JP2005352394A

JP2005352394A - レンズ装置

Info

Publication number: JP2005352394A
Application number: JP2004175651A
Authority: JP
Inventors: Ryuta Sasaki; 竜太佐々木; Toshiaki Ezawa; 利明江澤
Original assignee: Fujinon Corp
Current assignee: Fujinon Corp
Priority date: 2004-06-14
Filing date: 2004-06-14
Publication date: 2005-12-22

Abstract

【課題】駆動方向に延設された被駆動部材を利用して位置検出手段を設けることにより、小型化できるレンズ装置を提供する。
【解決手段】レンズ装置は、レンズ枠１８、２０を駆動させるアクチュエータ３０、３０を備える。アクチュエータ３０は、圧電素子３２Ａ、３２Ｂと駆動部材３４Ａ、３４Ｂから成り、駆動方向に延設された被駆動板２６に駆動部材３４Ａ、３４Ｂを摩擦係合させ、被駆動板２６を光軸方向に移動させる。被駆動板２６には、位置検出手段であるフォトインタラプタ４２やフォトリフレクタ４０が取り付けられる。被駆動板２６は、フォトインタラプタ４２の遮光体、或いはフォトリフレクタ４０の反射板として兼用される。
【選択図】図４

Description

本発明はレンズ装置に係り、特にデジタルカメラや携帯電話機等の小型精密機器に搭載されるレンズ装置に関する。

デジタルカメラ等のレンズ部の駆動装置として圧電素子を用いたアクチュエータがある。例えば特許文献１のアクチュエータは、圧電素子の端面に駆動棒が固着され、その駆動棒に鏡筒がスライド自在に支持される。鏡筒には板ばねが取り付けられ、この板ばねの弾性力によって駆動棒との間に摩擦力が働くようになっている。そして、圧電素子には、略鋸歯状の波形をした駆動パルスが印加され、圧電素子は伸び方向と縮み方向で異なる速度で変位する。例えば圧電素子が緩やかに変位すると、駆動棒とともに鏡筒が移動する。逆に、圧電素子が速く変位すると、鏡筒がその質量の慣性によって同じ位置に停まる。したがって、圧電素子に略鋸歯状の波形をした駆動パルスを繰り返し印加することによって、鏡筒を細かなピッチで間欠的に移動させることができる。

しかし、特許文献１に記載のアクチュエータは、長尺状の駆動棒を介して駆動力を伝達するため、圧電素子の振動が駆動棒に吸収されて減衰してしまい、鏡筒を正確に移動させることができないという問題があった。特に高周波の振動は、駆動棒による減衰率が大きいため、鏡筒の応答性が悪くなる。したがって、特許文献１のアクチュエータは、低周波の駆動パルスでしか制御することができず、単位時間あたりの鏡筒の移動回数が少なくなるという問題があった。このため、特許文献１のアクチュエータにおいて鏡筒の移動速度を増加させるには、印加電圧を大きくして圧電素子の変位量を大きくし、鏡筒の一回の移動量を大きくする必要があった。

特許文献２では、５Ｖの電源電圧を３０Ｖに昇圧することによって、一回の移動量を増加させ、鏡筒の移動速度を増加させている。このため、特許文献２では、昇圧装置が必要になり、装置が大型化するとともに、複雑な制御が必要になるという問題があった。

特許文献３に記載されるアクチュエータは、圧電素子の変位方向の端面に係合部材が取り付けられており、この係合部材が移動板に摩擦係合され、移動板に鏡筒が取り付けられている。そして、圧電素子に駆動パルスを印加することによって、係合部材を介して振動が伝達され、移動板と鏡筒が移動される。

上述した特許文献１〜３に記載のアクチュエータは、圧電素子を駆動源としているため、モータを駆動源としたアクチュエータに比べて小型化することができる。
特許第２６３３０６６号特開２０００−５０６６０号公報特開平１０−２３２３３７号公報

ところで、特許文献１〜３に記載のアクチュエータをレンズ装置に適用した場合、鏡筒の位置を検出する位置検出手段が必要になる。位置検出手段としては、例えば透過型のフォトインタラプタや反射型のフォトリフレクタが用いられ、これらの位置検出手段の検出値に基づいてアクチュエータが駆動制御される。

フォトインタラプタやフォトリフレクタはそれ自体、非常に小型であるが、遮光体や反射板が大きいため、レンズ装置が大型化するという問題があった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、圧電素子を用いたアクチュエータと位置検出手段を備えたレンズ装置において、小型化することのできるレンズ装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は前記目的を達成するために、圧電素子と、該圧電素子に一体的に取り付けられた駆動部材と、該駆動部材に摩擦係合されるとともに駆動方向に沿って延設された被駆動部材と、該被駆動部材に一体的に取り付けられるとともに前記圧電素子の動力により光軸方向に移動されるレンズ枠とを備えたレンズ装置において、前記レンズ枠の位置を検出する位置検出手段が前記被駆動部材を用いて形成されることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、駆動方向に延設された被駆動部材を利用して位置検出手段を設けたので、位置検出手段の設置スペースが小さくなり、レンズ装置を小型化することができる。また、請求項１に記載の発明によれば、被駆動部材に位置検出手段を設けたので、レンズ枠の変位量を正確に測定できる。

請求項２に記載の発明は請求項１の発明において、前記位置検出手段は、前記被駆動部材を遮光体とする透過型のフォトインタラプタであることを特徴とする。フォトインタラプタは、高出力で高精度の検出が行える反面、設置スペースが大きくなるという問題があるが、請求項２に記載の発明によれば、被駆動部材がフォトインタラプタの遮光体を兼用するので、レンズ装置を小型化することができる。

請求項３に記載の発明は請求項１の発明において、前記位置検出手段は、前記被駆動部材に反射面が形成された反射型のフォトリフレクタであることを特徴とする。請求項３に記載の発明によれば、被駆動部材にフォトリフレクタの反射面が形成されるので、位置検出手段の設置スペースを小さくすることができ、レンズ装置を小型化することができる。

本発明に係るレンズ装置によれば、駆動方向に延設された被駆動部材を利用して位置検出手段を設けたので、レンズ装置の変位量を正確に測定できるとともに、レンズ装置を小型化することができる。

以下、添付図面に従って本発明に係るレンズ装置の好ましい実施形態について説明する。図１は、本発明に係るレンズ装置の主要構成を示す斜視図である。同図に示すレンズ装置はケース本体１２と蓋１４とから成る箱型のケースを有し、ケース本体１２の側面には固定レンズ１６が取り付けられている。

ケース本体１２の内部には二つのレンズ枠１８、２０が設けられ、この二つのレンズ枠１８、２０に、ズームレンズやフォーカスレンズ等の移動レンズが保持される。また、二つのレンズ枠１８、２０は、固定レンズ１６の光軸と平行に配設された二本のガイド棒２２、２４によって、光軸方向にスライド自在に支持される。すなわち、レンズ枠１８の外周面には、ガイド部２３が突出形成されており、このガイド部２３の貫通孔にガイド棒２４が挿通されてガイドされるとともに、ガイド部２３の反対側に突出形成された係合部（不図示）のＵ状溝にガイド棒２２が係合されることによって、レンズ枠１８が光軸方向にスライド自在に支持される。同様に、レンズ枠２０の外周面には、ガイド部２５が突出形成されており、このガイド部２５の貫通孔にガイド棒２２が挿通されてガイドされるとともに、ガイド部２５の反対側に突出形成された係合部２７のＵ状溝にガイド棒２４が係合されることによって、レンズ枠２０が光軸方向にスライド自在に支持される。

レンズ枠１８、２０にはそれぞれ被駆動板２６、２６が一体的に形成されている。被駆動板２６は、細長い矩形状に形成されており、その長手方向が光軸と平行になるように配置されている。被駆動板２６の材質等は特に限定されるものではないが、軽量で、且つ剛性の強い材質、例えばセラミック等が選択される。

各被駆動板２６、２６には、アクチュエータ３０、３０が配設されている。各アクチュエータ３０、３０は蓋１４の開口部に嵌め込まれることによって固定される。

図２はアクチュエータ３０の基本構造を説明する斜視図である。以下は、レンズ枠１８を駆動するアクチュエータ３０の例で説明するが、レンズ枠２０を駆動するアクチュエータ３０も同様に構成される。

図２に示すようにアクチュエータ３０は主として、圧電素子３２Ａ、３２Ｂ、駆動部材３４Ａ、３４Ｂ、及び押えばね３６によって構成される。圧電素子３２Ａ、３２Ｂは、被駆動板２６を挟んで両側に配置される。また、圧電素子３２Ａ、３２Ｂは、その変位方向が被駆動板２６の長手方向（すなわち駆動方向）になるように配置される。各圧電素子３２Ａ、３２Ｂの変位方向の一方の端面には、ケースの蓋１４（図１参照）に固定された押え板３８Ａ、３８Ｂが配設され、もう一方の端面には駆動部材３４Ａ、３４Ｂが一体的に取り付けられる。駆動部材３４Ａ、３４Ｂは、略矩形のブロック状に形成されており、上述した被駆動板２６と同様に、軽量で剛性の大きい材質、例えばセラミックで構成される。駆動部材３４Ａ、３４Ｂには、被駆動板２６に対面する側の反対側の側面に窪み３５Ａ、３５Ｂが形成され、この窪み３５Ａ、３５Ｂに押えばね３６が係合される。押えばね３６は、二つの駆動部材３４Ａ、３４Ｂを挟み込む板ばねであり、この押えばね３６の付勢力によって駆動部材３４Ａ、３４Ｂが被駆動板２６に押し付けられる。これにより、駆動部材３４Ａ、３４Ｂが被駆動板２６に摩擦係合される。駆動部材３４Ａ、３４Ｂと被駆動板２６との摩擦力は、後述するように、圧電素子３２Ａ、３２Ｂに緩やかな電圧変化の駆動パルスを印加した際にその駆動力よりも摩擦力が大きくなるように、そして、圧電素子３２Ａ、３２Ｂに急激な電圧変化の駆動パルスを印加した際にその駆動力よりも摩擦力が小さくなるように設定される。

なお、図２には、駆動部材３４Ａ、３４Ｂを被駆動板２６に付勢する付勢手段として押えばね３６を用いた例を示したが、他の付勢手段、例えば圧縮ばねやゴム等の弾性体によって駆動部材３４Ａ、３４Ｂを個別に付勢するようにしてもよい。

図３（Ａ）、図３（Ｂ）は圧電素子３２Ａ、３２Ｂに印加する駆動パルスの例を示したものである。図３（Ａ）は、図２のレンズ枠１８を左方向に移動させる際の駆動パルスであり、図３（Ｂ）は図２のレンズ枠１８を右方向に移動させる際の駆動パルスである。

図３（Ａ）、図３（Ｂ）に示すように、圧電素子３２Ａ、３２Ｂには、同じ鋸歯状の駆動パルスが同時に印加される。例えば、図３（Ａ）では、時刻β１から時刻β２にかけて緩やかに立ち上がり、時刻β３で急激に立ち下がる駆動パルスが圧電素子３２Ａ、３２Ｂに印加される。したがって、時刻β１から時刻β２では、圧電素子３２Ａ、３２Ｂが緩やかに伸長し、これに伴って駆動部材３４Ａ、３４Ｂが緩やかに移動するので、被駆動板２６は駆動部材３４Ａ、３４Ｂとともに移動する。これにより、図２の被駆動板２６を左方向に移動させることができる。時刻β３では、圧電素子３２Ａ、３２Ｂが急激に縮むので、図２の駆動部材３４Ａ、３４Ｂは右方向に移動する。その際、駆動部材３４Ａ、３４Ｂが急激に移動するので、被駆動板２６は慣性によってその位置に停止したまま、駆動部材３４Ａ、３４Ｂだけが移動する。したがって、図３（Ａ）に示した鋸歯状の駆動パルスを繰り返し印加することによって、図２の被駆動板２６は左方向への移動と停止を繰り返すので、レンズ枠１８を左方向に移動させることができる。

図３（Ｂ）に示す場合、時刻β４から時刻β５にかけて緩やかに立ち下がり、時刻β６で急激に立ち上がる駆動パルスが圧電素子３２Ａ、３２Ｂに印加される。したがって、時刻β４から時刻β５では、圧電素子３２Ａ、３２Ｂが緩やかに縮み、これに伴って駆動部材３４Ａ、３４Ｂが緩やかに移動するので、被駆動板２６は駆動部材３４Ａ、３４Ｂとともに移動する。これにより、図２の被駆動板２６を右方向に移動させることができる。時刻β６では、圧電素子３２Ａ、３２Ｂが急激に伸長するので、駆動部材３４Ａ、３４Ｂは図２の右方向に移動する。その際、駆動部材３４Ａ、３４Ｂが急激に移動するので、被駆動板２６は慣性によってその位置に停止したまま、駆動部材３４Ａ、３４Ｂだけが移動する。したがって、図３（Ｂ）に示した鋸歯状の駆動パルスを繰り返し印加することによって、図２の被駆動板２６は右方向への移動、停止を繰り返すので、レンズ枠１８を右方向に移動させることができる。

ところで、本実施の形態のレンズ装置には、図４に示すように、レンズ枠１８、２０の位置を検出する位置検出手段が設けられている。レンズ枠１８の位置を検出する位置検出手段としては、反射型のフォトリフレクタ４０が用いられ、レンズ枠２０の位置を検出する位置検出手段としては透過型のフォトインタラプタ４２が用いられている。また、図５には、図４のレンズ装置の正面図が示されている。

フォトインタラプタ４２は、レンズ枠１８と一体の被駆動板２６に沿ってアクチュエータ３０に並んで配置されている。また、フォトインタラプタ４２は、門型状に形成され、下部が二つに別れており、その一方に発光部が設けられ、もう一方に受光部が設けられる。そして、この発光部と受光部との間に被駆動板２６が挿脱されるようになっている。すなわち、アクチュエータ３０を駆動すると、被駆動板２６は光軸方向に駆動され、その先端が発光部と受光部との間に挿脱される。したがって、フォトインタラプタ４２の発光部から受光部に向けて投光し、その光を受光部で受光して光量を検出することによって、被駆動板２６の位置を検出することができる。

上記の如く構成された位置検出手段は、被駆動板２６がフォトインタラプタ４２用の遮光体を兼ねているので、遮光体を新たに設ける必要がない。また、アクチュエータ３０によって駆動する被駆動板２６の位置をフォトインタラプタ４２で直接検出しているので、位置検出を正確に行うことができる。

一方、フォトリフレクタ４０は、レンズ枠２０と一体の被駆動板２６に沿ってアクチュエータ３０に並んで配置されている。フォトリフレクタ４０は、投光部と受光部を有し、投光部から発した光の反射光を受光部で受光し、その光量を検出するように構成されている。また、フォトリフレクタ４０は、ケースの蓋１４（図１参照）に取り付けられた支持部材４４に支持され、被駆動板２６に対向して配置される。

被駆動板２６のフォトリフレクタ４０側の面には、反射板４６が取り付けられている。反射板４６には、複数の反射体４８が被駆動板２６の長手方向に一定間隔で配設されている。したがって、フォトリフレクタ４０で反射板４６の反射体４８を検出することによって、被駆動板２６の移動量を検出することができる。

上記の如く構成された位置検出手段は、被駆動板２６に反射板４６を設けているので、フォトリフレクタ４０用の反射部材を新たに設ける必要がない。また、アクチュエータ３０によって駆動する被駆動板２６の位置をフォトリフレクタ４０で直接検出しているので、位置検出を正確に行うことができる。

次に上記の如く構成されたレンズ装置の作用について説明する。

図６は、比較例のレンズ装置として、位置検出手段を一般の方法で取り付けたレンズ装置の正面図を示している。同図に示すレンズ装置は、位置検出手段であるフォトリフレクタ４０とフォトインタラプタ４２が、下方の空いたスペースに配置されている。フォトリフレクタ４０はＬ状の支持部材５２を介してケース本体１２（図１参照）に固定され、フォトインタラプタ４２はケース本体１２（図１参照）に直接固定されている。フォトインタラプタ４２に挿脱される遮光体５０はレンズ枠２０に一体的に形成されており、光軸方向に延設されている。一方、フォトリフレクタ４０用の反射板４６は、レンズ枠１８に一体形成された支持部材５４に支持されており、この支持部材５４と反射板４６は光軸方向に延設されている。

したがって、図６のレンズ装置は、遮光体５０と反射板４６の支持部材５４が光軸方向に延設されており、大きなスペースが必要になる。さらに、遮光体５０と支持部材５４は、レンズ枠１８、２０に一体的に形成されており、レンズ枠１８、２０とともに光軸方向に移動するため、そのスペースも確保する必要がある。したがって、図６のレンズ装置は、レンズ枠１８、２０の下方に大きなスペースを必要とし、レンズ装置が大型化するという問題があった。

これに対し、図４及び図５に示した本実施の形態のレンズ装置は、光軸方向に延設された被駆動板２６を利用して位置検出手段を構成している。すなわち、レンズ枠１８側の位置検出手段は、被駆動板２６がフォトインタラプタ４２用の遮光体を兼ねており、レンズ枠２０側の位置検出手段は、被駆動板２６にフォトリフレクタ４０用の反射板４６を設けている。したがって、図６に示した遮光体５０や反射板４６の支持部材５４が不要になるので、レンズ装置を小型化することができる。

このように本実施の形態のレンズ装置によれば、被駆動板２６を利用して位置検出手段を構成したので、位置検出手段の設置スペースを小さくすることができ、レンズ装置を小型化することができる。さらに、本実施の形態では、フォトインタラプタ４２やフォトリフレクタ４０を、アクチュエータ３０の隣の空いたスペースに配置しているので、レンズ装置をより小型化することができる。

また、本実施の形態では、アクチュエータ３０によって移動させた被駆動板２６の位置を、フォトインタラプタ４２やフォトリフレクタ４０で直接検出しているので、被駆動板２６の移動量を正確に測定することができる。したがって、フォトリフレクタ４０やフォトインタラプタ４２の検出値に基づいてアクチュエータ３０を制御することによって、レンズ枠１８、２０の駆動制御を精度良く行うことができる。

なお、上述した実施の形態は、レンズ枠１８の位置検出手段としてフォトリフレクタ４０を用い、レンズ枠２０の位置検出手段としてフォトインタラプタ４２を用いたが、これに限定するものではなく、両方ともフォトリフレクタ４０を用いたり、フォトインタラプタ４２を用いたりしてもよい。

また、上述した実施の形態は、圧電素子３２Ａ、３２Ｂに略鋸歯状の駆動パルスを印加するようにしたが、印加する駆動パルスの形状はこれに限定するものではない。例えば図７（Ａ）、図７（Ｂ）に示す駆動パルスを印加するようにしてもよい。図７（Ａ）の場合、圧電素子３４Ａには、時刻α１から時刻α２にかけて緩やかに立ち上がり、時刻α３で急激に立ち下がる略鋸歯状の駆動パルスの電圧を印加しており、圧電素子３４Ｂには、時刻α１から時刻α２にかけて緩やかに立ち上がり、時刻α４で急激に立ち下がる略鋸歯状の駆動パルスの電圧を印加している。したがって、圧電素子３４Ａが急激に縮むタイミングと圧電素子３４Ｂが急激に縮むタイミングが、時刻α３と時刻α４の間隔だけずれている。同様に、図７（Ｂ）の場合、圧電素子３４Ａには、時刻α５から時刻α６にかけて緩やかに立ち下がり、時刻α７で急激に立ち上がる略鋸歯状の駆動パルスの電圧を印加しており、圧電素子３４Ｂには、時刻α５から時刻α６にかけて緩やかに立ち下がり、時刻α８で急激に立ち上がる略鋸歯状の駆動パルスの電圧を印加している。したがって、圧電素子３４Ａが急激に伸長するタイミングと圧電素子３４Ｂが急激に伸長するタイミングが、時刻α７と時刻α８の間隔だけずれている。

このように圧電素子３４Ａ、３４Ｂが急激に変形するタイミングをずらした場合、駆動部材３６Ａが急激に移動する際には駆動部材３６Ｂが停止しており、駆動部材３６Ｂが急激に移動する際には駆動部材３６Ａが停止している。このため、被駆動板２６は駆動部材３６Ａ、３６Ｂにつられて移動しにくくなり、被駆動板２６を確実に停止させておくことができる。よって、上記の駆動パルスの如く電圧を印加することによって、被駆動板２６の移動と停止を確実に制御することができ、被駆動板３０の駆動制御を正確に行うことができる。

なお、上述したレンズ装置の用途としては、例えばデジタルカメラや携帯電話等の小型精密機器に適用することができる。特に携帯電話は、３Ｖ以下の低い電圧で駆動する必要があるが、本発明のレンズ装置を用いることによって、２０ｋＨｚ程度の高周波であっても駆動することができ、レンズ枠１８、２０を２ｍｍ／ｓ以上の高速度で移動させることができる。よって、１０ｍｍ程度の移動が必要となるズームレンズであっても、迅速に移動させることができる。

本発明に係るレンズ装置の構成を示す分解斜視図本実施の形態のアクチュエータの構成を示す斜視図図２の圧電素子に印加される駆動パルスの波形図位置検出手段を取り付けたレンズ装置の構成を示す斜視図図４のレンズ装置の正面図比較例のレンズ装置を示す正面図図３と異なる形状の駆動パルスの波形図

符号の説明

１８、２０…レンズ枠、３２Ａ、３２Ｂ…圧電素子、３４Ａ、３４Ｂ…駆動部材、３６…押えばね、４０…フォトリフレクタ、４２…フォトインタラプタ

Claims

圧電素子と、該圧電素子に一体的に取り付けられた駆動部材と、該駆動部材に摩擦係合されるとともに駆動方向に沿って延設された被駆動部材と、該被駆動部材に一体的に取り付けられるとともに前記圧電素子の動力により光軸方向に移動されるレンズ枠とを備えたレンズ装置において、
前記レンズ枠の位置を検出する位置検出手段が前記被駆動部材を用いて形成されることを特徴とするレンズ装置。
前記位置検出手段は、前記被駆動部材を遮光体とする透過型のフォトインタラプタであることを特徴とする請求項１に記載のレンズ装置。
前記位置検出手段は、前記被駆動部材に反射面が形成された反射型のフォトリフレクタであることを特徴とする請求項１に記載のレンズ装置。