JPH0732272B2 - 電歪素子駆動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は電歪素子駆動装置に関し，特にバイモルフ構造
の電歪素子に駆動電圧を印加した時に上記電歪素子に発
生する歪曲により被駆動対象部材（例えばシャッタ羽根
や絞り羽根等）を駆動するとともに，前記駆動電圧の最
終的なレベルを制御することにより前記被駆動対象部材
の駆動量を制御する様にした装置において，上記電歪素
子のヒステリシス特性に起因する初期歪曲量の大小の影
響を受けることなく常に所望される歪曲量を得ることが
できる様にした新規な電歪素子駆動装置に関する。

「従来の技術」 例えば圧電性セラミック板を電極とともに積層するとと
もにその一端を固定して，上記セラミックに電圧を印加
した場合，上記セラミックの自由端は印加電圧に応じて
歪曲することは周知の通りである。

そして，近年ではこの様な性質を持つ電歪素子に電圧を
印加した時に発生する歪曲を機構的な駆動源として使用
し，例えばシャッタ羽根や絞り羽根等を駆動するととも
に，駆動電圧の最終的なレベルを制御することにより被
駆動対象部材の駆動量を制御する様にした電歪素子駆動
機構が知られている。

「発明が解決しようとする問題点」 ところで，上記電歪素子は回路的にはコンデンサと等価
的に作用し，一度電荷を蓄積すると電圧の印加を停止し
た後にも蓄積された電荷により歪曲状態を維持し，蓄積
された電荷を放出することにより初期状態に復元するも
のであるが，この電歪素子を機械的な駆動源として使用
する場合，特に正確な位置決め精度が要求される機構の
駆動源として使用する場合に，その好ましからざる性質
としてヒステリシス特性の存在が指摘され，電極間電圧
が等しくても電荷を蓄積した場合と電荷を放出した場合
とでは異なった歪曲量を示す。

このため上記電歪素子を被駆動対象部材の駆動源として
使用した場合，特に連続的に作動させた場合，作動間隔
の長短によって初期歪曲量が異なる結果，所望の電圧を
与えても，得られる歪曲量が一定しないという問題があ
る。

「問題点を解決するための手段」 本発明はこの様な問題点に鑑みてなされたものであり，
電歪素子のヒステリシス特性に起因する初期歪曲量の大
小の影響を受けることなく常に所望される歪曲量を得る
ことができる様にした新規な電歪素子駆動装置を提供す
ることを目的とする。

要約すれば，本発明の電歪素子駆動装置は，電圧の印加
により歪曲するとともにヒステリシス特性を有する電歪
素子に駆動電圧を印加した時に，前記電歪素子に発生す
る歪曲により被駆動対象部材を駆動するとともに，前記
駆動電圧の最終的なレベルを制御することにより前記被
駆動対象部材の駆動量を制御する様にした電歪素子駆動
装置を前提として：前記電歪素子に駆動電圧を印加して
前記電歪素子を歪曲させる過程で，前記電歪素子が，初
期歪曲量の相違の影響を受けることなく印加電圧の変化
に対して実質的に一定な歪曲量の変化を示す領域におけ
る所定の基準歪曲量まで歪曲した時に作動する基準点検
出スイッチを設け：該基準点検出スイッチが作動した時
点において前記電歪素子に印加されている電圧を基準電
圧として，前記電歪素子の目的となる歪曲量と基準歪曲
量との差に対応した電圧を前記基準電圧に加算した電圧
を前記駆動電圧の最終的なレベルとして前記電歪素子に
対して印加する様になされている。

「作用」 即ち，本発明によれば，電歪素子の歪曲量が所定の基準
歪曲量まで達して基準点検出スイッチが作動した時点で
電歪素子に印加されている電圧を基準電圧として，前記
電歪素子の目的となる歪曲量と基準歪曲量との差に対応
した電圧を前記基準電圧に加算した電圧を前記駆動電圧
の最終的なレベルとして前記電歪素子に対して印加する
様になされているので，ヒステリシスに起因する初期歪
曲量の大小にかかわりなく目的となる歪曲量を得ること
が可能となる。

「実施例」 以下図面を参照して本発明の１実施例を詳細に説明しよ
う。

先ず，第１図は本発明の前提となる電歪素子駆動装置の
原理図であり，バイモルフ構造の電歪素子１はその一端
を固定されており，その固定端に電源回路２が接続され
ている。

そして，電源回路２から電圧Ｖを印加すると，その自由
端は歪曲し，自由端の歪曲量ρは印加電圧Ｖに対応して
決定される。

次に，第２図は電歪素子１に対する印加電圧Ｖと電歪素
子１の歪曲量ρの関係を示す特性図であり，電歪素子１
に対する印加電圧Ｖを0Vから最大許容電圧Vmaxまで上昇
させると電歪素子１は第２図のカーブａに沿って歪曲
し，又，電歪素子１に対する印加電圧Ｖを最大許容電圧
Vmaxから0Vまで低下させると電歪素子１の歪曲は第２図
のカーブｂに沿って復元する。

さて，電歪素子１の歪曲特性は第２図に示す様なヒステ
リシス現象を示すが，第２図のカーブａとカーブｂが概
ね平行状態を示す電圧領域（即ち，印加電圧Ｖの変化量
dVに対する歪曲量ρの変化量ｄρが概ね定数となる電圧
領域，この領域を本明細書においてはリニア領域と称す
る）が存在する。

電歪素子１に対して電圧を印加して目的となる歪曲量ρ
₂を得る場合，電歪素子１に最終的に印加する電圧V2は
ヒステリシスに起因する初期歪曲量ρ₀の影響により一
定ではないが，上記リニア領域において基準電圧V1（こ
の基準電圧V1も初期歪曲量ρ₀のため一定でない）が概
に与えられ，一定の基準歪曲量ρ₁を既に示している電
歪素子１に対して，一定の加算電圧eVを重畳した場合に
電歪素子１の加算歪曲量ｅρは上記加算電圧eVに比例す
るので，最終的に得られる歪曲量ρ₂は一定の値を示す
ことは第２図から明らかである。

そこで，本発明では電歪素子１の歪曲量が上記所定の基
準歪曲量ρ₁迄達した時に作動する基準点検出スイッチ
を設け，上記基準点検出スイッチが作動した時点で電歪
素子１に対して既に印加されている電圧を基準電圧V1と
し，この基準電圧V1に加算電圧eVを重畳して印加するこ
とにより電歪素子１を更に加算歪曲量ｅρだけ歪曲せし
め，一定の目的となる歪曲量ρ₂を得る様にしている。

第３図は絞り羽根兼用のシャッタ羽根を使用したプログ
ラムシャッタの自動露出制御において，絞り羽根兼用の
シャッタ羽根の駆動機構に発明を適用した例を示してお
り，第３図において１は電歪素子,3は電歪素子１の歪曲
量が基準歪曲量ρ₁に達した時に作動する基準点検出ス
イッチを各々示し，電歪素子１は回路的にはコンデンサ
と等価的に作用する。

又，第３図において,10は電歪素子駆動回路を,20は露出
制御回路を各々示している。

第３図に示す電歪素子駆動回路10は電歪素子１によりプ
ログラムシャッタを駆動する関係上，時間経過とともに
概ね直線的に増大する電圧を電歪素子１に対して印加す
る様になされている。

即ち，第３図においてコンデンサ11とトランジスタTR₁
の並列回路には定電流源たるトランジスタTR₂を介して
一定の電流が供給される様になされ，トランジスタTR₁
はそのベースに接続されたシャッタレリーズスイッチ12
（Ｂ接点動作）によりスイッチング動作をし，トランジ
スタTR₁が遮断されることによりコンデンサ11の充電が
開始される様になされている。

次に,13はFETであり,FET13と抵抗R₁は高圧電源14に対し
て直列接続され，この直列回路に流れるドレーン電流は
FET13のゲートに加わるコンデンサ11の充電レベルによ
り制御され，この時抵抗R₁の両端に発生する電圧がトラ
ンジスタTR₃を介して電歪素子１に印加される様になさ
れており,FET13と抵抗R₁によって電圧増幅回路を構成し
ている。

尚，TR₄は電歪素子１の両端を短絡するためのスイッチ
ング用のトランジスタであり，トランジスタTR₄の作動
タイミングは次に詳述する露出制御回路20によって制御
される。

次に露出制御回路20は側光素子の一例であるCdS（硫化
カドミューム）21と，このCdS21と電源22に対して直列
接続されたコンデンサ23からなる被写界輝度積分回路を
有し，コンデンサ23は被写界輝度に対応してCdS21に流
れる光電流により充電されるので，コンデンサ23の充電
レベルは被写界光の積分値を示すことになる。

又,24はコンパレータであり，その逆相入力レベルは例
えばフィルム感度設定機構等に連動する可変抵抗VRと抵
抗R₂の分圧比により決定され，その正相入力レベルはコ
ンデンサ23の充電レベルにより決定される。

そして，コンデンサ23の充電レベルが可変抵抗VRと抵抗
R₂の分圧レベルに達したタイミングにおけるコンパレー
タ24の出力のＨレベルへの反転によってスイッチング用
のトランジスタTR₅・TR₄が作動し，電歪素子１の両端を
短絡する様になされている。

又，コンデンサ23と並列接続されたスイッチング用のト
ランジスタTR₆はコンデンサ23による被写界光の積分動
作を開始させるためのものである。

本実施例における特徴的な点としてトランジスタTR₆の
ベースは抵抗R₃を介して基準点検出スイッチ３（Ｂ接点
動作）のグランド側に接続されている。

この基準点検出スイッチ３は電歪素子１の歪曲量が基準
歪曲量に達した時にこれを検出するためのものであり，
例えば電歪素子１の先端付近の通過地点に配置されるメ
カニカル接点等によって構成され，電歪素子１の歪曲量
が基準歪曲量ρ₁に達した時に機構的に作動する様にな
されている。

それでは次に上記事項を参照して本実施例の動作を説明
しよう。

先ず，初期状態において基準点検出スイッチ３はメーク
しており，従ってスイッチング用のトランジスタTR₆は
導通して被写界輝度積分用のコンデンサ23は積分動作を
開始していない。

よってコンパレータ24の出力はＬレベルとなり，トラン
ジスタTR₅は遮断されてトランジスタTR₄のベースはＨレ
ベルになっている。

従って，トランジスタTR₄は遮断され，電歪素子１は充
電可能状態となっている。

尚，この時点における電歪素子１の歪曲量，即ち初期歪
曲量ρ₀はヒステリシスにより一定でない。

さて，この状態で図示せぬシャッタボタンの操作に連動
してシャッタレリーズスイッチ12がブレークすると，ス
イッチング用のトランジスタTR₁はそのベース入力がＬ
レベルになって遮断され，コンデンサ11はトランジスタ
TR₂を流れる電流により充電され，その充電レベルが概
ね直線的に上昇する。

この様にしてコンデンサ11が充電されると,FET13のゲー
トレベルも上昇し,FET13に流れるドレーン電流も上昇す
る。

そして,FET13に流れるドレーン電流に対応して抵抗R₁の
両端に発生する電圧に相応した電圧ＶがトランジスタTR
₃を介して電歪素子１に加えられ，電歪素子１は印加電
圧Ｖに対応して歪曲するので，電歪素子１の歪曲量ρも
コンデンサ11の充電に伴い上昇する。

さて，この様にして電歪素子１の歪曲量ρが増大する
と，電歪素子１の歪曲量ρに対応して図示せぬ絞り羽根
兼用のシャッタ羽根は開口動作を開始し，フィルム面に
対する露出動作がなされる。

又，この様にして電歪素子１が歪曲し，図示せぬ絞り羽
根兼用のシャッタ羽根が開口動作を開始する過程におい
て，上記絞り羽根兼用のシャッタ羽根がピンホール状態
になる以前のタイミングで電歪素子１の歪曲量が基準歪
曲量ρ１に達する。

そして，電歪素子１の歪曲量が基準歪曲量ρ１に達する
と，基準点検出スイッチ３がブレークし，トランジスタ
TR₆はベースがグランドレベルになって遮断されて，被
写界輝度積分用のコンデンサ23の充電が可能になる。

尚，この様にして電歪素子１の歪曲量が基準歪曲量ρ１
に達した時点において電歪素子１に加わっている基準電
圧V1はヒステリシスの影響による電歪素子１の初期歪曲
量によって異なることは勿論であり，電歪素子１の初期
歪曲量が大きい程電歪素子１の歪曲量が基準歪曲量ρ１
に達した時点において電歪素子１に印加されている基準
電圧V1が低くなる。

一方,CdS21には被写界輝度に対応した光電流が流れてお
り，トランジスタTR₆が遮断されると，コンデンサ23はC
dS21に流れる光電流により充電され，その充電レベルが
上昇する。

そして，コンデンサ23の充電レベルが可変抵抗VRと抵抗
R₂の分圧比によって決定されるレベルを超過したタイミ
ングでコンパレータ24の出力はＨレベルに反転する。

尚，コンパレータ24の出力が反転する迄に要する時間は
被写界輝度に対応して決定され，被写界輝度が一定の場
合は基準点検出スイッチ３がブレークしてから一定の経
過時間後にコンパレータ24の出力は反転する。

そして，コンパレータ24の出力がＨレベルに反転する
と，トランジスタTR₅は導通し，トランジスタTR₄も導通
するので，電歪素子１はトランジスタTR₄を介して短絡
され，蓄積した電荷を放出して歪曲状態から復元する。

そして電歪素子１の歪曲状態からの復元に伴って図示せ
ぬ絞り羽根兼用のシャッタ羽根も閉じ，露出動作を終了
する。

さて，既述の通り，基準点検出スイッチ３が作動した後
にコンパレータ24の出力が反転する迄の時間は被写界輝
度により一義的に決定される。

又，電歪素子１に対する印加電圧を決定するコンデンサ
11は定電流で充電されるので，基準点検出スイッチ３が
作動した後にコンパレータ24の出力が反転する迄の時間
（この時間は上述の通り被写界輝度により一義的に決定
される。）における電歪素子１に対する印加電圧の変化
量，即ち，加算電圧eVも被写界輝度に対応して一義的に
決定される。

そして，リニア領域においては電歪素子１の歪曲量の変
化量ｄρは印加電圧の変化量dVに比例するので，加算電
圧eVに対応した加算歪曲量ｅρも被写界輝度に対応して
一義的に決定される。

従って，本実施例によれば，電歪素子１の初期歪曲量ρ
０の大小に関わりなく，電歪素子１の最終的な歪曲量ρ
２も常に被写界輝度に対応して一義的に決定されること
になる。

尚，第４図は本発明の変形例を示した回路図である。

具体的には，第３図の実施例では基準点検出スイッチ３
の一例としてメカニカル接点を使用した例を想定した
が，第４図の実施例では基準点検出スイッチ３の一例と
して，フォトトランジスタ3aと発光ダイオード3bを有す
るフォトインタラプタを使用した例を示している。

第４図において,25は光路開閉部材を示し，光路開閉部
材25は例えば電歪素子１の自由端や図示せぬ絞り羽根兼
用のシャッタ羽根の一部，若しくはこれらに連動する機
構部材により構成される。

そして，光路開閉部材25はその初期状態において，発光
ダイオード3bからフォトトランジスタ3aに至る光路を遮
蔽するとともに，電歪素子１の歪曲量が基準歪曲量ρ１
に達した時に発光ダイオード3bからフォトトランジスタ
3aに至る光路を形成する様に構成される。

そして，第４図に示す実施例も基準点検出スイッチ３以
外に関しては第３図に示す実施例と全く同様に構成され
ており，電歪素子１の歪曲量が基準歪曲量ρ１に達した
後に発光ダイオード3bからフォトトランジスタ3aに至る
光路が形成されてフォトトランジスタ3aが導通し，コン
デンサ23による被写界光の積分動作が開始される。

尚，上記においては，電歪素子により絞り羽根兼用のシ
ャッタ羽根を駆動する様にした実施例を示したが，駆動
される対象となる部材は上記に限定されないことはいう
までもない。

又，上記においては，電歪素子に対する印加電圧を経過
時間に比例して増大させるとともに，電歪素子の歪曲量
が基準歪曲量に達したタイミングを基準として以後被写
界輝度に対応した時間だけ上記印加電圧の増大動作をさ
せる様にした例を示したが，本発明において本質的な点
は，基準歪曲量と目的となる歪曲量の差（即ち，加算歪
曲量）に対応した電圧（即ち，加算電圧）を上記基準歪
曲量が得られた時点において電歪素子に対して印加され
ている電圧（即ち，基準電圧）に加算して，駆動電圧の
最終的なレベルを制御する事にある。

従って，基準点検出スイッチが作動したタイミングで電
歪素子に対して印加されている電圧を基準電圧としてサ
ンプリングし，目的となる歪曲量と基準歪曲量の差に対
応した加算電圧を上記基準電圧に加算して電歪素子に印
加する駆動電圧の最終的なレベルを制御する様にしても
よい。

更に，上記においては，電歪素子の一端を固定して，そ
の自由端で被駆動対象部材を駆動する様にした例を示し
たが，電歪素子の両端を固定して中心部で被駆動対象部
材を駆動する様にしてもよい。

「発明の効果」 以上説明した様に本発明によれば，印加電圧の変化量と
歪曲量の変化量の比が概ね一定の値をとる領域で電歪素
子を駆動するとともに，電歪素子の歪曲量が基準歪曲量
に達した時点で電歪素子に印加されている電圧を基準電
圧として，目的となる歪曲量と基準歪曲量の差に対応す
る電圧を上記基準電圧に加算して電歪素子に印加する駆
動電圧の最終的なレベルを制御する様になされているの
で，電歪素子のヒステリシスに起因する電歪素子の初期
歪曲量の大小にかかわりなく，常に目的となる歪曲量を
得ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は電歪素子駆動装置の原理図，第２図は電歪素子
に対する印加電圧と歪曲量の関係を示す特性図，第３図
は本発明の１実施例を示す回路図，第４図は本発明の他
の実施例を示す回路図。 １……電歪素子、３……基準点検出スイッチ、11……コ
ンデンサ 13……FET

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電圧の印加により歪曲するとともにヒステ
   リシス特性を有する電歪素子に駆動電圧を印加した時
   に，前記電歪素子に発生する歪曲により被駆動対象部材
   を駆動するとともに，前記駆動電圧の最終的なレベルを
   制御することにより前記被駆動対象部材の駆動量を制御
   する様にした電歪素子駆動装置において， 前記電歪素子に駆動電圧を印加して前記電歪素子を歪曲
   させる過程で，前記電歪素子が，初期歪曲量の相違の影
   響を受けることなく印加電圧の変化に対して実質的に一
   定な歪曲量の変化を示す領域における所定の基準歪曲量
   まで歪曲した時に作動する基準点検出スイッチを設け， 該基準点検出スイッチが作動した時点において前記電歪
   素子に印加されている電圧を基準電圧として，前記電歪
   素子の目的となる歪曲量と基準歪曲量との差に対応した
   電圧を前記基準電圧に加算した電圧を前記駆動電圧の最
   終的なレベルとして前記電歪素子に対して印加する様に
   した電歪素子駆動装置。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項記載の電歪素子駆動
   装置において， 前記基準点検出スイッチが，前記電歪素子の歪曲量が基
   準歪曲量に達した時に作動するフォトインタラプタによ
   り構成されることを特徴とする電歪素子駆動装置。