(57)【要約】【課題】安定した駆動を行うことができる振動アクチュエータ装置、レンズ鏡筒、カメラを提供する。【解決手段】振動アクチュエータ装置は、信号発生部（Ｌ１，Ｌ２，１０２，１０３）が発生した信号により励振される電気機械変換素子（１３）を有する振動子（１１）と、前記振動子と接触して配置され、前記振動子との間で相対運動を行う相対運動部材（１７）と、前記振動子と前記相対運動部材とを加圧接触させる加圧力を生じる加圧部（１５）と、前記信号発生部が発生した信号をモニタし、モニタした信号に基づき前記加圧力を変化させる加圧力変化部（１０３，１０５，１５ｃ）とを備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号発生部が発生した信号により励振される電気機械変換素子を有する振動子と、
前記振動子と接触して配置され、前記振動子との間で相対運動を行う相対運動部材と、
前記振動子と前記相対運動部材とを加圧接触させる加圧力を生じる加圧部と、
前記信号発生部が発生した信号をモニタし、モニタした信号に基づき前記加圧力を変化させる加圧力変化部と、
を備えた振動アクチュエータ装置。
【請求項２】
請求項１に記載の振動アクチュエータ装置において、
前記振動子は、前記信号発生部のインダクタ成分に接続されていること、
を特徴とする振動アクチュエータ装置。
【請求項３】
請求項２に記載の振動アクチュエータ装置において、
前記インダクタ成分は、前記信号発生部のトランスであり、
前記信号は、前記トランスにより供給される電圧信号であること、
を特徴とする振動アクチュエータ装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の振動アクチュエータ装置において、
前記加圧力変化部は、前記信号の波形の振幅に基づいて前記加圧力を変化させること、
を特徴とする振動アクチュエータ装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の振動アクチュエータ装置において、
前記加圧力変化部は、前記信号の波形の振幅を一定にするように前記加圧力を変化させること、
を特徴とする振動アクチュエータ装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の振動アクチュエータ装置において、
前記加圧力変化部は、圧電素子により前記加圧力を変化させること、
を特徴とする振動アクチュエータ装置。
【請求項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装置により光学部材を駆動するレンズ鏡筒。
【請求項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装置により光学部材を駆動するカメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気機械変換素子の振動を利用した振動アクチュエータ装置、レンズ鏡筒、カメラに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、カメラのレンズ駆動装置として、超音波モータ等の振動アクチュエータ装置が用いられている。
特許文献１では、振動体の温度を検出して移動体の速度制御の温度補正をする技術が開示されている。
【特許文献１】特開平５−３４４７６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、振動アクチュエータ装置は、温度変化の影響のみならず、振動アクチュエータ装置自体の加工精度や経時変化等による寸法変化や形状変化の影響、駆動負荷変化の影響等、多くの因子により影響を受け、その駆動特性が変化する場合があった。
【０００４】
本発明の課題は、安定した駆動を行うことができる振動アクチュエータ装置、レンズ鏡筒、カメラを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、以下のような解決手段により、前記課題を解決する。
請求項１の発明は、信号発生部（Ｌ１，Ｌ２，１０２，１０３）が発生した信号により励振される電気機械変換素子（１３）を有する振動子（１１）と、前記振動子と接触して配置され、前記振動子との間で相対運動を行う相対運動部材（１７）と、前記振動子と前記相対運動部材とを加圧接触させる加圧力を生じる加圧部（１５）と、前記信号発生部が発生した信号をモニタし、モニタした信号に基づき前記加圧力を変化させる加圧力変化部（１０３，１０５，１５ｃ）と、を備えた振動アクチュエータ装置である。
請求項２の発明は、請求項１に記載の振動アクチュエータ装置において、前記振動子（１１）は、前記信号発生部（Ｌ１，Ｌ２，１０２，１０３）のインダクタ成分（Ｌ２）に接続されていること、を特徴とする振動アクチュエータ装置である。
請求項３の発明は、請求項２に記載の振動アクチュエータ装置において、前記インダクタ成分（Ｌ２）は、前記信号発生部（Ｌ１，Ｌ２，１０２，１０３）のトランスであり、前記信号は、前記トランスにより供給される電圧信号であること、を特徴とする振動アクチュエータ装置である。
請求項４の発明は、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の振動アクチュエータ装置において、前記加圧力変化部は（１０３，１０５，１５ｃ）、前記信号の波形の振幅に基づいて前記加圧力を変化させること、を特徴とする振動アクチュエータ装置である。
請求項５の発明は、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の振動アクチュエータ装置において、前記加圧力変化部（１０３，１０５，１５ｃ）は、前記信号の波形の振幅を一定にするように前記加圧力を変化させること、を特徴とする振動アクチュエータ装置である。
請求項６の発明は、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の振動アクチュエータ装置において、前記加圧力変化部（１０３，１０５，１５ｃ）は、圧電素子（１５ｃ）により前記加圧力を変化させること、を特徴とする振動アクチュエータ装置である。
請求項７の発明は、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装置により光学部材（４）を駆動するレンズ鏡筒（３）である。
請求項８の発明は、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装置により光学部材（４）を駆動するカメラ（１）である。
なお、本発明をわかりやすく説明するために実施形態を示す図面の符号に対応付けて説明したが、本発明は、これに限定されるものでなく、後述の実施形態の構成を適宜改良してもよく、また、少なくとも一部を他の構成物に代替させてもよい。更に、その配置について特に限定のない構成要件は、実施形態で開示した配置に限らず、その機能を達成できる位置に配置することができる。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、安定した駆動を行うことができる振動アクチュエータ装置、レンズ鏡筒、カメラを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
（実施形態）
以下、本実施形態の振動アクチュエータ装置として、超音波の振動域を利用する超音波モータ及びその駆動回路を有した装置を例にとって説明する。
図１は、本実施形態の超音波モータを備えたカメラを示す断面図である。
本実施形態のカメラ１は、撮像素子６を有するカメラボディ２と、レンズ鏡筒３とを備えている。レンズ鏡筒３は、カメラボディ２に着脱可能な交換レンズである。なお、本実施形態のカメラ１では、レンズ鏡筒３が交換レンズである例を示したが、これに限らず、例えば、カメラボディと一体型のレンズ鏡筒を備えたカメラであってもよい。
レンズ鏡筒３は、レンズ４、カム筒５、超音波モータ１０等を備えている。本実施形態では、超音波モータ１０は、カメラ１のフォーカス動作時にレンズ４を駆動する駆動源として用いられており、超音波モータ１０から得られた駆動力は、カム筒５に伝えられる。レンズ４は、カム筒５とカム係合しており、超音波モータ１０の駆動力によってカム筒５が回転すると、レンズ４は、カム筒５とのカム係合によって光軸Ａ方向へ移動して、焦点調節が行われる。
【０００８】
図２は、本実施形態の超音波モータの主要部を模式的に示した断面図である。
本実施形態の超音波モータ１０は、振動子１１、加圧部１５、移動体１７等を備えた略円環状のアクチュエータであり、円環の中心がレンズ４の光軸Ａと略一致するようにレンズ鏡筒３内に配置されている（図１参照）。
振動子１１は、略円環形状の部材であり、弾性体１２、圧電体１３等を備えている。
弾性体１２は、ステンレス材料、インバー材料等の鉄合金や真鍮等の弾性変形が可能な金属材料を用いて略円環形状に形成された部材である。弾性体１２の円環中心軸に沿う方向（光軸Ａに沿う方向）の一端面には、圧電体１３が接合され、もう一方の端面には、溝を放射状に切って形成された櫛歯部が設けられている。櫛歯部の先端面は、駆動面であり、後述する移動体１７と加圧接触する。弾性体１２の駆動面には、圧電体１３の励振により進行性振動波（以下、進行波という）が発生する。
【０００９】
圧電体１３は、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）により形成され、電気エネルギを機械エネルギに変換する圧電素子や電歪素子等の電気機械変換素子である。圧電体１３は、例えば、導電性を有した接着剤により弾性体１２に接合されている。この圧電体１３は、その所定の電極部と電気的に接続された不図示のフレキシブルプリント基板を介して後述の駆動回路から供給される駆動信号により励振される。
【００１０】
移動体１７は、略円環形状をしており、後述する加圧部１５により弾性体１２に対して光軸Ａ方向で加圧接触され、弾性体１２の駆動面に発生する進行波により摩擦駆動される。
緩衝部材１４Ａは、ゴム等により略円環形状に形成されており、移動体１７の振動を支持体１８側に伝えないようにする部材であり、移動体１７と支持体１８との間に設けられている。
支持体１８は、移動体１７と一体となって回転して移動体１７の回転を不図示の被駆動部材に伝達し、また、移動体１７の回転軸方向の位置を規制する部材である。
【００１１】
加圧部１５は、振動子１１と移動体１７とを加圧接触させる部分であり、加圧板１５ａ、皿バネ１５ｂ、圧電素子１５ｃ等を備えている。
加圧板１５ａは、皿バネ１５ｂが発生させた加圧力を受ける板である。
圧電素子１５ｃは、電気エネルギを機械エネルギに変換する素子であり、略円環状に形成されている。なお、圧電素子１５ｃは、円環状とせずに、複数の圧電素子を円周方向に並べて配置してもよい。圧電素子１５ｃには、不図示のフレキシブルプリント基板を介して後述する圧電素子駆動回路１０５により電気エネルギが供給され、印加される電圧値に応じて加圧部１５の加圧方向、すなわち、光軸Ａ方向において伸縮して変位する。
したがって、圧電素子１５ｃの伸縮量の変化に応じて、皿バネ１５ｂの加圧方向の変形量が変化することとなり、加圧部１５が発生している加圧力を変化させることができる。
【００１２】
緩衝部材１４Ｂは、不織布やフェルト等により略円環形状に形成されており、振動子１１の振動を加圧部１５に伝えないようにする部材であり、圧電体１３と加圧板１５ａとの間に設けられている。
固定部材１６は、この超音波モータ１０を、レンズ鏡筒３に固定する部材である。
【００１３】
図３は、本実施形態の超音波モータの駆動回路を説明する図である。
なお、図３では、超音波モータ１０を、振動子１１の圧電体１３と加圧部１５の圧電素子１５ｃとにより代表して示し、圧電体１３については、等価回路として静電容量Ｃをもったコンデンサ成分として代表して表現している。
本実施形態では、超音波モータ１０を駆動する駆動回路は、インダクタンスＬ１，Ｌ２、電源１０１、スイッチ部１０２、マイコン１０３、アッテネータ１０４、圧電素子駆動回路１０５等を備えている。
インダクタンスＬ１，Ｌ２は、一対でトランスを形成しており、このインダクタンスＬ１，Ｌ２により形成されたトランスによって、超音波モータ１０に印加する駆動電圧を昇圧している。
また、インダクタンスＬ２は、圧電体（コンデンサ成分）１３に接続されており、超音波モータ１０の駆動回路としてみたときには、駆動信号を生成するＬＣ並列共振回路のインダクタ成分となる。
【００１４】
電源１０１は、直流電源であり、カメラボディ２内に装着された乾電池、充電池等から供給されており、インダクタンスＬ１に給電を行う。
スイッチ部１０２は、インダクタンスＬ１とグランドライン間に設けられたスイッチング素子であり、そのスイッチング制御は、マイコン１０３の「ＣＴＬ１」ポートによって行われる。
【００１５】
マイコン１０３は、レンズ鏡筒３の動作を統括制御する演算装置であり、「ＭＯＮ」ポートと、「ＣＴＬ１」ポート、「ＣＴＬ２」ポートとを有している。
「ＭＯＮ」ポートは、アッテネータ１０４に接続され、アッテネータ１０４からの信号が入力される。
「ＣＴＬ１」ポートは、スイッチ部１０２に接続され、スイッチ部１０２のスイッチング制御に関する信号が出力される。
「ＣＴＬ２」ポートは、圧電素子駆動回路１０５を介して圧電素子１５ｃに接続されており、圧電素子１５ｃを駆動するための信号が出力される。
アッテネータ１０４は、マイコン１０３の「ＭＯＮ」ポートと超音波モータ１０との間に接続されており、超音波モータ１０に加わる駆動電圧を減衰してマイコン１０３の「ＭＯＮ」ポートに入力する。
圧電素子駆動回路１０５は、圧電素子１５ｃを駆動する回路であり、図示はしないが、電源１０１から供給される電力を圧電素子１５ｃに供給可能になっており、マイコン１０３からの指示にしたがい圧電素子１５ｃを駆動する。
【００１６】
次に、本実施形態の超音波モータ１０及びその駆動回路の動作を説明する。
カメラボディ２を撮影者が操作することにより、レンズ４の駆動（ＡＦ駆動）が必要になると、マイコン１０３は、「ＣＴＬ１」ポートから所定の周波数でスイッチ部１０２をＯＮ／ＯＦＦ動作させる。このＯＮ／ＯＦＦ動作により、インダクタンスＬ１とインダクタンスＬ２とで構成されるトランスの２次側に疑似正弦波状の交流電圧波形が発生する。具体的には、インダクタンスＬ２、及び、超音波モータ１０の圧電体（コンデンサ成分）１３によって形成されているＬＣ並列共振回路に昇圧された交流電圧が発生する。このトランスの２次側に発生する交流電圧を駆動信号として圧電体１３に振動が励振され、弾性体１２の駆動面に進行波が発生し、移動体１７が駆動され、レンズ４が移動する。
【００１７】
超音波モータ１０が駆動されているときには、超音波モータ１０に印加されている駆動信号の電圧をアッテネータ１０４によって減衰させ、マイコン１０３の「ＭＯＮ」ポートによってモニタする。
超音波モータの駆動特性は、駆動負荷の変化、温度及び湿度等の使用環境の変化、駆動面の摩耗等に代表される経時変化による超音波モータ自体の変化、及び、製造時の加工精度等、様々な要因によって変動する。これらの駆動特性を変動させる要因（以下、単に外乱等と呼ぶ）による駆動特性の変化は、図３に示した超音波モータの等価回路では、超音波モータ１０の静電容量Ｃの変動として表現できる。
【００１８】
外乱等により超音波モータ１０の静電容量Ｃが変動すると、この静電容量ＣとインダクタンスＬ２とにより形成されているＬＣ並列共振回路で発生する駆動信号も変化する。駆動信号が変化しているということは、超音波モータ１０の駆動状態が変化しているということである。例えば、駆動信号の電圧値が予定値（外乱等の影響がないときの電圧値）よりも小さいときには、超音波モータ１０駆動トルクが減少していたり、駆動速度が減少していたりすることを示している。
駆動信号の変化は、アッテネータ１０４を介してマイコン１０３によりリアルタイムでモニタされており、マイコン１０３は、所定の電圧値とマイコン１０３によりモニタされた駆動信号の振幅の電圧値（以下、振幅電圧）とを比較し、これらの差分が所定値以上生じた場合は、圧電素子１５ｃを駆動して加圧力を変化させ、上記差分が所定値以内となるように（振幅電圧が一定となるように）駆動信号を変化させることにより、外乱等の影響を相殺する。
【００１９】
ここで、圧電素子１５ｃを駆動して加圧力を変化させることにより超音波モータ１０の駆動信号を変更できる理由について説明する。
図４は、超音波モータの静電容量の変化について説明する図である。図４（ａ）は、図３に示した超音波モータ１０の圧電体（コンデンサ成分）１３をより詳しく示した等価回路図であり、図４（ｂ）は、加圧部１５の加圧力を横軸にとったときの超音波モータの静電容量値の相関を示したグラフである。
超音波モータは、直列に接続されたインダクタ成分Ｌ，抵抗成分Ｒ，コンデンサ成分Ｃ１，Ｃ２と、これらと並列に接続されたコンデンサ成分Ｃｄとして表すことができ、これらを合成したものが図３に示したコンデンサ成分Ｃである。ここで、コンデンサ成分ＣｄとＣ１は、超音波モータの構造で決まる定数である。一方、コンデンサ成分Ｃ２は、加圧部１５により加圧力を変化させると、静電容量値が変化する可変成分である。図４（ｂ）に示すように、加圧力を大きくすると静電容量Ｃ２の値が大きくなり、等価回路全体としての静電容量Ｃの値は大きくなる。
【００２０】
駆動信号は、インダクタンスＬ２と圧電体（コンデンサ成分）１３の静電容量Ｃとの間における共振現象によって発生するので、静電容量Ｃを変化させることにより、駆動信号を変化させることができる。
ＬＣ並列共振回路では、Ｆ（Ｈｚ）＝１／（２π√（ＬＣ））の周波数の信号が発生する。したがって、マイコン１０３によりモニタされた駆動信号の振幅電圧を大きくするときには、等価回路全体としての静電容量Ｃを小さくする必要があり、その場合には、Ｃ２を小さくするために、加圧力を小さくするように、圧電素子１５ｃを光軸Ａ方向に縮ませる制御を行う。
一方、マイコン１０３によりモニタされた駆動信号の振幅電圧を小さくするときには、等価回路全体としての静電容量Ｃを大きくする必要があり、その場合には、Ｃ２を大きくするために、加圧力を大きくするように、圧電素子１５ｃを光軸Ａ方向に伸ばす制御を行う。
これらの制御を行うことにより、振幅電圧を駆動予定の値にすることができ、予定通りの駆動特性を得ることができる。これは、すなわち、外乱等の影響を相殺するように超音波モータ１０の等価回路としての静電容量Ｃを略一定の値に保つ制御を行っていることに等しい。
【００２１】
このように、本実施形態によれば、以下の作用及び効果を得ることができる。
（１）駆動回路が発生した駆動信号をマイコン１０３によりモニタし、モニタした信号に基づき加圧部１５の圧電素子１５ｃを用いて加圧力を変化させるので、超音波モータ１０の等価回路としての静電容量を変更でき、外乱等の影響を相殺して適正な駆動特性を得ることができる。
（２）振動子１１の圧電体１３が駆動回路のインダクタンスＬ２に接続されているので、ＬＣ共振回路を利用して駆動信号を発生でき、装置全体を小型かつ軽量に構成できる。
（３）インダクタンスＬ２は、駆動回路のトランスを形成しており、このトランスにより供給される駆動信号の振幅電圧をモニタするので、静電容量の変化に対応した信号を容易にモニタできる。
（４）マイコン１０３は、駆動信号の駆動波形の振幅電圧に基づいて加圧力を変化させるので、静電容量を適正値に制御できる。
（５）マイコン１０３は、モニタした信号の波形の振幅を一定にするように加圧力を変化させるので、駆動特性を略一定にすることができ、外乱等の影響を相殺できる。
（６）加圧部１５は、圧電素子１５ｃにより加圧力を変化させるので、加圧部の構成を簡単にできるとともに、容易に制御を行える。
【００２２】
（変形形態）
以上説明した実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の範囲内である。
（１）本実施形態において、インダクタンスＬ１，Ｌ２により形成されたトランスにより駆動電圧を昇圧する例を示したが、これに限らず、例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータを用いて昇圧を行う駆動回路を用いてもよい。
図５は、ＤＣ／ＤＣコンバータを用いて昇圧を行う超音波モータの駆動回路を示す図である。
図５に示す変形形態では、図３におけるインダクタンスＬ２の代わりにインダクタンスＬ３を超音波モータ１０に接続し、電源１０１とインダクタンスＬ３との間にＤＣ／ＤＣコンバータ１０６を接続した点以外は、図３に示した実施形態と同一の形態である。この変形形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０６を用いているので、回路の簡素化及び軽量化を図ることができる。
【００２３】
（２）本実施形態において、駆動信号の振幅を一定にする制御を行う例を示して説明したが、これに限らず、例えば、駆動信号の波形の周期を一定にする制御を行ってもよい。
【００２４】
（３）本実施形態において、円環型の超音波モータを用い、その中心と光軸とが一致するように配置して使用する例を挙げて説明したが、これに限らず、例えば、光軸と中心とがずれて配置されていてもよい。また、移動体が回転駆動されるものに限らず、移動体が直線方向に駆動されるリニア型の振動アクチュエータとしてもよい。さらに、ロッド型、ペンシル型、円盤型等の振動アクチュエータとしてもよい。
【００２５】
（４）本実施形態において、加圧部１５は、圧電素子１５ｃによって加圧力を変化させる例を示したが、これに限らず、例えば、ステッピングモータやＤＣモータ等、他のアクチュエータを利用して加圧力を変化させてもよいし、中空チューブやシリンダ等を用いて空気圧等により加圧力を変化させてもよい。
【００２６】
（５）本実施形態において、駆動信号をモニタして駆動信号の振幅を一定にする制御を行う例を示したが、これに限らず、例えば、電源電圧をモニタしておき、電源電圧が所定値を下回ったときに駆動信号の振幅が小さくなるようにして、振動アクチュエータの消費電力を下げるように制御してもよい。また、使用環境や超音波モータの温度をモニタしておき、温度が所定値を下回ったときに駆動信号の振幅が大きくなるように制御して、駆動に使われるエネルギを増加させ、振動アクチュエータの駆動特性を向上させてもよい。
【００２７】
（６）本実施形態において、振動アクチュエータとして、超音波の振動域を用いる超音波モータを例に挙げて説明したが、これに限らず、例えば、超音波以外の振動域を利用する振動アクチュエータとしてもよい。
【００２８】
（７）本実施形態において、超音波モータは、カメラのフォーカス動作時のレンズの駆動源として用いられる例を示したが、これに限らず、例えば、カメラのズーム動作時の駆動源としてもよいし、カメラの撮像系の一部を駆動して手振れを補正する手振れ補正機構の駆動源として用いてもよい。また、複写機の駆動部、自動車のハンドルチルト装置やヘッドレストの駆動部、時計の駆動装置等に用いてもよい。
なお、実施形態及び変形形態は、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。また、本発明は、以上説明した実施形態によって限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本実施形態の超音波モータを備えたカメラを示す断面図である。
【図２】本実施形態の超音波モータの主要部を模式的に示した断面図である。
【図３】本実施形態の超音波モータの駆動回路を説明する図である。
【図４】超音波モータの静電容量の変化について説明する図である。
【図５】ＤＣ／ＤＣコンバータを用いて昇圧を行う超音波モータの駆動回路を示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
１：カメラ、２：カメラボディ、３：レンズ鏡筒、４：レンズ、５：カム筒、１０：超音波モータ、１１：振動子、１２：弾性体、１３：圧電体、１５：加圧部、１５ａ：加圧板、１５ｂ：皿バネ、１５ｃ：圧電素子、１７：移動体、Ｌ１，Ｌ２：インダクタンス、１０１：電源、１０２：スイッチ部、１０３：マイコン、１０４：アッテネータ、１０５：圧電素子駆動回路
【図１】
2008259325.tif 000003
【図２】
2008259325.tif 000004
【図３】
2008259325.tif 000005
【図４】
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【図５】
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