JPH11356071A

JPH11356071A - 電気機械変換素子を用いた駆動装置およびその駆動回路

Info

Publication number: JPH11356071A
Application number: JP10160448A
Authority: JP
Inventors: Junji Takahata; 順二高畑; Kotaro Kawabe; 浩太郎川邉
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1998-06-09
Filing date: 1998-06-09
Publication date: 1999-12-24

Abstract

(57)【要約】【課題】高速駆動から低速駆動までの幅広い速度域で
最適に制御する電気機械変換素子にを用いた駆動装置を
提供する。【解決手段】目標速度が高速のときには、パルスを電
気機械変換素子に連続的に供給する連続パルス駆動を行
う。一方、目標速度が低速のときには、所定パルス数の
パルスを電気機械変換素子に連続的に供給した後所定時
間パルスの供給を停止するパルス断続供給を繰り返えす
ブロックパルス駆動を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気機械変換素子
を用いた駆動装置およびその駆動回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、圧電素子を用いたアクチュエータ
が種々提案されている。例えば、カメラの撮影レンズの
フォーカス駆動に用いるものでは、アクチュエータの圧
電素子に可聴限界以上の周波数の駆動パルスを供給して
フォーカスレンズを駆動し、駆動時の静音性を達成して
いる。

【０００３】ところで、撮影レンズのフォーカス駆動制
御において、フォーカスレンズは一定速度で駆動される
ものではない。オートフォーカス時のＡＦ制御において
は、目標位置にフォーカスレンズを停止させる際に行き
過ぎないように、目標位置に近づくに連れてフォーカス
レンズの速度を落としている。また、パワーフォーカス
（ＰＦ）レンズの場合、マニュアルフォーカス時のＰＦ
制御においては、撮影者によるフォーカスリングの操作
量（操作スピード）に応じた速度でフォーカスレンズを
駆動する。フォーカスレンズの最高駆動速度はアクチュ
エータの性能によって決まるが、フォーカスレンズを所
望速度で駆動するために、一般に、フォーカスレンズの
移動量を監視しながらアクチュエータの駆動電圧を調節
するフィードバック制御を行っている。

【０００４】しかし、このようなフィードバック制御で
は、ＡＦ制御においてフォーカスレンズが目標位置に接
近したときや、ＰＦ制御においてフォーカスリングの操
作が非常に遅いときなどに、低速駆動が実現できない場
合がある。この原因は、フォーカスレンズを駆動するア
クチュエータの速度特性のバラツキとフィードバック系
の制御可能限界とにある。

【０００５】たとえば、図１に示しように、アクチュエ
ータの駆動電圧−速度の特性は、個々のアクチュエータ
の組み立て誤差などによって、バラツキが生じる。図１
において、ａはアクチュエータの駆動電圧と速度との関
係が略リニアになっているが、ｂおよびｃは、駆動電圧
がある程度まで大きくならないと駆動しない。さらに、
ｂおよびｃは、一旦動き出すと、すぐに速い速度で動い
てしまう。このように、アクチュエータに同じ駆動電圧
を供給したとしても、個々のアクチュエータの特性のバ
ラツキによって、アクチュエータの挙動が変わってく
る。特に、ｃのように低速時の特性曲線の傾きが急であ
る場合には、少しの電圧の変動でも速度が大幅に変わっ
てしまうので、低速駆動時にフィードバック制御により
円滑に駆動することが非常に困難である。

【０００６】たとえば、図２は、図１のａ，ｂ，ｃの特
性のアクチュエータを用いての制御例である。この例で
は、駆動パルスを連続的に与えて駆動しているが、駆動
電圧の振幅を段階的に小さくし、目標位置に近づくにつ
れて徐々に速度を遅くしてオーバーランしないよう制御
している。図１のａ，ｂ，ｃの特性のアクチュエータを
同じように制御したとき、駆動電圧の振幅が小さくなる
と、ｂ，ｃのアクチュエータでは、目標位置に達しない
で途中で停止してしまう。

【０００７】また、図３は、図１のｃの特性のアクチュ
エータを用いて、従来の方法でＡＦ制御を行った場合の
例である。この例では、フォーカスレンズの速度制御を
駆動電圧のフィードバックのみで行っている。図１のｃ
の特性のアクチュエータは、駆動電圧が低くなると少し
の電圧変動でも速度が大幅に変わってしまうので、図に
おいて点線で示した低速の要求速度に対しては、フィー
ドバック制御による駆動電圧の変動によって、実線で示
すように駆動と停止を繰り返してしまい、フォーカスレ
ンズの挙動がぎこちなくなり撮影者に不快感を与えてし
まう。

【０００８】このように、アクチュエータの駆動電圧−
速度の特性のバラツキがあると、移動量をフィードバッ
クして駆動電圧を制御しても、目標とする速度が実現で
きなかったり、制御の途中でアクチュエータが突然停止
するなどの機能障害が起る場合がある。

【０００９】このような特性のアクチュエータを低速で
精度よく制御を行うには、位置検出精度を高めるか、位
置検出のサンプリング周期を短くする必要がある。たと
えば、位置検出精度が１μｍ、位置検出のサンブリング
周期が１ｍｓのとき、制御可能限界速度は１μｍ／１ｍ
ｓ＝１ｍｍ／ｓであるが、要求速度が０．１ｍｍ／ｓな
らば、位置検出精度を高めるか、サンプリング周期を短
くする必要がある。しかし、前者は技術的な課題やコス
トのために、後者はプロセッサによる位置検出の演算に
ある程度の時間が必要であるので、対策するのは非常に
困難であった。

【００１０】低速駆動を実現させる最も簡単な案とし
て、駆動パルスの周波数を下げることが考えられる。し
かし、周波数が可聴域になると、駆動時の振動による音
が聞こえるため、このアクチュエータの特長である静音
性が損なわれてしまう。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
解決すべき技術的課題は、高速駆動から低速駆動までの
幅広い速度域で最適に制御することが可能である電気機
械変換素子を用いた駆動装置を提供する。

【００１２】

【課題を解決するための手段および作用・効果】上記の
技術的課題を解決するため、本発明は、駆動速度に応じ
て適切な駆動方式の制御を行う複数の駆動制御手段を備
え、これを目標速度に応じて切り替えることを本質的特
徴とする。具体的には、以下のように構成する。

【００１３】すなわち、電気機械変換素子を用いた駆動
装置は、電気機械変換素子と、電気機械変換素子に電荷
を供給または放電する駆動パルス供給手段とを備え、駆
動パルス発生手段から出力される駆動パルスにより電気
機械変換素子に伸びと縮みの速度の異なる伸縮変位を発
生させることにより、被駆動部を所定方向に駆動させる
タイプのものである。この駆動装置は、上記駆動パルス
供給手段から上記電気機械変換素子に駆動パルスを連続
的に供給させる連続パルス駆動制御手段と、所定パルス
数のパルスを上記電気機械変換素子に連続的に供給させ
た後、所定時間パルスの供給を停止させるパルス断続供
給を、上記駆動パルス発生手段に繰り返し行わせるブロ
ックパルス駆動制御手段と、上記連続パルス駆動制御手
段とブロックパルス駆動制御手段のいずれか１つを選択
的に動作させる制御切替手段とを備える。

【００１４】上記構成において、駆動パルスが供給され
ると、電気機械変換素子（たとえば、静電アクチュエー
タ、圧電素子、電歪素子、磁歪素子）は、伸び又は縮み
のいずれか一方では速く、他方ではゆっくりと、伸縮す
る。これによって、被駆動摩部は所定の方向に駆動され
る。駆動装置は、たとえば、以下のように２つの態様で
構成される。

【００１５】第１の態様は、電気機械変換素子の一端に
固定体が固着結合され、他端に駆動摩擦部材が固着結合
され、駆動摩擦部材に移動体が摩擦結合する構成であ
る。この構成においては、電気機械変換素子に大略鋸歯
状波形のパルスを供給すると、駆動摩擦部材は、第１方
向に急速に移動する。このとき、移動体（移動体のみな
らず、移動体に載置等される被駆動物も含む）の慣性力
が駆動摩擦部材と移動体との間の摩擦力より大きくな
り、駆動摩擦部材と移動体との間に滑りが生じ、移動体
は実質的に移動せずに駆動摩擦部材だけが移動する。一
方、駆動摩擦部材は、第１方向とは反対方向の第２方向
には緩やかに移動する。このとき、移動体側の慣性力は
小さくなり、駆動摩擦部材と移動体との間の摩擦によっ
て、移動体は駆動摩擦部材とともに移動する。これによ
って、移動体は、固定体に対して一方向に移動する。

【００１６】第２の態様は、電気機械変換素子の一端に
移動体が固着結合され、他端に駆動摩擦部材が固着結合
され、駆動摩擦部材に固定体が摩擦結合する構成であ
る。この構成においては、電気機械変換素子に大略鋸歯
状波形のパルスを供給すると、パルスの急な立ち上がり
（又は立ち下がり）のときに、移動体の慣性力が駆動摩
擦部材と移動体との間の摩擦力より大きくなり、駆動摩
擦部材と固定体との間に滑りが生じ、移動体は実質的に
移動せずに駆動摩擦部材だけが移動体から離れる方向
（または接近する方向）に移動する。一方、パルスの緩
やかな立ち下がり（又は立ち上がり）のときに、移動体
側（移動体のみならず、移動体に載置等される被駆動物
も含む）の慣性力は小さくなり、駆動摩擦部材と固定体
との間の摩擦によって駆動摩擦部材は移動せずに、移動
体が駆動摩擦部材に接近する方向（又は離れる方向）に
移動する。これによって、移動体は、固定体に対して一
方向に移動する。この構成では、一般に、移動体側の質
量が駆動摩擦部材の質量よりも大きいことが必要とな
る。

【００１７】なお、いずれの態様においても、電気機械
変換素子を伸縮する周波数を高くすると、電気機械変換
素子が伸びるときにも縮むときにも、摩擦結合する駆動
摩擦部材と移動体又は固定体との間で滑りが生じる状態
に遷移するが、この場合、電気機械変換素子が伸びると
きと縮むときとで、駆動摩擦部材と移動体又は固定体と
の間の相対的な滑りの向きと大きさが異なるので、固定
体に対して移動体を所望の方向に駆動することができ
る。

【００１８】上記構成において、連続パルス駆動制御手
段は、駆動パルスを連続供給させるので、高速駆動に好
適である。ブロックパルス駆動制御手段は、所定パルス
数（以下、「連続パルス数」とも言う。）に達するま
で、電気機械変換素子へのパルスの供給を継続させる。
これによって、駆動装置は駆動される。次に、パルスの
供給を所定時間（以下、「パルス停止時間」とも言
う。）停止する。これによって、駆動は中断される。こ
のようなパルスの供給および停止を１サイクルとするパ
ルス断続供給を繰り返し、駆動装置の駆動と停止を交互
に行うと、全体として見たときには、平均駆動速度を小
さくすることができる。このとき、連続パルス数、パル
ス停止時間、パルスの振幅などを適宜に選択することに
よって、可聴域以上の周波数のパルスを用いて、駆動装
置を円滑に駆動でき、図１のような駆動装置の特性のバ
ラツキの影響を受けないようにすることができる。つま
り、駆動パルスの周波数を変更せずに、円滑な低速駆動
が可能である。制御切り替え手段は、連続パルス駆動制
御手段とブロックパルス駆動制御手段のいずれかを選択
し、駆動速度に応じて最適な駆動形態を選択することが
できる。ところで、上述したように、例えばＡＦ制御や
ＰＦ制御では、比較的高速駆動から低速駆動までの幅広
い速度域での制御が必要となるが、１つの駆動形態しか
備えていない従来の駆動装置では、高速駆動、低速駆動
の両方を最適に制御するには無理がある。これに対し、
本発明の上記構成の駆動装置は、これらの従来の装置の
問題点を一挙に解決し、高速駆動から低速駆動までの幅
広い速度域で最適に制御することができる。

【００１９】好ましくは、上記制御切替手段は、速度決
定手段により決定される目標速度が相対的に大きいとき
には、高速駆動に適した連続パルス駆動制御手段を選択
して動作させる一方、速度決定手段により決定される目
標速度が相対的に小さいときには、低速駆動に適したブ
ロックパルス駆動制御手段を選択して動作させる。

【００２０】好ましくは、上記制御切替手段は、上記連
続パルス駆動制御手段または上記ブロックパルス駆動制
御手段のどちらを選択して動作させているかに基づき、
次に他方の上記連続パルス駆動制御手段または上記ブロ
ックパルス駆動制御手段に切り替える基準速度を設定す
る切替ポイント設定手段をさらに備える。

【００２１】上記構成によれば、制御切替手段は、切替
ポイント設定手段の設定した切り替えポイント、たとえ
ば基準速度に基づいて、連続パルス駆動制御手段または
ブロックパルス駆動制御手段に切り替える。切替ポイン
ト設定手段は、現在の駆動制御手段に基づいて切り替え
ポイントを設定するので、たとえば、連続パルス駆動制
御手段からブロックパルス駆動制御手段に切り替わる基
準速度と、ブロックパルス駆動制御手段から連続パルス
駆動制御手段に切り替わる基準速度とを離しておけば、
切り替えの境界近傍で、連続パルス駆動制御手段とブロ
ックパルス駆動制御手段とが短い周期で切り替わらない
ようにすることができる。これによって、安定した駆動
を行い、制御方法の切り替えの際のロスを少なくして駆
動効率を向上することができる。

【００２２】上記構成の駆動装置は、フォーカスレンズ
を高精度に所定位置に停止させるために目標位置の手前
でフォーカスレンズを減速して低速駆動する必要がある
オートフォーカス撮影レンズにおいて、フォーカスレン
ズを駆動する場合に、特に好適である。

【００２３】上記構成の駆動装置は、操作部材（たとえ
ば、フォーカスリング）の操作速度に応じてフォーカス
レンズを駆動するパワーフォーカス撮影レンズにおい
て、フォーカスレンズを駆動する場合に、特に好適であ
る。また、本発明は、電気機械変換素子を用いた駆動装
置に用いられる駆動回路を提供する。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の電気機械変換素
子を用いた駆動装置をカメラの撮影レンズのフォーカス
駆動に適用した一実施形態について、図４〜図２０を参
照しながら詳細に説明する。

【００２５】図４の構成図に示すように、カメラの撮影
レンズは、その外筒３０の内部には、第１および第３の
レンズ３２，３６が外筒３０に対してそれぞれ固定位置
に配置され、フォーカスレンズである第２レンズ３４が
玉枠３５を介して移動可能に配置されている。さらに、
撮影レンズは、光軸方向に固定的に配置された案内棒３
８と、光軸方向に移動可能に支持された駆動棒４２とを
備え、後述するように、圧電素子４０を用いたアクチュ
エータ（駆動装置）によって、第２レンズ３４の玉枠３
５を光軸方向に駆動できるようになっている。

【００２６】詳しくは、第２レンズ３４の玉枠３５は、
その上部に係合溝３５ａを有し、案内棒３８が係合して
玉枠３５の回転を防止するようになっている。第２レン
ズ３４の玉枠３５は、その下部には、駆動棒４２が貫通
する貫通穴３５ｂと、貫通穴３５ｂに達する２つの切り
欠き溝３５ｃとを有する。各切り欠き溝３５ｃにはＵ字
状の圧接ばね４４が嵌入され、駆動棒４２と玉枠３５と
が圧接して適当な摩擦力で摩擦結合するようになってい
る。駆動棒４２の一端は、その伸縮方向一端が外筒３０
に固着結合された圧電素子４０の伸縮方向他端に、固着
結合されている。

【００２７】玉枠３５の位置は、ＭＲセンサ（強磁性体
薄膜磁気抵抗素子式位置センサ）によって検出できるよ
うになっている。すなわち、図４（Ｂ）に示すように、
外筒３０の内部には、駆動棒４２に沿って着磁ロッド４
８が固定され、着磁ロッド４８に対向して、玉枠３５の
下部に磁気抵抗素子４６が設けらている。着磁ロッド４
８は、玉枠３５の移動方向に沿って所定間隔でＮおよび
Ｓの磁極が着磁されている。着磁ロッド４８に対して磁
気抵抗素子４６が移動すると、それに応じて磁気抵抗素
子４６の抵抗値が変化する。これによって、玉枠３５の
移動距離、すなわち位置を検出できる。

【００２８】圧電素子４０は、後述するように、駆動パ
ルスが供給されると伸縮し、駆動棒４２は光軸方向に移
動する。たとえば、鋸歯状波形の駆動パルスを圧電素子
４０に供給することによって、向きによって異なる速度
で駆動棒４２を光軸方向に往復移動させ、駆動棒４２に
摩擦結合する玉枠３５、したがって第２レンズ３４を、
駆動棒４２に沿って光軸方向に駆動する。

【００２９】ここで、圧電素子の伸縮・振動を利用して
駆動するアクチュエータの動作原理について説明する。

【００３０】アクチュエータをモデル化すると、図５の
駆動原理図に示すように、不図示のベースに固定される
固定部材Ｗと、伸縮方向の一方の端面が固定部材Ｗに固
着された圧電素子Ａと、圧電素子Ａの伸縮方向に移動自
在にベースまたは固定部材Ｗに支持されかつ圧電素子Ａ
の伸縮方向の他方の端面にその軸端面が固着結合された
駆動軸Ｓと、駆動軸Ｓに摩擦結合する移動体Ｍとを備え
る。圧電素子Ａに、たとえば図６に示すような大略鋸歯
状波形のパルス電圧を印加し、圧電素子Ａを一方向には
速く、反対方向にはゆっくりと伸縮させ、これによっ
て、駆動軸Ｓを一方向には速く、反対方向にはゆっくり
と移動させ、移動体Ｍを駆動軸Ｓに沿って駆動する。

【００３１】すなわち、圧電素子Ａに印加する電圧を、
図６において（１）で示した基準電圧から、（２）で示
したように最大電圧まで急激に上げると、圧電素子Ａ
は、図３において、（１）で示した基準状態から、
（２）で示したように急激に、すなわち速く伸び、駆動
軸Ｓは固定部材Ｗから離れる方向に速く移動する。この
とき、駆動軸Ｓの加速度が大きいので、移動体Ｍの慣性
力は、移動体Ｍと駆動軸Ｓとの間の摩擦力よりも大きく
なり、移動体Ｍが実質的にほとんど動かないまま、駆動
軸Ｓが移動する。

【００３２】次に、図６において（３）で示したよう
に、圧電素子Ａに印加する電圧を最大電圧から基準電圧
まで緩やかに低下させると、図３において（３）で示し
たように、それに応じて駆動軸Ｓもゆっくりと動く。こ
のとき、駆動軸Ｓの加速度は小さく、移動体Ｍに働く慣
性力も小さいので、移動体Ｍと駆動軸Ｓとの間の摩擦力
によって、移動体Ｍは、駆動軸Ｓともにゆっくりと一体
的に動く。

【００３３】圧電素子Ａに、このような大略鋸歯状波形
のパルス電圧を連続して印加すると、移動体Ｍは繰り込
み方向（図において左）へ移動する。

【００３４】繰り出し方向（図において右）へ移動させ
るときは、繰り込み方向のときは逆のパルス電圧を印加
し、圧電素子Ａの伸縮方向と伸縮速度の緩急との関係を
逆にする。たとえば図６において（４）〜（６）で示す
ように、基準電圧から最小電圧まで急激に立ち下がり、
最小電圧から基準電圧に緩やかに立ち上がる大略鋸歯状
波形とする。

【００３５】このような波形のパルス電圧を圧電素子４
０に印加するため、本実施形態のカメラは、図７に示し
た駆動回路を備えている。すなわち、駆動回路は、大
略、ＦＥＴ１〜ＦＥＴ４による４つのスイッチと、２つ
の定電流回路Ｉ１，Ｉ２と、不図示の制御装置からハイ
レベル信号（以下、“Ｈ信号”という。）又はロウレベ
ル信号（以下、“Ｌ信号”という。）が適宜入力される
４つの端子とを備え、圧電素子Ａの端子Ｐ１，Ｐ２間
に、鋸歯状波形のパルス電圧を印加する。

【００３６】たとえば、図８のタイミングチャートに示
すように、繰り込み方向に駆動する場合には、ＦＯＲＷ
ＡＲＤ端子にＨ信号を入力してＦＥＴ２をオンにし、圧
電素子Ａの一方の端子Ｐ１をグランドレベルとし、次
に、ＦＡＳＴ端子にＨ信号を入力してＦＥＴ３をオンに
して、圧電素子Ａの他方の端子Ｐ２にＨＶ端子の電圧＋
３０ｖを印加する。このとき、圧電素子Ａの一端Ｐ１か
ら他端Ｐ２に見た駆動電圧Ｖactは、グランドレベルか
ら＋３０ｖまで急激に立ち上がり、圧電素子Ａは、速く
伸びるとともに、急速に充電される。次に、ＦＡＳＴ端
子にＬ信号を入力してＦＥＴ３をオフにした後、ＳＬＯ
Ｗ端子にＨ信号を入力して定電流回路Ｉ２をオンにし、
圧電素子Ａの他方の端子Ｐ２から電荷を緩やかに放電す
る。これによって、圧電素子Ａはゆっくりと縮み、駆動
電圧Ｖactは緩やかに立ち下がる。以後、ＦＡＳＴ端子
とＳＬＯＷ端子とにＨ信号を交互に入力することによっ
て、圧電素子Ａの駆動電圧Ｖactは、＋３０ｖとグラン
ドレベル（または、中間レベル）との間を大略鋸歯状に
往復する波形となる。すなわち、駆動電圧Ｖactの波形
は、ＦＡＳＴ端子にＨ信号を入力するときに急激に立ち
上がり、ＳＬＯＷ端子にＨ信号を入力するときにゆっく
りに立ち下がる。なお、ＳＬＯＷ端子にＨ信号を入力す
る時間（パルス幅）によって、駆動電圧の振幅が変わ
る。駆動を停止するときには、ＦＯＲＷＡＲＤ端子にＬ
信号を入力する。

【００３７】繰り出し方向に駆動する場合には、同様
に、ＢＡＣＫＷＡＲＤ端子にＨ信号を入力してＦＥＴ４
をオンにし、圧電素子の他方の端子Ｐ２をグランドレベ
ルとし、次に、ＦＡＳＴ端子にＨ信号を入力してＦＥＴ
１をオンにし、圧電素子Ａの一方の端子Ｐ１にＨＶ端子
の電圧＋３０ｖを印加する。このとき、圧電素子Ａの駆
動電圧Ｖactは、グランドレベルから−３０ｖまで急激
に立ち下がり、圧電素子Ａは、速く縮むとともに、充電
される。次に、ＦＡＳＴ端子にＬ信号を入力した後、Ｓ
ＬＯＷ端子にＨ信号を入力して定電流回路Ｉ１をオンに
し、圧電素子Ａの一方の端子Ｐ１から電荷を緩やかに放
電する。これによって、駆動電圧Ｖactは緩やかに立ち
上がり、圧電素子Ａはゆっくり伸びる。以後、ＦＡＳＴ
端子とＳＬＯＷ端子とにＨ信号を交互に入力することに
よって、圧電素子Ａの駆動電圧Ｖactは、−３０ｖとグ
ランドレベル（または、中間レベル）との間を大略鋸歯
状に往復する波形となる。

【００３８】カメラの撮影レンズは、フォーカスリング
を備えており、フォーカスユニットによりフォーカスリ
ングの回転を検出できるようになっている。

【００３９】すなわち、図９に概略構成を示すように、
パワーフォーカスユニットは、大略、回転円盤６０と、
一対の接触片７２，７４とを備える。回転円盤６０は、
矢印９０，９２で示すように、撮影レンズのフォーカス
リング５０の回転に連動して回転するようになっている
（なお、矢印９０，９２の逆方向にも回転する）。回転
円盤６０の周面には、放射状に導電部６２と絶縁部６４
とが一定間隔で周方向に交互に配置されてなるパターン
が形成されている。各導電部６２は、接地されている。
一対の接触片７２，７４のそれぞれの一端には出力端子
ｓｐｆ１，ｓｐｆ２が接続されている。さらに、一対の
接触片７２，７４のそれぞれの一端は、たとえば６８０
Ωの抵抗によって＋５ｖにプルアップされている。一対
の接触片７２，７４のそれぞれの他端は、回転円盤６０
のパターンに接触するようになっている。出力端子ｓｐ
ｆ１，ｓｐｆ２の出力レベルは、接触片７２，７４の他
端が回転円盤６０のパターンの絶縁部６４に接触したと
きには＋５ｖとなり、接触片７２，７４の他端が導電部
６２に接触したときにはグランドレベルとなる。一対の
接触片７２，７４のそれぞれの他端は、回転円盤６０の
パターンに，略３／４周期ずれた位置で接触するように
なっていて、回転円盤６０が回転したときに、一対の接
触片７２，７４のそれぞれの出力端子ｓｐｆ１，ｓｐｆ
２は、略１／４周期ずれた矩形の信号Ｓ１，Ｓ２を出力
するようになっている。

【００４０】撮影レンズのＣＰＵ８０は、図１０の回路
図に示したように、入力ポートＳＰＦ１，ＳＰＦ２を有
し、出力端子ｓｐｆ１，ｓｐｆ２からの矩形の信号Ｓ
１，Ｓ２が入力ポートＳＰＦ１，ＳＰＦ２にそれぞれ入
力されるようになっている。これは、フォーカスリング
５０の回転方向を検出するためである。なお、ＣＰＵ８
０の入力ポートＳＰＦ１およびＳＰＦ２には、プルダウ
ン抵抗（たとえば５６０Ω）とノイズ防止コンデンサ
（たとえば０．０２２μＦ）とがそれぞれ接続されてい
る。また、ＣＰＵ８０の入力ポートＰＦＰ＿ＣＮＴに
は、インバータと抵抗とＸＯＲ素子とを用いて、ｓｐｆ
１端子の信号の立ち上がり又は立ち下がり時にのみハイ
レベル信号が入力されるようになっている。これは、フ
ォーカスリング５０の回転量を検出するためである。

【００４１】次に、カメラの撮影レンズのフォーカス駆
動制御について説明する。

【００４２】まず、基本的な制御方法を説明すると、撮
影レンズのフォーカスレンズを高速で駆動するときに
は、従来と同様に駆動パルスを連続的に与える「連続パ
ルス駆動」を行う。一方、撮影レンズのフォーカスレン
ズを低速で駆動するときには、所定パルス数の駆動パル
スの連続供給と所定時間のパルス供給停止とを繰り返す
「ブロックパルス駆動」を行う。目標とする駆動速度に
応じて、連続パルス駆動とブロックパルス駆動とを切り
替えることで、どの要求速度でも駆動が可能になる。

【００４３】連続パルス駆動とブロックパルス駆動とを
行うために、機能的には、図１１のブロック図に示すよ
うに構成する。すなわち、フォーカスレンズを駆動する
駆動手段であるアクチュエータ１０（圧電素子４０、駆
動棒４２など）と、アクチュエータ１０に所定周波数の
駆動パルスを供給してアクチュエータ１０を駆動させる
駆動パルス供給手段１２（パルス発生回路）と、駆動パ
ルス供給手段１２の動作を制御する複数の制御手段１５
と、制御手段１５を切り替える制御切替手段２２と、フ
ォーカスレンズの目標速度を決定する速度決定手段２０
と、切替ポイント設定手段２４とが、機能的に関連して
いる。

【００４４】複数の制御手段１５は、連続パルス駆動を
行う制御手段と、ブロックパルス制御を行う制御手段と
を含む。

【００４５】速度決定手段２０は、フォーカスレンズへ
の要求速度に基づいて、アクチュエータ１０の駆動速度
を決定する。オートフォーカス（ＡＦ）制御時において
は、カメラとの交信による駆動要求、あるいはアクチュ
エータの目標位置までの残りの駆動量によって要求速度
が決定される。パワーフォーカス（ＰＦ）制御において
は、パワーフォーカスリングを操作することによって発
生するパルスを計数し、所定時間内の発生パルス数、す
なわち操作速度に基いて、駆動速度を決定している。こ
こでは、パワーフォーカスリングの操作速度により決定
された速度と、データテーブルとにより、１ブロックの
連続パルス数及び１ブロックでのアクチュエータの駆動
量、パルス停止時間が決定される。

【００４６】制御切替手段２２は、速度決定手段２０の
出力（目標速度）と、切替ポイント設定手段２４が設定
する制御切替ポイント（基準速度）とを比較し、制御を
切り替える必要があるかどうかを判定し、切り替える必
要があると判定された場合のみ制御手段１５を切り替え
る。

【００４７】切替ポイント設定手段２４は、制御切替手
段２２によって選択された制御手段に応じて制御切替ポ
イントの再設定を行う。

【００４８】ブロックパルス駆動では、フォーカスレン
ズがある所定の移動量Ｌｂになるように可聴限界以上の
所定周波数の駆動パルスを連続的に供給し、所定の移動
量Ｌｂに達した時点で駆動パルスの供給を停止する。つ
まり、所定量だけ進む駆動パルスのかたまり（ブロッ
ク）を作り、次に、パルスの供給停止を所定時間継続す
る。ブロックとその次のブロックとの周期Ｔを制御し
て、平均速度（Ｖｂ＝Ｌｂ／Ｔ）が、目標速度となるよ
うに駆動する。ブロック毎の移動量Ｌｂは、フォーカス
レンズの位置検出分解能以上となるように定める。

【００４９】また、たとえば図１２に示すように、ブロ
ックの１周期Ｔの平均速度を一定にするために、ブロッ
クパルスの１周期Ｔ１，Ｔ２の駆動量、すなわち速度を
モニタし、矢印Ｆで示すように、次の１ブロックの駆動
パルス供給後の停止時間Ｑ１，Ｑ２を調節する。１ブロ
ックの駆動パルスのパルス数が一定である場合には、図
１２に示すように、要求速度が小さくなるほど、停止時
間Ｑ１，Ｑ２を長くする。

【００５０】ブロックパルス駆動では、短時間に駆動と
停止とを繰り返し、全体としてみると平均速度は小さく
なっている。駆動と停止とを繰り返す周期は、フォーカ
スレンズが滑らかに駆動されるように選択し、図３の場
合のように不快感を与えることがないようにすることが
できる。この駆動方法は、特に遅い速度を制御する場合
に非常に有効である。

【００５１】なお、１ブロックの周期Ｔの速度を所定量
にするために、１ブロックのパルス停止時間、したがっ
て１ブロックの周期をフィードバック制御する代わり
に、ブロック毎の連続パルス数やパルスの振幅をフィー
ドバック制御してもよい。

【００５２】ところで、ブロックパルス駆動において、
各ブロックの全パルスが同じ振幅であると、駆動開始お
よび駆動停止が突然生じるので振動が発生する原因とな
る。そこで、各ブロックのパルスを、たとえば正弦波状
に徐々に大きくし、次に徐々に小さくすることによっ
て、円滑な駆動が可能となることが分かった。

【００５３】このように各ブロックのパルスの振幅を山
型にするブロックパルス駆動によれば、図１３に示すよ
うに、ブロックパスル駆動の最高速度（パルス停止時間
がゼロのときの速度）は、連続パルス駆動の最高速度
（連続して供給する駆動パルスの振幅がブロックパルス
駆動における最大振幅と同じときの速度）に及ばない。
ここで、図１３の横軸は時間、縦軸は累積駆動量であ
り、点線は連続パルス駆動の場合を示し、実線はブロッ
クパルス駆動の場合を示している。これは、一定時間Ｔ
（ブロックパルス駆動のブロックの周期）に対して、ブ
ロックパルス駆動の駆動量Ｌｂは連続パルス駆動の駆動
量Ｌｃより小さいからである。したがって、同じ駆動時
間でも、ブロックパルス駆動は連続パルス駆動に比べて
駆動量が少なく、最高速度の限界もブロックパルス駆動
の方が小さいので、ブロック制御は、高速駆動に不向き
である。

【００５４】そこで、本実施形態のカメラは、連続パル
ス駆動制御とブロックパルス駆動制御とを組み合わせた
制御を行っている。

【００５５】たとえば図１４に示すように、フォーカス
レンズが行き過ぎたり、行き足らなかったりしないよう
に、目標位置に近づくにつれて徐々に速度を落としてい
くＡＦ駆動時において、高速時には連続パルス駆動Ｃを
行い、低速になるとブロックパルス駆動Ｂに切り替えて
いる。詳しくは、フォーカスレンズが目標位置の手前２
００μｍに達するまでは、最高速度（Ｖ）で連続パルス
駆動を行う。フォーカスレンズが目標位置の手前２００
μｍに達すると、駆動パルスの振幅を小さくして速度を
最高速度の半分（Ｖ／２）まで速度を落とす。フォーカ
スレンズが目標位置の手前１００μｍに達すると、さら
に駆動パルスの振幅を小さくして、速度を半分（Ｖ／
４）に落とす。フォーカスレンズが目標位置の手前５０
μｍに達すると、連続パルス駆動からブロックパルス駆
動に切り替え、速度をさらに半分（Ｖ／８）に落とす。
フォーカスレンズが目標位置の手前３０μｍに達する
と、パルス停止時間を長くして速度をさらに半分（Ｖ／
１６）に落とす。フォーカスレンズが目標位置の手前５
μｍに達すると、パルス停止時間を長くして、速度をさ
らに半分（Ｖ／３２）にし、目標位置に達したときに駆
動を停止する。

【００５６】一つの駆動方法（連続パルス駆動）だけで
は図２および図３に示したように低速範囲での駆動が不
安定になるが、駆動方法を切り替えることによって、安
定した円滑な駆動を実現できる。

【００５７】また、マニュアルフォーカス時のＰＦ制御
は、図１５に示すように、要求速度に応じて駆動方式を
設定する。横軸は、フォーカスリングを操作することに
よって一定時間内に発生するパルス（以下、「ＰＦパル
ス」とも言う。）のパルス数であり、縦軸は、駆動速度
の目標値である。フォーカスリングを速く操作すれば、
発生パルス数が多くなり要求速度も速く、ゆっくりと操
作すれば発生パルス数は少なくなり、要求速度も遅くな
る。駆動方式を頻繁に切り替えるのは好ましくないの
で、駆動方式の切り替えにヒステリシスを設けている。
すなわち、ＰＦパルス数が減っていく場合には、所定時
間内のパルス数が２以下にならないと、連続パルス駆動
Ｃから間欠駆動すなわちブロックパルス駆動Ｂに切り替
わらない。一方、ＰＦパルス数が増えていく場合には、
所定時間内のパルス数が４以上にならないと、ブロック
パルス駆動Ｂから連続パルス駆動Ｃに切り替わらない。

【００５８】たとえば図１６において符号Ｋ０で示すよ
うに、連続パルス駆動時には、一定周期Ｔ（たとえば１
６ｍｓ）ごとのＰＦパルス数の検知に基づいて、要求速
度決定する。一定周期ＴごとのＰＦパルス数が２回連続
して２以下になると、符号Ｋ１で示すように、次の周期
において連続パルス制御Ｃからブロックパルス駆動Ｂに
切り替える。同様に、符号Ｋ２で示すように、一定周期
ＴごとのＰＦパルス数が２回連続して４以上となると、
次の周期においてブロックパルス駆動Ｂから連続パルス
制御Ｃに切り替える。２回連続して駆動方式の切り替え
条件を満たしたときに駆動方式を切り替えるようにする
ことによって、駆動方式の頻繁な切り替わりを防止し、
効率よく安定して駆動することができる。

【００５９】具体的には、図１７のフローチャートに示
すようにして、駆動切り替えを行う。

【００６０】すなわち、ステップ＃１００において、所
定周期Ｔの間にＰＦパルスをカウントしたか否かを判断
する。ＰＦパルスを全くカウントしていないときには、
ステップ＃１０２および＃１０４において、レンズ駆動
中であれば、フォーカスレンズの駆動を停止する。

【００６１】ＰＦパルスを１以上カウントしたときに
は、ステップ＃１１０において、レンズ駆動中であるか
否かを判定する。

【００６２】レンズ駆動中でなければ、ステップ＃１１
２において、所定周期Ｔ間のＰＦパルス数が３以下であ
るか、４以上であるかを判断する。３以下であれば、ス
テップ＃１１６において、ブロックパルス駆動に設定す
る。４以上であれば、ステップ＃１１４連続パルス駆動
に設定する。

【００６３】レンズ駆動中であれば、ステップ＃１４０
において、連続パルス駆動であるか否かを判定する。

【００６４】連続パルス駆動であれば、ステップ＃１６
０において、駆動切り替えパルス数を２に設定し、ステ
ップ＃１６２において、所定周期Ｔ間のＰＦパルス数が
３以下であるか、３以上であるかを判定する。

【００６５】２以下であれば、ステップ＃１６４におい
てＮを１だけ大きくし、ステップ＃１６６において、Ｎ
が２に等しいか否かを判定する。等しいときには、ステ
ップ＃１６８においてブロックパルス制御に切り替え、
そうでなければ、ステップ＃１６８をスキップする。

【００６６】３以上であれば、ステップ＃１７０におい
て、Ｎを０とし、ステップ＃１７２において、連続パル
ス駆動での速度設定を行う。

【００６７】連続パルス駆動中でなければ、ステップ＃
１４２において、駆動切り替えパルス数を４に設定し、
ステップ＃１４４において、所定周期Ｔ間のＰＦパルス
数が３以下であるか、４以上であるかを判定する。

【００６８】３以下であるときには、ステップ＃１５２
において、Ｎを０とし、ステップ＃１５４において、ブ
ロックパルス駆動での速度設定を行う。

【００６９】４以上であるときには、ステップ＃１４６
においてＮを１だけ大きくし、ステップ＃１４８におい
て、Ｎが２に等しいか否かを判定する。等しいときに
は、ステップ＃１５０において、連続パルス制御に切り
替え、そうでないときには、ステップ＃１５０をスキッ
プする。

【００７０】以上説明したように、駆動速度に応じて適
切な駆動方式の制御を行う駆動制御手段を選択すること
によって、駆動パルスの周波数を変更せずに、高速駆動
のみならず円滑な低速駆動を行うことが可能である。

【００７１】なお、本発明は上記実施形態に限定される
ものではなく、その他種々の態様で実施可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来例のアクチュエータの駆動電圧−速度の
特性例である。

【図２】図１の特性のアクチュエータを用いてＡＦ制
御を行った場合の例である。

【図３】図１のｃの特性のアクチュエータを用いてＰ
Ｆ制御を行った場合の例である。

【図４】本発明の一実施形態のカメラの撮影レンズの
構成図である。

【図５】アクチュエータの駆動原理の説明図である。

【図６】アクチュエータの駆動パルスの例である。

【図７】のアクチュエータの駆動回路図である。

【図８】図７の駆動回路のタイミングチャートであ
る。

【図９】パワーフォーカスユニットの構成図である。

【図１０】ＰＦパルスを用いる回路図である。

【図１１】カメラの撮影レンズの駆動系のブロック図
である。

【図１２】停止時間のフィードバック制御の説明図で
ある。

【図１３】連続パルス駆動とブロックパルス駆動との
比較図である。

【図１４】ＡＦ駆動の説明図である。

【図１５】駆動方式の切り替えと目標速度の説明図で
ある。

【図１６】ＰＦ駆動の説明図である。

【図１７】ＰＦ駆動時のフローチャートである。

【符号の説明】

１０アクチュエータ１２駆動パルス供給手段１５制御手段２０速度決定手段２２制御切替手段２４切替ポイント設定手段３０外筒３２第１レンズ３４第２レンズ（フォーカスレンズ）３５玉枠３５ａ係合溝３５ｂ貫通穴３５ｃ切り欠き溝３６第３レンズ３８案内棒４０圧電素子４２駆動棒４４圧接ばね４６磁気抵抗素子４８着磁ロッド５０フォーカスリング６０回転円盤６２導電部６４絶縁部７２，７４接触片８０ＣＰＵＡ圧電素子（電気機械変換素子）Ｂブロック駆動Ｃ連続パルス駆動Ｍ移動体Ｓ駆動軸（摩擦部材）Ｗ固定部材（固定体）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電気機械変換素子と、電気機械変換素子
に電荷を供給または放電する駆動パルス供給手段とを備
え、駆動パルス発生手段から出力される駆動パルスによ
り電気機械変換素子に伸びと縮みの速度の異なる伸縮変
位を発生させることにより、被駆動部を所定方向に駆動
させる、電気機械変換素子を用いた駆動装置において、上記駆動パルス供給手段から上記電気機械変換素子に駆
動パルスを連続的に供給させる連続パルス駆動制御手段
と、所定パルス数のパルスを上記電気機械変換素子に連続的
に供給させた後、所定時間パルスの供給を停止させるパ
ルス断続供給を、上記駆動パルス発生手段に繰り返し行
わせるブロックパルス駆動制御手段と、上記連続パルス駆動制御手段とブロックパルス駆動制御
手段のいずれか１つを選択的に動作させる制御切替手段
とを備えたことを備えたことを特徴とする、電気機械変
換素子を用いた駆動装置。
【請求項２】上記制御切替手段は、上記連続パルス駆
動制御手段または上記ブロックパルス駆動制御手段のど
ちらを選択して動作させているかに基づき、次に他方の
上記連続パルス駆動制御手段または上記ブロックパルス
駆動制御手段に切り替える基準速度を設定する切替ポイ
ント設定手段をさらに備えたことを特徴とする、請求項
１記載の電気機械変換素子を用いた駆動装置。
【請求項３】請求項１又は２記載の電気機械変換素子
を用いた駆動装置を備え、該駆動装置はフォーカスレン
ズを駆動することを特徴とする、オートフォーカス撮影
レンズ。
【請求項４】請求項１又は２記載の電気機械変換素子
を用いた駆動装置を備え、該駆動装置はフォーカスレン
ズを駆動し、上記操作部材はフォーカス調整用の操作部
材であることを特徴とする、パワーフォーカス撮影レン
ズ。
【請求項５】上記制御切替手段は、上記速度決定手段
により決定される上記目標速度が相対的に大きいときに
上記連続パルス駆動制御手段を選択して動作させる一
方、上記速度決定手段により決定される上記目標速度が
相対的に小さいときに上記ブロックパルス駆動制御手段
を選択して動作させることを特徴とする、請求項１記載
の電機機械変換素子を用いた駆動装置。
【請求項６】電気機械変換素子と、電気機械変換素子
に電荷を供給または放電する駆動パルス供給手段とを備
え、駆動パルス発生手段から出力される駆動パルスによ
り電気機械変換素子に伸びと縮みの速度の異なる伸縮変
位を発生させることにより、被駆動部を所定方向に駆動
させる、電気機械変換素子を用いた駆動装置に用いられ
る駆動回路において、上記駆動パルス供給手段から上記電気機械変換素子に駆
動パルスを連続的に供給させる連続パルス駆動制御手段
と、所定パルス数のパルスを上記電気機械変換素子に連続的
に供給させた後、所定時間パルスの供給を停止させるパ
ルス断続供給を、上記駆動パルス発生手段に繰り返し行
わせるブロックパルス駆動制御手段と、上記連続パルス駆動制御手段とブロックパルス駆動制御
手段のいずれか１つを選択的に動作させる制御切り替え
手段とを備えたことを特徴とする、駆動回路。