专利名称：压电致动器、采用其的图像拾取元件移动装置和图像拾取装置的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及压电致动器、采用其的成像元件移动装置、以及采用其的成像装置。
背景技术：
双晶压电致动器可用作一种压电致动器。
双晶压电致动器是采用双晶压电元件(以下也称为“双晶元件”)作为机械驱动源的电子部件。
双晶元件具有这样一种构造，其中，两块沿厚度方向极化的薄压电陶瓷板层压在一起；平面电极被嵌入各块薄压电陶瓷板的粘合面内；至少一个电极与每块薄压电陶瓷板的每个前后面(外露主面)连接。
压电陶瓷是拥有压电效应特性的陶瓷材料，且是通过把钛酸钡、钛酸锶、锆钛酸铅(PZT)、铌酸锂(LiNbO3)等加入矾土(氧化铝)、镁土(氧化镁)、硅土(二氧化硅)等普通陶瓷材料中并使该混合物烧结而成的。
当电压被施加给构成双晶元件的各块薄压电陶瓷板时，一块薄压电陶瓷板经由压电效应延伸而另一块薄压电陶瓷板经由压电效应收缩。结果，双晶元件发生弯曲(屈曲)且该双晶元件的一端(可移动端)发生位移。在双晶元件的此端(可移动端)发生的位移可用于机械致动另一机械元件。
双晶压电致动器优于叠片压电致动器之处在于其具有较大的位移量、较小的能耗、较快的响应速度以及较好的耐久性。
另外，双晶压电致动器内产生的电动势(输出功能)小，因此双晶压电致动器迄今为止已用于VTR头的径迹调整等。
由于近来电子照相机例如摄像机、电子静止照相机等(包括被组装入便携式手提电话和PDA的照相机)的小型化、薄型化以及轻质化方面的发展，压电致动器已用作成像元件(imaging element)的机械驱动源。
例如，已提出利用压电致动器轴向致动成像元件(CCD等)来代替聚焦透镜的致动以调节焦点的防手移动机构(hand movement preventionmechanism)(例如，参见专利文献1和2)。在专利文献2中，双晶压电致动器用作成像元件的机械驱动源。
专利文献1描述了一种压电致动器直接与成像元件连接的实施例以及一种通过使用板簧的位移增大机构增大压电致动器引起的位移并利用该板簧的回复力致动成像元件的实施例。
专利文献2采用这样一种构造，其中，压电致动器引起的位移经由弹性软印刷电路板传递给成像元件，并利用此软印刷电路板的回复力增大该压电致动器的位移。
专利文献1JP-A-2000-307937专利文献2JP-A-2003-32537发明内容发明要解决的问题专利文献1，2中描述的技术在应用于绝对希望使其紧凑和轻质的设备例如数字照相机、便携式手提电话等时遇到以下障碍。
(1)和(2)是与压电致动器串联的构造有关的考察(专利文献1和图2)；(3)和(4)是与利用位移增大机构增大压电致动器位移的构造有关的考察；以及(5)是这些构造的共同点的考察。
(1)成像元件的致动范围的观点具体的，在专利文献1所述的压电致动器与成像元件直接连接的情况中，总是出现不能确保该成像元件的足够致动范围的状况。由于成像元件的位置控制，压电致动器的位移量不够。当直接利用压电致动器致动成像元件时，不能确保该成像元件的足够致动范围。为此，出现了不能获得足够聚焦能力(焦点调整功能)的情况。
(2)输出量的观点与磁性头的致动等相反，成像元件大(或重)，因此该成像元件的机械致动需要相当高的输出。单个压电致动器难以产生如此高的动力。
(3)小型化观点根据专利文献1和2中描述的采用位移增大机构(采用板簧或软印刷电路板来增大压电致动器位移的技术)的技术，能够确保成像元件的足够致动范围，也可期待高输出。然而，位移增大机构的存在给小型化造成限制。特别地，组装入便携式手提电话的照相机整体必须小型化。必须使用于平移成像元件的压电致动器板的宽度等于该成像元件的厚度。位移增大机构的采用给满足小型化这个严格要求造成障碍。
(4)机械耐久性、制造容易性等的观点利用位移增大机构以增大方式把压电致动器的位移传递给成像元件的构造本身就复杂，且维持位移准确性将变得困难，除非适当地调节部件间的连接。考虑到各个部件随着时间流逝而劣化的特性，此构造被认为在机械耐久性方面会变得不利。还出现了组件数量的增大导致位移增大机构的组装和制造变得复杂，从而使此构造在成本方面不利的情况。
(5)沿光轴方向准确致动成像元件的的观点因为光学系统设备的设计着重于光轴，所以必须以极准确的方式沿着该光轴致动成像元件。特别地，致动成像元件的重点是沿着光轴线性致动该成像元件。若在收到转动应力时成像元件的致动方向偏移，则不能实现准确的聚焦控制。当发生此利害事情时，必须通过提供导件来强制地调整成像元件的致动方向。然而，对应于成像元件与导件之间发生的摩擦，用于致动该成像元件的力想当然的会产生损耗(即，致动力的效率降低)，且该导件的存在被认为会妨碍设备的小型化或者轻质化。
如上所述，当压电致动器用作控制成像元件位置的驱动源时，小型化、轻质化、性能、成本降低等的严格追求使问题显而易见。
当前便携式手提电话和数字照相机的小型化、轻质化、改进性能和成本削减的需求越来越大。考虑到这些方面，克服所有缺点(1)至(5)是极重要的。
伴随着近来成像元件的像素量(分辨率)的增大，尤其希望获得一种可实现高精度、高速的位置控制以防止出现手移动(hand movement)的小型、大功率致动器。然而，在当前情况下难以克服所有缺点(1)至(5)。
本发明是考虑到这些想出的，且旨在实现这样一种压电致动器，其具有优良的性能；其能够沿着预定方向强力地线性致动大对象例如成像元件而不会出现转动；其还确保大致动量；以及其适于小型化和轻质化且变得在机械耐久性和制造成本方面有利。
解决问题的手段本发明的压电致动器具有这样一种结构，其中，多个双晶压电元件交叉单元(cross unit)堆积成偶数并固定到一起，在每个双晶压电元件交叉单元中，一对双晶压电元件交叉成字母X状。
在本发明中，通过组合多个双晶压电致动器形成机械构件，且整个机械构件被视为压电致动器。此机械构件具有这样一种结构，其中，一对双晶压电元件交叉成字母X状的“双晶压电元件交叉单元”被视为基本单元，且此基本单元被沿着对象位移方向堆积。此基本单元(双晶压电元件交叉单元)具有双晶元件交叉成字母X状的线性对称结构。如由字母X的形状显而易见的，此单元具有一种极度平衡且机械稳定的构造，其中，每个上下端内都形成有两端在且设在此两个位置的这些端部能够以均衡方式接收或传递力。当采用双晶压电元件交叉单元被堆积偶数件的构造(即，双晶压电元件交叉单元被堆积偶数层的构造)时，在双晶元件之间的各个结点处发生的沿与对象位移方向垂直的方向的不希望位移相互抵消。结果，在各个双晶元件产生的位移中，仅沿对象位移方向发生的位移合并到一起，并在被放大与交叉单元的堆积数对应的倍数后提取出。因此，本发明的压电致动器的两个可移动端能被在预期方向上线性致动一足够距离而不涉及转动应力。致动距离可经由施加给各个双晶元件的电压水平以及双晶压电元件交叉单元的堆积数来调整。由于压电致动器具有稳定的机械构造，所以获得大功率(换句话说，强力地推动对象)。由于压电致动器本身具有用于扩大位移的机构，所以省略了除该机构以外的部件(采用板簧等的位移增大机构)。压电致动器具有较少数量的组件；适于小型化；易于制造；且在成本方面有利。由一种与双晶元件的组合有关的构造形成的压电致动器直接与对象连接，不涉及任何无用部件。因此，能够显现双晶元件的性能例如高速响应性和高耐久性而无需变形。利用位于以直角与致动方向相交的线上的两点(两端)可靠地支承对象。另外，如前所述，各端仅发生预期方向的位移。因此，不会出现转动位移，且对象在正确保持其姿势的同时被在预期方向上致动而无需采用导件。
在本发明压电致动器的一种形式中，当构成每个双晶压电元件交叉单元的一对双晶压电元件中引发相同方向的位移时，各个双晶压电元件内产生的位移组合到一起，借此能够在预定方向上致动位于该压电致动器的末端处的两个可移动端这样一距离，该距离超过在一个双晶压电元件内产生的位移量。
在各个双晶元件内产生的位移中，仅朝向对象致动方向的位移被本发明的压电致动器合并，且由此合并的位移在被放大一与双晶压电元件交叉单元的堆积数量对应的倍数后提取出。本发明的压电致动器具有这样一种构造，其中，至少两个交叉单元垂直堆积，因此可以产生至少是一个双晶元件内生成的位移的两倍的位移。结果，位于本发明压电致动器的末端处的两个可移动端被在预定方向上线性致动这样一距离，该距离超过在一个双晶压电元件内产生的位移量。
在本发明的成像元件致动装置中，位于本发明的压电致动器的末端处的两个可移动端固定在成像元件或与该成像元件一起被致动的机架体上，以及该成像元件经由压电致动器的驱动力来致动。
作为本发明压电致动器用作控制成像装置的焦点(用于聚焦目的)的机械驱动源的结果，实现高速、可靠的焦点控制。
另外，在本发明的成像元件致动装置中，利用至少两个压电致动器，使成像元件可在以直角相交的两个轴的各自方向上移动。
本发明的两个压电致动器设在以直角相交的两个轴上，以便能在这两个轴的方向独立地致动成像元件。从而，有效地防止手移动。
本发明的成像装置配置有本发明的成像元件致动装置。
结果，能够实现这样一种高性能照相机，其具有高分辨率；其小型且轻质；其可组装入便携式设备；以及其具有防手移动功能(hand movementprevention function)并提供易操作性。
本发明的成像装置的另一形式也配置有本发明的成像元件致动装置，且具有功能基于利用手移动检测装置执行的检测结果，计算手移动导致的成像装置的致动量；基于所算得的手移动导致的致动量，计算为把成像元件致动到聚焦位置所需的各个压电致动器的位移量；基于所算得的位移量，产生与压电致动器的位移量对应的驱动电压；以及把该驱动电压施加给设在成像元件致动装置内的各个压电致动器，由此防止手移动。
由从手移动检测传感器输出的信号计算为调整焦点所需的成像元件的致动量，并通过致动压电致动器来把该成像元件致动过所需的距离，从而防止出现手移动。结果，实现这样一种高性能照相机，其也能够组装入便携式设备；其具有防手移动功能；以及其提供易操作性。
在本发明成像装置的另一形式中，压电致动器具有既可在光轴方向(方向X)，又可在与该光轴方向垂直的方向(方向Y)致动成像元件的功能。
在本发明成像装置的另一形式中，压电致动器的一端固定在成像装置的设备主体上，而其另一端固定在仅能与该成像元件一起在方向X上致动的可移动机架的一个侧板上。
在本发明成像装置的另一形式中，手移动检测装置是加速度传感器。
本发明的优点根据本发明，对象经由两点(两端)可靠地支承，该两点(两端)位于以直角与致动方向相交的线上。另外，各端仅在预期方向上位移，因此不会出现转动位移。对象在适当保持其姿势的同时被在预期方向上致动而无需提供导件。
本发明的压力致动器具有独特的机械构造，其中，双晶压电元件交叉成字母X状的交叉单元(采用动态稳定的线性对称构造)视为基本单元；并把多个此交叉单元固定地堆积成奇数层。结果，实现大功率压电致动器。
发生在一个双晶元件内的位移在被放大此元件所堆积的层数倍后提取出。确保足够的位移量(即，足够的对象致动距离)。
由于同相关现有设备相反，能够增大位移量而无需采用扩大机构，所以组件数量减少，这又使整个设备小型化。另外，设备易于制造且在成本方面变得有利。
此压电致动器直接与对象(位置控制对象)连接。因为无用元件不介于压电致动器与对象之间，所以能够显现双晶元件的优良性能例如高速响应性和高耐久性而无需变形。
当本发明的压电致动器用作控制成像装置的焦点(用于聚焦目的)的机械驱动源时，实现高速、可靠的焦点控制。
两个本发明的压电致动器设在以直角相交的两个轴上，借此能够在此两轴的方向上独立地致动成像元件。结果，能够有效地防止照相机手移动。
近来，伴随着成像元件的象素量(分辨率)的增大，尤其希望实现一种能够进行高精度、高速的位置控制以防止出现手移动的小型、大功率致动器。由于本发明的压电致动器小型且薄型，所以易于提供将组装入便携式手提电话中的陶瓷等。另外，由于此致动器具有大功率，所以还能致动大成像元件，从而充分地满足以上要求。
结果，根据本发明，实现一种能够充分防止手移动的高分辨率、小型、轻质、高性能的数字照相机。
图1是示意性表示采用压电致动器的成像元件致动装置的主要部分的构造的示图；图2是表示图1所示成像元件致动装置中的压电致动器的特定示例构造的示图；图3是当没有任何电压施加给一个双晶压电元件时获得的该元件的剖视图；图4是当电压施加给一个双晶压电元件时获得的该元件的剖视图；图5是双晶压电元件交叉单元的透视图，其中，一对双晶压电元件呈字母X状交叉(各个双晶压电元件通过施加电压而变形的状态)；图6是表示当电压施加给致动器时以及当电压未施加给致动器时获得的图1所示成像元件致动装置中的压电致动器的具体形态的示图，其中，(a)表示不施加任何电压的情况，(b)表示施加电压的情况；图7是(当电压施加给致动器时获得的)压电致动器的主要部分的剖视图，用于说明利用上下侧双晶压电元件的连结部(B)引起的位移与利用位于上侧双晶压电元件与成像元件之间的固定部(C)引起的位移之间的差异；图8是用于说明在图7所示固定部(C)中仅出现沿方向X的位移以及试图引起沿方向Y位移的应力不作用于该固定部的理由的示意图；图9是表示图1所示成像元件致动装置中的压电致动器的另一特定示例构造的示图；图10是采用本发明的压电致动器构成且具有防手移动功能的成像元件致动装置的主要部分的示例构造的示图；以及图11是表示配置有图10所示成像元件致动装置的数字照相机(成像装置)的主要部分的构造的示图。
附图标记11 成像元件12 压电致动器13 成像装置的主体
35a、35b 压电陶瓷36 垫片/夹持电极37c、37d 电压施加电极71、72 压电致动器72a、73b 可动机架件的侧板300a、300b 位移检测装置(加速度传感器)310a、310b A/D转换装置320 陶瓷致动量计算装置330 致动器致动量计算装置340a、340b 升压电路具体实施方式
以下将参照
本发明的实施例。
(第一实施例)图1是示意性表示采用压电致动器的成像元件致动装置的主要部分的构造的示图。
图1所示成像元件致动装置的特征在于这样一种构造，其中，作为位置控制对象的成像元件11直接与本发明压电致动器12的一端连接，而该压电致动器12的另一端固定在成像装置的主体设备13(作为支承件)上。
这里，成像元件11例如是CCD式成像元件，具有约一兆象素；具有3∶4的纵横比；且以30帧/秒的帧率传送图像。
由压电(PZT)元件形成的电致伸缩元件用作压电致动器，且被构造成可获得K因子为2.4μ/V的位移。然而，本发明不限于此构造，而是可适当变更。
当电压施加给图1所示的压电致动器时，该致动器出现弯曲和位移，且此位移被直接传递给成像元件11。结果，成像元件11被在预定方向(沿图1所示方向X)致动一同压电致动器12内出现的位移对应的量。
压电致动器12被构造成例如使成像元件11以1.2μm/V的位移沿方向X以伸缩方式致动120μm。
图2是表示用在图1所示成像元件致动装置中的压电致动器的特定示例构造的示图。
在图2中，附图标记21a至21d中的每个都指示双晶压电元件(双晶元件)。
如所示，双晶压电元件21a和21b呈字母X状相互交叉。类似地，双晶压电元件21c和21d呈字母X状相互交叉。
本发明的压电致动器的最显著特征在于一对双晶压电元件组合到一起以呈字母X状相互交叉的构造体(以下称为“双晶压电元件交叉单元”或仅“交叉单元”)固定作为基本构造单元；此构造单元以偶数一个堆在另一个上以由此形成包括多个双晶压电元件的机械构造体；取所得到的整体作为一个压电致动器。
双晶压电元件21a、21b的一端(A-1，A-2)固定在设备主体13上。
双晶压电元件21a、21b的另一端和双晶压电元件21c、21d的相应一端经由连结部(B-1，B-2)相互连接(固定)。连结部是可沿方向X和垂直该方向X的方向Y位移的可动端。
双晶压电元件21c、21d的另一端(设在末端的两个可动端C-1，C-2)紧固在成像元件(位置控制对象)11的背面上。
两个可动端(C-1，C-2)仅沿方向X位移而不沿垂直于该方向X的方向Y位移(不产生用于导致此位移的力)。这是重要的且随后将通过参照图7和8来说明。
双晶压电元件21a至21d是S形致动式双晶压电元件，且被构造成使位移方向在作为枢转点的纵向中心处变得反相。
参照图3和4具体说明S形致动式双晶压电元件的构造和双晶压电元件交叉单元。
图3是当没有任何电压施加给一个双晶压电元件时获得的该元件的剖视图。
在图3中，左侧端部38a是固定端，右侧端部38b是可动端。
如所示，此双晶压电元件具有这样一种构造，其中，沿厚度方向极化的两片压电陶瓷35a、35b经由垫片/夹持电极36粘合到一起。分离的电压施加电极37c、37d形成在压电陶瓷35a的背面上，分离的电压施加电极37a、37b形成在压电陶瓷35b的正面上。
图4是当电压施加给一个双晶压电元件时获得的该元件的剖视图。
当电压V施加给双晶压电元件时，该双晶元压电元件如图4所示变形，且可动端38b总是在与纵向(即方向Y)垂直的方向平移。
图5是双晶压电元件交叉单元的透视图，其中，一对双晶压电元件呈字母X状交叉(各个双晶压电元件在收到所施加的电压时变形的状态)。
如所示，在双晶压电元件(21b)的纵向中央内朝向一个方向形成有切口(25a)，以及在双晶压电元件(21a)的纵向中央内朝向另一方向形成有切口(25b)。这些切口相互啮合且交叉成字母X状。两个双晶压电元件(21a，21b)总是经由这些切口相互啮合。
双晶压电元件交叉单元具有双晶元件交叉成字母X状的线性对称结构。如由字母X显而易见的，此单元具有一种极度平衡且机械稳定的构造，其中，每个上下端内都形成有两端在且设在此两个位置的这些端部能够以均衡方式接收或传递力。
本发明的压电致动器是由机械构造体形成的，该机械构造体是以偶数(偶数层)堆积此双晶压电元件并把这些单元固定到一起构成的。
现在将参照图6详细说明本发明的压电致动器的操作(位移)。
图6是表示当电压未施加给和电压施加给成像元件致动装置时图1所示成像元件致动装置的压电致动器的具体形态的示图。(a)表示不施加任何电压的状态，以及(b)表示施加电压的状态。图6(b)基本与图2相同。
如图6(a)所示，当没有任何电压施加给压电致动器时，在相互交叉成字母X状的各个双晶压电元件21a至21d内不产生偏转和扭曲，且这些双晶压电元件保持重叠。
如图6(b)所示，当电压施加给压电致动器时，各个双晶压电元件21a至21d内产生偏转和位移，且成像元件11的位置沿方向X位移Δd。
这里应注意的是，双晶压电元件21a、21b的另一端和双晶压电元件21c、21d的一端连结到一起的连结部(B-1，B-2)既在方向X，又在垂直于该方向X的方向Y位移(即，连结部B-1，B-2之间的距离改变)，而紧固在成像元件(位置控制对象)11的背面上的双晶压电元件21c、21d的另一端(设在压电致动器的末端的两个可动端C-1，C-2)仅在方向X位移；即，将引起沿垂直于方向X的方向Y的位移的应力不作用于此另一端。
因此，设在压电致动器的末端的两个可动端(C-1，C-2)仅在方向X(线性)位移。结果，转动应力不作用于成像元件11，且该成像元件在保持其姿势的同时被可靠地沿着方向X(对应于光轴方向)致动。因此，导件变得不需要。
因为此点是重要的，所以将参照图7和8具体说明。
图7是(当电压施加给致动器时获得的)压电致动器的主要部分的剖视图，用于说明上下侧双晶压电元件的连结部(B)的位移与位于上侧双晶压电元件和成像元件之间的固定部(C)的位移之间的差异。
考虑到易于理解，图7仅表示从交叉成字母X状的一对双晶元件中抽取的一个。
在图7中，同在前述图中所表示的那些元件相同的元件被赋予相同附图标记。在图7中，附图标记40、42和44指代粘合剂(固定材料)。
在图7的下右位置圈出的固定部(A)是位于下侧双晶压电元件(21b)与成像装置的设备主体13(作为支承件)之间的固定连接端。
在图7的左中部圈出的连结部(B)是位于上下侧双晶压电元件(21c，21b)之间的连结端。
在图7的上右位置圈出的固定部(C)是位于上侧双晶压电元件(21c)与成像装置11之间的固定端。
连结部(B)在方向X和Y位移，而固定部(C)仅在方向X位移。将引起沿方向Y的位移的应力不作用于固定部。因此，成像元件11可在保持其姿势的同时被沿着方向X直线致动，且不产生光轴的转动。
图8是用于说明图7所示固定部(C)仅沿方向X位移以及将引起沿方向Y的位移的应力不作用于该固定部(C)的理由的示意图。
为便于说明，图8以直线形式表示双晶压电元件(21b，21c)。固定部(A，C)和连结部(B)用小圆圈表示。
在图8中，当没有任何电压施加给压电元件时获得的各个双晶压电元件(21b，21c)的位置用虚线表示，当电压施加给压电元件时获得的各个双晶压电元件(21b，21c)的位置用实线表示。
如所示，当电压施加给下侧双晶压电元件21b时，该双晶压电元件21b在方向X弯曲，且连结部(B)沿该方向X位移“d1”。结果，连结部沿方向Y(图中右方)位移“d2”。
类似地，当电压施加给上侧双晶压电元件21c时，该双晶压电元件21c在方向X弯曲，且固定部(C)沿该方向X位移“d3”并同时沿方向Y(图中左方)位移“d4”。
连结部(B)沿方向Y(图中右方)发生的位移“d2”和固定部(C)沿方向Y(图中左方)发生的位移“d4”在量上相等(d2＝d4)且在方向上相反。因此，这些位移相互抵消。
结果，固定部(C)仅产生沿方向X的位移，而不产生沿方向Y的位移(将引起沿方向Y的位移的应力)；换句话说，位于压电致动器末端的可动端(C)在方向Y上的位置保持不变，而不论是否施加电压。
这里，d1+d3＝Δd。参考符号Δd指代当电压施加给此构造(把呈字母X状交叉一对双晶压电元件形成的单元堆积为两层)以引起各个双晶压电元件的位移时在可动端内产生的位移量。在各个双晶压电元件(21b，21c)内产生的位移(d1，d3)被理解为合并到一起，从而引起较大的位移。
由以上说明可理解的是，交叉单元被堆积为两层(偶数层)，以能够抵消在可动端内产生的沿方向Y的位移。
为抵消在成像元件与双晶压电元件之间的固定点(可动端)处沿方向Y的位移，双晶压电元件交叉单元必须被堆积至少两层(即偶数层)。
在仅一个双晶压电元件交叉单元(一层)的情况下(或者在双晶压电元件交叉单元被堆积奇数层的情况下)，位于末端的两个可动端既在方向Y、又在方向X位移，且不能紧固到成像元件11上。
当把可动端强制固定到成像元件11上时，将引起沿方向Y的位移的力被附加给该成像元件11，此力又干扰该成像元件11的姿势，从而引起光轴的位移(转动)。
结果，根据本发明，“以奇数(奇数层)”堆积双晶压电元件交叉单元，并把各个单元固定到一起，从而构成多个双晶压电元件相互结合的机械构造。此整体构造作为单个压电致动器。
如上所述，以奇数堆积由交叉成字母X状的一对双晶压电元件形成的交叉单元；把这些单元固定到一起；把成像元件连接到这样固定的单元的可动端上，由此，成像元件在保持其姿势的同时被可靠地支承于两点并被在预期方向线性致动。
在相关现有设备中，当利用双晶致动器致动成像元件时，在支承该成像元件于两点方面遇到困难。然而根据本发明，成像元件被支承于两点。另外，此两点仅在预期方向上位移相同距离。因此，成像元件可在保持其姿势的同时被致动。结果，取消了用于调整成像元件的致动的导件。
本发明的压电致动器还提供以下的特定优点。
具体的，双晶致动器被设置成使位移量与所施加的电压成比例，以及产生K因子为1.2μm/V的位移。结果，当K因子的值取为“k”时，在所施加的电压E与位移Δd之间存在Δd＝k×E的关系。
当两个X形双晶压电元件采用相同K因子时，存在此关系。当两个具有不同K因子的X形双晶压电元件连接到一起时，总K因子取这两K因子之间的中间值。
因此，即使在批量制造此机构时双晶材料的K因子存在变化，也可通过组合多个K因子来使K因子均一化。由此，获得稳定的性能。换句话说，根据本发明，可减小设备的变化。
在本实施例中，双晶致动器交叉成字母X状的两片(层)被固定地堆积，且成像元件与由此固定的致动器的可动端连接。然而，本发明不限于此实施例。通过以偶数(偶数层)堆积X状交叉单元，也可以获得上述优点。对堆积层数没有特别的限制。
(第二实施例)图9是表示图1所示成像元件致动装置中的压电致动器的另一特定示例构造的示图。
如所示，此压电致动器的特征构造在于一对双晶压电元件交叉的交叉单元被固定地堆积至六(六层图中的P1至P6指代各个交叉单元)。
在图2和6中，堆积两个交叉单元(交叉单元堆积为两层)。在图9中，层数增至三倍。伴随着层数的增加，与图2和6中获得的位移量相比，所得到的位移量也表现为Δ3d且变成三倍。
如上所述，可通过增加交叉单元被堆积的层数来增大位移量。结果，成像元件可被致动足够的距离。
这还意味着如果需要，可通过调整交叉单元被堆积的层数来调整压电致动器沿位移方向的厚度(储存该致动器所需要的空间)。结果，根据能够确保的空间尺寸，通过调整交叉单元被堆积的层数来调整压电致动器的厚度，借此还能够提高成像装置的设计自由度。
(第三实施例)图10是采用本发明的压电致动器构成且具有防手移动功能的成像元件致动装置的主要部分的示例构造的示图。
在本实施例中，两个压电致动器被设置成使位于该致动器末端处的可动端的位移方向以直角相互交叉。利用来自这两个压电致动器的机械驱动力，既可在光轴方向(方向X)、又可在与该光轴方向垂直的方向(方向Y)自由地致动成像元件。
在图10中，附图标记71、72指代本发明的压电致动器(具有这样一种构造的致动器，其中，一对双晶压电元件交叉成字母X状的交叉单元以奇数堆积并固定到一起)。各个压电致动器的特性变化(必要时取决于设计)无关紧要。
压电致动器71、72被设置成使致动器的位移方向与相互以直角交叉的两轴的方向对齐。在图中，方向X对应于光轴方向，以及方向Y对应于垂直于光轴的方向。
压电致动器71的一端紧固到成像装置的设备主体13上，而另一端(两个可动端)固定在与成像装置11一起仅被在方向X致动的可动机架的一个侧板73a上。
类似地，压电致动器72的一端固定在与成像装置11一起仅被在方向X致动的可动机架的另一侧板73b上。另一端(两个可动端)固定在成像装置11上。
利用此构造，可朝向相互以直角交叉的两个轴向致动成像元件11。特别地，利用加速度传感器等检测沿各个轴向的手移动，并即刻朝向与所检测到的手移动方向相反的方向致动成像元件11，由此防止手移动。
图11是表示配置有图10所示成像元件致动装置的数字照相机(成像装置)的主要部分的构造的示图。
如所示，此数字照相机包括用于检测沿相互以直角交叉的相应两轴方向的手移动的加速度传感器(手移动检测装置)300a、300b；A/D转换装置310a、310b；照相机致动量计算装置320；致动器致动量计算装置330；升压电路340a、340b；以及图10中所示的本发明压电致动器71、72(图11中省略了可动机架体72a、73b)。
在图11中所示的数字照相机中，基于利用手移动检测装置300执行的手移动检测结果，照相机致动量计算装置320依据数字照相机的手移动计算致动量。
接着，基于所算得的依据手移动的致动量，致动器致动量计算装置330计算把成像元件11致动至焦点所需要的各个压电致动器71、72的位移量。
升压电路产生与所算得的压电致动器的位移量对应的驱动电压。
此驱动电压被施加给各个压电致动器71、72。结果，即刻朝向与所检测到的手移动方向相反的方向致动成像元件11。由此，阻止发生离焦，从而防止手移动。
如上所述，根据本发明，组装入便携式设备中的照相机可额外提供有防手移动功能，从而显著提高此照相机的易使用性。
如已述的，根据本发明，利用位于以直角与致动方向相交的线上的两点(两端)可靠地支承对象。另外，各端仅在预期方向位移，因此不会出现转动位移。对象在适当保持其姿势的同时被在预期方向致动，而不需要提供导件。
本发明的压电致动器具有独特的机械构造，其中，双晶压电元件交叉成字母X状的交叉单元(采用动态稳定的线性对称构造)视为基本单元；并把此交叉单元固定地堆积成奇数层。结果，实现大功率压电致动器。
发生在一个双晶元件内的位移在被放大此元件所堆积的层数倍后提取出。确保获得足够的位移量(即，足够的对象致动距离)。
由于同相关现有设备相反，能够增大位移量而无需采用扩大机构，所以组件数量减少，这又使整个设备小型化。另外，设备易于制造且在成本方面变得有利。
此压电致动器直接与对象(位置控制对象)连接。因为无用元件不介于压电致动器与对象之间，所以能够显现双晶元件的优良性能例如高速响应性和高耐久性而无需变形。
如上所述，根据本发明，获得这样一种压电致动器，其能够以大功率在预定方向上线性致动大对象例如成像元件而不涉及转动位移；能够确保大致动量且适于小型化和轻质化；在机械耐久性和制造成本方面优良；以及具有优良的性能。
本发明的压电致动器用作控制成像装置的焦点(用于聚焦目的)的机械驱动源，借此实现高速、可靠的焦点控制。
两个本发明的压电致动器设在以直角相交的两个轴上，借此能够在此两轴的方向上独立地致动成像元件。结果，能够有效地防止手移动。
近来，伴随着成像元件的象素量(分辨率)的增大，尤其希望实现一种能够进行高精度、高速的位置控制以防止出现手移动的小型、大功率致动器。由于本发明的压电致动器小型且薄型，所以易于提供将组装入便携式手提电话中的陶瓷等。另外，由于此致动器具有大功率，所以还能致动大成像元件，从而充分地满足以上要求。
结果，根据本发明，实现一种能够充分防止手移动的高分辨率、小型、轻质、高性能的数字照相机。
工业应用性本发明具有的优点是可实现一种沿预定方向致动大对象例如成像元件一大距离的大功率压电致动器。因此，本发明可用于压电致动器和具有手移动防止功能的照相机(成像装置)。
权利要求
1.一种压电致动器，具有这样一种结构，其中，多个双晶压电元件交叉单元堆积成偶数并固定到一起，在每个所述双晶压电元件交叉单元中，一对双晶压电元件交叉成字母X状。
2.根据权利要求1所述的压电致动器，其中，当在构成每个所述双晶压电元件交叉单元的一对双晶压电元件中引发相同方向的位移时，各个双晶压电元件内产生的位移组合到一起，借此能够在预定方向致动位于所述压电致动器的末端处的两个可移动端这样一距离，所述距离超过在一个双晶压电元件内产生的位移量。
3.一种成像元件致动装置，其中，位于权利要求1或2所限定的压电致动器的末端处的两个可移动端固定在成像元件或与所述成像元件一起被致动的机架体上，所述成像元件借助于所述压电致动器的驱动力来致动。
4.根据权利要求3所述的成像元件致动装置，其中，利用至少两个压电致动器，使所述成像元件可在以直角相交的两个轴的各自方向上移动。
5.一种成像装置，配置有权利要求3或4限定的成像元件致动装置。
6.根据权利要求5所述的成像装置，包括如下功能基于利用手移动检测装置执行的检测结果，计算手移动导致的所述成像装置的致动量；基于所算得的所述手移动导致的致动量，计算为把所述成像元件致动到聚焦位置所需的各个压电致动器的位移量；基于所算得的位移量，产生与所述压电致动器的所述位移量对应的驱动电压；以及把所述驱动电压施加给设在所述成像元件致动装置内的各个压电致动器，由此防止手移动。
7.根据权利要求6所述的成像装置，其中，所述压电致动器可以既在光轴方向(方向X)，又在与所述光轴方向垂直的方向(方向Y)致动所述成像元件。
8.根据权利要求6所述的成像装置，其中，所述压电致动器的一端固定在所述成像装置的设备主体上，而其另一端固定在仅能与所述成像元件一起在方向X上致动的可移动机架的一个侧板上。
9.根据权利要求6所述的成像装置，其中，所述手移动检测装置是加速度传感器。
全文摘要
一种压电致动器，其能够以大功率在预定方向驱动大对象例如图像拾取元件而不造成转动变位，能够确保大移动量，可应用于小型化和轻质化，在机械耐久性和制造成本方面具有优势。通过堆积两个或偶数交叉单元并使它们相互固定来提供具有均衡机械结构的压电致动器。通过容许一对双晶压电元件(21a和21b，21c和21d)交叉成字母X状来提供交叉单元。成像元件11由设在压电致动器的末端的两个可移动端(C－1，C－2)可靠地支承。
文档编号H04N5/225GK101044670SQ20058003585
公开日2007年9月26日 申请日期2005年10月18日 优先权日2004年10月19日
发明者竹内佑介 申请人:松下电器产业株式会社