JP5278836B2 - 圧電アクチュエータとこれを有するレンズ移送装置 - Google Patents

Description

本発明は圧電アクチュエータとこれを用いて光学器具に採用されるレンズを移送する装置に関するもので、より詳しくは、駆動メカニズムの構造を単純化して小型化の設計を図り、レンズ駆動に消費する動力の損失を最少化し、レンズ移送をより正確かつ安定に行うことが出来る圧電アクチュエータ及びこれを有するレンズ移送装置に関する。

一般的に光学器具は、レンズを光軸方向に移送させるレンズ移送装置を含み、このようなレンズ移送装置は動力を発生させる手段として電磁気モータや圧電アクチュエータのようなアクチュエータを使用し、このようなアクチュエータから発生した動力を伝達する手段としてカムやスクリューなどを使用する。

従って、上記レンズ移送装置はアクチュエータから発生した動力を用いてレンズを光軸方向に移送させ、レンズとこれに隣接するレンズとの相対距離を変化させることにより、ズーム機能や焦点調節機能を具現する。

一方、最近、電磁気モータに代える新たなモータとして圧電体を用いた圧電アクチュエータが注目を浴びている。

このような圧電アクチュエータは、微細振幅の高周波振動を圧電振動体に発生させ、圧電振動体に付着した摩擦部材とスライダ（またはロータ）の接触摩擦を通してこのような微細振動を伝達することにより、スライダ（またはロータ）の微細運動を可能とする。このような圧電アクチュエータは、従来の電磁気モータに比べて小型化が可能で分解能が高く騒音が少なく、ノイズの発生が少ないなどの様々な利点がある。

図１は従来の技術による圧電アクチュエータの構造を表した概略図で、従来の圧電アクチュエータは圧電体１０と、その一側に取り付けられた摩擦部材３０とを含む。

上記圧電体１０は、複数個のセラミックを含む複数の圧電セラミックシートが積層して形成され、圧電セラミックシートには圧電体を複数個の振動部に区分するよう内部電極が形成される。

このような内部電極のパターンは、圧電体１０から発生する振動の形態、振動の方向、摩擦部材３０が装着される数及び位置などを考えて圧電セラミックシートの表面に様々な形態で形成され得る。

また、上記圧電体１０には対角線方向に位置した２つの振動部１１、１４と振動部１２、１３とのそれぞれに同一位相の交番電圧を印加するため内部電極を連結するワイヤまたは外部電極２１、２２が備えられる。また、上記圧電体１０の一側の表面には圧電体１０から発生した振動を外部へ伝達するためセラミック材料または超硬合金などからなる摩擦部材３０が取り付けられる。

これによって、上記振動部１１、１２、１３、１４に分割された圧電体１０のワイヤまたは外部電極２１、２２を通して対角線方向に位置した２つの振動部１１、１４と振動部１２、１３とのそれぞれに同一位相の交番電圧を印加すると、上記圧電体１０には２種類のモードの振動が発生する。

即ち、上記圧電体１０は長さ方向に沿って伸縮変形する伸縮振動モードと圧電体１０の厚さ方向に屈曲変形する屈曲振動モードが発生する。

このような２種類のモードの振動が同時に発生することで、摩擦部材３０には楕円運動が発生し、このような摩擦部材３０の楕円運動はスライダまたはロータへ伝達されてスライダの直線運動またはロータの回転運動が可能となる。

しかし、このような従来の圧電アクチュエータは内部電極と連結される外部電極を形成する工程が非常に複雑で、高い精密度が求められるため、製造工程を単純化して製造コストを低減するのに限界があるだけでなく、圧電アクチュエータの体積を小型化するのに問題点があった。

一方、特許文献１にはレンズフレームを案内するための案内手段と、電気信号を発生するための信号発生手段と、電気信号による振動によって上記レンズフレームを上記案内手段に沿って移動させるための圧電セラミック振動子と、上記圧電セラミック振動子を支持するための支持手段と、上記圧電セラミック振動子を圧接するための圧接面と、上記圧電セラミック振動子を上記圧接面に圧接するための圧接手段を備えてレンズを光軸方向に移送するレンズ移送装置が開示されている。

しかし、このような従来の装置は、上記レンズフレームを光軸方向に案内するために別途に組み立てられる案内手段を必要とするため組立構造及び工程が複雑になり、製品を小型化するのに限界があった。

また、特許文献２には圧電素子をベースブロックに固定させ駆動丸棒に変位を伝達してスライド部から発生する予圧とレンズフレームの慣性力、加速度効果でレンズを移送させ、入力電圧の波形によって上記レンズフレームが駆動丸棒と共に移送するか、または滑る相対運動をすることにより、両方向の移送が可能な駆動装置が開示されている。

しかし、このような従来の装置は、上記駆動丸棒が固定されて鏡筒の長さの可変が不可能であるため小型化に制限があり、駆動信号が正弦波信号ではなく非対称型波形を使うため駆動回路が複雑になるという問題点がある。

従って、小さい体積内に装着が可能で移送の分解能が高いため、精密な制御が可能であり、小さい駆動力で作動しながらも十分な移送変位が得られるレンズ移送装置に対する必要性が台頭している。

米国登録特許５、７６８、０３８号 米国登録特許６、２１５、６０５号

本発明は上記のような従来の問題点を解消するためのもので、その目的は、製造工程を単純化して製造コストを低減し、体積を減らして製品をより小型化できる圧電アクチュエータを提供することにある。

本発明の他の目的は、構造を単純化して超小型化を図り、低い入力電力でも大きい変位が得られるため移送の分解能に優れ、駆動にかかる動力の損失を最少化し、レンズの移送を案内する案内メカニズムの構造が単純で、レンズの移送を正確かつ安定に行うことが出来るレンズ移送装置を提供することにある。

上記のような目的を達成すべく、本発明は、第１、２内部電極が一定の間隔を置いて離隔されるようパターン印刷された第１セラミックシートと、接地電極がパターン印刷された第２セラミックシートが積層方向に交互に積層された圧電体と、上記第１内部電極の端子と連結されるよう上記圧電体の外部面に形成される第１外部電極と、上記第２内部電極の端子と連結されるよう上記圧電体の外部面に形成される第２外部電極及び上記接地電極の端子と連結されるよう上記圧電体の外部面に形成される接地外部電極を含む電極部と、上記圧電体の外部面に備えられ上記圧電体から発生した振動を外部へ伝達する摩擦部材と、を含む圧電アクチュエータを提供する。

好ましくは、上記圧電体は上記第１内部電極が第１振動部に重畳配置され、第２内部電極が第２振動部に重畳されるよう配置される複数個の第１セラミックシートと、上記複数個の第１セラミックシートの間に配置される第２セラミックシートを多層に積層した第１圧電体と、上記第１内部電極が第２振動部に重畳され上記第２内部電極が第１振動部に重畳されるよう配置される複数個の第１セラミックシートと、上記第１セラミックシートの間に配置される第２セラミックシートを多層に積層した第２圧電体とを含む。

好ましくは、上記圧電体は上記第１外部電極と連結される第１チャネル電極と、上記第２外部電極と連結される第２チャネル電極及び上記接地外部電極と連結される内部接地電極をパターン印刷したセラミックシートを最上層にさらに備える。

好ましくは、上記摩擦部材は上記圧電体の最大外部面に備えられる。

好ましくは、上記摩擦部材は上記圧電体の最大外部面に陥没形成された凹部に備えられる。

好ましくは、上記第１内部電極の端子と上記第２内部電極の端子は相互逆方向に位置する。

また、本発明は、一つ以上のレンズが配置されるレンズ孔を備え、外部面に被摩擦部材を有するレンズバレルと、上記レンズバレルを光軸方向に上下移動可能に案内する案内部を備えるベースと、上記被摩擦部材と接する少なくとも一つの摩擦部材を一側面に備える圧電体を上記ベースの一側の平面部に配置して電源印加時に駆動力を提供する圧電アクチュエータと、上記被摩擦部材と摩擦部材との接触状態を維持するよう上記圧電アクチュエータを上記レンズバレル側に弾力支持する弾性力を提供する予圧部材と、を含むレンズ移送装置を提供する。

好ましくは、上記被摩擦部材は上記レンズバレルの外部面に陥没形成された凹溝に配置される。

好ましくは、上記ベースは上記圧電アクチュエータが配置される配置孔を備える。

好ましくは、上記案内部は上記レンズバレルの外部面から上記ベースの内部面側に延長される一対のバレル案内部と、上記ベースの内部面から上記レンズバレル側に延長される一対のベース案内部と、上記バレル案内部とベース案内部との間に配置される一対のベアリング部材とを含む。

好ましくは、上記一対のバレル案内部は上記被摩擦部材を基準として左右対称構造に備えられ、上記一対のベース案内部は上記圧電アクチュエータを中心に左右対称構造に備えられる。

さらに好ましくは、上記一対のバレル案内部は上記一対のベース案内部と対向する一側面に上記ベアリング部材の上下部と対応する上下部掛段差を備える。

さらに好ましくは、上記上部掛段差と上記下部掛段差との間の上下高さは上記ベアリング部材の形成高さより大きく備えられる。

さらに好ましくは、上記ベアリング部材は上記バレル案内部の外部面と上記ベース案内部の外部面と点接触する少なくとも一つのボール部材と、上記ボール部材が回転可能に配置されるボール収容溝を備えるリテーナとを含む。

好ましくは、上記予圧部材は上記ベースの上下部に引っ掛かって固定される上下段の掛段差と上記上下段の掛段差の間を連結しながら上記摩擦部材の反対側に該当する圧電アクチュエータの外部面に接して上記圧電アクチュエータをレンズバレル側に弾力支持する垂直弾性面を含む。

さらに好ましくは、上記上下段の掛段差は上記ベースの上下部に引っ掛かって固定されるよう折曲形成される。

さらに好ましくは、上記垂直弾性面は上記圧電アクチュエータの外部面と点接触するよう突出形成されるエンボス部を備える。

好ましくは、上記予圧部材と圧電アクチュエータが接する接点は上記被摩擦部材と摩擦部材が相互接する接点と共に仮想の一直線に沿って配列される。

好ましくは、上記予圧部材と圧電アクチュエータが接する接点は上記被摩擦部材の左右両側にそれぞれ配置されるベアリング部材と共に仮想に描かれる一直線に沿って配列される。

好ましくは、上記ベースは上記レンズバレルに備えられる感知部の上下位置変化を感知して上記レンズバレルの上下移動量を検出する位置センサをさらに備える。

好ましくは、上記ベースは上記レンズを外部露出させる露出孔を有する蓋部材を上部にさらに含む。

好ましくは、上記ベースは上記レンズを通過した光をイメージに結像するイメージセンサが電気的に搭載する基板をさらに含む。

本発明によると、レンズバレルの摩擦部材と接する出力部材を有する圧電アクチュエータを備え、圧電アクチュエータをレンズバレル側に加圧する予圧部材を備え、レンズバレルの光軸方向移動をレンズバレルとベースとの間で案内する案内部を備えて圧電アクチュエータの駆動力をレンズバレル側に伝達する線形の駆動メカニズムを備えることにより、カムや電磁気方式の駆動メカニズムに比べて構造をより単純化できるため、光学機器をより小型化することが出来る。

また、このような圧電線形駆動メカニズムは、移送対象物のレンズバレルに伝達される駆動力の損失を最少化しながら、移送時に摩擦力による損失を最少化できるため、低い入力電力でも大きい変位を得ることができ、駆動効率性を高めることが出来る。

また、レンズバレルの移送を案内する案内メカニズムの構造が単純で、レンズの移送をより正確かつ安定に行うことが出来るため、組立工程が簡単で、製造コストを低減することが出来る。

以下、本発明の実施例について添付の図面により詳しく説明する。
図２は本発明による圧電アクチュエータの第１実施例を図示した斜視図で、図３は本発明による圧電アクチュエータの第２実施例を図示した斜視図で、図４は本発明による圧電アクチュエータに採用される圧電体の分解斜視図で、図５は本発明による圧電アクチュエータに採用される圧電体の第１、２圧電体を図示した分解斜視図である。

本発明の圧電アクチュエータ１３０は、圧電体１３１、摩擦部材１３２及び電極部１３３を含む。

上記圧電体１３１は、第１、２内部電極３４、３５が一側面に一定の間隔を置いて離隔されるようパターン印刷された第１セラミックシート３１、３２と、接地電極３６が一側面にパターン印刷された第２セラミックシート３３を含み、このような第１セラミックシート３１、３２、及び第２セラミックシート３３は積層方向に交互に積層される直六面体状の圧電構造物である。

上記圧電体１３１は、第１、２内部電極３４、３５によって相互一定の間隔を置いて両分される第１振動部Ｖ１と第２振動部Ｖ２を備え、上記第１、２内部電極３４、３５は上記第１振動部Ｖ１と第２振動部Ｖ２にそれぞれ選択的に配置される。

また、上記圧電体１３１は第１圧電体１３０ａとその下部に積層される第２圧電体１３０ｂを含み、上記第１圧電体１３０ａは、図５に図示した通り、積層される複数個の第１セラミックシート３１にパターン印刷される第１内部電極３４が第１振動部Ｖ１に該当する位置に重畳配置され、第２内部電極３５は第２振動部Ｖ２に該当する位置に重畳配置されるよう配置され、上記複数個の第１セラミックシート３１、３２の間には接地電極３６を一側面にパターン印刷した第２セラミックシート３３を積層配置して構成される。

上記とは逆に、上記第２圧電体１３０ｂは、積層される複数個の他の第１セラミックシート３２にパターン印刷される第１内部電極３４が第１振動部Ｖ２に該当する位置に重畳配置され、第２内部電極３５は第１振動部Ｖ１に該当する位置に重畳配置されるよう配置され、上記複数個の第１セラミックシート３１、３２の間には接地電極３６を一側面にパターン印刷した第２セラミックシート３３を積層配置して構成される。

また、上記電極部１３３は、第１、２外部電極３７、３８及び接地外部電極３９を含み、上記第１外部電極３７は上記第１内部電極３４の端子３４ａと連結されるよう上記圧電体１３１の一側外部面に形成される電極部材で、上記第２外部電極３８は上記第２内部電極３５の端子３５ａと連結されるよう上記圧電体１３１の他側の外部面に形成される電極部材である。

また、上記接地外部電極３９は、上記接地電極３６の端子３６ａと連結されるよう上記圧電体１３１の外部面に形成される電極部材である。

ここで、上記第１、２内部電極３４、３５及び接地電極３６から延長される各端子３４ａ、３５ａ、３６ａは、上記第１セラミックシート３１、３２、及び第２セラミックシート３３の外側の縁まで延長され、上記圧電体１３１の外部面に備えられる第１、２外部電極３７、３８及び外部接地電極３９と電気的に連結される。

上記圧電体１３１に含まれる複数個のセラミックシートのうち最上層のセラミックシート３１ａには、上記第１外部電極３７と電気的に連結されるようパターン印刷される第１チャネル電極３７ａと、上記第２外部電極３８と電気的に連結されるようパターン印刷される第２チャネル電極３８ａと、上記接地外部電極３９と電気的に連結されるようパターン印刷される内部接地電極３９ａとをパターン印刷する。

図１１は本発明によるレンズ移送装置の実施例を図示した分解斜視図で、図１２は本発明によるレンズ移送装置の実施例を図示した平面図で、図１３は本発明によるレンズ移送装置の実施例を図示した外観図で、図１４は本発明によるレンズ移送装置の実施例を図示した透視図である。

本発明によるレンズ移送装置１００は、図１１乃至１４に図示した通り、レンズバレル１１０、ベース１２０、圧電アクチュエータ１３０、予圧部材１４０を含む。
＜レンズバレル＞

上記レンズバレル１１０は、図１１乃至１４に図示した通り、一つ以上のレンズ１１４を光軸に沿って配列するよう一定の大きさのレンズ孔１１２を貫通形成した中空円筒形の構造物である。

上記レンズバレル１１０の外部面には、一定の長さの被摩擦部材１１１を光軸と並んだ方向に備え、上記被摩擦部材１１１は上記レンズバレル１１０の胴体の外部面に一定の深さに陥没形成された凹溝１１１ａに挿入されてボンディング剤を介して接着固定される。

ここで、上記被摩擦部材１１１は耐摩耗性に優れ摩擦係数が比較的大きいアルミナ、セラミックまたは超硬合金、高速度鋼のような金属素材からなることが好ましい。
＜ベース＞

上記ベース１２０は、図１１乃至１４に図示した通り、上記レンズバレル１１０を光軸方向に上下移動可能に案内する案内部１５０を備える固定構造物である。

このようなベース１２０は、上記案内部１５０が形成される上部胴体１２１と、イメージセンサ１６１が搭載された基板１６２が配置される下部胴体１２２とで備えられる。

また、上記上部胴体１２１には上記圧電アクチュエータ１３０が配置される配置孔１２４を貫通形成し、上記圧電アクチュエータ１３０は配置孔１２４に移動可能に配置される。

ここで、上記下部胴体１２２は上記ベース１２０の底面を形成する板状の平板部材を含み、上記下部胴体１２２にはイメージセンサ１６１を搭載した基板１６２が下部面に組み立てられ、上記イメージセンサ１６１を上部に露出させる開口部１２３を備えるものと図示して説明したが、これに限定されず、上記下部胴体１２２の上部面にイメージセンサ１６１が搭載された基板１６２が載せられることも出来る。

また、上記案内部１５０は、上記レンズバレル１１０の外部面から上記ベース１２０の内部面側に一定の長さに延長される一対のバレル案内部１５１ａ、１５１ｂと、上記ベース１２０の内部面から上記レンズバレル１１０側に一定の長さに延長される一対のベース案内部１５２ａ、１５２ｂ及び上記バレル案内部１５１ａ、１５１ｂとベース案内部１５２ａ、１５２ｂとの間に配置される一対のベアリング部材１５３ａ、１５３ｂとを含む。

ここで、上記一対のバレル案内部１５１ａ、１５１ｂは、上記レンズバレル１１０の外部面から上記ベース１２０の内部面側に一定の長さに延長される突出構造物で、これらは上記被摩擦部材１１１を基準として左右対称構造に備えられる。

上記一対のベース案内部１５２ａ、１５２ｂは、相互対向するベース１２０の内部面から上記レンズバレル１１０の外部面側に延長される突出構造物で、これらは上記圧電アクチュエータ１３０を基準として左右対称構造で備えられる。

また、上記ベアリング部材１５３ａ、１５３ｂは上記バレル案内部１５１ａ、１５１ｂの外部面と上記ベース案内部１５２ａ、１５２ｂの外部面と点接触する少なくとも一つのボール部材１５４と、上記ボール部材１５４が回転可能に配置されるボール収容溝を備えるリテーナ１５５を含む。

また、上記一対のバレル案内部１５１ａ、１５１ｂは、上記一対のベース案内部１５２ａ、１５２ｂと対向する一側面に上記ベアリング部材１５３ａ、１５３ｂの上下部と対応する上下部掛段差１５５ａ、１５５ｂを備える。

ここで、上記上部掛段差１５５ａと上記下部掛段差１５５ｂとの間の上下高さは、上記一対のバレル案内部１５１ａ、１５１ｂと一対のベース案内部１５２ａ、１５２ｂとの間に配置されるベアリング部材１５３ａ、１５３ｂの形成高さより大きく備えられることが好ましい。
＜圧電アクチュエータ＞

上記圧電アクチュエータ１３０は、図１１乃至１４に図示した通り、上記レンズバレル１１０の被摩擦部材１１１と接して摩擦力を誘発させる少なくとも一つの摩擦部材１３２と、これを一側面に一体に備える圧電体１３１を備えて上記ベース１２０に形成された配置孔１２４に配置されることにより、予め設定された周波数を含む電源印加時に移動対象物のレンズバレル１１０を固定物のベース１２０に対して光軸方向に移送する駆動力を提供する。

ここで、上記圧電体１３１は、外部面に電圧が印加される複数個の外部電極を備え、これを通して印加される電圧によって長さ方向の伸縮モード及び厚さ方向の曲げモードを発生させるよう、特定の内部電極を有する複数の圧電セラミックが積層された圧電積層体を含む。

また、上記摩擦部材１３２は、上記レンズバレル１１０と対向する圧電体１３１の外部面にボンディング剤を介して固定されるか、または上記レンズバレル１１０と対向する圧電体１３１の外部面に陥没形成された凹部にボンディング剤を介して固定されることが好ましい。

上記摩擦部材１３２は、上記被摩擦部材１１１と同様に耐摩耗性に優れ摩擦係数が比較的に大きいセラミック、アルミナまたは超硬合金、高速度鋼のような金属材質からなることが好ましくは、その形状は円筒状に限定されず、半円形、六面体などの相手物の摩擦力の伝達を受けることの出来る形状であれば何れも使用可能である。

ここで、上記圧電アクチュエータ１３０は、上記ベース１２０の一側面に貫通形成された配置孔１２４に配置されるものと図示して説明したが、これに限定されず、上記ベース１２０の内部面とレンズバレル１１０の外部面との間に配置されることも出来る。
＜予圧部材＞

上記予圧部材１４０は、図１１乃至１４に図示した通り、上記ベース１２０に固定され、上記レンズバレル１１０の被摩擦部材１１１と上記圧電アクチュエータ１３０の摩擦部材１３２との接触状態を維持するよう上記圧電アクチュエータ１３０を上記レンズバレル１１０側に加圧する一定の強さの弾性力を提供する弾性部材である。

このような予圧部材１４０は、上記圧電アクチュエータ１３０側に弾性力を提供する板スプリングで備えられ、上記予圧部材１４０が少なくとも一つの板スプリング形態で採用される場合、上記予圧部材１４０の上下段の掛段差１４１、１４２は上記ベース１２０の上下部に引っ掛かって固定され、上記上下段の掛段差１４１、１４２の間を連結する垂直弾性面１４３は、上記摩擦部材１３２の反対側に該当する圧電アクチュエータ１３０の外部面に接して上記圧電アクチュエータ１３０をレンズバレル１１０側に弾力支持するよう備えられる。

ここで、上記予圧部材１４０の上下段の掛段差１４１、１４２は、上記ベース１２０の上下部に引っ掛かって固定されるよう内側に折曲形成されることが好ましくは、上記垂直弾性面１４３には上記圧電アクチュエータ１３０の外部面と点接触するエンボス部１４３ａを突出形成することが好ましい。

また、上記予圧部材１４０は板スプリングの形態で備えられるものと例示して説明したが、これに限定されず、少なくとも一つのコイルスプリングで備えられることもでき、上記予圧部材１４０がコイルスプリングの形態で採用される場合、上記予圧部材１４０の一端は上記ベース１２０の垂直な内部面に接し、残りの他端は上記圧電アクチュエータ１３０の外部面に接するよう備えられる。この際、上記圧電アクチュエータ１３０は上記ベース１２０の垂直な外部面と上記予圧部材１４０との間に配置され、上記ベース１２０に配置孔１２４を別途に貫通して形成する必要がない。

一方、上記予圧部材１４０と圧電アクチュエータ１３０が接する接点は、上記被摩擦部材１１１と摩擦部材１３２が相互接する接点と仮想に描かれる一直線に沿って配列されることが好ましい。このような場合、上記圧電アクチュエータ１３０で提供される駆動力を動力の損失なく上記摩擦部材１３２を通して被摩擦部材１１１側にそのまま伝達して上記レンズバレル１１０を光軸方向に往復移動させると同時に往復移送時に動力の損失を最少化することが出来る。

また、上記予圧部材１４０と圧電アクチュエータ１３０が接する接点は、上記被摩擦部材１１１の左右両側にそれぞれ配置されるベアリング部材１５３ａ、１５３ｂと大体仮想に描かれる一直線に沿って配列されることが好ましい。このような場合、上記ベース１２０に備えられる案内部１５０とレンズバレル１１０及び圧電アクチュエータ１３０との間の間隔を最大に近接させ、装置の体積及び大きさを最大に減らすことが出来る。

一方、上記ベース１２０は上記レンズバレル１１０の外部面に備えられ、これと共に上下移動される感知部１６４の反射面に発光された光を照射し、これに反射された光を受光して上記感知部１６４の上下位置の変化を感知することにより、上記レンズバレル１１０の上下移動量を検出する位置センサ１６３を備える。このような位置センサ１６３は電源を印加し、検出信号を制御部へ伝達するようケーブル（未図示）と電気的に連結される。

上記ベース１２０の内部に配置されるレンズバレル１１０、圧電アクチュエータ１３０及び案内部１５０を外部環境から保護できる。

また、上記ベース１２０には上記レンズバレル１１０のレンズ１１４を通過した光を結像するイメージセンサ１６１を搭載した基板１６０を備える。

本発明のレンズ移送装置１００において、一つ以上のレンズ１１４が内蔵されたレンズバレル１１０を光軸方向に往復移送させる動作は、上記圧電アクチュエータ１３０の圧電体１３１の第１、２外部電極３７、３８に外部から電圧を印加することにより、上記レンズバレル１１０の被摩擦部材１１１と摩擦部材１３２が接触するよう垂直に備えられる圧電体１３１は、図７（ａ）（ｂ）に図示した通り、伸縮モードによって長さ方向に変形して拡張されるか、図８（ａ）（ｂ）に図示した通り、長さ方向に変形して収縮されるか、または図９（ａ）（ｂ）に図示した通り、曲げモードによって厚さ方向に変形され、このような伸縮モードと曲げモードが合成されると、上記圧電体１３１は、図１０（ａ）（ｂ）に図示した通り、伸縮変形と曲げ変形が合成され移動対象物のレンズバレルを光軸方向に移送させる駆動力を発生させる。

即ち、上記圧電アクチュエータの圧電体が６２０ｋＨｚ以上の超音波領域の共振周波数で伸縮モードと曲げモードが同時に合成されると、上記レンズバレル１１０の被摩擦部材１１１と対応する圧電体１３１の摩擦部材１３２は楕円形の軌跡を発生させる。

このような楕円形の軌跡の運動方向は、圧電体１３１の内外部電極に印加される電圧の条件に応じて決定されることにより、レンズの移送方向の変更が可能である。

即ち、上記第１チャネル電極３７ａに電気信号が印加されると、第１圧電体１３０ａに含まれる複数の第１セラミックシート３１、３２の左側に重畳される第１内部電極３４に信号が印加され、第１振動部Ｖ１が活性化すると同時に第２圧電体１３０ａに含まれる複数の第１セラミックシート３１、３２の左側に重畳される第１内部電極３４に信号が印加され第２振動部Ｖ２が活性化する反面、上記第２チャネル電極３８ａに電気信号が印加されると、上記とは逆に第１圧電体１３０ａに含まれる複数の第１セラミックシート３１、３２の右側に重畳される第２内部電極３５に信号が印加され第２振動部Ｖ２が活性化すると同時に、第２圧電体１３０ａに含まれる複数の第１セラミックシート３１、３２の左側に該当する第１内部電極３４に信号が印加され第１振動部Ｖ１が活性化する。

これによって、上記第１、２チャネル電極３７ａ、３８ａを通した選択的な電源印加時に多層でセラミックシートが積層された圧電体１３１は、長さ方向への伸縮モードと厚さ方向への曲げモードが同時に行われるため、上記圧電体１３１に備えられる摩擦部材１３２は楕円運動をしながら上部または下部に移動することとなる。

図６は、本発明のレンズ移送装置に採用される圧電アクチュエータにおいて周波数に対するアドミタンスの変化と位相の変化を図示したグラフである。

図６に図示した通り、伸縮モードが６２２ｋＨｚの周辺で共振周波数を有し６３３ｋＨｚの周辺で反共振周波数を有し、曲げ変形モードは６２６ｋＨｚの周辺で反共振周波数を有し６２９ｋＨｚの周辺で共振周波数を有することが確認できる。

即ち、曲げモードの共振周波数と反共振周波数が伸縮モードの共振周波数と反共振周波数の間に位置し、伸縮モードの共振周波数と曲げモードの共振周波数が相互隣接した状態を維持するため、第１、２チャネル電極３７ａ、３８ａを通した電気信号の印加時に発生する圧電体１３１の伸縮モードは、図７（ａ）（ｂ）と図８（ａ）（ｂ）に図示した通りに行われ、曲げモードは図９（ａ）（ｂ）に図示した通りに行われる。

また、上記の伸縮モードと曲げモードが同時に行われると、上記圧電体１３１に備えられる摩擦部材１３２は楕円運動をしながら、これに接する摩擦部材を上方または下方に移動させる摩擦力を発生させる。

この際、上記圧電アクチュエータ１３０は予圧部材１４０によって上記レンズバレル１１０側に弾力支持され、レンズバレル１１０の被摩擦部材１１１と摩擦部材１３２が相互接触された状態を維持しながらこれらの間に摩擦力を誘発させるため、上記摩擦部材１３２は上下往復の直線運動のみすることとなり、上記圧電体１３１に印加される電圧の電極によって振動軌跡の方向は上向または下向に転換する。

従って、上記摩擦部材１３２は移送対象物のレンズバレル１１０に備えられた被摩擦部材１１１を介して駆動力を伝達するため、上記レンズバレル１１０は案内部１５０を構成するベアリング部材１５３ａ、１５３ｂによって光軸方向に上昇或いは下降する。

ここで、上記摩擦部材１３２と被摩擦部材１１１との間から発生する摩擦力は、上記ベアリング部材１５３ａ、１５３ｂから発生する摩擦力より大きく発生し、上記レンズバレル１１０を光軸方向に上下移動させることが出来る。

また、上記摩擦部材１３２と被摩擦部材１１１との接触は、上記圧電アクチュエータ１３０をレンズバレル１１０側に弾力的に加圧する予圧部材１４０の弾性力によって常に一定に維持される。

また、上記レンズバレル１１０の上下の動きは、上記レンズバレル１１０の感知部１６４を感知する位置センサによって検出され、検出された上下移送量を基に上記圧電アクチュエータ１３０の駆動力によって上記レンズバレル１１０を上下移送させる外力を適切に制御する。

本発明は特定の実施例について図示して説明したが、当業界において通常の知識を有している者であれば添付の特許請求の範囲に記載された本発明の思想及び領域を外れない範囲内で本発明を様々に修正及び変形できることを明らかにする。

従来の技術による圧電アクチュエータの構造を表した概略図である。 本発明による圧電アクチュエータの第１実施例を図示した斜視図である。 本発明による圧電アクチュエータの第２実施例を図示した斜視図である。 本発明による圧電アクチュエータに採用される圧電体の分解斜視図である。 本発明による圧電アクチュエータに採用される圧電体の第１、２圧電体を図示した分解斜視図である。 本発明のレンズ移送装置に採用される圧電アクチュエータにおいて周波数に対するアドミタンスの変化と位相の変化を図示したグラフである。 （ａ）（ｂ）は本発明のレンズ移送装置に採用される圧電アクチュエータの圧電体が長さ方向に拡張された平面図及び斜視図である。 （ａ）（ｂ）は本発明のレンズ移送装置に採用される圧電アクチュエータの圧電体が長さ方向に収縮された平面図及び斜視図である。 （ａ）（ｂ）は本発明のレンズ移送装置に採用される圧電アクチュエータの圧電体が曲げ変形された平面図及び斜視図である。 （ａ）（ｂ）は本発明のレンズ移送装置に採用される圧電アクチュエータの圧電体が合成された斜視図である。 本発明によるレンズ移送装置の実施例を図示した分解斜視図である。 本発明によるレンズ移送装置の実施例を図示した平面図である。 本発明によるレンズ移送装置の実施例を図示した外観図である。 本発明によるレンズ移送装置の実施例を図示した透視図である。

１００ レンズ移送装置
１１０ レンズバレル
１１１ 被摩擦部材
１１２ レンズ孔
１１４ レンズ
１２０ ベース
１３０ 圧電アクチュエータ
１３１ 圧電体
１３２ 出力部材
１４０ 予圧部材
１５０ 案内部
１５１ａ、１５１ｂ バレル案内部
１５２ａ、１５２ｂ ベース案内部
１５３ａ、１５３ｂ ベアリング部材

Claims (8)

1. 一つ以上のレンズが配置されるレンズ孔を備え、外部面に被摩擦部材を有するレンズバレルと、
   前記レンズバレルを光軸方向に上下移動可能に案内する案内部を備えるベースと、
   前記被摩擦部材と接する少なくとも一つの摩擦部材を一側面に備える圧電体を前記ベースの一側の平面部に配置して電源印加時に駆動力を提供する圧電アクチュエータと、
   前記被摩擦部材と前記摩擦部材との接触状態を維持するよう前記圧電アクチュエータを前記レンズバレル側に弾力支持する弾性力を提供する予圧部材と、を含み、
   前記予圧部材は、前記ベースの上下部に引っ掛かって固定される上下段の掛段差と前記上下段の掛段差同士を連結しながら前記摩擦部材の反対側に該当する前記圧電アクチュエータの外部面に接して前記圧電アクチュエータを前記レンズバレル側に弾力支持する垂直弾性面を含むレンズ移送装置。
2. 前記上下段の掛段差は、前記ベースの上下部に引っ掛かって固定されるよう折曲形成される請求項１に記載のレンズ移送装置。
3. 前記垂直弾性面は、前記圧電アクチュエータの外部面と点接触するよう突出形成されるエンボス部を備える請求項１または請求項２に記載のレンズ移送装置。
4. 前記予圧部材と前記圧電アクチュエータとが接する接点は、前記被摩擦部材と前記摩擦部材とが相互接する接点と共に仮想の一直線に沿って配列されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１つに記載のレンズ移送装置。
5. 前記予圧部材と前記圧電アクチュエータとが接する接点は、前記被摩擦部材の左右両側にそれぞれ配置されるベアリング部材と共に仮想に描かれる一直線に沿って配列されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１つに記載のレンズ移送装置。
6. 前記ベースは、前記レンズバレルに備えられる感知部の上下位置の変化を感知して前記レンズバレルの上下移動量を検出する位置センサをさらに備えることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１つに記載のレンズ移送装置。
7. 前記ベースは、前記レンズを外部露出させる露出孔を有する蓋部材を上部にさらに含むことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１つに記載のレンズ移送装置。
8. 前記ベースは、前記レンズを通過した光をイメージに結像するイメージセンサが電気的に搭載される基板をさらに含むことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１つに記載のレンズ移送装置。

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