(57)【要約】【課題】電気―機械変換素子をレンズの駆動用とブザーとの双方で使用できる光学機器を提供する。【解決手段】電気―機械変換素子をレンズの駆動、およびブザーの双方で兼用使用するための、互いに異なる周波数で変化する電圧を電気―機械変換素子に印加する。【選択図】　　　　図３
2004007913.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動力を受けて所定の移動方向に移動する光学部材を備えた光学機器において、
前記光学部材を保持する保持部材と、
前記保持部材に与えられる駆動力を発生する駆動源としての、駆動電圧に応じて厚みが変化する電気―機械変換素子と、
前記移動方向に延び前記電気―機械変換素子の厚みの変化を前記保持部材に伝えることにより該保持部材の移動方向への移動に作用する駆動ロッドと、
前記電気―機械変換素子に可聴周波数帯域内の周波数の駆動信号を与えることにより該電気―機械変換素子に音を発生させるブザーモードと、前記電気―機械変換素子に可聴周波数帯域を超える周波数の駆動信号を与えることにより該電気―機械変換素子に前記光学部材を駆動させる駆動モードとを有する素子駆動部とを備えたことを特徴とする光学機器。
【請求項２】
前記保持部材は、可聴周波数帯域内の周波数の駆動信号によっては、駆動を免れるものであることを特徴とする請求項１記載の光学機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光軸部材の移動に電気―機械変換素子を利用する光学機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、オートフォーカス機能およびパワーズーム機能を備えた、カメラあるいはビデオカメラなどの光学機器では、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、光軸上の目標位置へのフォーカスレンズおよびズームレンズの移動が行なわれている。
【０００３】
最近、これらの光学機器では、レンズの移動については、モータに代わり電気―機械変換素子が採用されはじめている。
【０００４】
この電気―機械変換素子は、印加される駆動電圧に応じて厚みが変化する素子であり、特開平９−１９１６７６号公報に、この電気―機械変換素子を、そのレンズの移動に使用することが提案されている。
【０００５】
レンズの移動機構に、電気―機械変換素子を採用すると、モータを採用する場合と比べ構造が簡単なことから光学機器の小型化が可能となっている。
【０００６】
また、特開昭５８−５８５３２号公報には、電気―機械変換素子をブザーとして使用することが提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
最近、カメラなどの光学機器には、小型化とともに多機能化が求められている。
【０００８】
そこで、上記光学機器に採用されている電気―機械変換素子を、上述のようにブザーとしても兼用することが考えられる。
【０００９】
ここで、電気―機械変換素子を駆動するには、電気―機械変換素子に所定の周波数で変化する駆動信号が印加されるが、レンズ駆動用の電気―機械変換素子をブザーとして利用しようとしても、レンズ駆動に適切な周波数は超音波帯域にあり、このため、ブザーとしては使用することができず、一方、ブザー用の電気―機械変換素子をレンズ駆動用として利用しようとしても、可聴周波数帯域の周波数ではレンズの駆動を適切に行なうことができないという問題がある。
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑み、備えた電気―機械変換素子をレンズの駆動とブザーとの双方に使用できる光学機器を提供することを目的とする。
【００１１】
【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光学機器は、駆動力を受けて所定の移動方向に移動する光学部材を備えた光学機器において、
上記光学部材を保持する保持部材と、
上記保持部材に与えられる駆動力を発生する駆動源としての、駆動電圧に応じて厚みが変化する電気―機械変換素子と、
上記移動方向に延び上記電気―機械変換素子の厚みの変化を上記保持部材に伝えることによりこの保持部材の移動方向への移動に作用する駆動ロッドと、
上記電気―機械変換素子に可聴周波数帯域内の周波数の駆動信号を与えることによりこの電気―機械変換素子に音を発生させるブザーモードと、上記電気―機械変換素子に可聴周波数帯域を超える周波数の駆動信号を与えることによりこの電気―機械変換素子に上記光学部材を駆動させる駆動モードとを有する素子駆動部とを備えたことを特徴とする
本発明の光学機器では、上記構成により、電気―機械変換素子を駆動モードで使用する場合とブザーモードで使用する場合それぞれに応じた周波数で変化する駆動電圧が印加される。これにより、本発明の光学機器によれば、電気―機械変換素子をレンズの駆動とブザーとの双方に使用することができる。
【００１２】
ここで、前記保持部材は、可聴周波数帯域内の周波数の駆動信号によっては、駆動を免れるものであることが好ましい。
【００１３】
本発明のレンズ駆動装置では、電気―機械変換素子をブザーとして使用しているときに、共振などの予期しない状態の発生によりレンズが動いてしまっても、レンズを原点復帰させるなどして対処することが可能であるが、このようにすると、そのような初期化動作を省略することができる。
【００１４】
【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。
【００１５】
図１は、本発明の光学機器の一実施形態の正面図である。
【００１６】
図１に示される本実施形態のカメラ１は、レンズ鏡胴が備えられた、オートフォーカスおよびパワー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その長さは不変のものである。
【００１７】
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、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。尚、このレリーズボタン１４は２段式になっており、半押し状態では、フォーカスロックできるようになっている。
【００１８】
図２は、図１に示されるカメラの背面図である。
【００１９】
図２に示されるカメラ１の背面には、液晶パネル１８が中央やや左付近に、メッシュ２０が液晶パネルの右側に、ズームスイッチ１９がメッシュ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。
【００２０】
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’機能には、‘人物撮影’モード、‘スポーツ撮影’モード、および‘風景撮影’モードがあり、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。
【００２１】
図３は、図１および図２に示されるカメラの内部構成図である。尚、図３には、ＡＦ演算回路、フォーカスレンズの駆動機構、レンズ鏡胴内のレンズの絶対位置を検出するためのエンコーダ、およびフラッシュ機構などの図示は省略されている。
【００２２】
図３には、本実施形態のカメラ１に採用されているレンズ駆動機構１００も示されており、このレンズ駆動機構１００は、光軸方向に伸縮する駆動シャフト用圧電素子１４２を含む圧電素子駆動部１４０と、駆動シャフト用圧電素子１４２の端部に接合された駆動シャフト１３０と、駆動部１１０とで構成されている。尚、図３の左側がカメラ前方方向であり、駆動部１１０の後方には固体撮像素子２２も示されている。また、駆動シャフト用圧電素子１３０の、駆動シャフトが接合されている端部の反対側の端部は、カメラ本体２１に固定されている。
【００２３】
圧電素子駆動部１４０は、土台１４１、駆動シャフト用圧電素子１４２、駆動シャフト用圧電素子ドライバ１４３、および電源１４４で構成されており、土台１４１は、カメラ本体２１に固定されると共に駆動シャフト用圧電素子１４２が取り付けられている。駆動シャフト用圧電素子１４２からは、２本の電気線が示されており、１本は、駆動シャフト用圧電素子ドライバ１４３を介して電源１４４から電力供給をうけるための線であり、もう１本はアース線である。
【００２４】
駆動部１１０は、ズームレンズ群１１２と、このズームレンズ群１１２を保持するズームレンズ保持枠１１１とで構成されている。
【００２５】
このレンズ駆動機構１００では、ズームレンズ保持枠１１１の端部が駆動シャフト１３０に貫通されており、ズームレンズ保持枠１１１は、駆動シャフト１３０に対して所定の摩擦力を以って結合されている。駆動シャフト用圧電素子１３０の伸縮に伴い駆動シャフトに発生する加速度の度合いにより、駆動シャフトに対し所定の摩擦力を以って結合されているレンズ保持枠が光軸方向に移動するか否かが決まる。尚、図示しないフォーカスレンズのレンズ駆動機構においても、同様なレンズの移動が行われる。
【００２６】
ここで、上記の移動について簡単に説明する。
【００２７】
まず、図３に示される駆動部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。
【００２８】
図４は、カメラ前方側への駆動原理を示す図である。
【００２９】
図５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。
【００３０】
図５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。
【００３１】
駆動シャフト用圧電素子１４２に、図５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１４２が図４（ａ）に示す状態からその厚みがゆっくりと厚くなり図４（ｂ）に示す状態となる。このため、駆動シャフト１３０は、その圧電素子１４２に押されてカメラ前方方向（図４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４（ｂ）に示されるように、駆動シャフト１３０がかなりゆっくりとした速度でカメラ前方方向（図４の左側方向）に移動することから、駆動シャフト１３０に対しすべることなくカメラ前方方向に移動する。
【００３２】
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１４２の厚みが急激に縮まる。すると、駆動シャフト１３０も、（ｃ）に示されるように一気に図４の右方向に移動する。この急激な駆動シャフト１３０の移動により、駆動部１１０は、駆動シャフト１３０が急激に移動する前の図４（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４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。
【００３３】
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。
【００３４】
図６は、カメラ背面側への駆動原理を示す図である。
【００３５】
この場合の、駆動シャフト用圧電素子１４２に対する印加電圧は、図７に示すような変化を有するものが考えられる。
【００３６】
図７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。
【００３７】
図７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。
【００３８】
この場合に、図６（ａ）に示されている状態の圧電素子１４２は、図７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６の左側方向）に伸長する。これにより、駆動シャフト１３０も急激にカメラ前方方向に移動するため、駆動部１１０は、図６（ｂ）に示されるように駆動シャフト１３０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６（ｃ）に示されるように、圧電素子１４２はカメラ背面方向（図６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１３０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。
【００３９】
ここで、再び図３の説明に戻るが、図３には、レリーズスイッチ１４および各種スイッチ、電源スイッチ１６、およびこのカメラ１全体を制御するＣＰＵ１０も示されており、これらスイッチに対する操作は、信号でＣＰＵ１０に送信される。
【００４０】
このカメラ１では、図３に示される駆動シャフト用圧電素子１４２がブザーとしても利用可能になっており、図３に示される電源スイッチ１３のオンおよびオフの際、さらには、合焦時に‘ピッ’という音が図１に示されるメッシュ２０を通して聞くことができるようになっている。以下、本実施形態のカメラ１の撮影動作について説明しながら本発明の特徴について述べる。
【００４１】
図３に示される電源スイッチ１６をオンすると、電源スイッチに対するオン操作を表す信号がＣＰＵ１０に送信され、この信号を受けたＣＰＵ１０は、駆動シャフト用圧電素子ドライバ１４３に、駆動シャフト用圧電素子１４２が電源投入を表す‘ピッ’を発音するように４キロヘルツの周波数で変化する電圧の印加を指示する。これにより、この駆動シャフト用圧電素子１４２は‘ピッ’を発音する。
【００４２】
その後、被写体を画角内に捉えて、図２に示されるズームスイッチ１９を操作すると、パワーズーム機能により、その操作にあわせて図示しないズームレンズ群の駆動が行なわれる。このズームレンズ群の駆動は、駆動シャフト用圧電素子に１５０キロヘルツの周波数で変化する電圧を印加することで行なわれる。その後、照準を被写体に合わせ、レリーズボタンを半押しすると、オートフォーカス機能によりフォーカスレンズ群を光軸方向に移動させフォーカシングが行なわれる。このフォーカシングも上記ズーミングと同様に、駆動シャフト用圧電素子１４２に１５０キロヘルツの周波数の電圧を印加して行なわれる。このフォーカシングが終了すると、今度は、駆動シャフト用圧電素子１４２に４キロヘルツの周波数で変化する電圧が印加されて合焦を表す‘ピッ’が発音される。
【００４３】
このように合焦が終了すると、レリーズボタン１４の全押しを行なうことで撮影が行なわれる。このカメラでは、全押しのタイミングで、液晶パネル１８に表示されている画像を表す画像データを図示しないメモリに記録すると共に、駆動シャフト用圧電素子１４２は４キロヘルツの周波数で変化する電圧が印加されて‘ピッ’が発音される。
【００４４】
このように、本実施形態のカメラ１では、駆動シャフト用圧電素子が、フォーカスレンズなどの移動のための利用に加え、‘ピッ’という音の発音のために兼用で利用されている。
【００４５】
図８は、図３に示される電源スイッチがオンされると起動されるルーチンのフローチャートである。
【００４６】
図８のステップＳ１では、レンズの移動が必要か否かが判定され、ズームレバーおよびレリーズスイッチの半押しにより、ズームレンズおよびフォーカスレンズの移動が必要か否かが判定される。これは、図示しない、ＡＦ回路およびエンコーダなどからの情報を基に判定される。ステップＳ１において、レンズの移動が必要であると判定されると、レンズの移動用の周波数である１５０キロヘルツの周波数で駆動シャフト用圧電素子を駆動させるように、駆動シャフト用圧電素子ドライバに対し指示が出される。その後、ステップＳ１に戻る。ステップＳ１において、レンズの移動の必要がないと判定されると、ステップＳ３に進み、ブザーの発音が必要であるか否かが判定される。これは、電源スイッチのオン、オフを表す信号が送信されてきたか、あるいは合焦を表す信号が送信されてきたかなどで判定される。ステップＳ３において、ブザーの発音が必要であると判定されると、ステップＳ４に進み、発音用の周波数である４キロヘルツの周波数で駆動シャフト用圧電素子を駆動させるように、駆動シャフト用圧電素子ドライバに対し指示が出される。尚、本実施形態の駆動シャフトとズームレンズ保持枠の間には、駆動シャフト用圧電素子が発音用の周波数で変化する電圧が印加されて、たとえ共振などの異常状態が発生しても、そのときの、駆動シャフトに対するレンズ保持枠の位置を保つには十分な摩擦力が働いている。その後、ステップＳ１に戻る。
【００４７】
以上説明した本実施形態では、デジタルカメラを例に挙げて説明したが、電気―機械変換素子の一例である圧電素子を、これに印加する電圧の周波数を切り替えて、レンズの駆動およびブザーの双方に利用するものであれば、これに限らず、ロール上のフィルムを例に挙げてもよく、さらには、ビデオカメラを例に挙げてもよい。
【００４８】
また、本実施形態では、駆動シャフトに対しレンズ保持枠を所定の摩擦力を以って結合させ、駆動シャフトを圧電素子を駆動させることで所定以上の加速度を以って動作させることでレンズの移動を行なっている例を挙げて説明しているが、レンズの移動を電気−変化素子の厚み変化を駆動シャフトが一例である駆動ロッドに作用させることで行なうものであればこれに限らず、電気―機械変換素子の駆動方向がレンズの移動方向と同方向でないものであってもよい。さらに、本実施形態では、圧電素子をブザーとして使用する際に、レンズ保持枠を駆動ロッドに対し固定状態にする例を挙げて説明したが、これを行なわないものであっても本発明の効果を失わせるものではない。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光学機器によれば、電気―機械変換素子をレンズの駆動用とブザーとの双方で使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光学機器の一実施形態の正面図である。
【図２】図１に示されるカメラの背面図である。
【図３】図１および図２に示されるカメラの内部構成図である。
【図４】カメラ前方側への駆動原理を示す図である。
【図５】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６】カメラ背面側への駆動原理を示す図である。
【図７】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８】図３に示される電源スイッチがオンされ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　ＣＰＵ
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　電源スイッチ
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　メッシュ
２１　カメラ本体
２２　固体撮像素子
１００　レンズ駆動機構
１１０　駆動部
１１１　フォーカスレンズ保持枠
１１２　フォーカスレンズ群
１３０　駆動シャフト
１４０　圧電素子駆動部
１４１　土台
１４２　駆動シャフト用圧電素子
１４３　駆動シャフト用圧電素子ドライバ
１４４　電源
【図１】
2004007913.tif 000003
【図２】
2004007913.tif 000004
【図３】
2004007913.tif 000005
【図４】
2004007913.tif 000006
【図５】
2004007913.tif 000007
【図６】
2004007913.tif 000008
【図７】
2004007913.tif 000009
【図８】
2004007913.tif 000010