(57)【要約】【課題】特別な温度センサや位置・動作の検知センサ等を使用せずに済み、基本的駆動回路のままで安定した駆動が可能となり、環境状態（主に温度）や圧電素子及び駆動機構部の製造におけるばらつきによる動作不具合の発生が防げる駆動装置及びレンズ駆動装置を提供すること。【解決手段】レンズ駆動装置１０は、保持部材１１と、駆動部材（駆動軸）１２と、保持部材１１に設けられていて駆動部材１２を摩擦係合状態に支持する摩擦係合部材１３と、駆動部材１２の端面に伸縮方向の一端面を固着されている電気―機械変換素子１４と、電気―機械変換素子１４の他端面に固着された被駆動部材１５と、電気―機械変換素子１４に振動を発生させる駆動回路１と、を備え、駆動回路１は、使用時の環境状態で変化する周波数変化量に対応した周波数変化サイクルで駆動するように構成されている。【選択図】図１
2010032912.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
保持部材と、駆動部材と、前記保持部材に設けられていて前記駆動部材を摩擦係合状態に支持する摩擦係合部材と、前記駆動部材の端面に伸縮方向の一端面を固着されている電気―機械変換素子と、前記電気―機械変換素子の他端面に固着された被駆動部材と、前記電気―機械変換素子に振動を発生させる電圧印加手段と、を備え、
前記電圧印加手段は、使用時の環境状態で変化する周波数変化量に対応した周波数変化サイクルで駆動するように構成されている、
ことを特徴とする駆動装置。
【請求項２】
前記電圧印加手段は、使用時の環境状態で変化する周波数変化量に対応し複数段階に変化する周波数変化サイクルで駆動するように構成されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
【請求項３】
レンズを光軸方向に駆動するレンズ駆動手段として、請求項１又は２に記載の駆動装置を備えたことを特徴とするレンズ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気―機械変換素子に電圧を印加して振動させることにより該電気―機械変換素子と一体の駆動部材に係合する被駆動物体を往復動させ得る駆動装置及びレンズ駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のレンズ駆動装置としては、レンズを保持するレンズ枠、レンズ枠を光軸方向にガイドするガイドシャフト、レンズ枠を光軸方向の一方向に付勢するスプリング、レンズ枠の一部に回転不能に保持された雌ネジを有するナット、ベースに固定されたモータ等からなる。このように、モータを駆動源とする構成では、部品点数が多く、構造が複雑になり、組立が難しく、高コストになるといった問題がある。
【０００３】
そこで、レンズ駆動装置の駆動源として電気―機械変換素子（例えば圧電素子）を用いることが提案されている（例えば特許文献１、２参照）。従来の電気―機械変換素子を用いた駆動装置は、インパクト方式（ＩＤＭ）やＳｔｉｋ−Ｓｌｉｐ方式及びスムースインパクト方式（ＳＩＤＭ）等の方式で、一般的に知られている。
【０００４】
図５は、電気―機械変換素子に採用されている電圧印加手段としての駆動回路の一例を示している。この駆動回路１は、単一の電源電圧（Ｖｃｃ）２とグランド（ＧＮＤ）３との間を、４つのＦＥＴ（電界効果型トランジスタ）４〜７によりＨブリッジ回路が組まれた構成である。駆動回路１は、電気―機械変換素子１４に加える電圧の向きを変えられる。図５の駆動回路１中の、第１のＦＥＴ４と第３のＦＥＴ６との中点より延びる出力端子ｏｕｔ１と、第２のＦＥＴ５と第３のＦＥＴ７との中点より延びる出力端子ｏｕｔ２は、電気―機械変換素子１４の一対の電極(不図示)に接続されている。
【０００５】
そして、従来においては、駆動回路１は、電気―機械変換素子１４に対し、最大の効率・駆動力を得るために電気―機械変換素子を共振周波数に対応した周波数で振動させるように、伸長動作と縮小動作とを動作時間を異ならせて交番し、かつ周波数を保って一定値に決定した交番電圧を印加している。
【０００６】
図６は、図５に示す駆動回路１において従来の、出力端子ｏｕｔ１と出力端子ｏｕｔ２の駆動電圧波形であり、図６中、Ｔｆは駆動周波数（ｆｃ[ＨＨｚ]）によるサイクル時間、Ｔａはｏｕｔ１の出力時間であり、Ｔｂはｏｕｔ２の出力時間であり、ＴｃはＴａとＴｂとの間の時間である。Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃのそれぞれのデューティ値は、Ｄ１＝Ｔａ／Ｔｆ，Ｄ２＝Ｔｂ／Ｔｆ，Ｄ３＝Ｔｃ／Ｔｆである。このときに、ＴａとＴｂとＴｃを一定にしてデューティ値Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３をそれぞれ一定に保ち交番電圧を印加し、周波数を一定値に保つようにしている。
【０００７】
しかしながら、電気―機械変換素子の共振周波数は、電気―機械変換素子を設置している環境温度による変化が見られる。また電気−機械変換素子のばらつきや電気−機械変換素子と結合する部材の形状や結合状態によっても変化が見られる。
【０００８】
図７（ａ）、図７（ｂ）に示すグラフは、図５に示す駆動回路１の電気―機械変換素子１４に関し、異なった環境温度として、マイナス２０℃と、室温の２０℃と、６０℃の各場合について、駆動周波数ｆｃの変化（横軸）と変位Δｄ（縦軸）との関係の測定結果を示している。図７（ａ）は一の駆動装置に対して行った測定結果を示すグラフであり、図７（ｂ）は他の一の駆動装置に対して行った測定結果を示すグラフである。いずれのグラフにおいても、室温（２０℃）に対し、±４０℃のときには、約１０ＫＨｚ程度の最大変位が得られる周波数変化が見られるとともに、一の駆動装置と他の一の駆動装置との間で大きなばらつきが見られる。
【０００９】
したがって、電気―機械変換素子を一定の駆動条件で動作させる場合には、環境状態変化や素子のばらつきに対応した共振周波数の変化によって、各駆動装置の最適駆動周波数が大きく変化してしまうことがあり、最悪の場合には電気―機械変換素子において必要な振動が得られず、電気―機械変換素子と一体の駆動部材が被駆動部材を駆動することができなくなる。このため、従来において、駆動周波数を一定に保つための工夫が図られている。
【００１０】
特許文献１の駆動装置によれば、環境状態を測定する状態センサ（温度センサ）と、環境状態の変化に基づく変位により発生する駆動系の位置ずれの補正量を格納した記憶手段とを備え、環境による位置ずれを補正する駆動を行っている。
【００１１】
特許文献２の駆動装置によれば、環境温度変動やばらつき等で電気−機械変換素子の共振周波数が変化しても、電気−機械変換素子に流れる電流を検知し、その検知量に応じた出力電圧波形のデューティ比を変化させる方法等自励発振回路を用いて移動体の移動速度を変化させ安定した駆動を行っている。
【００１２】
【特許文献１】特開平１０−２９０５８９号公報
【特許文献２】特開２００６−８１２９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、特許文献１、２に記載された駆動装置によれば、環境状態の状態センサ（温度センサ）や電流検知手段及びそのフィードバック回路が必要となり、制御も含め小型化が難しいことや、コストが高くつくこと等の問題がある。
【００１４】
また、特許文献１、２に記載された駆動装置によれば、いずれも、電気―機械変換素子の伸縮方向の一方の端面が固定部材に固着され、他方の端面に駆動部材（駆動軸）が固着され、この駆動部材に被駆動部材が摩擦係合されている構成であるので、摩擦係合部材と駆動部材との間に生じた摩擦による振動が被駆動部材に直接伝わる。このため、被駆動部材をレンズ枠としてレンズを取付けて光軸方向に駆動する場合にレンズに伝わる振動の影響が大きい、という問題がある。
【００１５】
本発明は、上記の事情にかんがみて案出されたものであり、その目的とするところは、特別な温度センサや位置・動作の検知センサ等を使用せずに、基本的駆動回路のままで環境温度に対応した駆動周波数に保って安定した駆動が可能であり、駆動機構部の製造上のばらつきによる動作の不具合の発生を抑制できる、駆動装置及びレンズを光軸方向に駆動するレンズ駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の駆動装置は、保持部材と、駆動部材と、前記保持部材に設けられていて前記駆動部材を摩擦係合状態に支持する摩擦係合部材と、前記駆動部材の端面に伸縮方向の一端面を固着されている電気―機械変換素子と、前記電気―機械変換素子の他端面に固着された被駆動部材と、前記電気―機械変換素子に振動を発生させる電圧印加手段と、を備え、前記電圧印加手段は、使用時の環境状態で変化する周波数変化量に対応した周波数変化サイクルで駆動するように構成されている、ことを特徴とする。
【００１７】
上記構成によれば、電気―機械変換素子は制御電圧の印加により伸縮し、急速伸長と緩速収縮とを交番して行うときは、被駆動部材が摩擦係合部材の方向に微小ステップ移動し、緩速伸長と急速収縮とを交番して行うときは、被駆動部材が摩擦係合部材から離隔する方向に微小ステップ移動する。
【００１８】
上記構成によれば、駆動部材と被駆動部材とが電気―機械変換素子の伸縮方向における両端に配設され、駆動部材を摩擦係合状態に支持する摩擦係合部材が保持部材より設けられているので、特許文献１、２の構成に比べ、摩擦係合部材と駆動部材との間に生じた摩擦による振動が被駆動部材に直接伝わることを防止でき、摩擦によって発生する振動による被駆動部材への影響を抑制することが可能となる。
【００１９】
上記構成によれば、電気―機械変換素子の駆動回路１について、使用時の環境状態（主に環境温度）で変化する周波数変化量に対応した周波数変化サイクルで駆動するようにしたので、基本的駆動回路のままで環境温度に対応して共振周波数が変化しても安定した駆動が可能であり、環境温度に対応せず動作しない等最悪の状態を起こすことがない。したがって、特許文献１、２の従来技術に比べ、環境状態の状態センサや電流検知手段及びそのフィードバック回路の使用が省けるのでコストを低減でき、制御・小型化が容易であり、電気―機械変換素子及び駆動機構部の製造におけるばらつきによる動作の不具合の発生を回避できる。
【００２０】
上記構成において、前記駆動回路１は、使用時の環境状態で変化する周波数変化量に対応し複数段階に変化する周波数変化サイクルで駆動するように構成することが好ましい。
この構成にすると、周波数変化量が大きい場合でも周波数変化サイクルが複数段階に変化するので駆動部材１２を無理なく駆動でき環境温度が変化しても共振周波数を安定して維持することができる。
【００２１】
本発明のレンズ駆動装置は、レンズを光軸方向に駆動するレンズ駆動手段として、上記構成の駆動装置を備えたことを特徴とする。
本発明のレンズ駆動装置によれば、電気―機械変換素子に制御電圧が印加されると、該電気―機械変換素子は制御電圧の印加により伸縮し、急速伸長と緩速収縮とを交番して行うときは、被駆動部材が摩擦係合部材の方向に微小ステップ移動し、緩速伸長と急速収縮とを交番して行うときは、被駆動部材が摩擦係合部材から離隔する方向に微小ステップ移動する。これによりレンズを光軸方向に駆動できる。本発明のレンズ駆動装置によれば、構造の簡素化、小型化等を達成しつつ、レンズ（レンズ枠）の光軸方向への移動速度を高速化又は低速化でき、移動に要する時間を短縮でき、レンズの送り量（移動量）を微調整することができ、特に、基本的駆動回路のままで環境温度に対応して共振周波数が変化しても安定した駆動が可能であり、環境温度に対応せず動作しない等最悪の状態を起こすことがない。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の駆動装置及びレンズ駆動装置によれば、電気―機械変換素子の駆動回路について、周波数変化サイクルで駆動し、使用時の環境状態が変化しても電気―機械変換素子が共振周波数を安定して保って振動するようにしたので、特別な温度センサや位置・動作の検知センサ等を使用せずに済み、基本的駆動回路のままで安定した駆動が可能となり、環境状態や圧電素子及び駆動機構部の製造におけるばらつきによる動作の不具合の発生が防げる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態の駆動装置及びレンズ駆動装置について、添付図面を参照しつつ説明する。
【００２４】
（第１の実施形態）
本実施形態の駆動装置及びレンズ駆動装置は、デジタルカメラ、ビデオカメラ、携帯電話その他の携帯情報端末等に取り付けられたデジタルカメラ等の電子光学装置に用いられ、ＡＦ（Ａｕｔｏ−Ｆｏｃｕｓ）制御を行うために利用される。
【００２５】
図１において、レンズ駆動装置１０は、保持部材（以下、ベースフレームという。）１１と、駆動部材（以下、駆動軸という。）１２と、ベースフレーム１１に設けられていて駆動軸１２の中程を摩擦係合状態に支持する摩擦係合部材１３と、駆動軸１２の端面に伸縮方向の一端面を固着されている電気−機械変換素子（以下、圧電素子という。）１４と、圧電素子１４の他端面に固着された被駆動部材（以下、レンズ枠という。）１５と、レンズ枠１５に固着されたレンズ１６と、レンズ枠ガイド手段１７と、を備えてなる。駆動装置は、レンズ駆動装置１０からレンズ１６を除いた構成である。
【００２６】
圧電素子１４と駆動軸１２とは、一軸一体に強固に連結されアクチュエータを構成している。駆動軸１２は、いわゆるスライド軸であり、レンズ枠１５の慣性力を相対的に高めるために質量が小さいＣＦＲＰ（炭素繊維複合材料）又は炭素系焼結体、その他軸材料に適する質量が小さい導電性材料が選択され、棒状に形成されている。
圧電素子１４は、電圧を加えると微小に伸縮する圧電素子であり、ここでは直方体形状であり、反対一対の面に一方が正極で他方が負極となる電極を有し、該一対の電極間に駆動回路が接続されている。
【００２７】
摩擦係合部材１３は、ベースフレーム１１に設けられ駆動軸１２を受承案内する凹部を有する係合固定部材１３ａと、係合固定部材１３ａに固定され駆動軸１２を付勢するばね部材１３ｂと、を備えてなる。係合固定部材１３ａは、ベースフレーム１１の上面に固定されていて、駆動軸１２を受承し案内する凹部（Ｖ字状凹部あるいは半円筒凹面部）１３ａ’を有している。ばね部材１３ｂは、凹部（Ｖ字状凹部あるいは半円筒凹面部）１３ａ’に受承される駆動軸１２に被さり係合固定部材１３ａに固定され駆動軸１２に摩擦係合力を与える。摩擦係合部材１３を係合固定部材１３ａと、ばね部材１３ｂとから構成すると、摩擦係合部材１３を簡素に構成でき、ばね部材１３ｂの付勢力を調整することにより、必要とされる摩擦力を確保できる。
【００２８】
レンズ枠１５は、被駆動部材であり、駆動軸１２及び圧電素子１４に比べ、大きく形成されるか又は質量が大きい材料により形成され、慣性力を利用した動作原理を実現できるようにするために、駆動軸１２及び圧電素子１４を合計した重量よりもかなり大きいものとして形成するのが良い。
【００２９】
レンズ枠ガイド手段１７は、ベースフレーム１１に設けられたガイド軸１７ａと、レンズ枠１５に設けられガイド軸１７ａに係合案内されるガイドブラケット１７ｂと、を備えてなり、レンズ１６の光軸に対してずれ及び傾きが生じないようにレンズ枠１５を案内する機能を有する。レンズ枠１５は、レンズ枠ガイド手段１７と、駆動軸１２と、摩擦係合部材１３とにより支持され、固定支持しているレンズ１６をベースフレーム１１の中心に設けられた入光窓１１ａに接近離隔自在に対峙している。
【００３０】
上記構成によれば、圧電素子１４の伸長動作と縮小動作とを動作時間を異ならせて交番し、かつ共振する振動数に保って交番電圧を印加する。圧電素子１４に伸びるときの速度・時間と縮むときの速度・時間とが異なる振動を発生させる。それによって、レンズ枠１５には、伸びと縮みの速度に応じた慣性力を生起し、駆動軸１２と摩擦係合部材１３との間には、軸方向の位置ずれを生じ、レンズ枠１５が往動又は復動する。レンズ枠１５は、圧電素子１４が急速伸長と緩速収縮とを交番して行うときは、摩擦係合部材１３の方向に微小ステップ移動し、緩速伸長と急速収縮とを交番して行うときは、摩擦係合部材１３から離隔する方向に微小ステップ移動し、それによって、レンズ１６の焦点位置を合わせる。
【００３１】
上記構成によれば、駆動軸１２とレンズ枠１５とが圧電素子１４の伸縮方向における両端に配設され、駆動軸１２を摩擦係合状態に支持する摩擦係合部材１３がベースフレーム１１より設けられているので、特許文献１、２の構成に比べ、摩擦係合部材１３と駆動軸１２との間に生じた摩擦による振動がレンズ枠１５に直接伝わることを防止でき、摩擦によって発生する振動によるレンズ枠１５への影響を抑制することが可能となる。
【００３２】
圧電素子１４に共振振動数に対応した駆動周波数を与えるための交番電流を印加する電圧印加手段は、特に限定されるものでなく、ここでは、従来において使用した図５に示す駆動回路１を用いるものとして説明する。
【００３３】
本発明では、電圧印加手段は、駆動回路１と制御手段であり、駆動回路１は、制御手段によって使用時の環境状態で変化する周波数変化量に対応した周波数変化サイクルで駆動するように構成されている。以下、詳述する。
【００３４】
図５に示す駆動回路１は、本発明の駆動装置１０の圧電素子１４に対する電圧印加にも使用される。図２は、本発明に係り、図５に示す駆動回路１の出力端子ｏｕｔ１と出力端子ｏｕｔ２に対して、図６の場合とは異なる駆動電圧が印加される。
実施例では、Ｔ１→Ｔ２→Ｔ３→Ｔ４→Ｔ５→Ｔ１→Ｔ２→・・・の順番で以下に示す５ステップで駆動周波数（周期）を変化させている（図２参照）。
Ｔ１＝１／ｆ１、ｆ１＝ｆｓ−２・Δｆ、
Ｔ２＝１／ｆ２、ｆ２＝ｆｓ−Δｆ、
Ｔ３＝１／ｆ３、ｆ３＝ｆｓ、
Ｔ４＝１／ｆ４、ｆ４＝ｆｓ＋Δｆ、
Ｔ５＝１／ｆ５、ｆ５＝ｆｓ＋２・Δｆ
【００３５】
上記のように、サイクル時間に５ステップのうねった変化を入れると、図３に示すように、最適駆動条件の場合の動作（従来駆動の動作）よりも変位が若干低減するが、ばらつきを含めた周波数変化を、５ステップのサイクル時間の変化を持たせた場合には、図３に示すサイクル時間に変化を持たせない場合に比べて安定した動作が得られる。すなわち、圧電素子１４に対して、使用する環境温度における周波数変化に見合った周波数変化を繰り返すサイクル駆動を行わせることで、環境温度が大きく相違してきても圧電素子１４が動かなくなる事態を回避できる。上記のように、サイクル時間に５ステップのうねった変化を入れる場合の具体例としては、例えば、使用する環境温度において基準となる周波数（ｆｓ）２２０ＫＨｚに−１０ＫＨｚ、−５ＫＨｚ、０ＫＨｚ、＋５ＫＨｚ、＋１０ＫＨｚの変化を繰り返し与えられる。
【００３６】
図４は、本発明の圧電素子１４の環境温度による共振周波数変化の測定結果の一例を示す。このように変化する共振周波数に対して、前述した５ステップの周波数変化サイクルでうねった変化を入れて駆動を行った場合には、共振周波数の変化による影響を緩和して安定した駆動を行うことができる。
【００３７】
上記構成によれば、圧電素子１４の駆動回路について、使用時の環境状態（主に環境温度）で変化する周波数変化量に対応した周波数変化サイクルで駆動するようにしたので、基本的駆動回路のままで環境温度に対応して共振周波数が変化しても安定した駆動が可能であり、環境温度に対応せず動作しない等最悪の状態を起こすことがない。したがって、特許文献１、２の従来技術に比べ、環境状態の状態センサや電流検知手段及びそのフィードバック回路の使用が省けるのでコストを低減でき、制御・小型化が容易であり、圧電素子及び駆動機構部の製造におけるばらつきによる動作の不具合の発生を回避できる。
【００３８】
上記構成において、前記駆動回路１は、使用時の環境状態で変化する周波数変化量に対応し複数段階に変化する周波数変化サイクルで駆動するように構成されていることが好ましい。
この構成によれば、周波数変化量が大きい場合でも周波数変化サイクルが複数段階に変化するので駆動軸１２を効果的に駆動できる。
【００３９】
（その他の実施の形態、変形例）
以上、本発明に係る第１の実施形態について図面を参照し説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更や工程の変更が可能であり、そのような変更を技術的範囲に含むものである。
【００４０】
本発明の駆動装置及びレンズ駆動装置は、構造の簡素化、小型化等を達成しつつ、レンズ（レンズ枠）の光軸方向への移動速度を高速化又は低速化でき、移動に要する時間を短縮でき、レンズの送り量（移動量）を微調整できるため、デジタルカメラの駆動装置として適用できるのは勿論のこと、その他のレンズ光学系、例えば、光ディスクに記録された情報を読み取るためのピックアップのレンズ光学系の駆動装置としても有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る駆動装置及びレンズ駆動装置を重複して示す斜視図である。
【図２】図１の駆動装置及びレンズ駆動装置の電気―機械変換素子に駆動回路から出力する出力端子ｏｕｔ１と出力端子ｏｕｔ２の駆動電圧波形である。
【図３】従来にかかるサイクル時間を一定にしたときの変位と、本発明に係るサイクル時間にステップを入れて変化させたときの変位を比べたグラフである。
【図４】本発明の電気―機械変換素子の環境温度による共振周波数変化を示すグラフである。
【図５】従来及び本発明の電気―機械変換素子に採用されている一例にかかる駆動回路を示す。
【図６】従来の駆動装置及びレンズ駆動装置の電気―機械変換素子に駆動回路から出力する出力端子ｏｕｔ１と出力端子ｏｕｔ２の従来の駆動電圧波形である。
【図７】従来出力している駆動電圧波形に保ったときの環境温度に基づく、駆動周波数の変化（横軸）と変位（縦軸）との関係の測定結果を示すグラフであり、（ａ）は一の駆動装置に対して行った測定結果を示すグラフであり、（ｂ）は他の一の駆動装置に対して行った測定結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４２】
１  駆動回路
１０  レンズ駆動装置
１１  ベースフレーム（保持部材）
１２  駆動軸（駆動部材）
１３  摩擦係合部材
１３ａ  係合固定部材
１３ａ’  凹部
１３ｂ  ばね部材
１４  圧電素子（電気―機械変換素子）
１５  レンズ枠（被駆動部材）
１６  レンズ
【図１】
2010032912.tif 000003
【図２】
2010032912.tif 000004
【図３】
2010032912.tif 000005
【図４】
2010032912.tif 000006
【図５】
2010032912.tif 000007
【図６】
2010032912.tif 000008
【図７】
2010032912.tif 000009