WO2011048948A1 - 振動型駆動装置および振動型駆動装置の制御方法 - Google Patents

振動型駆動装置および振動型駆動装置の制御方法 Download PDF

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vibration type
impedance
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龍一 吉田
聡 新家
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コニカミノルタオプト株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a vibration type driving device and a control method of the vibration type driving device.
  • Mold drive devices are known.
  • the vibration type driving device the displacement amount of the moving body per cycle of the driving voltage applied to the electromechanical transducer is not strictly constant, and the actual moving body position deviates from the position estimated from the driving voltage. May end up. For this reason, when performing positioning with a conventional vibration type driving device, it is necessary to provide a sensor for detecting the position of the moving body as described in Patent Document 1.
  • a member that abuts the moving body to determine the movable range of the moving body is provided, and a driving voltage that can move the moving body by a distance sufficiently longer than the movable range is applied once.
  • the movable body is moved to one end of the movable range, and a driving voltage for moving the movable body to a desired position is applied using the movable end as a base point to suppress the positioning error of the movable body.
  • the conventional vibration type driving device uses a sliding displacement, the moving body slides on the driving member even after the moving body reaches the movable end, and the electromechanical conversion element continues to vibrate. Therefore, there is also a problem that uneven wear of the drive member or the like is likely to occur at a position near the movable end. Such uneven wear causes abnormal friction, so that the moving body is temporarily fixed to the driving member at the movable end, and when the driving voltage is input to move the moving body from the movable end. There may be a case where the moving body cannot be positioned at a desired position due to a delay in the movement of the moving body.
  • the present invention provides a vibration type driving device that can detect that the moving member has reached the movable end at low cost, and a vibration type driving that does not apply an excessive driving voltage for positioning the moving body. It is an object of the present invention to provide a method for controlling an apparatus.
  • a vibration type driving apparatus includes an electromechanical transducer that generates a mechanical displacement when a voltage is applied thereto, a driving member that is moved by the electromechanical transducer, and the driving member.
  • a movable body that is slidably engaged with the movable body, a regulating member that restricts the movement of the movable body by contacting the movable body, and a drive circuit that applies a periodically changing drive voltage to the electromechanical transducer.
  • a detection circuit that detects an impedance of the electromechanical transducer, and a determination unit that determines that the moving body is in contact with the restriction member when a detection value of the detection circuit is equal to or greater than a predetermined value.
  • the moving body when the moving body comes into contact with the regulating member, the moving body is prevented from further moving to the regulating member side together with the driving member that moves due to the displacement of the electromechanical converting element.
  • the impedance of the electromechanical transducer increases. Therefore, if the detected value of impedance is equal to or greater than a certain value, it can be determined that the moving body is at the movable end in contact with the regulating member. As a result, there is no need for useless control to apply a driving voltage for moving the moving body to the regulating member after the moving body abuts on the regulating member, and the movable body can be positioned quickly, and the driving member at the movable end It is also possible to prevent uneven wear.
  • the detection circuit may have a known configuration for detecting a current value flowing by applying the drive voltage using a detection resistor.
  • the electromechanical conversion element may generate a sawtooth mechanical displacement upon application of a voltage.
  • an electromechanical transducer that generates mechanical displacement when a voltage is applied, a drive member that is moved by the electromechanical transducer, and a movement that is slidably engaged with the drive member.
  • a first aspect of the control method of the vibration type driving apparatus having a body and a regulating member that restricts movement of the moving body by contacting the moving body is for bringing the moving body into contact with the regulating member.
  • the impedance of the electromechanical transducer is detected, and when the detected value of the impedance exceeds a predetermined value, the drive voltage is applied. To stop.
  • the impedance of the electromechanical transducer is set to stop the moving body at a position separated from the regulating member by a predetermined distance.
  • a driving voltage that periodically changes is applied to the electromechanical transducer, and the predetermined value is determined in advance after the detected value of the impedance becomes smaller than the predetermined value.
  • the application of the drive voltage is stopped after a lapse of time.
  • the impedance of the electromechanical transducer is detected, and in the state where the detected value of the impedance is a predetermined value or more, the electromechanical transducer is The moving speed of the moving body is calculated by applying a periodically changing drive voltage and measuring the time from when the detected impedance value becomes smaller than the predetermined value until it becomes equal to or higher than the predetermined value again. And how to do it.
  • the electromechanical conversion element may generate a sawtooth mechanical displacement upon application of a voltage.
  • the vibration type driving apparatus does not require application of an extra driving voltage, and therefore the time required for positioning the moving body can be shortened. Further, the vibration type driving device of the present invention can prevent uneven wear of the driving member and the like by not performing extra driving, so that the positioning accuracy is hardly lowered, frequent calibration is unnecessary, and the life is long.
  • FIG. 1 is a circuit diagram of a vibration type driving apparatus according to a first embodiment of the present invention. It is a figure which shows the waveform of the drive current of the vibration type drive device of FIG. It is a flowchart of the control which returns the origin of the moving body of the vibration type drive device of FIG. It is a flowchart of the control for calculating the moving speed of the moving body of the vibration type drive device of FIG. It is a circuit diagram of the vibration type drive device of 2nd Embodiment of this invention. It is a figure which shows the waveform of the electric current which the detection circuit of the vibration type drive device of FIG. 4 detects.
  • 5 is a flowchart of control for moving a moving body of the vibration type driving device of FIG. 4 to a predetermined position.
  • FIG. 5 is a flowchart of control for calculating a moving speed of a moving body of the vibration type driving device of FIG. 4.
  • the vibration type drive device 1 includes an actuator 2 as a mechanical component, a drive circuit 3 that supplies a drive voltage to the actuator 2, a detection circuit 4 that detects a drive current of the actuator 2, and a control device 5 that includes a computer.
  • the actuator 2 has one end fixed to the weight 6 and expands and contracts when a drive voltage is applied, and an axial drive member 8 that vibrates in the axial direction due to expansion and contraction of the piezoelectric element 7. And a movable body 9 that frictionally engages with the drive member 8 so as to be slidable, and restricting members 10 and 11 that contact the movable body 9 to limit the movement of the movable body 9 and determine the movable range of the movable body 9. .
  • the drive circuit 3 connects both electrodes of the piezoelectric element 7 to the DC power supply 16 by four FETs 12, 13, 14, and 15 that are respectively switched by control signals S 1, S 2, S 3, and S 4 input from the control device 5. Or a grounded bridge circuit.
  • the detection circuit 4 includes a comparator 18 that outputs a potential difference between both ends of a detection resistor (shunt resistor) 17 provided in an electric circuit for grounding the piezoelectric element 7 of the drive circuit 3, and an amplifier 19 that amplifies the output of the comparator 18. And an AD converter 20 for digitizing the output of the amplifier 19.
  • the output of the detection circuit 4, that is, the digital signal indicating the current value of the discharge current of the piezoelectric element 7 is input to the control device 5.
  • the vibration type driving apparatus 1 when a periodic driving voltage is applied from the driving circuit 3 to the piezoelectric element 7 of the actuator 2, the driving member 8 reciprocates with a sawtooth speed change in the axial direction due to expansion and contraction of the piezoelectric element 7. Moving. When the driving member 8 moves slowly, the moving body 9 moves together with the driving member 8 while being frictionally engaged with the driving member 8. However, when the driving member 8 moves steeply, the moving member 9 is moved by its own inertial force. It stays in place and slides and displaces relative to the drive member 8.
  • the drive circuit 3 outputs a periodic rectangular wave drive voltage having a frequency of 140 kHz and a duty ratio of 0.3, and slidingly displaces the moving body 9 in the extending direction away from the piezoelectric element 7.
  • a drive voltage having a rectangular wave shape of 0.7 is output, and the moving body 9 is slid and displaced in the pull-back direction approaching the piezoelectric element 7.
  • the frequency of the drive voltage is lower than the resonance frequency of the actuator 2 and corresponds to about 0.7 times the resonance frequency.
  • the discharge current of the piezoelectric element 7 detected by the detection circuit 4 is determined by the waveform of the drive voltage (voltage and switching waveform) and the impedance of the piezoelectric element 7. That is, it can be said that the detection circuit 4 directly detects the current flowing through the drive circuit 3 but detects the impedance of the piezoelectric element 7.
  • FIG. 2 shows the detection value of the detection circuit 4, that is, the change in the current flowing through the detection resistor 17.
  • the piezoelectric element 7 electrically exhibits a capacitive characteristic similar to a capacitor. Therefore, the current of the drive circuit 3 shows a maximum value at the moment when the states of the FETs 12, 13, 14, and 15 are switched, and thereafter, the current gradually decreases and decreases.
  • the AD converter 20 of the detection circuit 4 performs AD conversion at a sufficiently short cycle, for example, every 0.1 ⁇ sec (at a sampling frequency of 10 MHz).
  • the control device 5 extracts the maximum value (peak current value) from the detection value input from the detection circuit 4 for each switching period of the FETs 12, 13, 14, and 15.
  • the peak current value of the drive circuit 3 is about 1000 mA when the movable body 9 is inside the movable range, that is, when it is not in contact with the regulating members 10 and 11,
  • the body 9 decreases to about 900 mA.
  • control device 5 sets the threshold value of the peak value of the detection current of the detection circuit 4 to 950 mA, and determines that the moving body 9 is in contact with the regulating member 10 or 11 if the detected peak value is 950 mA or less.
  • the drive circuit 3 is appropriately controlled according to the situation.
  • the position where the moving body 9 is separated from the movable end that contacts the regulating member 11 by a certain distance (for example, 50 ⁇ m) is the origin, and the position of the moving body 9 is applied after returning to the origin.
  • the position is recognized as a position obtained by multiplying the integrated value of the number of voltage pulses by a movement amount per pulse (for example, ⁇ 0.1 ⁇ m)
  • the control shown in FIG. For example, when the vibration type driving device 1 is used for driving the focus lens, the origin of the moving body 9 is determined at a position where the focal length becomes infinite.
  • the reason why the origin of the moving body 9 is set at a position away from the movable end is to design the position where the focal length is infinitely within the movable range even if there is variation among products. .
  • the control device 5 continuously outputs a drive voltage for moving the moving body 9 in the feeding direction to the drive circuit 3, while the current value detected by the detection circuit 4 for each pulse of the drive voltage.
  • the peak value is extracted from Then, if the extracted peak value becomes 950 mA or less, the control circuit 5 immediately stops the drive circuit 3 from outputting the drive voltage, and is necessary for moving the moving body 9 from the movable end to the origin.
  • a drive voltage in the pull-back direction with a large number of pulses (for example, 500 pulses) is output.
  • the moving body 9 is moved from the position where it abuts against the regulating member 10 to the position where it abuts against the regulating member 11, and the time required for the moving body 9 is measured. 9 is calculated, and the calculation formula of the number of pulses of the driving voltage to be applied to the distance to which the moving body 9 should be moved is corrected.
  • This control is executed, for example, when the vibration type driving apparatus 1 is turned on.
  • the control device 5 causes the drive circuit 3 to continuously output a drive voltage for moving the moving body 9 in the pull-back direction, and for each pulse of the drive voltage. If the peak value is extracted from the current value detected by the detection circuit 4 and the extracted peak value becomes 950 mA or less, it is considered that the moving body 9 is in contact with the regulating member 10. Stop the voltage output. Subsequently, the control device 5 causes the drive circuit 3 to continuously output a drive voltage for moving the moving body 9 in the feeding direction, and starts a time counter to start time measurement. Note that it is easy to measure time by expressing one cycle of the drive voltage as a unit time.
  • the control device 5 extracts a peak value from the current value detected by the detection circuit 4 for each pulse of each driving voltage, and when the extracted peak value becomes 950 mA or less, the moving body 9 moves to the regulating member 11. Since it is considered that it has reached, the drive circuit 3 stops the output of the drive voltage and the time measurement is finished. Finally, the control device 5 divides the distance from the position where the moving body 9 contacts the regulating member 10 to the position where the moving body 9 contacts the regulating member 11 by the time measured by the time counter, so that the moving speed ( (Moving distance per pulse of driving voltage) is calculated.
  • control device 5 corrects the arithmetic expression for calculating the number of pulses of the drive voltage to be output to the drive circuit 3 when a signal indicating the position or the movement amount of the moving body 9 is input from the outside.
  • the positioning accuracy of the moving body 9 is increased. That is, in the vibration type driving device 1 of the present embodiment, since the change in the moving speed due to the change in the environmental temperature or the wear of each member is self-corrected, the periodic calibration work is unnecessary.
  • the moving body 9 is brought into contact with the regulating member 11 in order to calculate the speed of the moving body 9 by the control of FIG. 4 by combining the control of FIG. 3 and the control of FIG. 4. Then, the moving body 9 may be returned to the origin by applying a driving voltage having a predetermined number of pulses.
  • the detection resistor 17 is inserted between the FETs 14 and 15 and the ground.
  • an electric circuit (point A) between the DC power supply 16 and the FETs 12 and 13 The detection resistor 17 is inserted into the electric circuit (point B) between the drive circuit 3 and the piezoelectric element 7 and the potential difference between both ends thereof is detected by the detection circuit 4 so that the impedance of the piezoelectric element 7 is detected. May be.
  • FIG. 5 shows a configuration of a vibration type driving apparatus 1a according to the second embodiment of the present invention.
  • the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
  • the DC power supply 16 has an internal resistance 16a that cannot be ignored and has a high output impedance.
  • the vibration type driving device 1a is provided with a smoothing capacitor 21 having a sufficient electrostatic capacity and serving as a current buffer in the electric circuit immediately before the FETs 12 and 13 of the driving circuit 3.
  • the detection resistor 17 is inserted between the DC power supply 16 and the smoothing capacitor 21. Therefore, the detection circuit 4 is provided so as to detect the impedance of the piezoelectric element 7 by detecting the potential difference between both ends of the detection resistor 17.
  • the charging current and discharging current of the piezoelectric element 7 of the actuator 2 have the waveforms shown in FIG. 2 as in the first embodiment.
  • the DC power supply 16 cannot instantaneously supply a large current due to the internal resistance 16a, when the current of the piezoelectric element 7 is large, the electric charge charged in the smoothing capacitor 21 is reduced. To be supplied. Then, as shown in FIG. 6, the smoothing capacitor 21 is charged with electric charges little by little from the DC power supply 16. Therefore, the current waveform in FIG. 6 is a smoothed version of the current waveform in FIG. 2, and the integrated values of both current waveforms are equal.
  • the control device 5 may use the detection value input from the detection circuit 4 as it is, and extracts the peak value. Such high-speed processing is not required.
  • FIG. 7 shows a flow of origin return processing of the moving body 9 in the present embodiment.
  • the driving voltage in the feeding direction is applied and the moving body 9 reaches the regulating member 11, the driving voltage in the pulling direction is continuously applied, and the detected current is larger than 47.5 mA. Then, a drive voltage having the number of pulses necessary to move the moving body 9 from the movable end to the origin is applied. That is, in this embodiment, the moving body 9 is temporarily fixed at the movable end due to uneven wear or the like at the mechanical driving end, and the moving body may not move even when a driving voltage is applied. After confirming that the moving body 9 has moved away from the regulating member 11 and started moving, a driving voltage necessary to move to the origin is applied.
  • the detection delay of the detection circuit 4 when the moving body 9 abuts on or separates from the regulating members 10 and 11, the current value detected by the detection circuit 4 gradually increases as shown in FIG. As a result, the detection of the impedance change of the piezoelectric element 7 is delayed. Therefore, it is preferable to set the number of pulses of the drive voltage for moving the moving body 9 from the movable end to the origin by this delay. However, if this delay is sufficiently small, for example, if the detection delay of the impedance change of the piezoelectric element 7 is 10 pulses or less, the positioning error of the moving body 9 is only 1 ⁇ m or less, and the detection delay of the detection circuit 4 is detected. Positioning error caused by can be ignored. Therefore, if the capacity of the smoothing capacitor 21 is optimized so that the detection delay of the detection circuit 4 is sufficiently small, the detection delay of the detection circuit 4 may be ignored.

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Abstract

　駆動装置１は、電圧が印加されると機械的変位を生じる電気機械変換素子７と、電気機械変換素子７によって移動させられる駆動部材８と、駆動部材８に滑り変位可能に係合する移動体９と、移動体９に当接することで移動体９の移動を制限する規制部材１０，１１と、電気機械変換素子７に周期的に変化する駆動電圧を印加する駆動回路３と、電気機械変換素子７のインピーダンスを検出する検出回路４と、検出回路４の検出値が所定値以上であるとき、移動体９が規制部材１０，１１に当接していると判断する判定手段５とを有する。

Description

振動型駆動装置および振動型駆動装置の制御方法
　本発明は、振動型駆動装置および振動型駆動装置の制御方法に関する。
　電圧を機械的変位に変換する電気機械変換素子によって駆動部材を軸方向に鋸歯状に非対称に振動させて、駆動部材に摩擦係合する移動体を駆動部材に対して軸方向に滑り変位させる振動型駆動装置が公知である。振動型駆動装置では、電気機械変換素子に印加する駆動電圧の１周期当たりの移動体の変位量が厳密には一定でなく、実際の移動体の位置が、駆動電圧から推定される位置からずれてしまう場合がある。このため、従来の振動型駆動装置で位置決めを行う場合、特許文献１に記載されているように、移動体の位置を検出するセンサを設ける必要があった。
　また、簡易な構成として、移動体に当接して移動体の可動範囲を定める部材を設け、移動体を可動範囲よりも十分に長い距離を移動させ得るだけの駆動電圧を印加することで、一度、移動体を可動範囲の一端に移動させ、この可動端を基点として、所望の位置まで移動体を移動させるだけの駆動電圧を印加することで、移動体の位置決め誤差を抑制するものもある。
　しかしながら、この構成では、移動体が可動端に達してからも、一定時間は駆動電圧を印加し続けることが必要であり、駆動に時間がかかるという問題がある。例えば、２つの振動型駆動装置によって、移動体をＸ－Ｙ方向に走査移動させる場合、１走査毎に移動体を可動端まで移動させる必要があり、このような余分な駆動時間が積み重なって大きなタイムロスとなる。
　また、従来の振動型駆動装置では滑り変位を用いているために、移動体が可動端に達してからも移動体は駆動部材上を滑り、電気機械変換素子は振動し続ける。そのため、可動端近傍の位置で駆動部材等の偏摩耗が生じ易いという問題もある。このような偏摩耗は、異常な摩擦を生じさせるため、移動体が可動端において一時的に駆動部材に固着した状態になり、移動体を可動端から移動させようとして駆動電圧を入力したときに移動体の動き出しが遅れることで、移動体を所望の位置に位置決めできなくなる場合がある。
　可動端における余分な駆動をなくすために、移動体が可動端に達したことを検出できるセンサを設けることが考えられるが、センサの検出精度が装置の位置決め精度に直結するので、高価なセンサを使用する必要があり、大きなコストアップは避けられない。
特開２０００－７８８６１号公報
　前記問題点に鑑みて、本発明は、低コストで移動部材が可動端に達したことを検出できる振動型駆動装置、および、移動体の位置決めのために過剰な駆動電圧を印加しない振動型駆動装置の制御方法を提供することを課題とする。
　前記課題を解決するために、本発明による振動型駆動装置は、電圧が印加されると機械的変位を生じる電気機械変換素子と、前記電気機械変換素子によって移動させられる駆動部材と、前記駆動部材に滑り変位可能に係合する移動体と、前記移動体に当接することで前記移動体の移動を制限する規制部材と、前記電気機械変換素子に周期的に変化する駆動電圧を印加する駆動回路と、前記電気機械変換素子のインピーダンスを検出する検出回路と、前記検出回路の検出値が所定値以上であるとき、前記移動体が前記規制部材に当接していると判断する判定手段とを有するものとする。
　この構成によれば、移動体が規制部材に当接すると、電気機械変換素子の変位によって移動する駆動部材とともに移動体が規制部材側にさらに移動することを妨げるので、電気機械変換素子にその変位を抑制する力が作用し、この結果として、電気機械変換素子のインピーダンスが上昇する。したがって、インピーダンスの検出値がある値以上であれば、移動体が規制部材に当接する可動端にあると判断できる。これにより、移動体が規制部材に当接してから、さらに、規制部材側に移動させるような駆動電圧を印加する無駄な制御が必要なく、移動体の素速い位置決めができ、可動端における駆動部材の偏摩耗を防止することもできる。
　また、本発明の振動型駆動装置において、前記検出回路は、検出抵抗を用いて、前記駆動電圧の印加によって流れる電流値を検出する周知の構成のものであってもよい。
　さらに、本発明の振動型駆動装置において、前記電気機械変換素子は、電圧の印加によって鋸歯状の機械的変位を生じるものであってもよい。
　また、本発明によれば、電圧が印加されると機械的変位を生じる電気機械変換素子と、前記電気機械変換素子によって移動させられる駆動部材と、前記駆動部材に滑り変位可能に係合する移動体と、前記移動体に当接することで前記移動体の移動を制限する規制部材とを有する振動型駆動装置の制御方法の第１の態様は、前記移動体を前記規制部材に当接させるために、前記電気機械変換素子に周期的に変化する駆動電圧を印加しながら、前記電気機械変換素子のインピーダンスを検出し、前記インピーダンスの検出値が所定値以上になったとき、前記駆動電圧の印加を停止する方法とする。
　また、本発明による振動型駆動装置の制御方法の第２の態様は、前記移動体を前記規制部材から予め定めた距離だけ離間させた位置に停止させるために、前記電気機械変換素子のインピーダンスを検出し、前記インピーダンスの検出値が所定値以上である状態で、前記電気機械変換素子に周期的に変化する駆動電圧を印加し、前記インピーダンスの検出値が所定値より小さくなってから、予め定めた時間の経過後に、前記駆動電圧の印加を停止する方法とする。
　これらの方法によれば、前記移動体が前記規制部材に当接したならば、直ぐに駆動電圧の印加を停止するので、駆動時間が短く、可動端における駆動部材の偏摩耗を防止することもできる。
　また、本発明による振動型駆動装置の制御方法の第３の態様は、前記電気機械変換素子のインピーダンスを検出し、前記インピーダンスの検出値が所定値以上である状態で、前記電気機械変換素子に周期的に変化する駆動電圧を印加し、前記インピーダンスの検出値が前記所定値より小さくなってから、再度前記所定値以上になるまでの時間を計測することで、前記移動体の移動速度を算出する方法とする。
　さらに、本発明の振動型駆動装置の制御方法の第１から第３の態様において、前記電気機械変換素子は、電圧の印加によって鋸歯状の機械的変位を生じるものであってもよい。
　本発明によれば、電気機械変換素子のインピーダンスによって移動体が可動端に達したことを確認できる。したがって、本発明の振動型駆動装置は、余分な駆動電圧の印加が必要ないため、移動体の位置決めに要する時間を短くできる。また、本発明の振動型駆動装置は、余分な駆動を行わないことで駆動部材等の偏摩耗を防止できるので、位置決め精度が低下し難く、頻繁な較正が不要で、長寿命である。
本発明の第１実施形態の振動型駆動装置の回路図である。 図１の振動型駆動装置の駆動電流の波形を示す図である。 図１の振動型駆動装置の移動体を原点復帰させる制御の流れ図である。 図１の振動型駆動装置の移動体の移動速度を算出するための制御の流れ図である。 本発明の第２実施形態の振動型駆動装置の回路図である。 図４の振動型駆動装置の検出回路が検出する電流の波形を示す図である。 図４の振動型駆動装置の移動体を所定の位置に移動させる制御の流れ図である。 図４の振動型駆動装置の移動体の移動速度を算出するための制御の流れ図である。
　これより、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１に、本発明の第１実施形態の振動型駆動装置１の構成を示す。振動型駆動装置１は、機械的構成要素であるアクチュエータ２と、アクチュエータ２に駆動電圧を供給する駆動回路３と、アクチュエータ２の駆動電流を検出する検出回路４と、コンピュータからなる制御装置５とを有する。
　アクチュエータ２は、一端が錘６に固定され、駆動電圧が印加されると伸縮する圧電素子（電気機械変換素子）７と、圧電素子７の伸縮によって軸方向に振動する軸状の駆動部材８と、駆動部材８に滑り移動可能に摩擦係合する移動体９と、移動体９に当接して移動体９の移動を制限し、移動体９の可動範囲を定める規制部材１０，１１とを有する。
　駆動回路３は、制御装置５から入力される制御信号Ｓ１、Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４によってそれぞれスイッチングされる４つのＦＥＴ１２，１３，１４，１５によって、圧電素子７の両電極を、直流電源１６に接続、または、接地するブリッジ回路である。
　検出回路４は、駆動回路３の圧電素子７を接地するための電路に設けた検出抵抗（シャント抵抗）１７の両端の電位差を出力する比較器１８と、比較器１８の出力を増幅する増幅器１９と、増幅器１９の出力をディジタル化するＡＤ変換器２０とを有する。検出回路４の出力、つまり、圧電素子７の放電電流の電流値を示すディジタル信号は、制御装置５に入力される。
　振動型駆動装置１において、駆動回路３からアクチュエータ２の圧電素子７に周期的な駆動電圧が印加されると、圧電素子７の伸縮により、駆動部材８が軸方向に鋸歯状の速度変化で往復移動する。移動体９は、駆動部材８が緩慢に移動するときは、駆動部材８に摩擦係合したまま駆動部材８とともに移動するが、駆動部材８が急峻に移動するときは、自身の慣性力によってその場に留まり、駆動部材８に対して滑り変位する。
　例えば、駆動回路３は、周波数１４０ｋＨｚ、デューティ比０．３の周期的な矩形波状の駆動電圧を出力して、移動体９を圧電素子７から遠ざける繰出方向に滑り変位させ、周波数１４０ｋＨｚ、デューティ比０．７の矩形波状の駆動電圧を出力して、移動体９を圧電素子７に近付ける引戻方向に滑り変位させる。この駆動電圧の周波数は、アクチュエータ２の共振周波数より低く、共振周波数の約０．７倍に相当する。
　検出回路４が検出する圧電素子７の放電電流は、駆動電圧の波形（電圧およびスイッチング波形）と、圧電素子７のインピーダンスとによって決定される。つまり、検出回路４は、直接的には、駆動回路３を流れる電流を検出しているが、圧電素子７のインピーダンスを検出しているとも言える。
　図２に、検出回路４の検出値、つまり、検出抵抗１７を流れる電流の変化を示す。圧電素子７は、電気的には、キャパシタに近似した容量性の特性を示す。したがって、駆動回路３の電流は、ＦＥＴ１２，１３，１４，１５の状態を切り替えた瞬間に極大値を示し、その後、漸減してゆく変化を繰り返す。このような波形を検出するために、検出回路４のＡＤ変換器２０は、十分に短い周期で、例えば、０．１μｓｅｃ毎に（サンプリング周波数１０ＭＨｚで）、ＡＤ変換を行う。
　制御装置５は、検出回路４から入力された検出値から、ＦＥＴ１２，１３，１４，１５のスイッチングの１周期毎に、その最大値（ピーク電流値）を抽出する。駆動回路３の電流のピーク値は、図２に示すように、移動体９が可動範囲内側にあるとき、つまり、規制部材１０，１１に当接していないときは、約１０００ｍＡであるが、移動体９がその可動端に達し、規制部材１０または１１に当接すると、約９００ｍＡに低下する。このため、制御装置５は、検出回路４の検出電流のピーク値の閾値を９５０ｍＡとし、検出したピーク値が９５０ｍＡ以下であれば、移動体９が規制部材１０または１１に当接していると判断し（判定手段）、状況に応じて駆動回路３を適切に制御する。
　例えば、本実施形態において、移動体９が規制部材１１に当接する可動端から一定の距離（例えば５０μｍ）だけ離れた位置を原点として、移動体９の位置を、原点復帰してから印加した駆動電圧のパルス数の積算値に１パルス当たりの移動量（例えば±０．１μｍ）を乗じた位置として認識する場合、移動体９を原点復帰させる際は、図３に示すような制御を行う。移動体９の原点は、例えば、振動型駆動装置１をフォーカスレンズの駆動に用いる場合、焦点距離が無限大となる位置に定められる。移動体９の原点を可動端から離れた位置とするのは、製品毎のばらつきがあっても、可動範囲内に焦点距離が無限大になる位置が確実に存在するように設計するためである。
　この原点復帰の制御では、制御装置５は、駆動回路３に移動体９を繰出方向に移動させる駆動電圧を連続して出力させながら、各駆動電圧のパルス毎に検出回路４が検出した電流値からピーク値を抽出する。そして、制御回路５は、抽出したピーク値が９５０ｍＡ以下となったならば、駆動回路３に、直ちに駆動電圧の出力を停止させ、そして、移動体９を可動端から原点まで移動させるのに必要なパルス数（例えば５００パルス）の引戻方向の駆動電圧を出力させる。
　また、本実施形態では、図４に示すように、移動体９を、規制部材１０に当接する位置から規制部材１１に当接する位置まで移動させて、それに要する時間を計測することで、移動体９の移動速度を算出し、移動体９を移動すべき距離に対する印加すべき駆動電圧のパルス数の演算式を補正する。この制御は、例えば、振動型駆動装置１の電源を入れたときに実行される。
　具体的には、図４に示すように、先ず、制御装置５は、駆動回路３に、移動体９を引戻方向に移動させる駆動電圧を連続して出力させ、各駆動電圧のパルス毎に検出回路４が検出した電流値からピーク値を抽出し、抽出したピーク値が９５０ｍＡ以下となったならば、移動体９が規制部材１０に当接していると考えられるので、駆動回路３に駆動電圧の出力を停止させる。続いて、制御装置５は、駆動回路３に、移動体９を繰出方向に移動させる駆動電圧を連続して出力させるとともに、タイムカウンタをスタートさせて時間計測を開始する。尚、時間の計測は、駆動電圧の１サイクルを単位時間として表現することが簡便である。
　そして、制御装置５は、各駆動電圧のパルス毎に検出回路４が検出した電流値からピーク値を抽出し、抽出したピーク値が９５０ｍＡ以下となったならば、移動体９が規制部材１１に到達したと考えられるので、駆動回路３に駆動電圧の出力を停止させるとともに時間計測を終了する。最後に、制御装置５は、移動体９が規制部材１０に当接する位置から規制部材１１に当接する位置までの距離をタイムカウンタで計測した時間で除することで、移動体９の移動速度（駆動電圧１パルス当たりの移動距離）を算出する。
　これにより、制御装置５は、移動体９の位置または移動量を指示する信号が外部から入力されたとき、駆動回路３に出力させるべき駆動電圧のパルス数を算出するための演算式を補正することで、移動体９の位置決め精度を高める。つまり、本実施形態の振動型駆動装置１では、環境温度の変化や、各部材の摩耗等による移動速度の変化を自己補正するので、定期的な較正作業が不要である。
　振動型駆動装置１において、図３の制御と図４の制御とを組み合わせて、図４の制御によって移動体９の速度を算出するために、移動体９を規制部材１１に当接させた状態から、所定のパルス数の駆動電圧を印加することによって、移動体９を原点に復帰させてもよい。
　また、本実施形態では、ＦＥＴ１４，１５とグランドとの間に、検出抵抗１７が挿入されているが、図１において、例えば、直流電源１６とＦＥＴ１２，１３との間の電路（Ａ点）や、駆動回路３と圧電素子７との間の電路（Ｂ点）に検出抵抗１７を挿入して、その両端の電位差を検出回路４によって検出することで、圧電素子７のインピーダンスを検出するようにしてもよい。
　さらに、図５に、本発明の第２実施形態の振動型駆動装置１ａの構成を示す。本実施形態に関し、第１実施形態と同じ構成要素には、同じ符号を付して、重複する説明を省略する。
　本実施形態の振動型駆動装置１ａにおいて、直流電源１６は、無視できない内部抵抗１６ａを有し、出力インピーダンスが高い。このため、振動型駆動装置１ａは、駆動回路３のＦＥＴ１２，１３の直前の電路に、十分な静電容量を有し、電流バッファとなる平滑コンデンサ２１が設けられている。そして、本実施形態では、検出抵抗１７は、直流電源１６と平滑コンデンサ２１との間に挿入されている。よって、検出回路４は、この検出抵抗１７の両端の電位差を検出することで、圧電素子７のインピーダンスを検出するように設けられている。
　本実施形態においても、アクチュエータ２の圧電素子７の充電電流および放電電流は、第１実施形態と同様に、図２に示した波形となる。しかしながら、直流電源１６は、内部抵抗１６ａのために、瞬間的に大きな電流を供給することができないので、圧電素子７の電流が大きいときは、平滑コンデンサ２１にチャージされている電荷が圧電素子７に供給される。そして、平滑コンデンサ２１には、図６に示すように、直流電源１６から、少しずつ電荷がチャージされる。したがって、図６の電流波形は、図２の電流波形を平滑化したものであり、両者の電流波形の積分値は等しくなる。
　本実施形態では、検出回路４が、圧電素子７を流れる電流の平均値を検出するので、制御装置５は、検出回路４から入力された検出値をそのまま利用すればよく、ピーク値を抽出するような高速な処理が要求されない。
　図７に、本実施形態における移動体９の原点復帰処理の流れを示す。本実施形態では、検出電流が４７．５ｍＡ以下になったとき、移動体９が規制部材１０，１１に当接していると判断する。
　また、本実施形態では、繰出方向の駆動電圧を印加して、移動体９が規制部材１１に到達したなら、引戻方向の駆動電圧を連続して印加し、検出電流が４７．５ｍＡより大きくなってから、移動体９を可動端から原点まで移動させるのに必要なパルス数の駆動電圧を印加する。つまり、本実施形態では、機械的な駆動端における偏摩耗等によって、可動端において移動体９が一時的な固着状態になり、駆動電圧が印加されても移動体が移動しない場合があるため、移動体９が規制部材１１から離間して、移動を開始したことを確認してから、原点まで移動させるのに必要な駆動電圧を印加するようにしている。
　尚、本実施形態において、移動体９が規制部材１０，１１に当接、または、規制部材１０，１１から離間したとき、検出回路４が検出する電流値は、図６に示すように徐々に低下するため、圧電素子７のインピーダンス変化の検出に遅れが生じる。したがって、この遅れ分だけ、移動体９を可動端から原点に移動させるための駆動電圧のパルス数を少なく設定することが好ましい。但し、この遅れが十分に小さければ、例えば、圧電素子７のインピーダンス変化の検出の遅れが１０パルス以下であれば、移動体９の位置決め誤差は１μｍ以下でしかなく、検出回路４の検出の遅れに起因する位置決め誤差を無視できる。したがって、検出回路４の検出の遅れが十分に小さくなるように、平滑コンデンサ２１の容量を最適化すれば、検出回路４の検出の遅れを無視してもよい。
　また、本実施形態では、図８に示すように、移動体９を規制部材１０に当接する位置から規制部材１１に当接する位置まで駆動して、移動体９の移動速度を算出する際も、移動体９が規制部材１０から離間して、検出電流が４７．５ｍＡより大きくなったときに時間の計測を開始するようになっている。この場合、検出回路４の検出の遅れは、時間計測の開始時と終了時とに同じだけ発生して、互いに相殺されるため、全く考慮する必要がない。
　１，１ａ　振動型駆動装置
　２　アクチュエータ
　３　駆動回路
　４　検出回路
　５　制御装置（判定手段）
　６　錘
　７　圧電素子（電気機械変換素子）
　８　駆動部材
　９　移動体
　１０，１１　規制部材
　１２，１３，１４，１５　ＦＥＴ
　１６　直流電源
　１７　検出抵抗
　２１　平滑コンデンサ

Claims (7)

  1. 　電圧が印加されると機械的変位を生じる電気機械変換素子と、
    　前記電気機械変換素子によって移動させられる駆動部材と、
    　前記駆動部材に滑り変位可能に係合する移動体と、
    　前記移動体に当接することで前記移動体の移動を制限する規制部材と、
    　前記電気機械変換素子に周期的に変化する駆動電圧を印加する駆動回路と、
    　前記電気機械変換素子のインピーダンスを検出する検出回路と、
    　前記検出回路の検出値が所定値以上であるとき、前記移動体が前記規制部材に当接していると判断する判定手段とを有することを特徴とする振動型駆動装置。
  2. 　前記検出回路は、前記駆動電圧の印加によって流れる電流値を検出することを特徴とする請求項１に記載の振動型駆動装置。
  3. 　前記電気機械変換素子は、電圧の印加によって鋸歯状の機械的変位を生じることを特徴とする請求項１または２に記載の振動型駆動装置。
  4. 　電圧が印加されると機械的変位を生じる電気機械変換素子と、
    　前記電気機械変換素子によって移動させられる駆動部材と、
    　前記駆動部材に滑り変位可能に係合する移動体と、
    　前記移動体に当接することで前記移動体の移動を制限する規制部材とを有する振動型駆動装置の制御方法であって、
    　前記電気機械変換素子に周期的に変化する駆動電圧を印加しながら、前記電気機械変換素子のインピーダンスを検出し、
    　前記インピーダンスの検出値が所定値以上になったとき、前記駆動電圧の印加を停止することを特徴とする振動型駆動装置の制御方法。
  5. 　電圧が印加されると機械的変位を生じる電気機械変換素子と、
    　前記電気機械変換素子によって移動させられる駆動部材と、
    　前記駆動部材に滑り変位可能に係合する移動体と、
    　前記移動体に当接することで前記移動体の移動を制限する規制部材とを有する振動型駆動装置の制御方法であって、
    　前記電気機械変換素子のインピーダンスを検出し、
    　前記インピーダンスの検出値が所定値以上である状態で、前記電気機械変換素子に周期的に変化する駆動電圧を印加し、
    　前記インピーダンスの検出値が所定値より小さくなってから、予め定めた時間の経過後に、前記駆動電圧の印加を停止することを特徴とする振動型駆動装置の制御方法。
  6. 　電圧が印加されると機械的変位を生じる電気機械変換素子と、
    　前記電気機械変換素子によって移動させられる駆動部材と、
    　前記駆動部材に滑り変位可能に係合する移動体と、
    　前記移動体に当接することで前記移動体の移動を制限する規制部材とを有する振動型駆動装置の制御方法であって、
    　前記電気機械変換素子のインピーダンスを検出し、
    　前記インピーダンスの検出値が所定値以上である状態で、前記電気機械変換素子に周期的に変化する駆動電圧を印加し、
    　前記インピーダンスの検出値が前記所定値より小さくなってから、再度前記所定値以上になるまでの時間を計測することで、前記移動体の移動速度を算出することを特徴とする振動型駆動装置の制御方法。
  7. 　前記電気機械変換素子は、電圧の印加によって鋸歯状の機械的変位を生じることを特徴とする請求項４から６の何れか１項に記載の振動型駆動装置の制御方法。
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