(57)【要約】【課題】  位置検出センサを必要としないオープン制御で、圧電素子のヒステリシスの影響を低減して、追従応答性の高い光学系駆動装置を提供する。【解決手段】  電圧を印加することにより歪を生じる圧電素子３４ａ・３４ｂを備え、圧電素子３４ａ・３４ｂによって反射部材２２を駆動する光学系駆動装置であって、圧電素子３４ａ・３４ｂと反射部材２２とからなる光学機構系の機械的共振周波数よりも高く、かつ、圧電素子３４ａ・３４ｂの固有振動数よりも低い周波数である高周波電圧を、反射部材２２を所定位置に駆動させるために印加する直流電圧に重畳させて、圧電素子３４ａ・３４ｂに対して印加する電圧印加部１９を備えることを特徴とする光学系駆動装置。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧を印加することにより歪を生じる圧電素子を備え、当該圧電素子によって光学エレメントを駆動する光学系駆動装置であって、
上記圧電素子と上記光学エレメントとからなる光学機構系の機械的共振周波数よりも高く、かつ、上記圧電素子の固有振動数よりも低い周波数である高周波電圧を、上記光学エレメントを所定位置に駆動させるために印加する直流電圧に重畳させて、上記圧電素子に対して印加する電圧印加手段を備えることを特徴とする光学系駆動装置。
【請求項２】
上記高周波電圧の周波数が可聴周波数以上であることを特徴とする請求項１に記載の光学系駆動装置。
【請求項３】
上記光学エレメントの位置を固定するために上記直流電圧を上記圧電素子に印加している場合には、上記高周波電圧の重畳印加を行わないように上記電圧印加手段を制御する制御手段を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の光学系駆動装置。
【請求項４】
上記圧電素子と上記光学エレメントとからなる光学機構系の機械的共振周波数よりも高く、かつ、上記圧電素子の固有振動数よりも低い周波数である高周波電圧を、上記光学エレメントを所定位置に駆動させるために印加する直流電圧に重畳させて、上記圧電素子に対して印加する電圧印加手段を備えることを特徴とする圧電素子の駆動方法。
【請求項５】
上記高周波電圧の周波数が可聴周波数以上であることを特徴とする請求項４に記載の圧電素子の駆動方法。
【請求項６】
上記光学エレメントの位置を固定するために上記直流電圧を上記圧電素子に印加している場合には、上記高周波電圧の重畳印加を行わないように上記電圧印加手段を制御する制御手段を備えていることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の圧電素子の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学系駆動装置に関するものであって、例えば、デジタルカメラやカメラ付き携帯電話等のカメラにおける光学系の駆動源として圧電素子を用いた、圧電アクチュエータ方式の光学系駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
圧電素子は電圧を印加すると伸縮し、しかも可逆性であることから、微細位置決め精度が要求される光学系駆動装置への利用が試みられている。
【０００３】
しかし、圧電素子は、ヒステリシス特性を有していることが一般に知られている。図５は、圧電素子のヒステリシス特性の一例を示すグラフである。この図５のグラフの横軸は圧電素子に印加する電圧Ｖを示し、縦軸は圧電素子の変位量Ｘを示している。
【０００４】
図５に示すように、例えば、電圧値がＶ＝０の始状態ＯからＶ＝Ｖ１になるように、未分極の圧電素子に対する印加電圧を増加させると、上記圧電素子は、図中の破線Ｓに沿って原点Ｏから点Ｂまで変化する。つづいて、圧電素子の印加電圧をＶ＝０まで下げると、上記圧電素子は図５に示すように、図中の上側曲線Ｑに沿って点Ｂから点Ａまで変化する。このとき印加電圧をＶ＝０にしたにも関わらず圧電素子には残留変位量Ｘａが残ることとなる。
【０００５】
さらに、この状態から、再び圧電素子の印加電圧をＶ＝０からＶ＝Ｖ１まで上昇させると、圧電素子は図中の下側曲線Ｐに沿って点Ａから点Ｂまで変化することになる。その後、図中の下側曲線Ｐ上の点Ｃの状態から印加電圧ＶをＶ＝０にまで下げると、上記圧電素子は曲線Ｒに沿って点Ｃから点Ａまで変化する。また、圧電素子にＶ２の電圧を印加する場合も、例えば、点Ａの状態に対応する電圧０からＶ２まで印加電圧Ｖを上昇させた場合には、圧電素子の変位量はＸａからＸ１に変わる。また、点ＣからＶ２まで印加電圧Ｖを下降させた場合には、圧電素子の変位量はＸ２となり、点ＢからＶ２まで印加電圧Ｖを下降させた場合には、圧電素子の変位量はＸ３となる。
【０００６】
このように、圧電素子のヒステリシス特性は、圧電素子の変位量Ｘと圧電素子に印加する印加電圧Ｖとの関係が１対１に対応せず、それ以前の状態（電圧を印加する直前の状態）によって圧電素子の変位量Ｘが異なるため、圧電素子を用いた精密な制御を妨げている。
【０００７】
このような圧電素子のヒステリシス特性の影響を避けて、正確に圧電素子を変位させる方法が特許文献１に開示されている。上記特許文献１は、フィードバック制御方式を用いた手振れ補正機能付きカメラの屈曲光学系駆動装置に関するものである。具体的には、位置決め対象となる制御物体に位置検出センサを取り付けることによって、制御物体の現在位置を検出する。次に、制御物体の現在位置と目標位置との間の誤差を検出する。そして、検出された誤差に基づいて、圧電素子を目標位置まで駆動させる。これにより、圧電素子を正確に変位させることができる。
【０００８】
また、特許文献２には、フォーカス用レンズ駆動に圧電素子を用いて正確に停止させる光学系駆動方法の一例が開示されている。具体的には、圧電素子に、ある電圧を印加する場合に、常に圧電素子の印加電圧をヒステリシス曲線に沿って一旦上昇させた後、印加電圧を初期値に戻す。次に、戻した初期値から再び目的とする電圧まで印加電圧を上昇させる。これにより、ヒステリシスループの下側曲線によって、圧電素子の変位量を決めることができる。
【特許文献１】特開２００４−２１９９３０号公報（２００４年８月５日公開）
【特許文献２】特開２００４−２０５７４２号公報（２００４年７月２２日公開）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところが、上記従来の構成では、以下の問題点が生じる。
【００１０】
具体的には、上記特許文献１に開示されている位置検出センサを用いたフィードバック方式の光学系駆動装置では、位置検出センサを配置するためのスペースが必要となる。これにより、光学系駆動装置の大型化という問題が生ずる。また、専用のフィードバック制御回路を要することにより、コストアップという問題が生ずる。
【００１１】
また、特許文献２に開示された光学系駆動方法では、圧電素子の変位量を変化させるたびに、ヒステリシスループの１周相当の変位量の変化を終えた後に、目標位置に位置決めされる。そのため、目標位置が時間経過と共に動的に変化するような追従応答性が要求されるサーボ系には利用できないという問題が生ずる。
【００１２】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、位置検出センサを必要としないオープン制御で、圧電素子のヒステリシスの影響を低減して、追従応答性の高い光学系駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る光学系駆動装置は、電圧を印加することにより歪を生じる圧電素子を備え、当該圧電素子によって光学エレメントを駆動する光学系駆動装置であって、上記圧電素子と上記光学エレメントとからなる光学機構系の機械的共振周波数よりも高く、かつ、上記圧電素子の固有振動数よりも低い周波数である高周波電圧を、上記光学エレメントを所定位置に駆動させるために印加する直流電圧に重畳させて、上記圧電素子に対して印加する電圧印加手段を備えることを特徴としている。
【００１４】
また、本発明に係る圧電素子の駆動方法は、上記圧電素子と上記光学エレメントとからなる光学機構系の機械的共振周波数よりも高く、かつ、上記圧電素子の固有振動数よりも低い周波数である高周波電圧を、上記光学エレメントを所定位置に駆動させるために印加する直流電圧に重畳させて、上記圧電素子に対して印加する電圧印加手段を備えることを特徴としている。
【００１５】
上記光学エレメントとは、例えば、レンズ、ミラーおよびプリズム等の少なくとも１つを含む光学系部品を示している。換言すると、上記光学エレメントは、光を、屈折、反射、分離、偏光、集光の少なくとも１つの現象を起こさせるものである。
【００１６】
また、上記光学機構系の機械的共振周波数は、上記「光学機構系」が１つの部材から構成されている場合にはその部材の固有振動数を示し、「光学機構系」が複数の部材から構成されている場合には、例えば、有限要素法等を用いた計算機シミュレーションにより算出される振動数である。
【００１７】
上記の構成によれば、光学エレメントを所定位置に駆動させるために印加する直流電圧に、上記光学機構系の機械的共振周波数よりも大きくかつ圧電素子の固有振動数よりも低い範囲内の周波数を有する交流電圧を重畳させた電圧を、圧電素子に対して印加している。
【００１８】
上記重畳させる高周波電圧の周波数が、光学機構系の機械的共振周波数以下である場合には、上記直流電圧に重畳させた高周波電圧に対して、上記圧電素子が追従して変位を発生させることになる。従って、圧電素子を所定位置に駆動させるために印加する直流電圧に対して、線形に光学エレメントを駆動できなくなる。その結果、所望の位置に光学エレメントを移動（駆動）させることができない。
【００１９】
また、上記重畳させる高周波電圧の周波数が、上記圧電素子の固有振動数以上の周波数である場合には、圧電素子には変位が発生しないこととなる。
【００２０】
従って、上記直流電圧に対して、光学機構系の機械的共振周波数よりも大きくかつ圧電素子の固有振動数よりも低い範囲内の周波数を有する高周波電圧（交流電圧）を重畳させることにより、圧電素子のヒステリシス特性の影響を低減させることができるので、光学エレメントを線形に駆動させることができる。
【００２１】
本発明に係る光学系駆動装置は、上記高周波電圧の周波数が可聴周波数以上である構成であってもよい。
【００２２】
また、本発明に係る圧電素子の駆動方法は、上記高周波電圧の周波数が可聴周波数以上である構成であってもよい。
【００２３】
上記の構成によれば、圧電素子に印加する高周波電圧の周波数を可聴周波数以上に設定している。従って、可聴周波数以上とすることで、人には聞こえないので、光学エレメントを駆動させる際に耳ざわりな騒音を発生させることがない。
【００２４】
本発明に係る光学系駆動装置は、上記光学エレメントの位置を固定するために上記直流電圧を上記圧電素子に印加している場合には、上記高周波電圧の重畳印加を行わないように上記電圧印加手段を制御する制御手段を備えている構成であってもよい。
【００２５】
また、本発明に係る圧電素子の駆動方法は、上記光学エレメントの位置を固定するために上記直流電圧を上記圧電素子に印加している場合には、上記高周波電圧の重畳印加を行わないように上記電圧印加手段を制御する制御手段を備えている構成であってもよい。
【００２６】
高周波電圧は、光学エレメントを駆動させる際に、当該光学エレメントを線形に駆動させる目的で印加させており、光学エレメントの位置を固定する場合には、高周波電圧を印加する必要はない。
【００２７】
上記の構成によれば、上記光学エレメントの位置を固定するために、圧電素子に対して直流電圧を印加している場合には、上記高周波電圧を印加しないように制御している。換言すれば、上記構成とすることにより、光学エレメントを駆動させる場合にのみ、高周波電圧を印加している。これにより、不要な高周波電圧の印加を行わないため、光学系駆動装置の消費電力を低減させることができる。
【００２８】
従って、本発明にかかる光学系駆動装置は、上記光学エレメントを駆動させるために、当該光学エレメントに対して直流電圧を上記圧電素子に印加する以外の場合には、上記高周波電圧の重畳印加を行わないように上記電圧印加手段を制御する制御手段を備えている構成であってもよい。
【発明の効果】
【００２９】
本発明に係る光学系駆動装置は、電圧を印加することにより歪を生じる圧電素子を備え、当該圧電素子によって光学エレメントを駆動する光学系駆動装置であって、
上記圧電素子と上記光学エレメントとからなる光学機構系の機械的共振周波数よりも高く、かつ、上記圧電素子の固有振動数よりも低い周波数である高周波電圧を、上記光学エレメントを所定位置に駆動させるために印加する直流電圧に重畳させて、上記圧電素子に対して印加する電圧印加手段を備えた構成である。
【００３０】
それゆえ、圧電素子のヒステリシス特性を低減させることができるので、光学エレメントを線形に駆動させることができる。これにより、位置検出センサを必要としないオープン制御で、圧電素子のヒステリシスの影響を低減して、追従応答性の高い光学系駆動装置を提供することができる。
【００３１】
また、本発明に係る圧電素子の駆動方法は、上記圧電素子と上記光学エレメントとからなる光学機構系の機械的共振周波数よりも高く、かつ、上記圧電素子の固有振動数よりも低い周波数である高周波電圧を、上記光学エレメントを所定位置に駆動させるために印加する直流電圧に重畳させて、上記圧電素子に対して印加する電圧印加手段を備えた構成である。
【００３２】
それゆえ、上記構成の圧電素子の駆動方法によれば、本発明の光学系駆動装置と同様の作用が実現されているので、本発明の光学系駆動装置と同様の作用効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
本発明の一実施形態について図１〜図４に基づいて説明すると以下の通りである。また、本実施の形態では、光学系駆動装置として、屈曲光学系を備えた手振れ補正機能を有するカメラ本体に適用した例について説明するが、この他、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカムコーダなどの光学系合焦装置にも上記光学系駆動装置を適用することができる。
【００３４】
本実施形態におけるカメラ本体は、カメラユニット光学系を含み、当該カメラユニット光学系は、手振れ補正機能を有する光学系駆動装置を備えている。また、光学系駆動装置とは、光学機構系、つまり、ミラー等の光学エレメントを駆動させるための装置である。
【００３５】
図３は、本実施の形態にかかるカメラユニット光学系の概略構成を示す斜視図である。まず、カメラ本体に備えられるカメラユニット光学系１００について図３を用いて以下に説明する。
【００３６】
カメラユニット光学系１００は、前玉レンズ２１、反射部材２２（光学エレメント、光学機構系）、撮像レンズ群２３、撮像素子２４、ブレ補正装置３０（光学機構系、光学系駆動装置）を備えている。
【００３７】
上記前玉レンズ２１は、被写体像の光線が入射されるレンズであり、入射された被写体像の光線を反射部材２２に導くものである。
【００３８】
反射部材２２は、前玉レンズ２１から入射された被写体像の光線を反射し、撮像レンズ群２３に導くものである。上記反射部材２２としては、例えば、プリズム、反射ミラー等が挙げられる。なお、本実施の形態における反射部材２２は、断面が直角二等辺三角形の三角柱形状であり、４５度の斜面に入射する光線を、入射角と同じ角度で反射する。
【００３９】
撮像レンズ群２３は、上記反射部材２２によって反射された光線を撮像素子２４に導くレンズの集合体である。
【００４０】
撮像素子２４は、被写体像を光電変換して撮像するものである。つまり、撮像素子２４は、画像データを取得するものである。上記撮像素子２４としては、例えば、ＣＣＤ（電荷結合素子）が挙げられる。
【００４１】
ブレ補正装置３０は、撮像素子２４に入光する光路を変化させる光路補正部材である。なお、ブレ補正装置３０の詳細については後述する。
【００４２】
ここで、カメラユニット光学系１００に入射する被写体像の光線が撮像素子２４に入光する構成について以下に説明する。ここでは、カメラユニット光学系１００に入射する被写体像の光線が撮像素子２４の撮像面と平行な方向から入射する場合について説明する。
【００４３】
図３に示すように、図中の光軸Ａ方向（撮像素子２４の撮像面と平行な方向）から上記カメラユニット光学系１００に入射する被写体像の光線は、上記前玉レンズ２１を通過し、プリズム等からなる反射部材２２に到達する。次に、反射部材２２で直角に反射された光線は、光軸Ｂ（撮像素子２４の撮像面に対して直交する方向）に沿って配置された撮像レンズ群２３を通過して、撮像素子２４に到達する。そして、撮像素子２４で集光され像が結ばれ、画像データが生成される。
【００４４】
なお、カメラユニット光学系１００に入射する被写体像の光線が撮像素子２４の撮像面に対して平行でない方向から入射した場合においても、上記反射部材２２の裏面に取り付けられているブレ補正装置３０によって、上記前玉レンズ２１から撮像素子２４までの光路が調整され、当該撮像素子２４には、ブレの低減された被写体像が入射することになる。
【００４５】
このブレ補正装置３０は、図中に示す光軸Ｂ周りの回転方向であるヨーイング方向と、光軸Ａおよび光軸Ｂに直交する軸周りの回転方向であるピッチング方向との光軸ブレを補正するために設けられている。なお、上記ヨーイング方向とピッチング方向とは、互いに直交する方向である。
【００４６】
図４は、ブレ補正装置３０の全体構成を示す分解斜視図である。ここで、ブレ補正装置３０の構成について図４を用いて詳細に説明する。
【００４７】
ブレ補正装置３０は、反射部材ベース３１、ブレ補正装置ベース３３、圧電素子３４ａ・３４ｂ（光学機構系）、圧電素子固定部材３６を備えている。
【００４８】
反射部材ベース３１は、反射部材２２の背面、すなわち光線を反射する面とは反対側の面に接着固定されている。また、反射部材ベース３１は、カメラ本体の筐体（図示せず）に移動可能な状態で固定されている。この反射部材ベース３１には、中心部突起３２、押圧部突起３５ａ・３５ｂ、予圧部突起３７ａ・３７ｂが設けられている。
【００４９】
中心部突起３２は、反射部材ベース３１の略中央部に、反射部材ベース３１が反射部材２２に固定される面とは反対側の面から垂直方向に突出するように設けられている。また、中心部突起３２の中心を通る、中心部突起３２に平行する直線と、図３に示した光軸Ａの中心を通る、光軸Ａに平行な直線とが交差するように中心部突起３２が設けられている。
【００５０】
押圧部突起３５ａ・３５ｂは、反射部材ベース３１が反射部材２２に固定される面とは反対側の面に突出して設けられている。また、それぞれの押圧部突起３５ａ・３５ｂと中心部突起３２とを結ぶ直線が直角二等辺三角形をなし、当該中心部突起３２が直角部に位置するようにそれぞれが配置されている。
【００５１】
ここで、押圧部突起３５ａ・３５ｂの位置について以下に詳述する。
【００５２】
まず、反射部材２２が、光軸Ａに平行な直線と光軸Ｂに平行な直線とを有する平面と、反射部材２２の反射面とが直交する状態、換言すると、光線がカメラ本体に対して直角に入射し、反射部材により直角に反射される状態にあると仮定する。このとき、押圧部突起３５ｂが設けられている反射部材ベース３１面上において、押圧部突起３５ｂの中心点が光軸Ａに対するピッチング方向の回転面上に位置するように、押圧部突起３５ｂが設けられている。また、押圧部突起３５ａは、上述のように、中心部突起３２の中心を直角部の頂点とした直角二等辺三角形において、押圧部突起３５ａと押圧部突起３５ｂとが頂角に位置するように反射部材ベース３１面上に設けられている。
【００５３】
予圧部突起３７ａ・３７ｂは、反射部材ベース３１が反射部材２２に固定される面とは反対側の面から垂直方向に突出するように設けられている。また、予圧部突起３７ａは、当該予圧部突起３７ａと押圧部突起３５ａとを通る直線上に中心部突起３２が位置するように反射部材ベース３１に設けられている。そして、予圧部突起３７ｂは、当該予圧部突起３７ｂと押圧部突起３５ｂとを通る直線上に中心部突起３２が位置するように反射部材ベース３１に設けられている。
【００５４】
ブレ補正装置ベース３３は、ブレ補正装置３０をカメラ鏡筒部１に固定するためのものである。ブレ補正装置ベース３３には、予圧部突起３７と接触する板バネ形状の弾性部材３８が設けられている。また、ブレ補正装置ベース３３の中央付近には、後述の圧電素子３４ａ・３４ｂを貫通させるための開口部が設けられており、この開口部の周囲には、圧電素子固定部材３６をネジ固定するための雌ネジ穴が設けられている。さらに、ブレ補正装置ベース３３の中央部には、反射部材ベース３１に設けられている中心部突起３２を挿入させるための貫通穴が設けられている。なお、この貫通穴は中心部突起３２を遊嵌状態に収容できる程度の大きさを有している。
【００５５】
圧電素子３４ａ・３４ｂは、圧電体に加えられた力を電圧に変換する、あるいは圧電体に印加された電圧を力に変換するという効果を利用した受動素子ある。本実施形態の圧電素子３４ａ・３４ｂは、積層型の構造であり、多数の圧電素子を重ねて棒状にしたものであり、電圧を印加した場合には、当該圧電素子の長手方向、つまり、反射部材２２の反射面に直交する方向に変位するものである。なお、圧電素子３４ａ・３４ｂの詳細については、後述する。
【００５６】
圧電素子固定部材３６は、圧電素子３４ａ・３４ｂの一端を固定するものであり、ネジを介してブレ補正装置ベース３３に固定される。
【００５７】
ブレ補正装置３０は、上述した各構成、すなわち反射部材ベース３１、ブレ補正装置ベース３３、圧電素子３４ａ・３４ｂ、圧電素子固定部材３６が反射部材２２側から順に設けられている。
【００５８】
次に、ブレ補正装置３０の構成について図３および図４を用いてさらに詳細に説明する。
【００５９】
まず、反射部材ベース３１は、上述のように反射部材２２の背面に接着固定されている。そして、反射部材ベース３１に設けられた中心部突起３２が、ブレ補正装置ベース３３の中央部に設けられた開口部に遊嵌状態に挿入されている。また、反射部材ベース３１に設けられた予圧部突起３７とブレ補正装置ベース３３に設けられた弾性部材３８とが接触しており、反射部材ベース３１とブレ補正装置ベース３３とは付勢力が働いた状態で保持されている。
【００６０】
また、圧電素子３４ａ・３４ｂの一端は、ブレ補正装置ベース３３を貫通し反射部材ベース３１に設けられた押圧部突起３５ａ・３５ｂにそれぞれ接触し、他端は、圧電素子固定部材３６に接着固定されている。これにより、圧電素子３４ａ・３４ｂと押圧部突起３５ａ・３５ｂとの間には、圧力が加えられた状態となる。
【００６１】
これにより、反射部材ベース３１とブレ補正装置ベース３３とは、両者の間に常に付勢力が働いている状態で保持されている。
【００６２】
ここで、圧電素子３４ａに電圧を印加すると、圧電素子３４ａは上記長手方向（反射部材２２の反射面に直交する方向）に伸びる。圧電素子３４ａが長手方向に伸びると、圧電素子３４ａと接触している押圧部突起３５ａが押し込まれる。そして、反射部材ベース３１は押圧部突起３５ａからの圧力を受け反射部材２２とともに、中心部突起３２を支点として図３に示したヨーイング方向に移動する。このとき、反射部材ベース３１に設けられた予圧部突起３７ａは、圧電素子３４ａの変位に応じて、ブレ補正装置ベース３３に設けられた弾性部材３８の予圧部突起３７ａと接触する部分から付勢力を受けながら付勢力に抗した方向に移動する。
【００６３】
また、圧電素子３４ｂに電圧を印加すると、圧電素子３４ｂは長手方向（反射部材２２の反射面に直交する方向）に伸びる。圧電素子３４ｂが長手方向に伸びると、圧電素子３４ｂと接触している押圧部突起３５ｂが押し込まれる。そして、反射部材ベース３１は押圧部突起３５ｂからの圧力を受け反射部材２２とともに、中心部突起３２を支点として図３に示したピッチング方向に移動する。このとき、反射部材ベース３１に設けられた予圧部突起３７ｂは、圧電素子３４ｂの変位に応じて、ブレ補正装置ベース３３に設けられた弾性部材３８の予圧部突起３７ｂと接触する部分から付勢力を受けながら付勢力に抗した方向に移動する。
【００６４】
ところで、圧電素子３４ａ・３４ｂに印加している電圧を下げた場合には、圧電素子３４ａ・３４ｂは長手方向に縮むことになる。そして、圧電素子３４ａ・３４ｂが長手方向に縮むと、反射部材ベース３１は、予圧部突起３７ａ・３７ｂを介して弾性部材３８からの付勢力を受けることによって、電圧を印加した場合の移動方向とは逆方向に移動することになる。
【００６５】
また、上記圧電素子３４ａ・３４ｂに電圧を印加しない状態では、当該反射部材ベース３１は初期の位置に戻っている。
【００６６】
このように、圧電素子３４ａ・３４ｂに電圧を印加、あるいは印加した電圧を下げることにより、反射部材ベース３１を移動させることができる。
【００６７】
ここで、反射部材ベース３１は、反射部材２２の背面に接着固定されているため、反射部材ベース３１と反射部材２２とは一体として移動可能な構成である。また、反射部材ベース３１は、カメラ本体の筐体に移動可能に固定されている。さらに、反射部材ベース３１は、撮像レンズ群２３、撮像素子２４、ブレ補正装置ベース３３等を固定するためのハウジングであるカメラ鏡筒部１には固定されていない構成である。
【００６８】
上記の構成により、反射部材ベース３１と反射部材２２とを、カメラ鏡筒部１に対して相対的に移動させることができる。具体的には、反射部材２２の反射面の角度を、撮像素子２４に対して変化させることができる。
【００６９】
ここで、例えば、ユーザがカメラで撮影中に、ユーザの操作によりカメラ振れが発生した場合、撮像素子２４の受光面に導かれる光路が変化する。その結果、撮像素子２４で不鮮明なぼやけた像が撮像されることになる。
【００７０】
そこで、カメラ振れが発生した場合に、圧電素子３４ａ・３４ｂに電圧を印加することにより得られる圧電素子３４ａ・３４ｂの変位を利用することによって反射部材２２を移動させることができる。そして、反射部材２２の反射面を移動させることにより、カメラユニット光学系１００に入射された光路を変化させて撮像素子２４に正確に導くことができる。これにより、カメラ振れにより発生した像振れを補正することができる。
【００７１】
ところで、圧電素子３４ａ・３４ｂは、上述のように、ヒステリシス特性を有するため、変位量を正確に制御することが困難である。その結果、所望の位置に反射部材２２を移動させることができない。そこで、圧電素子３４ａ・３４ｂのヒステリシス特性を低減するとともに反射部材２２を所望の位置に移動させるための構成について以下に説明する。
【００７２】
図１は、ブレ補正装置３０が備える各構成の動作を制御するための制御システムの概略構成を示すブロック図である。まず、ブレ補正装置３０の制御システムの構成について図１を参照して説明する。
【００７３】
ブレ補正装置３０の制御システムは、ヨーイング方向角速度センサ１０、ピッチング方向角速度センサ１１、ブレ角速度検出回路１２、Ａ／Ｄ変換部１３、ＭＰＵ１４（制御手段）、電圧印加部１９、ブレ補正装置３０、反射部材２２を備えている。
【００７４】
ヨーイング方向角速度センサ１０およびピッチング方向角速度センサ１１は、カメラ鏡筒部１に生じるブレの角速度を検出する検出器であり、カメラ鏡筒部１に設けられる。具体的には、例えば、ヨーイング方向角速度センサ１０およびピッチング方向角速度センサ１１は、カメラ鏡筒部１がカメラ振れによって移動したときのブレの角速度を検出し、角速度信号を出力する。なお、ヨーイング方向角速度センサ１０はカメラ鏡筒部１のヨーイング方向のブレを検出するセンサであり、ピッチング方向角速度センサ１１はカメラ鏡筒部１のピッチング方向のブレを検出するセンサである。
【００７５】
ブレ角速度検出回路１２は、信号ノイズ除去処理とドリフトをカットするためのフィルタリング処理とアンプ処理を行い、各処理された信号をＡ／Ｄ変換部１３に出力するものである。
【００７６】
Ａ／Ｄ変換部１３は、アナログ電圧信号をデジタル信号に変換する変換器である。そして、Ａ／Ｄ変換部１３は、変換されたデジタル信号をＭＰＵ１４に出力する。
【００７７】
ＭＰＵ１４は、デジタル信号を積分処理しカメラ鏡筒部１のブレ角度を算出する演算器である。また、ＭＰＵ１４は、ブレ補正装置３０内のヨーイング方向駆動用圧電素子３４ａおよびピッチング方向駆動用圧電素子３４ｂのブレ角度に応じたそれぞれの目標変位量を決定する。さらに、ＭＰＵ１４は、後述するスイッチ１７に対して、直流駆動電圧発生回路１５ａ・１５ｂによって発生する直流電圧に高周波駆動電圧発生回路１６によって発生する高周波電圧を供給するか否かの命令を付与する。
【００７８】
電圧印加部１９は、ＭＰＵ１４からの命令に基づいて、後述のヨーイング方向駆動用圧電素子３４ａおよびピッチング方向駆動用圧電素子３４ｂそれぞれに電圧を印加するものである。当該電圧印加部１９は、直流駆動電圧発生回路１５ａ・１５ｂ、高周波駆動電圧発生回路１６、スイッチ１７、加算器１８ａ・１８ｂを備えている。
【００７９】
直流駆動電圧発生回路１５ａ・１５ｂは、ヨーイング方向駆動用圧電素子３４ａおよびピッチング方向駆動用圧電素子３４ｂそれぞれに印加する直流電圧を発生させる回路である。
【００８０】
高周波駆動電圧発生回路１６は、高周波電圧を発生させる回路である。
【００８１】
スイッチ１７は、ＭＰＵ１４からの命令に基づいて直流駆動電圧発生回路１５ａ・１５ｂによって発生する直流電圧に高周波駆動電圧発生回路１６によって発生する高周波電圧を供給するか否かの切り換えを行う。
【００８２】
そして、ＭＰＵ１４からの命令に基づいてスイッチ１７がオンとなる、つまり高周波を供給するタイミングは、手振れ補正動作が開始される直前、すなわち露光開始直前となるように制御されている。また、ＭＰＵ１４からの命令に基づいてスイッチ１７がオフとなる、つまり高周波を遮断するタイミングは、手振れ補正動作が終了後、すなわち露光終了後となるように制御されている。
【００８３】
なお、上記スイッチ１７におけるオン・オフのタイミングは、上記に限らず、例えば、ユーザからの指示に基づくものであってもよい。
【００８４】
加算器１８ａ・１８ｂは、直流駆動電圧発生回路１５ａ・１５ｂから出力された直流電圧に、高周波駆動電圧発生回路１６から出力される高周波電圧を加算する。そして、ヨーイング方向駆動用圧電素子３４ａおよびピッチング方向駆動用圧電素子３４ｂにそれぞれ上記加算した電圧を印加する。
【００８５】
反射部材２２は、ブレ補正装置３０に設けられる上記各圧電素子３４ａ・３４ｂの変位に基づいて移動するものである。そして、反射部材２２に入射する光線の光路を変化させるものである。
【００８６】
以上のような構成の制御システムによって、ブレ補正の処理がされる。
【００８７】
次に、ブレ補正装置３０の制御システムにおけるブレ補正の処理動作について図１を用いて説明する。以下では、ヨーイング方向とピッチング方向との２方向についてブレ補正を同時に行う場合について説明する。
【００８８】
まず、ユーザがカメラのシャッターを押すと露光が開始される。この露光が開始される直前に、カメラ鏡筒部１がカメラ振れによって動いた場合、ヨーイング方向角速度センサ１０、ピッチング方向角速度センサ１１は、カメラ鏡筒部１のヨーイング方向およびピッチング方向のブレの角速度をそれぞれ検出し、この検出結果を示す角速度信号を出力する。なお、このときスイッチ１７はＭＰＵ１４からの命令に基づいてオンに切り替わる。
【００８９】
次に、ブレ角速度検出回路１２は、ヨーイング方向角速度センサ１０およびピッチング方向角速度センサ１１から出力された角速度信号を受信する。そして、ブレ角速度検出回路１２は、上記角速度信号に対してノイズ除去処理とドリフトをカットするためのフィルタリング処理とアンプ処理とを行うことにより、アナログ電圧信号を生成する。次に、ブレ角速度検出回路１２は、上記アナログ電圧信号をＡ／Ｄ変換部１３に出力する。なお、上記ブレ角速度検出回路１２は、ヨーイング方向及びピッチング方向のアナログ電圧信号をそれぞれ生成する。
【００９０】
Ａ／Ｄ変換部１３は、ブレ角速度検出回路１２から取得した上記アナログ電圧信号をデジタル信号（デジタル角速度信号）に変換する。そして、Ａ／Ｄ変換部１３は、変換したデジタル角速度信号をＭＰＵ１４に出力する。なお、アナログ電圧信号は、上記ブレ角速度検出回路１２からＡ／Ｄ変換部１３へ一定のサイクルで入力される。
【００９１】
ＭＰＵ１４は、Ａ／Ｄ変換部１３から伝送されてきた、上記デジタル角速度信号に対して、積分処理を行い、カメラ鏡筒部１のヨーイング方向およびピッチング方向のそれぞれのブレ角度を算出する。それと同時に、ＭＰＵ１４では、ブレ補正装置３０内のヨーイング方向駆動用圧電素子３４ａおよびピッチング方向駆動用圧電素子３４ｂのそれぞれの目標変位量を、上記算出したブレ角度に基づいて決定する。そして、ＭＰＵ１４は、決定した目標変位量を直流駆動電圧発生回路１５ａ・１５ｂにそれぞれ出力する。
【００９２】
次に、直流駆動電圧発生回路１５ａ・１５ｂは、ＭＰＵ１４によって算出されたヨーイング方向駆動用圧電素子３４ａおよびピッチング方向駆動用圧電素子３４ｂのそれぞれの目標変位量に基づいて、図３に示した前玉レンズ２１のレンズパワーと、図４に示したプリズム回転中心と各圧電素子３４ａ・３４ｂの押圧位置とから決まる変位角度特性に基づいて、ヨーイング方向駆動用圧電素子３４ａおよびピッチング方向駆動用圧電素子３４ｂそれぞれに印加する直流電圧を出力する。
【００９３】
また、高周波駆動電圧発生回路１６からは、高周波電圧が出力される。なお、当該高周波電圧は、光学機構系、つまり反射部材２２とブレ補正装置３０との機械的共振周波数よりも大きく、かつ圧電素子３４ａ・３４ｂの固有振動数よりも低い範囲内の周波数を有する高周波電圧（交流電圧）である。また、上記高周波電圧は、ヒステリシスループを描く微小振幅の正弦波状の交流電圧であり、振幅および周波数は一定である。
【００９４】
次に、加算器１８ａ・１８ｂは、直流駆動電圧発生回路１５ａ・１５ｂから出力されたそれぞれの直流電圧に、高周波駆動電圧発生回路１６から出力される上記高周波電圧を加算する。そして、加算器１８ａ・１８ｂは、直流電圧と上記高周波電圧とを加算したそれぞれの電圧をヨーイング方向駆動用圧電素子３４ａおよびピッチング方向駆動用圧電素子３４ｂにそれぞれ印加する。
【００９５】
そして、ヨーイング方向駆動用圧電素子３４ａおよびピッチング方向駆動用圧電素子３４ｂは、加算器１８ａ・１８ｂにより印加された電圧に応じてそれぞれ変位する。
【００９６】
これにより、ヨーイング方向駆動用圧電素子３４ａおよびピッチング方向駆動用圧電素子３４ｂの変位に基づいて、反射部材２２がヨーイング方向およびピッチング方向に移動する。
【００９７】
このように、本実施形態のブレ補正装置３０は、カメラ振れが発生した場合に、直流駆動電圧発生回路１５ａ・１５ｂから出力された直流電圧に、高周波駆動電圧発生回路１６から出力される、反射部材２２とブレ補正装置３０との機械的共振周波数よりも大きく、かつ圧電素子３４ａ・３４ｂの固有振動数よりも低い範囲内の周波数を有する高周波電圧（交流電圧）を重畳させている。そして、前記重畳させた電圧を圧電素子３４ａ・３４ｂに印加することにより、当該圧電素子３４ａ・３４ｂの変位を利用して反射部材２２を移動させる構成である。
【００９８】
そして、上記の構成によれば、カメラ振れが発生した場合に、圧電素子３４ａ・３４ｂに電圧を印加することにより得られる圧電素子３４ａ・３４ｂの変位を利用することによって反射部材２２を移動させることができる。そして、反射部材２２の反射面を移動させることにより、カメラユニット光学系１００に入射された光路を変化させて撮像素子２４に正確に導くことができる。これにより、カメラ振れにより発生した像振れを補正することができる。
【００９９】
なお、ＭＰＵ１４による目標変位量の決定方法としては、上記のように、目標変位量を毎回算出する方法に限らず、例えば、以下の方法によって決定してもよい。
【０１００】
上記ＭＰＵ１４には、上記デジタル角速度信号の強度と目標変位量とが対応付けられたテーブル（図示せず）を予め有している。そして、上記Ａ／Ｄ変換部１３からデジタル角速度信号を取得すると、上記ＭＰＵ１４は、上記テーブルを用いて、目標変位量を決定する。つまり、ブレ角度と目標変位量とは、一定の関係を有しているため、予め上記目標変位量を算出しておき、当該目標変位量と上記デジタル角速度信号の強度とを対応付けたテーブルを用いてもよい。このように、上記ＭＰＵ１４はテーブルを参照して目標変位量を決定してもよい。
【０１０１】
また、ヨーイング方向駆動用圧電素子３４ａおよびピッチング方向駆動用圧電素子３４ｂそれぞれに印加する直流電圧の決定方法としては、上記のように、直流電圧を毎回算出する方法に限らず、例えば、以下の方法によって決定してもよい。
【０１０２】
上記直流駆動電圧発生回路１５ａ・１５ｂには、上記目標変位量と直流電圧とが対応付けられたテーブル（図示せず）を予め有している。そして、上記ＭＰＵ１４から目標変位量を取得すると、上記直流駆動電圧発生回路１５ａ・１５ｂは、上記テーブルを用いて、直流電圧を決定する。つまり、目標変位量と直流電圧とは、一定の関係を有しているため、予め上記直流電圧を算出しておき、当該目標変位量と上記直流電圧とを対応付けたテーブルを用いてもよい。このように、上記直流駆動電圧発生回路１５ａ・１５ｂはテーブルを参照して直流電圧を決定してもよい。
【０１０３】
図２（ａ）は、圧電素子３４ａ、３４ｂを駆動させる直流駆動電圧（直流電圧）に高周波電圧（交流電圧）を重畳させた場合のヨーイング方向駆動用圧電素子３４ａおよびピッチング方向駆動用圧電素子３４ｂの電圧変位特性を示すグラフである。
【０１０４】
なお、上記直流電圧に重畳する上記交流電圧は、反射部材２２とブレ補正装置３０との機械的共振周波数より高く、かつ圧電素子３４ａ、３４ｂの固有振動数よりも低い周波数である高周波電圧であり、また、ヒステリシスループを描く微小振幅の正弦波状の電圧である。したがって、図２（ａ）に示すように、それぞれの圧電素子３４ａ、３４ｂは直流電圧の変化に対し、微小なヒステリシスループを描きながら変位することになる。
【０１０５】
このように、上記直流電圧に上記高周波電圧を重畳させた電圧を圧電素子３４ａ、３４ｂに印加することにより、圧電素子３４ａ、３４ｂのヒステリシス特性を低減させることができる。
【０１０６】
また、図２（ｂ）は、上記直流電圧に上記高周波電圧を重畳させた電圧を圧電素子３４ａ・３４ｂに印加した場合の反射部材２２の電圧変位（角度）特性を示すグラフである。
【０１０７】
上述のように、重畳させる高周波電圧の周波数を上記機械的共振周波数より高く設定しているため、上記機械的共振周波数より高い成分に反射部材２２が追従することはない。これにより、圧電素子３４ａ、３４ｂのヒステリシス特性を低減させることができるとともに、図２（ｂ）に示すように、直流電圧の変化方向に依存することなく、反射部材２２を線形に駆動させることができる。
【０１０８】
したがって、上記の構成によれば、位置検出センサを必要としないオープン制御で、圧電素子３４ａ、３４ｂのヒステリシスの影響を低減して、追従応答性の高い光学系駆動装置を提供することができる。
【０１０９】
以上のように、本実施形態の構成によれば、反射部材２２を所定位置に駆動させるために印加する直流電圧に、ブレ補正装置３０と反射部材２２との機械的共振周波数よりも大きく、かつ圧電素子３４ａ・３４ｂの固有振動数よりも低い周波数の範囲内の電圧を重畳させた電圧を、圧電素子３４ａ・３４ｂに対して印加している。なお、ブレ補正装置３０と反射部材２２との機械的共振周波数は、例えば、有限要素法等を用いた計算機シミュレーションにより算出される振動数である。
【０１１０】
ここで、圧電素子３４ａ・３４ｂに重畳させる高周波電圧の周波数が、ブレ補正装置３０と反射部材２２との機械的共振周波数以下である場合には、上記直流電圧に重畳させた高周波電圧に対して、圧電素子３４ａ・３４ｂが追従して変位を発生させることになる。従って、圧電素子３４ａ・３４ｂを所定位置に駆動させるために印加する直流電圧に対して、線形に反射部材２２を駆動できなくなる。その結果、所望の位置に反射部材２２を移動（駆動）させることができない。
【０１１１】
また、上記重畳させる高周波電圧の周波数が、圧電素子３４ａ・３４ｂの固有振動数以上の周波数である場合には、圧電素子３４ａ・３４ｂには変位が発生しないこととなる。圧電素子３４ａ・３４ｂに変位が発生しないとヒステリシス特性を低減させることができないため、線形に反射部材２２を駆動させることができない。
【０１１２】
従って、上記直流電圧に対して、ブレ補正装置３０と反射部材２２との機械的共振周波数よりも大きくかつ圧電素子３４ａ・３４ｂの固有振動数よりも低い周波数の範囲内の電圧を重畳させることにより、圧電素子３４ａ・３４ｂのヒステリシス特性を低減させることができるので、反射部材２２を線形に駆動させることができる。
【０１１３】
また、高周波駆動電圧発生回路１６の周波数を、可聴周波数以上に設定することで、光学エレメントを駆動させる際の耳ざわりな騒音を低減することが可能となる。
【０１１４】
また、反射部材２２の停止時や待機時には、スイッチ１７をオフにすることで、高周波駆動電圧発生回路１６からの高周波電圧の供給を遮断し、圧電素子３４ａ、３４ｂは、直流電圧のみにより変位が保持される。
【０１１５】
また、高周波電圧は、反射部材２２を駆動させる際に、反射部材２２を線形に駆動させる目的で印加させており、反射部材２２の位置を固定する場合には、高周波電圧を印加する必要はない。
【０１１６】
上記の構成によれば、反射部材２２の位置を固定するために、圧電素子３４ａ、３４ｂに対して直流電圧を印加している場合には、上記高周波電圧を印加しないように制御している。換言すれば、上記構成とすることにより、反射部材２２を駆動させる場合にのみ、高周波電圧を印加している。これにより、不要な高周波電圧の印加を行わないため、光学系駆動装置の消費電力を低減させることができる。
【０１１７】
なお、圧電素子３４ａ、３４ｂのヒステリシス特性が、図２（ａ）に示すように最小（微小）化される理由は、重畳する高周波交流電圧の高周波の振幅を単純に微小化することで得られるのではなく、実際の系において重畳する高周波交流電圧の周波数と振幅の組み合わせの最適化によって決定される。
【０１１８】
また、高周波電圧を重畳することによりヒステリシス特性の影響を低減することができるが、重畳した高周波電圧の周波数が機械的共振周波数より低い場合は、高周波電圧成分に反射部材２２が追従して変位を発生してしまうため、直流電圧の変化に対する線形性がなくなり、ギクシャクした動きになり手振れ補正には利用できなくなる。
【０１１９】
したがって、ヒステリシス特性の影響を低減するとともに線形性の良いスムーズな光学系の動作を行うことが可能となる圧電素子３４ａ、３４ｂの駆動回路（駆動方法）を実現するためには、直流電圧に重畳する高周波電圧の周波数を、ブレ補正装置３０と反射部材２２との機械的共振周波数よりも大きくかつ圧電素子３４ａ・３４ｂの固有振動数よりも低い範囲とすることが最適である。
【０１２０】
さらに、高周波電圧の周波数は、駆動時の騒音を低減するために可聴域より高い周波数である２０ＫＨｚ以上とすることが好ましい。また、高周波電圧の周波数は、これに限定されるものではなく、段階的に周波数を上げながらヒステリシス低減効果をチェックし、また、振幅変化によるヒステリシス低減効果もチェックし、ヒステリシス低減効果が光学系駆動装置の要求仕様を満足する高周波電圧の周波数と振幅の組み合わせの中で最も消費電力が最小となる組み合わせを選択することが好ましい。
【０１２１】
したがって、高周波電圧の周波数の範囲については、可聴域を超えた２０ＫＨｚ程度から、圧電素子３４ａ・３４ｂに変位発生を可能とする上限周波数、つまり圧電素子３４ａ・３４ｂの固有振動数までであることが好ましい。
【０１２２】
また、高周波電圧の周波数を変動させながら直流電圧に重畳させる構成とした場合は、変動（スイープ）回路を追加する必要がありコストアップになる。したがって、重畳する高周波電圧の周波数は、常に一定の数値に設定することが好ましい。
【０１２３】
本実施形態における光学系駆動装置は、電圧印加により圧電素子に生じる歪を駆動力源として、光学系エレメントを駆動する光学系駆動装置において、前記光学系エレメントを含む光学機構系の機械的共振周波数以上の高周波電圧を重畳させた直流電圧を、前記圧電素子に印加する電圧印加手段を備えた構成であってもよい。
【０１２４】
また、上記光学系駆動装置は、前記高周波電圧の周波数が、可聴周波数以上である構成であってもよい
また、上記光学系駆動装置は、前記光学系エレメントが停止している際には、前記高周波電圧の重畳を行わない切換手段を設けた構成であってもよい
また、圧電素子の駆動方法は、圧電素子に印加する直流駆動電圧に、高周波電圧を重畳させる構成であってもよい。
【０１２５】
また、圧電素子の駆動方法は、前記高周波電圧の周波数は、圧電素子に生じる歪を駆動力源とする駆動機構の機械的共振周波数以上である構成であってもよい。
【０１２６】
また、圧電素子の駆動方法は、前記高周波電圧の周波数は、可聴周波数以上である構成であってもよい。
【０１２７】
また、圧電素子の駆動方法は、前記駆動機構が停止している際には、前記高周波電圧の重畳を行わない切換手段を設けた構成であってもよい。
【実施例】
【０１２８】
上記実施形態のブレ補正装置３０に設けられる圧電素子３４ａ・３４ｂに印加する電圧の最適条件を求めるための実験を行った。これについて以下に説明する。
【０１２９】
まず、圧電素子３４ａ・３４ｂに直流電圧を印加した場合の反射部材２２の変位角度を測定する実験を行った。なお、上記実験において、直流電源としてkikusui社製PMC350-0.2Aを用い、チルト量を測定するための機器としてオートコリメータ（キーエンス社製LA2400）を用いている。その結果に表１に示す。
【０１３０】
【表１】
2007047502.tif 000003
【０１３１】
表１は、圧電素子３４ｂに直流電圧を印加した場合の反射部材２２のピッチング方向の変位角度（チルト量）を測定した結果である。また、図６（ａ）は、表１の結果をグラフに示したものである。
【０１３２】
次に、圧電素子３４ａに直流電圧を印加した場合の反射部材２２のヨーイング方向の変位角度（チルト量）を測定した。その結果を表２に示す。また、図６（ｂ）は、表２の結果をグラフに示したものである。
【０１３３】
【表２】
2007047502.tif 000004
【０１３４】
表１・２および図６（ａ）・６（ｂ）の結果より、圧電素子３４ａ・３４ｂに４０Ｖの直流電圧を印加すると、反射部材２２のチルト量をピッチング方向およびヨーイング方向にそれぞれ１０′以上変位させることができることが分かった。また、圧電素子に対する電圧の印加方向、すなわち昇圧方向および降圧方向によって変位角度が異なることが分かる。この現象は、圧電素子が有するヒステリシス特性によるものである。なお、圧電素子３４ａ・３４ｂのヒステリシス特性の低減方法については後述する。
【０１３５】
次に、ＦＦＴサーボアナライザ（アドバンテスト社製R9211C）を用い、周波数特性（周波数応答特性）を調べる実験を行った。
【０１３６】
図１０（ａ）は、周波数を１Ｈｚ〜１００Ｈｚまでの範囲における、周波数とゲインと位相との関係を示したグラフであり、図１０（ｂ）は、周波数を１００Ｈｚ〜５００Ｈｚまでの範囲における、周波数とゲインと位相との関係を示したグラフである。
【０１３７】
図１０（ａ）より手振れ周波数域である２０Ｈｚ以下の範囲では、ゲイン、位相の変化はなくフラットであることが分かる。また、図１０（ｂ）より５００Ｈｚ以下の範囲においても本機構の一時共振周波数（機械的共振周波数）である１８０Ｈｚにピークがあるが、手振れの周波数域に比べて十分高いため問題にならない。
【０１３８】
次に、圧電素子３４ａ・３４ｂを駆動させる方法について以下の実験を行った。
【０１３９】
まず、直流駆動電圧に交流電圧を重畳した場合のヒステリシスを測定した。
【０１４０】
圧電素子３４ａ・３４ｂの持つヒステリシスを低減するため、圧電素子３４ａ・３４ｂに印加する駆動電圧に、反射部材２２とブレ補正装置３０との機械的共振周波数よりも大きくかつ圧電素子３４ａ・３４ｂの固有振動数よりも低い範囲内の周波数、具体的には、１０ＫＨｚ〜４０ＫＨｚまでの高周波交流電圧を重畳させた状態で駆動電圧を可変し評価を行った。上記機械的共振周波数は、有限要素法等を用いた計算機シミュレーションにより算出した結果、１８０Ｈｚであった。また、圧電素子の固有振動数は、１００ｋＨｚである。
【０１４１】
そこで、駆動条件は、重畳する周波数を１０ＫＨｚ、２０ＫＨｚ、３０ＫＨｚ、４０ＫＨｚとし、重畳電圧および波形をｐ−ｐ４Ｖ、ｐ−ｐ８Ｖ、ｐ−ｐ１２の正弦波形とする。また、本実施の形態における圧電素子３４ａ・３４ｂに印加する直流電圧に重畳させる高周波電圧の周波数は上記周波数、つまり、１０ＫＨｚ〜４０ＫＨｚまでの範囲内である。
【０１４２】
図１３（ａ）〜図１３（ｄ）の結果より圧電素子３４ａ・３４ｂに上記高周波交流電圧を重畳する手法は、ヒステリシス低減に効果的であり、高周波交流電圧を重畳することによりヒステリシス特性による画素ずれの影響を０．５画素以下にすることが可能となる。
【０１４３】
次に、交流駆動電圧に上記高周波交流電圧を重畳した場合の、反射部材２２の変位角度を測定する実験を行った。
【０１４４】
上記高周波交流電圧の重畳を行った場合においても、反射部材２２は２０Ｈｚまでの指令信号に対して、高周波交流電圧の重畳波形の影響を受けることなく相似形で追従している様子が確認できる。また、後述の高周波交流電圧の重畳を行わなかった場合の図８（ａ）〜図９（ｂ）と高周波交流電圧の重畳を行った場合の図１４（ａ）〜図１５（ｂ）とのリサージュ波形を比較して、圧電素子３４ａ・３４ｂのヒステリシス特性の影響が低減されていることが分かる。
【０１４５】
なお、本実験では、反射部材２２のヒステリシス特性による影響を比較するために、交流駆動電圧に上記高周波交流電圧を重畳させているが、当該交流駆動電圧の周波数は、上記比較に影響しない程度に上記高周波交流電圧の周波数に比べて低く設定している。つまり、当該交流電圧は機械的共振周波数より低い手振れ周波数を意味しており、さらに詳しくは、圧電素子３４ａ・３４ｂの変位を決定する直流電圧が手振れの周波数で変動することを想定して交流駆動電圧を使用し動的な特性を測定している。したがって、圧電素子３４ａ・３４ｂに印加する駆動電圧を交流駆動電圧として実験を行っても直流駆動電圧（直流電圧）を印加した場合と同様の効果を得ることができる。
【０１４６】
次に、図１１に示す評価系を用いて、ブレ抑制特性を評価した。評価方法としては、まず自動回転ステージ上にプリズムを取り付けたブレ補正装置３０を固定する。次に、ブレ補正装置３０を駆動させず、回転ステージを揺動させＰＳＤ出力振幅を測定する。この測定結果を図１２（ａ）に示す。
【０１４７】
次に、回転ステージの揺動状態を変位センサにより測定し、その信号を用いてブレ補正装置３０を駆動させ、そのときのＰＳＤ出力振幅を測定する。この測定結果を図１２（ｂ）に示す。そして、それぞれ測定したＰＳＤ出力振幅を比較する。
【０１４８】
図１２（ａ）・１２（ｂ）より、ブレ補正装置３０を回転ステージの動きと同期させることによって、プリズムの振れ量を１／４以下に抑制することができることが分かる。
〔比較例〕
ここで、圧電素子３４ａ・３４ｂに印加する交流駆動電圧に上記高周波交流電圧を重畳しない場合の反射部材２２の変位角度を測定する実験を行った。
【０１４９】
なお、高周波交流電圧を重畳した場合のブレ補正装置３０の変位角度特性については、オートコリメータの周波数帯域が低く、先と同様の方法では測定できないため、図７に示す評価系を構成し測定した。この評価系は、図７に示すように、ブレ補正装置３０にプリズムを取り付け、光源（平行光）からの入射光を反射させる。そして、この反射光をＰＳＤ（Position Sensitive Detector）にて受光することによりプリズムの変位角度量を算出することができる構成である。
【０１５０】
図８（ａ）〜図９（ｂ）から分かるように、０．５Ｈｚから２０Ｈｚの周波数域において、圧電素子に印加する駆動電圧（ＣＨ２）に対するプリズムチルトを表すＰＳＤ出力（ＣＨ１）に不要なノイズ等がのることなく相似形となっていることが分かる。これにより、ブレ補正装置３０が手振れ補正範囲である２０Ｈｚまでの範囲で良好に動作していることが分かる。
【０１５１】
なお、図８（ａ）〜図９（ｂ）のリサージュ波形（Ｃ１／Ｃ２）に示すように、駆動電圧昇圧時と降圧時で軌跡が異なる現象が確認できる。これは圧電素子３４ａ・３４ｂのヒステリシス特性に起因すると思われる。
【０１５２】
このように、圧電素子３４ａ・３４ｂに印加する交流駆動電圧に上記高周波交流電圧を重畳しない場合には、ヒステリシスの影響を低減することができないことが分かる。
【産業上の利用可能性】
【０１５３】
圧電素子を駆動源とする光学系駆動装置全般に適用でき、特に、小型化によって、携帯型撮影機器の光学系駆動装置に適用できる。また、圧電素子による微小変位を得るものであれば良く、オープン制御でも、圧電素子のヒステリシスの影響がなく、位置検出素子が不要で、かつ回路構成が容易にできるので、例えば、ＳＴＭ（走査型トンネル顕微鏡）、半導体製造装置、Ｘ−Ｙ精密ステージ、磁気記録装置のトラッキング機構等の微小位置決め装置などにも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１５４】
【図１】本発明の一実施形態を示すものであり、ブレ補正装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】（ａ）は、ブレ補正装置に設けられる圧電素子の電圧変位特性を示すグラフであり、（ｂ）は、反射部材の電圧変位特性を示すグラフである。
【図３】上記ブレ補正装置が設けられるカメラユニット光学系の概略構成を示す斜視図である。
【図４】上記ブレ補正装置の全体構成を示す分解斜視図である。
【図５】圧電素子のヒステリシス特性を示すグラフである。
【図６】（ａ）は、圧電素子に印加する直流電圧と圧電素子のピッチング方向の変位角度との関係を示したグラフであり、（ｂ）は、圧電素子に印加する直流電圧と圧電素子のヨーイング方向の変位角度との関係を示したグラフである。
【図７】圧電素子に交流駆動電圧を印加した場合の反射部材の変位角度を測定するための評価系を示した平面図である。
【図８】（ａ）は、圧電素子に印加する交流駆動電圧の周波数を０．５Ｈｚにした場合の反射部材の変位角度と交流駆動電圧との関係を示した波形図であり、（ｂ）は、圧電素子に印加する交流駆動電圧の周波数を１Ｈｚにした場合の反射部材の変位角度と交流駆動電圧との関係を示した波形図であり、（ｃ）は、圧電素子に印加する交流駆動電圧の周波数を５Ｈｚにした場合の反射部材の変位角度と交流駆動電圧との関係を示した波形図である。
【図９】（ａ）は、圧電素子に印加する交流駆動電圧の周波数を１０Ｈｚにした場合の反射部材の変位角度と交流駆動電圧との関係を示した波形図であり、（ｂ）は、圧電素子に印加する交流駆動電圧の周波数を２０Ｈｚにした場合の反射部材の変位角度と交流駆動電圧との関係を示した波形図である。
【図１０】（ａ）は、周波数を１Ｈｚ〜１００Ｈｚまでの範囲における、周波数とゲインと位相との関係を示したグラフであり、（ｂ）は、周波数を１００Ｈｚ〜５００Ｈｚまでの範囲における、周波数とゲインと位相との関係を示したグラフである。
【図１１】手振れ補正の特性を測定するための評価系を示した平面図である。
【図１２】（ａ）は、ブレ補正装置がオフの場合の反射部材の振れ量を示した波形図であり、（ｂ）は、ブレ補正装置がオンの場合の反射部材の振れ量を示した波形図である。
【図１３】（ａ）は、圧電素子に印加する直流電圧に１０Ｈｚの周波数の交流電圧を重畳した場合の直流電圧とヒステリシスの特性との関係を示したグラフであり、（ｂ）は、圧電素子に印加する直流電圧に２０Ｈｚの周波数の交流電圧を重畳した場合の直流電圧とヒステリシスの特性との関係を示したグラフであり、（ｃ）は、圧電素子に印加する直流電圧に３０Ｈｚの周波数の交流電圧を重畳した場合の直流電圧とヒステリシスの特性との関係を示したグラフであり、（ｄ）は、圧電素子に印加する直流電圧に４０Ｈｚの周波数の交流電圧を重畳した場合の直流電圧とヒステリシスの特性との関係を示したグラフである。
【図１４】（ａ）は、圧電素子に印加する０．５Ｈｚの周波数の交流駆動電圧に高周波交流電圧を重畳した場合の反射部材の変位角度と交流電圧との関係を示した波形図であり、（ｂ）は、圧電素子に印加する１Ｈｚの周波数の交流駆動電圧に高周波交流電圧を重畳した場合の反射部材の変位角度と交流電圧との関係を示した波形図であり、（ｃ）は、圧電素子に印加する５Ｈｚの周波数の交流駆動電圧に高周波交流電圧を重畳した場合の反射部材の変位角度と交流電圧との関係を示した波形図である。
【図１５】（ａ）は、圧電素子に印加する１０Ｈｚの周波数の交流駆動電圧に高周波交流電圧を重畳した場合の反射部材の変位角度と交流電圧との関係を示した波形図であり、（ｂ）は、圧電素子に印加する２０Ｈｚの周波数の交流駆動電圧に高周波交流電圧を重畳した場合の反射部材の変位角度と交流電圧との関係を示した波形図である。
【符号の説明】
【０１５５】
１  カメラ鏡筒部
１０  ヨーイング方向角速度センサ
１１  ピッチング方向角速度センサ
１４  ＭＰＵ（制御手段）
１５ａ・１５ｂ  直流駆動電圧発生回路
１６  高周波駆動電圧発生回路
１７  スイッチ
１８ａ・１８ｂ  加算器
１９  電圧印加部（電圧印加手段）
２２  反射部材（光学エレメント、光学機構系）
３０  ブレ補正装置（光学機構系）
３４ａ、３４ｂ  圧電素子（光学機構系）
１００  カメラユニット光学系
【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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【図１５】
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