(57)【要約】【課題】構造が簡単で小型化できる圧電アクチュエータを提供する。【解決手段】第１の方向に分極され、前記第１の方向と略直交する方向に変位可能な第１圧電素子３２と、前記第１の方向と略平行な方向に分極され、前記第１の方向と略平行な方向に変位可能な第２圧電素子３４と、前記第１圧電素子３２の変位によってクランプされ、前記第２圧電素子３４の変位によって相対移動する相対移動部材２２とを備えた圧電アクチュエータ。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の方向に分極され、前記第１の方向と略直交する方向に変位可能な第１圧電素子と、
前記第１の方向と略平行な方向に分極され、前記第１の方向と略平行な方向に変位可能な第２圧電素子と、
前記第１圧電素子の変位によってクランプされ、前記第２圧電素子の変位によって相対移動する相対移動部材と
を備えたことを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項２】
前記第１圧電素子と前記第２圧電素子は、電極を介して前記第１の方向に一体的に積層されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項３】
前記相対移動部材は、前記第１の方向と略平行な方向に相対移動することを特徴とする請求項１または２に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項４】
前記第１圧電素子と前記第２圧電素子が円環形状であり、前記円環形状の中空部に前記相対移動部材が設けられ、前記第１の方向は前記円環形状の径方向と直交する方向であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
【請求項５】
前記第１圧電素子と前記第２圧電素子に駆動信号を出力する駆動信号制御部を有し、
前記駆動信号制御部は、前記第１圧電素子を変位させて前記相対移動部材をクランプしている状態で、前記第２圧電素子を変位させて前記相対移動部材を移動させる制御を行う前記駆動信号を出力することを特徴とする請求項１〜４に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項６】
前記第１圧電素子と前記第２圧電素子に駆動信号を出力する駆動信号制御部を有し、
前記駆動信号制御部は、前記第１圧電素子を変位させて前記相対移動部材をクランプするための第１の駆動信号と、前記第２圧電素子を変位させて前記相対移動部材を移動させるための第２の駆動信号を出力し、前記第１の駆動信号と前記第２の駆動信号とは位相が異なることを特徴とする請求項１〜５に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項７】
前記第１の駆動信号と前記第２の駆動信号とは、周波数が等しいことを特徴とする請求項６に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項８】
前記第１圧電素子と前記第２圧電素子とは前記第１の方向に並んで配置されることを特徴とする請求項１〜７に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項９】
前記第２圧電素子を支持する支持部を有し、前記相対移動部材は、前記第２圧電素子の変位により、前記支持部に対して相対移動することを特徴とする請求項３または４に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項１０】
前記第２圧電素子に対して前記第１圧電素子と反対側の前記第１の方向に並んで設けられ、前記第１の方向に分極され、前記第１の方向と略直交する方向に変位可能な第３圧電素子を備えたことを特徴とする請求項８に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項１１】
前記第１圧電素子と前記第２圧電素子と前記第３圧電素子に駆動信号を出力する駆動信号制御部を有し、
前記駆動信号制御部は、前記第１圧電素子を変位させて前記相対移動部材をクランプしている状態で、前記第２圧電素子を変位させて前記相対移動部材を移動させる制御と、前記第３圧電素子を変位させて前記相対移動部材をクランプしている状態で、前記第２圧電素子を変位させる制御とを連続して行うことを特徴とする請求項１０に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項１２】
前記第１圧電素子、前記第２圧電素子および前記第３圧電素子に駆動信号を出力する駆動信号制御部を有し、
前記駆動信号制御部は、前記第１圧電素子を変位させて前記相対移動部材をクランプするための第１の駆動信号と、前記第２圧電素子を変位させて前記相対移動部材を移動させるための第２の駆動信号と、前記第３圧電素子を変位させて前記相対移動部材をクランプするための第３の駆動信号を出力し、前記第１の駆動信号と前記第２の駆動信号と前記第３の駆動信号とはそれぞれ位相が異なることを特徴とする請求項１０に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項１３】
前記第１の駆動信号と前記第２の駆動信号と前記第３の駆動信号とは、周波数が等しいことを特徴とする請求項１２に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項１４】
前記第３圧電素子を支持する支持部を有し、前記相対移動部材は、前記第２圧電素子の変位により、前記支持部に対して相対移動することを特徴とする請求項１０または１１に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項１５】
前記第１圧電素子は、前記第１の方向よりも前記第１の方向と略直交する方向への変位量が大きく、
前記第２圧電素子は、前記第１の方向と略直交する方向よりも前記第１の方向への変位量が大きいことを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
【請求項１６】
前記第１圧電素子と前記第３圧電素子は、前記第１の方向よりも前記第１の方向と略直交する方向への変位量が大きく、
前記第２圧電素子は、前記第１の方向と略直交する方向よりも前記第１の方向への変位量が大きいことを特徴とする請求項１０〜１３のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
【請求項１７】
請求項１〜９のいずれかに記載の圧電アクチュエータを複数有し、
複数の前記圧電アクチュエータのうちの第１圧電アクチュエータに第１駆動信号を出力する第１駆動信号生成部と、
複数の前記圧電アクチュエータのうちの第２圧電アクチュエータに第２駆動信号を出力する第２駆動信号生成部とを備えたことを特徴とする圧電アクチュエータ装置。
【請求項１８】
前記第１駆動信号と前記第２駆動信号とは周波数が等しく、前記第１駆動信号と前記第２駆動信号との電圧レベルを異ならせることができることを特徴とする請求項１７に記載の圧電アクチュエータ装置。
【請求項１９】
請求項１〜１６のいずれかに記載の圧電アクチュエータと、
前記相対移動部材の相対移動に応じて移動するレンズと
を備えたことを特徴とするレンズ鏡筒。
【請求項２０】
前記レンズは、前記相対移動部材の移動と同一方向に移動することを特徴とする請１９に記載のレンズ鏡筒。
【請求項２１】
請求項１〜１６のいずれかに記載の圧電アクチュエータと、
前記相対移動部材の相対移動に応じて移動する光学部材と
を備えたことを特徴とする光学機器。
【請求項２２】
前記光学部材は、前記相対移動部材の移動方向と同一方向に移動することを特徴とする請求項２１に記載の光学機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子の変位によって機械的変位を得ることができる圧電アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、圧電アクチュエータとしては、進行性振動波を利用するタイプに代表される回転型と、クランプ機構を有するタイプに代表される直進型が知られている。回転型と直進型は、駆動対象となる部材の運動軌道、大きさおよび要求精度等に応じて使い分けられている。直進型の圧電アクチュエータは、特に直線的な運動を行うあらゆる部材の駆動源として利用可能であり、例えばオートフォーカスのために鏡筒内を直線移動するレンズを収納したレンズ鏡筒などに好適である。
【０００３】
従来技術に係る直進型圧電アクチュエータとしては、例えば特許文献１に記載されるものが知られている。このような従来技術に関する直進型アクチュエータは、一対のＴ字型断面形状の保持部材によって、第１から第３の積層型圧電素子をＨ型に保持する構造を有している。前記直進型アクチュエータは、第１の積層型圧電素子が移動方向に積層され、当該移動方向に伸縮することができるのに対し、第２の積層型圧電素子および第３の積層型圧電素子は前記移動方向と直交する方向に積層され、当該直交する方向に伸縮することができる。前記直進型アクチュエータは、第２または第３積層型圧電素子によってガイドレールとクランプしながら、第１の積層型圧電素子を伸縮させることによって尺取り虫運動を行い、ガイドレールを往復移動できる。
【０００４】
しかし上記の従来技術に係る圧電アクチュエータは、形状および機構が複雑になるため、小型化が困難であるという問題があった。また、それぞれの圧電素子の積層方向が互いに直交する構成であるために配線が複雑になり、この点でも小型化が困難であった。
【特許文献１】特開昭５５−１０００５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、このような問題点を解決し、構造が簡単で小型化ができる圧電アクチュエータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明に係る圧電アクチュエータ（１０）は、
第１の方向に分極され、前記第１の方向と略直交する方向に変位可能な第１圧電素子（３２）と、
前記第１の方向と略平行な方向に分極され、前記第１の方向と略平行な方向に変位可能な第２圧電素子（３４）と、
前記第１圧電素子（３２）の変位によってクランプされ、前記第２圧電素子（３４）の変位によって相対移動する相対移動部材（２２）と
を備えたことを特徴とする。
【０００７】
また、例えば、前記第１圧電素子と前記第２圧電素子は、電極（５０）を介して前記第１の方向に一体的に積層されていることを特徴とするものであっても良い。
【０００８】
また、例えば、前記相対移動部材は、前記第１の方向と略平行な方向に相対移動することを特徴とするものであっても良い。
【０００９】
また、例えば、前記第１圧電素子と前記第２圧電素子が円環形状であり、前記円環形状の中空部に前記相対移動部材が設けられ、前記第１の方向は前記円環形状の径方向と直交する方向であることを特徴とするものであっても良い。
【００１０】
また、例えば、本発明に係る圧電アクチュエータは、前記第１圧電素子と前記第２圧電素子に駆動信号を出力する駆動信号制御部（６０）を有し、
前記駆動信号制御部は、前記第１圧電素子を変位させて前記相対移動部材をクランプしている状態で、前記第２圧電素子を変位させて前記相対移動部材を移動させる制御を行う前記駆動信号（６４）を出力することを特徴とするものであっても良い。
【００１１】
また、例えば、本発明に係る圧電アクチュエータは、前記第１圧電素子と前記第２圧電素子に駆動信号を出力する駆動信号制御部（６０）を有し、
前記駆動信号制御部は、前記第１圧電素子を変位させて前記相対移動部材をクランプするための第１の駆動信号（６２）と、前記第２圧電素子を変位させて前記相対移動部材を移動させるための第２の駆動信号（６４）を出力し、前記第１の駆動信号と前記第２の駆動信号とは位相が異なることを特徴とするものであっても良い。
【００１２】
また、例えば、本発明に係る圧電アクチュエータは、前記第１の駆動信号と前記第２の駆動信号とは、周波数が等しいことを特徴とするものであっても良い。
【００１３】
また、例えば、前記第１圧電素子と前記第２圧電素子とは前記第１の方向に並んで配置されることを特徴とするものであっても良い。
【００１４】
また、例えば、本発明に係る圧電アクチュエータは、前記第２圧電素子を支持する支持部（２６）を有し、前記相対移動部材は、前記第２圧電素子の変位により、前記支持部に対して相対移動することを特徴とするものであっても良い。
【００１５】
また、例えば、本発明に係る圧電アクチュエータ（１０’）は、前記第２圧電素子（３５）に対して前記第１圧電素子（３３）と反対側の前記第１の方向に並んで設けられ、前記第１の方向に分極され、前記第１の方向と略直交する方向に変位可能な第３圧電素子（３７）を備えたことを特徴とするものであっても良い。
【００１６】
また、例えば、本発明に係る圧電アクチュエータは、前記第１圧電素子と前記第２圧電素子と前記第３圧電素子に駆動信号を出力する駆動信号制御部を有し、
前記駆動信号制御部は、前記第１圧電素子を変位させて前記相対移動部材をクランプしている状態で、前記第２圧電素子を変位させて前記相対移動部材を移動させる制御と、前記第３圧電素子を変位させて前記相対移動部材をクランプしている状態で、前記第２圧電素子を変位させる制御とを連続して行うことを特徴とするものであっても良い。
【００１７】
また、例えば、本発明に係る圧電アクチュエータは、前記第１圧電素子、前記第２圧電素子および前記第３圧電素子に駆動信号を出力する駆動信号制御部を有し、
前記駆動信号制御部は、前記第１圧電素子を変位させて前記相対移動部材をクランプするための第１の駆動信号と、前記第２圧電素子を変位させて前記相対移動部材を移動させるための第２の駆動信号と、前記第３圧電素子を変位させて前記相対移動部材をクランプするための第３の駆動信号を出力し、前記第１の駆動信号と前記第２の駆動信号と前記第３の駆動信号とはそれぞれ位相が異なることを特徴とするものであってもよい。
【００１８】
また、例えば、本発明に係る圧電アクチュエータは、前記第１の駆動信号と前記第２の駆動信号と前記第３の駆動信号とは、周波数が等しいことを特徴とするものであってもよい。
【００１９】
また、例えば、本発明に係る圧電アクチュエータは、前記第３圧電素子を支持する支持部を有し、前記相対移動部材は、前記第２圧電素子の変位により、前記支持部に対して相対移動することを特徴とするものであっても良い。
【００２０】
また、例えば、本発明に係る圧電アクチュエータは、前記第１圧電素子は、前記第１の方向よりも前記第１の方向と略直交する方向への変位量が大きく、
前記第２圧電素子は、前記第１の方向と略直交する方向よりも前記第１の方向への変位量が大きいことを特徴とするものであっても良い。
【００２１】
また、例えば、本発明に係る圧電アクチュエータは、前記第１圧電素子と前記第３圧電素子は、前記第１の方向よりも前記第１の方向と略直交する方向への変位量が大きく
前記第２圧電素子は、前記第１の方向と略直交する方向よりも前記第１の方向への変位量が大きいことを特徴とするものであっても良い。
【００２２】
本発明に係る圧電アクチュエータ装置は、上記いずれかの圧電アクチュエータを複数有し、
複数の前記圧電アクチュエータのうちの第１圧電アクチュエータに第１駆動信号を出力する第１駆動信号生成部と、
複数の前記圧電アクチュエータのうちの第２圧電アクチュエータに第２駆動信号を出力する第２駆動信号生成部とを備える。
【００２３】
また、例えば、前記第１駆動信号と前記第２駆動信号とは周波数が等しく、前記第１駆動信号と前記第２駆動信号との電圧レベルを異ならせることができることを特徴とするものであっても良い。
【００２４】
本発明に係るレンズ鏡筒（４）は、上記いずれかの圧電アクチュエータと、前記相対移動部材の相対移動に応じて移動するレンズとを備える。
【００２５】
また、例えば、前記レンズは、前記相対移動部材の移動と同一方向に移動することを特徴とするものであっても良い。
【００２６】
本発明に係る光学機器は、上記いずれかの圧電アクチュエータと、前記相対移動部材の相対移動に応じて移動する光学部材とを備える。
【００２７】
また、例えば、前記光学部材は、前記相対移動部材の移動と同一方向に移動することを特徴とするものであっても良い。
【００２８】
なお上述の説明では、本発明をわかりやすく説明するために実施形態を示す図面の符号に対応づけて説明したが、本発明は、これに限定されるものでない。後述の実施形態の構成を適宜改良してもよく、また、少なくとも一部を他の構成物に代替させてもよい。さらに、その配置について特に限定のない構成要件は、実施形態で開示した配置に限らず、その機能を達成できる位置に配置することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る圧電アクチュエータを有するレンズ鏡筒の要部断面図、
図２は、本発明の第１実施形態に係る圧電アクチュエータの断面図および要部平面図、
図３は、本発明の第１実施形態に係る圧電アクチュエータの分極方向と変位方向との関係を説明した模式図、
図４は、本発明の第１実施形態に係る圧電アクチュエータの駆動信号による制御の一例を表した模式図、
図５は、本発明の第２実施形態に係る圧電アクチュエータの要部平面図、
図６は、本発明の第２実施形態に係る圧電アクチュエータの駆動信号による制御の一例を表した模式図である。
図７は、本発明の第３実施形態に係る圧電アクチュエータを有するレンズ鏡筒の要部断面図である。
図８は、本発明の第３実施形態に係るレンズ鏡筒における、圧電アクチュエータの駆動装置の構成を示すブロック図である。
第１実施形態
【００３０】
以下、本発明にかかる圧電アクチュエータの実施形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３１】
図１は、本発明の第１実施形態に係る圧電アクチュエータ１０を説明する図であり、圧電アクチュエータ１０を組み込んだレンズ鏡筒４の光軸α方向に沿った断面図である。レンズ鏡筒４の中心部付近には、レンズ群６とＡＦ（オートフォーカス）調整レンズ８が配置されている。レンズ群６はレンズ保持枠１２に固定され、保持枠１２は、固定筒１６に対してレンズ群６の光軸α方向に移動自在に配置してある。ＡＦ調整用レンズ８は、ＡＦ環１４に固定されている。ＡＦ環１４は、固定筒１６に対して光軸α方向に移動可能に設置されている。圧電アクチュエータ１０は、ＡＦ環１４の外周側であり、かつ、固定筒１６の内周側の位置に取り付けられている。
【００３２】
圧電アクチュエータ１０の支持部２６は、固定筒１６の設置部１６ａにボルト１８ａによって固定されている。圧電アクチュエータ１０の出力棒２２は、その軸芯β方向が光軸αと略平行となるように、ＡＦ調整用レンズ８が搭載されたＡＦ環１４の光軸α方向の端部である接続部１４ａにボルト１８ｂにより固定されている。支持部２６に対して、出力棒２２が軸芯β方向に駆動されると、それにしたがってＡＦ環１４が光軸α方向に移動される。
【００３３】
図２（Ａ）は、第１実施形態の圧電アクチュエータ１０の拡大断面図である。本実施形態に係る圧電アクチュエータ１０は、支持部２６、駆動部２４、ブッシュ２８および出力棒２２を有しており、これらの各部材は、光軸αと略平行な軸芯βを中心として配置されている。圧電アクチュエータ１０を固定筒１６に固定するための支持部２６には、軸芯βに沿って隣接して駆動部２４が取り付けられている。支持部２６および駆動部２４は円環形状であり、中空部を出力棒２２が貫通している。出力棒２２は、ブッシュ２８の内径と略同一の直径を有する円柱形状であり、軸芯β方向に移動可能に設置されている。
【００３４】
支持部２６は、駆動部２４および出力棒２２を含む圧電アクチュエータ１０全体を支持しており、圧電アクチュエータ１０を固定筒１６に固定するためのネジ固定用の穴３０が２〜４箇所設けられている。支持部２６と出力棒２２との間に設けられたブッシュ２８は、出力棒２２を径方向に位置決めしつつ、軸芯β方向に低摩擦で移動させるための軸受けとして機能する。
【００３５】
出力棒２２は、駆動部２４によるクランプ動作と伸縮動作の繰り返しにより、軸芯β方向に直進駆動される。出力棒２２とクランプ用圧電素子３６，３８は、出力棒２２の外周面２２ａと、クランプ用圧電素子３６の内周面３６ａ，３８ａとが、圧電アクチュエータ１０への電圧制御により接触・離間するように位置決めされている。それに対して、出力棒２２と駆動用圧電素子４０，４２とは、圧電アクチュエータ１０への電圧制御にかかわらず、接触しないように設計されている。
【００３６】
圧電アクチュエータ１０の駆動部２４は、６枚の電極および４枚の圧電素子が、軸芯β方向に交互に積層された構成になっている。図２（Ｂ）に示すように、４枚の圧電素子３６〜４２は、円環形状であり、表裏とも表面に銀電極が形成されている。
【００３７】
図２（Ａ）に示すように、駆動部２４は、出力棒２２をクランプしたり、クランプから開放状態にしたりするクランプ用圧電素子部３２と、出力棒２２を軸方向に相対移動させる駆動用圧電素子部３４とから構成されており、それぞれ２枚の圧電素子を有する積層構造となっている。支持部２６に対して出力棒２２の軸芯βに沿って先端方向β１に向けて駆動用圧電素子部３４と、クランプ用圧電素子部３２が、この順序で配置してある。
【００３８】
クランプ用圧電素子部３２は、図２（Ａ）の矢印で示されるように、軸芯β方向両側に配された電極４６，５０から中央に配置された電極４８に向かう方向に分極処理が施されている圧電素子４８および圧電素子５０を有する。すなわち本実施形態において、クランプ用圧電素子部３２は、光軸αと略平行な軸芯βに沿って両方向（軸芯βの先端方向β１および基端方向β２）に分極されている。クランプ用圧電素子部３２の各圧電素子３６，３８は、電極４６，４８，５０と交互に接合され、分極方向が互いに向き合うように配列されている。
【００３９】
クランプ用圧電素子部３２の軸芯β方向中央部に配置された電極４８は、駆動装置５６の駆動信号生成部６０のＡ相駆動信号出力部と接続されており、Ａ相駆動信号が入力される。また、軸芯β方向両側に配された電極４６，５０は接地されている。
【００４０】
駆動用圧電素子部３４は、図２（Ａ）の矢印で示されるように、軸芯β方向中央部の電極５２から、両側に配置された電極５０，５４に向かう方向に分極処理が施されている。駆動用圧電素子部３４は、クランプ用圧電素子部３２の分極方向と略平行な方向に、すなわち光軸αと略平行な軸芯βに沿って両方向（軸芯βの先端方向β１および基端方向β２）に分極されている。駆動用圧電素子部３４の各圧電素子４０，４２は電極５０，５２，５４と交互に接合され、分極方向が互いに背中合わせによるように配置されている。
【００４１】
駆動用圧電素子部３４の軸芯β方向中央部に配置された電極５２は、駆動装置５６の駆動信号生成部６０のＢ相駆動信号出力部と接続されており、Ｂ相駆動信号が入力される。また、軸芯β方向両側に配された電極５０，５４は接地されている。本実施形態では、クランプ用圧電素子部３２と駆動用圧電素子部３４との接合部の電極は、一枚の共通電極５０で構成されている。
【００４２】
駆動装置５６は、圧電アクチュエータ１０を駆動するための駆動信号を生成して、圧電アクチュエータ１０の電極４８、５２へ出力する。駆動装置５６は、制御部５７、発振部５８、位置検出部５９、駆動信号生成部６０とから構成されている。
【００４３】
制御部５７は、発振部５８と駆動信号生成部６０を制御する。発振部５８は、制御部５７からの指令により、所定の一定周波数の駆動信号を発生する。駆動信号生成部６０は、発振部５８からの駆動信号を入力し、位相の異なる２つの駆動信号を生成して出力する。これらの2つの駆動信号は、位相は異なるが周波数は同一である。これらの２つの駆動信号を、本実施形態ではＡ相駆動信号、Ｂ相駆動信号と呼ぶ。Ａ相駆動信号は、圧電アクチュエータの電極４８に出力され、クランプ用圧電素子部３２を駆動するための駆動信号として用いられる。また、Ｂ相駆動信号は、圧電アクチュエータの電極５２に出力され、駆動用圧電素子部３４を駆動するための駆動信号として用いられる。
【００４４】
位置検出部５９は、リニア型エンコーダ（光学式エンコーダや磁気エンコーダ）等から構成され、出力棒２２の光軸α方向（あるいは軸芯β方向の位置）の位置や速度を検出する。検出信号は、制御部５７へ出力される。制御部５７は、その検出信号から、出力棒２２の位置情報と速度情報を得て、出力棒２２が目標位置に位置決めされるように駆動信号の出力を制御する。
【００４５】
図３（Ａ）は、クランプ用圧電素子部３２の一部を拡大したものであり、軸芯βを含む断面による断面図である。図３（Ａ）の矢印は、圧電素子３６の分極方向Ｐ１を表している。図３（Ｂ）に示すように、クランプ用圧電素子部３２の圧電素子３６に対して分極方向Ｐ１と対向する方向に電圧を印加すると、軸芯βを中心として分極方向Ｐ１と直交する方向である径方向外側（矢印ｒ１方向）に伸張する変位を発生する。すなわち、本実施形態におけるクランプ用圧電素子部３２は、主としてｄ３１の圧電効果を利用しており、クランプ用圧電素子部３２は、分極方向P１と平行な方向よりも分極方向Ｐ１と直交する方向に伸び縮みしやすい(すなわち、大きく変位する)性質を有している。
【００４６】
クランプ用圧電素子部３２の中空部の直径は、前記圧電効果によって、出力棒２２の直径と同等もしくは未満の直径ｄ１から、出力棒２２の直径を上回る直径ｄ２まで変化するように設計されている。
【００４７】
図３（Ｃ）は、駆動用圧電素子部３４の一部を拡大したものであり、軸芯βを含む断面による断面図である。図３（Ｃ）の矢印は、図３（Ａ）と同様に、圧電素子４０の分極方向Ｐ２を表している。図３（Ｄ）に示すように、駆動用圧電素子部３４に対して分極方向Ｐ２と一致する方向に電圧を印加すると、軸芯β方向に伸張する変位を発生する。すなわち、本実施形態における駆動用圧電素子部３４は、主としてｄ３３の圧電効果を利用しており、駆動用圧電素子部３４は、分極方向P２と直交する方向よりも分極方向P２と平行な方向に伸び縮みしやすい(すなわち、大きく変位する)性質を有している。
【００４８】
図４は、第１実施形態に係る圧電アクチュエータ１０の駆動原理を説明する図である。圧電アクチュエータ１０は、駆動装置５６からの位相の異なる２つの駆動信号であるＡ相駆動信号、Ｂ相駆動信号によって、以下のように駆動される。各圧電素子部に入力される駆動信号および、出力棒２２の動きを各ステップ（Ａ）〜（Ｅ）にて説明する。各ステップ（Ａ）〜（Ｅ）は、図４（Ａ）〜図４（Ｅ）に対応する。
【００４９】
ステップ（Ａ）：
図４（Ａ）に示すように、Ａ相駆動信号６２は低レベルの電圧値Ｌ(０Ｖ)の状態、Ｂ相駆動信号６４は低レベルの電圧値Ｌ（０Ｖ）の状態であり、ともに初期状態である。Ａ相駆動信号６２が印加されるクランプ用圧電素子部３２は、径方向内側（矢印ｒ２方向）に変位し、出力棒２２をクランプした状態となっている。Ｂ相駆動信号６４が加わる駆動用圧電素子部３４は、変位が発生していない状態となっている。従って、出力棒２２の先端は、クランプ用圧電素子部によって固定された状態で、駆動されておらず、初期位置Ｘ０に留まっている。時刻Ｔ０から時刻Ｔ１までの間、図４（Ａ）に示す状態が続く。
【００５０】
ステップ（Ｂ）：
図４（Ａ）の状態の後、図４（Ｂ）に示すように、Ａ相駆動信号６２は低レベルの電圧値Ｌ(０Ｖ)の状態であるが、Ｂ相駆動信号６４は高レベルの電圧値Ｈ（正の所定電圧値）の状態となる。Ａ相駆動信号６２が加わるクランプ用圧電素子部３２は、径方向内側（矢印ｒ２方向）に変位した状態であり、出力棒２２をクランプした状態となっている。Ｂ相駆動信号６４が加わる駆動用圧電素子部３４は、支持部２６に対して伸び方向（軸芯βの先端方向である矢印β１方向）に変位が発生した状態となる。従って、出力棒２２の先端は、駆動用圧電素子部３４が伸びた変位分だけ直進方向（矢印β１方向）に動き、位置Ｘ１まで移動する。時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの間、図４（Ｂ）に示す状態が続く。
【００５１】
ステップ（Ｃ）：
図４（Ｂ）の状態の後、図４（Ｃ）に示すように、Ａ相駆動信号６２は高レベルの電圧値Ｈ(正の所定電圧値)の状態、Ｂ相駆動信号６４は高レベルの電圧値Ｈ（正の所定電圧値）の状態となる。Ａ相駆動信号６２が加わるクランプ用圧電素子部３２は、径方向外側ｒ１（矢印ｒ２方向）に変位するため、出力棒２２をクランプしない状態となる。Ｂ相駆動信号６４が加わる駆動用圧電素子３４は、前記伸び方向（矢印β１方向）に変位が発生したままの状態となる。 従って、出力棒２２の先端は、ステップ（Ｂ）の位置Ｘ１のままとなる。時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までの間、図４（Ｃ）に示す状態が続く。
【００５２】
ステップ（Ｄ）：
図４（Ｃ）の状態の後、図４（Ｄ）に示すように、Ａ相駆動信号６２は高レベルの電圧値Ｈ(正の所定電圧値)の状態となり、Ｂ相駆動信号６４は低レベルの電圧値Ｌ（０Ｖ）の状態となる。Ａ相駆動信号６２が加わるクランプ用圧電素子部３２は、径方向外側（矢印ｒ１方向）に変位した状態であるため、出力棒２２をクランプしない状態のままである。Ｂ相駆動信号６４が加わる駆動用圧電素子部３４は、縮んで、伸び方向の変位が発生していない状態に戻り、Ｂ軸芯方向長さが初期状態となる。出力棒２２の先端は、ステップ（Ｂ）および（Ｃ）と同様に、位置Ｘ１のままである。時刻Ｔ３から時刻Ｔ４までの間、図４（Ｄ）に示す状態が続く。
【００５３】
ステップ（Ｅ）：
図４（Ｄ）の状態の後、図４（Ｅ）に示すように、Ａ相駆動信号６２は低レベルの電圧値Ｌ(０Ｖ)、Ｂ相駆動信号６４は低レベルの電圧値Ｌ（０Ｖ）の状態となる。Ａ相駆動信号６２が加わるクランプ用圧電素子部３２は、径方向内側（矢印ｒ２方向）に変位し、出力棒２２をクランプした状態となる。Ｂ相駆動信号６４が加わる駆動用圧電素子部３４は、伸び方向の変位が発生していない状態のままである。したがって、出力棒２２の先端は、ステップ（Ｂ）,（Ｃ）および(Ｄ）における位置Ｘ１のままである。時刻Ｔ４から時刻Ｔ５までの間、図４（Ｅ）に示す状態が続く。時刻Ｔ５になると、再び図４（Ａ）に示すステップ（Ａ）の状態となり、以上のステップ（Ａ）から（Ｅ）の動作が繰り返される。以上のように、ステップ（Ａ）〜（Ｅ）の繰り返しにより、出力棒２２は直進方向（矢印β１方向）に順次駆動される。
【００５４】
なお、本実施形態では、クランプ用圧電素子３２は非駆動時において、常に出力棒２２を保持している状態となる。レンズ鏡筒４の分解・組み立て時等には、クランプ用圧電素子部３２に正電圧を印加して、内周を広げた状態とし、出力棒２２を駆動部２４に対して脱着すれば良い。また、駆動信号６２,６４の低レベル電圧値Ｌとしては０Ｖに限られず、高レベル電圧値Ｈより低い所定の電圧値に設定しても良い。
【００５５】
圧電アクチュエータ１０の逆方向（軸芯βの基端方向β２）への駆動は、前記直進方向（矢印β１方向）への移動の際のステップ（Ａ）→（Ｂ）→（Ｃ）→（Ｄ）→（Ｅ）と逆順のステップ（Ｅ）→（Ｄ）→（Ｃ）→（Ｂ）→（Ａ）とすればよい。以上のステップ（Ｅ）〜（Ａ）の繰り返しにより、出力棒２２は逆方向（矢印β２方向）に順次駆動される。
【００５６】
駆動ステップの時間間隔は、圧電アクチュエータ１０が適用される装置によって調整すれば良く、特に限定されない。しかし、ステップ（Ａ）〜（Ｅ）を１周期とする時間Ｔ０〜Ｔ５の区間を、２０ｋＨｚ以上の超音波領域の周波数で駆動することによって、各圧電素子の動きによる可聴音が抑制され、極めて静かな駆動が可能となる。
【００５７】
また、出力棒２２を重力方向等へ駆動させる場合にも、ステップ（Ａ）〜（Ｅ）を、２０ｋＨｚ以上の超音波領域の周波数で駆動することが好ましい。前記周波数で駆動することによって、出力棒２２の重力に対する応答よりも、圧電アクチュエータ１０の駆動部２４への応答が極めて大きくなる。したがって、例えばステップ（Ｃ）,（Ｄ）時のように出力棒２２がクランプされていない状態においても、重力による駆動への影響をほぼなくすことができる。
【００５８】
本実施形態では、クランプ用圧電素子３６，３８および駆動用圧電素子４０，４２とも円環型形状で、それぞれを積層させて一体化させた形状にしたため、従来よりも構造が簡単で、小型化することができる。また、各圧電素子の各電極が平行に配置されるために、配線が単純で小型化が容易である。さらに、前記一体化させた形状により、支持部２６と圧電素子との接合点が少なく、極めて精度良く組み立てることができる上、高精度の位置制御を実現することができる。
【００５９】
本実施形態では、説明を簡単にするため、クランプ用圧電素子部３２および駆動用圧電素子部３４を、圧電素子が２層の積層としたが、３層、４層、５層・・・と多層にすることも可能である。各圧電素子部を多層にした方が、駆動の際に必要な電圧を下げることができる。
【００６０】
本実施形態に用いる圧電素子としては、特に限定されないが、圧電定数ｄ３１、ｄ３３が大きいＰＺＴなどの圧電素子が好適である。
【００６１】
本実施形態では、円環型圧電素子の内周部３２ａを用いて、出力棒２２を外周面２２ａと面接触することによってクランプするため、クランプ力が安定し、これにより、駆動方向に大きな力を与えても、クランプ部が出力棒２２の外周面２２ａに対して滑ることがなくなり、大きな駆動力を与えることができる。
【００６２】
また本実施形態の圧電アクチュエータ１０を有するレンズ鏡筒４は、圧電アクチュエータ１０からＡＦレンズ環１４へダイレクトで駆動力を伝達して直進運動させるために、ヘリコイド機構により振動モータの回転運動を直進運動へ変換する従来のレンズ鏡筒に比べて、駆動力の変換による損失が少なくなり、システムとしての効率が向上する。
【００６３】
なお、本実施形態では、圧電アクチュエータ１０をレンズ鏡筒４に適用したが、圧電アクチュエータ１０の適用対象はこれに限られず、圧電アクチュエータを他の光学機器またはその部品に適用してもよい。
第２実施形態
【００６４】
図５は、第２実施形態に係る圧電アクチュエータ１０'の拡大断面図である。駆動部２４'は、６枚の圧電素子が軸芯β方向に積層された構成になっている。駆動部２４'は、出力棒２２をクランプしたり、クランプから開放状態にしたりする第１クランプ用圧電素子部３１および第２クランプ用圧電素子部３５と、軸芯β方向に伸縮して出力棒２２を移動させる駆動用圧電素子部３３とから構成されていて、それぞれ圧電素子が２枚からなる積層構造となっている。後に詳述するが、第２実施形態では、クランプ用圧電素子部を２種類具備することによって、常に出力棒２２をクランプした状態で駆動することができる。駆動部２４'およびこれに関連する駆動装置５６'、駆動信号生成部６０’および駆動信号以外のその他の構成は、第１実施形態に係る圧電アクチュエータ１０と同様である。
【００６５】
駆動部２４'の６枚の圧電素子７０〜８０は、円環形状であり、表裏とも表面に銀電極が形成されている。また、各圧電素子７０〜８０は、図５の矢印で示す方向に分極処理が施されている。
【００６６】
すなわち第１クランプ用圧電素子部３１の各圧電素子７０，７２は、軸芯β方向両側の電極８４, ８８から中央に配置された電極８６に向かう方向に分極処理が施されている。また、第２クランプ用圧電素子部３５の各圧電素子７８，８０についても、第１クランプ用圧電素子部３１と同様に、軸芯β方向両側の電極９２, ９６から中央に配置された電極９４に向かう方向に分極処理が施されている。それに対して、駆動用圧電素子部３３の各圧電素子７４，７６は、軸芯β方向中央に配置された電極９０から、両側に配置された電極８８，９２に向かう方向に分極処理が施されている。
【００６７】
駆動装置５６'は、制御部５７、発振部５８、位置検出部５９、駆動信号生成部６０’から構成されており、制御部５７、発振部５８、位置検出部５９は、第１の実施形態と同様のものである。駆動信号生成部６０’は、発振部５８からの所定の一定周波数の駆動信号を入力し、位相の異なる３つの駆動信号を生成して出力する。これらの３つの駆動信号は、位相は異なるが周波数は同一である。これらの３つの駆動信号を、本実施形態ではA相駆動信号、B相駆動信号、C相駆動信号と呼ぶ。
【００６８】
また、第１クランプ用圧電素子部３１の軸芯β方向中央部に配置された電極８６には、駆動信号生成部６０’からのＡ相駆動信号が入力されている。駆動用圧電素子部３３の軸芯β方向中央部に配置された電極９０には駆動信号生成部６０’からのＢ相駆動信号が入力されている。第２クランプ用圧電素子部３５の軸芯β方向中央部に配置された電極９４には駆動信号生成部６０’からのＣ相駆動信号が入力されている。また、各圧電素子部３１，３３，３５の軸芯β方向両側に配された電極８４，８８，９２，９６は接地されている。
【００６９】
図６は、第２実施形態に係る圧電アクチュエータ１０’の駆動原理を説明する図である。各圧電素子部に印加される駆動信号および、出力棒２２の動きを各ステップ（Ａ）〜（Ｅ）にて説明する。各ステップ（Ａ）〜（Ｅ）は、図６（Ａ）〜図６（Ｅ）に対応する。
【００７０】
ステップ（Ａ）：
図６（Ａ）に示すように、Ａ相駆動信号６１は低レベル電圧値Ｌ(０Ｖ)の状態、Ｂ相駆動信号６３は低レベル電圧値Ｌ（０Ｖ）の状態、Ｃ相駆動信号６５は高レベル電圧値Ｈ(正の所定電圧値)の状態である。Ａ相駆動信号６１が加わる第１クランプ用圧電素子部３１は、径方向内側（矢印ｒ２方向）に変位し、出力棒２２をクランプした状態となっている。Ｂ相駆動信号６３が加わる駆動用圧電素子部３３は、変位が発生していない状態となっている。Ｃ相駆動信号６５が加わる第２クランプ用圧電素子３５は、径方向外側（矢印ｒ１方向）に変位するため、出力棒２２をクランプしない状態となる。出力棒２２は、第１クランプ用圧電素子部３３に固定された状態で、駆動されておらず、初期位置Ｘ０に留まっている。時刻Ｔ０から時刻Ｔ１までの間、図６（Ａ）に示す状態が続く。
【００７１】
ステップ（Ｂ）：
図６（Ａ）の状態の後、図６（Ｂ）に示すように、Ａ相駆動信号６１は低レベル電圧値Ｌ(０Ｖ) の状態、Ｂ相駆動信号６３は高レベル電圧値Ｈ（正の所定電圧値）の状態、Ｃ相駆動信号６５は高レベル電圧値Ｈ(正の所定電圧値) の状態となる。Ａ相駆動信号６１が加わる第１クランプ用圧電素子部３１は、径方向内側（矢印ｒ２方向）に変位した状態となっており、出力棒２２をクランプした状態となっている。Ｂ相駆動信号６３が加わる駆動用圧電素子部３３は、支持部２６に対して伸び方向（矢印β１方向）に変位が発生した状態となる。Ｃ相駆動信号６５が加わる第２クランプ用圧電素子部３５は、径方向外側（矢印ｒ１方向）に変位したままであるため、出力棒２２をクランプしない状態である。従って、出力棒２２は、駆動用圧電素子部３３が伸びた変位分だけ直進方向（矢印β１方向）に動き、位置Ｘ１まで移動する。時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの間、図６（Ｂ）に示す状態が続く。
【００７２】
ステップ（Ｃ）：
図６（Ｂ）の状態の後、図６（Ｃ）に示すように、Ａ相駆動信号６１は高レベル電圧値Ｈ(正の所定電圧値) の状態、Ｂ相駆動信号６３は高レベル電圧値Ｈ（正の所定電圧値）の状態となり、Ｃ相駆動信号６５は低レベル電圧値Ｌ（０Ｖ）の状態となる。Ａ相駆動信号６１が加わる第１クランプ用圧電素子部３１は、径方向外側（矢印ｒ１方向）に変位するため、出力棒２２をクランプしない状態となる。Ｂ相駆動信号６３が加わる駆動用圧電素子部３３は、前記伸び方向（矢印β１方向）に変位が発生したままの状態である。Ｃ相駆動信号６５が加わる第２クランプ用圧電素子部３５は、径方向内側（矢印ｒ２方向）に変位し、出力棒２２をクランプした状態となる。従って、出力棒２２は、ステップ（Ｂ）の位置Ｘ１のままとなる。時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までの間、図６（Ｃ）に示す状態が続く。
【００７３】
ステップ（Ｄ）：
図６（Ｃ）の状態の後、図６（Ｄ）に示すように、Ａ相駆動信号６１は高レベル電圧値Ｈ(正の所定電圧値) の状態となり、Ｂ相駆動信号６３は低レベル電圧値Ｌ（０Ｖ）の状態、Ｃ相駆動信号６５は低レベル電圧値Ｌ（０Ｖ）の状態となる。Ａ相駆動信号６１が加わるクランプ用圧電素子部３１は、径方向外側（矢印ｒ１方向）に変位した状態であるため、出力棒２２をクランプしない状態である。Ｂ相駆動信号６３が加わる駆動用圧電素子部３３は、縮んで、伸び方向の変位が発生していない状態に戻り、軸芯β方向の長さが初期の状態となる。Ｃ相駆動信号６５が加わる第２クランプ用圧電素子部３５は、径方向内側（矢印ｒ２方向）に変位した状態であり、出力棒２２をクランプした状態となっている。出力棒２２は、ステップ（Ｂ）および（Ｃ）と同様に、位置Ｘ１のままである。時刻Ｔ３から時刻Ｔ４までの間、図６（Ｄ）に示す状態が続く。
【００７４】
ステップ（Ｅ）：
図６（Ｄ）の状態の後、図６（Ｅ）に示すように、Ａ相駆動信号６１は低レベル電圧値Ｌ(０Ｖ) の状態、Ｂ相駆動信号６３は低レベル電圧値Ｌ（０Ｖ）の状態となり、Ｃ相駆動信号６５は高レベル電圧値Ｈ(正の所定電圧値) の状態となる。Ａ相駆動信号６１が加わる第１クランプ用圧電素子部３１は、径方向内側（矢印ｒ２方向）に変位し、出力棒２２をクランプした状態となる。Ｂ相駆動信号６３が加わる駆動用圧電素子部３３は、伸び方向の変位が発生していない状態となる。Ｃ相駆動信号６５が加わる第２クランプ用圧電素子部３５は、径方向外側（矢印ｒ１方向）に変位するため、出力棒２２をクランプしない状態となる。出力棒２２は、ステップ（Ｂ）,（Ｃ）および(Ｄ)における位置Ｘ１のままである。時刻Ｔ４から時刻Ｔ５までの間、図６（Ｅ）に示す状態が続く。時刻Ｔ５になると、再び図６（Ａ）に示すステップ（Ａ）の状態となり、以上のステップ（Ａ）から（Ｅ）の動作が繰り返される。以上のようなステップ（Ａ）〜（Ｅ）の繰り返しにより、出力棒２２は直進方向（矢印β１方向）に順次駆動される。
【００７５】
また、逆方向（軸芯βの基端方向β２）への駆動は、第１実施形態の場合と同様に、直進方向への移動の際のステップ（Ａ）→（Ｂ）→（Ｃ）→（Ｄ）→（Ｅ）と逆順のステップ（Ｅ）→（Ｄ）→（Ｃ）→（Ｂ）→（Ａ）とすればよい。
【００７６】
第２実施形態では、出力棒２２が、常に第１クランプ用圧電素子部３３もしくは第２クランプ用圧電素子部３７によって固定されているために、駆動のステップ（Ａ）〜（Ｅ）の周期が長くても、すなわちステップの切り替えの周波数が低くても重力等の外力の影響を除外することができる。したがって、第２実施形態に係る圧電アクチュエータ１０’は、重力等の外力の影響が大きい場合にも、出力棒２２を精度よく位置制御することが可能である。
第３実施形態
【００７７】
上記の２つの実施形態では、１つの圧電アクチュエータを用いて１群のＡＦレンズを駆動する構成について説明した。しかしながら、バリフォーカルレンズのような焦点距離が可変できる光学系を有するレンズ鏡筒においては、焦点距離を変えたときに、焦点位置が変化してしまうものがある。このようなバリフォーカルレンズでは、２群以上のＡＦレンズを駆動する構成とするのが好ましい。１群のＡＦレンズのみを駆動する構成とすると、光学系が複雑になり、レンズ鏡筒の長さが長くなるからである。
【００７８】
図７は、本発明の第３の実施形態に係る圧電アクチュエータを有するレンズ鏡筒の要部断面図である。本実施形態のレンズ鏡筒１０４には、３個の圧電アクチュエータ１０ａ〜１０ｃが設けられている。
【００７９】
レンズ鏡筒１０４には、レンズ群１０６、第１ＡＦ（オートフォーカス）調整レンズ８ａ、第２ＡＦ調整レンズ８ｂ、焦点距離可変用レンズ１０２が配置されている。レンズ群１０６はレンズ保持枠１１２に固定され、保持枠１２は、固定筒１１６に対してレンズ群１０６の光軸α方向に移動自在に配置されている。ＡＦ調整用レンズ８ａ、８ｂは、それぞれＡＦ環１１４ａ、１１４ｂに固定されている。ＡＦ環１１４ａ、１１４ｂは、それぞれ固定筒１１６に対して光軸α方向に移動可能に設置されている。焦点距離可変用レンズ１０２は、焦点距離可変環１０１に固定されており、焦点距離可変環１０１は、固定筒１１６に対して光軸α方向に移動可能に設置されている。圧電アクチュエータ１０ａ、１０ｂ、１０ｃはそれぞれ、第１実施形態の圧電アクチュエータ１０と同様のものであり、それぞれＡＦ環１１４ａ、１１４ｂ、焦点距離可変環１０１の外周側であり、かつ、固定筒１１６の内周側の位置に取り付けられている。
【００８０】
第１圧電アクチュエータ１０ａは、レンズ鏡筒１０４の固定筒１１６にネジにより固定されている。第１圧電アクチュエータ１０ａの出力棒２２ａは、第１ＡＦ調整用レンズ８ａが搭載されたＡＦ環１１４ａの一部にネジで固定されており、出力棒２２ａが光軸α方向に駆動されると、第１ＡＦ調整用レンズ８ａが光軸α方向に駆動される。
【００８１】
同様に、第２圧電アクチュエータ１０ｂも、レンズ鏡筒１０４の固定筒１１６にネジにより固定されている。第２圧電アクチュエータ１０ｂの出力棒２２ｂは、第２ＡＦ調整用レンズ８ｂが搭載されたＡＦ環１１４ｂの一部にネジで固定されており、出力棒２２ｂが光軸α方向に駆動されると、第２ＡＦ調整用レンズ８ｂが光軸α方向に駆動される。
【００８２】
同様に、第３圧電アクチュエータ１０ｃも、レンズ鏡筒１０４の固定筒１１６にネジにより固定されている。第３圧電アクチュエータ１０ｃの出力棒２２ｃは、焦点距離可変環１０１の一部にネジで固定されており、出力棒２２ｃが光軸α方向に駆動されると、焦点距離可変レンズ群８ｃが光軸α方向に駆動される。
【００８３】
図８は、第３の実施形態のレンズ鏡筒における、レンズ鏡筒内に設けられる圧電アクチュエータの駆動装置の構成を示すブロック図である。
【００８４】
駆動装置は、圧電アクチュエータ１０ａ、１０ｂ、１０ｃを駆動するための駆動信号を生成して、圧電アクチュエータ１０ａ、１０ｂ、１０ｃに出力する。発振部１５８は、制御部１５７の指令により、所定の一定周波数の駆動信号を発生する。
【００８５】
第１駆動信号生成部６０ａは、発振部１５７からの駆動信号を位相の異なる２つの駆動信号に分けて出力する。第１増幅部１０５ａは、第１駆動信号生成部６０ａから出力される２つの駆動信号をそれぞれ増幅して出力する。すなわち、２つの駆動信号の電圧値が所望の電圧値となるように、２つの駆動信号を昇圧する。
【００８６】
第１実施形態で説明したように、このようにして生成された２つの駆動信号（Ａ相駆動信号、Ｂ相駆動信号）はそれぞれ、第１圧電アクチュエータ１０ａのクランプ用圧電素子（図２のクランプ用圧電素子部３２に対応）、駆動用圧電素子（図２の駆動用圧電素子部３４に対応）を駆動するための駆動信号として用いられる。そして、制御部１５７からの駆動指令を基にして第１圧電アクチュエータ１０ａの駆動が制御される。
【００８７】
第１位置検出部５９ａは、リニア型エンコーダ（光学式エンコーダや磁気エンコーダ）等から構成され、出力棒２２ａの光軸α方向の位置や速度を検出する。検出信号は、制御部１５７、第１駆動信号生成部６０ａへ出力される。第１駆動信号生成部６０ａは、その検出信号から、出力棒２２ａの位置情報と速度情報を得て、出力棒２２ａが目標位置に位置決めされるように駆動信号の出力を制御する。
【００８８】
同様にして、第２駆動信号生成部６０ｂも、発振部１５８からの駆動信号を、位相の異なる２つの駆動信号に分け、それぞれの駆動信号を第２圧電アクチュエータ１０ｂのクランプ用圧電素子と駆動用圧電素子へ出力し、第２圧電アクチュエータ１０ｂの駆動を制御する。第２増幅部１０５ｂ、第２位置検出部５９ｂは、第１増幅部１０５ａ、第１位置検出部５９ａと同様のものである。第２増幅部１０５ｂは、第２駆動信号生成部６０ｂからの２つの駆動信号を増幅して出力し、第２位置検出部５９ｂは、圧電アクチュエータ１０ｂの出力棒２２ｂの光軸α方向の位置や速度を検出し、検出信号を制御部１５７、第２駆動信号生成部６０ｂへ出力する。第２駆動信号生成部６０ｂは、その検出信号から、出力棒２２ｂの位置情報と速度情報を得て、出力棒２２ｂが目標位置に位置決めされるように駆動信号の出力を制御する。
【００８９】
同様にして、第３駆動信号生成部６０ｃも、発振部１５８からの駆動信号を、位相の異なる２つの駆動信号に分け、それぞれの駆動信号を第３圧電アクチュエータ１０ｃのクランプ用圧電素子と駆動用圧電素子へ出力し、第２圧電アクチュエータ１０ｃの駆動を制御する。第３増幅部１０５ｃ、第３位置検出部５９ｃは、第１増幅部１０５ａ、第１検出部５９ａと同様のものである。第３増幅部１０５ｃは、第３駆動信号生成部６０ｃからの２つの駆動信号を増幅して出力し、第３位置検出部５９ｃは、圧電アクチュエータ１０ｃの出力棒２２ｃの光軸α方向の位置や速度を検出し、検出信号を制御部１５７、第３駆動信号生成部６０ｃへ出力する。第３駆動信号生成部６０ｃは、その検出信号から、出力棒２２ｃの位置情報と速度情報を得て、出力棒２２ｃが目標位置に位置決めされるように駆動信号の出力を制御する。
【００９０】
以下、本実施形態の圧電アクチュエータの動作の説明をする。
【００９１】
まず、カメラボディ側から制御部１５７に駆動指令が伝達され、第１駆動信号生成部６０ａ、第２駆動信号生成部６０ｂ、第３駆動信号生成部６０ｃにそれぞれの圧電アクチュエータ１０ａ、１０ｂ、１０ｃの目標駆動量が指示される。具体的には、制御部１５７に伝達される焦点距離可変用レンズ１０２の駆動量（すなわち第３圧電アクチュエータ１０ｃの駆動量）を基にして、制御部１５７は、第１ＡＦレンズ８ａの駆動量（すなわち、第１圧電アクチュエータ１０ａの駆動量）と第２ＡＦレンズ８ｂの駆動量（すなわち、第２圧電アクチュエータ１０ｂの駆動量）を求める。そして、制御部１５７は、求めた各圧電アクチュエータの駆動量を、対応する駆動信号生成部６０ａ〜６０ｃに伝達する。
【００９２】
発振部１５８から駆動信号の原信号が出力され、その駆動信号は第１駆動信号生成部６０ａ、第２駆動信号生成部６０ｂ、第３駆動信号生成部６０ｃにそれぞれ入力される。そして、第１駆動信号生成部６０ａ、第２駆動信号生成部６０ｂ、第３駆動信号生成部６０ｃのそれぞれは、入力した駆動信号から位相の異なる２つの駆動信号を生成して、第１増幅部１０５ａ、第２増幅部１０５ｂ、第３増幅部１０５ｃに出力する。それぞれの２つの駆動信号は、第１増幅部１０５ａ、第２増幅部１０５ｂ、第３増幅部１０５ｃによって所定の電圧値となるように増幅され、対応する各圧電アクチュエータ（１０ａ〜１０ｃ）に出力される。そして、圧電アクチュエータ１０ａ〜１０ｃが駆動される。
【００９３】
圧電アクチュエータ１０ａ〜１０ｃのそれぞれの出力棒２２ａ〜２２ｃが駆動されると、第１位置検出部５９ａ、第２位置検出部５９ｂ、第３位置検出部５９ｃからの出力信号が、それぞれ第１駆動信号生成部６０ａ、第２駆動信号生成部６０ｂ、第３駆動信号生成部６０ｃに入力される。第１駆動信号生成部６０ａ、第２駆動信号生成部６０ｂ、第３駆動信号生成部６０ｃは、それぞれ入力された検出信号を基にして出力棒２２ａ〜２２ｃの現在の位置情報と現在の速度情報を得る。そして、それらの位置情報、速度情報と目標位置情報とから、それぞれ第１圧電アクチュエータ１０ａ、第２圧電アクチュエータ１０ｂ、第３圧電アクチュエータ１０ｃの駆動量を制御する。そして、出力棒２２ａ〜２２ｃが目標位置に到達したと判断されたら駆動信号の出力を止める。駆動信号の停止のタイミングは、それぞれの圧電アクチュエータ１０ａ〜１０ｃの駆動量により異なり、それぞれ第１駆動信号生成部６０ａ、第２駆動信号生成部６０ｂ、第３駆動信号生成部６０ｃによって決定される。
【００９４】
第１駆動信号生成部６０ａ、第２駆動信号生成部６０ｂ、第３駆動信号生成部６０ｃは、それぞれ、対応する圧電アクチュエータの駆動を停止したら、駆動制御が終了したことを示す情報を制御部１５７に伝達する。制御部１５７は、第１駆動信号生成部６０ａ、第２駆動信号生成部６０ｂ、第３駆動信号生成部６０ｃのすべてから、駆動制御が終了したことを示す情報を受けとると、すべての圧電アクチュエータの出力棒が目標位置に到達したと判断し、発振部１５８に対して、駆動信号の発生を停止する指令を出力する。
【００９５】
本実施形態では、第１駆動信号生成部６０ａ、第２駆動信号生成部６０ｂ、第３駆動信号生成部６０ｃから出力される駆動信号の周波数は同一でよい。各出力棒の駆動速度を変える場合は、駆動信号の周波数を変化させなくとも、駆動信号の電圧値を変えることで対応できるからである。駆動信号の電圧値を高くすれば、１周期内での圧電素子の変位量が大きくなり、１周期内出力棒の変位を大きくすることができる。したがって、所定時間内での変位を大きくでき、駆動速度を大きくすることができる。駆動信号の電圧値を高くするには、第１増幅部１０５ａ、第２増幅部１０５ｂ、第３増幅部１０５ｃでの増幅率を高くすればよい。
【００９６】
第１増幅部１０５ａ、第２増幅部１０５ｂ、第３増幅部１０５ｃは、それぞれ独立して増幅率を設定することができる。たとえば、第１圧電アクチュエータ１０ａよりも第２圧電アクチュエータ１０ｂの駆動量が大きい場合、同じ時間内で駆動を終了させるためには、第２圧電アクチュエータ１０ｂの駆動信号の電圧値を大きくすればよい。すなわち、第２増幅部１０５ｂの増幅率を、第１増幅部１０５ａより高くすればよい。このような増幅率の設定の変更は、それぞれの増幅部１０５ａ〜１０５ｃに対応する各駆動信号生成部６０ａ〜６０ｃにより行われる。また、駆動信号の電圧値の変更は、各駆動信号生成部６０ａ〜６０ｃが、出力する電圧値を変更することでも行うことができる。
【００９７】
以上のような本実施形態の圧電アクチュエータは小型であるため、複数の圧電アクチュエータを搭載する必要があるバリフォーカルレンズのレンズ鏡筒にも搭載することが容易である。そして、複数の圧電アクチュエータを制御することにより、焦点距離可変用レンズの駆動とＡＦ調整用レンズの駆動とを同時に行うことができる。また、本実施形態の圧電アクチュエータは、従来の振動アクチュエータよりも個体差を小さくすることができるため、本実施形態のように、各圧電アクチュエータの駆動信号を共通化することができる。
【００９８】
本実施形態の圧電アクチュエータは、直流モータと比べて、起動時の駆動電流が小さい。したがって、直流モータを複数用いた場合、起動時の電流が大きいことへの対策として、電力容量を増やしたり、同時起動を避ける等が必要となるが、本実施形態では、そのような対策は不要である。
【００９９】
また、本実施形態の圧電アクチュエータは、ステッピングモータと比べて制御が容易である。ステッピングモータの場合、高速で駆動する場合には、慣性を考慮した特殊な制御が必要となり、制御が複雑となる。また、速度制御も難しい。本実施形態の圧電アクチュエータは、簡単な制御で高精度な駆動が可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る圧電アクチュエータを有するレンズ鏡筒の要部断面図である。
【図２】図２は、本発明の第１実施形態に係る圧電アクチュエータの断面図および要部平面図である。
【図３】図３は、本発明の第１実施形態に係る圧電アクチュエータの分極方向と変位方向との関係を説明した模式図である。
【図４】図４は、本発明の第１実施形態に係る圧電アクチュエータの駆動信号による制御の一例を表した模式図である。
【図５】図５は、本発明の第２実施形態に係る圧電アクチュエータの要部平面図である。
【図６】図６は、本発明の第２実施形態に係る圧電アクチュエータの駆動信号による制御の一例を表した模式図である。
【図７】図７は、本発明の第３実施形態に係る圧電アクチュエータを有するレンズ鏡筒の要部断面図である。
【図８】図８は、本発明の第３実施形態に係るレンズ鏡筒における、圧電アクチュエータの駆動装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【０１０１】
１０、１０’、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ…  圧電アクチュエータ
２２、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ…  出力棒
２６…  支持部
３２、３５…  クランプ用圧電素子部
３３、３４…  駆動用圧電素子部
【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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