(57)【要約】【課題】振動型アクチュエータによる駆動と手動操作とが可能な操作部材を手動操作する際に、簡単な構成で適切なクリック感を発生させて操作部材を正確に位置決めする。【解決手段】圧電素子１２と弾性体１３が接合された振動体と被駆動体１５とが加圧接触する振動型アクチュエータ１を有し、被駆動体１５に操作部材３が接合された撮像装置１００の制御装置２は、圧電素子１２を駆動して弾性体１３に振動を励起させ、被駆動体１５と操作部材３を回転駆動する。制御装置２は、操作部材３が手動操作されて被駆動体１５の現在位置４０が駆動区間４１内に移動したときに圧電素子１２を駆動して駆動区間４１内に設定された目標位置４２に近付くように被駆動体１５を回転させる駆動力を発生させ、現在位置４０が目標位置４２を含み駆動区間４１内に設定された停止検出区間４４にゼロ時間を含む所定の時間の間ある場合に圧電素子１２の駆動を停止する。【選択図】図６
2017010024.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気−機械エネルギ変換素子と、前記電気−機械エネルギ変換素子と接合された弾性体と、を有する振動体と、
前記弾性体と加圧接触する被駆動体と、
を有する振動型アクチュエータと、
前記振動体と前記被駆動体との相対位置を検出する位置検出手段と、
前記弾性体と前記被駆動体との接触面に垂直な方向の第１の振動のみまたは前記第１の振動及び前記接触面に平行な方向の第２の振動を前記弾性体に励起させる駆動信号を前記電気−機械エネルギ変換素子に印加する制御装置と、
を備える振動型駆動装置であって、
前記制御装置は、前記相対位置が第１の区間の区間外にある場合に、前記駆動信号により前記第１の振動のみを前記弾性体に励起させ、前記相対位置が前記第１の区間の区間内にある場合に、前記駆動信号により前記相対位置が前記第１の区間の区間内に設定された目標位置に近づくように前記第１の振動及び前記第２の振動を前記弾性体に励起させ、
前記第１の区間の区間内に、前記目標位置を含む第２の区間が含まれ、
前記制御装置は、前記相対位置が、ゼロ時間を含む所定の時間の間、前記第２の区間の区間内にある場合に、前記駆動信号の前記電気−機械エネルギ変換素子への印加を停止することを特徴とする振動型駆動装置。
【請求項２】
前記第１の区間の区間内に、前記目標位置を含む第３の区間が含まれ、
前記制御装置は、前記相対位置が前記第３の区間の区間内にある場合に、前記駆動信号により、前記第１の振動のみを前記弾性体に励起させることを特徴とする請求項１に記載の振動型駆動装置。
【請求項３】
前記第２の区間の区間内に、前記目標位置を含む第３の区間が含まれ、
前記制御装置は、前記相対位置が前記第３の区間の区間内にある場合に、前記駆動信号により、前記第１の振動のみを前記弾性体に励起させることを特徴とする請求項２に記載の振動型駆動装置。
【請求項４】
前記目標位置を設定する設定手段を更に備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の振動型駆動装置。
【請求項５】
複数の前記第１の区間のうち互いに隣接する２つの第１の区間の間に、前記駆動信号により前記第１の振動のみを前記弾性体に励起させる区間を設定する区間設定手段を更に備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の振動型駆動装置。
【請求項６】
前記制御装置は、前記第１の振動の振幅値または前記第２の振動の振幅値を変更することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の振動型駆動装置。
【請求項７】
前記相対位置が前記第１の区間の区間内にあるか否かを判定する第１の判定手段を更に備えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の振動型駆動装置。
【請求項８】
前記相対位置が前記第２の区間の区間内にあるか否かを判定する第２の判定手段を更に備え、
前記制御装置は、前記相対位置が前記第２の区間の区間内にあると前記第２の判定手段によって判定された場合に、前記駆動信号の前記電気−機械エネルギ変換素子への印加を停止することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の振動型駆動装置。
【請求項９】
前記弾性体に励起された前記第１の振動の振幅又は前記第２の振動の振幅を検出する振幅検出手段を更に備え、
前記制御装置は、前記振幅検出手段によって検出された振幅に基づき、前記駆動信号の振幅を制御することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の振動型駆動装置。
【請求項１０】
前記制御装置は、周波数、電圧および位相差の少なくとも１つが制御された前記駆動信号を印加することによって、前記振動体と前記被駆動体とを相対的に移動させる駆動力の大きさを変更することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の振動型駆動装置。
【請求項１１】
電気−機械エネルギ変換素子と、前記電気−機械エネルギ変換素子と接合された弾性体と、を有する振動体と、
前記弾性体と加圧接触する被駆動体と、
を有する振動型アクチュエータと、
前記振動型アクチュエータと直接的または間接的に接合され、前記振動型アクチュエータにより駆動される操作部材と、
前記振動体と前記被駆動体との相対位置を検出する位置検出手段と、
前記弾性体と前記被駆動体との接触面に垂直な方向の第１の振動のみまたは前記第１の振動及び前記接触面に平行な方向の第２の振動を前記弾性体に励起させる駆動信号を、電気−機械エネルギ変換素子に印加する制御装置と、を備える振動型駆動装置を備える撮像装置であって、
前記制御装置は、前記相対位置が第１の区間の区間外にある場合に、前記駆動信号により前記第１の振動のみを前記弾性体に励起させ、前記相対位置が前記第１の区間の区間内にある場合に、前記駆動信号により前記相対位置が前記第１の区間の区間内に設定された目標位置に近づくように前記第１の振動及び前記第２の振動を前記弾性体に励起させ、
前記第１の区間の区間内に、前記目標位置を含む第２の区間が含まれ、
前記制御装置は、前記相対位置が、ゼロ時間を含む所定の時間の間、前記第２の区間の区間内にある場合に、前記駆動信号の前記電気−機械エネルギ変換素子への印加を停止することを特徴とする撮像装置。
【請求項１２】
前記撮像装置は、前記振動型アクチュエータを構成する弾性体と被駆動体との間の摩擦保持力を低減させて前記操作部材の手動操作を可能にするための信号を発生させるスイッチを備え、
前記制御装置は、前記スイッチがオンされると、前記第１の振動のみを前記弾性体に励起させる駆動信号を、前記電気−機械エネルギ変換素子に印加することを特徴とする請求項１１記載の撮像装置。
【請求項１３】
前記撮像装置の前記操作部材は、円環状の形状を有し、前記撮像装置が備える撮影光学系の光軸を中心にして前記撮影光学系を囲むように配置され、
前記操作部材を前記光軸を中心に回転させる手動操作により、撮像モードまたは撮像パラメータが設定されることを特徴とする請求項１１又は１２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、振動型アクチュエータとその制御装置を備える振動型駆動装置と、振動型駆動装置を備える撮像装置に関し、特に、振動型アクチュエータを手動で操作する際にクリック感を発生させる制御技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラ等の撮像装置として、撮像条件の設定変更等を行うためにレンズ鏡筒の周囲に手動操作の可能なリング部材が設けられ、そのリング部材としてクリック感を発生させる機構を備えたものが知られている。よって、操作者（ユーザ）は、リング部材を手動操作したときに、設定値を何段階変化させたか等を指の触覚で認識することができる。
【０００３】
リング部材にクリック感を付与する機構として、例えば、クリック板とクリックボールとを接触させることによってクリック感を作り出す機構が知られている。しかし、この機構では、一般的にクリック間隔が一定となってしまうため、設定する動作モードやパラメータの種類によっては、リング部材を複数回にわたって回転させる必要が生じることがあり、操作性がよいとは言えない。
【０００４】
このような問題に対して、クリック感の有無や間隔を、設定したい動作モードやパラメータに応じて変えることができる操作リングが提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、電子機器（デジタルカメラ）において、ユーザインタフェースのクリック感をアクチュエータによって付与する構成の操作ユニットが提案されている（例えば、特許文献２参照）。更に、振動型アクチュエータ（超音波モータ）を備える振動型駆動装置（回転式入力装置）が提案されている（例えば特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１０１３０６号公報
【特許文献２】特開２０１２−１５５６７４号公報
【特許文献３】特開２０１０−２５７０５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１に記載された技術では、圧電素子を用いた負荷制御装置によって操作リングの負荷を変動させることでクリック感を発生させている。そのため、クリックが発生する位置へ操作リングが引き込まれるような感覚を操作者に感じさせることができない。また、操作者が操作リングから手を離した位置で操作リングが停止してしまうため、必ずしも操作リングが決められた位置に停止しないという問題がある。
【０００７】
上記特許文献２に記載された技術では、角度検出器とトルク検出器とを用いてＤＣモータを制御することによってクリック感を発生させているため、クリック感を適切に発生させることができる。しかし、トルク検出器を用いる必要があるため、部品点数の増加に伴い、撮像装置の重量が増加し、また、コストも増加してしまう。
【０００８】
上記特許文献３に記載された技術では、振動型アクチュエータが非駆動状態にあるときに振動型アクチュエータによって駆動される回転操作子を手動で操作する場合、大きな操作力を必要とするという問題がある。これは、操作力が圧接されたステータとロータの摩擦力によって発生する静摩擦トルクを上回ったときに回転操作子が回転を始めるためである。そして、このような手動操作では、回転操作子が急に動き始めることが多く、滑らかな操作感が得られない。更に回転操作子の回転操作中も動摩擦トルクを上回る操作力を要するため、操作が容易でない。一方でこれらの摩擦トルクを低減するためにステータとロータの摩擦力を小さく設定すると、目標位置付近に引き込むように呈示する力覚が小さく十分な反力を感じられないという課題がある。また、目標位置において正方向とは逆の方向の回転力を切替えると、目標位置近傍で振動的挙動が発生し、正確な目標位置に設定できないおそれがある。
【０００９】
本発明は、振動型アクチュエータによる駆動と手動操作とが可能な操作部材を操作者が手動操作する際に、簡単な構成で適切なクリック感を発生させることができ、また、操作部材を正確に位置決めすることができる技術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】
【００１０】
本発明に係る振動型駆動装置は、電気−機械エネルギ変換素子と、前記電気−機械エネルギ変換素子と接合された弾性体と、を有する振動体と、前記弾性体と加圧接触する被駆動体と、を有する振動型アクチュエータと、前記振動体と前記被駆動体との相対位置を検出する位置検出手段と、前記弾性体と前記被駆動体との接触面に垂直な方向の第１の振動のみまたは前記第１の振動及び前記接触面に平行な方向の第２の振動を前記弾性体に励起させる駆動信号を前記電気−機械エネルギ変換素子に印加する制御装置と、を備える振動型駆動装置であって、前記制御装置は、前記相対位置が第１の区間の区間外にある場合に、前記駆動信号により前記第１の振動のみを前記弾性体に励起させ、前記相対位置が前記第１の区間の区間内にある場合に、前記駆動信号により前記相対位置が前記第１の区間の区間内に設定された目標位置に近づくように前記第１の振動及び前記第２の振動を前記弾性体に励起させ、前記第１の区間の区間内に、前記目標位置を含む第２の区間が含まれ、前記制御装置は、前記相対位置が、ゼロ時間を含む所定の時間の間、前記第２の区間の区間内にある場合に、前記駆動信号の前記電気−機械エネルギ変換素子への印加を停止することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、振動型アクチュエータによる駆動と手動操作とが可能な操作部材を操作者が手動操作する際に、簡単な構成で適切なクリック感を発生させることができ、また、操作部材を正確に位置決めすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係る振動型駆動装置が適用される撮像装置の外観斜視図、撮像装置が備える操作部材及びその近傍の概略断面図、撮像装置が備える振動型アクチュエータの構成要素としての弾性体の斜視図である。
【図２】図１の撮像装置が備える第１実施形態に係る振動型駆動装置を構成する振動型アクチュエータの制御装置の概略ブロック図である。
【図３】図２の制御装置が備える振動比率決定部で設定される駆動区間及び目標位置と振動比率指令値との関係の第１の例と第２の例を示すグラフである。
【図４】図３に示す目標位置の近傍に振動比率指令値をゼロとする許容範囲を設ける場合の設定例を示す図である。
【図５】図２の制御装置が備える振動比率決定部で設定される駆動区間及び目標位置と振動比率指令値との関係の第３の例を示すグラフ、第４の例を示すグラフ及び第５の例を示すグラフである。
【図６】図２の制御装置が備える振動比率決定部で設定される駆動区間及び目標位置と振動比率指令値との関係の第６の例を示すグラフ及び第７の例を示すグラフである。
【図７】第１実施形態に係る振動型駆動装置の振動型アクチュエータの第１の変形例の構成要素としての振動体の概略斜視図と、振動体に励起される振動モードを説明する図である。
【図８】第１実施形態に係る振動型駆動装置の振動型アクチュエータの第２の変形例の概略図と、振動型アクチュエータの第２の変形例の構成要素としての振動体に励起される振動モードを説明する図である。
【図９】図１の撮像装置が備える第２実施形態に係る振動型駆動装置を構成する振動型アクチュエータの制御装置の概略ブロック図である。
【図１０】図９の制御装置で設定される駆動区間、目標位置及び停止検出区間と振動比率指令値との関係を示すグラフである。
【図１１】図９の制御装置による振動型アクチュエータの駆動制御処理のフローチャートである。
【図１２】図１０に示す駆動区間、目標位置及び停止検出区間と振動比率指令値との関係の変形例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。図１（ａ）は、本発明の実施形態に係る振動型駆動装置が適用される撮像装置１００の外観斜視図である。図１（ｂ）は、撮像装置１００が備える操作部材３及びその近傍の概略断面図である。図１（ｃ）は、撮像装置１００が備える振動型アクチュエータ１を構成する弾性体１３の斜視図である。
【００１４】
図１（ａ）に示すように、撮像装置１００は、カメラ本体１０２の前面にレンズ鏡筒１０１が配置され、レンズ鏡筒１０１を囲むように円環状の操作部材３が配置された構造を有する。操作部材３は、ズームやフォーカス、ＩＳＯ値、撮像モード等の種々の撮像パラメータを変更する機能が割り振られるユーザインタフェースであり、レンズ鏡筒１０１の光軸（撮影光学系の光軸）を中心に回転可能に配置されている。撮像装置１００では、レンズ鏡筒１０１を通過した光が、カメラ本体１０２に配置された不図示の撮像素子（ＣＭＯＳイメージセンサ等）やフィルムに結像する。これにより、被写体像が撮像される。
【００１５】
図１（ｂ）に示すように、操作部材３は、リング状の振動型アクチュエータ１を内蔵し、振動型アクチュエータ１は、加圧部材１１、圧電素子１２、弾性体１３及び被駆動体１５を有する。圧電素子１２と弾性体１３は、振動体を構成する。
【００１６】
電気−機械エネルギ変換素子の一例である圧電素子１２の一方の面は、弾性体１３と接合されている。圧電素子１２における弾性体１３との接合面には、ＧＮＤ電位に接続される共通電極（全面電極）が形成されており、他方の面には駆動信号が印加される駆動電極が形成されている。時間的な位相差を有する２相の駆動信号を圧電素子１２の駆動電極に印加することにより、弾性体１３に周方向に進行する撓み振動（進行波）が励起される。なお、このような進行波を弾性体１３に励起させることができる圧電素子１２の構成には種々あり、周知の構成を用いることができるため、詳細な説明は省略する。なお、不図示であるが、圧電素子１２の駆動電極側と加圧部材１１との間には、圧電素子１２に駆動信号を印加するためのフレキシブル基板等の配線手段が設けられている。加圧部材１１には、例えば、リング状の板バネ等を用いることができる。
【００１７】
弾性体１３は、例えば、ステンレス等の金属からなり、図１（ｃ）に示されるように、被駆動体１５との接触面側には、周方向に所定の間隔で突起部１４が設けられている（換言すれば、所定の間隔で溝部が設けられることにより突起部１４が形成されている）。突起部１４の数は、弾性体１３に励起される撓み振動の次数よりも多く、突起部１４の先端では圧電素子１２により励起された撓み振動の変位が増幅される。
【００１８】
弾性体１３には進行性の撓み振動が励起されるが、突起部１４の１つにのみ注目すると、被駆動体１５との接触面に垂直な方向の突き上げ振動（第１の振動）と、接触面に平行な方向の送り振動（第２の振動）が合成されたことによる楕円振動を行っている。ここで、弾性体１３の突起部１４と被駆動体１５とは加圧部材１１による押圧力によって加圧接触している。そのため、弾性体１３と被駆動体１５との接触面には、突起部１４に励起された楕円運動によって周方向の摩擦駆動力（推力）が生じ、この摩擦駆動力によって弾性体１３と被駆動体１５とを相対的に移動（回転）させることができる。なお、本実施形態では、加圧部材１１がカメラ本体１０２に固定されており、且つ、加圧部材１１が圧電素子１２と接合されることにより、固定された振動体（圧電素子１２と弾性体１３）に対して被駆動体１５が回転駆動される構成となっているものとする。
【００１９】
被駆動体１５の駆動方向（回転方向）及び摩擦駆動力は、圧電素子１２に印加される２相の駆動信号の位相差Δにより変化する。例えば、位相差Δが「０度＜Δ＜１８０度」の場合の駆動方向を順方向とすると、「０度＞Δ＞−１８０度」の場合には、突起部１４に生じる楕円運動が逆回転となり、駆動方向が反転する。０度及び±１８０度以外の所定の位相差Δを有する駆動信号により弾性体１３に振動を励起している状態では、弾性体１３に励起する振動の振幅を大きくするにしたがって、送り振動の成分も大きくなるため、被駆動体１５に対する摩擦駆動力も大きくなる。そして、駆動信号の位相差Δが概ね±９０度のときに、摩擦駆動力は最も大きくなる。
【００２０】
一方、「位相差Δ＝０度」又は「位相差Δ＝±１８０度」の場合には、突起部１４に送り振動は発生せず、弾性体１３に生じる撓み振動は突き上げ振動の定在波として発生するため、被駆動体１５を周方向に回転駆動させる推力は発生しない。このような定在波が発生しているとき、複数の突起部１４には被駆動体１５との接触を繰り返すものと接触しないものとが存在し、また、定在波は、駆動信号の位相差Δ＝０度のときと位相差Δ＝±１８０度のときとでは、発生する位置的位相が異なる。
【００２１】
以下の説明では、−９０度≦Δ≦０度、０度≦Δ≦＋９０度の位相差Δを有する駆動信号により振動型アクチュエータ１を駆動する例を取り上げることとする。但し、駆動信号の位相差Δはこれに限定されず、被駆動体１５を回転駆動させることができる位相差であればよい。
【００２２】
被駆動体１５は、操作部材３に接合されている。よって、被駆動体１５を回転駆動させることにより、操作部材３を回転駆動させることができる。ここで、弾性体１３と被駆動体１５とは、加圧部材１１による押圧力によって加圧接触しているため、弾性体１３に振動を励起しない状態では静止摩擦力による高い保持トルクが発生している。そのため、被駆動体１５と接合された操作部材３を手動操作して（外部から力を加えて）回転させることは容易ではない。
【００２３】
しかし、弾性体１３から被駆動体１５に作用する突き上げ振動の成分が増加した状態では、弾性体１３と被駆動体１５との接触面積が小さくなると共に、接触時間も短くなるため、弾性体１３と被駆動体１５との間の摩擦保持力が、静止摩擦力よりも小さくなる。したがって、突き上げ振動の振幅値を調整することによって、ある程度の範囲で任意に弾性体１３と被駆動体１５との間の摩擦保持力を調整することができるようになることで、手動操作により操作部材３を回転させることが可能となる。
【００２４】
＜第１実施形態＞
次に、第１実施形態に係る振動型駆動装置について、振動型アクチュエータ１の駆動を制御する制御装置について説明する。図２は、振動型アクチュエータ１の駆動を制御する制御装置２の概略ブロック図である。振動型アクチュエータ１と、振動型アクチュエータ１の駆動を制御する制御装置２とは、第１実施形態に係る振動型駆動装置を構成する。制御装置２は、例えば、カメラ本体１０２の所定位置に実装される。よって、撮像装置１００は、振動型駆動装置を備える。
【００２５】
制御装置２は、図２においては簡略化して示してあるが、ＭＰＵ５０、振動振幅制御部２１、振動比率決定部２４及び駆動信号生成部２０を有する。ＭＰＵ５０は、制御装置２の統括的な制御を行う。振動振幅制御部２１は、振動振幅設定部２２及び制御演算器２３を有する。また、振動比率決定部２４は、位置範囲設定部２５及び範囲内判定部２６を有する。制御装置２が備える各部は以下のような構成で実現することができる。例えば、振動振幅制御部２１や振動比率決定部２４による演算処理は、専用のＭＰＵによって実現されてもよいし、制御装置２のＭＰＵ５０又は撮像装置１００が有するＣＰＵが所定のプログラムを実行することによって実現されてもよい。その他、ＦＰＧＡやロジック回路で構成することもできる。駆動信号生成部２０は、周期信号を生成する回路と周期信号を昇圧する回路からなる。周期信号を生成する回路は、ＭＰＵによって実現されてもよいし、ＣＰＵやＦＰＧＡ、他に発振回路やＶＣＯ（電圧制御発信器）或いはパルス生成回路等で実現してもよい。周期信号を昇圧する回路としては、デジタル的なパルス信号状の周期信号を用いる構成では、スイッチング回路とトランスを用いた回路で周期信号を昇圧し、駆動信号３０として出力する構成により実現することができる。その他、ＶＣＯ等を使用してアナログの正弦波状の周期信号を用いる場合には、駆動信号生成部２０は、アンプとトランスを用いた回路で周期信号を昇圧し、駆動信号３０として出力する構成によっても実現が可能である。
【００２６】
振動型アクチュエータ１には振動振幅検出部４が設けられており、振動振幅検出部４による検出結果は、振動振幅制御部２１へ送られる。振動振幅検出部４は、例えば、圧電素子１２とは別に弾性体１３の裏面に接合された圧電素子であり、振動振幅に応じた応力を受けることによって生じる電圧を、弾性体１３に励起された振動振幅の大きさを示す信号として検出する。なお、圧電素子１２が有する複数の駆動電極のうちの１つを振動振幅検出部４の振動振幅検出用の電極として用いることもできる。振動振幅検出用の電極に生じる電圧は交流電圧であるため、全波整流及び平滑化等の処理を行ったものをＡＤ変換器により数値化することで、制御装置２のＭＰＵ５０により演算処理に用いる構成を実現することができる。その他、ＲＭＳ−ＤＣ変換回路を用いて交流電圧の実効値を求める構成によっても実現することができる。
【００２７】
操作部材３、レンズ鏡筒１０１及びカメラ本体１０２によって形成された空間（図１（ｂ）参照）には、操作部材３の回転位相を検出する位置検出部５（図１（ｂ）に不図示、図２参照）が設けられている。位置検出部５は、例えば、ロータリエンコーダであり、図２に示すように回転位相検出信号を制御装置２のＭＰＵ５０へ送信する。制御装置２のＭＰＵ５０は、位置検出部５から送られてきた回転位相検出信号を処理して現在位置４０を求め、振動比率決定部２４へ供給する。なお、振動振幅検出部４と位置検出部５は、図２では制御装置２に含まれないように示されているが、機能面を考慮すれば、制御装置２の構成要素に含めることができる。一方、振動振幅検出部４と位置検出部５は、配設位置を考慮すれば、制御装置２の構成要素ではなく、振動型アクチュエータ１の構成要素に含めることもできる。
【００２８】
振動振幅制御部２１では、振動振幅検出部４からの出力と振動振幅設定部２２によって設定される目標振動振幅３１との差が制御演算器２３へ入力される。制御演算器２３は、例えば、ＰＩＤ制御を行う演算器であり、入力に基づき駆動信号３０の振幅指令値３２を生成し、駆動信号生成部２０へ出力する。
【００２９】
範囲内判定部２６は、第１の判定手段として、位置検出部５からの回転位相検出信号によって求められた現在位置４０が位置範囲設定部２５により設定される駆動区間４１（第１の区間、図３（ａ），（ｂ）参照）の区間内にある否かを判定する。なお、現在位置４０は、振動体と被駆動体１５（操作部材３）との相対位置（振動体に対する被駆動体１５の相対位置）を示す情報である。そして、振動比率決定部２４は、範囲内判定部２６による判定結果に基づいて送り振動成分の比率を決定し、振動比率指令値３３として駆動信号生成部２０に出力する。具体的には、振動比率決定部２４は、現在位置４０が駆動区間４１の区間外にある場合には、出力する振動比率指令値３３をゼロ（０）とする。一方、振動比率決定部２４は、現在位置４０が駆動区間４１の区間内にある場合には、位置範囲設定部２５が設定する目標位置４２と現在位置４０の差に比例した振動比率指令値３３を出力する。なお、駆動区間４１及び目標位置４２と振動比率指令値３３との関係については、図３（ａ），（ｂ）を参照して後述する。
【００３０】
駆動信号生成部２０は、振幅指令値３２及び振動比率指令値３３の値に基づいて２相の駆動信号３０の時間的位相差を変化させて２相の駆動信号３０を生成し、振動型アクチュエータ１の圧電素子１２に出力する。これにより、振動型アクチュエータ１の弾性体１３に上述の振動が励起される。例えば、駆動信号生成部２０は、振動比率指令値３３がゼロのときは位相差をゼロとして、送り振動を発生させず、突き上げ振動のみを弾性体１３に励起させる。また、駆動信号生成部２０は、２相の駆動信号の位相差Δを、振動比率指令値３３が正の値のときには０度〜９０度の範囲で設定し、振動比率指令値３３が負の値のときには−９０度〜０度の範囲で設定する。このとき、位相差Δの大きさ（絶対値）は、振動比率指令値３３の大きさに比例する。また、駆動信号生成部２０は、振幅指令値３２に応じて、駆動信号３０の駆動電圧又は駆動周波数の一方又は両方を変化させる。その際、基本的に、駆動電圧が大きくなるにしたがって振動振幅は大きくなり、駆動周波数が高くなるにしたがって振動振幅は小さくなるという性質に基づく制御が行われる。
【００３１】
なお、駆動信号３０の出力開始は、例えば、撮像装置１００に設けられたスイッチ６０（図２参照）がオンされることによって行われる構成とすることができる。例えば、スイッチ６０がオンされたことを撮像装置１００の全体制御を司るＭＰＵ２００（図２参照）が検出すると、ＭＰＵ２００から制御装置２のＭＰＵ５０へ制御信号が送られ、制御装置２が駆動信号３０を出力する構成とすることができる。これにより、操作者が操作部材３の手動操作を行う直前に駆動信号３０の出力が開始されるため、省電力化が可能となり、また、弾性体１３と被駆動体１５との接触面の摩耗を抑制することができる。
【００３２】
このような効果は、駆動信号３０の出力中に位置検出部５からの回転位相検出信号に基づいて駆動信号３０の出力を停止する構成とした場合にも得ることができる。また、このような効果は、一定時間の間、操作が行われていないと判断される場合やスイッチ６０がオフされた場合に、駆動信号３０の出力を停止する構成とすることによっても得ることができる。なお、駆動信号３０の出力開始は、スイッチ６０等の操作に依ることなく、操作部材３が把持されたことを検出する圧力センサによる検知結果や、操作部材３に回転方向の外力が加えられたことを検出するセンサからの出力に基づいて行われてもよい。
【００３３】
図３（ａ）は、振動比率決定部２４で設定される駆動区間４１及び目標位置４２と振動比率指令値３３との関係の第１の例を示すグラフである。図３（ａ）のグラフにおいて、横軸は操作部材３の回転位置を、縦軸は振動比率指令値３３をそれぞれ示している。縦軸の「Ｍａｘ」は、順方向の摩擦駆動力を発生させる振動比率指令値３３の最大値を示し、「−Ｍａｘ」は逆方向の摩擦駆動力を発生させる振動比率指令値３３の最大値を示す。振動比率指令値３３が正の値のときには順方向の摩擦駆動力が、振動比率指令値３３が負の値のときには逆方向の摩擦駆動力がそれぞれ発生する。なお、ここでは、「Ｍａｘ」及び「−Ｍａｘ」は、振動比率指令値３３の最大値としたが、発生させるクリック感を小さくしたい場合には、この「Ｍａｘ」及び「−Ｍａｘ」を最大値よりも小さい値としてもよい。
【００３４】
位置範囲設定部２５は、複数の駆動区間４１及び目標位置４２を保持している。位置範囲設定部２５は、第１の例では、隣接する駆動区間４１の間に、振動比率指令値３３をゼロにする区間を設けるように区間設定を行っている。駆動区間４１と目標位置４２とは１対の組となっており、下限と上限とによって定められる１つの駆動区間４１内に１つの目標位置４２が設定されている。具体例として、図３（ａ）には、駆動区間４１ａ内に設定された目標位置４２ａ、駆動区間４１ｂ内に設定された目標位置４２ｂ、駆動区間４１ｃ内に設定された目標位置４２ｃが示されているが、更に不図示の駆動区間のそれぞれに目標位置が設定されている。これにより、例えば、現在位置４０が駆動区間４１ｂ内にある場合には、現在位置４０と目標位置４２ｂとの差に比例した振動比率指令値３３が振動比率決定部２４から出力される。
【００３５】
次に、操作者が操作部材３を手動で順方向に回転させた場合の制御装置２による制御と、操作者の指（手）に伝わる操作感について説明する。
【００３６】
駆動区間４１外に現在位置４０があった場合、振動比率指令値３３はゼロとなる。この状態では、送り振動成分がゼロとなり、被駆動体１５を回転駆動させる摩擦駆動力は発生しないため、操作部材３も回転駆動されない。一方で、突き上げ振動は発生しているため、弾性体１３と被駆動体１５との間に作用する摩擦保持力が小さくなっているため、操作者が手動で操作部材３を回転させた場合、容易に回転操作を行うことができる。
【００３７】
続いて、操作部材３が順方向（第１の方向）に回転され、現在位置４０がある駆動区間４１内に入って目標位置４２に向かっているが、目標位置４２に到達していない場合には、振動比率決定部２４は、駆動信号生成部２０に正の振動比率指令値３３を設定する。これにより、操作部材３には順方向（手動操作による操作部材３の移動方向と同じ方向）に操作部材３を駆動する摩擦駆動力が発生することで、手動操作を行っている操作者の手に目標位置４２向かって引きこまれる操作感覚が伝わる。
【００３８】
操作者が更に操作部材３を順方向に手動操作したことにより、現在位置４０が駆動区間４１の範囲内にあって目標位置４２を超えてしまい、目標位置４２から遠ざかる場合には、振動比率決定部２４は負の振動比率指令値３３を設定する。これにより、操作部材３には、手動操作による回転方向である順方向（第１の方向）とは反対の逆方向（第２の方向）に操作部材３を駆動する摩擦駆動力が発生し、手動操作を行っている操作者の手は、反発力を感じることができる。この反発力は、現在位置４０が目標位置４２から遠ざかるほど強く感じられる。
【００３９】
このように、駆動区間４１内における現在位置４０と目標位置４２との関係に基づき、操作部材３を一体的に回転させる被駆動体１５に対する摩擦駆動力の発生方向を切り替え、現在位置４０を目標位置４２へ一致させる。これにより、操作部材３にかかるトルクの変動が操作者の手にクリック感として感じられることとなる。また、駆動区間４１内で操作者が操作部材３から手を離したときには、制御装置２による振動型アクチュエータ１の駆動制御によって、操作部材３は目標位置４２に自動的に位置決めされる。そのため、操作部材３が中途半端な位置で停止するという問題は生じない。更に、図３（ａ）に示したように、所定間隔毎にクリック感を付与するための駆動区間４１を設けることにより、操作者が操作部材３を操作する際に、操作量に応じた連続的なクリック感を操作者に伝えることができる。
【００４０】
なお、駆動区間４１と目標位置４２は位置範囲設定部２５を介して、目標振動振幅３１は振動振幅設定部２２を介してそれぞれ、位置範囲設定部２５及び振動振幅設定部２２の上位のコントローラによって設定と変更が可能となっている。上位のコントローラとしては、例えば、撮像装置１００の全体制御を司るＭＰＵ２００がある。これにより、操作部材３により設定する撮像パラメータや撮像モード等に応じて、クリック感の刻みやクリック感の強さ、振動比率指令値３３がゼロの状態における摩擦保持力の低減量の大きさを調整することができ、高い利便性と良好な操作感を得ることができる。
【００４１】
また、図３（ａ）では、隣接する駆動区間４１の間に振動比率指令値３３がゼロとなる区間を設けているが必ずしも、この区間を設ける必要はない。図３（ｂ）は、振動比率決定部２４で設定される駆動区間４１及び目標位置４２と振動比率指令値３３との関係の第２の例を示すグラフである。図３（ｂ）に示すように、複数の駆動区間４１を互いに接するように設けても構わない。
【００４２】
上記説明では、目標位置４２と現在位置４０の距離に比例して振動比率指令値３３を変化させたが、振動比率指令値３３をゼロとする許容範囲を目標位置４２の近傍に設けることも望ましい。これは、次の理由による。即ち、振動型アクチュエータ１において被駆動体１５に対する振動体（弾性体１３）による摩擦駆動力が大きい場合や慣性負荷が大きい場合等には、操作部材３が目標位置４２で停止せずに、目標位置４２の前後を繰り返し行き来する可能性がある。この場合、操作部材３に振動的な往復動作が発生し、操作者の指には、クリック感ではなく、振動が感じられることがある。
【００４３】
図４（ａ），（ｂ）はそれぞれ、目標位置４２の近傍に振動比率指令値３３をゼロとする許容範囲４３（第３の区間）を設ける場合の設定例を示す図である。図４（ａ）の設定例とすることで、現在位置４０が許容範囲４３内にある場合には、被駆動体１５に対する振動体（弾性体１３）による摩擦駆動力は発生せず、よって、操作部材３に振動的な動作が発生することはない。また、図４（ｂ）に示すように、許容範囲４３の外縁（許容範囲４３を外れた位置）から比例的に振動比率指令値３３を変化させる形態としても、同様に振動的な動作が発生することはない。これにより、操作部材３に振動的な往復動作が発生することを防止することができる。なお、許容範囲４３は、例えば、位置範囲設定部２５により設定される。
【００４４】
上記説明では、図３（ａ），（ｂ）及び図４（ａ），（ｂ）に示したように、目標位置４２を駆動区間４１の中央に設定し、振動比率指令値３３を目標位置４２からの距離に比例して対称的に設定したが、目標位置４２の設定方法は必ずしもこれに限るものではない。図５（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ、振動比率決定部２４で設定される駆動区間４１及び目標位置４２と振動比率指令値３３との関係の第３の例、第４の例及び第５の例を示すグラフである。
【００４５】
図５（ａ）に示す第３の例のように、駆動区間４１（駆動区間４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，・・・）の範囲内で、駆動区間４１の中央からずらした位置に目標位置４２（目標位置４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，・・・）を設定してもよい。また、図５（ｂ）に示す第４の例のように、目標位置４２の前後で振動比率指令値３３の勾配を変えた構成としてもよい。これにより、操作部材３に対する順方向への手動による回転操作は容易に行うことができるが、逆方向へ手動により回転させようとしたときには強い反力を感じるラチェットに似た操作感を実現することができる。
【００４６】
図５（ｃ）に示す第５の例のように、駆動区間４１ａ，４１ｂを広い操作範囲４５の両端の外側に設定し、駆動区間４１ａ，４１ｂと操作範囲４５の境界にそれぞれ目標位置４２ａ，４２ｂを設定してもよい。この場合、現在位置４０が目標位置４２ａ又は目標位置４２ｂから、それに対応する駆動区間４１ａ，４１ｂ内に入ると、駆動区間４１ａ，４１ｂ外に押し返されるような力のみを発生させることができる。よって、操作者は、仮想の障害物に操作部材３を突き当てたような反発感を感じることができる。よって、第５の例は、例えば、操作部材３を回転させることで撮像パラメータを変更する際の撮像パラメータの上限値と下限値に対して適用することが好ましい。即ち、手動による操作部材３の回転による設定値が、撮像パラメータの上限値又は下限値に達したときに反発力のみを生じさせることで、操作者は、設定可能な操作端に来たことを知ることができる。
【００４７】
なお、振動型アクチュエータ１が出力可能な摩擦駆動力には限度がある。そのため、操作者により反発力に打ち勝つような過剰な力で操作部材３の回転操作が行われた場合等には、駆動信号を停止させることで振動型アクチュエータ１がロックされる構成としてもよい。過剰な力で操作部材３の回転操作が行われたか否かは、駆動区間４１と現在位置４０との関係から容易に判断することができる。
【００４８】
図３（ａ），（ｂ）及び図５（ａ）〜（ｃ）に示した第１の例乃至第５の例では、目標位置４２と現在位置４０との差に比例した振動比率指令値３３を出力しているが、振動比率指令値３３の設定方法は、これらに限定されるものではない。図６（ａ），（ｂ）はそれぞれ、振動比率決定部２４で設定される駆動区間４１及び目標位置４２と振動比率指令値３３との関係の第６の例及び第７の例を示すグラフである。図６（ａ）の第６の例では、駆動区間４１の範囲内か又は範囲外か、目標位置４２に対する現在位置４０の差が正か又は負かで、振動比率指令値３３をゼロ、正値、負値の３値から出力している。更には、被駆動体１５の位置に対して摩擦駆動力が略一定になるようにする等の何らかの指標に基づいて振動比率指令値３３のテーブルを作成し、目標位置４２と現在位置４０との差とテーブルとに基づいて振動比率指令値３３を決定するようにしてもよい。また、図６（ｂ）に示す第７の例のように、図３（ａ）に示した第１の例に対し駆動区間４１内において部分的に不連続に振動比率指令値３３を変化させる形態としてもよい。例えば、振動比率指令値３３がゼロ近傍での摩擦駆動力が小さくなり過ぎてしまう場合等には、第７の例を用いることによって改善が望める。
【００４９】
上記説明では、駆動信号生成部２０は、振動比率決定部２４から入力された振動比率指令値３３に基づき２相の駆動信号の時間的な位相差Δを変化させるとしたが、２相の駆動信号の生成方法は、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、２相の駆動信号３０の時間的な位相差Δを９０度に固定し、２相の駆動信号３０のうち一方の駆動信号の振幅値を制御する方法を用いてもよい。この場合、一方の駆動信号の振幅をゼロとしたときには、弾性体１３には突き上げ振動の成分のみが発生する。また、一方の駆動信号の振幅を正値としたときは順方向の送り振動を発生させ、振幅の向きを反転させた場合には逆方向の送り振動を発生させることができる。
【００５０】
突き上げ振動成分を発生させる方法も、２相の駆動信号３０の位相差Δを０度とする方法に限定されるものではなく、前述のように位相差Δを±１８０度としてもよい。また、位相差Δが０度と±１８０度の場合とで、突き上げ振動が発生する弾性体１３の円周上の部位を選択的に変更することができる。よって、位相差Δを定期的に変更することによって、弾性体１３と被駆動体１５の円周上の一部のみで摩耗が進むことを回避することができる。更に、２相の駆動信号３０の振幅を下げるか又は駆動周波数を高くすることによって、弾性体１３の振動振幅を小さくすることができるので、これを併用することにより、被駆動体１５に対する摩擦駆動力を調整することができる。
【００５１】
上記実施形態では、振動振幅検出部４として圧電素子１２とは別に圧電素子を用い、或いは、圧電素子１２に振動検出用の電極を設けるとしたが、その他の方法を用いて弾性体１３に励起される振動の大きさを検知するようにしてもよい。例えば、圧電素子１２に流入する電流の機械振動成分を検出する手法、公知のひずみゲージを用いる手法や光学的手法を用いて振動振幅を検出してもよい。
【００５２】
また、振動振幅検出部４による検出結果を用いて弾性体１３に励起する振動振幅を制御する構成で説明したが、振動振幅検出部４を用いなくとも弾性体１３に励起する振動振幅を制御することができる。例えば、予め駆動周波数と駆動電圧に対する振動振幅との関係を定めたテーブル等を準備し、そのテーブルと目標振動振幅３１とに基づいて２相の駆動信号３０を生成する構成としてもよい。
【００５３】
これに対して、振動振幅検出部４を用いて弾性体１３に励起される振動振幅を制御することにより、弾性体１３と被駆動体１５との間の摩擦保持力の変化の度合いを安定化させることができる。例えば、円環形状を有する振動型アクチュエータ１の場合、部品の加工精度や組立精度等が原因となって、弾性体１３と被駆動体１５との接触状態が、周方向での相対的な位置の変化に応じて変化する場合がある。また、振動型アクチュエータ１の駆動特性は環境温度によって変化するため、撮像装置１００を温度変化の大きい場所等で使用したときに、弾性体１３と被駆動体１５との接触状態が変化する。こうして弾性体１３と被駆動体１５との接触状態が変化すると、弾性体１３の振動特性が変化して振動振幅が変化し、摩擦保持力の大きさが操作部材３の位置によって変化することで、操作者が手に感じる負荷が変動することがある。そこで、弾性体１３に励起される振動振幅を制御することによって、この負荷変動を抑える。これにより、例えば、操作者が操作部材３を回転させた際に、現在位置４０が目標位置４２に到達していないにもかかわらず目標位置４２に到達したと感じる誤認の発生を抑制することができる。
【００５４】
上記説明では、目標振動振幅３１を変化させる制御を行わなかったが、範囲内判定部２６からの出力信号を振動振幅設定部２２に入力し、現在位置４０が駆動区間４１内に入った場合にのみ、目標振動振幅３１を変化させる構成としてもよい。例えば、駆動区間４１外では操作者が手動操作に対して一定の負荷を感じるようにしたい場合等には、目標振動振幅３１を低くして、摩擦保持力の低下を抑制することが望ましい。この場合、弾性体１３に励起される振動の振幅が小さいため、２相の駆動信号３０の位相差Δを９０度に設定しても、小さな駆動力しか発生しない。つまり、現在位置４０が駆動区間４１内に入ったとしても、振動振幅が一定であれば被駆動体１５に対する十分な摩擦駆動力は発生せず、したがって、弱いクリック感しか生じない。そこで、現在位置４０が駆動区間４１内に入ったときに目標振動振幅３１を大きくすることで、一時的に被駆動体１５に対する摩擦駆動力を大きくする。これにより、はっきりとしたクリック感を操作者に提供することができる。また、現在位置４０が駆動区間４１から出たときには、目標振動振幅３１を元の値に戻すことで、負荷のある操作感へ戻すことができる。
【００５５】
上記説明では、撮像装置１００は、振動型アクチュエータ１の圧電素子１２及び弾性体１３が加圧部材１１を介してカメラ本体１０２に固定され、被駆動体１５に接合された操作部材３が回転可能に配置された構成を有するものとした。この場合において、被駆動体１５と操作部材３とは、同一素材から一体的に１つの部品として構成されていてもよい。また、圧電素子１２と弾性体１３とを同一素材、つまり、圧電セラミックスで構成してもよい。更に、被駆動体１５を操作部材３と接合する構成に限定されず、回転自在な圧電素子１２及び弾性体１３が操作部材３に接合され、被駆動体１５がカメラ本体１０２に固定された構成であってもよい。この場合に、被駆動体１５とカメラ本体１０２とが同一素材から一体的に１つの部品として構成されていてもよい。振動型アクチュエータ１と操作部材３とは、本実施形態のように直接的に接合される形態に限られず、別の部材や伝達機構を介して間接的に接続されていてもよい。
【００５６】
撮像装置１００に用いられる振動型アクチュエータは、円環形状の弾性体１３を有するものに限定されるものではない。ここでは、撮像装置１００が有する操作部材３に適用可能な振動型駆動装置を構成する振動型アクチュエータの２つの変形例について、図７（ａ）〜（ｃ）及び図８（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。なお、図７（ａ）〜（ｃ）に示す振動体は、例えば、特開２００４−３２０８４６号公報に開示があり、図８（ａ）〜（ｃ）に示す振動体は、特開平８−２３７９７１号公報に開示がある。
【００５７】
図７（ａ）は、撮像装置１００が有する操作部材３に適用可能な振動型駆動装置を構成する振動型アクチュエータの第１の変形例の構成要素としての振動体１１０の概略図である。なお、説明のために振動体１１０に対して、図７（ａ）に示す通りに三次元の直交座標系を設定する。
【００５８】
振動体１１０は、板状の弾性体１１１と、弾性体１１１の一方のＸＹ面に設けられた２つの突起部１１２と、弾性体１１１の他方のＸＹ面に接合された圧電素子１１３とを有する。振動体１１０と被駆動体１５（図７（ａ）に不図示）とは、２つの突起部１１２の上面と被駆動体１５とが接触した状態で、不図示の押圧手段によってＺ方向において加圧保持されている。
【００５９】
圧電素子１１３は、不図示であるが、例えば、圧電セラミックスの一方のＸＹ面にＸ方向に２等分された駆動電極が形成され、他方のＸＹ面に全面電極が形成された構造を有する。各駆動電極に交番電圧を印加することにより、図７（ｂ），（ｃ）に示す２つの屈曲振動モードの振動を励起することができる。
【００６０】
図７（ｂ），（ｃ）は、弾性体１１１に生じさせる駆動振動である２つの曲げ振動モードを説明する図である。図７（ｂ）に示す一方の屈曲振動モード（以下「Ａモード」という）は、弾性体１１１の長辺方向であるＸ方向における二次の屈曲振動であり、短辺方向であるＹ方向と平行な３本の節を有する。２つの突起部１１２は、Ａモードの振動で節となる位置の近傍に配置されており、Ａモードの振動によりＸ方向で往復運動を行う。Ａモードの振動は、振動型アクチュエータ１において圧電素子１２に生じさせる上述した送り振動に相当する。
【００６１】
図７（ｃ）に示す他方の屈曲振動モード（以下「Ｂモード」という）は、弾性体１１１の短辺方向であるＹ方向における一次の屈曲振動であり、長辺方向であるＸ方向と平行な２本の節を有する。Ａモードにおける節を結ぶ線とＢモードにおける節を結ぶ線とは、ＸＹ面内において略直交する。２つの突起部１１２は、Ｂモードの振動で腹となる位置の近傍に配置されており、Ｂモードの振動によりＺ方向に往復運動を行う。Ｂモードの振動は、振動型アクチュエータ１において圧電素子１２に生じさせる上述した突き上げ振動に相当する。
【００６２】
振動体１１０では、ＡモードとＢモードの各振動を所定の位相差で発生させることにより、突起部１１２の先端に楕円運動（或いは円運動）を発生させる。つまり、突き上げ振動と送り振動を、２つの異なる振動モードによって励起して合成することによって、楕円運動又は円運動を発生させる。
【００６３】
例えば、３つの振動体１１０のそれぞれの突起部１１２が同一円周上に位置して被駆動体１５と接触するように、３つの振動体１１０を被駆動体１５の円周方向に等間隔に配置し、これら３つの振動体１１０を加圧手段を介してカメラ本体１０２に固定する。振動体１１０では、駆動信号の位相差を０度としたときには、２つの突起部１１２には送り振動（Ａモード）は発生せず、突き上げ振動（Ｂモード）のみが発生し、この状態で振動体１１０と被駆動体１５との間の摩擦保持力を低減させることができる。また、駆動信号の位相差を０〜１８０度の範囲（０度及び１８０度を除く）として突起部１１２に楕円運動を発生させることにより、被駆動体１５は突起部１１２から摩擦駆動力を受けて回転駆動される。このときの回転方向を順方向とすると、駆動信号の位相差を０〜−１８０度の範囲（０度及び−１８０度を除く）としたときには、突起部１１２の楕円運動が逆回転となり、被駆動体１５を逆方向に回転駆動させることができる。
【００６４】
振動体１１０では、駆動信号の位相差の絶対値が大きくなるにしたがって、突き上げ振動（Ｂモード）の振幅に対する送り振動（Ａモード）の振幅の比が大きくなる。また、駆動信号の電圧値と周波数を変化させて振動振幅を変えることによって、被駆動体１５に対する摩擦駆動力を変化させて、回転速度を変えることができる。
【００６５】
こうして、振動体１１０を備える振動型アクチュエータを用いた場合でも、振動型アクチュエータ１を用いた場合と同様に、手動で操作部材３が回転操作された際にクリック感を付与することができる。具体的には、この場合、振動比率指令値３３に基づき、駆動信号生成部２０が２相の駆動信号の位相差を制御する構成とすればよい。
【００６６】
図８（ａ）は、撮像装置１００が有する操作部材３に適用可能な振動型駆動装置を構成する振動型アクチュエータの第２の変形例の概略図である。なお、説明のために本変形例の振動体１２０に対して、図８（ａ）に示す通りに三次元の直交座標系を設定する。
【００６７】
振動体１２０は、圧電素子１２１と、圧電素子１２１の一方のＸＹ面に設けられた弾性体１２３とを有し、不図示の加圧手段によって弾性体１２３は被駆動体１５に加圧接触している。圧電素子１２１は、圧電セラミックスの一方のＺＸ面に、Ｘ方向とＺ方向にそれぞれ等分された４つの駆動電極１２２ａ，１２２ｂ，１２２ｃ，１２２ｄが形成され、不図示の他方のＺＸ面には全面電極（共通電極）が形成された構造を有する。
【００６８】
対角に位置する１組の駆動電極１２２ａ，１２２ｄには同じ位相の駆動信号が入力される。また、対角に位置する別の１組の駆動電極１２２ｂ，１２２ｃには、駆動電極１２２ａ，１２２ｄに入力される駆動信号に対して所定の位相差（ゼロを含む）を有する駆動信号が入力される。図８（ｂ）は、２組の駆動電極に同相の交流電圧（駆動信号の駆動電圧）を印加した場合に弾性体１２３に生じる振動（変位）を説明する図であり、この場合には、弾性体１２３にはＺ方向の突き上げ振動が生じる。図８（ｃ）は、２組の駆動電極に逆相の交流電圧を印加した場合に弾性体１２３に生じる振動（変位）を説明する図であり、この場合には、Ｘ方向の送り振動が生じる。よって、振動体１２０でも、２組の駆動電極に所定の位相差を持たせた交流電圧を印加して、２つの異なる振動モードによる突き上げ振動と送り振動とを時間的な位相差を持って生じさせることにより、弾性体１２３に楕円振動を生成させることができる。こうして、被駆動体１５を摩擦駆動することができ、その際に２組の駆動電極に印加する交流電圧の位相差の方向と振動振幅の大きさを制御することによって、被駆動体１５に加えられる駆動力の駆動方向、駆動速度及び大きさを調整することができる。
【００６９】
このように、図７及び図８に示した振動体１１０及び振動体１２０のいずれかを用いて振動型アクチュエータを構成し、駆動信号の位相差を制御して被駆動体１５を駆動することにより、操作部材３が手動で回転操作される際にクリック感を発生させることができる。
【００７０】
なお、上述した各種の振動型アクチュエータに代えて、ねじり振動（送り振動）を発生させる第１の圧電素子と、弾性体１３と被駆動体１５との接触制御ための縦振動（突き上げ振動）を発生させる第２の圧電素子とを有する振動型アクチュエータを用いてもよい。このような振動型アクチュエータは、例えば、特開平５−０８３９６１号公報に開示されている。
【００７１】
この振動型アクチュエータでは、突き上げ振動と送り振動とが独立した圧電素子により励起され、縦振動で伸びきっているときにねじり振動が発生するように、時間的に９０度の位相差を持った駆動信号が各圧電素子に入力される。このとき、ねじり振動を励起する圧電素子への駆動信号の振幅を制御することにより、操作部材３が手動で回転操作される際にクリック感を発生させることができる。
【００７２】
具体的には、振動比率指令値３３が正値の場合には、突き上げ振動を励起する圧電素子へ印加する駆動信号との位相差が９０度であり、且つ、振動比率指令値３３に比例した振幅の駆動信号を、ねじり振動を励起する圧電素子へ印加する。また、振動比率指令値３３が負値の場合には、突き上げ振動を励起する圧電素子へ印加する駆動信号との位相差が−９０度であり、且つ、振動比率指令値３３に比例した振幅の駆動信号を、ねじり振動を励起する圧電素子へ印加する。これにより、振動比率指令値３３に基づいた摩擦駆動力で被駆動体１５を駆動することができ、したがって、操作部材３が手動で回転操作される際にクリック感を発生させることができる。なお、駆動信号間の位相差を−９０度とすることは、位相差を９０度に固定し、振幅の大きさをプラスからマイナスの範囲で変更することと同じである。
【００７３】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る振動型駆動装置において振動型アクチュエータ１の駆動を制御する制御装置について説明する。図９は、振動型アクチュエータ１の駆動を制御する制御装置２Ａの概略構成を示すブロック図である。制御装置２Ａが、第１実施形態に係る振動型駆動装置の制御装置２と異なる点は、停止検出部２７を備えている点である。停止検出部２７は、専用のＭＰＵによって実現されてもよいし、ＣＰＵが所定のプログラムを実行することによって実現されてもよい。
【００７４】
制御装置２Ａでは、位置範囲設定部２５が設定する停止検出区間４４（第２の区間）と位置検出部５からの回転位相検出信号に基づいてＭＰＵ５０によって求められた現在位置４０とに基づいて、停止検出部２７が、被駆動体１５（操作部材３）の停止を検出する。そして、停止検出部２７は、停止検出信号を駆動信号生成部２０へ出力し、駆動信号生成部２０は、受信した停止検出信号に基づき、駆動信号３０の生成を停止する。
【００７５】
図１０は、制御装置２Ａで設定される駆動区間４１、目標位置４２及び停止検出区間４４と振動比率指令値３３との関係を示すグラフである。停止検出区間４４は、駆動区間４１の範囲内で、且つ、目標位置４２を含む区間として設定される。
【００７６】
図１１は、制御装置２Ａによる振動型アクチュエータ１の駆動制御のフローチャートであって、主に停止検出部２７の動作に関する処理のフローを示している。制御装置２Ａの上位のコントローラ（例えば、撮像装置１００の全体制御を司るＭＰＵ２００）は、操作者による所定の操作をトリガとして、ステップＳ１において制御装置２Ａにより、操作部材３の手動操作が可能となるように振動型アクチュエータ１を駆動する。具体的には、既に説明したように、振動比率指令値３３をゼロとして、弾性体１３に突き上げ振動のみを発生させた状態とする。これにより、弾性体１３と被駆動体１５との間の摩擦保持力が低減された状態となるため、操作部材３の手動による回転操作が可能となる。
【００７７】
操作者による操作部材３の回転操作により、現在位置４０が駆動区間４１内に入ると、振動比率決定部２４は、現在位置４０と目標位置４２の距離に基づいた振動比率指令値３３を出力する。これにより、操作部材３を目標位置４２へ移動させるための駆動信号３０が駆動信号生成部２０から出力され、振動型アクチュエータ１が駆動する。
【００７８】
続くステップＳ２では、範囲内判定部２６が、現在位置４０が駆動区間４１内に設定された停止検出区間４４内にあるか否かを判定する。範囲内判定部２６は、現在位置４０が停止検出区間４４内にない場合（Ｓ２でＮＯ）、判定処理を繰り返し、現在位置４０が停止検出区間４４内にあると（Ｓ２でＹＥＳ）、処理をステップＳ３へ進める。
【００７９】
続いて、ステップＳ３では、停止検出部２７が、現在位置４０が停止検出区間４４内に入っている時間を計測する。そして、ステップＳ４では、停止検出部２７が、現在位置４０が停止検出区間４４内に留まった状態で予め定められた所定時間（ゼロ時間を含む）が経過したか否かを判定する。換言すれば、現在位置４０が、所定時間、停止検出区間４４内に留まっているか否かが判定される。
【００８０】
ステップＳ４での判定基準となる所定時間は、撮像装置１００のユーザインタフェースを介して操作者によって設定の変更が可能な構成となっているが、例えば、０．０５秒に設定される。操作者が現在位置４０を１つ又は複数の駆動区間４１を通過するように操作部材３を回転操作したい場合にこの所定時間を短くし過ぎてしまうと、操作部材３の停止を検出してしまうため、回転操作を段階的に複数回行わなければならず、操作性が低下する。一方、この所定時間を長くし過ぎると、操作者は、意識的に停止検出区間４４内で操作部材３を保持しなくてはならないため、操作性が低下する。また、この所定時間を長くし過ぎると、後のステップＳ７で実際に駆動信号３０を停止させたときに現在位置４０が目標位置４２を行き過ぎてしまうこともある。よって、ステップＳ４での判定基準となる所定時間は、撮像装置１００の構成や操作者の感性等を考慮して、適切な時間に設定されることが望ましい。
【００８１】
停止検出部２７は、現在位置４０が停止検出区間４４内に入っている状態で所定時間が経過した場合（Ｓ４でＹＥＳ）、処理をステップＳ７へ進める。一方、停止検出部２７は、現在位置４０が停止検出区間４４内に入ってからの経過時間が所定時間に満たなかった場合（Ｓ４でＮＯ）、処理をステップＳ５へ進める。
【００８２】
ステップＳ５において範囲内判定部２６は、ステップＳ２と同様に、現在位置４０が停止検出区間４４内にあるか否かを判定する。範囲内判定部２６は、現在位置４０が停止検出区間４４内にある場合（Ｓ５でＹＥＳ）、処理をステップＳ３へ進めて時間計測を継続する。一方、範囲内判定部２６は、現在位置４０が停止検出区間４４内にない場合（Ｓ５でＮＯ）、処理をステップＳ６へ進め、計測時間をリセットして時間計測を停止し、その後、処理をステップＳ２に戻す。
【００８３】
ステップＳ７において停止検出部２７は、現在位置４０が目標位置４２付近で停止したと判断し、駆動信号生成部２０に対して駆動停止指令を出力する。駆動信号生成部２０は、停止検出部２７から駆動停止指令を受けると、駆動信号３０の出力を停止する。これにより振動型アクチュエータ１の駆動が停止することで、被駆動体１５及び操作部材３は、静止時の高い保持トルクで保持される。ステップＳ７の実行により本処理は終了となる。
【００８４】
なお、駆動信号生成部２０は、ステップＳ７での停止検出部２７からの駆動停止指令を受信したときに、駆動信号３０の出力を停止する方法以外の方法により、振動型アクチュエータ１の駆動を停止させてもよい。例えば、駆動信号３０の周波数を十分に高い周波数へ掃引する方法や、駆動信号の電圧振幅を下げる方法を用いることによって、振動型アクチュエータ１の駆動を停止させてもよい。更に、駆動信号３０の周波数を十分高い周波数へ掃引した後に、駆動信号３０の出力を停止する方法を用いてもよい。これらの方法でも、弾性体１３と被駆動体１５との間の摩擦保持力を大きくして、操作部材３を保持することができる。更に、制御演算器２３の出力結果が異常値にならないようにするために、停止検出部２７が、駆動信号生成部２０と振動振幅設定部２２とに駆動停止指令を出す際に、振動振幅設定部２２から出力される目標振動振幅３１をゼロとすることも望ましい。
【００８５】
以上の制御により、操作者が手動で操作部材３を回転操作した際に、現在位置４０が目的とする目標位置４２の近傍に到達すると、操作部材３が目標位置４２へ引き込まれる。更に、自動的に、操作部材３は振動型アクチュエータ１の駆動停止時における静止時の高い保持トルクで保持される。これにより、操作者は、操作部材３の位置決めが完了したことを容易に知ることができる。また、操作部材３の位置決めは、振動型アクチュエータ１の位置制御によって行われるため、高精度な位置決めが可能となる。
【００８６】
制御装置２Ａによる制御でも、制御装置２による制御と同様に、振動比率指令値３３をゼロ、正値、負値の３値としても構わず、また、振動振幅検出部４を用いない構成としても構わない。更に、操作部材３の駆動に用いられる振動型アクチュエータは、図１に示した円環状のものに限らず、図７（ａ）〜（ｃ）及び図８（ａ）〜（ｃ）に示した振動体１１０，１２０を備えるものであってもよい。
【００８７】
図１２は、図１０に示した駆動区間４１、目標位置４２及び停止検出区間４４と振動比率指令値３３との関係の変形例を示すグラフである。目標位置４２の近傍に振動比率指令値３３をゼロとする許容範囲４３が設けられており、これにより、目標位置４２の近傍で操作部材３に振動的な往復動作が発生しないようにすることができる。このとき、許容範囲４３は停止検出区間４４内に設定されることが望ましく、これにより、操作部材３の現在位置４０が停止検出区間４４内に確実に引き込まれるように操作部材３の駆動を制御することができる。
【００８８】
制御装置２，２Ａによる振動型アクチュエータ１の駆動制御は、例えば、ロボット等の位置決めが必要な装置を、安全性を考慮して手動で操作し、その際に高い精度で位置決めする必要がある場合等に、位置決め精度や操作時間を短縮する観点から効果的である。とりわけ、近年では医用分野において高精度な位置決めが必要とされる医用機器にロボット技術が用いられており、自動的にロボットが動くことに対する信頼性を担保する必要がある。このような信頼性担保のために、例えば、ロボットに安全装置を設ける等した場合には、医用機器の大型化を招き、極めて小さな駆動力を必要とする装置では十分な駆動性能が得られなくおそれがある。
【００８９】
上述した振動型アクチュエータ１や振動体１１０，１２０を備える振動型アクチュエータを用いたロボットに対して、制御装置２，２Ａによりそれぞれの振動型アクチュエータを制御することにより、このような問題を解決することができる。即ち、操作者が手動で操作しなければ動かすことができないが、僅かな出力で補助することにより高精度な位置決めが行える装置を提供することができ、これにより、信頼性の担保と性能の両立を図ることができる。
【００９０】
以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。更に、上述した各実施形態は本発明の一実施形態を示すものにすぎず、各実施形態を適宜組み合わせることも可能である。例えば、振動型アクチュエータ１では、電気−機械エネルギ変換素子として圧電素子１２を用いたが、これに代えて、電歪素子や磁歪素子等を用いてもよい。
【００９１】
また、上記実施形態では、制御装置２，２Ａによる振動型アクチュエータ１の駆動制御によって、操作部材３の手動操作を補助する形態について説明した。これに限らず、例えば、コントローラによる制御により自動位置決めを行うロボット等において、コントローラ又は操作者の指示により手動操作が可能な動作モードへの移行が可能な場合には、その際の手動操作に上述の実施形態を適用することができる。
【符号の説明】
【００９２】
１    振動型アクチュエータ
２，２Ａ    制御装置
３    操作部材
４    振動振幅検出部
５    位置検出部
１２    圧電素子
１３    弾性体
１５    被駆動体
２０    駆動信号生成部
２１    振動振幅制御部
２２    振動振幅設定部
２３    制御演算器
２４    振動比率決定部
２５    位置範囲設定部
２６    範囲内判定部
２７    停止検出部
５０    ＭＰＵ
１００    撮像装置
２００    ＭＰＵ
【図１】
2017010024.tif 000003
【図２】
2017010024.tif 000004
【図３】
2017010024.tif 000005
【図４】
2017010024.tif 000006
【図５】
2017010024.tif 000007
【図６】
2017010024.tif 000008
【図７】
2017010024.tif 000009
【図８】
2017010024.tif 000010
【図９】
2017010024.tif 000011
【図１０】
2017010024.tif 000012
【図１１】
2017010024.tif 000013
【図１２】
2017010024.tif 000014