シャッタ装置
【課題】携帯電話などにも搭載することができる小型のシャッタ装置を提供することを目的とする。
【解決手段】シャッタ開口が形成された開口板と、駆動力を受けてシャッタ開口を開閉するシャッタ羽根と、回転によりシャッタ羽根を駆動するロータと、ロータに作用してロータを回転させる超音波アクチュエータとを備え、上記超音波アクチュエータが、ロータに一端が接し途中に折れ曲がった角部を有しさらに延在して他端側が開口板に対し固定された振動子を備え、角部の劣角側にシャッタ開口が位置する姿勢に配備される。
【解決手段】シャッタ開口が形成された開口板と、駆動力を受けてシャッタ開口を開閉するシャッタ羽根と、回転によりシャッタ羽根を駆動するロータと、ロータに作用してロータを回転させる超音波アクチュエータとを備え、上記超音波アクチュエータが、ロータに一端が接し途中に折れ曲がった角部を有しさらに延在して他端側が開口板に対し固定された振動子を備え、角部の劣角側にシャッタ開口が位置する姿勢に配備される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シャッタ開口を開閉するシャッタ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話などの小型機器に、被写体を撮影する撮影装置を内蔵することが広範に行われている。日ごろから常に携帯している小型機器に撮影装置が備えられることによって、デジタルカメラやビデオカメラを持ち運ぶ手間をかけずに、いつでも手軽に撮影を行うことができる。また、これらの小型機器には、無線や赤外線などを使ったデータ通信機能が予め搭載されていることが一般的であり、撮影した撮影画像をその場ですぐに他の携帯電話やパーソナルコンピュータなどに送ることができるという利点もある。
【０００３】
しかし、携帯電話などに内蔵される撮影装置は、通常のデジタルカメラと比較してかなり小型なために、レンズ、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅ Ｄｅｖｉｃｅ）撮像素子やＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）撮像素子（以下、これらを「撮像素子」と総称する）、およびシャッタなどの大きさや、それらを収納するスペースが大幅に制限される。近年では、画質の向上と撮影装置の小型化との両立が図られ、画素数の多い小型の撮像素子や、これに対応した小型レンズなどが開発されてきているが、シャッタに関しては、シャッタ羽根で撮像素子に照射される光を遮光する光学シャッタを用いずに、撮像素子での受光時間を電子的に調整する電子シャッタのみを用いることなどが行われている。しかし、電子シャッタのみが用いられた撮影装置では、撮像素子に照射される光が物理的に遮られるわけではないため、電子シャッタが切られた後で撮像素子で受光された光が漏れてしまって、撮影画像に白筋などの画像欠陥が生じてしまう恐れがある。このため、携帯電話などに内蔵される撮影装置にも小型の光学シャッタを搭載し、画像欠陥を軽減することが強く求められている。
【０００４】
光学シャッタは、モータの回転を利用してシャッタ羽根を駆動し、シャッタ開口を開閉するものが一般的である。通常、シャッタ羽根を駆動するモータとしては、磁場によってロータを回転させる電磁モータが利用されることが多いが、電磁モータは消費電力が大きく、比較的大型であるため、撮影装置内に搭載しようとすると、撮影装置全体の大きさや重量が大幅に増加してしまううえ、電磁モータを駆動するのに十分な電力を確保する必要が生じる。したがって、電磁モータを利用した光学シャッタは、小型化および軽量化が求められている携帯電話などには搭載することが困難である。
【０００５】
この点に関し、電磁モータの替わりに圧電等を用いたアクチュエータを使って光学シャッタを駆動することが提案されており、特許文献１および特許文献２には、圧電を用いたアクチュエータの基本的な構成について記載されている。
【０００６】
図１は、圧電を用いた超音波アクチュエータ１０の概略構成図であり、図２は、超音波アクチュエータ１０の動作原理を説明するための図である。
【０００７】
図１に示すように、超音波アクチュエータ１０には、電圧の印加を受けて振動する圧電素子１１、圧電素子１１の振動を受けて歪む弾性振動体１２、圧電素子１１および弾性振動体１２を支持する支持部材１３、弾性振動体１２をロータ２０に向けて付勢するばね１４、およびばね１４を弾性振動体１２に押し当てる押当板１５が備えられている。
【０００８】
図２に示すように、弾性振動体１２は、２枚の圧電素子１１ａ，１１ｂに挟まれており、例えば、圧電素子１１ａ，１１ｂそれぞれに同じ位相の交流電圧が印加されると、それら圧電素子１１ａ，１１ｂが同じ方向に伸縮して弾性振動体１２が変形し、弾性振動体１２の先端がロータ２０に押し付けられることによって、弾性駆動体１２の先端が楕円を描いて駆動され、ロータ２０が矢印Ａ方向に回転されることとなる。
【０００９】
このように、電圧の印加を受けて振動する超音波アクチュエータを光学シャッタに備えることによって、電磁モータよりも少ない電力で光学シャッタを駆動することができ、さらに、撮影装置の軽量化や、シャッタ駆動の静音化を図ることができる。
【特許文献１】特開２００５−２１８１７９号公報
【特許文献２】特開２００３−１９９３７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、弾性振動体１２の歪みとしては、弾性振動体１２が伸縮する縦振動と、弾性振動体１２が波打つように屈曲する屈曲振動と、縦振動と屈曲振動とが結合された結合振動とが知られている。光学シャッタを高速に駆動するためには、弾性振動体１２を結合振動させてロータ２０を高速に回転させることが必要であるが、上述した特許文献１および特許文献２に記載された技術などによると、弾性振動体を結合振動させるために、複数の圧電素子それぞれに相互に異なる位相の交流電圧を印加する必要があり、電圧制御が複雑化してしまうという問題がある。
【００１１】
また、従来の超音波アクチュエータでは、弾性振動体１２を支持する支持部材１３に加えて、弾性振動体１２をロータ２０に押し付けるばね１４や押当板１５などといった予圧機構が必要となる。特に、予圧機構は、弾性振動体１２の歪みには直接的には関係しない部品であるにも関わらず、それ以外の部分と同等のスペースを占めてしまっており、超音波アクチュエータの小型化におけるネックとなってしまっている。
【００１２】
以上のようなことから、超音波アクチュエータが備えられた光学シャッタを携帯電話用の撮影装置に搭載するためには、超音波アクチュエータのさらなる小型化や、電圧制御の簡略化などが要求される。
【００１３】
本発明は、上記事情に鑑み、携帯電話などにも搭載することができる小型のシャッタ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成する本発明のシャッタ装置は、シャッタ開口が形成された開口板と、
駆動力を受けてシャッタ開口を開閉するシャッタ羽根と、
回転によりシャッタ羽根を駆動するロータと、
ロータに作用してロータを回転させる超音波アクチュエータとを備え、
上記超音波アクチュエータが、ロータに一端が接し途中に折れ曲がった角部を有しさらに延在して他端側が開口板に対し固定された振動子を備え、角部の劣角側にシャッタ開口が位置する姿勢に配備されたものであることを特徴とする。
【００１５】
本発明のシャッタ装置によると、振動子の開口板に対して固定された側の端（他端側）によって超音波アクチュエータが支持され、その固定された側の端（他端側）と角部との間の部分の弾性によって、ロータと接触する側の端（一端側）がロータに押し付けられる。このため、図１に示す支持部材１３や、ばね１４や押当板１５といった予圧機構が不要となり、超音波アクチュエータを小型化することができる。さらに、本発明のシャッタ装置は、超音波アクチュエータが折れ曲がった角部を有しており、その角部の劣角側に空いたスペースでシャッタ羽根が駆動されるため、超音波アクチュエータにシャッタ羽根などを取り付けてもシャッタ装置が大型化せず、携帯電話などにも搭載することができる。
【００１６】
また、本発明のシャッタ装置において、上記振動子が板状のものであって、
上記超音波アクチュエータが、さらに、振動子の、上記一端と上記角部との間の一部分と接触し、交流電圧の印加を受けて振動して振動を振動子に伝える圧電素子を備えたことが好ましい。
【００１７】
本発明のシャッタ装置によると、圧電素子に交流電圧が印加されると、振動子が交流電圧の位相に応じた方向に歪んで、その歪みの一部の方向が角部で変換され、それら複数方向の歪みが結合されてロータに伝達される。したがって、圧電素子に単相の交流電圧を印加するだけで、上述した結合振動を実現することができ、電圧制御を簡略化することができる。
【００１８】
また、本発明のシャッタ装置において、上記圧電素子が、振動子の、上記一端と上記角部との間の一部分を挟んで複数設けられたことが好ましい。
【００１９】
圧電素子が振動子を挟んで複数設けられることによって、装置の大型化を抑えて、振動子を大きく歪ませることができ、シャッタ羽根を高速に駆動することができる。
【００２０】
また、本発明のシャッタ装置は、振動子が金属板であって、複数の圧電素子それぞれの一方の電極を兼ねるものであることが好適である。
【００２１】
本発明の好適なシャッタ装置によると、振動子が圧電素子に電圧を印加する電極を兼ねるため、装置全体を小型化することができる。
【００２２】
また、本発明のシャッタ装置は、振動子の、上記一端側の一部分が、その一部分を除く部分よりも狭幅に形成されてなることが好ましい。
【００２３】
振動子の、ロータと接触する側の一部分が狭幅に形成されることによって、振動子の歪みが効率よくロータに伝達され、シャッタ羽根を確実に駆動することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、携帯電話などにもシャッタ装置を搭載することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００２６】
まず、本発明のシャッタ装置の説明に先立って、本発明のシャッタ装置に適用される超音波アクチュエータについて詳しく説明する。
【００２７】
図３は、本発明のシャッタ装置に適用される超音波アクチュエータの一例を示す概略構成図である。
【００２８】
図３に示すように、超音波アクチュエータ１００には、交流電圧の印加を受けて振動する２枚の圧電素子１１０と、圧電素子１１０に交流電圧を印加するための電極１１１と、角部１２０ａでＬ字形に折れ曲がり、上足１２１がロータ１００Ａと接触し、下足１２２が固定された振動板１２０とが備えられている。超音波アクチュエータ１００は、本発明にいう超音波アクチュエータの一例に相当する。また、振動板１２０は、本発明にいう振動子の一例にあたり、ロータ１００Ａは、本発明にいうロータの一例にあたり、圧電素子１１０は、本発明にいう圧電素子の一例に相当する。
【００２９】
図４は、超音波アクチュエータ１００の拡大図であり、図５は、圧電素子１１０の分極方向を示す図である。
【００３０】
本実施形態においては、振動板１２０は、ステンレス（例えば、ＳＵＳ３０４）で構成されており、圧電素子１１０は、圧電セラミクス（例えば、ＰＺＴ）で構成されている。尚、これら振動板１２０や圧電素子１１０を構成する材料は、これらには限らない。
【００３１】
振動板１２０は、上足１２１の、ロータ１００Ａと接触する接触部分１２１ａが狭幅に形成されている。また、２枚の圧電素子１１０は、振動板１２０の上足１２１を挟んで配置されており、金属製の振動板１２０が、圧電素子１１０の振動を受けて歪む振動体と、２枚の圧電素子１１０に備えられた２つの電極１１１それぞれに対する対向電極とを兼ねている。このように、振動板１２０が、振動体と対向電極とを兼ねることによって、超音波アクチュエータ１００を小型化することができる。
【００３２】
図５に示すように、２枚の圧電素子１１０は、厚さ方向（矢印Ｃ、矢印Ｃ´）にそれぞれ分極されており、それら２枚の圧電素子１１０に、同じ位相、同じ大きさ、同じ周波数の交流電圧が印加される。
【００３３】
図６および図７は、振動板１２０に発生する歪みの方向を示す図である。
【００３４】
２枚の圧電素子１１０に交流電圧が印加されると、圧電素子１１０が励振し、振動板１２０の上足１２１に歪みが発生する。振動板１２０の上足１２１は、下足１２２の弾性によって図３に示すロータ１００Ａに押し付けられており、振動板１２０で発生した歪みは確実にロータ１００Ａに伝達される。このように、振動板１２０をＬ字に折り曲げることによって、圧電素子１１０を支持する支持部材や、振動板１２０をロータ１００Ａに押し付ける予圧機構が不要となり、部品数を減少させて製造コストを抑えることができるとともに、超音波アクチュエータ１００を大幅に小型化することができる。
【００３５】
また、上足１２１で発生した歪みの一部は、角部１２０ａによって方向が変換される。その結果、振動板１２０には、複数方向の歪みが発生し、それら複数方向の歪みが結合されてロータ１００Ａに伝達される。尚、図６および図７に示す振動板１２０の振動モードの次数は一例であり、振動板１２０の長さを変えることなどによって調整することができる。
【００３６】
図８は、振動板１２０の共振周波数を示すグラフである。
【００３７】
図８は、横軸が振動板１２０の上足１２１の長さＸを示し、縦軸が振動板１２０の共振周波数を示している。
【００３８】
超音波アクチュエータ１００は、図１および図２に示す従来の超音波アクチュエータ１０と比較して、振動板１２０がＬ字形状に折れ曲がっていることによって形状の対称性が失われており、縦振動が発生すると、その縦振動の一部が屈曲振動に変換され、逆に、屈曲振動が発生すると、その屈曲振動の一部が縦振動に変換される。このように、超音波アクチュエータ１００では、常に２つの振動が混在している。
【００３９】
図８に示すように、本実施形態の超音波アクチュエータ１００では、縦振動（Ｌ−ｍｏｄｅ）の共振周波数と、屈曲振動（Ｂ−ｍｏｄｅ）の共振周波数とが一致することはなく、それら２つの振動の共振周波数が近づく領域Ｒにおいて、縦振動のグラフ上で屈曲振動のグラフに最も近づくときの最近共振周波数ｆＬｏｗと、屈曲振動のグラフ上で縦振動のグラフに最も近づくときの最近共振周波数ｆＨｉｇｈとが存在する。
【００４０】
例えば、２枚の圧電素子１１０に、図８に示す縦振動（Ｌ−ｍｏｄｅ）のグラフ上の最近共振周波数ｆＬｏｗを有する交流電圧が印加されると、振動板１２０は、主に伸縮方向に歪んで縦振動（Ｌ−ｍｏｄｅ）を発生し、その縦振動が角部１２０ａで曲げ方向の歪みに変換されて、屈曲振動（Ｂ−ｍｏｄｅ）が発生する。これら縦振動と屈曲振動が振動板１２０の先端部１２１で結合され、図６に示すように、振動板１２０の伸縮に振動板１２０自体の屈曲も加わった合力Ｔによってロータ１００Ａが回転される。
【００４１】
また、２枚の圧電素子１１０に、図８に示す屈曲振動（Ｂ−ｍｏｄｅ）のグラフ上の最近共振周波数ｆＨｉｇｈを有する交流電圧が印加されると、振動板１２０は、主に曲げ方向に歪んで屈曲振動（Ｂ−ｍｏｄｅ）を発生し、その屈曲振動が角部１２０ａで伸縮方向の歪みに変換されて、縦振動（Ｌ−ｍｏｄｅ）が発生する。これら縦振動と屈曲振動が振動板１２０の先端部１２１で結合されることにより、図７に示すように、図６とは逆方向の合力Ｔ´によってロータ１００Ａが回転される。
【００４２】
図９は、ロータ１００Ａを正方向に回転させる動作原理を示す図である。
【００４３】
例えば、最近共振周波数ｆＬｏｗを有する交流電圧を印加して圧電素子１１０を振動させると、振動板１２０の歪みの振幅は徐々に大きくなる。振動板１２０の曲げ変位が上方向に最大、伸縮変位が０に近づくと、振動板１２０の接触部分１２１ａがロータ１００Ａと接触する（図９のステップＳ１１）。このとき、伸縮速度が伸び方向に最大となる。
【００４４】
続いて、振動板１２０が伸び、接触部分１２１ａがロータ１００Ａの外周を突っつくことにより、ロータ１００Ａに回転トルクを与える。その結果、ロータ１００Ａが矢印Ｍ方向に回転する（図９のステップＳ１２）。このとき、伸縮変位が最大、曲げ変位が０付近、下向きの速度が最大となる。
【００４５】
振動板１２０が最大に伸びると、振動板１２０は縮む方向に変位するが、下向きの曲げ変位が生じており、接触部分１２１ａはロータ１００Ａから離れる。（図９のステップＳ１３）。このとき、伸縮変位が０、曲げ変位が下方向に最大、縮み方向の速度が最大となる。
【００４６】
振動板１２０が最も縮んだ状態では、振動板１２０はステップＳ１１とは逆方向に伸縮しているが、接触部分１２１ａはロータ１００Ａから離れているため、接触部分１２１ａがロータ１００Ａの回転を妨げず、ロータ１００Ａは慣性で回転し続ける（図９のステップＳ１４）。
【００４７】
以上のようにして、ロータ１００Ａが正方向（矢印Ｍ方向）に回転される。
【００４８】
図１０は、ロータ１００Ａを副方向に回転させる動作原理を示す図である。
【００４９】
図９とは逆に、最近共振周波数ｆＨｉｇｈを有する交流電圧を印加して圧電素子１１０を振動させると、振動板１２０の伸縮変位が伸び方向に最大のときは、曲げ変位によって振動板１２０の接触部分１２１ａがロータ１００Ａとは接触しない（図１０のステップＳ２１）。このとき、伸縮方向の変位が最大、曲げ変位が０付近、上向きの速度が最大となる。
【００５０】
続いて、振動板１２０が縮み、接触部分１２１ａがロータ１００Ａの外周を手招きするようにこすることにより、ロータ１００Ａに回転トルクを与える。その結果、ロータ１００Ａが矢印Ｍ´方向に回転する（図１０のステップＳ２２）。このとき、伸縮変位が０、屈曲変位が０、縮み方向の速度が最大となる。
【００５１】
曲げ方向の変位が上方向に最大となるときには、伸縮変位が最小となり、接触部分１２１ａはロータ１００Ａから離れる。（図１０のステップＳ２３）。このとき、伸縮変位は最小、屈曲変位は上方向に最大となる。
【００５２】
曲げ方向の変位が下方向に最大となるときには、伸縮変位が最大に近づくが、接触部分１２１ａはロータ１００Ａから離れているため、接触部分１２１ａがロータ１００Ａの回転を妨げず、ロータ１００Ａは慣性で回転し続ける（図１０のステップＳ２４）。
【００５３】
以上のようにして、ロータ１００Ａが副方向（矢印Ｍ´方向）に回転される。
【００５４】
このように、超音波アクチュエータ１００によると、２枚の圧電素子１１０それぞれに同じ交流電圧（大きさ、位相、周波数）を単純に印加するだけで、振動板１２０に屈曲振動と縦振動との両方が発生するため、簡略な電圧制御でロータ１００Ａを高速に回転させることができる。また、圧電素子１１０に印加する交流電圧の周波数を２つの最近共振周波数ｆＨｉｇｈ、ｆＬｏｗに切り替えることによってロータ１００Ａの回転方向を変えることができ、ロータ１００Ａを効率よく回転させることができる。
【００５５】
続いて、上述したような超音波アクチュエータが備えられた、本発明のシャッタ装置の一実施形態について説明する。
【００５６】
図１１は、本発明のシャッタ装置の一実施形態の外観斜視図である。
【００５７】
シャッタ装置２００は、携帯電話用の撮影装置などに搭載される小型の光学シャッタであり、ケース２１０の内側に、シャッタ羽根や、シャッタ羽根を駆動する超音波アクチュエータなどが配備されている。また、シャッタ装置２００には、前面から背面まで貫通するシャッタ開口２００ａが穿たれており、シャッタ開口２００ａを背面側から塞ぐように、撮影装置のＣＣＤ（図示しない）やＭＯＳなどが取り付けられる。シャッタ開口２００ａは、本発明にいうシャッタ開口の一例に相当する。
【００５８】
図１２は、シャッタ装置２００の概略構成図である。
【００５９】
図１２に示すように、シャッタ装置２００は、ケース２１０の内側に、図３に示す超音波アクチュエータ１００と同様の構成を有するＬ字型の超音波アクチュエータ３１０と、超音波アクチュエータ３１０によって回転されるロータ３２０とが配備されている。ケース２１０には、開口２１０ａを取り囲む支持枠２１１が設けられており、超音波アクチュエータ３１０は、Ｌ字の内側に支持枠２１１が位置するように配置されている。
【００６０】
図１３はシャッタ装置２００の分解斜視図であり、図１４は、シャッタ装置２００の側面の断面図である。図１３および図１４では、図の左側から被写体光Ｌが入射されるものとして、図の左側を前、図の右側を後と称して説明する。
【００６１】
シャッタ装置２００は、被写体光Ｌが入射される前方から順に、羽根押え板２１４、シャッタ羽根３３０、羽根地板２１３、ケース２１０、ロータ３２０、超音波アクチュエータ３１０、および蓋２１２が配置されて構成されている。シャッタ羽根３３０は、本発明にいうシャッタ羽根の一例にあたり、羽根地板２１３および羽根押え板２１４を合わせたものは、本発明にいう開口板の一例に相当する。
【００６２】
ロータ３２０には、シャッタ羽根３３０を駆動するための駆動ピン３２１が設けられており、ケース２１０には、被写体光Ｌが通過する開口２１０ａ、ロータ３２０の駆動ピン３２１が嵌入される駆動溝２１０ｂ、シャッタ羽根３３０の回転中心となる中心ボス２１０ｃ、および羽根地板２１３と羽根押え板２１４とを固定するための固定ボス２１０ｄが設けられている。
【００６３】
まず、ケース２１０に超音波アクチュエータ３１０の下足３１２が固定され、超音波アクチュエータ３１０の上足３１１がロータ３２０に接触するように、ロータ３２０がケース２１０と蓋２１２との間に軸支される。
【００６４】
続いて、羽根地板２１３と羽根押え板２１４それぞれに穿たれた固定孔２１３ｄ、２１４ｄにケース２１０の固定ボス２１０ｄが嵌め込まれることにより、羽根地板２１３と羽根押え板２１４とがケース２１０に対して固定される。その結果、羽根押え板２１４、羽根地板２１３、ケース２１０、蓋２１２それぞれに穿たれた開口２１４ａ、２１３ａ、２１０ａ、２１２ａによって、後部分２０２のシャッタ開口２００ａが形成される。
【００６５】
また、ケース２１０の中心ボス２１０ｃが、羽根地板２１３とシャッタ羽根３３０と羽根押え板２１４それぞれに穿たれた中心孔２１３ｃ，３３０ｃ，２１４ｃに嵌め込まれ、ロータ３２０の駆動ピン３２１が、ケース２１０ｃと羽根地板２１３と羽根押え板２１４それぞれに穿たれた駆動溝２１０ｂ，２１３ｂ，２１４ｂ、およびシャッタ羽根３３０に穿たれた契合溝３３０ｂに嵌入される。シャッタ羽根３３０は、羽根地板２１３と羽根押え板２１４との間の隙間で、中心ボス２１０ｃを中心に回動自在に支持される。
【００６６】
シャッタ開口２００ａは、以下のように開閉される。尚、ここでは、ロータ３２０が副方向に回転することによって、シャッタ羽根３３０はシャッタ開口２００ａを開く方向に移動するものとして説明する。
【００６７】
例えば、携帯電話のユーザによってスルー画像の表示が指示されると、携帯電話のＣＰＵによって、超音波アクチュエータ３１０の圧電素子１１０（図３参照）に交流電圧が印加され、ロータ３２０が副方向に回転される。ロータ３２０の回転に伴い、ロータ３２０に固定された駆動ピン３２１が駆動溝２１０ｂ，２１３ｂ，２１４ｂに沿って回動され、シャッタ羽根３３０の契合溝３３０ｄと契合してシャッタ羽根３３０を下向きに移動させる。その結果、シャッタ羽根３３０がシャッタ開口２００ａを妨げない位置（開放位置）に回避される。
【００６８】
被写体光Ｌは、羽根押え板２１４、羽根地板２１３、ケース２１０、蓋２１２それぞれに穿たれた開口２１４ａ、２１３ａ、２１０ａ、２１２ａを通過して、蓋２１２の背面に設けられたＣＣＤ（図示しない）上に結像される。
【００６９】
ＣＣＤでは、受光量に応じた電荷が蓄電され、所定のタイミングごとに、蓄電された電荷がアナログの被写体信号に変換される。被写体信号は、粗く読み取られて低解像度スルー画像を表わすスルー画像データが生成され、携帯電話のＣＰＵに送られることにより、携帯電話の表示画面上にスルー画像が表示される。
【００７０】
このように、スルー画像は、シャッタ開口２００ａが開かれたままの状態で生成されているため、蓄電された電荷が被写体信号に変換されている間にもＣＣＤでは受光が行われており、その漏れた光によって白筋などの画像欠陥が生じてしまうことがある。このため、実際に撮影画像が取得される際には、シャッタ羽根３３０によってシャッタ開口２００ａが閉じられる。
【００７１】
携帯電話のユーザによって撮影スイッチが押されて、被写体の撮影が指示されると、携帯電話のＣＰＵによって、超音波アクチュエータ３１０の圧電素子１１０（図３参照）に交流電圧が印加され、ロータ３２０はシャッタ開放時とは逆の正方向に回転されて、ロータ３２０に固定された駆動ピン３２１がシャッタ羽根３３０を上向きに移動させる。その結果、シャッタ羽根３３０が後部分２０２のシャッタ開口２００ａを塞ぐ位置（遮光位置）に移動される。本実施形態においては、ロータ３２０は、駆動ピン３２１と、ケース２１０ｃと羽根地板２１３と羽根押え板２１４とに穿たれた駆動溝２１０ｂ，２１３ｂ，２１４ｂによって回転角度が規制されており、シャッタ羽根３３０は、超音波アクチュエータ３１０のＬ字の内側を、上述した回避位置と遮光位置との間で移動される。
【００７２】
ＣＣＤでは、撮影スイッチが押されてからシャッタ開口２００ａが塞がれるまでの間に、受光量に応じた電荷が蓄電され、蓄電された電荷が被写体信号に変換される。変換された被写体信号は、細かく読み取られて高解像度な撮影画像を表わす撮影画像データが生成され、生成された撮影画像データが携帯電話のＣＰＵに送られる。
【００７３】
このように、撮影画像が生成される際には、シャッタ羽根３３０によってシャッタ開口２００ａが塞がれるため、ＣＣＤに光が漏れてしまって、撮影画像に画像欠陥が生じてしまう不具合を回避することができる。
【００７４】
また、本実施形態においては、小型化された超音波アクチュエータ３１０が適用されているうえ、図１２に示すように、超音波アクチュエータ３１０のＬ字の内側に空いたスペースにシャッタ開口２００ａが設けられており、シャッタ装置２００全体の大型化が軽減されている。さらに、超音波アクチュエータ３１０は、従来の電磁モータと比較して省電力であり、従来の超音波アクチュエータと比較して電圧制御が簡易であるため、携帯電話などの小型機器にもシャッタ装置２００を搭載することができる。
【００７５】
ここで、上記では、圧電を用いた超音波アクチュエータを備えた例について説明したが、本発明にいう超音波アクチュエータは、折れ曲がった形状を有する振動子を使ってロータを回転させることができるものであれば、高分子などを利用した超音波アクチュエータであってもよい。
【００７６】
また、上記では、２枚の圧電素子を備えた超音波アクチュエータを備えた例について説明したが、本発明にいう超音波アクチュエータは、３枚以上の圧電素子を備えた超音波アクチュエータであってもよく、また、１枚の圧電素子を備えた超音波アクチュエータであってもよい。
【００７７】
また、上記では、Ｌ字に曲がった超音波アクチュエータについて説明したが、本発明にいう超音波アクチュエータは、２つ以上の角を有するものであってもよい。
【００７８】
また、上記では、圧電素子の電極を兼ねた金属製の振動板を備えた超音波アクチュエータについて説明したが、本発明にいう超音波アクチュエータは、例えば、プラスチック製の振動子を用いて、その振動子とは別に、圧電素子に電圧を印加するための電極を備えたものであってもよい。
【００７９】
また、上記では、本発明のシャッタ装置を携帯電話に搭載する例について説明したが、本発明のシャッタ装置は、小型のデジタルカメラなどに搭載されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】圧電を用いた超音波アクチュエータの概略構成図である。
【図２】超音波アクチュエータの動作原理を説明するための図である。
【図３】本発明のシャッタ装置に適用される超音波アクチュエータの一例を示す概略構成図である。
【図４】図３に示す超音波アクチュエータの拡大図である。
【図５】圧電素子の分極方向を示す図である。
【図６】振動板に発生する歪みの方向を示す図である。
【図７】振動板に発生する歪みの方向を示す図である。
【図８】振動板の共振周波数を示すグラフである。
【図９】ロータを正方向に回転させる動作原理を示す図である。
【図１０】ロータを副方向に回転させる動作原理を示す図である。
【図１１】本発明のシャッタ装置の一実施形態の外観斜視図である。
【図１２】シャッタ装置の概略構成図である。
【図１３】シャッタ装置の分解斜視図である。
【図１４】シャッタ装置の側面の断面図である。
【符号の説明】
【００８１】
１０，１００，３１０ 超音波アクチュエータ
１１，１１０ 圧電素子
１２ 弾性振動体
１３ 支持部材
１４ ばね
１６ 押当板
２０，１００Ａ，３２０ ロータ
１１１ 電極
１２０ 振動板
１２０ａ 角部
１２１ 上足
１２２ 下足
２００ シャッタ装置
２００ａ シャッタ開口
２１０ ケース
２１１ 支持部
２１２ 蓋
２１３ 羽根地板
２１４ 羽根押え板
３３０ シャッタ羽根
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シャッタ開口を開閉するシャッタ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話などの小型機器に、被写体を撮影する撮影装置を内蔵することが広範に行われている。日ごろから常に携帯している小型機器に撮影装置が備えられることによって、デジタルカメラやビデオカメラを持ち運ぶ手間をかけずに、いつでも手軽に撮影を行うことができる。また、これらの小型機器には、無線や赤外線などを使ったデータ通信機能が予め搭載されていることが一般的であり、撮影した撮影画像をその場ですぐに他の携帯電話やパーソナルコンピュータなどに送ることができるという利点もある。
【０００３】
しかし、携帯電話などに内蔵される撮影装置は、通常のデジタルカメラと比較してかなり小型なために、レンズ、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅ Ｄｅｖｉｃｅ）撮像素子やＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）撮像素子（以下、これらを「撮像素子」と総称する）、およびシャッタなどの大きさや、それらを収納するスペースが大幅に制限される。近年では、画質の向上と撮影装置の小型化との両立が図られ、画素数の多い小型の撮像素子や、これに対応した小型レンズなどが開発されてきているが、シャッタに関しては、シャッタ羽根で撮像素子に照射される光を遮光する光学シャッタを用いずに、撮像素子での受光時間を電子的に調整する電子シャッタのみを用いることなどが行われている。しかし、電子シャッタのみが用いられた撮影装置では、撮像素子に照射される光が物理的に遮られるわけではないため、電子シャッタが切られた後で撮像素子で受光された光が漏れてしまって、撮影画像に白筋などの画像欠陥が生じてしまう恐れがある。このため、携帯電話などに内蔵される撮影装置にも小型の光学シャッタを搭載し、画像欠陥を軽減することが強く求められている。
【０００４】
光学シャッタは、モータの回転を利用してシャッタ羽根を駆動し、シャッタ開口を開閉するものが一般的である。通常、シャッタ羽根を駆動するモータとしては、磁場によってロータを回転させる電磁モータが利用されることが多いが、電磁モータは消費電力が大きく、比較的大型であるため、撮影装置内に搭載しようとすると、撮影装置全体の大きさや重量が大幅に増加してしまううえ、電磁モータを駆動するのに十分な電力を確保する必要が生じる。したがって、電磁モータを利用した光学シャッタは、小型化および軽量化が求められている携帯電話などには搭載することが困難である。
【０００５】
この点に関し、電磁モータの替わりに圧電等を用いたアクチュエータを使って光学シャッタを駆動することが提案されており、特許文献１および特許文献２には、圧電を用いたアクチュエータの基本的な構成について記載されている。
【０００６】
図１は、圧電を用いた超音波アクチュエータ１０の概略構成図であり、図２は、超音波アクチュエータ１０の動作原理を説明するための図である。
【０００７】
図１に示すように、超音波アクチュエータ１０には、電圧の印加を受けて振動する圧電素子１１、圧電素子１１の振動を受けて歪む弾性振動体１２、圧電素子１１および弾性振動体１２を支持する支持部材１３、弾性振動体１２をロータ２０に向けて付勢するばね１４、およびばね１４を弾性振動体１２に押し当てる押当板１５が備えられている。
【０００８】
図２に示すように、弾性振動体１２は、２枚の圧電素子１１ａ，１１ｂに挟まれており、例えば、圧電素子１１ａ，１１ｂそれぞれに同じ位相の交流電圧が印加されると、それら圧電素子１１ａ，１１ｂが同じ方向に伸縮して弾性振動体１２が変形し、弾性振動体１２の先端がロータ２０に押し付けられることによって、弾性駆動体１２の先端が楕円を描いて駆動され、ロータ２０が矢印Ａ方向に回転されることとなる。
【０００９】
このように、電圧の印加を受けて振動する超音波アクチュエータを光学シャッタに備えることによって、電磁モータよりも少ない電力で光学シャッタを駆動することができ、さらに、撮影装置の軽量化や、シャッタ駆動の静音化を図ることができる。
【特許文献１】特開２００５−２１８１７９号公報
【特許文献２】特開２００３−１９９３７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、弾性振動体１２の歪みとしては、弾性振動体１２が伸縮する縦振動と、弾性振動体１２が波打つように屈曲する屈曲振動と、縦振動と屈曲振動とが結合された結合振動とが知られている。光学シャッタを高速に駆動するためには、弾性振動体１２を結合振動させてロータ２０を高速に回転させることが必要であるが、上述した特許文献１および特許文献２に記載された技術などによると、弾性振動体を結合振動させるために、複数の圧電素子それぞれに相互に異なる位相の交流電圧を印加する必要があり、電圧制御が複雑化してしまうという問題がある。
【００１１】
また、従来の超音波アクチュエータでは、弾性振動体１２を支持する支持部材１３に加えて、弾性振動体１２をロータ２０に押し付けるばね１４や押当板１５などといった予圧機構が必要となる。特に、予圧機構は、弾性振動体１２の歪みには直接的には関係しない部品であるにも関わらず、それ以外の部分と同等のスペースを占めてしまっており、超音波アクチュエータの小型化におけるネックとなってしまっている。
【００１２】
以上のようなことから、超音波アクチュエータが備えられた光学シャッタを携帯電話用の撮影装置に搭載するためには、超音波アクチュエータのさらなる小型化や、電圧制御の簡略化などが要求される。
【００１３】
本発明は、上記事情に鑑み、携帯電話などにも搭載することができる小型のシャッタ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成する本発明のシャッタ装置は、シャッタ開口が形成された開口板と、
駆動力を受けてシャッタ開口を開閉するシャッタ羽根と、
回転によりシャッタ羽根を駆動するロータと、
ロータに作用してロータを回転させる超音波アクチュエータとを備え、
上記超音波アクチュエータが、ロータに一端が接し途中に折れ曲がった角部を有しさらに延在して他端側が開口板に対し固定された振動子を備え、角部の劣角側にシャッタ開口が位置する姿勢に配備されたものであることを特徴とする。
【００１５】
本発明のシャッタ装置によると、振動子の開口板に対して固定された側の端（他端側）によって超音波アクチュエータが支持され、その固定された側の端（他端側）と角部との間の部分の弾性によって、ロータと接触する側の端（一端側）がロータに押し付けられる。このため、図１に示す支持部材１３や、ばね１４や押当板１５といった予圧機構が不要となり、超音波アクチュエータを小型化することができる。さらに、本発明のシャッタ装置は、超音波アクチュエータが折れ曲がった角部を有しており、その角部の劣角側に空いたスペースでシャッタ羽根が駆動されるため、超音波アクチュエータにシャッタ羽根などを取り付けてもシャッタ装置が大型化せず、携帯電話などにも搭載することができる。
【００１６】
また、本発明のシャッタ装置において、上記振動子が板状のものであって、
上記超音波アクチュエータが、さらに、振動子の、上記一端と上記角部との間の一部分と接触し、交流電圧の印加を受けて振動して振動を振動子に伝える圧電素子を備えたことが好ましい。
【００１７】
本発明のシャッタ装置によると、圧電素子に交流電圧が印加されると、振動子が交流電圧の位相に応じた方向に歪んで、その歪みの一部の方向が角部で変換され、それら複数方向の歪みが結合されてロータに伝達される。したがって、圧電素子に単相の交流電圧を印加するだけで、上述した結合振動を実現することができ、電圧制御を簡略化することができる。
【００１８】
また、本発明のシャッタ装置において、上記圧電素子が、振動子の、上記一端と上記角部との間の一部分を挟んで複数設けられたことが好ましい。
【００１９】
圧電素子が振動子を挟んで複数設けられることによって、装置の大型化を抑えて、振動子を大きく歪ませることができ、シャッタ羽根を高速に駆動することができる。
【００２０】
また、本発明のシャッタ装置は、振動子が金属板であって、複数の圧電素子それぞれの一方の電極を兼ねるものであることが好適である。
【００２１】
本発明の好適なシャッタ装置によると、振動子が圧電素子に電圧を印加する電極を兼ねるため、装置全体を小型化することができる。
【００２２】
また、本発明のシャッタ装置は、振動子の、上記一端側の一部分が、その一部分を除く部分よりも狭幅に形成されてなることが好ましい。
【００２３】
振動子の、ロータと接触する側の一部分が狭幅に形成されることによって、振動子の歪みが効率よくロータに伝達され、シャッタ羽根を確実に駆動することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、携帯電話などにもシャッタ装置を搭載することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００２６】
まず、本発明のシャッタ装置の説明に先立って、本発明のシャッタ装置に適用される超音波アクチュエータについて詳しく説明する。
【００２７】
図３は、本発明のシャッタ装置に適用される超音波アクチュエータの一例を示す概略構成図である。
【００２８】
図３に示すように、超音波アクチュエータ１００には、交流電圧の印加を受けて振動する２枚の圧電素子１１０と、圧電素子１１０に交流電圧を印加するための電極１１１と、角部１２０ａでＬ字形に折れ曲がり、上足１２１がロータ１００Ａと接触し、下足１２２が固定された振動板１２０とが備えられている。超音波アクチュエータ１００は、本発明にいう超音波アクチュエータの一例に相当する。また、振動板１２０は、本発明にいう振動子の一例にあたり、ロータ１００Ａは、本発明にいうロータの一例にあたり、圧電素子１１０は、本発明にいう圧電素子の一例に相当する。
【００２９】
図４は、超音波アクチュエータ１００の拡大図であり、図５は、圧電素子１１０の分極方向を示す図である。
【００３０】
本実施形態においては、振動板１２０は、ステンレス（例えば、ＳＵＳ３０４）で構成されており、圧電素子１１０は、圧電セラミクス（例えば、ＰＺＴ）で構成されている。尚、これら振動板１２０や圧電素子１１０を構成する材料は、これらには限らない。
【００３１】
振動板１２０は、上足１２１の、ロータ１００Ａと接触する接触部分１２１ａが狭幅に形成されている。また、２枚の圧電素子１１０は、振動板１２０の上足１２１を挟んで配置されており、金属製の振動板１２０が、圧電素子１１０の振動を受けて歪む振動体と、２枚の圧電素子１１０に備えられた２つの電極１１１それぞれに対する対向電極とを兼ねている。このように、振動板１２０が、振動体と対向電極とを兼ねることによって、超音波アクチュエータ１００を小型化することができる。
【００３２】
図５に示すように、２枚の圧電素子１１０は、厚さ方向（矢印Ｃ、矢印Ｃ´）にそれぞれ分極されており、それら２枚の圧電素子１１０に、同じ位相、同じ大きさ、同じ周波数の交流電圧が印加される。
【００３３】
図６および図７は、振動板１２０に発生する歪みの方向を示す図である。
【００３４】
２枚の圧電素子１１０に交流電圧が印加されると、圧電素子１１０が励振し、振動板１２０の上足１２１に歪みが発生する。振動板１２０の上足１２１は、下足１２２の弾性によって図３に示すロータ１００Ａに押し付けられており、振動板１２０で発生した歪みは確実にロータ１００Ａに伝達される。このように、振動板１２０をＬ字に折り曲げることによって、圧電素子１１０を支持する支持部材や、振動板１２０をロータ１００Ａに押し付ける予圧機構が不要となり、部品数を減少させて製造コストを抑えることができるとともに、超音波アクチュエータ１００を大幅に小型化することができる。
【００３５】
また、上足１２１で発生した歪みの一部は、角部１２０ａによって方向が変換される。その結果、振動板１２０には、複数方向の歪みが発生し、それら複数方向の歪みが結合されてロータ１００Ａに伝達される。尚、図６および図７に示す振動板１２０の振動モードの次数は一例であり、振動板１２０の長さを変えることなどによって調整することができる。
【００３６】
図８は、振動板１２０の共振周波数を示すグラフである。
【００３７】
図８は、横軸が振動板１２０の上足１２１の長さＸを示し、縦軸が振動板１２０の共振周波数を示している。
【００３８】
超音波アクチュエータ１００は、図１および図２に示す従来の超音波アクチュエータ１０と比較して、振動板１２０がＬ字形状に折れ曲がっていることによって形状の対称性が失われており、縦振動が発生すると、その縦振動の一部が屈曲振動に変換され、逆に、屈曲振動が発生すると、その屈曲振動の一部が縦振動に変換される。このように、超音波アクチュエータ１００では、常に２つの振動が混在している。
【００３９】
図８に示すように、本実施形態の超音波アクチュエータ１００では、縦振動（Ｌ−ｍｏｄｅ）の共振周波数と、屈曲振動（Ｂ−ｍｏｄｅ）の共振周波数とが一致することはなく、それら２つの振動の共振周波数が近づく領域Ｒにおいて、縦振動のグラフ上で屈曲振動のグラフに最も近づくときの最近共振周波数ｆＬｏｗと、屈曲振動のグラフ上で縦振動のグラフに最も近づくときの最近共振周波数ｆＨｉｇｈとが存在する。
【００４０】
例えば、２枚の圧電素子１１０に、図８に示す縦振動（Ｌ−ｍｏｄｅ）のグラフ上の最近共振周波数ｆＬｏｗを有する交流電圧が印加されると、振動板１２０は、主に伸縮方向に歪んで縦振動（Ｌ−ｍｏｄｅ）を発生し、その縦振動が角部１２０ａで曲げ方向の歪みに変換されて、屈曲振動（Ｂ−ｍｏｄｅ）が発生する。これら縦振動と屈曲振動が振動板１２０の先端部１２１で結合され、図６に示すように、振動板１２０の伸縮に振動板１２０自体の屈曲も加わった合力Ｔによってロータ１００Ａが回転される。
【００４１】
また、２枚の圧電素子１１０に、図８に示す屈曲振動（Ｂ−ｍｏｄｅ）のグラフ上の最近共振周波数ｆＨｉｇｈを有する交流電圧が印加されると、振動板１２０は、主に曲げ方向に歪んで屈曲振動（Ｂ−ｍｏｄｅ）を発生し、その屈曲振動が角部１２０ａで伸縮方向の歪みに変換されて、縦振動（Ｌ−ｍｏｄｅ）が発生する。これら縦振動と屈曲振動が振動板１２０の先端部１２１で結合されることにより、図７に示すように、図６とは逆方向の合力Ｔ´によってロータ１００Ａが回転される。
【００４２】
図９は、ロータ１００Ａを正方向に回転させる動作原理を示す図である。
【００４３】
例えば、最近共振周波数ｆＬｏｗを有する交流電圧を印加して圧電素子１１０を振動させると、振動板１２０の歪みの振幅は徐々に大きくなる。振動板１２０の曲げ変位が上方向に最大、伸縮変位が０に近づくと、振動板１２０の接触部分１２１ａがロータ１００Ａと接触する（図９のステップＳ１１）。このとき、伸縮速度が伸び方向に最大となる。
【００４４】
続いて、振動板１２０が伸び、接触部分１２１ａがロータ１００Ａの外周を突っつくことにより、ロータ１００Ａに回転トルクを与える。その結果、ロータ１００Ａが矢印Ｍ方向に回転する（図９のステップＳ１２）。このとき、伸縮変位が最大、曲げ変位が０付近、下向きの速度が最大となる。
【００４５】
振動板１２０が最大に伸びると、振動板１２０は縮む方向に変位するが、下向きの曲げ変位が生じており、接触部分１２１ａはロータ１００Ａから離れる。（図９のステップＳ１３）。このとき、伸縮変位が０、曲げ変位が下方向に最大、縮み方向の速度が最大となる。
【００４６】
振動板１２０が最も縮んだ状態では、振動板１２０はステップＳ１１とは逆方向に伸縮しているが、接触部分１２１ａはロータ１００Ａから離れているため、接触部分１２１ａがロータ１００Ａの回転を妨げず、ロータ１００Ａは慣性で回転し続ける（図９のステップＳ１４）。
【００４７】
以上のようにして、ロータ１００Ａが正方向（矢印Ｍ方向）に回転される。
【００４８】
図１０は、ロータ１００Ａを副方向に回転させる動作原理を示す図である。
【００４９】
図９とは逆に、最近共振周波数ｆＨｉｇｈを有する交流電圧を印加して圧電素子１１０を振動させると、振動板１２０の伸縮変位が伸び方向に最大のときは、曲げ変位によって振動板１２０の接触部分１２１ａがロータ１００Ａとは接触しない（図１０のステップＳ２１）。このとき、伸縮方向の変位が最大、曲げ変位が０付近、上向きの速度が最大となる。
【００５０】
続いて、振動板１２０が縮み、接触部分１２１ａがロータ１００Ａの外周を手招きするようにこすることにより、ロータ１００Ａに回転トルクを与える。その結果、ロータ１００Ａが矢印Ｍ´方向に回転する（図１０のステップＳ２２）。このとき、伸縮変位が０、屈曲変位が０、縮み方向の速度が最大となる。
【００５１】
曲げ方向の変位が上方向に最大となるときには、伸縮変位が最小となり、接触部分１２１ａはロータ１００Ａから離れる。（図１０のステップＳ２３）。このとき、伸縮変位は最小、屈曲変位は上方向に最大となる。
【００５２】
曲げ方向の変位が下方向に最大となるときには、伸縮変位が最大に近づくが、接触部分１２１ａはロータ１００Ａから離れているため、接触部分１２１ａがロータ１００Ａの回転を妨げず、ロータ１００Ａは慣性で回転し続ける（図１０のステップＳ２４）。
【００５３】
以上のようにして、ロータ１００Ａが副方向（矢印Ｍ´方向）に回転される。
【００５４】
このように、超音波アクチュエータ１００によると、２枚の圧電素子１１０それぞれに同じ交流電圧（大きさ、位相、周波数）を単純に印加するだけで、振動板１２０に屈曲振動と縦振動との両方が発生するため、簡略な電圧制御でロータ１００Ａを高速に回転させることができる。また、圧電素子１１０に印加する交流電圧の周波数を２つの最近共振周波数ｆＨｉｇｈ、ｆＬｏｗに切り替えることによってロータ１００Ａの回転方向を変えることができ、ロータ１００Ａを効率よく回転させることができる。
【００５５】
続いて、上述したような超音波アクチュエータが備えられた、本発明のシャッタ装置の一実施形態について説明する。
【００５６】
図１１は、本発明のシャッタ装置の一実施形態の外観斜視図である。
【００５７】
シャッタ装置２００は、携帯電話用の撮影装置などに搭載される小型の光学シャッタであり、ケース２１０の内側に、シャッタ羽根や、シャッタ羽根を駆動する超音波アクチュエータなどが配備されている。また、シャッタ装置２００には、前面から背面まで貫通するシャッタ開口２００ａが穿たれており、シャッタ開口２００ａを背面側から塞ぐように、撮影装置のＣＣＤ（図示しない）やＭＯＳなどが取り付けられる。シャッタ開口２００ａは、本発明にいうシャッタ開口の一例に相当する。
【００５８】
図１２は、シャッタ装置２００の概略構成図である。
【００５９】
図１２に示すように、シャッタ装置２００は、ケース２１０の内側に、図３に示す超音波アクチュエータ１００と同様の構成を有するＬ字型の超音波アクチュエータ３１０と、超音波アクチュエータ３１０によって回転されるロータ３２０とが配備されている。ケース２１０には、開口２１０ａを取り囲む支持枠２１１が設けられており、超音波アクチュエータ３１０は、Ｌ字の内側に支持枠２１１が位置するように配置されている。
【００６０】
図１３はシャッタ装置２００の分解斜視図であり、図１４は、シャッタ装置２００の側面の断面図である。図１３および図１４では、図の左側から被写体光Ｌが入射されるものとして、図の左側を前、図の右側を後と称して説明する。
【００６１】
シャッタ装置２００は、被写体光Ｌが入射される前方から順に、羽根押え板２１４、シャッタ羽根３３０、羽根地板２１３、ケース２１０、ロータ３２０、超音波アクチュエータ３１０、および蓋２１２が配置されて構成されている。シャッタ羽根３３０は、本発明にいうシャッタ羽根の一例にあたり、羽根地板２１３および羽根押え板２１４を合わせたものは、本発明にいう開口板の一例に相当する。
【００６２】
ロータ３２０には、シャッタ羽根３３０を駆動するための駆動ピン３２１が設けられており、ケース２１０には、被写体光Ｌが通過する開口２１０ａ、ロータ３２０の駆動ピン３２１が嵌入される駆動溝２１０ｂ、シャッタ羽根３３０の回転中心となる中心ボス２１０ｃ、および羽根地板２１３と羽根押え板２１４とを固定するための固定ボス２１０ｄが設けられている。
【００６３】
まず、ケース２１０に超音波アクチュエータ３１０の下足３１２が固定され、超音波アクチュエータ３１０の上足３１１がロータ３２０に接触するように、ロータ３２０がケース２１０と蓋２１２との間に軸支される。
【００６４】
続いて、羽根地板２１３と羽根押え板２１４それぞれに穿たれた固定孔２１３ｄ、２１４ｄにケース２１０の固定ボス２１０ｄが嵌め込まれることにより、羽根地板２１３と羽根押え板２１４とがケース２１０に対して固定される。その結果、羽根押え板２１４、羽根地板２１３、ケース２１０、蓋２１２それぞれに穿たれた開口２１４ａ、２１３ａ、２１０ａ、２１２ａによって、後部分２０２のシャッタ開口２００ａが形成される。
【００６５】
また、ケース２１０の中心ボス２１０ｃが、羽根地板２１３とシャッタ羽根３３０と羽根押え板２１４それぞれに穿たれた中心孔２１３ｃ，３３０ｃ，２１４ｃに嵌め込まれ、ロータ３２０の駆動ピン３２１が、ケース２１０ｃと羽根地板２１３と羽根押え板２１４それぞれに穿たれた駆動溝２１０ｂ，２１３ｂ，２１４ｂ、およびシャッタ羽根３３０に穿たれた契合溝３３０ｂに嵌入される。シャッタ羽根３３０は、羽根地板２１３と羽根押え板２１４との間の隙間で、中心ボス２１０ｃを中心に回動自在に支持される。
【００６６】
シャッタ開口２００ａは、以下のように開閉される。尚、ここでは、ロータ３２０が副方向に回転することによって、シャッタ羽根３３０はシャッタ開口２００ａを開く方向に移動するものとして説明する。
【００６７】
例えば、携帯電話のユーザによってスルー画像の表示が指示されると、携帯電話のＣＰＵによって、超音波アクチュエータ３１０の圧電素子１１０（図３参照）に交流電圧が印加され、ロータ３２０が副方向に回転される。ロータ３２０の回転に伴い、ロータ３２０に固定された駆動ピン３２１が駆動溝２１０ｂ，２１３ｂ，２１４ｂに沿って回動され、シャッタ羽根３３０の契合溝３３０ｄと契合してシャッタ羽根３３０を下向きに移動させる。その結果、シャッタ羽根３３０がシャッタ開口２００ａを妨げない位置（開放位置）に回避される。
【００６８】
被写体光Ｌは、羽根押え板２１４、羽根地板２１３、ケース２１０、蓋２１２それぞれに穿たれた開口２１４ａ、２１３ａ、２１０ａ、２１２ａを通過して、蓋２１２の背面に設けられたＣＣＤ（図示しない）上に結像される。
【００６９】
ＣＣＤでは、受光量に応じた電荷が蓄電され、所定のタイミングごとに、蓄電された電荷がアナログの被写体信号に変換される。被写体信号は、粗く読み取られて低解像度スルー画像を表わすスルー画像データが生成され、携帯電話のＣＰＵに送られることにより、携帯電話の表示画面上にスルー画像が表示される。
【００７０】
このように、スルー画像は、シャッタ開口２００ａが開かれたままの状態で生成されているため、蓄電された電荷が被写体信号に変換されている間にもＣＣＤでは受光が行われており、その漏れた光によって白筋などの画像欠陥が生じてしまうことがある。このため、実際に撮影画像が取得される際には、シャッタ羽根３３０によってシャッタ開口２００ａが閉じられる。
【００７１】
携帯電話のユーザによって撮影スイッチが押されて、被写体の撮影が指示されると、携帯電話のＣＰＵによって、超音波アクチュエータ３１０の圧電素子１１０（図３参照）に交流電圧が印加され、ロータ３２０はシャッタ開放時とは逆の正方向に回転されて、ロータ３２０に固定された駆動ピン３２１がシャッタ羽根３３０を上向きに移動させる。その結果、シャッタ羽根３３０が後部分２０２のシャッタ開口２００ａを塞ぐ位置（遮光位置）に移動される。本実施形態においては、ロータ３２０は、駆動ピン３２１と、ケース２１０ｃと羽根地板２１３と羽根押え板２１４とに穿たれた駆動溝２１０ｂ，２１３ｂ，２１４ｂによって回転角度が規制されており、シャッタ羽根３３０は、超音波アクチュエータ３１０のＬ字の内側を、上述した回避位置と遮光位置との間で移動される。
【００７２】
ＣＣＤでは、撮影スイッチが押されてからシャッタ開口２００ａが塞がれるまでの間に、受光量に応じた電荷が蓄電され、蓄電された電荷が被写体信号に変換される。変換された被写体信号は、細かく読み取られて高解像度な撮影画像を表わす撮影画像データが生成され、生成された撮影画像データが携帯電話のＣＰＵに送られる。
【００７３】
このように、撮影画像が生成される際には、シャッタ羽根３３０によってシャッタ開口２００ａが塞がれるため、ＣＣＤに光が漏れてしまって、撮影画像に画像欠陥が生じてしまう不具合を回避することができる。
【００７４】
また、本実施形態においては、小型化された超音波アクチュエータ３１０が適用されているうえ、図１２に示すように、超音波アクチュエータ３１０のＬ字の内側に空いたスペースにシャッタ開口２００ａが設けられており、シャッタ装置２００全体の大型化が軽減されている。さらに、超音波アクチュエータ３１０は、従来の電磁モータと比較して省電力であり、従来の超音波アクチュエータと比較して電圧制御が簡易であるため、携帯電話などの小型機器にもシャッタ装置２００を搭載することができる。
【００７５】
ここで、上記では、圧電を用いた超音波アクチュエータを備えた例について説明したが、本発明にいう超音波アクチュエータは、折れ曲がった形状を有する振動子を使ってロータを回転させることができるものであれば、高分子などを利用した超音波アクチュエータであってもよい。
【００７６】
また、上記では、２枚の圧電素子を備えた超音波アクチュエータを備えた例について説明したが、本発明にいう超音波アクチュエータは、３枚以上の圧電素子を備えた超音波アクチュエータであってもよく、また、１枚の圧電素子を備えた超音波アクチュエータであってもよい。
【００７７】
また、上記では、Ｌ字に曲がった超音波アクチュエータについて説明したが、本発明にいう超音波アクチュエータは、２つ以上の角を有するものであってもよい。
【００７８】
また、上記では、圧電素子の電極を兼ねた金属製の振動板を備えた超音波アクチュエータについて説明したが、本発明にいう超音波アクチュエータは、例えば、プラスチック製の振動子を用いて、その振動子とは別に、圧電素子に電圧を印加するための電極を備えたものであってもよい。
【００７９】
また、上記では、本発明のシャッタ装置を携帯電話に搭載する例について説明したが、本発明のシャッタ装置は、小型のデジタルカメラなどに搭載されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】圧電を用いた超音波アクチュエータの概略構成図である。
【図２】超音波アクチュエータの動作原理を説明するための図である。
【図３】本発明のシャッタ装置に適用される超音波アクチュエータの一例を示す概略構成図である。
【図４】図３に示す超音波アクチュエータの拡大図である。
【図５】圧電素子の分極方向を示す図である。
【図６】振動板に発生する歪みの方向を示す図である。
【図７】振動板に発生する歪みの方向を示す図である。
【図８】振動板の共振周波数を示すグラフである。
【図９】ロータを正方向に回転させる動作原理を示す図である。
【図１０】ロータを副方向に回転させる動作原理を示す図である。
【図１１】本発明のシャッタ装置の一実施形態の外観斜視図である。
【図１２】シャッタ装置の概略構成図である。
【図１３】シャッタ装置の分解斜視図である。
【図１４】シャッタ装置の側面の断面図である。
【符号の説明】
【００８１】
１０，１００，３１０ 超音波アクチュエータ
１１，１１０ 圧電素子
１２ 弾性振動体
１３ 支持部材
１４ ばね
１６ 押当板
２０，１００Ａ，３２０ ロータ
１１１ 電極
１２０ 振動板
１２０ａ 角部
１２１ 上足
１２２ 下足
２００ シャッタ装置
２００ａ シャッタ開口
２１０ ケース
２１１ 支持部
２１２ 蓋
２１３ 羽根地板
２１４ 羽根押え板
３３０ シャッタ羽根
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャッタ開口が形成された開口板と、
駆動力を受けて前記シャッタ開口を開閉するシャッタ羽根と、
回転により前記シャッタ羽根を駆動するロータと、
前記ロータに作用して該ロータを回転させる超音波アクチュエータとを備え、
前記超音波アクチュエータが、前記ロータに一端が接し途中に折れ曲がった角部を有しさらに延在して他端側が開口板に対し固定された振動子を備え、該角部の劣角側に前記シャッタ開口が位置する姿勢に配備されたものであることを特徴とするシャッタ装置。
【請求項２】
前記振動子が板状のものであって、
前記超音波アクチュエータが、さらに、前記振動子の、前記一端と前記角部との間の一部分と接触し、交流電圧の印加を受けて振動して該振動を前記振動子に伝える圧電素子を備えたことを特徴とする請求項１記載のシャッタ装置。
【請求項３】
前記圧電素子が、前記振動子の、前記一端と前記角部との間の一部分を挟んで複数設けられたことを特徴とする請求項２記載のシャッタ装置。
【請求項４】
前記振動子が金属板であって、複数の圧電素子それぞれの一方の電極を兼ねるものであることを特徴とする請求項３記載のシャッタ装置。
【請求項５】
前記振動子の、前記一端側の一部分が、該一部分を除く部分よりも狭幅に形成されてなることを特徴とする請求項１記載のシャッタ装置。
【請求項１】
シャッタ開口が形成された開口板と、
駆動力を受けて前記シャッタ開口を開閉するシャッタ羽根と、
回転により前記シャッタ羽根を駆動するロータと、
前記ロータに作用して該ロータを回転させる超音波アクチュエータとを備え、
前記超音波アクチュエータが、前記ロータに一端が接し途中に折れ曲がった角部を有しさらに延在して他端側が開口板に対し固定された振動子を備え、該角部の劣角側に前記シャッタ開口が位置する姿勢に配備されたものであることを特徴とするシャッタ装置。
【請求項２】
前記振動子が板状のものであって、
前記超音波アクチュエータが、さらに、前記振動子の、前記一端と前記角部との間の一部分と接触し、交流電圧の印加を受けて振動して該振動を前記振動子に伝える圧電素子を備えたことを特徴とする請求項１記載のシャッタ装置。
【請求項３】
前記圧電素子が、前記振動子の、前記一端と前記角部との間の一部分を挟んで複数設けられたことを特徴とする請求項２記載のシャッタ装置。
【請求項４】
前記振動子が金属板であって、複数の圧電素子それぞれの一方の電極を兼ねるものであることを特徴とする請求項３記載のシャッタ装置。
【請求項５】
前記振動子の、前記一端側の一部分が、該一部分を除く部分よりも狭幅に形成されてなることを特徴とする請求項１記載のシャッタ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００７−２７１９８９（Ｐ２００７−２７１９８９Ａ）
【公開日】平成１９年１０月１８日（２００７．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−９８２７５（Ｐ２００６−９８２７５）
【出願日】平成１８年３月３１日（２００６．３．３１）
【出願人】（０００００５４３０）フジノン株式会社 (2,231)
【出願人】（５０４１９３８３７）国立大学法人室蘭工業大学 (70)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１０月１８日（２００７．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月３１日（２００６．３．３１）
【出願人】（０００００５４３０）フジノン株式会社 (2,231)
【出願人】（５０４１９３８３７）国立大学法人室蘭工業大学 (70)
【Ｆターム（参考）】
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