JP7155729B2 - アクチュエータ駆動回路および電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、アクチュエータ駆動回路および電子機器に関する。

従来から、トラス型アクチュエータの分野では、３つの積層型圧電素子の交点にチップ部材を設け、楕円を描くようにチップ部材を駆動し、球形の被駆動部材を任意の方向に旋回させる技術が知られている。特許文献１の要約書の解決手段には、「各変位部２、３の振動周波数を調整する発振器１０と、各変位部２、３の振動振幅を調整するＡＧＣ１２、１３及びパワーアンプ１４、１５と、各変位部２、３間の振動位相差を調整する移相器１１と、振動する各変位部２、３の振幅及び位相差を検出する振幅検出部１９、２０及び位相差検出部１８と、その検出振幅及び検出位相差に基づき、ＡＧＣ１２等及びパワーアンプ１４等により調整される振幅及び移相器１１により調整される位相差のうちの少なくとも一方を変更して合成部の楕円軌跡を調整するＭＰＵ２１とを具備する。」と記載されている。

図１０は、アクチュエータ駆動回路の一例の概略を示す構成図である。
駆動回路１Ｂは、トラス型のアクチュエータ２に接続されて、このアクチュエータ２を回転駆動させる。このアクチュエータ２は、加圧部２１と、固定部２２と、変位素子２３Ａ，２３Ｂと、変位素子２３Ａ，２３Ｂにそれぞれ結合された合成部２４と、ロータ２５を含んで構成される。固定部２２は、変位素子２３Ａ，２３Ｂの先端が直交するように、これら変位素子２３Ａ，２３Ｂの基端を接着して固定する。変位素子２３Ａ，２３Ｂは、駆動回路１Ｂによって所定の変位を発生させる。合成部２４は、変位素子２３Ａ，２３Ｂの先端の直交部分に接着される。ロータ２５は、合成部２４が当接して駆動される被駆動部材である。これら固定部２２と、変位素子２３Ａ，２３Ｂと、合成部２４とは、トラス構造体を構成する。

加圧部２１は、固定部２２と変位素子２３Ａ，２３Ｂと合成部２４とを含むトラス構造体をロータ２５の方向に加圧し、よって合成部２４をロータ２５に加圧接触させる。変位素子２３Ａ，２３Ｂには、圧電効果により電気信号を変位に変換する積層型の圧電素子が用いられている。合成部２４には、安定して高い摩擦係数が得られ、摩耗しにくいタングステンなどの金属材料が用いられる。固定部２２には、製造し易く強度が得られるステンレスなどの金属材料が用いられる。また、これらの接着には接着力や強度に優れたエポキシ系樹脂の接着剤が用いられる。加圧部２１は、コイルばねなどで構成され、固定部２２を被駆動部材である円板状のロータ２５の中心方向に加圧する。ロータ２５は、鉄、アルミニウムなどの金属で作製され、合成部２４との接触による摩耗を防ぐため、その側面にはタフトライド処理、アルマイト処理などの表面処理が施されている。

単相駆動方式は、変位素子２３Ａ，２３Ｂのうち一方の変位素子のみに駆動信号を与えてトラス構造体に楕円振動を発生させる。トラス構造体を振動させることで発生する共振周波数には複数の振動モードがある。駆動回路１Ｂは、この周波数を制御することで横振動と縦振動を同時に起こして楕円振動を導き、この楕円振動によりロータ２５を回転させる。この楕円振動の傾きが電流位相差とほぼ同等となることを利用して電気的制御を行う。

ＶＣＯ（Voltage-controlled oscillator）４２は、印加された電圧に応じた周波数の駆動クロックを出力する。パルス生成回路４３は、ＶＣＯ４２が出力した駆動クロックに基づき、矩形のパルスを生成する。この矩形パルスは、Ａ相の回路とＢ相の回路に出力される。
駆動回路１Ｂは、変位素子２３Ａに駆動信号を与えるＡ相の回路と、変位素子２３Ｂに駆動信号を与えるＢ相の回路に大別される。
Ａ相の回路は、ドライバ１１Ａと、ＬＣフィルタ１２Ａと、Ｂ相の連動スイッチ１３Ｂと相補的に連動する連動スイッチ１３Ａと、電流検出抵抗１４Ａと、検出器１６Ａと、ヒステリシス補正回路３１Ａを備える。このドライバ１１Ａは、２台のアンプをブリッジ接続して構成される。ドライバ１１Ａの入力側には、パルス生成回路４３の出力信号が入力される。ドライバ１１Ａは、この信号を増幅した信号を第１出力端子から出力し、この信号を増幅して反転した信号を第２出力端子から出力する。ドライバ１１Ａの第１出力端子と第２出力端子は、ＬＣフィルタ１２Ａに接続されている。ＬＣフィルタ１２Ａの２つの出力端子には、連動スイッチ１３Ａが接続されている。連動スイッチ１３Ａが開いている場合、ＬＣフィルタ１２Ａの出力端子から、正弦波信号が出力される。連動スイッチ１３Ａが閉じている場合、ＬＣフィルタ１２Ａの出力端端子から信号は出力されない。

ＬＣフィルタ１２Ａの一方の出力端子は変位素子２３Ａの一端に接続され、他方の出力端子は、電流検出抵抗１４Ａを介して変位素子２３Ａの他端に接続される。
検出器１６Ａは、電流検出抵抗１４Ａの両端電圧をコンパレータで比較して検出し、よって変位素子２３Ａに流れる電流を検知するものである。検出器１６Ａの出力信号は、二値化されている。
検出器１６Ａの出力信号は、ヒステリシス補正回路３１Ａに入力されたのち、セレクタ３２に入力される。ヒステリシス補正回路３１Ａは、電流信号に含まれる誤検出パルスをデジタル処理で除いている。

Ｂ相の回路も同様に、ドライバ１１Ｂと、ＬＣフィルタ１２Ｂと、Ａ相の連動スイッチ１３Ａと相補的に連動する連動スイッチ１３Ｂと、電流検出抵抗１４Ｂと、検出器１６Ｂと、ヒステリシス補正回路３１Ｂを備える。このＢ相の回路は、Ａ相の回路と同様に接続されている。

以下、ドライバ１１Ａ，１１Ｂを区別しないときには、単にドライバ１１と記載する。ＬＣフィルタ１２Ａ，１２Ｂを区別しないときには、単にＬＣフィルタ１２と記載する。連動スイッチ１３Ａ，１３Ｂを区別しないときには、単に連動スイッチ１３と記載する。電流検出抵抗１４Ａ，１４Ｂを区別しないときには、単に電流検出抵抗１４と記載する。検出器１６Ａ，１６Ｂを区別しないときには、単に検出器１６と記載する。

Ａ相の回路が変位素子２３Ａを駆動し、かつ変位素子２３Ａに流れる電流を検出している場合、Ｂ相の回路は変位素子２３Ｂを駆動せず、かつ変位素子２３Ｂに流れる電流を検出している。この場合、変位素子２３Ａに流れる電流は駆動側信号であり、変位素子２３Ｂに流れる電流は非駆動側信号である。Ａ相のヒステリシス補正回路３１Ａは、変位素子２３Ａに流れる電流を二値化して、駆動側の位相信号を出力する。Ｂ相のヒステリシス補正回路３１Ｂは、変位素子２３Ｂに流れる電流を二値化して、非駆動側の位相信号を出力する。

Ａ相の回路が変位素子２３Ａを駆動せず、かつ変位素子２３Ａに流れる電流を検出している場合、Ｂ相の回路は変位素子２３Ｂを駆動し、かつ変位素子２３Ｂに流れる電流を検出している。この場合、変位素子２３Ａに流れる電流は非駆動側信号であり、変位素子２３Ｂに流れる電流は駆動側信号である。Ａ相のヒステリシス補正回路３１Ａは、変位素子２３Ａに流れる電流を二値化して、非駆動側の位相信号を出力する。Ｂ相のヒステリシス補正回路３１Ｂは、変位素子２３Ｂに流れる電流を二値化して、駆動側の位相信号を出力する。

セレクタ３２は、駆動側の相で検出された位相信号を位相差設定回路３３に出力し、非駆動側の相で検出された位相信号を、そのまま位相比較器３４に出力する。位相差設定回路３３は、位相信号を目的の位相差だけ遅らせて出力する。図１０ではＡ相が駆動側なので、Ａ相の位相信号が４５°だけ遅れる（図１１参照）ことになる。

その後、位相比較器３４は、駆動側の位相信号と非駆動側の位相信号とを比較し、ローパスフィルタ４１を介してＶＣＯ４２にフィードバックする。これにより、駆動回路１Ｂは、駆動側の変位素子２３Ａの電流波形と、非駆動側の変位素子２３Ｂの電流波形とが目的の位相差となるように制御することができる。

図１１は、駆動側位相信号と非駆動側位相信号からの位相比較動作を示す波形図である。
第１グラフは、駆動側信号を示している。この駆動側信号は、Ａ相の変位素子２３Ａ（図１０参照）に流れる電流である。
第２グラフは、非駆動側信号を示している。この非駆動側信号は、Ｂ相の変位素子２３Ｂ（図１０参照）に流れる電流であり、フィードバックの定常状態において４５°だけ駆動側信号よりも遅れている。

第３グラフは、ヒステリシス補正後の駆動側の位相信号を示している。この位相信号は、ヒステリシス補正回路３１Ａ（図１０参照）の出力信号であり、駆動側信号のゼロクロスに対して角度Φだけ遅れている。
第４グラフは、ヒステリシス補正後の非駆動側の位相信号を示している。この位相信号は、ヒステリシス補正回路３１Ｂ（図１０参照）の出力信号であり、非駆動側信号のゼロクロスに対して角度Φだけ遅れている。

第５グラフは、位相差設定後の駆動側位相信号の波形を示している。この位相信号は、位相差設定回路３３の出力信号であり、駆動側の位相信号に対して４５°だけ遅れている。

図１２は、位相差０°における駆動側位相信号と非駆動側位相信号と、位相比較出力信号を示す波形図である。
第１グラフは、ヒステリシス補正後の駆動側の位相信号を示しており、時刻ｔ０と時刻ｔ１で立ち上がる。
第２グラフは、ヒステリシス補正後の非駆動側の位相信号を示しており、時刻ｔ０と時刻ｔ１で立ち上がる。位相比較信号は、これら駆動側の位相信号の立ち上がりエッジと、非駆動側の位相信号の立ち上がりエッジとを比較した信号である。ここで位相差は０°で、両信号は同時に立ち上がるため、位相比較信号は常に０である。

図１３は、進み位相における駆動側位相信号と非駆動側位相信号と、位相比較出力信号を示す波形図である。
第１グラフは、ヒステリシス補正後の駆動側の位相信号を示しており、時刻ｔ１１と時刻ｔ１３で立ち上がる。
第２グラフは、ヒステリシス補正後の非駆動側の位相信号を示しており、時刻ｔ１０と時刻ｔ１２で立ち上がる。位相比較信号は、これら駆動側の位相信号の立ち上がりエッジと、非駆動側の位相信号の立ち上がりエッジとを比較した信号である。ここで非駆動側は進み位相であるため、位相比較信号は時刻ｔ１０～ｔ１１で正のパルスになり、時刻ｔ１２～ｔ１３で正のパルスとなる。

図１４は、遅れ位相における駆動側位相信号との非駆動側位相信号と、位相比較出力信号を示す波形図である。
第１グラフは、ヒステリシス補正後の駆動側の位相信号を示しており、時刻ｔ２０と時刻ｔ２２で立ち上がる。
第２グラフは、ヒステリシス補正後の非駆動側の位相信号を示しており、時刻ｔ２１と時刻ｔ２３で立ち上がる。位相比較信号は、これら駆動側の位相信号の立ち上がりエッジと、非駆動側の位相信号の立ち上がりエッジとを比較した信号である。ここで非駆動側は遅れ位相であるため、位相比較信号は時刻ｔ２０～ｔ２１で負のパルスになり、時刻ｔ２２～ｔ２３で負のパルスとなる。

特開２００２－１１２５６３号公報

このように、従来の単相駆動における位相比較では、二値化した位相信号に含まれる誤検出パルスを除去する必要がある。また、この位相比較動作は複雑であるため、ヒステリシス補正回路や位相比較器、ローパスフィルタなど、多くの回路を必要とし、かつ、位相制御の精度を確保することが難しい問題があった。

そこで、本発明は、アクチュエータ駆動回路について、簡素な回路構成で精度良く位相制御を行うことを課題とする。

本発明は、上記目的を達成するため、
所定の変位を発生させる一対の変位素子と、
前記一対の変位素子に結合され、当該一対の変位素子の変位により駆動される駆動部材と、
前記駆動部材が当接することによって駆動される被駆動部材と、
を備えるアクチュエータの駆動回路であって、
前記一対の変位素子のうち一方の変位素子に所定の周波数の駆動信号を印加する制御部と
前記一対の変位素子のうち他方の変位素子から検出信号を検出する検出部と、
前記駆動信号から所定位相だけシフトした積分領域パルスを生成するパルス生成部と、
前記積分領域パルスを用いて前記検出信号を積分する積分部と、
を備え、
前記制御部は、
前記積分部の出力信号に基づいて前記駆動信号の位相を制御する、
ことを特徴とするアクチュエータ駆動回路である。

本発明によれば、アクチュエータ駆動回路について、簡素な回路構成で精度良く位相制御を行うことが可能となる。

第１の実施形態におけるアクチュエータ駆動回路の概略を示す構成図である。 位相差０°における駆動パルス生成信号および駆動側アンプ出力信号と、非駆動側アンプ出力信号と、位相差４５°設定時の積分領域パルスを示す波形図である。 進み位相における駆動パルス生成信号および駆動側アンプ出力信号と、非駆動側アンプ出力信号と、位相差４５°設定時の積分領域パルスを示す波形図である。 遅れ位相における駆動パルス生成信号および駆動側アンプ出力信号と、非駆動側アンプ出力信号と、位相差４５°設定時の積分領域パルスを示す波形図である。 第２の実施形態におけるアクチュエータ駆動回路の概略を示す構成図である。 位相差０°における駆動パルス生成信号および駆動側アンプ出力信号と、非駆動側アンプ出力信号と、位相差４５°設定時の積分領域パルスを示す波形図である。 進み位相における駆動パルス生成信号および駆動側アンプ出力信号と、非駆動側アンプ出力信号と、位相差４５°設定時の積分領域パルスを示す波形図である。 遅れ位相における駆動パルス生成信号および駆動側アンプ出力信号と、非駆動側アンプ出力信号と、位相差４５°設定時の積分領域パルスを示す波形図である。 駆動パルス生成信号と、駆動側アンプ出力信号および積分領域パルスと、位相遅れ状態の非駆動側アンプ出力信号および積分領域パルスを示す波形図である。 アクチュエータ駆動回路の一例の概略を示す構成図である。 駆動側位相信号と非駆動側位相信号からの位相比較動作を示す波形図である。 位相差０°における駆動側位相信号と非駆動側位相信号と、位相比較出力信号を示す波形図である。 進み位相における駆動側位相信号と非駆動側位相信号と、位相比較出力信号を示す波形図である。 遅れ位相における駆動側位相信号との非駆動側位相信号と、位相比較出力信号を示す波形図である。

以降、本発明を実施するための形態を、各図を参照して詳細に説明する。
《第１の実施形態》
第１の実施形態の要点は、駆動信号から任意シフトした積分領域パルスを生成する積分領域パルス生成回路と、この積分領域パルスを用いて電流検出信号を積分する積分回路とを備え、この積分値を位相比較出力としてＶＣＯにフィードバックすることである。以下、図１から図４を参照して、第１の実施形態を説明する。

図１は、第１の実施形態におけるアクチュエータ駆動回路の概略を示す構成図である。
第１の実施形態の駆動回路１は、トラス型のアクチュエータ２に接続されて、このアクチュエータ２を回転駆動させる。このアクチュエータ２は、加圧部２１と、固定部２２と、変位素子２３Ａ，２３Ｂと、変位素子２３Ａ，２３Ｂにそれぞれ結合された合成部２４と、ロータ２５を含んで構成される。固定部２２は、変位素子２３Ａ，２３Ｂの先端が直交するように、これら変位素子２３Ａ，２３Ｂの基端を接着して固定する。変位素子２３Ａ，２３Ｂは、駆動回路１によって所定の変位を発生させる。合成部２４は、変位素子２３Ａ，２３Ｂの先端の直交部分に接着（結合）され、これら変位素子２３Ａ，２３Ｂの変位により駆動される駆動部材として機能する。ロータ２５は、合成部２４が当接して駆動される被駆動部材である。これら固定部２２と、変位素子２３Ａ，２３Ｂと、合成部２４とは、トラス構造体を構成する。

加圧部２１は、固定部２２と変位素子２３Ａ，２３Ｂと合成部２４とを含むトラス構造体をロータ２５の方向に加圧し、よって合成部２４をロータ２５に加圧接触させる。変位素子２３Ａ，２３Ｂには、圧電効果により電気信号を変位に変換する積層型の圧電素子が用いられている。合成部２４には、安定して高い摩擦係数が得られ、摩耗しにくいタングステンなどの金属材料が用いられる。固定部２２には、製造し易く強度が得られるステンレスなどの金属材料が用いられる。また、これらの接着には接着力や強度に優れたエポキシ系樹脂の接着剤が用いられる。加圧部２１は、コイルばねなどで構成され、固定部２２を被駆動部材である円板状のロータ２５の中心方向に加圧する。ロータ２５は、鉄、アルミニウムなどの金属で作製され、合成部２４との接触による摩耗を防ぐため、その側面にはタフトライド処理、アルマイト処理などの表面処理が施されている。

以下、第１の実施形態のトラス型アクチュエータにおける単相駆動回路の位相比較動作を簡単に説明する。
ＶＣＯ４２は、印加された電圧に応じた周波数の駆動クロックを出力する。パルス生成回路４３は、ＶＣＯ４２が出力した駆動クロックに基づき、矩形のパルスを生成する。この矩形パルスは、Ａ相の回路とＢ相の回路と積分領域パルス生成回路４４に出力される。
駆動回路１は、変位素子２３Ａに駆動信号を与えるＡ相の回路と、変位素子２３Ｂに駆動信号を与えるＢ相の回路に大別される。

Ａ相の回路は、ドライバ１１Ａと、ＬＣフィルタ１２Ａと、Ｂ相の連動スイッチ１３Ｂと相補的に連動する連動スイッチ１３Ａと、電流検出抵抗１４Ａと、検出器１５Ａを備える。このドライバ１１Ａは、２台のアンプをブリッジ接続して構成される。ドライバ１１Ａの入力側には、パルス生成回路４３の出力信号が入力される。ドライバ１１Ａは、この信号を増幅した信号を第１出力端子から出力し、この信号を増幅して反転した信号を第２出力端子から出力する。

ドライバ１１Ａの第１出力端子と第２出力端子は、ＬＣフィルタ１２Ａに接続されている。ＬＣフィルタ１２Ａの２つの出力端子には、連動スイッチ１３Ａが接続されている。連動スイッチ１３Ａが開いている場合、ＬＣフィルタ１２Ａの出力端子から、正弦波信号が出力される。連動スイッチ１３Ａが閉じている場合、ＬＣフィルタ１２Ａの出力端端子から信号は出力されない。

ＬＣフィルタ１２Ａの一方の出力端子は変位素子２３Ａの一端に接続され、他方の出力端子は、電流検出抵抗１４Ａを介して変位素子２３Ａの他端に接続される。
検出器１５Ａは、電流検出抵抗１４Ａの両端電圧をアナログで増幅して検出し、変位素子２３Ａに流れる電流を検知するものである。検出器１５Ａの出力信号は、セレクタ５３に入力される。

Ｂ相の回路も同様に、ドライバ１１Ｂと、ＬＣフィルタ１２Ｂと、Ａ相の連動スイッチ１３Ａと相補的に連動する連動スイッチ１３Ｂと、電流検出抵抗１４Ｂと、検出器１５Ｂを備える。このＢ相の回路は、Ａ相の回路と同様に接続されている。

Ａ相の回路が変位素子２３Ａを駆動し、かつ変位素子２３Ａに流れる電流を検出している場合、Ｂ相の回路は変位素子２３Ｂを駆動せず、かつ変位素子２３Ｂに流れる電流を検出している。この場合、変位素子２３Ａに流れる電流は駆動側信号であり、変位素子２３Ｂに流れる電流は非駆動側信号である。

Ａ相の回路が変位素子２３Ａを駆動せず、かつ変位素子２３Ａに流れる電流を検出している場合、Ｂ相の回路は変位素子２３Ｂを駆動し、かつ変位素子２３Ｂに流れる電流を検出している。この場合、変位素子２３Ａに流れる電流は非駆動側信号であり、変位素子２３Ｂに流れる電流は駆動側信号である。

セレクタ５３は、非駆動側の相の検出信号（アナログ信号）を積分回路５４に出力する。積分領域パルス生成回路４４は、駆動パルス生成信号の位相を４５°進めて、積分領域パルスを生成する。積分回路５４は、積分領域パルスがＨレベルならば、非駆動側検出信号を積分する。つまり積分回路５４は、積分領域パルスがＨレベルの区間（所定の区間）に対応する非駆動側検出信号を積分する。この積分回路５４の動作を、図２から図４を用いて説明する。

図２は、位相差０°における駆動パルス生成信号および駆動側アンプ出力信号と、非駆動側アンプ出力信号と、位相差４５°設定時の積分領域パルスを示す波形図である。
第１グラフは、駆動パルス生成信号の波形図である。この駆動パルス生成信号は、所定周期の矩形波である。

第２グラフは、駆動側検出信号の波形図である。この駆動側検出信号は、正弦波であり、図１の検出器１５Ａの出力信号である。駆動パルス生成信号のエッジである時刻ｔ３１において、駆動側検出信号はゼロクロスしている。

第３グラフは、実線で非駆動側の検出信号を示し、破線で積分領域パルスを示している。ハッチング領域は、非駆動側の検出信号の積分領域を示している。
時刻ｔ３０は、積分領域パルスの立ち上がりエッジであり、かつ積分の開始時刻である。この時刻ｔ３０は、駆動側検出信号のゼロクロス点である時刻ｔ３１に対して、４５°だけ位相が進んでいる。時刻ｔ３３は、積分領域パルスの立ち下がりエッジであり、かつ積分の終了時刻である。この時刻ｔ３３は、時刻ｔ３０に対して位相が１８０°だけ遅れている。

図２において非駆動側の検出信号と駆動側の検出信号の位相差は、４５°である。非駆動側の検出信号のゼロクロス点である時刻ｔ３２は、駆動側検出信号のゼロクロス点に対して４５°だけ位相が遅れており、かつ時刻ｔ３０に対して９０°だけ位相が遅れている。よって、非駆動側の検出信号の積分領域は、正の領域と負の領域とが等しい。

図３は、進み位相における駆動パルス生成信号および駆動側アンプ出力信号と、非駆動側アンプ出力信号と、位相差４５°設定時の積分領域パルスを示す波形図である。
第１グラフは、駆動パルス生成信号の波形図である。この駆動パルス生成信号は、所定周期の矩形波である。

第２グラフは、駆動側検出信号の波形図である。この駆動側検出信号は、正弦波であり、図１の検出器１５Ａの出力信号である。駆動パルス生成信号のエッジである時刻ｔ４１において、駆動側検出信号はゼロクロスしている。

第３グラフは、実線で非駆動側の検出信号を示し、破線で積分領域パルスを示している。ハッチング領域は、非駆動側の検出信号の積分領域を示している。
時刻ｔ４０は、積分領域パルスの立ち上がりエッジであり、かつ積分の開始時刻である。この時刻ｔ４０は、駆動側検出信号のゼロクロス点である時刻ｔ４１に対して、４５°だけ位相が進んでいる。時刻ｔ４３は、積分領域パルスの立ち下がりエッジであり、かつ積分の終了時刻である。この時刻ｔ４３は、時刻ｔ４０に対して位相が１８０°だけ遅れている。

図３において非駆動側の検出信号の位相は、本来の位相（図２の第３グラフ参照）に対して略４５°だけ進んでいる。非駆動側の検出信号のゼロクロス点である時刻ｔ４２は、駆動側検出信号のゼロクロス点の近傍であり、かつ時刻ｔ３０に対して４５°だけ位相が遅れている。よって、非駆動側の検出信号の積分領域は、正の領域が負の領域よりも大きい。

図４は、遅れ位相における駆動パルス生成信号および駆動側アンプ出力信号と、非駆動側アンプ出力信号と、位相差４５°設定時の積分領域パルスを示す波形図である。
第１グラフは、駆動パルス生成信号の波形図である。この駆動パルス生成信号は、所定周期の矩形波である。

第２グラフは、駆動側検出信号の波形図である。この駆動側検出信号は、正弦波であり、図１の検出器１５Ａの出力信号である。駆動パルス生成信号のエッジである時刻ｔ５１において、駆動側検出信号はゼロクロスしている。

第３グラフは、実線で非駆動側の検出信号を示し、破線で積分領域パルスを示している。ハッチング領域は、非駆動側の検出信号の積分領域を示している。
時刻ｔ５０は、積分領域パルスの立ち上がりエッジであり、かつ積分の開始時刻である。この時刻ｔ５０は、駆動側検出信号のゼロクロス点である時刻ｔ５１に対して、４５°だけ位相が進んでいる。時刻ｔ５３は、積分領域パルスの立ち下がりエッジであり、かつ積分の終了時刻である。この時刻ｔ５３は、時刻ｔ５０に対して位相が１８０°だけ遅れている。

図４において非駆動側の検出信号の位相は、本来の位相（図２の第３グラフ参照）に対して略４５°だけ遅れている。非駆動側の検出信号のゼロクロス点である時刻ｔ５２は、駆動側検出信号のゼロクロス点に対して略９０°だけ遅れており、かつ時刻ｔ５０に対して１３５°だけ位相が遅れている。よって、非駆動側の検出信号の積分領域は、正の領域が負の領域よりも大きい。

図１に戻って説明を続ける。積分回路５４は、その積分値である出力信号をＶＣＯ４２にフィードバックする。これにより、駆動回路１は、駆動側の変位素子２３Ａの電流波形と、非駆動側の変位素子２３Ｂの電流波形とが目的の位相差（４５°）となるように制御することができる。

駆動回路１は、非駆動側の検出信号の積分領域において、非駆動側の検出信号の和が０でなく、正の値を取る場合、ＶＣＯ４２から駆動側の変位素子２３Ｂに出力される電流波形の位相を進ませるよう制御を行う。
また、駆動回路１は、非駆動側の検出信号の積分領域において、非駆動側の検出信号の和が０でなく、負の値を取る場合、ＶＣＯ４２から駆動側の変位素子２３Ｂに出力される電流波形の位相を遅らせるよう制御を行う。

《第１の実施形態の効果》
本発明の駆動回路１は、駆動パルスから位相シフトした積分領域パルスを用いて電流検出信号を積分している。これにより、図１０に示したヒステリシス補正回路３１Ａ，３１Ｂや位相比較器３４、ローパスフィルタ４１等の回路を削減できるので、消費電力を削減できる効果がある。
また、電流検出信号を積分することで、外乱ノイズの吸収をしながら精度の高い位相制御を行うことができる。

《第２の実施形態》
図５は、第２の実施形態におけるアクチュエータ駆動回路の概略を示す構成図である。
第２の実施形態の駆動回路１Ａは、トラス型のアクチュエータ２に接続されて、このアクチュエータ２を回転駆動させる。このトラス型のアクチュエータ２は、第１の実施形態のアクチュエータ２と同様に構成されており、同様に動作する。

以下、トラス型アクチュエータにおける単相駆動原理回路の位相比較動作を簡単に説明する。
ＶＣＯ４２は、印加された電圧に応じた周波数の駆動クロックを出力する。パルス生成回路４３は、ＶＣＯ４２が出力した駆動クロックに基づき、矩形のパルスを生成する。この矩形パルスは、Ａ相の回路とＢ相の回路と積分領域パルス生成回路４４に出力される。
駆動回路１は、変位素子２３Ａに駆動信号を与えるＡ相の回路と、変位素子２３Ｂに駆動信号を与えるＢ相の回路に大別される。

Ａ相の回路は、ドライバ１１Ａと、ＬＣフィルタ１２Ａと、Ｂ相の連動スイッチ１３Ｂと相補的に連動する連動スイッチ１３Ａと、電流検出抵抗１４Ａと、検出器１５Ａを備える。このドライバ１１Ａは、２台のアンプをブリッジ接続して構成される。ドライバ１１Ａの入力側には、パルス生成回路４３の出力信号が入力される。ドライバ１１Ａは、この信号を増幅した信号を第１出力端子から出力し、この信号を増幅して反転した信号を第２出力端子から出力する。

ドライバ１１Ａの第１出力端子と第２出力端子は、ＬＣフィルタ１２Ａに接続されている。ＬＣフィルタ１２Ａの２つの出力端子には、連動スイッチ１３Ａが接続されている。連動スイッチ１３Ａが開いている場合、ＬＣフィルタ１２Ａの出力端子から、正弦波信号が出力される。連動スイッチ１３Ａが閉じている場合、ＬＣフィルタ１２Ａの出力端端子から信号は出力されない。

ＬＣフィルタ１２Ａの一方の出力端子は変位素子２３Ａの一端に接続され、他方の出力端子は、電流検出抵抗１４Ａを介して変位素子２３Ａの他端に接続される。
検出器１５Ａは、電流検出抵抗１４Ａの両端電圧をアナログで増幅して検出し、よって変位素子２３Ａに流れる電流を検知するものである。検出器１５Ａの出力信号は、セレクタ５３に入力される。

Ｂ相の回路も同様に、ドライバ１１Ｂと、ＬＣフィルタ１２Ｂと、Ａ相の連動スイッチ１３Ａと相補的に連動する連動スイッチ１３Ｂと、電流検出抵抗１４Ｂと、検出器１５Ｂを備える。このＢ相の回路は、Ａ相の回路と同様に接続されている。

Ａ相の回路が変位素子２３Ａを駆動し、かつ変位素子２３Ａに流れる電流を検出している場合、Ｂ相の回路は変位素子２３Ｂを駆動せず、かつ変位素子２３Ｂに流れる電流を検出している。この場合、変位素子２３Ａに流れる電流は駆動側信号であり、変位素子２３Ｂに流れる電流は非駆動側信号である。

Ａ相の回路が変位素子２３Ａを駆動せず、かつ変位素子２３Ａに流れる電流を検出している場合、Ｂ相の回路は変位素子２３Ｂを駆動し、かつ変位素子２３Ｂに流れる電流を検出している。この場合、変位素子２３Ａに流れる電流は非駆動側信号であり、変位素子２３Ｂに流れる電流は駆動側信号である。

第２の実施形態では、非駆動側の検出信号から積分領域パルスを生成することにより、その積分値による電圧変化をＶＣＯ４２の動作制御に使用するようにした。

積分領域パルス生成回路４５は、駆動パルスに対して４５°だけ位相が進んだ第２積分領域パルスを生成する。積分回路５１Ｂは、この第２積分領域パルスを用いて非駆動側の検出信号を積分する。第２積分領域パルスで得られる積分値が０の場合、目的の位相差になるよう位相制御が行われる。
以下、図６から図８を参照しつつ、積分値に基づく位相制御について説明する。

図６は、位相差０°における駆動パルス生成信号および駆動側アンプ出力信号と、非駆動側アンプ出力信号と、位相差４５°設定時の積分領域パルスを示す波形図である。
第１グラフは、駆動パルス生成信号の波形図である。この駆動パルス生成信号は、所定周期の矩形波である。

第２グラフは、駆動側検出信号の波形図である。この駆動側検出信号は、正弦波であり、図５の検出器１５Ａの出力信号である。駆動パルス生成信号のエッジに対して、駆動側検出信号のゼロクロス点は、位相差Φだけ遅れている。位相差Φは、ＬＣフィルタ１２Ａによって発生する。

第３グラフは、実線で非駆動側の検出信号を示し、破線で積分領域パルスを示している。ハッチング領域は、非駆動側の検出信号の積分領域を示している。
時刻ｔ６０は、積分領域パルスの立ち上がりエッジであり、かつ積分の開始時刻である。この時刻ｔ６０は、駆動側検出信号のゼロクロス点である時刻ｔ６１に対して、４５°だけ位相が進んでいる。時刻ｔ６３は、積分領域パルスの立ち下がりエッジであり、かつ積分の終了時刻である。この時刻ｔ６３は、時刻ｔ６０に対して位相が１８０°だけ遅れている。

図６において非駆動側の検出信号と駆動側の検出信号の位相差は、４５°である。非駆動側の検出信号のゼロクロス点である時刻ｔ６２は、駆動側検出信号のゼロクロス点に対して４５°だけ位相が遅れており、かつ時刻ｔ６０に対して９０°だけ位相が遅れている。よって、非駆動側の検出信号の積分領域は、正の領域と負の領域とが等しい。

図７は、進み位相における駆動パルス生成信号および駆動側アンプ出力信号と、非駆動側アンプ出力信号と、位相差４５°設定時の積分領域パルスを示す波形図である。
第１グラフは、駆動パルス生成信号の波形図である。この駆動パルス生成信号は、所定周期の矩形波である。

第２グラフは、駆動側検出信号の波形図である。この駆動側検出信号は、正弦波であり、図５の検出器１５Ａの出力信号である。駆動パルス生成信号のエッジに対して、駆動側検出信号のゼロクロス点は、位相差Φだけ遅れている。位相差Φは、ＬＣフィルタ１２Ａによって発生する。

第３グラフは、実線で非駆動側の検出信号を示し、破線で積分領域パルスを示している。ハッチング領域は、非駆動側の検出信号の積分領域を示している。
時刻ｔ７０は、積分領域パルスの立ち上がりエッジであり、かつ積分の開始時刻である。この時刻ｔ７０は、駆動側検出信号のゼロクロス点である時刻ｔ７１に対して、４５°だけ位相が進んでいる。時刻ｔ７３は、積分領域パルスの立ち下がりエッジであり、かつ積分の終了時刻である。この時刻ｔ７３は、時刻ｔ７０に対して位相が１８０°だけ遅れている。

図７において非駆動側の検出信号の位相は、本来の位相（図６の第３グラフ参照）に対して略４５°だけ進んでいる。非駆動側の検出信号のゼロクロス点である時刻ｔ７２は、駆動側検出信号のゼロクロス点の近傍であり、かつ時刻ｔ７０に対して４５°だけ位相が遅れている。よって、非駆動側の検出信号の積分領域は、正の領域が負の領域よりも大きい。

図８は、遅れ位相における駆動パルス生成信号および駆動側アンプ出力信号と、非駆動側アンプ出力信号と、位相差４５°設定時の積分領域パルスを示す波形図である。
第１グラフは、駆動パルス生成信号の波形図である。この駆動パルス生成信号は、所定周期の矩形波である。

第２グラフは、駆動側検出信号の波形図である。この駆動側検出信号は、正弦波であり、図５の検出器１５Ａの出力信号である。駆動パルス生成信号のエッジに対して、駆動側検出信号のゼロクロス点は、位相差Φだけ遅れている。位相差Φは、ＬＣフィルタ１２Ａによって発生する。

第３グラフは、実線で非駆動側の検出信号を示し、破線で積分領域パルスを示している。ハッチング領域は、非駆動側の検出信号の積分領域を示している。
時刻ｔ８０は、積分領域パルスの立ち上がりエッジであり、かつ積分の開始時刻である。この時刻ｔ８０は、駆動側検出信号のゼロクロス点である時刻ｔ８１に対して、４５°だけ位相が進んでいる。時刻ｔ８３は、積分領域パルスの立ち下がりエッジであり、かつ積分の終了時刻である。この時刻ｔ８３は、時刻ｔ８０に対して位相が１８０°だけ遅れている。

図８において非駆動側の検出信号の位相は、本来の位相（図６の第３グラフ参照）に対して略４５°だけ遅れている。非駆動側の検出信号のゼロクロス点である時刻ｔ８２は、駆動側検出信号のゼロクロス点に対して略９０°だけ遅れており、かつ時刻ｔ８０に対して１３５°だけ位相が遅れている。よって、非駆動側の検出信号の積分領域は、正の領域が負の領域よりも大きい。

図５に戻って、積分領域パルス生成回路４５の動作を説明する。積分領域パルス生成回路４５は更に、駆動パルスに対して９０°だけ位相が進んだ第１積分領域パルスを生成する。積分回路５１Ａは、この第１積分領域パルスを用いて駆動側の検出信号を積分する。減算器５２Ａは、第２積分領域パルスで得られる積分値から、この第１積分領域パルスで得られる積分値を減算する。減算器５２Ｂは、第１積分領域パルスで得られる積分値から、第２積分領域パルスで得られる積分値を減算する。

図５において、スイッチ５５は減算器５２Ａの側に切り替わっているので、減算器５２Ａの出力信号がＶＣＯ４２にフィードバックされる。つまり第２積分領域パルスで得られる積分値と第１積分領域パルスで得られる積分値との差が０の場合、目的の位相差になるよう位相制御が行われる。

なお、非駆動側がＡ相、駆動側がＢ相に切り替わった場合、スイッチ５５は、減算器５２Ｂの側に切り替わる。このとき、減算器５２Ｂは、第１積分領域パルスで得られる積分値から、第２積分領域パルスで得られる積分値を減算して、ＶＣＯ４２にフィードバックする。

図９は、駆動パルス生成信号と、駆動側アンプ出力信号および積分領域パルスと、位相遅れ状態の非駆動側アンプ出力信号および積分領域パルスを示す波形図である。
第１グラフは、駆動パルス生成信号の波形図である。この駆動パルス生成信号は、所定周期の矩形波である。

第２グラフは、実線で駆動側検出信号を示し、破線で第１積分領域パルスを示している。ハッチング領域は、駆動側の検出信号の積分領域を示している。
この駆動側検出信号は、正弦波であり、図５の検出器１５Ａの出力信号である。第１積分領域パルスは矩形波であり、駆動パルス生成信号のエッジに対して９０°だけ位相が進んでいる。時刻ｔ９０は、第１積分領域パルスの立ち上がりエッジであり、かつ積分の開始時刻である。時刻ｔ９１は、駆動側検出信号のゼロクロス点であり、駆動パルス生成信号の立ち上がりエッジに対して所定角度だけ位相が遅れている。時刻ｔ９２は、第１積分領域パルスの立ち下がりエッジであり、かつ積分の終了時刻である。この時刻ｔ９２は、時刻ｔ９０に対して位相が１８０°だけ遅れている。

第３グラフは、正弦波の実線で制御中の非駆動側検出信号を示し、正弦波の破線で制御後の非駆動側検出信号を示し、矩形の破線で第２積分領域パルスを示している。ハッチング領域は、非駆動側の検出信号の積分領域を示している。

この非駆動側検出信号は、正弦波であり、図５の検出器１５Ｂの出力信号である。非駆動側検出信号の第２積分領域パルスは矩形波であり、駆動パルス生成信号のエッジに対して４５°だけ位相が進んでいる。かつ、第２積分領域パルスは、第１積分領域パルスに対して４５°だけ位相が遅れている。

時刻ｔ９３は、第２積分領域パルスの立ち上がりエッジであり、かつ積分の開始時刻である。時刻ｔ９４は、制御中の駆動側検出信号のゼロクロス点であり、時刻ｔ９３に対して９０°だけ位相が遅れている。時刻ｔ９５は、第２積分領域パルスの立ち下がりエッジであり、かつ積分の終了時刻である。この時刻ｔ９５は、時刻ｔ９３に対して位相が１８０°だけ遅れている。

駆動側検出信号の積分領域と非駆動側検出信号の積分領域とを比べると、駆動側検出信号の積分領域の方が負の領域が多い。駆動回路１Ａは、減算器５２Ａで非駆動側の積分領域から駆動側の積分領域を減算して、ＶＣＯ４２にフィードバックしている。これにより、非駆動側検出信号は破線で示した制御後の状態となる。つまり、駆動回路１Ａは、駆動側検出信号の積分領域と非駆動側検出信号の積分領域が一致するように制御する。

なお、非駆動側がＡ相、駆動側がＢ相に切り替わった場合、減算器５２Ｂで非駆動側の積分領域から駆動側の積分領域を減算して、ＶＣＯ４２にフィードバックする。この切り替えは、スイッチ５５で行われる。

《第２の実施形態の効果》
駆動パルスから位相シフトした積分領域パルスを用いて電流検出信号を積分している。
これにより、図１０に示したヒステリシス補正回路３１Ａ，３１Ｂや位相比較器３４、ローパスフィルタ４１等の回路を削減できるので、消費電力を削減できる効果がある。
また、電流検出信号を積分することで、外乱ノイズの吸収をしながら精度の高い位相制御を行うことができる。

更に、駆動側検出信号を積分して、ＶＣＯ制御電圧に加算することで、積分領域パルスの位相シフト量を自動で補正できる。

なお、本実施形態においては、Ａ層を駆動側とし、Ｂ層を非駆動側としたが、それに限られず、Ｂ層を駆動側とし、Ａ層を非駆動側としてもよい。

以下に、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲に記載した発明を付記する。付記に記載した請求項の項番は、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲の通りである。

〔付記〕
《請求項１》
所定の変位を発生させる複数の変位素子と、
前記複数の変位素子に結合され、当該複数の変位素子の変位により駆動される駆動部材と、
前記駆動部材が当接することによって駆動される被駆動部材と、
を備えるアクチュエータの駆動回路であって、
前記複数の変位素子のうち一方の変位素子に駆動信号を印加する駆動部と
前記複数の変位素子のうち他方の変位素子から検出信号を検出する検出部と、
前記駆動信号から所定位相だけシフトした積分領域パルスを生成するパルス生成部と、
前記積分領域パルスを用いて前記検出信号を積分する積分部と、
前記積分部の出力信号を位相比較出力として、前記駆動信号の周波数を制御する電圧制御部と、
を備えるアクチュエータ駆動回路。
《請求項２》
前記所定位相は、＋４５度である、
ことを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ駆動回路。
《請求項３》
前記積分部は、前記積分領域パルスの所定の区間に対応する前記検出信号を積分する、
ことを特徴とする請求項１または２に記載のアクチュエータ駆動回路。
《請求項４》
前記電圧制御部は、前記検出信号が前記積分部に積分された値が正の値の場合、前記駆動信号の周波数の位相を進めるよう制御する、
ことを特徴とする請求項１または２に記載のアクチュエータ駆動回路。
《請求項５》
前記電圧制御部は、前記検出信号が前記積分部に積分された値が負の値の場合、前記駆動信号の周波数の位相を遅らせるよう制御する、
ことを特徴とする請求項１または２に記載のアクチュエータ駆動回路。
《請求項６》
所定の変位を発生させる複数の変位素子と、
前記複数の変位素子に結合され、当該複数の変位素子の変位により駆動される駆動部材と、
前記駆動部材が当接することによって駆動される被駆動部材と、
を備えるアクチュエータの駆動回路であって、
前記複数の変位素子のうち一方の変位素子に駆動信号を印加する駆動部と
前記複数の変位素子のうち他方の変位素子から検出信号を検出する検出部と、
前記駆動信号から、第１位相だけシフトした第１積分領域パルス、および、第２位相だけシフトした第２積分領域パルスを生成するパルス生成部と、
前記第１積分領域パルスを用いて前記駆動信号を積分する第１積分部と、
前記第２積分領域パルスを用いて前記検出信号を積分する第２積分部と、
前記第１積分部の出力信号と前記第２積分部の出力信号との差を位相比較出力として、前記駆動信号の周波数を制御する電圧制御部と、
を備えるアクチュエータ駆動回路。
《請求項７》
前記第１位相は－９０度であり、
前記第２位相は－４５度である、
ことを特徴とする請求項６に記載のアクチュエータ駆動回路。
《請求項８》
請求項１から７のうちいずれか１項に記載のアクチュエータ駆動回路を備える、
ことを特徴とする電子機器。

１，１Ａ，１Ｂ 駆動回路
１１Ａ，１１Ｂ ドライバ （駆動部の一部）
１２Ａ，１２Ｂ ＬＣフィルタ （駆動部の一部）
１３Ａ，１３Ｂ 連動スイッチ
１４Ａ，１４Ｂ 電流検出抵抗 （検出部の一部）
１５Ａ，１５Ｂ 検出器 （検出部の一部）
１６Ａ，１６Ｂ 検出器
２ アクチュエータ
２１ 加圧部
２２ 固定部
２３Ａ，２３Ｂ 変位素子
２４ 合成部 （駆動部材）
２５ ロータ （被駆動部材）
３１Ａ，３１Ｂ ヒステリシス補正回路
３２ セレクタ
３３ 位相差設定回路
３４ 位相比較器
４１ ローパスフィルタ
４２ ＶＣＯ
４３ パルス生成回路
４４，４５ 積分領域パルス生成回路 （パルス生成部）
５１Ａ，５１Ｂ，５４ 積分回路 （積分部）
５２ 減算器
５３ セレクタ

Claims (10)

1. 所定の変位を発生させる一対の変位素子と、
   前記一対の変位素子に結合され、当該一対の変位素子の変位により駆動される駆動部材と、
   前記駆動部材が当接することによって駆動される被駆動部材と、
   を備えるアクチュエータの駆動回路であって、
   前記一対の変位素子のうち一方の変位素子に所定の周波数の駆動信号を印加する制御部と、
   前記一対の変位素子のうち他方の変位素子から検出信号を検出する検出部と、
   前記駆動信号から所定位相だけシフトした積分領域パルスを生成するパルス生成部と、
   前記積分領域パルスを用いて前記検出信号を積分する積分部と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記積分部の出力信号に基づいて前記駆動信号の位相を制御する、
   ことを特徴とするアクチュエータ駆動回路。
2. 前記積分領域パルスは、前記駆動信号の位相を４５°進めたものである、
   ことを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ駆動回路。
3. 前記積分部は、前記積分領域パルスの所定の区間に対応する前記検出信号を積分する、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のアクチュエータ駆動回路。
4. 前記制御部は、前記検出信号が前記積分部に積分された値が正の値の場合、前記駆動信号の位相を進めるよう制御する、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のアクチュエータ駆動回路。
5. 前記制御部は、前記検出信号が前記積分部に積分された値が負の値の場合、前記駆動信号の位相を遅らせるよう制御する、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のアクチュエータ駆動回路。
6. 所定の変位を発生させる一対の変位素子と、
   前記一対の変位素子に結合され、当該一対の変位素子の変位により駆動される駆動部材と、
   前記駆動部材が当接することによって駆動される被駆動部材と、
   を備えるアクチュエータの駆動回路であって、
   前記一対の変位素子のうち一方の変位素子に所定の周波数の駆動信号を印加する制御部と、
   前記一対の変位素子のうち他方の変位素子から検出信号を検出する検出部と、
   前記駆動信号から、第１位相だけシフトした第１積分領域パルス、および、第２位相だけシフトした第２積分領域パルスを生成するパルス生成部と、
   前記第１積分領域パルスを用いて前記駆動信号を積分する第１積分部と、
   前記第２積分領域パルスを用いて前記検出信号を積分する第２積分部と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記第１積分部の出力信号と前記第２積分部の出力信号との差に基づいて前記駆動信号の位相を制御する、
   ことを特徴とするアクチュエータ駆動回路。
7. 前記第１積分領域パルスは、前記駆動信号の位相を９０°進めたものであり、
   前記第２積分領域パルスは、前記駆動信号の位相を４５°進めたものである、
   ことを特徴とする請求項６に記載のアクチュエータ駆動回路。
8. 前記積分領域パルスおよび前記駆動信号は矩形波であり、
   前記検出信号は正弦波である、
   ことを特徴とする請求項１から５のうちいずれか１項に記載のアクチュエータ駆動回路。
9. 前記第１積分領域パルス、前記第２積分領域パルスおよび前記駆動信号は矩形波であり、
   前記検出信号は正弦波である、
   ことを特徴とする請求項６または７に記載のアクチュエータ駆動回路。
10. 請求項１から９のうちいずれか１項に記載のアクチュエータ駆動回路を備える、
    ことを特徴とする電子機器。

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