JP5534668B2 - 駆動装置及び駆動方法 - Google Patents

Description

本発明は、電気機械エネルギー変換素子を含む振動体により移動体を駆動させる駆動装置及び駆動方法に関する。

圧電振動子に電圧を印加し、該圧電振動子と接触している移動体を駆動（変位）させる提案は数多く出されている。いわゆる、超音波モータと呼ばれるものである。また、直動型の圧電振動子を用いたアクチュエータの応用例も提案されている。

図１２は直動アクチュエータからなる従来のレンズ駆動装置の構成を示した図である（特許文献１参照）。図１２ではバネ部材６ａと振動アクチュエータ３ａにてレンズである被駆動部材１を挟み込むように配置して、振動アクチュエータ３ａの駆動力によりＸ方向へ被駆動部材１を移動させる。また、バネ部材６ｂと振動アクチュエータ３ｂにて被駆動部材１を挟み込むように配置して、振動アクチュエータ３ｂの駆動力によりＹ方向へ被駆動部材１を移動させることが可能となっている。このような機構を用いることでレンズを搭載した被駆動部材をＸＹ方向に移動させることができる。ＸＹ方向に駆動されたレンズは例えば手ブレなどにより被写体が光軸からずれたときに補正するという用途に主に使われている。特許文献１には、図１２に示した２方向からレンズを支持する構成以外にも、３方向から１２０度間隔で支持する構成も開示されている。
特開２００１−１７４８５７号公報

一般に振動アクチュエータは振動体の振動を、摩擦力を介して移動体へ伝達するものであるため、振動体と移動体との接触面が磨耗する。特許文献１に示したレンズ駆動装置では、ＸＹ方向の移動の際に振動体３ａ，３ｂとレンズ保持部材２との接触領域が限られるため、当該接触領域でのみ摩耗が進む。摩耗が激しくなると手ぶれ補正の精度が落ちるため、適正に使用できる駆動時間が制限されてしまうという問題がある。

また、接触部の状態が悪化すると大量の磨耗粉が発生するようになったり、接触部で異音が発生するようになってしまうという問題があった。

これらの課題はレンズ駆動装置に限らず、通常使用時には限られた所定範囲内で移動体を駆動させるような駆動装置にあてはまる。

本発明の目的は、接触面の摩耗が生じても適正な精度で長時間駆動可能な駆動装置及び駆動方法を提供することである。

上記課題に鑑み、本発明の駆動装置は、
移動体と、
少なくとも電気機械エネルギー変換素子を含み、合力により前記移動体を平面内で並進移動、及び、前記平面に垂直な方向を軸とする回転移動可能に構成された、少なくとも３つの振動体と、
前記電気機械エネルギー変換素子に電圧を印加して前記移動体を移動させるための駆動制御部と、を有し、
前記駆動制御部は、前記３つの振動子の駆動を制御することで、前記移動体を所定範囲内で移動させること、及び、前記所定範囲内で移動させる際の前記３つの振動体と前記移動体との接触領域を変更するように前記移動体を移動させることが可能であることを特徴とする。

また、本発明の別の駆動装置は、
レンズを含む移動体と、
少なくとも電気機械エネルギー変換素子を含み、合力により前記移動体を平面内で並進移動、及び、前記平面に垂直な方向を軸とする回転移動可能に構成された、少なくとも３つのの振動体と、
前記電気機械エネルギー変換素子に電圧を印加して前記移動体を駆動させるための駆動制御部と、を有し、
前記駆動制御部は、前記３つの振動子の駆動を制御することで、前記移動体を所定範囲内で駆動させる際の前記第１の振動体及び前記第２の振動体と前記移動体との接触領域を変更するように前記移動体を移動させることが可能であり、
前記接触領域の変更により、前記接触領域の面粗さが異なるように前記移動体が加工されていることを特徴とする。

また、本発明の駆動方法は、
少なくとも電気機械エネルギー変換素子を含む複数の振動体によって、前記複数の振動体と接触する移動体を移動させる駆動方法であって、
前記移動体を所定範囲内で第１の方向に移動させる工程と、
前記移動体を所定範囲内で前記第１の方向と交差する第２の方向に移動させる工程と、
前記所定範囲内で移動させる際の前記複数の振動体と前記移動体との接触領域を変更するように、前記移動体を、前記複数の振動体を用いて、前記第１の方向及び前記第２の方向に垂直な第３の方向を軸とする回転移動をさせる工程と、を有することを特徴とする。

本発明の駆動装置及び駆動方法によれば、振動体と移動体の接触領域を適宜変更することができるので、摩耗が生じても適正な精度で長時間駆動可能である。そのため、移動体の駆動機構の長寿命化が実現できる。

以下、図面を参照しつつ本発明をより詳細に説明する。なお、同一の構成要素には原則として同一の参照番号を付して、説明を省略する。

本発明の駆動装置及び駆動方法は、好ましくは移動体にレンズを含むレンズ駆動装置及びレンズ駆動方法に使用される。手ぶれ補正のように、移動体を所定範囲内で移動させる場合には、移動体と振動体との接触領域は所定範囲に限られる。しかし、本発明の駆動装置はレンズ駆動装置に限られることはなく、通常使用時には限られた所定範囲内で移動体を駆動させるような駆動装置の全般が含まれる。例えば、ステージを駆動するための駆動装置などが挙げられる。以下では、代表してレンズ駆動装置を例に本発明を説明する。

図１は、本発明のレンズ駆動装置の一例の構成を概念的に示した図である。図の左側は、レンズ９とレンズ枠１０から構成される移動体について、レンズ９の光軸方向に沿って光軸に垂直な平面を見た図である。レンズ枠１０は、少なくとも電気機械エネルギー変換素子を含む振動体１１，１２，１３によって３箇所で支持されている。図１では、振動体はレンズ枠の下側に接触して配置されるため、別途取り出して右側に示した。それぞれの振動体には、駆動制御部３５によって電気機械エネルギー変換素子に電圧が印加され、レンズ９を含む移動体を移動（変位）させることができる。つまり、振動子に振動波を生じさせ、この振動子に接触する移動体を摩擦力により相対移動させる。

光軸に垂直な平面内（Ｘ方向とＹ方向とで規定されるＸＹ平面内）における所定範囲内でレンズ９を移動させる際にレンズ枠１０と振動体１１，１２，１３とが接触しうる領域が接触領域３１ａ，３２ａ，３３ａである。この接触領域は、レンズ駆動装置の構成上、また、手ぶれ補正などの用途上必然的に定まる領域である。

駆動制御部３５は、レンズ９とレンズ枠１０を含む移動体を所定範囲内で移動させるように電気機械エネルギー変換素子に電圧を印加することができる。さらに、接触領域３１ａ，３２ａ，３３ａを変更するように移動体を移動させることも可能である。

本発明のレンズ駆動装置は、レンズ９のＸＹ方向への移動に伴う接触領域３１ａ，３２ａ，３３ａの摩耗の進行を検知する摩耗検知手段３４を有することが好ましい。摩耗検知手段３４は、例えば接触領域３１ａ，３２ａ，３３ａの摩耗の進行度合いが装置上許容できる範囲を超えた場合に、駆動制御部３５に対して接触領域を変更するための信号を出力する。そして、駆動制御部３５は、摩耗検知手段３４の出力に基づいて、接触領域３１ａ，３２ａ，３３ａが接触領域３１ｂ，３２ｂ，３３ｂとなるように、レンズ枠１０を駆動させることができる。

本発明によれば、接触領域３１ａ，３２ａ，３３ａの摩耗が進行したとしても、適宜接触領域を変更させることができる。また、図１に示したように複数の振動体により支持され、レンズの光軸を中心に回転変位させることで接触領域を変更させることが好ましい。このようにすれば、変更前後において光軸がぶれない（変化しない）からである。

上記した工程に従ってレンズを駆動させれば、本発明のレンズ駆動方法を構成する。

（実施形態１）
以下、本発明の実施形態１を説明する。図２は、本発明の第１の実施形態であるレンズ駆動装置の構成を説明するための図である。図２（ａ）は、レンズ９とレンズ枠１０から構成される移動体について、レンズ９の光軸方向に沿って光軸に垂直な平面を見た図である。図２（ｂ）は、図１（ａ）の太い矢印の側面から見た図である。

９はレンズでありレンズ枠１０により保持されている。１１〜１３は電気−機械エネルギー変換素子を備えた振動体であり、不図示のベース板に固定されている。振動体と移動体は不図示の加圧機構もしくは磁石などにより加圧接触した状態になっている。２１〜２３は移動体の一部であるレンズ枠１０に設けられた目盛りなどが刻まれたスケール２１’〜２３’を介して得られる信号波形から位置情報を得る位置検出手段（センサ）である。この位置検出手段により、ＸＹ平面内のレンズの変位量や光軸を中心とした回転量を測定することができる。

ここで、本提案に用いられている振動子（直動振動波モータ）の駆動原理について説明する。図３〜図５は本実施例で用いられる振動モータの駆動原理を説明するための図である。

図３は図４，５に示す振動体１１の裏面に貼り付けられた電気機械エネルギー変換素子としての圧電素子１７の電極パターンを示す図であり、長手方向（Ｘ方向）で２等分された電極領域が形成されている。また、各電極領域における分極方向は、同一方向（「＋」）となっている。圧電素子１７の２つの電極領域のうち、図３の右側に位置する電極領域には交流電圧（Ｖ１）が印加され、左側に位置する電極領域には交流電圧（Ｖ２）が印加される。

図３において、Ｖ１およびＶ２をＡモードの共振周波数付近の周波数で、かつ位相が１８０°ずれた交流電圧とすると、ある瞬間には、圧電素子１７の右側の電極領域が縮むとともに、左側の電極領域が伸びる。また、別の瞬間には逆の関係となる。この結果、超音波振動子１１には図４（ａ）に示すＡモードの振動が発生することになる。Ａモードとは、Ｘ方向の２次の曲げモードであり、Ｚ方向変位の小さい節部を３ヶ所持ち、逆にＺ方向変位が大きい腹部を２箇所持つモードである。この振動が発生すると振動子の中心部に設けられた突起の先端は紙面左右方向に変位する。

また、Ｖ１およびＶ２をＢモードの共振周波数付近の周波数で、かつ同位相の交流電圧とすると、圧電素子１７の全体（２つの電極領域）がある瞬間には伸び、また別の瞬間には縮むことになる。この結果、超音波振動子１１には図４（ｂ）に示すＢモードの振動が発生することになる。Ｂモードとは、Ｙ方向の１次の曲げモードであり、Ｚ方向変位の小さい節部を２ヶ所持ち、逆にＺ方向変位が大きい腹部を１箇所持つモードである。このとき「Ａモードの共振周波数」と「Ｂモードの共振周波数」は略一致した周波数に設定される。

このようなそれぞれの振動をある時間的位相関係で合成することにより、移動体と接触している突起部１９の先端にはＸ方向とＺ方向を径とする楕円状の運動が発生する。

そして、この楕円運動を移動体が振動体の摩擦力として受け、図４（ａ）の矢印方向に駆動される。またＡモードとＢモードの発生比を圧電素子１７の２等分された電極へ入力する電圧の位相差を変えることにより変化させることが可能であり、前記楕円の縦横比も上記発生比によって変化する。この振動子では該発生比を変えることにより接触部の駆動力が変えられるため移動体の速度をコントロールすることが可能となる。

図５に振動子を駆動する回路のドライバ部の回路構成図を示している。図５の回路構成で、スイッチング回路はスイッチング素子にＦＥＴ５１〜５８を用いている。

ここで、図５に示すようにＡ相パルスがＨｉになるとＦＥＴ５１、５４がオンとなりＡ相から／Ａ相に向かって電流が流れる。逆に／ＡパルスがＨｉになるとＦＥＴ５３、５２がオンとなり／Ａ相からＡ相に向かって電流が流れる。Ｂ相に対しても同様に与えられたパルス信号に応じてＦＥＴ５５〜５８がオンして振動子１１に電圧を印加する構成となっている。ここでＡと／ＡおよびＢと／Ｂはそれぞれ１８０°位相がずれておりパルス幅は等しいパルス信号となっている。

４１、４２はモータと入力信号とのインピーダンスを整合させるインピーダンス素子である。本例では４１，４２はインダクタンス素子である。ここで、不図示ではあるがインピーダンスを整合させるために容量素子を、振動子と並列に設けるケースもある。このようにインピーダンス素子を４１，４２の位置に付加することでより低電圧でかつ高効率でモータを駆動することができる。

図２（ａ）は、実際にレンズ枠１０をＸ方向に駆動するときの状態を示す図である。図２（ａ）に示した振動体１１〜１３は１２０°間隔で中心（光軸）から距離ｄの位置に配置されている。時計周り方向の力を正とすると、それぞれが正方向の力を発生しているとき、振動体１１の力の向きはＸ方向を基準として０°、振動体１２の力の向きは２４０°、振動体１３の力の向きは１２０°となる。

また、振動子１１〜１３上にはそれぞれ１つの突起部が設けられており、
移動体の一部であるレンズ枠１０とは突起部の３点で接触するようになっている。３点接触にすることでレンズ枠と安定した平面で接触することが可能となっている。

ここで、センサ２１〜２３からの信号から移動体の移動量を演算する方法を簡単に説明する。まず、センサ２１はｘ方向の変位を検出するためのもので、センサ２１がエンコーダである場合のエンコーダ出力パルス値をＸ１とする。センサ２２、２３はそれぞれＹ方向の変位を検出するためのもので、センサ２２、２３がエンコーダである場合のエンコーダ出力パルス値をＹ１，Ｙ２とする。各センサ２１〜２３がポテンショメータなどの位置検出手段の場合は、Ｘ１，Ｙ１，Ｙ２は、位置に相当する電圧として出力される。

また、本実施例ではセンサ２２、２３の中点の位置の移動量を検出するように構成され該中心位置からセンサ２１〜２３の距離をｄとしている。
（１） （Ｙ１＋Ｙ２）／２ よりＹ方向の移動量がわかる。
（２） ａｒｃｃｏｓ｛（Ｙ１−Ｙ２）／（２×ｄ）｝ より回転角θがわかる。
（３） Ｘ１× ｄ × ｃｏｓθ よりＸ方向の移動量がわかる。
よって、この演算を利用することでレンズ９の移動量を検出することが可能である。

図２（ａ）で移動体をＸ方向に駆動するために振動子１１に加える力をｆ１、振動子１２に加える力をｆ２、振動子１３に加える力をｆ３とすると、所定の力の量をｆとして、
ｆ１＝２×ｆ ｆ２＝−ｆ ｆ３＝−ｆの力が加えられている。
ここで、
Ｆｘ：移動体のＸ方向への力
Ｆｙ：移動体のＹ方向への力
Ｆｓ：移動体の回転方向への力 ｄ：センサと中心位置との距離
とすると
Ｆｘ＝ｆ１＊ｃｏｓ（０ ｄｅｇ）＋ｆ２＊ｃｏｓ（２４０ ｄｅｇ）＋ｆ３＊ｃｏｓ（１２０ ｄｅｇ）
＝（２×ｆ×１）＋（−ｆ×−０．５）＋（−ｆ×−０．５）＝３×ｆ
Ｆｙ＝ｆ１＊ｓｉｎ（０ ｄｅｇ）＋ｆ２＊ｓｉｎ（２４０ ｄｅｇ）＋ｆ３＊ｓｉｎ（１２０ ｄｅｇ）
＝（２×ｆ×０）＋（−ｆ×−０．８６）＋（−ｆ×０．８６）＝０×ｆ
Ｆｓ＝ｆ１＊ｄ＋ｆ２＊ｄ＋ｆ３＊ｄ
＝（２×ｆ×ｄ）＋（−ｆ×ｄ）＋（−ｆ×ｄ）＝０×ｆ
となる。

よって、上記ｆ１〜ｆ３の力入力のときには、Ｆｘのみの力が移動体に加えられる。すなわちＸ方向のみの駆動力が移動体に加えられるようになる。

図２（ｃ）は、レンズ枠１０をＹ方向に駆動するときの状態を示す図である。図２（ａ）でＹ方向に駆動するために振動子１１に加える力をｆ１、振動子１２に加える力をｆ２、振動子１３に加える力をｆ３とすると、所定の力の量をｆとして、
ｆ１＝０×ｆ ｆ２＝−ｆ ｆ３＝＋ｆの力が加えられている。

Ｘ方向に動かしたときと同様に移動体への力の入力を考えると、
Ｆｘ＝ｆ１＊ｃｏｓ（０ ｄｅｇ）＋ｆ２＊ｃｏｓ（２４０ ｄｅｇ）＋ｆ３＊ｃｏｓ（１２０ ｄｅｇ）
＝（０×ｆ×１）＋（−ｆ×−０．５）＋（ｆ×−０．５）＝０×ｆ
Ｆｙ＝ｆ１＊ｓｉｎ（０ ｄｅｇ）＋ｆ２＊ｓｉｎ（２４０ ｄｅｇ）＋ｆ３＊ｓｉｎ（１２０ ｄｅｇ）
＝（０×ｆ×０）＋（−ｆ×−０．８６）＋（ｆ×０．８６）＝１．７３×ｆ
Ｆｓ＝ｆ１＊ｄ＋ｆ２＊ｄ＋ｆ３＊ｄ
＝（０×ｆ×ｄ）＋（−ｆ×ｄ）＋（ｆ×ｄ）＝０×ｆ
となる。

よって、上記ｆ１〜ｆ３の力入力のときには、Ｆｙのみの力が移動体に加えられる。すなわちＹ方向のみの駆動力が移動体に加えられるようになる。

このように移動体をＸＹ方向に変位させることで、手ブレなどによる光軸ずれを補正する動作が可能となる。また、この動作中はレンズがＸＹ方向に並進する動作であるため回転はしない状態で用いられる。

図６は、本実施形態の振動体３ヶを駆動する駆動制御部３５（図１）としての制御回路の回路ブロック図の一例を示している。４０はマイクロコンピュータなどの演算処理部であり、６１は発振器部、６２、６３、６４は該発振器６１に対しそれぞれ位相が異なる信号を出すための位相シフタである。６５〜６７は図５の回路で構成されたスイッチング回路部であり、図１の１１〜１３の振動子に接続される。２１〜２３は上記Ｘ，Ｙ方向の移動位置を検出するセンサである。

例えばセンサ２１だと、スケール部２１’がＸ方向に移動することで移動量に応じた位置信号がセンサ２１から出力される。センサ２２はスケール部２２’が、センサ２３はスケール部２３’がＹ方向に移動することで移動量に応じた位置信号を出力する。

演算処理部４０では、これらの２１〜２３のセンサから得られる位置信号を演算することでレンズ枠１０の移動位置が検出できる。この結果から目標位置に対して現在位置がどの状態になっているかを判別し、目標位置に達するように６１で発振周波数を決める。そして、それぞれのモータに用意された６２〜６４の位相シフタを介してドライバ回路６５〜６７に図５に示したＡ相パルス、／Ａ相パルス、Ｂ相パルス、／Ｂ相パルス入力という形でそれぞれのドライバへ入力させる。

ドライバ６５から振動体１１には、Ｍ１＿Ａ相、Ｍ１＿／Ａ相、Ｍ１＿Ｂ相、Ｍ１＿／Ｂ相が出力される。ドライバ６６から振動体１２には、Ｍ２＿Ａ相、Ｍ２＿／Ａ相、Ｍ２＿Ｂ相、Ｍ２＿／Ｂ相が出力される。ドライバ６７から振動体１３には、Ｍ３＿Ａ相、Ｍ３＿／Ａ相、Ｍ３＿Ｂ相、Ｍ３＿／Ｂ相が出力される。

ここで、速度を変化させるパラメータとしてはそれぞれのモータに加える駆動周波数、駆動電圧、ＡＢパルスの位相差、ＡＢパルスのパルス幅などが選択できる。

ここで、ある時間駆動し接触部が磨耗した状態になったときの接触部切り替えについて説明する。図２（ｄ）は実際にレンズ枠１０を反時計回転方向に回転駆動するとき状態を示す図である。

図１（ｄ）で移動体を反時計回転方向に駆動するために振動子１１に加える力をｆ１、振動子１２に加える力をｆ２、振動子１３に加える力をｆ３とすると、所定の力の量をｆとして、
ｆ１＝−ｆ ｆ２＝−ｆ ｆ３＝−ｆの力が加えられている。

移動体への力の入力を考えると、
Ｆｘ＝ｆ１＊ｃｏｓ（０ ｄｅｇ）＋ｆ２＊ｃｏｓ（２４０ ｄｅｇ）＋ｆ３＊ｃｏｓ（１２０ ｄｅｇ）
＝（−ｆ×１）＋（−ｆ×−０．５）＋（−ｆ×−０．５）＝０×ｆ
Ｆｙ＝ｆ１＊ｓｉｎ（０ ｄｅｇ）＋ｆ２＊ｓｉｎ（２４０ ｄｅｇ）＋ｆ３＊ｓｉｎ（１２０ ｄｅｇ）
＝（−ｆ×０）＋（−ｆ×−０．８６）＋（−ｆ×０．８６）＝０×ｆ
Ｆｓ＝ｆ１＊ｄ＋ｆ２＊ｄ＋ｆ３＊ｄ
＝（−ｆ×ｄ）＋（−ｆ×ｄ）＋（−ｆ×ｄ）＝−３×ｆ
となる。

よって、上記ｆ１〜ｆ３の力入力のときには、Ｆｓのみの力が移動体に加えられる。すなわち反時計周りに回転する駆動力が移動体に加えられるようになる。

このとき、ＸＹ駆動時に振動体１１〜１３と接触していた接触領域３１ａ〜３３ａに変わり、図２（ｅ）のように接触領域３１ｂ〜３３ｂが新たな接触領域として振動体１１〜１３と接触するようになる。ここで、ＸＹ駆動を実施すれば接触領域は新しい面になっているので、その後も継続して精度良くＸＹ駆動することが可能となる。

本実施形態によれば、振動体と移動体が接触する部分を光軸に対し垂直な平面上に設け、更に振動アクチュエータにより上記垂直な平面上をＸＹおよび回転θの駆動ができるような構成とした。これにより、異なるいくつかの回転位置にてＸＹ方向に駆動を行うことを特徴とするものである。

今回の実施例では接触領域が３１ａ〜３３ａに変わり３１ｂ〜３３ｂになる例を示したが相対的に同じ角度で回転させれば複数回接触領域を切り替えることが可能である。

このように、駆動時間がある量超えたときなどに上記接触領域を切り替える動作を実施することで該レンズ駆動機構の耐久性を向上させることが可能となる。

次に、本実施形態における摩耗検知手段３４について説明する。本実施形態においては、所定の接触領域内における移動体の駆動時間を計測する計時手段である。

図７は、振動体１１〜１３のそれぞれについて、駆動時間と接触面の磨耗の関係を示す図の例である。ここで本発明において、ある接触領域内における移動体の「駆動時間」とは、圧電素子に電圧を印加して、移動体をある接触領域内のＸＹ平面内に駆動させている期間の累計時間をいう。

図７からわかるように駆動時間で磨耗量を見た場合、動作モードなどにより各振動体の移動する距離は異なるため磨耗量にも若干の差はあるものの時間と共に増加していく傾向は見られる。

磨耗検出手段３４としての計時手段は、例えばマイクロコンピュータなどの演算処理手段とメモリなどの記憶手段からなり実際には１つの制御システムとして一体化されている。マイクロコンピュータでは実際にモータを駆動した時間を算出し、その積分した値を記憶手段に記憶させる。初期は積分値はゼロであるが、ＸＹ方向に駆動する毎にマイクロコンピュータは該積分値を読み出し、駆動した時間を追加していく。

そして、この積分値がある値を超えたとき、すなわち駆動時間が所定時間に達したときに、接触領域を変更する。このとき接触領域は新たな接触面に変更されたので、記憶手段の積分値もゼロにリセットされる。

再び駆動時間が所定時間を超えたら、次の接触領域への変更する。これを繰り返すことで、常に新たな接触面でレンズを駆動させることができる。なお、所定時間は任意に設定することができる。また、接触面の切替によって、記憶手段の積分値をリセットしない場合は、積分値が所定値の倍数をとったタイミングで接触領域を変更しても良い。

（実施形態２）
本実施形態における摩耗検知手段３４は、所定の接触領域内における移動体の駆動距離を計測する距離計測手段である。

図８は、振動体１１〜１３のそれぞれについて、移動体の駆動距離と摩擦面の磨耗量の関係を示す図の例である。ここで本発明において、ある接触領域内における移動体の「駆動距離」とは、圧電素子に電圧を印加して、移動体をある接触領域内のＸＹ平面内に駆動させている期間の移動距離の累計をいう。

図８からわかるように摩擦面の磨耗量は移動距離に対してほぼ比例な関係を示している。移動体の振動体上での移動量自体は動作モードにより異なるが、移動量が同じであれば磨耗量もほぼ同じである。

磨耗検出手段３４としての距離計測手段は、位置検出手段２１〜２３の信号を演算することで各振動子の移動距離の累計を算出する。そして、３つの振動子の中で最も移動距離が大きなものの移動距離がある値を超えたときに、接触領域を変更する。実施形態１と同様に接触領域の変更を複数回繰り返すこともできる。

本実施形態では、直接それぞれの振動子上の移動量を検出するのでより正確に最も磨耗が厳しい状態のものを検出し、最適な摩擦面切り替えが可能となる。

（実施形態３）
本実施形態では、実施形態１の計時手段や、実施形態２の距離計測手段を有さず、ＸＹ平面内でのレンズ９を駆動するごとに、毎回接触領域を変更するように移動体を移動させる。あるいは、利用者がレンズ駆動装置に設けられたボタンを押下するなど、接触領域の変更の意思を外部から入力することによって、接触領域を変更しても構わない。

（実施形態４）
図９は、本発明の実施形態４のレンズ駆動装置の構成および動作を説明する図である。図９（ａ）は、レンズ駆動装置の構成とＸ軸回転のときの回転方向を示す図である。

移動体８０は球体であり、振動体８１〜８３はＺ軸に垂直な平面のうち、球体の中心からずれた球体の下半分の位置にある平面８５の周上に１２０°間隔で配置されている。加圧手段は省略しているが、加圧力により移動体に３点で接触するような構成になっている。ここで、駆動制御部３５により振動体８１〜８３に駆動力を与えると、それぞれの接触点で摩擦駆動され、その合成した力として球体の移動体を移動させることが可能となっている。

７９は移動体８０に組み込まれたレンズユニットなどで、移動体８０の移動により撮影位置が変更されるものである。なお、レンズの光軸がｚ軸と同一となる位置を球体の原点位置とする。

図９（ｂ）〜（ｃ）は本実施例においてＸ軸を中心に回転させるときの力入力と移動体の動きを説明する図である。図９（ｂ）のように振動体８１に２×ｆ、８２に−ｆ、８３に−ｆの力を加えると平面８５の中心点ＰにＹ方向の力が合成力ＦＪＸとして発生する。図９（ｃ）は、本実施例のレンズ駆動装置を図９（ｂ）の矢印方向から見た図である。図９（ｃ）からわかるように、振動体８１〜８３の合成力ＦＪＸは移動体８０をＸ軸回転させる力として働き、移動体８０をＸ軸回転させる。Ｙ軸回転についても同様に例えば振動体８１に０×ｆ、８２に−ｆ、８３に＋ｆの力を加えることで実現できる。

ここで、ある時間駆動し接触部が磨耗した状態になったときの接触部切り替えについて説明する。

図９（ｄ）は、移動体８０をＺ軸を中心に回転させる場合を説明する図である。振動体８１〜８３は例えばｆが発生するようになっておりこの合力でＺ軸まわりに回転ことが可能になっている。

図９（ｅ）は、上記回転のときのレンズ駆動装置構成図でありＺ軸に対して回転することがわかる。回転動作終了後は図９（ｆ）に示すようにＸ軸、Ｙ軸回転の動作に戻る。このとき、Ｘ軸、Ｙ軸周り駆動時に振動体８１〜８３と接触していた接触領域が変わり新たな接触面となる。

今回の実施例でもＺ軸に回転させる角度を相対的に同じ角度で回転させれば複数回接触領域を切り替えることが可能である。

このように、駆動時間がある量超えたときなどに上記接触領域を切り替える動作を実施することで該球体レンズ駆動機構の耐久性を向上させることが可能となる。摩耗検知手段を採用する場合は、実施形態１又は２に記載したものを使用することができる。

（実施形態５）
本実施形態のレンズ駆動装置は、接触領域の変更により、接触領域の面粗さが異なるように移動体が加工されている点が特徴である。振動体１１〜１３、移動体の構成、駆動制御部の構成などのレンズ駆動装置の基本的構成は実施形態１〜４と同様であり、接触領域を変更するように移動体を駆動させることが可能である。

図１０は、本実施形態のレンズ駆動装置の構成を説明するための図である。

図１０（ａ）で３１ａ〜３３ａは通常駆動時に用いられる接触領域である。これと隣接する３１ｄ〜３３ｄは通常に比べ面粗さを粗くするなどして、振動体と移動体との摩擦力を向上させた領域である。接触部の摩擦力を向上させると推力が増える、保持力が増えるなどの効果が得られるが、時間あたりの磨耗は増える傾向にある。

同じく通常時の接触領域３１ａ〜３３ａに隣接した３１ｅ〜３３ｅは、通常に比べ面粗さをなめらかにするなどして、振動体との摩擦力を下げた領域である。接触部の摩擦力を下げると推力や保持力が少なくなるものの時間あたりの磨耗は減る傾向にある。

レンズ駆動装置の周囲の温度が低くなると、レンズ鏡筒内のカムなどの動きを滑らかにする油が固まりレンズ駆動させるための負荷が増え通常の動作に対し推力が必要になる。このようなときには接触領域を３１ａ〜３３ａから３１ｄ〜３３ｄに切り替えて使用するという使い方ができる。３１ａ〜３３ａは摩擦力が大きく、推力を大きくすることが可能である。ただし、摩擦力が大きいため磨耗量も多く長時間使用するには困難である。

逆に動画撮影モードのようにレンズ駆動時間が長い使い方をするときには接触領域を３１ａ〜３３ａから３１ｅ〜３３ｅに切り替えて耐久性を向上させる使い方ができる。

本実施形態では、温度変化や撮影モードにより接触領域を切り替えているが、他の条件で切り替え動作を実施するのでも良い。

また、摩擦領域を摩擦力が大きい領域と小さい領域として用いたが、摩擦領域での振動体との関係が変わることであれば、例えば加圧用磁石の磁力を摩擦領域により変えることによって加圧力を摩擦領域により変えるなど、他の条件を変えるのでも良い。

（実施形態６）
図１１は、実施形態６のレンズ駆動装置の構成を説明するための図である。本実施形態は、接触領域の加工方法に特徴がある。図１１（ｂ）にはあらかじめ作成される３１ｄ〜３３ｄ領域に用いられる貼り付け前の摺動材料を示している。

図１１（ｂ）では同じ特性の材料３１ｄ’〜３３ｄ’をひとつのシートとして作成している。その後、そのシートを摩擦領域の大きさに切り取り１つの接触領域の摺動材料となる。そして、これを図１１（ａ）に示すように貼り付けることで簡単に摩擦特性の異なる摺動材料を設けることが可能となる。

このように本実施形態ではあらかじめ作成しておいた摺動部材を貼り付ける構成を取るため、接触領域ごとに摺動面の作り方を変えるなどの困難で時間のかかる作業をせずに、必要とする特性の接触領域を設けることが可能となる。

以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこれら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。

本発明のレンズ駆動装置の一例の構成を概念的に示した図である。 本発明の第１の実施形態であるレンズ駆動装置の構成を説明するための図である。 振動波モータの圧電素子の電極パターンを示す図である。 振動波モータの振動モードを示す図である。 該モータを駆動する回路のドライバ部の回路構成図である。 本発明のレンズ駆動機構を駆動する回路のブロック図である。 振動体１１〜１３のそれぞれについて、駆動時間と接触面の磨耗の関係を示す図の例である。 振動体１１〜１３のそれぞれについて、移動体の駆動距離と摩擦面の磨耗量の関係を示す図の例である。 本発明の実施形態４のレンズ駆動装置の構成図である。 本発明の実施形態５のレンズ駆動装置の構成図である。 本発明の実施形態６のレンズ駆動装置の構成図である。 従来のレンズ駆動装置の構成を示す図である。

符号の説明

９ レンズ
１０ レンズ枠
１１，１２，１３ 振動子
３１ａ〜３３ａ 接触領域
３１ｂ〜３３ｂ 変更後の接触領域
３４ 摩耗検知手段
３５ 駆動制御部
４０ 演算処理装置
７９ レンズユニット
８０ 移動体（球体）
８１〜８３ 振動体

Claims (8)

1. 移動体と、
   少なくとも電気機械エネルギー変換素子を含み、合力により前記移動体を平面内で並進移動、及び、前記平面に垂直な方向を軸とする回転移動可能に構成された、少なくとも３つの振動体と、
   前記電気機械エネルギー変換素子に電圧を印加して前記移動体を移動させるための駆動制御部と、を有し、
   前記駆動制御部は、前記３つの振動子の駆動を制御することで、前記移動体を所定範囲内で移動させること、及び、前記所定範囲内で移動させる際の前記３つの振動体と前記移動体との接触領域を変更するように前記移動体を移動させることが可能であることを特徴とする駆動装置。
2. 前記接触領域内における前記移動体の駆動時間を計測する計時手段を有し、
   前記駆動時間が所定時間に達したときに前記接触領域を変更するための信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
3. 前記接触領域内における前記移動体の駆動距離を計測する距離計測手段を有し、
   前記駆動距離が所定値に達したときに前記接触領域を変更するための信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
4. 前記移動体はレンズを含み、
   前記平面に垂直な方向は、前記レンズの光軸であり、
   前記駆動制御部は、前記移動体を前記光軸を中心に回転させることにより前記接触領域を変更することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の駆動装置。
5. 前記移動体は球体であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の駆動装置。
6. レンズを含む移動体と、
   少なくとも電気機械エネルギー変換素子を含み、合力により前記移動体を平面内で並進移動、及び、前記平面に垂直な方向を軸とする回転移動可能に構成された、少なくとも３つの振動体と、
   前記電気機械エネルギー変換素子に電圧を印加して前記移動体を駆動させるための駆動制御部と、を有し、
   前記駆動制御部は、前記３つの振動子の駆動を制御することで、前記移動体を所定範囲内で駆動させる際の前記３つの振動体と前記移動体との接触領域を変更するように前記移動体を移動させることが可能であり、
   前記接触領域の変更により、前記接触領域の面粗さが異なるように前記移動体が加工されていることを特徴とする駆動装置。
7. 少なくとも電気機械エネルギー変換素子を含む複数の振動体によって、前記複数の振動体と接触する移動体を移動させる駆動方法であって、
   前記移動体を所定範囲内で第１の方向に移動させる工程と、
   前記移動体を所定範囲内で前記第１の方向と交差する第２の方向に移動させる工程と、
   前記所定範囲内で移動させる際の前記複数の振動体と前記移動体との接触領域を変更するように、前記移動体を、前記複数の振動体を用いて、前記第１の方向及び前記第２の方向に垂直な第３の方向を軸とする回転移動をさせる工程と、を有することを特徴とする駆動方法。
8. 前記移動体はレンズを含み、複数の前記振動体によって支持されており、
   前記第３の方向は、前記レンズの光軸であり、
   前記移動体を前記光軸を中心に回転させることにより前記接触領域を変更することを特徴とする請求項７に記載の駆動方法。

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