JPH09285158A - Drive unit using electromechanical transducing element - Google Patents

Drive unit using electromechanical transducing element

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JPH09285158A
JPH09285158A JP8119515A JP11951596A JPH09285158A JP H09285158 A JPH09285158 A JP H09285158A JP 8119515 A JP8119515 A JP 8119515A JP 11951596 A JP11951596 A JP 11951596A JP H09285158 A JPH09285158 A JP H09285158A
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JP
Japan
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drive
driving
conversion element
piezoelectric element
speed
Prior art date
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Application number
JP8119515A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yasuhiro Okamoto
泰弘 岡本
Ryuichi Yoshida
龍一 吉田
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Minolta Co Ltd
Original Assignee
Minolta Co Ltd
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Publication date
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Priority to US08/840,825 priority patent/US5969464A/en
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  • Lens Barrels (AREA)
  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a driving mechanism using an electromechanical transducing element which can adjust a driving speed and a moving distance efficiently without lowering thrust. SOLUTION: In a driving mechanism wherein a driving pulse is supplied to a piezoelectric element 28 to let is extend and contract and then a driven member which is joined to a driving shaft 11 by friction fixed to the piezoelectric element 28 is driven by the extension and contraction of the piezoelectric element 28, the piezoelectric element 28 is divided into a plurality of blocks 28a, 28b, 28c and each of the blocks are made connectable to a driving circuit (a coarse adjustment circuit 23, a fine adjustment circuit 24) through switching devices SW1, SW2, SW3. A driving speed and a moving distance are adjusted by driving only a proper block according to a driving speed in high-speed driving or a moving distance in low-speed driving. In the case of high-speed driving, a control is so made that only part of the blocks may be driven to prevent the appearance of vibration noise of an audio frequency caused by the decline in a resonance frequency of the driving system. In the case of low-speed driving, there is no possibilities that vibration noise appears and so, all the blocks can be selected according to a moving distance.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、電気−機械変換
素子を使用した駆動装置に関し、特に精密測定用XY移
動ステ−ジ、カメラの撮影レンズ、オ−バ−ヘツドプロ
ジエクタの投影レンズ、双眼鏡のレンズなどの駆動に適
した電気−機械変換素子を使用した駆動装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a driving device using an electro-mechanical conversion element, and more particularly to an XY moving stage for precise measurement, a photographing lens of a camera, a projection lens of an over head projector, binoculars. The present invention relates to a driving device using an electro-mechanical conversion element suitable for driving a lens or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】圧電素子に対し、緩やかな立ち上がり部
とこれに続く急速な立ち下がり部からなる波形の駆動パ
ルスを印加すると、駆動パルスの緩やかな立ち上がり部
では圧電素子が緩やかに厚み方向の伸び変位を生じ、急
速な立ち下がり部では急速に縮み変位を生じる。そこ
で、この特性を利用し、圧電素子に対して上記したよう
な波形の駆動パルスを印加して異なる速度で充放電を繰
り返し、圧電素子に速度の異なる厚み方向の振動を発生
させて圧電素子に固着された駆動部材を異なる速度で往
復動させ、駆動部材に摩擦結合した移動部材を所定方向
に移動させる駆動装置が知られている(一例として、特
開平6−123830号公報参照)。
2. Description of the Related Art When a drive pulse having a waveform consisting of a gentle rising portion and a rapid falling portion following the rising portion is applied to the piezoelectric element, the piezoelectric element gradually expands in the thickness direction at the gentle rising portion of the driving pulse. Displacement occurs, and at the rapidly falling part, contraction occurs rapidly. Therefore, utilizing this characteristic, a drive pulse having the above-described waveform is applied to the piezoelectric element to repeatedly charge and discharge at different speeds, thereby causing the piezoelectric element to vibrate in the thickness direction at different speeds, thereby causing the piezoelectric element to vibrate. 2. Description of the Related Art There is known a driving device that reciprocates a fixed driving member at different speeds and moves a moving member frictionally coupled to the driving member in a predetermined direction (for example, see Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-123830).

【0003】図15は、上記した駆動装置を使用したカ
メラの撮影レンズ駆動装置の構成の一例を示す断面図で
ある。図において、101はレンズ鏡筒で、その左端に
は第1レンズL1 の保持枠102が固定的に取り付けら
れ、その右端101aは第3レンズL3 の保持枠を形成
している。レンズ鏡筒101の内部には、第2レンズL
2 の保持枠103が、光軸方向に移動可能に配置されて
いる。104はレンズ保持枠103を光軸方向に駆動す
る駆動軸で、駆動軸104は、レンズ鏡筒101の第1
のフランジ部101bとレンズ保持枠102のフランジ
部102bとにより光軸方向に移動自在に支持され、そ
の一端は圧電素子105の1つの面に接着固定されてい
る。
FIG. 15 is a sectional view showing an example of the construction of a photographing lens driving device of a camera using the above driving device. In the drawing, reference numeral 101 denotes a lens barrel, and a holding frame 102 for the first lens L1 is fixedly attached to the left end thereof, and a right end 101a thereof forms a holding frame for the third lens L3. The second lens L is provided inside the lens barrel 101.
The second holding frame 103 is movably arranged in the optical axis direction. A drive shaft 104 drives the lens holding frame 103 in the optical axis direction. The drive shaft 104 is a first shaft of the lens barrel 101.
Is supported movably in the optical axis direction by a flange portion 101b of the lens holding frame 102 and a flange portion 102b of the lens holding frame 102, and one end thereof is adhesively fixed to one surface of the piezoelectric element 105.

【0004】圧電素子105は厚み方向に変位して駆動
軸104を軸方向に変位させるもので、その一端面は駆
動軸104に接着固定され、他の端面はレンズ鏡筒10
1の第2のフランジ部101cに接着固定されている。
The piezoelectric element 105 is displaced in the thickness direction to displace the drive shaft 104 in the axial direction. One end of the piezoelectric element 105 is adhered and fixed to the drive shaft 104, and the other end is disposed on the lens barrel 10.
It is adhesively fixed to the first second flange portion 101c.

【0005】第2レンズL2 を保持するレンズ保持枠1
03は、その上方に延びた移動部材であるスライダブロ
ツク103bを備えている。スライダブロツク103b
には横方向に駆動軸104が貫通している。スライダブ
ロツク103bの駆動軸104が貫通している上部には
開口部103cが形成され、駆動軸104の上半分が露
出している。また、この開口部103cには駆動軸10
4の上半分に当接するパツド106が嵌挿され、パツド
106には上部に突起106aが設けられており、パツ
ド106の突起106aが板ばね107により押し下げ
られ、パツド106には駆動軸104に当接する下向き
の付勢力Fが与えられている。図16は駆動軸104と
スライダブロツク103b及びパツド106との摩擦結
合部分の構成を示す断面図である。
Lens holding frame 1 for holding the second lens L2
Reference numeral 03 includes a slider block 103b which is a moving member extending upward. Slider block 103b
, A drive shaft 104 penetrates in the lateral direction. An opening 103c is formed in an upper portion of the slider block 103b through which the drive shaft 104 passes, and an upper half of the drive shaft 104 is exposed. The drive shaft 10 is provided in the opening 103c.
4 is fitted with a pad 106 which is in contact with the upper half of the pad 4. The pad 106 is provided with a projection 106a on the upper part. The projection 106a of the pad 106 is pushed down by a leaf spring 107, and the pad 106 is brought into contact with the drive shaft 104. A downward biasing force F that is in contact is provided. FIG. 16 is a cross-sectional view showing the structure of the frictional coupling portion between the drive shaft 104, the slider block 103b and the pad 106.

【0006】次にその制御動作を説明する。レンズL2
の矢印a方向への移動を必要としているときは、図17
に示すような緩やかな立ち上がり部とこれに続く急速な
立ち下がり部からなる波形の駆動パルスを圧電素子10
5に供給する。
Next, the control operation will be described. Lens L2
When it is necessary to move in the direction of arrow a in FIG.
The piezoelectric element 10 is driven with a drive pulse having a waveform including a gentle rising portion and a rapid falling portion that follows.
5

【0007】駆動パルスの緩やかな立ち上がり部では、
圧電素子105は緩やかに厚み方向の伸び変位を生じ、
駆動軸104は軸方向に矢印a方向へ変位する。このた
め、駆動軸104に板ばね107により圧接して摩擦結
合しているスライダブロツク103b及びパツド106
も矢印a方向へ移動するので、レンズ保持枠103を矢
印a方向へ移動させることができる。
In a gentle rising portion of the driving pulse,
The piezoelectric element 105 gently causes elongation displacement in the thickness direction,
The drive shaft 104 is displaced in the axial direction in the arrow a direction. For this reason, the slider block 103b and the pad 106, which are in pressure contact with the drive shaft 104 by a leaf spring 107 and are frictionally connected thereto.
Also moves in the direction of arrow a, so that the lens holding frame 103 can be moved in the direction of arrow a.

【0008】駆動パルスの急速な立ち下がり部では、圧
電素子105が急速に厚み方向の縮み変位を生じ、駆動
軸104も軸方向に矢印aと反対方向へ変位する。この
とき、駆動軸104に板ばね107により圧接している
スライダブロツク103b、パツド106及びレンズ保
持枠103はその慣性力により駆動軸104との間の摩
擦力に打ち勝つて実質的にその位置に留まるので、レン
ズ保持枠103は移動しない。
At the rapid falling portion of the drive pulse, the piezoelectric element 105 rapidly contracts in the thickness direction, and the drive shaft 104 is also displaced in the axial direction in the direction opposite to the arrow a. At this time, the slider block 103b, the pad 106, and the lens holding frame 103, which are pressed against the drive shaft 104 by the leaf spring 107, overcome the frictional force between the drive shaft 104 and the drive shaft 104 due to its inertial force and substantially stay at that position. Therefore, the lens holding frame 103 does not move.

【0009】なお、ここでいう実質的とは、矢印a方向
と、これと反対方向のいずれにおいてもスライダブロツ
ク103b及びパツド106と駆動軸104との間の摩
擦結合面に滑りを生じつつ追動し、駆動時間の差によつ
て全体として矢印a方向に移動するものも含むことを意
味している。
The term "substantially" as used herein means that the slider block 103b and the friction coupling surface between the pad 106 and the drive shaft 104 slide in the direction indicated by the arrow a and in the direction opposite thereto while sliding. However, this also includes the movement in the direction of arrow a as a whole due to the difference in driving time.

【0010】上記波形の駆動パルスを連続して圧電素子
105に印加することにより、レンズ保持枠103を矢
印aで示す方向へ連続して移動させることができる。
The lens holding frame 103 can be continuously moved in the direction shown by the arrow a by continuously applying the driving pulse having the above-mentioned waveform to the piezoelectric element 105.

【0011】レンズ保持枠103を矢印aと反対方向へ
移動させるときは、急速な立ち上がり部とこれに続く緩
やかな立ち下がり部からなる波形の駆動パルスを圧電素
子105に印加することで達成することができる。
The movement of the lens holding frame 103 in the direction opposite to the arrow a is achieved by applying to the piezoelectric element 105 a drive pulse having a waveform consisting of a rapid rising portion followed by a gentle falling portion. Can be.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】上記した圧電素子によ
る駆動装置では、駆動パルス発生回路により発生させた
鋸歯状波パルスを圧電素子に印加するか、或いは定電流
充電回路と短絡放電回路とを組み合わせ、定電流充電と
急速放電からなる駆動パルス、或いは急速充電と定電流
放電からなる駆動パルスを圧電素子に印加して駆動する
方法が採用されてきた。
In the above-described drive device using the piezoelectric element, the sawtooth wave pulse generated by the drive pulse generating circuit is applied to the piezoelectric element, or the constant current charging circuit and the short-circuit discharge circuit are combined. The method of driving by applying a drive pulse composed of constant current charging and rapid discharge or a drive pulse composed of rapid charging and constant current discharge to a piezoelectric element has been adopted.

【0013】一方、この種の駆動装置では、精密な位置
決めを行うためには駆動速度を遅くすることで達成する
のが一般的である。圧電素子による駆動装置では、駆動
パルスの電圧を下げて圧電素子の伸縮変位を小さくすれ
ば駆動速度を遅くすることができるが、これと同時に推
力(駆動力)も小さくなり、且つ駆動速度や推力が不安
定になるという不都合がある。
On the other hand, in this type of drive device, in order to perform precise positioning, the drive speed is generally slowed down. In a drive device using a piezoelectric element, the drive speed can be slowed down by lowering the voltage of the drive pulse to reduce the expansion and contraction displacement of the piezoelectric element, but at the same time, the thrust force (drive force) also decreases, and the drive speed and thrust force also decrease. Has the inconvenience of becoming unstable.

【0014】図1は圧電素子に印加する駆動パルスの電
圧と駆動速度の関係を示す図で、駆動パルスの電圧が増
加すると駆動速度も速くなり、駆動パルスの電圧が低下
すると駆動速度も低下するが、駆動パルスの電圧が所定
の臨界値以下になると駆動速度が不安定になることを示
している。
FIG. 1 is a diagram showing the relationship between the voltage of the drive pulse applied to the piezoelectric element and the drive speed. When the voltage of the drive pulse increases, the drive speed increases, and when the voltage of the drive pulse decreases, the drive speed also decreases. Indicates that the drive speed becomes unstable when the voltage of the drive pulse becomes equal to or lower than a predetermined critical value.

【0015】また、図2は圧電素子に印加する駆動パル
スの電圧と推力の関係を示す図で、駆動パルスの電圧が
増加すると推力も増加し、駆動パルスの電圧が低下する
と推力も低下するが、駆動パルスの電圧が所定の臨界値
以下になると推力が不安定になることを示している。
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the voltage of the drive pulse applied to the piezoelectric element and the thrust. When the voltage of the drive pulse increases, the thrust also increases, and when the voltage of the drive pulse decreases, the thrust also decreases. , Shows that the thrust becomes unstable when the voltage of the drive pulse becomes equal to or lower than a predetermined critical value.

【0016】さらに、図3は圧電素子に印加する駆動パ
ルスの周波数と駆動速度の関係を示す図で、駆動パルス
の周波数が増加すると駆動速度も速くなり、駆動パルス
の周波数が低下すると駆動速度も低下することを示して
いる。この場合、低い周波数で駆動速度が不安定になる
ことはないが、可聴周波数以下(約20kHz以下)で
は発生する振動音が人の耳に雑音として聞こえるという
不都合がある。
Further, FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the frequency of the drive pulse applied to the piezoelectric element and the drive speed. When the frequency of the drive pulse increases, the drive speed also increases, and when the frequency of the drive pulse decreases, the drive speed also increases. It shows that it will decrease. In this case, the driving speed does not become unstable at a low frequency, but there is a disadvantage that the vibration sound generated at an audible frequency or lower (about 20 kHz or lower) is heard as noise by the human ear.

【0017】また、図4は圧電素子に印加する駆動パル
スの電圧や周波数を変えることなく、一定時間毎に駆動
パルスを間引いた場合の駆動パルス波形を示す図で、電
圧や周波数が維持される点では有利であるが、駆動パル
スを間引くために駆動が間欠的となる。このため、間欠
駆動の周期に相当する振動音が発生して人間の耳に雑音
として聞こえるという不都合がある。
Further, FIG. 4 is a diagram showing a drive pulse waveform when the drive pulse is thinned out at regular intervals without changing the voltage or frequency of the drive pulse applied to the piezoelectric element, and the voltage and frequency are maintained. Although it is advantageous in that respect, the driving is intermittent because the driving pulses are thinned out. Therefore, there is an inconvenience that a vibrating sound corresponding to the cycle of intermittent driving is generated and is heard as noise by the human ear.

【0018】この対策として、駆動速度を遅くするとき
は圧電素子に印加する駆動パルスの電圧や周波数を変え
ずに圧電素子を構成する単位素子の積層数を減少させる
ことが考えられる。即ち、圧電素子を構成する単位素子
を複数のブロツクに分割し、そのブロツクの一部にのみ
十分な振幅の駆動パルスを印加するようにすれば、単位
素子の伸縮変位は変らないから、推力(駆動力)は変ら
ず、駆動速度が不安定になることもない。
As a countermeasure against this, it is conceivable to reduce the number of stacked unit elements constituting the piezoelectric element without changing the voltage or frequency of the drive pulse applied to the piezoelectric element when the driving speed is slowed. That is, if the unit element constituting the piezoelectric element is divided into a plurality of blocks and a drive pulse having a sufficient amplitude is applied only to a part of the block, the expansion / contraction displacement of the unit element does not change, and the thrust ( The driving force does not change, and the driving speed does not become unstable.

【0019】また、この種の駆動装置で精密な位置決め
を行うためには、圧電素子に駆動パルスを印加して往復
変位を発生させて被駆動部材を所望の位置付近まで移動
させる高速駆動の後、圧電素子に直流電圧を印加して所
望の伸び変位を発生させる低速駆動に切り替え、目標位
置に移動させる方法がある。
Further, in order to perform precise positioning with this type of driving device, after high speed driving in which a driving pulse is applied to the piezoelectric element to cause reciprocal displacement to move the driven member to a position near a desired position. There is a method of applying a DC voltage to the piezoelectric element to switch to a low speed drive for generating a desired elongation displacement and moving to a target position.

【0020】このような低速駆動では、移動させること
ができる距離は圧電素子を構成する単位変換素子の積層
数に比例するから、低速駆動による移動距離を増大させ
るには、単位変換素子の積層数を増加させればよい。し
かし、単位変換素子の積層数を増加させると、圧電素子
を含む駆動系の共振周波数が低下する。このため、単位
変換素子の積層数の多い圧電素子を使用して低速駆動を
行う場合は特に支障はないが、この圧電素子(単位変換
素子の積層数の多い圧電素子)を高速駆動にも共通して
使用する場合には可聴周波数以下(20kHz以下)の
振動が発生し、振動音が人の耳に雑音として聞こえると
いう不都合がある。
In such low speed driving, the distance that can be moved is proportional to the number of laminated unit conversion elements forming the piezoelectric element. Therefore, in order to increase the moving distance by low speed driving, the number of laminated unit conversion elements must be increased. Should be increased. However, when the number of laminated unit conversion elements is increased, the resonance frequency of the drive system including the piezoelectric element is lowered. Therefore, there is no particular problem when low speed driving is performed using a piezoelectric element having a large number of unit conversion elements stacked, but this piezoelectric element (piezoelectric element having a large number of unit conversion elements stacked) is commonly used for high speed driving. When it is used, vibrations below the audible frequency (20 kHz or less) are generated, and the vibration sound is heard as noise by the human ear.

【0021】[0021]

【課題を解決するための手段】この発明は上記課題を解
決するもので、電気−機械変換素子と、前記電気−機械
変換素子に固着結合され該電気−機械変換素子と共に変
位する駆動部材と、前記駆動部材に摩擦結合した被駆動
部材と、前記電気−機械変換素子に伸縮変位を与える駆
動パルス発生手段と、駆動制御手段とを備え、前記駆動
パルス発生手段により電気−機械変換素子に伸縮変位を
発生させることにより駆動部材を駆動し、該駆動部材に
摩擦結合した被駆動部材を所定方向に移動させる電気−
機械変換素子を使用した駆動装置において、前記電気−
機械変換素子は、前記駆動パルス発生手段に選択的に接
続可能な複数の変換素子集合体から構成され、前記駆動
制御手段は、高速駆動を行う場合は所望の駆動速度に応
じて複数の変換素子集合体からその一部のみを前記駆動
パルス発生手段に接続するように制御することを特徴と
する。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is to solve the above-mentioned problems and comprises an electro-mechanical conversion element and a drive member fixedly coupled to the electro-mechanical conversion element and displaced together with the electro-mechanical conversion element. The driven member frictionally coupled to the driving member, drive pulse generating means for giving expansion / contraction displacement to the electro-mechanical conversion element, and drive control means are provided, and the electro-mechanical conversion element undergoes expansion / contraction displacement by the drive pulse generating means. To drive the driving member and to move the driven member frictionally coupled to the driving member in a predetermined direction.
In a driving device using a mechanical conversion element, the electric
The mechanical conversion element is composed of a plurality of conversion element aggregates that can be selectively connected to the drive pulse generation means, and the drive control means, when performing high-speed driving, changes the plurality of conversion elements according to a desired drive speed. It is characterized in that a part of the aggregate is controlled to be connected to the drive pulse generating means.

【0022】そして、前記駆動制御手段は、低速駆動を
行う場合は所望の移動距離に応じて複数の変換素子集合
体の一部或いは全てを前記駆動パルス発生手段に接続す
るように制御する。
When the low speed driving is performed, the drive control means controls so as to connect a part or all of the plurality of conversion element assemblies to the drive pulse generating means according to a desired moving distance.

【0023】また、前記駆動制御手段は、高速駆動を行
うため所望の駆動速度に応じて複数の変換素子集合体か
らその一部のみを駆動パルス発生手段に接続する際は、
前記駆動部材に近い側の変換素子集合体を優先して駆動
パルス発生手段に接続するように制御する。
Further, the drive control means performs high speed driving, and when only a part of the plurality of conversion element assemblies is connected to the drive pulse generation means in accordance with a desired drive speed,
The conversion element assembly on the side closer to the drive member is controlled so as to be preferentially connected to the drive pulse generation means.

【0024】前記電気−機械変換素子を構成する変換素
子集合体は、1個以上の単位変換素子を積層して構成さ
れ、前記電気−機械変換素子は、単位変換素子の積層数
が異なる複数の変換素子集合体から構成される。
The conversion element assembly constituting the electro-mechanical conversion element is formed by laminating one or more unit conversion elements, and the electro-mechanical conversion element is composed of a plurality of unit conversion elements having different numbers of laminations. It is composed of a conversion element assembly.

【0025】[0025]

【発明の実施の形態】圧電素子28は1乃至複数個の単
位変換素子を積層して構成したブロツクを複数個積層し
て構成され、第1ブロツク28aは単位変換素子数1、
第2ブロツク28bは単位変換素子数2、第3ブロツク
28cは単位変換素子数4から構成される。第1ブロツ
ク28aはスイツチング素子SW1を経て、第2ブロツ
ク28bはSW2を経て、第3ブロツク28cはSW3
を経て、それぞれ駆動回路(粗動回路23及び微動回路
24)に接続される。なお、上記したスイツチング素子
は、制御回路20のCPU21で制御される半導体スイ
ツチング素子で構成される(図5参照)。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The piezoelectric element 28 is constituted by laminating a plurality of blocks constituted by laminating one to a plurality of unit conversion elements, and the first block 28a is composed of one unit conversion element.
The second block 28b is composed of two unit conversion elements, and the third block 28c is composed of four unit conversion elements. The first block 28a goes through the switching element SW1, the second block 28b goes through SW2, and the third block 28c goes through SW3.
, And are respectively connected to drive circuits (coarse movement circuit 23 and fine movement circuit 24). The above-mentioned switching element is a semiconductor switching element controlled by the CPU 21 of the control circuit 20 (see FIG. 5).

【0026】第1ブロツク28a乃至第3ブロツク28
cは変換素子数が異なるから、高速駆動のために駆動パ
スルを印加したときの往復変位がそれぞれ異なり、結果
として駆動速度が異なるから、所望の駆動速度に応じて
最適のブロツクを選択駆動することで所望の駆動速度を
得ることができる。単位変換素子の積層数を増加させる
と圧電素子を含む駆動系の共振周波数が低下し、可聴周
波数以下(20kHz以下)の振動音が発生するから、
ブロツクの一部だけを選択するようにして駆動される積
層数を少なくし、可聴周波数の振動音の発生を防ぐ。
The first block 28a to the third block 28
Since c has a different number of conversion elements, the reciprocal displacement when a driving pulse is applied for high-speed driving is different, and as a result, the driving speed is different. Therefore, the optimum block should be selectively driven according to the desired driving speed. Thus, a desired driving speed can be obtained. When the number of laminated unit conversion elements is increased, the resonance frequency of the drive system including the piezoelectric element is lowered, and vibration noise below the audible frequency (below 20 kHz) is generated.
By selecting only a part of the block, the number of laminated layers driven is reduced to prevent the generation of vibration sound at an audible frequency.

【0027】低速駆動の場合は、所望の移動距離に応じ
て最適のブロツクを選択駆動することで、所望の距離だ
け正確に移動させることができる。この場合は振動音が
発生しないから、所望の移動距離に応じてブロツクの一
部或いは全部を使用することができる。
In the case of low speed driving, an optimum block can be selectively driven according to a desired moving distance, so that the desired distance can be accurately moved. In this case, no vibrating noise is generated, so that part or all of the block can be used according to the desired moving distance.

【0028】[0028]

【実施例】以下、この発明の実施例について説明する。
図5はこの発明の電気−機械変換素子を使用した駆動装
置を、レンズ装置に適用した場合の駆動機構10と制御
回路20のブロツク図である。
Embodiments of the present invention will be described below.
FIG. 5 is a block diagram of the drive mechanism 10 and the control circuit 20 when the drive device using the electro-mechanical conversion element of the present invention is applied to a lens device.

【0029】レンズ装置の駆動機構10の構成を簡単に
説明すると、28は圧電素子で、その一端はフレ−ム1
9に接着固定され、圧電素子28の他端には図示しない
支持手段により軸方向に変位自在に支持された駆動軸1
1が接着固定されている。
The structure of the driving mechanism 10 of the lens device will be briefly described. 28 is a piezoelectric element, one end of which is the frame 1
The drive shaft 1 is bonded and fixed to the piezoelectric element 9 and supported at the other end of the piezoelectric element 28 by a support means (not shown) so as to be axially displaceable.
1 is adhesively fixed.

【0030】12はスライダブロツクで、横方向に駆動
軸11が貫通している。スライダブロツク12の駆動軸
11が貫通している上部には開口部12aが形成され、
駆動軸11の上半分が露出している。また、この開口部
12aには駆動軸11の上半分に当接するパツド13が
嵌挿され、パツド13には上部に突起13aが設けられ
ており、パツド13の突起13aが板ばね14により押
し下げられ、パツド13には駆動軸11に当接する下向
きの付勢力Fが与えられている。図6は駆動軸11とス
ライダブロツク12及びパツド13との摩擦結合部分の
構成を示す断面図である。
A slider block 12 has a drive shaft 11 penetrating in the lateral direction. An opening 12a is formed in an upper portion of the slider block 12 through which the drive shaft 11 passes.
The upper half of the drive shaft 11 is exposed. A pad 13 which is in contact with the upper half of the drive shaft 11 is fitted into the opening 12a, and a projection 13a is provided on the upper portion of the pad 13. The projection 13a of the pad 13 is pushed down by a leaf spring 14. The pad 13 is provided with a downward biasing force F which comes into contact with the drive shaft 11. FIG. 6 is a cross-sectional view showing the structure of the friction coupling portion of the drive shaft 11, the slider block 12 and the pad 13.

【0031】以上の構成により、パツド13を含むスラ
イダブロツク12と駆動軸11とは板ばね14の付勢力
Fにより圧接され、摩擦結合している。
With the above structure, the slider block 12 including the pad 13 and the drive shaft 11 are pressed against each other by the urging force F of the leaf spring 14 and are frictionally coupled to each other.

【0032】また、スライダブロツク12の下側にはレ
ンズ保持枠15が固定されており、レンズ16を保持す
るように構成されている。17aはレンズ16の位置を
検出する磁気抵抗検出素子でレンズ保持枠15に固定さ
れている。磁気抵抗検出素子17aにはNSの磁極が所
定間隔λで着磁されている着磁ロツド17bが接近して
配置されており、磁気抵抗検出素子17aと着磁ロツド
17bとで公知のMRセンサ17が構成される。レンズ
保持枠15が移動するとき、MRセンサ17の磁気抵抗
検出素子17aが着磁ロツド17bの磁極の変化を検出
して出力される信号により、レンズの現在位置を知るこ
とができる。
A lens holding frame 15 is fixed to the lower side of the slider block 12 so as to hold the lens 16. Reference numeral 17a denotes a magnetoresistive detecting element for detecting the position of the lens 16, which is fixed to the lens holding frame 15. A magnetizing rod 17b in which NS magnetic poles are magnetized at a predetermined interval λ is arranged close to the magnetoresistive detecting element 17a, and a well-known MR sensor 17 is used for the magnetoresistive detecting element 17a and the magnetizing rod 17b. Is configured. When the lens holding frame 15 moves, the current position of the lens can be known from a signal output by the magnetoresistive detecting element 17a of the MR sensor 17 detecting a change in the magnetic pole of the magnetized rod 17b.

【0033】制御回路20はCPU21と、その入力ポ
−トに接続されたMRセンサ出力信号処理回路22、出
力ポ−トに接続された粗動回路23及び微動回路24、
及び圧電素子28に並列に接続されたインピ−ダンス調
整回路35から構成される。インピ−ダンス調整回路3
5については後で詳細に説明する。
The control circuit 20 includes a CPU 21, an MR sensor output signal processing circuit 22 connected to the input port thereof, a coarse movement circuit 23 and a fine movement circuit 24 connected to the output port,
And an impedance adjustment circuit 35 connected in parallel to the piezoelectric element 28. Impedance adjustment circuit 3
5 will be described in detail later.

【0034】また、圧電素子28は1乃至複数個の単位
変換素子を積層して構成したブロツクを複数個積層して
構成される。この実施例では、第1ブロツク28aは単
位変換素子数1(2の0乗)、第2ブロツク28bは単
位変換素子数2(2の1乗)、第3ブロツク28cは単
位変換素子数4(2の2乗)から構成される。第1ブロ
ツク28aはスイツチング素子SW1 を経て、第2ブロ
ツク28bはSW2 を経て、第3ブロツク28cはSW
3 を経て、それぞれ粗動回路23及び微動回路24に接
続されている。なお、上記したスイツチング素子SW1
〜SW3 は、制御回路20のCPU21で制御される半
導体スイツチング素子で構成される。
Further, the piezoelectric element 28 is constituted by laminating a plurality of blocks constituted by laminating one to a plurality of unit conversion elements. In this embodiment, the first block 28a has a unit conversion element number of 1 (2 to the power of 0), the second block 28b has a unit conversion element number of 2 (2 to the power of 1), and the third block 28c has a unit conversion element number of 4 ( 2 squared). The first block 28a goes through the switching element SW1, the second block 28b goes through SW2, and the third block 28c goes through SW.
3 and are connected to a coarse movement circuit 23 and a fine movement circuit 24, respectively. The above-mentioned switching element SW1
˜SW3 are composed of semiconductor switching elements controlled by the CPU 21 of the control circuit 20.

【0035】次に、制御回路20の動作を説明する。ま
ず、粗動回路23による高速駆動について説明する。高
速駆動の場合は、圧電素子に所定周波数の駆動パルスを
印加して駆動する。この場合、駆動パルスの周波数が圧
電素子を含む駆動機構の共振周波数よりも十分に低けれ
ば(実験では駆動パルスの周波数が駆動機構の共振周波
数の1/2以下の場合)、移動体(ここではレンズ)の
速度は圧電素子の伸び量と駆動パルスの周波数の積とな
る。
Next, the operation of the control circuit 20 will be described. First, high-speed driving by the coarse movement circuit 23 will be described. In the case of high speed driving, a driving pulse having a predetermined frequency is applied to the piezoelectric element for driving. In this case, if the frequency of the drive pulse is sufficiently lower than the resonance frequency of the drive mechanism including the piezoelectric element (in the experiment, the frequency of the drive pulse is 1/2 or less of the resonance frequency of the drive mechanism), the moving body (here, The speed of the lens) is the product of the amount of expansion of the piezoelectric element and the frequency of the drive pulse.

【0036】圧電素子に印加する電圧が同じであれば圧
電素子を構成する素子の積層数が多いほど伸び量が大き
くなるから、積層数が多いほど駆動速度は速くなる。但
し、積層数が多くなると、圧電素子を含む駆動機構の共
振周波数が低下するため、駆動時に発生する振動音が可
聴周波数範囲となつて人間の耳に不快感を与えるばかり
でなく、共振周波数の低下により駆動速度が低下し、超
音波領域では駆動できない場合もある。この点で素子の
積層数には制限がある。
If the voltage applied to the piezoelectric element is the same, the expansion amount increases as the number of laminated layers forming the piezoelectric element increases, and thus the driving speed increases as the number of laminated layers increases. However, when the number of stacked layers increases, the resonance frequency of the drive mechanism including the piezoelectric element decreases, so that the vibration sound generated at the time of driving not only makes the human ear unpleasant to the audible frequency range, but also increases the resonance frequency. Due to the decrease, the drive speed may be decreased, and the drive may not be possible in the ultrasonic range. In this regard, the number of stacked elements is limited.

【0037】高速駆動においては、所望の駆動速度に適
した積層数になるようにスイツチング素子SW1 乃至ス
イツチング素子SW3 を適宜選択操作して第1ブロツク
28a乃至第3ブロツク28cを粗動回路23に接続す
ることで、所望の駆動速度を設定することができる。こ
の場合、圧電素子を含む駆動機構の共振周波数が高いほ
うが安定した速度を得ることができるから、駆動軸11
側に近いブロツクを優先して駆動するようにスイツチン
グ素子の選択をするのがよい。
In high-speed driving, the switching elements SW1 to SW3 are appropriately selected and operated to connect the first block 28a to the third block 28c to the coarse movement circuit 23 so that the number of stacked layers is suitable for a desired driving speed. By doing so, a desired drive speed can be set. In this case, the higher the resonance frequency of the drive mechanism including the piezoelectric element, the more stable the speed can be obtained.
It is preferable to select the switching element so that the block closer to the side is preferentially driven.

【0038】次に、微動回路24による低速駆動につい
て説明する。低速駆動は圧電素子に直流電圧を印加して
圧電素子に伸び変位を発生させ、微小距離だけ移動させ
る駆動である。圧電素子の伸び量は印加した直流電圧に
より決まるから、印加する直流電圧と単位の圧電素子の
伸び量の関係を予め測定等により決定しておけば、印加
する直流電圧が一定の場合は、単位の圧電素子の伸び量
と積層数の積で移動距離を表わすことができ、予め移動
距離を正確に定めることができる。
Next, low speed driving by the fine movement circuit 24 will be described. The low-speed drive is a drive in which a direct current voltage is applied to the piezoelectric element to generate an extension displacement in the piezoelectric element and the piezoelectric element is moved by a minute distance. Since the amount of expansion of the piezoelectric element is determined by the applied DC voltage, if the relationship between the applied DC voltage and the amount of expansion of the unit piezoelectric element is determined beforehand by measurement, etc., if the applied DC voltage is constant, the unit The moving distance can be represented by the product of the expansion amount of the piezoelectric element and the number of stacked layers, and the moving distance can be accurately determined in advance.

【0039】駆動する圧電素子の積層数が多い程移動距
離は長くなるが、積層数を多くすると、積層した個々の
単位の圧電素子の伸び量のばらつきのため、移動距離の
精度が低下する。また、移動距離の設定は、安定した推
力を得るために圧電素子に印加する直流電圧は変更せ
ず、印加する圧電素子の数を増減して全体として所望の
移動距離を設定するようにする。
The larger the number of laminated piezoelectric elements to be driven, the longer the moving distance. However, if the number of laminated piezoelectric elements is increased, the accuracy of the moving distance decreases due to the variation in the amount of expansion of each laminated piezoelectric element. Further, in setting the moving distance, the DC voltage applied to the piezoelectric element is not changed in order to obtain a stable thrust, and the desired moving distance is set as a whole by increasing or decreasing the number of piezoelectric elements applied.

【0040】このため、低速駆動においては、所望の移
動距離に適した積層数になるようにスイツチング素子S
W1 乃至スイツチング素子SW3 を選択操作して第1ブ
ロツク28a乃至第3ブロツク28cを微動回路24に
接続することで、所望の移動距離を設定することができ
る。また、安定した推力を得るためには、使用するブロ
ツクは駆動軸11側に近いブロツクが有利であるから、
所望の移動距離に応じて駆動軸11側に近いブロツクを
優先的に使用するようにスイツチング素子で選択するの
がよい。
Therefore, in low-speed driving, the switching element S is adjusted so that the number of stacked layers is suitable for a desired moving distance.
A desired movement distance can be set by selectively operating W1 to the switching element SW3 to connect the first block 28a to the third block 28c to the fine movement circuit 24. Further, in order to obtain a stable thrust, it is advantageous that the block used is close to the drive shaft 11 side.
It is preferable that the switching element is selected so that the block close to the drive shaft 11 side is preferentially used according to the desired moving distance.

【0041】図7は粗動回路による駆動速度と微動回路
による移動距離との一例を示した図である。図7の
(a)は粗動回路23から20kHz、30Vの駆動パ
ルスが供給された場合の、スイツチング素子SW1 乃至
スイツチング素子SW3 の選択により得られる速度を例
示したもので、スイツチング素子SW1 〜SW3 をON
とした場合は30mm/sec、スイツチング素子SW
1 及びSW2 をON、SW3 をOFFとした場合は10
mm/sec、スイツチング素子SW1 をON、SW2
及びSW3 をOFFとした場合は3mm/secの速度
が得られることを示している。
FIG. 7 is a diagram showing an example of the drive speed by the coarse movement circuit and the movement distance by the fine movement circuit. FIG. 7A illustrates the speed obtained by selecting the switching elements SW1 to SW3 when a driving pulse of 20 kHz and 30 V is supplied from the coarse movement circuit 23. The switching elements SW1 to SW3 are shown in FIG. ON
30 mm / sec, switching element SW
10 when 1 and SW2 are ON and SW3 is OFF
mm / sec, switching element SW1 ON, SW2
It is shown that a speed of 3 mm / sec can be obtained when SW3 and SW3 are turned off.

【0042】図7の(b)は微動回路24から0〜15
0Vの直流電圧が供給された場合の、スイツチング素子
SW1 乃至スイツチング素子SW3 の選択により得られ
る移動距離と移動精度を例示したもので、スイツチング
素子SW1 〜SW3 をONとした場合は移動範囲は0〜
10μmで精度が100nm、スイツチング素子SW1
及びSW2 をON、SW3 をOFFとした場合は移動範
囲は0〜3μmで精度が30nm、スイツチング素子S
W1 をON、SW2 及びSW3 をOFFとした場合は移
動範囲は0〜1μmで精度が10nmであることを示し
ている。
FIG. 7B shows the fine movement circuit 24 from 0 to 15
The moving distance and the moving accuracy obtained by selecting the switching elements SW1 to SW3 when a DC voltage of 0 V is supplied are illustrated. When the switching elements SW1 to SW3 are turned on, the moving range is 0 to 0.
Switching element SW1 with accuracy of 100 nm at 10 μm
When SW2 is turned on and SW3 is turned off, the moving range is 0 to 3 μm, the accuracy is 30 nm, and the switching element S
When W1 is turned on and SW2 and SW3 are turned off, the moving range is 0 to 1 μm and the accuracy is 10 nm.

【0043】図8は、第1実施例における圧電素子の素
子数を増加してこれを4つのブロツクに分割した変形例
を示す。このように圧電素子のブロツク分割数を増やし
て第1ブロツク28a、第2ブロツク28b、第3ブロ
ツク28c、第4ブロツク28dとし、これ等のブロツ
クをスイツチング素子SW1 〜SW4 により適宜選択す
ることで、高速駆動の場合の駆動速度や、低速駆動の場
合の移動距離をより細かく設定することができる。
FIG. 8 shows a modification in which the number of piezoelectric elements in the first embodiment is increased and this is divided into four blocks. In this way, by increasing the block division number of the piezoelectric element to form the first block 28a, the second block 28b, the third block 28c, and the fourth block 28d, and by appropriately selecting these blocks by the switching elements SW1 to SW4, The driving speed in the case of high-speed driving and the moving distance in the case of low-speed driving can be set more finely.

【0044】図9は、上記した圧電素子を4つのブロツ
クに分割した場合の、ブロツクの選択と高速駆動の場合
の駆動速度との関係を示した図である。線(a)は第1
ブロツク28a(単位変換素子数が2の0乗=1)を選
択した場合、線(b)は第1ブロツク28aと第2ブロ
ツク28b(単位変換素子数が2の1乗=2)を選択し
た場合、線(c)は第1ブロツク28a、第2ブロツク
28b、及び第3ブロツク28c(単位変換素子数が2
の2乗=4)を選択した場合を示し、圧電素子に印加す
る駆動パルスの周波数が高くなるにつれ駆動速度が増大
することを示している。
FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the selection of blocks and the driving speed in the case of high-speed driving when the above-mentioned piezoelectric element is divided into four blocks. Line (a) is first
When the block 28a (the number of unit conversion elements is the power of 2 = 1) is selected, the line (b) selects the first block 28a and the second block 28b (the number of the unit conversion elements is the power of 2 = 2). In this case, the line (c) indicates the first block 28a, the second block 28b, and the third block 28c (where the number of unit conversion elements is 2).
Squared = 4) is selected, showing that the driving speed increases as the frequency of the driving pulse applied to the piezoelectric element increases.

【0045】また、線(d)は第1ブロツク28aから
第4ブロツク28d(単位変換素子数が2の3乗=8)
までの全ての圧電素子のブロツクを選択した場合を示し
ており、この場合は圧電素子を含む駆動機構の共振周波
数が低下するため、20kHz以上の超音波領域の周波
数では移動体の移動速度が零になることを示している。
このような条件のときには、高速駆動の場合は圧電素子
の第4ブロツク28dを選択駆動しない方がよい。第4
ブロツク28dを選択駆動しなければ超音波領域でも駆
動することができる。
The line (d) indicates the first block 28a to the fourth block 28d (the number of unit conversion elements is the power of 2 = 8).
Shows the case where blocks of all piezoelectric elements up to are selected. In this case, since the resonance frequency of the drive mechanism including the piezoelectric element decreases, the moving speed of the moving body is zero at the frequency in the ultrasonic region of 20 kHz or higher. It has become.
Under these conditions, it is better not to selectively drive the fourth block 28d of the piezoelectric element in the case of high speed driving. 4th
If the block 28d is not selectively driven, it can be driven in the ultrasonic region.

【0046】図10は図8に示す圧電素子を4ブロツク
に分割した例における粗動回路による駆動速度と微動回
路による移動距離との一例を示した図であり、図10の
(a)は粗動回路23から20kHz、30Vの駆動パ
ルスが供給された場合の、スイツチング素子SW1 乃至
スイツチング素子SW4 の選択により得られる速度を例
示したもので、スイツチング素子SW1 〜SW4 をON
とした場合は0mm/sec、スイツチング素子SW1
〜SW3 をON、SW4 をOFFとした場合は30mm
/sec、スイツチング素子SW1 及びSW2 をON、
SW3 、SW4をOFFとした場合は10mm/se
c、スイツチング素子SW1 をON、SW2 〜SW4 を
OFFとした場合は3mm/secの速度が得られるこ
とを示している。
FIG. 10 is a diagram showing an example of the driving speed by the coarse movement circuit and the movement distance by the fine movement circuit in the example in which the piezoelectric element shown in FIG. 8 is divided into four blocks, and FIG. The speed obtained by selecting the switching elements SW1 to SW4 when the drive pulse of 20 kHz and 30 V is supplied from the driving circuit 23 is shown as an example. The switching elements SW1 to SW4 are turned on.
0 mm / sec, switching element SW1
~ 30 mm when SW3 is ON and SW4 is OFF
/ Sec, switching elements SW1 and SW2 are turned on,
10 mm / se when SW3 and SW4 are OFF
c, it is shown that a speed of 3 mm / sec can be obtained when the switching element SW1 is turned on and SW2 to SW4 are turned off.

【0047】図10の(b)は微動回路24から0〜1
50Vの直流電圧が供給された場合の、スイツチング素
子SW1 乃至スイツチング素子SW4 の選択により得ら
れる移動距離と移動精度を例示したもので、スイツチン
グ素子SW1 〜SW4 をONとした場合は移動範囲は0
〜30μmで精度が300nm、スイツチング素子SW
1 〜SW3 をON、SW4 をOFFとした場合は移動範
囲は0〜10μmで精度が100nm、SW1 及びSW
2 をON、SW3 及びSW4 をOFFとした場合は移動
範囲は0〜3μmで精度が30nm、スイツチング素子
SW1 をON、SW2 〜SW4 をOFFとした場合は移
動範囲は0〜1μmで精度が10nmであることを示し
ている。
FIG. 10B shows the fine movement circuit 24 with 0 to 1
The moving distance and the moving accuracy obtained by selecting the switching elements SW1 to SW4 when a DC voltage of 50 V is supplied are illustrated. When the switching elements SW1 to SW4 are turned on, the moving range is 0.
Accuracy of 300 nm at -30 μm, switching element SW
When 1 to SW3 is ON and SW4 is OFF, the moving range is 0 to 10 μm and the accuracy is 100 nm, SW1 and SW
When 2 is turned on and SW3 and SW4 are turned off, the movement range is 0 to 3 μm and the accuracy is 30 nm. When switching element SW1 is turned on and SW2 to SW4 is turned off, the movement range is 0 to 1 μm and the accuracy is 10 nm. It indicates that there is.

【0048】したがつて、高速駆動においてはスイツチ
ング素子SW4 をOFFとし、スイツチング素子SW1
〜SW3 で所望の駆動速度を設定し、低速駆動において
は所望の移動距離に応じてスイツチング素子SW1 〜S
W4 により適宜設定すればよい。この場合、スイツチン
グ素子SW4 により第4ブロツク28dを選択すること
で、図7に示した例の場合よりも長い移動距離を設定す
ることができる。
Therefore, in high speed driving, the switching element SW4 is turned off and the switching element SW1 is turned on.
~ SW3 sets a desired drive speed, and in low speed drive, switching elements SW1 ~ S are set according to a desired moving distance.
It may be set appropriately by W4. In this case, by selecting the fourth block 28d by the switching element SW4, it is possible to set a longer moving distance than in the case of the example shown in FIG.

【0049】図5に示した制御回路における粗動回路2
3及び微動回路24の一例を図11に示す。粗動回路2
3及び微動回路24は、同一の回路構成であるので粗動
回路23についてのみ説明する。粗動回路23は公知の
定電流回路31、32と制御回路のCPU21(図5参
照)で制御される半導体スイツチング素子SWa、SW
b、SWc、SWdから構成される。
Coarse movement circuit 2 in the control circuit shown in FIG.
An example of the 3 and the fine movement circuit 24 is shown in FIG. Coarse circuit 2
Since 3 and the fine movement circuit 24 have the same circuit configuration, only the coarse movement circuit 23 will be described. The coarse movement circuit 23 is a semiconductor switching element SWa or SW controlled by the known constant current circuits 31 and 32 and the CPU 21 (see FIG. 5) of the control circuit.
It is composed of b, SWc, and SWd.

【0050】高速駆動のためには、圧電素子に対して緩
やかに充電し急速に放電する駆動パルス、或いは急速に
充電し緩やかに放電する駆動パルスを供給する。即ち、
圧電素子28に対して緩やかに充電し急速に放電する駆
動パルスを供給するときは、CPU21から出力される
信号でSWaとSWdをOFF状態に維持する。この状
態でSWcをONとすると、圧電素子28には電源Vか
らの電流がSWc、定電流回路31を経て一定電流で流
れ、緩やかに充電される。次にSWbをONとすると、
圧電素子28に充電された電荷はSWbを経て急速に放
電する。SWcとSWbを交互に所定の周期でON/O
FF制御することにより、圧電素子に所定周期の駆動パ
ルスを供給することができる。
For high speed driving, a driving pulse for slowly charging and rapidly discharging or a driving pulse for rapidly charging and slowly discharging is supplied to the piezoelectric element. That is,
When supplying a drive pulse for gently charging and rapidly discharging the piezoelectric element 28, SWa and SWd are maintained in the OFF state by a signal output from the CPU 21. When SWc is turned on in this state, a current from the power source V flows through the piezoelectric element 28 at a constant current through the SWc and constant current circuit 31, and is gradually charged. Next, when SWb is turned on,
The electric charge charged in the piezoelectric element 28 is rapidly discharged through SWb. SWc and SWb are alternately turned ON / O at a predetermined cycle.
By performing FF control, it is possible to supply a drive pulse having a predetermined cycle to the piezoelectric element.

【0051】圧電素子28に対して急速に充電し緩やか
に放電する駆動パルスを供給するときは、CPU21か
ら出力される信号でSWcとSWbをOFF状態に維持
する。この状態でSWaをONとすると、圧電素子28
には電源Vからの電流がSWaを経て流れ、急速に充電
される。次にSWdをONとすると、圧電素子28に充
電された電荷はSWd、定電流回路32を経て一定電流
で流れ、緩やかに放電する。SWaとSWdを交互に所
定の周期でON/OFF制御することにより、圧電素子
に所定周期の駆動パルスを供給することができる。
When a drive pulse for rapidly charging and slowly discharging the piezoelectric element 28 is supplied, SWc and SWb are maintained in the OFF state by a signal output from the CPU 21. When SWa is turned on in this state, the piezoelectric element 28
Current from the power supply V flows through SWa and is rapidly charged. Next, when SWd is turned on, the electric charge charged in the piezoelectric element 28 flows through SWd and the constant current circuit 32 at a constant current, and is gently discharged. By alternately controlling ON / OFF of SWa and SWd at a predetermined cycle, it is possible to supply a drive pulse of a predetermined cycle to the piezoelectric element.

【0052】低速駆動のためには、圧電素子に対して緩
やかに充電(或いは緩やかに放電)するように直流を供
給する。即ち、移動距離に対応した所定の伸びを発生さ
せるには、微動回路24(粗動回路23と同一の回路構
成)のスイツチング素子SWcをONとして、圧電素子
28に電源Vから供給される直流を緩やかに充電して所
定の伸びを発生させる。この場合、充電電荷を放電させ
るにはスイツチング素子SWbをONとして行う。ま
た、移動距離に対応した所定の縮みを発生させるには、
スイツチング素子SWaをONとして一旦急速に充電し
た後、スイツチング素子SWdをONとして緩やかに放
電させ、所定の縮みを発生させる。
For low speed driving, direct current is supplied to the piezoelectric element so that the piezoelectric element is slowly charged (or slowly discharged). That is, in order to generate a predetermined expansion corresponding to the movement distance, the switching element SWc of the fine movement circuit 24 (having the same circuit configuration as the coarse movement circuit 23) is turned on, and the direct current supplied from the power source V is applied to the piezoelectric element 28. Charge gently to generate a predetermined elongation. In this case, the switching element SWb is turned on to discharge the charge. Also, to generate a predetermined shrinkage corresponding to the movement distance,
After the switching element SWa is turned on to charge the battery once rapidly, the switching element SWd is turned on to slowly discharge the battery to generate a predetermined contraction.

【0053】圧電素子を駆動する駆動回路は、回路の負
荷である圧電素子のインピ−ダンスに適合するようにイ
ンピ−ダンスのマツチングを取り、損失の無いように構
成されるのが普通である。
The drive circuit for driving the piezoelectric element is usually constructed so as to match the impedance of the piezoelectric element, which is the load of the circuit, by matching the impedance so that there is no loss.

【0054】しかしながら、先に説明したように、駆動
速度や移動距離に応じて圧電素子を構成する変換素子数
を変えると、圧電素子のインピ−ダンスが変わる。この
ため、駆動回路(粗動回路23或いは微動回路24)と
の間でインピ−ダンスのミスマツチングが生じ、損失が
発生して駆動パルスの波形が崩れる。図12は粗動回路
のスイツチング素子のON/OFFの状態と圧電素子に
印加される駆動パルスの波形、及び波形の崩れを示した
図で、図12の(a)はSWcとSWbをON/OFF
制御して緩やかな充電と急速な放電からなる駆動パルス
を発生させた場合を、図12の(b)はSWaとSWd
をON/OFF制御して急速な充電と緩やかな放電から
なる駆動パルスの場合を示している。
However, as described above, when the number of conversion elements forming the piezoelectric element is changed according to the driving speed and the moving distance, the impedance of the piezoelectric element changes. For this reason, impedance mismatching occurs with the drive circuit (coarse movement circuit 23 or fine movement circuit 24), loss occurs, and the waveform of the drive pulse collapses. FIG. 12 is a diagram showing the ON / OFF state of the switching element of the coarse movement circuit, the waveform of the drive pulse applied to the piezoelectric element, and the collapse of the waveform. In FIG. 12A, SWc and SWb are turned ON / OFF. OFF
FIG. 12B shows the case where SWa and SWd are controlled to generate a drive pulse composed of gentle charge and rapid discharge.
The figure shows the case of a drive pulse consisting of rapid charging and gentle discharging by controlling ON / OFF.

【0055】このような圧電素子を構成する変換素子数
を変更した場合に発生する圧電素子のインピ−ダンスと
駆動回路(粗動回路23或いは微動回路24)との間の
インピ−ダンスのミスマツチングを回避するためには、
駆動される素子数に応じたインピ−ダンスを持つ駆動回
路を複数準備し、駆動される素子数に応じて駆動回路を
切換えるようにすれば解決される。しかし、この方法で
は複数の駆動回路を準備しなければならないのでコスト
を増加させる結果となる。そこでこの発明では、圧電素
子を構成する素子数を変更してもインピ−ダンスが変化
しないように、圧電素子に並列にインピ−ダンス調整回
路35を設けて解決した。
Mismatching of the impedance between the impedance of the piezoelectric element and the drive circuit (coarse movement circuit 23 or fine movement circuit 24) which occurs when the number of conversion elements constituting such a piezoelectric element is changed. To avoid
The problem can be solved by preparing a plurality of drive circuits having impedances according to the number of driven elements and switching the drive circuits according to the number of driven elements. However, this method results in an increase in cost because a plurality of drive circuits must be prepared. Therefore, in the present invention, the impedance adjusting circuit 35 is provided in parallel with the piezoelectric element so that the impedance does not change even if the number of elements forming the piezoelectric element is changed.

【0056】図13は、図5に示した制御回路20にお
いて圧電素子28とインピ−ダンス調整回路35の部分
を示したものである。インピ−ダンス調整回路35は圧
電素子の第2ブロツク28bの容量成分に相当する容量
のコンデンサC5 と第3ブロツク28cの容量成分に相
当する容量のコンデンサC4 を、それぞれスイツチング
素子SW5 、SW4 で駆動回路に接続可能に構成してあ
る。これは、圧電素子のインピ−ダンスは容量成分が主
であり、駆動回路から切り離された圧電素子の容量成分
を補うためである。
FIG. 13 shows a portion of the piezoelectric element 28 and the impedance adjustment circuit 35 in the control circuit 20 shown in FIG. The impedance adjustment circuit 35 drives a capacitor C5 having a capacitance corresponding to the capacitance component of the second block 28b and a capacitor C4 having a capacitance corresponding to the capacitance component of the third block 28c of the piezoelectric element by switching elements SW5 and SW4, respectively. It is configured to be connectable to. This is because the impedance of the piezoelectric element mainly has a capacitance component and supplements the capacitance component of the piezoelectric element separated from the drive circuit.

【0057】いま、圧電素子の第1ブロツク28aだけ
を駆動する場合は、スイツチング素子SW4 、スイツチ
ング素子SW5 をONとしてコンデンサC4 、C5 を駆
動回路に並列に接続し、駆動回路から切り離された第2
ブロツク28bと第3ブロツク28cの容量成分を補
う。また、圧電素子の第1ブロツク28a、第2ブロツ
ク28bを駆動する場合は、スイツチング素子SW4 を
ONとしてコンデンサC4 を駆動回路に並列に接続し、
駆動回路から切り離された第3ブロツク28cの容量成
分を補う。
When only the first block 28a of the piezoelectric element is driven, the switching elements SW4 and SW5 are turned on and the capacitors C4 and C5 are connected in parallel to the driving circuit, and the second block separated from the driving circuit.
The capacity components of the block 28b and the third block 28c are supplemented. When the first block 28a and the second block 28b of the piezoelectric element are driven, the switching element SW4 is turned on and the capacitor C4 is connected in parallel to the drive circuit.
The capacitance component of the third block 28c separated from the drive circuit is supplemented.

【0058】図14は、図13に示した容量成分を補う
インピ−ダンス調整回路35の変形例で、容量成分ばか
りでなくインダクタンス成分も補うようにしたインピ−
ダンス調整回路36である。図13に示したインピ−ダ
ンス調整回路35のコンデンサC4 、C5 にそれぞれコ
イルL4 、L5 を直列に挿入し、インダクタンス成分も
補償するようにしている。
FIG. 14 shows a modified example of the impedance adjustment circuit 35 for compensating for the capacitance component shown in FIG. 13, which is designed to compensate not only for the capacitance component but also for the inductance component.
The dance adjustment circuit 36. Coils L4 and L5 are respectively inserted in series in capacitors C4 and C5 of the impedance adjustment circuit 35 shown in FIG. 13 so that the inductance component is also compensated.

【0059】以上説明したインピ−ダンス調整回路は、
駆動回路(粗動回路23或いは微動回路24)の出力を
増幅器で増幅する場合に生ずる波形の歪みを調整する場
合にも使用することができる。
The impedance adjustment circuit described above is
It can also be used to adjust the waveform distortion that occurs when the output of the drive circuit (coarse movement circuit 23 or fine movement circuit 24) is amplified by an amplifier.

【0060】なお、以上説明した各実施例では、圧電素
子は複数個の単位変換素子を積層して構成したブロツク
を複数個積層して構成しており、それ等のブロツクは単
位変換素子の積層数が1、2、4、−−−などと2のn
乗(nは正の整数)で増加する数で構成した例を示し
た。しかしブロツクを構成する単位変換素子の積層数は
これに限られるものではなく、例えば3のn乗、10の
n乗など指数関数的に増加する数の積層数であつてもよ
い。
In each of the embodiments described above, the piezoelectric element is formed by stacking a plurality of blocks formed by stacking a plurality of unit conversion elements. These blocks are formed by stacking the unit conversion elements. Numbers are 1, 2, 4, ---, etc. and n of 2
An example is shown in which the number is increased by the power (n is a positive integer). However, the number of stacked unit conversion elements forming the block is not limited to this, and may be an exponentially increasing number of stacked layers such as 3 to the n-th power and 10 to the n-th power.

【0061】[0061]

【発明の効果】以上詳細に説明した通り、この発明によ
れば、電気−機械変換素子を使用した駆動装置におい
て、電気−機械変換素子を複数のブロツクから構成し、
高速駆動の場合における所望の駆動速度、或いは低速駆
動の場合の所望の移動距離に応じて最適のブロツクを選
択駆動するようにしたので、推力(駆動力)が低下した
り、駆動速度が不安定になつたりすることなく、効率よ
く駆動速度或いは移動距離の調整を行うことができる。
As described above in detail, according to the present invention, in the driving device using the electro-mechanical conversion element, the electro-mechanical conversion element is composed of a plurality of blocks,
The optimum block is selectively driven according to the desired drive speed in high-speed drive or the desired travel distance in low-speed drive, so the thrust (driving force) decreases and the drive speed becomes unstable. It is possible to efficiently adjust the driving speed or the moving distance without causing any trouble.

【0062】そして、高速駆動の場合は、電気−機械変
換素子の複数のブロツクの一部だけを駆動するように制
御するから、駆動系の共振周波数の低下による可聴周波
数の振動音の発生を防ぐことができ、また、低速駆動の
場合は、可聴周波数の振動音の発生のおそれがないので
所望の移動距離に応じて1乃至全部のブロツクの選択が
可能であるから、効率よく長い移動距離を移動させるこ
とができる。
Further, in the case of high speed driving, only a part of the plurality of blocks of the electro-mechanical conversion element is controlled to be driven, so that the generation of the vibration sound of the audible frequency due to the lowering of the resonance frequency of the drive system is prevented. Further, in the case of low speed driving, there is no possibility of generating a vibration sound of an audible frequency, and therefore one or all blocks can be selected according to a desired moving distance, so that a long moving distance can be efficiently achieved. It can be moved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】圧電素子に印加する駆動パルス電圧と駆動速度
の関係を示す図。
FIG. 1 is a diagram showing a relationship between a driving pulse voltage applied to a piezoelectric element and a driving speed.

【図2】圧電素子に印加する駆動パルス電圧と推力の関
係を示す図。
FIG. 2 is a diagram showing a relationship between a drive pulse voltage applied to a piezoelectric element and thrust.

【図3】圧電素子に印加する駆動パルスの周波数と駆動
速度の関係を示す図。
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the frequency of a drive pulse applied to a piezoelectric element and the drive speed.

【図4】圧電素子に印加する駆動パルスを間引いた場合
の駆動パルス波形を示す図。
FIG. 4 is a diagram showing a drive pulse waveform when a drive pulse applied to a piezoelectric element is thinned out.

【図5】この発明の電気−機械変換素子を使用した駆動
装置を、レンズ装置に適用した場合の駆動機構と制御回
路のブロツク図。
FIG. 5 is a block diagram of a drive mechanism and a control circuit when the drive device using the electro-mechanical conversion element of the present invention is applied to a lens device.

【図6】駆動軸とスライダブロツク及びパツドとの摩擦
結合部分の断面図。
FIG. 6 is a cross-sectional view of a friction coupling portion between a drive shaft, a slider block, and a pad.

【図7】粗動回路による駆動速度と微動回路による移動
距離の一例を示す図。
FIG. 7 is a diagram showing an example of a driving speed by a coarse movement circuit and a movement distance by a fine movement circuit.

【図8】圧電素子を4つのブロツクに分割した変形例を
説明する図。
FIG. 8 is a diagram illustrating a modified example in which a piezoelectric element is divided into four blocks.

【図9】圧電素子を4つのブロツクに分割した変形例に
おけるブロツクの選択と高速駆動の場合の駆動速度との
関係を説明する図。
FIG. 9 is a diagram illustrating the relationship between block selection and drive speed in the case of high-speed drive in a modification in which a piezoelectric element is divided into four blocks.

【図10】圧電素子を4ブロツクに分割した変形例にお
ける粗動回路による駆動速度と微動回路による移動距離
との一例を示す図。
FIG. 10 is a diagram showing an example of a driving speed by a coarse movement circuit and a movement distance by a fine movement circuit in a modified example in which a piezoelectric element is divided into four blocks.

【図11】制御回路における粗動回路及び微動回路の一
例を示すブロツク図。
FIG. 11 is a block diagram showing an example of a coarse movement circuit and a fine movement circuit in the control circuit.

【図12】粗動回路のスイツチング素子のON/OFF
の状態と圧電素子に印加される駆動パルスの波形、及び
波形の崩れを説明する図。
FIG. 12: ON / OFF of the switching element of the coarse movement circuit
6A and 6B are diagrams for explaining the state of FIG. 6B, the waveform of the drive pulse applied to the piezoelectric element, and the waveform collapse.

【図13】圧電素子のブロツク分割とインピ−ダンス調
整回路を説明する図。
FIG. 13 is a diagram illustrating a block division of a piezoelectric element and an impedance adjustment circuit.

【図14】インピ−ダンス調整回路の他の例を説明する
図。
FIG. 14 is a diagram illustrating another example of the impedance adjustment circuit.

【図15】従来の圧電素子を使用した駆動機構によるカ
メラのレンズ駆動機構の一例を説明する断面図。
FIG. 15 is a cross-sectional view illustrating an example of a lens driving mechanism of a camera by a driving mechanism using a conventional piezoelectric element.

【図16】図15に示す駆動機構の駆動軸とスライダブ
ロツク及びパツドとの摩擦結合部分の断面図。
16 is a cross-sectional view of a friction coupling portion of a drive shaft, a slider block, and a pad of the drive mechanism shown in FIG.

【図17】圧電素子に印加する駆動パルスの波形の一例
を示す図。
FIG. 17 is a diagram showing an example of a waveform of a drive pulse applied to a piezoelectric element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 駆動機構 11 駆動軸 12 スライダブロツク 13 パツド 14 板ばね 15 圧電素子 17 MRセンサ 20 制御回路 21 CPU 22 信号処理回路 23 粗動回路 24 微動回路 28 圧電素子 28a 圧電素子の第1ブロツク 28b 圧電素子の第2ブロツク 28c 圧電素子の第3ブロツク 35 インピ−ダンス調整回路 10 Drive mechanism 11 Drive shaft 12 Slider block 13 Pad 14 Leaf spring 15 Piezoelectric element 17 MR sensor 20 Control circuit 21 CPU 22 Signal processing circuit 23 Coarse movement circuit 24 Fine movement circuit 28 Piezoelectric element 28a Piezoelectric element first block 28b Piezoelectric element Second block 28c Third block of piezoelectric element 35 Impedance adjusting circuit

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 電気−機械変換素子と、 前記電気−機械変換素子に固着結合され該電気−機械変
換素子と共に変位する駆動部材と、 前記駆動部材に摩擦結合した被駆動部材と、 前記電気−機械変換素子に伸縮変位を与える駆動パルス
発生手段と、 駆動制御手段とを備え、前記駆動パルス発生手段により
電気−機械変換素子に伸縮変位を発生させることにより
駆動部材を駆動し、該駆動部材に摩擦結合した被駆動部
材を所定方向に移動させる電気−機械変換素子を使用し
た駆動装置において、 前記電気−機械変換素子は、前記駆動パルス発生手段に
選択的に接続可能な複数の変換素子集合体から構成さ
れ、 前記駆動制御手段は、高速駆動を行う場合は所望の駆動
速度に応じて複数の変換素子集合体からその一部のみを
前記駆動パルス発生手段に接続するように制御すること
を特徴とする電気−機械変換素子を使用した駆動装置。
1. An electro-mechanical conversion element, a drive member fixedly coupled to the electro-mechanical conversion element and displaced together with the electro-mechanical conversion element, a driven member frictionally coupled to the drive member, and the electro-mechanical conversion element. A drive pulse generating means for giving expansion / contraction displacement to the mechanical conversion element, and a drive control means are provided, and the expansion / contraction displacement of the electro-mechanical conversion element is caused by the drive pulse generation means to drive the driving member, In a driving device using an electro-mechanical conversion element for moving a driven member frictionally coupled in a predetermined direction, the electro-mechanical conversion element is a plurality of conversion element aggregates selectively connectable to the drive pulse generating means. In the case of performing high-speed driving, the drive control means is configured to drive only a part of a plurality of conversion element aggregates according to a desired drive speed by the drive pulse generation means. A drive device using an electro-mechanical conversion element, characterized in that the drive device is controlled so as to be connected to.
【請求項2】 前記駆動制御手段は、低速駆動を行う場
合は所望の移動距離に応じて複数の変換素子集合体の一
部或いは全てを前記駆動パルス発生手段に接続するよう
に制御することを特徴とする請求項1記載の電気−機械
変換素子を使用した駆動装置。
2. The drive control means controls to connect a part or all of the plurality of conversion element assemblies to the drive pulse generation means according to a desired moving distance when low speed driving is performed. A drive device using the electro-mechanical conversion element according to claim 1.
【請求項3】 前記駆動制御手段は、高速駆動を行うた
め所望の駆動速度に応じて複数の変換素子集合体からそ
の一部のみを駆動パルス発生手段に接続する際は、前記
駆動部材に近い側の変換素子集合体を優先して駆動パル
ス発生手段に接続するように制御することを特徴とする
請求項1記載の電気−機械変換素子を使用した駆動装
置。
3. The drive control means is configured to be close to the drive member when connecting only a part of the plurality of conversion element assemblies to the drive pulse generation means in accordance with a desired drive speed in order to perform high speed drive. The drive device using the electro-mechanical conversion element according to claim 1, wherein the conversion element assembly on the side is controlled so as to be preferentially connected to the drive pulse generating means.
【請求項4】 前記電気−機械変換素子を構成する変換
素子集合体は、1個以上の単位変換素子を積層して構成
されていることを特徴とする請求項1記載の電気−機械
変換素子を使用した駆動装置。
4. The electro-mechanical conversion element according to claim 1, wherein the conversion element assembly forming the electro-mechanical conversion element is formed by laminating one or more unit conversion elements. Drive device using.
【請求項5】 前記電気−機械変換素子は、単位変換素
子の積層数が異なる複数の変換素子集合体から構成され
ていることを特徴とする請求項1記載の電気−機械変換
素子を使用した駆動装置。
5. The electro-mechanical conversion element according to claim 1, wherein the electro-mechanical conversion element is composed of a plurality of conversion element assemblies in which the number of unit conversion elements laminated is different. Drive.
JP8119515A 1989-04-18 1996-04-18 Drive unit using electromechanical transducing element Pending JPH09285158A (en)

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US08/840,825 US5969464A (en) 1989-04-18 1997-04-16 Drive device using electromechanical transducer and an apparatus employing the drive device

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007206238A (en) * 2006-01-31 2007-08-16 Pentax Corp Lens barrel
JP2007525932A (en) * 2003-04-22 2007-09-06 ブッカム テクノロジー パブリック リミテッド カンパニー Linear output section, closed loop motor assembly
JP2008147219A (en) * 2006-12-06 2008-06-26 Nano Control:Kk Laminated piezoelectric actuator, its driving method, positioning sensor, and displacement sensor
JP2009534009A (en) * 2006-04-10 2009-09-17 ルノー・エス・アー・エス Apparatus and method for driving ultrasonic piezoelectric actuator

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