JP2009060768A - アクチュエータ、レンズ鏡筒、カメラ - Google Patents
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Abstract
【課題】簡単な形状の部品を用いて、新たな形態のアクチュエータ、レンズ鏡筒、カメラを提供する。
【解決手段】基台(3)と、基台に対して接触する第1の接触部(17A,17B)を有し、第1の接触部が第1の方向に変位する第1の変位部(10A,10B)と、基台に対して接触する第2の接触部(27A,27B)を有し、第2の接触部が第1の方向とは異なる方向であって第1の方向とは交差しない第2の方向に変位する第2の変位部(20A,20B)と、第1の方向及び第2の方向とは異なる方向である第3の方向に加圧された状態で基台に接触する相対移動部材(5)とを備えるアクチュエータ(1)とする。
【選択図】図2
【解決手段】基台(3)と、基台に対して接触する第1の接触部(17A,17B)を有し、第1の接触部が第1の方向に変位する第1の変位部(10A,10B)と、基台に対して接触する第2の接触部(27A,27B)を有し、第2の接触部が第1の方向とは異なる方向であって第1の方向とは交差しない第2の方向に変位する第2の変位部(20A,20B)と、第1の方向及び第2の方向とは異なる方向である第3の方向に加圧された状態で基台に接触する相対移動部材(5)とを備えるアクチュエータ(1)とする。
【選択図】図2
Description
本発明は、微小な変位を利用するアクチュエータ、レンズ鏡筒、カメラに関するものである。
従来、微小な変位を利用するアクチュエータとして、圧電素子による超音波振動を利用する超音波モータが実用化されている(例えば、特許文献1参照)。
特開2006−288061号公報
従来の超音波モータでは、圧電素子に生じた超音波振動によって、圧電素子を貼り付けた部材を変形させることにより大きな変位を得ていた。このような従来の超音波モータでは、圧電素子を貼り付けた部材を変形させながら大きな変位を得るために、例えば、その部材に多数のスリット状の溝を形成することが行なわれており、複雑な形状となっていた。
本発明の課題は、簡単な形状の部品を用いて、新たな形態のアクチュエータを提供することである。
本発明は、以下のような解決手段により前記課題を解決する。
なお、本発明をわかりやすく説明するために実施形態を示す図面の符号に対応付けて説明するが、本発明は、これに限定されるものでなく、後述の実施形態の構成を適宜改良してもよく、また、少なくとも一部を他の構成物に代替させてもよい。さらに、その配置について特に限定のない構成要件は、実施形態で開示した配置に限らず、その機能を達成できる位置に配置することができる。
なお、本発明をわかりやすく説明するために実施形態を示す図面の符号に対応付けて説明するが、本発明は、これに限定されるものでなく、後述の実施形態の構成を適宜改良してもよく、また、少なくとも一部を他の構成物に代替させてもよい。さらに、その配置について特に限定のない構成要件は、実施形態で開示した配置に限らず、その機能を達成できる位置に配置することができる。
請求項1の発明は、基台(3)と、前記基台に対して接触する第1の接触部(17A,17B)を有し、前記第1の接触部が第1の方向(第1の仮想線T1の方向)に変位する第1の変位部(10A,10B)と、前記基台に対して接触する第2の接触部(27A,27B)を有し、前記第2の接触部が前記第1の方向とは異なる方向であって前記第1の方向とは交差しない第2の方向(第2の仮想線T2の方向)に変位する第2の変位部(20A,20B)と、前記第1の方向及び前記第2の方向とは異なる方向である第3の方向に加圧された状態で前記基台に接触する相対移動部材(5)と、を備えるアクチュエータ(1)である。
請求項2の発明は、請求項1に記載のアクチュエータにおいて、前記第1の方向(第1の仮想線T1の方向)及び前記第2の方向(第2の仮想線T2の方向)は、それぞれ、前記第1の接触部(17A,17B)及び前記第2の接触部(27A,27B)を介して前記基台(3)を変位可能な方向であること、を特徴とするアクチュエータ(1)である。
請求項3の発明は、請求項1又は請求項2に記載のアクチュエータにおいて、前記第1の方向(第1の仮想線T1の方向)と前記第2の方向(第2の仮想線T2の方向)とを最短距離で結ぶ仮想直線に沿った方向から見たときに、前記第1の方向と前記第2の方向とが略90度の角度をなすこと、を特徴とするアクチュエータ(1)である。
請求項4の発明は、請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載のアクチュエータにおいて、前記第3の方向から見たときに、前記第1の方向(第1の仮想線T1の方向)と前記第2の方向(第2の仮想線T2の方向)とが略90度の角度をなすこと、を特徴とするアクチュエータ(1)である。
請求項5の発明は、請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載のアクチュエータにおいて、前記第3の方向に対して、前記第1の方向(第1の仮想線T1の方向)と前記第2の方向(第2の仮想線T2の方向)とが、それぞれ略90度の角度をなすこと、を特徴とするアクチュエータ(1)である。
請求項6の発明は、請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載のアクチュエータにおいて、前記第1の変位部(10A,10B)及び前記第2の変位部(20A,20B)の少なくとも一方は、前記基台(3)を挟み込むように対向配置されていること、を特徴とするアクチュエータ(1)である。
請求項7の発明は、請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載のアクチュエータにおいて、前記第1の変位部(10A,10B)及び前記第2の変位部(20A,20B)に対して印加される交番電圧の位相及び振幅の少なくとも一方を制御する制御部(40)を有すること、を特徴とするアクチュエータ(1)である。
請求項8の発明は、請求項1から請求項7までのいずれか1項に記載のアクチュエータにおいて、前記相対移動部材(5)の移動を一軸まわりの回転に規制するように支持する支持部(6,8)を有すること、を特徴とするアクチュエータ(1)である。
請求項9の発明は、請求項1から請求項8までのいずれか1項に記載のアクチュエータにおいて、前記第1の接触部(17A,17B)と前記第2の接触部(27A,27B)の少なくとも一方は、前記基台(3)に対して略点接触すること、を特徴とするアクチュエータ(1)である。
請求項10の発明は、請求項1から請求項8までのいずれか1項に記載のアクチュエータにおいて、前記第1の変位部(10A,10B)と前記第2の変位部(20A,20B)の少なくとも一方は、圧電体(12,13,14,15)を有すること、を特徴とするアクチュエータ(1)である。
請求項11の発明は、請求項10に記載のアクチュエータにおいて、前記圧電体(12,13,14,15)は、複数が積層されていること、を特徴とするアクチュエータ(1)である。
請求項12の発明は、請求項1から請求項11までのいずれか1項に記載のアクチュエータ(1)を備えたレンズ鏡筒(110)である。
請求項13の発明は、請求項1から請求項11までのいずれか1項に記載のアクチュエータ(1)を備えたカメラ(100)である。
請求項2の発明は、請求項1に記載のアクチュエータにおいて、前記第1の方向(第1の仮想線T1の方向)及び前記第2の方向(第2の仮想線T2の方向)は、それぞれ、前記第1の接触部(17A,17B)及び前記第2の接触部(27A,27B)を介して前記基台(3)を変位可能な方向であること、を特徴とするアクチュエータ(1)である。
請求項3の発明は、請求項1又は請求項2に記載のアクチュエータにおいて、前記第1の方向(第1の仮想線T1の方向)と前記第2の方向(第2の仮想線T2の方向)とを最短距離で結ぶ仮想直線に沿った方向から見たときに、前記第1の方向と前記第2の方向とが略90度の角度をなすこと、を特徴とするアクチュエータ(1)である。
請求項4の発明は、請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載のアクチュエータにおいて、前記第3の方向から見たときに、前記第1の方向(第1の仮想線T1の方向)と前記第2の方向(第2の仮想線T2の方向)とが略90度の角度をなすこと、を特徴とするアクチュエータ(1)である。
請求項5の発明は、請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載のアクチュエータにおいて、前記第3の方向に対して、前記第1の方向(第1の仮想線T1の方向)と前記第2の方向(第2の仮想線T2の方向)とが、それぞれ略90度の角度をなすこと、を特徴とするアクチュエータ(1)である。
請求項6の発明は、請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載のアクチュエータにおいて、前記第1の変位部(10A,10B)及び前記第2の変位部(20A,20B)の少なくとも一方は、前記基台(3)を挟み込むように対向配置されていること、を特徴とするアクチュエータ(1)である。
請求項7の発明は、請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載のアクチュエータにおいて、前記第1の変位部(10A,10B)及び前記第2の変位部(20A,20B)に対して印加される交番電圧の位相及び振幅の少なくとも一方を制御する制御部(40)を有すること、を特徴とするアクチュエータ(1)である。
請求項8の発明は、請求項1から請求項7までのいずれか1項に記載のアクチュエータにおいて、前記相対移動部材(5)の移動を一軸まわりの回転に規制するように支持する支持部(6,8)を有すること、を特徴とするアクチュエータ(1)である。
請求項9の発明は、請求項1から請求項8までのいずれか1項に記載のアクチュエータにおいて、前記第1の接触部(17A,17B)と前記第2の接触部(27A,27B)の少なくとも一方は、前記基台(3)に対して略点接触すること、を特徴とするアクチュエータ(1)である。
請求項10の発明は、請求項1から請求項8までのいずれか1項に記載のアクチュエータにおいて、前記第1の変位部(10A,10B)と前記第2の変位部(20A,20B)の少なくとも一方は、圧電体(12,13,14,15)を有すること、を特徴とするアクチュエータ(1)である。
請求項11の発明は、請求項10に記載のアクチュエータにおいて、前記圧電体(12,13,14,15)は、複数が積層されていること、を特徴とするアクチュエータ(1)である。
請求項12の発明は、請求項1から請求項11までのいずれか1項に記載のアクチュエータ(1)を備えたレンズ鏡筒(110)である。
請求項13の発明は、請求項1から請求項11までのいずれか1項に記載のアクチュエータ(1)を備えたカメラ(100)である。
本発明によれば、簡単な形状の部品を用いて、新たな形態のアクチュエータ、レンズ鏡筒、カメラを提供できる。
(実施形態)
以下、図面等を参照して、本発明の実施形態について説明する。なお、以下に示す各図には、説明と理解を容易にするために、xyz直交座標系を設けた。
図1は、本実施形態のアクチュエータを備えたカメラの概要を示す図である。
本実施形態のカメラ100は、交換レンズ110と、交換レンズ110が着脱されるカメラ本体120とを有したデジタル一眼レフカメラである。
交換レンズ110は、撮影レンズLと、レンズ保持枠112と、回転筒111と、歯車113と、アクチュエータ1とを有している。
以下、図面等を参照して、本発明の実施形態について説明する。なお、以下に示す各図には、説明と理解を容易にするために、xyz直交座標系を設けた。
図1は、本実施形態のアクチュエータを備えたカメラの概要を示す図である。
本実施形態のカメラ100は、交換レンズ110と、交換レンズ110が着脱されるカメラ本体120とを有したデジタル一眼レフカメラである。
交換レンズ110は、撮影レンズLと、レンズ保持枠112と、回転筒111と、歯車113と、アクチュエータ1とを有している。
撮影レンズLは、被写体からの光を後述の撮像素子上に結像させるための撮影光学系であり、レンズ保持枠112に保持されている。なお、撮影レンズLは、通常、複数のレンズを組み合わせた構成となっている場合が多いが、ここでは簡単のため、ひとつのレンズとして説明を行なう。
レンズ保持枠112は、撮影レンズLを保持する略円環状の部材であり、その外周の径方向に突出した部分がカムフォロアとして回転筒111に形成されたカム溝111bに挿入されている。また、不図示の直進ガイド部を有し、光軸まわりで回転しないように移動可能な範囲が規制されている。
レンズ保持枠112は、撮影レンズLを保持する略円環状の部材であり、その外周の径方向に突出した部分がカムフォロアとして回転筒111に形成されたカム溝111bに挿入されている。また、不図示の直進ガイド部を有し、光軸まわりで回転しないように移動可能な範囲が規制されている。
回転筒111は、不図示の固定筒に対して回転可能に支持されており、外周側に歯車部111aが形成され、内周側にカム溝111bが螺旋状に形成されている。
歯車113は、回転筒111の歯車部111aと、後述のアクチュエータ1のロータ5に形成された歯車部5aとに噛み合っている。
アクチュエータ1については、後に詳細に説明するが、回転出力を行なうロータ5を備えており、その歯車部5aが歯車113と噛み合うようにして、交換レンズ110内に固定されている。
歯車113は、回転筒111の歯車部111aと、後述のアクチュエータ1のロータ5に形成された歯車部5aとに噛み合っている。
アクチュエータ1については、後に詳細に説明するが、回転出力を行なうロータ5を備えており、その歯車部5aが歯車113と噛み合うようにして、交換レンズ110内に固定されている。
カメラ本体120は、撮像素子121を備え、図中zプラス方向に設けられた不図示の開口部分に交換レンズ110を着脱自在となっている。また、不図示のオートフォーカス用のフォーカス検出部等を備えている。
カメラ本体120の不図示の電源が投入され、不図示のレリーズボタンが操作される等すると、フォーカス検出部が合焦状態の検出を開始する。合焦状態に応じて、不図示のカメラ内制御部が、交換レンズ110内の不図示のレンズ内制御部に指示を出し、レンズ内制御部がアクチュエータ1を駆動する。
アクチュエータ1が駆動されると、歯車部5aを介して回転駆動力が歯車113及び歯車部111aに伝達される。そうすると、回転筒111が回転駆動し、カム溝111bの移動にしたがって撮影レンズLが光軸方向(Z軸方向)に移動を行ない、合焦動作が行なわれる。
カメラ本体120の不図示の電源が投入され、不図示のレリーズボタンが操作される等すると、フォーカス検出部が合焦状態の検出を開始する。合焦状態に応じて、不図示のカメラ内制御部が、交換レンズ110内の不図示のレンズ内制御部に指示を出し、レンズ内制御部がアクチュエータ1を駆動する。
アクチュエータ1が駆動されると、歯車部5aを介して回転駆動力が歯車113及び歯車部111aに伝達される。そうすると、回転筒111が回転駆動し、カム溝111bの移動にしたがって撮影レンズLが光軸方向(Z軸方向)に移動を行ない、合焦動作が行なわれる。
図2は、本実施形態のアクチュエータの分解斜視図である。
図3は、本実施形態のアクチュエータをz軸方向から見た図及びxz平面で切断した断面図である。図3(a)は、z軸方向から見た図であり、図3(b)は、xz平面で切断した断面図である。なお、図3(b)には、理解を容易にするために、本来は断面上に現れない第2の圧電体ブロック20A,20Bを対応する位置に表記した。
本実施形態のアクチュエータ1は、固定部2と、基台3と、基台リング部4と、ロータ5と、ベアリング6と、ばね7と、ベアリング固定部8と、第1の圧電体ブロック10A,10Bと、第2の圧電体ブロック20A,20B等を有している。
図3は、本実施形態のアクチュエータをz軸方向から見た図及びxz平面で切断した断面図である。図3(a)は、z軸方向から見た図であり、図3(b)は、xz平面で切断した断面図である。なお、図3(b)には、理解を容易にするために、本来は断面上に現れない第2の圧電体ブロック20A,20Bを対応する位置に表記した。
本実施形態のアクチュエータ1は、固定部2と、基台3と、基台リング部4と、ロータ5と、ベアリング6と、ばね7と、ベアリング固定部8と、第1の圧電体ブロック10A,10Bと、第2の圧電体ブロック20A,20B等を有している。
固定部2は、z軸方向から見たときに正方形の貫通孔が開口された直方体形状となっている部材である。したがって、xマイナス方向、xプラス方向、yマイナス方向、yプラス方向のそれぞれに、z軸方向に平行な壁2a,2b,2c,2dが形成されている。
基台3は、固定部2の貫通孔内に配置される直方体形状の部材である。基台3は、z軸方向から見た形状が、正方形となっている。また、基台3は、Z軸方向の長さが、固定部2のz軸方向の長さと略一致している。さらに、基台3は、後述する第1の圧電体ブロック10Aと第1の圧電体ブロック10Bとに挟まれるとともに、第2の圧電体ブロック20Aと第2の圧電体ブロック20Bとに挟まれて支持されている。基台3のzマイナス側は不図示のゴム等の弾性部材によって基台3の駆動時の移動を制限しない程度に支持されている。
基台3は、剛性が高いことが望ましいので、金属やセラミックス等の材料により形成されている。この理由については、後述する。
基台3は、剛性が高いことが望ましいので、金属やセラミックス等の材料により形成されている。この理由については、後述する。
基台リング部4は、基台3のzプラス側に固定された円環状の部材である。基台リング部4は、円環の中心軸が基台3をz方向から見たときの形状である正方形の中心と一致するようにして、基台3に接着や蝋付け等により固定されている。基台リング部4の基台3とは反対側(zプラス側)の接触面4aは、表面粗さが均一となるように研磨され、かつ、摩耗を防止するために表面処理が施されている。基台リング部4の材質は、ステンレス鋼や黄銅等の金属、あるいは、それらの金属にメッキ等の表面処理を行ったもの、または、セラミックや硬質プラスチック等が望ましい。
ロータ5は、歯車部5aと、歯車部5aの回転中心であってzプラス側に設けられた軸部5bとを有し、zマイナス側の面が基台リング部4に対して接触した状態で回転可能なように後述のベアリング6により支持されている。ロータ5のzマイナス側の接触面5cは、平滑に研削されており、基台リング部4の接触面4aと同様に表面処理が施されている。ロータ5の歯車部5aは、アクチュエータ1の外部(交換レンズ110の不図示の固定筒)に回転可能に取り付けられた歯車113等に噛み合い、駆動力が出力される。
ベアリング6は、内輪と外輪とでボール状の転動体を挟み込んだボールベアリングユニットであり、内輪がロータ5の軸部5bと嵌合し、外輪が後述のベアリング固定部8のベアリング固定穴部8aに対して固定されている。
ばね7は、ベアリング6の内輪とベアリング固定部8との間に配置された圧縮コイルばねである。ばね7は、ベアリング固定部8を基準としてベアリング6の内輪に対してzマイナス方向に付勢力を与え、この付勢力によって、ロータ5は、基台リング部4に対してzマイナス方向に加圧された状態で接触している。
ばね7は、ベアリング6の内輪とベアリング固定部8との間に配置された圧縮コイルばねである。ばね7は、ベアリング固定部8を基準としてベアリング6の内輪に対してzマイナス方向に付勢力を与え、この付勢力によって、ロータ5は、基台リング部4に対してzマイナス方向に加圧された状態で接触している。
ベアリング固定部8は、ベアリング固定穴部8aと、ばね収容穴部8bとを備え、不図示の構造部材によって固定部2に対する相対的な位置関係が移動しないように固定されている。ベアリング固定部8は、ベアリング固定穴部8aにベアリング6の外輪が嵌合して固定されている。ベアリング固定穴部8aは、円形に形成されており、その中心が基台リング部4の円環の中心軸、及び、基台3をz方向から見たときの形状である正方形の中心と一致するように配置されている。また、ベアリング固定部8は、ばね収容穴部8b内にロータ5の軸部5bとばね7とを収容している。
第1の圧電体ブロック10A,10Bは、x軸方向における固定部2と基台3との間にあって、それぞれが基台3を挟んで対向するように配置されている。具体的には、第1の圧電体ブロック10Aは、固定部2の壁2aと基台3のxマイナス側の面3aとの間に配置されている。また、第1の圧電体ブロック10Bは、固定部2の壁2bと基台3のxプラス側の面3bとの間に配置されている。
図4は、第1の圧電体ブロック10Aを模式的に拡大して示した斜視図である。
第1の圧電体ブロック10Aは、固定部側支持板11と、圧電体12,13,14,15と、基台側支持板16と、接触子17Aとを、xマイナス側からこの順番で積層して接着して形成されている。
固定部側支持板11は、ステンレス鋼板等により形成されており、圧電体12とは反対側の面が、固定部2の壁2aに接着等により固定されている。
第1の圧電体ブロック10Aは、固定部側支持板11と、圧電体12,13,14,15と、基台側支持板16と、接触子17Aとを、xマイナス側からこの順番で積層して接着して形成されている。
固定部側支持板11は、ステンレス鋼板等により形成されており、圧電体12とは反対側の面が、固定部2の壁2aに接着等により固定されている。
圧電体12,13,14,15は、それぞれが、例えば、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)により形成され、電気エネルギを機械エネルギに変換する圧電素子や電歪素子等の電気機械変換素子である。この圧電体12,13,14,15は、固定部側支持板11と基台側支持板16との間に設けられており、そのそれぞれに対して所定の電極部と電気的に接続された不図示のフレキシブルプリント基板を介して制御部40と接続されている。圧電体12,13,14,15は、それぞれに所定の電圧が印加されることにより、その板圧方向(x方向)に伸び、また、電圧の印加が停止されることにより、電圧印加前の厚さに戻る(縮む)。
基台側支持板16は、圧電体15の基台3側に設けられており、その基台3側の表面の略中央に接触子17Aが固定されている。
接触子17Aは、基台側支持板16の表面から基台3側に突出するように設けられ、その先端が基台3のxマイナス側の面3aに接触している。接触子17Aは、例えば、鋼球の一部を切り欠いたいわゆる欠球を基台側支持板16に対して固定してもよいし、基台側支持板16を加工して同様な形状を形成してもよい。
接触子17Aは、基台側支持板16の表面から基台3側に突出するように設けられ、その先端が基台3のxマイナス側の面3aに接触している。接触子17Aは、例えば、鋼球の一部を切り欠いたいわゆる欠球を基台側支持板16に対して固定してもよいし、基台側支持板16を加工して同様な形状を形成してもよい。
なお、第1の圧電体ブロック10Bは、配置方向が異なる他は、第1の圧電体ブロック10Aと同様な形態であり、その詳しい構成の説明は省略する。また、後述する第2の圧電体ブロック20A,20Bも同様である。ここで、接触子については、後述の説明で必要であることから、第1の圧電体ブロック10Bの接触子を接触子17B、第2の圧電体ブロック20Aの接触子を接触子27A、第2の圧電体ブロック20Bの接触子を接触子27Bと符号を付した。
制御部40は、不図示の駆動回路を含み、駆動回路から各圧電体に供給される交番電圧からなる駆動信号の位相と、振幅と、周波数を、圧電体毎に独立して制御する。
制御部40は、不図示の駆動回路を含み、駆動回路から各圧電体に供給される交番電圧からなる駆動信号の位相と、振幅と、周波数を、圧電体毎に独立して制御する。
図2,3に戻って、第1の圧電体ブロック10A,10B等の説明を続ける。
先に述べたように、第1の圧電体ブロック10A,10Bは、x軸方向における固定部2と基台3との間にあって、それぞれが基台3を挟んで対向するように配置されているが、それぞれの接触子17A,17Bが基台3と接触している位置は、基台3のz軸方向の長さの中心位置よりもzプラス側に寄った位置となっている。
また、第1の圧電体ブロック10Aの接触子17Aと第1の圧電体ブロック10Bの接触子17Bとを結んだ仮想線(図5の第1の仮想線T1参照)は、x軸と略平行となっている。
第1の圧電体ブロック10Aが伸びるように電圧を印加することと略同時に第1の圧電体ブロック10Bには電圧が印加されないようにすれば、第1の圧電体ブロック10Aの接触子17A及び第1の圧電体ブロック10Bの接触子17Bがともにxプラス方向に変位する。これにより、接触子17A,17Bの位置では、基台3がxプラス方向に変位可能である。一方、電圧の印加、解除を逆にすれば、xマイナス方向に基台3が変位可能である。このように、第1の圧電体ブロック10Aの接触子17A及び第1の圧電体ブロック10Bの接触子17Bは、x軸に沿った方向(上記第1の仮想線T1に沿った方向)に移動する。
先に述べたように、第1の圧電体ブロック10A,10Bは、x軸方向における固定部2と基台3との間にあって、それぞれが基台3を挟んで対向するように配置されているが、それぞれの接触子17A,17Bが基台3と接触している位置は、基台3のz軸方向の長さの中心位置よりもzプラス側に寄った位置となっている。
また、第1の圧電体ブロック10Aの接触子17Aと第1の圧電体ブロック10Bの接触子17Bとを結んだ仮想線(図5の第1の仮想線T1参照)は、x軸と略平行となっている。
第1の圧電体ブロック10Aが伸びるように電圧を印加することと略同時に第1の圧電体ブロック10Bには電圧が印加されないようにすれば、第1の圧電体ブロック10Aの接触子17A及び第1の圧電体ブロック10Bの接触子17Bがともにxプラス方向に変位する。これにより、接触子17A,17Bの位置では、基台3がxプラス方向に変位可能である。一方、電圧の印加、解除を逆にすれば、xマイナス方向に基台3が変位可能である。このように、第1の圧電体ブロック10Aの接触子17A及び第1の圧電体ブロック10Bの接触子17Bは、x軸に沿った方向(上記第1の仮想線T1に沿った方向)に移動する。
ここで、第1の圧電体ブロック10A、10Bが双方同一寸法となっているとして、第1の圧電体ブロック10A、10Bの電圧が印加されていないときの厚さ(すなわち、固定部側支持板11のxマイナス側の面から接触子17Aの先端までの厚さ)をt(min)とし、駆動時の最大電圧が印加されているときの厚さをt(max)とする。
また、固定部2の貫通孔のx方向の幅をB2、基台3のx方向の幅(基台3のxマイナス側の面3aからxプラス側の面3bまでの幅)をB3とすると、以下の関係式を満たすようにするとよい。
B2−B3≦t(min)+t(max)
この式を満たすことにより、第1の圧電体ブロック10A,10Bに対して適切な予圧を掛けておくことができ、第1の圧電体ブロック10A,10Bに対する電圧の印加を解除したときの縮小が十分に行なわれる。
また、固定部2の貫通孔のx方向の幅をB2、基台3のx方向の幅(基台3のxマイナス側の面3aからxプラス側の面3bまでの幅)をB3とすると、以下の関係式を満たすようにするとよい。
B2−B3≦t(min)+t(max)
この式を満たすことにより、第1の圧電体ブロック10A,10Bに対して適切な予圧を掛けておくことができ、第1の圧電体ブロック10A,10Bに対する電圧の印加を解除したときの縮小が十分に行なわれる。
第2の圧電体ブロック20A,20Bは、配置及びその駆動制御以外は、先にも述べたように、上述の第1の圧電体ブロック10A,10Bと同様な形態をしている。
第2の圧電体ブロック20A,20Bは、y軸方向における固定部2と基台3との間にあって、それぞれが基台3を挟んで対向するように配置されている。具体的には、第2の圧電体ブロック20Aは、固定部2の壁2cと基台3のyマイナス側の面3cとの間に配置されている。また、第2の圧電体ブロック20Bは、固定部2の壁2dと基台3のyマイナス側の面3dとの間に配置されている。
第2の圧電体ブロック20A,20Bは、y軸方向における固定部2と基台3との間にあって、それぞれが基台3を挟んで対向するように配置されている。具体的には、第2の圧電体ブロック20Aは、固定部2の壁2cと基台3のyマイナス側の面3cとの間に配置されている。また、第2の圧電体ブロック20Bは、固定部2の壁2dと基台3のyマイナス側の面3dとの間に配置されている。
第2の圧電体ブロック20A,20Bそれぞれの接触子27A,27Bが基台3と接触している位置は、基台3のz軸方向の長さの中心位置よりもzマイナス側に寄った位置となっている。
また、第2の圧電体ブロック20Aの接触子27Aと第2の圧電体ブロック20Bの接触子27Bとを結んだ仮想線(図5の第2の仮想線T2参照)は、y軸と略平行となっている。
第2の圧電体ブロック20Aが伸びるように電圧を印加することと略同時に第2の圧電体ブロック20Bには電圧が印加されないようにすれば、第2の圧電体ブロック20Aの接触子27A及び第2の圧電体ブロック20Bの接触子27Bがともにyプラス方向に変位する。これにより、接触子27A,27Bの位置では、基台3がyプラス方向に変位可能である。一方、電圧の印加、解除を逆にすれば、yマイナス方向に基台3が変位可能である。このように、第2の圧電体ブロック20Aの接触子27A及び第2の圧電体ブロック20Bの接触子27Bは、y軸に沿った方向(上記第2の仮想線T2に沿った方向)に移動する。
また、第2の圧電体ブロック20Aの接触子27Aと第2の圧電体ブロック20Bの接触子27Bとを結んだ仮想線(図5の第2の仮想線T2参照)は、y軸と略平行となっている。
第2の圧電体ブロック20Aが伸びるように電圧を印加することと略同時に第2の圧電体ブロック20Bには電圧が印加されないようにすれば、第2の圧電体ブロック20Aの接触子27A及び第2の圧電体ブロック20Bの接触子27Bがともにyプラス方向に変位する。これにより、接触子27A,27Bの位置では、基台3がyプラス方向に変位可能である。一方、電圧の印加、解除を逆にすれば、yマイナス方向に基台3が変位可能である。このように、第2の圧電体ブロック20Aの接触子27A及び第2の圧電体ブロック20Bの接触子27Bは、y軸に沿った方向(上記第2の仮想線T2に沿った方向)に移動する。
次に、本実施形態のアクチュエータの動作について説明する。
図5は、本実施形態のアクチュエータの動作状態を模式的に説明する図である。
上述したように、第1の圧電体ブロック10A,10Bの接触子17A,17Bの位置では、基台3がxプラス方向とxマイナス方向とに変位可能であり、第2の圧電体ブロック20A,20Bの接触子27A,27Bの位置では、基台3がyプラス方向とyマイナス方向とに変位可能である。
アクチュエータ1を駆動するには、第1の圧電体ブロック10A,10Bと、第2の圧電体ブロック20A,20Bのそれぞれに対して、制御部から交番電圧を駆動信号として印加する。そして、この交番電圧の位相と振幅とを適切に制御することにより、接触子17A,17Bの変位するタイミングと変位量、及び、接触子27A,27Bの変位するタイミングと変位量を制御する。これらの制御によって、基台3の接触子17A,17Bと接触している位置の変位と接触子27A,27Bと接触している位置の変位とを制御でき、基台3の動きを制御可能である。
図5は、本実施形態のアクチュエータの動作状態を模式的に説明する図である。
上述したように、第1の圧電体ブロック10A,10Bの接触子17A,17Bの位置では、基台3がxプラス方向とxマイナス方向とに変位可能であり、第2の圧電体ブロック20A,20Bの接触子27A,27Bの位置では、基台3がyプラス方向とyマイナス方向とに変位可能である。
アクチュエータ1を駆動するには、第1の圧電体ブロック10A,10Bと、第2の圧電体ブロック20A,20Bのそれぞれに対して、制御部から交番電圧を駆動信号として印加する。そして、この交番電圧の位相と振幅とを適切に制御することにより、接触子17A,17Bの変位するタイミングと変位量、及び、接触子27A,27Bの変位するタイミングと変位量を制御する。これらの制御によって、基台3の接触子17A,17Bと接触している位置の変位と接触子27A,27Bと接触している位置の変位とを制御でき、基台3の動きを制御可能である。
例えば、第1の圧電体ブロック10A,10Bと第2の圧電体ブロック20A,20Bとに印加する交番電圧の振幅を同等とし、位相を略90度ずらすことにより、基台3は、図5に示す頂点で対向した円錐CSを描くように基台3の中心(非駆動時にz軸に沿った方向の仮想中心軸)が運動する。基台リング部4は、基台3と一体で運動(変位)するので、その接触面4aも基台3の運動に従い変位する。先に述べたように、接触面4aには、ロータ5が接触面5cで加圧接触しているので、ロータ5は、接触面4aとの摩擦力によって駆動力を得る。基台3は、その中心がz軸に対して傾く形態で運動するので、接触面4aは、接触面5cに対して略点接触し、その接触位置が変化しながら変位が継続される。
ロータ5は、ベアリング6によって回転のみ可能なようにその移動が制限されているので、接触面4aから得た駆動力によって、ロータ5は回転力を得ることができる。
第1の圧電体ブロック10A,10Bと第2の圧電体ブロック20A,20Bとに印加する交番電圧の振幅と位相とを適宜変化させることにより、ロータ5が接触面4aから受ける摩擦力の方向を制御でき、ロータ5の回転を制御できる。
上述したように、基台3は、第1の圧電体ブロック10A,10Bと第2の圧電体ブロック20A,20Bとが発生する変位によって運動するものであり、従来の超音波モータの弾性体等のように、自らが屈曲運動等を行なうものではない。基台3が果たす役割は、第1の圧電体ブロック10A,10Bと第2の圧電体ブロック20A,20Bとが発生する変位を確実に接触面4aの変位として伝えることであり、そのためには、基台3自体が変形しにくいことが望ましい。したがって、基台3は、できる限り弾性係数が高い材料を用いて、剛性を高くするとよい。また、第1の圧電体ブロック10A,10B、及び、第2の圧電体ブロック20A,20Bから接触面4aまでの距離を長くした方が、接触面4aにおいて大きな変位が得られる。ただし、基台3のz軸方向の寸法を長くすることにより、基台3自体が変形しやすくなり、また、大型化する点に考慮する必要がある。
第1の圧電体ブロック10A,10Bと第2の圧電体ブロック20A,20Bとに印加する交番電圧の振幅と位相とを適宜変化させることにより、ロータ5が接触面4aから受ける摩擦力の方向を制御でき、ロータ5の回転を制御できる。
上述したように、基台3は、第1の圧電体ブロック10A,10Bと第2の圧電体ブロック20A,20Bとが発生する変位によって運動するものであり、従来の超音波モータの弾性体等のように、自らが屈曲運動等を行なうものではない。基台3が果たす役割は、第1の圧電体ブロック10A,10Bと第2の圧電体ブロック20A,20Bとが発生する変位を確実に接触面4aの変位として伝えることであり、そのためには、基台3自体が変形しにくいことが望ましい。したがって、基台3は、できる限り弾性係数が高い材料を用いて、剛性を高くするとよい。また、第1の圧電体ブロック10A,10B、及び、第2の圧電体ブロック20A,20Bから接触面4aまでの距離を長くした方が、接触面4aにおいて大きな変位が得られる。ただし、基台3のz軸方向の寸法を長くすることにより、基台3自体が変形しやすくなり、また、大型化する点に考慮する必要がある。
本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
(1)第1の圧電体ブロック10A,10Bと第2の圧電体ブロック20A,20Bとが発生する変位自体を利用して駆動力とするので、単純な形状の基台3によりロータ5を駆動することができる。
(1)第1の圧電体ブロック10A,10Bと第2の圧電体ブロック20A,20Bとが発生する変位自体を利用して駆動力とするので、単純な形状の基台3によりロータ5を駆動することができる。
(2)基台3自体を変形させる必要がないので、基台3の共振周波数を考慮した設計とする必要もなく、基台3を含めたアクチュエータ1全体の設計自由度を高くできる。また、基台3自体の変形を動作原理として利用しないことから、動作原理が単純であり、アクチュエータ1の出力特性を容易に最適化できる。
(3)第1の圧電体ブロック10Aの接触子17A及び第1の圧電体ブロック10Bの接触子17Bがともにx軸に沿った方向(第1の仮想線T1方向)に変位し、第2の圧電体ブロック20Aの接触子27A及び第2の圧電体ブロック20Bの接触子27Bがともにy軸に沿った方向(第2の仮想線T2方向)に変位する。したがって、ロータ5の加圧されている方向であるz軸方向に沿った方向(すなわち、第1の仮想線T1と第2の仮想線T2とを最短距離で結ぶ仮想の直線に沿った方向)から見たときに、この第1の仮想線T1方向と第2の仮想線T2方向とは略90度の角度をなしている。言い換えると、加圧方向に対して、第1の仮想線T1と第2の仮想線T2とが、それぞれ略90度の角度をなしている。このような配置とすることにより、第1の仮想線T1(第1の圧電体ブロック10A及び10Bによる基台3の変位の方向)と第2の仮想線T2(第2の圧電体ブロック20A及び20Bによる基台3の変位の方向)とロータ5が加圧接触するときの加圧方向との配置のバランスがよく、ロータの駆動をムラ無く行なうことができ、また、ロータ5を等速度制御する場合に制御を容易に行える。
(4)第1の圧電体ブロック10Aと第1の圧電体ブロック10Bとは、基台3を挟み込む形態で互いが対向するように配置され、同様に、第2の圧電体ブロック20Aと第2の圧電体ブロック20Bとは、基台3を挟み込む形態で互いが対向するように配置されている。このように各圧電体ブロック(10A,10B,20A,20B)を対向配置することにより、これらが対向配置されていない場合と比べて、各圧電体ブロック(10A,10B,20A,20B)に印加される交番電圧の周波数を高くしても、安定して動作することができる。
(5)制御部40によって各圧電体ブロック(10A,10B,20A,20B)の圧電体毎に、印加される交番電圧(駆動信号)の位相と、振幅と、周波数を、圧電体毎に独立して制御するので、駆動状態に応じた細かい制御を行なうことができる。
(6)ベアリング6によりロータ5の移動を一軸まわりの回転に規制しているので、回転力を容易に取出すことができる。
(7)接触子17A,17B,27A,27Bは、いずれも基台3に対して略点接触しているので、基台3の運動を規制することなく、必要な変位を基台3に伝達可能である。
(7)接触子17A,17B,27A,27Bは、いずれも基台3に対して略点接触しているので、基台3の運動を規制することなく、必要な変位を基台3に伝達可能である。
(8)第1の圧電体ブロック10A,10B、及び、第2の圧電体ブロック20A,20Bは、いずれも圧電体を利用しているので、簡単な構成により変位を基台3に伝えることができる。
(9)第1の圧電体ブロック10A,10B、及び、第2の圧電体ブロック20A,20Bは、いずれも複数の圧電体を積層しているので、従来の超音波モータ等と比較して、低い駆動電圧により駆動することができる。
(変形形態)
以上、説明した実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の範囲内である。
(1)本実施形態では、基台リング部4は、基台3とは別部材により形成し、これを基台3に対して固定した例を示したが、これに限らず、例えば、基台3と一体で形成してもよい。
以上、説明した実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の範囲内である。
(1)本実施形態では、基台リング部4は、基台3とは別部材により形成し、これを基台3に対して固定した例を示したが、これに限らず、例えば、基台3と一体で形成してもよい。
(2)本実施形態では、第1の圧電体ブロック10Aと第1の圧電体ブロック10Bとは、基台3を挟む形態で対向配置する例を示したが、これに限らず、例えば、第1の圧電体ブロック10Aに相当する部分のみを配置し、基台3を挟んで第1の圧電体ブロック10Aに相当する部分と対向する位置(実施形態において第1の圧電体ブロック10Bが配置されていた位置)には、バネ材等により形成された反力発生部を設けてもよい。これは、第2の圧電体ブロック20Aと第2の圧電体ブロック20Bとの部分についても同様である。
(3)本実施形態では、ロータ5により回転駆動力を取出す例を示したが、これに限らず、例えば、一方向の直進移動のみを行なうようにガイドされた相対移動部材をロータ5に代わり設けてもよいし、移動方向を全く規制せずに、xy平面方向に平行な方向において自由な方向に移動可能な相対移動部材をロータ5に代わり設けてもよい。
(4)本実施形態では、各圧電体ブロックに複数の圧電体を積層して用いる例を示したが、これに限らず、例えば、各圧電体ブロックには、単一の圧電体を配置してもよい。また、圧電体に限らず、例えば、電磁ソレノイドを用いて変位を取りだしてもよいし、人工筋肉等と呼ばれる各種の変位を取出すことのできる部材等を用いてもよい。
(5)本実施形態では、第1の圧電体ブロック10Aの接触子17A及び第1の圧電体ブロック10Bの接触子17Bが基台3を変位させる方向(第1の仮想線T1の方向)と、第2の圧電体ブロック20Aの接触子27A及び第2の圧電体ブロック20Bの接触子27Bが基台3を変位させる方向(第2の仮想線T2の方向)と、ロータ5が加圧される加圧方向とが、それぞれ、x軸方向、y軸方向、z軸方向と同じ方向となっている例を示したが、これに限らず、例えば、加圧方向がz軸方向に対して角度をなす方向となっていてもよいし、加圧方向に沿った方向から見たときに第1の仮想線T1の方向と第2の仮想線T2の方向とが直角以外の角度をなすようになっていてもよく、これらの角度関係は、本実施形態に示した以外の様々な角度関係を持つようにしてよい。
(6)本実施形態において、アクチュエータ1は、カメラ100のフォーカス動作時のレンズの駆動源として用いられる例を示したが、これに限らず、例えば、カメラ100のズーム動作時の駆動源としてもよいし、カメラの撮像系の一部を駆動して手振れを補正する手振れ補正機構の駆動源として用いてもよい。また、複写機の駆動部、自動車のハンドルチルト装置やヘッドレストの駆動部、時計の駆動装置等に用いてもよい。
なお、本実施形態及び変形形態は、適宜組み合わせて用いることもできるが、詳細な説明は省略する。また、本発明は以上説明した実施形態によって限定されることはない。
なお、本実施形態及び変形形態は、適宜組み合わせて用いることもできるが、詳細な説明は省略する。また、本発明は以上説明した実施形態によって限定されることはない。
1:アクチュエータ、2:固定部、3:基台、4:基台リング部、5:ロータ、6:ベアリング、7:ばね、8:ベアリング固定部、10A,10B:第1の圧電体ブロック、20A,20B:第2の圧電体ブロック
Claims (13)
- 基台と、
前記基台に対して接触する第1の接触部を有し、前記第1の接触部が第1の方向に変位する第1の変位部と、
前記基台に対して接触する第2の接触部を有し、前記第2の接触部が前記第1の方向とは異なる方向であって前記第1の方向とは交差しない第2の方向に変位する第2の変位部と、
前記第1の方向及び前記第2の方向とは異なる方向である第3の方向に加圧された状態で前記基台に接触する相対移動部材と、
を備えるアクチュエータ。 - 請求項1に記載のアクチュエータにおいて、
前記第1の方向及び前記第2の方向は、それぞれ、前記第1の接触部及び前記第2の接触部を介して前記基台を変位可能な方向であること、
を特徴とするアクチュエータ。 - 請求項1又は請求項2に記載のアクチュエータにおいて、
前記第1の方向と前記第2の方向とを最短距離で結ぶ仮想直線に沿った方向から見たときに、前記第1の方向と前記第2の方向とが略90度の角度をなすこと、
を特徴とするアクチュエータ。 - 請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載のアクチュエータにおいて、
前記第3の方向から見たときに、前記第1の方向と前記第2の方向とが略90度の角度をなすこと、
を特徴とするアクチュエータ。 - 請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載のアクチュエータにおいて、
前記第3の方向に対して、前記第1の方向と前記第2の方向とが、それぞれ略90度の角度をなすこと、
を特徴とするアクチュエータ。 - 請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載のアクチュエータにおいて、
前記第1の変位部及び前記第2の変位部の少なくとも一方は、
前記基台を挟み込むように対向配置されていること、
を特徴とするアクチュエータ。 - 請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載のアクチュエータにおいて、
前記第1の変位部及び前記第2の変位部に対して印加される交番電圧の位相及び振幅の少なくとも一方を制御する制御部を有すること、
を特徴とするアクチュエータ。 - 請求項1から請求項7までのいずれか1項に記載のアクチュエータにおいて、
前記相対移動部材の移動を一軸まわりの回転に規制するように支持する支持部を有すること、
を特徴とするアクチュエータ。 - 請求項1から請求項8までのいずれか1項に記載のアクチュエータにおいて、
前記第1の接触部と前記第2の接触部の少なくとも一方は、前記基台に対して略点接触すること、
を特徴とするアクチュエータ。 - 請求項1から請求項8までのいずれか1項に記載のアクチュエータにおいて、
前記第1の変位部と前記第2の変位部の少なくとも一方は、圧電体を有すること、
を特徴とするアクチュエータ。 - 請求項10に記載のアクチュエータにおいて、
前記圧電体は、複数が積層されていること、
を特徴とするアクチュエータ。 - 請求項1から請求項11までのいずれか1項に記載のアクチュエータを備えたレンズ鏡筒。
- 請求項1から請求項11までのいずれか1項に記載のアクチュエータを備えたカメラ。
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JP2010237352A (ja) * | 2009-03-31 | 2010-10-21 | Nikon Corp | 駆動装置及びレンズ鏡筒 |
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JP2014204666A (ja) * | 2013-04-04 | 2014-10-27 | マサチューセッツ インスティテュート オブ テクノロジー | モータ、制御システム及び制御方法 |
JP2017535808A (ja) * | 2014-11-12 | 2017-11-30 | アクチュエーター・ソリュ—ションズ・ゲーエムベーハー | カメラモジュールオートフォーカス作動装置およびその制御方法 |
-
2007
- 2007-09-03 JP JP2007228211A patent/JP2009060768A/ja active Pending
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