JP2013090495A

JP2013090495A - Control device for vibrator comprising electromechanical energy conversion element detecting temperature of vibrator, dust removal device having control device, and vibration type actuator

Info

Publication number: JP2013090495A
Application number: JP2011230367A
Authority: JP
Inventors: Jun Sumioka; 潤住岡
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2011-10-20
Filing date: 2011-10-20
Publication date: 2013-05-13

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a control device for a vibrator comprising an electromechanical energy conversion element for temperature detection which can precisely detect a temperature of the vibrator without using a temperature sensor and without affecting drive performance.SOLUTION: A control device for a vibrator comprises an electromechanical energy conversion element for detecting a temperature of the vibrator when driving an object by applying an alternation voltage to the electromechanical energy conversion element provided in the vibrator to generate an oscillatory wave. The electromechanical energy conversion element for detecting the temperature of the vibrator comprises a first electromechanical energy conversion element and a second electromechanical energy conversion element which have different phase transition temperatures, in which the first electromechanical energy conversion element has a phase transition temperature within a use temperature range, and the second electromechanical energy conversion element has a phase transition temperature outside the use temperature range.

Description

本発明は、振動体の温度を検出する電気−機械エネルギー変換素子を備えた振動体の制御装置、該制御装置を有する塵埃除去装置及び振動型アクチュエータに関する。特に、温度センサを用いずに振動体の温度を検出する電気−機械エネルギー変換素子によって振動体の温度検出ができるようにした振動体の制御装置に関するものである。 The present invention relates to a vibration body control device including an electro-mechanical energy conversion element that detects a temperature of the vibration body, a dust removing device including the control device, and a vibration actuator. In particular, the present invention relates to a vibration body control apparatus that can detect the temperature of a vibration body by an electromechanical energy conversion element that detects the temperature of the vibration body without using a temperature sensor.

近年、光学機器として、撮像装置では、光学センサの分解能が向上するにつれて、使用中に光学系に付着するゴミが撮影画像に影響を及ぼすようになってきた。
特に、ビデオカメラ、スチルカメラに用いられる撮像素子の分解能はめざましく向上している。
このため、撮像素子の近くに配置されている赤外線カットフィルタ、光学ローパスフィルタ等の光学部品に、外部からの埃や内部の機械的な摺擦面で生じる磨耗粉等が付着すると、撮像素子面で像のぼけが少ないので、撮影画像に埃が写り込んでしまうことがあった。 In recent years, as an optical apparatus, in an imaging apparatus, as the resolution of an optical sensor is improved, dust attached to an optical system during use has influenced a captured image.
In particular, the resolution of image sensors used in video cameras and still cameras is remarkably improved.
For this reason, if dust from the outside or wear powder generated on the internal mechanical friction surface adheres to optical components such as an infrared cut filter and an optical low-pass filter arranged near the image sensor, the image sensor surface Because there was little blur in the image, dust sometimes appeared in the captured image.

このような問題に対し、特許文献１では、光学部材を備えた振動体に進行波を励起することによって、塵埃を所望の方向に移動させることができる塵埃除去装置が提案されている。
図３（ａ）は、特許文献１に開示された塵埃除去装置の構成を示す模式図である。
撮像素子３０７の光入射側に光学部材３０６を備えた振動体１０３が設けられている。圧電素子１０１ａ及び１０１ｂは、振動体１０３における面外曲げ振動の節線の並ぶ方向に位置をずらして配置されている。圧電素子１０１ａ及び１０１ｂには、各々周波数が同じであり、かつ位相差が９０°となる交番電圧を印加する。
印加される交番電圧の周波数は、振動体１０３の長手方向に沿って面外に変形するｍ次（ｍは自然数）の振動モードの共振周波数と（ｍ＋１）次の振動モードの共振周波数との間の周波数である。
振動体１０３には、共振現象の応答を持ったｍ次の振動モードの振動、及び９０°の時間的位相差（ｍ次の面外曲げ振動に対して９０°進んだ位相）を持った（ｍ＋１）次の振動モードの振動が、同じ振幅かつ同じ振動周期で励起される。そして、振動体１０３には、この２つの振動モードの振動が合成された合成振動（進行波）が生成する。
この合成振動によって、振動体１０３の表面の塵埃を所望の方向に移動していく。 In order to solve such a problem, Patent Document 1 proposes a dust removing device that can move dust in a desired direction by exciting a traveling wave in a vibrating body including an optical member.
FIG. 3A is a schematic diagram showing the configuration of the dust removing device disclosed in Patent Document 1. As shown in FIG.
A vibrating body 103 including an optical member 306 is provided on the light incident side of the image sensor 307. The piezoelectric elements 101a and 101b are arranged with their positions shifted in the direction in which the nodal lines of out-of-plane bending vibration in the vibrating body 103 are arranged. An alternating voltage having the same frequency and a phase difference of 90 ° is applied to the piezoelectric elements 101a and 101b.
The frequency of the applied alternating voltage is between the resonance frequency of the m-order (m is a natural number) vibration mode deformed out of plane along the longitudinal direction of the vibrating body 103 and the resonance frequency of the (m + 1) -order vibration mode. Frequency.
The vibrating body 103 has a vibration of an mth-order vibration mode having a response of a resonance phenomenon and a time phase difference of 90 ° (a phase advanced by 90 ° with respect to an m-th order out-of-plane bending vibration) ( m + 1) The vibration of the next vibration mode is excited with the same amplitude and the same vibration period. The vibration body 103 generates a combined vibration (traveling wave) in which the vibrations of the two vibration modes are combined.
By this synthetic vibration, the dust on the surface of the vibrating body 103 is moved in a desired direction.

図３（ｂ）は、上記塵挨除去装置の制御装置を示すものである。
不図示の撮像装置本体からの駆動指令に基づき、コントローラ３０４からは交番電圧信号のパラメータとなる位相情報、周波数情報、パルス幅情報がパルス発生回路３０３ａ及び３０３ｂに送られる。
パルス発生回路３０３から出力されたデジタルの交番電圧信号はスイッチング回路３０２ａ及び３０２ｂに入力され、電源回路３０５より供給される電圧に基づいたアナログの交番電圧Ｖｉとして出力される。
交番電圧Ｖｉは駆動回路３０１ａ及び３０１ｂに入力されて交番電圧Ｖｏとして出力され、振動体１０３に設けられた圧電素子１０１ａ及び１０１ｂに各々印加される。 FIG.3 (b) shows the control apparatus of the said dust removal apparatus.
Based on a drive command from the imaging apparatus main body (not shown), the controller 304 sends phase information, frequency information, and pulse width information, which are parameters of the alternating voltage signal, to the pulse generation circuits 303a and 303b.
The digital alternating voltage signal output from the pulse generation circuit 303 is input to the switching circuits 302 a and 302 b and output as an analog alternating voltage Vi based on the voltage supplied from the power supply circuit 305.
The alternating voltage Vi is input to the drive circuits 301 a and 301 b and output as the alternating voltage Vo, and is applied to the piezoelectric elements 101 a and 101 b provided on the vibrating body 103, respectively.

上記制御装置において、環境温度によって圧電素子の温度が変化すると、振動体の周波数による振動振幅特性が変化し、制御性能が悪化するという問題が生じる。
また、振動子の駆動時に、その発熱により圧電素子が過熱状態となる場合があり、信頼性の点から過熱を回避する必要がある。
このような問題に対処するため、特許文献２では、温度センサを用いて温度検出を行い、検出した温度に応じて必要な制御を行う方法が提案されている。
しかしながら、温度センサ及びその周辺回路や振動体の構成が大掛かりになりコストが高くなる。
また、温度センサを振動子に直接取り付けた場合、振動に影響を及ぼし駆動性能を妨げるといった問題が生じる。
これに対して、特許文献３や特許文献４では、温度センサを用いずに、振動体や振動検出用の圧電素子の静電容量の変化を用いて温度を検出する方法が提案されている。
温度検出の原理は、圧電素子の静電容量の温度特性に基づき温度を推測するものである。
具体的には、静電容量は温度上昇に伴って増加するので、時間的な容量変化から温度変化を算出することができる。
しかし、実際には温度領域によって静電容量は非線形特性を有しており、容量変化もなだらかであるので、精度良く検出することは難しい。
また、温度の絶対値はある基準値に基づいてテーブルデータ又は計算式を用いて算出するので、直接的に検出する温度センサと違い、精度が低下してしまう。 In the above control device, when the temperature of the piezoelectric element changes depending on the environmental temperature, the vibration amplitude characteristic depending on the frequency of the vibrating body changes, resulting in a problem that the control performance deteriorates.
Also, when the vibrator is driven, the piezoelectric element may be overheated due to the heat generated, and it is necessary to avoid overheating from the viewpoint of reliability.
In order to cope with such a problem, Patent Document 2 proposes a method of performing temperature detection using a temperature sensor and performing necessary control according to the detected temperature.
However, the configuration of the temperature sensor, its peripheral circuits, and the vibrating body becomes large and the cost increases.
Further, when the temperature sensor is directly attached to the vibrator, there arises a problem that the vibration is affected and the driving performance is hindered.
On the other hand, Patent Document 3 and Patent Document 4 propose a method for detecting a temperature using a change in capacitance of a vibrating body or a piezoelectric element for vibration detection without using a temperature sensor.
The principle of temperature detection is to estimate the temperature based on the temperature characteristics of the capacitance of the piezoelectric element.
Specifically, since the capacitance increases as the temperature rises, the temperature change can be calculated from the temporal capacitance change.
However, in actuality, the capacitance has a nonlinear characteristic depending on the temperature region, and the capacitance change is gentle, so that it is difficult to detect with high accuracy.
Further, since the absolute value of the temperature is calculated using table data or a calculation formula based on a certain reference value, the accuracy is lowered unlike a temperature sensor that is directly detected.

特開２００８−２０７１７０号公報JP 2008-207170 A 特開平１１−２６５２１３号公報JP-A-11-265213 特開平１０−１７４４６８号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-174468 特許第２９２４４５５号公報Japanese Patent No. 2924455

上記従来例の特許文献３や特許文献４によると温度センサを用いずに振動体の温度を検出することができるが、圧電素子の静電容量の温度特性に基づき温度を推測するものであるため、つぎのような課題を有している。
すなわち、圧電素子の静電容量の温度特性によるものでは、実際には温度領域によって静電容量は非線形特性を有しており、容量変化もなだらかであるので、精度良く検出することが難しい。
また、温度の絶対値はある基準値に基づいてテーブルデータ又は計算式を用いて算出するので、直接的に検出する温度センサと違い、精度が低下してしまうこととなる。 According to Patent Document 3 and Patent Document 4 of the above conventional example, the temperature of the vibrating body can be detected without using a temperature sensor, but the temperature is estimated based on the temperature characteristics of the capacitance of the piezoelectric element. It has the following problems.
That is, according to the temperature characteristics of the capacitance of the piezoelectric element, the capacitance actually has non-linear characteristics depending on the temperature region, and the capacitance change is gentle, so that it is difficult to detect with high accuracy.
In addition, since the absolute value of the temperature is calculated using table data or a calculation formula based on a certain reference value, the accuracy is lowered unlike a temperature sensor that is directly detected.

本発明は、上記課題に鑑み、温度センサを用いず、駆動性能に影響を及ぼすことなく精度良く振動体の温度検出が可能となる振動体の温度を検出する電気−機械エネルギー変換素子を備えた振動体の制御装置の提供を目的とする。
また、前記振動体の温度を検出する電気−機械エネルギー変換素子を備えた振動体の制御装置を有する塵埃除去装置及び振動型アクチュエータの提供を目的とする。 In view of the above problems, the present invention includes an electro-mechanical energy conversion element that detects the temperature of a vibrating body without using a temperature sensor and capable of accurately detecting the temperature of the vibrating body without affecting driving performance. An object is to provide a control device for a vibrating body.
It is another object of the present invention to provide a dust removing device and a vibration type actuator having a vibration body control device including an electromechanical energy conversion element for detecting the temperature of the vibration body.

本発明は、振動体に備えられた電気−機械エネルギー変換素子に交番電圧を印加して振動波を発生させて対象物を駆動する際、該振動体の温度を検出する電気−機械エネルギー変換素子を備えた振動体の制御装置であって、
前記振動体の温度を検出する電気−機械エネルギー変換素子は、異なる相転移温度を有する第一の電気−機械エネルギー変換素子と第二の電気−機械エネルギー変換素子とを備え、
前記第一の電気−機械エネルギー変換素子は、前記相転移温度が使用温度範囲内にあり、
前記第二の電気−機械エネルギー変換素子は、前記相転移温度が使用温度範囲外にある、
ことを特徴とするとする。
また、本発明の塵埃除去装置は、上記した振動体の温度を検出する電気−機械エネルギー変換素子を備えた振動体の制御装置を有する塵埃除去装置であって、
前記振動体の制御装置によって所定の方向に塵埃を移動させて除去する際に、前記振動体の温度を検出する電気−機械エネルギー変換素子によって検出された温度に基づいて前記振動体を制御する。
また、本発明の振動型アクチュエータは、上記した振動体の温度を検出する電気−機械エネルギー変換素子を備えた振動体の制御装置を有する振動型アクチュエータであって、
前記振動体の制御装置によって所定の方向に塵埃を移動させて除去する際に、前記振動体の温度を検出する電気−機械エネルギー変換素子によって検出された温度に基づいて前記振動体を制御することを特徴とする。 The present invention relates to an electro-mechanical energy conversion element that detects the temperature of an oscillating body when an object is driven by generating an oscillating wave by applying an alternating voltage to the electro-mechanical energy conversion element provided in the oscillating body A vibration body control device comprising:
The electro-mechanical energy conversion element for detecting the temperature of the vibrating body includes a first electro-mechanical energy conversion element and a second electro-mechanical energy conversion element having different phase transition temperatures,
In the first electro-mechanical energy conversion element, the phase transition temperature is within an operating temperature range,
In the second electro-mechanical energy conversion element, the phase transition temperature is outside the operating temperature range.
It is characterized by this.
The dust removing device of the present invention is a dust removing device having a vibrating body control device including an electro-mechanical energy conversion element that detects the temperature of the vibrating body.
When moving and removing dust in a predetermined direction by the vibration body control device, the vibration body is controlled based on the temperature detected by the electromechanical energy conversion element that detects the temperature of the vibration body.
Further, the vibration type actuator of the present invention is a vibration type actuator having a vibration body control device including an electro-mechanical energy conversion element for detecting the temperature of the vibration body described above.
Controlling the vibrating body based on a temperature detected by an electro-mechanical energy conversion element that detects a temperature of the vibrating body when moving and removing dust in a predetermined direction by the vibrating body control device; It is characterized by.

本発明によれば、温度センサを用いず、駆動性能に影響を及ぼすことなく精度良く振動体の温度検出が可能となる振動体の温度を検出する電気−機械エネルギー変換素子を備えた振動体の制御装置を実現することができる。
また、前記振動体の温度を検出する電気−機械エネルギー変換素子を備えた振動体の制御装置を有する塵埃除去装置及び振動型アクチュエータを実現することができる。 According to the present invention, a vibration body including an electromechanical energy conversion element that detects a temperature of a vibration body that can accurately detect the temperature of the vibration body without using a temperature sensor and without affecting driving performance. A control device can be realized.
Further, it is possible to realize a dust removing device and a vibration type actuator having a vibration body control device provided with an electromechanical energy conversion element for detecting the temperature of the vibration body.

本発明の実施例１における振動体の温度を検出する電気−機械エネルギー変換素子を備えた振動体の制御装置を用いて構成した塵挨除去装置について説明する図である。It is a figure explaining the dust removal apparatus comprised using the control apparatus of the vibrating body provided with the electromechanical energy conversion element which detects the temperature of the vibrating body in Example 1 of this invention. 本発明の実施例１における塵挨除去装置が装備可能に構成されたデジタル一眼レフカメラの斜視図である。It is a perspective view of the digital single-lens reflex camera comprised so that the dust removal apparatus in Example 1 of this invention can be equipped. 塵埃除去装置の構成を示す斜視図と、従来の塵挨除去装置の構成を示す図である。It is a perspective view which shows the structure of a dust removal apparatus, and the figure which shows the structure of the conventional dust removal apparatus. 本発明の実施例１における振動体に設けられた駆動用圧電素子と検出用圧電素子の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the piezoelectric element for a drive provided in the vibrating body in Example 1 of this invention, and the piezoelectric element for a detection. 本発明の実施例１におけるカルシウムの添加量を調整した場合における、チタン酸バリウムを主成分とする圧電素子の静電容量の温度特性の測定データ例を示す図である。It is a figure which shows the measurement data example of the temperature characteristic of the electrostatic capacitance of the piezoelectric element which has a barium titanate as a main component at the time of adjusting the addition amount of calcium in Example 1 of this invention. 本発明の実施例１で用いる２つの検出用圧電素子の静電容量の温度特性を示す図である。（ｂ）は昇温時、（ｃ）は降温時の特性を示す図である。It is a figure which shows the temperature characteristic of the electrostatic capacitance of the two detection piezoelectric elements used in Example 1 of this invention. (B) is the figure at the time of temperature rise, (c) is a figure which shows the characteristic at the time of temperature fall. 本発明の実施例１における振動体の温度が変化した場合の、昇温／降温の判定と相転移温度の検出を説明するタイミングチャートを示す図である。It is a figure which shows the timing chart explaining determination of temperature rising / falling temperature and detection of a phase transition temperature when the temperature of the vibrating body in Example 1 of this invention changes. 本発明の実施例１における容量検出回路の具体的な構成例を示す図である。It is a figure which shows the specific structural example of the capacity | capacitance detection circuit in Example 1 of this invention. 本発明の実施例２における振動体の温度を検出する電気−機械エネルギー変換素子を備えた振動体の制御装置を用いて構成した振動型アクチュエータについて説明する図である。It is a figure explaining the vibration type actuator comprised using the control apparatus of the vibrating body provided with the electromechanical energy conversion element which detects the temperature of the vibrating body in Example 2 of this invention. 本発明の実施例２における振動型アクチュエータの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the vibration type actuator in Example 2 of this invention. 本発明の実施例２における進行波型の振動型アクチュエータに用いられる、駆動用圧電素子と検出用圧電素子の構成例を示すものである。3 shows an example of the configuration of a driving piezoelectric element and a detecting piezoelectric element used in a traveling wave type vibration actuator in Example 2 of the present invention.

本発明を実施するための形態を、以下の実施例により説明する。 The mode for carrying out the present invention will be described with reference to the following examples.

［実施例１］
実施例１として、本発明の振動体の温度を検出する電気−機械エネルギー変換素子を備えた振動体の制御装置を用いて構成された塵埃除去装置の構成例について説明する。
なお、本実施例ではこの塵挨除去装置カメラに搭載した構成例について説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
これ以外にも、ファクシミリ装置、スキャナ、プロジェクタ、複写機、レーザビームプリンタ、インクジェットプリンタ、レンズ、双眼鏡および画像表示装置のいずれかの光学機器に備えられた塵埃除去装置等に適用が可能である。
本実施例に用いられる振動体の制御装置は、つぎのように振動体に振動波を発生させ、該振動波により対象物を駆動させる際の制御装置として構成されている。すなわち、振動体に備えられた電気−機械エネルギー変換素子に交番電圧を印加して振動波を発生させて対象物を駆動する際、該振動体の温度を検出して制御するための振動体の温度を検出する電気−機械エネルギー変換素子を備えた振動体の制御装置として構成されている。 [Example 1]
As a first embodiment, a configuration example of a dust removing device configured using a vibrating body control device including an electro-mechanical energy conversion element for detecting the temperature of the vibrating body of the present invention will be described.
In addition, although a present Example demonstrates the structural example mounted in this dust removal apparatus camera, this invention is not limited to these.
In addition to this, the present invention can be applied to a dust removing device or the like provided in an optical device such as a facsimile machine, a scanner, a projector, a copying machine, a laser beam printer, an ink jet printer, a lens, binoculars, and an image display device.
The vibration body control device used in this embodiment is configured as a control device for generating a vibration wave in the vibration body and driving an object by the vibration wave as follows. That is, when an object is driven by applying an alternating voltage to an electro-mechanical energy conversion element provided in the vibrating body to drive an object, the vibration body for detecting and controlling the temperature of the vibrating body It is configured as a vibration body control device including an electro-mechanical energy conversion element for detecting temperature.

以下、これらについて更に具体的に図を用いて説明する。
図２（ａ）は、本実施例における塵挨除去装置が装備可能に構成されたデジタル一眼レフカメラを被写体側より見た正面側斜視図であり、撮影レンズを外した状態を示すものである。
図２（ｂ）はカメラを撮影者側より見た背面側斜視図である。
カメラ本体２０１内には、不図示の撮影レンズを通過した撮影光束が導かれるミラーボックス２０２が設けられており、ミラーボックス２０２内にメインミラー（クイックリターンミラー）２０３が配設されている。
塵埃除去装置を備えた撮像部は、不図示の撮影レンズを通過した撮影光軸上に設けられている。
メインミラー２０３は、撮影者がファインダ接眼窓２０４から被写体像を観察するために撮影光軸に対して４５°の角度に保持される状態と、撮像素子の方向へ導くために撮影光束から退避した位置に保持される状態と、を取り得る。
カメラ背面には、塵埃除去装置を駆動するためのクリーニング指示スイッチ２０５が設けられており、撮影者がクリーニング指示スイッチ２０５を押すと、塵埃除去装置を駆動するようコントローラに指示する。 Hereinafter, these will be described more specifically with reference to the drawings.
FIG. 2A is a front perspective view of a digital single-lens reflex camera configured to be equipped with the dust removing device in the present embodiment as viewed from the subject side, and shows a state in which the photographing lens is removed. .
FIG. 2B is a rear perspective view of the camera viewed from the photographer side.
A mirror box 202 is provided in the camera body 201 to guide a photographing light beam that has passed through a photographing lens (not shown), and a main mirror (quick return mirror) 203 is disposed in the mirror box 202.
The image pickup unit including the dust removing device is provided on a photographing optical axis that passes through a photographing lens (not shown).
The main mirror 203 is retracted from the photographing light flux so as to be held at an angle of 45 ° with respect to the photographing optical axis so that the photographer can observe the subject image from the viewfinder eyepiece window 204 and to be directed toward the image sensor. A state of being held in position.
A cleaning instruction switch 205 for driving the dust removing device is provided on the back of the camera. When the photographer presses the cleaning instruction switch 205, the controller is instructed to drive the dust removing device.

つぎに、図３（ａ）を用いて、本実施例の塵埃除去装置の構成について説明する。
本実施例におけるカメラ本体２０１の撮像部には、図３（ａ）に示すものと基本的に同じ構成の塵埃除去装置が装備可能に構成されている。
このカメラ本体２０１の撮像部では、受光した被写体像を電気信号に変換して画像データを作成するＣＣＤやＣＭＯＳセンサ等の受光素子である撮像素子３０７が設けられている。
また、撮像素子３０７の表（おもて）面の空間が密封されるように、矩形の板状を有する振動体１０３が取り付けられる。
振動体１０３は、矩形の板状を有する光学部材３０６、及びその両端部に接着によって固着された電気−機械エネルギー変換素子である１対の圧電素子１０１ａ、１０１ｂから構成される。
本実施例では、光学部材３０６はカバーガラス、赤外線カットフィルタ、あるいは、光学ローパスフィルタ等の透過率の高い光学部材で構成されており、撮像素子３０７には、この光学部材３０６を透過した光が入射するように構成されている。
ここで、光学部材３０６の両端部に配置された圧電素子１０１ａ、１０１ｂの厚み方向（図中、上下方向）の寸法は、振動に対する曲げ変形の発生力が大きくなるように、光学部材３０６の厚み方向（図中、上下方向）の寸法と同じ値である。
なお、以下の説明において圧電素子１０１ａ、１０１ｂを特に区別する必要がないときは、単に駆動用圧電素子１０１と記す。 Next, the configuration of the dust removing device of the present embodiment will be described with reference to FIG.
In the present embodiment, the imaging unit of the camera body 201 is configured to be equipped with a dust removing device having basically the same configuration as that shown in FIG.
The imaging unit of the camera body 201 is provided with an imaging element 307 that is a light receiving element such as a CCD or CMOS sensor that converts the received subject image into an electrical signal to create image data.
In addition, the vibrating body 103 having a rectangular plate shape is attached so that the space on the front surface of the image sensor 307 is sealed.
The vibrating body 103 includes an optical member 306 having a rectangular plate shape, and a pair of piezoelectric elements 101a and 101b that are electro-mechanical energy conversion elements fixed to both ends thereof by adhesion.
In this embodiment, the optical member 306 is composed of an optical member having a high transmittance such as a cover glass, an infrared cut filter, or an optical low-pass filter, and the light transmitted through the optical member 306 is transmitted to the image sensor 307. It is comprised so that it may inject.
Here, the dimension in the thickness direction (vertical direction in the drawing) of the piezoelectric elements 101a and 101b disposed at both ends of the optical member 306 is such that the thickness of the optical member 306 is increased so that the generation force of bending deformation with respect to vibration is increased. It is the same value as the dimension in the direction (vertical direction in the figure).
In the following description, when it is not necessary to distinguish the piezoelectric elements 101a and 101b, they are simply referred to as a driving piezoelectric element 101.

図１は、本実施例における振動体の温度を検出する電気−機械エネルギー変換素子を備えた振動体の制御装置を用いて構成された塵挨除去装置を示すものである。
この制御装置は、コントローラ３０４から駆動装置３０８に指令信号が入力されると、所望の駆動信号が振動体１０３に印加されて振動が励起される。
振動体１０３に設けられた検出用の電気−機械エネルギー変換素子１０２からの検出信号は、温度検出装置１０８で静電容量に換算されて、温度情報を得るための各種演算が行われる。
温度検出装置１０８で検出された振動体の温度情報は、コントローラ３０４にフィードバックされることにより、駆動電圧の調整や過熱を回避する制御が行われる。 FIG. 1 shows a dust removing device configured using a vibrating body control device having an electro-mechanical energy conversion element for detecting the temperature of the vibrating body in the present embodiment.
In this control device, when a command signal is input from the controller 304 to the drive device 308, a desired drive signal is applied to the vibrating body 103 to excite vibration.
A detection signal from the detection electro-mechanical energy conversion element 102 provided on the vibrating body 103 is converted into capacitance by the temperature detection device 108, and various calculations are performed to obtain temperature information.
The temperature information of the vibrating body detected by the temperature detecting device 108 is fed back to the controller 304, whereby control for adjusting the driving voltage and avoiding overheating are performed.

以下に、これらについて更に詳細に説明する。
コントローラ３０４から交番電圧信号のパラメータとなる周波数情報、位相情報、パルス幅情報がパルス発生回路３０３ａ及び３０３ｂに送られる。
パルス発生回路には、例えば一般的なデジタル発振器などが用いられる。周波数は、振動体１０３に発生させる２つの面外曲げ振動の共振周波数の中間値近傍に設定され、同じ周波数がパルス発生回路３０３ａ及び３０３ｂに各々設定される。
位相は、互いに異なる値をパルス発生回路３０３ａ及び３０３ｂに入力し、出力される各交番電圧信号の位相差が９０°となるように設定される。
パルス幅（パルス・デューティ比）は所望の電圧振幅が得られるよう適宜調整され、パルス発生回路３０３ａ及び３０３ｂに個別に設定される。
パルス発生回路３０３から出力されたデジタルの交番電圧信号はスイッチング回路３０２ａ及び３０２ｂに入力され、不図示の電源回路より供給される電圧に基づいてアナログの交番電圧Ｖｉとして出力される。
電源回路には、一般的な直流電源回路、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路などが用いられる。
また、スイッチング回路には、一般的なＨブリッジ回路が用いられる。
交番電圧Ｖｉは駆動回路３０１ａ及び３０１ｂに各々入力されて、電圧振幅が昇圧、且つＳＩＮ波形に変換されてから交番電圧Ｖｏとして出力される。
交番電圧Ｖｏは圧電素子１０１ａ及び１０１ｂに各々印加され、振動体１０３に２つの面外曲げ振動が同時に発生する。
この合成振動が進行波となり、光学部材３０６の表面の塵埃を所望の方向に移動させることができる。 These will be described in more detail below.
The controller 304 sends frequency information, phase information, and pulse width information as parameters of the alternating voltage signal to the pulse generation circuits 303a and 303b.
As the pulse generation circuit, for example, a general digital oscillator or the like is used. The frequency is set in the vicinity of the intermediate value of the resonance frequencies of the two out-of-plane bending vibrations generated by the vibrating body 103, and the same frequency is set in each of the pulse generation circuits 303a and 303b.
The phase is set so that different values are input to the pulse generation circuits 303a and 303b and the phase difference between the output alternating voltage signals is 90 °.
The pulse width (pulse duty ratio) is appropriately adjusted to obtain a desired voltage amplitude, and is individually set in the pulse generation circuits 303a and 303b.
The digital alternating voltage signal output from the pulse generation circuit 303 is input to the switching circuits 302a and 302b, and is output as an analog alternating voltage Vi based on a voltage supplied from a power supply circuit (not shown).
As the power supply circuit, a general DC power supply circuit, a DC-DC converter circuit, or the like is used.
A general H bridge circuit is used for the switching circuit.
The alternating voltage Vi is input to each of the drive circuits 301a and 301b, and the voltage amplitude is boosted and converted into a SIN waveform, and then output as the alternating voltage Vo.
The alternating voltage Vo is applied to each of the piezoelectric elements 101a and 101b, and two out-of-plane bending vibrations are generated in the vibrating body 103 simultaneously.
This combined vibration becomes a traveling wave, and the dust on the surface of the optical member 306 can be moved in a desired direction.

振動体１０３には、第一の電気−機械エネルギー変換素子と第二の電気−機械エネルギー変換素子とによる振動体の温度を検出する２つの電気−機械エネルギー変換素子（検出用圧電素子１０２ａと１０２ｂ）が設けられている。
以下の説明において圧電素子１０２ａ、１０２ｂを特に区別する必要がないときは、単に検出用圧電素子１０２と記す。
検出用圧電素子１０２は一方の電極がグランドに接続され、もう一方の電極が温度検出装置１０８に接続されている。
振動体１０３に励起された振動は検出用圧電素子１０２によって電気的に変換されて、振動振幅に相当する電圧を検出することができる。
検出用圧電素子１０２からの検出信号は、温度検出装置１０８に各々入力される。
圧電素子１０２ａからの検出信号は容量検出回路１０４ａで容量値が検出されてから、昇温／降温判定器１０５に入力される。
昇温／降温判定器１０５では容量値の時間的な変化を演算し、その符号に基づいて振動体の温度が上昇、又は降下しているかを判定する。
これと並行して、圧電素子１０２ｂからの検出信号は容量検出回路１０４ｂで容量値が検出されてから、閾値検出回路１０６に入力される。
閾値検出回路１０６では、圧電素子１０２ｂの相転移温度における静電容量に準じた閾値が設定され、検出した静電容量が閾値をクロスしたかどうかを出力する。
次に、相転移温度検出器１０７では、昇温／降温判定器１０５からの出力と、閾値検出回路１０６の出力とによって、昇温／降温の判定と同時に、圧電素子１０２ｂの相転移温度を振動体の温度情報として、出力する。
コントローラ３０４では、温度検出装置１０８からの温度情報に基づいて、制御パラメータが適宜調整される。 The vibrating body 103 includes two electro-mechanical energy conversion elements (detection piezoelectric elements 102a and 102b) that detect the temperature of the vibrating body by the first electro-mechanical energy conversion element and the second electro-mechanical energy conversion element. ) Is provided.
In the following description, when it is not necessary to distinguish the piezoelectric elements 102a and 102b, they are simply referred to as a detecting piezoelectric element 102.
One electrode of the detection piezoelectric element 102 is connected to the ground, and the other electrode is connected to the temperature detection device 108.
The vibration excited by the vibrating body 103 is electrically converted by the detecting piezoelectric element 102, and a voltage corresponding to the vibration amplitude can be detected.
Detection signals from the detection piezoelectric element 102 are respectively input to the temperature detection device 108.
The detection signal from the piezoelectric element 102 a is input to the temperature rise / fall determination unit 105 after the capacitance value is detected by the capacitance detection circuit 104 a.
The temperature increase / decrease determination unit 105 calculates a temporal change in the capacitance value, and determines whether the temperature of the vibrating body is increasing or decreasing based on the sign.
In parallel with this, the detection signal from the piezoelectric element 102 b is input to the threshold detection circuit 106 after the capacitance value is detected by the capacitance detection circuit 104 b.
The threshold detection circuit 106 sets a threshold according to the capacitance at the phase transition temperature of the piezoelectric element 102b, and outputs whether the detected capacitance crosses the threshold.
Next, the phase transition temperature detector 107 oscillates the phase transition temperature of the piezoelectric element 102b simultaneously with the determination of the temperature increase / decrease by the output from the temperature increase / decrease determination unit 105 and the output of the threshold detection circuit 106. Output as body temperature information.
In the controller 304, the control parameter is adjusted as appropriate based on the temperature information from the temperature detection device 108.

図４は、振動体１０３に設けられた、駆動用圧電素子１０１と検出用圧電素子１０２の構成を示すものである。
本実施例における特徴は、２つの検出用圧電素子１０２に異なる相転移温度（以下、Ｔｒと称する）を有する圧電素子が用いられる点にある。
なお、本実施例は、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ₃）を主成分する圧電材料（圧電セラミックス）による圧電素子を用いるものとする。
本材料を用いた圧電素子の静電容量は温度ヒステリシスを有し、主成分にカルシウムを添加することによってＴｒを調整することができる。
まず、駆動用圧電素子１０１にはカルシウムが添加されており、Ｔｒが−３０℃以下になるよう添加量が調整されている。
これによって、通常の動作温度範囲では温度ヒステリシスが生じないので、駆動性能を阻害することはない。
次に、図面左側の検出用圧電素子１０２ａにも同様にカルシウムが添加されており、Ｔｒが−３０℃以下になるよう添加量が調整されている。
これに対して、図面右側の検出用圧電素子１０２ｂにはカルシウムが添加されておらず、Ｔｒは昇温時は５５℃、降温時は４５℃であり、温度ヒステリシスを有するように設計されている。 FIG. 4 shows the configuration of the driving piezoelectric element 101 and the detecting piezoelectric element 102 provided on the vibrating body 103.
A feature of the present embodiment is that piezoelectric elements having different phase transition temperatures (hereinafter referred to as Tr) are used for the two detection piezoelectric elements 102.
In this embodiment, a piezoelectric element made of a piezoelectric material (piezoelectric ceramics) mainly composed of barium titanate (BaTiO ₃ ) is used.
The capacitance of the piezoelectric element using this material has temperature hysteresis, and Tr can be adjusted by adding calcium as a main component.
First, calcium is added to the driving piezoelectric element 101, and the addition amount is adjusted so that Tr is −30 ° C. or lower.
As a result, temperature hysteresis does not occur in the normal operating temperature range, and drive performance is not hindered.
Next, calcium is similarly added to the detection piezoelectric element 102a on the left side of the drawing, and the addition amount is adjusted so that Tr becomes −30 ° C. or lower.
On the other hand, calcium is not added to the detection piezoelectric element 102b on the right side of the drawing, and Tr is designed to have temperature hysteresis at 55 ° C. when the temperature is raised and 45 ° C. when the temperature is lowered. .

図５は、カルシウムの添加量を調整した場合における、チタン酸バリウムを主成分とする圧電素子の静電容量の温度特性の測定データ例を示すものである。
カルシウムを添加しない場合、Ｔｒは昇温時５５℃と降温時４５℃であり、静電容量は使用温度範囲内で温度ヒステリシスを有する。
ここで、使用温度範囲は例えば０℃〜６５℃とする。０℃から６５℃まで圧電素子を昇温すると、５５℃で静電容量は大きく変化し、逆に６５℃から０℃まで圧電素子を降温すると、４５℃で静電容量は再び大きく変化する。
通常、このような温度特性を有する圧電素子は駆動電圧が大きく変動してしまうので駆動性能を阻害してしまうが、温度検出用として用いれば静電容量の変化が大きいので、ＳＮ比が十分に確保され、精度良く検出することができる。
一方、Ｔｒが−３０℃以下の使用温度範囲外になるようにカルシウム添加量が調整された圧電素子は、温度が高いほど静電容量がなだらかに低下していく特性を示す。
また、昇温時と降温時で温度特性に変化はなく、温度ヒステリシスは生じないので、温度の絶対値を精度良く検出することは難しいが、静電容量の増減方向の検出によって昇温又は降温の判定に用いることができる。 FIG. 5 shows an example of measurement data of the temperature characteristics of capacitance of a piezoelectric element mainly composed of barium titanate when the amount of calcium added is adjusted.
When calcium is not added, Tr is 55 ° C. when the temperature is raised and 45 ° C. when the temperature is lowered, and the capacitance has a temperature hysteresis within the operating temperature range.
Here, the operating temperature range is, for example, 0 ° C. to 65 ° C. When the temperature of the piezoelectric element is raised from 0 ° C. to 65 ° C., the capacitance changes greatly at 55 ° C., and conversely, when the temperature of the piezoelectric element is lowered from 65 ° C. to 0 ° C., the capacitance changes greatly again at 45 ° C.
In general, a piezoelectric element having such a temperature characteristic hinders driving performance because the driving voltage greatly fluctuates. However, if used for temperature detection, the change in capacitance is large, so the SN ratio is sufficiently high. It is ensured and can be detected with high accuracy.
On the other hand, a piezoelectric element in which the amount of calcium added is adjusted so that Tr is outside the operating temperature range of −30 ° C. or lower exhibits a characteristic that the capacitance gradually decreases as the temperature increases.
In addition, there is no change in temperature characteristics during temperature rise and fall, and temperature hysteresis does not occur, so it is difficult to accurately detect the absolute value of temperature. It can be used for determination.

図６は、本実施例で用いる２つの検出用圧電素子の静電容量の温度特性を示すものである。この図は説明上、簡略化されている。
図６（ａ）において、検出素子ａのプロットは検出用圧電素子１０２ａの温度特性を示し、Ｔｒは−３０℃以下である。
検出素子ｂのプロットは、検出用圧電素子１０２ｂの温度特性を示し、昇温時のＴｒは５５℃（これをＴｒ１とする）、降温時のＴｒは４５℃（これをＴｒ２とする）であり、温度ヒステリシスを有する。
本実施例は、検出素子ａからの検出信号を用いて振動体１０３の昇温又は降温を判定し、且つ、検出素子ｂの検出信号を用いて振動体１０３の相転移温度Ｔｒを温度情報として検出する。
図６（ｂ）は、昇温時の温度特性を示したものである。
検出素子ａの静電容量は低下していくので、このマイナス方向の変化を検出することで昇温と判定できる。また、検出素子ｂの静電容量はＴｒ１付近で急激に増加し、その後低下する。
検出素子ｂの静電容量に対して図のように閾値を設け、これを超えた場合、且つ、検出素子ａが昇温と判定されている場合に、Ｔｒ１を検出することができる。図６（ｃ）は、降温時の温度特性を示したものである。
検出素子ａの静電容量は増加していくので、このプラス方向の変化を検出することで降温と判定できる。
また、検出素子ｂの静電容量はＴｒ２付近で急激に低下する。
検出素子ｂの静電容量に対して図のように閾値を設け、これを下回った場合、且つ、検出素子ａが降温と判定されている場合に、Ｔｒ２を検出することができる。 FIG. 6 shows the temperature characteristics of the capacitances of the two detection piezoelectric elements used in this example. This figure is simplified for explanation.
In FIG. 6A, the plot of the detection element a indicates the temperature characteristic of the detection piezoelectric element 102a, and Tr is −30 ° C. or lower.
The plot of the detection element b shows the temperature characteristics of the detection piezoelectric element 102b. Tr at the time of temperature increase is 55 ° C. (this is Tr1), and Tr at the time of temperature decrease is 45 ° C. (this is Tr2). Have temperature hysteresis.
In this embodiment, the temperature rise or fall of the vibrating body 103 is determined using the detection signal from the detection element a, and the phase transition temperature Tr of the vibration body 103 is used as temperature information using the detection signal from the detection element b. To detect.
FIG. 6B shows the temperature characteristics when the temperature is raised.
Since the capacitance of the detection element a decreases, it can be determined that the temperature has risen by detecting this change in the negative direction. Further, the capacitance of the detection element b increases rapidly near Tr1, and then decreases.
Tr1 can be detected when a threshold value is provided for the capacitance of the detection element b as shown in the figure and the threshold value is exceeded, and when the detection element a is determined to rise in temperature. FIG. 6C shows the temperature characteristics when the temperature is lowered.
Since the electrostatic capacitance of the detection element a increases, it can be determined that the temperature has dropped by detecting this change in the positive direction.
Further, the capacitance of the detection element b rapidly decreases in the vicinity of Tr2.
Tr2 can be detected when a threshold value is provided for the capacitance of the detection element b as shown in the figure, and when the threshold value is lower than this, and when the detection element a is determined to cool down.

図７は、振動体の温度が変化した場合における、昇温／降温の判定と相転移温度の検出を説明するタイミングチャートである。横軸は時間である。ここで、使用温度範囲は例えば０℃〜６５℃とする。
図７（ａ）は、振動体の温度の時間変化を示し、説明を簡略化する為、温度は線形に上昇及び降下するものと仮定した。
まず、図７（ｂ）に示す検出素子ａの容量値が検出される。図７（ｃ）は得られた検出素子ａの容量値を時間微分し、容量変化を求めたものである。昇温時はマイナス、降温時はプラスの変化を示す。
図７（ｄ）は容量変化の符号から昇温／降温を判定し、不図示のコントローラに出力される。
これと並行して、図７（ｅ）に示す検出素子ｂの容量値を検出する。
検出素子ｂの容量値を検出する場合、図のように閾値が設けられ、図７（ｆ）に示すように閾値検出が行われる。 FIG. 7 is a timing chart illustrating determination of temperature increase / decrease and detection of the phase transition temperature when the temperature of the vibrating body changes. The horizontal axis is time. Here, the operating temperature range is, for example, 0 ° C. to 65 ° C.
FIG. 7 (a) shows the time change of the temperature of the vibrating body, and in order to simplify the explanation, it is assumed that the temperature rises and falls linearly.
First, the capacitance value of the detection element a shown in FIG. 7B is detected. FIG. 7C shows the capacitance change of the detection element a obtained by time differentiation. It shows a negative change when the temperature rises and a positive change when the temperature falls.
In FIG. 7D, the temperature increase / decrease is determined from the sign of the capacity change, and is output to a controller (not shown).
In parallel with this, the capacitance value of the detection element b shown in FIG.
When detecting the capacitance value of the detection element b, a threshold is provided as shown in the figure, and threshold detection is performed as shown in FIG.

ここで、図７（ｇ）に示すように、図７（ｄ）の昇温／降温判定の結果に基づいて、閾値のエッジ検出が行われる。
すなわち、昇温判定時は閾値検出の立ち上りエッジ（図中、Ｐｏｓと表示）を検出し、降温判定時は立ち下がりエッジ（図中、Ｎｅｇと表示）を検出する。
これによって、図７（ｈ）に示すように相転移温度Ｔｒを検出することができる。
すなわち、立ち上りエッジ検出時にＴｒ１に相当する５５℃を振動体の温度として検出できる。その後の昇温判定期間は５５℃以上であると検出される。
次に、立ち下がりエッジが検出されるまでの降温判定期間は４５℃以上であると検出される。
最後に、立ち下がりエッジ検出時にＴｒ２の４５℃を振動体の温度として検出できる。 Here, as shown in FIG. 7G, threshold edge detection is performed based on the result of the temperature increase / decrease determination in FIG.
In other words, the rising edge (indicated as Pos in the figure) for threshold detection is detected during temperature rise determination, and the falling edge (indicated as Neg in the figure) is detected during temperature drop determination.
Thereby, the phase transition temperature Tr can be detected as shown in FIG.
That is, 55 ° C. corresponding to Tr1 can be detected as the temperature of the vibrating body when the rising edge is detected. It is detected that the subsequent temperature increase determination period is 55 ° C. or higher.
Next, it is detected that the temperature decrease determination period until the falling edge is detected is 45 ° C. or more.
Finally, 45 ° C. of Tr2 can be detected as the temperature of the vibrating body when the falling edge is detected.

図８は、容量検出回路の具体的な構成例を示すものである。
検出用圧電素子１０２に並列に既知のコンデンサ１０９が接続されており、検出用圧電素子１０２の振動から変換された電圧信号は分圧用抵抗１１１によって分圧される。
分圧された電圧信号は整流回路１１２によって交流信号から直流信号に変換され、Ａ／Ｄ変換器１１３によってアナログ信号からデジタル信号に変換される。
静電容量演算器１１４では、検出された電圧値Ｖと既知のコンデンサ１０９の容量値を用いて、検出用圧電素子１０２の静電容量を演算によって算出する。
ここで、演算に用いる電圧Ｖは、２つの場合によって検出される。すなわち、既知のコンデンサ１０９が並列接続された場合と、そうでない場合とによって検出される。 FIG. 8 shows a specific configuration example of the capacitance detection circuit.
A known capacitor 109 is connected in parallel to the detection piezoelectric element 102, and the voltage signal converted from the vibration of the detection piezoelectric element 102 is divided by the voltage dividing resistor 111.
The divided voltage signal is converted from an AC signal to a DC signal by the rectifier circuit 112 and converted from an analog signal to a digital signal by the A / D converter 113.
The capacitance calculator 114 calculates the capacitance of the detection piezoelectric element 102 by calculation using the detected voltage value V and the known capacitance value of the capacitor 109.
Here, the voltage V used for the calculation is detected in two cases. That is, it is detected when the known capacitor 109 is connected in parallel and when it is not.

既知のコンデンサ１０９が並列接続された場合は、２つの静電容量の合成値に基づく電圧が検出され、これをＶ１とする。既知のコンデンサ１０９が接続されない場合は、検出用圧電素子１０２の静電容量だけで決まる電圧が検出され、これをＶ２とする。
Ｖ１とＶ２の選択は、既知のコンデンサ１０９に直列に接続されたスイッチング素子１１０の開閉によって行う。
なお、スイッチング素子１１０の開閉は、コントローラ３０４からの指令によって行う。
Ｖ１とＶ２の関係から、検出用圧電素子１０２の静電容量をＣｓ、既知のコンデンサ１０９の静電容量をＣとすると、次式が導かれる。

Ｃｓ＝Ｖ２／（Ｖ１−Ｖ２）×Ｃ

ここで、Ｃの値は既知であるので、検出用圧電素子１０２の静電容量Ｃｓを算出することが可能となる。 When the known capacitor 109 is connected in parallel, a voltage based on the combined value of the two capacitances is detected, and this is set as V1. When the known capacitor 109 is not connected, a voltage determined only by the capacitance of the detecting piezoelectric element 102 is detected, and this is set as V2.
Selection of V1 and V2 is performed by opening and closing a switching element 110 connected in series to a known capacitor 109.
Note that the switching element 110 is opened and closed according to a command from the controller 304.
From the relationship between V1 and V2, when the electrostatic capacity of the detecting piezoelectric element 102 is Cs and the known electrostatic capacity of the capacitor 109 is C, the following equation is derived.

Cs = V2 / (V1-V2) × C

Here, since the value of C is known, it is possible to calculate the capacitance Cs of the detection piezoelectric element 102.

［実施例２］
実施例２として、本発明の振動体の温度を検出する電気−機械エネルギー変換素子を備えた振動体の制御装置を用いて構成された振動型アクチュエータの構成例について説明する。
図９は、上記制御装置を備えた振動型アクチュエータを示したものである。
速度偏差検出器４０１には、エンコーダ等の速度検出器４０７で得られた速度信号と、コントローラ３０４からの目標速度と、が入力され、速度偏差信号が出力される。
速度偏差信号はＰＩＤ補償器４０２に入力され、制御信号として出力される。ＰＩＤ補償器４０２から出力された制御信号は、駆動周波数パルス発生器４０３に入力される。
駆動周波数パルス発生器４０３から出力された駆動周波数パルス信号は、駆動回路４０４に入力され、位相が９０°異なる２相の交番電圧が出力される。 [Example 2]
As a second embodiment, a configuration example of a vibration type actuator configured using a vibration body control device including an electro-mechanical energy conversion element for detecting the temperature of the vibration body of the present invention will be described.
FIG. 9 shows a vibration type actuator provided with the control device.
The speed deviation detector 401 receives the speed signal obtained by the speed detector 407 such as an encoder and the target speed from the controller 304, and outputs a speed deviation signal.
The speed deviation signal is input to the PID compensator 402 and output as a control signal. The control signal output from the PID compensator 402 is input to the drive frequency pulse generator 403.
The drive frequency pulse signal output from the drive frequency pulse generator 403 is input to the drive circuit 404, and two-phase alternating voltages that are 90 ° out of phase are output.

交番電圧は、位相が９０°ずれた２相の交番信号である。駆動回路４０４から出力された交番電圧は振動型アクチュエータ４０５の不図示の駆動用の電気−機械エネルギー変換素子に入力され、振動型アクチュエータ４０５の移動体は一定速度で回転する。
振動型アクチュエータ４０５の移動体に連結された被駆動体４０６（ギヤやスケール、シャフト等）は回転駆動され、前記速度検出器４０７によって回転速度が検出され、回転速度が常に目標速度に近づくようにフィードバック制御される。一方、振動型アクチュエータ４０５には２つの検出用の圧電素子４０８ａと４０８ｂが設けられており、これらの検出信号を温度検出装置１０８に入力し、静電容量を検出することで、振動体の温度情報が得られる。
前記検出用の圧電素子４０８は、各々異なる相転移温度Ｔｒを有するものとする。 The alternating voltage is a two-phase alternating signal whose phase is shifted by 90 °. The alternating voltage output from the drive circuit 404 is input to a drive electro-mechanical energy conversion element (not shown) of the vibration actuator 405, and the moving body of the vibration actuator 405 rotates at a constant speed.
The driven body 406 (gear, scale, shaft, etc.) connected to the moving body of the vibration type actuator 405 is rotationally driven, the rotational speed is detected by the speed detector 407, and the rotational speed always approaches the target speed. Feedback controlled. On the other hand, the vibration type actuator 405 is provided with two piezoelectric elements 408a and 408b for detection. These detection signals are input to the temperature detection device 108, and the capacitance is detected to detect the temperature of the vibration body. Information is obtained.
The detection piezoelectric elements 408 each have a different phase transition temperature Tr.

図１０は、振動型アクチュエータの構成例を示すものである。振動型アクチュエータは、発生する振動の種類によって定在波型と進行波型とに分けられる。同図（ａ）は進行波型の振動型アクチュエータを示す斜視図である。振動型アクチュエータは、電気−機械エネルギー変換素子である圧電素子９０１と弾性体８０１とから成る振動体９０３と、移動体８０２と、を備える。
ハウジングに固定された弾性体８０１は振動振幅を拡大する為の複数の突起部８０３が設けられており、突起部８０３は移動体８０２の駆動部として作用する。移動体８０２はゴムを介して加圧バネとディスクによって図面下側方向に加圧接触されている。各部材は円環形状を為している。
圧電素子９０１に２相の交番電圧が印加されると、振動体９０３に進行波が発生し、振動体９０３に接触する移動体８０２は摩擦駆動によって振動体と相対的に回転する。
ハウジングと転がり軸受を介して接続された出力軸は移動体８０２に固定されており、移動体８０２の回転に伴って回転する。 FIG. 10 shows a configuration example of a vibration type actuator. A vibration type actuator is classified into a standing wave type and a traveling wave type depending on the type of vibration generated. FIG. 2A is a perspective view showing a traveling wave type vibration actuator. The vibration type actuator includes a vibration body 903 including a piezoelectric element 901 that is an electro-mechanical energy conversion element and an elastic body 801, and a moving body 802.
The elastic body 801 fixed to the housing is provided with a plurality of projections 803 for expanding the vibration amplitude, and the projections 803 act as a drive unit for the moving body 802. The movable body 802 is in pressure contact with the pressure spring and the disk via rubber through the lower side of the drawing. Each member has an annular shape.
When a two-phase alternating voltage is applied to the piezoelectric element 901, a traveling wave is generated in the vibrating body 903, and the moving body 802 that contacts the vibrating body 903 rotates relative to the vibrating body by friction driving.
The output shaft connected to the housing via the rolling bearing is fixed to the moving body 802 and rotates as the moving body 802 rotates.

本実施例の別の構成例の一つとして、円環型の圧電素子が用いられた上記進行波型の振動型アクチュエータの制御装置について、図１１を用いて説明する。
図１１は、進行波型の振動型アクチュエータに用いられる、駆動用圧電素子９０１と検出用圧電素子４０８の構成例を示すものである。
駆動用圧電素子９０１ａと９０１ｂは図のような位相でプラスとマイナス方向に交互に分極されており、各々駆動用の電極が接続されている。それぞれ位相が９０°異なる交番電圧が印加されることで、進行波が円環の周方向に励起される。また、検出用圧電素子４０８ａと４０８ｂには、一端がグランドに接続され、もう一端が温度検出装置１０８に接続されている。
したがって、検出用圧電素子４０８の振動を電圧信号として検出することができる。
本実施例の特徴である、２つの検出用圧電素子４０８には異なる相転移温度Ｔｒを有する圧電素子が用いられる。
なお、本実施例は、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ₃）を主成分する圧電素子を用いるものとする。
本材料を用いた圧電素子の静電容量は温度ヒステリシスを有し、カルシウムの添加量によってＴｒを調整することができる。
まず、駆動用圧電素子９０１にはカルシウムが添加されており、Ｔｒが−３０℃以下になるよう添加量が調整されている。
これによって、動作温度範囲では温度ヒステリシスが生じないので、駆動性能を阻害することはない。
次に、検出用圧電素子４０８ａにも同様にカルシウムが添加されており、Ｔｒが−３０℃以下になるよう添加量が調整されている。
これに対して、検出用圧電素子４０８ｂにはカルシウムが添加されておらず、Ｔｒは昇温時は５５℃、降温時は４５℃であり、温度ヒステリシスを有するように設計されている。
相転移温度での静電容量の変化は急峻であるので、精度良く温度情報を検出することができる。 As another configuration example of this embodiment, a control device for the traveling wave type vibration actuator using an annular piezoelectric element will be described with reference to FIG.
FIG. 11 shows a configuration example of a driving piezoelectric element 901 and a detecting piezoelectric element 408 used in a traveling wave type vibration actuator.
The driving piezoelectric elements 901a and 901b are alternately polarized in the plus and minus directions with the phases shown in the figure, and the driving electrodes are connected to each other. By applying alternating voltages that are 90 ° out of phase, traveling waves are excited in the circumferential direction of the ring. One end of each of the detecting piezoelectric elements 408 a and 408 b is connected to the ground, and the other end is connected to the temperature detecting device 108.
Therefore, the vibration of the detecting piezoelectric element 408 can be detected as a voltage signal.
Piezoelectric elements having different phase transition temperatures Tr are used for the two detection piezoelectric elements 408, which are the features of this embodiment.
In this embodiment, a piezoelectric element mainly composed of barium titanate (BaTiO ₃ ) is used.
The capacitance of a piezoelectric element using this material has temperature hysteresis, and Tr can be adjusted by the amount of calcium added.
First, calcium is added to the driving piezoelectric element 901, and the addition amount is adjusted so that Tr becomes −30 ° C. or lower.
As a result, temperature hysteresis does not occur in the operating temperature range, and drive performance is not hindered.
Next, calcium is similarly added to the detection piezoelectric element 408a, and the addition amount is adjusted so that Tr becomes −30 ° C. or lower.
On the other hand, calcium is not added to the detecting piezoelectric element 408b, and Tr is 55 ° C. when the temperature is raised and 45 ° C. when the temperature is lowered, and is designed to have temperature hysteresis.
Since the change in capacitance at the phase transition temperature is steep, temperature information can be detected with high accuracy.

検出用圧電素子４０８からの検出信号は温度検出装置１０８に入力されて、各々静電容量が検出される。
検出用圧電素子４０８ａからの検出信号を用いて振動体の昇温／降温を判定し、検出用圧電素子４０８ｂからの検出信号を用いて相転移温度を検出する。
温度検出装置１０８の具体的な構成やタイミングチャートは実施例１と基本的に同じであるので、説明は省略する。
本実施例の制御装置を用いれば、振動体の昇温／降温の判定と同時に、検出用の圧電素子４０８ｂの相転移温度を振動体の温度情報として検出できる。
得られた温度情報に基づいて、コントローラ３０４は適宜制御パラメータを調整する。これによって、過度な温度上昇の抑制や、制御性能の向上を図ることができる。
また、下記の振動型アクチュエータにも本発明の制御装置を同様に適用することができる。 A detection signal from the detection piezoelectric element 408 is input to the temperature detection device 108, and each capacitance is detected.
The detection signal from the detection piezoelectric element 408a is used to determine the temperature rise / decrease of the vibrating body, and the phase transition temperature is detected using the detection signal from the detection piezoelectric element 408b.
Since the specific configuration and timing chart of the temperature detection device 108 are basically the same as those in the first embodiment, description thereof will be omitted.
If the control device of the present embodiment is used, the phase transition temperature of the detecting piezoelectric element 408b can be detected as temperature information of the vibrating body simultaneously with the determination of the temperature rise / fall of the vibrating body.
Based on the obtained temperature information, the controller 304 adjusts the control parameters as appropriate. Thereby, suppression of an excessive temperature rise and improvement in control performance can be achieved.
The control device of the present invention can be similarly applied to the following vibration type actuators.

図１０（ｂ）は、定在波型の振動型アクチュエータの基本的な構成を示す斜視図である。
図に示すように、この振動型アクチュエータの振動子は、矩形の板状に形成された金属材料から成る弾性体８０１を備え、弾性体８０１の裏面には圧電素子９０１が接合されている。
弾性体８０１の上面の所定位置には、複数の突起部８０３が設けられている。
この構成によれば、圧電素子９０１に交番電圧を印加することにより、弾性体８０１の長辺方向における２次の屈曲振動と、弾性体８０１の短辺方向における１次の屈曲振動とが同時に発生し、突起部８０３に楕円運動が励起される。
そして、突起部８０３に移動体８０２を加圧接触させることにより、移動体８０２を突起部８０３の楕円運動によって直線的に駆動することができるようになっている。つまり、突起部８０３がこの振動体の駆動部として作用する。 FIG. 10B is a perspective view showing a basic configuration of a standing wave type vibration actuator.
As shown in the drawing, the vibrator of the vibration type actuator includes an elastic body 801 made of a metal material formed in a rectangular plate shape, and a piezoelectric element 901 is bonded to the back surface of the elastic body 801.
A plurality of protrusions 803 are provided at predetermined positions on the upper surface of the elastic body 801.
According to this configuration, by applying an alternating voltage to the piezoelectric element 901, secondary bending vibration in the long side direction of the elastic body 801 and primary bending vibration in the short side direction of the elastic body 801 are generated simultaneously. Then, elliptical motion is excited in the protrusion 803.
The moving body 802 can be linearly driven by the elliptical motion of the protruding portion 803 by bringing the moving body 802 into pressure contact with the protruding portion 803. That is, the protrusion 803 acts as a drive unit for this vibrating body.

図１０（ｃ）は、カメラレンズのオートフォーカス駆動などに用いられる、棒状の振動型アクチュエータの分解斜視図である。
振動型アクチュエータは、振動体９０３と、移動体８０２と、を備えている。振動体９０３には、摩擦材料を兼ねた第１の弾性体８０１ａ、電気−機械エネルギー変換素子である圧電素子９０１への給電用のフレキシブルプリント基板８０４、第２の弾性体８０１ｂが設けられている。
これらの部材は、シャフト８０５の突き当てフランジ部８０５ａとシャフト８０５下部のネジ部８０５ｂに嵌る下ナット８０６で挟み、加圧締結されている。
移動体８０２は、接触ばね８０７がロータ８０８に接着固定されている。 FIG. 10C is an exploded perspective view of a rod-shaped vibration actuator used for autofocus driving of a camera lens.
The vibration type actuator includes a vibrating body 903 and a moving body 802. The vibrating body 903 is provided with a first elastic body 801a that also serves as a friction material, a flexible printed board 804 for feeding power to the piezoelectric element 901 that is an electro-mechanical energy conversion element, and a second elastic body 801b. .
These members are clamped and clamped by a lower nut 806 fitted to the abutting flange portion 805a of the shaft 805 and the screw portion 805b below the shaft 805.
The moving body 802 has a contact spring 807 bonded and fixed to the rotor 808.

これにより、移動体８０２は、フランジ８０９の軸受部によって回転自在に支持された出力ギア８１０と加圧ばね８１１によって振動体９０３の摩擦面８１２に加圧接触されている。
移動体８０２の接触ばね８０７は、下端面が移動体の摩擦面として振動体の第１の弾性体の摩擦面８１２と当接している。
フレキシブルプリント基板８０４を介して、不図示の電源から圧電素子９０１に交番電圧を印加する。
それにより、第１の弾性体８０１ａの摩擦面には直交する２方向の１次の曲げ振動が励起され、時間位相π／２を持って重ね合せることによって、摩擦面８１２に回転楕円運動を生じさせる。
これによって、摩擦面に加圧接触する接触ばね８０７を振動体９０３に対して相対移動させることができる。 Accordingly, the moving body 802 is in pressure contact with the friction surface 812 of the vibrating body 903 by the output gear 810 rotatably supported by the bearing portion of the flange 809 and the pressure spring 811.
The lower end surface of the contact spring 807 of the moving body 802 is in contact with the friction surface 812 of the first elastic body of the vibrating body as the friction surface of the moving body.
An alternating voltage is applied to the piezoelectric element 901 from a power source (not shown) via the flexible printed board 804.
As a result, a first-order bending vibration in two directions orthogonal to each other is excited on the friction surface of the first elastic body 801a, and a spheroidal motion is generated on the friction surface 812 by overlapping with the time phase π / 2. Let
As a result, the contact spring 807 that is in pressure contact with the friction surface can be moved relative to the vibrating body 903.

１０１：駆動用の圧電素子
１０２：検出用の圧電素子
１０３：振動体
１０４：容量検出回路
１０５：昇温／降温判定器
１０６：閾値検出回路
１０７：相転移温度検出器
１０８：温度検出装置
３０１：駆動回路
３０２：スイッチング回路
３０３：パルス発生回路
３０４：コントローラ
３０８：駆動装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 101: Piezoelectric element for drive 102: Piezoelectric element for detection 103: Vibrating body 104: Capacity | capacitance detection circuit 105: Temperature rising / falling temperature determination device 106: Threshold detection circuit 107: Phase transition temperature detector 108: Temperature detection device 301: Drive circuit 302: Switching circuit 303: Pulse generation circuit 304: Controller 308: Drive device

Claims

Vibration provided with an electro-mechanical energy conversion element for detecting the temperature of the vibration body when an object is driven by applying an alternating voltage to the electro-mechanical energy conversion element provided in the vibration body to generate a vibration wave A body control device,
The electro-mechanical energy conversion element for detecting the temperature of the vibrating body includes a first electro-mechanical energy conversion element and a second electro-mechanical energy conversion element having different phase transition temperatures,
In the first electro-mechanical energy conversion element, the phase transition temperature is within an operating temperature range,
In the second electro-mechanical energy conversion element, the phase transition temperature is outside the operating temperature range.
A vibrating body control device comprising an electromechanical energy conversion element for detecting the temperature of the vibrating body.

2. The electro-mechanical energy conversion element for detecting a temperature of a vibrating body according to claim 1, wherein the first electro-mechanical energy conversion element has a temperature hysteresis within an operating temperature range. The vibration body control apparatus provided.

3. The vibration according to claim 1, further comprising: a temperature detection device that obtains temperature information of the vibrating body using a detection signal from an electro-mechanical energy conversion element that detects a temperature of the vibrating body. A control device for a vibrating body including an electro-mechanical energy conversion element for detecting a body temperature.

The temperature detecting device detects temperature information of a vibrating body and a temperature corresponding to a phase transition temperature of an electro-mechanical energy conversion element that detects the temperature of the vibrating body using the detection signal. The control apparatus of the vibrating body provided with the electromechanical energy conversion element which detects the temperature of the vibrating body of Claim 3.

5. The electricity for detecting the temperature of a vibrating body according to claim 1, wherein the electro-mechanical energy conversion element is made of a piezoelectric material mainly composed of barium titanate. A control device for a vibrator provided with a mechanical energy conversion element;

A dust removing device comprising a vibrating body control device comprising the electromechanical energy conversion element for detecting the temperature of the vibrating body according to any one of claims 1 to 5,
Controlling the vibrating body based on a temperature detected by an electro-mechanical energy conversion element that detects a temperature of the vibrating body when moving and removing dust in a predetermined direction by the vibrating body control device; A dust removing device characterized by the above.

A vibration type actuator having a vibration body control device including the electromechanical energy conversion element for detecting the temperature of the vibration body according to any one of claims 1 to 5.
Controlling the vibrating body based on a temperature detected by an electro-mechanical energy conversion element that detects a temperature of the vibrating body when moving and removing dust in a predetermined direction by the vibrating body control device; This is a vibration type actuator.