(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
公転トルクを発生するステータ及び該公転トルクにより自転運動を行なうロータからなる超音波モータと、カメラ用のレンズを搭載し且つレンズの光軸方向に直線変位可能なレンズ鏡筒と、該ロータの回転運動を該レンズ鏡筒の直線変位に変換して伝達する伝達部材とを有するカメラ用レンズ駆動装置において、
前記伝達部材は、該ロータに対して遊動可能に連結されており、カメラの姿勢差による該レンズ鏡筒の荷重の変動から該ロータを保護していることを特徴とするカメラ用レンズ駆動装置。
【請求項２】
前記伝達部材と該ロータとは、これらの一方に設けたキー溝と他方に設けられ該キー溝に遊嵌するキーとにより、互いに連結されていることを特徴とする請求項１記載のカメラ用レンズ駆動装置。
【請求項３】
前記伝達部材とレンズ鏡筒とは、これらの一方に設けたオスのヘリコイドギヤと他方に設けたメスのヘリコイドギヤとにより係合して該回転運動を該直線変位に変換することを特徴とする請求項１記載のカメラ用レンズ駆動装置。
【請求項４】
前記カメラ用レンズ駆動装置は、該伝達部材を回転可能に支持する受部材をさらに備えており、前記受部材は該伝達部材を介して加えられる該レンズ鏡筒の荷重の少くとも一部を該ロータに伝えない様に受けることを特徴とする請求項１記載のカメラ用レンズ駆動装置。
【請求項５】
前記ステータは光軸と平行な円筒軸を有する円筒型ステータであり、前記レンズ鏡筒は該円筒型ステータの端面方向から該円筒型ステータの内側に組み込まれ、前記ロータは該円筒軸と一致する中心を有する環形ロータであって、該円筒型ステータの端面方向に圧接しており、前記伝達部材は該ロータと同軸の環形状を有し、該環形ロータの内周と該レンズ鏡筒の外周との間に介在していることを特徴とする請求項１記載のカメラ用レンズ駆動装置。
【請求項６】
前記超音波モータは、該円筒型ステータが電歪公転共振の形で該端面に発生する公転トルクを、該端面に圧接している環形ロータの自転運動に変換して出力する電歪公転型の超音波モータであることを特徴とする請求項５記載のカメラ用レンズ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はカメラ用レンズ駆動装置に関する。より詳しくは、超音波モータを動力源に用いたカメラ用レンズの駆動装置に関する。更に詳しくは、超音波モータのロータの回転運動をカメラのレンズ鏡筒の直線運動に変換する伝達機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知の様に、通常のフィルムカメラや更にはデジタルカメラにおいては、レンズ機構をモータによって駆動させることにより、自動化を図っている。この場合、駆動源として用いるモータがカメラを小型軽量化する際の重要な要素となっている。
【０００３】
一方、近年では、例えば特開平６−５１１８１号公報に開示されている様に、超音波モータが開発されている。従来、超音波モータはその振動子の重心固定の対称励振モードである定在波型モータと進行波型モータの２種類と、さらに振動子である円板又は円筒を例えば４分割し左右の振幅が逆になる非対称モードにより励振することで重心が中心の周りを回転移動し、円の外周がフラフープのように偏心する電歪公転子型モータとが知られている。こうした超音波モータはその振動子の重心固定の対称励振モードである定在波型モータと進行波型モータの２種類と、さらに振動子である円板又は円筒を例えば４分割し左右の振幅が逆になる非対称モードにより励振することで重心が中心の周りを回転移動し、円の外周がフラフープのように偏心する電歪公転子型モータとが知られている。超音波モータは、ステータとなる圧電素子に高周波の交流電圧を印加して超音波振動を発生させることにより、ステータに圧接されたロータを回転駆動している。この種の超音波モータは、構造が簡単で小型軽量化に適するとともに、低速回転時でも高いトルクが得られる上、駆動音も少なく静かであるという利点を有している。特に後者の電歪公転子型モータは、特開平１０−２７２４２０号公報に示されているように、円筒状公転子の径および周方向に加えて軸方向のモードも結合させた３Ｄ公転トルク発生子として利用できるという特長を有している。
【０００４】
係る超音波モータを動力源としたカメラ用レンズ駆動装置が開発されており、例えば特開平１１−１４６２５８号公報に開示されている。このカメラ用レンズ駆動装置は、公転トルクを発生するステータ及びこの公転トルクにより自転運動を行なうロータからなる超音波モータと、カメラ用のレンズを搭載し且つレンズの光軸方向に直線変位可能なレンズ鏡筒と、ロータの自転運動をレンズ鏡筒の直線変位に変換する伝達機構とを有する。この伝達機構は、ロータの外周に形成されたオスのヘリコイド歯車と、レンズ鏡筒の内周に形成されたメスのヘリコイド歯車とからなる。互いに同心的に配置されたロータとレンズ鏡筒は上述した一対のヘリコイド歯車を介して直接に係合した構造となっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のカメラ用レンズ駆動装置では、超音波モータのロータとレンズ鏡筒が直接回転可能に連結している。この為、レンズ鏡筒の重量がロータを介して直接超音波モータのステータに印加される。従って、カメラの保持姿勢により、レンズ鏡筒の荷重が変化し、これに応じてステータに加わる圧力も変化する。ステータに加わる物理的な圧力が変化すると、ステータの電気的な共振条件が変化する。これにより、共振周波数や駆動電圧が変動し、回転数やトルクが変化したり、最悪の場合には超音波モータの回転が停止する恐れがあった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述した従来の技術の課題に鑑み、本発明はレンズ鏡筒と超音波モータの間に介在するトルク伝達機構を改善して、超音波モータの動作の安定化を図ることを目的とする。係る目的を達成するために以下の手段を講じた。即ち、本発明は、公転トルクを発生するステータ及び該公転トルクにより自転運動を行なうロータからなる超音波モータと、カメラ用のレンズを搭載し且つレンズの光軸方向に直線変位可能なレンズ鏡筒と、該ロータの自転運動を該レンズ鏡筒の直線変位に変換して伝達する伝達部材とを有するカメラ用レンズ駆動装置において、前記伝達部材は、該ロータに対して遊動可能に連結されており、カメラの姿勢差による該レンズ鏡筒の荷重の変動から該ロータを保護していることを特徴とする。好ましくは、前記伝達部材と該ロータとは、これらの一方に設けたキー溝と他方に設けられ該キー溝に遊嵌するキーとにより、互いに連結されている。又、前記伝達部材とレンズ鏡筒とは、これらの一方に設けたオスのヘリコイドギヤと他方に設けたメスのヘリコイドギヤとにより係合して該回転運動を該直線変位に変換する。さらに、前記レンズ駆動装置は、該伝達部材を回転可能に支持する受部材を備えており、前記受部材は該伝達部材を介して加えられる該レンズ鏡筒の荷重の少くとも一部を該ロータに伝えない様に受ける。又、前記ステータは光軸と平行な円筒軸を有する円筒型ステータであり、前記レンズ鏡筒は該円筒型ステータの端面方向から該円筒型ステータの内側に組み込まれ、前記ロータは該円筒軸と一致する中心を有する環形ロータであって、該円筒型ステータの端面に圧接しており、前記伝達部材は該ロータと同軸の環形状を有し、該環形ロータの内周と該レンズ鏡筒の外周との間に介在している。又、前記超音波モータは、該円筒型ステータが電歪公転共振の形で該端面に発生する公転トルクを、該端面に圧接している環形ロータの自転運動に変換して出力する電歪公転型の超音波モータである。
【０００７】
超音波モータのロータは、例えば与圧バネにより一定の力でステータに圧接している。一方、超音波モータとレンズ鏡筒の間に介在する伝達部材はロータに対して遊動可能に連結されている。例えば、環状のトルク伝達部材は同じく環状のロータの周囲に遊嵌しており、ロータ内周とトルク伝達部材の外周とがキーとキー溝の組み合わせにより連結している。更に、ロータと遊嵌しているトルク伝達部材自体は、受部材によって回転可能に保持されている。よって、レンズ鏡筒の荷重や、レンズ鏡筒のガタを寄せる為の付勢力などは、ロータに直接圧力として加わらず、受部材が大部分を受けることになる。従って、カメラの保持姿勢が変わってレンズ鏡筒の荷重が変化しても、ステータには与圧バネによる一定の弾性力しか加わらない。係る構成により、ステータの動作を安定化することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明に係るカメラ用レンズ駆動装置の実施形態を示す模式的な縦断面図である。図示する様に、本カメラ用レンズ駆動装置は、前述した特開平１０-２７２４２０号公報に示されている３Ｄ公転トルク共振子よりなる電歪公転子型モータであって、基本的に、ステータ１及びロータ２とからなる超音波モータと、レンズ鏡筒３と、両者の間に介在する伝達部材５とで構成されている。これらの部品は、台座６を用いて組み立てられている。ステータ１は外部から駆動電圧の印加を受けて、公転トルクを発生する。ロータ２はステータ１に発生した公転トルクにより自転運動を行なう。この為、ロータ２は加圧保持部８によりステータ１に圧接されている。一方レンズ鏡筒３はカメラ用のレンズ３３，３４を搭載し、且つレンズの光軸Ｚ方向に直線変位可能な様に台座６に取り付けられている。具体的には、レンズ鏡筒３にはストッパ３２が形成されており、台座６に植設されたガイドシャフト４に係合している。レンズ鏡筒３はストッパ３２により回転を規制されているとともに、ガイドシャフト４に沿って光軸Ｚ方向に直線変位する。尚、ガイドシャフト４に係合したストッパ３２には、レンズ鏡筒３のガタ寄せ用のバネ４１が装着されている。ここで、ロータ２とレンズ鏡筒３との間に介在する伝達部材５は、ロータ２の自転運動をレンズ鏡筒３の直線変位に変換して伝達する。
【０００９】
本発明の特徴事項として、伝達部材５はロータ２に対して遊動可能に連結されており、カメラの姿勢差によるレンズ鏡筒３の荷重の変動からロータ２を保護している。換言すると、レンズ鏡筒３の重量やガタ寄せバネ４１の付勢力が、直接ロータ２に印加されない様に、伝達部材５で逃がす構成となっている。具体的には、伝達部材５とロータ２とは、これらの一方に設けたキー溝と他方に設けられ且つキー溝に遊嵌するキーとにより、互いに連結されている。本実施形態では、伝達部材５側に設けたキー５２と、ロータ２側に形成したキー溝とが、互いに遊嵌しており、ある程度の遊びを持ってロータ２と伝達部材５が互いに係合している。一方、伝達部材５とレンズ鏡筒３とは、これらの一方に設けたオスのヘリコイドギヤと他方に設けたメスのヘリコイドギヤとにより係合して、ロータ２の自転運動を直線変位に変換している。本実施形態では、レンズ鏡筒３に設けたオスのヘリコイドギヤ３１と、伝達部材５に設けたメスのヘリコイドギヤ５１とが互いに係合している。ロータ２が自転すると、上述したキー／キー溝の連結により伝達部材５も回転する。更に、上述したヘリコイドギヤの結合によりレンズ鏡筒３も回転しようとするが、ストッパ３２で回転変位を規制されている為、ガイドシャフト４に沿って光軸Ｚ方向に直線変位することになる。ここで、伝達部材５を回転可能に支持する受板（受部材）７がネジで台座６の底部に取り付けられている。受板７は伝達部材５を介して加えられるレンズ鏡筒３の荷重やガタ寄せバネ４１の付勢力の少くとも一部を、ロータ２側に伝えることなく、自身で受ける様になっている。これにより、ロータ２はレンズ鏡筒３側の負荷から解放される一方、自転運動を伝達部材５を介してレンズ鏡筒３側に伝達することができる。
【００１０】
図示する様に、ステータ１は光軸Ｚと平行な円筒軸を有する円筒型である。レンズ鏡筒３も同じく円筒型であり、ステータ１の光軸Ｚ方向前端からステータ円筒の内側に組み込まれている。これにより、レンズ鏡筒３と超音波モータをコンパクトに実装することができる。ロータ２はステータ１の円筒軸と一致する中心を有する環状ロータであって、円筒型ステータ１の光軸Ｚ方向後端に圧接している。この目的で、環状ロータ２と受板７との間に前述した加圧保持部８が配されている。加圧保持部８は、ベアリング８１と押え板８２とコイルバネ８３とで構成されている。ベアリング８１は、環状ロータ２の円周に沿って形成された溝に配されている。押え板８２は同じく環状を有しており、ベアリング８１が脱落しない様に押えている。コイルバネ８３は押え板８２を介してロータ２をステータ１の後端に向けて与圧している。尚、伝達部材５はロータ２と同軸の環形状を有し、環形ロータ２の内周とレンズ鏡筒３の外周との間に介在している。係る構成を有する超音波モータは、ステータ１が電歪公転共振の形で発生する公転トルクによりロータ２が自転運動を行なう電歪公転型となっている。但し、本発明はこれに限られるものではなく、環状ロータを前端に圧接する構成としても良い。
【００１１】
図２は、図１に示したＳ−Ｓ線に沿ったカメラ用レンズ駆動装置の横断面図である。図示する様に、環形状の伝達部材５は、同じく環形状のロータ２の内側に同心的に配されている。伝達部材５の外周５３と、ロータ２の内周２３との間には所定のクリアランスがあり、両者は相対的に遊動可能である。これにより、レンズ鏡筒３の重力が伝達部材５を介してロータ２に伝わることなく、受板７側に逃がすことができる。一方、伝達部材５とロータ２は、伝達部材５側に形成されたキー５２とロータ２側に形成されたキー溝２２とにより互いに連結している。これにより、ロータ２の自転運動は確実に伝達部材５側に伝わることになる。尚、キー５２とキー溝２２は遊嵌しているので、レンズ鏡筒３側の荷重が直接伝達部材５を介してロータ２側に伝わることはない。
【００１２】
図３は、図１及び図２に示したカメラ用レンズ駆動装置に組み込まれる超音波モータの構造を示す模式的な斜視図である。図示する様に、超音波モータは円筒型のステータ１と、その後端に圧接された環状のロータ２とで構成されている。円筒型ステータ１の外周面には、電極１１，１２，１３，１４が形成されている。図示しないが、円筒の内周面にも電極が形成されている。円筒の外周面に形成された電極は四分割されており、それぞれ位相の異なる交流駆動電圧Ａ，Ｂ，ＡＸ，ＢＸが印加される。Ａ相電圧とＢ相電圧は位相が互いに９０度異なっている。又、Ａ相電圧とＡＸ相電圧は位相が１８０度異なっている。換言すると、Ａ相とＡＸ相は互いに反対極性である。同様に、Ｂ相とＢＸ相も反対極性となっている。
【００１３】
図４は、図３に示したステータの模式的な横断面図である。図示する様に、セラミックなどの圧電素子からなる円筒型ステータ１の内周面には、全面的に基準電位を与える電極１０が形成されている。円筒の外周面には四分割された駆動用の電極１１〜１４が形成されている。これら四分割された電極１１〜１４には、互いに位相が９０度ずつシフトした４相の交流電圧Ａ，Ｂ，ＡＸ，ＢＸが印加される。
【００１４】
図５を参照して、図３及び図４に示した超音波モータの動作を説明する。超音波モータでは動力源となる超音波振動が一定の共振周波数であるから、電流はほぼ一定値となる。共振器はＱが高く、振動振幅の立ち上がりは１サイクル以内と考えられ、非慣性機構と見なすことができる。負荷の慣性が影響する範囲でしか電流は変化しない。係る特徴を有する超音波モータは様々な構成が開発されているが、特に電歪公転型が有力である。電歪公転型は、従来の様に振動をトルクに変えるのではなく、周面全面に亘って一様な公転トルクを直接励振することができる共振子を使っている。従来の超音波振動子は定在波型と進行波型の二種類あるが、共に重心固定の対称モードでしか励振できない。これに反して、円筒を左右の伸縮が逆になるモードで励振すると、重心が中心を離れて振動する。この非対称励振を行なうと、従来の対称励振では観測できなかった円筒の共振モードが得られる。そこで、ステータ円筒の電極を例えば四分割し、９０度ずつ位相の異なる回転電場で励振すると、図５に示す様に、重心が中心の周りを回転するモードの共振が見られる。この時円の外周は元の形を保ったまま、フラフープの様に偏心するので、振動子が公転回転を行なう。係る構成の電歪公転子型モータでは、直接回転モードが励振され、円筒状公転子の径および周方向に加えて軸方向のモードも結合させた３Ｄ公転トルク発生子として利用できる。この公転トルクは、直接ロータの回転運動として取り出される。
【００１５】
図６は、四分割されたステータ電極のそれぞれに印加されるＡ相、Ｂ相、ＡＸ相、ＢＸ相電圧の波形図である。図示する様に、Ａ相に対しＢ相は９０度シフトし、ＡＸ相は１８０度シフトし、ＢＸ相は２７０度シフトしている。この様に９０度ずつ位相の異なる交流電圧をステータに印加することで回転電場が形成され、これに応じてステータは直接回転モードを励振する。
【００１６】
最後に図７は、超音波モータの駆動回路を表わしている。図示する様に、一対の駆動信号Ａ，ＡＸはＨブリッジＡを介してステータ１の互いに対向する一対の電極に印加される。同様に、他の一対の駆動信号Ｂ，ＢＸもＨブリッジＢを介して互いに対向する他の一対のステータ電極に印加される。Ｈブリッジは、それぞれ入力信号に応答して、ステータ電極に充分な出力電流を供給する為のドライバ回路となっている。
【００１７】
【発明の効果】
以上説明した様に、本発明によれば、超音波モータの公転トルクをレンズ鏡筒の直線変位に変換する伝達部材が、ロータに対して遊動可能に連結されている。ロータの自転を直接レンズ鏡筒に連結せずに、トルク伝達部材を介することにより、ステータに加わる圧力はカメラがどの様な姿勢でもほとんど与圧バネの力だけになり、常に一定にすることができる。これにより、ステータの共振条件が変化せず、安定した回転数やトルクが得られる。又、レンズ鏡筒に大きな外力が加わった場合でも、ステータに外力が直接伝わらないので、セラミックスなどからなるステータの破損を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るカメラ用レンズ駆動装置を示す縦断面図である。
【図２】図１に示したＳ−Ｓ線に沿ったカメラ用レンズ駆動装置の横断面図である。
【図３】本発明に係るカメラ用レンズ駆動装置に組み込まれる超音波モータの模式的な斜視図である。
【図４】本発明に係るカメラ用レンズ駆動装置に組み込まれる超音波モータの模式的な横断面図である。
【図５】超音波モータの動作説明に供する模式図である。
【図６】超音波モータの動作説明に供する波形図である。
【図７】超音波モータの駆動回路図である。
【符号の説明】
１・・・ステータ、２・・・ロータ、３・・・レンズ鏡筒、５・・・伝達部材、６・・・台座、７・・・受板、８・・・加圧保持部
【図１】
0004667646.tif 000002
【図２】
0004667646.tif 000003
【図３】
0004667646.tif 000004
【図４】
0004667646.tif 000005
【図５】
0004667646.tif 000006
【図６】
0004667646.tif 000007
【図７】
0004667646.tif 000008