レンズ駆動装置
【課題】携帯電話などの小型機器でもオートフォーカス機能やズーム機能を実現することができる小型のレンズ駆動装置を提供することを目的とする。
【解決手段】ケースと、レンズを保持し駆動力を受けてケースに対し移動するレンズバレルと、ロータを有しロータの回転力をレンズバレルに伝えてレンズバレルを駆動する駆動力伝達部と、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からケースに対し固定された振動子を備え、角部の劣角側にレンズバレルが位置する姿勢に配備される。
【解決手段】ケースと、レンズを保持し駆動力を受けてケースに対し移動するレンズバレルと、ロータを有しロータの回転力をレンズバレルに伝えてレンズバレルを駆動する駆動力伝達部と、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からケースに対し固定された振動子を備え、角部の劣角側にレンズバレル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、レンズを保持して移動するレンズ駆動装置に関する。
【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、携帯電話などといった小型機器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。このため、これらの小型機器は、デジタルカメラの代替機器として用いられるには撮影機能や撮影画像の画質等が不十分であり、メモ替わりに画像を得る場合や、携帯電話等の待ち受け画面用の画像を得る場合などのように、高画質を要求されない撮影用に用途が限定されることが多い。
【０００４】
これらの点に関し、近年では、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おり、小型機器を使って撮影される撮影画像の高画質化が急速に進んでいる。残る課題である撮影機能の充実においては、特に、これらの小型機器に、デジタルカメラには標準的に搭載されているオートフォーカス機能やズーム機能が搭載されることが望まれている。
【０００５】
オートフォーカス機能やズーム機能は、モータの回転を利用し、レンズを光軸に沿う方向に移動させることによって実現されることが一般的である。通常、レンズ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、通常の撮影機能を実行する電力に加えて、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オートフォーカス機能やズーム機能は、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。
【０００６】
この点に関し、特許文献１および特許文献２には、電磁モータの替わりに圧電を用いたアクチュエータを使ってレンズを移動させる撮影装置について記載されており、特許文献３および特許文献４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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
このような圧電を用いた超音波アクチュエータをレンズに取り付けることによって、電磁モータよりも少ない電力でレンズを駆動することができ、さらに、撮影装置の軽量化や、レンズ駆動の静音化を図ることができる。
【特許文献１】特開２００４−２９４７５９号公報
【特許文献２】特開２００４−２９４５８０号公報
【特許文献３】特開２００５−２１８１７９号公報
【特許文献４】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】
【００１１】
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おり、レンズ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。しかし、上述した特許文献３および特許文献４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。
【００１２】
また、従来の圧電を用いた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１４に加えて、弾性振動体１２をロータ１３に押し付けるばね１５や押当板１６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。
【００１３】
以上のようなことから、超音波アクチュエータでレンズを駆動する機構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。
【００１４】
本発明は、上記事情に鑑み、携帯電話などの小型機器でもオートフォーカス機能やズーム機能を実現することができる小型のレンズ駆動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】
【００１５】
上記目的を達成する本発明のレンズ駆動装置は、ケースと、
レンズを保持し駆動力を受けてケースに対し移動するレンズバレルと、
ロータを有しロータの回転力をレンズバレルに伝えてレンズバレルを駆動する駆動力伝達部と、
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からケースに対し固定された振動子を備え、角部の劣角側にレンズバレル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。
【００１６】
本発明のレンズ駆動装置によると、振動子のケース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、本発明のレンズ駆動装置は、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レンズバレルが駆動されるため、超音波アクチュエータにレンズバレルなどを取り付けてもレンズ駆動装置が大型化せず、携帯電話などに搭載してオートフォーカス機能やズーム機能を実現することができる。
【００１７】
また、本発明のレンズ駆動装置において、上記振動子が板状のものであって、
上記アクチュエータが、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。
【００１８】
本発明のレンズ駆動装置によると、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。
【００１９】
また、本発明のレンズ駆動装置において、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。
【００２０】
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、レンズバレルに保持されたレンズを高速に駆動することができる。
【００２１】
また、本発明のレンズ駆動装置は、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。
【００２２】
本発明の好適なレンズ駆動装置によると、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。
【００２３】
また、本発明のレンズ駆動装置は、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。
【００２４】
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、レンズバレルに保持されたレンズを確実に駆動することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、携帯電話などの小型機器でもオートフォーカス機能やズーム機能を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００２７】
まず、本発明のレンズ駆動装置の説明に先立って、本発明のレンズ駆動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。
【００２８】
図３は、本発明のレンズ駆動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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
図８は、振動板１２０の共振周波数を示すグラフである。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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）。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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）。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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、本発明のレンズ駆動装置の一実施形態について説明する。
【００５７】
図１１は、本発明のレンズ駆動装置の一実施形態が適用された撮影装置の外観斜視図である。
【００５８】
この撮影装置２００は、携帯電話に搭載される小型の撮像装置である。撮影装置２００は、外観上、ケース２１０と前カバー２２０とで構成されており、前カバー２２０はビス２３０によってケース２１０に取り付けられている。ケース２１０は、本発明にいうケースの一例に相当する。
【００５９】
前カバー２２０およびケース２１０の内側には、被写体光を結像するレンズ、およびレンズを駆動するための駆動機構などが配備されており、ケース２１０の背面には、被写体光を受光して被写体信号を生成するＣＣＤが取り付けられている。尚、本実施形態においては、被写体信号を生成する撮像素子としてＣＣＤを用いるが、携帯電話等に搭載される撮影装置においては、撮像素子としてＭＯＳも広く用いられており、ＣＣＤに替えてＭＯＳを適用してもよい。
【００６０】
本発明のレンズ駆動装置の一実施形態は、撮影装置２００のケース２１０に取り付けられており、以下では、ケース２１０の内側に備えられた各種部品に注目して説明する。
【００６１】
図１２は、ケース２１０の内側を示す図である。
【００６２】
図１２に示すように、ケース２１０の内側には、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とが配備されており、さらに、超音波アクチュエータ３１０のＬ字の内側に、レンズが内蔵されたレンズバレル３５０が配備されている。レンズバレル３５０は、本発明にいうレンズバレルの一例に相当する。
【００６３】
図１３は、撮影装置２００の分解斜視図であり、図１４は、撮影装置２００の上面の断面図である。図１３および図１４では、図の下方から被写体光Ｌが入射されるものとして、図の下方を前、図の上方を後と称して説明する。
【００６４】
撮影装置２００は、ケース２１０の内側に、後方から順に、超音波アクチュエータ３１０、ロータ３２０、回転軸３３０、カムリング３４０、レンズバレル３５０、およびばね３６０が配備されており、ビス２３０によって前カバー２２０がケース２１０に固定されている。
【００６５】
ロータ３２０には、カムリング３４０の歯３４１と噛み合うギア３２１が取り付けられている。ギア３２１とカムリング３４０とを合わせたものは、本発明にいう駆動力伝達部の一例に相当する。
【００６６】
回転軸３３０は、ロータ３２０を貫通して、ケース２１０と前カバー２２０とによって支持される。その結果、ロータ３２０が回転軸３３０を中心に回転自在に軸支される。また、超音波アクチュエータ３１０は、上足３１１がロータ３２０に接触され、下足３１２がケース２１０に固定される。
【００６７】
続いて、カムリング３４０がケース２１０に取り付けられ、レンズバレル３５０がカムリング３４０に取り付けられることにより、カムリング３４０の歯３４１がロータ３２０のギア３２１と噛み合い、レンズバレル３５０に設けられたレール部３５１がケース２１０に穿たれたガイド溝２１１に嵌め込まれる。
【００６８】
さらに、前カバー２２０にばね３６０が取り付けられ、前カバー２２０とケース２１０とがビス留めされ、ケース２１０の背面にＣＣＤ（図示しない）が取り付けられる。その結果、図１４に示すように、レンズバレル３５０は、ばね３６０によって前カバー２２０からケース２１０に向けて付勢される。
【００６９】
以上のような撮像装置２００において、以下のような手順でオートフォーカス機能が実現される。尚、ここでは、ロータ３２０が正方向に回転することによって、レンズバレル３５０は前方向に移動するものとして説明する。
【００７０】
まず、ＣＣＤにおいて被写体光が粗く読み取られて被写体信号が生成され、撮像装置２００が備えられた携帯電話のＣＰＵにおいて被写体信号のコントラストが取得される。取得されたコントラストは、暫定的な最大のコントラストとして保存される。
【００７１】
続いて、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）に所定の大きさの交流電圧が印加され、ロータ３２０が正方向に所定角度だけ回転される。ロータ３２０のギア３２１がカムリング３４０の歯３４１と噛み合った状態で回転されることにより、カムリング３４０も所定角度だけ正方向に回転される。レンズバレル３５０に設けられたレール３５１の背面は、ばね３６０によってカムリング３４０のカム面に押し付けられており、カムリング３４０の回転力が光軸に沿った方向の力に変換されてレンズバレル３５０に伝達される。その結果、レンズバレル３５０は、レール部３５１がガイド溝２１１に導かれ、光軸に沿って所定距離だけ前方向に移動される。尚、ガイド溝２１１とレール３５１は、レンズバレル３５０の移動方向を導く役割だけではなく、レンズバレル３５０の回転止めとしての役割も担っている。
【００７２】
レンズバレル３５０が移動されると、再びＣＣＤで被写体光が読み取られて被写体信号が生成される。ＣＰＵでは、生成された被写体信号のコントラストが取得され、さらに、今回のコントラストが保存されている最大のコントラストと比較され、今回のコントラストの方が保存されたコントラストよりも大きいときには、今回のコントラストが既に保存されているコントラストに替えて保存される。
【００７３】
超音波アクチュエータ３１０に交流電圧が印加され、ロータ３２０が正方向に所定角度だけ回転されて、レンズバレル３５０が所定距離ずつ前方向に移動され、さらに被写体信号のコントラスト値が取得されて、今回のコントラストと保存されているコントラスト（前回までの最大のコントラスト）とが比較される作業が、今回のコントラストが保存されているコントラストよりも小さくなるまで続けられる。
【００７４】
通常、レンズが合焦位置に近づくほど被写体信号のコントラストは大きくなるため、レンズバレル３５０を光軸に沿って所定距離ずつ移動させていくと、初めはレンズが徐々に合焦位置に近づいてコントラストが増加していき、レンズ位置が合焦位置を通過した後は、コントラストは徐々に減少していく。このように、コントラストは山なりに変化するため、コントラストが増加傾向から減少傾向に変化したレンズ位置が合焦位置であると決定することができる。コントラストが増加傾向から減少傾向へと変化する変化点を取得して合焦位置を検出する方法は、「山登り方式ＡＦ」として従来から広く適用されている。
【００７５】
以上のようにして決定された合焦位置にレンズが移動されることによって、被写体に精度良く焦点を合わせることができ、ピンボケなどが生じていない高画質な撮影画像を取得することができる。
【００７６】
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レンズバレル３５０が設けられており、装置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でもオートフォーカス機能やズーム機能を実現することができる。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
また、上記では、本発明のレンズ駆動装置を携帯電話に搭載する例について説明したが、本発明のレンズ駆動装置は、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】
【００８２】
【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】本発明のレンズ駆動装置の一実施形態が適用された撮影装置の外観斜視図である。
【図１２】ケースの内側を示す図である。
【図１３】撮影装置の分解斜視図である。
【図１４】撮影装置の上面の断面図である。
【符号の説明】
【００８３】
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 撮影装置
２１０ ケース
２２０ 前カバー
３３０ 回転軸
３４０ カムリング
３５０ レンズバレル
３６０ ばね
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンズを保持して移動するレンズ駆動装置に関する。
【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、携帯電話などといった小型機器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。このため、これらの小型機器は、デジタルカメラの代替機器として用いられるには撮影機能や撮影画像の画質等が不十分であり、メモ替わりに画像を得る場合や、携帯電話等の待ち受け画面用の画像を得る場合などのように、高画質を要求されない撮影用に用途が限定されることが多い。
【０００４】
これらの点に関し、近年では、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おり、小型機器を使って撮影される撮影画像の高画質化が急速に進んでいる。残る課題である撮影機能の充実においては、特に、これらの小型機器に、デジタルカメラには標準的に搭載されているオートフォーカス機能やズーム機能が搭載されることが望まれている。
【０００５】
オートフォーカス機能やズーム機能は、モータの回転を利用し、レンズを光軸に沿う方向に移動させることによって実現されることが一般的である。通常、レンズ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、通常の撮影機能を実行する電力に加えて、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オートフォーカス機能やズーム機能は、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。
【０００６】
この点に関し、特許文献１および特許文献２には、電磁モータの替わりに圧電を用いたアクチュエータを使ってレンズを移動させる撮影装置について記載されており、特許文献３および特許文献４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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
このような圧電を用いた超音波アクチュエータをレンズに取り付けることによって、電磁モータよりも少ない電力でレンズを駆動することができ、さらに、撮影装置の軽量化や、レンズ駆動の静音化を図ることができる。
【特許文献１】特開２００４−２９４７５９号公報
【特許文献２】特開２００４−２９４５８０号公報
【特許文献３】特開２００５−２１８１７９号公報
【特許文献４】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】
【００１１】
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おり、レンズ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。しかし、上述した特許文献３および特許文献４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。
【００１２】
また、従来の圧電を用いた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１４に加えて、弾性振動体１２をロータ１３に押し付けるばね１５や押当板１６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。
【００１３】
以上のようなことから、超音波アクチュエータでレンズを駆動する機構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。
【００１４】
本発明は、上記事情に鑑み、携帯電話などの小型機器でもオートフォーカス機能やズーム機能を実現することができる小型のレンズ駆動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】
【００１５】
上記目的を達成する本発明のレンズ駆動装置は、ケースと、
レンズを保持し駆動力を受けてケースに対し移動するレンズバレルと、
ロータを有しロータの回転力をレンズバレルに伝えてレンズバレルを駆動する駆動力伝達部と、
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からケースに対し固定された振動子を備え、角部の劣角側にレンズバレル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。
【００１６】
本発明のレンズ駆動装置によると、振動子のケース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、本発明のレンズ駆動装置は、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レンズバレルが駆動されるため、超音波アクチュエータにレンズバレルなどを取り付けてもレンズ駆動装置が大型化せず、携帯電話などに搭載してオートフォーカス機能やズーム機能を実現することができる。
【００１７】
また、本発明のレンズ駆動装置において、上記振動子が板状のものであって、
上記アクチュエータが、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。
【００１８】
本発明のレンズ駆動装置によると、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。
【００１９】
また、本発明のレンズ駆動装置において、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。
【００２０】
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、レンズバレルに保持されたレンズを高速に駆動することができる。
【００２１】
また、本発明のレンズ駆動装置は、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。
【００２２】
本発明の好適なレンズ駆動装置によると、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。
【００２３】
また、本発明のレンズ駆動装置は、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。
【００２４】
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、レンズバレルに保持されたレンズを確実に駆動することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、携帯電話などの小型機器でもオートフォーカス機能やズーム機能を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００２７】
まず、本発明のレンズ駆動装置の説明に先立って、本発明のレンズ駆動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。
【００２８】
図３は、本発明のレンズ駆動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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
図８は、振動板１２０の共振周波数を示すグラフである。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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）。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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）。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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、本発明のレンズ駆動装置の一実施形態について説明する。
【００５７】
図１１は、本発明のレンズ駆動装置の一実施形態が適用された撮影装置の外観斜視図である。
【００５８】
この撮影装置２００は、携帯電話に搭載される小型の撮像装置である。撮影装置２００は、外観上、ケース２１０と前カバー２２０とで構成されており、前カバー２２０はビス２３０によってケース２１０に取り付けられている。ケース２１０は、本発明にいうケースの一例に相当する。
【００５９】
前カバー２２０およびケース２１０の内側には、被写体光を結像するレンズ、およびレンズを駆動するための駆動機構などが配備されており、ケース２１０の背面には、被写体光を受光して被写体信号を生成するＣＣＤが取り付けられている。尚、本実施形態においては、被写体信号を生成する撮像素子としてＣＣＤを用いるが、携帯電話等に搭載される撮影装置においては、撮像素子としてＭＯＳも広く用いられており、ＣＣＤに替えてＭＯＳを適用してもよい。
【００６０】
本発明のレンズ駆動装置の一実施形態は、撮影装置２００のケース２１０に取り付けられており、以下では、ケース２１０の内側に備えられた各種部品に注目して説明する。
【００６１】
図１２は、ケース２１０の内側を示す図である。
【００６２】
図１２に示すように、ケース２１０の内側には、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とが配備されており、さらに、超音波アクチュエータ３１０のＬ字の内側に、レンズが内蔵されたレンズバレル３５０が配備されている。レンズバレル３５０は、本発明にいうレンズバレルの一例に相当する。
【００６３】
図１３は、撮影装置２００の分解斜視図であり、図１４は、撮影装置２００の上面の断面図である。図１３および図１４では、図の下方から被写体光Ｌが入射されるものとして、図の下方を前、図の上方を後と称して説明する。
【００６４】
撮影装置２００は、ケース２１０の内側に、後方から順に、超音波アクチュエータ３１０、ロータ３２０、回転軸３３０、カムリング３４０、レンズバレル３５０、およびばね３６０が配備されており、ビス２３０によって前カバー２２０がケース２１０に固定されている。
【００６５】
ロータ３２０には、カムリング３４０の歯３４１と噛み合うギア３２１が取り付けられている。ギア３２１とカムリング３４０とを合わせたものは、本発明にいう駆動力伝達部の一例に相当する。
【００６６】
回転軸３３０は、ロータ３２０を貫通して、ケース２１０と前カバー２２０とによって支持される。その結果、ロータ３２０が回転軸３３０を中心に回転自在に軸支される。また、超音波アクチュエータ３１０は、上足３１１がロータ３２０に接触され、下足３１２がケース２１０に固定される。
【００６７】
続いて、カムリング３４０がケース２１０に取り付けられ、レンズバレル３５０がカムリング３４０に取り付けられることにより、カムリング３４０の歯３４１がロータ３２０のギア３２１と噛み合い、レンズバレル３５０に設けられたレール部３５１がケース２１０に穿たれたガイド溝２１１に嵌め込まれる。
【００６８】
さらに、前カバー２２０にばね３６０が取り付けられ、前カバー２２０とケース２１０とがビス留めされ、ケース２１０の背面にＣＣＤ（図示しない）が取り付けられる。その結果、図１４に示すように、レンズバレル３５０は、ばね３６０によって前カバー２２０からケース２１０に向けて付勢される。
【００６９】
以上のような撮像装置２００において、以下のような手順でオートフォーカス機能が実現される。尚、ここでは、ロータ３２０が正方向に回転することによって、レンズバレル３５０は前方向に移動するものとして説明する。
【００７０】
まず、ＣＣＤにおいて被写体光が粗く読み取られて被写体信号が生成され、撮像装置２００が備えられた携帯電話のＣＰＵにおいて被写体信号のコントラストが取得される。取得されたコントラストは、暫定的な最大のコントラストとして保存される。
【００７１】
続いて、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）に所定の大きさの交流電圧が印加され、ロータ３２０が正方向に所定角度だけ回転される。ロータ３２０のギア３２１がカムリング３４０の歯３４１と噛み合った状態で回転されることにより、カムリング３４０も所定角度だけ正方向に回転される。レンズバレル３５０に設けられたレール３５１の背面は、ばね３６０によってカムリング３４０のカム面に押し付けられており、カムリング３４０の回転力が光軸に沿った方向の力に変換されてレンズバレル３５０に伝達される。その結果、レンズバレル３５０は、レール部３５１がガイド溝２１１に導かれ、光軸に沿って所定距離だけ前方向に移動される。尚、ガイド溝２１１とレール３５１は、レンズバレル３５０の移動方向を導く役割だけではなく、レンズバレル３５０の回転止めとしての役割も担っている。
【００７２】
レンズバレル３５０が移動されると、再びＣＣＤで被写体光が読み取られて被写体信号が生成される。ＣＰＵでは、生成された被写体信号のコントラストが取得され、さらに、今回のコントラストが保存されている最大のコントラストと比較され、今回のコントラストの方が保存されたコントラストよりも大きいときには、今回のコントラストが既に保存されているコントラストに替えて保存される。
【００７３】
超音波アクチュエータ３１０に交流電圧が印加され、ロータ３２０が正方向に所定角度だけ回転されて、レンズバレル３５０が所定距離ずつ前方向に移動され、さらに被写体信号のコントラスト値が取得されて、今回のコントラストと保存されているコントラスト（前回までの最大のコントラスト）とが比較される作業が、今回のコントラストが保存されているコントラストよりも小さくなるまで続けられる。
【００７４】
通常、レンズが合焦位置に近づくほど被写体信号のコントラストは大きくなるため、レンズバレル３５０を光軸に沿って所定距離ずつ移動させていくと、初めはレンズが徐々に合焦位置に近づいてコントラストが増加していき、レンズ位置が合焦位置を通過した後は、コントラストは徐々に減少していく。このように、コントラストは山なりに変化するため、コントラストが増加傾向から減少傾向に変化したレンズ位置が合焦位置であると決定することができる。コントラストが増加傾向から減少傾向へと変化する変化点を取得して合焦位置を検出する方法は、「山登り方式ＡＦ」として従来から広く適用されている。
【００７５】
以上のようにして決定された合焦位置にレンズが移動されることによって、被写体に精度良く焦点を合わせることができ、ピンボケなどが生じていない高画質な撮影画像を取得することができる。
【００７６】
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レンズバレル３５０が設けられており、装置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でもオートフォーカス機能やズーム機能を実現することができる。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
また、上記では、本発明のレンズ駆動装置を携帯電話に搭載する例について説明したが、本発明のレンズ駆動装置は、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】
【００８２】
【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】本発明のレンズ駆動装置の一実施形態が適用された撮影装置の外観斜視図である。
【図１２】ケースの内側を示す図である。
【図１３】撮影装置の分解斜視図である。
【図１４】撮影装置の上面の断面図である。
【符号の説明】
【００８３】
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 撮影装置
２１０ ケース
２２０ 前カバー
３３０ 回転軸
３４０ カムリング
３５０ レンズバレル
３６０ ばね
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケースと、
レンズを保持し駆動力を受けて前記ケースに対し移動するレンズバレルと、
ロータを有し該ロータの回転力を前記レンズバレルに伝えて該レンズバレルを駆動する駆動力伝達部と、
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から前記ケースに対し固定された振動子を備え、該角部の劣角側に前記レンズバレル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レンズ駆動装置。
【請求項２】
前記振動子が板状のものであって、
前記アクチュエータが、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記載のレンズ駆動装置。
【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記載のレンズ駆動装置。
【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記載のレンズ駆動装置。
【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記載のレンズ駆動装置。
【請求項１】
ケースと、
レンズを保持し駆動力を受けて前記ケースに対し移動するレンズバレルと、
ロータを有し該ロータの回転力を前記レンズバレルに伝えて該レンズバレルを駆動する駆動力伝達部と、
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から前記ケースに対し固定された振動子を備え、該角部の劣角側に前記レンズバレル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レンズ駆動装置。
【請求項２】
前記振動子が板状のものであって、
前記アクチュエータが、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記載のレンズ駆動装置。
【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記載のレンズ駆動装置。
【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記載のレンズ駆動装置。
【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記載のレンズ駆動装置。
【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２００７−２７１９９０（Ｐ２００７−２７１９９０Ａ）
【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２００６−９８２７６（Ｐ２００６−９８２７６）
【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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