JP5299284B2 - 圧電アクチュエータ、駆動装置、位置決め装置およびレーザモジュール - Google Patents

圧電アクチュエータ、駆動装置、位置決め装置およびレーザモジュール Download PDF

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Description

本発明は、圧電アクチュエータ、駆動装置、位置決め装置およびレーザモジュールに関する。

特許文献1には、レーザ発振器などの投光部から発せられたレーザ光をレンズなどの光学部材(移動体)によって、光ファイバのような受光部材に芯合わせして導くレーザ装置が記載されている。特許文献1では、光学部材を一定振幅で微小振動させ、光ファイバにおけるレーザ光の強度(検出出力)の変化を測定して、レーザ光の芯ずれ量を検出し、光学部材をレーザ光の受光強度を最大にする位置に移動させるウォブリング(wobbling)と呼ばれる手法により、レーザ光を光ファイバに対して調芯位置決めしている。

光学部材を圧電アクチュエータを用いた摩擦駆動方式の駆動装置で駆動する場合、駆動方向によって光学部材の移動量に差が生じる場合がある。その場合、光学部材を微少量だけ前進させたときに移動量と、微少量だけ後退させたときの移動量とが異なり、レーザ光の強度の変化から算出した光学部材のレーザ光の強度が最大になる位置からのずれ量に誤差が生じる。このような誤差は、正確な調芯が達成されるまでに数多くのウォブリングを繰り返す必要を生じさせたり、ウォブリングにおける検出出力の変化量に対する駆動量が大きい場合には、ウォブリングでは解消できない光学部材のずれを生じさせたりするという問題があった。

また、圧電アクチュエータにおいて、微小領域ですべり変位を繰り返すと、駆動軸の摩擦接触部が異常摩耗して、駆動特性が変化してしまうという問題もあった。

さらに、圧電アクチュエータでは、駆動電圧の振幅を小さくすることで、駆動電圧1パルス当たりの駆動量を小さくできるが、駆動電圧の振幅がある程度小さくなると滑り変位を得られなくなるので、微小な変位を得ることができないという問題もあった。
特開2003−338795号公報 特開平6−265759号公報

前記問題点に鑑みて、本発明は、誤差のない微動が可能な圧電アクチュエータ、駆動装置、位置決め装置、および、正確な調芯ができるレーザモジュールを提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明による圧電アクチュエータは、伸縮層と電極層とを交互に積層した積層型圧電素子と、前記圧電素子の伸縮方向の端部に一端が固定された駆動軸と、前記駆動軸に摩擦係合する移動体と、前記圧電素子の外周に接着されたカラーとを有し、前記カラーは、複数の前記伸縮層に対して、前記伸縮層に対する拘束力が前記圧電素子の前記伸縮方向に垂直な断面中心から見て不均衡になるように接着されているものとする。

この構成によれば、圧電素子の静的(緩慢)な伸縮によって、圧電素子の伸縮層は、カラーによる拘束力が小さい部分が大きく伸縮し、カラーによる拘束力が大きい部分が小さく伸縮する。これにより、カラーと接着された伸縮層が不均衡に伸縮して駆動軸を傾斜させる。また、圧電素子の伸縮によってカラーや接着剤を変形させることでも、駆動軸を傾斜させ得る。このような駆動軸の傾斜によって、移動体を回転移動させて余弦の変化分だけパルス駆動方向に微小な移動を生じさせることができる。この移動は、移動体のすべり変位を伴わないので、移動量のばらつきや駆動軸の摩耗がない。

また、本発明の圧電アクチュエータにおいて、前記カラーは、前記伸縮層の外周の一部分と非接着であってもよい。

この構成によれば、カラーは、非接着の部分において、伸縮層を拘束しないので、伸縮層に対する拘束力の不均衡が大きくなり、圧電素子の不均衡な変形による駆動軸の傾斜を促進し、それによる移動体の変位量も大きくできる。

また、本発明の圧電アクチュエータにおいて、前記カラーは、部分的にヤング率の異なる接着剤によって前記伸縮層に接着されていてもよい。

この構成によれば、拘束力を不均衡にして駆動軸の傾斜を可能にしつつ、伸縮層に対する拘束力の弱い、ヤング率の低い接着剤によってもカラーと圧電素子とを接着するので、カラーを筐体等に固定することで、圧電素子の外周を広く保持できる。このため、カラーによって圧電素子を支持する構造を採用しても、外部からの衝撃などで圧電素子が脱離する危険性が低い。

また、本発明の圧電アクチュエータにおいて、前記圧電素子の外周の形状が矩形であり、前記外周の1辺が前記カラーと接着されていてもよい。

この構成によれば、非接着の1辺と、対向する接着された1辺との変形の差によって駆動軸を傾斜させるので、効率よく駆動軸を傾斜させられ、製品毎のバラツキも小さい。

また、本発明の圧電アクチュエータにおいて、前記圧電素子の外周の形状が矩形であり、前記外周の3辺が前記カラーと接着されていてもよい。

この構成によれば、1辺が非接着であるので、カラーによる拘束力が不均衡になり、駆動時を傾斜させることができ、3辺が接着されているので、カラーによって圧電素子をしっかりと支持できる。

また、本発明の圧電アクチュエータにおいて、前記圧電素子の外周の形状が円形であり、前記カラーは、前記圧電素子の約半周に接着されていてもよい。

この構成によれば、圧電素子を受け入れる形状が円筒形であるので、カラーの形成が容易である。

また、本発明の圧電アクチュエータにおいて、前記カラーは、前記圧電素子の断面中心から見て少なくとも一部が開放していてもよい。

この構成によれば、カラーの開放部分に接着剤が回り込みにくく、非接着部を形成して拘束力をばらつきなく不均衡にできる。また、カラーの開放部から圧電素子を組み込むことができ、製造が容易になる。

また、本発明の圧電アクチュエータにおいて、前記カラーは、前記圧電素子および前記駆動軸が嵌合する穴を有してもよい。

この構成によれば、圧電素子および駆動軸がカラーに嵌合するので、圧電素子および駆動軸をカラーで保持することが容易であり、組立による駆動軸の姿勢のばらつきを低減できる。

また、本発明の圧電アクチュエータにおいて、前記カラーは、前記圧電素子および前記駆動軸の接合部を支持してもよい。

この構成によれば、カラーによって圧電素子を保持すると、カラーは、圧電素子だけでなく駆動軸をも保持することになる。このため、駆動軸を傾斜させるような外力が作用したとき、駆動軸を傾斜させる力が圧電素子と駆動軸との接合面だけでなく、カラーと駆動軸との接合面にも分散するので、圧電アクチュエータの耐衝撃強度が高い。

また、本発明の圧電アクチュエータにおいて、前記移動体は、作用点が、前記圧電素子の断面中心から見て前記カラーによる拘束力が最も不均衡となる方向に、前記駆動軸からずれていてもよい。

この構成によれば、圧電素子の変形による駆動軸の揺動中心から見た移動体の作用点の位置が、最初から駆動軸の軸方向に対して角度を有するので、駆動軸の揺動角度に応じた余弦の変化率が大きく、カラーの僅かな変形で十分な変位を得ることができる。

また、本発明による駆動装置は、前記圧電アクチュエータのいずれかと、前記圧電アクチュエータの前記圧電素子に対して、前記移動体をすべり移動させるように、前記圧電アクチュエータの前記駆動軸を非対称に往復移動させる周期的な移動駆動電圧、および、前記移動体がすべり移動しないように前記駆動軸を緩慢に移動させる静動駆動電圧を印加可能な駆動回路とを有するものとする。

この構成によれば、静動駆動電圧を印加することで、駆動軸を傾斜させ、すべり移動を伴わずに移動体を変位させられる。

また、本発明による駆動装置において、前記静動駆動電圧は、前記移動駆動電圧よりも周波数の低い周期的な電圧であってもよい。

この構成によれば、静動駆動電圧によって駆動軸を往復移動させて、移動体を前後に一定の微小量だけ変位させることができる。この静動駆動電圧によって得られる移動体の正確な微小変位に応じた測定値に応じて移動駆動電圧の出力を調節することで、移動体の精度の高い駆動が可能になる。

また、本発明による位置決め装置は、前記駆動装置のいずれかと、前記駆動装置の前記移動体が所定の位置にあるときに最大値を示し、前記所定の位置から遠くなる程小さくなる変位出力を出力する変位検出手段と、前記静動駆動によって前記移動体を移動させたときの前記変位出力の変化に基づいて、前記変位出力が最大となるように、前記移動駆動電圧の印加量を定める制御手段とを有するものとする。

この構成によれば、変位出力が概ねガウス分布に従う場合、正負の静動駆動時の変位出力の偏差が変位出力が最大となる位置とのずれに略比例するので、これによって、変位出力が最大となる位置を予測して移動体を位置決めできる。

また、本発明によるレーザモジュールは、前記位置決め装置と、レーザ光を受光して出力する受光部材とを有し、前記位置決め装置の前記変位検出手段は、前記受光部材の出力を検出するセンサであり、前記位置決め装置の前記移動体は、前記レーザ光を前記受光部材に対して位置決めする光学部材であるものとする。

この構成によれば、レーザ光の光軸が受光部材の受光中心に一致するときに出力が最大となるので、レーザ光を調芯して、出力を最大化できる。

本発明によれば、圧電素子および駆動軸の接合部の外周を部分的にカラーに接合したので、圧電素子を静的に伸長または収縮したときに、カラーの圧電素子に対する接合部と非接合部とでカラーの伸縮量が異なり、駆動軸を傾斜させることになる、これによって移動体を回動させて、駆動軸に対してすべり移動させることなく変位させられる。

本発明の第1実施形態のレーザモジュールの概略構成図。 図1のレーザモジュールの圧電アクチュエータの概略図。 図2の圧電アクチュエータの軸方向断面図。 図2の圧電アクチュエータの軸直角断面図。 図1のレーザモジュールのブロック図。 図1のレーザモジュールの駆動回路の回路図。 図2の圧電アクチュエータの静動駆動電圧印加時を示す概略図。 図1のレーザモジュールの駆動回路の出力波形と移動体の変位を示すグラフ。 図1のレーザモジュールの移動体変位に伴う変位出力のプロファイルと位相検波出力を示すグラフ。 図1のレーザモジュールのウォブリングによる調芯の原理を示す図。 本発明の第2実施形態の圧電アクチュエータの軸方向断面図。 図11の圧電アクチュエータの軸直角面図。 図11の圧電アクチュエータの正の静動駆動電圧印加時の変位分布図。 図11の圧電アクチュエータの負の静動駆動電圧印加時の変位分布図。 本発明の第3実施形態の圧電アクチュエータの軸方向断面図。 図15の圧電アクチュエータの軸直角面図。 図15の圧電アクチュエータの正の静動駆動電圧印加時の変位分布図。 図15の圧電アクチュエータの負の静動駆動電圧印加時の変位分布図。 本発明の第4実施形態の圧電アクチュエータの軸直角面図。 本発明の第5実施形態の圧電アクチュエータの概略図。 本発明の第6実施形態の圧電アクチュエータの概略図。 本発明の第7実施形態の圧電アクチュエータの概略図。 図22の圧電アクチュエータの軸直角面図。 本発明の第8実施形態の圧電アクチュエータの概略図。 本発明の第9実施形態の圧電アクチュエータの概略図。 本発明の第10実施形態の圧電アクチュエータの概略図。

符号の説明

1…レーザモジュール
2…レーザダイオード
3…X軸調芯レンズ
4…Y軸調芯レンズ
5…第二高調波発生素子(受光部材)
7…X軸駆動回路
8…X軸圧電アクチュエータ
9…Y軸駆動回路
10…Y軸圧電アクチュエータ
12…パワーモニタ(センサ)
13…制御回路
14…圧電素子
15…駆動軸
16…移動体
17…カラー
21…制御装置
G…接着剤
P…光学中心(作用点)

これより、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の第1実施形態のレーザモジュール1の構成を示す。レーザモジュール1は、赤外色のレーザ光を発生するレーザダイオード2と、レーザ光を案内するX方向に移動可能なX軸調芯レンズ3およびX方向に直交するY方向に移動可能なY軸調芯レンズ4と、レーザ光を受光して半波長の緑色のレーザ光を生成する受光部材である第二次高調波発生素子(Second Harmonic Generation)5と、第二次高調波発生素子5の出力を射出する射出レンズ6とを有する。X軸調芯レンズ3およびY軸調芯レンズ4は、それぞれ、X軸駆動回路7から駆動電圧を印加されるX軸アクチュエータ8およびY軸駆動回路9から駆動電圧が印加されるY軸アクチュエータ10によって駆動される。また、レーザモジュール1は、第二次高調波発生素子5の出力光を分光するビームスプリッタ11と、分光した第二次高調波発生素子5の出力光の出力レベルを電圧信号(変位出力)に変換するフォトダイオードのようなセンサからなるパワーモニタ(検出手段)12と、パワーモニタ12の変位出力に応じて、X軸駆動回路7およびY軸駆動回路9の動作を制御する制御回路13とを有する。

第二次高調波発生素子5は、受光部の口径が1〜3μm程度である。X軸調芯レンズ3およびY軸調芯レンズ4は、レーザ光を第二次高調波発生素子5の受光部と同程度の径になるように集光するとともに、第二次高調波発生素子5の受光部の中心にレーザ光の光軸を芯合わせする。レーザ光の光軸が第二次高調波発生素子5の中心に一致している場合、レーザ光のエネルギーが全て第二次高調波発生素子5に入力されるので、第二次高調波発生素子5の出力が最大になり、パワーモニタ12の変位出力も最大になる。

図2に、X軸調芯レンズ3を移動させるX軸アクチュエータ(圧電アクチュエータ)8の構成を示す。X軸アクチュエータ8は、伸縮層14aと電極層14bとをX方向に交互に積層してなり、印加された電圧に応じてX方向に伸縮する積層型の圧電素子14と、圧電素子14に一端が固定され、X方向に延伸する駆動軸15と、駆動軸15に摩擦係合し、X軸調芯レンズ3を保持する移動体16と、圧電素子14と駆動軸15の接合部の外周に接合され、圧電素子14および駆動軸15を支持するカラー17とを有する。X軸調芯レンズ3は移動体16の側方に支持されており、移動体16の作用の中心位置であるX軸調芯レンズ3の光学中心(作用点)Pは、圧電素子14および駆動軸15の断面中心からずらされて保持されている。Y軸アクチュエータ10は、配設される方向が異なるだけで、X軸アクチュエータ8と構成は同じである。

図3にX軸アクチュエータ8のY方向断面(A)、および、X方向およびY方向に直交するZ方向の断面(B)を示し、図4に、X軸アクチュエータ8を圧電素子14側からX方向に見た様子を示す。圧電素子14および駆動軸15は、矩形の外周(断面)形状を有し、対向する端面が接着剤Gによって接合されている。カラー17は、圧電素子14および駆動軸15に嵌合する矩形の嵌合穴17aを有し、圧電素子14および駆動軸15の外周と、嵌合穴17aの内壁とがの接着剤Gで接合されている。しかしながら、圧電素子14および駆動軸15の外周の1辺には接着剤Gが塗布されていない。つまり、圧電素子14および駆動軸15の外周の3辺はカラー17に対して接合されているが、1辺はカラー17に対して非接合となっている。

接着剤Gは、例えば、エポキシ系接着剤のような、ヤング率が大きく、弾性変形し難いものが用いられる。これにより、カラー17は、接着剤Gを介して圧電素子14の外周を保持し、伸縮層14aを拘束してX方向の寸法変位を制限する。X軸アクチュエータ8において、カラー17は、圧電素子14の2つの伸縮層14aに対して、圧電素子14の伸縮方向の中心軸(伸縮方向に垂直な断面中心)から見て、当該2つの伸縮層14aに対する拘束力が、図4において、下方が弱く(皆無)、側方および上方が強くなるように不均衡に接合されている。さらに、カラー17は、装置の筐体などの不動の部材に接着剤Gで接合される。図3,4には不図示のX軸調芯レンズ3の光学中心(作用点)Pは、圧電素子14および駆動軸15の断面中心から見て、接着剤Gが塗布されていないカラー17が非接着の側に位置するようになっている。

図5に、制御回路13の構成を示す。制御回路13は、パワーモニタ12の変位出力を増幅する増幅器18と、増幅した変位出力のノイズ成分を取り除くローパスフィルタ19と、変位出力をディジタルに変換するA/D変換器20と、レーザ光の光軸を第二次高調波発生素子5に調芯するようにX軸調芯レンズ3およびY軸調芯レンズ4を移動させるために、ディジタル変換した変位出力を基に、X軸駆動回路7およびY軸駆動回路9の動作を制御する、マイクロプロセッサからなる制御装置21とを有する。

図6に、X軸駆動回路7の詳細を示す。X軸駆動回路7は、圧電素子14の両電極を、それぞれ電圧Vcc(V)の電源に接続するスイッチSW1,SW2と、圧電素子14の両電極をそれぞれグランドに接地するスイッチSW3,SW4を有するブリッジ回路である。4つのスイッチSW1,SW2,SW3,SW4は、例えばトランジスタからなり、制御装置21から出力される制御信号によってオン/オフされる。制御装置21は、スイッチSW1,SW4をオンし、スイッチSW2,SW3をオフすることで、圧電素子14に+Vcc(V)の電圧を印加し、スイッチSW1,SW4をオフし、スイッチSW2,SW3をオンすることで、圧電素子14に−Vcc(V)の電圧を印加することができる。また、Y軸駆動回路9も、X軸駆動回路7と同じ構成からなる。

図7に、圧電素子14に+Vcc(V)の電圧を連続して印加したときのX軸圧電アクチュエータ8の変形を示す。圧電素子14は、正の電圧が印加されると、X方向に伸長する。しかしながら、伸縮層14aの接着剤Gを介してカラー17に拘束(接合)された部分は、接着剤Gを弾性変形させることができる範囲でのみ伸張できる。一方、同じ伸縮層14aのカラー17に拘束されていない部分は、自由に、大きく伸張する。このため、圧電素子14は、自身が屈曲するように歪んで伸張する。圧電素子14の歪んだ伸張は、圧電素子14の端面を傾斜させ、図示するように、駆動軸15の先端を非接合部の方向(Y方向)に傾斜させる。この駆動軸15の傾斜により、X軸調芯レンズ3も揺動するが、X軸調芯レンズ3の光学中心Pは、圧電素子14と駆動軸15との接合部から見た揺動の余弦(cos)の変化分(dX)だけX方向に変位する。このため、X軸調芯レンズ3の光学中心Pが最初からY方向にずらされている方が、駆動軸15の傾斜によるX方向の変位が大きくなる。

図8に、X軸駆動回路7がX軸アクチュエータ8に印加する駆動電圧の波形を示す。X軸駆動回路7は、制御装置21に制御され、例えば周波数100Hz、デューティ比50%の長周期の静動駆動電圧と、例えば周波数360kHz、デューティ比70%(または30%)の短周期の移動駆動電圧とを出力する。X軸アクチュエータ8は、長周期の静動駆動電圧が印加されたとき、駆動軸15がY方向に傾斜し、移動体16が駆動軸15に摩擦係合したままX方向に微小変位する。また、X軸アクチュエータ8では、短周期の移動駆動電圧が印加されたとき、デューティ比が70%の場合、駆動軸15が正方向に緩慢に移動し、負方向に急峻に移動するため、移動体16は駆動軸15に対して正方向にすべり移動する。また、移動駆動電圧のデューティ比が30%の場合、駆動軸15が負方向に緩慢に移動し、正方向に急峻に移動するため、移動体16は駆動軸15に対して負方向にすべり移動する。

移動体16に保持されたX軸調芯レンズ3の変位に対し、パワーモニタ12の変位出力は、図9に示すように、ガウス分布を示す。変位出力がピークとなる位置の近傍では、正負の静動駆動電圧に対応するパワーモニタ12の変位出力の差分(位相検波出力)は、レーザ光の第二次高調波発生素子5に対する芯ずれ量に略比例する。このため、図10に示すように、正負の静動駆動電圧によるパワーモニタ12の変位出力の差分に所定の係数を乗じることで、パワーモニタ12の変位出力が最大となる位置に移動体16を移動させるために、X軸アクチュエータ8に印加すべき移動駆動電圧のパルス数を算出できる。

ここで、移動駆動電圧は、圧電素子14および駆動軸15のX方向の圧縮に対する共振周波数の70%程度のデューティ比約70%または30%の矩形波とすることで、移動体部材16を駆動軸15に対して滑り変位させやすくなる。また、静動駆動電圧は、圧電素子14および駆動軸15のY方向の曲げに対する共振周波数より低い周波数のデューティ比50%の1周期の矩形波とすることで、移動体16をX方向前後に1度ずつ、静動駆動電圧の振幅に応じた一定量だけ精密に微小変位させることができる。

尚、圧電素子14および駆動軸15のY方向の曲げによる横揺れの共振周波数は、X方向の圧縮による縦揺れの共振周波数に比べて十分に小さく、例えば1/100程度に設定され、静動駆動電圧の周波数は、移動駆動電圧の周波数に比べて非常に低く、移動体16を駆動軸15に対して滑り変位させないようになっている。

レーザモジュール1は、このように、X軸アクチュエータ8によって、レーザ光を第二次高調波発生素子5に対してX方向に調芯するのと同様に、Y軸アクチュエータ10によって、レーザ光を第二次高調波発生素子5に対してY方向にも調芯する。

さらに、図11および図12に、本発明の第2実施形態のレーザモジュール1のX軸アクチュエータ8の構成を示す。本実施形態のレーザモジュール1は、図示するX軸アクチュエータ8およびX軸アクチュエータ8と略同じ構成のY軸アクチュエータ10以外は、第1実施形態と同じであるので、重複する説明は省略する。本実施形態のX軸アクチュエータ8のカラー17は、圧電素子14および駆動軸15の接合部の3辺と接し、1辺を開放するコの字型に形成されている。

本実施形態では、圧電素子14および駆動軸15の1面が開放されているので、浸透性の高い接着剤Gを使用しても、非接合部に接着剤Gが回り込むことがなく、非接合部を確実に残すことができる。このため、カラー17の接合部と非接合部とを設計どおりに区分でき、静動駆動電圧の印加によって、駆動軸15を正確にY方向に傾斜させられる。また、アクチュエータ8は、圧電素子14および駆動軸15を、カラー17の開放部から挿入して組み立てることができるので、製造が簡単である。

図13および図14に、本実施形態のX軸圧電アクチュエータ8の静動駆動電圧によるY方向の変位のシミュレーション結果を示す。図13は、圧電素子14に+3Vを印加した場合、図14は、圧電素子14に−3Vを印加した場合である。尚、これら図では、シミュレーションの都合上、駆動軸15の先端を上に配置してある。また、図において、濃い色で表示されている部分はY方向にプラス変位し、薄い色で表示されている部分はY方向にマイナス変位している。本実施形態では、駆動軸15の先端部は、図13では+5.6nm、図14では−5.6nm、Y方向に変位した。

図15および図16に、本発明の第3実施形態のX軸アクチュエータ8の構成を示す。本実施形態のX軸アクチュエータ8は、第2実施形態のアクチュエータにおいて、圧電素子14の側部を非接着としたものである。つまり、本実施形態において、圧電素子14は、矩形の外周形状の中の一片のみがカラー17と接着され、他の3辺がカラー17に非接着となっている。

図17および図18に、本実施形態のX軸圧電アクチュエータ8の静動駆動電圧によるY方向の変位を示す。図17は、圧電素子14に+3Vを印加した場合、図18は、圧電素子14に−3Vを印加した場合である。本実施形態では、駆動軸15の先端部は、図17では+9.7nm、図18では−9.7nm、Y方向に変位した。つまり、矩形形状の圧電素子14の側辺をカラー17によって拘束した第2実施形態に比べて、矩形形状の圧電素子14の側辺を拘束しないことによって、駆動軸15の傾斜およびそれによるX軸調芯レンズ3の変位を大きくできている。

但し、第3実施形態では、第2実施形態に比べて、カラー17の圧電素子14に対する保持力が小さいので、外部からの衝撃などに対して、接着剤Gが剥離して、圧電素子14がカラー17から脱離し易くなるの、耐衝撃性が低下することに留意が必要である。

そこで、図19に、第3実施形態の耐衝撃性を補った、本発明の第4実施形態のX軸アクチュエータ8の構成を示す。本実施形態では、カラー17によって、矩形形状の圧電素子14の上辺を、ヤング率の大きい、例えばエポキシ系の接着剤G1を介して保持し、矩形形状の圧電素子14の側辺を、ヤング率の小さい、例えばシリコン系の接着剤G2を介して保持する。ヤング率の小さい接着剤G2は、圧電素子14に対する拘束力が弱く、伸縮層14aの伸縮を許すため、駆動軸15の傾斜およびそれによるX軸調芯レンズ3の変位を阻害しない。しかしながら、ヤング率の小さい接着剤G2は、X軸アクチュエータ8に衝撃が作用したときには、圧電素子14がカラー17から脱離しないように保持することができる。

さらに、図20および図21に、本発明の第5実施形態のX軸アクチュエータ8の構成を示す。本実施形態のカラー17は、圧電素子14および駆動軸15の接合部の1辺にのみ接する角柱状をしている。よって、矩形の圧電素子14および駆動軸15の接合部は、1辺のみがカラー17に接合されている。駆動軸15は、カラー17と接合されている方向に先端が傾斜するので、圧電素子14および駆動軸15がカラー17と接合されている側にX軸調芯レンズ3の光学中心Pがオフセットされていれば、正の静動駆動電圧によって、光学中心Pが圧電素子14から遠ざかる方向に移動する。仮に、X軸調芯レンズ3の光学中心Pが、圧電素子14および駆動軸15がカラー17と接合されていない側にオフセットされていれば、正の静動駆動電圧によって、光学中心Pは圧電素子14に近づく方向に移動する。

さらに、図22に、本発明の第6実施形態のX軸アクチュエータ8の構成を示す。本実施形態では、積層構造型の圧電素子14および駆動軸15は、円柱形状をなし、カラー17には、圧電素子14および駆動軸15が嵌合する円形の嵌合穴17aが形成されている。カラー17と圧電素子14とは、約半周がヤング率の高い接着剤G1によって接着され、残る約半周がヤング率の低い接着剤G2によって接着されている。

本実施形態の構成においても、カラー17によって圧電素子14の寸法変位を断面中心から見て不均衡になるように拘束し、圧電素子14の歪んだ変形をもたらし、駆動軸15を傾斜させることができる。

このような円柱型の圧電素子14を用いる場合にも、図23に示す本発明の第7実施形態のX軸アクチュエータ8のように、カラー17を圧電素子14の外周の一部分を非接着としてもよい。また、圧電素子14の外周形状にかかわらず、ヤング率の異なる3種類以上の接着剤を用いてもよい。また、接着剤の層の厚みを部分的に異ならせることによって、実質的に、カラー17の圧電素子14に対する拘束力を不均衡にしてもよい。

さらに、本発明において、図24および図25に示す本発明の第8実施形態および第9実施形態のX軸アクチュエータ8のように、カラー17は、圧電素子14のいずれの位置を保持してもよい。但し、カラー17が圧電素子14を保持する位置が駆動軸15から遠くなると、移動駆動電圧を印加したときの圧電素子14の伸縮に応じてカラー17および接着剤G作用する駆動軸15、移動体16および調芯レンズ3の慣性による反力が大きくなることに注意が必要である。

また、図26に示す本発明の第10実施形態のように、圧電アクチュエータ8は、カラー17によって筐体等に固定するのではなく、圧電素子14の駆動軸15と反対側の端部を、好ましくは錘18を介して、筐体等に固定してもよい。この場合、圧電素子14の両側の端面の相対角度に応じて駆動軸15の傾斜角度が決まるので、カラー17を筐体等に固定する場合よりも、駆動軸15の傾斜角度が大きくなる。つまり、本実施形態では、レンズ3の光学中心PのY方向の変位量を大きくできる。

Claims (14)

  1. 伸縮層と電極層とを交互に積層した積層型圧電素子と、前記圧電素子の伸縮方向の端部に一端が固定された駆動軸と、前記駆動軸に摩擦係合する移動体と、前記圧電素子の外周に接着されたカラーとを有し、
    前記カラーは、複数の前記伸縮層に対して、前記伸縮層に対する拘束力が前記圧電素子の前記伸縮方向に垂直な断面中心から見て不均衡になるように接着されていることを特徴とする圧電アクチュエータ。
  2. 前記カラーは、前記伸縮層の外周の一部分と非接着であることを特徴とする請求項1に記載の圧電アクチュエータ。
  3. 前記カラーは、部分的にヤング率の異なる接着剤によって前記伸縮層に接着されていることを特徴とする請求項1または2に記載の圧電アクチュエータ。
  4. 前記圧電素子の外周の形状が矩形であり、前記外周の1辺が前記カラーと接着されていることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
  5. 前記圧電素子の外周の形状が矩形であり、前記外周の3辺が前記カラーと接着されていることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
  6. 前記圧電素子の外周の形状が円形であり、前記カラーは、前記圧電素子の約半周に接着されていることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
  7. 前記カラーは、前記圧電素子の断面中心から見て少なくとも一部が開放していることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
  8. 前記カラーは、前記圧電素子および前記駆動軸が嵌合する穴を有することを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
  9. 前記カラーは、前記圧電素子および前記駆動軸の接合部を支持することを特徴とする請求項1から8のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
  10. 前記移動体は、作用点が、前記圧電素子の断面中心から見て前記カラーによる拘束力が最も不均衡となる方向に、前記駆動軸からずれていることを特徴とする請求項1から9のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
  11. 請求項1から10のいずれかに記載の圧電アクチュエータと、
    前記圧電アクチュエータの前記圧電素子に対して、前記移動体をすべり移動させるように、前記圧電アクチュエータの前記駆動軸を非対称に往復移動させる周期的な移動駆動電圧、および、前記移動体がすべり移動しないように前記駆動軸を緩慢に移動させる静動駆動電圧を印加可能な駆動回路とを有することを特徴とする駆動装置。
  12. 前記静動駆動電圧は、前記移動駆動電圧よりも周波数の低い周期的な電圧であることを特徴とする請求項11に記載の駆動装置。
  13. 請求項11または12に記載の駆動装置と、
    前記駆動装置の前記移動体が所定の位置にあるときに最大値を示し、前記所定の位置から遠くなる程小さくなる変位出力を出力する変位検出手段とを有し、
    前記駆動装置の前記駆動回路は、前記静動駆動によって前記移動体を移動させたときの前記変位出力の変化に基づいて、前記変位出力が最大となるように、前記移動駆動電圧の印加量を定める制御手段を有することを特徴とする位置決め装置。
  14. 請求項13に記載の位置決め装置と、レーザ光を受光して出力する受光部材とを有し、
    前記位置決め装置の前記変位検出手段は、前記受光部材の出力を検出するセンサであり、
    前記位置決め装置の前記移動体は、前記レーザ光を前記受光部材に対して位置決めする光学部材であることを特徴とするレーザモジュール。
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