JP2009047680A - 駆動装置およびそれに使用される位置検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安価で、且つ小型化が可能で、検出精度を向上させた、位置検出装置を提供すること。
【解決手段】位置検出装置は、互いに対向して配置された光学的位置検出素子と位置情報部とから構成される。位置情報部は、可動部が所定の方向へ移動するときに、高光効率部と低光効率部とが交互に繰り返される二値パターンを持つ。位置検出装置は、光学的位置検出素子から得られるパルス信号をカウントすることで、可動部の粗位置を検出する粗位置検出部と、この粗位置検出部で粗位置検出が行われた地点から電気機械変換素子に印加した駆動パルスのパルス数をカウントすることで、可動部の詳細位置を検出する詳細位置検出部と、粗位置を表す粗位置情報と詳細位置を表す詳細位置情報とを合算して、可動部の現在位置を求める合算手段とを有する。
【選択図】 図７

Description

本発明は、駆動装置に関し、特に、可動部の位置を検出する位置検出装置に関する。

従来から、カメラのオートフォーカス用アクチュエータやズーム用アクチュエータとして、圧電素子、電歪素子、磁歪素子等の電気機械変換素子を使用した駆動装置（リニアアクチュエータ）が使用されている。カメラは、携帯電話などに搭載されるモバイルカメラであっても良い。

例えば、特許文献１は、レンズホルダ（被駆動部材）を移動させるのに、圧電素子の伸縮方向の一端にガイド棒（駆動部材）を接着し、ガイド棒にレンズホルダを移動可能に支持させ、ガイド棒とレンズホルダとの間に摩擦力を発生させる板バネとを備えた駆動装置を開示している。特許文献１では、圧電素子に伸びの速度と縮みの速度とを異ならせるように電圧を印加している。特許文献１は鏡筒位置検出器を備えている。鏡筒位置検出器は、鏡筒の腕の下面に配置されたコ字形の摺動接片と、鏡筒の移動経路の下方で静止部材上に取り付けられた固定検出板とから構成されている。

また、特許文献２は、圧電素子と、この圧電素子に結合して圧電素子の伸縮方向に延在する駆動軸（耐摩耗性の振動棒）と、この駆動軸に摩擦結合した被駆動部材（ズームレンズ鏡筒）とを備えた駆動装置を開示している。この特許文献２では、圧電素子に印加する駆動信号を工夫して、被駆動部材（ズームレンズ鏡筒）を駆動している。特許文献２は、位置検出器については何等開示していない。

特許文献３は、構成部材の弾性変形の影響を受けることのない電気機械変換素子を使用した直線駆動機構を開示している。特許文献３において、固定鏡筒に固着された内筒には半径方向に延びた延長部の軸受に光軸に平行に配置された駆動軸が移動自在に支持されている。延長部と作用部材との間には、圧電素子（電気機械変換素子）が配置され固着結合される。作用部材の上半分は駆動軸に接触し、作用部材の下半分はばねにより付勢されたパッドが装着され、作用部材及びパッドは駆動軸に対し適当な摩擦力で摩擦結合する。圧電素子に速度の異なる伸縮変位を発生させると、作用部材を介して駆動軸が変位し、駆動軸は被駆動部材であるレンズ保持枠と共に繰り出し繰り込みがなされる。特許文献３に開示された直線駆動機構では、レンズの移動距離を検出するために強磁性体薄膜磁気抵抗素子式位置センサ（以下、「ＭＲセンサ」という）が設けられている。レンズの移動距離は、レンズ保持枠（光軸に平行に配置された案内軸）の移動距離である。内筒にＭＲセンサの磁気抵抗素子を配置し、案内軸に所定間隔でＮおよびＳの磁極を着磁して着磁ロッドとしている。即ち、特許文献３に開示されたＭＲセンサは、着磁ロッドと磁気抵抗素子と協働してレンズ保持枠の移動距離を検出している。

特許文献４は、位置センサを備えた圧電アクチュエータを開示している。特許文献４に開示された圧電アクチュエータは、固定部（静止部材）に接着等の方法で一端が固定された圧電素子（電気機械変換素子）と、圧電素子の他端に接着等の方法で固定された丸棒状の駆動部材（振動摩擦部）と、駆動部材上に摩擦保持されている可動部材（移動部）とから構成されている。可動部材は、駆動部材上に摩擦力で係合する摩擦保持部と、この摩擦保持部に連結されたレンズを保持するレンズホルダとからなる。位置センサは、可動部材に取り付けられた磁界発生部材と、この磁界発生部材に対向するように固定部上に固定された磁界検出部材とから構成される。磁界検出部材としては、ホール素子やＭＲ素子などが好適に用いられる。

また、特許文献５は、アクチュエータの移動部材と固定電極との間の静電容量に基いて移動部材の位置を検出する非接触型の位置検出装置を開示している。圧電素子（電気機械変換素子）の一端はフレーム（静止部材）に固定され、他端には移動部材（移動部）が摩擦結合した駆動軸（振動摩擦部）が固定される。移動部材の移動方向に平行に非接触状態で検出部材が配置される。検出部材は移動部材との対向面に電極を構成し、移動部材と間隔を隔てて静電容量のコンデンサを形成する。駆動回路からの駆動パルスは圧電素子に印加されると共に移動部材に静電容量結合している電極にも流れ、その電流は検出回路で検出され、制御回路に入力される。移動部材が電極の上を移動すると電極に応じて電流は増減するから、電流に基づいて移動部材の位置が検出できる。

さらに、特許文献６は、スリットの幅以上の範囲に亘って遮光板の現在位置を検出することができる位置検出装置を開示している。フォトインタラプタの隙間を通って所定の方向に往復動可能な遮光板は、発光体から受光体へ向けて投光される光を遮蔽する。遮光板は、所定の方向と直交する方向へ延在する幅が変化している。遮光板は、当該遮光板の移動量に応じてフォトインタラプタのスリットを覆う遮光面積が比例して増加するような、形状を有する。

なお、電気機械変換素子を使用した駆動装置用の位置検出装置ではないが、特許文献７は、磁気記録再生装置用の位置検出装置を開示している。この特許文献７に開示された位置検出装置では、スケールをキャリッジ側に固定して設け、フォトインタラプタをメインフレームに近接した基板に取り付けている。スケールには、所定の半径方向に沿って所定間隔で開けられたスリットが設けられている。フォトインタラプタは、スリットに対応した位置に設けられた発光部および受光部を含む。このような、フォトインタラプタなどの光学的位置検出素子とスリットなどの位置情報部とを備えた位置検出装置を用いて位置を検出する方法は、エンコータ方式と呼ばれている。

特許第２６３３０６６号公報 特許第３２１８８５１号公報 特開平９−１９１６６５号公報 特開２００６−１１３８７４号公報 特開２００３−１８５４０６号公報 特開２００５−１４７９５５号公報 特開平９−３０６１２２号公報

特許文献１に開示された鏡筒位置検出器では、コ字形の摺動接片を固定検出板に摺接させるので、その摺接部が磨耗してしまうという問題がある。

特許文献３や特許文献４のように検出素子としてホール素子やＭＲ素子（ＭＲセンサ）を用いる方法では、移動部若しくは固定部に磁気を帯びた磁性体を取り付ける必要があるので、小型化およびコストの点で不利である。

特許文献５は、移動部材と固定電極との間の静電容量に基づいて移動部材の位置を検出する非接触型の位置検出装置を開示している。特許文献５では、電極に常に電流を流す必要があるので、電力を消費してしまうという問題がある。更に、移動部材を導電性の材料で構成しなければならず、材料の選択に制限があるという問題もある。

特許文献６は位置検出装置を開示するのみで、駆動装置に適用する場合にどのように配置するかについては何等開示せず、示唆する記載もない。

特許文献７に開示されたエンコーダ方式の位置検出装置では、使用する光学的位置検出素子の分解能と、位置情報部の加工可能なサイズとによって位置検出精度が決定される。一方、モバイルカメラ用の駆動装置では、数μｍ〜十数μｍの位置調整精度が必要である。その為、モバイルカメラに搭載された駆動装置において、エンコーダ方式の位置検出装置で位置検出を行うためには、スケールに数μｍの間隔でスリット等を加工する必要がある。しかしながら、このような加工は極めて困難で、現実的ではない。

本発明の課題は、安価で、且つ小型化が可能で、検出精度を向上させた、位置検出装置およびそれを備えた駆動装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、説明が進むにつれて明らかになるだろう。

本発明の第１の態様によれば、可動部（４２）と、この可動部を所定の方向（Ｚ）へ駆動する駆動部（４４）と、可動部および駆動部を覆う筐体（３０）と、可動部の位置を検出する位置検出装置（５０）とを備えた駆動装置（２０）であって、駆動部（４４）は、所定の方向（Ｚ）へ伸縮し、伸縮方向で互いに対向する一対の端部を持つ電気機械変換素子（４４１）と、この電気機械変換素子の一対の端部の一方に取り付けられた振動摩擦部（４４３）と、から構成され、可動部（４２）は、振動摩擦部（４４３）の振動方向に移動可能な状態で振動摩擦部（４４３）に摩擦結合される移動部（４２３）を備え、駆動部（４４）は、電気機械変換素子（４４１）の伸縮方向の振動により移動部（４２３）を駆動する、駆動装置において、位置検出装置（５０）は、互いに対向して配置された光学的位置検出素子（５１）と位置情報部（５２）とを含み、光学的位置検出素子及び位置情報部の一方は可動部に取り付けられ、光学的位置検出素子及び位置情報部の他方は筐体の内壁に取り付けられており、位置情報部（５２）は、可動部（４２）が所定の方向（Ｚ）へ移動するときに、高光効率部と低光効率部とが交互に繰り返される二値パターンを持ち、位置検出装置（５０）は、光学的位置検出素子（５１）から得られるパルス信号をカウントすることで、可動部（４２）の粗位置を検出し、この粗位置を表す粗位置情報を出力する粗位置検出部（５３）と、この粗位置検出部で粗位置検出が行われた地点から電気機械変換素子（４４１）に印加した駆動パルスのパルス数をカウントすることで、可動部（４２）の詳細位置を検出し、この詳細位置を表す詳細位置情報を出力する詳細位置検出部（５４）と、粗位置情報と詳細位置情報とを合算して、可動部（４２）の現在位置を求める合算手段（５５）と、を有することを特徴とする駆動装置が得られる。

上記本発明の第１の態様による駆動装置において、高光効率部と低光効率部の光効率の差は、位置情報部（５２）に形成される二値パターンの、透過率の差、反射率の差、或いは距離の差によって生じるものであってよい。光学的位置検出素子は、フォトインタラプタ（５１）から構成されてよい。フォトインタラプタは、位置情報部（５２）で反射される光を検出する反射型フォトインタラプタ（５１）から成ってよく、或いは、位置情報部を透過する光を検出する透過型フォトインタラプタから成ってよい。

本発明の第２の態様によれば、可動部（４２）と、この可動部を所定の方向（Ｚ）へ駆動する駆動部（４４）と、可動部および駆動部を覆う筐体（３０）と備えた駆動装置（２０）に用いられ、可動部の位置を検出する位置検出装置（５０）であって、駆動部（４４）は、所定の方向（Ｚ）へ伸縮し、伸縮方向で互いに対向する一対の端部を持つ電気機械変換素子（４４１）と、この電気機械変換素子の一対の端部の一方に取り付けられた振動摩擦部（４４３）と、から構成され、可動部（４２）は、振動摩擦部の振動方向に移動可能な状態で振動摩擦部に摩擦結合される移動部（４２３）を備え、駆動部（４４）は、電気機械変換素子（４４１）の伸縮方向の振動により移動部（４２３）を駆動するものであり、位置検出装置（５０）は、互いに対向して配置された光学的位置検出素子（５１）と位置情報部（６２）とを含み、光学的位置検出素子及び位置情報部の一方は可動部に取り付けられ、光学的位置検出素子及び位置情報部の他方は筐体の内壁に取り付けられており、位置情報部（５２）は、可動部（４２）が所定の方向（Ｚ）へ移動するときに、高光効率部と低光効率部とが交互に繰り返される二値パターンを持ち、位置検出装置（５０）は、光学的位置検出素子（５１）から得られるパルス信号をカウントすることで、可動部（４２）の粗位置を検出し、この粗位置を表す粗位置情報を出力する粗位置検出部（５３）と、この粗位置検出部で粗位置検出が行われた地点から電気機械変換素子（４４１）に印加した駆動パルスのパルス数をカウントすることで、可動部（４２）の詳細位置を検出し、この詳細位置を表す詳細位置情報を出力する詳細位置検出部（５４）と、粗位置情報と詳細位置情報とを合算して、可動部（４２）の現在位置を求める合算手段（５５）と、を有することを特徴とする位置検出装置が得られる。

上記本発明の第２の態様による位置検出装置において、高光効率部と低光効率部の光効率の差は、位置情報部（５２）に形成される二値パターンの、透過率の差、反射率の差、或いは距離の差によって生じるものであってよい。光学的位置検出素子は、フォトインタラプタ（５１）から構成されてよい。フォトインタラプタは、位置情報部（５２）で反射される光を検出する反射型フォトインタラプタ（５１）から成ってよいし、或いは、位置情報部を透過する光を検出する透過型フォトインタラプタから成ってもよい。

尚、上記括弧内の参照符号は、理解を容易にするために付したものであり、一例に過ぎず、これらに限定されないのは勿論である。

本発明では、位置情報部は、可動部が所定の方向へ移動するときに、高光効率部と低光効率部とが交互に繰り返される二値パターンを持ち、位置検出装置は、光学的位置検出素子から得られるパルス信号をカウントすることで、可動部の粗位置を検出する粗位置検出部と、この粗位置検出部で粗位置検出が行われた地点から電気機械変換素子に印加した駆動パルスのパルス数をカウントすることで、可動部の詳細位置を検出する詳細位置検出部と、粗位置を表す粗位置情報と詳細位置を表す詳細位置情報とを合算して、可動部の現在位置を求める合算手段とを有するので、安価で、且つ小型化が可能で、検出精度を向上させた、位置検出装置を提供することが可能となる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

図１乃至図４を参照して、本発明に係る位置検出装置が適用される駆動装置２０について説明する。図１は駆動装置２０の部分断面斜視図である。図２は図１に示した駆動装置２０の断面図である。図３は図１の駆動装置２０の内部に設けられるオートフォーカスレンズ駆動ユニット４０を示す外観斜視図である。図４は図３に図示したオートフォーカスレンズ駆動ユニット４０のレンズ駆動部４４を棒状の移動軸４２３と共に示す斜視図である。尚、駆動装置２０は、振動アクチュエータとも呼ばれる。

ここでは、図１乃至図４に示されるように、直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を使用している。図１乃至図４に図示した状態では、直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）において、Ｘ軸は前後方向（奥行方向）であり、Ｙ軸は左右方向（幅方向）であり、Ｚ軸は上下方向（高さ方向）である。そして、図１乃至図４に示す例においては、上下方向Ｚがレンズの光軸Ｏ方向である。

図１に示されるように、駆動装置２０は、略直方体形状の筐体（外装）３０で覆われている。この筐体（外装）３０内には、後述するオートフォーカスレンズ駆動ユニット４０（図３参照）が配置される。筐体（外装）３０は、カップ状の上側カバー３２と下側ベース３４とを含む。筐体３０の下側ベース３４上に静止部材（錘）４４２（後述する）が搭載される。上側カバー３２の上面は、レンズの光軸Ｏを中心軸とした円筒部３２ａを有する。

一方、図示はしないが、下側ベース３４の中央部には、基板に配置された撮像素子が搭載される。この撮像素子は、可動レンズ（後述する）により結像された被写体像を撮像して電気信号に変換する。撮像素子は、例えば、ＣＣＤ（charge coupled device）型イメージセンサ、ＣＭＯＳ（complementary metal oxide semiconductor）型イメージセンサ等により構成される。

筐体（外装）３０内には、左奥側に案内軸３６が設けられている。この案内軸３６は、レンズの光軸Ｏと平行に延在している。案内軸３６は筐体３０の下側ベース３４上に立設している。このレンズの光軸Ｏを間に挟んで、案内軸３６と反対側である右手前側には、後で詳述する、棒状の移動部（移動軸）４２３が設けられている。すなわち、案内軸３６と移動軸４２３とは、レンズの光軸Ｏまわりに回転対称な位置に配置されている。

図３に示されるように、オートフォーカスレンズ駆動ユニット４０は、レンズ可動部４２とレンズ駆動部４４とから構成される。レンズ可動部４２は、可動レンズであるオートフォーカスレンズＡＦＬを保持するレンズ保持枠４２１を含む。レンズ保持枠４２１は、略円筒状の可動鏡筒４２２の内部に固定されている。可動鏡筒４２２は、左奥側で半径方向外側に延びる一対の延在部４２２１（但し、図３では上側のみ図示する）を有する。この一対の延在部４２２１は、上記案内軸３６が貫通する貫通孔４２２１ａを持つ。また、可動鏡筒４２２は、右手前側で半径方向外側に延びる一対の延在部４２２２を有する。この一対の延在部４２２２は、棒状の移動軸４２３が貫通して嵌合される嵌合孔４２２２ａを持つ。このような構成により、レンズ可動部４２は、筐体３０に対してレンズの光軸Ｏ方向にのみ移動可能である。

レンズ駆動部４４は、レンズ可動部４２をレンズの光軸Ｏ方向に摺動可能に支持しながら、後述するようにレンズ可動部４２を駆動する。

図３に加えて図４をも参照して、オートフォーカスレンズ駆動ユニット４０のレンズ駆動部４４について説明する。

レンズ駆動部４４は、電気機械変換素子として働く積層圧電素子４４１と、静止部材（錘）４４２と、振動摩擦部４４３とを有する。積層圧電素子４４１は、レンズの光軸Ｏ方向（上下方向Ｚ）に伸縮する。積層圧電素子４４１は、レンズの光軸Ｏ方向に複数の圧電層を積層した構造を有する。図２に示されるように、積層圧電素子４４１は、伸縮方向で互いに対向する第１の端部（下端部）４４１ａと第２の端部（上端部）４４１ｂとを持つ。静止部材（錘）４４２は、積層圧電素子４４１の第１の端部（下端部）４４１ａに接着剤等で結合される。振動摩擦部４４３は、積層圧電素子４４１の第２の端部（上端部）４４１ｂに接着剤等で取り付けられている。図示の例では、振動摩擦部４４３は積層圧電素子４４１の第２の端部４４１ｂに直接結合されているが、振動摩擦部４４３と積層圧電素子４４１の第２の端部４４１ｂとの間に何らかの部材が介在してもよい。積層圧電素子４４１と静止部材４４２との組合せは、圧電ユニットと呼ばれる。

棒状の移動軸４２３は、この振動摩擦部４４３と摩擦結合される。図４に示されるように、振動摩擦部４４３には、当該振動摩擦部４４３と棒状の移動軸４２３との間の摩擦結合部に断面Ｖ字状の溝４４３ａが形成されている。

レンズ駆動部４４は、棒状の移動軸４２３を振動摩擦部４４３に対して押し付ける（付勢する）ためのばね４４４を備える。すなわち、ばね４４４は、振動摩擦部４４３に固定され移動部４２３を押えるための押付力を発生する付勢手段として働く。ばね４４４と棒状の移動軸４２３との間にＶ字型構造のパッド４４５が挟み込まれている。パッド４４５は、移動部４２３を間に挟んで振動摩擦部４４３と対向して配置されている。振動摩擦部４４３と同様に、パッド４４５も、当該パッド４４５と棒状の移動軸４２３との間の接触部に断面Ｖ字状の溝４４５ａが形成されている。振動摩擦部４４３は、ばね４４４を保持するための溝４４３ｂが設けられている。ばね４４４は、その一端部がこの溝４４３ｂで振動摩擦部４４３に係合され、その他端部が移動部４２３側に延在している。これにより、振動摩擦部４４３とパッド４４５をばね４４４で棒状の移動軸４２３に押し付けている。この結果、棒状の移動軸４２３は振動摩擦部４４３に安定して摩擦結合される。

レンズ駆動部４４とレンズ移動部４２とは、図３に示されるように、レンズの光軸Ｏに対して並置されている。したがって、フォーカスレンズ駆動ユニット４０を低背化することができる。その結果、駆動装置２０も低背化することができる。

次に、積層圧電素子４４１について説明する。積層圧電素子４４１は直方体の形状をしており、その素子サイズは、０．９［ｍｍ］×０．９［ｍｍ］×１．５［ｍｍ］である。圧電材料としてＰＺＴのような低Ｑｍ材を使用している。厚さ２０［μｍ］の圧電材料と厚さ２［μｍ］の内部電極とを交互に櫛形に５０層積層することによって、積層圧電素子４４１を製造する。そして、積層圧電素子４４１の有効内部電極サイズは、０．６［ｍｍ］×０．６［ｍｍ］である。換言すれば、積層圧電素子４４１の有効内部電極の外側に位置する周辺部には、幅０．１５［ｍｍ］のリング状の不感帯部分（クリアランス）が存在する。

次に、図５を参照して、積層圧電素子４４１に供給される電流と積層圧電素子４４１に発生する変位について説明する。なお、図５は、上記特許文献２の図５に図示されたものと同じものである。図５（Ａ）および（Ｂ）は、それぞれ、駆動回路（図示せず）により積層圧電素子４４１に供給される電流の変化と、積層圧電素子４４１の変位を示すものである。

図５（Ａ）に示すように、積層圧電素子４４１に大電流（正方向）と所定の一定電流（負方向）とを交互に流す。このような状況では、図５（Ｂ）に示すように、積層圧電素子４４１は、大電流（正方向）に対応した急激な変位（伸び）と、一定電流（負方向）に対応した穏やかな変位（縮み）とが交互に生じる。

すなわち、積層圧電素子４４１に矩形波電流を印加して（図５（Ａ））、積層圧電素子４４１に対してのこぎり波状の変位（伸縮）を生じ（図５（Ｂ））させる。

図５に加えて図３をも参照して、オートフォーカスレンズ駆動ユニット４０の動作について説明する。先ず、レンズ可動部４２を上下方向Ｚに沿って下方向に移動する場合の動作について説明する。

先ず、図５（Ａ）に示すように、積層圧電素子４４１に正方向の大電流を流すと、図５（Ｂ）に示すように、積層圧電素子４４１は急速に厚み方向の伸び変位を生じる。その結果、振動摩擦部４４３はレンズの光軸Ｏ方向（上下方向Ｚ）に沿って上方向に急速に移動する。このとき、レンズ可動部４２は、その慣性力により、振動摩擦部４４３と棒状の移動軸４２３との間の摩擦力に打ち勝って実質的にその位置にとどまるので、移動しない。

次に、図５（Ａ）に示すように、積層圧電素子４４１に負方向の一定電流を流すと、積層圧電素子４４１は緩やかに厚み方向の縮み変位を生じる。その結果、振動摩擦部４４３はレンズの光軸Ｏ方向（上下方向Ｚ）に沿って下方向に緩やかに移動する。このとき、振動摩擦部４４３と棒状の移動軸４２３とはそれらの間の接触面に発生する摩擦力により結合しているので、レンズ可動部４２は振動摩擦部４４３と共に実質的にレンズの光軸Ｏ方向（上下方向Ｚ）に沿って下方向に移動する。

このように、積層圧電素子４４１に正方向の大電流と負方向の所定の一定電流を交互に流して、積層圧電素子４４１に伸び変位と縮み変位を交互に生じさせることにより、レンズ保持枠４２１（レンズ可動部４２）をレンズ光軸Ｏ方向（上下方向Ｚ）に沿って下方向へ連続して移動させることができる。

レンズ可動部４２をレンズ光軸Ｏ方向（上下方向Ｚ）に沿って上方向に移動させるには、上記と逆に積層圧電素子４４１に負方向の大電流と、正方向の所定の一定電流とを交互に流すことによって、達成することができる。

とにかく、積層圧電素子４４１に特定の波形を印加することで積層圧電素子４４１は伸縮し、振動摩擦部４４３は積層圧電素子４４１の変位方向に振動する。振動摩擦部４４３と移動部４２３とは摩擦で係合されており、積層圧電素子４４１に印加される特定の波形の形状によって、移動部４２３の移動方向と移動速度が制御（規定）される。したがって、この印加される特定の波形を繰り返すパルス数の総和で、移動部４２３の移動距離が決定される。積層圧電素子４４１に印加される特定の波形は、例えば、鋸歯状波やデューティ比が３０％前後の矩形波である。これらの特定の波形を反転させることで、移動部４２３を上方向（正方向）から下方向（逆方向）へ移動させることができる。

このように、積層圧電素子４４１に印加した特定の波形の駆動パルスのパルス数をカウントすることによって、レンズ可動部４２の位置（移動距離）を検出することができる。ここでは、この方法をパルス・カウント法と呼ぶことにする。このパルス・カウント法は、一般的に、数ｎｍ〜数十ｎｍの分解能を持っている。すなわち、１パルスで駆動される移動部４２３の移動距離は、数ｎｍ〜数十ｎｍである。したがって、パルス・カウント法は、移動部４２３の移動距離が短い状況においてレンズ可動部４２の位置を検出する場合には有利である。

しかしながら、このパルス・カウント法は、移動部４２３の移動距離が長い状況においてレンズ可動部４２の位置を検出する場合には、次に述べるような欠点がある。すなわち、移動部４２３の移動距離が長い程、振動摩擦部４４３と移動部４２３との間の摩擦力のバラツキから検出誤差が生じ易い。また、移動部４２３を移動させる際に往復のヒステリシスが生じる。換言すれば、同じパルス数の特定の波形の駆動パルスを積層圧電素子４４１に印加しても、上方向（行き）と下方向（帰り）とで移動部４２３の移動距離が異なる。そのため、パルス・カウント法は、常に、レンズ可動部４２（移動部４２３）を基準位置から一方向に移動させてカウントしなければならない。従って、基準位置からの移動部４２３の移動量が大きい程、レンズ可動部４２の位置検出に時間がかかってしまう。

なお、このようなパルス・カウント法は、基準位置の検知に基づいて０にリセットされ、積層圧電素子４４１に印加される駆動パルスのパルス数をカウントするカウンタによって実現可能である。

そこで、本発明では、このパルス・カウント法に前述したエンコータ方式を組合せることによって、両方の方法の利点を生かして、レンズ可動部４２の位置を検出するようにしている。

次に、図６及び図７を参照して、本発明の一実施の形態に係る位置検出装置５０について説明する。図６は位置検出装置５０の位置検出部を示す概略図である。図７は位置検出装置５０を示すブロック図である。

最初に、図６を参照して位置検出装置５０の位置検出部について説明する。図示の位置検出装置５０の位置検出部は、レンズ可動部４２の位置を検出するためのものであり、光学的位置検出素子５１と、位置情報部５２とを有する。図示の例では、光学的位置検出素子５１は、筐体３０の上側カバー３２の外周側壁の内壁に設けられており、位置情報部５２は、レンズ可動部４２の可動鏡筒４２２の外周壁に取り付けられている。光学的位置検出素子５１と位置情報部５２とは、それらに間に空間を空けて、互いに対向して配置されている。

なお、図示の例では、位置情報部５２がレンズ可動部４２に取り付けられ、光学的位置検出素子５１が筐体３０に取り付けられているが、位置情報部５２を筐体３０に取り付け、光学的位置検出素子５１をレンズ可動部４２に取り付けても良い。

図示の光学的位置検出素子５１は、反射型フォトインタラプタから構成されている。この技術分野において周知のように、反射型フォトインタラプタは、位置情報部５２へ向けて光を出射する発光体と、位置情報部５２で反射された光を受光する受光体とから構成される。発光体は、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）から構成される。受光体は、例えば、フォトダイオードから構成される。

なお、図示の例では、光学的位置検出素子５１は、反射型フォトインタラプタから構成されているが、透過型フォトインタラプタから構成されても良い。

位置情報部５２は、レンズ可動部４２がレンズ光軸Ｏ方向（上下方向Ｚ）に沿って移動するときに、高光効率部と低光効率部とが交互に繰り返される二値パターンを持つ。

尚、光学的位置検出素子５１で検出される光の量を変化させるために、位置情報部５２の高光効率部および低光効率部としては、例えば、次に述べる方法を採用することができる。１）スリットのような形状で透過率を変化させる。２）明暗の線で反射率を変化させる。３）形状の凹凸で光学的位置検出素子６１までの距離を変化させる。４）これら１）〜３）を複合する。５）高光効率部と低光効率部の面積比を変化させる。

次に、図７を参照して、位置検出装置５０の構成について更に説明する。

光学的位置検出素子５１は、駆動装置（振動アクチュエータ）２０に取り付けられた位置情報部５１へ向けて位置検出素子照射光を照射する。そして、光学的位置検出素子５１は、位置情報部５１から反射された位置検出素子戻り光を受光する。そして、光学的位置検出素子５１は、位置検出素子出力としてパルス信号を出力する。

図示の位置検出装置５０は、大ステップカウンタ５３と、小ステップパルス数カウンタ５４と、大／小ステップ合算手段５５とを有する。

大ステップカウンタ５３は、光学的位置検出素子５１から得られるパルス信号をカウントする。この大ステップカウンタ５２のカウント値は、レンズ可動部４２の粗位置を表している。したがって、大ステップカウンタ５３は、光学的位置検出素子５１から得られるパルス信号をカウントすることで、可動部４２の粗位置を検出する粗位置検出部として動作する。大ステップカウンタ５３は、粗位置を表す粗位置情報を大ステップ情報として出力する。

小ステップパルス数カウンタ５４は、制御回路６０から駆動回路６２へ供給される駆動パルスのパルス数をカウントする。尚、駆動回路６２は、この駆動パルスに応答して、振動アクチュエータ２０の電気機械変換素子（積層圧電素子）４４１へ、図５（Ａ）に示されるような、駆動電流を流す。小ステップパルス数カウンタ５４は、後述する大／小ステップ合算手段５５から供給されるカウンタリセット信号に応答してリセットされる。したがって、小ステップパルス数カウンタ５４のカウント値は、レンズ可動部４２の詳細位置を表している。とにかく、小ステップパルス数カウンタ５４は、粗位置検出部５３で粗位置検出が行われた地点から電気機械変換素子４４１に印加した駆動パルスのパルス数をカウントすることで、可動部４２の詳細位置を検出する詳細位置検出部として働く。小ステップパルス数カウンタ５４は、詳細位置を表す詳細位置情報を小ステップ情報として出力する。

大／小ステップ合算手段５５は、大ステップ情報（粗位置情報）と小ステップ情報（詳細位置情報）とを合算して、レンズ可動部４２の現在位置を求める。大／小ステップ合算手段５５は、大ステップカウンタ５３から供給される大ステップ情報（粗位置情報）が変化するタイミングで、上記カウンタリセット信号を小ステップパルス数カウンタ５４へ供給する。大／小ステップ合算手段５５は、この求めたレンズ可動部４２の現在位置を表す位置情報を制御回路６０へ送出する。

制御信号６０は、この位置情報に基づいて、駆動パルスを駆動回路６２へ供給する。

したがって、図７に示した位置検出装置５０は、レンズ可動部４２の移動量が長い場合でも、精度良くレンズ可動部４２の位置を検出することができる。

兎に角、本実施の形態に係る位置検出装置５０は、上記パルス・カウント法と上記エンコータ方式とを組合せることによって、両方の方法の利点を生かして、レンズ可動部４２の現在位置を検出するようにしている。

以上、本発明についてその好ましい実施の形態によって説明してきたが、本発明の精神を逸脱しない範囲内で、種々の変形が当業者によって可能であるのは明らかである。例えば、本発明に係る位置検出装置が適用される駆動装置は、上述した実施の形態のものに限定されず、例えば、前述した特許文献１乃至５に開示されたような駆動装置にも適用可能なのは当業者であれば容易に理解できるであろう。更に、本発明はカメラ用の駆動装置に限定されず、種々の駆動装置に適用可能なのは勿論である。

本発明に係る位置検出装置が適用される駆動装置の部分断面斜視図である。 図１に示した駆動装置の断面図である。 図１の駆動装置の内部に設けられるオートフォーカスレンズ駆動ユニットを示す外観斜視図である。 図３に図示したオートフォーカスレンズ駆動ユニットのレンズ駆動部を棒状の移動軸と共に示す斜視図である。 積層圧電素子に供給される電流と積層圧電素子に発生する変位を説明するための波形図である。 本発明の一実施の形態に係る位置検出装置の位置検出部を示す概略図である。 本発明の一実施の形態に係る位置検出装置を示すブロック図である。

符号の説明

２０ 駆動装置（振動アクチュエータ）
３０ 外装（筐体）
３２ 上側カバー
３４ 下側ベース
４０ オートフォーカスレンズ駆動ユニット
４２ レンズ可動部
４２１ レンズ保持枠
４２２ 可動鏡筒
４２２１ 延在部
４２２１ａ 貫通孔
４２２２ 延在部
４２２２ａ 嵌合孔
４２３ 棒状の移動部（移動軸）
４４ レンズ駆動部
４４１ 積層圧電素子（電気機械変換素子）
４４１ａ 第１の端部（下端部）
４４１ｂ 第２の端部（上端部）
４４２ 静止部材（錘）
４４３ 振動摩擦部
４４３ａ 断面Ｖ字状の溝
４４３ｂ 溝
４４４ ばね
４４５ Ｖ字型構造のパッド
４４５ａ 断面Ｖ字状の溝
５０ 位置検出装置
５１ 光学的位置検出素子（反射型フォトインタラプタ）
５２ 位置情報部
５３ 大ステップカウンタ（粗位置検出部）
５４ 小ステップパルス数カウンタ（詳細位置検出部）
５５ 大／小ステップ合算手段
６０ 制御回路
６２ 駆動回路
Ｏ レンズの光軸
ＡＦＬ オートフォーカスレンズ

Claims (10)

1. 可動部と、該可動部を所定の方向へ駆動する駆動部と、前記可動部および前記駆動部を覆う筐体と、前記可動部の位置を検出する位置検出装置とを備えた駆動装置であって、
   前記駆動部は、前記所定の方向へ伸縮し、伸縮方向で互いに対向する一対の端部を持つ電気機械変換素子と、該電気機械変換素子の前記一対の端部の一方に取り付けられた振動摩擦部と、から構成され、
   前記可動部は、前記振動摩擦部の振動方向に移動可能な状態で前記振動摩擦部に摩擦結合される移動部を備え、
   前記駆動部は、前記電気機械変換素子の伸縮方向の振動により前記移動部を駆動する、前記駆動装置において、
   前記位置検出装置は、互いに対向して配置された光学的位置検出素子と位置情報部とを含み、前記光学的位置検出素子及び前記位置情報部の一方は前記可動部に取り付けられ、前記光学的位置検出素子及び前記位置情報部の他方は前記筐体の内壁に取り付けられており、
   前記位置情報部は、前記可動部が前記所定の方向へ移動するときに、高光効率部と低光効率部とが交互に繰り返される二値パターンを持ち、
   前記位置検出装置は、
   前記光学的位置検出素子から得られるパルス信号をカウントすることで、前記可動部の粗位置を検出し、該粗位置を表す粗位置情報を出力する粗位置検出部と、
   該粗位置検出部で粗位置検出が行われた地点から前記電気機械変換素子に印加した駆動パルスのパルス数をカウントすることで、前記可動部の詳細位置を検出し、該詳細位置を表す詳細位置情報を出力する詳細位置検出部と、
   前記粗位置情報と前記詳細位置情報とを合算して、前記可動部の現在位置を求める合算手段と、
   を有することを特徴とする駆動装置。
2. 前記高光効率部と前記低光効率部の光効率の差は、前記位置情報部に形成される二値パターンの、透過率の差、反射率の差、或いは距離の差によって生じることを特徴とする、請求項１に記載の駆動装置。
3. 前記光学的位置検出素子がフォトインタラプタから構成される、請求項１又は２に記載の駆動装置。
4. 前記フォトインタラプタは、前記位置情報部で反射される光を検出する反射型フォトインタラプタから成る、請求項３に記載の駆動装置。
5. 前記フォトインタラプタは、前記位置情報部を透過する光を検出する透過型フォトインタラプタから成る、請求項３に記載の駆動装置。
6. 可動部と、該可動部を所定の方向へ駆動する駆動部と、前記可動部および前記駆動部を覆う筐体と備えた駆動装置に用いられ、前記可動部の位置を検出する位置検出装置であって、
   前記駆動部は、前記所定の方向へ伸縮し、伸縮方向で互いに対向する一対の端部を持つ電気機械変換素子と、該電気機械変換素子の前記一対の端部の一方に取り付けられた振動摩擦部と、から構成され、
   前記可動部は、前記振動摩擦部の振動方向に移動可能な状態で前記振動摩擦部に摩擦結合される移動部を備え、
   前記駆動部は、前記電気機械変換素子の伸縮方向の振動により前記移動部を駆動するものであり、
   前記位置検出装置は、互いに対向して配置された光学的位置検出素子と位置情報部とを含み、前記光学的位置検出素子及び前記位置情報部の一方は前記可動部に取り付けられ、前記光学的位置検出素子及び前記位置情報部の他方は前記筐体の内壁に取り付けられており、
   前記位置情報部は、前記可動部が前記所定の方向へ移動するときに、高光効率部と低光効率部とが交互に繰り返される二値パターンを持ち、
   前記位置検出装置は、
   前記光学的位置検出素子から得られるパルス信号をカウントすることで、前記可動部の粗位置を検出し、該粗位置を表す粗位置情報を出力する粗位置検出部と、
   該粗位置検出部で粗位置検出が行われた地点から前記電気機械変換素子に印加した駆動パルスのパルス数をカウントすることで、前記可動部の詳細位置を検出し、該詳細位置を表す詳細位置情報を出力する詳細位置検出部と、
   前記粗位置情報と前記詳細位置情報とを合算して、前記可動部の現在位置を求める合算手段と、
   を有することを特徴とする位置検出装置。
7. 前記高光効率部と前記低光効率部の光効率の差は、前記位置情報部に形成される二値パターンの、透過率の差、反射率の差、或いは距離の差によって生じることを特徴とする、請求項６に記載の位置検出装置。
8. 前記光学的位置検出素子がフォトインタラプタから構成される、請求項６又は７に記載の位置検出装置。
9. 前記フォトインタラプタは、前記位置情報部で反射される光を検出する反射型フォトインタラプタから成る、請求項８に記載の位置検出装置。
10. 前記フォトインタラプタは、前記位置情報部を透過する光を検出する透過型フォトインタラプタから成る、請求項９に記載の位置検出装置。

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