JP2640105B2 - 圧電素子駆動回路 - Google Patents
圧電素子駆動回路Info
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- JP2640105B2 JP2640105B2 JP62254366A JP25436687A JP2640105B2 JP 2640105 B2 JP2640105 B2 JP 2640105B2 JP 62254366 A JP62254366 A JP 62254366A JP 25436687 A JP25436687 A JP 25436687A JP 2640105 B2 JP2640105 B2 JP 2640105B2
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- displacement
- signal
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- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
- Oscillators With Electromechanical Resonators (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、圧電素子の逆圧電効果を利用した電気→機
械変換アクチュエータの駆動装置として使用される。
械変換アクチュエータの駆動装置として使用される。
例えば、STM（走査型トンネル顕微鏡），半導体製造
装置,X−Ｙステージ，磁気記録装置のトラッキング機
構，光学機器の自動絞り又は自動焦点機構等の位置決め
装置として広く利用される。
装置,X−Ｙステージ，磁気記録装置のトラッキング機
構，光学機器の自動絞り又は自動焦点機構等の位置決め
装置として広く利用される。
本発明は、圧電素子駆動回路において、本来圧電素子
変位駆動に係る変位目標信号に、圧電素子の共振周波数
より十分高周波な他の信号を重畳し、圧電素子の変位時
における圧電素子の等価容量変化に連動する該高周波信
号の圧電素子を介在した結果である振幅変化を補正信号
として帰還し、該変位目標信号を補正することにより、
圧電素子駆動時における変位特性を補正し線形化するも
のである。
変位駆動に係る変位目標信号に、圧電素子の共振周波数
より十分高周波な他の信号を重畳し、圧電素子の変位時
における圧電素子の等価容量変化に連動する該高周波信
号の圧電素子を介在した結果である振幅変化を補正信号
として帰還し、該変位目標信号を補正することにより、
圧電素子駆動時における変位特性を補正し線形化するも
のである。
従来よりの圧電素子の駆動回路としては、圧電素子の
印加電圧を直接に変位目標信号とする電界駆動方式の一
般的な第１の方式と、圧電素子の等価容量に充放電され
る電荷を制御する第２の方式が存在する。
印加電圧を直接に変位目標信号とする電界駆動方式の一
般的な第１の方式と、圧電素子の等価容量に充放電され
る電荷を制御する第２の方式が存在する。
第１の方式に係る概略回路図例を第２図に、第２の方
式に係る概略回路図例を第３図に夫々示す。
式に係る概略回路図例を第３図に夫々示す。
第２図において、変位目標信号S1は抵抗器３及び４に
より電圧利得が決定される演算増幅器１を介在し圧電素
子２に印加される。
より電圧利得が決定される演算増幅器１を介在し圧電素
子２に印加される。
また、第３図において、変位目標信号S2は演算増幅器
５を介在し圧電素子６に印加されるが、抵抗器８及びコ
ンデンサ９により構成される回路により圧電素子６の等
価容量に充放電される電荷に相当する電圧が帰還され
る。従って電荷制御回路を構成している。
５を介在し圧電素子６に印加されるが、抵抗器８及びコ
ンデンサ９により構成される回路により圧電素子６の等
価容量に充放電される電荷に相当する電圧が帰還され
る。従って電荷制御回路を構成している。
前記第２図に示す第１の方式においては、印加電圧に
対する変位の特性が履歴のある非線形な特性となること
が知られている。このような特性においては、印加電圧
の増加時の変位と減少時の変位間に偏差が生じるため、
高精度な位置決めには不都合である。又、圧電素子を駆
動することにより検出体を走査し物体の画像情報を得る
ような装置、例えばSTM（走査型トンネル顕微鏡）等に
おいては、前記非線形な特性は画像の歪みの原因とな
る。
対する変位の特性が履歴のある非線形な特性となること
が知られている。このような特性においては、印加電圧
の増加時の変位と減少時の変位間に偏差が生じるため、
高精度な位置決めには不都合である。又、圧電素子を駆
動することにより検出体を走査し物体の画像情報を得る
ような装置、例えばSTM（走査型トンネル顕微鏡）等に
おいては、前記非線形な特性は画像の歪みの原因とな
る。
次に、第３図に示す第２の方式においては、変位目標
信号S2に対し、圧電素子６の変位が線形な特性となる基
本構成であるが、圧電素子６の等価容量に充電された電
荷の漏れ電流による影響が無視できない。更に、漏れ電
流による影響は圧電素子６の等価容量が小さい場合には
顕著となる。
信号S2に対し、圧電素子６の変位が線形な特性となる基
本構成であるが、圧電素子６の等価容量に充電された電
荷の漏れ電流による影響が無視できない。更に、漏れ電
流による影響は圧電素子６の等価容量が小さい場合には
顕著となる。
前記漏れ電流の影響は、圧電素子６の静的な変位保持
時間を制限するものである。
時間を制限するものである。
前記第２の方式においては、圧電素子６の片側は接地
となっていないため、複数の圧電素子を同時に駆動する
場合に共通な電極を設けられない等の問題点がある。
となっていないため、複数の圧電素子を同時に駆動する
場合に共通な電極を設けられない等の問題点がある。
本発明では、前記第１の方式の問題点を解決するため
に、圧電素子駆動時の等価容量変化を検出し変位目標信
号を補正することにより、圧電素子には、線形な変位特
性を得るための校正信号が印加される構成となってい
る。
に、圧電素子駆動時の等価容量変化を検出し変位目標信
号を補正することにより、圧電素子には、線形な変位特
性を得るための校正信号が印加される構成となってい
る。
更に、前記第２の方式の問題点を解決するために、圧
電素子駆動時の等価容量変化の検出は、圧電素子変位に
直接影響を与えない高周波信号の振幅変化を利用してお
り、変位特性補正用の帰還は圧電素子駆動系とは、周波
数帯域上分離して行われる。
電素子駆動時の等価容量変化の検出は、圧電素子変位に
直接影響を与えない高周波信号の振幅変化を利用してお
り、変位特性補正用の帰還は圧電素子駆動系とは、周波
数帯域上分離して行われる。
本発明では、圧電素子駆動時の印加電圧すなわち電界
に対する分極特性が非線形かつ履歴のある特性となる理
由が、圧電素子の誘電率の変化すなわち等価容量の変化
であることを利用している。また、分極に対する変位特
性すなわち電荷に対する変位特性が線形であることは従
来技術の項記載の第２の方式に基づいた装置により実証
されている。従って、本発明に基づく方式を応用した装
置において、変位目標信号に対して線形な圧電素子の変
位特性となる。
に対する分極特性が非線形かつ履歴のある特性となる理
由が、圧電素子の誘電率の変化すなわち等価容量の変化
であることを利用している。また、分極に対する変位特
性すなわち電荷に対する変位特性が線形であることは従
来技術の項記載の第２の方式に基づいた装置により実証
されている。従って、本発明に基づく方式を応用した装
置において、変位目標信号に対して線形な圧電素子の変
位特性となる。
更に、前記手段すなわち圧電素子駆動系と周波数帯域
上分離した帰還補正により、装置の構成が圧電素子の静
的な変位保持に影響を与えることはない。また、圧電素
子の片側端子が接地となっているために、共通な電極を
設けることは可能である。
上分離した帰還補正により、装置の構成が圧電素子の静
的な変位保持に影響を与えることはない。また、圧電素
子の片側端子が接地となっているために、共通な電極を
設けることは可能である。
以下、図面に基づいて本発明の実施例について説明す
る。
る。
第１図は本発明に基づく実施例１のブロック図であ
り、第４図は本発明に基づく実施例２のブロック図であ
る。
り、第４図は本発明に基づく実施例２のブロック図であ
る。
以下に各々の実施例について説明する。
（実施例１） 第１図において、変位目標信号S3に、圧電素子11の共
振周波数より十分高周波であり、かつ抵抗器12と圧電素
子11の等価容量により構成される１次遅れ回路のカット
オフ周波数より高周波である、周波数f0の信号S7が加算
器17で重畳される。該重畳された変位目標信号S3は、圧
電素子駆動用増幅器10により増幅され圧電素子11を駆動
する。この時、圧電素子11の等価抵抗は約103MΩ以上と
非常に大きいため抵抗器12の値は変位駆動に関しては無
視され、電気的時定数を増大させるためにのみ寄与す
る。
振周波数より十分高周波であり、かつ抵抗器12と圧電素
子11の等価容量により構成される１次遅れ回路のカット
オフ周波数より高周波である、周波数f0の信号S7が加算
器17で重畳される。該重畳された変位目標信号S3は、圧
電素子駆動用増幅器10により増幅され圧電素子11を駆動
する。この時、圧電素子11の等価抵抗は約103MΩ以上と
非常に大きいため抵抗器12の値は変位駆動に関しては無
視され、電気的時定数を増大させるためにのみ寄与す
る。
圧電素子11の端子電圧は、緩衝用増幅器13を介在し、
中心周波数f0の帯域通過フィルタ14により重畳信号の周
波数成分となる。さらに重畳信号の振幅は、エンベロー
プ検出器15により検出され、可変利得、増幅器16を介在
し加算器17に帰還される。可変利得増幅器16の利得は、
信号G1により適正な補正量となるように設定される。
中心周波数f0の帯域通過フィルタ14により重畳信号の周
波数成分となる。さらに重畳信号の振幅は、エンベロー
プ検出器15により検出され、可変利得、増幅器16を介在
し加算器17に帰還される。可変利得増幅器16の利得は、
信号G1により適正な補正量となるように設定される。
該補正信号S4は変位目標信号S3と加算器17で加算さ
れ、駆動用増幅器10を介在し圧電素子11に印加され圧電
素子11の変位特性は線形化される。
れ、駆動用増幅器10を介在し圧電素子11に印加され圧電
素子11の変位特性は線形化される。
可変利得増幅器16の利得調整信号G1による設定は、圧
電素子11の種類すなわち等価容量の異なったものを使用
する場合ごとに行われる。
電素子11の種類すなわち等価容量の異なったものを使用
する場合ごとに行われる。
（実施例２） 基本動作は実施例１と同様であるが、圧電素子20の駆
動時の該等価容量変化の検出のためにロックインアンプ
を用いた。
動時の該等価容量変化の検出のためにロックインアンプ
を用いた。
ロックインアンプは第４図における移相器23、位相検
波器24,低域通過フィルタ25,発振器28による一般的な構
成となっている。また発振器28の出力がロックインアン
プの基準信号となる。
波器24,低域通過フィルタ25,発振器28による一般的な構
成となっている。また発振器28の出力がロックインアン
プの基準信号となる。
第４図において、圧電素子20の端子電圧は、緩衝用増
幅器22を介在し、移相器23により発振器28の高周波信号
S8の位相がシフトされる。さらに移相器23の出力と高周
波信号S8すなわちロックインアンプの基準信号とは、位
相検波器24により掛算され、低域通過フィルタ25により
高周波信号S8以上の周波数はカットされた後、可変利得
増幅器26を介在し補正信号S6となる。
幅器22を介在し、移相器23により発振器28の高周波信号
S8の位相がシフトされる。さらに移相器23の出力と高周
波信号S8すなわちロックインアンプの基準信号とは、位
相検波器24により掛算され、低域通過フィルタ25により
高周波信号S8以上の周波数はカットされた後、可変利得
増幅器26を介在し補正信号S6となる。
本実施例における位相検波器24と低域通過フィルタ25
の機能は、実施例１における帯域フィルタ14とエンベロ
ープ検出器15に対応する。
の機能は、実施例１における帯域フィルタ14とエンベロ
ープ検出器15に対応する。
本実施例の場合も、該補正信号S6は変位目標信号S5と
加算器27で加算され、駆動用増幅器19を介在し圧電素子
20に印加され圧電素子20の変位特性は線形化される。
加算器27で加算され、駆動用増幅器19を介在し圧電素子
20に印加され圧電素子20の変位特性は線形化される。
前記の構成の本発明によれば、走査型トンネル顕微鏡
等において、圧電素子の変位特性が線型化され、像の歪
みが補正され適正な観察が可能となる。さらに本発明に
よれば、圧電素子の変位特性の線形化は安定に行われ時
間の制約を受けない、圧電素子の種類による設定も用意
に行われる。
等において、圧電素子の変位特性が線型化され、像の歪
みが補正され適正な観察が可能となる。さらに本発明に
よれば、圧電素子の変位特性の線形化は安定に行われ時
間の制約を受けない、圧電素子の種類による設定も用意
に行われる。
第１図は本発明に基づく実施例１のブロック図、第２図
及び第３図は従来の圧電素子駆動回路図、第４図は本発
明に基づく実施例２のブロック図である。 11,20……圧電素子 S3,S5……変位目標信号 S7,S8……高周波信号 S4,S6……補正信号
及び第３図は従来の圧電素子駆動回路図、第４図は本発
明に基づく実施例２のブロック図である。 11,20……圧電素子 S3,S5……変位目標信号 S7,S8……高周波信号 S4,S6……補正信号
Claims (1)
- 【請求項１】圧電素子を駆動する変位目標信号に、該圧
電素子の変位に直接影響を与えない、該圧電素子の共振
周波数より高周波な信号を重畳し、該高周波信号の圧電
素子を介在した結果である振幅変化を補正信号として帰
還し、該変位目標信号を補正することを特徴とする圧電
素子駆動回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62254366A JP2640105B2 (ja) | 1987-10-08 | 1987-10-08 | 圧電素子駆動回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62254366A JP2640105B2 (ja) | 1987-10-08 | 1987-10-08 | 圧電素子駆動回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0196972A JPH0196972A (ja) | 1989-04-14 |
| JP2640105B2 true JP2640105B2 (ja) | 1997-08-13 |
Family
ID=17263990
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62254366A Expired - Fee Related JP2640105B2 (ja) | 1987-10-08 | 1987-10-08 | 圧電素子駆動回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2640105B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000028624A (ja) * | 1998-05-04 | 2000-01-28 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | 走査型力顕微鏡およびそのプロ―ブ・ティップの動きを制御する方法 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5792949B2 (ja) * | 2010-12-14 | 2015-10-14 | キヤノン株式会社 | 撮像装置 |
-
1987
- 1987-10-08 JP JP62254366A patent/JP2640105B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000028624A (ja) * | 1998-05-04 | 2000-01-28 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | 走査型力顕微鏡およびそのプロ―ブ・ティップの動きを制御する方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0196972A (ja) | 1989-04-14 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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