(57)【要約】      （修正有）【課題】被駆動部の位置を検出する駆動装置を提供すること。【解決手段】一の方向に状態が周期的に変化した表面を有する被駆動部１３０と、入力された電力を機械的駆動力に変換し、被駆動部１３０における周期の位相がずれた位置で被駆動部１３０の表面を一の方向に駆動する複数の電気機械変換素子１２０，１２１と、被駆動部１３０へ向けて複数の電気機械変換素子１２０，１２１に別個に予圧を与える複数の予圧付与部１１０，１１１と、表面の状態に基づいて複数の電気機械変換素子１２０，１２１のそれぞれにかかる予圧を検出する検出部１４０とを備える。【選択図】図１
2014007797.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一の方向に周期的に状態が変化した表面を有する被駆動部と、
入力された電力を機械的駆動力に変換し、前記被駆動部における周期の位相がずれた位置で前記被駆動部の前記表面を前記一の方向に駆動する複数の電気機械変換素子と、
前記被駆動部へ向けて前記複数の電気機械変換素子に別個に予圧を与える複数の予圧付与部と、
前記表面の状態に基づいて前記複数の電気機械変換素子のそれぞれにかかる予圧を検出する検出部と
を備える駆動装置。
【請求項２】
前記検出部により検出される前記複数の電気機械変換素子のそれぞれにかかる予圧に基づいて、前記複数の電気機械変換素子に対する前記被駆動部の相対位置を算出する位置算出部をさらに備える請求項１に記載の駆動装置。
【請求項３】
前記被駆動部の前記表面の状態の変化は、前記複数の電気機械変換素子が前記表面に接触する前記一の方向に沿った長さよりも長い周期の凹凸である請求項１または２に記載の駆動装置。
【請求項４】
前記凹凸は滑らかである請求項３に記載の駆動装置。
【請求項５】
前記凹凸は正弦波形状を有する請求項４に記載の駆動装置。
【請求項６】
前記凹凸は段差を有する請求項３に記載の駆動装置。
【請求項７】
前記被駆動部の前記表面の状態の変化は、動摩擦係数の変化である請求項１または２に記載の駆動装置。
【請求項８】
前記検出部は、前記複数の電気機械変換素子のそれぞれのインピーダンスの変化により予圧を検出する請求項１から７のいずれか１項に記載の駆動装置。
【請求項９】
前記検出部は、前記複数の予圧付与部のそれぞれに連結されたロードセルにより予圧を検出する請求項１から７のいずれか１項に記載の駆動装置。
【請求項１０】
前記複数の電気機械変換素子の一つと他の一つは、前記一の方向について前記周期の位相が互いにずれた位置で前記被駆動部を挟んで駆動する請求項１から９のいずれか１項に記載の駆動装置。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか１項に記載の駆動装置で光学部材を駆動する光学装置。
【請求項１２】
請求項１から１０のいずれか１項に記載の駆動装置でステージを駆動する移動ステージ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動装置、光学装置及び移動ステージ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電素子の伸縮運動と屈曲運動を併せて駆動力を発生する超音波アクチュエータを駆動源とする移動ステージにおいて、移動したステージの位置を超音波アクチュエータの駆動子の接触圧力の変化によりステージの位置を検出する構成が知られている。（特許文献１参照）。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］特開２００８−２７８７２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記構成においては、ステージの位置を検出する精度が低いという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第一態様として、一の方向に周期的に変化した表面の状態を有する被駆動部と、入力された電力を機械的駆動力に変換し、被駆動部における周期の位相がずれた位置で被駆動部の表面を一の方向に駆動する複数の電気機械変換素子と、被駆動部へ向けて複数の電気機械変換素子に別個に予圧を与える複数の予圧付与部と、表面の形状に基づいて複数の電気機械変換素子のそれぞれにかかる予圧を検出する検出部とを備える駆動装置が提供される。
【０００５】
本発明の第二態様として、前記駆動装置で光学部材を駆動する光学装置が提供される。
【０００６】
本発明の第三態様として、前記駆動装置でステージを駆動する移動ステージ装置が提供される。
【０００７】
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。これら特徴群のサブコンビネーションもまた発明となり得る。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】駆動装置１０を模式的に示す側面図である。
【図２】電気機械変換素子１２０の分解図である。
【図３】電気機械変換素子１２０の斜視図である。
【図４】電気機械変換素子１２０が駆動されたときの接触子１２２の動きを示す。
【図５】電気機械変換素子１２０に供給される駆動電圧を示す。
【図６】可動子１３０の位置とインピーダンス変化との関係を示す。
【図７】インピーダンス値と位置の対応表を示す。
【図８】他の例における可動子１３０の位置とインピーダンス変化との関係を示す。
【図９】図８の例におけるインピーダンス値と位置の対応表を示す。
【図１０】他の可動子１３２を用いた駆動装置１０を示す。
【図１１】可動子１３２に対するインピーダンス変化を示す。
【図１２】さらに他の可動子１３５を用いた駆動装置１０を示す。
【図１３】可動子１３５に対するインピーダンス変化を示す。
【図１４】さらに他の可動子１３６を用いた駆動装置１０を示す。
【図１５】可動子１３６に対するインピーダンス変化を示す。
【図１６】さらに他の可動子１４５を用いた駆動装置１０を示す。
【図１７】可動子１４５のインピーダンス変化を示す。
【図１８】ロードセル１１２を用いた駆動装置１０を示す。
【図１９】可動子１４５の可動子１３０の位置と荷重変化を示す。
【図２０】光学装置４００の構造を示す。
【図２１】駆動装置１０が用いられた光学部材である第二群２６０を示す部分詳細図である。
【図２２】駆動装置１０が用いられた移動ステージ装置５００を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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係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。
【００１０】
図１は、駆動装置１０を模式的に示す側面図である。駆動装置１０は、駆動回路１００、予圧付与部１１０、電気機械変換素子１２０および保持部１２３の組と、駆動回路１０１、予圧付与部１１１、電気機械変換素子１２１および保持部１２６の組と、可動子１３０とを備える。これらの組は、可動子１３０を挟んで配される。可動子１３０は被駆動部の一例である。
【００１１】
駆動回路１００は、Ａ相配線１０２及びＢ相配線１０３を介して電気機械変換素子１２０に駆動電力を供給する。保持部１２３は、電気機械変換素子１２０を、後述する振動の節で保持する。予圧付与部１１０は、駆動装置１０の外部の支持壁１１３に支持され、保持部１２３を介して可動子１３０へ向けて電気機械変換素子１２０に予圧を与える。予圧付与部１１０の一例は、ＳＵＳ製のコイルバネである。
【００１２】
電気機械変換素子１２０、１２１はそれぞれ、可動子１３０と接触する接触子１２２を有する。電気機械変換素子１２０、１２１は入力された電力を機械的駆動力に変換する。
【００１３】
なお、駆動回路１０１、Ａ相配線１０７、Ｂ相配線１０８、予圧付与部１１１、電気機械変換素子１２１および保持部１２６は、上記駆動回路１００、Ａ相配線１０２、Ｂ相配線１０３、予圧付与部１１０、電気機械変換素子１２０および保持部１２３と同一の構成であるので、説明を省略する。
【００１４】
可動子１３０は一の方向（図中のＸ方向）に延伸している。可動子１３０の表面は、当該一の方向に周期的に状態が変化した正弦波形状の滑らかな凹凸部１３１を有する。当該凹凸部１３１は、表面の周期的な変化の一例である。可動子１３０には説明のために参照マークが付されており、参照マークのＸ方向の位置を可動子１３０の位置として説明するが、当該参照マークは実際に可動子１３０に付されていなくてよい。
【００１５】
可動子１３０の凹凸部１３１の１周期に対応する波長λは、接触子１２２が可動子１３０の表面に接触する、上記一の方向に沿った長さよりも大きいことが好ましい。これにより、可動子１３０と接触子１２２とが駆動時に接触状態を維持し、駆動の効率を向上させることができる。なお、凹凸部１３１は、電気機械変換素子１２０が当接する側（図中上側）と電気機械変換素子１２１が当接する側（図中下側）において、同一波長、同一振幅かつ同一位相を有する。
【００１６】
電気機械変換素子１２０と電気機械変換素子１２１とは、可動子１３０の凹凸部１３１の周期の位相がずれた位置に配置される。図１に示す例において、電気機械変換素子１２０と電気機械変換素子１２１とは凹凸部１３１における正弦波形状のλ／４分の位相差１５０を持って配されている。電気機械変換素子１２０及び電気機械変換素子１２１の接触子１２２は、可動子１３０の凹凸部１３１に接触して可動子１３０を当該一の方向に沿って駆動する。
【００１７】
駆動装置１０はさらに、検出部１４０を備える。検出部１４０は、電気機械変換素子１２０と接地線１２４との間に接続された電流計１０４、電気機械変換素子１２１と接地線１２４との間に接続された電流計１０５、および、位置算出部１４３、メモリー１４４を有する。位置算出部１４３は、電流計１０４、１０５から回路の電流値の変化を読み取り、可動子１３０の相対位置を算出する。メモリー１４４は、位置算出部１４３により算出された相対位置の情報を記録する。検出部１４０はさらに、メモリー１４４に記録された位置情報を、伝達路１４１を介して駆動回路１００に伝達するとともに、伝達路１４２を介して駆動回路１０１へ伝達する。駆動回路１００、１０１は取得した位置情報に基づいたフィードバック制御を行い、可動子１３０を目標位置まで移動する。
【００１８】
図２は電気機械変換素子１２０の分解図であり、図３は電気機械変換素子１２０の斜視図である。以下、特に断らない限り、電気機械変換素子１２１の構成および動作は電気機械変換素子１２０と同じなので、説明を省略する。
【００１９】
電気機械変換素子１２０は、複数の板状の圧電体１６０と、駆動電極１６１、１６２、１６３、１６４と、共通電極１６７とが積層されて形成される。圧電体１６０はＰＺＴ等の圧電材料で形成される。
【００２０】
各圧電体１６０の一方の主面には、複数の駆動電極１６１、１６２、１６３、１６４が配される。この場合に、圧電体１６０の当該一方の主面を略４つの領域に分割したその４つの領域の各々に、駆動電極１６１、１６２、１６３、１６４が配される。さらに、対角に配される駆動電極１６１と駆動電極１６２とが電気的に接続されるとともに、駆動電極１６３と駆動電極１６４とが電気的に接続される。なお、駆動電極１６１、１６２の組と駆動電極１６３、１６４の組とが上下に交差する間に絶縁シート１６９を設け、互いが電気的に絶縁される。
【００２１】
駆動電極１６２は、圧電体１６０の一の側面に延伸する接続部１６５を有する。同様に、駆動電極１６４は、圧電体１６０の当該一の側面に延伸する接続部１６６を有する。
【００２２】
圧電体１６０の他方の主面には、単一の共通電極１６７が配される。共通電極１６７は、圧電体１６０における上記一の側面に対向する他の側面に延伸する接続部１６８を有する。
【００２３】
上記圧電体１６０、駆動電極１６１等、圧電体１６０、共通電極１６７、圧電体１６０、駆動電極１６１等、の順序で積層され、互いに接着または焼結される。さらに、接触子１２２は、耐摩耗性が高いプラスティック複合材料等が用いられ、上記接着体または焼結体の側面に取り付けられ、電気機械変換素子１２０が形成される。なお電気機械変換素子１２０の大きさは、例えば１０層程度の圧電体１６０が積層されて２ｍｍ角程度である。
【００２４】
なお、図３に示すように共通電極１６７は層間で互いに接続されている。同様に、接続部１６５も層間で互いに接続され、接続部１６５も層間で互いに接続されている。
【００２５】
図４は、電気機械変換素子１２０が駆動されたときの接触子１２２の動きを示す。また、図５は、電気機械変換素子１２０に供給される駆動電圧を示す。
【００２６】
電気機械変換素子１２０において、接続部１６５にはＡ相配線１０２が電気的に接続されるとともに、接続部１６６にはＢ相配線１０３が電気的に接続される。さらに、接続部１６８は接地線１２４に接続されているが、途中に電流計１０４が直列に配されている。
【００２７】
駆動回路１００は、Ａ相配線１０２および接続部１６５を介して、正弦波のＡ相駆動電圧を駆動電極１６１、１６２に印加する。一方、駆動回路１００は、Ｂ相配線１０３および接続部１６６を介して、正弦波のＢ相駆動電圧を駆動電極１６３、１６４に印加する。Ｂ相駆動電圧は、Ａ相駆動電圧に対して９０°位相が進んだ波形を有する。
【００２８】
上記Ａ相駆動電圧およびＢ相駆動電圧により、圧電体１６０は伸縮する振動モードと屈曲する振動モードとを発生する。それらの振動モードの合成により、接触子１２２は、圧電体１６０の主面に平行な面内で楕円軌道１２５を描いて回転する。さらに、Ａ相駆動電圧とＢ相駆動電圧との位相差を正負に切り替えることで、回転方向が切り替えられる。
【００２９】
接触子１２２の楕円軌道１２５において、可動子１３０に近い側を移動している間は（図中の左方向）、接触子１２２と可動子１３０との間の摩擦力が大きいのに比べ、可動子１３０から遠い側を移動している間は（図中の右方向）、接触子１２２と可動子１３０との間の摩擦力が小さいかまたは離間して摩擦力が発生してないので、当該摩擦力の差分によって、接触子１２２の楕円軌道１２５が可動子１３０を一の方向（図中の左方向）へ駆動する。
【００３０】
図６は、可動子１３０の位置とインピーダンス変化との関係を示す。図６において、インピーダンスＡは、電流計１０４を流れる電流で検出される、電気機械変換素子１２０に現れるインピーダンスである。一方、インピーダンスＢは、電流計１０５を流れる電流で検出される、電気機械変換素子１２１に現れるインピーダンスである。
【００３１】
電気機械変換素子１２０に接触子１２２が可動子１３０を駆動すると、可動子１３０の表面形状に対応し接触子１２２にかかる予圧が変化する。可動子１３０が正弦波形状の周期的な凹凸部１３１を有するので、接触子１２２と凸部とが接触する時は接触子１２２と可動子１３０との予圧は高くなり、接触子１２２と凹部とが接触する時は接触子１２２と可動子１３０との予圧は低くなる。駆動周波数を電気機械変換素子の共振周波数側に設定すると、電気機械変換素子１２０の予圧が大きくなると電気機械変換素子１２０のインピーダンスが大きくなり、電気機械変換素子１２０の予圧が小さくなると、電気機械変換素子１２０のインピーダンスは小さくなる。これにより、図６に示すように、インピーダンスＡ、Ｂに、可動子１３０の表面の凹凸部１３１の形状パターンに対応した変化が現れる。なお、検出部１４０は電流値の変化を検出することで、電気機械変換素子１２０、１２１のそれぞれにかかる予圧を検出している。
【００３２】
位置算出部１４３は、予め定められた時間間隔で電流計１０４の電流値を取得して、インピーダンスＡの値が、閾値Ｓ０よりも高いか否かを判断する。ここで、閾値Ｓ０の一例は、可動子１３０が移動しているときのインピーダンスＡの平均値である。位置算出部１４３は、上記判断をコンパレータを用いて実行してもよいし、インピーダンスＡの値をデジタル化してソフトウェア上で判断してもよい。
【００３３】
位置算出部１４３は、インピーダンスＡの値が閾値Ｓ０より高い場合と低い場合とにそれぞれ値を割り当てて、２値化する。例えば、位置算出部１４３は、インピーダンスＡの値が閾値Ｓ０より高い場合に１を割り当て、閾値Ｓ０より小さい場合に０を割り当てる。位置算出部１４３は、２値化した値をメモリー１４４に記憶する。位置算出部１４３は、インピーダンスＢについても同様に、予め定められた時間間隔で閾値Ｓ１と比較して２値化し、メモリー１４４に記憶する。
【００３４】
位置算出部１４３は、２値化したインピーダンスＡが０から１に切り替った切替回数をカウントして、メモリー１４４に記憶する。この場合に、位置算出部１４３は、これに変えてまたは加えて、インピーダンスＡが１から０に切り替った切替回数をカウントしてもよいし、インピーダンスＢにおける上記切替回数をカウントしてもよい。
【００３５】
図７は２値化されたインピーダンスと可動子１３０の位置の対応関係を示すテーブルの一例を示す。当該テーブルは、閾値Ｓ０、Ｓ１、可動子１３０の凹凸部１３１の波長λの値とともに、検出部１４０に予め格納されている。
【００３６】
図７のテーブルにおいて、インピーダンスＡが取り得る２値とインピーダンスＢが取り得る２値との組み合わせにより、凹凸部１３１の１波長λを４分割した位置ａ、ｂ、ｃ、ｄが対応付けられている。
【００３７】
位置算出部１４３は、メモリー１４４に格納されている波長λ、現在のインピーダンスＡ、Ｂの値、および、切替回数を読み出し、図7のテーブルを参照することにより、可動子１３０の位置を特定する。位置算出部１４３は、波長λに切替回数を乗じた長さに、インピーダンスＡ、Ｂの組み合わせにより特定される位置ａ等に対応する長さとを加算することにより、可動子１３０の移動距離を算出する。可動子１３０の移動前の位置に当該移動距離を加えることにより、可動子１３０の現在位置が特定される。
また、インピーダンスＡとインピーダンスＢの位相のずれから可動子１３０の移動方向も検出できるので距離の加減算も容易に行える。
【００３８】
以上、本実施形態によれば、可動子１３０の位置をより正確に特定することができる。特に、図６および図７の例においては、可動子１３０の位置を、当該可動子１３０の凹凸部１３１の波長λの４倍の精度で特定することができる。
【００３９】
なお、図６および図７の例においては、可動子１３０の移動前と現在時点での相対位置が特定されることになる。これに加えて、予め定められた条件が満たされたときに、予め定められた参照位置に可動子１３０を移動し、当該参照位置から移動距離を累積することにより、可動子１３０の絶対的な位置を特定することができる。可動子１３０が参照位置に到達したか否かは、可動子１３０が他の部材と当接させることにより判断してもよいし、フォトインタラプタ等の光学的またはその他の方法で判断してもよい。絶対位置を取得する方法については、以降の他の例ついても同様である。
【００４０】
図８は、他の例における可動子１３０の位置とインピーダンス変化との関係を示す。図９は、図８に対応したテーブルの例を示す。
【００４１】
図８および図９の例において、インピーダンスＡに対して三つの閾値Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４が設けられ、当該閾値Ｓ２等との比較により、０、１、２、３の４値のいずれかが割り当てられる。閾値Ｓ３の一例は、閾値Ｓ０と同様にインピーダンスＡの平均値である。閾値Ｓ２の一例は、インピーダンスＡの最小値と閾値Ｓ３との中央値である。また、閾値Ｓ４の一例は、インピーダンスＡの最大値と閾値Ｓ３との中央値である。
【００４２】
インピーダンスＢに対しても、三つの閾値Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７が設けられ、当該閾値Ｓ５等との比較により、０、１、２、３の４値のいずれかが割り当てられる。閾値Ｓ６の一例はインピーダンスＢの平均値であり、閾値Ｓ５、７の一例は、それぞれ、インピーダンスＢの最小値と閾値Ｓ６との中央値、最大値と閾値Ｓ６との中央値である。
【００４３】
ここで、電気機械変換素子１２０の接触子１２２と電気機械変換素子１２１の接触子１２２とが、可動子１３０の凹凸部１３１の周期に対して図１に示すようにλ／４分の位相を有している場合には、図８のように、４値化されたインピーダンスＡ、Ｂの値の組み合わせにより、１波長λが１２等分される。
【００４４】
そこで、図９に示すテーブルにおいて、４値化されたインピーダンスＡ、Ｂの値の組み合わせと、凹凸部１３１の１波長λを１２分割した位置ａからｌが対応付けられている。これにより、可動子１３０の位置を、当該可動子１３０の凹凸部１３１の波長λの１２倍の精度で特定することができる。
【００４５】
すなわち、図６および図７の例と同様に、位置算出部１４３が予め定められた時間間隔でインピーダンスＡ、Ｂを４値化するとともに、それらの一方または両方の値が１から２に切り替わった切替回数をカウントする。さらに、切替回数に波長λを乗じるとともに、図９のテーブルを参照して、４値化されたインピーダンスＡ、Ｂの組み合わせにより特定される位置ａ等に対応する長さを加算することにより、可動子１３０の現在位置を特定する。
【００４６】
図１０は、他の可動子１３２を用いた駆動装置１０を示す。図１０において、図１と同じ構成には同じ参照番号を付して、説明を省略する。
【００４７】
図１０の可動子１３２は、表面に凸部１３３と凹部１３４とを有する。凸部１３３と凹部１３４とは、可動子１３２の延伸方向における長さが同一であって、その間に段差を有し、周期的に配される。一の凸部１３３とそれに隣接する一の凹部１３４とが一周期を形成する。なお、接触子１２２が可動子１３０の段差を乗越えられるように、接触子１２２の先端Ｒの半径は可動子１３０の段差深さより大きいことが好ましい。なお、凸部１３３および凹部１３４は、電気機械変換素子１２０が当接する側（図中上側）と電気機械変換素子１２１が当接する側（図中下側）において、同一幅、同一深さかつ同一位置に配される。
【００４８】
電気機械変換素子１２０と電気機械変換素子１２１とは、可動子１３２の延伸方向について、一周期に対応する長さλの１／４だけずれた位置に配される。すなわち、電気機械変換素子１２０が配された位置と電気機械変換素子１２１が配された位置とは、可動子１３２の表面形状の周期に対してλ／４の位相差１５１を有する。
【００４９】
図１１は、可動子１３２に対するインピーダンス変化を示す図である。図６の場合と同様に、図１１においてもインピーダンスＡ、Ｂに、可動子１３２の表面形状に対応した変化が現れる。また、インピーダンスＡとインピーダンスＢとは、電気機械変換素子１２０が配された位置と電気機械変換素子１２１が配された位置のずれに対応して、λ／４の位相差を有する。
【００５０】
インピーダンスＡ、Ｂを２値化する閾値Ｓ８、Ｓ９は、例えば、上記Ｓ０、Ｓ１と同様に設定される。これにより、図１０および図１１に示す例においても、図７に示すテーブルを用いることにより、位置算出部１４３は、可動子１３２の位置を、当該可動子１３２の一周期に対応する長さλの４倍の精度で特定することができる。
【００５１】
図１２は、さらに他の可動子１３５を用いた駆動装置１０を示す。図１０において、図１および図１０と同じ構成には同じ参照番号を付して、説明を省略する。
【００５２】
図１２の可動子１３５においても、表面に図１０と同一の凸部１３３と凹部１３４とを有する。ただし、図１２の可動子１３５においては、凸部１３３および凹部１３４は、電気機械変換素子１２０が当接する側（図中上側）と電気機械変換素子１２１が当接する側（図中下側）において、一周期に対応する長さλの１／４ずれた位置に配される。
【００５３】
一方、電気機械変換素子１２０と電気機械変換素子１２１とは可動子１３５の延伸方向について同じ位置（図中の同じＸ位置）で当該可動子１３５に接触する。これにより、電気機械変換素子１２０の接触子１２２が接する可動子１３５の表面形状と、電気機械変換素子１２１の接触子１２２が接する可動子１３５の表面形状は、可動子１３５の表面形状の周期に対してλ／４の位相差１５２を有する。
【００５４】
図１３は、可動子１３５に対するインピーダンス変化を示す図である。図６の場合と同様に、図１３においてもインピーダンスＡ、Ｂに、可動子１３５の表面形状に対応した変化が現れる。また、インピーダンスＡとインピーダンスＢとは、可動子１３５の表面形状の周期のずれに対応してλ／４の位相差を有する。
【００５５】
インピーダンスＡ、Ｂを２値化するＳ１０、Ｓ１１は、例えば、上記Ｓ０、Ｓ１と同様に設定される。これにより、図１２及び図１３に示す例においても、図７に示すテーブルを用いることにより、位置算出部１４３は可動子１３５の位置を当該可動子１３５の一周期に対応する長さλの４倍の精度で特定することができる。
【００５６】
電気機械変換素子１２０、１２１を可動子１３５の延伸方向について同じ位置で対向させる。よって、可動子１３５の駆動時に可動子１３５に発生するイナーシャを抑制でき、電気機械変換素子１２０、１２１による可動子１３５の駆動を安定させることができる。
【００５７】
図１４は、さらに他の可動子１３６を用いた駆動装置１０を示す。図１４において、図１と同じ構成には同じ参照番号を付して、説明を省略する。
【００５８】
図１４の可動子１３６は表面の動摩擦係数が高い領域である高摩擦部１３７と、表面の動摩擦係数が低い領域である低摩擦部１３８とを有する。高摩擦部１３７と低摩擦部１３８とは、可動子１３６の延伸方向における長さが同一であって、周期的に配される。一の高摩擦部１３７とそれに隣接する一の低摩擦部１３８とが一周期を形成する。なお、高摩擦部１３７と低摩擦部１３８は、電気機械変換素子１２０が当接する側（図中上側）と電気機械変換素子１２１が当接する側（図中下側）において、同一幅かつ同一位置に配される。
【００５９】
電気機械変換素子１２０と電気機械変換素子１２１とは、可動子１３６の延伸方向について、一周期に対応する長さλの１／４だけずれた位置に配される。すなわち、電気機械変換素子１２０が配された位置と電気機械変換素子１２１が配された位置とは、可動子１３６の表面形状の周期に対してλ／４の位相差１５３を有する。
【００６０】
図１５は、可動子１３６に対するインピーダンス変化を示す図である。図６の場合と同様に、図１５においてもインピーダンスＡ、Ｂに、可動子１３６の表面の動摩擦係数のパターンに対応した変化が現れる。また、インピーダンスＡとインピーダンスＢとは、可動子１３６の表面形状の周期のずれに対応してλ／４の位相差を有する。
【００６１】
インピーダンスＡ、Ｂを２値化するＳ１２、Ｓ１３は、例えば、上記Ｓ０、Ｓ１と同様に設定される。これにより、図１４及び図１５に示す例においても、図７に示すテーブルを用いることにより、位置算出部１４３は可動子１３６の位置を、当該可動子１３６の一周期に対応する長さλの４倍の精度で特定することができる。
【００６２】
図１６はさらに他の可動子１４５を用いた駆動装置１０を示す。図１４において、図１、図１０、及び図１２と同じ構成には同じ参照番号を付して、説明を省略する。
【００６３】
図１６の可動子１４５は、電気機械変換素子１２０が接する側の表面に、階段部１３９を有する。階段部１３９は、可動子１４５の延伸方向に沿って（図中のＸ方向に沿って）段々に低くなる階段形状を有する。
【００６４】
一方、可動子１４５は、電気機械変換素子１２１が接する側の表面に、図１０とおうなじ凸部１３３と凹部１３４とを有する。また階段部１３９のＸ方向の長さは、凸部１３３と凹部１３４の一周期に対応する長さλの１／２である。
【００６５】
電気機械変換素子１２０と電気機械変換素子１２１とは、可動子１４５の延伸方向について、凸部１３３と凹部１３４の一周期に対応する長さλの１／４だけずれた位置に配される。すなわち、電気機械変換素子１２０が配された位置と電気機械変換素子１２１が配された位置とは、可動子１４５の表面形状の周期に対してλ／４の位相差１５４を有する。
【００６６】
図１７は可動子１４５に対するインピーダンス変化を示す図である。図６の場合と同様に、図１７においても、インピーダンスＡ、Ｂに、可動子１４５の表面形状に対応した変化が現れる。また、インピーダンスＡとインピーダンスＢとは、インピーダンスの値の変化位置に着目すると、可動子１４５の凸部１３３と凹部１３４の一周期に対応する長さλに対してλ／４の位相差を有する。
【００６７】
インピーダンスＡは、可動子１４５の絶対値を算出するのにも用いられる。この場合に、インピーダンスＡの基準値Ｓ１４と可動子１４５の絶対的な位置との関係、および、階段部１３９の一つ分に対応するインピーダンスＡの増減値１７６を予めメモリー１４４に記録しておく。
【００６８】
位置算出部１４３は、メモリー１４４に格納されている長さλ、増減値１７６を読み出す。次に位置算出部１４３は現在のインピーダンスＡの値が基準値Ｓ１４から増減値１７６の何個分に相当するかを計算する。位置算出部１４３は、その個数に長さλを乗ずることで基準値Ｓ１４に相当する位置に対する可動子１４５の相対的に位置を算出する。更に位置算出部１４３は基準値Ｓ１４に対応する可動子１４５の絶対的な位置をメモリー１４４から読み出し、上記相対位置を加算することで、現在の可動子１４５の絶対的な位置の算出を行う。
【００６９】
インピーダンスＢは、可動子１４５の位置をより正確に算出するのに用いられる。この場合に、インピーダンスＢを２値化する閾値Ｓ１５は、例えば、上記閾値Ｓ１と同様に設定される。
【００７０】
インピーダンスＡとインピーダンスＢとは、インピーダンスの値の変化位置に着目すると、λ／４の位相差を有する。よって、インピーダンスＡの値が示す絶対位置の幅λ／２の中央に、インピーダンスＢの値の変化位置が来る。よって、位置算出部１４３は、２値化されたインピーダンスＢの値を参照することにより、位置算出部１４３は可動子１４５の絶対的な位置を、階段部１３９の幅の２倍の精度で特定することができる。
【００７１】
図１８は、ロードセル１１２を用いた駆動装置１０を示す。図１８において、図１と同じ構成には同じ参照番号を付して、説明を省略する。
【００７２】
図１８の予圧付与部１１０の、電気機械変換素子１２０と対向する側には、ロードセル１１２が連結されている。同様に、予圧付与部１１１の、電気機械変換素子１２１と対向する側には、ロードセル１１４が連結されている。ロードセル１１２、１１４は検出部１４０の一部であって、その出力は、位置算出部１４３に入力される。
【００７３】
可動子１３０は表面の正弦波形状の周期的な凹凸部１３１を有するので、電気機械変換素子１２０の接触子１２２が可動子１３０の凸部を駆動する時は接触子１２２にかかる予圧が高くなり、接触子１２２が可動子１３０の凹部を駆動する時は接触子１２２にかかる予圧は低くなる。接触子１２２にかかる予圧が変化すると予圧付与部１１０に連結したロードセル１１２の荷重信号も接触子１２２にかかる予圧の変化に対応し変化する。従って、ロードセル１１２を用いることで電気機械変換素子１２０の接触子１２２にかかる予圧を検出できる。
【００７４】
図１９は、可動子１３０の位置と荷重の変化を示す。図６のインピーダンスの変化と同様に、荷重に、可動子１３０の表面形状に対応した変化が現れる。
【００７５】
位置算出部１４３は、予め定められた時間間隔でロードセル１１２の荷重値を取得して、荷重Ａの値が、閾値Ｓ１６よりも高いか否かを判断する。ここで、閾値Ｓ１６の一例は、可動子１３０が移動しているときの荷重Ａの平均値である。位置算出部１４３は、荷重Ａの値が閾値Ｓ１６より高い場合と低い場合とにそれぞれ値を割り当てて、２値化する。位置算出部１４３の以降の算出手順は、図６および図７に示す場合と同様なので省略する。
【００７６】
位置算出部１４３は、荷重Ａと位相がλ／４ずれた荷重Ｂの出力を参照することにより、インピーダンスを用いる場合と同様に、可動子１３０の位置を、当該可動子１３２の一周期に対応する長さλの４倍の精度で特定することができる。なお、図８および図９の場合と同様に閾値の数を増やすことにより、可動子１３０の位置をより高い精度で特定することができる。
【００７７】
図２０は、図１から図１９のいずれかの駆動装置１０が用いられた光学装置４００を示す断面図である。図２０は、光学装置４００の光軸を含む平面で切断されている。
【００７８】
レンズ鏡筒２００は、マウント部２４４を介して、撮像部３００に対して着脱自在に装着される。なお、光学装置４００において、レンズ鏡筒２００および撮像部３００は、電気的にも結合される。これにより、レンズ鏡筒２００は、撮像部３００から電力を供給される。また、レンズ鏡筒２００に副制御部を設けて、撮像部３００の主制御部３５０と相互に信号を交換する場合もある。
【００７９】
また、レンズ鏡筒２００は、第一群２１０の他に、第二群２６０、第三群２７０、を備える。更に、第二群２６０および第三群２７０を、ガイドバー２６１により支持する構造とする。
【００８０】
撮像部３００は、主鏡３４０、ペンタプリズム３７０、接眼光学系３９０を含む光学系と、主制御部３５０とを収容する。主鏡３４０は、レンズ鏡筒２００の光学系２０１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。
【００８１】
待機位置にある主鏡３４０は、入射光の大半を、上方に配置されたフォーカシングスクリーン３７２に導く。フォーカシングスクリーン３７２は、レンズ鏡筒２００の光学系２０１の合焦位置に配置され、光学系２０１により形成された画像を結像させる。
【００８２】
フォーカシングスクリーン３７２に結像された画像は、ペンタプリズム３７０を介して接眼光学系３９０から観察される。これにより、接眼光学系３９０からは、フォーカシングスクリーン３７２上の映像を正像として見ることができる。
【００８３】
ペンタプリズム３７０および接眼光学系３９０の間には、ファインダＬＣＤ３９４に形成された表示画像を、フォーカシングスクリーン３７２の映像に重畳させるハーフミラー３９２が配置される。これにより、接眼光学系３９０の出射端においては、フォーカシングスクリーン３７２の映像と、ファインダＬＣＤ３９４の映像とを併せて見ることができる。なお、ファインダＬＣＤ３９４には、光学装置４００の撮影条件、設定条件等の情報が表示される。
【００８４】
また、ペンタプリズム３７０の出射光の一部は、測光部３８０に導かれる。測光部３８０は、入射光の強度およびその分布等を測定して、撮影条件を決定する場合に測定結果を参照させる。
【００８５】
一方、入射光の入射面に対する主鏡３４０の裏面には、副鏡３４２が配置される。副鏡３４２は、主鏡３４０を透過した入射光の一部を、下方に配置された測距部３３０に導く。これにより、主鏡３４０が待機位置にある場合は、測距部３３０が被写体までの距離を測定する。なお、主鏡３４０が撮影位置に移動した場合は、副鏡３４２も入射光の光路から退避する。
【００８６】
レンズ鏡筒２００からの入射光に対して主鏡３４０の後方には、シャッタ３２０、光学フィルタ３１２および撮像素子３１０が順次配置される。シャッタ３２０が開放される場合は、その直前に主鏡３４０が撮影位置に移動するので、入射光は直進して撮像素子３１０に入射される。これにより、入射光の形成する画像が、撮像素子３１０において電気信号に変換される。
【００８７】
また、撮像部３００は、レンズ鏡筒２００に対して背面において、外部に面したメインＬＣＤ３９６を備える。メインＬＣＤ３９６は、撮像部３００に対する各種の設定情報を表示する他、主鏡３４０が撮影位置に移動している場合に撮像素子３１０に形成された画像を表示することもできる。
【００８８】
主制御部３５０は、上記のような種々の動作を総合的に制御する。また、撮像部３００側の測距部３３０が検出した被写体までの距離の情報を参照して、レンズ鏡筒２００を駆動するオートフォーカス機構を形成できる。更に、測距部３３０がレンズ鏡筒２００の動作量を参照して、フォーカスエイド機構を形成することもできる。
【００８９】
図２１は第二群２６０を模式的に示した部分図である。第二群２６０のレンズ保持部２６５は可動子１３０と連結されており、可動子１３０と一体的にガイドバー２６１に沿って移動する。なお、支持壁２０３に固定された支持枠２０４が、図１等における支持壁１１３として機能する。
【００９０】
上記構成において、駆動装置１０を用いて第二群２６０の第二群２６０を駆動することにより、当該駆動装置１０とは別個の測定機器を設けることなく、第二群２６０の相対位置をより正確に測定できる。更に、電源のＯＮ、ＯＦＦ時に、可動子１３０がホームポジションに戻る構成とすれば、ホームポジションの位置と相対位置から、第二群２６０の絶対位置を算出することができる。なお、図１６に示した構成を用いて絶対位置の算出を行っても良い。
【００９１】
図２２は、図１から図１９のいずれかの駆動装置１０が用いられる移動ステージ装置５００を示す斜視図である。移動ステージ装置５００は、基台５１０、当該基台５１０のＺ方向に搭載されたＸステージ５２０、当該ＸステージのＺ方向に搭載されたＹステージ５３０を有する。
【００９２】
Ｘステージ５２０は、駆動装置１１、可動子１３０、可動子１３０を固定する支持部５２１、レール５２２、Ｘステージ５２０の下面に設けられたレールガイド５２３を含む。Ｘステージ５２０は基台５１０に固定された駆動装置１０より駆動を受け、レール５２２とレールガイド５２３とにガイドされＸ方向に自在に移動する。
【００９３】
Ｙステージ５３０は、駆動装置１２、可動子１３０、可動子１３０を固定する支持部５３１、レール５３２、Ｙステージ５３０の下面に設けられたレールガイド５３３を含む。Ｙステージ５３０は駆動装置１０より駆動を受け、レール５３２とレールガイド５３３とにガイドされＹ方向に自在に移動する。
【００９４】
上記構成において、駆動装置１０を用いてＸステージ５２０およびＹステージ５３０を駆動することにより、当該駆動装置１０とは別個の測定機器を設けることなく、Ｘステージ５２０およびＹステージ５３０の相対位置をより正確に測定できる。なお、Ｘステージ５２０およびＹステージ５３０の絶対位置を算出する方法については、図２１の例と同様である。
【００９５】
以上、上記実施形態によれば、可動子１３０等の位置をより正確に特定することができる。特に、可動子１３０の位置を、可動子１３０等の表面形状の周期よりも高い精度で特定することができる。
【００９６】
なお、図１から図２２に示す形態において、電気機械変換素子１２０、１２１は可動子１３０等を挟んで２つ設けられたが、個数はこれに限られない。例えば、可動子１３０等を挟んで一方に１つ、他方に２つの計３つの電気機械変換素子が設けてられてもよい。その場合に、当該他方の２つの電気機械変換素子が可動子１３０等と接する位置の中央位置に上記一方の１つの電気機械変換素子が可動子１３０等と接してもよい。これにより、駆動力のバランスをとることができる。また、電気機械変換素子は４つ以上配されていてもよい。
【００９７】
図１から図２２に示す形態において、可動子１３０等が電気機械変換素子１２０、１２１に駆動されて移動する。これに代えて、電気機械変換素子１２０、１２１が、固定部材に対して移動してもよい。
【００９８】
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。また、上記実施の形態に、多様な変更または改良を加え得ることが当業者に明らかである。更に、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は、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【符号の説明】
【００９９】
１０  駆動装置、１１  駆動装置、１２  駆動装置、１００  駆動回路、１０１  駆動回路、１０２、１０７  Ａ相配線、１０３、１０８  Ｂ相配線、１０４  電流計、１０５  電流計、１１０、１１１  予圧付与部、１１２、１１４  ロードセル、１１３  支持壁、１２０、１２１  電気機械変換素子、１２２  接触子、１２３  保持部、１２４  接地線、１２５  楕円軌道、１２６  保持部、１３０、１３５、１３６、１４５  可動子、１３１  凹凸部、１３２  可動子、１３３  凸部、１３４  凹部、１３７  高摩擦部、１３８  低摩擦部、１３９  階段部、１４０  検出部、１４１  伝達路、１４２  伝達路、１４３  位置算出部、１４４  メモリー、１５０、１５１、１５２、１５３、１５４  位相差、１６０  圧電体、１６１、1６２、１６３、１６４  駆動電極、１６５、１６６、１６８  接続部、１６７  共通電極、１６９  絶縁シート、１７６  増減値、２００  レンズ鏡筒、２０１  光学系、２０３  支持壁、２０４  支持枠、２１０  第一群、２４４  マウント部、２６０  第二群、２６１  ガイドバー、２６５  レンズ保持部、２７０  第三群、３００  撮像部、３１０  撮像素子、３１２  光学フィルタ、３２０  シャッタ、３３０  測距部、３４０  主鏡、３４２  副鏡、３５０  主制御部、３７０  ペンタプリズム、３７２  フォーカシングスクリーン、３８０  測光部、３９０  接眼光学系、３９２  ハーフミラー、３９４  ファインダＬＣＤ、３９６  メインＬＣＤ、４００  光学装置、５００  移動ステージ装置、５１０  基台、５２０  Ｘステージ、５２１  支持部、５２２  レール、５２３  レールガイド、５３０  Ｙステージ、５３１  支持部、５３２  レール、５３３  レールガイド
【図１】
2014007797.tif 000003
【図２】
2014007797.tif 000004
【図３】
2014007797.tif 000005
【図４】
2014007797.tif 000006
【図５】
2014007797.tif 000007
【図６】
2014007797.tif 000008
【図７】
2014007797.tif 000009
【図８】
2014007797.tif 000010
【図９】
2014007797.tif 000011
【図１０】
2014007797.tif 000012
【図１１】
2014007797.tif 000013
【図１２】
2014007797.tif 000014
【図１３】
2014007797.tif 000015
【図１４】
2014007797.tif 000016
【図１５】
2014007797.tif 000017
【図１６】
2014007797.tif 000018
【図１７】
2014007797.tif 000019
【図１８】
2014007797.tif 000020
【図１９】
2014007797.tif 000021
【図２０】
2014007797.tif 000022
【図２１】
2014007797.tif 000023
【図２２】
2014007797.tif 000024