JP2015107003A - 振動波モータの駆動装置、レンズ鏡筒及びカメラ - Google Patents

Abstract

【課題】振動波モータに突発音を発生させにくい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１０の駆動装置４０Ａは、駆動信号の入力により振動する電気機械変換素子１３と、前記電気機械変換素子１３の前記振動により駆動面が振動する振動体１２と、前記駆動面に加圧接触され、前記駆動面の前記振動により相対移動する移動体１５と、互いに位相が異なる２つの駆動信号を生成する移相部４３と、備え、前記移相部４３は、前記移動体１５の相対移動により駆動される被駆動体１２の位置が、停止位置に対して所定の距離となったことを検知したとき、前記駆動信号の位相差を、プラスマイナスに交互に変化させる交互回転制御を行なうこと、を特徴とする。
【選択図】図６

Description

本発明は、振動波モータの駆動装置、レンズ鏡筒及びカメラに関するものである。

従来、振動波モータによりオートフォーカス制御を行う場合、位相の異なる電圧を振動波モータの電極に印加することでオートフォーカスレンズの駆動制御を行っている（特許文献１参照）。

特開平８−１８２３５７号公報

しかし、従来の振動波モータは、所定の位置に到達したレンズを停止させる際に、突発的な音が発生する。
この音は、従来の静止画撮影では特に問題視されてこなかったが、動画撮影時にはこの突発音が異音として録画データに記録されてしまう危険性がある。
この突発音の主原因の１つとして考えられているのが駆動開始時や駆動停止時に行う急な通電であるが、それを回避するために通電状態を継続した場合、停止状態にも関わらずに別の異音が発生してしまう。

本発明の課題は、振動波モータに突発音を発生させにくい振動波モータの駆動装置、レンズ鏡筒及びカメラ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、駆動信号の入力により振動する電気機械変換素子と、前記電気機械変換素子の前記振動により駆動面が振動する振動体と、前記駆動面に加圧接触され、前記駆動面の前記振動により相対移動する移動体と、互いに位相が異なる２つの駆動信号を生成する移相部と、備え、前記移相部は、前記移動体の相対移動により駆動される被駆動体の位置が、停止位置に対して所定の距離となったことを検知したとき、前記駆動信号の位相差を、プラスマイナスに交互に変化させる交互回転制御を行なうこと、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に記載の振動波モータの駆動装置において、前記移相部における、前記駆動信号の位相差の変更は、任意の範囲で段階的に行うこと、を特徴とする振動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２に記載の振動波モータの駆動装置において、前記任意の範囲は、プラスマイナス９０度以下の範囲であること、を特徴とする振動モータの駆動装置である。
請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の前記駆動装置と、前記駆動装置によって駆動される前記振動波モータとを備え、前記被駆動体は、撮影光学系であること、を特徴とするレンズ鏡筒である。
請求項５に記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の前記駆動装置と、前記駆動装置によって駆動される前記振動波モータとを備え、前記被駆動体は、撮影光学系であること、を特徴とするカメラである。

本発明によれば、振動波モータに突発音を発生させにくい振動波モータの駆動装置、レンズ鏡筒及びカメラを提供することができる。

本発明の一実施形態の電子カメラを説明する図である。 本発明の一実施形態のレンズ鏡筒を説明する図である。 本発明の一実施形態の振動波モータの振動子を説明する図である。 振動波モータの駆動装置を説明するブロック図である。 振動波モータにおける駆動信号の位相差および周波数と回転速度との関係を示すグラフである。 駆動制御部による交互回転制御時における振動波モータの駆動信号と駆動状態を説明する図である。

以下、本発明にかかる電子カメラ１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電子カメラ１を説明する図である。
電子カメラ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。この光学レンズ群Ｌのうちの、後述するＡＦ用の第３レンズ群Ｌ３（図２に図示）は、振動波モータ１０により駆動される。

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。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。

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。本実施形態の電子カメラ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。図３は、本発明の一実施形態の振動波モータ１０の振動子１１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との間に振動波モータ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、振動波モータ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。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８波の進行波が発生される。

弾性体１２は、共振先鋭度が大きな金属材料から成り、形状は、円環形状である。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。振動波モータ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。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、これにより駆動面の進行波の振幅を増幅させるためである。溝の切っていない部分を本実施形態ではベース部１２ｂと呼ぶ。

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。弾性体１２の駆動面には潤滑性の表面処理がなされている。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。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や加圧部材１８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、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。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、摺動面の表面１５ａには耐摩耗性向上のための摺動材料等の表面処理がなされている（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、ゴム等により形成された振動吸収部材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。押さえ環１９を固定部材１４に取り付けることで、出力伝達部材２４から移動子１５、振動子１１、加圧部材１８までを一つのモータユニットとして構成できる。

次に、振動波モータ１０を駆動する駆動装置４０Ａについて説明する。
図４は、振動波モータ１０の駆動装置４０Ａを説明するブロック図である。駆動装置４０Ａは、基板４０（図２参照）に設けられている。
駆動装置４０Ａは、図４に示すように、振動波モータ１０に接続されており、振動波モータ１０に設けられた位置検出部４５から振動波モータ１０の回転速度情報を受信するとともに、振動波モータ１０の制御も行う。

駆動装置４０Ａは、駆動制御部４１と、発振部４２と、移相部４３と、増幅部４４とを備える。
駆動制御部４１は、レンズ鏡筒２０内又はカメラ１本体のＣＰＵ１００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。駆動制御部４１には、振動波モータ１０の位置を検出する位置検出部４５から、制御情報として振動波モータ１０の回転情報が入力されるようになっている。

発振部４２は、駆動制御部４１の指令により所望の周波数の駆動信号を発生する。駆動信号は、電位ゼロを基準として、＋方向及び−方向で非対称形状となっている。
移相部４３は、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２つの駆動信号は、振動波モータ１０に伝達され、この２つ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。

位置検出部４５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、移動子１５の駆動によって駆動された被駆動体(第３レンズ群Ｌ３)の位置を直接又は間接的に検出し、検出値を電気信号として駆動制御部４１に出力する。

上記構成の駆動装置４０Ａは、駆動制御部４１が、レンズ鏡筒２０内またはカメラ１本体のＣＰＵ１００からの駆動指令に基づいて、振動波モータ１０の駆動を制御する。すなわち、駆動制御部４１は、位置検出部４５からの位置検出信号を受信すると、その値を基に、位置情報と速度情報とを得て、目標位置に位置決めされるように、駆動信号を制御する。すなわち、発振部４２による周波数、移相部４３による位相差、及び増幅部４４による電圧を制御する。

ここで、駆動制御部４１は、主に駆動周波数を変化させることで振動波モータ１０の回転速度を制御し、駆動待機時および駆動方向切り替え時における不駆動時には駆動周波数の制御に加えて位相差を制御する交互回転制御を行う。

次に、駆動装置４０Ａによる振動波モータ１０の駆動及び制御について説明する。
まず、駆動制御部４１には、レンズ鏡筒２０内又はカメラ１本体のＣＰＵ１００からの目標位置が伝達される。発振部４２から駆動信号が発生し、その信号は移相部４３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。駆動制御部４１は、振動波モータ１０に２つの駆動信号を与える。

２つの駆動信号は、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８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、２つの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８次曲げ振動とＢ相から発生する８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おり、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、８波の進行波となる。
位相差の値＋９０度又は−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により駆動された被駆動体（レンズＬ３）の近傍に、光学式の位置検出部４５が配置されていて、そこから、電気パルスが発生し、駆動制御部４１に伝達される。駆動制御部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の駆動周波数を制御する。

また、ＡＦ環３４を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、ＡＦ環３４を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。

ここで、図５を参照して、振動波モータ１０における駆動信号の位相差および周波数と回転速度との関係を説明する。
図５（ａ）は、振動波モータ１０の駆動信号の位相差に対する回転速度の関係の一例を示すグラフであり、図５（ｂ）は、振動波モータ１０の駆動周波数に対する回転速度の関係の一例を示すグラフである。
図５（ａ）に示すように、振動波モータ１０の回転速度は、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。位相差が０度では、弾性体１２の振動は定在波となって移動子１５を回転駆動しなくなる（すなわち振動波モータ１０の回転速度が０になる）。
また、図５（ｂ）に示すように、駆動周波数は、小さくすると回転速度が大きくなり、大きくすると回転速度は低下していき、０となる。これにより、例えば、２つの駆動信号の位相差を＋９０度に固定して、駆動周波数を変化させることで回転速度を変化させることができる。

つぎに、駆動装置４０Ａの駆動制御部４１による交互回転制御について説明する。
図６は、駆動制御部４１による交互回転制御時における振動波モータ１０の駆動信号と振動波モータ１０の駆動状態を説明する図である。それぞれ横軸を時間軸とし、図６（ａ）はレンズＬ３の位置、図６（ｂ）は振動波モータ１０に加える信号の周波数、図６（ｃ）は振動波モータ１０に加える信号の位相を示したものである。

まず、カメラＣＰＵ１００より、駆動装置４０Ａに対してＡＦ用の第３レンズ群Ｌ３の駆動の信号が送信されると、駆動装置４０Ａは、振動波モータ１０の電極に駆動電圧を印加する（ｔ１）。なお、駆動電圧の印加による突発音がないようこれ以降は通電状態が続く。

振動波モータ１０の電極に駆動電圧が印加されると、駆動装置４０Ａは、次に周波数の掃引を開始する（ｔ２）。
そして、駆動装置４０Ａは、振動波モータ１０が停止している周波数「Ａ」から所定の駆動回転数に応じた周波数「Ｃ」に駆動周波数を移行する（ｔ３）。それに伴い、ＡＦ用の第３レンズ群Ｌ３も移動を開始し、所定の位置に移動を始める。

やがて、ＡＦ用の第３レンズ群Ｌ３が所定の位置に近づいて所定の距離に達すると、検出部４５によって検出される（ｔ３）。
そうすると、駆動装置４０Ａは、第３レンズ群Ｌ３を停止させるため、振動波モータ１０の周波数を「Ｃ」から、レンズ位置が停止判定範囲の最小（もしくは最大）になる周波数「Ｂ」まで移行させる（ｔ５）。

この時、カメラＣＰＵ１００は、この状態で停止と判断するため、従来、駆動創始４０Ａに対して、この時点で駆動装置４０Ａに電圧印加を停止するように指示し、ＡＦ駆動が終了していた。しかし、通電状態が続く場合、振動波モータ１０は停止周波数「Ａ」ではないため微小ながら駆動を継続する。

振動波モータ１０の駆動に伴い、第３レンズ群Ｌ３が微小移動を続けるため、やがて停止判定の範囲外に近づく。範囲外になると、停止判定が覆ってしまう。このため、制御部４０Ａは、検出部４５より振動波モータ１０が停止判定の範囲外に近づいた通知を受けると、位相差をプラスからマイナス（又はマイナスからプラス）に反転させて、第３レンズ群Ｌ３の移動方向を反転させる（ｔ６）。ここで、「範囲外に近づいた」とは、例えば、停止判定する範囲にから所定の距離となった場合である。

なお、この位相差の反転は、プラス９０度からマイナス９０度の範囲で行う。この時、位相差を瞬間的に切り替えると突発的な音が発生してしまうため、段階的に変化させる。なお、段階的でなくとも徐々に行ってもよい。
ただし、位相差の反転は、プラス９０度からマイナス９０度に限らず、９０度以内の、例えばプラス６０度からマイナス６０度の範囲でもよい。この場合、振動波モータ１０の移動が緩やかになるので、慣性力等によって振動波モータ１０が停止判定の範囲外まで移動してしまうことを事前に防ぎやすい。

反転した振動波モータ１０は、微小駆動を続けるため、第３レンズ群Ｌ３もまた微小移動を続け、やがて反対側の範囲外に近づく。その際、制御部４０Ａは、また位相差を段階的に変化させて振動波モータ１０の回転、第３レンズ群Ｌ３の移動方向を反転させる（ｔ７）。

このようにして、制御部４０Ａは、次のＡＦ駆動の信号をカメラＣＰＵ１００から受信するまで、振動波モータ１０を停止させることなく、第３レンズ群Ｌ３が停止判定の範囲に留まるように駆動させる。

やがて、次のＡＦ駆動の信号をカメラＣＰＵ１００から受信すると（ｔ８）、駆動部４０Ａは、周波数を「Ｂ」から「Ｃ」に掃引させてＡＦ駆動を開始し、同様の駆動を行う。

以上、本実施形態によると、以下の効果を有する。
通電状態でカメラボディ側がレンズの停止判定を行う範囲で、位相差を所定範囲で段階的に変化させて停止判定が途切れない範囲でレンズを小刻みに動かす。これにより超音波モータが停止している際に発生する異音を発生させることのないモータ制御を実現される。
このため、動画撮影時において、突発音が異音として録画データに記録されることがない。

（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）本実施形態は、本発明を円環型の振動波モータ１０に適用したものである。しかし、本発明は円環型に限るものではなく、軸出力型の振動波モータに適用しても良い。

（２）また、振動波モータ１０から被駆動部材（ＡＦ環３４）への駆動力伝達構造は、本実施形態に限らず適宜変更可能なものである。
（３）本実施形態は、本発明をＡＦレンズである第３レンズ群Ｌ３を移動駆動する振動波モータ１０に適用したものであるが、移動操作する被駆動部材はＡＦレンズに限らず、ズーミングレンズ等他の構成要素を移動操作するものにも適用可能である。

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、２０：レンズ鏡筒、１０：振動波モータ、３０：撮像素子、３４：ＡＦ環、３５：フォーク、３６：カム環、３７：キー溝、３８：固定ピン、４０Ａ：駆動装置、４１：駆動制御部、４２：発振部、４３：移相部、４４：増幅部、Ｌ３：第３レンズ群、４５：検出部、１００:カメラＣＰＵ

Claims (5)

1. 駆動信号の入力により振動する電気機械変換素子と、
   前記電気機械変換素子の前記振動により駆動面が振動する振動体と、
   前記駆動面に加圧接触され、前記駆動面の前記振動により相対移動する移動体と、
   互いに位相が異なる２つの駆動信号を生成する移相部と、備え、
   前記移相部は、前記移動体の相対移動により駆動される被駆動体の位置が、停止位置に対して所定の距離となったことを検知したとき、前記駆動信号の位相差を、プラスマイナスに交互に変化させる交互回転制御を行なうこと、
   を特徴とする振動波モータの駆動装置。
2. 請求項１に記載の振動波モータの駆動装置において、
   前記移相部における、前記駆動信号の位相差の変更は、任意の範囲で段階的に行うこと、
   を特徴とする振動モータの駆動装置。
3. 請求項２に記載の振動波モータの駆動装置において、
   前記任意の範囲は、プラスマイナス９０度以下の範囲であること、
   を特徴とする振動モータの駆動装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の前記駆動装置と、前記駆動装置によって駆動される前記振動波モータとを備え、前記被駆動体は、撮影光学系であること、
   を特徴とするレンズ鏡筒。
5. 請求項１から３のいずれか１項に記載の前記駆動装置と、前記駆動装置によって駆動される前記振動波モータとを備え、前記被駆動体は、撮影光学系であること、
   を特徴とするカメラ。

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