JP2017173355A - 防振装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 超音波モータを複数用いた防振装置において、装置に組み込まれた状態でも、超音波モータ単体の特性を取得することを可能にした防振装置を提供すること【解決手段】 駆動方向に垂直な方向に突出した係合部を備えた駆動部材を有する３つ以上の超音波モータと、前記超音波モータが固定される固定筒と、前記超音波モータの駆動方向に直交する方向に延在する係合溝を備え、該係合溝に前記係合部が前記延在する方向に移動可能に係合し、前記駆動方向に平行な平面内で移動可能に前記固定筒に支持されたレンズ移動枠と、前記駆動部材の変位に対応する物理量を測定するセンサと、を有するレンズ装置の防振装置において、前記係合溝の前記延在する方向の端部は、対応する前記超音波モータの所定の駆動範囲の駆動において、該超音波モータの前記係合部が前記レンズ移動枠を前記駆動方向に押圧しない逃げ部と接続している。【選択図】 図１

Description

本発明は、レンズ装置の像振れ補正のための防振装置に関し、特に超音波モータを複数用いた防振装置に関するものである。

従来、映像を取得するカメラに搭載される、レンズ系と撮像素子とから構成されるカメラモジュールにおいて、レンズをレンズ系の光軸と垂直な方向に駆動することにより、映像撮影時に発生する手振れの影響を低減する技術が知られている。これら手振れ補正機能を備えた光学系においては、レンズを光軸と垂直な方向に高速かつ高精度に駆動する必要があるため、ボイスコイルモータからなる防振装置が数多く提案されている。

そして近年では、更なる高精度化を目的として、電気−機械エネルギー変換素子（圧電素子や電歪素子）などの振動子の振動を利用した超音波モータを用いた防振装置が提案されている。超音波モータは、電気−機械エネルギー変換素子が接合された金属弾性体等により形成された振動体と、該振動体に加圧接触する接触体とを有する。位相差を有する複数の周波信号を圧電素子に印加すると、振動体に振動が励起され、該振動体と接触体とが相対移動して駆動力が発生する。このような振動型モータの駆動制御方法には圧電素子に印加する周波信号の周波数を変化させる方法（以下、周波数制御）や、圧電素子に印加する複数の周波信号の位相差を変化させる方法（以下、位相差制御）がある。上記超音波モータを複数配置して駆動を組み合わせることで、移動体の２次元方向への移動を可能として２次元駆動装置を実現し、それらを用いて防振装置として使用している。

超音波モータは、摩擦により駆動力を発生させる構成であるため、構成部品のばらつきにより駆動性能のばらつきが生じたり、また使用していくとともに特性が変化していくという性質をもつ。そのため例えば超音波モータを装置に組み込む前に特性を取得しておき、個別に制御パラメータを変更したり、また長時間の使用で特性が劣化したモータを特定し、交換もしくは修理したりする必要がある。上記課題に対して、以下の技術が提案されている。

例えば、特許文献１では、摩擦部材の摩擦仕事量を積算し、予め決められたしきい値と比較することで、超音波モータの寿命を判別するという技術が開示されている。

特許４７３１１４６号公報

しかしながら、上述の特許文献に開示された従来技術では、複数の超音波モータで駆動された駆動物の速度、加速度より仕事量を算出するため、超音波モータ単体の特性を判別することが出来ない。

そこで、本発明の目的は、超音波モータを複数用いた防振装置において、装置に組み込まれた状態でも、超音波モータ単体の特性を取得することを可能にした防振装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の防振装置は、駆動方向に垂直な方向に突出した係合部を備えた駆動部材を有する３つ以上の超音波モータと、前記超音波モータが固定される固定筒と、前記超音波モータの駆動方向に直交する方向に延在する係合溝を備え、該係合溝に前記係合部が前記延在する方向に移動可能に係合し、前記駆動方向に平行な平面内で移動可能に前記固定筒に支持されたレンズ移動枠と、前記駆動部材の変位に対応する物理量を測定するセンサと、を有するレンズ装置の防振装置において、前記係合溝の前記延在する方向の端部は、対応する前記超音波モータの所定の駆動範囲の駆動において、該超音波モータの前記係合部が前記レンズ移動枠を前記駆動方向に押圧しない逃げ部と接続している、ことを特徴とする。

本発明によれば超音波モータを複数用いた防振装置において、装置に組み込まれた状態でも、超音波モータ単体の特性を取得することを可能にした防振装置を提供することができる。

実施例１に係る超音波モータ５０の斜視図 図１の状態より固定板５１を外した時の超音波モータ５０の斜視図 図２の状態より駆動スライダ５２、ボール５３を外した時の超音波モータ５０の斜視図 実施例１に係る防振装置１を被写体側から見た図 実施例１に係る防振装置１の分解斜視図 図４の状態よりＦ２方向へレンズ移動枠２を移動させたときの防振装置１の図 図４のＡ部拡大図 実施例２に係る防振装置１０１の分解斜視図 実施例２に係る防振装置１０１を被写体側から見た図 図９の状態よりＦ５方向へレンズ移動枠２を移動させたときの防振装置１０１の図 係合溝２ａ、逃げ溝２ｂの第１の変形例 係合溝２ａ、逃げ溝２ｂの第２の変形例 係合溝２ａ、逃げ溝２ｂの第３の変形例 実施例２の変形例 図１４の状態よりＦ７方向へレンズ移動枠２０を移動させたときの図

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。

以下、図１から図７を参照して、本発明の第１の実施例による、複数の超音波モータを用いた防振装置について説明する。

（超音波モータの構造）
まずは図１〜３を用いて、本実施例１の防振装置で使用される超音波モータについて説明する。図１は、超音波モータ５０の斜視図を示している。図２は図１に示される超音波モータ５０に対して、固定板５１を外したときの超音波モータ５０の斜視図、図３は図２に対して更に駆動スライダ５２とボール５３を外したときの超音波モータ５０の斜視図を示している。

超音波モータ５０のベースとなるモータベース５４には、振動子５５が固定される（図３）。さらにその上部に駆動スライダ５２（駆動部材）が、振動子５５の突起部５５ａ、５５ｂに接触し配置される（図２）。またモータベース５４には後述する固定筒３（図４、５）に固定するための穴５４ａが複数設けられている。駆動スライダ５２には、駆動方向Ｆ１に対して垂直な方向に突出して、駆動力をレンズ移動枠２（図４）に伝達するための出力軸５２ａ（係合部）が設けられる。また、駆動スライダ５２には、ボール５３が転動する転動溝５２ｂが複数設けられる。転動溝５２ｂにボール５３が配置され、その上部から固定板５１がボール５３を介して駆動スライダ５２を振動子５５の突起部５５ａ、５５ｂに押圧するように配置され、固定板５１はモータベース５４に不図示のネジにより固定される。駆動スライダ５２は、振動子５５の突起部５５ａ、５５ｂに当接し、固定板５１によって突起部５５ａ、５５ｂに押圧接触する。図示はしていないが、固定板５１の裏側にもボール５３が転動する転動溝が、駆動スライダ５２の転動溝５２ｂに対向するように設けられている。この転動溝５２ｂとボール５３の案内作用により、駆動スライダ５２の駆動方向Ｆ１が矢印の方向に規制される。不図示の電圧供給手段により電圧を印加することで、振動子５５は振動を発生させ、突起部５５ａ、５５ｂに押圧接触した、駆動スライダ５２に対し矢印の方向（駆動方向Ｆ１）への駆動力を生じさせることが出来る。

（防振装置の構成）
図４、５を用いて、上記超音波モータ５０が複数構成された防振装置について説明する。図４は防振装置１をレンズ移動枠２が移動する面に垂直な方向（被写体側）から見た図、図５は防振装置１の分解斜視図を示す。不図示の防振レンズ群は、レンズ移動枠２に保持される。レンズ移動枠２には、超音波モータ５０の駆動力を伝達する出力軸５２ａと係合する係合溝２ａが、超音波モータ５０それぞれの駆動方向Ｆ１に直交するように複数設けられている。また係合溝２ａが延在する方向の一端側には、後述する超音波モータ５０の特性を判別するための、逃げ溝２ｂが係合溝２ａに接続して設けられている。逃げ溝２ｂそれぞれは、係合溝２ａと係合している出力軸５２ａの超音波モータ５０の駆動方向Ｆ１に垂直な方向の幅は出力軸５２ａの径よりも大きな幅であり、また該駆動方向Ｆ１と平行な方向に延在する溝が形成されている。逃げ溝２ｂは、対応して配置されている超音波モータ５０が所定の駆動範囲を駆動しても、該超音波モータ５０の出力軸５２ａがレンズ移動枠２（係合溝２ａ）を駆動方向に押圧しないような大きさで形成されている。ここで、所定の駆動範囲は、出力軸５２ａが逃げ溝２ｂにある超音波モータ５０と同じ方向の駆動方向を有する他の超音波モータ５０、すなわち、本実施例においては、保持されるレンズを挟んで反対側に配置される超音波モータ５０が駆動する範囲であることが好ましい。

今回の実施例おいて係合溝２ａ、逃げ溝２ｂは貫通溝としているが、貫通溝に限られたものではなく、貫通していない溝でもよい。また逃げ溝２ｂを係合溝２ａに対して、光軸Ｚ側に設けたが、逆側の端部に設けてもよい。また、逃げ溝２ｂは、出力軸５２ａが逃げ溝２ｂ内で駆動方向Ｆ１に移動したときに出力軸５２ａが逃げ溝２ｂの端を押圧してレンズ移動枠２を移動させないような大きさを有する切欠き（逃げ部）であればよい。

図５に示すように固定筒３に対しレンズ移動枠２が移動する平面内で直交する方向をＸ軸、Ｙ軸方向としたとき、固定筒３には、レンズ移動枠２のＸ軸、Ｙ軸方向の位置検出を行うためのエンコーダ４が固定される。またレンズ移動枠２にはエンコーダ４の対向する面にスケール５が付設されている。エンコーダ４とスケール５とで、レンズ移動枠２の固定筒３に対する変位を検出する位置センサを構成する。レンズ移動枠２に固定される防振レンズ群の光軸は、Ｘ軸及びＹ軸に垂直な方向であるＺ軸（防振装置が設置される不図示のレンズ装置の光軸）と平行となる。固定筒３には、周溝３ａが光軸方向であるＺ軸周りに光軸（Ｚ軸）と垂直方向に延在するように複数設けられおり、レンズ移動枠２にネジ６によって複数固定されたカムフォロワ７と係合することで、レンズ移動枠２の光軸方向であるＺ軸方向の動きを規制する。したがって、レンズ移動枠２は、超音波モータ５０の駆動方向に平行な平面内のカムフォロワ７と周溝３ａで規制された範囲内で移動可能な態様で固定筒３に支持される。超音波モータ５０は、モータ固定部材８に不図示のネジによりバカ穴５４ａ（図１）を介して固定され、またモータ固定部材８は、不図示のネジにより固定筒３に固定される。

以上の構成から、４つの超音波モータ５０の駆動力を組み合わせることで、防振レンズ群を抱えたレンズ移動枠２を、Ｘ軸、Ｙ軸方向へと駆動させることが可能となる。防振装置１は不図示の撮影レンズの像揺れした映像に対し、レンズ移動枠２を駆動し、上下左右などの方向に振ることで、光学的な補正を行うことができる。これを用いることで、揺れのない良好な撮影映像を提供することが可能となる。

（超音波モータの特性判別方法）
上記構成の防振装置１において、通常、防振機能（いわゆる手振れ補正機能）が有効の場合、図７で示されるように、出力軸５２ａは係合溝２ａのＬ１の範囲を使用制限範囲として移動する（図７は図４のＡ部拡大図）。すなわち、図７に示されている出力軸５２ａの駆動方向はＦ１ａとして示される方向である。出力軸５２ａは係合溝２ａの範囲Ｌ１の中のどの部分を押圧してレンズ移動枠２をＦ１ａで示す方向に移動させるかは、該出力軸５２ａとＺ軸を中心として±９０度の位置に配置された出力軸５２ａによって確定する方向Ｆ１ｂにおける位置に依存する。そのため防振機能が有効とされている状態においては、レンズ移動枠２を移動させる際に、２つ以上の超音波モータ５０を同期して駆動させる必要があり、単独の超音波モータ５０だけでレンズ移動枠２を移動させることはできない。

以上の前提を踏まえ、超音波モータ５０の特性判別方法について図４、６を用いて説明する。図６は、レンズ移動枠２を図４の状態よりＦ２方向へ移動させた状態を示す。図６の状態になると、左下に配置された超音波モータ５０の出力軸５２ａが係合溝２ａとの係合を外れ、逃げ溝２ｂ内に位置することになる。そのため右上の超音波モータ５０単独でレンズ移動枠２をＦ３方向へ駆動させることが可能となる。レンズ移動枠２には上記にあるようにスケール５が設けられているため、右上の超音波モータ５０単体でレンズ移動枠２を移動させ、その位置変位より速度特性を取得することが可能となる。ここでいう速度特性とは、例えば周波数制御を行う際の、周波数（入力）とレンズ移動枠２の速度（出力）の関係、または位相差制御を行う際の、位相差（入力）とレンズ移動枠２の速度（出力）の関係である。この速度特性は超音波モータ５０の特性を図る上で重要な指標となる。上記動作を繰り返すことにより配置された全て（本実施例においては４つ）の超音波モータ５０単体の特性を判別することが可能となる。この超音波モータ５０の特性を判別するというフローは、例えば通常モード、測定モードと分けてもよい。通常モード時は、上記にあるように超音波モータ５０の動作範囲がＬ１として制限された状態で、防振機能が有効時を示す。測定モード時は、出力軸５２ａが逃げ溝２ｂに位置するように超音波モータ５０を駆動させ、複数の超音波モータ５０の特性を判別していくことを示す。

上記構成を用いることで、例えば防振装置１の性能が変化したときに、特性が変化した超音波モータ５０を装置に組み込まれた状態で特定することが可能となるため、メンテナンス性が向上する。また製造工程時に装置に組み込まれた状態で、各超音波モータのパラメータ調整を行うことが出来るため、組立性が向上する。また防振装置１の運用時に定期的に測定モードに入り、超音波モータ５０の特性を取得し、その内容を基に超音波モータ５０のパラメータを再設定することで、製品の性能がより向上する。

以下、図８〜図１０を用いて、本発明の第２の実施例について説明する。但し、実施例１と同様の箇所については、同じ番号を付与し、説明は省略する。図８は実施例２における防振装置１０１の分解斜視図である。実施例１における防振装置１と異なる箇所は、超音波モータ６０、エンコーダ６１、スケール６２の部分となる。超音波モータ６０（実施例１の超音波モータ５０に相当）の各駆動スライダ６３には、不図示のネジにより、エンコーダ６１が取り付けられている。またレンズ移動枠２には、各エンコーダ６１の対向する位置に、スケール６２が取り付けられている。エンコーダ６１とスケール６２とで、駆動スライダ６３のモータベース５４（固定筒３）に対する変位を検出する位置センサを構成する。

（超音波モータの特性判別方法）
次に実施例２における超音波モータの特性判別方法について説明する。防振装置１０１をレンズ移動枠２が移動する面に垂直な方向（被写体側）より見た図を図９に示す。図９の状態は図４の状態と同様で、駆動スライダ６３に設けられた出力軸６３ａと、係合溝２ａが係合した状態であり、いわゆる防振機能が有効の状態を示す。超音波モータ６０の駆動方向は矢印Ｆ４で示す。図９の状態から超音波モータ６０をＦ５方向へ駆動させた後の状態を図１０に示す。図１０の状態は、図６の状態と同様である。この時、実施例１においては、右上の超音波モータ５０をＦ３方向へ駆動させ、レンズ移動枠２を移動させることで、図６の右上に配置された超音波モータ５０の速度特性を取得した。しかし実施例２においては、左下に配置された超音波モータ６０をＦ６方向へ駆動させ、駆動スライダ６３に取り付けられたエンコーダ６１の出力より速度特性を取得する。以上のフローを繰り返すことで、各超音波モータ６０の速度特性を取得することが可能となる。

実施例２における効果として、実施例１と同様の効果が得られるとともに、超音波モータ６０の特性取得時にレンズ移動枠２を移動させる必要がなくなるために、超音波モータ６０への負荷を低減することが出来るため、長寿命化に繋げることが可能となる。

実施例１、２において、レンズ移動枠２に設けられた逃げ溝２ｂは図７で示されるような形状にしたが、これに限定されるものではなく、例えば図１１〜図１３のような形状でもよい。図１１に示した第１の変形例においては、係合溝２ａと逃げ溝２ｂとを接続する部分にテーパ形状２ｃを設けた。また図１２に示した第２の変形例においては、係合溝２ａと逃げ溝２ｂとを接続する部分にＲ形状２ｄを設けた。このような形状を設けることで、出力軸５２ａが逃げ溝２ｂから、係合溝２ａに戻る際の引っ掛かりを防止し、通常モードへの移行をスムーズにさせることができる。また、出力軸５２ａが係合溝２ａに戻る際に、角部２ｅ（図７）に当たることで、出力軸５２ａが損傷や摩耗するつくことを防止する。また図１３に示した第３の変形例のように係合溝２ａの端部に切欠き２ｆを設けてもよい。切欠き２ｆを設けることで、レンズ移動枠２を軽量化し、超音波モータ５０への負荷を低減することが出来る。

また、実施例２における、逃げ溝２ｂは図１４で示されるように設けてもよい。図１４は、図９で示されるレンズ移動枠２を、レンズ移動枠２０に置き換えた図である。レンズ移動枠２０の変更点としては、レンズ移動枠２における逃げ溝２ｂの位置である。対向する超音波モータの出力軸６３ａが係合する係合溝に形成される逃げ溝２０ａは、係合溝の同一の方向の端側に形成されている。このような形状に変更することで、レンズ移動枠２０の位置を変更することなく、超音波モータ６０の特性を２つ同時に取得することが可能となる。具体的には、レンズ移動枠２０を図１４の状態からＦ７方向に動作させ、図１５の状態にする。図１５の状態において、右上と左下の出力軸６３ａは、逃げ溝２０ａに位置するため、それぞれ個別に独立してＦ８方向に移動することが可能となり、それぞれの駆動スライダ６３に取り付けられたエンコーダ６１の出力より独立して速度特性を取得することができる。このような構成にすることで、レンズ移動枠２０の一回の移動で、２つの超音波モータの特性を取得することが可能となり、特性を判別するフローの短縮に繋げることが出来る。

実施例で例示した超音波モータの速度特性を取得するために位置変化を検出するエンコーダ４を使用する場合を例示したが、本発明はこれに限定されることはない。位置の変化を検出する実施例を例示したが、位置以外であっても、位置、速度、又は、加速度等の駆動部材やレンズ移動枠の変位に対応する物理量を測定するようにしても本発明の効果を享受することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

１ 防振装置
２ レンズ移動枠
２ａ 係合溝
２ｂ 逃げ溝
４ エンコーダ（センサ）
５ スケール（センサ）
５０ 超音波モータ
５２ 駆動スライダ（駆動部材）
５２ａ 出力軸（係合部）
５５ 振動子

Claims (8)

1. 駆動方向に垂直な方向に突出した係合部を備えた駆動部材を有する３つ以上の超音波モータと、
   前記超音波モータが固定される固定筒と、
   前記超音波モータの駆動方向に直交する方向に延在する係合溝を備え、該係合溝に前記係合部が前記延在する方向に移動可能に係合し、前記駆動方向に平行な平面内で移動可能に前記固定筒に支持されたレンズ移動枠と、
   前記駆動部材の変位に対応する物理量を測定するセンサと、
   を有するレンズ装置の防振装置において、
   前記係合溝の前記延在する方向の端部は、対応する前記超音波モータの所定の駆動範囲の駆動において、該超音波モータの前記係合部が前記レンズ移動枠を前記駆動方向に押圧しない逃げ部と接続している、
   ことを特徴とする防振装置。
2. 前記逃げ部は、該逃げ部と対応する前記超音波モータではない他の前記超音波モータの駆動によって、該逃げ部と対応する前記超音波モータの前記係合部が前記係合溝から前記逃げ部へ移動可能な位置に、形成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の防振装置。
3. 前記センサは、前記レンズ移動枠の位置、又は、速度、又は、加速度を測定するセンサであることを特徴とする請求項１又は２に記載の防振装置。
4. 前記センサは、前記駆動部材の前記レンズ移動枠に対する位置、又は、速度、又は、加速度を測定するセンサであることを特徴とする請求項１又は２に記載の防振装置。
5. １つ以上の前記超音波モータの前記係合部が前記逃げ部に位置するように他の前記超音波モータを駆動して前記レンズ移動枠を移動させた状態において、前記逃げ部に位置する前記係合部の前記超音波モータと異なる１つの超音波モータを駆動して、前記センサによって前記レンズ移動枠の前記物理量を取得するように制御する制御手段を備えることを特徴とする請求項３に記載の防振装置。
6. １つ以上の前記超音波モータの前記係合部が前記逃げ部に位置するように他の前記超音波モータを駆動して前記レンズ移動枠を移動させた状態において、前記逃げ部に位置する前記係合部の前記超音波モータを駆動し、前記センサによって前記物理量を取得するように制御する制御手段を備えることを特徴とする請求項４に記載の防振装置。
7. 前記係合溝は、前記逃げ部に向かうに従い幅が広がるようなテーパ形状を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の防振装置。
8. 前記係合溝は、前記係合溝と前記逃げ部が接続する角部がＲ形状である、ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の防振装置。

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