JP2010051058A - 駆動装置及び光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のアクチュエータを安定に動作させることができる駆動装置及び光学装置を提供する。
【解決手段】
圧電素子６ａ，８ａに駆動軸６ｂ，８ｂを取り付けたアクチュエータ６，８を有し、駆動信号により圧電素子を伸縮させ、圧電素子６ａ，８ａの伸縮動作に応じて駆動軸６ｂ，８ｂを往復運動させて、駆動軸６ｂ，８ｂに摩擦係合させた被駆動部材を移動させる駆動装置において、駆動信号として、同一の周波数ｆで位相が異なるパルス信号Ｓｙ，Ｓｘを用いる第１制御部３０を備えることで、各圧電素子の消費電流が最大となるタイミングをずらし、圧電素子６ａ，８ａに共通の電源回路６３が出力する瞬間最大電流の増大を抑えることができる。
【選択図】図７

Description

本発明は、被駆動部材を駆動させる駆動装置及びその駆動装置を備える光学装置に関するものである。

従来の駆動装置として、駆動信号により伸縮する圧電素子を有するアクチュエータを複数備え、各アクチュエータに駆動信号を出力して被駆動部材を移動させる駆動装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１記載の駆動装置は、各圧電素子へ供給する駆動信号の周波数をそれぞれ変化（スイープ）させるとともに、駆動信号の周波の波形間隔（パルス幅）が狭くなる部分を各圧電素子で重ならないように制御するものである。
特開２００６−２３８５６４号公報

しかしながら、特許文献１に記載の駆動装置にあっては、スイープした各駆動信号の１波形に着目すると、各圧電素子の１波形のピーク同士が重なる場合がある。この場合、駆動装置全体の瞬間消費電流が増大するため、駆動装置が有する電源に許容されている電流値を超えるおそれがある。

そこで本発明は、このような技術課題を解決するためになされたものであって、複数のアクチュエータを安定に動作させることができる駆動装置及び光学装置を提供することを目的とする。

すなわち本発明に係る駆動装置は、駆動信号により運動する第１電気機械変換手段と、第１電気機械変換手段に連携して移動する第１移動手段と、駆動信号により運動する第２電気機械変換手段と、第２電気機械変換手段に連携して移動する第２移動手段と、第１電気機械変換手段及び第２電気機械変換手段に対して駆動信号をそれぞれ供給する駆動信号制御手段と、を備え、駆動信号制御手段は、駆動信号として、第１電気機械変換手段及び第２電気機械変換手段ごとに異なる位相で同一周波数のパルス信号を用いることを特徴として構成される。

また、本発明に係る駆動装置は、駆動信号により伸縮する第１電気機械変換手段と、第１電気機械変換手段に取り付けられ、第１電気機械変換手段の伸縮動作に応じて往復運動する第１駆動軸と、第１駆動軸に摩擦係合して移動する第１移動手段と、駆動信号により伸縮する第２電気機械変換手段と、第２電気機械変換手段に取り付けられ、第２電気機械変換手段の伸縮動作に応じて往復運動する第２駆動軸と、第２駆動軸に摩擦係合して移動する第２移動手段と、第１電気機械変換手段及び第２電気機械変換手段に対して駆動信号をそれぞれ供給する駆動信号制御手段と、を備え、駆動信号制御手段は、駆動信号として、第１電気機械変換手段及び第２電気機械変換手段ごとに異なる位相で同一周波数のパルス信号を用いることを特徴として構成される。

本発明に係る駆動装置によれば、第１電気機械変換手段及び第２電気機械変換手段に対して、電気機械変換手段ごとに異なる位相で同一周波数のパルス信号をそれぞれ供給するため、各電気機械変換手段における消費電流が最大となるタイミングをそれぞれずらすことができる。よって、駆動装置全体の瞬間最大消費電流の増大を抑えて安定に動作させることができる。

ここで、第１電気機械変換手段及び第２電気機械変換手段は、圧電素子であることが好適である。

また、駆動信号制御手段は、第１電気機械変換手段に供給するパルス信号の位相と第２電気機械変換手段に供給するパルス信号の位相との差が、第１電気機械変換手段の充電期間及び第２電気機械変換手段の充電期間よりも大きくなるように、第１電気機械変換手段及び第２電気機械変換手段に供給するパルス信号の位相を制御することが好適である。このように構成することで、各圧電素子の充電期間が重ならないため、駆動装置全体の瞬間最大消費電流の増大を一層抑えることができる。

さらに、駆動装置は、第１電気機械変換手段及び第２電気機械変換手段に電流を供給する電源と、電流を調整する電源コンデンサと、を備え、駆動信号制御手段は、電源コンデンサによる電流の遅延時間に基づいて、第１電気機械変換手段及び第２電気機械変換手段ごとにパルス信号の位相を制御することが好適である。このように構成することで、電源コンデンサによる遅延時間を含めて、各圧電素子の充電期間をずらすように、圧電素子ごとに位相を制御することができるため、駆動装置全体の瞬間最大消費電流の増大を一層抑えることができる。

また、第１電気機械変換手段及び第２電気機械変換手段は、ステッピングモータであってもよい。

電気機械変換手段としてステッピングモータを用いる場合には、第１電気機械変換手段への供給電流の最大値と、第２電気機械変換手段への供給電流の最大値とが異なる周期で発生するようにパルス信号の位相を制御することが好適である。このように構成することで、各ステッピングモータへ供給される最大電流値のタイミングが重ならないため、駆動装置全体の瞬間最大消費電流の増大を抑えることができる。

また、電気機械変換手段としてステッピングモータを用いる場合には、第１電気機械変換手段及び第２電気機械変換手段に電流を供給する電源と、電流を調整する電源コンデンサと、を備え、駆動信号制御手段は、電源コンデンサによる電流の遅延時間に基づいて、第１電気機械変換手段及び第２電気機械変換手段ごとにパルス信号の位相を制御することが好適である。このように構成することで、電源コンデンサによる遅延時間を含めて、ステッピングモータごとに位相を制御することができるため、駆動装置全体の瞬間最大消費電流の増大を一層抑えることができる。

また、本発明に係る光学装置は、上述した駆動装置を備え、第１移動手段又は第２移動手段は光学部材を含んで構成される。この光学装置によれば、上述した駆動装置を備えていることから、複数のアクチュエータを安定に動作させることができる。また、アクチュエータ最大電流を抑えることができるため、駆動回路規模も低減でき省スペース化、低価格化を図ることが可能となる。

ここで、光学部材はレンズであり、第１電気機械変換手段及び第２電気機械変換手段は、２つのレンズの相対位置を光軸方向に変化させてもよい。また、光学部材は撮像光学系又は撮像素子であり、第１電気機械変換手段及び第２電気機械変換手段は、撮像光学系と撮像素子の相対位置を撮像光学系の光軸方向に直交する方向に変化させてもよい。

本発明によれば、複数のアクチュエータを安定に動作させることができる。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

本実施形態に係る撮像装置（光学装置）は、例えば撮像光学系と撮像素子を光軸方向と直交する方向に相対移動させて手振れ補正を行うものである。すなわち、手振れに応じて撮像光学系を移動させ、撮像素子との相対位置を変化させることで手振れを補正する。この撮像装置は、静止画を撮影するカメラ、動画を撮影するビデオカメラ、携帯電話に搭載される撮像部などに適用される。

まず、本実施形態に係る撮像装置の機械的な構成について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る撮像装置における撮像部及び手振れ補正機構の分解斜視図である。図１に示すように、本実施形態に係る撮像装置は、被写体の像を取得するための撮像光学系２と撮像素子１４を備えている。撮像光学系２は、撮像素子１４に集光する光学系であり、撮影レンズを備えて構成されている。この撮像光学系２は、例えばホルダ２ａにレンズ（図示なし）を収容して構成される。撮像光学系２は、単体のレンズで構成してもよいし、複数のレンズによるレンズ群で構成してもよい。

撮像光学系２は、第２移動部材（第２移動手段）５に取り付けられており、撮像素子１４に対し光軸Ｏの方向（光軸方向）と直交する方向に相対移動可能に設けられている。第２移動部材５は、撮像素子１４を固定する撮像素子ホルダ１３に収容され、球体４で支持されることにより、撮像素子ホルダ１３及び撮像素子１４に対し光軸方向と直交する方向に相対移動可能となっている。このため、撮像光学系２は、第２移動部材５と共に撮像光学系２が移動することによって、撮像素子１４に対し光軸方向と直交する方向に相対移動することになる。

その際、撮像光学系２を第２移動部材５に対し光軸方向へ移動可能に取り付けることが好ましい。例えば、第２移動部材５に光軸方向へ向けた支持軸３を取り付け、その支持軸３に沿って撮像光学系２を移動可能に取り付ける。撮像光学系２を光軸方向へ移動させるアクチュエータ１０としては、圧電素子１０ａの伸縮により往復移動する駆動軸１０ｂを備えたものが用いられる。このアクチュエータ１０は、撮像光学系２を光軸方向へ移動させる第３アクチュエータとして機能するものである。圧電素子１０ａが第２移動部材５に取り付けられ、駆動軸１０ｂが撮像光学系２に摩擦係合される。駆動軸１０ｂの一端は、圧電素子１０ａに当接され、例えば接着剤を用いて接着されている。この駆動軸１０ｂは、長尺状の部材であり、例えば円柱状のものが用いられる。

摩擦係合構造としては、例えば、板バネにより駆動軸１０ｂを撮像光学系２のホルダ２ａに一定の押圧力で圧接した状態とし、駆動軸１０ｂが移動する際に一定の摩擦力を生じさせる構造とする。この摩擦力を超えるように駆動軸１０ｂが移動することにより、慣性により撮像光学系２の位置が維持される。一方、その摩擦力を超えないように逆方向へ駆動軸１０ｂが移動すると、撮像光学系２もその逆方向へ移動する。このような駆動軸１０ｂの往復移動を繰り返すことにより、第２移動部材５に対し相対的に撮像光学系２を移動させることができる。圧電素子１０ａには、その伸長速度と収縮速度を異ならせる電気信号が制御部（図示なし）から入力される。これにより、駆動軸１０ｂが異なる速度で往復移動し、撮像光学系２の移動制御を行うことができる。

このように、撮像光学系２を第２移動部材５に対し光軸方向へ移動可能に取り付けることにより、第２移動部材５に対し撮像光学系２のみを光軸方向へ移動させてフォーカシングを行うことができる。

撮像素子１４は、撮像光学系２により結像された像を電気信号に変換する撮像手段であり、撮像素子ホルダ１３に固定して取り付けられている。この撮像素子１４としては、例えばＣＣＤセンサが用いられる。

本実施形態に係る撮像装置は、第１アクチュエータ８及び第２アクチュエータ６を備えている。第１アクチュエータ８は、光軸方向と直交するヨー方向Ｘに撮像光学系２と撮像素子１４を相対移動させるアクチュエータである。この第１アクチュエータ８は、例えば、圧電素子（第１電気機械変換手段）８ａの伸縮により往復移動する駆動軸（第１駆動軸）８ｂを備えたものが用いられる。駆動軸８ｂは、ヨー方向Ｘに向けて配置されている。圧電素子８ａは、撮像素子１４が固定される撮像素子ホルダ１３に取り付けられている。駆動軸８ｂは、第１移動部材（第１移動手段）１１に摩擦係合されている。駆動軸８ｂの一端は、圧電素子８ａに当接され、例えば接着剤を用いて接着されている。この駆動軸８ｂは、長尺状の部材であり、例えば円柱状のものが用いられる。

摩擦係合構造としては、例えば、板バネにより駆動軸８ｂを第１移動部材１１に一定の押圧力で圧接された状態とし、駆動軸８ｂが移動する際に一定の摩擦力を生じさせる構造とする。この摩擦力を超えるように駆動軸８ｂが移動することにより、慣性により第１移動部材１１の位置が維持される。一方、その摩擦力を超えないように逆方向へ駆動軸８ｂが移動すると、第１移動部材１１もその逆方向へ移動する。このような駆動軸８ｂの往復移動を繰り返すことにより、撮像素子１４に対し第１移動部材１１をヨー方向Ｘに沿って移動させることができ、撮像素子１４に対し相対的に撮像光学系２をヨー方向Ｘに移動させることができる。圧電素子８ａには、その伸長速度と収縮速度を異ならせる電気信号が制御部（図示なし）から入力される。これにより、駆動軸８ｂが異なる速度で往復移動し、撮像光学系２の移動制御を行うことができる。

なお、第１アクチュエータ８は、圧電素子８ａを第１移動部材１１側に取り付け、駆動軸８ｂを撮像素子ホルダ１３に摩擦係合させて構成する場合もある。

第２アクチュエータ６は、光軸方向と直交するピッチ方向Ｙに撮像光学系２と撮像素子１４を相対移動させるアクチュエータである。この第２アクチュエータ６と第１アクチュエータ８は、撮像光学系２と撮像素子１４を相対移動させる駆動手段（駆動装置）として機能するものである。

ピッチ方向Ｙは、光軸方向と直交しヨー方向Ｘと交差する方向に設定される。この第２アクチュエータ６は、例えば、圧電素子（第２電気機械変換手段）６ａの伸縮により往復移動する駆動軸（第２駆動軸）６ｂを備えたものが用いられる。駆動軸６ｂは、ピッチ方向Ｙに向けて配置されている。圧電素子６ａは、第２移動部材５に取り付けられている。駆動軸６ｂは、第１移動部材１１に摩擦係合されている。駆動軸６ｂの一端は、圧電素子６ａに当接され、例えば接着剤を用いて接着されている。この駆動軸６ｂは、長尺状の部材であり、例えば円柱状のものが用いられる。

摩擦係合構造としては、例えば、板バネにより駆動軸６ｂを第１移動部材１１に一定の押圧力で圧接された状態とし、駆動軸６ｂが移動する際に一定の摩擦力を生じさせる構造とする。この摩擦力を超えるように駆動軸６ｂが一方向に移動することにより、慣性により第２移動部材５の位置が維持される。一方、その摩擦力を超えないように逆方向へ駆動軸６ｂが移動しようとすると、駆動軸６ｂは摩擦力によって静止したまま、第２移動部材５が一方向へ移動する。このような駆動軸６ｂの往復移動を繰り返すことにより、撮像素子１４に対し第２移動部材５をピッチ方向Ｙに沿って移動させることができ、撮像素子１４に対し相対的に撮像光学系２をピッチ方向Ｙに移動させることができる。圧電素子６ａには、その伸長速度と収縮速度を異ならせる電気信号が制御部（図示なし）から入力される。これにより、駆動軸６ｂが異なる速度で往復移動し、撮像光学系２の移動制御を行うことができる。

第１移動部材１１には、上述した摩擦係合によって第２アクチュエータ６が取り付けられている。このため、第１アクチュエータ８の作動により第１移動部材１１がヨー方向Ｘに移動することによって第２アクチュエータ６もヨー方向Ｘへ移動することとなる。

なお、第２アクチュエータ６は、圧電素子６ａを第１移動部材１１側に取り付け、駆動軸６ｂを第２移動部材５に摩擦係合させて構成する場合もある。

撮像装置には、位置検出用磁石９、ホール素子１５ａ、１５ｂが設けられている。位置検出用磁石９は、第２移動部材５に取り付けられた磁石であり、ホール素子１５ａ、１５ｂで検出できるだけの磁界を発生するものであれば足りる。ホール素子１５ａ、１５ｂは、位置検出用磁石９から発生する磁界の状態に基づいて撮像素子１４と撮像光学系２の光軸方向と直交する方向に対する相対位置を検出する磁気センサであり、例えば、基板１７に取り付けられる。このホール素子１５ａ、１５ｂは、光軸方向と直交する方向の相対位置を検出可能なものが用いられる。基板１７は、撮像素子ホルダ１３に取り付けられる配線基板であり、例えばＬ字形に屈曲されて用いられる。この基板１７には、圧電素子６ａ、８ａ、１０ａのリード線がそれぞれ基板１７に取り付けられている。

撮像装置には、フォトインタラプタ１６が設けられている。フォトインタラプタ１６は、撮像光学系２の位置検出を行う位置検出センサである。フォトインタラプタ１６は、基板１７に取り付けられ、撮像光学系２の近傍位置に配置される。フォトインタラプタ１６は、発光部と受光部を備え、発光部と受光部の間を通過する移動片２ｂの位置検出を通じて、撮像光学系２の光軸方向の位置を検出する。移動片２ｂは、撮像光学系２のホルダ２ａに形成され、撮像光学系２と一体となって移動する部材である。

撮像装置は、上カバー１を備えている。上カバー１は、撮像部及び手振れ補正機構を収容する撮像素子ホルダ１３の開口部分を被うカバーであり、被写体像を入射するための開口部１ａを形成している。

第１移動部材１１は、第１支持軸１２によりヨー方向Ｘに沿って移動可能に支持されている。第１支持軸１２は、ヨー方向Ｘに向けて配置される軸部材であって、撮像素子ホルダ１３に取り付けられている。この第１支持軸１２は、第１移動部材１１の軸受け部１１ａを貫通して設けられている。これにより、第１移動部材１１は、第１支持軸１２によって撮像素子１４に対しヨー方向Ｘのみに移動するように支持されている。

第２移動部材５は、第２支持軸７によりピッチ方向Ｙに沿って移動可能に支持されている。第２支持軸７は、ピッチ方向Ｙに向けて配置される軸部材であって、第２移動部材５に取り付けられている。この第２支持軸７は、第１移動部材１１の軸受け部１１ｂを貫通して設けられている。これにより、第２移動部材５は、第２支持軸７によって第１移動部材１１に対しピッチ方向Ｙのみに移動するように支持されている。

次に、本実施形態に係る撮像装置の電気的構成を説明する。図２は、本実施形態に係る撮像装置の電気的構成を示すブロック図である。

図２に示すように、本実施形態に係る撮像装置は、第１制御部（駆動信号制御手段）３０を備えている。第１制御部３０は、撮像光学系２と撮像素子１４の光軸方向と直交する方向における相対移動を制御して手振れ補正を行う制御手段として機能するものである。この第１制御部３０は、例えばＣＰＵ、ドライバチップを内蔵するＬＳＩ（Large Scale Integration）などにより構成されており、詳細は後述する。第１制御部３０に接続されるジャイロセンサ５０は、手振れ量を検出する手振れ検出センサとして機能するものである。このジャイロセンサ５０は、防振ユニットの外部、すなわち撮像素子ホルダ１３の外部に配置されている。

第１制御部３０は、ジャイロセンサ５０の検出信号Ｓ１ｘとホール素子１５ａの検出信号Ｓ２ｘを入力し、第１アクチュエータ８に駆動信号Ｓｘを出力する。ジャイロセンサ５０の検出信号Ｓ１ｘは、ヨー方向Ｘ（Ｘ方向）の手振れ量に関する検出信号である。ホール素子１５ａの検出信号Ｓ２ｘは、ヨー方向Ｘにおける撮像素子１４と撮像光学系２の相対位置に関する検出信号である。

また、第１制御部３０は、ジャイロセンサ５０の検出信号Ｓ１ｙとホール素子１５ｂの検出信号Ｓ２ｙを入力し、第２アクチュエータ６に駆動信号Ｓｙを出力する。ジャイロセンサ５０の検出信号Ｓ１ｙは、ピッチ方向Ｙ（Ｙ方向）の手振れ量に関する検出信号である。ホール素子１５ｂの検出信号Ｓ２ｙは、ピッチ方向Ｙにおける撮像素子１４と撮像光学系２の相対位置に関する検出信号である。

また、第３アクチュエータ１０に接続される第２制御部４０は、撮像光学系２の光軸方向へ移動を制御する制御手段として機能するものである。この第２制御部４０は、例えばオートフォーカス用ＩＣやマイコンなどにより構成される。第２制御部４０は、図示しない測距装置により被写体までの距離情報を取得し、その距離情報とフォトインタラプタ１６の検出信号に基づいてアクチュエータ１０に駆動信号を出力し、撮像光学系２を移動制御する。

次に、第１制御部３０が有する手振れ補正信号の生成機能について説明する。図３は、本実施形態に係る撮像装置における手振れ補正回路の概要図である。第１制御部３０内には、例えば図３に示す差動増幅器３１を用いた手振れ補正回路が設けられている。この手振れ補正回路は、Ｘ方向の手振れ補正を行うものとＹ方向の手振れ補正を行うものの二つが設けられる。Ｘ方向の手振れ補正回路は、ジャイロセンサ５０の検出信号Ｓ１ｘとホール素子１５ａの検出信号Ｓ２ｘの差分に応じて第１アクチュエータ８の駆動信号Ｓｘを生成する。Ｙ方向の手振れ補正回路は、ジャイロセンサ５０の検出信号Ｓ１ｙとホール素子１５ｂの検出信号Ｓ２ｙの差分に応じて第２アクチュエータ６の駆動信号Ｓｙを生成する。これにより、手振れ量と撮像光学系２と撮像素子１４の相対移動量の差分を減少させて、手振れ補正が行われることとなる。

ジャイロセンサ５０の検出信号Ｓ１ｘ、Ｓ１ｙは、積分回路３２により積分処理して差動増幅器３１に入力することが好ましい。また、ホール素子１５ａ、１５ｂの検出信号Ｓ２ｘ、Ｓ２ｙは、アンプ回路３３により増幅処理してから差動増幅器３１に入力することが好ましい

次に、第１制御部３０が有する駆動信号の出力機能について詳細を説明する。図４は、本実施形態に係る撮像装置における第１制御部３０の電気的構成の詳細を示す概要図である。図４に示すように、第１制御部３０は、例えば、ＣＰＵ６０、ドライバチップ６１，６２を備えている。ドライバチップ６１，６２は、第１アクチュエータ８，第２アクチュエータ６と対応して設けられており、共通の電源回路６３に接続されている。ドライバチップ６１，６２と電源回路６３との間には、電源出力安定化のための電源コンデンサＣ１が設けられている。

ＣＰＵ６０はクロック回路を有しており、駆動信号Ｓｘ，Ｓｙをドライバチップ６１，６２に出力させるための入力信号Ｓｘ_ＩＮ，Ｓｙ_ＩＮを生成する機能を有している。この入力信号Ｓｘ_ＩＮ，Ｓｙ_ＩＮは、周波数が同一で位相が異なる信号とされ、詳細は後述する。ＣＰＵ６０は、例えば出力タイミングを入力信号Ｓｘ_ＩＮ，Ｓｙ_ＩＮごとに変更することで、信号の位相を制御する機能を有している。ＣＰＵ６０は、例えば蓄電性を有する圧電素子６ａ，８ａの充電期間を予め計測し、入力信号Ｓｘ_ＩＮ，Ｓｙ_ＩＮの位相差が圧電素子６ａ，８ａの充電期間よりも大きくなるように、入力信号Ｓｘ_ＩＮ，Ｓｙ_ＩＮの位相を変更する機能を有している。あるいは、圧電素子６ａ，８ａの充電期間が重なる場合には、圧電素子８ａ，６ａの充電期間の重なりが小さくなるように、入力信号Ｓｘ_ＩＮ，Ｓｙ_ＩＮの位相を変更する機能を有している。また、例えば電源コンデンサＣ１の充電期間を予め計測しておき、信号Ｓｘ_ＩＮ，Ｓｙ_ＩＮの位相差が、圧電素子６ａ，８ａの充電期間と電源コンデンサＣ１の遅延時間との合計値よりも大きくなるように、信号Ｓｘ_ＩＮ，Ｓｙ_ＩＮの位相を変更して出力する機能を有している。

ドライバチップ６１，６２は、第１アクチュエータ８及び第２アクチュエータ６にそれぞれ接続されており、ドライブ回路として機能するものである。ドライバチップ６１，６２は、ＣＰＵ６０から入力した入力信号Ｓｘ_ＩＮ，Ｓｙ_ＩＮを電圧増幅又は電流増幅して駆動信号Ｓｘ，Ｓｙを生成し、第１アクチュエータ８及び第２アクチュエータ６へそれぞれ出力する機能を有している。ドライバチップ６１，６２は、例えば入力段を論理回路により構成し、出力段に電界効果型のトランジスタ（ＦＥＴ）を２つ備えたものが用いられる。２つのトランジスタは、出力信号として、Ｈｉ出力（高電位出力）、Ｌｏ出力（低電位出力）及びＯＦＦ出力（オープン出力）を出力可能に構成されている。

次に、ドライバチップ６１，６２が入出力する信号について詳細を説明する。最初に、ドライバチップ６１が入出力する信号について説明する。図５は、ドライバチップ６１に入力される入力信号Ｓｘ_ＩＮであり、横軸が時間である。図５（Ａ）は、第１移動部材１１を圧電素子８ａに接近させる方向に移動させる際に入力される入力信号Ａ_ＩＮ，Ｂ_ＩＮ（正転時の信号）であり、図５（Ｂ）は、第１移動部材１１を圧電素子８ａから離間させる方向に移動させる際に入力される入力信号Ａ_ＩＮ，Ｂ_ＩＮ（逆転時の信号）である。

このように、ＣＰＵ６０から出力される入力信号Ｓｘ_ＩＮは、二つのパルス信号Ａ_ＩＮ，Ｂ_ＩＮからなる。この二つのパルス信号Ａ_ＩＮ，Ｂ_ＩＮは、同一の周波数ｆ（周期Ｔ）であって、互いの位相を異ならせることにより、互いの信号の電位差が一方向に段階的に変化し、逆方向に急激に変化する信号、又は、互いの信号の電位差が一方向に急激に変化し、逆方向に段階的に変化する信号となっている。例えば、図５（Ａ）、（Ｂ）において、一方の信号がＨｉとなりＬｏに低下した後に他方の信号がＨｉとなるように設定されている。それらの信号において、一方の信号がＬｏになった際に一定のタイムラグｔＯＦＦの経過後、他方の信号がＨｉとなるように設定される。

図６は、ドライバチップ６１から出力される出力信号Ｓｘであり、横軸が時間である。図６（Ａ）、（Ｂ）の信号は、図５（Ａ）、（Ｂ）の入力信号に基づいて出力される信号であって、第１アクチュエータ８の駆動時における信号である。すなわち、図６（Ａ）は、第１移動部材１１を圧電素子８ａに接近させる方向に移動させる際に出力される出力信号Ａ_ＯＵＴ，Ｂ_ＯＵＴ（正転時の信号）であり、図６（Ｂ）は、第１移動部材１１を圧電素子８ａから離間させる方向に移動させる際に出力されるＡ_ＯＵＴ，Ｂ_ＯＵＴ（逆転時の信号）である。

図６（Ａ）、（Ｂ）において、それぞれの二つのパルス信号Ａ_ＯＵＴ，Ｂ_ＯＵＴは、圧電素子８ａの二つの端子（図１参照）に入力される信号であり、上述した駆動信号Ｓｘを構成する信号である。この二つのパルス信号は、同一の周波数ｆ（周期Ｔ）であって、互いの位相を異ならせることにより、互いの信号の電位差が一方向に段階的に変化し、逆方向に急激に変化する信号、又は、互いの信号の電位差が一方向に急激に変化し、逆方向に段階的に変化する信号となっている。そして、Ａ_ＯＵＴとＢ_ＯＵＴとの電位差が圧電素子８ａの入力電圧となる。これらのパルス信号の電位差により圧電素子８ａが伸長又は収縮する。１パルスごとの信号が連続して第１アクチュエータ８に入力されることにより、連続駆動が行われることとなる。

パルス信号Ａ_ＯＵＴ，Ｂ_ＯＵＴは、例えば一方の信号がＨｉ出力となりＬｏ出力に低下した後に他方の信号がＨｉ出力となるように設定されている。それらの信号において、一方の信号がＬｏ出力になった際に一定のタイムラグｔＯＦＦの経過後、他方の信号がＨｉ出力となるように設定される。

また、パルス信号Ａ_ＯＵＴ，Ｂ_ＯＵＴ、すなわち圧電素子８ａを作動させる電気信号は、可聴周波数を超える周波数の信号が用いられる。二つの信号の周波数ｆは、可聴周波数を超える周波数信号とされ、例えば、３０〜８０ｋＨｚの周波数信号とされ、より好ましくは４０〜６０ｋＨｚとされる。このようは周波数の信号を用いることにより、圧電素子８ａの可聴領域における作動音を低減することができる。

一方、第１アクチュエータ８の休止時における信号は、図示していないが、圧電素子８ａの二つの端子に入力される電位差がゼロとなる信号である。また、電位差がゼロとなる休止時の入力信号は、図６（Ａ）、（Ｂ）に示す駆動時の入力信号における１パルスの周期時間以上の長い時間で電位差がゼロとなる信号とすることが好ましい。

次に、ドライバチップ６２が入出力する信号について説明する。ドライバチップ６２の入力信号Ａ_ＩＮ，Ｂ_ＩＮは、ドライバチップ６１が出力する信号と振幅、波長、周波数等が同一であって、位相（又は初期位相）が異なる信号である。すなわち、図５に示すドライバチップ６１の入力信号Ａ_ＩＮ，Ｂ_ＩＮと比べて、ＣＰＵ６０により設定された位相だけずれた信号である。また、ドライバチップ６２の出力信号Ａ_ＯＵＴ，Ｂ_ＯＵＴは、ドライバチップ６１が出力する信号と振幅、波長、周波数等が同一であって、位相（又は初期位相）が異なる信号である。すなわち、図６に示すドライバチップ６１の出力信号Ａ_ＯＵＴ，Ｂ_ＯＵＴと比べて、ＣＰＵ６０により設定された位相だけずれた信号である。

なお、第１アクチュエータ８、第２アクチュエータ６に入力される信号は、図６に示すものに限られるものではなく、パルス信号でなく鋸歯波状の信号や三角波状の信号などであってもよい。

次に、本実施形態に係る撮像装置における手振れ補正時の動作について説明する。

図２において、撮像装置を用いて撮影を行う際に手振れが生じている場合には、ジャイロセンサ５０が手振れ量を検出し、手振れの検出信号Ｓ１を第１制御部３０に出力する。第１制御部３０において、ジャイロセンサ５０の検出信号Ｓ１とホール素子１５ａ、１５ｂの検出信号Ｓ２とに基づいて、手振補正回路を用いて撮像素子１４に撮像される画像がぶれないように、出力信号Ｓｘ，Ｓｙを演算する。そして、ＣＰＵ６０がドライバチップ６１，６２に対して信号Ａ_ＩＮ，Ｂ_ＩＮをそれぞれ異なる位相で出力する。例えば、ドライバチップ６１に対して信号Ａ_ＩＮ，Ｂ_ＩＮを出力後、圧電素子８ａの充電時間ｔ５及び圧電素子６ａの充電時間ｔ６より大きい時間ｔ７経過後に、ドライバチップ６２に対して信号Ａ_ＩＮ，Ｂ_ＩＮを出力する。ここで、時間ｔ７は、圧電素子８ａ，６ａの充電時間ｔ５，ｔ６と電源コンデンサＣ１の充電時間とに基づいて決定する。なお、出力された信号Ａ_ＩＮ，Ｂ_ＩＮは正転時の信号とする。信号入力したドライバチップ６１，６２は、第１アクチュエータ８及び第２アクチュエータ６に対し、第１アクチュエータ８及び第２アクチュエータ６ごとに位相が異なる駆動信号Ａ_ＯＵＴ，Ｂ_ＯＵＴをそれぞれ出力する。圧電素子６ａ，８ａは、それぞれ入力した駆動信号Ａ_ＯＵＴ，Ｂ_ＯＵＴに基づいて伸縮し、撮像光学系２と撮像素子１４とを相対移動させて手振れ補正が行なわれる。

このような駆動制御を行った場合、図７に示すような駆動信号Ａ_ＯＵＴ，Ｂ_ＯＵＴとなる。図７（Ａ）は、第１アクチュエータ８の駆動信号Ａ_ＯＵＴ，Ｂ_ＯＵＴ、図７（Ｂ）は、第２アクチュエータ６の駆動信号Ａ_ＯＵＴ，Ｂ_ＯＵＴであり、横軸が時間である。このように、第１アクチュエータ８の駆動信号Ａ_ＯＵＴ，Ｂ_ＯＵＴ及び第２アクチュエータ６の駆動信号Ａ_ＯＵＴ，Ｂ_ＯＵＴは、同一の周波数ｆであり、位相がｔ７ずれたものになっている。

図８は、図７に示す駆動信号Ａ_ＯＵＴ，Ｂ_ＯＵＴに対応する電流値であり、横軸が時間である。図８（Ａ）は、第１アクチュエータ８の素子電流とその素子電流を供給する電源回路６３の電源電流である。図８（Ｂ）は、第２アクチュエータ６の素子電流とその素子電流を供給する電源回路６３の電源電流である。そして、図８（Ｃ）は、電源回路６３の電源電流の合計値である。図８に示す素子電流及び電源電流の発生タイミングは、図７に示す各駆動信号Ａ_ＯＵＴ，Ｂ_ＯＵＴの波形の立ち上がりのタイミングとなる。図８（Ａ）、（Ｂ）に示すように、第１アクチュエータ８の駆動信号Ａ_ＯＵＴ，Ｂ_ＯＵＴ及び第２アクチュエータ６の駆動信号Ａ_ＯＵＴ，Ｂ_ＯＵＴは、位相がｔ７ずれたものになるため、電源回路６３の使用タイミングが重ならない。このため、電源電流の合計の瞬間最大値は、図８（Ｃ）に示すように、圧電素子６ａ，８ａの電源電流の瞬間最大値と等しくなる。このように、電源回路６３に要求される電流値が、電源回路６３の最大供給量Ｐを超えないため、手振れ補正動作は安定となる。そして、全体として概略平均的に電流を消費することができる。

ここで、対比のため従来の制御方法を説明する。第１制御部３０において、ＣＰＵ６０がドライバチップ６１，６２に対して、各アクチュエータ６，８で同一の位相の信号Ａ_ＩＮ，Ｂ_ＩＮをそれぞれ出力する場合を説明する。図１５（Ａ）は、第１アクチュエータ８の駆動信号Ａ_ＯＵＴ，Ｂ_ＯＵＴ、図１５（Ｂ）は、第２アクチュエータ６の駆動信号Ａ_ＯＵＴ，Ｂ_ＯＵＴであり、横軸が時間である。このように、第１アクチュエータ８の駆動信号Ａ_ＯＵＴ，Ｂ_ＯＵＴ及び第２アクチュエータ６の駆動信号Ａ_ＯＵＴ，Ｂ_ＯＵＴは、同一位相の信号になっている。

そして、図１６は、図１５に示す駆動信号Ａ_ＯＵＴ，Ｂ_ＯＵＴに対応する電流値であり、横軸が時間である。図１６（Ａ）は、第１アクチュエータ８の素子電流とその素子電流を供給する電源回路６３の電源電流である。図１６（Ｂ）は、第２アクチュエータ６の素子電流とその素子電流を供給する電源回路６３の電源電流である。そして、図１６（Ｃ）は、電源回路６３の電源電流の合計値である。図１６（Ａ）、（Ｂ）に示すように、第１アクチュエータ８の駆動信号Ａ_ＯＵＴ，Ｂ_ＯＵＴ及び第２アクチュエータ６の駆動信号Ａ_ＯＵＴ，Ｂ_ＯＵＴは、位相が同一のものとなるため、電源回路６３の使用タイミングが重なる。このため、電源電流の合計の瞬間最大値は、図１６（Ｃ）に示すように、圧電素子６ａ，８ａの電源電流の最大値の２倍となり、電源回路６３の最大供給量Ｐを超えるため、手振れ補正動作は不安定となる。このように、従来の制御方法では、動作不安定となる。

以上のように、本実施形態に係る駆動装置及び光学装置によれば、圧電素子６ａ，８ａに対して、それぞれ異なる位相で同一周波数ｆのパルス信号を供給するため、圧電素子６ａ，８ａにおける消費電流が最大となるタイミングをそれぞれずらすことができる。よって、電源回路６３の瞬間最大消費電流の増大を抑えることができるとともに、電源リップルの発生を抑制し、安定に動作させることが可能となる。さらに、駆動のための瞬間最大消費電流を小さくすることができるので、駆動回路を簡略化することが可能となる。このため、省スペース化、低価格化を図ることができる。

なお、上述した実施形態は本発明に係る駆動装置及び光学装置の一例を示すものである。本発明に係る駆動装置及び光学装置は、これらの実施形態に係る駆動装置及び光学装置に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で、実施形態に係る駆動装置及び光学装置を変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。

例えば、上述した実施形態では、手振れ補正機構として手振れに応じて撮像素子１４に対して撮像光学系２を移動させるものについて説明したが、撮像光学系２に対し撮像素子１４を移動させるものであってもよい。この場合であっても、上述した実施形態に係る撮像装置と同様な作用効果が得られる。

また、上述した実施形態では、第１アクチュエータ８及び第２アクチュエータ６は、それぞれ正転の場合を説明したが、例えば図９，１０に示すように、第１アクチュエータ８が正転であり、第２アクチュエータ６が逆転の場合であっても、上述した実施形態に係る駆動装置及び光学装置と同様な作用効果が得られる。なお、第１アクチュエータ８が逆転であり、第２アクチュエータ６が正転の場合や、第１アクチュエータ８及び第２アクチュエータがそれぞれ逆転の場合であってもよい。

また、上述した実施形態では、駆動装置を手振れ補正機構を有する撮像装置に適用した例について説明したが、ズーム機構やオートフォーカス機構を有する撮像装置にも適用可能である。例えば、図１１に示すように、第１アクチュエータ８により駆動可能に構成された移動レンズ１０３、第２アクチュエータ６により駆動可能に構成された移動レンズ１０２を備える撮像装置に適用することができる。この撮像装置は、例えば、光軸Ｏを屈曲させる屈曲光学系が適用されており、固定レンズ１０５、プリズム１０４、移動レンズ１０３、１０２、固定レンズ１０１及び撮像素子１００を備えている。そして、第１アクチュエータ８、第２アクチュエータ６が駆動することによって移動レンズ１０３、１０２が移動し、ズーム機能及びオートフォーカス機能が実現される。固定レンズ１０５から入射する被写体１０６の像は、プリズム１０４を介して屈曲され、移動レンズ１０３、移動レンズ１０２、固定レンズ１０１を介して撮像素子１００で検出される。このようなズーム及びオートフォーカス機能を有する撮像装置において、図７に示すように、各アクチュエータのパルス信号をそれぞれｔ７ずつ異ならせることにより、図８に示すように、各アクチュエータが電流を消費するタイミングを変更することができる。このため、電源電流を略平均化し、電源電流の瞬間最大消費電流の増大を回避して安定動作を行うことができる。このように、本発明は、手振れ補正機構、ズーム機構、又はオートフォーカス機構、若しくはこれらの組み合わせの何れにも適用可能である。

また、上述した実施形態では、第１制御部３０の制御対象のアクチュエータが２つの場合を説明したが、３以上のアクチュエータを制御する場合であってもよい。例えば、上述した実施形態の撮像装置が、変倍調整機構（ズーム機能）を実現する第４アクチュエータをさらに備え、第１制御部３０が、第１アクチュエータ８、第２アクチュエータ６、ズーム及びオートフォーカス用の第３アクチュエータ１０及びズーム用の第４アクチュエータを制御する場合に適用できる。この場合、図１２に示すように、各アクチュエータのパルス信号をそれぞれｔ８ずつ異ならせることにより、図１３に示すように、各アクチュエータが電流を消費するタイミングを変更することができるので、電源電流を略平均化し、電源電流の瞬間最大消費電流の増大を回避して安定動作を行うことができる。

また、このように構成することにより、ズームとフォーカスのレンズ駆動を同一時間帯で実行することができるので、動作時間を短くすることができる。また、このように３つ以上のアクチュエータを制御する場合には、全ての駆動信号の波形の位相がそれぞれ全て異なる必要は無く、２つのアクチュエータについてそれぞれの駆動信号の波形の位相がずれていれば上述した実施形態に係る駆動装置及び光学装置と同様な作用効果が得られる。

さらに、上述した実施形態では、駆動装置及び光学装置のアクチュエータとして圧電素子を用いたものを採用しているが、ステッピングモータ、高分子アクチュエータ、形状記憶合金等の他の駆動部品を用いた場合、あるいはそれらを組み合わせた場合でもよい。例えば、第１ステッピングモータ及び第２ステッピングモータを備えて移動部材を移動させる場合には、図１４に示すように、各ステッピングモータの駆動波形を同一とし、位相をｔ９だけそれぞれずらすことにより、第１ステッピングモータの電流のピークと第２ステッピングモータの電流のピークが発生するタイミングをずらすことが可能となるので、上述した実施形態に係る駆動装置及び光学装置と同様な作用効果を得ることができる。

本発明の実施形態に係る撮像装置における撮像部及び手振れ補正機構の分解斜視図である。 本発明の実施形態に係る撮像装置の電気的構成を示すブロック図である。 図２に示す第１制御部が有する手振れ補正回路の概要図である。 第１制御部３０の電気的構成の詳細を示す概要図である。 図４に示すドライバチップに入力される入力信号である。 図４に示すドライバチップから出力される出力信号である。 図４に示す第１制御部が出力する駆動信号である。 図７に示す駆動信号に対応する素子電流及び電源電流である。 本発明の実施形態に係る駆動装置における第１制御部が出力する駆動信号の他の例である。 図９に示す駆動信号に対応する素子電流及び電源電流である。 他の駆動装置のレンズ構成の概要を示すブロック図である。 図１１の駆動装置における第１制御部が出力する駆動信号である。 図１２に示す駆動信号に対応する素子電流及び電源電流である。 他の駆動装置における第１制御部が出力する駆動信号である。 従来の駆動装置における第１制御部が出力する駆動信号である。 図１５に示す駆動信号に対応する素子電流及び電源電流である。

符号の説明

６、８、１０…アクチュエータ、５…第２移動部材（第２移動手段）、６ａ…圧電素子（第２電気機械変換手段）、６ｂ…駆動軸（第２駆動軸）、８ａ…圧電素子（第１電気機械変換手段）、８ｂ…駆動軸（第１駆動軸）、１１…第１移動部材（第１移動手段）、３０…第１制御部（駆動信号制御手段）、６３…電源回路（電源）、Ｃ１…電源コンデンサ。

Claims (11)

1. 駆動信号により運動する第１電気機械変換手段と、
   前記第１電気機械変換手段に連携して移動する第１移動手段と、
   駆動信号により運動する第２電気機械変換手段と、
   前記第２電気機械変換手段に連携して移動する第２移動手段と、
   前記第１電気機械変換手段及び前記第２電気機械変換手段に対して前記駆動信号をそれぞれ供給する駆動信号制御手段と、
   を備え、
   前記駆動信号制御手段は、前記駆動信号として、前記第１電気機械変換手段及び前記第２電気機械変換手段ごとに異なる位相で同一周波数のパルス信号を用いること、
   を特徴とする駆動装置。
2. 駆動信号により伸縮する第１電気機械変換手段と、
   前記第１電気機械変換手段に取り付けられ、前記第１電気機械変換手段の伸縮動作に応じて往復運動する第１駆動軸と、
   前記第１駆動軸に摩擦係合して移動する第１移動手段と、
   駆動信号により伸縮する第２電気機械変換手段と、
   前記第２電気機械変換手段に取り付けられ、前記第２電気機械変換手段の伸縮動作に応じて往復運動する第２駆動軸と、
   前記第２駆動軸に摩擦係合して移動する第２移動手段と、
   前記第１電気機械変換手段及び前記第２電気機械変換手段に対して前記駆動信号をそれぞれ供給する駆動信号制御手段と、
   を備え、
   前記駆動信号制御手段は、前記駆動信号として、前記第１電気機械変換手段及び前記第２電気機械変換手段ごとに異なる位相で同一周波数のパルス信号を用いること、
   を特徴とする駆動装置。
3. 前記第１電気機械変換手段及び前記第２電気機械変換手段は、圧電素子であることを特徴とする請求項１又は２記載の駆動装置。
4. 前記駆動信号制御手段は、前記第１電気機械変換手段に供給する前記パルス信号の位相と前記第２電気機械変換手段に供給する前記パルス信号の位相との差が、前記第１電気機械変換手段の充電期間及び前記第２電気機械変換手段の充電期間よりも大きくなるように、前記第１電気機械変換手段及び前記第２電気機械変換手段に供給する前記パルス信号の位相を制御することを特徴とする請求項３記載の駆動装置。
5. 前記第１電気機械変換手段及び前記第２電気機械変換手段に電流を供給する電源と、
   前記電流を調整する電源コンデンサと、
   を備え、
   前記駆動信号制御手段は、前記電源コンデンサによる電流の遅延時間に基づいて、前記第１電気機械変換手段及び前記第２電気機械変換手段ごとに前記パルス信号の位相を制御することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の駆動装置。
6. 前記第１電気機械変換手段及び前記第２電気機械変換手段は、ステッピングモータであることを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
7. 前記第１電気機械変換手段への供給電流の最大値と、前記第２電気機械変換手段への供給電流の最大値とが異なる周期で発生するように前記パルス信号の位相を制御することを特徴とする請求項６に記載の駆動装置。
8. 前記第１電気機械変換手段及び前記第２電気機械変換手段に電流を供給する電源と、
   前記電流を調整する電源コンデンサと、
   を備え、
   前記駆動信号制御手段は、前記電源コンデンサによる電流の遅延時間に基づいて、前記第１電気機械変換手段及び前記第２電気機械変換手段ごとに前記パルス信号の位相を制御することを特徴とする請求項６又は７に記載の駆動装置。
9. 請求項１〜８の何れか１項に記載の駆動装置を備え、
   前記第１移動手段又は前記第２移動手段は光学部材を含むことを特徴とする光学装置。
10. 前記光学部材はレンズであり、
    前記第１電気機械変換手段及び前記第２電気機械変換手段は、２つのレンズの相対位置を光軸方向に変化させることを特徴とする請求項９に記載の光学装置。
11. 前記光学部材は撮像光学系又は撮像素子であり、
    前記第１電気機械変換手段及び前記第２電気機械変換手段は、前記撮像光学系と前記撮像素子の相対位置を前記撮像光学系の光軸方向に直交する方向に変化させることを特徴とする請求項９に記載の光学装置。

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