JP2004120840A - 駆動回路及び駆動装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】回路規模を小型化し、配線処理を簡略化することができる駆動回路及び駆動装置を提供する。
【解決手段】第１スイッチング素子５１ａと第４スイッチング素子５４ａとが組となって動作し、第２スイッチング素子５２ａと第３スイッチング素子５３ａとが組となって動作し、各組が逆位相でスイッチングされることによって第１圧電素子１０ａが駆動され、第３スイッチング素子５３ａと第５スイッチング素子５５ａとが組となって動作し、第４スイッチング素子５４ａと第６スイッチング素子５６ａとが組となって動作し、各組が逆位相でスイッチングされることによって第２圧電素子１０ａ’が駆動され、接続点ａ２と接続点ａ３との間が常にショートされた状態となり、第１圧電素子１０ａと第２圧電素子１０ａ’とが同一の駆動回路５０ａを用いて個別に駆動される。
【選択図】 図４
【解決手段】第１スイッチング素子５１ａと第４スイッチング素子５４ａとが組となって動作し、第２スイッチング素子５２ａと第３スイッチング素子５３ａとが組となって動作し、各組が逆位相でスイッチングされることによって第１圧電素子１０ａが駆動され、第３スイッチング素子５３ａと第５スイッチング素子５５ａとが組となって動作し、第４スイッチング素子５４ａと第６スイッチング素子５６ａとが組となって動作し、各組が逆位相でスイッチングされることによって第２圧電素子１０ａ’が駆動され、接続点ａ２と接続点ａ３との間が常にショートされた状態となり、第１圧電素子１０ａと第２圧電素子１０ａ’とが同一の駆動回路５０ａを用いて個別に駆動される。
【選択図】 図４
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カメラ等の光学機器のレンズの駆動に用いられるアクチュエータの駆動回路及び駆動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、光学機器に内蔵されるレンズのパン・チルトにおいて、トラス型アクチュエータを用いた駆動方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。トラス型アクチュエータでは、互いに直交する２つの電気機械変換素子（以下、圧電素子とする。）の交点に設けられたチップ部材等の変位合成部を、楕円軌跡を描くように駆動することにより、ロータ等の移動部材が駆動される。トラス型アクチュエータは、２つの圧電素子で駆動されるため、素子駆動に用いられるＨブリッジ回路は２つ必要となる。この場合、圧電素子は、駆動側圧電素子と従動側圧電素子とにわけることができる。
【０００３】
図１０は、従来のトラス型アクチュエータにおいて用いられる駆動回路の一例を示す図である。駆動側圧電素子１０ａを駆動するための第１駆動回路５０ｄは、スイッチング素子Ａ１，Ｂ１，Ｃ１，Ｄ１で構成され、従動側圧電素子１０ａ’を駆動するための第２駆動回路５０ｄ’は、スイッチング素子Ｅ１，Ｆ１，Ｇ１，Ｈ１で構成される。第１駆動回路５０ｄでは、対角に位置するスイッチング素子Ａ１，Ｄ１とスイッチング素子Ｂ１，Ｃ１とが組になって動作し、それぞれの組は逆位相でスイッチングする。このとき、圧電素子１０ａ’は従動側になるため、スイッチング素子Ｅ１，Ｆ１はオープンとなり、スイッチング素子Ｇ１，Ｈ１はクローズとなり、圧電素子１０ａ’の端子間はショートされる。
【０００４】
また、光学機器に内蔵されるレンズのズームにおいて、インパクト型アクチュエータを用いた駆動方法が知られている（例えば、特許文献２参照。）。インパクト型アクチュエータは、１つの圧電素子で駆動されるため、素子駆動に用いられるＨブリッジ回路が１つ必要となる。図１１は、従来のインパクト型アクチュエータにおいて用いられる駆動回路の一例を示す図である。圧電素子１０ｂを駆動するための駆動回路５０ｅは、スイッチング素子Ａ２，Ｂ２，Ｃ２，Ｄ２で構成される。駆動回路５０ｅは、対角に位置するスイッチング素子Ａ２，Ｄ２とスイッチング素子Ｂ２，Ｃ２とが組になって動作し、それぞれの組は逆位相でスイッチングする。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−１１２５６３号公報
【特許文献２】
特開２００１−２１１６６９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図１０に示すように、従来のトラス型アクチュエータでは、１の圧電素子を駆動するために２の駆動回路（Ｈブリッジ回路）が必要である。そのため、１軸のトラス型アクチュエータを駆動するためには、スイッチング素子が８個必要であり、圧電素子への配線が４本必要である。また、図１１に示すように、従来の１軸のインパクト型アクチュエータを駆動するためには、スイッチング素子が４個必要であり、圧電素子への配線が２本必要である。
【０００７】
さらに、複数のアクチュエータを用いて多軸駆動を行う駆動装置が知られている。この駆動装置は、パン・チルト及びズームが可能であり、パン・チルトには、パン駆動用とチルト駆動用とに上記のトラス型アクチュエータが１ずつ設けられ、ズームには、ズームレンズ駆動用とフォーカスレンズ駆動用とに上記のインパクト型アクチュエータが１ずつ設けられている。そのため、パン・チルト及びズームが可能な駆動装置は、Ｈブリッジ回路が合計６個必要となり、スイッチング素子が合計２４個必要となり、配線が合計１２本必要となる。
【０００８】
このように、複数のアクチュエータを用いて多軸駆動を行う場合、スイッチング素子及び配線の数は軸数分だけ増加するため、回路規模が大型化し、配線処理が煩雑化するという問題が生じる。
【０００９】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、回路規模を小型化し、配線処理を簡略化することができる駆動回路及び駆動装置を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る駆動回路は、駆動電圧が印加されることにより伸縮する複数の電気機械変換素子と、直接に接続された第１のスイッチング手段と第２のスイッチング手段との組の複数を並列に接続する駆動電圧印加手段と、前記第１のスイッチング手段と前記第２のスイッチング手段とのオン・オフを制御する制御手段とを備え、前記第１のスイッチング手段と前記第２のスイッチング手段との接続点のうち少なくとも１つに前記複数の電気機械変換素子が接続され、前記制御手段は、前記複数の電気機械変換素子を駆動するように前記第１のスイッチング手段と前記第２のスイッチング手段とを独立に制御する。
【００１１】
この構成によれば、直列に接続された第１のスイッチング手段と第２のスイッチング手段との組の複数が並列に接続され、第１のスイッチング手段と第２のスイッチング手段との接続点のうち少なくとも１つに接続された複数の電気機械変換素子を駆動するように第１のスイッチング手段と第２のスイッチング手段とが独立に制御される。したがって、従来は１の駆動回路で１の電気機械変換素子を駆動していたが、複数の電気機械変換素子に駆動電圧を印加するスイッチング手段を共有することで、１の駆動回路で複数の電気機械変換素子を駆動することができ、回路規模を小型化し、電気機械変換素子への配線処理を簡略化することができるようになる。
【００１２】
また、上記の駆動回路において、前記制御手段は、駆動する前記電気機械変換素子に応じて異なる動作条件で前記第１のスイッチング手段と前記第２のスイッチング手段とを制御することが好ましい。
【００１３】
この構成によれば、第１のスイッチング手段と第２のスイッチング手段とは、駆動する電気機械変換素子に応じて異なる動作条件で制御される。そのため、複数の電気機械変換素子が１の接続点で接続されている場合、同じスイッチング手段であっても異なる動作条件で制御することによって、スイッチング手段を共有して複数の電気機械変換素子を制御することができる。
【００１４】
さらに、上記の駆動回路において、前記制御手段は、駆動する前記電気機械変換素子に応じて異なる駆動周波数で前記第１のスイッチング手段と前記第２のスイッチング手段とを制御することが好ましい。
【００１５】
この構成によれば、前記第１のスイッチング手段と前記第２のスイッチング手段とは、駆動する電気機械変換素子に応じて異なる駆動周波数で制御される。そのため、複数の電気機械変換素子が１の接続点で接続されている場合、同じスイッチング手段であっても異なる駆動周波数で制御することによって、スイッチング手段を共有して複数の電気機械変換素子を制御することができる。
【００１６】
さらに、上記の駆動回路において、前記制御手段は、駆動する前記電気機械変換素子に応じて異なるデューディ比で前記第１のスイッチング手段と前記第２のスイッチング手段とを制御することが好ましい。
【００１７】
この構成によれば、前記第１のスイッチング手段と前記第２のスイッチング手段とは、駆動する電気機械変換素子に応じて異なるデューティ比で制御される。そのため、複数の電気機械変換素子が１の接続点で接続されている場合、同じスイッチング手段であっても異なるデューティ比で制御することによって、スイッチング手段を共有して複数の電気機械変換素子を制御することができる。
【００１８】
本発明に係る駆動装置は、直交する電気機械変換素子の交点に設けられた変位合成部により移動部材を駆動するトラス型アクチュエータ及び１次元的に移動部材を駆動するインパクト型アクチュエータのうちの少なくとも一方と、前記トラス型アクチュエータ及び前記インパクト型アクチュエータのうちの少なくとも一方を駆動する前記駆動回路とを備える。
【００１９】
この構成によれば、直交する電気機械変換素子の交点に設けられた変位合成部により移動部材を駆動するトラス型アクチュエータ及び１次元的に移動部材を駆動するインパクト型アクチュエータのうちの少なくとも一方を駆動する駆動回路として上記の駆動回路を用い、スイッチング手段を共有して複数のアクチュエータを駆動することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２１】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態であるトラス型アクチュエータについて説明する。図１は、本実施形態の駆動装置１００ａの構成を概略的に示す図である。図１において、駆動装置１００ａは、第１圧電素子及び第２圧電素子１０ａ，１０ａ’、チップ部材（変位合成部）２０、ベース部材（固定部）２１、ロータ（移動部材）２２、駆動回路５０ａ及び制御部６０ａで構成される。トラス型アクチュエータ３０は、第１圧電素子及び第２圧電素子１０ａ，１０ａ’、チップ部材（変位合成部）２０、ベース部材（固定部）２１及びロータ（移動部材）２２で構成される。
【００２２】
図１に示すように、駆動装置１００ａは、２つの電気機械変換素子（積層型の第１圧電素子及び第２圧電素子）１０ａ，１０ａ’を略直角に交差させて配置し、それらの交差側端部にチップ部材２０を接着剤により接合している。一方、第１及び第２圧電素子１０ａ，１０ａ’の他端部をベース部材２１に接着剤により接合している。チップ部材２０の材料としては、安定して高い摩擦係数が得られ、かつ耐摩耗性に優れたタングステン等が好ましい。ベース部材２１の材料としては、製造が容易で、かつ強度に優れたステンレス鋼等が好ましい。また、接着剤としては、接着力及び強度に優れたエポキシ系樹脂等が好ましい。なお、第１圧電素子１０ａ及び第２圧電素子１０ａ’は図１に示す圧電素子１０ａと実質的に同一であり、第２圧電素子１０ａ’の各構成要素の符号にそれぞれ（’）をつけて区別する。
【００２３】
第１圧電素子１０ａの電極１２，１３及び第２圧電素子１０ａ’の電極１２’，１３’はそれぞれ駆動回路５０ａに接続されている。制御部６０ａは、駆動回路５０ａに接続されており、駆動回路５０ａを含む駆動装置１００ａの全体の制御を行う。
【００２４】
ここで、本実施形態において電気機械変換素子（変位素子）として用いる積層型圧電素子の構成を図２に示す。図２に示すように、圧電素子１０ａは、ＰＺＴ等の圧電特性を示す複数のセラミック薄板１１と電極１２，１３を交互に積層したものであり、各セラミック薄板１１と電極１２，１３とは接着剤等により固定されている。１つおきに配置された各電極群１２及び１３は、それぞれ信号線１４，１５を介して駆動電源１６に接続されている。信号線１４と１５の間に所定の電圧を印加すると、電極１２と１３に挟まれた各セラミック薄板１１には、その積層方向に電界が発生し、その電界は１つおきに同じ方向である。従って、各セラミック薄板１１は、１つおきに分極の方向が同じになる（隣り合う２つのセラミック薄板１１の分極方向は逆となる）ように積層されている。なお、圧電素子１０ａの両端部には、保護層１７が設けられている。
【００２５】
駆動電源１６により直流の駆動電圧を各電極１２と１３の間に印加すると、全てのセラミック薄板１１が同方向に伸び又は縮み、圧電素子１０ａ全体として伸縮する。電界が小さく、かつ変位の履歴が無視できる領域では、各電極１２と１３の間に発生する電界と圧電素子１０ａの変位は、ほぼ直線的な関係と見なすことができる。
【００２６】
次に、駆動電源１６により交流の駆動電圧（交流信号）を各電極１２と１３の間に印加すると、その電界に応じて各セラミック薄板１１は同方向に伸縮を繰り返し、圧電素子１０ａ全体として伸縮を繰り返す。圧電素子１０ａには、その構造や電気的特性により決定される固有の共振周波数が存在する。交流の駆動電圧の周波数が圧電素子１０ａの共振周波数と一致すると、インピーダンスが低下し、圧電素子１０ａの変位が増大する。圧電素子１０ａは、その外形寸法に対して変位が小さいため、低い電圧で駆動するためには、この共振現象を利用することが望ましい。
【００２７】
本実施形態では、第１圧電素子１０ａと第２圧電素子１０ａ’のいずれか一方、例えば第１圧電素子１０ａのみを駆動し、その振動をベース部材２１を介して第２圧電素子１０ａ’に伝達し、第２圧電素子１０ａ’を所定の位相差を持って共振させる。すなわち、第１圧電素子１０ａは駆動側となり、第２圧電素子１０ａ’は従動側となる。そうすると、第１圧電素子１０ａと第２圧電素子１０ａ’の交点に設けられたチップ部材２０は楕円（円を含む）を描くように駆動される。このチップ部材２０を、例えば所定の軸の周りに回転可能なロータ２２の円筒面に押しつけると、チップ部材２０の楕円運動（円運動を含む）をロータ２２の回転運動に変換することが可能となる。または、チップ部材２０を、例えば棒状部材（図示せず）の平面部に押しつけることにより、チップ部材２０の楕円運動を棒状部材の直線運動に変換することが可能となる。ロータ２２の材料としては、アルミニウム等の軽量金属が好ましく、チップ部材２０との摩擦による摩耗を防止するため、表面にアルマイト処理等を施すことが好ましい。上記アクチュエータにおいて、互いに直交する独立した２つの運動を合成すると、その交点は楕円振動の式（Ｌｉｓｓａｊｏｕｓの式）に従った軌跡を描く。
【００２８】
図１に示す第１実施形態のトラス型アクチュエータでは、第１圧電素子１０ａと第２圧電素子１０ａ’とを互いに９０度をなすように交差させて配置しているので、一方の圧電素子（例えば第１圧電素子１０ａ）が伸縮すると、他方の圧電素子（第２圧電素子１０ａ’）がその分極方向に直交する方向の力を受ける。第２圧電素子１０ａ’に圧力が加わると、正電圧効果により第２圧電素子１０ａ’のセラミック薄板１１’から電極１２’又は１３’に電荷が移動し、電極１２’と１３’との間に電圧が発生する。第２圧電素子１０ａ’が第１圧電素子１０ａから受ける力は、第１圧電素子１０ａの変位量に比例すると見なすことができるので、第２圧電素子１０ａ’が発生する電圧は、第１圧電素子１０ａの変位量に比例する。そのため、第２圧電素子１０ａ’の電極１２’と１３’の間の電圧を測定することにより、第１圧電素子１０ａの変位量を知ることができる。なお、第１圧電素子１０ａは交流信号により駆動されて伸縮しているので、第２圧電素子１０ａ’も交流電圧を出力し、その位相は第１圧電素子１０ａの変位の位相と一致する。
【００２９】
このように、一方の圧電素子１０ａ又は１０ａ’を駆動したときの変位は他方の圧電素子１０ａ’又は１０ａが発生する電圧として検出することができるので、この電圧を検出することにより、駆動されている圧電素子１０ａ又は１０ａ’の変位、すなわちチップ部材２０の軌跡の半径を知ることができる。これに応じて、圧電素子１０ａ又は１０ａ’に印加する駆動信号の電圧を変化させることにより、アクチュエータによるロータ２２の回転速度を制御することができる。
【００３０】
一般に、チップ部材２０をロータ２２に加圧接触させると、アクチュエータ（圧電素子１０ａ，１０ａ’、チップ部材２０及びベース部材２１）の振動状態が変化する。これは、アクチュエータが押し圧力や摩擦力の反力をロータ２２から受けることにより、圧電素子１０ａ，１０ａ’やベース部材２１等の剛性等が変化するからである。また、ベース部材２１を本アクチュエータを用いる装置本体に固定する方法によっても拘束条件が変化し、振動状態も変化する。そこで、本実施形態では、これらの外的要因による振動状態の変化を、駆動信号の周波数を調節することにより補正し得る構成としている。装置完成後や様々な条件での使用に先立って、第１圧電素子１０ａ及び第２圧電素子１０ａ’がそれぞれ同位相モード及び逆位相モード振動するようにいずれかの圧電素子を駆動する。このとき、電圧と電流の位相を検出し、両者が一致する条件から各固有モードにおける振動数を求め、例えばそれらの平均値を最適な駆動周波数とする。
【００３１】
次に、アクチュエータによるロータ２２の回転原理について説明する。図３は、図１に示すアクチュエータをばね（加圧部）２３によりロータ２２に所定の押し圧力Ｆにより押しつけた状態を示す。図３中、μは摩擦係数を表す。
【００３２】
第１圧電素子１０ａ又は第２圧電素子１０ａ’に印加する正弦波電圧の周波数（圧電素子の駆動周波数）が小さく、チップ部材２０の回転速度が遅い場合、ばね２３の付勢力によりアクチュエータ自体がチップ部材２０の変位に追従してしまい、チップ部材２０はロータ２２の表面から離反することはなく、ロータ２２の表面と接触した状態で往復駆動される。従って、この場合ロータ２２を回転させることはできない。
【００３３】
これに対して、第１圧電素子１０ａ又は第２圧電素子１０ａ’に印加する正弦波電圧の周波数が大きく、チップ部材２０の回転速度が速い場合、ばね２３の付勢力によってはアクチュエータ自体がチップ部材２０の変位に追従できず、チップ部材２０がロータ２２の表面から一時的に離反する状態が生まれる。従って、チップ部材２０がロータ２２の表面から離反している間にチップ部材２０を所定方向に移動させ、チップ部材２０がロータ２２の表面に接触している間に所定方向と反対の方向に移動させることにより、ロータ２２を回転させることができる。
【００３４】
次に、第１実施形態におけるトラス型アクチュエータの駆動回路５０ａについて説明する。図４は、第１実施形態におけるトラス型アクチュエータの駆動回路の一例を示す回路図である。
【００３５】
駆動回路５０ａは、直列に接続された第１スイッチング素子５１ａ及び第２スイッチング素子５２ａと、直列に接続された第３スイッチング素子５３ａ及び第４スイッチング素子５４ａと、直列に接続された第５スイッチング素子５５ａ及び第６スイッチング素子５６ａとで構成され、第１スイッチング素子５１ａ及び第２スイッチング素子５２ａの組と、第３スイッチング素子５３ａ及び第４スイッチング素子５４ａの組と、第５スイッチング素子５５ａ及び第６スイッチング素子５６ａの組とは並列に接続されている。各スイッチング素子５１ａ，５２ａ，５３ａ，５４ａ，５５ａ，５６ａは、例えば、パワーＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ−Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）で構成される。第１スイッチング素子５１ａ及び第２スイッチング素子５２ａの接続点ａ１と、第３スイッチング素子５３ａ及び第４スイッチング素子５４ａの接続点ａ２との間には第１圧電素子１０ａが接続されている。また、第３スイッチング素子５３ａ及び第４スイッチング素子５４ａの接続点ａ２と、第５スイッチング素子５５ａ及び第６スイッチング素子５６ａの接続点ａ３との間には第２圧電素子１０ａ’が接続されている。第１スイッチング素子５１ａと第３スイッチング素子５３ａと第５スイッチング素子５５ａとは、接続点ａ４で接続されており、接続点ａ４には電源電圧Ｖｃｃが印加される。第２スイッチング素子５２ａと第４スイッチング素子５４ａと第６スイッチング素子５６ａとは、接続点ａ５で接続されており、接続点ａ５は接地されている。
【００３６】
制御部６０ａは、駆動装置１００ａの全体の制御を行う回路であり、演算処理を行う中央処理装置（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ、以下、「ＣＰＵ」と略記する。）、処理プログラムとデータとが格納されたＲＯＭ（Ｒｅａｄ−Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）及びデータを一時的に記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等を備えて構成される。制御部６０ａは、所定のデューティ比の駆動パルスを出力し、この駆動パルスにより駆動回路５０ａを駆動する。すなわち、制御部６０ａは、第１スイッチング素子５１ａ及び第４スイッチング素子５４ａを組とする駆動回路と、第２スイッチング素子５２ａ及び第３スイッチング素子５３ａを組とする駆動回路とを交互に駆動することで、第１圧電素子１０ａを駆動する一方、第３スイッチング素子５３ａ及び第５スイッチング素子５５ａを組とする駆動回路と、第４スイッチング素子５４ａ及び第６スイッチング素子５６ａを組とする駆動回路とを駆動することで第２圧電素子１０ａ’を駆動する。
【００３７】
次に、駆動回路５０ａの動作について説明する。なお、第１圧電素子１０ａは、トラス型アクチュエータの駆動側の圧電素子であり、第２圧電素子１０ａ’は、トラス型アクチュエータの従動側の圧電素子である。第１圧電素子１０ａを駆動する場合、第１スイッチング素子５１ａと第４スイッチング素子５４ａとが組となって動作し、第２スイッチング素子５２ａと第３スイッチング素子５３ａとが組となって動作し、各組を逆位相でスイッチングする。すなわち、第１スイッチング素子５１ａ及び第４スイッチング素子５４ａを共にオンとすることで、駆動電圧が第１圧電素子１０ａに印加され、第１圧電素子１０ａを伸張させることができ、第２スイッチング素子５２ａ及び第３スイッチング素子５３ａを共にオンとすることで、駆動電圧が第１圧電素子１０ａに印加され、第１圧電素子１０ａを縮小させることができる。このとき、従動側となる第２圧電素子１０ａ’は第３スイッチング素子５３ａと第５スイッチング素子５５ａとが組となって動作し、第４スイッチング素子５４ａと第６スイッチング素子５６ａとが組となって動作し、各組は逆位相でスイッチングする。この動作により、接続点ａ２と接続点ａ３との間は常にショートされた状態となり、駆動側の第１圧電素子１０ａと従動側の第２圧電素子１０ａ’とを個別に駆動することができる。
【００３８】
このように、第３スイッチング素子５３ａと第４スイッチング素子５４ａとは、第１圧電素子１０ａと第２圧電素子１０ａ’との駆動において共有されている。このため、駆動回路５０ａを用いてトラス型アクチュエータを駆動する場合、スイッチング素子が６個、圧電素子への配線が３本必要となる。図１０に示す従来のトラス型アクチュエータの駆動回路と比較すると、スイッチング素子を２個、配線を１本削減することができ、低コスト及び省スペース化を実現することができる。
【００３９】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態であるインパクト型アクチュエータについて説明する。図５は、第２実施形態のインパクト型アクチュエータの構成を概略的に示すブロック図である。図６は、駆動装置に用いたインパクト型圧電アクチュエータの構成を示す斜視図である。
【００４０】
図５及び図６において、駆動装置１００ｂは、電気機械変換素子１０ｂ、支持部材３１、駆動部材３２、移動部材３３、駆動回路５０ｂ、制御部６０ｂ、部材センサ３４、基端センサ３５及び先端センサ３６を備えて構成される。インパクト型圧電アクチュエータ４０は、圧電素子１０ｂ、支持部材３１、駆動部材３２及び移動部材３３を備えて構成される。
【００４１】
支持部材３１は、圧電素子１０ｂと駆動部材３２とを保持する部品であり、円柱体の軸方向両端部３１１、３１２と略中央に位置する仕切壁３１３とを残して内部を刳り貫くことにより形成された第１収容空間３１４及び第２収容空間３１５を有している。この第１収容空間３１４には、電気機械変換素子１０ｂがその分極方向である伸縮方向を支持部材３１の軸方向と一致させた状態で収容されている。第２収容空間３１５には、移動部材３３の一部と駆動部材３２とが収容されている。
【００４２】
圧電素子１０ｂは、図２に示す圧電素子１０ａと同一の構成であり、説明を省略する。圧電素子１０ｂは、その伸縮方向である長手方向の一方端面が第１収容空間３１４の一方端面（端部３１１側端面）に固着されている。支持部材３１の他方端部３１２及び仕切壁３１３には、中心位置に駆動部材３２の断面形状に合わせた形状の孔が穿設されると共に、この両孔を貫通して棒状の駆動部材３２が第２収容空間３１５に軸方向に沿って移動可能に収容されている。圧電素子１０ｂの他方端面は、駆動部材３２の第１収容空間３１４内に突出した端部が固着される。
【００４３】
第２収容空間３１５の外部に突出した駆動部材３２の端部は、板ばね３７により所定のばね圧で圧電素子１０ｂ側に付勢されている。この板ばね３７の付勢は、圧電素子１０ｂの伸縮動作に基づく駆動部材３２の軸方向変位を安定化させるためである。
【００４４】
駆動部材３２は、圧電素子１０ｂの伸縮を移動部材３３の移動に変換すると共に、移動部材３３を支えるガイドである。駆動部材３２の断面形状は、円形、楕円及び矩形などの形状を適用することができるが、移動部材３３を安定的に支えスムーズに移動させることができるようにする観点から本実施の形態では、円形である。
【００４５】
移動部材３３は、駆動部材３２の軸方向の両側に取付部３３１を有する基部３３２と、両取付部３３１の間に着装される挟込み部材３３３とを備える。基部３３２は、駆動部材３２に遊嵌される。挟込み部材３３３は、両取付部３３１に取り付けられた板ばね３３４によって駆動部材３２の方向に押圧され、駆動部材３２に接触する。この接触によって、移動部材３３は、所定の摩擦力で駆動部材３２と結合される。また、駆動対象物３８は、この移動部材３３の取付部３３１を用いて取り付けられる。駆動対象物３８が取付部３３１に取り付けられている部分と対向する部分に、駆動対象物３８を支持する補助支持部材３９が取り付けられる。この補助支持部材３９によって駆動対象物３８は、駆動部材３２の軸方向と略垂直な方向の回転を防止可能とする。
【００４６】
駆動対象物３８は、本実施の形態における駆動装置が搭載される光学機器によって異なる。例えば、光学機器がカメラの場合にはフォーカスレンズ、ズームレンズ、手ぶれ補正用レンズなどが駆動対象物３８となり、オーバヘッドプロジェクタの場合には投影レンズが駆動対象物３８となり、双眼鏡の場合にはフォーカスレンズが駆動対象物３８となる。なお、手ぶれ補正用レンズなどのようにＸＹの２方向に移動させることが必要な場合には、方向ごとに駆動装置が配置される。本実施の形態における駆動装置が搭載される光学機器は、これらに限定されないが、駆動装置１００ｂの特性から、駆動対象物３８の正確な位置制御が必要な場合に好適である。
【００４７】
駆動回路５０ｂは、圧電素子１０ｂに印加される駆動電圧を生成する回路であり、制御部６０ｂの制御によって駆動電圧の振幅、周波数及び駆動電圧が矩形波である場合にはデューティー比Ｄが調整される。
【００４８】
部材センサ３４は、移動部材３３の移動可能範囲内に配設されており、半導体位置検出素子、いわゆるＰＳＤ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｄｅｖｉｃｅｓ）素子などのセンサにより構成されている。移動部材３３の位置が部材センサ３４により検出されることで移動部材３３を所定位置に移動させる制御が可能となる。基端センサ３５及び先端センサ３６は、フォトインタラプタなどのセンサにより構成され、移動部材３３が移動可能範囲内を越えて移動することを防止可能な位置に配設される。
【００４９】
制御部６０ｂは、駆動装置１００ｂの全体の制御を行う回路であり、演算処理を行うＣＰＵ、処理プログラムとデータとが格納されたＲＯＭ及びデータを一時的に記憶するＲＡＭ等を備えて構成される。
【００５０】
制御部６０ｂは、移動部材３３を所望の速度状態で所望の位置に移動させるために駆動回路５０ｂの動作を指示する外部信号、部材センサ３４、基端センサ３５及び先端センサ３６の検出信号が入力され、これら入力に基づいて上記のＲＯＭに記憶されているルックアップテーブルを参照して移動速度を決定し、移動部材３３が決定された移動速度で指示された移動位置となるように、駆動回路５０ｂに制御信号を出力する。
【００５１】
図７は、駆動装置の駆動原理を説明するための図である。図７（Ａ）は、移動部材３３を正方向に移動させる場合において、駆動回路５０ｂから圧電素子１０ｂに出力される駆動電圧の電圧波形を示す図であり、図７（Ｂ）は、これに対応する圧電素子１０ｂの伸縮による変位を示す図である。また、図７（Ｃ）は、移動部材３３を逆方向に移動させる場合において、駆動回路５０ｂから圧電素子１０ｂに出力される駆動電圧の電圧波形を示す図であり、図７（Ｄ）は、これに対応する圧電素子１０ｂの伸縮による変位を示す図である。
【００５２】
ここで、正方向とは、移動部材３３が圧電素子１０ｂから駆動部材３２の先端部（板ばね３７によって付勢される端部）に向う方向であり、逆方向とは、移動部材３３が駆動部材３２のこの先端部から圧電素子１０ｂに向う方向である。また、圧電素子１０ｂの伸縮による変位は、レーザドップラー振動計により測定した。
【００５３】
図７（Ａ）に示すようなデューティ比Ｄ３：７の矩形波状の駆動電圧が圧電素子１０ｂに印加された場合には、圧電素子１０ｂの変位は、図７（Ｂ）に示すように緩慢な立ち上がり部Ｔａと急峻な立下り部Ｔｂとを有する鋸歯形状となることが確認された。一方、図７（Ｃ）に示すようなデューティ比Ｄ７：３の矩形波状の駆動電圧が圧電素子１０ｂに印加された場合には、圧電素子１０ｂの変位は、図７（Ｄ）に示すように急峻な立ち上がり部Ｔｃと緩慢な立下り部Ｔｄとを有する鋸歯形状となることが確認された。
【００５４】
すなわち、圧電素子１０ｂの変位が図７（Ｂ）に示すような緩慢な立ち上がり部Ｔａでは、圧電素子１０ｂが緩やかに伸長し、移動部材３３が駆動部材３２と共に正方向に移動する。そして、圧電素子１０ｂの変位が図７（Ｂ）に示すような急峻な立ち下がり部Ｔｂでは、圧電素子１０ｂが急激に縮小し、駆動部材３２が逆方向に移動しても移動部材３３は、駆動部材３２上をスリップして略同位置に留まることになる。その結果、移動部材３３は、正方向に移動したことになる。したがって、図７（Ａ）に示す矩形波の駆動電圧が圧電素子１０ｂに繰り返し印加されることで、移動部材３３は、正方向に間欠的に移動することになる。逆方向の移動原理も同様である。
【００５５】
ここで、緩慢な立ち上がり部Ｔａにおいても移動部材３３と駆動部材３２とが必ずスリップしない状態である必要はなく、緩慢な立ち上がり部Ｔａにおいて移動部材３３が正方向に移動する正移動量から、急峻な立ち下がり部Ｔｂにおいて移動部材３３が逆方向に移動する逆移動量を差し引いた値が０より大きければ結果的に正方向に移動する。駆動電圧のデューティー比Ｄの変化に従って緩慢な立ち上がり部Ｔａの傾きと急峻な立ち下がり部Ｔｂの傾きとは変化するので、正移動量と逆移動量とは、駆動電圧のデューティー比Ｄの変化に因ることになる。したがって、移動部材３３を正方向に移動させるためには、駆動電圧のデューティー比Ｄは、（正移動量）−（逆移動量）＞０となるように設定すればよいことになる。また、駆動電圧が矩形波である場合だけでなく、正弦波である場合でも上述した鋸歯形状を実現できることが確認されている。
【００５６】
なお、デューティー比Ｄは、矩形波のハイレベルの時間をＴ１、ローレベルの時間をＴ２とすると、Ｔ１：Ｔ２である。
【００５７】
以上のように説明したインパクト型アクチュエータは、光学機器にレンズの駆動に用いられ、第２実施形態では、レンズのズーム及びフォーカスに用いられる。そのため、ズーム用のインパクト型アクチュエータ及びフォーカス用のインパクト型アクチュエータの２つが必要となる。そのため、駆動回路５０ｂは、ズーム用のインパクト型アクチュエータ及びフォーカス用のインパクト型アクチュエータに用いられる２つの圧電素子を駆動する。
【００５８】
図８は、ズーム用のインパクト型アクチュエータに用いられる圧電素子及びフォーカス用のインパクト型アクチュエータに用いられる圧電素子を駆動するための駆動回路の一例を示す回路図である。
【００５９】
駆動回路５０ｂは、直列に接続された第１スイッチング素子５１ｂ及び第２スイッチング素子５２ｂと、直列に接続された第３スイッチング素子５３ｂ及び第４スイッチング素子５４ｂと、直列に接続された第５スイッチング素子５５ｂ及び第６スイッチング素子５６ｂとで構成され、第１スイッチング素子５１ｂ及び第２スイッチング素子５２ｂの組と、第３スイッチング素子５３ｂ及び第４スイッチング素子５４ｂの組と、第５スイッチング素子５５ｂ及び第６スイッチング素子５６ｂの組とは並列に接続されている。各スイッチング素子５１ｂ，５２ｂ，５３ｂ，５４ｂ，５５ｂ，５６ｂは、例えば、パワーＭＯＳ−ＦＥＴで構成される。第１スイッチング素子５１ｂ及び第２スイッチング素子５２ｂの接続点ｂ１と、第３スイッチング素子５３ｂ及び第４スイッチング素子５４ｂの接続点ｂ２との間にはズーム用インパクト型アクチュエータに用いられる第１圧電素子１０ｂが接続されている。また、第３スイッチング素子５３ｂ及び第４スイッチング素子５４ｂの接続点ｂ２と、第５スイッチング素子５５ｂ及び第６スイッチング素子５６ｂの接続点ｂ３との間にはフォーカス用インパクト型アクチュエータに用いられる第２圧電素子１０ｂ’が接続されている。第１スイッチング素子５１ｂと第３スイッチング素子５３ｂと第５スイッチング素子５５ｂとは、接続点ｂ４で接続されており、接続点ｂ４には電源電圧Ｖｃｃが印加される。第２スイッチング素子５２ｂと第４スイッチング素子５４ｂと第６スイッチング素子５６ｂとは、接続点ｂ５で接続されており、接続点ｂ５は接地されている。
【００６０】
次に、駆動回路５０ｂの動作について説明する。なお、第１圧電素子１０ｂは、ズーム用インパクト型アクチュエータに用いられる圧電素子であり、第２圧電素子１０ｂ’は、フォーカス用インパクト型アクチュエータに用いられる圧電素子である。第１圧電素子１０ｂを駆動する場合、第１スイッチング素子５１ｂと第４スイッチング素子５４ｂとが組となって動作し、第２スイッチング素子５２ｂと第３スイッチング素子５３ｂとが組となって動作し、各組を逆位相でスイッチングする。このとき、第２圧電素子１０ｂ’を駆動させない場合、第５スイッチング素子５５ｂ及び第６スイッチング素子５６ｂはオープンにする。すなわち、第１スイッチング素子５１ｂ及び第４スイッチング素子５４ｂを共にオンとすることで、駆動電圧が第１圧電素子１０ｂに印加され、第１圧電素子１０ｂを伸張させることができる。第２スイッチング素子５２ｂ及び第３スイッチング素子５３ｂを共にオンとすることで、駆動電圧が第１圧電素子１０ｂに印加され、第１圧電素子１０ｂを縮小させることができる。
【００６１】
また、第２圧電素子１０ｂ’を駆動する場合、第３スイッチング素子５３ｂと第６スイッチング素子５６ｂとが組となって動作し、第４スイッチング素子５４ｂと第５スイッチング素子５５ｂとが組となって動作し、各組を逆位相でスイッチングする。このとき、第１圧電素子１０ｂを駆動させない場合、第１スイッチング素子５１ｂ及び第２スイッチング素子５２ｂはオープンにする。すなわち、第３スイッチング素子５３ｂ及び第６スイッチング素子５６ｂを共にオンとすることで、駆動電圧が第２圧電素子１０ｂ’に印加され、第２圧電素子１０ｂ’を伸張させることができる。第４スイッチング素子５４ｂ及び第５スイッチング素子５５ｂを共にオンとすることで、駆動電圧が第２圧電素子１０ｂ’に印加され、第２圧電素子１０ｂ’を縮小させることができる。
【００６２】
このように、第３スイッチング素子５３ｂと第４スイッチング素子５４ｂとは、第１圧電素子１０ｂと第２圧電素子１０ｂ’との駆動において共有されている。このため、駆動回路５０ｂを用いて２軸のインパクト型アクチュエータを駆動する場合、スイッチング素子が６個、圧電素子への配線が３本必要となる。図１１に示す従来のインパクト型アクチュエータの駆動回路を２つ用いた場合と比較すると、スイッチング素子を２個、配線を１本削減することができ、低コスト及び省スペース化を実現することができる。
【００６３】
（第３実施形態）
本発明に係る第３実施形態について説明する。第３実施形態では、上述のトラス型アクチュエータをレンズのパン・チルトに用い、上述のインパクト型アクチュエータをレンズのズーム及びフォーカスに用いる。なお、レンズのパン・チルトのそれぞれに用いられるトラス型アクチュエータのロータ部材は、円筒形状ではなく、球形状にしてもよい。この場合、パン駆動に用いられるトラス型アクチュエータのロータ部材と、チルト駆動に用いられるトラス型アクチュエータのロータ部材とを共有することができる。
【００６４】
図９は、レンズのパン・チルトのそれぞれに用いるトラス型アクチュエータ及びズームとフォーカスとに用いるインパクト型アクチュエータを駆動するための駆動回路の一例を示す回路図である。
【００６５】
図９に示す駆動回路５０ｃは、直列に接続された第１スイッチング素子５１ｃ及び第２スイッチング素子５２ｃと、直列に接続された第３スイッチング素子５３ｃ及び第４スイッチング素子５４ｃと、直列に接続された第５スイッチング素子５５ｃ及び第６スイッチング素子５６ｃと、直列に接続された第７スイッチング素子５７ｃ及び第８スイッチング素子５８ｃとで構成されている。第１スイッチング素子５１ｃ及び第２スイッチング素子５２ｃの組と、第３スイッチング素子５３ｃ及び第４スイッチング素子５４ｃの組と、第５スイッチング素子５５ｃ及び第６スイッチング素子５６ｃの組と、第７スイッチング素子５７ｃ及び第８スイッチング素子５８ｃの組とは並列に接続されている。各スイッチング素子５１ｃ，５２ｃ，５３ｃ，５４ｃ，５５ｃ，５６ｃ，５７ｃ，５８ｃは、例えば、パワーＭＯＳ−ＦＥＴで構成される。
【００６６】
第１スイッチング素子５１ｃ及び第２スイッチング素子５２ｃの接続点ｃ１と、第３スイッチング素子５３ｃ及び第４スイッチング素子５４ｃの接続点ｃ２との間には第１圧電素子１０ｃが接続されている。この第１圧電素子１０ｃは、レンズのパン駆動に用いられるトラス型アクチュエータの駆動側の圧電素子である。第３スイッチング素子５３ｃ及び第４スイッチング素子５４ｃの接続点ｃ２と、第７スイッチング素子５７ｃ及び第８スイッチング素子５８ｃの接続点ｃ４との間には、第２圧電素子１０ｃ’が接続されている。この第２圧電素子１０ｃ’は、レンズのパン駆動に用いられるトラス型アクチュエータの従動側の圧電素子である。
【００６７】
第１スイッチング素子５１ｃ及び第２スイッチング素子５２ｃの接続点ｃ１と、第５スイッチング素子５５ｃ及び第６スイッチング素子５６ｃの接続点ｃ３との間には第３圧電素子１０ｄが接続されている。この第３圧電素子１０ｄは、レンズのチルト駆動に用いられるトラス型アクチュエータの駆動側の圧電素子である。第５スイッチング素子５５ｃ及び第６スイッチング素子５６ｃの接続点ｃ３と、第７スイッチング素子５７ｃ及び第８スイッチング素子５８ｃの接続点ｃ４との間には、第４圧電素子１０ｄ’が接続されている。この第４圧電素子１０ｄ’は、レンズのチルト駆動に用いられるトラス型アクチュエータの従動側の圧電素子である。
【００６８】
第３スイッチング素子５３ｃ及び第４スイッチング素子５４ｃの接続点ｃ２と、第５スイッチング素子５５ｃ及び第６スイッチング素子５６ｃの接続点ｃ３との間には第５圧電素子１０ｅが接続されている。この第５圧電素子１０ｅは、レンズのズーム駆動に用いられるインパクト型アクチュエータの圧電素子である。
【００６９】
第１スイッチング素子５１ｃ及び第２スイッチング素子５２ｃの接続点ｃ１と、第７スイッチング素子５７ｃ及び第８スイッチング素子５８ｃの接続点ｃ４との間には第６圧電素子１０ｆが接続されている。この第６圧電素子１０ｆは、レンズのフォーカス駆動に用いられるインパクト型アクチュエータの圧電素子である。
【００７０】
また、第１スイッチング素子５１ｃと第３スイッチング素子５３ｃと第５スイッチング素子５５ｃと第７スイッチング素子５７ｃとは、接続点ｃ９で接続されており、接続点ｃ９は電源Ｖｃｃに接続されている。第２スイッチング素子５２ｃと第４スイッチング素子５４ｃと第６スイッチング素子５６ｃと第８スイッチング素子５８ｃとは、接続点ｃ１０で接続されており、接続点ｃ１０は接地されている。
【００７１】
制御部６０ｃは、演算処理を行うＣＰＵ、処理プログラムとデータとが格納されたＲＯＭ及びデータを一時的に記憶するＲＡＭ等を備えて構成される。制御部６０ｃは、所定のデューティ比の駆動パルスを出力し、この駆動パルスにより駆動回路５０ｃを駆動する。
【００７２】
次に、駆動回路５０ｃの動作について説明する。なお、第１圧電素子１０ｃは、パン駆動に用いられるトラス型アクチュエータの駆動側の圧電素子であり、第２圧電素子１０ｃ’は、パン駆動に用いられるトラス型アクチュエータの従動側の圧電素子である。第３圧電素子１０ｄは、チルト駆動に用いられるトラス型アクチュエータの駆動側の圧電素子であり、第４圧電素子１０ｄ’は、チルト駆動に用いられるトラス型アクチュエータの従動側の圧電素子である。第５圧電素子１０ｅは、ズーム駆動に用いられるインパクト型アクチュエータの圧電素子であり、第６圧電素子１０ｆは、フォーカス駆動に用いられるインパクト型アクチュエータの圧電素子である。
【００７３】
パン駆動のトラス型アクチュエータに用いられる圧電素子１０ｃを駆動する場合、第１スイッチング素子５１ｃと第４スイッチング素子５４ｃとが組となって動作し、第２スイッチング素子５２ｃと第３スイッチング素子５３ｃとが組となって動作し、各組を逆位相でスイッチングする。このとき、従動側となる圧電素子１０ｃ’は第３スイッチング素子５３ｃと第７スイッチング素子５７ｃとが組となって動作し、第４スイッチング素子５４ｃと第８スイッチング素子５８ｃとが組となって動作し、各組は逆位相でスイッチングする。なお、第５スイッチング素子５５ｃと第６スイッチング素子５６ｃとはオープンとする。この動作により、接続点ｃ２と接続点ｃ４との間は常にショートされた状態となり、駆動側の圧電素子１０ｃと従動側の圧電素子１０ｃ’とを個別に駆動することができる。
【００７４】
チルト駆動のトラス型アクチュエータに用いられる圧電素子１０ｄを駆動する場合、第１スイッチング素子５１ｃと第６スイッチング素子５６ｃとが組となって動作し、第２スイッチング素子５２ｃと第５スイッチング素子５５ｃとが組となって動作し、各組を逆位相でスイッチングする。このとき、従動側となる圧電素子１０ｄ’は第５スイッチング素子５５ｃと第７スイッチング素子５７ｃとが組となって動作し、第６スイッチング素子５６ｃと第８スイッチング素子５８ｃとが組となって動作し、各組は逆位相でスイッチングする。なお、第３スイッチング素子５３ｃと第４スイッチング素子５４ｃとはオープンとする。この動作により、接続点ｃ３と接続点ｃ４との間は常にショートされた状態となり、駆動側の圧電素子１０ｄと従動側の圧電素子１０ｄ’とを個別に駆動することができる。
【００７５】
ズーム駆動のインパクト型アクチュエータに用いられる圧電素子１０ｅを駆動する場合、第３スイッチング素子５３ｃと第６スイッチング素子５６ｃとが組となって動作し、第４スイッチング素子５４ｃと第５スイッチング素子５５ｃとが組となって動作し、各組を逆位相でスイッチングする。このとき、第１スイッチング素子５１ｃ，５２ｃ，５７ｃ，５８ｃはオープンとする。
【００７６】
フォーカス駆動のインパクト型アクチュエータに用いられる圧電素子１０ｆを駆動する場合、第１スイッチング素子５１ｃと第８スイッチング素子５８ｃとが組となって動作し、第２スイッチング素子５２ｃと第７スイッチング素子５７ｃとが組となって動作し、各組を逆位相でスイッチングする。このとき、第３スイッチング素子５３ｃ、第４スイッチング素子５４ｃ、第５スイッチング素子５５ｃ及び第６スイッチング素子５６ｃはオープンとする。
【００７７】
なお、パン駆動の圧電素子１０ｃ，１０ｃ’を駆動する場合、フォーカス駆動の圧電素子１０ｆにも駆動信号が印加されるが、トラス型アクチュエータの駆動時にインパクト型アクチュエータが駆動されることはない。なぜならば、両者とも素子の共振を利用した駆動方法であり、両者の駆動周波数は異なる周波数に設定されているためである。このように、それぞれのスイッチング素子は、駆動する圧電素子に応じて異なる駆動周波数で制御される。そのため、複数の圧電素子が１の接続点で接続されている場合、同じスイッチング素子であっても異なる駆動周波数で制御することによって、スイッチング素子を共有して複数の圧電素子を制御することができる。
【００７８】
また、トラス型アクチュエータはデューティ比が５０％の駆動信号であるのに対して、インパクト型アクチュエータはデューティ比が３３％又は６６％の駆動信号であるため、トラス型アクチュエータとインパクト型アクチュエータとが同時に駆動することはない。このように、それぞれのスイッチング素子は、駆動する圧電素子に応じて異なるデューティ比で制御される。そのため、複数の圧電素子が１の接続点で接続されている場合、同じスイッチング素子であっても異なるデューティ比で制御することによって、スイッチング素子を共有して複数の圧電素子を制御することができる。
【００７９】
このように、第１スイッチング素子５１ｃと第２スイッチング素子５２ｃとは、第１圧電素子１０ｃと第３圧電素子１０ｄと第６圧電素子１０ｆとの駆動において共有されている。また、第３スイッチング素子５３ｃと第４スイッチング素子５４ｃとは、第１圧電素子１０ｃと第２圧電素子１０ｃ’と第５圧電素子１０ｅとの駆動において共有されている。さらに、第５スイッチング素子５５ｃと第６スイッチング素子５６ｃとは、第３圧電素子１０ｄと第４圧電素子１０ｄ’と第５圧電素子１０ｅとの駆動において共有されている。さらに、第７スイッチング素子５７ｃと第８スイッチング素子５８ｃとは、第２圧電素子１０ｃ’と第４圧電素子１０ｄ’と第６圧電素子１０ｆとの駆動において共有されている。
【００８０】
このため、トラス型アクチュエータ及びインパクト型アクチュエータを１の駆動回路５０ｃで駆動する場合、スイッチング素子が８個、圧電素子への配線が４本必要となる。従来の駆動回路では、パン・チルト駆動にスイッチング素子がそれぞれ８個ずつ必要であり、配線がそれぞれ４本ずつ必要であり、ズーム・フォーカス駆動にスイッチング素子がそれぞれ４個ずつ必要であり、配線が２本ずつ必要である。そのため、駆動回路７０は、スイッチング素子を１６個、配線を８本削減することができ、低コスト及び省スペース化を実現することができる。また、使用するアクチュエータの数が多いほどスイッチング素子及び配線をより多く削減することができる。
【００８１】
ここで、主な発明を以下にまとめる。
【００８２】
（１）駆動電圧が印加されることにより伸縮する複数の電気機械変換素子と、
直接に接続された第１のスイッチング手段と第２のスイッチング手段との組の複数を並列に接続する駆動電圧印加手段と、
前記第１のスイッチング手段と前記第２のスイッチング手段とのオン・オフを制御する制御手段とを備え、
前記第１のスイッチング手段と前記第２のスイッチング手段との接続点のうち少なくとも１つに前記複数の電気機械変換素子が接続され、
前記制御手段は、前記複数の電気機械変換素子を駆動するように前記第１のスイッチング手段と前記第２のスイッチング手段とを独立に制御することを特徴とする駆動回路。
【００８３】
（２）前記制御手段は、駆動する前記電気機械変換素子に応じて異なる動作条件で前記第１のスイッチング手段と前記第２のスイッチング手段とを制御することを特徴とする上記（１）記載の駆動回路。
【００８４】
（３）前記制御手段は、駆動する前記電気機械変換素子に応じて異なる駆動周波数で前記第１のスイッチング手段と前記第２のスイッチング手段とを制御することを特徴とする上記（１）記載の駆動回路。
【００８５】
（４）前記制御手段は、駆動する前記電気機械変換素子に応じて異なるデューディ比で前記第１のスイッチング手段と前記第２のスイッチング手段とを制御することを特徴とする上記（１）記載の駆動回路。
【００８６】
（５）直角に接続された電気機械変換素子の先端に設けられた合成変位部により移動部材を駆動するトラス型アクチュエータ及び１次元的に移動部材を駆動するインパクト型アクチュエータのうちの少なくとも一方と、
前記トラス型アクチュエータ及び前記インパクト型アクチュエータのうちの少なくとも一方を駆動する上記（１）に記載の駆動回路とを備えることを特徴とする駆動装置。
【００８７】
（６）前記複数のスイッチング手段は、一方端が電源に接続され、他方端が第１の電気機械変換素子の一方端に接続されてなる第１のスイッチング手段と、
一方端が前記第１の電気機械変換素子の他方端と第２の電気機械変換素子の一方端とに接続され、他方端が接地されてなる第２のスイッチング手段と、
一方端が電源に接続され、他方端が前記第１の電気機械変換素子の他方端と、前記第２の電気機械変換素子の一方端とに接続されてなる第３のスイッチング手段と、
一方端が前記第１の電気機械変換素子の一方端に接続され、他方端が接地されてなる第４のスイッチング手段と、
一方端が電源に接続され、他方端が前記第２の電気機械変換素子の他方端に接続されてなる第５のスイッチング手段と、
一方端が前記第２の電気機械変換素子の他方端に接続され、他方端が接地されてなる第６のスイッチング手段とを含むことを特徴とする上記（１）記載の駆動回路。
【００８８】
（７）前記第１のスイッチング手段は、他方端が第３の電気機械変換素子の一方端と第４の電気機械変換素子の一方端とにさらに接続され、
前記第２のスイッチング手段は、一方端が第５の電気機械変換素子の一方端にさらに接続され、
前記第３のスイッチング手段は、他方端が第５の電気機械変換素子の一方端にさらに接続され、
前記第４のスイッチング手段は、一方端が第３の電気機械変換素子の一方端と、第４の電気機械変換素子の一方端とにさらに接続され、
前記第５のスイッチング手段は、他方端が第３の電気機械変換素子の他方端と、第６の電気機械変換素子の一方端とにさらに接続され、
前記第６のスイッチング手段は、一方端が第３の電気機械変換素子の他方端と、第６の電気機械変換素子の一方端とにさらに接続され、
前記複数のスイッチング手段は、一方端が電源に接続され、他方端が第４の電気機械変換素子の他方端と、第５の電気機械変換素子の他方端と、第６の電気機械変換素子の他方端とに接続されてなる第７のスイッチング手段と、
一方端が第４の電気機械変換素子の他方端と、第５の電気機械変換素子の他方端と、第６の電気機械変換素子の他方端とに接続され、他方端が接地されてなる第８のスイッチング手段とをさらに含むことを特徴とする上記（１）記載の駆動回路。
【００８９】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る位置検出装置によれば、直列に接続された第１のスイッチング手段と第２のスイッチング手段との組の複数が並列に接続され、第１のスイッチング手段と第２のスイッチング手段との接続点のうち少なくとも１つに接続された複数の電気機械変換素子を駆動するように第１のスイッチング手段と第２のスイッチング手段とが独立に制御される。したがって、従来は１の駆動回路で１の電気機械変換素子を駆動していたが、複数の電気機械変換素子に駆動電圧を印加するスイッチング手段を共有することで、１の駆動回路で複数の電気機械変換素子を駆動することができ、回路規模を小型化し、電気機械変換素子への配線処理を簡略化することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態のトラス型アクチュエータの構成を概略的に示す図である。
【図２】本実施形態において電気機械変換素子（変位素子）として用いる積層型圧電素子の構成を示す図である。
【図３】図１に示すアクチュエータをばね（加圧部）によりロータに所定の押し圧力により押しつけた状態を示す図である。
【図４】第１実施形態におけるトラス型アクチュエータの駆動回路の一例を示す回路図である。
【図５】第２実施形態のインパクト型アクチュエータの構成を概略的に示すブロック図である。
【図６】駆動装置に用いたインパクト型圧電アクチュエータの構成を示す斜視図である。
【図７】駆動装置の駆動原理を説明するための図である。
【図８】ズーム用のインパクト型アクチュエータに用いられる圧電素子及びフォーカス用のインパクト型アクチュエータに用いられる圧電素子を駆動するための駆動回路の一例を示す回路図である。
【図９】レンズのパン・チルトのそれぞれに用いるトラス型アクチュエータ及びズームとフォーカスとに用いるインパクト型アクチュエータを駆動するための駆動回路の一例を示す回路図である。
【図１０】従来のトラス型アクチュエータにおいて用いられる駆動回路の一例を示す図である。
【図１１】従来のインパクト型アクチュエータにおいて用いられる駆動回路の一例を示す図である。
【符号の説明】
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ 第１圧電素子
１０ａ’，１０ｂ’，１０ｃ’ 第２圧電素子
１０ｄ 第３圧電素子
１０ｄ’ 第４圧電素子
１０ｅ 第５圧電素子
１０ｆ 第６圧電素子
５０ａ，５０ｂ，５０ｃ 駆動回路
５１ａ，５１ｂ，５１ｃ 第１スイッチング素子
５２ａ，５２ｂ，５３ｃ 第２スイッチング素子
５３ａ，５３ｂ，５３ｃ 第３スイッチング素子
５４ａ，５４ｂ，５４ｃ 第４スイッチング素子
５５ａ，５５ｂ，５５ｃ 第５スイッチング素子
５６ａ，５６ｂ，５６ｃ 第６スイッチング素子
５７ｃ 第７スイッチング素子
５８ｃ 第８スイッチング素子
６０ａ，６０ｂ，６０ｃ 制御部
１００ａ，１００ｂ 駆動装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、カメラ等の光学機器のレンズの駆動に用いられるアクチュエータの駆動回路及び駆動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、光学機器に内蔵されるレンズのパン・チルトにおいて、トラス型アクチュエータを用いた駆動方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。トラス型アクチュエータでは、互いに直交する２つの電気機械変換素子（以下、圧電素子とする。）の交点に設けられたチップ部材等の変位合成部を、楕円軌跡を描くように駆動することにより、ロータ等の移動部材が駆動される。トラス型アクチュエータは、２つの圧電素子で駆動されるため、素子駆動に用いられるＨブリッジ回路は２つ必要となる。この場合、圧電素子は、駆動側圧電素子と従動側圧電素子とにわけることができる。
【０００３】
図１０は、従来のトラス型アクチュエータにおいて用いられる駆動回路の一例を示す図である。駆動側圧電素子１０ａを駆動するための第１駆動回路５０ｄは、スイッチング素子Ａ１，Ｂ１，Ｃ１，Ｄ１で構成され、従動側圧電素子１０ａ’を駆動するための第２駆動回路５０ｄ’は、スイッチング素子Ｅ１，Ｆ１，Ｇ１，Ｈ１で構成される。第１駆動回路５０ｄでは、対角に位置するスイッチング素子Ａ１，Ｄ１とスイッチング素子Ｂ１，Ｃ１とが組になって動作し、それぞれの組は逆位相でスイッチングする。このとき、圧電素子１０ａ’は従動側になるため、スイッチング素子Ｅ１，Ｆ１はオープンとなり、スイッチング素子Ｇ１，Ｈ１はクローズとなり、圧電素子１０ａ’の端子間はショートされる。
【０００４】
また、光学機器に内蔵されるレンズのズームにおいて、インパクト型アクチュエータを用いた駆動方法が知られている（例えば、特許文献２参照。）。インパクト型アクチュエータは、１つの圧電素子で駆動されるため、素子駆動に用いられるＨブリッジ回路が１つ必要となる。図１１は、従来のインパクト型アクチュエータにおいて用いられる駆動回路の一例を示す図である。圧電素子１０ｂを駆動するための駆動回路５０ｅは、スイッチング素子Ａ２，Ｂ２，Ｃ２，Ｄ２で構成される。駆動回路５０ｅは、対角に位置するスイッチング素子Ａ２，Ｄ２とスイッチング素子Ｂ２，Ｃ２とが組になって動作し、それぞれの組は逆位相でスイッチングする。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−１１２５６３号公報
【特許文献２】
特開２００１−２１１６６９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図１０に示すように、従来のトラス型アクチュエータでは、１の圧電素子を駆動するために２の駆動回路（Ｈブリッジ回路）が必要である。そのため、１軸のトラス型アクチュエータを駆動するためには、スイッチング素子が８個必要であり、圧電素子への配線が４本必要である。また、図１１に示すように、従来の１軸のインパクト型アクチュエータを駆動するためには、スイッチング素子が４個必要であり、圧電素子への配線が２本必要である。
【０００７】
さらに、複数のアクチュエータを用いて多軸駆動を行う駆動装置が知られている。この駆動装置は、パン・チルト及びズームが可能であり、パン・チルトには、パン駆動用とチルト駆動用とに上記のトラス型アクチュエータが１ずつ設けられ、ズームには、ズームレンズ駆動用とフォーカスレンズ駆動用とに上記のインパクト型アクチュエータが１ずつ設けられている。そのため、パン・チルト及びズームが可能な駆動装置は、Ｈブリッジ回路が合計６個必要となり、スイッチング素子が合計２４個必要となり、配線が合計１２本必要となる。
【０００８】
このように、複数のアクチュエータを用いて多軸駆動を行う場合、スイッチング素子及び配線の数は軸数分だけ増加するため、回路規模が大型化し、配線処理が煩雑化するという問題が生じる。
【０００９】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、回路規模を小型化し、配線処理を簡略化することができる駆動回路及び駆動装置を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る駆動回路は、駆動電圧が印加されることにより伸縮する複数の電気機械変換素子と、直接に接続された第１のスイッチング手段と第２のスイッチング手段との組の複数を並列に接続する駆動電圧印加手段と、前記第１のスイッチング手段と前記第２のスイッチング手段とのオン・オフを制御する制御手段とを備え、前記第１のスイッチング手段と前記第２のスイッチング手段との接続点のうち少なくとも１つに前記複数の電気機械変換素子が接続され、前記制御手段は、前記複数の電気機械変換素子を駆動するように前記第１のスイッチング手段と前記第２のスイッチング手段とを独立に制御する。
【００１１】
この構成によれば、直列に接続された第１のスイッチング手段と第２のスイッチング手段との組の複数が並列に接続され、第１のスイッチング手段と第２のスイッチング手段との接続点のうち少なくとも１つに接続された複数の電気機械変換素子を駆動するように第１のスイッチング手段と第２のスイッチング手段とが独立に制御される。したがって、従来は１の駆動回路で１の電気機械変換素子を駆動していたが、複数の電気機械変換素子に駆動電圧を印加するスイッチング手段を共有することで、１の駆動回路で複数の電気機械変換素子を駆動することができ、回路規模を小型化し、電気機械変換素子への配線処理を簡略化することができるようになる。
【００１２】
また、上記の駆動回路において、前記制御手段は、駆動する前記電気機械変換素子に応じて異なる動作条件で前記第１のスイッチング手段と前記第２のスイッチング手段とを制御することが好ましい。
【００１３】
この構成によれば、第１のスイッチング手段と第２のスイッチング手段とは、駆動する電気機械変換素子に応じて異なる動作条件で制御される。そのため、複数の電気機械変換素子が１の接続点で接続されている場合、同じスイッチング手段であっても異なる動作条件で制御することによって、スイッチング手段を共有して複数の電気機械変換素子を制御することができる。
【００１４】
さらに、上記の駆動回路において、前記制御手段は、駆動する前記電気機械変換素子に応じて異なる駆動周波数で前記第１のスイッチング手段と前記第２のスイッチング手段とを制御することが好ましい。
【００１５】
この構成によれば、前記第１のスイッチング手段と前記第２のスイッチング手段とは、駆動する電気機械変換素子に応じて異なる駆動周波数で制御される。そのため、複数の電気機械変換素子が１の接続点で接続されている場合、同じスイッチング手段であっても異なる駆動周波数で制御することによって、スイッチング手段を共有して複数の電気機械変換素子を制御することができる。
【００１６】
さらに、上記の駆動回路において、前記制御手段は、駆動する前記電気機械変換素子に応じて異なるデューディ比で前記第１のスイッチング手段と前記第２のスイッチング手段とを制御することが好ましい。
【００１７】
この構成によれば、前記第１のスイッチング手段と前記第２のスイッチング手段とは、駆動する電気機械変換素子に応じて異なるデューティ比で制御される。そのため、複数の電気機械変換素子が１の接続点で接続されている場合、同じスイッチング手段であっても異なるデューティ比で制御することによって、スイッチング手段を共有して複数の電気機械変換素子を制御することができる。
【００１８】
本発明に係る駆動装置は、直交する電気機械変換素子の交点に設けられた変位合成部により移動部材を駆動するトラス型アクチュエータ及び１次元的に移動部材を駆動するインパクト型アクチュエータのうちの少なくとも一方と、前記トラス型アクチュエータ及び前記インパクト型アクチュエータのうちの少なくとも一方を駆動する前記駆動回路とを備える。
【００１９】
この構成によれば、直交する電気機械変換素子の交点に設けられた変位合成部により移動部材を駆動するトラス型アクチュエータ及び１次元的に移動部材を駆動するインパクト型アクチュエータのうちの少なくとも一方を駆動する駆動回路として上記の駆動回路を用い、スイッチング手段を共有して複数のアクチュエータを駆動することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２１】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態であるトラス型アクチュエータについて説明する。図１は、本実施形態の駆動装置１００ａの構成を概略的に示す図である。図１において、駆動装置１００ａは、第１圧電素子及び第２圧電素子１０ａ，１０ａ’、チップ部材（変位合成部）２０、ベース部材（固定部）２１、ロータ（移動部材）２２、駆動回路５０ａ及び制御部６０ａで構成される。トラス型アクチュエータ３０は、第１圧電素子及び第２圧電素子１０ａ，１０ａ’、チップ部材（変位合成部）２０、ベース部材（固定部）２１及びロータ（移動部材）２２で構成される。
【００２２】
図１に示すように、駆動装置１００ａは、２つの電気機械変換素子（積層型の第１圧電素子及び第２圧電素子）１０ａ，１０ａ’を略直角に交差させて配置し、それらの交差側端部にチップ部材２０を接着剤により接合している。一方、第１及び第２圧電素子１０ａ，１０ａ’の他端部をベース部材２１に接着剤により接合している。チップ部材２０の材料としては、安定して高い摩擦係数が得られ、かつ耐摩耗性に優れたタングステン等が好ましい。ベース部材２１の材料としては、製造が容易で、かつ強度に優れたステンレス鋼等が好ましい。また、接着剤としては、接着力及び強度に優れたエポキシ系樹脂等が好ましい。なお、第１圧電素子１０ａ及び第２圧電素子１０ａ’は図１に示す圧電素子１０ａと実質的に同一であり、第２圧電素子１０ａ’の各構成要素の符号にそれぞれ（’）をつけて区別する。
【００２３】
第１圧電素子１０ａの電極１２，１３及び第２圧電素子１０ａ’の電極１２’，１３’はそれぞれ駆動回路５０ａに接続されている。制御部６０ａは、駆動回路５０ａに接続されており、駆動回路５０ａを含む駆動装置１００ａの全体の制御を行う。
【００２４】
ここで、本実施形態において電気機械変換素子（変位素子）として用いる積層型圧電素子の構成を図２に示す。図２に示すように、圧電素子１０ａは、ＰＺＴ等の圧電特性を示す複数のセラミック薄板１１と電極１２，１３を交互に積層したものであり、各セラミック薄板１１と電極１２，１３とは接着剤等により固定されている。１つおきに配置された各電極群１２及び１３は、それぞれ信号線１４，１５を介して駆動電源１６に接続されている。信号線１４と１５の間に所定の電圧を印加すると、電極１２と１３に挟まれた各セラミック薄板１１には、その積層方向に電界が発生し、その電界は１つおきに同じ方向である。従って、各セラミック薄板１１は、１つおきに分極の方向が同じになる（隣り合う２つのセラミック薄板１１の分極方向は逆となる）ように積層されている。なお、圧電素子１０ａの両端部には、保護層１７が設けられている。
【００２５】
駆動電源１６により直流の駆動電圧を各電極１２と１３の間に印加すると、全てのセラミック薄板１１が同方向に伸び又は縮み、圧電素子１０ａ全体として伸縮する。電界が小さく、かつ変位の履歴が無視できる領域では、各電極１２と１３の間に発生する電界と圧電素子１０ａの変位は、ほぼ直線的な関係と見なすことができる。
【００２６】
次に、駆動電源１６により交流の駆動電圧（交流信号）を各電極１２と１３の間に印加すると、その電界に応じて各セラミック薄板１１は同方向に伸縮を繰り返し、圧電素子１０ａ全体として伸縮を繰り返す。圧電素子１０ａには、その構造や電気的特性により決定される固有の共振周波数が存在する。交流の駆動電圧の周波数が圧電素子１０ａの共振周波数と一致すると、インピーダンスが低下し、圧電素子１０ａの変位が増大する。圧電素子１０ａは、その外形寸法に対して変位が小さいため、低い電圧で駆動するためには、この共振現象を利用することが望ましい。
【００２７】
本実施形態では、第１圧電素子１０ａと第２圧電素子１０ａ’のいずれか一方、例えば第１圧電素子１０ａのみを駆動し、その振動をベース部材２１を介して第２圧電素子１０ａ’に伝達し、第２圧電素子１０ａ’を所定の位相差を持って共振させる。すなわち、第１圧電素子１０ａは駆動側となり、第２圧電素子１０ａ’は従動側となる。そうすると、第１圧電素子１０ａと第２圧電素子１０ａ’の交点に設けられたチップ部材２０は楕円（円を含む）を描くように駆動される。このチップ部材２０を、例えば所定の軸の周りに回転可能なロータ２２の円筒面に押しつけると、チップ部材２０の楕円運動（円運動を含む）をロータ２２の回転運動に変換することが可能となる。または、チップ部材２０を、例えば棒状部材（図示せず）の平面部に押しつけることにより、チップ部材２０の楕円運動を棒状部材の直線運動に変換することが可能となる。ロータ２２の材料としては、アルミニウム等の軽量金属が好ましく、チップ部材２０との摩擦による摩耗を防止するため、表面にアルマイト処理等を施すことが好ましい。上記アクチュエータにおいて、互いに直交する独立した２つの運動を合成すると、その交点は楕円振動の式（Ｌｉｓｓａｊｏｕｓの式）に従った軌跡を描く。
【００２８】
図１に示す第１実施形態のトラス型アクチュエータでは、第１圧電素子１０ａと第２圧電素子１０ａ’とを互いに９０度をなすように交差させて配置しているので、一方の圧電素子（例えば第１圧電素子１０ａ）が伸縮すると、他方の圧電素子（第２圧電素子１０ａ’）がその分極方向に直交する方向の力を受ける。第２圧電素子１０ａ’に圧力が加わると、正電圧効果により第２圧電素子１０ａ’のセラミック薄板１１’から電極１２’又は１３’に電荷が移動し、電極１２’と１３’との間に電圧が発生する。第２圧電素子１０ａ’が第１圧電素子１０ａから受ける力は、第１圧電素子１０ａの変位量に比例すると見なすことができるので、第２圧電素子１０ａ’が発生する電圧は、第１圧電素子１０ａの変位量に比例する。そのため、第２圧電素子１０ａ’の電極１２’と１３’の間の電圧を測定することにより、第１圧電素子１０ａの変位量を知ることができる。なお、第１圧電素子１０ａは交流信号により駆動されて伸縮しているので、第２圧電素子１０ａ’も交流電圧を出力し、その位相は第１圧電素子１０ａの変位の位相と一致する。
【００２９】
このように、一方の圧電素子１０ａ又は１０ａ’を駆動したときの変位は他方の圧電素子１０ａ’又は１０ａが発生する電圧として検出することができるので、この電圧を検出することにより、駆動されている圧電素子１０ａ又は１０ａ’の変位、すなわちチップ部材２０の軌跡の半径を知ることができる。これに応じて、圧電素子１０ａ又は１０ａ’に印加する駆動信号の電圧を変化させることにより、アクチュエータによるロータ２２の回転速度を制御することができる。
【００３０】
一般に、チップ部材２０をロータ２２に加圧接触させると、アクチュエータ（圧電素子１０ａ，１０ａ’、チップ部材２０及びベース部材２１）の振動状態が変化する。これは、アクチュエータが押し圧力や摩擦力の反力をロータ２２から受けることにより、圧電素子１０ａ，１０ａ’やベース部材２１等の剛性等が変化するからである。また、ベース部材２１を本アクチュエータを用いる装置本体に固定する方法によっても拘束条件が変化し、振動状態も変化する。そこで、本実施形態では、これらの外的要因による振動状態の変化を、駆動信号の周波数を調節することにより補正し得る構成としている。装置完成後や様々な条件での使用に先立って、第１圧電素子１０ａ及び第２圧電素子１０ａ’がそれぞれ同位相モード及び逆位相モード振動するようにいずれかの圧電素子を駆動する。このとき、電圧と電流の位相を検出し、両者が一致する条件から各固有モードにおける振動数を求め、例えばそれらの平均値を最適な駆動周波数とする。
【００３１】
次に、アクチュエータによるロータ２２の回転原理について説明する。図３は、図１に示すアクチュエータをばね（加圧部）２３によりロータ２２に所定の押し圧力Ｆにより押しつけた状態を示す。図３中、μは摩擦係数を表す。
【００３２】
第１圧電素子１０ａ又は第２圧電素子１０ａ’に印加する正弦波電圧の周波数（圧電素子の駆動周波数）が小さく、チップ部材２０の回転速度が遅い場合、ばね２３の付勢力によりアクチュエータ自体がチップ部材２０の変位に追従してしまい、チップ部材２０はロータ２２の表面から離反することはなく、ロータ２２の表面と接触した状態で往復駆動される。従って、この場合ロータ２２を回転させることはできない。
【００３３】
これに対して、第１圧電素子１０ａ又は第２圧電素子１０ａ’に印加する正弦波電圧の周波数が大きく、チップ部材２０の回転速度が速い場合、ばね２３の付勢力によってはアクチュエータ自体がチップ部材２０の変位に追従できず、チップ部材２０がロータ２２の表面から一時的に離反する状態が生まれる。従って、チップ部材２０がロータ２２の表面から離反している間にチップ部材２０を所定方向に移動させ、チップ部材２０がロータ２２の表面に接触している間に所定方向と反対の方向に移動させることにより、ロータ２２を回転させることができる。
【００３４】
次に、第１実施形態におけるトラス型アクチュエータの駆動回路５０ａについて説明する。図４は、第１実施形態におけるトラス型アクチュエータの駆動回路の一例を示す回路図である。
【００３５】
駆動回路５０ａは、直列に接続された第１スイッチング素子５１ａ及び第２スイッチング素子５２ａと、直列に接続された第３スイッチング素子５３ａ及び第４スイッチング素子５４ａと、直列に接続された第５スイッチング素子５５ａ及び第６スイッチング素子５６ａとで構成され、第１スイッチング素子５１ａ及び第２スイッチング素子５２ａの組と、第３スイッチング素子５３ａ及び第４スイッチング素子５４ａの組と、第５スイッチング素子５５ａ及び第６スイッチング素子５６ａの組とは並列に接続されている。各スイッチング素子５１ａ，５２ａ，５３ａ，５４ａ，５５ａ，５６ａは、例えば、パワーＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ−Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）で構成される。第１スイッチング素子５１ａ及び第２スイッチング素子５２ａの接続点ａ１と、第３スイッチング素子５３ａ及び第４スイッチング素子５４ａの接続点ａ２との間には第１圧電素子１０ａが接続されている。また、第３スイッチング素子５３ａ及び第４スイッチング素子５４ａの接続点ａ２と、第５スイッチング素子５５ａ及び第６スイッチング素子５６ａの接続点ａ３との間には第２圧電素子１０ａ’が接続されている。第１スイッチング素子５１ａと第３スイッチング素子５３ａと第５スイッチング素子５５ａとは、接続点ａ４で接続されており、接続点ａ４には電源電圧Ｖｃｃが印加される。第２スイッチング素子５２ａと第４スイッチング素子５４ａと第６スイッチング素子５６ａとは、接続点ａ５で接続されており、接続点ａ５は接地されている。
【００３６】
制御部６０ａは、駆動装置１００ａの全体の制御を行う回路であり、演算処理を行う中央処理装置（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ、以下、「ＣＰＵ」と略記する。）、処理プログラムとデータとが格納されたＲＯＭ（Ｒｅａｄ−Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）及びデータを一時的に記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等を備えて構成される。制御部６０ａは、所定のデューティ比の駆動パルスを出力し、この駆動パルスにより駆動回路５０ａを駆動する。すなわち、制御部６０ａは、第１スイッチング素子５１ａ及び第４スイッチング素子５４ａを組とする駆動回路と、第２スイッチング素子５２ａ及び第３スイッチング素子５３ａを組とする駆動回路とを交互に駆動することで、第１圧電素子１０ａを駆動する一方、第３スイッチング素子５３ａ及び第５スイッチング素子５５ａを組とする駆動回路と、第４スイッチング素子５４ａ及び第６スイッチング素子５６ａを組とする駆動回路とを駆動することで第２圧電素子１０ａ’を駆動する。
【００３７】
次に、駆動回路５０ａの動作について説明する。なお、第１圧電素子１０ａは、トラス型アクチュエータの駆動側の圧電素子であり、第２圧電素子１０ａ’は、トラス型アクチュエータの従動側の圧電素子である。第１圧電素子１０ａを駆動する場合、第１スイッチング素子５１ａと第４スイッチング素子５４ａとが組となって動作し、第２スイッチング素子５２ａと第３スイッチング素子５３ａとが組となって動作し、各組を逆位相でスイッチングする。すなわち、第１スイッチング素子５１ａ及び第４スイッチング素子５４ａを共にオンとすることで、駆動電圧が第１圧電素子１０ａに印加され、第１圧電素子１０ａを伸張させることができ、第２スイッチング素子５２ａ及び第３スイッチング素子５３ａを共にオンとすることで、駆動電圧が第１圧電素子１０ａに印加され、第１圧電素子１０ａを縮小させることができる。このとき、従動側となる第２圧電素子１０ａ’は第３スイッチング素子５３ａと第５スイッチング素子５５ａとが組となって動作し、第４スイッチング素子５４ａと第６スイッチング素子５６ａとが組となって動作し、各組は逆位相でスイッチングする。この動作により、接続点ａ２と接続点ａ３との間は常にショートされた状態となり、駆動側の第１圧電素子１０ａと従動側の第２圧電素子１０ａ’とを個別に駆動することができる。
【００３８】
このように、第３スイッチング素子５３ａと第４スイッチング素子５４ａとは、第１圧電素子１０ａと第２圧電素子１０ａ’との駆動において共有されている。このため、駆動回路５０ａを用いてトラス型アクチュエータを駆動する場合、スイッチング素子が６個、圧電素子への配線が３本必要となる。図１０に示す従来のトラス型アクチュエータの駆動回路と比較すると、スイッチング素子を２個、配線を１本削減することができ、低コスト及び省スペース化を実現することができる。
【００３９】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態であるインパクト型アクチュエータについて説明する。図５は、第２実施形態のインパクト型アクチュエータの構成を概略的に示すブロック図である。図６は、駆動装置に用いたインパクト型圧電アクチュエータの構成を示す斜視図である。
【００４０】
図５及び図６において、駆動装置１００ｂは、電気機械変換素子１０ｂ、支持部材３１、駆動部材３２、移動部材３３、駆動回路５０ｂ、制御部６０ｂ、部材センサ３４、基端センサ３５及び先端センサ３６を備えて構成される。インパクト型圧電アクチュエータ４０は、圧電素子１０ｂ、支持部材３１、駆動部材３２及び移動部材３３を備えて構成される。
【００４１】
支持部材３１は、圧電素子１０ｂと駆動部材３２とを保持する部品であり、円柱体の軸方向両端部３１１、３１２と略中央に位置する仕切壁３１３とを残して内部を刳り貫くことにより形成された第１収容空間３１４及び第２収容空間３１５を有している。この第１収容空間３１４には、電気機械変換素子１０ｂがその分極方向である伸縮方向を支持部材３１の軸方向と一致させた状態で収容されている。第２収容空間３１５には、移動部材３３の一部と駆動部材３２とが収容されている。
【００４２】
圧電素子１０ｂは、図２に示す圧電素子１０ａと同一の構成であり、説明を省略する。圧電素子１０ｂは、その伸縮方向である長手方向の一方端面が第１収容空間３１４の一方端面（端部３１１側端面）に固着されている。支持部材３１の他方端部３１２及び仕切壁３１３には、中心位置に駆動部材３２の断面形状に合わせた形状の孔が穿設されると共に、この両孔を貫通して棒状の駆動部材３２が第２収容空間３１５に軸方向に沿って移動可能に収容されている。圧電素子１０ｂの他方端面は、駆動部材３２の第１収容空間３１４内に突出した端部が固着される。
【００４３】
第２収容空間３１５の外部に突出した駆動部材３２の端部は、板ばね３７により所定のばね圧で圧電素子１０ｂ側に付勢されている。この板ばね３７の付勢は、圧電素子１０ｂの伸縮動作に基づく駆動部材３２の軸方向変位を安定化させるためである。
【００４４】
駆動部材３２は、圧電素子１０ｂの伸縮を移動部材３３の移動に変換すると共に、移動部材３３を支えるガイドである。駆動部材３２の断面形状は、円形、楕円及び矩形などの形状を適用することができるが、移動部材３３を安定的に支えスムーズに移動させることができるようにする観点から本実施の形態では、円形である。
【００４５】
移動部材３３は、駆動部材３２の軸方向の両側に取付部３３１を有する基部３３２と、両取付部３３１の間に着装される挟込み部材３３３とを備える。基部３３２は、駆動部材３２に遊嵌される。挟込み部材３３３は、両取付部３３１に取り付けられた板ばね３３４によって駆動部材３２の方向に押圧され、駆動部材３２に接触する。この接触によって、移動部材３３は、所定の摩擦力で駆動部材３２と結合される。また、駆動対象物３８は、この移動部材３３の取付部３３１を用いて取り付けられる。駆動対象物３８が取付部３３１に取り付けられている部分と対向する部分に、駆動対象物３８を支持する補助支持部材３９が取り付けられる。この補助支持部材３９によって駆動対象物３８は、駆動部材３２の軸方向と略垂直な方向の回転を防止可能とする。
【００４６】
駆動対象物３８は、本実施の形態における駆動装置が搭載される光学機器によって異なる。例えば、光学機器がカメラの場合にはフォーカスレンズ、ズームレンズ、手ぶれ補正用レンズなどが駆動対象物３８となり、オーバヘッドプロジェクタの場合には投影レンズが駆動対象物３８となり、双眼鏡の場合にはフォーカスレンズが駆動対象物３８となる。なお、手ぶれ補正用レンズなどのようにＸＹの２方向に移動させることが必要な場合には、方向ごとに駆動装置が配置される。本実施の形態における駆動装置が搭載される光学機器は、これらに限定されないが、駆動装置１００ｂの特性から、駆動対象物３８の正確な位置制御が必要な場合に好適である。
【００４７】
駆動回路５０ｂは、圧電素子１０ｂに印加される駆動電圧を生成する回路であり、制御部６０ｂの制御によって駆動電圧の振幅、周波数及び駆動電圧が矩形波である場合にはデューティー比Ｄが調整される。
【００４８】
部材センサ３４は、移動部材３３の移動可能範囲内に配設されており、半導体位置検出素子、いわゆるＰＳＤ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｄｅｖｉｃｅｓ）素子などのセンサにより構成されている。移動部材３３の位置が部材センサ３４により検出されることで移動部材３３を所定位置に移動させる制御が可能となる。基端センサ３５及び先端センサ３６は、フォトインタラプタなどのセンサにより構成され、移動部材３３が移動可能範囲内を越えて移動することを防止可能な位置に配設される。
【００４９】
制御部６０ｂは、駆動装置１００ｂの全体の制御を行う回路であり、演算処理を行うＣＰＵ、処理プログラムとデータとが格納されたＲＯＭ及びデータを一時的に記憶するＲＡＭ等を備えて構成される。
【００５０】
制御部６０ｂは、移動部材３３を所望の速度状態で所望の位置に移動させるために駆動回路５０ｂの動作を指示する外部信号、部材センサ３４、基端センサ３５及び先端センサ３６の検出信号が入力され、これら入力に基づいて上記のＲＯＭに記憶されているルックアップテーブルを参照して移動速度を決定し、移動部材３３が決定された移動速度で指示された移動位置となるように、駆動回路５０ｂに制御信号を出力する。
【００５１】
図７は、駆動装置の駆動原理を説明するための図である。図７（Ａ）は、移動部材３３を正方向に移動させる場合において、駆動回路５０ｂから圧電素子１０ｂに出力される駆動電圧の電圧波形を示す図であり、図７（Ｂ）は、これに対応する圧電素子１０ｂの伸縮による変位を示す図である。また、図７（Ｃ）は、移動部材３３を逆方向に移動させる場合において、駆動回路５０ｂから圧電素子１０ｂに出力される駆動電圧の電圧波形を示す図であり、図７（Ｄ）は、これに対応する圧電素子１０ｂの伸縮による変位を示す図である。
【００５２】
ここで、正方向とは、移動部材３３が圧電素子１０ｂから駆動部材３２の先端部（板ばね３７によって付勢される端部）に向う方向であり、逆方向とは、移動部材３３が駆動部材３２のこの先端部から圧電素子１０ｂに向う方向である。また、圧電素子１０ｂの伸縮による変位は、レーザドップラー振動計により測定した。
【００５３】
図７（Ａ）に示すようなデューティ比Ｄ３：７の矩形波状の駆動電圧が圧電素子１０ｂに印加された場合には、圧電素子１０ｂの変位は、図７（Ｂ）に示すように緩慢な立ち上がり部Ｔａと急峻な立下り部Ｔｂとを有する鋸歯形状となることが確認された。一方、図７（Ｃ）に示すようなデューティ比Ｄ７：３の矩形波状の駆動電圧が圧電素子１０ｂに印加された場合には、圧電素子１０ｂの変位は、図７（Ｄ）に示すように急峻な立ち上がり部Ｔｃと緩慢な立下り部Ｔｄとを有する鋸歯形状となることが確認された。
【００５４】
すなわち、圧電素子１０ｂの変位が図７（Ｂ）に示すような緩慢な立ち上がり部Ｔａでは、圧電素子１０ｂが緩やかに伸長し、移動部材３３が駆動部材３２と共に正方向に移動する。そして、圧電素子１０ｂの変位が図７（Ｂ）に示すような急峻な立ち下がり部Ｔｂでは、圧電素子１０ｂが急激に縮小し、駆動部材３２が逆方向に移動しても移動部材３３は、駆動部材３２上をスリップして略同位置に留まることになる。その結果、移動部材３３は、正方向に移動したことになる。したがって、図７（Ａ）に示す矩形波の駆動電圧が圧電素子１０ｂに繰り返し印加されることで、移動部材３３は、正方向に間欠的に移動することになる。逆方向の移動原理も同様である。
【００５５】
ここで、緩慢な立ち上がり部Ｔａにおいても移動部材３３と駆動部材３２とが必ずスリップしない状態である必要はなく、緩慢な立ち上がり部Ｔａにおいて移動部材３３が正方向に移動する正移動量から、急峻な立ち下がり部Ｔｂにおいて移動部材３３が逆方向に移動する逆移動量を差し引いた値が０より大きければ結果的に正方向に移動する。駆動電圧のデューティー比Ｄの変化に従って緩慢な立ち上がり部Ｔａの傾きと急峻な立ち下がり部Ｔｂの傾きとは変化するので、正移動量と逆移動量とは、駆動電圧のデューティー比Ｄの変化に因ることになる。したがって、移動部材３３を正方向に移動させるためには、駆動電圧のデューティー比Ｄは、（正移動量）−（逆移動量）＞０となるように設定すればよいことになる。また、駆動電圧が矩形波である場合だけでなく、正弦波である場合でも上述した鋸歯形状を実現できることが確認されている。
【００５６】
なお、デューティー比Ｄは、矩形波のハイレベルの時間をＴ１、ローレベルの時間をＴ２とすると、Ｔ１：Ｔ２である。
【００５７】
以上のように説明したインパクト型アクチュエータは、光学機器にレンズの駆動に用いられ、第２実施形態では、レンズのズーム及びフォーカスに用いられる。そのため、ズーム用のインパクト型アクチュエータ及びフォーカス用のインパクト型アクチュエータの２つが必要となる。そのため、駆動回路５０ｂは、ズーム用のインパクト型アクチュエータ及びフォーカス用のインパクト型アクチュエータに用いられる２つの圧電素子を駆動する。
【００５８】
図８は、ズーム用のインパクト型アクチュエータに用いられる圧電素子及びフォーカス用のインパクト型アクチュエータに用いられる圧電素子を駆動するための駆動回路の一例を示す回路図である。
【００５９】
駆動回路５０ｂは、直列に接続された第１スイッチング素子５１ｂ及び第２スイッチング素子５２ｂと、直列に接続された第３スイッチング素子５３ｂ及び第４スイッチング素子５４ｂと、直列に接続された第５スイッチング素子５５ｂ及び第６スイッチング素子５６ｂとで構成され、第１スイッチング素子５１ｂ及び第２スイッチング素子５２ｂの組と、第３スイッチング素子５３ｂ及び第４スイッチング素子５４ｂの組と、第５スイッチング素子５５ｂ及び第６スイッチング素子５６ｂの組とは並列に接続されている。各スイッチング素子５１ｂ，５２ｂ，５３ｂ，５４ｂ，５５ｂ，５６ｂは、例えば、パワーＭＯＳ−ＦＥＴで構成される。第１スイッチング素子５１ｂ及び第２スイッチング素子５２ｂの接続点ｂ１と、第３スイッチング素子５３ｂ及び第４スイッチング素子５４ｂの接続点ｂ２との間にはズーム用インパクト型アクチュエータに用いられる第１圧電素子１０ｂが接続されている。また、第３スイッチング素子５３ｂ及び第４スイッチング素子５４ｂの接続点ｂ２と、第５スイッチング素子５５ｂ及び第６スイッチング素子５６ｂの接続点ｂ３との間にはフォーカス用インパクト型アクチュエータに用いられる第２圧電素子１０ｂ’が接続されている。第１スイッチング素子５１ｂと第３スイッチング素子５３ｂと第５スイッチング素子５５ｂとは、接続点ｂ４で接続されており、接続点ｂ４には電源電圧Ｖｃｃが印加される。第２スイッチング素子５２ｂと第４スイッチング素子５４ｂと第６スイッチング素子５６ｂとは、接続点ｂ５で接続されており、接続点ｂ５は接地されている。
【００６０】
次に、駆動回路５０ｂの動作について説明する。なお、第１圧電素子１０ｂは、ズーム用インパクト型アクチュエータに用いられる圧電素子であり、第２圧電素子１０ｂ’は、フォーカス用インパクト型アクチュエータに用いられる圧電素子である。第１圧電素子１０ｂを駆動する場合、第１スイッチング素子５１ｂと第４スイッチング素子５４ｂとが組となって動作し、第２スイッチング素子５２ｂと第３スイッチング素子５３ｂとが組となって動作し、各組を逆位相でスイッチングする。このとき、第２圧電素子１０ｂ’を駆動させない場合、第５スイッチング素子５５ｂ及び第６スイッチング素子５６ｂはオープンにする。すなわち、第１スイッチング素子５１ｂ及び第４スイッチング素子５４ｂを共にオンとすることで、駆動電圧が第１圧電素子１０ｂに印加され、第１圧電素子１０ｂを伸張させることができる。第２スイッチング素子５２ｂ及び第３スイッチング素子５３ｂを共にオンとすることで、駆動電圧が第１圧電素子１０ｂに印加され、第１圧電素子１０ｂを縮小させることができる。
【００６１】
また、第２圧電素子１０ｂ’を駆動する場合、第３スイッチング素子５３ｂと第６スイッチング素子５６ｂとが組となって動作し、第４スイッチング素子５４ｂと第５スイッチング素子５５ｂとが組となって動作し、各組を逆位相でスイッチングする。このとき、第１圧電素子１０ｂを駆動させない場合、第１スイッチング素子５１ｂ及び第２スイッチング素子５２ｂはオープンにする。すなわち、第３スイッチング素子５３ｂ及び第６スイッチング素子５６ｂを共にオンとすることで、駆動電圧が第２圧電素子１０ｂ’に印加され、第２圧電素子１０ｂ’を伸張させることができる。第４スイッチング素子５４ｂ及び第５スイッチング素子５５ｂを共にオンとすることで、駆動電圧が第２圧電素子１０ｂ’に印加され、第２圧電素子１０ｂ’を縮小させることができる。
【００６２】
このように、第３スイッチング素子５３ｂと第４スイッチング素子５４ｂとは、第１圧電素子１０ｂと第２圧電素子１０ｂ’との駆動において共有されている。このため、駆動回路５０ｂを用いて２軸のインパクト型アクチュエータを駆動する場合、スイッチング素子が６個、圧電素子への配線が３本必要となる。図１１に示す従来のインパクト型アクチュエータの駆動回路を２つ用いた場合と比較すると、スイッチング素子を２個、配線を１本削減することができ、低コスト及び省スペース化を実現することができる。
【００６３】
（第３実施形態）
本発明に係る第３実施形態について説明する。第３実施形態では、上述のトラス型アクチュエータをレンズのパン・チルトに用い、上述のインパクト型アクチュエータをレンズのズーム及びフォーカスに用いる。なお、レンズのパン・チルトのそれぞれに用いられるトラス型アクチュエータのロータ部材は、円筒形状ではなく、球形状にしてもよい。この場合、パン駆動に用いられるトラス型アクチュエータのロータ部材と、チルト駆動に用いられるトラス型アクチュエータのロータ部材とを共有することができる。
【００６４】
図９は、レンズのパン・チルトのそれぞれに用いるトラス型アクチュエータ及びズームとフォーカスとに用いるインパクト型アクチュエータを駆動するための駆動回路の一例を示す回路図である。
【００６５】
図９に示す駆動回路５０ｃは、直列に接続された第１スイッチング素子５１ｃ及び第２スイッチング素子５２ｃと、直列に接続された第３スイッチング素子５３ｃ及び第４スイッチング素子５４ｃと、直列に接続された第５スイッチング素子５５ｃ及び第６スイッチング素子５６ｃと、直列に接続された第７スイッチング素子５７ｃ及び第８スイッチング素子５８ｃとで構成されている。第１スイッチング素子５１ｃ及び第２スイッチング素子５２ｃの組と、第３スイッチング素子５３ｃ及び第４スイッチング素子５４ｃの組と、第５スイッチング素子５５ｃ及び第６スイッチング素子５６ｃの組と、第７スイッチング素子５７ｃ及び第８スイッチング素子５８ｃの組とは並列に接続されている。各スイッチング素子５１ｃ，５２ｃ，５３ｃ，５４ｃ，５５ｃ，５６ｃ，５７ｃ，５８ｃは、例えば、パワーＭＯＳ−ＦＥＴで構成される。
【００６６】
第１スイッチング素子５１ｃ及び第２スイッチング素子５２ｃの接続点ｃ１と、第３スイッチング素子５３ｃ及び第４スイッチング素子５４ｃの接続点ｃ２との間には第１圧電素子１０ｃが接続されている。この第１圧電素子１０ｃは、レンズのパン駆動に用いられるトラス型アクチュエータの駆動側の圧電素子である。第３スイッチング素子５３ｃ及び第４スイッチング素子５４ｃの接続点ｃ２と、第７スイッチング素子５７ｃ及び第８スイッチング素子５８ｃの接続点ｃ４との間には、第２圧電素子１０ｃ’が接続されている。この第２圧電素子１０ｃ’は、レンズのパン駆動に用いられるトラス型アクチュエータの従動側の圧電素子である。
【００６７】
第１スイッチング素子５１ｃ及び第２スイッチング素子５２ｃの接続点ｃ１と、第５スイッチング素子５５ｃ及び第６スイッチング素子５６ｃの接続点ｃ３との間には第３圧電素子１０ｄが接続されている。この第３圧電素子１０ｄは、レンズのチルト駆動に用いられるトラス型アクチュエータの駆動側の圧電素子である。第５スイッチング素子５５ｃ及び第６スイッチング素子５６ｃの接続点ｃ３と、第７スイッチング素子５７ｃ及び第８スイッチング素子５８ｃの接続点ｃ４との間には、第４圧電素子１０ｄ’が接続されている。この第４圧電素子１０ｄ’は、レンズのチルト駆動に用いられるトラス型アクチュエータの従動側の圧電素子である。
【００６８】
第３スイッチング素子５３ｃ及び第４スイッチング素子５４ｃの接続点ｃ２と、第５スイッチング素子５５ｃ及び第６スイッチング素子５６ｃの接続点ｃ３との間には第５圧電素子１０ｅが接続されている。この第５圧電素子１０ｅは、レンズのズーム駆動に用いられるインパクト型アクチュエータの圧電素子である。
【００６９】
第１スイッチング素子５１ｃ及び第２スイッチング素子５２ｃの接続点ｃ１と、第７スイッチング素子５７ｃ及び第８スイッチング素子５８ｃの接続点ｃ４との間には第６圧電素子１０ｆが接続されている。この第６圧電素子１０ｆは、レンズのフォーカス駆動に用いられるインパクト型アクチュエータの圧電素子である。
【００７０】
また、第１スイッチング素子５１ｃと第３スイッチング素子５３ｃと第５スイッチング素子５５ｃと第７スイッチング素子５７ｃとは、接続点ｃ９で接続されており、接続点ｃ９は電源Ｖｃｃに接続されている。第２スイッチング素子５２ｃと第４スイッチング素子５４ｃと第６スイッチング素子５６ｃと第８スイッチング素子５８ｃとは、接続点ｃ１０で接続されており、接続点ｃ１０は接地されている。
【００７１】
制御部６０ｃは、演算処理を行うＣＰＵ、処理プログラムとデータとが格納されたＲＯＭ及びデータを一時的に記憶するＲＡＭ等を備えて構成される。制御部６０ｃは、所定のデューティ比の駆動パルスを出力し、この駆動パルスにより駆動回路５０ｃを駆動する。
【００７２】
次に、駆動回路５０ｃの動作について説明する。なお、第１圧電素子１０ｃは、パン駆動に用いられるトラス型アクチュエータの駆動側の圧電素子であり、第２圧電素子１０ｃ’は、パン駆動に用いられるトラス型アクチュエータの従動側の圧電素子である。第３圧電素子１０ｄは、チルト駆動に用いられるトラス型アクチュエータの駆動側の圧電素子であり、第４圧電素子１０ｄ’は、チルト駆動に用いられるトラス型アクチュエータの従動側の圧電素子である。第５圧電素子１０ｅは、ズーム駆動に用いられるインパクト型アクチュエータの圧電素子であり、第６圧電素子１０ｆは、フォーカス駆動に用いられるインパクト型アクチュエータの圧電素子である。
【００７３】
パン駆動のトラス型アクチュエータに用いられる圧電素子１０ｃを駆動する場合、第１スイッチング素子５１ｃと第４スイッチング素子５４ｃとが組となって動作し、第２スイッチング素子５２ｃと第３スイッチング素子５３ｃとが組となって動作し、各組を逆位相でスイッチングする。このとき、従動側となる圧電素子１０ｃ’は第３スイッチング素子５３ｃと第７スイッチング素子５７ｃとが組となって動作し、第４スイッチング素子５４ｃと第８スイッチング素子５８ｃとが組となって動作し、各組は逆位相でスイッチングする。なお、第５スイッチング素子５５ｃと第６スイッチング素子５６ｃとはオープンとする。この動作により、接続点ｃ２と接続点ｃ４との間は常にショートされた状態となり、駆動側の圧電素子１０ｃと従動側の圧電素子１０ｃ’とを個別に駆動することができる。
【００７４】
チルト駆動のトラス型アクチュエータに用いられる圧電素子１０ｄを駆動する場合、第１スイッチング素子５１ｃと第６スイッチング素子５６ｃとが組となって動作し、第２スイッチング素子５２ｃと第５スイッチング素子５５ｃとが組となって動作し、各組を逆位相でスイッチングする。このとき、従動側となる圧電素子１０ｄ’は第５スイッチング素子５５ｃと第７スイッチング素子５７ｃとが組となって動作し、第６スイッチング素子５６ｃと第８スイッチング素子５８ｃとが組となって動作し、各組は逆位相でスイッチングする。なお、第３スイッチング素子５３ｃと第４スイッチング素子５４ｃとはオープンとする。この動作により、接続点ｃ３と接続点ｃ４との間は常にショートされた状態となり、駆動側の圧電素子１０ｄと従動側の圧電素子１０ｄ’とを個別に駆動することができる。
【００７５】
ズーム駆動のインパクト型アクチュエータに用いられる圧電素子１０ｅを駆動する場合、第３スイッチング素子５３ｃと第６スイッチング素子５６ｃとが組となって動作し、第４スイッチング素子５４ｃと第５スイッチング素子５５ｃとが組となって動作し、各組を逆位相でスイッチングする。このとき、第１スイッチング素子５１ｃ，５２ｃ，５７ｃ，５８ｃはオープンとする。
【００７６】
フォーカス駆動のインパクト型アクチュエータに用いられる圧電素子１０ｆを駆動する場合、第１スイッチング素子５１ｃと第８スイッチング素子５８ｃとが組となって動作し、第２スイッチング素子５２ｃと第７スイッチング素子５７ｃとが組となって動作し、各組を逆位相でスイッチングする。このとき、第３スイッチング素子５３ｃ、第４スイッチング素子５４ｃ、第５スイッチング素子５５ｃ及び第６スイッチング素子５６ｃはオープンとする。
【００７７】
なお、パン駆動の圧電素子１０ｃ，１０ｃ’を駆動する場合、フォーカス駆動の圧電素子１０ｆにも駆動信号が印加されるが、トラス型アクチュエータの駆動時にインパクト型アクチュエータが駆動されることはない。なぜならば、両者とも素子の共振を利用した駆動方法であり、両者の駆動周波数は異なる周波数に設定されているためである。このように、それぞれのスイッチング素子は、駆動する圧電素子に応じて異なる駆動周波数で制御される。そのため、複数の圧電素子が１の接続点で接続されている場合、同じスイッチング素子であっても異なる駆動周波数で制御することによって、スイッチング素子を共有して複数の圧電素子を制御することができる。
【００７８】
また、トラス型アクチュエータはデューティ比が５０％の駆動信号であるのに対して、インパクト型アクチュエータはデューティ比が３３％又は６６％の駆動信号であるため、トラス型アクチュエータとインパクト型アクチュエータとが同時に駆動することはない。このように、それぞれのスイッチング素子は、駆動する圧電素子に応じて異なるデューティ比で制御される。そのため、複数の圧電素子が１の接続点で接続されている場合、同じスイッチング素子であっても異なるデューティ比で制御することによって、スイッチング素子を共有して複数の圧電素子を制御することができる。
【００７９】
このように、第１スイッチング素子５１ｃと第２スイッチング素子５２ｃとは、第１圧電素子１０ｃと第３圧電素子１０ｄと第６圧電素子１０ｆとの駆動において共有されている。また、第３スイッチング素子５３ｃと第４スイッチング素子５４ｃとは、第１圧電素子１０ｃと第２圧電素子１０ｃ’と第５圧電素子１０ｅとの駆動において共有されている。さらに、第５スイッチング素子５５ｃと第６スイッチング素子５６ｃとは、第３圧電素子１０ｄと第４圧電素子１０ｄ’と第５圧電素子１０ｅとの駆動において共有されている。さらに、第７スイッチング素子５７ｃと第８スイッチング素子５８ｃとは、第２圧電素子１０ｃ’と第４圧電素子１０ｄ’と第６圧電素子１０ｆとの駆動において共有されている。
【００８０】
このため、トラス型アクチュエータ及びインパクト型アクチュエータを１の駆動回路５０ｃで駆動する場合、スイッチング素子が８個、圧電素子への配線が４本必要となる。従来の駆動回路では、パン・チルト駆動にスイッチング素子がそれぞれ８個ずつ必要であり、配線がそれぞれ４本ずつ必要であり、ズーム・フォーカス駆動にスイッチング素子がそれぞれ４個ずつ必要であり、配線が２本ずつ必要である。そのため、駆動回路７０は、スイッチング素子を１６個、配線を８本削減することができ、低コスト及び省スペース化を実現することができる。また、使用するアクチュエータの数が多いほどスイッチング素子及び配線をより多く削減することができる。
【００８１】
ここで、主な発明を以下にまとめる。
【００８２】
（１）駆動電圧が印加されることにより伸縮する複数の電気機械変換素子と、
直接に接続された第１のスイッチング手段と第２のスイッチング手段との組の複数を並列に接続する駆動電圧印加手段と、
前記第１のスイッチング手段と前記第２のスイッチング手段とのオン・オフを制御する制御手段とを備え、
前記第１のスイッチング手段と前記第２のスイッチング手段との接続点のうち少なくとも１つに前記複数の電気機械変換素子が接続され、
前記制御手段は、前記複数の電気機械変換素子を駆動するように前記第１のスイッチング手段と前記第２のスイッチング手段とを独立に制御することを特徴とする駆動回路。
【００８３】
（２）前記制御手段は、駆動する前記電気機械変換素子に応じて異なる動作条件で前記第１のスイッチング手段と前記第２のスイッチング手段とを制御することを特徴とする上記（１）記載の駆動回路。
【００８４】
（３）前記制御手段は、駆動する前記電気機械変換素子に応じて異なる駆動周波数で前記第１のスイッチング手段と前記第２のスイッチング手段とを制御することを特徴とする上記（１）記載の駆動回路。
【００８５】
（４）前記制御手段は、駆動する前記電気機械変換素子に応じて異なるデューディ比で前記第１のスイッチング手段と前記第２のスイッチング手段とを制御することを特徴とする上記（１）記載の駆動回路。
【００８６】
（５）直角に接続された電気機械変換素子の先端に設けられた合成変位部により移動部材を駆動するトラス型アクチュエータ及び１次元的に移動部材を駆動するインパクト型アクチュエータのうちの少なくとも一方と、
前記トラス型アクチュエータ及び前記インパクト型アクチュエータのうちの少なくとも一方を駆動する上記（１）に記載の駆動回路とを備えることを特徴とする駆動装置。
【００８７】
（６）前記複数のスイッチング手段は、一方端が電源に接続され、他方端が第１の電気機械変換素子の一方端に接続されてなる第１のスイッチング手段と、
一方端が前記第１の電気機械変換素子の他方端と第２の電気機械変換素子の一方端とに接続され、他方端が接地されてなる第２のスイッチング手段と、
一方端が電源に接続され、他方端が前記第１の電気機械変換素子の他方端と、前記第２の電気機械変換素子の一方端とに接続されてなる第３のスイッチング手段と、
一方端が前記第１の電気機械変換素子の一方端に接続され、他方端が接地されてなる第４のスイッチング手段と、
一方端が電源に接続され、他方端が前記第２の電気機械変換素子の他方端に接続されてなる第５のスイッチング手段と、
一方端が前記第２の電気機械変換素子の他方端に接続され、他方端が接地されてなる第６のスイッチング手段とを含むことを特徴とする上記（１）記載の駆動回路。
【００８８】
（７）前記第１のスイッチング手段は、他方端が第３の電気機械変換素子の一方端と第４の電気機械変換素子の一方端とにさらに接続され、
前記第２のスイッチング手段は、一方端が第５の電気機械変換素子の一方端にさらに接続され、
前記第３のスイッチング手段は、他方端が第５の電気機械変換素子の一方端にさらに接続され、
前記第４のスイッチング手段は、一方端が第３の電気機械変換素子の一方端と、第４の電気機械変換素子の一方端とにさらに接続され、
前記第５のスイッチング手段は、他方端が第３の電気機械変換素子の他方端と、第６の電気機械変換素子の一方端とにさらに接続され、
前記第６のスイッチング手段は、一方端が第３の電気機械変換素子の他方端と、第６の電気機械変換素子の一方端とにさらに接続され、
前記複数のスイッチング手段は、一方端が電源に接続され、他方端が第４の電気機械変換素子の他方端と、第５の電気機械変換素子の他方端と、第６の電気機械変換素子の他方端とに接続されてなる第７のスイッチング手段と、
一方端が第４の電気機械変換素子の他方端と、第５の電気機械変換素子の他方端と、第６の電気機械変換素子の他方端とに接続され、他方端が接地されてなる第８のスイッチング手段とをさらに含むことを特徴とする上記（１）記載の駆動回路。
【００８９】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る位置検出装置によれば、直列に接続された第１のスイッチング手段と第２のスイッチング手段との組の複数が並列に接続され、第１のスイッチング手段と第２のスイッチング手段との接続点のうち少なくとも１つに接続された複数の電気機械変換素子を駆動するように第１のスイッチング手段と第２のスイッチング手段とが独立に制御される。したがって、従来は１の駆動回路で１の電気機械変換素子を駆動していたが、複数の電気機械変換素子に駆動電圧を印加するスイッチング手段を共有することで、１の駆動回路で複数の電気機械変換素子を駆動することができ、回路規模を小型化し、電気機械変換素子への配線処理を簡略化することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態のトラス型アクチュエータの構成を概略的に示す図である。
【図２】本実施形態において電気機械変換素子（変位素子）として用いる積層型圧電素子の構成を示す図である。
【図３】図１に示すアクチュエータをばね（加圧部）によりロータに所定の押し圧力により押しつけた状態を示す図である。
【図４】第１実施形態におけるトラス型アクチュエータの駆動回路の一例を示す回路図である。
【図５】第２実施形態のインパクト型アクチュエータの構成を概略的に示すブロック図である。
【図６】駆動装置に用いたインパクト型圧電アクチュエータの構成を示す斜視図である。
【図７】駆動装置の駆動原理を説明するための図である。
【図８】ズーム用のインパクト型アクチュエータに用いられる圧電素子及びフォーカス用のインパクト型アクチュエータに用いられる圧電素子を駆動するための駆動回路の一例を示す回路図である。
【図９】レンズのパン・チルトのそれぞれに用いるトラス型アクチュエータ及びズームとフォーカスとに用いるインパクト型アクチュエータを駆動するための駆動回路の一例を示す回路図である。
【図１０】従来のトラス型アクチュエータにおいて用いられる駆動回路の一例を示す図である。
【図１１】従来のインパクト型アクチュエータにおいて用いられる駆動回路の一例を示す図である。
【符号の説明】
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ 第１圧電素子
１０ａ’，１０ｂ’，１０ｃ’ 第２圧電素子
１０ｄ 第３圧電素子
１０ｄ’ 第４圧電素子
１０ｅ 第５圧電素子
１０ｆ 第６圧電素子
５０ａ，５０ｂ，５０ｃ 駆動回路
５１ａ，５１ｂ，５１ｃ 第１スイッチング素子
５２ａ，５２ｂ，５３ｃ 第２スイッチング素子
５３ａ，５３ｂ，５３ｃ 第３スイッチング素子
５４ａ，５４ｂ，５４ｃ 第４スイッチング素子
５５ａ，５５ｂ，５５ｃ 第５スイッチング素子
５６ａ，５６ｂ，５６ｃ 第６スイッチング素子
５７ｃ 第７スイッチング素子
５８ｃ 第８スイッチング素子
６０ａ，６０ｂ，６０ｃ 制御部
１００ａ，１００ｂ 駆動装置
Claims (5)
- 駆動電圧が印加されることにより伸縮する複数の電気機械変換素子と、
直接に接続された第１のスイッチング手段と第２のスイッチング手段との組の複数を並列に接続する駆動電圧印加手段と、
前記第１のスイッチング手段と前記第２のスイッチング手段とのオン・オフを制御する制御手段とを備え、
前記第１のスイッチング手段と前記第２のスイッチング手段との接続点のうち少なくとも１つに前記複数の電気機械変換素子が接続され、
前記制御手段は、前記複数の電気機械変換素子を駆動するように前記第１のスイッチング手段と前記第２のスイッチング手段とを独立に制御することを特徴とする駆動回路。 - 前記制御手段は、駆動する前記電気機械変換素子に応じて異なる動作条件で前記第１のスイッチング手段と前記第２のスイッチング手段とを制御することを特徴とする請求項１記載の駆動回路。
- 前記制御手段は、駆動する前記電気機械変換素子に応じて異なる駆動周波数で前記第１のスイッチング手段と前記第２のスイッチング手段とを制御することを特徴とする請求項１記載の駆動回路。
- 前記制御手段は、駆動する前記電気機械変換素子に応じて異なるデューディ比で前記第１のスイッチング手段と前記第２のスイッチング手段とを制御することを特徴とする請求項１記載の駆動回路。
- 直交する電気機械変換素子の交点に設けられた変位合成部により移動部材を駆動するトラス型アクチュエータ及び１次元的に移動部材を駆動するインパクト型アクチュエータのうちの少なくとも一方と、
前記トラス型アクチュエータ及び前記インパクト型アクチュエータのうちの少なくとも一方を駆動する請求項１に記載の駆動回路とを備えることを特徴とする駆動装置。
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