JPH0671321B2

JPH0671321B2 - 固体撮像素子用微小変位装置

Info

Publication number: JPH0671321B2
Application number: JP62049296A
Authority: JP
Inventors: 哲司深田; 正行若宮; 一郎山下
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1987-03-04
Filing date: 1987-03-04
Publication date: 1994-09-07
Anticipated expiration: 2009-09-07
Also published as: JPS63215275A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、同一面上二方向の精密な位置決めを行うため
の固体撮像素子用微小変位装置に関する。この装置は、
ビデオカメラのカラー用固体撮像素子の位置合わせ、高
解像度化の固体撮像素子用変位装置等に利用することが
できる。

従来の技術ミクロン、サブミクロンという微小変位による位置決め
は、従来はステッピング・モータや、DC・サーボモータ
を使い、ボールねじで回転運動を直進運動に変換する機
械的な手段で行われていた。このため機械的な結合によ
る誤差をなくせず、精度を上げるためには、装置が大型
化してしまう。

そこで、電気的な制御が可能な圧電素子の逆圧電効果を
利用した微小変位装置が考えられ、特公昭51−12497号
公報に示されているようなシャクトリ虫型の移動機構が
ある。第３図は、前記シャクトリ虫型の移動機構の説明
図で、円筒型圧電素子１の両端に静電力、あるいは電磁
力を利用したクランプ素子２、３を取り付けた構造であ
る。同図（ａ）では、クランプ素子２、３は固定台４に
クランプされ、同図（ｂ）でクランプ素子３をフリーに
し、同図（ｃ）で圧電素子１に電圧を印加して圧電素子
１を伸ばている。同図（ｄ）では、伸びている状態で再
びクランプ素子３を固定台４にクランプし、同図（ｅ）
でクランプ素子２をフリーにし、同図（ｆ）で印加電圧
を取り去り、同図（ｇ）で再びクランプ素子２をクラン
プしている。これは、同図（ａ）と同じ状態になり、Δ
だけ変位したことになる。前記移動機構を２方向に取
り付けることにより、簡単に２方向微小変位装置を得る
ことができる。逆圧電効果によるひずみが小さいことか
ら、高精度な位置決めが可能である。

また、特公昭58−130677号公報、同58−196773号公報に
は厚さ方向に分極軸を有する短冊状圧電素子を同形の薄
い金属板の上下面に貼り合わせ、一端を固定、あるいは
両端を固定した屈曲振動子（バイモルフ振動子）を使
い、固定撮像素子を変位させて受光面積を増やし高解像
度化する固体撮像素子用変位装置が開示されている。第
４図はその１例の前記屈曲振動子を用いた１方向の微小
変位装置を示す。両端固定の屈曲振動子５、５′を平行
に配置し、変位量の最大となる前記屈曲振動子５、５′
の中心位置に固体撮像素子等を載せた移動台６が設けら
れている。

発明が解決しようとする問題点上述したシャクトリ虫型の微小変位装置を、同一面２方
向に取り付けることにより、容易に２方向微小変位装置
が考えられるが、絶えず駆動体の一方を静電力、あるい
は電磁力でクランプしておかなければならないので、携
帯、或は傾けて使うような装置では、動作させない時に
移動する物の固定が別途必要で構造が複雑となり、装置
が大型化してくる。また、移動している時はクランプを
外している部分に移動する物の重量が集中し、機械的に
不安定となる。さらに移動方向は装置の取り付けで決ま
ってしまい、取り付け後の任意の方向への移動はできな
い。

屈曲振動子を用いた微小変位装置の場合は、ひずみ量が
大きくとれるが、発生する力が弱く重いものを動かすこ
とができない。また、大きな荷重がかかると振動子の共
振周波数が下がり、駆動周波数の高調波成分により共振
しやすくなり、耐久性に問題が生じる。したがって、任
意方向への微小変位装置とするために前記屈曲振動子を
用いた変位装置（第１変位ユニット）で、他の変位装置
（第２変位ユニット）を変位させることが考えられる
が、第２変位ユニットの重量が第１変位ユニットにかか
るため、第２変位ユニットの重量の影響を少なくするた
めに、第１変位ユニットの屈曲振動子を大きくする必要
があり大型化してしまう。また、耐久性にも問題が生じ
る。

問題点を解決するための手段４角形となるように作られた矩形状金属薄板の各辺の両
面に、厚さ方向に分極軸を有し上下面に電極を配した板
状圧電素子２枚を、分極軸方向が同一となるよう貼り合
わせて、互いに独立な貼り合わせ圧電振動子を構成し、
向かい合う１対の前記貼り合わせ圧電振動子の中央部を
樹脂コーティングした金属あるいは樹脂等の絶縁材料か
らなる固定部材により固定支持し、向かい合う他の１対
の前記貼り合わせ圧電振動子の中央部に固体撮像素子を
取り付けた移動台を設け、前記貼り合わせ圧電振動子の
上下面電極の導通を図り個々に独立した１つの印加電圧
端子とし、前記金属薄板を前記貼り合わせ圧電振動子総
てに共通の印加電圧端子として構成し、前記移動台底面
に貼り合わせたフレキシブル基板を用いて、前記固体撮
像素子の信号と前記貼り合わせ圧電振動子の印加電圧端
子を外部に引き出す様にし、前記圧電振動子を独立に駆
動することにより固体撮像素子を同一面上２方向へ独立
に微小変位させることが出来るようにする。

作用貼り合わせ圧電振動子の上下面電極の印加電圧端子と金
属薄板の印加電圧端子に電圧を印加すれば、貼り合わせ
た板状圧電素子の１方が伸び、他方が縮み、その結果屈
曲振動が生じる屈曲振動子として機能する。中央部が固
定されている貼り合わせ圧電振動子は固定部分の両側が
片持ち構造の屈曲振動子となり、移動台を取り付けた貼
り合わせ圧電振動子そのものを前記片持ち構造屈曲振動
子の電極面に対し法線方向へ変位させることが出来る。
中央に移動台を取り付けた貼り合わせ圧電振動子は両端
を固定支持された構造の屈曲振動子であり、固体撮像素
子を取り付けた移動台を電極面に対し法線方向に変位さ
せることが出来る。この結果、固体撮像素子を２方向へ
独立に変位させる微小変位装置として小型化でき、構造
の簡単なものとなる。

実施例以下、本発明の実施例について、図面を用いて詳細に説
明する。

第１図は、本発明の一実施例を示し、同図（ａ）は斜視
図、同図（ｂ）は分解斜視図、同図（ｃ）は貼り合わせ
圧電振動子を示す分解斜視図である。４角形とした矩形
状金属薄板７の各面の上下に、第１図（ｃ）に示すよう
に、厚さ方向に分極軸を有し上下面に電極を配した板状
圧電素子（8a,8b）、（9a,9b）、（10a,10b）、（11a,1
1b）を、それぞれ分極軸方向が同一となるよう貼り合わ
せて、互いに独立な貼り合わせ圧電振動子8,9,10,11を
構成している。貼り合わせ圧電振動子10,11の中央部
を、樹脂コーティングした金属あるいは樹脂等からなる
固定部材13a,13bを用いて基台12に接着等により固定支
持し、貼り合わせ圧電振動子8,9の中央部には、パッケ
ージ化された固体撮像素子14を載せた移動台15を取り付
けている。貼り合わせ圧電振動子8,9,10,11の上下面電
極の導通を図り、印加電圧端子16,17,18,19とし、金属
薄板７を印加電圧端子16,17,18,19に対して共通の印加
電圧端子20としている。移動台15の底面にはフレキシブ
ル基板21を取り付け、固体撮像素子15の信号と貼り合わ
せ圧電振動子8,9,10,11の印加電圧端子16、17、18、19
への信号を配線し、基台12の底面に取り付けるプリント
基板22へ接続している。さらに、共通の印加電圧端子20
は基台12との導通を図り、プリント基板22へ接続されて
いる。印加電圧端子20と16,17に電圧を印加することに
より貼り合わせ圧電振動子8,9は両端支持構造の屈曲振
動子として機能し、電極面に対し法線方向に変位する。
その変位量は印加電界と圧電定数d₃₁に比例する。貼り
合わせる圧電素子8a,8b,9a,9bの厚さが同一で、向かい
合う貼り合わせ圧電振動子8,9の分極軸方向が同一であ
れば同位相、同電圧を与えると、貼り合わせ圧電振動子
8,9の変位量、変位方向が同一となり、中央部に取り付
けた移動台15を貼り合わせ圧電振動子8,9の変位方向、
すなわち電極面に対し法線方向へ変位させることができ
る。中央部を固定部材13a,13bで固定支持している貼り
合わせ圧電振動子10,11は、片持ち構造の屈曲振動子と
して機能し、印加電圧端子20と18,19に、変位量、変位
方向が同一となるよう印加電圧を与えると、貼り合わせ
圧電振動子8,9を変位方向と同一方向、すなわち圧電振
動子10,11の電極面に対し法線方向へ変位させるので移
動台15も同一方向へ変位することになる。貼り合わせ圧
電振動子8,9と10,11は独立に駆動できるので、移動台15
すなわち固体撮像素子14を同一面２方向へ変位させるこ
とができる。

また、貼り合わせ圧電振動子8,9,10,11を同一平面に構
成しているため、２方向へ独立な微小変位装置として小
型化でき、構造の簡単なものとなる。

さらに小型化できるという利点は、三管ビデオカメラ等
で用いるプリズムの３方向へ、撮像管ではなく固体撮像
素子を位置調整が出来る状態で取り付けられるという大
きな特徴を有する。

次に本発明の他の実施例について説明する。

第２図は、本発明の他の一実施例を示す貼り合わせ圧電
振動子の分解斜視図である。コの字状に折り曲げた矩形
状金属薄板7a,7bを向き合わせて、４角形をした矩形状
金属薄板を構成し、金属薄板7a,7bの両端が貼り合わせ
る圧電素子（10a,10b）、（11a,11b）の中央部分にくる
よう構成したものである。金属薄板7a、7bの作製におい
て、折り曲げる方向が１方向しかなく量産性の良い構造
である。

片持ち構造の貼り合わせ圧電振動子と両端支持構造の貼
り合わせ圧電振動子は、金属薄板を通して結合されてい
るため、互いに影響を受けることは避けられないが、第
１図（ｃ）に示したように両端支持構造の貼り合わせ圧
電振動子両側の金属薄板にＵ型のへこみ23a,23b,23c,23
dを設けたり、あるいは穴を設けたりして曲げ剛性率を
大きくして、影響を少なくし、信頼性の向上が図られ
る。

発明の効果本発明は片持ち構造の貼り合わせ圧電振動子と両端支持
構造の貼り合わせ圧電振動子を同一平面内に構成するこ
とにより、２方向へ独立に微小変位させることができ
る。この結果、２方向へ独立な微小変位装置として小型
化でき、構造の簡単なものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の２方向微小変位装置を示
し、同図（ａ）はその斜視図、同図（ｂ）は分解斜視
図、同図（ｃ）はその要部である貼り合わせ圧電振動子
を示す分解斜視図、第２図は、本発明による他の実施例
における要部である貼り合わせ圧電振動子の分解斜視
図、第３図及び第４図は各々従来の微小変位装置の正面
図及び斜視図である。７……金属薄板、8,9,10,11……貼り合わせ圧電振動
子、8a,8b,9a,9b,10a,10b,11a,11b,……圧電素子、12…
…基台、13a,13b……固定部材、14……固体撮像素子、1
5……移動台、21……フレキシブル基板。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】４角形とした矩形状金属薄板の各辺の両面
に、厚さ方向に分極軸を有し上下面に電極を配した板状
圧電素子２枚を、分極軸方向が同一となるよう貼り合わ
せて貼り合わせ圧電振動子を構成し、向かい合う１対の
前記貼り合わせ圧電振動子の中央部を絶縁材料からなる
固定部材により固定支持し、向かい合う他の１対の前記
貼り合わせ圧電振動子の中央部に固体撮像素子を取り付
けた移動台を設け、前記貼り合わせ圧電振動子の上下面
電極の導通を図り個々に独立した１つの印加電圧端子と
し、前記金属薄板を前記貼り合わせ圧電振動子総てに共
通の印加電圧端子として構成し、前記移動台底面に貼り
合わせたフレキシブル基板を用いて、前記固体撮像素子
の信号と前記貼り合わせ圧電振動子の印加電圧端子を外
部に引き出す様にしたことを特徴とする固体撮像素子用
微小変位装置。
【請求項２】コの字状に折り曲げた矩形状金属薄板を２
つ用いて４角形をした矩形状金属薄板を構成し、前記２
つの金属薄板の両端が、中央部を固定部材により固定支
持する前記貼り合わせ圧電振動子の中央固定部分に位置
するよう構成したことを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載の固体撮像素子用微小変位装置。
【請求項３】移動台を取り付けた前記貼り合わせ圧電振
動子両端部分の金属薄板の曲げ剛性率を大きくするよう
構成したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
固体撮像素子用微小変位装置。