JP2012023917A

JP2012023917A - 駆動装置

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Publication number: JP2012023917A
Application number: JP2010161569A
Authority: JP
Inventors: Tomoaki Yamanaka; 智明山中
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2010-07-16
Filing date: 2010-07-16
Publication date: 2012-02-02
Anticipated expiration: 2030-07-16
Also published as: JP5591000B2

Abstract

【課題】振動アクチュエータの起動又は停止に伴う衝撃音を低減する駆動装置を提供する。
【解決手段】駆動装置は、圧電素子に複数の周期駆動信号を印加することで駆動力を得る振動アクチュエータと、振動アクチュエータとともに移動する移動部と、移動部の位置を検出する位置検出手段と、移動部の目標位置を生成する目標位置発生手段と、複数の周期駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、複数の周期駆動信号のデューティ比を制御するデューティ制御手段と、移動部の目標位置と位置検出手段により検出された移動部の位置との差異に基づいて、移動部を停止させるか否かを判定する停止判定手段とを有し、停止判定手段の判定に基づいて移動部が停止した場合、デューティ制御手段は、デューティ比が時間に応じて減少するように制御し、駆動信号生成手段は、デューティ比が減少している間、複数の周期駆動信号の位相差をゼロにした定在波制御を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、振動アクチュエータの駆動装置に関する。

従来から、弾性体や高摩擦材に圧電素子をバネ等により押圧し、複数の駆動信号を印加して圧電素子に振動を励起することで推力を得る振動アクチュエータ及びこれを用いた駆動装置が知られている。振動アクチュエータは、小型で高トルクかつ高応答性であるという特徴を有する。振動アクチュエータは、圧電素子に印加される複数の駆動信号の振幅やデューティ比、周波数、又は、複数の駆動信号間の位相差等を変更することでその振動状態が変化する。

特許文献１では、圧電素子に印加される駆動信号のデューティ比を徐々に増減させることで、圧電素子に加わる電荷を制御して駆動速度を徐々に加速又は減速させる駆動機構が開示されている。特許文献２では、更に、目標とする駆動速度に達するまでの起動時間及び停止時間を短縮する駆動回路が開示されている。

特開平９―１９１６７６号公報特開２００４―０５６９５１号公報

しかしながら、振動アクチュエータを起動又は停止する際、駆動信号をオン／オフすると、振動アクチュエータの圧電素子に加わる圧接力に急反発して衝撃音が発生するという問題がある。また、フィードバック系において、振動アクチュエータの停止中に目標値とフィードバック値の差分である偏差が僅かでも存在すると、その偏差が累積されて過大な制御信号が発生する場合がある。このとき、圧電素子の振動開始と同時に急激な振動が励起され、衝撃音が発生するという問題がある。

そこで本発明は、振動アクチュエータの起動又は停止に伴う衝撃音を低減する駆動装置を提供する。

本発明の一側面としての駆動装置は、圧電素子に複数の周期駆動信号を印加することで駆動力を得る振動アクチュエータと、前記振動アクチュエータとともに移動する移動部と、前記移動部の位置を検出する位置検出手段と、前記移動部の目標位置を生成する目標位置発生手段と、前記複数の周期駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、前記複数の周期駆動信号のデューティ比を制御するデューティ制御手段と、前記移動部の前記目標位置と前記位置検出手段により検出された前記移動部の位置との差異に基づいて、前記移動部を停止させるか否かを判定する停止判定手段とを有し、前記停止判定手段の判定に基づいて前記移動部が停止した場合、前記デューティ制御手段は、前記デューティ比が時間に応じて減少するように制御し、前記駆動信号生成手段は、該デューティ比が減少している間、前記複数の周期駆動信号の位相差をゼロにした定在波制御を行う。

本発明の他の一側面としての駆動装置は、圧電素子に複数の周期駆動信号を印加することで駆動力を得る振動アクチュエータと、前記振動アクチュエータとともに移動する移動部と、前記移動部の位置を検出する位置検出手段と、前記振動アクチュエータの駆動開始を指示し、該駆動開始の指示に基づいて前記移動部の目標位置を生成する目標位置発生手段と、前記複数の周期駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、前記複数の周期駆動信号のデューティ比を制御するデューティ制御手段とを有し、前記目標位置発生手段が前記振動アクチュエータの駆動開始の指示をした場合、前記デューティ制御手段は、前記デューティ比が時間に応じて増加するように制御し、前記駆動信号生成手段は、該デューティ比が増加している間、前記複数の周期駆動信号の位相差をゼロにした定在波制御を行う。

本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施例において説明される。

本発明によれば、振動アクチュエータの起動又は停止に伴う衝撃音を低減する駆動装置を提供することができる。

本実施例における駆動装置の要部断面図及び制御ブロック図である。本実施例において、駆動回路から出力される周期駆動信号の波形図である。本実施例において、振動アクチュエータの駆動開始時の処理を示すフローチャートである。本実施例において、振動アクチュエータの振動停止状態から振動を開始するまでの処理を示すフローチャートである。本実施例において、振動アクチュエータが駆動状態から振動を停止するまでの処理を示すフローチャートである。本実施例において、停止判定時におけるデューティ制御のフローチャートである。本実施例において、デジタルフィルタで構成した積分部のブロック図である。本実施例において、振動アクチュエータの駆動停止及び駆動開始時における駆動信号のデューティ比の時間的変化を示す図である。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

まず、本発明の実施例１における駆動装置について説明する。図１は、本実施例における駆動装置の要部断面図及び制御ブロック図を示す。駆動装置１００は、レンズを駆動する位置決め装置を備えて構成され、ビデオカメラ等の撮影装置に適して用いられる。図１において、１０１は固定鏡筒、１０２は摩擦材（固定子）、１０３はＰＺＴ等を用いて構成された圧電素子（振動子）である。摩擦材１０２は、高摩擦係数と摩擦耐久性を兼ね備えた材料（摩擦材）で形成されている。摩擦材１０２と圧電素子１０３が加圧状態にて互いに接触することで、振動アクチュエータが構成される。このように、振動アクチュエータは、振動を発生する圧電素子１０３と圧電素子１０３に接触する摩擦材１０２とを備える。駆動回路１２２により圧電素子１０３に対して複数の周期的な電気信号（複数の周期駆動信号）が印加されることで、圧電素子１０３と摩擦材１０２との接触点等に楕円運動が励振され、圧電素子１０３が所望の方向に駆動される。なお、摩擦材１０２と圧電素子１０３との配置関係を逆にしても、同様の振動アクチュエータを構成することが可能である。

１０４はレンズホルダであり、例えばフォーカスレンズや変倍レンズ等のレンズ群１０５を保持する。またレンズホルダ１０４は、圧電素子１０３に固定されている。１０６はレンズホルダ１０４と一体となって形成されたスリーブである。スリーブ１０６は、保持バー１０７と係合することで、図１中の矢印方向（左右方向）への直進駆動を可能としている。

位置検出センサ１０９は、振動アクチュエータの駆動力により（振動アクチュエータとともに）移動するレンズ群１０５（移動部）の位置（基準位置に対する相対位置）を検出する位置検出手段である。位置検出センサ１０９としては、例えばレンズホルダ１０４と一体に構成された移動部に取り付けられた光学式スケールに対して、固定鏡筒１０１側に配置された発光部と受光部により、光学式スケールに刻まれたパターンを光学的に検出する位置センサがある。また、所定ピッチで着磁された磁気パターンを磁気抵抗素子の変化を検出して位置検出を行うセンサや、Ｈｉｇｈ／Ｌｏｗの繰り返しパターンを異なる位相で複数出力するパルスエンコーダ等がある。位置検出センサ１０９から出力される検出信号は、複数の方形波や正弦波の繰り返し信号である。ＡＤ変換器１１０は、位置検出センサ１０９から出力される検出信号を、アナログ信号からデジタル信号に変換する。１１１は位置演算部であり、位置検出センサ１０９からＡＤ変換器１１０を介して得られた信号（デジタル信号）をレンズ位置（レンズ群１０５の位置）と等価の位置データに変換する信号処理部である。

１０８は基準位置検出センサである。基準位置検出センサ１０８は、レンズ群１０５の絶対位置を求める際の基準となる基準位置を検出する。基準位置検出センサ１０８としては、フォトインタラプタ等が挙げられる。レンズホルダ１０４等の光学レンズ（レンズ群１０５）と一体となって移動する移動部材に遮光部を設け、固定鏡筒１０１等の固定部にフォトインタラプタのような基準位置検出センサ１０８を配置する。この構成によれば、移動部材の移動に応じて遮光部がフォトインタラプタの光路を遮ることで、センサ出力がＨｉｇｈからＬｏｗまたはＬｏｗからＨｉｇｈに変化する。

１１４は基準位置検出回路である。基準位置検出回路１１４は、例えば、シュミットトリガ機能の付いたバッファ回路等を備え、基準位置検出センサ１０８の出力信号を検出するための回路である。１１５は基準位置を演算する基準位置演算部、１１６は基準位置を記憶するための基準位置記憶部である。レンズ群１０５の絶対位置を計測する場合、例えば、フォトインタラプタのＨｉｇｈからＬｏｗへの立下りエッジを検出し、そのとき位置演算部１１１から算出される位置を基準位置として基準位置記憶部１１６に記憶する。以後、この基準位置と位置演算部１１１で逐次得られる位置データとの差分を算出することで絶対位置を求めることが可能である。また、エッジを検出した際の位置データを基準位置記憶部１１６で記憶している所定の基準位置で置き換え、以後検出される位置データは置換え後の位置データに加算又は減算することでも絶対位置を得ることができる。なお、位置検出センサがポテンショメータ等の絶対位置を検出可能なセンサである場合には、基準位置を検出するためのセンサ及び制御部は必要ない。

１１３はレンズ群１０５を所望の位置に移動（駆動）するための目標位置を生成する目標位置発生部（目標位置発生手段）である。目標位置発生部１１３は、操作スイッチ１２４が操作されると、その操作に従ってレンズ群１０５の目標位置を生成する。１１２は位置演算部１１１で算出した現在のレンズ位置（レンズ群１０５の現在位置）と目標位置発生部１１３で生成した目標位置（レンズ群１０５の目標位置）との差分を演算し、偏差信号を生成する減算器である。減算器１１２で生成された偏差信号は、積分部１１７、位相補償演算部１１８及びゲイン部１１９を介して、駆動信号を得るための制御信号に変換される。振動アクチュエータにおける制御信号は、駆動周波数や複数の駆動信号の位相差等の情報を含む信号である。駆動周波数や位相差を変更することで、振動アクチュエータの推力や速度が制御される。積分部１１７は、主に、停止時に発生する偏差を小さくし、また、衝撃等の外乱が入力された後でも目標位置に追従可能にする処理を行う。位相補償演算部１１８は、主に、位相遅れにより発生する駆動装置１００の発振現象を抑制する処理を行う。また、ゲイン部１１９は、主に、係数変換や駆動装置１００の応答性や安定性の微調整の処理を行う。

１２３は停止判定部（停止判定手段）である。停止判定部１２３は、位置演算部１１１により算出された現在のレンズ群１０５の位置と、目標位置発生部１１３により生成された目標位置とを比較し、レンズ群１０５が目標位置に到達したか否かを判定する。すなわち、停止判定部１２３は、レンズ群１０５の目標位置と位置検出センサ１０９により検出されたレンズ群１０５の位置との差異に基づいて、レンズ群１０５を停止させるか否かを判定する。停止判定部１２３によってレンズ群１０５が目標位置に到達したと判定された場合、圧電素子１０３の振動を停止させる。１２１は複数の周期駆動信号のデューティ比を制御するデューティ制御部（デューティ制御手段）である。これらの詳細な動作については後述する。

駆動信号生成部１２０は、複数の周期駆動信号を生成する駆動信号生成手段である。駆動信号生成部１２０は、制御信号（ゲイン部１１９からの出力信号）及びデューティ制御部１２１により決定されるデューティ比に基づいて、圧電素子１０３を駆動するための正弦波信号やパルス信号の周波数、位相差、及び、デューティ比を生成する。そして、所定の周波数、位相差、及び、デューティ比を有する駆動信号を駆動回路１２２へ出力する。駆動信号生成部１２０からの出力信号は圧電素子１０３を駆動するには不十分な電圧であるため、駆動回路１２２は駆動信号生成部１２０からの出力信号の電圧増幅を行って圧電素子１０３に駆動信号を供給し、圧電素子１０３を駆動する。

以上の一連の動作を繰り返すフィードバック制御を行うことで、レンズ群１０５を目標位置に駆動することが可能となる。このような駆動制御は、主に、制御ＣＰＵ１２５の内部で行われる。

次に、図２を参照して、デューティ比の概念について説明する。図２は、駆動回路１２２から出力される周期駆動信号の波形図である。本実施例では、例えば、圧電素子１０３に対して、図２に示されるようなＡ相、Ｂ相のパルス波形を入力することで振動アクチュエータを駆動する。このとき、Ａ相、Ｂ相のパルス波形の周期をＴ_Ｄ、Ｈｉｇｈ期間をＴ_Ｈ、とすると、デューティ比Ｄは、以下の式（１）のように表される。

Ｄ＝Ｔ_Ｈ／Ｔ_Ｄ×１００［％］ … （１）
圧電素子１０３の振動を停止させる場合には、デューティ比Ｄを０％又は１００％に設定すればよい。一方、圧電素子１０３に振動を励起する場合には、デューティ比Ｄをそれ以外の値（０＜Ｄ＜１００）に設定すればよい。本実施例では、デューティ比Ｄが０％である場合を振動停止状態、デューティ比Ｄが５０％を駆動状態と定義する。

図８は、振動アクチュエータの駆動停止及び駆動開始時における駆動信号のデューティ比の時間的変化を示す。図８（ａ）はデューティ比の変化期間が比較的短い場合、図８（ｂ）はデューティ比の変化期間が比較的長い場合である。時間Ｔ０、Ｔ１、…Ｔｎは、目標位置の発生タイミングを示しており、撮影装置の画像取り込み周期や表示装置の垂直同期周期等などに相当する。ただし本実施例はこれに限定されるものではなく、目標位置の発生タイミングを任意の周期に設定してもよい。

期間Ｐ_Ｄは、振動アクチュエータの駆動停止時におけるデューティ比の減少処理期間であり、期間Ｐ_Ｄにおいてデューティ比は駆動状態である５０％から振動停止状態である０％へ線形的に減少する。期間Ｐ_ＯＦＦは停止期間であり、デューティ比は常に振動停止状態である０％となっている。期間Ｐ_Ｕは、デューティ比の増加処理期間であり、期間Ｐ_Ｕにおいてデューティ比は振動停止状態である０％から駆動状態である５０％へ線形的に増加する。

振動アクチュエータの駆動開始及び駆動停止を迅速に行うために、デューティ比の変化期間（デューティ比の増加処理期間及び減少処理期間）は、目標位置の発生タイミングの期間（例えば、Ｔ２−Ｔ１）より短くなるように設定することが好ましい（図８（ａ））。ただし、デューティ比の急激な変化により駆動開始及び駆動停止時の衝撃音が十分に軽減しない場合には、数回の目標位置の発生タイミングの期間（例えば、Ｔ２−Ｔ０）に渡ってデューティ比を変更してもよい。

次に、図３を参照して、振動アクチュエータの駆動開始時における処理について説明する。図３は、振動アクチュエータの駆動開始時の処理を示すフローチャートであり、振動アクチュエータが停止状態から振動を開始し、目標位置を生成するまでの処理を示す。これらの一連の処理は、制御ＣＰＵ１２５の指示に基づいて実行される。まずステップＳ２０１において、操作スイッチ１２４の状態を検出することで、操作スイッチ１２４が操作されているか否かが判定される。操作スイッチ１２４が操作されている場合にはステップＳ２０２に進み、操作されていない場合には、図３に示される処理を終了する。

操作スイッチ１２４が操作されている場合には、振動アクチュエータを起動させる必要がある。このため、ステップＳ２０２において、目標位置発生部１１３は駆動開始の指示信号をデューティ制御部１２１に出力する。このように、目標位置発生部１１３は、振動アクチュエータの駆動開始を指示する。目標位置発生部１１３は、デューティ比Ｄを変更している間（０＜Ｄ＜５０）には目標位置を生成しないように構成されている。このためステップＳ２０３において、目標位置発生部１１３は、デューティ制御部１２１から目標位置の生成許可が得られているか否か、すなわちデューティ比Ｄが５０％に到達しているか否かを判定する。目標位置の生成許可が得られていない場合には、ステップＳ２０３を繰り返す。一方、目標位置の生成許可が得られている場合には、ステップＳ２０４に進む。このような処理により、操作スイッチ１２４が操作された場合でも、デューティ比が５０％に到達するまでは、目標位置の生成許可が得られない期間が存在する。すなわち、振動アクチュエータの駆動が僅かに遅れることになる。しかし、その期間は、画像の取り込み周期や表示映像の垂直同期周期等の十分に短い期間であるため、実際には問題にならない。

ステップＳ２０４において、目標位置発生部１１３は、操作スイッチ１２４の操作に従って目標位置を生成し、減算器１１２に出力することで、位置フィードバックによりレンズ群１０５を所望の位置に追従させる。以上の処理を所定の周期で繰り返し行うことで、目標位置を逐次発生させ、レンズ群１０５の位置を制御することができる。

次に、図４を参照して、振動アクチュエータの駆動開始時における処理について詳述する。図４は、振動アクチュエータがデューティ比の制御を行い、振動停止状態から振動を開始するまでの処理を示すフローチャートである。図４に示される処理は、制御ＣＰＵ１２５の指示に基づいて実行される。まずステップＳ３０１において、制御ＣＰＵ１２５は、図３のフローチャートにおける駆動開始指示（ステップＳ２０２）がなされたか否かを判定する。駆動開始指示がない場合には、ステップＳ３０１を繰り返す。一方、駆動開始指示がなされた場合には、ステップＳ３０２に進む。

駆動開始指示がなされた場合にはステップＳ３０２において、制御ＣＰＵ１２５は、駆動停止中に行っていた処理を解除し、通常の位置フィードバックを行うことができるように準備する。詳細については後述する。続いてステップＳ３０３において、デューティ制御部１２１は、デューティ比を増加させる。デューティ比の増加量（図８中の期間Ｐ_Ｕにおける直線の傾き）が大きすぎると、圧電素子１０３に加わる圧接力に反発する振動が大きくなるため衝撃音が発生する。一方、デューティ比の増加量が小さすぎると、デューティ比を所定量（本実施例では５０％）まで増加させるのに必要な時間がかかる。このため、デューティ比の増加量は、実際の撮影装置（駆動装置）の動作を確認しつつ、適切な量に設定することが好ましい。次に、ステップＳ３０４において、駆動信号生成部１２０は、ステップＳ３０５でデューティ制御部１２１により決定されたデューティ比を用いて、圧電素子１０３を駆動するための複数のパルス信号を生成し、駆動回路１２２に出力する。

このように、目標位置発生部１１３が振動アクチュエータの駆動開始の指示をした場合、デューティ制御部１２１は、デューティ比が時間に応じて増加するように制御する。このとき駆動信号生成部１２０は、デューティ比が増加している間、複数の周期駆動信号の位相差をゼロにした定在波制御を行う。なお、定在波制御とは、レンズ群１０５の速度方向成分がゼロであるようにレンズ群１０５の駆動を行う（圧電素子を振動させる）制御である。このため、レンズ群１０５の速度方向成分がゼロになるように制御するものであれば、位相差が厳密にはゼロでない場合も含まれる。

続いて、ステップＳ３０５において、デューティ制御部１２１は、デューティ比が所定量（本実施例では５０％）に到達したか否かを判定する。デューティ比が５０％に到達していない場合には、ステップＳ３０７において所定時間待機した後、ステップＳ３０３〜Ｓ３０５を繰り返す。ステップＳ３０７にて所定時間待機した後、デューティ制御部１２１は、再び、ステップＳ３０３にてデューティ比を増加させる。ステップＳ３０７における待機時間は、目標位置の生成周期よりも十分に小さく設定される。これは、目標位置の生成タイミングとデューティ制御の制御周期が異ならせ、目標位置への追従動作と圧電素子の振動開始のタイミングを制御することで、迅速な駆動かつ衝撃音のない振動アクチュエータを提供することができるからである。

一方、ステップＳ３０５においてデューティ比が５０％に到達した場合、駆動信号生成部１２０は定在制御を終了し、通常の駆動制御を行う。なおデューティ制御部１２１は、目標位置発生部１１３による目標位置の発生周期よりも短い期間内（例えば、Ｔ１とＴ２との間の期間）でデューティ比が０％から５０％まで増加するように制御することが好ましい。続いてステップＳ３０６に進み、デューティ制御部１２１は、目標位置発生部１１３に対して、目標位置の生成を許可する。目標位置の生成が許可されると、位置フィードバックが行われ、停止していたレンズ群１０５（移動部）の移動が開始する。

次に、図５を参照して、振動アクチュエータの駆動停止時における処理について説明する。図５は、振動アクチュエータが駆動状態から振動を停止するまでの処理を示すフローチャートである。図５に示される処理は、制御ＣＰＵ１２５内の停止判定部１２３により実行される。まずステップＳ４０１において、操作スイッチ１２４の状態を検出することで、操作スイッチ１２４が操作されているか否かを判定する。操作スイッチ１２４が操作されている場合には図５の処理は終了する。一方、操作スイッチ１２４が操作されていない場合にはステップＳ４０２に進む。

操作スイッチ１２４が操作されている場合、ステップＳ４０２において、目標位置Ｐ_Ｔを目標位置発生部１１３から取得する。続いて、ステップＳ４０３において、検出位置Ｐ_Ｎを位置演算部１１１から取得する。次に、ステップＳ４０４では、目標位置Ｐ_Ｔと検出位置Ｐ_Ｎとの差の絶対値を所定の許容値と比較する。目標位置Ｐ_Ｔと検出位置Ｐ_Ｎとの差の絶対値が所定の許容値より大きい場合には、ステップＳ４０４の処理を繰り返す。一方、この絶対値が所定の許容値以下である場合にはステップＳ４０５に進む。このとき、目標位置Ｐ_Ｔ＝検出位置Ｐ_Ｎであるか否かにより停止判定を行うことも可能である。ただし、一般的には、位置検出のノイズの影響や位置検出分解能、振動アクチュエータの駆動性能や駆動部分のガタを考慮して許容値が設定される。

ステップＳ４０５では、回数カウンタをカウントアップする。続いて、ステップＳ４０６において、回数カウンタが所定回数以上であるか否かを判定する。回数カウンタが所定回数未満である場合には、ステップＳ４０１に戻る。一方、回数カウンタが所定回数以上である場合には、ステップＳ４０７に進む。このように、目標位置Ｐ_Ｔと検出位置Ｐ_Ｎとの差の絶対値が所定の許容値以下となった回数をカウントすることで、レンズ位置がオーバーシュート等の過渡的な状況下で許容値以下となるような停止誤判定を回避することができる。なお、許容値以下となった回数に代えて、許容値以下の状態が所定時間継続したか否かにより判定してもよい。ステップＳ４０７では、レンズ群１０５が略目標位置に到達して停止したと判定する。この停止判定に基づいて、デューティ比の変更及び停止中の各種処理が行われる。

次に、図６を参照して、停止判定時におけるデューティ制御について説明する。図６は、停止判定時におけるデューティ制御のフローチャートであり、駆動状態から振動を停止するまでの処理を示す。図６に示される処理は、制御ＣＰＵ１２５の指示に基づいて実行される。まずステップＳ５０１において、デューティ制御部１２１は、停止判定部１２３によりレンズ群１０５（移動部）が停止したか否かを判定する。レンズ群１０５が停止していないと判定された場合には、ステップＳ５０１を繰り返す。一方、レンズ群１０５が停止していると判定された場合（レンズ群１０５が停止している場合）には、ステップＳ５０２に進む。

デューティ制御部１２１は、ステップＳ５０２において、デューティ比を減少させる。デューティ比の減少量（図８中の期間Ｐ_Ｄにおける直線の傾き）が大きすぎると、圧電素子１０３に加わる圧接力に反発する振動が大きくなるため衝撃音が発生する。一方、デューティ比の減少量が小さすぎると、デューティ比を０％まで減少させるのに必要な時間がかかる。このため、デューティ比の減少量は、実際の撮影装置（駆動装置）の動作を確認しつつ、適切な量に設定することが好ましい。また、デューティ比の増加量と減少量は同量に設定してもよい。次にステップＳ５０３において、駆動信号生成部１２０は、ステップＳ５０２で決定したデューティ比にて圧電素子１０３を駆動するため、複数の周期駆動信号であるパルス信号を生成して、駆動回路１２２に出力する。このとき、レンズ群１０５は停止しているため、駆動信号生成部１２０は、複数の周期駆動信号の位相差をゼロにした定在波制御を行う。

このように、停止判定部１２３の判定に基づいてレンズ群１０５が停止した場合、デューティ制御部１２１は、デューティ比が時間に応じて減少するように制御する。このとき駆動信号生成部１２０は、デューティ比が減少している間、複数の周期駆動信号の位相差をゼロにした定在波制御を行う。

続いてステップＳ５０４において、デューティ制御部１２１は、デューティ比が０％に到達したか否かを判定する。デューティ比が０％に到達していない場合には、再びデューティ比を減少させるため、ステップＳ５０６に進む。ステップＳ５０６において、デューティ制御部１２１は、所定時間待機した後、再びステップＳ５０２にてデューティ比を減少させる。この待機時間は、目標位置の生成周期（例えば、Ｔ１とＴ２の間の期間）よりも十分に小さくように設定される。これは、目標位置の生成タイミングとデューティ制御の制御周期が異ならせ、目標位置への追従動作と圧電素子の振動停止のタイミングを適切に制御することで、迅速な停止動作かつ衝撃音のない振動アクチュエータを提供することができるからである。

一方、ステップＳ５０４でデューティ比が０％に到達している場合には、駆動信号生成部１２０は定在波制御を停止する。これにより、圧電素子の振動が停止する。なおデューティ制御部１２１は、目標位置発生部１１３による目標位置の発生周期よりも短い期間内（例えば、Ｔ１とＴ２との間の期間）でデューティ比が５０％から０％まで減少するように制御することが好ましい。続いて、ステップＳ５０５に進み、停止中処理が行われる。ステップＳ５０５において、制御ＣＰＵ１２５は、停止中に行う処理を実行する。この処理は、目標位置と検出位置とに偏差がある場合に、積分部により偏差信号が累積されてしまうことを回避するための処理である。詳細については後述する。

次に、デューティ比を０％とし、振動アクチュエータの停止状態における処理について説明する。目標位置に到達したか否かを判定する際、上述したように、装置のガタ、位置センサの検出分可能や検出ノイズ、振動アクチュエータの駆動性能を考慮して、ある程度の偏差を許容する。そのため、偏差信号がフィードバック制御系に残存することとなり、積分部により偏差信号が累積されることで、停止中に過大な制御信号が発生する。その状態で振動アクチュエータの駆動を開始すると、急激に起動するという問題がある。

このような問題を解決するための最も簡単な方法は、積分部１１７を含むフィードバック系の演算自身を停止する方法である。すなわち、デューティ制御部１２１がデューティ比を制御して圧電素子の振動を停止させている間、フィードバック系の制御を停止させる。これにより、積分部１１７において偏差信号が累積されないため、異常な制御信号が生成されずにスムーズな起動が可能となる。

フィードバック系の演算を停止できない場合には、例えば、不図示のフィードバック制御手段を設けることもできる。フィードバック制御手段は、デューティ制御部１２１がデューティ比を制御することで圧電素子の振動を停止させている間、積分部１１７（積分手段）を含むフィードバック系の制御信号がゼロとなるように制御する。例えばフィードバック制御手段は、フィードバック系の制御信号をゼロにするために擬似的な偏差を生成する擬似偏差生成手段を備える。また、フィードバック制御手段は、フィードバック系の制御信号をゼロとするように、積分部１１７の制御パラメータを変更する変更手段を備えるように構成してもよい。

図７は、デジタルフィルタ（ＩＩＲフィルタ）で構成した積分部１１７である。Ｘは偏差信号（入力）、Ｙは積分後の出力である。積分部１１７は、数ｋＨｚから数十ｋＨｚ程度の十分に早いサンプリング周期にて繰り返し演算されているものとする。Ａ１、Ｂ０、Ｂ１は、積分部１１７の特性を決定する積分パラメータである。また、Ｗ１は１サンプリング前のＷ０の値であり、Ｚ^−１は１サンプリング前のＷ０を格納するためのＲＡＭエリアである。入力Ｘと出力Ｙの関係は、以下の式（２）で表される。

Ｘ＝（（Ｂ０＋Ｂ１Ｚ^−１）／（１＋Ａ１Ｚ^−１））Ｙ … （２）
停止中は、積分パラメータのＢ０、Ｂ１をゼロとすることで、偏差信号が累積されなくなる。また、ＲＡＭエリアＺ^−１をサンプリング周期毎にクリアすることでも、偏差信号の累積を止めることができる。

また、偏差信号を強制的にゼロとするために、目標位置＝検出位置となるように目標位置又は検出位置のいずれか一方を補正する方法がある。さらに、停止中にのみ、積分部１１７の入力を偏差信号ではなく、固定値（ゼロ）を入力するようにスイッチを設けても、異常な制御信号の発生を改善することが可能である。

本実施例では、位置フィードバック制御系について説明したが、速度フィードバック制御系にも同様の構成で適用可能である。その場合、目標速度に到達したか否かを判定し、目標速度に到達した場合にデューティ比を減少させることで圧電素子の振動を停止し、駆動開始の指示があった際に再びデューティ比を所定量まで増加させて目標とする速度に追従させればよい。

以上のとおり、圧電素子に印加する駆動信号のデューティ比を制御することで、振動アクチュエータの迅速な起動及び停止を行いつつ、起動及び停止に伴う衝撃音を低減した駆動装置を提供することができる。また、振動アクチュエータの停止中におけるフィードバック制御系の処理を最適化することで、振動アクチュエータの起動時の圧電素子への不要な駆動信号を抑制し、静粛に起動可能な駆動装置を提供することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

１００駆動装置
１０３圧電素子
１０９位置検出センサ
１２０駆動信号生成部
１２１デューティ制御部
１２３停止判定部

Claims

圧電素子に複数の周期駆動信号を印加することで駆動力を得る振動アクチュエータと、
前記振動アクチュエータとともに移動する移動部と、
前記移動部の位置を検出する位置検出手段と、
前記移動部の目標位置を生成する目標位置発生手段と、
前記複数の周期駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、
前記複数の周期駆動信号のデューティ比を制御するデューティ制御手段と、
前記移動部の前記目標位置と前記位置検出手段により検出された前記移動部の位置との差異に基づいて、前記移動部を停止させるか否かを判定する停止判定手段と、を有し、
前記停止判定手段の判定に基づいて前記移動部が停止した場合、前記デューティ制御手段は、前記デューティ比が時間に応じて減少するように制御し、前記駆動信号生成手段は、該デューティ比が減少している間、前記複数の周期駆動信号の位相差をゼロにした定在波制御を行うことを特徴とする駆動装置。
圧電素子に複数の周期駆動信号を印加することで駆動力を得る振動アクチュエータと、
前記振動アクチュエータとともに移動する移動部と、
前記移動部の位置を検出する位置検出手段と、
前記振動アクチュエータの駆動開始を指示し、該駆動開始の指示に基づいて前記移動部の目標位置を生成する目標位置発生手段と、
前記複数の周期駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、
前記複数の周期駆動信号のデューティ比を制御するデューティ制御手段と、を有し、
前記目標位置発生手段が前記振動アクチュエータの駆動開始の指示をした場合、前記デューティ制御手段は、前記デューティ比が時間に応じて増加するように制御し、前記駆動信号生成手段は、該デューティ比が増加している間、前記複数の周期駆動信号の位相差をゼロにした定在波制御を行うことを特徴とする駆動装置。
前記デューティ制御手段は、前記目標位置発生手段による前記目標位置の発生周期よりも短い期間内で前記デューティ比が減少するように制御することを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
前記デューティ制御手段は、前記目標位置発生手段による前記目標位置の発生周期よりも短い期間内で前記デューティ比が増加するように制御することを特徴とする請求項２に記載の駆動装置。
前記デューティ制御手段が前記デューティ比を制御することで前記圧電素子の振動を停止させている間、積分手段を含んで構成されるフィードバック系の制御信号がゼロとなるように制御するフィードバック制御手段を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の駆動装置
前記フィードバック制御手段は、前記フィードバック系の前記制御信号をゼロとするための擬似的な偏差を生成する擬似偏差生成手段を備えることを特徴とする請求項５に記載の駆動装置
前記フィードバック制御手段は、前記フィードバック系の前記制御信号をゼロとするように、前記積分手段の制御パラメータを変更する変更手段を備えることを特徴とする請求項５に記載の駆動装置
前記デューティ制御手段が前記デューティ比を制御することで前記圧電素子の振動を停止させている間、積分手段を含んで構成されるフィードバック系の制御を停止させることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の駆動装置。