JP2013003445A - 移動装置、撮影レンズおよび撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】移動装置の駆動効率を向上させる。
【解決手段】移動装置であって、移動体と、移動体を移動させるリニアモータと、リニアモータを駆動する駆動制御部と、移動体に接触して移動体の移動を妨げる摺動抵抗力を発揮する摺動抵抗部とを備える移動装置であって、摺動抵抗力は、駆動制御部がリニアモータを駆動する場合の単位時間当たりの加速制御時間の割合である駆動デュティに基づいて決定される。上記移動装置において、摺動抵抗力であるＦ（Ｎ）は、駆動デュティをＤ（％）、重力加速度をＧ（ｍ／ｓ^２）、移動体の質量をＭ（ｋｇ）としたときに、Ｆ＝（１−０．０２Ｄ）ＭＧ（ただし、Ｄ＜５０）により決定されてもよい。
【選択図】図４

Description

本発明は、移動装置、撮影レンズおよび撮像装置に関する。

レンズの移動装置として、マグネットおよびコイルを有するアクチュエータを備えた撮像装置がある（特許文献１参照）。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］特開２００４−１９１４５３号公報

電磁力を利用して可動子を移動させるアクチュエータは、ある静止位置に可動子を保持する場合にも電力を消費する。このため、可動子の移動に対する抵抗を徒に減らしても、アクチュエータの動作全般の効率が改善されるとは限らない。

上記課題を解決すべく、本発明の第一態様として、移動体と、移動体を移動させるリニアモータと、リニアモータを駆動する駆動制御部と、移動体に接触して移動体の移動を妨げる摺動抵抗力を発揮する摺動抵抗部とを備える移動装置であって、摺動抵抗力は、駆動制御部がリニアモータを駆動する場合の単位時間当たりの加速制御時間の割合である駆動デュティに基づいて決定される移動装置が提供される。

また、本発明の第二態様として、上記移動装置を備える撮影レンズが提供される。更に、本発明の第三態様として、上記移動装置を備える撮像装置が提供される。

上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。これら特徴群のサブコンビネーションもまた発明となり得る。

アクチュエータ１００の斜視図である。 駆動部２４８および被駆動部３２８の水平断面図である。 駆動部２４８および被駆動部３２８の側面図である。 アクチュエータ１００の垂直断面図である。 アクチュエータ１００のブロック図である。 アクチュエータ１００の駆動電流波形を示すグラフである。 可動子３００の移動速度と駆動電流を示すグラフである。 可動子３００に作用する力を説明する模式図である。 可動子３００に作用する力を説明する模式図である。 可動子３００の移動速度と駆動電流を示すグラフである。 駆動制御部４００における制御手順を示す流れ図である。 駆動デュティと摺動抵抗比αの関係を示すグラフである。 アクチュエータ１００における発熱量の計算結果を示す図である アクチュエータ１００の発熱量と加速度比の関係を示すグラフである。 アクチュエータ１０１の斜視図である。 アクチュエータ１０１の垂直断面図である。 径方向駆動電流の波形を示すグラフである。 アクチュエータ１０１の垂直断面図である。 一眼レフカメラ５００の模式的断面図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、アクチュエータ１００の斜視図である。アクチュエータ１００は、機器に対して固定される固定子２００と、固定子２００に対して移動する可動子３００とを備える。

固定子２００は、基盤２１０、支持部２２０、ガイドバー２３０および駆動部２４８を有する。基盤２１０は長方形であり、その長手方向と平行に、後述する可動子３００の位置を検出する場合に用いる位置センサ２１２が配される。また、基盤２１０の一端には、アクチュエータ１００全体の重力方向に対する傾きを検出する姿勢センサ２１４が配される。

支持部２２０は、基盤２１０の長手方向両端から、互いに平行に、垂直に立ち上がる。支持部２２０は、後述するレンズ３１０に対する入射光および出射光を通過させる開口２２２をそれぞれ有する。一対の支持部２２０の各々において、互いに対向する面の開口２２２周囲に、レンズ枠ストッパ２２４、ガイドバー２３０、駆動部２４８の各端部が支持される。

一対のガイドバー２３０は、それぞれ両端において支持部２２０に対して固定される。これにより、ガイドバー２３０は、互いに平行に、また、基盤２１０に対してそれぞれ平行に配される。

レンズ枠ストッパ２２４は、支持部２２０の互いに対向する面から、ガイドバー２３０と平行に、他方の支持部２２０に向かって突出する。レンズ枠ストッパ２２４の先端に当接することにより、後述するレンズ枠３２０の移動範囲の一端が規定される。

駆動部２４８は、開口２２２に対して対称な位置に、互いに対向して配される。一対の駆動部２４８は、それぞれ両端において支持部２２０に対して固定される。

可動子３００は、レンズ３１０、レンズ枠３２０、被駆動部カバー３３０を有する。レンズ枠３２０は、一対の開口２２２の間でレンズ３１０を保持する。

レンズ枠３２０は、その外周の一部に被案内部３２２を装着されている。被案内部３２２は、ガイドバー２３０を挿通される丸穴３２１を有する。丸穴３２１は、ガイドバー２３０の外径と略同じ形状と寸法を有する。これにより、レンズ３１０、レンズ枠３２０および被案内部３２２は、ガイドバー２３０の長手方向に摺動可能に、ガイドバー２３０から支持される。

なお、レンズ枠３２０の側部には、被案内部３２２に代えて、一対の被駆動部３２８が配される。しかしながら、図示の状態では、被駆動部３２８は、被駆動部カバー３３０により覆われている。そこで、被駆動部３２８については他の図を参照して説明する。

図２は、アクチュエータ１００における固定子２００における駆動部２４８と、可動子３００における被駆動部３２８の水平断面図である。図２には、図１における片側の駆動部２４８および被駆動部３２８を、アクチュエータ１００の高さ方向中程で水平な面により切った様子が描かれる。図２において、図１と共通の要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。

固定子２００においては、略全長にわたって長手方向に配された複数の駆動コイル２４４が一定の配列ピッチＰ_２で配されることで駆動部２４８を形成する。複数の駆動コイル２４４は、互いに同じ大きさおよび巻き数を有する。

可動子３００においては、駆動コイル２４４の配列方向と平行な方向に配列された複数の永久磁石３４０が被駆動部３２８を形成する。永久磁石３４０は、駆動部２４８の長手方向について互いに等しい幅を有して、一定の磁極ピッチＰ_１を有する磁気パターンが着磁されている。また、着磁以外でも単独磁石の貼り合わせで形成しても構わない。

駆動コイル２４４および永久磁石３４０は、一定の間隔をおいて互いに対向する。ここで図２のような磁石とコイルの配列では永久磁石３４０の同極間の磁極ピッチＰ_１は、駆動コイル２４４の配列ピッチＰ_２よりも大きい。

図３は、図２に示した駆動部２４８および被駆動部３２８の模式的側面図である。図３において、図１および図２と共通の要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。

駆動部２４８において、駆動コイル２４４の各々は、紙面に垂直な芯の回りに巻かれている。これにより、駆動コイル２４４の各々に駆動電流が流された場合、駆動コイル２４４の各々の内側と外側とを循環する磁束が生じて磁界が形成される。駆動コイル２４４により生じた磁界は、特定の磁気パターンを有する永久磁石３４０と相互作用により、可動子３００を移動させる駆動力を発生する。

図４は、アクチュエータ１００を、長手方向と直交する面により切った垂直断面図である。図１から図３までと共通の要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。

同図に示す断面においては、ヨーク３４２を備えた永久磁石３４０が、駆動コイル２４４と対向していることが判る。また、レンズ枠３２０の外周下側に配された被案内部３２２の構造が現れる。即ち、下側の被案内部３２２の下面には位置指標３２４が配される。位置指標３２４は、基盤２１０の上面に配された位置センサ２１２に対向しつつ、可動子３００と共に、紙面に垂直な方向に移動する。

なお、位置指標３２４は、例えば磁化された磁性体により形成できる。また、位置センサ２１２は、基盤２１０の長手方向に配された複数のホール素子を有するホール素子アレイにより形成できる。更に、位置指標３２４をリニアスケールとし、位置センサ２１２をリニアエンコーダとすることもできる。

また、図４に示す断面においては、被案内部３２２の角穴３２３に、下側のガイドバー２３０が挿通されていることが判る。更に、角穴３２３の一面は、圧電材料により摺動抵抗発生部３５０を形成する。即ち、摺動抵抗発生部３５０は、印加された制御電圧により幅および厚さを変化させる。これにより、角穴３２３の内側の幅が変化し、角穴３２３に挿通されたガイドバー２３０の側面にかかる圧力が変化する。

こうして、摺動抵抗発生部３５０は、印加された駆動電圧の大きさに応じて、ガイドバー２３０と角穴３２３との間で発生する摺動抵抗を変化させることができる。事前に摺動抵抗発生部３５０の駆動電圧と対応する摺動抵抗の関係を測定してテーブル化すれば、摺動抵抗をコントロールできる。このように、アクチュエータ１００は、レンズ枠３２０、被案内部３２２および被駆動部３２８を含む組立体に接触して、可動子３００が移動する場合に生じる摺動抵抗力を発揮し、更にそれを変化させる摺動抵抗調整機構を備える。

図５は、アクチュエータ１００の電気的構造を示すブロック図である。アクチュエータ１００は、位置算出部４１０、演算部４２０、三相指令発生部４３０、摺動抵抗指令発生部４４０および姿勢算出部４５０を含む駆動制御部４００を備える。

位置算出部４１０は、位置指標３２４の移動に伴って位置センサ２１２が検出したパルス信号から可動子３００の位置を算出する。姿勢算出部４５０は、姿勢センサ２１４が検出したアクチュエータ１００の傾きに基づいて、ガイドバー２３０が水平面に対してなす仰角θを算出する。

演算部４２０は、可動子３００の目標位置を入力された場合に、位置算出部４１０が算出した可動子３００の位置を参照しつつ、可動子３００の目標位置までの距離および方向に応じた駆動量を決定する。また、演算部４２０は、姿勢算出部４５０の算出した仰角θを参照して、摺動抵抗発生部３５０において発生する摺動抵抗力Ｆの大きさを決定する。

摺動抵抗指令発生部４４０は、演算部４２０から指示された摺動抵抗力Ｆの大きさに見合った駆動電圧を摺動抵抗発生部３５０に印加する。これにより、摺動抵抗発生部３５０はガイドバー２３０を挟む間隔を変化させ、可動子３００およびガイドバー２３０の間で発生する摺動抵抗力を変化させる。

三相指令発生部４３０は、演算部４２０から指示された駆動量に従って、駆動コイル２４４に供給する、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の三相指令を発生する。三相指令発生部４３０から出力された三相指令は、駆動電流に増幅されて駆動コイル２４４に供給される。複数の駆動コイル２４４は、個別に巻かれた上で、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の三相に結線される。

なお、図示の例では、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の三相が３組示されるが、三相あるいは３組に限られないことはいうまでもない。また、駆動コイル２４４の結線も三相結線に限られるわけではなく、３相以上または２相の結線でもよい。更に、駆動コイル２４４の各々には、電流制御をする目的、または、過電流を検出する目的で、電流検出抵抗２４５を設けてもよい。

図６は、三相指令発生部４３０が駆動コイル２４４に駆動力を発生させる駆動電流の波形を示すグラフである。図示のように、三相指令発生部４３０は、駆動コイル２４４に対して、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の三相の駆動電流を供給する。各相の駆動電流は正弦波状に周期的に変化する。このような駆動電流の位相は、位置算出部４１０が算出した可動子３００の位置に対応する。

また、各相の駆動電流は、相互に１／３周期ずつ位相がずれている。これにより、可動子３００の永久磁石３４０は、可動子３００の進行方向について先行する駆動コイル２４４の発生する磁界と引き付け合い、且つ、進行方向について後方の駆動コイル２４４と反発し合う。よって、駆動コイル２４４の配列された平面に沿って可動子３００をガイドバー２３０の軸方向に移動させる軸方向推力が発生する。なお、駆動電流の極性を反転させることにより、可動子３００の移動方向を反転させることもできる。

図７は、アクチュエータ１００における可動子３００の移動速度と駆動電流を示すグラフである。上段の曲線は、可動子３００が目標位置に向かって移動する場合の速度の変化を示す。

図示のように、可動子３００は駆動制御部４００の制御の下に当初加速し、次いで最大速度を維持して定速走行し、最後に減速して停止する。また、図の前半と後半とに示すように、可動子３００は、ガイドバー２３０に沿って相反する方向に移動し得る。

ここで、可動子３００が移動を開始して加速する期間を加速期間Ｔ_ａ、可動子３００が最大速度を維持しつつ移動する期間を定速走行期間Ｔ_ｖ、可動子３００が減速する期間をＴ_ｄ、可動子３００が次の移動を開始するまでの期間を待機期間Ｔ_ｗとする。また、可動子３００が移動を開始してから停止し、次の移動を開始するまでの時間（Ｔ_ａ＋Ｔ_ｖ＋Ｔ_ｄ＋Ｔ_ｗ）を単位時間Ｔ_Ｔとする。なお、説明の便宜のために、加速と減速は対称的であり、加速期間Ｔ_ａおよび減速期間Ｔ_ｄにおける加速度の絶対値は等しいものとする。

更に、可動子３００に対して加速度が作用している期間（Ｔ_ａ＋Ｔ_ｖ＋Ｔ_ｄ）を加速制御時間Ｔ_Ａとし、単位時間Ｔ_Ｔに対する加速制御時間Ｔ_Ａの割合を駆動デュティＤと呼ぶ。また、単位時間Ｔ_Ｔに対する加速期間Ｔ_ａおよび減速時間Ｔ_ｄの割合を加減速比率ｐと呼び、単位時間Ｔ_Ｔに対する定速走行期間Ｔ_ｖの割合を定速走行比率ｑと呼ぶ。

なお、アクチュエータ１００は、定速走行している可動子３００に対しても、可動子３００に対する摺動抵抗Ｆに見合った軸方向推力を作用させている。よって、定速走行期間Ｔ_ｖも加速制御時間Ｔ_Ａに算入される。また、可動子３００の移動距離が短い場合は、定速走行期間Ｔ_ｖがなく、加速期間Ｔ_ａおよび減速時間Ｔ_ｄの合計が加速制御時間Ｔ_Ａになる場合もある。

図７下段のグラフは、アクチュエータ１００に供給される駆動電流の変化を示す。ここに示す電流のプロファイルは、アクチュエータ１００の仰角θが零の場合、即ち、アクチュエータ１００が水平で、上段に示した速度プロファイルで、可動子３００を水平に移動させる場合に駆動コイル２４４に供給する駆動電流の変化を示す。

図示のように、アクチュエータ１００が水平の場合、可動子３００の移動方向にかかわらず、加速期間Ｔ_ａには、移動方向の軸方向推力Ｆ_ｍを発生させる加速電流ａが駆動コイル２４４に供給される。また、減速期間Ｔ_ｄにも、加速電流ａが供給される。ただし、減速期間Ｔ_ｄに供給される加速電流ａは、加速期間Ｔ_ａに供給される加速電流ａと極性が反対になる。

加速期間Ｔ_ａと減速期間Ｔ_ｄの間には、可動子３００の移動速度が一定になる定速走行期間Ｔ_ｖがある。定速走行期間Ｔ_ｖには、加速期間Ｔ_ａと同じ極性で、摺動抵抗力Ｆに見合った摺動抵抗分電流μが供給される。

電動モータの発熱量（Ｗ）は、駆動電流の二乗に比例する。よって、図７に示した電流プロファイルから、水平なアクチュエータ１００において可動子３００を移動させた場合に発生する損失Ｌ_ａは、下記の式１のように表すことができる。式１からは、摺動抵抗分電流μを最小にしたときに、損失Ｌ_ａが最小になることが判る。

図８は、アクチュエータ１００が傾斜した状態で、可動子３００が重力に抗して移動した場合、即ち、重力方向に対してマイナス（−）方向に移動した場合に、可動子３００に作用する力を模式的に示す図である。図８において、図１から図４までと共通の要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。

図示の状態において、アクチュエータ１００は水平面に対して仰角θで傾斜している。このため、可動子３００が移動する場合には、駆動コイル２４４が発生した軸方向推力Ｆ_ｍとガイドバー２３０に対する摺動抵抗力Ｆの他に、重力加速度Ｇに起因する落下力Ｆ_ｇが可動子３００に作用する。

よって、軸方向推力Ｆ_ｍが可動子３００に対して重力方向（−）に作用する場合、摺動抵抗力Ｆは、落下力Ｆ_ｇと同じ向きに可動子３００に対して作用する。なお、可動子３００の質量をＭとした場合に可動子３００に作用する落下力Ｆ_ｇは、下記の式２により表される。
Ｆ_ｇ＝Ｍ×Ｇ×ｓｉｎθ ・・・式２

図９は、アクチュエータ１００が傾斜した状態で、可動子３００が重力に従う方向に移動した場合、即ち、重力方向に対してプラス（＋）方向に移動した場合に、可動子３００に作用する力を模式的に示す図である。図９においても、図１から図４までと共通の要素に同じ参照番号を付して重複する説明を省く。

この状態でも、可動子３００には、軸方向推力Ｆ_ｍ、摺動抵抗力Ｆおよび落下力Ｆ_ｇが軸方向に作用する。ただし、可動子３００が重力方向（＋）方向に移動する場合には、落下力Ｆ_ｇが、摺動抵抗力Ｆと反対の向きに可動子３００に対して作用する。

図１０は、上記のようにアクチュエータ１００が傾斜している場合の駆動電流の変化を示すグラフである。図１０において、駆動電流の変化を示す電流プロファイルは下段に示される。また図１０の上段は、図７の上段と同ように可動子３００の速度プロファイルを示す。

図１０下段左側には、仰角θのアクチュエータ１００において、可動子３００が重力に抗して重力方向（−）に移動した場合の駆動電流のプロファイルが示される。図８に示したようにアクチュエータ１００が傾斜している場合、待機期間Ｔ_ｗに、落下力Ｆ_ｇに抗して可動子３００をその位置に保持するために、落下力相当分電流μが駆動コイルに供給される。

よって、可動子３００が重力方向（−）に移動する場合は、落下力相当分電流ｇに対して、加速制御期間Ｔ_Ａの駆動電流が重畳される。このようなアクチュエータ１００において可動子３００を移動させる場合に生じる損失Ｌ_ｂは、落下力相当分電流ｇ、加速電流ａおよび摺動抵抗分電流μにより下記式３のように表せる。

ここで、［α＝μ／ｇ］により定義される摺動抵抗比αを［μ＝αｇ］として式３に代入すると、式３は下記の式４のようにαの二次関数として表せる。
Ｆ（α）＝ｇ^２α^２＋（４ｐ＋４ｇ−２）ｇ^２α＋２ａ^２ｐ＋ｇ^２・・・式４

式４においてｇ＞０の場合に関数Ｆ（α）を最小にするαの値は、下記の式５が満たされた場合となる。

式５における「（ｐ＋ｑ）」は、駆動デュティＤの定義から、下記の式６のように駆動デュティＤにより表すことができる。
ｐ＋ｑ＝（Ｄ／１００） ・・・式６

よって、式５の条件を満たす場合の摺動抵抗比αは、下記の式７のように表すことができる。
α＝１−２（Ｄ／１００）
＝１−０．０２Ｄ
（ただし、Ｄ＜５０） ・・・式７

アクチュエータ１００においては、摺動抵抗発生部３５０を制御することにより摺動抵抗力Ｆを変化させることができる。そこで、演算部４２０が下記の式８を満たす摺動抵抗力Ｆを発生させることにより、駆動制御部４００は、上記式７の条件が成立した状態でアクチュエータ１００を動作させることができる。なお、駆動デュティＤが５０％であるか、５０％を越える場合はα＝０、即ち、摺動抵抗力は最小にするものとする。
Ｆ＝（１−０．０２Ｄ）ＭＧ・・・式８
（ただし、Ｄ＜５０）

このように、傾斜したアクチュエータ１００において可動子３００が重力方向（−）に移動する場合は、アクチュエータ１００の発熱量Ｗが少なくなる摺動抵抗比αが得られる摺動抵抗力Ｆを算出して、算出結果に応じた摺動抵抗力Ｆを摺動抵抗発生部３５０に発生させる。これにより、アクチュエータ１００における発熱量を抑制して、アクチュエータ１００の駆動効率を向上させることができる。

図１０下段右側には、仰角θのアクチュエータ１００において、可動子３００が重力に従って重力方向（＋）に移動した場合の駆動電流のプロファイルが示される。この場合は、落下力Ｆ_ｇの一部は、摺動抵抗力Ｆ_ｆと打ち消し合う。よって、可動子３００が移動した場合のアクチュエータ１００における損失Ｌ_ｃは、下記の式９のように表すことができる。

ここで、［α＝μ／ｇ］により定義される摺動抵抗比αを、［μ＝αｇ］として式７に代入すると、式７は、下記の式１０のようにαの二次関数として表せる。
Ｆ（α）＝ｇ^２α^２−２ｇ^２α＋２ａ^２ｐ＋ｇ^２・・・式１０

よって、損失Ｌ_ｃを最小にする摺動抵抗比αの値は、下記の式１１が満たされる場合となる。

このため、可動子３００が重力方向（＋）に移動する場合は、α＝１となること、即ち、落下力Ｆ_ｇと摺動抵抗力Ｆとが等しいことが損失Ｌ_ｃを最小にする条件となる。よって、演算部４２０は、落下力Ｆ_ｇに見合った摺動抵抗力Ｆを算出して、摺動抵抗指令発生部４４０に当該摺動抵抗力Ｆを摺動抵抗発生部３５０に発生させるべく指示を出す。

図１１は、上記のような条件を満たしつつ実行される、駆動制御部４００の駆動制御手順を示すフローチャートである。アクチュエータ１００が動作を開始すると、駆動制御部４００の演算部４２０は、可動子３００の目標位置と、そのときの可動子３００の位置とから、可動子３００の駆動距離を算出する（ステップＳ１０１）。

次に、演算部４２０は、算出した移動量で可動子３００を移動させる場合の駆動デュティＤを算出する（ステップＳ１０２）。駆動デュティＤは、直近の移動が終了した時点から、今回の移動指令を受けた時点までを待機期間Ｔ_ｗとして、求められた移動距離に応じた加速制御時間Ｔ_Ａとの比をとることにより求められる。更に、演算部４２０は、姿勢算出部４５０から、アクチュエータ１００の仰角θを取得する（ステップＳ１０３）。

ここで、取得した仰角θが零であった場合、即ち、アクチュエータ１００が水平であった場合（ステップＳ１０４：ＹＥＳ）は、上記式１に従って、摺動抵抗発生部３５０が発生する摺動抵抗力Ｆを最小にすべき旨を、摺動抵抗指令発生部４４０に指示する。これにより、摺動抵抗指令発生部４４０は、摺動抵抗発生部３５０に、摺動抵抗が最小になる駆動電圧を印加する（ステップＳ１０５）。

続いて、駆動制御部４００においては、三相指令発生部４３０が、駆動コイル２４４に駆動電流を供給する加速制御を開始する（ステップＳ１０６）。また、可動子３００が目標位置に到達すると、駆動制御部４００は制御を終了する（ステップＳ１０７）。

また、ステップＳ１０４において仰角が零ではなかった場合、即ち、アクチュエータ１００が水平面に対して傾いていた場合、演算部４２０は、まず、可動子３００に作用する落下力Ｆ_ｇを算出する（ステップＳ１０８）。落下力Ｆ_ｇは、仰角θ、重力加速度Ｇおよび可動子３００の質量Ｍに基づいて式２に従って求められる。

次に、演算部４２０は、姿勢算出部４５０から取得した仰角θと、目標位置への可動子３００の移動方向が、重力方向に対して抗する方向（重力方向（−））であるか、重力に従う方向（重力方向（＋））であるかを判断する（ステップＳ１０９）。

ここで、可動子３００の移動方向が重力方向（＋）の場合（ステップＳ１０９：ＮＯ）、演算部４２０は、上記式１１に従って、落下力Ｆ_ｇと同じ摺動抵抗力Ｆ_ｆを摺動抵抗発生部３５０に発生させるべく、摺動抵抗指令発生部４４０に指示をだす（ステップＳ１１０）。度摺動抵抗発生部３５０が指示した摺動力Ｆ_ｆを発生すると、駆動制御部４００は加速制御を開始し（ステップＳ１０６）、可動子３００が目標位置に到達すると制御を終了する（ステップＳ１０７）。

また、ステップＳ１０９において、可動子３００の移動方向が重力方向（−）であった場合（ステップＳ１０９：ＹＥＳ）、演算部４２０は、既知の駆動デュティＤに基づいて、式６に従って計算することにより、損失が最小になる摺動抵抗比αを算出する（ステップＳ１１１）。次に、演算部４２０は、摺動抵抗比αおよび落下力Ｆ_ｇに基づいて摺動抵抗力Ｆ_ｆを算出する（ステップＳ１１２）。

こうして摺動抵抗力Ｆ_ｆが算出されると、演算部４２０は、摺動抵抗発生部３５０に摺動抵抗力Ｆ_ｆを発生させるべく、摺動抵抗指令発生部４４０に指示をだす（ステップＳ１１３）。度摺動抵抗発生部３５０が指示した摺動抵抗力Ｆ_ｆを発生すると、駆動制御部４００は加速制御を開始し（ステップＳ１０６）、可動子３００が目標位置に到達すると制御を終了する（ステップＳ１０７）。

このように、姿勢が変化する携帯機器にアクチュエータ１００を装備した場合、駆動制御部４００は、アクチュエータ１００の姿勢を検出して、姿勢に応じた摺動抵抗力Ｆを、摺動抵抗発生部３５０に発生させる。これにより、アクチュエータ１００の損失を低減し、発熱を抑制できる。

図１２は、アクチュエータ１００の摺動抵抗比αおよび損失（Ｗ）の関係を示すグラフである。ここでは、質量が２５ｇの可動子３００を有してモータ定数が０．５（Ｎ／Ｗ^１／２）のアクチュエータ１００について、摺動抵抗比αと損失（Ｗ）を算出してプロットした。

図中に記載した「水平移動」とは、仰角θが零の水平なアクチュエータ１００における可動子３００の移動を意味する。また、「垂直移動」は、仰角θが９０°で、垂直なアクチュエータ１００における可動子３００の移動を意味する。更に、「（＋）」および「（−）」は、可動子３００の移動方向が重力に従う方向（＋）か、重力に抗する方向（−）かを示す。図示の通り、いずれの場合も損失（Ｗ）の変化は二次曲線を描き、ある加速度比において損失（Ｗ）が最小になることが判る。

また、図中に記載した「平均」は、式１［水平］の２倍と式３［方向（−）］および式７［方向（＋）］との和により算出した損失（Ｗ）の平均値を意味する。このように、可動子３００の垂直方向および水平方向の移動について予め算出した摺動抵抗比の平均値を用意して、そのような摺動抵抗比αが形成される摺動抵抗力Ｆをアクチュエータ１００に設定することにより、摺動抵抗力Ｆを変化させる機構無しに、アクチュエータ１００の損失を抑制できる。

図１３は、上記アクチュエータ１００に生じる損失（Ｗ）をシミュレイトした計算結果を示す図である。また、図１４に、算出結果をプロットしたグラフを示す。

図中に記載した「水平移動の摺動抵抗比α」とは、仰角θが零の水平なアクチュエータ１００において損失が最小になる摺動抵抗比αを意味する。「垂直移動の摺動抵抗比α」は、仰角θが９０°で、垂直なアクチュエータ１００において損失が最小になる摺動抵抗比αを意味する。「（＋）」および「（−）」は、移動方向が重力に従う方向（＋）か、重力に抗する方向（−）かを示す。

図１３において、「平均発熱時の摺動抵抗比α」は、式１［水平］の２倍と式３［方向（−）］および式７［方向（＋）］との和により算出した水平、垂直動作の平均発熱式から発熱最小となる最適な摺動抵抗比αを意味する。このように、可動子３００の垂直の双方向および垂直の移動について予め算出した摺動抵抗比αを用意することにより、損失が最小になる摺動抵抗αを選択して、アクチュエータ１００に予め設定することができる。

即ち、特定の姿勢で固定して使用されるアクチュエータ１００、例えば、監視カメラのレンズ鏡筒においてレンズを駆動するアクチュエータ１００の場合は、仕様および設置状態から推定した駆動デュティＤに基づいて摺動抵抗比αを選択して、当該摺動抵抗比αを発生する一定の摺動抵抗力Ｆを摺動抵抗発生部３５０に設定すればよい。このような摺動抵抗発生部３５０は、例えば固定子と可動子の間で弾性変形する弾性部材等により形成できる。よって、演算部４２０の負荷が軽くなると共に、摺動抵抗指令発生部４４０は省略できる。

図１５は、他の構造を有するアクチュエータ１０１の斜視図である。アクチュエータ１０１は、以下に説明する部分を除くと、図１に示したアクチュエータ１００と同じ構造を有する。よって、共通の要素には同じ符号を付して重複する説明を省く。

アクチュエータ１０１は、アクチュエータ１００の駆動部２４８に替えて、一対の揺動部２４０を備える。一対の揺動部２４０は、開口２２２に対して対称な位置に対向して配される。揺動部２４０の各々の両端には揺動軸２４２が設けられ、支持部２２０から揺動自在に支持される。

図示の例では、図中で手前側の揺動部２４０は、その下端に揺動軸２４２が設けられている。よって、揺動部２４０が揺動した場合は、揺動部２４０の上端が、開口２２２の径方向に変位する。また、図中で奥側の揺動部２４０は、その上端に揺動軸２４２が設けられている。よって、揺動部２４０が揺動した場合は、揺動部２４０の下端が、開口２２２の径方向に変位する。

また、揺動部２４０の各々において揺動する場合に変位する側の端部には、付勢部材２５０の一端が結合される。付勢部材２５０の他端は、レンズ枠ストッパ２２４に結合される。更に、揺動部２４０の各々の外面には、揺動軸２４２から遠い側に、耐磨耗性材料層２４６が配される。

図１６は、アクチュエータ１０１の垂直断面図である。アクチュエータ１０１の可動子３００においては、下側の被案内部３２２において、下側のガイドバー２３０が角穴３２３に挿通されている。よって、ガイドバー２３０と被案内部３２２との間に生じる摺動抵抗を能動的に変化させることはできない。

揺動部２４０は、アクチュエータ１００の駆動部２４８と同様の駆動コイル２４４を備える。よって、当該駆動コイル２４４に、図６に示した波形の駆動電流を供給することにより、可動子３００はガイドバー２３０に沿って移動する。

アクチュエータ１０１においては、揺動部２４０の各々は、付勢部材２５０によりレンズ枠ストッパ２２４に向かって引き付けられている。これにより、レンズ３１０の径方向の推力が作用していない場合、揺動部２４０は、レンズ枠３２０および永久磁石３４０並びに被駆動部カバー３３０のいずれにも接触しない位置に保持される。

図１７は、揺動部２４０を揺動させる場合に、駆動コイル２４４に供給する駆動電流の波形を示すグラフである。即ち、この駆動電流は、揺動部２４０を揺動させて、その一端をレンズ３１０の径方向に変位させる推力を生じさせる。よって、この推力を径方向推力と記載する。また、径方向推力を発生させる駆動電流を、径方向駆動電流と記載する。

図１７において、図中に点線で示す正弦波は、図６に示したＷ相に相当する。これに対して、図中に実線で示すのは、径方向駆動電流の波形であり、軸方向駆動電流に対して、永久磁石３４０の磁極ピッチＰ_１の１／４ピッチ分、位相が遅れている。このような径方向駆動電流は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の軸方向駆動電流のそれぞれに対応して発生される。

軸方向駆動電流と１／４ピッチ分の位相がずれた径方向駆動電流を供給された駆動コイル２４４の各々は、軸方向駆動電流を供給された場合と同様にそれぞれ磁界を発生する。しかしながら、駆動コイル２４４が径方向駆動電流により発生した磁界に対する永久磁石３４０の相対位置は、軸方向駆動電流により生じた磁界に対する相対位置と異なる。

このため、径方向駆動電流により生じた磁界は、永久磁石３４０に対する軸方向推力の発生には寄与しない。また、当該磁界を形成する磁束のうち、ガイドバー２３０の軸方向と直交する磁束が永久磁石３４０に支配的に作用する。これにより、駆動コイル２４４に生じた磁界と永久磁石３４０との間には、付勢部材２５０の付勢力に抗して揺動部２４０を揺動させ、耐磨耗性材料層２４６を、被駆動部カバー３３０の内面に押し付ける径方向推力が発生する。

図１８は、アクチュエータ１０１の垂直断面であり、径方向推力が作用した場合の状態を示す。図１６と共通の要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。

しかしながら、アクチュエータ１０１においては、揺動部２４０の各々が、揺動軸２４２について基盤２１０に対して揺動する。また、揺動部２４０の各々における揺動軸２４２と反対の端部は、付勢部材２５０により、被駆動部カバー３３０から離れる方向に向かって付勢されている。

径方向駆動電流により駆動コイル２４４および永久磁石３４０の間に径方向推力が生じた場合、揺動部２４０は、付勢部材２５０の付勢力に抗して揺動する。これにより、揺動部２４０の一端は、レンズ３１０の径方向外側に変位する。よって、揺動部２４０の外周面の一部に配された耐磨耗性材料層２４６が被駆動部カバー３３０の内面に接触する。

この状態で可動子３００が移動した場合、可動子３００および揺動部２４０の間には摺動抵抗力が発生する。また、ここで発生する摺動抵抗力の大きさは、駆動コイル２４４に供給される径方向駆動電流の大きさに依存する。つまり、径方向駆動電流は、摺動抵抗力を制御する摺動抵抗指令となる。このように、アクチュエータ１０１においては、揺動部２４０および被駆動部カバー３３０の間に、摺動抵抗力を変化させる調整機構が形成される。

既に説明した通り、駆動制御部４００における演算部４２０は、アクチュエータ１０１における発熱が最小となる摺動抵抗力を算出し、当該摺動抵抗力が得られる径方向駆動電流を摺動抵抗指令発生部４４０に発生させる。よって、アクチュエータ１０１における発熱が抑制され、アクチュエータ１０１に投入された電力を効率よく利用できる。

なお、上記アクチュエータ１００、１０１において、軸方向駆動電流および径方向駆動電流により発生した磁界が相互に作用して、可動子３００の移動に連れて軸方向推力または径方向推力が変動する場合がある。そのような場合、演算部４２０は、軸方向推力および径方向推力の少なくとも一方を一定に保つべく、三相指令発生部４３０に対する指示を補正してもよい。

即ち、軸方向駆動電流および径方向駆動電流により駆動コイル２４４が発生する磁界の特性は予め判っている。よって、位置算出部４１０が算出した可動子３００の位置に応じて指令を修正することにより、いずれかの推力を安定させることができる。

また、上記の例では、可動子３００に永久磁石３４０を配置し、揺動部２４０に駆動コイル２４４を配置した。しかしながら、可動子３００に駆動コイル２４４を配置し、揺動部２４０に永久磁石３４０を配置しても、同様の機能を有するアクチュエータ１００、１０１を形成できる。

更に、上記の例では、径方向推力により揺動部２４０を径方向外側に変位させて摺動抵抗力を発生させた。しかしながら、駆動コイル２４４および永久磁石３４０が引き合う径方向推力が発生する径方向駆動電流を供給して、揺動部２４０およびレンズ枠３２０を接触させて摺動抵抗力を発生させてもよい。

図１９は、一眼レフカメラ５００の模式的断面図である。一眼レフカメラ５００は、レンズ鏡筒６００およびカメラボディ７００を含む。

レンズ鏡筒６００は、固定筒６１０と、レンズ６２０、６３０、６４０とを有する。固定筒６１０の後端は、レンズマウント６５０を介して、カメラボディ７００のボディマウント７５０と結合される。レンズマウント６５０およびボディマウント７５０の結合は、特定の操作により解除できる。これにより、カメラボディ７００には、同じ規格のレンズマウント６５０を有する他のレンズ鏡筒６００を装着できる。

レンズ鏡筒６００において、カメラボディ７００から最も遠いレンズ６２０は、固定筒６１０から直接に支持される。これに対して、他のレンズ６３０，６４０は、固定筒６１０対して移動するレンズ枠３２０により支持される。

即ち、レンズ６３０、６４０は、それぞれ独立したレンズ枠３２０に保持される。レンズ枠３２０の各々は、その外周に被案内部３２２を装着される。更に、被案内部３２２は、固定筒６１０に対して固定された一対のガイドバー２３０を挿通されており、レンズ鏡筒６００の長手方向に、ガイドバー２３０に案内されつつ摺動する。

なお、断面図には現れないが、固定筒６１０の紙面に対して手前側および奥側には、それぞれが駆動コイル２４４を備えた駆動部２４８が配される。また、レンズ枠３２０の手前側および奥側には、それぞれ、永久磁石３４０を含む被駆動部３２８が配される。

これにより、レンズ６３０を保持したレンズ枠３２０を含む第一の可動子３０１と、レンズ６３０を保持したレンズ枠３２０を含む第二の可動子３０２とを有するアクチュエータ１００が、レンズ鏡筒６００に形成される。以下、図８までに示したアクチュエータ１００と共通な要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。

被案内部３２２の各々の底部には、位置指標３２４が個別に装着される。また、固定筒６１０の底面には、位置センサ２１２が配される。よって、位置算出部４１０は、第一の可動子３０１および第二の可動子３０２の位置を個別に算出できる。また、三相指令発生部４３０は、算出された位置情報に基づいて、それぞれが軸方向推力を発生させる２組の三相駆動電流を含む軸方向駆動電流を発生する。これにより、第一の可動子３０１および第二の可動子３０２は個別に移動する。

このとき、ガイドバー２３０と被案内部３２２との間に適切な摺動抵抗が生じることにより、可動子３０１、３０２をそれぞれ効率よく移動させることができる。これにより、カメラボディ７００の電力消費を抑制できる。

なお、レンズ６３０は、レンズ鏡筒６００の倍率を変化させる場合に移動するズームレンズのひとつであり得る。また、レンズ６４０は、レンズ鏡筒６００の焦点位置を変化させる場合に移動するフォーカシングレンズのひとつであり得る。

カメラボディ７００は、レンズ鏡筒６００に対してボディマウント７５０の背後において、筐体７１０の内部に、メインミラー７２０およびサブミラー７２２を備える。また、メインミラー７２０の下方に合焦光学系７３０を、メインミラー７２０の上方にピント板７４２を、それぞれ備える。ピント板７４２の更に上方には、ペンタプリズム７４４およびファインダ光学系７４６が配される。

更に、メインミラー７２０の後方には、フォーカルプレンシャッタ７９０、ローパスフィルタ７８２および撮像素子７８０が順次配される。撮像素子７８０の背後には、システム制御部７７２、画像演算部７７４等が実装された主基板７７０が配される。

メインミラー７２０はメインミラー保持枠７２１に保持される。メインミラー保持枠７２１は、メインミラー揺動軸７２３を介して、筐体７１０から軸支される。サブミラー７２２はサブミラー保持枠７２７に保持される。サブミラー保持枠７２７は、サブミラー揺動軸７２９を介して、メインミラー保持枠７２１の下面側に軸支される。

メインミラー７２０は、レンズ鏡筒６００から入射した被写体光束の光路上に傾斜して配置される斜設状態と、被写体光束を避けて上昇する退避位置との間を揺動する。斜設状態にあるメインミラー７２０は、入射光の大半をピント板７４２に向かって反射する。ピント板７４２は、レンズ鏡筒６００のレンズ６２０、６３０、６４０が合焦した場合に像を結ぶ位置に配されて当該像を可視化する。

ピント板７４２に結像された画像は、ペンタプリズム７４４を介してファインダ光学系７４６から観察される。ペンタプリズム７４４を通すことにより、ファインダ光学系７４６では、ピント板７４２上の像を正立正像として見ることができる。

メインミラー７２０は、入射光の一部を透過するハーフミラー領域を有する。これにより、サブミラー７２２は被写体光束の一部を受けて、合焦光学系７３０に向かって反射する。合焦光学系７３０は、入射した被写体光束の一部を合焦センサに導く。これにより、カメラボディ７００は、レンズ鏡筒６００を合焦させる場合の、可動子３０１の目標位置を決定できる。

なお、メインミラー７２０が上昇して退避状態になった場合は、サブミラー７２２も被写体光束の光路から退避する。よって、入射した被写体光束は、フォーカルプレンシャッタ７９０に直接に入射する。更に、フォーカルプレンシャッタ７９０が開いている場合、被写体光束は、ローパスフィルタ７８２を通過した後、撮像素子７８０に入射する。

撮像素子７８０は、ＣＣＤセンサ、ＣＭＯＳセンサなどの光電変換素子により形成される。撮像素子７８０は、受光した被写体像を電気信号に変換して出力する。撮像素子７８０から出力された電気信号は、画像演算部７７４において画像データに変換される。こうして、被写体光束に対応した画像データが獲得される。画像演算部７７４と共に主基板７７０に実装されたシステム制御部７７２は、メインミラー７２０、サブミラー７２２、フォーカルプレンシャッタ７９０等の動作シーケンスを制御する。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

また、特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１００、１０１ アクチュエータ、２００ 固定子、２１０ 基盤、２１２ 位置センサ、２１４ 姿勢センサ、２２０ 支持部、２２２ 開口、２２４ レンズ枠ストッパ、２３０ ガイドバー、２４０ 揺動部、２４２ 揺動軸、２４４ 駆動コイル、２４５ 電流検出抵抗、２４６ 耐磨耗性材料層、２４８ 駆動部、２５０ 付勢部材、３００、３０１、３０２ 可動子、３１０ レンズ、３２０ レンズ枠、３２１ 丸穴、３２２ 被案内部、３２３ 角穴、３２４ 位置指標、３２８ 被駆動部、３３０ 被駆動部カバー、３４０ 永久磁石、３４２ ヨーク、３５０ 摺動抵抗発生部、４００ 駆動制御部、４１０ 位置算出部、４２０ 演算部、４３０ 三相指令発生部、４４０ 摺動抵抗指令発生部、４５０ 姿勢算出部、５００ 一眼レフカメラ、６００ レンズ鏡筒、６１０ 固定筒、６２０、６３０、６４０ レンズ、６５０ レンズマウント、７００ カメラボディ、７１０ 筐体、７２０ メインミラー、７２１ メインミラー保持枠、７２２ サブミラー、７２３、７２９ 揺動軸、７２７ サブミラー保持枠、７３０ 合焦光学系、７４２ ピント板、７４４ ペンタプリズム、７４６ ファインダ光学系、７５０ ボディマウント、７７０ 主基板、７７２ 制御部、７７４ 画像演算部、７８０ 撮像素子、７８２ ローパスフィルタ、７９０ フォーカルプレンシャッタ

Claims (9)

1. 移動体と、
   前記移動体を移動させるリニアモータと、
   前記リニアモータを駆動する駆動制御部と、
   前記移動体に接触して前記移動体の移動を妨げる摺動抵抗力を発揮する摺動抵抗部と
   を備える移動装置であって、
   前記摺動抵抗力は、前記駆動制御部が前記リニアモータを駆動する場合の単位時間当たりの加速制御時間の割合である駆動デュティに基づいて決定される移動装置。
2. 前記摺動抵抗力であるＦ（Ｎ）は、前記駆動デュティをＤ（％）、重力加速度をＧ（ｍ／ｓ^２）、前記移動体の質量をＭ（ｋｇ）としたときに、
   Ｆ＝（１−０．０２Ｄ）ＭＧ
   （ただし、Ｄ＜５０）
   により決定される請求項１に記載の移動装置。
3. 前記摺動抵抗部は、
   前記摺動抵抗力を変化させる調整機構と、
   前記駆動制御部から前記駆動デュティを取得して前記摺動抵抗力を決定する演算部と、
   決定された前記摺動抵抗力を発揮するように前記調整機構を作動させる作動部と
   を備える請求項１または２に記載の移動装置。
4. 前記移動体をガイドするガイドシャフトを備え、
   前記調整機構は、前記移動体と前記ガイドシャフトの間に働く摺動抵抗力を変化させる請求項３に記載の移動装置。
5. 前記調整機構は、前記移動体と前記ガイドシャフトの間に圧電素子を備える請求項４に記載の移動装置。
6. 前記調整機構は、前記リニアモータを構成するコイルとマグネット間の吸着力または反発力により接触する前記リニアモータの固定子と前記移動体の間に働く摺動抵抗力を変化させる請求項３に記載の移動装置。
7. 前記移動装置の姿勢を検出する姿勢センサを備え、
   前記演算部は、前記姿勢に基づいて前記摺動抵抗力を変更する請求項３から６のいずれか１項に記載の移動装置。
8. 請求項１から７のいずれか１項に記載の移動装置を備える撮影レンズ。
9. 請求項１から７のいずれか１項に記載の移動装置を備える撮像装置。

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