JP2007097259A - 駆動装置，光制御器、および撮影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】駆動対象を静粛に駆動する小型で軽量な駆動装置、レンズが光軸に沿って駆動される光制御器、および被写体光の像を撮影する撮影装置を提供する。
【解決手段】駆動対象のフォーカスレンズ２３に取り付けられる、撮影レンズ２０の光軸方向に延びるロッド５３３と、フォーカスレンズ２３の駆動に対して不動の位置に固定された、ロッド５３３の把持と開放とを行う固定把持部５５１と、固定把持部５５１に対し、上記の光軸方向に移動自在な、ロッド５３３の把持と開放とを、固定把持部５５１による把持と開放のタイミングとはズレたタイミングで行う移動把持部５５２と、移動把持部５５２を固定把持部５５１に対して駆動する駆動部５５３とを備えた。
【選択図】 図７

Description

本発明は、駆動対象を駆動する駆動装置、レンズが光軸に沿って駆動される光制御器、および被写体光の像を撮影する撮影装置に関する。

近年、通常サイズのカメラだけでなく、携帯電話などに搭載される小型の撮影装置などにもズーム機能やオートフォーカス機能が適用されてきており、このような小型の撮影装置においても、レンズの駆動が必要となってきている。そして、このような小型の撮影装置では、レンズの駆動系自体の小型化、軽量化が求められる。

一方、カメラのレンズを駆動する駆動装置としては、モータによる回転力をワイヤでレンズに伝えてレンズを駆動する駆動装置（例えば、特許文献１）や、モータによる回転力を、ネジを用いた伝達機構でレンズに伝えてレンズを駆動する駆動装置（例えば、特許文献２参照）等が提案されている。
特開昭５８−４０７３５号公報 特開平８−１２２６１３号公報

しかしながら、特許文献１や特許文献２に示す駆動装置では、いずれも駆動力をレンズに伝えるための伝達機構が複雑であり、駆動力の発生源として使われるモータ自体のサイズや重量と相俟って駆動装置の大型化や重量の増大を招いてしまうという問題がある。また、これらの駆動装置では、モータの回転や伝達機構の動作において振動や音等が発生してしまい静粛性の点でも問題がある。

本発明は、上記事情に鑑み、駆動対象を静粛に駆動する小型で軽量な駆動装置、レンズが光軸に沿って静粛に駆動される小型で軽量な光制御器、およびレンズが光軸に沿って静粛に駆動される小型で軽量な撮影装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明の駆動装置は、駆動対象に取り付けられる、その駆動対象の駆動方向に延びるロッドと、
上記駆動対象の駆動に対して不動の位置に固定された、上記ロッドの把持と開放とを行う固定把持部と、
上記固定把持部に対し、上記駆動方向に移動自在な、上記ロッドの把持と開放とを、上記固定把持部による把持と開放のタイミングとはズレたタイミングで行う移動把持部と、
上記移動把持部を上記固定把持部に対して駆動する駆動部とを備えたことを特徴とする。

本発明の駆動装置では、上記固定把持部、上記移動把持部、および上記駆動部それぞれの動作は、上記のように単純なものであり、駆動装置の小型軽量化や動作時の静粛化が容易に図られる。また、本発明の駆動装置では、次のような一連動作が可能である。即ち、まず、上記駆動部が、上記ロッドを把持した状態の上記移動把持部を駆動する。次に、そのロッドの把持が上記移動把持部から上記固定把持部に変更され、続いて、上記駆動部が、非把持状態の移動把持部をロッドの駆動方向とは逆向きに駆動することで、上記の駆動後のロッドの位置が維持されたまま移動把持部が元の位置に戻される。その後に、上記ロッドの把持が上記固定把持部から上記移動把持部に変更され、続いて、上記駆動部が、そのロッドを把持した状態の移動把持部を再度駆動することで、そのロッドが上記の一回目の駆動に引き続いて駆動される。本発明の駆動装置によれば、このような一連動作を繰り返すことにより、上記駆動対象を長距離に亘って駆動することができる。

ここで、本発明の駆動装置において、「上記固定把持部が、上記ロッドが挿通される孔が開けられた、その孔の径の拡縮によってそのロッドの開放と把持とを行なうものである」という形態や、
「上記移動把持部が、上記ロッドが挿通される孔が開けられた、その孔の径の拡縮によってそのロッドの開放と把持とを行なうものである」という形態は好ましい形態である。

これらの好ましい形態によれば、上記固定把持部や上記移動把持部を、例えば上記ロッドが挿通される孔が開けられた伸縮性の部材等を使って、それぞれ一部品として構成することができるので、駆動装置の一層の小型軽量化を図ることができる。

また、本発明の駆動装置において、「上記ロッドが挿通される筒型の形状を有し、その筒型の一端が上記駆動対象の駆動に対して不動の上記位置に固定された、その筒型の両端の開口それぞれが、互いにタイミングのズレた径の拡縮によってそのロッドの開放と把持とを行なうことで上記固定把持部および上記移動把持部として働き、その筒型の胴部が上記ロッドに沿って伸縮することで上記駆動部として働く筒体を備えた」という形態も好ましい形態である。

この好ましい形態によれば、上記固定把持部、上記移動把持部、および上記駆動部を、上記筒体によって一体的にまとめて構成することができるので、駆動装置の一層の小型軽量化を図ることができるとともに、本発明の駆動装置の構成部品の少数化により組立ての手間が軽減される。

また、本発明の駆動装置において、「上記固定把持部が、電圧の印加開放によって伸縮して上記ロッドの把持と開放とを行なう高分子アクチュエータである」という形態や、
「上記移動把持部が、電圧の印加開放によって伸縮して上記ロッドの把持と開放とを行なう高分子アクチュエータである」という形態や、
「上記駆動部が、電圧の印加開放によって伸縮して上記移動把持部を上記駆動方向に駆動する高分子アクチュエータである」という形態も好ましい形態である。

これらの形態によれば、上記固定把持部や上記移動把持部や上記駆動部それぞれが、小型軽量であるという点や動作が静粛であるという点で良好な高分子アクチュエータであるので、駆動装置の一層の小型軽量化を図ることができる。

また、これら高分子アクチュエータを使った駆動装置において、「上記高分子アクチュエータが、電歪高分子又は液晶エラストマーを用いて構成されたものである」という形態はさらに好ましい形態である。

高分子アクチュエーターに用いる高分子の例としては、高分子ゲル、イオン導電性高分子、電子導電性高分子、電歪高分子（誘電エラストマ−、静電エラストマ−）、圧電高分子、液晶エラストマー等を挙げることができ、中でも電歪高分子、液晶エラストマーが、電圧の印加に対する反応が特に良好であること等から好ましい。

また、上記目的を達成する本発明の光制御器は、駆動対象のレンズと、
上記レンズに取り付けられる、そのレンズの駆動方向に延びるロッドと、
上記レンズの駆動に対して不動の位置に固定された、上記ロッドの把持と開放とを行う固定把持部と、
上記固定把持部に対し、上記駆動方向に移動自在な、上記ロッドの把持と開放とを、上記固定把持部による把持と開放のタイミングとはズレたタイミングで行う移動把持部と、
上記移動把持部を上記固定把持部に対して駆動する駆動部と、
上記固定把持部および上記移動把持部それぞれによる上記ロッドの把持と開放、および上記駆動部による上記固定把持部に対する上記移動把持部の駆動を制御することにより上記レンズの位置を制御する制御部を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、上記レンズが光軸に沿って静粛に駆動される小型で軽量な光制御器を提供することができる。

尚、本発明にいう光制御器については、ここではその基本形態のみを示すにとどめるが、本発明にいう光制御器には、上記の基本形態のみではなく、前述した駆動装置の各形態に対応する各種の形態が含まれる。

また、上記目的を達成する本発明の撮影装置は、被写体光を結像する、駆動対象のレンズと、
上記レンズに取り付けられる、そのレンズの駆動方向に延びるロッドと、
上記レンズの駆動に対して不動の位置に固定された、上記ロッドの把持と開放とを行う固定把持部と、
上記固定把持部に対し、上記駆動方向に移動自在な、上記ロッドの把持と開放とを、上記固定把持部による把持と開放のタイミングとはズレたタイミングで行う移動把持部と、
上記移動把持部を上記固定把持部に対して駆動する駆動部と、
上記固定把持部および上記移動把持部それぞれによる上記ロッドの把持と開放、および上記駆動部による上記固定把持部に対する上記移動把持部の駆動を制御することにより上記レンズの位置を制御する制御部と、
上記レンズによって結像された被写体光の像を撮影する撮影部とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、上記レンズが光軸に沿って静粛に駆動される小型で軽量な撮影装置を提供することができる。

また、本発明の撮影装置において、「上記撮影部で撮影された像のコントラストを検出するコントラスト検出部を備え、
上記制御部は、上記レンズの位置を、上記コントラスト制御部で検出されたコントラストに応じた位置に制御するものである」という形態は好ましい形態である。

この形態の撮影装置によれば、上記コントラストに応じて上記レンズの位置を制御するというピント調節が、静粛に行なわれる。

尚、本発明にいう撮影装置についても、ここではその基本形態のみを示すにとどめるが、本発明にいう撮影装置には、上記の基本形態のみではなく、前述した駆動装置の各形態に対応する各種の形態が含まれる。

以上、説明したように、本発明によれば、駆動対象を静粛に駆動する小型で軽量な駆動装置、レンズが光軸に沿って静粛に駆動される小型で軽量な光制御器、およびレンズが光軸に沿って静粛に駆動される小型で軽量な撮影装置を提供することができる。

以下図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

図１、および図２は、本発明の一実施形態であるデジタルカメラの外観斜視図である。

図１には、デジタルカメラ１の、撮影レンズが内蔵されたレンズ鏡胴１０の沈胴状態が示されており、図２には、レンズ鏡胴１０の繰出状態が示されている。これら図１および図２に示されているデジタルカメラ１が、本発明にいう撮影装置の一例に相当する。

図１および図２に示すデジタルカメラ１の正面上部には、補助光発光窓１２およびファインダ対物窓１３が配置されている。また、このデジタルカメラ１の上部には、シャッタボタン１４が備えられている。

このデジタルカメラ１の、図示しない背面には、ズーム操作スイッチや十字キーなどといった各種スイッチや、画像やメニュー画面を表示するＬＣＤ（液晶ディスプレイ）が備えられている。ズーム操作スイッチを所定時間押下し続けると、撮影画角を調整するためのズーム操作モードに入り、十字キーの‘上’キーを押し続けている間、後述の撮影レンズが望遠側（テレ側）に移動し、十字キーの‘下’キーを押し続けている間、撮影レンズが広角側（ワイド側）に移動する。

図３は、デジタルカメラ１の、沈胴状態にあるレンズ鏡胴１０を光軸に沿って切断した断面図であり、図４は、デジタルカメラ１の、撮影レンズがワイド状態にあるレンズ鏡胴１０を光軸に沿って切断した断面図であり、図５は、デジタルカメラ１の、撮影レンズがテレ状態にあるレンズ鏡胴１０を光軸に沿って切断した断面図である。

レンズ鏡胴１０の内部空間には、前方から順に、前群レンズ（第１レンズ群）２１、後群レンズ（第２レンズ群）２２、およびフォーカスレンズ（第３レンズ群）２３の３群が光軸を揃えて並べられてなる撮影レンズ２０が収容されている。撮影レンズ２０は、後群レンズ２２が図４に示すワイド端と図５に示すテレ端との間で光軸に沿って移動することにより焦点距離が変化し、フォーカスレンズ２３が光軸に沿って移動することによりピント調節が行われる構成となっている。前群レンズ２１のさらに前方には、有害光を遮るフレア防止板７０が配置され、前群レンズ２１と後群レンズ２２との間には、被写体光の光量を調整する絞りユニット３０が配置され、撮影レンズ２０の後方には、被写体光を読み取るＣＣＤ４０が配置されている。ここで、上記のフォーカスレンズ２３が、本発明にいうレンズの一例に相当し、後述の駆動装置によって保持されるとともに光軸に沿って駆動される。また、上記のＣＣＤ４０が、本発明にいう撮影部の一例に相当する。

絞りユニット３０には、図４および図５に示すように、撮影レンズ２０の光軸を取り囲む孔が穿たれた開口板３２と、開口板３２の孔を絞るように塞いで開口量を調整する絞り羽３１とが備えられている。また、絞りユニット３０には、その背面から後方に突出するガイドロット２４と、ガイドロット２４の後端を塞ぐストッパ２４ａも設けられており、ガイドロット２４は、後群レンズ２２を保持している後群レンズ保持枠２５を、光軸方向にスライド可能に貫通している。さらに、絞りユニット３０と後群レンズ保持枠２５との間にはコイルばね２６が縮装されており、絞りユニット３０は、後群レンズ２２と後群レンズ保持枠２５とで構成された後群レンズユニット２７に対し、前方へばね付勢された態様で光軸に沿って移動可能に保持されている。レンズ鏡胴１０の沈胴時には、図４および図５に示す絞り羽３１が開放され、絞りユニット３０がコイルばね２６を圧縮しながら後群レンズユニット２７側に移動することによって、開口板３２の孔に後群レンズユニット２７が入り込む。これにより、デジタルカメラ１の薄型化が図られている。

また、レンズ鏡胴１０には、カメラボディに固定された固定筒５０と、その固定筒５０に対し回転自在な駆動筒５２が備えられている。この駆動筒５２は、固定筒５０の外周面に周方向に形成された突条５０ａが、駆動筒５２の内周面に設けられた溝に係入していることにより、固定筒５０に対して光軸方向の移動が規制されている。駆動筒５２の外周面にはギア５１が設けられており、このギア５１にモータ（図示しない）からの回転駆動力が伝達されて、駆動筒５２が回転する。

駆動筒５２には、さらに、光軸方向に延びるキー溝５２ａが設けられており、このキー溝５２ａには、回転移動筒５３に固設されたピン状のカムフォロワ５４が、固定筒５０に設けられた螺旋状のカム溝を貫通して係入している。したがって、駆動筒５２が回転すると、回転移動筒５３は、回転しながら上記カム溝に沿って光軸方向に移動する。

回転移動筒５３の内側には、直進移動枠５５が設けられている。この直進移動枠５５は、回転移動筒５３に対し相対的回転が自在に係合しているとともに、固定筒５０のキー溝５０ｂに係入することにより回転が規制されている。したがって、駆動筒５２の回転に伴って回転移動筒５３が回転しながら光軸方向に移動すると、直進移動枠５５は回転移動筒５３の移動に伴って光軸方向に直線的に移動する。

上述した後群レンズ２２を保持している後群レンズ保持枠２５には、ピン状のカムフォロワ６３が固設されている。このカムフォロワ６３は、回転移動筒５３のカム溝に係入しているとともに、直進移動枠５５の光軸方向に延びるキー溝５５ａにも係入していることにより、駆動筒５２の回転に伴って回転移動筒５３が回転しながら光軸方向に移動すると、後群レンズユニット２７が回転移動筒５３のカム溝の形状に沿って、光軸方向に直進移動する。

また、上述したように、絞りユニット３０は、コイルばね２６により前方に付勢された態様でレンズユニット２７に取り付けられているため、その絞りユニット３０が後群レンズユニット２７とともに光軸方向に移動する。

さらに、このレンズ鏡胴１０には、前群レンズ２１を保持する直進移動筒５６が備えられている。この直進移動筒５６は、それに固設されたカムフォロワ５７が回転移動筒５３のカム溝に係入しているとともに、直進移動枠５５の、光軸方向に延びるキー溝５５ａにも係入している。したがって、駆動筒５２の回転に伴って回転移動筒５３が回転しながら光軸方向に移動すると、直進移動筒５６は、カムフォロワ５７が係入している回転移動筒５３のカム溝の形状に沿って、光軸方向に直進移動する。

このようにしてレンズ鏡胴１０の繰り出しが行なわれ、また、駆動筒５２が逆方向に回転することによりレンズ鏡胴１０の沈胴が行われる。

また、回転移動筒５３は、レンズ鏡胴１０の繰出しが完了した後も、前群レンズ２１の位置を保持したままさらに回転することができ、このとき、後群レンズユニット２７は、回転移動筒５３のカム溝に沿って光軸方向に移動し、これにより撮影画角（すなわち、焦点距離）の調整が行なわれる。図４には、レンズ鏡胴１０の繰出しが完了した状態が示されており、このときには撮影レンズ２０はワイド状態にある。また、図５には、繰出し完了後に回転移動筒５３がさらに回転して、撮影レンズ２０がテレ状態になるまで後群レンズユニット２７が移動した状態が示されている。

また、撮影レンズのうちのフォーカスレンズ２３は、本発明の駆動装置の一例に相当する駆動装置５００によって光軸方向に動かされ、これによりピント調整が行なわれる。ここで、このピント調整は、後述するように、ＣＣＤ４０で読み取った被写体像のコントラストがピークを示すようにフォーカスレンズ２３を動かすことによって行なわれる。このようなピント調整では、フォーカスレンズ２３を頻繁に動かすこととなるので、このデジタルカメラ１では、フォーカスレンズ２３の移動について、静粛性の高いこの駆動装置５００が使われている。この駆動装置５００については、後に詳細に説明する。

続いて、デジタルカメラ１の内部構成について説明する。

図６は、図１に示すデジタルカメラ１の概略的な内部構成図である。

このデジタルカメラ１は、すべての処理がメインＣＰＵ１１０によって制御されている。このメインＣＰＵ１１０には、デジタルカメラ１に備えられた各種スイッチ（この各種スイッチには、図１に示すシャッタボタン１４や、ズーム操作スイッチ、および十字キーなどが含まれ、以下では、これらを合わせてスイッチ群１０１と称する）からの操作信号がそれぞれ供給されている。メインＣＰＵ１１０は、ＥＥＰＲＯＭ１１０ａを有しており、このＥＥＰＲＯＭ１１０ａには、デジタルカメラ１で各種処理を実行するために必要な各種プログラムが書き込まれている。スイッチ群１０１に含まれる電源スイッチ（図示しない）が投入されると、電源１０２からデジタルカメラ１の各種要素に電力が供給されるとともに、メインＣＰＵ１１０によって、ＥＥＰＲＯＭ１１０ａに書き込まれたプログラム手順に従ってデジタルカメラ１全体の動作が統括的に制御される。

まず、図６を参照して画像信号の流れを説明する。

撮影者が、デジタルカメラ１の背面に設けられた十字キー（図示しない）を使って撮影画角を指示すると、その指示された撮影画角がスイッチ群１０１からメインＣＰＵ１１０に伝えられ、さらに、メインＣＰＵ１１０を介して光学制御ＣＰＵ１２０に伝えられる。尚、これらメインＣＰＵ１１０と光学制御ＣＰＵ１２０との間では、バス１４０を介してデータが送受信されるのではなく、ＣＰＵ間通信によって高速にデータが送受信される。光学制御ＣＰＵ１２０は、図示しないモータ等を制御することで、図４および図５に示すようにレンズ鏡胴１０を繰り出し、後群レンズ２２を伝えられた撮影画角に応じた位置に移動させる。

また、光学制御ＣＰＵ１２０は、駆動装置５００を制御することで、図３、図４、図５に示すフォーカスレンズ２３を光軸に沿う方向に移動させる。

被写体光は、フレア防止板７０、撮影レンズ２０、および絞り３０を通ってＣＣＤ４０上に結像され、ＣＣＤ４０において、被写体像を表わす画像信号が生成される。生成された画像信号は、Ａ／Ｄ部１３１において粗く読み出され、アナログ信号がデジタル信号に変換されて、低解像度なスルー画像データが生成される。生成されたスルー画像データは、ホワイトバランス・γ処理部１３３において、ホワイトバランスの補正やγ補正などといった画像処理が施される。

ここで、ＣＣＤ４０には、クロックジェネレータ１３２からタイミング信号が供給されており、このタイミング信号に同期して、所定の間隔ごとに、画像信号が生成される。このクロックジェネレータ１３２は、光学制御ＣＰＵ１２０を介して伝えられるメインＣＰＵ１１０からの指示に基づいてタイミング信号を出力しており、そのタイミング信号は、ＣＣＤ４０の他、後段のＡ／Ｄ部１３１、およびホワイトバランス・γ処理部１３３にも供給されている。したがって、ＣＣＤ４０、Ａ／Ｄ部１３１、およびホワイトバランス・γ処理部１３３では、クロックジェネレータ１３２から発せられるタイミング信号に同期して順序良く画像信号の処理が流れるように行われる。

ホワイトバランス・γ処理部１３３において画像処理が施された画像データは、一旦バッファメモリ１３４に記憶される。バッファメモリ１３４に記憶された低解像度なスルー画像データは、古い時刻に記憶されたスルー画像データから先に、バス１４０を経由してＹＣ／ＲＧＢ変換部１３８に供給される。スルー画像データはＲＧＢ信号であるため、ＹＣ／ＲＧＢ変換部１３８では処理が行われずに、そのままドライバ１３９を介して画像表示ＬＣＤ１６０に伝えられ、画像表示ＬＣＤ１６０上に、スルー画像データが表わすスルー画像が表示される。ここで、ＣＣＤ４０では、所定のタイミング毎に被写体光が読み取られて画像信号が生成されているため、この画像表示ＬＣＤ１６０には、撮影レンズが向けられた方向の被写体が被写体像として常に表示され続ける。

また、バッファメモリ１３４に記憶されたスルー画像データは、メインＣＰＵ１１０にも供給される。メインＣＰＵ１１０は、スルー画像データに基づいて、フォーカスレンズ２３が光軸に沿って移動されている間にＣＣＤ４０で繰り返し得られた画像信号が表わす被写体像のコントラストと、被写体の輝度を検出する。検出されたコントラストと輝度は、光学制御ＣＰＵ１２０に伝えられる。光学制御ＣＰＵ１２０は、フォーカスレンズ２３をメインＣＰＵ１１０から伝えられたコントラストのピークが得られるレンズ位置に移動させるように、駆動装置５００に向けて電圧を出力する電圧印加部６００を制御する（ＡＦ処理）。

電圧印加部６００の詳細については、後に上記の駆動装置５００と併せて説明する。

また、光学制御ＣＰＵ１２０は、メインＣＰＵ１１０から伝えられた輝度に応じて絞り３０の絞り値を調整する（ＡＥ処理）。

上記のメインＣＰＵ１１０は、本発明にいうコントラスト検出部の一例に相当する。また、上記の電圧印加部６００と光学制御ＣＰＵ１２０とを合せたものは、本発明にいう制御部の一例に相当し、上記のフォーカスレンズ２３と駆動装置５００と電圧印加部６００と光学制御ＣＰＵ１２０とを合せたものは、本発明にいう光制御器の一例に相当する。

ここで、画像表示ＬＣＤ１６０に表示されたスルー画像を確認しながら、撮影者が図１に示すシャッタボタン１４を押下すると、シャッタボタン１４が押されたことがメインＣＰＵ１１０に伝えられ、さらに、光学制御ＣＰＵ１２０に伝えられる。被写体が暗いときには、光学制御ＣＰＵ１２０からＬＥＤ発光制御部１５０に発光指示が伝えられ、シャッタボタン１４の押下に同期してＬＥＤ１５１から閃光が発せられる。また、光学制御ＣＰＵ１２０からの指示に従って、ＣＣＤ４０で生成された画像信号がＡ／Ｄ部１３１において細かく読み出され、高解像度な撮影画像データが生成される。生成された撮影画像データは、ホワイトバランス・γ処理部１３３で画像処理が施されて、バッファメモリ１３４に記憶される。

バッファメモリ１３４に記憶された撮影画像データは、ＹＣ処理部１３７に供給されて、ＲＧＢ信号からＹＣ信号に変換される。ＹＣ信号に変換された撮影画像データは、圧縮・伸張部１３５において圧縮処理が施され、圧縮された撮影画像データがＩ／Ｆ１３６を介してメモリカード１７０に記憶される。

また、メモリカード１７０に記憶された撮影画像データは、圧縮・伸張部１３５において伸張処理が施された後、ＹＣ／ＲＧＢ変換部１３８においてＲＧＢ信号に変換され、ドライバ１３９を介して画像表示ＬＣＤ１６０に伝えられる。画像表示ＬＣＤ１６０には、撮影画像データが表わす撮影画像が表示される。

デジタルカメラ１は、以上のように構成されている。

次に、上記の駆動装置５００および電圧印加部６００それぞれの詳細について説明する。

尚、以下の説明では、図３から図６に示された各構成要素については、特に図番を断らずに参照する。

図７は、駆動装置５００および電圧印加部６００を示す断面図である。

この図７に示す駆動装置５００は、フォーカスレンズ２３を、撮影レンズ２０の光軸に沿って、後群レンズ２２側あるいはその逆側のＣＣＤ４０側に、電圧印加部６００が出力した電圧によって動かすものであり、また、電圧印加部６００は、光学制御ＣＰＵ１２０による制御の下で電圧を駆動装置５００に向けて出力するものである。

駆動装置５００は、後群レンズ側の壁５１０と、ＣＣＤ側の壁５２０と、ロッド付レンズ保持部５３０と、引張りばね５４０と、アクチュエータ５５０とを備えている。

後群レンズ側の壁５１０およびＣＣＤ側の壁５２０は、両方とも撮影レンズ２０の光軸方向と直交する壁であって、互いに対向するようにレンズ鏡胴１０内に固定されており、さらに各壁には孔が開けられている。

ロッド付レンズ保持部５３０は、フォーカスレンズ２３を保持する保持枠５３１と、その保持枠５３１と一体に保持枠５３１の脇に設けられたスリーブ５３２と、そのスリーブ５３２と一体に設けられた、撮影レンズ２０の光軸方向に延びるロッド５３３とからなる。ここで、上記のロッド５３３が、本発明にいうロッドの一例に相当する。このロッド５３３の、後群レンズ２２側の端部は、上記の後群レンズ側の壁５１０に開けられた孔を挿通しており、ＣＣＤ４０側の端部は、上記のＣＣＤ側の壁５２０に開けられた孔を挿通している。また、スリーブ５３２の側面には、腕部５３２ａが取り付けられている。

引張りばね５４０は、一端がスリーブ５３２の腕部５３２ａに掛けられ、もう一端が上記のＣＣＤ側の壁５２０に固定されている。この引張りばね５４０により、ロッド付レンズ保持部５３０はＣＣＤ側の壁５２０の方に牽引され、アクチュエータ５５０が動作していない初期状態では、ロッド付レンズ保持部５３０は、この引張りばね５４０により、スリーブ５３２がＣＣＤ側の壁５２０に当たる初期位置で支持されている。

図７に示すアクチュエータ５５０は、次のように構成されている。

図８は、図７に示すアクチュエータ５５０を示す模式図である。

この図８には、アクチュエータ５５０が、３つの構成要素に分かれた分解斜視図で示されている。

このアクチュエータ５５０は、固定把持部５５１、移動把持部５５２、および駆動部５５３が積み重ねられて構成され、全体として、筒型形状を有し、上記のロッド５３３に挿通されている。このアクチュエータ５５０が、本発明にいう筒体の一例に相当する。

固定把持部５５１および移動把持部５５２それぞれは、電圧が印加されると伸縮するリング形状の高分子アクチュエータであり、それぞれが、アクチュエータ５５０の筒型形状における開口に相当する。固定把持部５５１および移動把持部５５２それぞれは、電圧が印加されると厚み方向に収縮し、光軸方向に直交する面方向に伸展する。この面方向の伸展でリング形状における孔の径が絞られることによって、固定把持部５５１および移動把持部５５２それぞれはロッド５３３を把持し、電圧の印加が停止されて絞られた孔の径が元に戻ることによって、固定把持部５５１および移動把持部５５２それぞれはロッド５３３を開放する。また、固定把持部５５１と移動把持部５５２とは、ロッド５３３に対する把持と開放とのタイミングが後述するように互いにズレている。

駆動部５５３は、それぞれが電圧が印加されると伸縮するリング形状の高分子アクチュエータ５５３１が複数段積み重ねられてなり、アクチュエータ５５０の筒型形状における中央部分に相当する。ここで、駆動部５５３を構成する複数の高分子アクチュエータ５５３１の孔の径は、固定把持部５５１および移動把持部５５２それぞれの孔の径よりも広く、電圧が印加されて面方向に伸展してもロッド５３３には触れないようになっている。

また、固定把持部５５１および移動把持部５５２それぞれ、さらに駆動部５５３を構成する複数の高分子アクチュエータ５５３１は、絶縁性の接着剤５５４で互いに接着されている。また、固定把持部５５１は、図７に示すように、後群レンズ側の壁５１０の、フォーカスレンズ２３側とは反対側の面に、上記の絶縁性の接着剤５５４で接着されている。

ＡＦ処理時には、移動把持部５５２がロッド５３３を把持した上で、駆動部５５３を構成する複数の高分子アクチュエータ５５３１が面方向に収縮したり元に戻ったりして、ロッド５３３を把持した移動把持部５５２が動かされてフォーカスレンズ２３が光軸に沿って動かされる。このＡＦ処理時におけるアクチュエータ５５０の動作については、別図を参照して説明する。

次に、このアクチュエータ５５０の、固定把持部５５１と、移動把持部５５２と、駆動部５５３を構成する複数の高分子アクチュエータ５５３１それぞれとに電圧を印加する電圧印加部６００について説明する。

図９は、電圧印加部６００を、アクチュエータ５５０とともに示す図である。

この図９に示すように、駆動部５５３を構成する複数の高分子アクチュエータ５５３１と、固定把持部５５１と、移動把持部５５２とは、それぞれ、各部のリング形状の電歪高分子５５３１ａ，５５１ａ，５５２ａが、各部のリング形状に対応した形状の伸縮性の電極５５３１ｂ，５５１ｂ，５５２ｂで挟まれて構成されたものである。

電圧印加部６００は、数百Ｖから数千Ｖの間の所定値の出力電圧を出力する直流電源６０１と、複数のスイッチ６０２と、光学制御ＣＰＵ１２０から指示されたスイッチ６０２のＯＮ／ＯＦＦを制御するスイッチ制御回路６０３とを備えている。ここで、各スイッチ６０２は、各電極５５３１ｂ，５５１ｂ，５５２ｂと、直流電源６０１のプラス端子との間に設けられている。また、直流電源６０１は、図６に示す電源１０２の電圧をＤＣ-ＤＣコンバータ等により昇圧することによって上記のような高圧を発生する。

ＡＦ処理時には、各スイッチ６０２のＯＮ／ＯＦＦが制御されることで、固定把持部５５１および移動把持部５５２それぞれによるロッド５３３の把持と開放が制御され、さらに、駆動部５５３を構成する複数の高分子アクチュエータ５５３１それぞれの厚さ方向の収縮と戻りが制御される。

次に、この電圧印加部６００からの電圧の印加による、ＡＦ処理時のアクチュエータ５５０の動作について説明する。

図１０および図１１は、電圧印加部６００からの電圧の印加によるアクチュエータ５５０の動作を示す図であり、図１２は、図１０および図１１に示すアクチュエータ５５０の各動作状態に対応する、電圧印加部６００からの電圧印加の状況を示す図である。

図１０から図１１にかけて、駆動装置５００によって、フォーカスレンズ２３が、ＡＦ処理時にＣＣＤ４０側の位置から後群レンズ２２側の位置まで駆動される様子が、ステップＳ１からステップＳ８の８段階の断面図で示されている。各ステップの図には、図中の上側に、アクチュエータ５５０の拡大図が示されている。また、図１２には、固定把持部５５１、移動把持部５５２、および、駆動部５５３の各高分子アクチュエータ５５３１それぞれに対する電圧印加の状況が表形式で示されている。また、この図１２では、電圧の印加状態が「ＯＮ」で示され、電圧の非印加状態が「ＯＦＦ」で示されている。

ステップＳ１では、固定把持部５５１、移動把持部５５２、および、駆動部５５３の各高分子アクチュエータ５５３１が、全て電圧の非印加状態「ＯＦＦ」にあり、上述したようにロッド付レンズ保持部５３０、即ちフォーカスレンズ２３は、引張りばね５４０により、スリーブ５３２がＣＣＤ側の壁５２０に当たる初期位置で保持される。

ステップＳ２において、固定把持部５５１が電圧の印加状態「ＯＮ」におかれ、この固定把持部５５１の孔の径が絞られてロッド５３３が把持される。続いて、ステップＳ３において、駆動部５５３の全ての高分子アクチュエータ５５３１（図１２では、駆動部１、駆動部２、駆動部Ｎと記述されている）が電圧の印加状態「ＯＮ」におかれ、これら全ての高分子アクチュエータ５５３１が厚さ方向に収縮することで移動把持部５５２が所定の把持位置まで駆動される。さらに、ステップＳ４において、移動把持部５５２が電圧の印加状態「ＯＮ」におかれ、この移動把持部５５２の孔の径が絞られて上記の把持位置でロッド５３３が把持される。次に、ステップＳ５において、固定把持部５５１が電圧の非印加状態「ＯＦＦ」におかれ、この固定把持部５５１の孔の径が元に戻ってロッド５３３がこの固定把持部５５１から開放される。また、このときには、固定把持部５５１の厚みも元に戻るので、その固定把持部５５１の厚みの変化分だけ、ロッド５３３を把持した移動把持部５５２が若干駆動されて、ロッド５３３が引張りばね５４０のＣＣＤ４０側への牽引力に反して動かされ、フォーカスレンズ２３が後群レンズ２２側に動かされる。

ＡＦ処理時には、ステップＳ５の状態に達した後に、駆動部５５３の高分子アクチュエータ５５３１のうちの幾つかが非印加状態「ＯＦＦ」におかれ、高分子アクチュエータ５５３１の厚みが元に戻ることで、駆動部５５３全体の厚みの変化分だけ、ロッド５３３を把持した移動把持部５５２が駆動され、その分だけ、フォーカスレンズ２３が後群レンズ２２側に動かされる。また、一度厚みが元に戻った高分子アクチュエータ５５３１が再び電圧の印加状態「ＯＮ」におかれると、フォーカスレンズ２３はＣＣＤ４０側に動かされる。このように、ＡＦ処理時には、ステップＳ５の状態以降に、駆動部５５３の高分子アクチュエータ５５３１が収縮したり元に戻ったりすることで、フォーカスレンズ２３が後群レンズ２２側やＣＣＤ４０側に動かされる。

ステップＳ６では、駆動部５５３の高分子アクチュエータ５５３１のうち、ＣＣＤ４０側から３つの高分子アクチュエータ５５３１（図１２では、駆動部Ｎと記述されている）が非印加状態「ＯＦＦ」におかれ、それら３つの高分子アクチュエータ５５３１の厚みが元に戻り、その分だけフォーカスレンズ２３が後群レンズ２２側に動かされた様子が示されている。また、ステップＳ７では、駆動部５５３の全ての高分子アクチュエータ５５３１（図１２における、駆動部１、駆動部２、および駆動部Ｎ）が非印加状態「ＯＦＦ」におかれ、それら全ての高分子アクチュエータ５５３１の厚みが元に戻り、その分だけ、フォーカスレンズ２３が後群レンズ２２側に動かされた様子が示されている。また、ステップＳ８では、固定把持部５５１が電圧の印加状態「ＯＮ」におかれ、この固定把持部５５１の孔の径が絞られてロッド５３３が把持されて、この固定把持部５５１によって、ロッド５３３、即ちフォーカスレンズ２３が、引張りばね５４０のＣＣＤ４０側への牽引力に反して支持された様子が示されている。

また、アクチュエータ５５０は、ロッド付レンズ保持部５３０を、ステップＳ８に示す位置を越えて、スリーブ５３２が後群レンズ側の壁５１０に当たるまで後群レンズ２２側に動かすことができる。この場合には、ステップＳ８の動作に続いて、移動把持部５５２が電圧の非印加状態「ＯＦＦ」におかれてロッド５３３が移動把持部５５２から開放された後に、上記のステップＳ３からの動作が繰り返される。

ＡＦ処理時には、このようなアクチュエータ５５０の動作が光学制御ＣＰＵ１２０によって制御され、フォーカスレンズ２３が、ロッド付レンズ保持部５３０のスリーブ５３２がＣＣＤ側の壁５２０に当たる位置から、そのスリーブ５３２が後群レンズ側の壁５１０に当たる位置までの間で駆動される。ここで、アクチュエータ５５０に対する光学制御ＣＰＵ１２０の制御は、ＣＣＤ４０で繰り返し得られる画像信号からメインＣＰＵ１１０で検出される被写体像のコントラストがピークとなるようなフィードバック制御となっている。この制御により、フォーカスレンズ２３が適切に駆動されてピントが調整される。

以上、図７から図１２を参照して説明した駆動装置５００では、フォーカスレンズ２３を駆動する役割は、引張りばね５４０とアクチュエータ５５０とによって担われている。これら２つの部品は、例えばモータなどに比べて小型軽量である。また、引張りばね５４０やアクチュエータ５５０が発する駆動力をフォーカスレンズ２３に伝えるための機構は、ロッド付レンズ保持部５３０のみであり非常に簡単で小型軽量である。これにより、駆動装置５００が小型軽量となり、延いては図１から図６に示すデジタルカメラ１のサイズと重量とが抑えられる。また、引張りばね５４０とアクチュエータ５５０とは共に動作時にほとんど音を発しないので、静粛にＡＦ処理を行なうことができる。

続いて、本発明にいう高分子アクチュエータの採用可能な種々の形態について付記する。

高分子アクチュエーターに用いる高分子の例としては、高分子ゲル、イオン導電性高分子、電子導電性高分子、電歪高分子（誘電エラストマ−、静電エラストマ−）、圧電高分子、液晶エラストマー等を挙げることができ、中でも電歪高分子、液晶エラストマーが好ましい。これらの高分子アクチュエーターに関しては、「ソフトアクチュエーター開発の最前線−人工筋肉の実現を目指して−」編著代表 長田義仁 エヌ・ティー・エス ２００４年、「Ｅｌｅｃｔｒｏａｃｔｉｖｅ Ｐｏｌｙｍｅｒ （ＥＡＰ） Ａｃｔｕａｔｏｒｓ ａｓ Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ Ｍｕｓｃｌｅｓ − Ｒｅａｌｉｔｙ， Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ａｎｄ Ｃｈａｌｌｅｎｇｅｓ」 Ｅｄｉｔｏｒ： Ｙｏｓｅｐｈ Ｂａｒ−Ｃｏｈｅｎ ＳＰＩＥ ＰＲＥＳＳ Ｖｏｌ． ２００１年、「Ｅｌｅｃｔｒｏａｃｔｉｖｅ Ｐｏｌｙｍｅｒ （ＥＡＰ） Ａｃｔｕａｔｏｒｓ ａｓ Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ Ｍｕｓｃｌｅｓ： Ｒｅａｌｉｔｙ， Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ， ａｎｄ Ｃｈａｌｌｅｎｇｅｓ， Ｓｅｃｏｎｄ Ｅｄｉｔｉｏｎ」、Ｅｄｉｔｏｒ（ｓ）： Ｙｏｓｅｐｈ Ｂａｒ−Ｃｏｈｅｎ ２００４年に記載がされている。

電歪高分子（誘電エラストマー）としては、ゴム状の粘弾性挙動を示す高分子（エラストマー）の両面に電極を付与した電歪高分子アクチュエーターが知られている。例えば、特表２００３−５０６８５８号公報には、接触部に適合性の部分を備えたひずみと共に変形する能力がある電極を付与し、電極間に高電圧を印加することにより、その電極間の静電引力で高分子膜が電場方向に収縮して電場に直交方向に伸張する特性を利用した電歪高分子アクチュエーターが開示され、ダイヤフラムや線形アクチュエーターとしての利用が考えられている。さらに、特表２００３−５２６２１３号公報には、履物の踵の中に組み込まれ、人の二足歩行中に生成される機械エネルギを電気エネルギに変換するために使用される、踵接地ジェネレータなども開示されている。

また、液晶エラストマーについて、Ｎａｔｕｒｅ誌， ４１０，４４７（２００１）には、強誘電性液晶のエラストマーを用い、その電場によるメソゲンの配向変化を利用して電気エネルギーを機械エネルギーに変換する試みが報告され、新たな液晶の利用法として注目されている。この例では１．５ＭＶｍ^-1の印加電圧において４％の変位が実現している。また、特開２００３−２０５４９６号公報には、長手方向に延伸され液晶エラストマーを用いた液晶アクチュエーターも開示されている。さらに、Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ誌， ３４， ５８６８（２００１）には、液晶の熱的な相変化に基づく形状（体積）変化をアクチュエーターとして利用することなどが報告されている。

尚、上記では、本発明にいう高分子アクチュエータを、電歪高分子を用いて構成された高分子アクチュエータに限定して説明したが、本発明はこれらに限るものではなく、本発明の高分子アクチュエータは、例えば液晶エラストマーを用いて構成された高分子アクチュエータ等であっても良い。

また、上記では、本発明にいう駆動対象のレンズの一例として、フォーカスレンズ２３を例示したが、本発明はこれらに限るものではなく、本発明にいう駆動対象のレンズは、上述の後群レンズ２２であってもよく、あるいは、後群レンズ２２とフォーカスレンズ２３との両方であっても良い。

また、上記では、本発明にいう撮影装置として、デジタルカメラを例示して説明したが、本発明はこれに限るものではなく、本発明の撮影装置は、例えば、撮影機能付の携帯電話や、フィルムに被写体光を結像する銀塩カメラなどに適用してもよい。

本発明の一実施形態であるデジタルカメラの外観斜視図である。 本発明の一実施形態であるデジタルカメラの外観斜視図である。 デジタルカメラ１の、沈胴状態にあるレンズ鏡胴１０を光軸に沿って切断した断面図である。 デジタルカメラ１の、撮影レンズがワイド状態にあるレンズ鏡胴１０を光軸に沿って切断した断面図である。 デジタルカメラ１の、撮影レンズがテレ状態にあるレンズ鏡胴１０を光軸に沿って切断した断面図である。 図１に示すデジタルカメラ１の概略的な内部構成図である。 駆動装置５００および電圧印加部６００を示す断面図である。 図７に示すアクチュエータ５５０を示す模式図である。 電圧印加部６００を、アクチュエータ５５０とともに示す図である。 電圧印加部６００からの電圧の印加によるアクチュエータ５５０の動作を示す図である。 電圧印加部６００からの電圧の印加によるアクチュエータ５５０の動作を示す図である。 図１０および図１１に示すアクチュエータ５５０の各動作状態に対応する、電圧印加部６００からの電圧印加の状況を示す図である。

符号の説明

１ デジタルカメラ
１０ レンズ鏡胴
１２ 補助光発光窓
１３ ファインダ対物窓
１４ シャッタボタン
２０ 撮影レンズ
２１ 前群レンズ
２２ 後群レンズ
２３ フォーカスレンズ
２４ ガイドロット
２４ａ ストッパ
２５ 後群レンズ保持枠
２６ コイルばね
２７ 後群レンズユニット
３０ 絞りユニット
３１ 絞り羽
３２ 開口板
４０ ＣＣＤ
５０ 固定筒
５０ａ 突条
５０ｂ キー溝
５１ ギア
５２ 駆動筒
５２ａ キー溝
５３ 回転移動筒
５４ カムフォロワ
５５ 直進移動枠
５６ 直進移動筒
５７ カムフォロワ
１０１ スイッチ群
１０２ 電源
１１０ メインＣＰＵ
１１０ａ ＥＥＰＲＯＭ
１２０ 光学制御ＣＰＵ
１３１ Ａ／Ｄ部
１３２ クロックジェネレータ
１３３ ホワイトバランス・γ処理部
１３４ バッファメモリ
１３５ 圧縮・伸張部
１３６ Ｉ／Ｆ
１３７ ＹＣ処理部
１３８ ＹＣ／ＲＧＢ変換部
１３９ ドライバ
１４０ バス
１５０ ＬＥＤ発光制御部
１５１ ＬＥＤ
１６０ 画像表示ＬＣＤ
１７０ メモリカード
５００ 駆動装置
５１０ 後群レンズ側の壁
５２０ ＣＣＤ側の壁
５３０ ロッド付レンズ保持部
５３１ 保持枠
５３２ スリーブ
５３３ ロッド
５４０ 引張りばね
５５０ アクチュエータ
５５１ 固定把持部
５５２ 移動把持部
５５１ａ，５５２ａ，５５３１ａ 電歪高分子
５５１ｂ，５５２ｂ，５５３１ｂ 電極
５５３ 駆動部
５５３１ 高分子アクチュエータ
５５４ 接着剤
６００ 電圧印加部
６０１ 直流電源
６０２ スイッチ
６０３ スイッチ制御回路

Claims (11)

1. 駆動対象に取り付けられる、該駆動対象の駆動方向に延びるロッドと、
   前記駆動対象の駆動に対して不動の位置に固定された、前記ロッドの把持と開放とを行う固定把持部と、
   前記固定把持部に対し、前記駆動方向に移動自在な、前記ロッドの把持と開放とを、前記固定把持部による把持と開放のタイミングとはズレたタイミングで行う移動把持部と、
   前記移動把持部を前記固定把持部に対して駆動する駆動部とを備えたことを特徴とする駆動装置。
2. 前記固定把持部が、前記ロッドが挿通される孔が開けられた、該孔の径の拡縮によって該ロッドの開放と把持とを行なうものであることを特徴とする請求項１記載の駆動装置。
3. 前記移動把持部が、前記ロッドが挿通される孔が開けられた、該孔の径の拡縮によって該ロッドの開放と把持とを行なうものであることを特徴とする請求項１記載の駆動装置。
4. 前記ロッドが挿通される筒型の形状を有し、該筒型の一端が前記駆動対象の駆動に対して不動の前記位置に固定された、該筒型の両端の開口それぞれが、互いにタイミングのズレた径の拡縮によって該ロッドの開放と把持とを行なうことで前記固定把持部および前記移動把持部として働き、該筒型の胴部が前記ロッドに沿って伸縮することで前記駆動部として働く筒体を備えたことを特徴とする請求項１記載の駆動装置。
5. 前記固定把持部が、電圧の印加開放によって伸縮して前記ロッドの把持と開放とを行なう高分子アクチュエータであることを特徴とする請求項１記載の駆動装置。
6. 前記移動把持部が、電圧の印加開放によって伸縮して前記ロッドの把持と開放とを行なう高分子アクチュエータであることを特徴とする請求項１記載の駆動装置。
7. 前記駆動部が、電圧の印加開放によって伸縮して前記移動把持部を前記駆動方向に駆動する高分子アクチュエータであることを特徴とする請求項１記載の駆動装置。
8. 前記高分子アクチュエータが、電歪高分子又は液晶エラストマーを用いて構成されたものであることを特徴とする請求項５から７のうちいずれか１項記載の駆動装置。
9. 駆動対象のレンズと、
   前記レンズに取り付けられる、該レンズの駆動方向に延びるロッドと、
   前記レンズの駆動に対して不動の位置に固定された、前記ロッドの把持と開放とを行う固定把持部と、
   前記固定把持部に対し、前記駆動方向に移動自在な、前記ロッドの把持と開放とを、前記固定把持部による把持と開放のタイミングとはズレたタイミングで行う移動把持部と、
   前記移動把持部を前記固定把持部に対して駆動する駆動部と、
   前記固定把持部および前記移動把持部それぞれによる前記ロッドの把持と開放、および前記駆動部による前記固定把持部に対する前記移動把持部の駆動を制御することにより前記レンズの位置を制御する制御部を備えたことを特徴とする光制御器。
10. 被写体光を結像する、駆動対象のレンズと、
    前記レンズに取り付けられる、該レンズの駆動方向に延びるロッドと、
    前記レンズの駆動に対して不動の位置に固定された、前記ロッドの把持と開放とを行う固定把持部と、
    前記固定把持部に対し、前記駆動方向に移動自在な、前記ロッドの把持と開放とを、前記固定把持部による把持と開放のタイミングとはズレたタイミングで行う移動把持部と、
    前記移動把持部を前記固定把持部に対して駆動する駆動部と、
    前記固定把持部および前記移動把持部それぞれによる前記ロッドの把持と開放、および前記駆動部による前記固定把持部に対する前記移動把持部の駆動を制御することにより前記レンズの位置を制御する制御部と、
    前記レンズによって結像された被写体光の像を撮影する撮影部とを備えたことを特徴とする撮影装置。
11. 前記撮影部で撮影された像のコントラストを検出するコントラスト検出部を備え、
    前記制御部は、前記レンズの位置を、前記コントラスト制御部で検出されたコントラストに応じた位置に制御するものであることを特徴とする請求項１０記載の撮影装置。

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