(57)【要約】【課題】圧電素子の温度上昇による該圧電素子の消費電流の増加を防止し、圧電素子の破壊や電源の大型化を防止することのできる駆動装置を提供する。【解決手段】電源Ｖｐと駆動回路部２２１との間に、電流制限回路部２２２１ａとコンデンサＣとを備える供給電流安定化回路部２２２１を設けた。供給電流安定化回路部２２２１において、圧電素子２８の温度が上昇し、圧電素子２８の平均消費電流ＩＳＡＶが上限値ＩＬＭを超えると、電流制限回路部２２２１ａから供給される電流ＩＬＭより大きな電流がコンデンサＣから圧電素子２８に流れ、コンデンサＣの電圧ＶＣが低下する。この電圧ＶＣの低下にともなって、圧電素子２８の消費電流も小さくなり、圧電素子２８の平均消費電流ＩＳＡＶが上限値ＩＬＭとなる状態（コンデンサＣからの供給電流はゼロ）に速やかに収束する。【選択図】　　　図７
2004056914.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動電圧が印加されることにより伸縮する電気機械変換素子と、
上限値を所定値に制限して出力端子から電流を出力する供給電流制限回路と、
前記出力端子に接続されるコンデンサと、
前記出力端子に生じる電圧を前記電気機械変換素子に印加させて、該電気機械変換素子を駆動する駆動回路とを備えることを特徴とする駆動装置。
【請求項２】
前記駆動回路は、直列に接続された第１及び第２スイッチと、直列に接続された第３及び第４スイッチとを備え、前記電気機械変換素子は、前記第１及び第２スイッチの接続点と前記第３及び第４スイッチの接続点との間に接続され、前記第１及び第３スイッチと前記第２及び第４スイッチとが交互にオンオフすることにより、前記駆動電圧は、極性を繰り返し反転して前記電気機械変換素子に印加されることを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
【請求項３】
前記電気機械変換素子は、所定の厚みを有する複数枚の圧電基板を該各圧電基板間に電極を介して積層した圧電素子であることを特徴とする請求項１または２に記載の駆動装置。
【請求項４】
レンズと、前記レンズを所定の方向に駆動するための請求項１ないし３のいずれかに記載の駆動装置と、前記電気機械変換素子の駆動力を前記レンズに伝達するための駆動力伝達部材とを備えるレンズユニット。
【請求項５】
被写体の光像を撮影する撮影手段と、請求項１ないし３のいずれかに記載の駆動装置により駆動されるレンズを含み、前記撮影手段に前記被写体の光像を導く光学系と、撮影の指示を行うための撮影指示手段とを備えてなる撮影装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電圧の印加による圧電素子の伸縮動作を利用して、被駆動部材を駆動する駆動装置、その駆動装置を備えるレンズユニット及び撮影装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
駆動電圧の印加による圧電素子の伸縮動作を利用して、被駆動部材を一定の直線上で往復動させるインパクト型アクチュエータが知られている。
【０００３】
このアクチュエータは、例えば図１２に示すように、複数枚の圧電基板が電極を介して積層してなる電気機械変換素子としての圧電素子１０１と、圧電素子１０１により駆動される棒状の駆動部材１０２と、駆動部材１０２に所定の摩擦力で結合された係合部材１０３と、圧電素子１０１に駆動電圧を印加する駆動回路部１０４とを備えて構成され、圧電素子１０１の伸縮動作、さらには駆動回路部１０４からの制御信号に対応する上記伸縮動作のスピードに応じて、駆動部材１０２が係合部材１０３と連動して、あるいは係合部材１０３に対してスリップすることにより、係合部材１０３に固着された駆動対象物である撮影レンズ等を間欠的に軸方向に移動させるようになっている。
【０００４】
この種のアクチュエータにおいて採用される駆動回路部１０４として、例えば図１３に示す構成を備えたものがある。
【０００５】
図１３に示すように、駆動回路部１０４は、例えばＮチャネルＭＯＳ−ＦＥＴ等のスイッチング素子Ｑ１’〜Ｑ４’を備えて構成される４つのスイッチ回路１０４１〜１０４４が圧電素子１０１に対してブリッジ接続され、各スイッチ回路１０４１〜１０４４に駆動制御信号Ｓｃ１，Ｓｃ２，Ｓｃ３，Ｓｃ４を供給する制御回路１０４５によって、ブリッジの対角に位置する一対のスイッチ回路でそれぞれ構成される２つの駆動回路（スイッチ回路１０４１，１０４４で構成される駆動回路とスイッチ回路１０４２，１０４３で構成される駆動回路）を交互にオンオフ制御することで、電源電圧Ｖｐを交番する矩形波電圧に変換し、この矩形波電圧を圧電素子１０１に印加するものである。
【０００６】
また、圧電素子１０１は、上記交番電圧により充放電を繰り返すコンデンサとして動作する。すなわち、一方の駆動回路がＯＮ（他方の駆動回路はＯＦＦ）し、圧電素子１０１に一方向から駆動電圧が印加されると、圧電素子１０１の端子間電圧の大きさが略電源電圧Ｖｐとなるまで圧電素子１０１の両端子に電荷が充電され、その後、他方の駆動回路がＯＮ（上記一方の駆動回路はＯＦＦ）し、圧電素子１０１に逆方向から駆動電圧が印加されると、圧電素子１０１の両端子に充電された上記電荷が放電して両端子が等電位（電圧０）となる状態を経て、圧電素子１０１の端子間電圧の大きさが略電源電圧Ｖｐとなるまで圧電素子１０１の両端子に電荷が逆向きに充電される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、圧電素子１０１は、電圧が印加されると各圧電基板が分極し伸縮することにより該圧電素子１０１が発熱し温度が上昇するとともに、その温度上昇に伴って圧電素子１０１の静電容量、延いては消費電流が増加する。また、図９の例えば直線Ａに示すように、圧電素子１０１に印加される駆動電圧と圧電素子１０１の消費電流とは比例する。これらのことから、圧電素子１０１に一定の駆動電圧を印加し続けると、圧電素子１０１の温度が上昇し、静電容量が増加することによって圧電素子１０１の消費電流は増加する。
【０００８】
従来では、圧電素子１０１の温度が上昇しても一定の駆動電圧を圧電素子１０１に印加していたので、この圧電素子１０１の温度上昇により圧電素子１０１の消費電流が増加し、この消費電流の増加により圧電素子１０１の発熱量が増加する（圧電素子１０１の温度が上昇する）。このように、圧電素子１０１の消費電流の増加と圧電素子１０１の温度上昇とが相互に因果関係を有することにより、圧電素子１０１の温度が非常に高温となり、その結果、圧電素子１０１の破壊を招く虞がある。
【０００９】
たとえ圧電素子１０１が破壊しないとしても、圧電素子１０１に電流を供給する電源Ｖｐを、温度上昇により増大した消費電流を供給することができるように大型化しなければならず、この電源Ｖｐの大型化に起因してコストが増大する。
【００１０】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、圧電素子の温度上昇による該圧電素子の消費電流の増加を抑制することにより、圧電素子の破壊や電源の大型化を回避することのできる駆動装置、その駆動装置を備えるレンズユニット及び撮影装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、駆動電圧が印加されることにより伸縮する電気機械変換素子と、上限値を所定値に制限して出力端子から電流を出力する供給電流制限回路と、前記出力端子に接続されるコンデンサと、前記出力端子に生じる電圧を前記電気機械変換素子に印加させて、該電気機械変換素子を駆動する駆動回路とを備えることを特徴とする駆動装置である。
【００１２】
この発明によれば、電源から供給電流制限回路を介してコンデンサに電流が供給されることにより、コンデンサに所定の電圧が生じ、この電圧が、電気機械変換素子を駆動するための駆動電圧として該電気機械変換素子に供給される。
【００１３】
供給された電圧により電気機械変換素子が駆動し、該電気機械変換素子に温度上昇が生じると、電気機械変換素子の消費電流が増加する。その場合に、電気機械変換素子の消費電流が上記所定値を超えると、供給電流制限回路からコンデンサに供給される電流より大きな電流がコンデンサから電気機械変換素子に流出するため、コンデンサの電圧が低下する。コンデンサの電圧が低下すると、電気機械変換素子に供給される駆動電圧も小さくなり、それに伴って電気機械変換素子の消費電流が小さくなる。そして、供給電流制限回路からコンデンサに供給される電流とコンデンサから電気機械変換素子に供給される電流とが平衡する状態に収束する。
【００１４】
したがって、上記所定値（供給電流制限回路による電流制限値）を電気機械変換素子への供給が許容される電流（許容電流）の上限値に設定することにより、電気機械変換素子の温度上昇により電気機械変換素子の消費電流が瞬間的に増加しても、速やかに電気機械変換素子の消費電流が上記許容電流の上限値まで低下する。これにより、電気機械変換素子の消費電流の増加が防止される。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の駆動装置において、前記駆動回路は、直列に接続された第１及び第２スイッチと、直列に接続された第３及び第４スイッチとを備え、前記電気機械変換素子は、前記第１及び第２スイッチの接続点と前記第３及び第４スイッチの接続点との間に接続され、前記第１及び第３スイッチと前記第２及び第４スイッチとが交互にオンオフすることにより、前記駆動電圧は、極性を繰り返し反転して前記電気機械変換素子に印加されることを特徴とするものである。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の駆動装置において、前記電気機械変換素子は、所定の厚みを有する複数枚の圧電基板を該各圧電基板間に電極を介して積層した圧電素子であることを特徴とするものである。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、レンズと、前記レンズを所定の方向に駆動するための請求項１ないし３のいずれかに記載の駆動装置と、前記電気機械変換素子の駆動力を前記レンズに伝達するための駆動力伝達部材とを備えるレンズユニットである。
【００１８】
請求項５に記載の発明は、被写体の光像を撮影する撮影手段と、請求項１ないし３のいずれかに記載の駆動装置により駆動されるレンズを含み、前記撮影手段に前記被写体の光像を導く光学系と、撮影の指示を行うための撮影指示手段とを備えてなる撮影装置である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００２０】
図１、図２に示すように、デジタルカメラ１は、カメラ本体部２に、レンズユニット３、シャッターボタン４、光学ファインダ５、フラッシュ６、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｄｉｓｐｌａｙ）７、機能スイッチ８、電源ボタン９、カードスロット１０及びモード設定スイッチ１１を備えている。
【００２１】
レンズユニット３は、カメラ本体部２の前面右側に配設されており、被写体の光像を取り込むものである。レンズユニット３は、後述するように、ズームレンズやフォーカスレンズ等からなり、駆動装置２０（図５参照）の駆動によりズームや焦点調節を行う。
【００２２】
シャッターボタン４は、カメラ本体部２の背面側の上面右端部に配設されており、撮影モード中に半押しされると、撮影準備処理（主として被写体輝度を検出して露出制御値を設定するとともに、被写体距離を検出してレンズユニット３の焦点調節を行う処理）が行われ、全押しされると、設定された露出制御値で撮影処理が行われる。
【００２３】
光学ファインダ５は、カメラ本体部２の背面左側上部に配設されており、撮影者が撮影画角を視認する接眼窓である。
【００２４】
フラッシュ６（内蔵フラッシュ）は、カメラ本体部２の前面中央上部に配設されており、被写体からの光量が不足する場合などに図略の放電灯を放電させることにより被写体に照明光を照射するものである。
【００２５】
ＬＣＤ７は、カメラ本体部２の背面略中央部に配設されており、撮影画像のモニタ表示及び記録画像の再生表示等を行うものである。
【００２６】
機能スイッチ８は、ＬＣＤ７の右側方に配設されており、レンズユニット３のワイド方向又はテレ方向のズーム駆動等を行うためのスイッチである。
【００２７】
電源ボタン９は、カメラ本体部２の背面上部であって機能スイッチ８の左側に配設されており、押圧する毎に主電源のＯＮ／ＯＦＦが交互に切り換わるようになっている。
【００２８】
カードスロット１０は、カメラ本体部２の一方側面に設けられており、複数の半導体記憶素子からなるメモリカードＭが装着される。
【００２９】
モード設定スイッチ１１は、カメラ本体部２の背面上部に配設されており、上下にスライドする２接点式のスライドスイッチからなる。モード設定スイッチ１１をＡの位置にセットすると、デジタルカメラ１は被写体の撮影を行う撮影モードに、Ｂの位置にセットするとメモリカードＭに記録された撮影画像をＬＣＤ７に再生表示する再生モードに設定される。
【００３０】
次に、レンズユニット３の構成について説明する。図３は、レンズユニット３の内部構成を示す斜視図である。
【００３１】
図３に示すように、レンズユニット３は、被写体側から１群レンズ３０１、２群レンズ３０２、３群レンズ３０３が光軸を一致させて配列されてなり、これらのレンズ３０１〜３０３を介して撮像素子１２（図４参照）に被写体の光像を導くように構成されている。
【００３２】
レンズ３０１〜３０３は、それぞれ支持部材３０４〜３０６に支持されている。支持部材３０４，３０５には、棒状のガイド部材３０７が貫通されているとともに、支持部材３０４，３０５の適所に設けられた係合部３０４ａ，３０５ａがカム部材３０８のガイド溝３０８ａ，３０８ｂに係合している。３群レンズ３０３及びその支持部材３０６は、撮像素子１２を支持する固定部材１３に固定されている。カム部材３０８に形成されている嵌合穴３０８ｃは、カメラ本体部２に固設された図略の軸に嵌合している。
【００３３】
２群レンズ３０２を支持する支持部材３０５には、インパクト型圧電アクチュエータからなる後述の駆動ユニット２１が取り付けられており、２群レンズ３０２はこの駆動ユニット２１を含む後述の駆動装置２０（図５参照）により支持部材３０５を介して光軸方向に駆動される。また、カム部材３０８のガイド溝３０８ａは湾曲線状に、ガイド溝３０８ｂは直線状に形成され、且つ、ガイド溝３０８ａ，３０８ｂは、２群レンズ３０２の駆動に伴って、係合部３０５ａとガイド溝３０８ｂとの係合構造を介してカム部材３０８が嵌合穴３０８ｃを中心として回動し、ガイド溝３０８ａ，３０８ｂ内を移動する係合部３０４ａ，３０５ａの離間距離が変化するように形成されている。これにより、１群レンズ３０１は、２群レンズ３０２の駆動に連動し、且つその駆動方向に応じて２群レンズ３０２に近接又は離反する。
【００３４】
すなわち、図４において、（ｂ）に示す状態を標準とすると、（ａ）に示すように、駆動装置２０により２群レンズ３０２をテレ（望遠）方向に駆動したとき、１群レンズ３０１は２群レンズ３０２に近接する一方、（ｃ）に示すように、駆動装置２０により２群レンズ３０２をワイド（広角）方向に駆動したとき、１群レンズ３０１は２群レンズ３０２に離反する。ガイド部材３０８のガイド溝３０８ａ，３０８ｂの形状は、図４に示す１群レンズ３０１の軌跡Ｒ１及び２群レンズ３０２の軌跡Ｒ２に基づいて形成されている。
【００３５】
図５は、駆動装置２０の基本構成を概略的に示すブロック図である。この図において、駆動装置２０は、駆動ユニット２１と、駆動ユニット２１を駆動する駆動部２２と、駆動ユニット２１に取り付けられている係合部材３０の位置を検出する部材センサ２３と、駆動ユニット２１の基端に配設された基端センサ２４と、駆動ユニット２１の先端に配設された先端センサ２５と、全体の動作を制御する制御部２６とを備えている。
【００３６】
図６は、駆動ユニット２１のより具体的な構成を示す斜視図である。この図において、駆動ユニット２１は、素子固定式構造のものであり、支持部材２７、圧電素子２８、駆動部材２９及び係合部材３０を備えて構成されている。
【００３７】
支持部材２７は、カメラ本体部２に固定され、圧電素子２８及び駆動部材２９を保持するものである。支持部材２７は、円柱体の軸方向両端部２７１，２７２及び略中央の仕切壁２７３を残して内部を刳り貫くことにより形成された第１の収容空間２７４及び第２の収容空間２７５を有している。第１の収容空間２７４には、圧電素子２８がその分極方向である伸縮方向を支持部材２７の軸方向と一致させて収容されている。第２の収容空間２７５には、駆動部材２９と係合部材３０の一部とが収容されている。なお、図５においては、支持部材２７は一部を表記している。
【００３８】
圧電素子２８は、例えば、所要の厚みを有する複数枚の圧電基板を各圧電基板間に図略の電極を介して積層することにより構成したものであり、その伸縮方向（積層方向）である長手方向の一方端面が第１の収容空間２７４の一方端部２７１側端面に固着されている。支持部材２７の他方の端部２７２及び仕切壁２７３には中心位置に丸孔が穿設されると共に、この両丸孔を貫通して断面丸形状の棒状の駆動部材２９が第２収容空間２７５に軸方向に沿って移動可能に収容されている。このような積層型圧電素子は、バイモルフと比較すると弾性スチフネスが大きいために共振周波数が高く、そのため応答速度が大きいという有利な効果がある。さらに、積層型圧電素子は、バイモルフと比較すると、発生力も桁違いに大きいという有利な効果がある。圧電基板の厚みは、仕様から必要とされる伸縮量、積層数及び印加電圧などにより決定される。
【００３９】
駆動部材２９の第１の収容空間２７４内に突出した端部は圧電素子２８の他方側面に固着され、駆動部材２９の第２の収容空間２７５の外部に突出した端部は板ばね３１により所要のばね圧で圧電素子２８側に付勢されている。この板ばね３１による駆動部材２９への付勢は、圧電素子２８の伸縮動作に基づく駆動部材２９の軸方向変位を安定化させるためである。
【００４０】
係合部材３０は、駆動部材２９の軸方向の両側に取付部３０ａを有する基部３０ｂと、両取付部３０ａの間に装着される挟み込み部材３０ｃとを備えており、基部３０ｂが駆動部材２９に遊嵌されると共に、挟み込み部材３０ｃが板ばね３０ｄにより押圧されることにより駆動部材２９に接触することで係合部材３０が所定の摩擦力で駆動部材２９に結合され、係合部材３０に対してその摩擦力よりも大きな駆動力が作用したときに駆動部材２９の軸方向に沿って移動可能とされている。なお、係合部材３０には駆動対象物である２群レンズ３２（図３）が取り付けられている。
【００４１】
図５に戻り、部材センサ２３は、係合部材３０の移動可能範囲内に配設されており、ＭＲＥ（Ｍａｇｎｅｔｏ　Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ　Ｅｆｆｅｃｔ）素子やＰＳＤ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ　ＳｅｎｓｉｔｉｖｅＤｅｖｉｃｅ）素子等のセンサにより構成されている。また、基端センサ２４及び先端センサ２５は、フォトインタラプタ等のセンサにより構成されている。これにより、係合部材３０の所定位置への移動制御が可能となる一方、係合部材３０の位置が基端センサ２４及び先端センサ２５で検出されることで係合部材３０のそれ以上の移動が禁止される。
【００４２】
制御部２６は、演算処理を行うＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）、処理プログラム及びデータが記憶されたＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）及びデータを一時的に記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）から構成されており、部材センサ２３等から入力される信号に基づいて後述の制御回路２２３（図７参照）から駆動パルスを出力させ、この駆動パルスにより駆動部２２の後述する第１、第２の駆動回路を交互に駆動する。
【００４３】
図７は、駆動部２２の構成例を示す図である。
【００４４】
駆動部２２は、駆動回路部２２１と、電力供給部２２２と、駆動回路部２２１及び電力供給部２２２の動作を制御する制御回路２２３とを備える。
【００４５】
駆動回路部２２１は、電力供給部２２２から駆動電圧＋ＶＣ（後述するコンデンサＣの電圧）が供給される接続点ａと、接地される接続点ｂとの間に、電界効果トランジスタの一例としてのＭＯＳ−ＦＥＴであるスイッチング素子Ｑ１やダイオードＤ１等からなる第１スイッチ回路２２１１と、ＭＯＳ−ＦＥＴであるスイッチング素子Ｑ２やダイオードＤ２等からなる第２スイッチ回路２２１２との直列回路と、ＭＯＳ−ＦＥＴであるスイッチング素子Ｑ３やダイオードＤ３等からなる第３スイッチ回路２２１３と、ＭＯＳ−ＦＥＴであるスイッチング素子Ｑ４やダイオードＤ４等からなる第４スイッチ回路２２１４との直列回路とが並列接続されており、各スイッチ回路２２１〜２２４に駆動制御信号Ｓｃ１，Ｓｃ２，Ｓｃ３，Ｓｃ４を供給する制御信号供給手段としての制御回路２２３が、ＭＯＳＦＥＴドライバ２２１５を介して接続されて構成されている。ＭＯＳＦＥＴドライバ２２１５は、制御回路２２３からの信号を駆動電圧ＶＣより充分高い電圧にレベルシフトする回路である。
【００４６】
スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４は、本実施形態ではＮチャネルＦＥＴで構成されており、駆動制御信号がハイレベルのときにオンとなる。第１スイッチ回路２２１１及び第２スイッチ回路２２１２の接続点ｃと、第３スイッチ回路２２１３及び第４スイッチ回路２２１４の接続点ｄとの間に圧電素子２８が接続されてブリッジ回路２２６が構成されている。なお、ダイオードＤ１及びダイオードＤ３は、アノードがスイッチング素子Ｑ１及びスイッチング素子Ｑ３のソースに、カソードがスイッチング素子Ｑ１及びスイッチング素子Ｑ３のドレインに接続されているとともに、ダイオードＤ２及びダイオードＤ４は、アノードがスイッチング素子Ｑ２及びスイッチング素子Ｑ４のソースに、カソードがスイッチング素子Ｑ２及びスイッチング素子Ｑ４のドレインに接続されている。
【００４７】
このように構成された駆動回路部２２１において、第１スイッチ回路２２１１及び第４スイッチ回路２２１４は圧電素子２８に対し、その一方側から駆動電圧＋ＶＣを印加して端子間電圧Ｖｓが＋ＶＣとなるまで充電する第１の駆動回路を構成する。また、第２スイッチ回路２２１２及び第３スイッチ回路２２１３は圧電素子２８に対し、その他方側から（すなわち、逆方向から）駆動電圧＋ＶＣを印加して端子間電圧Ｖｓが−ＶＣとなるまで充電する第２の駆動回路を構成する。
【００４８】
このように第１〜第４スイッチ回路２２１１〜２２１４と圧電素子２８とでブリッジ回路２２６を構成した場合、圧電素子２８には−ＶＣ〜＋ＶＣの電圧が印加されるので、圧電素子２８の駆動電圧が等価的に２ＶＣとなる結果、駆動電源が低電圧のものであっても変位量の大きい駆動装置２０が得られる。
【００４９】
ここで、圧電素子２８に印加される駆動電圧のパルス波形と、圧電素子２８の伸縮による変位との対応関係について説明する。
【００５０】
図８は、駆動電圧のパルス波形の一例と、この駆動電圧による圧電素子２８の変位とを示す図である。なお、圧電素子２８の変位は、レーザードップラー振動系により測定したものである。
【００５１】
このように、圧電素子２８に図８に示す駆動電圧が印加された場合、圧電素子２８の変位波形は、鋸歯形状となることが確認されており、特に図８の場合にあっては、立ち上がり部は緩慢に、立ち下がり部は急峻となっている。なお、立ち上がり部及び立ち下がり部の勾配は、駆動電圧のパルス波形のＯＮデューティ等のパラメータに応じて変化することも確認されている。
【００５２】
圧電素子２８の変位が図８に示すような緩慢な立ち上がり部を有する波形を呈するとき（すなわち、圧電素子２８が緩やかに伸長するとき）は、係合部材３０が駆動部材２９とともに繰込方向（図３右方向）に移動する。一方、圧電素子２８の変位急峻な立ち下がり部を有する波形を呈するとき（すなわち、圧電素子２８が急激に縮小するとき）は、駆動部材２９が戻り方向に移動しても係合部材３０は駆動部材２９上をスリップして略同位置に止まることになるため、図８に示す駆動電圧が圧電素子２８に繰り返し印加されることで、係合部材３０は繰込方向（図３右方向）に間欠的に移動することになる。
【００５３】
なお、このように図８に示すような駆動電圧が圧電素子２８に印加された場合に、圧電素子２８の変位波形が鋸歯形状となるのは、次のような理由による。
【００５４】
すなわち、矩形波は基本波である正弦波と複数次の高調波とからなるものであるが、駆動電圧の駆動周波数が圧電素子２８の共振周波数に対して所定の範囲にあるとき、共振系における圧電素子２８の共振周波数の影響を受けて矩形波を形成している高調波成分のうち３次以上の高次の高調波のゲインが大きく減衰し、圧電素子２８に印加される駆動電圧が実質的に基本波と２次高調波とからなる波形（すなわち、略鋸歯形状の波形）を有するものとなるからである。
【００５５】
図７に戻り、電力供給部２２２は、電源Ｖｐと、圧電素子２８に供給する電流を安定化するための供給電流安定化回路部２２２１とからなり、供給電流安定化回路部２２２１は、電流制限回路部２２２１ａとコンデンサＣとを備えて構成されている。
【００５６】
電流制限回路部２２２１ａは、トランジスタＴｒ１と、電源ＶｐとトランジスタＴｒ１のエミッタ端子との間に接続された抵抗Ｒ１と、制御回路２２３とトランジスタＴｒ１のベース端子との間に接続された抵抗Ｒ２と、エミッタ端子及びベース端子が抵抗Ｒ１の端子に接続されるとともにコレクタ端子がトランジスタＴｒ１のベース端子に接続されたトランジスタＴｒ２とから構成されている。
【００５７】
電流制限回路部２２２１ａは、駆動回路を動作させる際に制御回路２２３からローレベル信号が送出されることにより電源ＶｐとコンデンサＣとを導通させるスイッチとして動作するとともに、コンデンサＣに供給する電流の上限を所定値ＩＬＭ（ｍＡ）に制限する。
【００５８】
すなわち、制御回路２２３からローレベル信号が出力されることによりトランジスタＴｒ１がオンとなり、これにより電源ＶｐとコンデンサＣとが導通し、電源Ｖｐから抵抗Ｒ１及びトランジスタＴｒ１を介してコンデンサＣに電流が供給される。その場合に、抵抗Ｒ１を流れる電流ＩＲ１が上記所定値ＩＬＭ以下（ＩＲ１≦ＩＬＭ（ｍＡ））のときには、抵抗Ｒ１の両端に係る電圧ＶＲ１が、トランジスタＴｒ２のベース−エミッタ間の電圧ＶＢＥ（Ｖ）以下（ＶＲ１≦ＶＣＥ（Ｖ））となるように抵抗Ｒ１の抵抗値が設定されているためトランジスタＴｒ２はオフとなり、電源Ｖｐから供給される電流Ｉは、そのまま抵抗Ｒ１及びトランジスタＴｒ１を介してコンデンサＣに流れ込むこととなる。
【００５９】
一方、抵抗Ｒ１を流れる電流ＩＲ１がＩＬＭ（ｍＡ）に達すると、抵抗Ｒ１の両端にかかる電圧ＶＲ１がトランジスタＴｒ２のベース−エミッタ間電圧ＶＢＥに達するためトランジスタＴｒ２がオンし、そのコレクタ電流が抵抗Ｒ２に流れる。それによって、トランジスタＴｒ１のベース電流は減少するため、電流ＩＲ１は減少する。その結果、抵抗Ｒ１を流れる電流ＩＲ１は速やかにＩＬＭ（ｍＡ）となる。この動作により、コンデンサＣには略ＩＬＭ（ｍＡ）の電流が略一定して供給されることとなる。
【００６０】
コンデンサＣは、トランジスタＴｒ１のコレクタ端子とグランドとの間に接続されており、圧電素子２８を駆動するための駆動電力を供給する機能を有する。すなわち、コンデンサＣは、電流制限回路部２２２１ａから電流が供給されると、電荷が充電されて両極間にその充電電荷に応じた電圧ＶＣが生じる。コンデンサＣと駆動回路部２２１とは接続点Ａで接続されているので、いずれか一方の駆動回路がオンすると、コンデンサＣの電圧ＶＣが圧電素子２８に印加され、これにより駆動電力が圧電素子２８に供給される。
【００６１】
図９は、圧電素子２８が温度ｔがｔ１（℃）とｔ２（℃）との場合におけるコンデンサの電圧ＶＣの変化を示す図である。
【００６２】
図９に示すように、コンデンサＣの電圧ＶＣは、圧電素子２８の温度が一定のときには、駆動回路のオンオフを切り替える周期Ｔで同様に変化する。また、各周期毎の電圧ＶＣの変化は、駆動回路のオンオフが切り替えられるとコンデンサＣから圧電素子２８に瞬間的に大きな電流が供給されるため、駆動回路がオンした瞬間に大きく降下し、その後、電流制限回路部２２２１ａから電流ＩＲ１（ｍＡ）がコンデンサＣに供給されて充電されるため、指数関数的に上昇する。
【００６３】
次に、電流制限回路部２２２１ａとコンデンサＣとを備える供給電流安定化回路部２２２１の動作を説明する。なお、コンデンサＣの電圧ＶＣや圧電素子２８に供給される電流ＩＳは、上述のように周期Ｔの期間の間に変化するが、説明の複雑化を回避するため、コンデンサＣの電圧ＶＣや圧電素子２８に供給される電流（圧電素子２８の消費電流）ＩＳについては各周期の平均値ＶＣＡＶ，ＩＳＡＶで説明することとする。
【００６４】
まず、電流制限回路部２２２１ａによる電流制限の上限値ＩＬＭについて説明するため、供給電流安定化回路部２２２１の基本的な動作について簡単に説明する。
【００６５】
圧電素子２８の平均消費電流ＩＳＡＶが上限値ＩＬＭを超える（ＩＳＡＶ＝ＩＯＶ）と、電流制限回路部２２２１ａから供給される電流ＩＬＭより大きな電流がコンデンサＣから圧電素子２８に流れ、コンデンサＣの電圧ＶＣが低下する。この電圧ＶＣの低下にともなって、圧電素子２８の消費電流も小さくなり、圧電素子２８の平均消費電流ＩＳＡＶが上限値ＩＬＭとなる状態（コンデンサＣからの供給電流はゼロ）に速やかに収束する。
【００６６】
このように供給電流安定化回路部２２２１は、圧電素子２８の平均消費電流ＩＳＡＶが上限値ＩＬＭを瞬間的に超えても、平均消費電流ＩＳＡＶを電流制限回路部２２２１ａによる電流制限の上限値ＩＬＭに収束させるように動作する。
【００６７】
したがって、圧電素子２８の温度上昇により、該圧電素子２８の消費電流が上記許容電流の限界値を超えるのを防止するために、電流制限回路部２２２１ａによる電流制限の上限値ＩＬＭを上記許容電流の限界値に設定している。
【００６８】
今、圧電素子２８の温度ｔがｔ１（℃）のとき、コンデンサＣの平均電圧ＶＣＡＶが５（Ｖ）、圧電素子２８の平均消費電流ＩＳＡＶ、及び圧電素子２８への許容電流の限界値が１００ｍＡである（図１０の点ａの状態）とし、コンデンサＣに供給される電流ＩＲ１とコンデンサＣから圧電素子２８に供給される平均消費電流ＩＣＡＶとが平衡する平衡状態であるものとする。このとき、電流制限回路部２２２１ａによる電流制限の上限値ＩＬＭは１００ｍＡに設定されるとともに、電流制限回路部２２２１ａから供給される電流ＩＲは上記上限値ＩＬＭと同じ１００ｍＡに設定される。
【００６９】
この状態から、圧電素子２８の温度ｔがｔ２（ｔ２＞ｔ１）℃に上昇し、図１０における圧電素子２８に印加される駆動電圧ＶＣと圧電素子２８の平均消費電流ＶＣＡＶとの関係が、特性Ａから特性Ｂに変化したものとする。
【００７０】
このとき、コンデンサＣの平均電圧ＶＣＡＶは５（Ｖ）であることから、図１０から判るように、圧電素子２８の平均消費電流ＩＳＡＶは１２０ｍＡとなり（図１０の点ｂの状態）、電流制限回路部２２２１ａからコンデンサＣに供給される電流１００ｍＡより大きな電流１２０ｍＡがコンデンサＣから圧電素子２８に流れる。したがって、コンデンサＣに供給される電流ＩＲ１とコンデンサＣから圧電素子２８に供給される平均消費電流ＶＣＡＶとが平衡してコンデンサＣの平均電圧ＶＣＡＶが５（Ｖ）に保たれていた状態が崩れ、コンデンサＣの平均電圧ＶＣＡＶは、５Ｖより小さくなる。そして、コンデンサＣの平均電圧ＶＣＡＶが低下する結果、圧電素子２８の平均消費電流ＩＳＡＶは１２０ｍＡから小さくなり、最終的に、コンデンサＣから圧電素子２８への電流の供給が停止（コンデンサＣの平均電圧ＶＣＡＶの電圧降下が停止）し、再びコンデンサＣに供給される電流ＩＲ１（１００ｍＡ）とコンデンサＣから圧電素子２８に供給される平均消費電流ＩＳＡＶとが平衡する状態に収束する。このとき、図１０から、コンデンサＣの平均電圧ＶＣＡＶが４Ｖに収束することが判る。このコンデンサＣの平均電圧ＶＣの低下は、図９のコンデンサＣの電圧波形の全体的な低下に相当し、コンデンサＣの平均電圧ＶＣＡＶの低下量５−４＝１（Ｖ）は、図９のΔＶに相当する。また、コンデンサＣの平均電圧ＶＣＡＶの低下は、実際のコンデンサＣの電圧ＶＣの変化に換言すると、周期Ｔの間に駆動電圧ＶＣが駆動回路のオンオフ切替え直前の電圧まで上昇しないことに対応する。すなわち、圧電素子２８の温度が上昇すると、低温時の消費電流より大きな電流が圧電素子２８に供給されるため、実際のコンデンサＣの電圧ＶＣは低温時より大きく降下する。その場合に、電流制限回路部２２２１ａからコンデンサＣに供給される電流、及び駆動回路のオンオフ切替え周期Ｔは、温度上昇の前後で不変であるから、周期Ｔの間に上昇するコンデンサＣの電圧ＶＣの上昇量は、低温時と略同じであり、したがって、コンデンサＣの電圧ＶＣが駆動回路のオンオフ切替え直前の電圧まで復帰せず、その電圧より小さな電圧までしか上昇しない。このような実際のコンデンサＣの電圧ＶＣの変化により、コンデンサＣの平均電圧ＶＣＡＶが低下する。
【００７１】
以上のように、圧電素子２８に温度上昇が生じても、低温時（ｔ＝ｔ１）の平均消費電流ＩＳＡＶと同じ電流を略一定して供給することができるから、圧電素子２８の消費電流の増加を防止することができ、その結果、消費電流の増加による圧電素子２８の破壊や電源Ｖｐの大型化を回避することができる。
【００７２】
また、図１１に示すように、駆動装置２０は、一定の電圧を印加した状態において温度上昇が発生すると、圧電素子２８の変位量が増加し、その結果駆動装置２０の出力が増加する特性を有するが、本実施形態では、圧電素子２８の温度上昇に伴って駆動電圧が低下するため、出力の変化量を、圧電素子２８に一定電圧を印加する構成のものに比して低減することができる。なお、上記のように圧電素子２８の温度上昇により駆動電圧が低下しても、低温時と略同様の出力が得られることが確認されている。
【００７３】
さらに、圧電素子２８は静電容量を有する素子（コンデンサ）とみなすことができ、駆動回路のオン直後には圧電素子２８に瞬間的に大きな電流が供給されるが、例えばコンデンサＣを設けないで電流制限回路部２２２１ａのみから電流を供給するように構成した場合には、電流制限回路部２２２１ａから駆動回路のオンオフ切替え直後の大きな電流が供給できるよう上限値ＩＬＭを大きく設定し、電源Ｖｐを大型化する必要が生じるのに対し、本実施形態では、コンデンサＣを設け、このコンデンサＣから圧電素子２８に電流を供給するように構成したことにより、上記のような必要性を生じることなく大きな電流を供給することができる。
【００７４】
本発明は、上記実施形態に限らず、次の変形形態（１），（２）を採用し得る。
【００７５】
（１）上記実施形態では、抵抗Ｒ２の一方の端子を制御回路２２３に接続したが、グランドに接続してもよい。グランドに接続した場合には、駆動装置における回路部分の構成が簡略化できる一方、上記実施形態のように抵抗Ｒ２の一方の端子を制御回路２２３に接続した場合には、例えば駆動装置を一時的に使用しない場合に、制御回路２２３からトランジスタＴｒ１のベース端子にハイレベルの信号を出力することによりトランジスタＴｒ１をオフにし、コンデンサＣ等に供給する電流を遮断することにより、消費電力の低減に貢献することができる。
【００７６】
（２）本発明に係る駆動装置を備えたレンズユニット３は、デジタルカメラに限らず、撮影機能を搭載する、パーソナルコンピュータ、電子手帳、携帯電話、あるいはＰＤＡ（ｐｅｒｓｏｎａｌ　ｄｉｇｉｔａｌ　ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ）等の電子機器に搭載可能である。
【００７７】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、電気機械変換素子に温度上昇が生じるとコンデンサの電圧が低下し、電流制限回路からコンデンサに供給される電流とコンデンサから電気機械変換素子に供給される電流とが平衡する状態に収束するようにしたので、電気機械変換素子の消費電流の増加を防止することができ、その結果、電気機械変換素子の破壊や電源の大型化を回避することができる。
【００７８】
請求項２に記載の発明によれば、第１及び第３スイッチと第２及び第４スイッチとが交互にオンオフすることにより、コンデンサの端子間電圧を、極性を繰り返し反転して電気機械変換素子に印加させる駆動回路を備えた駆動装置が得られる。
【００７９】
請求項３に記載の発明によれば、電気機械変換素子を、所定の厚みを有する複数枚の圧電基板を該各圧電基板間に電極を介して積層した圧電素子としたので、応答速度等が大きい駆動装置が得られる。
【００８０】
請求項４に記載の発明によれば、レンズと、前記レンズを所定の方向に駆動するための請求項１ないし３のいずれかに記載の駆動装置と、前記電気機械変換素子の駆動力を前記レンズに伝達するための駆動力伝達部材とを備えるレンズユニットを構成することにより、電気機械変換素子の消費電流の増加による電気機械変換素子の破壊や電源の大型化を回避したレンズユニットが得られる。
【００８１】
請求項５に記載の発明によれば、被写体の光像を撮影する撮影手段と、請求項１ないし３のいずれかに記載の駆動装置により駆動されるレンズを含み、前記撮影手段に前記被写体の光像を導く光学系と、撮影の指示を行うための撮影指示手段とを備えてなる撮影装置を構成することにより、電気機械変換素子の消費電流の増加による電気機械変換素子の破壊や電源の大型化を回避した撮影装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るデジタルカメラの正面図である。
【図２】同じくデジタルカメラの背面図である。
【図３】レンズユニットの内部構成を示す斜視図である。
【図４】駆動装置により駆動されるレンズの移動を示す図である。
【図５】駆動装置の構成を概略的に示す図である。
【図６】図５に示す駆動装置の駆動部の構成例を示す斜視図である。
【図７】図５に示す駆動装置の駆動回路の構成例を示す図である。
【図８】駆動電圧のパルス波形の一例と、この駆動電圧による圧電素子の変位とを示す図である。
【図９】圧電素子が温度ｔがｔ１（℃）とｔ２（℃）との場合におけるコンデンサの電圧ＶＣの変化を示す図である。
【図１０】圧電素子に印加される駆動電圧ＶＳと圧電素子の平均消費電流ＶＣＡＶとの関係を示す図である。
【図１１】圧電素子の温度と圧電素子の駆動速度（出力）との関係を示す図である。
【図１２】従来の駆動装置の構成を概略的に示す図である。
【図１３】従来の駆動装置の駆動回路の構成例を示す図である。
【符号の説明】
２０　　駆動装置
２１　　駆動ユニット
２２　　駆動部
２２１　駆動回路部
２２２　電力供給部
２２２１　供給電流安定化回路部
２２２１ａ　電流制限回路部
２２３　制御回路
２２１１〜２２１４　第１スイッチ回路〜第４スイッチ回路
２８　圧電素子
Ｃ　　コンデンサ
Ｖｐ　電源
【図１】
2004056914.tif 000003
【図２】
2004056914.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004056914.tif 000006
【図５】
2004056914.tif 000007
【図６】
2004056914.tif 000008
【図７】
2004056914.tif 000009
【図８】
2004056914.tif 000010
【図９】
2004056914.tif 000011
【図１０】
2004056914.tif 000012
【図１１】
2004056914.tif 000013
【図１２】
2004056914.tif 000014
【図１３】
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