JP2006121886A - 駆動装置、レンズユニット、光量制御装置、及び撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 被駆動部材の移動量を一定に、かつ大きくすることのできる駆動装置を提供する。
【解決手段】 電圧アクチュエータ２６は、レンズ鏡筒９の摺動嵌合部４４が摩擦係合した駆動軸４０と、駆動パルスに応じて伸縮する第１圧電素子２７ａ及び第２圧電素子２７ｂと、第１及び第２圧電素子２７ａ，２７ｂを保持するフレーム部材４１とからなる。第１及び第２圧電素子２７ａ，２７ｂは、駆動パルス発生回路から駆動パルスが印加される。駆動軸４０の一端に第１圧電素子２７ａが固着され、駆動軸４０の他端に第２圧電素子２７ｂが固着されている。第１及び第２圧電素子２７ａ，２７ｂが駆動軸４０の軸線方向に高速変位と低速変位とを繰り返し行うことでレンズ鏡筒９が上記軸線方向に、大きな一定の移動量を持って移動される。
【選択図】 図４

Description

本発明は、圧電素子を使用した駆動装置、並びに、この駆動装置を備えたレンズユニット、光量制御装置、及び撮像装置に関するものである。

カメラなどの精密機器を構成する部材を駆動するための駆動装置として、電気−機械変換を行う圧電素子を用いた圧電アクチュエータが知られている（例えば、特許文献１、２参照）。

図２１は、カメラのレンズ駆動に応用された従来の圧電アクチュエータを示す。被駆動部材としてのレンズ鏡筒１００は、その外周面から突出した突出部１０１に、光軸と平行な孔１０１ａ，１０１ｂを備えている。孔１０１ａ，１０１ｂには、駆動軸１０２が嵌合し、摺動自在に摩擦係合している。駆動軸１０２は、フレーム１０３に形成された孔１０４，１０５に嵌合し、軸方向に摺動自在に支持されている。圧電素子１０６は、一端がフレーム１０３に、他端が駆動軸１０２の端部に固着されている。

圧電素子１０６は、外部から印加される駆動パルスに応答してその厚み方向に伸び縮みし、駆動軸１０２を軸方向に変位させる。電圧の緩やかな立ち上がり期間と、これに続く電圧の急速な立ち下がり期間とからなる波形の駆動パルスを圧電素子１０６に印加すると、圧電素子１０６は、緩やかな立ち上がり期間では矢印Ｃの方向に低速に伸び変位を行い、急速な立ち下がり期間では矢印Ｃと反対方向に高速に縮み変位を行う。

電圧の緩やかな立ち上がり期間では、駆動軸１０２は矢印Ｃの方向に低速に変位するので、レンズ鏡筒１００は、孔１０１ａ，１０１ｂにおいて駆動軸１０２と摩擦結合した状態を維持したまま、駆動軸１０２とともに矢印Ｃの方向に変位する。続く電圧の急速な立ち下がり期間では、駆動軸１０２は矢印Ｃと反対方向に高速に変位するので、孔１０１ａ，１０１ｂにおける駆動軸１０２との摩擦結合が解除され、レンズ鏡筒１００は慣性力によってほぼその場にとどまる。この結果、レンズ鏡筒１００の駆動軸１０２に対する相対位置が変化し、レンズ鏡筒１００は元の位置から矢印Ｃの方向に移動することとなる。

このような駆動パルスを連続して圧電素子１０６に印加することにより、レンズ鏡筒１００は矢印Ｃの方向に連続して移動する。一方、レンズ鏡筒１００を矢印Ｃと反対方向に移動させる場合には、電圧の急速な立ち上がり期間と、これに続く電圧の緩やかな立ち下がり期間とからなる波形の駆動パルスが圧電素子１０６に印加される。
特開平４−０６９０７０号公報 特開平７−２７４５４３号公報

ところで、上記の駆動装置では、駆動軸１０２は、一端（根元）が圧電素子１０６に固着されているが、他端（先端）は、フレーム１０３の孔１０４に遊貫した状態となっており、駆動軸１０２の先端側では、圧電素子１０６の駆動力が伝わりにくい。このため、駆動軸１０２に保持されたレンズ鏡筒１００は、駆動軸１０２の根元側から先端側へ進むにつれて１駆動パルス当りの移動量が小さくなり、駆動軸１０２の先端側では、レンズ鏡筒１００を安定して移動制御することができないといった問題がある。駆動軸１０２に保持される被駆部材がレンズ鏡筒１００以外の場合であっても同様に問題となる。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、被駆部材の移動量を一定に、かつ大きくすることのできる駆動装置、並びに、この駆動装置を備えたレンズユニット、光量制御装置、及び撮像装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の駆動装置は、被駆動部材が摩擦係合した棒状の駆動軸と、駆動信号に応じて伸縮する第１及び第２圧電素子と、前記第１及び第２圧電素子を保持するフレーム部材と、前記第１及び第２圧電素子に前記駆動信号を印加する駆動回路とを備え、前記駆動軸の一端に前記第１圧電素子が固着され、前記駆動軸の他端に前記第２圧電素子が固着され、前記第１及び第２圧電素子が前記駆動軸の軸線方向に高速変位と低速変位とを繰り返し行うことで前記被駆動部材を前記軸線方向に移動させることを特徴とするものである。

なお、前記駆動軸は、軸線が一致するように互いに係合した第１駆動軸及び第２駆動軸によって構成されており、前記第１駆動軸の一端は前記第１圧電素子に固着され、前記第２駆動軸の一端は前記第２圧電素子に固着され、前記被駆動部材は前記第１及び第２駆動軸の両方に摩擦係合しているものであってもよい。

また、前記第１駆動軸の他端には凹部が形成され、前記第２駆動軸の他端には他方には凸部が形成され、前記凸部は前記凹部に嵌合していることが好ましい。

また、前記第１駆動軸の他端と前記第２駆動軸の他端との間に、弾性体が介装されていることが好ましい。

また、前記第１及び第２駆動軸はテーパー状に形成され、前記第１及び第２圧電素子に固着した一端側の径が他端側の径より大きいことが好ましい。

また、電圧の緩やかな立ち上がり期間と電圧の急速な立ち下がり期間とからなる第１駆動信号と、電圧の緩やかな立ち下がり期間と、電圧の急速な立ち上がり期間とからなる第２駆動信号とのいずれか一方が前記第１圧電素子に印加され、他方は前記第２圧電素子に印加されていることが好ましい。

また、前記第１及び第２駆動信号の電圧変化は同一周期であり、前記第１及び第２圧電素子の一方が伸び変位を行ったとき、他方は縮み変位を行うことが好ましい。

また、前記駆動回路は、前記第１及び第２駆動信号の電圧振幅、周期、又は位相を変えることにより、前記被駆動部材の移動速度を制御するものであってもよい。

また、前記第１及び第２圧電素子には、同一の駆動信号が印加され、一方が伸び変位を行ったとき、他方が縮み変位を行うようにしてもよい。

本発明のレンズユニットは、上記いずれかの駆動装置と、レンズを保持したレンズ枠体とを備え、前記駆動装置の被駆動部材として、前記レンズ枠体が移動されることを特徴とするものである。

本発明の光量制御装置は、上記いずれかの駆動装置と、光量制御部材とを備え、前記駆動装置の被駆動部材として、前記光量制御部材が駆動されることを特徴とするものである。

本発明の撮像装置は、前記レンズユニットと、前記レンズによって結像された被写体光を電気的な撮像信号に変換する固体撮像素子とを備えたことを特徴とするものである。

また、本発明の駆動装置は、同一の被駆動部材が摩擦係合した棒状の第１及び第２駆動軸と、駆動信号に応じて伸縮する第１及び第２圧電素子と、前記第１及び第２圧電素子を保持するフレーム部材と、前記第１及び第２圧電素子に前記駆動信号を印加する駆動回路とを備え、前記第１駆動軸の一端は、前記第１圧電素子に固着され、前記第２駆動軸の一端は、前記第２圧電素子に固着され、前記第１駆動軸の他端と前記第２駆動軸の他端とは、弾性体を介して、軸線が一致するように対向し、前記第１及び第２圧電素子が前記第１及び第２駆動軸の軸線方向に高速変位と低速変位とを繰り返し行うことで前記被駆動部材を前記軸線方向に移動させることを特徴とするものである。

なお、電圧の緩やかな立ち上がり期間と電圧の急速な立ち下がり期間とからなる第１駆動信号と、電圧の緩やかな立ち下がり期間と、電圧の急速な立ち上がり期間とからなる第２駆動信号とのいずれか一方が前記第１圧電素子に印加され、他方は前記第２圧電素子に印加されていることが好ましい。

また、前記第１及び第２駆動信号の電圧変化は同一周期であり、前記第１及び第２圧電素子の一方が伸び変位を行ったとき、他方は縮み変位を行うことが好ましい。

また、前記駆動回路は、前記第１及び第２駆動信号の電圧振幅、周期、又は位相を変えることにより、前記被駆動部材の移動速度を制御するものであってもよい。

また、前記第１及び第２圧電素子には、同一の駆動信号が印加され、一方が伸び変位を行ったとき、他方が縮み変位を行うようにしてもよい。

本発明のレンズユニットは、上記いずれかの駆動装置と、レンズを保持したレンズ枠体とを備え、前記駆動装置の被駆動部材として、前記レンズ枠体が移動されることを特徴とするものである。

本発明の撮像装置は、前記レンズユニットと、前記レンズによって結像された被写体光を電気的な撮像信号に変換する固体撮像素子とを備えたことを特徴とするものである。

本発明の駆動装置によれば、駆動軸の一端に第１圧電素子が固着され、駆動軸の他端に第２圧電素子が固着され、第１及び第２圧電素子が駆動軸の軸線方向に高速変位と低速変位とを繰り返し行うことで被駆動部材を軸線方向に移動させるようにしたので、被駆部材の移動量を一定に、かつ大きくすることができ、また、駆動軸を長くすることができる。

図１及び図２は、本発明を適用したカメラ付き携帯電話機２の外観を示す。カメラ付き携帯電話機２は、ヒンジ部３により折り畳み自在に連結された受話器ユニット４と送話器ユニット５とからなる。

受話器ユニット４の正面には、受話音声を出力する受話スピーカ６と、各種メニュー画面や内蔵カメラによる撮影画像を表示する液晶表示装置（ＬＣＤ）７とが設けられている。受話器ユニット４の背面には、電波を送受信するアンテナ８が取り付けられており、また、レンズ鏡筒（レンズ枠体）９（図４参照）に保持された撮影レンズ１０が露呈している。送話器ユニット５の正面には、送話音声を電気的な音声信号に変換する送話マイク１１のほか、各種の操作ボタンからなる入力操作部１２が設けられている。

図３は、カメラ付き携帯電話機２の電気的構成を示す。ＣＣＤ型イメージセンサ（ＣＣＤ）２０は、レンズ鏡筒９が備える撮影レンズ１０によって受光面に結像された被写体光を電気的な撮像信号に変換する固体撮像素子である。ＣＣＤ２０は、タイミングジェネレータ２１によって、電子シャッタ速度の設定を含む動作制御が行われる。信号処理回路２２は、ＣＣＤ２０から出力された撮像信号に対して、サンプリング、増幅、Ａ／Ｄ変換を施し、デジタル化された画像データを出力する。フレームメモリ２３は、信号処理回路２２から逐次に出力される画像データを一時的に格納する。

オートフォーカス（ＡＦ）回路２４は、フレームメモリ２３に格納された画像データの所定領域から輝度成分を抽出し、隣接する画素ごとに輝度成分の変化量を求める。輝度成分の変化量は、画像のコントラストが高くなるほど大きくなるから、この輝度成分の変化量の総和がピークに達したときがピント（フォーカス）の合った状態とみなせる。ＡＦ回路２４は、この輝度成分の変化量の総和をＡＦ信号としてＣＰＵ２５に入力する。

圧電アクチュエータ２６は、印加される電圧に応答してその厚み方向に変位（伸び縮み）する第１圧電素子２７ａ及び第２圧電素子２７ｂ（図４参照）を備えた駆動装置であり、後述するようにレンズ鏡筒９を光軸Ｌを一定方向に保ったまま移動させる。駆動パルス発生回路（駆動回路）２８は、圧電素子２７ａ，２７ｂに印加するための駆動パルス（駆動信号）をＣＰＵ２５の制御に基づいて発生する。

ＣＰＵ２５は、ＡＦ回路２４から逐次に入力されてくるＡＦ信号を監視しながら駆動パルス発生回路２８を制御してレンズ鏡筒９を移動させる。そして、ＡＦ信号がピークとなる位置にレンズ鏡筒９を位置決めすることで、被写体のピント合わせが行われる。カメラ付き携帯電話機２のカメラ部（撮像装置）は以上のような構成である。

音声処理回路２９は、受話スピーカ６及び送話マイク１１で入出力される音声に対してノイズ除去などの各種処理を施す。電波通信インターフェース（Ｉ／Ｆ）３０は、通話時に、アンテナ８を介して基地局との間で電波の送受信を行う。ＬＣＤドライバ３１は、ＬＣＤ７の表示制御を行う。

メモリ３２は、ＲＯＭ（Read Only Memory）３２ａとＲＡＭ（Random Access Memory）３２ｂとからなり、ＲＯＭ３２ａは不揮発性メモリであり、ＣＰＵ２５が上記各部を制御するためのプログラムや、カメラ部によって撮影された画像データなどを格納する。ＲＡＭ３２ｂは揮発性メモリであり、動作中に生成されるデータを一時的に記憶する。

ＣＰＵ２５は、入力操作部１２から入力される信号に基づいてカメラ付き携帯電話機２の全体の動作を統括的に制御し、カメラ付き携帯電話機２を通話モードとカメラモードとの間で切り替える。

図４において、圧電アクチュエータ２６は、第１圧電素子２７ａ、第２圧電素子２７ｂ、駆動軸４０、及びそれらを保持するフレーム部材４１によって構成されている。第１及び第２圧電素子２７ａ，２７ｂの一端は、フレーム部材４１に固着されている。駆動軸４０は、一端が第１圧電素子２７ａの他端に固着され、他端が第２圧電素子２７ｂの他端に固着されている。また、駆動軸４０は、フレーム部材４１に一体に形成された支持部４１ａの開口４１ｂに挿通され、摺動自在に保持されている。

駆動軸４０は、軽量でかつ高剛性であることが好ましく、カーボンやベリリウムなどの部材で形成されている。また、高剛性を保ったまま軽量化を図るように、駆動軸４０は、中空の棒状部材であってもよい。

第１及び第２圧電素子２７ａ，２７ｂは、圧電セラミックスによって形成されており、正電極及び負電極を有する。第１圧電素子２７ａの正電極及び負電極には、リード線４２ａ，４３ａがそれぞれ接続され、第２圧電素子２７ｂの正電極及び負電極には、リード線４２ｂ，４３ｂがそれぞれ接続されている。第１及び第２圧電素子２７ａ，２７ｂは、図５に示すように、リード線４２ａ，４３ａ及びリード線４２ｂ，４３ｂを介して駆動パルス発生回路２８に接続されている。

第１圧電素子２７ａは、リード線４３ａに対してリード線４２ａに正の電圧が印加されると、無負荷状態（リード線４２ａ，４３ａに電圧が印加されていない状態）に比して厚さ方向に伸びる。逆に、第１圧電素子２７ａは、リード線４３ａに対してリード線４２ａに負の電圧が印加されると、無負荷状態に比して厚さ方向に縮む。同様に、第２圧電素子２７ｂは、リード線４３ｂに対してリード線４２ｂに正の電圧が印加されると、無負荷状態（リード線４２ｂ，４３ｂに電圧が印加されていない状態）に比して厚さ方向に伸びる。逆に、第２圧電素子２７ｂは、リード線４３ｂに対してリード線４２ｂに負の電圧が印加されると、無負荷状態に比して厚さ方向に縮む。

駆動軸４０を変形させることなく矢印Ａの方向に変位させるためには、第１圧電素子２７ａに伸び変位を行わせるとともに、この第１圧電素子２７ａの伸び変位と同等量の縮み変位を第２圧電素子２７ｂに行わせる必要がある。また逆に、駆動軸４０を変形させることなく矢印Ｂの方向に変位させるためには、第１圧電素子２７ａに縮み変位を行わせるとともに、この第１圧電素子２７ａの縮み変位と同等量の伸び変位を第２圧電素子２７ｂに行わせる必要がある。従って、リード線４２ａ，４３ａの間に図６（Ａ）に示す波形の駆動パルス（第１駆動信号）が印加されると、リード線４２ａ，４３ａの間には、同図の駆動パルスの電圧の極性を反転してなる図６（Ｂ）に示す波形の駆動パルス（第２駆動信号）が印加される。

図４において、レンズ鏡筒９には、その外周から突出し、駆動軸４０が摺動自在に嵌合する摺動嵌合部４４が設けられている。摺動嵌合部４４には、板バネ４５が取り付けられており、板バネ４５と駆動軸４０との間には、摩擦板４６が介装されている。板バネ４５は、駆動軸４０と摩擦板４６が圧接するように、摩擦板４６を付勢している。レンズ鏡筒９は、摺動嵌合部４４において駆動軸４０に摺動自在に保持されるとともに、適度な摩擦力をもって駆動軸４０に摩擦係合している。

レンズ鏡筒９の下端部には、インデックス板４７が設けられている。インデックス板４７は、レンズ鏡筒９の原点位置（ホームポジション）に配置されたフォトインタラプラ４９の溝４９ａを通過するように配置されている。フォトインタラプラ４９は、固設された基板４８上に設けられており、溝４９ａを挟んで対峙するように不図示の発光ダイオードとフォトトランジスタが組み込まれている。レンズ鏡筒９の移動に伴ってインデックス板４７が移動し、インデックス板４７がフォトインタラプラ４９の溝４９ａに位置すると、発光ダイオードからフォトトランジスタに入射する光が遮光される。フォトインタラプラ４９は、この遮光を検知することでレンズ鏡筒９の原点位置の検出を行う。カメラ付き携帯電話機２に電源が投入された際に、レンズ鏡筒９は原点位置に設定される。

レンズ鏡筒９は、撮影レンズ１０を保持している。撮影レンズ１０は、例えば図７に示すように、被写体側から順に並べられた第１レンズ１０ａ、第２レンズ１０ｂ、及び第３レンズ１０ｃからなるレンズ群によって構成されている。第１レンズ１０ａは、被写体側が凸面形状、像側が平面状であり、正のパワーを有するメニスカス形状である。第２レンズ１０ｂ、被写体側が凹面形状、像側が非球面形状であり、負のパワーを有するメニスカス形状である。第３レンズ１０ｃは、被写体側及び像側がともに非球面形状であり、像側が光軸Ｌの近傍において凹面形状の、負のパワーを有する形状である。

このような撮影レンズ１０を保持したレンズ鏡筒９と、圧電アクチュエータ２６とによって構成されるレンズユニットは、光軸Ｌに沿って撮影レンズ１０を通過した被写体光をＣＣＤ２０の受光面に結像するように受話器ユニット４の内部に組み込まれている。

圧電アクチュエータ２６は、フレーム部材４１が変形しないように、フレーム部材４１を高剛性にするか、又はフレーム部材４１を質量の大きな基体などに取り付けるようにしてもよいが、これに限られるものではなく、フレーム部材４１の第１圧電素子２７ａ又は第２圧電素子２７ｂが固着された部位に可撓性を持たせるようにしてもよい。

例えば、図８に示すように、質量の大きな基体５０を用意し、第１圧電素子２７ａが固着されたフレーム部材４１の一方の側片４１ｃは基体５０に取り付けず、第２圧電素子２７ｂが固着されたフレーム部材４１の他方の側片４１ｄおよびフレーム部材４１の上片４１ｅを基体５０に取り付けることにより、側片４１ｃに可撓性を持たせることができる。これにより、第１及び第２圧電素子２７ａ，２７ｂが同期せずに変位する場合に側片４１ｃが撓み、その変位のずれを吸収することができる。なお、逆に、側片４１ｃを基体５０に取り付け、側片４１ｄを基体５０に取り付けないようにしてもよい。また、側片４１ｃ，４１ｄを基体５０に取り付けず、いずれか一方の剛性の小さくしてもよい。

以上のように構成されたカメラ付き携帯電話機２は、入力操作部１２の操作によってカメラモードに切り替えられると、ＣＣＤ２０によって撮像され、信号処理回路２２からフレームメモリ２３に順次格納される画像データが、ＬＣＤドライバ３１を介してＬＣＤ７にスルー画像として表示される。このとき、前述のオートフォーカス（ＡＦ）動作が、ＡＦ回路２４、ＣＰＵ２５、及び圧電アクチュエータ２６によって実行される。所望の被写体にピントの合った状態で、入力操作部１２の操作によってシャッタレリーズが行われると、１画面分の画像データがＲＯＭ３２ａ或いは不図示のメモリカードに記録される。

次に、ＡＦ動作時に行われる圧電アクチュエータ２６の作用について説明するレンズ鏡筒９を図４の矢印Ａの方向へ移動させる場合には、駆動パルス発生回路２８は、図６（Ａ）に示す波形の駆動パルスをリード線４２ａ，４３ａの間に印加するとともに、図６（Ｂ）に示す波形の駆動パルスをリード線４２ｂ，４３ｂの間に印加する。第１圧電素子２７ａは、期間Ｐ１では、縮んだ状態から伸びた状態へと伸び変位を行い、期間Ｐ２では、伸びた状態から縮んだ状態へと縮み変位を行う。一方、第２圧電素子２７ｂは、期間Ｐ１では、伸びた状態から縮んだ状態へと縮み変位を行い、期間Ｐ２では、縮んだ状態から伸びた状態へと伸び変位を行う。

期間Ｐ１では、各駆動パルスの電圧変化は緩やかであって、第１及び第２圧電素子２７ａ，２７ｂは低速に変位するので、駆動軸４０は矢印Ａの方向へ低速に移動する。このとき、レンズ鏡筒９は、摺動嵌合部４４において駆動軸４０と摩擦結合したまま、駆動軸４０とともに矢印Ａの方向へ移動する。期間Ｐ２では、各駆動パルスの電圧変化は急速であって、第１及び第２圧電素子２７ａ，２７ｂは高速に変位するので、駆動軸４０は矢印Ｂの方向へ高速に移動する。このとき、レンズ鏡筒９は、摺動嵌合部４４において駆動軸４０との摩擦結合が解除されて駆動軸４０に対して滑合した状態となるので、慣性力によってレンズ鏡筒９はほぼその場（期間Ｐ１直後の位置）にとどまる。

この結果、レンズ鏡筒９の駆動軸４０に対する相対位置が変化し、レンズ鏡筒９は元の位置から矢印Ａの方向に移動することとなる。このような駆動パルスを連続して第１及び第２圧電素子２７ａ，２７ｂに印加することにより、レンズ鏡筒９は矢印Ａの方向に連続して移動する。

図９（Ａ）〜（Ｃ）は、レンズ鏡筒９が矢印Ａの方向に移動する際の様子を示す。図９（Ａ）に示す期間Ｐ１では、第１圧電素子２７ａが低速に伸び変位を行い、第２圧電素子２７ｂが低速で縮み変位を行ない、レンズ鏡筒９が矢印Ａの方向に移動する。図９（Ｂ）に示す期間Ｐ２では、第１圧電素子２７ａが高速に縮み変位を行い、第２圧電素子２７ｂが高速に伸び変位を行い、レンズ鏡筒９は移動した位置をほぼ保持する。図９（Ｃ）は、第１及び第２圧電素子２７ａ，２７ｂへの通電状態を示す。

一方、レンズ鏡筒９を矢印Ａと反対の方向に移動させる場合には、上記とは逆に、図６（Ｂ）に示す波形の駆動パルスをリード線４２ａ，４３ａの間に印加するとともに、図６（Ａ）に示す波形の駆動パルスをリード線４２ｂ，４３ｂの間に印加すればよい。このときの圧電アクチュエータ２６の作用については上記と同様であるので、説明は省略する。

以上のように、駆動軸４０は、第１及び第２圧電素子２７ａ，２７ｂによって、その両方の端部から駆動されるため、従来例のように、レンズ鏡筒が移動するに従って１駆動パルス当りの移動量（ストローク）が大きく変動することはない。従って、１駆動パルス当りのレンズ鏡筒９の移動量は一定に、かつ大きくなる。また、従来と比べて駆動軸４０を長くすることができ、駆動軸４０を長くした分、レンズ鏡筒９を大きな範囲で移動させることが可能となる。

上記第１実施形態の圧電アクチュエータ２６において、駆動軸４０を１つの棒状部材によって形成したが、本発明はこれに限られるものではなく、軸線を合わせるように互いに係合された２つの棒状部材によって構成するようにしてもよい。図１０は、このように構成された第２実施形態の圧電アクチュエータ６０を示す。なお、図１０において図４と同一の符号で示されている部材は第１実施形態で説明した部材と同一であり、詳しい説明は省略する。

第１及び第２駆動軸６１ａ，６１ｂは、カーボンやベリリウムなどで形成された軽量でかつ高剛性の棒状部材である。第１及び第２駆動軸６１ａ，６１ｂの一端は、それぞれ第１及び第２圧電素子２７ａ，２７ｂの端部に固着されている。第１及び第２駆動軸６１ａ，６１ｂの他端（先端）は、図１１に示すように係合されている。第１駆動軸６１ａの先端には凹部６２が形成され、第２駆動軸６１ｂの先端には凸部６３が形成されている。凸部６３は凹部６２に摺動自在に嵌合する。凸部６３が凹部６２に嵌合される、第１及び第２駆動軸６１ａ，６１ｂの軸線が合致する。

図１０において、第１駆動軸６１ａが摺動自在に嵌合する第１摺動嵌合部６４ａと、第２駆動軸６１ｂが摺動自在に嵌合する第２摺動嵌合部６４ｂとが設けられている。第１及び第２摺動嵌合部６４ａ，６４ｂは、一体となってレンズ鏡筒９の外周に接続されている。第１摺動嵌合部６４ａには、板バネ６５ａが取り付けられており、板バネ６５ａと駆動軸６１ａとの間には、摩擦板６６ａが介装されている。また、第２摺動嵌合部６４ｂには、板バネ６５ｂが取り付けられており、板バネ６５ｂと駆動軸６１ｂとの間には、摩擦板６６ｂが介装されている。レンズ鏡筒９は、第１摺動嵌合部６４ａにおいて第１駆動軸６１ａに摺動自在に保持され、第２摺動嵌合部６４ｂにおいて第２駆動軸６１ｂに摺動自在に保持されるとともに、適度な摩擦力をもって第１及び第２駆動軸６１ａ，６１ｂに摩擦係合している。

圧電アクチュエータ６０の作用は、上記第１実施形態の場合と同様であり、図６（Ａ）に示す波形の駆動パルスをリード線４２ａ，４３ａの間に印加するとともに、図６（Ｂ）に示す波形の駆動パルスをリード線４２ｂ，４３ｂの間に印加すると、レンズ鏡筒９が矢印Ａの方向へ移動する。逆に、図６（Ｂ）に示す波形の駆動パルスをリード線４２ａ，４３ａの間に印加するとともに、図６（Ａ）に示す波形の駆動パルスをリード線４２ｂ，４３ｂの間に印加すると、レンズ鏡筒９が矢印Ｂの方向へ移動する。

レンズ鏡筒９を矢印Ａの方向へ移動する場合、第１駆動軸６１ａに嵌合した第１摺動嵌合部６４ａは、第１駆動軸６１ａの根元側から先端側へ移動するに従って第１圧電素子２７ａから受ける駆動力が小さくなるが、一方の第２駆動軸６１ｂに嵌合した第２摺動嵌合部６４ｂは、第２駆動軸６１ｂの先端側から根元側へ移動するため、第２圧電素子２７ｂから受ける駆動力が大きくなる。逆に、レンズ鏡筒９を矢印Ｂの方向へ移動する場合には、第２摺動嵌合部６４ｂは、第２駆動軸６１ｂの根元側から先端側へ移動するに従って第２圧電素子２７ｂから受ける駆動力が小さくなるが、一方の第１摺動嵌合部６４ａは、第１駆動軸６１ａの先端側から根元側へ移動するため、第１圧電素子２７ａから受ける駆動力が大きくなる。

このように、レンズ鏡筒９は、第１及び第２駆動軸６１ａ，６１ｂにまたがって保持されているので、移動する際に、第１圧電素子２７ａ又は第２圧電素子２７ｂの一方からの駆動力が低下しても、他方からの駆動力が増加し、従来例のように、レンズ鏡筒が移動するに従って１駆動パルス当りの移動量が大きく変動することはない。従って、１駆動パルス当りのレンズ鏡筒９の移動量は一定に、かつ大きくなる。

第１及び第２駆動軸６１ａ，６１ｂは、その径を一定にした棒状部材であってもよいが、図１２に示すように、根元側から先端側へ向かうに連れて径を小さく、つまりテーパー状に形成した棒状部材であってもよい。このように、第１及び第２駆動軸６１ａ，６１ｂをテーパー状に形成すると、先端部は径が小さいので第１及び第２圧電素子２７ａ，２７ｂからの駆動力を受けやすくなる。よって、レンズ鏡筒９の移動量をより大きくすることが可能となる。

また、図１３は、径が一定の第１及び第２駆動軸６１ａ，６１ｂの先端部に、ゴムなど樹脂からなる弾性体６７を介装するようにした例であり、弾性体６７は、先端部の軸線に対するぶれを抑える。また、図１４は、前述のようなテーパー状の第１及び第２駆動軸６１ａ，６１ｂに先端部に弾性体６７を介装するようにした例であり、この場合、先端部の径が小さいので先端部の軸線に対するぶれがより顕著となるが、弾性体６７はこのぶれを効果的に抑える。なお、弾性体６７として、バネを用いてもよい。

上記第１及び第２実施形態では、駆動パルス発生回路２８が電圧の極性の反転された２種類の駆動パルス（図６（Ａ），図６（Ｂ））を発生し、一方を第１圧電素子２７ａにし、他方を第２圧電素子２７ｂに印加するようにしたが、本発明はこれに限られるものではなく、１種類の駆動パルスによって第１及び第２圧電素子２７ａ，２７ｂを駆動することも可能である。駆動パルス発生回路２８を、図５に変えて、図１５に示すように第１及び第２圧電素子２７ａ，２７ｂに接続する。つまり、第１圧電素子２７ａの正電極に接続されたリード線４２ａと、第２圧電素子２７ｂの負電極に接続されたリード線４３ｂとを繋いで駆動パルス発生回路２８の１端子に接続し、第１圧電素子２７ａの負電極に接続されたリード線４３ａと、第２圧電素子２７ｂの正電極に接続されたリード線４２ｂとを繋いで駆動パルス発生回路２８の１端子に接続する。

これにより、第１及び第２圧電素子２７ａ，２７ｂに印加される駆動パルスの電圧の極性は常に反対となり、第１及び第２圧電素子２７ａ，２７ｂの変位の方向は常に逆向きとなる。従って、駆動パルス発生回路２８は、図６（Ａ）又は図６（Ｂ）のいずれかの波形の駆動パルスを発生すればよく、回路構成が簡略化される。

また、上記第１及び第２実施形態では、第１及び第２圧電素子２７ａ，２７ｂにそれぞれ印加される駆動パルスは、電圧の極性が互いに反転されたものであり、電圧振幅、及び周期は同一とされていたが、本発明はこれに限られるものではなく、第１及び第２圧電素子２７ａ，２７ｂにそれぞれ印加される駆動パルスの電圧振幅、周期、位相などの駆動条件を変えてもよく、これらの駆動条件を変えることでレンズ鏡筒９の移動速度を制御することができる。図１６は、電圧振幅を変えた２つの駆動パルスの波形を示す。図１７は、周期を変えた２つの駆動パルスの波形を示す。図１８は、位相を変えた２つの駆動パルスの波形を示す。

また、上記実施形態において、圧電アクチュエータ２６（６０）によって駆動する被駆動部材として、レンズ鏡筒９を例示したが、本発明はこれに限られるものではなく、本発明の圧電アクチュエータを、被写体光の光量を制御する光量制御装置としての絞り装置やシャッタ装置などに使用することも可能である。図１９は、本発明の圧電アクチュエータによって光量制御部材としての絞り羽根７２が駆動される絞り装置を例示する。絞り装置７０は、地板７１、４枚の絞り羽根７２、動輪７３、及び地板７１に取り付けられた圧電アクチュエータ２６によって構成されている。

地板７１は、リング状の部材であって、外周には圧電アクチュエータ２６が取り付けられる取り付け部７１ａが一体に形成されており、上面には絞り羽根７２を揺動自在に軸支する４つの支軸７１ｂが突設されている。絞り羽根７２の各々には、地板７１の支軸７１ｂに嵌合する孔７２ａ、及び動輪７３の下面に形成されたピン７３ａ（図２０参照）が係合する長孔７２ｂが形成されている。

動輪７３は、リング状の部材であって、上記のピン７３ａの他に、外周から延出するようにアーム部７３ｂが一体に形成されており、アーム部７３ｂには、長孔７３ｃが形成されている。圧電アクチュエータ２６の駆動軸４０には、摺動自在に摺動嵌合部材７４が嵌合しており、摺動嵌合部材７４は適度な摩擦力を持って駆動軸４０に摩擦係合している。摺動嵌合部材７４から突設されたピン７４ａは、アーム部７３ｂの長孔７３ｃに嵌合している。

図２０（Ａ）は、各絞り羽根７２は外側へ開き、被写体光が通過する開口の面積が最大となった大絞り状態を示す。この状態から、圧電アクチュエータ２６が作動し、摺動嵌合部材７４を第１圧電素子２７ａ側へ移動させると、アーム部７３ｂの長孔７３ｃに嵌合したピン７４ａによって、動輪７３が図中の矢印方向へ駆動される。動輪７３が同方向へ回動すると、各ピン７３ａが各絞り羽根７２の長孔７２ｂ内を摺動するとともに、各絞り羽根７２が内側へ回動し、図２０（Ｂ）に示す小絞り状態となる。

なお、圧電アクチュエータ２６の代わりに、図１０に示した圧電アクチュエータ６０を用いてもよい。絞り装置７０は、省スペース化に供する圧電アクチュエータ２６（６０）によって、高速、静音で駆動されるといった特徴を有する。

カメラ付き携帯電話機を示す外観図である。 半折り畳み状態のカメラ付き携帯電話機を示す外観図である。 カメラ付き携帯電話機の電気的構成を示すブロック図である。 圧電アクチュエータの構成を示す外観図である。 圧電アクチュエータと駆動パルス発生回路の接続状態を示す図である。 圧電素子に印加する駆動パルスの波形を示す図である。 レンズ鏡筒の断面図である。 圧電アクチュエータの側面図である。 圧電アクチュエータによってレンズ鏡筒が駆動される様子を示す図である。 圧電アクチュエータの別の実施形態を示す外観図である。 第１及び第２駆動軸の先端部を示す断面図である。 テーパー状に形成された第１及び第２駆動軸の先端部を示す断面図である。 弾性体が介装された第１及び第２駆動軸の先端部を示す断面図である。 テーパー状に形成され、弾性体が介装された第１及び第２駆動軸の先端部を示す断面図である。 圧電アクチュエータと駆動パルス発生回路の別の接続状態を示す図である。 電圧振幅の異なる２つの駆動パルスの波形を示す図である。 周期の異なる２つの駆動パルスの波形を示す図である。 位相の異なる２つの駆動パルスの波形を示す図である。 圧電アクチュエータが取り付けられた絞り装置の分解斜視図である。 絞り羽根の平面図であり、（Ａ）は大絞り状態、（Ｂ）は小絞り状態を示す。 従来の圧電アクチュエータの構成を示す外観図である。

符号の説明

２ カメラ付き携帯電話機
９ レンズ鏡筒
１０ 撮影レンズ
２６ 圧電アクチュエータ
２７ａ 第１圧電素子
２７ｂ 第２圧電素子
２８ 駆動パルス発生回路
４０ 駆動軸
４１ フレーム部材
４２ａ，４２ｂ リード線
４３ａ，４３ｂ リード線
４４ 摺動嵌合部
６０ 圧電アクチュエータ
６１ａ 第１駆動軸
６１ｂ 第２駆動軸
６４ａ 第１摺動嵌合部
６４ｂ 第２摺動嵌合部
６７ 弾性体
７０ 絞り装置
７１ 地板
７２ 絞り羽根
７３ 動輪
７４ 摺動嵌合部材

Claims (19)

1. 被駆動部材が摩擦係合した棒状の駆動軸と、駆動信号に応じて伸縮する第１及び第２圧電素子と、前記第１及び第２圧電素子を保持するフレーム部材と、前記第１及び第２圧電素子に前記駆動信号を印加する駆動回路とを備え、
   前記駆動軸の一端に前記第１圧電素子が固着され、前記駆動軸の他端に前記第２圧電素子が固着され、前記第１及び第２圧電素子が前記駆動軸の軸線方向に高速変位と低速変位とを繰り返し行うことで前記被駆動部材を前記軸線方向に移動させることを特徴とする駆動装置。
2. 前記駆動軸は、軸線が一致するように互いに係合した第１駆動軸及び第２駆動軸によって構成されており、前記第１駆動軸の一端は前記第１圧電素子に固着され、前記第２駆動軸の一端は前記第２圧電素子に固着され、前記被駆動部材は前記第１及び第２駆動軸の両方に摩擦係合していることを特徴とする請求項１記載の駆動装置。
3. 前記第１駆動軸の他端には凹部が形成され、前記第２駆動軸の他端には他方には凸部が形成され、前記凸部は前記凹部に嵌合していることを特徴とする請求項２記載の駆動装置。
4. 前記第１駆動軸の他端と前記第２駆動軸の他端との間に、弾性体が介装されていることを特徴とする請求項２記載の駆動装置。
5. 前記第１及び第２駆動軸はテーパー状に形成され、前記第１及び第２圧電素子に固着した一端側の径が他端側の径より大きいことを特徴とする請求項３又は４記載の駆動装置。
6. 電圧の緩やかな立ち上がり期間と電圧の急速な立ち下がり期間とからなる第１駆動信号と、電圧の緩やかな立ち下がり期間と、電圧の急速な立ち上がり期間とからなる第２駆動信号とのいずれか一方が前記第１圧電素子に印加され、他方は前記第２圧電素子に印加されていることを特徴とする請求項１ないし５いずれか記載の駆動装置。
7. 前記第１及び第２駆動信号の電圧変化は同一周期であり、前記第１及び第２圧電素子の一方が伸び変位を行ったとき、他方は縮み変位を行うことを特徴とする請求項６記載の駆動装置。
8. 前記駆動回路は、前記第１及び第２駆動信号の電圧振幅、周期、又は位相を変えることにより、前記被駆動部材の移動速度を制御することを特徴とする請求項６記載の駆動装置。
9. 前記第１及び第２圧電素子には、同一の駆動信号が印加され、一方が伸び変位を行ったとき、他方は縮み変位を行うことを特徴とする請求項１ないし５いずれか記載の駆動装置。
10. 請求項１ないし９いずれか記載の駆動装置と、レンズを保持したレンズ枠体とを備え、前記駆動装置の被駆動部材として、前記レンズ枠体が移動されることを特徴とするレンズユニット。
11. 請求項１ないし９いずれか記載の駆動装置と、光量制御部材とを備え、前記駆動装置の被駆動部材として、前記光量制御部材が駆動されることを特徴とする光量制御装置。
12. 請求項１０記載のレンズユニットと、前記レンズによって結像された被写体光を電気的な撮像信号に変換する固体撮像素子とを備えたことを特徴とする撮像装置。
13. 同一の被駆動部材が摩擦係合した棒状の第１及び第２駆動軸と、駆動信号に応じて伸縮する第１及び第２圧電素子と、前記第１及び第２圧電素子を保持するフレーム部材と、前記第１及び第２圧電素子に前記駆動信号を印加する駆動回路とを備え、
    前記第１駆動軸の一端は、前記第１圧電素子に固着され、
    前記第２駆動軸の一端は、前記第２圧電素子に固着され、
    前記第１駆動軸の他端と前記第２駆動軸の他端とは、弾性体を介して、軸線が一致するように対向し、
    前記第１及び第２圧電素子が前記第１及び第２駆動軸の軸線方向に高速変位と低速変位とを繰り返し行うことで前記被駆動部材を前記軸線方向に移動させることを特徴とする駆動装置。
14. 電圧の緩やかな立ち上がり期間と電圧の急速な立ち下がり期間とからなる第１駆動信号と、電圧の緩やかな立ち下がり期間と、電圧の急速な立ち上がり期間とからなる第２駆動信号とのいずれか一方が前記第１圧電素子に印加され、他方は前記第２圧電素子に印加されていることを特徴とする請求項１３記載の駆動装置。
15. 前記第１及び第２駆動信号の電圧変化は同一周期であり、前記第１及び第２圧電素子の一方が伸び変位を行ったとき、他方は縮み変位を行うことを特徴とする請求項１４記載の駆動装置。
16. 前記駆動回路は、前記第１及び第２駆動信号の電圧振幅、周期、又は位相を変えることにより、前記被駆動部材の移動速度を制御することを特徴とする請求項１４記載の駆動装置。
17. 前記第１及び第２圧電素子には、同一の駆動信号が印加され、一方が伸び変位を行ったとき、他方は縮み変位を行うことを特徴とする請求項１３記載の駆動装置。
18. 請求項１３ないし１７いずれか記載の駆動装置と、レンズを保持したレンズ枠体とを備え、前記駆動装置の被駆動部材として、前記レンズ枠体が移動されることを特徴とするレンズユニット。
19. 請求項１８記載のレンズユニットと、前記レンズによって結像された被写体光を電気的な撮像信号に変換する固体撮像素子とを備えたことを特徴とする撮像装置。
    
    

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