(57)【要約】【課題】  本発明はレンズ移送装置に関するもので、より詳しくはズーム機能を行う光学機器のレンズ間相対距離に応じて決定される有効焦点距離を可変するためのレンズ移送構造に関するものである。【解決手段】  本発明はレンズを移送するための移送装置において、前記レンズを内部に位置させ、回転により前記レンズを前後進させられるようガイド溝が形成された鏡胴；前記鏡胴に隣接するよう位置し、外部からの信号入力に応じて半径方向に収縮または膨張するリング形圧電アクチュエータ；及び、前記圧電アクチュエータに装着され、前記鏡胴と接触するよう鏡胴に向って延びた多数個のセグメントが形成される駆動部材；を含むレンズ移送装置を提供する。【選択図】  図6
2005031622.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンズを移送するための移送装置において、
前記レンズを内部に位置させ、回転により前記レンズを前後進させられるようガイド溝が形成された鏡胴；
前記鏡胴に隣接するよう位置し、外部からの信号入力に応じて半径方向に収縮または膨張するリング(ring)形圧電アクチュエータ；及び、
前記圧電アクチュエータに装着され、前記鏡胴と接触するよう鏡胴に向って延びた多数個のセグメントが形成される駆動部材；を含むレンズ移送装置。
【請求項２】
前記鏡胴は、前後方向に直線的に形成されたガイド溝を含み固定された固定鏡胴と、カム曲面に形成されたガイド溝を有する回転可能な回転鏡胴を含むことを特徴とする請求項1に記載のレンズ移送装置。
【請求項３】
前記圧電アクチュエータは前記回転鏡胴を回転させることを特徴とする請求項2に記載のレンズ移送装置。
【請求項４】
前記圧電アクチュエータは、前記回転鏡胴を時計方向に回転させる第1圧電アクチュエータ及び前記回転鏡胴を時計の逆方向に回転させる第2圧電アクチュエータを含むことを特徴とする請求項3に記載のレンズ移送装置。 
【請求項５】
前記回転鏡胴には一方向にのみ回転力を伝達する一方向クラッチベアリングが装着され、前記セグメントは前記一方向クラッチベアリングに接触することを特徴とする請求項4に記載のレンズ移送装置。
【請求項６】
前記第1圧電アクチュエータに装着される駆動部材のセグメントは時計方向に傾いて前記一方向クラッチベアリングに接触し、前記第2圧電アクチュエータに装着される駆動部材のセグメントは時計の逆方向に傾いて前記一方向クラッチベアリングに接触することを特徴とする請求項5に記載のレンズ移送装置。
【請求項７】
前記第1圧電アクチュエータに装着される駆動部材のセグメントは時計方向に傾いて前記回転鏡胴に接触し、前記第2圧電アクチュエータに装着される駆動部材のセグメントは時計の逆方向に傾いて前記回転鏡胴に接触することを特徴とする請求項4に記載のレンズ移送装置。
【請求項８】
前記第1及び第2圧電アクチュエータは前記回転鏡胴の外側に位置することを特徴とする請求項6に記載のレンズ移送装置。 
【請求項９】
前記第1及び第2圧電アクチュエータは前記回転鏡胴の内側に位置することを特徴とする請求項6に記載のレンズ移送装置。
【請求項１０】
前記第1圧電アクチュエータは前記回転鏡胴の外側に位置し、前記第2圧電アクチュエータは前記回転鏡胴の内側に位置することを特徴とする請求項6に記載のレンズ移送装置。
【請求項１１】
前記圧電アクチュエータは積層型であることを特徴とする請求項1に記載のレンズ移送装置。
【請求項１２】
前記圧電アクチュエータは単板型であることを特徴とする請求項1に記載のレンズ移送装置。
【請求項１３】
前記鏡胴に隣接するよう装着され、前記単板型圧電アクチュエータに増幅した電圧を与えるリング形圧電変圧器をさらに含むことを特徴とする請求項12に記載のレンズ移送装置。 
【請求項１４】
前記レンズは、レンズ外径部に固定される凸部が前記鏡胴のガイド溝に挿入されることにより前記鏡胴内部に移動可能に位置することを特徴とする請求項1に記載のレンズ移送装置。 
【請求項１５】
レンズを移送するための移送装置において、
前記レンズを内部に位置させ、前記レンズを前後進させられるよう前後方向に直線的に形成されたガイド溝を含み固定された固定鏡胴；
前記固定鏡胴を囲繞するよう外部に位置し、カム曲面に形成されたガイド溝を有する回転可能な回転鏡胴；
前記回転鏡胴の外径部を囲繞するよう位置し、外部からの信号入力に応じて半径方向に収縮及び復帰する1対のリング(ring)形圧電アクチュエータ；
前記回転鏡胴の外径部に装着され、一方向にのみ回転力を伝達する1対の一方向クラッチベアリング；及び、
前記1対の圧電アクチュエータの内径部に夫々装着されるようリング(ring)形に形成され、その内側には前記一方向クラッチベアリングと接触するよう内側に向って夫々時計方向及び時計の逆方向に延びたセグメントが形成される1対の駆動部材；を含むレンズ移送装置。
【請求項１６】
前記圧電アクチュエータは積層型であることを特徴とする請求項15に記載のレンズ移送装置。
【請求項１７】
前記圧電アクチュエータは単板型であることを特徴とする請求項15に記載のレンズ移送装置。
【請求項１８】
前記鏡胴に隣接するよう装着され、前記単板型圧電アクチュエータに増幅した電圧を与えるリング形圧電変圧器をさらに含むことを特徴とする請求項17に記載のレンズ移送装置。
【請求項１９】
前記レンズは、レンズ外径部に固定される凸部が前記鏡胴のガイド溝に挿入されることにより前記鏡胴内部に移動可能に位置することを特徴とする請求項15に記載のレンズ移送装置。 
【請求項２０】
前記レンズは、外径部に凸部が形成されたレンズフレームに固定され、前記レンズフレームの凸部が前記鏡胴のガイド溝に挿入されることにより前記鏡胴内部に移動可能に位置することを特徴とする請求項15に記載のレンズ移送装置。 
【請求項２１】
レンズを移送するための移送装置において、
前記レンズを内部に位置させ、前記レンズを前後進させられるよう前後方向に直線的に形成されたガイド溝を含み固定された固定鏡胴；
前記固定鏡胴を囲繞するよう外部に位置し、カム曲面に形成されたガイド溝を有する回転可能な回転鏡胴；
前記回転鏡胴の内部に位置し、外部からの信号入力に応じて半径方向に膨張及び復帰する1対のリング(ring)形圧電アクチュエータ； 
前記回転鏡胴の内径部に装着され、一方向にのみ回転力を伝達する1対の一方向クラッチベアリング；及び、
前記1対の圧電アクチュエータの外径部に夫々装着されるようリング(ring)形に形成され、その外側には前記一方向クラッチベアリングと接触するよう外側に向って夫々時計方向及び時計の逆方向に延びたセグメントが形成される1対の駆動部材；を含むレンズ移送装置。
【請求項２２】
前記圧電アクチュエータは積層型であることを特徴とする請求項21に記載のレンズ移送装置。
【請求項２３】
前記圧電アクチュエータは単板型であることを特徴とする請求項21に記載のレンズ移送装置。
【請求項２４】
前記鏡胴に隣接するよう装着され、前記単板型圧電アクチュエータに増幅した電圧を与えるリング形圧電変圧器をさらに含むことを特徴とする請求項23に記載のレンズ移送装置。
【請求項２５】
前記レンズは、レンズ外径部に固定される凸部が前記鏡胴のガイド溝に挿入されることにより前記鏡胴内部に移動可能に位置することを特徴とする請求項21に記載のレンズ移送装置。 
【請求項２６】
前記レンズは、外径部に凸部が形成されたレンズフレームに固定され、前記レンズフレームの凸部が前記鏡胴のガイド溝に挿入されることにより前記鏡胴内部に移動可能に位置することを特徴とする請求項21に記載のレンズ移送装置。
【請求項２７】
レンズを移送するための移送装置において、
前記レンズを内部に位置させ、前記レンズを前後進させられるよう前後方向に直線的に形成されたガイド溝を含み固定された固定鏡胴；
前記固定鏡胴を囲繞するよう外部に位置し、カム曲面に形成されたガイド溝を有する回転可能な回転鏡胴；
前記回転鏡胴の内部に位置し、外部からの信号入力に応じて半径方向に膨張及び復帰するリング(ring)形第1圧電アクチュエータ； 
前記回転鏡胴の外径部を囲繞するよう位置し、外部からの信号入力に応じて半径方向に収縮及び復帰するリング(ring)形第2圧電アクチュエータ；
前記回転鏡胴の外径部及び内径部に夫々装着され、一方向にのみ回転力を伝達する1対の一方向クラッチベアリング；及び、
前記第1及び第2圧電アクチュエータに夫々装着されるようリング(ring)形に形成され、前記一方向クラッチベアリングと接触するよう前記ベアリングに向って内側に向って全て時計方向または時計の逆方向に延びたセグメントが形成される1対の駆動部材；を含むレンズ移送装置。
【請求項２８】
前記圧電アクチュエータは積層型であることを特徴とする請求項27に記載のレンズ移送装置。
【請求項２９】
前記圧電アクチュエータは単板型であることを特徴とする請求項27に記載のレンズ移送装置。
【請求項３０】
前記鏡胴に隣接するよう装着され、前記単板型圧電アクチュエータに増幅した電圧を与えるリング形圧電変圧器をさらに含むことを特徴とする請求項29に記載のレンズ移送装置。
【請求項３１】
前記レンズは、レンズ外径部に固定される凸部が前記鏡胴のガイド溝に挿入されることにより前記鏡胴内部に移動可能に位置することを特徴とする請求項27に記載のレンズ移送装置。 
【請求項３２】
前記レンズは、外径部に凸部が形成されたレンズフレームに固定され、前記レンズフレームの凸部が前記鏡胴のガイド溝に挿入されることにより前記鏡胴内部に移動可能に位置することを特徴とする請求項27に記載のレンズ移送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はレンズ移送装置に関するもので、より詳しくはズーム機能を行う光学機器のレンズ間相対距離に応じて決定される有効焦点距離を可変するためのレンズ移送構造に関するものである。 
【背景技術】
【０００２】
カメラ、カムコーダ、コンパクトズームカメラ、監視カメラ、マイクロ飛行体など諸光学機器にはズーム(zoom)機能のためにレンズを前後進させる構造を有する。こうしたズーム機能のためにレンズを移送させる様々な構造が開発されてきた。
【０００３】
焦点距離可変のためのズーム機能を行うべく従来は主にカム構造駆動方式が用いられていた。カム構造駆動方式は電磁気モータにより駆動される鏡胴とその側面に位置するカム形状の溝に沿って各レンズが相対的な距離を変化させながらズーム駆動を行う方式である。
【特許文献１】米国特許6,268,970号
【特許文献２】大韓民国特許公開公報2000-55180号
【０００４】
図1は従来のレンズ駆動構造を示した図面である。図1は米国特許6,268,970号（特許文献１参照。）の「ズームレンズバレル」に関するものである。図1において、各レンズグループ(120、130、140)を支持するフレームがあり、前記フレームを支持するカムチューブ(160、170)を含むようになる。前記カムチューブはフレームが軸方向にレンズを動かす機能を果たし、前記カムチューブは駆動アクチュエータ(110)により駆動するようになる。
【０００５】
こうしたカム構造のズーム駆動方式はズーム作動時カムの形状により各レンズの相対的位置が決定される。この為、特定倍率で焦点を合せるための焦点レンズ及び駆動部がさらに必要となり、縦減速ギヤ及びカムに沿って動くレンズホールディング構造など駆動機構が複雑になる欠点を抱えている。
【０００６】
図2は従来の他レンズ駆動構造を示した図面である。図2は大韓民国特許公開公報2000-55180号（特許文献２参照。）「カメラのズームレンズメカニズム」に関するもので、カメラボディ(200)に複数のレンズから成る固定レンズ群(201)が結合される。カメラボディ(200)には内部に収納空間が形成され、該収納空間にはズームモータ(203)が収納される。ズームモータ(203)の軸には案内スクリュー(205)が結合され、該案内スクリュー(205)の外周にはねじ山及びねじ谷が形成される。そして、案内スクリュー(205)の外周には動力伝達のためのクリップ(207)が結合される。前記クリップ(207)には案内スクリュー(205)に接触する一側が案内スクリュー(205)に形成されるねじ山及びねじ谷と結合するよう同一形状のねじ山及びねじ谷が形成される。そして該クリップ(207)の一側はズームバレル(209)と結合される。ズームバレル(209)には移動レンズ群(202)が結合される。そしてズームバレル(209)は光軸方向に配置されるガイドシャフト(211)と滑り結合され光軸方向へガイドシャフトに沿って移動することができる。
【０００７】
前記のように行われるカメラのズームレンズメカニズムはズームモータ(203)が回転すると案内スクリュー(205)も回転するようになる。この案内スクリュー(205)の回転力がクリップ(207)を通して直線運動に変換される。従って、クリップ(207)は光軸方向に直線運動を行う。クリップ(207)が直線運動をするにつれてズームバレル(209)が光軸方向に沿って移動する。ズームバレル(209)が光軸方向に沿って移動する際ガイドシャフト(211)と接触した部分が滑り移動を行い所定の区間で光軸方向に往復運動が行えるようになる。
【０００８】
前記のような従来のズームレンズメカニズムは電磁気モータを使用するので電磁気波発生の問題があり、このことから小型通信機器への使用が制限される等使用上の問題を抱えている。また、電磁気モータを使用するので縦減速ギヤが使われ、機械的構造が複雑になる。また、焦点を合せるためにズームレンズと焦点レンズが独立的に動かなければならないとの問題もある。 
【０００９】
最近はかかる欠点を克服し、より小型の光学機器にズーム機能を使用すべく超小型光学ズーム機構の開発が進んでおり、こうした超小型光学機構は従来の電磁気モータによる駆動方式から脱皮して圧電素子のような知能型素子を用いる流れにある。このように従来のモータ駆動方式を代替すると、駆動構造を単純化させられ、直接駆動による高効率化を実現できる利点がある。
【００１０】
かかる圧電素子を用いたズームレンズ装置を図3に示した。図3は米国特許6,215,605号「駆動装置」に関するものである。図3のレンズ駆動装置は圧電素子(311、312)をベースブロック(321、322)に固定し駆動丸棒(316、317)に変位を伝達して、スライド部(331a、332a)から発生する予圧とレンズホルダー(331、332)の慣性力、加速度効果によりレンズ(L2、L4)を移送させる。圧電素子(312)は加振入力の波形に応じてレンズホルダーが丸棒と共に移送したり、または滑りながらその場に留まる運動により移送し、さらに両方向への移送が可能である。
【００１１】
図3のようなレンズ駆動装置は図4のような形態で実際配列され用いられるが、ここで隣り合って配列される圧電素子(311a、311b)中一方の変位がベースブロック(313)を通して伝達される際他方のレンズに変位が伝達される恐れがある。従って、ベースブロック(313)に溝(groove、313g)を形成して圧電素子同士の変位伝達を防止する。こうした溝の加工は構造を複雑にさせ、加工上の困難を招き、また圧電素子同士の変位干渉問題を完全に除去するわけではない。
【００１２】
また、圧電素子により前後移動してレンズを移送する駆動丸棒(316、317)の長さは圧電素子の大きさに応じて制限される。かかる駆動丸棒の長さの制約はレンズ移送長さの制約として働き、製品の性能に影響を及ぼすことになる。
【００１３】
しかも、この場合駆動丸棒が基本的に固定されている為、レンズが内蔵される鏡胴の長さを可変できないとの問題があり、レンズの移送長さ用空間の他に駆動用の要素が配列される別途の空間が必要となり全体としての装置の大きさを小型化し難い問題もある。また、駆動丸棒にレンズ部の一端のみ支持されるので、駆動時レンズに非対称性変位が生じて不安定な駆動を起こしかねない問題がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は前記のようなあらゆる問題を解決すべく案出されたもので、レンズ駆動部の構造を単純化させ、駆動部の単純化によりズームレンズ部の大きさを小型化させられるレンズ移送装置を提供することに目的がある。
【００１５】
また、本発明は圧電アクチュエータを用いてズームレンズの鏡胴を回転させる構造を取り、機械的なギヤ装置が無く、騒音及び電磁波を発生させず、高駆動効率を得られ、動力損失を最少化できるレンズ移送装置を提供することに目的がある。
【００１６】
また、本発明はレンズの移送距離を他構成要素により制約されないようにするレンズ移送構造を提供し、レンズ位置を超精密制御して焦点微調節及び倍率微調整、高解像度を得られる移送装置を提供することに目的がある。
【００１７】
また、本発明はカメラ、カムコーダ型超小型モバイル光学ズーム機構、カムコーダ、コンパクトズームカメラ、監視カメラ、マイクロ無人飛行体等あらゆる小型ズーム光学機構に使用できるレンズ移送装置を提供することに目的がある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
前記のような目的を成し遂げるための構成手段として、本発明はレンズを移送するための移送装置において、前記レンズを内部に位置させ、回転により前記レンズを前後進させられるようガイド溝が形成された鏡胴；前記鏡胴に隣接するよう位置し、外部からの信号入力に応じて半径方向に収縮または膨張するリング(ring)型圧電アクチュエータ；及び、前記圧電アクチュエータに装着され、前記鏡胴と接触するよう鏡胴に向って延びた多数個のセグメントが形成される駆動部材；を含むレンズ移送装置を提供する。
【００１９】
好ましくは、前記鏡胴は前後方向に直線的に形成されたガイド溝を含む固定された固定鏡胴とカム曲面に形成されたガイド溝を有する回転可能な回転鏡胴を含むことを特徴とする。
【００２０】
好ましくは、前記圧電アクチュエータは前記回転鏡胴を回転させることを特徴とする。また、好ましくは、前記圧電アクチュエータは前記回転鏡胴を時計方向に回転させる第1圧電アクチュエータ及び前記回転鏡胴を時計の逆方向に回転させる第2圧電アクチュエータを含む。
この際、前記回転鏡胴には一方向にのみ回転力を伝達する一方向クラッチベアリングが装着され、前記セグメントは前記一方向クラッチベアリングに接触されることが好ましい。
【００２１】
好ましくは、前記第1圧電アクチュエータに装着される駆動部材のセグメントは時計方向に傾いて前記一方向クラッチベアリングに接触し、前記第2圧電アクチュエータに装着される駆動部材のセグメントは時計の逆方向に傾いて前記一方向クラッチベアリングに接触することを特徴とする。
【００２２】
また、好ましくは、前記第1圧電アクチュエータに装着される駆動部材のセグメントは時計方向に傾いて前記回転鏡胴に接触し、前記第2圧電アクチュエータに装着される駆動部材のセグメントは時計の逆方向に傾いて前記回転鏡胴に接触することを特徴とする。
【００２３】
好ましくは、前記第1及び第2圧電アクチュエータは前記回転鏡胴の外側に位置するか、もしくは前記回転鏡胴の内側に位置し、または前記第1圧電アクチュエータは前記回転鏡胴の外側に、前記第2圧電アクチュエータは前記回転鏡胴の内側に位置することを特徴とする。
【００２４】
好ましくは、前記圧電アクチュエータは積層型または単板型である。この際、前記鏡胴に隣接するよう装着され、前記単板型圧電アクチュエータに増幅した電圧を与えるリング形圧電変圧器をさらに含む。
【００２５】
好ましくは、前記レンズはレンズ外径部に固定される凸部が前記鏡胴のガイド溝に挿入されることにより前記鏡胴内部に移動可能に位置することを特徴とする。
【００２６】
また、本発明はレンズを移送するための移送装置において、前記レンズを内部に位置させ、前記レンズを前後進させられるよう前後方向に直線的に形成されたガイド溝を含む固定された固定鏡胴；前記固定鏡胴を囲繞するよう外部に位置し、カム曲面に形成されたガイド溝を有する回転可能な回転鏡胴；前記回転鏡胴の外径部を囲繞するよう位置し、外部からの信号入力に応じて半径方向に収縮及び復帰する1対のリング(ring)形圧電アクチュエータ；前記回転鏡胴の外径部に装着され、一方向にのみ回転力を伝達する1対の一方向クラッチベアリング；及び、前記1対の圧電アクチュエータの内径部に夫々装着されるようリング(ring)形に形成され、その内側には前記一方向クラッチベアリングと接触するよう内側に向って夫々時計方向及び時計の逆方向に延びたセグメントが形成される1対の駆動部材；を含むレンズ移送装置を提供する。
【００２７】
好ましくは、前記圧電アクチュエータは積層型または単板型で、この際前記鏡胴に隣接するよう装着され、前記単板型圧電アクチュエータに増幅した電圧を与えるリング形圧電変圧器をさらに含むことができる。
【００２８】
また、好ましくは、前記レンズはレンズ外径部に固定される凸部が前記鏡胴のガイド溝に挿入されることにより前記鏡胴内部に移動可能に位置するか、もしくは前記レンズは外径部に凸部の形成されたレンズフレームに固定され、前記レンズフレームの凸部が前記鏡胴のガイド溝に挿入されることにより前記鏡胴内部に移動可能に位置することを特徴とする。
【００２９】
また、本発明はレンズを移送するための移送装置において、前記レンズを内部に位置させ、前記レンズを前後進させるよう前後方向に直線的に形成されたガイド溝を含む固定された固定鏡胴；前記固定鏡胴を囲繞するよう外部に位置し、カム曲面に形成されたガイド溝を有する回転可能な回転鏡胴；前記回転鏡胴の内部に位置し、外部からの信号入力に応じて半径方向に膨張及び復帰する1対のリング(ring)形圧電アクチュエータ；前記回転鏡胴の内径部に装着され、一方向にのみ回転力を伝達する1対の一方向クラッチベアリング；及び、前記1対の圧電アクチュエータの外径部に夫々装着されるようリング(ring)形に形成され、その外側には前記一方向クラッチベアリングと接触するよう外側に向って夫々時計方向及び時計の逆方向に延びたセグメントが形成される1対の駆動部材；を含むレンズ移送装置を提供する。
【００３０】
好ましくは、前記圧電アクチュエータは積層型または単板型で、この際前記鏡胴に隣接するよう装着され、前記単板型圧電アクチュエータに増幅した電圧を与えるリング形圧電変圧器をさらに含むことができる。
【００３１】
さらに、好ましくは、前記レンズはレンズ外径部に固定される凸部が前記鏡胴のガイド溝に挿入されることにより前記鏡胴内部に移動可能に位置するか、もしくは前記レンズは外径部に凸部の形成されたレンズフレームに固定され、前記レンズフレームの凸部が前記鏡胴のガイド溝に挿入されることにより前記鏡胴内部に移動可能に位置することを特徴とする。
【００３２】
また、本発明はレンズを移送するための移送装置において、前記レンズを内部に位置させ、前記レンズを前後進させられるよう前後方向に直線的に形成されたガイド溝を含む固定された固定鏡胴；前記固定鏡胴を囲繞するよう外部に位置し、カム曲面に形成されたガイド溝を有する回転可能な回転鏡胴；前記回転鏡胴の内部に位置し、外部からの信号入力に応じて半径方向に膨張及び復帰するリング(ring)形第1圧電アクチュエータ；前記回転鏡胴の外径部を囲繞するよう位置し、外部からの信号入力に応じて半径方向に収縮及び復帰するリング(ring)形第2圧電アクチュエータ；前記回転鏡胴の外径部及び内径部に夫々装着され、一方向にのみ回転力を伝達する1対の一方向クラッチベアリング；及び、前記第1及び第2圧電アクチュエータに夫々装着されるようリング(ring)形に形成され、前記一方向クラッチベアリングと接触するよう前記ベアリングに向って全て時計方向または時計の逆方向に延びたセグメントが形成される1対の駆動部材；を含むレンズ移送装置を提供する。
【００３３】
好ましくは、前記圧電アクチュエータは積層型または単板型で、この際前記鏡胴に隣接するよう装着され、前記単板型圧電アクチュエータに増幅した電圧を与えるリング形圧電変圧器をさらに含むことができる。
【００３４】
また、好ましくは、前記レンズはレンズ外径部に固定される凸部が前記鏡胴のガイド溝に挿入されることにより前記鏡胴内部に移動可能に位置するか、もしくは前記レンズは外径部に凸部の形成されたレンズフレームに固定され、前記レンズフレームの凸部が前記鏡胴のガイド溝に挿入されることにより前記鏡胴内部に移動可能に位置することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３５】
以上のように本発明によるレンズ移送装置は知能型素子である圧電素子を使った駆動方式を用い、鏡胴の回転構造が単純で、小型化され、直接駆動方式である点で動力伝達効率の高い効果を奏するものである。
【００３６】
また、本発明によるレンズ移送装置は圧電アクチュエータを使用し、また圧電アクチュエータを使用する際交流電圧をそのまま用いられる利点がある。即ち、従前の圧電アクチュエータを使用したレンズ駆動方式(図3、4参照)においてはレンズを移動させるべく単位波形または勾配が急激に異なる波形の電圧を生成して印加しなければならなかったが、本発明のような圧電アクチュエータ方式を用いると急激な収縮膨張による運動ではないので、通常の交流電圧を用いてそのまま駆動できる利点がある。
【００３７】
また、本発明によるレンズ移送装置はカメラ、カムコーダ型超小型モバイル光学ズーム機構、カムコーダ、コンパクトズームカメラ、監視カメラ、マイクロ無人飛行体など小型ズーム機構のあらゆる駆動装置として発展可能になる。
【００３８】
また、本発明はレンズの移送距離を異なる構成要素により制約されないようにする新たなレンズ移送構造を提供し、レンズの位置を超精密制御して焦点微調節及び倍率微調整、高解像度を得られる移送装置を提供することができる。
【００３９】
また、本発明によるレンズ移送装置は電磁気モータを使用しないので電磁気波の発生を防止でき、携帯電話のようなモバイル機器にも如何なる制限無く装着して用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下、本発明について添付の図面を参照しながらより詳しく説明する。
[ズーム機能]
本発明は光学機器のズーム機能具現構造に関するもので、ズーム機能はカメラのような光学機構から遠く離れた被写体をまるで傍で写すような効果を得るためのものである。ズーム機能を使うとより大きいイメージの画像が撮影できる。ズーム機能は大きくズームイン(Zoom In)機能とズームアウト(Zoom Out)機能とに区分することができる。ズームイン機能は遠くの被写体を拡大し近くに見えるようにする機能で、逆にズームアウト機能は被写体の周辺部まで撮影範囲を拡張するよう被写体を遠ざけて撮影する機能である。
【００４１】
一方、ズーム機能は光学ズーム機能とディジタルズーム機能とに大別できる。光学ズーム機能はレンズ間距離変化に応じてズーム機能を具現することをいい、これは画質の低下が無く、低解像度の画像センサを補充できる利点がある。それに比して、ディジタルズームは画質低下をもたらすが特定部分の露出度が高いイメージを得られる利点があり、これは画像素子に認識される映像信号を大きく増幅する等ソフトウェア的な方式によるズーム機能である。
【００４２】
図5はレンズのズーム機能構造を示した断面図である。図5は光学ズーム機能を具現する一般的なレンズ構造を示す。円筒形の鏡胴(6)内には夫々焦点レンズ(1)とズームレンズ(2)が前後進できるよう配列され、後端部側に固定されるダミーレンズ(3)とフィルター(4)及び画像素子(CCDまたはCMOS、5)が配列される。こうした一般のズームメカニズムにおいては、焦点レンズ(1)とズームレンズ(2)が夫々一定間隔または異なる間隔で位置移動しながら画像素子(5)に拡大または縮小した映像を伝えることになる。
【００４３】
本発明は前記のようなズームメカニズムにおけるレンズ前後進構造に関するものである。
【００４４】
[レンズ移動構造]
図6は本発明によるレンズ移送装置の斜視図で、図7は図5のレンズ移送装置の部分切開斜視図である。図8は図5のレンズ移送装置の断面図、図9は図5のレンズ移送装置の平面図、及び図10は図5のレンズ移送装置の組立図である。
【００４５】
図6ないし図10において、鏡胴(6、7)内で移動するレンズは焦点レンズ(1)及びズームレンズ(2)となる。夫々のレンズ(1、2)は全て円筒形の鏡胴(6、7)内に移動可能に装着される。前記レンズはそれ自体の形状が外部に突出した凸部(11)を有するよう形成されることができる。この際、凸部(11)はレンズと一体に形成されてもよく、レンズにピンが嵌め込まれる形状とされてもよい。また、レンズ(1、2)が円形のレンズフレーム(3)に挿入されることも可能である。レンズフレーム(3)はやはり外側に突出した凸部(11)を有するよう形成され、この際凸部(11)はフレーム(3)に一体に形成されてもよく、またはピンが挿入される構造でもよい。
【００４６】
前記のように凸部が形成されるレンズは夫々円筒形の鏡胴に内蔵される。鏡胴(6、7)は円筒形の固定鏡胴(7)と固定鏡胴(7)を包む異なる円筒形の回転鏡胴(6)とを含む。固定鏡胴(7)は光学機器の胴体またはベース(35)に回転しないよう固定装着され、胴体にはレンズが前後進する方向に長いガイド溝(7a)が形成される。前記ガイド溝(7a)には前記レンズ(1、2)の凸部(11)が挿入され、レンズは前記ガイド溝(7a)に沿って前後進するようになる。
【００４７】
また、回転鏡胴(6)は前記固定鏡胴(7)の外側(または内側)に配列され、光学機器の胴体またはベース(35)に回転可能に装着される。回転鏡胴(6)にはレンズ(1、2)を所定の位置に移動させるようカム形状の曲線ガイド溝(6a)が形成される。前記ガイド溝(6a)にはやはりレンズ(1、2)の凸部(11)が挿入され、レンズが前記固定鏡胴のガイド溝(7a)に沿って前後進するようレンズ凸部(11)を押したり引っ張る機能を果たす。
通常、前記固定鏡胴(7)が内側に、回転鏡胴(6)が外側に配列されるが、これと逆に回転鏡胴(6)が内側、固定鏡胴(7)が外側に配列されることも可能である。
【００４８】
[圧電アクチュエータ]
本発明のレンズ移送装置は圧電素子から成る圧電アクチュエータを使用する。 圧電素子には、例えばPZTという複合酸化物材料を用いることができる。PZTは鉛(Pb)、ジルコニウム(Zr)、チタニウム(Ti)のアルファベット頭文字で標記したもので、最も代表的な圧電材料である。こうした圧電体は力を与えると瞬間的に電気が発生し、逆に電気をかけると外部形状が変化する。
これを圧電効果(Piezoelectric effect)といい、結晶を有する固体に応力を与えるとその結晶の対向面に負または正の電荷が発生するが、この電荷量は応力に比例し応力の方向を逆にするとその符合も変わる現象を意味する。また、外部から電界をかけると歪曲が生じるが、その大きさは電界の大きさに比例し電界の方向を逆にすると変形も逆になる。こうした圧電現象は応力、電界、電気変位、分極などが関連しながら電気的結合が起こるもので、センサ及び電気装置、音響装備、各種電子回路を具現するのに広く利用される。
【００４９】
本発明の圧電アクチュエータは前記のような圧電効果を利用したもので、また電歪効果を利用することもできる。電歪効果(Electrostrictive effect)は圧電効果の一現象で、電界の自乗に比例して歪曲を起こす現象のことをいう。電歪効果が圧電効果と異なる点は電界の方向により変形の方向が変わらないことである。従って、両面に電極を設け、ここに高電圧をかけて分極を発生させると、永久残留内部変形を起こすことができ、直流電界をかけ続けなくとも電界励起変形を生じさせることができる。
【００５０】
本発明においてはリング形圧電アクチュエータを用いて、電気的信号を与えると半径方向に収縮または膨張する性質を利用する。前記圧電アクチュエータは前記鏡胴(6、7)の外周縁または内周縁に位置し、前記鏡胴を包むよう位置する。
【実施例１】
【００５１】
本発明によるレンズ移送装置の第1実施例を図6ないし図12を参照しながら説明する。図11は図5のレンズ移送装置における圧電アクチュエータの斜視図である。
円筒形の固定鏡胴(7)が光学機器のベース(35)に装着される。固定鏡胴(7)の内部には焦点レンズ(1)及びズームレンズ(2)が移動可能に装着される。焦点レンズ(1)及びズームレンズ(2)は夫々レンズフレーム(3)に装着され、レンズフレーム(3)には外側に向って突出した凸部(11)が形成される。夫々の鏡胴(6、7)には前記レンズフレーム(3)の凸部(11)が挿入され得る一定形状のガイド溝(6a、7a)が形成され、前記レンズはガイド溝(6a、7a)に沿って前後進するようになる。
【００５２】
レンズの前後進は回転鏡胴(6)の回転により行われ、前記回転鏡胴(6)を回転させるべく圧電アクチュエータ(10、20)を用いる。圧電アクチュエータ(10、20)は前記回転鏡胴(6)の外側にリング(ring)の形で配列される。圧電アクチュエータ(10、20)の配列は図6のとおりで、図7は部分切開状態のレンズ移送装置を示す。圧電アクチュエータ(10、20)は外部からの信号入力に応じて半径方向に収縮または膨張するが、本実施例においては半径方向に鏡胴に向って収縮する動作を繰り返すようになる。即ち、収縮及び復帰運動を繰り返すのである。
【００５３】
圧電アクチュエータ(10、20)には前記鏡胴、即ち回転鏡胴(6)と接触するよう鏡胴に向って延びた多数個のセグメントが形成される駆動部材(30)が装着される。駆動部材(30)は圧電アクチュエータ(10、20)の内側面に接触し、このためリング形状となる。駆動部材(30)は圧電アクチュエータ(10、20)の半径方向への収縮運動に応じて収縮及び復帰を繰り返すようになる。駆動部材(30)はチタニウムまたはステンレススチール、黄銅のように弾性を有する金属部材から成る。
【００５４】
駆動部材(30)には多数個のセグメント(31)が形成される。前記セグメント(31)は櫛の歯形状で前記鏡胴(6)に向って延びている。こうしたセグメントの形状は図6及び図7に示すとおりで、セグメントは鏡胴を回転させたい方向に傾くよう形成される。前記セグメント(31)は前記鏡胴にほぼ隣接するよう配列され、駆動部材が収縮しない場合にも鏡胴に接触する構造または駆動部材が収縮時鏡胴に接触する構造とされることができる。
【００５５】
図9において、セグメント(31)の傾斜方向を時計の逆方向と定義し、図9と反対の方向を時計方向と定義する。再び図16において、前記図9のようなセグメント(31)方向を有する(b)の場合、これを時計の逆方向と定義し、この際内部に位置する鏡胴(6)は時計の逆方向に回転する。逆に、(a)の場合セグメント(31)は時計方向に形成され、内部の鏡胴(6)は時計方向に回転する。(c)の場合セグメント(31)は外側に時計の逆方向に形成され、鏡胴(6)が外部に位置すれば鏡胴も時計の逆方向に回転する。(d)はセグメント(31)が外側時計方向に形成されたものを示し、外部に位置する鏡胴(6)が時計方向に回転する。
【００５６】
駆動部材(30)は圧電アクチュエータの収縮時共に収縮し、駆動部材の収縮によりセグメント(31)が内側に押し付けられ、この際セグメント(31)は回転方向に傾いて形成されているので前記回転鏡胴(6)を傾斜方向に回転させる。こうした収縮動作を1秒当り数千ないし数万回繰り返すことになり、これを制御して回転鏡胴を所望の回転量で回転させるよう調節することができる。図11は前記のような駆動部材(30)が圧電アクチュエータ(10)に装着された状態を示す。 
【００５７】
前記圧電アクチュエータ(10、20)は前記回転鏡胴(6)の両方向への回転を可能にすべく1対で配列される。即ち、第1圧電アクチュエータ(10)と第2圧電アクチュエータ(20)が夫々鏡胴(6)の外部に配列され、第1及び第2圧電アクチュエータ(10、20)は相互隣接するよう配列される。
【００５８】
前記第1及び第2圧電アクチュエータ(10、20)は夫々外部からの信号入力に応じて半径方向、即ち鏡胴方向に収縮運動を行い、各アクチュエータの内側に装着される駆動部材(30)のセグメント(31)の形状に応じて鏡胴を時計方向または時計の逆方向に回転させるようになる。図6及び図7において、上部の第1圧電アクチュエータ(10)は時計方向に傾くよう形成されたセグメント(31)を含み、こうしたセグメント(31)は鏡胴を時計方向に回転させることになる。また、下部の第2圧電アクチュエータ(20)は時計の逆方向に傾くよう形成されたセグメント(31')を含み、こうしたセグメント(31')は鏡胴(6)を時計の逆方向に回転させる。
【００５９】
前記のような構造はセグメント(31)が直接鏡胴に接触して回転力を伝達する構造であるが、これと異なりセグメント(31)と鏡胴(6)との間にベアリング(50)を設けることもできる。それは図8及び図9に示す。ベアリング(50)は一方向クラッチベアリングを使い、一方向にのみ回転力を伝達し逆方向には回転力を伝えない構造を有する。前記のようなベアリング構造としては、既に公知されている諸ベアリング構造が可能であろう。前記のような一方向クラッチベアリング(50)を用いると、駆動部材(30)のセグメント(31)は前記ベアリング(50)に接触し、前記クラッチベアリング(50)は回転鏡胴(6)に装着される。図8において図面番号5は画像素子(CCDまたはCMOS)である。
【００６０】
このようにベアリングを用いると鏡胴の両方向回転を容易にさせられる。即ち、第1圧電アクチュエータ(10)に使用するベアリングと第2圧電アクチュエータに使用するベアリングの回転力伝達方向を逆にして、時計方向または時計の逆方向に回転する場合、他圧電アクチュエータのセグメントと鏡胴との摩擦を防止することができる。
【００６１】
前記圧電アクチュエータ(10、20)は積層型に形成されることができる。積層型圧電アクチュエータは所定の厚さを有するリング形圧電素子を多数個積層して一つのアクチュエータとしたものである。圧電アクチュエータにおいて駆動電圧は圧電体電極間厚さに比例するので、低い駆動電圧下で駆動させるためには前記のような積層型圧電アクチュエータを用いることが好ましい。
【００６２】
また、前記のように積層型でなく単板型圧電アクチュエータを使用することもできる。単板型の場合、積層型より作製し易く固定が簡単な利点がある。しかし、単板型の場合、共振周波数で使用する場合駆動電圧が約50〜100Vほどなので、供給される電圧を増幅すべく変圧器がさらに必要となる。従って、単板型圧電アクチュエータを使う場合リング形圧電変圧器(ring type Piezoelectric Transformer)を用いることが好ましい。圧電変圧器は図8に示したように圧電アクチュエータの上側に配列され、鏡胴の外部に配列される。
【００６３】
図12のように、圧電変圧器は電磁気変圧器のように大きく入力端と出力端とに分けられる。電磁気変圧器は入力端と出力端の巻線比により昇圧または降圧比が調節されるのに比して、圧電変圧器は変圧器の形状変数(長さL、厚さh、分極方向Pなど)によりその数値が調節される。圧電変圧器の原理は、入力端(61)に電圧が与えられると入力端は圧電逆効果(電気的信号を機械的変形に変化)により振動を起こし、その振動は再び出力部(62)に機械的な応力を発生させ、圧電正効果(機械的応力を電気的信号に変換)により出力部から入力電圧より昇圧または降圧された電圧を得る、というものである。
【００６４】
一方、図10のように第1圧電アクチュエータ(10)と第2圧電アクチュエータ(20)との間には絶縁体リング(15)が装着され、また第2圧電アクチュエータ(20)とベース(35)との間にも絶縁体リング(15)が装着される。
【実施例２】
【００６５】
本発明によるレンズ移送装置の第2実施例においては前記と異なり圧電アクチュエータが鏡胴の内部に位置する。これについては図13を参照して考察する。
図13は本発明の第2実施例によるレンズ移送装置に関するものである。図13において、ベース(35)には固定鏡胴(67)が外側に固定され、固定鏡胴(67)の内側には回転鏡胴(66)が回転可能に装着される。回転鏡胴には第1実施例のようなカム形状の曲線ガイド溝が形成され、固定鏡胴(67)には前後進方向へ直線形状のガイド溝が形成される。
【００６６】
焦点レンズ(1)及びズームレンズ(2)は第1実施例のように鏡胴の内部に前後進可能なよう凸部(11)がガイド溝に挿入された状態で装着される。レンズはレンズフレーム(3)に挿入され、これと異なりレンズ自体に凸部が形成され前記のようなレンズフレーム(3)を用いない構造も可能である。
【００６７】
圧電アクチュエータ(70、75)は1対で前記回転鏡胴(66)の内側に配列される。圧電アクチュエータ(70、75)は第1実施例と異なり鏡胴に向って膨張して再び復帰する作動を繰り返すようになる。前記圧電アクチュエータ(70、75)は前記回転鏡胴(66)の両方向回転を可能にすべく1対で配列され、その外径部に夫々リング(ring)形状の駆動部材(72)が設けられる。リング形状の駆動部材(72)は前記鏡胴に向って延びた多数個のセグメントを含み、前記セグメント(73)は第1実施例のように時計方向または時計の逆方向に夫々傾くよう形成される。即ち、前記セグメントは第1実施例のように夫々異なる方向に傾くよう形成されるのである。
【００６８】
前記セグメント(73)と回転鏡胴(66)の間には一方向クラッチベアリング(77)が設けられ、前記セグメント(73)は好ましくは前記一方向クラッチベアリング(77)に接触して回転力を鏡胴に伝達する。
【００６９】
前記のような構造を有する第2実施例においてもその回転のための作動は第1実施例と同一な技法を用いる。即ち、圧電アクチュエータに外部からの作動信号、即ち電圧を印加すると圧電アクチュエータは膨張し、その外側のリング形駆動部材を押すようになる。駆動部材が押されると、駆動部材に一体に形成されたセグメントがベアリングを押すようになり、時計方向または時計の逆方向に前記回転鏡胴を回転させるようになる。
【００７０】
第2実施例においては第1実施例と異なり圧電アクチュエータ及び駆動部材、ベアリングが回転鏡胴の内部に位置するようになり、このことから駆動メカニズムの小型化及び外部メカニズムの省略が可能な利点がある。圧電アクチュエータはリング(ring)形状で、レンズから圧電アクチュエータの内部空間を通してベース(35)に形成される画像素子(5)に外部映像が伝達される。
第2実施例の圧電アクチュエータもやはり積層型または単板型に形成されることができ、単板型の場合は圧電変圧器を用いることが好ましい。
【実施例３】
【００７１】
本発明によるレンズ移送装置の第3実施例においては、前記第1及び第2実施例と異なり圧電アクチュエータが鏡胴の内部及び外部に夫々位置するようになる。これについては図14を参照しながら考察する。
図14は本発明の第3実施例によるレンズ移送装置に関するものである。図14において、ベース(35)には固定鏡胴(87)が内側に固定され、固定鏡胴(87)の外側には回転鏡胴(86)が回転可能に装着される。回転鏡胴には第1実施例のようなカム形状の曲線ガイド溝が形成され、固定鏡胴(87)には前後進方向に直線形状のガイド溝が形成される。
【００７２】
焦点レンズ(1)及びズームレンズ(2)は第1実施例のように鏡胴の内部に前後進可能なよう凸部(11)がガイド溝に挿入された状態で装着される。レンズはレンズフレーム(3)に挿入され、これと異なりレンズ自体に凸部を形成して前記のようなレンズフレーム(3)を用いない構造も可能である。
【００７３】
圧電アクチュエータ(80、85)は1対で前記回転鏡胴(86)の内、外側に夫々配列される。圧電アクチュエータ(80、85)は第1実施例及び第2実施例と異なり鏡胴に向って膨張及び収縮し再び復帰する作動を繰り返すようになる。即ち、回転鏡胴(86)の外側に配列された圧電アクチュエータ(85)は電圧を印加すると鏡胴に向って収縮し、収縮により駆動部材(88)のセグメント(89)が鏡胴に回転力を伝達するようになる。
【００７４】
また、回転鏡胴(86)の内側に配列される圧電アクチュエータ(80)は電圧が印加されると鏡胴に向って外側に膨張しセグメントに回転力を伝達するようになる。この際、回転鏡胴(86)の内部には固定鏡胴が配列され、内部に配列される圧電アクチュエータ(80)のセグメント(89')が前記固定鏡胴に接触せず回転鏡胴に接触する為固定鏡胴にセグメントの運動部分と接触しないよう柱(91)を形成して固定するようになる。これは図15に詳しく示してある。即ち、セグメント(89')が圧電アクチュエータの膨張運動に応じて回転鏡胴(86)と接触して運動するよう充分な空間(90)を確保すべく多数個の柱(91)をセグメント間に配列して固定鏡胴(87)を支持させる。このような構造は単なる例に過ぎず、内部の圧電アクチュエータ(80)が回転鏡胴と接触することになる、これと異なった如何なる構造であろうと本発明のレンズ移送装置に用いることができる。
【００７５】
前記圧電アクチュエータ(80、85)は前記回転鏡胴(86)の両方向回転を可能にすべく1対で配列され、その外径部または内径部に夫々リング(ring)形状の駆動部材(88)が設けられる。リング形状の駆動部材(88)は前記鏡胴に向って延びた多数個のセグメント(89、89')を含み、前記セグメント(89、89')は第1実施例のように時計方向または時計の逆方向へ傾くよう形成される。但し、図16において(b)及び(d)の組合せまたは(a)及び(c)の組合せにより前記セグメントの形状が決定される。
【００７６】
前記セグメント(89、89')と回転鏡胴(86)との間には一方向クラッチベアリング(84)が設けられ、前記セグメントは好ましくは前記一方向クラッチベアリング(84)に接触して回転力を鏡胴に伝達する。
【００７７】
前記のような構造を有する第3実施例においても、その回転のための作動は第1及び第2実施例と同一な技法を用いる。即ち、圧電アクチュエータに外部からの作動信号、即ち電圧を印加すると圧電アクチュエータは収縮または膨張し、その外側または内側のリング形状の駆動部材を押すようになる。駆動部材が押されると、駆動部材に一体に形成されたセグメントがベアリングを押し、時計方向または時計の逆方向に前記回転鏡胴を回転させるようになる。
【００７８】
前記第3実施例においては第1及び第2実施例と異なって圧電アクチュエータ及び駆動部材、ベアリングが回転鏡胴の内部及び外部に夫々位置し、これにより駆動機構の厚さを減らせ構造の小型化を図る他の方法を提供することになる。圧電アクチュエータはリング(ring)形状で、レンズから内部圧電アクチュエータの内部空間を通してベース(35)に形成される画像素子(5)に外部映像が伝達される。第3実施例の圧電アクチュエータもやはり積層型または単板型に形成されることができ、単板型の場合は圧電変圧器を用いることが好ましい。
【００７９】
本発明は特定の実施例に係り図示・説明したが、特許請求範囲により具備される本発明の精神や分野を外れない限度内で本発明が多様に改造及び変化され得ることを当業界において通常の知識を有する者は容易に想到できることを明かしておく。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】従来のレンズ移送装置の構造を示した断面図である。
【図２】従来の他レンズ移送装置の構造を示した断面図である。
【図３】従来のさらに他のレンズ移送装置の構造を示した断面図である。
【図４】図3のレンズ移送装置の組立図である。
【図５】レンズのズーム機能構造の断面図である。
【図６】本発明によるレンズ移送装置の斜視図である。
【図７】図5のレンズ移送装置の部分切開斜視図である。
【図８】図5のレンズ移送装置の断面図である。
【図９】図5のレンズ移送装置の平面図である。
【図１０】図5のレンズ移送装置の組立図である。
【図１１】図5のレンズ移送装置の圧電アクチュエータの斜視図である。
【図１２】本発明によるレンズ移送装置に用いる圧電変圧器の斜視図である。
【図１３】本発明によるレンズ移送装置の他実施例を示した斜視図である。
【図１４】本発明によるレンズ移送装置のさらに他の実施例を示した斜視図である。
【図１５】図14のレンズ移送装置の鏡胴を示した斜視図である。
【図１６】(a)ないし(d)は本発明による駆動部材セグメントの諸形状を示した図面である。
【符号の説明】
【００８１】
1  焦点レンズ
2  ズームレンズ
3  レンズフレーム
6  回転鏡胴
7  固定鏡胴
6a、7a  ガイド溝
10、20  圧電アクチュエータ
30  駆動部材
31  セグメント
35  ベース
【図１】
2005031622.tif 000003
【図２】
2005031622.tif 000004
【図３】
2005031622.tif 000005
【図４】
2005031622.tif 000006
【図５】
2005031622.tif 000007
【図６】
2005031622.tif 000008
【図７】
2005031622.tif 000009
【図８】
2005031622.tif 000010
【図９】
2005031622.tif 000011
【図１０】
2005031622.tif 000012
【図１１】
2005031622.tif 000013
【図１２】
2005031622.tif 000014
【図１３】
2005031622.tif 000015
【図１４】
2005031622.tif 000016
【図１５】
2005031622.tif 000017
【図１６】
2005031622.tif 000018