すような問題点を有している。
すなわち、上記公報に開示された駆動装置の構成では、駆動軸等へ軸方向とは異なる方向の外力を受けた場合でも、バネ等の外力緩和支持部によって外力の影響を緩和することができる。

しかし、従来の構成では、駆動軸の第１端側が軸方向に移動可能な状態で支持された、いわゆるフローティング構造が採用されている。つまり、従来の構成では、光軸方向においてレンズを案内するガイド軸の端部が不安定な状態で支持されている。このため、駆動装置が、例えば、フォーカスレンズ群を含むレンズ鏡筒に搭載された場合、ガイド軸によって案内されるフォーカスレンズ群の光軸間の調整が困難になるおそれがある。

本開示の課題は、ガイド軸の軸方向に交差する方向から付与される外力に起因する破損を防止しつつ、レンズの光軸調整を容易に実施することが可能な光学機器用アクチュエータおよびこれを備えたレンズ鏡筒を提供することにある。
本開示に係る光学機器用アクチュエータは、レンズを含む可動枠と、ガイド軸と、振動付与部と、ウェイトと、第１枠体と、第２枠体と、弾性部材と、を備えている。ガイド軸は、可動枠をレンズの光軸に沿って移動可能に支持する。振動付与部は、ガイド軸の第１端側に振動を付与する。ウェイトは、振動付与部に固定されている。第１枠体は、ガイド軸の第１端側に配置された振動付与部とウェイトとを支持する。第２枠体は、ガイド軸の第１端側とは反対の第２端側を固定された状態で支持する。弾性部材は、ガイド軸の第１端側に設けられており、ウェイトを介して、ガイド軸の第１端に対して、振動付与部を軸方向に沿って押圧する。
（発明の効果）
本開示に係る光学機器用アクチュエータによれば、ガイド軸の軸方向に交差する方向から付与される外力に起因する破損を防止しつつ、レンズの光軸調整を容易に実施することができる。

本開示の一実施形態に係る光学機器用アクチュエータを備えたレンズ鏡筒の構成示す斜視図。 図１のレンズ鏡筒を構成する各部品の分解図。 図２のレンズ鏡筒に含まれる３群・４群ユニットを構成する各部品の分解図。 図３の３群・４群ユニットにおいて圧電素子によって付与される振動の方向を示す側面図。 図３の３群・４群ユニットを撮像素子側から見た正面図。 図５のＪ−Ｊ線断面図。 図２のレンズ鏡筒に含まれる固定枠を像面側から見た図。 図７のＬ−Ｌ線断面図。 圧電素子と主軸ガイドとの接続部分周辺の構成を示す分解斜視図。 圧電素子周辺の構成および主軸ガイドの第２端側の圧入部分の構成を模式的に示す断面図。 主軸ガイドがガイド保持枠に圧入された部分を示す拡大図。 図１０の透過モデルを示す図。 簡略化された振動付与部の周波数応答特性を示すグラフ。 実際の振動付与部の周波数応答特性を示すグラフ。 振動付与なしの場合の時間と振幅との関係を示すグラフ。 振動付与ありの場合の時間と振幅との関係を示すグラフ。 ３群・４群ユニットのフォーカス制御について説明する斜視図。

以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。ただし、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
なお、出願人は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。

（実施形態１）
本開示の一実施形態に係る光学機器用アクチュエータを備えたレンズ鏡筒１０について、図１〜図１１を用いて説明すれば以下の通りである。
（１）レンズ鏡筒の構成
本実施形態に係るレンズ鏡筒１０は、図１に示すように、複数のレンズを含む光学系と、１群ユニット１１と、２群ユニット１２と、カム枠１３と、３群・４群ユニット１４と、５群ユニット１６と、外装ユニット１７と、ベースリング１８とを備えている。そして、レンズ鏡筒１０は、ベースリング１８の部分において、カメラ本体（図示せず）のマウント部に装着される。

ここで、図１に示す光軸ＡＸ方向は、レンズ鏡筒１０の光学系の光軸方向である。以下、光軸方向における被写体側とは、カメラ本体の撮像素子（図示せず）が配置された像面側とは反対側を意味する。以下、レンズ鏡筒１０の光学系の光軸方向を、光軸ＡＸ方向とする。
（１−１）光学系の構成
レンズ鏡筒１０の光学系は、図２に示すように、１群ユニット１１と、２群ユニット１２と、カム枠１３と、３群・４群ユニット１４と、５群ユニット１６と、外装ユニット１７と、ベースリング１８等によって構成されている。

１群ユニット１１は、筒状の部材であって、その内部には、被写体側に複数のレンズが配置されている。１群ユニット１１は、被写体側に複数のレンズを保持した状態で、光軸ＡＸ方向に沿って前進および後退する。
これにより、複数のレンズの間の距離が変化して、広角撮影および望遠撮影を行うことができる。

２群ユニット１２は、１群ユニット１１の内周面側に配置された円筒状の部材である。２群ユニット１２は、複数のレンズを保持している。２群ユニット１２に含まれる複数のレンズは、１群ユニット１１に含まれる複数のレンズよりも光軸ＡＸ方向における像面側に配置される。
カム枠１３は、図２に示すように、円筒状の部材であって、カム溝が形成されている。カム枠１３は、２群ユニット１２と、３群・４群ユニット１４の外周面側に配置される。そして３群・４群ユニット１４の外周面に設けられたカムピンが、カム枠１３のカム溝に嵌合される。

３群・４群ユニット１４は、フォーカスレンズＬ１１を含むフォーカスユニットであって、１群ユニット１１および２群ユニット１２と同様に、複数のレンズを保持している。
３群・４群ユニット１４は、略円筒状の部材であって、複数のレンズを保持している。３群・４群ユニット１４に含まれる複数のレンズは、図２に示すように、２群ユニット１２に含まれる複数のレンズよりも光軸ＡＸ方向における像面側に配置される。また、３群・４群ユニット１４は、図３に示すように、フォーカスレンズＬ１１を保持している。フォーカスレンズＬ１１は、３群・４群ユニット１４に含まれる複数のレンズの中で、光軸ＡＸ方向における像面側に配置されている。さらに、３群・４群ユニット１４は、図３に示すように、略円筒状の固定枠３０の外周部に配置されたメインヨーク３１および対向ヨーク３４と、可動枠３３に配置された駆動コイル３３ｃとを含むように構成されている。これにより、３群・４群ユニット１４は、駆動コイル３３ｃ等を含む駆動部によって駆動されることで、複数のレンズを保持した状態で、フォーカスレンズＬ１１を含む可動枠３３を光軸ＡＸ方向に前後に移動する。

３群・４群ユニット１４（固定枠３０）の外周面から突出するように設けられたカムピンは、回転駆動源から付与される回転駆動力を受けて、カム枠１３に形成されたカム溝に沿って移動する。これにより、１群ユニット１１から３群・４群ユニット１４までに含まれる複数のレンズを光軸ＡＸ方向において前後に移動させて、複数のレンズ間の距離を調整することで、広角撮影や望遠撮影等を行うことができる。

なお、３群・４群ユニット１４の詳細な構成については、後段にて詳述する。
５群ユニット１６は、図２に示すように、１群ユニット１１の内周面側に配置された略円筒状の部材である。５群ユニット１６は、複数のレンズを保持している。また、５群ユニット１６には、相対回転可能な状態でカム枠１３が取り付けられる。
外装ユニット１７は、図２に示すように、レンズ鏡筒１０の外装部分を構成する円筒状の部材である。外装ユニット１７の外周面には、円環状のフォーカスリング、ズームリング等が回転可能な状態で取り付けられている。

ベースリング１８は、外装ユニット１７における像面側の端部に取り付けられており、外装ユニット１７とともにレンズ鏡筒１０の外装部分を構成している。そして、ベースリング１８は、カメラ本体（図示せず）に対して取り付けられる。
（１−２）３群・４群ユニット１４の構成
本実施形態のレンズ鏡筒１０は、可動枠３３によって保持されたフォーカスレンズＬ１１を、光軸ＡＸ方向において前後に移動させるレンズユニットである。具体的には、レンズ鏡筒１０を構成する３群・４群ユニット１４が、図３に示すように、固定枠３０、メインヨーク３１、マグネット（駆動部）３２（図６等参照）、可動枠３３、主軸ガイド（ガイド軸）４０、副軸ガイド４１、対向ヨーク３４、ガイド保持枠（第２枠体）３５、振動付与機構３６を備えている。

また、３群・４群ユニット１４では、固定枠（第１枠体）３０と、フォーカスレンズＬ１１を保持する可動枠３３と、主軸ガイド４０と、ガイド保持枠（第２枠体）３５、振動付与機構３６と、によって、可動枠３３を光軸ＡＸ方向に沿って前後に移動させる光学機器用アクチュエータが構成される。
なお、図３〜図８は、３群・４群ユニット１４の構成を示している。図６は、図５のＪ−Ｊ線断面図、図８は、図７のＬ−Ｌ線断面図である。

固定枠３０は、３群・４群ユニット１４の外郭を構成する略円筒状の部材であって、メインヨーク３１、マグネット３２、可動枠３３、主軸ガイド（ガイド軸）４０、副軸ガイド４１等が配置される。そして、固定枠３０の一部は、後述する光学機器用アクチュエータを構成する第１枠体として用いられる。
メインヨーク３１は、図３および図６に示すように、側面から見て略Ｕ字状の部材であって、図５に示すように、固定枠３０の外周面側に２つ設けられている。

マグネット３２は、図６に示すように、メインヨーク３１の略Ｕ字状の部分の間に設けられており、後述する駆動コイル３３ｃとともに可動枠３３を駆動するアクチュエータを構成する。そして、マグネット３２は、図６に矢印で示すＺ方向（径方向内側）に磁場Ｍを発生させる。より詳細には、図６に示す上側に配置されたマグネット３２は、図中下向きに磁場Ｍを発生させ、下側に配置されたマグネット３２は、図中上向きに磁場Ｍを発生させる。

可動枠３３は、図４および図６に示すように、固定枠３０に対して相対的に光軸ＡＸ方向へ前後に移動可能であって、主軸軸受部３３ａ、副軸軸受部３３ｂ、駆動コイル３３ｃ、本体部３３ｄを有している。
主軸軸受部３３ａは、光軸ＡＸ方向に沿って本体部３３ｄに形成された貫通穴であって、主軸ガイド４０が挿入されている。

副軸軸受部３３ｂは、主軸軸受部３３ａと同様に、光軸ＡＸ方向に沿って本体部３３ｄに形成された貫通穴であって、副軸ガイド４１が挿入されている。
主軸ガイド４０は、主軸軸受部３３ａに摺動可能に係合し、図３および図４に示すように、固定枠３０に対して可動枠３３を相対的に移動させる際のガイド部材として、光軸ＡＸ方向に沿って配置されている。そして、主軸ガイド４０は、光軸ＡＸの方向における第１端４０ａが、後述する振動付与機構３６（圧電素子３６ａ）に接続されている（図８および図９参照）。一方、第１端４０ａとは反対側の第２端４０ｂが、ガイド保持枠３５に形成された圧入穴３５ａ（図１０および図１１参照）に固定された状態で支持されている。また、主軸ガイド４０は、図４に示すように、可動枠３３を移動させる際に、後述する振動付与機構３６から図中の振動付与方向において所定の振動が付与される。

さらに、主軸ガイド４０の第１端４０ａは、図１０に示すように、固定枠３０に形成された挿入孔３０ａに挿入されている。そして、挿入孔３０ａの内周面と主軸ガイド４０の外周面との間には、円環状の隙間ｄが形成されている。円環状の隙間ｄは、主軸ガイド４０の外周面を取り囲むように形成されている。
副軸ガイド４１は、副軸軸受部３３ｂに挿通され、図３および図４に示すように、主軸ガイド４０に略平行に配置されている。そして、副軸ガイド４１は、光軸ＡＸ方向における一方の端が固定枠３０に保持され、その反対側の端部が後述するガイド保持枠３５に保持される。そして、副軸ガイド４１は、主軸ガイド４０に沿って光軸ＡＸ方向において可動枠３３が前後に移動する際に、主軸ガイド４０とともに可動枠３３の姿勢を維持できるように、可動枠３３のガイド部材として機能する。

駆動コイル３３ｃは、図６に示すように、可動枠３３の本体部３３ｄ側に固定されており、固定枠３０側に固定されたメインヨーク３１およびマグネット３２の近傍に配置されている。そして、可動枠３３を可動させる際には、駆動コイル３３ｃには、図６に示すように、図面に垂直なＸ軸方向に電流が流れる。
これにより、図６に示すように、マグネット３２によって生じる径方向内側に向かう磁場と、駆動コイル３３ｃを流れる電流とによって、可動枠３３に図中Ｙ軸方向（左方向）へのローレンツ力Ｆ１を発生させることができる。よって、駆動コイル３３ｃに電流が流れることで、可動枠３３は、光軸ＡＸ方向において前後に移動する。

なお、本実施形態のレンズ鏡筒１０では、可動枠３３に対して付与される推力は、マグネット３２、駆動コイル３３ｃによって発生するローレンツ力Ｆ１に依存する。つまり、本実施形態では、可動枠３３の推力は、後述する振動付与機構３６から付与される振動には依存しない。
本体部３３ｄは、図５に示すように、中心部分においてフォーカスレンズＬ１１を保持している。そして、本体部３３ｄのフォーカスレンズＬ１１を保持する部分の外周側に設けられた主軸軸受部３３ａおよび副軸軸受部３３ｂには、主軸ガイド４０および副軸ガイド４１が挿通される。

対向ヨーク３４は、略Ｕ字状のメインヨーク３１の開口部分を覆うように取り付けられている。
ガイド保持枠３５は、図３に示すように、可動枠３３の光軸ＡＸ方向における被写体側とは反対側の像面側に配置されている。そして、ガイド保持枠３５は、可動枠３３の像面側の位置において、主軸ガイド４０（第２端４０ｂ側）、および副軸ガイド４１のそれぞれの端部を保持している。

また、ガイド保持枠３５は、主軸ガイド４０の第２端４０ｂが圧入固定される圧入穴３５ａと、圧入穴３５ａの外周側に圧入穴３５ａと同心円状に形成された溝部３５ｂとを有している（図１０および図１１参照）。
ここで、３群・４群ユニット１４のフォーカス制御について、説明する。
図１６において、位置検出部２０２は、可動枠３３に固定されたセンサマグネット２０３と、センサマグネット２０３に対向するように固定枠３０に固定されたＭＲ素子（図示せず）とで構成される。なお、位置検出部２０２は、エンコーダによって構成されていてもよく、固定枠３０に対する可動枠３３の位置を検出できるものであればよい。

位置検出部２０２は、制御部２０１と電気的に接続されており、センサマグネット２０３の光軸方向への移動量を制御部２０１へ出力する。駆動コイル３３ｃのコイル端末部２０５は、制御部２０１と電気的に接続されている。
制御部２０１は、位置検出部２０２から得られた可動枠３３の現在の位置に基づいて、駆動コイル３３ｃに駆動電流を流すことで、可動枠３３を所望の位置に移動することができる。

さらに、制御部２０１は、振動付与機構３６とも電気的に接続されており、振動付与部３６の動作を制御することができる。
本実施形態では、制御部２０１が、可動枠３３の現在位置、速度に応じて、振動付与機構３６の振動量、振動周波数を自在に変更可能な構成を有している。例えば、主軸ガイド軸の振動速度は、可動枠３３の移動速度より大きいことが好ましい。

これにより、主軸ガイド４０と可動枠３３の相対速度が０を挟んで±に変化する。そのため、速度によって方向が反転する摩擦成分を相殺することができる。
また、本実施形態では、制御部２０１は、可動枠３３が移動するとき、振動付与部３６は、機械強度の限界を超えない範囲で、主軸ガイド４０が可動枠３３の移動速度の２倍以上の速度で、振動するように制御する。

これは、２倍未満の速度で振動させると、主軸ガイド４０の振動の反転時に、駆動コイル３３ｃにより移動する可動枠３３と、振動付与機構３６により振動する主軸ガイド４０間の相対速度が０付近となり、速度によって方向が反転する摩擦成分を十分に相殺できなくなるためである。さらに、主軸ガイド４０と可動枠３３の間に、静止摩擦などの負荷が増大し、振動付与機構３６から意図しない可動枠３３への影響が発生するためである。
（１−３）振動付与機構３６の構成
振動付与機構３６は、図３および図４に示すように、主軸ガイド４０に対して、主軸ガイド４０の軸方向に略平行な方向に沿って振動を付与する機構であって、図７および図８に示すように、主軸ガイド４０の被写体側の端部（第１端４０ａ）が当接する位置に配置されている。そして、振動付与機構３６は、図３に示すように、圧電素子３６ａ、ウェイト３６ｂ、バネ３６ｃ、ホルダ（第１枠体）３６ｄ、および緩衝シート（緩衝材）３６ｅを有している。

なお、本実施形態では、振動付与機構３６は、例えば、２０ｋＨｚ〜６０ｋＨｚの範囲内の振動を付与するように制御される。
圧電素子３６ａは、電圧が印加されると力を発生させる圧電性を有する素子であって、交流電圧が印加されて伸縮を繰り返すことで、超音波振動を発生させる。そして、圧電素子３６ａは、可動枠３３（本体部３３ｄ）と主軸ガイド４０との間に生じる摩擦抵抗を低減するために、主軸ガイド４０に対して所定の超音波振動を付与する超音波振動子として用いられる。

具体的には、圧電素子３６ａは、可動枠３３（本体部３３ｄ）と主軸ガイド４０との間に生じる静止摩擦が動摩擦に変化するように、図４に示す振動付与方向（軸方向に略平行な方向）に沿って、主軸ガイド４０に対して所定の超音波振動を付与する。
ここで、超音波振動により主軸ガイド４０が振動する加速度をα、可動枠３３の質量をｍｋとすると、可動枠３３が主軸ガイド４０と同じ加速度αで振動をするために必要な力は、α×ｍｋとなる。また、主軸ガイド４０から可動枠３３に伝達できる力は、主軸ガイド４０と可動枠３３の間で作用する摩擦力Ｔとなる。

Ｔ≧α×ｍｋの状態では、主軸ガイド４０と可動枠３３が略一体的に動く。
すなわち、可動枠３３は、圧電素子３６ａによる主軸ガイド４０の加速度αの振動に合わせて、加速度αで振動する。この時、可動枠３３に伝達できる力（摩擦力Ｔ）は、可動枠３３が加速度αで振動をするために必要な力（α×ｍｋ）と同じか、大きい。このため、主軸ガイド４０の振動が同じ加速度αで可動枠３３に伝わり、主軸ガイド４０と可動枠３３とは、略一体的に動き、相対的に滑らない。

一方、Ｔ＜α×ｍｋ（関係式（１））の状態では、主軸ガイド４０と可動枠３３は、一体的に動かず相対的に滑りが発生する。
すなわち、圧電素子３６ａによって主軸ガイド４０が加速度αで振動しても、可動枠３３は加速度αでは振動できず、振動しない、あるいは加速度αより小さな加速度で振動する。加速度αより小さな加速度で振動する場合は、可動枠３３の振幅は、主軸ガイド４０の振幅より小さくなる。この時、可動枠３３に伝達できる力（摩擦力Ｔ）は、可動枠３３が加速度αで振動するために必要な力（α×ｍｋ）より小さい。このため、主軸ガイド４０の振動が同じ加速度αでは、可動枠３３に伝わることができず、主軸ガイド４０と可動枠３３との間には、相対的な滑りが発生する。

また、Ｔ＜α×ｍｋの状態では、圧電素子３６ａによる振動が続いている間はずっと、主軸ガイド４０と可動枠３３との間に相対的な滑りが発生し続ける。その状態では、主軸ガイド４０と可動枠３３との間の摩擦は、静止摩擦ではなく、動摩擦になる。
つまり、Ｔ＜α×ｍｋの状態で圧電素子３６ａによる振動が続いている間は常に、主軸ガイド４０と可動枠３３の間では、動摩擦状態が維持される。一般的に、動摩擦力は、静止摩擦力よりも小さい。よって、動摩擦が発生している状態が維持されている場合には、静止摩擦が発生している状態よりも小さい駆動力で可動枠３３を駆動することができる。

また、動摩擦状態が維持されている場合は、物体が動き出す時、静止摩擦状態から動摩擦状態に遷移することで発生する、いわゆるスティックスリップ現象も発生しない。これにより、動摩擦状態が維持されていることで、小さい駆動力でスティックスリップが発生することなく物体を移動させることができるため、微小移動量の高精度駆動に有利となる。

さらに、Ｔ＜α×ｍｋの状態では、可動枠３３は、加速度αより小さな加速度で振動する。すなわち、可動枠３３は、主軸ガイド４０より小さい振幅で振動する場合がある。この振動量は、主軸ガイド４０の振幅より小さく、圧電素子３６ａの振幅より小さい。圧電素子３６ａの振幅は、被駆動体（可動枠３３）の位置制御に必要な精度よりも十分小さく、例えば、１／１０以下である。従って、被駆動体（可動枠３３）は、圧電素子３６ａによって振動しても、位置制御として問題となることはない。

これにより、圧電素子３６ａから主軸ガイド４０に対して付与される超音波振動は、可動枠３３の本体部３３ｄと主軸ガイド４０とが接触する部分における摩擦抵抗を効果的に低減することができる。この結果、アクチュエータ（マグネット３２と駆動コイル３３ｃ）によって生じるローレンツ力Ｆ１（図６参照）によって、高速かつ高精度に可動枠３３を所望の位置へ移動させることができる。

図１２は、本開示の振動付与部３６を簡略化した振動付与部１０１である。１０２は、ウェイト３６ｂを示し、１０３は、バネ３６ｃを、１０４は、主軸カイド４０を、１０５は、３５ｂ溝部を、１０６は、圧電素子３６ａをそれぞれ示す。また、ｘ、Ｘは、ウェイト３６ｂ、主軸ガイド４０の軸線方向１０９上の位置を示し、Ｆ、（−Ｆ）は、圧電素子３６ａで発生する加振力である。なお、簡略化した振動付与部１０１において、緩衝シート３６ｅは、省略されている。

以下の式（１００）は、簡略化された振動付与部１０１の、加振力（−Ｆ）からウェイト位置ｘまでの伝達関数を示し、以下の式（１０１）は、加振力Ｆから主軸ガイド位置Ｘまでの伝達関数を示す。

式（１００）と式（１０１）は、一般的な、周波数応答特性として表現されており、ｓは、ｓ＝ｊω（ｊは虚数単位、ωは角周波数）であり、ω＝２πｆ（ｆは周波数（Ｈｚ））である。式（１００）中のｍ１は、ウェイト３６ｂの質量［ｋｇ］を示し、式（１０１）中のｍ２は、主軸ガイド４０の質量（ｋｇ）を示す。

また、図１３は、式（１００）と式（１０１）の周波数応答特性を示すグラフである。
図１３において、点線は、式（１００）の計算結果、実線は、式（１０１）の計算結果を示している。図１３で示されるように、式（１００）、式（１０１）の特性は、Ｗ１、Ｗ２（１００００Ｈｚより低域に存在し、図示せず）に反共振点を持ち、Ｗ３、Ｗ４に共振点を持つ２次形式で表される特性を示す。本構成においては、以下の関係式を満たすように設定されている。

Ｗ４＜Ｗ１＜Ｗ３
Ｗ２×１０＜Ｗ４
２０×１０００＜Ｗ４／２π
５０×１０００＜Ｗ３／２π
（上述の関係式において、Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４の単位はラジアン／秒である。）
図１４は実際の振動付与部の特性で、実線は、主軸ガイド軸４０の周波数応答特性を示し、点線は、ウェイト３６ｂの特性を示す。

実線は、３２ｋＨｚと６５ｋＨｚに式（１００）、式（１０１）で示した理論計算値Ｗ３，Ｗ４に対応するピークを持ち、その間に平坦で安定した応答性を示す。さらに可聴域、また可動枠３３が制御される帯域１０ｋＨｚ以下では振動応答性が低く抑えられている。
一方、点線は、実線と同様のピークを持つが、そのピーク間に理論計算値Ｗ１に対応する反共振点を持ち、振動応答性が抑制されている。

この様に、本構成の振動付与機構３６によれば、主軸ガイド４０を騒音の発生や可動枠３３に制御擾乱などの影響を与えず、目的の周波数３２ｋＨｚから６５ｋＨｚの帯域で、効率よく振動させることが可能である。また、ウェイト３６ｂの振動を目的の振動付与帯域で抑制でき、ウェイト３６ｂ側で発生する振動の外部部品へ影響を小さくすることができる。

次に、可動枠３３の応答波形を、図１５Ａ、図１５Ｂに示す。
図１５Ａおよび図１５Ｂにおける点線は目標値で、±２．３μｍの三角波である。図１５Ａにおける実線は、振動を付与しないときの目標に対する可動枠３３の応答値の測定波形である。図１５Ｂにおける実線は、振動を付与したときの目標値に対する可動枠３３の応答値の測定値である。ここで、示されるように本構成の振動付与機構３６の振動付与により、約±２μｍの制御目標に対してまったく追従しなかった可動枠３３が、極めて高精度で微小な目標値に追従させることが可能となる。

ここで、圧電素子３６ａは、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（Pb(ZrTi）O₃）、チタン酸バリウム（BaTiO₃）、チタン酸鉛（PbTiO₃）等の圧電セラミックス等が用いられる。
なお、超音波振動とは、人間の耳には聞こえない高い振動数（例えば、振動数が２０ｋＨｚ以上の定常音として耳に感じない音）を持つ弾性振動波（音波）であって、広義の意味では、人が聞くこと以外の目的で利用される音を意味し、人間に聞こえるかどうかは問わない。

ウェイト３６ｂは、有底状の略円筒状の部材であって、図９に示すように、圧電素子３６ａの被写体側の端部に接続されている。そして、ウェイト３６ｂは、略円筒状の外周面における被写体側とは反対側の像面側の端部に形成されたフランジ部３６ｂａを有している。フランジ部３６ｂａは、径方向外側へ突出するように形成されており、後述するバネ３６ｃによって主軸ガイド４０の軸方向に沿って押圧される。また、ウェイト３６ｂの底面には、圧電素子３６ａにおける主軸ガイド４０の第１端４０ａとの接続側とは反対側の端部が、接着剤によって固定されている。

バネ３６ｃは、図９に示すように、ソレノイドバネとして形成された弾性部材であって、ウェイト３６ｂの外周面側に取り付けられている。そして、バネ３６ｃは、図１０に示すように、一方の端部がウェイト３６ｂのフランジ部３６ｂａに係止され、その反対側の端部がホルダ３６ｄの内部に保持され、圧縮された状態でホルダ３６ｄ内に配置されている。

これにより、バネ３６ｃは、主軸ガイド４０の軸方向（光軸ＡＸ方向）に沿って、ウェイト３６ｂを介して、主軸ガイド４０の第１端４０ａの端面に向かって圧電素子３６ａを押圧する。すなわち、バネ３６ｃは、主軸ガイド４０を振動させる方向に沿って圧電素子３６ａを付勢することで、圧電素子３６ａの挙動を主軸ガイド４０に対して伝達するために設けられている。

また、バネ３６ｃは、主軸ガイド４０の軸方向に交差する方向への外力が付与された場合に、主軸ガイド４０を軸方向に交差する方向へ移動可能な状態で支持する。これにより、主軸ガイド４０の第１端４０ａ側の端面とこれに対向する圧電素子３６ａの端面との間の接続部分が破壊されることを防止することができる。
さらに、バネ３６ｃの表面には、防振用のグリースが塗布されている。これにより、振動付与機構３６の部分における防振性能を向上させることができる。

すなわち、本実施形の構成では、主軸ガイド４０の第１端４０ａ側が、ウェイト３６ｂおよびバネ３６ｃを介して、後述するホルダ３６ｄの内面側に固定されている。
ホルダ３６ｄは、図９および図１０に示すように、有底状の略円筒状の部材であって、筒状の内部空間に、圧電素子３６ａ、ウェイト３６ｂおよびバネ３６ｃを内包する。そして、ホルダ３６ｄは、上述したように、底面において、内包されたバネ３６ｃの被写体側の端部を支持している。さらに、ホルダ３６ｄは、図１０に示すように、固定枠３０に形成された挿入孔３０ａの部分を覆うように、固定枠３０に対して固定されている。

これにより、ホルダ３６ｄは、固定枠３０の一部とともに、第１枠体を構成する。
緩衝シート３６ｅは、例えば、ポリイミド樹脂等によって形成されたシート状の部材であって、図９および図１０に示すように、主軸ガイド４０の第１端４０ａ側（被写体側）の端面と、圧電素子３６ａの像面側の端面との間において、バネ３６ｃの付勢力によって保持されている。そして、緩衝シート３６ｅを介して、主軸ガイド４０の第１端４０ａ側の端面とこれに対向する圧電素子３６ａの端面とが接続されている。

＜主な特徴＞
本実施形態では、以上のように、フォーカスレンズＬ１１を含む可動枠３３を光軸ＡＸ方向において前後に移動させる光学機器用アクチュエータとして、フォーカスレンズＬ１１を含む可動枠３３、主軸ガイド４０、圧電素子３６ａ、ウェイト３６ｂ、固定枠３０、ガイド保持枠３５、バネ３６ｃを備えている。主軸ガイド４０は、可動枠３３をフォーカスレンズＬ１１の光軸ＡＸ方向に沿って移動可能に支持する。圧電素子３６ａは、主軸ガイド４０の第１端４０ａ側に振動を付与する。ウェイト３６ｂは、圧電素子３６ａに固定されている。固定枠３０は、主軸ガイド４０の第１端４０ａ側に配置された圧電素子３６ａとウェイト３６ｂとを支持する。ガイド保持枠３５は、主軸ガイド４０の第１端４０ａ側とは反対の第２端４０ｂ側を固定された状態で支持する。バネ３６ｃは、主軸ガイド４０の第１端４０ａ側に設けられており、ウェイト３６ｂを介して、主軸ガイド４０の第１端４０ａに対して圧電素子３６ａを軸方向に沿って押圧する。

すなわち、本実施形態の構成では、主軸ガイド４０の第２端４０ｂ側がガイド保持枠３５に圧入された状態で固定された構成において、主軸ガイド４０の第１端４０ａ側がバネ３６ｃを介して、ホルダ３６ｄに固定されている。
このため、例えば、主軸ガイド４０の軸方向に交差する方向から外力が付与された場合において、主軸ガイド４０の第１端４０ａ側は、バネ３６ｃの弾性によって軸方向に交差する方向に移動する。

これにより、主軸ガイド４０と圧電素子３６ａとの接続部分における破損を効果的に防止することができる。
また、主軸ガイド４０の第２端４０ｂ側が、ガイド保持枠３５において固定された状態で支持されている。
これにより、従来のフローティング構造と比較して、主軸ガイド４０の第２端４０ｂ側を固定支持して主軸ガイド４０を安定的に支持することができるため、フォーカスレンズＬ１１を含む複数のレンズの光軸ＡＸの調整を容易に実施することができる。

この結果、主軸ガイド４０の軸方向に交差する方向から付与される外力に起因する破損を防止しつつ、レンズ鏡筒１０に含まれるレンズの光軸調整を容易に実施することができる。
また、本実施形態では、上述したように、主軸ガイド４０の第１端４０ａ側が、固定枠３０に形成された挿入孔３０ａに、円環状の隙間ｄを介して挿入されている。

これにより、主軸ガイド４０の軸方向に交差する方向から外力が付与された場合でも、主軸ガイド４０の第１端４０ａ側は、隙間ｄの範囲内において軸方向に交差する方向に移動可能となる。そして、主軸ガイド４０の第１端４０ａは、上述したバネ３６ｃによって支持されている。このため、主軸ガイド４０の第２端４０ｂ側がガイド保持枠３５に圧入固定された構成において、軸方向に交差する方向から外力が付与された場合でも、隙間ｄの範囲内において、軸方向に交差する方向に移動した主軸ガイド４０の第１端４０ａ側を移動させて、主軸ガイド４０と圧電素子３６ａとの接続部分における破損を防止することができる。

さらに、本実施形態では、主軸ガイド４０の第１端４０ａと圧電素子３６ａとの接続部分において、主軸ガイド４０の第１端４０ａの端面と、対向する圧電素子３６ａの端面との間には、緩衝シート３６ｅが配置されている。
これにより、主軸ガイド４０の第２端４０ｂ側がガイド保持枠３５に圧入固定された構成において、主軸ガイド４０の軸方向に交差する方向から外力が付与された場合でも、主軸ガイド４０の第１端４０ａ側の端面と圧電素子３６ａの端面との接続部分に係るせん断応力を、緩衝シート３６ｅによって吸収することで、接続部分の破壊をより効果的に防止することができる。

そして、緩衝材として設けられた緩衝シート３６ｅが薄いシート状に形成されていることで、圧電素子３６ａの端面と接続される主軸ガイド４０の第１端４０ａ側の端面を安定的に支持することができる。
さらにまた、本実施形態では、ガイド保持枠３５が、図１０および図１１に示すように、主軸ガイド４０の第２端４０ｂを圧入固定する圧入穴３５ａの周囲に形成された環状の溝部３５ｂを有している。

環状の溝部３５ｂは、圧入穴３５ａと同心円状に配置されており、主軸ガイド４０の第２端４０ｂ側を固定しているガイド保持枠３５の圧入穴３５ａの周辺の部分が変形して動きやすくするために形成されている。
このため、主軸ガイド４０に対して軸方向に交差する方向から外力が付与された場合において、第２端４０ｂを支持する圧入穴３５ａ付近が変形することで、圧入穴３５ａを支点にして主軸ガイド４０が光軸ＡＸの方向に動きやすい状態を形成することができる。そして、上述したように、主軸ガイド４０の第１端４０ａ側がバネ３６ｃを介して支持されている。

これにより、主軸ガイド４０の軸方向に交差する方向から外力が付与された場合でも、主軸ガイド４０の第１端４０ａ側を移動させて外力を逃がすことができる。
また、主軸ガイド４０の第２端４０ｂ側が圧入支持される圧入穴３５ａの周囲の部分が、環状の溝部３５ｂによって薄肉形状になるため、主軸ガイド４０に付与される振動を吸収することができる。

この結果、さらに効果的に、外力が付与された際の破損部分の発生を防止するとともに、主軸ガイド４０に付与された振動を効果的に吸収することができる。
［他の実施形態］
以上、本開示の一実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、開示の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

（Ａ）
上記実施形態では、主軸ガイド４０の第１端４０ａ側の端面とこれに対向する圧電素子３６ａの端面との間に、緩衝シート３６ｅが設けられた例を挙げて説明した。しかし、本開示はこれに限定されるものではない。
例えば、主軸ガイド４０の第１端４０ａ側の端面とこれに対向する圧電素子３６ａの端面とが、接着剤によって固定された構成であってもよい。

ただし、上記実施形態のように、主軸ガイド４０の第１端４０ａ側の端面とこれに対向する圧電素子３６ａの端面との間に、緩衝シート３６ｅ等の緩衝材が設けられていることで、主軸ガイド４０の第１端４０ａ側の端面とこれに対向する圧電素子３６ａの端面との接続部分の破損をより効果的に防止することができる。
（Ｂ）
上記実施形態では、主軸ガイド４０の第２端４０ｂ側が、ガイド保持枠３５の圧入穴３５ａに対して圧入固定された例を挙げて説明した。しかし、本開示はこれに限定されるものではない。

例えば、主軸ガイドの第２端側の固定は、圧入固定に限らず、接着剤等を用いた固定であってもよい。
（Ｃ）
上記実施形態では、複数のレンズ群を備えたレンズ鏡筒１０に含まれる３群・４群ユニット１４に対して、本開示の光学機器用アクチュエータを適用した例を挙げて説明した。しかし、本開示はこれに限定されるものではない。

本開示の光学機器用アクチュエータを適用される対象としては、例えば、レンズ鏡筒の４群ユニットに限定されるものではなく、撮像素子や他の可動枠を駆動するアクチュエータであってもよい。
（Ｄ）
上記実施形態では、振動付与機構３６から主軸ガイド４０に対して、主軸ガイド４０の軸方向に略平行な方向に沿って振動が付与される例を挙げて説明した。しかし、本開示はこれに限定されるものではない。

振動付与部から主軸ガイドに対して付与される振動としては、例えば、動摩擦抵抗を低減する際には、軸方向に交差する方向に沿って付与されてもよい。
（Ｅ）
上記実施形態では、振動付与機構３６から主軸ガイド４０に対して超音波振動が付与される例を挙げて説明した。しかし、本開示はこれに限定されるものではない。

振動付与部から付与される振動は、超音波振動に限られるものではなく、可動枠と主軸ガイドとの間に生じる摩擦抵抗を低減する振動であれば、例えば、可聴域の振動が付与されてもよい。
また、振動付与部から付与される超音波振動は、上記実施形態で説明した２０ｋＨｚ〜６０ｋＨｚの範囲に限らず、範囲外の超音波振動が付与されてもよい。

（Ｆ）
上記実施形態では、弾性部材として、ソレノイドバネを用いた例を挙げて説明した。しかし、本開示はこれに限定されるものではない。
例えば、ソレノイドバネ以外に、板ばね等の他の弾性部材を用いてもよい。すなわち、弾性部材は、ガイド軸を軸方向に沿って押圧するものであれば、特に限定されるものではない。

（Ｇ）
上記実施形態では、第１枠体としての固定枠３０の一部と、第２枠体としてのガイド保持枠３５とが別々の部材として設けられた構成を例として挙げて説明した。しかし、本開示はこれに限定されるものではない。
例えば、第１枠体と第２枠体とが一体化された構成であってもよい。

（Ｈ）
上記実施形態では、バネ３６ｃに防振用のグリースが塗布された例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、バネ等の弾性部材への防振用のグリースの塗布は必須ではなく、塗布されていない構成であってもよい。

本開示の光学機器用アクチュエータは、ガイド軸の軸方向に交差する方向から付与される外力に起因する破損を防止しつつ、レンズの光軸調整を容易に実施することができるという効果を奏することから、各種光学機器に搭載されるアクチュエータとして広く適用可能である。

１０ レンズ鏡筒
１１ １群ユニット
１２ ２群ユニット
１３ カム枠
１４ ３群・４群ユニット
１６ ５群ユニット
１７ 外装ユニット
１８ ベースリング
３０ 固定枠（第１枠体）
３０ａ 挿入孔
３１ メインヨーク
３２ マグネット（駆動部）
３３ 可動枠
３３ａ 主軸軸受部
３３ｂ 副軸軸受部
３３ｃ 駆動コイル（駆動部）
３３ｄ 本体部
３４ 対向ヨーク
３５ ガイド保持枠（第２枠体）
３５ａ 圧入穴
３５ｂ 溝部
３６ 振動付与機構
３６ａ 圧電素子（振動付与部）
３６ｂ ウェイト
３６ｂａ フランジ部
３６ｃ バネ（弾性部材）
３６ｄ ホルダ（第１枠体）
３６ｅ 緩衝シート（緩衝材）
４０ 主軸ガイド（ガイド軸）
４０ａ 第１端
４０ｂ 第２端
４１ 副軸ガイド
ＡＸ 光軸
ｄ 隙間
Ｆ１ ローレンツ力
Ｌ１１ フォーカスレンズ
Ｍ 磁力

Claims (13)

1. レンズを含む可動枠と、
   前記可動枠を前記レンズの光軸に沿って移動可能に支持するガイド軸と、
   前記ガイド軸の第１端側に振動を付与する振動付与部と、
   前記振動付与部に固定されたウェイトと、
   前記ガイド軸の前記第１端側に配置された前記振動付与部と前記ウェイトとを支持する第１枠体と、
   前記ガイド軸の前記第１端側とは反対の第２端側を固定された状態で支持する第２枠体と、
   前記ガイド軸の前記第１端側に設けられており、前記ウェイトを介して、前記ガイド軸の前記第１端に対して、前記振動付与部を軸方向に沿って押圧する弾性部材と、
   を備えている光学機器用アクチュエータ。
2. 前記ガイド軸の前記第１端と前記振動付与部との間に配置された緩衝材をさらに備えている、
   請求項１に記載の光学機器用アクチュエータ。
3. 前記緩衝材は、シート状に形成されている、
   請求項２に記載の光学機器用アクチュエータ。
4. 前記第２枠体は、前記ガイド軸の前記第２端が圧入によって固定支持される圧入穴を有している、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の光学機器用アクチュエータ。
5. 前記第２枠体は、前記圧入穴の外周側に、前記圧入穴と同心円状に形成された溝部を、さらに有している、
   請求項４に記載の光学機器用アクチュエータ。
6. 前記弾性部材は、前記ウェイトと前記第１枠体との間に配置されている、
   請求項１から５のいずれか１項に記載の光学機器用アクチュエータ。
7. 前記弾性部材は、ソレノイドバネである、
   請求項６に記載の光学機器用アクチュエータ。
8. 前記弾性部材には、防振用のグリースが塗布されている、
   請求項１から７のいずれか１項に記載の光学機器用アクチュエータ。
9. 前記振動付与部における前記ガイド軸と接続された側とは反対側の第１端は、前記ウェイトに対して接着固定されている、
   請求項１から８のいずれか１項に記載の光学機器用アクチュエータ。
10. 前記振動付与部は、前記ガイド軸の前記第１端に対して、前記ガイド軸の軸方向に沿って振動を付与する、
    請求項１から９のいずれか１項に記載の光学機器用アクチュエータ。
11. 前記振動付与部は、圧電素子である、
    請求項１から１０のいずれか１項に記載の光学機器用アクチュエータ。
12. 前記レンズは、フォーカスレンズである、
    請求項１から１１のいずれか１項に記載の光学機器用アクチュエータ。
13. 請求項１から１２のいずれか１項に記載の光学機器用アクチュエータと、
    前記レンズと前記光軸方向を合わせて配置された複数のレンズ群と、
    を備えたレンズ鏡筒。

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