JP7286453B2 - 制御装置、振動型アクチュエータ、撮像装置、および制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、制御装置、制御装置を有する振動型アクチュエータ、振動型アクチュエータを有する撮像装置、および制御方法に関する。

従来より、所定の質点に生じた楕円運動によって接触体と相対移動する振動体を有する振動型アクチュエータに関する様々な提案がなされている。特に、近年では、振動型アクチュエータを用いてイナーシャの大きい物体を移動させることが要求されている。

しかしながら、イナーシャの大きい物体は、所望の位置に停止させることが困難であり、最終的な停止位置である目標停止位置で停止せずに超過（オーバーシュート）しやすい。オーバーシュートが発生すると、物体が目標停止位置に停止するまでに長い時間を要してしまう。

そこで、物体を適切に停止させるために、種々の減速手段が提案されている。例えば、特許文献１には、指令値と検出位置との差分に応じて楕円運動を制御すると共に、最終目標位置と検出位置との差分に応じて楕円運動を制御する振動型アクチュエータの駆動装置が開示されている。

特開２０１７－２２９４１号公報

目標停止位置と検出位置との差分のみに応じて楕円運動を制御する特許文献１の技術においては、振動型アクチュエータの速度制御が適切に実行されない可能性がある。例えば、振動型アクチュエータの周辺環境（高湿度環境や低温環境における水分の影響や負荷増大等）によっては、接触体と振動体との間の滑りに起因して所望の駆動速度が実現できず、物体が停止するまでに長い時間を要することがある。

以上の事情に鑑み、本発明は、最終的な停止位置である目標停止位置に停止するまでの時間を短縮できる制御装置、振動型アクチュエータ、撮像装置、および制御方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の制御装置は、電気－機械エネルギ変換素子を含む振動体を交流信号によって駆動して、前記振動体に接触している接触体を前記振動体に対して相対移動させる制御装置であって、前記接触体の最終的な停止位置である目標停止位置と前記接触体の現在位置との差分および前記接触体の実速度に基づいて、前記交流信号に変換される信号のパルスデューティーを制御することを特徴とする。

本発明によれば、目標停止位置と現在位置との差分に加えて実速度に基づいてパルスデューティーが制御されるので、目標停止位置に停止するまでの時間を短縮することができる。

本発明の第１実施形態に係る相対移動部の説明図である。 本発明の第１実施形態に係る振動体の駆動動作の説明図である。 本発明の第１実施形態に係る振動型アクチュエータの説明図である。 本発明の第１実施形態に係る制御動作を示すフローチャートである。 本発明の第１実施形態に係る比較部による比較対象値の関係を示す図である。 従来例による課題の説明図である。 本発明の第１実施形態による技術的効果の説明図である。 本発明の第２実施形態に係る相対移動部の説明図である。 本発明の第３実施形態に係る撮像装置の駆動機構部の斜視図である。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。以下に説明される各実施形態は、本発明を実現可能な構成の一例に過ぎない。以下の各実施形態は、本発明が適用される装置の構成や各種の条件に応じて適宜に修正または変更することが可能である。したがって、本発明の範囲は、以下の各実施形態に記載される構成によって限定されるものではない。例えば、相互に矛盾のない限りにおいて実施形態内に記載された複数の構成を組み合わせた構成も採用可能である。

以下の実施形態の説明において、「振動型アクチュエータ」は「振動体」、「接触体」、および「制御装置」を含み、「振動体」は「弾性体」および「電気－機械エネルギ変換素子（圧電素子）」を含む。

＜第１実施形態＞
図１を参照して、本発明の第１実施形態に係る相対移動部１００について説明する。相対移動部１００は、後述する駆動制御部３０１によって駆動される。

図１（ａ）は、相対移動部１００の斜視図である。相対移動部１００は、接触体１１１および振動体１１５を有する。振動体１１５は、２つの突起部１１２と弾性体１１３と圧電素子１１４とを有する。弾性体１１３は、金属材料によって略平板状に形成されている。圧電素子１１４は、弾性体１１３の一方の面（第１面）に接合されている電気－機械エネルギ変換素子である。２つの突起部１１２は、それぞれ、弾性体１１３の他方の面（第１面の反対側の第２面）に設けられる。接触体１１１と振動体１１５の２つの突起部１１２とが、不図示の加圧手段によって加圧接触している。

図１（ｂ）は、圧電素子１１４の概略構造を示す平面図である。図１（ｃ）は、振動体１１５に励振される第１の振動モード（以下、「モードＡ」と称呼する）の説明図である。図１（ｄ）は、振動体１１５に励振される第２の振動モード（以下、「モードＢ」と称呼する）の説明図である。振動体１１５において、２つの突起部１１２を結ぶ直線の方向をＸ方向と定義し、Ｘ方向に直交する弾性体１１３の厚さ方向をＺ方向と定義し、Ｘ方向およびＺ方向に直交する方向をＹ方向と定義する。

図１（ｂ）に示すように、圧電素子１１４の一方の面には、Ｘ方向である長辺方向に略２等分され分極方向が同一方向（＋）である２つの電極が形成されている。圧電素子１１４の他方の面には、１つの共通電極（全面電極）が形成されている。圧電素子１１４の一方の面に形成された２つの電極領域のうち、図中右側の電極領域に交番電圧ＶＢが印加され、図中左側の電極領域に交番電圧ＶＡが印加される。

交番電圧ＶＢ，ＶＡの周波数がモードＡの共振周波数付近であり、かつ交番電圧ＶＢ，ＶＡが同位相である場合、圧電素子１１４の全体（２つの電極領域）が、ある時点において伸び他の時点において縮む。その結果、図１（ｃ）に示すモードＡの振動が振動体１１５に発生する。以上のモードＡは、Ｘ方向と略平行に振動体１１５に２つの節が現れる一次の面外曲げ振動モードである。

他方、交番電圧ＶＢ，ＶＡの周波数がモードＢの共振周波数付近であり、かつ交番電圧ＶＢ，ＶＡの位相のずれ（位相差）が１８０°である場合、ある時点においては圧電素子１１４の図中右側の電極領域が縮み図中左側の電極領域が伸びる。他の時点においては上記の伸び縮みが逆の関係を呈する。その結果、図１（ｄ）に示すモードＢの振動が振動体１１５に発生する。以上のモードＢは、Ｙ方向と略平行に振動体１１５に３つの節が現れる二次の面外曲げ振動モードである。

図２を参照して、本発明の第１実施形態に係る振動体１１５の駆動動作について説明する。

図２（ａ）は、突起部１１２の先端に励起される楕円振動の説明図である。２つの突起部１１２は、それぞれ、モードＡの振動の腹となる位置の近傍、且つ、モードＢの振動の節となる位置の近傍に配置されている。そのため、突起部１１２の先端は、それぞれ、突起部１１２の先端は、モードＡの振動の節を支点として振り子運動を行ってＸ方向に往復運動すると共に、モードＢの振動によってＺ方向に往復運動する。したがって、モードＡ，Ｂの振動位相差が±π／２近傍となるように同時に励振して重ね合わせることによって、突起部１１２の先端面にＺＸ面内の楕円運動を生じさせることができる。

以上の楕円運動が生じている際、２つの突起部１１２と接触体１１１との間に加圧接触による摩擦力が働いている。そのため、突起部１１２が楕円運動することによって、振動体１１５と接触体１１１とをＸ方向（駆動方向）に相対的に移動させる駆動力（推力）が発生する。つまり、突起部１１２は、振動体１１５と接触体１１１とを相対移動させる駆動部として機能する。

以下、突起部１１２の先端に生じる図２（ａ）の楕円運動におけるＺ方向振幅とＸ方向振幅との大きさの比を、楕円運動の楕円比と定義する。以下の説明では、相対移動部１００において、振動体１１５が固定されており接触体１１１をＸ方向に駆動すると想定する。なお、接触体１１１が固定されており振動体１１５の駆動によって振動体１１５自体がＸ方向に移動する相対移動部１００が採用されてもよい。本発明における「速度」に関する語は、接触体１１１と振動体１１５との相対的な移動速度を示す。

図２（ｂ）は、相対移動部１００における駆動周波数と駆動速度（振動体１１５と接触体１１１との相対的な移動速度）との関係を示す図である。図２（ｂ）に示すように、駆動速度は、相対移動部１００の共振周波数での駆動時にピーク値を取る。また、駆動速度は、共振周波数よりも高周波側の周波数領域においては共振周波数から離れるに従ってなだらかに低下する一方、共振周波数よりも低周波側の周波数領域においては共振周波数から離れるに従って急激に低下する。

以上の特性に基づき、圧電素子１１４の駆動周波数（圧電素子１１４に印加される交流電圧の周波数）を変化させることによって、楕円比を維持しつつ楕円振動の大きさを変化させることができる。例えば、相対移動部１００の共振周波数に駆動周波数を近付けるほど、楕円運動を大きくし駆動速度を増大させることができる。一方、相対移動部１００の共振周波数から駆動周波数を遠ざけるほど、楕円運動を小さくし駆動速度を低下させることができる。

図３を参照して、本発明の第１実施形態に係る振動型アクチュエータ３０について説明する。振動型アクチュエータ３０は、相対移動部１００と中央制御部３００と駆動制御部（制御装置）３０１とを有する。図３（ａ）は、駆動制御部３０１および関連する要素の概略構成を示すブロック図である。

相対移動部１００（振動体１１５，接触体１１１）は、図１を参照して前述した通りである。

中央制御部３００および駆動制御部３０１の各々は、所謂、マイクロコンピュータであり、演算装置（ＣＰＵ）、プログラムを格納するＲＯＭ等のメモリ、およびプログラムが展開される作業領域としてのＲＡＭ等のメモリを有する。中央制御部３００は、ＲＯＭ等のメモリに記憶された所定のプログラムを実行することによって、振動型アクチュエータ３０の全体的な動作を制御する。駆動制御部３０１は、ＲＯＭ等のメモリに記憶された所定のプログラムを実行することによって、中央制御部３００と協働しながら相対移動部１００の動作を制御する。

駆動制御部３０１は、位置検出部３０４、指令位置生成部３０５、ＰＩＤ制御部３０６、楕円比決定部３０７、周波数決定部３０８、残量検出部３０９、速度検出部３１０、比較部３１１、パルスデューティー決定部３１２、交流信号生成部３１３、および昇圧回路３１４を有する。駆動制御部３０１を構成する各部は、中央制御部３００からの出力（制御信号）にしたがって特定の動作を行う。

位置検出部３０４は、接触体１１１の相対的な位置を検出する要素であって、例えばエンコーダである。位置検出部３０４は、検出した接触体１１１の現在位置（検出位置）を示す信号を出力する。

指令位置生成部３０５は、接触体１１１の移動制御に用いられる指令位置を示す信号を出力する。指令位置は、時間と共に変化する接触体１１１の目標位置であり、接触体１１１を最終的な停止位置に移動させるための位置制御に用いられる目標値である。

ＰＩＤ制御部３０６には、位置検出部３０４が出力する接触体１１１の検出位置と指令位置生成部３０５が出力する指令位置との差分（偏差）を示す信号が入力される。ＰＩＤ制御部３０６は、接触体１１１の位置と指令位置との偏差に基づいて振動体１１５の操作量を演算する。ＰＩＤ制御部３０６は、操作量を示す信号を楕円比決定部３０７と周波数決定部３０８とに出力する。

楕円比決定部（位相差決定部）３０７は、ＰＩＤ制御部３０６から入力された操作量に基づいて、振動体１１５の突起部１１２に励起させる楕円運動の楕円比を決定する。以上の楕円比は、圧電素子１１４に印加される交番電圧ＶＡ，ＶＢの位相差に相当する。以上の位相差の上限値は、例えば９０°に設定される。駆動方向が逆である場合、位相差の下限値は、例えば－９０°に設定される。楕円比決定部３０７は、決定した楕円比を示す信号を交流信号生成部３１３へ出力する。

周波数決定部３０８は、ＰＩＤ制御部３０６から入力された操作量に基づいて、圧電素子１１４の駆動周波数を決定する。前述したように、駆動周波数の変化に伴って、振動体１１５の突起部１１２において励起される楕円運動における楕円の大きさが変化する。周波数決定部３０８は、決定した駆動周波数を示す信号を交流信号生成部３１３へ出力する。

残量検出部３０９は、接触体１１１の最終的な停止位置と位置検出部３０４が出力する接触体１１１の検出位置との差分である駆動残量を演算して、比較部３１１へ出力する。速度検出部３１０は、位置検出部３０４が出力する接触体１１１の検出位置の変化量に基づいて駆動速度を演算して、比較部３１１へ出力する。

比較部３１１は、入力された駆動残量および駆動速度と所定値（閾値）とを比較する。パルスデューティー決定部３１２は、比較部３１１における比較結果に応じて、交流信号のパルスデューティー（交流信号に変換される信号のパルスデューティー）を決定し、決定したパルスデューティーを示す信号を交流信号生成部３１３へ出力する。比較部３１１およびパルスデューティー決定部３１２に関する処理の詳細については後述される。

交流信号生成部３１３は、振動体１１５（圧電素子１１４）を駆動する２相の交流信号を生成する要素であって、例えば、スイッチングにより交流信号を生成するドライバ回路である。交流信号生成部３１３の動作は、楕円比決定部３０７、周波数決定部３０８、およびパルスデューティー決定部３１２からの入力によって制御される。交流信号生成部３１３は、上記した交流信号を昇圧回路３１４へ出力する。

昇圧回路３１４は、図３（ｂ）に示すように、コイル３１５とトランス３１６とを有する。昇圧回路３１４に入力された２相の交流信号は、コイル３１５とトランス３１６とによって昇圧され、圧電素子１１４の電極に印加される。

本実施形態では、楕円比決定部３０７が決定した楕円比に相当する位相差が上限値または下限値に達しない場合（低速駆動時）、駆動周波数が上限値に設定される。交流信号生成部３１３は、楕円比決定部３０７が決定した位相差と上限値に設定された駆動周波数とを有する２相の交流信号を生成する。「駆動周波数が上限値に設定される」とは、振動体１１５の駆動に用いられる駆動周波数帯域のうち、最高値またはその近傍値に設定されることを意味する。他方、楕円比決定部３０７が決定した楕円比に相当する位相差が上限値または下限値に達した場合（高速駆動時）、交流信号生成部３１３は、楕円比決定部３０７が決定した位相差と周波数決定部３０８が決定した駆動周波数とを有する２相の交流信号を生成する。

図４および図５を参照して、本発明の第１実施形態に係る相対移動部１００の制御動作について説明する。

図４は、相対移動部１００の制御動作を示すフローチャートである。図４のフローチャートに示す各処理は、中央制御部３００が所定のプログラムを実行して駆動制御部３０１の各部の動作を制御することによって実現される。図５は、比較部３１１による比較対象値である差分、駆動速度、およびパルスデューティーの関係を示す図である。

ステップＳ４０１において、中央制御部３００が、圧電素子１１４に対して交流信号を印加し、制御動作を開始する。

ステップＳ４０２において、中央制御部３００が、接触体１１１が最終的に停止すべき位置である目標停止位置を設定する。

ステップＳ４０３において、指令位置生成部３０５が、時間と共に変化する接触体１１１の一時的な目標位置である指令位置を、目標停止位置に基づいて単位時間（例えば、Δｔ）毎に設定する。

ステップＳ４０４において、位置検出部３０４が検出した接触体１１１の検出位置（現在位置）と指令位置生成部３０５が出力する指令位置との差分（偏差）が算定される。以上の偏差は、駆動制御部３０１の本体が算定してもよいし、ＰＩＤ制御部３０６が算定してもよい。

ステップＳ４０５において、ＰＩＤ制御部３０６が、ステップＳ４０４で算定された偏差に基づいて、相対移動部１００（接触体１１１）を指令位置に移動させるようにフィードバック制御を実行する。

以上のフィードバック制御には、振動体１１５が接触体１１１を移動させる駆動速度（接触体１１１の移動速度）を増加させる加速制御、駆動速度（移動速度）を維持する等速制御、および駆動速度（移動速度）を減少させる減速制御が含まれる。フィードバック制御時には、交流信号の駆動周波数および位相差が以下のように制御される。概略的には、低速時には楕円比によって駆動速度が制御され、高速時には駆動周波数によって駆動速度が制御される。

加速制御の開始時（低速時）には、楕円比決定部３０７が、ＰＩＤ制御部３０６からの偏差等の入力に応じて楕円比を変化させる。楕円比の絶対値を大きくするほど、振動体１１５の駆動速度（接触体１１１の移動速度）が増加する。加速当初、駆動周波数は上限値である駆動開始時の駆動周波数のままに維持される。その後、楕円比の増加に伴って駆動速度が増加し、楕円比が上限値または下限値に到達した場合、周波数決定部３０８は、ＰＩＤ制御部３０６からの偏差等の入力に応じて駆動周波数を変化させる。楕円比が上限値または下限値である状態では、駆動周波数を低減することによって駆動速度を増加させることができる。

等速制御時には、周波数決定部３０８が、ＰＩＤ制御部３０６からの偏差等の入力に応じて駆動周波数を決定する。等速制御時において、楕円比決定部３０７は、位相差（楕円比）を変化させなくてよい。

減速制御の開始時（高速時）には、周波数決定部３０８は、ＰＩＤ制御部３０６からの偏差等の入力に応じて駆動周波数を変化させる。より詳細には、駆動周波数を増加させることによって駆動速度を低減させる。その後、駆動周波数が上限値に達した場合、楕円比決定部３０７は、ＰＩＤ制御部３０６からの偏差等の入力に応じて、上限値と下限値との間で楕円運動の楕円比を決定する。

ステップＳ４０６において、残量検出部３０９は、最終的な停止位置である目標停止位置と、位置検出部３０４が検出した検出位置との差分Ａ（駆動残量）を取得する。

ステップＳ４０７において、速度検出部３１０は、位置検出部３０４が検出した検出位置の変化量に基づいて実速度Ｂ（実際の駆動速度）を取得する。

ステップＳ４０８において、比較部３１１は、残量検出部３０９から入力された差分Ａと、図５（ａ）に示される差分の閾値Ｘ（第１閾値）とを比較する。差分Ａが閾値Ｘより大きければ（Ｓ４０８：ＮＯ）、中央制御部３００が処理をステップＳ４０３に戻し、上記した指令位置の設定およびフィードバック制御（偏差に基づく駆動周波数および位相差の設定）が実行される。他方、差分Ａが閾値Ｘより小さければ（Ｓ４０８：ＹＥＳ）、中央制御部３００が処理をステップＳ４０９に進める。

ステップＳ４０９において、比較部３１１は、速度検出部３１０から入力された実速度Ｂと、図５（ａ）に示される閾値Ｘに対応する駆動速度である閾値速度Ｙとを比較する。実速度Ｂが閾値速度Ｙより小さければ（Ｓ４０９：ＮＯ）、中央制御部３００が処理をステップＳ４０３に戻し、上記した指令位置の設定およびフィードバック制御が実行される。実速度Ｂが閾値速度Ｙより大きければ（Ｓ４０９：ＹＥＳ）、中央制御部３００が処理をステップＳ４１０に進める。

ステップＳ４１０において、パルスデューティー決定部３１２が、残量検出部３０９から入力された差分Ａに基づいてパルスデューティーを決定する（低減させる）。より具体的には、パルスデューティー決定部３１２は、図５（ｂ）に示すように、差分Ａが小さいほどパルスデューティーが減少するようにパルスデューティーを決定する。

ここで、差分Ａ（駆動残量）が閾値Ｘより小さい１００００（パルス）であって、以上の差分Ａに対応する閾値速度Ｙが７０ｍｍ／ｓである場合を考える。検出された実速度Ｂが６０ｍｍ／ｓであって閾値速度Ｙよりも小さければ、パルスデューティーは変更されず維持される。他方、検出された実速度Ｂが８０ｍｍ／ｓであって閾値速度Ｙよりも大きければ、差分Ａ（駆動残量）に対応する値である２０％にパルスデューティーが決定される。

ステップＳ４１１において、中央制御部３００は、位置検出部３０４が検出した検出位置が目標停止範囲内に到達したか否か判定する。目標停止範囲は、ステップＳ４０２において設定された目標停止位置に対して、予め定められた必要な精度である停止精度を満たす位置の範囲である。検出位置が目標停止範囲内にない場合（Ｓ４１１：ＮＯ）、中央制御部３００が処理をステップＳ４０３に戻し、上記した指令位置の設定およびフィードバック制御（偏差に基づく駆動周波数および位相差の設定）が実行される。他方、検出位置が目標停止範囲内にある場合（Ｓ４１１：ＹＥＳ）、中央制御部３００が処理をステップＳ４１２に進める。

ステップＳ４１２において、中央制御部３００は、上記した相対移動部１００の位置フィードバック制御動作を終了して、駆動を停止する。

最終的に停止すべき位置である目標停止位置に検出位置を近付ける制御を実行する場合には、検出位置と目標停止位置との差分が少ないほど実速度が減速されると好適である。本実施形態では、差分Ａが閾値Ｘより小さい場合（すなわち、検出位置が目標停止位置に近付いている場合）において（Ｓ４０８：ＹＥＳ）、差分Ａに対して減速が十分であれば（Ｓ４０９：ＮＯ）、パルスデューティーが変更されない。一方で、差分Ａに対して減速が十分でなければ（Ｓ４０９：ＹＥＳ）、パルスデューティーが変更されて駆動速度が減速される。その後、偏差に応じたＰＩＤ制御等のフィードバック制御によって交流信号の駆動周波数と位相差とが設定される。以上の構成によれば、検出位置が目標停止位置に近付いている場合に駆動速度が適切に減速されるので、精度良く相対移動部１００（接触体１１１）を停止させることができる。また、以上の構成によれば、速度指令または位置指令によって決定される速度（目標速度）に対して実速度を近付けることができる。

上記のような検出位置と目標停止位置との差分に基づきパルスデューティーを決定する構成では、温度や湿度等の環境変化による負荷変動または駆動位置に応じた負荷ムラの影響によって、接触体１１１の移動速度が著しく低下し停止することがある。そこで、速度検出部３１０が検出する実速度Ｂが所定の閾値（第２閾値）を下回って０に近付き、位置検出部３０４が検出する検出位置がほとんど変動しない場合には、パルスデューティー決定部３１２がパルスデューティーを増大させると好適である。特に、パルスデューティー決定部３１２は、検出位置が変動するようになるまで、または実速度Ｂが所定の閾値（第３閾値）を上回るようになるまで、パルスデューティーを徐々に増加させると好適である。上述した第２閾値と第３閾値は、等しくてもよいし異なっていてもよい。

図６および図７を参照して、本発明の第１実施形態による技術的効果について説明する。図６は、従来技術による制御時の振動型アクチュエータの指令位置、検出位置、パルスデューティー、および駆動速度の時系列的変化を示す図である。図７は、本発明の第１実施形態による制御時の相対移動部１００の指令位置、検出位置、パルスデューティー、および駆動速度の時系列的変化を示す図である。

従来技術による駆動制御時には、振動型アクチュエータの指令位置と検出位置との偏差に応じた位置フィードバック制御（ＰＩＤ制御等）によって、圧電素子に印加される交流信号の駆動周波数および位相差が設定される。以上のように駆動周波数および位相差を制御することによって、振動体の突起部に励起される楕円運動のサイズおよび楕円比が調整される。

しかしながら、周辺環境（高湿度環境や低温環境における水分の影響や負荷増大等）に起因して、加速制御時に、速度指令または位置指令によって決定される速度（目標速度）に実速度が到達しない（目標速度よりも実速度が低い）状態になる場合がある。以上のような場合、位置制御の指令に対して速度変化が遅れることで減速制御が有効に働かないので、停止動作の位置では実速度が目標速度を超える（目標速度よりも実速度が高い）状態になる。

結果として、図６に示すように、振動型アクチュエータが目標停止位置にて停止せずに超過（オーバーシュート）し、超過分だけ駆動方向とは逆方向の戻り動作が必要になる。以上の戻り動作が発生すると、目標停止位置に対して所定の停止精度を満たす目標停止範囲（点線Ｉ－IIの範囲）内に接触体１１１の位置が収束するまでの時間が増加してしまう。

本発明の第１実施形態による駆動制御時には、相対移動部１００の指令位置と検出位置との偏差に応じた位置フィードバック制御（ＰＩＤ制御等）によって、圧電素子１１４に印加される交流信号の駆動周波数および位相差が設定される。加えて、相対移動部１００の目標停止位置と検出位置との差分Ａ（駆動残量）および実速度Ｂに基づいて、相対移動部１００におけるパルスデューティーが設定される。パルスデューティーの設定によって、振動体１１５の突起部１１２に励起される楕円運動のサイズ（特に、駆動方向と垂直な方向における楕円運動の振幅）が調整される。すなわち、本実施形態では、指令位置と検出位置との偏差に応じて楕円運動のサイズおよび楕円比が調整されるのに加えて、目標停止位置と検出位置との差分Ａおよび実速度Ｂに応じて楕円運動のサイズ（振幅）が調整される。

上記した本実施形態による駆動制御時には、相対移動部１００における駆動力に対して振動体１１５と接触体１１１との接触面での摩擦力が徐々に大きくなるように制御される。摩擦による制動力がイナーシャによる影響を低減させるので、従来技術と比較して、図７に示すように目標停止位置に対する超過（オーバーシュート）を低減させることができる。ひいては、超過分に対する戻り動作の発生が抑制されるので、目標停止位置に対して所定の停止精度を満たす目標停止範囲（点線III－IVの範囲）内に接触体１１１の位置が収束するまでの時間を低減できると共に、停止動作をより高精度に実現できる。

以上の実施形態では、相対移動部１００において、振動体１１５が固定されており接触体１１１をＸ方向に駆動されている。しかしながら、接触体１１１が固定されており振動体１１５の駆動によって振動体１１５が移動する相対移動部１００が採用されてもよい。すなわち、本発明の構成は、振動体１１５の駆動によって、振動体１１５と接触体１１１とが相対的に移動する任意の振動型アクチュエータに適用することが可能である。

また、以上の実施形態では、駆動制御部３０１が制御装置として機能しているが、中央制御部３００と駆動制御部３０１とが協働して制御装置として機能してもよい。

＜第２実施形態＞
以下、図８を参照して、本発明の第２実施形態に係る相対移動部１００Ａについて説明する。なお、以下に例示する各実施形態において、作用、機能が第１実施形態と同等である要素については、以上の説明で参照した符号を流用して各々の説明を適宜に省略する。

図８に示すように、第２実施形態の相対移動部１００Ａは、円環状の接触体８００と、接触体８００の円周方向に略等間隔に配置された３つの振動体１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃとを有する。振動体１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃの各々は、第１実施形態の振動体１１５と同様に構成される。３つの振動体１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃの各々は、２つの突起部１１２の中心を結ぶ直線が接触体８００の内周円または外周円の同心円に対する接線となるように、不図示の基台に配置されている。

以上の構成において、振動体１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃにモードＡの振動およびモードＢの振動を同時に励振することで、接触体８００を回転駆動できる（または、振動体１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃを接触体８００に対して回転させることができる）。

＜第３実施形態＞
以下、図９を参照して、上述した第１実施形態に係る相対移動部１００を有する装置の一例であるカメラ等の撮像装置（光学機器）について説明する。図９は、撮像装置が有するレンズ鏡筒内の駆動機構部９００の概略構造を示す斜視図である。撮像装置は、レンズ鏡筒と、レンズ鏡筒の光軸上に設けられたＣＭＯＳイメージセンサ等の撮像素子とを有する。なお、レンズ鏡筒は、撮像装置と一体的に形成されてもよく、撮像装置に装着可能であってもよい。

駆動機構部９００は、レンズホルダ９０２と、レンズホルダ９０２を駆動する振動体９０１と、第１ガイドバー９０３、第２ガイドバー９０４、加圧磁石９０５、および不図示の基体を有する。

振動体９０１は、第１実施形態に係る振動体１１５と同様の構成を有する。

レンズホルダ９０２は、本体部９０２ａと保持部９０２ｂと係合部９０２ｃと脱落防止部９０２ｄとを有する。本体部９０２ａは、略円筒状に形成され、レンズ９０７を保持する。保持部９０２ｂは、振動体９０１と加圧磁石９０５とを保持する。保持部９０２ｂによって振動体９０１とレンズホルダ９０２とが接続される。係合部９０２ｃは、第１ガイドバー９０３と係合して、第１ガイドバー９０３と共に第１ガイド部を形成する。

第１ガイドバー９０３および第２ガイドバー９０４は、互いに略平行に配置されている。第１ガイドバー９０３の両端および第２ガイドバー９０４の両端は、それぞれ、不図示の基体に固定されている。第２ガイドバー９０４は、上述した接触体１１１として機能する。

加圧磁石９０５は、永久磁石と、永久磁石の両端に配置される２つのヨークとを含み、加圧手段として機能する。加圧磁石９０５と第２ガイドバー９０４との間に磁気回路が形成されることによって、加圧磁石９０５と第２ガイドバー９０４との間に吸引力が発生する。以上の吸引力によって、振動体９０１の２つの突起部１１２の先端が所定の大きさの力で第２ガイドバー９０４に押し当てられるように保持され、第２ガイド部が形成される。

加圧磁石９０５と第２ガイドバー９０４との間には間隙が存在するので、両者は非接触の関係にある。しかし、振動体９０１の突起部１１２と第２ガイドバー９０４（接触体１１１）とが離間する方向に外力が働いても、脱落防止部９０２ｄが第２ガイドバー９０４に接触することで保持部９０２ｂが元の位置に戻る。結果として、振動体９０１の突起部１１２と第２ガイドバー９０４とが接触した状態が維持される。

第１実施形態と同様に、振動体９０１に交番電圧を印加することで、２つの突起部１１２に楕円運動が発生し、振動体９０１と第２ガイドバー９０４との間に摩擦駆動力が発生する。前述したように、第１ガイドバー９０３および第２ガイドバー９０４は固定されているので、発生した摩擦駆動力によって、レンズホルダ９０２をガイドバー９０３，９０４の延在方向に沿って移動させることができる。

本実施形態においては、加圧機構として磁力を有する加圧磁石９０５を用いているが、本構成は限定的ではなく、任意の加圧機構（例えば、付勢力を有するばね）が適用され得る。

本実施形態においては、リニア型の振動型駆動装置として駆動機構部９００が構成されているが、本構成は限定的ではなく、例えば、第２実施形態による回転型の振動型駆動装置として駆動機構部９００が構成され得る。以上の変形例においては、接触体８００の回転力によってレンズを保持する環状部材を回転させる。カムピンとカム溝とが係合した構造を有する変換機構を用いて、環状部材の回転が光軸方向の直線移動に変換することによって、レンズを光軸方向に移動させることができる。

振動型駆動装置は、オートフォーカス用のレンズを駆動するのに好適であると共に、ズームレンズ用のレンズを駆動するのにも好適である。また、振動型駆動装置は、レンズを通過した光が結像する撮像素子の駆動、または、手振れ補正時のレンズもしくは撮像素子の駆動にも好適である。

＜その他の実施形態＞
以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明は上述した実施の形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、相対移動部１００において、棒状の接触体１１１に対して複数の振動体１１５が配置されていてもよいし、円環状の接触体８００に対して２つまたは４つ以上の振動体１１５が配置されていてもよい。

３０ 振動型アクチュエータ
１００ 相対移動部
１００Ａ 相対移動部
１１１ 接触体
１１２ 突起部
１１３ 弾性体
１１４ 圧電素子
１１５ 振動体
３０１ 駆動制御部（制御装置）
８００ 接触体
Ａ 差分（駆動残量）
Ｂ 実速度

Claims (12)

1. 電気－機械エネルギ変換素子を含む振動体を交流信号によって駆動して、前記振動体に接触している接触体を前記振動体に対して相対移動させる制御装置であって、
   前記接触体の最終的な停止位置である目標停止位置と前記接触体の現在位置との差分および前記接触体の実速度に基づいて、前記交流信号に変換される信号のパルスデューティーを制御することを特徴とする制御装置。
2. 前記差分が所定の第１閾値より小さくかつ前記実速度が所定の閾値速度より大きい場合に前記パルスデューティーを変化させる、ことを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
3. 前記差分が小さいほど前記パルスデューティーを減少させる、ことを特徴とする請求項２に記載の制御装置。
4. 前記パルスデューティーを制御することによって、前記振動体が有する突起部に励起される楕円運動のサイズを調整する、ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の制御装置。
5. 前記パルスデューティーを制御することによって、前記振動体による駆動方向と垂直な方向における前記楕円運動の振幅を調整する、ことを特徴とする請求項４に記載の制御装置。
6. 前記接触体の一時的な目標位置である指令位置と前記現在位置との偏差に基づいたフィードバック制御によって前記交流信号の駆動周波数および位相差を制御する、ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の制御装置。
7. 前記実速度が所定の第２閾値を下回っている場合に前記パルスデューティーを増大させる、ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の制御装置。
8. 前記実速度が所定の第３閾値を上回るようになるまで前記パルスデューティーを増大させる、ことを特徴とする請求項７に記載の制御装置。
9. 振動体と、前記振動体の駆動を制御する請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の制御装置と、を備えることを特徴とする振動型アクチュエータ。
10. 円環状に形成された接触体と、
    前記接触体の円周方向に略等間隔に配置された複数の振動体と、
    前記振動体の駆動を制御する請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の制御装置と、を備え、
    前記制御装置による駆動によって前記接触体と前記振動体とが相対的に回転する、ことを特徴とする振動型アクチュエータ。
11. レンズ鏡筒を備える撮像装置またはレンズ鏡筒を装着可能な撮像装置であって、
    前記レンズ鏡筒の光軸上に設けられた撮像素子と、
    前記レンズ鏡筒が有するレンズを駆動する請求項９または請求項１０に記載の振動型アクチュエータを有する、ことを特徴とする撮像装置。
12. 電気－機械エネルギ変換素子を含む振動体を交流信号によって駆動して、前記振動体に接触している接触体を前記振動体に対して相対移動させる制御方法であって、
    前記接触体の最終的な停止位置である目標停止位置と前記接触体の現在位置との差分および前記接触体の実速度に基づいて、前記交流信号に変換される信号のパルスデューティーを制御することを特徴とする制御方法。

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