JP2004233475A

JP2004233475A - レンズ駆動装置

Info

Publication number: JP2004233475A
Application number: JP2003019704A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Uchida; 亮宏内田; Hiroki Ota; 宏樹太田
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 2003-01-29
Filing date: 2003-01-29
Publication date: 2004-08-19

Abstract

【課題】小型で安価なレンズ駆動装置を提供することを課題とする。
【解決手段】レンズ１４を内蔵した鏡筒１２が、一端を弾性を持った梁部材１６で筐体２０にリジッドに固定されている。梁部材１６と平行、且つ同じ長さの圧電アクチュエータ１８が鏡筒１２の他端を筐体２０に固定している。すなわち、鏡筒１２は２本の平行な部材で筐体２０に固定されている。合焦のため圧電アクチュエータ１８に通電し、電圧を印加して行くと、印加した電圧に応じて圧電アクチュエータ１８は図２（ｂ）のように変形する。このとき梁部材１６は圧電アクチュエータ１８と平行、かつ同じ長さで弾性を備えているので、図２（ｂ）のように鏡筒１２を保持したまま弾性変形する。これにより鏡筒１２の光軸Ｌは受光体２２に対して傾くことなく平行に移動し、合焦動作を行なう
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はレンズ駆動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、カメラにおいてオートフォーカス（ＡＦ）を行なう際にフォーカスレンズもしくはレンズ鏡筒全体を撮像面に対して前後させる方式が知られている。これらのＡＦ方式ではレンズまたは鏡筒の移動によって光軸がずれ、光学性能が低下することを防ぐために、光軸が傾かない駆動方式とする必要がある。そのためヘリコイドや平行リンクといった機構が採用されている。例えば平行リンクによる機構では最低２つ以上の梁部材で構成された平行リンクと、レンズ鏡筒の一点に力を加えるアクチュエータが必要である。
【０００３】
例として図８に示すように、鏡筒１０２を移動させて受光体１１２上に合焦させるレンズ駆動装置１００において、リンク部材１０４を用いて平行リンクを構成し、筐体１１０に鏡筒１０２を平行移動可能に取り付けている。
【０００４】
鏡筒１０２はリンク部材１０４が構成する平行リンク機構により筐体１１０に取り付けられているので、圧電アクチュエータ１０８が通電によって変形し鏡筒１０２に設けられた部材１０６を押圧すると、光軸に対して平行に移動し合焦する。このとき、弾性部材１１４によって部材１０６と圧電アクチュエータ１０８が離れないように付勢する。
【０００５】
これらの機構は構造が複雑で部品点数も多く、小型化が困難でコストが嵩む欠点を持っているため、平行リンクの代用として一対のバネ部材を使用したレンズ移動装置が存在する（例えば、特許文献１参照）。この場合でもレンズ駆動には容積可変部材に空気を注入する必要があるなど、部品点数の削減は充分ではではない。
【０００６】
また、圧電アクチュエータの形状の一例として、変位を大きく取るために中空のコイルバネ表面に圧電素子を巻回したものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開平５−２１０８６１号公報（第２〜４頁、第１図）
【特許文献２】
特開平６−２１６４２４号公報（第２〜３頁、第１図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記事実を考慮し、小型で安価なレンズ駆動装置を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載のレンズ駆動装置はレンズ鏡筒と、
一端で前記レンズ鏡筒を保持し他端で筐体に固定される梁部材と、
前記梁部材と略同一長であり前記梁部材と平行に設けられ一端で前記レンズ鏡筒を保持し他端で筐体に固定され前記レンズ鏡筒を略光軸方向に移動させる圧電アクチュエータを備えたことを特徴とする。
【００１０】
上記構成の発明では、梁部材および梁部材と略同一長でこれと平行に設けられた圧電アクチュエータの２つの部材でレンズ鏡筒を固定している。これによって、圧電アクチュエータを駆動して発生した変位により梁部材が光軸方向に弾性変形し、レンズ鏡筒を略光軸方向に移動させて合焦動作を行なうことができる。レンズ鏡筒を支持する部材が２つと少なく、また一方がアクチュエータであり駆動手段を兼ねているため、部品点数が少なく小型化、低コスト化が可能である。
【００１１】
請求項２に記載のレンズ駆動装置は圧電アクチュエータはバイモルフで構成されることを特徴とする。
【００１２】
上記構成の発明では、圧電アクチュエータにバイモルフを使用することで構造が単純、かつ消費電力、発熱が少なく電磁ノイズが発生しないレンズ駆動装置とすることができる。
【００１３】
請求項３に記載のレンズ駆動装置は圧電アクチュエータは螺旋形状の圧電素子で構成されることを特徴とする。
【００１４】
上記構成の発明では、板状の圧電アクチュエータで変位量が不足しがちである欠点を解消した螺旋形状の圧電素子を使用することでレンズ繰り出し量に余裕を持たせることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１には、第１形態に係るレンズ駆動装置の斜視図が示されている。
【００１６】
図１に示すように、レンズ駆動装置１０はレンズ１４を内蔵した鏡筒１２が、一端を弾性を持った梁部材１６で筐体２０にリジッドに固定されている。梁部材１６と平行、且つ同じ長さの圧電アクチュエータ１８が鏡筒１２の他端を筐体２０に固定している。すなわち、鏡筒１２は２本の平行な部材で筐体２０に固定されている。
【００１７】
レンズ１４の光軸上には受光体２２が設けられ、レンズ１４によって結像した映像を取りこんで画像を形成する。
【００１８】
筐体２０はカメラ本体に固定され、レンズ１４と受光体２２の間、またはレンズ１４と被写体の間に図示しないシャッターが設けられ、装置全体でカメラとして機能する構成となっている。
【００１９】
図２には、第１形態に係るレンズ駆動装置の断面図が示されている。
【００２０】
図２（ａ）に示すように、鏡筒１２を最も受光体２２に接近させた状態、すなわち無限遠にピントが合った状態では梁部材１６、圧電アクチュエータ１８とも真っ直ぐな状態で筐体２０に鏡筒１２を固定している。
【００２１】
ここで合焦のため圧電アクチュエータ１８に通電し、電圧を印加して行くと、印加した電圧に応じて圧電アクチュエータ１８は図２（ｂ）のように変形する。
【００２２】
このとき梁部材１６は圧電アクチュエータ１８と平行、かつ同じ長さで弾性を備えているので、図２（ｂ）のように鏡筒１２を保持したまま弾性変形する。
【００２３】
これにより鏡筒１２の光軸Ｌは受光体２２に対して傾くことなく平行に移動し、合焦動作を行なうことができる。
【００２４】
本実施例は以上のような構成としたので、小型で安価なレンズ駆動装置とすることができた。
【００２５】
なお本実施例では、光軸Ｌは受光体２２に対して傾くことはないが、合焦動作によって筐体２０に近付く方向に平行移動する。そのためレンズ１４の構成する光学系は受光体２２の受光面積に対して充分な余裕を持った大きさのイメージサークルを持つ必要がある。
【００２６】
また本実施例では受光体２２を固定し、鏡筒１２を移動させて合焦動作を行なっているが、鏡筒を固定し受光体を移動させるようにしてもよい。
【００２７】
さらに本実施例では圧電アクチュエータ１８に電圧を印加しない状態、すなわち初期状態で鏡筒１２は無限遠に合焦した状態だが、これと逆に初期状態を最短撮影距離に合焦した状態としてもよい。
【００２８】
図３には、本実施例で使用するバイモルフ型圧電アクチュエータの構造が示されている。
【００２９】
図３に示すようにバイモルフ６０は、厚み方向に分極処理された２枚の圧電セラミクス板６２、６６で金属板６４を挟んだ構造をしている。圧電セラミクス板６２、６６は、例えばチタン酸バリウムやチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等を高温で焼き固めた多結晶の強誘電体に分極処理を行なうことで双極子モーメントを持たせ分極させたものである。
【００３０】
このバイモルフ６０に電圧を印加して行くと、圧電セラミクス板６２、６６に圧電横効果（分極方向に電気信号を加え、それと垂直方向に歪み，応力を生じさせる圧電効果）が発生する。圧電セラミクス板６２、６６の分極方向ｐはどちらも図３では下向きなので、上側の圧電セラミクス板６２は縮み、下側の圧電セラミクス板６６は伸びる方向に力が働き、全体として上向きに屈曲変位を得る。
【００３１】
このバイモルフ型圧電アクチュエータの特徴としては構造が単純で製造が容易なため低コストである、消費電力が少なく発熱しない、低電圧でも比較的大きな変位（数百μｍ単位）が得られる、電磁ノイズを発生しない、等の利点がある。
【００３２】
図４には、第２形態に係るレンズ駆動装置の斜視図が示されている。
【００３３】
図４（ａ）に示すように、レンズ駆動装置３０は鏡筒３２が、一端を弾性を持った略半円形の梁部材３４で筐体３８にリジッドに固定されている。
【００３４】
梁部材３４は鏡筒３２の、筐体３８から最も遠い側に接続部３３で固定され、さらに鏡筒の周りを半周して接続部３５で筐体３８に固定されている。
【００３５】
梁部材３４と平行、且つ同じ長さの螺旋形状圧電アクチュエータ３６が鏡筒３２の他端を筐体３８に固定している。すなわち、鏡筒３２は２本の平行な略半円形の部材で筐体３８に固定されている。
【００３６】
梁部材３４および螺旋形状圧電アクチュエータ３６が略半円形をしているため、図４（ｂ）に平面図で示すように接続部３３から接続部３５までの距離、すなわちアーム長Ｌを第１形態よりも大きく取ることができる。
【００３７】
これにより合焦動作時に略回転移動する筐体３２の回転半径を大きくできるので、合焦動作時の光軸移動量を第１形態よりも小さく抑えることができる。
【００３８】
図５には、第２形態に用いる螺旋形状圧電アクチュエータの構造が示されている。
【００３９】
図５に示すように、螺旋形状圧電アクチュエータ７０は中空のコイルばね７２の表面に帯形状の圧電素子７４を巻回した構造となっている。
【００４０】
圧電素子７４は、例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等からなり、コイルばね７２の全長に渡って螺旋状に巻回されている。圧電素子７４の両端に電圧を印加すると、圧電素子７４は長さ方向に変位を生じるので、コイルばね７２の断面に捩りモーメントが発生し、結果として螺旋型圧電アクチュエータ７０は軸方向（図５では矢印方向）に変位を生じる。
【００４１】
この螺旋形状圧電アクチュエータ７０は板状の圧電アクチュエータよりも変位量が大きいので、図４の鏡筒３２の繰り出し量を大きく取ることができ、結果としてより短い距離まで合焦可能となる。
【００４２】
図６には、第３形態に係るレンズ駆動装置の斜視図が示されている。
【００４３】
通常の撮影ではレンズ１４の光軸は水平方向に近いので、鏡筒４２の重量が光軸方向への荷重となることはないが、一対の梁部材と圧電アクチュエータだけで支持するよりも二対で支持した方が光軸方向の安定性に勝る。すなわち、レンズ１４と撮像素子２２またはフィルムとの平行を保持し易くなる。
【００４４】
また、マクロ撮影などでレンズ１４を真下に向けた場合など、鏡筒４２の重量は光軸方向への荷重となるので、やはり一対の梁部材と圧電アクチュエータだけで支持するよりも二対で支持した方が光軸方向の安定性に勝る。
【００４５】
そのため本形態では梁部材、圧電アクチュエータを２本づつ使用している。
【００４６】
図６に示すように、レンズ駆動装置４０は鏡筒４２が、一端を弾性を持った２本の梁部材４４で筐体４８にリジッドに固定されている。梁部材４４は鏡筒４２の中心から放射状に伸びる方向に設けられており、２本の梁部材４４の挟み角度は９０度が望ましい。これは、合焦動作により梁部材４４が湾曲し、筐体４８に鏡筒４２を引き寄せる方向の力が発生するが、挟み角度を１８０度近傍とするとこの力が互いに打ち消し合う方向に働くため鏡筒４２を両側から引張る結果となり、合焦動作を阻害する恐れがあるためである。また、挟み角度を小さくすると光軸方向の安定性が悪くなる。
【００４７】
梁部材４４と平行、且つ同じ長さの圧電アクチュエータ４６が鏡筒４２の他端を筐体４８に固定している。すなわち、鏡筒４２は４本の平行な部材で筐体４８に固定されている。
【００４８】
あるいは、２本の圧電アクチュエータ４６のうち一方を梁部材４４と替えてもよい。この場合は圧電アクチュエータ４６の個数を減らすことでコストダウンが可能となる。
【００４９】
本実施例は以上のような構成としたので、小型で安価、かつ重量のある鏡筒を使用できるレンズ駆動装置とすることができた。
【００５０】
図７には、第４形態に係るレンズ駆動装置の斜視図が示されている。
【００５１】
図７（ａ）に示すように、レンズ駆動装置５０は鏡筒５２が、一端を弾性を持った２本の梁部材５４で筐体５８にリジッドに固定されている。梁部材５４は鏡筒５２から放射状に１８０°間隔で外周に延設された２本の支持部材５３に直交するように設けられており、２本の梁部材５４は鏡筒５２の外周の接線方向に配置されている。
【００５２】
梁部材５４と平行、且つ同じ長さの圧電アクチュエータ５６が鏡筒５２の他端を筐体５８に固定している。すなわち、鏡筒５２は４本の部材で筐体５８に固定されている。
【００５３】
合焦のため圧電アクチュエータ５６に通電し、電圧を印加して行くと、印加した電圧に応じて圧電アクチュエータ５６は変形し、鏡筒５２を駆動し合焦動作が行われる。
【００５４】
このとき梁部材５４は圧電アクチュエータ５６と平行、かつ同じ長さで弾性を備えているので、鏡筒５２を保持したまま弾性変形するが、圧電アクチュエータ５６が変形し、長さが短くなるため筐体５８方向に支持部材５３を引き寄せる向きに力が働く。支持部材５３は鏡筒の中心を挟んで対称の位置にあるので、この力は鏡筒５２を回転させる方向に働く。
【００５５】
つまり図７（ａ）の矢印Ａ方向から見た平面図７（ｂ）のように、鏡筒５２には上方から見て反時計回り方向に回転させる力が働くが、鏡筒の中心すなわち光軸を一方向に移動させる力は発生しない。このため、合焦動作を行っても第１乃至第３形態のように光軸がずれる恐れはない。
【００５６】
あるいは第３形態と同様に、２本の圧電アクチュエータ５６のうち一方を梁部材５４と替えてもよい。この場合は圧電アクチュエータ５６の個数を減らすことでコストダウンが可能となる。
【００５７】
本実施例は以上のような構成としたので、小型で安価、かつ重量のある鏡筒を使用でき、高精度なレンズ駆動装置とすることができた。
【００５８】
【発明の効果】
本発明は上記構成としたので、小型で安価なレンズ駆動装置を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態１に係るレンズ駆動装置の斜視図である。
【図２】本実施形態１に係るレンズ駆動装置の断面図である。
【図３】本実施形態１に係るバイモルフ型圧電素子の斜視図である。
【図４】本実施形態２に係るレンズ駆動装置の斜視図および平面図である。
【図５】本実施形態２に係る螺旋型圧電アクチュエータの斜視図である。
【図６】本実施形態３に係るレンズ駆動装置の斜視図である。
【図７】本実施形態４に係るレンズ駆動装置の斜視図である。
【図８】従来のレンズ駆動装置の断面図である。
【符号の説明】
１０レンズ駆動装置
１２鏡筒
１４レンズ
１６梁部材
１８圧電アクチュエータ
２０筐体
２２受光体
３３接続部
３５接続部
３６螺旋型圧電アクチュエータ
５３支持部材
６０バイモルフ型圧電素子
７０螺旋型圧電アクチュエータ

Claims

レンズ鏡筒と、
一端で前記レンズ鏡筒を保持し他端で筐体に固定される梁部材と、
前記梁部材と略同一長であり前記梁部材と平行に設けられ一端で前記レンズ鏡筒を保持し他端で筐体に固定され前記レンズ鏡筒を略光軸方向に移動させる圧電アクチュエータと、を備えたレンズ駆動装置。
前記圧電アクチュエータはバイモルフで構成されることを特徴とする請求項１に記載のレンズ駆動装置。
前記圧電アクチュエータは螺旋形状の圧電素子で構成されることを特徴とする請求項１に記載のレンズ駆動装置。