JP5184839B2 - 圧電モータおよびカメラ装置 - Google Patents

Description

この発明は、圧電素子を用いて被駆動体を摩擦力で駆動する圧電モータと、かかる圧電モータを利用するカメラ装置に関する。

従来、監視カメラ等の指向方向制御やロボットの関節部などに代表される多自由度回転駆動制御系の分野では、単一軸駆動モータを直列多段に積み上げた構成の駆動機構あるいはモータシステムが広く用いられていた。また、小型高精度化の観点では、ジンバル機構やジョイント機構による支持系と、別途配設された電磁モータ等による駆動系を有する多自由度型駆動機構あるいは多自由度型モータシステムが採用される場合がある。しかしながら、従来の駆動機構あるいはモータシステムでは、ジンバル機構やジョイント機構の有無にかかわらず、単一軸駆動モータの直列多段積み上げ構成が基本構造となっているため、構造が複雑化して小型化に限界があり、必ずしも満足できるものではなかった。

上記状況を鑑み、近年では圧電素子を用いた球面モータの研究開発が注目されている。とくに、圧電ユニットを用いて被駆動体である球体を摩擦力駆動する圧電モータは、次世代の小型高精度球面モータとして期待されている。

この種のモータの代表的な応用の従来例としては、特許文献１に記載の「デジタルカメラ」が知られている。このデジタルカメラは撮像ユニットを備え、撮像ユニットはユニット本体と、このユニット本体を鉛直方向に揺動可能に支持する第１支持枠と、ユニット本体を水平方向に回動可能に支持する第２支持体と、ユニット本体を上下左右の各方向に回動させる駆動部材と、ユニット本体の回動位置を検出する位置検出部を有する。ユニット本体は円筒の両端が半球面で覆われたカプセル形状をなし、一方の半球面の中央に撮影レンズとこの撮影レンズの後方位置に撮像素子を有する撮像部が配設されている。さらに、第２支持体の短辺部の上部適所には駆動部材が突設され、この駆動部材の先端はユニット本体の後側の半球面の中央に接触している。

駆動部材は四角柱状の弾性部材の４つの側面にそれぞれＰＺＴ等の圧電素子が貼り付けられているとともに、上端面には積層型圧電素子と当接片とが貼り付けられている。この当接片にはユニット本体の半球面に当接させるための突起が形成されている。

そして、カメラのメインスイッチがオフ状態では撮像ユニットは撮影レンズがカメラ本体内の開口部から露出しない所定の位置に設定され、開口部がユニット本体で遮蔽されて撮影レンズの保護および撮像素子の遮光が行なわれる。メインスイッチがオンになると、撮像ユニットは撮影レンズが開口部から露出してその光軸方向が正面方向となる所定の位置に自動設定され、撮影可能になる。このように、メインスイッチの状態変化に応じて撮像ユニットは開口部の遮蔽位置と撮影レンズの露出位置とに位置制御される。

以上の構成によれば、圧電素子を有する駆動部材がユニット本体を上下左右の各方向にダイレクト回転駆動するように構成されているので、単一軸駆動モータの直列多段積み上げ構成の従来構造の複雑さを解消し、小型で多自由度の駆動機構が期待できる。
特開２０００−５９６７４号公報 特開平３−１６６０８１号公報

しかしながら、一般的にジンバル機構には加工誤差や組立誤差に起因した軸芯ズレが存在する。とくに、球体形状の被駆動体にあっては回転軸受部の加工が難しく、軸芯ズレが発生しやすい傾向にある。圧電素子の作動変位量は非常に小さく、この軸芯ズレの影響によって被駆動体と圧電ユニットの摩擦接触状態が大きく変化し、その結果、圧電モータの駆動特性が不安定になる場合があった。また、このジンバル機構の軸芯ズレを吸収する機構を別途設けることも可能であるが、装置全体として大型化するため実機適用には不向きであり、小型化設計の障害となっていた。

そこで、本発明の目的は、従来型の圧電モータの課題を解消し、駆動特性の安定化を図りつつ、装置全体の小型化を図った圧電モータ、およびかかる圧電モータを用いることによって小型化と性能向上を図ったカメラ装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る圧電モータは、基台と、この基台に対して対称に配設されて、それぞれに互いに共通の第１の周波数の交流駆動電圧が印加され、作動方向が互いに逆方向の第１および第２の圧電素子と、前記基台に固定された第１および第２の支点の周りにそれぞれ回動する第１および第２のてこによって、前記第１および第２の圧電素子の作動変位それぞれを拡大する第１および第２の変位拡大機構と、前記第１および第２のてこの作用点部位それぞれにそれぞれの一端が連結された第１および第２の板バネと、前記第１および第２の板バネそれぞれの他端部が固定されて揺動し、被駆動部に対して押し付けられて、前記被駆動部との間の摩擦力により前記被駆動部を駆動する駆動部と、前記駆動部が被駆動部に押し付けられることによって駆動部が受ける反力による前記第１および第２の変位拡大機構の変位に応じて前記反力に対抗して前記第１および第２の変位拡大機構をそれぞれ付勢する第１および第２の外部バネと、を備えていることを特徴とする。

球状の被駆動部を有するカメラモジュールとそのカメラモジュールの向きを変える圧電モータとを備え、前記カメラモジュールによって対象物を撮影して前記カメラモジュールの撮像面へ結像するカメラ装置であって、前記圧電モータは、基台と、この基台に対して対称に配設されて、それぞれに互いに共通の第１の周波数の交流駆動電圧が印加され、作動方向が互いに逆方向の第１および第２の圧電素子と、前記基台に固定された第１および第２の支点の周りにそれぞれ回動する第１および第２のてこによって、前記第１および第２の圧電素子の作動変位それぞれを拡大する第１および第２の変位拡大機構と、前記第１および第２のてこの作用点部位それぞれにそれぞれの一端が連結された第１および第２の板バネと、前記第１および第２の板バネそれぞれ他端部が固定されて揺動し、被駆動部に対して押し付けられて、前記被駆動部との間の摩擦力により前記被駆動部を駆動する駆動部と、前記駆動部が被駆動部に押し付けられることによって駆動部が受ける反力による前記第１および第２の変位拡大機構の変位に応じて前記反力に対抗して前記第１および第２の変位拡大機構をそれぞれ付勢する第１および第２の外部バネと、を備えていること、を特徴とするカメラ装置。

本発明によれば、圧電モータの作動変位を拡大することにより、駆動特性の安定化を図り、装置全体の小型化と性能向上を図ることができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には共通の符号を付して、重複説明は省略する。なお、説明中の上下左右は相対的なものであって、重力方向に対する上下左右と必ずしも一致する必要はない。

［第１の実施形態］
図１は本実施形態による圧電モータの構成を示す斜視図である。図２ないし図４は図１の圧電モータの動作を説明するための図であって、図２は図１の圧電モータの（１）の状態から（４）の状態における各部の移動方向を示す斜視図、図３は図１の圧電モータの圧電素子に印加される駆動電圧の時間変化を示すグラフ、図４は図１の圧電モータの駆動部の動きを示す斜視図である。

また、図５は図１の圧電モータを平面状被駆動体の平面内直線駆動に用いる状況を示す斜視図であって、図示しない軸受によって直動自在に支持された平板状の被駆動面を有する被駆動体を用いて直進型の圧電モータを構成する例を示している。さらに、図６は図１の圧電モータを円柱状被駆動体の回転駆動に用いる状況を示す斜視図であって、図示しない軸受によって一つの回転軸の周りで回動自在に支持された円柱面状の被駆動面を有する被駆動体を用いて回転型の圧電モータを構成する例を示している。

圧電モータ１１０では、第１の圧電素子１１２ａおよび第２の圧電素子１１２ｂが基台１１１の圧電固定部１１１ａに対して左右対称に配設されている。第１の圧電素子１１２ａおよび第２の圧電素子１１２ｂは作動方向が互いに逆方向であって、それぞれの一端部が基台１１１に連結されている。また、これら圧電素子１１２ａおよび１１２ｂのそれぞれの他端を連結して力点１１を構成するとともに、基台１１１の両端部に支点１２を備えたてこの原理による第１の変位拡大機構１１３ａおよび第２の変位拡大機構１１３ｂが設けられている。

ここで、力点１１および支点１２は、たとえば円弧形状の切欠き構造となっており、圧電素子１１２ａ，１１２ｂの作動変位に伴う微小回転変位を許容する支持構造であることが望ましい。この変位拡大機構１１３ａ，１１３ｂは、圧電素子１１２ａ，１１２ｂの作動変位をてこの原理に基づいて拡大し、作用点１３を構成している。力点１１と支点１２の距離をＬ１とし、作用点１３と支点１２の距離をＬ２とするとき、変位拡大率はこれらの距離の比Ｌ２／Ｌ１で定まり、個々の適用機器の設計によって適宜選択される。

さらに、変位拡大機構１１３ａ，１１３ｂの作用点１３それぞれと一端を連結し、他端を共通の駆動部１１５と連結してなる第１の板バネ機構１１４ａおよび第２の板バネ機構１１４ｂを備える。駆動部１１５は、圧電素子１１２ａ，１１２ｂの作動変位に基づき、変位拡大機構１１３ａ，１１３ｂ、板バネ機構１１４ａ，１１４ｂの各構成要素を経て生成される合成振動で摩擦を介して被駆動体１１７，１１８に駆動力を伝達するものである。被駆動体１１７，１１８については図５および図６を参照して後述する。

図２は圧電モータ１１０の動作シーケンスを示す。図３は圧電素子１１２ａ，１１２ｂの駆動電圧波形であって、圧電素子１１２ａ，１１２ｂの駆動電圧１１６ａと１１６ｂを示す。また、図４は駆動部１１５の楕円運動の様子を示している。互いに９０度位相の異なるサイン波形を駆動電圧１１６ａ，１１６ｂとし、図３に示すように駆動電圧１１６ａに対して駆動電圧１１６ｂが位相９０度遅れている場合、図４に示すような楕円運動を得ることができる。つまり、図３の（２）に示すように圧電素子１１２ａに駆動電圧が付与されると、変位拡大機構１１３ａの作用点１３での動作変位に応じて、駆動部１１５が図３の（２）に示すように図３の（１）の位置から図面右手方向に移動するとともに下方に移動する。これは、板バネ機構１１４ａ，１１４ｂの曲げ変形を利用して達成される。以下同様に、図中（２）→（３）→（４）→（１）→（２）の動作を繰り返すことで、楕円運動を得る。

ここで、被駆動体（図示せず）が図４の上方から下方に向かって付勢された構成によれば、駆動部１１５が被駆動体に当接された状態で楕円運動がなされ、該運動により被駆動体は駆動部１１５から摩擦を介して駆動力が伝達され回動もしくは直動する。

図５は図１の圧電モータ１１０を被駆動体１１７の平面内直線駆動に用いる状況を示す斜視図である。被駆動体１１７は、平板状の被駆動面１１７ａを有し、被駆動面１１７ａの面方向に直線移動可能に支持されている。図３では駆動電圧１１６ａに対して駆動電圧１１６ｂが位相９０度遅れている場合を示したが、駆動電圧１１６ａに対して駆動電圧１１６ｂが位相９０度進んでいる場合を選択的に切り替えることで、図５に示す被駆動体１１７の直進駆動方向Ｘ１とＸ２を電気的に容易に制御することが可能である。

図６は図１の圧電モータ１１０を用いて被駆動体１１８を回転駆動する状況を示す斜視図である。被駆動体１１８は、円柱面状の被駆動面１１８ａを有し、回転軸２の周りに回転可能に支持されている。この場合は回転方向の制御がなされ、回転駆動方向θ１とθ２を電気的に容易に制御することが可能である。なお、駆動速度は駆動電圧１１６ａ，１１６ｂの電圧値（振動変位）により調整できる。また、被駆動体１１８の駆動方向に応じて、駆動電圧１１６ａと１１６ｂの電圧値（振動変位）に差を設けても良い。

図２ないし図４を用いて駆動部１１５の楕円運動を説明したが、楕円運動に限定されたものではなく、他の公知の方法、たとえば急速変形運動を用いた駆動方法としても良い。さらに、変位拡大機構１１３ａ，１１３ｂの動作変位を超える大きな移動量を被駆動体１１７，１１８に与えたい場合には楕円運動もしくは急速変形運動の繰り返しによる高速送り動作（粗動）より実施され、変位拡大機構１１３ａ，１１３ｂの動作変位内で精密な位置決めを行ないたい場合には圧電素子１１２ａ，１１２ｂ自体の伸縮変位を用いて行なう直線運動による超微動動作を行なうと良い。急速変形運動と直線運動にて粗微動を行なう圧電素子の組み合せ駆動原理は、たとえば特許文献２に示す公知の方法を用いることができる。

図７の（ａ）は図１の圧電モータにおける板バネ機構と駆動体の位置関係の一例を示す正面図であり、図７の（ｂ）は（ａ）の駆動体の重心Ｇ１にかかる各方向の力の振動数を示す説明図である。図７の（ａ）に示す圧電モータ２１０は、変位拡大機構１１３ａ，１１３ｂと板バネ機構１１４ａ，１１４ｂとのなす角αが図中に示す略４５度の関係にあるとともに、板バネ機構１１４ａ，１１４ｂの延長線上での交点と駆動部１１５の重心Ｇ１が略一致する位置関係により構成されている。

そして、圧電モータ２１０における駆動部１１５の図面上下方向の固有振動数ｆ１が図面横方向の固有振動数ｆ２と略一致してなり、かつ、駆動部１１５の重心Ｇ１回りのねじり固有振動数ｆ３が固有振動数ｆ１，ｆ２と異なる振動特性となっている。これら固有振動数ｆ１，ｆ２に圧電素子１１２ａ，１１２ｂの駆動周波数を概ね合わせることにより構造共振を利用することができ、動作変位が拡大される。しかも、駆動部１１５の重心Ｇ１周りのねじり振動を抑制することができる。

図８は、図１の圧電モータにおける板バネ機構と駆動体の位置関係の図７と異なる例を示す図であって、図８（ａ）は圧電モータの正面図、（ｂ）は（ａ）の駆動体の重心Ｇ２にかかる各方向の力の振動数を示す説明図である。

図８に示す圧電モータ３１０では、変位拡大機構１１３ａ，１１３ｂと板バネ機構１１４ａ，１１４ｂとのなす角αが４５度未満の関係にあるとともに、板バネ機構１１４ａ，１１４ｂの延長線上での交点が駆動部１１５の重心Ｇ２からの距離Ｌ３外側に離れて構成されている。ここで、駆動部１１５の重心Ｇ２は駆動部１１５の駆動面１１５ａから距離Ｌ４離れており、Ｌ３＜Ｌ４なる関係が望ましい。そして、圧電モータ３１０における駆動部１１５の図面上下方向の固有振動数ｆ４が駆動部１１５の重心Ｇ２回りのねじり固有振動数ｆ６と略一致してなり、かつ、図面横方向の固有振動数ｆ５が固有振動数ｆ４，ｆ６と異なる振動特性となっている。これら固有振動数ｆ４，ｆ６に圧電素子１１２ａ，１１２ｂの駆動周波数を概ね合わせることにより構造共振を利用することができ、動作変位が拡大される。

図９は図１の圧電モータにおける板バネ機構と駆動体の位置関係の図７および図８と異なる例を示す図であって、図９（ａ）は圧電モータの正面図、（ｂ）は（ａ）の駆動体の重心にかかる各方向の力の振動数を示す説明図である。

図９に示す圧電モータ４１０では、変位拡大機構１１３ａ，１１３ｂと板バネ機構１１４ａ，１１４ｂとのなす角αが４５度未満の関係にあるとともに、板バネ機構１１４ａ，１１４ｂの延長線上での交点が、駆動部１１５の重心Ｇ３からの距離Ｌ５内側に離れて構成されている。ここで、駆動部１１５の重心Ｇ３は駆動部１１５の駆動面１１５ａから距離Ｌ６離れており、Ｌ５＜Ｌ６なる関係が望ましい。そして、圧電モータ４１０における駆動部１１５の図面上下方向の固有振動数ｆ７が駆動部１１５の重心Ｇ３回りのねじり固有振動数ｆ９と略一致してなり、かつ、図面横方向の固有振動数ｆ８が固有振動数ｆ７，ｆ９と異なる振動特性となっている。これら固有振動数ｆ７，ｆ９に圧電素子１１２ａ，１１２ｂの駆動周波数を概ね合わせることにより構造共振を利用することができ、動作変位が拡大される。

第１の実施形態によれば、圧電モータの作動変位を拡大することにより、ジンバル機構で支持された被駆動体の軸芯ズレを吸収して駆動特性の安定化を図り、装置全体の小型化と性能向上を図ることができる。

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態における圧電モータについて、図１０ないし図１２を参照して説明する。

図１０は第２の実施形態に係る圧電モータの構成を示す斜視図、図１１は図１０の圧電モータを平面状被駆動体の平面内駆動に用いる状況を示す斜視図、図１２は図１０の圧電モータを球状被駆動体の回転駆動に用いる状況を示す斜視図である。

図１０に示すように、圧電モータ５１０は、共通する駆動部１１５を有し、２組の圧電ユニット１１０Ａ，１１０Ｂを互いに直交配置させた構成の複合圧電モータである。圧電ユニット１１０Ａおよび圧電ユニット１１０Ｂはそれぞれ、第１の実施形態の圧電モータ１１０とほぼ同様の構造である。駆動部１１５および基台１１１Ｃはそれぞれ、２組の圧電ユニット１１０Ａ，１１０Ｂに共通である。基台１１１Ｃは４個の圧電素子１１２ａＡ，１１２ａＢ，１１２ｂＡ，１１２ｂＢおよび、４個の変位拡大機構１１３ａＡ，１１３ａＢ，１１３ｂＡ，１１３ｂＢがそれぞれ互いに９０度ずつ離れて固定されるように、ほぼ十字形状をなしている。

圧電ユニット１１０Ａおよび１１０Ｂをそれぞれ独立に作動させることにより、駆動部１１５を３次元的に動作させることが可能で、制御された任意の方向に楕円運動もしくは急速変形運動および直線運動させることができる。ここで、被駆動体（図示せず）が図面上方から下方に向かって付勢された構成によれば、駆動部１１５が被駆動体に当接された状態で楕円運動もしくは急速変形運動および直線運動がなされ、該運動により被駆動体は駆動部１１５から摩擦を介して駆動力が伝達され回動もしくは直動する。

図１１は図１０の圧電モータ５１０を被駆動体５１１の平面内駆動に用いる状況を示す斜視図である。図１１に示すように、被駆動体５１１は平板状の被駆動面５１１ａを有する。この図に示す例では、２軸直進型の圧電モータを構成している。圧電ユニット１１０Ａおよび１１０Ｂの動作を変化させることにより、図中に示す被駆動体５１１の直進駆動方向Ｘ３，Ｘ４，Ｘ５，Ｘ６（図示せず。Ｘ５の逆の向き）を電気的に容易に制御することが可能である。

図１２は図１０の圧電モータを被駆動体５１２の回転駆動に用いる状況を示す斜視図である。被駆動体５１２は球面状の被駆動面５１２ａを有する。この図に示す例では、圧電モータ５１０は、２軸回転型の圧電モータを構成する。この場合も図１１の場合と同様に回転方向の制御がなされ、回転駆動方向θ３，θ４，θ５，θ６（図示せず）を電気的に容易に制御することが可能である。

図１３は図１０の圧電モータの一変形例の圧電モータ５１０を示す斜視図である。この圧電モータ６１０は、共通する駆動部１１５を有し、二つの圧電ユニット１１０Ａと１１０Ｂが互いに直交配置された複合圧電モータを構成している。ここで、圧電ユニット１１０Ａの板バネ機構１１４ａＡ，１１４ｂＡは、板バネ部の厚さがｔ１、駆動部１１５の振動系をなす固有振動数はｆＡに設定されている。また、圧電モータ１１０Ｂの板バネ機構１１４ａＢ，１１４ｂＢは、板バネ部の厚さがｔ２、駆動部１１５の振動系をなす固有振動数はｆＢに設定されている。

そして、これら圧電ユニット１１０Ａおよび１１０Ｂの固有振動数ｆＡ，ｆＢが互いに異なる周波数に設定されており、圧電ユニット１１０Ａおよび１１０Ｂの駆動周波数ＤｆＡおよびＤｆＢがそれぞれの固有振動数ｆＡ，ｆＢ近傍にて作動するように構成している。固有振動数ｆＡ，ｆＢの調整は、板バネ部の厚さｔ１，ｔ２を変えることにより容易に実現可能である。

これにより、圧電ユニット１１０Ａと１１０Ｂとが合わさった共振を避けることができる。それにより、圧電ユニット１１０Ａと１１０Ｂとを独立に制御して駆動部１１５を任意の方向に駆動することができる。

なお、固有振動数ｆＡ，ｆＢの調整は板バネ部の厚さｔ１，ｔ２を変えることで行なう旨を説明したが、その限りではなく、板バネ部の幅を変えることや異なる材料を用いて行なっても良い。固有振動数ｆＡ，ｆＢの調整方法は、その他、適用製品の設計に応じて適宜最適な方法が選択されるものである。

［第３の実施形態］
本発明の第３実施形態における圧電モータについて、図１４を参照して説明する。図１４は第３の実施形態に係る圧電モータの構成を示す斜視図である。この第３の実施形態は第１の実施形態の変形例であって、圧電モータ７１０は、第１の実施形態における圧電モータ１１０に、変位拡大機構１１３ａ，１１３ｂをその外側から付勢するコイルバネ７１１ａ，７１１ｂを付加したものである。コイルバネ７１１ａ，７１１ｂの発生力Ｆ２ａ，Ｆ２ｂは、被駆動体（図示せず）が図面上方から下方に向かって駆動部１１５を付勢する力Ｆ１の変位拡大機構１１３ａ，１１３ｂにおける分力成分Ｆ１ａ，Ｆ１ｂに対してＦ１ａ≦Ｆ２ａおよびＦ１ｂ≦Ｆ２ｂなる関係を有している。また、圧電素子１１２ａ，１１２ｂに与圧力を付与する分をコイルバネ７１１ａ，７１１ｂの発生力Ｆ２ａ，Ｆ２ｂに加えても良い。

従来の圧電モータにあっては、一般的に、被駆動体と圧電素子（本実施形態では、圧電素子１１２ａ，１１２ｂに相当する）および与圧機構（本実施形態では、コイルバネ７１１ａ，７１１ｂに相当する）が直列配置の構成となっているので、被駆動体に対する与圧力を最適化すると、必ずしも圧電素子に対する与圧力が最適化できないといった課題が残っていた。

本実施形態の圧電モータ７１０によれば、被駆動体に対して、圧電素子１１２ａ，１１２ｂとコイルバネ７１１ａ，７１１ｂが並列配置されているので、被駆動体に対する与圧力と圧電素子に対する与圧力を個々に設定することができ、圧電モータ全体としての最適化調整が可能になる。

［第４の実施形態］
本発明の第４実施形態における圧電モータについて、図１５を参照して説明する。図１５は第４の実施形態に係る圧電モータの構成を示す斜視図である。この第４の実施形態は第２の実施形態と第３の実施形態の特徴を組み合わせたものである。この実施形態の圧電モータ８１０は、第２の実施形態の圧電モータ５１０に、変位拡大機構１１３ａＡ，１１３ｂＡ，１１３ａＢ，１１３ｂＢをその外側から付勢するコイルバネ８１１ａＡ，８１１ｂＡ，８１１ａＢ，８１１ｂＢを付加したものである。

コイルバネ８１１ａＡ，８１１ｂＡ，８１１ａＢ，８１１ｂＢの発生力Ｆ４ａ，Ｆ４ｂ，Ｆ４ｃ，Ｆ４ｄは、被駆動体（図示せず）が図面上方から下方に向かって駆動部１１５を付勢する力Ｆ３の変位拡大機構１１３ａＡ，１１３ｂＡ，１１３ａＢ，１１３ｂＢにおける分力成分Ｆ３ａ，Ｆ３ｂ，Ｆ３ｃ，Ｆ３ｄに対して Ｆ３ａ≦Ｆ４ａ，Ｆ３ｂ≦Ｆ４ｂ，Ｆ３ｃ≦Ｆ４ｃ，Ｆ３ｄ≦Ｆ４ｄなる関係を有している。また、圧電素子１１２ａＡ，１１２ｂＡ，１１２ａＢ，１１２ｂＢに与圧力を付与する分をコイルバネ８１１ａＡ，８１１ｂＡ，８１１ａＢ，８１１ｂＢの発生力Ｆ４ａ，Ｆ４ｂ，Ｆ４ｃ，Ｆ４ｄに加えても良い。

本実施形態における圧電モータ８１０によれば、第３の実施形態（図１４）の圧電モータ７１０と同様に、被駆動体に対して、圧電素子１１２ａＡ，１１２ｂＡ，１１２ａＢ，１１２ｂＢとコイルバネ８１１ａＡ，８１１ｂＡ，８１１ａＢ，８１１ｂＢが並列配置されているので、被駆動体に対する与圧力と圧電素子に対する与圧力を個々に設定することができ、圧電モータ全体としての最適化調整が可能になる。

［第５の実施形態］
本発明の第５実施形態に係るカメラ装置について、図１６を参照して説明する。図１６は第５の実施形態に係るカメラ装置を示す模式的斜視図である。

図１６のカメラ装置で、カメラモジュール９０１が球状の被駆動体５１２に搭載され、被駆動体５１２は圧電モータ５１０によって、任意の方向に回転することができる。圧電モータ５１０として、たとえば、第２の実施形態として説明した圧電モータ５１０を用いる。上記の通り、圧電モータ５１０は被駆動体５１２を回転２軸でダイレクト駆動することができるので、カメラモジュール９０１の仰角方向、方位角方向の調整が可能である。

カメラモジュール９０１によって対象物９０３を撮影し、対象物９０３からの物体光Ｐ１をカメラモジュール９０１に導き、カメラモジュール９０１の撮像面９０２へ結像させる。そして、カメラモジュール９０１の視線方向を対象物９０３から対象物９０４に切り換えたい場合は、次の手順に従う。

オペレータが対象物９０４に関する指示情報９０５、つまり、カメラモジュール９０１の仰角方向，方位角方向，視線軸周りの回転角方向に関する指示情報９０５を与えると、視線変更制御手段９０６は指示情報９０５に基づいて、圧電モータ５１０の各圧電素子を作動させるための操作信号を生成する。この操作信号は駆動機構制御手段９０７に入力され、駆動機構制御手段９０７は圧電モータの各圧電素子を作動して被駆動体５１２を駆動する。その結果、カメラモジュール９０１の視線方向は対象物９０４に切り替わり、カメラモジュール９０１によって対象物９０４を撮影し、対象物９０４からの物体光Ｐ２をカメラモジュール９０１に導き、カメラモジュール９０１の撮像面９０２へ結像させる。

第５の実施形態によれば、カメラモジュールの２軸ダイレクト駆動とカメラモジュールを含む被駆動体の軽量化を同時に実現でき、高速化，高精度化の実現が期待できる。その結果、カメラ装置の視線変更機能における制御特性向上とともに、カメラ装置の小形化，コンパクト化の実現が図れる。

［第６の実施形態］
本発明の第６実施形態に係るカメラ装置について、図１７を参照して説明する。図１７は本実施形態によるカメラ装置の構成を示す概念図である。

図１７のカメラ装置で、第５の実施形態と同様に、カメラモジュール９１１が球状の被駆動体５１２に搭載され、被駆動体５１２は圧電モータ５１０によって、任意の方向に回転することができる。

カメラモジュール９１１によって対象物９１３ａを撮影し、対象物９１３ａからの物体光Ｐ３をカメラモジュール９１１に導き、カメラモジュール９１１の撮像面９１２へ結像させる。

さらに、画像追跡制御手段９１４を備え、この画像追跡制御手段９１４は撮影された画像情報９１６に基づき対象物９１３ａの移動状態Ｍから、カメラモジュール９１１の視線方向を対象物９１３ａに追従させるための操作信号、つまり、圧電モータ５１０の各圧電素子を作動させるための操作信号を生成する。

この操作信号は駆動機構制御手段９１５に入力され、駆動機構制御手段９１５は圧電モータの各圧電素子を作動して被駆動体５１２を駆動する。その結果、カメラモジュール９１１の視線方向は対象物９１３ａの移動後の対象物９１３ｂを撮影し、対象物９１３ｂからの物体光Ｐ４をカメラモジュール９１１に導き、カメラモジュール９１１の撮像面９１２へ結像させる。

第６の実施形態によれば、カメラモジュールの２軸ダイレクト駆動とカメラモジュールを含む被駆動体の軽量化を同時に実現でき、高速化，高精度化の実現が期待できる。その結果、カメラ装置の画像追跡機能における制御特性向上とともに、カメラ装置の小形化，コンパクト化の実現が図れる。

［第７の実施形態］
本発明の第７実施形態におけるカメラ装置について、図１８を参照して説明する。図１８は本実施形態によるカメラ装置の構成を示す概念図である。

図１８のカメラ装置で、第５および第６の実施形態と同様に、カメラモジュール９２１が球状の被駆動体５１２に搭載され、被駆動体５１２は圧電モータ５１０によって、任意の方向に回転することができる。

カメラモジュール９２１によって対象物９２３を撮影し、対象物９２３からの物体光Ｐ５をカメラモジュール９２１に導き、カメラモジュール９２１の撮像面９２２へ結像させる。さらに、手振れ補正制御手段９２４を備え、この手振れ補正制御手段９２４は撮影された画像情報９２６に基づき対象物９２３の画像振れ状態Ｑを求め、カメラモジュール９２１を鉛直方向および水平方向に駆動することによって画像振れを防止し、手振れ振動をキャンセルさせるための操作信号、つまり、圧電モータ５１０の各圧電素子を作動させるための操作信号を生成する。

この操作信号は駆動機構制御手段９２５に入力され、駆動機構制御手段９２５は圧電モータの各圧電素子を作動して被駆動体５１２を駆動する。その結果、カメラモジュール９２１は、振れが少ないクリアな画像を得ることができる。

第７の実施形態によれば、カメラモジュールの２軸ダイレクト駆動とカメラモジュールを含む被駆動体の軽量化を同時に実現でき、高速化，高精度化の実現が期待できる。その結果、カメラ装置の手振れ補正機能における制御特性向上とともに、カメラ装置の小形化，コンパクト化の実現が図れる。

上記説明では、画像情報９２６を用いて画像振れ状態Ｑを求め、手振れ振動をキャンセルさせるための操作信号を得ているが、カメラ装置本体に手振れ振動を計測するセンサを別途配置し、このセンサの情報に基づいて手振れ振動をキャンセルさせるための操作信号を得るように構成しても良い。加えて、画像情報９２６と手振れ振動を計測するセンサの両方の情報に基づいて、手振れ振動をキャンセルさせるための操作信号を得るように構成しても良い。

［第８の実施形態］
本発明の第８実施形態におけるカメラ装置について、図１９および図２０を参照して説明する。図１９は本実施形態によるカメラ装置の構成を示す概念図である。また、図２０は、図１９のカメラ装置を制御する制御装置の機能を示す機能ブロック図である。

図１９のカメラ装置では、２台のカメラモジュール９３１ａ，９３１ｂが別々の被駆動体５１２に搭載され、各被駆動体５１２は、別々の圧電モータ５１０によって、第５ないし第７の実施形態と同様に任意の方向に回転することができる。

並設された２台のカメラモジュール９３１ａ，９３１ｂによって共通の対象物９３３を撮影し、対象物９３３からの物体光Ｐ６をカメラモジュール９３１ａに導き、カメラモジュール９３１ａの撮像面９３２ａへ結像させる。また、対象物９３３からの物体光Ｐ７をカメラモジュール９３１ｂに導き、カメラモジュール９３１ｂの撮像面９３２ｂへ結像させる。

さらに、画像処理手段９３４を備え、画像処理手段９３４に撮像面９３２ａ，９３２ｂの映像α１，α２を入力することで、立体映像を生成する。つまり、水平方向に視差を持った２方向からの映像α１，α２によって、立体映像を得る。そして、画像補正制御手段９３５は画像処理手段９３４で得られた立体映像を分析し、観察者に適正な立体映像を提供するための微調整、つまり、水平方向の微調整は元より、カメラモジュール９３１ａ，９３１ｂのズーム操作やフォーカス調整等によって生じた鉛直方向のズレを微調整するための操作信号を定める。この操作信号は、圧電モータ５１０の各圧電素子を作動させるための信号である。

この操作信号は駆動機構制御手段９３６に入力され、駆動機構制御手段９３６からの出力信号β１，β２に基づいて圧電モータの各圧電素子を作動して被駆動体５１２を駆動する。視差調整や鉛直方向のズレ補正を高速でかつ高精度に実施可能となり、常に良好な立体映像の提供が図れる。また、雲台機構を用いた従来構成に比べて、カメラ装置全体の小型化とコンパクト化が期待できる。

本発明の第１の実施形態に係る圧電モータの構成を示す斜視図。 図１の圧電モータの動作を説明する図であって、（１）の状態から（４）の状態における各部の移動方向を示す斜視図。 図１の圧電モータの圧電素子に印加される駆動電圧の時間変化を示すグラフ。 図１の圧電モータの駆動部の動きを示す斜視図。 図１の圧電モータを平面状被駆動体の平面内直線駆動に用いる状況を示す斜視図。 図１の圧電モータを円柱状被駆動体の回転駆動に用いる状況を示す斜視図。 （ａ）は図１の圧電モータにおける板バネ機構と駆動体の位置関係の一例を示す正面図、（ｂ）は（ａ）の駆動体の重心にかかる各方向の力の振動数を示す説明図。 （ａ）は図１の圧電モータにおける板バネ機構と駆動体の位置関係の図７と異なる例を示す正面図、（ｂ）は（ａ）の駆動体の重心にかかる各方向の力の振動数を示す説明図。 （ａ）は図１の圧電モータにおける板バネ機構と駆動体の位置関係の図７および図８と異なる例を示す正面図、（ｂ）は（ａ）の駆動体の重心にかかる各方向の力の振動数を示す説明図。 本発明の第２の実施形態に係る圧電モータの構成を示す斜視図。 図１０の圧電モータを平面状被駆動体の平面内駆動に用いる状況を示す斜視図。 図１０の圧電モータを球状被駆動体の回転駆動に用いる状況を示す斜視図。 図１０の圧電モータの一変形例を示す斜視図。 本発明の第３の実施形態に係る圧電モータの構成を示す斜視図。 本発明の第４の実施形態に係る圧電モータの構成を示す斜視図。 本発明の第５の実施形態に係るカメラ装置を示す模式的斜視図。 本発明の第６の実施形態に係るカメラ装置を示す模式的斜視図。 本発明の第７の実施形態に係るカメラ装置を示す模式的斜視図。 本発明の第８の実施形態に係るカメラ装置を示す模式的斜視図。 図１９のカメラ装置を制御する制御装置の機能を示す機能ブロック図。

符号の説明

２：回転軸
１１：力点
１２：支点
１３：作用点
１１０，２１０，３１０，４１０，５１０，６１０，７１０，８１０：圧電モータ
１１０Ａ，１１０Ｂ：圧電ユニット
１１１：基台
１０２，１１７，１１８，５１１，５１２：被駆動体
１１２ａ，１１２ｂ，１１２ａＡ，１１２ｂＡ，１１２ａＢ，１１２ｂＢ：圧電素子
１１３ａ，１１３ｂ，１１３ａＡ，１１３ｂＡ，１１３ａＢ，１１３ｂＢ：変位拡大機構
１１４ａ，１１４ｂ，１１４ａＡ，１１４ｂＡ，１１４ａＢ，１１４ｂＢ：板バネ機構
１１５：駆動部
７１１ａ，７１１ｂ，８１１ａＡ，８１１ｂＡ，８１１ａＢ，８１１ｂＢ：コイルバネ
９０１，９１１，９２１，９３１ａ，９３１ｂ：カメラモジュール
９０３，９０４，９１３ａ，９１３ｂ，９２３，９３３：対象物
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７：物体光
９０２，９１２，９２２，９３２ａ，９３２ｂ：撮像面
９０５：指示情報
９０６：視線変更制御手段
９０７，９１５，９２５，９３６：駆動機構制御手段
９１４：画像追跡制御手段
９１６，９２６：画像情報
９２４：手振れ補正制御手段
９３４：画像処理手段
９３５：画像補正制御手段

Claims (5)

1. 基台と、
   この基台に対して対称に配設されて、それぞれに互いに共通の第１の周波数の交流駆動電圧が印加され、作動方向が互いに逆方向の第１および第２の圧電素子と、
   前記基台に固定された第１および第２の支点の周りにそれぞれ回動する第１および第２のてこによって、前記第１および第２の圧電素子の作動変位それぞれを拡大する第１および第２の変位拡大機構と、
   前記第１および第２のてこの作用点部位それぞれにそれぞれの一端が連結された第１および第２の板バネと、
   前記第１および第２の板バネそれぞれの他端部が固定されて揺動し、被駆動部に対して押し付けられて、前記被駆動部との間の摩擦力により前記被駆動部を駆動する駆動部と、
   前記駆動部が被駆動部に押し付けられることによって駆動部が受ける反力による前記第１および第２の変位拡大機構の変位に応じて前記反力に対抗して前記第１および第２の変位拡大機構をそれぞれ付勢する第１および第２の外部バネと、
   を備えていることを特徴とする圧電モータ。
2. 前記基台に対して対称に配設されて、それぞれに互いに共通の第２の周波数の交流駆動電圧が印加され、作動方向が互いに逆方向であって、前記第１および第２の圧電素子の作動方向に垂直な作動方向を有する第３および第４の圧電素子と、
   前記基台に固定された第３および第４の支点の周りにそれぞれ回動する第３および第４のてこによって、前記第３および第４の圧電素子の作動変位それぞれを拡大する第３および第４の変位拡大機構と、
   前記第３および第４のてこの作用点部位それぞれにそれぞれの一端が連結され、それらの一端の反対側の端部が前記駆動部に固定された第３および第４の板バネと、
   を備えていることを特徴とする請求項１に記載の圧電モータ。
3. 前記駆動部が被駆動部に押し付けられることによって駆動部が受ける反力による前記第１ないし第４の変位拡大機構の変位に応じて前記反力に対抗して前記第１ないし第４の変位拡大機構をそれぞれ付勢する第１ないし第４の外部バネを有することを特徴とする請求項２に記載の圧電モータ。
4. 前記駆動部の揺動は、前記被駆動部に向かって押し付けられる向きおよび前記被駆動部から離れる向きの成分を含んで回転する楕円運動であること、を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の圧電モータ。
5. 球状の被駆動部を有するカメラモジュールとそのカメラモジュールの向きを変える圧電モータとを備え、前記カメラモジュールによって対象物を撮影して前記カメラモジュールの撮像面へ結像するカメラ装置であって、
   前記圧電モータは、
   基台と、
   この基台に対して対称に配設されて、それぞれに互いに共通の第１の周波数の交流駆動電圧が印加され、作動方向が互いに逆方向の第１および第２の圧電素子と、
   前記基台に固定された第１および第２の支点の周りにそれぞれ回動する第１および第２のてこによって、前記第１および第２の圧電素子の作動変位それぞれを拡大する第１および第２の変位拡大機構と、
   前記第１および第２のてこの作用点部位それぞれにそれぞれの一端が連結された第１および第２の板バネと、
   前記第１および第２の板バネそれぞれの他端部が固定されて揺動し、被駆動部に対して押し付けられて、前記被駆動部との間の摩擦力により前記被駆動部を駆動する駆動部と、
   前記駆動部が被駆動部に押し付けられることによって駆動部が受ける反力による前記第１および第２の変位拡大機構の変位に応じて前記反力に対抗して前記第１および第２の変位拡大機構をそれぞれ付勢する第１および第２の外部バネと、
   を備えていること、を特徴とするカメラ装置。

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