JP2005529358A

JP2005529358A - デジタルカメラ光学系のための圧電アクチュエータ

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Publication number: JP2005529358A
Application number: JP2004511891A
Authority: JP
Inventors: ロウヴィネン、ヤルッコ; カウハニエミ、イルポ; アハルグレン、ペンッティ; ヨハンソン、ステファン; マトソン、シュリステル
Original assignee: ノキアコーポレーション
Priority date: 2002-06-05
Filing date: 2003-06-04
Publication date: 2005-09-29
Anticipated expiration: 2023-06-04
Also published as: EP1509801A1; WO2003104874A1; US7212358B2; JP4344688B2; CN100427985C; AU2003238885A1; US20030227560A1; US20030227559A1; JP2009086691A; EP1509801A4; US6710950B2; CN1659466A

Abstract

デジタルカメラの光学系１のための調整可能な支持体であって、支持体がカメラ制御プロセッサの信号に反応しレンズ素子の調整可能な位置決めを提供する。支持体にはレンズ素子２を支持する相対的な軸移動のための複数のチューブ９および１０が取り付けられている。少なくとも一つのチューブがメイン支持チューブ９に相対して位置調整が可能である。調整可能なチューブ１０は圧電素子１１〜１３に係合可能である。それぞれの圧電素子は、カメラ操作システムを備え支持チューブ９に取り付けられている可撓プリント回路基板１４に取り付けられている。

Description

本発明は、概して電子カメラのレンズ素子を移動するための機構に関する。

電子カメラの構成部品は低電力消費、低重量および費用効率を必要とする。これらの設計基準はオートフォーカス、ズーム光学、あるいは両方を実現する光学的に調整可能なカメラに対する需要による挑戦を受けている。これらの機能は調整を提供するために光学素子の相対的な移動を必要とする。必要とされる動きは通常直線であるが、親ネジなどの運動変換機構と結合された回転モータを使用してよい。多くの場合運動の範囲はほぼ数ミリメートル程度である。電子カメラの中の光学素子の位置を調整するための機構を提供することが本発明の目的である。

多数の応用例の中で使用されてきた１つの構成部品がバイモルフ圧電素子であり、このような素子は、各層が独立した励起のために連結されている圧電材料の複数の層から構築されている。米国特許番号第４，２９１，９５８号において、バイモルフ圧電片持ち梁はカメラの焦点を合わせるための拡大レバーと組み合わせて使用される。しかしながら、このような焦点合わせ装置の必要な動きは、不満足な装置の剛性をもたらす結果となっている。電子カメラの応用例においては、空間は決定的な要因である。したがって、機械的な支持体が限られた状態で狭い空間内で動作できる簡略な駆動素子に対するニーズがある。デジタルカメラの光学系の中のレンズの位置を調整するためにバイモルフ圧電素子を活用することが本発明の目的である。

小型デジタルカメラは、移動通信装置または他のコンピュータ装置と使用するために構成されている。このようなカメラの光学系は、単一のレンズ構成部品または複数のレンズ構成部品を有する小型レンズアセンブリから構成されてよい。光学系は外部ソースから受け取った画像を、光学信号を処理のためにデジタル信号に変換するセンサアレイに送信する。複数のレンズ構成においては、光学系のレンズはオートフォーカスとズーム機能を提供するために互いの関係で移動する。

応用例の中の最も簡略なものにおいては、単一の主要なレンズに被写体の感知された位置にしたがってオートフォーカスを提供するのに十分な移動が与えられてよい。複数のレンズ構成は本願に開示されるような複数の駆動機構を活用して構成されてよいが、簡単にするために、本発明では最初に単一調整可能レンズ応用例に関して説明する。

本発明にしたがって、レンズ素子は管状部材の上のカメラの中に取り付けられている。該レンズチューブは、管状部材の長手方向軸に沿った移動のために、同様に支持チューブ上に取り付けられている。調整移動は、たとえば該支持チューブの全周の回りに対称的に離間される３個の素子によってなど、複数のバイモルフ圧電素子によって実現される。圧電素子は、レンズ駆動システムと関連した他の電子構成部品を備えてよい可撓プリント基板に接続され、その上に取り付けられている。可撓プリント基板は支持チューブ上に取り付けられ、同様に電池などの電圧源に接続されている。その可撓性により、プリント基板は支持チューブの形状に形成することが可能で、圧電素子はレンズチューブに係合して配置できる。

主題の機構で使用されるバイモルフ圧電素子は、２つの層のあいだに相対的な変型を提供するために個別に付勢される、圧電材料の少なくとも２つの層から構成されている。本発明のある実施形態で使用される圧電素子は、係合パッドを有し、その中心点から素子の平面に向かって横断方向に伸張する竿の形で形成されている。該竿は端部つまり結節位置近くで回路基板に固定される。係合パッドの外端部は、可動レンズチューブと作動関連で自由に移動する。好適実施形態においては、該竿は係合パッドのどちらかの側に伸張する１組のバイモルフ圧電素子を備える。バイモルフ素子のそれぞれには二重活性層がある。該２つの層の一方のみを付勢することにより生じる差動変形のために、圧電素子は曲がり、係合パッドの外端部を移動させ、可動レンズチューブと接触させる。圧電素子の励起を改変することにより、係合パッドは軸方向での移動を引き起こし、それによりレンズの位置を調整する。励起のパターンは別々の工程で移動を提供するように工夫されている。

プロセッサはデジタルカメラに主要な制御を与えるためにプリント基板内で接続され、レンズの所望される移動に応じた駆動電圧パターンを生じさせるように構成されている。

圧電素子により生じる移動は高解像度を提供するが、正確な反復性を獲得するために基準を提供する構造上の特徴はない。圧電素子により提供される工程の長さは操作条件および環境条件にしたがい変わることがある。いくつかの光学設計で必要とされる精度を獲得するために、位置センサが使用され、可動チューブの位置を監視する。光学センサは、可動チューブ上に取り付けられる反射面を見るために使用される。反射面は、可動チューブの表面処理に取り入れられる階調から構成されている。この構成により、可動チューブの正確な位置監視が実現するであろう。

本発明の第２の実施形態においては、ズーム機能を提供するために１組のレンズが使用される。この実施形態においては、可動チューブは前部レンズ支持部と後部レンズ支持部に分割され、該セクションのそれぞれが前述したのと同様の方法で圧電素子により別々に駆動される。応用例により正当化される場合には、両方のセクションの位置を監視するために光学センサを設けることができる。

オートフォーカス機能とズーム機能を結合する追加実施形態が構成できる。

このようにして、最小の電力と空間を使用しながら、カメラ内のレンズを移動するために小型駆動システムが設けられる。

添付図面に関して本発明をさらに詳細に説明する。

図１にはオートフォーカス機能を有するカメラ用の典型的な光学レンズシステム１が概略で描かれている。それは、通常、像平面５上に被写体８の焦点の合った画像を投射するために動作する一次レンズ２から構成される。図示されているように、一次レンズ２は範囲ｘからｙで調整可能である。レンズシステム１は図３に示されているようにデジタルカメラシステム６で使用される。レンズシステム１はカメラシステム６の像平面５に配置されるイメージセンサ７上に画像を投射するためにハウジング（不図示）内に固定される。一次レンズ２はオートフォーカス機能を獲得するために調整可能である。図解を容易にするために単一の調整可能レンズの構成が選ばれる。ズーム機能を提供するためには複数のレンズ調整が達成されることが認識される必要がある。このようなシステムの例は図９ａと図９ｂに示されている。後者の例では、複数の圧電駆動グループは、オートフォーカスレンズとズームレンズの独立した調整運動を提供するように構成されてよい。

レンズアセンブリ１は、図１に図示されているように、支持チューブ９とレンズチューブ１０から構成されている。レンズチューブ１０はレンズ２を保持し、支持チューブ９内に同軸で取り付けられている。レンズチューブ１０はカメラシステム６にオートフォーカス機能を提供するために調整可能である。必要な調整を提供するため、レンズチューブ１０は軸に沿った方向での移動のために支持チューブ９内で支えられている。レンズチューブ１０のための支持体と動きは図１と図２に図示されるようなバイモルフ圧電素子１１、１２、および１３により提供される。レンズチューブは、高い軸力が必要とされない場合には２つの素子、あるいは１つの素子によっても駆動できる。

圧電駆動装置のための回路基板は、支持チューブ９の外部円筒面１５の回りに配置される可撓プリント基板１４である。圧電素子１１から１３およびそれらの関連する構成部品は連結され、可撓回路基板１４によりじかに支えられている。図３に図示されているようなカメラシステム６の画像処理素子および関連素子は、図１２に参照番号７３で示されているように連結され、別個のプリント基板によって支えられている。電池のような電源２２は周知の方法でプリント基板１４と７３に接続される。弾性的な絶縁シート１５が可撓回路基板１４の回りに巻き付けられている。可撓回路基板と絶縁シート１５のアセンブリは分割リング形バネ１６によって支持チューブ９の定位置に保持されている。減衰１５およびバネ１６は、これらの機能を可撓回路板１４の構造の中に組み込むことにより排除されてよい。接点２０は、可撓回路板１４を電源２２に接続するための手段を提供するために可撓回路板１４上に形成される。シート１５は、必要な収縮と音響雑音の減衰を可能とする一方で、アセンブリ内での圧電歪みの弾性減衰を提供する。

図１と図２に描かれているように、圧電素子は支持チューブ９の外周上の可撓回路基板１４に取り付けられている。素子１１から１３は同一であり、図４ｅに示されるように、それぞれが１組の素子３０と３１で構成される。素子１１は、竿の中心点で受動部材３２により竿を形成するために連結されるバイモルフセクション３０と３１によって形成される。係合パッド３３は受動部材３２から竿の長手軸の横断方向に外向きに伸張する。バイモルフセクション３０はともに活性化しており、接点３４を通って可撓回路基板１４に連結される二重圧電体積３０Ａと３０Ｂから構成される。それぞれの体積は１つの圧電層として働くように連結され、偏向されている複数の層から構成されることがあるであろう。これにより必要な駆動電圧が削減される。また、対応する変形が十分である場合には各バイモルフセクション内でただ１つの圧電体積だけを使用することもできる。同様に、セクション３１は接点３５を通って可撓回路基板１４に連結される二重圧電層３１Ａと３１Ｂから構成される。係合パッド３３は、組み立てられた状態で支持チューブ９の中の開口部１８と整列し、パッド３３の係合外端部３６のレンズ支持チューブ９との係合を可能にする。

圧電素子１１から１３は、素子１１から１３の取り付けレバー３３をレンズチューブ１０に係合させ、その軸に沿った位置を調整させるために所定のパターンにしたがって励起される。この調整の量は被写体８の距離ｄを感知するオートフォーカスセンサ２３からの信号にしたがう。適切なアルゴリズムを使用すると、画像センサから直接的にオートフォーカス設定データを獲得し、別個のセンサ素子に対するニーズを排除することができる。ズーム機能を可能にするために複数のレンズの移動が実現される場合には、手動ズーム制御機構２４が設けられ、カメラ制御プロセッサに、たとえば図９ａに図示されるようなズームレンズの移動を引き起こすように信号で知らせる。カメラシステム６は、システム６の構成要素を駆動するために電源２２から電力を受け取る一次制御プロセッサ２１から構成される。調整信号は光学系１からの被写体の距離ｄを感知するオートフォーカスセンサ２３によって与えられる。

カメラ制御プロセッサ２１は信号を発生させ、それをアクチュエータ制御プロセッサ２５に送信する。アクチュエータ制御プロセッサ２５は所定の制御電圧パターンを生成し、圧電素子をカメラ制御プロセッサ２１からの信号に応えて変形させる。電圧パターンは、オートフォーカスセンサ２３により示されている量、軸方向での調整レンズチューブ１０の移動を生じさせるように設計されている。光学素子は被写体８の画像を、カメラシステム６の像平面５に位置するイメージセンサ７の上に投射する。イメージセンサ７は投射される画像を示す信号を発生させる。画像信号は画像処理プロセッサ２６内でデジタル信号に変換される。デジタル画像信号はカメラ制御プロセッサ２１のメモリセクション内に記憶される。

アクチュエータ制御プロセッサ２５の例は図１０の回路図に示されている。図示されている回路は２個の圧電体積素子２０１と２０２を制御するように設計される。圧電素子２０１を制御するためにトランジスタ２１１、２１２、２１３、２１４を備える出力ブリッジ２１０、および別の圧電素子２０２を制御するためにトランジスタ２２１、２２２、２２３、２２４を備える別の離れたブリッジ２２０を駆動することにより。ブリッジ２１０と２２０のトランジスタはバイポーラ素子または電界効果（ＦＥＴ）素子のどちらか、あるいはその組み合わせである場合がある。ブリッジ２１０は、ブリッジ制御信号２３１、２３２、２３３、２３４により制御され、ブリッジ２２０は信号２４１、２４２、２４３、２４４によって制御される。ブリッジ２１０と２２０のトランジスタは制御回路内で離散しているか、一体化しているかのどちらかである。０は回路接地を示し、＋は供給バスを示している。動作中、トランジスタ２１１と２１２を備える半分のブリッジは、０と＋のあいだの任意の電圧を出力するためにブリッジ制御信号２３１、２３２により制御することが可能であり、トランジスタ２１３、２１４を備えるブリッジ２１０の他の半分のブリッジは相補的な電圧を出力するためにブリッジ制御信号２３３、２３４によって制御できる。

このようにして、完全な供給バス電圧はどちらかにしても要素２０１上で印加できる。制御信号２３１、２３２、２３３、２３４は、ブリッジ２１０内のすべてのトランジスタを完全にオフに切り替えるために容易に整列することもできる。同様に、コントローラ２５は素子２０２上でどちらにしても電圧を出力するために、あるいは素子２０２を未接続に保つためにブリッジ２２０を制御できる。すべての必要とされる電圧素子移動は、２個または３個以上の素子を同時に別々に制御することによりコントローラ２５により実現できる。

図４ａから図４ｅは、レンズチューブ１０を係合し、レンズチューブ１０の軸位置を調整するように構成される二重バイモルフ圧電素子１１を示している。前述したように、素子１１とその関連素子１２と１３はそれぞれ同じように構成されている。素子１１のそれぞれにおいて、１組のバイモルフ素子３０と３１が竿竿４を形成するために受動パーツ３２を通して機械的に連結されている。セクションのそれぞれは同様に構成されており、したがってここではただ１つだけを説明する。バイモルフセクション３０は中間電極３４Ａにより分離される２つの活性化した体積３０Ａと３０Ｂを備える。上部活性化体積３０Ａは単一層として図示されているが、複数の層を備えてよい。同様に、下部活性化体積３０Ｂは多くの圧電層を備えてよいが、簡単にするためにただ１つだけが示されている。活性化した体積３０Ｂの下部電極（３４Ｃ）はある実施形態でＧＮＤに連結されている。他方の実施形態では、すべての電極（３４ＡからＣ、３５ＡからＣ）を個別に制御できる。柔らかな圧電材料、つまり偏向するのが容易な材料が使用される場合、活性化した体積３０Ａの上部電極が信号電極３４Ａに印加されるピーク電圧より高い電圧に接続される。硬い圧電材料が使用される場合、電場に反対の偏向が使用され、上部電極は接地に接続できる。

選択された電極のあいだに電圧を印加することによって、活性化した体積３０Ａおよび３０Ｂが個々に励起できる。活性化した体積３０Ａに電圧を印加することにより、圧電層は電場方向に膨張する。つまり、電場と偏向が同じ方向を有する場合には、各層が厚くなる。ただし、同時に活性化した体積３０Ａは長手方向で収縮する。この収縮と膨張は選ばれる圧電材料の特性係数に関係する。活性化した体積３０Ａが、活性化した体積３０Ｂが励起されるので未改変である場合、活性化した体積３０Ｂの長さが減少し、バイモルフ圧電セクション３０を歪め、図４ａに図示されるように上部に曲がらせる。断面３１でこの励起を逆転することにより、図４ａに描かれるような竿４の歪みを生じさせる反対の歪みが獲得される。励起と歪曲のパターンは、図４ａから図４ｄで示されるような運動の工程を提供するために引き出される。これらの工程は適切な信号により繰り返し起動できる。

図４ｅに図示されるようにバイモルフ素子１１は、２本の隣接する圧電竿、つまり受動パーツまたは部材３２により分離されるセクション３０と３１から構成されている。一方が結合された竿のどちらかの端部に近く、もう一方がパッド３３の係合端部３６にある、素子１１のための３つの接点がある。竿セクションと素子１１を備える全体的な竿の必要な歪みを可能にするために、竿の両端部は可撓回路基板１４に曲げやすく取り付けられ、対応する接点である程度の回転を提供する必要がある。

したがって、竿４を作り上げる４つの独立した活性化した体積３０Ａ、３０Ｂ、３１Ａ、および３１Ｂがある。該４つの活性化した体積の１つから４つの動的な励起は、ｚ方向とｘ方向の両方での係合パッド３３の運動を実現する。活性化した体積を協力して励起することにより、図４ａから図４ｄに描かれている運動が獲得される。運動原理を説明するために、圧電素子のすべての運動が図中で誇張されていることに留意する。超音波周波数で、これが係合パッド３３の長円形の動きを提供し、それによりレンズ支持チューブのＸ方向での移動が生じる。

この種の圧電差動素子は、２０００年１２月２０日に提出された同時係属米国出願番号第０９／７３９，９０６号に説明されている。この出願の開示は全体として本願に引用して援用される。

図６から図８に図示されるような代替実施形態においては、圧電素子１１Ａは可撓回路基板１４に取り付けられる受動パーツ４２によって支えられる２つの活性化した体積４０Ａと４０Ｂを有する片持ち梁を備える。圧電素子１１Ａは少なくとも２つの平行した活性化した体積４０Ａと４０Ｂを有する。活性化した体積４０Ａと４０Ｂのそれぞれは少なくとも１つの圧電層を備える。活性化した体積４０Ａと４０Ｂは、活性化した体積４０Ａと４０Ｂと平行して配列される電極４３（図中では１つだけが描かれている）によって個別に活性化できる。圧電素子１１Ａの可動先端４５には、カメラシステム６のオートフォーカス機能の動作中に調整可能な管１０と接触させられる係合面４８がある。可撓回路基板１４は受動パーツ３２で素子１１Ａを支持し、適切な手段（不図示）を通して電極４３に連結される。この実施形態においては、可撓回路基板１４が支持チューブ９の内面１５に取り付けられている。支持チューブ９は、カメラシステム６（不図示）の本体の中に取り付けられる。

両方の体積４０Ａと４０Ｂに同じ圧力を印加することにより、素子１１Ａは軸方向で収縮させることができる。それぞれの体積４０Ａと４０Ｂで異なる電圧を結合することにより、作動面４８は、図８に図示される楕円形の経路によって描かれているように二次元空間（ＸとＺ）内で移動できる。調整可能な管１０を移動するために、素子１１Ａは摩擦係合のためにそれに当たるように強制的に曲げられている。活性化した体積４０Ａと４０Ｂの異なる励起が、反対の軸方向で調整可能な管１０の移動を実現する素子１１Ａの膨張を実現するために達成できる。

どちらかの実施形態において、圧電素子１１の電極に印加される電圧信号のパターンを引き出すことによって、所望される機能と一貫する移動の所望されるパターンを獲得できる。実行される特定の運動はカメラ制御プロセッサ２０からの信号に反応する。

いくつかの光学設計において必要とされる精度を獲得するために、図１１と図１２ａからｃに示されているように、位置センサ７０が可動チューブの位置を監視するために使用される。本実施形態の光学系は、前述したように支持チューブ１７と可動レンズチューブ１０を含む。これらの構成部品はホルダー７４（図１１を参照すること）によりプリント基板７３上にじかに取り付けられている。プリント基板７３はイメージセンサ７、イメージプロセッサ２６および関連する構成部品（不図示）を含んでいる。光学センサ７１は取り付けられ、可撓回路基板１４に連結され、可動チューブ１０に取り付けられる反射面７６を見るために使用される。光学センサ７１は、アメリカ合衆国、ワシントン州、カマス（Ｃａｍａｓ，ＷＡ）、シャープ・マイクロエレクトロニクス・オブ・ザ・アメリカ（ＳｈａｒｐＭｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓｏｆｔｈｅＡｍｅｒｉｃａｓ）から入手可能なＧＰ２Ｓ６０型などの市販の超小型反射型フォトインタラプタであってよい。光学モニタ７０は、可動チューブの表面処理に組み込まれている階調から構成される、図１５の実施形態に示されるような反射面７６を含んでいる。図１５においては、反射面７６は可動チューブ１１０の後部セクション１２０に示されている。この実施形態のアセンブリは、支持チューブ１７の回りに巻きつけられ、バネ要素１６により定位置に保持される可撓回路基板１４も含む。圧電素子１から１３はこれらの素子の係合パッドが支持チューブ１７内の開口部７６から７８を通してレンズチューブ１０を係合できるようにするために可撓回路基板１４に取り付けられる。位置センサ７１のための視覚的なアクセスは支持チューブ１７内のポート７９によって設けられる。この構成は多岐に渡る実施形態において可動チューブの正確な監視を提供するであろう。適切な開口部は、光学センサ５１が（図１３中の）可動チューブ１０または１１０への視覚的なアクセスを有することができるようにするために光学系１の介入する構成部品に設けられなければならない。

前述した圧電駆動システムは、オートフォーカス機能とズーム機能の両方のために必要とされる調整機能を提供するために、単一の駆動装置への適切な連鎖システムを通して、あるいは独立した複数の駆動装置によって複数のレンズを移動するために容易に適応できる。図９ａと図９ｂは、オートフォーカスとズームを提供するための２つの考えられるレンズ構成を示す。図９ａのシステムにおいては、一次レンズ５１が焦点面５を基準にした移動のために支持チューブ上に取り付けられ、１組のレンズ５２と５３から構成されるズームアセンブリが設けられている。ズームレンズは一次レンズ５１と焦点面５を基準にした移動のために取り付けられている。ズーム組は焦点調整のための一次レンズとの移動のためにも取り付けられている。このシステムは、一次レンズ支持体を基準にしたズームレンズの移動を提供するためにズーム構成部品と第２の駆動装置を含むであろう、一次レンズ支持体移動のための圧電駆動装置を使用するように設計される。

図９ｂにおいては、１組のレンズ６１と６２を使用するズームシステムが図示されている。この構成は、図９ｂに示されるように範囲６３と６４内の移動のために前記に示したような１組の駆動装置にも適応可能であろう。これらの構成においては、一次レンズ支持チューブ１０内での移動のために取り付けられる第２の可動支持チューブが設けられてよい。一般的には、ズーム機能を提供するために、一方のグループはズーム定量を調整するためであり、もう一方はフォーカスの変化を補償するためであるレンズの少なくとも２つのグループが提供される。ズーム機能を提供するための圧電駆動光学系は図１３から図１５に示されている。特定の応用例のニーズに応じて、本発明のシステムに適応できるレンズシステムの無数の構成がある。ここに説明するシステムは、サイズ、重量およびエネルギーの使用を最小限に抑える必要のある応用例のために設計されている。

図１３から図１６に図示されている実施形態の複数のレンズシステムにおいては、光学系１０１はイメージセンサ（不図示）を含む主要なプリント基板１２２にじかに取り付けられている。光学系１０１は、図１３から１５に図示されるように、第２のレンズ素子１０２と赤外線フィルタ１０４付きの第１のレンズ素子１０３から構成されている。光学系１０１は可動チューブ１１０に取り付けられている。この構成においては、可動チューブ１１０が２つのセクション、つまり第１のレンズ素子１０３が取り付けられている前部セクション１２１と、第２のレンズ素子が取り付けられている後部セクション１２０の中に分割されている。可動チューブ１１０のセクションは互いに関して可動である。たとえば、前部セクション１２１は、図１５に図示されているように後部セクション１２０で可動であってよい。前部セクション１２１は光学系１０１に封止部を与えるためにベローズ１０５に連結されてもよい。

図１４ｂに図示されるように、可動管１１０の各セクションは、１組の圧電素子により独立して駆動され、圧電素子１１２と１１３は後部セクション１２０に電力を提供し、圧電素子１１１と１３１は前部セクション１２１に電力を提供してよい。圧電駆動装置との係合の有効性を高めるために、駆動装置パッド接触面１２５と１２６はそれぞれ前部セクション１２１と後部セクション１２０上に構築される。パッドは、適切な場所で表面仕上げを改変することにより形成されてよい。

１２３のような光学系は、この実施形態ではセクション１２０と１２１のどちらかのために提供され、可撓プリント基板１１４の上にじかに取り付けられてよい。開口部１２７は、後部チューブセクション１２０上で反射面７６に光学的な露光を与えるために支持チューブ１１７で構成される。

このようにして、空間、電力消費および重量という設計要件を達成する用途が広い駆動機構が提供される。当業者により、請求項に定められるような本発明の範囲から逸脱することなく前述した実施形態に多様な修正および変更を加えてよいことが理解されるであろう。

本発明の好適実施形態によるデジタルカメラで使用するための簡単な光学系の概略図である。切断線に沿って取られる、図１に図示される本発明の光学系の断面図である。本発明の好適実施形態によるデジタルカメラ用の制御システムのブロック図である。多様な励起状態にある図１と図２に図示されている圧電素子の拡大図である。多様な励起状態にある図１と図２に図示されている圧電素子の拡大図である。多様な励起状態にある図１と図２に図示されている圧電素子の拡大図である。多様な励起状態にある図１と図２に図示されている圧電素子の拡大図である。多様な励起状態にある図１と図２に図示されている圧電素子の拡大図である。本発明の光学系の構成部品の分解斜視図である。本発明の光学系の代替実施形態の概略図である。図６に示されるような本発明の光学系の端面図である。図６と図７の実施形態で使用するための圧電素子の代替実施形態の概略図である。オートフォーカス機能とズーム機能の両方を提供するために可動レンズモジュールを有すると考えられる光学系の概略図である。オートフォーカス機能とズーム機能の両方を提供するために可動レンズモジュールを有すると考えられる光学系の概略図である。バイモルフ圧電素子を駆動するための回路の概略図である。本発明による位置センサの使用を示す光学系の代替実施形態の概略断面図である。図１１の代替実施形態の基本要素の分解図である。軸断面線に沿った図１２ａの組み立てられた実施形態の断面図である。装置の軸の横断した断面線に沿った図１２ａの組み立てられた実施形態の断面図である。本発明の光学系の追加代替実施形態の概略断面図である。図１３の実施形態のスプリング支持体および可撓プリント基板の透視概略図である。図１３の実施形態のバネと可撓プリント基板アセンブリの概略端面図である。図１３の実施形態の可動チューブの透視概略図である。位置モニタ付きの本発明の光学系の支持チューブの透視概略図である。

Claims

デジタルカメラの光学系のための調整可能な支持体であって、
前記カメラ内に固定される、長手方向軸を有する固定された管状の支持体と、
固定された管状支持体上での同軸上での相対的な移動のために取り付けられる可動管状支持体と、
前記光学系と作動関連する可動管状支持体に取り付けられるレンズと、
固定管状支持体に取り付けられる可撓プリント基板と、
個別に励起可能な少なくとも２つの活性化した体積を有する少なくとも１つの圧電素子であって、前記少なくとも１つの圧電素子が前記可撓プリント基板に取り付けられ、連結され、前記圧電素子が可動支持体に係合するため、および前記長手方向軸に沿って前記支持体を移動するために印加される電圧に応えて変形可能である少なくとも１つの圧電素子と、
を備えることを特徴とする調整可能な支持体。
前記圧電素子が竿の形で構成され、前記竿が長手方向軸を有し、
それぞれが少なくとも２つの活性化した体積を有して構成される第１の圧電セクションと第２の圧電セクションと、
前記第１の圧電セクションと第２の圧電セクションのあいだで固定接続を形成する受動パーツであって、前記圧電セクションが対向する端部に向かって前記圧電パーツのどちらかの側で長手方向で外向きに伸張する受動パーツと、
前記稼動管状支持体との係合のための表面を提供するために前記受動パーツから前記長手方向軸に横断方向で外側に伸張する係合パッドと、
をさらに備え、
前記竿が固定管状支持体上で取り付けられ、前記係合面が前記稼動管状支持体と作動接触していることを特徴とする請求項１記載のデジタルカメラの光学系のための調整可能な支持体。
前記活性化した体積が、電極により電圧のソースに連結される圧電材料の少なくとも２つの平行した層を備え、前記電極が前記活性化した体積の独立した励起を実現するために前記印加電圧に接続されることを特徴とする請求項２記載のデジタルカメラの光学系のための調整可能な支持体。
前記稼動支持チューブが、その中での同軸移動のために固定された支持チューブ内に取り付けられることを特徴とする請求項１記載のデジタルカメラの光学系のための調整可能なシステム。
前記レンズがオートフォーカス機能をデジタルカメラに提供することを特徴とする請求項１記載のデジタルカメラの光学系のための調整可能な支持体。
前記稼動管状支持体との係合のために前記圧電竿の歪みを引き起こすために、および軸に沿った移動を提供するために前記圧電竿の歪みをさらに引き起こすために前記印加電圧が変えられることを特徴とする請求項２記載のデジタルカメラの光学系のための調整可能な支持体。
前記電圧が所定のパターンに応じて変えられることを特徴とする請求項６記載のデジタルカメラの光学系のための調整可能な支持体。
前記可撓プリント基板が前記管状支持体上に巻きつけられ、前記固定された管状支持体と調和した管状の形状を取ることを特徴とする請求項１記載のデジタルカメラの光学系のための調整可能な支持体。
前記少なくとも１つの圧電素子が、固定された管状支持体上で対称的に配置される複数の圧電素子を備えることを特徴とする請求項１記載のデジタルカメラの光学系のための調整可能な支持体。
前記少なくとも１つの圧電素子が固定された管状支持体の外面に対称的に配置される複数の圧電素子を備え、前記圧電素子が前記固定管状支持体のアクセス開口部を通して前記可動管状支持体を係合することを特徴とする請求項１記載のデジタルカメラの光学系のための調整可能な支持体。
前記可撓プリント基板が前記固定管状支持体の外面で巻きつけられ、
前記可撓プリント基板の回りの前記固定管状支持体の上に巻きつけられる可撓弾性減衰バンドと、
前記減衰バンドとプリント基板を定位置に保持するために前記減衰バンド上に配置される分割バンド形状のバネ要素と、
をさらに備えることを特徴とする請求項８記載のデジタルカメラの光学系のための調整可能な支持体。
前記圧電素子が竿の形で構成され、固定支持体上に取り付けられ、前記竿が可動端部に向かって片持ち梁式に前記固定支持体から前記軸に平行に伸張することを特徴とする請求項１記載のデジタルカメラの光学系のための調整可能支持体。
前記活性化した体積が、電極により分離され、固定端部から前記可動端部に伸張する圧電材料の少なくとも２つの平行した層を備え、前記電極が前記活性化した体積の独立した励起を提供するために前記印加電圧に接続されることを特徴とする請求項１２記載のデジタルカメラの光学系のための調整可能な支持体。
前記可動支持体に係合するように前記圧電素子の半径方向の曲げを引き起こすため、およびさらに前記圧電素子の膨張または収縮により軸に沿った移動を提供するために、前記印加電圧が変えられることを特徴とする請求項１２記載のデジタルカメラの光学系のための調整可能な支持体。
前記電圧が所定のパターンにしたがって変えられることを特徴とする請求項１２記載のデジタルカメラの光学系のための調整可能な支持体。
電圧の所定のパターンが前記圧電素子の前記可動端部を楕円パターンで移動するように工夫されることを特徴とする請求項１５記載のデジタルカメラの光学系のための調整可能な支持体。
前記少なくとも１つの圧電素子が支持チューブ上で対称的に配置される複数の圧電素子を備えることを特徴とする請求項１２記載のデジタルカメラの光学系のための調整可能な支持体。
前記カメラ内で固定されている、長手方向軸を有する固定管状支持体と、
固定管状支持体上での同軸上の相対的な移動のために取り付けられる可動管状支持体と、
前記光学系と作動関連して可動管状支持体上に取り付けられるレンズと、
竿の形で構成される少なくとも１つの圧電素子であって、前記竿が長手方向軸および第１の端部と第２の端部を有し、前記第１の端部と第２の端部の近くで固定管状支持体に固定され、さらに、
それぞれ少なくとも１つの活性化された体積を有して構成される第１の圧電セクションと第２の圧電セクションであって、可動支持体を係合し、前記長手方向軸に沿って前記支持体を移動するために印加電圧に応えて選択的に変形可能である第１の圧電セクションと第２の圧電セクションと、
第１の圧電セクションと第２の圧電セクションのあいだに固定接続を形成する受動パーツであって、前記圧電セクションが向かい合う端部に向かって前記受動パーツのどちらかの側で外向きに長手方向に伸張する受動パーツと、
前記可動管状支持体との係合のための表面を提供するために前記長手方向軸に横断方向で前記受動パーツから外向きに伸張する係合パッドと、を備え、前記竿が、前記係合面が前記可動管状支持体と作動接触とできるようにする方法で固定管状支持体に連結されることを特徴とするデジタルカメラの光学系のための調整可能な支持体。
固定管状支持体上に取り付けられる可撓プリント基板をさらに備え、前記少なくとも１つの圧電素子が前記可撓プリント基板にじかに取り付けられ、連結されることを特徴とする請求項１８記載のデジタルカメラの光学系のための調整可能な支持体。
前記活性化した体積が、前記可撓プリント基板を通して連結される電極によって電圧源に接続されることを特徴とする請求項１９記載のデジタルカメラの光学系のための調整可能な支持体。
前記少なくとも１つの圧電素子が支持チューブ上に対称的に配置される複数の圧電素子を備えることを特徴とする請求項１８記載のデジタルカメラの光学系のための調整可能な支持体。
前記可動管状支持体に係合するために前記圧電竿の歪みを引き起こすため、およびさらに軸に沿った移動を提供するために前記圧電竿の歪みを引き起こすために前記印加電圧が変えられることを特徴とする請求項１８記載のデジタルカメラの光学系のための調整可能な支持体。
前記電圧が所定のパターンにしたがって変えられることを特徴とする請求項２２記載のデジタルカメラの光学系のための調整可能な支持体。
前記可撓プリント基板が前記固定管状支持体の外面で巻きつけられ、前記固定管状支持体と調和した管状の形状を取ることを特徴とする請求項１８記載のデジタルカメラの光学システムの調整可能な支持体。
前記可撓プリント基板の回りに前記固定管状支持体上に巻きつけられる可撓弾性減衰バンドと、
前記減衰バンドとプリント基板を定位置に保持するために前記減衰バンド上に配置される分割バンド形バネ要素と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１９記載のデジタルカメラの光学系のための調整可能な支持体。
前記少なくとも１つの圧電素子が支持チューブ上で対称的に配置される複数の圧電素子を備えることを特徴とする請求項１８記載のデジタルカメラの光学系のための調整可能な支持体。
前記少なくとも１つの圧電素子が、固定管状支持体の外面上で対称的に配置される複数の圧電素子を備え、前記複数の圧電素子が前記固定管状支持体内のアクセス開口部を通って前記可動管状支持体を係合することを特徴とする請求項１８記載のデジタルカメラの光学系のための調整可能支持体。
デジタルカメラシステムであって、
前記カメラに取り付けられるメインカメラ制御回路基板と、
画像を受け取り処理するために前記メインプリント基板に取り付けられる光学系と、
さらに、
前記メインプリント基板に取り付けられている、長手方向軸を有する固定管状支持体と、
固定管状支持体上での同軸上の相対的な移動のための可動管状支持体と、
前記光学系と作動関連して可動管状支持体に取り付けられるレンズと、
固定管状支持体に取り付けられる可撓プリント基板と、
個別に励起可能である少なくとも２つの活性化した体積を有する少なくとも１つの圧電素子であって、前記可撓プリント基板に取り付けられ、連結され、可動支持体を係合し、前記長手方向軸に沿って前記支持体を移動するために印加される電圧に応えて変形可能である前記少なくとも１つの圧電素子と、
を備える前記光学系のための調整可能な支持体と、
を備えることを特徴とするデジタルカメラシステム。
前記少なくとも１つの圧電素子が竿の形で構築され、前記竿が長手方向軸を有し、さらに、
それぞれ少なくとも１つの活性化した体積を有する第１の圧電セクションと第２の圧電セクションと、
第１の圧電セクションと第２の圧電セクションのあいだに固定接続を形成する受動パーツであって、前記圧電セクションが対向する端部に向かって前記受動パーツのどちらかの側で長手方向に外向きに伸張する受動パーツと、
前記可動管状支持体との係合のための表面を提供するために、前記長手方向軸に横断方向に前記受動パーツから外向きに伸張する係合パッドと、
を備え、
前記竿が固定管状支持体に取り付けられ、前記係合面が前記可動管状支持体と作動接触していることを特徴とする請求項２８記載のデジタルカメラシステム。
前記活性化した体積が、前記活性化した体積の個別の励起を実現するために電極により前記印加電圧に連結される圧電材料の少なくとも２つの平行する層を備えることを特徴とする請求項２９記載のデジタルカメラシステム。
前記可動支持チューブがその中での同軸上の移動のために固定支持チューブ内に取り付けられることを特徴とする請求項２８記載のデジタルカメラシステム。
前記レンズがデジタルカメラにオートフォーカス機能を与えることを特徴とする請求項２８記載のデジタルカメラシステム。
前記可動管状支持体に係合するように前記圧電竿の歪みを引き起こすため、および軸に沿った移動を実現するために前記圧電竿の歪みをさらに引き起こすために前記印加電圧が変化することを特徴とする請求項２９記載のデジタルカメラシステム。
前記電圧が所定のパターンにしたがって変化することを特徴とする請求項３３記載のデジタルカメラシステム。
固定管状支持体上に取り付けられる可撓プリント基板をさらに備え、前記少なくとも１つの圧電素子が前記プリント基板にじかに取り付けられ、連結されることを特徴とする請求項２９記載のデジタルカメラシステム。
前記可撓むプリント基板が前記固定管状支持体で巻きつけられ、前記固定管状支持体と調和する管状の形状を取ることを特徴とする請求項３５記載のデジタルカメラシステム。
前記可撓プリント基板が前記固定管状支持体の外面で巻きつけられ、
前記可撓プリント基板の回りに前記固定管状支持体上で巻きつけられる可撓弾性減衰バンドと、
前記減衰バンドとプリント基板を定位置に保持するために前記減衰バンド上に配置される分割バンド形バネ要素と、
をさらに備えることを特徴とする請求項３６記載のデジタルカメラシステム、
前記少なくとも１つの圧電素子が、固定管状支持体上に対称的に配置される複数の圧電素子を備えることを特徴とする請求項２８記載のデジタルカメラシステム。
前記少なくとも１つの圧電素子が固定管状支持体の外面に対称的に配置されている複数の圧電素子を備え、前記少なくとも１つの圧電素子が前記固定管状支持体のアクセス開口部を通して前記可動管状支持体に係合することを特徴とする請求項２８記載のデジタルカメラシステム。
前記圧電素子が竿の形を取り、固定支持体上に取り付けられ、前記竿が可動端部に向かって片持ち梁式で前記固定支持体から前記軸に平行して伸張することを特徴とする請求項２８記載のデジタルカメラシステム。
前記活性化した体積が電極によって分離され、固定端部から前記可動端部に伸張する圧電材料の少なくとも２つの平行した層を備え、前記電極が前記活性化した体積の個別の励起を実現するために前記印加電圧に連結されることを特徴とする請求項４０記載のデジタルカメラシステム。
前記可動支持体と係合するように前記圧電素子の半径方向の曲げを引き起こすため、および軸に沿った移動を実現するために前記圧電素子の膨張または縮小をさらに引き起こすために、前記印加電圧が変化することを特徴とする請求項４０記載のデジタルカメラシステム。
前記電圧が所定のパターンにしたがって変化することを特徴とする請求項４０記載のデジタルカメラシステム。
電圧の所定のパターンが、楕円パターンで前記圧電素子の前記可動端部を移動するように工夫されることを特徴とする請求項４３記載のデジタルカメラシステム。
前記少なくとも１つの圧電素子が、支持チューブの内面に対称的に配置される複数の圧電素子を備えることを特徴とする請求項４０記載のデジタルカメラシステム。
前記可動管状支持体上での移動のために取り付けられる第２の可動管状支持体と、
ズーム機能を提供するために前記光学系と作動関連して前記第２の管状支持体の上に取り付けられる第２のレンズと、
個別に励起可能である少なくとも２つの活性化した体積を有する少なくとも１つの補助的な圧電素子であって、可動管状支持体に固定され、前記可動管状支持体と前記第２可動管状支持体のあいだで伸張し、第２の可動支持体に係合し、前記可動支持体上で前記第２の可動支持体を移動させるために印加電圧に応えて変形可能である前記補助的な圧電素子と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１のデジタルカメラの光学系のための調整可能な支持体。
前記稼動管状支持体上での移動のために取り付けられる第２の可動管状支持体と、
ズーム機能を提供するために前記光学系と作動関連して前記第２の管状支持体に取り付けられる第２のレンズと、
個別に励起可能である少なくとも２つの活性化した体積を有する少なくとも１つの補助的な圧電素子であって、可動管状支持体に固定され、前記可動管状サポアートと前記第２の管状支持体のあいだに伸張し、第２の可動支持体に係合し、前記可動支持体上で前記第２の可動支持体を移動するために印加電圧に応えて変形可能である前記補助圧電素子と、
をさらに備えることを特徴とする請求項２８記載のデジタルカメラシステム。
可撓回路基板上で組み立てられるメインカメラ制御回路と、
画像を受け取り、処理するために前記カメラ内に含まれる光学系と、
さらに、
前記カメラ内に固定される、長手方向軸を有する、前記可撓プリント基板がその上に取り付けられる固定管状支持体と、
固定管状支持体上での同軸の相対的な移動のための可動管状支持体と、
前記光学系と作動関連して可動管状支持体に取り付けられるレンズと、
竿の形を取って構成される少なくとも１つの圧電素子であって、前記竿が長手方向軸を有し、前記可撓プリント基板により固定管状支持体に固定され、前記固定管状支持体と前記可動管状支持体のあいだで伸張する、少なくとも１つの圧電素子と、
を備える前記光学系のための調整可能な支持体と、
前記竿がさらに
それぞれが少なくとも２つの活性化した体積を有して構成される第１の圧電セクションと第２の圧電セクションであって、前記圧電セクションが可動支持体に係合するため、および前記長手方向軸に沿って前記支持体を移動するために印加電圧に応えて選択的に変形可能である第１の圧電セクションと第２の圧電セクションと、
前記第１の圧電セクションと第２の圧電セクションのあいだに固定接続を形成し、前記圧電セクションが対向する端部に向かって前記受動パーツのどちらかの側で長手方向に外向きに伸張する受動パーツと、
前記可動管状支持体との係合のための面を提供するために前記長手方向軸に横断方向に前記受動パーツから外向きに伸張する作動レバーと、
を備え、
前記竿が、前記係合面が前記可動管状支持体と作動接触できるようにする方法で固定管状支持体に取り付けられることを特徴とするデジタルカメラシステム。
前記活性化した体積が前記可撓プリント基板を通って接続される電極により電圧減に連結されることを特徴とする請求項４８記載のデジタルカメラシステム。
前記少なくとも１つの圧電素子が、支持チューブの内面に対称的に配置される複数の圧電素子を備えることを特徴とする請求項４８記載のデジタルカメラシステム。
前記印加電圧が、前記可動管状支持体に係合するように前記圧電竿の歪みを引き起こすため、および軸に沿った移動を提供するために前記可動竿をさらに引き起こすために変化することを特徴とする請求項４８記載のデジタルカメラシステム。
前記電圧が所定のパターンにしたがって変化することを特徴とする請求項５１記載のデジタルカメラシステム。
前記可撓プリント基板が前記固定管状支持体上で巻きつけられ、前記固定管状支持体に調和する管状の形状を取ることを特徴とする請求項４８記載のデジタルカメラシステム。
前記少なくとも１つの圧電素子が、固定管状支持体の外面に対称的に配置される複数の圧電素子を備え、前記少なくとも１つの圧電素子が前記固定管状支持体内のアクセス開口部を通して前記可動管状支持体に係合することを特徴とする請求項４８記載のデジタルカメラシステム。
前記可撓プリント基板が前記固定感情支持体の外面で巻きつけられ、
前記可撓プリント基板の周りに前記固定感情支持体上に巻きつけられる可撓弾性減衰バンドと、
前記減衰バンドとプリント基板を定位置に保持するために前記減衰バンド上に配置される分割バンド形バネ要素と、
をさらに備えることを特徴とする請求項５３記載のデジタルカメラシステム。
前記稼動管状支持体上での移動のために取り付けられる第２の可動管状支持体と、
ズーム機能を提供するために前記光学系と作動関連して前記第２の管状支持体に取り付けられる第２のレンズと、
個別に励起可能である少なくとも２つの活性化した体積を有する少なくとも１つの補助圧電素子であって、可動管状支持体に固定され、前記可動管状支持体と前記第２の可動管状支持体のあいだに伸張し、第２の可動支持体に係合するために、および前記可動支持体上で前記第２の可動支持体を移動するために印加電圧に応えて変形可能である前記少なくとも１つの補助圧電素子と、
をさらに備えることを特徴とする請求項４８記載のデジタルカメラシステム。
前記可動チューブの移動を制御するための位置基準を提供するために前記可動チューブの位置を感知するための可撓プリント基板上に取り付けられる位置センサをさらに備えることを特徴とする請求項１記載のデジタルカメラの光学システムのための調整可能な支持体。
位置センサが、前記可動チューブ上の光学スケールからの反射光を感知する光学センサを備えることを特徴とする請求項５７記載のデジタルカメラの光学系の調整可能な支持体。
前記カメラ内に固定される、長手方向軸を有する固定管状支持体と、
固定管状支持体上で同軸上の移動のために取り付けられる可動管状支持体と、
固定管状支持体に取り付けられる可撓プリント基板と、
を備え、
前記可動管状支持体が、さらに、
前記セクション間の相対移動と、縦一列に並んだ移動の両方のために前記固定管状支持体に取り付けられる前部セクションと後部セクションと、
そこでの移動のために前記前部セクションに取り付けられる少なくとも１つの第１のレンズと、
そこでの移動のために前記後部セクションに取り付けられる少なくとも１つの第２のレンズと、
を備え、
前記少なくとも１つの第１のレンズと第２のレンズが光学機能を提供するために光学的に協調し、
個別に励起可能である少なくとも２つの活性化した体積を有する少なくとも１つの第１の圧電素子であって、前記可撓プリント基板に取り付けられ、連結され、前記前部セクションに係合し、前記長手方向軸に沿って前記前部部分を移動させるために印加電圧に応えて変形可能である前記少なくとも１つの圧電素子と、
個別に励起可能である少なくとも２つの活性化した体積を有する少なくとも１つの第２の圧電素子であって、前記可撓プリント基板に取り付けられ、連結され、前記後部セクションに係合し、前記長手方向軸に沿って前記後部セクションを移動させるために印加電圧に応えて変形可能である前記少なくとも１つの第２の圧電素子と、
を備えるデジタルカメラの光学系のための調整可能な支持体。
前記少なくとも１つの第１のレンズと第２のレンズがズーム機能を提供するために協調したことを特徴とする請求項５９記載のデジタルカメラの光学系のための調整可能な支持体。
前記少なくとも１つの第１のレンズがズームレンズであり、前記少なくとも１つの第２のレンズがフォーカスレンズであることを特徴とする請求項５９記載のデジタルカメラの光学系のための調整可能な支持体。
前記可撓プリント基板に取り付けられ、連結される第１の光学センサをさらに備え、前記第１の光学センサが前記前部セクションの表面から反射される光を感知するように配置され、第２の光学センサが前記後部セクションの表面から反射される光を感知するように配置されることを特徴とする請求項５９記載のデジタルカメラの光学系のための調整可能な支持体。