JP5165289B2 - 駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、振動子の楕円振動を利用して移動体を駆動して所定の方向に移動させる駆動装置および該駆動装置によりブレ補正するデジタルカメラ等の撮像装置に関するものである。

従来、ブレ補正機能を備える撮像装置として、例えばカメラがある。カメラが備えるブレ補正機能としては、カメラピッチ方向のブレ振動とカメラヨー方向のブレ振動とを角速度センサ等のブレ検出手段を用いて検出し、検出されたブレ信号に基づいて、ブレを打ち消す方向に撮像光学系の一部若しくは撮像素子を撮影光軸に直交する平面内で水平方向および垂直方向にそれぞれ独立にシフトさせることで、撮像素子の撮像面上での像のブレを補正する手ブレ補正機能が知られている。

このような手ブレ補正機能を実現する手ブレ補正機構においては、手ブレを補正するために撮影レンズの一部のレンズ、或いは撮像素子そのものを撮影光軸に直交する平面内で水平方向および垂直方向に移動する駆動手段が用いられている。この駆動手段は、手ブレに追随して動作させるために高い応答性と、精密駆動（微小駆動）と、電源を切っても移動体の位置が保持される自己保持性が要求される。

このような要求に対して、特許文献１では、インパクトアクチュエータを用いた手ブレ補正機構が開示されている。また、特許文献２では、振動波アクチュエータを使用してレンズを駆動する装置が開示されている。

特開２００５−３３１５４９号公報 特開平７−１０４１６６号公報

しかしながら、特許文献１に示されるインパクトアクチュエータを駆動機構として用いた手ブレ補正機構では、高い応答性と、精密駆動と、自己保持性は得られるが、慣性力を利用して駆動するため、小型で高い出力を得ることができないという問題がある。特に、カメラ等においてＣＣＤ等の撮像素子の前面に防塵フィルタ等が一体化されて、比較的大きくて重い撮像ユニットを駆動対象とする場合には不適となる。駆動力を上げるためには慣性質量を大きくする必要があり、駆動機構そのものが大きくなってしまう。また、摩擦力に打ち勝つ慣性力により駆動する原理から、摩擦滑りによるエネルギー損失が必ず生ずるものであり、効率をあまり高くすることができないという根本的な不具合もある。

また、特許文献２に示される技術では、振動子をレンズや、レンズを固定する枠部材に直接圧接しているため、振動子の振動が直接、移動体であるレンズや枠部材に伝達されてしまう。そのため、レンズや枠部材が共振することがあり、所望の駆動特性を得ることが困難となってしまう。すなわち、特許文献２に示されるような構成で、駆動周波数−駆動特性を測定すると、移動体である枠部材の共振により駆動速度が低下したり、駆動周波数に対する速度変化がスムーズでなく、一旦速度が低下するような変曲点（谷、山）が発生する可能性があり、この変曲点が実際の駆動周波数の近く（±１ｋＨｚ）にあると、駆動制御ができなくなってしまう。

一般に、振動子の楕円振動を利用した、所謂振動波モータは、効率が高く、大きな駆動力を得やすく、比較的大きくて重い撮像ユニット等の駆動に好適といえる。しかしながら、振動波モータを利用する場合、振動子の振動により移動体が共振することのないようにする必要がある。移動体の共振を防ぐためには、移動体の形状、大きさ、材質等を変更して移動体の固有振動数を変化させることにより可能ではあるが、移動体の形状、大きさ、材質等に制約が加わってしまう。また、振動子を用いてレンズ枠等の移動体を摩擦駆動させる場合、線形に変位しない上に、移動体の形状が複雑になるにつれ、振動解析の難易度も増大し、振動解析のシミュレーションを行ったとしても実際の駆動状況との間には乖離が生じてしまい、所望の駆動性能を確保することが困難となってしまう。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、振動子の楕円振動によって駆動される移動体における共振を効果的に防止して、所望の駆動特性を得ることができる駆動装置および撮像装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる駆動装置は、所定の周波電圧が印加されることにより駆動部に楕円振動を生ずる振動子と、前記振動子を保持する保持部を有する固定部材と、前記振動子の楕円振動により駆動されて前記固定部材に対して移動する移動体と、を備え、前記移動体は、所望の大きさに形成された第１の移動体部と、前記駆動部が押圧されて接触する摺動部と、該摺動部と相反する側に設けられて前記固定部材が有するガイド部に係合して移動方向がガイドされる被ガイド部とを有し、前記第１の移動体部よりも小さくて該第１の移動体部に固定された第２の移動体部と、前記振動子から当該移動体に対する振動の伝わり方を変更するための振動伝達変更部材と、からなることを特徴とする。

また、本発明にかかる駆動装置は、上記発明において、前記振動伝達変更部材は、前記第１の移動体部と前記第２の移動体部との接合部に挟装させた挟装部材であることを特徴とする。

また、本発明にかかる駆動装置は、上記発明において、前記挟装部材は、弾性材からなることを特徴とする。

また、本発明にかかる駆動装置は、上記発明において、前記挟装部材は、金属材からなることを特徴とする。

また、本発明にかかる駆動装置は、上記発明において、前記振動伝達変更部材は、前記第１の移動体部の振動経路上に分散させて形成された複数の溝に装填された装填部材であることを特徴する。

また、本発明にかかる撮像装置は、撮影光軸に直交する平面内で直交する第１の方向および第２の方向に撮像素子をブレを補償するように変位移動させる撮像装置において、所定の周波電圧が印加されることにより駆動部に楕円振動を生ずる第１の振動子と、撮影光軸周りの開口を囲む枠形状に形成されるとともに前記第１の振動子を保持する第１の保持部を有して、撮像装置本体に固着された固定部材と、撮影光軸周りの開口を囲む枠形状で所望の大きさに形成された第１の移動体部と、前記第１の振動子の前記駆動部が押圧されて接触する摺動部と、該摺動部と相反する側に設けられて前記固定部材が有するガイド部に係合して第１の方向に移動方向がガイドされる被ガイド部とを有し、前記第１の移動体部より剛性の高い材質で該第１の移動体部よりも小さく形成されて該第１の移動体部に固定され、前記第１の振動子の楕円振動により駆動されて前記固定部材に対して第１の方向に移動する第２の移動体部と、前記第１の振動子から前記第２の移動体部ないし前記第１の移動体部に対する振動の伝わり方を変更するための第１の振動伝達変更部材と、第２の保持部を有する前記第１の移動体部に保持されて、所定の周波電圧が印加されることにより駆動部に楕円振動を生ずる第２の振動子と、撮影光軸上に前記撮像素子を保持して前記第１の移動体部の前記開口に配設される所望の大きさに形成された第３の移動体部と、前記第２の振動子の前記駆動部が押圧されて接触する摺動部と、該摺動部と相反する側に設けられて前記第１の移動体部が有するガイド部に係合して第２の方向に移動方向がガイドされる被ガイド部とを有し、前記第３の移動体部より剛性の高い材質で該第３の移動体部よりも小さく形成されて該第３の移動体部に固定され、前記第２の振動子の楕円振動により駆動されて前記第１の移動体部に対して第２の方向に移動する第４の移動体部と、前記第２の振動子から前記第４の移動体部ないし前記第３の移動体部に対する振動の伝わり方を変更するための第２の振動伝達変更部材と、を備えることを特徴とする。

本発明にかかる駆動装置および撮像装置は、効率が高く大きな駆動力を得やすい楕円振動を生ずる振動子を駆動源として用いる一方、移動体側は、移動対象物として所望の大きさに形成された第１の移動体部とこの第１の移動体部よりも小さな第２の移動体部との分割構造で両者を固定して一体化し、さらに、振動子から移動体に対する振動の伝わり方を変更するための振動伝達変更部材を備えるので、振動伝達変更部材によって、振動子の駆動周波数と同じ周波数の振動を移動体に伝達しないようにしたり、移動体の固有振動を振動子の駆動周波数からずらしたりすることで、振動子の楕円振動によって駆動される移動体の共振をなくすことができ、よって、所望の駆動特性を得ることができるという効果を奏する。また、移動体自身は、第１の移動体部と第２の移動体部とからなるので、小さい方の第２の移動体部側のみを剛性が高く重い材質で形成することで駆動力伝達の高効率化を図ることができる一方、第１の移動体部側は剛性を要せず軽量な材質により所望の大きさに形成すればよく、かつ、第１の移動体部の移動方向を規制する専用のガイド機構を要せず、全体として駆動力が大きくて高効率で小型・軽量化を図ることができるという効果を奏する。

以下、本発明に係る駆動装置および撮像装置を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。本実施の形態の撮像装置は、光電変換によって画像信号を得る撮像素子を含む撮像ユニットの手ブレ補正を行うための駆動装置を搭載したものであり、ここでは、一例としてレンズ交換可能な一眼レフレックス式電子カメラ（デジタルカメラ）への適用例として説明する。なお、本発明は、実施の形態に限らず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば、種々の変形が可能である。

まず、図１を参照して本実施の形態のカメラのシステム構成例について説明する。図１は、本実施の形態のカメラの主に電気的なシステム構成を概略的に示すブロック図である。本実施の形態のカメラは、カメラ本体としてのボディユニット１００と、アクセサリ装置の一つである交換レンズとしてのレンズユニット１０とによりシステム構成されている。

レンズユニット１０は、ボディユニット１００の前面に設けられた図示しないレンズマウントを介して着脱自在である。レンズユニット１０の制御は、自身が有するレンズ制御用マイクロコンピュータ（以下、“Ｌｕｃｏｍ”と称する）５が行う。ボディユニット１００の制御は、ボディ制御用マイクロコンピュータ（以下、“Ｂｕｃｏｍ”と称する）５０が行う。これらＬｕｃｏｍ５とＢｕｃｏｍ５０とは、ボディユニット１００にレンズユニット１０を装着した状態において通信コネクタ６を介して通信可能に電気的に接続される。そして、カメラシステムとして、Ｌｕｃｏｍ５がＢｕｃｏｍ５０に従属的に協働しながら稼動するように構成されている。

レンズユニット１０は、撮影レンズ１と絞り３を備える。撮影レンズ１は、レンズ駆動機構２内に設けられた図示しないＤＣモータによって駆動される。絞り３は、絞り機構４内に設けられた図示しないステッピングモータによって駆動される。Ｌｕｃｏｍ５は、Ｂｕｃｏｍ５０の指令に基づいてこれら各モータを制御する。

ボディユニット１００内には、以下のような構成部材が図示の如く配設されている。例えば、光学系としての一眼レフ方式の構成部材（ペンタプリズム１２、クイックリターンミラー１１、接眼レンズ１３、サブミラー１１ａ）と、撮影光軸上のフォーカルプレーン式のシャッタ１５と、サブミラー１１ａからの反射光束を受けてデフォーカス量を検出するためのＡＦセンサユニット１６が設けられている。

また、ＡＦセンサユニット１６を駆動制御するＡＦセンサ駆動回路１７と、クイックリターンミラー１１を駆動制御するミラー駆動回路１８と、シャッタ１５の先幕と後幕を駆動するばねをチャージするシャッタチャージ機構１９と、これら先幕と後幕の動きを制御するシャッタ制御回路２０と、ペンタプリズム１２からの光束を検出する測光センサ２１ａに基づき測光処理を行う測光回路２１が設けられている。

撮影光軸上には、上述の光学系を通過した被写体像を光電変換するための撮像ユニット３０が設けられている。撮像ユニット３０は、撮像素子であるＣＣＤ３１やその前面に配設された光学ローパスフィルタ（ＬＰＦ）３２、防塵フィルタ３３をユニットとして一体化してなるものである。防塵フィルタ３３の周縁部には、圧電素子３４が取り付けられている。圧電素子３４は、２つの電極を有しており、防塵フィルタ制御回路４８によって圧電素子３４を所定の周波数で振動させることで防塵フィルタ３３を振動させることで、フィルタ表面に付着した塵を除去し得るように構成されている。撮像ユニット３０に対しては、後述する手ブレ補正用の防振ユニットが付加されている。

また、本実施の形態のカメラシステムは、ＣＣＤ３１に接続したＣＣＤインターフェース回路２３と、液晶モニタ２４、記憶領域として機能するＳＤＲＡＭ２５、Ｆlash ＲＯＭ２６などを利用して画像処理する画像処理コントローラ２８とを備え、電子撮像機能とともに電子記録表示機能を提供できるように構成されている。ここで、記録メディア２７は、各種のメモリカードや外付けのＨＤＤ等の外部記録媒体であり、通信コネクタを介してカメラ本体と通信可能かつ交換可能に装着される。そして、この記録メディア２７に撮影により得られた画像データが記録される。その他の記憶領域としては、カメラ制御に必要な所定の制御パラメータを記憶する、例えばＥＥＰＲＯＭからなる不揮発性メモリ２９がＢｕｃｏｍ５０からアクセス可能に設けられている。

Ｂｕｃｏｍ５０には、当該カメラの動作状態を表示出力によってユーザへ告知するための動作表示用ＬＣＤ５１および動作表示用ＬＥＤ５１ａと、カメラ操作ＳＷ５２とが設けられている。カメラ操作ＳＷ５２は、例えばレリーズＳＷ、モード変更ＳＷおよびパワーＳＷなど、当該カメラを操作するために必要な操作釦を含むスイッチ群である。さらに、電源としての電池５４と、電池５４の電圧を当該カメラシステムを構成する各回路ユニットが必要とする電圧に変換して供給する電源回路５３が設けられ、外部電源からジャックを介して電流が供給されたときの電圧変化を検知する電圧検出回路も設けられている。

次に、図２を参照してＣＣＤ３１を含む撮像ユニット３０について説明する。図２は、撮像ユニット３０の構成例を示す縦断側面図である。撮像ユニット３０は、撮影光学系を透過し自己の光電変換面上に照射された光に対応した画像信号を得る撮像素子としてのＣＣＤ３１と、ＣＣＤ３１の光電変換面側に配設され、撮影光学系を透過して照射される被写体光束から高周波成分を取り除く光学ローパスフィルタ（ＬＰＦ）３２と、この光学ＬＰＦ３２の前面側において所定間隔をあけて対向配置された防塵フィルタ３３と、この防塵フィルタ３３の周縁部に配設されて防塵フィルタ３３に対して所定の振動を与えるための圧電素子３４とを備える。

ここで、ＣＣＤ３１のＣＣＤチップ３１ａは固定板３５上に配設されたフレキシブル基板３１ｂ上に直接実装され、フレキシブル基板３１ｂの両端から出た接続部３１ｃ，３１ｄが主回路基板３６に設けられたコネクタ３６ａ，３６ｂを介して主回路基板３６側と接続されている。また、ＣＣＤ３１が有する保護ガラス３１ｅは、スペーサ３１ｆを介してフレキシブル基板３１ｂ上に固着されている。

また、ＣＣＤ３１と光学ＬＰＦ３２との間には、弾性部材等からなるフィルタ受け部材３７が配設されている。このフィルタ受け部材３７は、ＣＣＤ３１の前面側周縁部で光電変換面の有効範囲を避ける位置に配設され、かつ、光学ＬＰＦ３２の背面側周縁部の近傍に当接することで、ＣＣＤ３１と光学ＬＰＦ３２との間を略気密性が保持されるように構成されている。そして、ＣＣＤ３１と光学ＬＰＦ３２とを気密的に覆うホルダ（第３の移動体部）３８が配設されている。ホルダ３８は、撮影光軸周りの略中央部分に矩形状の開口３８ａを有し、この開口３８ａの防塵フィルタ３３側の内周縁部には断面が略Ｌ字形状の段部３８ｂが形成され、開口３８ａに対してその後方側から光学ＬＰＦ３２およびＣＣＤ３１が配設されている。ここで、光学ＬＰＦ３２の前面側周縁部を段部３８ｂに対して略気密的に接触させるように配置することで、光学ＬＰＦ３２は段部３８ｂによって撮影光軸方向における位置規制がなされ、ホルダ３８の内部から前面側に対する抜け止めがなされる。

一方、ホルダ３８の前面側の周縁部には、防塵フィルタ３３を光学ＬＰＦ３２の前面に所定間隔あけて保持するために段部３８ｂ周りで段部３８ｂよりも前面側に突出させた防塵フィルタ受け部３８ｃが全周に亘って形成されている。全体として円形ないしは多角形の板状に形成された防塵フィルタ３３は、板ばね等の弾性体によって形成されてねじ３９で防塵フィルタ受け部３８ｃに固定された押圧部材４０による押圧状態で防塵フィルタ受け部３８ｃに支持される。ここで、防塵フィルタ３３の背面側の外周縁部に配設された圧電素子３４部分には、防塵フィルタ受け部３８ｃとの間に環状のシール４１が介在され、気密状態が確保されている。撮像ユニット３０は、このようにしてＣＣＤ３１を搭載する所望の大きさに形成されたホルダ３８を備える気密構造に構成されている。

次に、本実施の形態のカメラの手ブレ補正機能について説明する。本実施の形態では、撮影光軸の方向をＺ軸方向とした場合、撮影光軸に直交するＸＹ平面内で直交する第１の方向であるＸ軸方向および第２の方向であるＹ軸方向に撮像素子であるＣＣＤ３１をブレを補償するように変位移動させるものであり、手ブレ補正用の駆動装置を含む防振ユニットは、所定の周波電圧が印加されることにより駆動部に楕円振動を生ずる振動子を駆動源として用い、撮像ユニット３０中のＣＣＤ３１を搭載したホルダ３８を移動対象物として構成される。

まず、本実施の形態の駆動装置で駆動源として用いる振動子の動作原理について説明する。図３は、振動子の動作原理を示す模式図である。振動子２００は、所定の大きさで矩形状に形成された圧電体２０１と、この圧電体２０１の片面側に片寄らせて中心対称に形成された一対の駆動電極２０２，２０３と、駆動電極２０２，２０３に対応する圧電体２０１の表面位置に設けられた駆動部としての駆動子２０４，２０５とを備える。駆動電極２０２に＋の電圧を印加すると、図３（ａ）に示すように、駆動電極２０２部分が伸びるように変形する一方、その背面側の圧電体２０１部分は伸びるように変形しないので全体として円弧状に変形する。逆に、駆動電極２０２に−の電圧を印加すると、図３（ｃ）に示すように、駆動電極２０２部分が縮むように変形する一方、その背面側の圧電体２０１部分は縮まないので全体として、図３（ａ）とは逆向きの円弧状に変形する。駆動電極２０３側でも同様である。

そこで、駆動子２０４，２０５の表面に楕円振動を発生させるには、圧電体２０１の一方の駆動電極２０２に所定周波数の正弦波による周波電圧を印加するととともに、他方の駆動電極２０３に駆動電極２０２に印加する周波電圧の周波数と同じ周波数で位相のずれた正弦波による周波電圧を印加する。印加する周波電圧の周波数は、圧電体２０１の中央が屈曲振動の節となり、駆動子２０４，２０５部分が屈曲振動の腹となり、かつ、圧電体２０１の縦振動の節が屈曲振動の節と一致するような所定の数値に設定する。すると、印加する周波電圧の＋，−の変化に伴い、振動子２００は、図３（ｂ）に示す復元状態を含めて、図３（ａ）〜（ｃ）に示す屈曲振動を繰り返し、駆動子２０４，２０５の表面には楕円振動が発生する。よって、振動子２００の駆動子２０４，２０５側に駆動対象となる移動体を押圧接触させて配設することで、移動体は駆動子２０４，２０５の表面に生ずる楕円振動の向きに従い移動することとなる。

この際、駆動電極２０２，２０３に印加する周波電圧の位相差を変えることで、駆動子２０４，２０５の表面に発生する楕円振動の形状を変えることが可能であり、これにより振動子２００に駆動されて移動する移動体の移動速度を変えることができる。例えば、周波電圧の位相差が０°であれば速度は０であるが、位相差を増やすと速度は次第に上がり、位相差９０°で最大速度となり、また、９０°を超えて位相差を大きくすると逆に速度は次第に下がり、位相差１８０°では再び速度０となる。位相差を負の値にすると、駆動子２０４，２０５に発生する楕円振動の回転方向が逆転し、移動体を逆方向に駆動することが可能となる。この場合も、位相差−９０°のときに最大速度となる。

つづいて、このような振動子を駆動源として用いる本実施の形態の防振ユニットについて図４〜図７を参照して説明する。図４は、本実施の形態の防振ユニットの構成例を示す分解斜視図であり、図５は、図４に示す各部の形状を簡略化して示す防振ユニットの概略側面図であり、図６は、図５中のＸ軸駆動機構部を抽出し拡大して示す概略側面図であり、図７は、そのガイド軸受構造を示す断面図である。

まず、本実施の形態の防振ユニット３００は、光学ＬＰＦ３２、防塵フィルタ３３等ともにＣＣＤ３１を搭載したホルダ３８をＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させる最終的な移動対象物とするものであり、撮影光軸周りの開口３０１ａを囲む枠部３０１ｂを有する枠形状の部材であって、ホルダ３８をＹ軸方向に移動可能に搭載するよう所望の大きさに形成された第２の部材であるＸ枠（第１の移動体部）３０１と、撮影光軸周りの開口３０２ａを囲む枠部３０２ｂを有する枠形状の部材であって、Ｘ枠３０１をＸ軸方向に移動可能に搭載するよう所望の大きさに形成されて図示しないカメラ本体に固着された第１の部材であるフレーム（固定部材）３０２と、を備える。

そして、Ｘ枠３０１をフレーム３０２に対してＸ軸方向に相対移動させるＸ軸駆動機構部３１０ｘと、ホルダ３８をＸ枠３０１に対してＹ軸方向に相対移動させるＹ軸駆動機構３１０ｙとを備え、ホルダ３８をＸ枠３０１とともにフレーム３０２に対してＸ軸方向に相対移動させるとともにＸ枠３０１に対してＹ軸方向に相対移動させることにより、ホルダ３８に搭載されたＣＣＤ３１はＸＹ平面内でＸ軸方向およびＹ軸方向にブレを補償するように変位移動される。

ここで、Ｘ軸駆動機構部３１０ｘの構成について説明する。Ｘ軸駆動機構部３１０ｘは、Ｘ軸振動子（第１の振動子）３２０ｘと、Ｘ枠３０１に一体に固定されてＸ枠３０１とともに駆動対象となる移動体（第１の移動体）３１１ｘを構成する摺動体（第２の移動体部）３３０ｘと、Ｘ軸振動子３２０ｘを摺動体３３０ｘ側に付勢する押圧機構（付勢手段）３４０ｘとを備える。

Ｘ軸振動子３２０ｘは、図３で説明した振動子２００の動作原理に従い、所定の周波電圧が印加されることにより楕円振動が発生する駆動子（駆動部）３２１ｘ，３２２ｘを矩形状の圧電体３２３ｘの片面に備える。Ｘ軸振動子３２０ｘは、圧電体３２３ｘの駆動子３２１ｘ，３２２ｘと相反する側の中央位置に振動子ホルダ３２４ｘを有し、振動子ホルダ３２４ｘに形成された突起３２５ｘがフレーム３０２の溝３４２ｘ（保持部）に嵌合することで、Ｘ軸振動子３２０ｘはＸ軸方向の移動が規制されるように位置決めされて保持されている。このような構成により駆動子３２１ｘ，３２２ｘに生じる楕円振動による駆動力がＸ軸方向に作用する。

また、第１の摺動体３３０ｘは、軸受け（被ガイド部）３３１ｘ上に第１の摺動部材である摺動板（摺動部）３３２ｘを固着してなる。軸受け３３１ｘは、Ｘ軸振動子３２０ｘの駆動子３２１ｘ，３２２ｘが押圧されて摺動板３３２ｘに接触する位置でＸ枠３０１の一部に対して例えばビス３３３ｘにより一体となるように固定されている。なお、Ｘ枠３０１に対する摺動体３３０ｘの固定は、ビス止めに限らず、接着等であってもよく、固定方式は、特に問わない。ここで、摺動体３３０ｘは、図４からも明らかなように、所望の大きさに形成されたＸ枠３０１に比して小さな大きさ（Ｘ軸振動子３２０ｘ相当の大きさ）で形成されたものである。また、Ｘ枠３０１が剛性の低い樹脂材料やアルミニウム等により形成されているのに対して、摺動板３３２ｘは耐磨耗性を有して剛性の高いセラミックス等の材質で形成され、軸受け３３１ｘは、フェライト系のステンレス等の焼入れ可能な材質に焼入れをして剛性を高めたものである。

また、フレーム３０２は、フレーム３０２に形成された開口形状の取付部に配置されて摺動体３３０ｘの軸受け３３１ｘに対向するようにビス３０３ｘで固定された軸受け（ガイド部）３０４ｘを備える。この軸受け３０４ｘには、図７に示すように、Ｘ軸方向に沿わせたＶ溝３０５ｘが、磨耗防止用のＶ溝板３０６ｘを固着して形成されている。軸受け３３１ｘには、図７に示すように、軸受け３０４ｘのＶ溝３０５ｘ（Ｖ溝板３０６ｘ）に対向するＶ溝３３４ｘが形成されている。ここで、リテーナ３３５ｘで位置決めされた２個のボール３３６ｘ（転動体）をＶ溝３０５ｘ，３３４ｘ間に挟み込ませることにより、軸受け３０４ｘ，３３１ｘは、Ｘ軸方向に沿って１列に配列された２個のボール３３６ｘを有する構造とされている。２個のボール３３６ｘは、図６等に示すように、駆動子３２１ｘ，３２２ｘ直下となる位置付近に位置決めされており、リテーナ３３５ｘによりＸ軸方向の移動が規制されている。なお、転動体としてはボールに限らず、ローラでもよい。

押圧機構３４０ｘは、スペーサ３４３ｘを介して一端がビス３４４ｘにより第１の部材であるフレーム３０２に固定されてＸ軸振動子３２０ｘを保持する押圧板３４１ｘと、この押圧板３４１ｘの他端側をフレーム３０２に固定するビス３４５ｘ周りにスペーサ３４６ｘを介して配設されＸ軸振動子３２０ｘの駆動子３２１ｘ，３２２ｘが摺動板３３２ｘに押圧接触するように押圧板３４１ｘを付勢する押圧ばね３４７ｘとを備える。押圧機構３４０ｘによる押圧力は、１５Ｎ（ニュートン）程度の非常に大きな力に設定されている。

なお、軸受け３３１ｘはボール３３６ｘの中心を通り、Ｖ溝３３４ｘに平行な軸周りに回転可能であるが、軸受け３３１ｘがＸ枠３０１に一体化され、軸受け３３１ｘからＸ軸方向とは異なる方向の離れた位置（枠部３０２ｂ上で最も離れた、ほぼ対角位置）でフレーム３０２とＸ枠３０１との間に１つのボール３０７ｘ（転動体）が配設されているため、その回転が防止される。このボール３０７ｘは、ボール３０７ｘ近傍でフレーム３０２とＸ枠３０１との間に係止させたばね３０８ｘによる付勢力で挟持状態に維持され、フレーム３０２に対するＸ枠３０１の撮影光軸（Ｚ軸）方向の間隔を維持するように位置決めする。ここで、ばね３０８ｘの付勢力は、ボール３０７ｘの挟持状態を維持できればよく、押圧ばね３４７ｘの付勢力に比して数段弱く設定されている。これにより、Ｘ枠３０１と摺動体３３０ｘとからなる移動体３１１ｘは、フレーム３０２に対して２個のボール３３６ｘと１個のボール３０７ｘとによる３点支持で移動し得る構成とされている。また、ボール３０７ｘをボール３３６ｘに対して、撮影光軸及び開口３０１ａを挟んで反対側に配することで、ボール３０７ｘとボール３３６ｘとの距離を離間することができるので、安定した３点支持構造とすることができる。このように本実施の形態によれば、３つのボール（転動体）で、移動体３１１ｘの移動方向のガイドを行うとともに傾きをも規定することができ、安定した駆動が可能となる。

一方、Ｙ軸駆動機構部３１０ｙも、基本構造はＸ軸駆動機構部３１０ｘと同様であり、同一または対応する部分には同一符号に添え字ｙを付して示し、説明も省略する。なお、Ｙ軸駆動機構部３１０ｙは、フレーム３０２に代えてＸ枠３０１を固定部材とし、Ｘ枠３０１に代えてホルダ３８を移動対象となる第１の移動体部（または第３の移動体部）とするものであり、ホルダ３８には一体に固定されてホルダ３８とともに駆動対象となる移動体（第２の移動体）３１１ｙを構成する摺動体（第２の移動体部または第４の移動体部）３３０ｙを備える。

また、本実施の形態の防振ユニット３００は、ボディユニット１００のＸ軸周りのブレ（ピッチ方向のブレ）を検出するＸ軸ジャイロ４００ｘとボディユニット１００のＹ軸周りのブレ（ヨー方向のブレ）を検出するＹ軸ジャイロ４００ｙとがフレーム３０２に配設されている。また、フレーム３０２に配設させたホール素子３５１とホール素子３５１に対向するようにホルダ３８の一部に配設させたマグネット３５２とからなる位置検出センサ３５３を備える。そして、これらＸ軸ジャイロ４００ｘ、Ｙ軸ジャイロ４００ｙおよび位置検出センサ３５３からの信号に基づきＸ軸振動子３２０ｘ、第２の振動子であるＹ軸振動子３２０ｙに対する振動子駆動回路３５４を制御する防振制御回路３５５を備える。防振制御回路３５５は、Ｂｕｃｏｍ５０からの指示に従い制御動作を実行する。

次に、Ｘ軸駆動機構３１０ｘの動作について説明する。Ｘ軸振動子３２０ｘに所定の周波電圧を印加して駆動子３２１ｘ，３２２ｘに楕円振動を発生させると、Ｘ軸振動子３２０ｘの駆動子３２１ｘ，３２２ｘが押圧機構３４０による強い付勢力で摺動板３３２ｘに押圧接触しているので、摺動体３３０ｘは駆動子３２１ｘ，３２２ｘの楕円振動の回転方向に駆動される。

この際、Ｘ軸振動子３２０ｘに加える押圧力は強いため、仮に、摺動体３３０ｘを構成する摺動板３３２ｘや軸受け３３１ｘの剛性が弱いと、付与する押圧力により摺動板３３２ｘや軸受け３３１ｘが撓んでしまい、駆動子３２１ｘ，３２２ｘと摺動板３３２ｘとが片当りして動作が不安定になったり、動作しなくなってしまう。

この点、本実施の形態では、摺動体３３０ｘを構成する摺動板３３２ｘおよび軸受け３３１ｘの剛性が高いため、駆動子３２１ｘ，３２２ｘと摺動板３３２ｘとの押圧接触状態が安定し、楕円振動に伴う駆動力が摺動板３３２ｘに確実に伝達され、高効率で楕円振動の回転方向に駆動することができる。この際、摺動板３３２ｘを有する摺動体３３０ｘ側はフレーム３０２に対して面接触ではなく、軸受け３３１ｘ，３０４ｘ部分でのボール３３６ｘによる転動方式で接触しているので、押圧力が強くても摺動体３３０ｘはフレーム３０２に対して摩擦の少ない状態で確実に移動することとなる。そして、軸受け３３１ｘ，３０４ｘは、Ｘ軸方向に沿った１列のボールベアリング軸受構造からなるので、摺動体３３０ｘはＸ軸振動子３２０ｘによる駆動を受けた場合にＸ軸方向にのみ移動する。このように摺動体３３０ｘが移動すると、摺動体３３０ｘが固定されたＸ枠３０１も、摺動体３３０ｘと一体となってＸ軸方向に移動する。すなわち、Ｘ枠３３０ｘの移動方向も、Ｘ軸方向に沿った１列のボールベアリング軸受構造からなる軸受け３３１ｘ，３０４ｘ同士の係合によりガイドされる。

このような動作において、軸受け３３１ｘはボール３３６ｘの中心を通り、Ｖ溝３３４ｘに平行な軸周りに回転可能であるが、軸受け３３１ｘがＸ枠３０１に一体化され、軸受け３３１ｘからＸ軸方向とは異なる方向の離れた位置でフレーム３０２とＸ枠３０１との間に１つのボール３０７ｘが配設され、Ｘ枠３０１と摺動体３３０ｘとからなる移動体３１１ｘが、フレーム３０２に対して２個のボール３３６ｘと１個のボール３０７ｘとによる離れた位置での３点支持とされているので、Ｖ溝３３４ｘに平行な軸周りの回転による煽りを生ずることなく安定してフレーム３０２上をＸ軸方向に移動する。よって、Ｘ軸振動子３２０ｘに対する強い押圧部分のガイド支持機構が、軸受け３３１ｘ，３０４ｘによるＸ軸方向に沿った１列のボールベアリング軸受構造で済み、小型化・構造単純化が可能となる。

Ｙ軸駆動機構３１０ｙも、Ｘ軸駆動機構３１０ｘの場合と同様に動作する。

つづいて、Ｘ軸振動子３２０ｘやＹ軸振動子３２０ｙの駆動に伴うＸ枠３０１やホルダ３８に対する振動の伝達に伴う共振について考察する。例えば、Ｘ軸振動子３２０ｘを摺動体３３０ｘに直接圧接させ、Ｘ軸振動子３２０ｘの駆動に伴い両者間に生ずる振動摩擦力で摺動体３３０ｘを駆動するため、Ｘ軸振動子３２０ｘの振動が直接、摺動体３３０ｘや摺動体３３０ｘが固定されたＸ枠３０１に伝達されてしまう。このため、Ｘ枠３０１が共振することがあり、所望の駆動特性を得ることが困難となってしまう場合がある。すなわち、Ｘ軸振動子３２０ｘに対して入力される駆動周波数ｆと駆動速度Ｖとの関係を測定すると、図８中のＮＧ特性に示すように、Ｘ枠３０１の共振により駆動速度Ｖが低下したり、図９（ａ）のＮＧ特性に示すように、駆動周波数ｆに対する駆動速度Ｖの変化がスムーズでなく、一旦速度が低下するような変曲点（谷、山）が発生する可能性がある。そして、このような変曲点が、実際に使用する使用周波数範囲の近くに存在すると、Ｘ軸振動子３２０ｘを適正に駆動制御できなくなってしまう。Ｙ軸振動子３２０ｙ側についても同様である。

このような不具合を防止するためには、前述したように、Ｘ軸振動子３２０ｘやＹ軸振動子３２０ｙの振動によりＸ枠３０１やホルダ３８が共振することのないようにする必要がある。しかしながら、振動子３２０ｘ，３２０ｙを用いて移動体３１１ｘ，３１１ｙを摩擦駆動させる場合、線形に変位しない上に、Ｘ枠３０１やホルダ３８の形状が複雑になるにつれ、振動解析の難易度も増大し、振動解析のシミュレーションを行ったとしても実際の駆動状況との間には乖離が生じてしまい、所望の駆動性能を確保することが困難であり、現実的でない。

これに対して、本実施の形態では、上述したような変曲点の発生は、振動子３２０ｘ，３２０ｙの駆動伝達部とＸ枠３０１やホルダ３８の固定方法により、Ｘ枠３０１やホルダ３８の固有振動数と振動子３２０ｘ，３２０ｙの駆動周波数とが一致してアクチュエータを構成する部品を共振させてしまうことで発生すると考える。そして、このような共振をなくすために、本実施の形態では、Ｘ枠３０１やホルダ３８の固有振動を駆動周波数からずらす（十分に遠い周波数とする）、または、振動子３２０ｘ，３２０ｙの駆動振動数と同じ周波数の振動をＸ枠３０１やホルダ３８に伝達させないように、または、振動子３２０ｘ、３２０ｙからの振動を減衰させて、振動子３２０ｘ，３２０ｙからＸ枠３０１やホルダ３８に対する振動の伝わり方を変更するための振動伝達変更部材を備えるものである。

図１０および図１１は、このような振動伝達変更部材の一例を示し、第１の移動体部であるＸ枠３０１（第２の部材）と第２の移動体部である摺動体３３０ｘ（第１の摺動体）との接合部に挟装させた第１の共振防止部材である挟装部材３５０ｘを振動伝達変更部材とするものである。ここで、挟装部材３５０ｘは、例えばシリコンゴム等のゴム材からなる短冊板状のものであり、摺動体３３０ｘとＸ枠３０１とを挟装部材３５０ｘを挟み込んだ状態でビス３３３ｘでビス止め固定される。摺動体３３０ｘ、挟装部材３５０ｘにはそれぞれビス３３３ｘ用のビス孔３５１ｘ、ビス逃げ孔３５２ｘが形成され、Ｘ枠３０１にはビス３３３ｘ用のビス穴３５３ｘが形成されている。また、摺動体３３０ｘは、位置決めピン３５４ｘを有し、Ｘ枠３０１に形成された位置決め穴３５５ｘに嵌合させることにより位置決めされる。挟装部材３５０ｘの両端には、位置決めピン３５４ｘを逃げる半円状の逃げ部３５６ｘが形成されている。従って、挟装部材３５０ｘは、Ｘ枠３０１と軸受け３３１ｘとの間にあると言ってよい。

第３の移動体部であるホルダ３８と第４の移動体部である摺動体３３０ｙとの間にも、同様に、第２の共振防止部材である挟装部材３５０ｙが振動伝達変更部材として挟装されている（図５参照）。
なお、振動子３２０ｙには駆動子３２１ｙ、３２２ｙが備えられ、これら駆動子３２１ｙ、３２２ｙと摺動体３３０ｙとの間には摺動板（摺動部）３３２ｙが摺動体３３０ｙに固着され備えられている。さらに、ホルダ３８には、挟装部材３５０ｙを介し摺動体３３０ｙが固定されている。従って、挟装部材３５０ｙは、ホルダ３８と軸受け３３１ｙとの間にあると言ってよい。

このように、本実施の形態では、摺動体３３０ｘとＸ枠３０１とをシリコンゴム等からなる挟装部材３５０ｘを挟み込んだ状態でビス３３３ｘでビス止め固定し、Ｘ枠振動子３２０ｘの駆動周波数と同じ周波数の振動を挟装部材３５０ｘで減衰させることで、振動の伝わり方を変更させることができ、これにより、Ｘ枠３０１での共振をなくし、あるいは駆動周波数からずらすことができる。挟装部材３５０ｙ側でも同様である。

このような挟装部材３５０ｘを挟装させることで、挟装部材３５０ｘがない場合に比して、図８中のＯＫ特性に示すように、Ｘ軸振動子３２０ｘに入力される駆動周波数ｆに対する駆動速度Ｖの低下を防止して性能を向上させたり、図９（ｂ）のＯＫ特性に示すように、変曲点の発生をなくして速度変化をスムーズにさせることができ、使用周波数範囲で、Ｘ軸振動子３２０ｘを適正に駆動制御することができる。挟装部材３５０ｙ側でも同様である。

なお、挟装部材３５０ｘ，３５０ｙとしては、ゴム材による弾性材に限らず、樹脂材等による弾性材を用いてもよい。また、挟装部材３５０ｘ，３５０ｙとしては、弾性材に限らず、黄銅板等の金属材を用いてもよい。金属材による挟装部材を挟装させた場合には、Ｘ枠３０１やホルダ３８の固有振動数が変化するように振動の伝わり方を変更させることができるので、固有振動数を振動子３２０ｘ，３２０ｙの駆動周波数からずらすことで、Ｘ枠３０１やホルダ３８が駆動周波数と共振を起こさないようにすることができる。本発明者らの実験によれば、Ｘ枠３０１側に対する挟装部材３５０ｘをシリコンゴム等のゴム製とし、ホルダ３８側に対する挟装部材３５０ｙを黄銅板等の金属製とする組合せの場合に良好なる共振防止効果が得られたものである。

また、本実施の形態の挟装部材３５０ｘは、摺動体３３０ｘとＸ枠３０１との接合部全面に亘る大きさのものを用いたが、図１２に示すように、連結部において中央部、両端部の如く分散配置させた複数片からなる挟装部材３６０ｘとして構成してもよい。３６１ｘは、位置決めピン２５４ｘ用の逃げ孔である。

図１３〜図１５は、振動伝達変更部材の別の実施の形態を示し、図１３は、Ｘ枠３０１の正面図であり、図１４は、Ｘ枠３０１の側面図であり、図１５は、Ｘ枠３０１周りの分解斜視図である。この実施の形態では、大きな体積を持つＸ枠３０１の枠形状に従う振動経路上に分散させて複数の溝３７０ｘを形成し、これら複数の溝３７０ｘに対して装填されて接着固定された装填部材３７１ｘを駆動伝達変更部材とするものである。装填部材３７１ｘは、例えば樹脂材や金属材からなるが、必要に応じて、材質、大きさ、装填する個数を変更するようにしてもよい。

このようにＸ枠３０１の振動経路上に複数個の充填部材３７１ｘを装填させることで、Ｘ枠３０１単独の場合とＸ軸振動子３２０ｘからの振動の伝わり方が変更されるように、大きな体積を持つ移動体であるＸ枠３０１の固有振動数を調整することで、Ｘ軸振動子３２０ｘの駆動振動数の近くにならないように設定することができる。これにより、Ｘ軸振動子３２０ｘの使用周波数範囲内での駆動速度の変曲点の発生や性能の低下を抑制することができる。

本発明の実施の形態のカメラの主に電気的なシステム構成を概略的に示すブロック図である。 撮像ユニットの構成例を示す縦断側面図である。 振動子の動作原理を示す模式図である。 防振ユニットの構成例を示す分解斜視図である。 図４に示す各部の形状を簡略化して示す防振ユニットの概略側面図である。 図５中のＸ軸駆動機構部を抽出し拡大して示す概略側面図である。 ガイド軸受構造を示す断面図である。 振動子に入力される駆動周波数と駆動速度との関係を、従来例と本実施の形態方式とを対比させて示す特性図である。 振動子に入力される駆動周波数と駆動速度との関係を、従来例と本実施の形態方式とを対比させて示す特性図である。 挟装部材の取り付け例を示す正面図である。 挟装部材の取り付け例を示す分解斜視図である。 変形例の挟装部材の取り付け例を示す正面図である。 別の実施の形態のＸ枠を示す正面図である。 Ｘ枠の側面図である。 Ｘ枠周りの分解斜視図である。

符号の説明

３１ ＣＣＤ
３８ ホルダ
３０１ Ｘ枠
３０２ フレーム
３０４ｘ，３０４ｙ 軸受け
３０７ｘ，３０７ｙ ボール
３１１ｘ，３１１ｙ 移動体
３２０ｘ Ｘ軸振動子
３２０ｙ Ｙ軸振動子
３２１ｘ，３２２ｘ 駆動子
３２１ｙ，３２２ｙ 駆動子
３３０ｘ，３３０ｙ 摺動体
３４２ｘ，３４２ｙ 保持部
３５０ｘ，３５０ｙ 挟装部材
３７０ｘ 溝
３７１ｘ 装填部材

Claims (1)

1. 圧電体を有する駆動装置において、
   前記圧電体の表面に設けられた駆動子であって、所定の周波電圧が前記圧電体に印加されることにより楕円振動を生ずる駆動子を有する振動子と、
   前記駆動子を押圧する摺動部を含み、前記駆動子が駆動されることにより所定の方向に移動する摺動体であって、該摺動体を前記方向にガイドするための被ガイド部を有する摺動体と、
   前記被ガイド部をガイドするガイド部を有し、前記振動子を保持する固定部材と、
   前記摺動体と共に、前記固定部材に対して相対移動する移動体部と、
   前記摺動体と前記移動体部との間に設けられ、前記振動子の振動から生じる前記移動体部の共振を防止する弾性材からなる共振防止部材と、
   を備えることを特徴とする駆動装置。

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