電気−機械変換素子を使用した駆動機構
【課題】 駆動速度を制御して衝撃音や共振音などの発生しない電気−機械変換素子を使用した駆動機構を提供する。
【解決手段】 ＣＰＵ１１で決定されるデユ−テイ比でＰＷＭ回路１２からＯＮ／ＯＦＦ制御信号が定電流回路１４、ＦＥＴ１５に出力される。昇圧回路１３の出力は定電流回路１４を経て圧電素子２１に緩やかに充電され、ＦＥＴ１５がＯＮになると圧電素子２１の電荷は急速に放電される。圧電素子に固着結合された駆動軸２２は速度の異なる伸縮変位振動を発生し、駆動軸に摩擦結合しているレンズ保持枠２３を移動させることができる。駆動開始時はデユ−テイ比を０から徐々に増加させて圧電素子２０に充電される電荷を制御し、圧電素子の伸縮量を制御する。これにより駆動開始時は低速度で駆動し、序々に速度を高めることができる。
【解決手段】 ＣＰＵ１１で決定されるデユ−テイ比でＰＷＭ回路１２からＯＮ／ＯＦＦ制御信号が定電流回路１４、ＦＥＴ１５に出力される。昇圧回路１３の出力は定電流回路１４を経て圧電素子２１に緩やかに充電され、ＦＥＴ１５がＯＮになると圧電素子２１の電荷は急速に放電される。圧電素子に固着結合された駆動軸２２は速度の異なる伸縮変位振動を発生し、駆動軸に摩擦結合しているレンズ保持枠２３を移動させることができる。駆動開始時はデユ−テイ比を０から徐々に増加させて圧電素子２０に充電される電荷を制御し、圧電素子の伸縮量を制御する。これにより駆動開始時は低速度で駆動し、序々に速度を高めることができる。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、カメラその他の精密機械等を構成する機構部品を移動させるための電気−機械変換素子を使用した駆動機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】圧電素子に対し、緩やかな立ち上がり部とこれに続く急速な立ち下がり部からなる波形の駆動パルスを印加すると、駆動パルスの緩やかな立ち上がり部では圧電素子が緩やかに厚み方向の伸び変位を生じ、急速な立ち下がり部では急速に縮み変位を生じる。そこで、この特性を利用し、圧電素子に対して上記したような波形の駆動パルスを印加して異なる速度で充放電を繰り返し、圧電素子に速度の異なる厚み方向の振動を発生させて圧電素子に固着された駆動部材を異なる速度で往復動させ、駆動部材に摩擦結合した移動部材に直線運動や回転運動を発生させる直線駆動機構や回転駆動機構などの駆動機構が知られている（特開平４−６９０７０号公報、特開平６−２６１５５９号公報参照）。
【０００３】図１４は、上記した駆動機構のうち、直線駆動機構を使用したカメラの撮影レンズ駆動機構の構成の一例を示す断面図である。図１４において、５１はレンズ鏡筒で、その左端には第１レンズＬ1 の保持枠５２が固定的に取り付けられ、その右端５１ａは第３レンズＬ3 の保持枠を形成している。レンズ鏡筒５１の内部には、第２レンズＬ2 の保持枠５３が、光軸方向に移動可能に配置されている。５４はレンズ保持枠５３を光軸方向に駆動する駆動軸で、駆動軸５４はレンズ鏡筒５１の第１のフランジ部５１ｂとレンズ保持枠５２のフランジ部５２ｂとにより光軸方向に移動自在に支持され、その一端は圧電素子５５の１つの面に接着固定されている。
【０００４】圧電素子５５は厚み方向に変位して駆動軸５４を軸方向に変位させるもので、その一端面は駆動軸５４に接着固定され、他の端面はレンズ鏡筒５１の第２のフランジ部５１ｃに接着固定されている。
【０００５】第２レンズＬ2 を保持するレンズ保持枠５３は、その下方に延びた移動部材である接触部材５３ｂを備えており、接触部材５３ｂには駆動軸５４が貫通している。また、接触部材５３ｂには下面に切り欠き溝５３ｃが形成されている。接触部材５３ｂと駆動軸５４とは、切り欠き溝５３ｃと接触部材５３ｂの上面との間に嵌入された圧接バネ５３ｄにより圧接し、適当な摩擦力で摩擦結合している。図１５は駆動軸５４と接触部材５３ｂとの接触部分の構成を示す図で、図１４のＸ−Ｘ線に沿つた断面図である。
【０００６】また、レンズ保持枠５３の上部にも図１４では示されていない切り欠きが形成されており、案内軸５９に係合してレンズ保持枠５３の回転を防止している。なお、６０はレンズをカメラに取り付けるマウント部である。
【０００７】次にその制御動作を説明する。レンズＬ2 の矢印ａ方向への移動を必要としているときは、図１６に示すような緩やかな立ち上がり部とこれに続く急速な立ち下がり部からなる波形の駆動パルスを圧電素子５５に供給する。
【０００８】駆動パルスの緩やかな立ち上がり部では、圧電素子５５は緩やかに厚み方向の伸び変位を生じ、駆動軸５４は軸方向に矢印ａ方向へ変位する。このため、駆動軸５４に圧接バネ５３ｄにより圧接して摩擦結合しているレンズ保持枠５３の接触部材５３ｂも矢印ａ方向へ移動するので、レンズ保持枠５３を矢印ａ方向へ移動させることができる。
【０００９】駆動パルスの急速な立ち下がり部では、圧電素子５５が急速に厚み方向の縮み変位を生じ、駆動軸５４も軸方向に矢印ａと反対方向へ変位する。このとき、駆動軸５４に圧接バネ５３ｄにより圧接しているレンズ保持枠５３の接触部材５３ｂはその慣性力により駆動軸５４との間の摩擦力に打ち勝つて実質的にその位置に留まるので、レンズ保持枠５３は移動しない。
【００１０】なお、ここでいう実質的とは、矢印ａ方向と、これと反対方向のいずれにおいてもレンズ保持枠５３の接触部材５３ｂと駆動軸５４との間の摩擦結合面に滑りを生じつつ追動し、駆動時間の差によつて全体として矢印ａ方向に移動するものも含むことを意味している。
【００１１】上記波形の駆動パルスを連続して圧電素子５５に印加することにより、レンズ保持枠５３を矢印ａで示す方向へ連続して移動させることができる。
【００１２】レンズ保持枠５３を矢印ａと反対方向へ移動させるときは、急速な立ち上がり部とこれに続く緩やかな立ち下がり部からなる波形の駆動パルスを圧電素子５５に印加することで達成することができる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】上記した圧電素子を使用した直線駆動機構では、駆動パルスにより圧電素子が駆動される時に発生する振動音が人間に不快感を与えるため、駆動パルスの周波数を可聴周波数外である２０ＫＨｚを越える周波数で駆動すると振動音が聞こえなくなる。
【００１４】駆動／停止／反転の際は、圧電素子に対して駆動パルスを印加し或いは印加を停止するＯＮ／ＯＦＦ制御を行うが、図１７に示すように圧電素子に対して駆動パルスをＯＮ／ＯＦＦ制御すると、応答性に優れているこの種の直線駆動機構では移動部材が急激に前進又は停止して著しい速度変化が生じるため、衝撃音が発生するという不都合があつた。
【００１５】また、駆動速度を変更するために駆動パルスの周波数を変更すると、周波数によつては駆動機構が共振を起こして共振音が発生する場合があり、また、共振により駆動機構の耐久性が低下するなどの不都合があつた。
【００１６】
【課題を解決するための手段】以上説明したように、従来の圧電素子を使用した駆動機構では、駆動／停止／反転の際に、圧電素子に対して駆動パルスをＯＮ／ＯＦＦ制御すると、図１７に示すように駆動部材や移動部材が急激に移動／停止／反転して著しい速度変化が生じ、衝撃音が発生する。そこで、この発明では、図１８に示すように圧電素子に対して印加する駆動パルスの電荷を徐々に増加／減少させるように制御して、駆動部材や移動部材を滑らかに移動／停止／反転させ、著しい速度変化が生じないようにして課題を解決しようとするものである。
【００１７】請求項１の発明は、電気−機械変換素子と、前記電気−機械変換素子に固着結合された駆動部材と、前記駆動部材に摩擦結合した被駆動部材と、前記電気−機械変換素子に伸縮変位を与える駆動パルス発生手段とを備え、前記駆動パルス発生手段により電気−機械変換素子に伸びと縮みの速度の異なる伸縮変位を発生させ、前記駆動部材に摩擦結合した被駆動部材に運動を発生させる電気−機械変換素子を使用した駆動機構において、前記駆動パルス発生手段は、駆動パルスを前記電気−機械変換素子へ印加する時間を制御する手段を備え、印加時間を制御することにより電気−機械変換素子へ印加される電荷を制御して駆動速度を制御することを特徴とする。
【００１８】そして、前記駆動パルス発生手段は、駆動機構の駆動開始時や駆動停止時には、駆動パルスを電気−機械変換素子へ印加する時間を序々に増加させ、或いは減少させる制御を行い、印加時間を序々に増加及び減少させることにより電気−機械変換素子に印加される電荷を制御して駆動速度が序々に増加及び減少するように制御する。なお、駆動方向反転時の一時的な駆動停止時にも同様の制御を行うことができる。
【００１９】請求項３の発明は、電気−機械変換素子と、前記電気−機械変換素子に固着結合された駆動部材と、前記駆動部材に摩擦結合した被駆動部材と、前記電気−機械変換素子に伸縮変位を与える駆動パルス発生手段とを備え、前記駆動パルス発生手段により電気−機械変換素子に伸びと縮みの速度の異なる伸縮変位を発生させ、前記駆動部材に摩擦結合した被駆動部材に運動を発生させる電気−機械変換素子を使用した駆動機構において、前記駆動パルス発生手段は、前記電気−機械変換素子へ印加する駆動パルス電圧を制御する手段を備え、駆動パルス電圧を制御することにより電気−機械変換素子へ印加される電荷を制御して駆動速度を制御することを特徴とする。
【００２０】そして、前記駆動パルス発生手段は、駆動機構の駆動開始時や駆動停止時には、電気−機械変換素子へ印加する駆動パルス電圧を序々に増加、或いは減少させ、電気−機械変換素子の印加電荷を序々に増加或いは減少させることにより電気−機械変換素子に印加される電荷を制御して駆動速度が序々に増加及び減少するように制御する。なお、駆動方向反転時の一時的な駆動停止時にも同様の制御を行うことができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】駆動パルス発生手段はＣＰＵとＰＷＭ回路、昇圧回路、定電流回路、ＦＥＴ（電界効果型トランジスタ）から構成される。通常の駆動状態ではＰＷＭ回路に設定されたデユ−テイ比（ＯＮ／ＯＦＦの時間比）で定電流回路がＯＮとなり、昇圧回路の出力電圧は定電流回路を経て圧電素子に緩やかに充電されてゆく。次に、ＰＷＭ回路に設定されたデユ−テイ比で放電回路がＯＮとなると、圧電素子に充電された電荷は急速に放電する。この結果、圧電素子は鋸歯状波形の駆動パルスが印加されることになり、伸びと縮みの速度の異なる伸縮変位振動が発生し、圧電素子に固着結合された駆動部材に摩擦結合した被駆動部材に運動を発生させることができる。
【００２２】そして、駆動機構の駆動開始時や駆動停止時（駆動方向反転時を含む）には駆動パルスを圧電素子へ印加する時間を序々に増加或いは減少させる制御を行つて、圧電素子に印加される電荷を制御して駆動速度が序々に増加及び減少するように制御する。これにより、急速な駆動に伴う衝撃音の発生を防ぐことができる。
【００２３】駆動パルスを圧電素子へ印加する時間を序々に増加減少させる制御に代えて昇圧回路の出力電圧を可変とし、駆動機構の駆動開始時や駆動停止時（駆動方向反転時を含む）には昇圧回路の出力電圧を序々に増加或いは減少させる制御を行つて、圧電素子に印加される電荷を制御して駆動速度が序々に増加及び減少するように制御してもよい。
【００２４】
【実施例】以下、この発明の実施例について説明する。図１はこの発明の圧電素子を使用した駆動機構と駆動回路のブロツク図で、駆動回路は先に従来例として図１４を参照して説明した圧電素子を使用した直線駆動機構などにも適用することができるものである。
【００２５】図１において、１１は駆動回路１０を制御するＣＰＵで、その入力ポ−トには、図示しないカメラ本体の焦点検出回路から出力される焦点検出信号が入力される。また、ＣＰＵ１１の出力ポ−トにはＰＷＭ（パルス幅変調）回路１２、昇圧回路１３が接続される。１５、１７はＦＥＴ（電界効果型トランジスタ）で、ＣＰＵ１１で決定されるデユ−テイ比Ｄ（ＯＮ／ＯＦＦの時間比）に基づいて動作するＰＷＭ（パルス幅変調）回路１２から出力されるＰＷＭ信号でＯＮ／ＯＦＦ制御される。１４、１６は定電流回路で、所定の一定電流で圧電素子に対し充放電を行うためのものである。
【００２６】駆動回路１０で駆動される駆動機構２０は、先に図１４により説明した構成のものと変わらないので、ここでは簡略に示してある。圧電素子２１はその一端が図示しないレンズ鏡筒に接着固定され、他端は駆動軸２２に接着固定されている。なお駆動軸２２は図示しない軸受により軸方向に移動自在に支持されている。
【００２７】レンズＬを保持するレンズ保持枠２３には、その上方に、駆動軸２２に摩擦接触する接触部材２３ａおよび接触部材２３ｂが形成され、両者の中央部分を駆動軸２２が貫通している。即ち、接触部材２３ａはレンズ保持枠２３と一体に形成され、駆動軸２２の下半分に接触する。接触部材２３ｂは駆動軸２２の上半分に接触するようにレンズ保持枠２３の延長部分２３ｃに嵌合し、ばね２４により駆動軸２２に圧接する方向に付勢されている。この構成により駆動軸２２と接触部材２３ａ及び接触部材２３ｂとは適当な摩擦力により摩擦結合している。
【００２８】次に、駆動回路１０の制御動作を図２及び図３に示すタイミングチヤ−トを参照しつつ説明する。まず駆動機構が定常の駆動状態にあり、圧電素子２１に対し緩やかな充電と急速な放電を行う、図２のタイミングチヤ−トの（ａ）に示す波形の駆動パルスを印加する場合の制御動作を説明する。
【００２９】定常の駆動状態においては、ＰＷＭ回路１２及び昇圧回路１３は動作状態にあり、ＰＷＭ回路１２はＣＰＵ１１で決定された定常駆動に適した所定のデユ−テイ比Ｄに基づいてＰＷＭ信号（ＯＮ／ＯＦＦ制御信号）を定電流回路１４及びＦＥＴ１５に出力する。このとき、定電流回路１６及びＦＥＴ１７はＯＦＦに維持されるよう制御される（図２（ｄ）（ｅ）参照）。
【００３０】定電流回路１４は、ＰＷＭ回路１２から出力されるＰＷＭ信号により、図２の（ｂ）に示すタイミングでＯＮ／ＯＦＦされ、ＯＮの期間昇圧回路１３からの出力は定電流回路１４を経て一定電流で圧電素子２１に充電される。また、ＦＥＴ１５はＰＷＭ回路１２から出力されるＰＷＭ信号により、図２の（ｃ）に示すタイミングでＯＮ／ＯＦＦされ、ＯＮの期間だけ導通状態となるから圧電素子２１に充電された電荷は急速に放電される。
【００３１】上記のとおり、圧電素子２１は緩やかに充電され急速に放電されるから、即ち図２のタイミングチヤ−トの（ａ）に示す波形の駆動パルスが印加されることになる。圧電素子２１の緩やかな充電期間、即ち駆動パルスの緩やかな立ち上がり部では、圧電素子２１は緩やかに厚み方向の伸び変位を生じ、駆動軸２２は軸方向に矢印ａ方向へ変位する。このため、駆動軸２２に圧接バネ２４により圧接して摩擦結合しているレンズ保持枠２３も矢印ａ方向へ移動する。
【００３２】圧電素子２１の急速な放電期間、即ち駆動パルスの急速な立ち下がり部では、圧電素子２１が急速に厚み方向の縮み変位を生じ、駆動軸２２も軸方向に矢印ａと反対方向へ変位する。このとき、駆動軸２２に圧接バネ２４により圧接しているレンズ保持枠２３の接触部材２３ａ、２３ｂはその慣性力により駆動軸２２との間の摩擦力に打ち勝つて実質的にその位置に留まるので、レンズ保持枠２３は移動しない。
【００３３】なお、ここでいう実質的とは、矢印ａ方向とこれと反対方向のいずれにおいてもレンズ保持枠の接触部材と駆動軸との間の摩擦結合面に滑りを生じつつ追動し、駆動時間の差によつて全体として矢印ａ方向に移動するものも含むことを意味している。
【００３４】上記波形の駆動パルスを連続して圧電素子２１に印加することにより、レンズ保持枠２３を矢印ａで示す方向へ連続して移動させることができる。
【００３５】次に、レンズ保持枠２３を矢印ａと反対方向に移動させるため、圧電素子２１に対し急速な充電と緩やかな放電を行う図３のタイミングチヤ−トの（ａ）に示す波形のパルスを印加する場合の制御動作を説明する。
【００３６】ＰＷＭ回路１２及び昇圧回路１３は動作状態にあり、ＰＷＭ回路１２はＣＰＵ１１で決定された定常駆動に適した所定のデユ−テイ比Ｄに基づいてＰＷＭ信号（ＯＮ／ＯＦＦ制御信号）を定電流回路１６及びＦＥＴ１７に出力する。このとき、定電流回路１４及びＦＥＴ１５はＯＦＦに維持されるよう制御される（図３（ｂ）（ｃ）参照）。
【００３７】ＦＥＴ１７はＰＷＭ回路１２から出力されるＰＷＭ信号により、図３の（ｅ）に示すタイミングでＯＮ／ＯＦＦされ、ＯＮの期間導通状態となるから、昇圧回路１３からの出力はＦＥＴ１７を経て急速に圧電素子２１に充電される。また、定電流回路１６はＰＷＭ回路１２から出力されるＰＷＭ信号により、図３の（ｄ）に示すタイミングでＯＮ／ＯＦＦされ、ＯＮの期間、圧電素子２１に充電された電荷は定電流回路１６を経て一定電流で緩やかに放電される。
【００３８】圧電素子２１は急速に充電され緩やかに放電されるので、駆動軸２２は急速に矢印ａ方向に伸び、次いで緩やかに縮む。これにより、駆動軸２２に接触部材２３ａ、２３ｂを介して摩擦結合しているレンズ保持枠２３は、その速度差と摩擦条件により矢印ａ方向と反対方向に移動する。
【００３９】定電流回路１４、１６及びＦＥＴ１５、１７のＯＮ／ＯＦＦのタイミングには、定電流回路及びＦＥＴが共にＯＦＦとなる期間を設けてある。これは、定電流回路及びＦＥＴが共にＯＦＦとなる期間が無い場合には、動作素子の応答遅れなどにより定電流回路とＦＥＴの両方が同時にＯＮとなると昇圧回路の出力側が接地されてしまい、回路破壊や消費電力の異常な増加となるからである。
【００４０】次に、駆動回路１０の制御動作のうち、駆動開始時の制御動作を、図４のフロ−チヤ−トにより説明する。まず、昇圧回路１３をＯＮとし、出力が安定するのを待つ（ステツプＰ１、Ｐ２）。ついで、ＰＷＭ回路１２をＯＮとし、デユ−テイ比Ｄを０に設定する（ステツプＰ３、Ｐ４）。移動速度が定常状態の速度に達したか否かを判定し（ステツプＰ５）、定常状態の速度以下の場合はデユ−テイ比Ｄを増加してＰＷＭ回路１２に新たなデユ−テイ比Ｄを設定し（ステツプＰ６、Ｐ７）、所定時間の経過を待つて（ステツプＰ８）、ステツプＰ５に戻り、定常状態の速度以下の場合は次第に速度を増加させて行く。ステツプＰ５の判定で、定常状態の速度に達したときは駆動開始時の制御動作を終了し、定常状態の制御動作に移る。
【００４１】上記の処理では、緩やかな充電（放電）を行わせるためにＰＷＭ回路１２に設定されるデユ−テイ比Ｄで定電流回路１４、１６を作動させて圧電素子２０に充電される電荷、或いは放電される電荷を制御し、圧電素子の伸縮量も制御される。これにより駆動開始時は駆動機構を低速度で駆動し、序々に速度を高めることができる。
【００４２】図７は、駆動開始時における圧電素子に印加される電荷の変化、定電流回路及びＦＥＴのＯＮ／ＯＦＦのタイミングを示したタイミングチヤ−トで、ＰＷＭ回路のデユ−テイ比Ｄの増加に伴い圧電素子に印加される電荷が序々に増加していく状態が示されている。
【００４３】駆動回路１０の制御動作のうち駆動停止時の制御動作を、図５のフロ−チヤ−トにより説明する。まず、デユ−テイ比Ｄが０か否かを判定し（ステツプＰ１１）、デユ−テイ比Ｄが０でない場合は、デユ−テイ比Ｄを減少してＰＷＭ回路１２に新たなデユ−テイ比Ｄを設定し（ステツプＰ１２、Ｐ１３）、所定時間の経過を待つて（ステツプＰ１４）、ステツプＰ１１に戻り、次第に速度を減少させて行く。ステツプＰ１１の判定でデユ−テイ比Ｄが０の場合は、停止状態にあるから、ＰＷＭ回路１２及び定電流回路１３をＯＦＦとし、処理を終了する（ステツプＰ１５、Ｐ１６）。
【００４４】上記の処理でも、緩やかな充電（放電）を行わせるためにＰＷＭ回路１２に設定されるデユ−テイ比Ｄで定電流回路１４、１６を作動させて圧電素子２０に充電される電荷、或いは放電される電荷を制御し、圧電素子の伸縮量も制御される。これにより駆動停止時には序々に速度を低下させて行き最終的に停止させることができる。
【００４５】図８は、駆動停止時における圧電素子に印加される電荷の変化、定電流回路及びＦＥＴのＯＮ／ＯＦＦのタイミングを示したタイミングチヤ−トで、定電流回路のデユ−テイ比Ｄの減少に伴い、圧電素子に印加される電荷が序々に低下していく状態が示されている。
【００４６】次に、駆動回路１０の制御動作のうち駆動反転時の制御動作を説明する。図９は従来の駆動制御方法による駆動反転時の圧電素子に印加される電荷の変化、定電流回路及びＦＥＴのＯＮ／ＯＦＦのタイミングを示したタイミングチヤ−トであり、図９から明らかなように、圧電素子の緩やかな充電と急速な放電による正方向の駆動から圧電素子の急速な充電と緩やかな放電による負方向の駆動に切り換える駆動反転時には、一旦駆動を停止する不作動期間を設けていた。
【００４７】これに対し、この発明では、先に説明した駆動停止時の処理をして停止させた後、駆動開始時の処理を行い駆動動作を反転させるのであるが、駆動停止と駆動開始との間において、圧電素子に印加される電荷レベルを序々に変化させる処理を行い、駆動反転時の衝撃を緩和するようにしている。以下、この処理について図６R>６のフロ−チヤ−トにより説明する。
【００４８】まず、昇圧回路１３をＯＮとし、出力が安定するのを待つ（ステツプＰ２１、Ｐ２２）。次に、デユ−テイ比Ｄを０に設定し（ステツプＰ２３）、ＰＷＭ回路１２にデユ−テイ比Ｄ＝０を設定してＦＥＴをＯＦＦとする（ステツプＰ２３）。さらに、デユ−テイ比Ｄに微小値（例えば1/256 ）を設定し（ステツプＰ２５）、ＰＷＭ回路１２をデユ−テイ比Ｄ（微小値）で駆動し、定電流回路１４を間欠的に駆動して緩やかな充電を繰り返す動作を開始させる（ステツプＰ２６）。所定時間（例えば１０ｍｓ）の経過を待ち（ステツプＰ２７）、処理を終了する。
【００４９】以上の処理により、圧電素子に印加される電荷レベルは序々に変化するから、駆動軸２２が急激に伸縮して、これに接触部材を介して摩擦結合しているレンズ保持枠２３が急激に移動することを防止することができる。
【００５０】図１０は、駆動反転時における圧電素子に印加される電荷の変化、定電流回路及びＦＥＴのＯＮ／ＯＦＦのタイミングを示したタイミングチヤ−トで、定電流回路１４を間欠的に駆動して緩やかな充電を繰り返すことにより圧電素子に印加される電荷レベルが序々に変化する状態が示されている。
【００５１】次に、この発明の第２実施例について説明する。第１実施例では駆動開始時に定電流回路のＯＮ／ＯＦＦ時間を制御して、圧電素子へ印加される電荷を制御していたが、第２実施例では昇圧回路の出力電圧を制御して圧電素子へ印加される電荷を制御するように構成したものである。
【００５２】図１１は第２実施例の圧電素子を使用した駆動機構と駆動回路のブロツク図で、第１実施例と類似した回路構成であるが、両者の相違点は、第２実施例では昇圧回路の出力電圧がＣＰＵで制御され、回路動作が異なる点にある。
【００５３】図１１において、３１は駆動回路３０を制御するＣＰＵで、その入力ポ−トには、図示しないカメラ本体の焦点検出回路から出力される焦点検出信号が入力される。また、ＣＰＵ３１の出力ポ−トにはＰＷＭ（パルス幅変調）回路３２、昇圧回路３３が接続される。３５、３７はＦＥＴで、ＣＰＵ３１で決定されるデユ−テイ比Ｄに基づいて動作するＰＷＭ回路３２から出力されるＰＷＭ信号でＯＮ／ＯＦＦ制御される。３４、３６は定電流回路で、所定の一定電流で圧電素子に対し充放電を行うためのものである。
【００５４】駆動回路１０の制御動作を説明する。まず駆動機構が定常の駆動状態にあるときは、第１実施例の場合と同じ動作となる。即ち、定常の駆動状態においては、ＰＷＭ回路３２及び昇圧回路３３は動作状態にあり、ＰＷＭ回路３２はＣＰＵ１１で決定された定常駆動に適した所定のデユ−テイ比Ｄに基づいてＰＷＭ信号（ＯＮ／ＯＦＦ制御信号）を定電流回路３４及びＦＥＴ３５に出力する。このとき、定電流回路３６及びＦＥＴ３７はＯＦＦに維持されるよう制御される（図２（ｄ）（ｅ）参照）。
【００５５】定電流回路３４は上記デユ−テイ比ＤのＰＷＭ信号を受け、図２の（ｂ）に示すタイミングでＯＮ／ＯＦＦされ、ＯＮの期間、昇圧回路３３からの出力は定電流回路１４を経て一定電流で圧電素子２１に充電される。また、ＦＥＴ３５は図２の（ｃ）に示すタイミングでＯＮ／ＯＦＦされ、ＯＮの期間だけ導通状態となるから圧電素子４１に充電された電荷は急速に放電される。
【００５６】圧電素子４１は緩やかに充電され急速に放電されるので、駆動軸４２は緩やかに矢印ａ方向に伸び、次いで急速に縮む。これにより、駆動軸４２に接触部材４３ａ、４３ｂを介して摩擦結合しているレンズ保持枠４３は、その速度差と摩擦条件により矢印ａ方向に移動する。
【００５７】レンズ保持枠４３を矢印ａと反対方向に移動させるためには、第１実施例の場合と同じく圧電素子４１に対し急速な充電と緩やかな放電を行えばよく、ここでは説明を省略する。
【００５８】次に、駆動回路３０の制御動作のうち駆動開始時の制御動作を、図１２のフロ−チヤ−トにより説明する。まず、昇圧回路１３をＯＮとするが、出力電圧を０に設定する（ステツプＰ３１）。ついで、ＰＷＭ回路３２をＯＮとする（ステツプＰ３２）。昇圧回路３３の出力電圧が昇圧回路に予め設定されている所定の最大値に達したか否かを判定し（ステツプＰ３３）、最大値に達していない場合（最初に設定した０を含む）は、昇圧回路１３の出力電圧を予め設定した所定値（微小値）だけ増加させ（ステツプＰ３４）、ステツプＰ３３に戻り、最大値に達するまでこの動作を繰り返す。ステツプＰ３３の判定で出力電圧が所定の最大値に達した場合は駆動開始時の制御動作を終了し、定常状態の制御に移る。
【００５９】上記の処理では、昇圧回路３３の出力電圧を０から序々に増加させて行くから、ＣＰＵ３１によりＰＷＭ回路３２に設定されるデユ−テイ比Ｄが一定であつても、定電流回路３４を経て圧電素子に印加される電圧、即ち電荷は０から序々に増加して行き、昇圧回路に予め設定されている所定の最大値にまで達する。圧電素子の伸縮量は昇圧回路の出力電圧で制御されるから、駆動開始時は低速度で駆動し、序々に速度を高めることができる。
【００６０】図１３は、駆動開始時における昇圧回路の出力、圧電素子に印加される電荷の変化、定電流回路及びＦＥＴのＯＮ／ＯＦＦのタイミングを示したタイミングチヤ−トで、ＰＷＭ回路３２に設定されるデユ−テイ比Ｄが一定であつても、定電流回路３４を経て圧電素子に印加される電荷が序々に増加していく状態が示されている。
【００６１】
【発明の効果】以上説明したとおり、この発明によれば、駆動機構の駆動開始／駆動停止／駆動方向反転の際は、電気−機械変換素子に対して駆動パルスを印加し或いは印加を停止するＯＮ／ＯＦＦ制御を行うが、このとき、電気−機械変換素子に対する駆動パルスを印加時間、或いは印加電圧を序々に増加し或いは序々に減少させる制御を行つて、圧電素子に印加される電荷を制御して駆動速度を序々に増加及び減少するように制御する。これにより、駆動機構の駆動開始／駆動停止／駆動方向反転の際に滑らかに駆動速度を変化させることができるから、駆動開始／駆動停止／駆動方向反転の際衝撃音の発生を防ぐことができる。また、この駆動手段においては駆動パルスの周波数を途中で変更しないので、駆動パルスの周波数を予め直線駆動機構の共振周波数から離れた周波数に設定することにより駆動機構が共振したり共振に伴う振動音が発生するおそれを回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例の圧電素子を使用した駆動機構の駆動回路のブロツク図。
【図２】定常の駆動状態における駆動回路のタイミングチヤ−ト（その１）。
【図３】定常の駆動状態における駆動回路のタイミングチヤ−ト（その２）。
【図４】駆動開始時の制御動作を説明するフロ−チヤ−ト。
【図５】駆動停止時の制御動作を説明するフロ−チヤ−ト。
【図６】駆動反転時の制御動作を説明するフロ−チヤ−ト。
【図７】駆動開始時の駆動回路の動作を説明するタイミングチヤ−ト。
【図８】駆動停止時の駆動回路の動作を説明するタイミングチヤ−ト。
【図９】従来の駆動反転時の駆動回路の動作を説明するタイミングチヤ−ト。
【図１０】この発明の駆動反転時の駆動回路の動作を説明するタイミングチヤ−ト。
【図１１】第２実施例の圧電素子を使用した駆動機構の駆動回路のブロツク図。
【図１２】第２実施例の駆動開始時の制御動作を説明するフロ−チヤ−ト。
【図１３】第２実施例の駆動開始時の駆動回路の動作を説明するタイミングチヤ−ト。
【図１４】従来の圧電素子を使用した駆動機構の構成を説明する断面図。
【図１５】図１４に示す駆動機構の一部を拡大した断面図。
【図１６】駆動パルスの波形を説明する図。
【図１７】従来の駆動機構の動作を説明するタイミングチヤ−ト。
【図１８】この発明による駆動機構の動作を説明するタイミングチヤ−ト。
【符号の説明】
１１、３１ ＣＰＵ
１２、３２ ＰＷＭ回路
１３、３３ 昇圧回路
１４、１６、３４、３６ 定電流回路
１５、１７ ３５、３７ ＦＥＴ
２１、４２ 圧電素子
２２、４２ 駆動軸
２３、４３ レンズ保持枠
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、カメラその他の精密機械等を構成する機構部品を移動させるための電気−機械変換素子を使用した駆動機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】圧電素子に対し、緩やかな立ち上がり部とこれに続く急速な立ち下がり部からなる波形の駆動パルスを印加すると、駆動パルスの緩やかな立ち上がり部では圧電素子が緩やかに厚み方向の伸び変位を生じ、急速な立ち下がり部では急速に縮み変位を生じる。そこで、この特性を利用し、圧電素子に対して上記したような波形の駆動パルスを印加して異なる速度で充放電を繰り返し、圧電素子に速度の異なる厚み方向の振動を発生させて圧電素子に固着された駆動部材を異なる速度で往復動させ、駆動部材に摩擦結合した移動部材に直線運動や回転運動を発生させる直線駆動機構や回転駆動機構などの駆動機構が知られている（特開平４−６９０７０号公報、特開平６−２６１５５９号公報参照）。
【０００３】図１４は、上記した駆動機構のうち、直線駆動機構を使用したカメラの撮影レンズ駆動機構の構成の一例を示す断面図である。図１４において、５１はレンズ鏡筒で、その左端には第１レンズＬ1 の保持枠５２が固定的に取り付けられ、その右端５１ａは第３レンズＬ3 の保持枠を形成している。レンズ鏡筒５１の内部には、第２レンズＬ2 の保持枠５３が、光軸方向に移動可能に配置されている。５４はレンズ保持枠５３を光軸方向に駆動する駆動軸で、駆動軸５４はレンズ鏡筒５１の第１のフランジ部５１ｂとレンズ保持枠５２のフランジ部５２ｂとにより光軸方向に移動自在に支持され、その一端は圧電素子５５の１つの面に接着固定されている。
【０００４】圧電素子５５は厚み方向に変位して駆動軸５４を軸方向に変位させるもので、その一端面は駆動軸５４に接着固定され、他の端面はレンズ鏡筒５１の第２のフランジ部５１ｃに接着固定されている。
【０００５】第２レンズＬ2 を保持するレンズ保持枠５３は、その下方に延びた移動部材である接触部材５３ｂを備えており、接触部材５３ｂには駆動軸５４が貫通している。また、接触部材５３ｂには下面に切り欠き溝５３ｃが形成されている。接触部材５３ｂと駆動軸５４とは、切り欠き溝５３ｃと接触部材５３ｂの上面との間に嵌入された圧接バネ５３ｄにより圧接し、適当な摩擦力で摩擦結合している。図１５は駆動軸５４と接触部材５３ｂとの接触部分の構成を示す図で、図１４のＸ−Ｘ線に沿つた断面図である。
【０００６】また、レンズ保持枠５３の上部にも図１４では示されていない切り欠きが形成されており、案内軸５９に係合してレンズ保持枠５３の回転を防止している。なお、６０はレンズをカメラに取り付けるマウント部である。
【０００７】次にその制御動作を説明する。レンズＬ2 の矢印ａ方向への移動を必要としているときは、図１６に示すような緩やかな立ち上がり部とこれに続く急速な立ち下がり部からなる波形の駆動パルスを圧電素子５５に供給する。
【０００８】駆動パルスの緩やかな立ち上がり部では、圧電素子５５は緩やかに厚み方向の伸び変位を生じ、駆動軸５４は軸方向に矢印ａ方向へ変位する。このため、駆動軸５４に圧接バネ５３ｄにより圧接して摩擦結合しているレンズ保持枠５３の接触部材５３ｂも矢印ａ方向へ移動するので、レンズ保持枠５３を矢印ａ方向へ移動させることができる。
【０００９】駆動パルスの急速な立ち下がり部では、圧電素子５５が急速に厚み方向の縮み変位を生じ、駆動軸５４も軸方向に矢印ａと反対方向へ変位する。このとき、駆動軸５４に圧接バネ５３ｄにより圧接しているレンズ保持枠５３の接触部材５３ｂはその慣性力により駆動軸５４との間の摩擦力に打ち勝つて実質的にその位置に留まるので、レンズ保持枠５３は移動しない。
【００１０】なお、ここでいう実質的とは、矢印ａ方向と、これと反対方向のいずれにおいてもレンズ保持枠５３の接触部材５３ｂと駆動軸５４との間の摩擦結合面に滑りを生じつつ追動し、駆動時間の差によつて全体として矢印ａ方向に移動するものも含むことを意味している。
【００１１】上記波形の駆動パルスを連続して圧電素子５５に印加することにより、レンズ保持枠５３を矢印ａで示す方向へ連続して移動させることができる。
【００１２】レンズ保持枠５３を矢印ａと反対方向へ移動させるときは、急速な立ち上がり部とこれに続く緩やかな立ち下がり部からなる波形の駆動パルスを圧電素子５５に印加することで達成することができる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】上記した圧電素子を使用した直線駆動機構では、駆動パルスにより圧電素子が駆動される時に発生する振動音が人間に不快感を与えるため、駆動パルスの周波数を可聴周波数外である２０ＫＨｚを越える周波数で駆動すると振動音が聞こえなくなる。
【００１４】駆動／停止／反転の際は、圧電素子に対して駆動パルスを印加し或いは印加を停止するＯＮ／ＯＦＦ制御を行うが、図１７に示すように圧電素子に対して駆動パルスをＯＮ／ＯＦＦ制御すると、応答性に優れているこの種の直線駆動機構では移動部材が急激に前進又は停止して著しい速度変化が生じるため、衝撃音が発生するという不都合があつた。
【００１５】また、駆動速度を変更するために駆動パルスの周波数を変更すると、周波数によつては駆動機構が共振を起こして共振音が発生する場合があり、また、共振により駆動機構の耐久性が低下するなどの不都合があつた。
【００１６】
【課題を解決するための手段】以上説明したように、従来の圧電素子を使用した駆動機構では、駆動／停止／反転の際に、圧電素子に対して駆動パルスをＯＮ／ＯＦＦ制御すると、図１７に示すように駆動部材や移動部材が急激に移動／停止／反転して著しい速度変化が生じ、衝撃音が発生する。そこで、この発明では、図１８に示すように圧電素子に対して印加する駆動パルスの電荷を徐々に増加／減少させるように制御して、駆動部材や移動部材を滑らかに移動／停止／反転させ、著しい速度変化が生じないようにして課題を解決しようとするものである。
【００１７】請求項１の発明は、電気−機械変換素子と、前記電気−機械変換素子に固着結合された駆動部材と、前記駆動部材に摩擦結合した被駆動部材と、前記電気−機械変換素子に伸縮変位を与える駆動パルス発生手段とを備え、前記駆動パルス発生手段により電気−機械変換素子に伸びと縮みの速度の異なる伸縮変位を発生させ、前記駆動部材に摩擦結合した被駆動部材に運動を発生させる電気−機械変換素子を使用した駆動機構において、前記駆動パルス発生手段は、駆動パルスを前記電気−機械変換素子へ印加する時間を制御する手段を備え、印加時間を制御することにより電気−機械変換素子へ印加される電荷を制御して駆動速度を制御することを特徴とする。
【００１８】そして、前記駆動パルス発生手段は、駆動機構の駆動開始時や駆動停止時には、駆動パルスを電気−機械変換素子へ印加する時間を序々に増加させ、或いは減少させる制御を行い、印加時間を序々に増加及び減少させることにより電気−機械変換素子に印加される電荷を制御して駆動速度が序々に増加及び減少するように制御する。なお、駆動方向反転時の一時的な駆動停止時にも同様の制御を行うことができる。
【００１９】請求項３の発明は、電気−機械変換素子と、前記電気−機械変換素子に固着結合された駆動部材と、前記駆動部材に摩擦結合した被駆動部材と、前記電気−機械変換素子に伸縮変位を与える駆動パルス発生手段とを備え、前記駆動パルス発生手段により電気−機械変換素子に伸びと縮みの速度の異なる伸縮変位を発生させ、前記駆動部材に摩擦結合した被駆動部材に運動を発生させる電気−機械変換素子を使用した駆動機構において、前記駆動パルス発生手段は、前記電気−機械変換素子へ印加する駆動パルス電圧を制御する手段を備え、駆動パルス電圧を制御することにより電気−機械変換素子へ印加される電荷を制御して駆動速度を制御することを特徴とする。
【００２０】そして、前記駆動パルス発生手段は、駆動機構の駆動開始時や駆動停止時には、電気−機械変換素子へ印加する駆動パルス電圧を序々に増加、或いは減少させ、電気−機械変換素子の印加電荷を序々に増加或いは減少させることにより電気−機械変換素子に印加される電荷を制御して駆動速度が序々に増加及び減少するように制御する。なお、駆動方向反転時の一時的な駆動停止時にも同様の制御を行うことができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】駆動パルス発生手段はＣＰＵとＰＷＭ回路、昇圧回路、定電流回路、ＦＥＴ（電界効果型トランジスタ）から構成される。通常の駆動状態ではＰＷＭ回路に設定されたデユ−テイ比（ＯＮ／ＯＦＦの時間比）で定電流回路がＯＮとなり、昇圧回路の出力電圧は定電流回路を経て圧電素子に緩やかに充電されてゆく。次に、ＰＷＭ回路に設定されたデユ−テイ比で放電回路がＯＮとなると、圧電素子に充電された電荷は急速に放電する。この結果、圧電素子は鋸歯状波形の駆動パルスが印加されることになり、伸びと縮みの速度の異なる伸縮変位振動が発生し、圧電素子に固着結合された駆動部材に摩擦結合した被駆動部材に運動を発生させることができる。
【００２２】そして、駆動機構の駆動開始時や駆動停止時（駆動方向反転時を含む）には駆動パルスを圧電素子へ印加する時間を序々に増加或いは減少させる制御を行つて、圧電素子に印加される電荷を制御して駆動速度が序々に増加及び減少するように制御する。これにより、急速な駆動に伴う衝撃音の発生を防ぐことができる。
【００２３】駆動パルスを圧電素子へ印加する時間を序々に増加減少させる制御に代えて昇圧回路の出力電圧を可変とし、駆動機構の駆動開始時や駆動停止時（駆動方向反転時を含む）には昇圧回路の出力電圧を序々に増加或いは減少させる制御を行つて、圧電素子に印加される電荷を制御して駆動速度が序々に増加及び減少するように制御してもよい。
【００２４】
【実施例】以下、この発明の実施例について説明する。図１はこの発明の圧電素子を使用した駆動機構と駆動回路のブロツク図で、駆動回路は先に従来例として図１４を参照して説明した圧電素子を使用した直線駆動機構などにも適用することができるものである。
【００２５】図１において、１１は駆動回路１０を制御するＣＰＵで、その入力ポ−トには、図示しないカメラ本体の焦点検出回路から出力される焦点検出信号が入力される。また、ＣＰＵ１１の出力ポ−トにはＰＷＭ（パルス幅変調）回路１２、昇圧回路１３が接続される。１５、１７はＦＥＴ（電界効果型トランジスタ）で、ＣＰＵ１１で決定されるデユ−テイ比Ｄ（ＯＮ／ＯＦＦの時間比）に基づいて動作するＰＷＭ（パルス幅変調）回路１２から出力されるＰＷＭ信号でＯＮ／ＯＦＦ制御される。１４、１６は定電流回路で、所定の一定電流で圧電素子に対し充放電を行うためのものである。
【００２６】駆動回路１０で駆動される駆動機構２０は、先に図１４により説明した構成のものと変わらないので、ここでは簡略に示してある。圧電素子２１はその一端が図示しないレンズ鏡筒に接着固定され、他端は駆動軸２２に接着固定されている。なお駆動軸２２は図示しない軸受により軸方向に移動自在に支持されている。
【００２７】レンズＬを保持するレンズ保持枠２３には、その上方に、駆動軸２２に摩擦接触する接触部材２３ａおよび接触部材２３ｂが形成され、両者の中央部分を駆動軸２２が貫通している。即ち、接触部材２３ａはレンズ保持枠２３と一体に形成され、駆動軸２２の下半分に接触する。接触部材２３ｂは駆動軸２２の上半分に接触するようにレンズ保持枠２３の延長部分２３ｃに嵌合し、ばね２４により駆動軸２２に圧接する方向に付勢されている。この構成により駆動軸２２と接触部材２３ａ及び接触部材２３ｂとは適当な摩擦力により摩擦結合している。
【００２８】次に、駆動回路１０の制御動作を図２及び図３に示すタイミングチヤ−トを参照しつつ説明する。まず駆動機構が定常の駆動状態にあり、圧電素子２１に対し緩やかな充電と急速な放電を行う、図２のタイミングチヤ−トの（ａ）に示す波形の駆動パルスを印加する場合の制御動作を説明する。
【００２９】定常の駆動状態においては、ＰＷＭ回路１２及び昇圧回路１３は動作状態にあり、ＰＷＭ回路１２はＣＰＵ１１で決定された定常駆動に適した所定のデユ−テイ比Ｄに基づいてＰＷＭ信号（ＯＮ／ＯＦＦ制御信号）を定電流回路１４及びＦＥＴ１５に出力する。このとき、定電流回路１６及びＦＥＴ１７はＯＦＦに維持されるよう制御される（図２（ｄ）（ｅ）参照）。
【００３０】定電流回路１４は、ＰＷＭ回路１２から出力されるＰＷＭ信号により、図２の（ｂ）に示すタイミングでＯＮ／ＯＦＦされ、ＯＮの期間昇圧回路１３からの出力は定電流回路１４を経て一定電流で圧電素子２１に充電される。また、ＦＥＴ１５はＰＷＭ回路１２から出力されるＰＷＭ信号により、図２の（ｃ）に示すタイミングでＯＮ／ＯＦＦされ、ＯＮの期間だけ導通状態となるから圧電素子２１に充電された電荷は急速に放電される。
【００３１】上記のとおり、圧電素子２１は緩やかに充電され急速に放電されるから、即ち図２のタイミングチヤ−トの（ａ）に示す波形の駆動パルスが印加されることになる。圧電素子２１の緩やかな充電期間、即ち駆動パルスの緩やかな立ち上がり部では、圧電素子２１は緩やかに厚み方向の伸び変位を生じ、駆動軸２２は軸方向に矢印ａ方向へ変位する。このため、駆動軸２２に圧接バネ２４により圧接して摩擦結合しているレンズ保持枠２３も矢印ａ方向へ移動する。
【００３２】圧電素子２１の急速な放電期間、即ち駆動パルスの急速な立ち下がり部では、圧電素子２１が急速に厚み方向の縮み変位を生じ、駆動軸２２も軸方向に矢印ａと反対方向へ変位する。このとき、駆動軸２２に圧接バネ２４により圧接しているレンズ保持枠２３の接触部材２３ａ、２３ｂはその慣性力により駆動軸２２との間の摩擦力に打ち勝つて実質的にその位置に留まるので、レンズ保持枠２３は移動しない。
【００３３】なお、ここでいう実質的とは、矢印ａ方向とこれと反対方向のいずれにおいてもレンズ保持枠の接触部材と駆動軸との間の摩擦結合面に滑りを生じつつ追動し、駆動時間の差によつて全体として矢印ａ方向に移動するものも含むことを意味している。
【００３４】上記波形の駆動パルスを連続して圧電素子２１に印加することにより、レンズ保持枠２３を矢印ａで示す方向へ連続して移動させることができる。
【００３５】次に、レンズ保持枠２３を矢印ａと反対方向に移動させるため、圧電素子２１に対し急速な充電と緩やかな放電を行う図３のタイミングチヤ−トの（ａ）に示す波形のパルスを印加する場合の制御動作を説明する。
【００３６】ＰＷＭ回路１２及び昇圧回路１３は動作状態にあり、ＰＷＭ回路１２はＣＰＵ１１で決定された定常駆動に適した所定のデユ−テイ比Ｄに基づいてＰＷＭ信号（ＯＮ／ＯＦＦ制御信号）を定電流回路１６及びＦＥＴ１７に出力する。このとき、定電流回路１４及びＦＥＴ１５はＯＦＦに維持されるよう制御される（図３（ｂ）（ｃ）参照）。
【００３７】ＦＥＴ１７はＰＷＭ回路１２から出力されるＰＷＭ信号により、図３の（ｅ）に示すタイミングでＯＮ／ＯＦＦされ、ＯＮの期間導通状態となるから、昇圧回路１３からの出力はＦＥＴ１７を経て急速に圧電素子２１に充電される。また、定電流回路１６はＰＷＭ回路１２から出力されるＰＷＭ信号により、図３の（ｄ）に示すタイミングでＯＮ／ＯＦＦされ、ＯＮの期間、圧電素子２１に充電された電荷は定電流回路１６を経て一定電流で緩やかに放電される。
【００３８】圧電素子２１は急速に充電され緩やかに放電されるので、駆動軸２２は急速に矢印ａ方向に伸び、次いで緩やかに縮む。これにより、駆動軸２２に接触部材２３ａ、２３ｂを介して摩擦結合しているレンズ保持枠２３は、その速度差と摩擦条件により矢印ａ方向と反対方向に移動する。
【００３９】定電流回路１４、１６及びＦＥＴ１５、１７のＯＮ／ＯＦＦのタイミングには、定電流回路及びＦＥＴが共にＯＦＦとなる期間を設けてある。これは、定電流回路及びＦＥＴが共にＯＦＦとなる期間が無い場合には、動作素子の応答遅れなどにより定電流回路とＦＥＴの両方が同時にＯＮとなると昇圧回路の出力側が接地されてしまい、回路破壊や消費電力の異常な増加となるからである。
【００４０】次に、駆動回路１０の制御動作のうち、駆動開始時の制御動作を、図４のフロ−チヤ−トにより説明する。まず、昇圧回路１３をＯＮとし、出力が安定するのを待つ（ステツプＰ１、Ｐ２）。ついで、ＰＷＭ回路１２をＯＮとし、デユ−テイ比Ｄを０に設定する（ステツプＰ３、Ｐ４）。移動速度が定常状態の速度に達したか否かを判定し（ステツプＰ５）、定常状態の速度以下の場合はデユ−テイ比Ｄを増加してＰＷＭ回路１２に新たなデユ−テイ比Ｄを設定し（ステツプＰ６、Ｐ７）、所定時間の経過を待つて（ステツプＰ８）、ステツプＰ５に戻り、定常状態の速度以下の場合は次第に速度を増加させて行く。ステツプＰ５の判定で、定常状態の速度に達したときは駆動開始時の制御動作を終了し、定常状態の制御動作に移る。
【００４１】上記の処理では、緩やかな充電（放電）を行わせるためにＰＷＭ回路１２に設定されるデユ−テイ比Ｄで定電流回路１４、１６を作動させて圧電素子２０に充電される電荷、或いは放電される電荷を制御し、圧電素子の伸縮量も制御される。これにより駆動開始時は駆動機構を低速度で駆動し、序々に速度を高めることができる。
【００４２】図７は、駆動開始時における圧電素子に印加される電荷の変化、定電流回路及びＦＥＴのＯＮ／ＯＦＦのタイミングを示したタイミングチヤ−トで、ＰＷＭ回路のデユ−テイ比Ｄの増加に伴い圧電素子に印加される電荷が序々に増加していく状態が示されている。
【００４３】駆動回路１０の制御動作のうち駆動停止時の制御動作を、図５のフロ−チヤ−トにより説明する。まず、デユ−テイ比Ｄが０か否かを判定し（ステツプＰ１１）、デユ−テイ比Ｄが０でない場合は、デユ−テイ比Ｄを減少してＰＷＭ回路１２に新たなデユ−テイ比Ｄを設定し（ステツプＰ１２、Ｐ１３）、所定時間の経過を待つて（ステツプＰ１４）、ステツプＰ１１に戻り、次第に速度を減少させて行く。ステツプＰ１１の判定でデユ−テイ比Ｄが０の場合は、停止状態にあるから、ＰＷＭ回路１２及び定電流回路１３をＯＦＦとし、処理を終了する（ステツプＰ１５、Ｐ１６）。
【００４４】上記の処理でも、緩やかな充電（放電）を行わせるためにＰＷＭ回路１２に設定されるデユ−テイ比Ｄで定電流回路１４、１６を作動させて圧電素子２０に充電される電荷、或いは放電される電荷を制御し、圧電素子の伸縮量も制御される。これにより駆動停止時には序々に速度を低下させて行き最終的に停止させることができる。
【００４５】図８は、駆動停止時における圧電素子に印加される電荷の変化、定電流回路及びＦＥＴのＯＮ／ＯＦＦのタイミングを示したタイミングチヤ−トで、定電流回路のデユ−テイ比Ｄの減少に伴い、圧電素子に印加される電荷が序々に低下していく状態が示されている。
【００４６】次に、駆動回路１０の制御動作のうち駆動反転時の制御動作を説明する。図９は従来の駆動制御方法による駆動反転時の圧電素子に印加される電荷の変化、定電流回路及びＦＥＴのＯＮ／ＯＦＦのタイミングを示したタイミングチヤ−トであり、図９から明らかなように、圧電素子の緩やかな充電と急速な放電による正方向の駆動から圧電素子の急速な充電と緩やかな放電による負方向の駆動に切り換える駆動反転時には、一旦駆動を停止する不作動期間を設けていた。
【００４７】これに対し、この発明では、先に説明した駆動停止時の処理をして停止させた後、駆動開始時の処理を行い駆動動作を反転させるのであるが、駆動停止と駆動開始との間において、圧電素子に印加される電荷レベルを序々に変化させる処理を行い、駆動反転時の衝撃を緩和するようにしている。以下、この処理について図６R>６のフロ−チヤ−トにより説明する。
【００４８】まず、昇圧回路１３をＯＮとし、出力が安定するのを待つ（ステツプＰ２１、Ｐ２２）。次に、デユ−テイ比Ｄを０に設定し（ステツプＰ２３）、ＰＷＭ回路１２にデユ−テイ比Ｄ＝０を設定してＦＥＴをＯＦＦとする（ステツプＰ２３）。さらに、デユ−テイ比Ｄに微小値（例えば1/256 ）を設定し（ステツプＰ２５）、ＰＷＭ回路１２をデユ−テイ比Ｄ（微小値）で駆動し、定電流回路１４を間欠的に駆動して緩やかな充電を繰り返す動作を開始させる（ステツプＰ２６）。所定時間（例えば１０ｍｓ）の経過を待ち（ステツプＰ２７）、処理を終了する。
【００４９】以上の処理により、圧電素子に印加される電荷レベルは序々に変化するから、駆動軸２２が急激に伸縮して、これに接触部材を介して摩擦結合しているレンズ保持枠２３が急激に移動することを防止することができる。
【００５０】図１０は、駆動反転時における圧電素子に印加される電荷の変化、定電流回路及びＦＥＴのＯＮ／ＯＦＦのタイミングを示したタイミングチヤ−トで、定電流回路１４を間欠的に駆動して緩やかな充電を繰り返すことにより圧電素子に印加される電荷レベルが序々に変化する状態が示されている。
【００５１】次に、この発明の第２実施例について説明する。第１実施例では駆動開始時に定電流回路のＯＮ／ＯＦＦ時間を制御して、圧電素子へ印加される電荷を制御していたが、第２実施例では昇圧回路の出力電圧を制御して圧電素子へ印加される電荷を制御するように構成したものである。
【００５２】図１１は第２実施例の圧電素子を使用した駆動機構と駆動回路のブロツク図で、第１実施例と類似した回路構成であるが、両者の相違点は、第２実施例では昇圧回路の出力電圧がＣＰＵで制御され、回路動作が異なる点にある。
【００５３】図１１において、３１は駆動回路３０を制御するＣＰＵで、その入力ポ−トには、図示しないカメラ本体の焦点検出回路から出力される焦点検出信号が入力される。また、ＣＰＵ３１の出力ポ−トにはＰＷＭ（パルス幅変調）回路３２、昇圧回路３３が接続される。３５、３７はＦＥＴで、ＣＰＵ３１で決定されるデユ−テイ比Ｄに基づいて動作するＰＷＭ回路３２から出力されるＰＷＭ信号でＯＮ／ＯＦＦ制御される。３４、３６は定電流回路で、所定の一定電流で圧電素子に対し充放電を行うためのものである。
【００５４】駆動回路１０の制御動作を説明する。まず駆動機構が定常の駆動状態にあるときは、第１実施例の場合と同じ動作となる。即ち、定常の駆動状態においては、ＰＷＭ回路３２及び昇圧回路３３は動作状態にあり、ＰＷＭ回路３２はＣＰＵ１１で決定された定常駆動に適した所定のデユ−テイ比Ｄに基づいてＰＷＭ信号（ＯＮ／ＯＦＦ制御信号）を定電流回路３４及びＦＥＴ３５に出力する。このとき、定電流回路３６及びＦＥＴ３７はＯＦＦに維持されるよう制御される（図２（ｄ）（ｅ）参照）。
【００５５】定電流回路３４は上記デユ−テイ比ＤのＰＷＭ信号を受け、図２の（ｂ）に示すタイミングでＯＮ／ＯＦＦされ、ＯＮの期間、昇圧回路３３からの出力は定電流回路１４を経て一定電流で圧電素子２１に充電される。また、ＦＥＴ３５は図２の（ｃ）に示すタイミングでＯＮ／ＯＦＦされ、ＯＮの期間だけ導通状態となるから圧電素子４１に充電された電荷は急速に放電される。
【００５６】圧電素子４１は緩やかに充電され急速に放電されるので、駆動軸４２は緩やかに矢印ａ方向に伸び、次いで急速に縮む。これにより、駆動軸４２に接触部材４３ａ、４３ｂを介して摩擦結合しているレンズ保持枠４３は、その速度差と摩擦条件により矢印ａ方向に移動する。
【００５７】レンズ保持枠４３を矢印ａと反対方向に移動させるためには、第１実施例の場合と同じく圧電素子４１に対し急速な充電と緩やかな放電を行えばよく、ここでは説明を省略する。
【００５８】次に、駆動回路３０の制御動作のうち駆動開始時の制御動作を、図１２のフロ−チヤ−トにより説明する。まず、昇圧回路１３をＯＮとするが、出力電圧を０に設定する（ステツプＰ３１）。ついで、ＰＷＭ回路３２をＯＮとする（ステツプＰ３２）。昇圧回路３３の出力電圧が昇圧回路に予め設定されている所定の最大値に達したか否かを判定し（ステツプＰ３３）、最大値に達していない場合（最初に設定した０を含む）は、昇圧回路１３の出力電圧を予め設定した所定値（微小値）だけ増加させ（ステツプＰ３４）、ステツプＰ３３に戻り、最大値に達するまでこの動作を繰り返す。ステツプＰ３３の判定で出力電圧が所定の最大値に達した場合は駆動開始時の制御動作を終了し、定常状態の制御に移る。
【００５９】上記の処理では、昇圧回路３３の出力電圧を０から序々に増加させて行くから、ＣＰＵ３１によりＰＷＭ回路３２に設定されるデユ−テイ比Ｄが一定であつても、定電流回路３４を経て圧電素子に印加される電圧、即ち電荷は０から序々に増加して行き、昇圧回路に予め設定されている所定の最大値にまで達する。圧電素子の伸縮量は昇圧回路の出力電圧で制御されるから、駆動開始時は低速度で駆動し、序々に速度を高めることができる。
【００６０】図１３は、駆動開始時における昇圧回路の出力、圧電素子に印加される電荷の変化、定電流回路及びＦＥＴのＯＮ／ＯＦＦのタイミングを示したタイミングチヤ−トで、ＰＷＭ回路３２に設定されるデユ−テイ比Ｄが一定であつても、定電流回路３４を経て圧電素子に印加される電荷が序々に増加していく状態が示されている。
【００６１】
【発明の効果】以上説明したとおり、この発明によれば、駆動機構の駆動開始／駆動停止／駆動方向反転の際は、電気−機械変換素子に対して駆動パルスを印加し或いは印加を停止するＯＮ／ＯＦＦ制御を行うが、このとき、電気−機械変換素子に対する駆動パルスを印加時間、或いは印加電圧を序々に増加し或いは序々に減少させる制御を行つて、圧電素子に印加される電荷を制御して駆動速度を序々に増加及び減少するように制御する。これにより、駆動機構の駆動開始／駆動停止／駆動方向反転の際に滑らかに駆動速度を変化させることができるから、駆動開始／駆動停止／駆動方向反転の際衝撃音の発生を防ぐことができる。また、この駆動手段においては駆動パルスの周波数を途中で変更しないので、駆動パルスの周波数を予め直線駆動機構の共振周波数から離れた周波数に設定することにより駆動機構が共振したり共振に伴う振動音が発生するおそれを回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例の圧電素子を使用した駆動機構の駆動回路のブロツク図。
【図２】定常の駆動状態における駆動回路のタイミングチヤ−ト（その１）。
【図３】定常の駆動状態における駆動回路のタイミングチヤ−ト（その２）。
【図４】駆動開始時の制御動作を説明するフロ−チヤ−ト。
【図５】駆動停止時の制御動作を説明するフロ−チヤ−ト。
【図６】駆動反転時の制御動作を説明するフロ−チヤ−ト。
【図７】駆動開始時の駆動回路の動作を説明するタイミングチヤ−ト。
【図８】駆動停止時の駆動回路の動作を説明するタイミングチヤ−ト。
【図９】従来の駆動反転時の駆動回路の動作を説明するタイミングチヤ−ト。
【図１０】この発明の駆動反転時の駆動回路の動作を説明するタイミングチヤ−ト。
【図１１】第２実施例の圧電素子を使用した駆動機構の駆動回路のブロツク図。
【図１２】第２実施例の駆動開始時の制御動作を説明するフロ−チヤ−ト。
【図１３】第２実施例の駆動開始時の駆動回路の動作を説明するタイミングチヤ−ト。
【図１４】従来の圧電素子を使用した駆動機構の構成を説明する断面図。
【図１５】図１４に示す駆動機構の一部を拡大した断面図。
【図１６】駆動パルスの波形を説明する図。
【図１７】従来の駆動機構の動作を説明するタイミングチヤ−ト。
【図１８】この発明による駆動機構の動作を説明するタイミングチヤ−ト。
【符号の説明】
１１、３１ ＣＰＵ
１２、３２ ＰＷＭ回路
１３、３３ 昇圧回路
１４、１６、３４、３６ 定電流回路
１５、１７ ３５、３７ ＦＥＴ
２１、４２ 圧電素子
２２、４２ 駆動軸
２３、４３ レンズ保持枠
【特許請求の範囲】
【請求項１】 電気−機械変換素子と、前記電気−機械変換素子に固着結合された駆動部材と、前記駆動部材に摩擦結合した被駆動部材と、前記電気−機械変換素子に伸縮変位を与える駆動パルス発生手段とを備え、前記駆動パルス発生手段により電気−機械変換素子に伸びと縮みの速度の異なる伸縮変位を発生させ、前記駆動部材に摩擦結合した被駆動部材に運動を発生させる電気−機械変換素子を使用した駆動機構において、前記駆動パルス発生手段は、駆動パルスを前記電気−機械変換素子へ印加する時間を制御する手段を備え、印加時間を制御することにより電気−機械変換素子へ印加される電荷を制御して駆動速度を制御することを特徴とする電気−機械変換素子を使用した駆動機構。
【請求項２】 前記駆動パルス発生手段は、駆動機構の駆動開始時には駆動パルスを電気−機械変換素子へ印加する時間を序々に増加させ、印加時間を序々に増加させることにより電気−機械変換素子に印加される電荷を制御して駆動速度が序々に増加するよう制御することを特徴とする請求項１記載の電気−機械変換素子を使用した駆動機構。
【請求項３】 前記駆動パルス発生手段は、駆動機構の駆動停止時には駆動パルスを電気−機械変換素子へ印加する時間を序々に減少させ、印加時間を序々に減少させることにより電気−機械変換素子に印加される電荷を制御して駆動速度が序々に減少するよう制御することを特徴とする請求項１記載の電気−機械変換素子を使用した駆動機構。
【請求項４】 電気−機械変換素子と、前記電気−機械変換素子に固着結合された駆動部材と、前記駆動部材に摩擦結合した被駆動部材と、前記電気−機械変換素子に伸縮変位を与える駆動パルス発生手段とを備え、前記駆動パルス発生手段により電気−機械変換素子に伸びと縮みの速度の異なる伸縮変位を発生させ、前記駆動部材に摩擦結合した被駆動部材に運動を発生させる電気−機械変換素子を使用した駆動機構において、前記駆動パルス発生手段は、前記電気−機械変換素子へ印加する駆動パルス電圧を制御する手段を備え、駆動パルス電圧を制御することにより電気−機械変換素子へ印加される電荷を制御して駆動速度を制御することを特徴とする電気−機械変換素子を使用した駆動機構。
【請求項５】前記駆動パルス発生手段は、駆動機構の駆動開始時には電気−機械変換素子へ印加する駆動パルス電圧を序々に増加させ、電気−機械変換素子の印加電荷を序々に増加させることにより駆動速度が序々に増加するよう制御することを特徴とする請求項４記載の電気−機械変換素子を使用した駆動機構。
【請求項６】前記駆動パルス発生手段は、駆動機構の駆動停止時には電気−機械変換素子へ印加する駆動パルス電圧を序々に減少させ、電気−機械変換素子の印加電荷を序々に減少させることにより駆動速度が序々に減少するよう制御することを特徴とする請求項４記載の電気−機械変換素子を使用した駆動機構。
【請求項１】 電気−機械変換素子と、前記電気−機械変換素子に固着結合された駆動部材と、前記駆動部材に摩擦結合した被駆動部材と、前記電気−機械変換素子に伸縮変位を与える駆動パルス発生手段とを備え、前記駆動パルス発生手段により電気−機械変換素子に伸びと縮みの速度の異なる伸縮変位を発生させ、前記駆動部材に摩擦結合した被駆動部材に運動を発生させる電気−機械変換素子を使用した駆動機構において、前記駆動パルス発生手段は、駆動パルスを前記電気−機械変換素子へ印加する時間を制御する手段を備え、印加時間を制御することにより電気−機械変換素子へ印加される電荷を制御して駆動速度を制御することを特徴とする電気−機械変換素子を使用した駆動機構。
【請求項２】 前記駆動パルス発生手段は、駆動機構の駆動開始時には駆動パルスを電気−機械変換素子へ印加する時間を序々に増加させ、印加時間を序々に増加させることにより電気−機械変換素子に印加される電荷を制御して駆動速度が序々に増加するよう制御することを特徴とする請求項１記載の電気−機械変換素子を使用した駆動機構。
【請求項３】 前記駆動パルス発生手段は、駆動機構の駆動停止時には駆動パルスを電気−機械変換素子へ印加する時間を序々に減少させ、印加時間を序々に減少させることにより電気−機械変換素子に印加される電荷を制御して駆動速度が序々に減少するよう制御することを特徴とする請求項１記載の電気−機械変換素子を使用した駆動機構。
【請求項４】 電気−機械変換素子と、前記電気−機械変換素子に固着結合された駆動部材と、前記駆動部材に摩擦結合した被駆動部材と、前記電気−機械変換素子に伸縮変位を与える駆動パルス発生手段とを備え、前記駆動パルス発生手段により電気−機械変換素子に伸びと縮みの速度の異なる伸縮変位を発生させ、前記駆動部材に摩擦結合した被駆動部材に運動を発生させる電気−機械変換素子を使用した駆動機構において、前記駆動パルス発生手段は、前記電気−機械変換素子へ印加する駆動パルス電圧を制御する手段を備え、駆動パルス電圧を制御することにより電気−機械変換素子へ印加される電荷を制御して駆動速度を制御することを特徴とする電気−機械変換素子を使用した駆動機構。
【請求項５】前記駆動パルス発生手段は、駆動機構の駆動開始時には電気−機械変換素子へ印加する駆動パルス電圧を序々に増加させ、電気−機械変換素子の印加電荷を序々に増加させることにより駆動速度が序々に増加するよう制御することを特徴とする請求項４記載の電気−機械変換素子を使用した駆動機構。
【請求項６】前記駆動パルス発生手段は、駆動機構の駆動停止時には電気−機械変換素子へ印加する駆動パルス電圧を序々に減少させ、電気−機械変換素子の印加電荷を序々に減少させることにより駆動速度が序々に減少するよう制御することを特徴とする請求項４記載の電気−機械変換素子を使用した駆動機構。
【図１５】
【図１６】
【図１】
【図２】
【図３】
【図５】
【図４】
【図６】
【図１４】
【図１７】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１２】
【図１８】
【図１１】
【図１３】
【図１６】
【図１】
【図２】
【図３】
【図５】
【図４】
【図６】
【図１４】
【図１７】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１２】
【図１８】
【図１１】
【図１３】
【公開番号】特開平９−１９１６７６
【公開日】平成９年（１９９７）７月２２日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平８−１４７５７
【出願日】平成８年（１９９６）１月４日
【出願人】（０００００６０７９）ミノルタ株式会社 (155)
【公開日】平成９年（１９９７）７月２２日
【国際特許分類】
【出願日】平成８年（１９９６）１月４日
【出願人】（０００００６０７９）ミノルタ株式会社 (155)
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