WO2013141377A1 - 振動アクチュエータの駆動装置及び光学機器 - Google Patents

振動アクチュエータの駆動装置及び光学機器 Download PDF

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WO2013141377A1
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voltage
pulse
drive
magnitude
ultrasonic motor
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PCT/JP2013/058367
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English (en)
French (fr)
Inventor
明 岡本
Original Assignee
株式会社ニコン
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/02—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses
    • G02B7/04—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses with mechanism for focusing or varying magnification
    • G02B7/08—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses with mechanism for focusing or varying magnification adapted to co-operate with a remote control mechanism
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/10—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
    • H02N2/14—Drive circuits; Control arrangements or methods
    • H02N2/145—Large signal circuits, e.g. final stages
    • H02N2/147—Multi-phase circuits

Definitions

  • the present invention relates to a drive device for a vibration actuator and an optical apparatus.
  • a DC power supply circuit for generating a DC voltage
  • a pulse generator for generating a pulse voltage from the DC voltage generated by the DC power supply circuit
  • an AC voltage converted from the DC voltage generated by the DC power supply circuit as a drive voltage
  • a motor drive device is known (see, for example, Patent Document 1).
  • the ultrasonic motor driving device described in Patent Document 1 adjusts the magnitude of the driving voltage of the ultrasonic motor by changing the duty ratio of the pulse voltage generated by the pulse generator.
  • An object of the present invention is to provide a drive device and an optical apparatus for a vibration actuator capable of adjusting the magnitude of the drive voltage.
  • the invention described in claim 1 includes a voltage conversion unit that converts a DC voltage into an AC voltage, and a voltage adjustment unit that adjusts the magnitude of the AC voltage, and the voltage adjustment unit has a magnitude of the DC voltage. It is the drive device of the vibration actuator characterized by changing.
  • FIG. 6 is a timing chart in the case where the drive voltage becomes larger than a target value by adjusting the duty ratio of the pulse signal from the state shown in FIG.
  • FIG. 8 is a timing chart when the drive voltage is adjusted to a target value by adjusting the DC voltage output from the DC power supply circuit from the state shown in FIG. 7. It is a timing chart which shows the relationship between the timing of the pulse voltage and drive voltage when the frequency of the drive voltage of an ultrasonic motor is made high.
  • 10 is a timing chart in the case where the drive voltage is adjusted to a target value by adjusting the duty ratio of the pulse signal and the DC voltage output from the DC power supply circuit from the state shown in FIG. 9.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a camera 1 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing a configuration of the driving device 100 of the ultrasonic motor 10 of the present invention.
  • a camera 1 as an optical apparatus of the present embodiment includes a camera body 2 having an image sensor 6 and a lens barrel 3 having a lens 4.
  • the lens barrel 3 is an interchangeable lens that can be attached to and detached from the camera body 2.
  • the lens barrel 3 is an example of an interchangeable lens.
  • the present invention is not limited to this.
  • the lens barrel 3 may be a lens barrel integrated with the camera body.
  • the lens barrel 3 includes a lens 4, a cam barrel 5, an ultrasonic motor 10, and the like.
  • the ultrasonic motor 10 is used as a driving source for driving the lens 4 during the focusing operation of the camera 1, and the driving force obtained from the ultrasonic motor 10 is transmitted to the cam cylinder 5.
  • the lens 4 is held by the cam cylinder 5 and is a focus lens that moves in the optical axis direction by the driving force of the ultrasonic motor 10 to adjust the focus.
  • the ultrasonic motor 10 of the present embodiment has an annular vibrator (not shown) and an annular relative movement member (also called a rotor or a movement element) (not shown), and the relative movement member rotates. Rotational output can be obtained.
  • the vibrator has an annular elastic body (not shown) and a piezoelectric body 11 (11A, 11B) joined to the elastic body (see FIG. 2).
  • the piezoelectric body 11 is an electromechanical energy conversion element that converts electrical energy into mechanical energy.
  • a piezoelectric element or an electrostrictive element is used.
  • the piezoelectric body 11 is a substantially ring-shaped member, and is divided into ranges in which electric signals of two phases (V1 phase and V2 phase) are input along the circumferential direction of the elastic body.
  • the piezoelectric material of the V1 phase portion is shown as 11A
  • the piezoelectric material of the V2 phase portion is shown as 11B.
  • elements in which polarization is alternated every 1 ⁇ 2 wavelength are arranged, and an interval of 1 ⁇ 4 wavelength is provided between the V1 phase and the V2 phase.
  • the piezoelectric body 11 is bonded to an elastic body using, for example, an adhesive.
  • Electrodes 12A and 12B are formed on one surface of the piezoelectric body 11 so that a drive voltage can be applied to each polarized element of each phase.
  • a common ground electrode 13 for the V1 phase and the V2 phase is formed on the other surface of the piezoelectric body 11.
  • a DC power supply circuit 101 an MCU (Micro Control Unit) 110, a storage unit 118, and a drive circuit 120 are used as the drive device 100 that drives the ultrasonic motor 10 described above.
  • the feedback circuit 140 and the thermistor 150 are provided.
  • the DC power supply circuit 101 is connected to the drive circuit 120 and generates a DC voltage Vd to be supplied to the drive circuit 120. Further, the MCU 110 described later is connected to the DC power supply circuit 101, and the reference voltage Vref output from the reference voltage output unit 111 of the MCU 110 is input. The DC power supply circuit 101 generates a DC voltage Vd to be supplied to the drive circuit 120 according to the magnitude of the input reference voltage Vref.
  • the MCU 110 includes a reference voltage output unit 111, a pulse generation unit 112, a voltage adjustment unit 113, a frequency adjustment unit 116, a monitoring unit 114, and a determination unit 115.
  • the reference voltage output unit 111 converts a digital signal into an analog signal and outputs the converted analog signal to the DC power supply circuit 101 as a reference voltage Vref.
  • the reference voltage Vref output from the reference voltage output unit 111 is adjusted by a voltage adjustment unit 113 described later.
  • the pulse generator 112 outputs a pulse signal having a predetermined frequency to the drive circuit 120. Specifically, the pulse generator 112 generates pulse signals A, B, C, and D having a predetermined frequency adjusted by a frequency adjusting unit 116 described later, and drives the pulse signals A, B, C, and D. Output to the circuit 120.
  • the pulse generator 112 generates a pulse voltage from the DC voltage generated by the DC power supply circuit 101.
  • the pulse generator 112 is connected to the drive circuit 120.
  • the pulse generation unit 112 generates pulse signals A, B, C, and D having a predetermined duty ratio adjusted by a voltage adjustment unit 113, which will be described later, and outputs the pulse signals A, B, C, and D to the drive circuit 120.
  • the pulse signals A, B, C, and D generated in the pulse generator 112 switch two switch units 121A and 121B, which will be described later, to generate a pulse voltage from the DC voltage generated by the DC power supply circuit 101. Generate.
  • the signals generated by the pulse generator 112 are referred to as pulse signals A, B, C, and D, and the DC voltage generated by the DC power supply circuit 101 is pulsed via the switches 121A and 121B.
  • the voltage switched by the signals A, B, C, and D is called a pulse voltage. That is, the pulse signal and the pulse voltage have the same period (frequency) and the same duty ratio at the same timing.
  • the voltage adjusting unit 113 changes the magnitude of the DC voltage generated by the DC power supply circuit 101 by adjusting the magnitude of the reference voltage Vref generated by the reference voltage output unit 111. Thereby, the voltage adjustment unit 113 adjusts the magnitude of the driving voltage of the ultrasonic motor 10 via the DC power supply circuit 101.
  • the voltage adjustment unit 113 adjusts the magnitude of the drive voltage of the ultrasonic motor 10 by changing the duty ratio of the pulse signal (pulse voltage) generated by the pulse generation unit 112.
  • the voltage adjustment unit 113 adjusts at least one of the magnitude of the DC voltage generated by the DC power supply circuit 101 and the duty ratio of the pulse signal (pulse voltage) so that the driving voltage of the ultrasonic motor 10 is constant. To do.
  • the voltage adjustment unit 113 is based on information stored in the storage unit 118 described later, and the reference voltage output by the reference voltage output unit 111 and the pulse signals A and B generated by the pulse generation unit 112. , C and D are adjusted. Further, the voltage adjustment unit 113, based on the result determined by the determination unit 115 described later, the reference voltage output by the reference voltage output unit 111 and the pulse signals A, B, C, generated by the pulse generation unit 112, Adjust the duty ratio of D.
  • increasing the duty ratio of the pulse signal generated by the pulse generator 112 is the same as increasing the pulse width of the pulse signal when the frequency of the pulse signal is constant. Further, reducing the duty ratio of the pulse signal generated by the pulse generator 112 is the same as reducing the pulse width of the pulse signal when the frequency of the pulse signal is constant. For this reason, in this embodiment, when the frequency of the pulse signal is constant, increasing the duty ratio of the pulse signal and increasing the pulse width mean the same thing, and reducing the duty ratio of the pulse signal. This means the same thing as reducing the pulse width.
  • the voltage adjustment unit 113 adjusts the duty ratio of the pulse signal (pulse voltage) generated by the pulse generation unit 112 based on the temperature information detected by the thermistor 150 and the information stored in the storage unit 118. This is because the target value of the drive voltage varies depending on the temperature characteristics of the components, and therefore it is necessary to adjust the duty ratio of the pulse signal generated by the pulse generator 112.
  • the frequency adjusting unit 116 adjusts the frequency of the pulse signal generated by the pulse generating unit 112.
  • the pulse generation unit 112 outputs a pulse signal having a predetermined frequency adjusted by the frequency adjustment unit 116 to the drive circuit 120.
  • size of the drive voltage of the ultrasonic motor 10 is input into the determination part 115 from the monitoring part 114 mentioned later.
  • the determination unit 115 determines whether the magnitude of the driving voltage of the ultrasonic motor 10 input by the monitoring unit 114 is equal to a target value stored in the storage unit 118 described later.
  • the determination unit 115 determines whether the magnitude of the drive voltage input by the monitoring unit 114 is larger or smaller than the target value stored in the storage unit 118.
  • the driving voltage of the ultrasonic motor 10 fed back by a feedback circuit 140 described later is input to the monitoring unit 114.
  • the monitoring unit 114 converts the analog signal of the driving voltage of the ultrasonic motor 10 input from the feedback circuit 140 into a digital signal.
  • the digital signal converted by the monitoring unit 114 is input to the determination unit 115.
  • the storage unit 118 includes a target value for the driving voltage of the ultrasonic motor 10, a DC voltage value generated by the DC power supply circuit 101 corresponding to the target value for the driving voltage of the ultrasonic motor 10, and a driving voltage for the ultrasonic motor 10.
  • the duty ratio of the pulse signal generated by the pulse voltage generator 112 corresponding to the target value is stored in association with each other.
  • the storage unit 118 has a storage table that stores the temperature detected by the thermistor 150 and the duty ratio of the pulse signal (pulse voltage) in association with each other.
  • the drive circuit 120 supplies the AC voltage converted from the DC voltage Vd generated by the DC power supply circuit 101 to the vibrator of the ultrasonic motor 10 as the drive voltages V1 and V2.
  • the drive circuit 120 includes two switch units, a first switch unit 121A and a second switch unit 121B, control logic and gate drive (not shown), and is configured as a so-called “H bridge circuit”.
  • the H bridge circuit is connected in an H shape.
  • the H bridge circuit in the drive circuit 120 of the present embodiment can realize the basic operations of the stop, brake, forward rotation, and reverse rotation of the ultrasonic motor 10 by the switching operation of the two switch units 121A and 121B.
  • the drive circuit 120 is not limited to the H bridge circuit, and may be another type of circuit.
  • the drive circuit 120 is a drive circuit for V1 phase and V2 phase.
  • the phases of the drive signals supplied to the V1 phase and the V2 phase are shifted by 90 degrees between the V1 phase and the V2 phase.
  • the V1 phase and the V2 phase have the same configuration except that the phase of the drive signal is shifted by 90 degrees between the V1 phase and the V2 phase.
  • the V1 phase is composed of pulse signals A and B obtained from the pulse generator 112.
  • the V2 phase is composed of pulse signals C and D obtained from the pulse generator 112.
  • the part regarding the V1 phase in the drive circuit 120 will be described.
  • Elements related to the V1 phase in the drive circuit 120 are a transformer 125A and a first switch unit 121A.
  • the primary inductor section 126 ⁇ / b> A and the secondary inductor section 127 ⁇ / b> A form a transformer, and the drive voltage applied to the ultrasonic motor 10 is boosted.
  • the primary inductor portion 126A is connected to the DC power supply circuit 101 via the first switch portion 121A.
  • the secondary inductor portion 127 ⁇ / b> A is connected to the electrode 12 ⁇ / b> A of the ultrasonic motor 10.
  • the secondary-side inductor unit 127A is an inductor component in the LC resonance circuit that generates a drive signal.
  • the first switch unit 121A includes a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor FET) (not shown) and a diode (not shown). A current energization (ON) state and a non-energization (OFF) state according to pulse signals A and B. It functions as a switch unit that switches between states.
  • MOSFET Metal Oxide Semiconductor FET
  • Elements related to the V2 phase in the drive circuit 120 are a transformer 125B and a second switch unit 121B.
  • the elements related to the V2 phase have the same configuration except that the phase with respect to the V1 phase is shifted by 90 degrees. Therefore, since the description of the V2 phase has the same configuration as the V1 phase, the description of the V1 phase is cited and the description is omitted.
  • A was added to the end of the code
  • the first switch unit 121A and the second switch unit 121B are for the V1 phase and the V2 phase, respectively.
  • the feedback circuit 140 is a circuit that feeds back the V1 phase and V2 phase voltages of the drive voltage to the MCU 110 in order to monitor the V1 phase and V2 phase voltages of the drive voltage supplied by the drive circuit 120.
  • the feedback circuit 140 includes a bridge rectifier circuit (not shown).
  • the feedback circuit 140 outputs the voltage rectified by a bridge rectifier circuit (not shown) to the MCU 110.
  • a peak hold circuit may be used.
  • the thermistor 150 is a sensor that detects the temperature of the environment around the ultrasonic motor 10.
  • the thermistor 150 is disposed around the piezoelectric body 11, for example.
  • the thermistor 150 detects the ambient temperature and outputs the detected temperature information to the MCU 110.
  • FIG. 3 is a timing chart of the driving voltage when driving the ultrasonic motor 10 of the present embodiment.
  • the pulse generation unit 112 is controlled by the frequency adjustment unit 116 of the MCU 110 and outputs a pulse signal having a predetermined frequency.
  • the pulse generation unit 112 is controlled by the voltage adjustment unit 113 of the MCU 110 and outputs a pulse signal having a predetermined duty ratio. As described above, the pulse generation unit 112 is controlled by the frequency adjustment unit 116 and the voltage adjustment unit 113 to turn on / off the switch units 121A and 121B at a predetermined frequency and a predetermined duty ratio.
  • the boosted sinusoidal AC voltage waveforms V11 and V are increased on the secondary side of the transformers 125A and 125B. 21 occurs.
  • the AC voltage waveform V11 converted from the pulse voltage by the LC resonance circuit formed by the inductances of the secondary-side inductor units 127A and 127B and the piezoelectric bodies (capacitor components) 11A and 11B of the ultrasonic motor 10.
  • V21 occurs.
  • Vibration is excited (resonated) in the piezoelectric bodies 11A and 11B using the alternating voltage generated on the secondary side of the transformers 125A and 125B as a drive voltage. Thereby, a traveling wave is generated on the driving surface of the elastic body, the relative movement member is driven, and the lens 4 moves.
  • the magnitude (voltage level) of the drive voltage (AC voltage) of the ultrasonic motor 10 depends on the frequency of the pulse signal generated by the pulse generator 112, the duty ratio of the pulse signal generated by the pulse generator 112, and the direct current. It varies depending on the magnitude of the DC voltage generated by the power supply circuit 101.
  • the magnitude of the driving voltage of the ultrasonic motor 10 is constant. This is because by making the drive voltage constant, the power consumption of the ultrasonic motor 10 can be suppressed and a sufficient drive voltage for driving the ultrasonic motor 10 can be supplied. Therefore, for the drive voltage of the ultrasonic motor 10, a target value in the drive voltage is set, and the voltage adjusting unit 113 is adjusted so that the drive voltage becomes the target value.
  • the target value of the drive voltage is preferably set when the camera 1 is shipped from the factory. This is because the target value of the drive voltage varies from product to product due to product design or part variation, and it is preferable to set the drive voltage target value for each product.
  • the target value of the driving voltage of the ultrasonic motor 10 is stored in the storage unit 118 for each product.
  • the voltage adjustment unit 113 outputs the reference voltage output so that the drive voltage is suitable for the product based on the target value information stored in the storage unit 118.
  • the unit 111 and the pulse generation unit 112 can be adjusted.
  • the magnitude of the V1 phase driving voltage V11pp and the magnitude of the V2 phase driving voltage V21pp are excessive consumption in the ultrasonic motor 10.
  • the magnitude of the drive voltage is sufficient to drive the ultrasonic motor 10. Therefore, for example, as shown in FIG. 3, the magnitudes V11pp and V21pp of the drive voltage are set as target values of the drive voltage in each of the V1 phase and the V2 phase.
  • the magnitude of the DC voltage Vd generated by the DC power supply circuit 101 is adjusted to Vd1 and generated by the pulse generator 112.
  • the drive voltage can be set to a target value (the drive voltage magnitude V11pp in the V1 phase and the drive voltage magnitude V21pp in the V2 phase). it can.
  • FIG. 4 is a flowchart for explaining the adjustment operation of the driving device of the ultrasonic motor.
  • FIG. 5 is a timing chart showing the relationship between the pulse voltage timing and the drive voltage when the frequency of the drive voltage of the ultrasonic motor 10 is lowered.
  • FIG. 6 is a timing chart when the drive voltage is adjusted to the target value by adjusting the duty ratio of the pulse signal from the state shown in FIG.
  • FIG. 7 is a timing chart when the drive voltage becomes larger than the target value by adjusting the duty ratio of the pulse signal from the state shown in FIG.
  • FIG. 8 is a timing chart when the drive voltage is adjusted to the target value by adjusting the DC voltage output from the DC power supply circuit 101 from the state shown in FIG.
  • the operation for adjusting the drive voltage of the ultrasonic motor 10 is described by taking as an example the case where the drive frequency is changed from f1 to f2 ( ⁇ f1).
  • the drive frequency of the ultrasonic motor 10 can be changed to various values. Therefore, when the drive frequency is changed, the same operation as described below is performed, and the magnitude of the drive voltage of the ultrasonic motor 10 is appropriately adjusted according to the change of the drive frequency.
  • the drive frequency of the drive voltage of the ultrasonic motor 10 is varied, the magnitude of the drive voltage is reduced to a level at which the ultrasonic motor 10 cannot be driven until the target drive frequency is reached. It is controlled so that there is nothing.
  • step S1 is an adjustment step at the time of factory shipment, for example.
  • Step S1 includes step S1A and step S1B.
  • step S1A a target value for the drive voltage is set. This is because the target value of the drive voltage is preferably set for each product at the time of factory shipment, because the target value of the drive voltage varies from product to product due to product design or component variations. Specifically, in consideration of the inductance of each product component, the variation in the capacitance of the capacitor component, and the like, as described above, the target value of the driving voltage is driven in the V1 phase at the driving frequency f1, for example. The voltage magnitude is set to V11pp and the driving voltage magnitude V21pp in the V2 phase is set. Further, the MCU 110 causes the storage unit 118 to store the target value of the drive voltage and the temperature around the ultrasonic motor 10 detected by the thermistor 150.
  • step S2 it is determined whether the camera 1 is turned on. If the power of the camera 1 is turned on (YES), the process proceeds to step S3 in order to detect whether there is a temperature change around the ultrasonic motor 10. If the camera 1 is not turned on (NO), the process returns to step S2 in order to continuously determine whether or not the camera 1 is turned on.
  • step S3 the MCU 110 determines whether or not the temperature change is greater than or equal to a predetermined value based on the temperature detected by the thermistor 150 when the target value of the drive voltage is set. If the temperature change is greater than or equal to a predetermined value (YES), the process proceeds to step S4 in order to change the duty ratio of the pulse signal corresponding to the target value of the drive voltage stored in the storage unit 118. If the temperature change is less than the predetermined value (NO), the process proceeds to step S5 without changing the duty ratio of the pulse signal corresponding to the target value of the drive voltage stored in the storage unit 118.
  • step S ⁇ b> 4 the voltage adjustment unit 113 sets the drive voltage target value stored in the storage unit 118 based on the temperature information detected by the thermistor 150 and the drive voltage target value information stored in the storage unit 118.
  • the duty ratio value of the pulse signal generated by the pulse generator 112 is adjusted. This is because the capacitance of the capacitor component of the ultrasonic motor 10 is likely to change depending on the temperature, so that when the temperature changes, the drive voltage deviates from the target value with the initial setting.
  • step S5 the pulse signals A, B, C, D and the DC voltage Vd are output to the drive circuit 120, whereby the switch units 121A, 121B are switched.
  • the magnitude of the DC voltage Vd generated by the DC power supply circuit 101 is Vd1.
  • step S6 the monitoring unit 114 monitors the magnitude of the driving voltage of the ultrasonic motor 10.
  • the monitoring unit 114 outputs the monitored drive voltage to the determination unit 115.
  • step S7 the determination unit 115 determines whether the magnitude of the drive voltage is equal to the target value. If the determination unit 115 determines that the magnitude of the drive voltage is equal to the target value (YES), the process proceeds to step S8. If the determination unit 115 determines that the magnitude of the drive voltage is not equal to the target value (NO), the process proceeds to step S9. For example, when the drive frequency is changed from f1 to f2 ( ⁇ f1), the duty D2 of the pulse signal generated by the pulse generator is 25%, and the DC voltage generated by the DC power supply circuit 101 When Vd is Vd1, the driving voltage magnitudes V12pp and V22pp are smaller than the target values V11pp and V21pp as shown in FIG.
  • step S9 the determination unit 115 determines whether the magnitude of the drive voltage is smaller than the target value. Determine. If the determination unit 115 determines that the magnitude of the drive voltage is smaller than the target value (YES), the process proceeds to step S10. If the determination unit 115 determines that the magnitude of the drive voltage is greater than the target value (NO), the process proceeds to step S11. For example, in the case shown in FIG. 5, since the magnitudes V12pp and V22pp of the drive voltage are smaller than the target values V11pp and V21pp, the judgment unit 115 judges that the magnitude of the drive voltage is smaller than the target value (YES) ), The process proceeds to step S10.
  • step S10 the voltage adjustment unit 113 adjusts the duty ratio of the pulse signal to be larger than D2, as shown in FIGS.
  • the duty ratio of the pulse signal can be increased only in a stepwise manner for each predetermined value due to the performance of the pulse generator 112 or the like.
  • the voltage adjustment unit 113 adjusts the drive voltage to be a value closest to the target value by changing the duty ratio of the pulse signal stepwise. For example, as shown in FIG. 6, the duty ratio of the pulse signal can be changed from D2 to D3 (> D2). Alternatively, as shown in FIG. 7, the duty ratio of the pulse signal can be changed from D2 to D4 (> D3> D2).
  • step S11 when the determination unit 115 determines in step S9 that the magnitude of the drive voltage is larger than the target value (NO), the voltage adjustment unit 113 adjusts the duty ratio of the pulse signal to be small.
  • the duty ratio of the pulse signal can be reduced only in a stepwise manner for each predetermined value due to the performance of the pulse generator and the like.
  • the voltage adjustment unit 113 adjusts the drive voltage so as to be a value closest to the target value.
  • step S12 the determination unit 115 determines whether or not the magnitude of the drive voltage is equal to the target value. As shown in FIG. 6, when the determination unit 115 determines that the magnitudes V13pp and V23pp of the drive voltage are equal to the target values V11pp and V21pp (YES), the process proceeds to step S8. As illustrated in FIG. 7, when the determination unit 115 determines that the drive voltage magnitudes V14pp and V24pp are not equal to the target values V11pp and V21pp (NO), the process proceeds to step S13.
  • step S13 the voltage adjustment unit 113 adjusts the magnitude of the DC voltage Vd of the DC power supply circuit 101.
  • the duty ratio of the pulse signal can be adjusted only stepwise for each predetermined value, depending on the performance of the pulse generator. For this reason, even if the drive voltage is adjusted to be a value closest to the target value, it may not be equal to the target value. For example, when the duty ratio of the pulse signal is 25% but the duty ratio can be adjusted only by 1% due to the performance of the pulse generator 112 or the like, even if the duty ratio is adjusted by 1%, The drive voltage target value may not be equal.
  • the voltage adjustment unit 113 is configured to increase the DC voltage of the DC power supply circuit 101 as illustrated in FIG. 8 so that the drive voltages V14pp and V24pp illustrated in FIG. 7 become the target values V11pp and V21pp, for example.
  • the height is adjusted to Vd2 ( ⁇ Vd1).
  • the voltage adjustment part 113 can adjust the magnitudes V15pp and V25pp of the drive voltage to be equal to the target values V11pp and V21pp.
  • step S8 When the determination unit 115 in step S7 determines that the magnitude of the drive voltage is smaller than the target value (YES), step S8, and the determination unit 115 in step S12 sets the drive voltage magnitudes V13pp and V23pp to the target value V11pp, When it is determined that it is equivalent to V21pp (YES), in step S8 after step S13 and step S13, it is determined whether or not to continue the operation of the ultrasonic motor 10. The drive voltage in step S8 is equal to the target value. When the operation of the ultrasonic motor 10 is continued (YES), the process proceeds to step S3 in order to detect the presence or absence of a temperature change around the ultrasonic motor 10. If the operation of the ultrasonic motor 10 is not continued (NO), the process ends.
  • this embodiment has the following effects. (1) a DC power supply circuit 101 that generates a DC voltage, a drive circuit 120 that supplies an AC voltage converted from the DC voltage generated by the DC power supply circuit 101 to the vibrator of the ultrasonic motor 10 as a drive voltage, And a voltage adjustment unit 113 that adjusts the magnitude of the drive voltage by changing the magnitude of the DC voltage generated by the power supply circuit 101. Therefore, the magnitude of the driving voltage of the ultrasonic motor 10 can be adjusted by changing the magnitude of the DC voltage generated by the DC power supply circuit 101.
  • a pulse generation unit 112 that generates a pulse voltage from a DC voltage generated by the DC power supply circuit 101 is provided, and the voltage adjustment unit 113 changes the magnitude of the drive voltage by changing the duty ratio of the pulse voltage. Adjust. Thereby, the magnitude of the drive voltage of the ultrasonic motor 10 can be further adjusted.
  • the voltage adjustment unit 113 adjusts at least one of the magnitude of the DC voltage generated by the DC power supply circuit 101 and the duty ratio of the pulse voltage so that the drive voltage is constant. Therefore, a constant drive voltage can be supplied to the ultrasonic motor 10 in a state where the power consumption of the ultrasonic motor 10 is suppressed and the driving force for driving the ultrasonic motor 10 is secured.
  • the voltage adjustment unit 113 adjusts the duty ratio of the pulse voltage based on the temperature information detected by the thermistor 150 and the information stored in the storage unit 118. Therefore, a constant drive voltage can be supplied to the ultrasonic motor 10 even when the temperature of the surrounding environment changes.
  • the present invention is not limited to the embodiment described above, and various modifications and changes as described below are possible, and these are also within the scope of the present invention.
  • the magnitude of the drive voltage is adjusted by adjusting the duty ratio of the pulse signal generated by the pulse generator 112 and the DC voltage generated by the DC power supply circuit 101. Not limited to this.
  • the magnitude of the drive voltage of the ultrasonic motor 10 may be adjusted by adjusting only the DC voltage generated by the DC power supply circuit 101.
  • the case where the drive frequency is changed to f2 smaller than f1 has been described as an example, but the present invention is not limited to this. As shown in FIGS.
  • FIG. 9 is a timing chart showing the relationship between the timing of the pulse voltage and the driving voltage when the frequency of the driving voltage of the ultrasonic motor 10 is increased.
  • FIG. 10 is a timing chart when the drive voltage is adjusted to a target value by adjusting the duty ratio of the pulse signal and the DC voltage output from the DC power supply circuit from the state shown in FIG.
  • the magnitudes V16pp and V26pp of the drive voltages V16 and V26 are the target value V11pp, It is larger than V21.
  • the duty ratio of the pulse signal generated by the pulse generator 112 is adjusted from D5 to D6 ( ⁇ D5) and the DC voltage generated by the DC power supply circuit 101 is changed from Vd1 to Vd3 (> By adjusting to Vd1), the magnitudes V17pp and V27pp of the drive voltage can be adjusted to the target values V11pp and V21pp.
  • transformation form can also be used in combination as appropriate, detailed description is abbreviate
  • the driving voltage is adjusted by changing the DC voltage, and when the driving frequency is lower than the predetermined frequency, the driving voltage is changed by changing the duty ratio of the pulse signal.

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Abstract

　駆動電圧の大きさを調整することができる振動アクチュエータの駆動装置及び光学機器を提供すること。　直流電圧を交流電圧に変換する電圧変換部と、交流電圧の大きさを調整する電圧調整部とを備え、電圧調整部は、直流電圧の大きさを変化させる。

Description

振動アクチュエータの駆動装置及び光学機器
　本発明は、振動アクチュエータの駆動装置及び光学機器に関する。
　従来、直流電圧を発生させる直流電源回路と、直流電源回路により発生された直流電圧からパルス電圧を生成するパルス発生部と、直流電源回路により発生された直流電圧から変換された交流電圧を駆動電圧として超音波モータ（振動アクチュエータ）に供給する電圧供給部と、パルス発生部により生成されるパルス電圧のデューティ比を変化させることにより駆動電圧の大きさを調整する電圧調整部と、を備える超音波モータの駆動装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
　特許文献１に記載される超音波モータの駆動装置は、パルス発生部により生成されるパルス電圧のデューティ比を変化させることで、超音波モータの駆動電圧の大きさを調整するものである。
特開平６－２３７５８１号公報
　しかし、特許文献１に記載される超音波モータの駆動装置においては、パルス電圧のデューティ比を変化させる場合に、パルス電圧のデューティ比は、パルス発生部の性能等により一定の値ごとに段階的にしか調整できない。そのため、特許文献１の超音波モータの駆動装置においては、駆動電圧の大きさを微調整することができない場合がある。その結果、超音波モータに過大な駆動電圧が供給されて超音波モータの消費電力が高くなったり、超音波モータを駆動するための十分な駆動電圧の大きさに達しない可能性がある。
　本発明は、駆動電圧の大きさを調整することができる振動アクチュエータの駆動装置及び光学機器を提供することを目的とする。
　本発明は、以下のような解決手段により前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。
　請求項１に記載の発明は、直流電圧を交流電圧に変換する電圧変換部と、前記交流電圧の大きさを調整する電圧調整部とを備え、前記電圧調整部は、前記直流電圧の大きさを変化させることを特徴とする振動アクチュエータの駆動装置である。
　本発明によれば、駆動電圧の大きさを調整することができる振動アクチュエータの駆動装置及び光学機器を提供することができる。
本発明の一実施形態に係るカメラを説明する図である。 本発明の超音波モータの駆動装置の構成を示す図である。 本実施形態の超音波モータの駆動時の駆動電圧のタイミングチャートである。 超音波モータの駆動装置の調整動作を説明するためのフローチャートである。 超音波モータの駆動電圧の周波数を低くした場合におけるパルス電圧のタイミングと駆動電圧との関係を示すタイミングチャートである。 図５に示す状態からパルス信号のデューティ比を調整して駆動電圧を目標値に調整した場合におけるタイミングチャートである。 図５に示す状態からパルス信号のデューティ比を調整して駆動電圧が目標値よりも大きくなった場合におけるタイミングチャートである。 図７に示す状態から直流電源回路から出力される直流電圧を調整して駆動電圧を目標値に調整した場合におけるタイミングチャートである。 超音波モータの駆動電圧の周波数を高くした場合におけるパルス電圧のタイミングと駆動電圧との関係を示すタイミングチャートである。 図９に示す状態からパルス信号のデューティ比及び直流電源回路から出力される直流電圧を調整して駆動電圧を目標値に調整した場合におけるタイミングチャートである。
　以下、振動アクチュエータ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。なお、本実施形態では、振動アクチュエータとして、超音波の振動域を利用した超音波モータを例にとって説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るカメラ１を説明する図である。図２は、本発明の超音波モータ１０の駆動装置１００の構成を示す図である。
　本実施形態の光学機器としてのカメラ１は、撮像素子６を有するカメラボディ２と、レンズ４を有するレンズ鏡筒３とを備えている。レンズ鏡筒３は、カメラボディ２に着脱可
能な交換レンズである。なお、本実施形態では、レンズ鏡筒３は、交換レンズである例を示しているが、これに限らず、例えば、カメラボディと一体型のレンズ鏡筒としてもよい。
　レンズ鏡筒３は、レンズ４、カム筒５、超音波モータ１０等を備えている。本実施形態では、超音波モータ１０は、カメラ１のフォーカス動作時にレンズ４を駆動する駆動源として用いられており、超音波モータ１０から得られた駆動力は、カム筒５に伝えられる。レンズ４は、カム筒５に保持されており、超音波モータ１０の駆動力により、光軸方向へ移動して、焦点調節を行うフォーカスレンズである。
　本実施形態の超音波モータ１０は、不図示の円環状の振動子と、不図示の円環状の相対移動部材（回転子あるいは移動子とも言う）とを有し、相対移動部材が回転して回転出力を得ることができる。振動子は、不図示の円環状の弾性体と、この弾性体に接合された圧電体１１（１１Ａ，１１Ｂ）とを有している（図２参照）。
　圧電体１１は、電気エネルギを機械エネルギに変換する電気機械エネルギ変換素子であり、例えば、圧電素子や電歪素子等が用いられる。圧電体１１は、略円環形状の部材であり、弾性体の周方向に沿って２つの相（Ｖ１相、Ｖ２相）の電気信号が入力される範囲に分かれている。
　図２においては、このＶ１相部分の圧電体を１１Ａ、Ｖ２相部分の圧電体を１１Ｂとして示している。各相には、１／２波長毎に分極が交互となった要素が並べられており、Ｖ１相とＶ２相との間には１／４波長分間隔があくように設けてある。この圧電体１１は、例えば、接着材を用いて弾性体と接合されている。
　圧電体１１の一方の面には、各相の分極された要素毎に駆動電圧を印加できるように電極１２Ａ，１２Ｂが形成されている。また、圧電体１１の他方の面には、Ｖ１相及びＶ２相の共通のグランド電極１３形成されている。
　本実施形態では、図２に示すように、上述の超音波モータ１０を駆動する駆動装置１００として、直流電源回路１０１と、ＭＣＵ（Ｍｉｃｒｏ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔ）１１０と、記憶部１１８と、駆動回路１２０と、フィードバック回路１４０と、サーミスタ１５０と、を備えている。
　直流電源回路１０１は、駆動回路１２０に接続され、駆動回路１２０に供給するための直流電圧Ｖｄを発生させる。また、直流電源回路１０１には、後述するＭＣＵ１１０が接続され、ＭＣＵ１１０の基準電圧出力部１１１から出力された基準電圧Ｖｒｅｆが入力される。直流電源回路１０１は、入力された基準電圧Ｖｒｅｆの大きさに応じて、駆動回路１２０に供給する直流電圧Ｖｄを発生させる。
　ＭＣＵ１１０は、基準電圧出力部１１１と、パルス発生部１１２と、電圧調整部１１３と、周波数調整部１１６と、モニタリング部１１４と、判定部１１５とを備える。
　基準電圧出力部１１１は、デジタル信号をアナログ信号に変換して、変換されたアナログ信号を基準電圧Ｖｒｅｆとして直流電源回路１０１に出力する。基準電圧出力部１１１から出力される基準電圧Ｖｒｅｆは、後述する電圧調整部１１３により調整される。
　パルス発生部１１２は、所定の周波数のパルス信号を駆動回路１２０に対して出力する。具体的には、パルス発生部１１２は、後述する周波数調整部１１６により調整された所定の周波数のパルス信号Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを生成して、パルス信号Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを駆動回路１２０に出力する。
　また、パルス発生部１１２は、直流電源回路１０１により発生された直流電圧からパルス電圧を生成する。具体的には、パルス発生部１１２は、駆動回路１２０に接続されている。パルス発生部１１２は、後述する電圧調整部１１３により調整された所定のデューティ比のパルス信号Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを生成して、パルス信号Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを駆動回路１２０に出力する。これにより、パルス発生部１１２に生成されるパルス信号Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、後述する２つのスイッチ部１２１Ａ，１２１Ｂをスイッチングして、直流電源回路１０１により発生された直流電圧からパルス電圧を生成する。なお、本実施形態においては、パルス発生部１１２により生成される信号をパルス信号Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄといい、直流電源回路１０１により発生された直流電圧をスイッチ部１２１Ａ，１２１Ｂを介してパルス信号Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄによりスイッチングさせた電圧をパルス電圧という。つまり、パルス信号とパルス電圧とは、同一のタイミングにおいて、周期（周波数）が同一であり、デューティ比も同一である。
　電圧調整部１１３は、基準電圧出力部１１１により発生される基準電圧Ｖｒｅｆの大きさを調整することで、直流電源回路１０１により発生される直流電圧の大きさを変化させる。これにより、電圧調整部１１３は、直流電源回路１０１を介して超音波モータ１０の駆動電圧の大きさを調整する。
　電圧調整部１１３は、パルス発生部１１２により生成されるパルス信号（パルス電圧）のデューティ比を変化させることにより超音波モータ１０の駆動電圧の大きさを調整する。
　そして、電圧調整部１１３は、超音波モータ１０の駆動電圧を一定にするように、直流電源回路１０１により発生される直流電圧の大きさとパルス信号（パルス電圧）のデューティ比との少なくとも一方を調整する。
　具体的には、電圧調整部１１３は、後述する記憶部１１８に記憶される情報に基づいて、基準電圧出力部１１１により出力される基準電圧及びパルス発生部１１２により発生されるパルス信号Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄのデューティ比を調整する。また、電圧調整部１１３は、後述する判定部１１５により判定された結果に基づいて、基準電圧出力部１１１により出力される基準電圧及びパルス発生部１１２により発生されるパルス信号Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄのデューティ比を調整する。
　なお、パルス発生部１１２により生成されるパルス信号のデューティ比を大きくすることは、パルス信号の周波数が一定の場合において、パルス信号のパルス幅を大きくすることと同じことである。また、パルス発生部１１２により生成されるパルス信号のデューティ比を小さくすることは、パルス信号の周波数が一定の場合において、パルス信号のパルス幅を小さくすることと同じことである。そのため、本実施形態においては、パルス信号の周波数が一定の場合において、パルス信号のデューティ比を大きくすることとパルス幅を大きくすることとは同じことを意味し、パルス信号のデューティ比を小さくすることとパルス幅を小さくすることとは同じことを意味する。
　また、電圧調整部１１３は、サーミスタ１５０に検知される温度情報及び記憶部１１８に記憶される情報に基づいて、パルス発生部１１２により生成されるパルス信号（パルス電圧）のデューティ比を調整する。これは、駆動電圧を目標値は、部品の温度特性により変化するため、パルス発生部１１２により生成されるパルス信号のデューティ比を調整する必要があるためである。
　周波数調整部１１６は、パルス発生部１１２により生成されるパルス信号の周波数を調整する。パルス発生部１１２は、周波数調整部１１６により調整された所定の周波数のパルス信号を駆動回路１２０に出力する。
　判定部１１５には、後述するモニタリング部１１４から超音波モータ１０の駆動電圧の大きさに関する信号が入力される。判定部１１５は、モニタリング部１１４により入力された超音波モータ１０の駆動電圧の大きさが後述する記憶部１１８に記憶された目標値と同等であるか否かを判定する。判定部１１５は、モニタリング部１１４により入力された駆動電圧の大きさが記憶部１１８に記憶される目標値よりも大きいか又は小さいかを判定する。
　モニタリング部１１４には、後述するフィードバック回路１４０によりフィードバックされた超音波モータ１０の駆動電圧が入力される。モニタリング部１１４は、フィードバック回路１４０から入力された超音波モータ１０の駆動電圧のアナログ信号をデジタル信号に変換する。モニタリング部１１４により変換されたデジタル信号は、判定部１１５に入力される。
　記憶部１１８は、超音波モータ１０の駆動電圧の目標値や、超音波モータ１０の駆動電圧の目標値に対応する直流電源回路１０１により発生される直流電圧値や、超音波モータ１０の駆動電圧の目標値に対応するパルス電圧生成部１１２により発生されるパルス信号のデューティ比など、を関連付けて記憶する。また、記憶部１１８は、サーミスタ１５０に検出される温度とパルス信号（パルス電圧）のデューティ比とを関連付けて記憶する記憶テーブルを有する。
　駆動回路１２０は、直流電源回路１０１により発生された直流電圧Ｖｄから変換された交流電圧を駆動電圧Ｖ１，Ｖ２として、超音波モータ１０の振動子に供給する。
　本実施形態の駆動回路１２０は、第１スイッチ部１２１Ａと第２スイッチ部１２１Ｂの２つのスイッチ部と不図示のＣｏｎｔｏｒｏｌ　ＬｏｇｉｃやＧａｔｅ　Ｄｒｉｖｅ等を有しており、いわゆる「Ｈブリッジ回路」として構成される。Ｈブリッジ回路は、Ｈ字形状に結線されている。本実施形態の駆動回路１２０におけるＨブリッジ回路は、超音波モータ１０のストップ、ブレーキ、正回転、逆回転の基本動作を、２つのスイッチ部１２１Ａ，１２１Ｂのスイッチングの動作により実現することができる。
　なお、駆動回路１２０は、Ｈブリッジ回路に限定されることなく、他の形式の回路であってもよい。
　駆動回路１２０は、Ｖ１相用、Ｖ２相用の駆動回路である。Ｖ１相とＶ２相とは、それぞれに供給される駆動信号の位相がＶ１相とＶ２相とで９０度ずれている。Ｖ１相とＶ２相とは、駆動信号の位相がＶ１相とＶ２相とで９０度ずれている以外は、同様の構成である。Ｖ１相は、パルス発生部１１２から得られるパルス信号Ａ，Ｂから構成される。Ｖ２相は、パルス発生部１１２から得られるパルス信号Ｃ，Ｄにより構成される。
　まず、駆動回路１２０におけるＶ１相に関する部分について説明する。駆動回路１２０におけるＶ１相に関する要素は、トランス１２５Ａと、第１スイッチ部１２１Ａである。
　トランス１２５Ａは、１次側インダクタ部１２６Ａと２次側インダクタ部１２７Ａとが一対でトランスを形成しており、超音波モータ１０に印加する駆動電圧を昇圧している。１次側インダクタ部１２６Ａは、第１スイッチ部１２１Ａを介して直流電源回路１０１に接続されている。また、２次側インダクタ部１２７Ａは、超音波モータ１０の電極１２Ａに接続されている。２次側インダクタ部１２７Ａは、超音波モータ１０の駆動回路においては、駆動信号を生成するＬＣ共振回路におけるインダクタ成分となる。
　第１スイッチ部１２１Ａは、不図示のＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ　Ｏｘｉｄｅ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　ＦＥＴ）と、不図示のダイオードとを有しており、パルス信号Ａ，Ｂによって、電流の通電（ＯＮ）状態と非通電（ＯＦＦ）状態とが切り替わるスイッチ部として機能する。
　次に、駆動回路１２０におけるＶ２相に関する部分について説明する。駆動回路１２０におけるＶ２相に関する要素は、トランス１２５Ｂと、第２スイッチ部１２１Ｂである。Ｖ２相に関する要素は、Ｖ１相との位相が９０度ずれている点を除き、同様の構成である。そのため、Ｖ２相の説明は、Ｖ１相と同様の構成であるため、Ｖ１相の説明を援用して説明を省略する。
　なお、Ｖ１相に関する要素には、符号の末尾にＡを付し、Ｖ２相に関する要素には、符号の末尾にＢを付した。これらの互いの番号が共通する構成において、例えば、第１スイッチ部１２１Ａと第２スイッチ部１２１Ｂとは、それぞれがＶ１相用、Ｖ２相用である。
　フィードバック回路１４０は、駆動回路１２０により供給される駆動電圧のＶ１相及びＶ２相の電圧をモニタリングするために、駆動電圧のＶ１相及びＶ２相の電圧をＭＣＵ１１０にフィードバックさせる回路である。フィードバック回路１４０は、不図示のブリッジ整流回路を含んで構成される。フィードバック回路１４０は、不図示のブリッジ整流回路により整流された電圧をＭＣＵ１１０に出力する。なお、フィードバック回路１４０の他にピークホールド回路を使用してもよい。
　サーミスタ１５０は、超音波モータ１０の周囲の環境の温度を検知するセンサである。サーミスタ１５０は、例えば、圧電体１１の周辺に配置される。サーミスタ１５０は、周囲の温度を検出して、検出した温度情報をＭＣＵ１１０に出力する。
　次に、超音波モータ１０の駆動電圧の目標値について説明する。図３は、本実施形態の超音波モータ１０の駆動時の駆動電圧のタイミングチャートである。
　カメラボディ２を撮影者が操作することにより、レンズ４の駆動（ＡＦ駆動）が必要になると、直流電源回路１０１から直流電圧が出力される。
　パルス発生部１１２は、ＭＣＵ１１０の周波数調整部１１６により制御されて、所定の周波数のパルス信号を出力する。また、パルス発生部１１２は、ＭＣＵ１１０の電圧調整部１１３により制御されて、所定のデューティ比のパルス信号を出力する。
　このように、パルス発生部１１２は、周波数調整部１１６及び電圧調整部１１３に制御されることにより、所定の周波数及び所定のデューティ比でスイッチ部１２１Ａ，１２１ＢをＯＮ／ＯＦＦ動作させる。
　このスイッチ部１２１Ａ，１２１ＢのＯＮ／ＯＦＦ動作により、トランス１２５Ａ，１２５Ｂの２次側に、昇圧された正弦波状の交流電圧波形Ｖ１１，Ｖ
２１が発生する。具体的には、２次側インダクタ部１２７Ａ，１２７Ｂのインダクタンス、及び、超音波モータ１０の圧電体（コンデンサ成分）１１Ａ，１１Ｂによって形成されるＬＣ共振回路によりパルス電圧から変換された交流電圧波形Ｖ１１，Ｖ２１が発生する。このトランス１２５Ａ，１２５Ｂの２次側に発生する交流電圧を駆動電圧として圧電体１１Ａ，１１Ｂに振動が励振（共振）される。これにより、弾性体の駆動面に進行波が発生し、相対移動部材が駆動され、レンズ４が移動する。
　超音波モータ１０の駆動電圧（交流電圧）の大きさ（電圧レベル）は、パルス発生部１１２により発生されるパルス信号の周波数、パルス発生部１１２により発生されるパルス信号のデューティ比、及び、直流電源回路１０１により発生される直流電圧の大きさによって変化する。
　ここで、超音波モータ１０の駆動電圧の大きさは、一定であることが好ましい。これは、駆動電圧を一定にすることで、超音波モータ１０の消費電力を抑えることができ、超音波モータ１０を駆動するための十分な駆動電圧を供給することができるためである。そのため、超音波モータ１０の駆動電圧について、駆動電圧における目標値を設定して、駆動電圧が目標値になるように電圧調整部１１３を調整する。なお、駆動電圧の目標値は、カメラ１の工場出荷時に設定することが好ましい。これは、駆動電圧の目標値が製品の設計上又は部品のバラツキ等により製品ごとに異なり、製品ごとに駆動電圧の目標値を設定することが好ましいためである。
　また、超音波モータ１０の駆動電圧の目標値は、製品ごとに、記憶部１１８に記憶される。これにより、駆動電圧の大きさが変化した場合に、電圧調整部１１３は、記憶部１１８に記憶される目標値の情報に基づいて、その製品に適した駆動電圧になるように、基準電圧出力部１１１及びパルス発生部１１２を調整することができる。
　本実施形態においては、超音波モータ１０を駆動させる駆動周波数がｆ１の場合において、Ｖ１相の駆動電圧の大きさＶ１１ｐｐ及びＶ２相の駆動電圧の大きさＶ２１ｐｐは、超音波モータ１０における過剰な消費電力を抑えることができる駆動電圧の大きさであるとともに、超音波モータ１０を駆動させるための十分な駆動電圧の大きさである。そのため、例えば、図３に示すように、Ｖ１相及びＶ２相それぞれにおいて、駆動電圧の目標値として、駆動電圧の大きさＶ１１ｐｐ，Ｖ２１ｐｐを設定する。
　そして、工場出荷時において、超音波モータ１０を駆動させる駆動周波数がｆ１の場合に、直流電源回路１０１により発生される直流電圧Ｖｄの大きさをＶｄ１に調整するとともに、パルス発生部１１２により発生されるパルス信号のデューティ比をＤ１（＝２５％）に調整することで、駆動電圧を目標値（Ｖ１相において駆動電圧の大きさＶ１１ｐｐ、Ｖ２相において駆動電圧の大きさＶ２１ｐｐ）に設定することができる。
　次に、超音波モータ１０の駆動電圧を目標値に調整する動作について図面を用いて詳細に説明する。図４は、超音波モータの駆動装置の調整動作を説明するためのフローチャートである。図５は、超音波モータ１０の駆動電圧の周波数を低くした場合におけるパルス電圧のタイミングと駆動電圧との関係を示すタイミングチャートである。図６は、図５に示す状態からパルス信号のデューティ比を調整して駆動電圧を目標値に調整した場合におけるタイミングチャートである。図７は、図５に示す状態からパルス信号のデューティ比を調整して駆動電圧が目標値よりも大きくなった場合におけるタイミングチャートである。図８は、図７に示す状態から直流電源回路１０１から出力される直流電圧を調整して駆動電圧を目標値に調整した場合におけるタイミングチャートである。
　以下説明においては、超音波モータ１０の駆動電圧の調整する動作について、駆動周波
数をｆ１からｆ２（＜ｆ１）に変更する場合を例に説明している。しかし、実際には、超音波モータ１０の駆動周波数を、様々な値に変化させることができる。そのため、駆動周波数を変化させる場合においては、以下説明と同様の動作が行われ、超音波モータ１０の駆動電圧の大きさは、駆動周波数の変化に応じて適宜調整される。
　なお、本実施形態においては、超音波モータ１０の駆動電圧の駆動周波数を可変させる場合において、目標の駆動周波数になるまで、駆動電圧の大きさは、超音波モータ１０が駆動できない大きさまで低下することのないように制御されている。
　図４に示すように、ステップＳ１は、例えば、工場出荷時における調整のステップである。このステップＳ１には、ステップＳ１Ａ及びステップＳ１Ｂが含まれる。
　ステップＳ１Ａにおいて、駆動電圧の目標値を設定する。これは、駆動電圧の目標値が製品の設計上又は部品のバラツキ等により製品ごとに異なることにより、工場出荷時において、製品ごとに駆動電圧の目標値を設定することが好ましいためである。
　具体的には、個々の製品の部品のインダクタンスやコンデンサ成分の静電容量のバラツキ等を考慮して、前述のように、駆動電圧の目標値を、例えば、駆動周波数ｆ１において、Ｖ１相における駆動電圧の大きさＶ１１ｐｐ、Ｖ２相における駆動電圧の大きさＶ２１ｐｐに設定する。
　また、ＭＣＵ１１０は、駆動電圧の目標値及びサーミスタ１５０により検知された超音波モータ１０の周囲の温度を、記憶部１１８に記憶させる。
　ステップＳ１Ｂにおいて、電圧調整部１１３は、パルス発生部１１２により生成されるパルス信号のデューティ比を調整する。具体的には、電圧調整部１１３は、図３に示すように、直流電源回路１０１により駆動回路１２０に印加される直流電圧Ｖｄの大きさがＶ１の場合に、駆動電圧を目標値（Ｖ１相における駆動電圧の大きさＶ１１ｐｐ、Ｖ２相における駆動電圧の大きさＶ２１ｐｐ）になるように調整する。本実施形態においては、駆動周波数ｆ１において、駆動電圧が目標値になるためには、直流電源回路１０１により発生される直流電圧の大きさがＶｄ１であり、パルス発生部１１２により発生されるパルス信号のデューティ比がＤ１（＝２５％）である。そのため、電圧調整部１１３は、直流電源回路１０１により発生される直流電圧の大きさをＶｄ１に調整するとともに、パルス発生部１１２により生成されるパルス信号のデューティ比Ｄ１を２５％になるように調整する。
　ステップＳ２において、カメラ１の電源がＯＮされたか否かを判定する。カメラ１の電源がＯＮされた場合（ＹＥＳ）には、超音波モータ１０の周囲の温度変化の有無を検知するため、処理は、ステップＳ３に進む。カメラ１がＯＮされない場合（ＮＯ）には、カメラ１の電源がＯＮされたか否かを継続して判定するため、処理は、ステップＳ２に戻る。
　ステップＳ３において、ＭＣＵ１１０は、サーミスタ１５０により検知された温度に基づいて、駆動電圧の目標値を設定した際から温度変化が所定以上であるか否かを判定する。温度変化が所定以上である場合（ＹＥＳ）には、記憶部１１８に記憶される駆動電圧の目標値に対応するパルス信号のデューティ比を変更するため、処理は、ステップＳ４に進む。温度変化が所定未満である場合（ＮＯ）には、記憶部１１８に記憶される駆動電圧の目標値に対応するパルス信号のデューティ比を変更せずに、処理は、ステップＳ５に進む。
　ステップＳ４において、電圧調整部１１３は、サーミスタ１５０に検知される温度情報及び記憶部１１８に記憶される駆動電圧の目標値の情報に基づいて、記憶部１１８に記憶される駆動電圧の目標値になるように、パルス発生部１１２のより発生されるパルス信号のデューティ比の値を調整する。これは、超音波モータ１０のコンデンサ成分の静電容量が温度により変化しやすいため、温度変化があった場合に、初期の設定のままでは駆動電
圧が目標値からずれてしまうためである。
　ステップＳ５において、パルス信号Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ及び直流電圧Ｖｄが駆動回路１２０に出力されることにより、スイッチ部１２１Ａ，１２１Ｂがスイッチングする。パルス信号Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、周波数ｆ１で、かつ、デューティ比Ｄ１（＝２５％）である。直流電源回路１０１により発生される直流電圧Ｖｄの大きさはＶｄ１である。そして、パルス電圧がトランス１２５Ａ，１２５Ｂに印加されると、トランス１２５Ａ，１２５Ｂの２次側インダクタ部１２７Ａ，１２７Ｂと超音波モータ１０のコンデンサ成分が共振して、図３に示すように、Ｖ１相とＶ２相とが９０度位相がずれた状態の駆動電圧Ｖ１１，Ｖ１２が出力される。
　ステップＳ６において、モニタリング部１１４は、超音波モータ１０の駆動電圧の大きさをモニタリングしている。モニタリング部１１４は、モニタリングした駆動電圧を判定部１１５に出力する。
　ステップＳ７において、判定部１１５は、駆動電圧の大きさが目標値と同等であるか否かを判定する。判定部１１５により駆動電圧の大きさが目標値と同等であると判定された場合（ＹＥＳ）には、処理は、ステップＳ８に進む。判定部１１５により駆動電圧の大きさが目標値と同等でないと判定された場合（ＮＯ）には、処理は、ステップＳ９に進む。
　例えば、駆動周波数がｆ１からｆ２（＜ｆ１）に変更された場合には、パルス発生部により生成されるパルス信号のデューティＤ２が２５％であり、かつ、直流電源回路１０１により発生される直流電圧ＶｄがＶｄ１であるときには、図５に示すように、駆動電圧の大きさＶ１２ｐｐ，Ｖ２２ｐｐは、目標値Ｖ１１ｐｐ，Ｖ２１ｐｐよりも小さくなっている。
　ステップＳ７における判定部１１５により駆動電圧の大きさが目標値と同等でないと判定された場合（ＮＯ）におけるステップＳ９において、判定部１１５は、駆動電圧の大きさが目標値よりも小さいか否かを判定する。判定部１１５により駆動電圧の大きさが目標値よりも小さいと判定された場合（ＹＥＳ）には、処理は、ステップＳ１０に進む。判定部１１５により駆動電圧の大きさが目標値よりも大きいと判定された場合（ＮＯ）には、処理は、ステップＳ１１に進む。例えば、図５に示す場合には、駆動電圧の大きさＶ１２ｐｐ，Ｖ２２ｐｐが目標値Ｖ１１ｐｐ，Ｖ２１ｐｐよりも小さいため、判定部１１５により駆動電圧の大きさが目標値よりも小さいと判定されて（ＹＥＳ）、処理は、ステップＳ１０に進む。
　ステップＳ１０において、電圧調整部１１３は、図６及び図７に示すように、パルス信号のデューティ比をＤ２よりも大きくなるように調整する。ここで、パルス信号のデューティ比は、パルス発生部１１２の性能等により所定値ごとに段階的にしか大きくできないようになっている。ここでは、電圧調整部１１３は、パルス信号のデューティ比を段階的に変化させて、駆動電圧を目標値に最も近い値になるように調整する。例えば、図６に示すように、パルス信号のデューティ比をＤ２からＤ３（＞Ｄ２）に変化させることができる。または、図７に示すように、パルス信号のデューティ比をＤ２からＤ４（＞Ｄ３＞Ｄ２）に変化させることができる。ステップＳ１０の後に、処理は、ステップＳ１２に進む。
　ステップＳ９における判定部１１５により駆動電圧の大きさが目標値よりも大きいと判定された場合（ＮＯ）におけるステップＳ１１において、電圧調整部１１３は、パルス信号のデューティ比を小さくなるように調整する。ここで、パルス信号のデューティ比は、パルス発生部の性能等により所定値ごとに段階的にしか小さくできないようになっている。ここでは、電圧調整部１１３は、駆動電圧を目標値に最も近い値になるように調整する。ステップＳ１１の後に、処理は、ステップＳ１２に進む。
　ステップＳ１２において、判定部１１５は、駆動電圧の大きさが目標値と同等であるか否かを判定する。図６に示すように、判定部１１５により駆動電圧の大きさＶ１３ｐｐ，Ｖ２３ｐｐが目標値Ｖ１１ｐｐ，Ｖ２１ｐｐと同等であると判定された場合（ＹＥＳ）には、処理は、ステップＳ８に進む。図７に示すように、判定部１１５により駆動電圧の大きさＶ１４ｐｐ，Ｖ２４ｐｐが目標値Ｖ１１ｐｐ，Ｖ２１ｐｐと同等でないと判定された場合（ＮＯ）には、処理は、ステップＳ１３に進む。
　ステップＳ１３において、電圧調整部１１３は、直流電源回路１０１の直流電圧Ｖｄの大きさを調整する。具体的には、ステップＳ１０及びステップＳ１１において、パルス信号のデューティ比は、パルス発生部の性能等によりパルス信号のデューティ比を所定値ごとに段階的にしか調整できない。そのため、駆動電圧を目標値に最も近い値になるように調整しても目標値と同等にならない場合がある。例えば、パルス信号のデューティ比が２５％であるのに対して、パルス発生部１１２の性能等によりデューティ比を１％毎にしか調整できない場合において、デューティ比を１％毎に調整しても、駆動電圧の目標値と同等にならない場合がある。
　具体的には、図６に示すように、駆動電圧の大きさは、駆動電圧の大きさＶ１３ｐｐ，Ｖ２３ｐｐを、目標値Ｖ１１ｐｐ，Ｖ２１ｐｐに最も近い値になるように調整した場合に、目標値Ｖ１１ｐｐ，Ｖ２１ｐｐと同等になっている。一方、図７に示すように、駆動電圧の大きさは、駆動電圧の大きさＶ１４ｐｐ，Ｖ２４ｐｐを、目標値Ｖ１１ｐｐ，Ｖ２１ｐｐに最も近い値なるように調整しても、目標値Ｖ１１ｐｐ，Ｖ２１ｐｐよりも大きくなっている。駆動電圧が目標値よりも大きい場合には、超音波モータ１０の消費電力は高くなる。
　したがって、電圧調整部１１３は、例えば、図７に示す駆動電圧の大きさＶ１４ｐｐ，Ｖ２４ｐｐが、目標値Ｖ１１ｐｐ，Ｖ２１ｐｐになるように、図８に示すように、直流電源回路１０１の直流電圧の大きさをＶｄ２（＜Ｖｄ１）に調整する。これにより、図８に示すように、電圧調整部１１３は、駆動電圧の大きさＶ１５ｐｐ，Ｖ２５ｐｐを、目標値Ｖ１１ｐｐ，Ｖ２１ｐｐと同等になるように調整することができる。
　ステップＳ７における判定部１１５により駆動電圧の大きさが目標値よりも小さいと判定された場合（ＹＥＳ）のステップＳ８、ステップＳ１２における判定部１１５により駆動電圧の大きさＶ１３ｐｐ，Ｖ２３ｐｐが目標値Ｖ１１ｐｐ，Ｖ２１ｐｐと同等であると判定された場合（ＹＥＳ）のステップＳ８、ステップＳ１３の次のステップＳ８において、超音波モータ１０の動作を継続するかを判定する。ステップＳ８における駆動電圧は、目標値と同等になっている。超音波モータ１０の動作を継続する場合（ＹＥＳ）には、超音波モータ１０の周囲の温度変化の有無を検知するため、処理は、ステップＳ３に進む。超音波モータ１０の動作を継続しない場合（ＮＯ）には、処理は終了する。
　以上、本実施形態によると、以下の効果を有する。
（１）直流電圧を発生させる直流電源回路１０１と、直流電源回路１０１により発生された直流電圧から変換された交流電圧を駆動電圧として超音波モータ１０の振動子に供給する駆動回路１２０と、直流電源回路１０１により発生された直流電圧の大きさを変化させることにより駆動電圧の大きさを調整する電圧調整部１１３と、を備える。そのため、直流電源回路１０１により発生された直流電圧の大きさを変化させることにより、超音波モータ１０の駆動電圧の大きさを調整することができる。
（２）また、直流電源回路１０１により発生された直流電圧からパルス電圧を生成するパルス発生部１１２を備え、電圧調整部１１３は、パルス電圧のデューティ比を変化させる
ことにより、駆動電圧の大きさを調整する。これにより、超音波モータ１０の駆動電圧の大きさを更に調整することができる。
（３）また、電圧調整部１１３は、駆動電圧を一定にするように、直流電源回路１０１により発生される直流電圧の大きさとパルス電圧のデューティ比との少なくとも一方を調整する。そのため、超音波モータ１０の消費電力を抑え、かつ、超音波モータ１０を駆動するための駆動力を確保した状態で、超音波モータ１０に、一定の駆動電圧を供給することができる。
（４）また、電圧調整部１１３は、サーミスタ１５０に検知される温度情報及び記憶部１１８に記憶される情報に基づいて、パルス電圧のデューティ比を調整する。そのため、周囲の環境の温度の変化があった場合においても、超音波モータ１０に、一定の駆動電圧を供給することができる。
（変形形態）
　以上、説明した実施形態に限定されることなく、以下に示すような種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明の範囲内である。
（１）前述の実施形態においては、パルス発生部１１２により生成されるパルス信号のデューティ比及び直流電源回路１０１により発生される直流電圧を調整して、駆動電圧の大きさを調整しているが、これに制限されない。直流電源回路１０１により発生される直流電圧のみを調整して、超音波モータ１０の駆動電圧の大きさを調整してもよい。
（２）また、前述の実施形態においては、駆動周波数をｆ１よりも小さいｆ２に変更した場合を例に説明したが、これに制限されない。本発明は、図９及び図１０に示すように、駆動周波数をｆ１からｆ１よりも大きいｆ３（＞ｆ１）にした場合においても適用することができる。図９は、超音波モータ１０の駆動電圧の周波数を高くした場合におけるパルス電圧のタイミングと駆動電圧との関係を示すタイミングチャートである。図１０は、図９に示す状態からパルス信号のデューティ比及び直流電源回路から出力される直流電圧を調整して駆動電圧を目標値に調整した場合におけるタイミングチャートである。
　図９に示すように、駆動周波数をｆ３（＞ｆ１）に変化させた場合に、駆動電圧を目標値に調整する前において、駆動電圧Ｖ１６，Ｖ２６の大きさＶ１６ｐｐ，Ｖ２６ｐｐは、目標値Ｖ１１ｐｐ，Ｖ２１よりも大きくなっている。そのため、図１０に示すように、パルス発生部１１２により生成されるパルス信号のデューティ比をＤ５からＤ６（＜Ｄ５）に調整するとともに直流電源回路１０１により発生される直流電圧をＶｄ１からＶｄ３（＞Ｖｄ１）に調整することで、駆動電圧の大きさＶ１７ｐｐ，Ｖ２７ｐｐを目標値Ｖ１１ｐｐ，Ｖ２１ｐｐに調整することができる。
　なお、実施形態及び変形形態は、適宜組み合わせて用いることもできるが、詳細な説明は省略する。また、本発明は以上説明した実施形態によって限定されることはない。
（３）また、駆動周波数（パルス信号の周波数）が大きい場合には、パルス信号の周期が小さくなり、ディーティ比による駆動電圧の調整が困難になる。したがって、駆動周波数が所定の周波数以上の場合には直流電圧を変化させることで駆動電圧を調整し、駆動周波数が所定の周波数未満の場合にはパルス信号のデューティ比を変化させることにより駆動電圧を調整するようにしてもよい。例えば、駆動周波数が１００ｋＨｚ以上の場合には直流電圧を変化させることで駆動電圧を調整し、駆動周波数が１００ｋＨｚ未満の場合にはデューティ比を変化させることにより駆動電圧を調整する。
　１０：超音波モータ、１００：駆動装置、１０１：直流電流回路、１１２：パルス発生部、１１３：電圧調整部、１１８：記憶部、１２０：駆動回路、１５０：サーミスタ

Claims (7)

  1. 　直流電圧を交流電圧に変換する電圧変換部と、
    　前記交流電圧の大きさを調整する電圧調整部とを備え、
    　前記電圧調整部は、前記直流電圧の大きさを変化させることを特徴とする振動アクチュエータの駆動装置。
  2. 　請求項１に記載の振動アクチュエータの駆動装置であって、
    　前記電圧変換部に出力するパルスを発生させるパルス発生部を備え、
    　前記電圧調整部は、前記パルスのデューティ比を変化させること、
    を特徴とする振動アクチュエータの駆動装置。
  3. 　請求項２に記載の振動アクチュエータの駆動装置において、
    　前記電圧調整部は、前記パルスのデューティ比を変化させることにより前記交流電圧の大きさを粗調整し、前記直流電圧の大きさを変化させることにより前記交流電圧の大きさを微調整することを特徴とする振動アクチュエータの駆動装置。
  4. 　請求項２に記載の振動アクチュエータの駆動装置であって、
    　温度を検知する温度検知部と、
    　前記温度と前記パルスのデューティ比とを関連付けて記憶する記憶部と、
    　を備えることを特徴とする振動アクチュエータの駆動装置。
  5. 　請求項２に記載の振動アクチュエータの駆動装置であって、
    　前記パルス発生部は、第１のパルスと、該第１のパルスよりも周波数が大きい第２のパルスを発生させ、
    　前記電圧調整部は、前記パルス発生部が発生させるパルスが前記第１のパルスの場合に前記第１のパルスのデューティ比を変化させ、前記第２のパルスの場合に前記直流電圧の大きさを変化させることを特徴とする振動アクチュエータの駆動装置。
  6. 　請求項１に記載の振動アクチュエータの駆動装置であって、
    　前記電圧調整部は、前記電圧の大きさが一定となるように、前記交流電圧の大きさを調整すること、
    を特徴とする振動アクチュエータの駆動装置。
  7. 　請求項１に記載の振動アクチュエータの駆動装置を備える装置。
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