(57)【要約】【課題】  新たな部品を追加せずに、落下時や衝突時に、超音波モータへ加わる衝撃力を緩和もしくは回避する。【解決手段】  超音波で振動する振動部材１０と振動部材が圧接される摺動部材５０とを備えた超音波モータによって光学部材７０を駆動する光学部材駆動装置であって、振動部材が振動しない状態での振動部材と摺動部材との間の摩擦力は、光学部材が超音波モータにより駆動される駆動範囲５１よりも、該駆動範囲より外側の前側範囲５２および後側範囲５３の方がそれぞれ大きい。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波で振動する振動部材と前記振動部材が圧接される摺動部材とを備え、前記振動部材と前記摺動部材が相対的に移動する超音波モータと、
光軸方向に移動可能に保持された光学部材とを有し、
前記超音波モータによって前記光学部材を駆動する光学部材駆動装置であって、
前記振動部材が振動しない状態での前記振動部材と前記摺動部材との間の摩擦力は、前記光学部材が前記超音波モータにより駆動される駆動範囲よりも、該駆動範囲より外側の前側範囲および後側範囲の方がそれぞれ大きいことを特徴とする光学部材駆動装置。
【請求項２】
前記摺動部材の摩擦係数は、前記駆動範囲よりも前記前側範囲および前記後側範囲の方がそれぞれ大きいことを特徴とする請求項１に記載の光学部材駆動装置。
【請求項３】
前記振動部材は、前記摺動部材に弾性部材で押圧され、前記弾性部材による押圧力は、前記駆動範囲よりも前記前側範囲および前記後側範囲の方がそれぞれ大きいことを特徴とする請求項１に記載の光学部材駆動装置。
【請求項４】
前記摺動部材の摺動面の位置は、前記駆動範囲よりも前記前側範囲および前記後側範囲の方が前記振動部材に接近していることを特徴とする請求項３に記載の光学部材駆動装置。
【請求項５】
前記弾性部材の一端を支持する変位可能な支持部材と、
前記前側範囲および前記後側範囲で前記支持部材に当接する構造部材とを有し、
前記支持部材は、前記前側範囲および前記後側範囲で前記構造部材に当接されたときに、前記弾性部材の弾性力を増加させる方向に変位することを特徴とする請求項３に記載の光学部材駆動装置。
【請求項６】
前記摺動部材は、固定されたレールであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の光学部材駆動装置。
【請求項７】
前記光学部材駆動装置を有することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波モータによってレンズなどの光学部材を駆動する光学部材駆動装置および撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近時、可変発振器により所定の周波数の駆動信号を生成し、前記駆動信号を電力増幅器を介して圧電素子に印加することで、圧電素子に接合した振動体に進行波を発生させ、振動体に所定の圧力で接触する移動体を可動させる超音波モータを用いたレンズ駆動装置が知られている。
【０００３】
また、電磁式リニアアクチュエータを用いたレンズ駆動装置も知られている（特許文献１，２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−４４１６６公報
【特許文献２】特開２００２−１９９６９０公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の特許文献１に開示された従来技術では、無通電時であっても、レンズ保持枠の固定部材との衝突を防止する為に、ガイド軸２０には、ガイド軸２０を鏡筒本体１０に固定する固定部材２５とレンズユニット１４との衝突を防止する衝突防止部材４０が設けられる。
【０００６】
しかしながら、衝突を防止して破損させない為に、新たな部品（衝突防止部材４０）が追加され、コストアップと、装置の大型化する問題があった。
【０００７】
また、上記の特許文献２に開示された技術では、駆動範囲の両端での衝突を吸収する為に、ガイド４０は、ベース上に固定された円筒状のブッシュ４２と、ブッシュに下端部が圧入されるガイドシャフト４１と、ガイドシャフトの上端側および下端側に、衝撃吸収の弾性部材である上側ダンパ４３と下側ダンパ４４が配置されている。
【０００８】
しかしながら、リング状軸受３２４の両端に新たな弾性吸収部材であるダンパ４３，４４を配置している為に、コストアップと、装置の大型化する問題があった。
【０００９】
（発明の目的）
本発明の目的は、新たな部品を追加せずに、誤って落下したり、外部の物へ衝突したりした時に、超音波モータへ加わる衝撃力を緩和もしくは回避することができる光学部材駆動装置および撮像装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の光学部材駆動装置は、超音波で振動する振動部材と前記振動部材が圧接される摺動部材とを備え、前記振動部材と前記摺動部材が相対的に移動する超音波モータと、光軸方向に移動可能に保持された光学部材とを有し、前記超音波モータによって前記光学部材を駆動する光学部材駆動装置であって、前記振動部材が振動しない状態での前記振動部材と前記摺動部材との間の摩擦力が、前記光学部材が前記超音波モータにより駆動される駆動範囲よりも、該駆動範囲より外側の前側範囲および後側範囲の方がそれぞれ大きいことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、新たな部品を追加せずに、誤って落下したり、外部の物へ衝突したりした時に、超音波モータへ加わる衝撃力を緩和もしくは回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例１に係るレンズ駆動装置が組み込まれたカメラを示す断面図である。
【図２】実施例１における超音波モータの一部をなす振動体ユニットを示す図である。
【図３】実施例１における超音波モータとフォーカスレンズの正面図である。
【図４】図３の側面図である。
【図５】図３の上面図である。
【図６】図３のＡ−Ａ断面図である。
【図７】実施例１の落下衝撃後の状態を示す断面図である。
【図８】本発明の実施例２における超音波モータとフォーカスレンズの上面図である。
【図９】図８の側面図である。
【図１０】図８の断面図である。
【図１１】実施例２の落下衝撃後の状態を示す断面図である。
【図１２】本発明の実施例３における超音波モータとフォーカスレンズの正面図である。
【図１３】図１２のＡ−Ａ断面図である。
【図１４】実施例３の落下衝撃後の状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明を実施するための形態は、以下の実施例１ないし３に記載される通りである。
【実施例１】
【００１４】
以下、図１から図７を参照して本発明の実施例１である光学部材駆動装置としてのレンズ駆動装置を説明する。このレンズ駆動装置はカメラなどの撮像装置に使用される。
【００１５】
実施例１は超音波モータによるレンズ駆動装置である。図１はその超音波モータを内蔵するレンズ鏡筒がカメラボディに取り付けられた状態の断面図である。図１において、レンズ７０はフォーカシング時に光軸方向に移動する光学系であり、超音波モータユニット１が、レンズ７０を光軸方向に駆動させる。レンズ鏡筒２はカメラボディ３に装着される。超音波モータユニット１は、レンズ鏡筒２に固定されたレール５０に対して移動する力を発生し、メインガイドバー（後述）およびサブガイドバー１００に案内されてレンズ７０とともに移動する。
【００１６】
先ず図２で、超音波モータユニット１で使用される振動体ユニットの構造を説明する。振動体ユニットで構造の核となる部品である振動体１０は、磁性材料の長方形薄板形状で、中央２箇所に円筒形状をした突起部１１、１２が存在する。振動体１０の長手方向の両端に設けられた穴部１３、１４は、後述する支持部材４０に位置決め固定する為の丸穴である。その穴部１３、１４の内側には、角穴部１５、１６が有り、前述した突起部１１と穴部１３間の振動体１０の剛性を弱め、突起部１２と穴部１４間の剛性を弱める為の穴形状のものである。
【００１７】
振動体１０の突起部１１、１２が存在しない反対面には、所定の分極処理がされたピエゾ素子２０が貼り付けられ、加える高周波電圧を制御することで、側面から見た突起部１１、１２を各々異なるタイミングで、楕円運動させる事が可能である。
【００１８】
長方形をした磁石３０は、長手方向両端がＳ極３１とＮ極３２に磁化された磁石であり、接着硬化後も弾性がある接着剤でピエゾ素子２０の表面に接着されている。側面から見て、Ｓ極３１の先端は突起部１１の中心と一致し、Ｎ極３２の先端は突起部１２の中心と一致している。
【００１９】
次に図３から図７で、超音波モータユニット１とそれによって駆動されるフォーカスレンズの構造を説明する。
【００２０】
レンズ鏡筒２のフォーカシング時に駆動するレンズ７０の支持状態について、説明する。図３（正面図で図４のＢ−Ｂ断面図）と図４（図３の側面図）と図５（図３の上面図）に示されているように、レンズ７０は、レンズホルダー８０の中央に接着固定されることによって保持されている。レンズ鏡筒２内に固定されているメインガイドバー９０に、レンズホルダー８０の上方にあるリブ部８２中のバー用嵌合穴部８４と、リブ部８３中のバー用嵌合穴部８５（不図示）が、メインガイドバー９０の軸方向に摺動可能に嵌合している。また、レンズ鏡筒２内に固定されているサブガイドバー１００に、レンズホルダー８０の下方にあるバー用嵌合溝８６が、サブガイドバー１００の軸方向に摺動可能にやや隙間がある状態で嵌合している。これにより、振動体１０とレール５０が相対的に移動する。メインガイドバー９０およびサブガイドバー１００は、図６で示されるようにバー支持部材１６０、１６１により支持されている。
【００２１】
超音波モータユニット１の核となる部品である支持部材４０には、図６で示されている凸部４５、４６が配置され、図２で説明した振動体ユニットの穴部１３、１４に嵌入されて接着固定されている。支持部材４０の嵌合部４４は、レンズホルダー８０の上方にあるリブ部８２、８３によって支持されている支持軸６０に回転可能に嵌合している。そして、嵌合部４４は連結部４３によって、素子支持部４１、４２と繋がっている。
【００２２】
レンズ鏡筒２内に固定されているレール５０は、正面から見て長方形形状の磁性材料であり、その上面の摺動面に、振動体１０の突起部１１、１２の先端が圧接し、摺動する位置関係にある。
【００２３】
図６（図３のＡ−Ａ断面図）により、磁力線の状態を説明する。
【００２４】
磁力線の多くは、磁石３０のＮ極３２の先端からピエゾ素子２０を通過し、振動体１０の突起部１２の先端から、接しているレール５０内を通る。そして、レール５０に接している突起部１１の先端から振動体１０を通り、ピエゾ素子２０を通過し、磁石３０のＳ極３１の先端へ戻る。この事により、振動体１０の突起部１１、１２が、レール５０の摺動面に磁力により吸着される。
【００２５】
次に、超音波モータによるレンズ７０の光軸方向への進退駆動の動きを説明する。
【００２６】
所定の分極処理がされたピエゾ素子２０に加える高周波電圧を制御することで、振動体１０の伸び振動と曲げ振動の組合せにより、突起部１１、１２の先端は、図２（ｃ）に示すような楕円運動を、各々異なる位相で行う。図６で示されているように、突起部１１、１２の先端は、レール５０の表面との間で磁力による吸引力を受けているので、突起部１１、１２の先端には、レール５０の摺動面で楕円運動をしながら蹴り進む力が働く。この蹴り進む力によって、レンズ７０を繰り出す動きとなる。また、楕円運動の回転を逆回転になるように、ピエゾ素子２０へ加える電圧波形を制御する事で、レンズ７０を繰り込む事が可能となる。この詳細な仕組みは、公開されている特開２００１−２９２５８４号公報等に記載されている仕組みと同様である。
【００２７】
図６において、振動体１０の突起部１１、１２が接触するレール５０の表面の内、フォーカス駆動範囲５１は、被写体にピントを合わせる動作の際、振動体１０の突起部１１、１２が接触移動する範囲であり、非常に滑らかな表面粗さで、駆動速度や駆動力が均一に発生し易い表面状態になっている。
【００２８】
フォーカス駆動範囲５１の外側の前側範囲５２は、至近距離にピントが合うようにレンズ７０が、図６の左方向へ繰り出された際でも、振動体１０の突起部１１、１２が接触しない範囲であり、通常撮影時は、振動体１０の突起部１１、１２が侵入しない範囲である。ここの表面の荒さは、フォーカス使用範囲５１よりも荒く、摩擦係数μが高くなっている。
【００２９】
フォーカス駆動範囲５１の外側の後側範囲５３は、∞距離にピントが合うようにレンズ７０が、図６の右方向へ繰り込まれた際でも、振動体１０の突起部１１、１２が接触しない範囲であり、通常撮影時は、振動体１０の突起部１１、１２が侵入しない範囲である。ここの表面の荒さは、フォーカス使用範囲５１よりも荒く、摩擦係数μが高くなっている。
【００３０】
次に、誤って落下させ、落下衝撃を受けた時の作用を説明する。
【００３１】
レンズ鏡筒２がカメラボディ３に取り付けられ、カメラの電源スイッチがオフの状態で、使用者が誤って、地面に落下させてしまう場合を想定する。レンズ鏡筒２の先端部が地面に激突した瞬間において、フォーカス用のレンズ７０には、自らの慣性力によって、図６の左側へ動かそうとする力Ｆ１が発生する。
【００３２】
図６において、レンズ７０に働く力Ｆ１に抗して、レール５０の表面に加圧されている振動体１０の突起部１１にこの位置に留まろうとする摩擦力Ｆ２と、突起部１２に摩擦力Ｆ３が発生するが、Ｆ１＞Ｆ２＋Ｆ３の為、レンズ７０は図６の左方向にズレ始める。
【００３３】
そして、レンズ７０がズレて、図７の位置の瞬間には、振動体１０の突起部１１が、摩擦係数が高いレールの前側範囲５２に侵入している。その為、振動体１０の突起部１１の摩擦力Ｆ２は、図６の状態の時よりも大きくなり、Ｆ１＜Ｆ２＋Ｆ３となって、つまり抵抗力の合力Ｆ２＋Ｆ３は図７の左側へ動かそうとする力Ｆ１より大きくなり、この場に停止する。
【００３４】
よって、素子支持部４１が、バー支持部材１６０と衝突する事を回避できる。
【００３５】
以上により、レンズ鏡筒を誤って落下させたり、外部の物へ激突させたりした時に、超音波モータユニットへ加わる衝撃を回避することが可能となる。
【実施例２】
【００３６】
図８から図１１を参照して、本発明の実施例２を説明する。
【００３７】
図８により、超音波モータユニットの構造を説明する。振動体１０とピエゾ素子２０の構造は、実施例１と同一の為、ここでは説明を省略する。
【００３８】
実施例１と異なる機構は、振動体１０の突起部１１、１２をレール２５０の表面に押圧する構造が、磁力ではなく、加圧バネ２１０である点である。加圧バネ２５０が弾性部材を構成する。
【００３９】
図８において、ねじりコイルバネである加圧バネ１０の中間で２周巻かれた巻き線部２１２は、リブ部８２から突き出た支持軸６０に嵌め込まれている。加圧バネの一端である固定部２１３は、リブ部８２のバネ固定穴８８に嵌入している。加圧バネ２１０の他端である先端部２１１は、支持部材４０の表面を押圧している。図１０において、この先端部２１１は、支持部材４０を図１０の下方に押圧している為、支持部材４０に連結されている振動体１０の突起部１１、１２は、レール２５０の表面に押圧されている。
【００４０】
レール２５０の形状は、図１０において、レール２５０の中央部のフォーカス駆動範囲２５１では、その表面は平面で光軸と水平であるが、左側の前側範囲２５２の表面は斜面となり、図１０の上方へ上がっている。また右側の後側範囲２５３の表面も斜面となり、図１０の上方へ上がっている。つまり、レール２５０の摺動面の位置は、フォーカス駆動範囲２５１よりも前側範囲２５２および後側範囲２５３の方が振動体１０に接近している。
【００４１】
次に、誤って落下させ、地面と衝突した際の作用を説明する。
【００４２】
このレンズ鏡筒２は図１のカメラボディ３に取り付けられ、カメラの電源スイッチがオフの状態で、使用者が誤って、地面に落下させてしまったと想定する。レンズ鏡筒２の先端部が地面に衝突した瞬間において、フォーカス用のレンズ７０には、自らの慣性力によって図１の左側へ動かそうとする力Ｆ１が発生する。
【００４３】
図１０において、レンズ７０に働く力Ｆ１に抗して、レール２５０の表面に加圧されている振動体１０の突起部１１に、この位置に留まろうとする摩擦力Ｆ２と、突起部１２に摩擦力Ｆ３が発生するが、Ｆ１＞Ｆ２＋Ｆ３の為、レンズ７０は図１０の左方向へズレ始める。
【００４４】
そして、レンズ７０がズレて、図１１の位置まで移動した際には、振動体１０の突起部１１が、前側範囲２５２の斜面上に達し、振動体１０が連結されている支持部材４０は上方に持ち上げられ、支持部材４０を押圧している加圧バネ２１０の先端部２１１も上方に持ち上げられる。この加圧バネ２１０の先端部２１１の変形により、押圧力が高まり、突起部１１の摩擦力Ｆ２と突起部１２の摩擦力Ｆ３は大きくなり、Ｆ１＜Ｆ２＋Ｆ３となって、つまり抵抗力の合力Ｆ２＋Ｆ３は、図１１の左側へ動かそうとする力Ｆ１より大きくなり、この場に停止する。
【００４５】
よって、素子支持部４１が、バー支持部材１６０（図６）と衝突する事を回避できる。
【００４６】
以上により、レンズ鏡筒を誤って落下させたり、外部の物へ衝突させたりしたときに、超音波モータユニットへ加わる衝撃を回避し、緩和することが可能となる。
【実施例３】
【００４７】
図１２から図１４を参照して、本発明の実施例３を説明する。
【００４８】
図１２で、超音波モータユニットの構造を説明する。振動体１０とピエゾ素子２０の構造は、実施例１と同一の為、ここでは説明を省略する。
【００４９】
実施例１と異なる機構は、振動体１０の突起部１１、１２をレール５０の摺動面に押圧する構造が、磁力ではなく、加圧バネ３４０である点である。加圧バネ３４０が弾性部材を構成する。
【００５０】
図１２において、圧縮コイルバネである加圧バネ３４０は、支持部材４０の上面とバネ支持部材３１０の上部３１３に挟まれている。バネ支持部材３１０は、下方に延長され、そこにはローラ軸３１１とローラ軸３１２が固定されている。ローラ軸３１２にはローラ３３０が回転可能に固定されている。ローラ軸３１１にはローラ３２０が回転可能に固定されている。ローラ３３０とローラ３２０は、レール５０の下面に接している。図１３においてバネ支持部材３１０のガイド軸３１４は、支持部材４０のガイド穴４７へ、上下に移動可能に嵌入している。また、バネ支持部材３１０のガイド軸３１５は、支持部材４０のガイド穴４８へ、上下に移動可能に嵌入している。したがって、加圧バネ３４０の一端を支持するバネ支持部材３１０の上部３１３は変位可能となる。この構造により、支持部材４０とバネ支持部材３１０の上部３１３の間隔が変化して、加圧バネ３４０の伸縮に追従し、加圧バネ３４０の力をローラ３２０、３３０に伝える事が可能となる。
【００５１】
そして、圧縮されている加圧バネ３４０の押圧力によって、振動体１０の突起部１１と突起部１２は、レール５０の表面に押圧されている。また、加圧バネ３４０のバネ力によって、ローラ３２０、３３０は、レール５０の下面に押圧されている。
【００５２】
図１２において、内壁部材３５０は、このレンズ鏡筒２の内部に固定されている構造部材であって、バネ支持部材３１０の上方に位置している。図１３（図１２のＡ−Ａ断面図）において、内壁部材３５０の下面の中央部のフォーカス駆動範囲３５１では、その表面は平面で光軸と水平であるが、左側の前側範囲３５２の表面は斜面となり、図１３の下方へ下がっている。また右側の後側範囲３５３の表面も斜面となり、図１３の下方へ下がっている。
【００５３】
次に、誤って落下させ、地面と衝突した際の作用を説明する。
【００５４】
このレンズ鏡筒２は図１のカメラボディ３に取り付けられ、カメラの電源スイッチがオフの状態で、使用者が誤って、地面に落下させてしまったと想定する。レンズ鏡筒２の先端部が地面に衝突した瞬間において、フォーカス用のレンズ７０には、自らの慣性力によって図１の左側へ動かそうとする力Ｆ１が発生する。
【００５５】
図１３において、レンズ７０に働く力Ｆ１に抗して、レール５０の表面に加圧されている振動体１０の突起部１１に、この位置に留まろうとする摩擦力Ｆ２と、突起部１２に摩擦力Ｆ３が発生するが、Ｆ１＞Ｆ２＋Ｆ３の為、レンズ７０は図１３の左方向へズレ始める。
【００５６】
そして、レンズ７０がズレて、図１４の位置まで移動した際には、バネ支持部材３１０の上部３１３の左角が、内壁部材３５０の前側範囲３５２の斜面に当接し、バネ支持部材３１０は斜面に沿って変位し、押し下げられている。この為、加圧バネ３４０は圧縮される。それにより増加した圧縮バネ力（弾性力）により、突起部１１の摩擦力Ｆ２と突起部１２の摩擦力Ｆ３は大きくなり、Ｆ１＜Ｆ２＋Ｆ３となって、つまり抵抗力の合力Ｆ２＋Ｆ３は、図１４の左側へ動かそうとする力Ｆ１より大きくなり、この場に停止する。
【００５７】
よって、素子支持部４１が、バー支持部材１６０（図６）と衝突する事を回避できる。
【００５８】
以上により、レンズ鏡筒を誤って落下させたり、外部の物へ衝突させたりしたときに、超音波モータユニットへ加わる衝撃を回避し、緩和することが可能となる。
【００５９】
なお、実施例１ないし３では、超音波リニアモータに適用した例を示したが、超音波ロータリモータに適用することもできる。その場合には、振動体（振動部材）やレール（摺動部材）などは環状となる。また、フォーカス駆動範囲５１、前側範囲５２および後側範囲５３の合計角度は３６０°以内の場合に限られる。
【００６０】
また、超音波モータはくさび型に限らず、進行波型であってもよい。
【符号の説明】
【００６１】
１  超音波モータユニット
１０  振動体
２０  ピエゾ素子
５０、２５０  レール
５１、２５１、３５１  フォーカス駆動範囲
５２、２５２、３５２  前側範囲
５３、２５３、３５３  後側範囲
７０  レンズ
２１０、３４０  加圧バネ
３５０  内壁部材
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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