JP2010114986A

JP2010114986A - 振動アクチュエータ、レンズ鏡筒および光学機器

Info

Publication number: JP2010114986A
Application number: JP2008284640A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Sato; 高広佐藤
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2008-11-05
Filing date: 2008-11-05
Publication date: 2010-05-20
Anticipated expiration: 2028-11-05
Also published as: JP5396820B2

Abstract

【課題】使用環境の温度の違いに関わらず安定した特性を有する振動アクチュエータ等を提供する。
【解決手段】
電気機械変換素子６４の変位により振動を発生する振動部材７４と、前記振動により前記振動部材に対して相対移動する相対移動部材６０と、前記相対移動部材を停止させた状態で前記電気機械変換素子を発熱させることができる周波数の駆動信号を、前記電気機械変換素子に対して出力する制御部１８，２４とを有する振動アクチュエータ。
【選択図】図２

Description

本発明は、振動アクチュエータと、振動アクチュエータを有するレンズ鏡筒および光学機器に関する。

近年、圧電素子等の電気機械変換素子を用いた振動アクチュエータは、多様な分野で利用されている。しかし、従来技術に関する振動アクチュエータは、例えば当該振動アクチュエータを使用する使用環境の温度が変化すると、圧電素子等の静電容量等が変化し、振動アクチュエータの出力が変化するという問題を有している。

このような問題に対応した従来技術としては、電歪素子に発熱体を熱結合させる技術が知られている（例えば特許文献１参照）。しかしながら、従来技術に係る振動アクチュエータは、電歪素子に発熱体を取り付けているため、変位素子が大きくなり、小型化が困難であるという問題を有している。また、電歪素子に発熱体を取り付けているため、変位素子の構造が複雑になるという問題を有している。
特開昭５８−４８９７６号公報

本発明は、このような問題点に鑑みてなされ、本発明の目的は、使用環境の温度の違いに関わらず安定した特性を有する振動アクチュエータと、当該振動アクチュエータを有するレンズ鏡筒および光学機器を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明に係る振動アクチュエータは、
電気機械変換素子（６４）の変位により振動を発生する振動部材（７４）と、
前記振動により前記振動部材に対して相対移動する相対移動部材（６０）と、
前記相対移動部材を停止させた状態で前記電気機械変換素子を発熱させることができる周波数の駆動信号を、前記電気機械変換素子に対して出力する制御部（１８，２４，２５）とを有する。

また、例えば、前記電気機械変換素子の温度を検出する温度検出部（２６）を有し、
前記制御部は、前記温度検出部によって所定の値以下の温度が検出された場合に、前記周波数の駆動信号を、前記電気機械変換素子に対して出力してもよい。

また、例えば、前記温度検出部は、前記電気機械変換素子の静電容量を検出することにより前記電気機械変換素子の温度を検出してもよい。

また、例えば、前記電気機械変換素子の静電容量を検出する静電容量検出部（９２）を有し、
前記制御部は、前記静電容量検出部によって所定の値以下の静電容量が検出された場合に、前記周波数の駆動信号を、前記電気機械変換素子に対して出力してもよい。

また、例えば、前記制御部は、前記相対移動部材を停止させた状態で前記電気機械変換素子を発熱させることができる第１の周波数を有する駆動信号を、前記電気機械変換素子に対して出力する第１の制御と、
前記相対移動部材を前記振動部材に対して相対移動させることができる第２の周波数を有する駆動信号を、前記電気機械変換素子に対して出力する第２の制御と、を切り換える切替部（８２）を有していてもよい。

本発明に係るレンズ鏡筒は、上記いずれかの振動アクチュエータを有する。また、本発明に係る光学機器は、上記いずれかの振動アクチュエータを有する。

なお上述の説明では、本発明をわかりやすく説明するために実施形態を示す図面の符号に対応づけて説明したが、本発明は、これに限定されるものでない。後述の実施形態の構成を適宜改良してもよく、また、少なくとも一部を他の構成物に代替させてもよい。さらに、その配置について特に限定のない構成要件は、実施形態で開示した配置に限らず、その機能を達成できる位置に配置することができる。

以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る振動アクチュエータを有するカメラの概略図、
図２は、本発明の一実施形態に係る振動アクチュエータの制御回路を説明したブロック図、
図３は、温度検出部または静電容量検出部が、圧電素子部の静電容量を検出する方法を示す回路図、
図４は、図２に示す制御回路によって行われるアクチュエータ部の制御の一例を表すフローチャート、
図５は、図１に示すアクチュエータ部の概略断面図、
図６は、図２および図８に示す発振部の変形例を説明したブロック図、
図７は、ロータの回転速度と、圧電素子部に出力される駆動信号の周波数との関係を表すグラフ、
図８は、本発明の第２実施形態に係る振動アクチュエータにおける制御回路を説明するためのブロック図である。
第１実施形態

図１は、本発明の一実施形態に係る振動アクチュエータを有するカメラの概略図である。カメラ２は、カメラボディ６とレンズ鏡筒８を有する。本実施形態に係るカメラ２に備えられるカメラボディ６は、レンズ交換式のデジタルカメラであり、レンズ鏡筒８が着脱自在に備えられる。

カメラボディ６は、電源１４、ボディＣＰＵ１０および記録媒体１２等を有する。記録媒体１２は、ＣＣＤまたはＣＭＯＳ等の固体撮像素子や、銀塩フィルム等を有しており、レンズ鏡筒８によってカメラボディ６内部に導かれる被写体光による像を記録することができる。電源１４から電力を供給されるボディＣＰＵ１４は、カメラ６に備えられる記録媒体１２等の各部材を制御することができる。

また、ボディＣＰＵ１０は、レンズ鏡８に備えられるレンズＣＰＵ１６と通信することができる。ボディＣＰＵ１０は、例えばレンズＣＰＵ１６を介して、レンズ鏡筒８に備えられる駆動制御部１８等の各部材の制御を行うことができる。

レンズ鏡筒８は、カメラボディ６に対して着脱自在に取り付けられており、カメラボディ６の内部に被写体光を導くことができる。本実施形態に係るカメラ２に備えられるレンズ鏡筒８は、レンズＣＰＵ１６、駆動制御部１８、アクチュエータ部２０およびＡＦ（オートフォーカス）調整レンズ群２２等を有する。

レンズＣＰＵ１６は、ボディＣＰＵ１０との通信機能や、ＡＦ調整レンズ群２２等の制御機能を有している。例えば、レンズＣＰＵ１６は、ＡＦ調整レンズ群２２の位置情報や、アクチュエータ部２０の温度情報等を、ボディＣＰＵ１０に出力することができる。

ＡＦ調整レンズ群２２は、図示しない他のレンズ群とともに、撮影光学系の一部を構成する。ＡＦ調整レンズ群２２は、レンズ鏡筒８の内部を、撮影光学系の光軸Ｌに沿って移動し、撮影光学系のピント位置を調整することができる。

本実施形態に係るカメラに備えられるＡＦ調整レンズ群２２は、アクチュエータ部２０から動力を伝達されて、レンズ鏡筒８の内部を移動することができる。本実施形態において、アクチュエータ部２０は超音波モータ（ＳＭＷ）である。また、アクチュエータ部２０の駆動は、レンズ鏡筒８に備えられたレンズＣＰＵ１６および駆動制御部１８等を介して制御される。

図５は、図１に示すアクチュエータ部２０の概略断面図である。アクチュエータ部２０は、ロータホルダ５８、ロータ６０、ステータ７４、加圧部７６および押さえ環７２を有する。

図５に示すように、アクチュエータ部２０は、図１に示すレンズ鏡筒８に備えられる固定筒５６の外周面に配置されている。固定筒５６の中心軸は、撮影光学系の光軸Ｌと略一致しており、固定筒５６の内周面側には、図１に示すＡＦ調整レンズ群２２、または撮影光学系を構成するその他のレンズ群等が配置される。

アクチュエータ部２０を構成するロータホルダ５８、ロータ６０、ステータ７４、加圧部７６および押さえ環７２は、リング状の形状を有している。ロータホルダ５８、ロータ６０、ステータ７４、加圧部７６および押さえ環７２の内径側には、固定筒５６が挿入されている。また、アクチュエータ部２０を構成する各部材は、光軸Ｌに沿って、押さえ環７２、加圧部７６、ステータ７４、ロータ６０、ロータホルダ５８の順に配置されている。

押さえ環７２は、固定筒５６の外周面に螺旋止めされ、固定されている。押さえ環７２は、支持部材８０との間に、ロータ６０、ステータ７４および加圧部７６を、光軸Ｌ方向に挟み込んでいる。したがって、アクチュエータ部２０を構成するロータ６０およびステータ７４等は、押さえ環７２および支持部材８０によって、固定筒５６の外周面側に保持される。

加圧部７６は、押さえ環７２とステータ７４の間に設けられており、押さえ環７２とステータ７４を、光軸Ｌ方向に沿って互いに離間させる方向に付勢する皿バネ７０を有する。ステータ７４に備えられる弾性体部６２と、ロータ６０とは、皿バネ７０の付勢力によって加圧接触される。皿バネ７０とステータ７４の間に配置される加圧板６８は、皿バネ７０の付勢力を、ステータ７４に対して面接触で伝えるために備えられるリング状の部材である。

ステータ７４は、弾性体部６２と圧電素子部６４と基板部６６とを有する。基板部６６には、図１に示す駆動制御部１８からの駆動信号が伝達される。ステータ７４における圧電素子部６４には、基板部６６を介して、駆動信号が出力される。

基板部６６に伝達される駆動信号は電圧信号であり、圧電素子部６４には駆動信号に応じた電圧が印加される。圧電素子部６４は、基板部６６を介して出力される駆動信号に応じて変形し、圧電素子部６４とロータ６０との間に備えられる弾性体部６２に、進行波を発生させる。

弾性体部６２は、皿バネ７０の付勢力によって、ロータ６０に加圧接触される。また、弾性体部６２におけるロータ６０側の端部には、櫛歯状の凹凸が形成されている。なお、固定筒５６の外周面には、突起５６ａが形成されている。突起５６ａは弾性体部６２と係合し、弾性体部６２が、光軸Ｌを中心として、固定筒５６に対して相対的に回転移動することを防止している。

ステータ７４を挟んで加圧部７６と反対側には、ロータ６０が配置される。また、ロータ６０と支持部材８０との間には、ロータホルダ５８が配置される。ロータホルダ５８は、アクチュエータ部２０における出力部であり、ロータ６０と共に回転する。

ステータ７４における圧電素子部６４が所定の周波数で振動された場合、弾性体部６２には進行波が生じる。弾性体部６２に加圧接触されているロータ６０およびロータホルダ５８は、弾性体部６２に生じた進行波によって、光軸Ｌを中心とした回転運動を行うことができる。

本実施形態では、アクチュエータ部２０におけるロータホルダ５８の回転運動は、カム機構等（不図示）を用いて、光軸Ｌに沿う方向の運動に変換される。光軸Ｌに沿う方向の運動に変換された後、アクチュエータ部２０による運動は、図１に示すＡＦ調整レンズ群２２を保持するＡＦ環（不図示）に伝達され、ＡＦ調整レンズ群２２を光軸Ｌ方向に移動させる。

図２は、図１および図５に示すアクチュエータ部２０の制御回路を説明したブロック図である。本実施形態に係るアクチュエータ部２０は、演算制御部２４および駆動制御部１８によって駆動制御される。

演算制御部２４は、レンズＣＰＵ１６と、温度検出部２６と、回転検出部２８とを有する。回転検出部２８は、アクチュエータ部２０におけるロータ６０等（図５）の回転速度を検出する。温度検出部２６は、アクチュエータ部２０における圧電素子部６４の温度を検出する。各検出部２６，２８は、アクチュエータ部２０の回転数または温度に関する情報を、レンズＣＰＵ１６に出力する。なお、温度検出部２６については後に詳述する。

レンズＣＰＵ１６は、図１に示すボディＣＰＵ１０からの指令や、図２に示す温度検出部２６または回転検出部２８等の情報に基づき、駆動制御部１８の発振部３０に対して、アクチュエータ部２０を駆動させるための制御信号を出力する。

駆動制御部１８は、発振部３０と、波形生成部３２と、移相器３４と、増幅器３６，３７と、切替回路４０とを有する。駆動制御部１８は、演算制御部２４からの制御信号に基づき、アクチュエータ部２０の基板部６６に対して、アクチュエータ部２０を駆動するための信号を出力することができる。

発振部３０は、所定の周波数のパルス信号を発生させ、波形生成部３２に出力する。発振部３０が発生させるパルス信号の周波数は、レンズＣＰＵ１６からの制御信号によって決定される。

波形生成部３２は、入力されたパルス信号の周波数に対応した駆動信号を生成する。生成される駆動信号の形状等は特に限定されず、例えば所定の周波数を有する交流信号とすることができる。波形生成部３２は、生成した駆動信号を、増幅器３６および移相器３４に出力する。

移相器３４は、入力された駆動信号の位相を＋π／２または−π／２移相して、増幅器３７に出力する。演算制御部２４および駆動制御部１８は、駆動信号の移相量を、−π／２と＋π／２とで切り換えることによって、アクチュエータ部２０におけるロータ６０（図５）の回転方向を切り替えることができる。

増幅器３６，３７は、波形生成部３２または移相器３４から入力された駆動信号を増幅し、切替回路４０を介して、アクチュエータ部２０の基板部６６に出力する。アクチュエータ部２０に備えられる基板部６６には、周波数が等しく移相の異なる２種類の駆動信号が入力される。

圧電素子部６４は、駆動制御部１８から基板部６６に入力される２種類の駆動信号によって変位を発生し、当該圧電素子部６４の変位によって、弾性体部６０に進行波が発生する。弾性体部６０に発生した進行波によって、ロータ６０およびロータホルダ５８が回転運動を行う。このようにして、アクチュエータ部２０は、ロータホルダ５８の回転運動が伝達されるＡＦ調整レンズ群２２（図１）を、光軸Ｌ方向に移動させる。

図２に示す駆動制御部１８における切替回路４０は、レンズＣＰＵ１６からの制御信号に基づき、基板部６６への配線を、切り替えることができる。すなわち、切替回路４０は、駆動制御部１８の増幅器３６，３７と基板部６６とを電気的に接続する第１の状態から、演算制御部２４における温度検出部２６と基板部６６とを電気的に接続する第２の状態へ、配線を切り替えることができる。また、切替回路４０は、第２の状態から、第１の状態へ、配線を切り替えることができる。

レンズＣＰＵ１６は、例えばＡＦ調整レンズ群２２を駆動する時や、ＡＦ調整レンズ群２２を駆動させずに圧電素子部６４を発熱させる時には、駆動制御部１８に備えられる増幅器３６，３７と、基板部６６とが電気的に接続されるように、切替回路４０を制御する。また、レンズＣＰＵ１６は、温度検出部２６によって、アクチュエータ部２０における圧電素子部６４の温度を検出する時は、温度検出部２６と基板部６６が電気的に接続されるように、切替回路４０を制御することができる。

温度検出部２６は、切替回路４０を介して、アクチュエータ部２０における基板部６６に電気的に接続され得る。本実施形態に係る温度検出部２６は、アクチュエータ部２０における圧電素子部６４の静電容量を測定することによって、圧電素子部６４の温度を検出する。

図３は、本実施形態に係る温度検出部２６が、圧電素子部６４の温度を検出する方法を説明した回路図である。図３に示すように、アクチュエータ部２０における圧電素子部６４は、等価回路においてコンデンサーとみなすことができる。

温度検出部２６は、電圧発生部４６、抵抗部４４および圧電素子部６４によって、ＲＣ直列回路を形成している。圧電素子部６４の温度を測定する時、温度検出部２６は、スイッチ４８を開くことによって、圧電素子部６４に電荷をチャージする。Ａ／Ｄ変換器５０は、コンデンサーとみなされる圧電素子部６４の端子電圧をアナログ信号に変換し、レンズＣＰＵ１６に出力する。

図２に示すレンズＣＰＵ１６は、温度検出部２６から入力される圧電素子部６４の端子電圧の時間変化から、圧電素子部６４の静電容量を算出する。例えば、圧電素子部６４の静電容量をＣ（Ｆ）と、端子電圧が所定の値ＶＣ１（Ｖ）に到達するまでに要する時間Ｔ１（秒）との関係は、以下の式１で表される。

Ｔ１＝−ＲＣ・ｌｎ（１−ＶＣ１／Ｅ）（式１）
なお、Ｒ（Ω）は抵抗部４４の抵抗、Ｅ（Ｖ）は電圧発生部４６の電圧である。

さらに、レンズＣＰＵ１６は、基準温度（例えば２０℃）における圧電素子部６４の静電容量と、温度検出部２６からの出力信号に基づいて算出された静電容量とを比較することによって、圧電素子部６４の温度を算出できる。基準温度における圧電素子部６４の静電容量や、圧電素子部６４の静電容量の温度依存性等、レンズＣＰＵ１６による温度算出に必要な値は、例えば図２に示す演算制御部２４に備えられた不図示のメモリ等に格納されている。

図４は、図２に示す制御回路によって行われるアクチュエータ部２０の制御の一例を表すフローチャートである。

図４に示すステップＳ００１では、図２に示す演算制御部２４および駆動制御部１８が、アクチュエータ部２０の制御を開始する。演算制御部２４におけるレンズＣＰＵ１６は、図１に示すボディＣＰＵ１０から、アクチュエータ部２０の制御を開始する旨の信号が入力されたタイミングで、アクチュエータ部２０の制御を開始する。ボディＣＰＵ１０は、例えば、カメラ２の電源がＯＮになった時に、アクチュエータ部２０の制御を開始する旨の信号を、レンズＣＰＵ１６に出力する。

ステップＳ００２において、演算制御部２４および駆動制御部１８は、アクチュエータ部２０における圧電素子部６４の温度を検出し、圧電素子部６４の温度が所定値以下か否かを判断する。始めに、図２に示すレンズＣＰＵ１６は、切替回路４０に制御信号を出力し、アクチュエータ部２０の基板部６６と温度検出部２６とを電気的に接続させる。

さらに、レンズＣＰＵ１６は、温度検出部２６に制御信号を出力し、温度検出部２６に、アクチュエータ部２０における圧電素子部６４の温度を検出させる。また、レンズＣＰＵ１６は、温度検出部２６から出力される信号を基に、圧電素子部６４の温度を算出する。

演算制御部２４および駆動制御部１８は、圧電素子部６４の温度が所定値以下ならば、ステップＳ００３に係る処理を行い、圧電素子部６４の温度が所定値以下でない場合は、ステップＳ００３に係る処理をスキップする。なお、ステップＳ００２において、判断の基準となる所定の温度は、アクチュエータ部２０に求められる精度等に応じて適切な値とすることができるが、例えば０℃〜１０℃の値とすればよい。また、レンズＣＰＵ１６によって算出された圧電素子部６４の温度は、不図示のメモリに記録されてもよい。

図４に示すステップＳ００３において、演算制御部２４および駆動制御部１８は、圧電素子部６４を発熱させる第１の制御を行う。ステップＳ００３において、演算制御部２４および駆動制御部１８は、アクチュエータ部２０におけるロータ６０（図５）を停止させた状態で、圧電素子部６４を発熱させることができる周波数を有する駆動信号を、基板部６６に出力する。

ステップＳ００３に係る第１の制御において、圧電素子部６４に出力される駆動信号の周波数は、アクチュエータ部２０の周波数特性によって決定される。図７は、図５に示すアクチュエータ部２０におけるロータ６０の回転速度（又は回転数）と、基板部６６に入力され、圧電素子部６４に出力される駆動信号の周波数との関係を表すグラフである。

図７におけるｆ_０は、図５に示すアクチュエータ部２０におけるロータ６０が回転を始める周波数であり、ｆ_Ｒは、ステータ７４における弾性体部６２が機械的な共振を生じる周波数である。ＡＦレンズ群１４を移動させる第２の制御（ステップＳ００５）では、周波数の増加に伴ってのロータ６０の回転速度が低下するｆ_Ｒ〜ｆ_０の周波数を有する駆動信号が圧電素子部６４に出力される。

それに対して、本発明の第１実施形態における第１の制御では、ロータ６０を回転させない周波数を有する駆動信号が、圧電素子部６４に出力される。例えば、第１の制御において基板部６６に出力される駆動信号の周波数（第１の周波数）は、図７におけるｆ_Ｈのように、ロータ６０が回転を始める周波数であるｆ_０より大きい。

第１の制御において圧電素子部６４に出力される駆動信号の周波数ｆ_Ｈは、アクチュエータ部２０の周波数特性に応じて決定されるが、例えばｆ_０＋１．０ｋＨz〜ｆ_０＋２．０ｋＨとすることができる。また、図７に示すアクチュエータ部２０の周波数特性は、温度依存性を有する。したがって、図２に示すレンズＣＰＵ１６は、ステップＳ００２において算出された温度を考慮して、第１の周波数を算出することができ、これによって第１の周波数を最適化することができる。

ステップＳ００３において、図２に示すレンズＣＰＵ１６は、駆動制御部１８における発振部３０に対して、ロータ６０を回転させない第１の周波数を有する駆動信号を、アクチュエータ部２０に出力するように指示する。発振部３０は、レンズＣＰＵ１６からの指示に基づき、第１の周波数を有するパルス信号を、波形生成部３２に出力する。波形生成部３２は、入力されたパルス信号の周波数に対応した駆動信号を生成し、生成された駆動信号は、移相器３４、増幅器３６，３７および切替回路４０を介して、アクチュエータ部２０における基板部６６に出力される。

駆動信号が入力されたアクチュエータ部２０では、図７に示す周波数特性に示すように、図５に示すロータ６０は回転しない。しかし、ロータ６０を回転させない周波数を有する駆動信号が出力された圧電素子部６４は、電気エネルギーの一部が熱に変換されることによって発熱する。図２に示すレンズＣＰＵ１６は、駆動制御部１８を介して、所定の時間アクチュエータ部２０を駆動した後、ステップＳ００４に進む。

ステップＳ００４において、演算制御部２４および駆動制御部１８は、操作信号が入力されたか否かを判断する。すなわち、演算制御部２４におけるレンズＣＰＵ１６は、ＡＦ動作を開始するように指示するＡＦ操作信号が、図１に示すボディＣＰＵ１０から、レンズＣＰＵ１６に入力されているか否かを判断する。ボディＣＰＵ１０は、例えば、カメラボディ６に備えられたレリーズボタン（不図示）が、撮影者によって半押しされたタイミングで、レンズＣＰＵ１６にＡＦ操作信号を出力する。

図２に示す演算制御部２４および駆動制御部１８は、レンズＣＰＵ１６にＡＦ操作信号が入力されている場合は、ステップＳ００５に係る処理に進む。それに対して、レンズＣＰＵ１６にＡＦ操作信号が入力されていない場合は、所定時間待機した後に、ステップＳ００２に戻って処理を繰り返す。

ステップＳ００５において、演算制御部２４および駆動制御部１８は、図１に示すＡＦ調整レンズ群２２を移動させる第２の制御を行う。ステップＳ００５において、演算制御部２４および駆動制御部１８は、アクチュエータ部２０におけるロータ６０を回転させることができる周波数（第２の周波数）を有する駆動信号を、基板部６６に出力する。

例えば、レンズＣＰＵ１６は、図７に示すｆ_Ｒ〜ｆ_０の周波数を有する駆動信号を、アクチュエータ部２０に出力するように、駆動制御部１８における発振部３０に指示する。発振部３０は、レンズＣＰＵ１６からの指示に基づき、ｆ_Ｒ〜ｆ_０の周波数を有するパルス信号を、波形生成部３２に出力する。波形生成部３２は、入力されたパルス信号の周波数に対応した駆動信号を生成し、生成された駆動信号は、移相器３４、増幅器３６，３７および切替回路４０を介して、アクチュエータ部２０における基板部６６に出力される。

なお、図７に示すアクチュエータ部２０の周波数特性は、温度依存性を有する。したがって、図２に示すレンズＣＰＵ１６は、ステップＳ００２において算出された温度を考慮して、第２の周波数を算出することができ、これによって第２の周波数を最適化することができる。

駆動信号が入力されたアクチュエータ部２０では、図５に示すロータ６０およびロータホルダ５８が回転する。さらに、ロータ６０およびロータホルダ５８の運動が、図１に示すＡＦレンズ群１４を保持するＡＦ環（不図示）に伝達され、ＡＦレンズ群１４を光軸Ｌ方向に移動させる。

レンズＣＰＵ１６は、ＡＦレンズ１４を所定の位置まで移動させた後、第２の制御を終了する。さらに、図２に示す演算制御部２４および駆動制御部１８は、所定時間待機した後に、ステップＳ００２に戻って図４に示す処理を繰り返す。

本実施形態に係る振動アクチュエータは、ロータ６０を停止させた状態で、圧電素子部６４を発熱させることができるため、圧電素子部６４を一定以上の温度に保つことができる。したがって、本実施形態に係る振動アクチュエータによれば、環境温度の違いに関わらず安定した特性を得ることができる。

また、本実施形態に係る振動アクチュエータは、圧電素子部６４に出力される駆動信号の周波数を、所定の周波数とすることによって、圧電素子部６４を発熱させる。したがって、本実施形態に係る振動アクチュエータは、圧電素子部６４を加熱するための発熱体を、アクチュエータ部２０に別途取り付ける必要がないため、小型化に適している。

さらに、本実施形態に係る振動アクチュエータは、駆動信号の周波数を変化させるだけで、圧電素子部６４を発熱させる第１の制御と、ＡＦ調整レンズ２２を駆動させる第２の制御とを切り替えることができる。したがって、第１の制御と、第２の制御とで、駆動制御部１８に関する回路の多くを兼用することができるため、本実施形態に係る振動アクチュエータは、駆動制御部１８を小型化することができ、また、駆動制御部１８の構造をシンプルにできる。

また、さらに、本実施形態に係る振動アクチュエータは、アクチュエータ部２０の出力部であるロータホルダ５８と、アクチュエータ部２０の駆動対象であるＡＦ環との機械的な動力の伝達を、制御に応じて（すなわち第１の制御と第２の制御とで）切り替える必要がない。したがって、本実施形態に係る振動アクチュエータを備えるカメラまたはレンズ鏡筒は、小型化が容易である。

また、本実施形態に係る振動アクチュエータは、アクチュエータ部２０の駆動特性に影響がある圧電素子部６４の静電容量を検出し、圧電素子部６４の静電容量に基づき、圧電素子部６４を発熱させる制御を行う。したがって、本実施形態に係る振動アクチュエータは、アクチュエータ部２０の駆動特性をより好適に安定させることができる。

また、圧電素子部６４の静電容量を検出することによって、圧電素子部６４の温度を検出するため、アクチュエータ部２０に、温度を検出するための部材を別途設ける必要がなく、この点でも小型化に有利である。さらに、本実施形態に係る振動アクチュエータは、アクチュエータ部２０の基板部６６を第１の制御と第２の制御の両方に用いることができるため、アクチュエータ部２０を小型化できる。加えて、圧電素子部６４の静電容量を検出することによって、圧電素子部６４自体の温度を検出するため、温度の検出精度が高い。

また、本実施形態に係る振動アクチュエータは、第１の制御において圧電素子部６４に出力する駆動信号の周波数である第１の周波数ｆ_Ｈを、第２の制御において圧電素子部６４に出力する駆動信号の周波数である第２の周波数ｆ_Ｒ〜ｆ_０よりも高い周波数とすることができる。したがって、本実施形態に係る振動アクチュエータは、ロータ６０を回転運動させない状態で、圧電素子部６４の温度を上昇させることができる。したがって、図１のカメラ２のレンズ鏡筒８においては、ＡＦ調整レンズ群２２を移動させることなく、圧電素子部６４の温度を上昇させることができる。したがって、カメラ２の電源がオンになったときや、ＡＦ調整レンズ群２２の駆動をすべきでないとき等に、圧電素子部６４の温度を上昇させることができる。

また、本実施形態に係る振動アクチュエータは、温度検出部２６によって所定の値以下の温度が検出された場合に、圧電素子部６４を発熱させる制御を行う。したがって、本実施形態に係る振動アクチュエータは、低温環境においてアクチュエータ部２０の出力が低下する現象を防止することができる。
第２実施形態

図８は、本発明の第２実施形態に係る振動アクチュエータにおける制御回路を説明するためのブロック図である。第２実施形態おける振動アクチュエータは、制御回路における温度検出部２６が静電容量検出部９２に置き換えられており、レンズＣＰＵ９０の演算がレンズＣＰＵ１６と異なる他は、第１実施形態と同様である。

静電容量検出部９２は、図３において説明した第１実施形態における温度検出部２６と同様にして、圧電素子部６４の静電容量を検出することができる。また、図７に示すレンズＣＰＵ９０は、第１実施形態に係るレンズＣＰＵ１６と同様にして、静電容量検出部９２から出力された信号から圧電素子部６４の静電容量を算出することができる。

レンズＣＰＵ９０は、第１実施形態に係るレンズＣＰＵ１６とは異なり、圧電素子部６４の温度を算出することなく、算出された静電容量から、圧電素子部６４を発熱させる制御を行うか否かを判断する。すなわち、図８に示す演算制御部２５および駆動制御部１８は、図２に示す演算制御部２４および駆動制御部１８と同様に、図４のフローチャートに示す処理を行うことができるが、ステップＳ００２における処理が、図２に示す第１実施形態とは異なる。

すなわち、図８に示す演算制御部２５および駆動制御部１８は、図４に示すステップＳ００２において、圧電素子部６４の静電容量が、所定の静電容量以下か否かを判断する。演算制御部２５および駆動制御部１８は、圧電素子部６４の静電容量が所定値以下ならば、ステップＳ００３に係る処理を行い、圧電素子部６４の静電容量が所定値以下でない場合は、ステップＳ００３に係る処理をスキップする。

なお、ステップＳ００２において、判断の基準となる所定の静電容量は、アクチュエータ部２０に求められる精度等に応じて適切な値とすることができるが、例えば２０℃における圧電素子部６４の静電容量の８５％〜９０％（すなわち、１０％〜１５％の低下）の値とすればよい。

第２実施形態に係る振動アクチュエータは、ロータ６０を停止させた状態で、圧電素子部６４を発熱させることができるため、圧電素子部６４の静電容量を一定以上に保つことができる。したがって、本実施形態に係る振動アクチュエータは、環境温度の変化に伴う圧電素子部６４の特性変化を受けにくく、安定した特性を得ることができる。

また、圧電素子部６４の静電容量を検出して振動アクチュエータの特性を安定化させるため、温度または静電容量を検出するための部材を別途設ける必要がなく、小型化に有利である。さらに、本実施形態に係るアクチュエータ部２０は、ロータ６０を回転させる際に圧電素子部６４に電圧を印加するための電極部６８を用いて、圧電素子部６４の静電容量検出するため、別途圧電素子部６４の静電容量を検出する部材を設ける必要がなく、構造がシンプルである。

また、第２実施形態に係る振動アクチュエータは、圧電素子部６４を発熱させる第１の制御については、第１実施形態に係る振動アクチュエータと同様であり、第１実施形態と同様の効果を有する。
その他の実施形態

図２または図８に示す駆動制御部１８に備えられる発振部３０は、図６に示す発振部３０ａのように、発振切替部８２と、ＡＦ駆動発振部８４と、発熱発振部８６とを有していてもよい。発振切替部８２は、移相器３４および増幅器３６，３７に出力するパルス信号を、ＡＦ駆動発振部８４に生成させるか、発熱発振部８６に生成させるかを切り替えることができる。

すなわち、レンズＣＰＵ１６，９０から、図４に示す第２の制御を行う旨の指示があった場合、発振部切替部８２は、ＡＦ駆動発振部８４にパルス信号を生成させる。その反対に、レンズＣＰＵ１６，９０から、図４に示す第１の制御を行う旨の指示があった場合、発振切替部８２は、発熱発振部８６にパルス信号を生成させる。

ＡＦ駆動発振部８４は、図７に示すｆ_Ｒ〜ｆ_０の周波数を有するパルス信号を、移相器３４および増幅器３６，３７に出力し、アクチュエータ部２０のロータ６０を回転させることができる。発熱発振部８６は、ロータ６０を回転させない周波数（例えば図７に示すｆ_Ｈ）を有するパルス信号を出力し、アクチュエータ部２０のロータ６０を回転させることなく圧電素子部６４を発熱させることができる。

なお、本発明に係る振動アクチュエータにおける温度検出部は、圧電素子部６４の静電容量を検出する温度検出部２６（図２，図３）に限られず、サーミスタ等のその他の温度センサであってもよい。また、本発明に係る振動アクチュエータにおけるアクチュエータ部は超音波モータに限られず、圧電素子等の電気機械変換素子を用いるアクチュエータであれば何でも良い。

図１は、本発明の一実施形態に係る振動アクチュエータを有するカメラの概略図である。図２は、本発明の一実施形態に係る振動アクチュエータの制御回路を説明したブロック図である。図３は、温度検出部または静電容量検出部が、圧電素子部の静電容量を検出する方法を示す回路図である。図４は、図２に示す制御回路によって行われるアクチュエータ部の制御の一例を表すフローチャートである。図５は、図１に示すアクチュエータ部の概略断面図である。図６は、図２および図８に示す発振部の変形例を説明したブロック図である。図７は、ロータの回転速度と、圧電素子部に出力される駆動信号の周波数との関係を表すグラフである。図８は、本発明の第２実施形態に係る振動アクチュエータにおける制御回路を説明するためのブロック図である。

符号の説明

８… レンズ鏡筒
１６，９０… レンズＣＰＵ
１８… 駆動制御部
２０… アクチュエータ部
２４… 演算制御部
２６… 温度検出部
６０… ロータ
６２… 弾性体部
６４… 圧電素子部
６６… 基板部
７４… ステータ
８２… 発振切替部
９２… 静電容量検出部

Claims

電気機械変換素子の変位により振動を発生する振動部材と、
前記振動により前記振動部材に対して相対移動する相対移動部材と、
前記相対移動部材を停止させた状態で前記電気機械変換素子を発熱させることができる周波数の駆動信号を、前記電気機械変換素子に対して出力する制御部と
を有する振動アクチュエータ。
前記電気機械変換素子の温度を検出する温度検出部を有し、
前記制御部は、前記温度検出部によって所定の値以下の温度が検出された場合に、前記周波数の駆動信号を、前記電気機械変換素子に対して出力することを特徴とする請求項１に記載の振動アクチュエータ。
前記温度検出部は、前記電気機械変換素子の静電容量を検出することにより前記電気機械変換素子の温度を検出することを特徴とする請求項２に記載の振動アクチュエータ。
前記電気機械変換素子の静電容量を検出する静電容量検出部を有し、
前記制御部は、前記静電容量検出部によって所定の値以下の静電容量が検出された場合に、前記周波数の駆動信号を、前記電気機械変換素子に対して出力することを特徴とする請求項１に記載の振動アクチュエータ。
前記制御部は、前記相対移動部材を停止させた状態で前記電気機械変換素子を発熱させることができる第１の周波数を有する駆動信号を、前記電気機械変換素子に対して出力する第１の制御と、
前記相対移動部材を前記振動部材に対して相対移動させることができる第２の周波数を有する駆動信号を、前記電気機械変換素子に対して出力する第２の制御と、を切り替える切替部を有する請求項１〜４のいずれか１項に記載の振動アクチュエータ。
請求項１から５のいずれかに記載の振動アクチュエータを有するレンズ鏡筒。
請求項１から５のいずれかに記載の振動アクチュエータを有する光学機器。