(57)【要約】【課題】  位置検出手段の出力信号を信号分割して高分解能化を図った場合も、振動型駆動力発生手段の振動体によるノイズの影響を受けず、実際に高分解能化が可能な駆動装置を提供する。【解決手段】  電気−機械エネルギー変換により振動体１０５に振動を励起し、該振動体と該振動体に接触する接触体とを相対駆動する振動型駆動力発生手段と、該駆動力発生手段により所定方向に駆動される移動部材と、該移動部材の移動量を検出するための検出手段１０１と、検出された前記移動量に基づいて前記駆動力発生手段を制御する制御手段とを有する光学機器において、前記検出手段からの出力信号線１０２の前記振動体の近傍を通る部分は、該振動体上に形成されたパターンのグランド１０９近傍を通るように配線する。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気−機械エネルギー変換により振動体に振動を励起し、該振動体と該振動体に接触する接触体とを相対駆動する振動型駆動力発生手段と、
該駆動力発生手段により所定方向に駆動される移動部材と、
該移動部材の移動量を検出するための検出手段と、
検出された前記移動量に基づいて前記駆動力発生手段を制御する制御手段とを有する光学機器において、
前記検出手段からの出力信号線の前記振動体の近傍を通る部分は、該振動体上に形成されたパターンのグランド近傍を通るように配線されていることを特徴とする制御装置。
【請求項２】
前記移動部材の移動量検出の分解能を上げるため前記検出手段からの出力信号を分割する信号分割手段をさらに備え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】
前記検出手段の出力信号がアナログ信号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】
前記検出手段の出力信号がパルス信号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５】
光学系を光軸方向に駆動するための駆動手段として請求項１〜４のいずれか１つに記載の制御装置を用いたことを特徴とする光学機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電モータまたは超音波モータ等を用いて移動体を駆動する駆動装置及びそれを用いた光学機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、カメラや交換レンズ等の光学機器においては、レンズのフォーカス駆動、ズーム駆動または絞り駆動等のためにモータ等の駆動力発生手段が用いられる。また、エンコーダを用いて移動体であるフォーカスレンズ、ズームレンズまたは絞りの移動量、位置または速度を検出する。検出手段の出力信号はそのままで、または電気的に処理された後、信号線（通信ライン）を介して駆動力発生手段やその他の機器動作を制御する制御手段（制御回路基板等）に入力される。
本発明者はこの駆動力発生手段として特許文献１に記載されたような圧電モータまたは超音波モータに類する駆動力発生手段を用いた光学機器を試作した。この駆動力発生手段は電気−機械エネルギー変換により振動体に振動を励起し、該振動体と該振動体に接触する接触体とを相対駆動するものである。
【特許文献１】特開昭６２−１１８７８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
昨今のデジタル化に伴い、製品のニーズからオートフォーカスの高精度化が必要とされている。そこで、この種の光学機器における移動体の移動量（ないし位置・速度）を検出する位置検出手段の高分解能化が必須となっている。
しかしながら、上記試作機において、位置検出手段であるエンコーダからの出力信号を信号分割して高分解能化しようとしても、実際には信号分割前より高分解能な精度を出すことが困難であるという問題が発生した。
本発明の課題は、位置検出手段の出力信号を信号分割して実際に高分解能化が可能な駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記の課題を解決するために、本発明の駆動装置は、電気−機械エネルギー変換により振動体に振動を励起し、該振動体と該振動体に接触する接触体とを相対駆動する振動型駆動力発生手段を有する。また、該駆動力発生手段により所定方向に駆動される移動部材と、該移動部材の移動量（ないし位置または速度）を検出するための検出手段を有する。また、検出された前記移動量等に基づいて前記駆動力発生手段を制御する制御手段を有する。そして、前記検出手段からの出力信号線の前記振動体の近傍を通る部分は、該振動体上に形成されたパターンのグランド近傍を通るように配線されていることを特徴とする。
本発明の好ましい実施例においては、前記検出手段の出力信号を高分解能化するための信号分割手段を有する。信号分割手段は、検出手段側または制御手段（制御回路基板）側のいずれに設けてもよい。
【発明の効果】
【０００５】
上記試作機において、信号分割前より高分解能な精度を出すことが困難であったのは、駆動力発生手段の振動体によるノイズの影響が大きく出てしまったからであった。
本発明によれば、前記移動量（ないし位置または速度）検出手段からの出力信号線の振動体の近傍を通る部分は、該振動体上に形成されたパターンのグランド近傍を通るように配線する。これにより、前記移動量（ないし位置または速度）検出手段の出力信号への前記駆動力発生手段の振動体からのノイズの影響が低減され、前記信号分割手段または前記制御手段に正確な信号が入力される。
また、信号分割手段において、ノイズの影響が低減された信号が入力されることにより正確な高分割が可能となり、光学系等の移動体のより高精度な駆動が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明を実施するための最良の形態において、本発明は、カメラレンズ等の光学機器に適用される。この光学機器は、光学系を光軸方向に駆動するための駆動力発生手段を備える。駆動力発生手段は、電気−機械エネルギー変換により振動体に振動を励起し、この振動体とこの振動体に接触する接触体とを相対駆動する振動型駆動装置を用いて構成されている。また、この光学機器は、前記光学系の光軸方向への移動量を検出するための検出手段と、この検出手段からの出力信号を高分解能にする信号分割手段とを備える。また、この信号分割手段からの出力信号または前記検出手段からの出力信号に応じて前記駆動力発生手段を制御する制御手段とを備える。さらに、前記検出手段から出力される信号を前記制御手段もしくは前記信号分割手段に入力する通信ラインを備える。そして、前記通信ラインが前記駆動力発生手段の振動体の近傍を通る時は、該通信ラインが振動体上パターンのグランド近傍を通るように配線を行う。これにより、上記振動体からのノイズを低減させる。
【実施例】
【０００７】
以下、本発明の実施例を添付の図面に基づいて詳細に説明する。
［実施例１］
図１〜図４は本発明の一実施例に係る一眼レフカメラ用交換レンズ（ズームレンズ）である。なお、異なる図中においても同一番号の部材は同一部材を表している。
図１は本発明の一実施形態のズームレンズのＷＩＤＥ端における側面図であり、図２はＴＥＬＥ端における側面図である。図３はＷＩＤＥ端における断面図であり、図４はＴＥＬＥ端における断面図である。図５は図４にフレキシブルプリント配線板を記載した物である。図６は移動量検出手段（センサ）、駆動力発生手段、プリント基板、フレキシブル配線板の位置関係を示した図である。図７は駆動力発生手段の振動体（ステータ）のパターンとフレキシブル部配線板の位置を示した図である。
【０００８】
まず図１〜図４に基づいて本レンズ鏡筒の構成について説明する。
本レンズ鏡筒は焦点距離範囲が２４ｍｍ〜１０５ｍｍのズームレンズであり、ズーム操作環７を回転させることでカム環３０を案内筒２９（固定部を構成している部品）に対して定位置回転させ焦点距離が変化する。Ｌ１〜Ｌ７はそれぞれレンズ群を表し、各群はそれぞれ同一の鏡筒に固定され、それぞれ下記に示す様に移動する。
すなわち、１群レンズＬ１は１群鏡筒１９に保持され、１群鏡筒１９はフィルター枠（移動筒）１に不図示のビスで一体化されている。フィルター枠１は直進筒２４に不図示のビスで固定されている。そして、案内筒２９に設けてある直進溝とカム環３０に設けてあるカム溝に、直進筒２４に一体的に固定された直進カムフォロワーが入り込むことで、カム環３０の回転に伴い光軸方向前側に繰り出すことで焦点距離が変化する。
なお、１群鏡筒１９とフィルター枠１の間の突き当て面は端面カムとなっていて、ビスで固定される前に１群鏡筒１９を回転させることで光軸方向の位置調整ができる構成となっている。
【０００９】
２群レンズＬ２は、２群鏡筒２７に保持される。２群鏡筒２７の外周部にはカムフォロワー部（不図示）と、キー連動部２７ａが形成されており各々、フォーカスカム環２８の内周のカム２８ａ、フォーカスユニット４０内のフォーカスキー４０ａとそれぞれ嵌合摺動する。フォーカスユニット４０の出力としてフォーカスキー４０ａが回転した際に連動して前述のカム２８ａとカムフォロワー部の関係から２群レンズＬ２が回転しながら光軸方向に移動する。本レンズ鏡筒はインナーフォーカスレンズであり、焦点距離によって焦点調節のための２群レンズＬ２の繰り出し量が異なる構成となっている。つまり、焦点距離によって、フォーカスカム２８ａの使用位置を変えることで上記構成を成り立たせている。
フォーカスカム環２８は２群レンズＬ２の位置を補正するため、カム環３０の光軸方向の連動溝と、案内筒２９に設けられている補正カムに、フォーカスカム環２８と一体になっているカムフォロワーが摺動する。これにより、フォーカスカム環２８はカム環３０と一緒に回転しながら、光軸方向に進退する。そして、フォーカスカム２８ａの使用位置を焦点距離によって変化させてもピント位置ズレを発生させない位置に２群レンズＬ２を移動できる様に構成されている。
【００１０】
３群レンズＬ３は３群鏡筒３２に保持されており、３群鏡筒３２の前側（被写体側）には副絞りユニット３１が固定されている。
４群レンズＬ４は４群鏡筒３４に保持され、本レンズ鏡筒の開口径を決める絞りユニット３３が前側に固定され、後側（像面側）に等分に３本の接続足が延びている。その足の先端には７群鏡筒３６が不図示のビスにより固定されている。また、４群鏡筒３４の前側端面には３群鏡筒３２が固定され、外周面には等分に３箇所のカムフォロワーが一体的に固定されている。このカムフォロワーは、カム環３０に設けられているカム溝、案内筒２９に設けられている直進溝に摺動し、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ７の３つのレンズ群はカム環の回転に伴って一体的に光軸方向に移動する。また案内筒２９に設けられているカムによって副絞りユニット３１内の回転部材が回転し、副絞りの開口径が焦点距離によって変化し、Ｆナンバー変動が無いように構成している。
【００１１】
５群レンズＬ５はシフト群であり、防振ユニット３５を構成している鏡筒に保持され、光軸垂直面上を自由に防振ユニット３５の内部の駆動手段によって移動（シフト）可能に保持されている。また、防振ユニット３５内の固定部の後側（像面側）には６群鏡筒３５ａが３本のビス３５ｂによって固定されている。防振ユニット３５の外周部には不図示のカムフォロワーが３箇所固定され、それぞれカム環３０のカム溝、案内筒２９の直進溝に摺動し、Ｌ５、Ｌ６の２つのレンズ群は光軸方向にはカム環の回転に伴って一体的に移動する。なお、本発明の主要部に係る多層ＦＰＣ（フレキシブルプリント配線板１０２（図８参照）は防振ユニット３５の前側に固定保持されている。詳細は後述する。また、防振ユニット３５の内部構成及び詳細な制御に関しては、公知であるため、本実施例においての詳細な説明は省略する。
７群レンズＬ７は７群鏡筒３６によって保持されており、前述したとおり３群鏡筒３４の接続足後端に固定されている。
【００１２】
以上の光学系の各レンズ鏡筒は、撮影者がズームリング７を回転させることで不図示の連動キーにより、カム環３０が一緒に回転し、各レンズ群が光軸方向に進退する。カム環３０は案内筒２９とバヨネット結合しており、案内筒に対して定位置回転する。案内筒２９は、本レンズ鏡筒における固定部であり、固定継筒５、外装環８、カメラに装着すためのマウント９と一体的に固定されている。１７はウラブタであり、レンズ鏡筒内の内面反射を防止している。１０はシーリングゴムであり、マウント９が本レンズ鏡筒がカメラに装着される際に、カメラと当接し、マウント付近の防水防滴性能を発揮できる様に構成されている。また、１６はカメラ側との通信を行う接点ブロックであり、レンズ鏡筒の制御を行うＣＰＵが実装されているメイン実装基板３７とＦＰＣ３８で接続されている。
【００１３】
４０はいわゆる超音波モータで構成されたフォーカスユニットであり、案内筒２９に固定されている。フォーカスユニット４０の固定部の先端付近には固定筒２３が固定され、固定筒２３とフォーカスユニット４０の間のスペースに振動検知手段である振動ジャイロ４３が２個周囲を囲まれるように保持されている。このような配置により騒音等の外乱の影響を排除している。なお、この振動ジャイロ４３は不図示のＦＰＣでメイン実装基板３７と接続され検知信号に基いて防振ユニット３５の制御を行っている。固定筒２３と固定継筒５の前側端面の間にはフォーカスリング３が配置され、フォーカスリング８の後端部は、フォーカスユニット４０内の連結部に嵌合している。フォーカスリング８を回転させることで、前述のフォーカスキーを回転させ２群レンズＬ２を光軸方向に進退させマニュアルフォーカスが行えるようになっている。フォーカスリング３は、内周部に全周溝３ａがあり、そこに周上３箇所設けられているコロ２５が嵌合摺動することで光軸方向に規制されている。３箇所のコロ２５はビス２６によって固定筒２３に固定されている。
【００１４】
４及び６は、操作ゴムで、それぞれフォーカスリング３、ズームリング７の溝に入り込み、操作感の向上を図っている。また、３９は距離目盛が印刷されているシートであり、フォーカスキーが固定されている回転環上に固定され、固定継筒５の上に配置された窓１１を通して撮影者が確認できる。
１４はスイッチパネルであり、固定継筒５上に固定され、本レンズ鏡筒の制御を切り替えるスイッチが配置されている。フォーカス切り替えスイッチ１２は、フォーカスリング３を使用したマニュアルフォーカスと超音波モータ駆動によるオートフォーカスを切り替えられるようになっている。また、ＩＳスイッチ１３は、前述の防振ユニット３５の制御のオン、オフを切り替えるスイッチである。
【００１５】
また、本レンズ鏡筒は、それぞれの操作部には防水防滴構造としてシーリング部材４１，４２や防水防滴油を必要な部位に塗布してありレンズ鏡筒全体として防水防滴性能を発揮できる様になっている。
また、図３と図４を比較して分るように本レンズ鏡筒を構成している光学系は全ての群がズーミング動作によって光軸方向に移動する。
【００１６】
次に駆動力発生手段について説明をする。
図５は、駆動力発生手段の一例としての超音波モータを使用したフォーカスユニットの拡大図である。図６は、超音波モータの振動体（ステータ）１０５上の駆動信号入力パターン図である。
この超音波モータのステータは、電気−機械エネルギー変換素子１０７、１０８を一端面に有するリング状振動体１０５を備える。振動体１０５は該端面にて吸振体１１４を介して保持リング１１３により保持される。超音波モータのロータは、振動体１０５の他端面に押圧接触するリング状に配置された接触体１０４及びフランジを有する円筒１１５を備える。接触体１０４は押圧リング１１２により保持される。また、円筒１１５は、押圧リング１１２と一端部にて結合し他端部に前記フランジを有する。
【００１７】
図６において、ステータを構成するリング状の弾性体振動体１０５の一端面には多数の電気−機械エネルギー変換素子例えば電歪素子が接着されている。また、振動体１０５の他端面にはロータを構成するリング状接触子１０４が押圧接触されている。電歪素子は振動体１０５の周方向に多数配列されており、そのうち電歪素子１０７からなる群と１０８からなる群とは振動体１０５に生ずる振動波の波長λの１／４だけ互いにずれて配置されている。各群内では電歪素子は１／２のピッチで配置されており、また相隣るものの極性が逆になるように配置されている。各電歪素子１０７、１０８の表裏には電極膜が設けられ、各電歪素子に交流電圧が印加できるようになっている。
【００１８】
１群の電歪素子１０７と他群の電歪素子１０８に互いに９０°の時間位相差を持つ同一周波数の交流電圧を印加する。すると、振動体１０５には夫々の群の電歪素子による定在波が生じるが、上記のように夫々の群は空間的にはλ／４だけずれており、且つ時間的には９０°位相差を以って励振されるので、これら定在波の合成の結果、振動体１０５にはその周方向に進行する曲げ振動波が発生する。この曲げ振動進行波においては、振動体１０５の上下方向厚さの中立面上の点は上下方向に振動するだけであるが、振動体１０５の上面および下面上の点は上下方向および周方向の振動を合成した一種の楕円振動をする。
従って、振動体１０５の上面に押圧接触している接触体１０４は、その接触部での摩擦力により振動体１０５の順方向に添って移動するように駆動される。また超音波モータにおいては、モータに駆動力を発生するために振動体と接触体とを軸方向に互いに押圧保持する手段が必要である。そのため９の押圧リング（バネ）１１２によって押圧力を発生させている。これが超音波モータの駆動原理である。
【００１９】
次に前記フォーカスユニット４０の詳細の説明をする。
図８は図４で示したレンズ鏡筒の断面図にフレキシブルプリント配線板を記載したものである。この図において、１０１は移動量検出手段（センサ）、１０２は移動検出手段の信号を制御手段もしくは信号分割手段へ伝達するためのフレキシブルプリント配線板（以後フレキ１０２）、３７は制御手段（ＣＰＵ）と信号分割手段（ＩＣ）を実装したプリント基板、１０５は駆動力発生手段（超音波モータ）の振動体（ステータ）、１０４は駆動力発生手段（超音波モータ）の接触体（ロータ）、１０６は制御手段から駆動力発生手段の振動体へ交流電圧を印加するためのフレキシブルプリント配線板（以後フレキ１０６）である。
【００２０】
前述した通りステータ１０５には、図９（ａ）に示されるような入力信号パターンで駆動力発生時に電歪素子１０７と１０８に９０°位相のずれた交流電圧を印加する。また、電歪素子１１０は振動体（ステータ）１０５の振動状態を電気信号に変換して、制御手段に伝達している。１０９はグランド（ＧＮＤ）パターンである。駆動中は前記の信号が振動体（ステータ）１０５に印加されている。
このため、駆動力発生手段が駆動している最中は電歪素子１０７、１０８に交流電圧が印加されるので、この近傍をフレキ１０２が通るとノイズの影響を受けてしまう。図９（ｂ）はセンサ信号にノイズがのった時（破線）と、正常時（実線）の違いを示している。そこでこの影響を低減させる為にフレキ１０２の配線は図８に示すように行う。
【００２１】
図７は、図５の振動体（ステータ）１０５、プリント基板３７、センサ１０１、フレキ１０２、フレキ１０６を抽出し、それぞれの位置関係を示したものである。光学センサ１０１から出力されるアナログ信号（もしくはパルス信号）は図７及び図８に示すフレキ１０２によりプリント基板３７上の制御手段もしくは信号分割手段に入力される。このフレキ１０２の配線をする上で、前述した振動体（ステータ）１０５のパターン上のＧＮＤ１０９（図６）近傍を通るように配線を行う。また、図６に示した振動体（ステータ）１０５の入力パターンは色々な物が考えられる。その際にもフレキ１０２はステータのＧＮＤ近傍を配線させる。
【００２２】
次に駆動力発生手段の制御方法について説明する。
図１０は、プリント基板３７上に形成された制御手段の回路例を示す。
同図において、マイコン５１は超音波（振動波）モータを駆動する場合、ＤＣＤＣコンバータユニット５２を動作させ電源５３の電圧を昇圧させる。通常はここで約５倍程度昇圧しているのが一般的である。次にマイコン５１は内部の周波数ジェネレータ回路を起動させてＡ相、Ｂ相にそれぞれ±９０°位相を変えた出力を発生させる。この出力によってドライブＩＣ５５のブリッジ接続された４つのトランジスタを制御している。例えばＤＣＤＣコンバータユニット５２の出力に接続されたトランジスタを第１及び第３トランジスタ、ＧＮＤに接続されたトランジスタを第２及び第４トランジスタとする。また、第１トランジスタと第２トランジスタの接続点にＡ相コイル６１が、第３トランジスタと第４トランジスタの接続点にＢ相コイル６２が接続されているものとする。マイコン５１から出力されたＡ相の論理電圧がハイレベルの場合インバータ５５の出力論理はＬｏレベルとなり、第１トランジスタはＯＦＦ、第２トランジスタはＯＮし、振動波モータのＡ相に加える電圧は低くなる。逆にマイコン５１から出力されたＡ相の論理電圧が０Ｖの場合インバータ５５の出力論理はＨｉレベルとなり、第１トランジスタはＯＮ、第２トランジスタはＯＦＦし、振動波モータのＡ相に加える電圧は高くなる。
これらの動作により、ＣＰＵ５１からの駆動信号を、ドライブＩＣ５５によってＤＣＤＣにより昇圧された電圧で振動体１０５の電歪素子１０７、１０８に入力する。図６及び図７のフレキ１０６はこの駆動信号のラインである。
電圧が入力されると超音波モータはその特性によって、ある特定の周波数で起動を開始する。
【００２３】
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
例えば上述の実施例においては、本発明をレンズのフォーカス駆動に用いた例を示したが、ズーム駆動または絞り駆動等に用いても良い。また、検出手段として光センサを用い、そのアナログ信号をそのまま出力信号線（通信ライン）に乗せているが、検出手段の出力を整形し、または信号分割してパルス化した信号を出力信号線に乗せるようにしてもよい。また、検出手段は磁気エンコーダなど他の手段でもよい。
また、上述においては、検出手段の出力を信号分割する例を示したが、信号分割しない場合でも本発明は適用可能である。この場合、分解能は上がらないが、同じ分解能の中でゼロクロス点等の検出精度、すなわち移動量等の検出精度は向上する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施例に係るレンズ鏡筒のＷＩＤＥの側面図である。
【図２】図１のレンズ鏡筒のＴＥＬＥの側面図である。
【図３】図１のレンズ鏡筒のＷＩＤＥの断面図である。
【図４】図１のレンズ鏡筒のＴＥＬＥの断面図である。
【図５】図１のレンズ鏡筒のフォーカスブロックの拡大図である。
【図６】図１における振動体（ステータ）上の駆動信号入力パターンの一例を示す図である。
【図７】図１における移動量検出手段（光学センサ）、プリント基板、振動体（ステータ）およびフレキシブルプリント配線板（通信ライン）の配置図である。
【図８】図１のレンズ鏡筒にフレキシブル配線板を取り付けた状態を示すＴＥＬＥの断面図である。
【図９】図１における振動体（ステータ）に印加する駆動電圧波形および光学センサの出力波形図である。
【図１０】図１におけるプリント基板上の制御手段の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００２５】
３７：プリント基板
１０１：光学センサ
１０２：フレキシブルプリント配線板（通信ライン）
１０４：振動体（ステータ）
１０５：接触体（ロータ）
１０６：フレキシブルプリント配線板（駆動信号ライン）
１０９：ＧＮＤ
【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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