対象物の位置検出装置、光学構造、携帯端末、及び、対象物の位置検出方法
【課題】電子機器の小型化、薄型化、省コスト化に対応するとともに、レンズの位置制御が効率的に行える光学構造を提供する。
【解決手段】カメラ装置１０の光学構造は、圧電素子１８に第２電気信号を入力し、この第２電気信号に基づいて圧電素子１８にて第２振動信号を発生させる。また、光学系制御部２０は、圧電素子１８に出力した第２電気信号と、第２振動信号がレンズマウント１４ａで反射した第３振動信号である反射波信号４０ａが圧電素子１８で変換された第３電気信号と、に基づいて、圧電素子１８に対するレンズ１４の位置を検出する。この検出位置に基づき、圧電素子１８からの第１振動信号によって、レンズ１４がフォーカス位置に移動され、オートフォーカス制御が実行される。
【解決手段】カメラ装置１０の光学構造は、圧電素子１８に第２電気信号を入力し、この第２電気信号に基づいて圧電素子１８にて第２振動信号を発生させる。また、光学系制御部２０は、圧電素子１８に出力した第２電気信号と、第２振動信号がレンズマウント１４ａで反射した第３振動信号である反射波信号４０ａが圧電素子１８で変換された第３電気信号と、に基づいて、圧電素子１８に対するレンズ１４の位置を検出する。この検出位置に基づき、圧電素子１８からの第１振動信号によって、レンズ１４がフォーカス位置に移動され、オートフォーカス制御が実行される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物の位置検出装置、光学構造、携帯端末、及び、対象物の位置検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話などの小型の電子機器において、オートフォーカス機能又はズーミング機能を実現するために、レンズの移動に圧電素子が使用されている。圧電素子は、内部に誘電分極を生じており、振動や圧力などの外力が加わると電圧を発生するものである。
【０００３】
このような電子機器においては、図１２（ａ）及び（ｂ）に示すように、オートフォーカス機能又はズーミング機能を実現するに際し、目標位置であるフォーカス（焦点）位置（ＪＰ）まで移動させるため、一旦レンズ１４をメカ端まで移動させ、圧電素子１８を所定の時間、振動させている。ここで、「メカ端」とは、図１２を参照して、レンズ１４が鏡筒１５内で後方側（イメージセンサ１１側）に移動可能な限界位置をいう。また、それとは逆に、「マクロ端」とは、レンズ１４がマクロ側でピントが合う方向、つまり、レンズ１４が鏡筒１５内で前方側（開口１５ａ側）に移動可能な限界位置をいう。また、図１２（ｂ）における「１０ｃｍ」とは、携帯電話機などに搭載される小型カメラのマクロ撮影範囲の一般的な最小値である。
【０００４】
この位置制御によれば、常時レンズ１４をメカ端に移動させてからレンズ１４の位置制御を行っている。このため、前回の位置制御によって目標位置又はその近傍にレンズが位置していたとしても、再度メカ端からレンズ１４を移動させる必要があるので、レンズの位置制御の効率が良くない。
【０００５】
これに対し、レンズの移動に圧電素子を使用するとともに、レンズに固定されたＭＲ（Magneto-Resistive）素子と、レンズの移動方向に沿って、Ｎ／Ｓ極が交互に配置された複数の永久磁石とを用いて、レンズの位置を検出する電子機器が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
この技術によれば、電子機器の制御部は、レンズの位置を知ることができるので、当該位置情報に基づいてレンズの位置制御を効率化することができる。即ち、新たにメカ端にレンズを復帰させることなく、現在のレンズの位置からＪＰまでレンズの移動をさせれば済むようになり、レンズの位置制御の効率が向上する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平９−４３４７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、この技術では、圧電素子及びそのドライバの他、レンズの位置検出のため、ＭＲ素子及びそのドライバ、複数の永久磁石などの余分な部品を必要としている。このため、近年ますます小型化、薄型化、省コスト化が求められている携帯電話などの小型の通信機器に適用することが困難であるという問題がある。
【０００９】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、電子機器の小型化、薄型化、省コスト化に対応するとともに、レンズの位置制御が効率的に行える光学構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明の対象物の位置検出装置は、
アクチュエータ素子と、
前記アクチュエータ素子に電気信号を入力し、該電気信号に基づいて前記アクチュエータ素子から位置検出用の振動信号を発生させる制御部と、を備え、
前記アクチュエータ素子は、対象物に前記位置検出用の振動信号を送信し、該振動信号が前記対象物から反射した振動信号である反射波信号を受信するとともに、該反射波信号を電気信号に変換し、
前記制御部は、前記アクチュエータ素子に入力した電気信号と、前記アクチュエータ素子で前記反射波信号が変換された電気信号と、に基づいて、前記アクチュエータ素子に対する前記対象物の位置を検出する、
ことを特徴とする。
【００１１】
本発明の光学構造は、レンズを光軸方向に移動させることでフォーカス機能又はズーミング機能を実現する光学構造であって、
上記位置検出装置を備え、
前記アクチュエータ素子は、対象物としての前記レンズに前記位置検出用の振動信号を送信し、前記位置検出装置で検出された前記レンズの位置から目標とする位置に前記レンズを移動させる、
ことを特徴とする光学構造。
【００１２】
本発明の光学構造は、レンズを光軸方向に移動させることでフォーカス機能又はズーミング機能を実現する光学構造であって、
前記レンズを支持するレンズマウントに摩擦係合し、前記レンズマウントを前記光軸方向に移動させるための案内部材と、
外部から入力された電気信号を振動信号に変換するとともに、外部から受信した振動信号を電気信号に変換するアクチュエータ素子と、
前記アクチュエータ素子に第１及び第２電気信号を入力し、当該アクチュエータ素子から、それぞれ、第１及び第２振動信号を送信させるとともに、前記アクチュエータ素子から外部からの振動信号に基づく電気信号を受け取る制御部と、を備え、
前記アクチュエータ素子は、前記制御部からの前記第１電気信号に基づき、前記第１振動信号を前記案内部材に送信し、前記レンズを前記レンズマウントと共に前記案内部材に沿って前記光軸方向に移動させるとともに、前記制御部からの前記第２電気信号に基づき、前記第２振動信号を前記案内部材に送信し、
前記制御部は、前記第２電気信号と、前記第２振動信号が前記レンズマウントで反射して生じた第３振動信号である反射波信号が前記アクチュエータ素子で変換された第３電気信号と、に基づいて、前記光軸方向における前記レンズの位置を検出するとともに、前記アクチュエータ素子に前記第１電気信号を入力し、前記検出したレンズの位置から目標とするレンズの位置に前記レンズを移動させる、
ことを特徴とする。
【００１３】
本発明の携帯端末は、レンズを所定位置に移動させることでフォーカス機能又はズーミング機能を実現するカメラ装置が搭載された携帯端末であって、
前記カメラ装置は、前記フォーカス機能又はズーミング機能を実現するべく前記光学構造を備えている、ことを特徴とする。
【００１４】
本発明の対象物の位置検出方法は、アクチュエータ素子に電気信号を入力し、該電気信号に基づいて前記アクチュエータ素子にて位置検出用の振動信号を発生させるステップと、
前記アクチュエータ素子が、対象物に位置検出用の振動信号を送信し、前記対象物から反射した振動信号である反射波信号を受信するステップと、
前記アクチュエータ素子が前記反射波信号を受信し、該反射波信号を電気信号に変換するステップと、
前記アクチュエータ素子に送信した電気信号と、前記アクチュエータ素子で前記反射波信号が変換された電気信号と、に基づいて、前記アクチュエータ素子に対する前記対象物の位置を検出するステップと、
を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、電子機器の小型化、薄型化、省コスト化に対応するとともに、レンズの位置制御が効率的に行える光学構造が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】（ａ）は、カメラ装置を内蔵した携帯電話機の外観を示す正面図であり、（ｂ）は、同携帯電話機の外観を示す背面図である。
【図２】カメラ装置の機械的構成及び電気的構成を示すブロック図である。
【図３】オートフォーカス（ＡＦ）ドライバの電気的構成を示すブロック図である。
【図４】圧電素子の構成を示す構造図である。
【図５】（ａ）は、レンズ移動用信号、レンズ位置検出用信号、反射波信号を示す図であり、（ｂ）は、ガタツキ補正信号を示す図である。
【図６】カメラ装置のオートフォーカス制御動作を示すフローチャートである。
【図７】（ａ）は、カメラ装置のオートフォーカス制御動作を示す構造図であり、（ｂ）は、同カメラ装置のオートフォーカス制御動作を示す模式図である。
【図８】圧電素子の別の構成を示す構造図である。
【図９】圧電素子のさらに別の構成を示す構造図である。
【図１０】圧電素子のさらに別の構成を示す構造図である。
【図１１】圧電素子のさらに別の構成を示す構造図である。
【図１２】（ａ）は、参考例のカメラ装置のオートフォーカス制御動作を示す構造図であり、（ｂ）は、同カメラ装置のオートフォーカス制御動作を示す模式図である。
【図１３】カメラ装置の別のオートフォーカス制御動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に本発明の実施形態を説明する。各種の携帯電話機、電子カメラ（デジタルカメラ）、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）などの携帯端末や、小型のＰＣ（Personal computer）などの電子機器に搭載されるカメラ装置に本発明を適用することができる。すなわち、以下に記載する実施形態は説明のためのものであり、本願発明の範囲を制限するものではない。したがって、当業者であればこれらの各要素又は全要素をこれと均等なものに置換した実施形態を採用することが可能であり、それらの実施形態も本発明の範囲に含まれる。
【００１８】
図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、本発明の実施形態に係る携帯電話機１００は、折り畳み式のものであり、第１筐体１０１と第２筐体１０２とがヒンジ部１００ａを介して開閉可能に連結されている。
【００１９】
携帯電話機１００は、カメラ機能を実現する光学構造を有するカメラ装置１０と、ＬＣＤ（液晶表示装置：Liquid Crystal Display）から構成される長方形状のＬＣＤ表示部１００ｄと、を備えている。カメラ装置１０は、第１筐体１０１の下方部に配置され、表示部１００ｄは、第１筐体１０１の正面側中央部に配置されている。そして、カメラ装置１０によって撮影した画像は、表示部１００ｄに表示可能となっている。
【００２０】
また、第１筐体１０１の背面側上方部には、超音波により被写体と携帯電話機１００との距離を計測するための距離計２７が配設されている。距離計２７は、超音波を出力する出力部と、被写体で反射された超音波を受け取る入力部（いずれも図示せず）とを備えている従来周知の構成のものである。そして、出力部から超音波を出力したタイミングと、入力部で超音波を受け取ったタイミングとの時間差などに基づいて、被写体と携帯電話機１００との距離を計測するとともに、その結果をデジタル信号として携帯電話機１００内部の光学系制御部２０（図２参照）に出力する。なお、ここでの距離計測には、超音波のほか、赤外線なども使用することができる。
【００２１】
図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、携帯電話機１００の第２筐体１０２には、シャッターボタンとして機能する撮像キー２５のほか、ユーザからの文字列や数字の入力を受け付けるためのテンキーなどの操作キーを有する操作部１０３が配設されている。撮像キー２５は、カメラ装置１０のシャッター（図示せず）を動作させ、イメージセンサ１１（図２参照）で画像データを生成するトリガスイッチとして使用される。この撮像キー２５は、レンズのフォーカス（焦点）をコンピュータ制御で合わせるためのトリガとなるオートフォーカススイッチ、及び、距離計２７を動作させるためのスイッチとしても機能する。
【００２２】
また、第２筐体１０２の右側面には、手指による押圧操作により、携帯電話機１００を、カメラ装置１０が作動する撮像モード（カメラモード）に設定するための撮像モード設定ボタン２６が配設されている。
【００２３】
図２に示すように、カメラ装置１０は、鏡筒１５、鏡筒１５を後方から支持するリング状の支持台１５ｓ、鏡筒１５の内部を塞ぐ蓋部材１６、撮像のためのレンズ１４を備えている。
【００２４】
鏡筒１５の前方側には、被写体からの光をカメラ装置１０の内部に採光するための開口１５ａが設けられている。鏡筒１５内において、蓋部材１６の前方側の面には、撮像素子としてのイメージセンサ（ＣＣＤ（Charge Coupled Device））１１が配設されている。本実施形態では、イメージセンサ１１としてＣＣＤを使用するが、ＣＣＤの代わりにＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor））を使用することもできる。
【００２５】
イメージセンサ１１は、複数の受光素子がマトリクス状に配列された矩形状の受光領域（図示せず）を有する。撮像キー２５の操作をトリガとして、カメラ装置１０のシャッター（図示せず）が動作される。そして、開口１５ａから鏡筒１５の内部に入った光は、光軸１９に沿って進み、レンズ１４で集光された後、光学像がイメージセンサ１１上の受光領域で受光される。
【００２６】
鏡筒１５の内部には、レンズ１４に加え、前後方向に延びるガイド軸１７ａ及び支持軸１７ｂが、それぞれ、後方側の端部を支持台１５ｓに固定された状態で、レンズ１４を挟むようにして収容されている。
【００２７】
そして、レンズ１４は、リング状のレンズマウント１４ａに保持され、レンズマウント１４ａの下方の周縁部にはガイド軸１７ａが挿通され、摩擦によって係合されている。また、レンズマウント１４ａの上方の周縁部には支持軸１７ｂが挿通され、摩擦によって係合されている。この構造により、ガイド軸１７ａに軸方向に所定の振動信号が付与されることで、レンズ１４は、レンズマウント１４ａに保持された状態で前後方向に移動可能となっている。
【００２８】
図２に示すように、鏡筒１５の内部には、さらに、アクチュエータ素子としての圧電素子１８、及び、圧電素子１８に電気的に接続され、圧電素子１８との間で電気信号を出入力するオートフォーカスドライバ１２（以下、「ＡＦドライバ１２」という。）が収容されている。圧電素子１８、ＡＦドライバ１２は、それぞれ、支持台１５ｓ、蓋部材１６に固定されている。圧電素子１８は、内部に誘電分極を生じた素子であり、外部から振動信号が加わると該振動に応じて変化する電気信号（アナログ電圧）を発生し、逆に鋸波、三角波、サイン波などの時系列で値が変化する電気信号が入力されると該電圧に応じて変化する振動信号を発生する。この発生する振動信号は、電気信号の振幅（最大電圧値）、印加時間（時間周期）に応じて変化する。また、発生する電気信号は、振動信号の振幅、振動の時間周期に応じて変化する。即ち、振動信号の振幅が大きければ、それに応じて電気信号の振幅も大きくなり、振動信号の時間周期が長ければ、それに応じて電気信号の印加時間も長くなる。また、電気信号の振幅が大きければ、それに応じて振動信号の振幅も大きくなり、電気信号の印加時間が長ければ、それに応じて振動信号の時間周期も長くなる。
【００２９】
圧電素子１８は、振動伝達用ばねとして機能するガイド軸１７ａの後方（イメージセンサ１１）側の端部に連結されている。そして、圧電素子１８がＡＦドライバ１２からの第１電気信号であるレンズ移動用信号３０により振動すると、ガイド軸１７ａに第１振動信号が伝達され、この振動によってレンズ１４がガイド軸１７ａ及び支持軸１７ｂに沿って前後方向に移動する。
【００３０】
図２に示すように、携帯電話機１００は、さらに、カメラ装置１０の蓋部材１６が配置されたフレキシブル基板１３のほか、電子部品として、ＣＰＵ（Central Processing Unit:中央演算処理装置）である光学系制御部２０、ＲＡＭ（Random Access Memory）２１、ＲＯＭ（Read Only Memory）２２、ＣＣＤ信号処理回路２３、フラッシュメモリ２４、Ａ／Ｄコンバータ２９をそれぞれ備えている。これらの電子部品は、フレキシブル基板１３に配設されている。なお、ＣＰＵに代えて、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）を用いることでも同様の動作が実現可能である。
【００３１】
ＲＡＭ２１及びＲＯＭ２２、ＣＣＤ信号処理回路２３は、それぞれ、光学系制御部２０に電気的に接続されている。また、イメージセンサ１１は、Ａ／Ｄコンバータ２９を介してＣＣＤ信号処理回路２３に電気的に接続され、ＣＣＤ信号処理回路２３は、フラッシュメモリ２４及びＬＣＤ表示部１００ｄ（図１参照）に電気的に接続されている。光学系制御部２０は、ＲＡＭ２１及びＲＯＭ２２、ＣＣＤ信号処理回路２３との間で、カメラ装置１０による撮像処理のため、指令やデータをやりとりする。ＣＣＤ信号処理回路２３は、イメージセンサ１１からの画像データを図示しない前処理回路及びＡ／Ｄコンバータ２９によりデジタル信号として受け取り、各種の画像処理を行う。そして、ＣＣＤ信号処理回路２３は、画像処理後の画像データをＬＣＤ表示部１００ｄの複数の画素により画像として表示する。また、ＣＣＤ信号処理回路２３は、デジタル信号である各種の画像データをフラッシュメモリ２４に記憶する。
【００３２】
ＲＯＭ２２には、制御系全体の動作に必要なオペレーティングシステム（ＯＳ）のプログラム、その他の動作用のアプリケーションプログラムや各種のデータが記録され、光学系制御部２０がこれらのプログラム等をＲＯＭ２２からＲＡＭ２１に読み出して実行する。ＲＡＭ２１は、データやプログラムを一時的に記憶し、作業領域として使用されるもので、ＲＯＭ２２から読み出したプログラムやデータ、その他情報処理の進行に必要な情報が保持される。
【００３３】
図２に示すように、光学系制御部２０には、撮像キー２５、撮像モード設定ボタン２６、操作部１０３（図１参照）が電気的に接続されている。そして、これらのスイッチなどから、記号、文章の入力情報、オンオフの外部信号を受け取り、光学系制御部２０内でのプログラム処理に使用する。光学系制御部２０には、距離計２７が図示しないインターフェイス回路を介して電気的に接続されている。そして、距離計２７で計測された距離データが、光学系制御部２０内でテーブル（変換表）を使用したプログラム処理により、レンズ１４のフォーカス（焦点）位置に変換される。また、撮像キー２５を操作することで、光学系制御部２０は、カメラ装置１０のシャッター（図示せず）を動作させ、イメージセンサ１１で画像データを生成させる。また、撮像モード設定ボタン２６を操作することで、携帯電話機１００は、光学系制御部２０によってカメラ装置１０が作動する撮像モードに設定される。
【００３４】
本実施形態では、圧電素子１８を駆動源として用い、レンズ１４をレンズマウント１４ａと共にガイド軸１７ａ及び支持軸１７ｂに沿って移動させることでイメージセンサ１１上に結像される光学像のピント合わせが行われる。即ち、圧電素子１８は、光学系制御部２０によりＡＦドライバ１２を介して制御される。つまり、圧電素子１８は、光学系制御部２０で演算された距離計２７に基づくフォーカス位置を目標値として、第１振動信号をガイド軸１７ａの後方側の端部に送信し、レンズ１４を光軸１９方向に移動させる。これにより、レンズ１４のフォーカスをイメージセンサ１１（撮像面）上に結像させるオートフォーカス処理が実行される。
【００３５】
図３に示すように、ＡＦドライバ１２は、第１信号増幅回路１００１、出力回路１００３、及び出力用端子１２ｂ１からなる信号出力電気回路系と、第２信号増幅回路１００２、入力回路１００４、及び入力用端子１２ｂ２からなる信号入力電気回路系とを備えている。
【００３６】
ＡＦドライバ１２は、さらに、圧電素子接続用端子１２ａと、圧電素子１８側で両電気回路系を切り替える切り替えスイッチ１２ｓと、制御信号入力用端子１２ｃとを備えている。
【００３７】
圧電素子接続用端子１２ａと、第１信号増幅回路１００１及び第２信号増幅回路１００２は、切り替えスイッチ１２ｓを介して接続されている。また、第１信号増幅回路１００１、出力回路１００３、及び出力用端子１２ｂ１は直列に接続されている。さらに、第２信号増幅回路１００２、入力回路１００４、及び入力用端子１２ｂ２は直列に接続されている。そして、切り替えスイッチ１２ｓは、圧電素子接続用端子１２ａを介して圧電素子１８に接続されている。
【００３８】
圧電素子１８からのアナログ電圧である電気信号は第１信号増幅回路１００１で所定の電圧値まで増幅され、出力回路１００３でデジタル信号に変換され、更にフィルタ処理、信号処理が行われた後、出力用端子１２ｂ１を介して光学系制御部２０に出力される。他方、光学系制御部２０からのデジタル信号は、入力回路１００４でアナログ電圧である電気信号に変換された後、第２信号増幅回路１００２で所定の電圧値まで増幅され、圧電素子１８に出力される。また、出力回路１００３、及び入力回路１００４は、出力用端子１２ｂ１、及び入力用端子１２ｂ２を介して、光学系制御部２０と電気的に接続されている。
【００３９】
制御信号入力用端子１２ｃは光学系制御部２０と電気的に接続されている。制御信号入力用端子１２ｃで受け取ったデジタル信号である制御信号により、切り替えスイッチ１２ｓは、圧電素子１８と、ＡＦドライバ１２の信号出力電気回路系及び信号入力系電気回路系との接続を切り替えるようになっている。即ち、光学系制御部２０から制御信号が入力されると、圧電素子１８と、信号出力電気回路系とが接続され、圧電素子１８からのアナログ電圧である電気信号がデジタル信号に変換され、光学系制御部２０に出力される状態となる。一方、光学系制御部２０からの制御信号の入力が停止されると、圧電素子１８と、信号入力電気回路系とが接続され、光学系制御部２０からのデジタル信号が、所定のアナログ電圧である電気信号に変換され、圧電素子１８に出力される状態となる。
【００４０】
図４に示すように、本実施形態に係る圧電素子１８は、支持台１５ｓに固定されている。
圧電素子１８は、駆動信号用プラス端子１８ａと、駆動信号用マイナス端子１８ｂと、駆動信号用プラス電極１８ｃと、駆動信号用マイナス電極１８ｄと、を備えている。駆動信号用プラス端子１８ａは、駆動信号用プラス電極１８ｃと電気的に接続され、駆動信号用マイナス端子１８ｂは、駆動信号用マイナス電極１８ｄと電気的に接続されている。駆動信号用プラス電極１８ｃと、駆動信号用マイナス電極１８ｄとの間には、圧電活性層１８ｅが介在配置されている。また、図４では、圧電素子１８は、駆動信号用マイナス電極１８ｄ側の端面で支持台１５ｓに固定されているが、駆動信号用プラス電極１８ｃ側の端面で支持台１５ｓに固定されていてもよい。
【００４１】
圧電活性層１８ｅには、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）系セラミックス、圧電単結晶、高分子樹脂・セラミックス複合材料からなる群から選ばれる少なくとも１種が好ましく使用できる。また、圧電活性層１８ｅには、これらの複数種の材料を混在させてもよい。中でも、入力電力を振動信号エネルギーに変換するエネルギー変換効率が高いことから、ＰＺＴ系セラミックスを使用することが好ましい。
【００４２】
この状態で、駆動信号用プラス端子１８ａ及び駆動信号用マイナス端子１８ｂにＡＦドライバ１２から所定の電気信号であるレンズ移動用信号３０（第１電気信号）及びレンズ位置検出用信号４０（第２電気信号）が印加されると、駆動信号用プラス電極１８ｃ及び駆動信号用マイナス電極１８ｄによって圧電活性層１８ｅに交番的に変化する電界が発生する。ここでの圧電活性層１８ｅは図２の前後方向に、印加される電圧の方向に応じて結晶双極子の分極方向が設定されている。このため、圧電活性層１８ｅは、所謂ピエゾ効果によって、前後方向に伸縮運動を行い、レンズ移動用信号３０（第１電気信号）及びレンズ位置検出用信号４０（第２電気信号）にそれぞれ対応して、振動信号である第１及び第２振動信号を発生する。
【００４３】
この場合、図４に示すように、圧電活性層１８ｅの振動信号の伝達方向（振動方向）は、駆動信号用プラス電極１８ｃ及び駆動信号用マイナス電極１８ｄと略直交するようになる。即ち、圧電活性層１８ｅの振動信号の振動方向が、圧電素子１８内で電極により形成される電界の方向と略平行となる。そして、圧電素子１８の前方に位置するガイド軸１７ａの端部に当該振動信号が伝達される。ここでの振動信号には、第１及び第２振動信号が含まれ、第１及び第２振動信号に対応する第１及び第２電気信号は、前述したとおり、それぞれ、図５（ａ）に示すレンズ移動用信号３０及びレンズ位置検出用信号４０である。
【００４４】
図５（ａ）を参照して、レンズ移動用信号３０及びレンズ位置検出用信号４０について説明する。レンズを移動させる場合、先に第２電気信号であるレンズ位置検出用信号４０がＡＦドライバ１２から出力され、続いて第１電気信号であるレンズ移動用信号３０がＡＦドライバ１２から出力される。このように、レンズ移動用信号３０と、レンズ位置検出用信号４０とは、時間的に重複しないタイミングで所定振幅、所定周期でＡＦドライバ１２から出力される。これにより両電気信号の時間的干渉が防止されるとともに、両電気信号にそれぞれ対応し、圧電素子１８から送信される第１及び第２振動信号が時間的に完全に分離されるようになる。またここでは、図５（ａ）に示すように、圧電素子１８において、レンズ位置検出用信号４０がレンズマウント１４ａで反射されて生じた第３振動信号である反射波信号４０ａも、反射及び帰還に要する時間差を考慮し、レンズ移動用信号３０及びレンズ位置検出用信号４０に対し、時間的に重複しないタイミングで送受信されるようになる。
【００４５】
図５（ａ）中、時間軸より上側に位置する実線で示すレンズ移動用信号３０は、レンズ位置Ｌ、即ち、現在のレンズ１４の焦点位置がＪＰよりもメカ端側に位置している場合にＡＦドライバ１２から出力されるものである。一方、同図中、時間軸より下側に位置する破線で示すレンズ移動用信号３１は、レンズ位置ＬがＪＰよりもマクロ端側に位置している場合にＡＦドライバ１２から出力されるものである。ここで、「メカ端」とは、図７（ｂ）を参照して、レンズ１４が鏡筒１５内で後方側（イメージセンサ１１側）に移動可能な限界位置をいう。また、それとは逆に、「マクロ端」とは、レンズ１４がマクロ側でピントが合う方向、つまり、レンズ１４が鏡筒１５内で前方側（開口１５ａ側）に移動可能な限界位置をいう。また、図７（ｂ）における「１０ｃｍ」とは、携帯電話機などに搭載される小型カメラのマクロ撮影範囲の一般的な最小値である。
【００４６】
また、図５（ａ）に示すように、レンズ移動用信号３０及びレンズ位置検出用信号４０は、いずれも前後で非対称な鋸波状となっている。このとき、マイナス電極１８ｄをグランド（接地）側とする。これにより、各電気信号が、緩やかに電圧が上昇する立ち上がり部と、急激に電圧が降下する立ち下がり部とで構成され、図２を参照して、ガイド軸１７ａが前方への緩やかな移動と、後方への急激な移動とを繰り返す。なお、各電気信号は、急激に電圧が上昇する立ち上がり部と、緩やかに電圧が降下する立ち下がり部とで構成されていても構わない。
【００４７】
そして、ガイド軸１７ａが前方へ緩やかに移動したときには、ガイド軸１７ａとレンズマウント１４ａとの摩擦力により、レンズマウント１４ａも前方へ移動する。これに対し、ガイド軸１７ａが後方へ急激に移動したときには、レンズマウント１４ａは慣性によってその場に留まろうとする（ガイド軸１７ａのみが後方へ移動する）。このような動作を繰り返すことで、レンズマウント１４ａ及びレンズ１４を前方へと変位（移動）させることができる。
【００４８】
なお、反射波信号４０ａは、第２振動信号がレンズマウント１４ａで反射されて生じた第３振動信号であるため、図５（ａ）に示すように、レンズ移動用信号３０の急峻な変化が抑制され、角がとれ、なまった波形となっている。
【００４９】
図４に戻り、圧電素子１８は、外部から反射波信号４０ａを受け取ると、その振動によって圧電活性層１８ｅに交番的に変化する電界が発生する。そして、駆動信号用プラス電極１８ｃ及び駆動信号用マイナス電極１８ｄに所定の電気信号が誘起される。そして、ＡＦドライバ１２に向けて、圧電素子１８の駆動信号用プラス端子１８ａ及び駆動信号用マイナス端子１８ｂから当該電気信号が出力される。
【００５０】
以下、本実施形態のカメラ装置１０の動作（オートフォーカス制御動作）について図６のフローチャートを参照しながら説明する。なお、このオートフォーカス制御動作は、ＲＯＭ２２に格納されたレンズ位置制御プログラムによって実行される。
【００５１】
図６に示すように、まず、携帯電話機１００が電源オンされた後、携帯電話機１００の光学系制御部２０は、携帯電話機１００が撮像モードに設定されたか否かを判別する。つまり、光学系制御部２０は、撮像モード設定ボタン２６が操作されたか否かを判別する（ステップＳ１０１）。
【００５２】
光学系制御部２０は、撮像モード設定ボタン２６が操作されていないと判別すると（ステップＳ１０１：Ｎｏ）、撮像モード設定ボタン２６の操作有無の判別状態（待機状態）を継続する（ステップＳ１０１）。
【００５３】
一方、撮像モード設定ボタン２６が操作され、光学系制御部２０は、携帯電話機１００が撮像モードに設定されたと判別した場合（ステップＳ１０１：Ｙｅｓ）には、オートフォーカススイッチとしての撮像キー２５が操作されたか否かを検出する。
【００５４】
光学系制御部２０は、撮像キー２５が操作されていないと判別すると（ステップＳ１０２：Ｎｏ）、撮像キー２５の操作有無の判別状態（待機状態）を継続する（ステップＳ１０２）。
他方、光学系制御部２０は、撮像キー２５が操作されたと判別する（ステップＳ１０２：Ｙｅｓ）と、オートフォーカス制御動作を起動する（ステップＳ１０３）。
【００５５】
即ち、光学系制御部２０は、まず、距離計２７からの距離データに基づき、所定のテーブルを使用してピントの合った位置であるフォーカス位置（以下、「ＪＰ」という。）を決定する。このＪＰは、オートフォーカス制御において、レンズ位置の目標位置となる。
【００５６】
続くステップＳ１０４では、光学系制御部２０は、ＡＦドライバ１２を介して、圧電素子１８を制御する。即ち、圧電素子１８には、光学系制御部２０からのデジタル信号に基づき、ＡＦドライバ１２から所定の電気信号（アナログ電圧）が供給される。ここでは、振幅及び印加時間の異なる２種の第１及び第２電気信号の内、第２電気信号であるレンズ位置検出用信号４０がＡＦドライバ１２から圧電素子１８に出力される。圧電素子１８は、このレンズ位置検出用信号４０に基づき、第２振動信号をガイド軸１７ａの後方側の端部に送信する（図２及び図４参照）。第２振動信号は、ガイド軸１７ａに沿って伝達し、レンズマウント１４ａに到達する。そして、レンズマウント１４ａで反射され、第３振動信号である反射波信号４０ａとなってガイド軸１７ａに沿って伝達し、圧電素子１８に帰還する（ステップＳ１０４）。
【００５７】
そして、光学系制御部２０は、圧電素子１８が、反射波信号４０ａ（図５（ａ）参照）を受け取ったか否かを判別する。即ち、圧電素子１８から当該反射波信号４０ａに対応した第３電気信号が出力されたか否かを判別する。この第３電気信号が反射波信号４０ａに由来するものかどうかの判別は、第３電気信号の出入力タイミングや周波数に基づいて行われる。即ち、第３電気信号の出入力タイミングに基づく場合においては、圧電素子１８に第３電気信号を出力するタイミングでは、光学系制御部２０は、ＡＦドライバ１２の切り替えスイッチ１２ｓを信号出力電気回路系側（図３参照）に切り替え、圧電素子１８から第３電気信号の受け取りを行わないように制御する。一方、圧電素子１８から第３電気信号を受け取るタイミングでは、光学系制御部２０は、ＡＦドライバ１２の切り替えスイッチ１２ｓを信号入力電気回路系側に切り替え、圧電素子１８への第３電気信号の出力を行わないように制御する。他方、周波数に基づく場合では、ＡＦドライバ１２の出力回路１００３（図３参照）に内蔵されたフィルタ回路（図示せず）を使用し、圧電素子１８から特定の周波数信号のみを選択的に受け取るようにする。さらに、レンズマウント１４ａからの反射波信号４０ａと同じ周波数のノイズを除去するために、光学系制御部２０は、信号振幅（電圧値）最大値（ピーク値）に対する閾値を設け、該閾値より高いピーク値を有する信号の場合は反射波信号４０ａであると判断してレンズ位置の検出に使用する一方、閾値より低いピーク値を有する信号の場合はノイズと判断することで除去する。ここで、閾値は、ガイド軸１７ａ、レンズマウント１４ａなどの配置、形状によって決定され、鋸波状のレンズ位置検出用信号４０のピーク値に対して、２０〜８０％の大きさに設定することが好ましい（ステップＳ１０５）。
【００５８】
光学系制御部２０は、圧電素子１８が反射波信号４０ａを受け取っていないと判別した場合（ステップＳ１０５：Ｎｏ）には、ステップＳ１０４で、レンズ位置検出用信号４０の出力を所定回数継続する。なお、所定回数内で検知できない場合には、一旦オートフォーカス制御処理を終了する（ステップＳ１０８）。
【００５９】
一方、光学系制御部２０は、反射波信号４０ａを受け取ったと判別した場合（ステップＳ１０５：ＹＥＳ）には、図５（ａ）に示すように、圧電素子１８が送受信した両信号（レンズ位置検出用信号４０とその反射波信号４０ａ）の時間差Δｔ（ｓｅｃ）の半分に、当該信号の伝達速度ｖ（mm／sec）を乗算する。そして、光学系制御部２０は、圧電素子１８からレンズ１４までのレンズ位置Ｌ（Ｌ＝Δｔ×ｖ（mm）／２）を演算し、取得する（レンズ位置検出操作）（ステップＳ１０６）。
【００６０】
続くステップＳ１０７において、光学系制御部２０は、ＪＰと、レンズ位置Ｌとを比較し、図７（ｂ）の（ｉ）に示すように、レンズ位置Ｌ、即ち、現在のレンズ１４の焦点位置がＪＰよりもメカ端側に位置していると判別した場合には、図７（ａ）を参照して、圧電素子１８に、第１電気信号であるレンズ移動用信号３０（図５（ａ）参照）をＡＦドライバ１２から供給する。そして、光学系制御部２０は、圧電素子１８から、ガイド軸１７ａに対し、レンズ位置ＬとＪＰとの離間距離相当分の第１振動信号を所定振幅、所定周期で、少なくとも１周期以上送信させる。一方、光学系制御部２０は、図７（ｂ）の（ｉｉ）に示すように、レンズ位置ＬがＪＰよりもマクロ端側に位置していると判別した場合には、図７（ａ）を参照して、圧電素子１８に、第１電気信号であるレンズ移動用信号３１（図５（ａ）参照）をＡＦドライバ１２から供給する。そして、光学系制御部２０は、圧電素子１８から、ガイド軸１７ａに対し、レンズ位置ＬとＪＰとの離間距離相当分の第１振動信号を所定振幅、所定周期で、少なくとも１周期以上送信させる。これにより、図７（ａ）を参照して、レンズ１４が、前方側又は後方側に移動してＪＰで停止するようになり、オートフォーカス（自動焦点設定）が実現される。即ち、カメラ装置１０のコンピュータ制御によるピント合わせが完了する（ステップＳ１０７）。
【００６１】
その後、光学系制御部２０は、ここでのオートフォーカス制御処理を一旦終了する（ステップＳ１０８）。
【００６２】
本実施形態によれば、以下のとおりの作用効果が得られる。
即ち、圧電素子１８を、レンズ１４の移動操作だけでなく、レンズ１４の位置検出操作にも用いることで、レンズ１４の位置検出のため、ＭＲ素子及びそのドライバ、複数の永久磁石などの余分な部品を使用することなく、低コストでオートフォーカス制御（レンズの位置制御）が行えるようになる。
そしてこの結果、本実施形態の携帯電話機１００は、小型化、薄型化、省コスト化に対応するとともに、レンズの位置制御が効率的に行えるようになる。
【００６３】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、種々の変形及び応用が可能である。
例えば、上記実施形態では、本発明の技術的思想をカメラ装置のオートフォーカス処理に適用した。しかしこれに限られず、本発明の技術的思想は、レンズの位置制御によって一定の効果が実現できるものであれば、例えばズーミング処理にも適用できることは勿論である。
【００６４】
また、上記実施形態では、圧電素子１８の駆動信号用プラス端子１８ａ及び駆動信号用マイナス端子１８ｂを用いて、第１及び第２電気信号であるレンズ移動用信号３０及びレンズ位置検出用信号４０の入力、並びに、第３振動信号である反射波信号４０ａに対応する第３電気信号の出力を行った。しかしこれに限られず、第１及び第２電気信号の入力、並びに、第３振動信号に対応する第３電気信号の出力にそれぞれ専用の電極端子を設けることも可能である。
【００６５】
この場合について、図８を参照して、本実施形態の変形例に係る、第１及び第２電気信号の入力、並びに、第３振動信号に対応する第３電気信号の出力にそれぞれ専用の電極端子を設けた圧電素子１１８を説明する。ここで、圧電素子１１８は、駆動信号用マイナス電極１８ｄ側の端面で支持台１５ｓに固定されているが、駆動信号用プラス電極１８ｃ側の端面で支持台１５ｓに固定されていてもよい。
図８に示すように、圧電素子１１８は、駆動信号用電極端子群として、駆動信号用プラス端子１８ａと、駆動信号用マイナス端子１８ｂと、駆動信号用プラス電極１８ｃと、駆動信号用マイナス電極１８ｄと、を備えている。ここで、駆動信号用プラス端子１８ａは、駆動信号用プラス電極１８ｃと電気的に接続され、駆動信号用マイナス端子１８ｂは、駆動信号用マイナス電極１８ｄと電気的に接続されている。圧電素子１１８において、レンズ移動用信号３０（第１電気信号）及びレンズ位置検出用信号４０（第２電気信号）の入力には、この駆動信号用電極端子群を用いる。
さらに、圧電素子１１８は、反射波信号用電極端子群として、反射波信号用プラス端子１８ｆと、反射波信号用マイナス端子１８ｇと、反射波信号用プラス電極１８ｈと、反射波信号用マイナス電極１８ｋと、を備えている。反射波信号用プラス端子１８ｆは、反射波信号用プラス電極１８ｈと電気的に接続され、反射波信号用マイナス端子１８ｇは、反射波信号用マイナス電極１８ｋと電気的に接続されている。
ここで、駆動信号用プラス電極１８ｃと、駆動信号用マイナス電極１８ｄとの間、及び、反射波信号用プラス電極１８ｈと、反射波信号用マイナス電極１８ｋとの間には、いずれも、圧電活性層１８ｅ（の一部）が介在配置されている。圧電素子１１８において、反射波信号４０ａ（第３振動信号）により生じた第３電気信号の出力には、この反射波信号用電極端子群を用いる。
圧電素子１１８の駆動信号用電極端子群では、圧電活性層１８ｅの一部が、駆動信号用プラス電極１８ｃ及び駆動信号用マイナス電極１８ｄによって挟まれた構造を有している。ここでの圧電活性層１８ｅは前後方向に、印加される電圧の方向に応じて結晶双極子の分極方向が設定されている。このため、両電極１８ｃ、電極１８ｄにレンズ移動用信号３０及びレンズ位置検出用信号４０が印加されることにより、駆動信号用プラス電極１８ｃ及び駆動信号用マイナス電極１８ｄによって挟まれた圧電活性層１８ｅが前後方向に伸縮運動を行う。また、この伸縮運動は、支持台１５ｓに向かう場合、当該支持台１５ｓによって前方側に押し返される。これにより、圧電素子１１８から前方側のガイド軸１７ａに第１及び第２振動信号が送信（伝達）される。
一方、圧電素子１１８の反射波信号用電極端子群では、圧電活性層１８ｅの一部が、反射波信号用プラス電極１８ｈ及び反射波信号用マイナス電極１８ｋによって挟まれた構造を有している。圧電素子１１８は、外部から第３振動信号である反射波信号４０ａを受け取ると、その振動によって、反射波信号用プラス電極１８ｈ及び反射波信号用マイナス電極１８ｋによって挟まれた圧電活性層１８ｅに交番的な電界が発生する。そして、反射波信号用プラス電極１８ｈ及び反射波信号用マイナス電極１８ｋに所定のアナログ電圧が誘起される。そして、ＡＦドライバ１２に向けて、反射波信号用プラス端子１８ｆ及び反射波信号用マイナス端子１８ｇから当該アナログ電圧である第３電気信号が出力される。
圧電素子１１８においては、電極間の距離を調整すること等で、駆動信号用電極端子群、反射波信号用電極端子群のために最適な共振周波数が設定されている。これによれば、第２電気信号であるレンズ位置検出用信号４０、第３振動信号である反射波信号４０ａに対応する第３電気信号を、圧電素子１１８から時間的に重複するタイミングで出入力することが可能となり、オートフォーカス制御に要する時間の短縮に寄与させることができる。
なお、図８に示す圧電素子１１８では、反射波信号用電極端子群を支持台１５ｓ側に配置し、駆動信号用電極端子群をガイド軸１７ａ側に配置したが、その逆の配置、即ち、駆動信号用電極端子群を支持台１５ｓ側に配置し、反射波信号用電極端子群をガイド軸１７ａ側に配置することも可能である。
【００６６】
さらに、本発明の技術思想においては、駆動信号用プラス・マイナス電極、及び、反射波信号用プラス・マイナス電極をそれぞれ積層構造とすることもできる。
この場合、図９を参照して、本実施形態の変形例に係る、駆動信号用プラス・マイナス電極２１８ｃ、２１８ｄを積層構造とした圧電素子２１８について説明する。ここで、圧電素子２１８は、駆動信号用プラス電極２１８ｃ及び駆動信号用マイナス電極２１８ｄ側の端面で支持台１５ｓに固定されているが、反射波信号用プラス電極１８ｈ及び反射波信号用マイナス電極１８ｋ側の端面で支持台１５ｓに固定されていてもよい。
図９に示すように、圧電素子２１８は、駆動信号用電極端子群として、駆動信号用プラス端子１８ａと、駆動信号用マイナス端子１８ｂと、駆動信号用プラス電極２１８ｃと、駆動信号用マイナス電極２１８ｄと、を備えている。ここで、駆動信号用プラス端子１８ａは、駆動信号用プラス電極２１８ｃと電気的に接続され、駆動信号用マイナス端子１８ｂは、駆動信号用マイナス電極２１８ｄと電気的に接続されている。圧電素子２１８において、レンズ移動用信号３０（第１電気信号）及びレンズ位置検出用信号４０（第２電気信号）の入力には、この駆動信号用電極端子群を用いる。
図９に示す圧電素子２１８の反射波信号用電極端子群は、図８に示す圧電素子１１８の反射波信号用電極端子群と同様な構成であるので、ここでの説明を省略する。
図９に示すように、圧電素子２１８では、駆動信号用プラス電極２１８ｃと、駆動信号用マイナス電極２１８ｄとは、いずれも、複数（図９では３つ）の板状の単位電極を有し、各単位電極が積層構造となっている。さらに、駆動信号用プラス電極２１８ｃの各単位電極（正極）と駆動信号用マイナス電極２１８ｄの各単位電極（負極）とが交互に積層した構造となっている。
図９に示すように、圧電素子２１８の駆動信号用電極端子群では、圧電活性層１８ｅの一部が、駆動信号用プラス電極２１８ｃ及び駆動信号用マイナス電極２１８ｄの各単位電極によって挟まれた構造を有している。つまり、互いに隣接する、駆動信号用プラス電極２１８ｃの単位電極と、駆動信号用マイナス電極２１８ｄの単位電極との間には、いずれも、圧電活性層１８ｅ（の一部）が介在配置されている。
ここで、圧電活性層１８ｅは、前後方向に、印加される電圧の方向に応じて結晶双極子の分極方向が設定されている。詳しくは、図９に示すように、駆動信号用プラス電極２１８ｃの単位電極及び駆動信号用マイナス電極２１８ｄの各単位電極によって挟まれた圧電活性層１８ｅの一部は、互いに隣接するもの同士で＋−の方向が異なる分極状態となっている。
このため、両電極２１８ｃ、電極２１８ｄにレンズ移動用信号３０及びレンズ位置検出用信号４０が印加されることにより、互いに隣接する、駆動信号用プラス電極２１８ｃの単位電極及び駆動信号用マイナス電極２１８ｄの各単位電極によって挟まれた圧電活性層１８ｅの一部が前後方向に伸縮運動を行う。また、この伸縮運動は、支持台１５ｓに向かう場合、当該支持台１５ｓによって前方側に押し返される。したがって、駆動信号用プラス電極２１８ｃの単位電極及び駆動信号用マイナス電極２１８ｄの各単位電極によって挟まれた圧電活性層１８ｅの一部が、図９に示すように、互いに隣接するもの同士で＋−の方向が異なる分極状態となっていても、圧電素子２１８から、常に前方側、即ち、ガイド軸１７ａ側に第１及び第２振動信号が送信（伝達）されるようになる。
このような圧電素子２１８では、駆動信号用電極端子群の各単位電極間あたりの圧電活性層１８ｅの厚みが薄くなり、駆動信号用電極端子群が非積層構造の圧電素子１８、１１８と比較して、より低い印加電圧の第１及び第２電気信号で駆動信号用電極端子群に高い電界を発生することができる。つまり、低い圧電素子の駆動電圧で大きな機械ひずみ量を得ることができる。この結果、レンズ１４の移動や位置検知のための駆動電圧が低下するので、バッテリー電源の交換頻度や充電頻度を減少させることができる。
【００６７】
図１０を参照して、本実施形態の変形例に係る、駆動信号用プラス・マイナス電極２１８ｃ、２１８ｄに加えて、反射波信号用プラス・マイナス電極３１８ｈ、３１８ｋを積層構造とした圧電素子３１８について説明する。ここで、圧電素子３１８は、駆動信号用プラス電極２１８ｃ及び駆動信号用マイナス電極２１８ｄ側の端面で支持台１５ｓに固定されているが、反射波信号用プラス電極３１８ｈ及び反射波信号用マイナス電極３１８ｋ側の端面で支持台１５ｓに固定されていてもよい。
図１０に示す圧電素子３１８の駆動信号用電極端子群は、図９に示す圧電素子２１８の駆動信号用電極端子群と同様な構成であるので、ここでの説明を省略する。
図１０に示すように、圧電素子３１８は、反射波信号用電極端子群として、反射波信号用プラス端子１８ｆと、反射波信号用マイナス端子１８ｇと、反射波信号用プラス電極３１８ｈと、反射波信号用マイナス電極３１８ｋと、を備えている。反射波信号用プラス端子１８ｆは、反射波信号用プラス電極３１８ｈと電気的に接続され、反射波信号用マイナス端子１８ｇは、反射波信号用マイナス電極３１８ｋと電気的に接続されている。圧電素子３１８において、反射波信号４０ａ（第３振動信号）により生じた第３電気信号の出力には、この反射波信号用電極端子群を用いる。
ここで、反射波信号用プラス電極３１８ｈと、反射波信号用マイナス電極３１８ｋとは、いずれも、複数（図１０では３つ）の板状の単位電極を有し、各単位電極が積層構造となっている。さらに、反射波信号用プラス電極３１８ｈの各単位電極（正極）と反射波信号用マイナス電極３１８ｋの各単位電極（負極）とが交互に積層した構造となっている。
図１０に示すように、圧電素子３１８の反射波信号用電極端子群では、圧電活性層１８ｅの一部が、反射波信号用プラス電極３１８ｈ及び反射波信号用マイナス電極３１８ｋの各単位電極によって挟まれた構造を有している。つまり、互いに隣接する、反射波信号用プラス電極３１８ｈの単位電極と、反射波信号用マイナス電極３１８ｋの単位電極との間には、圧電活性層１８ｅ（の一部）が介在配置されている。
ここで、圧電活性層１８ｅは、前後方向に、印加される電圧の方向に応じて結晶双極子の分極方向が設定されている。詳しくは、図１０に示すように、反射波信号用プラス電極３１８ｈの単位電極及び反射波信号用マイナス電極３１８ｋの単位電極によって挟まれた圧電活性層１８ｅの一部は、互いに隣接するもの同士で＋−の方向が異なる分極状態となっている。
このような圧電素子３１８では、反射波信号用電極端子群の単位電極間あたりの圧電活性層１８ｅの厚みが薄くなり、反射波信号用電極端子群が非積層構造の圧電素子１８、１１８、２１８と比較して、より低い信号振幅の第３振動信号で反射波信号用電極端子群により高い電界を発生することができる。つまり、低い圧電素子への振動信号で大きな機械ひずみ量を得ることができる。この結果、発生した電界によって、反射波信号用電極端子群に誘起されるアナログ電圧の変化も大きくなるため、反射波信号４０ａの検知感度を向上させることができる。
【００６８】
また、上記実施形態では、圧電素子１８の圧電活性層１８ｅは、前後方向に分極し、振動信号の伝達方向（振動方向）が、駆動信号用プラス電極１８ｃ及び駆動信号用マイナス電極１８ｄと直交するようにした。しかしこれに限られず、例えば、図１１に示すように、本実施形態の変形例に係る圧電素子４１８において、駆動信号用プラス電極４８ｃ及び駆動信号用マイナス電極４８ｄは、圧電活性層４８ｅの結晶双極子の分極方向に略平行となるように配設することも可能である。これによれば、レンズ移動用信号３０の振動方向が、該振動を生じさせるために当該圧電素子１８内の電極間で形成される電界の方向と略直交する。そして、該電界によって生じた圧電活性層４８ｅの伸縮運動は、支持台１５ｓによって前方側に押し返される。つまり、振動の発生効率が低下するものの、各電極４８ｃ、４８ｄと振動信号の伝達方向（振動方向）とが垂直になるので、各電極４８ｃ、４８ｄと圧電活性層４８ｅとの間で剥離を生じ難くすることができる。
【００６９】
また、上記実施形態では、距離計２７で計測した被写体とカメラ装置１０（携帯電話機１００）との間の離間距離を用いてレンズ１４のフォーカス位置（ＪＰ）を決定するとともに、圧電素子１８を用いてレンズ１４の現在位置（レンズ位置Ｌ）を決定し、ＪＰにレンズを移動するオートフォーカス制御を行った。この制御では、圧電素子１８からレンズ移動用信号３０を送信した後は、レンズ１４の現在位置を検知していないので、万一、レンズ移動用信号３０を送信した後にレンズ１４の位置が変動した場合には、正確なオートフォーカス制御が行われないことになる。しかしこれに限られず、例えば、圧電素子１８からレンズ移動用信号３０を送信した後も、さらに圧電素子１８を用いてレンズ１４の現在位置を検知し、両者の離間距離に基づいてレンズ１４の位置制御を行うことも可能である。これによれば、レンズ１４の位置が一旦、光学系制御部２０にフィードバックされるので、より高精度なオートフォーカス制御が可能となる。
【００７０】
また、上記実施形態では、圧電素子１８からレンズ移動用信号３０、レンズ位置検出用信号４０を送信し、それぞれ、レンズ１４の移動、レンズ１４の位置検出に使用した。しかしこれに限られず、図５（ｂ）に示すように、それらの信号に加え、さらに、圧電素子１８からレンズ１４のガタツキを補正するためのガタツキ補正用信号５０を送信することもできる。このガタツキ補正用信号５０は、誤ってレンズ１４が移動しないように、その振幅を、レンズ移動用信号３０よりも小さくすることが望ましい。また、圧電素子１８からガタツキ補正用信号５０を送信するタイミングは、レンズ移動用信号３０、レンズ位置検出用信号４０の送信タイミングと重複しないようにする限り、任意に設定可能である。例えば、ＡＦドライバ１２からのデジタル信号に基づくレンズ１４のガタツキ検出操作→ガタツキ補正用信号５０のガイド軸１７ａへの送信によるレンズ１４のガタツキ補正操作→通常のレンズ移動操作→レンズ位置検出処理（ＪＰに一致）→ガタツキ検出操作→ガタツキ補正操作、のシーケンスを設定することができる。この場合、ガタツキ補正操作を行った直後に、その補正操作の結果の確認のためのガタツキ検出操作を行うことができる。
【００７１】
上記実施形態では、ユーザによる携帯電話機１００の取り扱いによる振動等によって、レンズ１４が任意の位置に移動している場合でも、柔軟に対応できる動作フロー（図６参照）を採用した。しかしこれに限られず、図１３に示すように、図６に示すフローチャートにおいて、さらに次のステップＳ１０４ａ及びステップＳ１０８ａを追加することも可能である。これによれば、ユーザによる携帯電話機１００の取り扱いによっては、レンズ１４が移動しない場合に有効な動作フローが実現できる。
【００７２】
図１３に示すフローチャートでは、ステップＳ１０３の次のステップＳ１０３ａにおいて、光学系制御部２０は、ＲＡＭ２１に前回のレンズ位置情報が記憶されているか否かを判別する。つまり、前回のオートフォーカス制御の結果としてのレンズ位置情報がＲＡＭ２１に存在するか否かを判別する（ステップＳ１０３ａ）。
【００７３】
そして、光学系制御部２０は、ＲＡＭ２１に前回のレンズ位置情報が記憶されていないと判別した場合（ステップＳ１０３ａ：ＮＯ）には、ステップＳ１０４〜ステップＳ１０６の処理を行う。一方、ＲＡＭ２１に前回のレンズ位置情報が記憶されていると判別した場合（ステップＳ１０３ａ：ＹＥＳ）には、ステップＳ１０４〜ステップＳ１０６の処理をスキップし、ステップＳ１０７、Ｓ１０７ａの処理を行う。
【００７４】
ステップＳ１０７ａでは、光学系制御部２０は、次回のオートフォーカス制御に備え、ＲＡＭ２１に現在のレンズ位置を記憶する（ステップＳ１０７ａ）とともに、ここでのオートフォーカス制御処理を一旦終了する（ステップＳ１０８）。
【符号の説明】
【００７５】
１０ カメラ装置
１４ レンズ
１４ａ レンズマウント
１７ａ ガイド軸（案内部材）
１７ｂ 支持軸
１８ 圧電素子（アクチュエータ素子）
１９ 光軸
２０ 光学系制御部（制御部）
３０ レンズ移動用信号（第１電気信号）
４０ レンズ位置検出用信号（第２電気信号）
１００ 携帯電話機
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物の位置検出装置、光学構造、携帯端末、及び、対象物の位置検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話などの小型の電子機器において、オートフォーカス機能又はズーミング機能を実現するために、レンズの移動に圧電素子が使用されている。圧電素子は、内部に誘電分極を生じており、振動や圧力などの外力が加わると電圧を発生するものである。
【０００３】
このような電子機器においては、図１２（ａ）及び（ｂ）に示すように、オートフォーカス機能又はズーミング機能を実現するに際し、目標位置であるフォーカス（焦点）位置（ＪＰ）まで移動させるため、一旦レンズ１４をメカ端まで移動させ、圧電素子１８を所定の時間、振動させている。ここで、「メカ端」とは、図１２を参照して、レンズ１４が鏡筒１５内で後方側（イメージセンサ１１側）に移動可能な限界位置をいう。また、それとは逆に、「マクロ端」とは、レンズ１４がマクロ側でピントが合う方向、つまり、レンズ１４が鏡筒１５内で前方側（開口１５ａ側）に移動可能な限界位置をいう。また、図１２（ｂ）における「１０ｃｍ」とは、携帯電話機などに搭載される小型カメラのマクロ撮影範囲の一般的な最小値である。
【０００４】
この位置制御によれば、常時レンズ１４をメカ端に移動させてからレンズ１４の位置制御を行っている。このため、前回の位置制御によって目標位置又はその近傍にレンズが位置していたとしても、再度メカ端からレンズ１４を移動させる必要があるので、レンズの位置制御の効率が良くない。
【０００５】
これに対し、レンズの移動に圧電素子を使用するとともに、レンズに固定されたＭＲ（Magneto-Resistive）素子と、レンズの移動方向に沿って、Ｎ／Ｓ極が交互に配置された複数の永久磁石とを用いて、レンズの位置を検出する電子機器が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
この技術によれば、電子機器の制御部は、レンズの位置を知ることができるので、当該位置情報に基づいてレンズの位置制御を効率化することができる。即ち、新たにメカ端にレンズを復帰させることなく、現在のレンズの位置からＪＰまでレンズの移動をさせれば済むようになり、レンズの位置制御の効率が向上する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平９−４３４７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、この技術では、圧電素子及びそのドライバの他、レンズの位置検出のため、ＭＲ素子及びそのドライバ、複数の永久磁石などの余分な部品を必要としている。このため、近年ますます小型化、薄型化、省コスト化が求められている携帯電話などの小型の通信機器に適用することが困難であるという問題がある。
【０００９】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、電子機器の小型化、薄型化、省コスト化に対応するとともに、レンズの位置制御が効率的に行える光学構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明の対象物の位置検出装置は、
アクチュエータ素子と、
前記アクチュエータ素子に電気信号を入力し、該電気信号に基づいて前記アクチュエータ素子から位置検出用の振動信号を発生させる制御部と、を備え、
前記アクチュエータ素子は、対象物に前記位置検出用の振動信号を送信し、該振動信号が前記対象物から反射した振動信号である反射波信号を受信するとともに、該反射波信号を電気信号に変換し、
前記制御部は、前記アクチュエータ素子に入力した電気信号と、前記アクチュエータ素子で前記反射波信号が変換された電気信号と、に基づいて、前記アクチュエータ素子に対する前記対象物の位置を検出する、
ことを特徴とする。
【００１１】
本発明の光学構造は、レンズを光軸方向に移動させることでフォーカス機能又はズーミング機能を実現する光学構造であって、
上記位置検出装置を備え、
前記アクチュエータ素子は、対象物としての前記レンズに前記位置検出用の振動信号を送信し、前記位置検出装置で検出された前記レンズの位置から目標とする位置に前記レンズを移動させる、
ことを特徴とする光学構造。
【００１２】
本発明の光学構造は、レンズを光軸方向に移動させることでフォーカス機能又はズーミング機能を実現する光学構造であって、
前記レンズを支持するレンズマウントに摩擦係合し、前記レンズマウントを前記光軸方向に移動させるための案内部材と、
外部から入力された電気信号を振動信号に変換するとともに、外部から受信した振動信号を電気信号に変換するアクチュエータ素子と、
前記アクチュエータ素子に第１及び第２電気信号を入力し、当該アクチュエータ素子から、それぞれ、第１及び第２振動信号を送信させるとともに、前記アクチュエータ素子から外部からの振動信号に基づく電気信号を受け取る制御部と、を備え、
前記アクチュエータ素子は、前記制御部からの前記第１電気信号に基づき、前記第１振動信号を前記案内部材に送信し、前記レンズを前記レンズマウントと共に前記案内部材に沿って前記光軸方向に移動させるとともに、前記制御部からの前記第２電気信号に基づき、前記第２振動信号を前記案内部材に送信し、
前記制御部は、前記第２電気信号と、前記第２振動信号が前記レンズマウントで反射して生じた第３振動信号である反射波信号が前記アクチュエータ素子で変換された第３電気信号と、に基づいて、前記光軸方向における前記レンズの位置を検出するとともに、前記アクチュエータ素子に前記第１電気信号を入力し、前記検出したレンズの位置から目標とするレンズの位置に前記レンズを移動させる、
ことを特徴とする。
【００１３】
本発明の携帯端末は、レンズを所定位置に移動させることでフォーカス機能又はズーミング機能を実現するカメラ装置が搭載された携帯端末であって、
前記カメラ装置は、前記フォーカス機能又はズーミング機能を実現するべく前記光学構造を備えている、ことを特徴とする。
【００１４】
本発明の対象物の位置検出方法は、アクチュエータ素子に電気信号を入力し、該電気信号に基づいて前記アクチュエータ素子にて位置検出用の振動信号を発生させるステップと、
前記アクチュエータ素子が、対象物に位置検出用の振動信号を送信し、前記対象物から反射した振動信号である反射波信号を受信するステップと、
前記アクチュエータ素子が前記反射波信号を受信し、該反射波信号を電気信号に変換するステップと、
前記アクチュエータ素子に送信した電気信号と、前記アクチュエータ素子で前記反射波信号が変換された電気信号と、に基づいて、前記アクチュエータ素子に対する前記対象物の位置を検出するステップと、
を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、電子機器の小型化、薄型化、省コスト化に対応するとともに、レンズの位置制御が効率的に行える光学構造が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】（ａ）は、カメラ装置を内蔵した携帯電話機の外観を示す正面図であり、（ｂ）は、同携帯電話機の外観を示す背面図である。
【図２】カメラ装置の機械的構成及び電気的構成を示すブロック図である。
【図３】オートフォーカス（ＡＦ）ドライバの電気的構成を示すブロック図である。
【図４】圧電素子の構成を示す構造図である。
【図５】（ａ）は、レンズ移動用信号、レンズ位置検出用信号、反射波信号を示す図であり、（ｂ）は、ガタツキ補正信号を示す図である。
【図６】カメラ装置のオートフォーカス制御動作を示すフローチャートである。
【図７】（ａ）は、カメラ装置のオートフォーカス制御動作を示す構造図であり、（ｂ）は、同カメラ装置のオートフォーカス制御動作を示す模式図である。
【図８】圧電素子の別の構成を示す構造図である。
【図９】圧電素子のさらに別の構成を示す構造図である。
【図１０】圧電素子のさらに別の構成を示す構造図である。
【図１１】圧電素子のさらに別の構成を示す構造図である。
【図１２】（ａ）は、参考例のカメラ装置のオートフォーカス制御動作を示す構造図であり、（ｂ）は、同カメラ装置のオートフォーカス制御動作を示す模式図である。
【図１３】カメラ装置の別のオートフォーカス制御動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に本発明の実施形態を説明する。各種の携帯電話機、電子カメラ（デジタルカメラ）、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）などの携帯端末や、小型のＰＣ（Personal computer）などの電子機器に搭載されるカメラ装置に本発明を適用することができる。すなわち、以下に記載する実施形態は説明のためのものであり、本願発明の範囲を制限するものではない。したがって、当業者であればこれらの各要素又は全要素をこれと均等なものに置換した実施形態を採用することが可能であり、それらの実施形態も本発明の範囲に含まれる。
【００１８】
図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、本発明の実施形態に係る携帯電話機１００は、折り畳み式のものであり、第１筐体１０１と第２筐体１０２とがヒンジ部１００ａを介して開閉可能に連結されている。
【００１９】
携帯電話機１００は、カメラ機能を実現する光学構造を有するカメラ装置１０と、ＬＣＤ（液晶表示装置：Liquid Crystal Display）から構成される長方形状のＬＣＤ表示部１００ｄと、を備えている。カメラ装置１０は、第１筐体１０１の下方部に配置され、表示部１００ｄは、第１筐体１０１の正面側中央部に配置されている。そして、カメラ装置１０によって撮影した画像は、表示部１００ｄに表示可能となっている。
【００２０】
また、第１筐体１０１の背面側上方部には、超音波により被写体と携帯電話機１００との距離を計測するための距離計２７が配設されている。距離計２７は、超音波を出力する出力部と、被写体で反射された超音波を受け取る入力部（いずれも図示せず）とを備えている従来周知の構成のものである。そして、出力部から超音波を出力したタイミングと、入力部で超音波を受け取ったタイミングとの時間差などに基づいて、被写体と携帯電話機１００との距離を計測するとともに、その結果をデジタル信号として携帯電話機１００内部の光学系制御部２０（図２参照）に出力する。なお、ここでの距離計測には、超音波のほか、赤外線なども使用することができる。
【００２１】
図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、携帯電話機１００の第２筐体１０２には、シャッターボタンとして機能する撮像キー２５のほか、ユーザからの文字列や数字の入力を受け付けるためのテンキーなどの操作キーを有する操作部１０３が配設されている。撮像キー２５は、カメラ装置１０のシャッター（図示せず）を動作させ、イメージセンサ１１（図２参照）で画像データを生成するトリガスイッチとして使用される。この撮像キー２５は、レンズのフォーカス（焦点）をコンピュータ制御で合わせるためのトリガとなるオートフォーカススイッチ、及び、距離計２７を動作させるためのスイッチとしても機能する。
【００２２】
また、第２筐体１０２の右側面には、手指による押圧操作により、携帯電話機１００を、カメラ装置１０が作動する撮像モード（カメラモード）に設定するための撮像モード設定ボタン２６が配設されている。
【００２３】
図２に示すように、カメラ装置１０は、鏡筒１５、鏡筒１５を後方から支持するリング状の支持台１５ｓ、鏡筒１５の内部を塞ぐ蓋部材１６、撮像のためのレンズ１４を備えている。
【００２４】
鏡筒１５の前方側には、被写体からの光をカメラ装置１０の内部に採光するための開口１５ａが設けられている。鏡筒１５内において、蓋部材１６の前方側の面には、撮像素子としてのイメージセンサ（ＣＣＤ（Charge Coupled Device））１１が配設されている。本実施形態では、イメージセンサ１１としてＣＣＤを使用するが、ＣＣＤの代わりにＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor））を使用することもできる。
【００２５】
イメージセンサ１１は、複数の受光素子がマトリクス状に配列された矩形状の受光領域（図示せず）を有する。撮像キー２５の操作をトリガとして、カメラ装置１０のシャッター（図示せず）が動作される。そして、開口１５ａから鏡筒１５の内部に入った光は、光軸１９に沿って進み、レンズ１４で集光された後、光学像がイメージセンサ１１上の受光領域で受光される。
【００２６】
鏡筒１５の内部には、レンズ１４に加え、前後方向に延びるガイド軸１７ａ及び支持軸１７ｂが、それぞれ、後方側の端部を支持台１５ｓに固定された状態で、レンズ１４を挟むようにして収容されている。
【００２７】
そして、レンズ１４は、リング状のレンズマウント１４ａに保持され、レンズマウント１４ａの下方の周縁部にはガイド軸１７ａが挿通され、摩擦によって係合されている。また、レンズマウント１４ａの上方の周縁部には支持軸１７ｂが挿通され、摩擦によって係合されている。この構造により、ガイド軸１７ａに軸方向に所定の振動信号が付与されることで、レンズ１４は、レンズマウント１４ａに保持された状態で前後方向に移動可能となっている。
【００２８】
図２に示すように、鏡筒１５の内部には、さらに、アクチュエータ素子としての圧電素子１８、及び、圧電素子１８に電気的に接続され、圧電素子１８との間で電気信号を出入力するオートフォーカスドライバ１２（以下、「ＡＦドライバ１２」という。）が収容されている。圧電素子１８、ＡＦドライバ１２は、それぞれ、支持台１５ｓ、蓋部材１６に固定されている。圧電素子１８は、内部に誘電分極を生じた素子であり、外部から振動信号が加わると該振動に応じて変化する電気信号（アナログ電圧）を発生し、逆に鋸波、三角波、サイン波などの時系列で値が変化する電気信号が入力されると該電圧に応じて変化する振動信号を発生する。この発生する振動信号は、電気信号の振幅（最大電圧値）、印加時間（時間周期）に応じて変化する。また、発生する電気信号は、振動信号の振幅、振動の時間周期に応じて変化する。即ち、振動信号の振幅が大きければ、それに応じて電気信号の振幅も大きくなり、振動信号の時間周期が長ければ、それに応じて電気信号の印加時間も長くなる。また、電気信号の振幅が大きければ、それに応じて振動信号の振幅も大きくなり、電気信号の印加時間が長ければ、それに応じて振動信号の時間周期も長くなる。
【００２９】
圧電素子１８は、振動伝達用ばねとして機能するガイド軸１７ａの後方（イメージセンサ１１）側の端部に連結されている。そして、圧電素子１８がＡＦドライバ１２からの第１電気信号であるレンズ移動用信号３０により振動すると、ガイド軸１７ａに第１振動信号が伝達され、この振動によってレンズ１４がガイド軸１７ａ及び支持軸１７ｂに沿って前後方向に移動する。
【００３０】
図２に示すように、携帯電話機１００は、さらに、カメラ装置１０の蓋部材１６が配置されたフレキシブル基板１３のほか、電子部品として、ＣＰＵ（Central Processing Unit:中央演算処理装置）である光学系制御部２０、ＲＡＭ（Random Access Memory）２１、ＲＯＭ（Read Only Memory）２２、ＣＣＤ信号処理回路２３、フラッシュメモリ２４、Ａ／Ｄコンバータ２９をそれぞれ備えている。これらの電子部品は、フレキシブル基板１３に配設されている。なお、ＣＰＵに代えて、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）を用いることでも同様の動作が実現可能である。
【００３１】
ＲＡＭ２１及びＲＯＭ２２、ＣＣＤ信号処理回路２３は、それぞれ、光学系制御部２０に電気的に接続されている。また、イメージセンサ１１は、Ａ／Ｄコンバータ２９を介してＣＣＤ信号処理回路２３に電気的に接続され、ＣＣＤ信号処理回路２３は、フラッシュメモリ２４及びＬＣＤ表示部１００ｄ（図１参照）に電気的に接続されている。光学系制御部２０は、ＲＡＭ２１及びＲＯＭ２２、ＣＣＤ信号処理回路２３との間で、カメラ装置１０による撮像処理のため、指令やデータをやりとりする。ＣＣＤ信号処理回路２３は、イメージセンサ１１からの画像データを図示しない前処理回路及びＡ／Ｄコンバータ２９によりデジタル信号として受け取り、各種の画像処理を行う。そして、ＣＣＤ信号処理回路２３は、画像処理後の画像データをＬＣＤ表示部１００ｄの複数の画素により画像として表示する。また、ＣＣＤ信号処理回路２３は、デジタル信号である各種の画像データをフラッシュメモリ２４に記憶する。
【００３２】
ＲＯＭ２２には、制御系全体の動作に必要なオペレーティングシステム（ＯＳ）のプログラム、その他の動作用のアプリケーションプログラムや各種のデータが記録され、光学系制御部２０がこれらのプログラム等をＲＯＭ２２からＲＡＭ２１に読み出して実行する。ＲＡＭ２１は、データやプログラムを一時的に記憶し、作業領域として使用されるもので、ＲＯＭ２２から読み出したプログラムやデータ、その他情報処理の進行に必要な情報が保持される。
【００３３】
図２に示すように、光学系制御部２０には、撮像キー２５、撮像モード設定ボタン２６、操作部１０３（図１参照）が電気的に接続されている。そして、これらのスイッチなどから、記号、文章の入力情報、オンオフの外部信号を受け取り、光学系制御部２０内でのプログラム処理に使用する。光学系制御部２０には、距離計２７が図示しないインターフェイス回路を介して電気的に接続されている。そして、距離計２７で計測された距離データが、光学系制御部２０内でテーブル（変換表）を使用したプログラム処理により、レンズ１４のフォーカス（焦点）位置に変換される。また、撮像キー２５を操作することで、光学系制御部２０は、カメラ装置１０のシャッター（図示せず）を動作させ、イメージセンサ１１で画像データを生成させる。また、撮像モード設定ボタン２６を操作することで、携帯電話機１００は、光学系制御部２０によってカメラ装置１０が作動する撮像モードに設定される。
【００３４】
本実施形態では、圧電素子１８を駆動源として用い、レンズ１４をレンズマウント１４ａと共にガイド軸１７ａ及び支持軸１７ｂに沿って移動させることでイメージセンサ１１上に結像される光学像のピント合わせが行われる。即ち、圧電素子１８は、光学系制御部２０によりＡＦドライバ１２を介して制御される。つまり、圧電素子１８は、光学系制御部２０で演算された距離計２７に基づくフォーカス位置を目標値として、第１振動信号をガイド軸１７ａの後方側の端部に送信し、レンズ１４を光軸１９方向に移動させる。これにより、レンズ１４のフォーカスをイメージセンサ１１（撮像面）上に結像させるオートフォーカス処理が実行される。
【００３５】
図３に示すように、ＡＦドライバ１２は、第１信号増幅回路１００１、出力回路１００３、及び出力用端子１２ｂ１からなる信号出力電気回路系と、第２信号増幅回路１００２、入力回路１００４、及び入力用端子１２ｂ２からなる信号入力電気回路系とを備えている。
【００３６】
ＡＦドライバ１２は、さらに、圧電素子接続用端子１２ａと、圧電素子１８側で両電気回路系を切り替える切り替えスイッチ１２ｓと、制御信号入力用端子１２ｃとを備えている。
【００３７】
圧電素子接続用端子１２ａと、第１信号増幅回路１００１及び第２信号増幅回路１００２は、切り替えスイッチ１２ｓを介して接続されている。また、第１信号増幅回路１００１、出力回路１００３、及び出力用端子１２ｂ１は直列に接続されている。さらに、第２信号増幅回路１００２、入力回路１００４、及び入力用端子１２ｂ２は直列に接続されている。そして、切り替えスイッチ１２ｓは、圧電素子接続用端子１２ａを介して圧電素子１８に接続されている。
【００３８】
圧電素子１８からのアナログ電圧である電気信号は第１信号増幅回路１００１で所定の電圧値まで増幅され、出力回路１００３でデジタル信号に変換され、更にフィルタ処理、信号処理が行われた後、出力用端子１２ｂ１を介して光学系制御部２０に出力される。他方、光学系制御部２０からのデジタル信号は、入力回路１００４でアナログ電圧である電気信号に変換された後、第２信号増幅回路１００２で所定の電圧値まで増幅され、圧電素子１８に出力される。また、出力回路１００３、及び入力回路１００４は、出力用端子１２ｂ１、及び入力用端子１２ｂ２を介して、光学系制御部２０と電気的に接続されている。
【００３９】
制御信号入力用端子１２ｃは光学系制御部２０と電気的に接続されている。制御信号入力用端子１２ｃで受け取ったデジタル信号である制御信号により、切り替えスイッチ１２ｓは、圧電素子１８と、ＡＦドライバ１２の信号出力電気回路系及び信号入力系電気回路系との接続を切り替えるようになっている。即ち、光学系制御部２０から制御信号が入力されると、圧電素子１８と、信号出力電気回路系とが接続され、圧電素子１８からのアナログ電圧である電気信号がデジタル信号に変換され、光学系制御部２０に出力される状態となる。一方、光学系制御部２０からの制御信号の入力が停止されると、圧電素子１８と、信号入力電気回路系とが接続され、光学系制御部２０からのデジタル信号が、所定のアナログ電圧である電気信号に変換され、圧電素子１８に出力される状態となる。
【００４０】
図４に示すように、本実施形態に係る圧電素子１８は、支持台１５ｓに固定されている。
圧電素子１８は、駆動信号用プラス端子１８ａと、駆動信号用マイナス端子１８ｂと、駆動信号用プラス電極１８ｃと、駆動信号用マイナス電極１８ｄと、を備えている。駆動信号用プラス端子１８ａは、駆動信号用プラス電極１８ｃと電気的に接続され、駆動信号用マイナス端子１８ｂは、駆動信号用マイナス電極１８ｄと電気的に接続されている。駆動信号用プラス電極１８ｃと、駆動信号用マイナス電極１８ｄとの間には、圧電活性層１８ｅが介在配置されている。また、図４では、圧電素子１８は、駆動信号用マイナス電極１８ｄ側の端面で支持台１５ｓに固定されているが、駆動信号用プラス電極１８ｃ側の端面で支持台１５ｓに固定されていてもよい。
【００４１】
圧電活性層１８ｅには、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）系セラミックス、圧電単結晶、高分子樹脂・セラミックス複合材料からなる群から選ばれる少なくとも１種が好ましく使用できる。また、圧電活性層１８ｅには、これらの複数種の材料を混在させてもよい。中でも、入力電力を振動信号エネルギーに変換するエネルギー変換効率が高いことから、ＰＺＴ系セラミックスを使用することが好ましい。
【００４２】
この状態で、駆動信号用プラス端子１８ａ及び駆動信号用マイナス端子１８ｂにＡＦドライバ１２から所定の電気信号であるレンズ移動用信号３０（第１電気信号）及びレンズ位置検出用信号４０（第２電気信号）が印加されると、駆動信号用プラス電極１８ｃ及び駆動信号用マイナス電極１８ｄによって圧電活性層１８ｅに交番的に変化する電界が発生する。ここでの圧電活性層１８ｅは図２の前後方向に、印加される電圧の方向に応じて結晶双極子の分極方向が設定されている。このため、圧電活性層１８ｅは、所謂ピエゾ効果によって、前後方向に伸縮運動を行い、レンズ移動用信号３０（第１電気信号）及びレンズ位置検出用信号４０（第２電気信号）にそれぞれ対応して、振動信号である第１及び第２振動信号を発生する。
【００４３】
この場合、図４に示すように、圧電活性層１８ｅの振動信号の伝達方向（振動方向）は、駆動信号用プラス電極１８ｃ及び駆動信号用マイナス電極１８ｄと略直交するようになる。即ち、圧電活性層１８ｅの振動信号の振動方向が、圧電素子１８内で電極により形成される電界の方向と略平行となる。そして、圧電素子１８の前方に位置するガイド軸１７ａの端部に当該振動信号が伝達される。ここでの振動信号には、第１及び第２振動信号が含まれ、第１及び第２振動信号に対応する第１及び第２電気信号は、前述したとおり、それぞれ、図５（ａ）に示すレンズ移動用信号３０及びレンズ位置検出用信号４０である。
【００４４】
図５（ａ）を参照して、レンズ移動用信号３０及びレンズ位置検出用信号４０について説明する。レンズを移動させる場合、先に第２電気信号であるレンズ位置検出用信号４０がＡＦドライバ１２から出力され、続いて第１電気信号であるレンズ移動用信号３０がＡＦドライバ１２から出力される。このように、レンズ移動用信号３０と、レンズ位置検出用信号４０とは、時間的に重複しないタイミングで所定振幅、所定周期でＡＦドライバ１２から出力される。これにより両電気信号の時間的干渉が防止されるとともに、両電気信号にそれぞれ対応し、圧電素子１８から送信される第１及び第２振動信号が時間的に完全に分離されるようになる。またここでは、図５（ａ）に示すように、圧電素子１８において、レンズ位置検出用信号４０がレンズマウント１４ａで反射されて生じた第３振動信号である反射波信号４０ａも、反射及び帰還に要する時間差を考慮し、レンズ移動用信号３０及びレンズ位置検出用信号４０に対し、時間的に重複しないタイミングで送受信されるようになる。
【００４５】
図５（ａ）中、時間軸より上側に位置する実線で示すレンズ移動用信号３０は、レンズ位置Ｌ、即ち、現在のレンズ１４の焦点位置がＪＰよりもメカ端側に位置している場合にＡＦドライバ１２から出力されるものである。一方、同図中、時間軸より下側に位置する破線で示すレンズ移動用信号３１は、レンズ位置ＬがＪＰよりもマクロ端側に位置している場合にＡＦドライバ１２から出力されるものである。ここで、「メカ端」とは、図７（ｂ）を参照して、レンズ１４が鏡筒１５内で後方側（イメージセンサ１１側）に移動可能な限界位置をいう。また、それとは逆に、「マクロ端」とは、レンズ１４がマクロ側でピントが合う方向、つまり、レンズ１４が鏡筒１５内で前方側（開口１５ａ側）に移動可能な限界位置をいう。また、図７（ｂ）における「１０ｃｍ」とは、携帯電話機などに搭載される小型カメラのマクロ撮影範囲の一般的な最小値である。
【００４６】
また、図５（ａ）に示すように、レンズ移動用信号３０及びレンズ位置検出用信号４０は、いずれも前後で非対称な鋸波状となっている。このとき、マイナス電極１８ｄをグランド（接地）側とする。これにより、各電気信号が、緩やかに電圧が上昇する立ち上がり部と、急激に電圧が降下する立ち下がり部とで構成され、図２を参照して、ガイド軸１７ａが前方への緩やかな移動と、後方への急激な移動とを繰り返す。なお、各電気信号は、急激に電圧が上昇する立ち上がり部と、緩やかに電圧が降下する立ち下がり部とで構成されていても構わない。
【００４７】
そして、ガイド軸１７ａが前方へ緩やかに移動したときには、ガイド軸１７ａとレンズマウント１４ａとの摩擦力により、レンズマウント１４ａも前方へ移動する。これに対し、ガイド軸１７ａが後方へ急激に移動したときには、レンズマウント１４ａは慣性によってその場に留まろうとする（ガイド軸１７ａのみが後方へ移動する）。このような動作を繰り返すことで、レンズマウント１４ａ及びレンズ１４を前方へと変位（移動）させることができる。
【００４８】
なお、反射波信号４０ａは、第２振動信号がレンズマウント１４ａで反射されて生じた第３振動信号であるため、図５（ａ）に示すように、レンズ移動用信号３０の急峻な変化が抑制され、角がとれ、なまった波形となっている。
【００４９】
図４に戻り、圧電素子１８は、外部から反射波信号４０ａを受け取ると、その振動によって圧電活性層１８ｅに交番的に変化する電界が発生する。そして、駆動信号用プラス電極１８ｃ及び駆動信号用マイナス電極１８ｄに所定の電気信号が誘起される。そして、ＡＦドライバ１２に向けて、圧電素子１８の駆動信号用プラス端子１８ａ及び駆動信号用マイナス端子１８ｂから当該電気信号が出力される。
【００５０】
以下、本実施形態のカメラ装置１０の動作（オートフォーカス制御動作）について図６のフローチャートを参照しながら説明する。なお、このオートフォーカス制御動作は、ＲＯＭ２２に格納されたレンズ位置制御プログラムによって実行される。
【００５１】
図６に示すように、まず、携帯電話機１００が電源オンされた後、携帯電話機１００の光学系制御部２０は、携帯電話機１００が撮像モードに設定されたか否かを判別する。つまり、光学系制御部２０は、撮像モード設定ボタン２６が操作されたか否かを判別する（ステップＳ１０１）。
【００５２】
光学系制御部２０は、撮像モード設定ボタン２６が操作されていないと判別すると（ステップＳ１０１：Ｎｏ）、撮像モード設定ボタン２６の操作有無の判別状態（待機状態）を継続する（ステップＳ１０１）。
【００５３】
一方、撮像モード設定ボタン２６が操作され、光学系制御部２０は、携帯電話機１００が撮像モードに設定されたと判別した場合（ステップＳ１０１：Ｙｅｓ）には、オートフォーカススイッチとしての撮像キー２５が操作されたか否かを検出する。
【００５４】
光学系制御部２０は、撮像キー２５が操作されていないと判別すると（ステップＳ１０２：Ｎｏ）、撮像キー２５の操作有無の判別状態（待機状態）を継続する（ステップＳ１０２）。
他方、光学系制御部２０は、撮像キー２５が操作されたと判別する（ステップＳ１０２：Ｙｅｓ）と、オートフォーカス制御動作を起動する（ステップＳ１０３）。
【００５５】
即ち、光学系制御部２０は、まず、距離計２７からの距離データに基づき、所定のテーブルを使用してピントの合った位置であるフォーカス位置（以下、「ＪＰ」という。）を決定する。このＪＰは、オートフォーカス制御において、レンズ位置の目標位置となる。
【００５６】
続くステップＳ１０４では、光学系制御部２０は、ＡＦドライバ１２を介して、圧電素子１８を制御する。即ち、圧電素子１８には、光学系制御部２０からのデジタル信号に基づき、ＡＦドライバ１２から所定の電気信号（アナログ電圧）が供給される。ここでは、振幅及び印加時間の異なる２種の第１及び第２電気信号の内、第２電気信号であるレンズ位置検出用信号４０がＡＦドライバ１２から圧電素子１８に出力される。圧電素子１８は、このレンズ位置検出用信号４０に基づき、第２振動信号をガイド軸１７ａの後方側の端部に送信する（図２及び図４参照）。第２振動信号は、ガイド軸１７ａに沿って伝達し、レンズマウント１４ａに到達する。そして、レンズマウント１４ａで反射され、第３振動信号である反射波信号４０ａとなってガイド軸１７ａに沿って伝達し、圧電素子１８に帰還する（ステップＳ１０４）。
【００５７】
そして、光学系制御部２０は、圧電素子１８が、反射波信号４０ａ（図５（ａ）参照）を受け取ったか否かを判別する。即ち、圧電素子１８から当該反射波信号４０ａに対応した第３電気信号が出力されたか否かを判別する。この第３電気信号が反射波信号４０ａに由来するものかどうかの判別は、第３電気信号の出入力タイミングや周波数に基づいて行われる。即ち、第３電気信号の出入力タイミングに基づく場合においては、圧電素子１８に第３電気信号を出力するタイミングでは、光学系制御部２０は、ＡＦドライバ１２の切り替えスイッチ１２ｓを信号出力電気回路系側（図３参照）に切り替え、圧電素子１８から第３電気信号の受け取りを行わないように制御する。一方、圧電素子１８から第３電気信号を受け取るタイミングでは、光学系制御部２０は、ＡＦドライバ１２の切り替えスイッチ１２ｓを信号入力電気回路系側に切り替え、圧電素子１８への第３電気信号の出力を行わないように制御する。他方、周波数に基づく場合では、ＡＦドライバ１２の出力回路１００３（図３参照）に内蔵されたフィルタ回路（図示せず）を使用し、圧電素子１８から特定の周波数信号のみを選択的に受け取るようにする。さらに、レンズマウント１４ａからの反射波信号４０ａと同じ周波数のノイズを除去するために、光学系制御部２０は、信号振幅（電圧値）最大値（ピーク値）に対する閾値を設け、該閾値より高いピーク値を有する信号の場合は反射波信号４０ａであると判断してレンズ位置の検出に使用する一方、閾値より低いピーク値を有する信号の場合はノイズと判断することで除去する。ここで、閾値は、ガイド軸１７ａ、レンズマウント１４ａなどの配置、形状によって決定され、鋸波状のレンズ位置検出用信号４０のピーク値に対して、２０〜８０％の大きさに設定することが好ましい（ステップＳ１０５）。
【００５８】
光学系制御部２０は、圧電素子１８が反射波信号４０ａを受け取っていないと判別した場合（ステップＳ１０５：Ｎｏ）には、ステップＳ１０４で、レンズ位置検出用信号４０の出力を所定回数継続する。なお、所定回数内で検知できない場合には、一旦オートフォーカス制御処理を終了する（ステップＳ１０８）。
【００５９】
一方、光学系制御部２０は、反射波信号４０ａを受け取ったと判別した場合（ステップＳ１０５：ＹＥＳ）には、図５（ａ）に示すように、圧電素子１８が送受信した両信号（レンズ位置検出用信号４０とその反射波信号４０ａ）の時間差Δｔ（ｓｅｃ）の半分に、当該信号の伝達速度ｖ（mm／sec）を乗算する。そして、光学系制御部２０は、圧電素子１８からレンズ１４までのレンズ位置Ｌ（Ｌ＝Δｔ×ｖ（mm）／２）を演算し、取得する（レンズ位置検出操作）（ステップＳ１０６）。
【００６０】
続くステップＳ１０７において、光学系制御部２０は、ＪＰと、レンズ位置Ｌとを比較し、図７（ｂ）の（ｉ）に示すように、レンズ位置Ｌ、即ち、現在のレンズ１４の焦点位置がＪＰよりもメカ端側に位置していると判別した場合には、図７（ａ）を参照して、圧電素子１８に、第１電気信号であるレンズ移動用信号３０（図５（ａ）参照）をＡＦドライバ１２から供給する。そして、光学系制御部２０は、圧電素子１８から、ガイド軸１７ａに対し、レンズ位置ＬとＪＰとの離間距離相当分の第１振動信号を所定振幅、所定周期で、少なくとも１周期以上送信させる。一方、光学系制御部２０は、図７（ｂ）の（ｉｉ）に示すように、レンズ位置ＬがＪＰよりもマクロ端側に位置していると判別した場合には、図７（ａ）を参照して、圧電素子１８に、第１電気信号であるレンズ移動用信号３１（図５（ａ）参照）をＡＦドライバ１２から供給する。そして、光学系制御部２０は、圧電素子１８から、ガイド軸１７ａに対し、レンズ位置ＬとＪＰとの離間距離相当分の第１振動信号を所定振幅、所定周期で、少なくとも１周期以上送信させる。これにより、図７（ａ）を参照して、レンズ１４が、前方側又は後方側に移動してＪＰで停止するようになり、オートフォーカス（自動焦点設定）が実現される。即ち、カメラ装置１０のコンピュータ制御によるピント合わせが完了する（ステップＳ１０７）。
【００６１】
その後、光学系制御部２０は、ここでのオートフォーカス制御処理を一旦終了する（ステップＳ１０８）。
【００６２】
本実施形態によれば、以下のとおりの作用効果が得られる。
即ち、圧電素子１８を、レンズ１４の移動操作だけでなく、レンズ１４の位置検出操作にも用いることで、レンズ１４の位置検出のため、ＭＲ素子及びそのドライバ、複数の永久磁石などの余分な部品を使用することなく、低コストでオートフォーカス制御（レンズの位置制御）が行えるようになる。
そしてこの結果、本実施形態の携帯電話機１００は、小型化、薄型化、省コスト化に対応するとともに、レンズの位置制御が効率的に行えるようになる。
【００６３】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、種々の変形及び応用が可能である。
例えば、上記実施形態では、本発明の技術的思想をカメラ装置のオートフォーカス処理に適用した。しかしこれに限られず、本発明の技術的思想は、レンズの位置制御によって一定の効果が実現できるものであれば、例えばズーミング処理にも適用できることは勿論である。
【００６４】
また、上記実施形態では、圧電素子１８の駆動信号用プラス端子１８ａ及び駆動信号用マイナス端子１８ｂを用いて、第１及び第２電気信号であるレンズ移動用信号３０及びレンズ位置検出用信号４０の入力、並びに、第３振動信号である反射波信号４０ａに対応する第３電気信号の出力を行った。しかしこれに限られず、第１及び第２電気信号の入力、並びに、第３振動信号に対応する第３電気信号の出力にそれぞれ専用の電極端子を設けることも可能である。
【００６５】
この場合について、図８を参照して、本実施形態の変形例に係る、第１及び第２電気信号の入力、並びに、第３振動信号に対応する第３電気信号の出力にそれぞれ専用の電極端子を設けた圧電素子１１８を説明する。ここで、圧電素子１１８は、駆動信号用マイナス電極１８ｄ側の端面で支持台１５ｓに固定されているが、駆動信号用プラス電極１８ｃ側の端面で支持台１５ｓに固定されていてもよい。
図８に示すように、圧電素子１１８は、駆動信号用電極端子群として、駆動信号用プラス端子１８ａと、駆動信号用マイナス端子１８ｂと、駆動信号用プラス電極１８ｃと、駆動信号用マイナス電極１８ｄと、を備えている。ここで、駆動信号用プラス端子１８ａは、駆動信号用プラス電極１８ｃと電気的に接続され、駆動信号用マイナス端子１８ｂは、駆動信号用マイナス電極１８ｄと電気的に接続されている。圧電素子１１８において、レンズ移動用信号３０（第１電気信号）及びレンズ位置検出用信号４０（第２電気信号）の入力には、この駆動信号用電極端子群を用いる。
さらに、圧電素子１１８は、反射波信号用電極端子群として、反射波信号用プラス端子１８ｆと、反射波信号用マイナス端子１８ｇと、反射波信号用プラス電極１８ｈと、反射波信号用マイナス電極１８ｋと、を備えている。反射波信号用プラス端子１８ｆは、反射波信号用プラス電極１８ｈと電気的に接続され、反射波信号用マイナス端子１８ｇは、反射波信号用マイナス電極１８ｋと電気的に接続されている。
ここで、駆動信号用プラス電極１８ｃと、駆動信号用マイナス電極１８ｄとの間、及び、反射波信号用プラス電極１８ｈと、反射波信号用マイナス電極１８ｋとの間には、いずれも、圧電活性層１８ｅ（の一部）が介在配置されている。圧電素子１１８において、反射波信号４０ａ（第３振動信号）により生じた第３電気信号の出力には、この反射波信号用電極端子群を用いる。
圧電素子１１８の駆動信号用電極端子群では、圧電活性層１８ｅの一部が、駆動信号用プラス電極１８ｃ及び駆動信号用マイナス電極１８ｄによって挟まれた構造を有している。ここでの圧電活性層１８ｅは前後方向に、印加される電圧の方向に応じて結晶双極子の分極方向が設定されている。このため、両電極１８ｃ、電極１８ｄにレンズ移動用信号３０及びレンズ位置検出用信号４０が印加されることにより、駆動信号用プラス電極１８ｃ及び駆動信号用マイナス電極１８ｄによって挟まれた圧電活性層１８ｅが前後方向に伸縮運動を行う。また、この伸縮運動は、支持台１５ｓに向かう場合、当該支持台１５ｓによって前方側に押し返される。これにより、圧電素子１１８から前方側のガイド軸１７ａに第１及び第２振動信号が送信（伝達）される。
一方、圧電素子１１８の反射波信号用電極端子群では、圧電活性層１８ｅの一部が、反射波信号用プラス電極１８ｈ及び反射波信号用マイナス電極１８ｋによって挟まれた構造を有している。圧電素子１１８は、外部から第３振動信号である反射波信号４０ａを受け取ると、その振動によって、反射波信号用プラス電極１８ｈ及び反射波信号用マイナス電極１８ｋによって挟まれた圧電活性層１８ｅに交番的な電界が発生する。そして、反射波信号用プラス電極１８ｈ及び反射波信号用マイナス電極１８ｋに所定のアナログ電圧が誘起される。そして、ＡＦドライバ１２に向けて、反射波信号用プラス端子１８ｆ及び反射波信号用マイナス端子１８ｇから当該アナログ電圧である第３電気信号が出力される。
圧電素子１１８においては、電極間の距離を調整すること等で、駆動信号用電極端子群、反射波信号用電極端子群のために最適な共振周波数が設定されている。これによれば、第２電気信号であるレンズ位置検出用信号４０、第３振動信号である反射波信号４０ａに対応する第３電気信号を、圧電素子１１８から時間的に重複するタイミングで出入力することが可能となり、オートフォーカス制御に要する時間の短縮に寄与させることができる。
なお、図８に示す圧電素子１１８では、反射波信号用電極端子群を支持台１５ｓ側に配置し、駆動信号用電極端子群をガイド軸１７ａ側に配置したが、その逆の配置、即ち、駆動信号用電極端子群を支持台１５ｓ側に配置し、反射波信号用電極端子群をガイド軸１７ａ側に配置することも可能である。
【００６６】
さらに、本発明の技術思想においては、駆動信号用プラス・マイナス電極、及び、反射波信号用プラス・マイナス電極をそれぞれ積層構造とすることもできる。
この場合、図９を参照して、本実施形態の変形例に係る、駆動信号用プラス・マイナス電極２１８ｃ、２１８ｄを積層構造とした圧電素子２１８について説明する。ここで、圧電素子２１８は、駆動信号用プラス電極２１８ｃ及び駆動信号用マイナス電極２１８ｄ側の端面で支持台１５ｓに固定されているが、反射波信号用プラス電極１８ｈ及び反射波信号用マイナス電極１８ｋ側の端面で支持台１５ｓに固定されていてもよい。
図９に示すように、圧電素子２１８は、駆動信号用電極端子群として、駆動信号用プラス端子１８ａと、駆動信号用マイナス端子１８ｂと、駆動信号用プラス電極２１８ｃと、駆動信号用マイナス電極２１８ｄと、を備えている。ここで、駆動信号用プラス端子１８ａは、駆動信号用プラス電極２１８ｃと電気的に接続され、駆動信号用マイナス端子１８ｂは、駆動信号用マイナス電極２１８ｄと電気的に接続されている。圧電素子２１８において、レンズ移動用信号３０（第１電気信号）及びレンズ位置検出用信号４０（第２電気信号）の入力には、この駆動信号用電極端子群を用いる。
図９に示す圧電素子２１８の反射波信号用電極端子群は、図８に示す圧電素子１１８の反射波信号用電極端子群と同様な構成であるので、ここでの説明を省略する。
図９に示すように、圧電素子２１８では、駆動信号用プラス電極２１８ｃと、駆動信号用マイナス電極２１８ｄとは、いずれも、複数（図９では３つ）の板状の単位電極を有し、各単位電極が積層構造となっている。さらに、駆動信号用プラス電極２１８ｃの各単位電極（正極）と駆動信号用マイナス電極２１８ｄの各単位電極（負極）とが交互に積層した構造となっている。
図９に示すように、圧電素子２１８の駆動信号用電極端子群では、圧電活性層１８ｅの一部が、駆動信号用プラス電極２１８ｃ及び駆動信号用マイナス電極２１８ｄの各単位電極によって挟まれた構造を有している。つまり、互いに隣接する、駆動信号用プラス電極２１８ｃの単位電極と、駆動信号用マイナス電極２１８ｄの単位電極との間には、いずれも、圧電活性層１８ｅ（の一部）が介在配置されている。
ここで、圧電活性層１８ｅは、前後方向に、印加される電圧の方向に応じて結晶双極子の分極方向が設定されている。詳しくは、図９に示すように、駆動信号用プラス電極２１８ｃの単位電極及び駆動信号用マイナス電極２１８ｄの各単位電極によって挟まれた圧電活性層１８ｅの一部は、互いに隣接するもの同士で＋−の方向が異なる分極状態となっている。
このため、両電極２１８ｃ、電極２１８ｄにレンズ移動用信号３０及びレンズ位置検出用信号４０が印加されることにより、互いに隣接する、駆動信号用プラス電極２１８ｃの単位電極及び駆動信号用マイナス電極２１８ｄの各単位電極によって挟まれた圧電活性層１８ｅの一部が前後方向に伸縮運動を行う。また、この伸縮運動は、支持台１５ｓに向かう場合、当該支持台１５ｓによって前方側に押し返される。したがって、駆動信号用プラス電極２１８ｃの単位電極及び駆動信号用マイナス電極２１８ｄの各単位電極によって挟まれた圧電活性層１８ｅの一部が、図９に示すように、互いに隣接するもの同士で＋−の方向が異なる分極状態となっていても、圧電素子２１８から、常に前方側、即ち、ガイド軸１７ａ側に第１及び第２振動信号が送信（伝達）されるようになる。
このような圧電素子２１８では、駆動信号用電極端子群の各単位電極間あたりの圧電活性層１８ｅの厚みが薄くなり、駆動信号用電極端子群が非積層構造の圧電素子１８、１１８と比較して、より低い印加電圧の第１及び第２電気信号で駆動信号用電極端子群に高い電界を発生することができる。つまり、低い圧電素子の駆動電圧で大きな機械ひずみ量を得ることができる。この結果、レンズ１４の移動や位置検知のための駆動電圧が低下するので、バッテリー電源の交換頻度や充電頻度を減少させることができる。
【００６７】
図１０を参照して、本実施形態の変形例に係る、駆動信号用プラス・マイナス電極２１８ｃ、２１８ｄに加えて、反射波信号用プラス・マイナス電極３１８ｈ、３１８ｋを積層構造とした圧電素子３１８について説明する。ここで、圧電素子３１８は、駆動信号用プラス電極２１８ｃ及び駆動信号用マイナス電極２１８ｄ側の端面で支持台１５ｓに固定されているが、反射波信号用プラス電極３１８ｈ及び反射波信号用マイナス電極３１８ｋ側の端面で支持台１５ｓに固定されていてもよい。
図１０に示す圧電素子３１８の駆動信号用電極端子群は、図９に示す圧電素子２１８の駆動信号用電極端子群と同様な構成であるので、ここでの説明を省略する。
図１０に示すように、圧電素子３１８は、反射波信号用電極端子群として、反射波信号用プラス端子１８ｆと、反射波信号用マイナス端子１８ｇと、反射波信号用プラス電極３１８ｈと、反射波信号用マイナス電極３１８ｋと、を備えている。反射波信号用プラス端子１８ｆは、反射波信号用プラス電極３１８ｈと電気的に接続され、反射波信号用マイナス端子１８ｇは、反射波信号用マイナス電極３１８ｋと電気的に接続されている。圧電素子３１８において、反射波信号４０ａ（第３振動信号）により生じた第３電気信号の出力には、この反射波信号用電極端子群を用いる。
ここで、反射波信号用プラス電極３１８ｈと、反射波信号用マイナス電極３１８ｋとは、いずれも、複数（図１０では３つ）の板状の単位電極を有し、各単位電極が積層構造となっている。さらに、反射波信号用プラス電極３１８ｈの各単位電極（正極）と反射波信号用マイナス電極３１８ｋの各単位電極（負極）とが交互に積層した構造となっている。
図１０に示すように、圧電素子３１８の反射波信号用電極端子群では、圧電活性層１８ｅの一部が、反射波信号用プラス電極３１８ｈ及び反射波信号用マイナス電極３１８ｋの各単位電極によって挟まれた構造を有している。つまり、互いに隣接する、反射波信号用プラス電極３１８ｈの単位電極と、反射波信号用マイナス電極３１８ｋの単位電極との間には、圧電活性層１８ｅ（の一部）が介在配置されている。
ここで、圧電活性層１８ｅは、前後方向に、印加される電圧の方向に応じて結晶双極子の分極方向が設定されている。詳しくは、図１０に示すように、反射波信号用プラス電極３１８ｈの単位電極及び反射波信号用マイナス電極３１８ｋの単位電極によって挟まれた圧電活性層１８ｅの一部は、互いに隣接するもの同士で＋−の方向が異なる分極状態となっている。
このような圧電素子３１８では、反射波信号用電極端子群の単位電極間あたりの圧電活性層１８ｅの厚みが薄くなり、反射波信号用電極端子群が非積層構造の圧電素子１８、１１８、２１８と比較して、より低い信号振幅の第３振動信号で反射波信号用電極端子群により高い電界を発生することができる。つまり、低い圧電素子への振動信号で大きな機械ひずみ量を得ることができる。この結果、発生した電界によって、反射波信号用電極端子群に誘起されるアナログ電圧の変化も大きくなるため、反射波信号４０ａの検知感度を向上させることができる。
【００６８】
また、上記実施形態では、圧電素子１８の圧電活性層１８ｅは、前後方向に分極し、振動信号の伝達方向（振動方向）が、駆動信号用プラス電極１８ｃ及び駆動信号用マイナス電極１８ｄと直交するようにした。しかしこれに限られず、例えば、図１１に示すように、本実施形態の変形例に係る圧電素子４１８において、駆動信号用プラス電極４８ｃ及び駆動信号用マイナス電極４８ｄは、圧電活性層４８ｅの結晶双極子の分極方向に略平行となるように配設することも可能である。これによれば、レンズ移動用信号３０の振動方向が、該振動を生じさせるために当該圧電素子１８内の電極間で形成される電界の方向と略直交する。そして、該電界によって生じた圧電活性層４８ｅの伸縮運動は、支持台１５ｓによって前方側に押し返される。つまり、振動の発生効率が低下するものの、各電極４８ｃ、４８ｄと振動信号の伝達方向（振動方向）とが垂直になるので、各電極４８ｃ、４８ｄと圧電活性層４８ｅとの間で剥離を生じ難くすることができる。
【００６９】
また、上記実施形態では、距離計２７で計測した被写体とカメラ装置１０（携帯電話機１００）との間の離間距離を用いてレンズ１４のフォーカス位置（ＪＰ）を決定するとともに、圧電素子１８を用いてレンズ１４の現在位置（レンズ位置Ｌ）を決定し、ＪＰにレンズを移動するオートフォーカス制御を行った。この制御では、圧電素子１８からレンズ移動用信号３０を送信した後は、レンズ１４の現在位置を検知していないので、万一、レンズ移動用信号３０を送信した後にレンズ１４の位置が変動した場合には、正確なオートフォーカス制御が行われないことになる。しかしこれに限られず、例えば、圧電素子１８からレンズ移動用信号３０を送信した後も、さらに圧電素子１８を用いてレンズ１４の現在位置を検知し、両者の離間距離に基づいてレンズ１４の位置制御を行うことも可能である。これによれば、レンズ１４の位置が一旦、光学系制御部２０にフィードバックされるので、より高精度なオートフォーカス制御が可能となる。
【００７０】
また、上記実施形態では、圧電素子１８からレンズ移動用信号３０、レンズ位置検出用信号４０を送信し、それぞれ、レンズ１４の移動、レンズ１４の位置検出に使用した。しかしこれに限られず、図５（ｂ）に示すように、それらの信号に加え、さらに、圧電素子１８からレンズ１４のガタツキを補正するためのガタツキ補正用信号５０を送信することもできる。このガタツキ補正用信号５０は、誤ってレンズ１４が移動しないように、その振幅を、レンズ移動用信号３０よりも小さくすることが望ましい。また、圧電素子１８からガタツキ補正用信号５０を送信するタイミングは、レンズ移動用信号３０、レンズ位置検出用信号４０の送信タイミングと重複しないようにする限り、任意に設定可能である。例えば、ＡＦドライバ１２からのデジタル信号に基づくレンズ１４のガタツキ検出操作→ガタツキ補正用信号５０のガイド軸１７ａへの送信によるレンズ１４のガタツキ補正操作→通常のレンズ移動操作→レンズ位置検出処理（ＪＰに一致）→ガタツキ検出操作→ガタツキ補正操作、のシーケンスを設定することができる。この場合、ガタツキ補正操作を行った直後に、その補正操作の結果の確認のためのガタツキ検出操作を行うことができる。
【００７１】
上記実施形態では、ユーザによる携帯電話機１００の取り扱いによる振動等によって、レンズ１４が任意の位置に移動している場合でも、柔軟に対応できる動作フロー（図６参照）を採用した。しかしこれに限られず、図１３に示すように、図６に示すフローチャートにおいて、さらに次のステップＳ１０４ａ及びステップＳ１０８ａを追加することも可能である。これによれば、ユーザによる携帯電話機１００の取り扱いによっては、レンズ１４が移動しない場合に有効な動作フローが実現できる。
【００７２】
図１３に示すフローチャートでは、ステップＳ１０３の次のステップＳ１０３ａにおいて、光学系制御部２０は、ＲＡＭ２１に前回のレンズ位置情報が記憶されているか否かを判別する。つまり、前回のオートフォーカス制御の結果としてのレンズ位置情報がＲＡＭ２１に存在するか否かを判別する（ステップＳ１０３ａ）。
【００７３】
そして、光学系制御部２０は、ＲＡＭ２１に前回のレンズ位置情報が記憶されていないと判別した場合（ステップＳ１０３ａ：ＮＯ）には、ステップＳ１０４〜ステップＳ１０６の処理を行う。一方、ＲＡＭ２１に前回のレンズ位置情報が記憶されていると判別した場合（ステップＳ１０３ａ：ＹＥＳ）には、ステップＳ１０４〜ステップＳ１０６の処理をスキップし、ステップＳ１０７、Ｓ１０７ａの処理を行う。
【００７４】
ステップＳ１０７ａでは、光学系制御部２０は、次回のオートフォーカス制御に備え、ＲＡＭ２１に現在のレンズ位置を記憶する（ステップＳ１０７ａ）とともに、ここでのオートフォーカス制御処理を一旦終了する（ステップＳ１０８）。
【符号の説明】
【００７５】
１０ カメラ装置
１４ レンズ
１４ａ レンズマウント
１７ａ ガイド軸（案内部材）
１７ｂ 支持軸
１８ 圧電素子（アクチュエータ素子）
１９ 光軸
２０ 光学系制御部（制御部）
３０ レンズ移動用信号（第１電気信号）
４０ レンズ位置検出用信号（第２電気信号）
１００ 携帯電話機
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクチュエータ素子と、
前記アクチュエータ素子に電気信号を入力し、該電気信号に基づいて前記アクチュエータ素子から位置検出用の振動信号を発生させる制御部と、を備え、
前記アクチュエータ素子は、対象物に前記位置検出用の振動信号を送信し、該振動信号が前記対象物から反射した振動信号である反射波信号を受信するとともに、該反射波信号を電気信号に変換し、
前記制御部は、前記アクチュエータ素子に入力した電気信号と、前記アクチュエータ素子で前記反射波信号が変換された電気信号と、に基づいて、前記アクチュエータ素子に対する前記対象物の位置を検出する、
ことを特徴とする対象物の位置検出装置。
【請求項２】
レンズを光軸方向に移動させることでフォーカス機能又はズーミング機能を実現する光学構造であって、
請求項１に記載の位置検出装置を備え、
前記アクチュエータ素子は、対象物としての前記レンズに前記位置検出用の振動信号を送信し、前記位置検出装置で検出された前記レンズの位置から目標とする位置に前記レンズを移動させる、
ことを特徴とする光学構造。
【請求項３】
レンズを光軸方向に移動させることでフォーカス機能又はズーミング機能を実現する光学構造であって、
前記レンズを支持するレンズマウントに摩擦係合し、前記レンズマウントを前記光軸方向に移動させるための案内部材と、
外部から入力された電気信号を振動信号に変換するとともに、外部から受信した振動信号を電気信号に変換するアクチュエータ素子と、
前記アクチュエータ素子に第１及び第２電気信号を入力し、当該アクチュエータ素子から、それぞれ、第１及び第２振動信号を送信させるとともに、前記アクチュエータ素子から外部からの振動信号に基づく電気信号を受け取る制御部と、を備え、
前記アクチュエータ素子は、前記制御部からの前記第１電気信号に基づき、前記第１振動信号を前記案内部材に送信し、前記レンズを前記レンズマウントと共に前記案内部材に沿って前記光軸方向に移動させるとともに、前記制御部からの前記第２電気信号に基づき、前記第２振動信号を前記案内部材に送信し、
前記制御部は、前記第２電気信号と、前記第２振動信号が前記レンズマウントで反射して生じた第３振動信号である反射波信号が前記アクチュエータ素子で変換された第３電気信号と、に基づいて、前記光軸方向における前記レンズの位置を検出するとともに、前記アクチュエータ素子に前記第１電気信号を入力し、前記検出したレンズの位置から目標とするレンズの位置に前記レンズを移動させる、
ことを特徴とする光学構造。
【請求項４】
前記アクチュエータ素子は、前記第１振動信号を、前記第２振動信号と異なるタイミングで送信することを特徴とする請求項３に記載の光学構造。
【請求項５】
前記アクチュエータ素子は、前記第２振動信号を、前記第１振動信号よりも高い周波数で送信することを特徴とする請求項３又は４に記載の光学構造。
【請求項６】
前記アクチュエータ素子は、前記第２振動信号を、前記第１振動信号よりも小さい振動振幅で送信することを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記載の光学構造。
【請求項７】
前記アクチュエータ素子は、前記第１及び第２振動信号に対応する前記第１及び第２電気信号の入力に用いる駆動信号用電極端子群と、前記反射波信号に対応する第３電気信号の出力に用いる反射波信号用電極端子群と、を備えていることを特徴とする請求項３乃至６のいずれか１項に記載の光学構造。
【請求項８】
前記アクチュエータ素子は、前記第１及び第２振動信号に対応する前記第１及び第２電気信号の入力に用いる駆動信号用電極端子群、及び、前記反射波信号に対応する第３電気信号の出力に用いる反射波信号用電極端子群の双方として機能する電極端子群、を備えていることを特徴とする請求項３乃至６のいずれか１項に記載の光学構造。
【請求項９】
前記駆動信号用電極端子群は、正極と負極とを交互に積層した構造の電極群を含んで構成されていることを特徴とする請求項３乃至８のいずれか１項に記載の光学構造。
【請求項１０】
前記反射波信号用電極端子群は、正極と負極とを交互に積層した構造の電極群を含んで構成されていることを特徴とする請求項３乃至９のいずれか１項に記載の光学構造。
【請求項１１】
前記アクチュエータ素子は、前記第１振動信号の振動方向が、該振動を生じさせるために当該アクチュエータ素子内の電極間で形成される電界の方向と略直交するものであることを特徴とする請求項３乃至１０のいずれか１項に記載の光学構造。
【請求項１２】
前記アクチュエータ素子は、前記第１振動信号の振動方向が、該振動を生じさせるために当該アクチュエータ素子内の電極間で形成される電界の方向と略平行なものであることを特徴とする請求項３乃至１０のいずれか１項に記載の光学構造。
【請求項１３】
前記アクチュエータ素子は、ＰＺＴ系セラミックス、圧電単結晶、高分子樹脂・セラミックス複合材料からなる群から選ばれる少なくとも１種の材料からなる圧電活性層が一対の電極で挟み込まれた構造を有する圧電素子であることを特徴とする請求項２乃至１２のいずれか１項に記載の光学構造。
【請求項１４】
レンズを所定位置に移動させることでフォーカス機能又はズーミング機能を実現するカメラ装置が搭載された携帯端末であって、
前記カメラ装置は、前記フォーカス機能又はズーミング機能を実現するべく請求項２乃至１３のいずれか１項に記載の光学構造を備えていることを特徴とする携帯端末。
【請求項１５】
アクチュエータ素子に電気信号を入力し、該電気信号に基づいて前記アクチュエータ素子にて位置検出用の振動信号を発生させるステップと、
前記アクチュエータ素子が、対象物に位置検出用の振動信号を送信し、前記対象物から反射した振動信号である反射波信号を受信するステップと、
前記アクチュエータ素子が前記反射波信号を受信し、該反射波信号を電気信号に変換するステップと、
前記アクチュエータ素子に送信した電気信号と、前記アクチュエータ素子で前記反射波信号が変換された電気信号と、に基づいて、前記アクチュエータ素子に対する前記対象物の位置を検出するステップと、
を備えたことを特徴とする対象物の位置検出方法。
【請求項１】
アクチュエータ素子と、
前記アクチュエータ素子に電気信号を入力し、該電気信号に基づいて前記アクチュエータ素子から位置検出用の振動信号を発生させる制御部と、を備え、
前記アクチュエータ素子は、対象物に前記位置検出用の振動信号を送信し、該振動信号が前記対象物から反射した振動信号である反射波信号を受信するとともに、該反射波信号を電気信号に変換し、
前記制御部は、前記アクチュエータ素子に入力した電気信号と、前記アクチュエータ素子で前記反射波信号が変換された電気信号と、に基づいて、前記アクチュエータ素子に対する前記対象物の位置を検出する、
ことを特徴とする対象物の位置検出装置。
【請求項２】
レンズを光軸方向に移動させることでフォーカス機能又はズーミング機能を実現する光学構造であって、
請求項１に記載の位置検出装置を備え、
前記アクチュエータ素子は、対象物としての前記レンズに前記位置検出用の振動信号を送信し、前記位置検出装置で検出された前記レンズの位置から目標とする位置に前記レンズを移動させる、
ことを特徴とする光学構造。
【請求項３】
レンズを光軸方向に移動させることでフォーカス機能又はズーミング機能を実現する光学構造であって、
前記レンズを支持するレンズマウントに摩擦係合し、前記レンズマウントを前記光軸方向に移動させるための案内部材と、
外部から入力された電気信号を振動信号に変換するとともに、外部から受信した振動信号を電気信号に変換するアクチュエータ素子と、
前記アクチュエータ素子に第１及び第２電気信号を入力し、当該アクチュエータ素子から、それぞれ、第１及び第２振動信号を送信させるとともに、前記アクチュエータ素子から外部からの振動信号に基づく電気信号を受け取る制御部と、を備え、
前記アクチュエータ素子は、前記制御部からの前記第１電気信号に基づき、前記第１振動信号を前記案内部材に送信し、前記レンズを前記レンズマウントと共に前記案内部材に沿って前記光軸方向に移動させるとともに、前記制御部からの前記第２電気信号に基づき、前記第２振動信号を前記案内部材に送信し、
前記制御部は、前記第２電気信号と、前記第２振動信号が前記レンズマウントで反射して生じた第３振動信号である反射波信号が前記アクチュエータ素子で変換された第３電気信号と、に基づいて、前記光軸方向における前記レンズの位置を検出するとともに、前記アクチュエータ素子に前記第１電気信号を入力し、前記検出したレンズの位置から目標とするレンズの位置に前記レンズを移動させる、
ことを特徴とする光学構造。
【請求項４】
前記アクチュエータ素子は、前記第１振動信号を、前記第２振動信号と異なるタイミングで送信することを特徴とする請求項３に記載の光学構造。
【請求項５】
前記アクチュエータ素子は、前記第２振動信号を、前記第１振動信号よりも高い周波数で送信することを特徴とする請求項３又は４に記載の光学構造。
【請求項６】
前記アクチュエータ素子は、前記第２振動信号を、前記第１振動信号よりも小さい振動振幅で送信することを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記載の光学構造。
【請求項７】
前記アクチュエータ素子は、前記第１及び第２振動信号に対応する前記第１及び第２電気信号の入力に用いる駆動信号用電極端子群と、前記反射波信号に対応する第３電気信号の出力に用いる反射波信号用電極端子群と、を備えていることを特徴とする請求項３乃至６のいずれか１項に記載の光学構造。
【請求項８】
前記アクチュエータ素子は、前記第１及び第２振動信号に対応する前記第１及び第２電気信号の入力に用いる駆動信号用電極端子群、及び、前記反射波信号に対応する第３電気信号の出力に用いる反射波信号用電極端子群の双方として機能する電極端子群、を備えていることを特徴とする請求項３乃至６のいずれか１項に記載の光学構造。
【請求項９】
前記駆動信号用電極端子群は、正極と負極とを交互に積層した構造の電極群を含んで構成されていることを特徴とする請求項３乃至８のいずれか１項に記載の光学構造。
【請求項１０】
前記反射波信号用電極端子群は、正極と負極とを交互に積層した構造の電極群を含んで構成されていることを特徴とする請求項３乃至９のいずれか１項に記載の光学構造。
【請求項１１】
前記アクチュエータ素子は、前記第１振動信号の振動方向が、該振動を生じさせるために当該アクチュエータ素子内の電極間で形成される電界の方向と略直交するものであることを特徴とする請求項３乃至１０のいずれか１項に記載の光学構造。
【請求項１２】
前記アクチュエータ素子は、前記第１振動信号の振動方向が、該振動を生じさせるために当該アクチュエータ素子内の電極間で形成される電界の方向と略平行なものであることを特徴とする請求項３乃至１０のいずれか１項に記載の光学構造。
【請求項１３】
前記アクチュエータ素子は、ＰＺＴ系セラミックス、圧電単結晶、高分子樹脂・セラミックス複合材料からなる群から選ばれる少なくとも１種の材料からなる圧電活性層が一対の電極で挟み込まれた構造を有する圧電素子であることを特徴とする請求項２乃至１２のいずれか１項に記載の光学構造。
【請求項１４】
レンズを所定位置に移動させることでフォーカス機能又はズーミング機能を実現するカメラ装置が搭載された携帯端末であって、
前記カメラ装置は、前記フォーカス機能又はズーミング機能を実現するべく請求項２乃至１３のいずれか１項に記載の光学構造を備えていることを特徴とする携帯端末。
【請求項１５】
アクチュエータ素子に電気信号を入力し、該電気信号に基づいて前記アクチュエータ素子にて位置検出用の振動信号を発生させるステップと、
前記アクチュエータ素子が、対象物に位置検出用の振動信号を送信し、前記対象物から反射した振動信号である反射波信号を受信するステップと、
前記アクチュエータ素子が前記反射波信号を受信し、該反射波信号を電気信号に変換するステップと、
前記アクチュエータ素子に送信した電気信号と、前記アクチュエータ素子で前記反射波信号が変換された電気信号と、に基づいて、前記アクチュエータ素子に対する前記対象物の位置を検出するステップと、
を備えたことを特徴とする対象物の位置検出方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１１−２３２５００（Ｐ２０１１−２３２５００Ａ）
【公開日】平成２３年１１月１７日（２０１１．１１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１０１９５９（Ｐ２０１０−１０１９５９）
【出願日】平成２２年４月２７日（２０１０．４．２７）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月１７日（２０１１．１１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月２７日（２０１０．４．２７）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
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