CN100438306C - 振动式驱动装置，其控制设备以及具有上述二者的电子设备 - Google Patents

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Abstract

一种振动式驱动装置包括振动元件，此元件包括驱动部件和电动机械能转换元件，此转换元件具有电极并且用于在对电极供给驱动信号时使驱动部件移动；和从动元件，此元件保持与振动元件的驱动部件接触。按照供给电动机械能转换元件的电极的驱动信号，振动元件激发两个弯曲振动模式下的振动，其中在一个模式下节点产生的方向垂直于在另一个模式下节点产生的方向。利用两个弯曲振动模式，能防止振动元件的自然振动频率增加，并且能使一个弯曲振动模式下出现的节点的位置和另一个弯曲振动模式下出现的腹点的位置相互符合，以便能使驱动部件的位移量大。

Description

振动式驱动装置，其控制设备以及具有上述二者的电子设备
技术领域
本发明涉及一种具有一个振动元件和一个从动元件的振动式驱动装置，并且更特别地涉及振动元件的结构布置。
背景技术
各种常规的直线运动超声波致动器包括一个平板状振动元件。例如，U.S.Patent No.5,698,930公开这样一种超声波致动器，它具有一个形成为平板状振动元件的弹性体。在纵向振动(振荡)模式和弯曲振动模式两者下，能在平板状振动元件中发生振动。而且，在这些模式下由振动所引起的位移运动相互合并，以产生椭圆运动或圆周运动。
另一个称为从动元件的元件(部件)保持与板状振动元件接触，以在两个元件之间引起相对运动。
Japanese Laid-Open Patent Application No.Hei 6-311765公开了另一种具有平板状振动元件的超声波驱动器的例子。这里，平板状振动元件以两个弯曲振动被激发。振动元件的结构布置参考图35A、图35B和图35C。
在图35A中，示出了一个平板状弹性体100。在弹性体100的一个表面上结合一个压电元件101。在第一弯曲振动模式下发生振动，振动的特性示于图35B，并且在第二(不可平面)弯曲振动模式下，振动的特性特性示于图35C。
图35B所示的振动的特性指示第一弯曲振动模式具有交叉状节点X1和Y1，其中在突起部分102a、102b、102c和102d引起Z方向的振动位移运动。图35C所示的振动的特性指示第二不可平面弯曲振动模式具有沿Y方向的两个节点X2和X3，其中在突起部分102a和102d引起X方向的振动位移运动。
在图35A中，在突起部分102a至102d的顶端上的接触部分105a、105b、105c和105d上，设置未示出的从动元件(一个受驱动的元件)，从动元件保持与接触部分105a至105d压力接触。
由第一和第二弯曲振动所引起的振动位移运动相互合并，以便在突起部分102a至102d的顶端上在X-Z平面之内产生椭圆运动。因此，振动元件和从动元件能相互之间相对运动。
然而，上述常规振动式驱动装置有缺点。在激发弯曲振动和纵向振动的第一型式下(U.S.Patent No.5,698,930)，在纵向振动主模式下在平板状弹性体中激发振动，因为导致提高了共振频率，所以平板状振动元件的尺寸难以减小。相应地，不能扩大椭圆运动的振幅。这样能引起在个别驱动装置中驱动性能波动。
在激发两个弯曲振动的第二型式下，在图35C的第二不可平面振动模式下在板状弹性体中激发振动，以便具有减小弹性体的尺寸的优点。然而，在图35B的第一振动模式下，在这个弯曲振动模式下出现交叉状节点，所以应变的分布变得复杂。因此，要求一些措施来激发这样的振动。
此外，在图35B所示的弯曲振动模式下，突起部分102a至102d远离沿Z方向引起最大位移量的位置。因此，难以对突起部分102a至102d提供足够量的振动位移，以及对从动元件施加较大的驱动力。
发明内容
按照本发明的一个方面，公开一种振动式驱动装置。该振动式驱动装置具有一个振动元件，该振动元件进一步包括一个驱动部件和一个具有电极的电动机械能转换元件。该电动机械能转换元件使用一个供给电极的驱动信号，以使驱动部件移动。该振动式装置还包括一个与驱动部件接触的从动元件。使用驱动信号，振动元件激发两个弯曲振动模式下的振动，其中在一个模式下节点产生的方向与另一个模式下节点产生的方向不平行。例如，在一个模式下节点产生的方向可以与另一个模式下节点产生的方向垂直。
应用如上所述构成的振动式驱动装置，有可能防止振动元件的自然振动频率增加，并且还可能使一个弯曲振动模式下出现的节点的位置与另一个弯曲振动模式下出现的腹点的位置相互重合。
按照本发明的另一个方面，提供一种振动式驱动装置，它包括一个振动元件和一个从动元件，振动元件包括一个弹性体和一个电动机械能转换元件，电动机械能转换元件至少具有两个电极，并且安排在对两个电极分别施加两个具有相同频率的不同相位的驱动电压下，引起弹性体激发振动；从动元件保持与弹性体接触，其中振动元件响应输入的两个使得各自相位相同的驱动电压，能够形成第一弯曲振动模式，并且响应输入的两个使得各自相位相互相反的驱动电压，能够形成第二弯曲振动模式，而且其中使第一弯曲振动模式和第二弯曲振动模式相互合并，以使振动元件和从动元件相互相对驱动。
应用如上所述构成的振动式驱动装置，有可能使电动机械能转换元件的电极图形具有更简单的布置。
按照本发明的又一个方面，提供一种控制设备，它包括一个用于控制振动式驱动装置的运算电路。
对本领域技术人员来说，阅读以下连同附图所作的其优选实施例的详细描述，本发明的以上和其他方面、特点和优点将变得显而易见。
附图说明
图1A和图1B是表示按照本发明的第一实施例的振动式驱动装置的透视图。
图2A和图2B是说明第一实施例的振动元件的振动模式的示意图。
图3A和图3B是表示第一实施例的多层压电元件的结构布置的示意图。
图4是表示第一实施例的振动元件的电连接状态的示意图。
图5是表示第一实施例的振动元件的一个可选择形式的透视图。
图6A和图6B是说明第一实施例的振动元件的可选择形式的振动模式的示意图。
图7A和图7B是表示第一实施例的变更的例子的示意图。
图8是表示按照本发明的第二实施例的振动式驱动装置的透视图。
图9A和图9B是表示第二实施例的多层压电元件的结构布置的示意图。
图10是表示第二实施例的振动元件的电连接状态的示意图。
图11是表示本发明的第三实施例的压电元件的结构布置的示意图。
图12是表示作为第三实施例的压电元件的可选择形式的多层压电元件的示意图。
图13是表示作为第三实施例的压电元件的可选择形式的多层压电元件的电连接状态的示意图。
图14A和图14B是表示本发明的第四实施例的多层压电元件的结构布置的示意图。
图15是表示本发明的第五实施例的振动元件的透视图。
图16A和图16B是说明第五实施例的振动元件的振动模式的示意图。
图17是表示第五实施例的压电元件的结构布置的示意图。
图18是表示本发明的第六实施例的振动元件的透视图。
图19A和图19B是说明第六实施例的振动元件的振动模式的示意图。
图20是表示按照第六实施例的振动式驱动装置的透视图。
图21是表示第六实施例的压电元件的电极图形的示意图。
图22是用矢量表示施加于压电元件的电压与振动模式之间的关系的示意图。
图23是表示作为第六实施例的变更的一个例子的振动式驱动装置的透视图。
图24A和图24B是说明图23所示的振动式驱动装置的振动元件的振动模式的示意图。
图25是表示作为第六实施例的变更的另一个例子的振动式驱动装置的透视图。
图26A和图26B是说明图25所示的振动式驱动装置的振动元件的振动模式的示意图。
图27是表示按照本发明的第七实施例的透镜单元的机构的示意图。
图28是说明第七实施例的控制设备的方块图。
图29是表示第七实施例的施加电压的相位差与振幅之间的关系的示意图。
图30是表示第七实施例的振动式驱动装置的驱动频率与驱动速度之间的关系的示意图。
图31A和图31B是用于说明第七实施例的振动式驱动装置的突起部分的椭圆运动的示意图。
图32A和图32B是用于说明按照本发明的第八实施例的振动式驱动装置的突起部分的椭圆运动的示意图。
图33是说明第八实施例的控制设备的方块图。
图34是表示第八实施例的施加电压的相位差与振幅之间的关系的示意图。
图35A、图35B和图35C是表示按照相关技术的振动元件的透视图。
具体实施方式
参考附图，将详细描述本发明的实施例。
(第一实施例)
图1A和图1B是表示用作按照本发明的第一实施例的振动式驱动装置的一个直线式超声波致动器10的外观的透视图。
在图1A中，直线式超声波致动器10由一个振动元件1和一个直线滑动器6构成。
振动元件1由一个矩形薄板状的多层压电元件5，和一个由弹性体制成，并且整体结合在多层压电元件5的一端表面上的驱动板2构成。多层压电元件5还有多个薄板状压电元件膜，各在其前表面上具有多个电极。多层压电元件5是一个电动机械能量转换元件，在此响应对其供给的电信号而发生机械位移。多层压电元件5的优选尺寸可以约为10×6×0.6(mm)。
驱动板2具有一个形成为矩形状的板部分，和两个在板部分的顶表面上各形成为突起形状的突起部分3-1和3-2。在突起部分3-1和3-2的顶端表面上，形成接触部分4-1和4-2，它们安排与作为从动元件的直线滑动器6保持接触。因而，突起部分3-1和3-2保持与直线滑动器6接触，然后起一个驱动部件的作用，以使直线滑动器6相对振动元件1运动。
将振动特性优良的不锈钢用于驱动板材料。由于接触部分4-1和4-2要求良好的摩擦系数、耐磨损性或其他类似要求，所以不锈钢还经受热处理。
应该注意驱动板2的材料不限于不锈钢，并且可以是如常规振动式驱动装置中那样的另一种金属。
突起部分3-1和3-2借助于冲压或其他类似方式与驱动板2整体形成。这里，突起部分3-1和3-2及驱动板2可以分开形成，然后相互固定到一起，但是其整体形成能产生这样有利效果，即有可能减少要求的部件数和成本，有可能因为减少装配工作的步骤数而增加装置的装配生产率，以及有可能因为不必对部件定位而防止个别部件的精度波动。
图1B说明用于支持振动元件1的结构布置。如图1B所示，将一个多层压电元件5固定在一个印刷电路板7上，印刷电路板7向多层压电元件5供给一个驱动信号(驱动电压)。还示出了一个固定在设备上的静止部件8，以便将超声波致动器10安装其上。一个支持部件9将振动元件1安装在静止部件8上，以允许振动元件1的振动，并且安排使振动元件1与滑动器6压力接触。虽然未示出，其他结构部件能用于支持振动元件1，振动元件1可包括以不妨碍振动的方式固定振动元件1的固定装置，使振动元件和从动元件相互压力接触的装置，和给压电元件提供驱动信号的装置。以下，为了简单起见，将在振动元件1的结构布置的描述中，省略印刷电路版7、静止部件8和支持部件9。注意包括突起部分3-1和3-2的振动元件1的示例尺寸为10×6×2(mm)
图2A和图2B表示在两个振动模式(模式-A和模式-B)下出现的振动元件1的形状。各振动模式是一个弯曲振动模式，其中板状振动元件1沿不可平面方向弯曲。参考X、Y和Z坐标系统，将描述这两个模式(模式-A和模式-B)。
预先确定振动元件1的形状，以便使两个振动模式下的共振频率相互近似符合。图2A和图2B所示的振动元件1的共振频率约为80kHz。图2A是如Y方向所见的振动元件1的视图。当振动元件1在模式-A下被激发时，振动节点(α)出现在如图2A的下半部所示的三点或直线(次弯曲振动模式)。这些节点沿振动元件1的Y方向延伸。
在模式-A下，当振动元件1从X方向所见时，无振动节点出现。如图2A所示，突起部分3-1和3-2安排在模式-A下的振动中出现节点的位置处或附近。因此，如图2A箭头所示，模式-A下的振动引起接触部分4-1和4-2沿X方向作往复运动。
因而，由于突起部分3-1和3-2安排在模式-A下的节点的位置处或附近，所以突起部分3-1和3-2能沿X方向移动到最大范围。
图2B是如X方向所见的振动元件1的视图。当振动元件1在模式-B下被激发时，振动节点(β)出现在如图2B的下半部所示的两点或直线(主弯曲振动模式)。这些节点沿振动元件1的X方向延伸。换句话说，模式-A下的振动节点组和模式-B下的振动节点组相互不平行，而是在X-Y平面内相互垂直。在模式-B下，当振动元件1从Y方向所见时，无振动节点出现。
如图2B所示，突起部分3-1和3-2安排在模式-B下的振动中出现腹点的位置处或附近。因此，如图2B箭头所示，模式-B下的振动引起接触部分4-1和4-2沿Z方向作往复运动。
因而，由于突起部分3-1和3-2安排在模式-B下的腹点的位置处或附近，所以突起部分3-1和3-2能沿Z方向移动到最大范围。如上所述，突起部分3-1和3-2沿X方向和Z方向两者移动到很大程度，所以有可能对直线滑动器6施加大驱动力。
当对多层压电元件5供给预期驱动信号时，由于反向压电效应，在振动元件1中引起上述振动模式(模式-A和模式-B)。然后，以这样方式激发振动，以便在模式-A和模式-B下的振动之间的相位差成为90°或近似90°，因此在接触部分4-1和4-2产生图1A所示的X-Z平面之内的椭圆运动。因此，直线滑动器6沿X方向运动，以便它由产生椭圆运动处的接触部分4-1和4-2所推动。
这里，将描述当引起上述振动模式(模式-A和模式-B)时在振动元件1中发生的应变。
首先，在模式-A的情况下，图2A和2B所示的符号(+)和(-)代表在振动元件1中由振动引起变形时，沿X方向发生的应变分量的标记。符号(+)指示多层压电元件5沿X方向膨胀，而符号(-)指示多层压电元件5沿X方向收缩。
在考虑符号(+)和(-)下，沿厚度方向(Z方向)将多层压电元件5分成两个区域，以在X方向无应变发生处的中性平面T1形成边界。此外，符号(+)和(-)的标记沿X方向穿过多层压电元件5的中心附近而相反(参见图2A)。
在模式-B的情况下，如果考虑在多层压电元件5中发生的沿Y方向的应变分量的标记，沿厚度方向(Z方向)将多层压电元件5分成两个区域，以Y方向无应变发生处的中性平面T2为边界(见图2B)。
图3A是表示多层压电元件5的分层结构的示意图。第一实施例所使用的多层压电元件5用例如十个的压电元件膜L(L1至L10)形成，以一个在另一个上面的方式结合。
由于各压电元件膜的示例厚度约为0.06mm，所以多层压电元件5的厚度约为0.6mm。在各压电元件膜L2至L10的前表面上，形成如图3A所示的电极膜P1至P4。而且，形成穿透压电元件膜的通孔电极H1至H4，以与在上层和下层上形成的电极膜形成传导。
在压电元件膜L2至L10中的各偶数压电元件膜L2、L4、L6、L8和L10上，形成两个电极膜P1和P2，它们沿图3A中的X方向近似对称。类似地，在压电元件膜L3至L9中的各奇数压电元件膜L3、L5、L7和L9上，形成两个电极P3和P4，它们沿图3A中的X方向近似对称。
电极膜P1与通孔电极H1电连接。类似地，电极膜P2与通孔电极H2电连接，电极膜P3与通孔电极H3电连接，以及电极膜P4与通孔电极H4电连接。在形成多层压电元件5的前表面的压电元件膜L1上，形成4个通孔电极H1至H4。通孔电极H1至H4起作用，以与压电元件膜L2和随后压电元件膜上形成的电极膜，以及外部端子形成传导。
图3A所示的符号(+)和(GND)代表在极化的时候出现的电位。例如，通过在电极膜P1与在压电元件膜L3上形成的电极膜P3之间的电位，使压电元件膜L2的电极膜P1的区域沿厚度方向(Z方向)极化。同样，使用电极膜P2与在压电元件膜L3上形成的电极膜P4之间的电位，使压电元件膜L2的电极膜P2的区域沿厚度方向(Z方向)极化。类似地，通过相关电极膜之间的电位，使各压电元件膜L3至L9沿厚度方向(Z方向)极化。
在图3B中，示意示出多层压电元件5的极化状态，对应于在多层压电元件5的前表面上暴露的通孔电极H3作为共电位下，当对通孔电极H1施加电位时，以及在通孔电极H4作为共电位下，当对通孔电极H2施加电位时的情形。因而，如图3A和图3B所示，多层压电元件5分成沿X方向近似对称的两个区域。而且，当沿厚度方向(Z方向)看见时，对应于两个区域，多层压电元件5具有沿相同方向极化的区R1和R2。
图4表示振动元件1的底表面。这个底表面包括多层压电元件5的前表面，它具有终端电极H1至H4。终端电极H1至H4还用作在压电元件膜L1上形成的通孔电极。
在图4中，对终端电极H1施加电位V1。类似地，对终端电极H2施加电位V2，对终端电极H3施加电位V3，以及对终端电极H4施加电位V4。现在假定电位V1与电位V3之间的差是电位差E1，以及电位V2与电位V4之间的差是电位差E2。这里，以这样方式确定个别电位V1至V4，以便电位差E1和E2成为模式-A和模式-B下的共振频率附近的交流信号。此外，以这样方式确定个别电位V1至V4，以便电位差E1和E2的信号的电平成为相同。
虽然区R1和R2沿相同方向极化，但是它们可以沿相反方向极化，以便使得有可能执行具有如上所述相同结构的超声波致动器的驱动。
此外，在第一实施例中，虽然将单个多层压电元件5用作振动元件1的压电元件，但是可以使用多个压电元件，以获得如多层压电元件5的相同功能。另外，区R1和R2可以用各自不同的多层压电元件形成。
总之，在按照第一实施例的超声波致动器中，将两个弯曲振动模式(模式-A和模式-B)合并，以在突起部分3-1和3-2(接触部分4-1和4-2)产生椭圆运动，其中在模式-A下节点产生的方向与在模式-B下节点产生的方向近似垂直，并且其中各自频率相互近似一致。
应用两个弯曲振动模式，能减小振动元件的尺寸而不增加驱动频率。于是，在振动元件的尺寸减小下，能减小超声波致动器的尺寸。
另一方面，将由多个压电元件膜构成的多层压电元件5用作一个用于激发振动元件中的振动的压电元件，以便在压电元件能被实现的情况下，它的结构适合于在振动元件中激发振动。与使用单个压电元件的情况比较，还能使驱动信号电平保持较低。
此外，将多层压电元件5分成沿预定方向(X方向)近似对称的两个区域，并且使两个区域起作用以在两个振动模式下激发，以便能使多层压电元件具有简单结构。结果，压电元件的整个区域能参与驱动从动元件，并且除去了任何不涉及驱动从动元件的压电元件的区域，以便尽管使用小尺寸振动元件，也能获得足够的输出动力。
换句话说，即使当减小振动元件尺寸时，也能获得足够动力以驱动从元件，并且能实现输出特性优良的振动元件。另一方面，如果振动元件保持普通尺寸，振动元件能产生较大输出动力。
因而，即使在一种用作振动式驱动装置的超声波致动器中，它使用上述振动元件，也能不管尺寸而获得较大输出动力。
应该注意振动元件的结构不限于如第一实施例所述的振动元件的结构。例如，可得到如图5所示这样的超声波致动器10。
在图5中，在振动元件1的顶表面上的近似中心位置，形成一个突起部分3-1。同样，在突起部分3-1的顶端上，形成一个保持与直线滑动器6接触的接触部分4-1。其他结构布置与第一实施例所述类似(图1A)。
在振动模式(模式-A和模式-B)和使用的多层压电元件5下，获得图6A和图6B所示的振动状态。形成突起部分3-1的位置是模式-A下的节点的位置以及模式-B下的腹点的位置。因此，在突起部分3-1的接触部分4-1，由模式-A下的振动产生如图6A箭头所示X方向的往复运动。同样，在接触部分4-1，由模式-B下的振动产生如图6B箭头所示Z方向的往复运动。
这样产生的Z方向和X方向的运动引起接触部分4-1作椭圆运动，从而引起直线滑动器6和振动元件1相互相对运动。
如图5所示，由于在振动元件1上形成单个突起部分3-1，可行的缩短(减小尺寸)与突起部分3-1保持接触的直线滑动器6。于是，在直线滑动器6减小尺寸下，可以进一步减小超声波致动器10的尺寸。
在第一实施例中，使模式-A为不可平面的次弯曲振动模式，并且使模式-B为不可平面的主弯曲振动模式。
形状为矩形的振动元件1的驱动板2关于一个通过驱动板2的中心，并且沿X方向或Y方向(见图1A)延伸的平面近似对称。因此，如图2A和图2B所示，在振动元件1中关于上述平面对称的位置处产生模式-A和模式-B下的节点和腹点。
因此，如图1A所示，能在振动元件1上在近似对称位置处形成两个突起部分3-1和3-2。同样，如图5所示，能在振动元件1的中心位置的附近形成单个突起部分3-1。虽然如此，单个突起3-1关于上述平面成为对称。
在突起部分3-1和3-2如上所述安排下，振动元件1能在突起部分3-1和3-2平等地受到直线滑动器6的反作用力。此外，由于直线滑动器6与接触部分4-1和4-2之间的位置关系变得稳定，有可能实现一种振动式驱动装置，它能够不受环境或其他这样变化影响而产生稳定输出动力。
此外，在如上所述的第一实施例中，直线运动的直线滑动器6用作超声波致动器10中的一个从动元件。然而，按照本发明的从动元件不应限于直线滑动器6。更具体地，可以将一个形成为圆筒、圆盘、椭圆或其他类似形状的部件用作从动元件，并且可以使这样的部件作旋转运动。
图7A和图7B示出用于产生这样的旋转运动的超声波致动器10的结构布置。在图7A和图7B中，使用一个与第一实施例类似的振动元件1，并且使一个盘形转子30(见图7A)或环形转子31(见图7B)与振动元件1接触，以便完成超声波致动器10。
应用如上所述的超声波致动器10的结构布置，转子30或31沿图7A和图7B所示箭头方向作旋转运动。
(第二实施例)
图8是表示一个直线式超声波致动器10的外观的透视图，它用作按照本发明的第二实施例的振动式驱动装置。
在图8中，振动元件1由一个形成为矩形薄板形状的多层压电元件5，和两个与多层压电元件5在其前表面上整体形成的突起部分3-1和3-2构成。在突起部分3-1和3-2的顶端表面上，形成有接触部分4-1和4-2，它们保持与用作从动元件的直线滑动器6接触。
因而，虽然在第一实施例中，多层压电元件5、驱动板2及突起部分3-1和3-2构成振动元件1，但是在第二实施例中，多层压电元件5及突起部分3-1和3-2构成振动元件1。
突起部分3-1和3-2要求具有优良的摩擦系数或耐磨损性特性，并且在第二实施例中，氧化铝用作突起部分3-1和3-2的材料。在第二实施例中在振动元件1中引起的两个振动模式(模式-A和模式-B)如第一实施例所述那些相同(见图2A和图2B)。
图9A和图9B表示第二实施例中多层压电元件5的分层结构的示意图。多层压电元件5用例如十二个的压电元件膜L(L1至L12)形成，以一个在另一个上面的方式结合。由于各压电元件膜的厚度(示例)约为0.06mm，所以多层压电元件5的厚度约为0.72mm。
在图9A中，在压电元件L2至L12的前表面上，形成电极膜P1至P6，它们分成沿X方向近似对称的两组。在各压电元件膜L2、L4和L6上，形成电极膜P1和P2，并且在各压电元件膜L8、L10和L12上，形成电极膜P5和P6。在压电元件膜L3至L11中的奇数压电元件膜L3、L5、L7、L9和L11上，形成电极膜P3和P4。
电极膜P1至P6分别与通孔电极H1至H6电连接。更具体地，电极膜P1与通孔电极H1电连接，电极膜P2与通孔电极H2电连接，电极膜P3与通孔电极H3电连接，电极膜P4与通孔电极H4电连接，电极膜P5与通孔电极H5电连接，以及电极膜P6与通孔电极H6电连接。
在压电元件膜L1上形成的通孔电极H1至H6用作终端电极，它们用于在多层压电元件5与外部之间引导电连接。当终端电极H1和H2给定正电位时，终端电极H3和H4给定负电位，并且终端电极H5和H6给定共电位，以便引起如图9中符号(+)、(-)和(GND)所示的极化。
图9B示意表示多层压电元件5的内部极化方向。如图9B所示，在压电元件膜L2至L6的范围内形成区R1和R2，并且在压电元件膜L7至L11的范围内形成区R3和R4。
作为振动元件1的部分的多层压电元件5的动作如下。
多层压电元件5的区R1和R2安排在图2A和图2B所示的中性平面T1和T2之上，并且区R3和R4安排在中性平面T1和T2之下。
如图10所示，对在多层压电元件5的前表面上形成的终端电极H1至H6，施加电位V1至V4。更具体地，对终端电极H1和H5施加电位V1。对终端电极H3施加电位V3。现在假定电位V1与V3之间的电位差为电位差E1。
当对多层压电元件5施加具有电位差E1的电位时，区R1和R3具有关于极化和电位差相反方向的特性，例如，在区R1中产生膨胀应变，并且同时，在区R3中产生收缩应变。换句话说，多层压电元件5起一个类似成对区R1和R3的双压电晶片那样的作用。
另一方面，对终端电极H2和H6施加电位V2，并且对终端电极H4施加电位V4。现在假定电位V2与V4之间的电位差为电位差E2。
当对多层压电元件5施加具有电位差E2的电位时，例如，在区R2中产生膨胀应变，并且同时，在区R4中产生收缩应变。换句话说，多层压电元件5起一个类似成对区R2和R4的双压电晶片那样的作用。
在使用具有上述结构布置的多层压电元件5的振动元件1中，使振动在构成振动元件1的部分的几乎整个区域内产生。
按照第二实施例，与使用单个压电元件的情况比较，尽管驱动信号的电压水平较低，但是使用多层压电元件5使得可以获得足够的输出动力，而且使得可以实现小尺寸和强动力的振动式驱动装置。
(第三实施例)
图11表示一个直线式超声波致动器中的压电元件5的结构布置，用作按照本发明的第三实施例的振动式驱动装置。在第三实施例中，驱动板2、突起部分3-1和3-2及超声波致动器10结构如第一实施例所述那些(图1A)相同，但是超声波致动器10中的压电元件的结构与第一实施例所述不同。
如图11所示，在压电元件5的一个端表面上，形成有5个电极膜P1至P5，它们安排沿X方向和Y方向两者近似对称。电极膜P1和P2以及电极膜P3和P4安排为关于通过压电元件5的中心的X轴近似对称。
同样，电极膜P1和P3以及电极膜P2和P4安排关于通过压电元件5的中心的Y轴近似对称。
此外，在一个通过压电元件5的中心附近并且沿X方向延伸的区域上，形成一个电极膜P5。现在假定在压电元件5中，用如上所述电极膜P1至P5所围绕的部分，以及在压电元件5的背面上形成的共电极(即沿Z方向从电极膜P1至P5延伸的区)，分别为区R1至R5。
在区R1至R5中，如图11符号(+)和(-)所示引起极化。应用结合在振动元件1中的上述压电元件5，当对电极膜P1至P 4供给一个共驱动信号时，在区R1、R2和区R3、R4中产生相反方向的应变。
然后，压电元件5的这样变形引起其如第一实施例所述的模式-A下的振动。当对电极膜P5供给另一个驱动信号时，引起如第一实施例所述的模式-B下的振动。
在各区R1至R5中，例如，能按照设计任意地确定其沿Y方向的宽度。在这样确定下，能确定在两个振动模式下(模式-A和模式-B)产生的输出动力，以便在振动元件1中产生的椭圆运动的形状是可控制的。结果，有可能实现一种驱动效率优良的超声波致动器。
在第三实施例中，可以将一个多层压电元件用作压电元件5。参考图12描述第三实施例的这样一个变更，图12表示多层压电元件5的结构。这里，使用压电元件膜、电极膜和通孔电极的结构如前面实施例所述相同，并且因此省略其详细描述。
多层压电元件5由十层电极膜，即压电元件膜L1至L10构成。在压电元件膜L2至L10中的各偶数压电元件膜L2、L4、L6、L8和L10上，形成五个电极膜P1至P5。同样，在压电元件膜L3至L9中的各奇数压电元件膜L3、L5、L7和L9上，形成一个电极膜P6，它几乎覆盖各压电元件膜的整个表面。
各压电元件膜由电极膜P1至P5和电极膜P6所围绕，并且与相关电极膜相对应的部分起个别驱动区的作用。现在假定与电极膜P1至P5相对应的这样区分别是区R1至R5。这些区R1至R5按如图11所示的压电元件相同方式安排。
当对区R1至R4施加一个电位时，激发如第一实施例所述的模式-A下的振动，并且当对区R5施加一个电位时，激发如第一实施例所述的模式-B下的振动。
在第三实施例的变更中的多层压电元件5与外部之间的电传导按如图13示意所示的这样方式实行。更具体地，对终端电极H1至H4施加一个电位V1，对终端电极H5施加一个电位V2，并且对终端电极H6施加一个电位VG。终端电极H1至H6分别起在压电元件膜L1至L10上形成的通孔电极H1至H6的作用。
因而，区R1至R4给定电位V1与电位VG之间的电位差E1，并且区R5给定电位V2与电位VG之间的电位差E2。应用如上所述安排的多层压电元件5和驱动信号，按参考图11所述相同方式，由区R1至R4激发模式-A下的振动，并且由区R5激发模式-B下的振动。
(第四实施例)
图14A和图14B表示一个直线式超声波致动器中的多层压电元件5的结构布置，用作按照本发明的第四实施例的振动式驱动装置。这里，振动元件1和超声波致动器10的结构如第二实施例所述那些(图8)相同，并且因此省略其详细描述。
如图14A所示，第四实施例的多层压电元件5由十二个压电元件膜L1至L12构成。在压电元件膜L1至L12上，按如前面实施例所述相同方式，形成电极膜P1至P4和通孔H1至H4。
如图14B所示，在各压电元件膜L2、L4和L6上形成的电极膜P1和P2，以及在各压电元件膜L3、L5和L7上形成的电极膜P3，使得压电元件膜L2至L6具有区R1和R2。这样区R1和R2仅起用于激发模式-A下的振动的作用。
同样，如图14B所示，在各压电元件膜L8、L10和L12上形成的电极膜P4，以及在各压电元件膜L7、L9和L11上形成的电极膜P3，使得压电元件膜L7至L11具有区R3。
在通孔电极H3设为一个共电位下，当对通孔电极H1和H4施加一个正电位，并且对通孔电极H2施加一个负电位时，所获得的电极膜P1至P4的电位状态用图14A所示的符号(+)、(-)和(GND)表示。如按上述方式极化的这样状态用图14B中的箭头示意指示。如图14B所示，区R1和R2沿相反方向极化。
当将具有上述结构的多层压电元件5结合在振动元件1中时，区R1和R2不包括图2A和图2B所示的中性平面T1，并且位于中性平面T1的一侧。区R3不包括中性平面T2，并且位于中性平面T2的一侧。
当将第四实施例的多层压电元件5结合在振动元件1中时，对所获得的振动状态进行描述。如前面实施例那样，对终端电极H1至H4分别施加电位V1至V4。终端电极H1至H4还起在各压电元件膜上分别形成的通孔电极H1至H4的作用。
现在假定电位V1与V3之间的电位差为E1，电位V2与V3之间的电位差为E2，以及电位V4与V3之间的电位差为E3。
首先，描述振动元件1中的模式-A下的振动的激发(与第一实施例相同)。在按电位差E1与电位差E2成为相等的方式影响电传导并确定驱动信号的情况下，分别在区R1和R2引起相反方向的应变。在本例中，在区R3中产生与电位差E3相对应的激发力，但是区R3不作为模式-A下的激发力的生成区。
换句话说，模式-A下的振动在单压电晶片状态下操作为激发力的区R1和R2激发下产生。
同样，模式-B下的振动(与第一实施例相同)在单压电晶片状态下操作为激发力的区R3激发下产生。
按照第四实施例，构成振动元件1的整个区域能参与产生从动元件(直线滑动器6)上的驱动力，以便能实现一种在减小尺寸与增加输出动力之间具有兼顾性的超声波致动器。
(第五实施例)
图15是表示用作按照本发明的第五实施例的振动式驱动装置的一个直线式超声波致动器中的振动元件1的外观的透视图。在图15中，振动元件1用一个形成为近似矩形状的薄板构成。在振动元件1的一个端表面上，安排四个突起部分3-1至3-4。然后，在突起部分3-1至3-4的顶端上，分别形成接触部分4-1至4-4，它们保持与一个从动元件(未示出)接触。
此外，振动元件1由一个形成为近似矩形状的压电元件5，和一个在其上与其整体形成突起部分3-1至3-4的驱动板2构成。如图16A和图16B所示，安排振动元件1，以便在两个弯曲振动模式(模式-A和模式-B)下激发振动。
如图16A所示，模式-A是次不可平面弯曲振动模式，其中在沿X方向的三个点产生节点，以及如图16B所示，模式-B是第三不可平面弯曲振动模式，其中在沿Y方向的四个点产生节点。各突起部分3-1至3-4安排在产生模式-A下的节点和产生模式-B下的腹点处的位置附近。
模式-A下的振动引起在突起部分3-1至3-4处产生沿X方向的往复运动，并且模式-B下的振动引起在突起部分3-1至3-4处产生沿Z方向的往复运动。然后，按这样方式激发两个振动模式(模式-A和模式-B)下的振动，以实现其相位的适当关系，以便能在接触部分4-1至4-4处产生椭圆运动。
这里，如上所述，由于各突起部分3-1至3-4安排在产生模式-A下的节点，以及产生模式-B下的腹点的位置处，所以能使突起部分3-1至3-4沿X方向和Z方向两者移动到较大程度。因此，能将振动元件1的较大驱动力施加在从动元件上，以便能实现强动力的振动式驱动装置。
图17表示在按照第五实施例的振动元件1中所使用的压电元件5的电极膜的布置。在压电元件5的一个端表面上，形成六个电极膜P1至P6。在压电元件5中，按如前面所述相同方式，形成与电极膜P1至P6相对应的区R1至R6。
这样安排区R1和R4以及区R2和R5及区R3和R6，以便关于通过压电元件5的中心的Y轴对称。此外，这样安排区R1至R3以及区R4至R6，以便沿Y方向直线对准。
区R1至R6沿压电元件5的厚度方向极化。在图17中，符号(+)和(-)用于指示区R1至R6的个别极化状态。
对其中使用上述压电元件5的振动元件1的动作进行描述。
首先，对区R1至R3供给一个共驱动信号V1，并且对区R4至R6供给另一个共驱动信号V2。
当驱动信号V1与驱动信号V2波形和相位都符合时，在振动元件1中激发模式-B下的振动。同样，当驱动信号V1与驱动信号V2波形符合，但是驱动信号V1与驱动信号V2相位按180度或180度左右不同时，在振动元件1中激发模式-A下的振动。
当驱动信号V1与驱动信号V2波形符合，但是驱动信号V1与驱动信号V2相位相对差90度时，在相对保持90度的相位差下，在振动元件1中激发模式-A和模式B下的振动。
结果，在接触部分4-1至4-4产生沿相同方向的椭圆运动。这样椭圆运动的轨迹在接触部分4-1至4-4为相同形状，并且在接触部分4-1、4-2与接触部分4-3、4-4之间，椭圆运动的时间相位相差180度。
在按照第五实施例的振动式驱动装置中，安排多个突起部分3-1至3-4，并且形成多个接触部分4-1至4-4。因此，能使从动元件与振动元件之间的接触区如突起部分的增加数那样多地增加，以便能更可靠地保证从动元件与振动元件1之间的驱动力的传递。
(第六实施例)
在上述振动元件中，要求一个具有各自专用电极的压电元件，用于激发振动元件中多个振动模式下的振动。因此，必须使用一个具有复杂电极图形的压电元件，或使用一个由多个压电元件构成的多层压电元件，以一个在另一个上面结合的方式。此外，由于极化的方向与个别电极图形不同，所以极化的过程变得复杂。
在本发明的第六实施例和随后实施例中，描述一个进一步改进的振动元件，其中使一个电动机械能转换元件具有简化电极图形。
图18是表示用作按照本发明的第六实施例的振动式驱动装置的一个直线式超声波致动器中的振动元件1的外观的透视图，。在图18中，示出了一个驱动板2、一个压电元件(电动机械转换元件)5和多个突起部分3，驱动板2由一个矩形平板形用金属制成的弹性体构成，压电元件5结合在驱动板2的背面，而突起部分3设置在驱动板2的顶表面上。
如后面所述，突起部分3安排与一个从动元件(一个受驱动的元件)保持接触。这里，在各突起部分3上，可以设置一个摩擦系数或耐磨损性优良的接触部分。此外，突起部分3可以借助于冲压或其他类似方式与驱动板2整体形成，或可以与驱动板2分开形成，然后固定在驱动板2上。
如果突起部分3和驱动板2整体形成，能减少振动元件1的装配工作的步骤数，并且因为不必对部件(突起部分3)定位，所以能避免个别部件的精度波动。
如后面所述，在按照第六实施例的振动元件1中，能激发两个弯曲振动模式下的振动，并且使两个弯曲振动模式合并，以在突起部分3的顶端产生椭圆运动。
这里，按这样方式确定振动元件1的形状，以便上述两个弯曲振动模式的各自共振频率相互近似符合。更具体地，通过适当地设置驱动板2的纵向(较长边)的尺寸，以及与其纵向垂直的方向(较短边)的尺寸，能使两个弯曲振动模式的各自共振频率相互符合。
以下描述在振动元件1中引起的两个弯曲振动模式。
图19A和图19B是说明两个弯曲振动模式的示意图。如从图19A和图19B将会理解，按照第六实施例的超声波致动器的振动元件1具有如图2A和图2B所示的第一实施例的振动元件的那些相同振动模式。
这里，如果两个突起部分3安排为关于通过驱动板2的中心的X-Z平面或Y-Z平面对称，则振动元件1能在突起部分3处平等地受到滑动器6(见图20)的反作用力。此外，由于滑动器6与突起部分3之间的位置关系变得稳定，所以有可能不受环境、负载或其他类似情况的变化的影响，使振动元件1的输出动力稳定。
当按预定相位差产生如上所述的模式-A和模式-B下的振动时，能在突起部分3的顶端产生椭圆运动。如图20所示，作为从动元件的滑动器6安排与突起部分3的顶端保持压力接触。因此，滑动器6能响应突起部分3的椭圆运动而沿箭头L的方向运动。
图21是表示按照第六实施例的压电元件的电极图形的示意图。在图21中，在压电元件5上，通过沿压电元件5的纵向(X方向)分成两个相等部分，形成所获得的电极区。此外，在各自电极区中的极化方向相同(+方向)。
在压电元件5的两个电极区中，对位于图21中右侧的电极区，施加一个交流电压(V1)，并且对位于左侧的电极区，施加一个交流电压(V2)。
在图21中，假定V1和V2是这样的交流电压，它们具有模式-A下的共振频率附近的频率，并且具有相差180°的各自相位，则在某一时刻，右侧电极区中的压电元件部分收缩，并且左侧电极区中的压电元件膨胀。同样，在一个不同时刻，获得收缩与膨胀之间的相反关系。结果，在振动元件1中产生模式-A下的振动。
此外，假定V1和V2是这样的交流电压，它们具有在模式-B下的共振频率附近的频率，并且具有相同的相位，则整个压电元件(两个电极区)在某一时刻膨胀，并且在一个不同时刻收缩。结果，在振动元件1中产生模式-B下的振动。
另外，将两个电极区的一个电极区中的极化方向设为(+)方向，并且将另一个电极区中的极化方向设为(-)方向。
在这种情况下，通过对两个电极区施加这样的交流电压(V1和V2)，它们具有模式-A下的共振频率附近的频率，并且具有相同的相位，则能在振动元件1中产生模式-A下的振动。同样，通过对两个电极区施加这样的交流电压(V1和V2)，它们具有模式-B下的共振频率附近的频率，并且具有180°的相位差，则能在振动元件1中产生模式-B下的振动。
这里，参考图22描述电压V1和V2与振动模式模式-A和模式-B之间的关系。
按照如上所述使用图21的描述，V1和-V2的矢量的合并成为一个表示模式-A的矢量，以及V1和V2的矢量的合并成为一个表示模式-B的矢量。这里，假定V1和V2的振幅(V1和V2的矢量的大小)相同，并且V1与V2之间的相位差为一个在0°与180°之间的相位差θ(0°＜θ＜180°)，如图22所示，应该理解(V1+V2)和(V1-V2)是正交的矢量。
这就意味同时产生模式-A和模式-B下的振动，并且其相位差为90°。结果，能在驱动板2上的突起部分3产生椭圆运动，能使保持与突起部分3接触的滑动器6被驱动。
换句话说，如果使V1和V2的电压振幅相同，并且使V1与V2之间的相位差θ不在0°和180°之间，则能同时产生模式-A和模式-B下的振动，并且其相位差成为90°或-90°。此外，如果改变V1与V2之间的相位差θ，则能改变模式-A和模式-B下的振动的振幅。
如上所述，即使在使用这样一个具有简单结构的压电元件5的振动元件1中，其中沿振动元件1的纵向将其电极图形分成两个相等的电极区，并且各自电极区的极化方向相同，则能在振动元件1的突起部分3产生椭圆运动。
在电极图形具有这样简单结构的条件下，能使与电极区连接的导线的布置简化。此外，在使极化方向在整个压电元件区上相同的条件下，与具有不同极化方向的压电元件比较，过程较容易，并且由于在电极区的边界附近的压电元件的刚性变得均匀，所以能产生理想振动。
此外，在用于驱动从动元件的两个弯曲振动模式下，与借助于弯曲振动和纵向振动的合并来驱动一个从动元件的另一种振动式驱动装置比较，能减小振动式驱动装置，同时防止自然频率增加。
虽然没有讨论，但是应该注意本发明不限于次弯曲振动模式(模式-A)和主弯曲振动模式(模式-B)的合并来驱动从动元件。
更具体地，只要当以V1和V2施加具有0°相位差的交流电压时所引起的模式，和当以V1和V2施加具有180°相位差的交流电压时所引起的模式的合并能产生椭圆运动，可以使用任何类型的弯曲振动模式(不同序的弯曲振动模式)。
同样，应该注意可以适当地设置突起部分3的布局和数目。例如，可以如图23所示，在驱动板2的中心设有一个突起部分3，或可以如图25所示，在驱动板2上设有四个突起部分3。
在图23所示的振动元件1中，突起部分3响应模式-A下的振动，沿如图24A所示的X方向作往复运动，并且响应模式-B下的振动，沿如图24B所示的Z方向作往复运动。于是，使模式-A和模式-B下的振动合并，以在突起部分3的顶端产生椭圆运动，以便滑动器6沿箭头L的方向运动。
这里，由于突起部分3安排在产生模式-A下的节点和产生模式-B下的腹点的位置附近，所以突起部分3沿X方向和Z方向两者的位移程度变得很大，以便能在滑动器6上施加较大驱动力。
同样，在图25所示的振动元件1中，突起部分3各自响应模式-A下的振动，沿如图26A所示的X方向作往复运动，并且响应模式-B下的振动，沿如图26B所示的Z方向作往复运动。于是，使模式-A和模式-B下的振动合并，以在突起部分3的顶端产生椭圆运动，以便使一个保持与突起部分3接触的从动元件(未示出)沿Y方向驱动。
这里，由于四个突起部分3各自安排在产生模式-A下的节点和产生模式-B下的腹点的位置附近，所以突起部分3沿X方向和Z方向两者的位移程度变得很大。
此外，在第六实施例中，虽然已经描述了一个形成如图20所示的条形状的从动元件(滑动器6)保持与突起部分3接触的情况，但是本发明不限于这样情况，并且可以使用各种形状的从动元件。
(第七实施例)
在本发明的第七实施例中，振动式驱动装置的结构布置与第六实施例所述类似，并且因此在以下描述中省略。
在第七实施例中，将第六实施例的直线式超声波致动器用作一个透镜单元中的驱动源，用于一个作为电子设备的摄像机。图27示出该透镜单元的截面图(沿与光轴垂直的方向切开的截面图)。
在图27中，标号11指示一个透镜筒。标号12指示一个透镜(拍照透镜)，它由一个构架13保持。标号14指示一个轴，当透镜12沿光轴方向(与图27的画图表面垂直的方向)运动时，它用作导向功能。这里，透镜12沿光轴方向可移动，以便改变照相光学系统的焦距。
标号1指示第六实施例所述的超声波致动器的振动元件，其中其突起部分3安排与构架13上设有的滑动器6保持接触。
标号14A和14B分别指示一个编码标尺和一个光投影及接收元件，它们构成一个已知编码器，用于检测沿透镜12的光轴方向的位置。在该编码器中，光投影及接收元件14B将光投影到编码标尺14A，然后光投影及接收元件14B读出编码标尺14A的反射光，从而检测透镜12的位置信息。
其次，描述超声波致动器的一种控制方法。图28是说明第七实施例的控制设备的方块图。
在图28中，标号10指示一个用作振动式驱动装置的超声波致动器。受超声波致动器10驱动的透镜12的位置信息由编码器(图27所示的编码标尺14A和光投影及接收元件14B)检测，然后由一个位置计数器17测量。在位置比较部分18，将位置计数器17测量的透镜12的位置信息与一个外部输入的位置命令比较。在位置比较部分18获得的比较结果输入到一个相位差选择部分19和一个频率确定部分20。位置比较部分18、相位差选择部分19和频率确定部分20合并起一个运算电路作用，用于控制超声波致动器10的驱动速度。
如第六实施例所述，如果使施加于超声波致动器10(压电元件)的两个电极的两个交流电压(V1和V2)的振幅相同，并且使两个交流电压(V1和V2)之间的相位差θ不为0°和180°之间，则在振动元件1中产生其相位差为90°的模式-A和模式-B下的振动。
这里，模式-A和模式-B下的振动的振幅(Aa)和(Ab)的大小分别由以下公式(1)和(2)给定。振幅是当两个交流电压(V1和V2)之间的相位差θ为任意值(从0°到180°)时而引起。
Aa＝|2×cos((П-θ)/2)|    ...(1)
Ab＝|2×cos(θ/2)|         ...(2)
图29表示由以上公式(1)和(2)获得的模式-A和模式-B下的振幅与两个交流电压(V1和V2)之间的相位差θ之间的关系。在图29中，横轴指示相位差θ，并且纵轴指示两个振动模式(模式-A和模式-B)下的振幅的大小。另外，在将V1与V2之间的180°相位差设定为边界下，模式-A和模式-B下的振动之间的相位差在90°与-90°之间转换。换句话说，从动元件(滑动器6)的驱动方向在V1与V2之间的180°相位差的两边(沿图29所示的+方向和-方向)相反。
这里，通过在位置比较部分18将从位置计数器17获得的透镜12的位置信息，与外部输入位置命令所指示的透镜12的目标位置(停止位置)比较，确定超声波致动器使滑动器6驱动的方向。然后，按照如所确定的驱动方向，在相位差选择部分19选择V1与V2之间的相位差θ。更具体地，如果滑动器6的驱动方向设为(+)方向，则使V2与V1的相位差θ为90°，并且如果驱动方向设为(-)方向，则使V2与V1的相位差θ为270°。
应该注意，虽然即使在相位差θ不是90°或270°也可能驱动透镜，但是在第七实施例中选择90°和270°，它们各自是一个引起模式-A和模式-B下的振动的振幅均匀地产生的相位差θ。
其次，描述驱动频率的一种控制方法。施加于超声波致动器10的交流电压(V1、V2)的驱动频率与驱动速度之间的关系，与使用共振的典型超声波致动器相同，并且如图30所示，具有这样的特性，驱动速度在共振频率(fr)设为峰值，在共振频率(fr)的较高频率侧适度地减小，并且在共振频率(fr)的较低频率侧快速地减小。
如果用上述特性控制驱动速度，驱动控制应该用高于共振频率(fr)的频率范围内的频率实现。
在位置比较部分18，测量基于位置计数器17的输出的透镜12的当前位置与外部输入目标位置之间的偏差。在频率确定部分20，如果上述偏差大，使驱动频率较接近于共振频率(fr)，从而增加驱动速度。另一方面，如果偏差小，使驱动频率向较高频率侧进一步偏离共振频率(fr)，从而减小驱动速度。
另外，可以这样安排驱动控制，如果透镜12的位置偏差在预定范围之内，不对超声波致动器施加交流电压(V1和V2)。
在驱动信号产生电路21，产生两个信号(对应于V1和V2)，它们具有相位差选择部分19所选择的相位差θ，和频率确定部分20所确定的频率。两个驱动信号由升压电路22升压到一个使超声波致动器能够操作的电压。
将升压的交流电压(V1和V2)施加于超声波致动器10(压电元件)。按照上述结构，能提供一种透镜单元，使透镜12能够快速地移动到目标位置。
(第八实施例)
如上所述，按照透镜12的当前位置与目标位置之间的差，通过对用作振动式驱动装置的超声波致动器所施加的交流电压(V1、V2)改变频率，使驱动速度改变。此外，按照从动元件(滑动器6)的驱动方向，选择90°或270°作为施加电压V1与V2之间的相位差θ。
在这种情况下，在振动元件的突起部分(图18中的3)产生的椭圆运动进入这样一种驱动状态，即如图31A和图31B所示，模式-A下的振幅与模式-B下的振幅的比不变，并且仅使模式-A和模式-B下的振幅的大小改变，模式-A下的振幅是沿椭圆运动的横向的振幅，模式-B下的振幅是沿椭圆运动的纵向的振幅。
在打算以较低速度驱动透镜12的这种情况下，在第七实施例中描述的上述驱动方法使模式-B下的振幅太小(见图31B)，以便在椭圆运动的较低侧，即甚至在运动方向与滑动器6的驱动方向相反的时候，突起部分3可能与滑动器6成为接触，并且可能得不到稳定的低速驱动操作。
本发明的第八实施例将进一步改进第七实施例，以便实现稳定的低速驱动操作。以下描述第八实施例的控制方法。
应该注意，在第八实施例中，超声波致动器的结构如第六实施例所述相同，并且将这样的超声波致动器结合在第七实施例所述的透镜单元中。
为了以低速稳定地驱动超声波致动器，希望使模式-B下沿向上推滑动器6的方向的振动的振幅较大，并且使模式-A下沿驱动滑动器6的方向的振动的振幅较小。
例如，如图32A和图32B所示，如果按这样方式控制滑动器6的驱动速度，以便使模式-B下的振幅不变，并且使模式-A下的振幅可变，则滑动器6能从高速驱动到低速驱动的宽广范围内稳定地被驱动。
图33是说明第八实施例的控制设备的方块图。该控制设备设有一个相位差确定部分23，和一个振幅确定部分24。因而，位置比较部分18、相位差确定部分23和振幅确定部分24合并起一个运算电路作用，用于控制超声波致动器10的驱动速度。其他特点与第七实施例所述的那些类似。
在第八实施例中，将施加于超声波致动器的交流电压(V1和V2)各自的频率固定在大约共振频率(fr)的预定频率，然后调整V1与V2之间的相位差θ及V1和V2各自的振幅，以便控制驱动速度。
如第七实施例所述，虽然模式-A和模式-B下的振幅与施加于超声波致动器中压电元件的电极的电压(V1和V2)之间的相位差的关系，变成如图29所示的这样关系，但是在V1和V2各自的电压振幅在0°到180°的相位差θ范围之内稳定的情况下，这种关系也为正确。
在这种情况下，如图29虚线所示，模式-B下的振幅将按照相位差θ变化。因此，在第八实施例中，通过按照相位差θ改变施加电压(V1和V2)各自的振幅，使模式-B下的振幅稳定。
图34表示当施加电压(V1和V2)振幅按照V1与V2之间的相位差θ变化，以便模式-B下的振幅不变时，所获得的振幅的特性。在连接图34所示的圆形标记的线上，各电压振幅与图29所示的模式-B下的振幅成反比，并且用来补偿模式-B下的振幅的变化。更具体地，按照相位差θ由下列公式(3)获得的系数(K)，用乘法获得电压V1和V2各自的电压振幅：
K＝|1/(2×cos(θ/2))|    ...(3)
使用以上公式(3)获得的个别电压振幅得到如图34所示的圆形标记所表示的这样关系。将具有这样获得的振幅的电压施加于压电元件的两个电极，以便模式-B下的振幅成为如图34所示虚线所指示的恒定振幅。
在本例中，如图34所示的实线所示，模式-A下的振幅结果具有这样特性，随相位差θ从0°到180°增进而增加，并且随相位差θ从180°到360°增进而减小。应该注意，如图29那样，在将相位差180°设为边界下，在图34的右侧(-方向侧)与左侧(+方向侧)之间，驱动方向相反。
在第八实施例中，驱动控制操作的描述如下。首先，在位置比较部分18，将透镜12的当前位置与目标位置比较。在相位差确定部分23，根据位置比较部分18提供的比较结果，确定驱动方向，并且确定是否将V1与V2之间的相位差θ设在相位差θ小于180°(图34中+方向的范围)的某值，，或设在相位差θ大于180°(图34中-方向的范围)的某值。
此外，在相位差确定部分23，按这样方式确定相位差θ，以便使驱动速度等于透镜12的当前位置与目标位置之间的距离差。
例如，如果要使透镜12(滑动器6)沿(+)方向驱动，并且要使驱动速度高，则将相位差θ确定在小于180°范围内的一个大值。如果要使驱动速度设为低，则将相位差θ确定在小于180°的范围内的一个小值。在这个范围内，模式-B下的振幅恒定，并且模式-A下的振幅随相位差从0°向180°增进而增加，以便能使驱动控制操作从低速驱动到高速驱动稳定地驱动。
另一方面，如果要使透镜12(滑动器6)沿(-)方向驱动，并且要使驱动速度设为高速，则将相位差θ确定在大于180°的范围内的一个小值。如果要使驱动速度设为低速，则将相位差θ确定在大于180°的范围内的一个大值。在这个范围内，其中相位差θ大于180°，则模式-B下的振幅恒定，并且模式-A下的振幅随相位差从360°向180°减小而增加，以便可以从低速驱动到高速驱动稳定地执行驱动控制操作。
在相位差确定部分23确定相位差θ之后，在振幅确定部分24，确定与所确定的相位差θ相对应的一个电压振幅(图14所示的连接圆形标记的线上的一个值)。按照相位差θ通过使用公式(3)，可以获得所确定的电压振幅，或者，由预先存储在一个存储电路中的表示多个相位差θ与多个电压振幅之间的关系的代表数据，可以获得所确定的电压振幅。
然后，在相位差确定部分23所确定的相位差θ的值，和在振幅确定部分24所确定的电压振幅的值这两个代表数据作为输入，并对驱动信号产生电路21提供数据，以根据输入数据产生驱动信号。然后将驱动信号供给增压电路22，在增压电路22形成增压的电压(V1和V2)，并且供给超声波致动器的压电元件。
在上述驱动控制操作中，由于使模式-B下的振动的振幅稳定，模式-B下的振动是在超声波致动器的振动中沿向上推滑动器6的方向的振动，并且模式-A下的振动的振幅变化，所以能使滑动器6在从高速驱动到低速驱动的宽广范围内稳定地驱动。
已经具体参考其某些优选实施例详细描述了本发明，但是如上所述，并且如所附权利要求所注意，对本领域技术人员来说，在不违反本发明的范围下，能实现各种变化和变更。

Claims (17)

1.一种振动式驱动装置，包括：
振动元件，该振动元件进一步包括驱动部件，和具有电极的电动机械能转换元件，其中电动机械能转换元件能够使用供给电极的驱动信号，以使驱动部件移动；和
从动元件，与所述振动元件的驱动部件接触，
其中所述振动元件使用驱动信号，以激发第一和第二弯曲振动模式下的振动，
其中第一弯曲振动模式能够沿一个方向产生节点，所述方向与第二弯曲振动模式的节点产生方向不平行。
2.根据权利要求1的振动式驱动装置，其中第一弯曲振动模式的节点产生方向与第二弯曲振动模式的节点产生方向垂直。
3.根据权利要求2的振动式驱动装置，其中所述驱动部件包括突起。
4.根据权利要求2的振动式驱动装置，其中所述驱动部件安排在产生第一弯曲振动模式下的节点和产生第二弯曲振动模式下的腹点的位置处。
5.根据权利要求2的振动式驱动装置，其中所述驱动部件安排在产生第一弯曲振动模式下的节点和产生第二弯曲振动模式下的腹点的位置处。
6.根据权利要求2的振动式驱动装置，其中所述电动机械能转换元件是由多层构成的压电元件。
7.根据权利要求6的振动式驱动装置，其中所述压电元件具有多个驱动区域，接受外部输入的各自不同的驱动信号，并且所述多个驱动区域各沿所述压电元件的厚度方向经受极化处理。
8.根据权利要求6的振动式驱动装置，其中所述压电元件具有两个驱动区域，以激发第一和第二弯曲振动模式下的振动，并且两个驱动区域在将所述压电元件沿其厚度方向划分的位置处形成，而且安排为响应输入的驱动信号，产生相反方向的激发力。
9.一种振动式驱动装置，包括：
振动元件，包括弹性体，和至少具有两个电极的电动机械能转换元件，能够用施加于两个电极的具有相同频率的各自相位的两个驱动电压，引起所述弹性体激发振动；和
从动元件，保持与所述弹性体接触，
其中所述振动元件响应输入的两个各自相位相同的驱动电压，能够形成第一弯曲振动模式，并且响应输入的两个各自相位相互相反的驱动电压，能够形成第二弯曲振动模式，及
其中使第一弯曲振动模式和第二弯曲振动模式合并，以使所述振动元件和所述从动元件相互相对驱动。
10.根据权利要求9的振动式驱动装置，其中通过两个电极施加两个驱动电压的电动机械能转换元件的部分经受极化处理，以便其各自极化方向成为相同。
11.根据权利要求9的振动式驱动装置，其中在第一弯曲振动模式下节点产生的方向垂直于在第二弯曲振动模式下节点产生的方向。
12.一种控制设备，包括：
振动式驱动装置和用于控制振动式驱动装置的驱动的运算电路，所述振动式驱动装置进一步包括：
振动元件，包括弹性体和电动机械能转换元件，该电动机械能转换元件至少具有两个电极，并且安排在对两个电极施加两个具有相同频率的各自相位的驱动电压的情况下，引起所述弹性体激发振动；
从动元件，保持与所述弹性体接触，
其中所述振动元件响应输入的两个各自相位相同的驱动电压，能够形成第一弯曲振动模式，并且响应输入的两个各自相位相互相反的驱动电压，能够形成第二弯曲振动模式，及
其中第一弯曲振动模式和第二弯曲振动模式合并，以使所述振动元件和所述从动元件相互相对驱动。
13.根据权利要求12的控制设备，其中所述运算电路通过改变两个各自相位的驱动电压之间的相位差，改变所述振动元件和所述从动元件的相对运动方向，并且通过改变两个驱动信号的频率，改变所述振动元件和所述从动元件的相对驱动速度。
14.根据权利要求12的控制设备，其中所述运算电路根据两个各自相位的驱动信号的相位差和振幅，控制所述振动元件和所述从动元件的相对驱动速度。
15.根据权利要求12的控制设备，其中所述运算电路能够设定两个驱动电压的振幅，使得相对于两个各自相位的驱动电压的相位差的变化，在第一弯曲振动模式和第二弯曲振动模式中的一个模式下的振幅成为不变，而在另一个模式下的振幅变化，并且所述运算电路通过改变两个各自相位的驱动电压的相位差，改变所述振动元件和所述从动元件的相对驱动速度和方向。
16.一种电子设备，包括：
振动式驱动装置和用于控制振动式驱动装置的驱动的运算电路，所述振动式驱动装置进一步包括：
振动元件，包括弹性体和电动机械能转换元件，所述电动机械能转换元件至少具有两个电极，并且安排在对两个电极施加两个具有相同频率的各自相位的驱动电压下，引起所述弹性体激发振动；
从动元件，保持与所述弹性体接触，
其中所述振动元件响应输入的两个各自相位相同的驱动电压，能够形成第一弯曲振动模式，并且响应输入的两个各自相位相互相反的驱动电压，能够形成第二弯曲振动模式，及
其中第一弯曲振动模式和第二弯曲振动模式合并，以使所述振动元件和所述从动元件相互相对驱动；和
其中所述运算电路通过改变两个各自相位的驱动电压之间的相位差，改变所述振动元件和所述从动元件的相对运动方向，并且改变所述振动元件和所述从动元件的相对驱动速度。
17.根据权利要求16的电子设备，其中将振动式驱动装置用作驱动源。
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