JP2003015014A

JP2003015014A - レンズ駆動装置

Info

Publication number: JP2003015014A
Application number: JP2001197873A
Authority: JP
Inventors: Masakazu Hanashima; 正和花島
Original assignee: Nidec Copal Corp
Current assignee: Nidec Precision Corp
Priority date: 2001-06-29
Filing date: 2001-06-29
Publication date: 2003-01-15

Abstract

(57)【要約】【課題】空間の利用効率が高く小型化に適したレンズ
駆動装置を提供する。【解決手段】レンズ駆動装置は、レンズ枠２と案内軸
１と駆動体３と回路部とで構成されている。レンズ枠２
は、レンズを搭載し且つレンズの光軸に沿って移動可能
である。案内軸１は、レンズ枠２を光軸に沿って移動可
能に案内支持する。駆動体３は、レンズ枠２と案内軸１
との間に配され、レンズ枠２に取り付けられた電気機械
変換素子部４及び電気粘性流体が注入された外皮殻より
なり案内軸１に接触する脚部５で構成されている。回路
部は、電気機械変換素子部４に通電して機械的変位を起
し、さらに機械的変位に対応して脚部５に通電し電気粘
性流体の粘性を変化させることで脚部５の外皮殻と案内
軸１の表面との間に摩擦力を発生させ、もってレンズ枠
２を案内軸１に沿って駆動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はカメラなどの光学機
器に搭載されるレンズ駆動装置に関する。より詳しく
は、圧電素子などの電気機械変換素子と電気粘性流体素
子とを組み合わせ、電力からレンズの機械的な駆動力を
生み出すレンズ駆動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知の様に、スチルカメラやビデオカメ
ラなどの光学機器には、レンズが組み込まれている。最
近では、自動焦点合わせやズーミングの為、レンズ鏡筒
を駆動するモータが組み込まれているものが多い。一般
に、レンズ鏡筒のアクチュエータとして電磁モータが多
用されている。電磁モータの回転力を、カムや歯車など
により直線運動に変換し、レンズ鏡筒を光軸方向に駆動
している。

【０００３】光学機器を小型化する為には、レンズ鏡筒
の小型化に加え、これを駆動するアクチュエータの小型
化も重要である。しかしながら、電磁モータを小型化し
ていくと出力トルクも同時に低下してしまい、レンズ鏡
筒を駆動することが困難になる。そこで、小型化に向い
ている圧電素子を動力源に用いた超音波モータなどが使
われ始めている。一例として、特開平７−２７４５４３
号公報に開示されたレンズ駆動装置を、図７に示す。こ
のレンズ駆動装置は圧電素子などの電気機械変換素子を
利用したものである。図示する様に、圧接バネ１１４に
より摩擦板１１２が駆動軸１１３をレンズ鏡筒１１１と
の間に挟む方向に押圧され、接触面に適当な摩擦力が発
生する。圧電素子１１８の一端は駆動軸１１３の端部に
固着され、他の端部はフレーム１２１の支持板１２４に
固着される。鋸歯状波駆動パルスが印加された圧電素子
１１８の緩やかな伸び変位では、軸１１３が被駆動部材
１１１とともに実質的に軸方向に移動する。圧電素子１
１８の急速な縮み変位では、軸１１３が先と反対方向へ
急速に移動するが、被駆動部材１１１及び摩擦板１１２
は慣性力が摩擦力に打ち勝って実質的に移動しない。係
るレンズ駆動装置はある程度小型化が可能であるが、移
動量のばらつきが大きくなる為、駆動部と被駆動部の間
に生ずる摩擦力を最適化する必要がある。また、より一
層の小型化には自ずから限界がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述したレンズ駆動装
置では、固定されている駆動軸の端部に圧電素子を取り
付け、圧電素子を伸び縮みさせている。その時の速度変
化により生じる慣性力を利用してレンズ鏡筒の駆動を行
なっている。速度の変化は圧電素子に印加するパルス波
形を制御して行なう。この様な慣性力を利用したレンズ
駆動装置では、駆動軸の端部に圧電素子を取り付けてい
る為、レンズ駆動装置の光軸方向の寸法が大きくなり、
小型化に不適当である。駆動軸の側面方向は空間が空い
ているにも関わらず、利用されておらずスペース効率が
悪い。そこで、本発明は空間の利用効率が高く小型化に
適したレンズ駆動装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上述した従来の技術の課
題に鑑み、且つ本発明の目的を達成する為に、以下の手
段を講じた。即ち、本発明に係るレンズ駆動装置は、レ
ンズを搭載し且つレンズの光軸に沿って移動可能なレン
ズ枠と、該レンズ枠を光軸に沿って移動可能に案内支持
する固定された案内軸と、該レンズ枠と該案内軸との間
に配され、該レンズ枠に取り付けられた電気機械変換素
子部及び電気粘性流体が注入された外皮殻よりなり該案
内軸に接触する脚部で構成された駆動体と、該駆動体を
通電制御して該レンズ枠を該案内軸に沿って移動させる
ための回路部とからなる。

【０００６】具体的には、前記回路部は、該電気機械変
換素子部に通電して機械的変位を起し、さらに該機械的
変位に対応して該脚部に通電し該電気粘性流体の粘性を
変化させることで該脚部の外皮殻と該案内軸の表面との
間に摩擦力を発生させ、もって該レンズ枠を該案内軸に
沿って駆動する。好ましくは、前記案内軸は、該脚部が
移動する間隔に対応して複数の段差部が、表面に形成さ
れている。又、前記駆動体の脚部は、柔軟かつ摩擦係数
の大きいチューブ形状の外皮殻よりなり、内部に電気粘
性流体が注入された後密閉され、前記外皮殻の外周に電
界を発生させるための電極を設けたフレキシブル基板が
配設されており、さらに前記脚部は一方の端部が前記案
内軸の表面に移動可能に接触し、他方の端部が前記接触
部位から光軸方向に傾いた状態で前記電気機械変換素子
部に固設されるように構成されている。又、前記駆動体
の電気機械変換素子部は、通電により機械的変位を発生
する圧電素子又は磁歪素子を含む電気機械変換素子であ
り、一方の面が前記脚部に固設され、対向する面が前記
レンズ枠に接続されており、さらに通電により前記一対
の面間に機械的変位を発生するように電極が配設されて
いる。

【０００７】本発明によれば、圧電素子などの電気機械
変換素子部に電圧を印加することにより生じる伸縮動作
を、光軸方向に沿ったレンズ枠の直線運動に変換する
為、電気粘性流体を注入した脚部を用いている。脚部の
摩擦力を利用することにより、案内軸と直交する方向か
ら加えられる圧電素子の変位を、案内軸と平行な光軸方
向に沿ったレンズ枠の直線変位に変換することができ
る。圧電素子などの電気機械変換素子部と電気粘性流体
が注入された外皮殻よりなる脚部とで構成される駆動体
は、案内軸とレンズ枠との間に配されるので、空間を有
効に使うことが可能となり、コンパクトな実装を実現で
きる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
の形態を詳細に説明する。図１は、本発明に係るレンズ
駆動装置の基本的な構成を示す模式図である。（Ａ）は
光軸方向から見た平面図、（Ｂ）は光軸と平行に見た部
分側面図、（Ｃ）は部分拡大図である。尚、（Ｂ）に、
この部分拡大図の位置Ｃを表わしてある。

【０００９】図示する様に、本レンズ駆動装置は一対の
案内軸１と、レンズ枠２と、４個の駆動体３と、回路部
（図示省略）とから構成されている。レンズ枠２は中央
にレンズを搭載する為の円形開口を有し、レンズの光軸
に沿って移動可能である。（Ｂ）に示す様に、レンズ枠
２は、上下一対の枠部材２ａ，２ｂと、これらを連結す
る連結部材２ｃとで構成されている。一対の案内軸１は
光軸と平行に固定されており、レンズ枠２の両端に係合
している。係る構成により、案内軸１は、レンズ枠２を
光軸に沿って移動可能に案内支持する。４個の駆動体３
はそれぞれレンズ枠２と案内軸１との間に配されてお
り、電気機械変換素子部４と脚部５とで構成されてい
る。各駆動体３は上下の枠部材２ａ，２ｂの間に保持さ
れた状態で、案内軸１の側面に当接している。（Ｃ）に
示す様に、駆動体３の電気機械変換素子部４は、一対の
枠部材２ａ，２ｂで構成されたレンズ枠２に取り付けら
れている。脚部５は、電気粘性流体が注入された外皮殻
よりなり、案内軸１の表面に接触している。係る構成に
おいて、図示しない回路部は、４個の駆動体３を通電制
御して、レンズ枠２を案内軸１に沿って光軸方向に駆動
する。

【００１０】図２は、図１に示したレンズ駆動装置の動
作説明に供する模式的な断面図である。前述した様に回
路部は、電気機械変換素子部４に通電して機械的変位を
起こす。電気機械変換素子部４は例えば圧電素子からな
り、その厚み方向に機械的な伸縮変位を起こす。更に、
この機械的な伸縮変位に対応して、回路部は脚部５に通
電し、電気粘性流体の粘性を変化させることで、脚部５
の外皮殻と案内軸１の表面１ａとの間に摩擦力を発生さ
せ、もって駆動体３と一体化されたレンズ枠（図示せ
ず）を案内軸１に沿って駆動する。駆動体３の脚部５
は、柔軟且つ摩擦係数の大きいチューブ形状の外皮殻よ
りなり、内部に電気粘性流体が注入された後密閉され、
外皮殻の外周に電界を発生させる為の電極を設けたフレ
キシブル基板が配設されている（図示せず）。係る構成
において、脚部５は、一方の端部が案内軸１の表面１ａ
に移動可能に接触し、他方の端部が接触部位から光軸方
向に傾いた状態で電気機械変換素子部４に固設されてい
る。駆動体３の電気機械変換素子部４は、前述した様に
通電により機械的変位を発生する圧電素子や磁歪素子を
含む電気機械変換素子であり、一方の面が脚部５に固設
され、対向する面がレンズ枠に接続されており、更に通
電により前記一対の面間に機械的変位を発生する様に電
極が配設されている。

【００１１】図３は、図２に示した構成の改良例を表わ
している。図示する様に、案内軸１は、脚部５が移動す
る間隔に対応して複数の段差部１ｓが、表面に形成され
ている。前述した様に、本レンズ駆動装置は脚部５と案
内軸１の表面との間の摩擦を利用している為、図示の様
に段差部１ｓを設けることで、脚部５の接触面積が増え
より大きな駆動力が得られる。加えて、外皮殻に注入さ
れた電気粘性流体が、段差部１ｓに入り込んだ状態で通
電を行なうと、形状的にも脚部５により発生する力が大
きくなる。これにより、一層安定した駆動トルクが得ら
れる。

【００１２】図４は、回路部も含めた本レンズ駆動装置
の実施形態を示すブロック図である。尚、本実施形態で
は、より効率的な駆動を行なう為、２個の駆動体３を連
結した構成を採用している。図示する様に、本レンズ駆
動装置は、案内軸１とレンズ枠２と駆動体３と電源部８
と駆動回路部９と制御部１０とで構成されている。ここ
で、案内軸１は固定されている一方、レンズ枠２は移動
可能である。レンズ枠２は、案内軸１と一定の間隔Ｌを
維持して配設されている。間隔Ｌは所定の手段（図示せ
ず）により、常に一定に保たれている。駆動体３は、案
内軸１とレンズ枠２との間に配設されている。駆動体３
はレンズ枠２の方に取り付けられており、電気機械変換
素子部４と脚部５とで構成されている。脚部５は電気粘
性流体７が注入された外皮殻６よりなる。駆動回路部９
は、電源部８から電力を得て駆動体３を通電駆動する。
制御部１０は、駆動回路部９に制御信号を与え、レンズ
枠２の移動速度や移動方向を制御する。

【００１３】駆動体３の脚部５は、柔軟且つ摩擦係数の
大きいチューブ形状の外皮殻６よりなり、内部に電気粘
性流体７が注入された後密閉されている。脚部５は、外
皮殻６の外周に電界を発生させる為の電極を設けたフレ
キシブル基板（図示せず）が配設されている。脚部５
は、自由端部が案内軸１に移動可能に接触し、固定端部
が接触部位から所定方向に傾いた状態で電気機械変換素
子部４に固設されている。

【００１４】駆動体３の電気機械変換素子部４は、通電
により機械的変位を発生する圧電素子または磁歪素子を
含む電気機械変換素子である。電気機械変換素子部４の
一方の面は脚部５に固設され、対向する面はレンズ枠２
に固定されている。電気機械変換素子部４は、通電によ
り一対の面間に機械的変位を発生する様に電極（図示せ
ず）が配設されている。

【００１５】図示の実施形態は、複数の駆動体３を備え
ている。複数の駆動体３に含まれる各電気機械変換素子
部４に順次通電することにより得られた機械的変位に対
応して、複数の脚部５は順次通電する様に構成されてい
る。脚部５に含まれている電気粘性流体の粘性を変化さ
せることで、案内軸１の表面と脚部５の外皮殻６との間
に摩擦力を発生させ、これによりレンズ枠２を所定方向
に移動する。各駆動体３の脚部５は、所定方向に揃えて
配設される二本のほぼハの字状をなした組からなる。二
本のほぼハの字状の組の一本に通電することで所定方向
に移動し、他の一本に通電することで所定の方向とは逆
の方向に移動する様に構成されている。これにより、レ
ンズ枠２は往復駆動が可能である。

【００１６】図５を参照して、図４に示した本レンズ駆
動装置の動作を簡潔に説明する。尚理解を容易にする
為、二個の駆動体の内、図面上右側のものを駆動体３Ｒ
で表わし、左側のものを駆動体３Ｌで表わしてある。ま
た、各脚部５については、二本のほぼハの字状の組の一
方を脚５１で表わし、他方を脚５２で表わしてある。ま
ず（１）に示す様に、右側の駆動体３Ｒの電気機械変換
素子部４Ｒに電圧を印加し、矢印で示す様に圧電効果で
厚みを伸ばす。この時、斜線で示した一方の脚５１に電
気を印加する。他方の脚５２には電気を印加しない。電
気を印加した脚５１の剪断力が強くなる一方、電気を印
加しない脚５２の剪断力は弱い。この結果、斜線を付し
た脚５１は案内軸１側に押し付けられる為、矢印で示す
様にレンズ枠２が移動する。

【００１７】次に（２）に示す様に、左側の駆動体３Ｌ
に属する電気機械変換素子部４Ｌと脚部５にそれぞれ電
圧を印加する。この時同時に、右側の駆動体３Ｒに対す
る電圧の印加は解除する。これにより、レンズ枠２は更
に矢印で示す方向に移動することになる。この後（３）
に示す様に、左側の駆動体３Ｌに対する電圧印加を解除
するとともに、右側の駆動体３Ｒに対する電圧印加を行
なう。これは（１）に示した状態と同様である。この様
に（１）に示した状態と（２）に示した状態を繰り返す
ことにより、レンズ枠２は案内軸１に沿って移動するこ
とになる。

【００１８】図４に戻り、本レンズ駆動装置の各要素に
つき説明を加える。電気粘性流体７はＥＲ流体とも呼ば
れ、エレクトロレオロジー効果を示す流体である。エレ
クトロレオロジー（ＥＲ）効果とは、外部電場によって
可逆的に材料のレオロジー特性が変化することである。
このレオロジー特性の変化として、粘度の増減、弾性率
の増減、降伏応力の増減などが挙げられる。粒子分散型
（含水系、非含水系）のＥＲ流体は、絶縁性の溶媒の中
に誘電性の微粒子を分散させたもので、この微粒子に電
場を加えると、電場方向へ微粒子の鎖状凝集体が形成さ
れる。この時、流体を電場と異なる方向へ流す為には、
鎖状凝集体の微粒子間のつながりを切り離す必要があ
り、これが流体を移動する際の抵抗となる為、粘度が上
昇する。また、電場が印加されている間は、切り離され
た微粒子は次の凝集体と鎖状の凝集体を形成する為、電
場により見かけ上の剪断粘度や動的粘弾性が大きく変化
する。尚、ＥＲ流体の変種としてＥＭＲ流体が挙げられ
る。これは電場と磁場の二つの外場によってレオロジー
特性が変化する流体である。ＥＭＲ流体は磁性流体の中
にレオロジー特性が見られたことから研究が始まったも
のであり、ＥＲ流体と同様に使うことが可能である。
尚、電気粘性流体７を収納する外皮殻６は、ゴムやエラ
ストマなど絶縁性の弾性体からなり、摩擦に強いものが
好ましい。

【００１９】駆動回路部９は駆動体３に含まれる電気機
械変換素子部４及び電気粘性流体７に所定の波形の駆動
電圧を印加する。印加電圧については、レンズ駆動装置
のサイズと剪断応力の値、使用する電気粘性流体の種類
などにより適切に設定する。直流電源を用いた場合に
は、数十Ｖから数百Ｖの間の電圧を印加する。駆動電圧
は通常パルス状に印加する。電気機械変換素子部４に印
加するパルス電圧に合わせて、電気粘性流体７にも適切
な矩形波などのパルス電圧を印加する。

【００２０】最後に図６を参照して、図５に示した駆動
体３の動作を説明する。（Ａ）は脚部５に電圧を印加し
ない状態を表わしている。尚、脚部５の一端は案内軸１
側に移動可能に接触し、他端は接触部位から所定方向に
傾いた状態で電気機械変換素子部４に固設されている。

【００２１】（Ｂ）に示す様に、電気機械変換素子部４
に通電を行なうと案内軸１側に伸びる為、脚部５は押し
つぶされた様になる。脚部５に含まれた電気粘性流体７
に電圧が印加されていない場合、脚部５はそのままつぶ
れる。

【００２２】（Ｃ）に示す様に、脚部５に電圧を印加し
た状態では、電気粘性流体に剪断力が出てくる為、その
ままつぶれることはなく、梁の状態で倒れ込む様にな
る。倒れ込む時に梁先端と接触している部分に摩擦力が
生じる為、電気粘性流体の剪断力を最適に調節してあれ
ば、レンズ枠２側が動くことになる。通常、金属材料な
どでは最大剪断応力を超えた場合は剪断してしまうが、
電気粘性流体の場合最大剪断応力の状態を維持し続ける
ことができる。

【００２３】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、圧
電素子などの電気機械変換素子と電気粘性流体素子を組
み合わせてレンズのアクチュエータを構成している。そ
して、このアクチュエータをレンズ枠とこれを光軸方向
に案内する案内軸との間に配している。係る構成によ
り、空間の利用効率がよくなり、レンズ駆動装置の小型
化が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るレンズ駆動装置の基本的な構成を
示す模式図である。

【図２】図１に示したレンズ駆動装置の動作説明に供す
る模式図である。

【図３】図２に示した構成の改良例を示す模式図であ
る。

【図４】本発明に係るレンズ駆動装置の全体的な構成を
示すブロック図である。

【図５】図４に示したレンズ駆動装置の動作説明に供す
る模式図である。

【図６】図４に示したレンズ駆動装置の動作説明に供す
る模式図である。

【図７】従来のレンズ駆動装置の一例を示す斜視図であ
る。

【符号の説明】

１・・・案内軸、２・・・レンズ枠、３・・・駆動体、
４・・・電気機械変換素子部、５・・・脚部、６・・・
外皮殻、７・・・電気粘性流体、８・・・電源部、９・
・・駆動回路部、１０・・・制御部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 41/08 Ｕ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レンズを搭載し且つレンズの光軸に沿っ
て移動可能なレンズ枠と、該レンズ枠を光軸に沿って移動可能に案内支持する固定
された案内軸と、該レンズ枠と該案内軸との間に配され、該レンズ枠に取
り付けられた電気機械変換素子部及び電気粘性流体が注
入された外皮殻よりなり該案内軸に接触する脚部で構成
された駆動体と、該駆動体を通電制御して該レンズ枠を該案内軸に沿って
移動させるための回路部とからなるレンズ駆動装置。
【請求項２】前記回路部は、該電気機械変換素子部に
通電して機械的変位を起し、さらに該機械的変位に対応
して該脚部に通電し該電気粘性流体の粘性を変化させる
ことで該脚部の外皮殻と該案内軸の表面との間に摩擦力
を発生させ、もって該レンズ枠を該案内軸に沿って駆動
することを特徴とする請求項１記載のレンズ駆動装置。
【請求項３】前記案内軸は、該脚部が移動する間隔に
対応して複数の段差部が、表面に形成されていることを
特徴とする請求項１又は２記載のレンズ駆動装置。
【請求項４】前記駆動体の脚部は、柔軟かつ摩擦係数
の大きいチューブ形状の外皮殻よりなり、内部に電気粘
性流体が注入された後密閉され、前記外皮殻の外周に電界を発生させるための電極を設け
たフレキシブル基板が配設されており、さらに前記脚部は一方の端部が前記案内軸の表面に移動
可能に接触し、他方の端部が前記接触部位から光軸方向
に傾いた状態で前記電気機械変換素子部に固設されるよ
うに構成されていることを特徴とする請求項１記載のレ
ンズ駆動装置。
【請求項５】前記駆動体の電気機械変換素子部は、通
電により機械的変位を発生する圧電素子又は磁歪素子を
含む電気機械変換素子であり、一方の面が前記脚部に固設され、対向する面が前記レン
ズ枠に接続されており、さらに通電により前記一対の面間に機械的変位を発生す
るように電極が配設されていることを特徴とする請求項
１記載のレンズ駆動装置。