(57)【要約】【課題】エンコーダなどのセンサを用いることなく、移動体の回転位置や回転速度の検出が可能なセルフセンシング方式の超音波モータにおいて、駆動性能の低下を抑える。【解決手段】振動体（ステータ）は圧電素子１２ａの振動によって移動体（ロータ）を駆動し、その移動体に形成した溝を振動体の接触部が通過する際の検出電極ＩＳからの出力変化で移動体の回転位置を検出するにあたって、振幅検出部２８は検出電極ＩＳからの出力振幅を検出し、偏差算出部２９が、理想振幅値（最適駆動の振幅値）との偏差を演算し、その演算結果に応じて制御部２４が駆動電圧発生部２５の発振周波数を変化させる。したがって、溝の無い通常域の通過時には通常の共振周波数で振動させ、溝の有る検出域の通過時には振動周波数を低下させて共振周波数にマッチさせ、駆動性能（トルク）の低下を抑えることができる。回転位置は、位置検出部３０が、駆動周波数の変化から検出する。【選択図】図１０
2010074912.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動部と、前記駆動部からの駆動信号で圧電素子が高周波振動を行う振動体と、前記振動体に加圧接触し、前記高周波振動によって移動される移動体と、検出部とを備え、前記振動体と移動体との接触部には、前記振動体の振動状態を変化させるために前記移動体の移動方向に対して構造的に不均一な部分が形成され、その不均一な部分の通過による前記振動体の振動状態の変化を前記検出部で検出することで、前記移動体の位置を検出可能にした超音波モータにおいて、
前記検出部での検出結果に応答して、前記駆動部に駆動信号の発振周波数を変化させ、前記接触部の前記不均一な部分の通過時における前記振動体の振動状態を、均一な部分の通過時における振動状態に近付ける制御部を含むことを特徴とする超音波モータ。
【請求項２】
前記検出部は、前記圧電素子に設けられ、その振動状態を検出可能な検出電極と、前記駆動信号と前記検出電極での検出電圧との位相差を検出する位相差検出部とを備えて構成され、
前記制御部は、前記位相差検出部での検出結果に応答して、前記駆動信号と検出電圧との位相差が予め定める値になるように、前記駆動部に駆動信号の発振周波数を変化させることを特徴とする請求項１記載の超音波モータ。
【請求項３】
前記検出部は、前記圧電素子に設けられ、その振動状態を検出可能な検出電極と、前記検出電極での検出電圧を検出する振幅検出部とを備えて構成され、
前記制御部は、前記振幅検出部での検出結果に応答して、前記検出電圧が既知の理想振幅値になるように、前記駆動部に駆動信号の発振周波数を変化させることを特徴とする請求項１記載の超音波モータ。
【請求項４】
前記検出部は、前記駆動部から圧電素子に与えられる駆動信号の電流値から該圧電素子のインピーダンスを検出するインピーダンス検出部で実現され、
前記制御部は、前記インピーダンス検出部での検出結果に応答して、前記インピーダンスが予め定める値になるように、前記駆動部に駆動信号の発振周波数を変化させることを特徴とする請求項１記載の超音波モータ。
【請求項５】
前記圧電素子は、周方向に等間隔に電極が形成された圧電層が複数積層されて成り、さらに前記駆動部から各電極に与えられる駆動信号が、前記等間隔に対応する位相が互いにずれた高周波信号であることで、該圧電素子はその先端が公転を行い、該圧電素子の先端に取付けられた接触部材によって前記移動体が該圧電素子の軸線回りに回転され、
前記移動体は、前記回転を取出す軸と、前記軸に固着される移動体本体と、前記移動体本体に積層されるカバー板とを備えて構成され、前記移動体本体のカバー板側の面において、半径方向に延びて周方向に等間隔で形成される溝が前記構造的に不均一な部分と成ることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の超音波モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波モータに関し、特にＤＳＣ（デジタルスチルカメラ）や携帯電話等に搭載可能なマイクロカメラユニット（ＭＣＵ）のレンズ駆動機構、或いはＤＶＤ等の光ピックアップユニットなどに使用される小型の超音波モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
前記超音波モータは、電磁モータに比較して、高トルクで停止時の保持力が高く、しかも速度が速く（ステッピングモータの約３倍）、微少な動きなので振動や騒音が少ないなどの利点を有するが、速度制御や位置制御を行う場合、位置検出センサを別途搭載する必要があり、前記のような小型の装置へは、配置や大きさの点で、電磁式のステッピングモータやボイスコイルモータなどに比較して、不利な点があった。しかしながら、この点が改善されれば、電磁式に対して、トルクや効率面で非常に優位なものとなる。
【０００３】
そこで、このような問題に対応するために、特許文献１が提案された。その従来技術によれば、移動体（ロータ）と振動体（ステータ）との接触部に不均一な構造（移動体に突起など）を設けるとともに、圧電素子に検出用圧電素子を挟み込み、前記不均一な構造で発生する面圧のむらによって、検出用圧電素子の出力に現れる前記不均一な構造と該検出用圧電素子との位置関係に応じた信号成分から、移動体の回転量を検出できるセルフセンシング方式の超音波モータが提案されている。
【特許文献１】特開平６−１３３５７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の従来技術は、エンコーダなどの回転量や回転位置を検出するための手段を別途設けなくてもよいという優れた技術である。しかしながら、移動体と振動体との接触状態の変化による振動体の振動状態の変化を検出用圧電素子で検知するので、移動体接触部のパターンの変化を大きくとると検出感度は上がるが、駆動性能に大きな変化が生じるなどの悪影響を招く。具体的には、前記突起が微少で少なくなる程、検知感度やＳ／Ｎが高くなるが、駆動力を伝達できる部分の面積が小さくなり、トルク不足となる。
【０００５】
本発明の目的は、駆動性能の低下を軽減することができる超音波モータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の超音波モータは、駆動部と、前記駆動部からの駆動信号で圧電素子が高周波振動を行う振動体（ステータ）と、前記振動体に加圧接触し、前記高周波振動によって移動される移動体（ロータ）と、検出部とを備え、前記振動体と移動体との接触部には、前記振動体の振動状態を変化させるために前記移動体の移動方向に対して構造的に不均一な部分が形成され、その不均一な部分の通過による前記振動体の振動状態の変化を前記検出部で検出することで、前記移動体の位置を検出可能にした超音波モータにおいて、前記検出部での検出結果に応答して、前記駆動部に駆動信号の発振周波数を変化させ、前記接触部の前記不均一な部分の通過時における前記振動体の振動状態を、均一な部分の通過時における振動状態に近付ける制御部を含むことを特徴とする。
【０００７】
上記の構成によれば、駆動部と、前記駆動部からの駆動信号で圧電素子が高周波振動を行う振動体と、前記振動体に加圧接触し、前記高周波振動によって移動される移動体と、検出部とを備え、前記振動体と移動体との接触部には、前記振動体の振動状態を変化させるために前記移動体の移動方向に対して構造的に不均一な部分が形成され、その不均一な部分の通過による前記振動体の振動状態の変化を検出部が振動体を構成する圧電素子の振動変化として検出することで、エンコーダなどのセンサレスで、移動体の回転位置（回転量）や回転速度の検出を可能にしたセルフセンシング方式の超音波モータにおいて、制御部を設け、その制御部が、前記検出部での検出結果に応答して、前記駆動部に駆動信号の発振周波数を変化させ、前記接触部の前記不均一な部分の通過時における前記振動体の振動状態を、均一な部分の通過時における振動状態（共振のピークから少しずらした近傍の周波数での振動）に近付ける。すなわち、接触部が前記不均一な部分を通過する時における振動体の共振状態のずれを、均一な部分の通過時における最適な共振状態に制御する。
【０００８】
したがって、移動体の回転位置や回転速度の検出が可能なセルフセンシング方式を実現するために形成される不均一な部分を接触部が通過する際の駆動性能の低下を軽減することができる。
【０００９】
また、本発明の超音波モータでは、前記検出部は、前記圧電素子に設けられ、その振動状態を検出可能な検出電極と、前記駆動信号と前記検出電極での検出電圧との位相差を検出する位相差検出部とを備えて構成され、前記制御部は、前記位相差検出部での検出結果に応答して、前記駆動信号と検出電圧との位相差が予め定める値になるように、前記駆動部に駆動信号の発振周波数を変化させることを特徴とする。
【００１０】
上記の構成によれば、圧電素子に設けた検出電極での検出電圧と駆動信号との位相差で圧電素子の振動周波数を制御し、前記最適な共振状態に制御する。そして、検出部では、その共振周波数の変化から、前記不均一な部分の通過を検出し、前記移動体の回転位置（回転量）や回転速度を検出する。
【００１１】
したがって、前記位相差から回転位置（回転量）や回転速度を検出することで、回路での検出が容易になる。
【００１２】
さらにまた、本発明の超音波モータでは、前記検出部は、前記圧電素子に設けられ、その振動状態を検出可能な検出電極と、前記検出電極での検出電圧を検出する振幅検出部とを備えて構成され、前記制御部は、前記振幅検出部での検出結果に応答して、前記検出電圧が既知の理想振幅値になるように、前記駆動部に駆動信号の発振周波数を変化させることを特徴とする。
【００１３】
上記の構成によれば、圧電素子に設けた検出電極の振幅値（出力電圧）で圧電素子の振動周波数を制御し、前記最適な共振状態に制御する。そして、検出部では、その共振周波数の変化から、前記不均一な部分の通過を検出し、前記移動体の回転位置（回転量）や回転速度を検出する。
【００１４】
したがって、前記振幅値（出力電圧）から回転位置（回転量）や回転速度を検出することで、アナログ的に変化する信号を検出することになり、検出精度を向上することができる。
【００１５】
また、本発明の超音波モータでは、前記検出部は、前記駆動部から圧電素子に与えられる駆動信号の電流値から該圧電素子のインピーダンスを検出するインピーダンス（抵抗値）検出部で実現され、前記制御部は、前記インピーダンス検出部での検出結果に応答して、前記インピーダンスが予め定める値になるように、前記駆動部に駆動信号の発振周波数を変化させることを特徴とする。
【００１６】
上記の構成によれば、圧電素子に与えられる駆動信号の電流値で圧電素子の振動周波数を制御し、前記最適な共振状態に制御する。そして、検出部では、その電流値の変化から、前記不均一な部分の通過を検出し、前記移動体の回転位置（回転量）や回転速度を検出する。
【００１７】
したがって、前記インピーダンスから回転位置（回転量）や回転速度を検出することで、圧電素子本体の歪の変化を検出するので、応答性を向上することができる。
【００１８】
さらにまた、本発明の超音波モータでは、前記圧電素子は、周方向に等間隔に電極が形成された圧電層が複数積層されて成り、さらに前記駆動部から各電極に与えられる駆動信号が、前記等間隔に対応する位相が互いにずれた高周波信号であることで、該圧電素子はその先端が公転（首振り運動）を行い、該圧電素子の先端に取付けられた接触部材によって前記移動体が該圧電素子の軸線回りに回転され、前記移動体は、前記回転を取出す軸と、前記軸に固着される移動体本体と、前記移動体本体に積層されるカバー板とを備えて構成され、前記移動体本体のカバー板側の面において、半径方向に延びて周方向に等間隔で形成される溝が前記構造的に不均一な部分と成ることを特徴とする。
【００１９】
上記の構成によれば、円筒の本体から出力軸が延びる通常の円筒型のモータと同じ形状の超音波モータを実現することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の超音波モータは、以上のように、振動体と移動体との接触部には、前記振動体の振動状態を変化させるために前記移動体の移動方向に対して構造的に不均一な部分が形成され、その不均一な部分の通過による前記振動体の振動状態の変化を検出部が振動体を構成する圧電素子の振動変化として検出することで、エンコーダなどのセンサレスで、移動体の回転位置（回転量）や回転速度の検出を可能にしたセルフセンシング方式の超音波モータにおいて、制御部を設け、その制御部が、前記検出部での検出結果に応答して、前記駆動部に駆動信号の発振周波数を変化させ、前記接触部の前記不均一な部分の通過時における前記振動体の振動状態を、均一な部分の通過時における振動状態に近付ける。
【００２１】
それゆえ、移動体の回転位置や回転速度の検出が可能なセルフセンシング方式を実現するために形成される不均一な部分を接触部が通過する際の駆動性能の低下を軽減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の一形態に係る超音波モータ１を用いるレンズ駆動ユニット２の概略構成図である。このレンズ駆動ユニット２は、ＤＳＣ（デジタルスチルカメラ）やデジタルビデオカメラのズーム用、或いはＤＶＤのピックアップレンズの収差補正用などに用いられ、厚さＷ１が、たとえば３〜５ｍｍの小型の超音波モータである。円筒型の該超音波モータ１は、レンズユニットのフレーム３に取付けられ、その出力軸はリードスクリュー１１となって直動レンズ送り機構を構成している。前記フレーム３にはまた、リードスクリュー１１と並行に案内軸４，５が設けられており、それらの案内軸４，５上を摺動自在の案内部材６にレンズ７が保持されている。前記案内部材６には前記リードスクリュー１１が噛合しており、該リードスクリュー１１が回転することで、案内部材６、したがってレンズ７が、リードスクリュー１１（超音波モータ１）および案内軸４，５の軸線（図の左右）方向に摺動変位する。
【００２３】
図２は、前記超音波モータ１の構造を示す軸線方向断面図である。この超音波モータ１は、圧電素子１２ａが高周波振動を行う振動体（ステータ）１２と、前記振動体１２に加圧接触し、前記高周波振動によって移動される移動体（ロータ）１３と、前記振動体１２を移動体１３に押圧する加圧部材１４と、それらを収納する有底円筒状のケース１５と、前記移動体１３に一体的またはかしめなどによって固着される前記リードスクリュー１１と、前記リードスクリュー１１を枢支する一対の軸受け部材１６，１７とを備えて構成される。
【００２４】
一方の軸受け部材１６は、前記有底円筒状のケース１５の開口端を閉塞し、前記リードスクリュー１１の基端部１１ａをラジアル方向に支持し、他方の軸受け部材１７は、フレームに取付けられたキャップ１８に嵌り込む玉軸受けから成り、リードスクリュー１１の遊端部１１ｂに形成された凹面１１ｃが嵌り込み、該遊端部１１ｂをラジアル方向およびスラスト方向に支持する。
【００２５】
前記振動体１２は、前記圧電素子１２ａに、移動体１３側に接触部材１２ｂを、その反対側に安定のための錘部材１２ｃを備えて構成され、巻ばね状の前記加圧部材１４によって、ケース１５に対して回転が規制されながら、移動体１３との軸心が位置決めされて保持される。前記加圧部材１４によって、振動体１２は移動体１３側（図中右方）に付勢され、接触部材１２ｂが移動体１３に押付けられる。これに対して、前記第２の軸受け部材１７は、前記移動体１３からリードスクリュー１１への押圧力によるキャップ１８からの反力を回転中心で受け止め、摩擦ロスを最小限に抑えられるようになっている。そして、前記キャップ１８には、フレーム３との間にネジ１８ａが刻設されており、ネジ１８ａの回転量によってキャップ１８が超音波モータ１側（図中左方）に移動し、押圧力を調整可能であり、その調整後、接着によって該キャップ１８はフレーム３に固定される。
【００２６】
図３は、前記振動体１２の六面図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は正面図であり、（ｃ）は側面図であり、（ｄ）は底面図である。前述のとおり、振動体１２は、積層型の圧電素子１２ａに、移動体１３側に接触部材１２ｂを、その反対側に錘部材１２ｃを備え、それらが接着で結合されて構成される。接着剤には、剛性が高く、接着力の高いエポキシ系接着剤が使用される。接触部材１２ｂは、耐摩耗性の高いアルミナ、ジルコニアなどによるセラミックスから成る。この接触部材１２ａは、３つの球面状の接触部１２ｄが、該圧電素子１２の周方向に等間隔（１２０°間隔）で形成され、前述の加圧部材１４の押圧力によって、前記球面状の接触部１２ｄの各頂点１２ｅが移動体１３に接触する。前記錘部材１２ｃは、後述するような圧電素子１２ａの屈曲振動による基端側の振れを抑えるために、比重の高いタングステン、或いは銅や鉄系のタングステン合金などから成る。
【００２７】
図４は、前記積層型の圧電素子１２ａの一層当りの表裏両面を示す平面図および底面図である。各層１２ｆは、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）から成る圧電層１２ｇを挟んで、一方の面（図４（ａ））には、周方向に等間隔（９０°間隔）に、図示しない駆動回路からの駆動信号が入力される駆動電極ＩＡ，ＩＢ，ＩＣ，ＩＤが形成されるとともに、後述する屈曲変位の最も大きいできるだけ外周側の箇所に、図示しない検出回路へ検出信号を出力する検出電極ＩＳが形成され、他方の面（図４（ｂ））には共通にベタのＧＮＤ電極ＩＧが形成される。これらの内部の電極ＩＡ，ＩＢ，ＩＣ，ＩＤ；ＩＳおよびＩＧは、銀パラジウムの印刷などで形成され、積層される圧電層１２ｇの層間で、前記駆動電極ＩＡ，ＩＢ，ＩＣ，ＩＤおよび検出電極ＩＳと、ＧＮＤ電極ＩＧとが交互に形成される。
【００２８】
各層１２ｆにおける電極ＩＡ，ＩＢ，ＩＣ，ＩＤ；ＩＳおよびＩＧは、銀や金などをスクリーン印刷や蒸着などで形成された外部電極ＯＡ，ＯＢ，ＯＣ，ＯＤ；ＯＳおよびＯＧによって、それぞれ共通に接続される。その外部電極ＯＡ，ＯＢ，ＯＣ，ＯＤ；ＯＳおよびＯＧには、リード線やフレキシブル基板（図３の例ではリード線１２ｈ）などがハンダや導電性接着剤などで接合され、図示しない前記駆動回路や検出回路との間で駆動信号の入力や検出信号の出力が行われる。これら外部電極ＯＡ，ＯＢ，ＯＣ，ＯＤ；ＯＳおよびＯＧの形成の関係で、圧電素子１２ａは、四角柱が好ましい。前記各層１２ｆならびにそれに形成された電極ＩＡ，ＩＢ，ＩＣ，ＩＤ；ＩＳおよびＩＧは、積層後に、同方向に分極される。
【００２９】
このように構成される圧電素子１２ａに対して、前記図示しない駆動回路から各駆動電極ＩＡ，ＩＢ，ＩＣ，ＩＤとＧＮＤ電極ＩＧとの間に、前記等間隔（９０°間隔）に対応する位相が互いに９０°ずれた高周波の駆動信号が与えられることで、各駆動電極ＩＡ，ＩＢ，ＩＣ，ＩＤの領域は、９０°位相がずれた伸縮振動を行う。そして、前記駆動信号の周波数を共振周波数に近付けると、該圧電素子１２ａには図５で示すような屈曲１次モードの振動を生じる。ここで、前述のように圧電素子１２ａの基端側には錘部材１２ｃが取付けられるとともに、加圧部材１４を介してケース１５に固定されており、前記屈曲振動によって、先端側の接触部１２ｄは公転運動（首振り振動）を行う。その結果、接触部１２ｄの各頂点１２ｅには、図６において参照符号１２ｒで示すように、互いに位相が１２０°ずれた楕円振動が生成され、移動体１３は、加圧部材１４による押圧力とこの楕円振動１２ｒとによって発生する摩擦力で、圧電素子１２ａの軸線回りに回転駆動される。前記図３と同様に、図６（ａ）は振動体１２の平面図であり、図６（ｂ）は正面図である。
【００３０】
これに対して、図７は前記移動体１３の斜視図であり、図８は前記移動体１３と振動体１２の接触部材１２ｂとの接触部付近を展開して示す断面図である。なお、これらの図７および図８は、図３および図６とは上下関係が逆になっている。移動体１３は、前記回転を取出す軸としての前記リードスクリュー１１と、前記リードスクリュー１１に固着される移動体本体１３ａと、前記移動体本体１３ａに積層されるカバー板１３ｂとを備えて構成され、前記移動体本体１３ａのカバー板１３ｂ側の面において、半径方向に延びて周方向に等間隔に溝１３ｃが形成されて構成される。そして、この溝１３ｃが構造的に不均一な部分であり、検出域１３ｄとなる。また、前記溝１３ｃが形成されていない部分が構造的に均一な部分であり、駆動（通常）域１３ｅとなる。
【００３１】
前記移動体１３の作成は、ステンレスなどの金属から成る移動体本体１３ａに、機械加工やエッチングなどで溝１３ｃを形成した後、ステンレスなどから成る薄板のカバー板１３ｂを積層して行われる。前記カバー板１３ｂには、耐摩耗性を向上させるために、窒化処理などが施されている。前記移動体本体１３ａへのカバー板１３ｂの積層は、薄い接着層などで接合したり、中心付近をスポット溶接などで結合することで行われ、移動体本体１３ａとカバー板１３ｂとが、ずれなく一体で回転するようになっていればよい。このように構成することで、円筒の本体から出力軸が延びる通常の円筒型のモータと同じ形状の超音波モータ１を実現することができる。
【００３２】
上述のように構成される超音波モータ１において、前記図８は振動体１２による移動体１３の駆動の様子を模式的に示す図である。これを参照して、圧電素子１２ａを共振状態で駆動すると、接触部１２ｄの頂点１２ｅの楕円振動１２ｒによって、移動体１３は矢符１３ｆで示す図の左方に移動（回転）され、前記頂点１２ｅは移動体１３の前記駆動域１３ｅと検出域１３ｄとの上を交互に通過する。ここで、溝１３ｃ、すなわち検出域１３ｄは、頂点１２ｅが同じタイミングで通過するように、すなわち１２０°毎の頂点１２ｅに対して、検出域１３ｄは、１２０°／ｎ（ｎは整数で、図８ではｎ＝４）毎に形成されている。
【００３３】
これによると、前記検出電極ＩＳから出力される検出電圧の電圧と位相とは、それぞれ図９（ａ）および図９（ｂ）で示すようになる。先ず図９（ａ）は、検出電圧の振幅値を示すもので、参照符号α１１が駆動域１３ｅに対応し、参照符号α１２が検出域１３ｄに対応している。検出電圧が最大値、すなわち歪が最大となる周波数ｆ０が共振点で、駆動は、その近傍の周波数ｆ０’で行われている。検出域１３ｄに入ると、共振周波数は低周波側のｆ０''へシフトし、圧電素子１２ａの歪量も少なくなる。これによって、振幅はΔＶだけ低下する。これは、駆動域１３ｅと検出域１３ｄとで移動体１３の接触部のばね定数が異なるためで、駆動域１３ｅではカバー板１３ｂの直下に移動体本体１３ａがあるので、接触点での剛性が高いのに対して、検出域１３ｄではカバー板１３ｂの直下は空隙であり、接触点での圧を該カバー板１３ｂの弾性で支える構造となり、剛性が低下しているためである。こうして、圧電素子１２ａの共振周波数は低下し、駆動域１３ｅ上と検出域１３ｄ上とでは、圧電素子１２ａの共振状態が変化する。
【００３４】
また、図９（ｂ）は、駆動信号に対する検出電圧の位相差を示すもので、参照符号α２１が駆動域１３ｅに対応し、参照符号α２２が検出域１３ｄに対応している。上述と同様の理由で、検出域１３ｄに入り、共振周波数が低周波側へシフトすると、検出電圧の位相は、Δθだけ進む。
【００３５】
これを利用して、この超音波モータ１の駆動回路２１，３１は、それぞれ図１０および図１１で示すように構成することができる。図１０は、前記検出電極ＩＳの図９（ａ）で示す検出電圧の振幅値に基づく制御を行うもので、図１１は図９（ｂ）で示す位相差に基づく制御を行うものである。共に、駆動部２２および検出部２３，３３ならびに制御部２４，３４を備えて構成される。
【００３６】
前記駆動部２２は、駆動回路２１，３１間で共通で、駆動電圧発生部２５と、位相シフト部２６と、フィルタ部２７とを備えて構成される。駆動電圧発生部２５は、圧電素子１２ａを駆動するのに充分なパワーの高周波信号を生成可能であり、かつ後述するように、制御部２４，３４からの制御信号に応答して、発振周波数を、ｆ０’とｆ０''との間でシフト可能である。その高周波信号は、位相シフト部２６に入力されて、前述のとおり、互いに位相が９０°ずれた４相の駆動信号が作成され、高調波除去用のフィルタ２７を介して、前記各駆動電極ＩＡ，ＩＢ，ＩＣ，ＩＤとＧＮＤ電極ＩＧとの間に印加される。
【００３７】
振幅検出を行う検出部２３は、前記検出電極ＩＳに、振幅検出部２８、偏差算出部２９および位置検出部３０を備えて構成される。振幅検出部２８は、前記検出電極ＩＳから出力される検出電圧の振幅値（出力電圧）を検出し、偏差算出部２９は、その振幅値と既知の理想振幅値（最適駆動の振幅値）との偏差を演算し、その演算結果に応じて制御部２４が前記駆動電圧発生部２５の発振周波数を変化させる。すなわち、図１２（ａ）に示すように、発振周波数を、駆動域１３ｅでは前記ｆ０’（参照符号β１１）に、検出域１３ｄでは前記ｆ０''（参照符号β１２）に変化させるものである。これによって、圧電素子１２ａを常に最適な共振状態に維持し、振幅値を理想の値ＶＴに維持する。一方、位置検出部３０は、制御部２４から駆動電圧発生部２５へのこの検出域１３ｄと駆動域１３ｅとに対応した駆動周波数の変化を捉えることで、移動体１３の回転位置（回転量）や回転速度の検出が可能となる。
【００３８】
このように検出部２３が圧電素子１２ａに設けた検出電極ＩＳの振幅値（出力電圧）から回転位置（回転量）や回転速度を検出することで、アナログ的に変化する信号を検出することになり、検出精度を向上することができる。
【００３９】
これに対して、位相検出を行う検出部３３は、前記検出電極ＩＳに、位相差検出部３８、偏差算出部３９および前記位置検出部３０を備えて構成される。位相差検出部３８は、前記検出電極ＩＳから出力される検出電圧と、いずれかの相への駆動信号との位相差を検出し、偏差算出部３９は、その位相差と所定の位相差（最適駆動の位相差）との偏差を演算し、その演算結果に応じて制御部３４が前記駆動電圧発生部２５の発振周波数を変化させる。すなわち、図１２（ｂ）に示すように、発振周波数を、駆動域１３ｅでは前記ｆ０’に、検出域１３ｄでは前記ｆ０''に変化させ、これによって、圧電素子１２ａを常に最適な共振状態に維持し、位相差を、駆動域１３ｅでは参照符号β２１で示すように、検出域１３ｄでは参照符号β２２で示すように、共に理想の値θＴに維持する。位置検出部３０は、前述と同様に、制御部２４から駆動電圧発生部２４へのこの検出域１３ｄと駆動域１３ｅとに対応した駆動周波数の変化を捉えることで、移動体１３の回転位置（回転量）や回転速度の検出が可能となる。
【００４０】
このように検出部３３が圧電素子１２ａに設けた検出電極ＩＳでの検出電圧と駆動信号との位相差から回転位置（回転量）や回転速度を検出することで、回路での検出が容易になる。
【００４１】
以上のように、本実施の形態の超音波モータ１は、振動体１２と移動体１３との接触部に、前記振動体１２の振動状態を変化させるために前記移動体１３の移動方向に対して構造的に不均一な検出域１３ｄと均一な駆動域１３ｅとを形成し、振動体１２の接触部１２ｄの頂点１２ｅが前記検出域１３ｄを通過することによる前記振動体１２の振動状態の変化（パターン）を検出部２３，３３で検出することで、エンコーダなどのセンサレスで、移動体１３の回転位置（回転量）や回転速度の検出を可能なセルフセンシング方式の超音波モータ１において、制御部２４，３４を設け、その制御部２４，３４が、前記検出部２３，３３での検出結果に応答して、駆動部２２に前記検出域１３ｄの通過時における駆動信号の発振周波数を該検出域１３ｄでの最適な共振周波数ｆ０''に変化させ、駆動域１２ｅの通過時における振動状態（共振のピークから少しずらした近傍の周波数ｆ０’での振動）に近付ける。
【００４２】
したがって、前記移動体１３の回転位置（回転量）や回転速度を高い分解能で検出可能なセルフセンシング方式を実現するとともに、そのために形成される検出域１３ｄを接触部１２ｄの頂点１２ｅが通過する際の駆動性能の低下（楕円振動１２ｒの減衰）を軽減することができる。
【００４３】
［実施の形態２］
図１３は、本発明の実施の他の形態に係る駆動回路４１のブロック図である。この駆動回路４１は、前述の駆動回路２１，３１に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。前述の実施の形態では、駆動回路２１，３１は、それぞれ検出電圧の振幅および駆動電圧との位相差から共振状態のずれを検出し、最適な共振状態に維持しているのに対して、注目すべきは、本実施の形態では、検出部４３は、前記駆動部２２から圧電素子１２ａに与えられる駆動信号の電流値から該圧電素子１２ａのインピーダンスを検出し、そのインピーダンスの変化から、前記共振状態のずれを検出することである。
【００４４】
ここで、図９（ｃ）は、前記圧電素子１２ａの振動周波数に対するインピーダンス変化を示すもので、図９（ａ）および図９（ｂ）と同様に、参照符号α３１が駆動域１３ｅに対応し、参照符号α３２が検出域１３ｄに対応している。インピーダンスが最小値となる周波数ｆ０が共振点で、駆動は周波数ｆ０’で行われ、検出域１３ｄに入ると、共振周波数は低周波側のｆ０''へシフトする。これによって、圧電素子１２ａ自体が持っている抵抗値（インピーダンス）が変化し、ΔＺＶだけ上昇する。前記検出部４３は、このインピーダンスの上昇を検出する。
【００４５】
具体的には、インピーダンス検出部４８は、フィルタ部２７から各駆動電極ＩＡ，ＩＢ，ＩＣ，ＩＤへの信号線の何れかに介在した電流−電圧変換抵抗４８ａによって、前記電流値、したがってインピーダンス（抵抗値）を検出し、偏差算出部４９は、そのインピーダンスと所定のインピーダンス（最適駆動のインピーダンス）との偏差を演算し、その演算結果に応じて制御部４４が前記駆動電圧発生部２５の発振周波数を変化させる。すなわち、図１２（ｃ）に示すように、発振周波数を、駆動域１３ｅでは前記ｆ０’に、検出域１３ｄでは前記ｆ０''に変化させ、これによって、圧電素子１２ａを常に最適な共振状態に維持し、インピーダンスを、駆動域１３ｅでは参照符号β３１で示すように、検出域１３ｄでは参照符号β３２で示すように、共に理想の値ＺＴに維持する。位置検出部３０は、前述と同様に、制御部４４から駆動電圧発生部２５へのこの検出域１３ｄと駆動域１３ｅとに対応した駆動周波数の変化を捉えることで、移動体１３の回転位置（回転量）や回転速度の検出が可能となる。
【００４６】
このように構成することで、圧電素子１２ａから、専用の検出電極ＩＳを不要にすることができる。また、検出部４３が圧電素子１２ａのインピーダンスから回転位置（回転量）や回転速度を検出することで、圧電素子本体の歪の変化を検出するので、応答性を向上することができる。
【００４７】
本発明の範囲は上述の実施形態によって限定されるべきではなく、特許請求の範囲の記載およびこれと均等なものの範囲内で様々な変形が可能なことは、当該技術分野における通常の知識を持つ者には明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施の一形態に係る超音波モータを用いるレンズ駆動ユニットの概略構成図である。
【図２】前記超音波モータの構造を示す軸線方向断面図である。
【図３】前記超音波モータにおける振動体の六面図である。
【図４】前記振動体における積層型の圧電素子の一層当りの表裏両面を示す平面図および底面図である。
【図５】前記圧電素子の屈曲１次モードの変形の様子を示す斜視図である。
【図６】前記圧電素子の変形による振動体の振動の様子を示す図である。
【図７】前記超音波モータにおける移動体の斜視図である。
【図８】前記振動体の振動による移動体の駆動を説明するための展開図である。
【図９】前記移動体の回転位置の検出メカニズムを説明するためのグラフである。
【図１０】本発明の実施の一形態の駆動回路のブロック図である。
【図１１】本発明の実施の一形態の駆動回路のブロック図である。
【図１２】前記振動体の駆動方法を説明するためのグラフである。
【図１３】本発明の実施の他の形態の駆動回路のブロック図である。
【符号の説明】
【００４９】
１    超音波モータ
２    レンズ駆動ユニット
３    フレーム
６    案内部材
７    レンズ
１１    リードスクリュー
１２    振動体（ステータ）
１２ａ  圧電素子
１２ｂ  接触部材
１２ｃ  錘部材
１２ｄ  接触部
１２ｅ  頂点
１２ｇ  圧電層
１３    移動体（ロータ）
１３ａ  移動体本体
１３ｂ  カバー板
１３ｃ  溝
１３ｄ  検出域
１３ｅ  駆動（通常）域
１４    加圧部材
１５    ケース
１６，１７    軸受け部材
２１，３１，４１    駆動回路
２２    駆動部
２３，３３，４３    検出部
２４，３４，４４    制御部
２５    駆動電圧発生部
２６    位相シフト部
２７    フィルタ部
２８    振幅検出部
２９，３９，４９    偏差算出部
３０    位置検出部
３８    位相差検出部
４８    インピーダンス検出部
４８ａ  電流−電圧変換抵抗
ＩＡ，ＩＢ，ＩＣ，ＩＤ    駆動電極
ＩＧ    ＧＮＤ電極
ＩＳ    検出電極
ＯＡ，ＯＢ，ＯＣ，ＯＤ；ＯＳ；ＯＧ    外部電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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