JP4666055B2 - 駆動装置及び駆動方法 - Google Patents

Description

本発明は、電気エネルギーを受けて機械的若しくは電気的な振動を生じる素子を駆動する駆動装置及び駆動方法に係り、例えば、圧電素子を用いた小型ファンの駆動装置及び駆動方法に関するものである。

近年の携帯機器は高い情報処理能力と美的なデザインの両方を要求されていることから、狭い筐体内に高温となるＩＣを収容せざるを得ない場合が多く、ＩＣから放射される熱を適切に放熱することが課題になっている。羽根を回転させて風を起こす従来のファンは、種々の電子機器の放熱部品として採用されているが、小型化、低消費電力化、低騒音化の点で問題があるため携帯機器への搭載が難しい。このような従来のファンに代わるものとして、圧電素子を用いた小型のファンが研究されている。

図７は、圧電素子を用いた小型ファンの外観の一例を示す図である。図７（Ａ）は平面図を示し、図７（Ｂ)は側面図を示す。図７に示すファンは、矩形の金属シート１０１に圧電セラミックスなどの圧電素子１０２を貼り付けて構成される。金属シート１０１は、その一端が筐体等に固定され、他方の端が解放状態になっている。圧電素子１０２に電極１０３が接合され、金属シートに電極１０４が接合される。電極１０３，１０４には、図８（Ａ）に示すように駆動用の交流電源ＡＣが接続される。圧電素子１０２に交流電圧が印加されると、圧電素子１０２が周期的に伸縮し、金属シート１０１が振り動かされる。金属シート１０１が団扇のように振られることで風が生じる。

圧電素子を用いたファンは、図７に示すように構造が簡易であり、従来のファンに比べて小型化が容易である。また、消費電力が小さく騒音を抑制し易いという利点も備えている。

ところで、図７に示すファンは、形状や大きさ、材質等によって定まる機械的な共振周波数（固有振動数）を持っている。この固有振動数は、例えば金属シート１０１を自由振動させたときの周波数として観測される。固有振動数と同じ周波数の交流電圧が供給された場合に金属シート１０１の振幅が最大となり、交流電圧の周波数が固有振動数より僅かにずれると振幅が急激に小さくなる。そのため、効率良くファンを駆動するためには、交流電圧の周波数をファンの固有振動数に合わせる必要がある。

例えば、ファンの固有振動数の平均値を予め取得しておき、交流電圧の周波数をその平均値に合わせて調整する方法が考えられる。しかしながらこの方法では、製造上のばらつきによってファンの固有振動数が平均値からずれていると、十分なファンの振幅を得られない場合がある。また、各ファンの固有振動数を測定して、その測定値と一致するように交流電圧の周波数を調整する方法も考えられるが、この方法でも、温度変化や経時変化によって交流電圧の周波数が変動する場合には、振幅の低下が避けられない。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、電気エネルギーを受けて機械的若しくは電気的な振動を生じる素子を、その固有振動数に近似した周波数で効率良く駆動することができる駆動装置及び駆動方法を提供することにある。

本発明の第１の観点に係る駆動装置は、電気エネルギーを受けて機械的若しくは電気的な振動を生じる素子を駆動する装置であり、第１動作モードにおいて、設定された周期若しくは周波数を持つ駆動信号を上記素子に供給し、第２動作モードにおいて、上記素子への上記駆動信号の供給を停止する駆動部と、上記第２動作モードにおいて、上記素子に生じる自由振動の周期若しくは周波数を検出する検出部と、動作モードを上記第１動作モードと上記第２動作モードとに交互に切り替えながら、上記第２動作モードにおける上記検出部の検出結果に近づくように、上記第１動作モードにおける上記駆動信号の周期若しくは周波数を調節する制御部とを有する。

上記駆動装置によれば、上記素子に上記駆動信号を供給する上記第１動作モードと、上記駆動信号の供給を停止した状態で上記素子に生じる自由振動の周期を検出する上記第２動作モードとが交互に繰り返され、上記第２動作モードにおける上記素子の自由振動周期の検出結果に近づくように、上記第１動作モードにおける上記駆動信号の周期が調節される。

好適には、上記検出部は、上記自由振動時に上記素子が発生する電気信号の周期若しくは周波数を検出してよい。

好適には、上記駆動部は、上記第２動作モードにおいて上記駆動信号の出力を高インピーダンス状態としてよく、上記検出部は、上記素子への上記駆動信号の供給ラインを介して上記電気信号を入力してよい。

好適には、上記制御部は、上記第１動作モードにおける上記駆動信号の周期若しくは周波数を、当該第１動作モードの直前の上記第２動作モードにおける上記検出部の検出結果、又は、当該第１動作モードの直前まで反復された一連の複数回の上記第２動作モードにおける上記検出部の検出結果に基づいて設定してよい。

好適には、上記制御部は、上記第１動作モードにおける上記駆動信号の周期若しくは周波数の設定値と当該第１動作モードの直後の上記第２動作モードにおける上記検出部の検出値との差が第１のしきい値を超える場合、次の上記第１動作モードにおいてＮサイクル（Ｎは１以上の整数を示す）の上記駆動信号が出力された後、動作モードを上記第２動作モードに切り替えてよい。

好適には、上記制御部は、上記差が上記第１のしきい値より小さい場合、次の上記第１動作モードにおいて上記Ｎサイクルより多い所定サイクルの上記駆動信号が出力された後、動作モードを上記第２動作モードに切り替えてもよいし、又は、次の上記第１動作モードにおいて上記駆動信号が上記Ｎサイクルの期間より長い所定の時間出力された後、動作モードを上記第２動作モードに切り替えてもよいし、又は、動作モードを上記第１動作モードに固定してもよい。

好適には、上記制御部は、上記Ｎサイクルの駆動信号を出力する上記第１動作モードが連続して所定の回数若しくは所定の時間繰り返された場合、上記素子の振動の異常を示す信号を出力してよい。

好適には、上記制御部は、上記検出値が所定の範囲から外れる場合、次の上記第１動作モードにおける上記駆動信号の周期若しくは周波数を所定の下限値若しくは上限値に設定し、以降、上記差が上記第１のしきい値より小さくなるまでの間において、上記検出値が上記所定の範囲から外れる場合には、次の上記第１動作モードにおける上記駆動信号の周期若しくは周波数を前回の上記第１動作モードにおける上記駆動信号の周期若しくは周波数に比べて所定の増分値若しくは減分値だけ変化させてよい。
あるいは、上記制御部は、上記差が上記第１のしきい値より大きい第２のしきい値を超える場合、次の上記第１動作モードにおける上記駆動信号の周期若しくは周波数を所定の下限値若しくは上限値に設定し、以降、上記差が上記第１のしきい値より小さくなるまでの間において、上記差が上記第２のしきい値を超える場合には、次の上記第１動作モードにおける上記駆動信号の周期若しくは周波数を前回の上記第１動作モードにおける上記駆動信号の周期若しくは周波数に比べて所定の増分値若しくは減分値だけ変化させてもよい。

好適には、上記制御部は、上記第１動作モードの開始時における上記駆動信号の位相を、前回の上記第１動作モードにおける上記駆動信号が当該開始時において持ち得る位相に合わせてよい。

好適には、上記駆動装置は、上記電気信号を２値信号に変換する２値化部を有してよい。この場合、上記検出部は、上記２値信号において連続する２つのパルスの中心の時間間隔を検出してよい。

本発明の第２の観点に係る駆動方法は、電気エネルギーを受けて機械的若しくは電気的な振動を生じる素子を駆動する駆動方法であって、設定された周期又は周波数の駆動信号を所定の期間上記素子に供給する第１のステップと、上記素子の自由振動により発生する電気信号の周期又は周波数を測定する第２のステップと、上記電気信号の周期又は周波数が所定の範囲に含まれるか否かを判定する第３のステップと、上記電気信号の周期又は周波数が上記所定の範囲に含まれないときに上記駆動信号の周期又は周波数に対して所定の値を加算して新たな周期又は周波数を設定すると共に第１のカウント値をカウントアップする第４のステップと、上記第１のカウント値と第１の値とを比較する第５のステップと、上記第１のカウント値が上記第１の値より小さいときに上記第１のステップに戻る第６のステップと、上記電気信号の周期又は周波数が上記所定の範囲に含まれるときに上記駆動信号の周期又は周波数と上記電気信号の周期又は周波数との差と所定の値とを比較する第７のステップと、上記差が上記所定の値よりも小さいときに上記駆動信号を上記所定の期間よりも長い間上記素子に供給する第８のステップとを含む。

好適には、上記第８のステップにおいて、上記差が上記所定の値よりも小さいときに上記電気信号の周期又は周波数を上記駆動信号の新たな周期又は周波数として設定すると共に当該駆動信号を上記所定の期間よりも長い間上記素子に供給してよい。

好適には、上記第１のカウント値が上記第１の値に一致するときに上記素子の異常を示す信号を出力する第９のステップを更に含んでよい。
更には、上記差が上記所定の値よりも小さくないときに上記電気信号の周期又は周波数を上記駆動信号の新たな周期又は周波数として設定する第１０のステップを更に含み、当該第１０のステップの後に上記第５のステップが実行されてよい。

好適には、上記第８のステップにおいて、上記差が上記所定の値よりも小さい場合が連続して複数回繰り返されるときに上記駆動信号を上記所定の期間よりも長い間上記素子に供給してよい。
更には、上記第８のステップの後に上記第２のステップに移行してよい。

本発明によれば、駆動信号の供給を停止したときに生じる素子の自由振動の周期若しくは周波数を検出し、その検出結果に応じて駆動信号の周期若しくは周波数を調節することにより、固有振動数に近似した周波数で効率良く素子を駆動できる。

図１は、本発明の実施形態に係る駆動装置の構成の一例を示す図である。
図１に示す駆動装置は、電気エネルギーを受けて機械的な振動を生じる素子５を駆動する。例えば素子５は、図７に示すように金属シートと圧電素子を貼り合わせて構成されたファンであり、駆動装置から供給される駆動信号Ｓ１に応じて図８（Ａ）に示すように振動する。

図１に示す駆動装置は、ｐ型のＭＯＳトランジスタ１と、ｎ型のＭＯＳトランジスタ２と、ゲート駆動回路３と、抵抗４と、ｎ型のＭＯＳトランジスタ６と、ダイオード７，８と、コンパレータ９と、周期検出部１０と、制御部１１とを有する。
ＭＯＳトランジスタ１，２及びゲート駆動回路３を含む回路は、本発明における駆動部の一実施形態である。
周期検出部１０は、本発明における検出部の一実施形態である。
制御部１１は、本発明における制御部の一実施形態である。
コンパレータ９は、本発明における２値化部の一実施形態である。

ＭＯＳトランジスタ１，２は、電源ラインＶＤＤと接地ラインＧＮＤとの間に直列に接続される。ＭＯＳトランジスタ１のソースが電源ラインＶＤＤに接続され、ＭＯＳトランジスタ２のソースが接地ラインＧＮＤに接続される。ＭＯＳトランジスタ１及び２のドレインが出力ノードＮ１に共通に接続されており、その出力ノードＮ１から駆動信号Ｓ１が出力される。

ゲート駆動回路３は、制御部１１から供給される周期的なパルス信号Ｓ５に応じてＭＯＳトランジスタ１及び２のゲートを駆動し、２つのＭＯＳトランジスタを交互にオンさせる。またゲート駆動回路３は、制御部１１から供給される制御信号Ｓ６に応じてＭＯＳトランジスタ１及び２を両方オフさせ、駆動信号Ｓ１の出力ノードＮ１を高インピーダンス状態とする。
すなわち、ゲート駆動回路３は、制御信号Ｓ６がローレベルのとき（第１動作モード：駆動モード）、パルス信号Ｓ５に応じた駆動信号Ｓ１が出力ノードＮ１から出力されるようにＭＯＳトランジスタ１及び２を交互にオンさせ、制御信号Ｓ６がハイレベルのとき（第２動作モード：測定モード）、出力ノードＮ１が高インピーダンス状態になるようＭＯＳトランジスタ１及び２を両方オフさせる。

出力ノードＮ１と接地ラインＧＮＤとの間には、抵抗４と素子５が直列に接続される。抵抗４は、素子５の寄生的な静電容量（圧電素子１０２の静電容量）とともにローパスフィルタを構成する。このローパスフィルタは、素子５の振動に伴う可聴音の発生を抑制する。

ＭＯＳトランジスタ６は、駆動信号Ｓ１の出力ノードＮ１とコンパレータ９の正入力端子との間の信号経路に挿入されており、制御部１１から供給される制御信号Ｓ６に応じてオンオフする。ＭＯＳトランジスタ６は、制御信号Ｓ６がローレベルのとき（第１動作モード）にオフし、制御信号Ｓ６がハイレベルのとき（第２動作モード）にオンする。

コンパレータ９は、ＭＯＳトランジスタ６を介して入力される素子５からの信号Ｓ２を接地ラインＧＮＤの電位（グランド電位）と比較し、その比較結果に応じてハイレベル又はローレベルを有する２値化された信号Ｓ３を生成する。コンパレータ９の正入力端子がＭＯＳトランジスタ６を介して駆動信号Ｓ１の出力ノードＮ１に接続され、その負入力端子が接地ラインＧＮＤに接続される。コンパレータ９は、制御部１１から供給される制御信号Ｓ６がローレベルのとき（第１動作モード）、信号Ｓ３をローレベルに初期化する。

ダイオード７及び８は、コンパレータ９の正入力端子と接地ラインＧＮＤの間に逆の極性で並列に接続される。ダイオード７のカソードとダイオード８のアノードがコンパレータ９の正入力端子に接続され、ダイオード７のアノードとダイオード８のカソードが接地ラインＧＮＤに接続される。コンパレータ９の正入力端子の電位は、グランド電位に対してダイオード８の順電圧だけ高い電位と、グランド電位に対してダイオード７の順電圧だけ低い電位の範囲に制限される。すなわち、コンパレータ９の入力信号の振幅は、ダイオード７，８の順電圧以下に制限される。

周期検出部１０は、制御部１１の制御信号Ｓｃ１に従い、駆動信号Ｓ１の供給が停止する動作モード（第２動作モード）においてコンパレータ９の出力信号Ｓ３の周期を検出し、その検出値Ｔｄを制御部１１に出力する。

駆動信号Ｓ１の供給が停止されて出力ノードＮ１が高インピーダンス状態になるとき（第２動作モード）、素子５は図８（Ｂ）に示すような自由振動を生じる。素子５が自由振動すると、素子５の圧電素子１０２にはその自由振動と等しい周期を持った電気信号が発生する（図８（Ｃ））。その電気信号は、オン状態のＭＯＳトランジスタ６を介してコンパレータ９に入力され、２値の信号Ｓ３に変換されて周期検出部１０に入力される。従って、周期検出部１０は、駆動信号Ｓ１の供給が停止する第２動作モードにおいて、素子５に生じる自由振動の周期に応じた検出値Ｔｄを出力する。

例えば周期検出部１０は、信号Ｓ３において連続する２つのパルスの中心の時間間隔を検出する。図２（Ａ）は、パルスの中心の間隔を検出する周期検出部１０の構成の一例を示す図である。
図２（Ａ）に示す周期検出部１０は、分周部３１と、選択部３２と、計数部３３を有する。
分周部３１は、クロック信号ＣＬＫを２分周する回路であり、クロック信号ＣＬＫに対して２分の１の周波数を持った信号を出力する。選択部３２は、信号Ｓ３がハイレベル（値「１」）の場合にクロック信号ＣＬＫを選択して出力し、信号Ｓ３がローレベル（値「０」）の場合に分周部３１の出力信号を選択して出力する。計数部３３は、制御部１１の制御信号Ｓｃ１に従って、信号Ｓ３の連続する２つのパルスの１番目のパルスが立ち上がる時点から２番目のパルスが立ち下がる時点までの間に選択部３２から出力されるパルスを計数する。

図２（Ｂ）は、計数部３３の計数値Ｔｄと信号Ｓ３の周期との関係を説明するための図である。図２（Ｂ）において、「Ｋａ」「Ｋｂ」「Ｋｃ」はクロック信号ＣＬＫのパルス数（サイクル数）を示す。「Ｋａ」は１番目のパルスがハイレベルになる期間（ｔ１１〜ｔ１２）のパルス数を示し、「Ｋｃ」は２番目のパルスがハイレベルになる期間（ｔ１３〜ｔ１４）のパルス数を示し、「Ｋｂ」は１番目のパルスと２番目のパルスの間におけるローレベルの期間（ｔ１２〜ｔ１３）のパルス数を示す。この図２（Ｂ）より、１番目のパルスの中心（ｔ１５）と２番目のパルスの中心（ｔ１６）の時間間隔に相当するパルス数は「（Ｋａ／２）＋Ｋｂ＋（Ｋｃ／２）」であることが分かる。
一方、計数部３３は、１番目のパルスが立ち上がる時点（ｔ１１）から２番目のパルスが立ち下がる時点（ｔ１４）までの間に選択部３２から出力されるパルスを計数する。パルスがハイレベルの期間（ｔ１１〜ｔ１２，ｔ１３〜ｔ１４）では、クロック信号ＣＬＫを分周部３１により２分周した信号が計数部３３に入力されるため、このハイレベルの期間において計数部３３により計数されるパルス数は、クロック信号ＣＬＫを分周せずにそのまま計数する場合の半分になる（Ｋａ／２，Ｋｃ／２）。したがって、期間ｔ１１〜ｔ１４における計数部３３の計数値は「（Ｋａ／２）＋Ｋｂ＋（Ｋｃ／２）」となり、連続する２つのパルスの中心の時間間隔に対応した値となる。
以上が周期検出部１０についての説明である。

図１に戻る。
制御部１１は、第１動作モードにおいて、制御信号Ｓ６をローレベルに設定する。これにより、ゲート駆動回路３がパルス信号Ｓ５に応じてＭＯＳトランジスタ１，２を交互にオンオフし、パルス信号Ｓ５に応じた駆動信号Ｓ１が素子５に供給される。このときＭＯＳトランジスタ６がオフしているため、駆動信号Ｓ１の出力ノードＮ１はコンパレータ９から切り離される。

また制御部１１は、第２動作モードにおいて、制御信号Ｓ６をハイレベルに設定する。これにより、ゲート駆動回路３がＭＯＳトランジスタ１，２を共にオフし、駆動信号Ｓ１の供給が停止され、出力ノードＮ１が高インピーダンス状態となる。このときＭＯＳトランジスタ６がオンしているため、自由振動状態の素子５において発生する電気信号がＭＯＳトランジスタ６を介してコンパレータ９に入力され、２値化された信号Ｓ３に変換される。制御部１１は、この信号Ｓ３の周期を検出するように周期検出部１０を制御する。

制御部１１は、上述した第１動作モードと第２動作モードを交互に切り替えながら、第２動作モードにおいて周期検出部１０により検出される信号Ｓ３の周期に近づくように、第１動作モードにおける駆動信号Ｓ１の周期を調節する。
例えば、制御部１１は、第１動作モードにおいてゲート駆動回路３に供給するパルス信号Ｓ５の周期を、当該第１動作モードの直前の第２動作モードにおける周期検出部１０の検出値Ｔｄに基づいて設定する。具体的には、例えば図２（Ａ）に示すような回路によりクロック信号ＣＬＫのパルス数として検出値Ｔｄが得られる場合、制御部１１は、その検出値Ｔｄに相当する分周数でクロック信号ＣＬＫを分周することにより、信号Ｓ３の周期（素子５の自由振動の周期）と同等な周期を持つパルス信号Ｓ５を生成する。

また、制御部１１は、第１動作モードにおける駆動信号Ｓ１の周期の設定値（すなわちパルス信号Ｓ５の周期の設定値Ｔｓ）と第２動作モードにおける周期検出部１０の検出値Ｔｄとを比較し、この比較結果に応じて、第１動作モードにおける駆動信号Ｓ１の出力期間（サイクル数）を変更する。

例えば、制御部１１は、第１動作モードにおけるパルス信号Ｓ５の周期の設定値Ｔｓと、この第１動作モードの直後の第２動作モードにおける周期検出部１０の検出値Ｔｄとの差がしきい値Ｅ１を超える場合、次の第１動作モードではパルス信号Ｓ５を１サイクルのみ出力する。すなわち制御部１１は、次の第１動作モードにおいて１サイクルのパルス信号Ｓ５が出力された後、動作モードを第２動作モードに切り替える。この場合、制御部１１は、パルス信号Ｓ５の出力期間を短くして第１動作モードと第２動作モードとの切り替えを頻繁に行う。

他方、制御部１１は、パルス信号Ｓ５の周期の設定値Ｔｓと周期検出部１０の検出値Ｔｄとの上記差がしきい値Ｅ１より小さい場合、次の第１動作モードにおけるパルス信号Ｓ５の出力期間を例えば１００サイクルに設定する。この場合、制御部１１は、パルス信号Ｓ５の出力期間を長くして第２動作モードの発生頻度を減らす。

なお、制御部１１は、パルス信号Ｓ５を１サイクルのみ出力する第１動作モードが連続して所定の回数繰り返された場合、素子５の振動の異常を示す信号Ｓ１３を出力する。

また、制御部１１は、第２動作モードにおいて得られる周期検出部１０の検出値Ｔｄが所定の標準範囲Ｒｔｙｐから外れる場合、次の第１動作モードにおけるパルス信号Ｓ５の周期を大きく修正する。パルス信号Ｓ５の設定値Ｔｓの初期値として、標準範囲Ｒｔｙｐの下限値Ｔｍｉｎが設定されており、制御部１１は、パルス信号Ｓ５の周期の設定値Ｔｓと検出値Ｔｄとの上記差がしきい値Ｅ１より小さくなるまでの間において、検出値Ｔｄが標準範囲Ｒｔｙｐから外れる場合には、次の第１動作モードにおけるパルス信号Ｓ５の周期を前回の第１動作モードにおけるパルス信号Ｓ５の周期に比べて所定の増分値αだけ増加させる。下限値Ｔｍｉｎ及び標準範囲Ｒｔｙｐ、並びにしきい値Ｅ１は、例えば、素子５の製造仕様（固有振動数の標準値やその誤差範囲など）に応じて設定される。これらの一例を挙げれば、素子５の固有周波数を６０Ｈｚとしたとき、標準範囲Ｒｔｙｐは４０Ｈｚ〜８０Ｈｚの範囲に対応する周期の範囲、しきい値Ｅ１は６０Ｈｚの１％以下の値に対応する数値としてよい。また、値αについては、標準範囲Ｒｔｙｐを後述する計数部２０の計数値Ｍで割った値に対応する数値としてよい。

制御部１１は、第１動作モードの開始時における駆動信号Ｓ１の位相を、前回の第１動作モードにおける駆動信号Ｓ１が当該開始時において持ち得る位相に合わせる。
例えば、制御部１１は、第１動作モードから第２動作モードへ移行した後もパルス信号Ｓ５の周期を同一に維持する。そして、制御部１１は、次の第１動作モードにおけるパルス信号Ｓ５の設定周期を決定した後、パルス信号Ｓ５の所定の位相において（例えばハイレベルからローレベルへ変化するときに）、その前後の位相の連続性を保ちながらパルス信号Ｓ５の周期を切り替えるとともに、駆動信号Ｓ１の出力を開始する（第１動作モードへ移行する）。

図３は、制御部１１の構成の一例を示す図である。図３に示す制御部１１は、選択部１２と、レジスタ１３〜１５と、加算部１６と、分周部１７と、エッジ検出部１８と、計数部１９，２０と、比較部２１，２２と、フリップフロップ２３，２４と、シーケンス制御部２５とを有する。

レジスタ１３は、パルス信号Ｓ５の周期の設定値Ｔｓを格納する。レジスタ１３は、選択部１２において選択されたデータを、シーケンス制御部２５の制御信号Ｓｃ３に従って保持する。

レジスタ１４は、周期検出部１０の検出値Ｔｄの標準範囲を示すデータ（標準範囲Ｒｔｙｐ）を格納する。
レジスタ１５は、パルス信号Ｓ５の周期の下限値Ｔｍｉｎを格納する。

加算部１６は、レジスタ１３に格納される設定値Ｔｓに増分値αを加算する。

選択部１２は、シーケンス制御部２５の制御信号Ｓｃ２に従って、周期検出部１０の検出値Ｔｄ、レジスタ１５に格納される下限値Ｔｍｉn及び加算部１６の加算結果（Ｔｓ＋α）の何れか１つを選択する。

分周部１７は、入力される設定値Ｔｓに応じた分周数でクロック信号ＣＬＫを分周し、分周した信号をパルス信号Ｓ５として出力する。分周部１７は、制御信号Ｓｃ５に応じて分周数を更新する。

エッジ検出部１８は、コンパレータ９より出力される信号Ｓ３の立ち上がり及び立ち下がりのエッジを検出する。

計数部１９は、パルス信号Ｓ５のパルスを計数し、その計数値が制御信号Ｓｃ６により指定された値（以下、指定値と呼ぶ）に達すると、出力信号Ｓ１１を「０」から「１」に変化させる。また計数部１９は、制御信号Ｓｃ６に応じて計数値をゼロにリセットする。

計数部２０は、レジスタ１３に格納される設定値Ｔｓの更新回数を計数する。計数部２０は、シーケンス制御部２５の制御信号Ｓｃ４に応じて計数値をゼロにリセットする。

比較部２１は、周期検出部１０の検出値Ｔｄとレジスタ１３に格納される設定値Ｔｓとを比較し、両者の差がしきい値Ｅ１より大きいか否かを示す信号Ｓ８を出力する。

比較部２２は、周期検出部１０の検出値Ｔｄとレジスタ１４に格納される標準範囲Ｒｔｙｐとを比較し、検出値Ｔｄが標準範囲Ｒｔｙｐから外れるか否かを示す信号Ｓ９を出力する。

フリップフロップ２３は、シーケンス制御部２５から出力される制御信号Ｓｃ７をパルス信号Ｓ５の立ち下がりに同期して保持し、信号Ｓｃ７Ａとして出力する。

フリップフロップ２４は、計数部１９の出力信号Ｓ１１が「０」から「１」に変化すると制御信号Ｓ６を「１」（ハイレベル）にセットし、フリップフロップ２３の出力信号Ｓｃ７Ａが「１」になると制御信号Ｓ６を「０」（ローレベル）にリセットする。

シーケンス制御部２５は、制御部１１の各構成要素と周期検出部１０を所定のシーケンスに沿って動作するように制御する。

シーケンス制御部２５は、第２動作モードにおけるエッジ検出部１８の検出信号Ｓ７に基づいて、信号Ｓ３のｉ番目（ｉは１以上の整数を示す）のパルスと（ｉ＋１）番目のパルスの間隔を検出するように周期検出部１０を制御する。
例えば図２（Ａ）に示す周期検出部１０の場合、シーケンス制御部２５は、ｉ番目のパルスの立ち上がり（ｔ１１）から（ｉ＋１）番目のパルスの立ち下がり（ｔ１４）までの間に選択部３２から出力される信号のパルスを計数するよう計数部３３を制御する。具体的には、例えばｉ＝２の場合において、シーケンス制御部２５は、第２動作モードへ移行する前に計数部３３の計数値を予めゼロにリセットし、第２動作モードへ移行した後は信号Ｓ３の３番目のエッジと６番目のエッジの間で計数部３３の計数動作を実行させる。コンパレータ９の信号Ｓ３は第２動作モードの開始時にローレベルにリセットされているので、３番目のエッジは２番目のパルスの立ち上がりに対応し、６番目のエッジは３番目のパルスの立ち下がりに対応する。

周期検出部１０において検出値Ｔｄが得られると、シーケンス制御部２５は、比較部２１の信号Ｓ８及び比較部２２の信号Ｓ９に応じて選択部１２、レジスタ１３及び計数部１９を制御する。

周期検出部１０の検出値Ｔｄが標準範囲Ｒｔｙｐから外れていることを示す信号Ｓ９が比較部２２から出力されている場合、シーケンス制御部２５は、設定値Ｔｓを下限値Ｔｍｉｎから徐々に増加させて設定値Ｔｓの適正な値を探索するシーケンス（以下、探索シーケンスと呼ぶ）を開始する。探索シーケンスを新たに開始する場合、シーケンス制御部２５は、レジスタ１５に格納されている下限値Ｔｍｉｎを選択してレジスタ１３に格納する。また、探索シーケンス中に検出値Ｔｄが標準範囲Ｒｔｙｐから外れた場合、シーケンス制御部２５は、加算部１６から出力されるデータ（設定値Ｔｓ＋増分値α）を選択してレジスタ１３に格納する。シーケンス制御部２５は、探索シーケンスにおいて計数部１９の指定値を「１」にセットする。

検出値Ｔｄが標準範囲Ｒｔｙｐに含まれている場合、シーケンス制御部２５は、比較部２１の信号Ｓ８を参照する。設定値Ｔｓと検出値Ｔｄとの差がしきい値Ｅ１より大きいことを示す信号Ｓ８が比較部２１において出力されている場合、シーケンス制御部２５は、周期検出部１０の検出値Ｔｄを選択してレジスタ１３に格納するとともに、計数部１９の指定値を「１」にセットする。一方、設定値Ｔｓと検出値Ｔｄとの差がしきい値Ｅ１より小さいことを示す信号Ｓ８が比較部２２において出力されている場合、シーケンス制御部２５は、周期検出部１０の検出値Ｔｄを選択してレジスタ１３に格納するとともに、計数部１９の指定値を「１００」にセットして、探索シーケンスを終了する。

シーケンス制御部２５は、計数部１９の指定値を「１００」にセットするとき、計数部２０の計数値をゼロにリセットする。計数部２０は、計数部１９の指定値が「１」のときにレジスタ１３の設定値Ｔｓが更新される回数、即ち、第１動作モードと第２動作モートとが連続的に繰り返される回数を計数する。シーケンス制御部２５は、計数部２０の計数値Ｍが所定の値に達した場合、素子５の振動の異常を示す信号Ｓ１３を出力する。

パルス信号Ｓ５の周期の設定値Ｔｓが確定すると、即ち、探索シーケンスが終了すると、シーケンス制御部２５は、制御信号Ｓｃ７を「０」から「１」に変化させる。制御信号Ｓｃ７が「１」になると、パルス信号Ｓ５の立ち下がりにおいてフリップフロップ２３の信号Ｓｃ７Ａが「１」になる。信号Ｓｃ７Ａが「１」になると、制御信号Ｓ６が「０」（ローレベル）にリセットされ、動作モードが第２動作モードから第１動作モードに移行する。シーケンス制御部２５は、第１動作モードへ移行するとき、分周部１７における分周数をレジスタ１３の設定値Ｔｓに更新し、計数部１９の計数値をゼロにリセットする。
以上が制御部１１の説明である。

ここで、上述した構成を有する駆動装置の動作について、図４に示すフローチャートを参照して説明する。

動作を開始する初期状態において、駆動装置の各構成要素が初期化される（ステップＳＴ１０１）。例えば、制御部１１においてレジスタ１３に下限値Ｔｍｉｎが格納され（Ｔｓ＝Ｔｍｉｎ）、計数部２０の計数値Ｍがゼロにリセットされ（Ｍ＝０）、制御信号Ｓ６がハイレベルに設定される。

また、初期状態において、探索シーケンスが有効になる。制御部１１は、探索シーケンスの状態を示すフラグＦが格納される不図示のレジスタを備えており、初期状態においてこのフラグＦに「１」がセットされる。

初期化の後、駆動装置の動作モードは、駆動信号Ｓ１を１サイクルのみ出力する第１動作モードに移行する（ステップＳＴ１０２）。制御部１１において、制御信号Ｓ６がハイレベルからローレベルにリセットされ、分周部１７の分周動作及び計数部１９の計数動作が開始される。このとき、計数部１９の指定値は「１」に設定されている。
制御信号Ｓ６がローレベルになるとゲート駆動回路３がアクティブ状態となり、パルス信号Ｓ５に応じてＭＯＳトランジスタ１，２が交互にオンする。出力ノードＮ１には、パルス信号Ｓ５に応じた駆動信号Ｓ１が発生する。このとき、ＭＯＳトランジスタ６がオフし、コンパレータ９の入力と出力ノードＮ１が切り離される。また、コンパレータ９の動作が停止され、信号Ｓ３がローレベルに保持される。

１サイクル（１パルス）の駆動信号Ｓ１が出力されると、計数部１９の計数値が指定値「１」と等しくなり、信号Ｓ１１が「１」になる。これにより、フリップフロップ２４において制御信号Ｓ６が「１」（ハイレベル）にセットされ、動作モードが第１動作モードから第２動作モードに移行する。

制御信号Ｓ６が「１」（ハイレベル）にセットされると、ゲート駆動回路３によってＭＯＳトランジスタ１，２が共にオフ状態とされ、素子５への駆動信号Ｓ１の供給が停止される。ノードＮ１は高インピーダンス状態になる。また、ハイレベルの制御信号Ｓ６を受けてＭＯＳトランジスタ６がオンし、コンパレータ９がイネーブル状態になる。
駆動信号Ｓ１の供給が停止されると、素子５はそれまで受けた電気エネルギーによって自由振動する。自由振動により生じた圧力が素子５の圧電素子１０２に加わると、自由振動と同じ周期を持った電気信号が発生する。この電気信号がＭＯＳトランジスタ６を介してコンパレータ９に入力され、２値化された信号Ｓ３に変換される。

第２動作モードへ移行すると、周期検出部１０において信号Ｓ３の周期が検出される（ステップＳＴ１０３）。信号Ｓ３の周期は、素子５の自由振動の周期に対応する。周期検出部１０では、第２動作モードへ移行した直後の不連続な波形で周期を検出しないようにするため、例えば初めの所定数のパルスが検出対象から除外される。

周期検出部１０において検出値Ｔｄが得られると、制御部１１において検出値Ｔｄが所定の標準範囲Ｒｔｙｐに含まれているか否か判定される（ステップＳＴ１０４）。

検出値Ｔｄが標準範囲Ｒｔｙｐから外れている場合、フラグＦの値に基づいて探索シーケンス中か否かが判定され（ステップＳＴ１０８）、探索シーケンス中であればステップＳＴ１１１が実行され、探索シーケンス中でなければステップＳＴ１０９が実行される。初期状態においては探索シーケンスが有効になっているため、ここではステップＳＴ１１１が実行される。

ステップＳＴ１１１では、駆動信号Ｓ１の周期の設定値Ｔｓに所定の増分値αが加算される。すなわち、加算部１６において設定値Ｔｓに増分値αが加算され、その加算結果が選択部１２により選択されてレジスタ１３に格納される。

レジスタ１３の設定値Ｔｓが更新されると、計数部２０の計数値Ｍが「１」だけインクリメントされる（ステップＳＴ１１３）。計数部２０がインクリメントされた後、制御部１１において計数部２０の計数値Ｍが最大値Ｍｍａｘに達しているか否か判定される（ステップＳＴ１１４）。計数値Ｍが最大値Ｍｍａｘに達していない場合、再びステップＳＴ１０２に戻って１サイクル（１パルス）の駆動信号Ｓ１が出力される。

他方、検出値Ｔｄが標準範囲Ｒｔｙｐに含まれている場合（ステップＳＴ１０４）、検出値Ｔｄと設定値Ｔｓとの差がしきい値Ｅ１を超えているか否かが判定される（ステップＳＴ１０５）。
検出値Ｔｄと設定値Ｔｓとの差がしきい値Ｅ１を超えている場合、検出値Ｔｄが新たな設定値Ｔｓとして選択される（ステップＳＴ１１２）。すなわち、周期検出部１０の検出値Ｔｄが選択部１２により選択されてレジスタ１３に格納される。以降は、上述と同様にステップＳＴ１１３，ＳＴ１１４が実行される。計数値Ｍが最大値Ｍｍａｘに達していなければ、再びステップＳＴ１０２に戻って１サイクルの駆動信号Ｓ１が出力される。

ステップＳＴ１０２以降は、上述と同様の動作が繰り返される。すなわち、第１動作モードにおいて駆動信号Ｓ１が１サイクル出力され（ステップＳＴ１０２）、第２動作モードにおいて素子５の自由振動の周期が検出される（ＳＴ１０３）。検出値Ｔｄが標準範囲Ｒｔｙｐを外れる場合、設定値Ｔｓに増分値αが加算される（ステップＳＴ１０４，ＳＴ１０８，ＳＴ１１１）。検出値Ｔｄが標準範囲Ｒｔｙｐに含まれる場合は、検出値Ｔｄと設定値Ｔｓとの差がしきい値Ｅ１と比較され、上記差がしきい値Ｅ１を超える場合、検出値Ｔｄが新たな設定値Ｔｓとなる（ステップＳＴ１０４，ＳＴ１０５，ＳＴ１１２）。
設定値Ｔｓが更新されると、計数部２０の計数値Ｍが「１」だけインクリメントされ（ステップＳＴ１１３）、その計数値Ｍが最大値Ｍｍａｘに達していなければ（ステップＳＴ１１４）、再びステップＳＴ１０２に戻って１サイクルの駆動信号Ｓ１が出力される。

このように、検出値Ｔｄと設定値Ｔｓとの差がしきい値Ｅ１を超える場合は、第１動作モードにおいて１サイクル（１パルス）のみ駆動信号Ｓ１が出力される。この場合、第１動作モードの期間が短いため、駆動信号Ｓ１の設定値Ｔｓの更新が頻繁に行われる。駆動信号Ｓ１の周期が素子５の自由振動の周期に近づくと、検出値Ｔｄが標準範囲Ｒｔｙｐに含まれるようになるため、検出値Ｔｄが新たな設定値Ｔｓとして使用される。この更新を繰り返すうちに、検出値Ｔｄと設定値Ｔｓとの差が徐々に小さくなる。そして、この差がしきい値Ｅ１より小さくなると、設定値Ｔｓが検出値Ｔｄに十分近似すると判定されて、ステップＳＴ１０６に処理が移る。

ステップＳＴ１０６では、フラグＦが「０」にリセットされて探索シーケンスが終了するとともに、計数部２０の計数値Ｍ（設定値Ｔｓの更新回数）がゼロにリセットされ、検出値Ｔｄが新たな設定値Ｔｓとしてセットされる。そして、計数部１９の指定値が「１」から「１００」に変更され、動作モードが第１動作モードに移行する（ステップＳＴ１０７）。そして、第１動作モードにおいて、１００サイクル（１００パルス）の連続的な駆動信号Ｓ１が出力される。

このように、設定値Ｔｓが検出値Ｔｄに十分近似する場合は、第１動作モードが第２動作モードに対して相対的に長くなるため、駆動信号Ｓ１の出力停止に伴う素子５の平均的な振幅の低下が抑制される。

さて、１００サイクルの駆動信号Ｓ１が出力された後、動作モードは再び第２動作モードに移行する。第２動作モードでは、上述と同様に、素子５の自由振動の周期が検出される（ステップＳＴ１０３）。

ここで、検出値Ｔｄが標準範囲Ｒｔｙｐに含まれており（ステップＳＴ１０４）、かつ、検出値Ｔｄと設定値Ｔｓとの差がしきい値Ｅ１より小さい場合（ステップＳＴ１０５）、設定値Ｔｓが検出値Ｔｄに近似すると判定されて、上述と同様に１００サイクルの駆動信号Ｓ１が出力される（ステップＳＴ１０５〜ＳＴ１０７）。その後、再び１００サイクルの駆動信号Ｓ１が出力された後、動作モードが再び第２動作モードに移行し、ステップＳＴ１０３からの処理が反復される。

他方、検出値Ｔｄが標準範囲Ｒｔｙｐに含まれており（ステップＳＴ１０４）、かつ、検出値Ｔｄと設定値Ｔｓとの差がしきい値Ｅ１より大きい場合（ステップＳＴ１０５）、検出値Ｔｄが新たな設定値Ｔｓとしてセットされる（ステップＳＴ１１２）。そして、計数部２０の計数値Ｍが「１」だけインクリメントされ（ステップＳＴ１１３）、その計数値Ｍが最大値Ｍｍａｘに達していなければ（ステップＳＴ１１４）、動作モードが第１動作モードに移行する（ステップＳＴ１０２）。第１動作モードにおいて１サイクルの駆動信号Ｓ１が出力された後、動作モードが第２動作モードに移行し、ステップＳＴ１０３からの処理が反復される。

また、検出値Ｔｄが標準範囲Ｒｔｙｐから外れている場合（ステップＳＴ１０４）、フラグＦの値に基づいて探索シーケンス中か否かが判定される（ステップＳＴ１０８）。ここではフラグＦが「０」、すなわち探索シーケンスではないため、ステップＳＴ１０９，ＳＴ１１０に処理が移り、探索シーケンスが開始される。すなわち、ステップＳＴ１０９において下限値Ｔｍｉｎが新たな設定値Ｔｓとして選択され、ステップＳＴ１１０においてフラグＦが「１」に設定される。ステップＳＴ１１０の後、ステップＳＴ１１３において計数部２０の計数値Ｍが「１」だけインクリメントされ、その計数値Ｍが最大値Ｍｍａｘに達していなければ（ステップＳＴ１１４）、動作モードが第１動作モードに移行する（ステップＳＴ１０２）。第１動作モードにおいて１サイクルの駆動信号Ｓ１が出力された後、動作モードが第２動作モードに移行し、ステップＳＴ１０３からの処理が反復される。探索シーケンスでの動作は上述と同様である。すなわち、１サイクルの駆動信号Ｓ１を出力する第１動作モードと、素子５の自由振動周期を検出する第２動作モードとが交互に切り替えられ、自由振動周期の検出値Ｔｄに応じて駆動信号Ｓ１の周期の設定値Ｔｓが更新される。検出値Ｔｄと設定値Ｔｓとの差がしきい値Ｅ１より小さくなると、探索シーケンスが終了し（ステップＳＴ１０６）、第１動作モードにおいて１００サイクルの駆動信号Ｓ１が出力される（ステップＳＴ１０７）。

ところで、１サイクルの駆動信号Ｓ１を出力する第１動作モード（ステップＳＴ１０２）が連続して繰り返されるとき、計数部２０の計数値Ｍはゼロにリセットされず、その繰り返しの度に「１」ずつ増大する。計数値Ｍが最大値Ｍｍａｘに達するまでステップＳＴ１０２の動作モードが連続して繰り返された場合、ステップＳＴ１１４からステップＳＴ１１５へ処理が移る。ステップＳＴ１１５において、素子５の振動の異常を示す信号Ｓ１３が制御部１１において生成され、例えば図示しない上位装置（システムコントローラなど）に異常の発生が通知される。

図５は、図１に示す駆動装置における各部の信号波形の一例を示す図である。
制御信号Ｓ６（図５（Ｂ））は動作モードに対応している。すなわち、制御信号Ｓ６がローレベルのときに第１動作モードとなり、制御信号Ｓ６がハイレベルのとき第２動作モードとなる。図に示すように、第１動作モードにおいて駆動信号Ｓ１（図５（Ａ））が出力され、第２動作モードにおいて駆動信号Ｓ１の出力が停止される。駆動信号Ｓ１の出力が停止されると素子５が自由振動し、その振動に応じて発生した信号Ｓ２（図５（Ｃ））がコンパレータ９に入力される。この信号Ｓ２がコンパレータ９において２値化され、信号Ｓ３（図５（Ｄ））が得られる。信号Ｓ３に基づいて、素子５の自由振動の周期が検出される。

自由振動の周期の検出値Ｔｄと駆動信号Ｓ１の周期の設定値Ｔｓとの差がしきい値Ｅ１を超える場合、次の第１動作モードにおいて駆動信号Ｓ１（図５（Ａ））が１サイクルのみ出力される。図５の例では、この１サイクルのみの第１動作モードが７回繰り返されており、これと交互に第２動作モードが７回繰り返されている。第２動作モードでは、検出値Ｔｄに応じて設定値Ｔｓが更新される。第２動作モードが繰り返されることにより、設定値Ｔｓと検出値Ｔｄとの差が減少する。この差がしきい値Ｅ１より小さくなると、第１動作モードにおいて駆動信号Ｓ１が連続的に出力される。

図６は、第１動作モードの開始時における駆動信号Ｓ１の位相について説明するための図であり、各制御信号のタイミング関係を示す。
制御信号Ｓ６（図６（Ｇ））がハイレベルになる期間（ｔ１〜ｔ６）が第２動作モードである。この期間において、コンパレータ９の出力信号Ｓ３（図６（Ａ))の周期が検出される。図６の例では、第２動作モードにおいて信号Ｓ３に３つのパルスが生じており、そのうち後半の２つのパルスが周期の検出対象となる。

エッジ検出部１８（図４）の検出信号Ｓ７（図６（Ｂ））は、信号Ｓ３のパルスの立ち上がりと立ち下がりを示す。この検出信号Ｓ７に基づいて、信号Ｓ３における２番目のパルスの立ち上がり（ｔ３）と３番目のパルスの立ち下がり（ｔ６）が特定される。ｔ３からｔ６の期間において、制御信号Ｓｃ１（図６（Ｃ））がハイレベルになる。制御信号Ｓｃ１がハイレベルのとき、周期検出部１０の計数部３３（図２）においてクロック信号ＣＬＫが計数される。

信号Ｓ３（図６（Ａ））の３番目のパルスの立ち下がると（ｔ６）、制御信号Ｓｃ１（図６（Ｃ））がローレベルになって計数部３３の計数動作が停止されるとともに、制御信号Ｓｃ７（図６（Ｄ））がハイレベルになる。制御信号Ｓｃ７は、周期検出部１０において検出が終了したことを示す。

パルス信号Ｓ５は、第２動作モードに移行した後も、直前の第１動作モードにおける周期を維持している。周期の検出が終了して制御信号Ｓｃ７がハイレベルになっているときにパルス信号Ｓ５（図６（Ｅ））が立ち下がると、フリップフロップ２３（図４）の出力信号Ｓｃ７Ａ（図６（Ｆ））がハイレベルになる。信号Ｓｃ７Ａがハイレベルになると、フリップフロップ２４において制御信号Ｓ６がローレベルにリセットされ、動作モードが第１動作モードに移行する。制御信号Ｓ６がローレベルになると、制御信号Ｓｃ７はローレベルにリセットされる。

第２動作モードから第１動作モードへ移行するとき（制御信号Ｓ６が立ち下がるとき）、分周部１７（図４）において分周数が更新される。また、パルス信号Ｓ５が立ち下がるとき、分周部１７におけるクロック信号ＣＬＫの計数値がゼロにリセットされる。従って、第１動作モードの開始時においては、分周部１７の分周数が更新されるとともにその計数値がリセットされる。そのため、第１動作モードの開始前後において、パルス信号Ｓ５の位相が連続に保たれる。パルス信号Ｓ５の位相が連続に保たれることにより、第２動作モードによる停止期間を挟んだ２つの第１動作モードにおける駆動信号Ｓ１の位相が連続に保たれる。

以上説明したように、本実施形態に係る駆動装置によれば、素子５に駆動信号Ｓ１を供給する第１動作モードと、この駆動信号Ｓ１の供給を停止した状態で素子５に生じる自由振動の周期を検出する第２動作モードとが交互に繰り返され、第２動作モードにおける素子５の振動周期の検出値Ｔｄに近づくように、第１動作モードにおける駆動信号Ｓ１の周期が調節される。
これにより、素子５がその固有振動数に近似した周波数で駆動されるため、一定の振幅の駆動信号Ｓ１により素子５の振幅を最大化することができる。

また、本実施形態に係る駆動装置によれば、素子５の自由振動周期に合わせて駆動信号Ｓ１の周期が調節されるため、素子５や他の構成要素の特性が製造ばらつき、温度変化、経時変化などにより変動する場合でも、駆動信号Ｓ１の周期を素子５の固有振動の周期に合わせることができる。これにより、人手による調整が不要になるため、調整作業に係るコストを低減できる。製品出荷後も駆動信号Ｓ１の周期を最適に保つことができることから、製品の信頼性を向上できる。

更に、本実施形態に係る駆動装置によれば、駆動信号Ｓ１の供給を停止したとき素子５に発生する電気信号の周期に基づいて素子５の固有振動の周期が検出されることから、固有振動数を他のセンサで検出する場合に比べて構成を簡易化できる。しかも、駆動信号Ｓ１の供給を間欠的に停止させながら素子５の固有振動の周期を検出するため、素子５の振動を完全に止めることなく駆動信号Ｓ１の周期を自動調節できる。

また、本実施形態に係る駆動装置によれば、第１動作モードにおける駆動信号Ｓ１の周期の設定値Ｔｓと、当該第１動作モードの直後の第２動作モードにおける素子５の自由振動周期の検出値Ｔｄとの差がしきい値Ｅ１を超える場合、次の第１動作モードにおいては、１サイクルの駆動信号Ｓ１が出力された後、動作モードが第２動作モードに切り替えられる。すなわち、設定値Ｔｓが検出値Ｔｄに十分近似していない場合は、第１動作モードにおける駆動信号Ｓ１の出力期間が短くなり、第２動作モードにおける設定値Ｔｓの更新が頻繁に行われる。これにより、設定値Ｔｓが検出値Ｔｄに近似した値に調節されるまでの時間を短縮できる。
一方、本実施形態に係る駆動装置によれば、設定値Ｔｓと検出値Ｔｄとの差がしきい値Ｅ１より小さくなった場合（すなわち設定値Ｔｓが検出値Ｔｄに近似する場合）、第１動作モードにおける駆動信号Ｓ１の出力期間が長くなり（上述の例では１００サイクル）、駆動信号Ｓ１の出力停止期間が相対的に短くなるので、素子５の振幅の減少を抑制することができる。

また、本実施形態に係る駆動装置によれば、自由振動周期の検出値Ｔｄが標準範囲Ｒｔｙｐから外れる場合、次の第１動作モードにおける駆動信号Ｓ１の周期が前回の周期に対して値αだけ修正され、以降、再び検出値Ｔｄが標準範囲Ｒｔｙｐから外れる場合、再度、次の第１動作モードにおける駆動信号Ｓ１の周期が前回の第１動作モードにおける駆動信号Ｓ１の周期に比べて増分値αだけ変化する。すなわち、設定値Ｔｓが最適値から大きくずれている場合や、外乱の影響等により検出値Ｔｄの誤差が大きい場合においては、検出値Ｔｄが設定値Ｔｓとして使用されず、前回の設定値Ｔｓに増分値αを加えた値が次の設定値Ｔｓとして使用される。これにより、設定値Ｔｓが最適値より大きく外れた不適切な値に更新されるケースを減らせるので、設定値Ｔｓが検出値Ｔｄに近似した値に調節されるまでの時間を短縮できる。

また、本実施形態に係る駆動装置では、第１動作モードの開始時における駆動信号Ｓ１の位相を、その前の第１動作モードにおける駆動信号Ｓ１が当該開始時まで維持した場合に持ち得る位相に合わせている。すなわち、第２動作モードによる停止期間を挟んだ２つの第１動作モードにおいて、駆動信号Ｓ１の位相の連続性が保持される。これにより、停止期間の前後で駆動信号Ｓ１の位相が不連続になることによる駆動信号Ｓ１のエネルギーの損失を抑制できるので、特に駆動信号Ｓ１が連続的に出力される場合における素子５の振幅の減少を抑制できる。

また、本実施形態に係る駆動装置によれば、自由振動状態の素子５の電気信号を２値化して得られる信号Ｓ３において、連続する２つのパルスの中心の時間間隔が検出される。
素子５において発生する電気信号の直流レベルが過渡的に変動すると、電気信号がコンパレータ９の基準電位（グランド電位）を横切るタイミングも変動する。そのため、信号Ｓ３の立ち上がりや立ち下りを基準にしてパルスの時間間隔を測定する方法では、電気信号の振動成分の周期を正しく検出できない。一方、電気信号において連続する２つのピークの時間間隔（若しくはボトムの時間間隔）は、電気信号の直流レベルが変動する場合でも振動成分の周期を正しく反映している。信号Ｓ３において連続する２つのパルスの中心の時間間隔は、この電気信号のピーク間（若しくはボトム間）の時間間隔に近似する。従って、本実施形態によれば、電気信号の直流レベルの変動による周期の検出値の誤差を低減できる。

また、本実施形態に係る駆動装置によれば、１サイクルの駆動信号を出力する第１動作モードが連続して所定の回数繰り返された場合、素子５の振動の異常を示す信号Ｓ１３が出力されるので、例えば素子５に異物が接触している場合などの異常を的確に検出することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態のみに限定されるものではなく、種々のバリエーションを含んでいる。

上述の実施形態では、第１動作モードにおける駆動信号Ｓ１の周期を当該第１動作モードの直前の第２動作モードにおける周期検出部１０の検出値Ｔｄに基づいて設定しているが（図４のステップＳＴ１１２）、本発明はこれに限定されない。本発明の他の実施形態では、第１動作モードの直前まで反復された一連の複数回の第２動作モードにおける周期検出部１０の検出値に基づいて、駆動信号の周期を設定してもよい。例えば、第１動作モードの直前まで反復された一連の複数回の第２動作モードにおける複数の検出値を入力とするデジタルフィルタ（一連の複数の検出値に所定の重み係数を乗じて加算するフィルタなど）を設けて、その出力を駆動信号の周期の設定値としてもよい。

上述の実施形態では、１サイクルの駆動信号を出力する第１動作モードが連続して所定の回数繰り返された場合（第１動作モードと第２動作モードとが所定回数連続的に繰り返されたとき）に素子５の振動の異常を示す信号Ｓ１３が出力されるが、本発明はこれに限定されない。例えば、本発明の他の実施形態では、１サイクルの駆動信号を出力する第１動作モードが所定の時間繰り返された場合（第１動作モードと第２動作モードとが所定時間連続的に繰り返されたとき）に信号Ｓ１３が出力されるようにしてもよい。

上述の実施形態では、第１動作モードにおける駆動信号Ｓ１の周期の設定値Ｔｓと第２動作モードにおける素子５の自由振動周期の検出値Ｔｄとの差がしきい値Ｅ１より大きい場合、次の第１動作モードにおいて１サイクルの駆動信号Ｓ１が出力されるが（図４のステップＳＴ１０５，ＳＴ１１２〜ＳＴ１０２）、このサイクル数（パルス数）は任意であり、２サイクル（２パルス）以上でもよい。

上述の実施形態では、第１動作モードにおける駆動信号Ｓ１の周期の設定値Ｔｓと第２動作モードにおける素子５の自由振動周期の検出値Ｔｄとの差がしきい値Ｅ１より小さい場合、次の第１動作モードにおいて１００サイクル（１００パルス）の駆動信号Ｓ１が出力されるが（図４のステップＳＴ１０５〜ＳＴ１０７）、このサイクル数は、上記差がしきい値Ｅ１を超える場合に比べて大きい任意の数でよい。
また、上述の実施形態では、上記差が所定のしきい値より小さい場合において、次の第１動作モードの期間を駆動信号のサイクル数で規定しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、本発明の他の実施形態では、第１動作モードの期間を時間で規定してもよい。すなわち、第１動作モードが所定の時間（上記差がしきい値Ｅ１を超える場合に比べて長い時間）出力された後、動作モードを第２動作モードに切り替えるようにしてもよい。
また、上述の実施形態では、上記差が所定のしきい値より小さい場合においても定期的に第２動作モードを実施しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、本発明の他の実施形態では、上記差が所定のしきい値より小さくなった場合、動作モードを第１動作モードに固定してもよい。この場合、制御部は、第２動作モードを定期的に実施する替わりに、上位装置等からの指示を受けて第２動作モードを実施してもよい。
上述の実施形態においては、設定値Ｔｓと検出値Ｔｄとの差が所定のしきい値Ｅ１より小さい場合に、駆動信号を連続的に１００サイクル（１００パルス）供給する第１動作モードに移行するが、本発明はこれに限定されない。例えば、設定値Ｔｓと検出値Ｔｄとの差が所定のしきい値Ｅ１より小さい場合が連続して所定の回数（例えば、２回又はそれ以上）繰り返されたときに、１００サイクル（１００パルス）の駆動信号を連続して供給する第１の動作モードに移行するようにしてもよい。

上述の実施形態では、検出値Ｔｄが標準範囲Ｒｔｙｐから外れる場合、次の第１動作モードにおける駆動信号Ｓ１の周期が所定の下限値ｍｉｎ（標準範囲Ｒｔｙｐの下限値）に設定され、以降、上記差がしきい値Ｅ１より小さくなるまでの間において、検出値Ｔｄが標準範囲Ｒｔｙｐから外れる場合には、次の第１動作モードにおける駆動信号Ｓ１の周期が前回の第１動作モードにおける駆動信号Ｓ１の周期に比べて増分値αだけ大きな値に設定されるが（ステップＳＴ１０８，ＳＴ１０９，ＳＴ１１０，ＳＴ１１１）、本発明はこれに限定されない。
例えば、本発明の他の実施形態では、検出値Ｔｄと設定値Ｔｓとの差がしきい値Ｅ１より大きいしきい値Ｅ２を更に超える場合（すなわち設定値Ｔｓが最適値から大きく外れている場合）、次の第１動作モードにおける駆動信号Ｓ１の周期を所定の下限値Ｔｍｉｎに設定し、以降、上記差がしきい値Ｅ１より小さくなるまでの間において、上記差がしきい値Ｅ２を超える場合には、次の第１動作モードにおける駆動信号Ｓ１の周期を前回の第１動作モードにおける駆動信号Ｓ１の周期に比べて増分値αだけ大きな値に設定してもよい。
また、本発明の他の実施形態では、上記の下限値Ｔｍｉnを上限値Ｔｍａｘ（標準範囲Ｒｔｙｐの上限値）に変更し、上記の増分値αを減分値βに変更してもよい。すなわち、周期の設定値Ｔｓを上限値Ｔｍａｘから減分値βずつ減らすようにしてもよい。
また、上述の例では、下限値Ｔｍｉｎ及び上限値Ｔｍａｘを標準範囲Ｒｔｙｐの下限値及び上限値としているが、本発明はこれに限定されない。例えば、下限値Ｔｍｉｎ及び上限値Ｔｍａｘを標準範囲Ｒｔｙｐ内の任意の範囲の下限値及び上限値としてもよい。

上述の実施形態では、駆動信号Ｓ１の周期の設定値Ｔｓが下限値Ｔｍｉｎから増分値αずつ増大するが（ステップＳＴ１１１）、本発明はこれに限定されない。例えば図４のステップＳＴ１１１の後などにおいて、設定値Ｔｓが所定の上限値Ｔｍａｘに達しているか否かを判定するステップと、設定値Ｔｓが上限値Ｔｍａｘに達している場合に設定値Ｔｓを再び下限値Ｔｍｉnに戻すステップを設けてもよい。これにより、下限値Ｔｍｉｎから上限値Ｔｍａｘの範囲で設定値Ｔｓの最適値を繰り返し探索することが可能になる。
同様に、設定値Ｔｓが上限値Ｔｍａｘから減分値βずつ減少する実施形態においては、設定値Ｔｓが所定の下限値Ｔｍｉｎに達しているか否かを判定するステップと、設定値Ｔｓが下限値Ｔｍｉｎに達している場合に設定値Ｔｓを再び上限値Ｔｍａｘに戻すステップを設けてもよい。この場合も、下限値Ｔｍｉｎから上限値Ｔｍａｘの範囲で設定値Ｔｓの最適値を繰り返し探索することが可能になる。
更には、下限値Ｔｍｉｎと上限値Ｔｍａｘとの間を探索しても連続的に駆動信号を供給する第１動作モードに移行できない場合、標準範囲Ｒｔｙｐを広げるように、下限値Ｔｍｉｎ、上限値Ｔｍａｘ及び標準範囲Ｒｔｙｐを変更するようにしてもよい。また、この場合に、所定のしきい値Ｅ１が大きくなるように変更するようにしてもよい。

上述の実施形態では、自由振動状態の素子５において発生する電気信号の周期（パルスの時間間隔）を検出しているが、本発明はこれに限定されない。本発明の他の実施形態では、電気信号の周波数（例えば一定時間におけるパルスの数）を検出してもよい。

上述の実施形態では、素子５の駆動信号Ｓ１の周期を設定しているが、本発明はこれに限定されない。本発明の他の実施形態では、駆動信号の周波数を設定してもよい。

上述の実施形態では、自由振動する素子５の電気信号に基づいて当該自由振動の周期を検出しているが、本発明はこれに限定されない。本発明の他の実施形態では、例えば加速度センサなどを使って素子の自由振動の周期（若しくは周波数）を検出してもよい。

上述した実施形態では、電気エネルギーを受けて機械的振動を生じる素子の駆動装置を例に挙げているが、本発明はこれに限定されない。本発明は、電気エネルギーを受けて電気的な振動（電圧・電流・電力等の振動）を生じる素子の駆動装置にも適用可能である。

図２，図３に示す回路構成は一例であり、同等な機能を有する他の回路に置き換え可能である。例えば、図３に示すハードウェアの構成要素の少なくとも一部を、プログラムに従って処理を実行するコンピュータに置き換えてもよい。

本発明の実施形態に係る駆動装置の構成の一例を示す図である。 周期検出部の構成の一例を示す図である。 制御部の構成の一例を示す図である。 図１に示す駆動装置の動作について説明するためのフローチャートである。 図１に示す駆動装置における各部の信号波形の一例を示す図である。 第１動作モードの開始時における駆動信号の位相について説明するための図である。 圧電素子を用いた小型ファンの外観の一例を示す図である。 図８に示すファンの動作を説明するための図である。

符号の説明

１，２，６…ＭＯＳトランジスタ１、３…ゲート駆動回路、４…抵抗、５…素子、７，８…ダイオード、９…コンパレータ、１０…周期検出部、１１…制御部、１２，３２…選択部、１３〜１５…レジスタ、１６…加算部、１７，３１…分周部、１８…エッジ検出部、１９，２０，３３…計数部、２１，２２…比較部、２３，２４…フリップフロップ、２５…シーケンス制御部、１０１…金属シート、１０２…圧電素子。

Claims (16)

1. 電気エネルギーを受けて機械的若しくは電気的な振動を生じる素子を駆動する駆動装置であって、
   第１動作モードにおいて、設定された周期若しくは周波数を持つ駆動信号を上記素子に供給し、第２動作モードにおいて、上記素子への上記駆動信号の供給を停止する駆動部と、
   上記第２動作モードにおいて、上記素子に生じる自由振動の周期若しくは周波数を検出する検出部と、
   動作モードを上記第１動作モードと上記第２動作モードとに交互に切り替えながら、上記第２動作モードにおける上記検出部の検出結果に近づくように、上記第１動作モードにおける上記駆動信号の周期若しくは周波数を調節する制御部と、
   上記電気信号を２値信号に変換する２値化部と、
   を有し、
   上記検出部は、上記２値信号において連続する２つのパルスの中心の時間間隔を検出する、
   駆動装置。
2. 電気エネルギーを受けて機械的若しくは電気的な振動を生じる素子を駆動する駆動装置であって、
   第１動作モードにおいて、設定された周期若しくは周波数を持つ駆動信号を上記素子に供給し、第２動作モードにおいて、上記素子への上記駆動信号の供給を停止する駆動部と、
   上記第２動作モードにおいて、上記素子に生じる自由振動の周期若しくは周波数を検出する検出部と、
   動作モードを上記第１動作モードと上記第２動作モードとに交互に切り替えながら、上記第２動作モードにおける上記検出部の検出結果に近づくように、上記第１動作モードにおける上記駆動信号の周期若しくは周波数を調節する制御部と、
   を有し、
   上記制御部は、第１動作モードにおける上記駆動信号の周期若しくは周波数の設定値と第２動作モードにおける上記検出部の検出値との差が第１のしきい値を超える場合、以降の第１動作モードにおいてＮサイクル（Ｎは１以上の整数を示す）の上記駆動信号が出力された後、動作モードを第２動作モードに切り替える、
   駆動装置。
3. 上記検出部は、上記自由振動時に上記素子が発生する電気信号の周期若しくは周波数を検出する、
   請求項１又は２に記載の駆動装置。
4. 上記駆動部は、上記第２動作モードにおいて上記駆動信号の出力を高インピーダンス状態とし、
   上記検出部は、上記素子への上記駆動信号の供給ラインを介して上記電気信号を入力する、
   請求項１乃至３の何れか一項に記載の駆動装置。
5. 上記制御部は、第１動作モードにおける上記駆動信号の周期若しくは周波数を、第２動作モードにおける上記検出部の検出結果、又は、複数回の第２動作モードにおける上記検出部の検出結果に基づいて設定する、
   請求項１乃至４の何れか一項に記載の駆動装置。
6. 上記制御部は、上記差が上記第１のしきい値より小さい場合、
   次の上記第１動作モードにおいて上記Ｎサイクルより多い所定サイクルの上記駆動信号が出力された後、動作モードを上記第２動作モードに切り替える、又は、
   次の上記第１動作モードにおいて上記駆動信号が上記Ｎサイクルの期間より長い所定の時間出力された後、動作モードを上記第２動作モードに切り替える、又は、
   動作モードを上記第１動作モードに固定する、
   請求項２乃至５の何れか一項に記載の駆動装置。
7. 上記制御部は、上記Ｎサイクルの駆動信号を出力する上記第１動作モードが連続して所定の回数若しくは所定の時間繰り返された場合、上記素子の振動の異常を示す信号を出力する、
   請求項６に記載の駆動装置。
8. 上記制御部は、上記検出値が所定の範囲から外れる場合、次の上記第１動作モードにおける上記駆動信号の周期若しくは周波数を所定の下限値若しくは上限値に設定し、以降、上記差が上記第１のしきい値より小さくなるまでの間において、上記検出値が上記所定の範囲から外れる場合には、次の上記第１動作モードにおける上記駆動信号の周期若しくは周波数を前回の上記第１動作モードにおける上記駆動信号の周期若しくは周波数に比べて所定の増分値若しくは減分値だけ変化させる、
   請求項２乃至７の何れか一項に記載の駆動装置。
9. 上記制御部は、上記差が上記第１のしきい値より大きい第２のしきい値を超える場合、次の上記第１動作モードにおける上記駆動信号の周期若しくは周波数を所定の下限値若しくは上限値に設定し、以降、上記差が上記第１のしきい値より小さくなるまでの間において、上記差が上記第２のしきい値を超える場合には、次の上記第１動作モードにおける上記駆動信号の周期若しくは周波数を前回の上記第１動作モードにおける上記駆動信号の周期若しくは周波数に比べて所定の増分値若しくは減分値だけ変化させる、
   請求項２乃至８の何れか一項に記載の駆動装置。
10. 上記制御部は、上記第１動作モードの開始時における上記駆動信号の位相を、前回の上記第１動作モードにおける上記駆動信号が当該開始時において持ち得る位相に合わせる、
    請求項２乃至９の何れか一項に記載の駆動装置。
11. 電気エネルギーを受けて機械的若しくは電気的な振動を生じる素子を駆動する駆動方法であって、
    設定された周期又は周波数の駆動信号を所定の期間上記素子に供給する第１のステップと、
    上記素子の自由振動により発生する電気信号の周期又は周波数を測定する第２のステップと、
    上記電気信号の周期又は周波数が所定の範囲に含まれるか否かを判定する第３のステップと、
    上記電気信号の周期又は周波数が上記所定の範囲に含まれないときに上記駆動信号の周期又は周波数に対して所定の値を加算して新たな周期又は周波数を設定すると共に第１のカウント値をカウントアップする第４のステップと、
    上記第１のカウント値と第１の値とを比較する第５のステップと、
    上記第１のカウント値が上記第１の値より小さいときに上記第１のステップに戻る第６のステップと、
    上記電気信号の周期又は周波数が上記所定の範囲に含まれるときに上記駆動信号の周期又は周波数と上記電気信号の周期又は周波数との差と所定の値とを比較する第７のステップと、
    上記差が上記所定の値よりも小さいときに上記駆動信号を上記所定の期間よりも長い間上記素子に供給する第８のステップと、
    を含む駆動方法。
12. 請求項１１に記載の駆動方法であって、
    上記第８のステップにおいて、上記差が上記所定の値よりも小さいときに上記電気信号の周期又は周波数を上記駆動信号の新たな周期又は周波数として設定すると共に当該駆動信号を上記所定の期間よりも長い間上記素子に供給する、
    駆動方法。
13. 請求項１１又は１２に記載の駆動方法であって、
    上記第１のカウント値が上記第１の値に一致するときに上記素子の異常を示す信号を出力する第９のステップを更に含む、
    駆動方法。
14. 請求項１１乃至１３の何れかに記載の駆動方法であって、
    上記差が上記所定の値よりも小さくないときに上記電気信号の周期又は周波数を上記駆動信号の新たな周期又は周波数として設定する第１０のステップを更に含み、
    当該第１０のステップの後に上記第５のステップが実行される、
    駆動方法。
15. 請求項１１乃至１４の何れかに記載の駆動方法であって、
    上記第８のステップにおいて、上記差が上記所定の値よりも小さい場合が連続して複数回繰り返されるときに上記駆動信号を上記所定の期間よりも長い間上記素子に供給する、
    駆動方法。
16. 請求項１１乃至１４の何れかに記載の駆動方法であって、
    上記第８のステップの後に上記第２のステップに移行する、
    駆動方法。