CN102725950A - 振动型驱动装置以及振动型驱动装置的控制方法 - Google Patents

Abstract

驱动装置(1)具有：机电变换元件(7)，在被施加电压时产生机械性移位；驱动部件(8)，通过机电变换元件(7)而进行移动；移动体(9)，以能够滑行移位的方式与驱动部件(8)接合；限制部件(10、11)，通过与移动体(9)抵接而限制移动体(9)的移动；驱动电路(3)，对机电变换元件(7)施加周期性地变化的驱动电压；检测电路(4)，检测机电变换元件(7)的阻抗；以及判定单元(5)，在检测电路(4)的检测值是规定值以上时，判定为移动体(9)与限制部件(10、11)抵接。

Description

振动型驱动装置以及振动型驱动装置的控制方法

技术领域

本发明涉及振动型驱动装置以及振动型驱动装置的控制方法。

背景技术

已知如下振动型驱动装置，该振动型驱动装置通过将电压变换为机械性移位的机电变换元件而使驱动部件在轴方向上锯齿状地非对称地进行振动，使与驱动部件摩擦接合的移动体相对于驱动部件在轴方向上滑行移位。在振动型驱动装置中，对机电变换元件施加的驱动电压的每1个周期的移动体的移位量严格地说是不固定的，实际的移动体的位置有时偏离根据驱动电压推测的位置。因此，在通过以往的振动型驱动装置进行定位的情况下，如专利文献1所记载那样需要设置对移动体的位置进行检测的传感器。

另外，作为简易的结构还有如下结构：设置与移动体抵接来确定移动体的可动范围的部件，施加能够使移动体移动比可动范围充分长的距离的驱动电压，从而一次就使移动体移动到可动范围的一端，将该可动端作为基点，施加用于使移动体移动至期望的位置的驱动电压，由此抑制移动体的定位误差。

但是，在该结构中，在移动体到达可动端之后也需要在一定时间内继续施加驱动电压，存在驱动花费时间这样的问题。例如，在利用2个振动型驱动装置使移动体在X-Y方向上扫描移动的情况下，针对每个扫描需要使移动体移动至可动端，这种多余的驱动时间累积而成为大的时间损耗。

另外，在以往的振动型驱动装置中由于使用了滑行移位，所以移动体到达可动端之后移动体也在驱动部件上滑行，机电变换元件继续振动。因此，还存在在可动端附近的位置容易产生驱动部件等的不均匀磨损这样的问题。这样的不均匀磨损造成异常的摩擦，所以成为移动体在可动端处临时固定于驱动部件的状态，在想要使移动体从可动端进行移动而输入了驱动电压时移动体的移动发生延迟，从而有时无法使移动体定位到期望的位置。

为了消除可动端处的多余的驱动，考虑设置能够对移动体到达可动端的情形进行检测的传感器，但传感器的检测精度与装置的定位精度直接相关，所以需要使用昂贵的传感器，无法避免大幅的成本上升。

专利文献1：日本特开2000-78861号公报

发明内容

鉴于上述问题，本发明的课题在于提供一种能够低成本地检测移动部件到达可动端的情形的振动型驱动装置、以及不会为了移动体的定位而施加过剩的驱动电压的振动型驱动装置的控制方法。

为了解决上述课题，本发明的振动型驱动装置具备：机电变换元件，在被施加电压时产生机械性移位；驱动部件，通过所述机电变换元件而进行移动；移动体，以能够滑行移位的方式与所述驱动部件接合；限制部件，通过与所述移动体抵接而限制所述移动体的移动；驱动电路，对所述机电变换元件施加周期性地变化的驱动电压；检测电路，检测所述机电变换元件的阻抗；以及判定单元，在所述检测电路的检测值是规定值以上时，判断为所述移动体与所述限制部件抵接。

根据该结构，在移动体抵接到限制部件时，防止移动体与通过机电变换元件的移位而移动的驱动部件一起向限制部件侧进一步进行移动，因此对机电变换元件作用抑制其移位的力，作为其结果，机电变换元件的阻抗上升。因此，如果阻抗的检测值是某值以上，则能够判断为移动体处于抵接到限制部件的可动端。由此，不需要进行在移动体抵接到限制部件之后进一步施加使其向限制部件侧移动那样的驱动电压的无用的控制，能够实现移动体的快速的定位，还能够防止可动端中的驱动部件的不均匀磨损。

另外，在本发明的振动型驱动装置中，所述检测电路也可以是使用检测电阻来检测通过所述驱动电压的施加而流过的电流值的公知的结构。

而且，在本发明的振动型驱动装置中，所述机电变换元件也可以通过电压的施加而产生锯齿状的机械性移位。

另外，根据本发明，提供一种振动型驱动装置的控制方法，其中，该振动型驱动装置具有：机电变换元件，在被施加电压时产生机械性移位；驱动部件，通过所述机电变换元件而进行移动；移动体，以能够滑行移位的方式与所述驱动部件接合；以及限制部件，通过与所述移动体抵接而限制所述移动体的移动，所述振动型驱动装置的控制方法的第1方式是如下方法：为了使移动体与所述限制部件抵接，一边对所述机电变换元件施加周期性地变化的驱动电压，一边检测所述机电变换元件的阻抗，在所述阻抗的检测值成为规定值以上时，停止施加所述驱动电压。

另外，本发明的振动型驱动装置的控制方法的第2方式是如下方法：为了使所述移动体在从所述限制部件离开预定的距离的位置处停止，检测所述机电变换元件的阻抗，在所述阻抗的检测值是规定值以上的状态下，对所述机电变换元件施加周期性地变化的驱动电压，在从所述阻抗的检测值成为小于规定值起经过了预定的时间之后，停止施加所述驱动电压。

根据这些方法，如果所述移动体与所述限制部件抵接，则立即停止施加驱动电压，所以驱动时间短，能够防止可动端的驱动部件的不均匀磨损。

另外，本发明的振动型驱动装置的控制方法的第3方式是如下方法：检测所述机电变换元件的阻抗，在所述阻抗的检测值是规定值以上的状态下，对所述机电变换元件施加周期性地变化的驱动电压，通过测量从所述阻抗的检测值成为小于所述规定值起到再次成为所述规定值以上为止的时间，计算所述移动体的移动速度。

而且，在本发明的振动型驱动装置的控制方法的第1至第3方式中，所述机电变换元件也可以通过电压的施加而产生锯齿状的机械性移位。

根据本发明，能够通过机电变换元件的阻抗来确认移动体到达可动端的情形。因此，本发明的振动型驱动装置不需要施加多余的驱动电压，所以能够缩短移动体的定位所需的时间。另外，本发明的振动型驱动装置不进行多余的驱动而能够防止驱动部件等的不均匀磨损，所以定位精度不易降低，不需要频繁的校正，寿命长。

附图说明

图1是本发明的第1实施方式的振动型驱动装置的电路图。

图2是示出图1的振动型驱动装置的驱动电流的波形的图。

图3是使图1的振动型驱动装置的移动体进行原点返回的控制的流程图。

图4是用于计算图1的振动型驱动装置的移动体的移动速度的控制的流程图。

图5是本发明的第2实施方式的振动型驱动装置的电路图。

图6是示出图4的振动型驱动装置的检测电路所检测的电流的波形的图。

图7是使图4的振动型驱动装置的移动体移动到规定的位置的控制的流程图。

图8是用于计算图4的振动型驱动装置的移动体的移动速度的控制的流程图。

附图标记说明

1、1a：振动型驱动装置；2：致动器；3：驱动电路；4：检测电路；5：控制装置(判定单元)；6：重块(weight)；7：压电元件(机电变换元件)；8：驱动部件；9：移动体；10、11：限制部件；12、13、14、15：FET；16：直流电源；17：检测电阻；21：平滑电容器。

具体实施方式

从现在开始一边参照附图一边说明本发明的实施方式。图1示出本发明的第1实施方式的振动型驱动装置1的结构。振动型驱动装置1具有作为机械性构成要素的致动器2、对致动器2供给驱动电压的驱动电路3、对致动器2的驱动电流进行检测的检测电路4、以及由计算机构成的控制装置5。

致动器2具有：压电元件(机电变换元件)7，一端被固定于重块6，在施加驱动电压时进行伸缩；轴状的驱动部件8，通过压电元件7的伸缩而在轴方向上进行振动；移动体9，以能够滑行移动的方式与驱动部件8摩擦接合；以及限制部件10、11，与移动体9抵接而限制移动体9的移动，并确定移动体9的可动范围。

驱动电路3是通过根据从控制装置5输入的控制信号S1、S2、S3、S4而分别进行开关(switching)的4个FET 12、13、14、15，使压电元件7的两个电极连接到直流电源16或者接地的桥电路。

检测电路4具有：比较器18，输出检测电阻(分流电阻)17的两端的电位差，其中，该检测电阻17设置在用于使驱动电路3的压电元件7接地的电路中；放大器19，将比较器18的输出进行放大；以及AD变换器20，将放大器19的输出进行数字化。检测电路4的输出、即表示压电元件7的放电电流的电流值的数字信号被输入到控制装置5。

在振动型驱动装置1中，在从驱动电路3对致动器2的压电元件7施加了周期性的驱动电压时，根据压电元件7的伸缩，驱动部件8在轴方向上以锯齿状的速度变化进行往返移动。移动体9在驱动部件8缓慢地移动时，以与驱动部件8摩擦接合了的状态而与驱动部件8一起移动，但在驱动部件8急速移动时，由于自身的惯性力而停留于原地，相对于驱动部件8进行滑行移位。

例如，驱动电路3输出频率为140kHz、占空比为0.3的周期性的矩形波状的驱动电压，使移动体9向远离压电元件7的伸出方向进行滑行移位，输出频率为140kHz、占空比为0.7的矩形波状的驱动电压，使移动体9向接近压电元件7的拉回方向进行滑行移位。该驱动电压的频率比致动器2的共振频率低，相当于共振频率的约0.7倍。

检测电路4检测的压电元件7的放电电流是由驱动电压的波形(电压以及开关波形(switching waveform))和压电元件7的阻抗来决定的。即，检测电路4虽然直接检测驱动电路3中流过的电流，但也可以说是检测压电元件7的阻抗。

图2示出检测电路4的检测值、即流过检测电阻17的电流的变化。压电元件7在电气性方面呈现与电容器近似的电容性的特性。因此，驱动电路3的电流在将FET 12、13、14、15的状态进行了切换的瞬间呈现极大值，之后反复进行逐渐减小的变化。为了检测这样的波形，检测电路4的AD变换器20以充分短的周期、例如针对每0.1μsec(以采样频率10MHz)，进行AD变换。

控制装置5从由检测电路4输入的检测值，针对FET 12、13、14、15的开关(switching)的每1周期，抽取其最大值(峰值电流值)。驱动电路3的电流的峰值如图2所示，在移动体9处于可动范围内侧时、即没有抵接到限制部件10、11时，是约1000mA，但在移动体9到达该可动端并抵接到限制部件10或者11时，降低到约900mA。因此，在控制装置5中，将检测电路4的检测电流的峰值的阈值设为950mA，如果所检测到的峰值是950mA以下，则判断为移动体9抵接到限制部件10或者11(判定单元)，并根据状况而适当地控制驱动电路3。

例如，在本实施方式中，以从移动体9与限制部件11抵接的可动端离开一定的距离(例如50μm)的位置为原点，将移动体9的位置识别为对从原点返回之后施加的驱动电压的脉冲数的累计值乘以1个脉冲的平均移动量(例如±0.1μm)而得到的位置的情况下，在使移动体9进行原点返回时，进行图3所示那样的控制。例如，在将振动型驱动装置1用于聚焦透镜的驱动的情况下，移动体9的原点被确定为焦距成为无限大的位置。将移动体9的原点设为从可动端离开的位置的原因在于，是为了设计成即使每个产品存在偏差，在可动范围内也可靠地存在焦距成为无限大的位置。

在该原点返回的控制中，控制装置5一边对驱动电路3连续输出使移动体9向伸出方向移动的驱动电压，一边针对各驱动电压的每个脉冲而从检测电路4检测到的电流值中抽取峰值。然后，如果抽取的峰值成为950mA以下，则控制电路5使驱动电路3立即停止驱动电压的输出，然后，输出用于使移动体9从可动端移动至原点所需的脉冲数(例如500脉冲)的拉回方向的驱动电压。

另外，在本实施方式中，如图4所示，使移动体9从与限制部件10抵接的位置移动至与限制部件11抵接的位置，并测量其所需的时间，从而计算出移动体9的移动速度，校正与应使移动体9移动的距离对应的应施加的驱动电压的脉冲数的运算式。例如，在接通了振动型驱动装置1的电源时，执行该控制。

具体而言，如图4所示，首先，控制装置5对驱动电路3连续输出使移动体9向拉回方向移动的驱动电压，针对各驱动电压的每个脉冲从检测电路4检测到的电流值中抽取峰值，如果抽取的峰值成为950mA以下，则认为移动体9抵接到限制部件10，所以使驱动电路3停止驱动电压的输出。接下来，控制装置5对驱动电路3连续输出使移动体9向伸出方向移动的驱动电压，并且使计时器启动而开始测量时间。另外，在时间的测量中，将驱动电压的1个循环作为单位时间来表现是简便的。

然后，控制装置5针对各驱动电压的每个脉冲从检测电路4检测到的电流值中抽取峰值，如果抽取的峰值成为950mA以下，则认为移动体9到达了限制部件11，所以使驱动电路3停止输出驱动电压并且结束时间测量。最后，控制装置5通过将从移动体9与限制部件10抵接的位置至与限制部件11抵接的位置为止的距离除以由计时器测量出的时间，从而计算出移动体9的移动速度(驱动电压的1个脉冲的平均移动距离)。

由此，控制装置5在从外部输入了对移动体9的位置或者移动量进行指示的信号时，校正用于对使驱动电路3应输出的驱动电压的脉冲数进行计算的运算式，从而提高移动体9的定位精度。即，在本实施方式的振动型驱动装置1中，自己校正环境温度的变化、各部件的磨损等所致的移动速度的变化，所以不需要进行定期的校正作业。

在振动型驱动装置1中，也可以组合图3的控制和图4的控制，为了通过图4的控制来计算出移动体9的速度，而从移动体9抵接到限制部件11的状态起施加规定的脉冲数的驱动电压，从而使移动体9返回到原点。

另外，在本实施方式中，在FET 14、15与接地之间插入了检测电阻17，但在图1中，例如也可以通过在直流电源16与FET 12、13之间的电路(A点)、或驱动电路3与压电元件7之间的电路(B点)中插入检测电阻17，并利用检测电路4检测其两端的电位差，从而检测压电元件7的阻抗。

进而，图5示出本发明的第2实施方式的振动型驱动装置1a的结构。关于本实施方式，对于与第1实施方式相同的构成要素，附加相同的符号而省略重复的说明。

在本实施方式的振动型驱动装置1a中，直流电源16具有无法忽略的内部电阻16a，输出阻抗高。因此，振动型驱动装置1a在紧接在驱动电路3的FET 12、13之前的电路中设置有具有充分的静电电容且成为电流缓冲器的平滑电容器21。另外，在本实施方式中，检测电阻17被插入到直流电源16与平滑电容器21之间。因此，检测电路4被设置为通过检测该检测电阻17的两端的电位差来检测压电元件7的阻抗。

在本实施方式中，致动器2的压电元件7的充电电流以及放电电流也与第1实施方式同样地，成为图2所示的波形。但是，直流电源16由于内部电阻16a而无法瞬间供给大的电流，所以在压电元件7的电流大时，充电到平滑电容器21中的电荷被供给到压电元件7。并且，如图6所示，从直流电源16，电荷一点一点地充电到平滑电容器21中。因此，图6的电流波形是将图2的电流波形进行平滑化而得到的波形，两者的电流波形的积分值相等。

在本实施方式中，检测电路4检测流过压电元件7的电流的平均值，所以控制装置5直接利用从检测电路4输入的检测值即可，不要求进行抽取峰值那样的高速的处理。

图7示出本实施方式中的移动体9的原点返回处理的流程。在本实施方式中，在检测电流成为47.5mA以下时，判断为移动体9与限制部件10、11抵接。

另外，在本实施方式中，如果施加伸出方向的驱动电压而使移动体9到达限制部件11，则连续施加拉回方向的驱动电压，在检测电流大于47.5mA之后，施加用于使移动体9从可动端移动至原点所需的脉冲数的驱动电压。即，在本实施方式中，由于机械性的驱动端中的不均匀磨损等，在可动端中移动体9成为临时性的固定状态，即使施加了驱动电压，移动体有时也不会移动，所以在确认了移动体9离开限制部件11而开始移动之后，施加用于移动至原点所需的驱动电压。

另外，在本实施方式中，在移动体9抵接到限制部件10、11、或者离开限制部件10、11时，检测电路4所检测的电流值如图6所示那样逐渐降低，所以在压电元件7的阻抗变化的检测中产生延迟。因此，优选与该延迟量相应地减少用于使移动体9从可动端移动至原点的驱动电压的脉冲数来设定。但是，如果该延迟充分小、例如如果压电元件7的阻抗变化的检测的延迟是10个脉冲以下，则移动体9的定位误差仅为1μm以下，能够忽略由检测电路4的检测的延迟引起的定位误差。因此，如果使平滑电容器21的电容最佳化以使检测电路4的检测的延迟充分变小，则也可以忽略检测电路4的检测的延迟。

另外，在本实施方式中，如图8所示，在将移动体9从与限制部件10抵接的位置驱动至与限制部件11抵接的位置而计算移动体9的移动速度时，也在移动体9从限制部件10离开而检测电流大于47.5mA时开始测量时间。在该情况下，在时间测量的开始时和结束时，产生相同量的检测电路4的检测的延迟而相互抵消，所以完全无需考虑。

Claims (7)

1.一种振动型驱动装置，其特征在于，具备：

机电变换元件，在被施加电压时产生机械性移位；

驱动部件，通过所述机电变换元件而进行移动；

移动体，以能够滑行移位的方式与所述驱动部件接合；

限制部件，通过与所述移动体抵接而限制所述移动体的移动；

驱动电路，对所述机电变换元件施加周期性地变化的驱动电压；

检测电路，检测所述机电变换元件的阻抗；以及

判定单元，在所述检测电路的检测值是规定值以上时，判断为所述移动体与所述限制部件抵接。

2.根据权利要求1所述的振动型驱动装置，其特征在于，

所述检测电路检测通过所述驱动电压的施加而流过的电流值。

3.根据权利要求1或者2所述的振动型驱动装置，其特征在于，

所述机电变换元件通过电压的施加而产生锯齿状的机械性移位。

4.一种振动型驱动装置的控制方法，其中，该振动型驱动装置具有：

机电变换元件，在被施加电压时产生机械性移位；

驱动部件，通过所述机电变换元件而进行移动；

移动体，以能够滑行移位的方式与所述驱动部件接合；以及

限制部件，通过与所述移动体抵接而限制所述移动体的移动，

所述振动型驱动装置的控制方法的特征在于，

一边对所述机电变换元件施加周期性地变化的驱动电压，一边检测所述机电变换元件的阻抗，

在所述阻抗的检测值成为规定值以上时，停止施加所述驱动电压。

5.一种振动型驱动装置的控制方法，其中，该振动型驱动装置具有：

机电变换元件，在被施加电压时产生机械性移位；

驱动部件，通过所述机电变换元件而进行移动；

移动体，以能够滑行移位的方式与所述驱动部件接合；以及

限制部件，通过与所述移动体抵接而限制所述移动体的移动，

所述振动型驱动装置的控制方法的特征在于，

检测所述机电变换元件的阻抗，

在所述阻抗的检测值是规定值以上的状态下，对所述机电变换元件施加周期性地变化的驱动电压，

在从所述阻抗的检测值成为小于规定值起经过了预定的时间之后，停止施加所述驱动电压。

6.一种振动型驱动装置的控制方法，其中，该振动型驱动装置具有：

机电变换元件，在被施加电压时产生机械性移位；

驱动部件，通过所述机电变换元件而进行移动；

移动体，以能够滑行移位的方式与所述驱动部件接合；以及

限制部件，通过与所述移动体抵接而限制所述移动体的移动，

所述振动型驱动装置的控制方法的特征在于，

检测所述机电变换元件的阻抗，

在所述阻抗的检测值是规定值以上的状态下，对所述机电变换元件施加周期性地变化的驱动电压，

通过测量从所述阻抗的检测值成为小于所述规定值起到再次成为所述规定值以上为止的时间，计算所述移动体的移动速度。

7.根据权利要求4～6中的任意一项所述的振动型驱动装置的控制方法，其特征在于，

所述机电变换元件通过电压的施加而产生锯齿状的机械性移位。

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