CN104272159B - 驱动装置、驱动方法及光学设备 - Google Patents
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Abstract
不损害振动波马达的响应性地抑制相位差变更时的异常噪声。透镜镜筒(10)的透镜侧MCU(15)控制向振动波马达输出A相驱动信号及B相驱动信号而向振动波马达(12)施加驱动电压的驱动装置(14)。透镜侧MCU(15)使用例如驱动电压设定部(152)和占空比变更部(153),变更驱动电压。另外,透镜侧MCU(15)具有变更A相驱动信号及B相驱动信号的相位差的相位差变更部(154)。透镜侧MCU(15)在使振动波马达(12)驱动的情况下将驱动电压变更成Vreg,在相位差变更部(154)变更相位差的情况下,将驱动电压变更成比零大且比Vreg小的V1。
Description
技术领域
本发明涉及驱动装置、驱动方法及光学设备。
背景技术
(1)关于振动波马达的驱动,已知有抑制产生异常噪声的技术(例如,参照专利文献1)。在专利文献1中,通过使A相驱动信号和B相驱动信号的相位差逐渐从90deg变化到0deg来抑制使振动波马达停止时的异常噪声。
(2)已知一种摄像装置,通过振动波马达使光学系统驱动,进行自动对焦等的处理(专利文献2)。
(3)振动促动器利用压电体的伸缩使弹性体的驱动面产生行进式振动波(以下简称为行波),通过该行波使驱动面产生椭圆运动,驱动与椭圆运动的波峰加压接触的移动件(例如,参照专利文献3)。这样的振动促动器具有即使在低转速也具有高扭矩的特征,在搭载于驱动装置上的情况下,能够省略驱动装置的齿轮。由此,没有齿轮噪音,能够实现静音化,另外,定位精度也提高。在电子相机中,存在搭载有该振动促动器的电子相机。另外,在电子相机中,除了静态图像摄影以外,也有能够进行动态图像摄影的电子相机(参照专利文献4)。进行动态图像摄影的情况下,通常,还进行音声的取入。
(4)以往,为驱动振动促动器,对于压电元件,施加相位相互不同的2个振动信号。被输入的振动信号的频率从为了驱动振动促动器而使用的驱动频率与包含该驱动频率的振动模式(驱动模式)的下一高次的振动模式的共振频率之间的频率(起动频率)开始,逐渐降低到驱动频率(例如,参照专利文献5)。
(5)以往,振动促动器的驱动装置通过使输入到振动促动器的交变信号的相位差及频率变化来控制振动促动器的动作(例如,专利文献6)。
现有技术文献
【专利文献】
【专利文献1】日本特开2002-199749号公报
【专利文献2】日本特开2009-153286号公报
【专利文献3】日本特公平1-17354号公报
【专利文献4】日本特开平8-80073号公报
【专利文献5】日本特开平3-22873号公报
【专利文献6】日本专利第4765405号公报
(1)在进行振动波马达的停止或驱动方向的反转时,有时使A相驱动信号和B相驱动信号的相位差变化。如专利文献1那样,在使相位差逐渐变化的方法中,有损振动波马达的响应性。
(2)切换基于振动波马达对光学系统的驱动方向时,发生异常噪声成为问题。在专利文献2的发明中,切换驱动方向时,停止向振动波马达施加电压,而暂时停止光学系统的驱动。此时,在为进行方向切换后的驱动而向振动波马达进行电压施加时,伴随驱动电路内部的能量上升,发生异常噪声。这些异常噪声在例如由摄像装置进行的动态图像摄影时等被录音。
(3)在动态图像摄影时,在自动对焦(以下简称为AF)中驱动透镜时,振动促动器的动作开始时的音与动态图像一起被取入。该振动促动器的动作开始时的音是在振动促动器的驱动时,使驱动电压从0V阶段性地向规定的电压值变化时,由定子(振子)产生的。
(4)上述起动频率被限定为驱动频率与该驱动模式的下一高次的振动模式的共振频率之间的频率,从而无法采用太高的频率。因此,在起动时,不能从充分高的频率开始,从而存在振子20突然开始振动并产生突发音的情况。
近年,动态图像摄影用的相机使用了振动促动器的情况较多,该情况下,动态图像摄影时等,该突发音被录音。尤其,动态图像摄影时,实施摆动动作,电源频繁地ON-OFF,从而该异常噪声的发生进一步明显。
(5)专利文献6的驱动装置在振动促动器的控制过程中成为始终被供给电力的状态,从而存在消耗电力变高的问题。
发明内容
本发明的课题是提供能够抑制异常噪声的发生的驱动装置、驱动方法及光学设备。
本发明的其他课题是提供能够减少控制中的振动促动器的消耗电力的驱动装置及光学设备。
在第一发明中,提供一种光学设备,其特征在于,具有:振动促动器,通过第一及第二驱动信号的相位差使驱动方向发生变化;驱动装置,向振动促动器输出第一驱动信号及第二驱动信号而施加驱动电压;驱动电压变更部,变更驱动电压;相位差变更部,变更相位差,驱动电压变更部在使振动促动器驱动的情况下,将驱动电压变更成第一电压,在相位差变更部变更相位差的情况下,将驱动电压变更成比零大且比第一电压小的第二电压。
在第二发明中,提供一种驱动装置,其特征在于,具有:信号生成部,生成一对驱动信号;机电转换元件,被施加由所述信号生成部生成的驱动信号;振动体,通过所述机电转换元件的振动产生驱动力;移动体,与所述振动体加压接触,通过所述驱动力被驱动;控制部,设定所述驱动信号的频率及相位差,所述控制部在变更所述移动体的驱动方向时,将所述频率设定成所述移动体的驱动速度实质为零的保持频率之后,变更所述相位差。
在第三发明中,提供一种光学设备,其特征在于,具有:振动促动器,使用通过机电转换元件的激励在驱动面上产生的驱动力驱动透镜;驱动控制部,向所述振动促动器提供2个驱动信号;摄影设定部,能够选择动态图像摄影模式,所述驱动控制部在该摄影设定部选择了动态图像摄影模式的情况下,在将所述2个驱动信号的电压维持恒定的状态下,变更所述2个驱动信号的相位差的同时,与所述被切换的相位差对应地变更所述2个驱动信号的频率,由此能够变更所述振动促动器的速度。
在第四发明中,提供一种驱动装置,其特征在于,具有:振动部,具有被输入能够变更相位差的2个驱动信号的电能机械能转换元件;相对移动部,利用通过所述电能机械能转换元件的振动使所述振动部产生的驱动力,相对于所述振动部相对移动;控制部,在保持于所述相对移动部成为停止状态的相位差的状态下,以比驱动所使用的驱动频率高的起动频率,将所述2个驱动信号输入所述电能机械能转换元件,使所述2个驱动信号的频率从所述起动频率逐次减少并成为所述驱动频率时,使所述相位差成为所述相对移动部相对于所述振动部能够相对移动的相位差。
在第五发明中,提供一种驱动方法,是如下振动促动器的驱动方法,具有:振动部,具有被输入能够变更相位差的2个驱动信号的电能机械能转换元件;相对移动部,利用通过所述电能机械能转换元件的振动使所述振动部产生的驱动力,相对于所述振动部相对移动,其特征在于,在所述振动促动器的起动时,在将相互的相位差保持成所述相对移动部确保停止状态的相位差的状态下,并且以比所述振动促动器的驱动所使用的驱动频率高的起动频率,将所述2个驱动信号输入所述电能机械能转换元件,使所述2个驱动信号的频率从所述起动频率逐次减少并成为所述驱动频率时,所述相位差成为所述相对移动部相对于所述振动部能够相对移动的相位差。
在第六发明中,提供一种驱动装置,向设置在振动体上的压电体施加相位不同的2相的交变信号,控制使所述振动体振动而产生驱动力的振动促动器的驱动,其特征在于,具有:速度控制部,使施加于所述压电体的2相的交变信号的频率变化来控制所述振动促动器的驱动速度;频率存储部,存储规定的频率;停止判定部,判定所述振动促动器是否停止,所述速度控制部在所述停止判定部判定为所述振动促动器停止的情况下,使施加于所述压电体的所述交变信号的频率变化成存储在所述频率存储部中的规定的频率。
在第七发明中,提供一种驱动装置,向设置在振动体上的压电体施加相位不同的2相的交变信号,控制使所述振动体振动而产生驱动力的振动促动器的驱动,其特征在于,具有:速度控制部,使施加于所述压电体的2相的交变信号的频率变化来控制所述振动促动器的驱动速度;停止判定部,判定所述振动促动器是否停止,所述速度控制部在所述停止判定部判定为所述振动促动器停止的情况下,以接近电气的共振频率的方式使施加于所述压电体的所述交变信号的频率变化。
在第八发明中,提供一种光学设备,其特征在于,包括:机电转换元件,从驱动电路被施加驱动信号;振动体,通过所述机电转换元件产生驱动力;移动体,通过所述振动体的驱动力被驱动;控制部,使所述移动体驱动时,实施以所述驱动信号成为第一频率的方式进行控制的第一控制,在所述移动体停止时,进行以所述驱动信号成为第二频率的方式进行控制的第二控制,所述驱动电路在所述驱动信号为第二频率时,与所述驱动信号为第一频率时相比,耗电量更少。
发明的效果
根据本发明,能够抑制异常噪声的发生。
另外,能够减少控制中的振动促动器的消耗电力。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式的透镜镜筒的概要图。
图2是本发明的第一实施方式的透镜镜筒所具有的振动波马达的概要图。
图3是本发明的第一实施方式的透镜镜筒的控制框图。
图4是表示升压部的一例的概要电气电路图。
图5是关于驱动电压和占空比的关系进行说明的图。
图6是表示施加于振动波马达的驱动信号的频率和振动波马达的旋转速度之间的关系的图。
图7是表示施加于振动波马达的A相驱动信号和B相驱动信号的相位差和振动波马达的旋转速度之间的关系的图。
图8是与本发明的第一实施方式的透镜镜筒的控制装置对驱动装置的控制相关的流程图。
图9是表示本发明的第一实施方式的透镜镜筒的控制装置对驱动装置的控制的一例的时序图。
图10是表示A相驱动信号和B相驱动信号的相位差的变更速度和相位差变更时的异常噪声的抑制程度的关系的表格。
图11是本发明的第二实施方式的透镜镜筒的控制框图。
图12是本发明的第二实施方式的与透镜镜筒的控制装置对驱动装置的控制相关的流程图。
图13是本发明的第二实施方式的与透镜镜筒的控制装置对驱动装置的控制相关的流程图。
图14是本发明的第三实施方式的透镜镜筒的概要图。
图15是振动波马达的振动体的概要图。
图16是表示振动波马达的相位差―旋转速度特性的图。
图17是表示振动波马达的频率―旋转速度特性的图。
图18是本发明的第三实施方式的驱动装置的框图。
图19是本发明的第三实施方式的与驱动装置对振动波马达的驱动控制相关的流程图。
图20是本发明的第三实施方式的与驱动装置对振动波马达的驱动控制相关的时序图例。
图21是关于保持频率进行说明的图。
图22是与保持频率的设定处理相关的流程图。
图23是用于说明本发明的第四实施方式的电子相机的图。
图24是用于说明本发明的第四实施方式的透镜镜筒的图。
图25是用于说明本发明的第四实施方式的振动波马达的振子的图。
图26是用于说明振动波马达的驱动装置的框图。
图27的(a)是表示振动波马达的旋转速度相对于驱动信号的相位差的关系的曲线图,(b)是表示振动波马达的旋转速度相对于驱动频率的关系的曲线图。
图28是用于说明第四实施方式的驱动装置的第一动作例的动作的时序图。
图29是用于说明第四实施方式的驱动装置的第一动作例的动作的流程图。
图30是用于说明本发明的第四实施方式的驱动装置的第二动作例的动作的时序图。
图31是用于说明本发明的第五实施方式的透镜镜筒的图。
图32是用于说明第五实施方式的振动波马达的图。
图33是用于说明第五实施方式的振动波马达的动作原理的图。
图34是用于说明第六实施方式的包含如下透镜镜筒的相机的图,该透镜镜筒具有被驱动装置驱动的振动促动器。
图35是用于说明第六实施方式的振动促动器及振动波促动器的驱动装置的框图。
图36是用于说明第六实施方式的具有被驱动装置驱动的振动促动器的透镜镜筒的图。
图37是表示A相和B相之间的相位差与移动件的旋转速度的关系的图。
图38是表示驱动信号的频率和振动促动器的阻抗的关系的图。
图39是表示第六实施方式的由振动促动器进行的透镜驱动的例子的图。
图40是用于说明第七实施方式的相机701的整体结构的概要图。
图41是用于说明第七实施方式的超声波马达720的结构的图。
图42是用于说明第七实施方式的与超声波马达720连接的驱动装置330的结构的图。
图43是表示第七实施方式的超声波马达720的特性的图。
图44是用于说明第七实施方式的摆动动作中的驱动装置730的驱动模式的时序图。
图45是用于说明比较例的摆动动作中的驱动装置的驱动模式的时序图。
图46是对第七实施方式和比较例的超声波马达的耗电量进行比较的图。
具体实施方式
(第一实施方式)
图1是表示本发明的第一实施方式的透镜镜筒的结构的概要图。透镜镜筒10是数码相机等摄像装置用的透镜镜筒。透镜镜筒10具有外侧固定筒101、第一内侧固定筒102和第二内侧固定筒103。外侧固定筒101覆盖透镜镜筒10的外周部。第一内侧固定筒102和第二内侧固定筒103存在于比外侧固定筒101更靠内周侧,第一内侧固定筒102位于被摄物体侧,第二内侧固定筒103位于像侧。
在外侧固定筒101和第一内侧固定筒102之间,设置有振动波马达(振动促动器)12、驱动装置14和齿轮单元模块104,并被固定在第一内侧固定筒102上。齿轮单元模块104具有对振动波马达12的输出进行减速并传递的减速齿轮105。
另外,在第一内侧固定筒102上,从被摄物体侧开始固定有第一透镜组L1、第二透镜组L2。在第二内侧固定筒103上,从被摄物体侧开始固定有第四透镜组L4。在第二透镜组L2和第四透镜组L4之间,配置有被保持在AF环107上的作为对焦用AF透镜的第三透镜组L3。即,第一透镜组L1、第二透镜组L2、第三透镜组L3及第四透镜组L4在光轴方向上从被摄物体侧朝向摄像元件侧按顺序配置。
在AF环107和第一内侧固定筒102之间,以光轴方向为中心轴能够自由旋转地设置有凸轮环106。凸轮环106通过被减速齿轮105传递的振动波马达12的输出而旋转。另外,在凸轮环106的内侧,相对于周向以螺旋状切出键槽106a。另外,在AF环107的外周侧设置有固定销107a。该固定销107a被插入凸轮环106的键槽106a。
另外,在从外侧固定筒101的内周侧向内侧伸出的保持部101a上配置有驱动装置14。驱动装置14与振动波马达12电连接,并使振动波马达12驱动。
振动波马达12的输出通过减速齿轮105使凸轮环106旋转,由此,固定销107a被键槽106a引导地移动,将AF环107沿光轴方向移动。另外,振动波马达12的输出通过使凸轮环106停止,而使AF环107停止。即,驱动装置14通过使振动波马达12驱动而沿光轴方向驱动AF环107来使第三透镜组L3移动,能够使对焦在摄像元件上的被摄物体像成像。
图2是表示振动波马达12的结构的概要图。振动波马达12是旋转轴型(S型)的振动波马达,具有振子121、移动件124、固定部件125、轴承126、输出轴127、加压部件128、轴承支承部件129、止挡件130、橡胶部件131和齿轮部件132。
振子121具有弹性体122和压电体123。弹性体122由共振锐度大的金属材料形成。弹性体122的形状成为圆环形状。弹性体122由梳齿部122a和基座部122b构成。在基座部122b的一面上接合有压电体123,在该面的相反面上设置有梳齿部122a。梳齿部122a的突起部分的前端面成为驱动面,与移动件124加压接触。在弹性体122的驱动面上,为确保高速驱动时的耐磨损性,形成有树脂膜。该树脂膜的材料例如以聚酰胺-酰亚胺为主成分,并添加了PTFE。该树脂膜是例如杨氏模量为4~8GPa左右,其膜厚为50μm以下。
压电体123是将电能转换成机械能的压电元件或电致伸缩元件等的机电转换元件。压电体123沿圆周方向被分成两个组(A相、B相),在各相中,按1/2波长交替地配置极化的同时,在A相和B相之间隔开1/4波长的间隔地配置。向压电体123的A相输出的驱动信号和向B相输出的驱动信号的相位差是可变的。驱动信号分别被施加于压电体123的A相和B相时,压电体123激励。由压电体123的激励产生的弹性体122的基座部122b的挠曲通过弹性体122的梳齿部122a而扩大,并在梳齿部122a的前端的驱动面上成为行波。
移动件124由铝等轻金属形成。与梳齿部122a加压接触的移动件124的滑动面为提高耐磨损性而被实施铝阳极化处理。
输出轴127借助橡胶部件131与移动件124一起旋转地结合。橡胶部件131具有通过橡胶的粘接性结合移动件124和输出轴127的功能、和为不从移动件124向输出轴127传递振动而吸收振动的功能。
加压部件128被配置在固定在输出轴127上的齿轮部件132和轴承支承部件129之间。轴承支承部件129被插入轴承126的内侧。轴承126被插入固定部件125的内侧。齿轮部件132以嵌入输出轴127的未图示的切口部(D切)的方式被插入。而且,齿轮部件132通过止挡件130被固定,并与输出轴127一起旋转。此外,在加压部件128和轴承支承部件129之间,配置有未图示的加压压力调整垫圈。
图3是本发明的第一实施方式的透镜镜筒的控制框图。在图3中,与透镜镜筒10一起图示了相机机身20。在图3中,透镜镜筒10具有振动波马达12、驱动装置14、透镜侧MCU(Micro Control Unit)15、检测部16和存储部17。
驱动装置14具有驱动脉冲生成部141和升压部142,向振动波马达12施加驱动电压并驱动振动波马达12。透镜侧MCU15具有频率变更部151、驱动电压设定部152、占空比变更部153和相位差变更部154,并控制驱动装置14。相机机身20具有机身侧MCU21。
驱动脉冲生成部141生成A相用的驱动脉冲和B相用的驱动脉冲,并向升压部142输出。驱动脉冲生成部141能够基于透镜侧MCU15的控制变更A相用的驱动脉冲的频率、B相用的驱动脉冲的频率、占空比(脉冲幅度除以脉冲周期得到的值)和相位差。
升压部142具有例如图4所示的电路结构,基于从驱动脉冲生成部141输入的A相用的驱动脉冲和B相用的驱动脉冲,输出A相驱动信号和B相驱动信号。升压部142将A相驱动信号和B相驱动信号输出到振动波马达12。
振动波马达12通过A相驱动信号和B相驱动信号被驱动。驱动振动波马达12的驱动电压实质上是这些驱动信号的平均振幅即规定期间的电压的时间积分值除以时间得到的值。驱动信号在图5所示的零和规定的最大电压VMAX之间变化的方形波的情况下,驱动信号的最大电压VMAX和占空比之积成为平均振幅VAVE,该平均振幅VAVE与驱动电压相当。在图3的例子中,升压部142的最大输出电压与图5的最大电压VMAX相当,与通过占空比变更部153被变更的占空比之积成为驱动电压。
为变更驱动电压,变更振幅或占空比或双方即可。在第一实施方式中,驱动电压通过占空比变更部153变更占空比而被变更。
振动波马达12旋转时,驱动电压被设定成Vreg。而且,在本发明中,为使振动波马达12停止、进行驱动方向的反转而变更相位差时,驱动电压被设定成比Vreg小且不为零的V1。驱动电压被设定成Vreg的状态下,由振子121产生的振动的振幅大,从而如以往那样地,以驱动电压为Vreg的状态变更了相位差的情况下,容易产生异常噪声。在本发明中,在相位差变更时将驱动电压设定成V1,由此减少异常噪声的产生。
透镜侧MCU15的频率变更部151变更与A相及B相的驱动脉冲的频率相关的驱动脉冲生成部141的设定。伴随驱动脉冲的频率的变更而向振动波马达12输出的驱动信号的频率被变更,振动波马达12的旋转速度发生变化。振动波马达12的频率―旋转速度特性如图6所示。
当驱动信号的频率成为图6所示的频率f0时,振动波马达12的旋转速度成为N0rpm(例如,0rpm)并停止。驱动信号的频率成为比频率f0小的频率f1时,振动波马达12以旋转速度N1rpm被驱动。同样地,驱动信号的频率成为比频率f1小的频率f2时,振动波马达12以比旋转速度N1快的旋转速度N2rpm被驱动。
驱动电压设定部152设定向振动波马达12施加的驱动电压。占空比变更部153以施加驱动电压设定部152设定的驱动电压的方式,变更与A相的驱动脉冲和B相的驱动脉冲的占空比相关的驱动脉冲生成部141的设定。
相位差变更部154变更与驱动脉冲生成部141输出的A相用的驱动脉冲和B相用的驱动脉冲之间的相位差相关的驱动脉冲生成部141的设定。振动波马达12的相位差―旋转速度特性如图7所示。
如图7所示,振动波马达12的旋转速度在相位差为+90deg时成为正转(例如,顺时针)的最大速度,在相位差为-90deg时成为反转(例如,逆时针)的最大速度。与A相用的驱动脉冲和B相用的驱动脉冲之间的相位差相关的驱动脉冲生成部141的设定被设定成+90deg或-90deg。
透镜侧MCU15进行与机身侧MCU21的通信。透镜侧MCU15将例如透镜信息发送到机身侧MCU21。另一方面,机身侧MCU21将振动波马达12对第三透镜组L3的驱动指示发送到透镜侧MCU15。第三透镜组L3的驱动指示至少包含使第三透镜组L3驱动的目标位置。
检测部16由光学式编码器或磁编码器等构成,检测通过振动波马达12的驱动而被驱动的第三透镜组L3的位置和/或速度,将这些检测值作为电信号(检测信号)输出到透镜侧MCU15。
存储部17是ROM等,存储有透镜侧MCU15为控制透镜镜筒10所执行的控制程序或透镜信息等。
图8是与透镜侧MCU15实施的驱动装置14的控制相关的流程图。图8的处理是在透镜侧MCU15从机身侧MCU21接收到第三透镜组L3的驱动指示时开始的。
在图8的步骤S300中,透镜侧MCU15基于从机身侧MCU21接收到的第三透镜组L3的驱动指示和检测部16所检测的检测信号,决定振动波马达12的旋转方向和旋转速度。
在步骤S301中,透镜侧MCU15判定是否变更A相用的驱动脉冲和B相用的驱动脉冲的相位差。透镜侧MCU15基于步骤S301开始时刻的振动波马达12的旋转方向和步骤S300中决定的振动波马达12的旋转方向,在需要使旋转方向反转的情况下,步骤S301进行肯定判定。透镜侧MCU15在步骤S301进行了肯定判定的情况下,使处理进入步骤S302,在步骤S301进行了否定判定的情况下,使处理进入步骤S305。
在步骤S302中,透镜侧MCU15将驱动电压变更成V1。例如,使用驱动电压设定部152和占空比变更部153,进行如下处理。首先,驱动电压设定部152将驱动电压设定成V1。其次,以A相驱动信号和B相驱动信号的平均振幅成为V1的方式,占空比变更部153变更与A相及B相的驱动脉冲的占空比相关的驱动脉冲生成部141的设定。
在步骤S303中,透镜侧MCU15基于步骤S300中决定的振动波马达12的旋转方向,变更A相的驱动脉冲和B相的驱动脉冲的相位差。例如,透镜侧MCU15的相位差变更部154将与相位差相关的驱动脉冲生成部141的设定变更成与步骤S300中决定的振动波马达12的旋转方向对应的相位差。
在步骤S304中,透镜侧MCU15将驱动电压变更成Vreg。例如,使用驱动电压设定部152和占空比变更部153,进行如下处理。首先,驱动电压设定部152将驱动电压设定成Vreg。其次,以A相驱动信号和B相驱动信号的平均振幅成为Vreg的方式,占空比变更部153通过变更与A相的驱动脉冲和B相的驱动脉冲的占空比相关的驱动脉冲生成部141的设定,来变更驱动电压。
在步骤S305中,透镜侧MCU15变更A相及B相的驱动脉冲的频率,使振动波马达12驱动。例如,透镜侧MCU15的频率变更部151将与A相及B相的驱动脉冲的频率相关的驱动脉冲生成部141的设定从f0变更成f1或f2。
在步骤S306中,透镜侧MCU15判定第三透镜组L3是否被驱动到了驱动指示所含有的第三透镜组L3的目标位置。例如透镜侧MCU15基于检测部16的检测信号检测第三透镜组L3的位置,将该位置与驱动指示所含有的第三透镜组L3的目标位置进行比较。透镜侧MCU15在步骤S306进行了否定判定的情况下,使处理返回步骤S305,在步骤S306进行了肯定判定的情况下,使处理进入步骤S307。
在步骤S307中,透镜侧MCU15变更A相及B相的驱动脉冲的频率,使振动波马达12停止。例如,透镜侧MCU15的频率变更部151将A相及B相的驱动脉冲的频率变更成f0。
图9是与振动波马达12的驱动控制相关的时序图。在图9中,第三透镜组L3的位置、振动波马达12的旋转速度、驱动脉冲生成部141中的频率的设定值、驱动脉冲生成部141中的相位差的设定值和驱动电压的时序图分别并列地被图示。
在图9中,透镜侧MCU15从机身侧MCU21接收3次第三透镜组L3的驱动指示(例如,定时t1、t5、t11)。第一次的驱动指示是使第三透镜组L3驱动到光轴上的位置Wbe的驱动指示。第二次的驱动指示是使第三透镜组L3驱动到光轴上的位置Waf的驱动指示。第三次的驱动指示是使第三透镜组L3驱动到光轴上的位置W0的驱动指示。
透镜侧MCU15在定时t1接收第一次的驱动指示时,不需要变更相位差(图8的步骤S301为否),从而在定时t2变更频率的设定值(步骤S305)。随着频率的设定值变得比f0小,振动波马达12的旋转速度逐渐变快。第三透镜组L3的位置在定时t4到达目标位置Wbe(步骤S306为是),然后,频率的设定值成为f0,振动波马达12停止(步骤S307)。
透镜侧MCU15在定时t5接收第二次的驱动指示时,需要变更相位差(图8的步骤S301为是),首先,将驱动电压从Vreg变更成V1(步骤S302)。其次,透镜侧MCU15在定时t6将A相的驱动脉冲和B相的驱动脉冲的相位差从+90deg变更成-90deg(步骤S303)。在变更相位差的期间,驱动电压一直被维持在V1。透镜侧MCU15是在相位差的变更完成之后的定时t7,将驱动电压从V1变更成Vreg(步骤S304)。然后,透镜侧MCU15是在定时t8变更频率的设定值(步骤S305)。此时,与定时t2时相比需要使第三透镜组L3驱动的距离更长,从而将频率的设定值设定得比定时t2低。第三透镜组L3的位置在定时t10到达目标位置Waf(步骤S306为是),然后,频率的设定值成为f0,振动波马达12停止(步骤S307)。
透镜侧MCU15在定时t11接收第三次的驱动指示时,需要变更相位差(图8的步骤S301为是),首先,将驱动电压从Vreg变更到V1(步骤S302)。其次,透镜侧MCU15在定时t12将A相的驱动脉冲和B相的驱动脉冲的相位差从-90deg变更到+90deg(步骤S303)。变更相位差期间,驱动电压被维持在V1。透镜侧MCU15在相位差的变更完成之后的定时t13,将驱动电压从V1变更到Vreg(步骤S304)。然后,透镜侧MCU15在定时t14变更频率的设定值(步骤S305)。第三透镜组L3的位置在定时t16到达目标位置W0(步骤S306为是),然后频率的设定值成为f0,振动波马达12停止(步骤S307)。
如定时t6及t12那样地,将V1的值相对于Vreg的值设定得越低,越能够抑制变更相位差时的异常噪声。异常噪声抑制的效果不仅限于图9中说明的相位差变更,例如在从0deg向+90deg的相位差变更、从+90deg向0deg的相位差变更、从0deg向-90deg的相位差变更、从-90deg向0deg的相位差变更等中也是有效的。
另外,将驱动电压降低到V1还有助于振动波马达12的消耗电力的减少。
根据以上说明的第一实施方式,能够得到以下的作用效果。
透镜镜筒10的透镜侧MCU15将A相驱动信号和B相驱动信号输出到振动波马达12,并控制向振动波马达12施加驱动电压的驱动装置14。透镜侧MCU15具有驱动电压设定部152和占空比变更部153,变更向振动波马达12施加的驱动电压。另外,透镜侧MCU15具有相位差变更部154,通过变更A相及B相的驱动脉冲的相位差,来变更A相驱动信号和B相驱动信号的相位差。驱动电压设定部152和占空比变更部153在驱动振动波马达12旋转的情况下将驱动电压变更成Vreg(图8的步骤S304),相位差变更部154变更相位差的情况下,将驱动电压变更成比零大且比Vreg小的V1(图8的步骤S302)。
由此,透镜镜筒10能够不损害振动波马达12的响应性地减少相位差变更时的异常噪声。
(第二实施方式)
关于本发明的第二实施方式进行说明。在第二实施方式中,在变更相位差之前,不仅降低驱动电压,还将相位差的变更速度设定得较低(使变更速度迟缓),由此实现相位差变更时的异常噪声的减少。
各相的驱动脉冲的占空比的可取值的范围被PWM的分辨率等限制。例如,驱动脉冲的占空比被分配成0~255的设定值,不能将占空比的设定值设定成“0”和“1”之间的值。V1的设定值的下限通过例如与设定值“1”相当的占空比d1与驱动信号的最大电压VMAX之积确定。
VMAX的值根据振动波马达12的驱动装置的电路结构或环境温度等而变化。例如,环境温度越低,VMAX的值越大。在将能够忽略异常噪声的程度的驱动电压设成为VS的情况下,VMAX的值大时,成为V1≤VS的占空比dS可能会成为比与设定值“1”相当的占空比d1小的值。
在第二实施方式中,为解决上述设计上的课题,通过将相位差的变更速度设定得较低,V1的设定值的下限大的情况下,也能够良好地抑制异常噪声的发生。图10是用于说明将相位差的变更速度设定得较低所带来的异常噪声抑制效果的图。
图10是与异常噪声的抑制程度相关的程度表格的一例。在图10例示的程度表格50中,分别示出了V1相对于Vreg的比例为100%、75%、50%、25%的情况下,相位差的变更速度为90deg/msec、30deg/msec、5deg/msec时的异常噪声的抑制程度。异常噪声的抑制程度是在透镜镜筒的设计阶段预先决定的值,分成程度1、程度2、程度3这三个阶段。抑制程度为程度1时,在相位差变更时没有发生异常噪声。抑制程度为程度2时,相位差变更时的异常噪声不会引起注意,能够忽略。抑制程度为程度3时,相位差变更时的异常噪声会引起注意。异常噪声引起注意是指在动态图像摄影中的录音音声内,异常噪声与其他声音混杂地被记录的状态。
观察图10可知,V1相对于Vreg的比例设定得越小,异常噪声的抑制程度越低。换言之,V1相对于Vreg的比例设定得越小,越能够抑制异常噪声。另外,相位差的变更速度越慢,异常噪声的抑制程度越低。
例如,相位差的变更速度为90deg/msec的情况下,以V1相对于Vreg的比例成为50%的方式确定V1的设定值时,异常噪声的抑制程度是程度2。另一方面,相位差的变更速度降低到30deg/msec的情况下,即使V1相对于Vreg的比例为75%,也能够以异常噪声的抑制程度也成为程度2的方式确定V1的设定值。本发明的第二实施方式的透镜镜筒是在抑制程度相同的情况下,V1相对于Vreg的比例大时,与V1相对于Vreg的比例小时相比,相位差的变更速度被更低地设定。
本发明的第二实施方式的透镜镜筒具有与图1同样的结构。图11是本发明的第二实施方式的透镜镜筒的控制框图。关于图11所示的控制框图中的与图3所示的控制框图相同的结构,标注与图3相同的附图标记并省略其说明。此外,在以下的说明中,对于与驱动脉冲生成部141的占空比相关的设定值恒定为规定值的情况进行说明。被施加于振动波马达12的驱动电压基于升压部142的电源电压(图4)变化。
图11的透镜镜筒30代替透镜侧MCU15而具有透镜侧MCU35。另外,透镜镜筒30还具有检测环境温度的温度检测部38。透镜侧MCU35代替占空比变更部153及相位差变更部154而具有电源电压变更部35-3及相位差变更部35-4。而且,透镜侧MCU35具有新的变更速度设定部35-5。
电源电压变更部35-3变更升压部142的电源电压。升压部142的电源电压被变更时,A相驱动信号和B相驱动信号的振幅发生变化,被施加于振动波马达12的驱动电压发生变化。
变更速度设定部35-5基于在设计阶段确定的V1相对于Vreg的比例和预先设定的抑制程度的设定值,设定相位差的变更速度。例如,V1被设定成Vreg的75%,预先将抑制程度设定成程度2的情况下,变更速度设定部35-5参考程度表格50中的V1相对于Vreg的比例为75%的列,将相位差的变更速度设定成抑制程度成为程度2这样的变更速度,例如30deg/msec。此外,程度表格50被存储在存储部17等。抑制程度的设定值也可以通过用户使用未图示的操作部件设定,还可以基于具有透镜镜筒30的摄像装置的动作模式,通过透镜侧MCU35或机身侧MCU21自动地设定。例如可以是,如静态图像摄像那样地,不伴随音声的录音进行摄影的情况下,透镜侧MCU35或机身侧MCU21将抑制程度设定成程度3,如动态图像摄影那样地伴随音声的录音进行摄影的情况下,透镜侧MCU35或机身侧MCU21将抑制程度设定成程度1。
相位差变更部35-4变更与驱动脉冲生成部141输出的A相用的驱动脉冲和B相用的驱动脉冲之间的相位差相关的驱动脉冲生成部141的设定。此时,基于变更速度设定部35-5所设定的变更速度,变更相位差。
图12及图13是与透镜侧MCU35进行的驱动装置14的控制相关的流程图。图12的处理是在透镜侧MCU35从机身侧MCU21接收到第三透镜组L3的驱动指示时开始的。关于图12及图13所示的处理中的与图8所示的处理同样的处理,省略其说明。
在步骤S401中,透镜侧MCU35将驱动电压变更成V1。例如,透镜侧MCU35的驱动电压设定部152将驱动电压设定成V1。然后,以驱动电压成为V1的方式,电源电压变更部35-3变更升压部142的电源电压。
在步骤S402中,透镜侧MCU35设定相位差的变更速度。例如,基于V1相对于Vreg的比例和预先设定的抑制程度,变更速度设定部35-5设定相位差的变更速度。此外,变更速度设定部35-5也可以基于V1相对于Vreg的比例,参考程度表格50设定相位差的变更速度。
在步骤S403中,透镜侧MCU35基于步骤S402中设定的变更速度和步骤S300中决定的振动波马达12的旋转方向变更A相的驱动脉冲和B相的驱动脉冲的相位差。
在步骤S404中,透镜侧MCU35判定A相的驱动脉冲和B相的驱动脉冲的相位差是否被变更到目标值。这里,目标值是指表示图12的步骤S300中决定的振动波马达12的旋转方向的相位差。透镜侧MCU35在步骤S404进行了否定判定的情况下,使处理返回步骤S403,在步骤S404进行了肯定判定的情况下,使处理进入图12的步骤S304。透镜侧MCU35在图12的步骤S304中将驱动电压变更成Vreg之后,使处理进入图13的步骤S305。关于图13的处理,是与图8的步骤S305、S306、S307同样的处理,从而省略其说明。
根据以上说明的第二实施方式,能够得到以下的作用效果。
透镜镜筒30的透镜侧MCU35向振动波马达12输出A相驱动信号和B相驱动信号,并控制向振动波马达12施加驱动电压的驱动装置14。透镜侧MCU35具有驱动电压设定部152和电源电压变更部35-3,并变更施加于振动波马达12的驱动电压。透镜侧MCU35具有相位差变更部35-4,通过变更A相及B相的驱动脉冲的相位差,来变更A相驱动信号和B相驱动信号的相位差。驱动电压设定部152和电源电压变更部35-3在驱动振动波马达12旋转的情况下,将驱动电压变更成Vreg(图12的步骤S304),相位差变更部154变更相位差的情况下,将驱动电压变更成比零大且比Vreg小的V1(图12的步骤S401)。
由此,透镜镜筒30不会损害振动波马达的响应性地减少相位差变更时的异常噪声。另外,通过变更速度设定部35-5合理地设定相位差的变更速度,即使透镜侧MCU35根据振动波马达12的驱动装置的电路结构或环境温度将V1设定成充分小的值的情况下,也能够减少相位差变更时的异常噪声。
以上说明的实施方式能够如下所述地变形实施。
(变形例1)
在第一实施方式中,在透镜侧MCU15中,占空比变更部153变更了驱动脉冲生成部141中的占空比的设定值。但是,透镜侧MCU15也可以代替占空比变更部153而具有电源电压变更部35-3。另外,在第二实施方式中,在透镜侧MCU35中,电源电压变更部35-3变更了升压部142的电源电压。但是,透镜侧MCU35也可以代替电源电压变更部35-3而具有占空比变更部153。
(变形例2)
通过透镜侧MCU15及35被控制的驱动装置14所驱动的振动波马达不仅仅限于图2所示的旋转轴型的结构。也可以采用例如圆环型的振动波马达。即使振动波马达是圆环型,由透镜侧MCU15及35进行的控制也能够与上述实施方式同样地进行。
(变形例3)
本发明利用MCU等的控制装置控制驱动装置,只要是利用该驱动装置驱动振动波马达的电子设备,还能够适用于数码相机以外的电子设备。
(第三实施方式)
图14是本发明的第三实施方式的透镜镜筒的概要图。图14的透镜镜筒202是数码相机等的摄像装置用的透镜镜筒。振动波马达201具有振动体261、移动体262、由无纺布等形成的缓冲支承部件263和加压接触构件264。振动波马达201对于透镜镜筒202提供用于使透镜组L沿光轴方向驱动的驱动力。
振动体261具有弹性体261a和压电体261b。弹性体261a由共振锐度大的金属材料形成。弹性体261a的形状如图15所示地成为圆环形状。在弹性体261a的圆形的一面上接合有压电体261b,在其相反面上设置有切出了槽的梳齿部221。
压电体261b是将电能转换成机械能的机电转换元件。压电体261b沿圆周方向被分成两相(A相、B相)。在压电体261b的各相中,每1/2波长交替地配置极化。在压电体262b的A相和B相之间,隔开1/4波长的间隔地配置。从驱动电路280向压电体261b的各相输出驱动信号。被输出到压电体261b的A相的驱动信号和被输出到B相的驱动信号的相位差是可变的。分别向压电体261b的A相和B相施加高频电压时,压电体261b激励。通过压电体261b的激励产生的弹性体261a的基座部222的挠曲在弹性体161a的梳齿部221被扩大,并在梳齿部221的前端的驱动面223上成为行波。此外,在本实施方式中,压电体261b成为容易产生9波峰的行波(9次的弯曲振动波)的电极图案。
移动体262由铝等的轻金属形成。移动体262通过具有加压板和加压部件的加压接触构件264产生的加压,与驱动面223加压接触。在由驱动部223产生的行波的波峰产生椭圆运动。被驱动面223加压接触的移动体262通过由该椭圆运动产生的摩擦被驱动,并旋转移动。移动体262的旋转方向通过压电体261b的A相和B相的驱动信号的相位差而发生变化。
在移动体262上配置有吸收移动体262的光轴方向的振动的橡胶等振动吸收部件266。振动吸收部件266通过加压接触构件264与输出传递部255加压接触。移动体262的旋转移动被传递到输出传递部255。但是,输出传递部255通过安装在固定部件251上的轴承256,限制光轴方向的移动和径向的移动。
输出传递部255具有突起部255a。该突起部255a与叉部254嵌合。在叉部254上,通过突起部255a而被传递输出传递部255的旋转运动。而且,该旋转运动向凸轮环253传递。在凸轮环253的内侧,相对于周向以螺旋状切出键槽253a。在键槽253a中插入有AF环252的固定销252a。凸轮环253旋转时,固定销252a被键槽253a引导并移动,保持透镜组L的AF环252沿光轴方向移动。
如上所述,振动波马达201产生的行波通过移动体262、输出传递部255、叉部254、凸轮环253被传递到AF环252,与AF环252一起沿光轴方向驱动透镜组L。利用该驱动,透镜镜筒202执行摆动动作等。
图16是表示A相和B相的驱动信号的相位差与移动体262的旋转速度之间的关系的图。移动体262的旋转速度在相位差为+90°时成为正转(例如,顺时针)的最大速度,在相位差为-90°时成为反转(例如,逆时针)的最大速度。
图17是表示驱动信号的频率和移动体262的旋转速度之间的关系的图。移动体262的旋转速度在驱动信号的频率处于规定的范围内时实质上成为零。这里,实质上为零是指没有产生仅使与振动吸收部件266等加压接触的移动体262旋转的扭矩的状态。例如,在图17所示的范围内,在28.5kHz至30.0kHz的范围内,移动体262的旋转速度成为零。另外,即使是比28.5kHz的低频或比30.0kHz的高频,也不产生仅使与振动吸收部件266等加压接触的移动体262旋转的扭矩,凸轮环253等不旋转,实质上存在移动体262的旋转速度成为零的频率。将这样的移动体262的旋转速度实质上成为零的频率称为保持频率f0。
在本发明中,切换移动体262的旋转驱动方向时,不停止向振动波马达201的电压施加,将驱动信号的频率变更成保持频率f0。由此,能够减少电压施加停止后再施加电压时产生的异常噪声。
图18是本发明的第三实施方式的与驱动装置相关的框图。图18例示的驱动装置290具有振动波马达201和驱动电路280。驱动电路280具有控制部281、振荡部282、移相部283、放大部284a及284b、检测部285和温度测定部286。
振荡部282振荡出通过控制部281设定的频率的信号。移相部283基于振荡部282振荡出的振荡信号,生成A相的信号和B相的信号。这些A相的信号和B相的信号之间的相位差通过控制部281被设定。
放大部284a将移相部283生成的A相的信号的电压振幅放大(升压)成通过控制部281设定的电压。由此,生成A相的驱动信号。另外,放大部284b将移相部283生成的B相的信号的电压振幅放大(升压)成通过控制部281设定的电压。由此,生成B相的驱动信号。
振动体261基于被放大部284a放大的A相的驱动信号和被放大部284b放大的B相的驱动信号被驱动。检测部285由光学式编码器或磁编码器等构成,检测通过移动体262的驱动被驱动的透镜组L的位置和/或速度,将这些检测值作为电信号(检测信号)输出到控制部281。控制部281基于来自检测部285的检测信号,获取与透镜组L的位置和/或速度相关的信息。
温度测定部286测定振动波马达201的温度。振动波马达201的温度因振动体261和移动体262的摩擦生热而上升。振动波马达201的温度上升对其驱动能力带来不良影响。温度测定部286将所测定的温度信号输出到控制部281。控制部281基于该温度信号,推定振动波马达201的温度对驱动能力带来的影响。
控制部281从透镜镜筒202的CPU203获取与透镜组L的移动方向和移动量相关的驱动指示。控制部281以将透镜组L定位于基于驱动指示确定的目标位置的方式,控制对于振荡部282设定的频率、对于移相部283设定的相位差和对于放大部284a及284b设定的电压振幅。此外,控制部281所获取的驱动指示不仅仅限于与移动方向和移动量的组合相关的指示。也可以包含例如移动速度或移动时序的模式(例如,摆动动作的次数)。另外,控制部281所获取的驱动指示也可以是移动方向和移动速度的组合。
使用图19及图20的(a)~(c)说明本发明的振动波马达201的驱动控制。图19是与振动波马达201的驱动控制相关的流程图的一例。图20的(a)~(c)是与振动波马达201的驱动控制相关的时序图的一例。图20的(a)是与A相和B相的驱动信号的相位差相关的时序图。图20的(b)是与振荡部282的振荡频率即驱动信号的频率相关的时序图。图20的(c)是与振动波马达201的转速相关的时序图。
图19的处理是在控制部281获取了驱动指示时开始执行。在步骤S100中,控制部281对于振荡部282设定保持频率f0,以从振荡部282振荡出保持频率f0的信号的方式进行控制。
在步骤S110中,控制部281对于移相部283设定+90°或-90°的相位差,变更通过移相部283输出的A相的信号和B相的信号的相位差(图20的定时T0~T1、定时T3~T4)。振荡部282振荡出的频率为保持频率f0时,振动波马达201的转速实质为零。因此,在步骤S110中,即使控制部281变更相位差,振动波马达201的驱动也不会变得不稳定。
步骤S110中的相位差的变更结束后,在步骤S120中,控制部281基于驱动指示、通过来自检测部285的检测信号计算的透镜组L的位置和/或速度、通过温度测定部286测定的振动波马达201的温度、和振动波马达201的个体差异等,控制对于振荡部282设定的频率,以透镜组L被定位于目标位置的方式进行驱动控制(图20的定时T1~T2)。
对振荡部282设定的频率成为比保持频率f0的低频时,振动波马达201的转速变得比零大。由于在使振动波马达201停止时,不停止向振动波马达201的电压施加,从而即使振动波马达201开始驱动,也不发生异常噪声。
在步骤S130中,控制部281判定透镜组L是否到达了目标位置。控制部281在步骤S130进行了否定判定的情况下,使处理进入步骤S120,在步骤S130进行了肯定判定的情况下,使处理进入步骤S140。
在步骤S140中,控制部281对于振荡部282设定保持频率f0,以从振荡部282振荡出保持频率f0的信号的方式进行控制(图20的定时T2~T3)。
在步骤S150中,控制部281判定是否获取了下一个驱动指示。控制部281在步骤S150进行了肯定判定的情况下,使处理进入步骤S110,在步骤S150进行了否定判定的情况下,使处理进入步骤S160。
在步骤S160中,控制部281对于移相部283设定0°的相位差,变更通过移相部283输出的A相的信号和B相的信号的相位差,结束图19的处理。由此,如图16所示,还根据相位差以使振动波马达201的旋转速度成为零的方式进行控制。
如图17所示,保持频率f0的可取值具有范围。在步骤S140中,控制部281根据使设定于振荡部282的保持频率f0成为该范围内的哪个值,对于振动波马达201得到的效果发生变化。使用图21说明该效果的不同。
图21是例示了振动体261的频率-振动变形特性的图。图21例示了振动体262的9次弯曲振动的固有频率f9为26kHz的位置,并例示了10次弯曲振动的固有频率f10为32kHz的位置。以下,将9次弯曲振动的固有频率f9简称为固有频率f9,将10次弯曲振动的固有频率f10简称为固有频率f10。
在驱动信号的频率为9次弯曲振动的固有频率f9附近时,在振动体261的驱动面223上,产生9峰的行波。而且,在驱动信号的频率为10次弯曲振动的固有频率f10附近时,在振动体261的驱动面223上产生10峰的行波。频率越远离固有频率f9,振动体261的振动的大小中的9峰的行波成分越小。同样地,频率越远离固有频率f10,振动体261的振动的大小中的10峰的行波成分越小。
如上所述,压电体261b成为容易激励9峰的行波的电极图案,与振动波马达201使用10峰的行波时相比,使用9峰的行波时的驱动效率更好。由此,在图21中,9峰的行波的振动的大小变得比10峰的行波的振动的大小大。
2相的驱动信号的相位差相同的情况下,9峰的行波和10峰的行波的旋转方向成为相互相反方向。例如,在2相的驱动信号的相位差为+90°的情况下,驱动信号的频率为27kHz时,移动体262正转旋转,驱动信号的频率为33kHz时,移动体262反转旋转。频率处于固有频率f9和固有频率f10之间时,9峰的行波成分对移动体262的旋转和10峰的行波成分对移动体262的旋转相互抵消。
(1)保持频率f0为固有频率f9和固有频率f10的平均值的情况
保持频率f0为固有频率f9和固有频率f10的平均值的情况下,例如在图21的例子中,保持频率f0为29kHz的情况下,振动体261的振动的大小变小。这是因为,在固有频率f9和固有频率f10的中间,无论9峰的行波成分还是10峰的行波成分都变小。而且,9峰的行波成分对移动体262的旋转和10峰的行波成分对移动体262的旋转抵消。
因此,保持频率f0是固有频率f9和固有频率f10的平均值的情况下,由于振动体261的振动的大小小,所以移动体262不从振动体261分离,从而不会发生因移动体262和振动体261的碰撞产生的异常噪声。另外,由于9峰的行波成分对移动体262的旋转和10峰的行波成分对移动体262的旋转抵消,所以移动体262的旋转停止的可靠性增加。
(2)保持频率f0比固有频率f9和固有频率f10的平均值高频的情况
保持频率f0为比固有频率f9和固有频率f10的平均值高频的情况下,即比固有频率f9更接近固有频率f10的情况下,由振动体262产生的行波中的10峰的行波成分是主导的。图19的步骤S120中基于9峰的行波成分旋转的移动体262在步骤S140中将驱动频率变更成保持频率f0时基于10峰的行波成分被控制。即,由10峰的行波成分产生的旋转与由9峰的行波成分产生的旋转成为旋转方向相反的方向,在步骤S140中,移动体262的旋转方向成为与之前的步骤S120的控制时的旋转方向相反的方向。但是,此时,由于通过振动波马达201产生的扭矩小,所以叉部254、凸轮环253、AF环252不会旋转。
因此,在步骤S150中,在存在下一个驱动指示的情况下,在下一个驱动指示中,确定了使移动体262向相反方向旋转时,突起部255a和叉部254之间的松动以及键槽253a和固定销252a之间的松动被阻塞。由此,实际上,能够抑制移动体262开始向相反方向旋转时的机械碰撞音。
(3)保持频率f0比固有频率f9和固有频率f10的平均值低频的情况
保持频率f0比固有频率f9和固有频率f10的平均值低频的情况下,即比固有频率f10更接近固有频率f9的情况下,由振动体262产生的行波中的9峰的行波成分是主导的。该情况下,在步骤S140中,移动体262的旋转方向与之前的步骤S120的控制时的旋转方向成为相同方向。因此,在步骤S150中存在下一个驱动指示的情况下,确定了在下一个驱动指示中使移动体262向同方向旋转时,突起部255a和叉部254之间的松动以及键槽253a和固定销252a之间的松动被阻塞。由此,实际上,能够抑制移动体262开始向同方向旋转时的机械碰撞音。
另外,由于保持频率f0比上述(1)或(2)的情况时更接近固有频率f9,所以能够使图20的定时T2~T3的期间比上述(1)或(2)的情况时缩短。由此,移动体262的驱动控制中的处理时间被缩短,移动体262的停止精度提高。
如上述(2)所述,在下一个驱动指示中,向与上一个驱动指示相反的方向驱动时,使保持频率f0比固有频率f9和固有频率f10的平均值高频为好。另外,如上述(3)所述,在下一个驱动指示中,向与上一个驱动指示相同的方向驱动时,使保持频率f0比固有频率f9和固有频率f10的平均值低频为好。
图22是与图19的步骤S140的处理相关的流程图。在图22的处理中,执行了驱动指示之后,基于所执行的下一个驱动指示,适当地设定保持频率。
在步骤S141中,控制部281判定是否获取了下一个驱动指示。控制部281在步骤S141进行了肯定判定的情况下,使处理进入步骤S142,在步骤S141进行了否定判定的情况下,使处理进入步骤S143。
在步骤S142中,控制部281判定下一个驱动指示是否是使移动体262向上一个完成的驱动指示相同的方向旋转的指示。控制部281在步骤S142进行了肯定判定的情况下,使处理进入步骤S145,在步骤S142进行了否定判定的情况下,使处理进入步骤S144。
在步骤S143中,控制部281将保持频率f0设定成固有频率f9和固有频率f10的平均值。由此,能够得到上述(1)中说明的效果。
在步骤S144中,控制部281将保持频率f0设定成比固有频率f9和固有频率f10的平均值高频且比固有频率f10低频的频率。由此,能够得到上述(2)中说明的效果。
在步骤S145中,控制部281将保持频率f0设定成比固有频率f9和固有频率f10的平均值低频且比固有频率f9高频的频率。由此,能够得到上述(3)中说明的效果。
在步骤S146中,控制部281在振荡部282设定步骤S143~S145中设定的保持频率f0。
根据以上说明的实施方式,能够得到以下的作用效果。
在透镜镜筒202中,驱动透镜组L的驱动装置290具有驱动电路280和振动波马达201。驱动电路280生成A相和B相的驱动信号。振动波马达201具有振动体261和移动体262。振动体261具有被施加通过驱动电路280生成的A相和B相的驱动信号的压电体261b,通过该压电体261b的振动使弹性体261a的驱动面223产生行波,产生用于使加压接触的移动体262驱动的驱动力。驱动电路280具有用于设定A相和B相的驱动信号的频率和相位差的控制部281,在变更移动体262的驱动方向时,将振荡部282振荡出的频率设定成保持频率f0之后(图19的步骤S100及S140),对设定于移相部283的相位差进行变更(图19的步骤S110)。
由此,在驱动装置290中,在切换移动体262的驱动方向时,通过驱动频率的控制使移动体262的驱动停止,从而能够抑制异常噪声的发生。
当在移动体262驱动的期间变更相位差时,移动体262的旋转变得不稳定,会发生由移动体262和振动体261的碰撞产生的异常噪声。但是,如本发明那样,若在移动体262的驱动停止的状态下,控制A相及B相的驱动信号的相位差,则不会发生这样的异常噪声。
另外,当在移动体262驱动的期间变更相位差时,临时低速驱动移动体262,但在低速驱动时,移动体262的旋转不均增大,不能确保停止精度。但是,如本发明那样,若在移动体262的驱动停止的状态下,控制A相及B相的驱动信号的相位差,则不发生这样的旋转不均的增大,不存在无法确保停止精度的担忧。
以上说明的第三实施方式能够如下地变形实施。
(变形例4)在上述实施方式中,压电体261b成为容易发生9峰的行波的电极图案,在振动体261的驱动面223上发生9峰的行波或10峰的行波。但是,振动体261发生的行波不限于9峰的行波。本发明也可以在驱动面223上发生由任意的n峰的行波产生的n次弯曲振动。
(变形例5)在上述实施方式中,在控制对振荡部282设定的频率来进行透镜组L的驱动控制期间,不控制A相及B相的驱动信号的相位差。但是,在能够忽略由移动体262和振动体261的碰撞产生的异常噪声或移动体262的旋转不均的增大的范围内,即使在控制对振荡部282设定的频率来进行透镜组L的驱动控制的期间,也可以控制A相及B相的驱动信号的相位差。
(第四实施方式)
以下,关于本发明的电子相机1的实施方式,参照附图详细说明。图23是用于说明本发明的第四实施方式的电子相机301的图。
电子相机301是能够进行静态图像及动态图像摄影的相机,由作为摄像光学系统的透镜镜筒320、摄像元件330、AFE(Analog front end:模拟前端)电路360、图像处理部370、音声检测部380、操作部件390、CPU400、缓冲存储器410、记录接口420、存储器430、监视器440构成,能够进行与外部设备的PC450的连接。
透镜镜筒320由多个光学透镜组L构成,使被摄物体像成像于摄像元件330的受光面。在图23中,简化多个光学透镜组L,作为单透镜图示。该光学透镜组L中的后述的AF用的第三透镜组L3(如图24所示)通过振动波马达310而被驱动。
摄像元件330由将受光元件二维地排列在受光面上的CMOS图像传感器等构成。摄像元件330对由通过了透镜镜筒320的光束产生的被摄物体像进行光电转换而生成模拟图像信号。
模拟图像信号被输入到AFE电路360。AFE电路360进行对于模拟图像信号的增益调整(与ISO感光度相应的信号放大)。具体来说,根据来自CPU400的感光度设定指示,使摄像感光度在规定范围内变更。AFE电路360还通过内置的A/D转换电路将模拟处理后的图像信号转换成数字数据。该数字数据被输入图像处理部370。
图像处理部370对于数字图像数据进行各种图像处理。
缓冲存储器410临时记录由图像处理部370进行的图像处理的前工序和/或后工序中的图像数据。
音声检测部380由麦克风和信号放大部构成,主要在动态图像摄影时检测并取入来自被摄物体方向的音声,将该数据向CPU400传递。
操作部件390表示模式转盘、十字键、确定按钮和释放按钮,将与各操作相应的操作信号向CPU400送出。静态图像摄影和动态图像摄影的设定通过该操作部件390而被设定。
CPU400通过执行存储在未图示的ROM中的程序,综合控制电子相机301所进行的动作。例如,进行AF(自动对焦)动作控制、AE(自动曝光)动作控制、自动白平衡控制等。
记录接口420具有未图示的连接器,在该连接器上连接有存储卡421等的存储介质,对于所连接的存储介质,进行数据的写入和数据从存储介质的读入。
存储器430存储进行了图像处理的一系列的图像数据。在本实施方式的电子相机301中,取入与动态图像对应的图像。
监视器440由液晶面板构成,与来自CPU400的指示相应地显示操作菜单、静态图像及动态图像等。
以下,关于透镜镜筒320进行说明。
图24是用于说明本发明的第四实施方式的透镜镜筒320的图。图25是用于说明本发明的第四实施方式的振动波马达310的振子311的图。
透镜镜筒320具有覆盖透镜镜筒320的外周部的外侧固定筒331和位于比外侧固定筒331更靠内周侧的内侧固定筒332,还在外侧固定筒331和内侧固定筒332之间具有振动波马达310。
在内侧固定筒332上,从被摄物体侧开始配置有第一透镜组L1、第二透镜组L2、被AF环334保持的作为AF透镜的第三透镜组L3、第四透镜组L4。第一透镜组L1、第二透镜组L2及第四透镜组L4被固定在内侧固定筒332上。第三透镜组L3构成为通过AF环334移动而能够相对于内侧固定筒332移动。
如图24所示,振动波马达310具有振子311、移动件315、加压部件318等,成为使振子311这一侧固定并旋转驱动移动件315的形态。
关于振子311进行说明。如图25所示,振子311由以将电能转换成机械能的压电元件或电致伸缩元件等为例的机电转换元件(以下称为压电体313)和接合压电体313的弹性体312构成。使振子311产生行波,但在本实施方式中,作为一例产生9峰的行波。
弹性体312由共振锐度大的金属材料构成,形状是圆环形状。弹性体312中的接合压电体313的相反面成为切出槽的梳齿部312a,突起部分(没有槽的位置)的前端面成为驱动面,并与移动件315加压接触。振动波马达310使用通过压电体313的激励在驱动面上发生的驱动力来驱动移动件315,由此驱动第三透镜组L3。切槽的理由是使行波的中立面尽可能接近压电体313这一侧,由此使驱动面的行波的振幅放大。未切槽的部分在本实施方式中被称为基座部312b。
在基座部312b的与梳齿部312a的相反面上接合有压电体313。在弹性体312的驱动面上实施了润滑性的表面处理。压电体313沿着圆周方向被分成2个相(A相、B相),在各相中,排列按每1/2波长交替极化的要素,在A相和B相之间隔开1/4波长量的间隔。
压电体313由一般通称被称为PZT的锆钛酸铅这样的材料构成,但近年来,从环境问题来说,还能够由无铅的材料的铌酸钾钠、铌酸钾、铌酸钠、钛酸钡、钛酸铋钠、钛酸铋钾等构成。
如图24所示,在压电体313的下方,配置有无纺布316、加压板317、加压部件318。无纺布316以毛毡为例,被配置在压电体313的下方,不将振子311的振动向加压板317或加压部件318传递。
加压板317承受加压部件318的加压。加压部件318由碟形弹簧构成,并被配置在加压板317的下方,产生加压压力。在本实施方式中,加压部件318采用了碟形弹簧,但也可以不采用碟形弹簧而采用盘簧或波形弹簧。加压部件318通过将压环319固定在固定部件314上而被保持。
移动件315由铝等的轻金属构成,在滑动面的表面315a上实施了用于提高耐磨损性的滑动材料等的表面处理(参照图25)。
在移动件315的上方,为吸收移动件315的纵向的振动,配置由橡胶等形成的振动吸收部件323,在其上方配置有输出传递部件324。
输出传递部件324通过设置在固定部件314上的轴承325限制加压方向和径向,由此,限制移动件315的加压方向和径向。
输出传递部件324具有突起部324a,从此处嵌合有与凸轮环336连接的叉部335。凸轮环336与输出传递部件324的旋转一起旋转。
在凸轮环336上,相对于周向倾斜地切出有键槽337。另外,在AF环334的外周侧设置有固定销338。固定销338与键槽337嵌合,通过凸轮环336进行旋转驱动,AF环334向光轴直行方向被驱动,能够停止在所期望的位置。
在固定部件314上通过螺钉安装有压环319。通过将压环319安装在固定部件314上,从输出传递部件324到移动件315、振子311、加压部件318能够作为一个马达单元构成。
以下,关于驱动装置340A进行说明。
图26是用于说明振动波马达310的驱动装置340A的框图。驱动装置340A被设置在基板340(参照图24)。驱动装置340A如图26所示地被连接在振动波马达310,并从设置在振动波马达310上的旋转检测部346接收振动波马达310的转速,并且还进行振动波马达310的控制。
驱动装置340A具有驱动控制部341、振荡部342、移相部343和放大部344。另外,在驱动装置340A的驱动控制部341上,连接有安装在振动波马达310上的旋转检测部346、对比度检测部339、以及能够选择动态图像摄影模式还是静态图像摄影模式的摄影设定部347。
驱动控制部341以来自透镜镜筒320内或相机301主体的CPU400的驱动指令为基础控制振动波马达310的驱动。
振荡部342通过驱动控制部341的指令产生所期望的频率的驱动信号。驱动信号以电位零为基准在+方向及-方向上成为非对称形状。
移相部343将该振荡部342产生的驱动信号分成相位不同的2个驱动信号。
放大部344分别使通过移相部343划分的2个驱动信号升压到所期望的电压。
来自放大部344的2个驱动信号被传递到振动波马达310,通过这2个驱动信号的施加,使振子311产生行波,移动件315被驱动。
旋转检测部346由光学式编码器或磁编码器等构成,检测通过移动件315的驱动被驱动的被驱动物的位置和/或速度,将检测值作为电信号传递到驱动控制部341。
对比度检测部339检测被摄物体像的对比度。对比度检测部339判定例如被摄物体是处于当前的透镜的焦点位置的范围内,还是处于向+方向或-方向以哪种程度偏移。通过对比度检测部339检测的对比度作为电信号被传递到驱动控制部341。
驱动控制部341以来自透镜镜筒320内或相机301主体的CPU400的驱动指令为基础控制振动波马达310的驱动。驱动控制部341接收来自旋转检测部346的检测信号时,以该值为基础,得到位置信息和速度信息,以定位于目标位置的方式控制振荡部342的频率、移相部343的相位差及放大部344的电压。
另外,驱动控制部341通过透镜或相机传递摄影信息(通过摄影设定部347选择的静态图像模式/动态图像模式等)。驱动控制部341通过该透镜或相机以摄影信息为基础精细地控制驱动信号的频率和/或相位差。具体来说,驱动控制部341在摄影设定部347选择了动态图像摄影模式的情况下,在将2个驱动信号的电压维持恒定的状态下,切换2个驱动信号的相位差,并且与所切换的相位差对应地切换2个驱动信号的频率,由此能够变更振动波马达310的速度。
另外,驱动控制部341基于通过对比度检测部339检测的对比度,切换2个驱动信号的频率。
在本实施方式中,为简化说明,将对比度检测部339的信息及摄影设定部347的信息直接传递到驱动控制部341,但不限于此。例如,也可以是,对比度检测部339的信息或摄影设定部347的信息临时被传递到相机的CPU,然后,传递到透镜内的驱动控制部341。
以下,关于驱动装置340A中的振动波马达310的驱动及控制进行说明。
首先,来自透镜镜筒320内或相机301主体的CPU400的目标位置被传递到驱动控制部341。从振荡部342产生驱动信号,该信号通过移相部343被分成相位90度不同的2个驱动信号,并通过放大部344被放大到所期望的电压。驱动控制部341向振动波马达310提供2个驱动信号。
2个驱动信号被施加于振动波马达310的压电体313,压电体313被激励,通过该激励使弹性体312产生9次的弯曲振动。压电体313被分成A相和B相,2个驱动信号分别被施加于A相和B相。从A相产生的9次弯曲振动和从B相产生的9次弯曲振动的位置性的相位错开1/4波长,另外,A相驱动信号和B相驱动信号错开90度相位,从而2个弯曲振动被合成,成为9峰的行波。相位差的值+90度或-90度是理想的值,在其中间值,行波的形状虽会被打乱,但也产生行波。在行波的波峰上产生椭圆运动。因此,与驱动面加压接触的移动件315通过该椭圆运动被摩擦性地驱动。
在通过移动件315的驱动被驱动的被驱动体上配置有光学式编码器,从此处产生电脉冲,并被传递到驱动控制部341。驱动控制部341能够基于该信号得到当前的位置和当前的速度,基于这些位置信息、速度信息及目标位置信息控制振荡部342的驱动频率。
另外,在向正向驱动AF环334的情况下,使移相部343中的2个驱动信号(频率电压信号)的相位差为+值,例如+90度,在向反向驱动AF环334的情况下,使移相部343中的2个驱动信号(频率电压信号)的相位差为-值,例如-90度即可。
另一方面,驱动控制部341基于当前的摄影模式是静态图像模式还是动态图像模式的信息,在是静态图像模式的情况下,控制振荡部342的驱动频率,在是动态图像模式的情况下,控制振荡部342的驱动频率及移相部343的相位差。尤其,在使AF用的第三透镜组L3小节距地前后移动的摆动动作中,变更相位差,并控制位置和/或速度。摆动动作是指使AF用的透镜小节距地前后移动而使焦点位置追随被摄物体的动作。
图27的(a)是表示振动波马达的旋转速度相对于驱动信号的相位差的关系的曲线图,图27的(b)是表示振动波马达的旋转速度相对于驱动频率的关系的曲线图。如图27的(a)所示,旋转速度在2个驱动信号的相位差为+90度成为正转的最大速度,在2个驱动信号的相位差为-90度成为反转的最大速度,其中间的相位差表示中间的速度值。另外,如图27的(b)所示,驱动频率变小时,旋转速度变大,增大频率时,旋转速度降低,成为0。
例如,2个驱动信号的相位差为+90度时,驱动频率小的一方,旋转速度高。
(第一动作例)
接下来,关于本发明的第四实施方式的第一动作例,关于动态图像模式被选择的情况下的驱动装置340A中的振动波马达310的驱动,基于时序图进行说明。图28是用于说明第四实施方式的驱动装置340A的第一动作例的动作的时序图。
在本实施方式中,时序地说明动态图像模式被选择的情况下的、驱动频率、驱动电压、相位差、振动波马达310的旋转速度的关系。
在本实施方式中,动态图像模式被选择的情况下,驱动频率被设定成f0(最大频率),驱动电压被设定成V0(最小电压)。
在t0,驱动装置340A将2个驱动信号的相位差设定成+90度,并使驱动信号为ON。
在t1,驱动装置340A使驱动电压增加。
在t2,驱动装置340A将驱动电压设定成V1。
在t3,驱动装置340A从最大频率f0开始扫描驱动频率。
在t4之后紧接着的t4’,驱动装置340A在驱动频率被扫描的中途,开始驱动振动波马达310,将驱动频率设定成频率f1。
在动态图像模式的情况下,小节距地进行使AF用的第三透镜组L3前后移动的摆动动作。本实施方式的情况下,采用20Hz的间隔。
在t4~t5,驱动装置340A将2个驱动信号的相位差设定成+90度,正转旋转,使速度为V。
在t5~t6,驱动装置340A将2个驱动信号的相位差设定成0度,通过对比度检测部339检测Wbe位置的对比度。
在t6~t7,驱动装置340A将2个驱动信号的相位差设定成-90度,使频率为比f1小的f2,以频率f2反转驱动,使速度为-2V(V的2倍)。
摆动动作的反转时的速度为正转的2倍是因为透镜位置的移动量为2倍。
在t7~t8,驱动装置340A将2个驱动信号的相位差设定成0度,检测Waf位置处的对比度。
在t8~t9,驱动装置340A将2个驱动信号的相位差设定成+90度,以频率f1正转驱动,使速度为V。
在t9~t10,驱动装置340A将2个驱动信号的相位差设定成0度,检测W0位置处的对比度。
以下反复进行摆动动作。摆动动作的1周期(例如,t4和t10之间)是20Hz的间隔(=约50msec)。
在t9~t10的期间,通过Wbe位置、Waf位置及W0位置的对比度的检测结果,算出被摄物体的位置,并决定下一个摆动动作的1周期的驱动频率。也就是说,驱动控制部341基于由对比度检测部339检测的摆动动作中的规定的1周期的对比度,以使AF用的第三透镜组L3的焦点位置追随被摄物体的方式切换规定的1周期的接下来的1周期中的2个驱动信号的频率。
作为决定的参数,是t10~t11间的频率fs、t12~t13间的频率f4及t14~t15间的频率fs2。
例如,在t4~t10间的摆动动作的1周期的对比度检测的结果中,判定为被摄物体处于摆动振幅之间(+1~-1)的情况下,在下一个摆动动作的1周期中,摆动振幅也为+1~-1,频率fs=f1,频率fb=f2,频率fs2=f1。
此外,在图28的被摄物体检测结果中,用大的值表示对比度好的一方(对比度好=对焦=1,越未对焦,数值越小。)。
另外,作为其他情形,在t17~t22间的摆动动作的1周期的对比度检测的结果中,在判定为被摄物体相对于当前的透镜位置处于+方向的情况下,在下一个摆动动作的1周期中,t22~t23中的速度为3V,进行摆动振幅的3倍的透镜的移动。该情况下,频率fs=f3(比f2还小的频率),频率fb=f2,频率fs2=f1。
而且,作为其他情形,在t40~t45的摆动动作的1周期的对比度检测的结果中,在判定为被摄物体从当前的透镜位置大幅位于+方向的情况下,下一个摆动动作的1周期中,t40~t41中的速度为4V,进行摆动振幅的3倍的透镜的移动。该情况下,频率fs=f4(比f3更小的频率),频率fb=f2,频率fs2=f1。
这里,在要使透镜驱动时,可能会产生开始向振动波马达发送驱动信号时的驱动信号ON(启动)时的微小的声音被取入在动态图像摄影时检测音声的麦克风中这样的问题。其原因是在使施加于振动波马达的驱动信号从0V到某电压阶段性变化的瞬间,从定子(振子)产生各种频率的声音,该可听音被取入音声。该声音的声压依赖于电压的大小,驱动信号的电压小的情况下,存在声压降低的倾向。
关于这点,采取如下对策:在驱动信号ON的瞬间,预先减小驱动信号电压的电压值,使从定子(振子)产生的声音的声压成为麦克风的灵敏度以下,驱动信号ON以后,使驱动电压返回正规的电压(额定电压)。
但是,在动态图像摄影时,需要使AF透镜前后移动的摆动动作,在向与正向的驱动时相反的方向驱动的期间,临时停止,必须改变相位差。该情况下,为防止从定子(振子)产生的微小的声音,在以往的控制方法中,将2个驱动信号的相位差设定成+90度,使驱动电压从V0向V1变化,使AF环34正转驱动。然后,使驱动电压从V1向V0变化,将2个驱动信号的相位差设定成-90度。而且,使驱动电压从V0向V1变化,将AF环34反转驱动。然后,使驱动电压从V1向V0变化,将2个驱动信号的相位差设定成+90度。以下反复实施,成为非常繁琐的动作。
在本实施方式中,在恒定地维持电压的状态下,以3阶段切换2个驱动信号的相位差(90度、0度、-90度),通过设定与该相位差相应的频率,进行摆动动作。此外,2个驱动信号的相位差的切换对于防止微小声音发生来说,优选缓慢地连续地切换相位差。
由此,不需要以往那样地繁琐地驱动,能够实现安静的驱动。
此外,静态图像模式被选择的情况下,如以往那样,将电压设定成额定电压V1之后,使驱动信号为ON,开始驱动频率的扫描。另外,位置和/或速度控制也是在静态图像模式的情况下,不需要进行摆动动作,从而成为基于驱动频率或驱动电压进行的控制。
此外,驱动信号ON时的声音微小,音声麦克风被设置在振动波马达的附近,从而被作为声音检测到,但这是进行操作的人几乎听不到的声音。
以下,关于第四实施方式的驱动装置340A的第一动作例的动作,基于流程图进行说明。
图29是用于说明第四实施方式的驱动装置340A的第一动作例的动作的流程图。
首先,开始透镜的驱动。
在S501中,驱动装置340A判定是动态图像模式还是静态图像模式。在是动态图像模式的情况下,进入S502。驱动装置340A在是静态图像模式的情况下进入S601,不实施摆动动作,进行静态图像摄影时的驱动动作。
在S502中,驱动装置340A将电压设定成V0,并且将2个驱动信号的相位差设定成+90°。
在S503中,驱动装置340A使驱动信号成为ON。
在S504中,驱动装置340A使2个驱动信号的电压增加。
在S505中,驱动装置340A将2个驱动信号的电压设定成V1。
在S506中,驱动装置340A开始频率的扫描并将频率设定成f1。
由此,移动件315进行驱动,将AF环334向正向驱动。
在S507中,驱动装置340A将2个驱动信号的相位差设定成0°。由此,移动件15的驱动停止。
在S508中,驱动装置340A检测Wbe位置及对比度。
在S509中,驱动装置340A将频率设定成f2。
在S510中,驱动装置340A将2个驱动信号的相位差设定成-90°。
由此,移动件315进行驱动,将AF环334向相反方向驱动。
在S511中,驱动装置340A将2个驱动信号的相位差设定成0°。由此,移动件315的驱动停止。
在S512中,驱动装置340A检测Waf位置及对比度。
在S513中,驱动装置340A将频率设定成f1。
在S514中,驱动装置340A将2个驱动信号的相位差设定成90°。
由此,移动件15进行驱动,将AF环334向正向驱动。
在S515中,驱动装置340A将2个驱动信号的相位差设定成0°。由此,移动件315的驱动停止。
在S516中,驱动装置340A检测W0位置及对比度。
在S517中,驱动装置340A从Wbe位置、Waf位置、W0位置及各对比度信息,算出被摄物体位置。
在S518中,算出频率fs、fb。
在S519中,驱动装置340A将2个驱动信号的相位差设定成+90°。
驱动装置340A将频率设定成fs。例如,在检测了图28中的t17~t22间的摆动动作的1周期的对比度的结果中,判定为被摄物体从当前的透镜位置位于+方向时,下一个摆动动作的1周期设定成f3(比f2更小的频率)。由此,移动件315进行驱动,将AF环334向正向驱动。
在S520中,驱动装置340A将2个驱动信号的相位设定成0°。由此,移动件315的驱动停止。
在S521中,驱动装置340A检测Wbe位置及对比度。
在S522中,驱动装置340A将频率设定成fb。例如,在图28中的t17~t22间的摆动动作的1周期的对比度检测结果中,驱动装置340A将驱动频率设定成f2。
在S523中,将2个驱动信号的相位差设定成-90°。由此,移动件315进行驱动,将AF环334向相反方向驱动。
在S524中,驱动装置340A将2个驱动信号的相位差设定成0°。由此,移动件315的驱动停止。
在S525中,驱动装置340A检测Waf位置及对比度。
在S526中,驱动装置340A将频率设定成fs2(=f1)。
在S527中,驱动装置340A将2个驱动信号的相位差设定成90°。由此,移动件315进行驱动,将AF环334向正向驱动。
在S528中,驱动装置340A将2个驱动信号的相位差设定成0°。由此,移动件315的驱动停止。
在S529中,驱动装置340A检测W0位置及对比度。
在S530中,驱动装置340A从Wbe位置、Waf位置、W0位置及各对比度信息算出被摄物体位置。
在S531中,驱动装置340A判定AF环334的驱动是否结束。
AF环334的驱动没有结束的情况下,返回S518,进行下一个摆动动作。存在摄影结束指令,在驱动结束时停止的情况下,使相位差的切换控制结束,使频率朝向f0在高频侧扫描并停止振动波马达的工作。而且,使电压从V1向V0缓慢减少,然后,使驱动信号成为OFF。
在本实施方式中,在S519~S530中,在透镜位置检测3个位置的对比度并推定被摄物体位置,与该信息相应地在S518中算出频率fs、fb。通过以3个阶段切换A相和B相的相位差(90度、0度、-90度)、和设定频率fs、fb、fs2这3个驱动频率,能够进行振动波马达10的摆动动作。
(第二动作例)
以下,关于本发明的第四实施方式的第二动作例进行说明。第二动作例与第一动作例相比,透镜镜筒、振动波马达及驱动装置340A的结构是相同的,从而省略其说明。第一动作例和第二动作例的驱动装置340A内的动作不同。第二动作例是被摄物体的位置向透镜位置的+方向移动并从中途向-方向移动了的情况。
关于第二动作例的驱动装置340A中的振动波马达310的驱动,基于时序图进行说明。图30是用于说明本发明的第四实施方式的驱动装置340A的第二动作例的动作的时序图。
关于第二动作例,在动态图像模式被选择的情况下,关于被摄物体的位置向透镜位置的+方向移动并从中途向-方向移动了的情况下的状况时序地进行说明。
在本实施方式中,在动态图像模式被选择的情况下,驱动频率被设定成f0(最大频率),驱动电压被设定成V0(最小电压)。
在t0时,驱动装置340A将2个驱动信号的相位差设定成+90度,并使驱动信号为ON。
在t1时,驱动装置340A使2个驱动信号的驱动电压增加。
在t2时,驱动装置340A将2个驱动信号的驱动电压设定成V1。
在t3时,驱动装置340A从最大频率f0开始扫描驱动频率。
在t4之后紧接着的t4’时,驱动装置340A在扫描驱动频率的中途,开始驱动振动波马达310,将驱动频率设定成频率f1。
在是动态图像模式的情况下,小节距地进行使AF透镜前后移动的摆动动作。本实施方式的情况下,采用20Hz的间隔。
在t4~t5,驱动装置340A将2个驱动信号的相位差设定成+90度,正转旋转,使速度为V。
在t5~t6,驱动装置340A将2个驱动信号的相位差设定成0度,检测Wbe位置的对比度。
在t6~t7,驱动装置340A将2个驱动信号的相位差设定成-90度,以频率f2反转驱动,使速度为-2V(V的2倍)。与增大速度的量相应地,频率采用比f1小的f2。
摆动动作的反转时的速度为正转的2倍是因为透镜位置的移动量为2倍。
在t7~t8,驱动装置340A将2个驱动信号的相位差设定成0度,检测Waf位置的对比度。
在t8~t9,驱动装置340A将2个驱动信号的相位差设定成+90度,以频率f1正转驱动,使速度为V。
在t9~t10,驱动装置340A将2个驱动信号的相位差设定成0度,检测W0位置的对比度。
以下反复进行摆动动作。摆动动作的1周期(例如,t4和t10之间)为20Hz的间隔(=约50msec)。
在t9~t10,根据Wbe位置、Waf位置及W0位置的对比度的检测结果,算出被摄物体的位置,决定下一个摆动动作。
作为决定的参数,为t10~t11间的频率fs、t12~t13间的频率fb、t14~t15间的频率fs2。
例如,在t4~t10间的摆动动作的1周期的对比度检测的结果中,判定为被摄物体处于摆动振幅之间(+1~-1)的情况下,在下一个摆动动作的1周期中,摆动振幅也采用+1~-1,频率fs=f1,频率fb=f2,频率fs2=f1。
此外,在图30的被摄物体检测结果中,用大的值表示对比度好的一方(对比度好=对焦=1,越不对焦,数值越小)。
另外,被摄物体向透镜的+方向移动了的情况下,例如,在t10~t16间的摆动动作的1周期的对比度检测的结果中,在判定为被摄物体从当前的透镜位置处于+方向的情况下,下一个摆动动作的1周期,使t16~t17中的速度为3V,进行摆动振幅的3倍的透镜的移动。该情况下,频率fs=f3(比f2更小的频率),频率fb=f2,频率fs2=f1。
其次,被摄物体从+方向向-方向移动的情况下,在t22~t27的摆动动作的1周期的对比度检测的结果中,在判定为被摄物体从当前的透镜位置大幅位于-方向的情况下,下一个摆动动作的1周期,使t30~t31的速度为4V,进行摆动振幅的4倍的透镜的移动。该情况下,频率fs=f1,频率fb=f4(比f3更小的频率),频率fs2=fl。
基本来说,如上述第一动作例那样,与图28或图29中说明的思维方式或流程图的说明相同。即,在动态图像摄影时的摆动动作中,检测透镜位置的3个位置的对比度并推定被摄物体位置,与该信息相应地算出频率fs、fb。而且,通过以3个阶段切换A相和B相的相位差(约90度、0度、-90度)、和频率fs、fb、fs2这3个驱动频率的设定,无论被摄物体在中途向透镜的+方向移动了的情况还是向-方向移动了的情况都能够应对。
另外,在判定为被摄物体从当前的位置大幅偏移的情况下,通过将合理的值赋予频率fs、fb(通过设定成比图28或图30的f4更小的频率值),能够对焦于被摄物体。
以上,根据本实施方式,具有以下的效果。
(1)摄影设定部347选择了动态图像摄影模式的情况下,在将2个驱动信号的电压维持恒定的状态下,切换2个驱动信号的相位差,并且与所切换的相位差对应地切换2个驱动信号的频率,由此,能够变更振动波马达310的速度。由此,不进行复杂的驱动控制,就能够减小动态图像摄影时的振动波马达310的动作音。
(2)基于摆动动作中的规定的1周期的对比度,以使AF用的第三透镜组L3的焦点位置追随被摄物体的方式切换规定的1周期的下一个1周期中的2个驱动信号的频率。由此,振动波马达310能够追随被摄物体的动作地使AF用的第三透镜组L3动作,并且,能够减少使振动波马达310以摆动动作驱动时的动作音。
(第五实施方式)
以下,对本发明的第五实施方式进行说明。第五实施方式与上述实施方式相比,透镜镜筒及驱动装置340A的结构相同,从而省略其说明。另外,关于动态图像摄影时的驱动装置340A的动作,也与第四实施方式相同。第五实施方式与第四实施方式不同之处主要是振动波马达50的结构。
接下来,对第五实施方式的透镜镜筒320A的结构进行说明。
图31是用于说明本发明的第五实施方式的透镜镜筒320A的图。图32是用于说明第五实施方式的振动波马达350的图。图33是用于说明第五实施方式的振动波马达350的动作原理的图。
如图31所示,透镜镜筒320A具有覆盖透镜镜筒320A的外周部的外侧固定筒331、位于比外侧固定筒331更靠内周侧的被摄物体侧的内侧第一固定筒332A、位于比外侧固定筒331更靠内周侧的像侧的内侧第二固定筒332B,还在外侧固定筒331和内侧第一固定筒332A之间具有振动波马达350。
在内侧第一固定筒332A上,从被摄物体侧开始固定有第一透镜组L1、第二透镜组L2。另外,在内侧第二固定筒332B上,固定有第四透镜组L4。在第二透镜组L2和第四透镜组L4之间,配置有被AF环334保持的作为AF透镜的第三透镜组L3。
如图31所示,振动波马达350具有振子351、移动件355和加压部件357等,成为使移动件355移动来驱动的形态。
振子351构成为:通过设置在固定部件354上的支承销358沿振子351的长度方向被支承,在加压方向上具有自由度地构成。
加压部件357被设置在固定部件354和振子351之间,使振子351与移动件355加压接触。
固定部件354被安装在内侧第一固定筒332A上。通过将固定部件354安装在内侧第一固定筒332A上,能够将移动件355、振子351和加压部件357作为一个马达单元构成。
移动件355由铝这样的轻金属构成,在滑动面的表面上设置有用于提高耐磨损性的滑动镀层。另外,移动件355被固定在线性引导部361上,线性引导部361被支承在内侧第一固定筒332A上,移动件355相对于内侧第一固定筒332A能够沿直线方向移动。
在移动件355的端部355A上,嵌合有与AF环334连接的叉部362,通过移动件355的驱动,AF环334被直行驱动。
AF环334成为沿设置在内侧第一固定筒332A及内侧第二固定筒332B上的直线导轨363可动的构造。在直线导轨363上,嵌合有设置在AF环334上的引导部364,伴随移动件355的直行驱动,被沿光轴方向向直行方向驱动,能够停止在所期望的位置。
如图32及图33所示,振子351由压电体353、金属制的弹性体352及输出取出用的突起部352A构成。弹性体352的设计是使纵1次振动和弯曲4次振动的共振频率一致。向压电体353施加该频率的电压(驱动信号),并且,使双方的振动的相位偏移90°时,如图33所示,在突起部352A上通过被激励的纵振动和弯曲振动的合成而产生椭圆运动。突起部352A与移动件355加压接触,从而通过摩擦产生驱动力。在突起部352A上使用了耐磨损性材料,能够抑制由摩擦产生的磨损。
压电体353一般来说由通称称为PZT的锆钛酸铅这样的材料构成,但近年来,从环境问题出发,有时还由无铅的材料的铌酸钾钠、铌酸钾、铌酸钠、钛酸钡、钛酸铋钠、钛酸铋钾等构成。
在第五实施方式中,振动波马达350是线性的振动波马达。但是,在第五实施方式的振动波马达350中,也能够控制频率、电压、2个驱动信号的相位差来进行速度控制,从而能够得到与上述第四实施方式同样的效果。
另外,在第五实施方式中,如搭载了第四实施方式的圆环型超声波马达的情况那样,没有从旋转运动转换成直行运动时产生的损失,转换效率提高。由此,作为驱动系统整体能够提高效率。
(第六实施方式)
图34是用于说明本发明的第六实施方式的包含具有由驱动装置驱动的振动促动器600的透镜镜筒501在内的相机502的图。
在本实施方式中,透镜镜筒501相对于相机502的主体能够拆装,但不限于此,也可以不能拆装。
本实施方式的相机502在透镜镜筒501内具有摄像光学系统(透镜)503。
另外,在相机502的主体内,由摄像元件504、AFE(Analog front end)电路505、图像处理部506、音声检测部507、缓冲存储器508、记录接口509、监视器510、操作部件511、存储器512和CPU513构成,能与外部设备的PC514的连接。
摄像光学系统503由多个光学透镜构成,使被摄物体像成像于摄像元件504的受光面。在图34中,简化光学透镜系统,作为单透镜用附图标记503表示。
另外,光学透镜组内的AF用的光学透镜通过振动促动器600的驱动被驱动。
根据操作部件511或图像的状况决定向摄像元件504的曝光时间(快门速度)。
摄像元件504由在受光面上二维地排列受光元件而成的CMOS图像传感器等构成。摄像元件504对由通过了摄像光学系统503的光束产生的被摄物体像进行光电转换而生成模拟图像信号。模拟图像信号被输入AFE电路505。
AFE电路505进行相对于模拟图像信号的增益调整(与ISO感光度相应地信号放大)。具体来说,根据来自CPU513的感光度设定指示,在规定范围内变更摄像感光度。AFE电路505还通过内置的A/D转换电路将模拟处理后的图像信号转换成数字数据。该数字数据被输入图像处理部506。
图像处理部506对于数字图像数据进行各种图像处理。
存储器512临时存储由图像处理部506进行的图像处理的前工序和/或后工序中的图像数据。
音声检测部507由麦克风和信号放大部605构成,主要在动态图像摄影时检测并取入来自被摄物体方向的音声,并将该数据向CPU513传递。
记录接口509具有未图示的连接器,在该连接器上连接有存储介质515,对于所连接的存储介质515,进行数据的写入或从存储介质的数据的读入。
监视器510由液晶面板构成,根据来自CPU513的指示,显示图像和/或操作菜单等。
操作部件511表示模式转盘、十字键、确定按钮和释放按钮,将与各操作相应的操作信号向CPU513送出。静态图像摄影或动态图像摄影的设定通过该操作部件511被设定。
CPU513执行存储在未图示的ROM中的程序,由此综合控制相机502进行的动作。例如,进行AF(自动对焦)动作控制、AE(自动曝光)动作控制、自动白平衡控制等。
存储器512存储进行了图像处理的一系列的图像数据。
在这样的结构的相机502中,本发明取入与动态图像对应的图像。
图35是用于说明第六实施方式的振动促动器600及振动波促动器的驱动装置601的框图。驱动装置601具有振荡部602、移相部604、放大部605、检测部606及控制它们的控制部603。
振荡部602通过控制部603的指令产生所期望的频率的驱动信号。
移相部604通过控制部603的指令,将由该振荡部602产生的驱动信号分成所期望的相位不同的2个驱动信号。
放大部605将通过移相部604分成的2个驱动信号分别升压到所期望的电压。
来自放大部605的驱动信号被传递到振动促动器600,通过该驱动信号的施加,振动促动器600的后述的振子520产生行波,移动件528被驱动。
旋转检测部606由光学式编码器或磁编码器等构成,检测通过移动件528的驱动被驱动的驱动物的位置和/或速度,将检测值作为电信号传递到控制部603。
控制部603基于来自透镜镜筒501内或相机主体的CPU513的驱动指令控制振动促动器600的驱动及振动波促动器的动作。控制部603接受来自旋转检测部606的检测信号,基于该值,得到位置信息和速度信息,以定位于目标位置的方式控制振动促动器600的振荡部602的频率和/或相位差等。
图36是用于说明本发明的第六实施方式的具有由驱动装置驱动的振动促动器600的透镜镜筒501的图,是将环状的振动促动器600装入透镜镜筒501的状态的图。
振子520由以将电能转换成机械能的压电元件或电致伸缩元件等为例的电能机械能转换元件(以下称为压电体)521和接合压电体521的弹性体522构成。在振子520上,在本实施方式中,作为一例产生9峰的行波。
弹性体522由共振锐度大的金属材料构成,形状是圆环形状。在弹性体522的接合有压电体521的相反面上切槽,突起部分(没有槽的位置)的前端面成为驱动面522a并与移动件28加压接触。切槽的理由是使行波的中立面尽可能接近压电体521侧,由此使驱动面522a的行波的振幅放大。
压电体521沿圆周方向被分成2个相(A相、B相),在各相中,排列按每1/2波长交替极化的要素,在A相和B相之间隔着1/4波长量的间隔。
在压电体521的下方,配置有无纺布523、加压板524和加压部件525。
无纺布523是例如毛毡,被配置在压电体521的下方,不将振子520的振动传递到加压板524或加压部件525。
加压板524受到加压部件525的加压。
加压部件525被配置在加压板524的下方,产生加压压力。在本实施方式中,加压部件525采用了碟形弹簧,但也可以不采用碟形弹簧而采用盘簧或波形弹簧。
加压部件525被压环526保持,压环526被固定在固定部件527上。
移动件528由铝这样的轻金属构成,在滑动面的表面上设置有用于提高耐磨损性的滑动材料。
在移动件528的上方,为吸收移动件528的纵向的振动,配置有橡胶这样的振动吸收部件529,在其上方配置有输出传递部件530。
输出传递部件530通过设置在固定部件527上的轴承531,限制加压方向和径向,由此限制移动件528的加压方向和径向。
输出传递部件530具有突起部532,从此处嵌合有与凸轮环533连接的叉部,凸轮环533与输出传递部件530的旋转一起旋转。
在凸轮环533上,相对于凸轮环533倾斜地切出键槽534,设置在AF环535上的固定销536嵌合于键槽534。
而且,凸轮环533旋转驱动,由此沿光轴方向向直行方向驱动AF环535,能够停止在所期望的位置。
固定部件527通过螺钉安装压环526,通过安装压环,从输出传递部件530到移动件528、振子520、加压部件525能够作为一个马达单元构成。
图35的移相部604将由振荡部602产生的驱动信号分离成相位相互不同的A相和B相的驱动信号。该A相和B相的驱动信号被施加于压电体521的各个电极。
在A相和B相的驱动信号之间存在相位差的情况下,通过由压电体521激励的振动在弹性体522的驱动面522a上产生的波成为行波,使移动件528旋转。
图37是表示A相和B相之间的相位差与移动件528的旋转速度的关系的图。
如图所示,A相和B相的相位差为±90度时,移动件528的旋转速度变得最快。而且,相位差接近0(或180度)时,在驱动面522a上产生的波不是行波而成为驻波,移动件528的旋转停止。
图38是表示驱动信号的频率和振动促动器600的阻抗之间的关系的图。图中fs所示的部分是驱动透镜时所使用的驱动频率。
在振动促动器600的驱动时,优选从低速开始振动促动器600,从而施加于压电体521的驱动信号的频率一般从比驱动频率高的频率(以下称为起动频率)开始,缓慢向驱动频率降低。
关于该起动频率,为容易说明,首先,关于相对于本实施方式的对比方案进行说明。在对比方案中,在驱动振动促动器600时,将施加于压电体521的A相和B相的驱动信号的相位差固定于例如90度。
该情况下,起动频率从驱动频率fs和该驱动频率fs所含有的振动模式(驱动模式)的下一高次的振动模式的共振频率f3之间的频率f1开始,缓慢降低到驱动频率fs。
像这样,f1不使用比振动模式的下一高次的振动模式的共振频率f3高的频率的理由是,驱动信号的频率超过共振频率f3时,振动促动器600的阻抗增加,动作的控制变得困难。
但是,该对比方案的情况下,与电源成为ON同时地,相位差为90度,起动频率f1的A相和B相被施加于压电体521。由于起动频率f1比f3小,所以不能成为充分高的频率,振动促动器600的振子520急剧地开始大的振动,可能产生突发音。
因此,在本实施方式中,从超过驱动振动模式的下一高次的振动模式的共振频率f3的频率f2,开始向压电体521的电力施加。
在本实施方式中,使频率降低到驱动频率fs时,必须超过共振频率f3。
超过共振频率f3时,移动件528进行驱动时,如上所述地,振动促动器600的动作可能变得不稳定。
因此,在本实施方式中,使A相和B相之间的相位差成为0或180度,直到到达驱动频率fs。但是,0度、180度不是严密的值,只要是移动件528不旋转的范围,例如到±5度左右都是允许范围。
而且,若振动频率到达驱动频率fs,则使A相和B相的相位差成为约90度。相位差成为90度时,移动件528开始旋转,能够实现由振动促动器600进行的透镜驱动。
根据本实施方式,在振动频率到达驱动频率fs之前,在振子520的驱动面522a上不产生行波而产生驻波,所以旋转力不传递到移动件528。因此,由于振动促动器600停止,所以动作不会产生不良情况。另一方面,振子520的振动从小的振动开始,从而突发音的可能性低。
图39是表示第六实施方式的由振动促动器600进行的透镜驱动的例子的图。
首先,在开始向振动促动器600的电压供给的时刻t1,相位差为0,从而透镜保持停止的状态。因此,透镜不会突然开始驱动而产生突发音。
而且,预先使驱动信号的频率减小,在超过共振频率f3而进入驱动频率fs的t2时,A相和B相之间产生相位差。在本实施方式中,约90度。此外,90度的效率良好,但不限于此。
而且,在透镜503到达所期望的位置的时刻t3,相位差为约0度。由此,透镜503停止。
在再次需要产生透镜503的驱动的时刻t4,再在A相和B相之间产生相位差。此时,与从时刻t2到t3之间的移动反向地驱动透镜503的情况下,相位差为-90度。
以上,根据本实施方式,具有以下的效果。
(1)以往,在振动促动器600的起动时,缓慢地投入电源电压,或者以比驱动频率稍高的频率起动。但是,这样也不能消除电源ON时的突发音。在动态图像摄影中等,每当执行机构成为ON,就产生突发音。另外,即使想要抑制异常噪声发生,以往,也只是将起动时的频率扩展到下一模式的共振点前。
但是,在本发明中,将起动时的频率扩展到下一驱动模式,从振动充分小的状态开始起动,由此减少起动时的突发音的发生。
(2)通过使电源ON时的驱动信号的相位差成为0或180度,即使振子520开始振动,移动件528也不会开始移动,也不会发生驱动信号的振动频率超过共振频率时的不良情况。
不限于以上说明的实施方式,能够进行以下所示的各种变形或变更,这些也在本发明的范围内。
(变形例6)在本实施方式中,透镜镜筒501相对于相机502的主体能够拆装,但不限于此,也可以不能拆装。
(变形例7)另外,在本实施方式中,以振动促动器600内部搭载了透镜的圆环型为例进行了说明,但不限于此,也可以是在透镜保持筒的外部,围绕与保持筒的轴线不同的轴线旋转的小型的结构。
(第七实施方式)
以下,参照附图等,关于本发明的第七实施方式进行说明。
图40是用于说明第七实施方式的相机701的整体结构的概要图。
图41是用于说明第七实施方式的超声波马达720的结构的图。
图42是用于说明第七实施方式的与超声波马达720连接的驱动装置730的结构的图。
此外,在图40中,以相机701的前后方向为X方向,以左右方向为Y方向,以铅直方向为Z方向。
如图40所示,相机701具备具有摄像元件703的相机框体702和透镜镜筒710,是不仅能够拍摄被摄物体的静态图像还能够拍摄动态图像的数码相机。
透镜镜筒710是能够向相机框体702拆装的可更换透镜。透镜镜筒710具有透镜711(光学部件)、凸轮筒部712、位置检测部713、超声波马达720(振动促动器)、驱动装置730(振动促动器的驱动装置)等。此外,透镜镜筒710也可以为与相机框体702一体的一体型。
透镜711被保持在凸轮筒部712,是通过超声波马达720的驱动力沿光轴方向(X方向)移动来进行焦点调节的对焦透镜。
凸轮筒部712与超声波马达720的转子721(后述)连接,将超声波马达720的旋转运动转换成向光轴方向(X方向)的直线运动,能够使透镜711沿光轴方向(X方向)移动。
位置检测部713是检测沿光轴方向(X方向)移动的透镜711的位置的编码器。
如图41所示,超声波马达720是圆环状的旋转式的行波型超声波马达,由圆环状的转子721和与转子721加压接触的圆环状的振子722(振动体)构成。
振子722由圆环状的弹性体723和与该弹性体723接合的圆环状的压电元件724(压电体)构成。
弹性体723是在与转子721加压接触的面上设置有梳齿的弹性部件。
压电元件724被接合在弹性体723的与转子721接触的面相反侧的面上,具有由2相构成的电极图案A相、B相。电极图案A相、B相分别沿圆周方向极性交替不同地被极化。
超声波马达720向压电元件724的电极图案A相、B相施加相位分别不同的2相的交变信号,使振子722产生行进式的振动波,与振子722加压接触的转子721被该振动波激励,由此,产生沿圆周方向(正转方向G、反转方向H)旋转的驱动力。
如图42所示,驱动装置730是控制超声波马达720的驱动的装置。驱动装置730具有控制部731、驱动电路部732、存储部733(频率存储部)和速度检测部734等。
控制部731是综合控制驱动装置730的各部件的控制电路,例如由CPU等构成。控制部731适当地读出并执行存储在存储部733中的各种程序,由此与上述硬件协作,实现本发明的各种功能。
控制部731与驱动电路部732、存储部733、速度检测部734等连接。控制部731具有速度控制部731a和停止判定部731b等。
速度控制部731a通过驱动电路部732控制超声波马达720的驱动动作和旋转速度n。具体来说,速度控制部731a使被输入超声波马达720的压电元件724的各电极图案A相、B相的交变信号的相位差p及驱动频率f变化,控制超声波马达720的驱动动作和旋转速度n。这里,驱动动作是指超声波马达720的转子721的正转方向G的旋转运动(参照图41)和反转方向H的旋转运动(参照图41)、停止这样的动作。
停止判定部731b基于施加于压电元件724的2相的交变信号的相位差p的状态和通过速度检测部734检测的超声波马达720的旋转速度n的信息,判定超声波马达720是否停止。具体来说,停止判定部731b在确认了施加于压电元件724的交变信号的相位差为p=0度,通过速度检测部734检测的旋转速度为n=0时,判定为超声波马达720停止。
驱动电路部732与压电元件724的各电极图案A相、B相的电极连接,是基于从速度控制部731a输入的驱动信号产生被设定成规定的相位差p及规定的驱动频率f的交变信号的电路。
存储部733是用于存储驱动装置730的动作所需的程序、信息等的半导体存储器元件等的存储装置。另外,存储部733将施加于停止时的超声波马达720的交变信号的驱动频率的信息存储为停止频率fx(后述)。
速度检测部734输入由位置检测部713检测的透镜711的位置W的信息,基于该位置W的信息检测转子721的旋转速度n。速度检测部734将所检测的旋转速度n的信息输出到控制部731。
以下,关于超声波马达720的特性进行说明。
图43是表示第七实施方式的超声波马达720的特性的图。图43的(a)是表示施加于超声波马达720的交变信号的驱动频率f和旋转速度n之间的关系的图。图43的(b)是表示施加于超声波马达720的交变信号的相位差p和旋转速度n之间的关系的图。
如图43的(a)所示,超声波马达720通过使驱动频率f在fr至f0之间变化,能够使其旋转速度n变化。具体来说,超声波马达720具有在其驱动频率f从f0降低时,旋转速度n升高的特性。例如,驱动频率f=f1的情况下,旋转速度成为n=N1,f=f2的情况下,成为n=N2(f1>f2,N2>N1)。
这里,图43的(a)中的fr是超声波马达720的振子722的机械性的共振频率。另外,f0是无负载的状态的超声波马达720的转子721从停止状态开始旋转的频率。考虑到超声波马达720的控制的稳定性等,驱动频率f、fr和f0的关系一般期望为fr<f<f0,在超声波马达720的控制中,利用图43(a)中的与fr相比向右肩下降的特性。
另外,f0与基于设置在驱动装置730的驱动电路部732上的变压器(未图示)的2次侧绕组的电感L和振子722的压电元件724的静电容量C通过下式求出的电气的共振频率fc一致,从耗电减少方面来看是优选的,在第七实施方式中,f0=fc。
fc=1/{2π√(LC)}
如上所述,f0是无负载的状态的超声波马达720的转子721从停止状态开始旋转的频率,而图43的(a)中的fα是连接有透镜711和凸轮筒部712等的状态的转子721从停止状态开始旋转的频率。连接有透镜711等的转子721因透镜711等的重量和/或滑动部的摩擦阻力等,不能以驱动频率f=f0开始旋转,在驱动频率f=fα时开始旋转。fα和f0的关系成为f0>fα。
存储在存储部733中的停止频率fx是如上所述地施加于停止时的超声波马达720的交变信号的驱动频率,从而为使其消耗电力减少,是从上述f0到fα之间任意设定的频率。在第七实施方式中,停止频率fx被设定成f0和fα的中间的频率,即fx=(f0+fα)/2。
另外,如图43的(b)所示,超声波马达720通过控制施加于压电元件724的各电极图案A相、B相的交变信号的相位差p,能够使驱动动作变化。在第七实施方式中,超声波马达720在施加于各电极图案A相、B相的交变信号的相位差为p=+90度时,向正转方向G(参照图41)旋转,使相位差为p=-90度时,向反转方向H(参照图41)旋转。另外,使相位差为p=0度时,停止。此时,透镜711如图40所示地,超声波马达720向正转方向G旋转时,向被摄物体侧(X1侧)移动,向反转方向H旋转时,向摄像元件703侧(X2侧)移动。
以下,以摆动动作为例说明超声波马达720的驱动和通过该驱动而移动的透镜711的动作。
图44是用于说明第七实施方式的摆动动作中的驱动装置730的驱动模式的时序图。图44的纵轴从上方开始按顺序表示超声波马达720的驱动电压v、驱动频率f、相位差p、旋转速度n及透镜711的位置W,横轴表示时间(t1~t29)。
这里,摆动动作是指在动态图像摄影中自动地进行被摄物体的对焦的对焦手段之一。在摆动动作中,驱动装置730基于从相机1的未图示的控制部输入的指令信号,驱动超声波马达720,如图44所示,在动态图像摄影中反复进行使透镜11的位置从初始位置Wi向被摄物体侧(X1侧)的Wbe移动并停止、从Wbe向摄像元件703侧(X2侧)的Waf移动并停止、从Waf向W0移动并停止这样的一系列的动作(t5~t16)。
在t4时,相机701的动态图像摄影开始时,驱动装置730的速度控制部731a将驱动频率为f=f0、相位差为p=+90度的交变信号施加于超声波马达720的压电元件724。此时,透镜711停止在初始位置Wi。
在t5时,速度控制部731a伴随摆动动作的开始,为使透镜711的位置W从Wi向Wbe移动,使超声波马达720的驱动频率f从f0向f1降低的方向变化。
在t6时,使驱动频率f从f0向f1缓慢降低时,在超过fα的位置,超声波马达720向正转方向G开始旋转,旋转速度达到n=N1。与此同时,透镜711的位置W也从Wi向被摄物体侧(X1侧)开始移动。而且,与透镜711的位置W到达Wbe相匹配地,速度控制部731a使施加于超声波马达720的交变信号的相位差p从+90度变更到0度,并使超声波马达720停止。
在t7时,控制部731的停止判定部731b基于交变信号的相位差p和从速度检测部734输出的旋转速度n的信息,判定超声波马达720是否停止。若停止判定部731b判定为超声波马达720停止,则速度控制部731a读出存储在存储部733中的停止频率fx的信息,使驱动频率f从f1向fx上升的方向变更。
在t8时,速度控制部731a使超声波马达720停止在驱动频率为f=fx的状态。
在t9时,速度控制部731a为使透镜711的位置W从Wbe向Waf移动,使超声波马达720的驱动频率f从fx向f2降低的方向变化。
在t10时,速度控制部731a将施加于压电元件724的交变信号的相位差p从0度缓慢变更到-90度。由此,超声波马达720向反转方向(H方向)旋转,透镜711的位置W从Wbe向Waf移动。
而且,与透镜711的位置W到达Waf相匹配地,速度控制部731a将施加于压电元件724的交变信号的相位差p从-90度变更到0度,使超声波马达720停止。
在t11,若停止判定部731b基于交变信号的相位差p和从速度检测部734输出的旋转速度n的信息,判定为超声波马达720停止,则速度控制部731a读出存储部733的停止频率fx的信息,将驱动频率f从f2向fx升高的方向变更。
在t12,速度控制部731a使超声波马达720停止在驱动频率为f=fx的状态。
在t13,速度控制部731a为使透镜711的位置W从Waf向W0移动,使超声波马达720的驱动频率f从fx向f1变化。
在t14,速度控制部731a将施加于超声波马达720的交变信号的相位差p从0度向+90度缓慢变更。由此,超声波马达720向正转方向(G方向)旋转,透镜711的位置W从Waf向W0移动。
而且,与透镜711的位置到达W0相匹配地,速度控制部731a将施加于压电元件724的交变信号的相位差p从+90度向0度变更,使超声波马达720停止。
在t15,若停止判定部731b基于交变信号的相位差p和从速度检测部734输出的旋转速度n的信息,判定为超声波马达720停止,则速度控制部731a读出存储部733的停止频率fx的信息,将驱动频率f从f1向fx升高的方向变更。
在t16,速度控制部731a使超声波马达720停止在驱动频率为f=fx的状态。
以上,在t5~t16中,一系列的摆动动作完成,驱动装置730从t17再次反复进行同样的动作。
以下,关于比较例的摆动动作中的超声波马达的动作模式进行说明。此外,在以下的说明及附图中,关于与上述本发明的超声波马达720的动作模式同样的动作省略说明,仅关于不同的动作进行说明。
图45是用于说明比较例的摆动动作中的驱动装置的驱动模式的时序图。图45是与图44同样地,纵轴从上方开始按顺序表示超声波马达的驱动电压v、驱动频率f、相位差p、旋转速度n及透镜的位置W,横轴表示时间(t1~t29)。
如图45所示,在比较例的摆动动作中的驱动装置的驱动模式中,透镜的位置W从Wi向Wbe移动,则在t7时,速度控制部在下一个动作中,为使透镜的位置W从Wbe向Waf移动,将驱动频率f从f1向f2降低的方向变更。而且,速度控制部在t10时使透镜的位置W从Wbe向Waf移动期间,将驱动频率维持成f=f2。
而本发明的驱动模式如上所述地在t8,速度控制部731a使驱动频率为f=fx并使超声波马达720停止,这点与比较例的驱动模式不同。另外,在t11~t13、t15~t17中也同样。
以下,关于第七实施方式和比较例的超声波马达的耗电量的不同进行说明。
图46是对第七实施方式和比较例的超声波马达的耗电量进行比较的图。图46的纵轴表示通过超声波马达的控制消耗的电能,横轴表示控制时间。
超声波马达720存在驱动频率f越接近f0(=fc),其消耗电力越低的倾向,而本发明的驱动装置730在超声波马达720停止时,该驱动频率f接近f0的方式向升高的方向变更成f=fx。
另一方面,以往的驱动装置如上所述地在超声波马达停止时,在下一个动作中,将该驱动频率f从f0向远离的方向变更即变更成f1或f2等。
这里,由于fx>11>f2,所以关于超声波马达720的停止时的消耗电力,与比较例的驱动装置的控制相比,本发明的驱动装置730的控制的消耗电力更少。
在图46中,在控制中的超声波马达的停止时间长的情况下(条件1),短的情况下(条件2),分别对本发明的驱动装置730和比较例的驱动装置的消耗电力进行比较。
如图46所示,在任意的情况下,本发明的驱动装置730与比较例的驱动装置相比,消耗电力均低,能够确认本发明的驱动装置730的超声波马达720带来的消耗电力的减少效果。另外,控制时间越长,停止时间越长,从而上述本发明的消耗电力的减少的效果变得更明显。
如上所述,第七实施方式的驱动装置730及透镜镜筒710具有以下效果。
(1)驱动装置730在超声波马达720停止的情况下,以施加于压电元件724的交变信号的驱动频率f接近电气的共振频率fc的方式向升高的方向变化成fx,能够减少控制中的超声波马达720的停止时的消耗电力。
(2)停止判定部731b基于施加于压电元件24的交变信号的相位差p的状态和转子721的旋转速度n,判定超声波马达720是否停止,从而速度控制部731a在超声波马达720完全停止之前,使驱动频率f变化,能够避免超声波马达720误动作。
(3)速度检测部734基于透镜711的位置信息检测超声波马达720的转子721的旋转速度n,从而在转子721上不设置检测旋转速度n的传感器,能够利用设置在透镜镜筒710上的已有的位置检测部713,能够实现透镜镜筒10的轻量化和成本减少。
(4)由于将驱动装置730用于透镜镜筒710的透镜711的驱动,所以在透镜711的摆动动作等的对焦动作中,能够减少连续地驱动的超声波马达720的消耗电力。
(变形例8)在第七实施方式中,示出了存储在存储部733中的停止频率fx设定成f0和fα的中间的频率即fx=(f0+fα)/2的例子,但不限于此。
如上所述,若fx为f0至fα之间,则能够任意地设定,从而例如,还能够将停止频率设定成fx=fα。由此,能够减少超声波马达720的停止时的消耗电力的同时,并且能够提前超声波马达720的从停止状态向旋转动作的响应时间。
另外,若将停止频率设定fx=f0,则由于是f0=fc,所以驱动装置730能够最有效率地减少超声波马达720的停止时的消耗电力。
(变形例9)在第七实施方式中,示出了基于位置检测部713的位置信息,速度检测部734检测转子721的旋转速度n的例子,但不限于此。例如,也可以在转子721上设置检测旋转速度n的传感器,直接检测转子721的旋转速度n。
(变形例10)在第七实施方式中,示出了超声波马达720是圆环状的旋转式的行波型超声波马达的例子,但不限于此。例如,还能够使用棒状的旋转式的超声波马达。
(变形例11)在第七实施方式中,示出了使用设置有变压器的驱动电路部732的例子,但例如还能够使用设置有电感器的驱动电路部。
(变形例12)在第七实施方式中,以透镜镜筒710的动态图像摄影时的摆动动作为例进行了说明,但不限于此。还能够用于其他的动作,例如,静态图像摄影时的自动对焦动作,能够得到与本发明同样的效果。
以上说明的实施方式或变形例只不过是例示性的,只要不损害发明的特征,本发明就不限于这些内容。另外,以上说明的实施方式或变形例只要不损害发明的特征,也可以组合实施。
附图标记的说明
10、30:透镜镜筒,12:振动波马达,14:驱动装置,15,35:透镜侧MCU,17:存储部,20:相机机身,21:机身侧MCU,141:驱动脉冲生成部,142:升压部,151:频率变更部,152:驱动电压设定部,153:占空比变更部,154、35-4:相位差变更部,35-3:电源电压变更部,35-5:变更速度设定部,50:程度表格,
201:振动波马达,202:透镜镜筒,280:驱动电路,281:控制部,282:振荡部,283:移相部,284a、284b:放大部,290:驱动装置,261:振动体,262:移动体,f0:保持频率,f9、f10:固有频率,
301:相机,310:振动波马达,313:压电体,320:透镜镜筒,339:对比度检测部,341:驱动控制部,347:摄影设定部,350:振动波马达,353:压电体,L3:第三透镜组,
501:透镜镜筒,502:相机,520:振子,521:压电体,522:弹性体,522a:驱动面,528:移动件,600:振动促动器,601:驱动装置,f1:起动频率,f3:共振频率,fs:驱动频率
710:透镜镜筒,720:超声波马达,722:振子,724:压电元件,730:驱动装置,731:控制部,731a:速度控制部,731b:停止判定部,732:驱动电路部,733:存储部,734:速度检测部。
Claims (7)
1.一种光学设备,其特征在于,具有:
振动促动器,其通过第一驱动信号与第二驱动信号的相位差使驱动方向发生变化;
驱动装置,其向所述振动促动器输出所述第一驱动信号及所述第二驱动信号而施加驱动电压;
驱动电压变更部,其变更所述驱动电压;以及
相位差变更部,其变更所述相位差,
所述驱动电压变更部在使所述振动促动器驱动的情况下,将所述驱动电压变更成第一电压,在所述相位差变更部变更所述相位差的情况下,将所述驱动电压变更成比零大且比所述第一电压小的第二电压。
2.如权利要求1所述的光学设备,其特征在于,
所述驱动电压变更部在所述相位差变更部变更所述相位差时,将所述驱动电压维持于所述第二电压,在所述相位差变更部对所述相位差的变更完成时,将所述驱动电压变更成所述第一电压。
3.如权利要求1或2所述的光学设备,其特征在于,
还具有变更速度设定部,其基于所述第一电压和所述第二电压,设定所述相位差变更部变更所述相位差时的变更速度。
4.如权利要求3所述的光学设备,其特征在于,
关于所述变更速度设定部所设定的所述变更速度,与所述第二电压相对于所述第一电压的比例比规定值小时的所述变更速度相比,所述第二电压相对于所述第一电压的比例比所述规定值大时的变更速度较小。
5.如权利要求1或2所述的光学设备,其特征在于,
所述第一驱动信号及第二驱动信号是脉冲信号,
所述驱动电压变更部通过变更所述第一驱动信号及第二驱动信号的占空比来变更所述驱动电压。
6.如权利要求3所述的光学设备,其特征在于,
所述第一驱动信号及第二驱动信号是脉冲信号,
所述驱动电压变更部通过变更所述第一驱动信号及第二驱动信号的占空比来变更所述驱动电压。
7.如权利要求4所述的光学设备,其特征在于,
所述第一驱动信号及第二驱动信号是脉冲信号,
所述驱动电压变更部通过变更所述第一驱动信号及第二驱动信号的占空比来变更所述驱动电压。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant |