JPS61285776A - 微小変位素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、光学系の精密装置、あるいは自動焦点カメラ
、ビデオカメラ等の光学系レンズあるいは固体撮像素子
を、自動焦点調節等のため微小変位させるための素子に
関するものである。

従来の技術 一般に、焦点位置検出や自動焦点調節などのための光学
系レンズあるいは固体撮像素子の位置変位手段としては
コイルと磁性材料を使用し、いわゆる電磁力を利用して
レンズの位置を変える方法や、圧電材料を用い、該材料
に電圧を印加・して変位を生じさせる方法が一般的に行
なわれている。

後者の圧電材料を用いた変位素子は微小変位を生ぜせし
めるために特に有効である。これらについての従来技術
としてはたとえば、アイ・イー・イー・イー　トランザ
クションズ　オン　オーディオ　アンド　エレクトロア
コ−ステイク１９７１年３月号ムＵ−１９巻、　ＮＯｌ
　、ページ６〜１１（Ｉ　Ｅ　ＩＣＨＴｒａｎｓａｃｔ
ｉｏｎｓ　ｏｎ　Ａｕｄｉ６　ａｎｄＫｌｅｃｔｒｏａ
ｃｏｕｓｔｉｃｓ　）に要約されているように、材料片
の表面に形成された導電性電極によシ材料片の一方が伸
び他方が縮まるように一体に接着された、分標したチタ
ン酸ジルユニウム（ＰＺＴ）のような２片の圧電材料（
バイモルフ：商標）が一般的である。このような圧電振
動子を光学系での微小変位素子としての応用が各種石な
われている。その１つがこれらの素子でレンズを微小変
位させる光学系レンズ微動装置が挙げられる（特願昭５
９−３６５６号）。特願昭５９−３６５６号には、薄い
金属板に光学レンズと圧電振動子を固定し、前記金属板
の外周部を支持、固定し、圧電振動子に電圧を印加して
撓まずことにより光学レンズを変位させるように構成し
た光学系レンズ微動装置が記載されている。その中でレ
ンズを安定かつ容易に駆動し、その焦点距離を微小変位
させるには、機械強度が大きくかつ変位量も大きい光学
系微動装置が必要であると述べられている。

発明が解決しようとする問題点 本発明は、上述のようなレンズ微動゛装置にみられるよ
うに、機械強度を上げるために用いた金属板に着目した
ものである。すなわち一般の金属では強度を向上させる
ためには、厚みを増す必要があるが、厚みを増すと、圧
電素子による変位効果が減少するという大きな問題があ
った。このため変位量を増加させるためには、圧電振動
子としての強度を低下させざるを得す、レンズのような
重量負荷のあるものを、大きな変位量で安定に変位させ
ることには大きな問題が存在した。本発明は、上述の課
題を一挙に解決しうる、すなわち、極めて薄い金属材料
でしかも機械強度の大きく、かつ変位量を大きくとりう
ろことができ、かつ低消費電力である圧電振動子を構成
することにより、安定かつ容易に駆動しうる微小変位素
子を提供しようとするものである。本発明ではレンズを
駆動する微小変位素子について述べるが、固体撮像素子
を用いた自動焦点調節を行なうビデオカメラなどにおい
ては、レンズを駆動させることと、固体撮像素子を駆動
させることとは等゛しい効果が期待できる。このため本
発明の素子は、固体撮像素子を駆動する微小変位素子と
しても適用できる。

問題点を解決するための手段 上述のような、レンズや固体撮像素子などの重量負荷の
あるものを微小変位させるために作られた、圧電素子を
金属板に固定し、さらに該金属板の一部を支持固定した
圧電振動子において、該金属板としてアモルファス合金
を用いることにより、上述の問題点を解決しようとする
ものである。

作用 同様な構成形状では従来例に比べ、微小変位素子の強度
をより大きくでき、かつ変位量を大きくとることができ
る。かつ圧電素子とアモルファス合金の熱膨張係数を合
致させることができるため、熱的安定性および経時変化
の少ない素子が得られる。

実施例 以下本発明の１実施例を詳細に説明する。

第１図に本発明の１実施例の微小変位素子を光学系レン
ズ微動装置に用いたときの断面図を示す。

第２図は微小変位素子の主要部の斜視図である。

第２図に示すように２６μｍ厚みのアモルファス合金円
環１（外径５０Ｍ、内径２０ｆｆｆｆ）に、厚み方向に
同一方向に分極した０、２１ｆｌ厚みの圧電素子２（外
径４７朋、内径２ｓｍ）ｉ表裏に同心円状にエポキシ樹
脂等の接着剤で固定し貼合せ圧電振動子を構成する。第
１図に示すように該圧電振動子の中心部にアモルファス
合金板に装着した光学レンズ３を固定、支持させる。該
振動子は金属製枠等の外枠４で、圧電素子２の外周から
突出したアモルファス合金板１の外周を固定、支持しで
ある。

このように構成した光学系レンズ微動装置の円環状圧電
素子２（線熱膨張係数７．５　Ｘ１０■り上下面に銀電
極６を形成し、電圧を印加すれば、一方の圧電素子が半
径方向に伸び、他方が収縮して圧電振動子が撓み、中央
部のレンズ３が光軸方向に微小変位することになる。又
、圧電素子２に逆方向の電圧を印加すると、レンズ３は
前記と逆方向に変位する。これらをくり返すとレンズ３
は光軸方向に往復運動し、それに伴って焦点位置も変化
させることができる。

アモルファス合金を前記のように使用した場合と黄銅や
リン青銅を同目的で使用した場合を比較すると、前記レ
ンズのような負荷をかける場合、アモルファス合金では
、黄銅やリン青銅を用いた場合の振動子と同一強度を得
るには、その約１０分の１の厚さで良い。またＣｕ−３
ｉ−Ｂ、Ｃｕ−Ｚｒなどのようなアモルファス合金は、
同組成の金属に比べてヤング率が２０〜４０％小さく、
前述の薄板とできる効果と合わせると変位量として太き
いものでは２〜３倍の値となる。このことは電気−機械
変換を効率よく行なうことを意味する。さらに該アモル
ファス合金薄板の周辺が固定支持されているため、この
素子に変位が生じた場合、この固定部で表面歪率が最大
となるが、圧電素子を固定する場合や通常の金属板で固
定する場合に比べ、著るしく強度が強く、くり返しの歪
に対しても疲労を生じにくい。

またアモルファス合金材料はその組成を広い範囲で変化
させることが可能で、圧電セラミック素子と熱膨張係数
を全く一致させることができる。

これによって使用温度領域を広範にとることができ、冷
熱サイクルを経験しても素子の物性変化はきわめて小さ
くなり、黄銅やリン青銅を用いたものに比べ約２倍の耐
久性をも有するようになる。

これらの効果は、圧電素子とアモルファス合金の線熱膨
張係数の差が２Ｘ１０’以下の時に特に顕著であった。

発明の効果 本発明による微小変位素子は、きわめて厚みの薄い高強
度、低ヤング率のアモルファス合金で支持されているた
め、該素子の固定支持部分における強度を著るしく向上
させることができ、かつレンズなどの重量負荷が素子中
心部に取付けられた場合も十分な強度を発揮する。また
、きわめて薄いアモルファス合金の使用により、素子の
変位量を大きくとることができ、エネルギー効率を上昇
せしめることができる。さらに、耐熱性、耐久性の良い
微小変位素子を供給することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例の微小変位素子を光学レンズ
系微動装置に用いたときの断面図、第２図は本発明の１
実施例の微小変位素子の要部斜視図である。 １・・・・・−アモルファス合金、２・・・・・・圧電
素子、３・・・・・・レンズ、４・・・・・・支持枠、
６・・・・・・電極。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧電素子をアモルファス合金よりなる金属板に固
   定し、該金属板の一部を支持固定した 微小変位素子。
2. （２）圧電素子とアモルファス合金の線熱膨張係数の差
   が２×１０＾−＾６（１／ｋ）以下であることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項に記載した微小変位素子。