(57)【要約】【課題】レンズ保持枠と駆動ロッドとが互いに接触する部分の摩擦係数の経年変化が抑制された、光軸方向へのレンズ群の移動に電気―機械変換素子が採用されたレンズ駆動装置を提供する。【解決手段】光軸方向に移動させるレンズ保持枠に、光軸方向に往復運動する駆動ロッドとの結合状態を、非駆動状態と固定状態との間で切り替えるクラッチ機構を備えた。【選択図】　　　　図３
2004004328.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光軸方向に延びる駆動ロッドと、
レンズ群を保持するとともに、前記駆動ロッドとの間の結合状態を、前記駆動ロッドに固定された固定状態と該駆動ロッドによる駆動を免れる非駆動状態との間で切り替えられるクラッチ機構を備えたレンズ保持枠と、
前記駆動ロッドを該駆動ロッドの延びる方向に往復移動させることにより、前記クラッチ機構の動作と協働して前記レンズ保持枠を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レンズ駆動装置。
【請求項２】
前記クラッチ機構は、前記固定状態と前記非駆動状態との切り替えを電気―機械変換素子により行うものであることを特徴とする請求項１記載のレンズ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レンズ群の移動に電気―機械変換素子を採用す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】
これらの中には、これら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、これらのレンズそれぞれを保持するレンズ保持枠に設けられたネジ孔に螺合されたリードスクリュを別々のモータで回転させて行なうものがある。
【０００４】
しかし、上記のような、モータを使用するレンズ駆動装置は、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】
上記公報に提案されているレンズ駆動装置では、フォーカスレンズやズームレンズを保持するレンズ保持枠が、光軸方向に伸縮する電気―機械変換素子に伴なって光軸方向への往復移動する駆動ロッドに所定の摩擦力を以って結合されている。したがって、このレンズ駆動装置では、この所定の摩擦力を上回る慣性力を引き起こす所定レベル以上の加速度を以って駆動ロッドを動作させた場合にのみこれらレンズ保持枠を駆動ロッドに対して移動させることができ、これにより、フォーカスレンズおよびズームレンズを光軸方向に移動させている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、駆動ロッドを所定以上の加速度を以って動作させることでレンズ保持枠を移動させる場合、各レンズ保持枠と駆動ロッドとの接触部分には運動摩擦力が発生するため、各レンズ保持枠の駆動ロッドとの接触面および駆動ロッドの表面にはストレスがかかり、その部分の摩擦係数が経年変化するおそれがある。
【０００８】
例えば、このストレスにより摩擦係数が大きくなると、レンズ枠を移動させるために、駆動ロッドがより大きな加速度で動作するように電気−機械変換素子を伸縮させなければならなくなるという問題が発生する。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑み、各レンズ保持枠と駆動ロッドとが互いに接触する部分の摩擦係数の経年変化が抑制された、光軸方向へのレンズ群の移動に電気―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。
【００１０】
【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、
光軸方向に延びる駆動ロッドと、
レンズ群を保持するとともに、上記駆動ロッドとの間の結合状態を、上記駆動ロッドにより固定された固定状態とこの駆動ロッドによる駆動を免れる非駆動状態との間で切り替えられるクラッチ機構を備えたレンズ保持枠と、
上記駆動ロッドをこの駆動ロッドの延びる方向に往復移動させることにより、上記クラッチ機構の動作と協働して上記レンズ保持枠を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。
【００１１】
本発明のレンズ駆動装置では、上記構成により、駆動ロッドに対するレンズ保持枠の結合状態が、駆動ロッドに対し固定された状態である固定状態と、駆動ロッドとはほとんど離間した状態である非駆動状態との間で切り替えられる。つまり、レンズ枠が所定の摩擦力を以って駆動ロッドに結合されていた従来においては、レンズ枠の移動の際に、駆動ロッドとの間に運動摩擦力が発生していたのに対し、本発明のレンズ駆動装置では、駆動ロッドに対するレンズ保持枠の移動が、駆動ロッドに対してほとんど接触することなく行なわれるため、運動摩擦力がほとんど発生しない。これにより、各レンズ保持枠の駆動ロッドとの接触面および駆動ロッドの表面へのストレスを低減することができる。したがって、本発明のレンズ駆動装置によれば、レンズ保持枠と駆動ロッドとが互いに接触する部分の摩擦係数の経年変化を抑制することができる。
【００１２】
ここで、前記クラッチ機構は、前記固定状態と前記非駆動状態との切り替えを電気―機械変換素子により行われるものであってよい。
【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が中央やや左付近に、スピーカ２０が液晶パネルの右側に、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。
【００２０】
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。
【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、図１に示されるレンズ鏡胴内の左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駆動部の右側の、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、レンズ鏡胴内での安定的な移動を補助する案内シャフト１５０とで構成されている。
【００２２】
第１駆動部１１０は、さらに、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】
また、図３には、案内シャフト１５０がレンズ鏡胴内部の上方に、駆動シャフト用圧電素子１３０の一方の端部がレンズ鏡胴内部の下方に固定されている様子が示されている。尚、駆動シャフト用圧電素子１３０は、カメラの光軸方向、すなわち図３の左方向に伸縮する。
【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および第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１２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、カメラの前方側から第１駆動部を見た場合を示す図である。
【００２７】
図４には、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、さらに可動部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１１１ａに、第１圧電素子１１２が、ズームレンズ保持枠１１１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。尚、上述したことは第２駆動部１２０についても同様であり、図示は省くが、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。このように、このレンズ駆動機構１００では、第１駆動部１１０の第１圧電素子１１２および第２駆動部１２０の第２圧電素子１２２の伸縮によって駆動シャフト１４０に対する結合が決定されている。
【００２８】
ここで、図３には、さらに、レンズ鏡胴１２の右側に備えられた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回路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、コントラスト情報および輝度情報を検出する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による写真撮影におけるフォーカシングおよびズーミング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】
一方、ズームスイッチ１９で設定されたズームレベルも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、従来の、上記圧電素子を利用したレンズ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】
本実施形態では、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への供給電圧を変化させて伸縮のスピードを制御する。また、第１および第２圧電素子ドライバ１１２ａ、１２２ａも、ＣＰＵ２１６からの指示を受け、第１および第２圧電素子に対する供給電圧を変化させることで、第１および第２圧電素子１１２、１２２の伸縮を制御し、駆動シャフトに対するレンズ保持枠の結合状態をそれぞれ、ほぼ離間状態の非駆動状態と、固定させる固定状態とのうちのいずれかの状態におく。
【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の光軸方向に往復移動する。
【００５４】
尚、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、以下に簡単に説明する。
【００５５】
最初に、ズームレンズ群を含む第１駆動部のみをカメラの前方側に移動させ、フォーカスレンズ群を含む第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、まず、第１および第２圧電素子の伸縮を制御して、駆動シャフト１４０に対する、ズームレンズ枠１１１とフォーカスレンズ枠１２１の接触状態を共に固定状態にする。
【００５７】
図９は、駆動シャフト用圧電素子に対する印加電圧の一例を示す図である。
【００５８】
図９には、急速に増加し、所定電圧（Ｖ１）に達するとしばらく定電圧状態に入り、その後、急激に減少する印加電圧の変化の様子が示されている。尚、駆動シャフトに対するレンズ枠は、上記非駆動状態においては、ほぼ離間状態にあるものの自重などのために完全にフロート状態にあるわけではないので、駆動シャフトは、急峻な動作を以って移動される。
【００５９】
駆動シャフト用圧電素子１３０に、図９に示されるように変化する電圧を印加すると、電圧が急激に増加する部分では、駆動シャフトは急激にカメラの前方方向へと移動するため、駆動シャフト１４０に対し固定状態に置かれているズームレンズ枠１１１およびフォーカスレンズ枠１２１は、この急激に移動する駆動シャフト１４０に伴なってカメラ前方方向に移動する。その後、この印加電圧は、値Ｖ１に到達すると定電圧状態となる。印加電圧が定電圧状態にあるうちに、すなわち駆動シャフトが移動されレンズ鏡胴内に対する所定の位置に停止している間に、駆動シャフト１４０に対するズームレンズ枠１１１の結合状態のみ固定状態から非駆動状態へと切り替える。これにより、ズームレンズ枠１１１は、駆動シャフトに対しほとんど離間した状態となる。その後、印加電圧が急激に減少に転じると、駆動シャフト１４０は一気にカメラの背面方向に移動する。この急激な駆動シャフト１４０の、カメラの背面方向への移動により、この駆動シャフト１４０に対しほぼ離間状態のズームレンズ枠１１１は、駆動シャフト１４０が背面方向に移動される前に位置していた位置に取り残されることとなり、これにより、ズームレンズ枠１１１のみがカメラの前方に移動したこととなる。
【００６０】
駆動シャフト１４０が背面方向に移動されて再び停止したときを見計らってズームレンズ枠１１１の結合状態を非駆動状態から固定状態へと切り替えて上記を繰り返すことによりフォーカスレンズをそのままにズームレンズのみをカメラ前方にさらに移動させることができる。
【００６１】
次に、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。
【００６２】
この場合は、駆動シャフト１４０に対し、ズームレンズ枠１１１を非駆動状態、フォーカスレンズ枠１２１を固定状態におき、駆動シャフト用圧電素子１３０に図９に示される変化を有する電圧を印加する。この印加電圧の急速な立ち上りによる、駆動シャフト１４０の急速なカメラ前方方向への移動により、この駆動シャフト１４０に対しほぼ離間状態のズームレンズ枠１１１は、駆動シャフト１４０が前方方向へ移動される前に位置していた位置に取り残されることとなり、これにより、ズームレンズ枠１１１のみを駆動シャフト１４０の根元側に移動させることができる。その後、印加電圧が定電圧状態となり、駆動シャフト１４０が停止したときを見計らってズームレンズ枠１１１の結合状態を非駆動状態から固定状態へと切り替える。その後、急激に減少する電圧が印加され、駆動シャフト１４０が一気にカメラ背面方向に移動されると、フォーカスレンズをそのままにズームレンズのみをカメラ背面に移動させたことになる。駆動シャフト１４０が背面方向に移動されて再び停止したときを見計らってズームレンズ枠１１１の結合状態を固定状態から非駆動状態へと切り替えて上記を繰り返すことによりフォーカスレンズをそのままにズームレンズのみをカメラ背面方向にさらに移動させることができる。
【００６３】
さらに、フォーカスレンズ群を含む第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も、上記と同様の考え方で行なうことができるので説明は省略する。本実施形態では、図９に示されるようなパルス波形状に変化する電圧を印加すればよいため、この電圧を制御する制御回路を、図６あるいは図８に示されるように印加電圧を制御する場合と比べ、簡単な回路で済ますことができる。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１０は、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。
【００６５】
図１０に示されるステップＳ１では、ズームレンズ群を含む第１駆動部１１０の移動を行なうか否かが判定される。
【００６６】
ステップＳ１において、ズームレンズ群の移動を行なうと判定されると、ステップＳ２に進み、その移動の方向がカメラ前方方向であるか否かが判定される。
【００６７】
ステップＳ２において、移動の方向がカメラ前方方向であると判定されると、ステップＳ３に進み、ズームレンズ枠およびフォーカスレンズ枠が共に駆動シャフトに対し固定状態にされる。その後、ステップＳ４では、図９に示される急激に増加する電圧が駆動シャフト用圧電素子に印加される。これにより、駆動シャフトは急激にカメラ前方側に移動する。その後、印加電圧が定電圧になると、駆動シャフトはカメラ前方側に移動したまま停止し、ステップＳ５において、駆動シャフトに対するズームレンズ枠の結合状態が固定状態から非駆動状態へと切り替えられる。その後、ステップＳ６では、駆動シャフト用圧電素子に対し、図９に示される急激に低下する電圧が印加され、これにより、駆動シャフト用圧電素子は急速に短縮され、結果的にズームレンズ枠はカメラ前方に移動する。その後、ステップＳ１１に進む。
【００６８】
一方、ステップＳ２において、移動方向がカメラの前方方向では無いと判定されると、移動方向はカメラの背面方向ということとなり、ステップＳ７において、フォーカスレンズ枠のみが固定状態にされる。ステップＳ８では、図９に示される急激に増加する電圧が駆動シャフト用圧電素子に印加され、これにより、駆動シャフトは急激にカメラ前方方向に移動するため、ズームレンズ枠は、駆動シャフトの根元側に移動する。その後、印加電圧が定電圧になると、駆動シャフトはカメラ背面側に移動したまま停止し、ステップＳ９において、駆動シャフトに対するズームレンズ枠の結合状態が非駆動状態から固定状態へと切り替えられる。その後、ステップＳ１０では、駆動シャフト用圧電素子に対し、図９に示される急激に低下する電圧が印加され、これにより、駆動シャフト用圧電素子は急速に短縮され、結果的に、ズームレンズ枠はカメラ後方に移動する。その後、ステップＳ１１に進む。
【００６９】
ステップＳ１１では、ズームレンズ枠が目標位置に到達したか否かが判定され、まだ目標位置に到達していないと判定されるとステップＳ２に戻り、目標位置に到達したと判定されるとステップＳ２２に進む。
【００７０】
ここで、ステップＳ１において、移動がズームレンズ枠に対するものではなく、フォーカスレンズ枠に対するものであると判定された場合に話を戻して説明する。この場合は、ステップＳ１２に進み、移動の方向がカメラ前方方向であるか否かが判定される。ステップＳ１２において、移動がカメラ前方方向であると判定されると、ステップＳ１３に進み、ズームレンズ枠およびフォーカスレンズ枠が駆動シャフトに対し共に固定状態にされる。その後、ステップＳ１４では、図９に示される急激に増加する電圧が駆動シャフト用圧電素子に印加される。これにより、駆動シャフト用圧電素子は急激に伸長し、駆動シャフトも急激にカメラ前方側に移動する。その後、印加電圧が定電圧になると、駆動シャフトはカメラ前方側に移動したまま停止し、ステップＳ１５において、駆動シャフトに対するフォーカスレンズ枠の結合状態が固定状態から非駆動状態へと切り替えられる。その後、ステップＳ１６では、駆動シャフト用圧電素子に対し、図９に示される急激に低下する電圧が印加され、これにより、駆動シャフト用圧電素子は急速に短縮され、フォーカスレンズ枠は、結果的に、カメラの前方に移動する。その後、ステップＳ２１に進む。
【００７１】
一方、ステップＳ１２において、移動がカメラ背面方向であると判定されると、ステップＳ１７に進み、ズームレンズ枠のみが非駆動状態から固定状態にされ、ステップＳ１８では駆動シャフト用圧電素子に急激に増加する電圧が印加される。その後、ステップＳ１９において、フォーカスレンズ枠の結合状態が非駆動状態から固定状態にされる。ステップＳ２０では、駆動シャフト用圧電素子に急激に低下する電圧が印加される。これにより、フォーカスレンズ枠は結果的に、カメラ背面方向に移動する。その後、ステップＳ２１に進む。
【００７２】
ステップＳ２１では、フォーカスレンズ枠が目標位置に到達したか否かが判定され、まだ目標位置に到達していないと判定されるとステップＳ１２に戻り、フォーカスレンズ枠が目標位置に到達したと判定されると、ステップＳ２２に進む。
【００７３】
ステップＳ２２では、駆動ロッドに対する、ズームレンズ枠およびフォーカスレンズ枠の状態が固定状態から非駆動状態にされる。その後、ステップＳ２３に進み、ズームレンズ枠およびフォーカスレンズ枠の双方が目標位置に到達したか否かが判定される。ステップＳ２３において、双方ともには目標位置に到達していないと判定されるとステップＳ１に戻り、双方ともに目標位置に到達していると判定されると、このルーチンを終了する。
【００７４】
以上に説明した第１実施形態であるレンズ駆動装置では、レンズ枠を移動させる際の駆動ロッドに対する結合状態である非駆動状態が、駆動ロッドに対してほとんど離間した状態となっているので、レンズ枠が駆動ロッド上を移動する際の、駆動ロッドとレンズ枠とが互いに接触する部分の運動摩擦力が低減されている。したがって、本実施形態のレンズ駆動装置によれば、レンズ保持枠と駆動ロッドとが互いに接触する部分の摩擦係数の経年変化を抑制することができる。
【００７５】
以下、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。尚、この第２実施形態も、図１および図２に示されるタイプと同じタイプのカメラに採用されているとして説明する。
【００７６】
図１１は、本発明のレンズ駆動装置の第２実施形態の一部を示す図である。
【００７７】
図１１には、本実施形態のレンズ駆動装置３００の一部が示されており、図３に示されているものと同じ種類のものには図３において付されている符号と同じ符号が付されている。
【００７８】
図１１に示されるレンズ駆動装置３００は、図３にも示されるレンズ鏡胴１２の内部上方に固定されて所定の方向に伸縮する上部駆動シャフト用圧電素子３５０と、この上部駆動シャフト用圧電素子３５０に接合された上部駆動シャフト３４０と、上部駆動シャフト用圧電素子ドライバ３５０ａと、レンズ鏡胴１２の内部下方に固定され、所定の方向に伸縮する下部駆動シャフト用圧電素子３３０と、下部駆動シャフト用圧電素子ドライバ３３０ａと、この下部駆動シャフト用圧電素子３３０に接合された下部駆動シャフト３２０と、レンズ群を含む駆動部３１０とで構成されている。
【００７９】
さらに、駆動部３１０は、レンズ保持枠３１１と、レンズ群３１４と、上部圧電素子３１２と、上部圧電素子ドライバ３１２ａと、下部圧電素子３１３と、下部圧電素子ドライバ３１３ａとで構成されている。尚、上部駆動シャフト用圧電素子３５０、下部駆動シャフト用圧電素子３３０、上部圧電素子３１２、および下部圧電素子３１３の伸縮を制御するドライバの図示は省略されており、また、実際には備えられる、レンズ駆動部３１０を案内するため案内シャフトの図示も省略されている。
【００８０】
図１１に示されている上部駆動シャフト用圧電素子３５０の端部および下部駆動シャフト用圧電素子３３０の端部はレンズ鏡胴内部の上方および下方それぞれに固定されている。これにより、これら上部および下部駆動シャフト用圧電素子は、カメラの光軸方向に伸縮することとなる。
【００８１】
図１１に示されるレンズ鏡胴内には、レンズ保持枠３１１が上部および下部駆動シャフトをそれぞれ挟み込む様子が示されている。
【００８２】
また、図１１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１１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。
【００８３】
図１２は、カメラの前方側から図１１に示されるレンズ駆動部を見た場合を示す図である。
【００８４】
図１２には、レンズ群３１４を取り囲むように保持するレンズ保持枠３１１が示されており、このレンズ保持枠３１１が、上下２ヶ所に可動部３１１２ｂ、３１１３ｂを有している様子が示されている。レンズ保持枠３１１には、可動部３１１２ｂ、３１１３ｂと、これら可動部を除いた他の部分とで、上部および下部駆動シャフト３４０、３２０それぞれを挟み込むための凹部３１１２ａ、３１１３ａが形成されており、図１２には、その凹部３１１２ａ、３１１３ａそれぞれに、上部圧電素子３１２および下部圧電素子３１３が、レンズ保持枠の上下方向に伸縮するように配備されると共に、上部駆動シャフト３４０および下部駆動シャフト３２０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３００では、上部圧電素子３１２および下部圧電素子３１３の伸縮によって上部駆動シャフト３４０および下部駆動シャフト３２０それぞれに対する結合状態が決定されている。尚、その結合状態は、第１実施形態と同様、駆動ロッドに対して固定された固定状態、および、駆動シャフトに対してほとんど離間した状態である非駆動状態のうちのいずれかである。
【００８５】
ここで、本実施形態におけるレンズ群の移動の様子について説明する。
【００８６】
本実施形態のレンズ駆動装置３００では、後述する３つの態様でレンズ群を移動させることができる。
【００８７】
【表１】
2004004328.tif 000003
【００８８】
表１の（ａ）から（ｄ）には、本実施形態における３つの態様がそれぞれ示されており、（ａ）には、第１実施形態と同様の手順でレンズ枠を移動させる態様が、（ｂ）には、第１実施形態に対して、高負荷の下でもレンズ枠の移動が可能な態様が、（ｃ）および（ｄ）には、第１実施形態に対し、レンズ枠の移動を高速で行なうことが可能な態様が示されている。
【００８９】
（ａ）から（ｄ）には、時間の経過に対する、上部駆動シャフト、上部圧電素子、下部駆動シャフト、下部圧電素子、およびレンズ枠の各状態が示されている。
【００９０】
最初に、（ａ）に示されている、この第２実施形態において第１実施形態と同様の方法でレンズ枠を移動させる態様について説明する。
【００９１】
この態様では、上部駆動シャフトに対するレンズ枠の結合状態を切り替える上部圧電素子と下部圧電素子のうち下部圧電素子は常に非駆動状態に置かれるため、上部および下部の各駆動シャフトのうち下部シャフトは移動しない。したがって、この（ａ）に示される態様は、駆動するシャフトの位置が上下逆になっているものの第１実施形態と同様の手順および構成となっているので、これについての説明は省略する。
【００９２】
次に、（ｂ）に示されている、第１実施形態に対して、移動の手順については同じではあるものの高負荷の下のレンズ枠の移動が可能な態様について説明する。
【００９３】
この態様では、第１実施形態では、下方に備えられている１本の駆動シャフトに対して行われていた、駆動シャフトに対するレンズ枠の結合状態の切り替えが、上下に備えられた駆動シャフトそれぞれに対し、同時に、そして、同じ手順で行われている。これにより、この態様では、レンズ枠が、上部および下部駆動シャフト双方に固定することができるため、移動の基となるレンズ鏡胴内での駆動シャフトとの移動を、レンズ枠にかかっている高負荷に抗して行なうことが可能である。尚、この態様の動作説明については、図３においてした説明と重複するので省略する。
【００９４】
最後に、（ｃ）に示されている、第１実施形態に対し、レンズ枠の移動を高速で行なうことが可能な態様について説明する。
【００９５】
この態様では、（ｃ）に示されるように、上部駆動シャフト用圧電素子と下部シャフト用圧電素子は、互いに逆方向に動作すると共に、上部圧電素子と下部圧電素子も、互いに逆の結合状態でそれぞれの駆動ロッドに結合される。
【００９６】
図１３は、表１の（ｃ）に示される態様によるレンズ枠の移動の様子を示す図である。
【００９７】
図１３には、上部駆動シャフト用圧電素子と上部駆動シャフト、および、下部駆動シャフト用圧電素子と下部駆動シャフトが、上下２段の４つの状態（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ４、およびＣ６）で示されており、レンズ枠は、これら上部および下部駆動シャフト上をカメラ前方方向に移動している。
【００９８】
以下、図１３を参照しながら、表１の（ｃ）に示される態様について説明する。
【００９９】
まず、（ｃ）の下方に示されるＣ１において、上部圧電素子が上部駆動シャフトに対し固定状態にされ、下部圧電素子が下部駆動シャフトに対し非駆動状態にされる。それからＣ２において、上部駆動シャフト用圧電素子が伸長され、逆に、下部駆動シャフト用圧電素子が短縮される。レンズ枠は、Ｃ１と比べ、上部駆動シャフト用圧電素子が伸長した分だけカメラ前方方向に移動する。次に、Ｃ３において双方の駆動シャフトが停止している間に、上部圧電素子が上部駆動シャフトに対し固定状態から非駆動状態にされ、下部圧電素子が下部駆動シャフトに対し非駆動状態から固定状態にされる。この状態で、今度はＣ４において、上部駆動シャフト用圧電素子が短縮し下部駆動シャフト用圧電素子が伸長すると、レンズ枠は、Ｃ２と比べ、下部駆動シャフト用圧電素子が伸長した分だけカメラの前方方向に移動する。Ｃ６では、以上説明したサイクルが繰り返されて、レンズ枠は、Ｃ４と比べ、上部駆動シャフト用圧電素子の伸長分だけカメラの前方方向に移動する。
【０１００】
ここで、レンズ枠をカメラ前方方向ではなくカメラ背面方向に移動させる場合については（ｄ）に示されている。
【０１０１】
（ｄ）には、上部および下部駆動シャフト用圧電素子の伸縮については同じであるものの、それら駆動シャフトそれぞれに対する上部圧電素子および下部圧電素子の結合状態が（ｃ）とは逆になっている。
【０１０２】
図１４は、表１の（ｄ）に示されるように圧電素子が動作した場合のレンズ枠の駆動の様子を示す図である。
【０１０３】
図１４には、レンズ枠が図１３とは逆にカメラ背面方向に移動されている様子が示されている。尚、（ｄ）および図１４についての説明は、（ｃ）および図１３についてした説明と基本的に同じとなるので省略する。
【０１０４】
この第２実施形態の（ｃ）および（ｄ）に示される態様では、２本の駆動シャフトを互いに逆方向に移動させるとともに、これら駆動シャフトに対するレンズ枠の結合状態を上部と下部で逆の状態にすることで、（ａ）および（ｂ）においてはレンズ枠の移動を行うことができなかったタイミングにおいてもレンズ枠を移動させることができるため、第１実施形態よりも高速にレンズ枠の移動を行うことが可能である。
【０１０５】
図１５は、本実施形態の（ｃ）および（ｄ）に示される態様が採用されているカメラにおいて、予備撮影が行われた後に起動されるルーチンのフローチャートである。
【０１０６】
図１５に示されるステップＳ１では、レンズ枠の移動方向がカメラ前方方向であるか否かが判定される。
【０１０７】
ステップＳ１において移動方向がカメラ前方であると判定されると、ステップＳ２に進み、上部圧電素子は固定状態に、下部圧電素子は非駆動状態にされ、ステップＳ３では、上部駆動シャフト用圧電素子が伸長され、下部駆動シャフト用圧電素子が短縮される。その後、ステップＳ４において、レンズ枠が目標位置に到達したか否かが判定され、到達したと判定されるとステップＳ１４に進み、到達していないと判定されるとステップＳ５に進む。
【０１０８】
ステップＳ５では、上部圧電素子は非駆動状態に、下部圧電素子は固定状態にされ、ステップＳ６では、上部駆動シャフト用圧電素子が短縮され、下部駆動シャフト用圧電素子が伸長される。その後、ステップＳ７に進み、レンズ枠が目標位置に到達したか否かが判定され、到達した判定されるとステップＳ１４に進み、到達していないと判定されると、ステップＳ１に戻る。
【０１０９】
一方、ステップＳ１において、レンズ枠の移動方向がカメラ前方方向ではなく、カメラ背面方向であると判定されると、ステップＳ８に進み、上部圧電素子は非駆動状態に、下部圧電素子は固定状態にされ、ステップＳ９では、上部駆動シャフト用圧電素子が伸長され、下部駆動シャフト用圧電素子が短縮される。その後、ステップＳ１０では、レンズ枠が目標位置に到達したか否かが判定され、到達したと判定されるとステップＳ１４に進み、到達していないと判定されるとステップＳ１１に進む。
【０１１０】
ステップＳ１１では、上部圧電素子は固定状態に、下部圧電素子は非駆動状態にされ、ステップＳ１２では、上部駆動シャフト用圧電素子が短縮され、下部駆動シャフト用圧電素子が伸長される。その後、ステップＳ１３に進み、目標位置に到達したか否かが判定され、到達したと判定されるとステップＳ１４に進み、到達していないと判定されるとステップＳ１に戻る。
【０１１１】
ステップＳ１４では、上部圧電素子および下部圧電素子が共に非駆動状態にされ、その後、このルーチンは終了される。
【０１１２】
以上に説明した第２実施形態であるレンズ駆動装置３００においても、レンズ枠の移動時には、駆動シャフトとレンズ枠とが互いに接触する部分に運動摩擦力はほとんど発生しないため、レンズ枠と駆動ロッドとが互いに接触する部分の摩擦係数の経年変化を抑制することができる。また、この第２実施形態では、１つのレンズ枠を光軸方向に移動させる例を挙げて説明したが、これに限らず、複数のレンズ枠それぞれが駆動シャフトに対し、ほとんど離間状態である非駆動状態と固定された固定状態との間で切替可能なクラッチ機構を備えているものであれば複数のレンズ群を有するものであってよい。
【０１１３】
尚、第１および第２実施形態では、駆動シャフト用圧電素子への印加電圧の電圧波形は、駆動方向によらず一定であり、駆動方向は、レンズ枠用圧電素子への印加タイミングによって決まる。その印加電圧も２値などの不連続でかまわないため、従来のように連続的に電圧値を変化させなければならない場合と比べ回路を単純にすることができる。また、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レンズ保持枠の結合状態を切り替えるクラッチ機構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。
【０１１４】
【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、レンズ保持枠と駆動ロッドとが互いに接触する部分の摩擦係数の経年変化が抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のレンズ駆動装置の第１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】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】カメラの前方側から第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。
【図９】駆動シャフト用圧電素子に対する印加電圧の一例を示す図である。
【図１０】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。
【図１１】本発明のレンズ駆動装置の第２実施形態の一部を示す図である。
【図１２】カメラの前方側から図７に示されるレンズ駆動部を見た場合を示す図である。
【図１３】表１の（ｃ）に示される態様によるレンズ枠の移動の様子を示す図である。
【図１４】表１の（ｄ）に示されるように圧電素子が動作した場合のレンズ枠の移動の様子を示す図である。
【図１５】本実施形態において（ｃ）および（ｄ）に示される態様が採用されているカメラにおいて、予備撮影が行われた後に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
１００、３００　レンズ駆動装置
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
１１３　ズームレンズ
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
１２３　フォーカスレンズ
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
２１０ＣＣＤ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
３１０　駆動部
３１１　レンズ保持枠
３１２　上部圧電素子
３１１２ａ、３１１３ａ　凹部
３１１２ｂ、３１１３ｂ　可動部
３１２ａ　上部圧電素子ドライバ
３１３　下部圧電素子
３１３ａ　下部圧電素子ドライバ
３１４　レンズ群
３２０　下部駆動シャフト
３３０　下部駆動シャフト用圧電素子
３４０　上部駆動シャフト
３５０　上部駆動シャフト用圧電素子
【図１】
2004004328.tif 000004
【図２】
2004004328.tif 000005
【図３】
2004004328.tif 000006
【図４】
2004004328.tif 000007
【図５】
2004004328.tif 000008
【図６】
2004004328.tif 000009
【図７】
2004004328.tif 000010
【図８】
2004004328.tif 000011
【図９】
2004004328.tif 000012
【図１０】
2004004328.tif 000013
【図１１】
2004004328.tif 000014
【図１２】
2004004328.tif 000015
【図１３】
2004004328.tif 000016
【図１４】
2004004328.tif 000017
【図１５】
2004004328.tif 000018