JP4398990B2 - 駆動機構 - Google Patents

Description

本発明は、圧電素子を使用して被駆動体を駆動する駆動機構に関する。

従来、監視カメラ等の視線変更制御や半導体製造装置向け６自由度位置決め機構などに代表される多自由度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或いはモータシステムが広く用いられている。特に近年では、小形化・軽量化・高精度化の観点から駆動源に圧電素子を用い、高速かつ高精度に多自由度駆動が可能な機構の研究開発が注目されている。この種の代表的な従来例としては、支持構造として平行平板・放射平板を用いた構造（特開昭６３−１３７３０６号公報）や弾性ヒンジを用いた構造（昭和６２年度精密工学会春季大会学術講演会講演論文（１９８７），ｐ４９９−ｐ５００）、パラレルメカニズムを用いた構造（精密工学会誌 Ｖｏｌ．６５ Ｎｏ．１０（１９９９），ｐ１４４５−ｐ１４４９）などが提案されている。
特開昭６３−１３７３０６号公報 昭和６２年度精密工学会春季大会学術講演会講演論文（１９８７），ｐ４９９−ｐ５００ 精密工学会誌 Ｖｏｌ．６５ Ｎｏ．１０（１９９９），ｐ１４４５−ｐ１４４９

しかしながら、これらの従来構造はいずれも、以下の課題を内在しており、必ずしも満足できるものではない。（Ａ）単一軸アクチュエータの直列多段積み上げ構成のため、より一層の高速化（低剛性）・小型化が難しい。（Ｂ）軸干渉が大きいため、制御器の簡素化・高速高精度化が難しい。（Ｃ）可動範囲が狭く、汎用性が低い。従来例における平行平板・放射平板を用いた構造では、特に上記（Ａ），（Ｃ）の理由から適用範囲が限られる。また、弾性ヒンジを用いた構造およびパラレルメカニズムを用いた構造では、主に上記（Ｂ），（Ｃ）の理由から適用範囲が限られる。

本発明の目的は、軸干渉が生じにくく、可動範囲が広く、高速化・小型化された駆動機構を提供することである。

本発明による駆動機構は、部分的に球状表面を有する被駆動体と、前記被駆動体を挟んで支持するとともに前記被駆動体を駆動する複数の圧電ユニットと、前記圧電ユニットを保持する基台とを有している。各圧電ユニットは、前記被駆動体の球状表面に当接する平面を有する駆動部と、前記平面に平行な第１の軸に沿って前記駆動部を移動させる第１の圧電素子と、前記平面に平行かつ前記第１の軸に交差する第２の軸に沿って前記駆動部を移動させる第２の圧電素子と、前記第１および第２の圧電素子を介して前記駆動部を支持している支持部材とを有している。

本発明によれば、軸干渉が生じにくく、可動範囲が広く、高速化・小型化された駆動機構が提供される。

＜第１実施形態＞
本実施形態の駆動機構の構成について図１と図２を参照して説明する。

図１に示すように、本実施形態の駆動機構１００は、部分的に球状表面１１１を有する被駆動体１１０と、被駆動体１１０を挟んで支持するとともに被駆動体１１０を駆動する２つの圧電ユニット１２０と、圧電ユニット１２０を保持する基台１３０と、圧電ユニット１２０を制御する制御部１４０とを有している。

図２に示すように、各圧電ユニット１２０は、被駆動体１１０の球状表面に当接する平面１２２を有する駆動部１２１と、平面１２２に平行な第１の軸Ａ１に沿って駆動部１２１を直線移動させる第１の圧電素子１２３と、平面１２２に平行かつ軸Ａ１に直交する第２の軸Ａ２に沿って駆動部１２１を直線移動させる第２の圧電素子１２４と、圧電素子１２３，１２４を介して駆動部１２１を支持している支持部材１２５とを有している。圧電素子１２３は軸Ａ１に沿って延在し、一端が駆動部１２１に連結され、他端が支持部材１２５に連結されている。圧電素子１２４は軸Ａ２に沿って延在し、一端が駆動部１２１に連結され、他端が支持部材１２５に連結されている。

基台１３０は圧電ユニット１２０が設置される平面１３１を有している。続く説明では、図１に示すように、ｘ軸とｙ軸が平面１３１に平行となり、ｚ軸が平面１３１に垂直となるようにｘｙｚ直交座標系を設定する。さらにｘ，ｙ，ｚ軸の周りにそれぞれθｘ，θｙ，θｚ軸を設定する。θｘ軸の方向は、＋ｘ方向において右回りの方向を正とする。つまり右ねじを＋ｘ方向に進めるときの回転方向をθｘ軸の正方向とする。θｙ軸とθｚ軸についても同様とする。圧電ユニット１２０は、軸Ａ１がｘ軸に平行となり、軸Ａ２はｚ軸に平行になるように、基台１３０に設置されている。軸Ａ１は基台１３０の平面１３１に平行であり、軸Ａ２が基台１３０の平面１３１に垂直である。

２つの圧電ユニット１２０は、駆動部１２１が被駆動体１１０を介して対向し、かつ駆動部１２１の平面１２２が互いに平行になるように配置されている。２つの圧電ユニット１２０はｚ軸に対して対称的に配置されている。つまり、２つの圧電ユニット１２０は互いにｚ軸の周りに１８０度回転された向きで配置されている。また、駆動部１２１の間隔が球状表面１１１の直径よりわずかに小さくなるように支持部材１２５が基台１３０に固定されており、被駆動体１１０は圧電ユニット１２０の弾性変形により支持されている。被駆動体１１０には、カメラモジュールなどの駆動対象物１５０が搭載される。

駆動機構１００の動作について図３〜図６を参照して説明する。

この駆動機構１００では、駆動部１２１が軸Ａ１，Ａ２に沿って急速直線移動と緩速直線移動とを反対方向に行なうように制御部１４０により圧電素子１２３，１２４を作動させることにより、圧電素子１２３，１２４のストロークを超えて大きく被駆動体１１０を駆動する。ここにおいて、急速直線移動とは、駆動部１２１と被駆動体１１０との間に滑りが発生する速度での直線移動を意味し、緩速直線移動は、駆動部１２１と被駆動体１１０との間に滑りが発生しない速度での直線移動を意味する。以下では、この互いに反対方向の急速直線移動と緩速直線移動を緩急直線移動と呼ぶことにする。また、駆動部１２１が緩速直線移動だけを行なうように制御部１４０により圧電素子１２３，１２４を作動させることにより、圧電素子１２３，１２４のストローク内で小さく被駆動体１１０を駆動する。

具体的には、駆動部１２１が同期して軸Ａ１すなわちｘ軸に沿って同一方向に緩急直線移動を行なうように圧電素子１２３を作動させることにより、図３に示すように、被駆動体１１０がｘ軸に沿って圧電素子１２３のストロークを超えて直線移動される。より詳しくは、−ｘ方向に急速直線移動を行ない、＋ｘ方向に緩速直線移動を行なうと、被駆動体１１０は＋ｘ方向に直線移動される。急速直線移動と緩速直線移動の方向を反対にすると、被駆動体１１０は−ｘ方向に直線移動される。急速直線移動と緩速直線移動の順序はどちらが先でもよい。２つの圧電ユニット１２０はｚ軸に対して対称的に配置されているので、この直線移動のためには逆位相の駆動信号が圧電素子１２３に供給される。上述した急速直線移動と緩速直線移動を繰り返すことにより、被駆動体１１０と駆動部１２１との接触が維持される範囲内で被駆動体１１０をｘ軸に沿って直線移動させることができる。また、駆動部１２１がｘ軸に沿って同一方向に緩速直線移動を行なうように圧電素子１２３を作動させることにより、被駆動体１１０がｘ軸に沿って圧電素子１２３のストローク内で直線移動される。

また、駆動部１２１が同期して軸Ａ２すなわちｚ軸に沿って同一方向に緩急直線移動を行なうように圧電素子１２４を作動させることにより、図４に示すように、被駆動体１１０が軸Ａ２すなわちｚ軸に沿って圧電素子１２３のストロークを超えて直線移動される。移動の詳細は、ｘ軸に沿った直線移動と同様である。すなわち、−ｚ方向に急速直線移動を行ない、＋ｚ方向に緩速直線移動を行なうと、被駆動体１１０は＋ｚ方向に直線移動される。急速直線移動と緩速直線移動の方向を反対にすると、被駆動体１１０は−ｚ方向に直線移動される。急速直線移動と緩速直線移動の順序はどちらが先でもよい。この直線移動のためには同じ位相の駆動信号が圧電素子１２４に供給される。上述した急速直線移動と緩速直線移動を繰り返すことにより、被駆動体１１０と駆動部１２１との接触が維持される範囲内で被駆動体１１０をｚ軸に沿って直線移動させることができる。また、駆動部１２１が軸Ａ２すなわちｚ軸に沿って同一方向に緩速直線移動を行なうように圧電素子１２３を作動させることにより、被駆動体１１０がｚ軸に沿って圧電素子１２３のストローク内で直線移動される。

また、駆動部１２１が同期して軸Ａ２すなわちｚ軸に沿って反対方向に緩急直線移動を行なうように圧電素子１２４を作動させることにより、図５に示すように、被駆動体１１０の球状表面１１１の中心を通り軸Ａ１に平行な軸（すなわちｘ軸）の周りに被駆動体１１０が圧電素子１２３のストロークを超えて回転移動される。言い換えれば、ｘ軸の周りの回転に関して（つまりθｘの方向に関して）同一方向に駆動部１２１が緩急直線移動を行なうように圧電素子１２４を作動させることにより、被駆動体１１０がｘ軸の周りに回転移動される。より詳しくは、−θｘ方向に急速直線移動を行ない、＋θｘ方向に緩速直線移動を行なうと、被駆動体１１０は＋θｘ方向に回転移動される。急速直線移動と緩速直線移動の方向を反対にすると、被駆動体１１０は−θｘ方向に回転移動される。急速直線移動と緩速直線移動の順序はどちらが先でもよい。この回転移動のためには逆位相の駆動信号が圧電素子１２３に供給される。上述した急速直線移動と緩速直線移動を繰り返すことにより、被駆動体１１０をｘ軸の周りに際限なく回転移動させることができる。また、駆動部１２１がθｘ方向に関して同一方向に緩速直線移動を行なうように圧電素子１２３を作動させることにより、被駆動体１１０がｘ軸の周りに圧電素子１２３のストローク内で回転移動される。

また、駆動部１２１が同期して軸Ａ１すなわちｘ軸に沿って反対方向に緩急直線移動を行なうように圧電素子１２３を作動させることにより、図６に示すように、被駆動体１１０の球状表面１１１の中心を通り軸Ａ２に平行な軸（すなわちｚ軸）の周りに被駆動体１１０が圧電素子１２３のストロークを超えて回転移動される。言い換えれば、ｚ軸の周りの回転に関して（つまりθｚの方向に関して）同一方向に駆動部１２１が緩急直線移動を行なうように圧電素子１２４を作動させることにより、被駆動体１１０がｚ軸の周りに圧電素子１２４のストロークを超えて回転移動される。移動の詳細は、ｘ軸の周りの回転移動と同様である。すなわち、−θｚ方向に急速直線移動を行ない、＋θｚ方向に緩速直線移動を行なうと、被駆動体１１０は＋θｚ方向に回転移動される。急速直線移動と緩速直線移動の方向を反対にすると、被駆動体１１０は−θｚ方向に回転移動される。急速直線移動と緩速直線移動の順序はどちらが先でもよい。この回転移動のためには同位相の駆動信号が圧電素子１２４に供給される。上述した急速直線移動と緩速直線移動を繰り返すことにより、被駆動体１１０をｚ軸の周りに際限なく回転移動させることができる。また、駆動部１２１がθｚ方向に関して同一方向に緩速直線移動を行なうように圧電素子１２３を作動させることにより、被駆動体１１０がｚ軸の周りに圧電素子１２３のストローク内で回転移動される。

このように、本実施形態の駆動機構１００によれば、２つの圧電ユニット１２０の圧電素子１２３，１２４を適宜選択的に作動させることにより、ｘ，ｚの並進２軸とθｘ，θｚの回転２軸の計４軸で被駆動体１１０をダイレクト駆動することができる。

＜第２実施形態＞
図７を参照しながら第２実施形態について説明する。図７において、第１実施形態で説明した部材と同様の部材は同一の参照符号で示し、その詳しい説明は続く説明では省略する。

図７に示すように、本実施形態の駆動機構２００は、部分的に球状表面１１１を有する被駆動体１１０と、被駆動体１１０を挟んで支持するとともに被駆動体１１０を駆動する３つの圧電ユニット１２０と、圧電ユニット１２０を保持する基台２３０と、圧電ユニットを制御する制御部２４０とを有している。３つの圧電ユニット１２０は駆動部１２１が被駆動体１１０を等間隔で取り囲むように配置されている。被駆動体１１０の球状表面の大円よりわずかに小さい円周上に駆動部１２１が位置するように支持部材１２５が基台２３０に固定されている。大円とは、球状表面をその中心を通る平面で切ったとき、切り口に現れる円である。これにより、被駆動体１１０は３つの圧電ユニット１２０の弾性変形により支持されている。

続く説明では、第１実施形態と同様に、圧電ユニット１２０が設置される基台２３０の平面２３１に対して、ｘ軸とｙ軸が平行となり、ｚ軸が垂直となるｘｙｚ直交座標系を設定する。さらにｘ，ｙ，ｚ軸の周りにそれぞれθｘ，θｙ，θｚ軸を設定する。

この駆動機構２００では、第１実施形態と同様に、駆動部１２１が軸Ａ１，Ａ２に沿って急速直線移動と緩速直線移動とを反対方向に行なうように制御部２４０により圧電素子１２３，１２４を作動させることにより、圧電素子１２３，１２４のストロークを超えて大きく被駆動体１１０を駆動する。また、駆動部１２１が緩速直線移動だけを行なうように制御部２４０により圧電素子１２３，１２４を作動させることにより、圧電素子１２３，１２４のストローク内で小さく被駆動体１１０を駆動する。

具体的には、駆動部１２１が同期して軸Ａ２すなわちｚ軸に沿って同一方向に緩急直線移動を行なうように圧電素子１２４を作動させることにより、被駆動体１１０がｚ軸に沿って圧電素子１２４のストロークを超えて直線移動される。移動の詳細は、第１実施形態で説明したｚ軸に沿った直線移動と同じであり、その詳しい説明はここでは省略する。また、駆動部１２１が軸Ａ２すなわちｚ軸に沿って同一方向に緩速直線移動を行なうように圧電素子１２３を作動させることにより、被駆動体１１０がｚ軸に沿って圧電素子１２４のストローク内で直線移動される。

また、被駆動体１１０の球状表面１１１の中心を通り軸Ａ２に平行な軸（すなわちｚ軸）の周りの回転に関して（つまりθｚの方向に関して）同一方向に駆動部１２１が同期して緩急直線移動を行なうように圧電素子１２３を作動させることにより、被駆動体１１０がｚ軸の周りに圧電素子１２３のストロークを超えて回転移動される。移動の詳細は、第１実施形態で説明したｚ軸の周りの回転移動と同じであり、その詳しい説明はここでは省略する。また、駆動部１２１がθｚ方向に関して同一方向に緩速直線移動を行なうように圧電素子１２３を作動させることにより、被駆動体１１０がｚ軸の周りに圧電素子１２３のストローク内で回転移動される。

また、駆動部１２１が軸Ａ２すなわちｚ軸に沿って緩急直線移動を行なうように圧電素子１２４を選択的に作動させることにより、被駆動体１１０の球状表面１１１の中心を通り軸Ａ２に直交する軸（ｘｙ平面上に位置する軸）の周りに被駆動体１１０を圧電素子１２３のストロークを超えて回転移動される。この圧電素子１２４の選択的な駆動は以下の駆動を含む。１つの駆動部１２１が軸Ａ２すなわちｚ軸に沿って緩急直線移動を行なうように圧電素子１２４を駆動する。２つの駆動部１２１が軸Ａ２すなわちｚ軸に沿って同一方向に緩急直線移動を行なうように圧電素子１２４を駆動する。２つの駆動部１２１が軸Ａ２すなわちｚ軸に沿って反対一方向に緩急直線移動を行なうように圧電素子１２４を駆動する。１つの駆動部１２１が軸Ａ２すなわちｚ軸に沿って残りの２つの駆動部１２１に対して反対方向に緩急直線移動を行なうように圧電素子１２４を駆動する。また、駆動部１２１が軸Ａ２すなわちｚ軸に沿って緩速直線移動を行なうように圧電素子１２３を選択的に作動させることにより、被駆動体１１０の球状表面１１１の中心を通り軸Ａ２に直交する軸（すなわちｚ軸）の周りに被駆動体１１０を圧電素子１２４のストローク内で回転移動される。

このように、本実施形態の駆動機構２００によれば、３つの圧電ユニット１２０の圧電素子１２３，１２４を適宜選択的に作動させることにより、ｚの並進１軸とθｘ，θｙ，θｚの回転３軸の計４軸で被駆動体１１０をダイレクト駆動することができる。

＜第３実施形態＞
図８を参照しながら第３実施形態の駆動機構の構成について説明する。図８において、第１実施形態で説明した部材と同様の部材は同一の参照符号で示し、その詳しい説明は続く説明では省略する。

図８に示すように、本実施形態の駆動機構３００は、部分的に球状表面１１１を有する被駆動体１１０と、被駆動体１１０を挟んで支持するとともに被駆動体１１０を駆動する４つの圧電ユニット１２０と、４つの圧電ユニット１２０を保持する基台３３０と、圧電ユニットを制御する制御部３４０とを有している。

続く説明では、４つの圧電ユニットに、それぞれ、参照符号１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｄを付して区別する。また第１実施形態と同様にｘｙｚ直交座標系およびθｘ，θｙ，θｚ軸を設定する。すなわち、圧電ユニット１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｄが設置される基台３３０の平面３３１に対して、ｘ軸とｙ軸が平行となり、ｚ軸が垂直となるｘｙｚ直交座標系を設定する。さらにｘ，ｙ，ｚ軸の周りにそれぞれθｘ，θｙ，θｚ軸を設定する。θｘ軸の方向は、＋ｘ方向において右回りの方向を正とする。θｙ軸とθｚ軸についても同様とする。

４つの圧電ユニットは、２つの圧電ユニット１２０ａ，１２０ｃを含む第１のユニット群と、２つの圧電ユニット１２０ｂ，１２０ｄを含む第２のユニット群とを構成している。

第１のユニット群の圧電ユニット１２０ａ，１２０ｃは、駆動部１２１が被駆動体１１０を介して対向し、かつ駆動部１２１の平面１２２が互いに平行になるように配置されている。圧電ユニット１２０ａ，１２０ｃは、軸Ａ１がｙ軸に平行となり、軸Ａ２はｚ軸に平行になるように、基台３３０に設置されている。圧電ユニット１２０ａ，１２０ｃはｚ軸に対して対称的に配置されている。圧電ユニット１２０ｃは圧電ユニット１２０ａに対して軸Ａ２の周りに１８０度回転した向きに配置されている。

第２のユニット群の圧電ユニット１２０ｂ，１２０ｄは、駆動部１２１が被駆動体１１０を介して対向し、かつ駆動部１２１の平面１２２が互いに平行になるように配置されている。圧電ユニット１２０ｂ，１２０ｄは、軸Ａ１がｘ軸に平行となり、軸Ａ２はｚ軸に平行になるように、基台３３０に設置されている。圧電ユニット１２０ｂ，１２０ｄはｚ軸に対して対称的に配置されている。圧電ユニット１２０ｄは圧電ユニット１２０ｂに対して軸Ａ２の周りに１８０度回転した向きに配置されている。

第１のユニット群の圧電ユニット１２０ａ，１２０ｃの駆動部１２１の平面１２２と第２のユニット群の圧電ユニット１２０ｂ，１２０ｄの駆動部１２１の平面１２２は互いに直交している。

第１のユニット群の圧電ユニット１２０ａ，１２０ｃは、駆動部１２１の間隔が被駆動体１１０の球状表面の直径よりわずかに小さくなるように支持部材１２５が基台３３０に固定されている。同様に、第２のユニット群の圧電ユニット１２０ｂ，１２０ｄは、駆動部１２１の間隔が被駆動体１１０の球状表面の直径よりわずかに小さくなるように支持部材１２５が基台３３０に固定されている。これにより、被駆動体１１０は４つの圧電ユニット１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｄの弾性変形により支持されている。

駆動機構３００の動作について図８〜図１２を参照して説明する。

この駆動機構３００では、第１実施形態と同様に、駆動部１２１が軸Ａ１，Ａ２に沿って急速直線移動と緩速直線移動とを反対方向に行なうように制御部３４０により圧電素子１２３，１２４を作動させることにより、圧電素子１２３，１２４のストロークを超えて大きく被駆動体１１０を駆動する。また、駆動部１２１が緩速直線移動だけを行なうように制御部３４０により圧電素子１２３，１２４を作動させることにより、圧電素子１２３，１２４のストローク内で小さく被駆動体１１０を駆動する。

具体的には、圧電ユニット１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｄのすべてにおいて、駆動部１２１が同期して軸Ａ２すなわちｚ軸に沿って同一方向に緩急直線移動を行なうように圧電素子１２４を作動させることにより、図９に示すように、被駆動体１１０がｚ軸に沿って圧電素子１２４のストロークを超えて直線移動される。移動の詳細は、第１実施形態で説明したｚ軸に沿った直線移動と同じであり、その詳しい説明はここでは省略する。また、駆動部１２１が軸Ａ２すなわちｚ軸に沿って同一方向に緩速直線移動を行なうように圧電素子１２４を作動させることにより、被駆動体１１０がｚ軸に沿って圧電素子１２４のストローク内で直線移動される。

また、第１のユニット群の圧電ユニット１２０ａ，１２０ｃにおいて、駆動部１２１が同期して軸Ａ２に沿って反対方向に緩急直線移動を行なうように圧電素子１２４を作動させることにより、言い換えれば、被駆動体１１０の球状表面１１１の中心を通り軸Ａ１に平行な軸（すなわちｙ軸）の周りの回転に関して（つまりθｙの方向に関して）同一方向に駆動部１２１が同期して緩急直線移動を行なうように圧電素子１２４を作動させることにより、図１０に示すように、被駆動体１１０がｙ軸の周りに圧電素子１２４のストロークを超えて回転移動される。移動の詳細は、第１実施形態で説明したｙ軸の周りの回転移動と同じであり、その詳しい説明はここでは省略する。また、駆動部１２１がθｙ方向に関して同一方向に緩速直線移動を行なうように圧電素子１２４を作動させることにより、被駆動体１１０がｙ軸の周りに圧電素子１２４のストローク内で回転移動される。

また、第２のユニット群の圧電ユニット１２０ｂ，１２０ｄにおいて、駆動部１２１が同期して軸Ａ２に沿って反対方向に緩急直線移動を行なうように圧電素子１２４を作動させることにより、言い換えれば、被駆動体１１０の球状表面１１１の中心を通り軸Ａ１に平行な軸（すなわちｘ軸）の周りの回転に関して（つまりθｘの方向に関して）同一方向に駆動部１２１が同期して緩急直線移動を行なうように圧電素子１２４を作動させることにより、図１１に示すように、被駆動体１１０がｘ軸の周りに圧電素子１２４のストロークを超えて回転移動される。移動の詳細は、第１実施形態で説明したｙ軸の周りの回転移動と同様であり、その詳しい説明はここでは省略する。また、駆動部１２１がθｘ方向に関して同一方向に緩速直線移動を行なうように圧電素子１２４を作動させることにより、被駆動体１１０がｘ軸の周りに圧電素子１２４のストローク内で回転移動される。

また、圧電ユニット１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｄのすべてにおいて、被駆動体１１０の球状表面１１１の中心を通り軸Ａ２に平行な軸（すなわちｚ軸）の周りの回転に関して（つまりθｚの方向に関して）同一方向に駆動部１２１が同期して緩急直線移動を行なうように圧電素子１２３を作動させることにより、図１２に示すように、すなわち被駆動体１１０がｚ軸の周りに圧電素子１２３のストロークを超えて回転移動される。移動の詳細は、第１実施形態で説明したｚ軸の周りの回転移動と同じであり、その詳しい説明はここでは省略する。また、駆動部１２１がθｚ方向に関して同一方向に緩速直線移動を行なうように圧電素子１２３を作動させることにより、被駆動体１１０がｚ軸の周りに圧電素子１２３のストローク内で回転移動される。

このように、本実施形態の駆動機構３００によれば、４つの圧電ユニット１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｄの圧電素子１２３，１２４を適宜選択的に作動させることにより、ｚの並進１軸とθｘ，θｙ，θｚの回転３軸の計４軸で被駆動体１１０をダイレクト駆動することができる。

＜第４実施形態＞
本実施形態の駆動機構の構成について図１３と図１４を参照して説明する。

図１３に示すように、本実施形態の駆動機構４００は、部分的に球状表面１１１を有する被駆動体１１０と、被駆動体１１０を挟んで支持するとともに被駆動体１１０を駆動する４つの圧電ユニット４２０と、圧電ユニット４２０を保持する基台４３０と、圧電ユニットを制御する制御部４４０とを有している。

図１４に示すように、各圧電ユニット４２０は、被駆動体１１０の球状表面に当接する平面４２２を有する駆動部４２１と、平面４２２に平行な第１の軸Ａ１に沿って駆動部４２１を直線移動させる第１の圧電素子４２３と、平面４２２に平行かつ軸Ａ１に直交する第２の軸Ａ２に沿って駆動部４２１を直線移動させる第２の圧電素子４２４と、圧電素子４２３，４２４を介して駆動部４２１を支持している支持部材４２５と、基台４３０に対して直動自在に支持するリニアガイド部４２６とを有している。圧電素子４２３は軸Ａ１に沿って延在し、一端が駆動部４２１に連結され、他端が支持部材４２５に連結されている。圧電素子４２４は軸Ａ２に沿って延在し、一端が駆動部４２１に連結され、他端が支持部材４２５に連結されている。リニアガイド部４２６は、その直動方向Ｌが駆動部４２１の平面４２２に垂直となるように支持部材４２５に固定されている。

続く説明では、４つの圧電ユニットに、それぞれ、参照符号４２０ａ，４２０ｂ，４２０ｃ，４２０ｄを付して区別する。また第１実施形態と同様にｘｙｚ直交座標系およびθｘ，θｙ，θｚ軸を設定する。すなわち、圧電ユニット４２０ａ，４２０ｂ，４２０ｃ，４２０ｄが設置される基台４３０の平面４３１に対して、ｘ軸とｙ軸が平行となり、ｚ軸が垂直となるｘｙｚ直交座標系を設定する。さらにｘ，ｙ，ｚ軸の周りにそれぞれθｘ，θｙ，θｚ軸を設定する。θｘ軸の方向は、＋ｘ方向において右回りの方向を正とする。θｙ軸とθｚ軸についても同様とする。

４つの圧電ユニットは、２つの圧電ユニット４２０ａ，４２０ｃを含む第１のユニット群と、２つの圧電ユニット４２０ｂ，４２０ｄを含む第２のユニット群とを構成している。

基台４３０は、第１のユニット群の圧電ユニット４２０ａ，４２０ｃのリニアガイド部４２６を収容し、このリニアガイド部４２６の直線移動を許すガイド受け部４３２と、第２のユニット群の圧電ユニット４２０ｂ，４２０ｄのリニアガイド部４２６を収容し、このリニアガイド部４２６の直線移動を許すガイド受け部４３３とを有している。ガイド受け部４３２はｘ軸に沿って延在し、ガイド受け部４３３はｙ軸に沿って延在している。

第１のユニット群の圧電ユニット４２０ａ，４２０ｃは、リニアガイド部４２６とガイド受け部４３２とによって、ｘ軸に沿って直動自在である。第２のユニット群の圧電ユニット４２０ｂ，４２０ｄは、リニアガイド部４２６とガイド受け部４３３とによって、ｙ軸に沿って直動自在である。

ガイド受け部４３２は、圧電ユニット４２０ａ，４２０ｃの各リニアガイド部４２６に専用に分割されてもよい。同様に、ガイド受け部４３３も、圧電ユニット４２０ｂ，４２０ｄの各リニアガイド部４２６に専用に分割されてもよい。このようなガイド受け部４３２，４３３の分割は、例えば、基台４３０の中心部に上下に貫通する穴を設ける場合に有効である。

第１のユニット群の圧電ユニット４２０ａ，４２０ｃは、駆動部４２１が被駆動体１１０を介して対向し、かつ駆動部４２１の平面４２２が互いに平行になるように配置されている。圧電ユニット４２０ａ，４２０ｃは、軸Ａ１がｙ軸に平行となり、軸Ａ２はｚ軸に平行になるように、基台４３０に設置されている。圧電ユニット４２０ａ，４２０ｃはｚ軸に対して対称的に配置されている。圧電ユニット１２０ｃは圧電ユニット１２０ａに対して軸Ａ２の周りに１８０度回転した向きに配置されている。

第２のユニット群の圧電ユニット４２０ｂ，４２０ｄは、駆動部４２１が被駆動体１１０を介して対向し、かつ駆動部４２１の平面４２２が互いに平行になるように配置されている。圧電ユニット４２０ｂ，４２０ｄは、軸Ａ１がｘ軸に平行となり、軸Ａ２はｚ軸に平行になるように、基台４３０に設置されている。圧電ユニット４２０ｂ，４２０ｄはｚ軸に対して対称的に配置されている。圧電ユニット１２０ｄは圧電ユニット１２０ｂに対して軸Ａ２の周りに１８０度回転した向きに配置されている。

第１のユニット群の圧電ユニット４２０ａ，４２０ｃの駆動部４２１の平面４２２と第２のユニット群の圧電ユニット４２０ｂ，４２０ｄの駆動部４２１の平面４２２は互いに直交している。

第１のユニット群の圧電ユニット４２０ａ，４２０ｃの支持部材４２５は互いに連結されている。同様に、第２のユニット群の圧電ユニット４２０ａ，４２０ｃの支持部材４２５も互いに連結されている。

一例では、第１のユニット群の圧電ユニット４２０ａ，４２０ｃは、駆動部４２１の間隔が被駆動体１１０の球状表面の直径よりわずかに小さくなるように、図１５に示すように、支持部材４２５が連結部４２７ａを介して互いに連結されている。同様に、第２のユニット群の圧電ユニット４２０ｂ，４２０ｄは、駆動部４２１の間隔が被駆動体１１０の球状表面の直径よりわずかに小さくなるように、図１６に示すように、支持部材４２５が連結部４２７ｂを介して互いに連結されている。

第１のユニット群の圧電ユニット４２０ａ，４２０ｃと第２のユニット群の圧電ユニット４２０ｂ，４２０ｄは、図１７に示すように、連結部４２７ａ，４２７ｂを重ねて、圧電ユニット４２０ａ，４２０ｃのリニアガイド部４２６をガイド受け部４３２に収容し、圧電ユニット４２０ｂ，４２０ｄのリニアガイド部４２６をガイド受け部４３３に収容して、基台４３０に設置される。連結部４２７ａ，４２７ｂは部分的に切り欠かれており、互いに干渉しないように配置されている。

別の例では、第１のユニット群の圧電ユニット４２０ａ，４２０ｃは、図１８に示すように、コイルばねなどの付勢部材４２８ａによって支持部材４２５が互いに連結されており、被駆動体１１０を介して対向する駆動部４２１を接近させるように付勢されている。図１８では、第１のユニット群の構造を示すために第２のユニット群の図示が省略されている。同様に、第２のユニット群の圧電ユニット４２０ｂ，４２０ｄは、図１９に示すように、コイルばねなどの付勢部材４２８ｂによって支持部材４２５が互いに連結されており、被駆動体１１０を介して対向する駆動部４２１を接近させるように付勢されている。図１９では、第２のユニット群の構造を示すために第１のユニット群の図示が省略されている。

第１のユニット群の圧電ユニット４２０ａ，４２０ｃと第２のユニット群の圧電ユニット４２０ｂ，４２０ｄは、図２０に示すように、付勢部材４２８ａ，４２８ｂを重ねて、圧電ユニット４２０ａ，４２０ｃのリニアガイド部４２６をガイド受け部４３２に収容し、圧電ユニット４２０ｂ，４２０ｄのリニアガイド部４２６をガイド受け部４３３に収容して、基台４３０に設置される。付勢部材４２８ａ，４２８ｂは互いに異なる高さに配置されており、互いに干渉しないように配置されている。

駆動機構４００の動作について図２１〜図２６を参照して説明する。

この駆動機構４００では、第１実施形態と同様に、駆動部４２１が軸Ａ１，Ａ２に沿って急速直線移動と緩速直線移動とを反対方向に行なうように制御部４４０により圧電素子４２３，４２４を作動させることにより、圧電素子４２３，４２４のストロークを超えて大きく被駆動体１１０を駆動する。また、駆動部４２１が緩速直線移動だけを行なうように制御部４４０により圧電素子４２３，４２４を作動させることにより、圧電素子４２３，４２４のストローク内で小さく被駆動体１１０を駆動する。

具体的には、第２のユニット群の圧電ユニット４２０ｂ，４２０ｄにおいて、駆動部４２１が同期して軸Ａ１すなわちｘ軸に沿って同一方向に緩急直線移動を行なうように圧電素子４２３を作動させることにより、図２１に示すように、被駆動体１１０がｘ軸に沿って圧電素子４２３のストロークを超えて直線移動される。第１のユニット群の圧電ユニット４２０ａ，４２０ｃはｘ軸に沿って移動可能であるので、被駆動体１１０のｘ軸に沿った直線移動を妨げず、被駆動体１１０と共にｘ軸に沿って移動される。移動の詳細は、第１実施形態で説明したｘ軸に沿った回転移動と同じであり、その詳しい説明はここでは省略する。また、駆動部４２１が軸Ａ１すなわちｘ軸に沿って同一方向に緩速直線移動を行なうように圧電素子４２３を作動させることにより、被駆動体１１０がｘ軸に沿って圧電素子４２３のストローク内で直線移動される。

また、第１のユニット群の圧電ユニット４２０ａ，４２０ｃにおいて、駆動部４２１が同期して軸Ａ１すなわちｙ軸に沿って同一方向に緩急直線移動を行なうように圧電素子４２３を作動させることにより、図２２に示すように、被駆動体１１０がｙ軸に沿って圧電素子４２３のストロークを超えて直線移動される。第２のユニット群の圧電ユニット４２０ｂ，４２０ｄはｙ軸に沿って移動可能であるので、被駆動体１１０のｙ軸に沿った直線移動を妨げず、被駆動体１１０と共にｙ軸に沿って移動される。図２２は、図２１の状態から被駆動体１１０を＋ｙ方向に直線移動させた状態を示している。移動の詳細は、第１実施形態で説明したｘ軸に沿った直線移動と同様であり、その詳しい説明はここでは省略する。また、駆動部４２１が軸Ａ１すなわちｙ軸に沿って同一方向に緩速直線移動を行なうように圧電素子４２３を作動させることにより、被駆動体１１０がｙ軸に沿って圧電素子４２３のストローク内で直線移動される。

また、圧電ユニット４２０ａ，４２０ｂ，４２０ｃ，４２０ｄのすべてにおいて、駆動部４２１が同期して軸Ａ２すなわちｚ軸に沿って同一方向に緩急直線移動を行なうように圧電素子４２４を作動させることにより、図２３に示すように、被駆動体１１０がｚ軸に沿って圧電素子４２４のストロークを超えて直線移動される。移動の詳細は、第１実施形態で説明したｚ軸に沿った直線移動と同じであり、その詳しい説明はここでは省略する。また、駆動部４２１が軸Ａ２すなわちｚ軸に沿って同一方向に緩速直線移動を行なうように圧電素子４２４を作動させることにより、被駆動体１１０がｚ軸に沿って圧電素子４２４のストローク内で直線移動される。

また、第２のユニット群の圧電ユニット４２０ｂ，４２０ｄにおいて、駆動部４２１が同期して軸Ａ２に沿って反対方向に緩急直線移動を行なうように圧電素子４２４を作動させることにより、言い換えれば、被駆動体１１０の球状表面１１１の中心を通り軸Ａ１に平行な軸（すなわちｘ軸）の周りの回転に関して（つまりθｘの方向に関して）同一方向に駆動部４２１が同期して緩急直線移動を行なうように圧電素子４２４を作動させることにより、図２４に示すように、被駆動体１１０がｘ軸の周りに圧電素子４２４のストロークを超えて回転移動される。移動の詳細は、第１実施形態で説明したｙ軸の周りの回転移動と同様であり、その詳しい説明はここでは省略する。また、駆動部４２１がθｘ方向に関して同一方向に緩速直線移動を行なうように圧電素子４２４を作動させることにより、被駆動体１１０がｘ軸の周りに圧電素子４２４のストローク内で回転移動される。

また、第１のユニット群の圧電ユニット４２０ａ，４２０ｃにおいて、駆動部４２１が同期して軸Ａ２に沿って反対方向に緩急直線移動を行なうように圧電素子４２４を作動させることにより、言い換えれば、被駆動体１１０の球状表面１１１の中心を通り軸Ａ１に平行な軸（すなわちｙ軸）の周りの回転に関して（つまりθｙの方向に関して）同一方向に駆動部４２１が同期して緩急直線移動を行なうように圧電素子４２４を作動させることにより、図２５に示すように、被駆動体１１０がｙ軸の周りに圧電素子４２４のストロークを超えて回転移動される。移動の詳細は、第１実施形態で説明したｙ軸の周りの回転移動と同じであり、その詳しい説明はここでは省略する。また、駆動部４２１がθｙ方向に関して同一方向に緩速直線移動を行なうように圧電素子４２４を作動させることにより、被駆動体１１０がｙ軸の周りに圧電素子４２４のストローク内で回転移動される。

また、圧電ユニット４２０ａ，４２０ｂ，４２０ｃ，４２０ｄのすべてにおいて、被駆動体１１０の球状表面１１１の中心を通り軸Ａ２に平行な軸（すなわちｚ軸）の周りの回転に関して（つまりθｚの方向に関して）同一方向に駆動部４２１が同期して緩急直線移動を行なうように圧電素子４２３を作動させることにより、図２６に示すように、すなわち被駆動体１１０がｚ軸の周りに圧電素子４２３のストロークを超えて回転移動される。移動の詳細は、第１実施形態で説明したｚ軸の周りの回転移動と同じであり、その詳しい説明はここでは省略する。また、駆動部４２１がθｚ方向に関して同一方向に緩速直線移動を行なうように圧電素子４２３を作動させることにより、被駆動体１１０がｚ軸の周りに圧電素子４２３のストローク内で回転移動される。

このように、本実施形態の駆動機構４００によれば、４つの圧電ユニット４２０ａ，４２０ｂ，４２０ｃ，４２０ｄの圧電素子４２３，４２４を適宜選択的に作動させることにより、ｘ，ｙ，ｚの並進３軸とθｘ，θｙ，θｚの回転３軸の計６軸で被駆動体１１０をダイレクト駆動することができる。特に、多自由度ダイレクト駆動による高速化および軸干渉が生じにくい構造による制御器の簡素化の実現を図ることができる。また、広い可動範囲（特に、回転３軸は原理的に無限大）を達成しつつ装置全体の小型化が期待できる。

＜第５実施形態＞
本実施形態は、第４実施形態の駆動機構４００を用いて構成したカメラ装置である。このカメラ装置の構成について図２７を参照して説明する。

図２７に示すように、本実施形態のカメラ装置５００は、駆動機構４００と、対象物５３１，５３２を撮影するカメラモジュール５１０と、駆動機構４００の圧電ユニット４２０を制御する制御部５２０とを有している。カメラモジュール５１０は、駆動機構４００の被駆動体１１０に装着されている。カメラモジュール５１０は、対象物５３１，５３２からの物体光を結像するレンズ５１１と、結像された光学像を取得する撮像素子５１２とを有している。駆動機構４００は被駆動体１１０を回転３軸で駆動できるので、カメラモジュール５１０の視線方向を自由に変更できる。制御部５２０は、指示情報に基づいてカメラモジュール５１０の視線方向を変更するための視線変更制御部５２１と、視線変更制御部で生成された操作信号に基づいて駆動機構４００を制御する駆動機構制御部５２２を有しており、指示情報５２４に基づいて被駆動体１１０を回転移動させることにより、カメラモジュール５１０の視線方向を変更し、カメラモジュール５１０の仰角方向と方位角方向と視線軸周りの回転角方向とを調整する。

カメラモジュール５１０によって対象物５３１を撮影する。対象物５３１からの物体光Ｐ１はカメラモジュール５１０に導かれ、レンズ５１１によって撮像素子５１２に結像される。カメラモジュール５１０の視線方向を対象物５３１から対象物５３２に切り換える場合は次の手順に従う。オペレータが、対象物５３２に関する指示情報５２４を与える。ここで指示情報５２４は、カメラモジュール５１０の仰角方向と方位角方向と視線軸周りの回転角方向とに関する情報である。視線変更制御部５２１は指示情報５２４に基づいて、カメラモジュール５１０の視線方向を変更するために駆動機構４００における４つの圧電ユニット４２０の圧電素子４２３，４２４を作動させるための操作信号を生成し、これを駆動機構制御部５２２に出力する。駆動機構制御部５２２は、入力された操作信号に基づいて、圧電ユニット４２０の圧電素子４２３，４２４を作動させて被駆動体１１０を駆動する。その結果、カメラモジュール５１０の視線方向が対象物５３２に切り替わり、カメラモジュール５１０によって対象物５３２を撮影する。対象物５３２からの物体光Ｐ２はカメラモジュール５１０に導かれ、レンズ５１１によって撮像素子５１２に結像される。

本実施形態のカメラ装置５００では、カメラモジュールの多自由度駆動とカメラモジュールを含む被駆動体の軽量化が同時に実現され、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。

本実施形態では、被駆動体１１０が回転３軸で回転移動されればよい。したがって、駆動機構４００に代えて駆動機構２００，３００のいずれかが使用されてもよい。

＜第６実施形態＞
本実施形態は、第４実施形態の駆動機構４００を用いて構成したカメラ装置である。このカメラ装置の構成について図２８を参照して説明する。

図２８に示すように、本実施形態のカメラ装置６００は、駆動機構４００と、駆動機構４００の被駆動体１１０に装着されたカメラモジュール６１０と、駆動機構４００の圧電ユニット４２０を制御する制御部６２０とを有している。カメラモジュール６１０は、対象物６３０ａからの物体光を結像するレンズ６１１と、結像された光学像を取得する撮像素子６１２とを有している。駆動機構４００は被駆動体１１０を回転３軸で駆動できるので、カメラモジュール６１０の視線方向を自由に変更できる。制御部６２０は、カメラモジュール６１０の視線方向を対象物６３０ａに追従させるための操作信号を生成する画像追跡制御部６２１と、画像追跡制御部６２１で生成された操作信号に基づいて駆動機構４００を制御する駆動機構制御部６２２を有しており、被駆動体１１０を回転移動させることにより、カメラモジュール６１０の視線方向を対象物６３０ａに追従させる。

カメラモジュール６１０によって対象物６３０ａを撮影する。対象物６３０ａからの物体光Ｐ３はカメラモジュール６１０に導かれ、レンズ６１１によって撮像素子６１２に結像される。画像追跡制御部６２１は撮影された画像情報６２４に基づいて対象物６３０ａの移動状態Ｍを求め、カメラモジュール６１０の視線方向を対象物６３０ａに追従させるために駆動機構４００における４つの圧電ユニット４２０の圧電素子４２３，４２４を作動させるための操作信号を生成し、これを駆動機構制御部６２２に出力する。駆動機構制御部６２２は、入力された操作信号に基づいて、駆動機構４００の圧電ユニット４２０の圧電素子４２３，４２４を作動させて被駆動体１１０を駆動する。その結果、カメラモジュール６１０の視線方向が対象物６３０ａを追従して移動し、移動後の対象物６３０ｂをカメラモジュール６１０によって撮影する。対象物６３０ｂからの物体光Ｐ４はカメラモジュール６１０に導かれ、レンズ６１１によって撮像素子６１２に結像される。

本実施形態のカメラ装置６００では、カメラモジュールの多自由度駆動とカメラモジュールを含む被駆動体の軽量化が同時に実現され、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。

本実施形態では、被駆動体１１０が回転３軸で回転移動されればよい。したがって、駆動機構４００に代えて駆動機構２００，３００のいずれかが使用されてもよい。

＜第７実施形態＞
本実施形態は、第４実施形態の駆動機構４００を用いて構成したカメラ装置である。このカメラ装置の構成について図２９を参照して説明する。

図２９に示すように、本実施形態のカメラ装置７００は、駆動機構４００と、駆動機構４００の被駆動体１１０に装着されたカメラモジュール７１０と、駆動機構４００の圧電ユニット４２０を制御する制御部７２０とを有している。カメラモジュール７１０は、対象物７３０からの物体光を結像するレンズ７１１と、結像された光学像を取得する撮像素子７１２とを有している。駆動機構４００は被駆動体１１０を並進２軸で駆動できるため、カメラモジュール７１０の垂直方向および水平方向の位置を変更できる。制御部７２０は、手振れを補正するための操作信号を生成する手振れ補正制御部７２１と、手振れ補正制御部７２１で生成された操作信号に基づいて駆動機構４００を制御する駆動機構制御部７２２を有しており、被駆動体１１０を直線移動させることにより、カメラモジュール７１０を垂直方向および水平方向に直進移動させる。

カメラモジュール７１０によって対象物７３０を撮影する。対象物７３０からの物体光Ｐ５はカメラモジュール７１０に導かれ、レンズ７１１によって撮像素子７１２に結像される。手振れ補正制御部７２１は撮影された画像情報７２４に基づいて対象物７３０の画像振れ状態Ｑを求め、カメラモジュール７１０を垂直方向および水平方向に駆動することによって手振れ振動をキャンセルするために駆動機構４００における４つの圧電ユニット４２０の圧電素子４２３，４２４を作動させるための操作信号を生成し、これを駆動機構制御部７２２に出力する。駆動機構制御部７２２は、入力された操作信号に基づいて、圧電ユニット４２０の圧電素子４２３，４２４を作動させて被駆動体１１０を駆動する。その結果、手振れ振動による画像振れが少ないクリアな画像がカメラモジュール７１０によって得られる。ここでは、画像情報７２４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するための操作信号を得ているが、カメラ装置７００の本体に手振れ振動を計測するセンサーを別途設け、このセンサーの情報に基づいて手振れ振動をキャンセルするための操作信号を得るように構成してもよい。加えて、画像情報７２４と手振れ振動を計測するセンサーの情報との両方に基づいて、手振れ振動をキャンセルするための操作信号を得るように構成してもよい。

本実施形態のカメラ装置７００では、カメラモジュールの多自由度駆動とカメラモジュールを含む被駆動体の軽量化が同時に実現され、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。

＜第８実施形態＞
本実施形態は、第４実施形態の駆動機構４００を用いて構成したカメラ装置である。このカメラ装置の構成について図３０を参照して説明する。

図３０に示すように、本実施形態のカメラ装置８００は、所定の間隔を置いて配置された２つの駆動機構４００ａ，４００ｂと、駆動機構４００ａ，４００ｂの被駆動体１１０ａ，１１０ｂにそれぞれ装着された２つカメラモジュール８１０ａ，８１０ｂと、駆動機構４００ａ，４００ｂの圧電ユニット４２０を制御する制御部８２０とを有している。カメラモジュール８１０ａ，８１０ｂは、対象物８３０からの物体光を結像するレンズ８１１ａ，８１１ｂと、結像された光学像を取得する撮像素子８１２ａ，８１２ｂとを有している。駆動機構４００ａ，４００ｂは、それぞれ、被駆動体１１０ａ，１１０ｂを回転３軸で駆動できるので、カメラモジュール８１０ａ，８１０ｂの視線方向を自由に変更できる。制御部８２０は、撮像素子８１２ａ，８１２ｂの映像から立体映像を生成する画像処理部８２１と、カメラモジュール８１０ａ，８１０ｂの視線方向を微調整するための操作信号を生成する画像補正制御部８２２と、画像補正制御部８２２で生成された操作信号に基づいて駆動機構４００ａ，４００ｂを制御する駆動機構制御部８２３を有しており、被駆動体１１０を回転移動させることにより、観察者に適正な立体映像を提供するようにカメラモジュール８１０ａ，８１０ｂの視線方向を微調整する。

並設された２台のカメラモジュール８１０ａ，８１０ｂによって対象物８３０を撮影する。対象物８３０からの物体光Ｐ６はカメラモジュール８１０ａに導かれ、レンズ８１１ａによって撮像素子８１２ａに結像される。また、対象物８３０からの物体光Ｐ７はカメラモジュール８１０ｂに導かれ、レンズ８１１ｂによって撮像素子８１２ｂに結像される。画像処理部８２１は、撮像素子８１２ａ，８１２ｂから入力される映像α１，α２に基づいて立体映像を生成する。詳しくは、水平方向に視差を持った２方向からの映像α１，α２から立体映像を得る。画像補正制御部８２２は画像処理部８２１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に微調整するための操作信号を生成し、これを駆動機構制御部８２３に出力する。微調整は、水平方向の微調整は元より、カメラモジュール８１０ａ，８１０ｂのズーム操作やフォーカス調整等によって生じた垂直方向のズレの微調整を含む。微調整のため、たとえば、被駆動体１１０ａ，１１０ｂを回転移動させることにより、カメラモジュール８１０ａ，８１０ｂの一方の視線方向を垂直面内で変更し、カメラモジュール８１０ａ，８１０ｂの他方の視線方向を水平面内で変更するとともに、被駆動体１１０ａ，１１０ｂを直線移動させることにより、カメラモジュール８１０ａ，８１０ｂの一方を垂直方向に、カメラモジュール８１０ａ，８１０ｂの他方を水平方向に直線移動させる。もちろん、カメラモジュール８１０ａ，８１０ｂの両方の視線方向を垂直面内と水平面内で変更するとともに、カメラモジュール８１０ａ，８１０ｂの両方を垂直方向と水平方向に直線移動させてもよい。操作信号は、駆動機構４００ａ，４００ｂにおける４つの圧電ユニット４２０の圧電素子４２３，４２４を作動させるための信号である。駆動機構制御部８２３は、入力された操作信号に基づいて圧電ユニット４２０の圧電素子４２３，４２４を作動させる出力信号β１，β２を生成し、これらをそれぞれ駆動機構４００ａ，４００ｂに出力して被駆動体１１０ａ，１１０ｂを駆動する。その結果、視差調整や垂直方向のズレ補正が高速でかつ高精度に実施される。

本実施形態のカメラ装置８００では、水平方向に視差を持った２方向からの立体映像に係る視差調整や垂直方向のズレ補正が高速でかつ高精度に実施され、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。

＜第９実施形態＞
本実施形態は、第４実施形態の駆動機構４００を用いて構成したホログラフィック記録装置である。このホログラフィック記録装置の構成について図３１を参照して説明する。

図３１に示すように、本実施形態のホログラフィック記録装置９００は、光の干渉縞パターンを記録媒体に記録し再生する装置であり、駆動機構４００と、参照光と記録情報を含む信号光との干渉縞パターンを駆動機構４００の被駆動体１１０に保持された記録媒体９３０上に生じさせる光学系と、駆動機構４００の圧電ユニット４２０を制御する制御部９２０とを有している。光学系は、光源９０１と、光源９０１からの光束Ｌ１を二つの光束Ｌ２，Ｌ３に分けるビームスプリッタ９０２と、ビームスプリッタ９０２で反射された光束Ｌ２を参照光束として記録媒体９３０に方向付けるミラー９０３と、ビームスプリッタ９０２を透過した光束Ｌ３を適宜遮断するシャッタ９０４と、シャッタ９０４を通過した光束Ｌ３を記録媒体９３０に方向付けるミラー９０５と、光束Ｌ３に記録情報を乗せて信号光の光束Ｌ４を生成する空間光変調器９０６とを有している。制御部９２０は、被駆動体１１０を回転移動および直線移動させることにより、干渉縞パターンに対する記録媒体９３０の位置と姿勢を調整する。駆動機構４００は被駆動体１１０を並進３軸と回転３軸の計６軸で駆動でき、記録媒体９３０の位置と姿勢の調整に好適である。駆動機構４００の被駆動体１１０と基台４３０はそれぞれ信号光の光束Ｌ４を通過させる貫通孔１１５と開口４３５を有し、ホログラフィック記録装置９００はさらに再生のための光検出器９１０を有している。

記録時には、制御部９２０によって駆動機構４００を制御して被駆動体１１０を駆動し、記録媒体９３０を所望の位置および姿勢（角度）に調整する。位置および姿勢（角度）の調整においては、オペレータ等による指示情報が制御部９２０にあらかじめ入力されている。光源９０１からの光束Ｌ１はビームスプリッタ９０２によって二つの光束Ｌ２，Ｌ３に分けられる。光束Ｌ２は、参照光として、ミラー９０５で反射され、記録媒体９３０に導かれる。光束Ｌ３は、シャッタ９０４を通過し、ミラー９０５で反射され、空間光変調器９０６によって記録情報が乗せられて信号光の光束Ｌ４となり、記録媒体９３０に導かれる。参照光の光束Ｌ２と信号光の光束Ｌ４は干渉縞パターンを生成し、干渉縞パターンは記録媒体９３０に記録される。信号光の光束Ｌ４に対する参照光の光束Ｌ２の相対的な入射角度は、光の干渉縞パターンを用いて記録媒体９３０に記録できる所望の角度に予め調整されている。

再生時は、シャッタ９０４を遮断状態とするとともに、駆動機構４００を制御して被駆動体１１０を駆動し、情報記録領域内の再生したい所望の位置および姿勢（角度）に記録媒体９３０を調整する。記録媒体９３０に参照光の光束Ｌ２が導かれると、参照光の光束Ｌ２は記録媒体９３０に予め記録されていた情報に基づく変化が生じ、この変化した光を光検出器９１０によって検出する。光検出器９１０によって検出された信号は、所定の手順を経て元の情報に再現される。

一般的に、ホログラフィック記録装置における多重記録方法には、記録媒体９３０の姿勢（角度）を変えて記録する角度多重記録や、記録媒体９３０の位置を移動させて記録するシフト多重記録があるが、この多重記録による記録情報の大容量化を達成するためには、記録媒体９３０を駆動する駆動機構の高機能化・高性能化が強く求められている。つまり、記録媒体９３０の多自由度駆動とともに駆動機構の高精度化・高速化・小型化・コンパクト化の要求が同時に求められる。

本実施形態のホログラフィック記録装置９００では、記録媒体９３０の多自由度駆動と記録媒体９３０を含む被駆動体１１０の軽量化が同時に実現され、高速化・高精度化の実現が期待できる。その結果、ホログラフィック記録装置の多重記録および再生に係る駆動制御特性が大幅に向上し、多重記録の容量増加およびデータ転送レートの高速化が期待できるとともに、ホログラフィック記録装置全体の小形化およびコンパクト化の実現が図れる。

本実施形態では、光源９０１や空間光変調器９０６など、主たる構成要素のみを用いて説明したが、実際のホログラフィック記録装置においては、レンズや偏光板など、通常の光学設計で必要とされる構成要素を適宜追加して使用される。

これまで、図面を参照しながら本発明の実施形態を述べたが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において様々な変形や変更が施されてもよい。

第１実施形態による駆動機構の斜視図である。 図１の圧電ユニットの拡大斜視図である。 図１の駆動機構において被駆動体をｘ軸に沿って直線駆動させた状態を示している。 図１の駆動機構において被駆動体をｚ軸に沿って直線駆動させた状態を示している。 図１の駆動機構において被駆動体をｘ軸の周りに回転駆動させた状態を示している。 図１の駆動機構において被駆動体をｚ軸の周りに回転駆動させた状態を示している。 第２実施形態による駆動機構の斜視図である。 第３実施形態による駆動機構の斜視図である。 図８の駆動機構において被駆動体をｚ軸に沿って直線駆動させた状態を示している。 図８の駆動機構において被駆動体をｙ軸の周りに回転駆動させた状態を示している。 図８の駆動機構において被駆動体をｘ軸の周りに回転駆動させた状態を示している。 図８の駆動機構において被駆動体をｚ軸の周りに回転駆動させた状態を示している。 第４実施形態による駆動機構の斜視図である。 図１３の圧電ユニットの拡大斜視図である。 図１３の駆動機構に用いる第１のユニット群の拡大斜視図である。 図１３の駆動機構に用いる第２のユニット群の拡大斜視図である。 図１５と図１６のユニット群を用いて組み立てた駆動機構の斜視図である。 図１３の駆動機構に用いる別の第１のユニット群を示す斜視図である。 図１３の駆動機構に用いる別の第２のユニット群を示す斜視図である。 図１８と図１９のユニット群を用いて組み立てた駆動機構の斜視図である。 図１３の駆動機構において被駆動体をｘ軸に沿って直線駆動させた状態を示している。 図１３の駆動機構において被駆動体をｙ軸に沿って直線駆動させた状態を示している。 図１３の駆動機構において被駆動体をｚ軸に沿って直線駆動させた状態を示している。 図１３の駆動機構において被駆動体をｘ軸の周りに回転駆動させた状態を示している。 図１３の駆動機構において被駆動体をｙ軸の周りに回転駆動させた状態を示している。 図１３の駆動機構において被駆動体をｚ軸の周りに回転駆動させた状態を示している。 第５実施形態によるカメラ装置を概念的に示している。 第６実施形態によるカメラ装置を概念的に示している。 第７実施形態によるカメラ装置を概念的に示している。 第８実施形態によるカメラ装置を概念的に示している。 第９実施形態によるホログラフィック記録装置を概念的に示している。

符号の説明

１００…駆動機構、１１０，１１０ａ，１１０ｂ…被駆動体、１１１…球状表面、１２０，１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｄ…圧電ユニット、１２１…駆動部、１２２…平面、１２３，１２４…圧電素子、１２５…支持部材、１３０…基台、１３１…平面、１４０…制御部、１５０…駆動対象物、２００…駆動機構、２３０…基台、２３１…平面、２４０…制御部、３００…駆動機構、３３０…基台、３３１…平面、３４０…制御部、４００，４００ａ，４００ｂ…駆動機構、４２０，４２０ａ，４２０ｂ…圧電ユニット、４２１…駆動部、４２２…平面、４２３，４２４…圧電素子、４２５…支持部材、４２６…リニアガイド部、４２７ａ，４２７ｂ…連結部、４２８ａ，４２８ａ…付勢部材、４３０…基台、４３１…平面、４３２，４３３…ガイド受け部、４３５…開口、４４０…制御部、５００…カメラ装置、５１０…カメラモジュール、５１１…レンズ、５１２…撮像素子、５２０…制御部、５２１…視線変更制御部、５２２…駆動機構制御部、５２４…指示情報、５３１，５３２…対象物、６００…カメラ装置、６１０…カメラモジュール、６１１…レンズ、６１２…撮像素子、６２０…制御部、６２１…画像追跡制御部、６２２…駆動機構制御部、６２４…画像情報、６３０ａ，６３０ｂ…対象物、７００…カメラ装置、７１０…カメラモジュール、７１１…レンズ、７１２…撮像素子、７２０…制御部、７２１…手振れ補正制御部、７２２…駆動機構制御部、７２４…画像情報、７３０…対象物、８００…カメラ装置、８１０ａ，８１０ｂ…カメラモジュール、８１１ａ，８１１ｂ…レンズ、８１２ａ，８１２ｂ…撮像素子、８２０…制御部、８２１…画像処理部、８２２…画像補正制御部、８２３…駆動機構制御部、８３０…対象物、９００…ホログラフィック記録装置、９０１…光源、９０２…ビームスプリッタ、９０３…ミラー、９０４…シャッタ、９０５…ミラー、９０６…空間光変調器、９１０…光検出器、９２０…制御部、９３０…記録媒体、Ａ１，Ａ２…軸、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４…光束、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７…物体光、α１…映像、β１…出力信号。

Claims (12)

1. 部分的に球状表面を有する被駆動体と、
   前記被駆動体を挟んで支持するとともに前記被駆動体を駆動する複数の圧電ユニットと、
   前記圧電ユニットを保持する基台とを備え、
   前記圧電ユニットは、前記被駆動体の球状表面に当接する平面を有する駆動部と、前記平面に平行な第１の軸に沿って前記駆動部を移動させる第１の圧電素子と、前記平面に平行かつ前記第１の軸に交差するする第２の軸に沿って前記駆動部を移動させる第２の圧電素子と、前記第１および第２の圧電素子を介して前記駆動部を支持している支持部材とを有する
   ことを特徴とする、駆動機構。
2. 前記圧電ユニットの個数が２であり、前記圧電ユニットは前記駆動部が前記被駆動体を介して対向し、かつ前記駆動部の前記平面が互いに平行になるように配置されており、
   前記駆動部の間隔が前記球状表面の直径より小さくなるように前記支持部材が前記基台に固定されており、前記被駆動体は前記圧電ユニットの弾性変形により支持されている、請求項１に記載の駆動機構。
3. 前記圧電ユニットを制御する制御部をさらに有し、前記制御部は、
   前記駆動部が前記第１の軸に沿って急速直線移動と緩速直線移動とを反対方向に行ない、かつ前記駆動部が同期して前記第１の軸に沿って同一方向に前記直線移動を行なうように前記第１の圧電素子を作動させることにより、前記被駆動体を前記第１の軸に沿って直線移動させ、
   前記駆動部が前記第２の軸に沿って急速直線移動と緩速直線移動とを反対方向に行ない、かつ前記駆動部が同期して前記第１の軸に沿って同一方向に前記直線移動を行なうように前記第２の圧電素子を作動させることにより、前記被駆動体を前記第２の軸に沿って直線移動させ、
   前記駆動部が前記第１の軸に沿って急速直線移動と緩速直線移動とを反対方向に行ない、かつ前記駆動部が同期して前記第１の軸に沿って反対方向に前記直線移動を行なうように前記第１の圧電素子を作動させることにより、前記球状表面の中心を通り前記第２の軸に平行な軸の周りに前記被駆動体を回転移動させ、
   前記駆動部が前記第２の軸に沿って急速直線移動と緩速直線移動とを反対方向に行ない、かつ前記駆動部が同期して前記第１の軸に沿って反対方向に前記直線移動を行なうように前記第２の圧電素子を作動させることにより、前記球状表面の中心を通り前記第１の軸に平行な軸の周りに前記被駆動体を回転移動させる、請求項２に記載の駆動機構。
4. 前記圧電ユニットの個数が３であり、前記圧電ユニットは、前記第２の軸が互いに平行であって、前記駆動部が前記被駆動体を取り囲むように配置されており、
   前記球状表面の大円（前記球状表面をその中心を通る平面で切ったとき、切り口に現れる円）より小さい円周上に前記駆動部が位置するように前記支持部材が前記基台に固定されており、前記被駆動体は前記圧電ユニットの弾性変形により支持されている、請求項１に記載の駆動機構。
5. 前記圧電ユニットを制御する制御部をさらに有し、前記制御部は、
   前記駆動部が前記第２の軸に沿って急速直線移動と緩速直線移動とを反対方向に行ない、かつ前記駆動部が同期して前記第２の軸に沿って同一方向に前記直線移動を行なうように前記第２の圧電素子を作動させることにより、前記被駆動体を前記第２の軸に沿って直線移動させ、
   前記駆動部が前記第１の軸に沿って急速直線移動と緩速直線移動とを反対方向に行ない、かつ前記球状表面の中心を通り前記第２の軸に平行な軸の周りの回転に関して同一方向に前記駆動部が同期して前記直線移動を行なうように前記第１の圧電素子を作動させることにより、前記球状表面の中心を通り前記第２の軸に平行な軸の周りに前記被駆動体を回転移動させ、
   前記駆動部が前記第２の軸に沿って急速直線移動と緩速直線移動とを反対方向に行なうように前記第２の圧電素子を選択的に作動させることにより、前記球状表面の中心を通り前記第２の軸に直交する軸の周りに前記被駆動体を回転移動させる、請求項４に記載の駆動機構。
6. 前記圧電ユニットの個数が４であり、前記４つの圧電ユニットは、２つの圧電ユニットを含む第１のユニット群と、残り２つの圧電ユニットを含む第２のユニット群とを構成し、前記第１および第２のユニット群のおのおのは、前記駆動部が前記被駆動体を介して対向し、かつ前記駆動部の前記平面が互いに平行になるように前記圧電ユニットが配置されており、前記第１のユニット群の前記駆動部の前記平面と前記第２のユニット群の前記駆動部の前記平面は互いに直交しており、
   前記第１および第２のユニット群のおのおのは、前記駆動部の間隔が前記球状表面の直径より小さくなるように前記支持部材が前記基台に固定されており、前記被駆動体は前記圧電ユニットの弾性変形により支持されている、請求項１に記載の駆動機構。
7. 前記圧電ユニットを制御する制御部をさらに有し、前記制御部は、
   前記圧電ユニットのすべてにおいて、前記駆動部が前記第２の軸に沿って急速直線移動と緩速直線移動とを反対方向に行ない、かつ前記駆動部が同期して前記第２の軸に沿って同一方向に前記直線移動を行なうように前記第２の圧電素子を作動させることにより、前記被駆動体を前記第２の軸に沿って直線移動させ、
   前記圧電ユニットのすべてにおいて、前記駆動部が前記第１の軸に沿って急速直線移動と緩速直線移動とを反対方向に行ない、かつ前記球状表面の中心を通り前記第２の軸に平行な軸の周りの回転に関して同一方向に前記駆動部が同期して前記直線移動を行なうように前記第１の圧電素子を作動させることにより、前記球状表面の中心を通り前記第２の軸に平行な軸の周りに前記被駆動体を回転移動させ、
   前記第１のユニット群において、前記駆動部が前記第２の軸に沿って急速直線移動と緩速直線移動とを反対方向に行ない、かつ前記球状表面の中心を通り前記第１の軸に平行な軸の周りの回転に関して同一方向に前記駆動部が同期して前記直線移動を行なうように前記第２の圧電素子を作動させることにより、前記球状表面の中心を通り前記第１の軸に平行な軸の周りに前記被駆動体を回転移動させ、
   前記第２のユニット群において、前記駆動部が前記第２の軸に沿って急速直線移動と緩速直線移動とを反対方向に行ない、かつ前記球状表面の中心を通り前記第１の軸に平行な軸の周りの回転に関して同一方向に前記駆動部が同期して前記直線移動を行なうように前記第２の圧電素子を作動させることにより、前記球状表面の中心を通り前記第１の軸に平行な軸の周りに前記被駆動体を前記第１の軸の周りに回転移動させる、請求項６に記載の駆動機構。
8. 前記圧電ユニットのおのおのは前記基台に対して直動自在に支持するリニアガイド部をさらに有し、前記基台は、前記リニアガイド部を収容し、かつ前記リニアガイド部の直線移動を許すガイド受け部をさらに有している、請求項６に記載の駆動機構。
9. 前記第１および第２のユニット群のおのおのは、前記駆動部の間隔が前記球状表面の直径よりわずかに小さくなるように前記支持部材を互いに連結している連結部をさらに有し、前記被駆動体は前記圧電ユニットの弾性変形により支持されている、請求項８に記載の駆動機構。
10. 前記第１および第２のユニット群のおのおのは、前記被駆動体を介して対向する前記駆動部を接近させるように前記圧電ユニットを付勢する付勢部材をさらに有し、前記被駆動体は前記付勢部材の付勢力により前記圧電ユニットに支持されている、請求項８に記載の駆動機構。
11. 請求項６に記載の前記駆動機構と、
    前記駆動機構の前記被駆動体に装着された、対象物を撮影するカメラモジュールと、
    前記駆動機構の前記圧電ユニットを制御する制御部とを備えている、カメラ装置。
12. 光の干渉縞パターンを記録媒体に記録し再生するホログラフィック記録装置であって、
    請求項８に記載の前記駆動機構であり、前記被駆動体が前記記録媒体を保持する前記駆動機構と、
    参照光と記録情報を含む信号光との干渉縞パターンを前記記録媒体上に生じさせる光学系と、
    前記圧電ユニットを制御する制御部とを備えている、ホログラフィック記録装置。

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