(57)【要約】【課題】簡易な構成で被移動体を直線移動でき且つ小型のリニア駆動装置、そのリニア駆動装置を利用したレンズ駆動装置及びカメラの手振れ防止装置を提供する。【解決手段】本発明のリニア駆動装置７は、軸部材２１の一端部２１ａに一方のピエゾユニット１７ａを設けてあり、他端部２１ｂに他方のピエゾユニット１７ｂを設けてあり、一方及び他方のピエゾユニット２１ａ、２１ｂは各々、対向配置した一方及び他方のピエゾ素子１７ａ、１７ｂと、ピエゾ素子１７ａ、１７ｂ間に挟持した弾性体１９とを有し、軸部材２１の端部２１ａ、２１ｂは弾性体１９に固定してあり、電源制御部２７が一方及び他方のピエゾユニット１７ａ、１７ｂに互いに逆極性で同位相のパルス電流を印加して、一方及び他方のピエゾユニットの各弾性体１９、１９を軸部材２１の軸線方向に振動させ、軸部材２１の側面に摩擦係合している被移動体３を軸部材２１の軸線方向に移動する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸部材と、軸部材の一端部に設けた一方のピエゾユニットと、軸部材の他端部に設けた他方のピエゾユニットと、軸部材の側面に摩擦係合した被移動体と、電源制御部とを備え、一方及び他方のピエゾユニットは各々、対向配置した一方及び他方のピエゾ素子と、ピエゾ素子間に挟持した弾性体とを有し、軸部材の端部は弾性体に固定してあり、電源制御部が一方及び他方のピエゾユニットに互いに逆極性で同位相のパルス電流を印加して、一方及び他方のピエゾユニットの各弾性体を軸部材の軸線方向に振動させ、軸部材の側面に摩擦係合している被移動体を軸部材の軸線方向に移動することを特徴とするリニア駆動装置。
【請求項２】
弾性体は導電部材であり、弾性体に対して各ピエゾ素子に相対的にプラスのパルス電流を印加すると一方向に被移動体が移動し、相対的にマイナスのパルス電流を印加すると他方に移動することを特徴とする請求項１に記載のリニア駆動装置。
【請求項３】
被移動体は、ばね部材を有し、ばね部材の弾性力で軸部材の側面に摩擦係合していることを特徴とする請求項２に記載のリニア駆動装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載のリニア駆動装置と、レンズを保持するレンズホルダとを備え、被移動体はレンズホルダであり、軸部材はレンズの光軸に沿って設けてあり、レンズホルダが保持したレンズを光軸方向に移動することを特徴とするレンズ駆動装置。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載のリニア駆動装置と、レンズの結像位置に配置された画像センサとを備え、リニア駆動装置の被移動体は画像センサであり、画像センサの位置変動に応じてリニア駆動装置を駆動して画像センサの位置制御を行うことを特徴とするカメラの手振れ防止装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被移動体を直線移動するリニア駆動装置、リニア駆動装置の被移動体をレンズホルダとしたレンズ駆動装置、及びリニア駆動装置の被移動体を画像センサとしたカメラの手振れ防止装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、マグネットとコイルとヨークとから構成されるリニアモータでレンズホルダを光軸方向に駆動するレンズ駆動装置が開示されている。
【０００３】
特許文献２には、ピエゾ素子（圧電素子）を反射鏡の端部に設け、ピエゾ素子に通電することにより反射鏡の端部を僅かに変形させて位置決めを行うことが開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２３０３７号公報
【特許文献２】特開２０００−１２１９５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１の技術では、レンズホルダの移動方向に、マグネットやコイル等で構成されるリニアモータ機構を設けているので、レンズ駆動装置の小型化に限界があった。
【０００６】
特許文献２はピエゾ素子を利用して反射鏡を僅かに変形させるだけのものであり、ピエゾ素子はその可動範囲での利用に限られるものであった。
【０００７】
一方、レンズ駆動等に用いられるリニア駆動装置においては、更なる小型化の要求が高い。
【０００８】
そこで、本発明は、簡易な構成で被移動体を直線移動でき且つ小型のリニア駆動装置、そのリニア駆動装置を利用したレンズ駆動装置及びカメラの手振れ防止装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の発明は、軸部材と、軸部材の一端部に設けた一方のピエゾユニットと、軸部材の他端部に設けた他方のピエゾユニットと、軸部材の側面に摩擦係合した被移動体と、電源制御部とを備え、一方及び他方のピエゾユニットは各々、対向配置した一方及び他方のピエゾ素子と、ピエゾ素子間に挟持した弾性体とを有し、軸部材の端部は弾性体に固定してあり、電源制御部が一方及び他方のピエゾユニットに互いに逆極性で同位相のパルス電流を印加して、一方及び他方のピエゾユニットの各弾性体を軸部材の軸線方向に振動させ、軸部材の側面に摩擦係合している被移動体を軸部材の軸線方向に移動することを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、弾性体は導電部材であり、弾性体に対して各ピエゾ素子に相対的にプラスのパルス電流を印加すると一方向に被移動体が移動し、相対的にマイナスのパルス電流を印加すると他方に移動することを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、被移動体は、ばね部材を有し、ばね部材の弾性力で軸部材の側面に摩擦係合していることを特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のリニア駆動装置と、レンズを保持するレンズホルダとを備え、被移動体はレンズホルダであり、軸部材はレンズの光軸に沿って設けてあり、レンズホルダが保持したレンズを光軸方向に移動することを特徴とするレンズ駆動装置である。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のリニア駆動装置と、レンズの結像位置に配置された画像センサとを備え、リニア駆動装置の被移動体は画像センサであり、画像センサの位置変動に応じてリニア駆動装置を駆動して画像センサの位置制御を行うことを特徴とするカメラの手振れ防止装置である。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に記載の発明によれば、軸部材の両端に設けたピエゾユニットに電源制御部が互いに逆極性で同位相のパルス電流を印加すると、各ピエゾユニットでは、一方及び他方のピエゾ素子が弾性体に対して相対的な伸縮を繰り返すので、一方及び他方のピエゾ素子間に挟持してある弾性体が一方及び他方のピエゾ素子間で振動し、弾性体に一端を固定してある軸部材が軸線方向に細かく振動する。軸部材は軸線方向の振動により側面がパルス波で波打つように細かく振動し、軸部材の側面に摩擦係合してある被移動体が軸部材を軸線方向にリニア移動する。
【００１５】
軸部材の両端に設けたピエゾユニットが各々軸部材を同方向に振動させるので、軸部材の側面に生じるパルス波は、両端に設けたピエゾユニットにより相乗的に増幅した振幅のパルス波になり、軸部材の一端にのみピエゾユニットを設けた場合に比較して大きな駆動力（トルク）を得ることができる。
【００１６】
本発明では大きな駆動力を得られるから、被移動体の重量の自由度も高く、被移動体の適用範囲も広くできる。
【００１７】
軸部材の一端にのみピエゾユニットを設けた場合について実験したところ、被移動体は軸部材の軸線方向に滑らかに移動した。これは軸部材の側面に発生するパルス波の振動は極めて細かい振動であるため、被移動体との摩擦係合部では、非接触面積が小さくなり、移動時に被移動体と軸部材との間に作用する摩擦力は小さくなって、被移動体は被移動体がパルス波（進行波）に押されて軸部材表面を滑らかに移動することができたものと考えられる。したがって、軸部材の側面に生じるパルス波の振幅を大きくすることができれば、振幅の大きさに比例した大きな駆動力を得ることができる。
【００１８】
本発明のリニア駆動装置によれば、ピエゾ素子と、弾性体と、軸部材と、軸部材に摩擦係合した被移動体のみの構成であるから、リニアモータ機構のようなマグネットやコイル等が不用となり、簡易で且つ極めて小型にできる。
【００１９】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の作用効果を得ることができると共に、各ピエゾユニットに供給するパルス電流の向きを変えるだけで、被移動体を軸部材の軸線方向に往復移動することができる。
【００２０】
請求項３に記載の発明によれば、請求項２に記載の作用効果を奏すると共に、移動体はばねにより軸部材の表面に圧接するので、軸部材表面のパルス振動に応答してばね部材が共振しやすく、被移動体の移動時における軸部材表面と被移動体との間の接触面積が小さくなって、よりスムーズな移動を図ることができる。
【００２１】
請求項４に記載の発明によれば、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の作用効果を奏するレンズ駆動装置を得ることができる。特に、フォーカスレンズや倍率レンズの駆動に利用することにより、従来よりも簡易で小型のオートフォカスや倍率機能を備えたカメラを提供することができる。
【００２２】
請求項５に記載の発明によれば、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の作用効果を奏する共にカメラの手振れ防止装置を簡易で小型にできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に、添付図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は第１実施の形態にかかるレンズ駆動装置を図３のＡ―Ａ位置で切断して示す断面図であり、図２は第１実施の形態にかかるレンズ駆動装置を図３のＢ―Ｂ位置で切断して示す断面図であり、図３は第１実施の形態にかかるレンズ駆動装置を図１のＣ―Ｃ位置で切断して示す断面図であり、図４はリニア駆動装置の概略構成を示した断面図であり、図５は第１実施の形態にかかるリニア駆動装置の図であり、（ａ）は（ｂ）に示すＥ−Ｅ断面図、（ｂ）は正面図であり、図６は電源制御部がピエゾユニットに供給するパルス電流の波形であり、（ａ）は一方のピエゾユニットに供給するパルス電流の波形図、（ｂ）は他方のピエゾユニットに供給するパルス電流の波形図であり、図７は駆動軸（軸部材）の側面に発生するパルス波の状態を説明する図である。
【００２４】
第１実施の形態にかかるレンズ駆動装置１は、携帯電話に組み込まれるデジタルカメラ２に用いられるものであり、光学ズーム付きオートフォーカスデジタルカメラのレンズ駆動装置である。
【００２５】
レンズ駆動装置１は、図１及び図２に示すように、第１レンズホルダ（被移動体）３及び第２レンズホルダ（被移動体）５と、第１レンズホルダ３を駆動する第１リニア駆動装置７と、第２レンズホルダ５を駆動する第２リニア駆動装置９とを備えている。
【００２６】
第１レンズホルダ３は、本実施の形態では光学ズームレンズ１４を保持しており、第２レンズホルダ５は、フォーカスレンズ１６を保持しており、光学ズームレンズ１４とフォーカスレンズ１６とは光軸を同一にしてあり、光軸上には結象位置に画像センサ１１が設けてある。この画像センサ１１には本発明の第２実施形態にかかる手振れ防止装置１０が設けてあるが、この手振れ防止装置１０については後述する。
【００２７】
第１リニア駆動装置７と第２リニア駆動装置９とは略同じ構成であるから、第１リニア駆動装置７を説明して第２リニア駆動装置９には同一作用効果を奏する部分には同一の符号を付することによりその部分の説明を省略する。
【００２８】
第１リニア駆動装置７は、駆動軸（軸部材）２１と、駆動軸２１の一端部に設けた一方のピエゾユニット２２と、駆動軸２１の他端部に設けた他方のピエゾユニット２４と、電源制御部２７（図４参照）とを備えている。
【００２９】
一方のピエゾユニット２２は筐体１３の基底１５に固定されており、他方のピエゾユニット２４は基底１５に対向配置した前壁１８に固定されており、駆動軸２１は基底１５と前壁１８との間に光軸方向に平行に配置され、第１レンズホルダ（被移動体）３が駆動軸２１の側面に摩擦係合している。尚、基底１５側は光学ズームの拡大側であり、前壁１８側は光学ズームの望遠側である。
【００３０】
一方及び他方のピエゾユニット２２、２４は、各々、対向配置した一方及び他方のピエゾ素子１７ａ、１７ｂと、ピエゾ素子１７ａ、１７ｂ間に配置した振動子（弾性体）１９とを有しており、駆動軸２１の一端２１ａは一方のピエゾユニット２２の振動子１９に固定してあり、他端２１ｂは他方のピエゾユニット２４の振動子１９に固定している。
【００３１】
振動子１９は銅板であり、図４に示すように、各ピエゾユニット２２、２４の一方及び他方のピエゾ素子１７ａ、１７ｂと、振動子１９とには電源制御部２７が接続されている。電源制御部２７は、図６に示すように、一方及び他方のピエゾユニット２２、２４に互いに逆極性で同位相のパルス電流を印加し、一方及び他方のピエゾユニット２２、２４の各振動子１９を軸部材２１の軸線方向に振動させ、軸部材２１の側面に摩擦係合している第１レンズホルダ（被移動体）３を軸部材２１の軸線方向に移動するものである。
【００３２】
尚、各ピエゾユニット２２、２４を構成するピエゾ素子１７ａ、１７ｂには同極で同位相のパルス電流が印加され、振動子１９に対して各ピエゾ素子１７ａ、１７ｂには相対的にプラス又はマイナスのパルス電流が印加されるものである。
【００３３】
第１レンズホルダ３は、一端部に駆動軸２１との摩擦係合部３１を有しおり、摩擦係合部３１は、ばね部材でできており、図３に示すように、駆動軸２１にばね力で挟持して、摩擦力を付与している。
【００３４】
第１レンズホルダ３の他端部には補助軸３５との係合部３３が設けてあり、係合部３３は筐体１３の基底１５と前壁１８との間に駆動軸２１と平行に立設された補助軸３５に係合して、第１レンズホルダ３の移動を案内している。
【００３５】
次に、本発明にかかる実施の形態の作用及び効果について説明する。
【００３６】
本実施の形態では、第１レンズホルダ３を移動して光学ズームで倍率を変え、同時に第２レンズホルダを移動して焦点位置をあわせるものである。
【００３７】
第１レンズホルダ３を、望遠側（前側）に移動する場合には、一方のピエゾユニット２２では、振動子１９を０ボルトとしてピエゾ素子１７ａ、１７ｂに各々、図６（ａ）に示すような波形のプラスのパルス電流を印加する。他方のピエゾユニット２４では、図６（ｂ）に示すように、一方のピエゾユニット２２と逆極性で同位相の電流を印加する（ピエゾ素子１７ａ、１７ｂを０ボルトとし、振動子１９に相対的にマイナスのパルス電流を印加する）。
【００３８】
一方のピエゾユニット２２では、ピエゾ素子１７ａ、１７ｂにプラスのパルス電流を印加するので、ピエゾ素子１７ａ、１７ｂは伸び（体積を膨張）次に元に戻ることを繰り返し、ピエゾ素子１７ａ、１７ｂ間にある振動子１９が振動する。このような振動子１９の振動により、図７（ａ）に示す駆動軸２１の側面では、図７（ｂ）に示すように振幅Ｓ１で一方向に進行する進行波が生じる。
【００３９】
他方のピエゾユニット２４では、ピエゾ素子１７ａ、１７ｂに一方のピエゾユニット２２に印加する電流と同位相で且つ相対的にマイナスのパルス電流が印加されるので、ピエゾ素子１７ａ、１７ｂは縮み（体積を縮小）次に元に戻ることを繰り返し、ピエゾ素子１７ａ、１７ｂ間にある振動子１９の振動が振動し、駆動軸２１の側面では、図７（ｃ）に示すように振幅Ｓ２で一方向に進行する進行波が生じることになる。
【００４０】
結果的に、図７（ａ）に示す駆動軸２１の側面では、図７（ｄ）に示すように、図７（ｂ）と図７（ｃ）との進行波は同位相であるから各振幅Ｓ１とＳ２とを合算した大きさの振幅Ｓ３で一方向に（前側に）進行する進行波が生じる。
【００４１】
したがって、本実施の形態によれば、一方のピエゾユニット２２と他方のピエゾユニット２４とで発生する振動の振幅を合算した大きな振幅の進行波を得ることができ、駆動トルクを一方のピエゾユニットのみとして場合に比較して略２倍にすることができる。
【００４２】
本実施の形態では、図６に示す電圧Ｖが数十Ｖであり、周波数Ｈが数十ＫＨｚでスムーズな移動を図ることができた。実験では、各ピエゾユニット２２、２４における電圧Ｖが３５Ｖで、周波数Ｈが５６ＫＨｚとした場合、６０ｇ・ｆの摺動トルクで、２２ｍｍ／秒の移動を得ることができた。尚、駆動軸２１に一方のピエゾユニット２２のみを設けて駆動軸２１の他端を自由端として同じ条件で比較実験をしたところ、移動速度は２０ｍｍ／秒で摺動トルクは３５ｇ・ｆであった。
【００４３】
第１レンズホルダ３を、拡大側（後側）に移動する場合には、各ピエゾユニット２２、２４における電圧の極性を切り替えて、一方のピエゾユニット２２では、ピエゾ素子１７、１７に振動子１９を０ボルトとして振動子１９に対して相対的にマイナスのパルス電流を印加し、他方のピエゾユニット２４では、ピエゾ素子１７、１７に振動子１９を０ボルトとして振動子１９に対して相対的にプラスのパルス電流を印加する。これにより、駆動軸２１の側面では、図７（ｄ）に示す振幅で図７（ｄ）の進行波とは逆方向に向かう波状の振動が発生し、第１レンズホルダ３は駆動軸２１の一端２１ａに向けて（後側に）移動する。
【００４４】
一方、摩擦係合部３１では、摩擦係合している駆動軸２１の側面が振動するとばねでできている摩擦係合部３１の係合面も同様に振動して駆動軸２１の側面との摩擦接触面積が小さくなるので、移動時には小さな摩擦力でスムーズに移動することができる。
【００４５】
また、第２レンズホルダ５の駆動も第１レンズホルダ３と同様にピエゾ素子１７、１７と振動子１９との間に所定パルスの電流を供給することにより、第２レンズホルダを前進又は後退させることができる。
【００４６】
本実施の形態によれば、第１及び第２レンズホルダ３、５を移動させるリニア駆動装置７、９は一方及び他方のピエゾ素子１７ａ、１７ｂと、振動子１９と、駆動軸２１のみであるから、従来のリニアモータ機構のようなマグネットやヨークやコイル等が不用であるから、簡易で且つ極めて小型にできる。
【００４７】
特に、一方及び他方のピエゾユニット２２、２４は駆動軸２１の両端に設けるので、第１及び第２レンズホルダ３、５の周囲部には駆動機構が無いので、レンズの口径方向の幅を小さくすることができる。
【００４８】
また、補助軸３５により第１及び第２レンズホルダ３、５を支持しているので、各レンズホルダ３、５を安定に移動できる。
【００４９】
本実施の形態では、駆動軸２１の側面に生じるパルス波は、駆動軸２１の両端に設けたピエゾユニット２２、２４により相乗的に増幅した振幅のパルス波になるので、駆動軸２１の一端にのみピエゾユニットを設けた場合に比較して大きな駆動力（トルク）を得ることができる。
【００５０】
以下に本発明の他の実施の形態を説明するが、以下に説明する他の実施の形態において、上述した第１実施の形態と同一の作用効果を奏する部分には同一の符号を付することにより、その部分の詳細な説明を省略する。
【００５１】
図８に第２実施の形態を示す。この第２実施の形態では、カメラの手振れ防止装置１０として第１リニア駆動装置７と第２リニア駆動装置９とを用いたものである。即ち、図１に示す画像センサ１１は支持体４３に対して一方向（Ｘ方向）にスライド自在に保持されていると共に支持体４３には第１リニア駆動装置７の一方及び他方のピエゾユニット２２、２４が固定されており、駆動軸２１が画像センサ１１の一側縁に沿うＸ方向に沿って配置されている。また、カメラの筐体１３には、第２リニア駆動装置９の一方及び他方のピエゾユニット２２、２４が固定されており、駆動軸２１が画像センサ１１の他側縁に沿うＹ方向に配置されており、支持部材４３をＹ方向に移動するようになっている。
【００５２】
第２実施の形態では、電源制御部２７では、手振れにより生じた画像センサ１１の位置変動量に応じて、第１及び第２リニア駆動装置９、１１に各々上述した第１実施の形態と同様に図６に示すパルス電流を印加して駆動し、手振れ等による画像のぶれを防止する。
【００５３】
この第２実施の形態によれば、従来モータにより駆動制御していた手振れ防止装置１０にピエゾユニット２２、２４の振動を利用したリニア駆動装置７、９を用いているので、手振れ防止装置１０を簡易な構成で且つ小型にすることができる。
【００５４】
第１及び第２リニア駆動装置７、９では、各々所定の電圧で略倍の駆動トルクを得ることができるので、画像センサ１１を迅速に駆動でき手振れ等のよる位置補正を迅速に行うことができる。
【００５５】
本発明は上述した実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。例えば、各ピエゾユニット２２、２４における、一方及び他方のピエゾ素子１７ａ、１７ｂは、各々複数枚を積層するものであってもよい。このようにピエゾ素子を複数枚積層することにより、更に駆動軸（軸部材）側面に発生する振動の振幅を大きくできるので更に大きな駆動力を得ることができる。
【００５６】
上述した実施の形態では、携帯電話に搭載されるレンズ駆動装置やカメラの手振れ防止装置を例に用いて説明したが、デジタルスチルカメラのレンズ駆動装置やカメラの手振れ防止装置として用いるものでも良い。
【００５７】
被移動体は、上述したレンズホルダ３、５や画像センサ１１に限らず、直線移動するものであればその用途は特に制限されない。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】第１実施の形態にかかるレンズ駆動装置を図３のＡ―Ａ位置で切断して示す断面図である。
【図２】第１実施の形態にかかるレンズ駆動装置を図３のＢ―Ｂ位置で切断して示す断面図である。
【図３】第１実施の形態にかかるレンズ駆動装置を図１のＣ―Ｃ位置で切断して示す断面図である。
【図４】リニア駆動装置の概略構成を示した断面図である。
【図５】第１実施の形態にかかるリニア駆動装置の図であり、（ａ）は（ｂ）に示すＥ−Ｅ断面図、（ｂ）は正面図である。
【図６】電源制御部がピエゾユニットに供給するパルス電流の波形であり、（ａ）は一方のピエゾユニットに供給するパルス電流の波形図、（ｂ）は他方のピエゾユニットに供給するパルス電流の波形図である。
【図７】駆動軸（軸部材）の側面に発生するパルス波の状態を説明する図である。
【図８】第２実施の形態にかかるカメラの手振れ防止装置の構成を示す正面図である。
【００５９】
１      レンズ駆動装置
３      第１レンズホルダ（被移動体）
５      第２レンズホルダ（被移動体）
７      第１リニア駆動装置
９      第２リニア駆動装置
１０    カメラの手振れ防止装置
１３    筐体
１７ａ  一方のピエゾ素子
１７ｂ  他方のピエゾ素子
１９    振動子（弾性体）
２１    駆動軸（軸部材）
２１ａ  一端部
２１ｂ  他端部
２２    一方のピエゾユニット
２４    他方のピエゾユニット
【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】
2007318851.tif 000009
【図８】
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