駆動装置ならびにそれを用いる像ぶれ補正装置および撮像装置
【課題】矩形波パルスを入力し、擬似鋸歯状の変位振動を生じさせて被駆動部材を駆動するＳＩＤＭ超音波リニアアクチュエータにおいて、ガタツキを抑えつつ小型化する。
【解決手段】圧電素子の一端に錘１３９を、他端にロッド１３２を取付け、該ロッド１３２に摩擦係合する摺動部４４を前記擬似鋸歯状の変位振動で移動させる超音波リニアアクチュエータ１３において、前記矩形波パルスでの駆動によって、ロッド１３２が所定長さＤ１３を超えると、基端側が有効な振動を発生することができなくなるのに対して、その長さＤ１３を超えて、長さＤ１４だけ延長形成するとともに、摺動部４４側はその延長分の長さＤ１４より長く（Ｄ１５）形成し、さらに遊端側を従来通りロッド１３２に摩擦係合させて推力を発生させる摩擦係合部４４４とし、基端側はロッド１３２に緩やかに係合する案内筒部４４２とする。
【解決手段】圧電素子の一端に錘１３９を、他端にロッド１３２を取付け、該ロッド１３２に摩擦係合する摺動部４４を前記擬似鋸歯状の変位振動で移動させる超音波リニアアクチュエータ１３において、前記矩形波パルスでの駆動によって、ロッド１３２が所定長さＤ１３を超えると、基端側が有効な振動を発生することができなくなるのに対して、その長さＤ１３を超えて、長さＤ１４だけ延長形成するとともに、摺動部４４側はその延長分の長さＤ１４より長く（Ｄ１５）形成し、さらに遊端側を従来通りロッド１３２に摩擦係合させて推力を発生させる摩擦係合部４４４とし、基端側はロッド１３２に緩やかに係合する案内筒部４４２とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置の像ぶれ補正装置に好適に用いられ、ＳＩＤＭ(Smooth Impact Drive Mechanism（登録商標）)から成る超音波リニアアクチュエータなどとして好適に実施される駆動装置ならびにそれを用いる前記像ぶれ補正装置および撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
前記撮像装置の像ぶれ補正装置は、スローシャッターを可能にして、夜間撮影で３脚を不要にできる等のメリットがあり、搭載が進んでいる。その中でも、光学的な補正は、電子的な補正に比べて、解像度等の点で有利であり、像ぶれ補正装置の主流となっている。その光学的な像ぶれ補正の１つの手法としては、レンズ内に設けた補正レンズや、カメラ本体内に設けた撮像素子などの光学部品を光軸と直交方向に変位することで行われる。そのような像ぶれ補正装置におけるアクチュエータとして、前記ＳＩＤＭ超音波リニアアクチュエータは、省スペースに搭載でき、好適である。
【０００３】
前記超音波リニアアクチュエータは、たとえば図１５で模式的に示すような構造を有し、電気機械変換素子である圧電素子３０１の伸縮を、駆動部材であるロッド３０２に伝え、そのロッド３０２に所定の摩擦力で係合している被駆動部材（移動体）３０３を、前記圧電素子３０１の伸張時と縮小時との速度差を利用して移動させるものである。圧電素子３０１のロッド３０２が取付けられる面とは反対側の面は、所定の重量を有する固定部３０４に固定されている。
【０００４】
これによって、たとえば図１５（ａ）から図１５（ｂ）で示すように、ロッド３０２をゆっくりと伸張させることで、そのロッド３０２に摩擦係合している被駆動部材３０３も移動し、図１５（ｂ）から図１５（ｃ）で示すように、前記所定の摩擦力を超える程、ロッド３０２を瞬時に縮小すると、被駆動部材３０３が慣性のために伸張位置に取り残されるということを繰返し行うことで、前記被駆動部材３０３を前記ロッド３０２の軸方向に移動させるものである。そして、伸張を瞬時に、縮小をゆっくりと行うことで、前記被駆動部材３０３の移動方向を前記とは逆転することができる。
【０００５】
図１６には、上述のような超音波リニアアクチュエータの時間経過に伴う圧電素子３０１および被駆動部材３０３の変位の関係を示す。上述のように、圧電素子３０１の伸張時と縮小時との速度差を利用して被駆動部材３０３を移動させるので、駆動部材３０２と被駆動部材３０３との係合部には擬似鋸歯状の変位が生じ、その鋸歯状波形の斜辺部分の変位が積算されて、被駆動部材３０３の総変位量になる。
【０００６】
このような超音波リニアアクチュエータは、通常のローレンツ力型のモータなどに比べて、構成が簡単で、しかも減速機構を用いずに負荷をダイレクトに駆動することができる。このため、特許文献１では、その搭載例として、前記ロッド３０２をレンズ光軸方向に設置し、被駆動部材３０３となるフォーカシングレンズの保持部材を前記ロッド３０２に係合させることで、オートフォーカスを実現した駆動装置が提案されている。なお、前記ロッド３０２に対して被駆動部材３０３を摩擦係合させるためには、ばねなどによる押圧力だけではなく、磁力が用いられてもよい。
【０００７】
ところで、上述のような擬似鋸歯状の変位を生じさせるためには、三角波を作成する必要がある。しかしながら、そのような駆動回路は複雑になる。そこで、本件出願人は、先に特許文献２を提案している。その従来技術によれば、上述のような超音波リニアアクチュエータに対して、駆動信号の周波数を適宜設定し、かつデューティを適宜設定することで、矩形波パルスを用いても、その矩形波に含まれる２次を始めとする高調波成分が前記擬似鋸歯状の波形を構成し、駆動を可能にするものである。
【０００８】
具体的には、前記圧電素子、駆動部材および被駆動部材から成る電気機械変換素子の系における共振周波数に対して、前記駆動信号の周波数を０．６〜０．８倍、好ましくは０．７倍、前記デューティを０．５５〜０．８５または０．１５〜０．４５、好ましくは０．７または０．３に設定するというものである。デューティの０．７と０．３とは、一方が被駆動部材３０３を一方方向に駆動し、他方が他方方向に駆動するもので、すなわちそれらを選択することで、移動方向を選択するようになっている。
【０００９】
これによって、図１７（ａ）で示す駆動回路３１０または図１７（ｂ）で示す簡単な駆動回路３２０を、前記圧電素子３０１の駆動に用いることが可能になっている。駆動回路３１０は、いわゆるＨブリッジ回路から成り、＋Ｖの電源ライン間に接続されるｐ型のＦＥＴＱ１およびｎ型のＦＥＴＱ２の直列回路ならびに同様にｐ型のＦＥＴＱ３およびｎ型のＦＥＴＱ４の直列回路を備えて構成され、それらの中点間を連結するように前記圧電素子３０１が設けられている。前記各ＦＥＴＱ１〜Ｑ４は、制御回路３１１によってＯＮ／ＯＦＦ制御される。
【００１０】
制御回路３１１から各ＦＥＴＱ１〜Ｑ４に出力される制御信号Ｓ１〜Ｓ４およびそれによる各ＦＥＴＱ１〜Ｑ４のＯＮ／ＯＦＦによって圧電素子３０１の両端子間に印加される電圧Ｖｓの態様は、たとえば図１８で示すとおりである。この図１７の例では、前記Ｈブリッジの対角位置に設けられるＦＥＴＱ１，Ｑ４およびＱ２，Ｑ３は、それぞれ同相で駆動されるとともに、ＦＥＴＱ１，Ｑ４とＱ２，Ｑ３とは、相互に逆相で駆動される。これによって、圧電素子３０１には矩形波の駆動信号が印加され、図１８で示すように、そのデューティを０．３程度とすることで被駆動部材３０３が一方方向に駆動され、０．７程度とすることで他方方向に駆動される。
【００１１】
一方、図１７（ｂ）で示す駆動回路３２０は、単純なプッシュプル回路である。しかしながら、この駆動回路３２０では、圧電素子３０１への印加電圧ＶｓがＶであるのに対して、図１７（ａ）で示すＨブリッジ回路を用いることで、２倍の電圧差２Ｖを印加したり、３値の電圧を発生することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特許第２６３３０６６号公報
【特許文献２】特開２００１−２６８９５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ところで、上述のような超音波リニアアクチュエータで被駆動部材３０３を駆動するにあたっては、被駆動部材３０３をロッド３０２の軸方向に円滑に変位させるために、参照符号３３０で示すように、該ロッド３０２と平行に案内ロッドを設けることが望ましい。しかしながら、その場合、案内ロッド３３０と、被駆動部材３０３側にも、その案内ロッド上を摺動する案内部材を設ける必要があり、このような案内機構で、移動機構全体のスペースが大きくなるという問題がある。したがって、被駆動部材３０３のロッド３０２回りの回転止めを適宜実現できれば、前記案内ロッド３３０や案内部材から成る案内機構を省略し、片持ち構造とすることが望まれる。
【００１４】
しかしながら、単純に案内ロッド３３０や案内部材を省略すると、図１９で示すように、被駆動部材３０３の運動精度（傾き、チルトなど）が低下するという問題がある。図１９の例は、前記被駆動部材３０３として、前記特許文献１のようなフォーカシングレンズやズームレンズに適用した例を示す。したがって、被駆動部材３０３は、ロッド３０２に係合する保持部材３０３１と、該保持部材３０３１に取付けられる玉枠３０３２と、玉枠３０３２に嵌め込まれるレンズ３０３３とを備えて構成される。
【００１５】
したがって、図１９のような問題に対しては、通常、図２０で示すように、被駆動部材３０３ａの保持部材３０３１ａを長くすることで、前記運動精度（傾き、チルトなど）を確保することが考えられる。しかしながら、その場合、所定のストローク（移動量）を確保するためには、駆動部材３０２ａも長くしなければならない。なお、案内ロッド３３０や案内部材から成る対向の案内機構を有する両持ち構造であっても、前記運動精度をさらに向上するために、この図２０で示すような手法が用いられることもある。
【００１６】
ここで、前記圧電素子３０１に三角波を与えている場合、駆動部材３０２の全長に亘って振動し、被駆動部材３０３の推力を確保することができる。これに対して、上述のように矩形波パルスを与える場合、本願発明者の実験によれば、圧電素子３０１の厚さＤ１と、駆動部材３０２の長さＤ２との比が、約３倍を超えると、その超えた分だけ、駆動部材３０２の基端（圧電素子３０１）側が振動せず、被駆動部材３０３に推力を発生させられない現象の生じることが知見された。このため、長くした保持部材３０３１ａに対応して、図２０で示すように、圧電素子３０１ａも、その厚みＤ１を厚くしなければならず、該圧電素子３０１ａの設置スペースが大きくなり、或いは設置の自由度が低下するという問題がある。
【００１７】
なお、前記圧電素子３０１の厚さＤ１と、駆動部材３０２の長さＤ２との倍数比は、少なくとも前記圧電素子３０１の伸縮方向の厚さＤ１、駆動周波数および駆動部材３０２の前記伸縮方向の長さや、それらの材料によって決定される、厳密には前記３倍にならず、同じ構造でも、個体ばらつきによって同じにはならず、２．６〜３．４倍程度である。たとえば、駆動部材３０２を剛性の高いカーボンから金属に変えると、前記倍数比は小さくなる。本件明細書では、前記被駆動部材３０３が相対的に移動可能な推力を発生する振動を全長に亘って維持することができる駆動部材３０２の範囲を、有効振動長さと定義する。
【００１８】
本発明の目的は、被駆動部材を長くして、運動精度を向上するにあたって、設置スペースを削減することができる、或いは設置の自由度を向上することができる駆動装置ならびにそれを用いる像ぶれ補正装置および撮像装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の駆動装置は、所定の方向に振動する電気機械変換素子と、前記電気機械変換素子の伸縮方向の一端に取付けられて該電気機械変換素子により前記伸縮方向に変位駆動される駆動部材と、前記駆動部材に所定の摩擦力で係合している被駆動部材とを備え、前記電気機械変換素子の系における共振周波数に対して所定数倍の駆動周波数で、かつ所定デューティの駆動パルスが該電気機械変換素子に入力されることで、前記駆動部材と被駆動部材との係合部分に、該電気機械変換素子の伸張時と縮小時とに速度差を生じさせる擬似鋸歯状の変位振動を生じさせ、前記駆動部材と被駆動部材とを相対移動させる駆動装置において、前記駆動部材は、前記被駆動部材が相対的に移動可能な推力を発生する振動を全長に亘って維持することができる有効振動長さよりも長く延長形成され、前記被駆動部材は、その伸縮方向の長さが前記駆動部材の延長分の長さより長く形成され、かつ前記電気機械変換素子とは反対側が前記駆動部材に摩擦係合するとともに、前記電気機械変換素子側が前記駆動部材に緩やかに係合することを特徴とする。
【００２０】
上記の構成によれば、圧電素子などの電気機械変換素子の伸縮を駆動部材に伝え、その駆動部材に所定の摩擦力で係合している被駆動部材を、前記電気機械変換素子の伸張時と縮小時との速度差を利用して移動させる超音波リニアアクチュエータなどとして実現される駆動装置において、駆動回路から、前記電気機械変換素子の系における共振周波数に対して所定数倍の駆動周波数で、かつ所定デューティの駆動パルスを電気機械変換素子に入力することで、前記駆動部材と被駆動部材との係合部分に、前記の速度差を生じさせることができる擬似鋸歯状の変位振動を生じさせ、前記駆動部材と被駆動部材とを相対移動させるにあたって、以下の構成を採用する。
【００２１】
すなわち、前記駆動部材には、少なくとも前記電気機械変換素子の伸縮方向の厚さ、前記駆動周波数および該駆動部材の前記伸縮方向の長さによって、有効振動長さが定まり、該駆動部材は、その有効振動長さの範囲でしか、前記被駆動部材が相対的に移動可能な推力を発生する振動を維持することができない。しかしながら、本発明では、該駆動部材を、その有効振動長さを超えて延長形成するとともに、前記被駆動部材を、その伸縮方向の長さが前記駆動部材の延長分の長さより長く形成する。さらに、前記被駆動部材において、前記電気機械変換素子とは反対側（駆動部材の遊端側）を従来通り前記駆動部材に摩擦係合させて前記推力を発生させるとともに、前記電気機械変換素子側（駆動部材の基端側）は、前記駆動部材に緩やかに係合し、案内筒としての機能を持たせる。
【００２２】
したがって、被駆動部材を長くして、運動精度（傾き、チルトなど）を向上するにあたって、通常では、それに伴い駆動部材を長くし、さらにそれに伴い電気機械変換素子を厚く形成しないと、前記有効振動長さに起因して、駆動部材の電気機械変換素子側（基端側）で、被駆動部材に推力を発生させられないのに対して、上記構成では、電気機械変換素子の厚みはそのままで、延長によって有効振動長さの範囲から外れる駆動部材の電気機械変換素子側（基端側）側の部分に、被駆動部材の案内筒を被せることになる。これによって、電気機械変換素子を必要以上に厚くすることなく駆動性能を維持し、かつ該駆動部材の延長によって該駆動部材に案内軸としての機能を持たせ、前記被駆動部材における電気機械変換素子側の案内筒として機能する部分と合わせて、被駆動部材のガタツキを抑えることができる。こうして、該駆動装置の設置スペースを削減することができる、或いは設置の自由度を向上することができる。
【００２３】
なお、好ましくは、駆動部材を角柱状に形成したり、軸直角断面を楕円状に形成したりし、また被駆動部材もそれに合わせた形状に形成することで、被駆動部材の駆動部材の軸回りに対する回転も抑えることができる。
【００２４】
また、本発明の駆動装置では、前記駆動部材の有効振動長さは、前記電気機械変換素子の厚さの２．６〜３．４倍であることを特徴とする。
【００２５】
さらにまた、本発明の駆動装置では、前記駆動部材の延長形成される長さは、前記電気機械変換素子の厚さの１．０〜２．０倍であり、前記被駆動部材の摩擦係合する部分は、前記駆動部材の全長における電気機械変換素子側から４割を超える範囲であることを特徴とする。
【００２６】
上記の構成によれば、前述のように被駆動部材の摩擦係合する部分は、電気機械変換素子側から駆動部材の延長形成された部分を除く有効振動長さの範囲であるが、たとえば前記有効振動長さが電気機械変換素子の伸縮方向における厚さの２．６〜３．４倍、好ましく３倍程度であり、駆動部材の延長形成される長さが前記電気機械変換素子の厚さの１．０〜２．０倍、好ましくは１．５倍程度である場合、駆動部材の全長において、電気機械変換素子側から１／３が延長部分となり、その先２／３が有効振動長さの範囲となる。
【００２７】
したがって、前記被駆動部材の摩擦係合する部分を、前記駆動部材の全長における電気機械変換素子側から４割を超える範囲に掛るように形成することで、充分な推力を得ることができる。一方、被駆動部材の摩擦係合する部分と、それよりも緩やかに係合する部分とで、被駆動部材を駆動部材に押圧する抑えばねを替えて、係合度合いを変化するようにしてもよい。また、同じばねでも、押圧力が変わるように、固定方法を変えてもよい。
【００２８】
また、本発明の駆動装置では、前記被駆動部材において、前記駆動部材に緩やかに係合する部分には、ベアリングを備えることを特徴とする。
【００２９】
上記の構成によれば、被駆動部材の電気機械変換素子側での摩擦力を抑えて前記緩やかな係合を実現し、案内筒としての機能を持たせることができる。
【００３０】
或いは、被駆動部材の緩やかに係合する部分に、案内筒を設けて、係合面を（テフロン登録商標）加工するようにしてもよい。前記テフロン加工は、たとえば加工厚さ０．２μｍ、表面粗さ（Ｒａ）０．２μｍ、動摩擦係数０．０４とする。
【００３１】
さらにまた、本発明の駆動装置では、本件出願人による公知の前記特許文献２で示されているように、前記所定数倍は、０．６〜０．８倍、好ましくは、０．７倍程度であり、前記所定デューティは、０．５５〜０．８５と０．１５〜０．４５とであり、好ましくは０．７と０．３程度であることを特徴とする。
【００３２】
上記の構成によれば、駆動回路から電気機械変換素子に矩形波パルスを入力しても、前記駆動部材と被駆動部材との係合部分に、最も効率的な推力が得られる前記擬似鋸歯状の変位振動を生じさせ、前記駆動部材と被駆動部材とを相対移動させることができる。そして、０．５５〜０．８５と０．１５〜０．４５、好ましくは０．７と０．３とのデューティを選択することで、被駆動部材の移動方向を切換えることができる。
【００３３】
また、本発明の像ぶれ補正装置は、前記の駆動装置を用いることを特徴とする。
【００３４】
上記の構成によれば、駆動装置の設置スペースを削減、或いは設置の自由度を向上した像ぶれ補正装置を実現することができる。
【００３５】
さらにまた、本発明の撮像装置は、前記の像ぶれ補正装置を用いることを特徴とする。
【００３６】
上記の構成によれば、像ぶれ補正装置の設置スペースを削減、或いは設置の自由度を向上した像ぶれ補正装置を実現することができる。
【発明の効果】
【００３７】
本発明の駆動装置ならびにそれを用いる像ぶれ補正装置および撮像装置は、以上のように、圧電素子などの電気機械変換素子の伸縮を駆動部材に伝え、その駆動部材に所定の摩擦力で係合している被駆動部材を、前記電気機械変換素子の伸張時と縮小時との速度差を利用して移動させる超音波リニアアクチュエータなどとして実現される駆動装置において、所定条件の駆動パルスを電気機械変換素子に入力することで前記の速度差を生じさせることができる擬似鋸歯状の変位振動を生じさせるにあたって、駆動部材を有効な振動を発生することができる長さを超えて延長形成するとともに、被駆動部材は、その延長分の長さより長く形成し、さらに電気機械変換素子とは反対側を従来通り駆動部材に摩擦係合させて推力を発生させるとともに、電気機械変換素子側を駆動部材に緩やかに係合し、案内筒としての機能を持たせる。
【００３８】
それゆえ、被駆動部材を長くして、運動精度（傾き、チルトなど）を向上するにあたって、電気機械変換素子の厚みはそのままで、延長によって有効振動長さの範囲から外れる駆動部材の電気機械変換素子側の部分に被駆動部材の案内筒を被せることになるので、電気機械変換素子を必要以上に厚くすることなく駆動性能を維持し、かつ該駆動部材の延長によって該駆動部材に案内軸としての機能を持たせ、前記被駆動部材における電気機械変換素子側の案内筒として機能する部分と合わせて、被駆動部材のガタツキを抑えることができる。こうして、該駆動装置ならびにそれを用いる像ぶれ補正装置および撮像装置の設置スペースを削減することができる、或いは設置の自由度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施の一形態に係る駆動装置を用いる像ぶれ補正ユニットの斜視図であり、背面左下から見上げた図である。
【図２】図１の像ぶれ補正ユニットを背面左上から見下ろした図である。
【図３】図１の像ぶれ補正ユニットを背面右上から見下ろした図である。
【図４】図１の像ぶれ補正ユニットを背面右上から見下ろした図である。
【図５】図１の像ぶれ補正ユニットを前面右からやや見下ろした図である。
【図６】図１の像ぶれ補正ユニットを前面左からやや見下ろした図である。
【図７】前記像ぶれ補正ユニットに撮像レンズ鏡筒を備えて構成される撮像装置を前面側から見た斜視図である。
【図８】前記撮像装置を背面側から見た斜視図である。
【図９】本発明の実施の一形態に係る駆動装置である超音波リニアアクチュエータの模式的な側面図である。
【図１０】前記超音波リニアアクチュエータにおける摺動部とロッドとの関係を説明するための図である。
【図１１】本件発明者の実験結果を示すロッドを１０分割した各位置における推力特性を示すグラフである。
【図１２】図１１の実験にあたって、圧電素子に与えた駆動信号の波形を示す図である。
【図１３】本発明の実施の他の形態に係る駆動装置である超音波リニアアクチュエータの模式的な側面図である。
【図１４】図１３の切断面線Ａ−Ａから見た断面図である。
【図１５】ＳＩＤＭ超音波リニアアクチュエータの動作を説明するための図である。
【図１６】前記ＳＩＤＭ超音波リニアアクチュエータにおける時間経過に伴う圧電素子および被駆動部材の変位の関係を示すグラフである。
【図１７】前記ＳＩＤＭ超音波リニアアクチュエータにおける圧電素子の駆動回路の構成例を示すブロック図である。
【図１８】図１７（ａ）で示す駆動回路の駆動波形図である。
【図１９】前記ＳＩＤＭ超音波リニアアクチュエータにおける問題点を説明するための図である。
【図２０】図１９で示す問題点を解決する一手法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
（実施の形態１）
図１〜図６は、本発明の実施の一形態に係る駆動装置を搭載した像ぶれ補正ユニット１００の斜視図であり、図１は背面左下から見上げており、図２は背面左上から見下ろしており、図３は背面右上から見下ろしており、図４は背面右上から見下ろしており、図５は前面右からやや見下ろしており、図６は前面左からやや見下ろしている。この像ぶれ補正ユニット１００は、図７および図８で示すように、撮像レンズ鏡筒２００と一体的に固定されて、レンズ交換不能な単眼のカメラ（撮像装置）に用いられ、撮像素子１１を含むセンサユニット１を、光軸ｚと直交するｘ方向およびｙ方向に変位することで、光学的に像ぶれを補正するものである。
【００４１】
カメラ本体前面側には、板金加工品から成り、第１の基台である固定部材２が設けられ、該像ぶれ補正ユニット１００が組み上がった後に、この固定部材２に対して、前記撮像レンズ鏡筒２００が３本のビス３１〜３３およびそれに巻付けられたばね３４〜３６によってガタ付きなく支持され、ビス３１〜３３を六角レンチで調整することで、前記センサユニット１の光軸ｚと撮像レンズ鏡筒２００との光軸とが一致するようにあおり調整が行われる。調整後は、前記ビス３１〜３３の緩みを防止するために、該ビス３１〜３３が固定部材２に接着固定される。この固定部材２に形成された開口２１を通して、前記撮像レンズ鏡筒２００から光が入射し、撮像素子１１に結像する。
【００４２】
前記センサユニット１は、大略的に、該センサユニット１の前面側に配置される前記固定部材２と、ダイキャスト成形品から成り、該センサユニット１の背面側に配置され、第２の基台であるスライダー４とによって挟持され、前記固定部材２上を前記スライダー４と共にｘ方向に滑動変位可能であるとともに、単体ではさらにスライダー４に対してｙ方向に滑動変位自在に支持される。
【００４３】
前記撮像素子１１は、ＣＣＤやＣＭＯＳなどから成り、背面側はＦＰＣに貼付けられる。なお、図１〜図６では、図面の簡略化のために、多数の配線が形成され、さらに適宜チップ部品が実装された前記ＦＰＣは、省略している。このようにＦＰＣにマウントされた撮像素子１１は、さらに樹脂成型品などから成る前記ホルダー１２に形成された凹所１２１に背面側から嵌め込まれ、板金加工品から成るシールド板５がビス５１〜５３によってホルダー１２に螺着されることで、ホルダー１２に保持固定され、前記センサユニット１となる。
【００４４】
前記シールド板５の上端部に形成された支持部５４は、前記撮像素子１１からのＦＰＣの引出し部分を保持固定し、固定部材２の上端部に形成された支持部２４は、そのＦＰＣの引回しを受け、方向を変換して、該像ぶれ補正ユニット１００から延出させるためのものである。
【００４５】
そして、先ず第１の方向である前記ｘ方向の摺動変位を実現するために、固定部材２側には、本発明の実施の一形態に係る駆動装置である超音波リニアアクチュエータ２２が設けられる。この超音波リニアアクチュエータ２２は、前記ｘ方向に伸縮し、電気機械変換素子である圧電素子２２１と、その圧電素子２２１から前記ｘ方向に引出され、駆動部材であるロッド２２２と、錘２２９とを備えて構成される。前記錘２２９は、ブラケット２２３によって前記固定部材２に保持固定され、その錘２２９に前記圧電素子２２１の一端が接着され、該圧電素子２２１の他端にはロッド２２２が接着される。前記ロッド２２２は、一対のブラケット２２４によって、前記固定部材２に、前記ｘ方向に伸縮変位自在に支持されている。
【００４６】
前記ロッド２２２に対応して、前面側には、前記ｘ方向の直交断面がＶ字状に形成される帯状の受け部材２２５が設けられ、背面側には、スライダー４の上端に、前記ｘ方向に延びるＶ溝４１１を形成して成る摺動部４１が設けられる。前記帯状の受け部材２２５の一方の側部に設けられる係合片２２５ａが前記摺動部４１に隣接して設けられた支持片４２の凹所４２１に差込まれ、受け部材２２５の他方の側部に設けられる一対の係合片２２５ｂとスライダー４の上端に設けられたフック４３との間に、ばね６１が巻き掛けられることで、スライダー４と固定部材２との間にセンサユニット１が挟み込まれ、前記ｘ方向の摺動変位が可能となる。前記ｘ方向に延びるロッド２２２が前記駆動部材となり、前記受け部材２２５からスライダー４およびセンサユニット１が被駆動部材となる。
【００４７】
このように構成される超音波リニアアクチュエータ２２において、前記圧電素子２２１が、錘２２９を基台として、ロッド２２２を、たとえば緩やかに伸長方向に押し出し、瞬時に縮退させると、支持片４２は押し出し位置に取り残され、このような動作を繰返すことで、スライダー４およびそれに連係するセンサユニット１は、伸長方向に変位されてゆく。反対に、前記圧電素子２２１が、ロッド２２２を、瞬時に伸長方向に押し出し、緩やかに縮退させると、支持片４２は縮退位置に引き戻され、このような動作を繰返すことで、スライダー４およびそれに連係するセンサユニット１は、縮退方向に変位されてゆく。
【００４８】
次に、第２の方向であるｙ方向の摺動変位を実現するために、ホルダー１２の背面右側にも、本発明の実施の一形態に係る駆動装置である超音波リニアアクチュエータ１３が設けられる。この超音波リニアアクチュエータ１３も、前述の超音波リニアアクチュエータ２２と同様に、前記ｙ方向に伸縮する圧電素子１３１と、その圧電素子１３１から前記ｙ方向に引出されるロッド１３２と、錘１３９とを備えて構成される。前記錘１３９は、ブラケット１２３によって前記ホルダー１２に保持固定され、その錘１３９に前記圧電素子１３１の一端が接着され、該圧電素子１３１の他端にはロッド１３２が接着される。前記ロッド１３２は、一対のブラケット１２４によって、前記ホルダー１２に、前記ｙ方向に伸縮変位自在に支持されている。
【００４９】
前記ロッド１３２に対応して、前面側には、前記受け部材２２５と同様に前記ｙ方向の直交断面がＶ字状に形成される帯状の受け部材１３５が設けられ、背面側には、スライダー４の背面右側に、前記ｙ方向に延びるＶ溝４４１を形成して成る摺動部４４が設けられる。前記帯状の受け部材１３５の一方の側部に設けられる係合片が前記摺動部４４に隣接して設けられた支持片４５の凹所４５１に差込まれ、受け部材１３５の他方の側部に設けられる一対の係合片１３５ｂとスライダー４の背面右側に設けられたフック４６との間に、ばね６２が巻き掛けられることで、センサユニット１がスライダー４に支持され、前記ｙ方向の摺動変位が可能となる。前記ｙ方向に延びるロッド１３２が前記駆動部材となり、前記受け部材１３５からセンサユニット１が被駆動部材となる。このように構成される超音波リニアアクチュエータ１３の動作は、前述の超音波リニアアクチュエータ２２と同様である。
【００５０】
こうして前記ホルダー１２のｘ方向の一辺およびｙ方向の一辺が支持（片持ち支持）され、それらの辺から離れた側に、球体７１，７２が前後に一対で設けられることで、該ホルダー１２は、固定部材２上およびスライダー４上を滑動変位自在となる。このため、ホルダー１２の固定部材２に対向した前面側には、前記球体７１を収容する凹所１２５が、ホルダー１２のスライダー４に対向した背面側には、前記球体７２を収容する凹所１２６が、それぞれ形成される。凹所１２５は、ホルダー１２の固定部材２上でのｘ，ｙ方向での変位を許容するために矩形に形成され、凹所１２６は、ホルダー１２のスライダー４上でのｙ方向での変位を許容するために長孔に形成され、これによってホルダー１２は、前記ｘ，ｙ方向それぞれに、たとえば±０．５ｍｍ変位可能となっている。
【００５１】
なお、球体７１，７２は、ホルダー１２の各面で、複数設けられていてもよい。また、必ずしも前後面で一対に設けられなくてもよい。しかしながら、前後面で一対に設けることで、固定部材２およびスライダー４で、ホルダー１２をバランス良く挟持することができる。
【００５２】
また、前記超音波リニアアクチュエータ２２，１３およびばね６１，６２によって、固定部材１２とスライダー４とのｘ方向の一辺およびｙ方向の一辺間が連結されるのに対して、反対側は、固定部材１２に形成されたフック２８とスライダー４に形成されたフック４９との間に、ばね６３張架がされることで連結されている。さらに固定部材２の上端には前記支持部２４が設けられており、下端には一対のフック２９１，２９２が設けられている。これらのフック２９１，２９２は、衝撃が加わった場合に、前記スライダー４およびセンサユニット１が光軸ｚ方向（背面方向）に脱落しないように設けられている。
【００５３】
一方、前記ホルダー１２の変位を検出するために、該ホルダー１２の前記球体７１，７２が設けられる側とは反対側の側部には、ホルダー１２９が形成されており、このホルダー１２９には永久磁石６が搭載され、これに対応して固定部材２側には、前記ホルダー１２９の可動範囲をカバーするホール素子７が設けられている。
【００５４】
図７および図８は、上述のように構成される像ぶれ補正ユニット１００に撮像レンズ鏡筒２００を備えて構成される撮像装置の斜視図であり、図７は上面側から見た図であり、図８は背面側から見た図である。この撮像装置は、撮像レンズ鏡筒２００に、図示しない本体筐体内に収納される前記像ぶれ補正ユニット１００を備えて構成され、前記撮像素子１１からはＦＰＣ８が、超音波リニアアクチュエータ１３，２２からはＦＰＣ８０が引出され、ＦＰＣ２０１はズーム用のモータやフォーカス用のモータから引出される。
【００５５】
大略的に、前記撮像レンズ鏡筒２００では、ズーム用のモータ２０２からの動力はギアボックス２０３を介して固定筒２０４内に収納されたカム筒２０５に伝達され、該カム筒２０５の回転によって直進移動筒２０６が進退し、前玉２０７が前記光軸ｚ方向に変位するとともに、図示しない内部の直進移動筒も前記カム筒２０５に駆動され、該直進移動筒２０６に保持されるズームレンズも前記光軸ｚ方向に変位する。なお、フォーカス用には別途直進移動筒およびそれに保持されるフォーカスレンズが設けられており、内蔵の小型のモータで駆動される。
【００５６】
上述のように構成される像ぶれ補正ユニット１００において、図９は本発明の実施の一形態に係る駆動装置である超音波リニアアクチュエータ１３，２２の模式的な側面図である。圧電素子１３１，２２１には、前述の図で示すような駆動回路３１０，３２０から、電気機械変換素子の系における共振周波数に対して所定数倍の駆動周波数で、かつ所定デューティの駆動パルスが入力されることで、ロッド１３２，２２２と摺動部４４，４１との係合部分に、最も効率的な推力が得られる擬似鋸歯状の変位振動を生じさせ、前記ロッド１３２，２２２に対して摺動部４４，４１を相対移動させるようになっている。
【００５７】
前記所定数倍の範囲は、本件出願人による公知の前記特許文献２で示されているように、０．６〜０．８倍であり、好ましくは０．７倍程度である。同様に、前記所定デューティは、０．５５〜０．８５と０．１５〜０．４５であり、好ましくは前記０．７と０．３程度である。
【００５８】
このような周波数およびデューティに選ぶことで、矩形波パルスに含まれる主に２の高調波成分が三角波の頂角部分を構成し、圧電素子１３１，２２１に該矩形波パルスを入力しても、前記ロッド１３２，２２２と摺動部４４，４１との係合部分に、前記最も効率的な推力が得られる前記擬似鋸歯状の変位振動を生じさせ、前記ロッド１３２，２２２に対して摺動部４４，４１を相対移動させることができる。そして、前記０．７と０．３とのデューティを選択することで、摺動部４４，４１の移動方向を切換えることができる。
【００５９】
注目すべきは、本実施の形態では、駆動部材である前記ロッド１３２，２２２には、少なくとも前記圧電素子１３１，２２１の伸縮方向の厚さＤ１１、前記駆動周波数および該ロッド１３２，２２２の前記伸縮方向の長さＤ１２によって、有効振動長さＤ１３が定まり、該ロッド１３２，２２２は、その有効振動長さＤ１３の範囲でしか、被駆動部材である摺動部４４，４１が相対的に移動可能な推力を発生する振動を維持することができないと言う本件発明者の知見に基づき、該ロッド１３２，２２２を、その有効振動長さＤ１３を超えて、長さＤ１４だけ延長形成するとともに、前記摺動部４４，４１を、その伸縮方向の長さＤ１５が前記ロッド１３２，２２２の延長分の長さＤ１４より長く形成することである。
【００６０】
また、これに対応して、前記摺動部４４，４１は、前記Ｖ溝４４１，４１１を有し、前記ロッド１３２，２２２に摩擦係合する摩擦係合部４４４，４１４と、前記ロッド１３２，２２２が緩やかに挿通する挿通孔４４３，４１３を有し、前記ロッド１３２，２２２に摩擦係合せず、緩やかに係合し、案内筒としての機能を有する案内筒部４４２，４１２とを備えて構成され、前記摩擦係合部４４４，４１４が圧電素子１３１，２２１とは反対側（ロッド１３２，２２２の遊端側）に、前記案内筒部４４２，４１２が前記圧電素子１３１，２２１側（ロッド１３２，２２２の基端側）に、それぞれ配置されることである。前述のように、Ｖ溝４４１，４１１にはロッド１３２，２２２を挟んで受け部材１３５，２２５が対向し、それらの間にはばね６２，６１が巻き掛けられて、ロッド１３２，２２２と、摩擦係合部４４４，４１４および受け部材１３５，２２５との間に所定の摩擦力を発生している。
【００６１】
ところで、被駆動部材である摺動部４４，４１の案内筒部４４２，４１２における「緩やかな係合」とは、摩擦係合部４４４，４１４より動摩擦係数が小さい係合を意味しており、緩やかさを実現するために、該案内筒部４４２，４１２も摺動部４４，４１と同様に、Ｖ溝４４１，４１１および受け部材１３５，２２５を有し、ばね６２，６１の弾発力を摩擦係合部４４４，４１４側よりも小さくしたり、Ｖ溝４４１，４１１の動摩擦係数を摩擦係合部４４４，４１４側よりも小さくする等、種々の手法を採用することができる。前記Ｖ溝４４１，４１１の動摩擦係数を小さくする方法としては、たとえば係合面を（テフロン登録商標）加工するようにしてもよい。前記テフロン加工は、たとえば加工厚さ０．２μｍ、表面粗さ（Ｒａ）０．２μｍ、動摩擦係数０．０４とする。
【００６２】
図１０は、上述のように構成される摺動部４４，４１とロッド１３２，２２２との関係を説明するための図である。先ず、図１０（ａ）で示す摺動部４４，４１がロッド１３２，２２２の最も基端側にある状態では、案内筒部４４２，４１２および摩擦係合部４４４，４１４の基端側の一部が延長部分（Ｄ１４）にあり、摩擦係合部４４４，４１４の遊端側の一部が有効振動部分（Ｄ１３）にある。したがって、遊端側へ前進させるためのデューティを有する駆動信号が圧電素子１３１，２２１に与えられると、通常の推力よりは劣るものの、摺動部４４，４１は、図１０（ｂ）で示すように引出されてゆく。
【００６３】
引出されるに連れて、摩擦係合部４４４，４１４の有効振動部分（Ｄ１３）に掛る長さが増え、推力が増加してゆく。そして、駆動条件に変化がなければ、図１０（ｂ）で示すように、案内筒部４４２，４１２が有効振動部分（Ｄ１３）に掛るようになると、それ以上の急激な推力増加は無くなる。
【００６４】
図１０（ｃ）で示すように、摩擦係合部４４４，４１４がロッド１３２，２２２の遊端側に到達すると、前記案内筒部４４２，４１２の全体が有効振動部分（Ｄ１３）に乗り入れる。なお、有効振動部分（Ｄ１３）においても、ロッド１３２，２２２の基端側に近付く程推力が小さく、遊端側になるにつれて推力が大きくなる傾向があるので、図１０（ｂ）で示す摩擦係合部４４４，４１４の全体が有効振動部分（Ｄ１３）に乗り入れてから、前述のように急激な推力の増加は無くなるものの、緩やかな推力の増加は続く。
【００６５】
しかしながら、前記ホール素子７の位置検知結果による駆動回路３１０，３２０の制御によって、前記駆動周波数とデューティとの少なくとも一方が前記最も効率的な推力が得られる条件からずらされ、摺動部４４，４１のブラケット１２４，２２４への衝突が防止されている。基端側への移動制御についても、同様である。なお、図１０では、分り易くするために、ロッド１３２，２２２において、前記有効振動部分には斜線を施して示している。なお、図１０（ａ）では、摺動部４４，４１の案内筒部４４２，４１２だけでなく、摩擦係合部４４４，４１４も延長部分（Ｄ１４）に入り込んでいるが、該摩擦係合部４４４，４１４で有効振動部分（Ｄ１３）に残る部分よりも、延長部分（Ｄ１４）に掛る部分が長くなる程、駆動（引出し）が困難になる。
【００６６】
図１１は、本件発明者の実験結果を示すグラフである。この図１１は、ロッド１３２，２２２を１０分割した各位置における推力特性を示すグラフであり、横軸は基端側を０、遊端側を１０とした位置を示している。そして、参照符号α１は前記圧電素子１３１，２２１の厚さＤ１１とロッド１３２，２２２の長さＤ１２との比が３のロッドを示し、参照符号α２は４．５のロッドを示し、圧電素子１３１，２２１の厚さＤ１１は２．５ｍｍと固定し、ロッド１３２，２２２の長さＤ１２を、７．５ｍｍ（α１）と、１１．２５ｍｍ（α２）としている。
【００６７】
図１２には、図１１の実験にあたって、前記圧電素子１３１，２２１に与えた駆動信号の波形を示す。駆動周波数は１４０ｋＨｚで、共振周波数の２００ｋＨｚの０．７倍、したがって１周期は７．１μｓｅｃである。そして、デューティは０．３で、ハイ側（＋５Ｖ）期間ａが１．６μｓｅｃ、ロー側（−５Ｖ）期間ｃが４．５μｓｅｃ、ハイ／ロー切り替り時におけるデッドタイム（ＧＮＤレベル）期間ｂ，ｄが、それぞれ０．５μｓｅｃである。したがって、この駆動信号は、フルブリッジの駆動回路３１０によって作成したものである。
【００６８】
実験の結果、参照符号α１で示す前記比が３のロッドでは、ほぼ全長の位置に亘って、駆動に充分な推力が得られているのに対して、参照符号α２で示す前記比が４．５のロッドでは、基端側の推力が低下していることが理解される。これは、前記比を大きくすると、ロッド１３２，２２２上で一様な変位波形が得られないためと思われる。したがって、単純に、摺動部４４，４１の摺動の安定のために該摺動部４４，４１の長さＤ１５を長くしたり、省スペース化のために圧電素子１３１，２２１の厚さＤ１１を薄くしたりすると、フルストローク駆動できないようになる。
【００６９】
これに対して、本実施の形態では、その充分な推力が得られない基端側の延長部分（Ｄ１４）に、ロッド１３２，２２２に摩擦係合しない案内筒部４４２，４１２を設け、案内筒として機能させるとともに、前記有効振動長さ（Ｄ１３）の範囲に、前記摺動部４４，４１の摩擦係合部４４４，４１４の一部を係合させておくので、フルストローク駆動を可能にしつつも、圧電素子１３１，２２１を必要以上に厚くする必要はなく、運動精度（傾き、チルトなど）を向上することができる。
【００７０】
これによって、該超音波リニアアクチュエータ１３，２２の設置スペースを削減することができる、或いは設置の自由度を向上することができる。また、このような超音波リニアアクチュエータ１３，２２を用いる像ぶれ補正ユニット１００およびそれを用いるカメラにおいても、駆動装置の設置スペースを削減、或いは設置の自由度を向上することができる。本件発明者の実験によれば、前記摺動部４４，４１の延長と合わせて、圧電素子１３１，２２１の厚さＤ１１とロッド１３２，２２２の長さＤ１２との比が、５程度まではフルストローク駆動が可能である。
【００７１】
また、前記摺動部４４，４１の長さＤ１５は、ロッド１３２，２２２の延長形成された部分（Ｄ１４）より長く形成され、摩擦係合部４４４，４１４の一部が有効振動長さＤ１３の範囲に掛るように構成されるが、たとえば図１１の参照符号α１２で示すように、前記有効振動長さＤ１３が圧電素子１３１，２２１の厚さＤ１１の２．６〜３．４倍、好ましくは３倍程度であり、ロッド１３２，２２２の延長形成される長さＤ１４が前記厚さＤ１１の１．０〜２．０倍、好ましくは１．５倍程度である場合、前記ロッド１３２，２２２の全長Ｄ１２において、圧電素子１３１，２２１側から１／３が延長部分（Ｄ１４）となり、その先２／３が有効振動長さＤ１３の範囲となるので、前記摩擦係合部４４４，４１４を、前記ロッド１３２，２２２の全長Ｄ１２における圧電素子１３１，２２１側から４割を超える範囲に掛るように形成することで、充分な推力を得ることができる。
【００７２】
なお、前記ロッド１３２，２２２を角柱状に形成したり、軸直角断面を楕円状に形成したりし、また摺動部４４，４１もそれに合わせた形状に形成することで、摺動部４４，４１のロッド１３２，２２２の軸回りに対する回転も抑えることができる。
【００７３】
（実施の形態２）
図１３は本発明の実施の他の形態に係る駆動装置である超音波リニアアクチュエータ１３ａの模式的な側面図であり、図１４は図１３の切断面線Ａ−Ａから見た断面図である。この超音波リニアアクチュエータ１３ａは前述の超音波リニアアクチュエータ１３，２２に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。注目すべきは、この超音波リニアアクチュエータ１３ａでは、摺動部４４ａは、高剛性プラスチックに、前記Ｖ溝４４１を形成する金属インサート部材４４ｂをインサート成型したブロックなどから成り、対向する受け部材１３５ａとともに、それらの基端側には、前記案内筒部４４２に代えて、ロッド１３２上を滑動するベアリングを備える非摩擦係合部４４５が設けられることである。遊端側は、前記ばね６２の弾発力によって、前記摺動部４４ａと受け部材１３５ａとがロッド１３２を挟持し、前記摩擦係合部４４４となる。
【００７４】
このように構成してもまた、摺動部４４ａの圧電素子１３１側での摩擦力を抑えて、前記緩やかな係合を実現し、案内筒としての機能を持たせることができる。
【符号の説明】
【００７５】
１ センサユニット
１１ センサ本体
１２ ホルダー
１２５，１２６ 凹所
１２７，１２８ 突起
１２９ ホルダー
１３，１３ａ，２２ 超音波リニアアクチュエータ
１３１，２２１ 圧電素子
１３２，２２２ ロッド
１３５，１３５ａ，２２５ 受け部材
１３５ｃ ベアリング
１３９，２２９ 錘
２ 固定部材
２７，４８ 凹所
３１〜３３ ビス
３４〜３６ ばね
４ スライダー
４１，４４，４４ａ 摺動部
４１１，４４１ Ｖ溝
４１２，４４２ 案内筒部
４１３，４４３ 挿通孔
４１４，４４４ 摩擦係合部
４２，４５ 支持片
４３，４６，４９ フック
４４５ 非摩擦係合部
４４ｂ 金属インサート部材
４４ｃ ベアリング
５ シールド板
６ 永久磁石
６１，６２，６３ ばね
７ ホール素子
７１，７２ 球体
１００ 像ぶれ補正ユニット
２００ 撮像レンズ鏡筒
３１０，３２０ 駆動回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置の像ぶれ補正装置に好適に用いられ、ＳＩＤＭ(Smooth Impact Drive Mechanism（登録商標）)から成る超音波リニアアクチュエータなどとして好適に実施される駆動装置ならびにそれを用いる前記像ぶれ補正装置および撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
前記撮像装置の像ぶれ補正装置は、スローシャッターを可能にして、夜間撮影で３脚を不要にできる等のメリットがあり、搭載が進んでいる。その中でも、光学的な補正は、電子的な補正に比べて、解像度等の点で有利であり、像ぶれ補正装置の主流となっている。その光学的な像ぶれ補正の１つの手法としては、レンズ内に設けた補正レンズや、カメラ本体内に設けた撮像素子などの光学部品を光軸と直交方向に変位することで行われる。そのような像ぶれ補正装置におけるアクチュエータとして、前記ＳＩＤＭ超音波リニアアクチュエータは、省スペースに搭載でき、好適である。
【０００３】
前記超音波リニアアクチュエータは、たとえば図１５で模式的に示すような構造を有し、電気機械変換素子である圧電素子３０１の伸縮を、駆動部材であるロッド３０２に伝え、そのロッド３０２に所定の摩擦力で係合している被駆動部材（移動体）３０３を、前記圧電素子３０１の伸張時と縮小時との速度差を利用して移動させるものである。圧電素子３０１のロッド３０２が取付けられる面とは反対側の面は、所定の重量を有する固定部３０４に固定されている。
【０００４】
これによって、たとえば図１５（ａ）から図１５（ｂ）で示すように、ロッド３０２をゆっくりと伸張させることで、そのロッド３０２に摩擦係合している被駆動部材３０３も移動し、図１５（ｂ）から図１５（ｃ）で示すように、前記所定の摩擦力を超える程、ロッド３０２を瞬時に縮小すると、被駆動部材３０３が慣性のために伸張位置に取り残されるということを繰返し行うことで、前記被駆動部材３０３を前記ロッド３０２の軸方向に移動させるものである。そして、伸張を瞬時に、縮小をゆっくりと行うことで、前記被駆動部材３０３の移動方向を前記とは逆転することができる。
【０００５】
図１６には、上述のような超音波リニアアクチュエータの時間経過に伴う圧電素子３０１および被駆動部材３０３の変位の関係を示す。上述のように、圧電素子３０１の伸張時と縮小時との速度差を利用して被駆動部材３０３を移動させるので、駆動部材３０２と被駆動部材３０３との係合部には擬似鋸歯状の変位が生じ、その鋸歯状波形の斜辺部分の変位が積算されて、被駆動部材３０３の総変位量になる。
【０００６】
このような超音波リニアアクチュエータは、通常のローレンツ力型のモータなどに比べて、構成が簡単で、しかも減速機構を用いずに負荷をダイレクトに駆動することができる。このため、特許文献１では、その搭載例として、前記ロッド３０２をレンズ光軸方向に設置し、被駆動部材３０３となるフォーカシングレンズの保持部材を前記ロッド３０２に係合させることで、オートフォーカスを実現した駆動装置が提案されている。なお、前記ロッド３０２に対して被駆動部材３０３を摩擦係合させるためには、ばねなどによる押圧力だけではなく、磁力が用いられてもよい。
【０００７】
ところで、上述のような擬似鋸歯状の変位を生じさせるためには、三角波を作成する必要がある。しかしながら、そのような駆動回路は複雑になる。そこで、本件出願人は、先に特許文献２を提案している。その従来技術によれば、上述のような超音波リニアアクチュエータに対して、駆動信号の周波数を適宜設定し、かつデューティを適宜設定することで、矩形波パルスを用いても、その矩形波に含まれる２次を始めとする高調波成分が前記擬似鋸歯状の波形を構成し、駆動を可能にするものである。
【０００８】
具体的には、前記圧電素子、駆動部材および被駆動部材から成る電気機械変換素子の系における共振周波数に対して、前記駆動信号の周波数を０．６〜０．８倍、好ましくは０．７倍、前記デューティを０．５５〜０．８５または０．１５〜０．４５、好ましくは０．７または０．３に設定するというものである。デューティの０．７と０．３とは、一方が被駆動部材３０３を一方方向に駆動し、他方が他方方向に駆動するもので、すなわちそれらを選択することで、移動方向を選択するようになっている。
【０００９】
これによって、図１７（ａ）で示す駆動回路３１０または図１７（ｂ）で示す簡単な駆動回路３２０を、前記圧電素子３０１の駆動に用いることが可能になっている。駆動回路３１０は、いわゆるＨブリッジ回路から成り、＋Ｖの電源ライン間に接続されるｐ型のＦＥＴＱ１およびｎ型のＦＥＴＱ２の直列回路ならびに同様にｐ型のＦＥＴＱ３およびｎ型のＦＥＴＱ４の直列回路を備えて構成され、それらの中点間を連結するように前記圧電素子３０１が設けられている。前記各ＦＥＴＱ１〜Ｑ４は、制御回路３１１によってＯＮ／ＯＦＦ制御される。
【００１０】
制御回路３１１から各ＦＥＴＱ１〜Ｑ４に出力される制御信号Ｓ１〜Ｓ４およびそれによる各ＦＥＴＱ１〜Ｑ４のＯＮ／ＯＦＦによって圧電素子３０１の両端子間に印加される電圧Ｖｓの態様は、たとえば図１８で示すとおりである。この図１７の例では、前記Ｈブリッジの対角位置に設けられるＦＥＴＱ１，Ｑ４およびＱ２，Ｑ３は、それぞれ同相で駆動されるとともに、ＦＥＴＱ１，Ｑ４とＱ２，Ｑ３とは、相互に逆相で駆動される。これによって、圧電素子３０１には矩形波の駆動信号が印加され、図１８で示すように、そのデューティを０．３程度とすることで被駆動部材３０３が一方方向に駆動され、０．７程度とすることで他方方向に駆動される。
【００１１】
一方、図１７（ｂ）で示す駆動回路３２０は、単純なプッシュプル回路である。しかしながら、この駆動回路３２０では、圧電素子３０１への印加電圧ＶｓがＶであるのに対して、図１７（ａ）で示すＨブリッジ回路を用いることで、２倍の電圧差２Ｖを印加したり、３値の電圧を発生することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特許第２６３３０６６号公報
【特許文献２】特開２００１−２６８９５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ところで、上述のような超音波リニアアクチュエータで被駆動部材３０３を駆動するにあたっては、被駆動部材３０３をロッド３０２の軸方向に円滑に変位させるために、参照符号３３０で示すように、該ロッド３０２と平行に案内ロッドを設けることが望ましい。しかしながら、その場合、案内ロッド３３０と、被駆動部材３０３側にも、その案内ロッド上を摺動する案内部材を設ける必要があり、このような案内機構で、移動機構全体のスペースが大きくなるという問題がある。したがって、被駆動部材３０３のロッド３０２回りの回転止めを適宜実現できれば、前記案内ロッド３３０や案内部材から成る案内機構を省略し、片持ち構造とすることが望まれる。
【００１４】
しかしながら、単純に案内ロッド３３０や案内部材を省略すると、図１９で示すように、被駆動部材３０３の運動精度（傾き、チルトなど）が低下するという問題がある。図１９の例は、前記被駆動部材３０３として、前記特許文献１のようなフォーカシングレンズやズームレンズに適用した例を示す。したがって、被駆動部材３０３は、ロッド３０２に係合する保持部材３０３１と、該保持部材３０３１に取付けられる玉枠３０３２と、玉枠３０３２に嵌め込まれるレンズ３０３３とを備えて構成される。
【００１５】
したがって、図１９のような問題に対しては、通常、図２０で示すように、被駆動部材３０３ａの保持部材３０３１ａを長くすることで、前記運動精度（傾き、チルトなど）を確保することが考えられる。しかしながら、その場合、所定のストローク（移動量）を確保するためには、駆動部材３０２ａも長くしなければならない。なお、案内ロッド３３０や案内部材から成る対向の案内機構を有する両持ち構造であっても、前記運動精度をさらに向上するために、この図２０で示すような手法が用いられることもある。
【００１６】
ここで、前記圧電素子３０１に三角波を与えている場合、駆動部材３０２の全長に亘って振動し、被駆動部材３０３の推力を確保することができる。これに対して、上述のように矩形波パルスを与える場合、本願発明者の実験によれば、圧電素子３０１の厚さＤ１と、駆動部材３０２の長さＤ２との比が、約３倍を超えると、その超えた分だけ、駆動部材３０２の基端（圧電素子３０１）側が振動せず、被駆動部材３０３に推力を発生させられない現象の生じることが知見された。このため、長くした保持部材３０３１ａに対応して、図２０で示すように、圧電素子３０１ａも、その厚みＤ１を厚くしなければならず、該圧電素子３０１ａの設置スペースが大きくなり、或いは設置の自由度が低下するという問題がある。
【００１７】
なお、前記圧電素子３０１の厚さＤ１と、駆動部材３０２の長さＤ２との倍数比は、少なくとも前記圧電素子３０１の伸縮方向の厚さＤ１、駆動周波数および駆動部材３０２の前記伸縮方向の長さや、それらの材料によって決定される、厳密には前記３倍にならず、同じ構造でも、個体ばらつきによって同じにはならず、２．６〜３．４倍程度である。たとえば、駆動部材３０２を剛性の高いカーボンから金属に変えると、前記倍数比は小さくなる。本件明細書では、前記被駆動部材３０３が相対的に移動可能な推力を発生する振動を全長に亘って維持することができる駆動部材３０２の範囲を、有効振動長さと定義する。
【００１８】
本発明の目的は、被駆動部材を長くして、運動精度を向上するにあたって、設置スペースを削減することができる、或いは設置の自由度を向上することができる駆動装置ならびにそれを用いる像ぶれ補正装置および撮像装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の駆動装置は、所定の方向に振動する電気機械変換素子と、前記電気機械変換素子の伸縮方向の一端に取付けられて該電気機械変換素子により前記伸縮方向に変位駆動される駆動部材と、前記駆動部材に所定の摩擦力で係合している被駆動部材とを備え、前記電気機械変換素子の系における共振周波数に対して所定数倍の駆動周波数で、かつ所定デューティの駆動パルスが該電気機械変換素子に入力されることで、前記駆動部材と被駆動部材との係合部分に、該電気機械変換素子の伸張時と縮小時とに速度差を生じさせる擬似鋸歯状の変位振動を生じさせ、前記駆動部材と被駆動部材とを相対移動させる駆動装置において、前記駆動部材は、前記被駆動部材が相対的に移動可能な推力を発生する振動を全長に亘って維持することができる有効振動長さよりも長く延長形成され、前記被駆動部材は、その伸縮方向の長さが前記駆動部材の延長分の長さより長く形成され、かつ前記電気機械変換素子とは反対側が前記駆動部材に摩擦係合するとともに、前記電気機械変換素子側が前記駆動部材に緩やかに係合することを特徴とする。
【００２０】
上記の構成によれば、圧電素子などの電気機械変換素子の伸縮を駆動部材に伝え、その駆動部材に所定の摩擦力で係合している被駆動部材を、前記電気機械変換素子の伸張時と縮小時との速度差を利用して移動させる超音波リニアアクチュエータなどとして実現される駆動装置において、駆動回路から、前記電気機械変換素子の系における共振周波数に対して所定数倍の駆動周波数で、かつ所定デューティの駆動パルスを電気機械変換素子に入力することで、前記駆動部材と被駆動部材との係合部分に、前記の速度差を生じさせることができる擬似鋸歯状の変位振動を生じさせ、前記駆動部材と被駆動部材とを相対移動させるにあたって、以下の構成を採用する。
【００２１】
すなわち、前記駆動部材には、少なくとも前記電気機械変換素子の伸縮方向の厚さ、前記駆動周波数および該駆動部材の前記伸縮方向の長さによって、有効振動長さが定まり、該駆動部材は、その有効振動長さの範囲でしか、前記被駆動部材が相対的に移動可能な推力を発生する振動を維持することができない。しかしながら、本発明では、該駆動部材を、その有効振動長さを超えて延長形成するとともに、前記被駆動部材を、その伸縮方向の長さが前記駆動部材の延長分の長さより長く形成する。さらに、前記被駆動部材において、前記電気機械変換素子とは反対側（駆動部材の遊端側）を従来通り前記駆動部材に摩擦係合させて前記推力を発生させるとともに、前記電気機械変換素子側（駆動部材の基端側）は、前記駆動部材に緩やかに係合し、案内筒としての機能を持たせる。
【００２２】
したがって、被駆動部材を長くして、運動精度（傾き、チルトなど）を向上するにあたって、通常では、それに伴い駆動部材を長くし、さらにそれに伴い電気機械変換素子を厚く形成しないと、前記有効振動長さに起因して、駆動部材の電気機械変換素子側（基端側）で、被駆動部材に推力を発生させられないのに対して、上記構成では、電気機械変換素子の厚みはそのままで、延長によって有効振動長さの範囲から外れる駆動部材の電気機械変換素子側（基端側）側の部分に、被駆動部材の案内筒を被せることになる。これによって、電気機械変換素子を必要以上に厚くすることなく駆動性能を維持し、かつ該駆動部材の延長によって該駆動部材に案内軸としての機能を持たせ、前記被駆動部材における電気機械変換素子側の案内筒として機能する部分と合わせて、被駆動部材のガタツキを抑えることができる。こうして、該駆動装置の設置スペースを削減することができる、或いは設置の自由度を向上することができる。
【００２３】
なお、好ましくは、駆動部材を角柱状に形成したり、軸直角断面を楕円状に形成したりし、また被駆動部材もそれに合わせた形状に形成することで、被駆動部材の駆動部材の軸回りに対する回転も抑えることができる。
【００２４】
また、本発明の駆動装置では、前記駆動部材の有効振動長さは、前記電気機械変換素子の厚さの２．６〜３．４倍であることを特徴とする。
【００２５】
さらにまた、本発明の駆動装置では、前記駆動部材の延長形成される長さは、前記電気機械変換素子の厚さの１．０〜２．０倍であり、前記被駆動部材の摩擦係合する部分は、前記駆動部材の全長における電気機械変換素子側から４割を超える範囲であることを特徴とする。
【００２６】
上記の構成によれば、前述のように被駆動部材の摩擦係合する部分は、電気機械変換素子側から駆動部材の延長形成された部分を除く有効振動長さの範囲であるが、たとえば前記有効振動長さが電気機械変換素子の伸縮方向における厚さの２．６〜３．４倍、好ましく３倍程度であり、駆動部材の延長形成される長さが前記電気機械変換素子の厚さの１．０〜２．０倍、好ましくは１．５倍程度である場合、駆動部材の全長において、電気機械変換素子側から１／３が延長部分となり、その先２／３が有効振動長さの範囲となる。
【００２７】
したがって、前記被駆動部材の摩擦係合する部分を、前記駆動部材の全長における電気機械変換素子側から４割を超える範囲に掛るように形成することで、充分な推力を得ることができる。一方、被駆動部材の摩擦係合する部分と、それよりも緩やかに係合する部分とで、被駆動部材を駆動部材に押圧する抑えばねを替えて、係合度合いを変化するようにしてもよい。また、同じばねでも、押圧力が変わるように、固定方法を変えてもよい。
【００２８】
また、本発明の駆動装置では、前記被駆動部材において、前記駆動部材に緩やかに係合する部分には、ベアリングを備えることを特徴とする。
【００２９】
上記の構成によれば、被駆動部材の電気機械変換素子側での摩擦力を抑えて前記緩やかな係合を実現し、案内筒としての機能を持たせることができる。
【００３０】
或いは、被駆動部材の緩やかに係合する部分に、案内筒を設けて、係合面を（テフロン登録商標）加工するようにしてもよい。前記テフロン加工は、たとえば加工厚さ０．２μｍ、表面粗さ（Ｒａ）０．２μｍ、動摩擦係数０．０４とする。
【００３１】
さらにまた、本発明の駆動装置では、本件出願人による公知の前記特許文献２で示されているように、前記所定数倍は、０．６〜０．８倍、好ましくは、０．７倍程度であり、前記所定デューティは、０．５５〜０．８５と０．１５〜０．４５とであり、好ましくは０．７と０．３程度であることを特徴とする。
【００３２】
上記の構成によれば、駆動回路から電気機械変換素子に矩形波パルスを入力しても、前記駆動部材と被駆動部材との係合部分に、最も効率的な推力が得られる前記擬似鋸歯状の変位振動を生じさせ、前記駆動部材と被駆動部材とを相対移動させることができる。そして、０．５５〜０．８５と０．１５〜０．４５、好ましくは０．７と０．３とのデューティを選択することで、被駆動部材の移動方向を切換えることができる。
【００３３】
また、本発明の像ぶれ補正装置は、前記の駆動装置を用いることを特徴とする。
【００３４】
上記の構成によれば、駆動装置の設置スペースを削減、或いは設置の自由度を向上した像ぶれ補正装置を実現することができる。
【００３５】
さらにまた、本発明の撮像装置は、前記の像ぶれ補正装置を用いることを特徴とする。
【００３６】
上記の構成によれば、像ぶれ補正装置の設置スペースを削減、或いは設置の自由度を向上した像ぶれ補正装置を実現することができる。
【発明の効果】
【００３７】
本発明の駆動装置ならびにそれを用いる像ぶれ補正装置および撮像装置は、以上のように、圧電素子などの電気機械変換素子の伸縮を駆動部材に伝え、その駆動部材に所定の摩擦力で係合している被駆動部材を、前記電気機械変換素子の伸張時と縮小時との速度差を利用して移動させる超音波リニアアクチュエータなどとして実現される駆動装置において、所定条件の駆動パルスを電気機械変換素子に入力することで前記の速度差を生じさせることができる擬似鋸歯状の変位振動を生じさせるにあたって、駆動部材を有効な振動を発生することができる長さを超えて延長形成するとともに、被駆動部材は、その延長分の長さより長く形成し、さらに電気機械変換素子とは反対側を従来通り駆動部材に摩擦係合させて推力を発生させるとともに、電気機械変換素子側を駆動部材に緩やかに係合し、案内筒としての機能を持たせる。
【００３８】
それゆえ、被駆動部材を長くして、運動精度（傾き、チルトなど）を向上するにあたって、電気機械変換素子の厚みはそのままで、延長によって有効振動長さの範囲から外れる駆動部材の電気機械変換素子側の部分に被駆動部材の案内筒を被せることになるので、電気機械変換素子を必要以上に厚くすることなく駆動性能を維持し、かつ該駆動部材の延長によって該駆動部材に案内軸としての機能を持たせ、前記被駆動部材における電気機械変換素子側の案内筒として機能する部分と合わせて、被駆動部材のガタツキを抑えることができる。こうして、該駆動装置ならびにそれを用いる像ぶれ補正装置および撮像装置の設置スペースを削減することができる、或いは設置の自由度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施の一形態に係る駆動装置を用いる像ぶれ補正ユニットの斜視図であり、背面左下から見上げた図である。
【図２】図１の像ぶれ補正ユニットを背面左上から見下ろした図である。
【図３】図１の像ぶれ補正ユニットを背面右上から見下ろした図である。
【図４】図１の像ぶれ補正ユニットを背面右上から見下ろした図である。
【図５】図１の像ぶれ補正ユニットを前面右からやや見下ろした図である。
【図６】図１の像ぶれ補正ユニットを前面左からやや見下ろした図である。
【図７】前記像ぶれ補正ユニットに撮像レンズ鏡筒を備えて構成される撮像装置を前面側から見た斜視図である。
【図８】前記撮像装置を背面側から見た斜視図である。
【図９】本発明の実施の一形態に係る駆動装置である超音波リニアアクチュエータの模式的な側面図である。
【図１０】前記超音波リニアアクチュエータにおける摺動部とロッドとの関係を説明するための図である。
【図１１】本件発明者の実験結果を示すロッドを１０分割した各位置における推力特性を示すグラフである。
【図１２】図１１の実験にあたって、圧電素子に与えた駆動信号の波形を示す図である。
【図１３】本発明の実施の他の形態に係る駆動装置である超音波リニアアクチュエータの模式的な側面図である。
【図１４】図１３の切断面線Ａ−Ａから見た断面図である。
【図１５】ＳＩＤＭ超音波リニアアクチュエータの動作を説明するための図である。
【図１６】前記ＳＩＤＭ超音波リニアアクチュエータにおける時間経過に伴う圧電素子および被駆動部材の変位の関係を示すグラフである。
【図１７】前記ＳＩＤＭ超音波リニアアクチュエータにおける圧電素子の駆動回路の構成例を示すブロック図である。
【図１８】図１７（ａ）で示す駆動回路の駆動波形図である。
【図１９】前記ＳＩＤＭ超音波リニアアクチュエータにおける問題点を説明するための図である。
【図２０】図１９で示す問題点を解決する一手法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
（実施の形態１）
図１〜図６は、本発明の実施の一形態に係る駆動装置を搭載した像ぶれ補正ユニット１００の斜視図であり、図１は背面左下から見上げており、図２は背面左上から見下ろしており、図３は背面右上から見下ろしており、図４は背面右上から見下ろしており、図５は前面右からやや見下ろしており、図６は前面左からやや見下ろしている。この像ぶれ補正ユニット１００は、図７および図８で示すように、撮像レンズ鏡筒２００と一体的に固定されて、レンズ交換不能な単眼のカメラ（撮像装置）に用いられ、撮像素子１１を含むセンサユニット１を、光軸ｚと直交するｘ方向およびｙ方向に変位することで、光学的に像ぶれを補正するものである。
【００４１】
カメラ本体前面側には、板金加工品から成り、第１の基台である固定部材２が設けられ、該像ぶれ補正ユニット１００が組み上がった後に、この固定部材２に対して、前記撮像レンズ鏡筒２００が３本のビス３１〜３３およびそれに巻付けられたばね３４〜３６によってガタ付きなく支持され、ビス３１〜３３を六角レンチで調整することで、前記センサユニット１の光軸ｚと撮像レンズ鏡筒２００との光軸とが一致するようにあおり調整が行われる。調整後は、前記ビス３１〜３３の緩みを防止するために、該ビス３１〜３３が固定部材２に接着固定される。この固定部材２に形成された開口２１を通して、前記撮像レンズ鏡筒２００から光が入射し、撮像素子１１に結像する。
【００４２】
前記センサユニット１は、大略的に、該センサユニット１の前面側に配置される前記固定部材２と、ダイキャスト成形品から成り、該センサユニット１の背面側に配置され、第２の基台であるスライダー４とによって挟持され、前記固定部材２上を前記スライダー４と共にｘ方向に滑動変位可能であるとともに、単体ではさらにスライダー４に対してｙ方向に滑動変位自在に支持される。
【００４３】
前記撮像素子１１は、ＣＣＤやＣＭＯＳなどから成り、背面側はＦＰＣに貼付けられる。なお、図１〜図６では、図面の簡略化のために、多数の配線が形成され、さらに適宜チップ部品が実装された前記ＦＰＣは、省略している。このようにＦＰＣにマウントされた撮像素子１１は、さらに樹脂成型品などから成る前記ホルダー１２に形成された凹所１２１に背面側から嵌め込まれ、板金加工品から成るシールド板５がビス５１〜５３によってホルダー１２に螺着されることで、ホルダー１２に保持固定され、前記センサユニット１となる。
【００４４】
前記シールド板５の上端部に形成された支持部５４は、前記撮像素子１１からのＦＰＣの引出し部分を保持固定し、固定部材２の上端部に形成された支持部２４は、そのＦＰＣの引回しを受け、方向を変換して、該像ぶれ補正ユニット１００から延出させるためのものである。
【００４５】
そして、先ず第１の方向である前記ｘ方向の摺動変位を実現するために、固定部材２側には、本発明の実施の一形態に係る駆動装置である超音波リニアアクチュエータ２２が設けられる。この超音波リニアアクチュエータ２２は、前記ｘ方向に伸縮し、電気機械変換素子である圧電素子２２１と、その圧電素子２２１から前記ｘ方向に引出され、駆動部材であるロッド２２２と、錘２２９とを備えて構成される。前記錘２２９は、ブラケット２２３によって前記固定部材２に保持固定され、その錘２２９に前記圧電素子２２１の一端が接着され、該圧電素子２２１の他端にはロッド２２２が接着される。前記ロッド２２２は、一対のブラケット２２４によって、前記固定部材２に、前記ｘ方向に伸縮変位自在に支持されている。
【００４６】
前記ロッド２２２に対応して、前面側には、前記ｘ方向の直交断面がＶ字状に形成される帯状の受け部材２２５が設けられ、背面側には、スライダー４の上端に、前記ｘ方向に延びるＶ溝４１１を形成して成る摺動部４１が設けられる。前記帯状の受け部材２２５の一方の側部に設けられる係合片２２５ａが前記摺動部４１に隣接して設けられた支持片４２の凹所４２１に差込まれ、受け部材２２５の他方の側部に設けられる一対の係合片２２５ｂとスライダー４の上端に設けられたフック４３との間に、ばね６１が巻き掛けられることで、スライダー４と固定部材２との間にセンサユニット１が挟み込まれ、前記ｘ方向の摺動変位が可能となる。前記ｘ方向に延びるロッド２２２が前記駆動部材となり、前記受け部材２２５からスライダー４およびセンサユニット１が被駆動部材となる。
【００４７】
このように構成される超音波リニアアクチュエータ２２において、前記圧電素子２２１が、錘２２９を基台として、ロッド２２２を、たとえば緩やかに伸長方向に押し出し、瞬時に縮退させると、支持片４２は押し出し位置に取り残され、このような動作を繰返すことで、スライダー４およびそれに連係するセンサユニット１は、伸長方向に変位されてゆく。反対に、前記圧電素子２２１が、ロッド２２２を、瞬時に伸長方向に押し出し、緩やかに縮退させると、支持片４２は縮退位置に引き戻され、このような動作を繰返すことで、スライダー４およびそれに連係するセンサユニット１は、縮退方向に変位されてゆく。
【００４８】
次に、第２の方向であるｙ方向の摺動変位を実現するために、ホルダー１２の背面右側にも、本発明の実施の一形態に係る駆動装置である超音波リニアアクチュエータ１３が設けられる。この超音波リニアアクチュエータ１３も、前述の超音波リニアアクチュエータ２２と同様に、前記ｙ方向に伸縮する圧電素子１３１と、その圧電素子１３１から前記ｙ方向に引出されるロッド１３２と、錘１３９とを備えて構成される。前記錘１３９は、ブラケット１２３によって前記ホルダー１２に保持固定され、その錘１３９に前記圧電素子１３１の一端が接着され、該圧電素子１３１の他端にはロッド１３２が接着される。前記ロッド１３２は、一対のブラケット１２４によって、前記ホルダー１２に、前記ｙ方向に伸縮変位自在に支持されている。
【００４９】
前記ロッド１３２に対応して、前面側には、前記受け部材２２５と同様に前記ｙ方向の直交断面がＶ字状に形成される帯状の受け部材１３５が設けられ、背面側には、スライダー４の背面右側に、前記ｙ方向に延びるＶ溝４４１を形成して成る摺動部４４が設けられる。前記帯状の受け部材１３５の一方の側部に設けられる係合片が前記摺動部４４に隣接して設けられた支持片４５の凹所４５１に差込まれ、受け部材１３５の他方の側部に設けられる一対の係合片１３５ｂとスライダー４の背面右側に設けられたフック４６との間に、ばね６２が巻き掛けられることで、センサユニット１がスライダー４に支持され、前記ｙ方向の摺動変位が可能となる。前記ｙ方向に延びるロッド１３２が前記駆動部材となり、前記受け部材１３５からセンサユニット１が被駆動部材となる。このように構成される超音波リニアアクチュエータ１３の動作は、前述の超音波リニアアクチュエータ２２と同様である。
【００５０】
こうして前記ホルダー１２のｘ方向の一辺およびｙ方向の一辺が支持（片持ち支持）され、それらの辺から離れた側に、球体７１，７２が前後に一対で設けられることで、該ホルダー１２は、固定部材２上およびスライダー４上を滑動変位自在となる。このため、ホルダー１２の固定部材２に対向した前面側には、前記球体７１を収容する凹所１２５が、ホルダー１２のスライダー４に対向した背面側には、前記球体７２を収容する凹所１２６が、それぞれ形成される。凹所１２５は、ホルダー１２の固定部材２上でのｘ，ｙ方向での変位を許容するために矩形に形成され、凹所１２６は、ホルダー１２のスライダー４上でのｙ方向での変位を許容するために長孔に形成され、これによってホルダー１２は、前記ｘ，ｙ方向それぞれに、たとえば±０．５ｍｍ変位可能となっている。
【００５１】
なお、球体７１，７２は、ホルダー１２の各面で、複数設けられていてもよい。また、必ずしも前後面で一対に設けられなくてもよい。しかしながら、前後面で一対に設けることで、固定部材２およびスライダー４で、ホルダー１２をバランス良く挟持することができる。
【００５２】
また、前記超音波リニアアクチュエータ２２，１３およびばね６１，６２によって、固定部材１２とスライダー４とのｘ方向の一辺およびｙ方向の一辺間が連結されるのに対して、反対側は、固定部材１２に形成されたフック２８とスライダー４に形成されたフック４９との間に、ばね６３張架がされることで連結されている。さらに固定部材２の上端には前記支持部２４が設けられており、下端には一対のフック２９１，２９２が設けられている。これらのフック２９１，２９２は、衝撃が加わった場合に、前記スライダー４およびセンサユニット１が光軸ｚ方向（背面方向）に脱落しないように設けられている。
【００５３】
一方、前記ホルダー１２の変位を検出するために、該ホルダー１２の前記球体７１，７２が設けられる側とは反対側の側部には、ホルダー１２９が形成されており、このホルダー１２９には永久磁石６が搭載され、これに対応して固定部材２側には、前記ホルダー１２９の可動範囲をカバーするホール素子７が設けられている。
【００５４】
図７および図８は、上述のように構成される像ぶれ補正ユニット１００に撮像レンズ鏡筒２００を備えて構成される撮像装置の斜視図であり、図７は上面側から見た図であり、図８は背面側から見た図である。この撮像装置は、撮像レンズ鏡筒２００に、図示しない本体筐体内に収納される前記像ぶれ補正ユニット１００を備えて構成され、前記撮像素子１１からはＦＰＣ８が、超音波リニアアクチュエータ１３，２２からはＦＰＣ８０が引出され、ＦＰＣ２０１はズーム用のモータやフォーカス用のモータから引出される。
【００５５】
大略的に、前記撮像レンズ鏡筒２００では、ズーム用のモータ２０２からの動力はギアボックス２０３を介して固定筒２０４内に収納されたカム筒２０５に伝達され、該カム筒２０５の回転によって直進移動筒２０６が進退し、前玉２０７が前記光軸ｚ方向に変位するとともに、図示しない内部の直進移動筒も前記カム筒２０５に駆動され、該直進移動筒２０６に保持されるズームレンズも前記光軸ｚ方向に変位する。なお、フォーカス用には別途直進移動筒およびそれに保持されるフォーカスレンズが設けられており、内蔵の小型のモータで駆動される。
【００５６】
上述のように構成される像ぶれ補正ユニット１００において、図９は本発明の実施の一形態に係る駆動装置である超音波リニアアクチュエータ１３，２２の模式的な側面図である。圧電素子１３１，２２１には、前述の図で示すような駆動回路３１０，３２０から、電気機械変換素子の系における共振周波数に対して所定数倍の駆動周波数で、かつ所定デューティの駆動パルスが入力されることで、ロッド１３２，２２２と摺動部４４，４１との係合部分に、最も効率的な推力が得られる擬似鋸歯状の変位振動を生じさせ、前記ロッド１３２，２２２に対して摺動部４４，４１を相対移動させるようになっている。
【００５７】
前記所定数倍の範囲は、本件出願人による公知の前記特許文献２で示されているように、０．６〜０．８倍であり、好ましくは０．７倍程度である。同様に、前記所定デューティは、０．５５〜０．８５と０．１５〜０．４５であり、好ましくは前記０．７と０．３程度である。
【００５８】
このような周波数およびデューティに選ぶことで、矩形波パルスに含まれる主に２の高調波成分が三角波の頂角部分を構成し、圧電素子１３１，２２１に該矩形波パルスを入力しても、前記ロッド１３２，２２２と摺動部４４，４１との係合部分に、前記最も効率的な推力が得られる前記擬似鋸歯状の変位振動を生じさせ、前記ロッド１３２，２２２に対して摺動部４４，４１を相対移動させることができる。そして、前記０．７と０．３とのデューティを選択することで、摺動部４４，４１の移動方向を切換えることができる。
【００５９】
注目すべきは、本実施の形態では、駆動部材である前記ロッド１３２，２２２には、少なくとも前記圧電素子１３１，２２１の伸縮方向の厚さＤ１１、前記駆動周波数および該ロッド１３２，２２２の前記伸縮方向の長さＤ１２によって、有効振動長さＤ１３が定まり、該ロッド１３２，２２２は、その有効振動長さＤ１３の範囲でしか、被駆動部材である摺動部４４，４１が相対的に移動可能な推力を発生する振動を維持することができないと言う本件発明者の知見に基づき、該ロッド１３２，２２２を、その有効振動長さＤ１３を超えて、長さＤ１４だけ延長形成するとともに、前記摺動部４４，４１を、その伸縮方向の長さＤ１５が前記ロッド１３２，２２２の延長分の長さＤ１４より長く形成することである。
【００６０】
また、これに対応して、前記摺動部４４，４１は、前記Ｖ溝４４１，４１１を有し、前記ロッド１３２，２２２に摩擦係合する摩擦係合部４４４，４１４と、前記ロッド１３２，２２２が緩やかに挿通する挿通孔４４３，４１３を有し、前記ロッド１３２，２２２に摩擦係合せず、緩やかに係合し、案内筒としての機能を有する案内筒部４４２，４１２とを備えて構成され、前記摩擦係合部４４４，４１４が圧電素子１３１，２２１とは反対側（ロッド１３２，２２２の遊端側）に、前記案内筒部４４２，４１２が前記圧電素子１３１，２２１側（ロッド１３２，２２２の基端側）に、それぞれ配置されることである。前述のように、Ｖ溝４４１，４１１にはロッド１３２，２２２を挟んで受け部材１３５，２２５が対向し、それらの間にはばね６２，６１が巻き掛けられて、ロッド１３２，２２２と、摩擦係合部４４４，４１４および受け部材１３５，２２５との間に所定の摩擦力を発生している。
【００６１】
ところで、被駆動部材である摺動部４４，４１の案内筒部４４２，４１２における「緩やかな係合」とは、摩擦係合部４４４，４１４より動摩擦係数が小さい係合を意味しており、緩やかさを実現するために、該案内筒部４４２，４１２も摺動部４４，４１と同様に、Ｖ溝４４１，４１１および受け部材１３５，２２５を有し、ばね６２，６１の弾発力を摩擦係合部４４４，４１４側よりも小さくしたり、Ｖ溝４４１，４１１の動摩擦係数を摩擦係合部４４４，４１４側よりも小さくする等、種々の手法を採用することができる。前記Ｖ溝４４１，４１１の動摩擦係数を小さくする方法としては、たとえば係合面を（テフロン登録商標）加工するようにしてもよい。前記テフロン加工は、たとえば加工厚さ０．２μｍ、表面粗さ（Ｒａ）０．２μｍ、動摩擦係数０．０４とする。
【００６２】
図１０は、上述のように構成される摺動部４４，４１とロッド１３２，２２２との関係を説明するための図である。先ず、図１０（ａ）で示す摺動部４４，４１がロッド１３２，２２２の最も基端側にある状態では、案内筒部４４２，４１２および摩擦係合部４４４，４１４の基端側の一部が延長部分（Ｄ１４）にあり、摩擦係合部４４４，４１４の遊端側の一部が有効振動部分（Ｄ１３）にある。したがって、遊端側へ前進させるためのデューティを有する駆動信号が圧電素子１３１，２２１に与えられると、通常の推力よりは劣るものの、摺動部４４，４１は、図１０（ｂ）で示すように引出されてゆく。
【００６３】
引出されるに連れて、摩擦係合部４４４，４１４の有効振動部分（Ｄ１３）に掛る長さが増え、推力が増加してゆく。そして、駆動条件に変化がなければ、図１０（ｂ）で示すように、案内筒部４４２，４１２が有効振動部分（Ｄ１３）に掛るようになると、それ以上の急激な推力増加は無くなる。
【００６４】
図１０（ｃ）で示すように、摩擦係合部４４４，４１４がロッド１３２，２２２の遊端側に到達すると、前記案内筒部４４２，４１２の全体が有効振動部分（Ｄ１３）に乗り入れる。なお、有効振動部分（Ｄ１３）においても、ロッド１３２，２２２の基端側に近付く程推力が小さく、遊端側になるにつれて推力が大きくなる傾向があるので、図１０（ｂ）で示す摩擦係合部４４４，４１４の全体が有効振動部分（Ｄ１３）に乗り入れてから、前述のように急激な推力の増加は無くなるものの、緩やかな推力の増加は続く。
【００６５】
しかしながら、前記ホール素子７の位置検知結果による駆動回路３１０，３２０の制御によって、前記駆動周波数とデューティとの少なくとも一方が前記最も効率的な推力が得られる条件からずらされ、摺動部４４，４１のブラケット１２４，２２４への衝突が防止されている。基端側への移動制御についても、同様である。なお、図１０では、分り易くするために、ロッド１３２，２２２において、前記有効振動部分には斜線を施して示している。なお、図１０（ａ）では、摺動部４４，４１の案内筒部４４２，４１２だけでなく、摩擦係合部４４４，４１４も延長部分（Ｄ１４）に入り込んでいるが、該摩擦係合部４４４，４１４で有効振動部分（Ｄ１３）に残る部分よりも、延長部分（Ｄ１４）に掛る部分が長くなる程、駆動（引出し）が困難になる。
【００６６】
図１１は、本件発明者の実験結果を示すグラフである。この図１１は、ロッド１３２，２２２を１０分割した各位置における推力特性を示すグラフであり、横軸は基端側を０、遊端側を１０とした位置を示している。そして、参照符号α１は前記圧電素子１３１，２２１の厚さＤ１１とロッド１３２，２２２の長さＤ１２との比が３のロッドを示し、参照符号α２は４．５のロッドを示し、圧電素子１３１，２２１の厚さＤ１１は２．５ｍｍと固定し、ロッド１３２，２２２の長さＤ１２を、７．５ｍｍ（α１）と、１１．２５ｍｍ（α２）としている。
【００６７】
図１２には、図１１の実験にあたって、前記圧電素子１３１，２２１に与えた駆動信号の波形を示す。駆動周波数は１４０ｋＨｚで、共振周波数の２００ｋＨｚの０．７倍、したがって１周期は７．１μｓｅｃである。そして、デューティは０．３で、ハイ側（＋５Ｖ）期間ａが１．６μｓｅｃ、ロー側（−５Ｖ）期間ｃが４．５μｓｅｃ、ハイ／ロー切り替り時におけるデッドタイム（ＧＮＤレベル）期間ｂ，ｄが、それぞれ０．５μｓｅｃである。したがって、この駆動信号は、フルブリッジの駆動回路３１０によって作成したものである。
【００６８】
実験の結果、参照符号α１で示す前記比が３のロッドでは、ほぼ全長の位置に亘って、駆動に充分な推力が得られているのに対して、参照符号α２で示す前記比が４．５のロッドでは、基端側の推力が低下していることが理解される。これは、前記比を大きくすると、ロッド１３２，２２２上で一様な変位波形が得られないためと思われる。したがって、単純に、摺動部４４，４１の摺動の安定のために該摺動部４４，４１の長さＤ１５を長くしたり、省スペース化のために圧電素子１３１，２２１の厚さＤ１１を薄くしたりすると、フルストローク駆動できないようになる。
【００６９】
これに対して、本実施の形態では、その充分な推力が得られない基端側の延長部分（Ｄ１４）に、ロッド１３２，２２２に摩擦係合しない案内筒部４４２，４１２を設け、案内筒として機能させるとともに、前記有効振動長さ（Ｄ１３）の範囲に、前記摺動部４４，４１の摩擦係合部４４４，４１４の一部を係合させておくので、フルストローク駆動を可能にしつつも、圧電素子１３１，２２１を必要以上に厚くする必要はなく、運動精度（傾き、チルトなど）を向上することができる。
【００７０】
これによって、該超音波リニアアクチュエータ１３，２２の設置スペースを削減することができる、或いは設置の自由度を向上することができる。また、このような超音波リニアアクチュエータ１３，２２を用いる像ぶれ補正ユニット１００およびそれを用いるカメラにおいても、駆動装置の設置スペースを削減、或いは設置の自由度を向上することができる。本件発明者の実験によれば、前記摺動部４４，４１の延長と合わせて、圧電素子１３１，２２１の厚さＤ１１とロッド１３２，２２２の長さＤ１２との比が、５程度まではフルストローク駆動が可能である。
【００７１】
また、前記摺動部４４，４１の長さＤ１５は、ロッド１３２，２２２の延長形成された部分（Ｄ１４）より長く形成され、摩擦係合部４４４，４１４の一部が有効振動長さＤ１３の範囲に掛るように構成されるが、たとえば図１１の参照符号α１２で示すように、前記有効振動長さＤ１３が圧電素子１３１，２２１の厚さＤ１１の２．６〜３．４倍、好ましくは３倍程度であり、ロッド１３２，２２２の延長形成される長さＤ１４が前記厚さＤ１１の１．０〜２．０倍、好ましくは１．５倍程度である場合、前記ロッド１３２，２２２の全長Ｄ１２において、圧電素子１３１，２２１側から１／３が延長部分（Ｄ１４）となり、その先２／３が有効振動長さＤ１３の範囲となるので、前記摩擦係合部４４４，４１４を、前記ロッド１３２，２２２の全長Ｄ１２における圧電素子１３１，２２１側から４割を超える範囲に掛るように形成することで、充分な推力を得ることができる。
【００７２】
なお、前記ロッド１３２，２２２を角柱状に形成したり、軸直角断面を楕円状に形成したりし、また摺動部４４，４１もそれに合わせた形状に形成することで、摺動部４４，４１のロッド１３２，２２２の軸回りに対する回転も抑えることができる。
【００７３】
（実施の形態２）
図１３は本発明の実施の他の形態に係る駆動装置である超音波リニアアクチュエータ１３ａの模式的な側面図であり、図１４は図１３の切断面線Ａ−Ａから見た断面図である。この超音波リニアアクチュエータ１３ａは前述の超音波リニアアクチュエータ１３，２２に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。注目すべきは、この超音波リニアアクチュエータ１３ａでは、摺動部４４ａは、高剛性プラスチックに、前記Ｖ溝４４１を形成する金属インサート部材４４ｂをインサート成型したブロックなどから成り、対向する受け部材１３５ａとともに、それらの基端側には、前記案内筒部４４２に代えて、ロッド１３２上を滑動するベアリングを備える非摩擦係合部４４５が設けられることである。遊端側は、前記ばね６２の弾発力によって、前記摺動部４４ａと受け部材１３５ａとがロッド１３２を挟持し、前記摩擦係合部４４４となる。
【００７４】
このように構成してもまた、摺動部４４ａの圧電素子１３１側での摩擦力を抑えて、前記緩やかな係合を実現し、案内筒としての機能を持たせることができる。
【符号の説明】
【００７５】
１ センサユニット
１１ センサ本体
１２ ホルダー
１２５，１２６ 凹所
１２７，１２８ 突起
１２９ ホルダー
１３，１３ａ，２２ 超音波リニアアクチュエータ
１３１，２２１ 圧電素子
１３２，２２２ ロッド
１３５，１３５ａ，２２５ 受け部材
１３５ｃ ベアリング
１３９，２２９ 錘
２ 固定部材
２７，４８ 凹所
３１〜３３ ビス
３４〜３６ ばね
４ スライダー
４１，４４，４４ａ 摺動部
４１１，４４１ Ｖ溝
４１２，４４２ 案内筒部
４１３，４４３ 挿通孔
４１４，４４４ 摩擦係合部
４２，４５ 支持片
４３，４６，４９ フック
４４５ 非摩擦係合部
４４ｂ 金属インサート部材
４４ｃ ベアリング
５ シールド板
６ 永久磁石
６１，６２，６３ ばね
７ ホール素子
７１，７２ 球体
１００ 像ぶれ補正ユニット
２００ 撮像レンズ鏡筒
３１０，３２０ 駆動回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧が印加されると伸縮する電気機械変換素子と、
前記電気機械変換素子の伸縮方向の一端に取付けられて該電気機械変換素子により前記伸縮方向に変位駆動される駆動部材と、
前記駆動部材に所定の摩擦力で係合している被駆動部材とを備え、
前記電気機械変換素子の系における共振周波数に対して所定数倍の駆動周波数で、かつ所定デューティの駆動パルスが該電気機械変換素子に入力されることで、前記駆動部材と被駆動部材との係合部分に、該電気機械変換素子の伸張時と縮小時とに速度差を生じさせる擬似鋸歯状の変位振動を生じさせ、前記駆動部材と被駆動部材とを相対移動させる駆動装置において、
前記駆動部材は、前記被駆動部材が相対的に移動可能な推力を発生する振動を全長に亘って維持することができる有効振動長さよりも長く延長形成され、
前記被駆動部材は、その伸縮方向の長さが前記駆動部材の延長分の長さより長く形成され、かつ前記電気機械変換素子とは反対側が前記駆動部材に摩擦係合するとともに、前記電気機械変換素子側が前記駆動部材に緩やかに係合することを特徴とする駆動装置。
【請求項２】
前記駆動部材の有効振動長さは、前記電気機械変換素子の厚さの２．６〜３．４倍であることを特徴とする請求項１記載の駆動装置。
【請求項３】
前記駆動部材の延長形成される長さは、前記電気機械変換素子の厚さの１．０〜２．０倍であり、
前記被駆動部材の摩擦係合する部分は、前記駆動部材の全長における電気機械変換素子側から４割を超える範囲であることを特徴とする請求項２記載の駆動装置。
【請求項４】
前記被駆動部材において、前記駆動部材に緩やかに係合する部分には、ベアリングを備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の駆動装置。
【請求項５】
前記所定数倍は、０．６〜０．８倍であり、前記所定デューティは、０．５５〜０．８５と０．１５〜０．４５とであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の駆動装置。
【請求項６】
前記請求項１〜５のいずれか１項に記載の駆動装置を用いることを特徴とする像ぶれ補正装置。
【請求項７】
前記請求項６記載の像ぶれ補正装置を用いることを特徴とする撮像装置。
【請求項１】
電圧が印加されると伸縮する電気機械変換素子と、
前記電気機械変換素子の伸縮方向の一端に取付けられて該電気機械変換素子により前記伸縮方向に変位駆動される駆動部材と、
前記駆動部材に所定の摩擦力で係合している被駆動部材とを備え、
前記電気機械変換素子の系における共振周波数に対して所定数倍の駆動周波数で、かつ所定デューティの駆動パルスが該電気機械変換素子に入力されることで、前記駆動部材と被駆動部材との係合部分に、該電気機械変換素子の伸張時と縮小時とに速度差を生じさせる擬似鋸歯状の変位振動を生じさせ、前記駆動部材と被駆動部材とを相対移動させる駆動装置において、
前記駆動部材は、前記被駆動部材が相対的に移動可能な推力を発生する振動を全長に亘って維持することができる有効振動長さよりも長く延長形成され、
前記被駆動部材は、その伸縮方向の長さが前記駆動部材の延長分の長さより長く形成され、かつ前記電気機械変換素子とは反対側が前記駆動部材に摩擦係合するとともに、前記電気機械変換素子側が前記駆動部材に緩やかに係合することを特徴とする駆動装置。
【請求項２】
前記駆動部材の有効振動長さは、前記電気機械変換素子の厚さの２．６〜３．４倍であることを特徴とする請求項１記載の駆動装置。
【請求項３】
前記駆動部材の延長形成される長さは、前記電気機械変換素子の厚さの１．０〜２．０倍であり、
前記被駆動部材の摩擦係合する部分は、前記駆動部材の全長における電気機械変換素子側から４割を超える範囲であることを特徴とする請求項２記載の駆動装置。
【請求項４】
前記被駆動部材において、前記駆動部材に緩やかに係合する部分には、ベアリングを備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の駆動装置。
【請求項５】
前記所定数倍は、０．６〜０．８倍であり、前記所定デューティは、０．５５〜０．８５と０．１５〜０．４５とであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の駆動装置。
【請求項６】
前記請求項１〜５のいずれか１項に記載の駆動装置を用いることを特徴とする像ぶれ補正装置。
【請求項７】
前記請求項６記載の像ぶれ補正装置を用いることを特徴とする撮像装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２０１２−１９６５６（Ｐ２０１２−１９６５６Ａ）
【公開日】平成２４年１月２６日（２０１２．１．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１５６７９５（Ｐ２０１０−１５６７９５）
【出願日】平成２２年７月９日（２０１０．７．９）
【出願人】（３０３０００４０８）コニカミノルタオプト株式会社 (3,255)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月２６日（２０１２．１．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月９日（２０１０．７．９）
【出願人】（３０３０００４０８）コニカミノルタオプト株式会社 (3,255)
【Ｆターム（参考）】
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