CN102189074A - 振动型致动器的驱动单元 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种振动型致动器的驱动单元，包括：命令单元、改变进行单元、AC信号生成单元和滤波器单元。命令单元输出规定AC信号的频率、振幅和相位差中的至少一个的命令信号。改变进行单元对命令信号进行改变，并输出命令信号。AC信号生成单元生成所生成的AC信号，其中，根据改变进行单元的输出对所生成的AC信号的频率、振幅和相位差中的至少一个进行调制。滤波器单元选择性地减弱改变进行单元的输出信号和AC信号生成单元的输出信号中的至少一个的频率分量，所述频率分量激发除预先确定的振动模式中的振动之外的振动。

Description

振动型致动器的驱动单元

技术领域

本发明涉及一种振动型致动器的驱动单元，其通过将交流(AC)信号(AC电压)提供给电-机械能量转换元件来激发至少具有该电-机械能量转换元件的振动体，以驱动与该振动体接触的可移动体。

背景技术

振动型致动器(例如超声马达)的驱动速度根据在振动体上激发的振动的振幅而改变。因此，通过使用提供给在振动体处所设置的电-机械能量转换元件(例如压电元件)的AC信号的振幅或频率来控制驱动速度。普遍采用使用频率来减小由于温度而造成的共振频率的波动或个体差异的影响的控制方法。就频率生成方法而言，存在使用模拟振荡器或石英振荡器与可编程分频器的数字方法、以及与数-模转换器组合的半数字(semidigital)方法。

然而，这样的数字方法在实现高的频率分辨率时存在问题。

日本专利公开No.06-339289提出了一种通过周期性地改变分频率(frequency dividing rate)和使用平均分频率来虚拟地(falsely)改进频率分辨率的方法。此外，它提供了一种当周期性改变引起可听范围内的振动时增大周期性改变速度以将振动从可听范围移位(shift)的方法。

日本专利公布No.3504130提出了这样一种方法，通过该方法，通过使用脉冲马达或压电元件而在周期信号的每一周期移动预先确定的距离的致动器渐渐地改变它的周期命令，并使用平均周期。作为渐渐改变周期命令的方法，将均匀随机数添加到周期信号的周期命令中以防止周期命令周期性地改变，从而防止产生特定的可听声音。

然而，日本专利申请公布No.3504130和日本专利申请公开No.06-339389中所公开的方法改变AC电压的频率。因此，如果改变中所包含的频率分量在振动体的固有(natural)频率附近或者在被致动器驱动的机构的固有频率附近，则可能发生可听声音或者速度控制功能恶化(degradation)的问题。此外，还存在这样的问题，即，由于激发不必要的振动，导致促进磨损，从而降低耐用性。

发明内容

本发明提供一种振动型致动器的驱动单元。振动型致动器可通过将交流(AC)信号施加于电-机械能量转换元件来以预先确定的振动模式激发至少具有电-机械能量转换元件的振动体，以产生驱动力。驱动单元包括命令单元、改变进行单元、AC信号生成单元和滤波器单元。命令单元输出规定AC信号的频率、振幅和相位差中的至少一个的命令信号。改变进行单元对命令信号进行改变，并输出命令信号。AC信号生成单元生成所生成的AC信号，其中，根据改变进行单元的输出对所生成的AC信号的频率、振幅和相位差中的至少一个进行调制。滤波器单元选择性地减弱改变进行单元的输出信号和AC信号生成单元的输出信号中的至少一个的激发与预先确定的振动模式中的振动不同的振动的频率分量。

从以下参照附图对示例性实施例的描述，本发明的进一步的特征将变得清楚。

附图说明

图1是显示根据第一实施例的驱动单元的框图。

图2A是显示根据第一实施例的振动型致动器的示图。

图2B是显示根据第一实施例的振动型致动器的驱动机构的总体配置的示图。

图2C是从侧面看到的限制器(slider)的示图。

图3A是显示弹性体的一次弯曲振动模式的示图。

图3B是显示弹性体的一次弯曲振动模式的示图。

图3C是显示弹性体的一次弯曲振动模式的示图。

图4A是显示弹性体的二次弯曲振动模式的示图。

图4B是显示弹性体的二次弯曲振动模式的示图。

图4C是显示弹性体的二次弯曲振动模式的示图。

图5A是显示噪声生成单元的输出信号的频率的示图。

图5B是显示AC信号生成单元5的振幅调制的输出信号的频率的示图。

图6A是显示振幅调制命令和从AC信号生成单元输出的AC信号的振幅的示图。

图6B是显示噪声信号叠加(superimpose)在振幅调制命令上的状态的示图。

图6C是显示AC信号生成单元根据振幅调制命令输出的AC信号的振幅的示图。

图7A是显示频率特性的示图。

图7B是显示频率特性的示图。

图8A是显示噪声生成单元的电路配置的示图。

图8B是显示噪声生成单元的输出信号的示例的示图。

图9A是显示AC信号生成单元的配置示例的示图。

图9B是显示AC信号生成单元的配置示例的示图。

图9C是显示AC信号生成单元的配置示例的示图。

图10是显示第一实施例的第二配置的示图。

图11A是显示滤波器单元的电路示例的示图。

图11B是显示电路的频率特性的示图。

图12A是显示梳状滤波器(comb filter)的配置示例的示图。

图12B是显示梳状滤波器的配置示例的示图。

图12C是显示梳状滤波器的配置示例的示图。

图13A是显示图12A中的梳状滤波器的频率特性的示图。

图13B是显示图12B中的梳状滤波器的频率特性的示图。

图13C是显示图12C中的梳状滤波器的频率特性的示图。

图14是显示根据第二实施例的驱动单元的框图。

图15是显示根据第二实施例的振动型致动器的示图。

图16是显示根据第二实施例的振动型致动器的弹性体和压电元件的配置的示图。

图17A是显示AC信号的频率分量的示例的示图。

图17B是显示振幅调制命令的频率分量的示例的示图。

图17C是显示AC信号生成单元的输出信号的频率分量的示例的示图。

图18A是显示根据第二实施例的机构的各个部件的固有频率的示图。

图18B是显示根据第二实施例的滤波器单元的频率特性的示图。

图19是粉体转移(powder-transfer)振动型致动器的示例的示图。

具体实施方式

在振动型致动器的驱动单元中，通过对规定(direct)用于驱动振动型致动器的AC信号的频率、振幅和相位差中的至少一个的命令信号进行改变，能以这样的分辨率设置AC信号的频率、振幅或相位差，该分辨率高于或等于AC信号生成单元可输出AC信号的有效分辨率。此外，可通过使用滤波器单元选择性地减弱(damp)由改变生成的并且范围遍及宽频带的噪声信号中的频率分量来抑制不必要的振动，所述频率分量以振动型致动器和振动型致动器的驱动机构的特定固有频率激发振动。此外，由于可通过选择性地减弱特定频率分量来将噪声信号分散在宽频带中，所以可降低施加于振动型致动器的AC电压中所包括的AC电压中所包含的噪声信号的水平，因此，可减少可听声音的产生和速度的改变。

第一实施例

图1是显示根据第一实施例的驱动单元的框图。标号1表示作为振动体的电-机械能量转换元件。本实施例包括两个电-机械能量转换元件1-a和1-b。电-机械能量转换元件1的示例包括功能元件，例如压电元件、磁致伸缩元件和电致伸缩元件。

标号2表示振幅命令单元，其输出振幅命令A(命令信号)，振幅命令A设置提供给电-机械能量转换元件1的AC信号(AV电压)的振幅。标号3表示噪声生成单元，其生成具有预先确定的振幅的白噪声SN。标号4表示改变进行单元，其将噪声生成单元3的输出SN添加到振幅命令A，以输出振幅调制命令Ad。标号5表示AC信号生成单元，其接收从改变进行单元4输出的振幅调制命令Ad和来自频率命令单元(未示出)的频率命令F，并输出振幅调制的AC信号。标号6表示滤波器单元，其具有从振幅调制的AC信号中所包含的频率分量选择性地减弱期望的频率分量的特性，所述振幅调制的AC信号是从AC信号生成单元生成的。标号7表示极性切换单元，其根据来自命令单元(未示出)的方向切换信号D来切换是否使滤波器单元6的输出信号反转(reverse)。来自滤波器单元6的输出信号被提供给电-机械能量转换元件1-a的电极，并且其输出信号或反相(inverted)信号被极性切换单元7提供给电-机械能量转换元件1-b的电极。

图2A、图2B和图2C是显示振动型致动器和使用该致动器的驱动机构的配置示图。图2A显示振动型致动器，其包括电-机械能量转换元件1、与电-机械能量转换元件1接合以一起构成振动体的弹性体8、限制器9以及弹性体8的突起8-a，突起8-a与限制器9压力接触。在本实施例中，弹性体8独立于压电元件；然而，如果压电元件具有所期望的弹性，则可省略弹性体8。电-机械能量转换元件1-a和1-b分别具有用于接收AC信号的电极1-c和1-d。弹性体8连接至地电势。

图2B显示驱动机构的总体配置。标号10-a、10-b、10-c和10-d表示与弹性体8接合(join)的支撑构件，用于使弹性体8以期望的压力压靠限制器9。标号11-a和11-b表示导向件，其承载支撑构件10-a、10-b、10-c和10-d，以使得能够沿水平方向移动。标号12-a和12-b表示稍后将描述的固定构件，这些固定构件将导向件11-a和11-b以及限制器9固定到壳体13。

图2C是从侧面看到的限制器9的示图，在该图中，实线和虚线指示限制器9在固有频率模式中的振动形状。固定构件12-a和12-b将限制器9固定到壳体13。

接下来，将对振动型致动器的工作原理进行描述。图3A-3C和图4A-4C显示弹性体8的振动模式，其中，振动随时间改变。图3A-3C显示弹性体8的一次弯曲振动模式，其中，弹性体8的中心向上和向下弯曲。当通过弯曲振动向下和向左推动突起8-a的下端时，产生向左的推动驱动力，因此使振动型致动器移动到附图平面中的右边。

图4A-4C显示弹性体8的二次弯曲振动模式，其中，弹性体8的右边和左边沿相反方向弯曲。此时，通过弯曲振动向下和向右推动突起8-a的下端，产生向右的推动驱动力，因此使振动型致动器移动到附图平面中的左边。为了以图3A-3C和图4A-4C所示的不同振动模式有效地激发弹性体8，必须以适合于各种模式的频率和激发模式来激发它。因此，对于如图3A-3C所示的对称弯曲振动，极性切换单元7不执行极性切换，并且相同相位的AC信号被提供给电极1-c和电极1-d。对于图4A-4C所示的左右相反方向的弯曲振动，极性切换单元7执行极性切换，并且相反相位的AC信号被提供给电极1-c和电极1-d。此外，从频率命令单元(未示出)发出适合于各种固有频率模式的频率命令，以激发适合于各种模式的振动。

接下来，将对图1中的各个部件的操作进行描述。图5A显示噪声生成单元3的输出信号的频率的分析，图5B显示AC信号生成单元5的振幅调制的输出信号的频率的分析。图5A中的噪声生成单元3的输出信号在宽频率范围内具有均匀的振幅特性。图5B中的AC信号生成单元5的输出信号的频率特性包括以下分量：具有来自命令单元(未示出)的频率命令F所规定的频率的振幅A的分量；和由于振幅改变而生成的、范围宽达频率F的上界和下界的频率分量。

图5B中所示的白圆F0、F1、F2、F3、F4和F5所指示的频率是图2A和图2B中所示的振动型致动器和驱动机构的各个部件的固有频率。参考符号F0表示弹性体8沿弯曲振动方向平移(translate)的振动模式中的固有频率；F1表示弹性体8的一次弯曲振动的固有频率；F2表示弹性体8的二次弯曲振动的固有频率；F3表示限制器9的九次弯曲振动的固有频率；F4表示限制器9的十次弯曲振动的固有频率；以及，F5表示固定到壳体13的部件(未示出)的固有频率。图2C用实线显示限制器9的九次弯曲振动的状态，并用虚线显示限制器9的十次弯曲振动的状态。

这里，假设AC信号生成单元5的输出信号的频率分量包括与固有频率F0-F5相同的频率。以固有频率F0-F5振动弹性体8，由于频率F0-F2处的相应振动模式是弹性体8的振动模式，所以弹性体8以频率F0-F2处的相应振动模式振动。由于频率F3-F5不属于弹性体8的振动模式，所以在弹性体8中没有发生大的振动。

虽然当弹性体8的振动传送到被固定于限制器9和壳体13的部件(未示出)时该部件振动，但是由于它们的固有频率大大地不同，所以在F0-F2处不发生大的振动。然而，在F3-F5处，如果固定于限制器9和壳体13的部件(未示出)处的振动的Q因子高，则可发生大的振动。换句话讲，在AC信号生成单元5的输出信号包括具有大量频率分量的信号的情况中，也可发生与弹性体8的预先确定的振动模式(有利于生成驱动力的主振动模式，在本实施例中，其对应于图3A-3C和图4A-4C中所示的振动模式)的振动不同的振动。

振动型致动器的驱动单元可抑制与弹性体8的预先确定的振动模式的振动不同的振动的激发。

当使用参数作为控制输入来控制振动型致动器的振动器的振动振幅、移动速度等时，振动型致动器的驱动单元可实质上实现这样的分辨率，该分辨率比可数字地设置的AC电压的参数(例如，频率、振幅和相位差)的可设置的分辨率高。

以下将对其配置进行描述。

AC信号生成单元5可数字地设置其输出信号的振幅，换句话讲，能以预先确定的有效分辨率设置振幅。这里振幅是与从AC信号生成单元5输出的AC信号的主频率的振幅对应的值；例如，对于正弦波信号，例如，是与最大值和最小值之间的差对应的值，对于振幅恒定的脉冲信号，其脉冲宽度(width)对应于振幅。主频率是接近弹性体8的一次弯曲振动或二次弯曲振动的固有频率的频率。该频率作为频率命令从频率命令单元(未示出)输入到AC信号生成单元5。

假设弹性体8将以期望的速度沿着限制器9移动。弹性体8的移动速度根据弹性体8的振动振幅的大小(magnitude)而改变。因此，可通过改变提供给电-机械能量转换元件1的AC信号的频率或振幅来改变弹性体8的振动振幅。在本实施例中，由于振动频率根据来自命令单元(未示出)的频率命令而固定，所以弹性体8的移动速度受AC信号的振幅控制。

这里，可仅以预先确定的有效分辨率(即，离散地)设置AC信号生成单元5的输出振幅。在这种情况中，通过AC信号生成单元5的输出振幅的有效分辨率确定弹性体8的移动速度的分辨率。因此，在本实施例中，改变进行单元4生成振幅调制命令Ad，其中，振幅的分辨率高于或等于AC信号生成单元5的输出振幅的有效分辨率的白噪声被添加到振幅命令A。这个振幅调制命令Ad输入到AC信号生成单元5，以应对(cope with)有效分辨率的中间水平的振幅命令。也就是说，该中间振幅命令在AC信号生成单元5的输出振幅的最小分辨率处或者该最小分辨率之下被省略，并且没有被反映到AC信号生成单元5的输出信号。因此，通过将白噪声添加到该中间振幅命令，AC信号生成单元5的输出振幅就概率而言发生波动，以通过使用平均输出振幅生成有效分辨率的中间水平处的输出振幅。图6A-6C是用于描述这个操作的示图。在图6A中，用斜坡状虚线指示的曲线图指示振幅调制命令Af，阶梯式实线指示从AC信号生成单元5输出的AC信号的振幅。图6B显示噪声信号SN叠加在振幅调制命令Af上的状态。图6C显示AC信号生成单元5根据图6B中的振幅调制命令Af输出的AC信号的振幅。因此，AC信号生成单元5的输出振幅以预先确定的宽度改变，以提高时间平均分辨率，从而改进弹性体8的移动速度的分辨率。

如图5B所示，其振幅随时间改变的AC信号的频率分量包括宽范围的频率分量。这引起了这样的问题，即，激发了与弹性体8的预先确定的振动模式的振动不同的振动。因此，本实施例被配置为通过对来自AC信号生成单元5的振幅调制的AC信号使用滤波器单元6，选择性地减弱激发与弹性体8的预先确定的振动模式的振动不同的振动的频率分量。

图7A和图7B是显示滤波器单元6的频率特性和图5B中所示的频率F0-F5之间的关系的示图。在本实施例中，通过在频率F1和频率F2之间切换来切换移动方向，因此，当以一个频率驱动弹性体8时，需要抑制其它振动。因此，滤波器单元6被配置为通过方向切换信号D在两个频率特性之间切换。

图7A显示当以频率F1驱动弹性体8时的频率特性，图7B显示当以频率F2驱动弹性体8时的频率特性。当以频率F1驱动弹性体8时，如图7A所示，滤波器单元6用作选择性地减弱频率F0、F2、F3、F4和F5处的信号的滤波器。当以频率F2驱动弹性体8时，如图7B所示，滤波器单元6用作选择性地减弱频率F0、F1、F3、F4和F5处的信号的滤波器。考虑到由于环境而导致的固有频率波动，选择减弱的频率分量优选具有在要被减弱的频率附近的±1kHz内的频带。在本实施例中，弹性体8具有面外(out-of-plane plane)一次弯曲振动模式和二次弯曲振动模式；不必说，它可具有高阶振动模式、伸缩振动模式或者面内(in-plane)振动模式。此外，虽然本实施例显示使用矩形弹性体的驻波振动型致动器的例子，但是可应用下述振动型致动器，这些致动器使用利用行进振动波的环形振动器以及利用涡动(whirl)振动、扭转振动或者伸缩振动的杆状弹性体。虽然图7A和图7B显示滤波器单元6的频率特性实质上与固有频率一致的示例，但是由于固有频率根据其环境而波动，因此它们不必彼此一致。换句话讲，滤波器单元6的频率特性可与固有频率不同，以允许一定的波动。

图8A和图8B显示噪声生成单元3的具体配置示例。图8A显示电路配置，图8B显示输出信号SN的示例。标号14表示移位寄存器，在该移位寄存器中，十个D触发器串联连接，该移位寄存器将第七比特D7和第零比特D0输入到异或元件15。异或元件15的输出返回到移位寄存器14的数据输入。可将移位寄存器14的初始值设置为除0之外的任何值。移位寄存器14的输出信号D0-D9可与从外部输入的时钟信号同步地生成高质量的随机数，其中，0和1出现的频率基本相同，并且彼此间相关性小。因此，如果按任何顺序从移位寄存器14的输出信号D0-D9选择任何比特信号并将其提取为例如7比特的数据，则可生成高质量的7比特的输出信号SN。这种噪声生成方法采用生成通常称为M序列的随机数的方法。

图8B显示与1,023脉冲时钟信号同步地输出7比特的随机数的示例。由于使用10比特的移位寄存器14，所以可重复地生成相同的伪随机数1,023次，其是通过从10比特的二进制数的最大值1,024减1而获得的。增加移位寄存器的比特数量可生成长周期的随机数，从而允许生成基本随机数序列。

接下来，将对AC信号生成单元5的具体配置和操作进行描述。当振幅命令A和输出信号SN被改变进行单元4相加并被输入到AC信号生成单元5时，可获得其振幅被输出信号SN调制的AC信号。图9A-9C是显示AC信号生成单元5的具体示例的电路图。图9A显示使用正弦波振荡器和乘法器改变振幅的配置。标号16表示能根据来自频率命令单元(未示出)的频率命令F设置频率的正弦波振荡器。标号17表示数-模转换器，其将作为数字信号的振幅调制命令Ad转换为模拟电压。标号18表示乘法器，其将数-模转换器17的输出信号和正弦波振荡器16的输出信号一起相乘。乘法器18的输出信号Am为这样的信号，在该信号中，通过振幅调制命令Ad调制正弦波振荡器16的输出信号的振幅。

图9B显示通过数字方法代替图9A中的正弦波振荡器16来生成正弦波的示例。标号19表示已知的分频器。分频器19设置与来自频率命令单元(未示出)的频率命令F对应的分频率(N)，并输出频率(Fx0/N)为石英振荡器(未示出)的输出信号X0的频率(Fx0)的整数约数(integral submultiple)的脉冲信号X1。标号20表示计数器，其对脉冲信号X1的脉冲信号的数量进行计数，并输出计数信号X2。当计数信号X2达到预先确定的值时，将计数器20重置为0。标号21表示已知的ROM，其接收作为输入的计数信号X2，并且在其中存储与计数信号X2的相位对应的正弦波图案。计数信号X2为锯齿形数字信号，其与脉冲信号X1的脉冲序列同步地以规律间隔增大。ROM 21接收作为地址输入的数字信号，并以恒定速率输出正弦波数字信号X3。标号22表示数-模转换器，其接收从ROM21输出的正弦波数字信号X3，并输出模拟正弦波信号Am。

另一方面，振幅调制命令Ad被数-模转换器17转换为模拟电压，并被输入到数-模转换器22的基准电压输入。因此，数-模转换器22被配置为改变正弦波信号Am的输出振幅。

图9C显示这样的配置的示例，其中，通过改变脉冲信号的脉冲宽度(代替输出模拟正弦波波形)，改变脉冲信号的基波的振幅。由于分频器19和计数器20的操作与图9B中的那些相同，所以将省略其描述。标号23和24表示比较器。比较器23将计数信号X2和振幅调制命令Ad进行比较，并且当计数信号X2变得比振幅调制命令Ad大时，它输出1。当计数信号X2超过预先确定的值并被重置为0时，比较器24输出1。标号25表示已知的RS触发器，其输出这样的脉冲信号Am，当计数信号X2变为0时，脉冲信号Am的输出变为1，当计数信号X2变得比振幅调制命令Ad大时，脉冲信号Am的输出变为0。因此，生成其中脉冲宽度根据振幅调制命令Ad而改变的脉冲信号Am。

在本实施例中，改变进行单元4通过添加白噪声来进行改变；作为备选的方案，也可采用使用乘法和除法的方法、使用函数的方法、使用ROM表的方法、或者其它方法。例如，如果振幅命令A被乘以其中将1加到±0.01范围内的白噪声的信号(1±0.01)，则可给予A±0.01×A内的改变。可代替白噪声给予周期性重复的改变。虽然进行改变的效果不同，但是这可提供与滤波器单元6相同的抑制不必要的振动的效果。为了引起周期性改变，存在代替噪声生成单元3使用正弦波振荡器的方法和使用锯齿形波生成器的方法。在这种情况中，可预先将周期性改变的频率设置为与预先确定的振动模式的振动的固有频率不同的、不在预先确定的振动模式内的频率。

虽然以上实施例显示了对振幅进行调制的示例，但是可对频率进行调制。图10显示与振幅和频率相关的块被代替的配置。标号26表示频率命令单元，其输出频率命令F，频率命令F设置提供给电-机械能量转换元件1的AC信号的频率。标号27表示改变进行单元，其将噪声生成单元3的输出信号SN添加到频率命令F，并输出频率调制命令Fd。AC信号生成单元5接收振幅命令A(未示出)和从改变进行单元27输出的频率调制命令Fd，并输出具有期望振幅的频率调制的AC信号Fm。由于其它配置与图1中的那些相同，所以将省略其描述。

振动型致动器的致动器的振动振幅随着提供给电-机械能量转换元件1的AC信号的振幅的改变而改变，还随着所施加的电压的频率的改变而改变。由于移动速度随着振动器的振幅的改变而改变，所以如以上示例中那样，还可通过控制所施加的电压的频率的方法来控制移动速度。倘若进行的改变小，则在对振幅进行调制的情况和对频率进行调制的情况之间，AC信号生成单元5的输出信号中所包含的频率分量的振幅的分布几乎没有差别。因此，具有图10中的配置的滤波器单元6的效果与图1中的相同。可对振幅和频率这二者进行调制，以提高分辨率。为了出于无关的目的分别控制频率和振幅，必要的是，用于设置进行改变时所使用的频率的噪声信号和用于设置进行改变时所使用的振幅的噪声信号的相关性低。然而，对于出于相同的控制目的使用它们，可使用彼此紧密相关的噪声信号，并注意对于该目的具有相同的极性。

可通过以下方式配置图10中的AC信号生成单元5，即，在图9所示的配置中，用振幅命令A代替频率命令F，用频率调制命令Fd代替振幅调制命令Ad，用输出信号Fm代替输出信号Am。由于操作相同，所以将省略其描述。

图11A显示滤波器单元6的电路示例。该电路由运算放大器28和29、电阻器和电容器构成，并具有减弱特定频率的输入信号的滤波器功能。通过将多个所述电路串联连接，可减弱多个固有频率的频率分量。图11B显示以上电路的频率特性。

由于图11A中的电路具有对于一个频率的减弱特性，所以对于多个固有频率，需要串联地和在多段中连接多个电路。

作为其方法，将显示使用梳状滤波器的电路示例，所述梳状滤波器具有用一个电路减弱多个频率的特性。图12A和图12B显示两个电路示例，图13A和图13B显示各自的频率特性。标号30表示延迟单元，其将输入信号延迟固定时间，并输出它。标号31表示加法单元，其将延迟单元30的输出信号和输入信号相加，并输出它。标号32表示减法单元，其从输入信号减去延迟单元30的输出信号，并输出它。

首先，将对图12A中的电路的频率特性进行描述。如果我们让Ta为延迟单元30的延迟时间的两倍，则如图13A所示，电路具有减弱频率为Ta的倒数的奇数倍的信号的特性。通过这样的简单的电路配置，在多个频率处获得减弱特性。虽然不能获得完全规则间隔的固有频率，但是可通过一个滤波器减弱很多频率，因此，可减少串联连接的滤波器的数量。

接下来，将对图12B中的电路的频率特性进行描述。如果我们让Tb为延迟时间，则如图13B所示，电路具有减弱频率为Tb的倒数的偶数倍的信号和DC信号的特性。

因此，图12A和图12B中所示的梳状滤波器的使用可减弱多个频率。然而，由于要被减弱的频率以规律间隔布置，所以这种配置有时生成不能减弱的频率。因此，通过将对应于不同频率的梳状滤波器串联连接，可配置具有不规律间隔减弱特性的滤波器。

图12C显示具有不规律间隔减弱特性的滤波器的配置示例，图13C显示图12C中的滤波器的特性示例。以下述方式配置滤波器，即，由延迟单元30和加法单元31配置的梳状滤波器1以及由延迟单元33和加法单元34配置的梳状滤波器2串联连接。

虽然本实施例不具有用于检测振动型致动器的移动速度的单元，但是可使用光编码器等来检测移动速度或位置。这样的配置允许高精度的速度控制或位置控制，在该配置中，根据目标速度或目标位置与检测到的移动速度或位置之间的差，通过预先确定的计算或电路改变振幅命令A或频率命令F。

第二实施例

虽然第一实施例在AC信号生成单元5的输出侧具有滤波器单元6，但是第二实施例在AC信号生成单元5的前面具有滤波器单元6。图14是显示根据第二实施例的驱动单元的框图。由于图14中的被给予和图1中相同的标号的部件具有相同的功能，所以将简化其描述。

振幅命令单元2根据来自命令单元(未示出)的速度命令Spd和来自光编码器50(其为稍后描述的速度检测单元)的速度信号S控制振幅命令A，以使得速度命令Spd的级别与速度信号S的级别匹配。在速度信号S比速度命令Spd的级别慢的情况中，振幅命令A增大，在速度信号S比速度命令Spd的级别快的情况中，振幅命令A减小。滤波器单元6位于AC信号生成单元35的前面。滤波器单元6从振幅调制命令Ad中所包含的噪声分量减弱期望的频率分量，并将它们作为振幅调制命令Af输出到AC信号生成单元35。AC信号生成单元35生成振幅与振幅调制命令Af对应的两相AC信号(AC电压)，从命令单元(未示出)接收频率命令F和相位差命令P，并可设置两相AC信号之间的相位差。光编码器50检测(稍后将描述的)振动型致动器的旋转速度，并将速度信号S输出到振幅命令单元2。两相AC信号φA和φB分别被提供给电-机械能量转换元件36-a和36-b的电极。

图15是显示对其应用根据第二实施例的振动型致动器的驱动电路的打印机的感光鼓的驱动机构的示图。标号36表示电-机械能量转换元件，所述电-机械能量转换元件与(稍后将描述的)弹性体37接合，并在弹性体37上形成行进振动波(traveling vibration wave)。电-机械能量转换元件36由压电元件形成。标号38表示转子，所述转子被形成于弹性体37上的行进振动波驱动；39表示摩擦构件，所述摩擦构件在弹性体37和转子38之间与弹性体37的突起接触部分接合；以及，40表示与转子38连接的旋转轴。

图16显示从电-机械能量转换元件36处设置的电极和电-机械能量转换元件36侧看到的所述电极的形状和弹性体37的结构。图中的标号36-a和36-b表示图14中所示的电-机械能量转换元件36-a和36-b的电极。标号36-c和36-d表示用于连接至地电势的电极，其利用导电涂层与弹性体37连接。弹性体37包括用阴影线(hatch lines)指示的薄的圆形板37-a和固定部分37-b，固定部分37-b具有用于固定电-机械能量转换元件36的规律间隔的通孔。在本实施例中，电-机械能量转换元件36的形状像环。

在图15中，标号41表示用于图像形成的感光鼓，其与旋转轴40一体化；42表示固定板，用螺丝将弹性体37的固定部分37-b固定到固定板42，并且用固定构件(未示出)将固定板42固定到图像形成设备(未示出)的壳体；43表示用于检测旋转轴40的旋转速度的光学尺；44表示半导体激光，其将近红外线发射到光学尺(scale)43上；45表示激光控制板，半导体激光器44安装在其上；46表示光接收板，光传感器安装在其上，光传感器检测由光束形成的光学图像，所述光束为来自半导体激光器44的、被光学尺43衍射的近红外线光束；47和48表示用于将激光控制板45和光接收板46固定到固定板42的固定柱；以及，49表示挡光罩。

接下来，将对图14中的驱动单元的操作进行描述。在上述第一实施例中，振动型致动器响应于一相AC信号操作，并通过切换频率和相位来切换驱动方向，而在本实施例中，它响应于两相AC信号操作，并根据两相AC信号之间的相位差切换驱动方向。虽然基本操作与第一实施例的基本操作相同，但是由于滤波器单元6的布置位置改变，所以滤波器单元6的频率特性与其不同。因此，将对滤波器单元6的频率特性和与振动型致动器直接或间接连接的机构的固有频率之间的关系进行描述。

如图15所示，弹性体37的振动通过固定板42和旋转轴40传送到光编码器50。因此，振动可引起问题，例如，半导体激光器44中的馈送接合线(未示出)可共振而导致差的光发射，以及，光学尺43和固定柱47和48共振而导致速度检测误差。

此外，当提供给振动型致动器的AC信号φA和φB的振幅根据振幅调制命令Af改变时，被振动型致动器驱动的旋转体(例如感光鼓41)的速度改变。因此，通过振幅调制命令Af中所包含的频率分量将与旋转轴40直接或间接连接的机构直接激发而振动。这引起了这样的问题，即，由于旋转轴40和感光鼓41而导致激发扭转共振，从而使感光鼓41上曝光的图像的质量劣化。

图17A显示响应于频率命令F和振幅命令A而生成的AC信号的频率分量的示例；图17B显示振幅调制命令Af的频率分量的示例；以及图17C显示AC信号生成单元35的输出信号的频率分量的示例。振幅调制命令Af设想(assume)这样的信号，在该信号中，频率为F0、振幅为A1的正弦波叠加在振幅命令A上。振幅调制的波通常具有对称的频率特性，其中，调制的波的频率分量出现在作为载波的中心频率的两边带上。通过将振幅调制命令Af的频率与中心频率相加和从中心频率减去振幅调制命令Af的频率，出现边带上的频率。如图17A所示，调制之前的频率分量具有频率为F、振幅为A的分量。如图17B所示，振幅调制命令Af的频率分量具有频率为F0、振幅为A1的分量。如图17C所示，AC信号生成单元35的输出信号的频率分量具有频率为F、振幅为A的分量以及频率为F-F0和F+F0、振幅为振幅A1的一半的分量。因此，为了防止调制的AC信号包含激发机构的固有频率的频率，应该从振幅调制命令Ad消除用机构的固有频率和由频率命令F确定的中心频率之间的差的绝对值表达的频率。

此外，由于机构有时被振幅调制命令Ad的频率分量直接振动，所以还必须消除激发将被直接振动的机构的固有频率的频率。因此，滤波器单元6被配置为，除了将被消除的激发固有频率模式的频率之外，还减弱通过固有频率和频率命令F之间的差的绝对值指示的频率。虽然在以下描述中固有频率和激发固有频率的频率同义，但是实际中它们不必然相同。

图18A是显示以上机构的各个部件的固有频率的示图，图18B显示滤波器单元6的频率特性。在图18A中，参考符号F表示弹性体37在预先确定的振动模式中的固有频率；F1表示由于感光鼓41和旋转轴40而引起的扭转共振的固有频率；F2表示由于光学尺43和旋转轴40引起的扭转共振的固有频率；F3表示弹性体37在除主驱动模式之外的另一种模式中的固有频率；以及F4表示半导体激光器44的接合线(未示出)的固有频率。

图18B显示与图18A中的频率F1、F2、F3和F4对应的减弱频率G1、G2、G3和G4。需要从振幅调制命令Ad减弱或直接去除通过旋转轴40的旋转改变而产生的扭转振动的固有频率F1和F2。因此，频率G1和G2与频率F1和F2相同。对于弹性体37的固有频率F3和接合线(未示出)的固有频率F4，通过频率命令F与固有频率F3和F4之间的差的绝对值表达的频率G3和G4分别相配(correspond)。

虽然本实施例显示对振幅命令A进行改变的示例，但是在对到AC信号生成单元的频率命令F或相位差命令P进行改变的情况中，滤波器配置也是相同的。根据已知的频率调制和相位调制理论，显然，在对频率或相位差进行调制的情况中，如在本实施例的振幅调制中那样，调制命令中所包含的频率分量出现在频率命令F的基波分量的两边带上。因此，在振幅、频率和相位差中的任何一个的调制中，滤波器单元6的频率特性相同。然而，严格来讲，如果对频率或相位差进行调制，则生成调制的频率的谐波分量，因此，不仅需要减弱与要被减弱的固有频率和频率命令F之间的差的绝对值对应的频率，而且需要减弱作为其整数约数的频率分量。然而，由于所作的改变通常小，因此谐波分量小，所以不对作为其整数约数的频率进行调制通常是足够的。

在不仅振幅、而且频率和相位差都将被改变的情况中，必须将滤波器单元6与其随后段处的改变进行单元中的每一个连接，以在命令信号输入到AC信号生成单元35之前，减弱与要被减弱的固有频率对应的频率分量。

在这种情况中，要进行的改变可以是噪声SN，其中，振幅、频率和相位几乎不相关。例如，在使用图8A中所示的噪声生成单元的情况中，很可能的是，即使从相同的比特数据生成信号，相关性也变高，并且比特顺序改变。为了应对它，通过使用大比特数的移位寄存器并小心选择不同比特的组合来生成长周期的随机数可减小影响。此外，使用生成模式完全不同的M序列信号的方法，或者使用即使按相同模式但是在不同的定时生成的随机数可提供相关性低的随机数。除了使用M序列信号的方法之外，存在预先将随机数数据存储在ROM中并使用它的方法和使用已知的乘法器的线性同余(congruential)方法。

此外，由于通过驱动机构的操作改变要被驱动的部件，所以可改变要被减弱的固有频率。在这种情况中，可切换滤波器单元6的频率特性，以获得期望的特性。

此外，必须考虑滤波器单元6的有效分辨率和AC信号生成单元35的有效分辨率之间的关系。如果滤波器单元6和AC信号生成单元35执行模拟操作，则没有问题；然而，通过模-数转换或者数-模转换的数字操作和离散算术处理需要小心考虑。这是因为，如果AC信号生成单元35的输入的有效分辨率低于滤波器单元6的有效分辨率，则由于省略了小于或等于有效分辨率的分辨率，或者由于有效分辨率的差异，而导致误差发生。

为了确保滤波器单元6的效果，优选的是，不在滤波器单元6的操作中执行舍入(rounding)，并且输出信号的有效分辨率等于AC信号生成单元35的有效分辨率或者是AC信号生成单元35的有效分辨率的整数倍。换句话讲，如果AC信号生成单元35的输入信号的有效分辨率为1，则优选的是，滤波器单元6的输出信号的有效分辨率为1或更大。这是因为，例如，如果滤波器单元6的输出信号的分辨率为0.5，则所有0.5的改变都变为噪声。此外，优选的是，滤波器单元6的输出信号的有效分辨率为大于或等于1的整数。这是因为，如果滤波器单元6的有效分辨率为1.5，则当AC信号生成单元35将它接收为1或2时，将发生0.5的误差，从而生成新的噪声。

前面的实施例是作为线性致动器和旋转致动器的振动型致动器的典型示例。然而，假设以高分辨率设置电压振幅、频率、相位差等，振动型致动器的驱动单元不仅仅对于这样的马达式振动型致动器是有利的。

图19显示设在COMS传感器的光图像接收表面上的滤光器，CMOS传感器为单镜头反射式照相机的图像输入装置。这是一种使用弹性体作为滤光器的粉体转移振动型致动器，因为粘到滤光器的灰尘将使图像劣化。标号51表示滤光器；52和53表示接合到滤光器51的两端的压电元件；以及52-1、52-2、53-1和53-2为馈送电极。驱动电路也可应用于这样的振动型致动器。

尽管已参照示例性实施例对本发明进行了描述，但是应该理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。应该给予权利要求的范围以最广泛的解释，以涵盖所有这样的变型与等同的结构和功能。

Claims (7)

1.一种振动型致动器的驱动单元，其中，所述振动型致动器被配置为通过将交流(AC)信号施加于电-机械能量转换元件来以预先确定的振动模式激发至少具有电-机械能量转换元件的振动体，以产生驱动力，所述驱动单元包括：

命令单元，所述命令单元被配置为输出规定所述交流信号的频率、振幅和相位差中的至少一个的命令信号；

改变进行单元，所述改变进行单元被配置为对所述命令信号进行改变，并输出所述命令信号；

交流信号生成单元，所述交流信号生成单元被配置为生成所生成的交流信号，其中，根据所述改变进行单元的输出对所生成的交流信号的频率、振幅和相位差中的至少一个进行调制；和

滤波器单元，所述滤波器单元被配置为选择性地减弱改变进行单元的输出信号和交流信号生成单元的输出信号中的至少一个的频率分量，所述频率分量激发除预先确定的振动模式中的振动之外的振动。

2.根据权利要求1所述的驱动单元，其中，所述改变进行单元包括随机数生成单元和加法单元。

3.根据权利要求2所述的驱动单元，其中，所述随机数生成单元为被配置为生成M序列信号的单元。

4.根据权利要求2所述的驱动单元，其中，所述交流信号生成单元包括分频器和计数器。

5.根据权利要求1所述的驱动单元，其中，所述滤波器单元为选择性地减弱多个频率分量的梳状滤波器。

6.根据权利要求5所述的驱动单元，其中，所述滤波器单元被配置为使得多个梳状滤波器串联连接。

7.根据权利要求1所述的驱动单元，其中，所述滤波器单元为执行离散算术处理的滤波器，并且滤波器的输出信号的有效分辨率大于或等于所述交流信号生成单元的输入的有效分辨率。

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