JP2014087150A - 振動アクチュエータの駆動装置及び光学機器 - Google Patents

Abstract

【課題】異音の発生が低減されるとともに、必要に応じて制御時間が短縮可能な振動アクチュエータの駆動装置を提供する。
【解決手段】本発明の振動アクチュエータ１０の駆動装置４０、電気機械変換素子１３に対する互いに位相の異なる２相の交番信号の入力によって振動する振動部１１，１２、及び、振動部１１，１２の振動によって振動部１１，１２に対して相対移動する相対移動部１５を備える振動アクチュエータ１０の駆動装置であって、外部情報が入力される外部情報入力部４１と、外部情報入力部４１に入力された外部情報に基づいて、２相の交番信号の位相差または振幅の変更速度を制御する制御部４２と、を備えることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、振動アクチュエータの駆動装置及び光学機器に関するものである。

圧電素子を備える振動アクチュエータは、圧電素子に入力される駆動信号の電圧、周波数または位相差を変更することで、速度が調整される。このような振動アクチュエータは、駆動信号の位相差や電圧を急激に変更すると異音が発生する。
このため、従来、振動アクチュエータの停止時に発生する異音を小さくするために、停止時において圧電素子に入力する位相差の変更速度を低速にする技術がある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２―１９９７４９号公報

しかし、振動アクチュエータの停止時において、一律に位相差の変更速度を低速にすると、制御に要する時間が長くなるという課題がある。

本発明の課題は、異音の発生が低減されるとともに、必要に応じて制御時間が短縮可能な振動アクチュエータの駆動装置及び光学機器を提供することである。

本発明は、以下のような解決手段により上記課題を解決する。
請求項１に記載の発明は、電気機械変換素子に対する互いに位相の異なる２相の交番信号の入力によって振動する振動部、及び、前記振動部の振動によって前記振動部に対して相対移動する相対移動部を備える振動アクチュエータの駆動装置であって、外部情報が入力される外部情報入力部と、前記外部情報入力部に入力された外部情報に基づいて、前記２相の交番信号の位相差または振幅の変更速度を制御する制御部と、を備えることを特徴とする振動アクチュエータの駆動装置である。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の駆動装置であって、前記振動アクチュエータは、静止画撮影または動画撮影を選択可能なカメラの撮像部に被写体光を結像させるレンズを駆動するものであり、前記外部情報入力部に入力される外部情報は、前記カメラにおいて、静止画撮影か動画撮影のいずれが選択されたかを示す情報であること、を特徴とする駆動装置である。
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の駆動装置であって、前記外部情報入力部に、静止画撮影が選択されたことを示す情報が入力された場合、前記制御部は、前記位相差の変更速度を第１の速度とし、前記外部情報入力部に、動画撮影が選択されたことを示す情報が入力された場合、前記制御部は、前記位相差の変更速度を前記第１の速度より遅い第２の速度とすること、を特徴とする駆動装置である。
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の駆動装置であって、前記外部情報入力部に入力される外部情報は、温度情報であることを特徴とする駆動装置である。
請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の駆動装置であって、前記振動アクチュエータは、カメラの撮像部に被写体光を結像させるレンズを駆動するものであり、前記外部情報入力部に入力される外部情報は、前記レンズの焦点距離であること、を特徴とする駆動装置である。
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５までのいずれか１項に記載の駆動装置と、前記駆動装置により駆動される振動アクチュエータと、前記振動アクチュエータによって駆動される光学部材と、を備える光学機器である。
なお、上記構成は、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してもよい。

本発明によれば、異音の発生が低減されるとともに、必要に応じて制御時間が短縮可能な振動アクチュエータの駆動装置及び光学機器を提供することができる。

実施形態の駆動装置によって制御される超音波モータを備えるレンズ鏡筒及びカメラを説明する図である。 実施形態のレンズ鏡筒を説明する図である。 超音波モータの駆動装置を説明するブロック図である。 駆動装置による超音波モータの駆動及び制御を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は本実施形態の駆動装置４０によって制御される超音波モータ（振動アクチュエータ）１０を備えるレンズ鏡筒２０及びカメラ１を説明する図である。
カメラ１は、静止画及び動画撮影が可能なカメラであって、撮像光学系であるレンズ鏡筒２０と、撮像素子３０と、ＡＦＥ（Ａｎａｌｏｇ ｆｒｏｎｔ ｅｎｄ）回路６０と、画像処理部７０と、音声検出部８０と、操作部材９０と、ＣＰＵ１００と、バッファメモリ１１０と、記録インターフェース１２０と、メモリ１３０と、モニタ１４０とから構成され、外部機器のＰＣ１５０との接続が可能となっている。

レンズ鏡筒２０は、複数の光学レンズ群Ｌにより構成され、被写体像を撮像素子３０の受光面に結像させる。図１では、複数の光学レンズ群Ｌを簡略化して、単レンズとして図示している。本実施形態では、この光学レンズ群Ｌのうちの、ＡＦ用のレンズを、後述する駆動装置４０により制御される超音波モータ１０により駆動する。

撮像素子３０は、受光面に受光素子が二次元的に配列されたＣＭＯＳイメージセンサなどによって構成される。撮像素子３０は、レンズ鏡筒２０を通過した光束による被写体像を光電変換してアナログ画像信号を生成する。

アナログ画像信号は、ＡＦＥ回路６０に入力される。ＡＦＥ回路６０は、アナログ画像信号に対するゲイン調整（ＩＳＯ感度に応じた信号増幅）を行う。具体的には、ＣＰＵ１００からの感度設定指示に応じて、撮像感度を所定範囲内で変更する。ＡＦＥ回路６０は、さらに、内蔵するＡ／Ｄ変換回路によってアナログ処理後の画像信号をデジタルデータに変換する。そのデジタルデータは、画像処理部７０に入力される。

画像処理部７０は、デジタル画像データに対して、各種の画像処理を行う。
バッファメモリ１１０は、画像処理部７０による画像処理の前工程や後工程での画像データを一時的に記録する。
音声検出部８０は、マイクと信号増幅部とから構成され、主に動画撮影時に被写体方向からの音声を検出して取り込み、そのデータをＣＰＵ１００へ伝達する。

操作部材９０は、モードダイヤル、十字キー、決定ボタンやレリーズボタンを示し、各操作に応じた操作信号をＣＰＵ１００へ送出する。また、静止画撮影モードか動画撮影モードかの選択も、この操作部材９０により行われる。
ＣＰＵ１００は、カメラ１が行う動作を統括的に制御する。例えば、ＡＦ（オートフォーカス）動作制御、ＡＥ（自動露出）動作制御、オートホワイトバランス制御などを行う。

記録インターフェース１２０は、不図示のコネクタを有し、該コネクタにメモリカード１２１等の記録媒体が接続され、接続された記録媒体に対して、データの書き込みや、記録媒体からのデータの読み込みを行う。

メモリ１３０は、画像処理した一連の画像データを記録する。本実施形態のカメラ１においては、動画に対応した画像を取り込む。
モニタ１４０は、液晶パネルによって構成され、ＣＰＵ１００からの指示に応じて、操作メニュー、静止画像及び動画などを表示する。

次に、レンズ鏡筒２０について説明する。
図２は、本発明の一実施形態のレンズ鏡筒２０を説明する図である。
レンズ鏡筒２０は、レンズ鏡筒２０の外周部を覆う外側固定筒３１と、外側固定筒３１よりも内周側に位置する内側固定筒３２と、を備え、さらに外側固定筒３１と内側固定筒３２との間に超音波モータ１０を備える。

内側固定筒３２には、被写体側から第１レンズ群Ｌ１、第２レンズ群Ｌ２、ＡＦ環３４に保持されたＡＦレンズである第３レンズ群Ｌ３、第４レンズ群Ｌ４が配置されている。第１レンズ群Ｌ１、第２レンズ群Ｌ２及び第４レンズ群Ｌ４は、内側固定筒３２に固定されている。第３レンズ群Ｌ３は、ＡＦ環３４が移動することにより内側固定筒３２に対して移動可能に構成される。

図２に示すように、超音波モータ１０は、振動子１１、移動子１５、加圧部材１８等を備え、振動子１１側を固定とし、移動子１５を回転駆動する形態となっている。
振動子１１について説明する。図３に示すように、振動子１１は、電気エネルギーを機械エネルギーに変換する圧電素子や電歪素子等を例とした電気−機械変換素子（以下、圧電体１３と称する）と、圧電体１３を接合した弾性体１２とから構成されている。

弾性体１２における圧電体１３が接合される反対面は、溝が切られた櫛歯部１２ａとなっており、突起部分（溝がない箇所）の先端面が駆動面となり移動子１５に加圧接触される。超音波モータ１０は、圧電体１３の励振により駆動面に発生する駆動力を用いて移動子１５を駆動することによって第３レンズ群Ｌ３を駆動する。

弾性体１２のベース部１２ｂの櫛歯部１２ａとは反対面に圧電体１３が接合されている。圧電体１３は、円周方向に沿って２つの相（Ａ相、Ｂ相）に分かれており、各相においては、１／２波長毎に分極が交互となった要素が並べられていて、Ａ相とＢ相との間には１／４波長分間隔が空くようにしてある。

圧電体１３は、一般的には通称ＰＺＴと呼ばれるチタン酸ジルコン酸鉛といった材料から構成されているが、近年では環境問題から鉛フリーの材料であるニオブ酸カリウムナトリウム、ニオブ酸カリウム、ニオブ酸ナトリウム、チタン酸バリウム、チタン酸ビスマスナトリウム、チタン酸ビスマスカリウム等から構成されることもある。

図２に示すように、圧電体１３の下には、不織布１６、加圧板１７、加圧部材１８が配置されている。加圧板１７は、加圧部材１８の加圧を受けるようにされている。加圧部材１８は、皿バネにより構成され、加圧板１７の下に配置されていて、加圧力を発生させるものである。加圧部材１８は、押さえ環１９が固定部材１４に固定されることで、保持される。

移動子１５は、アルミニウム等の軽金属からなり、移動子１５の上には、振動吸収部材２３が配置され、その上には、出力伝達部材２４が配置されている。
出力伝達部材２４は、固定部材１４に設けられたベアリング２５により、加圧方向と径方向とを規制し、これにより、移動子１５の加圧方向と径方向とが規制されるようにされている。
出力伝達部材２４は、突起部２４ａがあり、そこからカム環３６に接続されたフォーク３５が嵌合している。カム環３６は、出力伝達部材２４の回転とともに回転される。

カム環３６には、周方向に対して斜めにキー溝３７が切られている。また、ＡＦ環３４の外周側には、固定ピン３８が設けられている。固定ピン３８は、キー溝３７に嵌合していて、カム環３６が回転駆動することにより、ＡＦ環３４は光軸直進方向に駆動され、所望の位置に停止できるようになっている。
固定部材１４には、押さえ環１９がネジにより取り付けられている。

次に、超音波モータ１０を駆動する駆動装置４０について説明する。
図３は、カメラ１に接続されたレンズ鏡筒２０における超音波モータ１０の駆動装置４０を説明するブロック図である。
駆動装置４０は、超音波モータ１０に接続されており、超音波モータ１０を駆動し、また位置検出部５０からレンズの位置情報、カメラ１（ＣＰＵ１００）からの指令、及び撮影モード情報を受信する。

駆動装置４０は、駆動制御部４１と、位相差制御部４２と、周波数制御部４３と、振幅制御部４４と、を備える。さらに駆動装置４０は、それらの駆動制御部４１、位相差制御部４２、及び周波数制御部４３によって制御される駆動パルス生成部４５と、駆動パルスを昇圧する駆動信号生成部４６とを備える。

駆動制御部４１は、カメラ１のＣＰＵ１００からの駆動指令を基に超音波モータ１０の駆動を制御する。駆動制御部４１には、位置検出部５０からレンズの位置情報が入力されるようになっている。また、後述するが、駆動制御部４１には、カメラ１のＣＰＵ１００から撮影モード情報も入力される。

位相差制御部４２は、駆動パルス生成部４５において発生される駆動信号を位相の異なる２つの駆動信号に分ける際の位相差を制御する。
周波数制御部４３は、駆動パルス生成部４５において発生される駆動信号の周波数を制御する。
振幅制御部４４は、駆動パルス生成部４５において発生される駆動信号の振幅を制御する。

駆動パルス生成部４５は、位相差制御部４２、周波数制御部４３、及び振幅制御部４４からの指令に基づく周波数、振幅及び位相差で２相の駆動信号（Ａ相駆動信号、Ｂ相駆動信号）を発生する。
駆動信号生成部４６は、駆動パルス生成部４５によって発生された２つの駆動信号をそれぞれ所望の電圧に昇圧する。
駆動信号生成部４６によって昇圧された２相の駆動信号（Ａ相駆動信号及びＢ相駆動信号）は、超音波モータ１０の圧電体１３のＡ相及びＢ相に入力される。
この圧電体１３への駆動信号の入力によって圧電体１３が振動し、弾性体１２が振動することにより移動子１５が回転され、その回転が出力伝達部材２４、フォーク３５を介してカム環３６に伝達される。カム環３６の回転によって、ＡＦ環３４が駆動されて第３レンズ群Ｌ３が移動される。

位置検出部５０は、光学式エンコーダや磁気エンコーダ等により構成され、レンズＬ（第３レンズ群Ｌ３）の位置や速度を検出し、検出値を電気信号として駆動制御部４１に出力する。なお、位置検出部５０は、レンズＬの位置を直接検出するだけでなく、超音波モータ１０の回転を検出することによりレンズＬの位置を間接的に検出してもよい。

次に、駆動装置４０による超音波モータ１０の駆動及び制御について詳細に説明する。
図４は駆動装置４０による超音波モータ１０の駆動及び制御を示すフローチャートである。
まず、駆動装置４０の駆動制御部４１に、カメラ１のＣＰＵ１００から、目標位置、及びカメラ１において操作部材９０により設定されたモード情報が伝達される（ステップＳ１）。

駆動制御部４１は、伝達された目標位置情報によって、目標位置に位置決めされるように超音波モータ１０の駆動速度及び駆動方向を設定する（ステップＳ２）。
次に、駆動制御部４１は、超音波モータ１０の駆動方向が、反転方向であるかどうかを判断する（ステップＳ３）。なお、ステップＳ３で超音波モータ１０の駆動方向が、反転方向でない場合は、ステップＳ９へ進む。
超音波モータ１０の駆動が反転方向である場合、カメラ１の撮影モードが静止画撮影モードか動画撮影モードかを判定する（ステップＳ４）。
カメラ１の撮影モードが静止画撮影モードの場合、圧電体１３に入力する２つの駆動信号（Ａ相駆動信号及びＢ相駆動信号）の位相差の変更速度として、速度優先の速度を設定する（ステップＳ５）。
速度優先とは、位相差変更時に発生する異音に関わらず、ＡＦ速度を優先としてＡ相駆動信号とＢ相駆動信号との位相差を、例えば＋９０°から−９０°まで（または＋９０°から−９０°まで）高速で変更し、超音波モータ１０の駆動方向を迅速に変更することである。また、高速とは、次に述べる静音優先の場合と比較して速い速度ということである。

また撮影モードが動画撮影モードの場合、圧電体１３に入力する２つの駆動信号（Ａ相駆動信号及びＢ相駆動信号）の位相差の変更速度として、静音優先の速度を設定する（ステップＳ６）。
静音優先は、位相差変更時に異音が発生しない速度で、Ａ相駆動信号とＢ相駆動信号との位相差を、例えば＋９０°から−９０°まで（または＋９０°から−９０°まで、速度優先と比較して）低速で変更し、超音波モータ１０の駆動方向を変更することである。

駆動制御部４１は、上述のように、静止画撮影モードか動画撮影モードかによって異なる速度で設定された位相差の変更速度を位相差制御部４２に指示する（ステップＳ７）。
位相差制御部４２は、駆動パルス生成部４５を、上述のように設定された変更速度で駆動信号の位相差を変更するように制御する（ステップＳ８）。
駆動パルス生成部４５は、位相差制御部４２からの指示に基づいて、２つの駆動パルスの位相差を、設定された変更速度で、例えば＋９０°から−９０°へ変更する（ステップＳ８）。

そして、ステップＳ２において設定された駆動周波数で超音波モータ１０を駆動し（ｆ０→ｆ１ ｏｒ ｆ２）（ステップＳ９）、レンズＬが所定の位置で停止するように駆動信号の周波数を変更し（ｆ１ ｏｒ ｆ２→ｆ０）、超音波モータ１０を停止させる（ステップＳ１０）。

以上、本実施形態によると、以下の効果を有する。
静止画撮影モードの場合、音声は録音されないので、ＡＦレンズ駆動時において異音の発生よりも、ＡＦ速度のほうが優先的である場合が多い。
本実施形態によると、静止画撮影モードにおいて超音波モータ１０の回転方向を変更する場合、超音波モータ１０の圧電体１３に入力する２相の駆動信号の位相差の変更速度を高速で変更し、超音波モータ１０の駆動方向を迅速に変更する。したがって、静止画撮影モードでは、超音波モータ１０（すなわちＡＦレンズ）の駆動を高速に行うことが出来る。

一方、動画撮影モードの場合、音声が録音されるので、ＡＦレンズ駆動時において異音の発生を抑制することが重要となる場合が多い。
本実施形態によると、動画撮影モードにおいて超音波モータ１０の回転方向を変更する場合、超音波モータ１０の圧電体１３に入力する２相の駆動信号の位相差の変更速度を、異音が発生しない低速で変更する。したがって、動画撮影モードでは、超音波モータ１０（すなわちＡＦレンズ）の駆動を異音を発生させることなく行うことが出来る。

このように、静止画撮影モードが動画撮影モードかによって、超音波モータ１０の駆動を速度優先で行うか、静音優先で行うかが選択されるので、モードに応じて最適に超音波モータ１０を駆動することができる。

（変形形態）
以上、説明した実施形態に限定されることなく、以下に示すような種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明の範囲内である。
（１）本実施形態では、超音波モータ１０の回転方向を反転させる場合の、駆動信号の位相差の変更の速度を、静止画撮影モードか動画撮影モードかによって切り替えた。ただし、本発明はこれに限定されず、駆動信号の振幅を変更する場合にも適用可能である。駆動信号の振幅（電圧）の変更時にも異音が発生するからである。

（２）本実施形態では、超音波モータ１０の回転方向を反転させる場合の、駆動信号の位相差の変更の速度を、静止画撮影モードか動画撮影モードかによって切り替えた。ただし、本発明はこれに限定されず、動画撮影モードにおいても複数のモード、例えばスポーツモード、パーティモード、室内モード等がある場合に、スポーツモードの場合はＡＦ速度が重要であるので、速度優先位相差変更速度で位相差を変更し、パーティモードの場合は、異音の発生があまり気にならないので、速度優先位相差変更速度で位相差を変更し、室内モードのときは、異音の発生が好ましくないので、静音優先位相差変更速度で位相差を変更する等の制御を行っても良い。

（３）本実施形態では、超音波モータ１０の回転方向を反転させる場合の、駆動信号の位相差の変更の速度を、静止画撮影モードか動画撮影モードかによって切り替えた。ただし、本発明はこれに限定されない。
例えば、焦点距離に応じて、超音波モータにかかる負荷が変化する。この負荷の変化は、レンズ鏡筒によって異なるが、レンズ鏡筒自体は自己の焦点距離に応じた負荷は把握している。したがって、本発明の振動アクチュエータの駆動装置は、レンズＣＰＵから焦点距離と負荷との対応情報を受信し、カメラから焦点距離情報を受信し、受信した焦点距離から、負荷が大きいと判断したときは、位相差の変更速度を遅くし、はわかる。負荷が小さいと判断したときは、位相差の変更速度を速くしてもよい。

（４）本実施形態では、本実施形態では、超音波モータ１０の回転方向を反転させる場合の、駆動信号の位相差の変更の速度を、静止画撮影モードか動画撮影モードかによって切り替えた。ただし、本発明はこれに限定されない。
例えば、レンズ鏡筒の内部に温度検出部を設け、環境温度に応じて駆動信号の位相差の変更の速度を変更してもよい。
なお、実施形態及び変形形態は、適宜組み合わせて用いることもできるが、詳細な説明は省略する。また、本発明は以上説明した実施形態によって限定されることはない。

１：カメラ、１０：超音波モータ、１１：振動子、１２：弾性体、１３：圧電体、１５：移動子、２０：レンズ鏡筒、３０：撮像素子、４０：駆動装置、４１：駆動制御部、４２：位相差制御部、４３：周波数制御部、４４：振幅制御部、４５：駆動パルス生成部、４６：駆動信号生成部、５０：位置検出部

Claims (6)

1. 電気機械変換素子に対する互いに位相の異なる２相の交番信号の入力によって振動する振動部、及び、前記振動部の振動によって前記振動部に対して相対移動する相対移動部を備える振動アクチュエータの駆動装置であって、
   外部情報が入力される外部情報入力部と、
   前記外部情報入力部に入力された外部情報に基づいて、前記２相の交番信号の位相差または振幅の変更速度を制御する制御部と、
   を備えることを特徴とする振動アクチュエータの駆動装置。
2. 請求項１に記載の駆動装置であって、
   前記振動アクチュエータは、静止画撮影または動画撮影を選択可能なカメラの撮像部に被写体光を結像させるレンズを駆動するものであり、
   前記外部情報入力部に入力される外部情報は、前記カメラにおいて、静止画撮影か動画撮影のいずれが選択されたかを示す情報であること、
   を特徴とする駆動装置。
3. 請求項２に記載の駆動装置であって、
   前記外部情報入力部に、静止画撮影が選択されたことを示す情報が入力された場合、
   前記制御部は、前記位相差の変更速度を第１の速度とし、
   前記外部情報入力部に、動画撮影が選択されたことを示す情報が入力された場合、
   前記制御部は、前記位相差の変更速度を前記第１の速度より遅い第２の速度とすること、
   を特徴とする駆動装置。
4. 請求項１に記載の駆動装置であって、
   前記外部情報入力部に入力される外部情報は、温度情報であることを特徴とする駆動装置。
5. 請求項１に記載の駆動装置であって、
   前記振動アクチュエータは、カメラの撮像部に被写体光を結像させるレンズを駆動するものであり、
   前記外部情報入力部に入力される外部情報は、前記レンズの焦点距離であること、
   を特徴とする駆動装置。
6. 請求項１〜５までのいずれか１項に記載の駆動装置と、
   前記駆動装置により駆動される振動アクチュエータと、
   前記振動アクチュエータによって駆動される光学部材と、
   を備える光学機器。

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