(57)【要約】本発明は、光学ズームレンズ群２、焦点合わせ光学レンズ群４、及び２つのレンズ群の電気駆動機構を含み、組み合わせられた光軸が対物レンズの光軸７を形成する対物レンズ・モジュールに関する。本発明によれば、上記のレンズ群の電気駆動機構は２つのリニア形超音波モータ９、１１の形態で実現され、２つの超音波モータの各々は圧電板１２を含む。圧電板は２つの摩擦素子１４を含み、これらの摩擦素子は対向する前面を押しつけられ、圧力素子１５と一緒になって超音波モータの移動素子を形成する。移動素子の各々は、対応するレンズ群へ弾力的に接続される。超音波モータは、移動素子の変位方向が光学モジュールの光軸と平行になるように配列される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学ズームレンズ群、焦点合わせ光学レンズ群、及び双方のレンズ群の電気駆動機構を含み、レンズ群の組み合わせられた光軸が対物レンズの光軸を形成する対物レンズ・モジュールであって、
レンズ群の電気駆動機構が２つのリニア形超音波モータの形態で具体化され、２つの超音波モータの各々が、２つの摩擦素子を有する圧電板の形態で実現され、２つの摩擦素子が対向する前面を押しつけられ、押しつけ素子と一緒になって超音波モータの移動素子を形成し、移動素子の各々が、対応するレンズ群へ弾力的に接続され、移動素子の運動方向が光学モジュールの光軸と実質的に平行になるように超音波モータが配列される
ことを特徴とする対物レンズ・モジュール。
【請求項２】
圧電板の前面が案内溝を含み、前記レンズ群が光学モジュールの焦点範囲内で変位するときレンズ群の光軸が合致するように案内溝が移動素子を定置する
ことを特徴とする、請求項１に記載の対物レンズ・モジュール。
【請求項３】
圧電板の前面が平坦面として実現され、光学レンズ群の各々が１つ又は２つの案内素子を設けられ、光学レンズ群が光学モジュールの焦点範囲内で変位するとき光学レンズ群の光軸が合致することを案内素子が提供する
ことを特徴とする、請求項１に記載の対物レンズ・モジュール。
【請求項４】
超音波モータが、光学モジュールの光軸の対向する側の上に配列される
ことを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の対物レンズ・モジュール。
【請求項５】
超音波モータが、光学モジュールの光軸に関して同じ側に配列される
ことを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の対物レンズ・モジュール。
【請求項６】
電気駆動機構の集積電子制御ユニット
を特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の対物レンズ・モジュール。
【請求項７】
電子制御ユニットが、各々のモータを同時及び独立に励磁するため２つの自励発電機を含み、各々の自励発電機の動作周波数が、自励発電機に接続されたモータの動作共振周波数によって予め決定され、各々の自励発電機が電力増幅器、帰還ループを有する帰還素子、及び移動素子の方向を変更するスイッチを設けられる
ことを特徴とする、請求項６に記載の対物レンズ・モジュール。
【請求項８】
電子制御ユニットが１つの自励発電機を含み、自励発電機が、それに接続された２つのモータを独立に交代して励磁し、自励発電機が電力増幅器、帰還素子、及び移動素子の方向を変更するスイッチを設けられる
ことを特徴とする、請求項６に記載の対物レンズ・モジュール。
【請求項９】
方向を変更する各々のスイッチが２極スイッチとして具体化され、１つの極が超音波モータの対応する励磁電極へ接続され、他の極が帰還素子及び電力増幅器の電力スイッチを介して共通のモータ電極へ接続され、電力スイッチの制御入力が帰還ループを介して帰還素子、即ち、方向を変更するスイッチの極へ接続される点へ接続される
ことを特徴とする、請求項７又は８に記載の対物レンズ・モジュール。
【請求項１０】
少なくとも１つの光学レンズ群が位置検出器へ機械的に結合され、位置検出器の出力が電子制御ユニットへ接続される
ことを特徴とする、請求項６から９のいずれか一項に記載の対物レンズ・モジュール。
【請求項１１】
光学レンズ群の位置を決定する位置検出器が直線性ポテンショメータとして具体化され、直線性ポテンショメータのピックオフが超音波モータの移動素子又は光学レンズ群へ機械的に接続される
ことを特徴とする、請求項１０に記載の対物レンズ・モジュール。
【請求項１２】
光学レンズ群の位置を決定する位置検出器が、弾性変位力変換器へ結合された半導体テンソセンサとして具体化され、弾性変位力変換器が超音波モータの移動素子又は光学レンズ群へ機械的に接続される
ことを特徴とする、請求項１０に記載の対物レンズ・モジュール。
【請求項１３】
電子制御ユニットが、レンズ群の相対的位置を決定する計算ユニットを設けられ、レンズ群の位置検出器が計算ユニットへ接続され、計算ユニットの出力が１つ又は双方の自励発電機の制御入力へ接続される
ことを特徴とする、請求項１０から１２のいずれか一項に記載の対物レンズ・モジュール。
【請求項１４】
電子制御ユニットが、光学レンズ群を位置決めするディジタル制御ユニットを設けられ、ディジタル制御ユニットが焦点入力と共にズーム入力を有し、ディジタル制御ユニットの出力が１つ又は双方の自励発電機の制御入力へ接続される
ことを特徴とする、請求項７から１３のいずれか一項に記載の対物レンズ・モジュール。
【請求項１５】
光学像を電気信号へ変換する光電イメージセンサ
を特徴とする、請求項１から１４のいずれか一項に記載の対物レンズ・モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１のプリアンブルに従った集積超音波駆動機構を含む光学対物レンズ・モジュールに関する。そのような対物レンズ・モジュールは、小型の高精度写真又はビデオカメラで使用されてよい。本発明は、更に、そのようなカメラが使用される安価な小型の家庭用電子機器で使用可能である。それらの中には、特に、ポケット・コンピュータ、口述録音機、及び携帯電話が含まれる。
【背景技術】
【０００２】
個々に構成されたユニットとしての光学対物レンズの実施形態は公知である。その内部には、光学レンズ及び駆動機構としての回転超音波モータが取り付けられ、前記回転超音波モータは、レンズと同じ軸の上に配置され、レンズを転置する（ＤＥ３６２６３８９Ａ１を参照）。これらの対物レンズの中では、比較的大きな固定子直径を有する超音波進行波モータが使用される。
【０００３】
これらの超音波モータは、複雑な構造を有し、労働集約的で製造するのにコストがかかり、更に、小型化することができない。この理由のために、そのような対物レンズ・ユニットは、排他的に、大型及び高価な装置で使用される。
【０００４】
更に、同じ軸の上には配置されない小直径超音波モータを有する光学対物レンズが公知である（ＥＰ０４６９８８３Ａ２を参照）。これらの対物レンズでは、円柱定在波型超音波モータが使用される。モータの車軸から、移動されるべきレンズ群への運動の伝動は、高い比の歯車集合によって達成される。Ｃａｎｏｎ社によって製造された超音波ＥＦ３５−８０ ｍｍ ｆ／４−５，６型対物レンズは、様々な修正において、そのような対物レンズ・ユニットの生産シリーズの１つの例である。
【０００５】
これらの対物レンズの１つの欠点は、超音波モータの複雑な構造、及びそれによって招来される装置全体の高い生産コストにある。更に、そのようなモータを含む対物レンズは大きなサイズを有する。なぜなら、１０ｍｍよりも小さな寸法を有する超音波モータの生産は、実際に不可能だからである。更に、歯車伝動装置を使用するため、これらの対物レンズの焦点合わせの正確度が小さすぎて、焦点合わせに多大の時間を要し、焦点合わせの間に操作雑音を生じる。
【０００６】
更に、超音波共振器を接着結合された小型回転超音波モータを使用する小型対物レンズ・ユニットの使用が公知である。（この点に関して、”ＰＩＥＺＯＥＬＥＣＴＲＩＣ  ＵＬＴＲＡＳＯＮＩＣ  ＭＩＣＲＯＭＯＴＯＲＳ  ＦＯＲ  ＭＥＣＨＡＴＲＯＮＩＣ  ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮＳ，  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｅｎｔｅｒ  ｆｏｒ  Ａｃｔｕａｔｏｒｓ  ａｎｄ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ，  Ｔｈｅ  Ｐｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａ  Ｓｔａｔｅ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，    ＰＡ  １６８０２，  ＵＳＡ  を参照）。これらのモジュールは２つの別々の光学レンズ群を有し、各々の群はスピンドルを介して別々の超音波モータによって駆動される。
【０００７】
これらの対物レンズ・ユニットの欠点は、駆動機構の複雑な構成である。駆動機構は多数の高精度部品から構成され、高精度部品の生産は高価な精密技術を必要とする。これは対物レンズ・ユニットを一層高価にし、安価な家庭用電子機器での使用を妨げる。スピンドルの使用は、焦点合わせに長い時間を必要とする。更に、焦点合わせの正確度は明白に低減される。不正確な焦点合わせは、像の品質を低下させる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、構成が簡単で、焦点合わせの正確度が増大し、調節過程の時間が短く、生産コスト及び雑音レベルが低減された汎用の対物レンズ（光学モジュール）を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的は、請求項１の特徴を含む装置によって達成される。
【００１０】
発明的アイデアの有利な実施形態は、従属クレイムで定められる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、電子制御ユニットによって制御される２つの超音波リニアモータの助けによって、光学レンズの２つの群の同軸調節を可能にする小型光学モジュールの生産を実現するアイデアを含む。この場合、各々のレンズ群の光軸が光学モジュール全体の光軸から逸脱する偏差は最小にされる。
【００１２】
光学ズームレンズ群及び焦点合わせ光学レンズ群を含み、それらレンズ群の合致光軸が光学モジュールの光軸を形成する好ましい小型光学モジュールにおいて、前記光学レンズ群の電気駆動機構は電子制御ユニットを含む。この電子制御ユニットは、光電イメージセンサが像を前記光学レンズ群の電気駆動信号へ変換するための関連入力を有する。電気駆動機構は２つの超音波リニアモータの形態で具体化され、各々の超音波リニアモータは、２つの摩擦素子を有する圧電板の形態で実現される。２つの摩擦素子は、対向する前面を押しつけられ、押しつけ素子と一緒になって超音波モータの移動素子を形成する。各々の移動素子は、対応する光学レンズ群へ弾力的に接続され、超音波モータは、移動素子の運動方向が光学モジュールの光軸と平行になるように配列される。
【００１３】
これによって、光学モジュールの構成的構造が簡単になり、焦点合わせの正確度が大きくなり、焦点合わせの時間が短くなり、生産コストが低くなり、操作雑音が低減する。
【００１４】
光学モジュールの提案された実施形態の幾つかの修正において、圧電板の前面は案内溝として実現されてよい。案内溝は、前記光学レンズ群が光学モジュールの焦点範囲内で変位したとき光学レンズ群の光軸が合致するように、移動素子を定置する。
【００１５】
これによって、焦点距離の全体の上で、光学モジュールの均一の高分解能が可能となる。
【００１６】
光学モジュールの他の形態において、圧電板の前面は更に平坦面として実現されてよく、各々の光学レンズ群は１つまたは２つの案内素子を含んでよい。案内素子は、光学レンズ群が光学モジュールの焦点範囲内で変位したとき光軸が合致するように、光学レンズ群の各々を定置する。
【００１７】
これによって、超音波モータの生産費用の低減が可能となる。これは、更に、そのような超音波モータを設けられた光学モジュールのコストを低減する。
【００１８】
提案された実施形態に従った光学モジュールにおいて、超音波モータは、モジュールの光軸から直径方向で反対側に取り付けられてよい。
【００１９】
更に、超音波モータは、モジュールの光軸の１つの側に取り付けられてよい。
【００２０】
双方の形態は、提案されたモジュールの構成的可能性を拡張する。
【００２１】
光学モジュールの提案された実施形態の全ての形態において、電子制御ユニットは、超音波モータを独立及び同時に励磁するため２つの自励発電機を含んでよい。各々の自励発電機の発生周波数は、自励発電機に接続されたモータの動作共振周波数によって予め決定される。各々の自励発電機は、電力増幅器及び帰還回路を有する帰還素子の双方、及び移動部分の方向を変更するスイッチを設けられてよい。
【００２２】
もし適切であれば、電子制御ユニットは、更に、１つだけの自励発電機も含むことができる。それは、自励発電機に接続された２つのモータを交代して独立に励磁するためである。自励発電機は、電力増幅器、帰還回路を有する帰還素子、及び移動部分の方向を変更するスイッチを設けられてよい。
【００２３】
これによって、電子制御ユニットの単純化が可能となり、したがって生産の費用効率が高くなる。
【００２４】
電子制御ユニットの自励発電機において、方向を変更するスイッチは２極スイッチとして具体化されてよい。この場合、１つの極は超音波モータの対応する励磁電極へ接続され、他の極は帰還素子及び電力増幅器の電力スイッチを介して共通のモータ電極へ接続される。電力スイッチの制御入力は帰還ループを介して帰還素子へ接続される。即ち、方向変更スイッチの極へ接続される点へ接続される。
【００２５】
これによって、自励発電機の電気回路の単純化が可能となる。
【００２６】
光学モジュールの提案された構造の様々な形態において、少なくとも１つの光学レンズ群は、その位置検出器へ機械的に結合されてよい。位置検出器の出力は電子制御ユニットへ接続される。
【００２７】
これによって、この光学レンズ群の位置決め正確度を増加することができる。
【００２８】
光学レンズ群の位置検出器は、直線性ポテンショメータとして具体化されてよい。その場合、ポテンショメータのアームは移動モータ素子又は光学レンズ群へ機械的に接続される。
【００２９】
これは、光学モジュールの構造的実施形態を単純化する。
【００３０】
更に、光学レンズ群の位置検出器は、弾性変位力変換器へ結合された半導体テンソセンサ（tensosensor）として具体化されてよい。弾性変位力変換器は、再び、移動モータ素子又は光学レンズ群へ機械的に接続される。
【００３１】
これは、光学レンズ群の位置決め正確度を増強する。
【００３２】
提案されたモジュールの幾つかの形態において、電子制御ユニットは光学レンズ群の相対的位置を決定する計算ユニットを含んでよい。計算ユニットは光学レンズ群の位置検出器へ接続され、計算ユニットの情報出力は１つ又は双方の自励発電機の制御入力へ接続される。
【００３３】
これは制御アルゴリズムを単純化する。
【００３４】
光学レンズ群を位置決めするため、電子制御ユニットは、ズーム入力及び焦点入力を有するディジタル制御ユニットを含んでよい。ディジタル制御ユニットの出力は１つ又は双方の自励発電機の制御入力へ接続される。
【００３５】
これは、光学モジュールの機能的使用能力を拡張する。
【００３６】
本発明の有利な実施形態及び様相は、図面を使用して、好ましい実施形態の下記の説明で示される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
光学小型モジュール１（図１）は、光軸３を有する焦点合わせ光学レンズ群２、光軸５を有するズームレンズ群４、及び光電イメージセンサ６から構成される。２つの光学レンズ群２及び４は、それらの光軸３及び５が合致し、一緒になって光学モジュール１の光軸７を形成するように配列される。
【００３８】
光学レンズ群２はキャリヤ８によって第１の超音波モータ９へ機械的に接続される。光学レンズ群４はキャリヤ１０によって第２の超音波モータ１１へ機械的に接続される。
【００３９】
２つの超音波モータ９及び１１は一緒になって光学モジュール１の駆動機構を形成する。
【００４０】
双方の超音波モータ９及び１１は圧電板１２を含み、圧電板１２は、対向する横面１３に押しつけられた摩擦素子１４を有する。摩擦素子１４を横面１３に押しつける弾性の押しつけ素子１５は、キャリヤ８及び１０の一部分を形成する。摩擦素子１４は、押しつけ素子１５と一緒になって超音波モータ９及び１１の移動素子１６を形成する。
【００４１】
圧電板１２の横面１３の各々は、摩擦素子１４が取り付けられる案内溝１７を設けられてよい。圧電板１２は吸音バックアップ１９によってＵ形ケーシング１８の中に固定され、超音波モータ９及び１１の移動素子１６の運動方向が光学モジュール１の光軸７と平行になることを確実にする。図１で示された光学モジュール１の中で、超音波モータ９及び１１は、光学モジュール１の光軸７に関して直径方向の反対側に配列される。
【００４２】
各々のレンズ群２及び４は、それぞれ位置検出器２０又は２１を含んでよい。これらは光電イメージセンサ６へ割り当てられる。各々の位置検出器２０及び２１は、それぞれ静止部分２２及び２４、及び移動部分２３及び２５を含む。
【００４３】
図２は、超音波モータ９及び１１がＬ形ケーシング２６の中に配置される光学モジュール１の実施形態を示す。その場合、超音波モータ９及び１１の双方はモジュール１の光軸の同じ側に位置するようにされる。
【００４４】
図３は、圧電板１２の横面１３が平坦面２７として具体化される光学モジュール１の実施形態を示す。この実施形態において、光学モジュール１は追加の案内棒２８を設けられる。この修正において、圧電板１２は、それらの前面３０を介して吸音ケーシング２９により保持される。音を吸収するため、ケーシングは低い機械的品質を有する合成物質から作られる。
【００４５】
図４及び図５は、本発明に従った光学モジュール１を構成する超音波モータの更に修正された２つの実施形態を示す。この場合、超音波モータの各々は、圧電性セラミック又は圧電性結晶から作られる。
【００４６】
示された双方の修正において、２つの長方形励磁電極３２が、板１２の大きい方の側面３１の１つの上に取り付けられる。電極３２は、縦方向に伸びる対称軸３３に関して対称に側面３１の上に取り付けられる。板１２の大きい方の第２の側面には、連続した共通電極３４が取り付けられる。励磁電極３２及び共通電極３４の他の配列が、同様に可能である。例えば、圧電板１２は多層構造として具体化されてよく、その場合、励磁電極及び共通電極は相互に配置される（図示されず）。
【００４７】
摩擦素子１４は、板１２の横面１３に対して押しつけられる。図４で示されるモータにおいて、横面１３は案内溝１７として具体化される。摩擦素子１４は案内溝１７の中に配置される。案内溝１７は円形、三角形、又は他の所望の形状であってよい。図５は、側面１３が平坦面２７として具体化されるモータを示す。
【００４８】
摩擦素子１４は円柱形の棒（図示されず）、半円柱形の棒（図１、図２、図４）、長方形の棒（図３）、三角形の棒（図示されず）、又は半球３５（図５）として具体化されてよい。摩擦素子１４を生産するための材料として、鋼鉄、セラミック酸化物、セラミック・メタル、又は硬くて対摩耗性の合成物質が使用されてよい。
【００４９】
超音波モータ９及び１１の各々において、摩擦素子１４と接触する圧電板１２の表面は摩擦面３６（図４、図５）として具体化される。これは板１２と摩擦素子１４との間の摩擦接触を確実にする。更に、圧電性セラミック又は圧電性結晶の表面のみが、摩擦面３６として使用されてよい。更に、耐摩耗性物質、例えば、Ｔｉ、Ｃｒ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＣｒＮ、ＴｉＡＩＮ、ＺｒＮ、ＴｉＺｒＮ、ＴｉＣｒＮ、又は他の適切な物質の薄い被覆の形態をした耐摩耗性の層を、摩擦素子１４と接触する圧電板１２の上に付加することができる。この場合、前記被覆の面が板１２の摩擦面を形成する。
【００５０】
図６は、モータを駆動する自励発電機３７を有する超音波モータ９又は１１の接続図を示す。この回路は、方向を変更するスイッチ３８を含む。このスイッチは、極４１及び４２を有する２つのスイッチ３９及び４０から構成される。
【００５１】
図７は、板１２の中で生成される音波の非対称形状を示す。位置４３は、励磁電極３２を有する圧電板１２を示す。位置４４及び４５は、変形された板１２の２つの図を示す。各々の図は、発振周期の半分だけ時間推移されている。位置４６は、圧電板１２の横面１３の質点４８の運動軌跡４７を示す。線４９は、運動軌跡４７の包絡曲線を表す。
【００５２】
図８は、電子制御ユニット５０及び２つの自励発電機３７を有する光学モジュール１の電気回路を示す。電子制御ユニット５０は３つの制御入力５１、５２、５３を有する。自励発電機３７の各々は電力増幅器５４を含む。電力増幅器５４は、遮断器５５及び制御入力５６、遮断器５７、帰還ループ５８、帰還素子５９、及び方向を変更するスイッチ３８を有する。
【００５３】
自励発電機３７の各々において、方向を変更するスイッチ３８は、極４１及び４２を有する２つのスイッチ３９及び４０の形態で具体化されてよい。ここで、極４１は超音波モータ（９、１１）の対応する電極３２へ接続され、極４２は帰還素子５９及び遮断器５５を介してモータの共通電極３４へ接続される。それによって、遮断器５５の制御入力５６は帰還ループ５８を介して帰還素子５９へ接続される。即ち、極４２が方向変更スイッチ３８へ接続される点へ接続される。
【００５４】
図９は、自励発電機３７の電気回路の可能な修正の１つを示す。この修正された実施形態において、電力増幅器５４はトランジスタ転極器として具体化された遮断器５５の定電流源６０を含む。遮断器５５の制御入力５６は電子スイッチ５７を介して励振器６１へ接続される。帰還ループ５８はフィルタ、即ち、移相器である。帰還素子５９は、分路抵抗器６２及びキャパシタ６３から構成される。方向を変更するスイッチ３８は、制御入力６４及び６５を有する２つのトランジスタ・スイッチ３９及び４０から構成される。
【００５５】
図１０は、自励発電機３７及び電子制御ユニット５０を有する光学モジュール１の電気回路を示す。この修正において、方向を変更するスイッチは、制御入力６８及び６９を有する４つの２極トランジスタ・スイッチ３８、４０及び６６、６７から構成される。これらのスイッチはモータ９及び１１へ接続される。
【００５６】
提案された光学モジュールにおいて、光学レンズ群２及び４の少なくとも１つは、光電イメージセンサ６に関して位置を決定するため、レンズ群の位置検出器２１へ機械的に接続されてよい。図１及び図１１で示された直線性すべりポテンショメータが、位置検出器２１として使用されてよい。ポテンショメータ２２又は２４の基本部分はケーシング１８に固定され、ポテンショメータのピックオフ２３及び２５はキャリヤ８及び１０に固定される。即ち、それらは移動モータ部分及び対応する光学レンズ群へ機械的に接続される。ポテンショメータとして具体化され、図１１に示される位置検出器２１は、３つの電気出力７０、７１、及び７２を有する。
【００５７】
図１２は、圧電抵抗ピックアップ７３を示す。それは半導体テンソセンサ７４から構成される。半導体テンソセンサ７４は変位力変換器７５へ接続される。変位力変換器７５の移動端７６は、超音波モータ９又は１１の移動素子１６の上に置かれたカム７７に作用する。半導体テンソセンサ７４は２つの電気出力７８及び７９を有する。それは、変換器７５へ接着された薄いゲルマニウム棒の形態で具体化されてよい。
【００５８】
図１３は、モジュール１の電気回路を示す。この場合、電子制御ユニット５０は、光学レンズ群２及び４の相対的位置を決定する計算ユニット８０を含む。計算ユニット８０の情報出力８１は、自励発電機３７の双方又は１つの制御入力５１、５２、５３へ接続される。
【００５９】
図１４は、モジュール１の電気回路を示す。この場合、電子制御ユニット５０は、光学レンズ群を位置決めするディジタル制御ユニット８２を含む。ディジタル制御ユニット８２はズーム入力８３及び焦点入力８４を含み、その出力８１は自励発電機３７の双方又は１つの制御入力５１、５２、５３へ接続される。
【００６０】
図１５において、位置８５及び８６は、装置のケーシング８７における光学モジュール１の配列の例を示す。ここで、光軸７は１つの前面の表面８８と平行に伸びる。
【００６１】
光学モジュール１をオンにすると、交流電圧信号が電子制御ユニット５０（図６、スイッチ３９が閉じられ、スイッチ４０が開かれる）から超音波モータ９又は１１の圧電板１２の励磁電極３２（図４、図５）へ供給される。信号の周波数はモータの動作周波数と等しい。この電圧は超音波モータ９又は１１を励磁し、したがって移動素子１５が運動を経験する。
【００６２】
超音波モータは次のように動作する。超音波モータ９又は１１へ供給された電圧は、板１２の中で音響振動を励起する。そのとき、非対称音響定在波が板１２の中に形成される。
【００６３】
図７は、これらの波の形状を説明する。図７の位置４４及び４５は、変形された板１２の２つの例を示す。これらの図は、周期の半分だけの偏移を示す。位置４６は、板１２の横面１３の質点４８の運動軌跡４７を示す。ここで、レンズ４９は運動軌跡４７の接続線４９を表す。運動軌跡４７及び接続線４９の形態は、励起された定在波が、板１２の大きい方の側面の中心を通って伸びる対称軸３３に関して非対称であることを示す。発生する非対称性は、電極３２から離れようとする支配的傾向を有する運動軌跡４７によって生じる。
【００６４】
この発生する傾向は、板１２の横面１３に対して押しつけられた摩擦素子１４の上に力を作用させる結果となる。即ち、図１２の矢印によって示されるように、電極１２の方向に作用させる結果となる。それによって発生した力は、印加された電圧に比例する。もし印加された電圧が十分に高ければ、摩擦素子１４は板１２の横面１３に沿って移動する。摩擦素子と一緒に、移動素子１６も、その上に取り付けられた光学レンズ群２及び４と共に移動する。
【００６５】
スイッチ３９を開き、スイッチ４０を閉じることによって、電圧は板１２の第２の電極３２へ供給される。これは逆転運動を生じる。そのとき、素子１６は逆方向に移動を開始する。
【００６６】
光学レンズ群４を変位できる最大可能距離ｚは、圧電板１２の高さｈ（図４）によって制限され、板の高さの約半分である。この距離は、モジュール１の最大及び最小焦点距離を定める。光学レンズ群４を変位できる距離ｆは、物体に関するモジュール１の焦点合わせによって定められ、約０．１ｚである。
【００６７】
図１で示される光学モジュール１の修正において、２つの超音波モータ（図４）が使用され、それらの横面１３は案内溝１７を含む。溝１７は、摩擦素子１４の運動が直線状となり、横面１３に沿うように具体化される。運動軌跡の直線性は案内溝１７の生産の正確度によって決定される。変位がｚ＝５ｍｍのとき、直線性からの運動軌跡の偏差ｑは＋／−０．００５ｍｍである。
【００６８】
Ｕ形（又はＬ形）ケーシング１８における圧電板１２の配列は、光軸３及び５の正確な合致を相互に対して可能にする。したがって、光学モジュール１の焦点距離の変更範囲内で光学レンズ群２及び４を変位したとき、それらの光軸３及び５の合致を維持することができる。光軸の正確な合致からの偏差は、ａｒｃｔｇ  ｑ／ｓである。
【００６９】
図３は、棒形案内２８を含む光学モジュール１の修正を示す。棒形案内２８は、光学レンズ群２及び４の光軸３及び５の合致が維持されることを確実にする。光学モジュールのそのような構成は、光軸３及び５の合致の観点から、やや小さい正確度を有する。しかし、この構成の利点は、生産コストが低くなることである。なぜなら、案内溝を製造する必要がないからである。
【００７０】
光学モジュール１の電子制御ユニット５０は、２つの自励発電機３７を含んでよい。これらの自励発電機３７は、モータ９及び１１を同時及び独立に励磁するために設けられる。２つの発電機３７はモータ９及び１１へ接続され、モータ９及び１１は、それらの動作共振周波数に基づいて発電機の励磁周波数を定める。スイッチ３９及び４０から成る方向変更スイッチ３８は、圧電板１２を通って流れる電流が帰還素子で帰還信号を発生するように、帰還素子５９へ接続される。この電圧は帰還ループ５８を介して遮断器５５の制御入力５６へ供給される。
【００７１】
図９は、自励発電機３７の具体的な電気回路を示す。回路の中で、帰還素子５９は分路抵抗器６２及びキャパシタ６３から形成される。動作周波数におけるキャパシタ６３のリアクタンス値は、抵抗器の値よりも著しく小さく選択される。したがって、帰還素子５９で発生する帰還信号は、圧電板１２を通って流れる電流に対して約９０°だけ移相される。
【００７２】
帰還電圧から、第１の調波が形成及び増幅される。調波の周波数は超音波モータ９及び１１の動作周波数に対応する。電圧は、自励発電機の開状態における帰還量が１よりも大きくなるように増幅される。帰還ループ５８によって、帰還電圧は、自励発電機の開状態における共通の移相が、超音波モータの動作周波数でゼロと等しくなるように偏移される。もし遮断器５７が閉じられると、自励発電機３７は独立に始動して、転極器３８を介して帰還素子５９へ接続された電極３２を有する板１２の部分によって決定される周波数で発振する。非対称定在波が板１２の中に形成される。図７を参照。発電機３７の自励が始動すると、移動素子１６は、接続された電極から離れるように運動し始める。もし遮断器５７が開いていれば、これは自励の終了及び移動素子１６の運動停止を導く。
【００７３】
制御電圧を入力５１、５２、５３へ印加することによって、対応する超音波モータを独立にオン及びオフに切り換えることができ、対応する超音波モータ９及び１１の移動素子１６の運動方向を独立に変更することができる。
【００７４】
図１０は、電子制御ユニット５０が自励発電機３７から形成される光学モジュール１の電気回路を示す。もし自励発電機３７のスイッチが閉じていれば、対応するモータ９又は１１の対応する電極３２が活性化される。モジュール１のこの修正された実施形態において、モータ９及び１１の交代動作のみが可能である。
【００７５】
実施形態に従った光学モジュールは、位置検出器２０、レンズ群２、及びレンズ群４の位置検出器２１から構成されてよい（図１）。センサは、すべりポテンショメータとして具体化されてよく（図１１）、そのピックオフ２３及び２５は、光電イメージセンサ６に関して光学レンズ群２及び４の位置を決定する。もし直流電圧がセンサ２０又は２１の出力７０へ印加されると、電圧が出力７１に現れる。その強さはセンサ２０及び２１の位置に直接依存する。
【００７６】
位置検出器（図１２を参照）は、更に、圧電抵抗ピックアップ７３として具体化可能である。そのようなセンサは、変位力変換器７５として形成される。移動素子１６が変位すると、カム７７が変換器の移動端７６に作用し、移動端は、図１２の矢印で示されるように、板１２の横面１３と垂直に移動する。そのような配列は、半導体テンソセンサ７４の圧縮又は伸張を生じ、能動抵抗器の拡張又は短縮を生じる。
【００７７】
半導体テンソセンサ７４の出力７８及び７９を抵抗ブリッジの分岐の１つへ結合することによって、ブリッジの不平衡から、光電イメージセンサ６に対するレンズ群２及び４の位置を正確に決定することができる。
【００７８】
実施形態に従って実現された光学モジュール１の中でセンサ２０、２１、及び７３を使用することによって、要求された位置における光学レンズ群２及び４の正確な位置決めが可能となる。
【００７９】
図１３で示されるような光学モジュール１の可能な実施形態に従った電気回路によって、超音波モータ１１及びビデオ探索装置（図示されず）を有するレンズ群４は、所望の物体拡大位置に配置される。センサ２１は、その出力７６に信号を生成する。その信号はレンズ群４の位置に対応する。計算ユニット８０はレンズ群２に必要な位置を信号から決定する。超音波モータ９は、この位置へレンズ群２をもってくる。
【００８０】
前述したように、光学モジュール１を制御する他の実施形態も可能である。電子制御ユニット５０は、例えば、ディジタル制御ユニット８２から構成可能である。モジュール１によって物体を拡大するための制御ユニット信号は、電子制御ユニット５０のズーム入力８３に印加される。この信号は、ズームレンズ群４を動かすモータ１１を制御する。モータ９を制御する信号はズーム入力８４へ印加される。このモータは焦点合わせレンズ群２を動かす。双方の信号は、モジュール１の光電イメージセンサによって供給された情報を評価するプロセッサ（図示されず）によって生成される。
【００８１】
提案された光学モジュールは、極めて小さな寸法、及び集積されたダイレクトドライブ超音波リニアモータを有する小型の光学モジュールを代表する。例えば、ズームレンズ群及び６ｍｍの進行距離を有する光学モジュールの寸法は、１３ｘ７ｘ１２ｍｍである。モジュールは、その光軸７が装置の前面と垂直に伸びるように、装置のケーシングの中に配置可能である。もし装置の寸法の更なる縮小が望まれるならば、図１５の位置８５及び８６で示されるように、提案されたモジュールは、その光軸がその前面の表面８８と平行に伸びるように装置内に配列可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
提案された光学モジュールによって、光学レンズ群の高い位置決め正確度、したがって対物レンズの高い分解能が可能になる。ダイレクトドライブ超音波リニアモータの使用によって、光学レンズ群の短時間調節が可能となる。例えば、モジュールの原器の調節時間は０．０５秒であった。簡単な構成のために生産コストは低くなり、安価な消費家電製品、例えば、携帯電話でモジュールを使用することができる。動作中、音響の操作雑音は起こらない。これは使用上の利点である。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】２つの側面に取り付けられた超音波モータを有する光学モジュールを示す。
【図２】１つの側面に取り付けられた超音波モータを有する光学モジュールを示す。
【図３】案内を有する光学モジュールを示す。
【図４】超音波モータ９の実施形態を示す。
【図５】超音波モータ１０の実施形態を示す。
【図６】励磁源を有する超音波モータの接続図を示す。
【図７】超音波モータの機能的原理を説明する図である。
【図８】光学モジュール１の電気回路の実施形態を示す。
【図９】自励発電機３６の電気回路の実施形態を示す。
【図１０】自励発電機３６を有する電子制御ユニット５０の電気回路図である。
【図１１】位置検出器の実施形態を示す。
【図１２】位置検出器の実施形態を示す。
【図１３】光学レンズ群２及び４の相対的位置を決定する計算ユニット８０を含む光学モジュール１の電気回路の実施形態を示す。
【図１４】ディジタル制御ユニット８２を有する電気制御ユニット５０を示す。
【図１５】装置のケーシングの中に光学モジュール１を配列した実施形態を示す。
【符号の説明】
【００８４】
１    光学モジュール
２    焦点合わせ光学レンズ群
３    光学レンズ群２の光軸
４    ズームレンズ群４
５    光学レンズ群４の光軸
６    光電イメージセンサ６
７    モジュール１の光軸
８    光学レンズ群２のキャリヤ
９    第１の超音波モータ
１０    光学レンズ群４のキャリヤ
１１    第２の超音波モータ
１２    圧電板
１３    圧電板１２の横面
１４    摩擦素子
１５    弾性押しつけ素子
１６    移動素子
１７    案内溝
１８    Ｕ形ケーシング
１９    吸音バックアップ
２０    レンズ群２の位置検出器
２１    レンズ群４の位置検出器
２２    センサ２０の静止部分
２３    センサ２０の移動部分
２４    センサ２１の静止部分
２５    センサ２１の移動部分
２６    Ｌ形ケーシング
２７    横面１３の平坦面
２８    案内棒
２９    吸音ケーシング
３０    板１２の前面
３１    板１２の大きい方の側面
３２    励磁電極
３３    側面３１の対称軸
３４    共通電極
３５    半球状の摩擦素子１４
３６    摩擦面
３７    自励発電機
３８    転極器
３９    スイッチ
４０    スイッチ
４１    遮断器の極
４２    遮断器の極
４３    電極３２を有する板１２
４４    板１２の発振像
４５    板１２の発振像
４６    運動軌跡４７の像
４７    運動軌跡
４８    横面１３の上の質点
４９    運動軌跡４７の包絡曲線
５０    電子制御ユニット
５１    電子制御ユニット５０の入力
５２    電子制御ユニット５０の入力
５３    電子制御ユニット５０の入力
５４    電力増幅器
５５    自励発電機３７の遮断器
５６    遮断器５５の電力スイッチの制御入力
５７    自励発電機３７の遮断器
５８    帰還ループ
５９    帰還素子
６０    定電流源
６１    励振器
６２    帰還素子としての抵抗器
６３    帰還素子としてのキャパシタ
６４    スイッチ３９の制御入力
６５    スイッチ４０の制御入力
６６    スイッチ
６７    スイッチ
６８    スイッチ６６の制御入力
６９    スイッチ６７の制御入力
７０、７１、７２    位置検出器２０及び２１の電気出力
７３    圧電抵抗ピックアップ
７４    半導体テンソセンサ(semiconductor tensosensor)
７５    変位力変換器
７６    変位力変換器の移動端
７７    カム
７８、７９    半導体テンソセンサの出力
８０    相対位置を決定する計算ユニット
８１    情報出力
８２    ディジタル制御ユニット
８３    ディジタル制御ユニット８２のズーム入力
８４    ディジタル制御ユニット８２の焦点入力
８５、８６    モジュール１をケーシング８７の中に配列する例の位置
８７    ケーシング
８８    装置の前面
【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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【図１５】
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【国際調査報告】
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