JP2004056951A - Drive circuit, drive method and imaging device of piezoelectric actuator - Google Patents

Drive circuit, drive method and imaging device of piezoelectric actuator Download PDF

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Satoshi Masuda
増田 敏
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce the percussive noise of an impact-type piezoelectric actuator generated when starting and stopping the actuator. <P>SOLUTION: A drive shaft 103 fixedly coupled to a piezoelectric element 101 is capable of generating stretching variable vibrations different in speeds based on a drive signal and moving a lens hold frame 122 frictionally coupled to the drive shaft 103. In starting, the drive signal that does not drive the lens hold frame 122 even if the drive signal is applied to the piezoelectric element 101 is rapidly applied, and then the drive signal is varied so that the speed of the lens hold frame 122 is increased. In stopping, after varying the drive signal so that the speed of the lens hold frame 122 is decreased, the drive signal is continued to be applied until reaching a state that the lens hold frame 122 is not driven even if the drive signal is applied to the piezoelectric element 101. Thereafter, the lens hold frame 122 is brought into a static state by a static friction force. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カメラその他の精密機械等を構成する機構部品を移動させるための圧電アクチュエータを使用した駆動装置の駆動回路および駆動方法に関する。また、上記駆動回路を用いた撮像装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、カメラや精密機械その他の精密機械等を構成する機構部品の駆動装置として、インパクト型圧電アクチュエータからなる駆動装置が知られている。インパクト型圧電アクチュエータは単純な構成で小型化、高精度化、高速化が可能なアクチュエータである。図15はインパクト型圧電アクチュエータを含む駆動装置の基本構成を示す図である。圧電素子101と、圧電素子が固着された支持部材102と、圧電素子に固着されて圧電素子とともに変位する駆動部材103と、駆動部材に摩擦結合した被駆動部材104と圧電素子に電圧を印加する駆動回路105とからなる。被駆動部材104はバネ106によって駆動部材103に押圧されている。
【0003】
圧電素子101に対し、緩やかな立ち上がり部とこれに続く急速な立下がり部からなる波形の駆動信号を印加すると、駆動信号の緩やかな立ち上がり部では圧電素子101は緩やかに厚み方向の伸び変位を生じ、急速な立下がり部では急速な縮み変位を生じる。圧電素子101に上記駆動信号を印加した場合、緩やかな立ち上がり部では圧電素子101の緩やかな伸びとともに、駆動部材103およびそれに摩擦結合している被駆動部材104が繰り出し方向(支持部材102から遠ざかる方向)に移動する。急速な立下がり部では圧電素子101が急速に縮み、それに伴って駆動部材103も戻り方向に移動するが、被駆動部材104は慣性力が摩擦力に打ち勝ち、その場にとどまる。その結果、非駆動部材104は駆動信号の印加とともに、間欠的に移動する。
【0004】
上記の、圧電素子を使用した直線駆動機構では、駆動信号により圧電素子が駆動される時に発生する振動音が人間に不快感を与えるが、駆動信号の周波数を可聴周波数外である20kHzを超える周波数(超音波)の駆動信号で駆動すると振動音が聞こえなくなる。しかしながら、応答性に優れているインパクト型圧電アクチュエータでは、始動/停止時に、駆動信号をON/OFF制御すると、移動部材が急激に移動又は停止して著しい速度変化が生じるため、始動または停止時に衝撃音が発生するという不都合があった。
【0005】
始動または停止時の衝撃音を軽減させるための技術が、特開平9−191676号公報に記載されている。特開平9−191676号公報では、圧電素子(電気機械変換素子)に対する駆動信号を印加時間あるいは印加電圧を徐々に増加しあるいは徐々に減少させる制御を行って、圧電素子に印加される電荷を制御して、駆動速度を徐々に増加あるいは減少するように制御している。これにより、駆動時の音のみならず、始動あるいは停止時の加速度が減少し衝撃音が低下している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平9−191676号公報に示す先行技術では、始動あるいは停止時に発生する衝撃音を人間の耳に聞き取れないレベルにする必要がある場合には、静止状態から目標速度に到達するまでの始動制御時間、あるいは駆動状態から停止するために必要な停止制御時間を長く取る必要があった。このため被駆動部材の駆動、停止、反転を繰り返し行う場合などには、長い始動制御時間あるいは停止制御時間のため、平均駆動速度が小さくなり十分な応答速度が得られないといった問題があった。
【0007】
本発明はこのような点に鑑み、始動または停止時の発生音を静音化し、始動制御時間または停止制御時間を短縮することのできる、静かで高レスポンスなインパクト型圧電アクチュエータの駆動回路および駆動方法を提供する。また、上記駆動回路を有する撮像装置を提供する。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1の発明では駆動信号が印加されることにより伸縮する圧電素子と、圧電素子の伸縮方向の一方端に固着された支持部材と、圧電素子の伸縮方向における他方端に固着された駆動部材と、駆動部材に所定の摩擦力で係合された被駆動部材からなり、圧電素子を異なる速度で伸縮させることで被駆動部材を支持部材に対し相対移動させる圧電アクチュエータの駆動回路において、駆動信号として圧電素子に与えられるべき電圧を供給する電圧制御回路手段と、駆動信号が所望の周波数およびデューティ比となるよう駆動パルスを発生させるパルス発生手段と、電圧制御回路手段およびパルス発生手段の少なくとも一方に制御信号を出力する制御手段を有し、制御手段は、被駆動部材の始動時に圧電素子に印加しても被駆動部材が駆動されない駆動信号が印加された状態から被駆動部材の加速度の絶対値が増加するよう駆動信号を変化させる始動時制御信号、及び被駆動部材の停止時に圧電素子に印加しても被駆動部材が駆動されない駆動信号が印加された状態となるまで被駆動部材の加速度の絶対値が減少するよう駆動信号を印加する停止時制御信号のうち、少なくとも一方の制御信号を出力することを特徴とする。
【0009】
請求項2の発明では、駆動信号が印加されることにより伸縮する圧電素子と、圧電素子の伸縮方向の一方端に固着された支持部材と、圧電素子の伸縮方向における他方端に固着された駆動部材と、駆動部材に所定の摩擦力で係合された被駆動部材からなり、圧電素子を異なる速度で伸縮させることで被駆動部材を支持部材に対し相対移動させる圧電アクチュエータの駆動回路において、駆動信号として圧電素子に与えられるべき電圧を供給する電圧制御回路手段と、駆動信号が所望の周波数およびデューティ比となるよう駆動パルスを発生させるパルス発生手段と、電圧制御回路手段およびパルス発生手段の少なくとも一方に制御信号を出力する制御手段を有し、制御手段は、被駆動部材の始動時に被駆動部材が駆動部材に対し静止摩擦力により静止している状態から圧電素子に印加しても被駆動部材が駆動されない駆動信号を比較的急速に印加した後被駆動部材の速度が増加するよう比較的緩速に駆動信号を変化させる始動時制御信号、及び被駆動部材の停止時に圧電素子に印加しても被駆動部材が駆動されない駆動信号が印加された状態となるまで被駆動部材の速度が減少するよう比較的緩速に変化させた駆動信号を印加した後被駆動部材が駆動部材に対し静止摩擦力によって静止する状態となるよう比較的急速に駆動信号を印加する停止時制御信号のうち、少なくとも一方の制御信号を出力することを特徴とする。
【0010】
請求項3の発明では、前記駆動回路において、前記制御手段は、駆動信号として圧電素子に与えられるべき電圧を変化させる制御信号及び駆動パルスのデューティ比を変化させる制御信号のうち少なくとも一方の制御信号を出力することを特徴とする。
【0011】
請求項4の発明では、駆動信号が印加されることにより伸縮する圧電素子と、圧電素子の伸縮方向の一方端に固着された支持部材と、圧電素子の伸縮方向における他方端に固着された駆動部材と、駆動部材に所定の摩擦力で係合された被駆動部材からなり、圧電素子を異なる速度で伸縮させることで被駆動部材を支持部材に対し相対移動させる圧電アクチュエータの駆動方法において、被駆動部材の始動時に圧電素子に印加しても被駆動部材が駆動されない駆動信号が印加された状態から被駆動部材の加速度の絶対値が増加するよう駆動信号を変化させる駆動制御、及び被駆動部材の停止時に圧電素子に印加しても被駆動部材が駆動されない駆動信号が印加された状態となるまで被駆動部材の加速度の絶対値が減少するよう駆動信号を印加する駆動制御のうち、少なくとも一方の駆動制御を行うことを特徴とする。
【0012】
請求項5の発明では、駆動信号が印加されることにより伸縮する圧電素子と、圧電素子の伸縮方向の一方端に固着された支持部材と、圧電素子の伸縮方向における他方端に固着された駆動部材と、駆動部材に所定の摩擦力で係合された被駆動部材からなり、圧電素子を異なる速度で伸縮させることで被駆動部材を支持部材に対し相対移動させる圧電アクチュエータの駆動方法において、被駆動部材の始動時に、被駆動部材が駆動部材に対して静止摩擦力で静止している状態から圧電素子に印加しても被駆動部材が駆動されない駆動信号を比較的急速に印加した後被駆動部材の速度が増加するよう比較的緩速に変化させた駆動信号を印加する駆動制御、及び被駆動部材の停止時に、圧電素子に印加しても被駆動部材が駆動されない駆動信号が印加された状態となるまで被駆動部材の速度が減少するよう比較的緩速に変化させた駆動信号を印加した後被駆動部材が駆動部材に対し静止摩擦力によって静止する駆動信号を比較的急速に印加する駆動制御のうち少なくとも一方の駆動制御を行うことを特徴とする。
【0013】
請求項6の発明では、前記駆動方法において、前記駆動信号の電圧及びデューティ比のうち、少なくとも一方を変化させることを特徴とする。
【0014】
請求項7の発明では、さらに前記駆動方法における前記被駆動部材の停止状態において、前記被駆動部材が前記駆動部材に対して静止摩擦力によって静止していることを特徴とする。
【0015】
請求項1乃至7の発明では、被駆動部材の始動及び停止時に発生する衝撃音が人間の耳に聞こえないレベルまで低減され静かな駆動が可能となる。さらに短い始動制御時間あるいは停止制御時間で駆動が可能なため高レスポンスな駆動が可能となる。
【0016】
請求項8の発明は、請求項1乃至3のいずれかに記載の駆動回路を有する撮像装置である。この発明により、単純な構成で小型化、高精度化、高速化が可能であり、かつ静音化されたアクチュエータをレンズ駆動等に利用でき、より小型で高品質な撮像装置が実現できる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図15で示した従来例や以下に示す実施形態の相互において、同一の部分や相当する部分には、同一の符号を付して重複説明を適宜省略する。
【0018】
図11は、本発明の第1の実施形態に係る、デジタルカメラの構成を示すブロック図である。図11に示すように、デジタルカメラは、カメラ本体部200および撮像部300から構成される。
【0019】
撮像部300のズームレンズ301は3群で構成されたレンズであり、1群、2群の移動で変倍を行い、3群の移動でフォーカスを行う。
【0020】
CCD303は、ズームレンズ301によって結像された被写体の光を、R(赤)、G(緑)、B(青)の色成分の画像信号(各画素で受光された画素信号の信号列からなる信号)に光電変換して出力する。
【0021】
タイミングジェネレータ314は、カメラ本体部200のタイミング制御回路202から送信される基準クロックに基づきCCD303の駆動制御信号を生成する。タイミングジェネレータ314は、例えば、積分開始/終了(露出開始/終了)のタイミング信号、各画素の受光信号の読出制御信号(水平同期信号、垂直同期信号、転送信号等)等のクロック信号を生成し、CCD303に出力する。
【0022】
信号処理回路313は、CCD303から出力される画像信号(アナログ信号)に所定のアナログ信号処理を施すものである。信号処理回路313は、CDS(相関二重サンプリング)回路とAGC(オートゲインコントロール)回路とを有し、CDS回路により画像信号のノイズの低減を行い、AGC回路でゲインを調整することにより画像信号のレベル調整を行う。
【0023】
撮像部300においては、ズームアクチュエータ320、フォーカスアクチュエータ321、絞りモータ330、手ぶれ補正アクチュエータ322が、カメラ本体部200に設けられたズームアクチュエータ駆動回路215、フォーカスアクチュエータ駆動回路214、絞りモータ駆動回路216、手ぶれ補正アクチュエータ駆動回路217によってそれぞれ駆動される。
【0024】
次に、カメラ本体部200のブロックについて説明する。カメラ本体部200内において、A/D変換器205は、画像の各画素の信号を例えば12ビットのデジタル信号に変換(A/D変換)するものである。A/D変換器205は、タイミング制御回路202から入力されるA/D変換用の基準クロックに基づいて各画素信号(アナログ信号)をデジタル信号に変換する。
【0025】
タイミング制御回路202は、タイミングジェネレータ314、A/D変換器205に対する基準クロックを生成するように構成されている。タイミング制御回路202は、全体制御部270によって制御される。
【0026】
A/D変換器205によって変換されたデジタル信号は、画像処理部240及び全体制御部270にそれぞれ入力される。画像処理部240に入力されるデジタル信号は、画像処理部240において各種画像処理が施され、撮影画像としてメモリカード91へ記憶される。また、ライブビュー表示画像としてLCD80に表示される。一方、全体制御部270に入力されるデジタル信号は、全体制御部270が被写体からの入射光の輝度、色バランス、コントラスト等を演算するために利用される。
【0027】
画像メモリ209は、画像処理部240から出力される画像のデータを記憶するメモリである。画像メモリ209は、1フレーム分の記憶容量を有している。すなわち、画像メモリ209は、CCD303がn行m列の画素を有している場合、n×m画素分のデータの記憶容量を有し、各画素のデータが対応するアドレスに記憶される。
【0028】
VRAM(ビデオRAM)210は、LCD80に再生表示される画像のバッファメモリである。VRAM210は、LCD80の画素数に対応した画像データを格納することが可能な記憶容量を有している。
【0029】
フラッシュ制御回路217は、内蔵フラッシュ150の発光を制御する回路であり、全体制御部270からの発光開始信号に基づいて内蔵フラッシュ150を、所定時間発光させる。
【0030】
手ぶれ検出部160は、デジタルカメラに加わる速度要素(並進速度や角速度など)の値を検出することにより手ぶれを検出する手ぶれ検出装置であって、ジャイロである。2軸方向の速度要素の値を検出し、全体制御部270に出力する。なお、手ぶれ検出部160は加速度要素(並進加速度や角加速度など)の値を検出する加速度センサでもよい。
【0031】
カードインターフェイス212は、カードスロット280を介してメモリカード91への画像の書き込みおよび読み出しを行うためのインターフェイスである。
【0032】
操作部250は、各種スイッチ、ボタンを包括するものであり、ユーザによって操作入力される情報は、操作部250を介して全体制御部270に伝達される。
【0033】
全体制御部270は、マイクロコンピュータからなり、撮影機能及び再生機能を集中制御するものである。全体制御部270は、その本体部となるCPU271と、上述した撮像部300内およびカメラ本体部200内の各部材の駆動を有機的に制御するためのプログラムが記憶されたROM273と、演算作業を行うための作業領域となるRAM272を備えている。なお、メモリカード91等の記録媒体に記録されているプログラムをカードインターフェイス212を介して読み出し、ROM273に格納することができるようになっている。
【0034】
本実施形態では、ズームアクチュエータ320およびズームアクチュエータ駆動回路215について詳細に説明する。
【0035】
図1は、ズームアクチュエータ320を含むレンズ駆動機構と、ズームアクチュエータ駆動回路215の基本構成を示す図である。ズームアクチュエータ320はズームレンズ301の1群および2群を移動させる。
【0036】
まず、ズームアクチュエータ320を含むレンズ駆動機構について説明する。図1において、103は駆動軸で、図示しないレンズ鏡筒から延長された支持腕124により光軸方向に平行に移動自在に支持されている。圧電素子101は図示していないレンズ鏡筒の延長部102に接着固定され、他の端は駆動軸103の一端に接着固定されている。
【0037】
122はレンズ保持枠で、レンズL1を支持する。レンズ保持枠122の上方の延長部分はスライダブロック122aが形成され、駆動軸103が貫通している。
【0038】
スライダブロック122aの中央上部には切り欠き部122bが形成され、切り欠き部122bにおいて駆動軸103の上半分が露出している。また、この切り欠き部122bには駆動軸103の上半分に当接するパッド126が嵌挿され、パッド126はコイルスプリング127により駆動軸103に当接する下向きの付勢力Fが与えられている。この構成により、パッド126を含むスライダブロック122aと駆動軸103とはコイルスプリング127の付勢力Fにより圧接され、摩擦係合している。
【0039】
次にズームアクチュエータ駆動回路215について説明する。制御部110は、全体制御部270内に存在し、パルス発生部112に対しパルス発生のためのパルス制御信号を出力するとともに、電圧制御回路部113に対して駆動電圧を変化させるための電圧制御信号を出力し、圧電素子101に印加される駆動信号を制御する。
【0040】
パルス発生部112は、駆動回路部111に対して所望の周波数とデューティ比を持った駆動パルスを出力する。
【0041】
電圧制御回路部113は、電圧制御信号を受けて所望の駆動電圧を作成し出力する。図2は、電圧制御回路部113の構成例を示す図である。制御部110からの電圧制御信号が、D/A変換器131によりアナログ信号に変換され増幅器132により増幅される。増幅された信号はパワートランジスタ133のベースに入力される。パワートランジスタ133のベースに信号が入力されると、その入力信号電圧からベース−エミッタ間電圧を差し引いた電圧が駆動電圧として駆動回路部111へ出力される。トランジスタ133を使用することで、駆動回路部111へ十分な電流容量が確保される。このため、圧電素子に電荷を瞬間的に充電させることができ、瞬時に変位を起こすことができる。
【0042】
電源114は、制御部110、駆動回路部111、パルス発生部112および電圧制御回路部113に、それぞれの回路を駆動させるための電圧を供給するとともに、電圧制御回路部113に、駆動回路部111に出力するための駆動電圧を供給する。また、図示していないが、その他の回路にも駆動電圧を供給する。
【0043】
本実施形態では、駆動信号に矩形波を用いる。特開2001−268951号公報に記載されているように、支持部材および駆動軸が固着された状態での圧電素子の共振周波数に対し、圧電素子を異なる速度で伸縮させる所定の関係の駆動周波数をもつ矩形波を駆動信号として印加することで、被駆動部材を駆動する。駆動信号に矩形波を用いることで、回路の低コスト化と小型化が実現できる。図14は駆動信号の波形を示す図である。図14に示すように、デューティ比をB/Aと定義する。図14に示した波形ではデューティ比は33%である。
【0044】
図3は、駆動回路部111の構成例を示す図であり、本実施形態ではHブリッジ接続回路を使用している。スイッチ141、142、143、144は各々エンハンスメント型のMOS−FETで、スイッチ141と143はPチャネルFET、スイッチ142と144はNチャネルFETである。パルス発生部112から駆動回路部111へは、駆動パルス1と駆動パルス2の2系統の信号が出力されている。
【0045】
その動作原理について簡単に説明する。パルス発生部112からは駆動パルス1と駆動パルス2に逆位相のパルス信号が出力されている。駆動パルス1の信号がH(ハイ)の場合、スイッチ141はOFF、スイッチ142はONとなる。その時、駆動パルス2はL(ロー)であり、スイッチ143はON、スイッチ144はOFFとなる。その結果、図4の出力端子A側に(+)の電圧が印加され、圧電素子101のA側に電荷が充電される。圧電素子101は電荷が充電されることで歪みが発生し伸びる。(この場合、出力端子Aに(+)の電圧が印加されたとき圧電素子101は伸びるとする)。
【0046】
一方、駆動パルス1の信号がL(ロー)の場合、スイッチ141はON、スイッチ142はOFFとなる。その時、駆動パルス2はH(ハイ)であり、スイッチ143はOFF、スイッチ144はONとなる。その結果、図3の出力端子B側に(+)の電圧が印加され、圧電素子101は縮む。図3で示したHブリッジ回路では、駆動電圧の2倍の電圧印加の伸縮を取り出すことができる。
【0047】
駆動回路部111から出力される駆動信号の振幅は電圧制御回路部113から出力される駆動電圧の値であり、駆動信号の周波数およびデューティ比はパルス発生部112から出力される駆動パルスの周波数およびデューティ比と同じである。
【0048】
本実施形態では、駆動信号の電圧(駆動電圧)を変化させることでレンズ保持枠122の駆動速度を制御している。図4は、ある周波数(超音波領域)における、デューティ比一定(約30%)の場合の駆動電圧と駆動速度の関係を表す図である。駆動電圧が大きくなるにつれ、駆動速度が大きくなっている。これは、圧電素子101の伸縮量は印加電圧に比例するためである。また、ある電圧以下では駆動速度が0となっている。インパクト型圧電アクチュエータには、圧電素子に電圧を印加しても被駆動部材が移動しない不感帯が存在し、ある電圧以下では被駆動部材の慣性力が摩擦力に打ち勝つことができず、被駆動部材は駆動軸に対し相対的に移動しない。
【0049】
図5は本実施形態における駆動方法を説明するための図であり、始動および停止時の、駆動電圧および駆動速度の変化を表す図である。(a)は始動および停止時の駆動電圧の変化を表す図であり、(b)は始動および停止時の駆動速度の変化を表す図である。停止状態の駆動電圧は、どのような姿勢においても姿勢によらないで、レンズ保持枠122が駆動軸103に対して静止摩擦力のみで完全に静止する値とする。本実施形態では0Vとしている。
【0050】
始動命令が出されると、制御部110からパルス発生部112へパルス制御信号(パルス発生命令)が出される。一方、電圧制御回路部113へはレンズ保持枠122が動かない範囲での最大の電圧(不感帯電圧範囲の最大電圧)を出力するよう電圧制御信号を出力する。本実施形態では駆動パルスの周波数およびデューティ比は一定である。電圧制御回路部113は、制御部110からの電圧制御信号に基づき駆動回路部111に不感帯電圧範囲の最大電圧を出力する。駆動回路部111では、駆動パルスと駆動電圧に基づき圧電アクチュエータに駆動信号が出力される。
【0051】
始動命令とともに、圧電素子101には比較的急速に不感帯電圧範囲の最大電圧が印加される。その後、制御部110はレンズ保持枠122の速度が滑らかに増加するように、電圧制御回路部113への電圧制御信号を比較的緩速に変化させ駆動電圧を変化(昇圧)させる。特に始動直後には、レンズ保持枠122の加速度の絶対値が0に近い値から増加するように駆動電圧を変化させる。レンズ保持枠122は、連続的な駆動電圧の遷移により徐々に駆動速度を上げていき、目標速度に到達する。
【0052】
停止時は、駆動電圧を不感帯電圧範囲の最大電圧まで、レンズ保持枠122の速度が滑らかに減少するよう比較的緩速に連続的に変化(降圧)させる。特に停止直前にはレンズ保持枠122の加速度の絶対値が減少するように変化させ、停止時近傍の加速度は0に近い値とする。その後、比較的急速に0Vまで降圧し、レンズ保持枠122を静止摩擦力で完全に静止させる。
【0053】
図6は、従来の駆動方法(特開平9−191676号公報開示の方法)と本実施形態の駆動方法との、始動時に発生する衝撃音の比較実験結果である。(a)は従来の方法による駆動電圧の変化と発生音を示す図であり、(b)は本実施形態による駆動電圧の変化と発生音を示す図であり、(c)は不感帯電圧範囲の最大電圧を印加したときの発生音を示す図である。(a)、(b)ともに始動命令から目標速度に達するまでの時間(図6のT1)は共通である。
【0054】
従来の駆動方法では、始動とともに駆動信号を印加する単純な駆動方法と比較して、衝撃音が低減しているが、人間の耳に聞こえるレベルの音が発生している。本実施例による駆動方法ではほとんど発生していない。また、不感帯電圧の範囲で電圧を印加しても音は発生していない。
【0055】
従来の駆動方法では、電圧を印加し始めてからレンズ保持枠122が実際に始動し始めるまでには不感帯が存在するため時間的な遅れが存在する(図6のT2)。従って、停止時から目標駆動速度に達するまでの時間は、実質(T2−T1)であり、より急激な速度変化を起こしている。また、始動時に駆動速度が滑らかに変化するよう、駆動電圧を滑らかに変化させていたとしても、レンズ保持枠122が動き始めた瞬間に急激に加速することになる。不感帯電圧範囲の最大電圧における駆動電圧の変化(駆動電圧曲線の接線の傾き)は大きな値を持っており、レンズ保持枠122は始動とともに急激に速度を上げていくことになる。そのため、始動時に衝撃音が発生する。
【0056】
一方、本実施形態での駆動方法では、不感帯電圧範囲の最大電圧まで一気に昇圧し、その後徐々に電圧を上げていく。その結果、不感帯電圧範囲の最大電圧まで昇圧する時間が短縮され、反応遅れが発生しない。また、レンズ保持枠122の始動開始時の駆動電圧の変化(接線の傾き)を小さくすることが出来るため、始動時の加速度はきわめて0に近く衝撃音はほとんど発生しない。従来の駆動方法で、始動時の加速度を小さくするためには、目標速度への到達時間(立ち上がり時間)をきわめて長く取る必要がある。
【0057】
本実施形態において駆動信号として矩形波を用いたが、本実施形態で説明した駆動方法及び駆動回路の構成は、駆動信号の波形にかかわらず(例えば鋸歯状波)適用可能である。
【0058】
次に第2の実施形態について説明する。第2の実施形態に係るデジタルカメラの構成は第1の実施形態で示した構成と同一である(図11)。本実施形態では、フォーカスアクチュエータ321およびフォーカスアクチュエータ駆動回路214について詳細に説明する。
【0059】
図7は、第2の実施形態に係る、フォーカスアクチュエータ321を含むレンズ駆動機構とフォーカスアクチュエータ駆動回路214の基本構成を示す図である。フォーカスアクチュエータ321はズームレンズ301の3群を移動させる。レンズ駆動装置は、第1の実施形態で示した駆動装置と同じ構成である。
【0060】
本実施形態は、駆動信号に矩形波を用い、駆動信号(駆動パルス)のデューティ比を変化させることで、レンズ保持枠122の駆動速度を変化させ静音化を行う。
【0061】
制御部110は、パルス発生部112に対しパルス発生およびデューティ比変更のためのパルス制御信号を出力する。
【0062】
パルス発生部112は、駆動回路部111に対して所望の周波数とデューティ比を持った駆動パルスを出力する。駆動パルスの周波数は一定で、デューティ比を変化させた信号を出力することで駆動速度を変化させる。
【0063】
電圧制御回路部113は、駆動回路部111に適切な駆動電圧を出力するよう、電源114からの電圧を昇圧あるいは降圧するものである。駆動回路部111には一定の電圧が供給されておけば良く、電圧を制御信号によって変化させる機能を省略してもよい。
【0064】
駆動回路部111は圧電アクチュエータ321に駆動信号を出力する。駆動信号の振幅は一定で、その値は駆動電圧である。駆動信号の周波数およびデューティ比は、駆動パルスの周波数およびデューティ比と同じであり、デューティ比は駆動速度に対応させて変化する。
【0065】
図8は、ある周波数(超音波領域)のもとでの、駆動信号のデューティ比と駆動速度の関係を示す図である。デューティ比を0%から徐々に大きくしていくと、しばらくの間レンズ保持枠22は静止しているが、あるデューティ比(約15%)に達すると移動を開始する。デューティ比の変化ととともに速度を増していき、約30%で最大速度に達する。その後、デューティ比の増加とともに速度は減少しデューティ比45%付近では再び停止する。さらにデューティ比を変化させていくとレンズ保持枠22は、デューティ比約55%の時、再び移動を開始するがその移動方向は逆方向となる。デューティ比の増加とともに速度を増し約70%で最大速度に達するが、その後は速度を落とし、デューティ比約85%で停止する。デューティ比15%以下、45〜55%、85%以上の時には駆動信号を与えてもレンズ保持枠122が移動しない不感帯のデューティ比範囲が存在する。本実施形態では50%以下のデューティ比でレンズ保持枠122が移動する方向を正方向とする。
【0066】
図9は本実施形態における駆動方法を説明するための図であり、始動および停止時の、駆動信号のデューティ比と駆動速度の変化を表す図である。(a)は始動および停止時のデューティ比の変化を表す図であり、(b)は始動および停止時の駆動速度の変化を表す図である。停止状態のデューティ比は、どのような姿勢においても姿勢によらないで、レンズ保持枠が駆動軸に対して静止摩擦力のみで完全に静止する値とする。本実施形態では0%もしくは100%としている。
【0067】
始動命令が出されると、制御部110はパルス発生部112にパルス発生のためのパルス制御信号を出力する。パルス発生部112は駆動回路部111に対し駆動パルスを出力する。駆動回路部111はそのパルスに基づき駆動信号をアクチュエータに対し出力する。
【0068】
正方向への駆動命令が出されるとデューティ比は0%から、レンズ保持枠122が可動する直前の値(15%)に比較的急速に上げられる。その後、制御部110は、パルス発生部112にパルス制御信号(デューティ比変更命令)を出力し、レンズ保持枠122の速度変化が滑らかになるようにデューティ比を比較的緩速に連続的に増加させる。特に始動直後には、レンズ保持枠122の加速度の絶対値が0に近い値から増加するように、デューティ比を変化させる。レンズ保持枠122は、連続的なデューティ比の遷移により徐々に駆動速度を上げていき、目標速度に到達する。
【0069】
停止時は、駆動信号のデューティ比を、不感帯のデューティ比範囲の最大デューティ比(15%)まで、レンズ保持枠122の速度が滑らかに減少するよう比較的緩速に連続的に変化させる。特に停止直前にはレンズ保持枠122の加速度の絶対値が減少するように変化させ停止時近傍の加速度は0に近い値とする。その後、比較的急速にデューティ比を0%まで下げ、レンズ保持枠を静止摩擦力で完全に静止させる。
【0070】
続いて、負方向の駆動命令が出されると、制御部100はデューティ比を100%に変化させ、その後比較的急速にレンズ保持枠122が可動する直前の値(85%)にする。続いて制御部110は、パルス発生部112にパルス制御信号(デューティ比変更命令)を出力し、レンズ保持枠122の速度変化が滑らかになるように比較的緩速にデューティ比を連続的に減少させる。レンズ保持枠122は、連続的なデューティ比の遷移により徐々に駆動速度を上げていき、目標速度に到達する。
【0071】
このような制御を行うことにより、始動の瞬間あるいは停止の瞬間の速度変化(駆動速度曲線の接線の傾き)がほぼ0になり、衝撃音が発生しないできわめて静かな駆動が可能となる。
【0072】
本実施形態において駆動信号として矩形波を用いたが、本実施形態で説明した駆動方法及び駆動回路の構成は、駆動信号の波形にかかわらず適用可能である。
【0073】
次に本発明の第3の実施形態について説明する。第3の実施形態に係るデジタルカメラの構成は第1の実施形態で説明した構成と同一である(図11)。本実施形態では手ぶれ補正アクチュエータ322および手ぶれ補正アクチュエータ駆動回路217について詳細に説明する。
【0074】
本実施形態は、駆動信号に矩形波を用い、駆動速度の制御を駆動信号(駆動パルス)のデューティ比の変化で行い、始動および停止制御を駆動信号の電圧(駆動電圧)の変化により行う。
【0075】
図12は、手ぶれ補正アクチュエータ322を含む手ぶれ補正装置10と手ぶれ補正アクチュエータ駆動回路217の基本構成を示す図である。図12ではY方向アクチュエータの駆動回路は省略しているが、実際にはX方向アクチュエータに接続されている駆動回路と同様の駆動回路が接続されている。なお、本実施形態での電圧制御回路部113は、ON/OFF制御である。図2に示した電圧制御回路の一例では、D/A変換器131を使用しないでもよい。
【0076】
制御部110は、電圧制御回路部113に対して、電圧制御信号を出力するとともに、パルス発生部112に対し、パルス発生およびデューティ比変更のためのパルス制御信号を出力する。
【0077】
パルス発生部112は、制御部110からのパルス制御信号を受けて、駆動回路部111に対して所望の周波数とデューティ比を持った駆動パルスを出力する。
【0078】
電圧制御回路部113は、制御部110からの電圧制御信号を受けて所望の駆動電圧を作成し駆動回路部111に出力する。
【0079】
手ぶれ補正装置10の組立分解斜視図を、図13に示す。手振れ補正装置10は、土台となるベース板12と、該ベース板12に対して水平方向(以下、X軸方向として説明する。)に移動する第1スライダ14と、該第1スライダの移動方向に対して垂直方向(以下、Y軸方向として説明する。)に移動する第2スライダ13と、該第2スライダに固定されるCCD16とで構成される。
【0080】
ベース板12は、光路方向(以下、Z軸方向として説明する。)に直交し、中央に大穴20を有する環状の金属フレーム19で構成される。
【0081】
ベース板12からは、後述する各種腕(押圧スプリング掛け21、基板保持腕22、浮き防止係止爪24、位置決め腕31、ロッド支持腕36)が光軸方向(Z軸方向)に伸びている。また、金属フレーム19には、圧電素子32を振動伝達ロッド34とウェイト30で挟み込んだ構成のX方向アクチュエータ28がX軸方向に固定されている。
【0082】
X方向アクチュエータ28は、振動伝達ロッド34の先端と末端(圧電素子32側)をベース板に設けられている2本のロッド支持腕に嵌合され、ベース板12の位置決め腕31にウェイト30を当接した状態で、ロッド支持腕36との2つの嵌合個所とウェイト30をベース板12に対して接着している。ロッド支持腕36と振動伝達ロッド34との間の接着には、シリコン接着剤などの硬化後も弾性の残る接着剤、位置決め腕31とウェイト30との間の接着には、柔らかいゴム系又はシリコン含有の接着剤が好適に用いられる。
【0083】
ベース板12の2つのロッド支持腕36には、その上面にZ軸方向に延在する突部38が設けられている。突部38は、後述するように、組立時に第1スライダ14の移動制限穴79に嵌合される。
【0084】
第1スライダ14は、光軸方向(Z軸方向)でベース板12に対して結像面側に位置し、ほぼ同一面内に第2スライダ13を収めるための開口68が設けられたアルミニウム製の環状のフレーム66により構成される。第1スライダ14には、ベース板12に固定されたX方向アクチュエータ28の振動伝達ロッド34に当接する第1ロッド当接部74と、後述する第2スライダに固定されたY方向アクチュエータ56の振動伝達ロッド60に当接する第2ロッド当接部76と、ベース板12の押圧スプリング掛け21との間に押圧スプリング70を係止するための押圧スプリング掛け72と、移動制限穴79とを備える。
【0085】
第1スライダ14は、組み上げ時にベース板12と第1スライダ14にそれぞれ設けられた押圧スプリング掛け72に設けられた押圧スプリング70によって、ベース板12に近づくように付勢されており、第1スライダ14の振動伝達ロッド34を中心とする回転を防止している。
【0086】
第1ロッド当接部74には、断面がV字型の溝が設けられており、溝をX方向アクチュエータ28の振動伝達ロッド34に当接させた状態でキャップ40を用いて振動伝達ロッド34を挟み込むことによって、振動伝達ロッド34に沿って第1スライダ14が摺動可能に摩擦結合する。第1ロッド当接部74とキャップ40との固定には挟持スプリング42が用いられる。上述したように、X方向アクチェータ28は圧電素子32を振動伝達ロッド34とウェイト30で挟み込んだ構成であり、ベース板12のロッド支持腕36と位置決め腕31に嵌合している。
【0087】
X方向アクチュエータ28の振動伝達ロッド34には、上述したように第1スライダ14が配置される。第1スライダ14は、第1ロッド当接部74とキャップ40とで振動伝達ロッド34を挟み込んで摩擦結合する。第1ロッド当接部74とキャップ40の固定には、挟持スプリング42が用いられる。キャップ40の一端は、第1ロッド当接部74に係止され、中央部は振動伝達ロッド34と当接し、他端が挟持スプリング42に引っ張られる。キャップ40と振動伝達ロッド34との接触圧は、用いられる挟持スプリング42の2倍程度となる。挟持スプリング42は、長円形状をしており、1つの直線部中央に両端がくるようになっている。挟持スプリング42は、キャップ40のフックと第1スライダの第1ロッド当接部74のスプリングフックの間に端部と直線部中央とを掛け渡すようにして両者を固定する。
【0088】
移動制限穴79は、上述したベース板12のロッド支持腕36の上面に設けられた突部38と緩く嵌合する。移動制限穴79は、第1スライダ14の移動可能幅だけ、第1スライダ14の移動方向、すなわち、振動伝達ロッド34の延在方向(X軸方向)に伸びる長穴で、短辺方向にロッド支持腕36上面の突部38と嵌合し、第1スライダ14が移動制限穴の短辺方向(Y軸方向)へ移動(脱落)するのを規制する。
【0089】
第2スライダ13は、底壁44に開口48を備えた樹脂製の箱体であり、CCD16と放熱板18とローパスフィルタ17とY方向アクチュエータ56とを保持する。放熱板18は、CCD16の撮像面が付されていない背面側に当接して、第2スライダの周壁46によって区画された空間を覆うようにして、ビス止め穴64を貫通するビス62によって第2スライダに固定される。
【0090】
ローパスフィルタ17は、CCD16の有効撮像面を覆うように密着して取りつけられ、第2スライダの開口48に嵌め込まれる。このとき、開口48の周囲に配置された密着スプリングにより押圧され、CCD16の背面が、放熱板18に密着するようになっている。
【0091】
第2スライダ13に保持されるY方向アクチュエータ56は、周壁の側方に設けられたロッド支持腕50に接着保持されている。振動伝達ロッド60の先端と末端(圧電素子59側)を、それぞれ第2スライダ13の2本のロッド支持腕に嵌合させた上、同じく第2スライダの位置決め面57にウェイト58を当接した状態で2つの嵌合個所とウェイト58を第2スライダ13に対して接着する。接着には上述のX方向アクチュエータの接着と同様に、振動伝達ロッド60の接着には、シリコン接着剤などの硬化後も弾性の残る接着剤、ウェイト58の接触には、柔らかいゴム系若しくはシリコン含有の接着剤が好適に用いられる。
【0092】
第2ロッド当接部76には、断面がV字型の溝が設けられており、第2スライダのY方向アクチュエータ56は、第1スライダ13の第2ロッド当接部76とキャップ75とで挟み込まれ、第1スライダ14が第2スライダ13に摩擦結合する。第2ロッド当接部76とキャップの固定には、挟持スプリング78が用いられる。キャップの一端は、第2ロッド当接部76に係止され、中央部は振動伝達ロッド60と当接し、他端が挟持スプリング78に引っ張られる。キャップと振動伝達ロッド60との接触圧は、用いられる挟持スプリング78の2倍程度となる。挟持スプリング78は、X方向アクチュエータに用いられたものと同様に長円形状をしており、1つの直線部中央に両端がくるようになっている。挟持スプリング78は、キャップのフックと第1スライダの第2ロッド当接部76のスプリングフックの間に端部と直線部中央とを掛け渡すようにして両者を固定する。
【0093】
第2スライダのY方向アクチュエータの対向する周壁44に付された方向基準板54は、その表裏に剛球15を保持するための凹状の剛球受け52を備え、剛球受け52に剛球15を遊嵌した状態で、第1スライダ14とベース板12とに剛球15を介して挟まれるように固定される。上述のように第1スライダ14とベース板12との間に押圧スプリング70が掛けられることで、第2スライダ13は、Y方向アクチュエータの振動伝達ロッド60を中心とした回転を阻止される。
【0094】
ベース板12と第1スライダ14が組みあがる場合は、第1スライダ14はベース板12に設けられる4つの基板保持腕22に囲まれた領域内に収まるように配置され、浮きあがり防止のために、浮き防止係止爪24によってその上端を係止される。一方、第2スライダ13は、その箱体部分が第1スライダ14の開口68に収まるように、第1スライダ14に組み込まれる。第2スライダ13は、第1スライダ14にぶら下がるようにして一体的に構成される。上述のように第1スライダ14は、X方向アクチュエータに沿ってX軸方向に摺動可能であり、このとき第2スライダ13は第1スライダ14の移動にあわせて一体的に移動し、第2スライダ13に固定されているCCD16もX軸方向に移動する。一方、第2スライダ13は、第1スライダ14に対してY軸方向に独立して移動可能であり、また、第1スライダがベース板12に固定されているため、ベース板12に対しては、Y軸方向に移動可能である。したがって、第2スライダ13に固定されているCCD16もY軸方向に移動する。
【0095】
手ぶれ検出部160がデジタルカメラに加わる速度要素の値を検出すると、全体制御部270は、光学系の焦点距離情報からCCD上(結像面上)のぶれによる像の移動量、移動速度を算出する。算出した移動速度と第2スライダ13(CCD16)の位置から2つのアクチュエータへ指令を出す。すなわち、全体制御部270は、第2スライダ13(CCD16)の位置検出素子(不図示)から入力された信号に基づいて演算される第2スライダ13(CCD16)が現在存在している位置及び、手ぶれ検出部160から入力された信号に基づいて、CCD16が本来あるべき位置を計算し、現在位置との差を比較して、あるべき位置にCCD16が戻るようにスライダを移動させるフィードバック制御を行う。
【0096】
本実施形態の説明では、簡便化のためX方向アクチュエータの駆動方法に関してのみ説明する。Y方向アクチュエータについては説明を省略するが、X方向アクチュエータと同様の駆動方法である。
【0097】
図10は本実施形態における駆動方法を説明するための図であり、始動および停止時の、駆動電圧、デューティ比および駆動速度の変化を表す図である。(a)は始動および停止時の駆動電圧の変化を表す図であり、(b)は始動および停止時のデューティ比の変化を表す図であり、(c)は始動および停止時の駆動速度の変化を表す図である。停止状態の駆動電圧は、どのような姿勢においても姿勢によらないで、第1スライダ14が静止摩擦力のみで完全に静止する値とする。本実施形態では0Vとしている。停止状態のデューティ比はどのような値でもよく、本実施形態では50%とした。なお、駆動信号のデューティ比と駆動速度の関係は、第2の実施形態の説明中に示した図8の関係と同じである。
【0098】
手ぶれが補正される動作を、図10および図12を用いて説明する。
【0099】
手ぶれ検出部160が手ぶれを検知すると、全体制御部270はアクチュエータに対し手ぶれを補正するため始動命令を出す。始動命令が出されると、制御部110はパルス発生部112に駆動パルス発生指令を出す。パルス発生部112から出力される駆動パルスのデューティ比は、第1スライダ14が移動する寸前のデューティ比(約45%)へと比較的急速に下げられる。この状態では第1スライダ14は振動伝達ロッド34上で静止摩擦力により停止している。続いて制御部110は電圧制御回路部113に電圧制御信号を出力し、駆動電圧がONされる。本実施形態の場合には電圧制御信号は1(ON)または0(OFF)の2値である。従って駆動電圧も所望の電圧(ON)または0V(OFF)である。この状態では、第1スライダ14は振動伝達ロッド34上で停止しているが、浮いた状態になっている。すなわち、振動伝達ロッド34は圧電素子32の伸縮により振動しているが、第1スライダ14の慣性力が静止摩擦力に打ち勝ち、第1スライダ14は振動伝達ロッド34上で停止している。その後、制御部110はパルス発生部112に、パルス制御信号(デューティ比変更命令)を出し、第1スライダ14の速度変化が滑らかになるように比較的緩速にデューティ比を連続的に減少させる。特に始動直後には、第1スライダ14の加速度の絶対値が0に近い値から増加するようにデューティ比を変化させる。第1スライダ14は、この連続的なデューティ比の変化により速度を増加させ目標速度に到達する。
【0100】
停止時には、制御部110はパルス発生部112に対し、駆動パルスのデューティ比を、第1スライダ14が移動しなくなる寸前のデューティ比(約45%)まで速度変化が滑らかになるように、比較的緩速に連続的に増加させるよう指令を出す。特に停止直前には第1スライダ14の加速度の絶対値が減少するように変化させ、停止時近傍の加速度は0に近い値とする。その後、比較的急速にデューティ比を50%にし、電圧制御回路部113に指令を出して駆動電圧をOFF(0V)にする。
【0101】
このような制御を行うことにより、始動の瞬間あるいは停止の瞬間の速度変化がほぼ0になり、衝撃音が発生しないできわめて静かな駆動が可能となる。
【0102】
本実施形態において駆動信号として矩形波を用いたが、本実施形態で説明した駆動方法及び駆動回路の構成は、駆動信号の波形にかかわらず適用可能である。
【0103】
本実施形態では、可動/停止制御を駆動電圧のON/OFF制御によって行っているが、駆動パルスのON/OFF制御で行ってもよい。
【0104】
また本実施形態では、駆動速度の制御を駆動信号(駆動パルス)のデューティ比を変化させることによって行っているが、デューティ比と駆動電圧の2つを変化させて速度制御してもよい。また、始動/停止制御を駆動電圧を変化させることによって行っているが、駆動電圧と駆動信号(駆動パルス)のデューティ比の2つを変化させて制御してもよい。駆動速度の制御あるいは始動/停止制御に、駆動電圧と駆動信号(駆動パルス)のデューティ比をともに変化させることでより滑らかな始動/停止が可能となる。
【0105】
本実施形態では、CCDの移動により手ぶれ補正を行った。本発明のインパクト型圧電アクチュエータの駆動回路で駆動される駆動機構において、CCDの移動量を画素ピッチの半分とし、CCDを移動させることで、移動前には得られなかったCCDの画素間の画像情報を収集し、より高精細な画像を得る(いわゆる画素ずらし法)目的にも使用できる。
【0106】
第1の実施形態で示した駆動方法ではズームレンズ駆動を、第2の実施形態で示した駆動方法ではフォーカスレンズ駆動を、第3の実施形態で示した駆動方法では手ぶれ補正を行ったが、駆動方法と被駆動部材とに関係はなく、それぞれの被駆動部材に対し、いずれの駆動方法を用いてもよい。
【0107】
また、第1の実施形態、第2の実施形態および第3の実施形態のそれぞれの実施形態において、始動時および停止時に本発明の駆動方法を適用したが、始動時あるいは停止時のいずれか一方のみに適用しても、本発明の効果が得られる。
【0108】
また、本発明の実施形態としてデジタルカメラを用いたが、ビデオムービーや、携帯機器用超小型カメラ(例えば携帯電話用カメラ)、銀塩フィルムを用いるカメラ等の撮像装置に用いてもよい。また、光ディスクのピックアップレンズの駆動部、XYステージに用いてもよい。つまり、第1、第2および第3の実施形態で示した駆動回路および駆動方法は、インパクト型アクチュエータを用いた駆動機構の駆動回路および駆動方法に適用できる。
【0109】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1乃至7の発明によれば、被駆動部材の始動および停止時に発生する衝撃音が人間の耳に聞こえないレベルまで低減されているため、静かな駆動が可能である。また、被駆動部材が、目標とする駆動速度に達するまでの始動制御時間または停止制御時間を短縮することができ、高レスポンスなアクチュエータが実現できる。さらに、この駆動方式および駆動回路構成は駆動波形によらないで適用できる。
【0110】
請求項8の発明によれば、請求項1乃至3のいずれかに記載の駆動回路を有する撮像装置であるので、小型化、高精度化、高速化、静音化の実現したアクチュエータを搭載することで、小型で高品質な撮像装置が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】ズームアクチュエータ320を含むレンズ駆動機構と、ズームアクチュエータ駆動回路215の基本構成を示す図である。
【図2】電圧制御回路部113の構成例を示す図である。
【図3】駆動回路部111の構成例を示す図である。
【図4】デューティ比一定の場合の駆動電圧と駆動速度の関係を表す図である。
【図5】第1の実施形態における駆動方法を説明するための図であり、始動および停止時の、駆動電圧および駆動速度の変化を表す図である。(a)は始動および停止時の駆動電圧の変化を表す図であり、(b)は始動および停止時の駆動速度の変化を表す図である。
【図6】従来の駆動方法と本発明の駆動方法との、始動時に発生する衝撃音の比較実験結果である。(a)は従来の方法による駆動電圧の変化と発生音を示す図であり、(b)は本実施例による駆動電圧の変化と発生音を示す図であり、(c)は不感帯電圧の最大電圧を印加したときの発生音を示す図である。
【図7】第2の実施形態に係る、フォーカスアクチュエータ321を含むレンズ駆動機構とフォーカスアクチュエータ駆動回路214の基本構成を示す図である。
【図8】駆動電圧一定の場合の駆動信号のデューティ比と駆動速度の関係を示す図である。
【図9】第2の実施形態における駆動方法を説明するための図であり、始動および停止時の、駆動信号のデューティ比と駆動速度の変化を表す図である。(a)は始動および停止時のデューティ比の変化を表す図であり、(b)は始動および停止時の駆動速度の変化を表す図である。
【図10】第3の実施形態における駆動方法を説明するための図であり、始動および停止時の、駆動電圧、デューティ比および駆動速度の変化を表す図である。(a)は始動および停止時の駆動電圧の変化を表す図であり、(b)は始動および停止時のデューディ比の変化を表す図であり、(c)は始動および停止時の駆動速度の変化を表す図である。
【図11】本発明の第1の実施形態、第2の実施形態および第3の実施形態に係るデジタルカメラの共通の構成を示すブロック図である。
【図12】手ぶれ補正アクチュエータ322を含む手ぶれ補正装置10と手ぶれ補正アクチュエータ駆動回路217の基本構成を示す図である。
【図13】(a)は本発明の手振れ補正装置の組立分解斜視図である。
(b)は(a)のX方向アクチュエータ部分の詳細図である。
【図14】駆動信号の波形を示す図である。
【図15】インパクト型圧電アクチュエータを含む駆動装置の基本構成を示す図である。
【符号の説明】
10 手振れ補正装置
12 ベース板
13 第2スライダ
14 第1スライダ
15 剛球
16,303 CCD
17 ローパスフィルタ
18 放熱板
19 フレーム
20 大穴
21,72 押圧スプリング掛け
22 基板保持腕
24 浮き防止係止爪
28 X方向アクチュエータ
30 ウェイト
32,101 圧電素子
34,103 駆動軸
36 ロッド支持腕
38 突部
40 キャップ
42,78 挟持スプリング
44 底板
46 周壁
48 開口部
50 ロッド支持腕
52 方向基準板
54 剛球受け
56 Y方向アクチュエータ
57 位置決め面
58 ウェイト
60 駆動軸
62 ビス
64 通孔
66 フレーム
68 開口
70 押圧スプリング
74 第1ロッド当接部
76 第2ロッド当接部
79 移動制限穴
80 LCD
91 メモリカード
102 支持部材
104 被駆動部材
105 駆動回路
106 バネ
110 制御部
111 駆動回路部
112 パルス発生部
113 電圧制御回路部
114 電源
122 レンズ支持枠
122a スライダブロック
122b 切り欠き部
124 支持腕
126 パッド
127 コイルスプリング
132 増幅器
133 パワートランジスタ
141,142,143,144 スイッチ
150 内蔵フラッシュ
200 カメラ本体部
300 撮像部
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a driving circuit and a driving method of a driving device using a piezoelectric actuator for moving a mechanical component constituting a camera or other precision machine or the like. Further, the present invention relates to an imaging device using the driving circuit.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a driving device including an impact-type piezoelectric actuator has been known as a driving device for a mechanical component included in a camera, a precision machine, or another precision machine. Impact type piezoelectric actuators are actuators that can be reduced in size, increased in accuracy, and increased in speed with a simple configuration. FIG. 15 is a diagram showing a basic configuration of a driving device including an impact type piezoelectric actuator. A piezoelectric element 101, a support member 102 to which the piezoelectric element is fixed, a driving member 103 fixed to the piezoelectric element and displaced together with the piezoelectric element, a driven member 104 frictionally coupled to the driving member, and a voltage applied to the piezoelectric element. And a drive circuit 105. The driven member 104 is pressed against the driving member 103 by a spring 106.
[0003]
When a drive signal having a waveform consisting of a gentle rising portion and a rapid falling portion following the gentle rising portion is applied to the piezoelectric element 101, the piezoelectric element 101 gradually expands in the thickness direction at the gentle rising portion of the driving signal. , A rapid contraction displacement occurs at a rapid falling portion. When the above drive signal is applied to the piezoelectric element 101, the drive member 103 and the driven member 104 frictionally coupled to the drive member 103 extend in the extending direction (in the direction away from the support member 102) with the gentle expansion of the piezoelectric element 101 at the gentle rising portion. Go to). In the rapid falling portion, the piezoelectric element 101 contracts rapidly, and the driving member 103 also moves in the return direction, but the inertia force of the driven member 104 overcomes the frictional force and stays there. As a result, the non-driving member 104 moves intermittently with the application of the driving signal.
[0004]
In the above-described linear drive mechanism using the piezoelectric element, the vibration sound generated when the piezoelectric element is driven by the drive signal gives a discomfort to humans, but the frequency of the drive signal exceeds the audible frequency of 20 kHz. When driven by the (ultrasonic) drive signal, the vibration sound cannot be heard. However, in an impact-type piezoelectric actuator having excellent responsiveness, when the drive signal is controlled to be ON / OFF at the time of starting / stopping, the moving member suddenly moves or stops, causing a remarkable speed change. There was an inconvenience that sound was generated.
[0005]
A technique for reducing the impact noise at the time of starting or stopping is described in JP-A-9-191676. In Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-191676, a charge applied to a piezoelectric element is controlled by controlling a drive signal for a piezoelectric element (electromechanical transducer) to gradually increase or decrease an application time or an applied voltage. Thus, the driving speed is controlled so as to gradually increase or decrease. As a result, not only the sound at the time of driving but also the acceleration at the time of starting or stopping is reduced, and the impact sound is reduced.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the prior art disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-191676, when the impact sound generated at the time of starting or stopping needs to be set to a level that cannot be heard by human ears, it takes a period from the stationary state until the target speed is reached. It is necessary to increase the start control time or the stop control time required to stop from the driving state. For this reason, when the driven member is repeatedly driven, stopped, and reversed, there is a problem that the average driving speed is reduced due to a long start control time or stop control time, and a sufficient response speed cannot be obtained.
[0007]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has a silent and high-response drive circuit and a drive method for a high-impact piezoelectric actuator capable of reducing a noise generated at the time of start or stop and reducing a start control time or a stop control time. I will provide a. Further, an imaging device having the above driving circuit is provided.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a piezoelectric element that expands and contracts when a drive signal is applied, a support member fixed to one end of the piezoelectric element in the expansion and contraction direction, A piezoelectric element comprising a driving member fixed to the other end and a driven member engaged with the driving member with a predetermined frictional force. The piezoelectric element moves the driven member relative to the supporting member by expanding and contracting the piezoelectric element at different speeds. In a drive circuit of an actuator, voltage control circuit means for supplying a voltage to be applied to a piezoelectric element as a drive signal, pulse generation means for generating a drive pulse so that the drive signal has a desired frequency and a duty ratio, and a voltage control circuit Control means for outputting a control signal to at least one of the means and the pulse generating means, wherein the control means applies a control signal to the piezoelectric element when the driven member is started. A start-up control signal that changes the drive signal so that the absolute value of the acceleration of the driven member increases from a state in which the drive signal is not driven even when the driven member is driven, and is applied to the piezoelectric element when the driven member stops. At least one of the stop-time control signals for applying the drive signal such that the absolute value of the acceleration of the driven member decreases until the drive signal in which the driven member is not driven is applied is output. It is characterized by the following.
[0009]
According to the second aspect of the present invention, a piezoelectric element that expands and contracts when a drive signal is applied, a support member fixed to one end of the piezoelectric element in the expansion and contraction direction, and a drive element fixed to the other end of the piezoelectric element in the expansion and contraction direction A driving circuit for driving the piezoelectric actuator, which comprises a member and a driven member engaged with the driving member with a predetermined frictional force, and expands and contracts the piezoelectric element at different speeds to move the driven member relative to the supporting member. Voltage control circuit means for supplying a voltage to be applied to the piezoelectric element as a signal, pulse generation means for generating a drive pulse so that the drive signal has a desired frequency and duty ratio, and at least voltage control circuit means and pulse generation means On the other hand, there is a control means for outputting a control signal, and the control means makes the driven member generate a static friction force with respect to the driving member when the driven member starts. A driving method in which the driven member is not driven even when it is applied to the piezoelectric element from a stationary state, and then the driving signal is changed relatively slowly so that the speed of the driven member increases after a driving signal is applied relatively quickly. The control signal is changed relatively slowly so that the speed of the driven member is reduced until the driving signal is applied, and the driven signal does not drive the driven member even when applied to the piezoelectric element when the driven member stops. Outputting at least one of the stop-time control signals for applying the drive signal relatively quickly so that the driven member comes to a stationary state by the static frictional force with respect to the drive member after the drive signal is applied. It is characterized by.
[0010]
According to the third aspect of the present invention, in the drive circuit, the control unit controls at least one of a control signal that changes a voltage to be applied to the piezoelectric element as a drive signal and a control signal that changes a duty ratio of a drive pulse. Is output.
[0011]
According to the fourth aspect of the present invention, the piezoelectric element which expands and contracts when a drive signal is applied, the supporting member fixed to one end of the piezoelectric element in the expansion and contraction direction, and the driving element fixed to the other end of the piezoelectric element in the expansion and contraction direction A driving method for a piezoelectric actuator, comprising a member and a driven member engaged with a driving member with a predetermined frictional force, wherein the piezoelectric element expands and contracts at different speeds to move the driven member relative to the supporting member. Drive control for changing the drive signal so that the absolute value of the acceleration of the driven member increases from the state in which the drive signal is applied to the piezoelectric element when the drive member is started and the driven member is not driven, and the driven member The driving signal is applied such that the absolute value of the acceleration of the driven member is reduced until the driving signal in which the driven member is not driven even when applied to the piezoelectric element at the time of stop is applied. Of the drive control, and performing at least one of the drive control.
[0012]
According to the fifth aspect of the present invention, a piezoelectric element that expands and contracts when a drive signal is applied, a support member fixed to one end of the piezoelectric element in the expansion and contraction direction, and a drive element fixed to the other end of the piezoelectric element in the expansion and contraction direction A driving method for a piezoelectric actuator, comprising a member and a driven member engaged with a driving member with a predetermined frictional force, wherein the piezoelectric element expands and contracts at different speeds to move the driven member relative to the supporting member. When the driven member is started, the driven member is not driven even if it is applied to the piezoelectric element from a state where the driven member is stationary with the static frictional force with respect to the driven member. A drive control that applies a drive signal that is changed relatively slowly so as to increase the speed of the member, and a drive signal that does not drive the driven member even when applied to the piezoelectric element when the driven member is stopped. After applying a drive signal that is changed relatively slowly so that the speed of the driven member decreases until the driven state is reached, the drive signal that causes the driven member to stop by the static friction force against the drive member relatively quickly It is characterized in that at least one of the applied drive controls is performed.
[0013]
According to a sixth aspect of the present invention, in the driving method, at least one of a voltage and a duty ratio of the driving signal is changed.
[0014]
The invention according to claim 7 is characterized in that the driven member is stationary with respect to the driving member by a static friction force when the driven member is stopped in the driving method.
[0015]
According to the first to seventh aspects of the present invention, the impact noise generated when the driven member starts and stops is reduced to a level inaudible to human ears, and quiet driving is enabled. Since the drive can be performed with a shorter start control time or a shorter stop control time, high-response drive is possible.
[0016]
An eighth aspect of the present invention is an imaging apparatus having the drive circuit according to any one of the first to third aspects. According to the present invention, downsizing, high precision, and high speed can be achieved with a simple configuration, and a quieter actuator can be used for driving a lens and the like, and a smaller and higher quality imaging device can be realized.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that, in the conventional example shown in FIG. 15 and the embodiments described below, the same portions or corresponding portions are denoted by the same reference numerals, and redundant description is appropriately omitted.
[0018]
FIG. 11 is a block diagram illustrating a configuration of a digital camera according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 11, the digital camera includes a camera body 200 and an imaging unit 300.
[0019]
The zoom lens 301 of the imaging unit 300 is a lens composed of three groups, and performs zooming by moving the first and second groups and focuses by moving the third group.
[0020]
The CCD 303 converts the light of the subject formed by the zoom lens 301 into image signals of R (red), G (green), and B (blue) color components (a signal train of pixel signals received by each pixel). Signal) and output.
[0021]
The timing generator 314 generates a drive control signal for the CCD 303 based on the reference clock transmitted from the timing control circuit 202 of the camera body 200. The timing generator 314 generates clock signals such as integration start / end (exposure start / end) timing signals and light-receiving signal readout control signals (horizontal synchronization signal, vertical synchronization signal, transfer signal, etc.) for each pixel. , To the CCD 303.
[0022]
The signal processing circuit 313 performs predetermined analog signal processing on an image signal (analog signal) output from the CCD 303. The signal processing circuit 313 has a CDS (correlated double sampling) circuit and an AGC (auto gain control) circuit. The CDS circuit reduces the noise of the image signal, and the AGC circuit adjusts the gain to adjust the image signal. Adjust the level of.
[0023]
In the imaging unit 300, the zoom actuator 320, the focus actuator 321, the aperture motor 330, and the camera shake correction actuator 322 are provided with a zoom actuator drive circuit 215, a focus actuator drive circuit 214, an aperture motor drive circuit 216 provided in the camera body 200. Each is driven by a camera shake correction actuator drive circuit 217.
[0024]
Next, the blocks of the camera body 200 will be described. In the camera body 200, the A / D converter 205 converts (A / D converts) a signal of each pixel of an image into, for example, a 12-bit digital signal. The A / D converter 205 converts each pixel signal (analog signal) into a digital signal based on an A / D conversion reference clock input from the timing control circuit 202.
[0025]
The timing control circuit 202 is configured to generate a reference clock for the timing generator 314 and the A / D converter 205. The timing control circuit 202 is controlled by the overall control unit 270.
[0026]
The digital signal converted by the A / D converter 205 is input to the image processing unit 240 and the overall control unit 270, respectively. The digital signal input to the image processing unit 240 is subjected to various image processing in the image processing unit 240, and is stored in the memory card 91 as a captured image. Also, the image is displayed on the LCD 80 as a live view display image. On the other hand, the digital signal input to the overall control unit 270 is used by the overall control unit 270 to calculate the luminance, color balance, contrast, and the like of the incident light from the subject.
[0027]
The image memory 209 is a memory that stores image data output from the image processing unit 240. The image memory 209 has a storage capacity for one frame. That is, when the CCD 303 has n rows and m columns of pixels, the image memory 209 has a storage capacity for data of n × m pixels, and the data of each pixel is stored at a corresponding address.
[0028]
The VRAM (video RAM) 210 is a buffer memory for images reproduced and displayed on the LCD 80. The VRAM 210 has a storage capacity capable of storing image data corresponding to the number of pixels of the LCD 80.
[0029]
The flash control circuit 217 is a circuit that controls light emission of the built-in flash 150, and makes the built-in flash 150 emit light for a predetermined time based on a light emission start signal from the overall control unit 270.
[0030]
The camera shake detection unit 160 is a camera shake detection device that detects a camera shake by detecting a value of a speed element (translation speed, angular velocity, or the like) applied to the digital camera, and is a gyro. The value of the velocity element in the two axial directions is detected and output to the overall control unit 270. Note that the camera shake detection unit 160 may be an acceleration sensor that detects the value of an acceleration element (such as translational acceleration or angular acceleration).
[0031]
The card interface 212 is an interface for writing and reading an image to and from the memory card 91 via the card slot 280.
[0032]
The operation unit 250 includes various switches and buttons, and information input and operated by a user is transmitted to the overall control unit 270 via the operation unit 250.
[0033]
The overall control unit 270 is composed of a microcomputer, and centrally controls the photographing function and the reproduction function. The overall control unit 270 includes a CPU 271 serving as a main body thereof, a ROM 273 in which a program for organically controlling driving of each member in the imaging unit 300 and the camera main body 200 described above is stored, and an arithmetic operation is performed. A RAM 272 is provided as a work area for performing the operation. A program recorded on a recording medium such as the memory card 91 can be read out via the card interface 212 and stored in the ROM 273.
[0034]
In the present embodiment, the zoom actuator 320 and the zoom actuator drive circuit 215 will be described in detail.
[0035]
FIG. 1 is a diagram showing a lens driving mechanism including a zoom actuator 320 and a basic configuration of a zoom actuator driving circuit 215. The zoom actuator 320 moves the first and second groups of the zoom lens 301.
[0036]
First, a lens driving mechanism including the zoom actuator 320 will be described. In FIG. 1, a drive shaft 103 is supported by a support arm 124 extending from a lens barrel (not shown) so as to be movable in parallel with the optical axis direction. The piezoelectric element 101 is adhesively fixed to an extension 102 of a lens barrel (not shown), and the other end is adhesively fixed to one end of a drive shaft 103.
[0037]
A lens holding frame 122 supports the lens L1. A slider block 122a is formed in an upper extension of the lens holding frame 122, and the drive shaft 103 passes therethrough.
[0038]
A notch 122b is formed in the upper center of the slider block 122a, and the upper half of the drive shaft 103 is exposed in the notch 122b. Further, a pad 126 that is in contact with the upper half of the drive shaft 103 is fitted into the notch 122b, and the pad 126 is provided with a downward biasing force F that is in contact with the drive shaft 103 by a coil spring 127. With this configuration, the slider block 122a including the pad 126 and the drive shaft 103 are pressed against each other by the urging force F of the coil spring 127 and are frictionally engaged.
[0039]
Next, the zoom actuator drive circuit 215 will be described. The control unit 110 exists in the overall control unit 270, outputs a pulse control signal for pulse generation to the pulse generation unit 112, and controls the voltage control circuit unit 113 to change the drive voltage. A signal is output, and a driving signal applied to the piezoelectric element 101 is controlled.
[0040]
The pulse generation unit 112 outputs a drive pulse having a desired frequency and a desired duty ratio to the drive circuit unit 111.
[0041]
The voltage control circuit unit 113 generates and outputs a desired drive voltage in response to the voltage control signal. FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of the voltage control circuit unit 113. The voltage control signal from the control unit 110 is converted into an analog signal by the D / A converter 131 and amplified by the amplifier 132. The amplified signal is input to the base of the power transistor 133. When a signal is input to the base of the power transistor 133, a voltage obtained by subtracting the base-emitter voltage from the input signal voltage is output to the drive circuit unit 111 as a drive voltage. By using the transistor 133, a sufficient current capacity is secured in the drive circuit portion 111. For this reason, the electric charge can be instantaneously charged in the piezoelectric element, and the displacement can be instantaneously caused.
[0042]
The power supply 114 supplies a voltage for driving each circuit to the control unit 110, the drive circuit unit 111, the pulse generation unit 112, and the voltage control circuit unit 113, and also supplies the voltage control circuit unit 113 with the drive circuit unit 111 To supply a drive voltage for output to the Although not shown, a drive voltage is also supplied to other circuits.
[0043]
In the present embodiment, a rectangular wave is used for the drive signal. As described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-268951, a drive frequency having a predetermined relationship for expanding and contracting the piezoelectric element at different speeds with respect to the resonance frequency of the piezoelectric element in a state where the support member and the drive shaft are fixed. The driven member is driven by applying a rectangular wave having the same as a drive signal. By using a rectangular wave for the drive signal, the cost and size of the circuit can be reduced. FIG. 14 is a diagram showing the waveform of the drive signal. As shown in FIG. 14, the duty ratio is defined as B / A. In the waveform shown in FIG. 14, the duty ratio is 33%.
[0044]
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of the drive circuit unit 111. In the present embodiment, an H-bridge connection circuit is used. The switches 141, 142, 143, and 144 are enhancement-type MOS-FETs. The switches 141 and 143 are P-channel FETs, and the switches 142 and 144 are N-channel FETs. Two systems of signals, drive pulse 1 and drive pulse 2, are output from the pulse generator 112 to the drive circuit 111.
[0045]
The operation principle will be briefly described. The pulse generator 112 outputs a pulse signal having a phase opposite to that of the driving pulse 1 and the driving pulse 2. When the signal of the driving pulse 1 is H (high), the switch 141 is turned off and the switch 142 is turned on. At that time, the driving pulse 2 is L (low), the switch 143 is turned on, and the switch 144 is turned off. As a result, a voltage of (+) is applied to the output terminal A side in FIG. 4, and the A side of the piezoelectric element 101 is charged. The piezoelectric element 101 is distorted by being charged with electric charge, and expands. (In this case, the piezoelectric element 101 expands when a voltage of (+) is applied to the output terminal A).
[0046]
On the other hand, when the signal of the driving pulse 1 is L (low), the switch 141 is turned on and the switch 142 is turned off. At that time, the driving pulse 2 is H (high), the switch 143 is turned off, and the switch 144 is turned on. As a result, a voltage of (+) is applied to the output terminal B side in FIG. 3, and the piezoelectric element 101 contracts. In the H-bridge circuit shown in FIG. 3, it is possible to extract expansion and contraction of a voltage application twice as large as the drive voltage.
[0047]
The amplitude of the drive signal output from drive circuit section 111 is the value of the drive voltage output from voltage control circuit section 113, and the frequency and duty ratio of the drive signal are the frequency and the duty of the drive pulse output from pulse generation section 112. Same as the duty ratio.
[0048]
In the present embodiment, the drive speed of the lens holding frame 122 is controlled by changing the voltage of the drive signal (drive voltage). FIG. 4 is a diagram illustrating a relationship between a drive voltage and a drive speed at a certain frequency (ultrasonic range) when the duty ratio is constant (about 30%). As the driving voltage increases, the driving speed increases. This is because the amount of expansion and contraction of the piezoelectric element 101 is proportional to the applied voltage. The driving speed is 0 below a certain voltage. Impact type piezoelectric actuators have a dead zone in which the driven member does not move even when a voltage is applied to the piezoelectric element. Below a certain voltage, the inertial force of the driven member cannot overcome the frictional force and the driven member Does not move relative to the drive shaft.
[0049]
FIG. 5 is a diagram for explaining the driving method according to the present embodiment, and is a diagram illustrating changes in the driving voltage and the driving speed at the time of starting and stopping. (A) is a diagram showing a change in drive voltage at start and stop, and (b) is a diagram showing a change in drive speed at start and stop. The drive voltage in the stopped state is a value at which the lens holding frame 122 is completely stopped by the static friction force alone with respect to the drive shaft 103 regardless of the posture in any posture. In this embodiment, the voltage is set to 0V.
[0050]
When a start command is issued, a pulse control signal (pulse generation command) is issued from control section 110 to pulse generation section 112. On the other hand, a voltage control signal is output to the voltage control circuit 113 so as to output the maximum voltage (the maximum voltage in the dead band voltage range) in a range where the lens holding frame 122 does not move. In the present embodiment, the frequency and the duty ratio of the drive pulse are constant. The voltage control circuit unit 113 outputs the maximum voltage in the dead band voltage range to the drive circuit unit 111 based on the voltage control signal from the control unit 110. The drive circuit unit 111 outputs a drive signal to the piezoelectric actuator based on the drive pulse and the drive voltage.
[0051]
Along with the start command, the maximum voltage in the dead band voltage range is applied to the piezoelectric element 101 relatively quickly. Then, the control unit 110 changes the voltage control signal to the voltage control circuit unit 113 relatively slowly so as to change (step up) the drive voltage so that the speed of the lens holding frame 122 increases smoothly. In particular, immediately after the start, the drive voltage is changed so that the absolute value of the acceleration of the lens holding frame 122 increases from a value close to 0. The driving speed of the lens holding frame 122 is gradually increased by continuous transition of the driving voltage, and reaches the target speed.
[0052]
At the time of stop, the drive voltage is changed (stepped down) relatively slowly so that the speed of the lens holding frame 122 decreases smoothly to the maximum voltage in the dead band voltage range. In particular, immediately before the stop, the absolute value of the acceleration of the lens holding frame 122 is changed so as to decrease, and the acceleration near the stop is set to a value close to zero. Thereafter, the pressure is reduced relatively quickly to 0 V, and the lens holding frame 122 is completely stopped by the static friction force.
[0053]
FIG. 6 is a comparison experiment result of an impact sound generated at the time of starting between the conventional driving method (the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-191676) and the driving method of the present embodiment. (A) is a diagram illustrating a change in drive voltage and a generated sound according to a conventional method, (b) is a diagram illustrating a change in drive voltage and a generated sound according to the present embodiment, and (c) is a diagram illustrating a dead band voltage range. It is a figure showing the sound generated when the maximum voltage is applied. In both cases (a) and (b), the time (T1 in FIG. 6) from the start command until reaching the target speed is common.
[0054]
In the conventional driving method, the impact sound is reduced as compared with the simple driving method in which a driving signal is applied at the time of starting, but a sound of a level audible to human ears is generated. Almost no occurrence occurs in the driving method according to this embodiment. No sound is generated even when a voltage is applied within the dead band voltage range.
[0055]
In the conventional driving method, there is a time lag between the start of voltage application and the start of actual start of the lens holding frame 122 due to the presence of a dead zone (T2 in FIG. 6). Accordingly, the time from the stop to the time when the target drive speed is reached is substantially (T2−T1), and the speed changes more rapidly. Further, even if the driving voltage is changed smoothly so that the driving speed changes smoothly at the time of starting, the lens holding frame 122 is rapidly accelerated at the moment of starting to move. The change of the drive voltage (the slope of the tangent line of the drive voltage curve) at the maximum voltage in the dead band voltage range has a large value, and the speed of the lens holding frame 122 rapidly increases upon startup. Therefore, an impulsive sound is generated at the time of starting.
[0056]
On the other hand, in the driving method according to the present embodiment, the voltage is increased at a stroke to the maximum voltage in the dead band voltage range, and then the voltage is gradually increased. As a result, the time for raising the voltage to the maximum voltage in the dead band voltage range is shortened, and no reaction delay occurs. Further, since the change in the drive voltage (tangent slope) at the start of the start of the lens holding frame 122 can be reduced, the acceleration at the start is very close to zero and almost no impact sound is generated. In the conventional driving method, in order to reduce the acceleration at the time of starting, it is necessary to take a very long time to reach the target speed (rise time).
[0057]
Although a rectangular wave is used as the drive signal in the present embodiment, the drive method and the configuration of the drive circuit described in the present embodiment can be applied regardless of the waveform of the drive signal (for example, a sawtooth wave).
[0058]
Next, a second embodiment will be described. The configuration of the digital camera according to the second embodiment is the same as the configuration shown in the first embodiment (FIG. 11). In the present embodiment, the focus actuator 321 and the focus actuator drive circuit 214 will be described in detail.
[0059]
FIG. 7 is a diagram illustrating a basic configuration of a lens drive mechanism including a focus actuator 321 and a focus actuator drive circuit 214 according to the second embodiment. The focus actuator 321 moves three groups of the zoom lens 301. The lens driving device has the same configuration as the driving device described in the first embodiment.
[0060]
In the present embodiment, the drive signal of the lens holding frame 122 is changed by using a rectangular wave as the drive signal and the duty ratio of the drive signal (drive pulse) is changed, thereby reducing the noise.
[0061]
Control section 110 outputs a pulse control signal for pulse generation and duty ratio change to pulse generation section 112.
[0062]
The pulse generation unit 112 outputs a drive pulse having a desired frequency and a desired duty ratio to the drive circuit unit 111. The frequency of the drive pulse is constant, and the drive speed is changed by outputting a signal with a changed duty ratio.
[0063]
The voltage control circuit unit 113 boosts or drops the voltage from the power supply 114 so as to output an appropriate drive voltage to the drive circuit unit 111. It is sufficient that a constant voltage is supplied to the drive circuit unit 111, and the function of changing the voltage by the control signal may be omitted.
[0064]
The drive circuit section 111 outputs a drive signal to the piezoelectric actuator 321. The amplitude of the drive signal is constant, and its value is the drive voltage. The frequency and the duty ratio of the drive signal are the same as the frequency and the duty ratio of the drive pulse, and the duty ratio changes according to the drive speed.
[0065]
FIG. 8 is a diagram illustrating the relationship between the duty ratio of the drive signal and the drive speed under a certain frequency (ultrasonic range). When the duty ratio is gradually increased from 0%, the lens holding frame 22 is stationary for a while, but starts moving when a certain duty ratio (about 15%) is reached. The speed increases as the duty ratio changes, and reaches the maximum speed at about 30%. Thereafter, the speed decreases as the duty ratio increases, and stops again at around the duty ratio of 45%. When the duty ratio is further changed, the lens holding frame 22 starts moving again when the duty ratio is about 55%, but the moving direction is reversed. The speed increases as the duty ratio increases and reaches the maximum speed at about 70%. Thereafter, the speed is reduced and the motor stops at the duty ratio of about 85%. When the duty ratio is 15% or less, 45 to 55%, or 85% or more, there is a duty ratio range of a dead zone where the lens holding frame 122 does not move even when a drive signal is given. In the present embodiment, the direction in which the lens holding frame 122 moves at a duty ratio of 50% or less is defined as a positive direction.
[0066]
FIG. 9 is a diagram for explaining the driving method according to the present embodiment, and is a diagram illustrating changes in the duty ratio of the driving signal and the driving speed at the time of starting and stopping. (A) is a diagram showing a change in duty ratio at the time of starting and stopping, and (b) is a diagram showing a change of a driving speed at the time of starting and stopping. The duty ratio in the stopped state is a value in which the lens holding frame is completely stopped by only the static frictional force with respect to the drive shaft regardless of the posture in any posture. In the present embodiment, it is 0% or 100%.
[0067]
When the start command is issued, the control unit 110 outputs a pulse control signal for pulse generation to the pulse generation unit 112. The pulse generator 112 outputs a drive pulse to the drive circuit 111. The drive circuit unit 111 outputs a drive signal to the actuator based on the pulse.
[0068]
When a drive command in the forward direction is issued, the duty ratio is increased relatively quickly from 0% to a value (15%) immediately before the lens holding frame 122 moves. After that, the control unit 110 outputs a pulse control signal (duty ratio change command) to the pulse generation unit 112, and continuously increases the duty ratio relatively slowly so that the speed change of the lens holding frame 122 becomes smooth. Let it. Particularly, immediately after starting, the duty ratio is changed so that the absolute value of the acceleration of the lens holding frame 122 increases from a value close to 0. The drive speed of the lens holding frame 122 is gradually increased by continuous transition of the duty ratio, and reaches the target speed.
[0069]
At the time of stop, the duty ratio of the drive signal is continuously changed relatively slowly so that the speed of the lens holding frame 122 decreases smoothly up to the maximum duty ratio (15%) in the duty ratio range of the dead zone. In particular, immediately before the stop, the absolute value of the acceleration of the lens holding frame 122 is changed so as to decrease, and the acceleration near the stop is set to a value close to zero. Thereafter, the duty ratio is reduced relatively quickly to 0%, and the lens holding frame is completely stopped by the static friction force.
[0070]
Subsequently, when a driving command in the negative direction is issued, the control unit 100 changes the duty ratio to 100%, and then relatively quickly to the value (85%) immediately before the lens holding frame 122 moves. Subsequently, the control unit 110 outputs a pulse control signal (duty ratio change command) to the pulse generation unit 112, and continuously reduces the duty ratio relatively slowly so that the speed change of the lens holding frame 122 becomes smooth. Let it. The drive speed of the lens holding frame 122 is gradually increased by continuous transition of the duty ratio, and reaches the target speed.
[0071]
By performing such control, the speed change (inclination of the tangent line of the driving speed curve) at the moment of starting or stopping becomes substantially zero, and extremely quiet driving without generating an impact sound is possible.
[0072]
Although a rectangular wave is used as a drive signal in this embodiment, the configuration of the drive method and the drive circuit described in this embodiment can be applied regardless of the waveform of the drive signal.
[0073]
Next, a third embodiment of the present invention will be described. The configuration of the digital camera according to the third embodiment is the same as the configuration described in the first embodiment (FIG. 11). In this embodiment, the camera shake correction actuator 322 and the camera shake correction actuator drive circuit 217 will be described in detail.
[0074]
In the present embodiment, a rectangular wave is used as the drive signal, the drive speed is controlled by changing the duty ratio of the drive signal (drive pulse), and the start and stop control is performed by changing the voltage of the drive signal (drive voltage).
[0075]
FIG. 12 is a diagram showing a basic configuration of the camera shake correction device 10 including the camera shake correction actuator 322 and the camera shake correction actuator drive circuit 217. Although the drive circuit of the Y-direction actuator is omitted in FIG. 12, a drive circuit similar to the drive circuit connected to the X-direction actuator is actually connected. Note that the voltage control circuit unit 113 in the present embodiment performs ON / OFF control. In the example of the voltage control circuit shown in FIG. 2, the D / A converter 131 may not be used.
[0076]
Control section 110 outputs a voltage control signal to voltage control circuit section 113 and outputs a pulse control signal for pulse generation and duty ratio change to pulse generation section 112.
[0077]
The pulse generation unit 112 receives a pulse control signal from the control unit 110 and outputs a drive pulse having a desired frequency and a duty ratio to the drive circuit unit 111.
[0078]
The voltage control circuit unit 113 receives a voltage control signal from the control unit 110, creates a desired drive voltage, and outputs the drive voltage to the drive circuit unit 111.
[0079]
FIG. 13 is an exploded perspective view of the camera shake correction apparatus 10. The camera shake correction apparatus 10 includes a base plate 12 serving as a base, a first slider 14 that moves in a horizontal direction (hereinafter, referred to as an X-axis direction) with respect to the base plate 12, and a moving direction of the first slider. A second slider 13 that moves in the vertical direction (hereinafter referred to as the Y-axis direction) with respect to the second slider 13 and a CCD 16 that is fixed to the second slider.
[0080]
The base plate 12 is composed of an annular metal frame 19 that is orthogonal to the direction of the optical path (hereinafter, described as the Z-axis direction) and has a large hole 20 at the center.
[0081]
From the base plate 12, various arms (press spring hooks 21, substrate holding arms 22, lifting prevention locking claws 24, positioning arms 31, rod support arms 36) described later extend in the optical axis direction (Z-axis direction). . An X-direction actuator 28 having a configuration in which a piezoelectric element 32 is sandwiched between a vibration transmission rod 34 and a weight 30 is fixed to the metal frame 19 in the X-axis direction.
[0082]
The X-direction actuator 28 has the tip and the end (the piezoelectric element 32 side) of the vibration transmission rod 34 fitted to two rod supporting arms provided on the base plate, and attaches the weight 30 to the positioning arm 31 of the base plate 12. In the contact state, the two fitting portions with the rod support arm 36 and the weight 30 are bonded to the base plate 12. Adhesion between the rod support arm 36 and the vibration transmission rod 34 is made of an adhesive such as a silicone adhesive which remains elastic even after being hardened. Adhesion between the positioning arm 31 and the weight 30 is made of a soft rubber or silicone. A contained adhesive is preferably used.
[0083]
The two rod support arms 36 of the base plate 12 are provided with protrusions 38 extending on the upper surface thereof in the Z-axis direction. The protrusion 38 is fitted into the movement restriction hole 79 of the first slider 14 during assembly, as described later.
[0084]
The first slider 14 is located on the image plane side with respect to the base plate 12 in the optical axis direction (Z-axis direction), and is made of aluminum having an opening 68 for accommodating the second slider 13 in substantially the same plane. Is formed by an annular frame 66. The first slider 14 has a first rod contact portion 74 that contacts the vibration transmission rod 34 of the X-direction actuator 28 fixed to the base plate 12 and a vibration of a Y-direction actuator 56 fixed to a second slider described later. A second rod contact portion abutting on the transmission rod 60, a pressing spring hook 72 for locking the pressing spring 70 between the pressing spring hook 21 of the base plate 12, and a movement restriction hole 79.
[0085]
The first slider 14 is urged toward the base plate 12 by a pressing spring 70 provided on a pressing spring hook 72 provided on the base plate 12 and the first slider 14 at the time of assembling. The rotation of the fourteenth vibration transmission rods 34 around them is prevented.
[0086]
The first rod contact portion 74 is provided with a groove having a V-shaped cross section, and the cap 40 is used to transmit the vibration transmission rod 34 with the groove in contact with the vibration transmission rod 34 of the X-direction actuator 28. , The first slider 14 is slidably and frictionally coupled along the vibration transmission rod 34. The holding spring 42 is used to fix the first rod contact portion 74 to the cap 40. As described above, the X-direction actuator 28 has a configuration in which the piezoelectric element 32 is sandwiched between the vibration transmission rod 34 and the weight 30, and is fitted to the rod support arm 36 of the base plate 12 and the positioning arm 31.
[0087]
The first slider 14 is disposed on the vibration transmission rod 34 of the X-direction actuator 28 as described above. The first slider 14 frictionally couples the vibration transmission rod 34 between the first rod contact portion 74 and the cap 40. The holding spring 42 is used to fix the first rod contact portion 74 to the cap 40. One end of the cap 40 is locked to the first rod contact portion 74, the center portion contacts the vibration transmission rod 34, and the other end is pulled by the holding spring 42. The contact pressure between the cap 40 and the vibration transmission rod 34 is about twice as large as the holding spring 42 used. The holding spring 42 has an oval shape, and both ends come to the center of one linear portion. The sandwiching spring 42 fixes the both ends so as to bridge the end portion and the center of the straight portion between the hook of the cap 40 and the spring hook of the first rod contact portion 74 of the first slider.
[0088]
The movement restricting hole 79 is loosely fitted with the protrusion 38 provided on the upper surface of the rod support arm 36 of the base plate 12 described above. The movement restricting hole 79 is a long hole extending in the moving direction of the first slider 14 by the movable width of the first slider 14, that is, in the extending direction (X-axis direction) of the vibration transmission rod 34. The first slider 14 is fitted to the protrusion 38 on the upper surface of the support arm 36 to restrict the first slider 14 from moving (falling) in the short side direction (Y-axis direction) of the movement restriction hole.
[0089]
The second slider 13 is a resin box having an opening 48 in the bottom wall 44, and holds the CCD 16, the radiator plate 18, the low-pass filter 17, and the Y-direction actuator 56. The heat radiating plate 18 is in contact with the back side of the CCD 16 on which the imaging surface is not provided, and covers the space defined by the peripheral wall 46 of the second slider, and the second radiating plate 18 is screwed by the screw 62 penetrating the screw hole 64. Fixed to the slider.
[0090]
The low-pass filter 17 is attached in close contact with the CCD 16 so as to cover the effective imaging surface, and is fitted into the opening 48 of the second slider. At this time, the CCD 16 is pressed by a contact spring disposed around the opening 48 so that the back surface of the CCD 16 is in close contact with the heat radiating plate 18.
[0091]
The Y-direction actuator 56 held by the second slider 13 is adhesively held by a rod support arm 50 provided on the side of the peripheral wall. The tip and the end (the piezoelectric element 59 side) of the vibration transmission rod 60 were fitted to the two rod supporting arms of the second slider 13, respectively, and the weight 58 was also brought into contact with the positioning surface 57 of the second slider. In this state, the two fitting portions and the weight 58 are bonded to the second slider 13. Similar to the bonding of the X-direction actuator described above, the bonding of the vibration transmitting rod 60 is performed by using an adhesive such as a silicon adhesive that remains elastic after being cured, and the contact of the weight 58 is performed using a soft rubber or silicon-containing material. Is preferably used.
[0092]
The second rod contact portion 76 is provided with a groove having a V-shaped cross section, and the Y-direction actuator 56 of the second slider operates by the second rod contact portion 76 of the first slider 13 and the cap 75. The first slider 14 is frictionally coupled to the second slider 13 while being sandwiched. A holding spring 78 is used to fix the second rod contact portion 76 and the cap. One end of the cap is locked to the second rod contact portion 76, the center portion contacts the vibration transmission rod 60, and the other end is pulled by the holding spring 78. The contact pressure between the cap and the vibration transmission rod 60 is about twice as large as the holding spring 78 used. The holding spring 78 has an elliptical shape like the one used in the X-direction actuator, and both ends come to the center of one linear portion. The sandwiching spring 78 fixes both ends of the straight portion between the hook of the cap and the spring hook of the second rod contact portion 76 of the first slider so as to span the center between the ends.
[0093]
The direction reference plate 54 attached to the opposing peripheral wall 44 of the Y-direction actuator of the second slider has a concave hard ball receiver 52 for holding the hard ball 15 on the front and back thereof, and the hard ball 15 is loosely fitted in the hard ball receiver 52. In this state, the first slider 14 and the base plate 12 are fixed so as to be sandwiched by the rigid balls 15 therebetween. As described above, the pressing spring 70 is hung between the first slider 14 and the base plate 12, so that the second slider 13 is prevented from rotating about the vibration transmission rod 60 of the Y-direction actuator.
[0094]
When the base plate 12 and the first slider 14 are assembled, the first slider 14 is arranged so as to fit within a region surrounded by the four substrate holding arms 22 provided on the base plate 12, and in order to prevent floating, The upper end is locked by the lifting prevention locking claw 24. On the other hand, the second slider 13 is incorporated into the first slider 14 so that the box portion thereof fits into the opening 68 of the first slider 14. The second slider 13 is integrally formed so as to hang from the first slider 14. As described above, the first slider 14 is slidable in the X-axis direction along the X-direction actuator. At this time, the second slider 13 moves integrally with the movement of the first slider 14, and The CCD 16 fixed to the slider 13 also moves in the X-axis direction. On the other hand, the second slider 13 is independently movable in the Y-axis direction with respect to the first slider 14, and the first slider is fixed to the base plate 12. , Y-axis direction. Therefore, the CCD 16 fixed to the second slider 13 also moves in the Y-axis direction.
[0095]
When the camera shake detecting unit 160 detects the value of the speed element applied to the digital camera, the overall control unit 270 calculates the moving amount and moving speed of the image due to the shake on the CCD (on the image plane) from the focal length information of the optical system. I do. Commands are issued to the two actuators based on the calculated moving speed and the position of the second slider 13 (CCD 16). In other words, the overall control unit 270 calculates the position where the second slider 13 (CCD 16) is currently calculated based on the signal input from the position detection element (not shown) of the second slider 13 (CCD 16), and Based on the signal input from the camera shake detection unit 160, the CCD 16 calculates the position where it should be, compares the difference with the current position, and performs feedback control to move the slider so that the CCD 16 returns to the position where it should be. .
[0096]
In the description of the present embodiment, only the driving method of the X-direction actuator will be described for simplicity. The description of the Y-direction actuator is omitted, but the driving method is the same as that of the X-direction actuator.
[0097]
FIG. 10 is a diagram for explaining the driving method according to the present embodiment, and is a diagram illustrating changes in the driving voltage, the duty ratio, and the driving speed at the time of starting and stopping. (A) is a diagram showing a change in drive voltage at start and stop, (b) is a diagram showing a change in duty ratio at start and stop, and (c) is a diagram showing a drive speed at start and stop. It is a figure showing a change. The drive voltage in the stopped state is a value at which the first slider 14 is completely stopped by only the static friction force without depending on the posture in any posture. In this embodiment, the voltage is set to 0V. The duty ratio in the stop state may be any value, and is 50% in the present embodiment. Note that the relationship between the duty ratio of the drive signal and the drive speed is the same as the relationship of FIG. 8 shown in the description of the second embodiment.
[0098]
The operation for correcting camera shake will be described with reference to FIGS.
[0099]
When the camera shake detector 160 detects camera shake, the overall controller 270 issues a start command to the actuator to correct the camera shake. When the start command is issued, the control unit 110 issues a drive pulse generation command to the pulse generation unit 112. The duty ratio of the drive pulse output from the pulse generator 112 is relatively quickly reduced to the duty ratio (about 45%) just before the first slider 14 moves. In this state, the first slider 14 is stopped on the vibration transmission rod 34 by the static friction force. Subsequently, the control unit 110 outputs a voltage control signal to the voltage control circuit unit 113, and the drive voltage is turned on. In the case of the present embodiment, the voltage control signal is a binary value of 1 (ON) or 0 (OFF). Therefore, the drive voltage is also a desired voltage (ON) or 0 V (OFF). In this state, the first slider 14 is stopped on the vibration transmission rod 34, but is in a floating state. That is, the vibration transmitting rod 34 vibrates due to the expansion and contraction of the piezoelectric element 32, but the inertia force of the first slider 14 overcomes the static friction force, and the first slider 14 stops on the vibration transmitting rod 34. Thereafter, the control unit 110 issues a pulse control signal (duty ratio change command) to the pulse generation unit 112, and continuously reduces the duty ratio relatively slowly so that the speed change of the first slider 14 becomes smooth. . Particularly, immediately after starting, the duty ratio is changed so that the absolute value of the acceleration of the first slider 14 increases from a value close to zero. The first slider 14 increases the speed by the continuous change of the duty ratio and reaches the target speed.
[0100]
When stopped, the control unit 110 controls the pulse generation unit 112 to change the duty ratio of the drive pulse to a duty ratio (about 45%) just before the first slider 14 stops moving, so that the speed change is relatively smooth. Issue a command to increase slowly and continuously. In particular, immediately before the stop, the absolute value of the acceleration of the first slider 14 is changed so as to decrease, and the acceleration near the stop is set to a value close to zero. Thereafter, the duty ratio is relatively quickly set to 50%, and a command is issued to the voltage control circuit unit 113 to turn off the drive voltage (0 V).
[0101]
By performing such control, the speed change at the moment of starting or at the time of stopping becomes almost zero, and extremely quiet driving without the generation of impact noise is possible.
[0102]
Although a rectangular wave is used as a drive signal in this embodiment, the configuration of the drive method and the drive circuit described in this embodiment can be applied regardless of the waveform of the drive signal.
[0103]
In the present embodiment, the movable / stop control is performed by the ON / OFF control of the drive voltage, but may be performed by the ON / OFF control of the drive pulse.
[0104]
In the present embodiment, the drive speed is controlled by changing the duty ratio of the drive signal (drive pulse). However, the speed control may be performed by changing the duty ratio and the drive voltage. Although the start / stop control is performed by changing the drive voltage, the control may be performed by changing the drive voltage and the duty ratio of the drive signal (drive pulse). By changing both the drive voltage and the duty ratio of the drive signal (drive pulse) for drive speed control or start / stop control, smoother start / stop is possible.
[0105]
In the present embodiment, camera shake correction is performed by moving the CCD. In the driving mechanism driven by the driving circuit of the impact-type piezoelectric actuator of the present invention, by moving the CCD by half the pixel pitch and moving the CCD, an image between the pixels of the CCD that cannot be obtained before the movement is obtained. It can also be used for the purpose of collecting information and obtaining a higher definition image (so-called pixel shifting method).
[0106]
In the driving method described in the first embodiment, zoom lens driving is performed, in the driving method described in the second embodiment, focus lens driving is performed, and in the driving method described in the third embodiment, camera shake correction is performed. There is no relation between the driving method and the driven member, and any driving method may be used for each driven member.
[0107]
In each of the first embodiment, the second embodiment, and the third embodiment, the driving method of the present invention is applied at the time of starting and at the time of stopping. The effect of the present invention can be obtained even when applied only to the above.
[0108]
Although a digital camera is used as an embodiment of the present invention, the present invention may be applied to an image pickup apparatus such as a video movie, a micro camera for a portable device (for example, a camera for a mobile phone), and a camera using a silver halide film. Further, it may be used for a drive unit of a pickup lens of an optical disc and an XY stage. That is, the drive circuit and the drive method described in the first, second, and third embodiments can be applied to the drive circuit and the drive method of the drive mechanism using the impact type actuator.
[0109]
【The invention's effect】
As described above, according to the first to seventh aspects of the present invention, since the impact sound generated when the driven member starts and stops is reduced to a level inaudible to human ears, quiet driving is possible. is there. Further, the start control time or the stop control time until the driven member reaches the target drive speed can be shortened, and a highly responsive actuator can be realized. Further, this drive method and drive circuit configuration can be applied without depending on the drive waveform.
[0110]
According to an eighth aspect of the present invention, since the imaging apparatus has the driving circuit according to any one of the first to third aspects, it is possible to mount an actuator realizing miniaturization, high accuracy, high speed, and low noise. Thus, a compact and high-quality imaging device can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a lens driving mechanism including a zoom actuator 320 and a basic configuration of a zoom actuator driving circuit 215.
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of a voltage control circuit unit 113.
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of a drive circuit unit 111.
FIG. 4 is a diagram illustrating a relationship between a driving voltage and a driving speed when a duty ratio is constant.
FIG. 5 is a diagram for describing a driving method according to the first embodiment, and is a diagram illustrating changes in a driving voltage and a driving speed at the time of starting and stopping. (A) is a diagram showing a change in drive voltage at start and stop, and (b) is a diagram showing a change in drive speed at start and stop.
FIG. 6 is a comparison experiment result of an impact sound generated at the time of starting between the conventional driving method and the driving method of the present invention. (A) is a diagram showing a change in drive voltage and a generated sound according to a conventional method, (b) is a diagram showing a change in drive voltage and a generated sound according to the present embodiment, and (c) is the maximum dead band voltage. It is a figure which shows the sound generated when a voltage is applied.
FIG. 7 is a view showing a basic configuration of a lens drive mechanism including a focus actuator 321 and a focus actuator drive circuit 214 according to a second embodiment.
FIG. 8 is a diagram illustrating a relationship between a duty ratio of a drive signal and a drive speed when the drive voltage is constant.
FIG. 9 is a diagram for explaining a driving method according to the second embodiment, and is a diagram illustrating a change in a duty ratio of a driving signal and a driving speed at the time of starting and stopping. (A) is a diagram showing a change in duty ratio at the time of starting and stopping, and (b) is a diagram showing a change of a driving speed at the time of starting and stopping.
FIG. 10 is a diagram for explaining a driving method according to a third embodiment, and is a diagram illustrating changes in a driving voltage, a duty ratio, and a driving speed at the time of starting and stopping. (A) is a diagram showing a change in drive voltage at start and stop, (b) is a diagram showing a change in duty ratio at start and stop, and (c) is a diagram showing a drive speed at start and stop. It is a figure showing a change.
FIG. 11 is a block diagram showing a common configuration of digital cameras according to the first, second, and third embodiments of the present invention.
FIG. 12 is a diagram showing a basic configuration of a camera shake correction device 10 including a camera shake correction actuator 322 and a camera shake correction actuator drive circuit 217.
FIG. 13A is an exploded perspective view of the camera shake correction apparatus according to the present invention.
(B) is a detailed view of the X-direction actuator portion of (a).
FIG. 14 is a diagram showing a waveform of a drive signal.
FIG. 15 is a diagram showing a basic configuration of a driving device including an impact type piezoelectric actuator.
[Explanation of symbols]
10 Camera shake correction device
12 Base plate
13 Second slider
14 First slider
15 Hard ball
16,303 CCD
17 Low-pass filter
18 Heat sink
19 frames
20 large holes
21,72 Pressing spring
22 Board holding arm
24 Floating prevention locking claw
28 X direction actuator
30 weights
32,101 Piezoelectric element
34,103 drive shaft
36 Rod support arm
38 Projection
40 cap
42,78 Holding spring
44 Bottom plate
46 Perimeter wall
48 opening
50 Rod support arm
52 direction reference plate
54 Hard Ball Receiver
56 Y direction actuator
57 Positioning surface
58 weights
60 drive shaft
62 screws
64 through hole
66 frames
68 opening
70 Press spring
74 1st rod contact part
76 Second rod contact part
79 Movement restriction hole
80 LCD
91 Memory Card
102 Supporting member
104 driven member
105 drive circuit
106 spring
110 control unit
111 Drive circuit section
112 pulse generator
113 Voltage control circuit
114 Power
122 Lens support frame
122a Slider block
122b Notch
124 support arm
126 pads
127 Coil spring
132 amplifier
133 power transistor
141, 142, 143, 144 switch
150 Built-in flash
200 Camera body
300 imaging unit

Claims (8)

駆動信号が印加されることにより伸縮する圧電素子と、圧電素子の伸縮方向の一方端に固着された支持部材と、圧電素子の伸縮方向における他方端に固着された駆動部材と、駆動部材に所定の摩擦力で係合された被駆動部材からなり、圧電素子を異なる速度で伸縮させることで被駆動部材を支持部材に対し相対移動させる圧電アクチュエータの駆動回路において、
駆動信号として圧電素子に与えられるべき電圧を供給する電圧制御回路手段と、駆動信号が所望の周波数およびデューティ比となるよう駆動パルスを発生させるパルス発生手段と、
電圧制御回路手段およびパルス発生手段の少なくとも一方に制御信号を出力する制御手段を有し、
制御手段は、被駆動部材の始動時に圧電素子に印加しても被駆動部材が駆動されない駆動信号が印加された状態から被駆動部材の加速度の絶対値が増加するよう駆動信号を変化させる始動時制御信号、及び被駆動部材の停止時に圧電素子に印加しても被駆動部材が駆動されない駆動信号が印加された状態となるまで被駆動部材の加速度の絶対値が減少するよう駆動信号を印加する停止時制御信号のうち、少なくとも一方の制御信号を出力することを特徴とする駆動回路。
A piezoelectric element that expands and contracts when a drive signal is applied, a support member fixed to one end of the piezoelectric element in the expansion and contraction direction, a driving member fixed to the other end of the piezoelectric element in the expansion and contraction direction, In the drive circuit of the piezoelectric actuator, which comprises a driven member engaged by a frictional force, and expands and contracts the piezoelectric element at different speeds to move the driven member relative to the support member,
Voltage control circuit means for supplying a voltage to be applied to the piezoelectric element as a drive signal; pulse generation means for generating a drive pulse so that the drive signal has a desired frequency and a duty ratio;
Having control means for outputting a control signal to at least one of the voltage control circuit means and the pulse generation means,
The control means changes the drive signal such that the absolute value of the acceleration of the driven member increases from the state in which the drive signal is not driven even when applied to the piezoelectric element when the driven member is started. A drive signal is applied such that the absolute value of the acceleration of the driven member is reduced until a control signal and a drive signal that does not drive the driven member even when applied to the piezoelectric element when the driven member is stopped are applied. A drive circuit for outputting at least one of a stop control signal.
駆動信号が印加されることにより伸縮する圧電素子と、圧電素子の伸縮方向の一方端に固着された支持部材と、圧電素子の伸縮方向における他方端に固着された駆動部材と、駆動部材に所定の摩擦力で係合された被駆動部材からなり、圧電素子を異なる速度で伸縮させることで被駆動部材を支持部材に対し相対移動させる圧電アクチュエータの駆動回路において、
駆動信号として圧電素子に与えられるべき電圧を供給する電圧制御回路手段と、駆動信号が所望の周波数およびデューティ比となるよう駆動パルスを発生させるパルス発生手段と、
電圧制御回路手段およびパルス発生手段の少なくとも一方に制御信号を出力する制御手段を有し、
制御手段は、被駆動部材の始動時に被駆動部材が駆動部材に対し静止摩擦力により静止している状態から圧電素子に印加しても被駆動部材が駆動されない駆動信号を比較的急速に印加した後被駆動部材の速度が増加するよう比較的緩速に駆動信号を変化させる始動時制御信号、及び被駆動部材の停止時に圧電素子に印加しても被駆動部材が駆動されない駆動信号が印加された状態となるまで被駆動部材の速度が減少するよう比較的緩速に変化させた駆動信号を印加した後被駆動部材が駆動部材に対し静止摩擦力によって静止する状態となるよう比較的急速に駆動信号を印加する停止時制御信号のうち、少なくとも一方の制御信号を出力することを特徴とする駆動回路。
A piezoelectric element that expands and contracts when a drive signal is applied, a support member fixed to one end of the piezoelectric element in the expansion and contraction direction, a driving member fixed to the other end of the piezoelectric element in the expansion and contraction direction, In the drive circuit of the piezoelectric actuator, which comprises a driven member engaged by a frictional force, and expands and contracts the piezoelectric element at different speeds to move the driven member relative to the support member,
Voltage control circuit means for supplying a voltage to be applied to the piezoelectric element as a drive signal; pulse generation means for generating a drive pulse so that the drive signal has a desired frequency and a duty ratio;
Having control means for outputting a control signal to at least one of the voltage control circuit means and the pulse generation means,
The control means applies a driving signal relatively rapidly when the driven member is not driven even when applied to the piezoelectric element from a state in which the driven member is stationary with respect to the driving member due to static frictional force when the driven member is started. A start-up control signal that changes the drive signal relatively slowly so that the speed of the post-driven member increases, and a drive signal that does not drive the driven member even when applied to the piezoelectric element when the driven member is stopped are applied. After applying a drive signal that is changed relatively slowly so that the speed of the driven member decreases until the driven member is brought into the state of being driven, the driven member is relatively quickly stopped by the static frictional force with respect to the drive member. A drive circuit for outputting at least one of a stop-time control signal for applying a drive signal.
前記制御手段は、駆動信号として前記圧電素子に与えられるべき電圧を変化させる制御信号及び前記駆動パルスのデューティ比を変化させる制御信号のうち少なくとも一方の制御信号を出力することを特徴とする請求項1または請求項2記載の駆動回路。The control means outputs at least one of a control signal for changing a voltage to be applied to the piezoelectric element as a drive signal and a control signal for changing a duty ratio of the drive pulse. The driving circuit according to claim 1 or claim 2. 駆動信号が印加されることにより伸縮する圧電素子と、圧電素子の伸縮方向の一方端に固着された支持部材と、圧電素子の伸縮方向における他方端に固着された駆動部材と、駆動部材に所定の摩擦力で係合された被駆動部材からなり、圧電素子を異なる速度で伸縮させることで被駆動部材を支持部材に対し相対移動させる圧電アクチュエータの駆動方法において、
被駆動部材の始動時に圧電素子に印加しても被駆動部材が駆動されない駆動信号が印加された状態から被駆動部材の加速度の絶対値が増加するよう駆動信号を変化させる駆動制御、及び被駆動部材の停止時に圧電素子に印加しても被駆動部材が駆動されない駆動信号が印加された状態となるまで被駆動部材の加速度の絶対値が減少するよう駆動信号を印加する駆動制御のうち、少なくとも一方の駆動制御を行うことを特徴とする駆動方法。
A piezoelectric element that expands and contracts when a drive signal is applied, a support member fixed to one end of the piezoelectric element in the expansion and contraction direction, a driving member fixed to the other end of the piezoelectric element in the expansion and contraction direction, A method of driving a piezoelectric actuator comprising a driven member engaged by a frictional force and moving a driven member relative to a supporting member by expanding and contracting a piezoelectric element at different speeds,
Drive control for changing the drive signal so that the absolute value of the acceleration of the driven member increases from the state in which the drive signal is not driven even when applied to the piezoelectric element when the driven member is started, and the driven At least one of the drive controls for applying the drive signal so that the absolute value of the acceleration of the driven member is reduced until the drive signal in which the driven member is not driven even when applied to the piezoelectric element when the member is stopped is applied. A driving method characterized by performing one driving control.
駆動信号が印加されることにより伸縮する圧電素子と、圧電素子の伸縮方向の一方端に固着された支持部材と、圧電素子の伸縮方向における他方端に固着された駆動部材と、駆動部材に所定の摩擦力で係合された被駆動部材からなり、圧電素子を異なる速度で伸縮させることで被駆動部材を支持部材に対し相対移動させる圧電アクチュエータの駆動方法において、
被駆動部材の始動時に、被駆動部材が駆動部材に対して静止摩擦力で静止している状態から圧電素子に印加しても被駆動部材が駆動されない駆動信号を比較的急速に印加した後被駆動部材の速度が増加するよう比較的緩速に変化させた駆動信号を印加する駆動制御、及び被駆動部材の停止時に、圧電素子に印加しても被駆動部材が駆動されない駆動信号が印加された状態となるまで被駆動部材の速度が減少するよう比較的緩速に変化させた駆動信号を印加した後被駆動部材が駆動部材に対し静止摩擦力によって静止する駆動信号を比較的急速に印加する駆動制御のうち、少なくとも一方の駆動制御を行うことを特徴とする駆動方法。
A piezoelectric element that expands and contracts when a drive signal is applied, a support member fixed to one end of the piezoelectric element in the expansion and contraction direction, a driving member fixed to the other end of the piezoelectric element in the expansion and contraction direction, A method of driving a piezoelectric actuator comprising a driven member engaged by a frictional force and moving a driven member relative to a supporting member by expanding and contracting a piezoelectric element at different speeds,
When the driven member is started, the driven member is not driven even if it is applied to the piezoelectric element from a state where the driven member is stationary with the static friction force with respect to the driving member. A drive control that applies a drive signal that is changed relatively slowly so that the speed of the drive member increases, and a drive signal that does not drive the driven member even when applied to the piezoelectric element when the driven member is stopped is applied. After applying a drive signal that is changed relatively slowly so that the speed of the driven member decreases until it reaches the state of being driven, a drive signal that the driven member stops at the driven member by the static friction force is applied relatively quickly. A driving method, wherein at least one of the driving controls is performed.
前記駆動信号の電圧及びデューティ比のうち、少なくとも一方を変化させることを特徴とする請求項4または請求項5記載の駆動方法。The driving method according to claim 4, wherein at least one of a voltage and a duty ratio of the driving signal is changed. 前記被駆動部材の停止状態において、前記被駆動部材が前記駆動部材に対して静止摩擦力によって静止していることを特徴とする請求項4乃至6のいずれかに記載の駆動方法。The driving method according to any one of claims 4 to 6, wherein the driven member is stationary with respect to the driving member by a static friction force when the driven member is stopped. 請求項1乃至3のいずれかに記載の駆動回路を有する撮像装置An imaging device having the drive circuit according to claim 1.
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