JP2003185406A

JP2003185406A - 位置検出装置

Info

Publication number: JP2003185406A
Application number: JP2001384742A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Hoshino; 隆之干野; Ryuichi Yoshida; 龍一吉田; Satoyuki Yuasa; 智行湯浅
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 2001-12-18
Filing date: 2001-12-18
Publication date: 2003-07-03

Abstract

(57)【要約】【課題】アクチエータの移動部材と固定電極との間の
静電容量に基いて移動部材の位置を検出する非接触型の
位置検出装置を提供する。【解決手段】圧電素子１１の一端はフレーム１４に固
定され、他端には移動部材１３が摩擦結合した駆動軸１
２が固定される。移動部材１３の移動方向に平行に非接
触状態で検出部材１５が配置される。検出部材１５は移
動部材との対向面に一定間隔で凹凸部が形成されて電極
１５ａを構成し、移動部材１３と間隔Ｄを隔てて静電容
量Ｃのコンデンサを形成する。駆動回路１８からの駆動
パルスは圧電素子１１に印加されると共に移動部材に静
電容量結合している電極１５ａにも流れ、その電流ｉは
検出回路１９で検出され、制御回路１７に入力される。
移動部材１３が電極１５ａの上を移動すると電極１５ａ
の凹凸形状に応じて電流ｉは増減するから、電流ｉに基
づいて移動部材１３の位置が検出できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は位置検出装置に関
し、特に電気機械変換素子を使用した駆動装置におい
て、駆動部材上の移動部材を所定方向に移動させるアク
チエータにおいて、移動部材或いは移動部材に結合され
た機構部材の位置を検出する位置検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電気機械変換素子、例えば圧電素子に緩
やかな立ち上り部とこれに続く急速な立ち下り部からな
る波形の駆動パルスを印加すると、駆動パルスの緩やか
な立ち上り部では圧電素子が緩やかに厚み方向に伸び変
位を生じ、急速な立ち下り部では急速な縮み変位を生じ
る。そこで、この特性を利用し、圧電素子に上記したよ
うな波形の駆動パルスを印加して異なる速度で充放電を
繰り返し、圧電素子に速度の異なる厚み方向に振動を発
生させ、圧電素子に固着された駆動部材を異なる速度で
往復移動させ、駆動部材に摩擦結合した移動部材を所定
の方向に移動させるアクチエータが知られている（一例
として、特開２０００−２０５８０９号公報参照）。

【０００３】このようなアクチエータを使用して移動部
材（或いは移動部材に結合された機構部材）を移動させ
て所定の位置に設定する位置決め装置では、移動部材の
位置を正確に検出する位置検出装置が必要となる。

【０００４】図１６は、従来の圧電素子を使用したアク
チエータ１００と、そのアクチエータの駆動部材に摩擦
結合した移動部材の位置を検出するための位置検出装置
の構成の一例を説明する図である。

【０００５】図１６において、１０１は電気機械変換素
子の１つである圧電素子、１０２は駆動軸、１０３は駆
動軸１０２に適当な摩擦力で摩擦結合した移動部材、１
１０はアクチエータのフレームを示す。圧電素子１０１
の一端はフレーム１１０に接着等の手段で固定され、圧
電素子１０１の他端には駆動軸１０２が接着等の手段で
固定される。

【０００６】駆動軸１０２及び移動部材１０３は導電性
の材料で構成されており、駆動軸１０２は移動部材１０
３の移動方向に対して電気抵抗を有する抵抗体である。
また、移動部材１０３は駆動軸１０２に電気的にも接触
しており、電源１０９から駆動軸１０２の両端に供給さ
れる直流電圧Ｅを、移動部材１０３の位置により分割し
て直流電圧Ｖを出力する。

【０００７】アクチエータ１００を制御する制御回路１
０７はＣＰＵで構成され、圧電素子１０１に駆動パルス
を供給する駆動回路１０４が接続され、また、上記した
移動部材１０３から出力される直流電圧Ｖが入力され
る。

【０００８】駆動軸１０２には直流電圧Ｅが供給される
が、その第１端子ａと第２端子ｂとの間の距離をＬ、移
動部材１０３の現在位置と第２端子ｂとの間の距離をＸ
とすれば、移動部材１０３から出力される直流電圧Ｖは
以下の式（１）で表され、駆動軸１０２の上の移動部材
１０３の位置Ｘは式（１）を書き直した式（２）で表さ
れる。

【０００９】Ｖ＝Ｅ×（Ｘ／Ｌ）・・・・・・・・・・・・・・（１）Ｘ＝（Ｖ／Ｅ）×Ｌ・・・・・・・・・・・・・・（２）即ち、駆動軸１０２の上の移動部材１０３の位置Ｘは、
第１端子ａと第２端子ｂとの間の距離と、供給される直
流電圧Ｅが既知である場合、移動部材１０３から出力さ
れる直流電圧Ｖを検出することで求めることができる。

【００１０】制御回路１０７は、入力された直流電圧Ｖ
により判定した移動部材１０３の現在位置と、別途入力
されている移動部材１０３の目標位置とを比較し、移動
部材１０３と目標位置との距離の差が零になるように駆
動回路１０４をフィードバック制御する制御回路であ
る。

【００１１】次に制御回路１０７によるアクチエータ１
００の制御動作を簡単に説明する。制御回路１０７の指
令に基づいて駆動回路１０４が駆動され、圧電素子１０
１に緩やかな立ち上り部とこれに続く急速な立ち下り部
からなる波形の駆動パルスが印加される。駆動パルスの
緩やかな立ち上り部では圧電素子１０１が緩やかに厚み
方向に伸び変位を生じ、急速な立ち下り部では急速な縮
み変位を生じ、圧電素子１０１に発生した速度の異なる
厚み方向に振動は、圧電素子１０１に固着された駆動軸
１０２を異なる速度で往復移動させ、駆動軸１０２に摩
擦結合した移動部材１０３は所定の方向に移動する。

【００１２】駆動軸１０２上の移動部材１０３の現在位
置Ｘは、移動部材１０３の位置を示す直流電圧Ｖで検出
される。制御回路１０７は入力された直流電圧Ｖに基づ
いて得られた移動部材１０３の現在位置Ｘと、別途入力
されている移動部材１０３の目標位置とを比較し、その
差が零になるように駆動回路１０４から出力される駆動
パルスの波形と出力を制御する。これにより、駆動軸１
０２に摩擦結合した移動部材１０３は所定の方向に移動
し、目標位置に設定される。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来の圧電素
子を使用したアクチエータでは、移動部材の現在位置を
検出する構成として、駆動部材を電気抵抗体とし、移動
部材をこの電気抵抗体の上を摺動する中間接点として使
用しているために、移動部材にリード線を接続する必要
があるが、このリード線による反力が駆動部材の負荷と
なるという不都合があった。

【００１４】さらに、電極間の静電容量に基づいて移動
部材の位置を検出する位置検出方法では、電極間に電圧
を印加する必要があり、静電容量検出のための特別の電
圧発生装置を必要とするほか、移動部材にリード線を接
続する必要があるが、このリード線による反力が駆動部
材の負荷となるという不都合があった。

【００１５】また、移動部材の現在位置を検出する構成
として、移動部材に磁気抵抗素子を設け、駆動部材に平
行に一定間隔で磁極を付与した着磁ロッドを配置して構
成したＭＲセンサや、光学式の位置検出機構などを使用
する方法も考えられるが、構成が複雑になり、また、位
置検出機構の小型化などに難点があった。

【００１６】

【課題を解決するための手段】この発明は上記課題を解
決するもので、アクチエータを構成する移動部材に接近
して固定電極を配置し、移動部材と固定電極との間の静
電容量に基づいて移動部材の位置を検出するように構成
したものである。

【００１７】請求項１の発明は、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、
前記駆動部材に摩擦結合された移動部材と、前記電気機
械変換素子に駆動パルスを供給する駆動回路とを備え、
前記電気機械変換素子に駆動パルスを供給して伸びと縮
みの速度の異なる伸縮変位振動を発生させて前記駆動部
材と前記移動部材とを相対移動させる駆動装置における
前記移動部材の位置検出装置において、前記移動部材の
移動方向に沿って平行に配置された前記移動部材に対向
する電極板と、前記移動部材と電極板との間の静電容量
を検出する静電容量検出器とを設け、前記駆動パルスを
前記移動部材と電極板との間に印加して検出された静電
容量に基いて前記移動部材の移動方向の位置を検出する
ことを特徴とする位置検出装置である。

【００１８】そして、前記駆動部材と前記移動部材とは
導電性材料で構成され、前記電気機械変換素子の電極と
前記駆動部材とは電気的に接続されている。

【００１９】また、前記移動部材に対向する電極板は、
電気機械変換素子が固定される固定部材に設けられる。

【００２０】請求項４の発明は、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、
前記駆動部材に摩擦結合された移動部材と、前記電気機
械変換素子に駆動パルスを供給する駆動回路とを備え、
前記電気機械変換素子に駆動パルスを供給して伸びと縮
みの速度の異なる伸縮変位振動を発生させて前記駆動部
材と前記移動部材とを相対移動させる駆動装置における
前記移動部材の位置検出装置において、前記駆動部材に
高周波信号を印加する高周波電圧発生器と、前記移動部
材の移動方向に沿って平行に配置された前記移動部材に
対向する電極板と、前記移動部材と電極板との間の静電
容量を検出する静電容量検出器とを設け、前記高周波電
圧発生器から出力される高周波電圧を前記移動部材と電
極板との間に印加して検出された静電容量に基いて、前
記移動部材の移動方向の位置を検出することを特徴とす
る位置検出装置である。

【００２１】そして、前記移動部材に対向する電極板
は、前記移動部材の移動距離の最小検出単位以下のピッ
チで前記移動部材の移動方向に沿って形成された複数の
凹凸部を有するものとする。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を説
明する。

【００２３】［第１の実施の形態］図１はこの発明の第
１の実施の形態のアクチエータ１０の基本構成を説明す
る図である。図１において、１１は電気機械変換素子の
１つである圧電素子、１２は駆動軸、１３は駆動軸１２
に摩擦結合した移動部材、１４はアクチエータのフレー
ムを示す。圧電素子１１の一端はフレーム１４に接着等
の手段で固定され、圧電素子１１の他端には駆動軸１２
が接着等の手段で固定されている。また、１５は検出部
材で、移動部材１３の位置を静電容量に基づいて検出す
るための固定電極を構成するもので、移動部材１３の移
動方向に沿って平行に、非接触の状態で配置され、フレ
ーム１４に固定されている。

【００２４】駆動軸１２、移動部材１３、及び検出部材
１５（以下、固定電極１５ということがある）は導電性
の材料で構成されている。検出部材１５は移動部材に対
向する面に、移動部材の移動方向に沿って一定の間隔で
凹凸部が形成されて電極１５ａを構成しており、電極１
５ａと移動部材１３とは間隔Ｄを隔てて対向して静電容
量Ｃのコンデンサを形成している。

【００２５】アクチエータ１０を制御する制御回路１７
はＣＰＵで構成され、圧電素子１１に駆動パルスを供給
する駆動回路１８が接続される。駆動回路１８からは駆
動パルスが出力され、圧電素子１１に印加されると共
に、駆動パルスは駆動軸１２を経て移動部材１３にも供
給される。移動部材１３に印加される駆動パルスは、移
動部材１３と電極１５ａとが静電容量結合しているので
電極１５ａに向けて流れる。移動部材１３から電極１５
ａに流れる電流ｉは検出回路１９で検出され、制御回路
１７に入力される。

【００２６】移動部材１３と電極１５ａとの間の対向面
積をＳ、両者間の空気間隔をＤ、空気の誘電率をεとす
れば、移動部材１３と電極１５ａとの間に形成されるコ
ンデンサの静電容量Ｃは、以下の式（３）で表される。

【００２７】Ｃ＝ε・Ｓ／４πＤ・・・・・・・・・・・・・・・（３）この静電容量結合により移動部材１３から電極１５ａに
流れる電流ｉは、以下の式（４）で表される。

【００２８】ｉ＝Ｃ・ｄe(t)／ｄt ・・・・・・・・・・・・・・（４）移動部材１３が電極１５ａの凹凸部の凸部の直上に位置
する場合は、空気間隔Ｄが小さいので静電容量Ｃは大き
くなり、電流ｉも大きくなる。逆に、移動部材１３が電
極１５ａの凹凸部の凹部の直上に移動部材１３が位置す
る場合は、空気間隔Ｄが大きいので静電容量Ｃは小さく
なり、電流ｉも小さくなる。

【００２９】移動部材１３が電極１５ａの上を一定速度
で移動した場合、電極１５ａの凹凸部の形状に応じて電
流ｉも増減するので、電流ｉに基づいて移動部材１３の
位置を検出することができる。

【００３０】即ち、一定の間隔で凹凸部を形成して電極
１５ａを設けた検出部材１５の一端を基準位置、例えば
フレーム端部に設定し、移動部材１３の移動方向に平行
に配置しておく。移動部材１３が電極１５ａの上を一定
速度で移動すると、電極１５ａの凹凸部の形状に応じて
電流ｉも増減する。今、基準位置から移動部材１３が移
動を開始し、検出された電流ｉのピーク値の個数がｎ個
であるとすれば、ピーク値の個数は電極１５ａの凹凸部
の個数に等しいから、検出された電流ｉのピーク値の個
数ｎに凹凸部のピッチｐ（長さ）を乗算すれば、移動部
材１３の基準位置からの距離Ｘ（Ｘ＝ｎ×ｐ）を求める
ことができる。

【００３１】電極１５ａの凹凸部の寸法と空気間隔Ｄの
寸法は、アクチエータの用途により適宜決定することが
できるが、凹凸部のピッチは移動部材１３の移動距離の
最小検出単位以下のピッチとする。例えば、この実施例
では、凹凸部のピッチは２００μｍ、凹凸部の段差は５
００μｍ、空気間隔ｄは５０μｍである。これにより移
動部材１３の移動距離を２００μｍの精度で検出するこ
とができる。

【００３２】なお、検出回路１９で検出される電流ｉに
は、圧電素子を駆動する駆動パルスの周波数成分が含ま
れているが、電極１５ａの凹凸部の形状に応じて増減す
る検出電流ｉの周波数に比べて十分に高いので、検出電
流ｉのピーク値の検出に影響することはない。

【００３３】制御回路１７によるアクチエータ１０の制
御動作を簡単に説明する。制御回路１７の指令に基づい
て駆動回路１８が駆動され、圧電素子１１に緩やかな立
ち上り部とこれに続く急速な立ち下り部からなる波形の
駆動パルスが印加される。駆動パルスの緩やかな立ち上
り部では圧電素子１１が緩やかに厚み方向に伸び変位を
生じ、急速な立ち下り部では急速な縮み変位を生じ、圧
電素子１１に発生した速度の異なる厚み方向の振動は、
圧電素子１１に固着された駆動軸１２を異なる速度で往
復移動させ、駆動軸１２に摩擦結合した移動部材１３は
所定の方向に移動する。

【００３４】駆動軸１２上の移動部材１３の現在位置Ｘ
が検出回路１９で検出される。制御回路１７は入力され
た移動部材１３の現在位置と、別途入力されている移動
部材１３の目標位置とを比較し、その差が零になるよう
に駆動回路１８を駆動する。これにより、駆動軸１２に
摩擦結合した移動部材１３は所定の方向に移動され、目
標位置に設定される。

【００３５】図２は、図１で説明した電極１５ａの他の
構成例を示す図で、電極１５ａを２分割し、第１電極１
５ａＡの凹凸部のピッチｐに対して第２電極１５ａＢの
凹凸部のピッチｐが移動部材１３の移動方向に対して１
／４ピッチ位相がずれて配置された２相構成である。

【００３６】なお、図２では第１電極１５ａＡと第２電
極１５ａＢとが対向しているように示されているが、こ
れは位相ずれを説明するためのもので、実際には第１電
極１５ａＡと第２電極１５ａＢの凹凸部の先端は、移動
部材１３に対向し、移動部材１３に平行に配置されてい
る。

【００３７】移動部材１３から第１電極１５ａＡに流れ
る電流をｉＡ、第２電極１５ａＢに流れる電流をｉＢと
し、検出回路１９において、以下の演算を行い、ｉ＝（ｉＡ−ｉＢ）／（ｉＡ＋ｉＢ）その電流ｉのピーク値を求めることで、先の説明と同様
に移動部材１３の位置を検出することができる。

【００３８】また、検出電極を２相構成として検出電流
ｉＡとｉＢとの位相差を検出することで、移動部材１３
の移動方向を検出することができるほか、移動部材１３
と第１電極１５ａＡ、第２電極１５ａＢとの間隔Ｄの変
動に対する位置検出感度の変動を不感にすることができ
る。

【００３９】［第２の実施の形態］この発明の第２の実
施の形態について説明する。第１の実施の形態との相違
点は、移動部材１３の位置を静電容量に基づいて検出す
るための固定電極を構成する検出部材の検出電極の構成
が相違する。その他の構成は第１の実施の形態のものと
変わらないので、同一部材には同一符号を付して詳細な
説明を省略する。

【００４０】図３はこの発明の第２の実施の形態のアク
チエータ２０の基本構成を説明する図である。図３にお
いて、１１は電気機械変換素子の１つである圧電素子、
１２は駆動軸、１３は駆動軸１２に摩擦結合した移動部
材、１４はアクチエータのフレームを示す。圧電素子１
１の一端はフレーム１４に接着等の手段で固定され、圧
電素子１１の他端には駆動軸１２が接着等の手段で固定
されている。

【００４１】また、２１は検出部材で、移動部材１３の
位置を静電容量に基づいて検出するための固定電極を構
成するもので、移動部材１３の移動方向に沿って平行
に、非接触の状態で配置され、フレーム１４に固定され
ている。駆動軸１２、移動部材１３、及び検出部材２１
は導電性の材料で構成されている。

【００４２】図４は、検出部材２１の詳細を説明する平
面図で、検出部材２１は、絶縁体２１ｐの上に、直角三
角形の第１電極２１ａと第２電極２１ｂとが、斜辺を対
向させて形成されている。

【００４３】駆動回路１８から駆動パルスが出力され、
圧電素子１１に印加されると共に、駆動パルスは駆動軸
１２を経て移動部材１３にも供給される。移動部材１３
に印加される駆動パルスは、移動部材１３と第１電極２
１ａ、移動部材１３と第２電極２１ｂとがそれぞれ静電
容量結合しているので、第１電極２１ａ及び第２電極２
１ｂに向けて流れる。第１電極２１ａ及び第２電極２１
ｂに向けて流れる電流ｉは検出回路１９で検出され、制
御回路１７に入力される。

【００４４】今、例えば移動部材１３が第１電極２１ａ
側から第２電極２１ｂ側に向けて矢印ａ方向に移動する
ものとすれば、移動部材１３と第１電極２１ａとの間の
対向電極面積は次第に減少して両者間の静電容量Ｃａは
次第に減少し、移動部材１３と第２電極２１ｂとの間の
対向電極面積は次第に増加して両者間の静電容量Ｃｂは
次第に増加する。従って、移動部材１３から第１電極２
１ａに流れる電流ｉａは次第に減少し、移動部材１３か
ら第２電極２１ｂに流れる電流ｉｂは次第に増加する。

【００４５】移動部材１３が第２電極２１ｂ側から第１
電極２１ａ側に向けて、矢印ａと反対方向に移動する場
合は、移動部材１３と第１電極２１ａとの間の対向電極
面積は次第に増加して両者間の静電容量Ｃａは次第に増
加し、移動部材１３と第２電極２１ｂとの間の対向電極
面積は次第に減少して両者間の静電容量Ｃｂは次第に減
少する。移動部材１３から第１電極２１ａに流れる電流
ｉａが次第に増大し、移動部材１３から第２電極２１ｂ
に流れる電流ｉｂが次第に減少する。

【００４６】電流ｉａと電流ｉｂとの大きさを比較する
ことで、移動部材１３の検出部材２１に対する位置を求
めることができるほか、電流ｉａと電流ｉｂとの大きさ
が変化する方向により移動部材１３の移動方向を求める
ことができる。

【００４７】［第３の実施の形態］この発明の第３の実
施の形態について説明する。第１の実施の形態との相違
点は、第１の実施の形態では、圧電素子１１を駆動する
駆動パルスが駆動軸１２を経て移動部材１３にも供給さ
れ、移動部材１３の位置の検出にも使用されているのに
対し、第３の実施の形態では、駆動軸１２に高周波発振
器が接続され、その出力により移動部材１３の位置の検
出が行われる点にある。その他の構成は第１の実施の形
態のものと変わらないので、同一部材には同一符号を付
して詳細な説明を省略する。

【００４８】図５はこの発明の第３の実施の形態のアク
チエータ１０の基本構成を示す図である。図５におい
て、１１は電気機械変換素子の１つである圧電素子、１
２は駆動軸、１３は駆動軸１２に摩擦結合した移動部
材、１４はアクチエータのフレームを示す。圧電素子１
１の一端はフレーム１４に接着等の手段で固定され、圧
電素子１１の他端には駆動軸１２が接着等の手段で固定
されている。また、１５は検出部材で、移動部材１３の
位置を静電容量に基づいて検出するための固定電極を構
成するもので、移動部材１３の移動方向に沿って平行
に、非接触の状態で配置され、フレーム１４に固定され
ている。

【００４９】駆動軸１２、移動部材１３、及び検出部材
１５は導電性の材料で構成されている。検出部材１５は
移動部材１３に対向する面に、一定の間隔で凹凸部が形
成されて電極１５ａを構成しており、移動部材１３と電
極１５ａとは間隔Ｄを隔てて対向して静電容量Ｃのコン
デンサを形成している。

【００５０】アクチエータ１０を制御する制御回路１７
はＣＰＵで構成され、圧電素子１１に駆動パルスを供給
する駆動回路１８が接続される。

【００５１】高周波発振器２５からは高周波電圧が出力
され、駆動軸１２を経て移動部材１３に供給される。移
動部材１３に印加された高周波電圧は、移動部材１３と
電極１５ａとが静電容量結合しているので、移動部材１
３から電極１５ａに向けて高周波電流ｉが流れる。高周
波電流ｉは検出回路１９で検出され、制御回路１７に入
力される。

【００５２】第１の実施の形態の場合と同様に、移動部
材１３が電極１５ａの上を一定速度で移動した場合、電
極１５ａの凹凸部の形状に応じて検出された高周波電流
ｉも増減するので、検出された高周波電流ｉに基づいて
移動部材１３の位置を検出することができる。

【００５３】［第４の実施の形態］第４の実施の形態
は、上記したアクチエータを適用したレンズ駆動機構
で、レンズ位置の検出に関する構成部分を示している。

【００５４】図６は第４の実施の形態のレンズ駆動機構
３０の要部を示す斜視図で、３１は圧電素子、３２は駆
動軸、３３はレンズＬを保持するレンズ保持枠、３４は
レンズ保持枠３３の回転を防止し光軸方向に案内する案
内軸であるが、案内軸としての機能のほか、後述するよ
うに、レンズＬの位置を検出するコンデンサを形成する
部材でもある。

【００５５】レンズ保持枠３３には駆動軸３２に適当な
摩擦力で摩擦結合する摩擦結合部３３ａと、案内軸３４
に緩みなく且つ相対移動可能に嵌合する嵌合部３３ｂが
形成されている。駆動軸３２、レンズ保持枠３３、及び
嵌合部３３ｂは金属などの導電性材料で構成するとよ
い。

【００５６】図７は案内軸３４の構成を説明する図で、
図７の（ａ）（ｂ）に示すように、案内軸３４は、２本
の金属材料からなる軸部材３４ａと３４ｂとの端面を絶
縁性接着剤３４ｃで接着固定し、軸の円周方向の表面に
誘電体の被膜３４ｄを形成して構成する。

【００５７】図７の（ｃ）に示すように、レンズ保持枠
３３の嵌合部３３ｂを案内軸３４に嵌合させると、嵌合
部３３ｂと軸部材３４ａとの間にはコンデンサＣa が、
嵌合部３３ｂと軸部材３４ｂとの間にはコンデンサＣb
が形成される。この構成は、電極形状は異なるにして
も、前記した第２の実施の形態の図４で説明したものと
同様の構成である。

【００５８】図８は、嵌合部３３ｂと軸部材３４ａ及び
軸部材３４ｂとの相対位置と、形成されるコンデンサＣ
a 及びＣb の静電容量との関係を説明する図で、嵌合部
３３ｂが図８の（ａ）の状態から（ｂ）に示す状態に移
動すると、図８の（ｃ）（ｄ）に示すように、嵌合部３
３ｂと軸部材３４ａとの間のコンデンサＣa の静電容量
が減少し、嵌合部３３ｂと軸部材３４ｂとの間のコンデ
ンサＣb の静電容量が増加する。

【００５９】軸部材３４ａ及び軸部材３４ｂにそれぞれ
リード線Ａ及びＢを接続し、嵌合部３３ｂにリード線Ｅ
を接続し、嵌合部３３ｂと、軸部材３４ａ及び軸部材３
４ｂとの間の静電容量を検出することで、レンズ保持枠
３３の位置、即ちレンズＬの位置を検出することができ
るほか、静電容量の変化の方向を検出することで、レン
ズＬの移動方向も検出することができる。

【００６０】このとき、駆動軸３２、レンズ保持枠３
３、及び嵌合部３３ｂが金属などの導電性材料で構成さ
れているときは、駆動軸３２にリード線Ｅを接続すれば
電気的には嵌合部３３ｂにリード線Ｅを接続した構成と
同じになるから、嵌合部３３ｂと、軸部材３４ａ及び軸
部材３４ｂとの間の静電容量を検出することができる。
これにより、レンズ保持枠３３などの移動部材にリード
線を接続することにより生じる反力の影響を排除でき
る。

【００６１】なお、この実施の形態では、レンズ保持枠
３３に設けた嵌合部３３ｂは、嵌合孔により軸部材３４
ａ及び軸部材３４ｂと静電容量結合する構成であるが、
嵌合部３３ｂをＵ字状に形成して、軸部材３４ａ及び軸
部材３４ｂと静電容量結合する構成としてもよい。但
し、この場合は、嵌合部３３ｂと軸部材３４ａ及び軸部
材３４ｂとの間の対向部の面積が少なくなるから、形成
されるコンデンサの静電容量が小さくなる。

【００６２】［第５の実施の形態］第５の実施の形態
も、上記したアクチエータをレンズ駆動機構に適用した
もので、レンズ位置の検出に関する構成である。第５の
実施の形態は、第４の実施の形態と類似しているが、案
内軸が２本あり、電極へのリード線の取付に特徴があ
る。

【００６３】図９は第５の実施の形態のレンズ駆動機構
４０の要部を示す斜視図で、４１は圧電素子、４２は駆
動軸、４３はレンズＬを保持するレンズ保持枠、４４及
び４５はレンズ保持枠４３の回転を防止し光軸方向に案
内する案内軸である。

【００６４】レンズ保持枠４３には駆動軸に適当な摩擦
力で摩擦結合する摩擦結合部４３ａと、案内軸４４及び
４５に緩みなく且つ相対移動可能に嵌合する嵌合部４３
ｂが形成されている。レンズ保持枠４３の嵌合部４３ｂ
は金属製とする。

【００６５】図１０は案内軸４４及び４５の構成を説明
する断面図で、第４の実施の形態で説明した案内軸と同
一の構成であり、案内軸４４は、２本の金属材料からな
る軸部材４４ａと４４ｂとを絶縁性接着剤４４ｃで接着
固定し、軸の円周方向の表面に誘電体の被膜４４ｄを形
成して構成される。案内軸４５も同一の構成で、２本の
金属材料からなる軸部材４５ａと４５ｂとを絶縁性接着
剤４５ｃで接着固定し、軸の円周方向の表面に誘電体の
被膜４５ｄを形成して構成される。

【００６６】レンズ保持枠４３の嵌合部４３ｂを案内軸
４４及び４５に嵌合させると、軸部材４４ａと嵌合部４
３ｂとの間に形成されたコンデンサと嵌合部４３ｂと軸
部材４５ａとの間に形成されたコンデンサとが直列に接
続されて、軸部材４４ａと軸部材４５ａとの間にコンデ
ンサＣａが形成される。

【００６７】また、軸部材４４ｂと嵌合部４３ｂとの間
に形成されたコンデンサと嵌合部４３ｂと軸部材４５ｂ
との間に形成されたコンデンサとが直列に接続されて、
軸部材４４ｂと軸部材４５ｂとの間にコンデンサＣｂが
形成される。

【００６８】従って、軸部材４４ａ、４５ａにそれぞれ
リード線Ａ1 、Ａ2 を取付け、軸部材４４ｂ、４５ｂに
それぞれリード線Ｂ1 、Ｂ2 を接続すると、リード線Ａ
1 とＡ2 間にコンデンサＣａが接続され、リード線Ｂ1
とＢ2 間にコンデンサＣb が接続されることになる。

【００６９】図１１は、嵌合部４３ｂの位置と、形成さ
れるコンデンサＣa 及びＣb の静電容量との関係を説明
する図で、嵌合部４３ｂが図１０の（ａ）の状態から
（ｂ）に示す状態に移動すると、嵌合部４３ｂと軸部材
４４ａ及び軸部材４５ａの間のコンデンサＣa の静電容
量（リード線Ａ1 −Ａ2 間の静電容量）は図１１の
（ａ）に示すように減少し、嵌合部４３ｂと軸部材４４
ｂ及び軸部材４５ｂとの間のコンデンサＣb の静電容量
（リード線Ｂ1 −Ｂ2 間の静電容量）は図１１の（ｂ）
に示すように増加する。

【００７０】コンデンサＣa とＣb の静電容量を検出す
ることで、レンズ保持枠４３の位置、即ちレンズＬの位
置を検出することができるほか、静電容量の変化の方向
を検出することで、レンズＬの移動方向も検出すること
ができる。

【００７１】第５の実施の形態では、レンズ保持枠４３
の嵌合部４３ｂにリード線を接続する必要がないから、
レンズ保持枠４３などの移動部材にリード線を接続する
ことにより生じる反力の影響を排除できる。

【００７２】［第６の実施の形態］第６の実施の形態
も、上記したアクチエータをレンズ駆動機構に適用した
もので、レンズ位置の検出に関する構成である。第６の
実施の形態はレンズ保持枠の位置の検出に、電極を形成
したフレキシブル基板を使用した点に特徴がある。

【００７３】図１２は第６の実施の形態のレンズ駆動機
構５０の要部を示す斜視図で、５１は圧電素子、５２は
駆動軸、５３はレンズＬを保持するレンズ保持枠であ
る。

【００７４】レンズ保持枠５３には駆動軸５２に適当な
摩擦力で摩擦結合する摩擦結合部５３ａが形成されてい
るほか、レンズ保持枠５３には、後述するフレキシブル
基板５５を跨ぐスリット５４ａを備えた金属ブロック５
４が取付けられている。

【００７５】なお、レンズ保持枠５３の揺動を防止し、
駆動軸５２の方向への移動を案内する案内軸は図示され
ていないが、駆動軸５２に軸方向に延びる案内溝を設け
るなど断面形状を工夫することでレンズ保持枠５３の揺
動を防止してもよく、また、別に案内軸を設けてもよ
い。

【００７６】図１３はフレキシブル基板５５の構成を説
明する斜視図で、フレキシブルな高誘電率の樹脂フイル
ムからなる基板５５ｐの上に金属箔を貼着するか金属蒸
着する等の手法により、２つの電極５５ａ及び５５ｂを
形成し、その上から高誘電率の樹脂フイルム５５ｑを貼
着する。このとき、基板５５ｐ上の電極５５ａ及び５５
ｂの両端部はリード線の接続部とし、樹脂フイルム５５
ｑを貼着しない。

【００７７】図１２に示すように、レンズ保持枠５３に
取付けられている金属ブロック５４のスリット５４ａに
フレキシブル基板５５を嵌挿すると、金属ブロック５４
とフレキシブル基板５５の電極５５ａとの間にはコンデ
ンサＣa が、金属ブロック５４と電極５５ｂとの間には
コンデンサＣb が形成される。

【００７８】この構成は、電極形状は異なるにしても、
電気的には前記した第２の実施の形態において、図４で
説明したものと同様の構成であり、レンズ保持枠５３の
移動により金属ブロック５４がフレキシブル基板５５の
表面に沿って移動すると、コンデンサＣa とＣb の一方
の静電容量が減少し、他方の静電容量が増加するから、
コンデンサＣa とＣb の静電容量を検出することで、レ
ンズ保持枠５３の位置、即ちレンズＬの位置を検出する
ことができるほか、静電容量の変化の方向を検出するこ
とで、レンズＬの移動方向も検出することができる。

【００７９】図１４はフレキシブル基板５５の構成の変
形例を説明する斜視図で、フレキシブル基板５５の上に
形成する２つの電極５５ａ及び５５ｂを、それぞれ電極
５５ａＡと電極５５ａＢ、電極５５ｂＡと電極５５ｂＢ
とに分割したものである。

【００８０】この構成によれば、電極５５ａＡと金属ブ
ロック５４との間に形成されたコンデンサと金属ブロッ
ク５４と電極５５ａＢとの間に形成されたコンデンサと
が直列に接続されて電極５５ａＡと電極５５ａＢとの間
にコンデンサＣa が形成され、また、電極５５ｂＡと金
属ブロック５４との間に形成されたコンデンサと金属ブ
ロック５４と電極５５ｂＢとの間に形成されたコンデン
サとが直列に接続されて電極５５ｂＡと電極５５ｂＢと
の間にコンデンサＣb が形成される。

【００８１】この構成は、電極形状は異なるにしても、
電気的には前記した第５の実施の形態で図１０、図１１
で説明したものと同様の構成であり、レンズ保持枠５３
の移動により金属ブロック５４がフレキシブル基板５５
の表面に沿って移動すると、コンデンサＣa とＣb の一
方の静電容量が減少し、他方の静電容量が増加するか
ら、静電容量を検出することで、レンズ保持枠５３の位
置、即ちレンズＬの位置を検出することができるほか、
静電容量の変化の方向を検出することで、レンズＬの移
動方向も検出することができる。

【００８２】第６の実施の形態では、レンズ保持枠５３
の金属ブロック５４にリード線を接続する必要がないか
ら、レンズ保持枠５３などの移動部材にリード線を接続
することにより生じる反力の影響を排除できる。

【００８３】［第７の実施の形態］第７の実施の形態
も、上記したアクチエータをレンズ駆動機構に適用した
もので、レンズ位置の検出に関する構成である。第７の
実施の形態もレンズ保持枠の位置の検出に、電極を形成
したフレキシブル基板を使用したものである。

【００８４】図１５は第７の実施の形態のレンズ駆動機
構６０の要部を示す斜視図で、６１は圧電素子、６２は
駆動軸、６３はレンズＬを保持するレンズ保持枠であ
る。

【００８５】レンズ保持枠６３には駆動軸６２に適当な
摩擦力で摩擦結合する摩擦結合部６３ａが形成されてい
るほか、レンズ保持枠６３の延長部には中間電極部材６
４が取付けられている。

【００８６】また、レンズ駆動機構の図示しないフレー
ムには、駆動軸６２の軸方向、即ちレンズＬの移動方向
に平行に２枚のフレキシブル基板６５及び６６が配置さ
れており、フレキシブル基板６５及び６６の上に形成さ
れた電極と、レンズ保持枠６３の延長部に設けられた中
間電極部材６４とが対向している。

【００８７】なお、レンズ保持枠６３の揺動を防止し、
駆動軸６２の方向への移動を案内する案内軸は図示され
ていないが、駆動軸６２に軸方向に延びる案内溝を設け
るなど断面形状を工夫することで、レンズ保持枠６３の
揺動を防止してもよく、別に案内軸を設けてもよい。

【００８８】フレキシブル基板６５及び６６の構成は、
図１３で説明したものと同一であるから詳細な説明を省
略するが、フレキシブル基板６５には２つの電極６５ａ
及び６５ｂが形成され、フレキシブル基板６６には２つ
の電極６６ａ及び６６ｂが形成されている。

【００８９】フレキシブル基板６５の上に形成された電
極６５ａ及び電極６５ｂと、フレキシブル基板６６の上
に形成された電極６６ａ及び電極６６ｂと、レンズ保持
枠６３の延長部に設けられた中間電極部材６４とが対向
しているから、電極６５ａと中間電極部材６４との間に
形成されたコンデンサと中間電極部材６４と電極６６ａ
との間に形成されたコンデンサとが直列に接続されてコ
ンデンサＣa が形成され、また、電極６５ｂと中間電極
部材６４との間に形成されたコンデンサと中間電極部材
６４と電極６６ｂとの間に形成されたコンデンサとが直
列に接続されてコンデンサＣb が形成される。

【００９０】この構成は、電極形状は異なるにしても、
電気的には前記した第５の実施の形態で図１０、図１１
で説明したものと同様の構成であり、レンズ保持枠６３
の移動により中間電極部材６４がフレキシブル基板６６
の間を移動すると、コンデンサＣa とＣb の一方の静電
容量が減少し、他方の静電容量が増加するから、静電容
量を検出することで、レンズ保持枠６３の位置、即ちレ
ンズＬの位置を検出することができるほか、静電容量の
変化の方向を検出することで、レンズＬの移動方向も検
出することができる。

【００９１】第７の実施の形態では、レンズ保持枠６３
の中間電極部材６４にリード線を接続する必要がないか
ら、レンズ保持枠６３などの移動部材にリード線を接続
することにより生じる反力の影響を排除できる。

【００９２】以上、この発明の各種の実施の形態を説明
したが、上記した実施の形態には以下に記載する発明も
含まれる。

【００９３】請求項１記載の位置検出装置は、移動部材
が所定の移動方向にのみ移動するよう案内する案内部材
を備え、該案内部材と移動部材とは電気的には静電容量
結合すると共に、機構的には一方が他方に摺動自在に嵌
挿されていることを特徴とする位置検出装置。

【００９４】

【発明の効果】以上、詳細に説明したとおり、この発明
の位置検出装置は、電気機械変換素子を使用したアクチ
エータの移動部材に接近して固定電極を配置し、移動部
材と固定電極との間の静電容量に基いて移動部材の位置
を検出するように構成したものである。

【００９５】これにより、移動部材の位置の検出を非接
触で行うことができ、従来の装置のように、移動部材に
リード線を接続して発生する反力により駆動部材に不必
要に負荷を加えることがないばかりでなく、移動部材は
リード線からの反力による負荷をうけないので、精度の
高い位置の検出が可能となる。

【００９６】また、従来の非接触型の位置検出装置より
も構成が簡単になるので、部品点数を削減でき、製造コ
ストを引下げることができる等の、顕著な効果を得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態のアクチエータの基本構成を
説明する図。

【図２】図１で説明したアクチエータの検出電極の他の
構成例を示す図。

【図３】第２の実施の形態のアクチエータの基本構成を
説明する図。

【図４】図３で説明したアクチエータの検出電極の構成
例を示す図。

【図５】第３の実施の形態のアクチエータの基本構成を
説明する図。

【図６】第４の実施の形態のレンズ駆動機構の要部を示
す斜視図。

【図７】図６に示すレンズ駆動機構の案内軸の構成を説
明する断面図。

【図８】嵌合部と２つの軸部材との相対位置と、形成さ
れる２つのコンデンサの静電容量との関係を説明する
図。

【図９】第５の実施の形態のレンズ駆動機構の要部を示
す斜視図。

【図１０】図１０に示すレンズ駆動機構の案内軸の構成
を説明する断面図。

【図１１】図１０に示すレンズ駆動機構の嵌合部と２つ
の軸部材との相対位置と、形成される２つのコンデンサ
の静電容量との関係を説明する図。

【図１２】第６の実施の形態のレンズ駆動機構の要部を
示す斜視図。

【図１３】図１３に示すレンズ駆動機構のフレキシブル
基板の構成を説明する斜視図（その１）。

【図１４】図１３に示すレンズ駆動機構のフレキシブル
基板の構成を説明する斜視図（その２）。

【図１５】第７の実施の形態のレンズ駆動機構の要部を
示す斜視図。

【図１６】従来の圧電素子を使用したアクチエータの構
成を説明する図。

【符号の説明】１０、２０アクチエータ１１圧電素子（電気機械変換素子）１２駆動軸１３移動部材１４フレーム１５検出部材（固定電極）１５ａ電極１７制御回路１８駆動回路１９検出回路２１検出部材（固定電極）２１ａ第１電極２１ｂ第２電極２５高周波発振器３０、４０、５０、６０レンズ駆動機構３１、４１、５１、６１圧電素子３２、４２、５２、６２駆動軸３３、４３、５３、６３レンズ保持枠３３ａ、４３ａ、５３ａ、６３ａ摩擦結合部３３ｂ、４３ｂ嵌合部３４、４４、４５案内軸３４ａ、３４ｂ、４４ａ、４４ｂ、４５ａ、４５ｂ軸
部材５４金属ブロック５４ａスリット５５、６５、６６フレキシブル基板５５ａ、５５ｂ、６５ａ、６５ｂ、６６ａ、６６ｂ電
極６４中間電極部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者湯浅智行大阪府大阪市中央区安土町二丁目３番13号大阪国際ビルミノルタ株式会社内Ｆターム(参考） 2F063 AA02 BA30 BB02 BD15 CA23 CA34 DA05 EA02 HA05 HA12 HA14 HA15 HA18 KA04 KA05 NA06 2F077 AA49 CC02 HH02 HH03 HH05 HH11 NN05 PP01 QQ05 RR02 RR03 VV02 2H044 DB04 DC01 DE01 DE06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】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、前記駆動部材に摩擦結合された移動部材と、前記電気機械変換素子に駆動パルスを供給する駆動回路
とを備え、前記電気機械変換素子に駆動パルスを供給して伸びと縮
みの速度の異なる伸縮変位振動を発生させて前記駆動部
材と前記移動部材とを相対移動させる駆動装置における
前記移動部材の位置検出装置において、前記移動部材の移動方向に沿って平行に配置され、前記
移動部材に対向する電極板と、前記移動部材と電極板との間の静電容量を検出する静電
容量検出器と、を設け、前記駆動パルスを前記移動部材と電極板との間に印加し
て検出された静電容量に基いて前記移動部材の移動方向
の位置を検出することを特徴とする位置検出装置。
【請求項２】前記駆動部材と前記移動部材とは導電性
材料で構成され、前記電気機械変換素子の電極と前記駆
動部材とは電気的に接続されていることを特徴とする請
求項１記載の位置検出装置。
【請求項３】前記移動部材に対向する電極板は、電気
機械変換素子が固定される固定部材に設けられることを
特徴とする請求項１記載の位置検出装置。
【請求項４】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、前記駆動部材に摩擦結合された移動部材と、前記電気機械変換素子に駆動パルスを供給する駆動回路
とを備え、前記電気機械変換素子に駆動パルスを供給して伸びと縮
みの速度の異なる伸縮変位振動を発生させて前記駆動部
材と前記移動部材とを相対移動させる駆動装置における
前記移動部材の位置検出装置において、前記駆動部材に高周波信号を印加する高周波電圧発生器
と、前記移動部材の移動方向に沿って平行に配置され、前記
移動部材に対向する電極板と、前記移動部材と電極板との間の静電容量を検出する静電
容量検出器とを設け、前記高周波電圧発生器から出力される高周波電圧を前記
移動部材と電極板との間に印加して検出された静電容量
に基いて前記移動部材の移動方向の位置を検出すること
を特徴とする位置検出装置。
【請求項５】前記移動部材に対向する電極板は、前記
移動部材の移動距離の最小検出単位以下のピッチで前記
移動部材の移動方向に沿って形成された複数の凹凸部を
有することを特徴とする請求項１、２、３又は４のいず
れかに記載の位置検出装置。