JP3929827B2 - Lens drive device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のレンズ群を光軸方向に互いに異なる移動量だけ移動させるレンズ駆動装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、オートフォーカス機能およびオートズーム機能を備えた、カメラあるいはビデオカメラなどでは、被写体までの距離をあらわす距離情報、固体撮像素子上に結像された被写体像のコントラスト情報、ズームレバーに対する操作量を基に、フォーカスレンズおよびズームレンズを移動させてフォーカシングおよびズーミングが行われている。
【0003】
これらの中には、レンズを保持するレンズ保持枠ごとに設けられたネジ孔に螺合させたリードスクリュを別々のモータで回転させてフォーカスレンズおよびズームレンズの光軸方向への移動を行なっているものがある。
【0004】
しかし、このように、モータを使用してレンズの移動を行なうレンズ駆動装置は、構造が複雑になり小型化が難しいという問題がある。
【0005】
そこで、印加電圧の変化に応じて所定方向に伸縮する電気―機械変換素子をフォーカスレンズおよびズームレンズそれぞれに与え、これによってフォーカスレンズおよびズームレンズの移動を行なうレンズ駆動装置が特開平9−191676号公報に提案されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記公報に提案されているレンズ駆動装置は、モータを採用する場合に比べ小型化が図られているものの、その小型化は、この装置が採用されるカメラおよびビデオカメラなどに対する昨今の小型化の要請を鑑みるとまだまだ不十分と言わざるを得ない。
【0007】
本発明は、上記事情に鑑み、昨今の小型化要請に応えるべく一層の小型化が図られた、レンズの移動に電気―機械変換素子が採用されたレンズ駆動装置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レンズ駆動装置は、
複数のレンズ群を光軸方向に互いに異なる移動量だけ移動させるレンズ駆動装置において、
光軸方向に延びる駆動ロッドと、
上記複数のレンズ群それぞれを保持する複数のレンズ保持枠であって、これら複数のレンズ保持枠のうちの高々1つのレンズ保持枠が上記駆動ロッドに所定の摩擦力を以って接するとともに、これら複数のレンズ保持枠のうちの高々1つのレンズ保持枠を除く残りの各レンズ保持枠が、上記駆動ロッド保持枠との間の結合状態を、上記駆動ロッドに所定の摩擦力を以って接する被駆動状態と上記駆動ロッドに固定された固定状態とに各レンズ保持枠ごとに独立に変化させる結合状態切替機構を介して上記駆動ロッドに接する複数のレンズ保持枠と、
上記駆動ロッドを駆動ロッドの延びる方向に往復移動させることにより、
上記複数のレンズ保持枠のうちの上記結合状態切替機構により上記固定状態に切り替えられているレンズ保持枠を除く各レンズ保持枠をこの各レンズ保持枠と上記駆動ロッドとの間の摩擦力を利用して光軸方向に移動させる電気―機械変換素子とを備えたことを特徴とする。
【0009】
本発明のレンズ駆動装置では、レンズ保持枠は、駆動ロッドとの結合状態を、所定の摩擦力を以って駆動ロッドに接する被駆動状態と、駆動ロッドに固定された固定状態とのいずれかに切り替える結合状態切替機構を介して駆動ロッドに接している。これにより、駆動ロッドに対するレンズ保持枠の状態が所定の摩擦力を以って駆動ロッドに接する被駆動状態にあって、駆動ロッドがその所定の摩擦力を上回る慣性力を引き起こす所定のレベル以上の加速度をもって動作する時にのみ、レンズ枠は、駆動ロッド上を移動することができる。また、駆動ロッドに対するレンズ保持枠の状態が固定状態にあると、レンズ保持枠は、駆動ロッドがいかなる加速度を以って動作しても駆動ロッド上の同じ位置にとどまることができる。したがって、本発明のレンズ駆動装置では、光軸方向に移動可能な複数のレンズ群それぞれに駆動ロッドを与えなくても、これら複数のレンズ群を光軸上の目標の位置にそれぞれ移動させることができるため、本発明のレンズ駆動装置によれば、本発明のレンズ駆動装置ではレンズ群それぞれに結合状態切替機構を備えているものの、これら結合状態切替機構を備えるよりもはるかにスペースを必要とする駆動ロッドの数を従来よりも少なくすることができるため、一層の小型化を図ることができる。
【0010】
ここで、上記結合状態切替機構は、上記被駆動状態と上記固定状態との切り替えを電気―機械変換素子により行なうものであることが好ましい。
【0011】
このように、結合状態切替機構に電気―機械変換素子を採用するものであってよい。
【0012】
尚、ここにいうレンズ群には、一枚のレンズである場合も含まれる。
【0013】
【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。
【0014】
図1は、本発明のレンズ駆動装置の第1実施形態を採用するカメラの正面図である。
【0015】
尚、このカメラ1は、レンズ鏡胴が備えられた、オートフォーカスおよびオート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長さは不変のものである。
【0016】
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、マイクロフォン16がファインダ対物窓13aとレンズ鏡胴12との間に、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。
【0017】
図2は、図1に示されるカメラの背面図である。
【0018】
図2に示されるカメラ1の背面には、液晶パネル18が中央付近に、スピーカ20が液晶パネルの右に、ズームスイッチ19がスピーカ20の上方に、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。
【0019】
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’モードを有しており、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、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。
【0020】
図3は、本発明のレンズ駆動装置の一実施形態を採用するカメラの内部構成図である。
【0021】
図3には、本実施形態のレンズ駆動機構100が示されており、このレンズ駆動機構100は、所定の方向に伸縮する駆動シャフト用圧電素子130と、駆動シャフト用圧電素子130に接合された駆動シャフト140と、駆動シャフト用圧電素子ドライバ130aと、カメラの前面側に位置するズームレンズ群を含む第1駆動部110と、第1駆動部の後方の、フォーカスレンズ群を含む第2駆動部120と、第1および第2駆動部の安定的な駆動を補助する案内シャフト150とで構成されている。
【0022】
さらに、第1駆動部110は、ズームレンズ保持枠111と、ズームレンズ群113と、第1圧電素子112と、第1圧電素子ドライバ112aとで構成されており、第2駆動部120は、フォーカスレンズ保持枠121と、フォーカスレンズ群123と、第2圧電素子122と、第2圧電素子ドライバ122aとで構成されている。
【0023】
図3には、図1にも示すレンズ鏡胴12が示されており、案内シャフト150はレンズ鏡胴内部の上方に、駆動シャフト用圧電素子130の一方の端部はレンズ鏡胴内部の下方に固定されている。これにより、駆動シャフト用圧電素子130は、カメラの光軸方向に伸縮することとなる。
【0024】
図3に示されるレンズ鏡胴内には、第1駆動部110の構成要素であるズームレンズ保持枠111が駆動シャフト140を挟み込む一方で案内シャフト150に貫通されている様子や、第2駆動部120の構成要素であるフォーカスレンズ保持枠121が、駆動シャフト140を挟み込む一方で案内シャフト150に貫通されている様子が示されている。
【0025】
また、図3に示されるレンズ鏡胴の前面側には、図1にも示される前面レンズ11が嵌め込まれており、図3に示されるレンズ鏡胴の後面側には、後面レンズ10が嵌め込まれている。
【0026】
図4は、カメラの前面側から第1駆動部を見た場合を示す図である。
【0027】
図4には、第1駆動部110を構成するズームレンズ群113を取り囲むように保持するズームレンズ保持枠111が示されており、ズームレンズ保持枠111が、可動部111bを有している様子が示されている。ズームレンズ保持枠111には、可動部111bと、可動部111bを除いた他の部分とで、駆動シャフト140を挟み込むための凹部111aが形成されており、図4には、その凹部111に、第1圧電素子112が、カメラ1の上下方向に伸縮するように配備されると共に、駆動シャフト140が挟み込まれている様子が示されている。このレンズ駆動機構100では、第1圧電素子112および第2圧電素子122の伸縮によって駆動シャフト140に対する摩擦力が決定されている。尚、上述したことは第2駆動部120についても同様であり、第2駆動部のフォーカスレンズ保持枠121においても、可動部121bと、可動部121bを除いた他の部分とで、駆動シャフト140を挟み込むための凹部121aが形成されている。
【0028】
さらに、図3には、このカメラ1の光軸方向に備えられたCCD撮像素子210、この撮像素子から得られたアナログ画像信号をデジタル信号に変換するA/D変換回路211、このカメラ1全体を制御するCPU216、ワークエリアとしても使用されるバッファメモリ213、このバッファメモリ213にデジタル画像データを格納する画像入力コントローラ214、バッファメモリに格納されているデジタル画像データを圧縮可能なように処理する画像信号処理回路212、圧縮可能に処理されたデジタル画像データを圧縮する圧縮処理回路220、CPU216によってファイル形式に変換された圧縮済みのデジタル画像データを外部記憶装置223に記録するメディアコントローラ221、バッファメモリ213から転送された圧縮前のデジタル画像データを格納するメモリ218、メモリ218に格納されている圧縮前のデジタル画像データに同期信号を付加してビデオ信号を作成し、このビデオ信号をデジタル信号からアナログ信号に変換して増幅する画像表示制御装置222も示されている。この画像表示制御回路222の制御によって液晶パネル18には画像が表示される。
【0029】
また、図3には、CCD撮像素子210から出力される画像信号を基とする画像から、輝度情報およびコントラスト情報を検出するAF/AE演算回路215、ズームスイッチ19、機能スイッチ17a、撮影モードスイッチ17b、レリーズスイッチ14、これらスイッチに対する操作を検出するキーコントローラ219、および、以上に述べてきた各回路が接続されているバス217が示されている。
【0030】
ここで、カメラ1の撮影におけるフォーカシングおよびズーミングに関する動作について説明する。
【0031】
このカメラ1では、図示しないメインスイッチが投入され、機能スイッチ17aによって‘撮影記録’が選択されると、本撮影の前の予備撮影が行なわれる。
【0032】
その予備撮影では、CCD撮像素子210から出力された画像信号がA/D変換回路211に送られてデジタル信号に変換された後、画像入力コントローラ214に送られ、画像入力コントローラ214からAF/AE演算回路に送られる。
【0033】
AF/AE演算回路215では、画像信号のコントラストが測定され、被写体までの測距情報が算出される。この測距情報はCPU31に送られる。尚、このAF/AE演算回路215ではデジタル処理を想定しているが、このAF/AE演算回路215がアナログ信号を処理するものであってもよい。
【0034】
ズームスイッチ19で設定されたズームレベルは、CPU31に送られる。
【0035】
このようにして、CPU31では、送られた測距情報から合焦位置が、ズームレベルから焦点距離が算出される。
【0036】
このカメラ1では、駆動シャフト用圧電素子ドライバ130a、第1圧電素子ドライバ122a、および第2圧電素子ドライバ112aはCPU216によって制御されており、CPU216は、算出された合焦位置および焦点距離に応じた位置にズームレンズ群およびフォーカスレンズ群が配置されるようにこれらドライバに指示を出す。その後、これらレンズ群が目標位置に移動されてから本撮影が行なわれる。
【0037】
ここで、電気―機械変換素子である圧電素子について説明する。
【0038】
圧電素子は、電圧の増加に伴なって所定の方向に伸長し、その伸長の度合いは電圧の増加の度合いに比例し、電圧が減少に転じると短縮し始め、その短縮の度合いは電圧の減少の度合いに比例する。したがって、電圧をゆっくり上昇あるいは下降させると、圧電素子はゆっくり伸長あるいは短縮し、電圧を急速に上昇あるいは下降させると、圧電素子は急激に伸長あるいは短縮する。
【0039】
さらに、上記圧電素子を利用したレンズの移動について簡単に説明する。
【0040】
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。
【0041】
図5は、カメラ前方側への駆動原理を示す図である。
【0042】
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。
【0043】
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。
【0044】
駆動シャフト用圧電素子130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130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140は、その圧電素子130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140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140に対しすべることなくカメラ前方方向に移動する。
【0045】
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130の厚みが急激に縮まる。すると、駆動シャフト140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140の移動により、駆動部110は、駆動シャフト140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。
【0046】
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。
【0047】
図7は、カメラ背面側への駆動原理を示す図である。
【0048】
この場合の、駆動シャフト用圧電素子130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。
【0049】
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。
【0050】
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。
【0051】
この場合に、図7(a)に示されている状態の圧電素子130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140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140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130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140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。
【0052】
本実施形態の駆動シャフト用圧電素子ドライバ130aは、CPU216からの指示を受けると、駆動シャフト用圧電素子130の伸縮のスピードを制御し、第1および第2圧電素子ドライバ112a、122aは、第1および第2圧電素子112、122の伸縮を、それぞれのレンズ保持枠を駆動シャフトに対し、所定の摩擦力を以って接触させる被駆動状態と、固定させる固定状態とのうちのいずれかの状態におくように制御する。
【0053】
図3に示される駆動シャフト用圧電素子130は、その右端面がレンズ鏡胴内に固定されているため、電圧が増加するとカメラ1の前方方向に伸長し、電圧が低下するとカメラの背面方向に短縮する。これに伴って、駆動シャフト140は、カメラ1の光軸方向に往復運動する。
【0054】
これら第1および第2駆動部をどのように移動させるか、すなわちズームおよびフォーカスレンズ群をどのように光軸方向に移動させるかは公知であるので、詳細な説明は避け、以下に簡単に説明する。
【0055】
まず、図3に示されるレンズ鏡胴内に示されている、第1駆動部のみをカメラ前方側に移動させ、第2駆動部をそのままの位置に据え置く場合について説明する。
【0056】
この場合は、第2圧電素子の伸縮を制御して、駆動シャフト140に対するフォーカスレンズ枠122の駆動シャフト140に対する接触状態を固定状態にすると共に、第1圧電素子の伸縮を制御して駆動シャフト140に対するズームレンズ枠111の接触状態を所定以上の加速度でその駆動シャフトが動作したときのみ、その駆動シャフトに対する位置を変化させることのできる被駆動状態におく。
【0057】
駆動シャフト用圧電素子130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、駆動シャフトに対し被駆動状態に置かれているズーム1レンズ枠111は、駆動シャフト140が所定の加速度以下の加速度で伸長することからフォーカスレンズ枠121と共にカメラ前方方向に移動する。
【0058】
しかし、この印加電圧は、値V1に到達した直後には、値0まで急激な減少に転じるため、駆動シャフト140は一気に短縮される。この急激な駆動シャフトの短縮により、この駆動シャフト140の動作には、所定の以上の加速度が発生するため、駆動シャフト140に対するフォーカスレンズ枠121の位置は不変であるものの、駆動シャフト140に対するズームレンズ枠111の位置は駆動シャフト140の左(図3における)端側に移動し、結果的にカメラ前方方向に移動する。
【0059】
次に、図3に示されるレンズ鏡胴内に示されている、第1駆動部のみをカメラ背面側に移動させ、第2駆動部をそのままの位置に据え置く場合について説明する。
【0060】
この場合は、駆動シャフト140に対するズームおよびフォーカスレンズ枠の接触状態は、上述と同じで、駆動シャフト用圧電素子の動作を、今度は、急激にカメラの前方方向に駆動シャフト140を伸長させることで実現することができる。
【0061】
したがって、この場合の、駆動シャフト用圧電素子130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。
【0062】
この急激な駆動シャフトの伸長により、駆動シャフト140の動作には、所定以上の加速度が発生するため、駆動シャフト140に対するフォーカスレンズ枠121の位置は不変であるものの、駆動シャフト140に対するズームレンズ枠111の位置は駆動シャフト140の根元側(図3における右側)に移動することとなる。
【0063】
さらに、第2駆動部のみをカメラ前方側、あるいは背面側に移動させ、第1駆動部をそのままの位置に据え置く場合については、上記とは逆に、第2圧電素子の伸縮を制御して、駆動シャフト140に対するフォーカスレンズ枠122の接触状態を被駆動状態にすると共に、第1圧電素子の伸縮を制御して駆動シャフト140に対するズームレンズ枠111の接触状態を固定状態におくことで、上記と同様の考え方で実現することができる。尚、ズームレンズおよびフォーカスレンズの目標位置への到達の確認については、各レンズ枠およびレンズ鏡胴内部に取り付けられた図示しないエンコーダによって監視されている。
【0064】
図9は、予備撮影が終了すると実行されるルーチンのフローチャートである。
【0065】
図9に示されるルーチンのステップS1では、ズーミングおよびフォーカシングにおいて、ズームレンズ群を移動させるか否かが判定される。
【0066】
ステップS1において、ズームレンズ群を移動させると判定されると、ステップS2に進み、ズームレンズ保持枠のみを被駆動状態に置くために、駆動シャフトに対するフォーカスレンズ保持枠の固定が行なわれる。その後、ステップS4に進む。
【0067】
一方、ステップS1において、ズームレンズ群を移動させないと判定されると、ステップS3に進み、フォーカスレンズ保持枠のみを被駆動状態に置くために、駆動シャフトに対するズームレンズ群の固定が行なわれる。その後、ステップS4に進み、被駆動状態のレンズ保持枠をカメラの前方方向および背面方向のいずれに移動させるかが判定される。
【0068】
ステップS4において、移動方向がカメラの前方方向であると判定されると、ステップS5に進み、駆動シャフト用圧電素子に対し図6に示されるような緩やかな立ち上がりを有する電圧が印加され、ステップS6において、図6に示されるような急激な立下りを有する電圧が印加される。これにより、レンズ枠のカメラ前方方向への移動が行なわれる。その後、ステップS9に進む。
【0069】
一方、ステップS4において、移動方向がカメラの背面方向であると判定されると、ステップS7に進み、駆動シャフト用圧電素子に対し図8に示されるような急激な立ち上がりを有する電圧が印加され、ステップS8において、図8に示されるるような緩やかな立下りを有する電圧が印加される。これにより、レンズ枠のカメラ背面方向への移動がが行なわれる。その後、ステップS9に進む。
【0070】
ステップS9では、被駆動状態にあるレンズ保持枠が目標の位置に到達したか否か判定される。これは、前述したエンコーダによって得られたデータを参照することで行なわれている。
【0071】
ステップS9において、レンズ保持枠を目標の位置まで移動させたと判定されると、ステップS10に進み、ズームレンズと共にフォーカスレンズが目標位置に到達したか否かが判定され、双方共に到達していると判定されると、このルーチンを終了し、双方ともには到達していないと判定されると、ステップS11に進み、駆動シャフトに対するズームレンズおよびフォーカスレンズ保持枠の固定状態を解除し、ステップS1に戻る。
【0072】
以上に説明した本実施形態のレンズ駆動機構100によれば、1本の駆動シャフトに結合された、第1および第2駆動部のズームおよびフォーカスレンズ保持枠をカメラ光軸上の目標の位置にそれぞれ移動させることができるため、一層の小型化を図ることができる。
【0073】
次に、本発明のレンズ駆動装置の第2実施形態について説明する。
【0074】
第2実施形態であるレンズ駆動装置300も、第1実施形態のレンズ駆動装置100と同様にカメラに採用されているとして話を進める。尚、このレンズ駆動図3に示されるレンズ駆動装置100の第2駆動部120に備えられている第2圧電素子122および第2圧電素子ドライバ122aが省かれただけの状態のものと同じものであるので、図示は省略し、図3を参照しながら説明する。
【0075】
このレンズ駆動機構300の第2駆動部には、上述したように、駆動ロッドに対する結合状態を切り替えるための結合状態切替機構が備えられていないため、この第2駆動部のフォーカスレンズ保持枠は、常時、所定の摩擦力を以って駆動ロッドに結合されている。したがって、このレンズ駆動機構300において、ズームレンズ群およびフォーカスレンズ群を光軸上の目標位置に移動するには、最初に第1駆動部を目標位置に移動し、これを固定状態においた後、第2駆動部を移動させる。尚、これら第1および第2駆動部の移動のさせ方については、第1実施形態のレンズ駆動装置200においてした説明と重複するので省略する。
【0076】
図10は、本実施形態が採用されているカメラにおいて、予備撮影が終了すると起動されるルーチンのフローチャートである。
【0077】
図10に示されるステップS1では、本実施形態では、先に目標位置に配置しておかなければならないズームレンズ群、すなわち第1駆動部が目標位置に到達しているか否かが判定される。
【0078】
ステップS1において、まだ到達していないと判定されると、ステップS2に進み、目標位置がカメラ前方方向にあるか否かが判定される。尚、ステップS3からステップS6までは、第1実施形態においてした説明と重複するので省略し、ステップS7に進んだところから説明する。
【0079】
ステップS7では、ズームレンズ群が目標位置に到達したか否かが判定され、到達していないと判定されると、ステップS2に戻り、到達したと判定されると、ステップS16に進む。
【0080】
一方、ステップS1において、すでにズームレンズ群が目標位置に到達していると判定されると、ステップS8に進み、駆動シャフトに対しズームレンズ保持枠を固定状態に置く。その後、ステップS9に進み、フォーカスレンズ群の目標位置がカメラの前方方向にあるか否かが判定される。尚、ステップS10からステップS13までは、第1実施形態においてした説明と重複するので省略し、ステップS15に進んだところか説明する。
【0081】
ステップS15では、ズームレンズ保持枠の固定状態の解除が行なわれる。その後、ステップS16に進む。
【0082】
ステップS16では、ズームレンズ群およびフォーカスレンズ群双方共に目標位置に到達しているか否かが判定され、双方ともには到達していないと判定されと、ステップS1に戻り、到達していると判定されると、このルーチンを終了する。
【0083】
以上に説明した第2実施形態であるレンズ駆動装置300によっても、1本の駆動シャフトに結合された、第1および第2駆動部のズームレンズ群およびフォーカスレンズ群をカメラ光軸上の目標の位置にそれぞれ移動させることができるため、一層の小型化を図ることができる。
【0084】
尚、本実施形態では、デジタルカメラに採用された場合を例に挙げて説明したが、これに限らず、ロール状の写真フィルムに写真撮影を行なう通常のカメラ、あるいはビデオカメラに採用されるものであってよく、また、駆動シャフトに対するズームおよびフォーカスレンズ保持枠の接触状態の制御に圧電素子が採用されている例を挙げて説明したが、これに限らず、レンズ保持枠に電磁石を備え、この電磁石により引きつけて、この引きつけたものによって駆動シャフトに対する摩擦力を制御するものであってよく、あるいは、その電磁石の磁力によって駆動シャフトとの結合状態を制御するものであってもよい。
【0085】
また、本実施形態では、複数のレンズ群を1本の駆動シャフトに結合した例を挙げて説明しているが、複数のレンズ群それぞれに駆動シャフトが備えられるののでさえなければ、複数のレンズ群が複数本の駆動シャフトに分けて結合されるものであっても本発明の効果には影響なく、また、1本の駆動シャフトに複数個のレンズ枠が結合されている場合、その複数個のレンズ枠すべてに結合状態切替機構が備えられるか、あるいは、結合状態切替機構が備えられていないレンズ枠が、その複数個のレンズ枠のうち、多くても1つであれば、これら複数個のレンズ枠を目標位置に移動させることができる。このことが、本発明にいう「高々1つ」の意味である。
【0086】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のレンズ駆動装置によれば、一層の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のレンズ駆動装置の一実施形態を採用するカメラの正面図である。
【図2】図1に示されるカメラの背面図である。
【図3】本発明のレンズ駆動装置の一実施形態を採用するカメラの内部構成図である。
【図4】カメラの前面側から第1駆動部を見た場合を示す図である。
【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】予備撮影が終了すると実行されるルーチンのフローチャートである。
【図10】本実施形態が採用されているカメラにおいて、予備撮影が終了すると起動されるルーチンのフローチャートである。
【符号の説明】
1 カメラ
10 後面レンズ
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 マイクロフォン
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
20 スピーカ
110 第1駆動部
111 ズームレンズ保持枠
111a 凹部
111b 可動部
112 第1圧電素子
112a 第1圧電素子ドライバ
120 第2駆動部
121 フォーカスレンズ保持枠
121a 凹部
121b 可動部
122 第2圧電素子
122a 第2圧電素子ドライバ
130 駆動シャフト用圧電素子
130a 駆動シャフト用圧電素子ドライバ
140 駆動シャフト
150 案内シャフト
210 CCD撮像素子
211 A/D変換回路
212 画像信号処理回路
213 バッファメモリ
214 画像入力コントローラ
215 AF/AE演算回路
216 CPU
217 バス
218 メモリ
219 キーコントローラ
220 圧縮処理回路
221 メディアコントローラ
222 画像表示制御回路
223 外部記憶装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a lens driving device that moves a plurality of lens groups by different amounts of movement in the optical axis direction.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in cameras or video cameras equipped with an auto focus function and an auto zoom function, distance information indicating the distance to the subject, contrast information of the subject image formed on the solid-state image sensor, and an operation amount with respect to the zoom lever Based on the above, focusing and zooming are performed by moving the focus lens and the zoom lens.
[0003]
Among these, the lead screw screwed into the screw hole provided for each lens holding frame for holding the lens is rotated by a separate motor to move the focus lens and the zoom lens in the optical axis direction. There is something.
[0004]
However, the lens driving device that moves the lens using the motor as described above has a problem that the structure is complicated and it is difficult to reduce the size.
[0005]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-191676 discloses a lens driving device in which an electro-mechanical conversion element that expands and contracts in a predetermined direction in accordance with a change in applied voltage is applied to each of a focus lens and a zoom lens, thereby moving the focus lens and the zoom lens. Proposed in the gazette.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, although the lens driving device proposed in the above publication is reduced in size as compared with the case where a motor is used, the downsizing of the lens driving device compared to the case where the device is used is a recent downsizing of cameras and video cameras that employ this device. In view of the demand for conversion, it must be said that it is still insufficient.
[0007]
In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a lens driving device in which an electro-mechanical conversion element is employed for moving a lens, which is further miniaturized to meet recent demands for miniaturization. .
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the lens driving device of the present invention comprises:
In a lens driving device that moves a plurality of lens groups by different amounts of movement in the optical axis direction,
A drive rod extending in the optical axis direction;
A plurality of lens holding frames for holding each of the plurality of lens groups, wherein at least one of the plurality of lens holding frames is in contact with the drive rod with a predetermined frictional force; Each of the remaining lens holding frames excluding at most one lens holding frame among the plurality of lens holding frames is in contact with the drive rod with a predetermined frictional force in connection with the drive rod holding frame. A plurality of lens holding frames in contact with the driving rod via a coupling state switching mechanism that changes independently for each lens holding frame between a driven state and a fixed state fixed to the driving rod;
By reciprocating the drive rod in the direction in which the drive rod extends,
Friction force between each lens holding frame and the drive rod is used for each lens holding frame except for the lens holding frame switched to the fixed state by the coupling state switching mechanism among the plurality of lens holding frames. And an electro-mechanical conversion element that moves in the direction of the optical axis.
[0009]
In the lens driving device of the present invention, the lens holding frame is connected to the driving rod in any one of a driven state in contact with the driving rod with a predetermined frictional force and a fixed state fixed to the driving rod. It is in contact with the drive rod via a coupling state switching mechanism for switching to As a result, the state of the lens holding frame with respect to the drive rod is in a driven state in contact with the drive rod with a predetermined frictional force, and the drive rod has a predetermined level or more that causes an inertial force exceeding the predetermined frictional force. Only when operating with acceleration, the lens frame can move on the drive rod. When the lens holding frame is in a fixed state with respect to the drive rod, the lens holding frame can remain at the same position on the drive rod regardless of the acceleration of the drive rod. Therefore, in the lens driving device of the present invention, each of the plurality of lens groups can be moved to a target position on the optical axis without providing a drive rod for each of the plurality of lens groups movable in the optical axis direction. Therefore, according to the lens driving device of the present invention, the lens driving device of the present invention has a coupling state switching mechanism in each lens group, but requires much more space than having these coupling state switching mechanisms. Since the number of drive rods can be reduced as compared with the prior art, further miniaturization can be achieved.
[0010]
Here, the coupling state switching mechanism preferably switches between the driven state and the fixed state by an electro-mechanical conversion element.
[0011]
As described above, an electro-mechanical conversion element may be employed for the coupling state switching mechanism.
[0012]
Note that the lens group mentioned here includes the case of a single lens.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
[0014]
FIG. 1 is a front view of a camera that employs a first embodiment of the lens driving device of the present invention.
[0015]
The camera 1 is a digital camera having a lens barrel and having an autofocus and autozoom function. However, the length of this lens barrel is unchanged even during focusing and zooming.
[0016]
On the front surface of the camera 1 shown in FIG. 1, a
[0017]
FIG. 2 is a rear view of the camera shown in FIG.
[0018]
2, the
[0019]
The camera 1 has two functions of a “photographing and recording” function and an “image data reproduction” function, and one of the functions is selected by the
[0020]
FIG. 3 is an internal configuration diagram of a camera that employs an embodiment of the lens driving device of the present invention.
[0021]
FIG. 3 shows a
[0022]
Further, the
[0023]
3 shows the
[0024]
In the lens barrel shown in FIG. 3, the zoom
[0025]
Further, the
[0026]
FIG. 4 is a diagram illustrating a case where the first drive unit is viewed from the front side of the camera.
[0027]
FIG. 4 shows a zoom
[0028]
3 shows a CCD
[0029]
3 shows an AF / AE
[0030]
Here, operations related to focusing and zooming in the shooting by the camera 1 will be described.
[0031]
In the camera 1, when a main switch (not shown) is turned on and “shooting recording” is selected by the
[0032]
In the preliminary photographing, the image signal output from the CCD
[0033]
The AF /
[0034]
The zoom level set by the
[0035]
In this way, the CPU 31 calculates the in-focus position from the sent distance measurement information and the focal length from the zoom level.
[0036]
In this camera 1, the drive shaft
[0037]
Here, a piezoelectric element that is an electro-mechanical conversion element will be described.
[0038]
The piezoelectric element expands in a predetermined direction as the voltage increases, and the degree of expansion is proportional to the degree of increase in voltage. When the voltage starts to decrease, the piezoelectric element starts to decrease. It is proportional to the degree. Accordingly, when the voltage is slowly increased or decreased, the piezoelectric element slowly expands or shortens, and when the voltage is rapidly increased or decreased, the piezoelectric element rapidly expands or shortens.
[0039]
Further, the movement of the lens using the piezoelectric element will be briefly described.
[0040]
First, the case where the
[0041]
FIG. 5 is a diagram illustrating the principle of driving the camera forward.
[0042]
FIG. 6 is a diagram showing a change in voltage applied to the drive shaft piezoelectric element in this case.
[0043]
FIG. 6 shows a change in the applied voltage that gradually increases and rapidly decreases after a predetermined voltage is reached.
[0044]
When a voltage that changes as shown in FIG. 6 is applied to the drive shaft
[0045]
However, after this applied voltage reaches the value V1, it suddenly decreases to a value of 0 after a while, so that the thickness of the
[0046]
Next, the case where this
[0047]
FIG. 7 is a diagram showing the principle of driving to the rear side of the camera.
[0048]
In this case, the applied voltage to the drive shaft
[0049]
FIG. 8 is a graph showing a change in voltage applied to the drive shaft piezoelectric element when the drive unit is moved to the back side of the camera.
[0050]
FIG. 8 shows a state in which the applied voltage increases rapidly and then decreases gently.
[0051]
In this case, the
[0052]
Upon receiving an instruction from the
[0053]
Since the right end surface of the drive shaft
[0054]
Since it is known how to move the first and second drive units, that is, how to move the zoom and focus lens groups in the optical axis direction, detailed description is avoided and will be briefly described below. To do.
[0055]
First, the case where only the first drive unit shown in the lens barrel shown in FIG. 3 is moved to the front side of the camera and the second drive unit is left at the same position will be described.
[0056]
In this case, the expansion and contraction of the second piezoelectric element is controlled so that the contact state of the
[0057]
When a voltage that changes as shown in FIG. 6 is applied to the drive shaft
[0058]
However, immediately after the applied voltage reaches the value V1, the driving
[0059]
Next, a case where only the first driving unit shown in the lens barrel shown in FIG. 3 is moved to the rear side of the camera and the second driving unit is left at the same position will be described.
[0060]
In this case, the contact state of the zoom and focus lens frame with respect to the
[0061]
Therefore, the voltage applied to the drive shaft
[0062]
Due to this rapid extension of the drive shaft, the operation of the
[0063]
Furthermore, in the case where only the second drive unit is moved to the front side of the camera or the back side, and the first drive unit is left at the same position, the expansion and contraction of the second piezoelectric element is controlled contrary to the above, The contact state of the
[0064]
FIG. 9 is a flowchart of a routine that is executed when the preliminary photographing is completed.
[0065]
In step S1 of the routine shown in FIG. 9, it is determined whether or not to move the zoom lens group during zooming and focusing.
[0066]
If it is determined in step S1 that the zoom lens group is to be moved, the process proceeds to step S2, and the focus lens holding frame is fixed to the drive shaft in order to place only the zoom lens holding frame in the driven state. Thereafter, the process proceeds to step S4.
[0067]
On the other hand, if it is determined in step S1 that the zoom lens group is not moved, the process proceeds to step S3, and the zoom lens group is fixed to the drive shaft in order to place only the focus lens holding frame in the driven state. Thereafter, the process proceeds to step S4, in which it is determined whether the lens holding frame in the driven state is moved in the front direction or the back direction of the camera.
[0068]
If it is determined in step S4 that the moving direction is the front direction of the camera, the process proceeds to step S5, where a voltage having a gradual rise as shown in FIG. 6 is applied to the drive shaft piezoelectric element, and step S6. In FIG. 6, a voltage having a sharp fall as shown in FIG. 6 is applied. Thereby, the lens frame is moved in the forward direction of the camera. Thereafter, the process proceeds to step S9.
[0069]
On the other hand, when it is determined in step S4 that the moving direction is the rear direction of the camera, the process proceeds to step S7, and a voltage having a sudden rise as shown in FIG. 8 is applied to the drive shaft piezoelectric element. In step S8, a voltage having a gradual fall as shown in FIG. 8 is applied. Thereby, the lens frame is moved in the rear direction of the camera. Thereafter, the process proceeds to step S9.
[0070]
In step S9, it is determined whether or not the lens holding frame in the driven state has reached the target position. This is done by referring to the data obtained by the encoder described above.
[0071]
If it is determined in step S9 that the lens holding frame has been moved to the target position, the process proceeds to step S10, in which it is determined whether the focus lens has reached the target position together with the zoom lens, and both have reached. If it is determined, this routine is terminated, and if it is determined that both have not reached, the process proceeds to step S11, the fixed state of the zoom lens and the focus lens holding frame with respect to the drive shaft is released, and the process returns to step S1. .
[0072]
According to the
[0073]
Next, a second embodiment of the lens driving device of the present invention will be described.
[0074]
The lens driving device 300 according to the second embodiment is also assumed to be employed in the camera, like the
[0075]
As described above, the second driving unit of the lens driving mechanism 300 is not provided with the coupling state switching mechanism for switching the coupling state with respect to the driving rod. Therefore, the focus lens holding frame of the second driving unit is It is always coupled to the drive rod with a predetermined friction force. Therefore, in this lens drive mechanism 300, in order to move the zoom lens group and the focus lens group to the target position on the optical axis, first the first drive unit is moved to the target position, and after this is fixed, The second drive unit is moved. Note that how to move the first and second drive units overlaps with the description given in the lens drive device 200 of the first embodiment, and therefore will be omitted.
[0076]
FIG. 10 is a flowchart of a routine that is started when preliminary shooting is completed in the camera in which the present embodiment is employed.
[0077]
In step S <b> 1 shown in FIG. 10, in this embodiment, it is determined whether or not the zoom lens group that has to be arranged at the target position first, that is, the first drive unit has reached the target position.
[0078]
If it is determined in step S1 that the target position has not yet been reached, the process proceeds to step S2 to determine whether or not the target position is in the forward direction of the camera. Steps S3 to S6 are the same as those described in the first embodiment, and will not be described. The description proceeds from step S7.
[0079]
In step S7, it is determined whether or not the zoom lens group has reached the target position. If it is determined that the zoom lens group has not reached, the process returns to step S2, and if it is determined that the zoom lens group has reached, the process proceeds to step S16.
[0080]
On the other hand, if it is determined in step S1 that the zoom lens group has already reached the target position, the process proceeds to step S8, and the zoom lens holding frame is fixed to the drive shaft. Thereafter, the process proceeds to step S9, where it is determined whether or not the target position of the focus lens group is in the forward direction of the camera. Steps S10 to S13 are the same as those described in the first embodiment, and will not be described here.
[0081]
In step S15, the fixed state of the zoom lens holding frame is released. Thereafter, the process proceeds to step S16.
[0082]
In step S16, it is determined whether both the zoom lens group and the focus lens group have reached the target position. If it is determined that both have not reached, the process returns to step S1 and is determined to have reached. Then, this routine is terminated.
[0083]
Also by the lens driving device 300 according to the second embodiment described above, the zoom lens group and the focus lens group of the first and second driving units coupled to one driving shaft are set to the target on the camera optical axis. Since each can be moved to a position, further downsizing can be achieved.
[0084]
In this embodiment, the case where it is adopted as a digital camera has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and it is adopted for a normal camera or a video camera for taking a photograph on a roll-shaped photographic film. In addition, although an example in which a piezoelectric element is employed for controlling the zoom on the drive shaft and the contact state of the focus lens holding frame has been described, the present invention is not limited thereto, and the lens holding frame includes an electromagnet, It may be attracted by this electromagnet and the frictional force on the drive shaft may be controlled by the attracted one, or the coupling state with the drive shaft may be controlled by the magnetic force of the electromagnet.
[0085]
In the present embodiment, an example in which a plurality of lens groups are coupled to a single drive shaft has been described. However, a plurality of lenses may be used as long as each of the plurality of lens groups is not provided with a drive shaft. Even if a group is divided into a plurality of drive shafts, the effect of the present invention is not affected, and when a plurality of lens frames are connected to a single drive shaft, the plurality If all of the lens frames are provided with a coupling state switching mechanism or the number of lens frames not provided with the coupling state switching mechanism is at least one of the plurality of lens frames, a plurality of these The lens frame can be moved to the target position. This is the meaning of “at most one” in the present invention.
[0086]
【The invention's effect】
As described above, according to the lens driving device of the present invention, it is possible to further reduce the size.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view of a camera employing an embodiment of a lens driving device of the present invention.
FIG. 2 is a rear view of the camera shown in FIG.
FIG. 3 is an internal configuration diagram of a camera that employs an embodiment of a lens driving device of the present invention.
FIG. 4 is a diagram illustrating a case where the first drive unit is viewed from the front side of the camera.
FIG. 5 is a diagram illustrating a driving principle toward the front side of a camera.
FIG. 6 is a diagram showing a change in voltage applied to a piezoelectric element for a drive shaft.
FIG. 7 is a diagram showing the principle of driving to the back side of the camera.
FIG. 8 is a graph showing a change in voltage applied to a piezoelectric element for a drive shaft.
FIG. 9 is a flowchart of a routine that is executed when preliminary shooting is completed.
FIG. 10 is a flowchart of a routine that is started when preliminary shooting is completed in a camera employing the present embodiment.
[Explanation of symbols]
1 Camera
10 Rear lens
11 Front lens
12 Lens barrel
13a Viewfinder objective window
13b Viewfinder eyepiece
14 Release button
15 Flash emission window
16 microphone
17a Function switch
17b Mode switch
18 LCD panel
19 Zoom switch
20 Speaker
110 1st drive part
111 Zoom lens holding frame
111a recess
111b Movable part
112 First piezoelectric element
112a First piezoelectric element driver
120 Second drive unit
121 Focus lens holding frame
121a recess
121b Movable part
122 Second piezoelectric element
122a Second piezoelectric element driver
130 Piezoelectric element for drive shaft
130a Piezoelectric element driver for drive shaft
140 Drive shaft
150 Guide shaft
210 CCD image sensor
211 A / D conversion circuit
212 Image signal processing circuit
213 Buffer memory
214 Image Input Controller
215 AF / AE arithmetic circuit
216 CPU
217 Bus
218 memory
219 Key controller
220 Compression processing circuit
221 Media controller
222 Image display control circuit
223 External storage device
Claims (2)
光軸方向に延びる駆動ロッドと、
前記複数のレンズ群それぞれを保持する複数のレンズ保持枠であって、これら複数のレンズ保持枠のうちの1つのレンズ保持枠は前記駆動ロッドに所定の摩擦力を以って接するとともに、これら複数のレンズ保持枠のうちの1つのレンズ保持枠を除く残りの各レンズ保持枠は、前記駆動ロッド保持枠との間の結合状態を、前記駆動ロッドに所定の摩擦力を以って接する被駆動状態と前記駆動ロッドに固定された固定状態とに各レンズ保持枠ごとに独立に変化させる結合状態切替機構を介して前記駆動ロッドに接する複数のレンズ保持枠と、
前記駆動ロッドを駆動ロッドの延びる方向に往復移動させることにより、前記複数のレンズ保持枠のうちの前記結合状態切替機構により前記固定状態に切り替えられているレンズ保持枠を除く各レンズ保持枠を該各レンズ保持枠と前記駆動ロッドとの間の摩擦力を利用して光軸方向に移動させる電気―機械変換素子とを備え、
前記結合状態切替機構を持つレンズ保持枠の全てが前記結合状態切替機構により前記固定状態に切り替えられているときには、前記結合状態切替機構を備えていないレンズ保持枠が光軸方向に移動することで、前記複数のレンズ枠が目標位置に移動させることができるようにしたことを特徴とするレンズ駆動装置。In a lens driving device that moves a plurality of lens groups by different amounts of movement in the optical axis direction,
A drive rod extending in the optical axis direction;
A plurality of lens holding frame for holding each of the plurality of lens groups, with one of the lens holding frame of the plurality of lens retaining frame abuts drives out predetermined frictional force to the drive rod, the plurality the remaining of the lens holding frame except one lens holding frame of the holding frame of the lens, the coupling state between the drive rod holding frame driven in contact drives out predetermined frictional force to the drive rod A plurality of lens holding frames in contact with the driving rod through a coupling state switching mechanism that changes independently for each lens holding frame between a state and a fixed state fixed to the driving rod;
By reciprocating the drive rod in the extending direction of the drive rod, each lens holding frame excluding the lens holding frame that has been switched to the fixed state by the coupling state switching mechanism among the plurality of lens holding frames. An electro-mechanical conversion element that moves in the optical axis direction by using a frictional force between each lens holding frame and the drive rod ;
When all of the lens holding frames having the coupling state switching mechanism are switched to the fixed state by the coupling state switching mechanism, the lens holding frame that does not include the coupling state switching mechanism moves in the optical axis direction. A lens driving device characterized in that the plurality of lens frames can be moved to a target position .
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