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    公开号:WO1984000821A1
    申请号:PCT/JP1983/000271
    申请日:1983-08-18
    公开日:1984-03-01
    发明作者:Hiroshi Iwata
    申请人:West Electric Co；
    IPC主号:G03B3-00
    专利说明:
    [0001] 明 細 書
    [0002] 発明の名称
    [0003] 超音波発生装 置
    [0004] 技術分野
    [0005] 本発明は、 写真用カメ ラ ， ビデオカメ ラ等において利用され ている超音波を用いて距離計測を行 ¾い焦点調節を自動的に行 う超音波自動焦点調節装置に適した超音波発生装置に関する ものである。
    [0006] 冃 示技
    [0007] 従来よ 、 超音波を用いて距離計測を行るい、 その情報と撮 影レ ンズ とを連動させ、 被写体距離が変動しても常に結像の焦 点調節状態を適正にする超音波自動焦点調節装置は、 ボラ ィ ド社製の S X — ァ 〇で代表されるイ ン ス タ ン ト カメ ラ群で実用 化されている ο
    [0008] ま た、 他の事例と して、 高倍率のズー ム比を有する ビデオ力 メ ラ等において、 被写体ま での距離計測を超音波を用いて行な い、 上述したィ ンス タ ン ト カ メ ラ同様、 高倍率のズ ー ム レ ンズ の焦点調節を自動的に行 ¾い撮像管面への被写体像の焦点状態 を適正にする如く の装置も実用化されている ο
    [0009] と ころで、 上述した如く の従来 置において、 超音波の送受 信を行な う超音波発生装置についてみてみる と、 前者のイ ンス タ ン ト カメ ラにあっては、 ポ リ イ ミ ドア ミ ド樹脂を直径 5 Ο φ の振動板と して形成したコ ン デ ンサ型のものが用いられ、 また、 後者のビデオカメ ラ等にあ っては、 直径 2 Ο 0程度の振動板を セラ ミ ッ ク振動子を用いて振動させると共にこの振動体を開口 径 5 5 ø程度のヘ リ カルホー ンと一体化して構成される ものが 用いられている。 即ち、 いずれの装置も開口直径は 5 O ø程度 に構成されている。
    [0010] 従って、 超音波発生装置は大型化し、 カメ ラを含む装置全侔 の形状が従来、 極めて大き く な ってしま つていた。
    [0011] 一方、 超音波発生装置の開口径を小さ ぐ してやれば、 当然、 カメ ラを含む装置全体も小型化でき るわけであるが、 超音波発 生装置の開口径 d と発生する超音波の指向角 /9 との間には、 超 音波の発振周:度数を / とする と、
    [0012] 5 = 2 · i ia ( 2 3 9 . a /d * f )
    [0013] ¾る関係が成立することが一般に知られており 、 装置の大型化 を防ぐために開口径 d を小さ く してやると、 今度は指向角 d が 大き く ¾ つてしま う閉 Sを生じる こ と 、 超音波癸生装置 の開口径 dは安易に小さ くすることはでき なかった。
    [0014] 即ち、 特にビデオカ メ ラ等に使用される撮影面角の小さいレ ンズと連動せしめられる超音波発生装置は、 レ ンズ画角内のみ の被写体の距難を検出 し 'たいことから狭い指向角のものが要求 され、 例えば指向角が広く ¾ 過ぎる と レンズ画角外の被写体 に焦点を合わせよ う とする如く の誤動作を生じてしま う という' 装置と して致命的な問題を引き起こ-してしま うため、 従来装置 においては約 5 O 0 という大き な開口径が設定されているわけ である。
    [0015] 尚、 上述の開口径 5 5 0はビデオカ メ ラ等の場合、 7。前後の 指向角が要望され、 発振周波数を詳しく 説明は行るわ いが、 超音波の到達距離等を考慮して了 O KH zとした場合において、 先に示した式よ ] 約 5 5 0 と設定され'ているわけである。
    [0016] 上述してき たよ うに、 従来実用化の ¾されている超音波発生 装置は、 致命的 ¾問題を引き起こす可能性のある指向角の設定 を優先して狭く 設定してあ ] 開口径は前述したよ うに大き く 、 装置全体を大型化して しま う という問題点については、 依然と して種々の検討が ¾されているに過ぎなか った。
    [0017] 図面の簡単 説明
    [0018] 第 1 図は本発明によ る超音波発生装置の略構成図、 第 2図は 本発明によ る超音波発生装置の一具体例を示す要部斜視図であ る o 第 3図 a ， bは本発明による超音波発生装置の他の実施例 を示す略図である。 第 4図 a ， b , c は本発明による超音波発 生装置における電気光学セ ラ ミ ッ クの電極構成例図である o 発明を実施するための最良の形態
    [0019] 本発.明は、 上述した如く の点を考慮し、 少るく と も 1 層が電 気光学セ ラ ミ ッ クによ つ て形成される透光性 2層体を超音波振 動体と し、 カ メ ラ等の撮影レ ンズの前面に配設した構成を有す る カメ ラ を含む装置全体を極めてコ ンパ ク ト に構成でき る超音 波発生装置を得るために ¾されたものであるつ
    [0020] 第 1 図は、 本発明による超音波発生装置の略構成図を示し、 図中、 1 はイ ン ス タ ン 卜 カ メ ラ あ いは ビデオ カ メ ラ等の撮影 レ ンズ、 2は撮影レ ンズ 1 の前面に配置され透光性を有する超 音波振動体、 3は超音波振動体 2 へのエ ネ ルギ ー供給を制御し た j 超音波の受信処理等を行 ¾ う制御部を夫 々示している 本発明による超音波発生装置における超音波振動体 2は、 図 示している よ うに撮影レ ンズ 1 の前面に位置するために透光性 — — ,
    [0021] • を有さねばな らず、 本発明においては、 光散乱の い光学的に 透明な P L Z T と呼ばれる電気光学セラ ミ ッ クを少¾ く共 1 層 に使用した透明 2層体が使用されている o
    [0022] 係る電気光学セラ ミ ッ クは、 光学的に殆んど透光状態とみ 5 すことができ、 第 1 図のよ うに撮影レ ンズ 1 の前面、 即ち光路 中に位置させてもわずかな透光率の変化だけで、 光学系には大 き 影響を及ぼすことは ¾いつ
    [0023] 一方、 その構成であるが、 従来のセラ ミ ツ ク振動子同様、 二 枚のセラ ミ ッ クを重ね合わせるバイ モル フ搆造とするこ とで実 t o 現でき る し、 また透光性セラ ミ ッ ク 1 枚と 電素材では い透 明部材、 例えばガラス 1 枚とをはり合わせたュニモルフ構造と しても実現でき る ことはい う ま でも るいつ
    [0024] 上述したよ う 、 本発明による超音莰発生装置は透光性の超 音波振動体を撮影レ ンズ前面に設けたために、 装置全体を大型
    [0025] 1 5 化することな く簡単に超音波発生用の開口径を大き く すること ができ 、 従って指向角を狭く でき るつ
    [0026] 例えば、 ％ィ ンチの撮像面を有するテレビカ メ ラにおける明 るさ ， 6倍ズ ー ム （ 1 2 . 5 〜 ： fァ 5職 ） の撮影レ ンズ に適用しょ う とする と、 係る レ ンズの口径は約 5 O 0 となるた 0 め、 特別 超音波発生部を形成する- -ことな く 先に述べた約 5 5
    [0027] Φ と等価 ¾開口径を得るこ とが可能となるわけである。
    [0028] 加えて、 上述した透光性の電気光学セラ ミ ッ クは、 その厚み がパィ モルフ構造と した場合でも 1 丽程度と非常に薄く 出来る ことから、 一般に撮影レ ンズと共に用いられる種々 の フ ィ ルタ 25 —と同様の手段によ 大き ¾ スペ ースを必要とすることな く簡 ■ · ：単にレ ンズに装着でき るこ とに ¾ る。
    [0029] 第 2図は、 本発明による超音波発生装置の一具体例を示す要 部斜視図であ j9、 図中、 第 1 図と同図番のものは同一部材を示 す。
    [0030] 5 図中、 4は撮影レ ンズ 1 に設けられたフ ィ ルタ —等を取付け るためのネジ溝、 5はネ ジ溝 4の一部を切欠いて構成され内部 に電気的 ¾接触部を有する接点、 6は内部に透光性の電気光学 - セ ラ ミ ッ ク 2 を内周部にて固着保持 して備え外部に先のネ ジ溝 4 と螺合するネ ジ山ァ を有するマ ウ ン ト部、 8はマ ウ ン ト部 60 に周囲と絶縁して設けられ前述の接点と電気的に接続される電 極部を夫 々示している。
    [0031] 図面か らも 明 らかではあるが、 この具体例は、 透光性の電気 光学セラ ミ ッ ク 2 を有したマ-ゥ ン ト部 6 をその外周面 設けて あるネ ジ山了をレ ンズ 1 の先端内周面に設けられたネ ジ溝 4 と5 螺合させる ことによ り透光性電気光学セラ ミ ッ ク 2 を撮影レ ン ズ 1 の前面に位置せしめる と同時に、 撮影レ ンズ 1 の接点 5 と マ ウ ン ト 6の電極部 8 との電気的な接続によ り 、 上記セ ラ ミ ツ ク 2へのエネルギ—供給等が可能とるる ものである。
    [0032] 尚、 上述した接点 5は、 例えばカ メ ラ本体内に配置される制 御部 3 と摺動接続部あるいはフ レ -シブルな配線部分を含む接 続手段を介して電気的に接続されるこ とになる こ とはい う ま で も ¾い o
    [0033] さて、 以上の実施例は撮影レ ンズに透光性超音波振動体を直 接装着していたわけであるが、 係る対応関係では撮影レ ンズ口 径が小さ く ¾る と、 透光性セラ ミ ッ クの開口径も小さ く ¾るこ - — ό— '
    [0034] • とから前述した式よ 指向角が拡がつてしま う ことにな ]9高精 度の測距動作が行なえるく る という不都合 ¾場合が生じるこ とになる。
    [0035] 例えば、 3 レ ン ズ シ ャ タ ー カ メ ラのよ うに比較的撮影 5 レ ンズ口径の小さなス チ ー ルカメラの場合、 上述した如く の不 都合点が生じることが考えられ、 このよ うな場合には、 第 3図 ， bの如く の展開が考えられる。
    [0036] 第 3図 a , bは、 本発明による超音波発生装置の性の実旌例 を示す略図であ り、 第 3図 a 上述したレ ン ズ口径の小さい 35 l O レ ン ズ シ ャ ッ タ ーカ メ ラのょ う ¾場合の例を示している；； 第 3図 a に示した実施例は、 図面からも明らかな よ うに、 力 メ ラの撮影レ ン ズ 1 'の口径よ り も大き な直径を有する透光性超 " 音波摂動 2 を例え 外周 ：こ ¾成されるネジ壽 9 である璣^ 的連結機構を備えたマゥ ン ト 6 /内に設けて構成された超音波発 生部 1 oを、 カ メ ラ本体外面に構成され例えば、 ネ ジ山 1 1 で ある先のマ ウ ン ト 6 /の連結機構と組み合わされる連結構成を有 する受けマ ウ ン ト 2に固着することによ り 、 超音波発生装置 の要部が構成される ものである -つ
    [0037] 上記如く に構成することによ り先に述べた実施例同様、 超音 20 波発生装置を併設しても特別 スベ- スを大き く 使用すること く カメ ラ全体をコ ン パク 卜にする ことが可能となるつ 一方、 第 3図 bに示した実施例は、 第 3図 a の実施例がカメ ラ側を特別に成形していたのに対し、 成形せずにレ ンズ口径の 小さなカメ ラにおいて超音波発生装置を構成する一例を示し、 25 透光性の超音波振動体 2は第 2図で説明 した実施例同様口径の 小さ. .撮影.レ ンズ 1 に例えば種々 の フ ィ ルタ —装着用の例えば ネ ジ溝を利用 してマ ウ ン ト 6 を介して直接装着されている。
    [0038] 加えて、 マ ウ ン ト 6に発生超音波の指向角を制御でき るフ ー ド 1 3力；、 例えぱネ ジ構成である機械的る連結機構によ 装着 されている。
    [0039] 従って、 レンズ口径が小さ く 超音波振動体 2の開口径が 小さ く ] 発生せられる超音波の指向角が拡がっても、 フ ー ド 1 3によ 再び狭く でき る こ とに 、 この場合も、 前述した 実施例同様カメ ラ装置全体を.特別に大型化する こ とな く 超音波 発生装置を構成でき るこ とに ¾る o
    [0040] 以上、 本発明によ る超音波発生装置の種々の実施例について 説明 したが、 実際に本発明による超音波発生装置を形成する場 合には、 その周波数について、 以下に述'ベる よ う な点から注意 を払わねば ¾ ら ¾い。
    [0041] 従来の装置は、 超音波発生装置をカ メ ラ装置の光学路とは別 に独立して形成することを前提と してお り、 冒頭に示した式に おける変数である開口径と周波数は、 大型化の度合い、 被写体 からの反射波の受信可能距離等を考慮して、 例えば指向角を約 ァ。と したい場合には、 開口径 5 5 0 ， 周波数了〇 KH Zという よ うな組み合わせを選択していた。 …
    [0042] と ころが、 詳しくみてみると、 振動し超音波を生 じる振動子 の径は、 5 5 ø ではな く 2 0 øが選択されている。
    [0043] 即ち、 従来装置における振動子の径は、 7 0 KH 2の振動を行 なえるのる ら装置の大き さ ， 形状等を考慮して自由に設定 ，換 言すれば、 大き な自由度を持って任意に設定できていたわけで る o しかしながら、 本発明による超音波発生装置の場合には、 振 動し超音波を発生する超音波振動体の径が、 発明の性質上撮影 レ ンズの口径によ ってあらかじめ略決定されてしま う ことにな o 従って、 指向角の設定を考える場合、 冒頭で述べた式からも 明らか よ うに、 希望する指向角の設定は、 周波数の選択によ つて大き ¾影響を受けることに ¾る ：
    [0044] 一方、 一般にセラ ミ ッ クタ イ ブの振動形態に いて、 第 2図, 第 3図に示したよ う に、 超音波振動体の周辺部を這宜な方法 よ マ ウ ン 卜 に固着した場合には、 一次共振周波数/ o1 が、
    [0045] O . 4 6ァ t E
    [0046] ο
    [0047] - )
    [0048] ¾る式で表わされるこ とが知られている。 ここで aは超音波振 動体の半径、 t は同厚さ、 pは同密度、 αはポア ツ ソ ン比、 Ε は印加電圧を夫々示している さ らに二次共振周波数 。 2， 三 次共振周波数 等は同様に、
    [0049] 2 = 3 .9 1 f o 1 ο 3 = 8 ·ァ 5 ^ o i
    [0050] という式で表わされる o 即ち、 高次-になる程高周波数と るこ とが知られている
    [0051] 従って、 上記如く の式で示される周波数のう ちどの式で表わ される周波数を使用するのか、 またどのよ うな値に設定するの かを振動体の厚み、 印加電圧等を十分に検討して決定しなけれ ば、 指向角を狭く することができ ¾·く な ]) 、 本発明による超音 波発生装置を実用でき く る場合を生じる恐れがあ i 、 先に も述べた如く 、 本発明による超音波発生装置を実際に形成する 場合、 超音波の発振周波数についての配慮が従来装置以上に必 要となる。 '
    [0052] 次に、 本発明による超音波発生装置に使用せられる電気光学 セラ ミ ッ クへの電圧の印加状態を制御する電極構造について述 ベる o
    [0053] 先にも述べたよ う に、 超音波自動焦点調節装置において必要 とされる超音波の周波数は、 例えばビデオカメ ラの撮影レ ンズ に対応させる場合には測距精度に極めて大き ¾影響を持つ指向 角の点から約 7 O KH zの高周波数が選定されていたわけであり、 も ちろん本発明に ける電気光学セ ラ ミ ッ クにおいても ビデォ カ メ ラに応用する場合を考え約ァ O KH zの高周波数での振動が 行 われなければ らない。 ま た、 超音波の到達距離を考えね ば ¾ らないこと もい うま でも るいつ
    [0054] このため、 セラ ミ ッ クの振動形態に生じる前述した共振動作 を利用、 即 共振周波数の高次のものを使用 してァ O KH zが得 られる よ うに半径 ， 厚み等を ¾ してやれば、 超音波の到達距離 の点も含めて極めて有利とるる と思われる。 .
    [0055] しかしながら、 電気光学セ ラ ミ ブ-クは、 単に全体を振動させ る形態の場合、 即ち大きる板の平面駆動を行な う場合、 実際に は屈曲振動が生 じ理論上の高次の共振周波数による振動は完全 には得られず、 また指向角 も期待した程狭く はな ら い構造上 の問題点を有しているこ とがわかった。
    [0056] 従って、 本願発明者は、 電気光学セラ ミ ッ クを平面駆動では • ¾ く部分駆動させるベく 、 即ち一枚の大き な電気光学セラ ミ ッ ク板を複数の音源の集合体となる よ う に電極を檮成した。
    [0057] 第 4図 a ， b ， cはその具体例であ j9、 いうま でも な く 、 夫 々の電極は図示してはいるものの透明電極侔で構成されること に る o
    [0058] かかる第 4図 a ， b ， cに示した如く の電極構成の場合、 セ ラ ミ ッ クの振動は、 夫々の A電極と B電極との間で生じるため、 先に述べた平面駆動時に生じる屈曲振動が生じることは ¾ く 、 高次の共振周狻数による振動形態を得ることができ るつ
    [0059] ただ、 指向角 ， 感度の良さ、 即ち振動のしゃすさ と う点か ら見れは、 第 4図 a のく し歯状のものは指向角に方向性が生じ- るこ とが考えられ、 また第 4図 マ ト リ クス ^状 Oも のは ¾ 分振動ではあるがそ 彩態はマ 卜 リ クス ^と： ¾ り簿造上当然 O こと がら振動しにく く 、 第 4図 C に示した同心円形状の例が 有利であるという ことができ るつ
    [0060] 産業上の利用可能性
    [0061] 以上説明 したよ うに、 本発明による超音波発生装置は、 スチ —ルカメ ラ ， ビデオカ メ ラ等の撮影レン ズの前面に透光性の超 音波振動体を設けた構成であるため、 ビデ才力 メ ラ等の装置全 体を大型化すること ¾ く、 かつ狭指-向性を有したコ ンパク 卜 な 超音波自動焦点調節装置を形成でき る ものであるつ
    [0062] 5
    [0063] CMPI
    [0064] „ WIPO
    权利要求:
    Claims
    • 請 求 の 範 囲
    1 . セラ ミ ッ ク振動子を超音波振動体と して具備した超音波発 生装置において、 前記超音波振動体が、 少な く と も 1 層が透光 性セラ ミ ッ クで構成される透光性の 2層体で構成され、 さ らに 前記超音波振動体を ビデオカ メ ラ等の撮影レ ンズの前面に固着 する固着手段と、 前記超音波振動体と電気的に接続されェネル ギ一の供給等を制御する制御.部とを備えたことを特徵とする超 . 音波発生装置。
    2 . 請求の範囲第 1 項において、 固着手段は、 内周面に超音波 振動体の固着保持部を有し、 外周面に撮影レンズに設けられて いるフ ィ ル タ ー装着用ネ ジ溝と螺合でき るネジ山を有すること を特徵とする超音波発生装置。
    3 . 請求の範囲第 1 項にお て、 固着手段は、 内周面に超音波 振動体の固着保持部を有し、 外周面に撮影レンズに設けられて いるフ ィ ル タ 一装着用ネ ジ溝と螺合でき るネ ジ山と前記超音波 振動体の発生する超音波の指向特性を制御でき る フ ー ドの装着 部とを有した円筒状のマ.ゥ ン 卜 である ことを特徵とする超音波 発生装置。
    4 . 請求の範囲第 1 項において、 固着手段は、 テ レ ビカ メ ラ等 の撮影レ ンズの装着される本体表面-に前記撮影レ ン ズ'を囲むよ うに設けられると共に端部にネ ジ構成等の機械的連結機構を有 する受けマ ウ ン ト と、 前記撮影レ ンズを覆える如く に形成され、 その内面に超音波振動体の固着保持部を有する と共に一端部に 前記受けマ ウ ン トの機械的連結機構と連結される連結構成とを 有するマウ ン 卜 とからなるこ とを特徴とする超音波発生装置
    5 . 請求の範囲第 1 項 ，第 2項または第 3項において、 制御部 は、 テレ ビカ メ ラ等の本体内に設けられる制御回路部と、 前記 制御回路部と前記超音波振動体とを電気的に接続する電気的接 続手段とからなることを特徵とする超音波発生装置つ
    6 . 請求の範囲第 1 項において、 超音波振動体は部分振動を行 なえる電極構造を備えたことを特徵とする超音波発生装置。 ァ - 請求の範囲第 6項において、 電極構造は し歯形状であ る ことを特徴とする超音波発生装置-
    8 . 請求の範 S第 6項において、 電¾構造は ト リ クス形状 であることを特徵とする超音波発生装置 o
    9 - 請求の範囲第 6項において、 電極構造は 同心円形状であ る ことを荐徵とする超音波発生装置：
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
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    JP4253534B2|2009-04-15|撮像装置
    同族专利:
    公开号 | 公开日
    JPS5934177A|1984-02-24|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1984-03-01| AK| Designated states|Designated state(s): DE US |
    1984-04-26| WA| Withdrawal of international application|
    1986-03-13| REG| Reference to national code|Ref country code: DE Ref legal event code: 8642 |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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