JP2004007914A - 光学機器 - Google Patents
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Abstract
【課題】電気―機械変換素子を利用して光軸方向への移動が行なわれるレンズ保持枠などの保持部材に備えられた絞りなどの作動部材に対する電力供給が、好適に行なわれる光学機器を提供する。
【解決手段】電圧に応じて厚みが変化する電気―機械変換素子の厚みの変化を光学部材を保持する保持部材に伝えることにより該保持部材の移動方向への移動に作用する駆動ロッドと、
前記移動方向に延び該移動方向に移動する保持部材をガイドして該保持部材の姿勢を保持するガイドロッドとを備え、
駆動ロッドおよびガイドロッドのうちの少なくとも1本のロッドが、保持部材に保持された作動部材への電力供給用の電線の作用を兼ねた。
【選択図】 図3
【解決手段】電圧に応じて厚みが変化する電気―機械変換素子の厚みの変化を光学部材を保持する保持部材に伝えることにより該保持部材の移動方向への移動に作用する駆動ロッドと、
前記移動方向に延び該移動方向に移動する保持部材をガイドして該保持部材の姿勢を保持するガイドロッドとを備え、
駆動ロッドおよびガイドロッドのうちの少なくとも1本のロッドが、保持部材に保持された作動部材への電力供給用の電線の作用を兼ねた。
【選択図】 図3
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、駆動力を受けて所定の移動方向に移動する光学部材を備えた光学機器に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、カメラ、あるいはビデオカメラなどの光学機器における、レンズの光軸方向への移動はモータで行なわれているが、最近では、モータの代わりに電気―機械変換素子が採用され始めている。
【0003】
特開平9−191676号公報には、電気―機械変換素子によるレンズ移動が提案されている。
【0004】
これは、印加される電圧の変化に応じて厚みが変化する、圧電素子に代表される電気―機械変換素子によって、レンズを保持するレンズ保持枠を所定の摩擦力を以って結合させた駆動ロッドを光軸方向に往復運動させ、印加電圧に応じた速度で動作する特性を利用することで、駆動ロッドを所定以上の加速度で以って動作させ、その所定の摩擦力を超える慣性力を発生させることでレンズ保持枠の光軸方向への移動を行なうものである。
【0005】
ところで、レンズを保持するレンズ保持枠には、絞りなどの機構が取り付けられている場合があり、絞りの開閉などは、アクチュエータなどによって調節されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、印加電圧に応じて電気―機械変化素子の状態を変化させ、レンズの移動に利用しているレンズ駆動装置では、その移動の駆動力はそれほど強力なものではないため、上記のように、レンズ保持枠に備えられた絞りなどに電力を供給するためのケーブル状の電気配線がレンズ保持枠にぶらさがっていること自体が負荷となる上に、この負荷も一定したものではないために、保持部材の、所定位置への移動を困難なものにしてしまう可能性がある。
【0007】
本発明は、上記事情に鑑み、電気―機械変換素子を利用して光軸方向への移動が行なわれるレンズ保持枠などの保持部材に備えられた絞りなどの作動部材に対する電力供給が、好適に行なわれる光学機器を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の光学機器は、
駆動力を受けて所定の移動方向に移動する光学部材を備えた光学機器において、
上記光学部材を保持すると共に、電力の供給を受けて作動する作動部材を保持する保持部材と、
上記保持部材に与えられる駆動力を発生する駆動源としての、駆動電圧に応じて厚みが変化する電気―機械変換素子の厚みの変化を上記保持部材に伝えることによりこの保持部材の移動方向への移動に作用する駆動ロッドと、
上記移動方向に延びこの移動方向に移動する保持部材をガイドしてこの保持部材の姿勢を保持するガイドロッドとを備え、
上記駆動ロッドおよび上記ガイドロッドのうちの少なくとも1本のロッドが、上記保持部材に保持された上記作動部材への電力供給用の電線の作用を兼ねたものであることを特徴とする。
【0009】
本発明の光学機器では、レンズなどの光学部材を保持する保持部材に保持される絞りなどの作動部材に対する電力供給が、光軸方向に保持部材を移動させる際に利用される、駆動ロッドおよびガイドロッドのうちの少なくとも1本に電線の機能を持たせて行なわれている。これにより、作動部材に対する電力供給をケーブルで行なわなくてもよくなるため、保持部材の光軸方向への移動に与える影響を抑制することができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【0011】
図1は、本発明の第1実施形態の正面図である。
【0012】
図1に示される本実施形態であるカメラ1は、レンズ鏡胴が備えられた、オートフォーカスおよびパワーズーム機能付のデジタルカメラである。ただし、このレンズ鏡胴は、フォーカシングおよびズーミングの際にもその長さは不変のものである。
【0013】
図1に示されるカメラ1の前面には、前面レンズ11を内包するレンズ鏡胴12が中央付近に、フラッシュ発光窓15がレンズ鏡胴12の上方に、ファインダ対物窓13aがフラッシュ発光窓15の左(図1においては右)に電源スイッチ16がファインダ対物窓13aの左斜め下方に、および、レリーズボタン14が右上端(図1においては左上端)に備えられている。尚、このレリーズボタン14は2段式になっており、半押し状態では、フォーカスロックができるようになっている。
【0014】
図2は、図1に示されるカメラの背面図である。
【0015】
図2に示されるカメラ1の背面には、液晶パネル18が中央やや左付近に、ズームスイッチ19が液晶パネル18の右斜め上に、機能スイッチ17aおよび撮影モードスイッチ17bが液晶パネル18の上方に、ファインダ接眼窓13bが左上端に備えられている。
【0016】
このカメラ1は、‘撮影記録’機能および‘画像データ再生’機能の2つの機能を有しており、機能スイッチ17aによりいずれかの機能が選択される。さらに、‘撮影記録’機能には、‘人物撮影’モード、‘スポーツ撮影’モード、および‘風景撮影’モードがあり、これらのうちのいずれかのモードが撮影モードスイッチ17bによって選択される。尚、このカメラ1では、ズームスイッチ19の上向きの三角形部分を操作することで望遠側にズームされ、下向きの三角形部分を操作することで広角側にズームされる。
【0017】
図3は、図1および図2に示されるカメラの内部構成図である。尚、図3には、AF演算回路、フォーカスレンズのレンズ駆動機構、レンズ鏡胴内のレンズの絶対位置を検出するためのエンコーダ、およびフラッシュ機構などの図示は省略されている。
【0018】
図3には、本実施形態のカメラ1に採用されているレンズ駆動機構100も示されており、このレンズ駆動機構100は、光軸方向に伸縮する駆動シャフト用圧電素子142を含む圧電素子駆動部140と、駆動シャフト用圧電素子142の端部に接合された導体である駆動シャフト130と、駆動部110と、絞り部120と、導体である案内シャフト160とで構成されている。尚、図3の左側がカメラ前方方向であり、駆動部110の右側には固体撮像素子22も示されている。
【0019】
圧電素子駆動部140は、土台141、駆動シャフト用圧電素子142、駆動シャフト用圧電素子ドライバ143、および電源144で構成されており、土台141は、カメラ本体21に固定されると共に駆動シャフト用圧電素子142が取り付けられている。駆動シャフト用圧電素子142からは、2本の電気配線が示されており、1本は、駆動シャフト用圧電素子ドライバ143を介して電源144から電力供給をうけるための線であり、もう1本はアース線である。
【0020】
駆動部110は、ズームレンズ群112と、このズームレンズ群112を保持するズームレンズ保持枠111と、案内シャフト160および駆動シャフト130と電気的に接続するための電極113で構成されている。このレンズ駆動機構100では、ズームレンズ保持枠111の端部が駆動シャフト130を挟み込むようになっており、駆動シャフト130に対しズームレンズ保持枠111は所定の摩擦力を以って結合されている。駆動シャフト用圧電素子142の伸縮に伴い駆動シャフトも図3に示される左右方向に動作し、それに発生する加速度の度合いにより、駆動シャフトに対し所定の摩擦力を以って結合されているズームレンズ保持枠が光軸方向に移動するか否かが決まる。
【0021】
絞り部120は、アクチュエータ121と、絞りばね122と、CPUからの指示を受けアクチュエータの制御を行なうアクチュエータドライバ123からなり、このレンズ駆動機構100では、アクチュエータ121のプラス側は、レンズ保持枠111に備えられた電極113および導体である案内シャフト160を経てアクチュエータドライバ123に接続された状態であり、アクチュエータ121のマイナス側は、レンズ保持枠111に備えられた電極113および導体である駆動シャフト130を経て、駆動シャフトを支持する支持部材131aに接続されてアースされている。アクチュエータドライバ123のマイナス側もアースされている。これにより、アクチュエータドライバ123からの駆動電力により、アクチュエータ121は作動し、絞りばね122の調整がCPU10の指示を受けて行なわれる。したがって、本実施形態のカメラ1によれば、絞りばねを駆動するためのアクチュエータに対する電力供給が上記のごとく行なわれるので、アクチュエータに対する電力供給がケーブルで行なわれる場合と比べ、駆動部110の移動を安定して行なうことができる。
【0022】
図4は、図3に示す駆動部の断面図である。
【0023】
図4には、中心にズームレンズ112を保持するレンズ保持枠111が示されており、図4の左上には、案内シャフト160、この案内シャフトの下面に接触している電極113、この電極113が結線されているアクチュエータ121が示されている。また、図4の右下には、挟み込んでいる駆動シャフト130の上面に接触する電極113が示されており、この電極113はアクチュエータ121に結線されている。
【0024】
ここで、このレンズ駆動機構100における駆動部110の、光軸方向への移動原理について説明する。尚、図示しないフォーカスレンズのレンズ駆動機構においても、同様なレンズの移動が行われる。
【0025】
まず、駆動部110をカメラ前方側に移動させる場合について説明する。尚、以下では、特開平9−191676号公報に提案されている原理について説明する。
【0026】
図5は、カメラ前方側への駆動原理を示す図である。
【0027】
図6は、この場合の、駆動シャフト用圧電素子に印加する電圧の変化を示す図である。
【0028】
図6には、緩やかに増加し、所定電圧に達するとしばらくして急激に減少する印加電圧の変化の様子が示されている。
【0029】
駆動シャフト用圧電素子142に、図6に示されるように変化する電圧を印加すると、電圧がなだらかに増加する部分では、駆動シャフト用圧電素子142が図5(a)に示す状態からその厚みがゆっくりと厚くなり図5(b)に示す状態となる。このため、駆動シャフト130は、その圧電素子142に押されてカメラ前方方向(図5の左側方向)に移動する。すると、駆動シャフトに対し被駆動状態に置かれている駆動部110は、図5(b)に示されるように、駆動シャフト130がかなりゆっくりとした速度でカメラ前方方向(図5の左側方向)に移動することから、駆動シャフト130に対しすべることなくカメラ前方方向に移動する。
【0030】
しかし、この印加電圧は、値V1に到達した後は、しばらくして値0まで急激な減少に転じるため、圧電素子142の厚みが急激に縮まる。すると、駆動シャフト130も、(c)に示されるように一気に図5の右方向に移動する。この急激な駆動シャフト130の移動により、駆動部110は、駆動シャフト130が急激に移動する前の図5(b)に示す位置にそのままとどまることとなり、これにより、駆動部110は、図5に示される距離xだけカメラ前面方向に進んだこととなる。
【0031】
次に、この駆動部110をカメラ背面側に移動させる場合について説明する。
【0032】
図7は、カメラ背面側への駆動原理を示す図である。
【0033】
この場合の、駆動シャフト用圧電素子142に対する印加電圧は、図8に示すような変化を有するものが考えられる。
【0034】
図8は、駆動部をカメラ背面側に移動させる場合の、駆動シャフト用圧電素子に印加される電圧の変化を表すグラフ図である。
【0035】
図8には、印加電圧が、急激に増加し、その後なだらかに減少する様子が示されている。
【0036】
この場合に、図7(a)に示されている状態の圧電素子142は、図8に示される急激な立ち上りの駆動電圧の供給を受け、急激にカメラ前方方向(図7の左側方向)に伸長する。これにより、駆動シャフト130も急激にカメラ前方方向に移動するため、駆動部110は、図7(b)に示されるように駆動シャフト130上をカメラの背面方向にすべることとなる。その後、なだらかに減少する駆動電圧の供給により、図7(c)に示されるように、圧電素子142はカメラ背面方向(図7の右側)にゆっくりと縮み、これにともなって駆動シャフトもカメラ背面方向に移動する。この駆動シャフト130の動作はゆっくりしているため、駆動部110も駆動シャフトに対しすべることなく駆動シャフトと共にカメラ背面側に移動する。これにより、駆動部110は、カメラ背面側に距離Yだけ移動したこととなる。
【0037】
ここで、再び図3の説明に戻るが、図3には、レリーズスイッチ14、各種スイッチ、電源スイッチ16、およびこのカメラ1全体を制御するCPU10も示されており、これらスイッチに対する操作は、信号でCPU10に送信される。
【0038】
以下、本実施形態のカメラ1の撮影動作について説明する。
【0039】
図1に示される電源スイッチ16を投入し、図2に示される機能スイッチ17aにより‘撮影記録’機能が選択され、‘人物撮影’モード、‘スポーツ撮影’モード、および‘風景撮影’モードのうちのいずれかのモードが選択された場合について説明する。
【0040】
まず、被写体を画角内に捉え、図2に示されるズームスイッチ19を操作した場合は、パワーズーム機能により、その操作にあわせてズームレンズ群の移動が上述した方法で行なわれる。
【0041】
その後、照準を被写体に合わせ、レリーズスイッチ14を半押しすると、オートフォーカス機能によりフォーカスレンズ群を光軸方向に移動させフォーカシングが行なわれる。このフォーカシングも上記ズーミングと同様に、駆動シャフト用圧電素子に所定の周波数で変化する電圧を印加して行なわれる。それから、レリーズスイッチ14が全押しされることで撮影が行なわれる。このカメラ1では、全押しのタイミングで、液晶パネル18に表示されている画像が静止画像として画像表示され、不図示のスイッチによる保存指示により、その静止画像データが図示しないメモリに記録される。上述したように、本実施形態では、駆動部110に備えられている絞りの開閉について、案内シャフトおよび駆動シャフトを利用しての電力供給が行なわれる。
【0042】
次に、本発明の第2実施形態について説明する。
【0043】
図9は、本実施形態のカメラのレンズ駆動機構を示す図である。
【0044】
図9(b)には、第1駆動部210(左側)および第2駆動部220(右側)が、レンズ鏡胴内に設けられた案内シャフト160および駆動シャフト130それぞれによって上下で軸支されている。レンズ鏡胴12の下方において、第1駆動部210および第2駆動部220を軸支している駆動シャフト130は、その右側の端部に駆動シャフト用圧電素子142を介してレンズ鏡胴の後面に固定されている。案内シャフト160も同様に、レンズ鏡胴の後面に固定されている。尚、このレンズ鏡胴12の前面には、図1にも示される前面レンズ11が嵌め込まれており、レンズ鏡胴の後面にも、後面レンズ31が嵌め込まれている。
【0045】
レンズ鏡胴12の下方に備えられた駆動シャフト130と第1および第2駆動部との結合は、図9(b)にも示される結合用圧電素子213、223によって制御されている。図9(a)は、図9(b)に示される第1駆動部210断面図である。
【0046】
図9(a)には、第1駆動部210の断面図が示されており、レンズ保持枠211の右下方には隙間211aが設けられている。この隙間211aは、駆動シャフト130を挟み込むために設けられており、その駆動シャフトを挟み込む強さは、その隙間211aの根元部分に配置されている結合用圧電素子213をどの程度図9の左右方向に駆動させ、その隙間を開かせるか、あるいは閉じさせるかによって決定される。
【0047】
また、図9(a)には、駆動シャフト130の左右面に電極131が光軸方向に埋め込まれ、これら電極131に対応してレンズ保持枠211にも電極214が埋め込まれている様子が示されている。
【0048】
図10は、レンズ保持枠と駆動シャフトとの結合状態を示す図である。
【0049】
図10には、レンズ保持枠の隙間211aに駆動シャフト130が嵌め込まれ、レンズ保持枠の電極214と駆動シャフトの電極131が接触している様子が示されている。
【0050】
図11は、図10に示される、駆動シャフトおよびレンズ保持枠の断面図である。
【0051】
図11には、レンズ保持枠214に埋め込まれた2つの電極214それぞれは、結合用圧電素子213の両端に結線されている。また、駆動シャフト143に埋め込まれた電極131には、CPU10の指示を受けるドライバ150が接続されている。
【0052】
図11に示されるように、レンズ保持枠211の隙間211aは、その隙間に嵌め込まれている結合用圧電素子213の厚みによってコントロールされ、これにより、駆動シャフトに対するレンズ保持枠の結合状態が決定される。したがって、本実施形態のカメラ2においても、レンズ保持枠に備えられた圧電素子に対する電力供給をケーブルなどで直接行なう場合に比べ、レンズ保持枠の移動に影響を与えずに済ますことができる。
【0053】
以上説明した第1および第2実施形態では、デジタルカメラを例に挙げて説明したが、これに限らず、ロール上のフィルムに撮影するカメラ、あるいはビデオカメラを例に挙げてもよい。
【0054】
また、第1および第2実施形態では、駆動シャフトに対しレンズ保持枠を所定の摩擦力を以って結合させ、圧電素子を駆動させることで所定以上の加速度で駆動シャフトを動作させ、これによりレンズの移動を行なう例を挙げて説明しているが、レンズの移動を電気−機械変化素子の厚み変化を駆動シャフトに作用させることで行なうものであればこれに限らず、電気―機械変換素子の駆動方向がレンズの移動方向と同方向でないものであってもよい。
【0055】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光学機器によれば、電気―機械変換素子を利用して光軸方向への移動が行なわれるレンズ保持枠などの保持部材に備えられた絞りなどの作動部材に対する電力供給を好適に行なうことができる
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光学機器の第1実施形態の正面図である。
【図2】図1に示されるカメラの背面図である。
【図3】図1および図2に示されるカメラの内部構成図である。
【図4】図3の駆動部の断面図である。
【図5】カメラ前方側への駆動原理を示す図である。
【図6】駆動シャフト用圧電素子に印加する電圧の変化を示す図である。
【図7】カメラ背面側への駆動原理を示す図である。
【図8】駆動部をカメラ背面側に移動させる場合の、駆動シャフト用圧電素子に印加される電圧の変化を表すグラフ図である。
【図9】本実施形態のカメラのレンズ駆動機構を示す図である。
【図10】レンズ保持枠と駆動シャフトとの結合状態を示す図である。。
【図11】図10に示される、駆動シャフトおよびレンズ保持枠の断面図である。
【符号の説明】
1、2 カメラ
11 前面レンズ
12 レンズ鏡胴
13a ファインダ対物窓
13b ファインダ接眼窓
14 レリーズボタン
15 フラッシュ発光窓
16 電源スイッチ
17a 機能スイッチ
17b モードスイッチ
18 液晶パネル
19 ズームスイッチ
21 カメラ本体
22 固体撮像素子
100、200 レンズ駆動機構
110 駆動部
111、211 ズームレンズ保持枠
112、212 ズームレンズ群
113、131、214 電極
120 絞り部
121 アクチュエータ
122 絞りばね
123 アクチュエータドライバ
130 駆動シャフト
131a 支持部材
140 圧電素子駆動部
141 土台
142 駆動シャフト用圧電素子
143 駆動シャフト用圧電素子ドライバ
144 電源
150 ドライバ
160 案内シャフト
210 第1駆動部
211a 隙間
213、223 結合用圧電素子
220 第2駆動部
221 フォーカスレンズ保持枠
222 フォーカスレンズ群
【発明の属する技術分野】
本発明は、駆動力を受けて所定の移動方向に移動する光学部材を備えた光学機器に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、カメラ、あるいはビデオカメラなどの光学機器における、レンズの光軸方向への移動はモータで行なわれているが、最近では、モータの代わりに電気―機械変換素子が採用され始めている。
【0003】
特開平9−191676号公報には、電気―機械変換素子によるレンズ移動が提案されている。
【0004】
これは、印加される電圧の変化に応じて厚みが変化する、圧電素子に代表される電気―機械変換素子によって、レンズを保持するレンズ保持枠を所定の摩擦力を以って結合させた駆動ロッドを光軸方向に往復運動させ、印加電圧に応じた速度で動作する特性を利用することで、駆動ロッドを所定以上の加速度で以って動作させ、その所定の摩擦力を超える慣性力を発生させることでレンズ保持枠の光軸方向への移動を行なうものである。
【0005】
ところで、レンズを保持するレンズ保持枠には、絞りなどの機構が取り付けられている場合があり、絞りの開閉などは、アクチュエータなどによって調節されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、印加電圧に応じて電気―機械変化素子の状態を変化させ、レンズの移動に利用しているレンズ駆動装置では、その移動の駆動力はそれほど強力なものではないため、上記のように、レンズ保持枠に備えられた絞りなどに電力を供給するためのケーブル状の電気配線がレンズ保持枠にぶらさがっていること自体が負荷となる上に、この負荷も一定したものではないために、保持部材の、所定位置への移動を困難なものにしてしまう可能性がある。
【0007】
本発明は、上記事情に鑑み、電気―機械変換素子を利用して光軸方向への移動が行なわれるレンズ保持枠などの保持部材に備えられた絞りなどの作動部材に対する電力供給が、好適に行なわれる光学機器を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の光学機器は、
駆動力を受けて所定の移動方向に移動する光学部材を備えた光学機器において、
上記光学部材を保持すると共に、電力の供給を受けて作動する作動部材を保持する保持部材と、
上記保持部材に与えられる駆動力を発生する駆動源としての、駆動電圧に応じて厚みが変化する電気―機械変換素子の厚みの変化を上記保持部材に伝えることによりこの保持部材の移動方向への移動に作用する駆動ロッドと、
上記移動方向に延びこの移動方向に移動する保持部材をガイドしてこの保持部材の姿勢を保持するガイドロッドとを備え、
上記駆動ロッドおよび上記ガイドロッドのうちの少なくとも1本のロッドが、上記保持部材に保持された上記作動部材への電力供給用の電線の作用を兼ねたものであることを特徴とする。
【0009】
本発明の光学機器では、レンズなどの光学部材を保持する保持部材に保持される絞りなどの作動部材に対する電力供給が、光軸方向に保持部材を移動させる際に利用される、駆動ロッドおよびガイドロッドのうちの少なくとも1本に電線の機能を持たせて行なわれている。これにより、作動部材に対する電力供給をケーブルで行なわなくてもよくなるため、保持部材の光軸方向への移動に与える影響を抑制することができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【0011】
図1は、本発明の第1実施形態の正面図である。
【0012】
図1に示される本実施形態であるカメラ1は、レンズ鏡胴が備えられた、オートフォーカスおよびパワーズーム機能付のデジタルカメラである。ただし、このレンズ鏡胴は、フォーカシングおよびズーミングの際にもその長さは不変のものである。
【0013】
図1に示されるカメラ1の前面には、前面レンズ11を内包するレンズ鏡胴12が中央付近に、フラッシュ発光窓15がレンズ鏡胴12の上方に、ファインダ対物窓13aがフラッシュ発光窓15の左(図1においては右)に電源スイッチ16がファインダ対物窓13aの左斜め下方に、および、レリーズボタン14が右上端(図1においては左上端)に備えられている。尚、このレリーズボタン14は2段式になっており、半押し状態では、フォーカスロックができるようになっている。
【0014】
図2は、図1に示されるカメラの背面図である。
【0015】
図2に示されるカメラ1の背面には、液晶パネル18が中央やや左付近に、ズームスイッチ19が液晶パネル18の右斜め上に、機能スイッチ17aおよび撮影モードスイッチ17bが液晶パネル18の上方に、ファインダ接眼窓13bが左上端に備えられている。
【0016】
このカメラ1は、‘撮影記録’機能および‘画像データ再生’機能の2つの機能を有しており、機能スイッチ17aによりいずれかの機能が選択される。さらに、‘撮影記録’機能には、‘人物撮影’モード、‘スポーツ撮影’モード、および‘風景撮影’モードがあり、これらのうちのいずれかのモードが撮影モードスイッチ17bによって選択される。尚、このカメラ1では、ズームスイッチ19の上向きの三角形部分を操作することで望遠側にズームされ、下向きの三角形部分を操作することで広角側にズームされる。
【0017】
図3は、図1および図2に示されるカメラの内部構成図である。尚、図3には、AF演算回路、フォーカスレンズのレンズ駆動機構、レンズ鏡胴内のレンズの絶対位置を検出するためのエンコーダ、およびフラッシュ機構などの図示は省略されている。
【0018】
図3には、本実施形態のカメラ1に採用されているレンズ駆動機構100も示されており、このレンズ駆動機構100は、光軸方向に伸縮する駆動シャフト用圧電素子142を含む圧電素子駆動部140と、駆動シャフト用圧電素子142の端部に接合された導体である駆動シャフト130と、駆動部110と、絞り部120と、導体である案内シャフト160とで構成されている。尚、図3の左側がカメラ前方方向であり、駆動部110の右側には固体撮像素子22も示されている。
【0019】
圧電素子駆動部140は、土台141、駆動シャフト用圧電素子142、駆動シャフト用圧電素子ドライバ143、および電源144で構成されており、土台141は、カメラ本体21に固定されると共に駆動シャフト用圧電素子142が取り付けられている。駆動シャフト用圧電素子142からは、2本の電気配線が示されており、1本は、駆動シャフト用圧電素子ドライバ143を介して電源144から電力供給をうけるための線であり、もう1本はアース線である。
【0020】
駆動部110は、ズームレンズ群112と、このズームレンズ群112を保持するズームレンズ保持枠111と、案内シャフト160および駆動シャフト130と電気的に接続するための電極113で構成されている。このレンズ駆動機構100では、ズームレンズ保持枠111の端部が駆動シャフト130を挟み込むようになっており、駆動シャフト130に対しズームレンズ保持枠111は所定の摩擦力を以って結合されている。駆動シャフト用圧電素子142の伸縮に伴い駆動シャフトも図3に示される左右方向に動作し、それに発生する加速度の度合いにより、駆動シャフトに対し所定の摩擦力を以って結合されているズームレンズ保持枠が光軸方向に移動するか否かが決まる。
【0021】
絞り部120は、アクチュエータ121と、絞りばね122と、CPUからの指示を受けアクチュエータの制御を行なうアクチュエータドライバ123からなり、このレンズ駆動機構100では、アクチュエータ121のプラス側は、レンズ保持枠111に備えられた電極113および導体である案内シャフト160を経てアクチュエータドライバ123に接続された状態であり、アクチュエータ121のマイナス側は、レンズ保持枠111に備えられた電極113および導体である駆動シャフト130を経て、駆動シャフトを支持する支持部材131aに接続されてアースされている。アクチュエータドライバ123のマイナス側もアースされている。これにより、アクチュエータドライバ123からの駆動電力により、アクチュエータ121は作動し、絞りばね122の調整がCPU10の指示を受けて行なわれる。したがって、本実施形態のカメラ1によれば、絞りばねを駆動するためのアクチュエータに対する電力供給が上記のごとく行なわれるので、アクチュエータに対する電力供給がケーブルで行なわれる場合と比べ、駆動部110の移動を安定して行なうことができる。
【0022】
図4は、図3に示す駆動部の断面図である。
【0023】
図4には、中心にズームレンズ112を保持するレンズ保持枠111が示されており、図4の左上には、案内シャフト160、この案内シャフトの下面に接触している電極113、この電極113が結線されているアクチュエータ121が示されている。また、図4の右下には、挟み込んでいる駆動シャフト130の上面に接触する電極113が示されており、この電極113はアクチュエータ121に結線されている。
【0024】
ここで、このレンズ駆動機構100における駆動部110の、光軸方向への移動原理について説明する。尚、図示しないフォーカスレンズのレンズ駆動機構においても、同様なレンズの移動が行われる。
【0025】
まず、駆動部110をカメラ前方側に移動させる場合について説明する。尚、以下では、特開平9−191676号公報に提案されている原理について説明する。
【0026】
図5は、カメラ前方側への駆動原理を示す図である。
【0027】
図6は、この場合の、駆動シャフト用圧電素子に印加する電圧の変化を示す図である。
【0028】
図6には、緩やかに増加し、所定電圧に達するとしばらくして急激に減少する印加電圧の変化の様子が示されている。
【0029】
駆動シャフト用圧電素子142に、図6に示されるように変化する電圧を印加すると、電圧がなだらかに増加する部分では、駆動シャフト用圧電素子142が図5(a)に示す状態からその厚みがゆっくりと厚くなり図5(b)に示す状態となる。このため、駆動シャフト130は、その圧電素子142に押されてカメラ前方方向(図5の左側方向)に移動する。すると、駆動シャフトに対し被駆動状態に置かれている駆動部110は、図5(b)に示されるように、駆動シャフト130がかなりゆっくりとした速度でカメラ前方方向(図5の左側方向)に移動することから、駆動シャフト130に対しすべることなくカメラ前方方向に移動する。
【0030】
しかし、この印加電圧は、値V1に到達した後は、しばらくして値0まで急激な減少に転じるため、圧電素子142の厚みが急激に縮まる。すると、駆動シャフト130も、(c)に示されるように一気に図5の右方向に移動する。この急激な駆動シャフト130の移動により、駆動部110は、駆動シャフト130が急激に移動する前の図5(b)に示す位置にそのままとどまることとなり、これにより、駆動部110は、図5に示される距離xだけカメラ前面方向に進んだこととなる。
【0031】
次に、この駆動部110をカメラ背面側に移動させる場合について説明する。
【0032】
図7は、カメラ背面側への駆動原理を示す図である。
【0033】
この場合の、駆動シャフト用圧電素子142に対する印加電圧は、図8に示すような変化を有するものが考えられる。
【0034】
図8は、駆動部をカメラ背面側に移動させる場合の、駆動シャフト用圧電素子に印加される電圧の変化を表すグラフ図である。
【0035】
図8には、印加電圧が、急激に増加し、その後なだらかに減少する様子が示されている。
【0036】
この場合に、図7(a)に示されている状態の圧電素子142は、図8に示される急激な立ち上りの駆動電圧の供給を受け、急激にカメラ前方方向(図7の左側方向)に伸長する。これにより、駆動シャフト130も急激にカメラ前方方向に移動するため、駆動部110は、図7(b)に示されるように駆動シャフト130上をカメラの背面方向にすべることとなる。その後、なだらかに減少する駆動電圧の供給により、図7(c)に示されるように、圧電素子142はカメラ背面方向(図7の右側)にゆっくりと縮み、これにともなって駆動シャフトもカメラ背面方向に移動する。この駆動シャフト130の動作はゆっくりしているため、駆動部110も駆動シャフトに対しすべることなく駆動シャフトと共にカメラ背面側に移動する。これにより、駆動部110は、カメラ背面側に距離Yだけ移動したこととなる。
【0037】
ここで、再び図3の説明に戻るが、図3には、レリーズスイッチ14、各種スイッチ、電源スイッチ16、およびこのカメラ1全体を制御するCPU10も示されており、これらスイッチに対する操作は、信号でCPU10に送信される。
【0038】
以下、本実施形態のカメラ1の撮影動作について説明する。
【0039】
図1に示される電源スイッチ16を投入し、図2に示される機能スイッチ17aにより‘撮影記録’機能が選択され、‘人物撮影’モード、‘スポーツ撮影’モード、および‘風景撮影’モードのうちのいずれかのモードが選択された場合について説明する。
【0040】
まず、被写体を画角内に捉え、図2に示されるズームスイッチ19を操作した場合は、パワーズーム機能により、その操作にあわせてズームレンズ群の移動が上述した方法で行なわれる。
【0041】
その後、照準を被写体に合わせ、レリーズスイッチ14を半押しすると、オートフォーカス機能によりフォーカスレンズ群を光軸方向に移動させフォーカシングが行なわれる。このフォーカシングも上記ズーミングと同様に、駆動シャフト用圧電素子に所定の周波数で変化する電圧を印加して行なわれる。それから、レリーズスイッチ14が全押しされることで撮影が行なわれる。このカメラ1では、全押しのタイミングで、液晶パネル18に表示されている画像が静止画像として画像表示され、不図示のスイッチによる保存指示により、その静止画像データが図示しないメモリに記録される。上述したように、本実施形態では、駆動部110に備えられている絞りの開閉について、案内シャフトおよび駆動シャフトを利用しての電力供給が行なわれる。
【0042】
次に、本発明の第2実施形態について説明する。
【0043】
図9は、本実施形態のカメラのレンズ駆動機構を示す図である。
【0044】
図9(b)には、第1駆動部210(左側)および第2駆動部220(右側)が、レンズ鏡胴内に設けられた案内シャフト160および駆動シャフト130それぞれによって上下で軸支されている。レンズ鏡胴12の下方において、第1駆動部210および第2駆動部220を軸支している駆動シャフト130は、その右側の端部に駆動シャフト用圧電素子142を介してレンズ鏡胴の後面に固定されている。案内シャフト160も同様に、レンズ鏡胴の後面に固定されている。尚、このレンズ鏡胴12の前面には、図1にも示される前面レンズ11が嵌め込まれており、レンズ鏡胴の後面にも、後面レンズ31が嵌め込まれている。
【0045】
レンズ鏡胴12の下方に備えられた駆動シャフト130と第1および第2駆動部との結合は、図9(b)にも示される結合用圧電素子213、223によって制御されている。図9(a)は、図9(b)に示される第1駆動部210断面図である。
【0046】
図9(a)には、第1駆動部210の断面図が示されており、レンズ保持枠211の右下方には隙間211aが設けられている。この隙間211aは、駆動シャフト130を挟み込むために設けられており、その駆動シャフトを挟み込む強さは、その隙間211aの根元部分に配置されている結合用圧電素子213をどの程度図9の左右方向に駆動させ、その隙間を開かせるか、あるいは閉じさせるかによって決定される。
【0047】
また、図9(a)には、駆動シャフト130の左右面に電極131が光軸方向に埋め込まれ、これら電極131に対応してレンズ保持枠211にも電極214が埋め込まれている様子が示されている。
【0048】
図10は、レンズ保持枠と駆動シャフトとの結合状態を示す図である。
【0049】
図10には、レンズ保持枠の隙間211aに駆動シャフト130が嵌め込まれ、レンズ保持枠の電極214と駆動シャフトの電極131が接触している様子が示されている。
【0050】
図11は、図10に示される、駆動シャフトおよびレンズ保持枠の断面図である。
【0051】
図11には、レンズ保持枠214に埋め込まれた2つの電極214それぞれは、結合用圧電素子213の両端に結線されている。また、駆動シャフト143に埋め込まれた電極131には、CPU10の指示を受けるドライバ150が接続されている。
【0052】
図11に示されるように、レンズ保持枠211の隙間211aは、その隙間に嵌め込まれている結合用圧電素子213の厚みによってコントロールされ、これにより、駆動シャフトに対するレンズ保持枠の結合状態が決定される。したがって、本実施形態のカメラ2においても、レンズ保持枠に備えられた圧電素子に対する電力供給をケーブルなどで直接行なう場合に比べ、レンズ保持枠の移動に影響を与えずに済ますことができる。
【0053】
以上説明した第1および第2実施形態では、デジタルカメラを例に挙げて説明したが、これに限らず、ロール上のフィルムに撮影するカメラ、あるいはビデオカメラを例に挙げてもよい。
【0054】
また、第1および第2実施形態では、駆動シャフトに対しレンズ保持枠を所定の摩擦力を以って結合させ、圧電素子を駆動させることで所定以上の加速度で駆動シャフトを動作させ、これによりレンズの移動を行なう例を挙げて説明しているが、レンズの移動を電気−機械変化素子の厚み変化を駆動シャフトに作用させることで行なうものであればこれに限らず、電気―機械変換素子の駆動方向がレンズの移動方向と同方向でないものであってもよい。
【0055】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光学機器によれば、電気―機械変換素子を利用して光軸方向への移動が行なわれるレンズ保持枠などの保持部材に備えられた絞りなどの作動部材に対する電力供給を好適に行なうことができる
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光学機器の第1実施形態の正面図である。
【図2】図1に示されるカメラの背面図である。
【図3】図1および図2に示されるカメラの内部構成図である。
【図4】図3の駆動部の断面図である。
【図5】カメラ前方側への駆動原理を示す図である。
【図6】駆動シャフト用圧電素子に印加する電圧の変化を示す図である。
【図7】カメラ背面側への駆動原理を示す図である。
【図8】駆動部をカメラ背面側に移動させる場合の、駆動シャフト用圧電素子に印加される電圧の変化を表すグラフ図である。
【図9】本実施形態のカメラのレンズ駆動機構を示す図である。
【図10】レンズ保持枠と駆動シャフトとの結合状態を示す図である。。
【図11】図10に示される、駆動シャフトおよびレンズ保持枠の断面図である。
【符号の説明】
1、2 カメラ
11 前面レンズ
12 レンズ鏡胴
13a ファインダ対物窓
13b ファインダ接眼窓
14 レリーズボタン
15 フラッシュ発光窓
16 電源スイッチ
17a 機能スイッチ
17b モードスイッチ
18 液晶パネル
19 ズームスイッチ
21 カメラ本体
22 固体撮像素子
100、200 レンズ駆動機構
110 駆動部
111、211 ズームレンズ保持枠
112、212 ズームレンズ群
113、131、214 電極
120 絞り部
121 アクチュエータ
122 絞りばね
123 アクチュエータドライバ
130 駆動シャフト
131a 支持部材
140 圧電素子駆動部
141 土台
142 駆動シャフト用圧電素子
143 駆動シャフト用圧電素子ドライバ
144 電源
150 ドライバ
160 案内シャフト
210 第1駆動部
211a 隙間
213、223 結合用圧電素子
220 第2駆動部
221 フォーカスレンズ保持枠
222 フォーカスレンズ群
Claims (1)
- 駆動力を受けて所定の移動方向に移動する光学部材を備えた光学機器において、
前記光学部材を保持すると共に、電力の供給を受けて作動する作動部材を保持する保持部材と、
前記保持部材に与えられる駆動力を発生する駆動源としての、駆動電圧に応じて厚みが変化する電気―機械変換素子の厚みの変化を前記保持部材に伝えることにより該保持部材の移動方向への移動に作用する駆動ロッドと、
前記移動方向に延び該移動方向に移動する保持部材をガイドして該保持部材の姿勢を保持するガイドロッドとを備え、
前記駆動ロッドおよび前記ガイドロッドのうちの少なくとも1本のロッドが、前記保持部材に保持された前記作動部材への電力供給用の電線の作用を兼ねたものであることを特徴とする光学機器。
Priority Applications (1)
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