JP2014233174A - 振動波モータの駆動装置、光学機器及び振動波モータの駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】動画撮影時にも静寂駆動が可能な振動波モータの駆動装置を提供する。
【解決手段】本発明の振動波モータの駆動装置は、電気機械変換素子１３により駆動面１２ａに駆動力が発生される振動子１１と、前記駆動面１２ａに加圧接触される摺動面を有し、前記駆動力によって駆動される相対運動部材１５と、を備える振動波モータ１０の前記電気機械変換素子１３に対して、互いに位相差を有する略同一周波数の２つの駆動信号を印加して前記相対運動部材１５を第一方向へ駆動している状態から、前記駆動信号の周波数を上げて前記相対運動部材１５の運動を実質的に停止させた状態で前記２つの駆動信号の前記位相差を変更し、前記駆動信号の周波数を下げることにより、前記相対運動部材１５の移動方向を前記第一方向と逆の第二方向へ変更する方向転換動作を行なう振動波モータ１０の駆動装置であって、前記駆動信号は、基本波と該基本波の周波数の高調波とを重ね合わせた信号であること、を特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、振動波モータの駆動装置、光学機器及び振動波モータの駆動方法に関するものである。

近年、静止画の撮影以外に動画撮影が可能な電子カメラがあり、動画撮影時には音声も取り込まれる。このような動画撮影が可能な電子カメラにおいて、振動波モータを搭載した交換レンズが着脱可能なものもある（特許文献１参照）。

特開平８−８００７３号号公報

しかし、振動波モータを搭載した交換レンズの場合、動画撮影時にオートフォーカス（以下ＡＦと略す）でレンズを駆動させようとすると、振動波モータが駆動を開始する際に微小な音が発生し、この音がマイクに取り込まれる可能性がある。

本発明の課題は、動画撮影時にも静寂駆動が可能な振動波モータの駆動装置、光学機器及び振動波モータの駆動方法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前記課題を解決する。

請求項１に記載の発明は、電気機械変換素子により駆動面に駆動力が発生される振動子と、前記駆動面に加圧接触される摺動面を有し、前記駆動力によって駆動される相対運動部材と、を備える振動波モータの前記電気機械変換素子に対して、互いに位相差を有する略同一周波数の２つの駆動信号を印加して前記相対運動部材を第一方向へ駆動している状態から、前記駆動信号の周波数を上げて前記相対運動部材の運動を実質的に停止させた状態で前記２つの駆動信号の前記位相差を変更し、前記駆動信号の周波数を下げることにより、前記相対運動部材の移動方向を前記第一方向と逆の第二方向へ変更する方向転換動作を行なう振動波モータの駆動装置であって、前記駆動信号は、基本波と該基本波の周波数の高調波とを重ね合わせた信号であること、を特徴とする振動波モ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記載の振動波モータの駆動装置であって、前記高調波は、２次の高調波であること、を特徴とする振動波モータの駆動装置である。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２記載の振動波モータの駆動装置において、前記相対運動部材の運動が停止する際の前記基本波の周波数をｆ０、前記相対運動部材の固有振動数をｆｒ、前記高調波の周波数をｆｈとした時、ｆ０ ＜ ｆｒ ＜ ｆｈの関係を満たすこと、特徴とする振動波モータの駆動装置である。
請求項４に記載の発明は、電気機械変換素子により駆動面に駆動力が発生される振動子と、前記駆動面に加圧接触される摺動面を有し、前記駆動力によって駆動される相対運動部材と、を備える振動波モータの前記電気機械変換素子に対して、互いに位相差を有する略同一の第１の周波数の２つの駆動信号を印加して前記相対運動部材を第一方向へ駆動している状態から、前記第１の周波数を上げた第2の周波数の状態で前記２つの駆動信号の前記位相差を変更する動作を行なう振動波モータの駆動装置であって、前記駆動信号は、基本波と該基本波の周波数の高調波とを重ね合わせた信号であること、を特徴とする振動波モータの駆動装置である。
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の振動波モータの駆動装置において、前記第１の周波数は、前記相対運動部材の運動を実質的に停止させる周波数であることを特徴とする振動波モータの駆動装置である。
請求項６に記載の発明は、請求項１から５のいずれか１項記載の前記駆動装置と、動画撮影モードを選択可能な撮影設定部と、を備え、該撮影設定部により前記動画撮影モードが選択された場合に、前記方向転換動作により行なうこと、を特徴とする光学機器である。
請求項７に記載の発明は、電気機械変換素子により駆動面に駆動力が発生される振動子と、前記駆動面に加圧接触される摺動面を有し、前記駆動力によって駆動される相対運動部材と、を備える振動波モータの前記電気機械変換素子に対して、互いに位相差を有する略同一周波数の２つの駆動信号を印加して前記相対運動部材を第一方向へ駆動している状態から、前記駆動信号の周波数を上げて前記相対運動部材の運動を実質的に停止させた状態で、前記２つの駆動信号の前記位相差を変更し、前記駆動信号の周波数を下げることにより、前記相対運動部材の移動方向を前記第一方向と逆の第二方向へ変更する方向転換動作を行なう振動波モータの駆動方法であって、前記駆動信号は、基本波と該基本波の周波数の高調波とを重ね合わせた信号であること、を特徴とする振動波モータの駆動方法である。
請求項８に記載の発明は、電気機械変換素子により駆動面に駆動力が発生される振動子と、前記駆動面に加圧接触される摺動面を有し、前記駆動力によって駆動される相対運動部材と、を備える振動波モータの前記電気機械変換素子に対して、互いに位相差を有する略同一の第１の周波数の２つの駆動信号を印加して前記相対運動部材を第一方向へ駆動している状態から、前記第１の周波数を上げた第2の周波数の状態で前記２つの駆動信号の前記位相差を変更する動作を行なう振動波モータの駆動方法であって、前記駆動信号は、基本波と該基本波の周波数の高調波とを重ね合わせた信号であること、を特徴とする振動波モータの駆動方法である。

本発明によれば、動画撮影時にも静寂駆動が可能な振動波モータの駆動装置、光学機器及び振動波モータの駆動方法を提供することができる。

本発明の一実施形態の、振動波モータの駆動装置を備える電子カメラを説明する図である。 本実施形態の駆動装置により駆動される振動波モータを備えたレンズ鏡筒を説明する図である。 振動子及び移動子を示す斜視図である。 振動波モータの駆動装置を説明するブロック図である。 （ａ）は、振動波モータの駆動信号の位相差に対する回転速度の関係を示すグラフであり、（ｂ）は、振動波モータの駆動周波数に対する回転速度の関係を示すグラフである。 本実施形態の駆動回路の駆動信号波形を説明する図である。 （ａ）は対称波形（矩形波）を振動子に印加し、振動子の変位（または振動速度）をＦＦＴ等で周波数分析した結果であり、（ｂ）は図６の駆動信号を振動子に印加し、振動子の変位（または振動速度）をＦＦＴ等で周波数分析した結果である。 振動波モータの振動子の振動と、振動子の駆動面に加圧された移動子の摺動部の様子を説明する図である。 動画モードを選択された場合、駆動電圧、駆動周波数、位相差、振動波モータの回転速度、変位の関係を時系列に説明する図である。

以下、本発明にかかる、振動波モータ１０の駆動装置４０の実施形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態の振動波モータ１０の駆動装置を備える電子カメラ１を説明する図である。
電子カメラ１は、撮像光学系Ｌ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、バッファメモリ１１０と、記録インターフェイス１２０と、モニタ１４０と、操作部材９０と、メモリ１３０と、ＣＰＵ１００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。

撮像光学系Ｌは、複数の光学レンズにより構成され、被写体像を撮像素子３０の受光面に結像させる。図１では光学レンズ系を簡略化して、単レンズとして図示している。また、光学レンズ群のうち、ＡＦ用の光学レンズは、振動波モータ１０の駆動により駆動される。

操作部材９０または画像の状況により撮像素子３０への露光時間(シャッタースピード)を決める。
撮像素子３０は、受光面に受光素子が２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、撮像光学系Ｌを通過した光束による被写体増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感度に応じて信号増幅）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４４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。音声検出部８０は電子カメラ１の内臓マイクの場合と、外部マイクを電子カメラ１の接点に取り付けられる場合とがあり、外部マイクが取り付けられた場合には、その取り付けをＣＰＵ１００が検知するようになっている。

記録インターフェイス１２０は、不図示のコネクタを有し、該コネクタに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。
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画像や操作メニューなどを表示する。

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。静止画撮影や動画撮影の設定は、該操作部材９０により設定される。

ＣＰＵ１００は、不図示のＲＯＭに格納されたプログラムを実行することによって電子カメラ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。
メモリ１３０は、画像処理した一連の画像データを記録する。
この様な構成の電子カメラ１において、本実施形態は、動画に対応した画像を取り込む。

図２は、本実施形態の駆動装置により駆動される振動波モータを備えたレンズ鏡筒２０を説明する図であり、振動波モータ１０をレンズ鏡筒２０に組み込んだ状態の図である。図３は振動子１１及び移動子１５を示す斜視図である。
振動子１１は、電気エネルギを機械エネルギ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。
振動子１１には進行波が発生するようにされているが、本実施形態では一例として９波の進行波として説明する。

弾性体１２は、共振先鋭度が大きな金属材料から成り、図３に示すように円環形状で、圧電体１３が接合される反対面には溝が切ってあり、突起部１２ｂ（溝がない箇所）の先端面が駆動面１２ａとなり移動子１５に加圧接触される。溝を切る理由は、進行波の中立面をできる限り圧電体１３側に近づけ、これにより駆動面１２ａの進行波の振幅を増幅させるためである。

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。

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。
不織布１６は、フェルトを例としたものであり、圧電体１３の下に配置されていて、振動子１１の振動を加圧板１７や加圧部に伝えないようにしてある。
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、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。本実施形態では、加圧部材１８を皿バネとしたが、皿バネでなくともコイルバネやウェーブバネでも良い。加圧部材１８は、押さえ環１９は固定部材１４に固定されることで、保持される。

移動子１５は、アルミニウムといった軽金属からなり、摺動面１５ａの表面には耐摩耗性向上のための摺動材料が設けられている（図３参照）。
移動子１５の上には、移動子１５の縦方向の振動を吸収するために、ゴムの様な振動吸収部材２３が配置され、その上には出力伝達部２４が配置されている。
出力伝達部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がかん合しており、出力伝達部２４の回転とともに、カム環３６が回転される。
カム環３６には、キー溝３７がカム環３６に斜めに切られており、ＡＦ環３４に設けられた固定ピン３８が、キー溝３７にかん合していて、カム環３６が回転駆動することにより、光軸方向に直進方向にＡＦ環３４が駆動され、所望の位置に停止できる様にされている。
固定部材１４は、押さえ環１９がネジにより取り付けられ、これを取り付けることで、出力伝達部２４から移動子１５、振動子１１、バネまでを一つのモータユニットとして構成できるようになる。

図４は、実施形態の振動波モータの駆動装置４０を説明するブロック図である。
まず、振動波モータ１０の駆動／制御部４１について説明する。
発振部４２は、制御部４１の指令により所望の周波数の駆動信号を発生する。
移相部４３は、該発振部４２で発生した駆動信号を位相の異なる２つの駆動信号に分ける。
増幅部４４は、移相部４３によって分けられた２つの駆動信号をそれぞれ所望の電圧に昇圧する。

増幅部４４からの駆動信号は、振動波モータ１０に伝達され、この駆動信号の印加により振動子１１に進行波が発生し、移動子１５が駆動される。
回転検出部４５は、光学式エンコーダや磁気エンコ−ダ等により構成され、移動子１５の駆動によって駆動された駆動物の位置や速度を検出し、検出値を電気信号として制御部４１に伝達する。

制御部４１は、レンズ鏡筒２０内またはカメラ本体のＣＰＵ４６（１００）からの駆動指令を基に振動波モータ１０の駆動を制御する。制御部４１は、回転検出部４５からの検出信号を受け、その値を基に、位置情報と速度情報を得て、目標位置に位置決めされるように発振部４２の周波数、移相部４３の位相差や増幅部４４の電圧を制御する。
また、制御部４１は、レンズ鏡筒２０やカメラ２０Ａより撮影情報（静止画モード／動画モード等）が伝達されるようになっている。このレンズ鏡筒２０やカメラ２０Ａより撮影情報を基に、駆動信号の周波数や位相差をきめ細かに制御する。

本実施形態の構成によれば、振動波モータの駆動装置は以下の様にして動作する。
まず、制御部４１に目標位置が伝達される。
そうすると、発振部４２からは駆動信号が発生され、その信号は位相部により９０度位相の異なる２つの駆動信号に分割され、増幅部４４により所望の電圧に増幅される。

駆動信号は、振動波モータ１０の圧電体１３に印加され、圧電体１３は励振され、その励振によって弾性体１２には９次の曲げ振動が発生する。圧電体１３はＡ相とＢ相とに分けられており、駆動信号はそれぞれＡ相とＢ相に印加される。

Ａ相から発生する９次曲げ振動とＢ相から発生する９次曲げ振動とは位置的な位相が１／４波長ずれるようになっている。また、Ａ相駆動信号とＢ相駆動信号とは９０度位相がずれているため、２つの曲げ振動は合成され、９波の進行波となる。
位相の値±９０度は、理想的な値であり、その中間値でも進行波の形状は乱れているが、進行波は生じている。

進行波の波頭には楕円運動が生じている。従って、駆動面１２ａに加圧接触された移動子１５は、この楕円運動によって摩擦的に駆動される。
移動子１５の駆動により駆動された駆動体には、光学式エンコ−ダが配置されていて、そこから、電気パルスが発生し、制御部４１に伝達される。
制御部４１は、この信号を基に、現在の位置と現在の速度を得ることが可能となり、これらの位置情報、速度情報及び目標位置情報を基に、発振部４２の駆動周波数は制御される。

また、正方向に駆動する場合には、移相部４３での２つの駆動信号（周波電圧信号）の位相差を＋値、例えば＋９０度にし、逆方向に駆動する場合には、移相部４３での２つの駆動信号（周波電圧信号）の位相差を−値、例えば−９０度にすれば良い。

一方、制御部４１は、現在の撮影モードが静止画モード／動画モードであるかの情報を基に、静止画モードの場合には、発振部４２の駆動周波数を制御し、動画モードの場合には、発振部４２の駆動周波数および移相部４３の位相差を制御する。特に、小刻みにＡＦレンズを前後させるウォブリング動作については、駆動周波数および位相差を変更して、位置や速度を制御する。

図５（ａ）は、振動波モータの駆動信号の位相差に対する回転速度の関係を示すグラフであり、図５（ｂ）は、振動波モータの駆動周波数に対する回転速度の関係を示すグラフである。

図５（ａ）に示すように、回転速度は、２つの駆動信号の位相差が＋９０度では正回転の最大速度、２つの駆動信号の位相差が−９０度では逆回転の最大速度となり、その中間の位相差は、中間的な速度値を示す。
また、図５（ｂ）に示すように、駆動周波数は、小さくしていくと回転速度が大きくなり、周波数を大きくすると回転速度は低下していき、０となる。
例えば、位相差＋９０度とした時、駆動周波数が小さい方が、回転速度は高くなる。

図６は、本実施形態の駆動回路の駆動信号波形を説明する図である。
振動波モータ１０を駆動する信号波形は、一般的には正弦波が用いられる。なぜなら、振動は一般的に時間とともに正弦波的な変位や速度変化を伴うように運動するからである。
しかし、本実施形態では、図６で示すように、＋方向−方向で非対称形状の波形を有し、互いに位相が９０度異なる２つの信号を駆動信号として入力する。

図７（ｂ）は、図６の駆動信号を振動子１１に印加し、振動子１１の変位（または振動速度）をＦＦＴ等で周波数分析した結果である。図示するように、振動子１１には、駆動信号の周波数以外に、２次高調波の周波数、３次高調波の周波数・・・と全ての次数の高調波周波数と一致した振動モードも励起されている。

次に上記した高調波を含んだ駆動信号にした理由を説明する。
図８は、振動波モータ１０の振動子１１の振動と、振動子１１の駆動面１２ａに加圧された移動子１５の摺動部の様子を説明する図である。

図８（ａ）は、駆動している状態を示している。駆動周波数を低くしていき、振動子１１の振動振幅を大きくした状態で（例えば図５の周波数ｆ２、ｆ３等）、この場合、移動子１５は、振動子１１の駆動面１２ａの進行波の波頭のみに接触するため、駆動面１２ａの楕円運動により移動子１５は楕円運動の方向に駆動する。なお、駆動信号は正弦波としている。

移動子１５は、移動子１５に対して加圧されているため、振動子１１の曲げ変形に沿った様な形状で変形している。例えば振動子１１が９次の曲げ振動モードを利用している場合、移動子１５も９次の曲げ変位が生じている。
しかし、移動子１５の変位は、ステータの振動の振動変位よりも小さいため振動子１１の進行波の波底には接触せず、進行波の波頭の楕円運動の方向に駆動されている。波底の楕円運動の方向は、波頭とは逆であるので、移動子１５の駆動面１２ａが波底に接触すると、駆動できないか、不安定な駆動状態となる。

図８（ｂ）は、停止している状態を示している。駆動周波数を高くしていき、振動子１１の振動振幅を小さくした状態で（例えば図５の周波数ｆ０）、この場合、移動子１５は、振動子１１駆動面１２ａの進行波の波頭および波底に接触している。振動振幅が小さい状態でも、移動子１５は、移動子１５に対して加圧されているため、振動子１１の曲げ変形に沿った様な形状で変形している。それは、(ａ)の場合と同様である。
（ｂ）の場合、移動子１５は、波頭だけではなく波底にも接触しているため、お互い反対方向の楕円運動をうけるため、停止した状態となる。

この（ｂ）の状態（正弦波の駆動信号を用いて駆動周波数を高くして、移動子１５を停止させる）で、十秒以上保持すると、振動子１１駆動面１２ａと移動子１５摺動面１５ａが過剰な密着状態となる。
過剰な密着状態とは、この後に駆動させようとして駆動周波数を下げていき、例えば図５のｆ２、ｆ３の周波数にしても振動子１１と移動子１５との密着状態が解消せず、駆動できない状態と定義している。

この原因としては、（ｂ）の状態で、振動子１１を振動させながら、移動子１５とを密着させると、振動による面圧力で、振動子１１駆動面１２ａと移動子１５摺動面１５ａと間の空気が押し出され、ミクロ的に真空状態が発生し、その結果、過剰な密着状態になるものと見られる。特に、振動波モータ１０は、移動子１５駆動面１２ａおよび振動子１１摺動面１５ａに対して高精度の面精度が要求されるため、この現象を引き起こしやすくなっているものと考えられる。

ここで、本発明の振動波モータ１０は、
停止状態（図８（ｂ）時）の駆動信号周波数：ｆ０
駆動に用いる振動子１１の振動モードと同じ移動子１５の摺動面１５ａの振動モードの固有振動数：ｆｒ
駆動信号の２次高調波の周波数：ｆｈ
と定義した場合、
ｆ０ ＜ ｆｒ ＜ ｆｈ
となる。

このように、振動子１１の駆動周波数ｆ０に対して、移動子１５の摺動面１５ａの固有振動数ｆｒが大きいため、振動子１１の駆動面１２ａの振動変位に対して、移動子１５の摺動面１５ａが追従できてしまうため、（ｂ）の様な密着状態が発生する可能性がある。

しかし、本実施形態の駆動信号は、正弦波駆動信号Ｓにその２次高調波の駆動信号を重ね合わせたものである。そうすると、図８（ｃ）の様に振動子１１の駆動面１２ａは、正弦波的な変位ではなく、凸凹した変位を有する信号Ｓ１となる。
この凸凹の変位は２次高調波の変形で、周波数がｆｈで振動している。

振動子１１の２次高調波周波数ｆｈに対して、移動子１５の摺動面１５ａの固有振動数ｆｒが小さいため、振動子１１の駆動面１２ａの２次高調波振動変位に対して、移動子１５の摺動部１５ａが追従できない現象が生じる。

実際に、図８（ｄ）の様に、駆動面１２ａに移動子１５を加圧したとき、基本駆動信号を停止状態の周波数に設定しても（例えば図５のｆ０）、２次高調波の周波数ｆｈが移動子１５の摺動面１５ａの固有振動数ｆｒが高い。このため、移動子１５の摺動部面１５ａは２次高調波の振動に追従できなく、振動子１１駆動面１２ａと移動子１５摺動面１５ａとの間にギャップが生じる。
それにより振動子１１と移動子１５との密着が解消され、駆動しようと駆動周波数を下げていった場合の起動性が確保されることとなる。

高調波は、振幅エネルギが大きい２次高調波を含んだ波形が好適である（１次基本波＋２次高調波）。
図７（ａ）に示す矩形波では、高調波は、３次、５次と奇数倍となるが、３次高調波でも、本課題の過剰な密着状態に対してある程度効果が有るが、２次高調波を含んだ駆動波形の方が効果が大きい。

図９は、動画モードが操作部材９０より選択された場合の、駆動電圧、駆動周波数、位相差、振動波モータ１０の回転速度及び変位の関係を時系列に説明する図である。
動画モードの場合には、小刻みにＡＦレンズを前後させるウォブリング動作を行う。本実施形態では、実際にウォブリング動作をしながらコントラスト検出をして被写体の位置を追尾していくことを説明する。

まず、駆動電圧はＶ０（最小電圧）、駆動周波数はｆ０(最大周波数)、位相差０と設定：ｔ０
駆動動電圧の増加を開始（徐々に増加）：ｔ１
駆動電圧を定格電圧Ｖ１に設定し、位相差の変更（０→９０度）を開始：ｔ２
位相差を９０度に設定、駆動周波数を最大周波数ｆ０より挿引開始：ｔ３
駆動周波数の挿引途中で、振動波モータ１０が正方向に駆動開始：ｔ４
周波数ｆ１に設定：ｔ５
周波数ｆ１からｆ０への変更が開始：ｔ６（ｔ５〜ｔ６間は、移動子１５は一定速度）
駆動周波数が挿引途中で、振動波モータ１０が停止：ｔ７
周波数ｆ０に設定、位相差の変更（９０→−９０度）が開始。同時にレンズ位置Ｗbe位置でコントラストが検出：ｔ８
位相差が−９０度に設定され、駆動周波数が最大周波数ｆ０より挿引開始：ｔ９
駆動周波数が挿引されている途中で、振動波モータ１０が逆方向に駆動開始：ｔ１０
周波数ｆ２に設定：ｔ１１
周波数ｆ２からｆ０への変更開始：ｔ１２（ｔ１１〜ｔ１２間は、移動子１５一定速度。周波数ｆ２（ｆ１よりやや低い周波数）に設定しているのは、位置変位Ｗｂｅ→Ｗａｆ≒２×（Ｗｏ→Ｗｂｅ）と、２倍の位置変位が必要なため。）
駆動周波数の挿引途中で、振動波モータ１０が停止：ｔ１３
周波数ｆ０に設定、位相差の変更（−９０→９０度）が開始。同時にレンズ位置Ｗａｆ位置でコントラストが検出：ｔ１４
位相差が９０度に設定、駆動周波数を最大周波数ｆ０より挿引が開始：ｔ１５
駆動周波数の挿引途中で、振動波モータ１０が正方向に駆動開始：ｔ１６
周波数ｆ１に設定：ｔ１７
周波数ｆ１からｆ０への変更が開始：ｔ１８（ｔ１７〜ｔ１８間は、移動子１５一定速度となる）
駆動周波数の挿引途中で、振動波モータ１０が停止：ｔ１９
周波数ｆ０の設定と同時にレンズ位置Ｗo位置でコントラストを検出：ｔ２０
以上が、ウォブリング動作の１サイクル（例ｔ４とｔ２１間）で、１サイクル当たり、２０Ｈｚの間隔（＝約５０ｍｓｅｃ）としている。

本実施形態では、駆動電圧を徐々に増加させて定格電圧にし、その状態を保持する。そして、位相差を徐々に変更することで、駆動方向を切り替え、周波数を変更して速度と位置を制御する。したがって、従来の駆動方向切り替え時に行っていた電源ＯＮ／ＯＦＦ挙動がなくなり、その時に発生した音を防止することができる。
なお、本説明で用いている駆動周波数ｆ０、ｆ１、ｆ２、ｆ３は、図５の示した周波数の関係と同じである。

次に、ｔ２１以降を説明する。
ｔ４からｔ２１までの３点のコントラスト検出情報で、被写体の位置が焦点深度内であったことが確認された場合の挙動を説明する。
焦点深度内であったため、ウォブリング動作は一時停止される。
周波数はｆ０設定のまま、位相差は９０度設定のまま保持：ｔ２１からｔ２２間
この間、何回かコントラスト検出が行われ、被写体が焦点深度内であれば一時停止は保持される（最低１秒〜最長１分）。

コントラスト検出で、被写体が焦点深度から外れた情報が得られたとき、ウォブリング駆動が再開される。
従来の正弦波の駆動波形を用いた場合、ウォブリングを一時停止した状態、すなわち、周波数ｆ０に設定し、回転速度が０状態を保持した場合、ウォブリングを再開しようと周波数を下げていっても、起動されない場合がある。
しかし、本実施形態の駆動信号波形（基本正弦波波形と２次高調波を含んだ波形）にすれば、起動性が確保できるようになる。

位相差を９０度に設定、駆動周波数を最大周波数ｆ０より挿引を開始：ｔ２２
駆動周波数の挿引途中で、振動波モータ１０が正方向に駆動開始：ｔ２３
周波数ｆ１に設定：ｔ２４
周波数ｆ１からｆ０への変更開始：ｔ２５
駆動周波数の挿引途中で、振動波モータ１０が停止：ｔ２６
周波数ｆ０に設定、位相差の変更（９０→−９０度）を開始。それと同時にレンズ位置Ｗbe位置でコントラストを検出：ｔ２７
位相差を−９０度に設定、駆動周波数を最大周波数ｆ０より挿引開始：ｔ２８
駆動周波数の挿引途中で、振動波モータ１０が逆方向に駆動開始：ｔ２９
周波数ｆ２に設定：ｔ３０
周波数ｆ２からｆ０へ変更開始：ｔ３１
駆動周波数の挿引途中で、振動波モータ１０が停止：ｔ３２
周波数ｆ０に設定、位相差の変更（−９０→９０度）が開始。それと同時にレンズ位置Ｗaf位置でコントラストが検出：ｔ３３
位相差が９０度に設定され、駆動周波数を最大周波数ｆ０より挿引を開始：ｔ３４
駆動周波数の挿引途中で、振動波モータ１０が正方向に駆動開始：ｔ３５
周波数ｆ１に設定：ｔ３６
周波数ｆ１からｆ０への変更開始：ｔ３７
駆動周波数の挿引途中で、振動波モータ１０が停止：ｔ３８
周波数ｆ０に設定され、それと同時にレンズ位置Ｗo位置でコントラストを検出：ｔ３９

ここで、ｔ３９において被写体が現在のレンズ位置から正方向に位置していることが判明し、レンズを正方向に移動する必要が生じたとする。
そうすると、位相差を９０度に設定、駆動周波数を、最大周波数ｆ０より挿引開始：ｔ４０
駆動周波数の挿引途中で、振動波モータ１０が正方向に駆動開始：ｔ４１
周波数ｆ３に設定：ｔ４２
（大きな移動量が必要なため、設定される駆動周波数をｆ３とした）
周波数ｆ３からｆ０への変更開始：ｔ４３
駆動周波数が挿引されている途中で、振動波モータ１０が停止：ｔ４４
周波数がｆ０に設定：ｔ４５
ｔ４５以降は、この後、ウォブリング動作を継続する。

以上、本実施形態によると、以下の効果を有する。
まず、比較形態として一般に用いられている方法を説明する。比較形態においては、動画撮影時に、ＡＦレンズを小刻みに前後させて、適正な焦点位置を追従させる動作（ウォブリング動作）を行う時、振動波モータ１０としては、１）駆動信号をＯＮにして正方向に駆動→２）駆動信号をＯＦＦにして一旦止めて駆動信号の位相差設定→３）駆動信号をＯＮにして反対方向に駆動→４）駆動振動をＯＦＦにして一旦とめて駆動信号の位相差設定→・・・・繰り返し、という動作が一般に行なわれている。
しかし、この場合、駆動信号をＯＦＦにして一旦止めての時と、駆動信号をＯＮにして駆動させる時に、微小の音が発生してしまう。

そこで、本実施形態では、上記２）および４）の一旦止めて駆動信号の位相差を設定するのではなく、常時駆動信号をＯＮとする。
そして、駆動信号を速度が０になる高い周波数に設定し、その状態で、位相差を徐々に９０度→−９０度と変更（または−９０度→９０度と変更）する。
これにより、微小の音の発生無しで回転方向を切り替えることができる。

しかし、常時駆動信号をＯＮとし、駆動信号を速度が０になる高い周波数に設定し、その状態で数十秒保持すると、振動子１１の駆動面１２ａと移動子１５の摺動面１５ａが過剰密着する。
このため、再度駆動させようと駆動周波数を下げて駆動状態にしても起動しない場合がある。

そこで、本実施形態では、駆動電圧を徐々に増加させ定格電圧する。そして、その状態を保持したまま、位相差を徐々に変更することで、駆動方向を切り替え、周波数を変更して速度と位置を制御する。
これにより、比較形態のように駆動方向の切り替え時に行っていた電源ＯＮ／ＯＦＦ挙動がなくなり、電源ＯＮ／ＯＦＦの際に発生していた音を防止することができる。

さらに、正弦波駆動信号の場合、駆動信号を振動子１１に印加継続しながら停止状態を保持しる際に発生する振動子１１と移動子１５との過剰な密着状態現象が生じるが、本実施形態の駆動信号波形（基本正弦波波形と２次高調波を含んだ波形）にすることで、起動性の確保が可能である。

（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、振動子に、駆動信号の１次基本波以外に、２次高調波の周波数、３次高調波の周波数・・・と全ての次数の高調波周波数と一致した振動モードが励起された駆動信号を入力したが、これに限定されない。例えば、駆動信号の基本周波数の他に、２次高調波の周波数だけを含む駆動信号を入力してもよい。また、基本周波数の他に入力する高調波は、２次が最も好適であるが、これに限らず他の高調波であってもよい。

（２）本実施形態では、９次の進行波形振動波モータ１０を例としたが、例えば、４次、５次、・・・１０次、１１次、それ以上の振動モードでも、同様な課題があり、本発明の駆動信号波形を適用することで、課題が解消される。

（３）本実施形態では、カメラ本体に着脱可能なレンズ鏡筒において使用される振動波モータについて説明したが、これに限定されず、カメラ本体とレンズ鏡筒とが一体になったカメラ内部に用いられる振動波モータであってもよい。
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：電子カメラ、１０：振動波モータ、１１：振動子、１２：弾性体、１２ａ：駆動面、１３：圧電体、１５：移動子、１５ａ：摺動面、２０：レンズ鏡筒、２０Ａ：カメラ、４０：駆動装置

Claims (8)

1. 電気機械変換素子により駆動面に駆動力が発生される振動子と、
   前記駆動面に加圧接触される摺動面を有し、前記駆動力によって駆動される相対運動部材と、
   を備える振動波モータの前記電気機械変換素子に対して、
   互いに位相差を有する略同一周波数の２つの駆動信号を印加して前記相対運動部材を第一方向へ駆動している状態から、前記駆動信号の周波数を上げて前記相対運動部材の運動を実質的に停止させた状態で前記２つの駆動信号の前記位相差を変更し、前記駆動信号の周波数を下げることにより、前記相対運動部材の移動方向を前記第一方向と逆の第二方向へ変更する方向転換動作を行なう振動波モータの駆動装置であって、
   前記駆動信号は、基本波と該基本波の周波数の高調波とを重ね合わせた信号であること、
   を特徴とする振動波モータの駆動装置。
2. 請求項１記載の振動波モータの駆動装置であって、
   前記高調波は、２次の高調波であること、
   を特徴とする振動波モータの駆動装置。
3. 請求項１又は２記載の振動波モータの駆動装置において、
   前記相対運動部材の運動が停止する際の前記基本波の周波数をｆ０、
   前記相対運動部材の固有振動数をｆｒ、
   前記高調波の周波数をｆｈとした時、
   ｆ０ ＜ ｆｒ ＜ ｆｈ
   の関係を満たすこと、
   特徴とする振動波モータの駆動装置。
4. 電気機械変換素子により駆動面に駆動力が発生される振動子と、
   前記駆動面に加圧接触される摺動面を有し、前記駆動力によって駆動される相対運動部材と、
   を備える振動波モータの前記電気機械変換素子に対して、
   互いに位相差を有する略同一の第１の周波数の２つの駆動信号を印加して前記相対運動部材を第一方向へ駆動している状態から、
   前記第１の周波数を上げた第2の周波数の状態で前記２つの駆動信号の前記位相差を変更する動作を行なう振動波モータの駆動装置であって、
   前記駆動信号は、基本波と該基本波の周波数の高調波とを重ね合わせた信号であること、
   を特徴とする振動波モータの駆動装置。
5. 請求項４に記載の振動波モータの駆動装置において、
   前記第１の周波数は、前記相対運動部材の運動を実質的に停止させる周波数であることを特徴とする振動波モータの駆動装置。
6. 請求項１から５のいずれか１項記載の前記駆動装置と、
   動画撮影モードを選択可能な撮影設定部と、
   を備え、
   該撮影設定部により前記動画撮影モードが選択された場合に、前記方向転換動作により行なうこと、を特徴とする光学機器。
7. 電気機械変換素子により駆動面に駆動力が発生される振動子と、
   前記駆動面に加圧接触される摺動面を有し、前記駆動力によって駆動される相対運動部材と、
   を備える振動波モータの前記電気機械変換素子に対して、
   互いに位相差を有する略同一周波数の２つの駆動信号を印加して前記相対運動部材を第一方向へ駆動している状態から、前記駆動信号の周波数を上げて前記相対運動部材の運動を実質的に停止させた状態で、
   前記２つの駆動信号の前記位相差を変更し、
   前記駆動信号の周波数を下げることにより、前記相対運動部材の移動方向を前記第一方向と逆の第二方向へ変更する方向転換動作を行なう振動波モータの駆動方法であって、
   前記駆動信号は、基本波と該基本波の周波数の高調波とを重ね合わせた信号であること、
   を特徴とする振動波モータの駆動方法。
8. 電気機械変換素子により駆動面に駆動力が発生される振動子と、
   前記駆動面に加圧接触される摺動面を有し、前記駆動力によって駆動される相対運動部材と、
   を備える振動波モータの前記電気機械変換素子に対して、
   互いに位相差を有する略同一の第１の周波数の２つの駆動信号を印加して前記相対運動部材を第一方向へ駆動している状態から、
   前記第１の周波数を上げた第2の周波数の状態で前記２つの駆動信号の前記位相差を変更する動作を行なう振動波モータの駆動方法であって、
   前記駆動信号は、基本波と該基本波の周波数の高調波とを重ね合わせた信号であること、
   を特徴とする振動波モータの駆動方法。

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