JP5391595B2 - 振動アクチュエータの駆動装置、それを備えるレンズ鏡筒及びカメラ - Google Patents

Description

本発明は、振動アクチュエータの駆動装置、それを備えるレンズ鏡筒及びカメラに関するものである。

従来、振動アクチュエータの駆動速度は、周波数、印加電圧の位相差または振幅といったパラメータのいずれかを制御することで変更されている。そして、これらのパラメータの特性を考慮し、適宜、速度制御に使用するパラメータを変更することで、広い速度帯域をカバーする技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１０−２１０７７５号公報

しかし、駆動速度特性は、温度による環境要因により変化する。上記従来技術のように、駆動速度に応じて、適宜、速度制御に使用するパラメータを変更するようにしても、環境温度が、例えば、−２０度の低温や＋６０度の高温といった通常の温度と異なる場合は、超音波モータの容量成分が変化し、安定した速度制御を行うことが困難である。

本発明の課題は、環境温度が異なる場合においても、安定した速度制御を行うことが可能な振動アクチュエータの駆動装置、それを備える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。なお、理解を容易にするために、本発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。
請求項１に記載の発明は、周波数が変更可能な駆動信号を発生する駆動信号生成手段（１２）と、前記駆動信号生成手段（１２）より発生された前記駆動信号を移相させる移相手段（１３）と、前記駆動信号生成手段（１２）から発生された移相前の前記駆動信号と前記移相手段（１３）によって移相された前記駆動信号を振動アクチュエータ（７）に出力する出力手段（１４）と、前記振動アクチュエータ（７）の環境温度を検出する温度検出手段（１７）と、所定環境温度に対応した前記駆動信号の基準周波数を、予め記憶された、前記環境温度に対応した周波数補正量のデータに基づいて、前記温度検出手段（１７）による検出結果に対応した前記周波数補正量により補正した周波数で前記駆動信号を発生させるように前記駆動信号生成手段（１２）を制御し、前記補正した周波数を一定にした状態で前記移相手段による前記駆動信号の移相量を変更することにより、前記振動アクチュエータによる被駆動物体の駆動速度（ｕ）を制御する制御手段とを有することを特徴とする振動アクチュエータ（７）の駆動装置（１０）である。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の振動アクチュエータ（７）の駆動装置（１０）であって、前記制御手段（１１）は、前記駆動信号の振幅を一定にした状態で前記移相手段（１３）による前記駆動信号の移相量を変更することにより、前記振動アクチュエータ（７）による被駆動物体の駆動速度（ｕ）を制御することを特徴とする振動アクチュエータ（７）の駆動装置（１０）である。
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の振動アクチュエータ（７）の駆動装置（１０）であって、前記制御手段（１１）は、前記環境温度の変動に対する前記移相量と前記駆動速度（ｕ）との関係の変動を抑えるような前記周波数補正量を予め記憶していることを特徴とする振動アクチュエータ（７）の駆動装置（１０）である。
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の振動アクチュエータ（７）の駆動装置（１０）であって、前記出力手段（１４）は、前記駆動信号生成手段（１２）から出力される前記駆動信号の振幅を増幅させて前記振動アクチュエータ（７）に出力し、前記出力手段（１４）から出力される前記駆動信号の振幅を検出する振幅検出手段（１５）を備え、前記制御手段（１１）は、前記振幅検出手段（１５）により検出された前記振幅が設定された値となるように前記出力手段（１４）を制御することを特徴とする振動アクチュエータ（７）の駆動装置（１０）である。
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の振動アクチュエータ（７）の駆動装置（１０）であって、前記制御手段（１１）は、前記出力手段（１４）に入力される前記駆動信号の１周期内のオン時間を変更することにより、前記振幅を変更することを特徴とする振動アクチュエータ（７）の駆動装置（１０）である。
請求項６に記載の発明は、請求項４又は請求項５に記載の振動アクチュエータ（７）の駆動装置（１０）であって、前記振幅検出手段（１５）は、前記出力手段（１４）と前記振動アクチュエータ（７）との接続部における前記振幅を検出することを特徴とする振動アクチュエータ（７）の駆動装置（１０）である。
請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれか１項に記載の振動アクチュエータ（７）の駆動装置（１０）を備えるレンズ鏡筒（３）である。
請求項８に記載の発明は、請求項１〜６のいずれか１項に記載の振動アクチュエータ（７）の駆動装置（１０）を備えるカメラ（１）である。

なお、符号を付して説明した構成は、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、環境温度が異なる場合においても、安定した速度制御を行うことが可能な振動アクチュエータの駆動装置、それを備えるレンズ鏡筒及びカメラを提供することができる。

以下、図面等を参照して、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１０を備えるカメラ１の概略図である。カメラ１は、撮像素子６を有するカメラボディ２と、レンズ鏡筒３とを備えている。レンズ鏡筒３は、カメラボディ２に着脱可能な交換レンズである。なお、本実施形態のカメラ１では、レンズ鏡筒３が交換レンズである例を示したが、これに限らず、例えば、カメラボディと一体型のレンズ鏡筒を備えたカメラ１であってもよい。

レンズ鏡筒３は、レンズ４、カム筒５、超音波モータ７、及びその超音波モータ７の駆動装置１０を備えている。本実施形態で超音波モータ７は、カメラ１のフォーカス動作時にレンズ４を駆動する駆動源として用いられており、超音波モータ７から得られた駆動力は、カム筒５に伝えられる。レンズ４は、カム筒５とカム係合しており、超音波モータ７の駆動力によってカム筒５が回転すると、レンズ４は、カム筒５とのカム係合によって光軸方向へ移動して、焦点調節が行われる。

図２は、駆動装置１０のシステムを示す図である。駆動装置１０は、駆動装置１０全体を制御するＭＣＵ１１と、ＭＣＵ１１に接続され、所定の周波数の駆動信号を出力する発振器１２と、発振器１２から出力された駆動信号の一部を移相して出力する移相器１３と、発振器１２及び移相器１３から出力された互いに位相の異なる２つの駆動信号を増幅する増幅器１４と、を備え、増幅器１４の出力は超音波モータ７の電極７１に入力される。また、駆動装置１０は、増幅器１４と超音波モータ７とを結ぶ接続ラインの電圧を検出する電圧検出器１５と、超音波モータ７の駆動速度ｕ(回転速度）を検出する速度検出器１６と、超音波モータ７近傍の環境温度Ｔを測定する温度検出器１７とを備える。これら電圧検出器１５、速度検出器１６及び温度検出器１７の出力はＭＣＵ１１に接続されている。

発振器１２は、周波数ｆを有する駆動信号Ａを出力する。この発振器１２が発振する周波数ｆは、可変ではあるが、原則的に、環境温度Ｔが基準温度Ｔ（０）の場合における最適な周波数である基準周波数ｆ（０）で固定され、後述する環境温度による周波数補正量Δｆが加減される。なお、基準周波数ｆ（０）は、速度帯域幅を確保するために、励振源の共有周波数に近い値が設定されている。

移相器１３は、発振器１２から出力される駆動信号Ａを基準（位相０°）とし、−９０度〜＋９０度の範囲で移相して駆動信号Ｂを出力する。本実施形態では、この移相量φを調整することにより、超音波モータ７の駆動速度ｕを変更する。図３は、超音波モータ７の駆動速度ｕと、移相器１３による移相量φの関係を示した図である。図示するように、例えば、超音波モータ７を最大駆動速度ｕｍａｘで駆動させる場合、移相量φは＋９０度程度となる。また超音波モータ７を、最大駆動速度ｕｍａｘより小さな、例えば図３において示す駆動速度ｕ１で駆動させる場合、移相量φは＋４５度程度となる。さらに、超音波モータ７を逆回転させて逆方向の最大駆動速度−ｕｍａｘで駆動させる場合、移相量φは−９０度となる。

図４は、図２に示す増幅器１４、電圧検出器１５及び超音波モータ７の回路図である。なお、超音波モータ７の電極７１には、増幅器１４で増幅された、発振器１２から発振された移相前の駆動信号Ａと、移相器１３による移相後の駆動信号Ｂとの２つの信号が入力されるが、図４においては、図２で示す駆動信号Ｂをのみを示す。

増幅器１４は、印加電源Ｖｃｃ１４１とインダクタ１４２とスイッチング素子１４３とを備える。増幅器１４は、スイッチング素子１４３の通電時間を制御することにより、電圧振幅Ｖｐ−ｐを調整する。

図５は、増幅器１４に入力される駆動信号Ａ，Ｂの電圧の波形を示した図である。移相器１３にて駆動信号Ａを＋９０度移相した信号をＢ、−９０度に移相した信号をＢ’とする。スイッチング素子１４３の通電時間（Ｏｎ−Ｄｕｔｙ）を制御することにより、図５に示すように、駆動信号Ａ，Ｂを、例えば２５％〜５０％の間で調整する。これにより、超音波モータ７の印加電圧の電圧振幅Ｖｐ−ｐを調節することが可能となる。

図４に戻り、電圧検出器１５は、増幅器１４と超音波モータ７とを結ぶ接続ラインから接地へと続く接続ラインに配置された抵抗素子１５１，１５２を備える。増幅器１４で調節された印加電圧振幅Ｖｐ−ｐは、電圧検出器１５である抵抗素子１５１，１５２により分割されてＭＣＵ１１で検出される。

ここで、電圧検出器１５が設けられているのは以下の理由による。図６は、印加電圧の電圧振幅Ｖｐ−ｐが異なる場合における周波数ｆと速度ｕとの関係を示す図である。図示するように、同じ周波数ｆ（０）でも、電圧振幅Ｖｐ−ｐが大きい場合の駆動速度ｕは、電圧振幅Ｖｐ−ｐが小さい場合の駆動速度ｕ’より大きい。

また、図７は、印加電圧の電圧振幅Ｖｐ−ｐが異なる場合における、位相差(移相量）と超音波モータ７の駆動速度ｕとの関係を示す図である。図示するように、移相量φが同じであって、電圧振幅Ｖｐ−ｐが大きい場合の速度ｕは、電圧振幅Ｖｐ−ｐが小さい場合の速度ｕ’より大きくなる。

このように、周波数ｆや位相差φが同じでも、電圧振幅Ｖｐ−ｐの大きさにより、超音波モータ７の駆動速度ｕが異なる。このため、超音波モータ７において安定した制御を行うためには、この電圧振幅Ｖｐ−ｐが一定であることが好ましい。

しかし、ＭＣＵ１１より増幅器１４において電圧振幅Ｖｐ−ｐが一定の値を出力するように制御されていても、超音波モータ７の製造個体差等の影響により、実際に増幅器１４から出力される印加電圧の電圧振幅Ｖｐ−ｐが予め設定された基準電圧振幅Ｖｐ−ｐ（０）とならない場合がある。このため、電圧検出器１５が設けられ、実際に増幅器１４から出力される駆動信号の電圧振幅Ｖｐ−ｐが検出され、この電圧振幅Ｖｐ−ｐと基準電圧振幅Ｖｐ−ｐ（０）との差である電圧振幅差ΔＶｐ−ｐが検出される。ＭＣＵ１１により電圧振幅差ΔＶｐ−ｐが増幅器１４にフィードバックされる。

速度検出器１６は、超音波モータ７の駆動速度ｕ（回転数）を検出する、例えばエンコーダ等の装置である。超音波モータ７により達成される駆動速度ｕの検出結果はＭＣＵ１１に伝達され、移相器１３にフィードバックされる。

温度検出器１７は、超音波モータ７近傍に設置され、超音波モータ７の環境温度Ｔを検出する。この、検出結果はＭＣＵ１１へ伝達される。ここで、温度検出器１７を設けたのは以下の理由による。

図８は、超音波モータ７の環境温度Ｔが高温Ｔ（ｈ）、基準温度Ｔ（０）、低温Ｔ（ｃ）の場合における駆動信号の周波数ｆと超音波モータ７の駆動速度ｕとの関係を示した図である。図示するように、周波数が同じｆ（０）であっても、基準温度Ｔ（０）における駆動速度ｕ（０）を基準として、高温Ｔ（ｈ）では駆動速度ｕ（ｈ）は遅く、低温Ｔ（ｃ）では駆動速度ｕ（ｃ）は速くなる。すなわち、駆動速度ｕの観点からすると、駆動速度ｕ（０）は、基準温度Ｔ（０）では周波数ｆ（０）、高温Ｔ（ｈ）の場合は周波数ｆ（０）より低い周波数ｆ（ｈ）、低温Ｔ（ｃ）の場合は周波数ｆ（０）より高い周波数ｆ（ｃ）で達成される。すなわち、温度が基準温度Ｔ（０）と異なる場合、周波数ｆを調整することで駆動速度uを制御することができる。

このため、温度検出器１７が設けられ、環境温度Ｔが検出される。また、ＭＣＵ１１は、温度検出器１７により検出された環境温度Ｔと基準温度Ｔ（０）との温度差ΔＴを求めることができ、ＭＣＵ１１には、温度差ΔＴと周波数補正量Δｆとの関係を示すデータが記憶されている。そのデータより温度差ΔＴに対応する周波数補正量Δｆが求められ、周波数補正量Δｆを基準周波数ｆ（０）に加えるように発振器１２の制御が可能となっている。

次に、本実施形態の駆動装置１０の動作について説明する。予め、発振器１２においては、発振される駆動信号Ａの発振周波数の初期値として、環境温度Ｔが基準温度Ｔ（０）の場合における最適な基準周波数ｆ（０）が設定されている。また、増幅器１４においては、増幅されて出力される駆動信号の振幅が、電圧振幅Ｖｐ−ｐ（０）となるように設定されている。

駆動装置１０が起動されると、温度検出器１７により超音波モータ７の環境温度Ｔが測定される。測定された環境温度Ｔの情報はＭＣＵ１１に伝達される。ＭＣＵ１１では環境温度Ｔと基準温度Ｔ（０）との温度ΔＴが求められる。

ＭＣＵ１１は、記憶されている温度差ΔＴと周波数補正量Δｆとの関係を示すデータより、温度差ΔＴに対応する周波数補正量Δｆを求め、周波数補正量Δｆを基準周波数ｆ（０）に加えるように発振器１２に指示する。

カメラボディ(図示せず）内のＣＰＵからの信号により、所望のレンズの駆動速度ｕの情報がＭＣＵ１１に伝達されると、ＭＣＵ１１は、発振器１２には駆動信号Ａを発振するように指示する。発振器１２は基準周波数ｆ（０）に周波数補正量Δｆを加えた周波数ｆの駆動信号Ａを出力する。

ＭＣＵ１１は、移相器１３に駆動速度ｕを達成する移相量φだけ駆動信号Ａを移送するように指示する。移相器１３はＭＣＵ１１の指示により駆動信号Ａをφだけ移送した駆動信号Ｂを出力する。増幅器１４は、駆動信号Ａと駆動信号Ｂとを電圧振幅Ｖｐ−ｐ（０）に増幅する。増幅された駆動信号Ａ及びＢは超音波モータ７の電極７１に入力され、超音波モータ７が駆動される。超音波モータ７の駆動速度ｕは、速度検出器１６により検出される。そして、この駆動速度ｕの検出結果は、ＭＣＵ１１に入力され、この速度情報は移相器１３にフィードバックされる。

このとき、増幅された駆動信号Ｂの電圧振幅Ｖｐ−ｐは、電圧検出器によって測定される。検出された電圧振幅Ｖｐ−ｐの情報はＭＣＵ１１に伝達される。ＭＣＵ１１は実際の電圧振幅Ｖｐ−ｐと基準電圧振幅Ｖｐ−ｐ（０）との差である電圧振幅差ΔＶｐ−ｐを求める。

ＭＣＵ１１は電圧振幅差ΔＶｐ−ｐを増幅器１４にフィードバックする。増幅器１４は、スイッチング素子１４３の通電時間を調整し、基準電圧振幅Ｖｐ−ｐ（０）を電圧振幅差ΔＶｐ−ｐだけ修正し、修正後の電圧振幅Ｖｐ−ｐで駆動信号Ａ及びＢを増幅する。

以上、本実施形態によると、以下の効果を有する。
（１）温度検出器１７によって超音波モータ７の環境温度Ｔを測定し、基準温度Ｔ（０）との温度差ΔＴを求め、発振器１２は、この温度差ΔＴに対応する周波数補正量Δｆだけ発振周波数を補正する。この補正によって、超音波モータ７に加わる電圧が調整され、超音波モータ７の駆動速度ｕの、温度変化ΔＴによる変動の発生を防止することができ、安定した速度制御を行うことができる。
（２）本実施形態では、超音波モータ７の駆動速度ｕの基本的な制御は、移相器１３による位相差の変更により行う。このように位相差により駆動速度の基本的な制御を行なうので、制御が容易である。
（３）増幅器１４の出力である電圧振幅Ｖｐ−ｐを一定に保つ制御としては印加電源１４１の電圧を調整する方法とスイッチング素子１４３の通電時間を制御する方法がある。印加電源１４１の電圧を調整する場合、回路規模が大きくなり、また制御特性の安定化が困難である。しかし、本実施形態では、スイッチング素子１４３の通電時間を制御する方法を選択しているため、小さな回路でよく、また制御特性が安定する。

（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、速度検出器１６は超音波モータ７の駆動速度ｕを測定したが、これに限らず、レンズ鏡筒におけるレンズ群の駆動速度を測定してもよい。
（２）また、本実施形態では、増幅器１４の出力である電圧振幅Ｖｐ−ｐを一定に保つ制御として、スイッチング素子１４３の通電時間を制御する方法により行っている。しかし、上述したように、印加電源１４１の電圧を調整する方法により行ってもよい。
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。

本実施形態の駆動装置を備えるカメラの該略図である。 駆動装置のシステムを示す図である。 超音波モータの駆動速度と、移相器による移相量の関係を示した図である。 図２に示す増幅器、電圧検出器及び超音波モータの回路図である。 増幅器に入力される駆動信号の電圧の波形を示した図である。 印加電圧の電圧振幅が異なる場合における周波数と速度との関係を示す図である。 印加電圧の電圧振幅が異なる場合における、位相差(移相量）と超音波モータの駆動速度との関係を示す図である。 超音波モータの環境温度が高温、基準温度、低温の場合における駆動信号の周波数と超音波モータの駆動速度との関係を示した図である。

符号の説明

１：カメラ、２：レンズ鏡筒、７：超音波モータ、１０：駆動装置、１１ＭＣＵ：、１２：発振器、１３：移相器、１４：増幅器、１５：電圧検出器、１６：速度検出器、１７：温度検出器

Claims (8)

1. 周波数が変更可能な駆動信号を発生する駆動信号生成手段と、
   前記駆動信号生成手段より発生された前記駆動信号を移相させる移相手段と、
   前記駆動信号生成手段から発生された移相前の前記駆動信号と前記移相手段によって移相された前記駆動信号を振動アクチュエータに出力する出力手段と、
   前記振動アクチュエータの環境温度を検出する温度検出手段と、
   所定環境温度に対応した前記駆動信号の基準周波数を、予め記憶された、前記環境温度に対応した周波数補正量のデータに基づいて、前記温度検出手段による検出結果に対応した前記周波数補正量により補正した周波数で前記駆動信号を発生させるように前記駆動信号生成手段を制御し、前記補正した周波数を一定にした状態で前記移相手段による前記駆動信号の移相量を変更することにより、前記振動アクチュエータによる被駆動物体の駆動速度を制御する制御手段と
   を有す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に記載の振動アクチュエータの駆動装置であって、
   前記制御手段は、前記駆動信号の振幅を一定にした状態で前記移相手段による前記駆動信号の移相量を変更することにより、前記振動アクチュエータによる被駆動物体の駆動速度を制御すること
   を特徴とする振動アクチュエータの駆動装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の振動アクチュエータの駆動装置であって、
   前記制御手段は、前記環境温度の変動に対する前記移相量と前記駆動速度との関係の変動を抑えるような前記周波数補正量を予め記憶していること
   を特徴とする振動アクチュエータの駆動装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の振動アクチュエータの駆動装置であって、
   前記出力手段は、前記駆動信号生成手段から出力される前記駆動信号の振幅を増幅させて前記振動アクチュエータに出力し、
   前記出力手段から出力される前記駆動信号の振幅を検出する振幅検出手段を備え、
   前記制御手段は、前記振幅検出手段により検出された前記振幅が設定された値となるように前記出力手段を制御すること
   を特徴とする振動アクチュエータの駆動装置。
5. 請求項４に記載の振動アクチュエータの駆動装置であって、
   前記制御手段は、前記出力手段に入力される前記駆動信号の１周期内のオン時間を変更することにより、前記振幅を変更すること
   を特徴とする振動アクチュエータの駆動装置。
6. 請求項４または請求項５に記載の振動アクチュエータの駆動装置であって、
   前記振幅検出手段は、前記出力手段と前記振動アクチュエータとの接続部における前記振幅を検出すること
   を特徴とする振動アクチュエータの駆動装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の振動アクチュエータの駆動装置を備えるレンズ鏡筒。
8. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の振動アクチュエータの駆動装置を備えるカメラ。

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