JP2010051055A - 駆動装置及び光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で圧電アクチュエータの動作不具合を回避することができる駆動装置及び光学装置を提供する。
【解決手段】圧電素子１に駆動軸２を取り付けたアクチュエータ１０を有し、駆動信号により圧電素子１を伸縮させ、圧電素子１の伸縮動作に応じて駆動軸２を往復運動させて、駆動軸２に摩擦係合させた被駆動部材３を移動させる駆動装置であって、圧電素子１の伸縮動作開始から所定時間までの期間は、期間後の被駆動部材３の移動時に出力する駆動信号に比べて、被駆動部材３に加わる静止時推力Ｆが大きく被駆動部材３の移動時速度Ｖが遅い駆動信号を圧電素子１に出力する制御部８１を備えることで、動作開始直後からスムーズに被駆動部材３を移動させることが可能となる。
【選択図】図６

Description

本発明は、被駆動部材を駆動させる駆動装置及びその駆動装置を備える光学装置に関するものである。

従来の駆動装置及び光学装置として、圧電素子に駆動軸を取り付けたアクチュエータ（圧電アクチュエータ）を有するものが知られている。例えば、特許文献１〜４には、駆動信号により圧電素子を伸縮させ、圧電素子の伸縮動作に応じて駆動軸を往復運動させて、駆動軸に摩擦係合させた被駆動部材を移動させるものが開示されている。

特許文献１記載の駆動装置は、駆動開始、駆動停止及び駆動方向反転の際に、圧電素子への印加時間を制御することで被駆動部材の移動速度を制御するものである。特許文献２記載の駆動装置は、駆動波形を予めメモリに記憶しておき、被駆動部材の目標駆動方向及び目標駆動速度に応じて、記憶された駆動波形を選択し、駆動速度を制御するものである。特許文献３記載の駆動装置は、被駆動部材の移動速度が所定値より小さい場合には、圧電アクチュエータの共振周波数を駆動周波数に設定し、圧電アクチュエータを駆動させるものである。特許文献４記載の駆動装置は、被駆動部材が所定位置にある場合には、圧接軽減板バネを用いて被駆動部材の駆動軸への接触圧力を軽減するものである。
特開平９−１９１６７６号公報 特開平１１−１５５２９２号公報 特開２００６−１１５６３１号公報 特開平１１−３１８０９１号公報

ここで、駆動装置にあっては、使用期間や使用頻度に応じて圧電アクチュエータの駆動特性が変化する。例えば、使用期間や使用頻度に応じて移動対象の被駆動部材の動きだしが鈍くなる場合がある。このため、特許文献１、２記載の駆動装置にあっては、被駆動部材の動き出しの時点で目標とする駆動制御を行なうことができず、動作不具合となるおそれがある。また、特許文献３記載の駆動装置にあっては、アクチュエータの共振周波数で駆動させるため、動き出しトルクが低くなり動作不具合となるおそれがある。また、特許文献４記載の駆動装置にあっては、圧接軽減手段を新たに設ける必要があるため、構造が複雑化するおそれがある。

そこで本発明は、このような技術課題を解決するためになされたものであって、簡易な構成で圧電アクチュエータの動作不具合を回避することができる駆動装置及び光学装置を提供することを目的とする。

すなわち本発明に係る駆動装置は、圧電素子に駆動軸を取り付けたアクチュエータを有し、駆動信号により圧電素子を伸縮させ、圧電素子の伸縮動作に応じて駆動軸を往復運動させて、駆動軸に摩擦係合させた被駆動部材を移動させる駆動装置であって、圧電素子の伸縮動作開始から所定時間までの期間は、期間後の被駆動部材の移動時に出力する第１駆動信号に比べて、被駆動部材に加わる推力が大きく被駆動部材の移動速度が遅い第２駆動信号を圧電素子に出力する駆動信号制御手段を備えて構成される。

本発明に係る駆動装置は、アクチュエータの動作開始から所定時間までの期間に出力する駆動信号を、所定の期間後において出力する第１駆動信号に比べて、被駆動部材に加わる推力が大きく被駆動部材の移動速度が遅い信号とする。このため、開始直後の期間において、移動時よりも大きい推力を被駆動部材に加えることができるので、動作開始直後からスムーズに被駆動部材を移動させることが可能となる。よって、新たに圧接軽減手段を設ける事無く、駆動信号の制御により簡易な構成で動作不具合を回避することができる。

ここで、駆動信号制御手段は、駆動信号としてパルス信号を用い、前記期間に出力するパルス信号のパルス間隔を、前記期間後の被駆動部材の移動時に出力するパルス信号のパルス間隔とは異なるパルス間隔とすることが好適である。このように構成することで、パルス信号のパルス間隔を制御して、被駆動部材に加わる推力、及び被駆動部材の移動速度を制御することができる。

また、パルス信号のパルス間隔を制御する場合には、駆動信号制御手段は、前記期間に出力するパルス信号のパルス間隔を、前記期間後の被駆動部材の移動時に出力するパルス信号のパルス間隔よりも大きくすることが好適である。このように構成することで、パルス信号のパルス間隔を制御して、所定の期間に圧電素子に印加される電圧の印加時間を、前記期間後の移動時よりも長くすることができる。よって、所定の期間の駆動信号を、期間後に出力する駆動信号に比べて、被駆動部材に加わる推力が大きく被駆動部材の移動速度の遅い信号とすることができる。

また、駆動信号制御手段は、駆動信号の駆動周波数をアクチュエータの共振周波数より小さくすることが好適である。このように構成することで、共振周波数以上の周波数で駆動させる場合に発生する推力低下を回避することができる。

さらに、駆動信号制御手段は、連続するパルス信号を圧電素子の両端にそれぞれ出力して圧電素子を伸縮させ、一方の端に出力するパルス信号の立ち下がりと他方の端に出力するパルス信号の立ち上がりによって規定されるタイムラグ、及び各パルス信号の幅を変更せずに、一方あるいは双方のパルス信号のパルス間隔を変更することが好適である。このように構成することで、一層簡易に動作不具合を回避することができる。

また、本発明に係る光学装置は、上述した駆動装置を備えて構成される。この光学装置によれば、上述した駆動装置を備えていることから、光学部材を効率良く駆動特性を取得することができる。

本発明によれば、簡易な構成で圧電アクチュエータの動作不具合を回避することができる。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

本実施形態に係る駆動装置は、例えば屈曲光学系を有する撮像装置に好適に採用されるものである。図１は、本実施形態に係る駆動装置を適用した撮像装置（光学装置）の撮像光学系を示す概要図である。撮像装置は、例えば図１に示すように、固定レンズ１０５、プリズム１０４、移動レンズ９０、１０２、固定レンズ１０１及び撮像素子８２を備えている。そして、本実施形態に係る駆動装置が、移動レンズ９０、１０２を光軸Ｏに沿って移動させる機能を有している。以下では説明理解の容易性を考慮し、移動レンズ９０を移動させる駆動装置について詳細を説明する。

図２は、本実施形態に係る駆動装置の断面図である。図２に示すように、本実施形態に係る駆動装置は、圧電素子１に駆動軸２を取り付けたアクチュエータ１０を有し、圧電素子１の伸縮に応じて駆動軸２を往復移動させ、駆動軸２に摩擦係合される被駆動部材３を駆動軸２に沿って移動させる装置である。この駆動装置は、例えばレンズや撮像素子等の光学部材を移動させるために、撮像装置等の光学装置に好適に用いられるものである。

圧電素子１は、駆動信号の入力により伸縮可能な電気機械変換素子であり、所定の方向へ伸長及び収縮可能となっている。この圧電素子１は、制御部（駆動信号制御手段）８１に接続され、その制御部８１により電気信号を入力されることにより伸縮する。例えば、圧電素子１には、二つの入力端子１１ａ、１１ｂが設置される。この入力端子１１ａ、１１ｂに印加される電圧を繰り返して増減させることにより、圧電素子１が伸長及び収縮を繰り返すこととなる。なお、電気機械変換素子としては駆動信号の入力により伸縮するものであれば、導電性高分子からなる材料や形状記憶合金等、圧電素子１以外のものを用いてもよい。

駆動軸２は、圧電素子１の伸縮方向に長手方向を向けて圧電素子１に取り付けられている。例えば、駆動軸２の一端が圧電素子１に当接され接着剤２１を用いて接着されている。この駆動軸２は、長尺状の部材であり、例えば円柱状のものが用いられる。駆動軸２は、固定枠４から内側へ延びる仕切り部４ａ、仕切り部４ｃにより長手方向に沿って移動可能に支持されている。仕切り部４ｂ、仕切り部４ｃは、被駆動部材３の移動領域を仕切るための部材であり、駆動軸２の支持部材としても機能している。固定枠４は、圧電素子１、駆動軸２及び被駆動部材３などを収容し組み付けるための筐体として機能する。

駆動軸２の材質は、軽く高剛性のものが適している。なお、駆動軸２の形状は円柱状に限定されるものではなく、角柱状でもよい。

仕切り部４ｂ、仕切り部４ｃには、駆動軸２を貫通させる貫通孔４ａがそれぞれ形成されている。仕切り部４ｂは、駆動軸２の圧電素子１取付部分の近傍箇所、すなわち駆動軸２の基端箇所を支持している。仕切り部４ｃは、駆動軸２の先端箇所を支持している。駆動軸２は、圧電素子１に取り付けられることにより、圧電素子１の伸長及び収縮の繰り返し動作に応じて、その長手方向に沿って往復移動する。

なお、図２では、駆動軸２を仕切り部４ｂ、４ｃによりその先端側と基端側の二箇所で支持する場合を示しているが、駆動軸２をその先端側又は基端側の一方で支持する場合もある。例えば、仕切り部４ｂの貫通孔４ａを駆動軸２の外径より大きく形成することにより、駆動軸２が仕切り部４ｃにより先端箇所のみで支持されることとなる。また、仕切り部４ｃの貫通孔４ａを駆動軸２の外径より大きく形成することにより、駆動軸２が仕切り部４ｂにより基端箇所のみで支持されることとなる。

また、図２では、駆動軸２を支持する仕切り部４ｂ、４ｃが固定枠４と一体になっている場合について示したが、これらの仕切り部４ｂ、４ｃは固定枠４と別体のものを固定枠４に取り付けて設けてもよい。別体の場合であっても、一体となっている場合と同様な機能、効果が得られる。

被駆動部材３は、駆動軸２に移動可能に取り付けられている。この被駆動部材３は、駆動軸２に対し摩擦係合されて取り付けられ、駆動軸２の長手方向に沿って移動可能となっている。例えば、被駆動部材３は、板バネ７により駆動軸２に圧接されて所定の摩擦係数で係合しており、一定の押圧力で駆動軸２に押し付けられることによってその移動の際に一定の摩擦力が生ずるように取り付けられている。この摩擦力を超えるように駆動軸２が移動することにより、慣性により被駆動部材３がその位置を維持し、その被駆動部材３に対し相対的に駆動軸２が移動する。

圧電素子１は、支持部材５により固定枠４に取り付けられている。支持部材５は、圧電素子１をその伸縮方向に対して側方から支持して取り付けるものであり、圧電素子１と固定枠４との間に配設されている。この場合、支持部材５により圧電素子１をその伸縮方向と直交する方向から支持することが好ましい。この支持部材５は、圧電素子１を側方から支持して取り付ける取付部材として機能している。

このように支持部材５によりアクチュエータ１０が圧電素子１の伸縮方向に対し側方側から支持されており、アクチュエータ１０の両端は圧電素子１の伸縮方向へ移動可能な自由端となっている。このため、アクチュエータ１０が駆動しても圧電素子１の伸縮による振動が固定枠４側へ伝達されにくい構造となっている。従って、アクチュエータ１０の駆動信号をアクチュエータ１０自体の共振周波数に関連づけて設定することが有効となっている。

支持部材５は、所定以上の弾性特性を有する弾性体により形成され、例えばシリコーン樹脂により形成される。支持部材５は、圧電素子１を挿通させる挿通孔５ａを形成して構成され、その挿通孔５ａに圧電素子１を挿通させた状態で固定枠４に組み付けられている。支持部材５の固定枠４への固着は、接着剤２２による接着により行われる。また、支持部材５と圧電素子１の間の固着も、接着剤による接着により行われる。この支持部材５を弾性体によって構成することにより、圧電素子１をその伸縮方向に移動可能に支持することができる。図２において、支持部材５が圧電素子１の両側に二つ図示されているが、この支持部材５、５は環状の支持部材５の断面をとることによって二つに図示されたものである。

なお、支持部材５の固定枠４への固着及び圧電素子１への固着は、固定枠４と圧電素子１の間に支持部材５を圧入し、支持部材５の押圧によって行ってもよい。例えば、支持部材５を弾性体により構成し、かつ、固定枠４と圧電素子１の間より大きく形成して、その間に圧入して設置する。これにより、支持部材５は、固定枠４及び圧電素子１に密着して配設される。この場合、圧電素子１は、支持部材５により伸縮方向に直交する方向の両側から押圧される。これによって、圧電素子１が支持される。

また、ここでは支持部材５をシリコーン樹脂で形成する場合について説明したが、支持部材５をバネ部材により構成してもよい。例えば、固定枠４と圧電素子１の間にバネ部材を配置し、このバネ部材によって圧電素子１を固定枠４に対し支持してもよい。

被駆動部材３には、レンズ枠９１を介して移動レンズ（光学部材）９０が取り付けられている。移動レンズ９０は、カメラの撮影光学系を構成するものであり、駆動装置の移動対象物となるものである。この移動レンズ９０は、被駆動部材３と一体的に設けられ、被駆動部材３と共に移動するように設けられている。移動レンズ９０の光軸Ｏ上には、図示しない固定レンズなどが配設され、カメラの撮影光学系を構成している。また、光軸Ｏ上には、撮像素子８２が配設されている。撮像素子８２は、撮影光学系により結像された画像を電気信号に変換する撮像手段であり、例えばＣＣＤにより構成される。撮像素子８２は、制御部８１と接続されており、画像信号を制御部８１に出力する。

圧電素子１の端部には、錘部材６が取り付けられている。錘部材６は、圧電素子１の伸縮力を駆動軸２側へ伝達させるための部材であって、圧電素子１の駆動軸２が取り付けられる端部と反対側の端部に取り付けられている。

この錘部材６は、アクチュエータ１０の一部を構成する部品である。錘部材６としては、駆動軸２より重いものが用いられる。

錘部材６の材質は、圧電素子１及び駆動軸２よりもヤング率の小さい材料のものが用いられる。錘部材６のヤング率としては、１ＧＰａ以下が好ましく、３００ＭＰａ以下がより好ましい。なお、錘部材６と圧電素子１とを固着する接着剤としては、弾性接着剤を用いることが好ましい。

また、錘部材６は、固定枠４に対し支持固定されない状態で設けられている。すなわち、錘部材６は、圧電素子１の自由端に取り付けられ、固定枠４に対し直接支持されたり固定されておらず、また接着剤や樹脂材を介して固定枠４に対し動きを拘束されるように支持されたり固定されていない状態で設けられている。

駆動装置には、被駆動部材３の移動位置を検出する検出器８３が設けられている。検出器８３としては、例えば光学式の検出器が用いられ、フォトリフレクタ、フォトインタラプタなどが用いられる。具体的には、検出器８３としてリフレクタ８３ａ、検出部８３ｂを備えたものを用いる場合、被駆動部材３と一体に形成されるレンズ枠９１にリフレクタ８３ａを取り付け、検出部８３ｂからリフレクタ８３ａ側へ検出光を出射し、リフレクタ８３ａ側で反射してくる反射光を検出部８３ｂで検出することにより被駆動部材３及び移動レンズ９０の移動位置を検出する。

検出器８３は、制御部８１に接続されている。検出器８３の出力信号は制御部８１に入力される。制御部８１は、駆動装置全体の制御を行うものであり、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入力信号回路、出力信号回路などにより構成される。また、制御部８１は、圧電素子１を作動させるための駆動回路を備えており、圧電素子１に対し駆動のための電気信号を出力する。

図３は、図２のIII−IIIにおける被駆動部材３の摩擦係合部分の断面図である。図３に示すように、被駆動部材３は、板バネ７により駆動軸２を押圧することにより、駆動軸２に取り付けられている。例えば、被駆動部材３には、駆動軸２を位置決めするためのＶ字状の溝３ａが形成される。その溝３ａには、断面Ｖ字状の摺動板３ｂが配置され、その摺動板３ｂを介して駆動軸２が被駆動部材３に押圧される。

また、板バネ７と被駆動部材３との間には、断面Ｖ字状の摺動板３ｃが配設され、板バネ７は、この摺動板３ｃを介して被駆動部材３を押圧する。このため、摺動板３ｂ、３ｃが互いに凹部側を向き合わせて配置され、駆動軸２を挟んで設けられている。Ｖ字状の溝３ａ内に駆動軸２を収容することにより、被駆動部材３を安定して駆動軸２に取り付けることができる。

板バネ７としては、例えば、断面Ｌ字状の板バネ材が用いられる。板バネ７一辺を被駆動部材３に掛止させ、他の一辺を溝３ａの対向位置に配することにより、他の一辺により溝３ａに収容される駆動軸２を被駆動部材３との間に挟み込むことができる。

このように、被駆動部材３は、板バネ７により被駆動部材３を駆動軸２側に一定の力で押圧して取り付けられることにより、駆動軸２に対し摩擦係合される。すなわち、被駆動部材３は、駆動軸２に対し被駆動部材３が一定の押圧力で押し付けられ、その移動に際し一定の摩擦力が生ずるように取り付けられる。

また、断面Ｖ字状の摺動板３ｂ、３ｃにより駆動軸２を挟み込むことにより、被駆動部材３が駆動軸２に複数箇所で線接触することになり、駆動軸２に対し安定して摩擦係合させることができる。また、複数箇所の線接触状態により被駆動部材３が駆動軸２に係合しているため、実質的に被駆動部材３が駆動軸２に面接触状態で係合していると同様な係合状態となり、安定した摩擦係合が実現できる。

次に、制御部８１の詳細について説明する。制御部８１は、圧電素子１を作動させる駆動回路を備えている。図４は、圧電素子１を作動させる駆動回路８５の回路図である。この駆動回路８５は、圧電素子１のドライブ回路として機能するものであり、圧電素子１に対し駆動用の電気信号を出力する。駆動回路８５は、制御部８１の制御信号生成部（図示なし）から制御信号を入力し、その制御信号を電圧増幅又は電流増幅して圧電素子１の駆動用電気信号を出力する。駆動回路８５は、例えば入力段を論理回路Ｕ１〜Ｕ３により構成し、出力段に電界効果型のトランジスタ（ＦＥＴ）Ｑ１、Ｑ２を備えたものが用いられる。トランジスタＱ１、Ｑ２は、出力信号として、Ｈｉ出力（高電位出力）、Ｌｏ出力（低電位出力）及びＯＦＦ出力（オフ出力、オープン出力）を出力可能に構成されている。なお、図４に示す駆動回路は、圧電素子１を作動させるための回路の一例であり、これ以外の回路を用いて圧電素子１を作動させてもよい。

図５に駆動回路８５から出力される駆動信号の一例を示す。図５（Ａ）は、被駆動部材３を圧電素子１に接近させる方向（図２において右方向）に移動させる際に圧電素子１に入力される駆動信号であり、図５（Ｂ）は、被駆動部材３を圧電素子１から離間させる方向（図２において左方向）に移動させる際に圧電素子１に入力される駆動信号である。これらの図５（Ａ）、（Ｂ）の駆動信号は、パルス信号であり、アクチュエータ１０の駆動時における信号である。

図５（Ａ）、（Ｂ）の駆動信号において、Ａ_ＯＵＴの信号が圧電素子１の一方の入力端子１１ａに入力され、Ｂ_ＯＵＴの信号が圧電素子１の他方の入力端子１１ｂに入力される。Ａ_ＯＵＴ及びＢ_ＯＵＴの二つのパルス信号波は、同一の周波数（周期ｔ０）である。そして、パルス信号波Ａ_ＯＵＴ，Ｂ_ＯＵＴは、例えば一方の信号がＨｉ出力となりＬｏ出力に低下した後に他方の信号がＨｉ出力となるように設定されている。それらの信号において、一方の信号がＬｏ出力になった際に一定のタイムラグｔ_ＯＦＦの経過後、他方の信号がＨｉ出力となるように設定される。

このように、互いの位相を異ならせることにより、互いの信号の電位差が一方向に段階的に変化し、逆方向に急激に変化する信号、又は、互いの信号の電位差が一方向に急激に変化し、逆方向に段階的に変化する信号となっている。そして、Ａ_ＯＵＴとＢ_ＯＵＴとの電位差が圧電素子１の入力電圧となる。これらのパルス信号の電位差により圧電素子１が伸長又は収縮する。そして、１パルスごとの信号が連続してアクチュエータ１０に入力されることにより、連続駆動が行われることとなる（駆動状態）。

図５の駆動信号は矩形波であるが、実際に圧電素子１に入力される波形は、圧電素子１のキャパシタ成分により三角波状となる。このため、駆動信号のハイ、ローのデューティー比が５０％でなければ、矩形状の駆動信号の入力によって圧電素子１の伸長速度と収縮速度を異ならせることができ、被駆動部材３を移動させることができる。なお、アクチュエータ１０に入力される信号は、図５に示すものに限られるものではなく、パルス信号でなく鋸歯波状の信号や三角波状の信号などであってもよい。

また、制御部８１は、駆動回路８５を制御して図５（Ａ）、（Ｂ）の駆動信号のパルス間隔（周期ｔ０）を、駆動開始からの経過時間に応じて変更する機能を有している。例えば、駆動開始から所定の時間経過するまでの期間と、当該期間後において出力する駆動信号のパルス間隔を異ならせる機能を有している。具体的には、制御部８１は、被駆動部材３の移動中に出力する駆動信号のパルス間隔を例えば周期ｔ６とすると、駆動開始から所定時間までの期間では、周期ｔ６よりも大きな周期ｔ５のパルス間隔で駆動させる機能を有している。駆動開始から所定時間までの期間は、例えば駆動開始から入力した所定のパルス数によって規定される。また、制御部８１は、例えば、駆動信号の１パルスの幅ｔ１、ｔ２及びタイムラグｔ_ＯＦＦは変更せずに、パルス間隔のみを変更する機能を有している。このように、図５（Ａ）、（Ｂ）の駆動信号のパルス間隔を変更する機能を有することにより、制御部８１は駆動信号のパルスの立ち上がりにより規定される圧電素子１への電圧印加間隔を制御することが可能となる。

また、制御部８１は、圧電素子１の駆動特性に基づいて電圧印加間隔を制御する機能を有している。以下では、圧電素子１の駆動特性について説明する。圧電素子１は、例えば図６に示すように、入力される電圧印加間隔Ｔに依存して被駆動部材３の移動時速度Ｖ及び静止時推力Ｆが異なるという駆動特性を有している。移動時速度Ｖとは、駆動開始から所定時間までの期間が経過した後において、被駆動部材３が移動している際の速度である。静止時推力Ｆとは、被駆動部材３が静止している状態においてアクチュエータ１０が駆動する場合、駆動軸２の駆動方向と反対の方向に加わる反作用の力である。この静止時推力Ｆは、例えば図７に示すように、圧電素子１に被駆動部材９４を取り付け、取り付けた被駆動部材９４に糸を繋ぎ、滑車９５を介して糸に重り９６をぶら下げてアクチュエータ１０を駆動させることにより測定することができる。

図６に示すように、静止時推力Ｆは、電圧印加間隔を最大値（図示左）から少しずつ小さくしていくと所定の電圧印加間隔Ｔにおいて発生し、電圧印加間隔Ｔ１に至るまでの範囲では増加する傾向にある。そして、静止時推力Ｆは、電圧印加間隔をＴ１よりも小さくすると、比例的に減少する傾向にある。一方、移動時速度（移動速度）Ｖは、電圧印加間隔の減少に伴い比例的に増加する傾向にある。

制御部８１は、駆動開始から所定時間までの期間において用いる駆動信号のパルス間隔を、当該期間が経過した後に用いる駆動信号のパルス間隔に比べて大きくすることで、駆動開始から所定時間までの期間において用いる駆動信号を、当該期間が経過した後に用いる駆動信号のパルス間隔に比べて静止時推力Ｆが大きく移動時速度Ｖが遅い駆動信号とする機能を有している。このような機能を有しているため、使用期間や使用頻度に応じて移動対象の被駆動部材３の動きだしが鈍くなる場合であっても、駆動信号の電圧の大きさを制御することなくパルス間隔の制御により、駆動開始から所定時間までの期間、すなわち動き出しの際に静止時推力Ｆを大きくして動作不具合を回避することができる。

また、制御部８１は、駆動信号のパルス間隔を制御する際に、駆動信号の周波数ｆが、アクチュエータ１０の機械的又は電気的な共振周波数ｆｒより小さくなるように設定する機能を有している。例えば、図８に示すように、アクチュエータ１０の共振周波数ｆｒが３３０ｋＨｚであるとすると、駆動信号の周波数ｆは３３０ｋＨｚより小さい値が採用される。これにより、共振周波数ｆｒ以上の周波数で駆動させる場合に発生する静止時推力Ｆの低下を回避することができる。

次に、本実施形態に係る駆動装置の動作について説明する。

図２において、圧電素子１に駆動信号が入力され、その駆動信号の入力により圧電素子１が伸長及び収縮を繰り返す。この伸長及び収縮に応じて駆動軸２が往復運動する。このとき、圧電素子１の伸長速度と収縮速度を異ならせることにより、駆動軸２が一定の方向へ移動する速度とその逆方向へ移動する速度が異なることとなる。これにより、被駆動部材３及び移動レンズ９０を所望の方向へ移動させることができる。さらに、駆動軸２の単位時間あたりの往復運動回数を制御することで、移動時速度Ｖを制御することができる。

ここで、本実施形態に係る駆動装置の動作について詳細を説明する。図９は、本実施形態に係る駆動装置の動作を示すフローチャートである。図９に示す制御処理は、例えば制御部８１が被駆動部材３を駆動させる際に開始される。

図９の制御処理が開始されると、制御部８１は駆動回路８５を起動する（Ｓ１０）。その後、駆動回路８５を制御して、例えば図１０（Ａ）に示す駆動信号を圧電素子１に入力する（Ｓ１２）。図１０（Ａ）は駆動信号であり、Ａ_ＯＵＴ１のパルス幅がｔ１、Ｂ_ＯＵＴ１のパルス幅がｔ２、Ａ_ＯＵＴ１とＡ_ＯＵＴ１とのタイムラグがｔ_ＯＦＦである。図１０（Ｂ）は図１０（Ａ）の駆動信号の波形の立ち上がりにより規定される素子電流を示している。図１０（Ａ）に示すように、電圧印加間隔はＴ１であり、例えば図６に示すように、後述する電圧印加間隔Ｔ２の場合に比べて静止時推力Ｆが大きく、移動時速度Ｖが小さい信号である。

制御部８１は、出力したパルス数をカウントしており、カウント値が例えば予め定めた第１規定パルス数を超えたか否かを判定する（Ｓ１４）。カウント値が第１規定パルス数を超えていない場合には、再度Ｓ１２の処理を実行する。このように、所定のパルス数を出力するまでＳ１２の処理を繰り返すこととなる。これにより、駆動開始から所定の時間経過するまでの期間では、図１０（Ａ）の駆動信号が入力される。

一方、Ｓ１４の処理において、カウント値が第１規定パルス数を超えた場合には、例えば図１１（Ａ）に示す駆動信号を圧電素子１に入力する（Ｓ１６）。図１１（Ａ）は駆動信号であり、図１０（Ａ）と同様にＡ_ＯＵＴ１のパルス幅がｔ１、Ｂ_ＯＵＴ１のパルス幅がｔ２、Ａ_ＯＵＴ１とＡ_ＯＵＴ１とのタイムラグがｔ_ＯＦＦである。図１１（Ｂ）は図１１（Ａ）の駆動信号の波形の立ち上がりにより規定される素子電流を示している。図１１（Ａ）に示すように、電圧印加間隔はＴ２であり、例えば図６に示すように、前述した電圧印加間隔Ｔ１の場合に比べて静止時推力Ｆが小さく、移動時速度Ｖが大きい信号である。

制御部８１は、出力したパルス数をカウントしており、カウント値が例えば予め定めた第２規定パルス数を超えたか否かを判定する（Ｓ１８）。カウント値が第２規定パルス数を超えていない場合には、再度Ｓ１６の処理を実行する。このように、所定のパルス数を出力するまでＳ１６の処理を繰り返すこととなる。これにより、駆動開始から所定の時間経過後の期間では、図１１（Ａ）の駆動信号が入力される。

一方、Ｓ１８の処理において、カウント値が第２規定パルス数を超えた場合には、図９に示す制御処理を終了する。このように、本実施形態に係る駆動装置は、駆動開始時の静止時推力Ｆを大きくして、経年劣化等により起こる動作不具合を回避することができる。

以上、本実施形態に係る駆動装置及び光学装置によれば、アクチュエータ１０の動作開始から所定時間までの期間に出力する駆動信号を、所定の期間後において出力する駆動信号に比べて、被駆動部材３に加わる静止時推力Ｆが大きく被駆動部材３の移動時速度Ｖが遅い信号とするため、駆動開始直後の期間において被駆動部材３の移動時よりも大きい静止時推力Ｆを被駆動部材３に加えることができる。このため、動作開始直後からスムーズに被駆動部材３を移動させることが可能となる。よって、新たに圧接軽減手段を設ける事無く、駆動信号の制御により簡易な構成で動作不具合を回避することができる。

また、本実施形態に係る駆動装置及び光学装置によれば、制御部８１は、パルス信号のパルス間隔を制御して、被駆動部材３に加わる静止時推力Ｆ、及び被駆動部材３の移動時速度Ｖを制御することができる。

また、本実施形態に係る駆動装置及び光学装置によれば、パルス信号のパルス間隔を制御して、動作開始から所定時間までの期間に圧電素子１に印加される電圧の印加時間Ｔ１を、開始後の移動時の印加時間Ｔ２よりも長くすることができる。よって、動作開始から所定時間までの期間の駆動信号を、動作開始から所定時間までの期間経過後に出力する駆動信号に比べて、被駆動部材３に加わる静止時推力Ｆが大きく被駆動部材３の移動時速度Ｖの遅い信号とすることができる。

また、本実施形態に係る駆動装置及び光学装置によれば、制御部８１は、共振周波数ｆｒ以上の周波数で駆動させる場合に発生する静止時推力Ｆの低下を回避することができる。

さらに、本実施形態に係る駆動装置及び光学装置によれば、パルス信号Ａ_ＯＵＴ１、Ｂ_ＯＵＴ１のパルス幅ｔ１、ｔ２、及びＡ_ＯＵＴ１とＢ_ＯＵＴ１とのタイムラグｔ_ＯＦＦを変更することなく、パルス間隔をｔ５からｔ６へ変更するだけで動作開始直後の動作不具合を回避することができる。よって、一層容易に動作不具合を回避することができる。

なお、上述した実施形態は本発明に係る駆動装置及び光学装置の一例を示すものである。本発明に係る駆動装置及び光学装置は、これらの実施形態に係る駆動装置及び光学装置に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で、実施形態に係る駆動装置及び光学装置を変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。

例えば、上述した実施形態では、移動レンズ９０をズームレンズとして説明したが、オートフォーカス用のレンズ等であってもよい。また、移動レンズ９０以外の撮像素子等の光学部材やステージ、プローブ等を駆動させる駆動装置等に適用してもよい。さらに、手振れ補正機構のように、光軸に直交する方向に駆動させるアクチュエータに採用してもよい。

また、上述した実施形態では、光学装置として撮像装置において好適に採用される例を説明したが、インクジェット式のプリントヘッドの駆動やインク噴射、又は点火装置等に用いられる圧電素子の制御に採用してもよい。

また、上述した実施形態では、支持部材５を介し固定枠４に圧電素子１を取り付けて、圧電素子１の端部を自由端にした場合について説明したが、圧電素子１の端部を直接固定枠４に取り付けるものであってもよい。

また、上述した実施形態では、パルス信号Ａ_ＯＵＴ１、Ｂ_ＯＵＴ１のパルス幅ｔ１、ｔ２、及びＡ_ＯＵＴ１とＢ_ＯＵＴ１とのタイムラグｔ_ＯＦＦを変更することなく、パルス間隔を変更する例を説明したが、パルス幅ｔ１、ｔ２、及びタイムラグｔ_ＯＦＦを変更し、かつパルス間隔を変更してもよい。

さらに、上述した実施形態では、撮像装置及び光学装置のアクチュエータとして圧電素子を用いたものを採用しているが、高分子アクチュエータ、形状記憶合金などの他の駆動部品を採用してもよい。

本発明の実施形態に係る駆動装置を採用した撮像装置の撮像光学系を示す概要図である。 本発明の実施形態に係る駆動装置を示す断面図である。 図２のIII−IIIにおける被駆動部材の断面図である。 図２の駆動装置における駆動回路を示す図である。 図２の駆動装置の圧電素子に入力される駆動信号の波形図である。 図２の駆動装置のアクチュエータの駆動特性を示す図である。 図６の駆動装置のアクチュエータの静止時推力の測定例を示す図である。 図２の駆動装置のアクチュエータの駆動周波数とインピータンスとの関係を示す概要図である。 図２の駆動装置の動作を示すフローチャートである。 図２の駆動装置の圧電素子に入力される移動開始時の駆動信号の波形図である。 図２の駆動装置の圧電素子に入力される移動時の駆動信号の波形図である。

符号の説明

１…圧電素子、２…駆動軸、３…被駆動部材、１０…アクチュエータ、８１…制御部（駆動信号制御手段）。

Claims (6)

1. 圧電素子に駆動軸を取り付けたアクチュエータを有し、駆動信号により前記圧電素子を伸縮させ、前記圧電素子の伸縮動作に応じて前記駆動軸を往復運動させて、前記駆動軸に摩擦係合させた被駆動部材を移動させる駆動装置であって、
   前記圧電素子の伸縮動作開始から所定時間までの期間は、前記期間後の前記被駆動部材の移動時に出力する前記第１駆動信号に比べて、前記被駆動部材に加わる推力が大きく前記被駆動部材の移動速度が遅い第２駆動信号を前記圧電素子に出力する駆動信号制御手段を備える駆動装置。
2. 前記駆動信号制御手段は、前記駆動信号としてパルス信号を用い、前記期間に出力するパルス信号のパルス間隔を、前記期間後の被駆動部材の移動時に出力するパルス信号のパルス間隔とは異なるパルス間隔とすることを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
3. 前記駆動信号制御手段は、前記期間に出力するパルス信号のパルス間隔を、前記期間後の被駆動部材の移動時に出力するパルス信号のパルス間隔よりも大きくすることを特徴とする請求項２に記載の駆動装置。
4. 前記駆動信号制御手段は、駆動信号の駆動周波数を前記アクチュエータの共振周波数より小さくすることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の駆動装置。
5. 前記駆動信号制御手段は、連続するパルス信号を前記圧電素子の両端にそれぞれ出力して前記圧電素子を伸縮させ、一方の端に出力するパルス信号の立ち下がりと他方の端に出力するパルス信号の立ち上がりによって規定されるタイムラグ、及び各パルス信号の幅を変更せずに、一方あるいは双方のパルス信号のパルス間隔を変更することを特徴とする請求項２〜４の何れか一項に記載の駆動装置。
6. 請求項１〜５の何れか一項に記載の駆動装置を備え、
   前記駆動装置により光学部材を駆動させることを特徴とする光学装置。

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