JP2006238564A - 圧電アクチュエータの駆動方法、圧電アクチュエータの駆動装置、電子機器、圧電アクチュエータの駆動装置の制御プログラム及び記憶媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数の圧電アクチュエータの駆動時に消費電流過多によるシステムダウンを回避でき、回路構成の複雑・大型化を防止できる圧電アクチュエータの駆動方法の提供。
【課題手段】 複数の圧電アクチュエータを駆動する圧電アクチュエータの駆動方法であって、前記各圧電アクチュエータは、所定の周波数の駆動信号２０１，２０２が圧電素子に与えられることで振動する振動体を備える。各圧電素子へ供給する駆動信号２０１，２０の周波数を所定範囲でスイープさせるとともに、圧電素子へ供給する駆動信号２０１，２０のスイープ開始タイミングをΔＴだけずらして制御することで、各圧電素子の消費電流が最大となるタイミングをずらす。これにより、各圧電アクチュエータの合計消費電流２１０のピーク値を抑えることができ、電流過多によるシステムダウンを回避できる。
【選択図】 図７

Description

本発明は、圧電アクチュエータの駆動方法、圧電アクチュエータの駆動装置、電子機器、圧電アクチュエータの駆動装置の制御プログラム及び記憶媒体に関する。

圧電素子は、電気エネルギーから機械エネルギーへの変換効率や、応答性に優れている。このため、近年、圧電素子の圧電効果を利用した各種の圧電アクチュエータが開発されている。この圧電アクチュエータは、圧電ブザー、プリンタのインクジェットヘッド、超音波モータ、電子時計、携帯機器等の各種電子機器の分野に応用されている。

ところで、圧電アクチュエータは、周囲の温度や負荷等の影響で共振周波数が変動するため、圧電アクチュエータを駆動可能な駆動信号の周波数も、周囲温度や負荷等に応じて変動する。
そのため、変動する駆動信号の周波数範囲を含む広い範囲で駆動信号の周波数をスイープ（変化）させ、確実にモータを駆動させる方式が知られている（例えば、特許文献１参照）。

すなわち、特許文献１では、電圧制御発振器に三角波またはのこぎり波のスイープ電圧を出力し、電圧制御発振器の発振周波数をｆ_Lからｆ_Hまでの範囲で常時変化させ、圧電振動子を駆動可能な周波数を必ず与えることができるようにして、圧電振動子（圧電アクチュエータ）の確実な駆動を可能としている。

特公平５−１６２７２号公報

前記特許文献１は、共振周波数での駆動を含む。圧電素子のインピーダンスは、主となる共振点付近で急減に低下し、主となる共振点で最も低くなる。このため、圧電素子の駆動信号をスイープさせた場合、圧電素子の駆動に伴い消費電流が増大し、共振周波数付近で消費電流が最も大きくなる。

すなわち、図１７（Ａ）に示すように、圧電アクチュエータの駆動信号の周波数をｆ_Hからｆ_Lまでの範囲でスイープすると、図１７（Ｂ）に示すように、周波数がｆ１〜ｆ２の範囲で圧電素子が駆動する。そして、図１７（Ｃ）に示すように、圧電素子の駆動に伴い消費電流も増大し、インピーダンスが最も小さくなる主となる共振周波数、例えば縦共振周波数付近で電流が最大となる。
従って、電子機器の駆動源として圧電素子を用いる場合、圧電素子の消費電流が増大した際に、システムダウンが生じないような特性を有する圧電素子を用いる必要がある。

ところで、例えば複数のレンズを個別に移動させる必要があるカメラのレンズユニットのような電子機器においては、図１８に示すように、複数の圧電アクチュエータ１０１〜１０３を設け、発振器１１０から周波数がスイープされた駆動信号を各圧電アクチュエータ１０１〜１０３に入力して駆動する場合がある。すなわち、図１９（Ａ）に示すように、発振器１１０からは周波数ｆ_Hからｆ_Lまでの範囲で周波数スイープが繰り返された駆動信号が出力され、各圧電アクチュエータ１０１〜１０３に入力される。

この際、図１９（Ｂ）に二点鎖線で示すように、各圧電アクチュエータ１０１〜１０３の個別の消費電流１０５は駆動に伴い増加する。一方、システム全体の消費電流１０６は、各圧電アクチュエータ１０１〜１０３の消費電流を加算したものになる。ここで、各圧電アクチュエータ１０１〜１０３は同一規格の製品が用いられるため、周囲温度や負荷が共通する部分に用いられると、共振周波数つまり消費電流のピークも一致する場合が多い。このため、個々の圧電アクチュエータ１０１〜１０３の最大消費電流が各システムで設定される消費電流の上限値（システムにおける電流規格値であり、システムダウンの発生を回避できる値）内に納まっていて電流規格をクリアしている場合でも、各圧電アクチュエータ１０１〜１０３を同時に駆動した場合には、各圧電アクチュエータ１０１〜１０３の消費電流の合計値が電流規格値を超えてしまい、システムダウンが発生する可能性があった。

また、システムにおける電流規格値を大きくして、各圧電アクチュエータ１０１〜１０３の消費電流の合計値が電流規格をクリアするように回路を設計することも考えられるが、そのような大きな電流値に耐えられる回路構成にするためには、回路素子等の部品点数も増えて回路が大型化し、かつコストも増大するという新たな問題が生じることになる。

本発明の目的は、複数の圧電アクチュエータを駆動した場合であっても、消費電流の増加を抑えることができ、電流過多によるシステムダウンを回避できると共に、回路構成の複雑化、大型化を防止できてコストも低減できる圧電アクチュエータの駆動方法、圧電アクチュエータの駆動装置、この圧電アクチュエータを備えた電子機器、圧電アクチュエータの駆動装置の制御プログラム、この制御プログラムを記憶した記録媒体を提供することにある。

本発明は、複数の圧電アクチュエータを駆動する圧電アクチュエータの駆動方法であって、前記各圧電アクチュエータは、所定の周波数の駆動信号が圧電素子に与えられることで振動する振動体と、この振動体に設けられるとともに駆動対象に当接される当接部とを備え、各圧電素子へ供給する駆動信号の周波数を所定範囲でスイープさせるとともに、前記圧電素子へ供給する駆動信号を制御して各圧電素子の消費電流が最大となるタイミングをずらすことを特徴とするものである。

本発明によれば、各圧電素子の消費電流が最大となるタイミングをずらしているので、各圧電素子（圧電アクチュエータ）の消費電流を加算して得られるシステム全体の消費電流値の最大値を抑えることができる。このため、システムの消費電流が規格値を超えることで生じるシステムダウンを回避でき、かつ、回路構成の複雑化、大型化を防止できてコストも低減できる。
さらに、駆動信号の周波数を所定範囲でスイープ（変化）させているので、この周波数範囲内で駆動する圧電素子であれば確実に駆動することができる。
また、駆動信号を所定周波数範囲で常時スイープさせているので、周囲温度、外乱、負荷の変動などで圧電素子の駆動周波数がばらついても、そのバラツキに無調整で対応できる。

本発明においては、前記駆動信号の１スイープに要する時間を、同時に駆動する圧電アクチュエータの数で割って得られる時間ずつ、各圧電アクチュエータに入力する駆動信号のスイープ開始のタイミングをずらすことが好ましい。

本発明によれば、駆動信号を制御する際に、予め設定されている１スイープに要する時間Ｔを、同時に駆動する圧電アクチュエータの数（ｎ）で割って得られる時間（Δｔ＝Ｔ／ｎ）だけ、各圧電アクチュエータに入力する駆動信号のスイープ開始タイミングをずらしているので、各圧電アクチュエータに入力される駆動信号の周波数の差を、等間隔でかつ設定可能な最大値にすることができる。このため、各圧電アクチュエータにおいて、消費電流が最大となるタイミングを大幅にずらすことができ、システム全体の消費電流過大によるシステムダウンを防止できる。
その上、スイープ時間Ｔおよび圧電アクチュエータの数ｎという、予め判明しているデータのみで、スイープ開始時間の間隔ΔＴを予め設定できるので、圧電アクチュエータの駆動時のデータを検出して制御する必要もなく、非常に簡単にかつ安価に制御することができる。
また、各圧電アクチュエータは、同一の特性を有する同一製品を用いることができるので、圧電アクチュエータのコストも低減できる。

本発明において、前記圧電アクチュエータは、各圧電アクチュエータの主となる共振周波数を予め測定しておき、前記共振周波数のばらつきが、スイープ周波数の範囲Ｆを、同時に駆動する圧電アクチュエータの数ｎで割った値（Ｆ／ｎ）の１／２未満となる圧電アクチュエータが選択されて用いられていることが好ましい。

なお、圧電アクチュエータの主となる共振周波数とは、各共振周波数の中で、インピーダンスが最も小さくなり、消費電流がもっとも高くなる共振周波数のことを意味し、例えば、縦振動および屈曲振動の混合モードで駆動する圧電アクチュエータにおいて、縦共振周波数を意味する。
また、スイープ周波数の範囲Ｆとは、駆動周波数の最大値および最小値の差であり、例えば、駆動周波数を３１０〜２６０ｋＨｚまでスイープする場合には、Ｆ＝３１０−２６０＝５０ｋＨｚとなる。
また、各圧電アクチュエータの共振周波数のばらつきは、圧電アクチュエータが２個の場合には各共振周波数の差であり、３個以上の場合には、各圧電アクチュエータの共振周波数を小さい順に並べた際の近接する各共振周波数間の差で求められる。

複数の圧電アクチュエータを用いる場合、通常は、サイズ等が同一の製品を用いるため、各圧電アクチュエータの共振周波数もほぼ同じである。このため、駆動信号の入力タイミングをずらせば、各圧電アクチュエータの消費電流のピーク値のタイミングをずらすことができる。
但し、圧電アクチュエータの共振周波数にばらつきがある場合には、駆動信号の入力タイミングをずらしても、例えば、Ｆ／ｎ程度のばらつきがあると、各圧電アクチュエータのピーク値のタイミングが重なってしまう可能性がある。
一方、本発明によれば、予め各圧電アクチュエータの共振周波数を確認し、そのばらつきをＦ／ｎ／２以下に抑えているので、圧電アクチュエータの共振周波数がばらついても、消費電流の最大値のタイミングを確実にずらすことができる。

本発明において、前記各圧電アクチュエータは、縦振動および屈曲振動の混合モードで振動するものであり、各圧電アクチュエータに入力する駆動信号のスイープ開始のタイミングを、各圧電アクチュエータの縦振動の共振周波数と、屈曲振動の共振周波数との間隔以上ずらすことを特徴とするものでもよい。

ここで、駆動信号のスイープ開始のタイミングを各共振周波数の間隔以上ずらすとは、スイープを開始した圧電アクチュエータの駆動信号が、各圧電アクチュエータの縦振動の共振周波数（縦共振周波数）と、屈曲振動の共振周波数（屈曲共振周波数）との間隔以上変化してから、次の圧電アクチュエータの駆動信号のスイープを開始することを意味する。
例えば、各圧電アクチュエータを３１０ｋＨｚから２６０ｋＨｚまでスイープして駆動制御している場合であり、かつ、各圧電アクチュエータの縦共振周波数が例えば２８５ｋＨｚ、屈曲共振周波数が２９０ｋＨｚ、各共振周波数の間隔（差）が例えば５ｋＨｚの場合、最初にスイープを開始した圧電アクチュエータの駆動信号が、スイープ開始時の駆動周波数（３１０ｋＨｚ）から前記共振周波数の間隔（５ｋＨｚ）以上変化した場合、つまり３０５ｋＨｚ以下になった際に、次に駆動する圧電アクチュエータのスイープを開始すればよい。

このような構成においても、ある圧電アクチュエータが、最も消費電流が増大する縦共振周波数（例えば２８５ｋＨｚ）で駆動されている場合、他の圧電アクチュエータの駆動信号は、屈曲共振周波数（例えば２９０ｋＨｚ）に達していないことになるので、各圧電アクチュエータにおいて消費電流のピークタイミングを確実にずらすことができる。
なお、縦共振周波数と反共振周波数（例えば２９５ｋＨｚ）との間隔以上、各駆動信号の入力タイミングをずらせば、縦共振周波数と屈曲共振周波数との間隔以上に入力タイミングがずれることになるので、各圧電アクチュエータの消費電流のピークのタイミングをより確実にずらすことができる。

本発明は、前記圧電アクチュエータの駆動方法において、主となる共振周波数が異なる圧電アクチュエータを用意し、各圧電アクチュエータに対して同時に同一の駆動信号を入力してスイープ駆動を行うことを特徴とする。

ここで、主となる共振周波数とは、各圧電アクチュエータにおいて、消費電流が最大となる共振周波数を意味する。
本発明では、消費電流が最大となる共振周波数が各圧電アクチュエータで異なっているので、同一の駆動信号を同一タイミングで各圧電アクチュエータに入力すれば、各圧電アクチュエータにおいて、消費電流が最大となるタイミングがずれるため、消費電流過大によるシステムダウンなどを防止できる。例えば、３つの圧電アクチュエータを用いる際に、各圧電アクチュエータの主となる共振周波数が、それぞれ２９０，２８５，２８０ｋＨｚと異なっている場合に、各圧電アクチュエータに対して、３１０〜２６０ｋＨｚまでスイープされる駆動信号を同一タイミングで入力すれば、駆動信号が２９０、２８５，２８０ｋＨｚになった際に消費電流が最大となるのは、それぞれ１つの圧電アクチュエータだけであり、消費電流が最大となるタイミングがずれるため、消費電流過大によるシステムダウンなどを防止できる。
また、予め圧電アクチュエータの共振周波数を確認し、共振周波数が異なる圧電アクチュエータを組み合わせて使用するだけでよく、各圧電アクチュエータへは同一の駆動信号を入力すればよいため、スイープ開始のタイミングの計算も必要なく、回路構成を簡素化することができる。

本発明において、前記各圧電アクチュエータは、縦振動および屈曲振動の混合モードで振動するものであり、各圧電アクチュエータは、主となる共振周波数が、各圧電アクチュエータの縦振動の共振周波数（縦共振周波数）と、屈曲振動の共振周波数（屈曲共振周波数）との間隔以上異なるものが用いられていることが好ましい。例えば、２つの圧電アクチュエータを用いる際に、各圧電アクチュエータの縦および屈曲の各共振周波数の間隔が５ｋＨｚの場合、各圧電アクチュエータは、主となる共振周波数（例えば縦共振周波数）が５ｋＨｚ以上異なるものを用いればよい。例えば、縦共振周波数が２８５ｋＨｚの圧電アクチュエータと、２９０ｋＨｚの圧電アクチュエータとを用いればよい。

本発明によれば、ある圧電アクチュエータが、最も消費電流が増大する縦共振周波数で駆動されている場合、他の圧電アクチュエータの駆動信号は、その圧電アクチュエータの屈曲共振周波数に達していないことになるので、同一の駆動信号を各圧電アクチュエータに同時に入力しても、各圧電アクチュエータにおける消費電流のピークタイミングを確実にずらすことができる。
なお、縦共振周波数と反共振周波数との間隔以上、各駆動信号の入力タイミングをずらせば、縦共振周波数と屈曲共振周波数との間隔以上に入力タイミングがずれることになるので、各圧電アクチュエータの消費電流のピークのタイミングをより確実にずらすことができる。

本発明においては、前記圧電アクチュエータの消費電流を検出し、この消費電流が基準値以上となった場合には、前記駆動信号の周波数を所定周波数分シフトして周波数スイープを継続することが好ましい。

このように構成すれば、消費電流をモニタし、この消費電流が設定された基準値以上となった場合に、駆動信号の周波数を所定周波数分、例えば、数kHz分シフトしているので、圧電素子に供給する駆動信号の周波数をスイープ（変化）させる際に、共振周波数部分を飛ばすことができる。このため、圧電素子は、消費電流が最も高くなる共振周波数部分を除いて駆動されるので、消費電流の極端な増加を防止できる。また、消費電流の増加を防止できるので、過大な消費電流が流れることによるシステムダウンを回避できる。

本発明の圧電アクチュエータの駆動装置は、所定の周波数の駆動信号が圧電素子に与えられることで振動する振動体と、この振動体に設けられるとともに駆動対象に当接される当接部とを備えた圧電アクチュエータにおける前記圧電素子へ駆動信号を供給する圧電アクチュエータの駆動装置であって、前記各圧電素子へ供給する駆動信号の周波数を所定範囲でスイープさせるとともに、前記圧電素子へ供給する駆動信号を制御して各圧電素子の消費電流が最大となるタイミングをずらす駆動信号制御手段を備えることを特徴とする。

このような本発明では、例えば、各圧電素子へ供給する駆動信号の入力タイミングをずらすことなどで、各圧電素子の消費電流が最大となるタイミングをずらしているので、各圧電素子（圧電アクチュエータ）の消費電流を加算して得られるシステム全体の消費電流値の最大値を抑えることができる。このため、システムの消費電流が規格値を超えることで生じるシステムダウンを回避でき、かつ、回路構成の複雑化、大型化を防止できてコストも低減できる。
さらに、駆動信号の周波数を所定範囲でスイープ（変化）させているので、この周波数範囲内で駆動する圧電素子であれば確実に駆動することができ、周囲温度、外乱、負荷の変動などで圧電素子の駆動周波数がばらついても、そのバラツキに無調整で対応できる。このため、駆動装置に、周囲温度、外乱、負荷の変動などを検出する検出回路や、その検出データに基づいて駆動信号の周波数を調整する調整回路を設ける必要が無く、駆動装置の構成も簡易化できる。

本発明において、前記駆動信号制御手段は、駆動信号の１スイープに要する時間を、同時に駆動する圧電アクチュエータの数で割って得られる時間ずつ、各圧電アクチュエータに入力する駆動信号のスイープ開始のタイミングをずらすことが好ましい。

駆動信号を制御する際に、予め設定されている１スイープに要する時間Ｔと、同時に駆動する圧電アクチュエータの数（ｎ）とから得られる時間（Δｔ＝Ｔ／ｎ）だけ、各圧電アクチュエータに入力する駆動信号のスイープ開始タイミングをずらしているので、各圧電アクチュエータにおいて消費電流が最大となるタイミングを大幅にずらすことができる。また、前記時間ΔＴを予め設定するだけで良いため、圧電アクチュエータの駆動時のデータを検出して制御する必要もなく、非常に簡単にかつ安価に制御することができる。
また、各圧電アクチュエータは、同一の特性を有する同一製品を用いることができるので、圧電アクチュエータのコストも低減できる。

この際、前記圧電アクチュエータの駆動装置において、前記複数の圧電アクチュエータは、各圧電アクチュエータ間における主となる共振周波数のばらつきが、スイープ周波数の範囲Ｆを同時に駆動する圧電アクチュエータの数ｎで割った値（Ｆ／ｎ）の１／２未満であることが好ましい。このような構成によれば、前記駆動方法と同様に、予め各圧電アクチュエータの共振周波数を確認し、そのばらつきをＦ／ｎ／２以下に抑えているので、圧電アクチュエータの共振周波数がばらついても、消費電流の最大値のタイミングを確実にずらすことができる。

本発明において、前記各圧電アクチュエータは、縦振動および屈曲振動の混合モードで振動するものであり、前記駆動信号制御手段は、各圧電アクチュエータに入力する駆動信号のスイープ開始のタイミングを、各圧電アクチュエータの縦振動の共振周波数と、屈曲振動の共振周波数との間隔以上ずらすことを特徴とするものでもよい。

このような構成においても、ある圧電アクチュエータが、最も消費電流が増大する縦共振周波数で駆動されている場合、他の圧電アクチュエータの駆動信号は、屈曲共振周波数に達していないことになるので、各圧電アクチュエータにおいて消費電流のピークタイミングを確実にずらすことができる。なお、縦共振周波数と反共振周波数との間隔以上、各駆動信号の入力タイミングをずらせば、縦共振周波数と屈曲共振周波数との間隔以上に入力タイミングがずれることになるので、各圧電アクチュエータの消費電流のピークのタイミングをより確実にずらすことができる。

本発明の圧電アクチュエータの駆動装置は、所定の周波数の駆動信号が圧電素子に与えられることで振動する振動体と、この振動体に設けられるとともに駆動対象に当接される当接部とを備えた圧電アクチュエータにおける前記圧電素子へ駆動信号を供給する圧電アクチュエータの駆動装置であって、各圧電アクチュエータは、主となる共振周波数が圧電アクチュエータ毎に異なるものが用いられ、前記駆動信号制御手段は、各圧電アクチュエータに対して同時に同一の駆動信号を入力してスイープ駆動を行うことを特徴とするものでもよい。

本発明では、消費電流が最大となる共振周波数が各圧電アクチュエータで異なっているので、同一の駆動信号を同一タイミングで各圧電アクチュエータに入力すれば、各圧電アクチュエータにおいて、消費電流が最大となるタイミングがずれるため、消費電流過大によるシステムダウンなどを防止できる。
また、予め圧電アクチュエータの共振周波数を確認し、共振周波数が異なる圧電アクチュエータを組み合わせて使用するだけでよく、各圧電アクチュエータへは同一の駆動信号を入力すればよいため、スイープ開始のタイミングの計算も必要なく、回路構成を簡素化することができる。
さらに、各圧電アクチュエータに対して同一の駆動信号を同じタイミングで入力してよいため、駆動信号制御手段の構成を簡易化でき、コスト削減に有効である。

この際、前記各圧電アクチュエータは、縦振動および屈曲振動の混合モードで振動するものであり、各圧電アクチュエータは、主となる共振周波数が、各圧電アクチュエータの縦振動の共振周波数と、屈曲振動の共振周波数との間隔以上異なるものが用いられていることが好ましい。本発明においても、各圧電アクチュエータにおける消費電流のピークタイミングを確実にずらすことができる。なお、縦共振周波数と反共振周波数との間隔以上、各駆動信号の入力タイミングをずらせば、縦共振周波数と屈曲共振周波数との間隔以上に入力タイミングがずれることになるので、各圧電アクチュエータの消費電流のピークのタイミングをより確実にずらすことができる。

ここで、前記各圧電アクチュエータの駆動装置において、前記駆動信号制御手段は、クロック信号を出力するとともに前記クロック信号の周波数を可変可能なクロック回路と、電圧調整部と、前記電圧調整部から出力される電圧によって出力信号の周波数を可変可能な可変周波数発振器と、前記可変周波数発振器から出力された信号の周波数に応じた駆動信号を圧電素子に入力する駆動回路と、電圧調整部を制御する制御回路とを備え、前記電圧調整部は、前記クロック回路から出力されるクロック信号が入力されるアップダウンカウンタと、このアップダウンカウンタのカウンタ値に基づいて出力電圧の電圧値を設定するデジタル／アナログ変換器とを備え、前記制御回路は、前記アップダウンカウンタを初期状態にリセット可能に、かつ、クロック信号の入力を制御可能に構成されていることが好ましい。

この構成の発明によれば、制御回路によって、アップダウンカウンタのリセットや、クロック入力を制御するだけで、スイープ制御の開始タイミングを制御でき、圧電素子の駆動制御を簡単な構成で制御できる。

本発明の電子機器は、所定の周波数の駆動信号が圧電素子に与えられることで振動する振動体及びこの振動体に設けられるとともに駆動対象に当接される当接部を有する圧電アクチュエータと、前記圧電アクチュエータの駆動装置と、を備えたことを特徴とする。

この構成の発明では、消費電流のピークのタイミングが重ならないように駆動制御されている複数の圧電アクチュエータを備えているので、特に腕時計やカメラのレンズモジュールなどの小型で携帯に適した電子機器において、過大な消費電流が流れてシステムダウンなどを生じることを防止でき、安定した駆動を実現できる。

本発明の圧電アクチュエータの駆動装置の制御プログラムは、所定の周波数の駆動信号が圧電素子に与えられることで振動する振動体と、この振動体に設けられるとともに駆動対象に当接される当接部とを備えた圧電アクチュエータにおける前記圧電素子へ駆動信号を供給する圧電アクチュエータの駆動装置の制御プログラムであって、前記駆動装置に組み込まれたコンピュータを、前記各圧電素子へ供給する駆動信号の周波数を所定範囲でスイープさせるとともに、前記圧電素子へ供給する駆動信号を制御して各圧電素子の消費電流が最大となるタイミングをずらす駆動信号制御手段として機能させることを特徴とするものである。
また、本発明の記憶媒体は、前記プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体であることを特徴とする。

このような本発明によれば、駆動装置に組み込まれたコンピュータを前記各手段として機能させることで、前述と同様に、複数の圧電アクチュエータを駆動した際に、消費電流のピークが重ならないように制御でき、過大な電流が流れることによるシステムダウンなども防止できる。
そして、各手段をコンピュータで構成すれば、プログラムを変更するだけで、容易に条件を変更できるため、駆動対象等に応じた適切な制御を容易に行うことができる。

本発明によれば、複数の圧電アクチュエータを駆動した場合であっても、消費電流の増加を抑えることができ、電流過多によるシステムダウンを回避できると共に、回路構成の複雑化、大型化を防止できてコストも低減できる。

［第１実施形態］
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。本実施形態は、カメラのレンズユニットの駆動に圧電アクチュエータを用いたものである。
レンズユニット１０は、電子機器としてのカメラに搭載され、または、カメラと一体に製造され、利用されるものである。
また、このカメラは、レンズユニット１０の他、このレンズユニット１０を構成するレンズ３０，４０，５０によって結像される像を記録する記録媒体と、各レンズ３０，４０，５０を駆動する駆動ユニット１と、これら全てが収納されるケースとを備えている。ただし、カメラ，記憶媒体，およびケースの図示は省略してある。
図１は、レンズユニット１０を右上方から見た斜視図であり、図２は、レンズユニット１０を左上方から見た斜視図である。図３（Ａ）、（Ｂ）は、カム部材６０の動作図であり、図４（Ａ）、（Ｂ）は、カム部材７０の動作図である。図５は、カム部材６０を駆動する振動体６６の拡大斜視図である。

図１ないし図５において、レンズユニット１０は、全体略角筒状の筐体２０と、被駆動体としての第１レンズ３０，第２レンズ４０，および第３レンズ５０と、第２レンズ４０，および第３レンズ５０を進退駆動するカム部材６０と、第１レンズ３０を進退駆動するカム部材７０と、カム部材６０を回動駆動する圧電アクチュエータとしての振動体６６と、カム部材７０を回動駆動する圧電アクチュエータとしての振動体７６とを備えている。そして、これらのうち、カム部材６０，７０および振動体６６，７６により、各レンズ３０，４０，５０を駆動するための駆動ユニット１が構成されている。以下には、各構成について具体的に述べる。

筐体２０は、正面から背面に向かって棒状の案内軸２１が平行に２本設置されている。この案内軸２１は、レンズ３０，４０，５０が進退駆動されるのを案内する部材であり、レンズ３０，４０，５０を進退方向（光軸方向）に貫通している。また、この案内軸２１は、レンズ３０，４０，５０が前後に倒れるのを防止する役目を担っている。
さらに、筐体２０の両側の側部２２には、長孔形状の開口部２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃが設けられ、これらの開口部２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃは、レンズ３０，４０，５０に設けられたカム棒３１，４１，５１が十分動ける大きさに形成されている。

第１レンズ３０は、筐体２０の内部に配置されると同時に、筐体２０の開口部２３Ｃ内に位置するカム棒３１を備えている。第２レンズ４０は、筐体２０の内部に設置されると同時に、筐体２０の開口部２３Ｂ内に位置するカム棒４１を備えている。第３レンズ５０も同様に、筐体２０の内部に配置されると同時に、筐体２０の開口部２３Ａ内に位置するカム棒５１を備えている。

これらの第１〜第３レンズ３０，４０，５０は、中央の集光部３２，４２，および図示しない第３レンズ５０の集光部とその周囲の枠取付部３３，４３，および図示しない第３レンズ５０の枠取付部とが、レンズ材料で一体に形成されたものであり、これらを保持する保持枠３４，４４，５４を備えている。そして、この保持枠３４，４４，５４に、前述のカム棒３１，４１，５１が設けられている。

なお、第１レンズ３０はフォーカスレンズであり、第２レンズ４０，第３レンズ５０はズームレンズである。また、第３レンズ５０は、ズームレンズに限らず、フォーカスレンズであってもよい。その場合、各レンズ３０，４０，５０の構成や、各レンズ３０，４０，５０の光学特性を適宜設定することで、レンズユニット１０をフォーカスレンズ用ユニットとして利用可能である。

そして、第２レンズ４０は、凹レンズおよび凸レンズを組み合わせた構成となっているが、各レンズ３０，４０，５０の構造等もその目的を考慮して任意に決められてもよい。
さらに、レンズ３０，４０，５０は、本実施例では、集光部３２，４２，および第３レンズ５０の集光部と枠取付部３３，４３，および第３レンズ５０の枠取付部とがレンズ材
料で一体に形成されていたが、集光部３２，４２，および第３レンズ５０の集光部のみをレンズ材料で形成し、枠取付部３３，４３，および第３レンズ５０の枠取付部側を別材料で保持枠３４，４４，５４と一体に形成してもよい。また集光部３２，４２，および第３レンズ５０の集光部、枠取付部３３，４３，および第３レンズ５０の枠取付部、ならびに保持枠３４，４４，５４が一体のレンズ材で構成されていてもよい

カム部材６０，７０は、筐体２０の両側にある外面部２５Ａ，２５Ｂと、この外面部２５Ａ，２５Ｂの外側にそれぞれ３本の足部２６により固定されたカバー部材１０Ａとの間に設置されている。

カム部材６０は、回動軸６１を有する略扇状の形状をしており、筐体２０の外面部２５Ａに対して、回動軸６１を回動中心として回動自在に支持されている。また、カム部材６０の面状部分には、駆動用案内部としての２つのカム溝６２Ａ，６２Ｂが形成されている。このカム溝６２Ａ，６２Ｂは、略円弧状に形成されており、カム溝６２Ｂには第２レンズ４０のカム棒４１が係合し、カム溝６２Ａには第３レンズ５０のカム棒５１が係合し、これによりカム部材６０が回動すると、カム棒５１，４１がカム溝６２Ａ，６２Ｂに誘導され、これらカム溝６２Ａ，６２Ｂの形状に応じたスピードおよび移動範囲で動き、第３レンズ５０、第２レンズ４０が進退する。

カム部材７０は、回動軸７１を有する略レバー状の形状をしており、筐体２０の外面部２５Ｂに対して、回動軸７１を回動中心として回動自在に支持されている。また、カム部材７０の面状部分には、駆動用案内部としての１つのカム溝６２Ｃが形成されている。このカム溝６２Ｃは、略円弧状に形成されており、カム溝６２Ｃには第１レンズ３０のカム棒３１が係合し、これによりカム部材６０が回動すると、カム棒３１がカム溝６２Ｃに誘導され、これらカム溝６２Ｃの形状に応じたスピードおよび移動範囲で動き、第１レンズ３０が進退する。

これらのカム部材６０，７０において、回動軸６１，７１の外周面には、回動軸６１，７１に略直交する平面内で振動する振動体６６，７６が当接されている。この際、回動軸６１，７１に対する振動体６６，７６の当接方向は特に限定されず、回動軸６１，７１を回動させることができる方向であればよい。
また、カム部材６０，７０の面状部分に開口を設け、この開口内に振動体６６，７６を配置し、回動軸６１，７１の外周面に振動体６６，７６を当接してもよい。この場合、開口の大きさは、カム部材６０，７０が回動しても、振動体６６，７６と接触しない大きさを有する。そして、この場合の振動体６６，７６の支持は、筐体２０の外面部２５Ａ，２５Ｂ又はカバー部材１０Ａのどちら側であってもかまわない。
また、回動軸６１，７１の外周面においては、特に振動体６６，７６の当接部分は、摩耗を防ぐために、凹凸無く仕上げられている。振動体６６，７６の当接部分の外径は、大きければ大きいほどよく、このことで振動数に対する回動角度が少なくなるため、レンズ３０，４０，５０を微細に駆動可能となる。そして、回動軸６１，７１の外径形状は、当接部分のみが円弧で、それ以外の面は特に円弧でなくてもよい。

振動体６６は、図５に示すように、略矩形平板状に形成された補強板８１と、この補強板８１の表裏両面に設けられた略矩形平板状の圧電素子８２とを備えている。
補強板８１は、その長手方向の両端の短辺略中央に凹部が形成され、この凹部に略楕円形状の凸部材８１Ａが配置されている。これらの凸部材８１Ａは、セラミックスなどの高剛性の任意の材料で構成され、その略半分が補強板８１の凹部内に配置され、残りの略半分は、補強板８１の短辺から突出して配置されている。これらの凸部材８１Ａのうち、一方の凸部材８１Ａ先端が当接回動軸６１の外周面に当接されている。
補強板８１の長手方向略中央には、幅方向両側に突出する腕部８１Ｂが一体的に形成されている。腕部８１Ｂは、補強板８１からほぼ直角に突出しており、これらの端部がそれぞれ図示しないビスによってカバー部材１０Ａに固定されている。
このような補強板８１は、ステンレス鋼、その他の材料から形成されている。特に、時計のゼンマイなどに用いられる材料のように、温度変化が生じた場合でも、縦弾性係数及び横弾性係数の変化が小さい材料を用いることが好ましい。例えば、株式会社エスアイアイ・マイクロパーツ社のSPRON200（SPRONは株式会社エスアイアイ・マイクロパーツ社の登録商標）等が利用できる。

補強板８１の両面の略矩形状部分に接着された圧電素子８２は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、水晶、ニオブ酸リチウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、メタニオブ酸鉛、ポリフッ化ビニリデン、亜鉛ニオブ酸鉛、スカンジウムニオブ酸鉛等の材料の中から、適宜選択した材料により形成されている。
また、圧電素子８２の両面には、ニッケルめっき層および金めっき層などが形成されて電極が形成されている。この電極は、切欠溝によって互いに電気的に絶縁された複数の電極が長手方向に沿った中心線を軸として線対称に形成されている。つまり、圧電素子８２を幅方向にほぼ三等分するように二本の溝８３Ａが形成され、これらの溝８３Ａで分割された三つの電極のうち、両側の電極ではさらに長手方向をほぼ二等分するように溝８３Ｂが形成されている。
これらの溝８３Ａ，８３Ｂにより、圧電素子８２の表面には５つの電極８２Ａ，８２Ｂ，８２Ｃ，８２Ｄ，８２Ｅが形成される。そして、これらの電極８２Ａ〜８２Ｅのうち、対角線上両端に位置する電極８２Ａおよび電極８２Ｅをつなぐリード線と、電極８２Ｂおよび電極８２Ｄをつなぐリード線と、電極８２Ｃに接続されたリード線とは、印加装置に接続されている。
なお、これらの電極８２Ａ〜８２Ｅは、補強板８１を挟む表裏両方の圧電素子８２に同様に設けられており、例えば電極８２Ａの裏面側には電極８２Ａが形成されている。また、図５において、リード線、ビス、および印加装置の図示は省略してある。さらに、振動体７６については、振動体６６と同様な構成であり、振動体６６を説明することで理解できるため、ここでの説明を省略する。

このように形成された圧電素子８２は、表面の電極８２Ａ〜８２Ｅのうち、所定の電極を選択して、印加装置により電圧を印加することにより、振動体６６の長手方向に沿った往復振動である縦振動と、補強板８１の幅方向に振動する屈曲振動とを振動体６６に生じさせることができ、凸部材８１Ａが縦振動と屈曲振動とを組み合わせた混合振動モードにより楕円軌道を描いて振動する。
また、圧電素子８２に印加する電圧の電極を適宜切り替えることにより、振動体６６を振動させると、回動軸６１の回動方向を正転および逆転させることができる。

例えば、電極８２Ａ，８２Ｃ，８２Ｅを導通させ、これらの電極８２Ａ，８２Ｃ，８２Ｅとグランド（ここでは補強板８１）との間に電圧を印加した時の回転方向を正転とすれ
ば、電極８２Ｂ，８２Ｃ，８２Ｄを導通させ、これらとグランドとの間に電圧を印加すると回動軸６１の回転方向が逆転するのである。
ここで、圧電素子８２に印加する電圧の周波数は、補強板８１の振動時に縦振動共振点の近くに屈曲共振点が現れて、凸部材８１Ａが良好な楕円軌道を描くように設定される。また、圧電素子８２の寸法や、厚さ、材質、縦横比、電極の分割形態などは、圧電素子８２に電圧が印加された時に、凸部材８１Ａが良好な楕円軌道を描きやすいように適宜決定される。
なお、振動体６６に印加される交流電圧の波形は特に限定されず、例えばサイン波、矩形状波、台形波などが採用できる。

図６には、振動体（圧電アクチュエータ）６６，７６の駆動を制御する印加装置８４の構成ブロック図が示されている。この印加装置８４によって、本発明の圧電アクチュエータの駆動装置が構成されている。
図６において、印加装置８４は、クロック回路８４１と、制御回路８４２と、電圧調整部８４３と、可変周波数発振器８４４と、駆動回路（ドライバ）８４５とを備えている。
クロック回路８４１は、水晶発振器等を備えて構成され、制御回路８４２を動作させるためのクロック信号を出力する一般的なクロック回路である。

制御回路８４２は、圧電アクチュエータ６６，７６に入力される駆動信号を制御するものであり、本実施形態では、駆動信号のスイープ制御を実行するものである。
電圧調整部８４３は、出力する電圧を所定範囲内で増減させるとともに、制御回路８４２からの指示に基づいて、その電圧の増減方向および増減速度を切り換えるように構成されている。
本実施形態では、電圧調整部８４３は、アップダウンカウンタ（ＵＤカウンタ）８４６と、このＵＤカウンタ８４６から出力されたデジタル信号をアナログ信号に変換するデジタル／アナログ変換器（Ｄ／Ａ変換器）８４７とを備えている。

Ｄ／Ａ変換器８４７は、内部にＵＤカウンタ８４６のカウンタ値に応じた周波数制御電圧値が設定されている。そして、このＤ／Ａ変換器８４７は、ＵＤカウンタ８４６から出力されるカウンタ値を入力すると、このカウンタ値に応じた周波数制御電圧値に相当する周波数制御電圧を可変周波数発振器８４４に出力する。
可変周波数発振器８４４は、Ｄ／Ａ変換器８４７から出力される電圧に応じた周波数信号を駆動回路８４５に出力し、駆動回路８４５は入力された信号の周波数に応じた周波数の駆動信号を各圧電アクチュエータ６６，７６の圧電素子８２に出力する。
ここで、圧電素子８２に入力される駆動信号の周波数範囲の上限値および下限値、つまりＵＤカウンタ８４６が最大値の際に可変周波数発振器８４４から出力されるスイープ周波数上限値、および、ＵＤカウンタ８４６が最小値の際に可変周波数発振器８４４から出力されるスイープ周波数下限値は、実施にあたって適宜設定できるが、例えば、上限値を３１０ｋＨｚ、下限値を２６０ｋＨｚとし、スイープ範囲を５０ｋＨｚに設定すればよい。また、駆動信号の周波数スイープの速度、すなわちＵＤカウンタ８４６のカウンタ値の変化速度も実施にあたって適宜設定すればよい。例えば、１スイープの変化周期を周波数で表すと、２０〜１０００Ｈｚ程度の範囲で設定可能である。通常は、１２０Ｈｚ程度に設定すればよい。

このため、ＵＤカウンタ８４６のカウンタ値によって駆動信号の周波数が設定される。ここで、ＵＤカウンタ８４６のカウンタ値の変化方向によって、駆動信号の周波数のスイープ方向が設定される。また、ＵＤカウンタ８４６のカウンタ値の変化速度つまりは可変周波数発振器８４４から出力されるクロック信号の周波数によって駆動信号の周波数のスイープ速度が設定される。さらに、ＵＤカウンタ８４６のビット数によって、駆動信号の周波数分解能が設定される。

ＵＤカウンタ８４６は、可変周波数発振器８４４から入力されるクロック信号を計数し、その計数値をＤ／Ａ変換器８４７に出力する。
ＵＤカウンタ８４６には、カウンタ値を減少させる際にクロック信号を入力するダウン入力部と、カウンタ値を増加させる際にクロック信号を入力するアップ入力部とが設けられており、可変周波数発振器８４４からのクロック信号をどちらの入力部に入力するかは、制御回路８４２によって選択されている。

すなわち、制御回路８４２は、スイープ方向をダウン方向に制御する場合には、ＵＤカウンタ８４６のカウンタ値の初期値を最大値にセットし、かつ可変周波数発振器８４４からのクロック信号をダウン入力部に入力させるように制御する。
また、制御回路８４２は、スイープ方向をアップ方向に制御する場合には、ＵＤカウンタ８４６のカウンタ値の初期値を最小値にセットし、かつ可変周波数発振器８４４からのクロック信号をアップ入力部に入力させるように制御する。

また、ＵＤカウンタ８４６のビット数は、必要とする周波数分解能によって設定されるが、通常は、１０ビットや１２ビットに設定すればよい。このＵＤカウンタ８４６のビット数は、分解能（カウンタ値が１変化した際の周波数の変化量）を０．０１〜０．２５kHz程度にし、スイープ周波数幅を５０〜１００kHz程度にした場合には、１０〜１２ビット程度のカウンタを用いる必要があるが、スイープ周波数幅がより小さければ、よりビット数の小さなカウンタ、例えば８ビットおよび９ビットで選択可能なカウンタを利用することもできる。

ここで、圧電アクチュエータ６６，７６を個別に制御するため、電圧調整部８４３、可変周波数発振器８４４、駆動回路８４５は、圧電アクチュエータ６６，７６毎に設けられている。従って、２つの圧電アクチュエータ６６，７６が設けられた本実施形態では、電圧調整部８４３、可変周波数発振器８４４、駆動回路８４５は、２つずつ設けられている。一方、クロック回路８４１および制御回路８４２は、１つずつ設けられている。
そして、クロック回路８４１、制御回路８４２、電圧調整部８４３によって、可変周波数発振器８４４に加える電圧を調整する電圧調整回路が構成されている。
また、クロック回路８４１、制御回路８４２および各電圧調整部８４３、可変周波数発振器８４４、駆動回路８４５によって、各圧電アクチュエータ６６，７６に入力される駆動信号を制御する駆動信号制御手段が構成され、圧電アクチュエータ６６，７６毎に設けられている。

さらに、制御回路８４２には２つのスイッチ８４８Ａ，８４８Ｂが設けられている。スイッチ８４８Ａは、圧電素子Ａを有する圧電アクチュエータ６６を駆動（ＯＮ）または停止（ＯＦＦ）を制御するスイッチである。スイッチ８４８Ｂは、圧電素子Ｂを有する圧電アクチュエータ７６を駆動（ＯＮ）または停止（ＯＦＦ）を制御するスイッチである。
制御回路８４２は、各スイッチ８４８Ａ，８４８Ｂの指示により、各圧電アクチュエータ６６，７６の駆動・停止を制御できるように構成されている。

本実施形態では、制御回路８４２は、図７（Ａ），（Ｂ）に示すように、各圧電アクチュエータ６６，７６を駆動する駆動信号２０１，２０２の入力タイミングが、駆動信号２０１，２０２の１スイープの周期（１スイープに要する時間）Ｔを、設けられた圧電アクチュエータ６６，７６の数ｎで割った時間ΔＴ（＝Ｔ／ｎ）だけずれて入力されるように制御している。
本実施形態では、圧電アクチュエータ６６，７６は２つ設けられているので、ΔＴ＝Ｔ／２である。周期Ｔは、圧電アクチュエータ６６，７６で駆動する負荷等によって適宜設定されるが、例えば、Ｔ＝１／１２０（秒）である。この場合、ΔＴ＝１／（１２０×２）＝約０．００４１７秒となる。

一方、各圧電アクチュエータ６６，７６の消費電流２１１，２１２は、図７（Ｃ），（Ｄ）に示すような形になる。このため、各圧電アクチュエータ６６，７６の合計消費電流２１０は、図７（Ｅ）に示すようになり、各圧電アクチュエータ６６，７６の消費電流が最大となるタイミングがずれる。このため、合計消費電流２１０の最大値は、個別の消費電流２１１，２１２の最大値の２倍未満に抑えることができ、システムダウンが生じるような所定の電圧レベル２２０を超えないように構成されている。

［実施形態の効果］
本実施形態によれば、次の作用効果を奏することができる。
（１）本実施形態では、圧電アクチュエータ６６，７６に入力する駆動信号２０１，２０２の入力タイミングをずらしているので、複数の圧電アクチュエータ６６，７６を駆動した場合でも、最大消費電流は１つの圧電アクチュエータ６６，７６を使用した場合とあまり変わらないようにできる。このため、従来のように、複数の圧電アクチュエータ６６，７６の消費電流のピークが重なって、一度に大電流が流れてしまうことを防止でき、この大電流によって発生するシステムダウンや電源の電圧降下の問題を防止できる。このため、圧電アクチュエータ６６，７６の安定した駆動が可能となる。

（２）駆動信号２０１，２０２の入力タイミングの設定は、１スイープに要する時間Ｔと、同時に動作する圧電アクチュエータ６６，７６の数ｎとで予め簡単に設定できる。このため、例えば、圧電アクチュエータ６６，７６の駆動状態を検出し、その検出値に基づいて制御する場合に比べて、圧電アクチュエータ６６，７６の駆動を制御する印加装置８４の構成を簡易化でき、コストも低減できる。

（３）圧電アクチュエータ６６，７６の補強板８１として、例えば、時計のヒゲゼンマイなどに用いられる温度変化に対して縦弾性係数、横弾性係数の変化が小さい材料を用いたので、温度変化による共振周波数の変化を小さくすることができる。
従って、温度変化が生じても、前述のスイープ周波数範囲内で各圧電アクチュエータ６６，７６を確実に駆動することができる。

（４）駆動信号２０１，２０２の入力タイミングをずらしているので、サイズや材質などが共通する同一製品の圧電アクチュエータ６６，７６を用いれば、確実に消費電流のピーク値のタイミングをずらすことができ、大電流が流れることを防止できる。

（５）また、駆動信号２０１，２０２を所定周波数範囲で常時スイープさせているので、周囲温度、外乱、負荷の変動などで圧電アクチュエータ６６，７６の駆動周波数がばらついても、そのバラツキに無調整で対応できる。このため、印加装置８４に、周囲温度、外乱、負荷の変動などを検出する検出回路や、その検出データに基づいて駆動信号の周波数を調整する調整回路を設ける必要が無く、印加装置８４の構成をより簡易化できる。

（６）電圧調整部８４３を、ＵＤカウンタ８４６、Ｄ／Ａ変換器８４７を備えて構成し、スイープ速度変化を可変周波数発振器８４４から出力されるクロック信号の周波数で制御できるので、速度変化の幅を広くでき、スイープ速度を複数段階に容易に調整できる。
また、周波数分解能は、ＵＤカウンタ８４６のビット数によって設定できるので、周波数分解能も容易に設定できる。

（７）カメラのレンズユニット１０を、圧電アクチュエータ６６，７６と、前述の構成の印加装置８４と、圧電アクチュエータ６６，７６によって駆動されるレンズ３０，４０，５０と、を備えて構成したので、消費電力が少なく、安定した駆動制御を短時間で達成できるレンズユニット１０を提供することができる。

（８）圧電素子８２を駆動する駆動信号２０１，２０２を、所定周波数範囲内でスイープさせているので、この周波数範囲内で駆動する圧電素子８２であれば確実に駆動させることができる。このため、圧電素子８２を用いた超音波モータであれば、被駆動体を確実に回転させることができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
第１実施形態では、２つの圧電アクチュエータ６６，７６を設けた場合の駆動方法に関して説明したが、第２実施形態では、３つの圧電アクチュエータが設けられている場合について説明する。
圧電アクチュエータが３個設けられている場合には、図８（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、１スイープに要する時間Ｔを、使用する圧電アクチュエータの数ｎ＝３で割って得られる時間（ΔＴ＝Ｔ／３）ずつ、駆動信号２０１，２０２，２０３のスイープの開始タイミングをずらして各圧電アクチュエータに入力すればよい。

このような本実施形態においても、図８（Ｄ）に示すように、各圧電アクチュエータの消費電流の最大値のタイミングがずれるため、それらの消費電流の合計値（合計消費電流２１０）も１つの圧電アクチュエータの消費電流の最大値の２倍程度以下に抑えることができる。従って、一度に大電流が流れて起こるシステムダウンや電源の電圧降下を防止できるなど、前記第１実施形態と同じ作用効果を奏することができる。

［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
本実施形態では、予め各圧電アクチュエータの共振周波数を確認し、そのばらつきが、スイープ周波数の範囲をＦ、圧電アクチュエータの数をｎとした時に、（Ｆ／ｎ）の１／２未満となる圧電アクチュエータを選択して組み合わせている。
ここで、スイープ周波数範囲Ｆは、駆動周波数の最大値および最小値の差であり、例えば、駆動周波数を３１０〜２６０ｋＨｚまでスイープする場合には、Ｆ＝３１０−２６０＝５０ｋＨｚである。従って、圧電アクチュエータが３個設けられている場合には、図９に示すように、各圧電アクチュエータの主となる共振周波数のばらつきΔｆ１，Δｆ２が、Ｆ／ｎ／２＝約８．３３ｋＨｚより小さくなる圧電アクチュエータが選択されて組み合わされている。

このような本実施形態においても、図１０に示すように、各圧電アクチュエータの消費電流の最大値のタイミングがずれるため、それらの消費電流の合計値（合計消費電流２１０）も１つの圧電アクチュエータの消費電流の最大値の２倍程度以下に抑えることができる。従って、一度に大電流が流れて起こるシステムダウンや電源の電圧降下を防止できるなど、前記第１実施形態と同じ作用効果を奏することができる。

また、本発明のように、圧電アクチュエータの共振周波数を測定せずに駆動信号の入力タイミングのみを制御した場合、図１１に示すように、圧電アクチュエータの共振周波数のばらつきがＦ／ｎ程度あると、最悪の場合には、図１２に示すように、各圧電アクチュエータの消費電流のピークが重なってしまい、一度に大電流が流れてしまい、この大電流によってシステムダウンや電源の電圧降下が発生してしまうおそれがある。
これに対し、本実施形態によれば、図９，１０に示すように、圧電アクチュエータとして、主となる共振周波数である縦共振周波数のばらつきが、所定範囲以下と小さいものを選択して組み合わせているので、仮に各圧電アクチュエータの縦共振周波数が最大にばらついても、各圧電アクチュエータの消費電流が最大となるタイミングが重なることを防止でき、この点でも一度に大電流が流れてしまうことを防止でき、この大電流によって発生するシステムダウンや電源の電圧降下の問題を確実に防止できる。

［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態について説明する。
前記第１〜３実施形態は、いずれも複数の圧電アクチュエータが設けられている際に、各圧電アクチュエータに入力する駆動信号の入力タイミングをずらすことで、各圧電アクチュエータの消費電流が最大となるタイミングをずらし、合計消費電流が過大となることを防止していた。
これに対し、本実施形態では、予め各圧電アクチュエータの共振周波数を測定し、共振周波数が異なる複数の圧電アクチュエータを組み合わせて用いていることで、各圧電アクチュエータに入力する駆動信号の入力タイミングは同一に制御できるようにしたものである。

ここで、圧電アクチュエータの共振周波数は、材質が同一の場合には、補強板８１の形状や寸法等で決まるため、補強板８１の長さ寸法を各圧電アクチュエータで異ならせることで、各圧電アクチュエータの共振周波数も異ならせることができる。
例えば、第１の圧電アクチュエータのサイズを７ｍｍ×２ｍｍとした際の縦共振周波数が約２８０ｋＨｚの場合、第２の圧電アクチュエータのサイズを、約２％増加させた７．５ｍｍとすると、共振周波数は約５ｋＨｚ減少し、約２７５ｋＨｚとなる。このとき、幅寸法を２．０４ｍｍとして圧電アクチュエータの長さと幅の比をほぼ等しくしておけば、良好な性能を得ることができる。

このような本実施形態では、図１３に示すように、消費電流が最大となる駆動周波数が異なる圧電アクチュエータを用意し、図１４（Ａ）に示すように、各圧電アクチュエータに対し、同一の駆動信号２０１を同一タイミングで入力する。
すると、各圧電アクチュエータの共振周波数が異なるため、図１４（Ｂ）に示すように、各圧電アクチュエータの消費電流が最大となるタイミングが重ならず、電流過大によるシステムダウンを回避できるなど、前記実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
さらに、同一の駆動信号を各圧電アクチュエータに入力することができるので、電圧調整部８４３、可変周波数発振器８４４などを各圧電アクチュエータ毎に設ける必要が無く、それぞれを１つずつ設ければよいので、印加装置８４の回路構成を簡易化できてコストも低減できる。

なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記各実施形態において、各圧電アクチュエータの駆動信号をスイープする際に、駆動信号の電流を測定しておき、その駆動電流が設定値以上になった場合には、駆動信号の周波数を所定周波数分、例えば、数kHz分シフトすることで、消費電流が最大となる縦共振周波数を飛ばしてスイープ制御するようにしてもよい。すなわち、図１５に示すように、駆動回路８４５における駆動電流を検出する電流検出回路８４８を設け、制御回路８４２を、電流検出回路８４８で検出される駆動電流が設定値以上になった場合には、駆動信号の周波数を所定周波数分、例えば、数kHz分シフトしてするように構成すればよい。具体的には、制御回路８４２は、駆動電流が設定値以上の場合、ＵＤカウンタ８４６のカウンタ値を所定数シフトすればよい。この場合、ＵＤカウンタ８４６のカウンタ値の変化に伴い、駆動信号の周波数を所定周波数分シフトすることができる。

なお、図１５では、圧電アクチュエータ６６のみが記載されているが、ほかに図示を略した２つの圧電アクチュエータが設けられている。このため、電圧調整部８４３、可変周波数発振器８４４、駆動回路８４５、電流検出回路８４８は、各圧電アクチュエータに対応して３セット設けられている。また、各圧電アクチュエータの駆動のオン、オフを指示する３つのスイッチ８４８Ａ，８４８Ｂ，８４８Ｃが設けられている。
このように構成すれば、圧電アクチュエータの駆動電流が設定値以上、つまりインピーダンスが最も低くなるつまり消費電流がピークとなる縦共振周波数に、前記駆動信号の周波数が近づいている場合には、駆動信号の周波数を所定周波数分だけシフトできる。
このため、例えば、１回のスイープ処理において、消費電流が増大する縦共振周波数部分を除いて駆動できるので、消費電流を低減できる。このため、消費電流が急激に増加してシステムダウンが発生することを防止できる。

また、圧電アクチュエータの駆動装置としては、前記ＵＤカウンタ８４６を有する電圧調整部８４３を用いたものに限らず、異なる時定数を有する複数のループフィルタを用いた電圧調整部を有するものなどでもよく、要するに、駆動回路８４５から圧電素子８２に出力される駆動信号の周波数をスイープ可能であればよい。この際、スイープ方向、スイープ速度、周波数分解能の少なくとも１つを複数段階に変更可能なものであれることが好ましい。

さらに、前記第１実施形態では、１スイープに要する時間Ｔおよび圧電アクチュエータの数ｎによって、駆動信号のスイープ開始タイミングの差ΔＴを求めていたが、ΔＴを圧電アクチュエータの縦共振周波数と屈曲共振周波数の間隔以上に設定することで、スイープ開始タイミングを設定してもよい。すなわち、図１６に示すように、圧電アクチュエータでは、縦共振周波数でインピーダンスが最も小さくなり、消費電流が最大となる。従って、駆動周波数に対して同一のインピーダンス特性を有する複数の圧電アクチュエータを設けた場合には、各圧電アクチュエータに加える駆動信号のスイープ開始のタイミングを縦共振周波数および屈曲共振周波数との間隔ΔｆＡ以上変化してから、次の圧電アクチュエータの駆動信号のスイープを開始すればよい。
例えば、各圧電アクチュエータを３１０ｋＨｚから２６０ｋＨｚまでスイープして駆動制御している場合であり、かつ、各圧電アクチュエータの縦共振周波数が例えば２８５ｋＨｚ、屈曲共振周波数が２９０ｋＨｚ、各共振周波数の間隔（差）ΔｆＡが例えば５ｋＨｚの場合、最初にスイープを開始した圧電アクチュエータの駆動信号が、スイープ開始時の駆動周波数（３１０ｋＨｚ）から前記共振周波数の間隔（５ｋＨｚ）以上変化した場合、つまり３０５ｋＨｚ以下になった際に、次に駆動する圧電アクチュエータのスイープを開始すればよい。このようにすれば、ある圧電アクチュエータが、最も消費電流が増大する縦共振周波数（例えば２８５ｋＨｚ）で駆動されている場合、他の圧電アクチュエータの駆動信号は、屈曲共振周波数（例えば２９０ｋＨｚ）に達していないことになるので、各圧電アクチュエータにおいて消費電流のピークタイミングを確実にずらすことができる。
なお、縦共振周波数と反共振周波数（例えば２９５ｋＨｚ）との間隔ΔｆＢ以上、各駆動信号の入力タイミングをずらせば、縦共振周波数と屈曲共振周波数との間隔ΔｆＡ以上に入力タイミングがずれることになるので、各圧電アクチュエータの消費電流のピークのタイミングをより確実にずらすことができる。

また、第４実施形態のように、主となる共振周波数が異なる圧電アクチュエータを用いる際に、前記共振周波数が、各圧電アクチュエータの縦共振周波数および屈曲共振周波数の間隔以上異なるものを用いてもよい。この場合も、ある圧電アクチュエータが、最も消費電流が増大する縦共振周波数で駆動されている場合、他の圧電アクチュエータの駆動信号は、その圧電アクチュエータの屈曲共振周波数に達していないことになるので、同一の駆動信号を各圧電アクチュエータに同時に入力しても、各圧電アクチュエータにおける消費電流のピークタイミングを確実にずらすことができる。なお、縦共振周波数と反共振周波数との間隔以上、各駆動信号の入力タイミングをずらせば、縦共振周波数と屈曲共振周波数との間隔以上に入力タイミングがずれることになるので、各圧電アクチュエータの消費電流のピークのタイミングをより確実にずらすことができる。

さらに、本発明では、駆動装置である印加装置８４内の各手段等は、各種論理素子等のハードウェアで構成されたものや、ＣＰＵ（中央処理装置）、メモリ（記憶装置）等を備えたコンピュータを時計や携帯機器内に設け、このコンピュータに所定のプログラムやデータ（各記憶部に記憶されたデータ）を組み込んで各手段を実現させるように構成したものでもよい。
ここで、前記プログラムやデータは、カメラや時計等の携帯機器内に組み込まれたＲＡＭやＲＯＭ等のメモリに予め記憶しておけばよい。また、例えば、カメラ、時計等の携帯機器内のメモリに所定の制御プログラムやデータをインターネット等の通信手段や、ＣＤ−ＲＯＭ、メモリカード等の記録媒体を介してインストールしてもよい。そして、メモリに記憶されたプログラムでＣＰＵ等を動作させて、各手段を実現させればよい。なお、カメラなどに所定のプログラム等をインストールするには、そのカメラなどにメモリカードやＣＤ−ＲＯＭ等を直接差し込んで行ってもよいし、これらの記憶媒体を読み取る機器を外付けでカメラなどに接続してもよい。さらには、ＬＡＮケーブル、電話線等をカメラなどに接続して通信によってプログラム等を供給しインストールしてもよいし、無線によってプログラムを供給してインストールしてもよい。

このような記録媒体やインターネット等の通信手段で提供される制御プログラム等をカメラ、時計や携帯機器に組み込めば、プログラムの変更のみで前記各発明の機能を実現できるため、工場出荷時あるいは利用者が希望する制御プログラムを選択して組み込むこともできる。この場合、プログラムの変更のみで制御形式の異なる各種の携帯機器などを製造できるため、部品の共通化等が図れ、バリエーション展開時の製造コストを大幅に低減できる。

また、本発明は、前記実施形態のカメラのレンズユニット１０に適用されるものに限らない。すなわち、本発明の圧電アクチュエータの駆動方法や、駆動装置を採用した電子機器としては、カメラのレンズユニット１０に限らず、腕時計、置時計、柱時計等の電子時計などの各種の電子機器に本発明が適用可能であり、特に小型化が要求される携帯用の電子機器に好適である。ここで、各種の電子機器としては、時計機能を備えた電話、携帯電話、非接触ＩＣカード、パソコン、携帯情報端末（ＰＤＡ）等が例示できる。また、カメラとしても、ディジタルカメラ、ビデオカメラ、カメラ機能付き携帯電話等の電子機器にも適用可能である。これらカメラ機能を備えた電子機器に適用する場合には、レンズの合焦機構や、ズーム機構、絞り調整機構等の駆動に本発明の駆動手段を用いることができる。さらに、計測機器のメータ指針の駆動機構や、可動玩具の駆動機構、自動車等のインパネ（instrumental panel）のメータ指針の駆動機構、圧電ブザー、プリンタのインクジェットヘッド、超音波モータ等に本発明の駆動手段を用いてもよい。

本発明の第一実施形態にかかるレンズユニットを示す斜視図。 第一実施形態にかかるレンズユニットを示す斜視図。 第一実施形態のカム部材の動作図。 第一実施形態のカム部材の動作図。 第一実施形態の圧電アクチュエータの拡大斜視図。 第一実施形態の印加装置の構成ブロック図。 第一実施形態の駆動周波数と消費電流の関係を示す図。 第二実施形態の駆動周波数と消費電流の関係を示す図。 第三実施形態の駆動周波数と消費電流の関係を示す図。 第三実施形態における合計消費電流を示す図。 第三実施形態の比較例における駆動周波数と消費電流の関係を示す図。 第三実施形態の比較例における消費電流を示す図。 第四実施形態における駆動周波数と消費電流の関係を示す図。 第四実施形態における駆動周波数と消費電流の関係を示す図。 本発明の変形例の印加装置の構成ブロック図。 本発明の変形例のインピーダンス特性および消費電流の関係を示す図。 圧電アクチュエータの駆動周波数に対する駆動速度および消費電流の関係を示す図。 圧電アクチュエータと駆動装置の関係を示す図。 従来例における駆動周波数と消費電流の関係を示す図。

符号の説明

１…駆動ユニット、１０…レンズユニット、６６，７６…振動体（圧電アクチュエータ）、８１…補強板、８２…圧電素子、８４…印加装置、８４１…クロック回路、８４２…制御回路、８４３…電圧調整部、８４４…可変周波数発振器、８４５…駆動回路、８４６…ＵＤカウンタ、８４７…Ｄ／Ａ変換器、８４８…電流検出回路。

Claims (15)

1. 複数の圧電アクチュエータを駆動する圧電アクチュエータの駆動方法であって、
   前記各圧電アクチュエータは、所定の周波数の駆動信号が圧電素子に与えられることで振動する振動体と、この振動体に設けられるとともに駆動対象に当接される当接部とを備え、
   各圧電素子へ供給する駆動信号の周波数を所定範囲でスイープさせるとともに、
   前記圧電素子へ供給する駆動信号を制御して各圧電素子の消費電流が最大となるタイミングをずらすことを特徴とする圧電アクチュエータの駆動方法。
2. 請求項１に記載の圧電アクチュエータの駆動方法において、
   駆動信号の１スイープに要する時間を、同時に駆動する圧電アクチュエータの数で割って得られる時間ずつ、各圧電アクチュエータに入力する駆動信号のスイープ開始のタイミングをずらすことを特徴とする圧電アクチュエータの駆動方法。
3. 請求項２に記載の圧電アクチュエータの駆動方法において、
   前記圧電アクチュエータは、各圧電アクチュエータの主となる共振周波数を予め測定しておき、前記共振周波数のばらつきが、スイープ周波数の範囲を同時に駆動する圧電アクチュエータの数で割った値の１／２未満となる圧電アクチュエータが選択されて用いられていることを特徴とする圧電アクチュエータの駆動方法。
4. 請求項１に記載の圧電アクチュエータの駆動方法において、
   前記各圧電アクチュエータは、縦振動および屈曲振動の混合モードで振動するものであり、
   各圧電アクチュエータに入力する駆動信号のスイープ開始のタイミングを、各圧電アクチュエータの縦振動の共振周波数と、屈曲振動の共振周波数との間隔以上ずらすことを特徴とする圧電アクチュエータの駆動方法。
5. 請求項１に記載の圧電アクチュエータの駆動方法において、
   主となる共振周波数が異なる複数の圧電アクチュエータを用い、各圧電アクチュエータに対して同時に同一の駆動信号を入力してスイープ駆動を行うことを特徴とする圧電アクチュエータの駆動方法。
6. 請求項５に記載の圧電アクチュエータの駆動方法において、
   前記各圧電アクチュエータは、縦振動および屈曲振動の混合モードで振動するものであり、
   各圧電アクチュエータは、主となる共振周波数が、各圧電アクチュエータの縦振動の共振周波数と、屈曲振動の共振周波数との間隔以上異なるものが用いられていることを特徴とする圧電アクチュエータの駆動方法。
7. 請求項１から請求項６のいずれかに記載の圧電アクチュエータの駆動方法において、
   前記圧電アクチュエータの駆動電流を検出し、この駆動電流が基準値以上となった場合には、前記駆動信号の周波数を所定周波数分シフトして周波数スイープを継続することを特徴とする圧電アクチュエータの駆動方法。
8. 所定の周波数の駆動信号が圧電素子に与えられることで振動する振動体と、この振動体に設けられるとともに駆動対象に当接される当接部とを備えた圧電アクチュエータにおける前記圧電素子へ駆動信号を供給する圧電アクチュエータの駆動装置であって、
   前記各圧電素子へ供給する駆動信号の周波数を所定範囲でスイープさせるとともに、前記圧電素子へ供給する駆動信号を制御して各圧電素子の消費電流が最大となるタイミングをずらす駆動信号制御手段を備えることを特徴とする圧電アクチュエータの駆動装置。
9. 請求項８に記載の圧電アクチュエータの駆動装置において、
   前記駆動信号制御手段は、駆動信号の１スイープに要する時間を同時に駆動する圧電アクチュエータの数で割って得られる時間ずつ、各圧電アクチュエータに入力する駆動信号のスイープ開始のタイミングをずらすことを特徴とする圧電アクチュエータの駆動装置。
10. 請求項８に記載の圧電アクチュエータの駆動装置において、
    前記各圧電アクチュエータは、縦振動および屈曲振動の混合モードで振動するものであり、
    前記駆動信号制御手段は、各圧電アクチュエータに入力する駆動信号のスイープ開始のタイミングを、各圧電アクチュエータの縦振動の共振周波数と、屈曲振動の共振周波数との間隔以上ずらすことを特徴とする圧電アクチュエータの駆動装置。
11. 所定の周波数の駆動信号が圧電素子に与えられることで振動する振動体と、この振動体に設けられるとともに駆動対象に当接される当接部とを備えた圧電アクチュエータにおける前記圧電素子へ駆動信号を供給する圧電アクチュエータの駆動装置であって、
    各圧電アクチュエータは、主となる共振周波数が圧電アクチュエータ毎に異なるものが用いられ、
    前記駆動信号制御手段は、各圧電アクチュエータに対して同時に同一の駆動信号を入力してスイープ駆動を行うことを特徴とする圧電アクチュエータの駆動装置。
12. 請求項８から請求項１１のいずれかに記載の圧電アクチュエータの駆動装置において、
    前記駆動信号制御手段は、クロック信号を出力するとともに前記クロック信号の周波数を可変可能なクロック回路と、電圧調整部と、前記電圧調整部から出力される電圧によって出力信号の周波数を可変可能な可変周波数発振器と、前記可変周波数発振器から出力された信号の周波数に応じた駆動信号を圧電素子に入力する駆動回路と、電圧調整部を制御する制御回路とを備え、
    前記電圧調整部は、前記クロック回路から出力されるクロック信号が入力されるアップダウンカウンタと、このアップダウンカウンタのカウンタ値に基づいて出力電圧の電圧値を設定するデジタル／アナログ変換器とを備え、
    前記制御回路は、前記アップダウンカウンタを初期状態にリセット可能に、かつ、クロック信号の入力を制御可能に構成されていることを特徴とする圧電アクチュエータの駆動装置。
13. 所定の周波数の駆動信号が圧電素子に与えられることで振動する振動体及びこの振動体に設けられるとともに駆動対象に当接される当接部を有する圧電アクチュエータと、請求項８から請求項１２のいずれかに記載の圧電アクチュエータの駆動装置と、を備えたことを特徴とする電子機器。
14. 所定の周波数の駆動信号が圧電素子に与えられることで振動する振動体と、この振動体に設けられるとともに駆動対象に当接される当接部とを備えた圧電アクチュエータにおける前記圧電素子へ駆動信号を供給する圧電アクチュエータの駆動装置の制御プログラムであって、
    前記駆動装置に組み込まれたコンピュータを、
    前記各圧電素子へ供給する駆動信号の周波数を所定範囲でスイープさせるとともに、前記圧電素子へ供給する駆動信号を制御して各圧電素子の消費電流が最大となるタイミングをずらす駆動信号制御手段として機能させることを特徴とする圧電アクチュエータの駆動装置の制御プログラム。
15. 請求項１４に記載の制御プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。

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