JPH1195082A - レンズ駆動機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光軸方向に進退するレンズ群を有するカメラ
において、カメラの大型化を招くことがなく、レンズ群
に対する傾き規制機構の十分に長いスパンを確保するこ
とができ、しかも、組立後に各レンズに対するアクセス
が容易であるレンズ駆動機構を提供する。 【解決手段】 レンズ群10、20の玉枠に平板状移動体22
を連結し、カメラ本体に対して不動の固定基板30上でこ
の平板状移動体22をスライド移動させることによって、
レンズ群10、20を光軸方向に進退移動させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、デジタルカメラ等
に採用されるレンズ駆動機構に関する。

【０００２】

【従来の技術】デジタルカメラにおいては従来の一般的
なカメラよりも小型化が求められているが、そのレンズ
駆動機構としては、一般のカメラと同じくカム機構が利
用されてきた。すなわち、レンズの玉枠(移動枠)に固定
したピンと、入子式に嵌合する複数の筒状部材に形成し
たカムスロットとの係合を利用して、レンズを光軸方向
に駆動させていた。

【０００３】ところが、このようなカム機構において
は、カムスロットが形成される筒状部材やこれと係合す
るピン等の部品を小型化しようとしても、加工上および
組立上の限度があり、このため、カム機構の小型化が光
学系の小型化についていけないという問題があった。

【０００４】また、上記カム機構においては、光軸方向
に進退する各レンズが光軸に対して傾斜するのを防止す
る傾き規制機構が設けられるが、レンズを保持する移動
枠が光軸を中心として回転しながら進退するために、複
数の移動枠についてその相互干渉を避けながら小型化を
図ろうとすると、傾き規制機構のスパンを長くとること
ができなくなり、この結果、レンズの傾斜を防止するこ
とが困難となっていた。

【０００５】さらに、従来のカム機構においては、各レ
ンズが上記筒状部材の内側に収容されるため、組立後に
光学系の調心を行うことは困難であった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明が
解決すべき技術的課題は、光軸方向に進退するレンズ群
を有するカメラにおいて、カメラの大型化を招くことが
なく、レンズ群に対する傾き規制機構の十分に長いスパ
ンを確保することができ、しかも、組立後に各レンズに
対するアクセスが容易であるレンズ駆動機構を提供する
ことである。

【０００７】

【課題を解決するための手段・作用・効果】本発明は、上
記課題を有効に解決するために創案されたものであっ
て、レンズ群の玉枠に平板状移動体を連結し、カメラ本
体に対して不動の固定基板上でこの平板状移動体をスラ
イド移動させることによって、レンズ群を光軸方向に進
退移動させるものである。本発明によって、以下の構成
を有するレンズ駆動機構が提供される。

【０００８】すなわち、本発明のレンズ駆動機構は、カ
メラ本体に対して不動の固定基板と、レンズ群の玉枠に
連結されており固定基板上を面接触状態を保って光軸方
向に直線的にスライド移動する平板状移動体とを備えて
いる。ここで「レンズ群」とは、１つの玉枠内に固定さ
れるレンズの集まりを意味しており、したがって、「レ
ンズ群」は、複数のレンズで構成されることも１枚のレ
ンズで構成されることもある。

【０００９】上記構成のレンズ駆動機構においては、互
いに入子式に嵌合する複数の筒状部材を要しないため、
レンズ群収容部の径が玉枠の径よりも大きくなることは
なく、カメラの小型化(特に薄型化)を達成することがで
きる。また、レンズ群が筒状部材に覆われることがない
ので、組立後においても光軸方向に直交する方向からの
レンズ群へのアクセスが可能となるため、光学系の調心
作業が容易となる。

【００１０】本発明において、光軸方向に進退するレン
ズ群が複数設けられる場合には、各レンズ群が個別の平
板状移動体に連結される。そして、各平板状移動体は、
光軸方向に直交する方向に互いにその位置をずらして配
置される。

【００１１】上記構成を採用した場合には、光軸方向に
直線的に移動する各移動体の移動軌跡が重なることがな
くなるため、すべての移動体に対して十分に長いスパン
の傾き規制機構を設けることができる。

【００１２】本発明においては、平板状移動体は、電気
機械変換素子を利用したアクチュエータや静電アクチュ
エータ等のリニアアクチュエータによって、ギア列等を
介することなく、直接駆動されることが好ましい。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態を添付の図面を
参照して以下に詳細に説明する。まず、図１〜７を参照
して第１の実施形態を説明する。図１は、本発明のレン
ズ駆動機構を採用したデジタルカメラ１の全体構成を示
す概略図である。カメラ本体の上面には液晶モニタ３が
配置されており、光学ユニット２内に配置されたＣＣＤ
２ｂが撮影した映像がこのモニタに映し出される。ユー
ザが液晶モニタ３を見ながらシャッタボタン５を押す
と、そのときの画像が回路基板９中のフラッシュメモリ
に記録される。

【００１４】光学ユニット２を図２および３に示した。
図２は光学ユニット２内に設けられたレンズ駆動機構の
斜視図を、図３はこれを上方から見た平面図を、それぞ
れ示している。デジタルカメラ１はズーム機能を備えた
ものであって、光学ユニット２は、相対的に移動可能な
第１レンズ群10および第２レンズ群20を有している。こ
れらのレンズ群の玉枠は、固定基板30に対して面接触状
態を保ってスライド移動する平板状の移動体にそれぞれ
連結されている。すなわち、平板状移動体が固定基板30
上をスライド移動することによて、各レンズ群が光軸方
向に直線的に移動する。平板状移動体は、電気機械変換
素子を利用した駆動機構によって駆動される。第２レン
ズ群20に連結される移動体22の移動機構を以下に説明す
る。

【００１５】デジタルカメラ１の本体に対して不動に固
定された固定基板30の上表面には、該基板から上方に突
出する半円板状の支持部が光軸方向に３つ間隔をおいて
設けられている。図中最も右側の支持部31の側面には、
圧電素子41の一端が接着固定されている。最も左側の支
持部33および中央の支持部32には貫通孔が形成されてお
り、この貫通孔にロッド40が摺動可能に挿通されてい
る。そして、ロッド40の一端が、圧電素子41の他端に接
着固定されている。圧電素子41は、多数の圧電板を積層
してなる一種の電気機械変換手段である。

【００１６】移動体22は、全体が平板状の部材であっ
て、ロッド40と摩擦係合している。すなわち、移動体22
の一側端縁を直角に折り返して形成された側壁23の中央
部が弾性を有する押圧部23aとされており、この押圧部2
3aと側壁23に対向して形成された２つの当接部24a、24b
とがロッド40を弾性的に挟持している。

【００１７】圧電素子41に図４に実線で示したような鋸
刃形の波形で表される変動電圧を連続的に印加すると、
圧電素子41が伸縮振動し、これに伴ってロッド40がその
長さ方向に振動する。図５は、このときのロッド40の移
動速度を示すグラフである。図５においては、ロッド40
が図２中Ａ方向(カメラ前方側)へと移動する場合の速度
をプラスにとっている。

【００１８】図４に実線で示した電圧波形の緩やかな立
上がり傾斜部51に対して圧電素子41は比較的ゆっくりと
伸長し、ロッド40が図２中Ａ方向へとゆっくりと移動す
る。また、急激な立下がり傾斜部52に対して圧電素子41
は急速に縮んで初期長さに戻り、ロッド40が急激にＢ方
向へと移動する。同様の波形が繰り返すように連続的に
電圧を印加すると、ロッド40は、Ａ方向へのゆっくりと
した移動(図５における速度ｖ₁)とＢ方向への急激な移
動(図５における速度−ｖ₂)とを繰り返して振動する。

【００１９】ここで、ロッド40がゆっくりと移動する場
合には移動体22が該ロッド40と共に移動し、ロッド40が
急激に移動する場合には移動体22が慣性によってその場
に止まる(または、ロッド40よりも少量だけ移動する)こ
ととなるように、移動体22の押圧部23aの弾性(移動体22
のロッド40に対する摩擦結合力)が調節されている。し
たがって、ロッド40が振動する間に移動体22は固定基板
30に対して相対的にＡ方向に移動することとなる(この
ときの移動体22の速度を図５に破線で示している)。移
動体22をＢ方向に移動させる場合には、図４に破線で示
したような、緩やかな立下がり傾斜部53と、急激な立上
がり傾斜部54とを有する変動電圧を連続的に印加すれば
よい。

【００２０】ロッド40の振幅は非常に小さいため、１パ
ルスの電圧に対応する移動体22の移動量は非常に小さ
く、したがって、レンズ群の位置を精密に制御すること
ができる。移動体22の上表面にはロッド40と平行に延び
る細長いマグネットスケール25が設けられている。この
マグネットスケール25は、長手方向に数十μmのピッチ
でＳ極とＮ極とが交互に入れ替わるパターンで着磁され
たものである。一方、固定基板30の上表面に固定された
板バネ26の先端にはＭＲセンサ27が固定されており、こ
のＭＲセンサ27が板バネ26の弾性力によってマグネット
スケール25に圧接されている。したがって、移動体22が
移動するとマグネットスケール25上をＭＲセンサ27が摺
動し、ＭＲセンサ27は２相の信号を発生する。したがっ
て、これを利用して移動体22の移動量およ移動方向を検
出することができる。

【００２１】ロッド40を挟持する押圧部23aと当接部24
a、24bとは、レンズ群が光軸に対して傾斜することを防
止する傾き規制機構として機能する。したがって、当接
部24aと24bとの間が距離を大きい程、傾き規制機構とし
ては好ましい。

【００２２】なお、第１レンズ群10も第２レンズ群20と
同様の機構によって駆動される。第１レンズ群10の駆動
機構は、図２において固定基板30の裏面側に設けられて
いるが、第２レンズ群20に対する駆動機構と全く同様の
ものである。図６は、ズーミング時における第１および
第２のレンズ群のズーム曲線を示している。第１レンズ
群を図６中矢印で示したように前方に繰り出せば、フォ
ーカシングも行うことができる。

【００２３】図２からも分かるように、本発明のレンズ
駆動機構においては筒状の部材が使用されていないた
め、光学ユニットの組立後においても光軸方向に直交す
る方向からレンズへのアクセスが可能であるから、レン
ズの調心作業が簡単となる。このことは、以下に説明す
る各例においても同じである。

【００２４】図７は、図２および３に示したレンズ駆動
機構の変形例である。図２および３に示した例において
は第１および第２のレンズ群の移動機構が固定基板30の
裏表にそれぞれ配置されているが、図７の例において
は、各レンズ群の移動機構がともに固定基板の一方の面
に対向して設けられている。他の構成については、図２
および３で説明したのと同じである。

【００２５】以上に説明した実施形態においては、２つ
のレンズ群10、20がともに光軸方向に移動するが、一方
のレンズ群をカメラ本体に対して固定しておいて、他方
のレンズ群のみが移動する構成を採用することもでき
る。また、移動可能なレンズ群を３つ以上設けることも
勿論可能であって、例えば、図２の構成と図７の構成を
組み合わせることによって、移動するレンズ群を４つ設
けることができる。

【００２６】２つ以上のレンズ群が移動する場合には、
各レンズ群に連結される平板状移動体は、それぞれ、別
のロッドに摩擦係合される。すなわち、図２においても
図７においても、移動体の数に等しい数のロッドが設け
られている。これは、各平板状移動体を光軸方向に直交
する方向に互いにその位置をずらして配置するためであ
る。こうすることによって、複数の移動体が１つの直線
上で移動することがなくなり(各移動体の移動軌跡が重
なることはなくなり)、各移動体の光軸方向長さを十分
大きくとることができる。したがって、すべてのレンズ
群について、移動体上に傾き規制機構として設けられる
当接部24aと24bとの間の距離を十分に大きくとることが
可能となる。

【００２７】次に、図８および９を参照して、本発明の
レンズ駆動装置の第２の実施形態を説明する。この実施
形態においては、レンズ群の玉枠に連結された移動体お
よびその移動機構が第１の実施形態の場合と異なる。

【００２８】固定基板60の上表面には、該基板から上方
に突出する半円板状の支持部61、62が光軸方向に２つ間
隔をおいて設けられている。これらの支持部の間には、
振動子83をその間に有する２つの圧電素子81および82が
支持されている。すなわち、圧電素子81は、その一端が
支持部61の側面に接着されるとともに、他端が円形厚板
状の振動子83の片面に接着されている。そして、圧電素
子82は、その一端が振動子83の反対側の面に接着される
とともに、他端が支持部62の側面に接着されている。圧
電素子81、82は、圧電素子41と同様に、多数の圧電板を
積層してなる電気機械変換手段である。

【００２９】第１実施形態においては移動体22はロッド
40と摩擦係合していたが、第２実施形態においては、移
動体70は振動子83に対して摩擦係合している。すなわ
ち、移動体70の一側端縁を直角に折り返すことによって
側壁73が形成されるとともに、該一側端縁には、２つの
アーチ状部分74aおよび74bを介して長方形の押圧板75が
連結されている。そして、アーチ状部分74a、74bの弾性
力によって側壁73と押圧板75とが振動子83を挟持してい
る。

【００３０】圧電素子81に対して図４に実線で示した波
形の変動電圧を、圧電素子82に対して図４に破線で示し
た波形の変動電圧を、それぞれ連続的に印加すると、第
１実施形態におけるロッド40と同様の振動が振動子83に
生じる。したがって、振動子83がゆっくりと移動する場
合には移動体70が該振動子83と共に移動し、振動子83が
急激に移動する場合には移動体70が慣性によってその場
に止まる(または、振動子83よりも少量だけ移動する)こ
ととなるように、移動体70のアーチ状部分74a、74bの弾
性力(移動体22の振動子83に対する摩擦結合力)を調節し
ておけば、第１実施形態の場合と同様に移動体70を駆動
することができる。

【００３１】図９に示したように、移動体70には、圧電
素子81、82の長手方向と平行に延びる長孔72が形成され
ている。そして、固定基板60の上表面には、この長孔内
に立設する２本の案内ピン63、64が間隔をおいて配置さ
れている。この実施形態においては、これらの長孔72お
よび案内ピン63、64がレンズ群の傾き規制機構として機
能する。したがって、第１実施形態における２つの当接
部24aと24bとの間の距離が大きい程好ましいのと同じ
く、長孔72も長い程好ましい。

【００３２】図10には、図８および９の駆動機構の変形
例を示した。図10は、図９に対応する図であるが、固定
基板および移動体の構成は、図８および９に示したもの
と同様であるから、それらの図示は省略し、固定基板の
支持部61、62、および移動体の側壁73、押圧板75のみを
示している。２つの支持部61および62の間には、圧電素
子81、82および振動子83に代えて、チューブ状の圧電素
子91が配置されている。圧電素子91は、その長手方向中
央部において大径とされており、この大径部91aが図９
における振動子83と同様の機能を果たす。すなわち、移
動体70の側壁73と押圧板75とが大径部91aを弾性的に挟
持している。なお、圧電素子自体を中央部において大径
とする代わりに、一様なチューブ状の圧電素子の中央部
にリング状の別部材を外嵌固定し、これを大径部として
もよい。

【００３３】チューブ状の圧電素子91の内周面には同じ
くチューブ状の内部電極92が内接して配置されている。
また、図10中において、大径部91aよりも右側の部分の
外周面には外部電極93aが、左側の部分の外周面には外
部電極93bがそれぞれ外嵌固定されている。左右の外部
電極93a、93bもまたチューブ状である。内部電極92は、
大径部91aの両側の圧電素子に対して共通の電極として
作用する。圧電素子91に対して、図４に実線で示した波
形の変動電圧を大径部91aの右側に、図４に破線で示し
た波形の変動電圧を大径部91aの左側に、それぞれ連続
的に印加すると、第１実施形態におけるロッド40と同様
の振動が大径部91aに生じる。

【００３４】図11および12には、本発明の第３実施形態
を示した。この実施形態においては、平板状の移動体は
静電アクチュエータを利用して駆動される。図11は光学
ユニット内に設けられたレンズ駆動機構の斜視図を、図
12は固定基板および移動体における電極の配置および配
線状態を模式的に示している。

【００３５】固定基板100の上表面には、光軸方向に延
びる長方形の凹部101が形成されている。第２レンズ群2
0に連結された平板状移動体120は、この凹部101内をス
ライド移動する。図12に示したように、凹部101の表面
近傍および移動体120の裏面近傍の位置には、多数の電
極が光軸方向に並べて配置されており、これらの電極が
絶縁層102、121で覆われている。移動体120は、その絶
縁層121を凹部側絶縁層102と当接させた状態で該凹部内
に配置されている。

【００３６】固定基板および移動体内の電極は三組に分
けて結線されており、各組の電極に位相が120°ずれた
三相交流を送って得られる駆動力によって、移動体120
が凹部101内でスライド移動する。

【００３７】このような静電アクチュエータ自体は公知
技術であるため詳説は避けるが、簡単に説明すると以下
の通りである。図12に示したように、三組の各電極が三
相交流発生装置130に接続されており、３つのライン13
1、132、133に、位相が120°ずれた三相交流が送られ
る。各ラインに図13に示した三相交流を送ると移動体12
0は図11中矢印Ａ方向に移動し、図14に示した三相交流
を送ると移動体120は図11中矢印Ｂ方向に移動する。な
お、ライン131には破線で示される波形の電圧が、ライ
ン132には一点鎖線で示される波形の電圧が、ライン133
には実線で示される波形の電圧が送られる。

【００３８】固定基板上の凹部101近傍の位置にはブラ
シ支持板110が固定されており、このブラシ支持板110に
は、金属製の板バネ３本111a〜cで構成されるブラシ111
が固定されている。各板バネ111a〜cは移動体120の上面
に摺動可能に圧接することによって、スライド移動する
移動体120に継続的に電流を送る。図示の例では、ブラ
シ111aがライン131に、ブラシ111bがライン132に、ブラ
シ111cがライン133に、それぞれ接続されている。ブラ
シ111は移動体120を凹部101内へと付勢するという作用
も有しているが、移動体120を凹部101内に維持する他の
適切な支持手段を設けることが好ましい。以上に第２レ
ンズ群20の駆動について説明したが、第１レンズ群10も
上記と同様にして駆動される。

【００３９】この実施形態においては、凹部101内に挿
入される移動体120自体がレンズ群の傾き規制機構とし
て機能する。したがって、第１実施形態における２つの
当接部24aと24bとの間の距離が大きい程好ましいのと同
じく、移動体120自体が長い程好ましい。

【００４０】以上説明した本発明の各レンズ駆動機構に
おいては、各レンズ群に連結された平板状の移動体を移
動させるための駆動手段として、リニアアクチュエータ
(圧電アクチュエータまたは静電アクチュエータ)を利用
しているが、電気モータ等を利用することも考えられ
る。しかし、ギア列を介することなく移動体を直接駆動
するリニアアクチュエータを採用する方が、機構の小型
化および簡単化とういう観点において有利である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のレンズ駆動機構が採用されたデジタ
ルカメラの斜視図である。

【図２】 本発明のレンズ駆動機構の第１実施形態を示
す斜視図である。

【図３】 図２のレンズ駆動機構を上方から見た平面図
である。

【図４】 圧電素子に送られる電圧を波形を示すグラフ
である。

【図５】 図４の波形で示される電圧が送られた場合の
ロッドの移動速度を示すグラフである。

【図６】 図２に示される２つのレンズ群のズーム曲線
である。

【図７】 図２のレンズ駆動機構の変形例を示す斜視図
である。

【図８】 本発明のレンズ駆動機構の第２実施形態を示
す斜視図である。

【図９】 図８のレンズ駆動機構を上方から見た平面図
である。

【図１０】 図８のレンズ駆動機構の変形例を示す平面
図である。

【図１１】 本発明のレンズ駆動機構の第３実施形態を
示す斜視図である。

【図１２】 図11のレンズ駆動機構における電極の配置
および配線状態を模式的に示す説明図である。

【図１３】 図11のレンズ駆動機構を制御する三相交流
の波形を示すグラフである。

【図１４】 図11のレンズ駆動機構を制御する三相交流
の波形を示すグラフである。

【符号の説明】

１ デジタルカメラ ２ 光学ユニット ２ａ ローパスフィルタ ２ｂ ＣＣＤ ３ 液晶モニタ ４ 撮影窓 ５ シャッタボタン ６ 露光調節レバー ７ ズームスイッチ ８ メインスイッチ ９ 回路基板 10 第１レンズ群 11 玉枠 20 第２レンズ群 21 玉枠 22 移動体 23 側壁 23a 押圧部 24a、24b 当接部 25 マグネットスケール 26 板バネ 27 ＭＲセンサ 30 固定基板 31、32、33 支持部 40 ロッド 41 圧電素子 51、54 立上がり傾斜部 52、53 立下がり傾斜部 60 固定基板 61、62 支持部 63、64 案内ピン 70 移動体 71 マグネットスケール 72 長孔 73 側壁 74a、74b アーチ状部分 75 押圧板 76 板バネ 77 ＭＲセンサ 81、82 圧電素子 83 振動子 91 圧電素子 91a 大径部 92 内部電極 93a、93b 外部電極 100 固定基板 101 凹部 102 絶縁層 110 ブラシ支持板 111 ブラシ 120 移動体 121 絶縁層 130 三相交流発生装置 131、132、133 ライン

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光軸方向に進退移動するレンズ群を有す
   るカメラにおいて、 カメラ本体に対して不動の固定基板と、レンズ群の玉枠
   に連結されており固定基板上を面接触状態を保って光軸
   方向に直線的にスライド移動する平板状移動体とを備え
   ていることを特徴とする、レンズ駆動機構。
2. 【請求項２】 それぞれが個別の平板状移動体に連結さ
   れた複数のレンズ群を備えており、 各平板状移動体は、光軸方向に直交する方向に互いにそ
   の位置をずらして配置されていることを特徴とする、請
   求項１記載のレンズ駆動機構。
3. 【請求項３】 上記平板状移動体は、リニアアクチュエ
   ータによって直接駆動されることを特徴とする、請求項
   １または２記載のレンズ駆動機構。
4. 【請求項４】 上記リニアアクチュエータは、電気機械
   変換素子を利用したアクチュエータであることを特徴と
   する、請求項３記載のレンズ駆動機構。
5. 【請求項５】 上記リニアアクチュエータは、静電アク
   チュエータであることを特徴とする、請求項３記載のレ
   ンズ駆動機構。
6. 【請求項６】 レンズ群の玉枠に平板状移動体を連結
   し、カメラ本体に対して不動の固定基板上でこの平板状
   移動体をスライド移動させることによって、レンズ群を
   光軸方向に進退移動するように構成したことを特徴とす
   る、レンズ駆動機構。