(57)【要約】【課題】振動波モータが急停止することを抑制することが可能な制御装置、並びにこれを備えるレンズ装置およびカメラシステムを提供すること。【解決手段】制御装置は、分極処理された圧電体の面上に設けられた駆動用電極と、圧電体の面上に設けられ、かつ駆動用電極と所定の幾何学的位相差だけずれるように設けられた振動検出用電極と、を備える振動波モータの制御装置であって、駆動用電極および振動検出用電極の所定の幾何学的位相差とは異なる位相差比較値を記憶する記憶手段と、駆動用電極に印加する第１周波電圧と振動検出用電極から出力される第２周波電圧との時間的位相差、および位相差比較値に基づいて、駆動用電極に印加する周波数を制御する制御手段と、を有する。【選択図】図１
2020039210.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
分極処理された圧電体の面上に設けられた駆動用電極と、前記圧電体の面上に設けられ、かつ前記駆動用電極と所定の幾何学的位相差だけずれるように設けられた振動検出用電極と、を備える振動波モータの制御装置であって、
前記駆動用電極および前記振動検出用電極の前記所定の幾何学的位相差とは異なる位相差比較値を記憶する記憶手段と、
前記駆動用電極に印加する第１周波電圧と前記振動検出用電極から出力される第２周波電圧との時間的位相差、および前記位相差比較値に基づいて、前記駆動用電極に印加する周波数を制御する制御手段と、を有することを特徴とする制御装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記時間的位相差が前記位相差比較値より大きい場合、前記駆動用電極に印加する周波数を小さくし、前記時間的位相差が前記位相差比較値より小さい場合、前記駆動用電極に印加する周波数を維持することを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記所定の幾何学的位相差は、前記駆動用電極の中央位置から前記振動検出用電極の中央位置までの幾何学的位相差であることを特徴とする請求項１または２に記載の制御装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の制御装置と、
前記振動波モータにより駆動される光学素子と、を有することを特徴とするレンズ装置。
【請求項５】
請求項４に記載のレンズ装置と、
前記レンズ装置からの光を光電変換する撮像素子と、を有することを特徴とするカメラシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交換レンズの光学素子を駆動するために用いられる振動波モータの制御装置、並びにこれを備えるレンズ装置およびカメラシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
進行型振動波モータは、駆動周波数を徐々に低下させていくと、所定の駆動周波数で回転を始め徐々に速度が上昇し、共振状態に達する。共振状態となる駆動周波数からさらに駆動周波数を低下させると、不安定領域となり振動波モータが急停止する。
【０００３】
特許文献１では、不安定領域での駆動や振動波モータの急停止を避けるために、以下の技術を開示している。駆動用圧電素子の分極中央位置と振動検出用圧電素子の分極中央位置とを所定の幾何学的位相差だけずらし、駆動用圧電素子に印加する駆動周波電圧と振動検出用圧電素子から出力される振動検出電圧の時間的位相差とを検出する。検出した時間的位相差が幾何学的位相差と一致する状態を共振状態であると認識し、共振周波数よりも低い周波数側で駆動しないように周波数を制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開昭６２−２４７７７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、分極ムラなどの製造誤差により、圧電素子を分極処理する過程で駆動用圧電素子の分極中央位置と振動検出用圧電素子の分極中央位置とが所定の幾何学的位相差からずれることがある。圧電素子の分極中央位置は、圧電体内部の状態を示す位置であるため、外観上ずれているかどうかを判別できない。この場合、上述したように、時間的位相差が幾何学的位相差と一致する状態を共振状態であると認識すると、正しく共振状態を検出できなくなる。その結果、振動波モータを不安定領域で駆動させ、振動波モータが急停止するおそれがある。
【０００６】
本発明は、振動波モータが急停止することを抑制することが可能な制御装置、並びにこれを備えるレンズ装置およびカメラシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面としての制御装置は、分極処理された圧電体の面上に設けられた駆動用電極と、圧電体の面上に設けられ、かつ駆動用電極と所定の幾何学的位相差だけずれるように設けられた振動検出用電極と、を備える振動波モータの制御装置であって、駆動用電極および振動検出用電極の所定の幾何学的位相差とは異なる位相差比較値を記憶する記憶手段と、駆動用電極に印加する第１周波電圧と振動検出用電極から出力される第２周波電圧との時間的位相差、および位相差比較値に基づいて、駆動用電極に印加する周波数を制御する制御手段と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、振動波モータが急停止することを抑制することが可能な制御装置、並びにこれを備えるレンズ装置およびカメラシステムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係るカメラシステムの概略ブロック図である。
【図２】振動波モータの側面図である。
【図３】振動波モータの下面図である。
【図４】圧電体の分極状態を示す図である。
【図５】振動波モータを駆動する場合の周波数制御を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
[カメラシステムの構成の説明]
図１は、本発明の実施形態に係るカメラシステム１００の概略ブロック図である。カメラシステム１００は、交換レンズ（レンズ装置）１とカメラ１０とを有する。交換レンズ１は、本実施形態ではカメラ１０に着脱可能となっているが、カメラ１０と一体で構成されていてもよい。
【００１１】
交換レンズ１は、フォーカスレンズ群２、振動波モータ３、ドライバ４、位相差検出器５、昇圧回路６、レンズマイコン７、およびＥＥＰＲＯＭ８を有する。
【００１２】
フォーカスレンズ群２は、焦点調節を行うための光学素子であり、光軸Ｏに沿って進退可能である。交換レンズ１では、フォーカスレンズ群２の他に、ズームレンズ群や手ブレ補正レンズ群などで光学系が形成されているが、簡単化のため説明を省略する。
【００１３】
振動波モータ３は、フォーカスレンズ群２を光軸Ｏに沿って進退させるための駆動用アクチュエータである。
【００１４】
ドライバ４は、振動波モータ３を駆動するために電力増幅を行うための回路である。ドライバ４の出力は、振動波モータ３に接続されている。
【００１５】
位相差検出器５は、後述するように、振動波モータ３の駆動用電極に印加する周波電圧（第１周波電圧）と、振動検出用電極から出力される周波電圧（第２周波電圧）との時間的位相差を検出する。位相差検出器５の出力は、レンズマイコン７に接続されている。
【００１６】
昇圧回路６は、振動波モータ３に印加する基準電圧を生成し、不図示のバッテリの電圧を昇圧するＤＣＤＣコンバータである。昇圧回路６の出力は、ドライバ４に接続されている。
【００１７】
レンズマイコン７は、交換レンズ１内の構成要素を制御し、カメラマイコン１２と通信を行う制御手段である。レンズマイコン７の出力は、ドライバ４、昇圧回路６およびＥＥＰＲＯＭ８に接続されている。
【００１８】
ＥＥＰＲＯＭ８は、不揮発性メモリで書換え可能な記憶手段である。ＥＥＰＲＯＭ８は、後述する位相差比較値ＰＬＥＣＷ，ＰＬＥＣＣＷ等の交換レンズ１内の構成要素を制御するための制御データを記憶している。ＥＥＰＲＯＭ８の制御データは、必要に応じてレンズマイコン７により読み出される。
【００１９】
本実施形態では、レンズマイコン７およびＥＥＰＲＯＭ８により振動波モータ３の制御装置が構成されている。本実施形態では、レンズマイコン７およびＥＥＰＲＯＭ８により構成される制御装置は、交換レンズ１内に設けられているが、レンズマイコン７およびＥＥＰＲＯＭ８と同様の機能を有していれば、交換レンズ１とは異なる外部装置として構成されてもよい。
【００２０】
カメラ１０は、撮像素子１１およびカメラマイコン１２を有する。撮像素子１１は、交換レンズ１からの光を光電変換する。撮像素子１１の出力は、カメラマイコン１２に接続されている。カメラマイコン１２は、カメラ１０内の構成要素を制御し、レンズマイコン７と通信を行う。
[振動波モータの構成説明]
図２は、振動波モータ３の側面図である。振動波モータ３は、振動体３１、圧電素子３２および移動体３３から構成されている。振動体３１は、円環状の金属部材である。振動体３１には、放射状に伸びる複数の溝部３１１が円周方向に沿って形成されている。振動体３１の一方の面は、移動体３３に不図示の加圧手段によって加圧接触している。振動体３１の他方の面には、圧電素子３２が接着固定されている。圧電素子３２は、円環状の、分極処理された圧電セラミックス（圧電体）３５および圧電セラミックス３５の面上に設けられた電極３４から構成される。移動体３３は、不図示の連結機構によって、フォーカスレンズ群２に連結されている。
[電極の説明]
図３は、振動波モータ３の下面図である。電極３４は、６つの駆動用電極３４Ａ１〜３４Ａ６（以下、Ａ相電極）、６つの駆動用電極３４Ｂ１〜３４Ｂ６（以下、Ｂ相電極）、３つの非駆動用電極Ｇ（以下、グランド電極）および１つの振動検出用電極Ｓ（以下、Ｓ相電極）から構成されている。各電極間には、微小な隙間が設けられている。
【００２１】
ここで、圧電セラミックス３５の任意の位置を通り、中心を共にする円Ｃの円周を７等分した１つの円弧の円周方向の長さをλとする。長さλは、振動波モータ３の屈曲進行波の１波長である。Ａ相電極３４Ａ１〜３４Ａ６およびＢ相電極３４Ｂ１〜３４Ｂ６の円周方向の長さはそれぞれ、λ／２である。Ａ相電極３４Ａ１とＢ相電極３４Ｂ１との間には、長さλ／４のグランド電極Ｇ、長さλ／４のＳ相電極Ｓおよび長さλ／４のグランド電極Ｇがこの順番で配置されている。また、Ａ相電極３４Ａ６とＢ相電極３４Ｂ６との間には、長さλ／４のグランド電極Ｇが配置されている。本実施形態では、Ｓ相電極Ｓは、中央位置がＢ相電極３４Ｂ１の中央位置から所定の幾何学的位相差だけずれるように設けられている。
[圧電セラミックスの説明]
図４は、圧電セラミックス３５の分極状態を示す図である。図４（ａ）は、圧電素子３２の側面図である。図４（ａ）の点線は、圧電セラミックス３５の極性が逆転する境目の理想的な仮想線である。図４（ｂ）は、圧電セラミックス３５の一部を示している。図４（ｂ）の＋、−の符号は分極の極性を表している。
【００２２】
圧電セラミックス３５のＡ相電極３４Ａ１〜３４Ａ６およびＢ相電極３４Ｂ１〜３４Ｂ６と接する部分には、円周方向に沿って交互に極性が逆転するように分極が施されている。以下では、各分極部をＡ相分極部３５Ａ１〜３５Ａ６およびＢ相分極部３５Ｂ１〜３５Ｂ６とする（図４（ｂ）参照）。また、圧電セラミックス３５のＳ相電極Ｓと接する部分にも分極が施されている。これにより、振動波モータ３を駆動させると振動体３１の変形に伴って圧電セラミックス３５が変形し、その変形に応じた電圧がＳ相電極Ｓで発生する。
以下では、分極部をＳ相分極部３５Ｓとする（図４（ｂ）参照）。
【００２３】
ここで、Ｓ相電極Ｓの中央位置をＬ１、Ｓ相分極部３５Ｓの中央位置をＬ２、Ｂ相分極部３５Ｂ１の中央位置をＬ３とする。図４（ａ）に示されるように、分極ムラなどにより、Ｓ相電極Ｓの中央位置Ｌ１とＳ相分極部３５Ｓの中央位置Ｌ２が位相差φだけずれる場合がある。このような圧電セラミックス３５を用いた振動波モータ３の共振状態を検出するためには、Ｓ相分極部３５Ｓの中央位置Ｌ２とＢ相分極部３５Ｂ１の中央位置Ｌ３との幾何学的位相を把握する必要がある。しかしながら、分極部の中央位置は圧電体内部の状態を示す位置であるため、外部から幾何学的に測定することはできない。
[工程での位相差比較値の導出]
Ｂ相分極部３５Ｂ１およびＳ相分極部３５Ｓのそれぞれの分極中央位置の幾何学的位相差を把握し、共振状態であるか否かを判断するために用いられる位相差比較値を導出する方法について説明する。
【００２４】
まず、振動波モータ３を印加する周波数を変えながらＣＷ方向へ駆動し、周波数ごとのＢ相電極３４Ｂ１に印加する周波電圧とＳ相電極Ｓから出力される周波電圧との時間的位相差（以下、ＰＣＷ）を記憶する。次に、振動波モータ３を印加する周波数を変えながらＣＣＷ方向へ駆動し、周波数ごとのＢ相電極３４Ｂ１に印加する周波電圧とＳ相電極Ｓから出力される周波電圧との時間的位相差（以下、ＰＣＣＷ）を記憶する。最後に、同一周波数における時間的位相差ＰＣＷ，ＰＣＣＷの和（以下、ＰＴＯＴＡＬ）を周波数ごとに計算し、和ＰＴＯＴＡＬが１８０となる時間的位相差ＰＣＷ，ＰＣＣＷをそれぞれ位相差比較値ＰＬＥＣＷ，ＰＬＥＣＣＷとしてＥＥＰＲＯＭ８に記憶する。位相差比較値ＰＬＥＣＷはＣＷ方向駆動時の位相差比較値であり、位相差比較値ＰＬＥＣＣＷはＣＣＷ方向駆動時の位相差比較値である。
[位相差比較値を用いた動作フロー]
図５を参照して、レンズマイコン７による振動波モータ３を駆動する場合の周波数制御について説明する。図５は、レンズマイコン７による振動波モータ３を駆動する場合の周波数制御を示すフローチャートである。
【００２５】
本フローは、レンズマイコン７に電源が投入され、振動波モータ３が駆動されることで開始する。
【００２６】
ステップＳ１０１では、レンズマイコン７は、ＥＥＰＲＯＭ８に格納された位相差比較値ＰＬＥＣＷ，ＰＬＥＣＣＷを読み込む。
【００２７】
ステップＳ１０２では、レンズマイコン７は、カメラ１０からの駆動命令に応じて振動波モータ３の回転方向（ＣＷ方向またはＣＣＷ方向）を設定する。
【００２８】
ステップＳ１０３では、レンズマイコン７は、駆動周波数を起動周波数Ｆstartに設定し、Ａ相電極３４Ａ１〜３４Ａ６およびＢ相電極３４Ｂ１〜３４Ｂ６にそれぞれ位相を９０度ずらした周波電圧を印可する。起動周波数Ｆstartは振動波モータ３の設計時または工場出荷時に設定されている値であり、ＥＥＰＲＯＭ８に格納されている。
【００２９】
ステップＳ１０４では、位相差検出器５により検出される位相差データＰを読み込む。位相差データＰは、Ｂ相電極３４Ｂ１〜３４Ｂ６に印加する周波電圧と、Ｓ相電極Ｓから出力された周波電圧との時間的位相差である。
【００３０】
ステップＳ１０５では、レンズマイコン７は、ステップＳ１０２で振動波モータ３の回転方向がＣＷ方向に設定された場合、ステップＳ１０４で取得した位相差データＰがステップＳ１０１で読み込んだ位相差比較値ＰＬＥＣＷより大きいかどうかを判定する。また、レンズマイコン７は、ステップＳ１０２で振動波モータ３の回転方向がＣＣＷ方向に設定された場合、ステップＳ１０４で取得した位相差データＰがステップＳ１０１で読み込んだ位相差比較値ＰＬＥＣＣＷより大きいかどうかを判定する。位相差データＰが位相差比較値ＰＬＥＣＷまたは位相差比較値ＰＬＥＣＣＷより大きい場合、ステップＳ１０６に進み、位相差データＰが位相差比較値ＰＬＥＣＷまたは位相差比較値ＰＬＥＣＣＷより小さい場合、ステップＳ１０７に進む。なお、位相差データＰが位相差比較値ＰＬＥＣＷまたは位相差比較値ＰＬＥＣＣＷと等しい場合、どちらのステップに進むかは任意に設定可能である。
【００３１】
ステップＳ１０６では、レンズマイコン７は、振動波モータ３はまだ共振に達していない状態であると判断し、Ａ相電極３４Ａ１〜３４Ａ６およびＢ相電極３４Ｂ１〜３４Ｂ６に印加する周波数を下げる。その後、ステップＳ１０４に進む。
【００３２】
ステップＳ１０７では、レンズマイコン７は、振動波モータ３は共振に達した状態であると判断し、Ａ相電極３４Ａ１〜３４Ａ６およびＢ相電極３４Ｂ１〜３４Ｂ６に印加する周波数を維持する。その後、ステップＳ１０４に進む。
【００３３】
レンズマイコン７は、以上説明した動作を繰り返すことにより振動波モータ３を駆動する。
【００３４】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【符号の説明】
【００３５】
３          振動波モータ
７        レンズマイコン（制御手段）
８        ＥＥＰＲＯＭ（記憶手段）
３４Ｂ１  駆動用電極
３５      圧電体
Ｓ        振動検出用電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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