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公開番号2020025465
公報種別公開特許公報(A)
公開日20200213
出願番号2019210871
出願日20191121
発明の名称振動型アクチュエータの駆動装置、フォーカスレンズ駆動装置、及び撮像装置
出願人キヤノン株式会社
代理人個人,個人
主分類H02N 2/06 20060101AFI20200121BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】 振動波アクチュエータの動作開始或いは停止時に発生する異音レベルを低減することのできる振動波アクチュエータの駆動装置を提供する。
【解決手段】 振動型アクチュエータの駆動停止期間において、圧電素子の電極に印加する交流信号の電圧振幅及び位相差の少なくとも一方を、それらの不感帯領域の最小値または最大値に設定する。
【選択図】 図6
特許請求の範囲【請求項1】
振動子の電気−機械エネルギー変換素子の第1の電極に印加される第1の交流信号、及び、前記電気−機械エネルギー変換素子電極に印加される第2の交流信号を生成する交流信号生成手段と、前記第1の交流信号と前記第2の交流信号との位相差及び電圧振幅の少なくとも一方を設定する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記振動子の停止状態において、前記第1の交流信号と前記第2の交流信号の電圧振幅をゼロより大きく、かつ不感帯領域内の値に設定するよう構成されており、
前記不感帯領域は、前記振動体が振動していても、被駆動体に対する駆動力は発生しない、前記電気―機械エネルギー変換素子に印加される第1の交流信号及び第2の交流信号の電圧振幅の領域である振動型アクチュエータの駆動装置。
続きを表示(約 2,000 文字)【請求項2】
前記交流信号生成手段は、2相のパルス信号を生成する駆動信号生成手段と、前記2相のパルス信号に応じた交流信号を生成する昇圧回路を含み、
前記制御手段は、前記2相のパルス信号のパルスデューティを制御することで前記交流信号の電圧振幅を制御することを特徴とする請求項1に記載の振動型アクチュエータの駆動装置。
【請求項3】
振動子の電気−機械エネルギー変換素子の第1の電極に印加される第1の交流信号、及び、前記電気−機械エネルギー変換素子電極に印加される第2の交流信号を生成する交流信号生成手段と、前記第1の交流信号と前記第2の交流信号との位相差及び電圧振幅の少なくとも一方を設定する制御手段とを備え、
前記制御手段は、振動子の停止状態において、前記第1の交流信号と前記第2の交流信号の位相差をゼロ以外で、かつ不感帯領域内の値に設定するよう構成されており、
前記不感帯領域は、前記振動体が振動していても、被駆動体に対する駆動力は発生しない、前記電気―機械エネルギー変換素子に印加される第1の交流信号及び第2の交流信号の位相差の領域である振動型アクチュエータの駆動装置。
【請求項4】
前記交流信号生成手段は、2相のパルス信号を生成する駆動信号生成手段と、前記2相のパルス信号に応じた交流信号を生成する昇圧回路を含み、
前記制御手段は、前記2相のパルス信号の位相差を制御することにより前記交流信号の位相差を制御することを特徴とする請求項3に記載の振動型アクチュエータの駆動装置。
【請求項5】
前記制御手段は、前記位相差を、ゼロ以外で、前記不感帯領域内のある値に設定するように構成され、
前記ある値は、前記不感帯領域の下限値と上限値のうち、前記停止状態の後の駆動時の位相差との差が小さい値と、ゼロとの間の領域にある請求項3または4に記載の振動型アクチュエータの駆動装置。
【請求項6】
前記制御手段は、前記振動子が駆動される駆動状態と、前記停止状態とが交互に現れるよう、前記第1の交流信号と前記第2の交流信号を制御するよう構成されている請求項1乃至5のいずれか1項に記載の振動型アクチュエータの駆動装置。
【請求項7】
前記交流信号生成手段は、2相のパルス信号を生成する駆動信号生成手段と、前記2相のパルス信号に応じた交流信号を生成する昇圧回路を含む請求項1、3、5、及び6のいずれか1項に記載の振動型アクチュエータの駆動装置。
【請求項8】
前記制御手段は、前記2相のパルス信号の位相差及びパルスデューティを制御することにより、前記交流信号の電圧振幅と位相差を制御する請求項2、4、及び7のいずれか1項に記載の振動型アクチュエータの駆動装置。
【請求項9】
前記制御手段は、前記振動型アクチュエータの駆動停止期間には前記パルスデューティを、前記不感帯領域の上限値に設定する請求項1、2、及び6乃至8のいずれか1項に記載の振動型アクチュエータの駆動装置。
【請求項10】
前記制御手段は、前記振動型アクチュエータの駆動停止期間には、前記位相差を、前記移動方向に応じて前記不感帯領域の最小或いは最大値に設定する請求項3乃至8のいずれか1項に記載の振動型アクチュエータの駆動装置。
【請求項11】
前記制御手段は、前記振動子に生じる楕円運動の楕円比を決定し、前記楕円比に基づいて前記交流信号の位相差を決定する請求項1乃至10のいずれか1項に記載の振動型アクチュエータの駆動装置。
【請求項12】
前記第1の交流信号と前記第2の交流信号の位相が同じ時に前記振動子に生じる第1の振動モードと、前記第1の交流信号と前記第2の交流信号の位相が逆の時に前記振動子に生じる第2の振動モードを組み合わせることにより前記被駆動体を相対移動させることを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載の振動型アクチュエータの駆動装置。
【請求項13】
フォーカスレンズと、
前記フォーカスレンズを駆動する振動型アクチュエータと、
前記振動型アクチュエータを駆動する請求項1に記載の駆動装置と、
を有する請求項1乃至12のいずれか1項に記載のフォーカスレンズ。
【請求項14】
レンズと、
前記レンズを駆動する振動型アクチュエータと、
前記振動型アクチュエータを駆動する請求項1乃至12のいずれか1項に記載の駆動装置と、
前記レンズの光軸上に設けられた撮像素子と、
を有する撮像装置。
【請求項15】
前記静止状態は、前記レンズの合焦時の前記振動子の一状態である請求項14に記載の撮像装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、振動型アクチュエータを用いた駆動装置に関し、例えば、カメラのフォーカスレンズのウォブリング駆動に好適な振動型アクチュエータの駆動装置に関するものである。
続きを表示(約 12,000 文字)【背景技術】
【0002】
従来、所定の質点に楕円運動を生じさせ、被駆動体を駆動する振動型アクチュエータに関する様々な提案(例えば、特許文献1)がされており、例えば図16に示すような構成が知られている。
【0003】
図16に示すように、この振動型アクチュエータの振動子は、矩形の板状に形成された金属材料から成る弾性体1を備え、弾性体1の裏面には圧電素子2が接合されている。弾性体1の上面の所定位置には、複数の突起部3が設けられている。この構成によれば、圧電素子2に交流電圧を印加することにより、弾性体1の長辺方向における2次の屈曲振動と、弾性体1の短辺方向における1次の屈曲振動とが同時に発生し、突起部3に楕円運動が励起される。そして、突起部3に被駆動体4を加圧接触させることにより、被駆動体4を突起部3の楕円運動によって直線的に駆動することができるようになっている。
【0004】
圧電素子2は、図17に示すように、分極処理されて2つの電極A1、A2を備えている。この2つの電極A1、A2に同相の交流電圧V1、V2を印加することにより、図18(a)に示すように、矩形の弾性体3において長辺方向と平行な方向に延びた2本の節を有する1次の屈曲振動を励振する。また、2つの電極A1、A2に逆相の交流電圧V1、V2を印加することにより、図18(b)に示すように、矩形の弾性体1の短辺方向と平行な方向に延びた3本の節を有する2次の屈曲振動を励振する。そして、1次と2次の屈曲振動(振動モード)の組み合わせにより突起部3に楕円運動を励振し、この際に突起部3に被駆動体4を加圧接触させることで、被駆動体4を直線的に駆動することができるようになっている。
【0005】
ここで、図18(a)に示す1次の屈曲振動によって、突起部3には被駆動体4との加圧接触する接触面と垂直な方向に振動の振幅(以下、Z軸振幅と呼ぶ)が変化する振動が励起される。また、図18(b)に示す2次の屈曲振動によって、突起部3には被駆動体4の駆動方向と平行な方向に振動の振幅(以下、X軸振幅と呼ぶ)が変化する振動が励起される。1次の屈曲振動と2次の屈曲振動を組み合わせることにより、突起部3に図19に示すように楕円運動が励起することができ、Z軸振幅とX軸振幅の大きさの比が、楕円運動の楕円比を表す。そして、印加する交流電圧V1、V2の位相差を変更することにより、X軸振幅の大きさを変え、交流電圧V1、V2の電圧振幅を変更することにより、Z軸振幅の大きさを変えることで、突起部3の励起する楕円運動の楕円比を調整することができる。
【0006】
また、圧電素子2に印加する交流電圧の周波数を振動子の共振周波数に近づけることにより、駆動速度を速くすることができる。また、印加する交流電圧の周波数を振動子の共振周波数から遠ざけることにより、駆動速度を遅くすることができる。例えば、上記の図16に示した振動型アクチュエータの基本的構成において、駆動周波数と駆動速度の関係は、図20に示すような関係になる。即ち、振動子の共振周波数を駆動速度のピークとし、共振周波数よりも高周波側ではなだらかに駆動速度が減少し、且つ低周波側では急激に駆動速度が減少するようなアクチュエータ特性となる。
【0007】
このような振動型アクチュエータは、圧電素子2に印加する2つの交流電圧V1、V2の周波数を変化させることによって、周波数による速度制御(周波数制御)行うことが可能である。また、交流電圧V1、V2の位相を変化させることによって、位相差による速度制御(位相差制御)を行うことが可能である。さらに圧電素子2に印加する2つの交流電圧V1、V2の電圧振幅の大小を変化させることによって、電圧による速度制御(電圧制御)を行うことが可能である。
【0008】
従って、上述した周波数制御、位相差制御、及び電圧制御を組み合わせて振動型アクチュエータの速度制御を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
特開平10−210775号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
しかしながら、楕円比制御などの速度制御により振動型アクチュエータを移動や停止させる時には、図21に示すように点A及び点Bにおいて急激に振動が変動する現象が生じる。これは、振動型アクチュエータの加圧接触部における摩擦力に対して、振動型アクチュエータの駆動力が不十分なために起こる現象である。この現象が起こった際に発生する異音は比較的大きい。特にカメラのフォーカスレンズ駆動に応用した場合に必要な微小往復駆動動作(ウォブリング動作)時にはレンズの光軸方向へ移動と停止が継続して何度も繰り返され、その度に異音が発生するために無視できない問題となる。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明の一様態は、電気−機械エネルギー変換素子の第1の電極に印加される第1の交流信号、及び、前記電気−機械エネルギー変換素子電極に印加される第2の交流信号を生成する交流信号生成手段と、前記第1の交流信号と前記第2の交流信号との位相差及び電圧振幅の少なくとも一方を設定する制御手段とを備え、前記制御手段は、駆動停止期間における前記位相差及び電圧振幅の少なくとも一方を、それらの不感帯領域内で制御することを特徴とする振動型アクチュエータの駆動装置に関する。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、振動波アクチュエータの停止状態において、振動波アクチュエータの加圧接触する接触面と垂直な方向の振動の振幅を小さくすることで、停止状態で発生する異音を低減することができる。また、振動波アクチュエータの移動開始時及び停止時の楕円比の急激な変動を抑えることで、その際に発生する異音を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
本発明を適用した振動型アクチュエータの駆動機構を、フォーカスレンズ駆動装置を例として示した図。
第1の実施形態における振動型アクチュエータの駆動装置のブロック図及び回路図。
パルスデューティと不感帯の関係を説明するための図。
第1の実施形態におけるフローチャート図。
従来の振動型アクチュエータの駆動装置における指令位置と交流信号のパルスデューティ、駆動速度、音圧レベルの関係を示した図。
第1の実施形態における指令位置とパルスデューティ、駆動速度、音圧レベルの関係を示した図。
第2実施形態における振動型アクチュエータの駆動装置のブロック図及び回路図。
位相差と不感体との関係を説明するための図。
第2の実施形態におけるフローチャート図。
従来の振動型アクチュエータの駆動装置における指令位置と交流信号の位相差、駆動速度、音圧レベルの関係を示した図。
第2の実施形態における指令位置と交流信号の位相差、駆動速度、音圧レベルの関係を示した図。
従来の振動型アクチュエータの駆動装置における指令位置と交流信号の位相差、駆動速度、音圧レベルの関係を示した図。
第3の実施形態における指令位置と交流信号の位相差、駆動速度、音圧レベルの関係を示した図。
第4の実施形態のフローチャートを示した図。
第4の実施形態における指令位置と交流信号の位相差、パルスデューティ、駆動速度、音圧レベルの関係を示した図。
従来の振動型アクチュエータの基本的な構成を示す外観斜視図。
図16の振動型アクチュエータにおける圧電素子の分極領域を示す模式図。
振動子の振動モードを示す斜視図。
弾性体の突起部に励起する楕円運動を説明するための図。
振動型アクチュエータの駆動周波数と駆動速度の関係を示す図。
振動型アクチュエータの指令位置と駆動速度の関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【0014】
本発明の実施の形態について、以下に図面を参照して説明する。
【0015】
(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態では、駆動周波数(交流信号の周波数)を調整することにより速度制御を行う振動型アクチュエータの駆動装置について説明する。
【0016】
まず本実施の形態を適用した振動型アクチュエータによる被駆動体の駆動機構を、撮像装置であるカメラにおけるフォーカスレンズ駆動機構を例として、図1を用いて説明する。
【0017】
本実施の形態の振動型アクチュエータによる被駆動体の駆動機構は以下を少なくとも有する。即ち、駆動機構は、電気−機械エネルギー変換素子と少なくとも2か所の接触部が形成された弾性体とを有する振動子が固定された被駆動体と、この被駆動体を摺動自在に保持する、平行に配された第一ガイドバーと第二ガイドバーとを備えている。
【0018】
そして、この電気−機械エネルギー変換素子に対する駆動電圧の印加によって生成された振動子の接触部の楕円運動によって、振動子と該振動子の接触部と接触する第二ガイドバーとの間に相対移動力を発生させる。これによって、被駆動体を第一及び第二ガイドバーに沿って移動可能に構成されている。なお、振動子の具体的構成及び動作原理は図16に示される構成と同様である。
【0019】
具体的には、図1に示すように、本実施の形態の振動型アクチュエータによる被駆動体の駆動機構100は、以下を有する。即ち、駆動機構は、主にレンズホルダ102、レンズ106、振動子101、加圧磁石105、2つのガイドバー103、104及び不図示の基体から構成される。この駆動機構によりオートフォーカス時にレンズ106がそれの光軸方向に移送させられる。撮像装置が光軸上に設けられている(不図示)。
【0020】
2本のガイドバーで構成された第一のガイドバー103、第二ガイドバー104は、互いに平行に配置されるようにそれらの各ガイドバーの両端が、不図示の基体により保持固定されている。
【0021】
振動子101は、金属で形成された板状の弾性体と、電気−機械エネルギー変換素子とを一体に接合して形成される。また、102は被駆動体であり、円筒状のホルダ部102a、振動子101及び加圧磁石105を保持固定する保持部102b、第一ガイドバー103と嵌合してガイドの作用をなす第一のガイド部102c、保持部102bと第二ガイドバー104を挟んで対向する係合部102bを有する。
【0022】
なお、振動子101の少なくとも2箇所の接触部は第二ガイドバー104と加圧磁石105の磁力により加圧接触されている。
【0023】
次に本実施の形態に係わる振動型アクチュエータの駆動装置について、図2を用いて説明する。図2は本発明の第1の実施形態に関わる振動型アクチュエータの駆動装置の構成を示すブロック図及び回路図である。
【0024】
図2(a)に示すように振動型アクチュエータ201は、振動子202及び被駆動体203を備える。被駆動体203は、振動子202の突起部に励起する楕円運動により駆動される。位置検出手段204は、振動子202と被駆動体203の相対位置を検出するものであり、例えば、振動子202または被駆動体203の位置を検出する検出手段を用いることができ、具体的には、例えばリニアエンコーダを用いることができる。位置検出手段204の出力側には制御手段205が接続されている。制御手段205は図2(b)に示すように、位置指令生成手段209、比較手段210、操作量決定知手段211、及び駆動周波数決定手段213を有する。比較手段210は、位置検出手段204の検出位置と位置指令生成手段209から出力された目標位置を比較する。本発明では、この検出位置と目標位置との偏差が制御偏差である。
【0025】
操作量決定手段211は、比較手段210の比較結果から、振動型アクチュエータの操作量を演算する。操作量決定手段211は例えばPID制御器で構成されている。操作量決定手段211の出力側には交流信号の周波数を設定する駆動周波数決定手段213が接続されている。また、駆動周波数決定手段213は操作量決定手段211の出力から振動子202に印加する交流信号の駆動周波数を設定する。即ち、本実施の形態においては、制御偏差に応じて駆動周波数を調整することにより被駆動体の速度制御が行われる。
【0026】
さらに、駆動周波数決定手段213の出力側が駆動信号生成手段206に接続されている。駆動信号生成手段206は、駆動周波数決定手段213で決定された駆動周波数を有する2相のパルス信号を生成する。また駆動信号生成手段206は、パルスデューティ決定手段208に接続されている。パルスデューティ決定手段は、駆動信号生成手段206で生成される2相のパルス信号それぞれのパルスデューティを設定可能に構成されている。この交流信号のパルスデューティの割合を設定することで、設定された割合に応じて出力される交流信号の電圧振幅が変化する。なお、パルスデューティとは、パルス幅をパルス周期で除した値である。
【0027】
ここでの2相のパルス信号のパルスデューティは上限の閾値として50%に設定されている。このパルスデューティが上限の閾値に近いほど、振動型アクチュエータの突起部に生じる楕円運動の振幅が大きくなり、被駆動体の移動速度が速くなる。駆動信号生成手段206の出力側には昇圧回路207が接続されている。
【0028】
昇圧回路207は、図2(c)に示すようにドライバIC214内のスイッチング素子、コイル215、トランス216から構成される。そして、昇圧回路207は、駆動信号生成手段206で生成された2相のパルス信号によりスイッチングした信号をトランス216により昇圧し、昇圧された2相の交流信号が振動子202の圧電素子の複数の電極に印加する。
【0029】
次にパルスディーティの不感帯について図3を用いて説明する。図3は振動型アクチュエータに印加する交流信号のパルスデューティと駆動速度の関係を示した図である。例えば図3に示すように、圧電素子に印加される交流信号の駆動周波数、位相差を一定としてパルスデューティを変化させると、パルスデューティの増減に対して駆動速度が所定の関係で変化する。交流信号のパルスデューティが0に近付くほどZ軸振幅は小さくなり、駆動速度が減少するが、領域Qでは振動子の接触面との摩擦力に対して振動型アクチュエータの駆動力が小さい状態となるため、振動型アクチュエータは停止状態となる。この領域Qは不感帯領域とも呼ばれる。なお、領域Qの範囲は振動型アクチュエータの特性により変動するため、予め振動型アクチュエータの特性を把握し、その特性に応じた領域Qの範囲を設定する。
【0030】
次に、第1の実施形態に関わる制御動作について、図4を用いて説明する。図4はカメラのフォーカスレンズ駆動に応用した場合において微小往復駆動動作(以下、ウォブリング動作と呼ぶ)時のフローチャートを示した図である。
【0031】
図4に示すように、ウォブリング動作をする際には、駆動状態となる前にパルスデューティを所定の割合に設定(S101)し、予め交流信号が印加された状態から開始する(S102)。ここで、図3に示すように不感帯領域内のパルスデューティの値の上限値が5%である場合、このパルスデューティの所定の割合を、例えば5%に設定することができる。このパルスデューティの値を不感帯領域内の値に設定した場合には、振動子の接触面との摩擦力に対して振動型アクチュエータの駆動力が不十分となり、振動子は振動するものの振動子と被駆動体は相対移動しない状態となる。また、この状態においては振動が維持された状態であるため、駆動開始する際には動摩擦力が支配的となり、大きな力を要することなく移動することができる。なお、パルスデューティの値を不感帯領域外の0%とした場合には、停止状態から駆動開始するため静止摩擦力が支配的となり、一時的に大きな力が必要となる。このため、駆動開始時に発生する異音が大きくなる。
【0032】
以上のことから、駆動開始時(駆動開始期間)には、交流信号のパルスデューティの値を、駆動信号が圧電素子が入力されても振動子と被駆動体が相対移動しない領域である、不感帯領域内の値に設定することが好ましい。また、図3に示すように不感帯領域Qでは駆動信号の入力に対する駆動速度が0であり、振動子と被駆動体を相対移動させる際にはパルスデューティを速度の生じる領域までスイープする必要がある。
【0033】
ここで、パルスデューティ―のスイープ量が大きい場合、振動子(振動型駆動装置)の駆動開始時に、瞬間的に振動子に大きな入力が入り、異音が発生することがある。つまり、振動子停止時のパルスデューティと、その後の振動子の駆動開始時における交流信号のパルスデューティとの差が大きい場合、駆動開始時にパルスデューティを大きく変化させることになるため、振動子に瞬間的に大きな入力が入り、異音が発生することがある。従って、振動子が停止状態の時に、パルスデューティを不感帯領域の上限または下限の値とすることで、その後の駆動開始時の異音の発生をより効果的に抑制することができる。そのため、例えば、予めパルスデューティを、不感帯領域の上限値である5%に設定することが好ましい。
【0034】
ここで、振動子が停止状態の際、パルスデューティの値が不感帯領域Q内で、かつ0より大きければ、その後の駆動開始時の異音の発生を抑制することができる。例えば、パルスデューティの値が、不感帯領域の上限値の半分から上限値の間とすることで、発生する異音をより効果的に抑制することができる。
【0035】
このように駆動開始時にパルスデューティは、0より大きく、不感帯領域内の値とすることで、異音発生を抑制することができ、不感帯領域の上限値の半分から上限値(上記の例では2.5〜5.0%)の間の値とすることで、より異音発生を低減することができる。更に、不感帯領域の上限値に設定することで、より効果的に異音の発生を低減することができる。
【0036】
次に、目標位置を設定(S103)し、PID制御などの位置フィードバック制御を用いて、振動型アクチュエータを駆動し、振動子202または被駆動体203を目標位置まで移動させるための駆動を行う(S104)。そして、パルスデューティを所定値である5%から上限値である50%まで徐々に増加させる(S105)。次に、振動子202と被駆動体203の相対位置が目標位置に到達したかを判定(S106)し、到達した場合はパルスデューティを上限の50%から所定値の5%に向けて徐々に減少させ(S107)(駆動停止期間)、目標位置で停止している間はその値を維持する。目標位置に到達していない場合は、パルスデューティを上限の50%のまま、PID制御などの位置フィードバック制御を用いて、振動子202と被駆動体203の相対位置を目標位置まで移動させる(S104)。最後に、ウォブリング動作の終了の判定(S108)をし、終了である場合はPID制御などの位置フィードバック制御を停止(S109)して電源をOFF(S110)する。継続してウォブリング動作を行う場合は、次の目標位置を設定(S103)し、PID制御などの位置フィードバック制御を用いて、目標位置に向けて振動子202または被駆動体203の移動を開始する。
【0037】
次に、第1の実施形態を適用した際の効果について、図5を用いて説明する。図5は従来のウォブリング動作時の振動型アクチュエータの指令位置とパルスデューティ、駆動速度、音圧レベルの関係を示した図である。図6は第1の実施形態を適用したウォブリング動作時の振動型アクチュエータの指令位置とパルスデューティ、駆動速度、音圧レベルの関係を示した図である。
【0038】
図5に示すように、従来のウォブリング動作開始時は振動型アクチュエータを移動させるためにパルスデューティを0%から50%まで増加している。またウォブリング動作停止時にはパルスデューティを50%に一定としている。さらにウォブリング動作終了時にはパルスデューティを0%まで減少している。この場合、前述した信号のパルスデューティの不感帯である領域Q(図3参照)も含めてPID制御などの位置フィードバック制御をするため、接触部における楕円運動のZ軸振幅の急激な変化により、異音が生じる。またウォブリング動作停止時はパルスデューティを上限の50%に一定としているため、振動型アクチュエータが停止状態であっても、必要以上にZ軸振幅を生じることで異音の音圧レベルが増加する。
【0039】
これに対して第1の実施形態を適用した場合、図6に示すようにウォブリング動作開始時(駆動開始期間)には、パルスデューティを例えば5%から上限値である50%まで上げる。またウォブリング動作停止時(駆動停止期間)にはパルスデューティを上限値である50%から例えば5%まで下げる。さらにウォブリング動作終了時にはパルスデューティを0%まで下げる。このようにパルスデューティを、不感帯を除いた領域で調整して急激な変化を抑えることで、ウォブリング動作開始時及び停止時に発生する異音の音圧レベルを減少することができる。さらにウォブリング動作の停止状態ではパルスデューティを例えば5%としてZ振幅を最小限に抑えることで、停止状態での音圧レベルを最小限に抑えると共に移動開始時の異音の音圧レベルを減少することができる。
【0040】
つまり、振動型アクチュエータの停止状態において、振動型アクチュエータの振動子と被駆動体が加圧接触する接触面と垂直な方向の振動の振幅を小さくすることで、停止状態で発生する異音を低減することができる。また、振動型アクチュエータの駆動開始時及び停止時の楕円比の急激な変動を抑えることで、その際に発生する異音を低減することができる。
【0041】
ここでは、昇圧回路に入力される交流信号のパルスデューティ―を制御することで駆動信号である交流信号の電圧振幅を制御する例を説明したが、電圧振幅を制御することができればよく、本願はこの様態に限定されない。例えば、昇圧回路に入力される交流信号の絶対値を制御することでも、振動子に印加される交流信号の電圧振幅を制御することができる。
【0042】
(第2の実施形態)
本発明の第2の実施形態では、圧電素子の複数の電極に印加される複数の交流信号の周波数(駆動周波数)とそれら交流信号間の位相差の調整により速度制御を行う振動型アクチュエータの駆動装置について説明する。
【0043】
本実施の形態ではウォブリング動作により振動型アクチュエータが連続して同方向へ移動する際に騒音を低減するための方法について述べる。
【0044】
図7(a)に示すように振動型アクチュエータ701は、振動子702及び被駆動体703を備える。被駆動体703は、振動子702の突起部に励起する楕円運動により駆動される。位置検出手段704は、実施の形態1と同様に、振動子702と被駆動体703の相対位置を検出するものであり、例えば、リニアエンコーダにて構成される。位置検出手段704の出力側には制御手段705が接続されている。制御手段705は、図7(b)に示すように、位置指令生成手段709、比較手段710、操作量決定手段711、楕円比決定手段712、及び駆動周波数決定手段713を有する。比較手段710は、位置検出手段704の検出位置と位置指令生成手段709から出力された目標位置を比較する。操作量決定手段711は、比較手段710の比較結果から、振動型アクチュエータの操作量を演算する。操作量決定手段711は、例えばPID制御器で構成されている。操作量決定手段711の出力側には、楕円運動における楕円の比率を設定する楕円比決定手段712と、交流信号の周波数を設定する駆動周波数決定手段713が接続されている。楕円比決定手段712は、操作量決定手段711の出力から、被駆動体の移動方向と平行な方向に振動する振幅(以下、X軸振幅と呼ぶ)の比率を設定し、その比率を実現する交流信号の位相差を設定する。また、駆動周波数決定手段713は、操作量決定手段711の出力から振動子702に印加する交流信号の駆動周波数を設定する。即ち、本実施の形態においては、制御偏差に応じて交流信号の位相差と周波数を調整することにより被駆動体の速度制御が行われる。
【0045】
さらに、楕円比決定手段712及び駆動周波数決定手段713の出力側が駆動信号生成手段706に接続されている。駆動信号生成手段706は、周波数決定手段で決定された周波数で、かつ楕円比決定手段712で決定された楕円比(位相差)を有する2相のパルス信号を生成する。また駆動信号生成手段706は、パルスデューティ決定手段708に接続されている。パルスデューティ決定手段708は、駆動信号生成手段706で生成された2相のパルス信号のパルスデューティを設定可能に構成されている。この2相のパルス信号のパルスデューティの割合を設定することで、設定された割合に応じて出力される交流信号の電圧振幅が設定される。ここでは、パルスデューティは上限の閾値として50%に設定されている。
【0046】
駆動信号生成手段706の出力側には昇圧回路707が接続されている。昇圧回路707は図7(c)に示すようにドライバIC714内のスイッチング素子、コイル715、トランス716から構成される。そして、昇圧回路707は、駆動信号生成手段706で生成された2相のパルス信号によりスイッチングした信号をトランス716により昇圧し、昇圧された2相の交流信号は振動子702の圧電素子の複数の電極に印加する。
【0047】
次に楕円比の不感帯について図8を用いて説明する。図8は振動型アクチュエータに印加する交流信号の位相差と駆動速度の関係を示した図である。図8に示すように、圧電素子に印加される交流信号のパルスデューティ、駆動周波数を一定として楕円運動の楕円比を変化させるために交流信号の位相差を増減させると駆動速度が所定の関係で変化する。位相差が0に近付くほどX軸振幅(駆動方向の振幅)は小さくなり、駆動速度が減少するが、不感帯領域Pでは振動子の接触面との摩擦力に対して振動型アクチュエータの駆動力が小さい状態となるため、振動型アクチュエータは停止状態となる。なお、パルスデューティを減少させ、Z軸振幅(突き上げ方向、すなわち振動子と被駆動体の加圧方向の振幅)を小さくすると、この位相差の不感帯領域Pの範囲は広くなる。逆にパルスデューティを増加させ、Z軸振幅を大きくすると、この位相差の不感帯領域Pの範囲は狭くなる。
【0048】
また、図8に示す不感帯領域Pは正負が均等な割合となっているが、振動型アクチュエータの特性によりこの割合は変動するため、予め振動型アクチュエータの特性を把握し、その特性に応じた不感帯領域Pの範囲を設定する。
【0049】
次に、第2の実施形態に関わる制御動作について、図9を用いて説明する。図9は第2の実施の形態を適用したウォブリング動作時の動作フローチャートを示した図である。
【0050】
図9に示すように、ウォブリング動作を行う際には、駆動状態となる前に予め交流信号を印加された状態から開始する(S201)。次に目標位置を設定(S202)し、振動子702と被駆動体703の相対移動方向を判定(S203)する。移動方向が順方向である場合、交流信号の位相差を例えば図8に示す不感帯領域の最大値である20°に設定(S204)する。移動方向が逆方向である場合には、交流信号の位相差を図8に示す不感帯領域の最小値である−20°に設定(S205)する。
(【0051】以降は省略されています)

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