JP2005284169A - 駆動装置及び光学機器 - Google Patents
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Abstract
【課題】 低コスト且つ簡便な構成で、しかも可動部材の位置検出を精度良く行うことができる駆動装置、及びこれを用いた光学機器を提供する。
【解決手段】 駆動装置Sは、圧電アクチュエータPと、圧電アクチュエータPの可動部材3に一体的に付設され該可動部材3の進退方向に表面磁束密度が変化されている磁界発生部材7と、この磁界発生部材7により生成される磁界を検出する磁界検出手段6と、該磁界検出手段6の検出信号に基づいて前記可動部材3のポジションを求める検出回路8とを備える。前記磁界検出手段6は、磁界発生部材7の移動経路近傍に固定的に並置された第1の磁界検出素子6Aと第2の磁界検出素子6Bとからなる。
【選択図】 図1
【解決手段】 駆動装置Sは、圧電アクチュエータPと、圧電アクチュエータPの可動部材3に一体的に付設され該可動部材3の進退方向に表面磁束密度が変化されている磁界発生部材7と、この磁界発生部材7により生成される磁界を検出する磁界検出手段6と、該磁界検出手段6の検出信号に基づいて前記可動部材3のポジションを求める検出回路8とを備える。前記磁界検出手段6は、磁界発生部材7の移動経路近傍に固定的に並置された第1の磁界検出素子6Aと第2の磁界検出素子6Bとからなる。
【選択図】 図1
Description
本発明は、各種の精密駆動部に適用される駆動装置に関し、特にデジタルカメラ等の撮像装置や光ピックアップ等の光学機器におけるレンズ駆動機構等に好適に適用される駆動装置に関するものである。
撮像装置や光ピックアップ等におけるレンズ駆動機構に適用される駆動装置として、従来各種の駆動装置が提案されているが、その駆動源に着目して大別すると、電磁モータ等を駆動源として用いる磁力源タイプと、圧電アクチュエータ等を駆動源とする非磁力源タイプとがある。前者の例として、例えば特許文献1には、可動部材に対して相対的に静止固定された推進用界磁マグネットを設けてなる駆動装置が開示されている。この駆動装置において可動部材の位置検出は、可動部材と一体に設けられた磁気センサが検出する変位量に基づいて行われる構成であるが、可動部材を変位させる駆動源が電磁モータであるため、界磁マグネットから発生する漏れ磁束によって磁気センサ出力にオフセットが重畳されないよう、可動部材の駆動速度に応じてハイパスフィルタ処理を施しオフセットを除去するという工夫が施されている。
一方、後者の例として、例えば特許文献2には、圧電アクチエータを駆動源とする駆動装置が開示されている。該駆動装置においては、圧電素子の一端に固定された駆動部材の電気抵抗を利用して、前記駆動部材に摩擦係合された可動部材の位置を検出するという、可動部材の位置検出手法が採用されている。また、特許文献3にも圧電アクチエータを駆動源とする駆動装置が開示されており、その可動部材の位置検出を、可動部材に設けられた可動電極と、固定部に設けられた固定電極との間の静電容量変化によって行う手法が開示されている。
特開平8−275496号公報
特開2000−205809号公報
特開2003−185406号公報
しかしながら、特許文献1の駆動装置では、駆動源(電磁モータ)から発生する漏れ磁束によって磁気センサ出力にオフセットが重畳するという問題に対して、ハイパスフィルタ処理を施さなければならず、検出回路が複雑になりコスト面で、また信頼性の面で不利である。また、N極とS極とを交互に配置した界磁マグネットを、高い分解能で精度良く製造することは困難であるという問題もある。
一方、非磁力源タイプである特許文献2、3の駆動装置にあっては上記のような問題は生じないが、可動部材の位置検出の点において次のような不都合がある。
(1)特許文献2の駆動装置においては、駆動部材の電気抵抗を利用して可動部材の位置検出を行うという接触式のセンシング方式を採用しており、可動部材と駆動部材の接触抵抗が変動するため、高い分解能を得ることは困難である。なお、アクチュエータ性能向上のためには軽量・高剛性の駆動部材が望まれるが、センシングのための電気抵抗値と高剛性を両立するための駆動部材の材料選択が困難であるという問題もある。
(2)特許文献3の駆動装置においては、上記と異なり非接触式のセンシング手段を採用しているが、交流電圧を可動電極もしくは固定電極に印加する必要があり、検出回路が複雑になりコスト面及び信頼性の面で不利である。さらに、高い分解能を得るためには固定電極と可動電極との空隙を極めて小さくしなければならないという問題もある。
(1)特許文献2の駆動装置においては、駆動部材の電気抵抗を利用して可動部材の位置検出を行うという接触式のセンシング方式を採用しており、可動部材と駆動部材の接触抵抗が変動するため、高い分解能を得ることは困難である。なお、アクチュエータ性能向上のためには軽量・高剛性の駆動部材が望まれるが、センシングのための電気抵抗値と高剛性を両立するための駆動部材の材料選択が困難であるという問題もある。
(2)特許文献3の駆動装置においては、上記と異なり非接触式のセンシング手段を採用しているが、交流電圧を可動電極もしくは固定電極に印加する必要があり、検出回路が複雑になりコスト面及び信頼性の面で不利である。さらに、高い分解能を得るためには固定電極と可動電極との空隙を極めて小さくしなければならないという問題もある。
さらに別観点からの課題として、駆動装置の動作環境の変動に起因する、可動部材の位置検出精度低下の問題がある。例えば特許文献1の手法では可動部材の位置検出に磁気センサを用いているが、そのセンシング特性は環境温度等により変移することから、結果として環境温度等の変化により可動部材の位置検出精度が低下することとなる。
従って本発明は、上記の問題に鑑みて、低コスト且つ簡便な構成で、しかも可動部材の位置検出を精度良く行うことができる駆動装置、及びこれを用いた光学機器を提供することを目的とする。
本発明の請求項1にかかる駆動装置は、磁界発生部材が一体的に付設された可動部材が案内軸上を進退する機構を備えた駆動手段と、前記可動部材の進退動作に基づく前記磁界発生部材の移動に伴う磁界変化を検出する磁界検出手段と、該磁界検出手段の検出信号に基づいて前記可動部材のポジションを求める演算手段とを備え、前記磁界発生部材は、可動部材の進退方向に表面磁束密度が変化されており、前記磁界検出手段は、前記磁界発生部材の移動経路近傍に固定的に並置された複数の磁界検出素子を具備することを特徴とするものである。この構成によれば、可動部材に対して一体的に付設された磁界発生部材の進退動作に伴う磁界変化が、磁界検出手段により検出されることで可動部材の位置が求められる。しかも、その磁界検出は磁界発生部材の移動経路近傍に固定的に並置された複数の磁界検出素子により行われるので、演算手段により各磁界検出素子からそれぞれ出力される検出信号に基づいて比較・演算を行えば、実質的に当該駆動装置の動作環境変化(温度変化等)の影響を受けることなく、可動部材の位置検出を行うことが可能となる。
上記構成において、駆動手段が備える可動部材の進退に伴って生じる表面磁束密度が0.1mT以下のものである一方、磁界発生部材が発生する表面磁束密度の最大値が1mT以上とすることが望ましい(請求項2)。とりわけ、駆動手段が、電気機械変換素子と、前記電気機械変換素子の一端に固定された駆動部材と、前記駆動部材上に移動可能に保持された可動部材とを備える圧電アクチュエータであることが望ましい(請求項3)。表面磁束密度が0.1mT以下(因みに、地球地磁気は0.05mT程度)の可動部材を用いた駆動装置、すなわち前述の「非磁力源タイプ」の駆動装置、とりわけ圧電アクチュエータを用いた駆動装置を用い、さらに磁界発生部材として表面磁束密度の最大値が1mT以上のものを用いれば、駆動手段が磁界検出に影響を与えることを実質的に回避でき、前記磁界検出手段の検出信号に対してハイパスフィルタ処理が不要となる。
また磁界検出手段が、第1の磁界検出素子と、この第1の磁界検出素子に対し可動部材の進退方向に隣接して配置された第2の磁界検出素子とからなり、前記第1及び第2の磁界検出素子は、いずれも検出された磁界に応じて電気信号を出力するものであって、前記第1の磁界検出素子から出力される電気信号をA、第2の磁界検出素子から出力される電気信号をBとするときに、前記演算手段は、
K・(A−B)/(A+B) (但し、Kは比例定数)
の式に基づいて演算を行うよう構成することが望ましい(請求項4)。この構成によれば、第1及び第2の磁界検出素子という2つの磁界検出素子と、それらの出力を用いた上式による比較的簡易な演算により、仮に磁界検出素子の検出特性が動作環境変化によって変化したとしても、その変化の影響を受けることなく、可動部材の位置検知が行えるようになる。
K・(A−B)/(A+B) (但し、Kは比例定数)
の式に基づいて演算を行うよう構成することが望ましい(請求項4)。この構成によれば、第1及び第2の磁界検出素子という2つの磁界検出素子と、それらの出力を用いた上式による比較的簡易な演算により、仮に磁界検出素子の検出特性が動作環境変化によって変化したとしても、その変化の影響を受けることなく、可動部材の位置検知が行えるようになる。
さらに、第1の磁界検出素子から出力される電気信号Aの値又は第2の磁界検出素子から出力される電気信号Bの値、若しくは前記電気信号Aと電気信号Bとの合算値に基づいて、当該磁界検出素子設置部分における温度を検出する温度検出手段を設けても良い(請求項5)。この場合、前記温度検出手段が検出する温度情報に基づいて、前記可動部材の動作位置を補正する位置補正手段を設けることが望ましい(請求項6)。磁界検出素子は本来可動部材の位置検出用に設置されているのであるが、一般に磁界検出素子は環境温度の変化によってその検出出力も変化する。従って、この磁界検出素子の特性に着目して温度検出センサとして活用すれば、その温度検出結果を利用して当該駆動装置の各種制御(動作位置補正等)を行うことが可能となる。
上記の構成において、磁界検出手段が備える磁界検出素子が、ホール素子であることが望ましい(請求項7)。本発明においては、各種の磁界検出素子を用いることが可能であり特に限定はないが、数多ある磁界検出素子の中で、ホール素子は一般に小型であってこの種の駆動装置への組込み性に優れ、また安価である点で望ましい。
また、磁界検出手段が、可動部材と一体的に進退動作を行う磁界発生部材に対向して固定的に配置されるものであり、前記可動部材の進退動作領域の全域に亘り、磁界発生部材からの磁力線が前記磁界検出手段に作用するよう、磁界発生部材の形状が選ばれていることが望ましい(請求項8)。
上記構成において、磁界発生部材が、可動部材の進退方向に沿って、正着磁が支配的な正着磁部と、負着磁が支配的な負着磁部と、両者の間に配置され、正・負着磁が相殺される中間部とを備えていることが望ましい(請求項9)。この構成によれば、正着磁部、負着磁部、及び中間部という磁気発生条件が可動部材の進退方向に異なる磁界発生部材が、可動部材の進退に応じて移動するので、可動部材の進退による磁界変動が大きくなり、従って磁界検出手段により分解能良く磁界変化を検出することができるようになる。
さらに請求項9の構成において、磁界発生部材が、厚さ方向に正着磁された略三角形状の第1磁石と、厚さ方向に負着磁された略三角形状の第2磁石とを備えており、前記第1・第2磁石の斜辺同士を対向させて固着した略四角形状を呈するよう構成することができる(請求項10)。この構成によれば、正着磁部と負着磁部とが緩やかに入れ替わることとなる。この場合、磁界発生部材の移動に伴う磁束変化は、可動部材の進退方向だけでなく、前記進退方向の面において直交する方向にも磁束変化が現れることから、複数の磁界検出素子を可動部材の進退方向に並置する態様だけでなく、これと直交する方向に並置する態様も採ることができるようになる。
また請求項9の構成において、磁界発生部材が、厚さ方向に正着磁された矩形状の第1磁石と、厚さ方向に負着磁された矩形状の第2磁石とを備えており、前記第1・第2磁石の側辺同士を対向させて固着した略四角形状を呈するよう構成することができる(請求項11)。この構成によれば、正着磁部と負着磁部とが直線的に入れ替わることとなる。
本発明の請求項12にかかる光学機器は、少なくとも一つの光学素子が光軸上に配置された機構を備える光学機器において、請求項1〜11のいずれかに記載の駆動装置における可動部材が、前記光学素子を保持して該光学素子をその案内軸上に進退動作させる保持体として機能するよう構成したことを特徴とする。
上記の構成において、光学素子の光軸と、可動部材の進退方向とが平行になるように、光学素子が可動部材により保持されていることが望ましい(請求項13)。また、光学機器が撮像装置であり、光学素子が、その撮影光学系の一部を構成する光学素子であるようにしても良い(請求項14)。
さらに、光学機器が光ピックアップ装置であり、光学素子が、その光ピックアップ光学系の一部を構成する光学素子であるようにしても良い(請求項15)。この場合、光学素子が、光ピックアップ光学系のレンズであり、前記レンズが可動部材の進退動作により光軸方向に移動されることにより、収差補正が行われるよう構成することが望ましい(請求項16)。
請求項1にかかる駆動装置によれば、可動部材に対して一体的に付設された磁界発生部材の進退動作に伴う磁界変化が、磁界検出手段により検出されることで可動部材の位置が求められる構成であるので、可動部材の位置検出を比較的簡便な構成で行えるようになる。さらに、その磁界検出が磁界発生部材の移動経路近傍に固定的に並置された複数の磁界検出素子により行われることで、実質的に当該駆動装置の動作環境変化(温度変化等)の影響を受けることなく可動部材の位置検出が行えるので、大きな環境変化、例えば大きな温度変化に曝される駆動装置であっても、正確に可動部材の位置検出が行えるという効果を奏する。
請求項2にかかる駆動装置によれば、従来の「磁力源タイプ」の駆動装置において必要とされた、磁界検出手段の検出信号に対するハイパスフィルタ処理が不要となり、装置構成の簡素化、低コスト化を図ることができる。特に請求項3にかかる駆動装置のように、駆動手段として圧電アクチュエータを用いるようにすれば、小型の駆動装置への組込み性にも優れるという利点もある。
請求項4にかかる駆動装置によれば、第1及び第2の磁界検出素子という2つの磁界検出素子と、それらの出力を用いた比較的簡易な演算により、仮に磁界検出素子の検出特性が動作環境変化によって変化したとしても、その変化の影響を受けることなく、可動部材の位置検知が行える。従って、温度変化に曝される駆動装置であっても、比較的簡易な構成で且つ正確に可動部材の位置検出が行えるようになる。
請求項5にかかる駆動装置によれば、本来可動部材の位置検出用に設置されている磁界検出素子を用いて温度検出も行うので、その温度検出結果を活用することで当該駆動装置の制御機能を拡張することができる。例えば請求項6にかかる駆動装置によれば、温度検出結果を利用して当該駆動装置の動作位置補正を行えるので、温度変化の影響を加味した可動部材の進退動作制御が実行できるようになる。
請求項7にかかる駆動装置によれば、ホール素子は一般に小型であってこの種の駆動装置への組込み性に優れ、また安価であるので、本発明にかかる駆動装置を小型且つ安価に提供することができる。
請求項8にかかる駆動装置によれば、可動部材の進退動作領域の全域に亘り、磁界発生部材からの磁力線が前記磁界検出手段に作用するよう、磁界発生部材の形状が選ばれているので、可動部材のストローク全長に亘り、その位置検出を行える。
請求項9にかかる駆動装置によれば、正着磁部、負着磁部、及び中間部という磁気発生条件が可動部材の進退方向に異なる磁界発生部材が、可動部材の進退に応じて移動するので、可動部材の進退による磁界変動が大きくなり、従って磁界検出手段により分解能良く磁界変化を検出できることから、微小なオーダーでの可動部材の位置検出が行えるという利点がある。
請求項10にかかる駆動装置によれば、磁界発生部材の正着磁部と負着磁部とが緩やかに入れ替わることから、可動部材が比較的広範囲に可動する駆動装置において好適である。一方、請求項11にかかる駆動装置によれば、正着磁部と負着磁部とが直線的に入れ替わることから、可動部材の微小な移動でも大きな磁界変動を生じさせることが可能であるので、可動部材が比較的狭い範囲で可動する駆動装置において好適である。
請求項12若しくは請求項13にかかる光学機器によれば、各種の光学機器が備えている光学素子の光軸上への移動制御を、請求項1〜11のいずれかの駆動装置により行うよう構成しているので、低コスト且つ簡便な構成で、しかも可動部材の位置検出を動作環境変化に影響されることなく精度良く行うことができるという効果を奏する。
請求項14にかかる光学機器によれば、デジタルカメラ等の撮像装置において、その撮影光学系に組み付けられているズームレンズ等の駆動を、低コスト且つ簡便な構成で、しかも動作環境変化に影響されず精度良く行わせることができるという利点がある。
請求項15にかかる光学機器によれば、光ピックアップにおいて、そのピックアップ光学系に組み付けられているレンズ等の駆動を、低コスト且つ簡便な構成で、しかも動作環境変化に影響されず精度良く行わせることができるという利点がある。また、請求項16にかかる光学機器によれば、請求項1〜11のいずれかの駆動装置により収差補正を行わせる構成であり、当該駆動装置の利便性をより向上させることができる。
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態につき詳細に説明する。
(全体構成)
図1は本発明にかかる駆動装置Sのシステム構成図である。この駆動装置Sは、圧電アクチュエータP(駆動手段)と、この圧電アクチュエータPを駆動させる駆動回路4及び制御回路5と、圧電アクチュエータPが備える可動部材3に一体的に付設されその進退方向に表面磁束密度が変化されている磁界発生部材7と、この磁界発生部材7により生成される磁界を検出する磁界検出手段6と、該磁界検出手段6の検出信号に基づいて前記可動部材3のポジションを求める検出回路(演算手段)8とを備えている。なお、前記磁界検出手段6、磁界発生部材7、及び検出回路8は、可動部材3の位置センサ部を構成する。
(全体構成)
図1は本発明にかかる駆動装置Sのシステム構成図である。この駆動装置Sは、圧電アクチュエータP(駆動手段)と、この圧電アクチュエータPを駆動させる駆動回路4及び制御回路5と、圧電アクチュエータPが備える可動部材3に一体的に付設されその進退方向に表面磁束密度が変化されている磁界発生部材7と、この磁界発生部材7により生成される磁界を検出する磁界検出手段6と、該磁界検出手段6の検出信号に基づいて前記可動部材3のポジションを求める検出回路(演算手段)8とを備えている。なお、前記磁界検出手段6、磁界発生部材7、及び検出回路8は、可動部材3の位置センサ部を構成する。
圧電アクチュエータPは、電気機械変換素子1と、該電気機械変換素子1の一端に固定された駆動部材(案内軸)2と、該駆動部材2上に移動可能に保持された可動部材3とから構成されている。前記電気機械変換素子1としては、ピエゾ素子等の圧電素子を好適に用いることができる。電気機械変換素子1(以下、圧電素子1という)の電歪方向(伸縮方向)の一端側には、前記駆動部材2が接着等の手法により固着されており、前記圧電素子1の伸縮動作により図中矢印aの方向へ移動されるようになっている。一方、圧電素子1の他端側は固定部9(当該駆動装置Sの本体ボディ等)に固定されており、これにより圧電素子1の伸長方向が規制されている。
可動部材3は、例えばレンズ鏡筒や精密ステージの可動片等の被駆動体に対して移動力を与える部材である。この可動部材3は貫通孔を備えており、この貫通孔に前記駆動部材2が挿通される態様で、所定の摩擦係合力をもって駆動部材2に取り付けられている。
図5及び図6は、上記のような圧電アクチュエータPの動作原理を説明するための図であり、図5は駆動部材2上における可動部材3の進退動作状態を示す模式図であり、また図6は駆動部材2の軸変位を時間軸に示したグラフ図である。つまり、図6に示すような軸変位動作を駆動部材が為すように、圧電素子1に対して鋸歯状の駆動パルス電圧が与えられるものである。なお、図5(a)、(b)、(c)の各状態図と、図6中に付記している記号(a)、(b)、(c)の時間ポイントとは一致させて描いている。
先ず図5(a)の状態を初期状態とすると、図5(b)の状態に移行するとき、すなわち繰り出し方向へ伸長するとき、図6のグラフ図に示すように、圧電素子1(駆動部材2)は緩やかに伸び変位する。これに伴って駆動部材2も緩やかな速度で繰り出し方向に移動されることから、駆動部材2に摩擦係合された可動部材3は、その摩擦係合力により同期追随して変位する。次に、図5(b)から図5(c)の状態へ移行するとき、つまり圧電素子1に前記鋸歯状駆動パルス電圧の急峻な立下がり部の電圧が印加された場合、圧電素子1は急速に縮み変位する。これに伴って駆動部材2も急峻な速度で戻り方向に移動されることから、可動部材3と駆動部材2の摩擦係合部に滑りが生じることとなる。この滑りにより、可動部材3は駆動部材2の軸変位に追随して変位せず、戻り方向に僅かに戻るようになる。このような動作が繰り返えされることにより、可動部材3は駆動部材2の軸上を圧電素子1から離れる方向に移動されるものである。
本発明において用いられる駆動手段としては、上記の圧電アクチュエータPのように、所謂「非磁力源タイプ」の駆動手段を用いることが望ましい。具体的には、駆動手段が備える可動部材3の進退に伴って生じる表面磁束密度が0.1mT以下のものである一方、磁界発生部材7が発生する表面磁束密度の最大値が1mT以上とすることが望ましい。このように、駆動手段の動作により発生される表面磁束密度を、磁界発生部材7が発生する表面磁束密度の1/10程度以下に抑制することで、漏れ磁束により磁界検出手段6の検出信号が乱されず、可動部材3の高精度な位置決めが達成できるようになる。
このような「非磁力源タイプ」の駆動手段としては、上記構成の圧電アクチュエータPのほか、超音波モータを用いて可動部材3を進退動作させる超音波アクチュエータや、形状記憶部材を用いて可動部材3を進退動作させる形状記憶アクチュエータなどを例示することができる。
図1に戻って、制御回路5は、図示省略の上位コンピュータなどから与えられる位置指令(可動部材3の変位指令)を受け取り、可動部材3を指令位置に移動させるための駆動制御信号を生成する。この駆動制御信号は、前記検出回路8から送信される可動部材3の位置信号と、前記位置指令に基づく位置信号との差に応じ、可動部材3が所定の移動量だけ移動するように生成される。
このように生成された駆動制御信号は、駆動回路4に入力される。駆動回路4は、前記駆動制御信号に基づいて、可動部材3が所定の移動量だけ移動するよう、圧電素子1を駆動させる駆動信号を生成し、圧電素子1を実際に駆動させる。
磁界発生部材7は、前記可動部材3に一体的に付設され、可動部材3の進退動作に応じてその進退方向に磁界発生部材7も移動されるよう構成されている。この磁界発生部材7は、可動部材3に直接的に固定しても良いが、可動部材3に取り付けられる被駆動部材に固定する等して、間接的に可動部材3に取り付けるようにしても良い。この磁界発生部材7としては、可動部材3の進退方向に表面磁束密度が変化されたものが用いられる。表面磁束密度の変化態様としては特に制限はなく、固定的に配置されている磁界検出手段6に対して、自身の進退移動による表面磁束密度変化が作用する変化態様を具備していれば良い。その具体例については、後に詳述する。
磁界検出手段6は、前記可動部材3の進退動作に基づく磁界発生部材7の移動に伴う磁界変化を検出するもので、前記磁界発生部材7の移動経路近傍に固定的に並置された第1の磁界検出素子6Aと第2の磁界検出素子6Bとを備えている。この実施形態では、二つの磁界検出素子を用いた場合を示しているが、3個以上の複数個の磁界検出素子を並置するようにしても良い。また、この実施形態では、二つの磁界検出素子6A、6Bを可動部材3の移動方向に沿って並置した例を示しているが、磁界発生部材7としてその進退方向の面において直交する方向にも表面磁束密度変化が現れるものを用いた場合は、前記直交方向に複数の磁界検出素子を並置するよう構成することもできる。
上記磁界検出素子6A、6Bとしては、各種の磁気センサを用いることができる。代表的なものとして、磁気抵抗効果用いたMR素子やホール効果を用いたホール素子など、検出された磁界に応じて電気信号を出力する磁界検出素子を例示することができる。このうちホール素子は、一般に小型であってこの種駆動装置Sへの組込み性に優れ、また安価であることから、好適に用いることができる。
検出回路8は、前記磁界検出手段6の検出信号に基づいて、可動部材3のポジションを求める演算手段として機能する。すなわち、前記第1の磁界検出素子6A及び第2の磁界検出素子6Bによりそれぞれ検出された磁界検出信号が検出回路8に入力され、当該2つの磁界検出信号を増幅、演算することで、可動部材3の現在位置情報である位置信号が生成される。ここで生成された位置信号は、前記制御回路5へ出力される。
(位置センサ部の第1実施形態)
図2は、この駆動装置Sにおいて位置センサを構成する部分、すなわち磁界検出手段6、磁界発生部材7、および検出回路8から構成される位置センサ部分の一例を詳細に示した構成図である。この実施形態においては、磁界発生部材7として、可動部材3の進退方向に沿って、正着磁が支配的な正着磁部と、負着磁が支配的な負着磁部と、両者の間に配置され、正・負着磁が相殺される中間部とを備えるものが用いられている。このような磁界発生部材7であれば、正着磁部、負着磁部、及び中間部という磁気発生条件が可動部材3の進退方向に異なる磁界発生部材が、可動部材3の進退に応じて移動するので、可動部材の進退による磁界変動が大きくなるという利点がある。
図2は、この駆動装置Sにおいて位置センサを構成する部分、すなわち磁界検出手段6、磁界発生部材7、および検出回路8から構成される位置センサ部分の一例を詳細に示した構成図である。この実施形態においては、磁界発生部材7として、可動部材3の進退方向に沿って、正着磁が支配的な正着磁部と、負着磁が支配的な負着磁部と、両者の間に配置され、正・負着磁が相殺される中間部とを備えるものが用いられている。このような磁界発生部材7であれば、正着磁部、負着磁部、及び中間部という磁気発生条件が可動部材3の進退方向に異なる磁界発生部材が、可動部材3の進退に応じて移動するので、可動部材の進退による磁界変動が大きくなるという利点がある。
その具体的な構成として、図2では、厚さ方向に正着磁(つまり、磁界検出手段6に対向する面がN極で、その裏面がS極)された略三角形状の第1磁石7Aと、厚さ方向に負着磁(つまり、磁界検出手段6に対向する面がS極で、その裏面がN極)された略三角形状の第2磁石7Bとを備えており、前記第1磁石7A及び第2磁石7Bのそれぞれの斜辺同士を対向させて固着した略四角形状を呈する磁界発生部材7を例示している。このような磁界発生部材7であれば、N極部分とS極部分とが斜面形状に応じて、緩やかに入れ替わることとなる。従って、かかる磁界発生部材7が可動部材3の進退方向、すなわち図中矢印aの方向に移動された場合、定点で磁界観測すると、検出される表面磁束密度が略線形に変化するよう検出されることとなる。
このような磁界発生部材7が磁界検出手段6に対向するよう可動部材3に固定されている。そして、磁界発生部材7の進退方向に沿って第1の磁界検出素子6Aと第2の磁界検出素子6Bとが固定的に並置されている。従って、磁界発生部材7が矢印aの方向に移動すると、第1の磁界検出素子6Aおよび第2の磁界検出素子6B周辺の磁界が、磁界発生部材7から与えられる表面磁束密度の変化に応じてそれぞれ変化するため、第1、第2の磁界検出素子6A、6Bが検出する出力信号も変化することとなる。しかも、第1の磁界検出素子6Aと第2の磁界検出素子6Bとが同時刻において検出する磁束密度は、磁界発生部材7がN極部分からS極部分へ緩やかに変化する形状を備えていることから、それぞれの配置位置に応じて異なる磁束密度が検出されることになる。すなわち、磁界発生部材7の表面磁束密度は、その進退方向に対して、図中左端近傍で正の最大値をとり、中央部でゼロとなり、図中右端近傍で負の最大値(絶対値)をとり、またその変化は略線形となることから、第1の磁界検出素子6Aと第2の磁界検出素子6Bとからは、同時刻において異なる表面磁束密度が検出されるものである。
磁界発生部材7の進退方向の幅は、可動部材3がその移動ストローク範囲において如何なる位置にあっても、磁界発生部材7と磁界検出手段6との対向関係を確保できる長さに選定しておくことが望ましい。すなわち、磁界検出手段6が、可動部材3と一体的に進退動作を行う磁界発生部材7に対向して固定的に配置される場合において、可動部材3の進退動作領域の全域に亘り、磁界発生部材7からの磁力線が磁界検出手段6に作用するよう、磁界発生部材7の形状を選定することが望ましい。このような構成であれば、可動部材3が全ストローク範囲において可動部材3の位置検出が行えるので好ましい。なお、磁界発生部材7と磁界検出手段6との間隙は、離れすぎると検出精度が低下し、近すぎると磁石7と磁気センサ6が接触する危惧があるため、0.1〜0.3mm程度に設定することが望ましい。
上記のように、着磁方向が異なる略三角形状の第1磁石7A及び第2磁石7Bを貼り合わせた磁界発生部材7によれば、磁界発生部材7の移動に伴う磁束変化は、可動部材3の進退方向だけでなく、前記進退方向の面において直交する方向にも磁束変化が現れることから、第1の磁界検出素子6Aと第2の磁界検出素子6Bとを、前記進退方向と直交する方向に並置するようにしても良い。
この実施形態において、検出回路8は、演算増幅器からなる第1の加算器8A及び第2の加算器8Bと、第1の加算器8A及び第2の加算器8Bの出力値に基づいて演算処理を行う演算器8Cとを備えている。
第1の加算器8Aは、第1の磁界検出素子6Aが磁界を検出して出力する出力電気信号を増幅するもので、第1の磁界検出素子6Aのプラス側端子61Aが第1の加算器8Aの非反転入力端子に接続されている。また第1の磁界検出素子6Aのマイナス側端子62Aは、第1の加算器8Aの反転入力端子に接続されている。
一方第2の加算器8Bは、第2の磁界検出素子6Bが磁界を検出して出力する出力電気信号を増幅するもので、第2の磁界検出素子6Bのプラス側端子61Bが第2の加算器8Bの反転入力端子に接続されている。また第2の磁界検出素子6Bのマイナス側端子62Bは、第2の加算器8Bの非反転入力端子に接続されている。
このように、第1の磁界検出素子6Aと第2の磁界検出素子6Bとで、それぞれ第1の加算器8A及び第2の加算器8Bへ接続する極性を変えているのは、第1の磁界検出素子6Aは磁界発生部材7のN極磁束を支配的に検知し、一方第2の磁界検出素子6Bは磁界発生部材7のS極磁束を支配的に検知することから、極性を反転させることで後段の演算器8Cにおいて、演算処理を容易に行うためである。
演算器8Cは、第1の磁界検出素子6Aから出力される電気信号を出力A、第2の磁界検出素子6Bから出力される電気信号を出力Bとするときに、
K・(A−B)/(A+B) (但し、Kは比例定数)
の式に基づいて演算を行い、その演算結果を可動部材3のポジション情報として制御回路5に送信する。このような(A−B)/(A+B)の演算処理を演算器8Cにおいて実行させる目的は、検出回路8が検出する可動部材3の位置信号の動作環境温度特性を改善することにある。すなわち、一般に磁石は環境温度が変化すると、その温度特性により磁束密度が変化する。例えば環境温度が上昇した場合、磁界発生部材7が備える第1磁石7A及び第2磁石7Bが持つ温度特性によって、その表面磁束密度が低下することになる。これに伴い、第1、第2の磁界検出素子6A、6Bの出力値も、環境温度の上昇に伴い低下する傾向がある。演算器8Cは、このような動作環境温度の変化による第1、第2の磁界検出素子6A、6Bの出力値低下の影響を受けずに可動部材3の位置検知が行い得るよう、演算処理を行うものである。
K・(A−B)/(A+B) (但し、Kは比例定数)
の式に基づいて演算を行い、その演算結果を可動部材3のポジション情報として制御回路5に送信する。このような(A−B)/(A+B)の演算処理を演算器8Cにおいて実行させる目的は、検出回路8が検出する可動部材3の位置信号の動作環境温度特性を改善することにある。すなわち、一般に磁石は環境温度が変化すると、その温度特性により磁束密度が変化する。例えば環境温度が上昇した場合、磁界発生部材7が備える第1磁石7A及び第2磁石7Bが持つ温度特性によって、その表面磁束密度が低下することになる。これに伴い、第1、第2の磁界検出素子6A、6Bの出力値も、環境温度の上昇に伴い低下する傾向がある。演算器8Cは、このような動作環境温度の変化による第1、第2の磁界検出素子6A、6Bの出力値低下の影響を受けずに可動部材3の位置検知が行い得るよう、演算処理を行うものである。
図3および図4は、磁界発生部材7の位置変位に対する第1の磁界検出素子6Aの前記出力Aと、第2の磁界検出素子6Bの前記出力Bと、演算器8Cにおける(A−B)/(A+B)の演算結果を示すものである。なお図3は、実際は磁界発生部材7のN、S極面は、図2に示す通り磁界検出手段6と対向配置されているが、磁界発生部材7の可動位置と第1、第2の磁界検出手段6の固定位置との位置関係を簡易に表すために展開して示した図である。
いま、可動部材3の移動ストロークを3mmとし、磁界発生部材7中央で磁束密度がゼロ(中央部に第1の磁界検出素子6A若しくは第2の磁界検出素子6Bの中心を対向させると、これら磁界検出素子の検出出力もゼロ)であり、磁界発生部材7の可動方向左端で磁束密度が1又は−1(可動方向左端に第1の磁界検出素子6Aの中心を対向させるとその検出出力は1、一方第2の磁界検出素子6Bの中心を対向させるとその検出出力は−1)、可動方向右端で−1又は1(可動方向右端に第1の磁界検出素子6Aの中心を対向させるとその検出出力は−1、一方第2の磁界検出素子6Bの中心を対向させるとその検出出力は1)とし、磁束密度は可動方向にリニアに変化するものと考える。
図3(a)のように、磁界発生部材7の可動方向左端付近に磁界検出手段6が位置している場合、例えば磁界発生部材7が+1.5mmの位置に位置している場合、第1の磁界検出素子6Aの出力は例えば19/24となる。この出力信号は、出力Aとして演算器8Cへ入力される。一方、第2の磁界検出素子6Bの出力は、例えば−7/24となる。なお、この出力信号のマイナス符号は、第2の加算器8Bを経由することでプラス変換され、出力Bとして演算器8Cへ入力される。この場合の演算器8Cによる(A−B)/(A+B)の演算結果は、約2.17となる。
次に図3(b)のように、磁界発生部材7が0mmの位置に位置している場合、第1の磁界検出素子6A及び第2の磁界検出素子6B双方共、その出力は6/24となり、演算器8Cによる(A−B)/(A+B)の演算結果は0となる。
さらに図3(c)のように、磁界発生部材7の可動方向右端付近に磁界検出手段6が位置している場合、例えば磁界発生部材7が−1.5mmの位置に位置している場合、第1の磁界検出素子6Aの出力は例えば−7/24となり、また第2の磁界検出素子6Bの出力は、例えば19/24となる。この場合の演算器8Cによる(A−B)/(A+B)の演算結果は、約−2.17となる。このようにして、図4に示すように、磁界発生部材7の可動位置に対して単一増加する特性が得られるようになる。
ところで、動作環境温度が高くなると、前述の通り磁石の持つ温度特性によって磁束密度が低下し、第1の磁界検出素子6A及び第2の磁界検出素子6Bの出力そのものが小さくなる。しかしながら、上記のような演算処理を演算器8Cで行わせる構成であれば、高温環境下において磁界発生部材7が+1.5mmの位置に位置しているときに、仮に第1の磁界検出素子6A及び第2の磁界検出素子6Bの出力が上記想定値の半分(第1の磁界検出素子6A出力は19/48、第2の磁界検出素子6B出力は−7/48)になったとしても、演算器8Cによる(A−B)/(A+B)の演算結果は2.17と変わりなく、動作環境温度の変化に対して不変である。従って、実質的に当該駆動装置Sの動作環境温度変化の影響を受けることなく、可動部材3の位置検出を行うことが可能となる。
なお、演算器8Cによる(A−B)/(A+B)の演算結果を可動部材3の位置信号として使用するだけでなく、第1の磁界検出素子6A及び第2の磁界検出素子6Bの出力値が動作環境温度に応じて増減することを活用して、温度センサ(温度検出手段)として用いるようにしても良い。すなわち、第1の磁界検出素子6Aからの出力Aの信号値又は第2の磁界検出素子6Bからの出力Bの信号値、若しくは前記出力Aと出力Bとの合算値に基づいて、当該磁界検出素子設置部分における温度を検出する温度検出手段として、前記演算器8Cを機能させるようにしても良い。
この場合、前記温度検出手段が検出する温度情報に基づいて、可動部材3の動作位置を補正する位置補正手段を設けることが望ましい。かかる位置補正手段としては、可動部材3により駆動される被駆動部材の温度特性と可動部材の移動量に関連づけたルックアップテーブル(LUT)を記憶させたROM等と、前記温度検出手段により検出された温度と前記LUTとを対比して補正移動量を求める演算処理部とを具備するものを例示することができる。このような位置補正手段を設けることで、温度検出結果を利用して当該駆動装置の各種制御(動作位置補正等)を行うことが可能となり、温度変化の影響を加味した可動部材3の進退動作制御が実行できるようになるので好ましい。
(位置センサ部の他の実施形態)
図7は、本発明にかかる駆動装置Sにおける位置センサ部分の他の実施形態を示す構成図である。図7に示した実施形態では、N極71AとS極71Bとを具備する単一の四角形状磁石からなる磁界発生部材71を用いる点に特徴があり、その他の部分については、先に説明した実施形態と同様である。
図7は、本発明にかかる駆動装置Sにおける位置センサ部分の他の実施形態を示す構成図である。図7に示した実施形態では、N極71AとS極71Bとを具備する単一の四角形状磁石からなる磁界発生部材71を用いる点に特徴があり、その他の部分については、先に説明した実施形態と同様である。
前記磁界発生部材71は、可動部材の進退方向(図中矢印aの方向)に、前記N極71AとS極71Bとが横並びするように配置される。そして磁界検出手段6は、前掲の実施形態と同様に磁界発生部材71に対向配置され、例えば可動部材3がホームポシジション(例えば図3で説明した「0mm」位置)にあるときに、第1の磁界検出素子6A及び第2の磁界検出素子6Bとの境界部分と、前記N極71AとS極71Bとの境界部分とが一致するよう配置される。
このような磁界発生部材71によれば、図2において例示した磁界発生部材7とは異なり、可動部材3の進退方向における表面磁束密度が、N極71AとS極71Bとの直線的な境界において急峻に変化する態様となる。つまり、第1の磁界検出素子6A及び第2の磁界検出素子6Bにより検出される磁界は、前記N極71AとS極71Bとの境界部分の、各磁界検出素子における検出ポイントの通過の前後により大きく変化することとなる。従って、可動部材3の可動範囲が比較的狭い(例えば1mm程度)駆動装置Sに適している。
図8は、本発明にかかる駆動装置Sにおける位置センサ部分の他の実施形態を示す構成図である。図7に示した実施形態では、厚さ方向に正着磁された矩形状の第1磁石72Aと、厚さ方向に負着磁された矩形状の第2磁石72Bとを備え、前記第1・第2磁石72A、72Bの側辺同士を対向させて固着した略四角形状を呈する磁界発生部材72を用いる点に特徴があり、その他の部分については、先に説明した実施形態と同様である。
すなわち、第1磁石72AはN極が磁界検出手段6との対向面に、第2磁石72BはS極が磁界検出手段6との対向面にそれぞれ配向され、両磁石が互いに対向する側辺同士で固着された形態の磁界発生部材72である。そして、例えば第1の磁界検出素子6A及び第2の磁界検出素子6Bとの境界部分と、前記第1磁石72Aと第2磁石72Bとの境界部分とが一致するよう配置される。この実施形態においても、第1の磁界検出素子6A及び第2の磁界検出素子6Bにより検出される磁界は、第1磁石72Aと第2磁石72Bとの境界部分の、各磁界検出素子における検出ポイントの通過の前後により大きく変化するので、同様に可動部材3の可動範囲が比較的狭い駆動装置Sに適している。
さらに図8に示したような磁界発生部材72を用いれば、第1磁石72Aと第2磁石72Bとの複着磁方式としているので、該磁界発生部材72が発生する磁束は、対向配置されている磁界検出手段6を直交する方向(図面奥側から手前へ伸びる方向)に貫通することになる。従って、磁界検出手段6に作用する磁束が多くなり、感度良く磁界検出を行うことができるという利点がある。
なお磁界発生部材7として、以上の実施形態では磁石を用いる場合について説明したが、着磁シート等を用いることも可能である。この場合、例えば表面磁束密度が数mTのものを用いることができる。
(光学機器への適用)
図9は、本発明における駆動装置Sを、デジタルカメラ等の撮像装置や光ピックアップ装置等の光学機器における光学素子の駆動系に応用した場合の構成例である。すなわち、少なくとも一つの光学素子が光軸上に配置された機構を備える光学機器において、上記で説明した駆動装置Sにおける可動部材3に光学素子を保持させ、該光学素子をその案内軸上に進退動作させるようにした実施形態を示している。
図9は、本発明における駆動装置Sを、デジタルカメラ等の撮像装置や光ピックアップ装置等の光学機器における光学素子の駆動系に応用した場合の構成例である。すなわち、少なくとも一つの光学素子が光軸上に配置された機構を備える光学機器において、上記で説明した駆動装置Sにおける可動部材3に光学素子を保持させ、該光学素子をその案内軸上に進退動作させるようにした実施形態を示している。
図9では、駆動される光学素子としてレンズホルダ11で保持されたレンズ12を例示している。このレンズ12は、適用される光学機器が撮像装置である場合は、その撮影光学系の一部を構成するレンズ(ズームレンズ)であり、適用される光学機器が光ピックアップ装置である場合は、その光ピックアップ光学系の一部を構成するレンズである。
この実施形態にかかる光学機器は、前述のレンズホルダ11で保持されたレンズ12と、このレンズ12を進退動作させる圧電アクチュエータPと、レンズホルダ11の側縁に固着される磁界発生部材7と、該磁界発生部材7に対向配置された第1の磁界検出素子6A及び第2の磁界検出素子6Bを備える磁界検出手段6と、レンズホルダ11をガイドする副軸10とを備えて構成されている。
レンズホルダ11は、その一端側が圧電アクチュエータPの可動部材3に取り付けられ(保持され)ている。このレンズホルダ11の取り付けは、レンズ12の光軸と、可動部材3の進退方向(つまり駆動部材2の延在方向)とが平行になる位置関係とされている。一方、レンズホルダ11の他端側には貫通孔が設けられており、前記貫通孔に副軸10が挿通されている。従ってレンズホルダ11は、圧電アクチュエータPの可動部材3により進退動作力が与えられ、副軸10によりガイドされつつ進退動作する(図9の上下方向の動作)ようになっている。なお、圧電アクチュエータPの圧電素子1は、該光学機器の本体ボディに設けられている取り付け部90に固定されている。
磁界発生部材7は、可動部材3に直接的に取り付けられるのではなく、レンズホルダ11の他端側(副軸10の側)の側縁部に固定されている。そして磁界検出手段6は、磁界発生部材7に対向するよう配置されている。この磁界検出手段6及び磁界発生部材7については、上述の図2、図7、図8のいずれかの構成を採用することができる。
図10は、図9に示した光学機器の制御系の一例を説明するためのブロック図である。この光学機器は、第1の磁界検出素子6A及び第2の磁界検出素子6Bが検出する可動部材3の位置情報に基づいて、上記圧電アクチュエータPの動作を制御してレンズ12を進退動作させる駆動制御信号を生成する制御部80と、該制御部80にレンズ12の動作指令を与える動作指令部81と、制御部により生成された駆動制御信号に基づいて、実際のレンズ駆動信号(圧電アクチュエータPの駆動信号)を生成するレンズ駆動回路40とを備えている。
制御部80は、位置指令取得部801、演算増幅部802、演算部803、駆動信号生成部804、温度算出部805、及び位置補正信号生成部806を備えている。これを図2に示した実施形態と対照させると、前記演算増幅部802が第1の加算器8A及び第2の加算器8Bに、演算部803が演算器8Cにそれぞれ相当する。
位置指令取得部801は、動作指令部81から与えられるレンズ12に対する移動指令信号を受け取り、これを一時的に記憶する。この移動指令信号は、光学機器が撮像装置である場合は、例えばフォーカス制御信号である。
演算増幅部802は加算増幅器等からなり、第1の磁界検出素子6A及び第2の磁界検出素子6Bが検出する、磁界発生部材7から発せられる磁界の検出信号を受け取り、これを増幅して演算部803へ出力する。演算部803では、第1の磁界検出素子6Aから出力される電気信号を出力A、第2の磁界検出素子6Bから出力される電気信号を出力Bとするときに、
K・(A−B)/(A+B) (但し、Kは比例定数)
の式に基づいて演算を行うことで、可動部材3のポジション情報、すなわちレンズ12の現在位置情報が求められる。
K・(A−B)/(A+B) (但し、Kは比例定数)
の式に基づいて演算を行うことで、可動部材3のポジション情報、すなわちレンズ12の現在位置情報が求められる。
駆動信号生成部804は、前記位置指令取得部801に取得されている移動指令信号により想定されるレンズ12の想定位置情報と、前記演算部803により算出されたレンズ12の現在位置情報とを比較し、必要なレンズ12(レンズホルダ11)の移動量を求め、その移動のために必要な圧電アクチュエータPの制御駆動信号を生成する。
温度算出部805は、例えば前記演算部803から与えられる前記第1の磁界検出素子6Aからの出力Aの信号値又は第2の磁界検出素子6Bからの出力Bの信号値、若しくは前記出力Aと出力Bとの合算値に基づいて、当該磁界検出素子設置部分における温度を算出する。これは、前述の通り、磁界発生部材7の表面磁束密度が温度変化により変動することを活用して、圧電アクチュエータPの動作環境温度情報を算出するものである。
位置補正信号生成部806は、温度算出部805により算出された温度情報に基づいて、前記駆動信号生成部804により求められた制御駆動信号に補正を加える位置補正信号を生成する。これは被駆動部材である光学素子にサイズ的な温度依存性がある場合、例えばレンズ12がプラスチックレンズであって温度変化により僅かな伸縮が生じるような場合に、その温度依存性を加味してレンズ12の移動量を補正し、より正確なフォーカシング等を達成することを目的とするものである。この位置補正信号生成部806としては、例えばレンズ12の温度依存性と可動部材の移動量に関連づけたルックアップテーブル(LUT)を記憶させたROM等と、前記温度検出手段により検出された温度と前記LUTとを対比して補正移動量を求める演算処理部とを具備する構成を例示することができる。
位置補正信号生成部806により生成される位置補正信号は前記駆動信号生成部804に送られ、駆動信号生成部804により生成される制御駆動信号に所定の補正が加えられる。このような温度補正が加えられた制御駆動信号はレンズ駆動回路40に送られ、該レンズ駆動回路40により圧電アクチュエータPの駆動信号に変換され、圧電アクチュエータPが駆動される。これにより、レンズ12が、動作指令部81より指令を受けた位置まで移動されるものである。
このような構成の光学機器によれば、撮影光学系や光ピックアップなどの光学素子の位置決めは、光軸方向に対する傾き精度が厳しく、優れた直進性と、高い位置決め精度が要求されるところ、前記圧電アクチュエータAを使用して光学素子(レンズ12)を駆動するので、駆動部材2そのものが案内軸の機能を有しているため優れた直進性を有し、また磁界検出手段6により検出された可動部材3の位置情報を用いてフィードバック制御することで、高い位置決め精度を達成できる。
さらに、演算部803にて、第1の磁界検出素子6A及び第2の磁界検出素子6Bから出力される2つの出力信号に基づいて可動部材3の位置検出を行うので、実質的に当該光学機器の動作環境温度変化の影響を受けることなく、正確に位置検出を行うことができる。また、第1の磁界検出素子6A及び/又は第2の磁界検出素子6Bの出力値に基づいて温度算出部803により温度を算出し、この温度情報に基づいて位置補正信号生成部806にて位置補正信号を生成し、制御駆動信号に対して動作環境温度に応じた補正を加える構成としているので、被駆動部材である光学素子(レンズ12)にサイズ的な温度依存性があったとしても、正確な移動制御を行えるという利点がある。すなわち、光学機器における光学系全体の温度特性を補償することができるようになる。
なお、図9に示した実施形態では、磁界発生部材7を副軸10側に取り付けた例を示したが、図11に示すように、レンズホルダ11の直下に設けるようにしてもよい。この構成によれば、レンズ12の直近に磁界発生部材7が取り付けられることとなるので、より一層位置精度良く、レンズ12を駆動制御できるようになる。
さらに、磁界発生部材7と磁界検出手段6との配置関係を入れ替える構成、すなわち可動部材3もしくはレンズホルダ11の可動部分に磁界検出手段6を配置し、固定部分に磁界発生部材7を配置してもよい。この場合においても、上記と実質的に同様な動作を行わせることが可能である。
また上記構成において、光ピックアップ光学系のレンズを被駆動部材とし、該レンズが可動部材の進退動作により光軸方向に移動されることにより、収差補正が行われるよう構成することもできる。すなわち、レンズの球面収差や色収差等に起因する像の乱れを補正するために、本発明にかかる駆動装置を用いてレンズを駆動させ、収差による影響が最小限に抑制できるよう構成しても良い。
1 圧電素子(電気機械変換素子)
2 駆動部材(案内軸)
3 可動部材
4 駆動回路
5 制御回路
6 磁界検出手段
6A 第1の磁界検出素子
6B 第2の磁界検出素子
7、71、72 磁界発生部材
7A 略三角形状の第1磁石
7B 略三角形状の第2磁石
71A、72A 矩形状の第1磁石
71B、72B 矩形状の第2磁石
8 検出回路(演算手段)
8A 第1の加算器
8B 第2の加算器
8C 演算器(演算手段)
80 制御部(演算手段)
10 副軸
11 レンズホルダ
12 レンズ(光学素子)
P 圧電アクチュエータ
2 駆動部材(案内軸)
3 可動部材
4 駆動回路
5 制御回路
6 磁界検出手段
6A 第1の磁界検出素子
6B 第2の磁界検出素子
7、71、72 磁界発生部材
7A 略三角形状の第1磁石
7B 略三角形状の第2磁石
71A、72A 矩形状の第1磁石
71B、72B 矩形状の第2磁石
8 検出回路(演算手段)
8A 第1の加算器
8B 第2の加算器
8C 演算器(演算手段)
80 制御部(演算手段)
10 副軸
11 レンズホルダ
12 レンズ(光学素子)
P 圧電アクチュエータ
Claims (16)
- 磁界発生部材が一体的に付設された可動部材が案内軸上を進退する機構を備えた駆動手段と、前記可動部材の進退動作に基づく前記磁界発生部材の移動に伴う磁界変化を検出する磁界検出手段と、該磁界検出手段の検出信号に基づいて前記可動部材のポジションを求める演算手段とを備え、
前記磁界発生部材は、可動部材の進退方向に表面磁束密度が変化されており、
前記磁界検出手段は、前記磁界発生部材の移動経路近傍に固定的に並置された複数の磁界検出素子を具備することを特徴とする駆動装置。 - 駆動手段が備える可動部材の進退に伴って生じる表面磁束密度が0.1mT以下のものである一方、磁界発生部材が発生する表面磁束密度の最大値が1mT以上であることを特徴とする請求項1記載の駆動装置。
- 駆動手段が、電気機械変換素子と、前記電気機械変換素子の一端に固定された駆動部材と、前記駆動部材上に移動可能に保持された可動部材とを備える圧電アクチュエータであることを特徴とする請求項2記載の駆動装置。
- 磁界検出手段が、第1の磁界検出素子と、この第1の磁界検出素子に対し可動部材の進退方向に隣接して配置された第2の磁界検出素子とからなり、前記第1及び第2の磁界検出素子は、いずれも検出された磁界に応じて電気信号を出力するものであって、
前記第1の磁界検出素子から出力される電気信号をA、第2の磁界検出素子から出力される電気信号をBとするときに、前記演算手段は、
K・(A−B)/(A+B) (但し、Kは比例定数)
の式に基づいて演算を行うことを特徴とする請求項1〜3いずれかに記載の駆動装置。 - 第1の磁界検出素子から出力される電気信号Aの値又は第2の磁界検出素子から出力される電気信号Bの値、若しくは前記電気信号Aと電気信号Bとの合算値に基づいて、当該磁界検出素子設置部分における温度を検出する温度検出手段を設けたことを特徴とする請求項4記載の駆動装置。
- 前記温度検出手段が検出する温度情報に基づいて、前記可動部材の動作位置を補正する位置補正手段を設けたことを特徴とする請求項5記載の駆動装置。
- 磁界検出手段が備える磁界検出素子が、ホール素子であることを特徴とする請求項1〜6いずれかに記載の駆動装置。
- 磁界検出手段が、可動部材と一体的に進退動作を行う磁界発生部材に対向して固定的に配置されるものであり、前記可動部材の進退動作領域の全域に亘り、磁界発生部材からの磁力線が前記磁界検出手段に作用するよう、磁界発生部材の形状が選ばれていることを特徴とする請求項1〜7いずれかに記載の駆動装置。
- 磁界発生部材が、可動部材の進退方向に沿って、正着磁が支配的な正着磁部と、負着磁が支配的な負着磁部と、両者の間に配置され、正・負着磁が相殺される中間部とを備えていることを特徴とする請求項1〜8いずれかに記載の駆動装置。
- 磁界発生部材が、厚さ方向に正着磁された略三角形状の第1磁石と、厚さ方向に負着磁された略三角形状の第2磁石とを備えており、前記第1・第2磁石の斜辺同士を対向させて固着した略四角形状を呈していることを特徴とする請求項9記載の駆動装置。
- 磁界発生部材が、厚さ方向に正着磁された矩形状の第1磁石と、厚さ方向に負着磁された矩形状の第2磁石とを備えており、前記第1・第2磁石の側辺同士を対向させて固着した略四角形状を呈していることを特徴とする請求項9記載の駆動装置。
- 少なくとも一つの光学素子が光軸上に配置された機構を備える光学機器において、
請求項1〜11のいずれかに記載の駆動装置における可動部材が、前記光学素子を保持して該光学素子をその案内軸上に進退動作させる保持体として機能するよう構成したことを特徴とする光学機器。 - 光学素子の光軸と、可動部材の進退方向とが平行になるように、光学素子が可動部材により保持されていることを特徴とする請求項12記載の光学機器。
- 光学機器が撮像装置であり、光学素子が、その撮影光学系の一部を構成する光学素子であることを特徴とする請求項13記載の光学機器。
- 光学機器が光ピックアップ装置であり、光学素子が、その光ピックアップ光学系の一部を構成する光学素子であることを特徴とする請求項13記載の光学機器。
- 光学素子が、光ピックアップ光学系のレンズであり、前記レンズが可動部材の進退動作により光軸方向に移動されることにより、収差補正が行われるよう構成されていることを特徴とする請求項15記載の光学機器。
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