JP6064423B2 - 振動アクチュエータの駆動装置、レンズ鏡筒、カメラ - Google Patents

Description

本発明は、振動アクチュエータの駆動装置、レンズ鏡筒、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装置は、振動アクチュエータに入力する交番信号の位相差を変化させることによって、駆動方向の変更や、停止といった振動アクチュエータの駆動動作を変更させていた（例えば、特許文献１）。
しかし、このような駆動装置は、振動アクチュエータの駆動動作を変更する場合に、振動アクチュエータから突発音が発生するという問題があった。

特開平８−１８２３５７号公報

本発明の課題は、振動アクチュエータから発生する突発音を抑制することができる振動アクチュエータの駆動装置、レンズ鏡筒、カメラを提供することである。

前記課題を解決するために、第１の発明は、振動体（２２）に設けられた圧電体（２４）に位相の異なる２相の交番信号を印加して、前記振動体を振動させて駆動力を発生する振動アクチュエータ（２０）の駆動を制御する振動アクチュエータの駆動装置（３０）であって、前記圧電体に印加する２相の交番信号の周波数を変化させて、前記振動アクチュエータの駆動速度を制御する速度制御部（３１ａ）と、前記速度制御部によって設定された前記２相の交番信号の周波数で前記振動アクチュエータが動作している状態のときに、前記２相の交番信号の位相差（ｐ）を所定値から０度へ時間とともに段階的に変化させ、さらに前記所定値とは逆符号の値へ時間とともに段階的に変化させることにより、前記振動アクチュエータの駆動方向を変更させる駆動動作制御部（３１ｂ）とを備えること、を特徴とする振動アクチュエータの駆動装置である。
第２の発明は、第１の発明の振動アクチュエータ（２０）の駆動装置（３０）において、前記駆動動作制御部（３１ｂ）は、前記位相差（ｐ）を時間に比例して変化させること、を特徴とする振動アクチュエータの駆動装置である。
第３の発明は、第２の発明の振動アクチュエータ（２０）の駆動装置（３０）において、前記駆動動作制御部（３１ｂ）は、前記位相差（ｐ）の傾きの絶対値を１８０度／ｍｓｅｃ以下で変化させること、を特徴とする振動アクチュエータの駆動装置である。
第４の発明は、第１の発明の振動アクチュエータ（２０）の駆動装置（３０）において、前記駆動動作制御部（３１ｂ）は、前記位相差（ｐ）を時間とともに曲線状に変化させること、を特徴とする振動アクチュエータの駆動装置である。
第５の発明は、第４の発明の振動アクチュエータ（２０）の駆動装置（３０）において、前記駆動動作制御部（３１ｂ）は、前記位相差（ｐ）を正弦波状に変化させること、を特徴とする振動アクチュエータの駆動装置である。
第６の発明は、第１の発明の振動アクチュエータ（２０）の駆動装置（３０）において、前記駆動動作制御部（３１ｂ）は、前記位相差（ｐ）を時間とともに階段状に変化させること、を特徴とする振動アクチュエータの駆動装置である。

第７の発明は、第１の発明から第６の発明までのいずれかの振動アクチュエータ（２０）の駆動装置（３０）と、前記振動アクチュエータの駆動装置によって駆動される振動アクチュエータ（２０）と、前記振動アクチュエータによって駆動される光学部材（１１）と、を備えるレンズ鏡筒（１０）である。
第８の発明は、第１の発明から第６の発明までのいずれかの振動アクチュエータ（２０）の駆動装置（３０）と、前記振動アクチュエータの駆動装置によって駆動される振動アクチュエータ（２０）と、前記振動アクチュエータによって駆動される光学部材（１１）と、を備えるカメラ（１）である。
以上、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したが、これに限定されるものではない。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に代替してもよい。

本発明によれば、振動アクチュエータから発生する突発音を抑制することができる。

実施形態のカメラ１の全体構成を説明する概略図である。 実施形態の超音波モータ２０の構成を説明する図である。 実施形態の超音波モータ２０に接続される駆動装置３０の構成を説明する図である。 実施形態及び比較例の超音波モータ２０に印加する交番信号の位相差ｐの時間とともに変化する波形を示す図である。 実施形態の超音波モータ２０に印加する交番信号の位相差ｐの変化に伴うレンズ１１の位置Ｗの変化を示すタイムチャートである。 変形形態の超音波モータ２０に印加する交番信号の位相差ｐの時間とともに変化する波形の例を示す図である。

（実施形態）
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、実施形態のカメラ１の全体構成を説明する概略図である。
図２は、実施形態の超音波モータ２０の構成を説明する図である。
図３は、実施形態の超音波モータ２０に接続される駆動装置３０の構成を説明する図である。
図４は、実施形態及び比較例の超音波モータ２０に印加する交番信号の位相差ｐの時間とともに変化する波形を示す図である。図４は、縦軸が超音波モータ２０に印加される２相の交番信号の位相差ｐの値を示し、横軸が時間を示す。
なお、図１において、カメラ１の前後方向をＸ方向とし、左右方向をＹ方向とし、鉛直方向をＺ方向とする。

カメラ１は、図１に示すように、撮像素子３を有するカメラ筐体２と、レンズ鏡筒１０とを備え、被写体の静止画だけでなく動画も撮影することができるデジタルカメラである。
レンズ鏡筒１０は、カメラ筐体２と着脱可能な交換レンズである。レンズ鏡筒１０は、レンズ１１（光学部材）、カム筒部１２、位置検出部１３、超音波モータ２０（振動アクチュエータ）、駆動装置３０（振動アクチュエータの駆動装置）等を備えている。なお、レンズ鏡筒１０は、カメラ筐体２と一体型としてもよい。

レンズ１１は、カム筒部１２に保持されており、超音波モータ２０の駆動力によって、光軸方向（Ｘ方向）に移動して焦点調節を行うフォーカスレンズである。
カム筒部１２は、超音波モータ２０の回転子２１（後述する）と接続されており（図３参照）、超音波モータ２０の回転運動を、光軸方向（Ｘ方向）への直動運動に変換し、レンズ１１を光軸方向（Ｘ方向）に移動可能にする。
位置検出部１３は、光軸方向（Ｘ方向）に移動するレンズ１１の位置を検出するエンコーダである。

超音波モータ２０は、図２に示すように、円環状の回転式の進行波型超音波モータであり、円環状の回転子２１と、回転子２１と加圧接触する円環状の振動子２２（振動体）とから構成される。
振動子２２は、円環状の弾性体２３と、その弾性体２３に接合された円環状の圧電素子２４（圧電体）とから構成されている。
弾性体２３は、回転子２１と加圧接触する面に櫛歯が設けられた弾性部材である。

圧電素子２４は、弾性体２３の回転子２１との接触面とは反対側の面に接合されており、２相からなる電極パターンＡ相、Ｂ相を有する。電極パターンＡ相、Ｂ相は、それぞれが円周方向に極性が交互に異なるように分極されている。
超音波モータ２０は、圧電素子２４の電極パターンＡ相、Ｂ相に、それぞれ位相の異なる２相の交番信号を印加して、振動子２２に進行性の振動波を発生させ、振動子２２に加圧接触された回転子２１がその振動波に励振されることで、円周方向（正転方向Ｇ、反転方向Ｈ）に回転する駆動力を発生する。

駆動装置３０は、図３に示すように、超音波モータ２０の回転を制御して、レンズ１１の位置を制御する装置である。駆動装置３０は、制御部３１、駆動回路部３２、記憶部３３等を備える。
制御部３１は、駆動装置３０の各部を統括制御する制御回路であり、例えばＣＰＵ等から構成される。制御部３１は、記憶部３３に記憶された各種プログラムを適宜読み出して実行することにより、前述したハードウェアと協働し、本発明に係る各種機能を実現している。

制御部３１は、位置検出部１３、駆動回路部３２、記憶部３３等に接続される。制御部３１は、位置検出部１３から入力した検出信号に基づいて、超音波モータ２０を駆動してレンズ鏡筒１０のレンズ１１の位置を制御する。制御部３１は、速度制御部３１ａ、駆動動作制御部３１ｂ等を備える。
速度制御部３１ａは、駆動回路部３２を介して超音波モータ２０の圧電素子２４の各電極パターンＡ相、Ｂ相に入力される交番信号の駆動周波数を変化させて、超音波モータ２０の回転速度を制御する。
駆動動作制御部３１ｂは、駆動回路部３２を介して超音波モータ２０の圧電素子２４の各電極パターンＡ相、Ｂ相に入力される交番信号の位相差ｐを変化させて、超音波モータ２０の駆動動作を制御する。ここで、駆動動作とは、超音波モータ２０の回転子２１の正転方向Ｇの回転運動（図２参照）や、反転方向Ｈの回転運動（図２参照）、停止といった動作をいう。

本実施形態では、超音波モータ２０は、駆動動作制御部３１ｂが各電極パターンＡ相、Ｂ相に印加する交番信号の位相差ｐを０度から＋９０度に変化させると正転方向Ｇ（図２参照）に回転し、位相差ｐを０度から−９０度に変化させると反転方向Ｈ（図２参照）に回転する。また、位相差をｐ＝０度にすると停止する。このとき、レンズ１１は、図１に示すように、超音波モータ２０が正転方向Ｇに回転すると、被写体側（Ｘ１側）に移動し、反転方向Ｈに回転すると撮像素子３側（Ｘ２側）に移動する。

ここで、駆動動作制御部３１ｂは、図４（ｂ）に示すように、超音波モータ２０に印加する２相の交番信号の位相差ｐの時間とともに変化する波形を、ステップ波形により瞬間的に変化させた場合、超音波モータ２０に急激なトルク変動を生じさせてしまい、超音波モータ２０や、カム筒部１２等の機構部から突発音が発生する。
また、仮に、超音波モータ２０に印加される２相の交番信号の駆動周波数が、超音波モータ２０の回転速度が０になる周波数（ｆ０）に設定されていたとしても、超音波モータ２０からは、位相差ｐの瞬間的な変化による突発音が発生する。

そのため、駆動動作制御部３１ｂは、駆動動作を変更する場合に、超音波モータ２０の各電極パターンＡ相、Ｂ相に印加する交番信号の位相差ｐを時間とともに段階的に変化させている。具体的には、駆動動作制御部３１ｂは、図４（ａ）に示すように、位相差ｐを時間に比例するように変化させている。
本実施形態では、駆動動作制御部３１ｂは、位相差ｐの傾きの絶対値を１８０度／ｍｓｅｃ以下で変化させて、位相差ｐの変化による超音波モータ２０の急激なトルク変動の発生を回避している。これにより、駆動動作制御部３１ｂは、超音波モータ２０が駆動動作の変更時において、超音波モータ２０の駆動周波数の状態に関係なく、超音波モータ２０や、カム筒部１２等の機構部から発生する突発音を抑制することができる。

駆動回路部３２は、図３に示すように、圧電素子２４の各電極パターンＡ相、Ｂ相の電極に接続されており、速度制御部３１ａ及び駆動動作制御部３１ｂから入力した信号に基づいて、所定の駆動周波数及び所定の位相差ｐに設定された交番信号を発生する回路である。
記憶部３３は、駆動装置３０の動作に必要なプログラム、情報等を記憶するための半導体メモリ素子等の記憶装置である。

次に、駆動装置３０によって駆動する超音波モータ２０及びレンズ１１の動作について説明する。
図５は、実施形態の超音波モータ２０に印加する交番信号の位相差ｐの変化に伴うレンズ１１の位置Ｗの変化を示すタイムチャートである。図５は、縦軸が、上から順にレンズ１１の位置Ｗ、超音波モータ２０に印加される２相の交番信号の位相差ｐを示し、横軸が時間（ｔ１〜ｔ１１）を示す。
まず、レンズ１１を初期位置Ｗ０から、初期位置Ｗ０より被写体側（Ｘ１側）の位置Ｗ１に移動する場合、制御部３１の速度制御部３１ａは、各電極パターンＡ相、Ｂ相に印加する交番信号の駆動周波数を特定の周波数ｆ１に設定する。

そして、図５に示すように、ｔ１において、制御部３１の駆動動作制御部３１ｂは、各電極パターンＡ相、Ｂ相に印加する交番信号の位相差ｐを時間に比例させて段階的に０度から＋９０度に変化させる。これにより、超音波モータ２０は、徐々に正転方向Ｇ（図２参照）に回転を開始し、それに伴い、レンズ１１が、初期位置Ｗ０から徐々に被写体側（Ｘ１側）に移動を開始する。

ｔ２において、超音波モータ２０に印加される交番信号の位相差がｐ＝＋９０度に達したら、駆動動作制御部３１ｂは、レンズ１１が位置Ｗ１に近づくまで、位相差をｐ＝＋９０度に維持する。このとき、超音波モータ２０は、速度制御部３１ａで設定した特定の周波数ｆ１に基づいた一定の回転速度で正転方向Ｇに回転し、レンズ１１の移動速度が一定になる。

ｔ３において、レンズ１１が位置Ｗ１に近づいたら、駆動動作制御部３１ｂは、超音波モータ２０に印加する交番信号の位相差ｐを時間に比例させて段階的に＋９０度から０度に変化させる。このとき、超音波モータ２０は、速度制御部３１ａで設定した特定の周波数ｆ１に基づいた一定の回転速度から減速を開始し、レンズ１１の移動速度も減速する。
ｔ４において、レンズ１１が位置Ｗ１に到達すると、駆動動作制御部３１ｂは、超音波モータ２０に印加する交番信号の位相差をｐ＝０度にして、超音波モータ２０を停止させる。

次に、レンズ１１の位置Ｗを位置Ｗ１から初期位置Ｗ０に戻して、再び、位置Ｗ１に移動させる場合について説明する。
ｔ５において、駆動動作制御部３１ｂは、超音波モータ２０に印加する交番信号の位相差ｐを時間に比例させて段階的に０度から−９０度に変化させる。このとき、超音波モータ２０に印加する交番信号の駆動周波数は、ｆ１に設定された状態であるので、超音波モータ２０は、徐々に反転方向Ｈ（図２参照）に回転を開始し、それに伴い、レンズ１１が、位置Ｗ１から徐々に撮像素子３側（Ｘ２側）に移動を開始する。

ｔ６において、超音波モータ２０に印加される交番信号の位相差がｐ＝−９０度に達したら、駆動動作制御部３１ｂは、レンズ１１が初期位置Ｗ０に近づくまで、位相差をｐ＝−９０度に維持する。このとき、超音波モータ２０は、速度制御部３１ａで設定した特定の周波数ｆ１に基づいた一定の回転速度で反転方向Ｈに回転し、レンズ１１の移動速度が一定になる。
ｔ７において、レンズ１１が初期位置Ｗ０に近づいたら、駆動動作制御部３１ｂは、超音波モータ２０に印加する交番信号の位相差ｐを時間に比例させて段階的に−９０度から０度に変化させる。このとき、超音波モータ２０は、速度制御部３１ａで設定した特定の周波数ｆ１に基づいた一定の回転速度から減速を開始し、レンズ１１の移動速度も減速する。

ｔ８において、レンズ１１が初期位置Ｗ０に到達すると、駆動動作制御部３１ｂは、超音波モータ２０に印加する交番信号の位相差をｐ＝０度にしてから、再び時間に比例させて段階的に０度から＋９０度に変化させる。このとき、超音波モータ２０は、レンズ１１が初期位置Ｗ０に到達した瞬間に反転方向Ｈの回転が停止するが、再び、正転方向Ｇに回転を開始する。また、それに伴い、レンズ１１は、初期位置Ｗ０に到達した瞬間に停止するが、再び、初期位置Ｗ０から被写体側（Ｘ１側）に移動を開始する。
このように、駆動動作制御部３１ｂは、超音波モータ２０に印加される交番信号の位相差ｐを時間に比例するように変化させているので、超音波モータ２０の反転方向Ｈの回転から正転方向Ｇの回転への連続的な駆動動作の変更に対しても、超音波モータ２０やカム筒部１２等の機構部から発生する突発音を抑制することができる。

ｔ９において、超音波モータ２０に印加される交番信号の位相差がｐ＝＋９０度に達したら、駆動動作制御部３１ｂは、レンズ１１が位置Ｗ１に近づくまで、位相差をｐ＝＋９０度に維持する。このとき、超音波モータ２０は、速度制御部３１ａで設定した特定の周波数ｆ１に基づいた一定の回転速度で正転方向Ｇに回転し、レンズ１１の移動速度が一定になる。
ｔ１０において、レンズ１１が位置Ｗ１に近づいたら、駆動動作制御部３１ｂは、超音波モータ２０に印加する交番信号の位相差ｐを時間に比例させて段階的に＋９０度から０度に変化させる。このとき、超音波モータ２０は、速度制御部３１ａで設定した特定の周波数ｆ１に基づいた一定の回転速度から減速を開始し、レンズ１１の移動速度も減速する。
ｔ１１において、レンズ１１が位置Ｗ１に到達すると、駆動動作制御部３１ｂは、超音波モータ２０に印加する交番信号の位相差ｐを０度にして、超音波モータ２０を停止させる。

以上説明したように、本実施形態の駆動装置３０、レンズ鏡筒１０、カメラ１には以下のような効果がある。
（１）駆動動作制御部３１ｂは、超音波モータ２０の駆動動作を変更する場合に、速度制御部３１ａによる超音波モータ２０に印加される交番信号の駆動周波数の状態に関係なく、位相差ｐを時間とともに段階的に変化させるので、超音波モータ２０の駆動動作の変化に基づく、超音波モータ２０や、カム筒部１２等の機構部から発生する突発音を抑制することができる。これにより、カメラ１のウォブリング動作や、ＡＦ（オートフォーカス）動作における突破音の発生を抑制することができ、カメラ１の動画撮影時において突発音が録音されてしまうのを抑制することができる。
（２）駆動動作制御部３１ｂは、位相差ｐを時間に比例して変化させているので、簡易な制御により、超音波モータ２０等から発生する突発音を抑制することができる。
（３）駆動動作制御部３１ｂは、位相差ｐの傾きの絶対値を１８０度／ｍｓｅｃ以下としているので、超音波モータ２０等から発生する突発音を効率よく抑制することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、後述する変形形態のように種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。また、実施形態に記載した効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、実施形態に記載したものに限定されない。なお、前述した実施形態及び後述する変形形態は、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。

（変形形態）
図６は、変形形態の超音波モータ２０に印加する交番信号の位相差ｐの時間とともに変化する波形の例を示す図である。図６は、縦軸が超音波モータ２０に印加される２相の交番信号の位相差ｐの値を示し、横軸が時間を示す。
（１）実施形態において、駆動動作制御部３１ｂは、超音波モータ２０に印加する２相の交番信号の位相差ｐを、時間に比例して変化させる例を示したが、これに限定されない。例えば、位相差ｐの時間とともに変化する波形を、図６（ａ）に示す台形波や、図６（ｂ）に示す正弦波、図６（ｃ）に示す曲線状の波形にしても上記実施形態と同様な効果を得ることができる。
また、位相差ｐの時間とともに変化する波形を、図６（ｄ）に示すように、階段状に変化する波形にしてもよい。
ここで、図６（ｂ）に示す正弦波では、位相差ｐを＋９０度及び−９０度から変化させるときの超音波モータ２０に発生する急激なトルク変動を、上述の実施形態の場合よりも抑制することができ、突発音の抑制効果を向上させることができる。
また、図６（ｃ）に示す曲線状の波形では、上記正弦波の場合に加え、位相差ｐを０度から変化させるときの超音波モータ２０に発生する急激なトルク変動も抑制することができ、突発音の抑制効果をさらに向上させることができる。
（２）実施形態において、速度制御部３１ａは、超音波モータ２０に印加する２相の交番信号の駆動周波数をｆ１で一定にして、超音波モータ２０を制御する例を示したが、これに限定されない。例えば、速度制御部３１ａは、レンズ１１の移動量に応じて、超音波モータ２０をより高速又は低速で回転するように駆動周波数を変化させてもよい。

１０：レンズ鏡筒、２０：超音波モータ、２２：振動子、２４：圧電素子、３０：駆動装置、３１：制御部、３１ａ：速度制御部、３１ｂ：駆動動作制御部、３２：駆動回路部、３３：記憶部

Claims (8)

1. 振動体に設けられた圧電体に位相の異なる２相の交番信号を印加して、前記振動体を振動させて駆動力を発生する振動アクチュエータの駆動を制御する振動アクチュエータの駆動装置であって、
   前記圧電体に印加する２相の交番信号の周波数を変化させて、前記振動アクチュエータの駆動速度を制御する速度制御部と、
   前記速度制御部によって設定された前記２相の交番信号の周波数で前記振動アクチュエータが動作している状態のときに、前記２相の交番信号の位相差を所定値から０度へ時間とともに段階的に変化させ、さらに前記所定値とは逆符号の値へ時間とともに段階的に変化させることにより、前記振動アクチュエータの駆動方向を変更させる駆動動作制御部とを備えること、
   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において、
   前記駆動動作制御部は、前記位相差を時間に比例して変化させること、
   を特徴とする振動アクチュエータの駆動装置。
3. 請求項２に記載の振動アクチュエータの駆動装置において、
   前記駆動動作制御部は、前記位相差の傾きの絶対値を１８０度／ｍｓｅｃ以下で変化させること、
   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に記載の振動アクチュエータの駆動装置において、
   前記駆動動作制御部は、前記位相差を時間とともに曲線状に変化させること、
   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において、
   前記駆動動作制御部は、前記位相差を正弦波状に変化させること、
   を特徴とする振動アクチュエータの駆動装置。
6. 請求項１に記載の振動アクチュエータの駆動装置において、
   前記駆動動作制御部は、前記位相差を時間とともに階段状に変化させること、
   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から請求項６までのいずれか１項に記載の振動アクチュエータの駆動装置と、
   前記振動アクチュエータの駆動装置によって駆動される振動アクチュエータと、
   前記振動アクチュエータによって駆動される光学部材と、
   を備えるレンズ鏡筒。
8. 請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の振動アクチュエータの駆動装置と、
   前記振動アクチュエータの駆動装置によって駆動される振動アクチュエータと、
   前記振動アクチュエータによって駆動される光学部材と、
   を備えるカメラ。

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