JP2017143602A - Control method for vibration type actuator, vibration type drive device and electronic apparatus - Google Patents

Control method for vibration type actuator, vibration type drive device and electronic apparatus Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve controllability for driving a vibration type actuator.SOLUTION: A control device 140 for controlling drive of a vibration type actuator 10 has: a vibrator 15 comprising a piezoelectric element 14 and an elastic body 13 joined together; and a driven body 11 disposed in pressure contact with the vibration body 15. The control device excites vibration of the vibration body 15 by applying AC voltage to the piezoelectric element 14, detects the position of the driven body 11 moved by the excited vibration, and feedback-controls the position of the driven body 11 by using, as an operation parameter, the phase difference and frequency of an AC voltage applied to the piezoelectric element 14 on the basis of the detected position. When the driven body 11 is stopped and when it is driven at low speed, the control device 140 fixes the pulse width of a pulse signal for generating AC voltage to 25% and operates the phase difference thereof. When the driven body 11 is driven at high speed, the control device changes the pulse width of the pulse width for generating AC voltage in a range of 25% to 50% and operates the frequency thereof.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、振動型アクチュエータの制御方法、振動型駆動装置及び電子機器に関する。   The present invention relates to a control method for a vibration type actuator, a vibration type driving device, and an electronic apparatus.

非電磁駆動式のアクチュエータとして、振動体と被駆動体とを加圧接触させ、振動体に励起した振動により振動体と被駆動体とを相対的に移動させる振動型アクチュエータが知られている。振動体は、例えば、弾性体に圧電素子等の電気−機械エネルギ変換素子が接合された構造を有する。振動型アクチュエータでは、電気−機械エネルギ変換素子に交流の駆動電圧を印加することにより振動体に高周波振動を発生させ、発生させた振動エネルギを振動体と被駆動体との相対移動という機械運動として取り出す。   As a non-electromagnetic drive type actuator, a vibration type actuator is known in which a vibrating body and a driven body are brought into pressure contact, and the vibrating body and the driven body are relatively moved by vibration excited by the vibrating body. The vibrating body has, for example, a structure in which an electromechanical energy conversion element such as a piezoelectric element is bonded to an elastic body. In a vibration type actuator, an alternating drive voltage is applied to an electromechanical energy conversion element to generate high-frequency vibration in the vibrating body, and the generated vibration energy is converted into a mechanical movement called relative movement between the vibrating body and the driven body. Take out.

このような振動型アクチュエータを用いた駆動機構における駆動対象物の位置及び速度の制御における高精度化や応答性の向上を図る技術が、種々、提案されている。特許文献1には、振動型アクチュエータの駆動時と停止時とで駆動電圧を切り換える制御方法が提案されている。具体的には、駆動時は周波数制御による速度制御を行い、停止時には駆動電圧を小さく変更したうえで位相差を短時間に変化させて駆動方向を反転させている。また、特許文献2には、周波数制御による速度制御と電圧振幅制御による速度制御を切り換えることによって生じる不安定動作を防止することができるように、周波数と電圧振幅を同時に変化させる制御方法が提案されている。   Various techniques for improving the accuracy and improving the response in the control of the position and speed of the driven object in the drive mechanism using such a vibration type actuator have been proposed. Patent Document 1 proposes a control method for switching the drive voltage between when the vibration actuator is driven and when it is stopped. Specifically, speed control by frequency control is performed at the time of driving, and the driving voltage is changed to be small when stopped, and the phase difference is changed in a short time to reverse the driving direction. Patent Document 2 proposes a control method for simultaneously changing the frequency and the voltage amplitude so that an unstable operation caused by switching between the speed control based on the frequency control and the speed control based on the voltage amplitude control can be prevented. ing.

特開2014−153497号公報JP 2014-153497 A 特許3437359号公報Japanese Patent No. 3437359

しかしながら、上記従来技術の適用によっても、制御性や応答性が十分であるとは言えない。例えば、駆動機構における駆動力の伝達機構部で生じる機械的な共振のピークが、駆動機構の制御性に影響を与える。具体的には、被駆動体の質量やイナーシャが大きい場合、振動体と被駆動体の連結部の剛性不足やがたつき等によって生じる負荷変動や振動に起因する機械的な共振ピークが、速度制御及び位置制御を行うための制御帯域の高周波近傍に生じる場合がある。この場合、制御ゲインを十分に上げることができず、特に、低速駆動時や停止時にリンギングや発振が生じやすくなる。   However, it cannot be said that controllability and responsiveness are sufficient even by the application of the above-described conventional technology. For example, a mechanical resonance peak generated in a driving force transmission mechanism in the driving mechanism affects the controllability of the driving mechanism. Specifically, when the mass or inertia of the driven body is large, the mechanical resonance peak due to load fluctuation or vibration caused by insufficient rigidity or rattling of the connecting part of the vibrating body and the driven body It may occur in the vicinity of a high frequency in a control band for performing control and position control. In this case, the control gain cannot be increased sufficiently, and ringing or oscillation is likely to occur particularly during low-speed driving or when stopped.

例えば、カメラのレンズ駆動機構においてレンズを高速で高精度に制御する場合に、レンズ連結部の剛性が低いと、100〜200Hz付近に共振ピークが生じることによって、制御性が低下してしまうことがある。この問題に対しては、ノッチフィルタやローパスフィルタ等を用いて共振ピークを低減させる方法の適用も考えられる。しかし、共振ピークの周波数が振動型アクチュエータの制御帯域に近い高周波域にある場合、これらのフィルタを用いると位相遅れが発生することによって、全体として、制御性を向上させることができなくなってしまう。   For example, when controlling the lens at high speed and with high accuracy in the lens driving mechanism of the camera, if the rigidity of the lens connecting portion is low, a resonance peak occurs in the vicinity of 100 to 200 Hz, which may reduce controllability. is there. In order to solve this problem, a method of reducing a resonance peak using a notch filter, a low-pass filter, or the like may be considered. However, when the resonance peak frequency is in a high-frequency range close to the control band of the vibration type actuator, if these filters are used, phase delay occurs, and as a whole, controllability cannot be improved.

本発明は、振動型アクチュエータを駆動する際の制御性を向上させる技術を提供することを目的とする。   An object of this invention is to provide the technique which improves the controllability at the time of driving a vibration type actuator.

本発明に係る振動型駆動装置は、電気−機械エネルギ変換素子と弾性体とが接合されてなる振動体と、前記振動体と加圧接触する被駆動体とを有する振動型アクチュエータと、前記振動型アクチュエータの駆動を制御する制御装置と、を有し、前記制御装置により前記電気−機械エネルギ変換素子に複数の交流電圧が印加されることによって前記振動体に励起された振動によって前記振動体と前記被駆動体とが相対的に移動する振動型駆動装置であって、前記制御装置は、第1のパルス幅と前記第1のパルス幅より大きい第2のパルス幅との間でパルス幅が変化するパルス信号に基づいて前記交流電圧を生成する生成手段と、前記複数の交流電圧の位相差と周波数を操作パラメータとして、前記振動体と前記被駆動体との相対的な位置または速度をフィードバック制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記振動型アクチュエータの停止時と低速駆動時には、前記パルス信号のパルス幅を前記第1のパルス幅に固定してその位相差を操作し、前記振動型アクチュエータの高速駆動時には、前記パルス信号のパルス幅を前記第1のパルス幅から前記第2のパルス幅の範囲で変化させると共にその周波数を操作することを特徴とする。   The vibration type driving apparatus according to the present invention includes a vibration type actuator having a vibration body in which an electromechanical energy conversion element and an elastic body are joined, a driven body in pressure contact with the vibration body, and the vibration. A control device that controls the drive of the mold actuator, and the vibration device is excited by vibration excited by the vibration device by applying a plurality of AC voltages to the electro-mechanical energy conversion element by the control device. The vibration type driving device moves relative to the driven body, and the control device has a pulse width between a first pulse width and a second pulse width larger than the first pulse width. A generating unit that generates the AC voltage based on a changing pulse signal, and a relative position between the vibrating body and the driven body or the phase difference and frequency of the plurality of AC voltages as operation parameters Control means for feedback control of the degree, wherein the control means fixes the pulse width of the pulse signal to the first pulse width and stops the phase difference when the vibration type actuator is stopped and driven at a low speed. In operation, when the vibration actuator is driven at high speed, the pulse width of the pulse signal is changed in the range from the first pulse width to the second pulse width, and the frequency is operated.

本発明によれば、振動型アクチュエータを駆動する際の制御性を向上させることができ、特に、停止時や低速駆動時における制御性を向上させることができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the controllability at the time of driving a vibration type actuator can be improved, and especially the controllability at the time of a stop or low speed drive can be improved.

本発明の実施形態に係る振動型駆動装置の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the vibration type drive device which concerns on embodiment of this invention. 本実施形態に係る振動型駆動装置を構成する振動型アクチュエータの一例の概略構成と駆動モードを説明する図である。It is a figure explaining the schematic structure and drive mode of an example of the vibration type actuator which comprises the vibration type drive device which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る振動型駆動装置を構成する制御装置が有する駆動部の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the drive part which the control apparatus which comprises the vibration type drive device which concerns on this embodiment has. 図1中の制御装置が有する判定部とパルス幅調整部からの各出力と被駆動体の速度の関係を説明する図である。It is a figure explaining the relationship between each output from the determination part and pulse width adjustment part which the control apparatus in FIG. 1 has, and the speed of a to-be-driven body. 図1中の制御装置による振動型アクチュエータの駆動制御のフローチャートである。It is a flowchart of drive control of the vibration type actuator by the control apparatus in FIG. 図1中の制御装置による振動型アクチュエータの駆動制御のタイミングチャートの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the timing chart of drive control of the vibration type actuator by the control apparatus in FIG. 図1中の制御装置が有する交流信号生成部から出力される交流信号のパルス幅と基本波及び高調波との関係を説明する図である。It is a figure explaining the relationship between the pulse width of the alternating current signal output from the alternating current signal production | generation part which the control apparatus in FIG. 1 has, a fundamental wave, and a harmonic. 図1中の制御装置と従来の制御装置のそれぞれにより振動型アクチュエータを駆動した際の開ループ特性のゲインと位相遅れを説明する図である。It is a figure explaining the gain and phase delay of an open loop characteristic when a vibration type actuator is driven by each of the control device in FIG. 1 and a conventional control device. 図1中の制御装置により振動型アクチュエータを駆動したときの、送り振動に相当する駆動電流波形とその周波数解析結果を示す図である。It is a figure which shows the drive current waveform corresponded to feed vibration, and its frequency analysis result when a vibration type actuator is driven by the control apparatus in FIG. 図1中の制御装置により振動型アクチュエータに対して位置フィードバック制御を行った際の閉ループ特性と開ループ特性を示す図である。It is a figure which shows the closed loop characteristic and open loop characteristic at the time of performing position feedback control with respect to a vibration type actuator with the control apparatus in FIG. 図1中の制御装置と従来の制御装置のそれぞれによるカメラでのオートフォーカス駆動時の位置決め制御の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the positioning control at the time of the autofocus drive with the camera by each of the control apparatus in FIG. 1, and the conventional control apparatus. 図2に示す振動型アクチュエータの駆動制御を、パルス幅を一定とし、電圧又は駆動周波数を変えて行った場合の開ループ特性のゲインと位相遅れを説明する図である。FIG. 3 is a diagram for explaining the gain and phase delay of the open loop characteristics when the drive control of the vibration type actuator shown in FIG. 2 is performed by changing the voltage or the drive frequency with a constant pulse width. 振動型駆動装置を適用したレンズ駆動機構の概略構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows schematic structure of the lens drive mechanism to which a vibration type drive device is applied. 振動型駆動装置を適用した撮像装置の外観を示す平面図と、撮像装置内部の概略構造を示す図である。FIG. 2 is a plan view illustrating an appearance of an imaging apparatus to which a vibration type driving device is applied, and a diagram illustrating a schematic structure inside the imaging apparatus. 振動型駆動装置を適用した顕微鏡の外観斜視図である。It is an external appearance perspective view of the microscope to which a vibration type drive device is applied.

図1は、本発明の実施形態に係る振動型駆動装置150の概略構成を示すブロック図である。振動型駆動装置150は、振動型アクチュエータ10、制御装置140及び位置検出部145を有する。制御装置140は、制御部120及び駆動部130を有する。制御部120は、指令値生成部101、制御量演算部102、パルス幅調整部107、減算器108及び位相差−周波数制御部110を有する。位相差−周波数制御部110は、位相差変換部103、周波数変換部104及び位相差−周波数判定部106(以下「判定部106」と記す)を有する。駆動部130は、交流信号生成部111及び昇圧回路112を有する。   FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a vibration type driving apparatus 150 according to an embodiment of the present invention. The vibration type driving device 150 includes the vibration type actuator 10, a control device 140, and a position detection unit 145. The control device 140 includes a control unit 120 and a drive unit 130. The control unit 120 includes a command value generation unit 101, a control amount calculation unit 102, a pulse width adjustment unit 107, a subtractor 108 and a phase difference / frequency control unit 110. The phase difference-frequency control unit 110 includes a phase difference conversion unit 103, a frequency conversion unit 104, and a phase difference-frequency determination unit 106 (hereinafter referred to as "determination unit 106"). The drive unit 130 includes an AC signal generation unit 111 and a booster circuit 112.

最初に、振動型アクチュエータ10の概略構成と駆動モードについて説明する。なお、図2に示す振動型アクチュエータ10は、制御装置140による駆動制御対象となる振動型アクチュエータの一例であるリニア型の振動型アクチュエータである。図2(a)は、振動型アクチュエータ10の概略構成を示す斜視図である。図2(b)は、振動型アクチュエータ10を構成する圧電素子14に形成された電極パターンと分極領域を説明する平面図である。図2(c)は、振動型アクチュエータ10を構成する振動体15に励起される第1の振動モードを模式的に説明する図である。図2(d)は、振動型アクチュエータ10を構成する振動体15に励起される第2の振動モードを模式的に説明する図である。なお、図2(c),(d)には、振動体15を変形の様子が誇張して示されている。   First, the schematic configuration and drive mode of the vibration type actuator 10 will be described. 2 is a linear vibration actuator that is an example of a vibration actuator that is subject to drive control by the control device 140. The vibration actuator 10 illustrated in FIG. FIG. 2A is a perspective view showing a schematic configuration of the vibration type actuator 10. FIG. 2B is a plan view for explaining an electrode pattern and a polarization region formed on the piezoelectric element 14 constituting the vibration type actuator 10. FIG. 2C is a diagram schematically illustrating the first vibration mode excited by the vibrating body 15 constituting the vibration type actuator 10. FIG. 2D is a diagram schematically illustrating the second vibration mode excited by the vibrating body 15 constituting the vibration type actuator 10. 2C and 2D exaggerately show how the vibrating body 15 is deformed.

振動型アクチュエータ10は、振動体15及び被駆動体11を有する。振動体15は、弾性体13、2つの突起部12及び圧電素子14を有する。弾性体13は、例えば、ステンレス材からなる薄板状の部材である。突起部12は、ステンレス材等からなり、弾性体13の一方の面に弾性体13と一体的に形成され、又は、溶接等により接合されている。電気−機械エネルギ変換素子である圧電素子14は、弾性体13において突起部12が設けられている面の反対側の面に、接着剤等により接合されている。振動体15と被駆動体11とは、突起部12の上面において、不図示の加圧手段によって突起部12の突出方向(図2(c)に示すZ方向)を加圧方向として加圧接触している。   The vibration type actuator 10 includes a vibration body 15 and a driven body 11. The vibrating body 15 includes an elastic body 13, two protrusions 12, and a piezoelectric element 14. The elastic body 13 is a thin plate member made of, for example, a stainless material. The protrusion 12 is made of a stainless material or the like, and is formed integrally with the elastic body 13 on one surface of the elastic body 13 or joined by welding or the like. The piezoelectric element 14 that is an electro-mechanical energy conversion element is bonded to the surface of the elastic body 13 opposite to the surface on which the protrusions 12 are provided by an adhesive or the like. The vibrating body 15 and the driven body 11 are pressed against the upper surface of the protruding portion 12 by a pressing means (not shown) with the protruding direction of the protruding portion 12 (the Z direction shown in FIG. 2C) as the pressing direction. doing.

圧電素子14には、2つの突起部12を結ぶ方向X方向に2等分された電極領域が形成されており、各電極領域における分極方向は、同一方向(+)となっている。圧電素子14の2つの電極領域のうち、図2(b)の左側の電極領域(A相)には交流の駆動電圧VAが印加され、右側の電極領域(B相)には交流の駆動電圧VBが印加される。これにより、振動体15に第1の振動モード及び第2の振動モードの振動を発生させる。   The piezoelectric element 14 is formed with an electrode region equally divided into two in the direction X connecting the two protrusions 12, and the polarization direction in each electrode region is the same direction (+). Of the two electrode regions of the piezoelectric element 14, an AC drive voltage VA is applied to the left electrode region (A phase) in FIG. 2B, and an AC drive voltage is applied to the right electrode region (B phase). VB is applied. Thereby, the vibration body 15 is vibrated in the first vibration mode and the second vibration mode.

詳しくは、駆動電圧VB,VAを、第1の振動モードの共振周波数付近の周波数で、且つ、同位相とすると、圧電素子14全体がある瞬間には伸び、また別の瞬間には縮む。この結果、振動体15に第1の振動モードの振動が発生する。第1の振動モードは、2つの突起部12を結ぶ方向(X方向)と略平行に2本の節線が生じる振動モードである。突起部12は、この振動の腹となる位置の近傍に設けられており、突起部12の突出方向であるZ方向に振動(変位)する。以下、第1の振動モードの振動を「突き上げ振動」と称呼する。また、駆動電圧VB,VAを第2の振動モードの共振周波数付近の周波数で、且つ、位相が180度ずれた交流電圧とすると、ある瞬間には圧電素子14の右側の電極領域が縮むと同時に左側の電極領域が伸び、別の瞬間には逆の関係となる。この結果、振動体15には第2の振動モードの振動が発生する。第2の振動モードは、X方向及びZ方向と直交するY方向と略平行に3本の節線が生じる振動モードである。突起部12は、この振動の節となる位置の近傍に設けられており、X方向に変位する。以下、第2の振動モードの振動を「送り振動」と称呼する。   Specifically, when the drive voltages VB and VA are set to have a frequency in the vicinity of the resonance frequency of the first vibration mode and the same phase, the entire piezoelectric element 14 expands at a certain moment and contracts at another moment. As a result, vibration in the first vibration mode is generated in the vibrating body 15. The first vibration mode is a vibration mode in which two nodal lines are generated substantially parallel to the direction connecting the two protrusions 12 (X direction). The protrusion 12 is provided in the vicinity of the position where the vibration is caused and vibrates (displaces) in the Z direction, which is the protrusion direction of the protrusion 12. Hereinafter, the vibration in the first vibration mode is referred to as “push-up vibration”. Further, when the drive voltages VB and VA are alternating voltages having a frequency near the resonance frequency of the second vibration mode and the phase is shifted by 180 degrees, the electrode region on the right side of the piezoelectric element 14 is contracted at a certain moment. The electrode region on the left extends, and the reverse relationship is observed at another moment. As a result, vibration of the second vibration mode is generated in the vibrating body 15. The second vibration mode is a vibration mode in which three nodal lines are generated substantially parallel to the Y direction orthogonal to the X direction and the Z direction. The protrusion 12 is provided in the vicinity of a position that becomes a node of the vibration, and is displaced in the X direction. Hereinafter, the vibration in the second vibration mode is referred to as “feed vibration”.

したがって、駆動電圧VB,VAを第1振動モードと第2の振動モードの各共振周波数に近い周波数の交流電圧として圧電素子14の電極に印加することにより、突き上げ振動と送り振動とが合成された振動を励起することができる。突き上げ振動と送り振動とが合成されることにより、突起部12は、Z−X面内で楕円運動を行い、この楕円運動によって、被駆動体11と振動体15とを相対的にX方向に移動させることができる。このとき、駆動電圧VB,VAの位相差を変えることによって、突き上げ振動と送り振動の振幅比を変えることができ、これにより、被駆動体11と振動体15の相対的な駆動速度(以下単に「速度」という)を調整することができる。   Therefore, by applying the drive voltages VB and VA to the electrodes of the piezoelectric element 14 as alternating voltages having frequencies close to the resonance frequencies of the first vibration mode and the second vibration mode, the push-up vibration and the feed vibration are synthesized. Vibration can be excited. By combining the thrust vibration and the feed vibration, the protrusion 12 performs an elliptical motion in the ZX plane, and the driven body 11 and the vibrator 15 are relatively moved in the X direction by the elliptical motion. Can be moved. At this time, by changing the phase difference between the drive voltages VB and VA, the amplitude ratio between the push-up vibration and the feed vibration can be changed. "Speed") can be adjusted.

このような振動型アクチュエータ10は、例えば、カメラ等の撮像装置におけるフォーカスレンズのレンズ駆動に用いられており、フォーカスレンズを保持する保持部材を被駆動体11と連結させることにより、保持部材を光軸方向に移動させることができる。その際、レンズ駆動には高精度な位置決め制御が必要であるため、一般的に、位置センサを用いた位置フィードバック制御が行われる。圧電素子14に印加する駆動電圧VA,VBの周波数、位相差、パルス幅等を調整することによって、被駆動体11の速度、つまり、フォーカスレンズの速度、を制御することができる。例えば、制御装置140は、フォーカスレンズが静止状態から所定の速度へ加速し、一定速度で移動した後に目標位置に近付くにしたがって減速して目標位置で停止するように、振動型アクチュエータ10の駆動を制御する。ここで、オートフォーカスに速さが望まれる場合には、フォーカスレンズを高速移動させて、短時間で目標位置に到達させる必要がある。この場合、制御ゲインを上げて追従性を向上さえたうえでリンギングを抑えることが重要となり、その必要性は、重いレンズや敏感度(移動距離に対する像面の移動距離の度合い)の高いレンズで顕著に求められる。   Such a vibration type actuator 10 is used, for example, for lens drive of a focus lens in an imaging apparatus such as a camera. By connecting a holding member that holds the focus lens to the driven body 11, the holding member is made optical. It can be moved in the axial direction. At that time, since highly accurate positioning control is necessary for driving the lens, position feedback control using a position sensor is generally performed. By adjusting the frequency, phase difference, pulse width, and the like of the drive voltages VA and VB applied to the piezoelectric element 14, the speed of the driven body 11, that is, the speed of the focus lens can be controlled. For example, the control device 140 drives the vibration actuator 10 so that the focus lens accelerates from a stationary state to a predetermined speed, decelerates and stops at the target position as it approaches the target position after moving at a constant speed. Control. Here, when speed is desired for autofocus, it is necessary to move the focus lens at a high speed to reach the target position in a short time. In this case, it is important to suppress ringing after raising the control gain and improving the followability, and this is necessary for heavy lenses and lenses with high sensitivity (degree of movement distance of the image plane relative to movement distance). Remarkably required.

制御装置140は、このような必要性に対応する構成を備えており、次に制御装置140の構成と動作の詳細について説明する。なお、以下の説明において「振動型アクチュエータ10を駆動する」とは、振動体15に励起する第1振動モードの振動と第2の振動モードの振動を制御することにより、被駆動体11と振動体15の相対的な位置の変化を制御することを指す。また、以下の説明では、便宜上、振動体15は不図示の固定手段に固定されており、制御装置140は、被駆動体11を移動体として振動体15に対して移動させるように振動型アクチュエータ10を駆動するものとして説明を行う。   The control device 140 has a configuration corresponding to such a need. Next, the configuration and operation of the control device 140 will be described in detail. In the following description, “drive the vibration type actuator 10” means that the driven body 11 and the vibration are controlled by controlling the vibration in the first vibration mode and the vibration in the second vibration mode that are excited by the vibration body 15. It refers to controlling the relative position change of the body 15. In the following description, for convenience, the vibrating body 15 is fixed to a fixing means (not shown), and the control device 140 moves the driven body 11 with respect to the vibrating body 15 as a moving body. The description will be made assuming that 10 is driven.

振動型駆動装置150が備える位置検出部145は、リニアエンコーダ等の位置センサと、この位置センサからの出力信号に基づき被駆動体11の位置を検出する演算回路とを有する。位置検出部145から出力される位置信号141は、制御部120が備える減算器108へ入力される。なお、図1のブロック図では、位置検出部145を制御装置140から外れた構成要素としているが、勿論、制御装置140は、位置検出部145を含むように構成されていてもよい。   The position detection unit 145 included in the vibration type driving device 150 includes a position sensor such as a linear encoder and an arithmetic circuit that detects the position of the driven body 11 based on an output signal from the position sensor. The position signal 141 output from the position detection unit 145 is input to the subtracter 108 included in the control unit 120. In the block diagram of FIG. 1, the position detection unit 145 is a component that is removed from the control device 140, but the control device 140 may of course be configured to include the position detection unit 145.

制御部120は、例えば、CPUやPLD(ASICを含む)、ROM、RAM、A/D変換器等の各種の電子デバイスや電気部品から構成されており、振動型アクチュエータ10の駆動を制御するための情報を有する信号を生成する。指令値生成部101は、被駆動体11の位置の制御サンプリング毎(時間毎)に、例えば、被駆動体11の位置に関する1つの指令値を生成して減算器108へ出力する。なお、「制御サンプリング」とは、後述する偏差142の取得から振動体15への駆動電圧VA,VBの印加、被駆動体11の速度と位置の検出を経て、偏差142の取得が始まる直前までの1サイクルを指す。そして、この1サイクルで、被駆動体11の位置(又は速度)がフィードバック制御される。また、「被駆動体11の位置に関する指令値」とは、時間毎に指令値生成部101から出力される被駆動体11の位置に関する値である。例えば、制御サンプリング毎に1つの指令値が、指令値生成部101から出力される。   The control unit 120 includes various electronic devices and electrical components such as a CPU, a PLD (including an ASIC), a ROM, a RAM, and an A / D converter, and controls the driving of the vibration actuator 10. A signal having the following information is generated. The command value generation unit 101 generates, for example, one command value related to the position of the driven body 11 and outputs it to the subtracter 108 at every control sampling (every time) of the position of the driven body 11. The “control sampling” refers to the acquisition of the deviation 142, which will be described later, the application of the driving voltages VA and VB to the vibrating body 15, the detection of the speed and position of the driven body 11, and immediately before the acquisition of the deviation 142 starts. 1 cycle. Then, in this one cycle, the position (or speed) of the driven body 11 is feedback-controlled. The “command value related to the position of the driven body 11” is a value related to the position of the driven body 11 output from the command value generation unit 101 every time. For example, one command value is output from the command value generation unit 101 for each control sampling.

減算器108は、位置検出部145が検出した被駆動体11に関する位置信号141と指令値との差分を偏差142として算出し、算出した偏差142を制御量演算部102へ出力する。制御量演算部102は、偏差142を用いて制御量143を演算し、算出した制御量143を、位相差−周波数制御部110を構成する位相差変換部103と周波数変換部104へ出力する。なお、制御量演算部102は、例えば、PID補償器等を用いて制御量143を演算する。PID補償器は、比例(P)、積分(I)、微分(D)の各機能を有する補償器の出力を加算したものであり、制御対象の位相遅れやゲインを補償して、安定した、且つ、高精度な制御系を構築するために一般的に用いられている。   The subtractor 108 calculates a difference between the position signal 141 related to the driven body 11 detected by the position detection unit 145 and the command value as a deviation 142, and outputs the calculated deviation 142 to the control amount calculation unit 102. The control amount calculation unit 102 calculates the control amount 143 using the deviation 142, and outputs the calculated control amount 143 to the phase difference conversion unit 103 and the frequency conversion unit 104 constituting the phase difference-frequency control unit 110. The control amount calculation unit 102 calculates the control amount 143 using, for example, a PID compensator. The PID compensator is obtained by adding the outputs of compensators having proportional (P), integral (I), and derivative (D) functions, and compensates for the phase delay and gain of the controlled object, and is stable. Moreover, it is generally used to construct a highly accurate control system.

位相差−周波数制御部110は、制御量143に基づき、突き上げ振動と送り振動の振幅と振幅比を制御する役割を担う。位相差変換部103と周波数変換部104はそれぞれ、制御量143を、振動型アクチュエータ10に供給する駆動電圧VA,VBを生成するためのパルス波である交流信号の操作パラメータである位相差と周波数の各制御量に変換する。位相差変換部103は、生成した位相差の制御量θを判定部106及びパルス幅調整部107へ出力し、周波数変換部104は、生成した周波数の制御量Fを判定部106及びパルス幅調整部107へ出力する。   The phase difference-frequency control unit 110 plays a role of controlling the amplitude and amplitude ratio of the push-up vibration and the feed vibration based on the control amount 143. The phase difference conversion unit 103 and the frequency conversion unit 104 each have a control amount 143 as a phase difference and a frequency that are operation parameters of an AC signal that is a pulse wave for generating drive voltages VA and VB supplied to the vibration actuator 10. To each control amount. The phase difference conversion unit 103 outputs the generated phase difference control amount θ to the determination unit 106 and the pulse width adjustment unit 107, and the frequency conversion unit 104 outputs the generated frequency control amount F to the determination unit 106 and the pulse width adjustment. Output to the unit 107.

パルス幅調整部107は、ルックアップテーブルや演算式等を用いて、位相差の制御量θと周波数の制御量Fに基づいてパルス幅(PW)を決定し、決定したパルス幅を、駆動部130の交流信号生成部111へ出力する。パルス幅は、第1のパルス幅(PW1)を下限値、第2のパルス幅(PW2)を上限値として、位相差の制御量θと周波数の制御量Fのそれぞれの変化に応じて、制御サンプリング毎に更新される。その具体例については後述する。判定部106は、位相差の制御量θと周波数の制御量Fに基づき、被駆動体11の速度と駆動方向を制御するための周波数と位相差の制御量を生成し、駆動部130の交流信号生成部111へ出力する。   The pulse width adjustment unit 107 determines a pulse width (PW) based on the phase difference control amount θ and the frequency control amount F using a look-up table, an arithmetic expression, or the like, and determines the determined pulse width as a drive unit. It outputs to 130 alternating current signal production | generation part 111. FIG. The pulse width is controlled in accordance with changes in the phase difference control amount θ and the frequency control amount F, with the first pulse width (PW1) being the lower limit value and the second pulse width (PW2) being the upper limit value. Updated every sampling. Specific examples thereof will be described later. Based on the phase difference control amount θ and the frequency control amount F, the determination unit 106 generates a frequency and phase difference control amount for controlling the speed and driving direction of the driven body 11, and the AC of the driving unit 130. Output to the signal generator 111.

交流信号生成部111は、例えば、CPUや関数発生器、スイッチング回路等から構成されている。交流信号生成部111は、判定部106から入力された位相差及び周波数の各制御量と、パルス幅調整部107から入力されたパルス幅に関する情報とに基づいて、矩形波の交流信号を生成する。交流信号生成部111は、生成した2相の交流信号を昇圧回路112へ出力する。昇圧回路112は、交流信号生成部111から入力された交流信号を所定の電圧値に昇圧して交流の駆動電圧VA,VBを生成し、生成した駆動電圧を振動体15の圧電素子14に印加する。これにより、被駆動体11が振動体15により摩擦駆動され、被駆動体11を所定の方向に所定速度で移動させることができる。先述の通り、被駆動体11の位置は位置検出部145によって検出され、位置検出部145から出力される位置信号141は減算器108へ入力された後、偏差142として制御量演算部102にフィードバックされる。このように、振動型アクチュエータ10は、時間毎の指令値に追従するようにフィードバック制御される。   The AC signal generation unit 111 includes, for example, a CPU, a function generator, a switching circuit, and the like. The AC signal generation unit 111 generates a rectangular wave AC signal based on the control amounts of the phase difference and the frequency input from the determination unit 106 and the information on the pulse width input from the pulse width adjustment unit 107. . The AC signal generation unit 111 outputs the generated two-phase AC signal to the booster circuit 112. The booster circuit 112 boosts the AC signal input from the AC signal generator 111 to a predetermined voltage value to generate AC drive voltages VA and VB, and applies the generated drive voltage to the piezoelectric element 14 of the vibrating body 15. To do. Thereby, the driven body 11 is frictionally driven by the vibrating body 15, and the driven body 11 can be moved at a predetermined speed in a predetermined direction. As described above, the position of the driven body 11 is detected by the position detector 145, and the position signal 141 output from the position detector 145 is input to the subtractor 108 and then fed back to the control amount calculator 102 as a deviation 142. Is done. In this way, the vibration type actuator 10 is feedback controlled so as to follow the command value for each time.

ここで、駆動部130の構成について詳細に説明する。なお、駆動部130において、圧電素子14に印加される駆動電圧VA,VBの生成に用いられる部分の構成は同じであるため、ここでは、駆動電圧VAの生成に用いられる部分について説明する。   Here, the configuration of the drive unit 130 will be described in detail. Note that, in the drive unit 130, the configuration used for generating the drive voltages VA and VB applied to the piezoelectric element 14 is the same, and therefore, the portion used for generating the drive voltage VA will be described here.

図3(a)は、交流信号生成部111と昇圧回路112の概略構成を示すブロック図である。交流信号生成部111は、パルス信号生成部165とスイッチング回路160を有する。また、昇圧回路112は、コイル162とトランス163を有する。パルス信号生成部165は、判定部106及びパルス幅調整部107からの情報に応じた位相差、周波数及びパルス幅の情報を有する矩形のA相パルス信号と、A相パルス信号とは位相が180度ずれたA相反転パルス信号を生成する。図3(b)は、パルス信号生成部165で生成されるパルス信号を示す図である。パルス信号生成部165で生成されたA相パルス信号及びA相反転パルス信号は、スイッチング回路160に入力される。スイッチング回路160は、電源161から供給された直流電圧を入力されたパルス信号のタイミングでスイッチング動作させ、矩形波の交流信号を生成する。なお、パルス信号生成部165で生成されるパルス信号のパルス幅をデューティ比で表した場合、交流信号生成部111で生成される交流信号のパルス幅も同じデューティ比で表される。   FIG. 3A is a block diagram illustrating a schematic configuration of the AC signal generation unit 111 and the booster circuit 112. The AC signal generation unit 111 includes a pulse signal generation unit 165 and a switching circuit 160. Further, the booster circuit 112 includes a coil 162 and a transformer 163. The pulse signal generation unit 165 includes a rectangular A-phase pulse signal having phase difference, frequency, and pulse width information corresponding to information from the determination unit 106 and the pulse width adjustment unit 107, and the phase of the A-phase pulse signal is 180. A phase-inverted pulse signal shifted by a degree is generated. FIG. 3B is a diagram illustrating a pulse signal generated by the pulse signal generation unit 165. The A-phase pulse signal and the A-phase inverted pulse signal generated by the pulse signal generation unit 165 are input to the switching circuit 160. The switching circuit 160 switches the DC voltage supplied from the power supply 161 at the timing of the input pulse signal, and generates a rectangular wave AC signal. When the pulse width of the pulse signal generated by the pulse signal generation unit 165 is represented by a duty ratio, the pulse width of the AC signal generated by the AC signal generation unit 111 is also represented by the same duty ratio.

交流信号生成部111から出力される交流信号は、昇圧回路112に入力されて所定の電圧値に昇圧されることでsin波の駆動電圧VAに変換され、圧電素子14の一方の電極(A相)に印加される。なお、圧電素子14の他方の電極(B相)に印加される駆動電圧VBの生成に用いられるB相パルス信号は、A相パルス信号に対して、判定部106から出力された位相差の情報に基づく所定の位相差を有するように生成される。B相反転パルス信号は、B相パルス信号とは位相が180度ずれるように生成される。sin波の駆動電圧VBは、駆動電圧VAと同様に生成される。   The AC signal output from the AC signal generation unit 111 is input to the booster circuit 112 and boosted to a predetermined voltage value to be converted into a sin-wave drive voltage VA. One electrode (A phase) of the piezoelectric element 14 ). The B-phase pulse signal used to generate the drive voltage VB applied to the other electrode (B-phase) of the piezoelectric element 14 is information on the phase difference output from the determination unit 106 with respect to the A-phase pulse signal. To have a predetermined phase difference based on The B-phase inversion pulse signal is generated so that the phase is 180 degrees out of phase with the B-phase pulse signal. The sin wave drive voltage VB is generated in the same manner as the drive voltage VA.

次に、制御装置140による振動型アクチュエータ10の制御方法について説明する。図4は、判定部106とパルス幅調整部107の各出力と被駆動体11の速度の関係を説明する図である。図4(a)は、駆動周波数と被駆動体11の速度との関係を示している。駆動周波数の上限値f0では、位相差制御による低速駆動のフィードバック制御が行われる。その際、速度が−V1から+V1の範囲(駆動停止を含む)では、パルス幅調整部107から出力されるパルス幅は、例えば25%(デューティ比が25%であることを指し、以下、他の比率でも同様とする)のPW1に設定される。つまり、位相差の制御量θが変化する場合、パルス幅はPW1に固定される。一方、速度が+V1から+V2の範囲及び−V1〜−V2の範囲では、周波数制御による高速駆動のフィードバック制御が行われる。その際、駆動周波数が上限値f0から下限値f1の範囲で操作されると共に、パルス幅調整部107から出力されるパルス幅は、PW1とそれより幅の大きいPW2(例えば50%)の間の範囲で、駆動周波数の操作量に応じて調整される。つまり、周波数の制御量Fが変化する場合、周波数の制御量Fに応じてパルス幅調整部107から出力されるパルス幅はPW1とPW2との間の範囲で変更され、これにより、被駆動体11に生じさせることができる速度を効率的に利用した駆動制御が可能となる。なお、被駆動体11を停止状態で維持する場合等のようにフィードバック制御における偏差142がゼロとなる場合には周波数の制御量Fは変化しない。この場合には、位相差の制御量θが変化していなくても、パルス幅調整部107から出力されるパルス幅はPW1に固定される。   Next, a method for controlling the vibration type actuator 10 by the control device 140 will be described. FIG. 4 is a diagram for explaining the relationship between the outputs of the determination unit 106 and the pulse width adjustment unit 107 and the speed of the driven body 11. FIG. 4A shows the relationship between the drive frequency and the speed of the driven body 11. At the upper limit f0 of the drive frequency, feedback control for low-speed drive by phase difference control is performed. At that time, in the range of the speed from −V1 to + V1 (including driving stop), the pulse width output from the pulse width adjustment unit 107 is, for example, 25% (the duty ratio is 25%, and so on) The same applies to the ratio of PW1). That is, when the control amount θ of the phase difference changes, the pulse width is fixed at PW1. On the other hand, when the speed is in the range of + V1 to + V2 and in the range of −V1 to −V2, high-speed drive feedback control by frequency control is performed. At that time, the drive frequency is operated in the range of the upper limit value f0 to the lower limit value f1, and the pulse width output from the pulse width adjustment unit 107 is between PW1 and a larger width PW2 (for example, 50%). The range is adjusted according to the operation amount of the drive frequency. That is, when the frequency control amount F changes, the pulse width output from the pulse width adjustment unit 107 is changed in a range between PW1 and PW2 in accordance with the frequency control amount F. The drive control that efficiently uses the speed that can be generated in the motor 11 is possible. When the deviation 142 in the feedback control becomes zero as in the case where the driven body 11 is maintained in a stopped state, the frequency control amount F does not change. In this case, even if the phase difference control amount θ does not change, the pulse width output from the pulse width adjustment unit 107 is fixed to PW1.

図4(b)は、制御量143、制御部120からの出力及び被駆動体11の速度の関係を示している。判定部106は、制御量143の絶対値が小さい領域を、振動型アクチュエータ10を駆動するための2相の駆動電圧VA,VBの位相差を変化させる位相差制御領域として、位相差と駆動周波数を制御する。一方、判定部106は、制御量143の絶対値が大きい領域を、2相の駆動電圧VA,VBの駆動周波数を変化させる周波数制御領域として、駆動周波数と位相差を制御する。このように、判定部106は、制御量143に応じて、位相差制御と周波数制御とを切り換える。   FIG. 4B shows the relationship among the control amount 143, the output from the control unit 120, and the speed of the driven body 11. The determination unit 106 sets a region where the absolute value of the control amount 143 is small as a phase difference control region in which the phase difference between the two-phase drive voltages VA and VB for driving the vibration actuator 10 is changed. To control. On the other hand, the determination unit 106 controls the drive frequency and the phase difference as a frequency control region in which the drive frequency of the two-phase drive voltages VA and VB is changed in a region where the absolute value of the control amount 143 is large. Thus, the determination unit 106 switches between phase difference control and frequency control according to the control amount 143.

具体的には、位相差制御領域では、駆動周波数を上限値f0に固定し、2相の駆動電圧VA,VBの位相差を上限値から下限値の間で変化させることにより、被駆動体11の移動方向の反転や停止、低速駆動領域での被駆動体11の速度が制御される。その間、パルス幅調整部107からは常に小さいパルス幅であるPW1が出力される。また、位相差の制御量θの制御範囲は、例えば、−90度から+90度の範囲とすることができるが、これに限らず、−60度から+60度の範囲或いは−120度から+120度の範囲としてもよい。図4(b)の下段に示すように、制御量143に応じて、被駆動体11の速度は変化するが、−V1〜+V1(例えば、−50〜+50mm/s)の低速駆動領域では位相差制御が行われる。位相差制御では、2相の駆動電圧VA,VBの位相差を制御することにより、振動体15に設けられた突起部12の楕円運動の楕円比を変化させ、位相差の符号を反転させることにより楕円運動の方向を反転させる。なお、突起部12の運動軌跡が縦長形状となって楕円比がゼロになると、被駆動体11の速度はゼロとなる。   Specifically, in the phase difference control region, the drive frequency is fixed to the upper limit value f0, and the phase difference between the two-phase drive voltages VA and VB is changed between the upper limit value and the lower limit value. The movement direction is reversed and stopped, and the speed of the driven body 11 in the low-speed drive region is controlled. In the meantime, the pulse width adjustment unit 107 always outputs PW1, which is a small pulse width. Further, the control range of the phase difference control amount θ may be, for example, a range of −90 degrees to +90 degrees, but is not limited thereto, and is in a range of −60 degrees to +60 degrees or −120 degrees to +120 degrees. It is good also as the range. As shown in the lower part of FIG. 4B, the speed of the driven body 11 changes according to the control amount 143, but in the low speed driving region of −V1 to + V1 (for example, −50 to +50 mm / s). Phase difference control is performed. In the phase difference control, by controlling the phase difference between the two-phase drive voltages VA and VB, the ellipticity of the elliptical motion of the protrusion 12 provided on the vibrating body 15 is changed, and the sign of the phase difference is inverted. To reverse the direction of the elliptical motion. Note that when the movement locus of the protrusion 12 becomes a vertically long shape and the ellipticity ratio becomes zero, the speed of the driven body 11 becomes zero.

一方、高速駆動領域である周波数制御領域では、位相差の制御量θは下限値又は上限値に固定され、駆動周波数は上限値f0(例えば、90kHz)から下限値f1(例えば、88kHz)の間で変更されることにより、被駆動体11の速度が制御される。図4(b)の下段に示すように、被駆動体11の速度が+V1〜+V2,−V1〜−V2(例えば、50〜100mm/s)となる高速駆動領域では、周波数制御が行われる。周波数制御では、駆動周波数を制御することにより、振動体15に設けられた突起部12の楕円運動の楕円比を一定として、楕円振幅を変化させる。このような制御において、位相差−周波数制御部110は、制御量143に対して速度ができる限り線形となるように位相差と周波数を設定する。なお、周波数制御においてパルス幅調整部107から出力されるパルス幅が大きくなる場合には開ループ応答ゲインが大きくなるため、周波数制御では、位相差制御よりもその分だけ制御ゲインを小さくすることが望ましい。   On the other hand, in the frequency control region, which is a high-speed drive region, the phase difference control amount θ is fixed to the lower limit value or the upper limit value, and the drive frequency is between the upper limit value f0 (for example, 90 kHz) and the lower limit value f1 (for example, 88 kHz). As a result, the speed of the driven body 11 is controlled. As shown in the lower part of FIG. 4B, frequency control is performed in a high-speed drive region where the speed of the driven body 11 is + V1 to + V2, −V1 to −V2 (for example, 50 to 100 mm / s). In the frequency control, by controlling the driving frequency, the ellipticity of the elliptical motion of the protrusion 12 provided on the vibrating body 15 is made constant, and the elliptical amplitude is changed. In such control, the phase difference-frequency control unit 110 sets the phase difference and the frequency so that the speed is as linear as possible with respect to the control amount 143. Note that when the pulse width output from the pulse width adjustment unit 107 in frequency control increases, the open loop response gain increases. Therefore, in frequency control, the control gain can be reduced by that amount compared to phase difference control. desirable.

図5は、制御装置140による振動型アクチュエータ10の駆動制御(被駆動体11の位置フィードバック制御)のフローチャートである。前述の通り、制御部120は、CPU、ROM及びRAM等を有しており、図5のフローチャートの各処理は、CPUがROMに格納されたプログラムをRAMに展開し、制御装置140の各部の動作を制御することにより実現される。   FIG. 5 is a flowchart of drive control of the vibration type actuator 10 (position feedback control of the driven body 11) by the control device 140. As described above, the control unit 120 includes a CPU, a ROM, a RAM, and the like, and each process in the flowchart of FIG. 5 is performed by the CPU developing a program stored in the ROM in the RAM, This is realized by controlling the operation.

制御装置140の電源がオンされると、ステップS1においてCPUは、2相の駆動電圧VA,VBを生成するための交流信号の周波数、位相差、パルス幅を初期値に設定する。ステップS2においてCPUは、位置検出部145により被駆動体11の現在位置を検出し、生成した位置信号141と指令値生成部101から出力された指令値との偏差142を算出する。ステップS3においてCPUは、位相差変換部103と周波数変換部104により、偏差142に基づいて位相差の制御量θと周波数の制御量Fを算出する。ステップS4においてCPUは、算出した位相差の制御量θが所定の閾値の範囲内であるか否かを判定する。閾値は、例えば±90度に設定されるが、これに限定されるものではなく、±80度や±100度等の他の値であってもよい。CPUは、位相差の制御量θが閾値の範囲内である場合(S4でYES)、処理をステップS5へ進め、位相差の制御量θが閾値の範囲内にない場合(S4でNO)、処理をステップS8へ進める。   When the power source of the control device 140 is turned on, in step S1, the CPU sets the frequency, phase difference, and pulse width of the AC signal for generating the two-phase drive voltages VA and VB to initial values. In step S <b> 2, the CPU detects the current position of the driven body 11 using the position detection unit 145, and calculates a deviation 142 between the generated position signal 141 and the command value output from the command value generation unit 101. In step S <b> 3, the CPU calculates the phase difference control amount θ and the frequency control amount F based on the deviation 142 by the phase difference conversion unit 103 and the frequency conversion unit 104. In step S4, the CPU determines whether or not the calculated control amount θ of the phase difference is within a predetermined threshold range. The threshold value is set to ± 90 degrees, for example, but is not limited to this, and may be another value such as ± 80 degrees or ± 100 degrees. If the phase difference control amount θ is within the threshold range (YES in S4), the CPU proceeds the process to step S5, and if the phase difference control amount θ is not within the threshold range (NO in S4), The process proceeds to step S8.

ステップS5〜S7では、位相差制御が実行される。ステップS5においてCPUは、交流信号生成部111で生成される交流信号の駆動周波数を上限値f0に設定する。ステップS6においてCPUは、交流信号生成部111で生成される交流信号(パルス信号生成部165で生成されるパルス信号)のパルス幅をPW1に設定する。ステップS7においてCPUは、位相差の制御量θに基づいて、交流信号生成部111で生成される交流信号の位相差を変更する。その後、処理はステップS10へ進められる。なお、ステップS5〜S7の処理は同時に実行される。   In steps S5 to S7, phase difference control is executed. In step S5, the CPU sets the drive frequency of the AC signal generated by the AC signal generation unit 111 to the upper limit value f0. In step S6, the CPU sets the pulse width of the AC signal (pulse signal generated by the pulse signal generation unit 165) generated by the AC signal generation unit 111 to PW1. In step S <b> 7, the CPU changes the phase difference of the AC signal generated by the AC signal generation unit 111 based on the control amount θ of the phase difference. Thereafter, the process proceeds to step S10. Note that the processes in steps S5 to S7 are performed simultaneously.

ステップS8〜S9では、周波数制御が実行される。ステップS8においてCPUは、位相差の制御量θを閾値に設定する。ステップS9においてCPUは、周波数の制御量Fに基づいて、交流信号生成部111で生成される交流信号のパルス幅と駆動周波数を同時に変更し、その後、処理をステップS10へ進める。ここで、ステップS9において、交流信号のパルス幅は、PW1からPW2の範囲で変更され、駆動周波数は上限値f0から下限値f1の範囲で変更され、基本的には駆動周波数を下げるにしたがってパルス幅が大きくなるように制御される(図4参照)。なお、ステップS9において、PW1は、PW2よりデューティ比が小さく、基本波に対する高調波の比が大きい。周波数の制御量Fに基づくパルス幅の変更方法には、例えば、テーブルデータや演算式等を用いることができ、パルス幅は、連続的に変更されてもよいし離散的に変更されてもよい。   In steps S8 to S9, frequency control is executed. In step S8, the CPU sets the control amount θ of the phase difference as a threshold value. In step S9, the CPU simultaneously changes the pulse width and drive frequency of the AC signal generated by the AC signal generation unit 111 based on the frequency control amount F, and then advances the process to step S10. Here, in step S9, the pulse width of the AC signal is changed in the range of PW1 to PW2, the drive frequency is changed in the range of the upper limit value f0 to the lower limit value f1, and basically the pulse is lowered as the drive frequency is lowered. The width is controlled to increase (see FIG. 4). In step S9, PW1 has a smaller duty ratio than PW2 and a higher ratio of harmonics to the fundamental wave. As the pulse width changing method based on the frequency control amount F, for example, table data or an arithmetic expression can be used, and the pulse width may be changed continuously or discretely. .

ステップS10においてCPUは、被駆動体11が目標位置に到達したか否かを、所定の整定時間を経て停止指令が入力さたか否かによって判定する。CPUは、停止指令が入力されていない場合(S10でNO)、処理をステップS2に戻し、これにより、目標位置に向かって位相差制御又は周波数制御による位置フィードバック制御が制御サンプリング毎に繰り返される。一方、CPUは、停止指令が入力された場合(S10でYES)、処理をステップS11へ進める。ステップS11においてCPUは、パルス幅をPW1以下に設定する。これにより、振動型アクチュエータ10の駆動制御は終了となる。   In step S <b> 10, the CPU determines whether or not the driven body 11 has reached the target position based on whether or not a stop command is input after a predetermined settling time. When the stop command is not input (NO in S10), the CPU returns the process to step S2, whereby the position feedback control by phase difference control or frequency control is repeated for each control sampling toward the target position. On the other hand, when the stop command is input (YES in S10), the CPU advances the process to step S11. In step S11, the CPU sets the pulse width to PW1 or less. Thereby, the drive control of the vibration type actuator 10 is completed.

図6は、制御装置140による駆動制御のタイミングチャートの一例である。指令値は、指令値生成部101により時間毎に設定される位置情報であり、被駆動体11の駆動開始位置から目標位置まで、例えばS字カーブを描いて出力される。振動型アクチュエータ10の駆動は、時間毎に変化する指令値に追従するように制御される。駆動開始直後の時刻t0〜t1では、振動型アクチュエータ10を駆動するための駆動電圧VA,VBについて、駆動周波数は上限値f0に設定され、位相差が0度から+90度へ操作される。これにより、被駆動体11は加速し、被駆動体11の速度は時刻t1に速度+V1(例えば、50mm/s)に達する。時刻t0〜t1の間は、交流信号生成部111で生成される交流信号(第1のパルス信号)では、パルス幅(パルス信号生成部165で生成されるパルス信号のパルス幅)はPW1(25%)に固定される。   FIG. 6 is an example of a timing chart of drive control by the control device 140. The command value is position information set every time by the command value generation unit 101, and is output from the drive start position of the driven body 11 to the target position, for example, by drawing an S-shaped curve. The driving of the vibration type actuator 10 is controlled so as to follow a command value that changes with time. At times t0 to t1 immediately after the start of driving, for the driving voltages VA and VB for driving the vibration type actuator 10, the driving frequency is set to the upper limit value f0, and the phase difference is operated from 0 degree to +90 degrees. Thereby, the driven body 11 is accelerated, and the speed of the driven body 11 reaches speed + V1 (for example, 50 mm / s) at time t1. Between times t0 and t1, in the AC signal (first pulse signal) generated by the AC signal generation unit 111, the pulse width (pulse width of the pulse signal generated by the pulse signal generation unit 165) is PW1 (25 %).

時刻t1から時刻t2にかけて、被駆動体11の速度は速度+V1から+V2(例えば、100mm/s)へ達する。その間、駆動周波数は上限値f0から下限値f1へ操作され、駆動周波数の操作量に応じて、交流信号生成部111で生成される交流信号は、パルス幅が25%(PW1)の第1のパルス信号から50%(PW2)の第2のパルス信号へ変更される。時刻t2〜t3では、駆動周波数は上限値f0へ戻され、パルス幅もPW1に戻されることにより、被駆動体11の速度は+V2から+V1へ減速される。なお、駆動周波数が操作される時刻t1〜t3の間は、位相差は+90度に固定される。被駆動体11が目標位置に到達する前の時刻t3〜t4では、駆動周波数が上限値f0で位相差が+90度から0度へ操作される。これにより、時刻t4で、被駆動体11は速度がゼロの停止状態となる。なお、理想的には位相差が0度で速度がゼロとなるが、振動型アクチュエータ10の個体差や環境によっては、位相差が0度近傍の値で速度はゼロとなる。つまり、被駆動体11を停止状態となる条件は、位置フィードバック制御の偏差142の値に依存する。   From time t1 to time t2, the speed of the driven body 11 reaches speed + V1 to + V2 (for example, 100 mm / s). Meanwhile, the drive frequency is operated from the upper limit value f0 to the lower limit value f1, and the AC signal generated by the AC signal generation unit 111 according to the operation amount of the drive frequency is the first with a pulse width of 25% (PW1). The pulse signal is changed to a second pulse signal of 50% (PW2). At times t2 to t3, the drive frequency is returned to the upper limit value f0, and the pulse width is also returned to PW1, whereby the speed of the driven body 11 is reduced from + V2 to + V1. The phase difference is fixed at +90 degrees between times t1 to t3 when the drive frequency is operated. At times t3 to t4 before the driven body 11 reaches the target position, the driving frequency is operated from the upper limit f0 and the phase difference from +90 degrees to 0 degrees. As a result, at time t4, the driven body 11 is stopped at a speed of zero. Ideally, the phase difference is 0 degree and the speed is zero. However, depending on the individual difference of the vibration actuator 10 and the environment, the phase difference is a value near 0 degree and the speed is zero. That is, the condition for stopping the driven body 11 depends on the value of the deviation 142 of the position feedback control.

時刻t4で被駆動体11が目標位置近傍に到達した後、所定の整定時間で進み動作と戻り動作を繰り返しながら位置決め制御が行われる。被駆動体11が目標位置に所定の精度で整定された後、被駆動体11は目標位置で保持される。被駆動体11を目標位置で保持する方法には制限はなく、例えば、交流信号生成部111で生成される交流信号のパルス幅をゼロにして、圧電素子14への給電をオフすることで節電を図ることができる。また、交流信号生成部111で生成される交流信号のパルス幅を変更せずに又は0〜25%の範囲で変更すると共に位相差を0度に設定してもよい。時刻t5〜t6では、被駆動体11を目標位置から開始位置へ駆動しているが、その際の駆動制御は、被駆動体11の駆動方向が異なるだけであり、前述した時刻t0〜t4の被駆動体11の駆動制御と同様に行われるため、詳細な説明は省略する。   After the driven body 11 reaches the vicinity of the target position at time t4, positioning control is performed while repeating the advance operation and the return operation at a predetermined settling time. After the driven body 11 is set to the target position with a predetermined accuracy, the driven body 11 is held at the target position. There is no limitation on the method of holding the driven body 11 at the target position. For example, the pulse width of the AC signal generated by the AC signal generation unit 111 is set to zero and the power supply to the piezoelectric element 14 is turned off to save power. Can be achieved. Further, the pulse width of the AC signal generated by the AC signal generation unit 111 may be changed without changing or in the range of 0 to 25% and the phase difference may be set to 0 degree. At time t5 to t6, the driven body 11 is driven from the target position to the start position. However, the drive control at that time is only different in the driving direction of the driven body 11, and at the time t0 to t4 described above. Since it is performed in the same manner as the drive control of the driven body 11, a detailed description thereof is omitted.

上述した制御装置140による振動型アクチュエータ10の駆動制御の特徴についてより詳しく説明する前に、交流信号生成部111から出力される交流信号の基本波と高調波について説明する。図7は、交流信号生成部111のパルス信号生成部165から出力されるパルス信号のパルス幅と基本波及び高調波との関係を説明する図である。図7(a)は、パルス幅が50%の場合のA相パルス信号とB相パルス信号の時間変化を示している。時刻t10〜t14の間が、振動型アクチュエータ10を駆動する駆動周波数の1周期であり、A相パルス信号とB相パルス信号はそれぞれ、周期の50%に相当する時間がHiレベルで出力されるパルス信号である。また、A相パルス信号とB相パルス信号の位相差を+90度とした場合には、A相パルス信号とB相パルス信号は、立ち上がりが1/4周期(時刻t10と時刻t11)だけずれるように出力される。   Prior to describing in more detail the characteristics of the drive control of the vibration type actuator 10 by the control device 140 described above, the fundamental wave and the harmonics of the AC signal output from the AC signal generation unit 111 will be described. FIG. 7 is a diagram illustrating the relationship between the pulse width of the pulse signal output from the pulse signal generation unit 165 of the AC signal generation unit 111, the fundamental wave, and the harmonics. FIG. 7A shows temporal changes of the A-phase pulse signal and the B-phase pulse signal when the pulse width is 50%. Between time t10 and t14 is one cycle of the driving frequency for driving the vibration type actuator 10, and the A phase pulse signal and the B phase pulse signal are output at the Hi level for a time corresponding to 50% of the cycle. It is a pulse signal. Further, when the phase difference between the A-phase pulse signal and the B-phase pulse signal is set to +90 degrees, the rising edges of the A-phase pulse signal and the B-phase pulse signal are shifted by a quarter cycle (time t10 and time t11). Is output.

図7(b)は、パルス幅が25%の場合のA相パルス信号とB相パルス信号の時間変化を示している。時刻t15〜t19までが、振動型アクチュエータ10を駆動する駆動周波数の1周期であり、A相パルス信号とB相パルス信号はそれぞれ、周期の25%に相当する時間がHiレベルで出力されるパルス信号である。また、A相パルス信号とB相パルス信号の位相差を+90度とした場合には、A相パルス信号とB相パルス信号は、立ち上がりが1/4周期(時刻t15と時刻t16)だけずれるように出力される。   FIG. 7B shows temporal changes in the A-phase pulse signal and the B-phase pulse signal when the pulse width is 25%. From time t15 to t19 is one cycle of the driving frequency for driving the vibration type actuator 10, and the A phase pulse signal and the B phase pulse signal are pulses whose time corresponding to 25% of the cycle is output at the Hi level. Signal. When the phase difference between the A-phase pulse signal and the B-phase pulse signal is +90 degrees, the rise of the A-phase pulse signal and the B-phase pulse signal is shifted by a quarter period (time t15 and time t16). Is output.

図7(c)は、パルス幅、基本波、2倍高調波及び倍高調波の電圧振幅との関係を計算により求めた結果を示している。パルス幅を小さくするにしたがって、基本波に対して高調波の比率は大きくなる。図7(d)は、パルス幅と、高調波と基本波との電圧振幅比との関係を示しており、ここでの電圧振幅比は、2倍高調波と3倍高調波の電圧振幅の平均値を基本波の電圧振幅で除した値である。パルス幅が25%以下の場合には、基本波に対する高調波の電圧振幅比が50%以上となっていることから、高調波の影響が大きいことがわかる。   FIG. 7C shows a result obtained by calculating the relationship between the pulse width, the fundamental wave, the second harmonic, and the voltage amplitude of the second harmonic. As the pulse width is reduced, the ratio of harmonics to the fundamental wave increases. FIG. 7D shows the relationship between the pulse width and the voltage amplitude ratio between the harmonic and the fundamental wave. The voltage amplitude ratio here is the voltage amplitude of the second harmonic and the third harmonic. It is a value obtained by dividing the average value by the voltage amplitude of the fundamental wave. When the pulse width is 25% or less, since the voltage amplitude ratio of the harmonic to the fundamental wave is 50% or more, it can be seen that the influence of the harmonic is large.

図8は、制御装置140と従来の制御装置のそれぞれにより振動型アクチュエータ10を駆動した際の開ループ特性のゲインと位相遅れを説明する図である。図8(a),(b)には、制御装置140によりパルス幅を変えて被駆動体11の速度を制御したときの、開ループ特性のゲインと位相遅れの各結果(周波数応答性)が示されている。ここでは、振動型アクチュエータ10の圧電素子14に印加するsin波駆動電圧の時間的な位相差を90度(振幅の変化に1/4周期のずれがある)としている。交流信号生成部111で生成される交流信号のパルス幅を50%から下げていくにしたがって、120Hz近傍の高域のピークが低減し、位相遅れが改善することがわかり、パルス幅を25%以下とすることにより、大きな改善効果を得ることができることがわかる。この結果から、本実施形態では、高調波の比が大きくなるようにパルス幅を小さくすることにより、機械的な共振ピークを低減する効果が得られ、更に、位相遅れの少ない良好な応答特性が得られることがわかる。なお、パルス幅を小さくするとゲインが低下するのは、交流電圧の基本波の振幅が低下して被駆動体11の速度が低下するためである。   FIG. 8 is a diagram for explaining the gain and phase delay of the open loop characteristic when the vibration type actuator 10 is driven by the control device 140 and the conventional control device, respectively. FIGS. 8A and 8B show the results (frequency response) of the gain and the phase delay of the open loop characteristic when the speed of the driven body 11 is controlled by changing the pulse width by the control device 140. It is shown. Here, the temporal phase difference of the sine wave drive voltage applied to the piezoelectric element 14 of the vibration type actuator 10 is 90 degrees (a change in amplitude includes a quarter cycle shift). It can be seen that as the pulse width of the AC signal generated by the AC signal generation unit 111 is lowered from 50%, the high-frequency peak near 120 Hz is reduced and the phase delay is improved, and the pulse width is 25% or less. It can be seen that a large improvement effect can be obtained. From this result, in this embodiment, by reducing the pulse width so as to increase the ratio of harmonics, the effect of reducing the mechanical resonance peak can be obtained, and furthermore, good response characteristics with little phase delay can be obtained. It turns out that it is obtained. The reason why the gain is reduced when the pulse width is reduced is that the amplitude of the fundamental wave of the AC voltage is reduced and the speed of the driven body 11 is reduced.

図8(c),(d)には、振動型アクチュエータ10の被駆動体11の速度を従来の制御装置により制御したときのゲインと位相遅れの各結果が示されている。ここでは、駆動電圧を生成するための交流信号のパルス幅は50%に固定され、振動型アクチュエータ10の圧電素子14に印加するsin波駆動電圧の時間的な位相差が10度〜90度の範囲で変更されている。これにより、振動体15の突起部12に生じる楕円比の違いによる周波数応答性を比較することができる。ゲインについては、図8(c)に示されるように、位相差を小さくするにしたがって120Hz近傍のピークが小さくなる傾向が見られるが、このピークは高周波数側へシフトしていく。つまり、突き上げ振動と送り振動の振幅比に応じて、高周波域でのピークの発生の態様が異なっている。位相遅れについては、図8(d)に示されるように、位相差が大きくなるにしたがって位相遅れが大きくなることがわかる。よって、パルス幅を50%として従来の位相差制御を行った場合、被駆動体11の駆動停止や低速駆動時に高周波域に現れるピークの影響を受けやすく、制御性が低下する。これに対して、前述の通り、制御装置140による振動型アクチュエータ10の駆動制御では、高周波域ではパルス幅を50%よりも小さい値(例えば、25%)に設定しているため、このような問題の発生を回避することができる。   FIGS. 8C and 8D show the results of gain and phase delay when the speed of the driven body 11 of the vibration type actuator 10 is controlled by a conventional control device. Here, the pulse width of the AC signal for generating the drive voltage is fixed to 50%, and the temporal phase difference of the sin wave drive voltage applied to the piezoelectric element 14 of the vibration actuator 10 is 10 degrees to 90 degrees. The range has been changed. Thereby, the frequency responsiveness by the difference in the ellipticity ratio which arises in the projection part 12 of the vibrating body 15 can be compared. As for the gain, as shown in FIG. 8C, the peak near 120 Hz tends to decrease as the phase difference decreases, but this peak shifts to the high frequency side. That is, the mode of occurrence of peaks in the high frequency range differs depending on the amplitude ratio of the push-up vibration and the feed vibration. Regarding the phase lag, as shown in FIG. 8D, it can be seen that the phase lag increases as the phase difference increases. Therefore, when the conventional phase difference control is performed with the pulse width set to 50%, it is easily affected by the peak appearing in the high frequency region when the driven body 11 is stopped or driven at a low speed, and the controllability is lowered. On the other hand, as described above, in the drive control of the vibration type actuator 10 by the control device 140, the pulse width is set to a value smaller than 50% (for example, 25%) in the high frequency region. The occurrence of problems can be avoided.

図8(e),(f)には、振動型アクチュエータ10の圧電素子14に印加するsin波駆動電圧の時間的な位相を10度〜90度の範囲で変更して、被駆動体11の速度を制御装置140により制御したときのゲインと位相遅れの各結果が示されている。ここでは、交流信号生成部111で生成される交流信号のパルス幅は25%に固定されている。この場合、ゲインについて、図8(e)に示すように、高周波域(120Hz近傍)にピークはどの位相差でも生じていないことがわかる。また、位相遅れについて、図8(f)に示されるように、位相遅れの変化に対する位相差の影響は小さく、良好な特性が得られていることがわかる。つまり、本実施形態のように位相差制御を行う停止時及び低速駆動時にパルス幅を25%とすることで、高周波域にピークが現れることを抑制して、制御性を損なわずに、停止及び低速駆動を行うことができることがわかる。このような効果は、後述するように、単に圧電素子14に印加する駆動電圧を下げるだけでは得ることはできず、パルス幅を制御することによって基本波に対する高調波の電圧振幅比を変化させることによって初めて得ることができる。   8E and 8F, the temporal phase of the sin wave driving voltage applied to the piezoelectric element 14 of the vibration type actuator 10 is changed in the range of 10 degrees to 90 degrees, and the driven body 11 The results of gain and phase delay when the speed is controlled by the control device 140 are shown. Here, the pulse width of the AC signal generated by the AC signal generator 111 is fixed at 25%. In this case, as shown in FIG. 8 (e), in the gain, it can be seen that no peak occurs in the high frequency region (near 120 Hz) at any phase difference. Further, with respect to the phase delay, as shown in FIG. 8F, it can be seen that the effect of the phase difference on the change in the phase delay is small and good characteristics are obtained. In other words, by setting the pulse width to 25% during stop and low speed driving as in this embodiment, it is possible to suppress the peak from appearing in the high frequency range without stopping the controllability. It can be seen that low-speed driving can be performed. As will be described later, such an effect cannot be obtained simply by lowering the driving voltage applied to the piezoelectric element 14, but by changing the voltage amplitude ratio of the harmonic to the fundamental by controlling the pulse width. Can be obtained for the first time.

図9は、制御装置140により振動型アクチュエータ10を駆動したときの、送り振動に相当する駆動電流波形とその周波数解析結果を示す図である。図9(a)では、駆動周波数を92kHzとし、交流信号生成部111で生成される交流信号のパルス幅を25%又は50%としてそれぞれ駆動した場合の送り振動に相当する駆動電流波形を比較している。ここで、送り振動に相当する駆動電流は、圧電素子14の一方の電極(A相)の駆動電流と他方の電極(B相)の駆動電流の差分から、圧電素子14の静電容量電流を差し引いて算出している。パルス幅が50%での送り振動に相当する駆動電流波形では高調波の歪みが大きいのに対して、パルス幅が25%での送り振動に相当する駆動電流波形では高調波の歪みが小さくなっている。また、図9(b)は、交流信号生成部111で生成される交流信号のパルス幅をそれぞれ25%、50%としたときの、送り振動に相当する駆動電流の周波数解析結果を示している。パルス幅が50%の場合には、高調波成分が大きくなり、特に3倍高調波成分が大きくなっているが、パルス幅が25%の場合には、高調波成分が低減されていることがわかる。このことから、パルス幅が25%の場合には、突起部12の楕円振動でも同様に高調波振動が低減されていると考えられる。   FIG. 9 is a diagram showing a drive current waveform corresponding to the feed vibration and the frequency analysis result when the vibration type actuator 10 is driven by the control device 140. In FIG. 9A, the drive current waveform corresponding to the feed vibration when the drive frequency is 92 kHz and the pulse width of the AC signal generated by the AC signal generation unit 111 is 25% or 50% is compared. ing. Here, the drive current corresponding to the feed vibration is the capacitance current of the piezoelectric element 14 based on the difference between the drive current of one electrode (A phase) of the piezoelectric element 14 and the drive current of the other electrode (B phase). Calculated by subtracting. The harmonic distortion is large in the drive current waveform corresponding to the feed vibration when the pulse width is 50%, whereas the harmonic distortion is small in the drive current waveform corresponding to the feed vibration when the pulse width is 25%. ing. FIG. 9B shows the frequency analysis result of the drive current corresponding to the feed vibration when the pulse width of the AC signal generated by the AC signal generation unit 111 is 25% and 50%, respectively. . When the pulse width is 50%, the harmonic component is large, especially the triple harmonic component is large. However, when the pulse width is 25%, the harmonic component is reduced. Recognize. From this, when the pulse width is 25%, it is considered that the harmonic vibration is similarly reduced in the elliptical vibration of the protrusion 12.

交流信号生成部111で生成される交流信号である矩形パルス波に含まれる高調波成分は、パルス幅が50%の場合よりもパルス幅が25%の場合で大きい。しかし、図9に示す結果は、高調波成分の大きい矩形パルス波を利用した駆動によって、振動体15に発生する送り振動に含まれる高調波成分を逆に少なくすることができることを示している。その結果、高調波成分の大きい矩形パルス波を利用した駆動では、振動体15に発生する送り振動と突き上げ振動の位相関係が高調波によって補償され、高調波成分の振動が逆に生じ難い接触状態に変化したと考えられる。つまり、振動体15の突起部12は、駆動中に被駆動体11から受ける反力や接触面の細かな凹凸によって接触状態が変化し、送り振動と突き上げ振動の位相関係が特に高域側で変化しやすいが、高調波の作用で位相関係が補償されると考えられる。なお、振動体15の突起部12には、できる限り高調波振動を発生させないことが望ましい。したがって、パルス幅を小さくして高調波振動を低減させることによって振動状態を安定化させることができ、振動型アクチュエータ10の機械的な負荷変動や外乱の影響を受け難い駆動を行うことが可能となる。   The harmonic component contained in the rectangular pulse wave that is an AC signal generated by the AC signal generation unit 111 is larger when the pulse width is 25% than when the pulse width is 50%. However, the result shown in FIG. 9 indicates that the harmonic component contained in the feed vibration generated in the vibrating body 15 can be reduced by driving using a rectangular pulse wave having a large harmonic component. As a result, in the drive using a rectangular pulse wave having a large harmonic component, the phase relationship between the feed vibration generated in the vibrating body 15 and the push-up vibration is compensated by the harmonic, and the contact state in which the vibration of the harmonic component hardly occurs reversely. It is thought that has changed. That is, the protrusion 12 of the vibrating body 15 changes its contact state due to the reaction force received from the driven body 11 during driving and the fine unevenness of the contact surface, and the phase relationship between the feed vibration and the thrust vibration is particularly high. Although it is easy to change, it is considered that the phase relationship is compensated by the action of harmonics. In addition, it is desirable that the protrusion 12 of the vibrating body 15 does not generate harmonic vibration as much as possible. Therefore, it is possible to stabilize the vibration state by reducing the pulse width and reducing the harmonic vibration, and it is possible to drive the vibration type actuator 10 less susceptible to mechanical load fluctuations and disturbances. Become.

図10は、制御装置140により振動型アクチュエータ10に対して位置フィードバック制御を行った際の閉ループ特性と開ループ特性を示す図である。ここでは、指令値生成部101が生成する指令値の振幅を±50μmとして、指令周波数を10Hzから300Hzの範囲で変えながら位置フィードバック制御を行っている。位相差制御では交流信号生成部111で生成される交流信号のパルス幅を14%に設定し、周波数制御では駆動周波数の操作量にしたがってパルス幅を14%から50%の範囲で変えており、これを実施例として示している。なお、比較のため、パルス幅を50%に固定して位相差制御と周波数制御を行った結果を従来例として図10に併記している。   FIG. 10 is a diagram illustrating a closed loop characteristic and an open loop characteristic when position feedback control is performed on the vibration actuator 10 by the control device 140. Here, the position feedback control is performed while changing the command frequency in the range of 10 Hz to 300 Hz with the amplitude of the command value generated by the command value generating unit 101 being ± 50 μm. In the phase difference control, the pulse width of the AC signal generated by the AC signal generation unit 111 is set to 14%, and in the frequency control, the pulse width is changed in the range of 14% to 50% according to the operation amount of the drive frequency. This is shown as an example. For comparison, the results of performing phase difference control and frequency control with the pulse width fixed at 50% are also shown in FIG. 10 as a conventional example.

図10(a)は、閉ループ特性のゲインと周波数との関係を示している。従来例には120Hz近傍に0dBを超える共振ピークが見られるが、実施例では大幅にピークが低減されており、約10dBの低減効果が得られていることがわかる。図10(b)は、閉ループ特性の位相遅れと周波数との関係を示している。従来例と比較して、実施例では120Hz近傍の位相遅れに改善が見られる。図10(c)は、開ループ特性のゲインと周波数との関係を示している。低周波域(例えば、10Hz近傍)のゲインは、実施例では従来例より大きく、高周波域(例えば、120Hz近傍)のゲインは低減していることがわかる。よって、実施例では、従来例よりも制御ゲインを大きくすることができる。図10(d)は、開ループ特性の位相遅れと駆動周波数と関係を示しており、実施例では位相遅れも改善されていることがわかる。このように、実施例の制御方法を用いることにより、制御に用いる各種パラメータの設定条件に余裕ができ、制御帯域が狭められることなく高周波域側の共振ピークを大幅に低減することができるため、制御性を向上させることができる。   FIG. 10A shows the relationship between the gain and the frequency of the closed loop characteristic. In the conventional example, a resonance peak exceeding 0 dB is observed in the vicinity of 120 Hz, but in the example, the peak is greatly reduced, and it can be seen that a reduction effect of about 10 dB is obtained. FIG. 10B shows the relationship between the phase delay of the closed loop characteristic and the frequency. Compared to the conventional example, the embodiment shows an improvement in the phase delay in the vicinity of 120 Hz. FIG. 10C shows the relationship between the gain and frequency of the open loop characteristic. It can be seen that the gain in the low frequency region (for example, near 10 Hz) is larger in the embodiment than in the conventional example, and the gain in the high frequency region (for example, near 120 Hz) is reduced. Therefore, in the embodiment, the control gain can be made larger than in the conventional example. FIG. 10 (d) shows the relationship between the phase delay of the open loop characteristic and the drive frequency, and it can be seen that the phase delay is also improved in the embodiment. Thus, by using the control method of the embodiment, it is possible to afford the setting conditions of various parameters used for control, and the resonance peak on the high frequency region side can be greatly reduced without narrowing the control band. Controllability can be improved.

図11は、制御装置140と従来の制御装置のそれぞれによるカメラでのオートフォーカス駆動時の位置決め制御の結果を示す図である。図11(a)は、従来の制御装置により、駆動電圧を生成するための交流信号のパルス幅を50%に固定して位相差制御と周波数制御とを行うことで位置決めを行った結果(比較例)を示している。図11(b)は、制御装置140により、パルス幅を20%として位相差制御を行い、駆動周波数の操作量に応じてパルス幅を20%から50%の範囲で変えながら周波数制御を行うことで位置決めを行った結果(実施例)を示している。なお、オートフォーカスレンズは、振動型アクチュエータ10の被駆動体11と連結されており、オートフォーカスレンズの実位置は、カメラに設けられた位置センサ(光学センサ)を用いて検出されている。つまり、振動型アクチュエータ10の被駆動体11の位置を検出する代わりに、オートフォーカスレンズの位置を検出している。   FIG. 11 is a diagram illustrating a result of positioning control during autofocus driving with a camera by each of the control device 140 and a conventional control device. FIG. 11A shows the result of positioning performed by performing phase difference control and frequency control with a pulse width of an AC signal for generating a drive voltage fixed to 50% by a conventional control device (comparison). Example). In FIG. 11B, the control device 140 performs phase difference control with a pulse width of 20%, and performs frequency control while changing the pulse width in the range of 20% to 50% according to the operation amount of the drive frequency. The result (Example) of having performed positioning by is shown. The autofocus lens is connected to the driven body 11 of the vibration type actuator 10, and the actual position of the autofocus lens is detected using a position sensor (optical sensor) provided in the camera. That is, instead of detecting the position of the driven body 11 of the vibration type actuator 10, the position of the autofocus lens is detected.

図11(a),(b)の各図において、横軸には時間、縦軸には位置がそれぞれ取られており、指令値とレンズの実位置がプロットされている。図11(a)に示す従来例では、減速領域及び停止領域で約50μm前後のリンギングが生じており、これには、高周波域側の共振ピークが影響しているものと考えられる。一方、実施例では、減速領域及び停止領域でのリンギングの発生は抑制されており、従来例と比較して、良好な制御性が得られていることがわかる。また、実施例では、周波数制御での制御ゲインを位相差制御の制御ゲインより下げており、これにより、最大速度を低下させることなく、制御に用いる各種パラメータの設定条件の幅を広げることができる。更に、実施例での周波数制御では、振動体15の突起部12に生じる楕円比は変化せずに楕円振幅が変化するため、高周波域のピークの影響を回避することができる。   In each of FIGS. 11A and 11B, time is plotted on the horizontal axis and position is plotted on the vertical axis, and the command value and the actual lens position are plotted. In the conventional example shown in FIG. 11A, ringing of about 50 μm occurs in the deceleration region and the stop region, which is considered to be affected by the resonance peak on the high frequency region side. On the other hand, in the example, the occurrence of ringing in the deceleration region and the stop region is suppressed, and it can be seen that better controllability is obtained compared to the conventional example. In the embodiment, the control gain in the frequency control is lower than the control gain in the phase difference control, so that the range of setting conditions of various parameters used for control can be expanded without lowering the maximum speed. . Furthermore, in the frequency control in the embodiment, since the ellipticity ratio is changed without changing the ellipticity ratio generated in the protrusion 12 of the vibrating body 15, the influence of the peak in the high frequency region can be avoided.

図12は、振動型アクチュエータ10の駆動制御を、駆動電圧を生成するための交流信号のパルス幅を50%に固定し、電圧又は駆動周波数を変えて行った場合の開ループ特性のゲインと位相遅れの各結果(周波数応答性)を説明する図である。なお、図12に示す結果は本発明に対する比較例であり、図8に示した結果を得た際の条件と同様に、振動型アクチュエータ10の圧電素子14に印加するsin波駆動電圧の時間的な位相差は90度に設定されている。   FIG. 12 shows the gain and phase of the open loop characteristic when the drive control of the vibration type actuator 10 is performed by fixing the pulse width of the AC signal for generating the drive voltage to 50% and changing the voltage or the drive frequency. It is a figure explaining each result (frequency responsiveness) of delay. The result shown in FIG. 12 is a comparative example for the present invention, and the sin wave drive voltage applied to the piezoelectric element 14 of the vibration type actuator 10 over time is similar to the conditions for obtaining the result shown in FIG. The phase difference is set to 90 degrees.

図12(a),(b)は、駆動周波数を92kHzとし、電源電圧(電源161の電圧)をそれぞれ3.0V、2.0Vとして被駆動体11の速度を制御したときの開ループ特性のゲインと位相遅れの結果を示している。電源電圧を下げているため、圧電素子14に印加される電圧は約67%に低下しており、電圧振幅が下がった場合には、振動体15の突起部12に生じる楕円振動の振幅は小さくなる。しかし、図12(a)に見られるように、120Hz近傍にピークが生じており、図12(b)に見られるように、位相遅れも改善されていない。このように、駆動電圧を単に下げるだけでは、上記実施例が奏する効果は得られない。   12A and 12B show the open loop characteristics when the driving frequency is 92 kHz, the power supply voltage (voltage of the power supply 161) is 3.0 V and 2.0 V, respectively, and the speed of the driven body 11 is controlled. Gain and phase lag results are shown. Since the power supply voltage is lowered, the voltage applied to the piezoelectric element 14 is reduced to about 67%. When the voltage amplitude is lowered, the amplitude of the elliptical vibration generated in the protrusion 12 of the vibrating body 15 is small. Become. However, as seen in FIG. 12A, a peak occurs in the vicinity of 120 Hz, and the phase delay is not improved as seen in FIG. 12B. Thus, the effect which the said Example show | plays cannot be acquired only by reducing a drive voltage.

図12(c),(d)は、電源電圧を3.0Vに設定し、駆動周波数を93kHzから96kHzの範囲で変えて被駆動体11の速度を制御したときの、開ループ特性のゲインと位相遅れの結果を示している。駆動周波数を上げていくことは、振動体15の共振周波数から離れていくことになるため、振動体15の突起部12に生じる楕円振動の振幅は小さくなる。しかし、図12(c)に見られるように、120Hz近傍にはピークが生じており、図12(d)に見られるように、位相遅れも改善されていない。このように、駆動周波数を単に調整するだけでも、上記実施例が奏する効果は得られない。   12C and 12D show the gain of the open loop characteristic when the power supply voltage is set to 3.0 V, the speed of the driven body 11 is controlled by changing the drive frequency in the range of 93 kHz to 96 kHz. The result of phase delay is shown. Increasing the drive frequency means moving away from the resonance frequency of the vibrating body 15, so that the amplitude of elliptical vibration generated in the protrusion 12 of the vibrating body 15 is reduced. However, as seen in FIG. 12C, a peak occurs in the vicinity of 120 Hz, and the phase delay is not improved as seen in FIG. Thus, the effect which the said Example show | plays cannot be acquired only by adjusting a drive frequency.

以上の説明の通り、本実施形態では、振動型アクチュエータ10の駆動制御において、低速駆動時には高周波域での位相差制御を用い、高速駆動時には周波数制御を用いる。このとき、位相差制御ではパルス幅を小さく設定し、周波数制御では駆動周波数に応じてパルス幅を変更することにより、機械的な共振ピークを低減すると共に位相遅れを改善することができる。こうして、速度の低下を起こすことなく、良好な制御性を得ることができる。   As described above, in the present embodiment, in the drive control of the vibration type actuator 10, the phase difference control in the high frequency region is used during low speed driving, and the frequency control is used during high speed driving. At this time, by setting the pulse width small in the phase difference control and changing the pulse width in accordance with the driving frequency in the frequency control, the mechanical resonance peak can be reduced and the phase delay can be improved. Thus, good controllability can be obtained without causing a reduction in speed.

次に、振動型駆動装置150を適用した電子機器について説明する。図13は、振動型駆動装置150を応用したレンズ駆動機構700の概略構成を示す斜視図である。レンズ駆動機構700は、振動体701、レンズ保持部材702、第1のガイドバー703、第2のガイドバー704、加圧磁石705及びレンズ706を備える。振動体701は、図2に示した振動体15に対応し、第2のガイドバー704は、図2に示した被駆動体11に対応する。図13では、制御装置140を不図示としている。   Next, an electronic device to which the vibration type driving device 150 is applied will be described. FIG. 13 is a perspective view showing a schematic configuration of a lens driving mechanism 700 to which the vibration type driving device 150 is applied. The lens driving mechanism 700 includes a vibrating body 701, a lens holding member 702, a first guide bar 703, a second guide bar 704, a pressure magnet 705, and a lens 706. The vibrating body 701 corresponds to the vibrating body 15 shown in FIG. 2, and the second guide bar 704 corresponds to the driven body 11 shown in FIG. In FIG. 13, the control device 140 is not shown.

第1のガイドバー703及び第2のガイドバー704は、互いに平行に、且つ、これらの長手方向がレンズ706の光軸方向と平行となるように、不図示の基体に保持されている。レンズ保持部材702は、レンズ706を保持する円筒状のホルダ部702a、振動体701と加圧磁石705を保持する保持部702b、第1のガイドバー703が挿通されるガイド部702cを有する。第1のガイドバー703に対してガイド部702cが移動自在に挿通されることにより第1のガイド部が形成される。   The first guide bar 703 and the second guide bar 704 are held by a base (not shown) so as to be parallel to each other and so that the longitudinal direction thereof is parallel to the optical axis direction of the lens 706. The lens holding member 702 includes a cylindrical holder portion 702a that holds the lens 706, a holding portion 702b that holds the vibrating body 701 and the pressing magnet 705, and a guide portion 702c through which the first guide bar 703 is inserted. A first guide portion is formed by inserting a guide portion 702c through the first guide bar 703 so as to be movable.

永久磁石である加圧磁石705と第2のガイドバー704との間には磁気回路が形成され、これら部材間に吸引力が発生することにより、加圧磁石705と第2のガイドバー704との間に配置された振動体701が、第2のガイドバー704へ押し当てられる。これにより、振動体が有する2つの突起部(図2の振動体15の突起部12に対応する)が第2のガイドバー704と加圧接触して、第2のガイド部が形成される。なお、第2のガイド部は、磁気による吸引力を利用してガイド機構を形成しているため、外力を受ける等した場合に振動体701と第2のガイドバー704とが引き離される状態が生じることが予想される。その対策として、レンズ駆動機構700では、レンズ保持部材702に設けられた脱落防止部702dが第2のガイドバー704に当接することで、レンズ保持部材702(振動体701)が所定位置に戻るように構成されている。   A magnetic circuit is formed between the pressure magnet 705, which is a permanent magnet, and the second guide bar 704, and an attractive force is generated between these members, whereby the pressure magnet 705, the second guide bar 704, The vibrating body 701 disposed between the two is pressed against the second guide bar 704. As a result, the two protrusions (corresponding to the protrusion 12 of the vibration member 15 in FIG. 2) of the vibration member are brought into pressure contact with the second guide bar 704 to form the second guide portion. In addition, since the second guide portion forms a guide mechanism using magnetic attraction, when the external force is received, the vibrating body 701 and the second guide bar 704 are separated from each other. It is expected that. As a countermeasure, in the lens driving mechanism 700, the lens holding member 702 (vibrating body 701) returns to a predetermined position by the drop-off preventing portion 702d provided on the lens holding member 702 coming into contact with the second guide bar 704. It is configured.

不図示の制御装置140から所定の駆動電圧を振動体701に供給すると、振動体701が第2のガイドバー704を摩擦駆動し、これにより、レンズ保持部材702はレンズ706の光軸方向に駆動される。なお、ここでは、振動体701がレンズ保持部材702と共に光軸方向に移動するレンズ駆動機構700を取り上げたが、レンズ駆動機構は、固定された振動体に対してレンズを保持した保持部材が被駆動体として光軸方向に移動する構成であってもよい。   When a predetermined drive voltage is supplied from the control device 140 (not shown) to the vibrating body 701, the vibrating body 701 frictionally drives the second guide bar 704, whereby the lens holding member 702 is driven in the optical axis direction of the lens 706. Is done. Here, the lens driving mechanism 700 in which the vibrating body 701 moves in the optical axis direction together with the lens holding member 702 is taken up. However, the lens driving mechanism is configured such that the holding member holding the lens with respect to the fixed vibrating body is covered. The driving body may be configured to move in the optical axis direction.

次に、振動型駆動装置150を一眼レフカメラ等の撮像装置における像ぶれ補正機構に適用した例について説明する。図14(a)は、撮像装置800の外観を示す平面図(上面図)である。図14(b)は、撮像装置800の内部の概略構造を示す図である。撮像装置800は、大略的に、本体810と、本体810に対して着脱自在なレンズ鏡筒820とで構成されている。本体810は、レンズ鏡筒820を通過した光が結像した光学像を画像信号に変換するCCDセンサやCMOSセンサ等の撮像素子830と、撮像装置800の全体的な動作を制御するカメラ制御マイコン840を備える。また、本体810には、カメラ制御マイコン840の制御下で動作する制御装置140が設けられている。   Next, an example in which the vibration type driving device 150 is applied to an image blur correction mechanism in an imaging device such as a single-lens reflex camera will be described. FIG. 14A is a plan view (top view) showing the appearance of the imaging apparatus 800. FIG. FIG. 14B is a diagram illustrating a schematic structure inside the imaging apparatus 800. The imaging apparatus 800 generally includes a main body 810 and a lens barrel 820 that can be attached to and detached from the main body 810. The main body 810 includes an image pickup device 830 such as a CCD sensor or a CMOS sensor that converts an optical image formed by the light passing through the lens barrel 820 into an image signal, and a camera control microcomputer that controls the overall operation of the image pickup apparatus 800. 840. The main body 810 is provided with a control device 140 that operates under the control of the camera control microcomputer 840.

レンズ鏡筒820には、フォーカスレンズやズームレンズ等の複数のレンズLが所定位置に配置されている。また、レンズ鏡筒820には、像ぶれ補正装置850が内蔵されており、像ぶれ補正装置850は、円板部材851、円板部材851に設けられた被駆動体11を有し、円板部材851の中央に形成されている穴部に、像ぶれ補正レンズ852が配置されている。像ぶれ補正装置850は、レンズ鏡筒820の光軸(図14(b)中の一点鎖線)と直交する面内で像ぶれ補正レンズ852を移動させることができるように配置される。   In the lens barrel 820, a plurality of lenses L such as a focus lens and a zoom lens are arranged at predetermined positions. The lens barrel 820 incorporates an image blur correction device 850. The image blur correction device 850 includes a disk member 851, a driven member 11 provided on the disk member 851, and a disk. An image blur correction lens 852 is disposed in a hole formed in the center of the member 851. The image blur correction device 850 is arranged so that the image blur correction lens 852 can be moved in a plane orthogonal to the optical axis of the lens barrel 820 (a chain line in FIG. 14B).

制御装置140により振動体15を駆動することで、レンズ鏡筒820に固定されている振動体15に対し、被駆動体11と円板部材851が光軸と直交する平面内で相対移動し、補正レンズ852が駆動される。なお、ここでは、補正レンズ852を駆動する像ぶれ補正装置について説明したが、これに限らず、撮像素子830を結像面と平行な方向に駆動することで像ぶれ補正装置を構成することもできる。また、円板部材851に振動体15を固定し、被駆動体11をレンズ鏡筒820に固定することにより、振動体15と円板部材851が光軸と直交する平面内で相対移動し、補正レンズ852が駆動される構成としてもよい。   By driving the vibrating body 15 by the control device 140, the driven body 11 and the disk member 851 move relative to the vibrating body 15 fixed to the lens barrel 820 within a plane orthogonal to the optical axis. The correction lens 852 is driven. Here, the image blur correction apparatus that drives the correction lens 852 has been described. However, the present invention is not limited to this, and the image blur correction apparatus may be configured by driving the image sensor 830 in a direction parallel to the imaging plane. it can. Further, by fixing the vibrating body 15 to the disk member 851 and fixing the driven body 11 to the lens barrel 820, the vibrating body 15 and the disk member 851 move relatively in a plane orthogonal to the optical axis, The correction lens 852 may be driven.

振動型駆動装置150を位置決め用ステージ装置において観察対象物が載置されるステージの位置決めに応用した例について説明する。図15は、振動型駆動装置150を備える顕微鏡900の外観斜視図である。顕微鏡900は、撮像素子と光学系を内蔵する撮像部930と、基台上でX−Y面内で移動可能にされるステージ920を有する自動ステージ部910を備える。   An example in which the vibration type driving device 150 is applied to positioning of a stage on which an observation object is placed in a positioning stage device will be described. FIG. 15 is an external perspective view of a microscope 900 including the vibration type driving device 150. The microscope 900 includes an imaging unit 930 including an imaging element and an optical system, and an automatic stage unit 910 having a stage 920 that can be moved in an XY plane on a base.

振動型駆動装置150を構成する制御装置140は、ベースプレート940に配置されているが、これに限定されず、例えば、撮像部930に設けられていてもよい。不図示の振動型アクチュエータ10を構成する振動体15は、少なくとも2つ用いられている。少なくとも1つの振動体15は、被駆動体11に相当するステージ920のX方向駆動に用いられ、振動体15のX方向がステージ920のX方向と一致するように配置される。また、少なくとも1つの別の振動体15は、被駆動体であるステージ920のY方向駆動に用いられ、振動体15のX方向がステージ920のY方向と一致するように配置される。   The control device 140 constituting the vibration type driving device 150 is disposed on the base plate 940, but is not limited thereto, and may be provided in the imaging unit 930, for example. At least two vibrating bodies 15 constituting the vibration type actuator 10 (not shown) are used. At least one vibrating body 15 is used for driving the stage 920 corresponding to the driven body 11 in the X direction, and is arranged so that the X direction of the vibrating body 15 coincides with the X direction of the stage 920. In addition, at least one other vibrating body 15 is used for Y-direction driving of the stage 920 as a driven body, and is arranged so that the X direction of the vibrating body 15 coincides with the Y direction of the stage 920.

被観察物をステージ920の上面に置いて、拡大画像を撮像部930で撮影する場合において観察範囲が広範囲となる場合には、自動ステージ部910を駆動してステージ920をX方向とY方向に移動させて被観察物を移動させる。これにより、多数の撮影画像を撮影し、撮影された画像を不図示のコンピュータで画像処理により結合させることで、観察範囲が広く、しかも高精細な1枚の画像を取得することができる。   When the observation object is placed on the upper surface of the stage 920 and an enlarged image is captured by the imaging unit 930, when the observation range becomes wide, the automatic stage unit 910 is driven to move the stage 920 in the X direction and the Y direction. Move the object to be observed. As a result, a large number of captured images are captured, and the captured images are combined by image processing with a computer (not shown), thereby obtaining a single image with a wide observation range and high definition.

なお、図13乃至図15を参照して、振動型駆動装置150を適用した撮像装置及び位置決めステージ装置について説明したが、振動型駆動装置150の具体的な適用例はこれらに制限されるものではない。振動型駆動装置150は、振動型アクチュエータ10の駆動による位置決めが必要とされる部品を備える電子機器に広く適用が可能である。   The imaging device and the positioning stage device to which the vibration type driving device 150 is applied have been described with reference to FIGS. 13 to 15, but specific application examples of the vibration type driving device 150 are not limited to these. Absent. The vibration type driving device 150 can be widely applied to electronic devices including components that require positioning by driving the vibration type actuator 10.

以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。例えば、上記実施形態では、振動体15が固定され、被駆動体11が移動体として移動する構成で説明したが、逆に、被駆動体11が固定され、振動体15を移動体として移動させる構成であっても、効果に何ら変わりはない。また、指令値生成部101は、被駆動体11の位置に関する指令値を、位置検出部145による位置信号141に基づいて求めるとしたが、これに限らず、被駆動体11の速度を検出し、検出した速度から求めるようにしてもよい。制御部120や駆動部130は、上述した機能を実現することができる限りにおいて、その構成(使用されている電子デバイスや電気部品)は限定されるものではない。また、制御装置140として、圧電素子14を2相に分けて駆動する2相駆動の構成を取り上げたが、本発明は2相駆動の振動型アクチュエータに限定されるものではなく、3相以上の複数の交流電圧で駆動する振動型アクチュエータにも適用が可能である。   Although the present invention has been described in detail based on preferred embodiments thereof, the present invention is not limited to these specific embodiments, and various forms within the scope of the present invention are also included in the present invention. included. For example, in the above embodiment, the vibration body 15 is fixed and the driven body 11 is moved as a moving body. Conversely, the driven body 11 is fixed and the vibration body 15 is moved as a moving body. Even the configuration does not change the effect. Further, the command value generation unit 101 obtains the command value related to the position of the driven body 11 based on the position signal 141 from the position detection unit 145, but is not limited thereto, and detects the speed of the driven body 11. Alternatively, it may be obtained from the detected speed. As long as the control part 120 and the drive part 130 can implement | achieve the function mentioned above, the structure (the electronic device and electric component currently used) is not limited. Further, as the control device 140, the configuration of the two-phase drive in which the piezoelectric element 14 is driven in two phases is taken up. However, the present invention is not limited to the two-phase drive vibration type actuator, and more than three phases are used. The present invention can also be applied to a vibration type actuator that is driven by a plurality of AC voltages.

本発明は、上述した実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサがプログラムを読み出して実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。   The present invention supplies a program that realizes one or more functions of the above-described embodiments to a system or apparatus via a network or a storage medium, and one or more processors in a computer of the system or apparatus read the program. It can also be realized by processing to be executed. It can also be realized by a circuit (for example, ASIC) that realizes one or more functions.

10 振動型アクチュエータ
11 被駆動体
14 圧電素子
15 振動体
102 制御量演算部
106 判定部(位相差−周波数判定部)
107 パルス幅調整部
111 交流信号生成部
120 制御部
130 駆動部
140 制御装置
145 位置検出部
150 振動型駆動装置
165 パルス信号生成部
700 レンズ駆動機構
800 撮像装置
900 顕微鏡
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Vibration type actuator 11 Driven body 14 Piezoelectric element 15 Vibrating body 102 Control amount calculation part 106 Determination part (Phase difference-frequency determination part)
Reference Signs List 107 pulse width adjustment unit 111 AC signal generation unit 120 control unit 130 drive unit 140 control unit 145 position detection unit 150 vibration type drive unit 165 pulse signal generation unit 700 lens drive mechanism 800 imaging device 900 microscope

Claims (13)

電気−機械エネルギ変換素子と弾性体とが接合されてなる振動体と、前記振動体と加圧接触する被駆動体とを有する振動型アクチュエータと、
前記振動型アクチュエータの駆動を制御する制御装置と、を有し、
前記制御装置により前記電気−機械エネルギ変換素子に複数の交流電圧が印加されることによって前記振動体に励起された振動によって前記振動体と前記被駆動体とが相対的に移動する振動型駆動装置であって、
前記制御装置は、
第1のパルス幅と前記第1のパルス幅より大きい第2のパルス幅との間でパルス幅が変化するパルス信号に基づいて前記交流電圧を生成する生成手段と、
前記複数の交流電圧の位相差と周波数を操作パラメータとして、前記振動体と前記被駆動体との相対的な位置または速度をフィードバック制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記振動型アクチュエータの停止時と低速駆動時には、前記パルス信号のパルス幅を前記第1のパルス幅に固定してその位相差を操作し、前記振動型アクチュエータの高速駆動時には、前記パルス信号のパルス幅を前記第1のパルス幅から前記第2のパルス幅の範囲で変化させると共にその周波数を操作することを特徴とする振動型駆動装置。
A vibration type actuator having a vibrating body in which an electro-mechanical energy conversion element and an elastic body are joined, and a driven body in pressure contact with the vibrating body;
A control device for controlling the driving of the vibration type actuator,
A vibration type driving device in which the vibration body and the driven body move relatively by vibration excited by the vibration body by applying a plurality of AC voltages to the electro-mechanical energy conversion element by the control device. Because
The controller is
Generating means for generating the AC voltage based on a pulse signal whose pulse width varies between a first pulse width and a second pulse width greater than the first pulse width;
Control means for feedback-controlling the relative position or speed of the vibrating body and the driven body using the phase difference and frequency of the plurality of AC voltages as operation parameters;
The control means operates the phase difference by fixing the pulse width of the pulse signal to the first pulse width when the vibration actuator is stopped and driven at low speed, and at the time of high speed driving of the vibration actuator, A vibration type driving device characterized in that the pulse width of the pulse signal is changed in the range from the first pulse width to the second pulse width and the frequency is manipulated.
前記第1のパルス幅のパルス信号は、前記第2のパルス幅のパルス信号よりも、基本波に対する2倍高調波または3倍高調波の比が大きいことを特徴とする請求項1に記載の振動型駆動装置。   The pulse signal having the first pulse width has a ratio of the second harmonic or the third harmonic to the fundamental wave larger than that of the pulse signal having the second pulse width. Vibration type drive device. 前記パルス信号は、矩形波であり、
前記第1のパルス幅のパルス信号は、デューティ比が25%以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載の振動型駆動装置。
The pulse signal is a rectangular wave,
3. The vibration type driving device according to claim 1, wherein the pulse signal having the first pulse width has a duty ratio of 25% or less. 4.
前記制御手段は、前記パルス信号のパルス幅を前記第1のパルス幅とする場合の制御ゲインを、前記第2のパルス幅とする場合の制御ゲインよりも大きくすることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の振動型駆動装置。   2. The control means according to claim 1, wherein the control gain when the pulse width of the pulse signal is the first pulse width is larger than the control gain when the second pulse width is used. 4. The vibration type driving device according to any one of items 1 to 3. 前記制御手段は、前記複数の交流電圧の周波数の制御ゲインよりも位相差の制御ゲインを大きくすることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の振動型駆動装置。   5. The vibration type driving apparatus according to claim 1, wherein the control unit increases a control gain of a phase difference more than a control gain of a frequency of the plurality of AC voltages. 電気−機械エネルギ変換素子と弾性体とが接合されてなる振動体と、前記振動体と加圧接触する被駆動体とを有する振動型アクチュエータと、
前記振動型アクチュエータの駆動を制御する制御装置と、を有し、
前記制御装置により前記電気−機械エネルギ変換素子に複数の交流電圧が印加されることによって前記振動体に励起された振動によって前記振動体と前記被駆動体とが相対的に移動する振動型駆動装置であって、
前記制御装置は、
基本波に対する高調波の比が互いに異なる第1のパルス信号と第2のパルス信号に基づいて前記交流電圧を生成する生成手段と、
前記複数の交流電圧の位相差と周波数を操作パラメータとして、前記振動体と前記被駆動体との相対的な位置または速度をフィードバック制御する制御手段と、を備え、
前記第1のパルス信号は、前記第2のパルス信号よりも基本波に対する高調波の比が大きく、
前記制御手段は、前記振動型アクチュエータの停止時と低速駆動時には、前記第1のパルス信号を用いると共にその位相差を操作し、前記振動型アクチュエータの高速駆動時には、前記第1のパルス信号と前記第2のパルス信号の範囲で高調波の比を変えたパルス信号を用いると共にその周波数を操作することを特徴とする振動型駆動装置。
A vibration type actuator having a vibrating body in which an electro-mechanical energy conversion element and an elastic body are joined, and a driven body in pressure contact with the vibrating body;
A control device for controlling the driving of the vibration type actuator,
A vibration type driving device in which the vibration body and the driven body move relatively by vibration excited by the vibration body by applying a plurality of AC voltages to the electro-mechanical energy conversion element by the control device. Because
The controller is
Generating means for generating the AC voltage based on a first pulse signal and a second pulse signal having different harmonic ratios relative to the fundamental wave;
Control means for feedback-controlling the relative position or speed of the vibrating body and the driven body using the phase difference and frequency of the plurality of AC voltages as operation parameters;
The first pulse signal has a higher ratio of harmonics to the fundamental than the second pulse signal,
The control means uses the first pulse signal and operates the phase difference when the vibration actuator is stopped and driven at a low speed, and operates the phase difference between the first pulse signal and the vibration actuator when the vibration actuator is driven at a high speed. A vibration type driving apparatus characterized by using a pulse signal whose harmonic ratio is changed in the range of the second pulse signal and operating the frequency thereof.
前記高調波は、2倍高調波または3倍高調波であることを特徴とする請求項6に記載の振動型駆動装置。   The vibration type driving apparatus according to claim 6, wherein the harmonic is a second harmonic or a third harmonic. 前記第1のパルス信号での基本波に対する高調波の比は50%以上であることを特徴とする請求項6又は7に記載の振動型駆動装置。   8. The vibration type driving device according to claim 6, wherein a ratio of a harmonic to a fundamental wave in the first pulse signal is 50% or more. 前記振動体に励起される振動は、前記振動体と前記被駆動体とを加圧接触させる加圧方向への突き上げ振動と、前記加圧方向と直交する方向への送り振動とを含むことを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の振動型駆動装置。   The vibration excited by the vibrating body includes a pushing-up vibration in a pressurizing direction that pressurizes and contacts the vibrating body and the driven body, and a feed vibration in a direction orthogonal to the pressurizing direction. The vibration type driving device according to claim 1, wherein the vibration type driving device is a vibration type driving device. 前記振動体と前記被駆動体との相対的な位置を検出する位置検出手段を有することを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の振動型駆動装置。   10. The vibration type driving device according to claim 1, further comprising a position detecting unit configured to detect a relative position between the vibrating body and the driven body. 電気−機械エネルギ変換素子と弾性体とが接合されてなる振動体と、前記振動体と加圧接触する被駆動体とを有する振動型アクチュエータの制御方法であって、
前記電気−機械エネルギ変換素子に複数の交流電圧を印加することによって前記振動体に励起した振動によって前記振動体と前記被駆動体の一方を移動体として他方に対して相対的に移動させる駆動ステップと、
前記移動体の位置を検出する検出ステップと、
前記検出ステップで検出した前記移動体の位置に基づき、前記複数の交流電圧の位相差と周波数を操作パラメータとして、前記駆動ステップにおける前記移動体の位置または速度をフィードバック制御する制御ステップと、を有し、
前記制御ステップでは、第1のパルス幅と前記第1のパルス幅より大きい第2のパルス幅との範囲でパルス幅が変化するパルス信号に基づいて前記交流電圧を生成し、前記振動型アクチュエータの停止時と低速駆動時には、前記パルス信号のパルス幅を前記第1のパルス幅に固定してその位相差を操作し、前記振動型アクチュエータの高速駆動時には、前記パルス信号のパルス幅を前記第1のパルス幅から前記第2のパルス幅の範囲で変化させると共にその周波数を操作することを特徴とする振動型アクチュエータの制御方法。
A control method for a vibration type actuator comprising: a vibrating body in which an electromechanical energy conversion element and an elastic body are joined; and a driven body in pressure contact with the vibrating body,
A driving step of moving one of the vibrating body and the driven body relative to the other as a moving body by vibration excited on the vibrating body by applying a plurality of alternating voltages to the electromechanical energy conversion element When,
A detecting step for detecting the position of the moving body;
And a control step for feedback control of the position or speed of the moving body in the driving step based on the phase difference and frequency of the plurality of AC voltages based on the position of the moving body detected in the detecting step. And
In the control step, the AC voltage is generated based on a pulse signal whose pulse width changes in a range of a first pulse width and a second pulse width larger than the first pulse width, and the vibration actuator When stopping and driving at low speed, the pulse width of the pulse signal is fixed to the first pulse width and the phase difference is manipulated. When driving the vibration actuator at high speed, the pulse width of the pulse signal is set to the first pulse width. A control method for a vibration type actuator, wherein the frequency is changed within the range of the pulse width of the second pulse width and the frequency is manipulated.
電気−機械エネルギ変換素子と弾性体とが接合されてなる振動体と、前記振動体と加圧接触する被駆動体とを有する振動型アクチュエータの制御方法であって、
前記電気−機械エネルギ変換素子に複数の交流電圧を印加することによって前記振動体に励起した振動によって前記振動体と前記被駆動体の一方を移動体として他方に対して相対的に移動させる駆動ステップと、
前記移動体の位置を検出する検出ステップと、
前記検出ステップで検出した前記移動体の位置に基づき、前記複数の交流電圧の位相差と周波数を操作パラメータとして、前記駆動ステップにおける前記移動体の位置または速度をフィードバック制御する制御ステップと、を有し、
前記制御ステップでは、第1のパルス信号と、基本波に対する高調波の比が前記第1のパルス信号よりも小さい第2のパルス信号に基づいて前記交流電圧を生成し、前記振動型アクチュエータの停止時と低速駆動時には、前記第1のパルス信号を用いると共にその位相差を操作し、前記振動型アクチュエータの高速駆動時には、前記第1のパルス信号と前記第2のパルス信号の範囲で高調波の比を変えたパルス信号を用いると共にその周波数を操作することを特徴とする振動型アクチュエータの制御方法。
A control method for a vibration type actuator comprising: a vibrating body in which an electromechanical energy conversion element and an elastic body are joined; and a driven body in pressure contact with the vibrating body,
A driving step of moving one of the vibrating body and the driven body relative to the other as a moving body by vibration excited on the vibrating body by applying a plurality of alternating voltages to the electromechanical energy conversion element When,
A detecting step for detecting the position of the moving body;
And a control step for feedback control of the position or speed of the moving body in the driving step based on the phase difference and frequency of the plurality of AC voltages based on the position of the moving body detected in the detecting step. And
In the control step, the AC voltage is generated based on a first pulse signal and a second pulse signal in which a ratio of harmonics to a fundamental wave is smaller than the first pulse signal, and the vibration type actuator is stopped. When driving at low speed, the first pulse signal is used and the phase difference is manipulated. When the vibration actuator is driven at high speed, harmonics are generated in the range of the first pulse signal and the second pulse signal. A control method of a vibration type actuator characterized by using a pulse signal with a changed ratio and operating the frequency thereof.
請求項1乃至10のいずれか1項に記載の振動型駆動装置と、
前記振動型駆動装置が有する振動型アクチュエータの駆動によって位置決めされる部品と、を有することを特徴とする電子機器。
A vibration type driving device according to any one of claims 1 to 10,
An electronic device comprising: a component positioned by driving of a vibration type actuator included in the vibration type driving device.
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