(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電体を伸縮運動させて移動体をその伸縮方向と平行に移動させるインパクト形圧電アクチュエータの駆動装置であって、圧電体両端への駆動電圧の印加を極性を反転させて交互に繰り返す第１の駆動モードで上記圧電体を伸縮運動させる第１の駆動手段と、圧電体両端への駆動電圧の印加と圧電体両端の短絡とを交互に繰り返す第２の駆動モードで上記圧電体を伸縮運動させる第２の駆動手段と、上記駆動電圧を供給する電源と、上記移動体の移動速度に関する所定の駆動条件を検出する駆動条件検出手段と、上記駆動条件が上記移動体の移動速度が予め設定された所定の移動速度よりも低速となる条件であるか否かを判別する判別手段と、上記移動体の移動速度が所定の移動速度よりも低速となる駆動条件のとき、上記圧電体を上記第１の駆動手段で駆動し、上記移動体の移動速度が所定の移動速度以上となる駆動条件のとき、上記圧電体を上記第２の駆動手段で駆動する駆動制御手段とを備えたことを特徴とするインパクト形圧電アクチュエータの駆動装置。
【請求項２】
請求項１記載のインパクト形圧電アクチュエータの駆動装置において、上記電源は電池であることを特徴とするインパクト形圧電アクチュエータの駆動装置。
【請求項３】
請求項１記載のインパクト形圧電アクチュエータの駆動装置において、上記駆動条件検出手段は、上記電源の出力電圧を検出するものであり、上記判別手段は、検出電圧を予め設定された所定の閾値と比較し、検出電圧が所定の閾値より低いとき、上記移動体の移動速度が所定の移動速度よりも低速となる駆動条件であると判別するものであることを特徴とするインパクト形圧電アクチュエータの駆動装置。
【請求項４】
請求項１記載のインパクト形圧電アクチュエータの駆動装置において、上記駆動条件検出手段は、周囲温度を検出するものであり、上記判別手段は、検出温度を予め設定された所定の閾値と比較し、検出温度が所定の閾値より低いとき、上記移動体の移動速度が所定の移動速度よりも低速となる駆動条件であると判別するものであることを特徴とするインパクト形圧電アクチュエータの駆動装置。
【請求項５】
請求項１記載のインパクト形圧電アクチュエータの駆動装置において、上記駆動条件検出手段は、上記移動体の移動速度を検出するものであり、上記判別手段は、検出速度が予め設定された所定の閾値と比較し、検出速度が所定の閾値より低いとき、上記移動体の移動速度が所定の移動速度よりも低速となる駆動条件であると判別するものであることを特徴とするインパクト形圧電アクチュエータの駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はインパクト形圧電アクチュエータの駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、被駆動部材を棒状の駆動部材に軸方向に移動可能に取り付けるとともに、この駆動部材の一方端に分極方向を軸方向に一致させて圧電素子を固着してなるインパクト形圧電アクチュエータが知られている。例えば特開平７−２９８６５６号公報にはカメラの撮影レンズのアクチュエータとしてインパクト形圧電アクチュエータを適用したものが示されている。
【０００３】
図１４は同公報に示されるインパクト形圧電アクチュエータの基本構成を示す図である。
【０００４】
インパクト形圧電アクチュエータ１００は棒状の駆動部材１０１、被駆動部材１０２、積層型圧電素子１０３及び駆動回路１０４から構成されている。被駆動部材１０２は駆動部材１０１に所定の摩擦力で固定され、この摩擦力以上の力が作用すると、駆動部材１０１の軸方向に移動可能になっている。そして、被駆動部材１０２に撮影レンズ等の駆動対象物が固着されるようになっている。また、駆動部材１０１の一方端に積層型圧電素子１０３が分極方向を軸方向に一致させて固着されている。圧電素子１０３の両端面には電極１０３ａ，１０３ｂが形成され、一方の電極１０３ｂは接地され、他方の電極１０３ａに駆動回路１０４が接続されている。
【０００５】
駆動回路１０４は被駆動部材１０２を駆動部材１０１の先端（開放端）側に移動（以下、この移動方向を正方向という。）させる正方向駆動回路１０５と被駆動部材１０２を駆動部材１０１の基端側に移動（以下、この移動方向を逆方向という。）させる逆方向駆動回路１０６と両駆動回路１０５，１０６の駆動を制御する制御回路１０７とで構成されている。
【０００６】
更に正方向駆動回路１０５は低速充電回路１０５ａと高速放電回路１０５ｂとから構成され、逆方向駆動回路１０６は高速充電回路１０６ａと低速放電回路１０６ｂとから構成されている。充電回路１０５ａ，１０６ａは圧電素子１０３に分極方向の電源電圧ＶＰを印加して（圧電素子１０３を分極方向に充電して）当該圧電素子１０３を分極方向（駆動部材１０１の軸方向）に伸長させる回路である。
【０００７】
また、放電回路１０５ｂ，１０６ｂは圧電素子１０３に分極方向と逆方向の電位を与えて（図では電極１０３ａを接地して）、充電電荷を放電させることで伸長した当該圧電素子１０３を縮小させる回路である。
【０００８】
低速充電回路１０５ａは定電流回路で構成され、充電電流を制限することにより充電速度を抑制するようになっている。また、低速放電回路１０６ｂも定電流回路で構成され、放電電流を制限することにより放電速度を抑制するようになっている。
【０００９】
制御回路１０７は正方向駆動回路１０５及び逆方向駆動回路１０６の駆動を制御するもので、正方向駆動において、低速充電回路１０５ａと高速放電回路１０５ｂとを交互に駆動し、また、逆方向駆動において、高速充電回路１０６ａと低速放電回路１０６ｂとを交互に駆動する。
【００１０】
正方向駆動において、低速充電回路１０５ａと高速放電回路１０５ｂとを交互に駆動すると、圧電素子１０３が低速伸長と高速縮小とを交互に繰り返し、これにより駆動部材１０１が正方向の低速移動と逆方向の高速移動とを繰り返す。一方、逆方向駆動において、高速充電回路１０６ａと低速放電回路１０６ｂとを交互に駆動すると、圧電素子１０３が高速伸長と低速縮小とを交互に繰り返し、これにより駆動部材１０１が正方向の高速移動と逆方向の低速移動とを繰り返す。
【００１１】
被駆動部材１０２と駆動部材１０１との間の摩擦力は駆動部材１０１が高速移動するときは低く、低速移動するときは高くなるから、被駆動部材１０２は低速移動時だけ当該駆動部材１０１とともに移動する。従って、正方向駆動においては、被駆動部材１０２が駆動部材１０１に対して相対的に正方向に移動し、逆方向駆動においては、被駆動部材１０２が駆動部材１０１に対して相対的に逆方向に移動する。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、カメラの撮影レンズや双眼鏡のレンズ等の携帯機器の光学系の駆動源としてインパクト圧電形アクチュエータを適用する場合、携帯機器の軽量化、小型化等を考慮すると、駆動回路はできる限り簡単かつ小型であることが望ましい。このため、例えば携帯機器の電源が乾電池であることから、インパクト圧電形アクチュエータの駆動回路はできる限り電池電圧で駆動可能にすることが望ましい。
【００１３】
しかし、乾電池の電圧は低電圧であるから、電池電圧で圧電素子を駆動した場合、圧電素子を１回充放電させた際の伸縮量が小さく、被駆動部材の移動速度が低下し、被駆動部材の移動距離が比較的長い場合は、圧電素子の駆動時間が長くなり、電池の消耗も大きいという問題がある。
【００１４】
また、電池の消耗や温度変化などにより電池電圧が低下した場合も被駆動部材の移動速度が著しく低下したり、場合によっては移動不能になるという問題がある。
【００１５】
このような問題は、上記従来のインパクト形圧電アクチュエータにおける圧電素子１０３への印加電圧を電池電圧とした場合も圧電素子１０３が電源電圧ＶＰとＧＮＤとの間で充放電を繰り返して伸縮運動するようにしているので、同様に生じ得るものである。
【００１６】
そこで、かかる問題を解決する方法として、例えばカーオーディオのスピーカ出力において採用されているＢＴＬ（Ｂｒｉｄｇｅｄ  Ｔｉｅｄ  Ｌｏａｄ）接続における出力信号の振幅を見かけ上２倍にする技術を圧電アクチュエータの駆動回路に適用し、圧電素子の駆動電圧を見かけ上２倍（２ＶＰ）にする方法が考えられる。
【００１７】
すなわち、圧電素子１０３に電源電圧＋ＶＰと電源電圧−ＶＰとを交互に印加することで＋ＶＰ〜−ＶＰの間で圧電素子１０３の充放電を繰り返し、圧電素子１０３の駆動電圧を見かけ上電源電圧ＶＰの２倍にする方法が考えられる。
【００１８】
しかし、この方法を採用した場合は、放電期間にも電源電圧が逆方向に圧電素子１０３に印加されるので、上記従来の駆動方法に比して電力消費が多くなり、駆動電源を電池とした場合は電池の消耗が更に大きくなるという別の問題が生じる。
【００１９】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、回路の大型化、駆動効率の低下等を招くことなく、電力消費をできる限り抑制し、電池電源で有効に駆動することのできるインパクト圧電アクチュエータの駆動装置を提供するものである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、圧電体を伸縮運動させて移動体をその伸縮方向と平行に移動させるインパクト形圧電アクチュエータの駆動装置であって、圧電体両端への駆動電圧の印加を極性を反転させて交互に繰り返す第１の駆動モードで上記圧電体を伸縮運動させる第１の駆動手段と、圧電体両端への駆動電圧の印加と圧電体両端の短絡とを交互に繰り返す第２の駆動モードで上記圧電体を伸縮運動させる第２の駆動手段と、上記駆動電圧を供給する電源と、上記移動体の移動速度に関する所定の駆動条件を検出する駆動条件検出手段と、上記駆動条件が上記移動体の移動速度が予め設定された所定の移動速度よりも低速となる条件であるか否かを判別する判別手段と、上記移動体の移動速度が所定の移動速度よりも低速となる駆動条件のとき、上記圧電体を上記第１の駆動手段で駆動し、上記移動体の移動速度が所定の移動速度以上となる駆動条件のとき、上記圧電体を上記第２の駆動手段で駆動する駆動制御手段とを備えたものである（請求項１）。
【００２１】
インパクト形圧電アクチュエータは、圧電体と、この圧電体の分極方向の一方端に固着された棒状の駆動部材と、この駆動部材に所定の摩擦力で軸方向に移動可能な移動体と、圧電体の駆動装置とからなる。
【００２２】
上記構成の駆動装置では、電源電圧、周囲温度等の移動体の移動速度に関する所定の駆動条件が検出され、この検出結果が移動体の移動速度が所定の移動速度よりも低速となる駆動条件のときは圧電体が第１の駆動モードで駆動され、移動体の移動速度が所定の移動速度以上となる駆動条件のときは圧電体が第２の駆動モードで駆動される。
【００２３】
第１の駆動モードでは電源電圧ＶＰが駆動電圧として圧電体両端に極性を反転させて交互に繰り返して印加され、これにより圧電体が振動的に伸縮を行なう。すなわち、第１の駆動モードでは圧電体は等価的に電源電圧ＶＰの２倍の電圧で駆動される。一方、第２の駆動モードでは圧電体両端への駆動電圧ＶＰの印加と圧電体両端の短絡とが交互に繰り返され、これにより圧電体が振動的に伸縮を行なう。すなわち、第２の駆動モードでは圧電体は電源電圧ＶＰで駆動される。
【００２４】
移動体の移動速度が所定の移動速度よりも低速となる駆動条件のときは圧電体が電源電圧ＶＰの２倍の電圧で駆動されるので、移動体の移動速度の低下が防止され、移動体の移動速度が所定の移動速度以上となる駆動条件のときは間欠的に電源電圧ＶＰを印加して圧電体が駆動されるので、電力消費の増加が抑制される。
【００２５】
また、本発明は、請求項１記載のインパクト形圧電アクチュエータの駆動装置において、上記電源を電池としたものである（請求項２）。
【００２６】
上記構成によれば、可能な限り移動速度を低下させることなく移動体の移動が可能になるとともに、電池の電力消費を抑えることができる。
【００２７】
また、本発明は、請求項１記載のインパクト形圧電アクチュエータの駆動装置において、上記駆動条件検出手段は、上記電源の出力電圧を検出するものであり、上記判別手段は、検出電圧を予め設定された所定の閾値と比較し、検出電圧が所定の閾値より低いとき、上記移動体の移動速度が所定の移動速度よりも低速となる駆動条件であると判別するものである（請求項３）。
【００２８】
上記構成によれば、電源電圧が所定の閾値よりも低くなると、圧電体が電源電圧ＶＰの２倍の電圧で駆動され、移動体の移動速度の低下が防止され、電源電圧が所定の閾値以上であると、間欠的に電源電圧ＶＰを印加して圧電体が駆動され、電力消費の増加が抑制される。
【００２９】
また、本発明は、請求項１記載のインパクト形圧電アクチュエータの駆動装置において、上記駆動条件検出手段は、周囲温度を検出するものであり、上記判別手段は、検出温度を予め設定された所定の閾値と比較し、検出温度が所定の閾値より低いとき、上記移動体の移動速度が所定の移動速度よりも低速となる駆動条件であると判別するものである（請求項４）。
【００３０】
上記構成によれば、周囲温度が所定の閾値よりも低くなると、圧電体が電源電圧ＶＰの２倍の電圧で駆動され、移動体の移動速度の低下が防止され、周囲温度が所定の閾値以上であると、間欠的に電源電圧ＶＰを印加して圧電体が駆動され、電力消費の増加が抑制される。
【００３１】
また、本発明は、請求項１記載のインパクト形圧電アクチュエータの駆動装置において、上記駆動条件検出手段は、上記移動体の移動速度を検出するものであり、上記判別手段は、検出速度が予め設定された所定の閾値と比較し、検出速度が所定の閾値より低いとき、上記移動体の移動速度が所定の移動速度よりも低速となる駆動条件であると判別するものである（請求項５）。
【００３２】
上記構成によれば、移動体の移動速度が所定の閾値よりも低くなると、圧電体が電源電圧ＶＰの２倍の電圧で駆動され、移動体の移動速度の低下が防止され、移動体の移動速度が所定の閾値以上であると、間欠的に電源電圧ＶＰを印加して圧電体が駆動され、電力消費の増加が抑制される。
【００３３】
【発明の実施の形態】
本発明に係るインパクト形圧電アクチュエータについて図を用いて説明する。
【００３４】
図１は、本発明に係るインパクト形圧電アクチュエータを用いたデジタルカメラのレンズ鏡胴の内部構成を示す正面図、図２は、図１のＡ−Ａ線縦断面図である。
【００３５】
同図に示す撮影レンズ１は２群タイプのズームレンズで構成されている。前群レンズ２Ｂと後群レンズ２Ａとはそれぞれ独立に光軸Ｌに沿う方向に移動可能になされ、それぞれ独立のインパクト形圧電アクチュエータからなる駆動手段で駆動されるようになっている。従って、各インパクト形アクチュエータの駆動を制御して両レンズ２Ａ，２Ｂを所定の位置関係で相対的に移動させることにより撮影レンズのズーミングが行われるようになっている。
【００３６】
レンズ鏡胴３の上部には基端部に固定台４が設けられ、中間部から先端部に亘って枠体５が設けられている。また、レンズ鏡胴３の下部には基端部から先端部に亘って一対の丸棒からなる回転規制軸１１Ａ，１１Ｂが水平方向に所定の間隔を設けて、それぞれ光軸Ｌと平行に設けられている。この回転規制軸１１Ａ，１１Ｂはレンズ枠１０Ａ，１０Ｂを移動させる際に駆動部材９Ａ，９Ｂを中心とした回転動作を規制するものである。
【００３７】
枠体５は前後の両端を直角に屈曲して側板部が形成された縦断面略コ字形の枠体で、基端部側の側板部５０１に水平方向に所定の間隔を設けて一対の貫通孔６ａ，６ｂが穿設され、先端部側の側版部５０２の、貫通孔６ａ，６ｂに対向する位置にそれぞれ断面円形の溝７ａ，７ｂが穿設されている。なお、図２では貫通孔６ｂ及び溝７ｂは見えていない。
【００３８】
固定台４には一対の角柱状の圧電素子８Ａ，８Ｂが水平方向に所定の間隔を設けて取り付けられている。なお、図１，図２では圧電素子８Ｂは見えていない。圧電素子８Ａ，８Ｂは所要の厚さを有する板状の圧電部材を複数枚、各圧電部材間に薄膜の電極（図略）を挾み込んで接着してなる積層型圧電素子で構成されている。複数枚の圧電部材は隣接する圧電部材の分極方向が互いに逆向きとなるように積層されている。これは各電極には隣接する電極間で互いに正負の極性が逆になるように駆動電圧が並列に印加されるので、各圧電部材が同一の方向に伸縮して圧電素子全体として大きい伸縮量が得られるようにするためである。
【００３９】
圧電素子８Ａの一方端面は固定台４に固着され、他方端面に枠体５の溝７ａ及び貫通孔６ａに嵌入装着された丸棒からなる駆動部材９Ａの一方端が固定されている。同様に圧電素子８Ｂの一方端面は固定台４に固着され、他方端面に枠体５の溝７ｂ及び貫通孔６ｂに嵌入装着された丸棒からなる駆動部材９Ｂの一方端が固定されている。
【００４０】
圧電素子８Ａ及び駆動部材９Ａは後群レンズ２Ａを駆動するための圧電アクチュエータであり、圧電素子８Ｂ及び駆動部材９Ｂは前群レンズ２Ｂを駆動するための圧電アクチュエータである。
【００４１】
後群レンズ２Ａはレンズ枠１０Ａに保持され、前群レンズ２Ｂはレンズ枠１０Ｂに保持されている。レンズ枠１０Ａ，１０Ｂはそれぞれ駆動部材９Ａ，９Ｂに対する被駆動部材に相当している。レンズ枠１０Ａは枠上面の略中央に支持部１２Ａが設けられ、枠下面の正面から見て左端部に回転規制部１３Ａが設けられている。同様に、レンズ枠１０Ｂは、図１に示すように、枠上面の略中央に支持部１２Ｂが設けられ、枠下面の正面から見て右端部に回転規制部１３Ｂが設けられている。
【００４２】
支持部１２Ａはレンズ枠１０Ａを駆動部材９Ａに摺動可能に取り付けるためのものであり、回転規制部１３Ａはレンズ枠１０Ａを移動させる際に駆動部材９Ａを中心とした回転動作を規制するものである。また、支持部１２Ｂはレンズ枠１０Ｂを駆動部材９Ｂに摺動可能に取り付けるためのものであり、回転規制部１３Ｂはレンズ枠１０Ｂを移動させる際に駆動部材９Ｂを中心とした回転動作を規制するものである。
【００４３】
支持部１２Ａは、レンズ枠１０Ａの上面に突設された突片１２１Ａとこの突片１２１Ａの水平方向の両側面に固着された燐青銅等の弾性部材からなる挟持板１２２Ａ，１２３Ａとから構成されている。突片１２１Ａの内側の側面に固着された挟持板１２２Ａは突片１２１Ａより突出する部分が僅かに外側に屈曲されている。一方、突片１２１Ａの外側の側面に固着された挟持板１２３Ａは突片１２１Ａより突出する部分が「く」の字に屈曲されている。そして、駆動部材９Ａを挟持板１２２Ａ，１２３Ａで挟み込むことによってレンズ枠１０Ａが駆動部材９Ａに摺動可能に取り付けられている。
【００４４】
挟持板１２２Ａ及び１２３Ａの駆動部材９Ａを挟み込む力は、圧電素子８Ａの伸縮動作に基づく駆動部材９Ａの軸方向の往復動において、当該駆動部材９Ａと挟持板１２２Ａ，１２３Ａとの間に生じる往動時の摩擦力と復動時の摩擦力とに差を生じさせ、被駆動部材９Ａを駆動部材８Ａに対して相対移動させ得るように調整されている。
【００４５】
すなわち、後述するように圧電素子８Ａは高速伸長及び低速縮小（若しくは低速伸長及び高速縮小）を交互に繰り返すように駆動され、これにより駆動部材９Ａが高速往動と低速復動（若しくは低速往動と高速復動）とを繰り返すようになっているが、このとき、駆動部材９Ａが高速で往動するときは駆動部材９Ａと挟持板１２２Ａ，１２３Ａとの間の摩擦力は小さくなり、低速で復動するときはその摩擦力は大きくなるように、挟持板１２２Ａ及び１２３Ａの駆動部材９Ａを挟み込む力は調整されている。
【００４６】
従って、駆動部材９Ａが高速で往動するときは駆動部材９Ａのみが往動し、駆動部材９Ａが低速で復動するときはレンズ枠１０Ａが駆動部材９Ａとともに復動し、これにより後群レンズ２Ａは駆動部材９Ａに対して復動方向（逆方向）に相対的に移動し、逆に駆動部材９Ａが低速で往動するときはレンズ枠１０Ａが駆動部材９Ａとともに往動し、高速で復動するときは駆動部材９Ａのみが復動し、これにより後群レンズ２Ａは駆動部材９Ａに対して往動方向（正方向）に相対的に移動する。
【００４７】
挟持板１２２Ｂ，１２３Ｂの駆動部材９Ｂを挟み込む力も挟持板１２２Ａ，１２３Ａと同様に調整されている。
【００４８】
また、回転規制部１３Ａの下面には凹溝１３１Ａが穿設されている。そして、レンズ枠１０Ａは、回転規制部１３Ａの凹溝１３１Ａに回転規制軸１１Ａを嵌め込み、かつ、挟持板１２３Ａの屈曲部分と挟持板１２２Ａとで駆動部材９Ａを挟み込ませて駆動部材９Ａと回転規制軸１１Ａとの間に光軸Ｌに沿って移動可能に取り付けられている。
【００４９】
支持部１２Ｂ及び回転規制部１３Ｂもそれぞれ支持部１２Ｂと回転規制部１３Ｂと同様に構成され、レンズ枠１０Ｂは、回転規制部１３Ｂの凹溝１３１Ｂに回転規制軸１１Ｂを嵌め込み、かつ、支持部１２Ｂの突片１２１Ｂの両側面に固着された燐青銅等の弾性部材からなる挟持板１２２Ｂ，１２３Ｂで駆動部材９Ｂを挟み込ませて駆動部材９Ｂと回転規制軸１１Ｂとの間に光軸Ｌに沿って移動可能に取り付けられている。
【００５０】
また、レンズ枠１０Ａの突片１２１Ａの外側面の適所に磁気センサ１４Ａが設けられるとともに、レンズ鏡胴３の側部であってレンズ枠１０Ａの移動動作に伴う位置検出センサ１４Ａの移動経路に対向する位置にマグネットスケール１５Ａが設けられ、マグネットスケール１５Ａと磁気センサ１４Ａとこの磁気センサ１４Ａからの検出信号を処理する信号処理回路（図３の信号処理回路１６に相当）とによって後群レンズ２Ａのレンズ鏡胴３内における位置を検出する位置検出装置が構成されている。同様にレンズ枠１０Ｂの突片１２１Ｂの外側面の適所に磁気センサ１４Ｂが設けられるとともに、レンズ鏡胴３の側部であってレンズ枠１０Ｂの移動動作に伴う磁気センサ１４Ｂの移動経路に対向する位置にマグネットスケール１５Ｂが設けられ、マグネットスケール１５Ｂと磁気センサ１４Ｂとこの磁気センサ１４Ｂからの検出信号を処理する信号処理回路（図３の信号処理回路１６に相当）とによって前群レンズ２Ｂのレンズ鏡胴３内における位置を検出する位置検出装置が構成されている。
【００５１】
マグネットスケール１５Ａ，１５Ｂは、図３に示すマグネットスケール１５のように複数個のＮ極とＳ極とが所定のピッチλで交互に配列された帯状のスケールであり、光軸Ｌと平行に配設されている。
【００５２】
また、磁気センサ１４Ａ，１４Ｂは、図３に示す磁気センサ１４のように４個の磁気抵抗素子ＭＲａ，ＭＲｂ，ＭＲｃ，ＭＲｄでブリッジ回路を構成したもので、磁気抵抗素子ＭＲａ，ＭＲｂの接続点と磁気抵抗素子ＭＲｃ，ＭＲｄの接続点との間に電源電圧ＶＤＤが供給され、磁気抵抗素子ＭＲａ，ＭＲｃの接続点と磁気抵抗素子ＭＲｂ，ＭＲｄの接続点とからそれぞれ検出信号Ｖ１と検出信号Ｖ２とが出力されるようになっている。
【００５３】
磁気抵抗素子ＭＲａと磁気抵抗素子ＭＲｃの検出位置は互いに３λ／２だけ離れ、磁気抵抗素子ＭＲｂと磁気抵抗素子ＭＲｄの検出位置は互いに３λ／２だけ離れている。すなわち、図３に示すように、例えば磁気抵抗素子ＭＲｂにマグネットスケール１５の最大磁界がかかるとき（磁気抵抗素子ＭＲｂがＮ極の磁極に対向するとき）、磁気抵抗素子ＭＲｄにマグネットスケール１５の最小磁界がかかる（磁気抵抗素子ＭＲｄがＮ極とＳ極の境界部分に対向する）ようになっている。同様に磁気抵抗素子ＭＲａにマグネットスケール１５の最大磁界がかかるとき、磁気抵抗素子ＭＲｃにマグネットスケール１５の最小磁界がかかるようになっている。
【００５４】
また、磁気抵抗素子ＭＲａと磁気抵抗素子ＭＲｂの検出位置はλ／４だけずれており、例えば移動方向を図３に示すように取ると、磁気抵抗素子ＭＲａは磁気抵抗素子ＭＲｂに対して移動方向側にずれている。同様に磁気抵抗素子ＭＲｃと磁気抵抗素子ＭＲｄの検出位置もλ／４だけずれており、磁気抵抗素子ＭＲｃは磁気抵抗素子ＭＲｄに対して移動方向側にずれている。
【００５５】
磁気抵抗素子は磁界がかかると、その磁界の強さに応じて抵抗値が小さくなるので、磁気抵抗素子ＭＲａ，ＭＲｃの抵抗値をそれぞれＲａ，Ｒｃとすると、検出信号Ｖ１は電源電圧ＶＤＤをＲｃ／（Ｒａ＋Ｒｃ）で分圧した電圧値として出力される。同様に磁気抵抗素子ＭＲｂ，ＭＲｄの抵抗値をそれぞれＲｂ，Ｒｄとすると、検出信号Ｖ２は電源電圧ＶＤＤをＲｄ／（Ｒｂ＋Ｒｄ）で分圧した電圧値として出力される。
【００５６】
マグネットスケール１５は複数個のＮ極とＳ極とが交互に配列されたものであるから、その表面には長手方向に正弦波状の磁界が形成されている。従って、マグネットスケール１５に沿って磁気センサ１４が移動すると、当該磁気センサ１４からは、図４に示すように正弦波状の検出信号Ｖ１，Ｖ２が出力される。
【００５７】
図３において、信号処理回路１６はコンパレータ１６１、パルスカウンタ１６３及び位相検出器１６２からなり、磁気センサ１４の出力信号Ｖ１及び出力信号Ｖ２は位相検出器１６２に入力されるとともに、それぞれコンパレータ１６１の非反転入力と反転入力とに入力されている。
【００５８】
図３において、磁気センサ１４がマグネットスケール１５に対して下方向に相対移動すると、上述のように磁気センサ１４からは図４に示すように正弦波状の検出信号Ｖ１，Ｖ２が出力される。磁気抵抗素子ＭＲａ，ＭＲｃからなる直列回路の検出位置は磁気抵抗素子ＭＲｂ，ＭＲｄからなる直列回路の検出位置よりも移動方向側にλ／４だけずれているので、検出信号Ｖ２の位相は検出信号Ｖ１の位相よりλ／４だけ遅れている。一方、磁気センサ１４がマグネットスケール１５に対して上方向に相対移動すると、磁気センサ１４から出力される検出信号Ｖ２の位相は検出信号Ｖ１の位相よりλ／４だけ進むことになる。
【００５９】
従って、コンパレータ１６１から非反転入力が反転入力より大きいときハイレベルが出力されるとすると、コンパレータ１６１の出力信号ＶｏはＶ１≧Ｖ２でハイレベル、Ｖ１＜Ｖ２でローレベルとなるパルス信号、すなわち、パルス幅τ／２、デューティ比５０％のパルス信号となる。なお、パルス周期τはτ＝磁極ピッチλ／（レンズ枠１０の移動速度ｖ）である。
【００６０】
パルスカウンタ１６３は、コンパレータ１６１から出力される出力信号Ｖｏのパルス数Ｎをカウントするものである。また、位相検出器１６２は検出信号Ｖ１に対する検出信号Ｖ２の位相の進遅を検出するものであり、例えば検出信号Ｖ２の位相が検出信号Ｖ１より遅れていると、位相検出器１６２の出力信号Ｓ１はハイレベル信号となり、検出信号Ｖ２の位相が検出信号Ｖ１より進んでいると、位相検出器１６２の出力信号Ｓ１はローレベル信号となる。
【００６１】
従って、例えばカメラ起動時に撮影レンズを所定の初期位置に移動させ、その初期位置を基準として信号処理回路１６から出力される位相検出信号Ｓ１とパルスカウント信号Ｓｏとに基づき前群レンズ２Ｂの移動方向と移動量（Ｎ×λ）を演算することにより前群レンズ２Ｂの現在位置が検出される。同様に初期位置を基準として信号処理回路１６から出力される位相検出信号Ｓ１とパルスカウント信号Ｓｏとに基づき後群レンズ２Ａの移動方向と移動量（Ｎ×λ）を演算することにより後群レンズ２Ａの現在位置が検出される。
【００６２】
図１に戻り、レンズ鏡胴３の基端部の固定台４の下方位置であって光軸Ｌ上に光学ローパスフィルタ１７が取り付けられ、この後方の所定の位置に、例えば単板式のＣＣＤカラーエリアセンサからなる撮像素子１８が配設されている。
【００６３】
撮影レンズ１を透過した被写体光像は光学ローパスフィルタ１７を介して撮像素子１８の撮像面に結像される。このとき、前群レンズ２Ｂを光軸Ｌに沿って所定の方向に移動させることにより撮像面上の被写体光像のピントが調節される。
【００６４】
図５は前群レンズ２Ｂ及び後群レンズ２Ａの駆動源であるインパクト形圧電アクチュエータの基本構成の第１実施形態を示すブロック図である。また、図６はインパクト形圧電アクチュエータの駆動部の具体的な回路構成を示す図である。
【００６５】
図５において、電池１９は一次電池又は二次電池からなるデジタルカメラの主電源で、インパクト形圧電アクチュエータの駆動電源にもなっている。ＤＣ／ＤＣコンバータ２０は電池電圧を昇圧して制御部２２や図略の磁気センサの駆動電源ＶＤＤを生成するものである。電圧検出部２１は電池１９の電圧を検出するものである。電圧検出部２１は、例えば２個の抵抗の直列回路からなり、電池電圧ＶＰの分圧電圧Ｖｂを制御部２２のＤ端子に入力する。
【００６６】
制御部２２は駆動部２３の駆動を制御して圧電素子２４（圧電素子８Ａ，８Ｂに相当する。）の伸縮動作を制御するものである。制御部２２はロジック回路やマイクロコンピュータ等で構成されている。駆動部２３は、後述するようにブリッジ回路で構成され、圧電素子２４に分極方向の電池電圧ＶＰを印加する場合を＋ＶＰ、分極方向と逆方向の電池電圧ＶＰを印加する場合を−ＶＰとすると、圧電素子２４に駆動電圧として＋ＶＰ〔ｖ〕と−ＶＰ〔ｖ〕とを交互に印加することができる（以下、この印加方法による駆動モードを第１の駆動モードという。）とともに、圧電素子２４に駆動電圧として＋ＶＰ〔ｖ〕と０〔ｖ〕（接地）とを交互に印加することができる（以下、この印加方法による駆動モードを第２の駆動モードという。）ようになっている。
【００６７】
制御部２２は、後述するように電圧検出部２１の検出電圧Ｖｂに基いて駆動部２３の駆動を第１の駆動モードと第２の駆動モードとに切り換えて電池容量の消費をできる限り低減するようになっている。
【００６８】
駆動部２３は圧電素子２４を駆動する回路である。また、駆動部材２５は駆動部材９Ａ，９Ｂに相当するものであり、被駆動部材２６はレンズ枠１０Ｂに保持された前群レンズ２Ｂやレンズ枠１０Ａに保持された後群レンズ２Ａに相当するものである。
【００６９】
駆動部２３は、図６に示すように第１回路２３１と第５回路２３５との並列回路２３ａ、第２回路２３２、第３回路２３３及び第４回路２３４と第６回路２３６との並列回路２３ｂの直列接続からなるブリッジ回路で構成されている。第１回路２３１及び第４回路２３４はＮチャンネルＭＯＳ型ＦＥＴ、第２回路２３２及び第３回路２３３はＰチャンネルＭＯＳ型ＦＥＴで、また、第５回路２３５及び第６回路２３６は抵抗ＲとＮチャンネルＭＯＳ型ＦＥＴとの直列回路で構成されている。
【００７０】
ＭＯＳ型ＦＥＴは、駆動部２３を第１の駆動モードの駆動回路と第２の駆動モードの駆動回路とに切り換えるとともに、各モードにおける正方向駆動回路と逆方向駆動回路とを切り換えるスイッチ回路であり、第５回路２３５，第６回路２３６の抵抗Ｒは圧電素子２４の充放電電流を制限するものである。
【００７１】
また、第１回路２３１〜第６回路２３６の各ＦＥＴのゲートはそれぞれ制御部２２の制御端子Ｃ１〜Ｃ６に接続され、制御部２２からそれぞれ駆動制御信号Ｓｃ１〜Ｓｃ６が入力されるようになっている。
【００７２】
また、第２回路２３２及び第３回路２３３の接続点ａと並列回路２３ａ及び並列回路２３ｂの接続点ｃとの間に接続点ａが正極側となるように電池１９が接続され、第２回路２３２及び並列回路２３ａの接続点ｂと第３回路２３３及び並列回路２３ｂの接続点ｄとの間に接続点ｂが分極の正極側となるように圧電素子２４が接続されている。
【００７３】
なお、圧電素子２４の接続を接続点ｄが分極の正極側となるようにしてもよい。また、本実施の形態ではスイッチ素子としてＭＯＳ型ＦＥＴを用いているが、バイポーラトランジスタ、接合型ＦＥＴ、ＧＴＯ（Ｇａｔｅ  Ｔｕｒｎ−ｏｆｆ  Ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ）など他の電子スイッチ素子を用いてもよい。
【００７４】
第１回路２３１〜第６回路２３６のＦＥＴのオン／オフを制御することにより圧電素子２４に直列接続される回路の組み合わせをＫｉ，ｊ（ｉは第ｉ回路、ｊは第ｊ回路を示す。）で表すとすると、回路Ｋ２，６（＝第２回路２３２＋第６回路２３６）、回路Ｋ３，１（＝第３回路２３３＋第１回路２３１）、回路Ｋ２，４（＝第２回路２３２＋第４回路２３４）及び回路Ｋ３，５（＝第３回路２３３＋第５回路２３５）により本発明に係る第１の駆動手段が構成され、回路Ｋ２，６、回路Ｋ４，１（＝第４回路２３４＋第１回路２３１）及び回路Ｋ３，５により本発明に係る第２の駆動手段が構成されている。
【００７５】
第１の駆動モードにおいて、回路Ｋ２，６及び回路Ｋ３，１は被駆動部材２６を正方向に（前群レンズ２Ｂ又は後群レンズ２Ａをレンズ鏡胴３の先端方向に）移動させる駆動回路（以下、正方向駆動回路という。）を構成し、回路Ｋ２，４及び回路Ｋ３，５は被駆動部材２６を逆方向に（前群レンズ２Ｂ又は後群レンズ２Ａをレンズ鏡胴３の基端方向に）移動させる駆動回路（以下、逆方向駆動回路という。）を構成している。
【００７６】
すなわち、回路Ｋ２，６は圧電素子２４の分極方向と逆方向に蓄積された電荷を高速で放電した後、更に当該圧電素子２４を分極方向に低速で充電する回路（以下、低速順方向充電回路という。）を構成し、回路Ｋ３，１は圧電素子２４の分極方向に蓄積された電荷を高速で放電した後、更に当該圧電素子２４を分極方向と逆方向に高速で充電する回路（以下、高速逆方向充電回路という。）を構成している。
【００７７】
また、回路Ｋ２，４（＝第２回路２３２＋第４回路２３４）は圧電素子２４の分極方向と逆方向に蓄積された電荷を高速で放電した後、更に当該圧電素子２４を分極方向に高速で充電する回路（以下、高速順方向充電回路という。）を構成し、回路Ｋ３，５（＝第３回路２３３＋第５回路２３５）は圧電素子２４の分極方向に蓄積された電荷を高速で放電した後、更に当該圧電素子２４を分極方向と逆方向に低速で充電する回路（以下、低速逆方向充電回路という。）を構成している。
【００７８】
また、第２の駆動モードにおいて、回路Ｋ２，６及び回路Ｋ４，１は正方向駆動回路を構成し、回路Ｋ２，４及び回路Ｋ４，１は逆方向駆動回路を構成している。
【００７９】
すなわち、第２の駆動モードにおいて、回路Ｋ２，６は圧電素子２４を分極方向に低速で充電する回路（以下、低速順方向充電回路という。）を構成し、回路Ｋ４，１は圧電素子２４の分極方向に蓄積された電荷を高速で放電する回路（以下、高速放電回路という。）を構成している。また、回路Ｋ３，５は圧電素子２４を分極方向と逆方向に低速で充電する回路（以下、低速逆方向充電回路という。）を構成し、回路Ｋ４，１は圧電素子２４の分極方向と逆方向に蓄積された電荷を高速で放電する回路を構成している。
【００８０】
そして、上述の各駆動モードにおける駆動回路の構成を纏めると表１のようになる。
【００８１】
【表１】
0003601370.tif 000002
【００８２】
図７は、第１の駆動モードで駆動部２３を動作させたときの駆動制御信号と圧電素子の充放電電圧の波形とを示す図である。
【００８３】
同図において、表１に示すように第１の駆動モードにおける正方向駆動においては、第４回路２３４と第５回路２３５とは正方向駆動回路を構成しないから、制御部２２の制御端子Ｃ４，Ｃ５からローレベルの駆動制御信号Ｓｃ４，Ｓｃ５が出力され、第４回路２３４及び第５回路２３５のＦＥＴはオフ（切断）にされ、等価的に第１回路２３１、第２回路２３２、第３回路２３３及び第６回路２３６でブリッジ回路が構成される。
【００８４】
そして、制御部２２の制御端子Ｃ１，Ｃ２から駆動制御信号Ｓｃ１，Ｓｃ２が互いに同位相で出力され、制御部２２の制御端子Ｃ３，Ｃ６から駆動制御信号Ｓｃ３，Ｓｃ６が互いに同位相で、かつ、信号Ｓｃ１が信号Ｓｃ３と、また、信号Ｓｃ２が信号Ｓｃ６とそれぞれ逆位相となるように出力され、これにより低速順方向充電回路Ｋ２，６（＝第２回路２３４＋第６回路２３６）と高速逆方向充電回路Ｋ３，１（＝第３回路２３３＋第１回路２３１）とが交互に圧電素子２４に接続されて当該圧電素子２４の低速順方向充電（低速伸長）と高速逆方向充電（高速縮小）とが交互に行われる。
【００８５】
低速順方向充電では圧電素子２４に電源電圧ＶＰが抵抗Ｒを介して印加されるので、圧電素子２４の端子電圧Ｖｓは抵抗Ｒと圧電素子２４の容量Ｃとで決定される時定数で−ＶＰ〜＋ＶＰ〔ｖ〕まで指数関数的に変化するが、高速逆方向充電では圧電素子２４に電源電圧ＶＰが直接、印加されるので、圧電素子２４の端子電圧Ｖｓは＋ＶＰ〜−ＶＰ〔ｖ〕まで直線的に変化する。
【００８６】
従って、圧電素子２４は低速伸長と高速縮小とを交互に繰り返し、これにより駆動部材２５が異なる速度で往復動して被駆動部材２６が正方向（先端方向）に駆動される。
【００８７】
また、第１の駆動モードにおける逆方向駆動においては、表１に示すように第１回路２３１と第６回路２３６とは逆方向駆動回路を構成しないから、制御部２２の制御端子Ｃ１，Ｃ６からローレベルの駆動制御信号Ｓｃ１，Ｓｃ６が出力され、第１回路２３１及び第６回路２３６のＦＥＴはオフ（切断）にされ、等価的に第２回路２３２〜第５回路２３５でブリッジ回路が構成される。
【００８８】
そして、制御部２２の制御端子Ｃ２，Ｃ３から駆動制御信号Ｓｃ２，Ｓｃ３が互いに逆位相で出力され、制御部２２の制御端子Ｃ４，Ｃ５から駆動制御信号Ｓｃ４，Ｓｃ５が互いに逆位相で、かつ、信号Ｓｃ２が信号Ｓｃ５と、また、信号Ｓｃ３が信号Ｓｃ４とそれぞれ同位相となるように出力され、これにより高速順方向充電回路Ｋ２，４（第２回路２３２＋第４回路２３４）と低速逆方向充電回路Ｋ３，５（第３回路２３３＋第５回路２３５）とが交互に圧電素子２４に接続されて当該圧電素子２４の高速順方向充電（高速伸長）と低速逆方向充電（低速縮小）とが交互に行われる。
【００８９】
高速順方向充電では圧電素子２４に電源電圧ＶＰが直接、印加されるので、圧電素子２４の端子電圧Ｖｓは−ＶＰ〜＋ＶＰ〔ｖ〕まで直線的に変化するが、低速逆方向充電では圧電素子２４に電源電圧ＶＰが抵抗Ｒを介して印加されるので、圧電素子２４の端子電圧Ｖｓは抵抗Ｒと圧電素子２４の容量Ｃとで決定される時定数で＋ＶＰ〜−ＶＰ〔ｖ〕まで指数関数的に変化する。
【００９０】
従って、圧電素子２４は高速伸長と低速縮小とを交互に繰り返し、これにより駆動部材２５が異なる速度で往復動して被駆動部材２６（前群レンズ２Ｂ又は後群レンズ２Ａ）が逆方向（基端方向）に駆動される。
【００９１】
図８は、第２の駆動モードで駆動部２３を動作させたときの駆動制御信号と圧電素子の充放電電圧の波形とを示す図である。
【００９２】
第２の駆動モードにおける正方向駆動においては、表１に示すように第３回路２３３と第５回路２３５とは正方向駆動回路を構成しないから、制御部２２の制御端子Ｃ３，Ｃ５からハイレベルの駆動制御信号Ｓｃ３とローレベル駆動制御信号Ｓｃ５とが出力され、第３回路２３３及び第５回路２３５のＦＥＴはオフ（切断）にされ、等価的に第１回路２３１、２回路２３２、第４回路２３４及び第６回路２３６でブリッジ回路が構成される。
【００９３】
そして、制御部２２の制御端子Ｃ１，Ｃ２から駆動制御信号Ｓｃ１，Ｓｃ２が互いに同位相で出力され、制御部２２の制御端子Ｃ４，Ｃ６から駆動制御信号Ｓｃ４，Ｓｃ６が互いに逆位相で、かつ、信号Ｓｃ２が信号Ｓｃ６と逆位相となるように出力され、これにより低速順方向充電回路Ｋ２，６（第２回路２３４＋第６回路２３６）と高速放電回路Ｋ４，１（第４回路２３３＋第１回路２３１）とが交互に圧電素子２４に接続されて当該圧電素子２４の低速順方向充電（低速伸長）と高速放電（高速縮小）とが交互に行われる。
【００９４】
低速順方向充電では圧電素子２４に電源電圧ＶＰが抵抗Ｒを介して印加されるので、圧電素子２４の端子電圧Ｖｓは抵抗Ｒと圧電素子２４の容量Ｃとで決定される時定数で０〜＋ＶＰ〔ｖ〕まで指数関数的に変化するが、高速放電では圧電素子２４の正極が直接、接地されるので、圧電素子２４の端子電圧Ｖｓは＋ＶＰ〜０〔ｖ〕まで直線的に変化する。
【００９５】
従って、圧電素子２４は低速伸長と高速縮小とを交互に繰り返し、第１の駆動モードにおける正方向駆動と同様に被駆動部材２６（前群レンズ２Ｂ又は後群レンズ２Ａ）は正方向（先端方向）に駆動される。
【００９６】
また、第２の駆動モードにおける逆方向駆動においては、表１に示すように第２回路２３２と第６回路２３６とは逆方向駆動回路を構成しないから、制御部２２の制御端子Ｃ２，Ｃ６からハイレベルの駆動制御信号Ｓｃ２とローレベルの駆動制御信号Ｓｃ６とが出力され、第２回路２３２及び第６回路２３６のＦＥＴはオフ（切断）にされ、等価的に第１回路２３１、第３回路２３３、第４回路２３４及び第５回路２３５でブリッジ回路が構成される。
【００９７】
そして、制御部２２の制御端子Ｃ１，Ｃ３から駆動制御信号Ｓｃ１，Ｓｃ３が互いに逆位相で出力され、制御部２２の制御端子Ｃ４，Ｃ５から駆動制御信号Ｓｃ４，Ｓｃ５が互いに逆位相で、かつ、信号Ｓｃ３が信号Ｓｃ５と逆位相となるように出力され、これにより低速逆方向充電回路Ｋ３，５（＝第３回路２３３＋第５回路２３５）と高速放電回路Ｋ４，１（＝第４回路２３４＋第１回路２３１）とが交互に圧電素子２４に接続されて当該圧電素子２４の低速逆方向充電（低速縮小）と高速放電（高速伸長）とが交互に行われる。
【００９８】
低速逆方向充電では圧電素子２４に電源電圧ＶＰが抵抗Ｒを介して印加されるので、圧電素子２４の端子電圧Ｖｓは抵抗Ｒと圧電素子２４の容量Ｃとで決定される時定数で０〜−ＶＰ〔ｖ〕まで指数関数的に変化するが、高速放電では圧電素子２４の正極が直接、接地されるので、圧電素子２４の端子電圧Ｖｓは−ＶＰ〜０〔ｖ〕まで直線的に変化する。
【００９９】
従って、圧電素子２４は低速縮小と高速伸長とを交互に繰り返し、第１の駆動モードにおける逆方向駆動と同様に被駆動部材２６（前群レンズ２Ｂ又は後群レンズ２Ａ）は逆方向（基端方向）に駆動される。
【０１００】
上記のように第２の駆動モードでは、圧電素子２４に駆動電圧として印加される電圧はＶＰであるが、第１の駆動モードでは等価的に圧電素子２４に電池電圧ＶＰの２倍の２ＶＰが印加されるので、第１の駆動モードにおける圧電素子２４の伸縮量は第２の駆動モードにおける圧電素子２４の伸縮量より大きくなり、第１，第２の駆動モードにおける電池電圧ＶＰに対する被駆動部材２６の移動速度ｖの特性はそれぞれ図９に示す▲１▼の特性と▲２▼の特性のようになる。
【０１０１】
同図に示すように、第１の駆動モードにおける圧電素子２４の駆動電圧は第２の駆動モードにおける圧電素子２４の駆動電圧より高いので、第１の駆動モードにおける被駆動部材２６の移動速度ｖ１は第２の駆動モードにおける被駆動部材２６の移動速度ｖ２よりも速くなる。
【０１０２】
一方、第１の駆動モードでは常時、圧電素子２４に電池１９から充電電流が流入されるのに対し、第２の駆動モードでは充電期間（図８のＡ期間参照）のみに間欠的に圧電素子２４に充電電流が流入されるので、第１，第２の駆動モードにおける電池電圧ＶＰに対する消費電力Ｗの特性はそれぞれ図１０に示す▲１▼の特性と▲２▼の特性のようになり、電池電圧ＶＰが同じであれば、第１の駆動モードの方が第２の駆動モードよりも消費電力が大きくなる。
【０１０３】
そこで、第１実施形態に係るインパクト形圧電アクチュエータでは、電池１９の供給電力を有効に利用するため、電池１９の検出電圧Ｖｂが予め設定された閾値Ｖｒよりも低いときは（Ｖｂ＜Ｖｒ）、すなわち、被駆動部材２６を所要の速度で移動できないと推定されるときは、駆動部２３を第１の駆動モードで駆動して被駆動部材２６（前群レンズ２Ａ，後群レンズ２Ｂ）を所要の速度で移動可能にし、電池１９の検出電圧Ｖｂが予め設定された閾値Ｖｒ以上であるときは（Ｖｂ≧Ｖｒ）、すなわち、被駆動部材２６を所要の速度で十分に移動できると推定されるときは、駆動部２３を第２の駆動モードで駆動して電池１９の消費電力の節約を行なうようにしている。
【０１０４】
すなわち、制御部２２は、図９及び図１０の太線で示す▲３▼の特性に従って駆動部２３を制御するようになっている。このように所定の閾値電圧Ｖｒで▲１▼の特性と▲２▼の特性とを切り換えるようにしているので、電池１９の長寿命化が可能になるとともに、電池電圧ＶＰが低下した場合にも被駆動部材２６を所要の速度で安定して移動させることができる。
【０１０５】
図１１は前群レンズ２Ｂ及び後群レンズ２Ａの駆動源であるインパクト形圧電アクチュエータの基本構成の第２実施形態を示すブロック図である。
【０１０６】
第１実施形態は電池１９の電圧を検出し、その検出結果に基づいて第１の駆動モードと第２の駆動モードとを切り換えるようにしていたが、第２実施形態はインパクト形圧電アクチュエータが適用される機器の周辺温度、特に電池１９の周辺温度もしくは圧電アクチュエータ周辺の温度を検出し、その検出結果に基づいて第１の駆動モードと第２の駆動モードとを切り換えるようにしたものである。
【０１０７】
従って、図１１は、図５において、電圧検出部２１に代えて温度検出部２７を設けたものである。温度検出部２７は、例えばサーミスタ等の温度センサと通常の抵抗との直列回路で構成され、周囲温度をその直列回路の接続点の電圧に変換して検出する。そして、その検出温度Ｔｏは制御部２２に入力される。
【０１０８】
第２実施形態に係るインパクト形圧電アクチュエータでは、制御部２２は検出温度Ｔｏを予め設定された所定の閾値Ｔｒ（例えば０℃）と比較し、検出温度Ｔｏが閾値Ｔｒよりも低いときは（Ｔｏ＜Ｔｒ）、駆動部２３を第１の駆動モードで駆動し、検出温度Ｔｏが閾値Ｔｒ以上であるときは（Ｔｒ≦Ｔｏ）、駆動部２３を第２の駆動モードで駆動する。
【０１０９】
周囲温度が閾値よりも低いときは、電池１９の電圧ＶＰが低下し、被駆動部材２６を所要の速度で移動できなくなると推定されるので、第１の駆動モードで圧電素子２４を駆動して被駆動部材２６（前群レンズ２Ｂ，後群レンズ２Ａ）を所要の速度で移動可能にし、周囲温度が閾値以上のときは、電池１９が消耗していなければ、所定の電圧ＶＰが出力され、被駆動部材２６を所要の速度で十分に移動できると推定されるので、第２の駆動モードで圧電素子２４を駆動して電池１９の消費電力の節約を行なうようにしている。また、圧電アクチュエータの特性も低温下では常温下よりも悪くなる傾向があるので、より高電圧を供給して速度を確保するようにしている。
【０１１０】
従って、第２実施形態においても駆動部２３は、図１０の太線で示す▲３▼の特性に類似した特性で制御部２２により制御され、電池１９の長寿命化が可能になるとともに、電池電圧ＶＰが低下した場合にも被駆動部材２６を所要の速度で安定して移動させることができる。
【０１１１】
なお、電池１９の電圧と周囲温度の両方を検出し、両検出結果に基づいて第１の駆動モード及び第２の駆動モードの切換制御を行なうようにしてもよい。例えば検出温度Ｔｏが閾値Ｔｒよりも低く、かつ、検出電圧Ｖｂが閾値Ｖｒも低くなったときに第１の駆動モードで圧電素子２４を駆動するようにしてもよい。
【０１１２】
図１２は前群レンズ２Ｂ及び後群レンズ２Ａの駆動源であるインパクト形圧電アクチュエータの基本構成の第３実施形態を示すブロック図である。
【０１１３】
第３実施形態は、インパクト形圧電アクチュエータの被駆動部材２６の移動速度を検出し、その検出結果に基づいて第１の駆動モードと第２の駆動モードとを切り換えるようにしたものである。
【０１１４】
従って、図１２は、図５において、電圧検出部２１に代えて速度検出部２８を設けたものである。速度検出部２８は、例えば図１３に示すように、磁気センサ１４、マグネットスケール１５及び速度検出回路２９で構成されている。図１３に示す速度検出部２８は、図３において、信号処理回路１６を被駆動部材２６の移動速度ｖが予め設定された所定の閾値ｖｒを超えているか否かを検出する速度検出回路２９に置き換えたものである。
【０１１５】
速度検出回路２９はコンパレータ２９１、周期カウンタ２９２、プリセット回路２９３及び比較器２９４からなり、磁気センサ１４の出力信号Ｖ１及び出力信号Ｖ２はそれぞれコンパレータ２９１の非反転入力と反転入力とに入力されている。
【０１１６】
なお、実際の構成では、コンパレータ１６１とコンパレータ２９１とを共通にし、図３において、コンパレータ１６１の後段に周期カウンタ２９２、プリセット回路２９３及び比較器２９４からなる信号処理回路を並列に接続し、被駆動部材２６の位置検出と速度検出とが行われる。
【０１１７】
周期カウンタ２９２は、コンパレータ２９１から出力される出力信号Ｖｏの立上がり期間τ若しくは立下がり期間τ、すなわち、パルス周期τ（図４参照）をカウントするものであり、プリセット回路２９３はパルス周期の閾値τｒをセットするものである。また、比較器２９４は周期カウンタ２９２でカウントされたパルス周期τとプリセット回路２９３で設定された閾値τｒを比較し、その比較結果を出力するものである。
【０１１８】
すなわち、比較器２９４は、τ＞τｒのとき（被駆動部材２６の移動速度ｖが所定の閾値ｖｒより低速のとき）、ハイレベルの信号Ｓ３を出力し、τ≦τｒのとき（被駆動部材２６の移動速度ｖが所定の閾値ｖｒ以上の高速のとき）、ローレベルの出力Ｓ３を出力する。そして、この出力信号Ｓ３は制御部２２に入力される。
【０１１９】
第３実施形態は被駆動部材２６の移動速度を直接、検出し、被駆動部材２６が所要の速度で移動できなくなると、第１の駆動モードで圧電素子２４を駆動して被駆動部材２６（前群レンズ２Ｂ，後群レンズ２Ａ）を所要の速度で移動可能にし、被駆動部材２６が所要の速度で移動できるときは、第２の駆動モードで圧電素子２４を駆動して電池１９の消費電力の節約を行なうようにしている。
【０１２０】
すなわち、第３実施形態に係るインパクト形圧電アクチュエータでは、制御部２２は速度検出部２８からの出力信号Ｓ３に基き、被駆動部材２６の移動速度ｖが所定の閾値ｖｒより低速のとき（τ＞τｒのとき）、駆動部２３を第１の駆動モードで駆動し、被駆動部材２６の移動速度ｖが所定の閾値ｖｒ以上の高速のとき（τ≦τｒのとき）、駆動部２３を第２の駆動モードで駆動する。
【０１２１】
従って、第３実施形態においても駆動部２３は、図１０の太線で示す▲３▼の特性に類似した特性で制御部２２により制御され、電池１９の長寿命化が可能になるとともに、電池電圧ＶＰが低下した場合にも被駆動部材２６を所要の速度で安定して移動させることができる。
【０１２２】
なお、被駆動部材２６の移動速度を直接検出する場合は、検出速度が閾値に近いと、駆動モードの切換が連続して発生し、被駆動部材２６の駆動制御が不安定となるおそれがあるので、好ましくは第１の駆動モードと第２の駆動モードとを切り換える切換レベルにヒステリシスを持たせるようにするとよい。
【０１２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、圧電体を伸縮運動させて移動体をその伸縮方向と平行に移動させるインパクト形圧電アクチュエータの駆動装置であって、移動体の移動速度に関する、例えば駆動電圧や周囲温度、あるいは当該移動速度自体等の所定の駆動条件を検出し、移動速度が所定の移動速度よりも低速となる駆動条件のときは、圧電体両端への駆動電圧の印加を極性を反転させて交互に繰り返す第１の駆動モードで圧電体を駆動し、移動体の移動速度が所定の移動速度以上となる駆動条件のときは、圧電体両端への駆動電圧の印加と圧電体両端の短絡とを交互に繰り返す第２の駆動モードで圧電体を駆動するようにしたので、電力消費の抑制により電源の長寿命化が可能になるとともに、駆動電圧が低下した場合にも移動体を安定して所定の速度で移動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るインパクト形圧電アクチュエータを用いたデジタルカメラのレンズ鏡胴の内部構成を示す正面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】位置検出センサ及び信号処理回路の構成を示す図である。
【図４】磁気センサの出力波形とコンパレータ出力とを示す図である。
【図５】本発明に係るインパクト形圧電アクチュエータの第１実施形態の基本構成を示すブロック図である。
【図６】本発明に係るインパクト形圧電アクチュエータの駆動部の具体的な回路構成の第１実施形態を示す図である。
【図７】第１の駆動モードで駆動部を動作させたときの駆動制御信号と圧電素子の充放電電圧の波形とを示す図である。
【図８】第２の駆動モードで駆動部を動作させたときの駆動制御信号と圧電素子の充放電電圧の波形とを示す図である。
【図９】電池電圧に対する被駆動部材の移動速度の特性を示す図である。
【図１０】電池電圧に対する消費電力の特性を示す図である。
【図１１】本発明に係るインパクト形圧電アクチュエータの第２実施形態の基本構成を示すブロック図である。
【図１２】本発明に係るインパクト形圧電アクチュエータの第３実施形態の基本構成を示すブロック図である。
【図１３】速度検出部の回路構成の一実施形態を示す図である。
【図１４】従来のインパクト形圧電アクチュエータの概略構成を示す図である。
【符号の説明】
１  撮影レンズ
２Ａ  後群レンズ
２Ｂ  前群レンズ
３  レンズ鏡胴
４  固定台
５  枠体
８Ａ，８Ｂ，２４  圧電素子（圧電体）
９Ａ，９Ｂ，２５  駆動部材
１０Ａ，１０Ｂ  レンズ枠
１１Ａ，１１Ｂ  回転規制軸
１２Ａ，１２Ｂ  支持部
１３Ａ，１３Ｂ  回転規制部
１４，１４Ａ，１４Ｂ  磁気センサ
１５，１５Ａ，１５Ｂ  マグネットスケール
１６  信号処理回路
１６１  コンパレータ
１６２  位相検出器
１６３  パルスカウンタ
１７  光学ローパスフィルタ
１８  撮像素子（ＣＣＤ）
１９  電池（電源）
２０  ＤＣ／ＤＣコンバータ
２１  電圧検出部（駆動条件検出手段）
２２  制御部（判別手段，駆動制御手段）
２３  駆動部
２６  被駆動部材
２７  温度検出部（駆動条件検出手段）
２８  速度検出部（駆動条件検出手段）
２９  速度検出回路
２９１  コンパレータ
２９２  周期カウンタ
２９３  プリセット回路
２９４  比較器
ＭＲａ，ＭＲｂ，ＭＲｃ，ＭＲｄ  磁気抵抗素子
Ｒ  抵抗
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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