JP5573008B2 - レンズユニットおよび撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、レンズユニットおよび撮像装置に関する。

撮像装置の光学系において光学部品を移動させる駆動源のひとつとしてリニアアクチュエータが用いられる。リニアアクチュエータは、コイルおよび永久磁石の一方を固定子に線状に配列して、コイルおよび永久磁石の他方を、固定子に沿って移動する移動子に搭載して形成される（特許文献１参照）。

特開２００４−１９１４５３号公報

リニアアクチュエータにおいて、移動子は円滑に移動する構造を有する。このため、移動子が停止した場合には、移動子の位置に基づく帰還制御等により移動子の停止位置を維持しなければならず、移動子が停止している場合にも電力消費が生じる。また、電源が遮断された場合は、リニアアクチュエータは移動子の位置を維持できない。

そこで、上記課題を解決すべく、本発明の第一態様として、レンズを保持する保持枠と、固定子に対して直線的に移動する可動子に連結された保持枠を移動させる移動用アクチュエータと、移動用アクチュエータが駆動力を発生していない場合に、可動子および固定子の両方に接して、可動子を固定子に対して制動する制動部と、移動用アクチュエータが駆動力を発生した場合に、可動子および固定子のいずれかから制動部を離間させる制動部用アクチュエータとを備えるレンズユニットが提供される。

また、本発明の第二態様として、上記レンズユニットを備えた撮像装置が提供される。

上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションも発明となり得る。

撮像装置９９全体の構造を模式的に示す断面図である。 直動駆動部３００の斜視図である。 直動駆動部３００の断面図である。 主に固定子１２０の構造を示す斜視図である。 直動駆動部３００の電気的構造を示す模式図である。 直動駆動部３００の制御系３０１を示すブロック図である。 レンズユニット１００の他の構造を示す図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、撮像装置９９全体の構造を示す模式的な断面図である。撮像装置９９は、レンズユニット１００と撮像部２００とを組み合わせて形成される。

レンズユニット１００は、鏡筒１１０、固定子１２０、可動子１３０、案内軸１４０、被案内部１５０、保持枠１６０、絞り装置１７０および複数のレンズ群１０２、１０４、１０６を備える。レンズ群１０２、１０４、１０６は、共通の光軸Ｃに沿って配列され、光学系１０１を形成する。

鏡筒１１０は、後述する撮像部２００のマウント部２６０に結合されて撮像部２００と一体になる。鏡筒１１０の内側には、軸状の固定子１２０および案内軸１４０が、鏡筒１１０の長手方向に、互いに並行に固定される。

一方、複数のレンズ群１０２、１０４、１０６のそれぞれは、保持枠１６０に個別に保持される。また、ひとつのレンズ群１０４は、絞り装置１７０と共に保持枠１６０に保持される。保持枠１６０の一部または全部は、可動子１３０または被案内部１５０を介して、固定子１２０および案内軸１４０から、鏡筒１１０の長手方向に移動可能に支持される。レンズ群１０２、１０４、１０６の移動により、光学系１０１の焦点距離および焦点位置が調整される。

撮像部２００は、主鏡２４０、副鏡２４２、ペンタプリズム２７０、接眼光学系２９０を含む光学系と、焦点検出部２３０、主制御部２５０、測光部２８０等を含む制御系とを備える。主鏡２４０は、レンズユニット１００の光学系１０１を介して入射した入射光の光路上に位置する待機位置と、当該入射光を避けて上昇する撮影位置（図中に点線で示す）との間を移動する。

待機位置にある主鏡２４０の裏面には、副鏡２４２が配置される。副鏡２４２は、主鏡２４０を透過した入射光の一部を、下方に配置された焦点検出部２３０に導く。これにより、主鏡２４０が待機位置にある場合は、焦点検出部２３０が光学系１０１の合焦状態を検出する。なお、主鏡２４０が撮影位置に移動した場合は、副鏡２４２も入射光の光路から退避する。

また、待機位置にある主鏡２４０は、入射光に対して傾斜して配され、入射光の殆どを、上方に配置されたフォーカシングスクリーン２７２に導く。フォーカシングスクリーン２７２は、光学系１０１の合焦位置に配され、光学系１０１により結ばれた像を結像させる。

フォーカシングスクリーン２７２に映し出された画像は、ペンタプリズム２７０を介して接眼光学系２９０から観察される。これにより、接眼光学系２９０からは、フォーカシングスクリーン２７２上の画像を正像として見ることができる。

ペンタプリズム２７０および接眼光学系２９０の間には、ファインダＬＣＤ２９４に形成された表示画像を、フォーカシングスクリーン２７２の映像に重畳させるハーフミラー２９２が配置される。これにより、接眼光学系２９０の出射端においては、フォーカシングスクリーン２７２の映像と、ファインダＬＣＤ２９４の映像とを併せて見ることができる。なお、ファインダＬＣＤ２９４には、撮像装置９９の撮影条件、設定条件、閃光装置のレディライト等の情報が表示される。

また、ペンタプリズム２７０の出射光の一部は、測光部２８０に導かれる。測光部２８０は、入射光の強度およびその分布等を測定して、撮影条件を決定する場合に測定結果を参照させる。

撮像部２００において、レンズユニット１００からの入射光に対して主鏡２４０の後方には、シャッタ２２０、光学フィルタ２１２および撮像素子２１０が光軸Ｃに沿って配される。撮像部２００のレリーズスイッチが押された場合は、まず、主鏡２４０が撮影位置に移動して、入射光の光路から退避する。これにより、入射光はシャッタ２２０に向かって入射する。更に、シャッタ２２０が開放されると、入射光は直進して撮像素子２１０に入射される。これにより、光学系１０１を形成した画像が、撮像素子２１０において電気信号に変換される。

なお、撮像部２００は、レンズユニット１００に対して背面に、外部に面して配されたメインＬＣＤ２９６を備える。メインＬＣＤ２９６は、撮像部２００に対する各種の設定情報を表示する他、主鏡２４０が撮影位置に移動している場合に撮像素子２１０に形成された画像を表示することもできる。また、撮像素子２１０により撮像された画像を再生する場合にも用いられる。

主制御部２５０は、上記のような動作を総合的に制御する。また、撮像部２００側の焦点検出部２３０が検出した被写体までの距離の情報を参照して、レンズユニット１００を駆動するオートフォーカス機構を制御する。

図２は、レンズユニット１００における直動駆動部３００の斜視図である。図２は、ひとつのレンズ群１０６と、レンズ群１０６を保持した保持枠１６０を駆動する部材を抜き出して示す。図２において、図１と共通の要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。

直動駆動部３００において、レンズ群１０６を保持する保持枠１６０は、略円形の枠の対称な位置に一体的に配された可動子１３０および被案内部１５０に支持される。可動子１３０は、固定子１２０を挿通され、固定子１２０の延在方向に沿って移動する。被案内部１５０も、案内軸１４０を挿通されて、案内軸１４０に沿って移動する。

なお、後述するように、保持枠１６０を移動させる駆動力は、固定子１２０および可動子１３０の間で発生される。このため、固定子１２０には、電力を供給するケーブル１２１が結合される。

保持枠１６０および被案内部１５０は、可動子１３０に連れ従って移動する。固定子１２０および案内軸１４０は、光学系１０１の光軸Ｃと平行に配されるので、保持枠１６０に保持されたレンズ群１０６は光軸Ｃに沿って移動する。

図３は、直動駆動部３００の断面図である。固定子１２０は、外筒１２２およびコア１２８と、複数のコイル１２４とを有する。可動子１３０は、可動子本体１３８と、可動子本体１３８に対して取り付けられた軸受部１３２、永久磁石１３４および制動部用アクチュエータ１３６を有する。

固定子１２０において、外筒１２２およびコア１２８は、互いに同軸に配される。複数のコイル１２４の各々は、外筒１２２の内側において、コア１２８の回りに巻かれ、固定子１２０の長手方向に配列される。なお、直動駆動部３００の制御性を向上させるという観点から、外筒１２２およびコア１２８は非磁性体であることが好ましい。

可動子１３０において、可動子本体１３８は、固定子１２０の外径よりも大きな内径を有して、可動子１３０の内面は固定子１２０から離間する。可動子１３０の内側両端には一対の軸受部１３２が配され、可動子１３０は、軸受部１３２を介して固定子１２０から支持される。これにより、可動子１３０は、固定子１２０に沿って円滑に移動する。

被案内部１５０も、案内軸１４０の外径よりも大きな内径を有して、被案内部１５０の内面は、案内軸１４０の表面から離間する。被案内部１５０の内側両端には一対の軸受部１５２が配され、被案内部１５０は、軸受部１５２を介して案内軸１４０から支持される。これにより、被案内部１５０は、案内軸１４０に沿って円滑に移動する。

永久磁石１３４は、可動子本体１３８の中程において固定子１２０を包囲する環状の形状を有する。また、永久磁石１３４は、固定子１２０の長手方向の両端において極性が反転するように着磁される。ただし、永久磁石１３４の向きに特に制限はなく、固定子１２０の長手方向について、図示の方向と反対に極性が配列されていてもよい。

一対の制動部用アクチュエータ１３６は、上面を可動子本体１３８に固定され、下面を固定子１２０の外面に接する。これにより、制動部用アクチュエータ１３６の表面が制動部となり、可動子１３０は固定子１２０に対して固定される。

また、制動部用アクチュエータ１３６は、外部から制御されて動作して厚さを減じる。これにより、制動部用アクチュエータ１３６の一方の面は固定子１２０の表面から離間して、可動子１３０が固定子１２０に沿って移動することを妨げなくなる。

このように、制動部用アクチュエータ１３６は、直動駆動部３００において可動子１３０が固定子１２０に対して移動している期間は、可動子１３０の固定子１２０に対する制動を解除する。また、直動駆動部３００における可動子の固定子１２０に対する移動が停止した場合には、可動子１３０を固定子１２０に対して固定する。これにより、可動子１３０が停止した場合は、その位置が保持される。

制動部用アクチュエータ１３６は、例えば、電圧を印加された場合に厚さを変化させる圧電素子をアクチュエータとして形成できる。即ち、圧電素子を用いて、駆動電圧を印加した場合に制動部用アクチュエータ１３６が厚さを減じるように形成することができる。これにより、直動駆動部３００が可動子１３０を駆動していない場合は、制動部用アクチュエータ１３６が制動部として可動子１３０の位置を保持する。

これにより、直動駆動部３００においてが可動子１３０を移動させていない場合は、電力等を供給することなく、可動子１３０は、自律的にその停止位置を保持する。また、直動駆動部３００において可動子１３０が駆動されている場合は、制動部用アクチュエータ１３６に並列的に駆動電圧を印加して、制動部用アクチュエータ１３６による可動子１３０の制動が解除されるので、可動子１３０は円滑に移動する。

なお、上記のような動作をする制動部用アクチュエータ１３６は、加熱された場合に形状を変化させるバイメタルでも形成できる。更に、回復温度まで加熱されて記憶形状を回復する形状記憶合金を用いても、制動部用アクチュエータ１３６を形成できる。

バイメタルまたは形状記憶合金は、ヒータ等を併設して供給電力のオンオフにより制御できる。また、固定子１２０に配されたコイルが発生する熱により動作させることにより、直動駆動部３００が動作している場合に、制動部用アクチュエータ１３６による可動子１３０の制動が同時に解除される制御を自律的に実行させることもできる。

なお、上記の例では、保持枠１６０の一端を可動子１３０により駆動して、他端を可動子１３０に従動する被案内部１５０としたが、一対の可動子１３０を配して保持枠１６０を駆動してもよい。その場合に、案内軸１４０に替えて固定子１２０を配すべきことはいうまでもない。

図４は、直動駆動部３００の斜視図であり、固定子１２０および可動子１３０の内部構造を露出させて示す。図１から図３までと共通の要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。

固定子１２０は、コア１２８に沿って配列された複数のコイル１２４を有する。コイル１２４の各々は、駆動電流を供給された場合に個別に磁界を発生する。可動子１３０において、永久磁石１３４は、外筒１２２の外側から、コイル１２４を包囲する。また、可動子１３０において、制動部用アクチュエータ１３６は、可動子１３０の移動方向について永久磁石１３４の前後に配される。

図５は、直動駆動部３００の電気的構造を示す模式図である。なお、他の図と共通の要素には同じ参照番号を付して、重複する説明を省く。

コイル１２４はコア１２８の回りに個別に巻かれ、図中に点線で結んで示すように、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の三相に結線される。図示の例では、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の三相が３組示されるが、三相あるいは３組に限られないことはいうまでもなく、可動子１３０に求められる移動距離に応じて配される。また、コイル１２４の結線も三相結線に限られるわけではなく、三相結線以上または２相結線でもよい。

図６は、直動駆動部３００の制御系３０１を示すブロック図である。制御系３０１は、位置算出部３２０、駆動回路３３０およびスイッチ制御部３４０を含む。なお、制御系３０１は、撮像部２００の制御部２５０に含まれる。

位置算出部３２０は、直動駆動部３００に配されたエンコーダ３１０が検出した可動子１３０の位置を参照して、可動子１３０を移動させる場合に駆動回路３３０をオンにする。駆動回路３３０は、三相指令発生部３３２および直流電圧発生部３３４を含む。三相指令発生部３３２は、コイル１２４に供給する駆動電流を発生する。直流電圧発生部３３４は、制動部用アクチュエータ１３６に印加する駆動電圧を発生する。更に、スイッチ制御部３４０は、位置算出部３２０の指示に応じて、三相指令発生部３３２および直流電圧発生部３３４を、コイル１２４または制動部用アクチュエータ１３６に結合する。

スイッチＳＷ０が閉じた場合、制動部用アクチュエータ１３６の駆動電圧は、反転増幅器３５０により極性を反転された上で制動部用アクチュエータ１３６に印加される。これにより、制動部用アクチュエータ１３６の厚さが減少して、制動部用アクチュエータ１３６の一方の面から、固定子１２０の表面から離間する。これにより、後述するコイル１２４のいずれかに駆動電流が供給されている期間は、可動子１３０が円滑に移動し得る状態になる。

コイル１２４に対して供給される駆動電流は、制御部２５０が可動子１３０の目標位置を示すと、位置算出部３２０は、エンコーダ３１０を参照して、目標位置までの距離と方向とに応じた直動駆動部３００の駆動量を算出する。三相指令発生部３３２は、算出結果に応じて、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のそれぞれについて駆動電流を発生して、対応する電流増幅器に三相指令値を与える。

スイッチ制御部３４０は、位置算出部の算出結果に応じて、スイッチ部Ｓの複数のスイッチＳＷ１〜スイッチＳＷ９をオンオフ制御する。これにより、コイル１２４のいずれかに電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを通電させて、直動駆動部３００を動作させる。なお、電流増幅器には、過電流保護のために過電流をセンスする直列抵抗を配置してもよい。

コイル１２４に対する駆動電流の供給スケジュールを下記の表１示す。表１において、列方向にはコイル１２４に対応するスイッチＳＷ１〜ＳＷ９までのスイッチ番号を、行方向には移動子の目標位置までの距離Ｌａ（単位ｍｍ）を記載する。また、表中の○はコイルへ通電状態を、×は非通電状態をそれぞれ示す。また、マグネット位置の数値は、可動子１３０の移動方向に係るひとつのコイル１２４の長さをミリ単位で示す。なお、個々のコイル１２４の長さは１０ミリとする。

このように、複数のコイル１２４に、駆動電流を順次供給することにより、永久磁石１３４を搭載した可動子１３０を移動させることができる。また、駆動電流を供給するコイル１２４の順番を反転させることにより、可動子１３０の移動方向を反転させることもできる。

更に、いずれかのコイル１２４に駆動電流が供給されている間、制動部用アクチュエータ１３６による可動子１３０の制動が解除されている。これにより、駆動力を受けた可動子１３０は円滑に移動して、保持枠１６０を移動させる。

コイル１２４のすべてに駆動電流の供給が絶たれた場合、スイッチ制御部３４０は、スイッチＳＷ０を除く全てのスイッチＳＷ１〜ＳＷ９を導通状態にする。これにより、直動駆動部３００はコイルショートモードとなり、永久磁石１３４およびコイル１２４の相対的移動により発生する逆起電流で停止する。

更に、コイル１２４のいずれにも駆動電流が供給されていない場合は、制動部用アクチュエータ１３６を開放している駆動電圧も供給されない。これにより、制動部用アクチュエータ１３６は、可動子１３０および固定子１２０の双方に接して、可動子１３０を制動する。この制動は、外部から駆動電力を受けることなく維持されるので、可動子１３０の停止位置は、電源等のオンオフにかかわらず維持される。また、可動子１３０を制止することにより、電力を消費することもない。

図７は、レンズユニット１００の他の構造を示す断面図である。図７は、光軸Ｃに直交する断面を示す。また、図７において、他の実施形態と共通の要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。このレンズユニット１００は、可動子１３０の制動部用アクチュエータ１３６が、可動子本体１３８と、鏡筒１１０との間に配されている点に独特の構造を有する。

制動部用アクチュエータ１３６自体の構造は、図３を参照して説明したものと変わらず、外部から駆動されていない場合は、一方の面を可動子本体１３８に固定され、他方の面を鏡筒１１０の内面に押し付けている。これにより、可動子１３０および被案内部１５０は、それぞれ鏡筒１１０の内面に対し広い面積で制動されて移動しない。

また、可動子１３０が固定子１２０に対して移動する場合は、制動部用アクチュエータ１３６が駆動されて、鏡筒１１０の径方向について制動部用アクチュエータ１３６の厚さが減少される。これにより、可動子１３０および被案内部１５０は、鏡筒１１０に対する制動を解除され、固定子１２０または案内軸１４０に沿って円滑に移動する。

なお、制動部用アクチュエータ１３６として、圧電素子、バイメタル、形状記憶合金等を用い得ることは、他の実施形態と変わらない。また、制動部用アクチュエータ１３６の配置を除けば、固定子１２０および可動子１３０の構造も変わらない。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を、後の処理で用いる場合でない限り、任意の順序で実現しうることに留意されたい。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

９９ 撮像装置、１００ レンズユニット、１０１ 光学系、１０２、１０４、１０６ レンズ群、１１０ 鏡筒、１２０ 固定子、１２１ ケーブル、１２２ 外筒、１２４ コイル、１２８ コア、１３０ 可動子、１３２、１５２ 軸受部、１３４ 永久磁石、１３６ 制動部用アクチュエータ、１３８ 可動子本体、１４０ 案内軸、１５０ 被案内部、１６０ 保持枠、１７０ 絞り装置、２００ 撮像部、２１０ 撮像素子、２１２ 光学フィルタ、２２０ シャッタ、２３０ 焦点検出部、２４０ 主鏡、２４２ 副鏡、２５０ 制御部、２６０ マウント部、２７０ ペンタプリズム、２７２ フォーカシングスクリーン、２８０ 測光部、２９０ 接眼光学系、２９２ ハーフミラー、２９４ ファインダＬＣＤ、２９６ メインＬＣＤ、３００ 直動駆動部、３０１ 制御系、３１０ エンコーダ、３２０ 位置算出部、３３０ 駆動回路、３３２ 三相指令発生部、３３４ 直流電圧発生部、３４０ スイッチ制御部、３５０ 反転増幅器

Claims (9)

1. レンズを保持する保持枠と、
   軸状の固定子が挿通され前記固定子の外径よりも大きな内径を有する挿通部を備え、前記保持枠に連結され、かつ、前記軸方向に沿って直線的に移動可能に設けられ、前記軸方向において前記固定子よりも短い長さを有する可動子と、
   前記挿通部内に設けられ、永久磁石とコイルとの作用により、前記固定子に対して前記可動子を移動させる駆動力を前記固定子および前記可動子の間で発生する移動用アクチュエータと、
   前記挿通部の内面に設けられ、伸長または収縮する制動部用アクチュエータと
   を備え、
   前記移動用アクチュエータが駆動力を発生していない場合に、前記制動部用アクチュエータが前記固定子の外面に接することにより前記可動子を前記固定子に対して制動させ、前記移動用アクチュエータが前記駆動力を発生した場合に、前記制動部用アクチュエータが厚さを減じることにより前記固定子の外面から離間して、前記可動子が前記固定子に沿って移動することを妨げないレンズユニット。
2. 前記制動部用アクチュエータは、電圧を印加されて伸張または収縮する圧電素子を含む請求項１に記載のレンズユニット。
3. 前記制動部用アクチュエータは、前記固定子の外面から離間するときに前記電圧が印加される請求項２に記載のレンズユニット。
4. 前記制動部用アクチュエータは、前記移動用アクチュエータと並列に供給された電力により動作する請求項２または請求項３に記載のレンズユニット。
5. 前記制動部用アクチュエータは、加熱されて変形するバイメタルを含む請求項１に記載のレンズユニット。
6. 前記制動部用アクチュエータは、回復温度に加熱されて記憶形状を回復する形状記憶合金を含む請求項１に記載のレンズユニット。
7. 前記制動部用アクチュエータは、前記移動用アクチュエータから伝播した熱により動作する請求項５または請求項６記載のレンズユニット。
8. 前記制動部用アクチュエータは、前記移動用アクチュエータと並列に供給された電力で昇温するヒータにより動作する請求項５または請求項６に記載のレンズユニット。
9. 請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載のレンズユニットを備える撮像装置。

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