JP2004056913A

JP2004056913A - 駆動装置及び駆動装置の駆動制御方法

Info

Publication number: JP2004056913A
Application number: JP2002210663A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Okada; 岡田　浩幸
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 2002-07-19
Filing date: 2002-07-19
Publication date: 2004-02-19

Abstract

【課題】貫通電流の発生を防止するとともに、放電期間を設けて駆動電力の低減を図り、且つ圧電素子の出力の低下を抑制することのできる駆動装置及び駆動装置の駆動制御方法を提供する。
【解決手段】駆動制御信号Ｓｃ１，Ｓｃ４を同時にハイからローに切替え、この切替えタイミングから時間ｔ９後に信号Ｓｃ３をローからハイに切替えた後、時間ｔ１０後に信号Ｓｃ２をローからハイに切り替えると共に、信号Ｓｃ２，Ｓｃ３を同時にハイからローに切替え、この切替えタイミングから時間ｔ１１後に信号Ｓｃ１をローからハイに切替えた後、時間ｔ１２後に信号Ｓｃ４をローからハイに切替えるようにして、圧電素子２８の端子間電圧Ｖｓの大きさが駆動電圧Ｖｐより小さくなる時間Ｔを、放電時間ｔ１０又はｔ１２のみとして、上記時間Ｔが貫通電流防止に要する時間と放電時間との和となる従来の制御より短くした。
【選択図】　　　図５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電圧の印加による圧電素子の伸縮動作を利用して、駆動対象物を駆動する駆動装置及び駆動装置の駆動制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
駆動電圧の印加による圧電素子の伸縮動作を利用して、駆動対象物を一定の直線上で往復動させるインパクト型アクチュエータが知られている。
【０００３】
このアクチュエータは、例えば図１１に示すように、電気機械変換素子である圧電素子１０１と、圧電素子１０１により駆動される棒状の駆動部材１０２と、駆動部材１０２に所定の摩擦力で結合された係合部材１０３と、圧電素子１０１に駆動電圧を印加する駆動回路部１０４とを備えて構成され、圧電素子１０１の伸縮動作、さらには駆動回路部１０４からの制御信号に対応する上記伸縮動作のスピードに応じて、駆動部材１０２が係合部材１０３と連動して、あるいは係合部材１０３に対してスリップすることにより、係合部材１０３に固着された駆動対象物である撮影レンズ等を間欠的に軸方向に移動させるようになっている。
【０００４】
この種のアクチュエータにおいて採用される駆動回路部１０４として、例えば図１２に示す構成を備えたものがある。
【０００５】
図１２に示すように、駆動回路部１０４は、例えばＮチャネルＭＯＳ−ＦＥＴ等のスイッチング素子Ｑ１’〜Ｑ４’を備えて構成される４つのスイッチ回路１０４１〜１０４４が圧電素子１０１に対してブリッジ接続され、各スイッチ回路１０４１〜１０４４に駆動制御信号Ｓｃ１，Ｓｃ２，Ｓｃ３，Ｓｃ４を供給する制御回路１０４５によって、ブリッジの対角に位置する一対のスイッチ回路でそれぞれ構成される２つの駆動回路（スイッチ回路１０４１，１０４４で構成される駆動回路とスイッチ回路１０４２，１０４３で構成される駆動回路）を交互にオンオフ制御することで、電源電圧Ｖｐを交番する矩形波電圧に変換し、この矩形波電圧を圧電素子１０１に印加するものである。圧電素子１０１は、矩形波電圧が印加されることにより、その変位の波形が鋸歯形状を描くように伸縮する。
【０００６】
また、圧電素子１０１は、上記交番電圧により充放電を繰り返すコンデンサとして動作する。すなわち、一方の駆動回路がＯＮ（他方の駆動回路はＯＦＦ）し、圧電素子１０１に一方向から駆動電圧が印加されると、圧電素子１０１の端子間電圧の大きさが略電源電圧Ｖｐとなるまで圧電素子１０１の両端子に電荷が充電され、その後、他方の駆動回路がＯＮ（上記一方の駆動回路はＯＦＦ）し、圧電素子１０１に逆方向から駆動電圧が印加されると、圧電素子１０１の両端子に充電された上記電荷が放電して両端子が等電位（電圧０）となる状態を経て、圧電素子１０１の端子間電圧の大きさが略電源電圧Ｖｐとなるまで圧電素子１０１の両端子に電荷が逆向きに充電される。
【０００７】
その場合に、駆動回路のオンオフを切り替える際、一方の駆動回路へのハイレベル信号（ＯＮさせるための信号）と他方の駆動回路へのローレベル信号（ＯＦＦさせるための信号）とを同じ出力タイミングに設定した場合、他方の駆動回路がＯＦＦとなるタイミングが一方の駆動回路がＯＮするタイミングより遅れることがあり、この場合、直列接続されたスイッチ回路間（図１２では、スイッチ回路１０４１とスイッチ回路１０４２もしくはスイッチ回路１０４３とスイッチ回路１０４４）において電流が流れる（以下、この電流を貫通電流という）。貫通電流は、圧電素子１０１の駆動に関与するものではないため消費電力の浪費になるとともに、スイッチング素子の焼き付き等を起こす原因となることから、この貫通電流の発生を防止するために、図１３に示すようなスイッチ回路１０４１〜１０４４に対する制御（以下、第１の制御という）を行う場合がある。
【０００８】
図１３は、制御回路１０４５からスイッチ回路１０４１〜１０４４に送出する駆動制御信号Ｓｃ１〜Ｓｃ４を示す図である。
【０００９】
図１３に示すように、第１の制御においては、駆動制御信号Ｓｃ１〜Ｓｃ４のうち、駆動制御信号Ｓｃ２，Ｓｃ３を、駆動制御信号Ｓｃ１，Ｓｃ４をハイからローに切り替えるタイミングよりも時間ｔ１遅いタイミングでローからハイに切り替える。このとき、スイッチ回路１０４２，１０４３は、スイッチ回路１０４１，１０４４がオンからオフに切り替わってからオンすることになる。また、駆動制御信号Ｓｃ１，Ｓｃ４をローからハイに切り替えるタイミングよりも時間ｔ２早いタイミングでハイからローに切り替える。このとき、スイッチ回路１０４１，１０４４は、スイッチ回路１０４２，１０４３がオンからオフに切り替わってからオンすることになる。
【００１０】
このような制御により、スイッチ回路１０４１と１０４２とが同時に、あるいはスイッチ回路１０４３と１０４４とが同時にＯＮする期間をなくして貫通電流の発生を防止するようにしている。
【００１１】
なお、圧電素子１０１の両端子間の電圧Ｖｓに着目すると、図１３に示すように、該電圧Ｖｓの正負について端子Ａが高電位のときを正としたとき、駆動制御信号Ｓｃ２，Ｓｃ３をローからハイに切り替えたタイミングで＋Ｖｐから−Ｖｐとなり、駆動制御信号Ｓｃ１，Ｓｃ４をローからハイに切り替えたタイミングで−Ｖｐから＋Ｖｐとなる。
【００１２】
更なる消費電力の低減を図ることを目的として、上記の駆動回路部１０４に対して図１４に示すような制御（以下、第２の制御という）を行うことがある。なお、図１４は、上記第１の制御の目的である貫通電流の防止を含む制御を示すものである。
【００１３】
図１４に示すように、第２の制御においては、駆動制御信号Ｓｃ１〜Ｓｃ４のうち、駆動制御信号Ｓｃ４をハイからローに切り替えるタイミングから時間ｔ３後に駆動制御信号Ｓｃ３をローからハイに切り替え、このタイミングから時間ｔ４後に駆動制御信号Ｓｃ１をハイからローに切り替え、さらにこのタイミングから時間ｔ５後に駆動制御信号Ｓｃ２をローからハイに切り替える。また、駆動制御信号Ｓｃ２をハイからローに切り替えるタイミングから時間ｔ６後に駆動制御信号Ｓｃ１をローからハイに切り替え、このタイミングから時間ｔ７後に駆動制御信号Ｓｃ３をハイからローに切り替え、さらにこのタイミングから時間ｔ８後に駆動制御信号Ｓｃ４をローからハイに切り替える。
【００１４】
この制御によれば、時間差ｔ３，ｔ５，ｔ６，ｔ８を設けたことにより、スイッチ回路１０４１とスイッチ回路１０４２とが、もしくはスイッチ回路１０４３とスイッチ回路１０４４とが同時にＯＮする期間がないため、貫通電流の発生を防止することができる。また、上記のような交番電圧の印加による圧電素子１０１の充放電に対して、上記第１の制御では放電期間にも電源電圧を印加していたところ、この第２の制御では、両端子をショートさせる期間（時間ｔ４，ｔ７の期間）を設けることにより、両端子に充電された電荷を放電させるための電力分だけ節電することができるので、貫通電流の発生を防止できることに加えて、駆動電力の低減を図ることもできる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、この第２の制御においては、次のような改善すべき余地がある。
【００１６】
第２の制御においては、圧電素子１０１の両端子ＡＢ間の端子間電圧Ｖｓは、図１４に示すように、駆動制御信号Ｓｃ３をローからハイに切り替えると端子Ａ，Ｂはショートするため、このタイミングで０となり、駆動制御信号Ｓｃ２をローからハイに切り替えたタイミングで０から−Ｖｐとなる。また、駆動制御信号Ｓｃ１をローからハイに切り替えると再び端子Ａ，Ｂはショートするため、このタイミングで０となり、駆動制御信号Ｓｃ４をローからハイに切り替えたタイミングで＋Ｖｐとなる。
【００１７】
圧電素子１０１は、矩形波電圧が印加されることで、その変位の波形が鋸歯形状を描くように伸縮する旨前述したが、上記第２の制御では、圧電素子１０１の端子間電圧Ｖｓの大きさが駆動電圧Ｖｐより小さくなる時間Ｔが長いために、圧電素子１０１の変位波形の勾配が緩やかとなり、第１の制御に比してアクチュエータの出力が低減することとなる。
【００１８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、貫通電流の発生を防止するとともに、放電期間を設けて駆動電力の低減を図り、且つアクチュエータの出力低下を抑制することのできる駆動装置及び駆動装置の駆動制御方法を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、電圧が印加されることにより伸縮する電気機械変換素子と、前記電気機械変換素子に電圧を供給するための電源と、前記電気機械変換素子の一方の端子と電源との間に接続された第１スイッチ手段と、前記電気機械変換素子の一方の端子とグランドとの間に接続された第２スイッチ手段と、前記電気機械変換素子の他方の端子と電源との間に接続された第３スイッチ手段と、前記電気機械変換素子の他方の端子とグランドとの間に接続された第４スイッチ手段と、前記電気機械変換素子に交番電圧を印加するべく、前記第１、第４スイッチ手段と前記第２、第３スイッチ手段とを交互にオンオフさせる制御手段とを備える駆動装置において、前記制御手段は、前記各スイッチ手段のオンオフを切り替える際、オンしているスイッチ手段を両方オフしたタイミングから所定の時間をおいて、オフしているスイッチ手段を時間をずらして順にオンさせるように構成されていることを特徴とするものである。
【００２０】
また、請求項４に記載の発明は、電圧が印加されることにより伸縮する電気機械変換素子と、前記電気機械変換素子に電圧を供給するための電源と、前記電気機械変換素子の一方の端子と電源との間に接続された第１スイッチ手段と、前記電気機械変換素子の一方の端子とグランドとの間に接続された第２スイッチ手段と、前記電気機械変換素子の他方の端子と電源との間に接続された第３スイッチ手段と、前記電気機械変換素子の他方の端子とグランドとの間に接続された第４スイッチ手段とを備え、前記電気機械変換素子に交番電圧を印加するべく、前記第１、第４スイッチ手段と前記第２、第３スイッチ手段とを交互にオンオフさせるように構成された駆動装置の駆動制御方法において、前記各スイッチ手段のオンオフを切り替える際、オンしているスイッチ手段を両方オフしたタイミングから所定の時間をおいて、オフしているスイッチ手段を時間をずらして順にオンさせることを特徴とするものである。
【００２１】
これらの発明によれば、各スイッチ手段のオンオフを切り替える際、オンしているスイッチ手段を両方オフしたタイミングから所定の時間をおいて、オフしているスイッチ手段をオンさせるようにしたので、すべてのスイッチ手段が同時にオフする期間が与えられる。したがって、電源から電気機械変換素子の同じ端子に接続されたスイッチ手段（第１スイッチ手段と第２スイッチ手段、第３スイッチ手段と第４スイッチ手段）を通ってグランドに流れる電流（貫通電流）の発生を防止することができる。
【００２２】
また、オフしているスイッチ手段をオンさせる場合に、そのスイッチ手段を時間をずらして順にオンさせるようにしたので、電気機械変換素子の両端子が、第１スイッチ手段及び第３スイッチ手段を介して、あるいは第２スイッチ手段及び第４スイッチ手段を介してショートされる期間が与えられる。これにより、電気機械変換素子を正方向及び逆方向に充電する際、その充電に要する電力だけを供給すればよいから、放電に要する電力分、消費電力が低減される。
【００２３】
さらに、オンしているスイッチ手段が両方オフにされても、オフしているスイッチ手段の少なくとも一方がオンされるまで、電気機械変換素子の端子間電圧の大きさは、略駆動電圧に維持され、オフしているスイッチ手段の一方がオンされると、両端子がショートされることにより、端子間電圧の大きさが駆動電圧より小さくなる。また、オフしているスイッチ手段の両方がオンされると、端子間電圧の大きさが駆動電圧となる。
【００２４】
したがって、電気機械変換素子の端子間電圧の大きさが駆動電圧より小さくなる期間は、電気機械変換素子が放電する期間となるため、貫通電流防止に要する期間と放電期間との和となる従来の制御より短くなる。これにより、電気機械変換素子に印加する駆動電圧の波形の形状が矩形波により近似することになるから、従来の電気機械変換素子の変位波形の鈍りを抑制することができ、その結果、従来に比して駆動装置の出力が増加される。
【００２５】
請求項２に記載の発明は、レンズと、前記レンズを所定の方向に駆動するための請求項１に記載の駆動装置と、前記電気機械変換素子の駆動力を前記レンズに伝達するための駆動力伝達部材とを備えるレンズユニットである。
【００２６】
請求項３に記載の発明は、被写体の光像を撮影する撮影手段と、請求項１に記載の駆動装置により駆動されるレンズを含み、前記撮影手段に前記被写体の光像を導く光学系と、撮影の指示を行うための撮影指示手段とを備えてなる撮影装置である。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００２８】
図１、図２に示すように、デジタルカメラ１は、カメラ本体部２に、レンズユニット３、シャッターボタン４、光学ファインダ５、フラッシュ６、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｄｉｓｐｌａｙ）７、機能スイッチ８、電源ボタン９、カードスロット１０及びモード設定スイッチ１１を備えている。
【００２９】
レンズユニット３は、カメラ本体部２の前面右側に配設されており、被写体の光像を取り込むものである。レンズユニット３は、後述するように、ズームレンズやフォーカスレンズ等からなり、駆動装置２０（図５参照）の駆動によりズームや焦点調節を行う。
【００３０】
シャッターボタン４は、カメラ本体部２の背面側の上面右端部に配設されており、撮影モード中に半押しされると、撮影準備処理（主として被写体輝度を検出して露出制御値を設定するとともに、被写体距離を検出してレンズユニット３の焦点調節を行う処理）が行われ、全押しされると、設定された露出制御値で撮影処理が行われる。
【００３１】
光学ファインダ５は、カメラ本体部２の背面左側上部に配設されており、撮影者が撮影画角を視認する接眼窓である。
【００３２】
フラッシュ６（内蔵フラッシュ）は、カメラ本体部２の前面中央上部に配設されており、被写体からの光量が不足する場合などに図略の放電灯を放電させることにより被写体に照明光を照射するものである。
【００３３】
ＬＣＤ７は、カメラ本体部２の背面略中央部に配設されており、撮影画像のモニタ表示及び記録画像の再生表示等を行うものである。
【００３４】
機能スイッチ８は、ＬＣＤ７の右側方に配設されており、レンズユニット３のワイド方向又はテレ方向のズーム駆動等を行うためのスイッチである。
【００３５】
電源ボタン９は、カメラ本体部２の背面上部であって機能スイッチ８の左側に配設されており、押圧する毎に主電源のＯＮ／ＯＦＦが交互に切り換わるようになっている。
【００３６】
カードスロット１０は、カメラ本体部２の一方側面に設けられており、複数の半導体記憶素子からなるメモリカードＭが装着される。
【００３７】
モード設定スイッチ１１は、カメラ本体部２の背面上部に配設されており、上下にスライドする２接点式のスライドスイッチからなる。モード設定スイッチ１１をＡの位置にセットすると、デジタルカメラ１は被写体の撮影を行う撮影モードに、Ｂの位置にセットするとメモリカードＭに記録された撮影画像をＬＣＤ７に再生表示する再生モードに設定される。
【００３８】
次に、レンズユニット３の構成について説明する。図３は、レンズユニット３の内部構成を示す斜視図である。
【００３９】
図３に示すように、レンズユニット３は、被写体側から１群レンズ３０１、２群レンズ３０２、３群レンズ３０３が光軸を一致させて配列されてなり、これらのレンズ３０１〜３０３を介して撮像素子１２（図４参照）に被写体の光像を導くように構成されている。
【００４０】
レンズ３０１〜３０３は、それぞれ支持部材３０４〜３０６に支持されている。支持部材３０４，３０５には、棒状のガイド部材３０７が貫通されているとともに、支持部材３０４，３０５の適所に設けられた係合部３０４ａ，３０５ａがカム部材３０８のガイド溝３０８ａ，３０８ｂに係合している。３群レンズ３０３及びその支持部材３０６は、撮像素子１２を支持する固定部材１３に固定されている。カム部材３０８に形成されている嵌合穴３０８ｃは、カメラ本体部２に固設された図略の軸に嵌合している。
【００４１】
２群レンズ３０２を支持する支持部材３０５には、インパクト型圧電アクチュエータからなる後述の駆動ユニット２１が取り付けられており、２群レンズ３０２はこの駆動ユニット２１を含む後述の駆動装置２０（図５参照）により支持部材３０５を介して光軸方向に駆動される。また、カム部材３０８のガイド溝３０８ａは湾曲線状に、ガイド溝３０８ｂは直線状に形成され、且つ、ガイド溝３０８ａ，３０８ｂは、２群レンズ３０２の駆動に伴って、係合部３０５ａとガイド溝３０８ｂとの係合構造を介してカム部材３０８が嵌合穴３０８ｃを中心として回動し、ガイド溝３０８ａ，３０８ｂ内を移動する係合部３０４ａ，３０５ａの離間距離が変化するように形成されている。これにより、１群レンズ３０１は、２群レンズ３０２の駆動に連動し、且つその駆動方向に応じて２群レンズ３０２に近接又は離反する。
【００４２】
すなわち、図４において、（ｂ）に示す状態を標準とすると、（ａ）に示すように駆動装置２０により２群レンズ３０２をテレ（望遠）方向に駆動したとき、１群レンズ３０１は２群レンズ３０２に近接する一方、（ｃ）に示すように駆動装置２０により２群レンズ３０２をワイド（広角）方向に駆動したとき、１群レンズ３０１は２群レンズ３０２に離反する。ガイド部材３０８のガイド溝３０８ａ，３０８ｂの形状は、図４に示す１群レンズ３０１の軌跡Ｒ１及び２群レンズ３０２の軌跡Ｒ２に基づいて形成されている。
【００４３】
図５は、駆動装置２０の基本構成を概略的に示すブロック図である。この図において、駆動装置２０は、駆動ユニット２１と、駆動ユニット２１を駆動する駆動回路部２２と、駆動ユニット２１に取り付けられている係合部材３０の位置を検出する部材センサ２３と、駆動ユニット２１の基端に配設された基端センサ２４と、駆動ユニット２１の先端に配設された先端センサ２５と、全体の動作を制御する制御部２６とを備えている。
【００４４】
図６は、駆動ユニット２１のより具体的な構成を示す斜視図である。この図において、駆動ユニット２１は、素子固定式構造のものであり、支持部材２７、圧電素子２８、駆動部材２９及び係合部材３０を備えて構成されている。
【００４５】
支持部材２７は、カメラ本体部２に固定され、圧電素子２８及び駆動部材２９を保持するものである。支持部材２７は、円柱体の軸方向両端部２７１，２７２及び略中央の仕切壁２７３を残して内部を刳り貫くことにより形成された第１の収容空間２７４及び第２の収容空間２７５を有している。第１の収容空間２７４には、圧電素子２８がその分極方向である伸縮方向を支持部材２７の軸方向と一致させて収容されている。第２の収容空間２７５には、駆動部材２９と係合部材３０の一部とが収容されている。なお、図５においては、支持部材２７は一部を表記している。
【００４６】
圧電素子２８は、例えば、所要の厚みを有する複数枚の圧電基板を各圧電基板間に図略の電極を介して積層することにより構成したものであり、その伸縮方向（積層方向）である長手方向の一方端面が第１の収容空間２７４の一方端部２７１側端面に固着されている。支持部材２７の他方の端部２７２及び仕切壁２７３には中心位置に丸孔が穿設されると共に、この両丸孔を貫通して断面丸形状の棒状の駆動部材２９が第２収容空間２７５に軸方向に沿って移動可能に収容されている。
【００４７】
駆動部材２９の第１の収容空間２７４内に突出した端部は圧電素子２８の他方側面に固着され、駆動部材２９の第２の収容空間２７５の外部に突出した端部は板ばね３１により所要のばね圧で圧電素子２８側に付勢されている。この板ばね３１による駆動部材２９への付勢は、圧電素子２８の伸縮動作に基づく駆動部材２９の軸方向変位を安定化させるためである。
【００４８】
係合部材３０は、駆動部材２９の軸方向の両側に取付部３０ａを有する基部３０ｂと、両取付部３０ａの間に装着される挟み込み部材３０ｃとを備えており、基部３０ｂが駆動部材２９に遊嵌されると共に、挟み込み部材３０ｃが板ばね３０ｄにより押圧されることにより駆動部材２９に接触することで係合部材３０が所定の摩擦力で駆動部材２９に結合され、係合部材３０に対してその摩擦力よりも大きな駆動力が作用したときに駆動部材２９の軸方向に沿って移動可能とされている。なお、係合部材３０には駆動対象物である２群レンズ３２（図３）が取り付けられている。
【００４９】
図７は、駆動回路部２２の構成例を示す図である。この図において、駆動回路部２２は、図略の駆動電源から駆動電圧＋Ｖｐが供給される接続点ａと、接地される接続点ｂとの間に、電界効果トランジスタの一例としてのＭＯＳ−ＦＥＴであるスイッチング素子Ｑ１やダイオードＤ１等からなる第１スイッチ回路２２１と、ＭＯＳ−ＦＥＴであるスイッチング素子Ｑ２やダイオードＤ２等からなる第２スイッチ回路２２２との直列回路と、ＭＯＳ−ＦＥＴであるスイッチング素子Ｑ３やダイオードＤ３等からなる第３スイッチ回路２２３と、ＭＯＳ−ＦＥＴであるスイッチング素子Ｑ４やダイオードＤ４等からなる第４スイッチ回路２２４との直列回路とが並列接続されているとともに、各スイッチ回路２２１〜２２４に駆動制御信号Ｓｃ１，Ｓｃ２，Ｓｃ３，Ｓｃ４を供給する制御信号供給手段としての制御回路２２７が、ＭＯＳＦＥＴドライバ２２５を介して接続されて構成されている。ＭＯＳＦＥＴドライバ２２５は、制御回路２２７からの信号を電源電圧Ｖｐより充分高い電圧にレベルシフトする回路である。
【００５０】
スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４は、本実施形態ではＮチャネルＦＥＴで構成されており、駆動制御信号がハイレベルのときにオンとなる。第１スイッチ回路２２１及び第２スイッチ回路２２２の接続点ｃと、第３スイッチ回路２２３及び第４スイッチ回路２２４の接続点ｄとの間に圧電素子２８が接続されてブリッジ回路２２６が構成されている。なお、ダイオードＤ１及びダイオードＤ３は、アノードがスイッチング素子Ｑ１及びスイッチング素子Ｑ３のソースに、カソードがスイッチング素子Ｑ１及びスイッチング素子Ｑ３のドレインに接続されているとともに、ダイオードＤ２及びダイオードＤ４は、アノードがスイッチング素子Ｑ２及びスイッチング素子Ｑ４のソースに、カソードがスイッチング素子Ｑ２及びスイッチング素子Ｑ４のドレインに接続されている。
【００５１】
このように構成された駆動回路部２２において、第１スイッチ回路２２１及び第４スイッチ回路２２４は圧電素子２８に対し、その一方側から駆動電圧＋Ｖｐを印加して端子間電圧Ｖｓが＋Ｖｐとなるまで充電する第１の駆動回路を構成する。また、第２スイッチ回路２２２及び第３スイッチ回路２２３は圧電素子２８に対し、その他方側から（すなわち、逆方向から）駆動電圧＋Ｖｐを印加して端子間電圧Ｖｓが−Ｖｐとなるまで充電する第２の駆動回路を構成する。
【００５２】
このように第１〜第４スイッチ回路２２１〜２２４と圧電素子２８とでブリッジ回路２２６を構成した場合、圧電素子２５には−Ｖｐ〜＋Ｖｐの電圧が印加されるので、圧電素子２８の駆動電圧が等価的に２Ｖｐとなる結果、駆動電源が低電圧のものであっても変位量の大きい駆動装置２０が得られる。
【００５３】
図５に戻り、部材センサ２３は、係合部材３０の移動可能範囲内に配設されており、ＭＲＥ（Ｍａｇｎｅｔｏ　Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ　Ｅｆｆｅｃｔ）素子やＰＳＤ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ　ＳｅｎｓｉｔｉｖｅＤｅｖｉｃｅ）素子等のセンサにより構成されている。また、基端センサ２４及び先端センサ２５は、フォトインタラプタ等のセンサにより構成されている。これにより、係合部材３０の所定位置への移動制御が可能となる一方、係合部材３０の位置が基端センサ２４及び先端センサ２５で検出されることで係合部材３０のそれ以上の移動が禁止される。
【００５４】
制御部２６は、演算処理を行うＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）、処理プログラム及びデータが記憶されたＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）及びデータを一時的に記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）から構成されており、部材センサ２３等から入力される信号に基づいて制御回路２２７から駆動パルスを出力させ、この駆動パルスにより第１の駆動回路及び第２の駆動回路を交互に駆動する。
【００５５】
ここで、圧電素子２８に印加される駆動電圧のパルス波形と、圧電素子２８の伸縮による変位との対応関係について説明する。
【００５６】
図８は、駆動電圧のパルス波形の一例と、この駆動電圧による圧電素子２８の変位とを示す図である。なお、圧電素子２８の変位は、レーザードップラー振動系により測定したものである。
【００５７】
このように、圧電素子２８に図８に示す駆動電圧が印加された場合、圧電素子２８の変位波形は、鋸歯形状となることが確認されており、特に図８の場合にあっては、立ち上がり部は緩慢に、立ち下がり部は急峻となっている。なお、立ち上がり部及び立ち下がり部の勾配は、駆動電圧のパルス波形のＯＮデューティ等のパラメータに応じて変化することも確認されている。
【００５８】
圧電素子２８の変位が図８に示すような緩慢な立ち上がり部を有する波形を呈するとき（すなわち、圧電素子２８が緩やかに伸長するとき）は、係合部材３０が駆動部材２９とともに繰込方向（図３右方向）に移動する。一方、圧電素子２８の変位急峻な立ち下がり部を有する波形を呈するとき（すなわち、圧電素子２８が急激に縮小するとき）は、駆動部材２９が戻り方向に移動しても係合部材３０は駆動部材２９上をスリップして略同位置に止まることになるため、図８に示す駆動電圧が圧電素子２８に繰り返し印加されることで、係合部材３０は繰込方向（図３右方向）に間欠的に移動することになる。
【００５９】
なお、このように図８に示すような駆動電圧が圧電素子２８に印加された場合に、圧電素子２８の変位波形が鋸歯形状となるのは、次のような理由による。
【００６０】
すなわち、矩形波は基本波である正弦波と複数次の高調波とからなるものであるが、駆動電圧の駆動周波数が圧電素子２８の共振周波数に対して所定の範囲にあるとき、共振系における圧電素子２８の共振周波数の影響を受けて矩形波を形成している高調波成分のうち３次以上の高次の高調波のゲインが大きく減衰し、圧電素子２８に印加される駆動電圧が実質的に基本波と２次高調波とからなる波形（すなわち、略鋸歯形状の波形）を有するものとなるからである。
【００６１】
図９は、本発明に係る駆動装置に適用される駆動回路部２２の動作説明を行うための説明図で、図７に示す駆動回路部２２を制御する制御回路２２７から出力されて各スイッチ回路２２１〜２２４に印加される駆動制御信号Ｓｃ１〜Ｓｃ４と、圧電素子２８に印加される駆動電圧の波形とを示す図である。この図９に示す駆動電圧は矩形波からなるものである。
【００６２】
図９に示すように、制御回路２２７は、第１の駆動回路（第１，第４スイッチ回路２２１，２２４）をオンしている状態（駆動制御信号Ｓｃ１，Ｓｃ４がハイ、駆動制御信号Ｓｃ２，Ｓｃ３がローの状態）から第１の駆動回路をオフし、第２の駆動回路をオンする場合、まず、駆動制御信号Ｓｃ１，Ｓｃ４を同時にハイからローに切り替える。そして、この切替えタイミングから時間ｔ９後に駆動制御信号Ｓｃ３をローからハイに切替え、さらに時間ｔ１０後に駆動制御信号Ｓｃ２をローからハイに切り替える。また、第２の駆動回路をオフし、第１の駆動回路をオンする場合、駆動制御信号Ｓｃ２，Ｓｃ３を同時にハイからローに切り替える。そして、この切替えタイミングから時間ｔ１１後に駆動制御信号Ｓｃ１をローからハイに切替え、さらに時間ｔ１２後に駆動制御信号Ｓｃ４をローからハイに切り替える。
【００６３】
このように、駆動装置２０の駆動時には、制御回路２２７から送出される駆動制御信号Ｓｃ１，Ｓｃ４としてハイレベル信号がスイッチ回路２２１，２２４に入力されるときには、制御回路２２７から送出される駆動制御信号Ｓｃ２，Ｓｃ３としてローレベル信号がスイッチ回路２２２，２２３に入力される一方、駆動制御信号Ｓｃ１，Ｓｃ２としてローレベル信号がスイッチ回路２２１，２２４に入力されるときには、駆動制御信号Ｓｃ３，Ｓｃ４としてハイレベル信号がスイッチ回路２２２，２２３に入力されることにより、スイッチ回路２２１，２２４とスイッチ回路２２２，２２３とが所定の周期で交互にオン、オフを繰り返す。
【００６４】
すなわち、スイッチ回路２２１，２２４がオンのときには圧電素子２８は＋Ｖｐに充電され、スイッチ回路２２２，２２３がオンのときには圧電素子２８は−Ｖｐに充電されることになる。その結果、圧電素子２８には見掛け上電源電圧Ｖｐの２倍（２Ｖｐ）の電圧が印加されたこととなり、係合部材３０の移動速度を大きくすることができて駆動装置２０を効率よく動作させることができる。
【００６５】
また、本実施形態においては、駆動制御信号Ｓｃ１，Ｓｃ２のハイからローへの切替わりタイミングから所定時間（時間ｔ９）をおいて、駆動制御信号Ｓｃ２，Ｓｃ３をローからハイへ切り替えるとともに、駆動制御信号Ｓｃ２，Ｓｃ３のハイからローへの切替わりタイミングから所定時間（時間ｔ１１）をおいて、駆動制御信号Ｓｃ１，Ｓｃ４をローからハイへ切り替えるようにすることで、スイッチ回路２２３とスイッチ回路２２４とが同時にオンしないようにしている。
【００６６】
これにより、スイッチ回路２２１及びスイッチ回路２２２を介して流れる貫通電流や、スイッチ回路２２１及びスイッチ回路２２２を介して流れる貫通電流の発生を防止することができる。
【００６７】
さらに、本実施形態では、駆動回路を構成する２つのスイッチ回路に対する駆動制御信号について、ローからハイへの切替えタイミングをずらしている。
【００６８】
すなわち、駆動制御信号Ｓｃ１〜Ｓｃ４のうち、駆動制御信号Ｓｃ２が、駆動制御信号Ｓｃ３がローからハイに切り替わるタイミングよりも遅いタイミング（時間差ｔ１０）でローからハイに切り替わるように設定されているとともに、駆動制御信号Ｓｃ４が、駆動制御信号Ｓｃ１がローからハイに切り替わるタイミングよりも遅いタイミング（時間差ｔ１２）でローからハイに切り替わるように設定されている。
【００６９】
これにより、スイッチ回路２２１，２２４の駆動期間である圧電素子２８に対する充電期間と、スイッチ回路２２２，２２３の駆動期間である圧電素子２８に対する充電期間との間に、スイッチ回路２２２，２２３の駆動又はスイッチ回路２２１，２２４の駆動により圧電素子２８に充電されている電荷を放電させる放電期間が設けられている。
【００７０】
すなわち、スイッチ回路２２１，２２４が共にオンになって圧電素子２８に正方向から駆動電圧Ｖｐが印加されて充電が行われた後（Ｖｓ＝＋Ｖｐ）、スイッチ回路２２３のみがオンになる期間が設けられる。このとき、スイッチ回路２２１とスイッチ回路２２３とがショートされることにより、圧電素子２８に充電されていた電圧＋Ｖｐに対応する電荷がスイッチ回路２２１，２２３を介して放電されることになる。
【００７１】
また、スイッチ回路２２２，２２３が共にオンになって圧電素子２８に逆方向から駆動電圧Ｖｐが印加されて充電が行われた後（Ｖｓ＝−Ｖｐ）、スイッチ回路２２１のみがオンになる期間が設けられる。このとき、スイッチ回路２２１とスイッチ回路２２３とが再びショートされることにより、圧電素子２８に充電されていた電圧−Ｖｐに対応する電荷がスイッチ回路２２１，２２３を介して放電されることになる。
【００７２】
このように、スイッチ回路２２１，２２４の駆動期間とスイッチ回路２２２，２２３の駆動期間との間に、スイッチ回路２２１，２２３による放電期間が設けられたので、圧電素子２８を正方向及び逆方向に充電する際、従来では放電にも要していた電力が不要となり、充電に要する電力だけを供給すればよいから、放電に要する電力分、消費電力を低減することができる。
【００７３】
さらに、本実施形態では、駆動制御信号Ｓｃ１，Ｓｃ４を同時にハイからローに切り替え、この切替えタイミングから時間ｔ９後に駆動制御信号Ｓｃ３をローからハイに切替え、さらに時間ｔ１０後に駆動制御信号Ｓｃ２をローからハイに切り替えるとともに、駆動制御信号Ｓｃ２，Ｓｃ３を同時にハイからローに切り替え、この切替えタイミングから時間ｔ１１後に駆動制御信号Ｓｃ１をローからハイに切替え、さらに時間ｔ１２後に駆動制御信号Ｓｃ４をローからハイに切り替えるようにしたことにより、次のような利点がある。
【００７４】
圧電素子２８の端子間電圧Ｖｓに着目すると、図９に示すように、スイッチ回路２２１，２２４が同時にオンからオフに切り替わっても、端子間電圧Ｖｓは電圧＋Ｖｐに維持され、スイッチ回路２２３がオフからオンに切り替わるとスイッチ回路２２１，２２３がショートするため、端子間電圧Ｖｓは降下する。その場合に、端子Ａは端子ＢよりダイオードＤ１の順方向電圧Ｖｄ１分だけ電位が高くなるため、端子間電圧Ｖｓは、＋Ｖｄ１となる。そして、スイッチ回路２２２がオフからオンに切り替わると端子間電圧Ｖｓは−Ｖｐとなる。
【００７５】
その後、スイッチ回路２２２，２２３が同時にオフに切り替わっても端子間電圧Ｖｓは電圧−Ｖｐに維持され、スイッチ回路２２１がオフからオンに切り替わると、圧電素子２８の両端子がスイッチ回路２２１及びダイオードＤ３を介してショートするため、端子間電圧Ｖｓは上昇する。その場合に、端子Ｂは端子ＡよりダイオードＤ３の順方向電圧Ｖｄ３分だけ電位が高くなるため、端子間電圧Ｖｓは、−Ｖｄ３となる。そして、スイッチ回路２２４がオフからオンに切り替わると端子間電圧Ｖｓは＋Ｖｐとなる。
【００７６】
これによれば、圧電素子２８の端子間電圧Ｖｓの大きさが駆動電圧Ｖｐより小さくなる時間Ｔが、従来（前述した従来の第２の制御，図１４参照）では、上述したように貫通電流防止に要する時間ｔ５又はｔ８と放電時間ｔ４又はｔ７との和となるのに対し、本実施形態では、放電時間ｔ１０又はｔ１２のみとなる。放電時間ｔ４，ｔ７，ｔ１０，ｔ１２は、主に圧電素子２８の電気容量で決定するもので、本実施形態と従来とで同じ長さであるものとする場合、時間Ｔは、本実施形態の方が従来の場合より短くなる。これにより、圧電素子２８に印加する駆動電圧の波形の形状が矩形波により近似することになるから、従来の圧電素子２８の変位波形の鈍りを抑制することができる。その結果、従来に比して駆動装置２０の出力を増加することができる。
【００７７】
なお、本発明は、上記実施形態に限らず、次の（１）〜（４）の変形形態を採用し得る。
【００７８】
（１）上記実施形態においては、各駆動回路を駆動させる際に、電源に接続されている側のスイッチ回路（スイッチ回路２２１，２２３）をグランドに接続されている側のスイッチ回路（スイッチ回路２２２，２２４）より先にオンするようにしているが、これに限らず、オンする順序を逆にして、スイッチ回路２２２，２２４によって圧電素子２８の両端子をショートさせるようにしてもよい。
【００７９】
すなわち、図１０に示すように、駆動制御信号Ｓｃ１，Ｓｃ４を同時にハイからローに切り替えると、この切替えタイミングから時間ｔ１３後に駆動制御信号Ｓｃ２をローからハイに切替え、さらに時間ｔ１４後に駆動制御信号Ｓｃ３をローからハイに切り替えるとともに、駆動制御信号Ｓｃ２，Ｓｃ３を同時にハイからローに切り替えると、この切替えタイミングから時間ｔ１５後に駆動制御信号Ｓｃ４をローからハイに切替え、さらに時間ｔ１６後に駆動制御信号Ｓｃ１をローからハイに切り替えるようにしてもよい。
【００８０】
この場合、圧電素子２８の端子間電圧Ｖｓは、図１０に示すように、スイッチ回路２２１，２２４が同時にオンからオフに切り替わっても電圧＋Ｖｐは維持され、スイッチ回路２２２がオフからオンに切り替わると圧電素子２８の両端子がスイッチ回路２２２及びダイオードＤ４を介してショートするため、端子間電圧Ｖｓは降下する。その場合に、端子Ａは端子ＢよりダイオードＤ４の順方向電圧Ｖｄ４分だけ電位が高くなるため、端子間電圧Ｖｓは、＋Ｖｄ４となる。そして、スイッチ回路２２３がオフからオンに切り替わると、端子間電圧Ｖｓは−Ｖｐとなる。
【００８１】
その後、スイッチ回路２２２，２２３が同時にオフになっても端子間電圧Ｖｓは電圧−Ｖｐが維持され、スイッチ回路２２４がオフからオンに切り替わると、圧電素子２８の両端子がスイッチ回路２２４及びダイオードＤ２を介してショートするため、端子間電圧Ｖｓは上昇する。その場合に、端子Ｂは端子ＡよりダイオードＤ２の順方向電圧Ｖｄ２分だけ電位が高くなるため、端子間電圧Ｖｓは、−Ｖｄ２となる。そして、スイッチ回路２２１がオフからオンに切り替わると、端子間電圧Ｖｓは＋Ｖｐとなる。
【００８２】
この場合にも、貫通電流の発生を防止し、放電に要する電力分だけ消費電力を低減することができるとともに、圧電素子２８の端子間電圧Ｖｓの大きさが駆動電圧Ｖｐより小さくなる時間Ｔが、放電時間ｔ１４又はｔ１６のみとなり従来の場合より短くなるから、従来の圧電素子２８の変位波形の鈍りを抑制することができ、従来に比して駆動装置２０の出力を増加することができる。
【００８３】
（２）上記実施形態においては、スイッチ回路２２１，２２４のオンからオフへの切替え、又はスイッチ回路２２２，２２３のオンからオフへの切替えを同時に行っているが、同時でなくても上記実施形態と同様の効果が得られる。
【００８４】
（３）本発明に係る駆動装置を備えたレンズユニットは、デジタルカメラに限らず、撮影機能を搭載する、パーソナルコンピュータ、電子手帳、携帯電話、あるいはＰＤＡ（ｐｅｒｓｏｎａｌ　ｄｉｇｉｔａｌ　ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ）等の電子機器に搭載可能である。
【００８５】
（４）上記実施形態においては、第１〜第４スイッチ回路２２１〜２２４のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４としてＭＯＳ−ＦＥＴを用いたが、これに限らず、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４としてパワーＭＯＳ−ＦＥＴを用いてもよい。この場合、パワーＭＯＳ−ＦＥＴは、その構造上、ソース−ドレイン間にダイオードが等価的に内蔵されているため、第１〜第４スイッチ回路２２１〜２２４においてダイオードＤ１〜Ｄ４は不要となる。
【００８６】
【発明の効果】
請求項１，４に記載の発明によれば、各スイッチ手段のオンオフを切り替える際、オンしているスイッチ手段を両方オフしたタイミングから所定の時間をおいて、オフしているスイッチ手段をオンさせるとともに、オフしているスイッチ手段をオンさせる場合に、そのスイッチ手段を時間をずらして順にオンさせるようにしたので、すべてのスイッチ手段が同時にオフする期間が与えられ、貫通電流の発生を防止することができるとともに、電気機械変換素子の両端子が、第１スイッチ手段及び第３スイッチ手段を介して、あるいは第２スイッチ手段及び第４スイッチ手段を介してショートされる期間が与えられ、電気機械変換素子を正方向及び逆方向に充電する際の放電に要する電力分、消費電力を低減することができる。
【００８７】
また、電気機械変換素子の端子間電圧の大きさが駆動電圧より小さくなる期間が、電気機械変換素子が放電する期間となるため、貫通電流防止に要する期間と放電期間との和となる従来の制御より短くなり、電気機械変換素子に印加する駆動電圧の波形の形状が矩形波により近似することになるから、従来の電気機械変換素子の変位波形の鈍りを抑制することができ、その結果、従来に比して駆動装置の出力を増加することができる。
【００８８】
請求項２に記載の発明によれば、レンズと、前記レンズを所定の方向に駆動するための請求項１に記載の駆動装置と、前記電気機械変換素子の駆動力を前記レンズに伝達するための駆動力伝達部材とを備えるレンズユニットを構成することにより、貫通電流の発生を防止し、放電期間を設けて駆動電力の低減を図ることができる上に、高い駆動効率を有する駆動装置を備えたレンズユニットが得られる。
【００８９】
請求項３に記載の発明によれば、被写体の光像を撮影する撮影手段と、請求項１に記載の駆動装置により駆動されるレンズを含み、前記撮影手段に前記被写体の光像を導く光学系と、撮影の指示を行うための撮影指示手段とを備えてなる撮影装置を構成することにより、貫通電流の発生を防止し、放電期間を設けて駆動電力の低減を図ることができる上に、高い駆動効率を有する駆動装置を備えた撮影装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るデジタルカメラの正面図である。
【図２】同じくデジタルカメラの背面図である。
【図３】レンズユニットの内部構成を示す斜視図である。
【図４】駆動装置により駆動されるレンズの移動を示す図である。
【図５】駆動装置の構成を概略的に示す図である。
【図６】図５に示す駆動装置の駆動部の構成例を示す斜視図である。
【図７】図５に示す駆動装置の駆動回路の構成例を示す図である。
【図８】駆動電圧のパルス波形の一例と、この駆動電圧による圧電素子の変位とを示す図である。
【図９】各スイッチング素子に印加される駆動パルスと、圧電素子に印加される駆動電圧の波形とを示す図である。
【図１０】本発明の変形例を示す図である。
【図１１】従来の駆動装置の構成を概略的に示す図である。
【図１２】従来の駆動装置の駆動回路の構成例を示す図である。
【図１３】従来の制御を示す図である。
【図１４】同じく従来の制御を示す図である。
【符号の説明】
２０　駆動装置
２１　駆動ユニット
２２　駆動回路部
２２７　制御回路
２２１〜２２４　第１スイッチ回路〜第４スイッチ回路
２２６　ブリッジ回路
２６　圧電素子
Ｑ１〜Ｑ４　スイッチング素子

Claims

電圧が印加されることにより伸縮する電気機械変換素子と、
前記電気機械変換素子に電圧を供給するための電源と、
前記電気機械変換素子の一方の端子と電源との間に接続された第１スイッチ手段と、
前記電気機械変換素子の一方の端子とグランドとの間に接続された第２スイッチ手段と、
前記電気機械変換素子の他方の端子と電源との間に接続された第３スイッチ手段と、
前記電気機械変換素子の他方の端子とグランドとの間に接続された第４スイッチ手段と、
前記電気機械変換素子に交番電圧を印加するべく、前記第１、第４スイッチ手段と前記第２、第３スイッチ手段とを交互にオンオフさせる制御手段とを備える駆動装置において、
前記制御手段は、前記各スイッチ手段のオンオフを切り替える際、オンしているスイッチ手段を両方オフしたタイミングから所定の時間をおいて、オフしているスイッチ手段を時間をずらして順にオンさせるように構成されていることを特徴とする駆動装置。
レンズと、前記レンズを所定の方向に駆動するための請求項１に記載の駆動装置と、前記電気機械変換素子の駆動力を前記レンズに伝達するための駆動力伝達部材とを備えるレンズユニット。
被写体の光像を撮影する撮影手段と、請求項１に記載の駆動装置により駆動されるレンズを含み、前記撮影手段に前記被写体の光像を導く光学系と、撮影の指示を行うための撮影指示手段とを備えてなる撮影装置。
電圧が印加されることにより伸縮する電気機械変換素子と、
前記電気機械変換素子に電圧を供給するための電源と、
前記電気機械変換素子の一方の端子と電源との間に接続された第１スイッチ手段と、
前記電気機械変換素子の一方の端子とグランドとの間に接続された第２スイッチ手段と、
前記電気機械変換素子の他方の端子と電源との間に接続された第３スイッチ手段と、
前記電気機械変換素子の他方の端子とグランドとの間に接続された第４スイッチ手段とを備え、
前記電気機械変換素子に交番電圧を印加するべく、前記第１、第４スイッチ手段と前記第２、第３スイッチ手段とを交互にオンオフさせるように構成された駆動装置の駆動制御方法において、
前記各スイッチ手段のオンオフを切り替える際、オンしているスイッチ手段を両方オフしたタイミングから所定の時間をおいて、オフしているスイッチ手段を時間をずらして順にオンさせることを特徴とする駆動装置の駆動制御方法。