JPH05327052A

JPH05327052A - 圧電体制御装置

Info

Publication number: JPH05327052A
Application number: JP4132742A
Authority: JP
Inventors: Ayumi Midorikawa; 歩緑川
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1992-05-25
Filing date: 1992-05-25
Publication date: 1993-12-10

Abstract

(57)【要約】【目的】圧電体の変形量および変形速度の微細な制御を
圧電体の等価容量に注目することによって精度良く制御
する圧電体制御装置を提供することを目的とする。【構成】圧電体４における等価容量を該圧電体４に印加
される電圧と対応させて表わされる、等価容量−電圧関
係等の情報を記憶するための情報記憶部１と、該情報記
憶部１から読み出した、圧電体４の等価容量のデータに
基づき該圧電体４に注入する、あるいは放出させる電荷
量を演算させるための電荷量演算手段２と、該電荷量演
算手段２からの制御信号に基づいて、上記圧電体４に電
流を注入、あるいは放出させるための電荷量制御回路３
と、該電荷量制御回路３から出力される電流により速度
制御される圧電体４とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧電体制御装置、詳し
くは、所望の変形速度で圧電体を変形させることが可能
な圧電体制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、圧電体を用いた速度制御におい
て、該圧電体の微小な変位量を制御するためには、まず
圧電体に印加させる電圧および蓄積させる電荷量を精度
良く制御する必要がある。また、圧電体の印加電圧に対
する変形量にはヒステリシスがあるために該圧電体の変
形には印加電圧に対してリニアリティがない。そのため
に圧電体の微細な変形量および変形速度の制御を困難な
ものとしている。そこで、本出願人は圧電体を駆動する
印加電圧の上昇および下降を印加電圧と変形量のデータ
を基にＣＰＵから指示して圧電体の変形量および変形速
度の微細な制御を可能にした圧電体駆動制御装置を提案
した。

【０００３】ところで、上記提案では圧電体が有するヒ
ステリシス特性（電圧−変位特性）のデータだけを基に
該圧電体の変形量および変形速度の制御を行なっている
が、実際に圧電体の微細な制御をするには、上記ヒステ
リシス特性（電圧−変位特性）のデータだけでなく該圧
電体が有するコンデンサ容量の変化が重要なファクター
となってくる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本来、圧電体の応答性
と微小変位を生かした圧電体の変形量および変形速度の
微細な制御において、圧電体の速度制御を決定するパラ
メータの持つ意味は重要で、かつ正確さを要求される。
したがって、上記圧電体の速度制御を決定するパラメー
タとして駆動中の圧電体が有するコンデンサ容量の変化
は無視することができない。なお、圧電体は、電気的に
はコンデンサと等価な静電容量を有するので、以後、圧
電体が有するコンデンサの静電容量を等価容量と呼ぶ。

【０００５】さて、先きの従来例では圧電体が有する等
価容量は一定であるとして制御を行なっていたが、容量
Ｃのコンデンサに蓄積される電荷量Ｑと電圧Ｖとの関係
は、Ｑ＝ＣＶ・・・・・（１）で表され、さらに、上記（１）式は、 ∫ｉｄｔ＝ＣＶ・・・・・（２）の形でも表わされるので、これにより、圧電体が有する
等価容量が常に一定と考えれば上記（２）式より、圧電
体に電流ｉを一定で注入した場合の該圧電体の電圧Ｖは
一定の変化率で上昇していく。すなわち、ｄＶ／ｄｔ＝一定となる。

【０００６】図１１は、上記一定の電圧変化率を有する
圧電体の電圧特性を示した線図である。

【０００７】図中の電圧ＶL は圧電体に印加される最大
の電圧を示し、時間ＴL はこのときの電圧ゼロボルトか
ら電圧ＶL ボルトまでに要した時間を示す。この印加電
圧を制御することで、図１２に示す印加電圧と変形量と
のヒステリシス関係を基に該変形量を制御することも可
能である。また、実際に一般のコンデンサに対して、前
記の条件で行なっても、上記（１）式に示すＱ＝ＣＶの
関係式は成り立ち、図１１に示す特性が得られるのは言
うまでもない。

【０００８】このため、従来の制御では一定の電流ｉを
注入したときには、常に電圧変化率（ｄＶ／ｄｔ）は一
定として圧電体を制御していた。

【０００９】しかし、実際には圧電体に一定の電流ｉを
注入した場合の圧電体の電圧上昇特性は図１１に示すよ
うにはならない。つまり電圧変化率（ｄＶ／ｄｔ）が一
定となる特性が得られることはない。

【００１０】図１３は、上記実際の圧電体の電圧特性を
簡略化して示した線図である。なお、図中の表記ＶL ，
ＴL は上述の図１１と同様である。

【００１１】この図１３および上記（１）式が示唆して
いることは、電気的にコンデンサと等価な容量を有する
と考えられる圧電体は、実際には常に一定の静電容量値
をとらないということである。

【００１２】ところで、圧電体に注入する電流ｉの大き
さを変えても、常に一定で注入するのであれば上述の図
１３に示す電圧特性を示す。また、同じ定電流ｉを注入
させるときに、一方は圧電体を用い、他方は圧電体に電
圧が印加されていないときの等価容量と同じ一般のコン
デンサを用いたときの電圧上昇の曲線の状態を表わした
電圧特性は、前者が図１３，後者が図１１でそれぞれ示
しされる。

【００１３】次に比較のために上述の図１１と図１３と
の時間軸を原点ゼロから時間ＴL までを一致させた場合
を考える。このときの電圧特性を図１４に示す。

【００１４】図中、符号Ｌ１ａで示される直線は圧電体
に電圧が印加されていないときの等価容量と同じコンデ
ンサを用いた場合を、また、符号Ｌ１ｂで示される曲線
は圧電体を用いた場合をそれぞれ示す。

【００１５】ここで、時間区間Ｔ１での電圧変化率（ｄ
Ｖ／ｄｔ）の上昇度をみると一般のコンデンサの傾きよ
りも圧電体の傾きの方が大きくなっている。このときの
関係は、まず上記（２）式，∫ｉｄｔ＝ＣＶの両辺を時
間微分して整理すると次式になる。

【００１６】ｉ／Ｃ＝ｄＶ／ｄｔ・・・・・（３）つまり、この（３）式から、圧電体，一般のコンデンサ
の電圧変化率は注入する電流ｉと容量Ｃにより決まるこ
とがわかる。

【００１７】ここで図１４における線Ｌ１ａとＬ１ｂと
で示される電圧特性は、ともに注入する電流ｉは一定で
行なっているため、電圧変化率の差は上記（１）式より
容量Ｃの違いによるものであることがわかる。一方、該
線Ｌ１ａの場合は、圧電体に電圧が印加されていないと
きの等価容量と同じ一般のコンデンサを用いたので、容
量Ｃは一定である。したがって、この図１４で表わされ
る線Ｌ１ａとＬ１ｂとで示される電圧特性の電圧変化率
の差が該圧電体に電流ｉを注入しているときに変化する
等価容量Ｃの値になる。この圧電体における、変化する
等価容量Ｃは印加できる最大の電圧ＶL までに要する時
間ＴL には関係ないので、印加電圧Ｖに対応して変化す
る容量を有することを表わす。

【００１８】図１５は、圧電体のおける等価容量特性を
示した線図である。

【００１９】図中の等価容量Ｃｏは、圧電体に電圧が印
加されていないときの等価容量であり、上述した図１４
に示す時間区間Ｔ１における電圧変化率を比較すると一
般のコンデンサよりも圧電体の方が大きいことがわか
る。このとき該圧電体の注入する電流ｉは一定なので、
この区間Ｔ１での該圧電体の等価容量Ｃは同圧電体に電
圧が印加されていないときの等価容量Ｃｏより小さくな
る。また、これとは逆に時間区間Ｔ２（図１４参照）に
おいては上記圧電体の等価容量Ｃは該圧電体に電圧が印
加されていないときの等価容量Ｃｏより大きくなる。図
１５からもわかるように圧電体が有する等価容量Ｃは常
に一定でない。この変化する等価容量Ｃにより、圧電体
の電圧変化率（ｄＶ／ｄｔ）が変化する。しかしながら
従来の制御では前述した圧電体の変化する等価容量Ｃを
考慮していないという問題点がある。さらに、圧電体に
印加する電圧と変形量との特性曲線のヒステリシスを正
確に捕えて、精度良く該変形量および変形速度の制御を
行なうことも困難になる問題も生じるる。

【００２０】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであり、圧電体の変形量および変形速度の微細な制御
を圧電体の等価容量に注目することによって精度良く制
御する圧電体制御装置を提供することを目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明による圧電体制御装置は、図１の概念図に示
すように、圧電体４における等価容量を該圧電体４に印
加される電圧と対応させて表わされる、等価容量−電圧
関係等の情報を記憶するための情報記憶部１と、該情報
記憶部１から読み出した、圧電体４の等価容量のデータ
に基づき該圧電体４に注入する、あるいは放出させる電
荷量を演算させるための電荷量演算手段２と、該電荷量
演算手段２からの制御信号に基づいて、上記圧電体４に
電流を注入、あるいは放出させるための電荷量制御回路
３と、該電荷量制御回路３から出力される電流により速
度制御される圧電体４とを具備する。

【００２２】

【作用】本発明においては、電荷量演算手段２で、圧電
体４が有するコンデンサ容量の印加電圧に応じた変化に
基づいて、該圧電体４に注入する、あるいは圧電体４よ
り放出させる電荷量を演算し、電荷量制御回路３で上記
電荷量演算手段２に基づいて上記圧電体４に電荷を注入
あるいは放出させる。

【００２３】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。

【００２４】図２は、本発明の１実施例の圧電体制御装
置の構成を示すブロック図である。

【００２５】図に示すように、この実施例の圧電体制御
装置におけるＥＥＰ−ＲＯＭ１’は、上記図１に示す概
念図における情報記憶部１に対応するもので、上記圧電
体４の電圧に対応する等価容量の値の関係を表わすテー
ブルとヒステリシスカーブを表わすテーブルとを記憶す
るようになっている。また、ＣＰＵ２’は上記概念図に
おける電荷量演算手段２に対応するもので、上記圧電体
４の変位する変形速度を狙いの速度で変形できるように
するために常に該圧電体４に印加されている電圧に対応
した等価容量の値を上記テーブルから読み出し、これを
基に電流の量を演算して該演算された電流量をデューテ
ィ駆動制御するようになっている。さらに、電荷量制御
回路３は、上記圧電体４の電圧が印加されていない状態
から電圧が上昇していく方向、つまり変位が上昇する方
向に電流を注入する定電流発生回路（注入）７と、これ
とは反対に該圧電体４に電圧が印加されている状態から
電圧が下降していく方向に電流を放出させる定電流発生
回路（放出）８とで構成されている。

【００２６】一方、ストロボ昇圧回路５は、上記ＣＰＵ
２’からの信号によって動作して上記圧電体４の高電圧
源となる昇圧回路であり、さらに、電圧モニタ部６は、
上記圧電体４の駆動中の電圧をモニタするようになって
いる。

【００２７】今、ＥＥＰ−ＲＯＭ１’には、上述した図
１５にしたがって電圧がゼロボルトから電圧ＶL までの
間を等間隔にとり、そのときの容量Ｃの値と、ヒステリ
シスカーブの変位ΔＸを等間隔にとったときの電圧ΔＶ
の変化率ｄＶ／ｄＸの値がそれぞれ記憶されている。こ
のとき、電圧を基準にとっているが変位を基準にしても
かまわない。この状態を表わしたのが図３と図１２であ
り、またＥＥＰ−ＲＯＭ１’の記憶されている内容は、
以下の表１に示す電圧と容量の関係と、表２に示す上記
電圧ΔＶの変化率（ｄＶ／ｄＸ）との関係になってい
る。

【００２８】

【表１】

【表２】次に上記ＣＰＵ２’は、上記圧電体４が狙い速度で変形
できるように電流量を制御する信号を出力する。この電
流量を制御する信号は次のようになる。該ＣＰＵ２’は
圧電体４が狙いの速度ｖで変形させるための電流量の値
を演算する。このとき、まず次の条件を考える。図１２
で示される圧電体４の電圧と変位のヒステリシスカーブ
がある。このカーブは圧電体４に電圧を印加していき、
最大電圧Ｖmax に達した後に電圧をゼロボルトまで戻し
たときの波形でこのときの変位の最大値はＸmax で表わ
される。また、このときの変位Ｘmax は最大電圧Ｖmax
に対応する。

【００２９】さて、図１２のような変形をするときに
今、圧電体４の状態は点Ａに居るとする。つまり電圧Ｖ
11で変位Ｘ11の状態で停止している。この状態から狙い
の速度ｖでＢ地点まで動かすためには、このときの電流
ｉを演算し出力すれば良い。そのためにまず図１２より
点Ａから点Ｂまでの変位量ΔＸは、Ｘ12−Ｘ11から求ま
る。さらに、このときの狙いの速度ｖはｄＸ／ｄｔで表
わされるので点Ａから点Ｂまでに必要な時間Δｔが次式
のようにして決めることができる。

【００３０】 Δｔ＝ΔＸ／ｖ・・・（４）また、このときに上昇する電圧ΔＶはＶ12−Ｖ11で表わ
され、前記で求めた時間Δｔより点Ａから点Ｂまでを速
度ｖで変形させる時の電圧上昇の変化率はΔＶ／Δｔで
決定される。よって、この電圧上昇の変化率ΔＶ／Δｔ
で圧電体４が変位するように電流量を決定する。ここで
前述の通り、圧電体４に電流ｉを注入、放出するときの
関係式はｉ＝Ｃ・（ΔＶ／Δｔ）・・・（５）で決定されるので点Ａから点Ｂへ圧電体４が変位すると
きの等価容量Ｃを代入することで電流ｉを簡単に求める
ことができる。

【００３１】したがって、以上を整理すると電流ｉは、ｉ＝（Ｖ12−Ｖ11）／（Ｘ12−Ｘ11）・ｖ・Ｃ・・・（６）で決定できる。またこのとき電流ｉをデューティ制御す
る場合は、（デューティ比／２５６）・ｉ＝（Ｖ12−Ｖ11）／（Ｘ12−Ｘ11）・ｖ・Ｃ・・・（７）の関係で表わされる。この関係については後に説明す
る。ただしここではデューティの分解能を２５６とし
た。

【００３２】上記電流ｉは、回路の定数より決定される
ものとして常に一定にするとＣＰＵ２’は上式（７）か
ら該電流ｉの値をデューティ比の形、つまり電流の流す
量として演算する。

【００３３】図４は、本実施例の圧電体制御装置の詳細
な電気的構成を示す電気回路図である。

【００３４】定電流発生回路（注入）７は同図４で示さ
れるようにＣＰＵ２’から信号ライン２ａを介して送ら
れてくる信号により、トランジスタＱ１をオン・オフす
るようになっている。上記信号はローアクティブで上記
トランジスタＱ１をオンさせるが、この場合、このトラ
ンジスタＱ１のエミッタ側の抵抗Ｒ１ａの両端に加えら
れる電位差ＶＲ１ａは、ダイオードＤ１ａ，Ｄ１ｂから
なる直列回路の両端での電位差と、トランジスタＱ１の
ベース・エミッタ間に生じる電位差との差分となる。ま
た、上記抵抗Ｒ１ａに流れる電流値は、（ＶＲ１ａ／Ｒ
１ａ）として定まり、この電流値と信号ライン２ａを流
れる電流値および抵抗Ｒ１ｂを流れる電流値とで該定電
流発生回路（注入）７の出力ライン２ｂに流れる電流値
が決まる。そして、上記抵抗Ｒ１ａの電流値を上記抵抗
Ｒ１ｂおよび信号ライン２ａの電流値よりも充分に大き
くなるように回路定数を定めることにより、トランジス
タＱ１とダイオードＤ１ａ，Ｄ１ｂおよび抵抗Ｒ１ａの
特性のみで定電流化することができる。なお、上記信号
ライン２ａからの信号が“Ｈ”レベルのときは、上記ト
ランジスタＱ１はオフして回路が遮断され、上記出力ラ
イン２ｂへの電流注入は行われない。

【００３５】また、トランジスタＱ１をオン・オフして
制御する信号がＣＰＵ２’から信号ライン２ａを介して
送られるが、図示のように途中に接続しているトランジ
スタＱ３および抵抗Ｒ３ａ，Ｒ３ｂ，Ｒ３ｃがスイッチ
ング動作をする回路になっており、たとえば、ＣＰＵ
２’からの信号で信号ライン３ｃが“Ｌ”レベルから
“Ｈ”レベルになると、上記トランジスタＱ３がオンし
て信号ライン２ａの信号が“Ｌ”レベルとなる。よって
トランジスタＱ１がオンするので、出力ライン２ｂから
電流（ＶＲ１ａ／Ｒ１ａ）が圧電体４に流れる。

【００３６】定電流発生回路（放出）８は図４で示され
るようにＣＰＵ２’から信号ライン２ｃを介して送られ
てくる信号によりトランジスタＱ２をオン・オフするよ
うになっている。上記信号はハイアクティブで上記トラ
ンジスタＱ２をオンさせるが、この場合、上記定電流発
生回路（注入）７の時と同様に、トランジスタＱ２のエ
ミッタ側の抵抗Ｒ２ａの両端に加えられる電位差ＶＲ２
ａは、ダイオードＤ２ａ，Ｄ２ｂからなる直列回路の両
端での電位差とトランジスタＱ２のベース・エミッタ間
に生じる電位差との差分となる。また、上記抵抗Ｒ２ａ
に流れる電流値は、（ＶＲ２ａ／Ｒ２ａ）として定ま
り、この電流値と抵抗Ｒ２ｃを含む信号ライン２ｃを流
れる電流値および抵抗Ｒ２ｂを流れる電流値とで、定電
流発生回路（放出）８の入力ライン４ａに流れる電流値
が決まる。そして、上記抵抗Ｒ２ａの電流値を、上記抵
抗Ｒ２ｂおよび信号ライン２ｃの電流値よりも充分に小
さくなるように回路定数を定めることにより、トランジ
スタＱ２と、ダイオードＤ２ａ，Ｄ２ｂおよび抵抗Ｒ２
ａの特性のみで定電流化することができる。なお、上記
信号ライン２ｃからの信号が“Ｌ”レベルの時は、上記
トランジスタＱ２はオフして回路が遮断され、上記入力
ライン４ａからの電流注入は行なわれない。

【００３７】ストロボ昇圧回路５は図４に示すように圧
電体４の変形に必要な高電圧の電源として、一般にカメ
ラ等で用いられる公知の昇圧回路を用いる。該ストロボ
昇圧回路５は信号ライン５ａを介して回路の起動または
停止をＣＰＵ２’から制御されるようになっている。

【００３８】また図４において電圧モニタ部６は、圧電
体４の印加されている電圧ＡＶを、抵抗ＳＲ１，ＳＲ２
により分圧し、電圧（ＳＲ２／（ＳＲ１＋ＳＲ２））・
ＡＶになった値を信号ライン６ａを介して一般的に用い
られるＡ／Ｄコンバータへ送るようになっている。ま
た、このＡ／Ｄコンバータの出力は信号ライン６ｂを介
してＣＰＵ２’で読み取れるようになっている。

【００３９】次に実際にＣＰＵ２’が図４の回路で圧電
体４を変形させる時の速度制御についての演算式を求め
る。

【００４０】前述より、また図４に示すように、圧電体
４に電流ｉアンペアの定電流を流す場合を考え、該圧電
体４に蓄積される電荷量をＱｐ、また、同圧電体４の両
端に印加されている電圧をＶｐとすると、Ｑｐ＝Ｃｐ・Ｖｐ・・・（８）Ｑｐ＝∫ｉｄｔ・・・（９）より、ｉ＝Ｃｐ・（ｄＶｐ／ｄｔ）・・・（１０）ゆえに、ｄＶｐ／ｄｔ＝ｉ／Ｃｐ・・・（１１）あるいは、Ｖｐ＝（ｉ・ｔ／Ｃｐ）＋ＶｐｏＶｐｏ：Ｖｐの初期値・・・（１２）と表すことができる。右辺で定電流ｉ以外のパラメータ
がここでは概知、もしくは決定されているため、電流ｉ
とそのときに流した時間ｔにより電圧Ｖｐの上昇率ΔＶ
ｐが決定される。

【００４１】すなわち、定電流ｉとこの電流ｉを流す時
間とを制御することで、駆動電圧Ｖｐとその変化率（ｄ
Ｖｐ／ｄｔ）を制御することが可能となる。

【００４２】次に、圧電体４の単位変形量あたりの駆動
電圧の変化率（ｄＶ／ｄＸ）を考える。

【００４３】圧電体４の変形速度を（ｄＸ／ｄｔ）、こ
の変形速度でΔｔ秒間駆動した時の上記圧電体４の変形
量をΔＸ、そのときの駆動電圧の変化量をΔＶとする
と、（ΔＶ／ΔＸ）＝ΔＶ／（（ｄＸ／ｄｔ）・Δｔ）・・・（１３）ゆえに、（ΔＶ／Δｔ）＝（ｄＸ／ｄｔ）・（ΔＶ／ΔＸ）・・・（１４）ゆえに、（ｄＶ／ｄｔ）＝（ｄＸ／ｄｔ）・（ｄＶ／ｄＸ）・・・（１５）また、（ｄＶ／ｄＸ）はＸの関数になるが、Ｘ＝Σ ΔＸ＝Σ （ｄＸ／ｄｔ）Δｔ＝（ｄＸ／ｄｔ）・∫ｄｔ＝（ｄＸ／ｄｔ）・ｔ・・・（１６）であり、Ｘは（ｄＶ／ｄｔ）と時間ｔの関数である。

【００４４】つまり、時間ｔと、圧電体４に発生させる
変形速度（ｄＸ／ｄｔ）を定めれば、そのときの駆動電
圧の変化速度（ｄＶ／ｄｔ）を定めることが可能にな
る。

【００４５】つまり、図４で圧電体４に定電流を注入す
る場合を考えると、ＣＰＵ２’の制御信号により信号ラ
イン２ａを介してトランジスタＱ１をオンさせると、上
式にのっとり、トランジスタＱ１のエミッタ側の抵抗Ｒ
１ａの両端に加えられる電位差ＶＲ１ａとダイオードＤ
１ａ，Ｄ１ｂからなる直列回路の両端の電位差の関係か
ら、抵抗Ｒ１ａに流れる電流値（ＶＲ１ａ／Ｒ１ａ）
が、信号ライン２ｂを介して圧電体４に定電流として注
入される。このときの電圧の上昇率（ｄＶｐ／ｄｔ）
は、定電流ｉと圧電体４の等価容量Ｃとで決定される。
すなわち、これらの関係は、ｄＶｐ／ｄｔ＝ｉ／Ｃｐ＋Ｖｐ・・・（１７）で表せられる。ここで電圧Ｖｐは初期値なので、予めあ
る電圧値を圧電体４が保持しているならば、その地点か
らの電圧上昇率は（ｄＶｐ／ｄｔ）となる。また、デュ
ーティ制御を考えた場合、動作は上記ＣＰＵ２’の制御
信号により信号ライン２ａを介してトランジスタＱ１を
オン・オフさせる。このＣＰＵ２’の出力する信号は、
公知であるデューティ制御で一定周期を一定の分解能で
分けたものを出力する。ここでは、たとえば、１周期を
５０μsec として２５６分解した場合とすると、上記Ｃ
ＰＵ２’がデューティ２５６を出力するときはトランジ
スタＱ１が常にオンした状態で、また、デューティ１２
８を出力するときは該トランジスタＱ１が２５μsec の
オン・オフ状態を繰り返す。

【００４６】このデューティ制御を関係式からみると、ｄＶｐ／ｄｔ＝（ｉ／Ｃｐ）・（デューティ比／２５６）・・・（１８）この（１８）式により、ＣＰＵ２’がデューティ比を演
算することで狙いの速度ｖで変形させることができる。

【００４７】ここで図１２に示されるヒステリシスカー
ブで変位ゼロからＸmax までを一定の速度ｖで変形させ
るとする。このときのＣＰＵ２’の演算手順は次のよう
になる。

【００４８】まず、狙い速度ｖT で推移したときの変位
特性は図５に示すようになる。このためには、図４の回
路から得られた上記関係式（１８）より、デューティ比
を演算する。ここで演算の前に、まず、デューティ比を
一定で行なったとき、つまり電流ｉを一定で行なったと
きの圧電体４の変形速度ｖ1 をみると図６に示すように
なる。これは、図１２からもわかるようにヒステリシス
カーブの上昇側と同じ特性である。

【００４９】さて、このような速度ｖ1 が得られたのに
対し目標となる狙いの変形速度が同図においてｖT で与
えられた場合を考える。さらにここで、時間ゼロから区
間ｔａ（図６参照）で、一定のデューティ比で行なった
ときの変形速度ｖ1 を狙いの速度ｖT に近づけるために
は、一定で注入していた電流を今よりも少なくしてやれ
ば変形速度ｖT を緩やかにすることができる。そのため
狙いの変形速度ｖT に合わせるには次のようにすればよ
い。この変形速度ｖ1 とｖT との差は図１２に示すヒス
テリシスカーブによるもので、これが直線であれば変形
速度ｖT のように一定の変化率（ｄＸ／ｄｔ）で推移す
る。すなわち変形速度ｖ1 とｖT との差をなくす度合い
は該ヒステリシスカーブより求めることができる。これ
については図１２を基に前述した通りで点Ａから点Ｂま
で狙いの速度ｖで変形させるときの圧電体４の電圧上昇
率は点Ａから点Ｂまで変化する電圧ΔＶと変位ΔＸの関
係より（ここではΔＶ／ΔＸの形をとり）、これと狙い
の速度ｖ（ｄＸ／ｄｔ）との積により電圧上昇率（ｄＶ
／ｄｔ）が決定されるので、これに見合った電流量（デ
ューティ比）を出力することで点Ａから点Ｂまで狙いの
速度ｖで変位できる。

【００５０】つまり、図５に示すように変位の最大値Ｘ
max まで狙いの一定速度ｖT で動かしたいときには、図
１２に示すように原点ＯからＡまでのヒステリシスのカ
ーブの傾きを（ｄＶ／ｄＸ）(OA)，ＡからＢまでの傾き
を（ｄＶ／ｄＸ）(AB)，最後点Ｇから点Ｈまでの傾きを
（ｄＶ／ｄＸ）(GH)としてテーブルに持っていって、順
番にこの傾き（ｄＶ／ｄＸ）と狙いの速度ｖT との積を
とり、連続して電流量（デューティ比）を出力して制御
すれば図５に示す速度ｖT の特性カーブになる。また、
このときの電流量の切換えは図４に示すＡ／Ｄコンバー
タにより圧電体４の電圧をモニタしているので、図１２
における点Ａで電流量を切換えるタイミングは電圧Ｖ11
で決まり、ＣＰＵ２’が電圧モニタ部６の出力を取り込
んで電圧Ｖ11になった点で切換えれば良い。

【００５１】さて、狙いの速度ｖT に近づくように図１
２のヒステリシスカーブを用いて制御した特性は図７に
示すｖ2 のようになる。しかし、この場合でも一定の電
流で行なったときの変形速度ｖ1 よりは狙いの速度ｖT
には近づいたが一致はしていない。これは、前記より回
路図４を用いて狙いの速度ｖT で変形させるための上記
式（１８）において圧電体４の等価容量Ｃｐが考慮され
ていないためである。

【００５２】ここで変形速度ｖ2 のときの時間と電圧変
化の関係を示すと図８のようになる。

【００５３】これは図１２をみてもわかるように上昇
時、つまりＡ点，Ｂ点，Ｃ点の付近では変化率が小さい
ので狙いより速く変形させるには、電圧を今よりも上昇
させ、逆に点Ｅ，Ｆ，Ｇの付近では狙いより速く変形し
てしまうので電圧をゆっくりと上げる必要があるためで
ある。ここで図８と図３を対応させることを考えると、
電圧の最大値のＶmax とＶL が対応し中間点のＶ1nが対
応する。電圧Ｖと等価容量Ｃの関係は、図８でゼロボル
トから電圧Ｖ1nの間では図３で示されるように、等価容
量Ｃは印加されていないときの等価容量Ｃｏを境にして
小さくなっており、逆に電圧Ｖ1nからＶmax までは大き
くなっている。

【００５４】さらに図８と図７を時間ｔで対応させる
と、時間ｔａのときに電圧Ｖ1nが対応し、時間ｔｍのと
きに電圧Ｖmax が対応するので、さきほどの等価容量Ｃ
と電圧Ｖの関係から図７において、時間ゼロから時間ｔ
ａまでの間は図３で電圧ゼロボルトから電圧Ｖ1nに対応
するので、この領域では等価容量Ｃｏを境にして等価容
量は小さくなっている。また、同じく図７において時間
ｔａから時間ｔｍまでは逆に等価容量Ｃは大きくなって
いる。よって、上記の関係から図７のヒステリシスカー
ブを用いて狙いの速度ｖT に合わせようとしたときの波
形ｖ2 の制御にさらに図３の等価容量Ｃの値を用いると
電流は次のようになる。

【００５５】図７で時間ゼロから時間ｔａまでは、電圧
が印加されていないときの等価容量Ｃｏより小さくなっ
ていく。これを式に当てはめると、上記式（１８）で等
価容量Ｃｐを小さくするとデューティ比が小さくなる。
つまり、この区間では電流を絞る状態となる。よって図
７に示す速度ｖ2 は図３の等価容量Ｃの変化に対応する
ので、該速度ｖ2 と狙いの変形速度ｖT との差が図３の
等価容量Ｃとキャンセルされる状態になる。また、同様
に時間ｔａから時間ｔｍについても前記のことが言える
ので、図５のように狙いの変形速度ｖT で圧電体４を変
形させることができる。すなわち、ＣＰＵ２’は図１２
のヒステリシスカーブとそれに対応する図３の等価容量
Ｃの情報を上記式（１８）のデューティ比の関係式に代
入し演算することでデューティ制御が行なえる。

【００５６】図９は上述の作用を行なう際のＣＰＵ２’
の動作を示す概略フローチャートである。

【００５７】このフローチャートは図５に示すように最
大変位Ｘmax までを一定速度ｖT で変形させるときのも
のである。

【００５８】まずステップ＃１で圧電体４に電圧を印加
させるための高電源電圧となるカメラ等に用いられるス
トロボ昇圧回路を起動させる。ここでの電源電圧は、圧
電体４を変位Ｘmax まで変形できる電圧が要求され、一
般的な積層型の圧電体であれば１００Ｖないし１５０Ｖ
である。ステップ＃２で演算式に用いる狙いの変形速度
ｖT が設定される。ステップ＃３で圧電体４に印加され
ている電圧を電圧モニタ部６を介してモニタする。これ
により、たとえある変形をしている位置で圧電体４が停
止していてもその地点から、狙いの変形速度ｖT で変形
させることができる。これは次のステップ＃４のテーブ
ルデータを読み出す基準となるためである。

【００５９】ステップ＃４ではそれぞれの電圧に対応し
た圧電体４の等価容量とヒステリシスカーブの傾きを上
記表１と上記表２のようにＥＥＰ−ＲＯＭ１’に記憶さ
れているのでステップ＃３でモニタした電圧に対応した
値をそれぞれ読み出す。この読み出した値は次のステッ
プ＃５の演算のパラメータとして用いられる。ステップ
＃５では、デューティ比＝（ｄＶ／ｄＸ）・ｖT ・（Ｃｐ／ｉ）×２５６・・・（１９）によりデューティ比を求める。このときのパラメータで
ヒステリシスの傾き（ｄＶ／ｄＸ）と等価容量ＣｐはＥ
ＥＰ−ＲＯＭ１’からのデータで、狙いの変形速度ｖT
は設定されているもので電流ｉは図４の回路定数より決
定されているので、ステップ＃４でＥＥＰ−ＲＯＭ１’
から読み出されたデータによってデューティ比を演算す
る。

【００６０】ステップ＃６では上記ステップ＃５で演算
されたデューティ比で圧電体４に電流ｉを出力できるよ
うに定電流発生回路（注入）７を制御する。この制御し
ているデューティ比は新しく変更した場合や制御停止を
かけなければ、この設定したデューティ比が常に出力さ
れている。つまり常に圧電体４にステップ＃５でデュー
ティ比が決定された定電流が流れることになる。

【００６１】ステップ＃７ではＥＥＰ−ＲＯＭ１’に電
圧に対応したテーブルが記憶されているので、圧電体４
に印加されている電圧を基準に、このデータを読み出し
デューティ比を演算し変更してやる必要がある。これに
より、図５のように変位Ｘmax まで一定速度ｖT （狙い
の速度）で変形させることができる。よって、このデュ
ーティ比の切換えるポイントをモニタした電圧で決定す
るために電圧モニタ部６を介して圧電体４の電圧をモニ
タする。

【００６２】ステップ＃８では上記ステップ＃７のモニ
タした電圧と切換える電圧とを比較して、デューティ比
の切換える電圧になるまでステップ＃７の電圧モニタと
ステップ＃８の比較を繰り返す。

【００６３】ステップ＃９では、上記ステップ＃８によ
り次のデューティ比を演算させるようにするが、ここで
はまず、このときに圧電体に印加されている電圧が最大
のＶmax まで到達したかを判断させる。ここで、到達し
た場合はステップ＃１０に移り、該ステップ＃１０では
ストロボ昇圧回路５の停止とデューティ比の出力停止を
行ない終了させる。

【００６４】次に判断したときに電圧がＶmax に到達し
ていない場合はステップ＃４に移りＥＥＰ−ＲＯＭ１’
のデータを読み出す。このときの読み出すデータの順番
を上記表１と上記表２に対応させて表わすと前回読み出
したデータの値が表１では電圧ゼロのときの等価容量Ｃ
ｏで、表２では点Ｏ→Ａのときの変化率（ｄＶ／ｄＸ）
(OA)とすると、次にステップ＃４に来たときは、表１で
は電圧Ｖ11の時の等価容量Ｃ１で、表２では点Ａ→Ｂの
ときの変化率（ｄＶ／ｄＸ）(AB)になる。このように表
１，表２で言えば左から順番に１つづつ読み出していけ
ば良い。

【００６５】このようにして、上記ステップ＃４から上
記ステップ＃９の間が繰り返えされ、圧電体４が最大電
圧Ｖmax に到達するまで行なわれる。

【００６６】以上にように圧電体の速度制御で電圧が上
昇する方向については定電流発生回路（注入）７を制御
させた。同様にして、圧電体４に電圧がＶmax の状態か
らゼロボルトまで下降させるときも同じで、ＥＥＰ−Ｒ
ＯＭ１’のデータの表２が下降側のものにし、定電流発
生回路（放出）８を制御させるようにすれば、図１０の
ように狙いの変形速度ｖD で制御できる。

【００６７】よってヒステリシスカーブと等価容量のテ
ーブルデータを基にデューティ比を演算し、圧電体４を
制御するので狙いの変形速度に対して、精度の高い制御
が可能になる。

【００６８】また、本実施例において、圧電体４の速度
制御では圧電体４に負荷がないものとして考察を進めて
きたが、実際には上記圧電体４には、たとえば変位を拡
大するための拡大機構の負荷が存在する。この負荷によ
る圧電体４の影響として、一定の定電流を注入、放出さ
せたときの圧電体４の電圧上昇率（ｄＶ／ｄｔ）が無負
荷の状態時と異なる点があげられる。よって拡大機構を
付加したときの速度制御では、この電圧上昇率（ｄＶ／
ｄｔ）の特性を考慮して制御する必要がある。この場合
の制御として問題となるのは電圧上昇率（ｄＶ／ｄｔ）
なので、同様に図４の回路図とＣＰＵ２’を用いたデュ
ーティ制御で行なうとすると無負荷のときの電圧上昇率
（ｄＶｐ／ｄｔ）と負荷を加えた時の電圧上昇率（ｄＶ
ｓ／ｄｔ）との差を上記（１８）のデューティ比を決定
している演算式に加えてやれば良いので、デューティー比＝（ｄＶｐ／ｄｔ）・（ｄＶｓ／ｄｔ）・（Ｃｐ／ｉ）×２５６・・・（２０）となり、さらに、この負荷を加えたときの電圧上昇率
（ｄＶｓ／ｄｔ）の差をＥＥＰ−ＲＯＭ１’に記憶して
おくことで、拡大機構による負荷が圧電体４に加わった
としても、この特性を考慮しながら制御するので精度の
高い速度制御が可能になる。

【００６９】このようにして、印加電圧に応じた圧電体
を持つコンデンサの容量に基づいて圧電体を制御するの
で、電気的に圧電体をコンデンサとする制御では、精度
が良く、また、圧電体に加わる負荷についても予め電圧
に対応した電圧上昇率に基づいて行なうので精度が良い
圧電体速度制御が容易に実現できる。

【００７０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、圧
電体の変形量および変形速度の微細な制御を圧電体の等
価容量に注目することによって精度良く制御する圧電体
制御装置を提供できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の概念を示すブロック図。

【図２】本発明の１実施例の圧電体制御装置の構成を示
すブロック図。

【図３】上記実施例における、電圧ゼロから所定電圧ま
での間を等間隔にとったときの等価容量と電圧との関係
を示した線図。

【図４】上記実施例の圧電体制御装置の詳細な電気的構
成を示す電気回路図。

【図５】上記実施例において、狙いの速度で推移すると
きの圧電体の変位特性を示した線図。

【図６】上記実施例において、狙いの速度および所定の
変形速度をパラメータとしたときの圧電体の変位特性を
示した線図。

【図７】上記実施例において、狙いの速度および所定の
変形速度をパラメータとしたときの圧電体の変位特性を
示した線図。

【図８】上記実施例において、所定の変形速度をパラメ
ータにしたときの、圧電体の電圧特性を示した線図。

【図９】上記実施例におけるＣＰＵの動作を示すフロー
チャート。

【図１０】上記実施例において、圧電体の印加電圧を最
大値からゼロボルトまで下降させるときの、該圧電体の
変位特性を示した線図。

【図１１】一般の、一定の電圧変化率を有する圧電体の
電圧特性を示した線図。

【図１２】一般の圧電体のおける印加電圧と変形量との
ヒステリシス関係を示した線図。

【図１３】一般の圧電体の電圧特性を簡略化して示した
線図。

【図１４】上記図１１と図１３との時間軸を原点から所
定時間までを一致させたときの電圧特性を示した線図。

【図１５】一般の圧電体のおける等価容量特性を示した
線図。

【符号の説明】

１…情報記憶部２…電荷量演算手段３…電荷量制御手段４…圧電体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】印加電圧に応じて変化する、圧電体が有す
るコンデンサ容量に基づいて、該圧電体に注入する、あ
るいは該圧電体より放出させる電荷量を演算する電荷量
演算手段と、この電荷量演算手段に基づいて上記圧電体に電荷を注入
する、あるいは該圧電体より放出させる電荷量制御回路
と、を具備したことを特徴とする圧電体制御装置。
【請求項２】上記電荷量演算手段は、印加電圧に対応し
た圧電体のコンデンサ容量の変化と、さらに、圧電体の
ヒステリシスカーブの対応関係の情報に基づいて行われ
ることを特徴とする請求項１記載の圧電体制御装置。
【請求項３】上記電荷量演算手段は、圧電体に印加され
ている電圧を検出する電圧検出手段を具備し、該電圧演
算検出手段の検出信号に基づいて、上記圧電体に注入す
るあるいは該圧電体から放出される電荷量を演算して求
めることを特徴とする請求項１記載の圧電体制御装置。