(57)【要約】【課題】  多次元方向の動作が可能であり、かつ大きな動作量を得ることができると共に、構造が簡単でコストの安い圧電アクチュエータを提供すること。【解決手段】  本実施の形態の圧電アクチュエータは、電歪素子として機能する圧電セラミックスＡ，Ｂ，Ｃと、圧電セラミックスＡを駆動する電極Ａ−１，Ａ−２，Ａ−３と、圧電セラミックスＢを駆動する電極Ｂ−１，Ｂ−２，Ｂ−３と、圧電セラミックスＣを駆動する電極Ｃ−１，Ｃ−２，Ｃ−３と、連結部材Ｄとを備えて構成される。圧電セラミックスＡ，Ｂ，Ｃの各々は、厚みを有する矩形板の形状を備えており、かつ各々が１２０度の角度をなすように放射状に配置されている。また、各圧電セラミックの一方の側端面は、三角柱形状の連結部材Ｄのいずれかの辺と、それぞれ固着されている。【選択図】      図１
2006261141.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１本の結合部材と、
前記結合部材を中心軸として放射状に配置されると共に、互いの側端面同士が前記結合部材を介して固着された３枚の電歪素子と、
前記電歪素子の表裏面に配設された電極板と、
を具備したことを特徴とする圧電アクチュエータ装置。
【請求項２】
前記３枚の電歪素子は、略等角度となるように放射状に配置されていることを特徴とする請求項１記載の圧電アクチュエータ装置。
【請求項３】
前記電歪素子の各々の一方の面に配設された少なくとも２枚の電極板と、前記電歪素子の他方の面に配設された１枚の電極板と、を具備したことを特徴とする請求項１または請求項２記載の圧電アクチュエータ装置。
【請求項４】
前記３枚の電歪素子の各々の一方の面に２枚づつ配設された合計６枚の電極板の各々に、独立して電圧を印加する駆動回路を具備したことを特徴とする請求項３記載の圧電アクチュエータ装置。
【請求項５】
前記駆動回路は、前記３枚の電歪素子の各々の一方の面に２枚づつ配設された合計６枚の電極板の各々に、互いに異なるレベルの電圧を同時に印加することができることを特徴とする請求項４記載の圧電アクチュエータ装置。
【請求項６】
前記結合部材の一端には、駆動対象となる被駆動体と接触または固着させて前記被駆動体を駆動するための作動突起を設けたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の圧電アクチュエータ装置。
【請求項７】
被写体像を所定位置に結像させる撮影光学系と、
前記被写体像を光電変換作用により電子データに変換する撮像手段と、
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の圧電アクチュエータ装置と、を備え、
前記撮像手段を、前記圧電アクチュエータ装置の駆動により、前記撮影光学系の光軸と垂直な方向に作動させることにより、手ぶれ補正動作を行わせることを特徴とする画像入力装置。
【請求項８】
前記圧電アクチュエータ装置は、前記撮像手段の背面部を直接駆動することを特徴とする請求項７記載の画像入力装置。
【請求項９】
前記圧電アクチュエータ装置は、前記光軸上または前記光軸上の近辺に配設されていることを特徴とする請求項７または請求項８記載の画像入力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電アクチュエータおよび画像入力装置に関し、特に、手振れ補正機構に使用して好適な圧電アクチュエータおよび前記圧電アクチュエータを備えた画像入力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、様々な方式の圧電アクチュエータが提供されており、また、この圧電アクチュエータを利用した手振れ補正機構が開発されている。
さらに、これらの圧電アクチュエータは、画像入力装置に使用されている。
例えば、圧電装置、特に、３次元テーブル等の位置決め装置や超音波モータ等のように可動体を変位させる圧電装置として、特許文献１（特開２０００−２２２３１号公報）には、三本の柱状のアクチュエータを、３つの結合部材により三角状に結合し、三角形の底辺に位置するアクチュエータは、支持ベースの上に配置されると共に、三角形の斜辺に位置する二つのアクチュエータを結合している結合部材の上には可動体が配置されており、任意のアクチュエータに駆動電圧を印加することにより、可動体が種々に変位するように構成された圧電装置が記載されている。
また、特許文献２（特開平９−２６７２７８号公報）には、三角柱状の金属製の柱状部材と、その各側面に二つずつ接合している圧電素子とからなり、印加電圧を制御して曲げ変形と捩り変形ができるので、微動ができ、さらにインパクト駆動により粗動も可能な圧電アクチュエータが記載されている。
また、特許文献３（特開平７−１８４３８２号公報）の図１２および図１３には、Ｘ字型にアクチュエータを配置し、Ｘ字の交点を作動ポイントとして、二次元動作が可能なるように構成された圧電装置が記載されている。
また、特許文献４（特開２００４−７７７１２号公報）には、Ｘ方向とＹ方向に駆動する圧電装置を二つ設けてなるカメラの手振れ補正装置が記載されている。
【０００３】
【特許文献１】「特開２０００−２２２３１号公報」
【特許文献２】「特開平９−２６７２７８号公報」
【特許文献３】「特開平７−１８４３８２号公報」
【特許文献４】「特開２００４−７７７１２号公報」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記背景技術で述べた従来の圧電アクチュエータにあっては、例えば、特許文献１に開示された技術の場合、３本の柱状アクチュエータを三角形状に組み立てているため、例えば、底辺に沿う一方の方向には駆動できるが、これに直交する方向には駆動できないこと、また、三角形の２本の辺を結合する接合部が構造的に不安定になるという問題点があった。
【０００５】
また、特許文献２に開示された技術の場合、デルタ形に配された３平面内の圧電材料の振動を受けて振動する作動ポイント（被駆動物体に接触させて駆動する駆動点）の形成にコストが掛かり、また、３平面内の圧電材料の振動を確実に作動ポイントに伝達させるための材料の強度を大きくする必要があり、さらに３平面内の圧電材料の振動が相互に影響しあって合成される作動ポイントの振動には機械的ストレスが存在すると共に、駆動量が稼げないという問題点があった。
【０００６】
また、特許文献３に開示された技術の場合、伸縮する圧電素子を被駆動物体に接触させ、連続的に被駆動物体を所定の方向に動かすことを可能にしており、また、圧電素子をそのまま使用する場合より駆動量は大きくできるが、一次元方向の駆動しかできず、手振れ補正のような二次元動作が必要な場合には、アクチュエータが２つ必要となり、コストも倍となる。しかも、２つのアクチュエータが相互に影響しあうため、正確な作動ができず、また、２つのアクチュエータによる２つの作動ポイントを理想的な位置（例えば、画像入力装置のＣＣＤ（電荷結合素子）の背面や、光軸上）に配置できないという問題点があった。
【０００７】
さらに、特許文献３では、Ｘ型の圧電板を配置し、１点の作動ポイントでの二次元動作が可能なタイプのアクチュエータを開示しているが、コスト面では２つのアクチュエータを使用する場合と同じであり、しかも、Ｘ方向動作時に、動作させていないＹ方向動作用アクチュエータの剛性が精度に影響を及ぼす懸念があり、実用化には課題が多い。
さらに、特許文献４に開示された技術の場合、前述のとおり、圧電アクチュエータを用いた手振れ補正機構を開示しているが、圧電素子の伸縮を、そのままぶれ補正機構の作動に用いる駆動方法であるため、駆動量が不足するという問題点があった。
【０００８】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、第１の目的は、電歪素子の枚数を従来よりも少なくし、よって製造コストも従来より安く抑えることができるにも拘わらず、大きな駆動量が得られ、さらには二次元駆動が可能な圧電アクチュエータ装置を提供することにある。
また、本発明の第２の目的は、手振れ補正動作を行わせることが可能で、補正のための作動ポイントの振動に機械的ストレスを生じさせることがなく、かつ補正のための二次元の駆動量を充分に確保することができる画像入力装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載した本発明に係る圧電アクチュエータ装置は、上述した第１の目的を達成するために、１本の結合部材と、
前記結合部材を中心軸として放射状に配置されると共に、互いの側端面同士が前記結合部材を介して固着された３枚の電歪素子と、
前記電歪素子の表裏面に配設された電極板と、
を具備したことを特徴とする。
【００１０】
また、請求項２に記載した本発明に係る圧電アクチュエータ装置は、前記３枚の電歪素子は、略等角度となるように放射状に配置されていることを特徴とする。
また、請求項３に記載した本発明に係る圧電アクチュエータ装置は、前記電歪素子の各々の一方の面に配設された少なくとも２枚の電極板と、前記電歪素子の他方の面に配設された１枚の電極板と、を具備したことを特徴とする。
また、請求項４に記載した本発明に係る圧電アクチュエータ装置は、前記３枚の電歪素子の各々の一方の面に２枚づつ配設された合計６枚の電極板の各々に、独立して電圧を印加する駆動回路を具備したことを特徴とする。
また、請求項５に記載した本発明に係る圧電アクチュエータ装置は、前記駆動回路が、前記３枚の電歪素子の各々の一方の面に２枚づつ配設された合計６枚の電極板の各々に、互いに異なるレベルの電圧を印加することができることを特徴とする。
【００１１】
さらに、請求項６に記載した本発明に係る圧電アクチュエータ装置は、前記結合部材の一端に、駆動対象となる被駆動体と接触または固着させて前記被駆動体を駆動するための作動突起が設けられていることを特徴とする。
請求項７に記載した本発明に係る画像入力装置は、上述した目的を達成するために、被写体像を所定位置に結像させる撮影光学系と、前記被写体像を光電変換作用により電子データに変換する撮像手段と、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の圧電アクチュエータ装置と、を備え、前記撮像手段を、前記圧電アクチュエータ装置の駆動により、前記撮影光学系の光軸と垂直な方向に作動させることにより、手振れ補正動作を行わせることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項８に記載した本発明に係る画像入力装置は、前記圧電アクチュエータ装置が、前記撮像手段の背面部を直接駆動することを特徴とする。
さらに、請求項９に記載した本発明に係る画像入力装置は、請求項７または請求項８に記載した本発明に係る画像入力装置において、前記圧電アクチュエータ装置が、前記光軸上または前記光軸上の近辺に配設されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に記載の本発明によれば、１本の結合部材と、
前記結合部材を中心軸として放射状に配置されると共に、互いの側端面同士が前記結合部材を介して固着された３枚の電歪素子と、
前記電歪素子の表裏面に配設された電極板を具備する構成としたから、電歪素子の枚数を従来よりも少なくし、よって製造コストも従来より安く抑えることができると共に、二次元動作が可能な圧電アクチュエータ装置を提供することができる。
また、請求項２に記載の発明によれば、３枚の電歪素子を略等角度となるように放射状に配置した構成としたから、二次元の各方向への動作の基本制御を同等にすることが可能であり、各電極に印加すべき圧電の制御が容易となり駆動するための回路構成が簡単となり、この面でもコストの安い圧電アクチュエータ装置を提供することができる。
【００１４】
また、請求項３に記載の発明によれば、電歪素子の各々の一方の面に配設された少なくとも２枚の電極板と、電歪素子の他方の面に配設された１枚の電極板とを具備する構成としたので、電歪素子の枚数を従来の３／４に抑え、よって製造コストも従来の高々３／４に抑えることができる圧電アクチュエータ装置を提供することができる。
また、請求項４に記載の発明によれば、３枚の電歪素子の各々の一方の面に２枚ずつ配設された合計６枚の電極板の各々に、独立して電圧を印加する駆動回路を具備する構成としたので、製造コストも従来の高々３／４に抑えることができると共に、駆動変位を大きく確保することができ、しかも二次元動作が可能となる圧電アクチュエータ装置を提供することができる。
【００１５】
また、請求項５に記載の発明によれば、３枚の電歪素子の各々の一方の面に２枚ずつ配設された合計６枚の電極板の各々に、互いに異なるレベルの電圧を印加することができるように構成したので、圧電セラミックスの枚数を従来の３／４に抑え、よって製造コストも従来の高々３／４に抑えることができると共に、二次元動作が可能であり、かつ各次元毎に異なる動作量を与え得る圧電アクチュエータ装置を提供することができる。
さらに、請求項６に記載の発明によれば、結合部材の一端に、駆動対象となる被駆動体と接触または固着させて被駆動体を駆動するための作動突起が設けられているので、二次元動作が１つの作動点で実現可能な圧電アクチュエータ装置を提供することができる。
【００１６】
また、請求項７に記載の発明によれば、被写体像を所定位置に結像させる撮影光学系と、被写体像を光電変換作用により電子データに変換する撮像手段と、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の圧電アクチュエータ装置とを備える構成とし、撮像手段を圧電アクチュエータ装置の駆動により、撮影光学系の光軸と垂直な方向に移動させるように構成したので、撮像手段を高精度に二次元的に駆動可能となり、信頼性の高い手振れ補正機能を有する画像入力装置を提供することができる。
【００１７】
また、請求項８に記載の発明によれば、圧電アクチュエータ装置が、撮像手段の背面部を駆動するように構成したので、撮像手段を動かすための作用点を理想的な位置にすることが可能となり、また、圧電アクチュエータ装置の存在が光学系の邪魔となることがなく、また、より信頼性の高い手振れ補正機能を具備した画像入力装置を提供することができる。
さらに、請求項９に記載の発明によれば、圧電アクチュエータ装置を、光軸上または光軸上の近辺に配設することができるので、補正が特に必要な次元である光軸方向の駆動量を正確に制御することができる画像入力装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の圧電アクチュエータおよび画像入力装置の最良の実施の形態について、〔第１の実施の形態〕、〔第２の実施の形態〕の順に、図面を参照して詳細に説明する。
〔第１の実施の形態〕
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る圧電アクチュエータの基本構成を示す構成図である。
同図において、本実施の形態の圧電アクチュエータは、電歪素子として機能する圧電セラミックスＡ，Ｂ，Ｃと、圧電セラミックスＡを駆動する電極Ａ−１，Ａ−２，Ａ−３（裏面側）と、圧電セラミックスＢを駆動する電極Ｂ−１，Ｂ−２，Ｂ−３（裏面側）と、圧電セラミックスＣを駆動する電極Ｃ−１，Ｃ−２，Ｃ−３（裏面側）と、連結部材Ｄとを備えて構成される。
【００１９】
圧電セラミックスＡ，Ｂ，Ｃの各々は、厚みを有する矩形板（平面）の形状を備えており、仮想中心軸を中心として、各々が１２０度の角度をなすように放射状（スター形）に配置されている。また、この配置で、各セラミックの一方の側端面は、三角柱形状の結合部材としての連結部材Ｄのいずれかの辺と、それぞれ固着されている。
圧電セラミックスＡ，Ｂ，Ｃの各々は、表裏に少なくとも正負いずれかの極性を有する電極Ａ−１，Ａ−２，Ａ−３（または電極Ｂ−１，Ｂ−２，Ｂ−３）または（電極Ｃ−１，Ｃ−２，Ｃ−３）が配置されている。
【００２０】
図２は、本発明の第１の実施の形態に係る圧電アクチュエータを駆動体として使用する場合の構成を示す構成図である。
同図に示すように、本実施の形態の圧電アクチュエータが駆動体として使用される場合には、三角柱形状の連結部材Ｄの一端に作動ポイントとして動作する作動突起Ｅが固着される。
この連結部材Ｄは、外部の被駆動体に接合（連結）または固着される。
【００２１】
以下、本実施の形態の圧電アクチュエータの動作について説明する。
圧電セラミックスＡ，Ｂ，Ｃの各々は、前述のとおり、表裏に少なくとも正負いずれかの極性を有する電極Ａ−１，Ａ−２，Ａ−３（または電極Ｂ−１，Ｂ−２，Ｂ−３）または（電極Ｃ−１，Ｃ−２，Ｃ−３）が配置されており、これらのいずれの電極間にも、例えば、一方に正の電圧が印加され、他方に負の電圧が印加されると圧電セラミックスが伸び、これとは逆に、この電極間に、前記とは逆極性の電圧が印加されると縮むような構成となっている。
【００２２】
図１では、電極Ａ−１，Ａ−２，Ａ−３による圧電セラミックスＡの伸縮方向を両端矢印Ａで示し、電極Ｂ−１，Ｂ−２，Ｂ−３による圧電セラミックスＢの伸縮方向を両端矢印Ｂで示し、電極Ｃ−１，Ｃ−２，Ｃ−３による圧電セラミックスＣの伸縮方向を両端矢印Ｃで示している。
【００２３】
このように、本件発明では、３枚の圧電セラミックス板を放射状（スター形）に配置し、この３枚の圧電セラミックス板の各々に２つ以上の電極を備える構成としたので、例えば、特許文献３に開示されたＸ形の圧電セラミックス板に比べると、圧電セラミックス板の枚数が３／４で済み、よって、製造コストは高々３／４に抑えることができる。
また、圧電セラミックスＡ，Ｂ，Ｃは、それぞれ等角度（１２０度）で配置しているので、Ａ方向、Ｂ方向、Ｃ方向への基本動作を同等に制御することが可能であり、各電極に印加すべき電圧の制御が容易となる。
さらに、Ａ方向、Ｂ方向、Ｃ方向の動作を複合させるような電圧印加を各電極に行えば、二次元のいずれの方向にも動作させることが可能となる。
【００２４】
また、図２に示すように、圧電セラミックスＡ，Ｂ，Ｃを固着（結合）する三角柱形状の連結部材Ｄの一端に１つの作動ポイント（作動突起Ｅ）を設けているため、上記の二次元動作が、この１つの作動ポイント（作動突起Ｅ）において実現可能となる。
なお、本実施の形態に係る圧電アクチュエータは、圧電アクチュエータを駆動するための駆動回路（図示は省略）を備えた構成とすることも可能である。また、この場合、この駆動回路は、３つの電歪素子の各々の一方の面に配置された少なくとも２つ（合計少なくとも６つ）の電極板の各々に対して、独立的に電圧印加がなされるような回路構成とすることや、異なるレベルの電圧を印加するような回路構成とすることが可能である。
次に、本実施の形態に係る圧電アクチュエータを、手振れ補正機構に用いた場合の例について説明する。
手振れ補正機構とは、カメラの動きをぶれセンサで検出し、そのぶれを打ち消すように、ＣＣＤ、若しくは光学系を光軸に対してシフトさせたり傾かせたりするような機能を有するものである。各種のレンズに配設可能であり、特許文献４にも示すように周知の技術である。
【００２５】
ＣＣＤを水平に動かすタイプのぶれ補正機構において、必要とされるアクチュエータは、高精度で応答性の高い二次元アクチュエータであるが、従来は、該当する安価な二次元アクチュエータが存在しないため、Ｘ方向、Ｙ方向を別々のアクチュエータで駆動するような方式となっていた。そのため、ＣＣＤに対する作動ポイントの問題が生じてくる。つまり、上下、左右のバランスの良い点に力を加えてＣＣＤを動かさない限り、水平シフト時にＣＣＤが傾き易く（例えば、右端を上方向に動かそうとすると、左端が摩擦や重量バランスによって追従しきれず、ＣＣＤが左に傾くような状態となる）なるが、従来は、高精度にＣＣＤを動かすことが困難であるにも関わらず、２つのアクチュエータを用いる必要があるために、ＣＣＤの中央部から外れた位置に作用点を配置せざるを得なかったのである。
【００２６】
これに対し、本実施の形態に係る圧電アクチュエータを用いると、二次元分のアクチュエータの作用点（作動ポイント）を、ただの１点（作動突起Ｅ）だけとする補正機構が実現できるので、前記作用点を画像入力装置の理想的な位置に設置することが可能となり、より信頼性の高い手振れ補正機構を得ることが可能となる。
なお、特許文献３に示すようなアクチュエータでも、作用点（作動ポイント）は１点にすることが可能であるが、本実施の形態に係る圧電アクチュエータの場合は、従来の３／４の圧電セラミックス枚数を使用して、コストが高々３／４となる駆動体を構成することが実現可能となる。
【００２７】
また、ただの１点（作動突起Ｅ）だけで、ＣＣＤを上下、左右に動作させることが可能となるため、作用点を構成するための複雑な機構が不要となり、二次元方向に動作可能な状態に保持されたＣＣＤの背面に対して、直接的に駆動力を伝えることも可能となり、余計な機構のたわみを抑制することや、固定ガタによる作動ロスを最低限に抑制することが可能であると共に、機構が従来よりも簡単になることにより、安価でかつ信頼性の高い装置を実現している。
【００２８】
なお、本実施の形態に係る圧電アクチュエータは、手振れ補正機構とは限らず、画素ずらし撮影にも用いることが可能である。
以上、本発明の圧電アクチュエータは、本実施の形態に限るものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で様々な構成が可能である。
〔第２の実施の形態〕
【００２９】
図３は、本発明の第２の実施の形態に係る画像入力装置のＣＣＤ駆動ユニットの要部の構成を示す構成図である。
同図において、本実施の形態の画像入力装置に特徴的なＣＣＤ駆動ユニット１０は、レンズ等により被写体の光学像を得る撮影光学系１と、被写体の光学像を所定位置に結像して電気信号に変換するＣＣＤ２と、撮影光学系１とＣＣＤ２とを光学的に結ぶ光軸３と、ＣＣＤ２の背面と作動突起を接合または固着させた圧電アクチュエータ４と、圧電アクチュエータ４の作動突起とＣＣＤ２の背面との接点として形成される駆動ポイント５と、を備えて構成される。
【００３０】
なお、本実施の形態の画像入力装置の他の構成要素については、特許文献４に示すような周知の画像入力装置と同じものを使用することができる（本発明の特徴的な構成要素ではないので、図示及び説明を省略する）。
以下、本実施の形態に係るＣＣＤ駆動ユニットの動作について説明する。
このＣＣＤ駆動機構の１つの実施態様においては、ぶれ検出装置（図示は省略）から出力される電圧の電圧値は、本装置のぶれ量に対応しており、この電圧値を示す電圧が、圧電アクチュエータ４に入力される。これにより、圧電アクチュエータ４は、前記ぶれ量に対応した逆変位動作をとることとなり、また、この逆変位動作は、圧電アクチュエータ４に接合または固着されたＣＣＤ２に伝達されるので、これにより、ＣＣＤ２は前記ぶれ量が補正される。
【００３１】
前記ぶれ量の補正は、ＣＣＤ２を光軸３に直交する面に沿って動かすことによって行うことができる。しかし、必ずしもＣＣＤ２を光軸３に沿って動かすことに限定されるものではなく、光軸３に近接して動かすことも可能であるし、また、光軸３方向だけとは限らない多次元的な補正を行うことも可能である。
また、このＣＣＤ駆動機構の他の１つの実施態様においては、予測動作を可能にするために、圧電アクチュエータ４に入力される電圧の電圧値を、過去の撮影時において、ぶれ量に対応する電圧値として記憶されていた電圧値を使用することも可能である。
なお、前記ぶれ検出装置には、ジャイロセンサ等を用いた振れ検出手段を採用することが可能である。
以上、本発明の画像入力装置は、本実施の形態に限るものではなく、請求項の範囲内で様々な構成が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る圧電アクチュエータの基本構成を示す構成図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る圧電アクチュエータを駆動体として使用する場合の構成を示す構成図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る画像入力装置のＣＣＤ駆動ユニットの要部の構成を示す構成図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  撮影光学系
２  ＣＣＤ
３  光軸
４  圧電アクチュエータ
５  駆動ポイント
Ａ，Ｂ，Ｃ  圧電セラミックス
Ｄ  連結部材
Ｅ  作動突起（動作ポイント）
Ａ−１〜Ａ−２  電極（圧電セラミックスＡ側）
Ｂ−１〜Ｂ−２  電極（圧電セラミックスＢ側）
Ｃ−１〜Ｃ−２  電極（圧電セラミックスＣ側）
【図１】
2006261141.tif 000003
【図２】
2006261141.tif 000004
【図３】
2006261141.tif 000005