(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動対象に当接する先端部、および、前記移動対象に近接離間する縦方向に伸縮する電気機械変換素子をそれぞれ有する一対の縦駆動部と、
前記一対の縦駆動部を前記縦方向に交差する横方向に並べて弾性的に支持する支持部と、
前記一対の縦駆動部の間に挟まれ、前記横方向に伸縮する電気機械変換素子を有する横駆動部と
を備える振動アクチュエータ。
【請求項２】
前記横駆動部は、前記支持部により支持される前記一対の縦駆動部の支持位置に対して前記先端部と反対側で前記一対の縦駆動部に挟まれる請求項１に記載の振動アクチュエータ。
【請求項３】
前記支持位置に対して前記先端部と反対側で前記一対の縦駆動部に挟まれる他の横駆動部をさらに備える請求項２に記載の振動アクチュエータ。
【請求項４】
前記支持部により支持される前記一対の縦駆動部の支持位置から前記先端部までの距離は、前記支持位置から前記横駆動部までの距離より大きい請求項１から３のいずれかに記載の振動アクチュエータ。
【請求項５】
前記支持部は、前記一対の縦駆動部が前記横駆動部に対して前記横駆動部の圧縮方向に与圧を与えるように前記一対の縦駆動部を支持する請求項１から４のいずれかに記載の振動アクチュエータ。
【請求項６】
前記一対の縦駆動部の前記電気機械変換素子は、前記横駆動部の前記電気機械変換素子よりも前記先端部に近く配される請求項１から５のいずれかに記載の振動アクチュエータ。
【請求項７】
レンズと、
前記レンズを長手方向に摺動自在に保持するガイドバーと、
前記レンズおよび前記ガイドバーの少なくとも一方を駆動する、請求項１から６のいずれかに記載された振動アクチュエータと
を備えたレンズ鏡筒。
【請求項８】
入射する光を電気信号に変換する撮像素子と、
前記撮像素子を振動させる、請求項１から６のいずれかに記載の振動アクチュエータと
を備える撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動アクチュエータ、レンズ鏡筒および撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の振動モードを同時に発生させて出力端に楕円運動を生じさせる超音波モータの振動アクチュエータが知られている（例えば特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】２００６−３０４４２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、振動アクチュエータにおいて高出力を得るためには装置が大型化する。よって、より小型で効率的な振動アクチュエータが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様においては、移動対象に当接する先端部、および、移動対象に近接離間する縦方向に伸縮する電気機械変換素子をそれぞれ有する一対の縦駆動部と、一対の縦駆動部を縦方向に交差する横方向に並べて弾性的に支持する支持部と、一対の縦駆動部の間に挟まれ、横方向に伸縮する電気機械変換素子を有する横駆動部とを備える振動アクチュエータが提供される。
【０００６】
本発明の第２の形態においては、レンズと、レンズを長手方向に摺動自在に保持するガイドバーと、レンズおよびガイドバーの少なくとも一方を駆動する、上記振動アクチュエータとを備えたレンズ鏡筒が提供される。
【０００７】
本発明の第３の形態においては、入射する光を電気信号に変換する撮像素子と、撮像素子を振動させる、振動アクチュエータとを備える撮像装置が提供される。
【０００８】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態に係る振動アクチュエータ１００の平面図である。
【図２】振動アクチュエータ１００の斜視図である。
【図３】振動アクチュエータ１００の動作を示す概念図である。
【図４】他の実施形態に係る振動アクチュエータ１０２の平面図である。
【図５】振動アクチュエータ１００を備えた撮像装置４００の構造を模式的に示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１１】
図１は、実施形態に係る振動アクチュエータ１００の平面図であり、図２は、振動アクチュエータ１００の斜視図である。振動アクチュエータ１００は、移動対象１０に当接して移動対象１０を移動させる。振動アクチュエータ１００は、略Ｈ字形状をなす。振動アクチュエータ１００は、移動対象１０に近接離間する縦方向に延伸し、互いに平行に配された右縦駆動部１２０および左縦駆動部１３０と、これら右縦駆動部１２０および左縦駆動部１３０を支持する支持部１４０と、右縦駆動部１２０と左縦駆動部１３０とに挟まれた横駆動部１６０とを備える。
【００１２】
右縦駆動部１２０は、縦方向の順に、移動対象１０に当接する先端部１２２、縦方向に伸縮する電気機械変換素子１２４、および、フレクチャー部１２６を有する。先端部１２２は、移動対象１０に当接する部分であり、例えば耐磨耗樹脂により形成される。フレクチャー部１２６は、例えば金属により形成される。
【００１３】
電気機械変換素子１２４は、外部からの電力により縦方向に伸縮する。電気機械変換素子１２４は、縦方向に複数の電気機械変換素子層を積層して構成されてもよい。複数の電気機械変換素子層のそれぞれは、圧電材料板と、圧電材料板の表面に形成された複数の電極とを含む。
【００１４】
圧電材料板は、駆動電圧が印加された場合に厚さを増加させる圧電材料により形成されている。電気機械変換素子層は積層されているので、圧電材料板の厚さの増加が加算されて、電気機械変換素子１２４全体では縦方向の寸法が大きく変化する。
【００１５】
圧電材料板は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛、水晶、ニオブ酸リチウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、メタニオブ酸鉛、ポリフッ化ビニリデン、亜鉛ニオブ酸鉛、スカンジウムニオブ酸鉛等の圧電材料を含む。なお、多くの圧電材料は脆いので、りん青銅等の高弾性金属材料により形成して補強することが好ましい。また、圧電材料に駆動電圧を印加する場合に用いる電極は、ニッケル、金等の電極材料を、鍍金、スパッタ、蒸着、厚膜印刷等の方法で、圧電材料板の表面に直接に形成できる。
【００１６】
左縦駆動部１３０は、先端部１３２、電気機械変換素子１３４およびフレクチャー部１３６を有する。左縦駆動部１３０の構成は右縦駆動部１２０の構成と同一なので、説明を省略する。
【００１７】
支持部１４０は、右縦駆動部１２０および左縦駆動部１３０を上記縦方向に交差する横方向に並べて弾性的に支持する。支持部１４０は、振動アクチュエータ１００を他の部材に固定する本体１４２と、右縦駆動部１２０および左縦駆動部１３０の揺動を許容する固定穴１４４と、右縦駆動部１２０および左縦駆動部１３０に機械的に接続しているフレクチャー部１２６とを有する。この場合に、支持部１４０は、右縦駆動部１２０のフレクチャー部１２６および左縦駆動部１３０のフレクチャー部１３６と一体的に形成されてもよい。さらに支持部１４０は、板バネ等の付勢部材からの付勢力を受けて、右縦駆動部１２０および左縦駆動部１３０を移動対象１０に押し付ける与圧を与える。
【００１８】
横駆動部１６０は、支持部１４０により支持される右縦駆動部１２０および左縦駆動部１３０の支持位置に対して先端部１２２と反対側、すなわちフレクチャー部１２６、１３６側で右縦駆動部１２０および左縦駆動部１３０に挟まれる。横駆動部１６０は、電気機械変換素子により形成される。電気機械変換素子の材料等については、電気機械変換素子１２４と同じなので説明を省略する。横駆動部１６０は外部からの電力により、横方向に伸縮する。横駆動部１６０が横方向に伸縮するのに伴って、右縦駆動部１２０フレクチャー部１２６と左縦駆動部１３０のフレクチャー部１３６とを近接、離間させる。
【００１９】
図１に示すように、接続部１４８により支持される右縦駆動部１２０および左縦駆動部１３０の支持位置から先端部１２２、１３２までの距離Ｌ１は、当該支持位置から横駆動部１６０までの距離Ｌ２より大きい。また、右縦駆動部１２０および左縦駆動部１３０の電気機械変換素子１２４、１３４は、横駆動部１６０よりも先端部１２２、１３２に近く配される（すなわち、Ｌ３＜Ｌ２）。
【００２０】
支持部１４０は、右縦駆動部１２０および左縦駆動部１３０が横駆動部１６０に対して横駆動部１６０の圧縮方向に与圧を与えるように右縦駆動部１２０および左縦駆動部１３０を支持する。この場合に支持部１４０は、横駆動部１６０を挟まないで右縦駆動部１２０および左縦駆動部１３０を自由な状態にした場合に、フレクチャー部１２６とフレクチャー部１３６との間隔Ｗ１が、横駆動部１６０の横方向の長さＷ２よりも短くなるように、右縦駆動部１２０および左縦駆動部１３０を支持する。この状態からフレクチャー部１２６とフレクチャー部１３６との間隔を押し広げて横駆動部１６０を挟み込む。これにより、横駆動部１６０に対して圧縮方向の与圧を与えることができる。なお、横駆動部１６０はフレクチャー部１２６とフレクチャー部１３６との間に挟みこまれたままの状態で使用されてもよいし、それらの間に接着剤により接着された状態で使用されてもよい。
【００２１】
図３は、振動アクチュエータ１００の動作を示す概念図である。例えば、右縦駆動部１２０にはｃｏｓθ、左縦駆動部１３０には−ｃｏｓθ、横駆動部１６０にはｓｉｎθの波形を有する電圧が供給される。振動アクチュエータ１００は外部からの制御により（ａ）から（ｄ）の状態を繰り返す。それにより、先端部１２２、１３２が楕円運動して移動対象１０を移動させる。
【００２２】
図３の（ａ）において、先端部１２２は縦に伸びており、先端部１３２は縦に縮んでおり、横駆動部１６０は自然長である。これにより、右縦駆動部１２０および左縦駆動部１３０は互いに平行であるが振動アクチュエータ１００への距離に違いがある。（ａ）から（ｂ）に移ると、先端部１２２は伸びて、先端部１３２は縮んで自然長に戻り、横駆動部１６０は横に伸びる。これにより、右縦駆動部１２０と左縦駆動部１３０とが先端部１２２と先端部１３２とが近接する。（ｂ）から（ｃ）に移ると、先端部１２２は縦に縮んでおり、先端部１３２は縦に伸びており、横駆動部１６０は自然長に戻る。これにより、右縦駆動部１２０および左縦駆動部１３０は互いに平行であるが振動アクチュエータ１００への距離に（ａ）とは逆の違いがある。（ｃ）から（ｄ）に移ると、先端部１２２は縮んで、先端部１３２は伸びて自然長に戻り、横駆動部１６０は横に縮む。これにより、右縦駆動部１２０と左縦駆動部１３０とが先端部１２２と先端部１３２とが離間する。
【００２３】
以上の通り（ａ）から（ｂ）を繰り返すことにより、先端部１２２、１３２は同じ方向に回る楕円運動をする。この場合に、先端部１２２と先端部１３２とは回転の位相が半回転ずれて回る。これにより、移動対象１０を交互に送るので、効率的に移動させることができる。さらに、くびれ１４６によってフレクチャー部１２６およびフレクチャー部１３６が当該くびれ１４６を中心として揺動することができる。さらに、支持部１４０は、フレクチャー部１２６、１３６が横駆動部１６０に対して横駆動部１６０の圧縮方向に与圧を与えるように右縦駆動部１２０および左縦駆動部１３０を支持するので、横駆動部１６０の変位を右縦駆動部１２０および左縦駆動部１３０に確実に伝達することができる。
【００２４】
さらに、横駆動部１６０が右縦駆動部１２０および左縦駆動部１３０の支持位置に対して先端部１２２、１３２と反対側で右縦駆動部１２０および左縦駆動部１３０に挟まれることにより、横駆動部１６０による変位を拡大することができる。また、上記支持位置から先端部１２２、１３２までの距離は、支持位置から横駆動部１６０までの距離より大きいので、横駆動部１６０による変位をより拡大することができる。さらに、電気機械変換素子１２４、１３４は、横駆動部１６０よりも先端部１２２、１３２に近く配されるので、電気機械変換素子１２４、１３４の振動をより確実に電気機械変換素子１２４、１３４に伝達することができる。
【００２５】
ここで、電気機械変換素子１２４、１３４および横駆動部１６０を三角関数の波形を有する電圧で駆動するが、この場合に、さらに振動数が２倍、３倍等の波形を重畳させてもよい。さらに三角関数に変えて、ノコギリ波等の他の波形で駆動してもよい。また、振動アクチュエータ１００の共振周波数で駆動してもよいし、当該共振周波数とは異なる周波数で駆動してもよい。また、周波数は超音波領域であることが好ましいが、これに限られない。
【００２６】
図４は、他の実施形態に係る振動アクチュエータ１０２の平面図である。図４の振動アクチュエータ１０２において振動アクチュエータ１００と同じ構成には同じ参照番号を付し、説明を省略する。図４の振動アクチュエータ１０２は、支持位置に対して先端部１２２、１３２と反対側でフレクチャー部１２６、１３６に挟まれる他の横駆動部１８０をさらに備える。これにより、移動対象１０を駆動する場合の反力に抗して駆動力をより確実に伝達することができる。
【００２７】
図１から図４に示す実施形態において、振動アクチュエータ１００、１０２は、移動対象１０を直線移動させる。さらに、振動アクチュエータ１００、１０２を複数設けるとともに移動対象１０を軸支することにより、移動対象１０を回転移動させてもよい。
【００２８】
図５は、振動アクチュエータ１００を備えた撮像装置４００の構造を模式的に示す縦断面図である。撮像装置４００は、レンズユニット４１０およびボディ４６０を含む。レンズユニット４１０は、マウント４５０を介して、ボディ４６０に対して着脱自在に装着される。レンズユニット４１０は、光学部材４２０、光学部材４２０を収容する鏡筒４３０、および、鏡筒４３０の内部に設けられて光学部材４２０を駆動する振動アクチュエータを備える。
【００２９】
ボディ４６０は、メインミラー５４０、ペンタプリズム４７０、接眼系４９０を含む光学系を収容する。メインミラー５４０は、レンズユニット４１０を介して入射した入射光の光路上に傾斜して配置される待機位置と、入射光を避けて上昇する撮影位置（図中に点線で示す）との間を移動する。
【００３０】
待機位置にあるメインミラー５４０は、入射光の大半を、上方に配置されたペンタプリズム４７０に導く。ペンタプリズム４７０は、入射光の鏡映を接眼系４９０に向かって出射するので、フォーカシングスクリーン４７２に形成された映像を接眼系４９０から正像として見ることができる。入射光の残りは、ペンタプリズム４７０により測光ユニット４８０に導かれる。測光ユニット４８０は、入射光の強度およびその分布等を測定する。なお、ペンタプリズム４７０および接眼系４９０の間には、ファインダ液晶４９４に形成された表示画像を、フォーカシングスクリーンからの映像に重ねるハーフミラー４９２が配置される。
【００３１】
また、メインミラー５４０は、入射光の入射面に対する裏面にサブミラー５４２を有する。サブミラー５４２は、メインミラー５４０を透過した入射光の一部を、下方に配置された測距ユニット５３０に導く。これにより、メインミラー５４０が待機位置にある場合は、測距ユニット５３０が被写体までの距離を測定する。なお、メインミラー５４０が撮影位置に移動した場合は、サブミラー５４２も入射光の光路から退避する。
【００３２】
更に、入射光に対してメインミラー５４０の後方には、シャッタ５２０、光学フィルタ５１０および撮像素子５００が順次配置される。シャッタ５２０が開放される場合、その直前にメインミラー５４０が撮影位置に移動するので、入射光は直進して撮像素子５００に入射される。これにより、入射光の形成する画像が電気信号に変換される。
【００３３】
一方、レンズユニット４１０は、図中で左側にあたる入射端から鏡筒４３０内に順次配列された、フロントレンズ４２２、コンペンセータレンズ４２４、フォーカシングレンズ４２６およびメインレンズ４２８を含む光学系を有する。光学系は、鏡筒４３０に収容される。また、フォーカシングレンズ４２６およびメインレンズ４２８の間には、アイリスユニット４４０が配置される。
【００３４】
更に、レンズユニット４１０は、鏡筒４３０の内部に、光軸方向に延伸するガイドバー４３２を備える。ガイドバー４３２にはメインレンズ４２８が摺動可能に支持されている。メインレンズ４２８には振動アクチュエータ１００が固定され、その先端部１２４、１３４はガイドバー４３２に当接する。これにより、振動アクチュエータ１００がガイドバー４３２に対して相対的に移動してメインレンズ４２８をガイドバー４３２に沿って移動させることができる。レンズユニット４１０は、さらに他の振動アクチュエータ１００を備える。振動アクチュエータ１００は、光軸方向について鏡筒４３０の中程にあって相対的に小径なフォーカシングレンズ４２６の下方に配置される。これにより、鏡筒４３０の径を拡大することなく、振動アクチュエータ１００は鏡筒４３０内に収容される。振動アクチュエータ１００は、図示を省いた輪列を介してフォーカシングレンズ４２６を光軸方向に前進または後退させる。
【００３５】
上記のような撮像装置４００において、レンズユニット４１０とボディ４６０とは電気的にも結合されている。従って、例えば、ボディ４６０側の測距ユニット５３０が検出した被写体までの距離の情報に応じて振動アクチュエータ１００の回転を制御することにより、オートフォーカス機構を形成できる。また、測距ユニット５３０が振動アクチュエータ１００の動作量を参照することにより、フォーカスエイド機構を形成することもできる。
【００３６】
なお、振動アクチュエータ１００によりフォーカシングレンズ４２６を移動させる場合について例示したが、アイリスユニット４４０の開閉、ズームレンズのバリエータレンズ、撮像素子５００の手振れ防止機構等を振動アクチュエータ１００で駆動できることはいうまでもない。この場合も、電気信号を介して測光ユニット４８０、ファインダ液晶４９４等と情報を参照し合うことにより、振動アクチュエータ１００は、露出の自動化、シーンモードの実行、ブラケット撮影の実行等に寄与する。
【００３７】
従って、振動アクチュエータ１００は、例えば、撮影機、双眼鏡等の光学系において、合焦機構、ズーム機構、手振れ補正機構等の駆動に好適に使用できる。また、精密ステージ、より具体的には電子ビーム描画装置、検査装置用各種ステージ、バイオテクノロジ用セルインジェクタの移動機構、核磁気共鳴装置の移動ベッド等の動力源に使用されうるが、用途がこれらに限られないことはいうまでもない。
【００３８】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００３９】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【００４０】
１０  移動対象
１００  振動アクチュエータ
１０２  振動アクチュエータ
１２０  右縦駆動部
１２２  先端部
１２４  電気機械変換素子
１２６  フレクチャー部
１３０  左縦駆動部
１３２  先端部
１３４  電気機械変換素子
１３６  フレクチャー部
１４０  支持部
１４２  本体
１４４  固定穴
１４６  くびれ
１４８  接続部
１６０  横駆動部
１８０  横駆動部
【図１】
0005407753.tif 000002
【図２】
0005407753.tif 000003
【図３】
0005407753.tif 000004
【図４】
0005407753.tif 000005
【図５】
0005407753.tif 000006