JPS63296588A - 固体撮像素子用微小変位装置 - 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、同一面上二方向の精密な位置決めを行うため
の固体撮像素子用微小変位装置に関する。この装置は、
ビデオカメラのカラー用固体撮像素子の位置合わせ、高
解像度化の固体撮像素子用変位装置等に利用することが
できる。

従来の技術 ミクロン、サブミクロンという微小変位による位置決め
は、従来はステッピング・モータや、ＤＣ・サーボモー
タを使い、ボールねじて回転運動を直進運動に変換する
機械的な手段で行われていた。このため機械的な結合に
よる誤差をな（せず、精度を上げるためには、装置が大
型化しでしまう。

そこで、電気的な制御が可能な圧電素子の逆圧電効果を
利用した微小変位装置が考えられ、特公昭５１−１２４
９７号公報に示されているようなシャクトリ虫型の移動
機構がある。第２図は、前記シャクトリ虫型の移動機構
の説明図で、円筒型圧電素子１の両端に静電力、あるい
は電磁力を利用したクランプ素子２．３を取り付けた構
造である。同図（ａ）では、クランプ素子２．３は固定
台４にクランプされ、同図（ｂ）でクランプ素子３をフ
リーにし、同図（ｃ）で圧電素子１に電圧を印加して圧
電素子１を伸ばている。同図（ｄ）では、伸びている状
態で再びクランプ素子３を固定台４にクランプし、同図
（ｅ）でクランプ素子２をフリーにし、同図（ｆ）で印
加電圧を取り去り、同図（ｇ＞で再びクランプ素子２を
クランプしている。これは、同図（ａ）と同じ状態にな
り、Δｅだけ変位したことになる。前記移動機構を２方
向に取り付けることにより、簡単に２方向微小変位装置
を得ることができる。逆圧電効果によるひずみが小さい
ことから、高精度な位置決めが可能である。

また、特公昭５８−１３０６７７号公報、同５８−１９
６７７３号公報には厚さ方向に分極軸を有する短冊状圧
電素子を同形の薄い金属板の上下面に貼り合わせ、一端
を固定、あるいは両端を固定した屈曲振動子（バイモル
フ振動子）を使い、固体撮像素子を変位させて受光面積
を増やし高解像度化する固体撮像素子用変位装置が開示
されている。第３図はその１例の前記屈曲振動子を用い
た１方向の微小変位装置を示す。両端固定の屈曲振動子
５．５′を平行に配置し、変位量の最大となる前記屈曲
振動子５．５゛の中心位置に固体撮像素子等を載せた移
動台６が設けられている。

発明が解決しようとする問題点 上述したシャクトリ虫型の微小変位装置を、同一面２方
向に取り付けることにより、容易に２方向微小変位装置
が考えられるが、絶えず駆動体の一方を静電力、あるい
は電磁力でクランプしておかなければならないので、携
帯、或は傾けて使−うような装置では、動作させない時
に移動する物の固定が別途必要で構造が複雑となり、装
置が大型化してくる。また、移動している時はクランプ
を外している部分に移動する物の重量が集中し、機械的
に不安定となる。さらに移動方向は装置の取り付けで決
まってしまい、取り付は後の任意の方向への移動はでき
ない。

屈曲振動子を用いた微小変位装置の場合は、ひずみ量が
大きくとれるが、発生する力が弱く重いものを動かすこ
とができない。また、大きな荷重がかかると撮動子の共
振局波数が下がり、駆動周波数の高調波成分により共振
しやす（なり、耐久性に問題が生じる。したがって、任
意方向への微小変位装置とするために前記屈曲振動子を
用いた変位装置（第１変位ユニット）で、他の変位装置
（第２変位ユニット）を変位させることが考えられるが
、第２変位ユニットの重量が第１変位ユニットにかかる
ため、第２変位ユニットの重量の影響を少なくするため
に、第１変位ユニットの屈曲振動子を太き（する必要が
あり大型化してしまう。また、耐久性にも問題が生じる
。

さらに、圧電素子と金属との接着が必要であるが、本来
表面の粗い圧電素子と表面のきれいな金属とは接着しず
らく、接着強度を上げるために金属の接着表面を粗して
お（必要があった。

問題点を解決するための手段 複数の透孔を有し、４角形となるように作られた矩形状
金属薄板の各辺の両面に、厚さ方向に分極軸を有し上下
面に電極を配した板状圧電素子２枚を、分極軸方向が同
一となるよう貼り合わせて、互いに独立な貼り合わせ圧
電振動子を構成し、向かい合う１対の前記貼り合わせ圧
電振動子の中央部を樹脂コーティングした金属あるいは
樹脂等の絶縁材料からなる固定部材により固定支持し、
向かい合う他の１対の前記貼り合わせ圧電振動子の中央
部に固体撮像素子を取り付けた移動台を設け、前記貼り
合わせ圧電振動子の上下面電極の導通を図り個々に独立
した１つの印加電圧端子とし、前記金属薄板を前記貼り
合わせ圧電摂動子総てに共通の印加電圧端子として構成
し、前記−移動台底面に粘り合わせたフレキシブル基板
を用いて、前記固体撮像素子の信号と前記貼り合わせ圧
電振動子の印加電圧端子を外部に引き出す様にし、前記
圧電振動子を独立に駆動することにより固体撮像素子を
同一面上２方向へ独立に微小変位させることが出来るよ
うにする。

作用 貼り合わせ圧電振動子の上下面電極の印加電圧端子と金
属薄板の印加電圧端子に電圧を印加すれば、貼り合わせ
た板状圧電素子の１方が伸び、他方が縮み、その結果屈
曲振動が生じる屈曲振動子として機能する。中央部が固
定されている貼り合わせ圧電振動子は固定部分の両側か
片持ち構造の屈曲振動子となり、移動台を取り付けた貼
り合わせ圧電振動子そのものを前記片持ち構造屈曲撮動
子の電極面に対し法線方向へ変位させることが出来る。

中央に移動台を取り付けた貼り合わせ圧電振動子は両端
を固定支持された構造の屈曲振動子であり、固体撮像素
子を取り付けた移動台を電極面に対し法線方向に変位さ
せることが出来る。この結果、固体撮像素子を２方向へ
独立に変位させる微小変位装置として小型化でき、構造
の簡単なものとなる。さらに、金属薄板に透孔を設けた
ことにより、金属の接着表面を粗す必要がなく貼り合わ
せ圧電振動子の接着強度を増やせ、信頼性の向上と共に
作業工程の低減が図られる。また、金属薄板の見掛は上
のヤング率を小さくできるので貼り合わせ圧電振動子の
変位量を増大できる。

実施例 以下、本発明の実施例について、図面を用いて詳細に説
明する。

第１図は、本発明の一実施例を示し、同図（ａ）は斜視
図、同図（ｂ）は分解斜視図、同図（ｃ）は貼り合わせ
圧電撮動子を示す分解斜視図である。複数の透孔２４を
有し、４角形とした矩形状金属薄板７の各面の上下に、
第１図（ｃ）に示すように、厚さ方向に分極軸を有し上
下面に電極を配した板状圧電素子（８ａ、８ｂ）、（９
ａ、９ｂ）、（１０ａ、１０ｂ）、（ｌｌａ、１ｌｂ）
を、それぞれ分極軸方向が同一となるよう貼り合わせて
、互い゛に独立な貼り合わせ圧電振動子８．９，１０．
ｌｉを構成している。貼り合わせ圧電振動子１０２１１
の中央部を、樹脂コーティングした金属あるいは樹脂等
からなる固定部材１３ａ、１３ｂを用いて基台１２に接
着等により固定支持し、貼り合わせ圧電撮動子８，９の
中央部には、パッケージ化された固体撮像素子１４を載
せた移動台１５を取り付けている。貼り合わせ圧電振動
子８．９，１０．１１の上下面電極の導通を図り、印加
電圧端子１６．１７．１８．１９とし、金属薄板７を印
加電圧端子１６．１７，１８．１９に対して共通の印加
電圧端子２０としている。移動台１５の底面にはフレキ
シブル基板２１を取り付け、固体撮像素子１５の信号と
貼り合わせ圧電振動子８゜９．１０．１１の印加電圧端
子１６．１７．１８．１９への信号を配線し、基台１２
の底面に取り付けるプリント基板２２へ接続している。

さらに、共通の印加電圧端子２０は基台１２との導通を
図り、プリント基板２２へ接続されている。印加電圧端
子２０と１６．１７に電圧を印加することにより貼り合
わせ圧電撮動子８．９は両端支持構造の屈曲振動子とし
て機能し、電極面に対し法線方向に変位する。その変位
量は印加電界と圧電定数ｄ３１に比例する。貼り合わせ
る圧電素子８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂの厚さが同一で、向
かい合う貼り合わせ圧電撮動子８．９の分極軸方向が同
一であれば同位相、同電圧を与えると、貼り合わせ圧電
振動子８，９の変位量、変位方向が同一となり、中央部
に取り付けた移動台１５を貼り合わせ圧電撮動子８，９
の変位方向、すなわち電極面に対し法線方向へ変位させ
ることができる。中央部を固定部材１３ａ、１３ｂで固
定支持している貼り合わせ圧電振動子１０．１１は、片
持ち構造の屈曲振動子として機能し、印加電圧端子２０
と１８．１９に、変位量、変位方向が同一となるよう印
加電圧を与えると、貼り合わせ圧電撮動子８．９を変位
方向と同一方向、すなわち圧電振動子１０．１１の電極
面に対し法線方向へ変位させるので移動台１５も同一方
向へ変位することになる。貼り合わせ圧電振動子８．９
と１０．ＩＩは独立に駆動できるので、移動台１５すな
わち固体撮像素子１４を同一面２方向へ変位させること
ができる。

片持ち構造の貼り合わせ圧電振動子と両端支持構造の貼
り合わせ圧電撮動子は、金属薄板を通して結合されてい
るため、互いに影響を受けることは避けられないが、第
１図（ｃ）に示したように両端支持構造の貼り合わせ圧
電振動子両側の金属薄板に幅を狭くした部分２３ａ、２
３ｂ、２３ｃ。

２３ｄを設けたり、あるいはＵ型のへこみを設けたりし
て曲げ剛性率を太き（して、影響を少なくしている。

また、貼り合わせ圧電振動子８．９．１０．１１を同一
平面に構成しているため、２方向へ独立な微小変位装置
として小型化でき、構造の簡単なものとなる。

さらに、金属薄板に透孔を設けたことにより圧電素子と
金属との接着以外に圧電素子同志の接着部分が存在する
ので、金属の接着表面を粗す必要がな（貼り合わせ圧電
振動子の接着強度を増やせ、信頼性の向上と共に作業工
程の低減が図られる。また、金属薄板の見掛は上のヤン
グ率を小さくできるので貼り合わせ圧電振動子の変位量
を増大できる。

さらに小型化できるという利点は、三管ビデオカメラ等
で用いるプリズムの３方向へ、撮像管ではな（固体撮像
素子を位置調整が出来る状態で取り付けられるという大
きな特徴を有する。

発明の効果 本発明は片持ち構造の貼り合わせ圧電振動子と両端支持
構造の貼り合わせ圧電振動子を同一平面内に構成するこ
とにより、２方向へ独立に微小変位させることができる
。この結果、２方向へ独立な微小変位装置として小型化
でき、構造の簡単なものとなる。

さらに、貼り合わせ圧電振動子の接着強度を増やせ、信
頼性の向上と共に作業工程の低減が図られ、貼り合わせ
圧電振動子の変位量を増大できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の固体撮像素子用微小変位装
置を示し、同図（ａ）はその斜視図、同図（ｂ）は分解
斜視図、同図（ｃ）はその要部である貼り合わせ圧電振
動子を示す分解斜視図、第２図及び第３図は各々従来の
微小変位装置の正面図及び斜視図である。 ７・・・金属薄板、８，９．１０，１１・・・貼り合わ
せ圧電振動子、８　ａ　、８　ｂ　、９　ａ　！　９　
ｂ　＋　ｌ　Ｏａ　＊　１０ｂ、１１ａ、１１ｂ、・・
・圧電素子、１２・・・基台、１３ａ、１３ｂ・・・固
定部材、１４・・・固体撮像素子、１５・・・移動台、
２１・・・フレキシブル基板、２４・・・透孔。 代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　はが１名第１図 １９７金！薄板 川　１２Ｆ基台 第１図 （ｂ） 第１図 （Ｃ） 透見 第２図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数の透孔を有し、４角形とした矩形状金属薄板
   の各辺の両面に、厚さ方向に分極軸を有し上下面に電極
   を配した板状圧電素子２枚を、分極軸方向が同一となる
   よう貼り合わせて貼り合わせ圧電振動子を構成し、向か
   い合う１対の前記貼り合わせ圧電振動子の中央部を絶縁
   材料からなる固定部材により固定支持し、向かい合う他
   の１対の前記貼り合わせ圧電振動子の中央部に固体撮像
   素子を取り付けた移動台を設け、前記貼り合わせ圧電振
   動子の上下面電極の導通を図り個々に独立した１つの印
   加電圧端子とし、前記金属薄板を前記貼り合わせ圧電振
   動子総てに共通の印加電圧端子として構成し、前記移動
   台底面に貼り合わせたフレキシブル基板を用いて、前記
   固体撮像素子の信号と前記貼り合わせ圧電振動子の印加
   電圧端子を外部に引き出す様にしたことを特徴とする固
   体撮像素子用微小変位装置。