JPH0410607B2

JPH0410607B2 -

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Publication number: JPH0410607B2
Application number: JP57218025A
Authority: JP
Priority date: 1982-12-13
Filing date: 1982-12-13
Publication date: 1992-02-25
Also published as: JPS59107309A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、電歪素子、磁歪素子などの電気−機
械エネルギ変換手段による機械的振動波を利用す
る振動波モータを用いて、カメラ、ビデオカメ
ラ、８ミリカメラなどのレンズを駆動する装置に
関するものである。

振動波モータは、既に特開昭52−29192号公報
などによつて知られているように、固定体と移動
体とを摩擦接触させ、これらの少なくとも一方を
電気−機械エネルギ変換素子自体、或は電気−機
械エネルギ変換素子を含む弾性振動体で構成し、
電気−機械エネルギ変換素子に可聴周波数以上の
高周波電気エネルギを加えることによつて、機械
的振動エネルギを発生させ、移動体を一方向に摩
擦駆動させるものである。

本発明は、このような振動波モータのうち、特
に、固定体と移動体との摩擦接触面に屈曲振動を
発生させ、その進行振動波により移動体を摩擦駆
動させるタイプの振動波モータを用いる。

従来、振動波モータをレンズ駆動に応用しよう
とする試みはなされているが、次のような問題点
があつた。即ち、振動波モータを起動する従来の
方法は、直流モータや交流モータと同様、駆動ス
タート信号により進行振動波を発生させるもので
あつたが、これでは、立上り特性が良くなかつ
た。振動波モータでは、固定体と移動体とが強く
摩擦接触し、その摩擦接触により駆動力伝達を行
つている。そのため、レンズ駆動開始時に進行振
動波により移動体を動かすには、停止状態の静摩
擦力を上まわる大きな力が必要であり、レンズ駆
動の立上り特性が良くならない原因となつてい
た。

本発明の目的は、上述した問題点を解決し、レ
ンズ駆動開始時の立上り特性を良くすることがで
きる振動波モータを用いたレンズ駆動装置を提供
することである。

この目的を達成するために、本発明は、電気−
機械エネルギ変換手段に定在振動波を発生させ、
その後進行振動波を発生させる制御手段を設け
て、進行振動波によるレンズ駆動の開始前に、振
動波モータの固定体に振動エネルギを与えておく
ようにしたことを特徴とする。

本発明の実施例を説明する前に、振動波モータ
（圧電モータとか超音波モータとも言われる）の
駆動原理を第１図により説明する。

第１図において、１は力Ｆで加圧されている移
動体、２は電歪素子により弾性振動を行う固定体
で、ｘ軸を固定体２の表面上の方向、ｚ軸をその
法線方向とする。電歪素子により固定体２の表面
は屈曲振動を与えると、進行振動波が発生し、固
定体２の表面上を伝搬していく。この進行振動波
は縦波と横波を伴なつた表面波で、その質点の運
動は楕円軌道を画く。質点Ａに着目すると、縦振
幅ｕ、横振幅ｗの楕円運動を行つており、表面波
の進行方向をｘ軸方向とすると、楕円運動は反時
計方向の向きである。この表面波は一波長毎に頂
点Ａ、A′…を有し、その頂点速度はｘ成分のみ
であつて、ｖ＝2πu（は振動数）である。そこ
で、移動体１の表面を固定体２の表面に摩擦接触
させると、移動体１の表面は頂点Ａ，A′…のみ
に接触するから、移動体１は摩擦力により矢印Ｎ
の方向に駆動される。

移動体１の速度は振動数に比例する。また、
加圧接触による摩擦駆動のために、縦振幅ｕばか
りでなく、横振幅ｗにも依存する。即ち、移動体
１の速度は楕円運動の大きさに比例する。したが
つて、移動体１の速度は電歪素子に加える電圧に
比例する。

移動体１と固定体２とは電歪素子が振動してい
ない時でも加圧接触しているために、移動体１を
手動で動かすには大きな力が必要となる。また、
起動時、進行振動波の発生により静止状態から動
作状態にすると、定常域に達する過渡期に、楕円
運動が電歪素子の振動エネルギにより少しずつ大
きくなり、ある時間後、定常状態となる。電歪素
子の振動エネルギが零の状態から安定した進行振
動波の縦振動エネルギと横振動エネルギに変換さ
れるまでにある時間がかかるのである。

第２図は本発明において用いられる振動波モー
タの基本的構成を示す分解図である。環状の移動
体１には摩擦接触しやすくするために硬質ゴム１
ａが接着される。環状の固定体２には二つのグル
ープを形成する電歪素子３ａ，３ｂが接着され
る。電歪素子３ａ，３ｂは、単独で動作すると、
固定体２が共振するような状態、即ち、定在振動
波が存在するような位置に配置され、且つ電歪素
子３ａによる定在振動波長と電歪素子３ｂによる
定在振動波長とが等しくなり、90゜位相がずれる
（１波長／４だけ物理的位置がずれる）ように配
置される。フエルト４は、固定体２の摩擦接触面
と反対の面の振動を吸収する。支持体５は固定体
２、電歪素子３ａ，３ｂ及びフエルト４を支持す
る。

第３図は進行振動波と定在振動波の発生を説明
する図である。説明上、電歪素子３ａ，３ｂは第
２図のような配置ではなく、交互に配列されてい
るが、上記と同じ条件を満たしており、等価な配
置である。駆動用電源６はＶ＝Vo sinωtという
電圧を供給する。電歪素子３ａにはライン７によ
り駆動用電源６から直接、電圧Vo sinωtが印加
され、電歪素子３ｂには90゜移相器８を経でライ
ン９により電圧Vo sin（ωt±π／２）が印加され
る。電圧Vo sin（ωt±π／２）の±は移動体１を
動かす方向によつて切り換えられる。第３図のイ
〜ヘは電圧Vo sin（ωt−π／２）が印加されてい
る場合の振動波の状態を示す。イは電歪素子３ａ
のみにより定在振動波１０を発生させている状
態、ロは電歪素子３ｂのみにより90゜位相遅れの
ある定在振動波１１を発生させている状態、をそ
れぞれ示す。ハ〜ニは二つの電歪素子３ａ，３ｂ
を同時に動作させて、進行振動波１２を発生させ
ている状態を示す。ハは時刻ｔ＝０＋2nπ／ω、
ニは時刻ｔ＝π／2ω＋2nπ／ω、ホは時刻ｔ＝
π／ω＋2nπ／ω、ヘは3π／2ω＋2nπ／ω、の進
行振動波１２の位相をそれぞれ示す。進行振動波
１２は第３図の右方向に進むが、固定体２の摩擦
接触面の任意の質点は反時計方向の楕円運動を行
う。したがつて、移動体１は左方向に移動する。

イ，ロの定在振動波１０，１１のいずれか一方
の発生状態において、固定体２の摩擦接触面上の
節以外の質点では横振動、即ち、第３図で上下運
動だけである。したがつて、移動体１と固定体２
との摩擦接触は、静止摩擦状態ではなく、動摩擦
状態であり、摩擦係数が小さくなり、接触面積も
小さくなる。そのため、手動で移動体１を動かす
場合に、小さい力で動かすことができる。また、
固定体２に振動エネルギが蓄えられるので、その
後に進行振動波１４が発生する時に立上りが速く
なる。

以下、本発明を図示の実施例に基づいて詳細に
説明する。

第４図は、本発明の一実施例であるズームレン
ズの駆動装置の構造を示す。第２図と同様な部分
は同一符号にて示す。

レンズ鏡筒の固定胴１３の後端には、カメラに
装着するためのバヨネツト又はスクリユーマウン
トなどの装着部材１４が設けられる。固定胴１３
には光軸方向に直進溝１３ａが設けられる。レン
ズ保持胴１５，１６は、固定胴１３の内側に嵌装
され、変倍作用と変倍に伴う収差の補正作用とを
行うレンズ光学系１７を保持する。各レンズ保持
胴１５，１６にはピン１５ａ，１６ａが植立さ
れ、これらのピン１５ａ，１６ａは直進溝１３ａ
を貫いて、固定胴１３の外周に嵌装されたカム筒
１８のカム溝１８ａ，１８ｂに嵌合する。レンズ
保持筒１９は合焦用レンズ光学系２０を保持し、
外周にレンズ保持胴１５と螺合するねじ部１９ａ
を有する。その円筒鍔部１９ｂは、距離調整環２
１の内周面に光軸方向に平行に形成された直進溝
２１ａに嵌入される。距離調整環２１の先端には
握部２１ｂが設けられる。距離調整環２１の摩擦
接触部２１ｃは第２図の移動体１に相当し、固定
体２にリング板バネ２２によつて圧接される。基
筒２３はビス（不図示）により固定胴１３に一体
的に固定され、固定体２、電歪素子３ａ，３ｂ及
びフエルト４を支持する。

基筒２３には外筒２４がネジ止めされ、外筒２
４の内側には軸受用の第１環２５と第２環２６と
が取り付けられる。即ち、第１環２５は軸受用ボ
ール２７を介してリング板バネ２２により距離調
整環２１の摩擦接触部２１ｃに押し付けられる。
第２環２６は外筒２４の内周面にねじ込まれるこ
とにより取り付けられるが、第１環２５と第２環
２６との接合部分にはＶ字形状の円周溝が形成さ
れ、この円周溝と距離調整環２１の外周面に形成
された略Ｕ字形状の円周溝との間に軸受用ボール
２８が保持される。これにより、距離調整環２１
が外筒２４に回転可能に取り付けられると共に、
摩擦接触部２１ｃの固定体２に対する回転可能な
摩擦接触が確保される。

コード板２９はくし歯状電極を有するもので、
外筒２４の内壁面に取り付けられ、距離調整環２
１に固定された摺動子３０がくし歯状電極上を摺
動することによつて距離調整環２１の回転量、即
ち合焦用レンズ光学系２０を移動量に相当する数
のパルスから成る移動量モニタ信号が発生する。
電動手動切換スイツチ３１が外筒２４に設けら
れ、その接片３２は基筒２３上に取り付けられ
る。操作ピン３３はカム筒１８に取り付けられ、
基筒２３の外側から光軸まわりに回すことにより
カム筒１８を回転させる。カム筒１８が回転する
と、カム溝１８ａ，１８ｂがピン１５ａ，１６ａ
を直進溝１３ａに沿つて移動させるので、レンズ
保持胴１５，１６は光軸方向に移動し、変倍作用
と収差補正作用とを行う。

第５図は、本発明の一実施例の回路を示す。自
動焦点用の受光器３４は、例えば電荷結合素子な
どで、測距回路３５に接続される。測距回路３５
の出力端子Ａは、振動波モータへハイレベルの駆
動信号又はローレベルの停止信号を出力し、出力
端子Ｂは、ハイレベルの至近側駆動方向信号又は
ローレベルの無限遠側駆動方向信号を出力し、入
力端子Ｃには、測距回路３５の合焦域幅を電動時
と手動時とで変えるために電動手動切換回路３６
から切換信号が入力し、入力端子Ｄには、モニタ
信号発生回路３８からチヤタリング吸収回路３９
を経て移動量モニタ信号が入力する。電動手動切
換回路３６の切換信号はオアゲート４０，５２に
も送られる。電動手動切換回路３６は電動手動切
換スイツチ３１及び抵抗４１から成り、カメラの
レリーズボタンの第１段ストロークなどによる電
源スイツチ（図示せず）のオンに連動して電源電
圧Vsを供給される。電動手動切換スイツチ３１
は、電動時にはオンにされ、手動時にはオフにさ
れる。モニタ信号発生回路３８はコード板２９、
摺動子３０及び定電圧電源に接続される抵抗４２
から成る。パルス発生回路４３は発振器４４、分
周比１／２の分周器４５，４６及びインバータ４
７から成り、90゜位相差のあるパルスを分周器４
５，４６から出力する。分周器４８は、発振器４
４の出力パルスを分周器４５，４６のパルスの周
期より長い周期になるように分周する。レンズ駆
動開始信号発生回路４９は、レンズ駆動開始スイ
ツチ５０と電源に接続される抵抗５１とから成
る。レンズ駆動開始スイツチ５０は、レリーズボ
タンの第１段ストロークから所定時限後にオンに
なるもの、或はレリーズボタンが３段階ストロー
クを行う場合には第２段ストロークに連動してオ
ンになるもの、或はレリーズボタンには関係のな
い別スイツチ構成のものである。４０，５２はオ
アゲート、５３〜５６はアンドゲート、５７はイ
ンバータ、５８は排他的オアゲートである。排他
的オアゲート５８は、測距回路３５の出力端子Ｂ
からの入力がハイレベルの時に分周器４５のパル
スに対する分周器４６のパルスの位相を90゜進ん
だものとし、ローレベルの時に90゜遅れたものと
する。

駆動制御回路５９は電歪素子３ａ，３ｂの駆動
を制御する回路で、トランジスタ、抵抗及びイン
バータから成る二つのプツシユプル回路６０，６
１、スイツチングトランジスタ６２，６３及び抵
抗６４によつて構成される。駆動制御回路５９に
は、電動手動切換回路３６と同様に、レリーズボ
タンの第１段ストロークなどによる電源スイツチ
（図示せず）のオンに連動して電源電圧Vsが供給
される。

次に第４，５図に示される実施例の動作につい
て説明する。カメラの撮影操作のために、レリー
ズボタンの第１段ストロークが押され、電源スイ
ツチ（図示せず）がオンになると、電動手動切換
回路３６及び駆動制御回路５９に電源電圧Vsが
供給される。同時に受光器３４、測距回路３５を
はじめとしてすべての回路にも電源が供給され、
パルス発生回路４３及び分周器４８は動作をはじ
める。

電動手動切換スイツチ３１がオフされて、手動
駆動が選択されたた場合には、レンズ駆動開始ス
イツチ５０のオンオフにかかわりなく、オアゲー
ト４０はハイレベルの信号を出力するので、アン
ドゲート５３，５４は開通する。また、測距回路
３５の出力端子Ａの信号レベルにかかわりなく、
オアゲート５２はハイレベルの信号を出力するの
で、アンドゲート５５，５６は開通する。

同時に、測光演算動作が開始され、測距回路３
５は自動焦点動作を開始する。受光器３４は被写
体からの反射光を受光し、測距回路３５は受光器
３４からの被写体情報により公知のコントラスト
検知方式、ずれ検知方式などに基づいて合焦誤差
を検出し、レンズ駆動量及び駆動方向を演算す
る。レンズ駆動量は測距回路３５内のカウンタ
（不図示）にプリセツトされる。出力端子Ａから
はハイレベルの駆動信号が出力され、被写体が至
近側にあると仮定すれば、出力端子Ｂからはハイ
レベルの至近側駆動方向信号が出力される。

分周器４８の出力がハイレベルの期間には、ア
ンドゲート５３の出力がローレベルになつて、ア
ンドゲート５５の出力がハイレベルになるので、
スイツチングトランジスタ６２がオンにされる。
一方、アンドゲート５４の出力はハイレベルで、
アンドゲート５６の出力はローレベルになるの
で、スイツチングトランジスタ６３はオフのまま
である。したがつて、電歪素子３ｂは電源からし
や断された状態となり、電歪素子３ａのみに分周
器４６のパルスで制御されるプツシユプル回路６
０により高周波電力が供給される。そのため、固
定体２には定在振動波１０が発生する。逆に、分
周器４８の出力がローレベルの期間には、アンド
ゲート５６の出力がハイレベルとなるので、スイ
ツチングトランジスタ６３のみがオンにされ、電
歪素子３ｂのみに高周波電力が供給されて、固定
体２に定在振動波１１が発生する。定在振動波１
０又は１１により、固定体２と距離調整環２１の
摩擦トルクが小さくなる。そこで、外筒２４の先
端からわずかに表出している握部２１ｂを持つ
て、距離調整環２１を回せば、小さい手動トルク
で軽く回り、レンズ保持筒１９は光軸方向に移動
される。

電歪素子３ａ，３ｂを切り換えて、定在振動波
１０，１１を交互に発生させているのは、距離調
整環２１の摩擦接触部２１ｃの部分的摩耗、部分
的疲労を分散させるためである。もし、電歪素子
３ａのみを用いると、定在振動波１０の腹の部分
が電歪素子３ａの物理的な位置によつて決定され
てしまうため、距離調整環２１に部分的摩耗、部
分的疲労が生じる。

電動手動切換スイツチ３１がオンされて、電動
駆動が選択された場合には、レリーズボタンの第
１段ストロークが押されて、電源スイツチ（図示
せず）がオンになると、合焦状態でない時には、
測距回路３５の出力端子Ａからハイレベルの信号
が出力されるので、オアゲート５２の出力はハイ
レベルとなる。また、レンズ駆動開始スイツチ５
０がオンするまではオアゲート４０の出力はハイ
レベルとなる。したがつて、手動駆動時と全く同
様の動作により、電歪素子３ａ，３ｂは交互に定
在振動波１０，１１を発生し、固定体２は振動エ
ネルギを蓄え、レンズ駆動に対して準備する。レ
リーズボタンの第１段ストロークから所定時限経
過後、或は第２段ストローク（３段階ストローク
の場合）に連動して、又はレリーズボタンに関係
のない別の操作によつて、レンズ駆動開始スイツ
チ５０がオンになり、ローレベルのレンズ駆動開
始信号がレンズ駆動開始信号発生回路４９から出
力されると、オアゲート４０の出力はローレベル
になるので、アンドゲート５３，５４の出力は共
にローレベルとなり、アンドゲート５５，５６の
出力は共にハイレベルとなつて、スイツチングト
ランジスタ６２，６３をオンにする。したがつ
て、プツシユプル回路６０，６１に電源電圧Vs
が印加される。パルス発生回路４３は動作中であ
り、分周器４５のパルスは直接プツシユプル回路
６１を制御するので、電歪素子３ｂに高周波電力
が与えられる。被写体が至近側にある場合には、
測距回路３５の出力端子Ｂはハイレベルの至近側
駆動方向信号を出力する。そのため、分周器４６
のパルスは、排他的オアゲート５８によつて反転
されて、分周器４５のパルスに対して90°位相が
進んだものとなり、プツシユプル回路６０を制御
するので、電歪素子３ａに90゜位相の進んだ高周
波電力が与えられる。これにより、固定体２に進
行振動波１２が発生して、直ちに定常状態に達
し、距離調整環２１は合焦方向に回転される。距
離調整環２１と一体になつて、レンズ保持筒１９
はレンズ保持胴１５と螺合しながら回転するの
で、繰出し方向に移動し、合焦域に至る。

距離調整環２１の回転によつて、摺動子３０は
コード板２９上を摺動し、レンズの移動量に対応
したパルス数の移動量モニタ信号を発生する。こ
の移動量モニタ信号は測距回路３５の入力端子Ｄ
に入力し、カウンタに登算されたレンズ駆動量を
減算させる。カウンタの値が零になると、出力端
子Ａからローレベルの停止信号が出力され、オア
ゲート４０及びアンドゲート５５，５６の出力は
ローレベルに反転するので、スイツチングトラン
ジスタ６２，６３はオフとなり、電歪素子３ａ，
３ｂは電源からしや断されて、距離調整環２１の
駆動は停止される。ここでまた、受光器３４及び
測距回路５により測距が行われ、合焦誤差が合焦
域に入つていれば、合焦表示をする。合焦域に入
つていない時には、再び前記と同様にレンズ駆動
が行なわれる。

被写体が無限遠側にある場合には、測距回路３
５の出力端子Ｂはローレベルの無限遠側駆動方向
信号を出力するので、排他的オアゲート５８は分
周器４６のパルスをそのまま通し、分周器４５の
パルスより位相を90゜遅れたものとする。故に電
歪素子３ａ，３ｂは逆方向に進行する進行振動波
を発生し、距離調整環２１は逆方向に回転し、レ
ンズ保持筒１９を繰込み方向に移動させる。

上記のようにして、合焦状態に至ると、レリー
ズボタンが更に押し下げられることにより、一連
の撮影シーケンスが開始され、露光が行われる。

本実施例によれば、手動焦点調節時に、距離調
整環２１を軽く動かすことができるので、手動操
作性を向上させることができる。また、自動焦点
調節時に、距離調整環２１を応答性よく動かすこ
とができる。

図示実施例において、電歪素子３ａ，３ｂが本
発明の電気−機械エネルギ変換手段に相当し、オ
アゲート４０，５２、アンドゲート５３〜５６、
スイツチングトランジスタ６２，６３が制御手段
に相当する。

図示実施例では、複数の電歪素子３ａ，３ｂを
用いているが、一つの電歪素子を複数に分極処理
したものでもよい。また、電歪素子を距離調整環
２１の摩擦接触部２１ｃに設けてもよいし、固定
体２と摩擦接触部２１ｃとの両方に設けてもよ
い。更に、固定体２自体を電歪素子で構成するこ
ともできる。電歪素子による振動波の周波数は超
音波領域が最適である。

合焦誤差検出は光学的方式に限らず、超音波方
式でもよい。

本発明は、レンズの合焦駆動に用いられるばか
りでなく、ズーミング駆動にも好適である。

以上説明したように、本発明によれば、電気−
機械エネルギ変換手段に定在振動波を発生させ、
その後進行振動波を発生させる制御手段を設け
て、進行振動波によるレンズ駆動の開始前に、振
動波モータの固定体に振動エネルギを与えておく
ようにしたから、レンズ駆動開始時の立上り特性
を良くすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は振動波モータの駆動原理を説明する
図、第２図は本発明において用いられる振動波モ
ータの基本的構成を示す分解図、第３図は第２図
図示の振動波モータにおける進行振動波と定在振
動波の発生を説明する図、第４図は本発明の一実
施例を示す断面図、第５図は同じく回路図であ
る。１……移動体、２……固定体、３ａ，３ｂ……
電歪素子、１０，１１……定在振動波、１２……
進行振動波、１３……固定胴、１５，１６……レ
ンズ保持胴、１９……レンズ保持筒、２０……合
焦用レンズ光学系、２１……距離調整環、２３…
…基筒、２４……外筒、３１……電動手動切換ス
イツチ、３４……受光器、３５……測距回路、３
６……電動手動切換回路、４０……オアゲート、
４３……パルス発生回路、４５，４６……分周
器、４８……分周器、４９……レンズ駆動開始信
号発生回路、５０……レンズ駆動開始スイツチ、
５２……オアゲート、５３〜５６……アンドゲー
ト、５８……排他的オアゲート、５９……駆動制
御回路、６０，６１……プツシユプル回路、６
２，６３……スイツチングトランジスタ。

Claims

【特許請求の範囲】

１固定体と、固定体に摩擦接触する移動体と、
固定体と移動体の少なくともいずれか一方に含ま
れるか、それ自体が前記固定体を形成し、前記移
動体を駆動する進行振動波を発生する電気−機械
エネルギ変換手段とを有する振動波モータの前記
移動体によりレンズを駆動するレンズ駆動装置に
おいて、前記電気−機械エネルギ変換手段に定在
振動波を発生させ、その後前記進行振動波を発生
させる制御手段を設けたことを特徴とする振動波
モータを用いたレンズ駆動装置。