JP2017022941A - 振動体の駆動装置、およびそれを用いた振動型アクチュエータ、撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 振動型アクチュエータを目標位置に停止する際に発生するオーバーシュートを低減し、高い精度で目標位置に停止することのできる振動型アクチュエータの駆動装置を提供する。【解決手段】 振動型アクチュエータを最終目標位置に停止する際に、逐次決まる指令位置と、振動体と被駆動体の相対位置と、から求まる第一の偏差に応じて圧電素子に入力する交流信号の駆動周波数や位相差を設定すると共に、最終目標位置と前記相対位置から求まる第二の偏差に応じてパルスデューティを調整する。【選択図】 図２

Description

本発明は、振動体の駆動装置、およびそれを用いた振動型アクチュエータと撮像装置に関するものである。

従来より、所定の質点に生じた楕円運動によって、被駆動体と相対移動する振動型アクチュエータに関する様々な提案がされている。例えば、特許文献１に記載の振動型アクチュエータの制御装置では、振動型アクチュエータに入力する駆動信号の位相差及び電圧の少なくとも一方を変更して、前記楕円運動の楕円比を変更して速度制御を行い、位置決め精度を向上させることが記載されている。

特開２００９−８９５８６号公報

しかしながら、楕円比制御などの速度制御によりイナーシャの大きなものを振動型アクチュエータにより目標位置に停止させる際には図１８に示すように目標停止位置を大きくオーバーシュートする動作が発生する。この場合、目標位置へ停止させるまでに時間を要する。

そこで本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、目標位置に停止する際のオーバーシュートが低減された振動体の駆動装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明の請求項１に係る振動型アクチュエータの駆動装置は、振動体と被駆動体との相対位置に関する指令値を生成するよう構成された指令値生成手段を有する制御部と、前記振動体の電気―機械エネルギー変換素子に交流信号を入力することで、前記振動体の一部に楕円運動を生じさせるよう構成された駆動部と、を有し、前記制御部は、前記指令値と前記相対位置との第１の偏差に応じて、前記楕円運動の、前記振動体の駆動方向における振幅を制御するように構成された第１の楕円形状制御手段と、前記相対位置の最終目標位置と前記相対位置との第２の偏差に応じて、前記楕円運動の、前記振動体の駆動方向に垂直な方向における振幅を制御するように構成された第２の楕円形状制御手段と、を有することを特徴としている。

本明細書において、指令位置とは、第１の目標位置ともいい、振動体と被駆動体の相対位置を移動する一連の制御動作において、一定時間（Δｔ）毎に設定される目標位置のことを示す。ここで、目標位置とは、振動体と被駆動体の相対位置でもよいが、振動体または被駆動体の位置を検出手段で検出している場合には、振動体または被駆動体の位置でもよい。また、最終目標位置とは、第２の目標位置ともいい、前記振動体と被駆動体の相対位置の、上記一連の制御動作における最終的な目標位置のことを示す。ここでも、最終的な目標位置は、振動体または被駆動体の位置であっても良いし、相対位置であっても良い。従って、指令位置は、制御開始時の振動体または被駆動体の位置から最終目標位置の間に設定される。例えば、振動体（または振動型アクチュエータ）の一連の制御動作の開始位置を０、最終目標位置を１０、指令位置をΔｔ毎に、時間ｔ１乃至ｔ６において設定する場合を考える。この場合、目標位置はそれぞれ、第１の時間ｔ１において１、ｔ２において３、ｔ３において５、ｔ４において７、ｔ５において９、ｔ６において１０、というように、設定することができる。

また、振動体の駆動方向とは、振動体と被駆動体の相対位置の変化する方向を指す。

更に、弾性体とは、金属やセラミックス等から形成され、圧電素子への交流信号の入力による屈曲振動によって、湾曲する部材を示すものである。

本発明によれば、目標停止位置付近において、逐次変化する指令位置と、最終目標位置の２つを考慮した制御を同時に行うことで、最終目標位置に停止する際のオーバーシュートを低減できる。

振動型アクチュエータと、その駆動装置の例を示した図。 第１の実施形態における振動型アクチュエータと、振動体の駆動装置のブロック図及び回路図。 第一の目標位置と第二の目標位置についての説明図。 第１の実施形態におけるフローチャート図。 指令位置及び最終目標位置と時間についての説明図。 従来の振動体の駆動装置における指令位置と検出位置、パルスデューティ、駆動速度の関係を示した図。 第１の実施形態における指令位置と検出位置、パルスデューティ、駆動速度、の関係を示した図。 第２の実施形態における振動型アクチュエータと、振動体の駆動装置のブロック図及び回路図。 第２の実施形態におけるフローチャート図。 第３の実施形態における振動型アクチュエータと、振動体の駆動装置のブロック図及び回路図。 第３の実施形態におけるフローチャート図。 第４の実施形態における圧電素子の電極パターン図。 従来の振動型アクチュエータの基本的な構成を示す外観斜視図。 図１３の振動型アクチュエータにおける圧電素子の分極領域を示す模式図。 振動体の振動モードを示す斜視図。 弾性体の突起部に励起すされる楕円運動を説明するための図。 振動体の駆動周波数と駆動速度の関係を示す図。 振動体の指令位置及び検出位置と時間の関係を示す図。 本発明を適用した駆動装置が装着可能に構成されたカメラの上面図。

本発明の実施の形態について、以下に図面を参照して説明する。以下の実施の形態では、電気―機械エネルギー変換素子の電極を２つに分け、同じ周波数で別々に位相が制御される位相を有する２つの交流信号が前記電気―機械エネルギー変換素子に入力される、２相駆動を例に説明する。しかし、本明細書に記載の駆動回路及び振動型アクチュエータは、これに限定されない。

（第１の実施形態）
本発明で駆動する振動子の構成例について、図１３を参照して説明する。この振動型アクチュエータの振動体は、矩形の板状に形成された金属材料から成る弾性体１を備え、弾性体１の裏面には、電気―機械エネルギー変換素子が接合されている。電気−機械エネルギー変換素子として、ここでは、圧電素子２が用いられている。弾性体１の上面には、複数の突起部３が設けられている。この構成によれば、圧電素子２に交流電圧を印加（交流信号を入力）することにより、例えば、弾性体１の長辺方向における２次の屈曲振動と、弾性体１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３に楕円運動が励起される。そして、突起部３に被駆動体４を加圧接触させることにより、被駆動体４を突起部３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。

圧電素子２は、図１４に示すように、分極処理されて２つの電極Ａ１、Ａ２を備えている。この２つの電極Ａ１、Ａ２に同相の交流電圧Ｖ１、Ｖ２を印加することにより、図１５（ａ）に示すように、矩形の弾性体１において長辺方向と平行な方向に延びた２本の節を有する１次の屈曲振動を励振する。また、２つの電極Ａ１、Ａ２に逆相の交流電圧Ｖ１、Ｖ２を印加することにより、図１５（ｂ）に示すように、矩形の弾性体１の短辺方向と平行な方向に延びた３本の節を有する２次の屈曲振動を励振する。そして、１次と２次の屈曲振動（振動モード）の組み合わせにより突起部３に楕円運動を励振し、この際に突起部３に被駆動体４を加圧接触させることで、被駆動体４を直線的に駆動することができるようになっている。

ここで、図１５（ａ）に示す１次の屈曲振動によって、突起部３には、被駆動体４と加圧接触する接触面と垂直な方向に振動の振幅（以下、Ｚ軸振幅と呼ぶ）が変化する振動が励起される。また、図１５（ｂ）に示す２次の屈曲振動によって、突起部３には、振動体と被駆動体４の相対移動方向と平行な方向（振動体の駆動方向）に振動の振幅（以下、Ｘ軸振幅と呼ぶ）が変化する振動が励起される。１次の屈曲振動と２次の屈曲振動を組み合わせることにより、突起部３に図１６に示すように楕円運動が励起することができ、Ｚ軸振幅とＸ軸振幅の比の値の、１からのずれ量が、楕円運動の楕円比を表す。そして、振動体に入力される第２の交流信号、すなわち、振動体の電極に印加される交流電圧Ｖ１とＶ２の、位相差を変更することによりＸ軸振幅とＺ軸振幅の比率を変えることで、突起部３の励起する楕円運動の楕円比を調整することができる。また、振動体に入力される第２の交流信号、すなわち、振動体の電極に印加される交流電圧Ｖ１とＶ２の電圧振幅を変更することにより上記比率を維持したまま振幅の大きさを変えることで、突起部３の励起する楕円運動の楕円比を調整することができる。

更に、圧電素子２に印加する交流電圧の周波数を変更することにより、楕円比を保ちつつ、楕円の大きさを変更することができる。振動体の共振周波数に近づけることにより楕円の大きさが大きくなり、駆動速度を速くすることができる。また、印加する交流電圧の周波数を振動体の共振周波数から遠ざけることにより楕円の大きさが小さくなり、駆動速度を遅くすることができる。例えば、上記の図１３に示した振動型アクチュエータの基本的構成において、駆動周波数と駆動速度の関係は、図１７に示すような関係になる。即ち、振動体の共振周波数を駆動速度のピークとし、共振周波数よりも高周波側ではなだらかに駆動速度が減少し、且つ低周波側では急激に駆動速度が減少するようなアクチュエータ特性となる。

このような振動型アクチュエータは、圧電素子２に入力される第２の交流信号（交流電圧Ｖ１、Ｖ２）の周波数を変化させることによって、周波数による速度制御（周波数制御）を行うことが可能である。また、第２の交流信号（交流電圧Ｖ１、Ｖ２）の位相を変化させることによって、位相差による速度制御（位相差制御）を行うことが可能である。さらに圧電素子２に印加する２つの交流電圧Ｖ１、Ｖ２の電圧振幅の大小を変化させることによって、電圧による速度制御（電圧制御）を行うことが可能である。

従って、上述した周波数制御、位相差制御、及び電圧制御を組み合わせて振動型アクチュエータの速度制御を行うことができる。

本発明の第１の実施形態では、図１５（ａ）に示す１次の屈曲振動と図１５（ｂ）に示す２次の屈曲振動を組み合わせることで突起部３に生じる楕円運動の楕円の大きさ或いは楕円比を調整し、速度制御を行う振動体の駆動装置について説明する。

図１（ａ）は振動型アクチュエータの主要部断面図（駆動方向に垂直な断面）、図１（ｂ）は振動体の駆動方向断面図、図１（ｃ）は支持部材が接合された振動体の斜視図である。なお、図１（ｂ）は図１（ａ）の一点鎖線Ａでの断面図を示している。

本実施の形態の振動型アクチュエータは、電気−機械エネルギー変換素子と弾性体を有する振動体と、この振動体に摩擦接触する被駆動体と、を備えた振動子を有し、前記振動体と前記被駆動体を相対的に移動させるように構成されている。振動体と被駆動体が相対的に移動するとは、被駆動体が移動する場合、振動体が移動する場合、及び振動体と被駆動体が共に移動する場合の、いずれであってもよい。つまり、振動型アクチュエータは、前記振動体と前記被駆動体の相対位置を変化可能に構成されている。

具体的にこれらの構成について説明すると、振動体１０１は、弾性体１０２及び前記弾性体１０２に接着等により接合された圧電素子１０３を有する。また、弾性体の被接合部１０２ａが支持部材１１２に対して溶接等により結合される（図１（ｂ）、図１（ｃ）参照）。圧電素子１０３は高周波電圧が印加（交流信号が入力）されると、振動体１０１が長手方向、短手方向、それぞれ屈曲振動を起こすように設定されている。その結果、図１（ｂ）に示すように、弾性体１０２に形成された突起部１０２ｂの先端が楕円振動を起こし、この圧電素子に入力される交流信号の周波数や位相を変えることで、回転方向や楕円比を適宜変化させて所望の動きを発生させることができる。よって、振動体１０１と、その相対摺動部材であるスライダー１０４（被駆動体）との摩擦力を駆動力として、振動体を光軸（図１（ａ）紙面直交方向、図１（ｂ）左右方向）に沿って進退させることが可能となる。つまり、スライダー１０４と振動体１０１は、摩擦接触により、互いの相対位置が変更可能に構成されている。

図１（ａ）に示すように振動体固定部材１１４は振動体を保持するように構成され、振動体１０１に結合された支持部材１１２が、ネジ１１３により取り付け位置に固定される。加圧部は、加圧板１０６、及び加圧バネ１０７を有し、加圧板１０６はフェルト１１５（振動絶縁部材）を介して振動体１０１をスライダー１０４に押圧するように構成されている。なお、振動絶縁部材とは、振動体１０１の振動を阻害せずに、かつその振動をそこで遮断し加圧部にほとんど伝達しない機能を有し、スポンジ等でもよく、フェルトに限定されるものではない。移動板１０８は、振動体固定部材１１４の当節部１１４ａにゴムシート１０５（振動減衰部材）を介してネジ止め等で固定され、押圧力の反力を受けるガイド部の一部を構成し、振動体と一体的に移動する。移動板１０８には、転動部材であるボール１０９が嵌入され、かつ振動体固定部材１１４を光軸方向にガイドする、複数のＶ溝部１０８ａが形成されている。ボール１０９は、振動体１０１とスライダー１０４の相対移動の方向に転動可能に配置されている。押圧保持部材１１０は、枠体１１１にネジ等により固定され、ボール１０９を移動板１０８に押圧するように構成される。押圧保持部材１１０も前述のガイド部の一部を構成しており、移動板１０８のＶ溝部１０８ａに対向する位置に設けられたＶ溝部１１０ａによって、ボール１０９を挟持することで、振動体固定部材１１４を駆動方向に沿って進退可能に支持することを可能としている。さらに、この時、移動板１０８はボール１０９の転動機能により押圧保持部材１１０に対して駆動方向（図１（ａ）紙面直交方向）には移動自在に構成されることとなる。上記構成によって、ガイド部は、振動体１０１を相対移動の方向へガイド可能に構成されている。または不図示ではあるが、振動体固定部材１１４はラックを介してレンズホルダ及びフォーカスレンズが取り付けられている。

枠体１１１には、スライダー１０４が、長手方向（ここでは駆動方向）において、両端部付近をネジ等で固定される。なお、図１（ａ）において、移動板１０８のＶ溝部１０８ａと押圧保持部材１１０のＶ溝部１１０ａは必ずしもすべてＶ溝形状である必要はなく、少なくとも、どれか１つは平面形状でもよい。

なお、振動体の具体的構成及び動作原理は、上述の通り、例えば図１４に示される構成と同様とすることができる。

次に本実施の形態における振動体の駆動装置について、図２を用いて説明する。図２は本発明の第１の実施形態に関わる振動型アクチュエータと、振動体の駆動装置の構成を示すブロック図及び回路図である。

図２（ａ）に示すように振動体２０１は、振動体２０２及び被駆動体２０３を備える。被駆動体２０３は、振動体２０２の突起部に励起される楕円運動により駆動される。 位置検出手段２０４は、被駆動体２０３の位置を検出するものであり、例えば、リニアエンコーダにて構成される。

本実施形態の駆動装置２００は、制御部２１８と駆動部２１９とを有する。制御部２１８は、振動体と被駆動体との相対位置に基づいて、振動体２０２に入力される第２の交流信号を制御するように構成されている。また、駆動部２１９は、第２の交流信号を振動体２０２に入力することで、振動体２０２の一部、ここでは突起部に、楕円運動を生じさせるよう構成されている。

制御部２１８は、指令値生成手段２０５、第１の楕円形状制御手段２２０、及び第２の楕円形状制御手段（パルスデューティ決定手段２１２）を有する。指令値生成手段２０５は、振動体２０２と被駆動体２０３との相対位置（第１の目標位置）に関する指令値を生成するよう構成されている。第１の楕円形状制御手段２２０は、振動体２０２と被駆動体２０３の相対位置と指令値との差である第１の偏差に応じて、前記楕円運動の、前記振動体の駆動方向における振幅を制御するように構成されている。また、第２の楕円形状制御手段は、振動体２０２と被駆動体２０３の相対位置と、該相対位置に関する最終目標位置との差である第２の偏差に応じて、前記楕円運動の、前記振動体の駆動方向に垂直な方向における振幅を制御するように構成されている。

指令値生成手段２０５の出力である第一の目標位置に関する指令値と位置検出手段２０４の出力との偏差に関する信号がＰＩＤ制御部２０７に入力される。第一の目標位置は、例えば図３（ａ）の点線で示すように時間毎に変化する指令の目標位置のことであり、被駆動体または振動体が最終的な停止位置に移動するために位置制御をする目的で設定される。また本発明では、図３（ａ）に示すように位置検出手段２０４の検出位置と指令値（第一の目標位置）との偏差が第一の偏差である。ＰＩＤ制御部２０７はこの第一の偏差から振動型アクチュエータの操作量を演算する。

ＰＩＤ制御部２０７の出力側には、第１の楕円形状制御手段２２０が接続されている。第１の楕円形状制御手段２２０は、楕円運動における楕円の比率を設定する楕円比決定手段２０８と、楕円運動における楕円の大きさを設定する駆動周波数決定手段２０９とを有する。ＰＩＤ制御部２０７は、指令値生成手段で生成された指令値に基づいて、振動型アクチュエータの操作量を決定する。ＰＩＤ制御部２０７から出力された操作量に応じて、楕円比決定手段２０８は楕円比を決定し、駆動周波数決定手段２０９は駆動周波数を決定する。楕円比決定手段２０８で演算により求められる楕円比は、圧電素子に印加する第２の交流信号（交流電圧Ｖ１とＶ２）の位相差を制御することで制御できる。この位相差は、上限の閾値として例えば９０度に設定され、駆動方向が逆であれば下限の閾値として例えば−９０度に設定される。そして楕円比決定手段２０８と駆動周波数決定手段２０９の各出力側が交流信号生成手段２１０に接続されている。この交流信号生成手段２１０は、例えばスイッチングにより交流信号（第１の交流信号）を生成する回路とすることができる。交流信号生成手段２１０で生成された第１の交流信号が昇圧回路２１４に入力され、昇圧回路２１３から出力された交流信号（第２に交流信号）が振動体２０２に入力される。

制御部は、例えばＣＰＵ、ＰＬＤ（ＡＳＩＣと含む）などのデジタルデバイスや、Ａ／Ｄ変換器などの素子から構成される。また、駆動部の交流信号生成手段は、例えばＣＰＵや関数発生器とスイッチング回路を有し、昇圧回路は、例えばコイルや、トランスから構成される。なお、制御部及び駆動部は、１つの素子や回路から構成されるだけではなく、複数の素子や回路から構成されていてもよい。また、各処理をいずれの素子や回路が実行してもよい。

本明細書において、交流信号の位相差は、突起部に生成される楕円運動の楕円の形状が正円で０とする。また、楕円軌道の突き上げ方向成分（弾性体の、突起部が形成されている面に対して垂直な方向成分）に対する駆動方向成分（送り方向成分）の比が正円からずれるほど、大きくなるものとする。従って、交流信号の位相差を０から上限の値、または０から下限の値に近づけていくことで、突起部に生成される楕円運動の楕円比を大きくすることができる。楕円比が大きくなると、振動体の駆動速度が速くなる。

本実施の形態では、振動体の駆動中、楕円比決定手段２０８で決定された位相差が、上限の閾値或いは下限の閾値でない場合、駆動周波数決定手段２０９は、駆動周波数を上限値とする。交流信号生成手段２１０は、この駆動周波数と位相差を有する２つの第２の交流信号を生成するための第１の交流信号を生成する。

一方、振動体の駆動中、楕円比決定手段２０８で決定された位相差が上限の閾値或いは下限の閾値の場合は、駆動周波数決定手段２０９は、第１の偏差に応じて駆動周波数を決定する。交流信号生成手段２１０は、この駆動周波数と位相差を有する２つの第１の交流信号を生成する。なお、ここで駆動周波数上限値とは振動体の駆動に用いる駆動周波数帯域のうち、最も高い値或いはその近傍の値を指す。また、最終目標位置生成手段２０６の出力である第二の目標位置と位置検出手段２０４の出力の偏差に関する信号が絶対値化手段２１１に入力される。この第二の目標位置は、図３（ｂ）に点線で示すように、例えばフォーカスレンズ駆動する際に振動型アクチュエータが最終的に停止する目標位置のことである。また本発明では、図３（ｂ）に示すように位置検出手段２０４の検出位置と第二の目標位置との偏差が第二の偏差である。絶対値化手段２１１はこの第二の偏差を絶対値化する。絶対値化手段２１１の出力側には第２の楕円形状制御手段である、パルスデューティ決定手段２１２が接続されている。パルスデューティ決定手段２１２は、交流信号生成手段２１０で生成される第１の交流信号のパルスデューティを設定可能に構成されている。この交流信号のパルスデューティを設定することで、設定された値に応じて、出力される第２の交流信号の電圧振幅が設定される。ここでは、パルスデューティは上限の閾値として５０％に設定されている。パルスデューティ決定手段２１２は、絶対値化手段２１１から出力された操作量に応じてパルスデューティの割合を決定する。

即ち、本実施の形態においては、第一の偏差に応じて交流信号の位相差と駆動周波数を決定するとともに、第二の偏差に応じてパルスティーティを調整することにより被駆動体の速度制御が行われる。

交流信号生成手段２１０の出力側には、前述のように、昇圧回路２１３が接続されている。昇圧回路２１３は、図２（ｂ）に示すように、コイル２１５とトランス２１６から構成される。そして、昇圧回路２１３は、交流信号生成手段２１０でスイッチングにより生成された２つの第１の交流信号を昇圧して第２の交流信号を生成し、振動体２０２の圧電素子の複数の電極に印加する。

次に、第１の実施形態における制御動作の具体例について、図４と図５を用いて説明する。図４はカメラのフォーカスレンズ駆動を行う場合の制御動作時のフローチャートを示した図である。図５は指令位置と最終目標位置を説明する図である。

図４に示すように、まず交流信号を入力して制御動作を開始（Ｓ１０１）する。次に、最終目標位置を設定（Ｓ１０２）する。最終目標位置は前述した第二の目標位置のことであり、図５に示すように振動体の制御駆動時、被駆動体（または振動体）が最終的に停止する位置Ｌのことである。次に、指令位置（指令値）を設定（Ｓ１０３）する。指令位置は前述した第一の目標位置のことである。駆動制御は、図５に示すように、振動体の駆動速度（被駆動体の移動の速度）を加速させる加速期間Ａ、目標の速度で維持する等速期間Ｂ、速度を減速させる減速期間Ｃ、最終目標位置で停止させる停止期間Ｄからなるように設定される。そして時間毎（例えばΔｔ毎）に設定された指令位置を読み込み（Ｓ１０４）、振動型アクチュエータの検出位置と比較して第一の偏差を算出（Ｓ１０５）する。この第一の偏差に応じてＰＩＤ制御などの位置フィードバック制御により交流信号の駆動周波数と位相差を変えながら、逐次振動型アクチュエータを指令位置に移動（Ｓ１０６）させる。

ここで、加速期間Ａにおいて、駆動周波数は上限値である駆動開始時の周波数のまま、楕円比決定手段２０８により、第１の偏差に応じて楕円運動の楕円比が決定される。楕円比の絶対値が大きくなるほど、振動体の駆動速度は増加する。その後、楕円比の増加により速度が増加し、楕円比が上限の閾値または下限の閾値である場合、駆動周波数決定手段２０９は、第１の偏差に応じて駆動周波数を決定する。

等速期間Ｂにおいて、駆動周波数決定手段２０９は、第１の偏差に応じて交流信号の駆動周波数を決定する。この時、位相差は変更されなくてもよい。

上記加速期間Ａ及び等速期間Ｂにおいて、交流信号生成用信号のパルスデューティ―が、第２の偏差に応じて決定されてもよい。

次に、減速期間であるかを確認（Ｓ１０７）する。図５に示すように指令位置のＡ〜Ｄの期間は時間で設定されているため、減速期間であるかの判断は、駆動開始からの時間を検出して判断することができる。または指令位置による振動型アクチュエータの移動量について前回と比較し、前回よりも移動量が減少しているかどうかで判断してもよい。減速期間に到達している場合は、最終目標位置と検出位置を比較し、第二の偏差を算出（Ｓ１０８）する。減速期間Ｃにおいて、第一の偏差に応じてＰＩＤ制御などの位置フィードバック制御により交流信号の駆動周波数と位相差が設定される。具体的には、駆動周波数決定手段２０９は、第１の偏差に応じて、交流信号の駆動周波数を決定する。駆動周波数を増加させて振動体の駆動速度を減速させ、ある値まで駆動速度が減速した後、楕円比決定手段２０８は、位相差を上限の閾値または下限の閾値から変更し、駆動速度を減速させる。この時、位相差の絶対値を小さくすることで、駆動速度は小さくなる。

そして、第二の偏差に応じてパルスデューティを設定（Ｓ１０９）する。パルスデューティは、あらかじめ第二の偏差とそれに対応するパルスデューティが設定されたルックアップテーブルを用いて、絶対値化された第二の偏差から、０よりも大きい値に設定される。パルスデューティ―は、第二の偏差が小さくなるほど減少し、逆に大きくなるほど増加するように設定される。振動体の駆動状態が減速期間に到達していない場合は、再びＰＩＤ制御などの位置フィードバック制御を用いて、指令位置と現在位置の第一の偏差に基づいて、交流信号の駆動周波数及び位相差を変えながら、被駆動体を指令位置に移動させる。

最後に、被駆動体の位置が、最終目標位置の目標停止精度内に収束しているかを確認（Ｓ１１０）する。目標停止精度内に収まっている場合は、ＰＩＤ制御などの位置フィードバック制御を停止して駆動停止（Ｓ１１１）する。目標停止精度内に収束していない場合は、第一の偏差に応じてＰＩＤ制御などの位置フィードバック制御を用いて振動型アクチュエータを第一の目標位置に移動させるとともに、第二の偏差に応じてパルステューティを設定する。

次に、第１の実施形態を適用した際の効果について、図６、図７を用いて説明する。図６は従来の振動型アクチュエータの指令位置と検出位置、パルスデューティ、駆動速度の関係を示した図である。図７は第１の実施形態を適用した振動型アクチュエータの指令位置と検出位置、パルスデューティ、駆動速度の関係を示した図である。

図６に示すように、従来の駆動開始時は振動型アクチュエータを移動させるためにパルスデューティを上限である５０％まで増加させる。また加速期間Ａ、等速期間Ｂ、減速期間Ｃ、停止期間Ｄからなる振動型アクチュエータの指令位置と検出位置の偏差に応じて、ＰＩＤ制御などの位置フィードバック制御により交流信号の駆動周波数と位相差を設定する。これによって、楕円運動の楕円の大きさ及び楕円比を調整する。この場合、振動型アクチュエータでフォーカス駆動をする際にはイナーシャの影響により制御性が不安定となり、指令位置への追従性が低下する。そのため、振動型アクチュエータを停止する際には減速が間に合わず、最終目標位置をオーバーシュートする動作が発生する。これにより、振動型アクチュエータが最終目標位置をオーバーシュートした分だけフォーカス駆動方向とは逆方向への戻り動作が必要となるため、振動型アクチュエータへの負荷が増加する。また戻り動作が発生することで、被駆動体が最終目標位置の停止精度内に収束するまでの時間が増加する。

これに対して第１の実施形態を適用した場合、図７に示すように減速期間Ｃにおいて、振動型アクチュエータの最終目標位置と検出位置の偏差である第二の偏差に応じてパルスデューティを設定する。また振動型アクチュエータの指令位置と検出位置の偏差である第一の偏差に応じてＰＩＤ制御などの位置フィードバック制御により交流信号の駆動周波数と位相差も設定する。このように、本実施の形態の駆動装置は、第一の偏差に応じて楕円運動の楕円の大きさ及び楕円比を調整すると共に、第二の偏差に応じて楕円運動の楕円の大きさを調整する。つまり、指令位置に対する制御ループと最終目標位置に関する制御ループの２つの制御ループを同時に用いることとなる。したがって、振動体の駆動力に対して、振動体の接触面との摩擦力が徐々に大きくなるように、振動体を制御することが可能となる。よって、摩擦による制動力を利用することでイナーシャによる影響を低減できるため、フォーカス動作時に最終目標位置からのオーバーシュートを低減することができる。またオーバーシュートによる戻り動作が必要となる距離を小さくすることができるため、最終目標位置の停止精度内に短時間で収束することができ、振動型アクチュエータが停止するまでの時間を短縮することができる。また、停止時の動作を安定にかつ精度よく制御することができるため、振動体（被駆動体）を、高い精度で最終目標位置に停止することができる。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態では、楕円の大きさ或いは楕円比を調整することにより速度制御を行う振動体の駆動装置において、位置決め時に最終目標停止位値との偏差で決定される操作量を駆動周波数で調整する制御方法ついて説明する。その他の構成や動作は第１の実施形態と同様であるため、詳細な説明は省略する。

本実施の形態に係る振動体の駆動装置について、図８を用いて説明する。図８は本発明の第２の実施形態の振動型アクチュエータとその振動体の駆動装置の構成を示すブロック図及び回路図である。

図８（ａ）に示すように振動子３０１は、振動体３０２及び被駆動体３０３を有する。被駆動体３０３は、振動体３０２の突起部に励起される楕円運動により駆動される。位置検出手段３０４は、被駆動体３０３の位置を検出するものであり、例えば、リニアエンコーダにて構成される。位置検出手段３０４は、振動体３０２と被駆動体３０３の相対位置を検出するものであればよく、例えば、振動体３０２が動く場合、振動体３０２の位置を検出するものであってもよい。振動子３０１は、振動体３０２が動く場合、被駆動体３０３が動く場合、または、振動体３０２と被駆動体３０３の両方が動く場合の、どの場合でも良いが、本実施の形態では、被駆動体３０３が動く場合を例として説明する。

本実施形態の駆動装置３００は、制御部３１８と駆動部３１９とを有する。制御部３１８は、振動体と被駆動体との相対位置に基づいて、振動体３０２に入力される第２の交流信号を制御するように構成されている。また、駆動部３１９は、第２の交流信号を振動体３０２に入力することで、振動体３０２の一部、ここでは突起部に、楕円運動を生じさせるよう構成されている。

制御部３１８は、指令値生成手段３０５、第１の楕円形状制御手段３２０、及び第２の楕円形状制御手段（調整量決定手段）３１１を有する。指令値生成手段３０５は、振動体３０２と被駆動体３０３との相対位置（第１の目標位置）に関する指令値を生成するよう構成されている。ここで、相対位置に関する指令値とは、位置に関する値だけでなく、速度に関する値でもよい。駆動時間と速度から、振動体と被駆動体の相対位置を制御することができるため、振動体の駆動速度を制御することで、相対位置を制御しても良い。

第１の楕円形状制御手段３２０は、振動体３０２と被駆動体３０３の相対位置と指令値との差である第１の偏差に応じて、前記楕円運動の、前記振動体の駆動方向における振幅を制御するように構成されている。また、第２の楕円形状制御手段は、振動体３０２と被駆動体３０３の相対位置と、該相対位置に関する最終目標位置との差である第２の偏差に応じて、前記楕円運動の、前記振動体の駆動方向に垂直な方向における振幅を制御するように構成されている。

指令値生成手段３０５の出力である指令値（第一の目標位置）と位置検出手段３０４の出力の偏差に関する信号がＰＩＤ制御部３０７に入力される。第一の目標位置は、例えば図３（ａ）の点線で示すように時間毎に変化する指令の目標位置のことであり、被駆動体３０３が最終的な停止位置に移動するために位置制御をする目的で設定される。また本実施の形態では、図３（ａ）に示すように位置検出手段３０４の検出位置と第一の目標位置との偏差が第一の偏差である。ＰＩＤ制御部３０７はこの第一の偏差から振動子の操作量を演算により求める。

ＰＩＤ制御部３０７の出力側には第１の楕円形状制御手段３２０が接続されている。第１の楕円形状制御手段３２０は、楕円運動における楕円の比率を設定する楕円比決定手段３０８と、楕円運動における楕円の大きさを設定する駆動周波数決定手段３０９とを有する。ＰＩＤ制御部３０７から出力される操作量に応じて、楕円比決定手段３０８により楕円比を決定し、駆動周波数決定手段３０９により駆動周波数を決定する。楕円比決定手段３０８で演算により求められる楕円比は、圧電素子に入力される第１の交流信号（交流電圧Ｖ１とＶ２）の位相差を制御することで制御できる。楕円比決定手段３０８と駆動周波数決定手段３０９の各出力側が交流信号生成手段３１０に接続されている。また、最終目標位置生成手段３０６の出力である第二の目標位置と位置検出手段３０４の出力の偏差に関する信号が、第２の楕円形状制御手段である調整量決定手段３１１に入力される。交流信号の位相差の上限値や下限値、第１の目標位置と第１の偏差、第２の目標位置と第２の偏差については、実施の形態１と同様のだめ、詳細な説明は省略する。

本実施の形態では、振動体の駆動中、楕円比決定手段３０８で決定された位相差が上限の閾値或いは下限の閾値でない場合、駆動周波数決定手段３０９は、駆動周波数を上限値とする。さらに調整量決定手段３１１から出力された調整量に応じて駆動周波数を調整し、交流信号生成手段３１０は、この駆動周波数と位相差を有する２相の交流信号を生成する。

一方、振動体の駆動中、楕円比決定手段３０８で決定された位相差が上限の閾値或いは下限の閾値に達する場合は、駆動周波数決定手段３０９は、第１の偏差及び第２の偏差に応じて駆動周波数を決定する。交流信号生成手段３１０は、この駆動周波数と位相差を有する２相の交流信号を生成する。なお、ここで駆動周波数上限値とは振動型アクチュエータの駆動に用いる駆動周波数帯域のうち、最も高い値或いはその近傍の値に設定される。

即ち、本実施の形態においては、第一の偏差に応じて交流信号の位相差と駆動周波数を決定するとともに、第二の偏差に応じて駆動周波数を調整することにより被駆動体３０３の速度制御が行われる。

交流信号生成手段３１０の出力側には昇圧回路３１３が接続されている。昇圧回路３１３は図８（ｂ）に示すようにコイル３１５とトランス３１６を有する。そして、昇圧回路３１３は、交流信号生成手段３１０でスイッチングにより生成された２つの第１の交流信号を昇圧することで第２の交流信号を生成し、振動体３０２の圧電素子の複数の電極にそれぞれ入力する。

第２の実施形態における駆動装置の制御動作について、図９を用いて説明する。図９は、カメラのフォーカスレンズ駆動を行う場合の、駆動装置の制御動作のフローチャートを示した図である。

図９に示すように、まず交流信号を印加して制御動作を開始（Ｓ２０１）する。この際にはパルスデューティの割合を５０％に設定する。次に、最終目標位置を設定（Ｓ２０２）する。最終目標位置は前述した第二の目標位置のことであり、図５に示すように、被駆動体が制御駆動時に最終的に停止する位置Ｌのことである。次に、指令位置を設定（Ｓ２０３）する。指令位置は前述した第一の目標位置のことである。制御動作は、図５に示すように振動体と被駆動体の相対速度を加速させる加速期間Ａ、目標の速度で維持する等速期間Ｂ、速度を減速させる減速期間Ｃ、最終目標位置で停止させる停止期間Ｄからなるように設定される。そして時間毎に設定された指令位置を読み込み（Ｓ２０４）、被駆動体３０３の検出位置と比較して第一の偏差を算出（Ｓ２０５）する。この第一の偏差に応じてＰＩＤ制御などの位置フィードバック制御により交流信号の駆動周波数と位相差を変えながら、被駆動体３０３を指令位置に移動（Ｓ２０６）させる。

次に、減速期間であるかを確認（Ｓ２０７）する。図５に示すように指令位置のＡ〜Ｄの期間は時間で設定されているため、減速期間であるかの判断は、駆動開始からの時間を検出して判断することができる。または指令位置による被駆動体３０３の移動量について前回と比較し、前回よりも移動量が減少しているかどうかで判断してもよい。振動体の駆動状態が減速期間の場合は最終目標位置と検出位置を比較し、第二の偏差を算出（Ｓ２０８）する。そして、Ｓ２０６にて設定された駆動周波数に対して第二の偏差に応じた変更を行うことで、駆動周波数を調整（Ｓ２０９）する。駆動周波数は第二の偏差に基づいて、あらかじめ設定されたルックアップテーブルを用いて調整され、第二の偏差が小さくなるほど駆動周波数を増加させ、逆に大きくなれば駆動周波数を減少させるように調整される。減速期間に到達していない場合は、再びＰＩＤ制御などの位置フィードバック制御を用いて指令位置と現在位置（検出位置）の第一の偏差に基づいて交流信号の駆動周波数及び位相差を変えながら、被駆動体３０３を指令位置に移動させる。

最後に、被駆動体３０３の検出位置が、最終目標位置の目標停止精度内に収束しているかを確認（Ｓ２１０）する。目標停止精度内に収まっている場合は、ＰＩＤ制御などの位置フィードバック制御を停止して駆動停止（Ｓ２１１）する。目標停止精度内に収束していない場合は、第一の偏差に応じてＰＩＤ制御などの位置フィードバック制御を用いて被駆動体３０３を第一の目標位置に移動させる。また、これとともに、Ｓ２０６にて設定された駆動周波数に対して第二の偏差に応じた変更を行うことで、駆動周波数を調整する。

第２の実施形態を適用した場合、第１の実施の形態と同様に、第一の偏差に応じて楕円運動の楕円の大きさ及び楕円比を調整すると共に、第二の偏差に応じて楕円運動の楕円の大きさを調整する。よって、振動体の駆動力に対して、被駆動体と振動体の接触面との摩擦力が徐々に大きくなるように振動体を制御することが可能となる。したがって、摩擦による制動力を利用することでイナーシャによる影響が低減されるため、フォーカス動作時に最終目標位置からのオーバーシュートを低減することができる。またオーバーシュートによる戻り動作を抑えることができるため、被駆動体の位置を、最終目標位置の停止精度内に短時間で収束することができ、振動型アクチュエータが停止するまでの時間を短縮することができる。また、停止時の動作を安定にかつ精度よく制御することができるため、高い精度で最終目標位置に停止することができる。

（第３の実施形態）
第３の実施形態では、楕円の大きさ或いは楕円比を調整することにより速度制御を行う振動体の駆動装置において、駆動制御時に駆動周波数を固定して指令位置との偏差で決定される操作量を位相差とパルスデューティで行う制御方法について説明する。その他の構成や動作は、第１の実施形態と同様であるため、詳細は省略する。

本実施の形成に係わる振動体の駆動装置について、図１０を用いて説明する。図１０は、第３の実施形態に関わる振動体の駆動装置の構成を示すブロック図及び回路図である。

図１０（ａ）に示すように振動子４０１は、振動体４０２及び被駆動体４０３を有する。被駆動体４０３は、振動体４０２の突起部に励起される楕円運動により駆動される。位置検出手段４０４は、被駆動体４０３の位置を検出するものであり、例えば、リニアエンコーダにて構成される。位置検出手段４０４は、振動体４０２と被駆動体４０３の相対位置を検出するものであればよく、例えば、振動体４０２が動く場合、振動体４０２の位置を検出するものであってもよい。振動型アクチュエータは、振動体４０２が動く場合、被駆動体４０３が動く場合、または、振動体４０２と被駆動体４０３の両方が動く場合の、どの場合でも良いが、本実施の形態では、被駆動体４０３が動く場合を例として説明する。

本実施形態の駆動装置４００は、制御部４１８と駆動部４１９とを有する。制御部４１８は、振動体と被駆動体との相対位置に基づいて、振動体４０２に入力される第２の交流信号を制御するように構成されている。また、駆動部４１９は、第２の交流信号を振動体３０２に入力することで、振動体４０２の一部、ここでは突起部に、楕円運動を生じさせるよう構成されている。

制御部４１８は、指令値生成手段４０５、第１の楕円形状制御手段４２０、及び第２の楕円形状制御手段（調整量決定手段４１２）を有する。指令値生成手段４０５は、振動体４０２と被駆動体４０３との相対位置（第１の目標位置）に関する指令値を生成するよう構成されている。第１の楕円形状制御手段４２０は、振動体４０２と被駆動体４０３の相対位置と指令値との差である第１の偏差に応じて、前記楕円運動の、前記振動体の駆動方向における振幅を制御するように構成されている。また、第２の楕円形状制御手段は、振動体４０２と被駆動体４０３の相対位置と、該相対位置に関する最終目標位置との差である第２の偏差に応じて、前記楕円運動の、前記振動体の駆動方向に垂直な方向における振幅を制御するように構成されている。

指令値生成手段４０５の出力である指令値（第一の目標位置）と位置検出手段４０４の出力の偏差に関する信号がＰＩＤ制御部４０７に入力される。第一の目標位置は、例えば図３（ａ）の点線で示すように時間毎に変化する指令の目標位置のことであり、被駆動体４０３が最終的な停止位置に移動するために位置制御をする目的で設定される。また本実施の形態では、図３（ａ）に示すように位置検出手段４０４の検出位置と第一の目標位置との偏差が第一の偏差である。ＰＩＤ制御部４０７はこの第一の偏差から振動型アクチュエータの操作量を演算する。

ＰＩＤ制御部４０７の出力側には第１の楕円形状制御手段４２０が接続されている。第１の楕円形状制御手段４２０は、楕円運動における楕円の比率を設定する楕円比決定手段４０８と、楕円運動における楕円の大きさを設定するパルスデューティ決定手段４０９とを有する。ＰＩＤ制御部４０７から出力された操作量に応じて、楕円比決定手段３０８により楕円比を決定し、パルスデューティ決定手段４０９によりパルスデューティを決定する。楕円比決定手段４０８で演算により求められる楕円比は、圧電素子に入力される第２の交流信号（交流電圧Ｖ１とＶ２）の位相差によって制御できる。楕円比決定手段４０８とパルスデューティ決定手段４０９の各出力側が交流信号生成手段４１０に接続されている。この交流信号生成手段４１０は、例えばスイッチングにより第１の交流信号を生成する回路とすることができる。

また、最終目標位置生成手段４０６の出力である第二の目標位置と位置検出手段４０４の出力の偏差に関する信号が絶対値化手段４１１に入力される。絶対値化手段４１１はこの第二の偏差を絶対値化する。さらに絶対値化手段４１１の出力側には、第２の楕円形状制御手段である、調整量決定手段４１２が接続されている。調整量決定手段４１２は絶対値化手段４１１から出力された信号からパルスデューティの調整量を決定する。交流信号の位相差の上限値や下限値、第１の目標位置と第１の偏差、第２の目標位置と第２の偏差については、実施の形態１と同様のだめ、詳細な説明は省略する。

本実施の形態では、振動体の駆動中、楕円比決定手段４０８で決定された位相差が上限の閾値或いは下限の閾値に達しない場合、パルスデューティ決定手段により、パルスデューティを下限値とする。さらに調整量決定手段４１２から出力された調整量に応じてパルスデューティを調整し、交流信号生成手段４１０によってこのパルスデューティと位相差を有する２つの第１の交流信号を生成する。逆に楕円比決定手段４０８で決定された位相差が上限の閾値或いは下限の閾値に達する場合は、パルスデューティ決定手段４０９で決定されたパルスデューティとする。よって、交流信号生成手段４１０は、このパルスデューティと位相差を有する２つの第１の交流信号を生成する。なお、ここでパルスデューティの下限値とは振動体の駆動に用いるパルスデューティの範囲のうち、最小値或いはその近傍の値に設定される。

即ち、本実施の形態においては、第一の偏差に応じて交流信号の位相差とパルスデューティを設定するとともに、第二の偏差に応じてパルスデューティを調整することにより被駆動体の速度制御が行われる。

交流信号生成手段４１０の出力側には昇圧回路４１３が接続されている。昇圧回路４１３は、図１０（ｂ）に示すようにコイル４１５とトランス４１６を有する。そして、昇圧回路４１３は、交流信号生成手段４１０でスイッチングにより生成された２つの第１の交流信号を昇圧して２つの第２の交流信号を生成し、振動体４０２の圧電素子の複数の電極に入力する。

第３の実施形態における駆動装置の制御動作について、図１１を用いて説明する。図１１はカメラのフォーカスレンズ駆動を行う場合の、駆動装置の制御動作時のフローチャートを示した図である。

図１１に示すように、まず第２の交流信号を入力して制御動作を開始（Ｓ３０１）する。この際には駆動周波数を固定して動作を開始する。次に、最終目標位置を設定（Ｓ３０２）する。最終目標位置は前述した第二の目標位置のことであり、図５に示すように、被駆動体が制御駆動時に最終的に停止する位置Ｌのことである。次に、指令位置を設定（Ｓ３０３）する。指令位置は前述した第一の目標位置のことであり、図５に示すように、振動体と被駆動体の相対速度を加速させる加速期間Ａ、目標の速度で維持する等速期間Ｂ、速度を減速させる減速期間Ｃ、最終目標位置で停止させる停止期間Ｄからなるように設定される。そして時間毎に設定された指令位置を読み込み（Ｓ３０４）、被駆動体の検出位置と比較して第一の偏差を算出（Ｓ３０５）する。駆動周波数を固定した上で、第一の偏差に応じてＰＩＤ制御などの位置フィードバック制御により交流信号の位相差とパルスデューティを変えながら、被駆動体を指令位置に移動（Ｓ３０６）させる。次に、減速期間であるかを確認（Ｓ３０７）する。図５に示すように指令位置のＡ〜Ｄの期間は時間で設定されているため、減速期間であるかの判断は、駆動開始からの時間を検出して判断することができる。または指令位置による被駆動体の移動量について前回と比較し、前回よりも移動量が減少しているかどうかで判断してもよい。振動体の駆動状態が減速期間の場合は、最終目標位置と検出位置を比較し、第二の偏差を算出（Ｓ３０８）する。そして、Ｓ３０６にて設定されたパルスデューティに対して、第二の偏差に応じた変更を行うことで、パルスデューティを調整（Ｓ３０９）する。パルスデューティは、絶対値化された第二の偏差に基づいて、あらかじめ設定されたルックアップテーブルの値を用いて調整され、第二の偏差が小さくなるほどパルスデューティを減少させ、逆に大きくなればパルスデューティを増加させるように調整される。振動体の駆動状態が減速期間に到達していない場合は、再びＰＩＤ制御などの位置フィードバック制御を用いて指令位置と現在位置（検出位置）の差分である第一の偏差に基づいて交流信号の位相差及びパルスデューティを変えながら、振動体を指令位置に移動させる。

最後に、検出位置が最終目標位置の目標停止精度内に収束しているかを確認（Ｓ３１０）する。目標停止精度内に収まっている場合は、ＰＩＤ制御などの位置フィードバック制御を停止して駆動停止（Ｓ３１１）する。目標停止精度内に収束していない場合は、第一の偏差に応じてＰＩＤ制御などの位置フィードバック制御を用いて被駆動体を第一の目標位置に移動させるとともに、Ｓ３０６にて設定されたパルスデューティに対して第二の偏差に応じてパルスデューティを調整する。

第３の実施形態を適用した場合、第１の実施形態と同様に第一の偏差に応じて楕円運動の楕円の大きさと楕円比を調整すると共に、第二の偏差に応じて楕円運動の楕円の大きさを調整することができる。したがって、振動体の駆動力に対して、被駆動体と振動体の接触面との摩擦力が徐々に大きくなるように、振動体の駆動が制御される。よって、摩擦による制動力を利用することでイナーシャによる影響を低減することができるため、フォーカス動作時に最終目標位置からのオーバーシュートを低減することができる。またオーバーシュートによる戻り動作を抑えることができるため、最終目標位置の停止精度内に短時間で収束することができ、振動型アクチュエータが停止するまでの時間を短縮することができる。また、停止時の動作を安定にかつ精度よく制御することができるため、高い精度で最終目標位置に停止することができる。

（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態では、楕円の大きさ或いは楕円比を調整することにより速度制御を行う振動体の駆動装置において、圧電素子の電極パターンが実施の形態１乃至３のものと異なる構成について説明する。その他の構成や動作は第１の実施形態と同様であるため、詳細な説明は省略する。

第４の実施形態に係る振動体の構成について、図１２を用いて説明する。図１２は、第４の実施形態における、振動型アクチュエータの圧電素子の電極パターンを示す。

本実施の形態では、弾性体１に、長辺方向における２次の屈曲振動及び短辺方向における１次の屈曲振動を発生させるために、電極が、各々の振動を発生させるための電極パターンで設けられている。本実施形態の振動体は、電極に印加する電圧が大きくなると発生する振動も大きくなるように構成されている。図１２において、「＋」記号および「−」記号は分極方向を表す。

図１２に示す圧電素子のうち電圧信号（Ｖａ）が入力されている４つの電極領域は、長辺方向における２次の屈曲振動を発生させるための電極領域である。Ｖａとして長辺方向における２次の屈曲振動の共振周波数付近の駆動周波数の交流電圧を印加すると、ある瞬間には４つの電極領域のうち「＋」に分極処理された２つの電極領域（圧電素子）が伸びることになる。一方、「−」に分極処理された２つの電極領域（圧電素子）が縮むことになる。

また、別の瞬間には「＋」に分極処理された電極領域（圧電素子）が縮むとともに、「−」に分極処理された電極領域（圧電素子）が伸びることになる。この結果、長辺方向における２次の屈曲振動が発生する。

一方、図１２に示す圧電素子のうち電圧信号（Ｖｂ）が入力されている１つの電極領域は、短辺方向における１次の屈曲振動を発生させるための電極領域である。Ｖｂとして短辺方向における１次の屈曲振動の共振周波数付近の駆動周波数の交流電圧を印加すると、圧電素子の短辺方向（Ｙ方向）の中央部分が伸縮するため、振動体には短辺方向における１次の屈曲振動が発生する。ここで、ＶａとＶｂの交流電圧を位相の９０°ずれた同一の駆動周波数とすることにより、突起部３上に楕円運動が発生する。この構成では、ＶａとＶｂの交流電圧比が、接触部で発生する楕円形状の、振動体と被駆動体を突き放す方向における振幅と、被駆動体の移動方向における振幅の比となる。よって、ＶａとＶｂの電圧比を変えることで接触部に発生する楕円の振幅比を変えることが可能となる。

第４の実施形態に記載の圧電素子の電極パターンは、実施の形態１乃至３に記載の、いずれの振動型アクチュエータの振動体にも用いることができる。その場合にも、第１の実施形態と同様に、第一の偏差に応じて楕円運動の楕円の大きさと楕円比を調整するのに加えて、第二の偏差に応じて楕円運動の楕円の大きさを調整する。よって、振動体の駆動力に対して、被駆動体と振動体の接触面との摩擦力が徐々に大きくなるように、振動体を制御することができる。したがって、摩擦による制動力を利用することでイナーシャによる影響が低減されるため、フォーカス動作時に最終目標位置からのオーバーシュートを低減することができる。またオーバーシュートによる戻り動作を抑えることができるため、被駆動体または振動体の位置を、最終目標位置の停止精度内に短時間で収束することができ、振動型アクチュエータが停止するまでの時間を短縮することができる。また、停止時の動作を安定にかつ精度よく制御することができるため、高い精度で最終目標位置に停止することができる。

（第５の実施形態）
本実施の形態は、実施の形態１乃至４に示した振動体の駆動回路の適用例について説明する。例えば、本発明の振動体の駆動装置及び振動型アクチュエータは、撮像装置のレンズ駆動に用いることができる。図１９に記載の撮像装置は、不図示の撮像素子や操作ボタンを有するカメラ本体１１、カメラ本体１１に対して着脱可能であるレンズ鏡筒１２を有する。レンズ鏡筒１２は、フォーカスレンズ１３及びその駆動装置を有し、駆動装置は、実施の形態１乃至４のいずれかで説明した振動体の駆動装置や位置検出装置等を有することができる。フォーカスレンズ１３の光軸上に撮像素子が配置され、振動体は、フォーカスレンズ１３を保持するレンズフォルダを駆動する。振動体の駆動装置として、実施の形態１乃至４のいずれかで説明した振動体の駆動装置を用いることで、フォーカスレンズの焦点動作を安定に、精度よく行うことができ、素早く正確に焦点動作可能な撮像装置を提供することができる。

また、本発明の振動体の駆動装置及び振動型アクチュエータは、撮像装置だけでなく、ステージの駆動、例えば、顕微鏡等のステージの駆動に用いることもできる。

２００ 駆動装置
２０１ 振動子
２０２ 振動体
２０３ 被駆動体
２０４ 位置検出手段
２０５ 指令値生成手段
２０６ 最終目標位置生成手段
２０７ ＰＩＤ制御部
２０８ 楕円比決定手段
２０９ 駆動周波数決定手段
２１０ 交流信号生成手段
２１１ 絶対値化手段
２１２ パルスデューティ決定手段
２１３ 昇圧回路
２１８ 制御部
２１９ 駆動部
２２０ 第１の楕円形状制御手段
２１１ パルスデューティ決定手段

Claims (15)

1. 振動体と被駆動体との相対位置に関する指令値を生成するよう構成された指令値生成手段を有する制御部と、
   前記振動体の電気―機械エネルギー変換素子に交流信号を入力することで、前記振動体の一部に楕円運動を生じさせるよう構成された駆動部と、
   を有し、
   前記制御部は、
   前記指令値と前記相対位置との第１の偏差に応じて、前記楕円運動の、前記振動体の駆動方向における振幅を制御するように構成された第１の楕円形状制御手段と、
   前記相対位置の最終目標位置と前記相対位置との第２の偏差に応じて、前記楕円運動の、前記振動体の駆動方向に垂直な方向における振幅を制御するように構成された第２の楕円形状制御手段と、
   を有する振動体の駆動装置。
2. 前記第１の楕円形状制御手段は、少なくとも前記交流信号の位相及び周波数の１つを制御することで前記振動体の駆動方向における振幅を制御するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の振動体の駆動装置。
3. 前記第２の楕円形状制御手段は、前記交流信号に変換される信号のパルスデューティを制御することで、前記楕円運動の、前記振動体の駆動方向に垂直な方向における振幅を制御するように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の振動体の駆動装置。
4. 前記第２の楕円形状制御手段は、前記交流信号の周波数を制御することで、前記楕円運動の、前記振動体の駆動方向に垂直な方向における振幅を制御するように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の振動体の駆動装置。
5. 前記指令値は、少なくとも、前記交流信号を生成する信号の駆動周波数、位相差、振幅のいずれか１つに関する値である請求項１乃至３のいずれか１項に記載の振動体の駆動装置。
6. 前記指令値生成手段は、前記指令値は、駆動装置の制御動作において一定の時間毎に設定するように構成されている請求項１乃至５のいずれか１項に記載の振動体の駆動装置。
7. 前記最終目標位置を決定するよう構成された最終目標位置生成手段を有し、第２の楕円形状制御手段は、前記最終目標位置生成手段の出力と前記相対位置との偏差に基づいて前記制御を行うよう構成されている請求項１乃至６のいずれか１項に記載の振動体の駆動装置。
8. 前記指令値は、前記振動体の制御開始時の位置から、前記最終目標位置までの間に少なくとも１つ設定されている請求項１乃至７のいずれか１項に記載の振動体の駆動装置。
9. 前記被駆動体の位置を検出する位置検出手段を有し、
   前記第２の偏差は、前記位置検出手段の出力と前記最終目標位置とから求められる請求項１乃至８のいずれか１項に記載の振動体の駆動装置。
10. 前記振動体の位置を検出する位置検出手段を有し、
    前記第２の偏差は、前記位置検出手段の出力と前記最終目標位置とから求められる請求項１乃至８のいずれか１項に記載の振動体の駆動装置。
11. 前記交流信号は、前記振動体に２つの屈曲振動を発生させることで前記振動体の一部に前記楕円運動を励起する信号である請求項１乃至１０に記載の振動体の駆動装置。
12. 前記振動体と、
    前記振動体の一部と接触する前記被駆動体と、
    請求項１乃至１１のいずれか１項に係る前記駆動装置と、を有し、
    前記振動体は、前記電気―機械エネルギー変換素子と、前記電気―機械エネルギー変換素子が固定された弾性体を有する振動型アクチュエータ。
13. 前記電気−機械エネルギー変換素子は２つの電極を有し、
    前記２つの電極は、前記２つの電極に同相の交流信号が入力された時に前記振動体に第１の振動モードが励起され、前記二つの電極に逆相の交流信号が入力された時に前記振動体に第２の振動モードが励起されるように構成され、
    前記第１の振動モードと前記第２の振動モードを組み合わせることにより前記振動体の一部に前記楕円運動を生じさせ、前記楕円運動によって前記振動体と前記被駆動体の相対位置を変化させる請求項１２に記載の振動型アクチュエータ。
14. 前記前記電気−機械エネルギー変換素子は、前記交流信号が入力されると前記振動体に第１の振動モードを発生させる第１の電極と、第２の振動モードを発生させる第２の電極を有し、
    前記第１の振動モードと前記第２の振動モードを組み合わせることで、前記振動体の一部に前記楕円運動を生じさせ、前記楕円運動によって前記振動体と前記被駆動体の相対位置を変化させる請求項１２に記載の振動型アクチュエータ。
15. レンズと、
    前記レンズの光軸上に設けられた撮像素子と、
    前記レンズを駆動するように構成された請求項１２乃至１４のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータを有する撮像装置。

Images