(57)【要約】【課題】  駆動環境に応じて良好な駆動効率で駆動できる圧電アクチュエータの駆動方法、圧電アクチュエータの駆動装置、電子機器、圧電アクチュエータの駆動装置の制御プログラム、および記録媒体を提供すること【解決手段】電源投入時または駆動開始時に、周波数スイープを行い各駆動周波数に対する消費電流を検出し、振動体の駆動特性を得るプリスキャン工程を行う。駆動信号決定工程では、プリスキャン工程で得られた駆動特性に基づいて、消費電流が所定基準値以上となる周波数を駆動周波数範囲に設定する。実際に回転軸を駆動する際には、駆動信号決定工程で設定された駆動周波数範囲内で周波数をスイープするスイープ駆動を行う。電源投入時または駆動開始時にプリスキャン工程を行うので、駆動環境に応じて駆動周波数範囲を設定できるので、駆動効率を良好にできる。【選択図】 図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電素子の振動により駆動対象を駆動する圧電アクチュエータの駆動方法であって、
前記圧電アクチュエータの駆動周波数を変化させて前記圧電アクチュエータを駆動し、前記圧電素子の状態を表す信号を検出し、その検出信号と前記駆動周波数との相関を示す駆動特性を得るプリスキャン工程と、
前記プリスキャン工程で得られた前記圧電アクチュエータの前記駆動特性に基づいて、圧電アクチュエータの駆動信号を決定する駆動信号決定工程と、
前記駆動信号決定工程で決定された前記駆動信号により前記圧電アクチュエータを駆動する駆動制御工程とを備えた
ことを特徴とする圧電アクチュエータの駆動方法。
【請求項２】
請求項１に記載の圧電アクチュエータの駆動方法において、
前記駆動信号決定工程は、前記駆動信号として所定の駆動周波数範囲を設定し、
前記駆動制御工程は、前記所定の駆動周波数範囲内で前記圧電アクチュエータをスイープ駆動する
ことを特徴とする圧電アクチュエータの駆動方法。
【請求項３】
請求項２に記載の圧電アクチュエータの駆動方法において、
前記駆動信号決定工程は、前記所定の駆動周波数範囲の上限および下限をそれぞれ決定することにより前記駆動周波数範囲を設定する
ことを特徴とする圧電アクチュエータの駆動方法。
【請求項４】
請求項２に記載の圧電アクチュエータの駆動方法において、
前記駆動信号決定工程は、所定の前記検出信号に対応する駆動周波数値を基準として所定幅を設定することにより前記駆動周波数範囲を設定する
ことを特徴とする圧電アクチュエータの駆動方法。
【請求項５】
請求項４に記載の圧電アクチュエータの駆動方法において、
前記駆動信号決定工程は、前記検出信号のピーク値に対応する駆動周波数値を中央値として所定駆動周波数幅を設けることにより前記駆動周波数範囲を設定する
ことを特徴とする圧電アクチュエータの駆動方法。
【請求項６】
請求項１に記載の圧電アクチュエータの駆動方法において、
前記駆動信号決定工程は、前記駆動信号として所定の駆動周波数を設定し、
前記駆動制御工程は、前記所定の駆動周波数を固定の駆動周波数として前記圧電アクチュエータを駆動する
ことを特徴とする圧電アクチュエータの駆動方法。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれかに記載の圧電アクチュエータの駆動方法において、
前記プリスキャン工程は、前記当接部を前記駆動対象に当接させた状態で、前記駆動対象が非動作となる電圧値で前記圧電素子を振動させる
ことを特徴とする圧電アクチュエータの駆動方法。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれかに記載の圧電アクチュエータの駆動方法において、
前記駆動制御工程は、複数の前記圧電アクチュエータを駆動するとともに、前記各圧電素子へ供給する前記駆動信号を制御して、各圧電素子の消費電流が最大となるタイミングをずらす
ことを特徴とする圧電アクチュエータの駆動方法。
【請求項９】
請求項８に記載の圧電アクチュエータの駆動方法において、
いずれか一つの圧電アクチュエータの消費電流が最大となるタイミングでは、残りの圧電アクチュエータの駆動信号を停止、または、駆動信号の周波数スイープを停止し、停止時の周波数を保持することを特徴とする圧電アクチュエータの駆動方法。
【請求項１０】
所定の周波数の駆動信号が圧電素子に与えられることで振動する振動体と、この振動体に設けられるとともに駆動対象に当接される当接部とを備えた圧電アクチュエータにおける前記圧電素子へ駆動信号を供給する圧電アクチュエータの駆動装置であって、
前記圧電アクチュエータの駆動周波数を変化させて前記圧電アクチュエータを駆動し、前記圧電素子の状態を表す信号を検出し、その検出信号と前記駆動周波数との相関を示す駆動特性を得るプリスキャンを行い、前記プリスキャンで得られた前記圧電アクチュエータの前記駆動特性に基づいて、前記圧電アクチュエータの駆動信号を決定し前記圧電アクチュエータを駆動する駆動制御手段を備える
ことを特徴とする圧電アクチュエータの駆動装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の圧電アクチュエータの駆動装置において、
前記駆動制御手段は、前記駆動信号を所定の駆動周波数範囲として設定し、この所定の駆動周波数範囲内で前記圧電アクチュエータをスイープ駆動する
ことを特徴とする圧電アクチュエータの駆動装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の圧電アクチュエータの駆動装置において、
前記駆動制御手段は、前記所定の駆動周波数範囲の上限および下限をそれぞれ決定することにより前記駆動周波数範囲を設定する
ことを特徴とする圧電アクチュエータの駆動装置。
【請求項１３】
請求項１１に記載の圧電アクチュエータの駆動装置において、
前記駆動制御手段は、所定の前記検出信号に対応する駆動周波数値を基準として所定幅を設定することにより前記駆動周波数範囲を設定する
ことを特徴とする圧電アクチュエータの駆動装置。
【請求項１４】
請求項１０に記載の圧電アクチュエータの駆動装置において、
前記駆動制御手段は、前記駆動信号として所定の駆動周波数を固定の駆動周波数として設定し、前記圧電アクチュエータを駆動する
ことを特徴とする圧電アクチュエータの駆動装置。
【請求項１５】
請求項１０から請求項１４のいずれかに記載の圧電アクチュエータの駆動装置において、
前記プリスキャンは、前記当接部を前記駆動対象に当接させた状態で、前記駆動対象が非動作となる電圧値で前記圧電素子を振動させる
ことを特徴とする圧電アクチュエータの駆動装置。
【請求項１６】
請求項１０から請求項１５のいずれかに記載の圧電アクチュエータの駆動装置において、
前記駆動制御手段は、複数の圧電アクチュエータを駆動可能に構成され、前記各圧電素子へ供給する前記駆動信号を制御して、前記各圧電素子の消費電流が最大となるタイミングをずらす
ことを特徴とする圧電アクチュエータの駆動装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載の圧電アクチュエータの駆動装置において、
前記駆動制御手段は、いずれか一つの圧電アクチュエータの消費電流が最大となるタイミングでは、残りの圧電アクチュエータの駆動信号を停止、または、駆動信号の周波数スイープを停止し、停止時の周波数を保持することを特徴とする圧電アクチュエータの駆動装置。
【請求項１８】
所定の周波数の駆動信号圧電素子に与えられることで振動する振動体及びこの振動体に設けられるとともに駆動対象に当接される当接部を有する圧電アクチュエータと、
請求項１０から請求項１７のいずれかに記載の圧電アクチュエータの駆動装置とを備えた
ことを特徴とする電子機器。
【請求項１９】
所定の周波数の駆動信号が圧電素子に与えられることで振動する振動体と、この振動体に設けられるとともに駆動対象に当接される当接部とを備えた圧電アクチュエータにおける前記圧電素子へ駆動信号を供給する圧電アクチュエータの駆動装置の制御プログラムであって、
前記駆動装置に組み込まれたコンピュータに、
請求項１から請求項９のいずれかに記載の圧電アクチュエータの駆動方法を実行させる
ことを特徴とする圧電アクチュエータの駆動装置の制御プログラム。
【請求項２０】
請求項１９に記載の圧電アクチュエータの駆動装置の制御プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子の振動により駆動対象を駆動する圧電アクチュエータの駆動方法、この圧電アクチュエータの駆動方法により駆動対象を駆動する圧電アクチュエータの駆動装置、圧電アクチュエータの駆動装置を備えた電子機器、圧電アクチュエータの駆動装置の制御プログラム、および記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電素子は、電気エネルギーから機械エネルギーへの変換効率や、応答性に優れている。このため、近年、圧電素子の圧電効果を利用した各種の圧電アクチュエータが開発されている。この圧電アクチュエータは、圧電ブザー、プリンタのインクジェットヘッド、超音波モータ、電子時計、携帯機器等の各種電子機器の分野に応用されている。
【０００３】
ところで、圧電アクチュエータは、周囲の温度や負荷等の影響で共振周波数が変動するため、圧電アクチュエータを駆動可能な駆動信号の周波数も、周囲温度や負荷等に応じて変動する。
そのため、変動する駆動信号の周波数範囲を含む広い範囲で駆動信号の周波数をスイープ（変化）させ、確実にモータを駆動させる方式が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
すなわち、特許文献１では、電圧制御発振器に三角波またはのこぎり波のスイープ電圧を出力し、電圧制御発振器の発振周波数をｆLからｆHまでの範囲で常時変化させ、圧電振動子を駆動可能な周波数を必ず与えることができるようにして、圧電振動子（圧電アクチュエータ）の確実な駆動を可能としている。
【０００５】
【特許文献１】特公平５−１６２７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このような駆動方法では、周囲の温度や負荷等の変化による駆動信号の変動を考慮して周波数範囲を設定するので、実際に効率的に駆動できる周波数範囲に対して十分に広く設定する必要がある。したがって、設定された周波数範囲で圧電アクチュエータをスイープ駆動すると、効率的に駆動できる周波数を含むものの、駆動が非効率となる周波数の範囲でも駆動するため、全体として良好な駆動効率が望めない。
その一方で、良好な駆動効率が得られる周波数範囲で圧電アクチュエータをスイープ駆動すると、温度や負荷の変動によって共振周波数が変化した場合に、良好な駆動効率が得られる周波数範囲と実際にスイープ駆動する周波数範囲とにずれが生じて、駆動効率が大幅に減少してしまう場合がある。
【０００７】
本発明の目的は、駆動環境に応じて良好な駆動効率で駆動できる圧電アクチュエータの駆動方法、圧電アクチュエータの駆動装置、電子機器、圧電アクチュエータの駆動装置の制御プログラム、および記録媒体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の圧電アクチュエータの駆動方法は、圧電素子の振動により駆動対象を駆動する圧電アクチュエータの駆動方法であって、圧電アクチュエータの駆動周波数を変化させて圧電アクチュエータを駆動し、前記圧電素子の状態を表す信号を検出し、その検出信号と前記駆動周波数との相関を示す駆動特性を得るプリスキャン工程と、プリスキャン工程で得られた圧電アクチュエータの駆動特性に基づいて、圧電アクチュエータの駆動信号を決定する駆動信号決定工程と、駆動信号決定工程で決定された駆動信号により圧電アクチュエータを駆動する駆動制御工程とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、圧電アクチュエータの使用時には、まずプリスキャン工程を行い各駆動周波数に対する圧電アクチュエータの駆動特性を得る。ここで、圧電アクチュエータの駆動特性としては、前記圧電素子の状態を表す検出信号と前記駆動周波数との相関を示すものであり、前記検出信号としては、例えば圧電素子（圧電アクチュエータ）の消費電流値、圧電アクチュエータの振幅電圧値、圧電アクチュエータに供給される駆動信号と圧電アクチュエータから検出される検出信号との位相差、駆動対象が圧電アクチュエータで回転駆動される場合にはその回転数など、圧電アクチュエータの駆動特性が反映される任意の検出信号値が挙げられる。
駆動信号決定工程では、プリスキャン工程で得られた圧電アクチュエータの駆動特性に基づいて駆動信号を決定し、駆動制御工程では、駆動信号にしたがって圧電アクチュエータを駆動する。
圧電アクチュエータの駆動方法が、プリスキャン工程を備えているので、例えば周囲の温度や負荷等の影響で共振周波数が変動しても、その駆動環境に応じた駆動信号が決定可能となる。したがって、常に圧電アクチュエータを良好に駆動できる駆動信号が決定されるから、圧電アクチュエータの駆動効率が良好となる。
【００１０】
本発明では、駆動信号決定工程は、駆動信号として所定の駆動周波数範囲を設定し、駆動制御工程は、所定の駆動周波数範囲内で圧電アクチュエータをスイープ駆動することが望ましい。
この発明によれば、駆動制御工程では、所定の駆動周波数範囲内で圧電アクチュエータをスイープ駆動するので、圧電アクチュエータを駆動可能な駆動周波数を必ず供給できるようになり、圧電アクチュエータの駆動が確実となる。また、駆動制御工程においてスイープ駆動を行うので、駆動周波数範囲内で駆動している間の負荷変動や温度変化などによる共振周波数の変動に影響を受けにくく、安定した駆動が可能となり、このような変動があっても圧電アクチュエータの駆動信号を変更することなく対応可能となる。
【００１１】
本発明では、駆動信号決定工程は、所定の駆動周波数範囲の上限および下限をそれぞれ決定することにより駆動周波数範囲を設定することが望ましい。
この発明によれば、駆動信号決定工程において、駆動周波数範囲の上限および下限を決定することにより駆動周波数範囲を設定するので、プリスキャン工程での駆動周波数範囲の設定作業が簡単となる。
なお、駆動周波数範囲の上限および下限を決定する方法としては、例えば圧電アクチュエータの消費電流値や検出電圧値などの検出信号が所定値以上となった時の駆動周波数を上限または下限と設定するなどの方法が考えられる。
【００１２】
本発明では、駆動信号決定工程は、所定の前記検出信号に対応する駆動周波数値を基準として所定幅を設定することにより前記駆動周波数範囲を設定することが望ましい。
この際、前記検出信号のピーク値に対応する駆動周波数値を中央値として所定駆動周波数幅を設けることにより駆動周波数範囲を設定することが望ましい。
例えば検出信号として圧電アクチュエータの消費電流値や圧電アクチュエータの振動によって検出される検出電圧値を用いた場合などでは、検出信号が大きいほど圧電アクチュエータが駆動対象を効率的に駆動していることを示す。この発明によれば、駆動信号決定工程において、例えば所定の検出信号としてピーク値となる検出信号を求め、この際の駆動周波数値を基準として駆動周波数範囲を設定するので、圧電アクチュエータの駆動が最も良好に行われる駆動周波数が必ず所定の駆動周波数範囲に含まれるから、圧電アクチュエータの良好な駆動効率の確保が確実となる。なお、検出信号のピーク値に対応する前記駆動周波数値を基準として駆動周波数範囲を設定する場合、その駆動周波数値を中央値として駆動周波数範囲を設定してもよいし、上限あるいは下限として駆動周波数範囲を設定してもよく、さらに、前記駆動周波数値から上限までの駆動周波数幅と下限までの駆動周波数幅を異ならせて設定してもよく、これらの設定は圧電アクチュエータの特性などに応じて設定すればよい。
【００１３】
本発明では、駆動信号決定工程は、駆動信号として所定の駆動周波数を設定し、駆動制御工程は、所定の駆動周波数を固定の駆動周波数として圧電アクチュエータを駆動することが望ましい。
この発明によれば、駆動制御工程において、圧電アクチュエータを固定の駆動周波数で駆動するので、駆動制御工程が簡略化する。またこの場合においても、駆動信号がプリスキャン工程で得た圧電アクチュエータの駆動特性に基づいて決定されているので、圧電アクチュエータの駆動環境に応じた駆動周波数が設定されるため、圧電アクチュエータの良好な駆動効率が確保される。
【００１４】
本発明では、プリスキャン工程は、当接部を駆動対象に当接させた状態で、駆動対象が非動作となる電圧値で圧電素子を振動させることが望ましい。駆動対象が非動作となる電圧値とは、駆動対象が回転される場合には非回転の状態に維持される電圧値であり、駆動対象が移動される場合には非移動の状態に維持される電圧値である。
この発明によれば、圧電アクチュエータの当接部を駆動対象に当接させてプリスキャン工程を行うので、圧電アクチュエータの当接部を駆動対象に当接させずにフリーの状態でプリスキャンを行う場合に較べて、実際に駆動される場合の負荷状況に近くなるため、より現実の駆動状態が再現される。したがって、より正確な駆動特性が得られる。
また、プリスキャン工程を行う場合には、駆動対象が非動作となる電圧値を印加して圧電アクチュエータを振動させる。つまりプリスキャン工程において駆動対象を駆動しない状態で行う。プリスキャン工程で駆動対象を駆動させると、使用者が意図しない動作が行われてしまうが、この発明によれば、駆動対象を駆動せずにプリスキャン工程を行うので、プリスキャン工程後の初動から最適周波数幅で駆動対象を駆動でき、駆動対象の初期値（ゼロ位置）を決めた場合も、プリスキャン工程で駆動対象がゼロ位置から移動してしまうことがなく、初動から最良な駆動を実現できる。
【００１５】
ただし、駆動対象を駆動させずにプリスキャン工程を行った場合には、得られる圧電アクチュエータの駆動特性は、実際に駆動対象を駆動した場合に較べて駆動可能周波数範囲が狭くなっている。そこで、駆動信号決定工程では、プリスキャン工程で得られた圧電アクチュエータの駆動特性を所定の相関関係を用いて、駆動対象を駆動した場合の圧電アクチュエータの駆動特性に換算して駆動信号を決定することが望ましい。なお、所定の相関関係は予めシミュレーションや実験などにより求められる。
【００１６】
本発明では、駆動制御工程は、複数の圧電アクチュエータを駆動するとともに、各圧電素子へ供給する駆動信号を制御して、各圧電素子の消費電流が最大となるタイミングをずらすことが望ましい。
この発明によれば、複数の圧電アクチュエータを駆動する場合には、駆動制御工程では、各圧電素子の消費電流が最大となるタイミングをそれぞれずらして駆動信号を供給するので、各圧電素子（圧電アクチュエータ）の消費電流を加算して得られるシステム全体の消費電流値の最大値を抑えることができる。このため、システムの消費電流が規格値を超えることで生じるシステムダウンを回避でき、かつ、回路構成の複雑化、大型化を防止できて、コストも低減できる。
【００１７】
この際、いずれか一つの圧電アクチュエータの消費電流が最大となるタイミングでは、残りの圧電アクチュエータの駆動信号を停止、または、駆動信号の周波数スイープを停止し、停止時の周波数を保持することが望ましい。
この発明においても、一つの圧電アクチュエータの消費電流が最大となるタイミングでは、残りの圧電アクチュエータの駆動信号を停止、または、駆動信号の周波数スイープを停止することで、それらの圧電アクチュエータの消費電流が増大することを防止でき、システム全体の消費電流値の最大値を抑えることができる。
また、駆動信号の停止時や周波数スイープの停止時の周波数を保持しているので、それらの停止が解除された際には停止前の周波数から周波数スイープを再開でき、他の圧電アクチュエータの動作をスムーズに再開できる。
【００１８】
本発明の圧電アクチュエータの駆動装置は、所定の周波数の駆動信号が圧電素子に与えられることで振動する振動体と、この振動体に設けられるとともに駆動対象に当接される当接部とを備えた圧電アクチュエータにおける圧電素子へ駆動信号を供給する圧電アクチュエータの駆動装置であって、圧電アクチュエータの駆動周波数を変化させて圧電アクチュエータを駆動し、前記圧電素子の状態を表す信号を検出し、その検出信号と前記駆動周波数との相関を示す駆動特性を得るプリスキャンを行い、プリスキャンで得られた圧電アクチュエータの駆動特性に基づいて、圧電アクチュエータの駆動信号を決定し圧電アクチュエータを駆動する駆動制御手段を備えることを特徴とする。
【００１９】
この発明によれば、圧電アクチュエータの使用時には、まずプリスキャンを行い各駆動周波数に対する圧電アクチュエータの駆動特性を得る。ここで、圧電アクチュエータの駆動特性としては、前記圧電素子の状態を表す検出信号と前記駆動周波数との相関を示すものであり、前記検出信号としては、例えば圧電素子（圧電アクチュエータ）の消費電流値、圧電アクチュエータの振幅電圧値、圧電アクチュエータに供給される駆動信号と圧電アクチュエータから検出される検出信号との位相差、駆動対象が圧電アクチュエータで回転駆動される場合にはその回転数など、圧電アクチュエータの駆動特性が反映される任意の検出信号が挙げられる。
駆動制御手段は、プリスキャンで得られた圧電アクチュエータの駆動特性に基づいて駆動信号を決定し、駆動信号にしたがって圧電アクチュエータを駆動する。
圧電アクチュエータの駆動装置が、プリスキャンを行う駆動制御手段を備えているので、例えば周囲の温度や負荷等の影響で共振周波数が変動しても、その駆動環境に応じた駆動信号が決定可能となる。したがって、常に圧電アクチュエータを良好に駆動できる駆動信号が決定されるから、圧電アクチュエータの駆動効率が良好となる。
【００２０】
本発明では、駆動制御手段は、駆動信号を所定の駆動周波数範囲として設定し、この所定の駆動周波数範囲内で圧電アクチュエータをスイープ駆動することが望ましい。
この発明によれば、駆動制御手段が、所定の駆動周波数範囲内で圧電アクチュエータをスイープ駆動するので、圧電アクチュエータを駆動可能な駆動周波数を必ず供給できるようになり、圧電アクチュエータの駆動が確実となる。また、駆動制御手段がスイープ駆動を行うので、駆動周波数範囲内で駆動している間の負荷変動や温度変化などによる共振周波数の変動に影響を受けにくく、安定した駆動が可能となり、このような変動があっても圧電アクチュエータの駆動信号を変更することなく対応可能となる。
【００２１】
本発明では、駆動制御手段は、所定の駆動周波数範囲の上限および下限をそれぞれ決定することにより駆動周波数範囲を設定することが望ましい。
この発明によれば、駆動制御手段が、駆動周波数範囲の上限および下限を決定することにより駆動周波数範囲を設定するので、プリスキャンでの駆動周波数範囲の設定作業が簡単となる。
なお、駆動周波数範囲の上限および下限を決定する方法としては、例えば圧電アクチュエータの消費電流値や検出電圧値などの検出信号が所定値以上となった時の駆動周波数を上限または下限と設定するなどの方法が考えられる。
【００２２】
本発明では、駆動制御手段は、所定の前記検出信号に対応する駆動周波数値を基準として所定幅を設定することにより前記駆動周波数範囲を設定することが望ましい。
この際、前記検出信号のピーク値に対応する駆動周波数値を中央値として所定駆動周波数幅を設けることにより駆動周波数範囲を設定することが望ましい。
例えば検出信号として圧電アクチュエータの消費電流値や圧電アクチュエータの振動によって検出される検出電圧値を用いた場合などでは、検出信号が大きいほど圧電アクチュエータが駆動対象を効率的に駆動していることを示す。この発明によれば、駆動制御手段が、例えば所定の検出信号としてピーク値となる検出信号を求め、この際の駆動周波数値を基準として駆動周波数範囲を設定するので、圧電アクチュエータの駆動が最も良好に行われる駆動周波数が必ず所定の駆動周波数範囲に含まれるから、圧電アクチュエータの良好な駆動効率の確保が確実となる。なお、検出信号のピーク値に対応する前記駆動周波数値を基準として駆動周波数範囲を設定する場合、その駆動周波数値を中央値として駆動周波数範囲を設定してもよいし、上限あるいは下限として駆動周波数範囲を設定してもよく、さらに、前記駆動周波数値から上限までの駆動周波数幅と下限までの駆動周波数幅を異ならせて設定してもよく、これらの設定は圧電アクチュエータの特性などに応じて設定すればよい。
【００２３】
本発明では、駆動制御手段は、駆動信号として所定の駆動周波数を固定の駆動周波数として設定し、圧電アクチュエータを駆動することが望ましい。
この発明によれば、駆動制御手段が、圧電アクチュエータを固定の駆動周波数で駆動するので、駆動制御手段の構成が簡略化する。またこの場合においても、駆動信号がプリスキャンで得た圧電アクチュエータの駆動特性に基づいて決定されているので、圧電アクチュエータの駆動環境に応じた駆動周波数が設定されるため、圧電アクチュエータの良好な駆動効率が確保される。
【００２４】
本発明では、プリスキャンは、当接部を駆動対象に当接させた状態で、駆動対象が非動作となる電圧値で行うことが望ましい。駆動対象が非動作となる電圧値とは、駆動対象が回転される場合には非回転の状態に維持される電圧値であり、駆動対象が移動される場合には非移動の状態に維持される電圧値である。
この発明によれば、圧電アクチュエータの当接部を駆動対象に当接させてプリスキャンを行うので、圧電アクチュエータの当接部を駆動対象に当接させずにフリーの状態でプリスキャンを行う場合に較べて、実際に駆動される場合の負荷状況に近くなるため、より現実の駆動状態が再現される。したがって、より正確な駆動特性が得られる。
また、プリスキャンを行う場合には、駆動対象が非動作となる電圧値を印加して圧電アクチュエータを振動させる。つまり駆動対象を駆動しない状態でプリスキャンを行う。プリスキャンで駆動対象を駆動させると、使用者が意図しない動作が行われてしまうが、この発明によれば、駆動対象を駆動せずにプリスキャンを行うので、プリスキャン後の初動から最適周波数幅で駆動対象を駆動でき、駆動対象の初期値（ゼロ位置）を決めた場合も、プリスキャンで駆動対象がゼロ位置から移動してしまうことがなく、初動から最良な駆動を実現できる。
【００２５】
ただし、駆動対象を駆動させずにプリスキャンを行った場合には、得られる圧電アクチュエータの駆動特性は、実際に駆動対象を駆動した場合に較べて駆動可能周波数範囲が狭くなっている。そこで、駆動制御手段において駆動信号を決定する際には、駆動制御手段は、プリスキャンで得られた圧電アクチュエータの駆動特性を所定の相関関係を用いて、駆動対象を駆動した場合の圧電アクチュエータの駆動特性に換算して駆動信号を決定することが望ましい。なお、所定の相関関係は予めシミュレーションや実験などにより求められる。
【００２６】
本発明では、駆動制御手段は、複数の圧電アクチュエータを駆動可能に構成され、各圧電素子へ供給する駆動信号を制御して、各圧電素子の消費電流が最大となるタイミングをずらすことが望ましい。
この発明によれば、複数の圧電アクチュエータを駆動する場合には、駆動制御手段が、各圧電素子の消費電流が最大となるタイミングをそれぞれずらして駆動信号を供給するので、各圧電素子（圧電アクチュエータ）の消費電流を加算して得られるシステム全体の消費電流値の最大値を抑えることができる。このため、システムの消費電流が規格値を超えることで生じるシステムダウンを回避でき、かつ、回路構成の複雑化、大型化を防止できて、コストも低減できる。
【００２７】
この際、いずれか一つの圧電アクチュエータの消費電流が最大となるタイミングでは、残りの圧電アクチュエータの駆動信号を停止、または、駆動信号の周波数スイープを停止し、停止時の周波数を保持することが望ましい。
この発明においても、一つの圧電アクチュエータの消費電流が最大となるタイミングでは、残りの圧電アクチュエータの駆動信号を停止、または、駆動信号の周波数スイープを停止することで、それらの圧電アクチュエータの消費電流が増大することを防止でき、システム全体の消費電流値の最大値を抑えることができる。
また、駆動信号の停止時や周波数スイープの停止時の周波数を保持しているので、それらの停止が解除された際には停止前の周波数から周波数スイープを再開でき、他の圧電アクチュエータの動作をスムーズに再開できる。
【００２８】
本発明の電子機器は、所定の周波数の駆動信号圧電素子に与えられることで振動する振動体及びこの振動体に設けられるとともに駆動対象に当接される当接部を有する圧電アクチュエータと、前述の圧電アクチュエータの駆動装置とを備えたことを特徴とする。
この発明によれば、電子機器が前述の圧電アクチュエータの駆動装置を備えているので、前述の圧電アクチュエータの駆動装置の効果と同様の効果が得られる。つまり、圧電アクチュエータの駆動装置が、プリスキャンを行う駆動制御手段を備えているので、例えば周囲の温度や負荷等の影響で共振周波数が変動しても、その駆動環境に応じた駆動信号が決定可能となる。したがって、常に圧電アクチュエータを良好に駆動できる駆動信号が決定されるから、圧電アクチュエータの駆動効率が良好となる。これにより電子機器の駆動効率も良好となる。
【００２９】
本発明の圧電アクチュエータの駆動装置の制御プログラムは、所定の周波数の駆動信号が圧電素子に与えられることで振動する振動体と、この振動体に設けられるとともに駆動対象に当接される当接部とを備えた圧電アクチュエータにおける圧電素子へ駆動信号を供給する圧電アクチュエータの駆動装置の制御プログラムであって、駆動装置に組み込まれたコンピュータに、前述の各圧電アクチュエータの駆動方法を実行させることを特徴とする。
例えば、駆動装置に組み込まれたコンピュータに、圧電アクチュエータの駆動周波数を変化させて圧電アクチュエータを駆動し、各駆動周波数に対する圧電アクチュエータの駆動特性を得るプリスキャン工程と、プリスキャン工程で得られた圧電アクチュエータの駆動特性に基づいて、圧電アクチュエータの駆動信号を決定する駆動信号決定工程と、駆動信号決定工程で決定された駆動信号により圧電アクチュエータを駆動する駆動制御工程とを実行させるなど、各駆動方法を実行させればよい。
【００３０】
また、本発明の記録媒体は、前述の圧電アクチュエータの駆動装置の制御プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。
【００３１】
これらの各発明においても、圧電アクチュエータを駆動する際に、プリスキャン工程を実行するので、例えば周囲の温度や負荷等の影響で共振周波数が変動しても、その駆動環境に応じた駆動信号が決定可能となる。したがって、常に圧電アクチュエータを良好に駆動できる駆動信号が決定されるから、圧電アクチュエータの駆動効率が良好となる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、圧電アクチュエータを駆動する際に、プリスキャン工程を行うので、例えば周囲の温度や負荷等の影響で共振周波数が変動しても、その駆動環境に応じた駆動信号が決定可能となり、圧電アクチュエータの駆動効率が良好となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明の各実施形態を図面に基づいて説明する。なお、後述する第二実施形態で、以下に説明する第一実施形態での構成部品と同じ部品および同様な機能を有する部品には同一符号を付し、説明を簡単にあるいは省略する。
【００３４】
［第一実施形態］
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。本実施形態は、カメラのレンズユニットの駆動に圧電アクチュエータを用いたものである。
レンズユニット１０は、電子機器としてのカメラに搭載され、または、カメラと一体に製造され、利用されるものである。
また、このカメラは、レンズユニット１０の他、このレンズユニット１０を構成するレンズ３０，４０，５０によって結像される像を記録する記録媒体と、各レンズ３０，４０，５０を駆動する駆動ユニット１と、これら全てが収納されるケースとを備えている。ただし、カメラ，記憶媒体，およびケースの図示は省略してある。
図１は、レンズユニット１０を右上方から見た斜視図であり、図２は、レンズユニット１０を左上方から見た斜視図である。図３（Ａ）、（Ｂ）は、カム部材６０の動作図であり、図４（Ａ）、（Ｂ）は、カム部材７０の動作図である。図５は、カム部材６０を駆動する振動体６６の拡大斜視図である。
【００３５】
図１ないし図５において、レンズユニット１０は、全体略角筒状の筐体２０と、被駆動体としての第１レンズ３０，第２レンズ４０，および第３レンズ５０と、第２レンズ４０，および第３レンズ５０を進退駆動するカム部材６０と、第１レンズ３０を進退駆動するカム部材７０と、カム部材６０を回動駆動する圧電アクチュエータとしての振動体６６と、カム部材７０を回動駆動する圧電アクチュエータとしての振動体７６とを備えている。そして、これらのうち、カム部材６０，７０および振動体６６，７６により、各レンズ３０，４０，５０を駆動するための駆動ユニット１が構成されている。以下には、各構成について具体的に述べる。
【００３６】
筐体２０は、正面から背面に向かって棒状の案内軸２１が平行に２本設置されている。この案内軸２１は、レンズ３０，４０，５０が進退駆動されるのを案内する部材であり、レンズ３０，４０，５０を進退方向（光軸方向）に貫通している。また、この案内軸２１は、レンズ３０，４０，５０が前後に倒れるのを防止する役目を担っている。
さらに、筐体２０の両側の側部２２には、長孔形状の開口部２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃが設けられ、これらの開口部２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃは、レンズ３０，４０，５０に設けられたカム棒３１，４１，５１が十分動ける大きさに形成されている。
【００３７】
第１レンズ３０は、筐体２０の内部に配置されると同時に、筐体２０の開口部２３Ｃ内に位置するカム棒３１を備えている。第２レンズ４０は、筐体２０の内部に設置されると同時に、筐体２０の開口部２３Ｂ内に位置するカム棒４１を備えている。第３レンズ５０も同様に、筐体２０の内部に配置されると同時に、筐体２０の開口部２３Ａ内に位置するカム棒５１を備えている。
【００３８】
これらの第１〜第３レンズ３０，４０，５０は、中央の集光部３２，４２，および図示しない第３レンズ５０の集光部とその周囲の枠取付部３３，４３，および図示しない第３レンズ５０の枠取付部とが、レンズ材料で一体に形成されたものであり、これらを保持する保持枠３４，４４，５４を備えている。そして、この保持枠３４，４４，５４に、前述のカム棒３１，４１，５１が設けられている。
【００３９】
なお、第１レンズ３０はフォーカスレンズであり、第２レンズ４０，第３レンズ５０はズームレンズである。また、第３レンズ５０は、ズームレンズに限らず、フォーカスレンズであってもよい。その場合、各レンズ３０，４０，５０の構成や、各レンズ３０，４０，５０の光学特性を適宜設定することで、レンズユニット１０をフォーカスレンズ用ユニットとして利用可能である。
【００４０】
そして、第２レンズ４０は、凹レンズおよび凸レンズを組み合わせた構成となっているが、各レンズ３０，４０，５０の構造等もその目的を考慮して任意に決められてもよい。
さらに、レンズ３０，４０，５０は、本実施例では、集光部３２，４２，および第３レンズ５０の集光部と枠取付部３３，４３，および第３レンズ５０の枠取付部とがレンズ材料で一体に形成されていたが、集光部３２，４２，および第３レンズ５０の集光部のみをレンズ材料で形成し、枠取付部３３，４３，および第３レンズ５０の枠取付部側を別材料で保持枠３４，４４，５４と一体に形成してもよい。また集光部３２，４２，および第３レンズ５０の集光部、枠取付部３３，４３，および第３レンズ５０の枠取付部、ならびに保持枠３４，４４，５４が一体のレンズ材で構成されていてもよい
【００４１】
カム部材６０，７０は、筐体２０の両側にある外面部２５Ａ，２５Ｂと、この外面部２５Ａ，２５Ｂの外側にそれぞれ３本の足部２６により固定されたカバー部材１０Ａとの間に設置されている。
【００４２】
カム部材６０は、回動軸６１を有する略扇状の形状をしており、筐体２０の外面部２５Ａに対して、回動軸６１を回動中心として回動自在に支持されている。また、カム部材６０の面状部分には、駆動用案内部としての２つのカム溝６２Ａ，６２Ｂが形成されている。このカム溝６２Ａ，６２Ｂは、略円弧状に形成されており、カム溝６２Ｂには第２レンズ４０のカム棒４１が係合し、カム溝６２Ａには第３レンズ５０のカム棒５１が係合し、これによりカム部材６０が回動すると、カム棒５１，４１がカム溝６２Ａ，６２Ｂに誘導され、これらカム溝６２Ａ，６２Ｂの形状に応じたスピードおよび移動範囲で動き、第３レンズ５０、第２レンズ４０が進退する。
【００４３】
カム部材７０は、回動軸７１を有する略レバー状の形状をしており、筐体２０の外面部２５Ｂに対して、回動軸７１を回動中心として回動自在に支持されている。また、カム部材７０の面状部分には、駆動用案内部としての１つのカム溝６２Ｃが形成されている。このカム溝６２Ｃは、略円弧状に形成されており、カム溝６２Ｃには第１レンズ３０のカム棒３１が係合し、これによりカム部材６０が回動すると、カム棒３１がカム溝６２Ｃに誘導され、これらカム溝６２Ｃの形状に応じたスピードおよび移動範囲で動き、第１レンズ３０が進退する。
【００４４】
これらのカム部材６０，７０において、回動軸６１，７１の外周面には、回動軸６１，７１に略直交する平面内で振動する振動体６６，７６が当接されている。この際、回動軸６１，７１に対する振動体６６，７６の当接方向は特に限定されず、回動軸６１，７１を回動させることができる方向であればよい。
また、カム部材６０，７０の面状部分に開口を設け、この開口内に振動体６６，７６を配置し、回動軸６１，７１の外周面に振動体６６，７６を当接してもよい。この場合、開口の大きさは、カム部材６０，７０が回動しても、振動体６６，７６と接触しない大きさを有する。そして、この場合の振動体６６，７６の支持は、筐体２０の外面部２５Ａ，２５Ｂ又はカバー部材１０Ａのどちら側であってもかまわない。
また、回動軸６１，７１の外周面においては、特に振動体６６，７６の当接部分は、摩耗を防ぐために、凹凸無く仕上げられている。振動体６６，７６の当接部分の外径は、大きければ大きいほどよく、このことで振動数に対する回動角度が少なくなるため、レンズ３０，４０，５０を微細に駆動可能となる。そして、回動軸６１，７１の外径形状は、当接部分のみが円弧で、それ以外の面は特に円弧でなくてもよい。
【００４５】
振動体６６は、図５に示すように、略矩形平板状に形成された補強板８１と、この補強板８１の表裏両面に設けられた略矩形平板状の圧電素子８２とを備えている。
補強板８１は、その長手方向の両端の短辺略中央に凹部が形成され、この凹部に略楕円形状の凸部材８１Ａが配置されている。これらの凸部材８１Ａは、セラミックスなどの高剛性の任意の材料で構成され、その略半分が補強板８１の凹部内に配置され、残りの略半分は、補強板８１の短辺から突出して配置されている。これらの凸部材８１Ａのうち、一方の凸部材８１Ａ先端が当接回動軸６１の外周面に当接されている。
補強板８１の長手方向略中央には、幅方向両側に突出する腕部８１Ｂが一体的に形成されている。腕部８１Ｂは、補強板８１からほぼ直角に突出しており、これらの端部がそれぞれ図示しないビスによってカバー部材１０Ａに固定されている。
このような補強板８１は、ステンレス鋼、その他の材料から形成されている。特に、時計のゼンマイなどに用いられる材料のように、温度変化が生じた場合でも、縦弾性係数及び横弾性係数の変化が小さい材料を用いることが好ましい。例えば、株式会社エスアイアイ・マイクロパーツ社のSPRON200（SPRONは株式会社エスアイアイ・マイクロパーツ社の
登録商標）等が利用できる。
【００４６】
補強板８１の両面の略矩形状部分に接着された圧電素子８２は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、水晶、ニオブ酸リチウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、メタニオブ酸鉛、ポリフッ化ビニリデン、亜鉛ニオブ酸鉛、スカンジウムニオブ酸鉛等の材料の中から、適宜選択した材料により形成されている。
また、圧電素子８２の両面には、ニッケルめっき層および金めっき層などが形成されて電極が形成されている。この電極は、切欠溝によって互いに電気的に絶縁された複数の電極が長手方向に沿った中心線を軸として線対称に形成されている。つまり、圧電素子８２を幅方向にほぼ三等分するように二本の溝８３Ａが形成され、これらの溝８３Ａで分割された三つの電極のうち、両側の電極ではさらに長手方向をほぼ二等分するように溝８３Ｂが形成されている。
これらの溝８３Ａ，８３Ｂにより、圧電素子８２の表面には５つの電極８２Ａ，８２Ｂ，８２Ｃ，８２Ｄ，８２Ｅが形成される。そして、これらの電極８２Ａ〜８２Ｅのうち、対角線上両端に位置する電極８２Ａおよび電極８２Ｅをつなぐリード線と、電極８２Ｂおよび電極８２Ｄをつなぐリード線と、電極８２Ｃに接続されたリード線とは、印加装置に接続されている。
なお、これらの電極８２Ａ〜８２Ｅは、補強板８１を挟む表裏両方の圧電素子８２に同様に設けられており、例えば電極８２Ａの裏面側には電極８２Ａが形成されている。また、図５において、リード線、ビス、および印加装置の図示は省略してある。さらに、振動体７６については、振動体６６と同様な構成であり、振動体６６を説明することで理解できるため、ここでの説明を省略する。
【００４７】
このように形成された圧電素子８２は、表面の電極８２Ａ〜８２Ｅのうち、所定の電極を選択して、印加装置により電圧を印加することにより、振動体６６の長手方向に沿った往復振動である縦振動と、補強板８１の幅方向に振動する屈曲振動とを振動体６６に生じさせることができ、凸部材８１Ａが縦振動と屈曲振動とを組み合わせた混合振動モードにより楕円軌道を描いて振動する。
また、圧電素子８２に印加する電圧の電極を適宜切り替えることにより、振動体６６を振動させると、回動軸６１の回動方向を正転および逆転させることができる。
【００４８】
例えば、電極８２Ａ，８２Ｃ，８２Ｅを導通させ、これらの電極８２Ａ，８２Ｃ，８２Ｅとグランド（ここでは補強板８１）との間に電圧を印加した時の回転方向を正転とすれば、電極８２Ｂ，８２Ｃ，８２Ｄを導通させ、これらとグランドとの間に電圧を印加すると回動軸６１の回転方向が逆転するのである。
ここで、圧電素子８２に印加する電圧の周波数は、補強板８１の振動時に縦振動共振点の近くに屈曲共振点が現れて、凸部材８１Ａが良好な楕円軌道を描くように設定される。また、圧電素子８２の寸法や、厚さ、材質、縦横比、電極の分割形態などは、圧電素子８２に電圧が印加された時に、凸部材８１Ａが良好な楕円軌道を描きやすいように適宜決定される。
なお、振動体６６に印加される交流電圧の波形は特に限定されず、例えばサイン波、矩形状波、台形波などが採用できる。
【００４９】
次に、振動体６６に電圧を印加する印加装置である駆動装置８４の構成を図６に基づいて説明する。
図６において、駆動装置８４は、振動体６６の圧電素子８２に対して駆動信号を出力する駆動回路８７と、電流検出用基準電圧を出力する定電圧回路８５と、振動体６６（圧電素子８２）の消費電流を検出して電圧値に変換すると共に、この電圧値を定電圧回路８５から出力される電流検出用基準電圧と比較して比較結果信号を出力する電流検出回路８９と、電流検出回路８９からの比較結果信号に基づいて出力電圧を調整する電圧調整回路８６と、この電圧調整回路８６で出力された電圧に対応して駆動回路８７に出力する信号の周波数を調整する可変周波数発振器（ＶＣＯ）８８とを備えている。そして、駆動回路８７は、可変周波数発振器８８から入力される信号の周波数に応じた駆動信号を圧電素子８２に対して出力している。
【００５０】
ここで、本実施形態では、駆動回路８７、可変周波数発振器８８及び電圧調整回路８６を備えて振動体６６に供給する駆動信号の周波数を制御する駆動制御手段が構成される。そして、この駆動制御手段と、定電圧回路８５と、電流検出回路８９とを備えて周波数制御手段が構成される。
なお、電流検出回路８９は、消費電流に基づく電圧値が電流検出用基準電圧以上である場合、つまり消費電流値が基準値以上である場合にはＨレベルの比較結果信号を出力し、消費電流値が基準値未満である場合にはＬレベルの比較結果信号を出力するように設定されている。
また、圧電素子８２つまりは振動体６６の消費電流は、駆動回路８７から出力される駆動信号の電流によって検出すればよい。
【００５１】
ここで、電流検出用基準電圧は、振動体６６が効率的に回転軸６１を駆動できる消費電流に相当する電圧に設定されている。
図７には、圧電素子８２を振動させた場合の駆動信号の振動周波数と消費電流Ｉ（図７中実線）および回動軸６１の回転数Ｎ（図７中点線）との関係が示されている。この図７に示されるように、駆動信号の振動周波数を増加させていくと、縦一次振動の共振点Ａの直前で、急激に消費電流Ｉが増加し、縦一次振動の共振点Ａにおいて最大となり、その後振動周波数が増加するに従ってなだらかに減少していく。一方、回転軸６１の回転数Ｎは、やはり共振点Ａ近傍（共振点Ａにおける振動周波数よりも高い振動周波数）で最高となり、その後振動周波数が増加するに従って減少する。つまり、消費電流Ｉが所定値以上となる振動周波数範囲において、回転軸６１の回転数Ｎも所定値以上の高い回転数が得られ、駆動効率が良好となることが分かる。したがって、本実施形態では、所定の回転数Ｎが得られる振動周波数における消費電流Ｉの所定値Ｉ0を設定し、電流検出用基準電圧をこの消費電流Ｉの所定値Ｉ0に基づく電圧値に設定している。なお、この電流検出用基準電圧は、予め実験やシミュレーションなどにより設定しておけばよい。
【００５２】
電圧調整回路８６は、出力する電圧を所定範囲内で増減させるとともに、電流検出回路８９からの比較結果信号に基づいてスイープ駆動する駆動周波数範囲を設定するように構成されている。この電圧調整回路８６の構成の一例を図８に示す。
電圧調整回路８６は、可変周波数発振器８８に出力する電圧を調整する電圧調整部８６１と、複数の周波数のクロック信号（基準信号）を出力可能な基準信号発振器としてのクロック回路８６２と、このクロック回路８６２で出力されるクロック信号に対応して電圧調整部８６１へ信号を出力する制御回路８６３とを備える。
【００５３】
電圧調整部８６１は、アップダウンカウンタ（ＵＤカウンタ）８６４と、このＵＤカウンタ８６４から出力されたデジタル信号をアナログ信号に変換するデジタル／アナログ変換器（Ｄ／Ａ変換器）８６５とを備えている。
制御回路８６３は、ＵＤカウンタ８６４のカウンタ値を、電流検出回路８９で設定された駆動周波数範囲に基づいて設定された範囲内で増減するように制御する。この増減パターンは、予め設定しておいてもよいし、圧電素子８２の駆動状態などに応じて予め登録された複数のパターンから選択してもよい。なお、増減パターンとしては、前記ＵＤカウンタ８６４の最大値から最小値までカウンタ値を順次ダウンし、最小値に達したら再度最大値に戻すダウンパターンと、前記ＵＤカウンタ８６４の最小値から最大値までカウンタ値を順次アップし、最大値に達したら再度最小値に戻すアップパターンと、前記ＵＤカウンタ８６４の最大値から最小値までカウンタ値をダウンし、最小値に達したら最大値までカウンタ値をアップし、最大値に達したら最小値までカウンタ値をダウンする往復パターンとが適宜設定される。
【００５４】
さらに、制御回路８６３は、圧電素子８２への駆動周波数を変化させて各駆動周波数に対する消費電流Ｉを検出し、振動体６６の駆動特性を得るプリスキャンを行う。制御回路８６３は、プリスキャンによって駆動周波数範囲を設定する駆動周波数設定手段８６６を備えている。駆動周波数設定手段８６６は、プリスキャン時の電流検出回路８９からの比較結果信号に基づいて、駆動周波数範囲の上限値と下限値とを決定し、これにより駆動周波数範囲を設定する。具体的には、制御回路８６３が駆動周波数を小さい値から次第に増加させてプリスキャンを行った場合には、駆動周波数設定手段８６６は、電流検出回路８９からの比較結果信号がＬレベルからＨレベルに切り替わった時の駆動周波数を駆動周波数範囲の下限値に設定する。また、駆動周波数設定手段８６６は、電流検出回路８９からの比較結果信号がＨレベルからＬレベルに切り替わったときの駆動周波数を駆動周波数範囲の上限値に設定する。
【００５５】
ＵＤカウンタ８６４は、１０ビットあるいは１２ビット程度のカウンタが利用でき、ＵＤカウンタ８６４のダウン入力あるいはアップ入力に制御回路８６３からパルス信号を入力することで、その信号を計数してカウンタ値を変更するものである。なお、ＵＤカウンタ８６４のビット数はスイープする周波数幅に応じて選択すればよい。すなわち、分解能（カウンタ値が１変化した際の周波数の変化量）を０．０１〜０．２５kHz程度にし、スイープ周波数幅を５０〜１００kHz程度にした場合には、１０〜１２ビット程度のカウンタを用いる必要があるが、スイープ周波数幅がより小さければ、よりビット数の小さなカウンタ、例えば８〜９ビットのカウンタを利用することもできる。
Ｄ／Ａ変換器８６５は、内部にＵＤカウンタ８６４のカウンタ値に応じた周波数制御電圧値が設定されている。そして、このＤ／Ａ変換器８６５は、ＵＤカウンタ８６４から出力されるカウンタ値を入力すると、このカウンタ値に応じた周波数制御電圧値に相当する周波数制御電圧を可変周波数発振器８８に出力する。
可変周波数発振器８８は、Ｄ／Ａ変換器８６５から出力される電圧に応じた周波数信号を駆動回路８７に出力し、駆動回路８７は入力された信号の周波数に応じた周波数の駆動信号を圧電素子８２に出力する。このため、ＵＤカウンタ８６４のカウンタ値によって駆動信号の周波数が設定され、かつ、ＵＤカウンタ８６４のカウンタ値の変化速度つまりは制御回路８６３が利用するクロック信号の周波数によって駆動信号の周波数のスイープ速度が設定されることになる。
【００５６】
従って、電圧調整回路８６は、可変周波数発振器８８および駆動回路８７を介して圧電素子８２に供給する駆動信号の周波数をスイープ（増減）させる周波数スイープ（増減）制御機能と、電流検出回路８９から出力された比較結果信号に基づいて圧電素子８２に供給する駆動信号を所定の駆動周波数範囲として決定する駆動信号決定機能とを備えている。従って、本実施形態では、周波数制御手段のうち、主に電圧調整回路８６により、駆動信号の周波数の増減を制御する周波数増減制御手段が構成される。
【００５７】
次に、駆動装置８４を用いた振動体６６，７６の駆動方法について説明する。
図９に示すように、駆動装置８４の電源を投入あるいは駆動開始を指示すると、駆動装置８４は、圧電素子８２に出力する駆動信号としての駆動周波数範囲を決定するためのプリスキャン処理を行う（ステップＳ１、プリスキャン工程）。
図１０および図１１には、プリスキャン処理のフローチャートが示されている。これらの図１０および図１１に示されるように、まず、駆動装置８４は、プリスキャンのための周波数スイープを開始する（ステップＳ１１）。なお、本実施形態では、周波数スイープの方向、初期周波数、スイープ速度などは、電圧調整回路８６に予め設定されている。例えば、スイープ方向はＤＯＷＮ（駆動信号の周波数をダウンさせる方向）、スイープ速度は予め設定された速度（例えば1kHz/sec）とされている。また、駆動開始時の駆動信号周波数は、プリスキャン周波数範囲の上限値ｆmaxとされている。ここで、このプリスキャン周波数範囲は、前述の図７に示されるように、振動体６６，７６が回転軸６１，７１を駆動可能な周波数範囲に設定され、周囲の温度変化や振動体６６，７６の経時変化などの影響による駆動可能な周波数範囲の変動をも勘案した変動幅もが含まれるように設定されている。
このような設定により、プリスキャン処理における駆動信号の周波数は、プリスキャン周波数範囲の上限値ｆmaxから下限値ｆminに向かって、前記スイープ速度に応じて周波数が順次減少することになる。
【００５８】
この駆動信号の周波数制御による周波数スイープは、具体的には、次のようにして行われる。すなわち、制御回路８６３は、ＵＤカウンタ８６４のカウンタ値をプリスキャン周波数範囲の上限値ｆmaxに対応する値に設定し、その後、クロック回路８６２からのクロック信号に基づいて、ＵＤカウンタ８６４のダウン入力にパルス信号を入力してＵＤカウンタ８６４のカウンタ値をダウンさせる。
Ｄ／Ａ変換器８６５からはＵＤカウンタ８６４のカウント値に応じた電圧が出力されるので、ＵＤカウンタ８６４のカウンタ値が減少すれば、Ｄ／Ａ変換器８６５から出力される電圧も順次減少する。
そして、その電圧値に対応した周波数の信号が可変周波数発振器８８から出力され、この周波数に応じた駆動信号が駆動回路８７から出力されて圧電素子８２が駆動（励振）される（ステップＳ１２）。
【００５９】
ここで、圧電素子８２に印加される駆動信号の電圧値は、回転軸６１，７１が非動作（非回転）となる電圧値（例えば３Ｖ）に設定されている。したがって、圧電素子８２の凸部材８１Ａは回転軸６１，７１にそれぞれ当接されて所定の付勢力で付勢されており、圧電素子８２の振動により振動体６６，７６は振動するが、回転軸６１，７１を駆動するだけの駆動力が発生しないため、回転軸６１，７１は回転せず停止したままとなる。
【００６０】
電流検出回路８９は、駆動回路８７から出力される駆動信号の電流をモニタすることにより、圧電素子８２（振動体６６，７６）の消費電流をモニタする（ステップＳ１３）。そして、電流検出回路８９は、その消費電流値と基準値とを比較する（ステップＳ１４）。なお、この比較処理は、実際には消費電流を電圧値に変換し、定電圧回路８５から出力電流検出用基準電圧と比較して行われる。
ステップＳ１４において、電流検出回路８９は、消費電流値が基準値以上であれば、Ｈレベルの比較結果信号を出力する（ステップＳ１７）。一方、電流検出回路８９は、消費電流値が基準値未満であれば、Ｌレベルの比較結果信号を出力する（ステップＳ１５）。Ｌレベルの比較結果信号が出力された場合には、電圧調整回路８６は、Ｈレベルの比較検出信号が出力されるまでスイープ処理を継続し（ステップＳ１６）、駆動周波数を順次減少させていく。
【００６１】
電流検出回路８９からＨレベルの比較結果信号が出力された場合には、比較結果信号がＬレベルからＨレベルに切り替わるので、制御回路８６３の駆動周波数設定手段８６６は、この時の駆動周波数を駆動周波数範囲の上限値ｆB（図７参照）として記憶する（ステップＳ１８）。
その後、電圧調整回路８６は、スイープ処理を継続し（ステップＳ１９）、電流検出回路８９は、再び消費電流値と基準値とを比較する（ステップＳ２０）。ステップＳ２０において電流検出回路８９は、前述のステップＳ１４と同様に、消費電流値が基準値以上であれば、Ｈレベルの比較結果信号を出力する（ステップＳ２１）。一方電流検出回路８９は、消費電流値が基準値未満であれば、Ｌレベルの比較結果信号を出力する（ステップＳ２２）。ここでは、ステップＳ１７で比較結果信号がＨレベルとなっており、消費電流値が基準値未満となるまで、Ｈレベルの比較結果信号が出力されることとなる。したがって、ステップＳ２１でＨレベルの比較結果信号が出力された場合には、電圧調整回路８６は、Ｌレベルの比較検出信号が出力されるまでスイープ処理を継続し（ステップＳ１９）、駆動周波数を順次減少させる。
【００６２】
ステップＳ２２においてＬレベルの比較結果信号が出力された場合には、比較結果信号がＨレベルからＬレベルに切り替わるので、制御回路８６３の駆動周波数設定手段８６６は、この時の駆動周波数を駆動周波数範囲の下限値ｆA（図７参照）として記憶する（ステップＳ２３）。
以上のステップにより、駆動周波数範囲の上限値ｆBと下限値ｆAとが決定される。
【００６３】
次に、電圧調整回路８６は、駆動周波数範囲の上限値ｆBと下限値ｆAとの決定が、回転軸６１，７１の両回転について取得されたか否かを判断する（ステップＳ２４）。まだ片回転についてのみしか取得していない場合には、回転軸６１，７１の回転駆動方向を変更する（ステップＳ２５）。具体的には、振動体６６，７６の圧電素子８２において駆動信号を印加する電極を、長手方向に沿った中心線に対して線対称に切り替える。例えば、電極８２Ａ，８２Ｃ，８２Ｅに駆動信号を印加して振動体６６，７６を駆動したのであれば、回転駆動方向を変更するには、電極８２Ｂ，８２Ｃ，８２Ｄに駆動信号を印加すればよい。このようにすれば、屈曲二次振動の振動方向が逆向きとなることにより、凸部材８１Ａが逆向きの略楕円軌跡を描いて振動し、振動体６６，７６は、回転軸６１，７１を逆向きに回転させる駆動力を発生する。
振動体６６，７６の駆動の回転方向を切り替えた後は、ステップＳ１１に戻って前述の周波数スイープを行い、逆向きの回転駆動の場合についても、駆動周波数範囲の上限値ｆBおよび下限値ｆAを取得する（ステップＳ１１〜ステップＳ２３）。
【００６４】
ステップＳ２３において、両回転方向について駆動周波数範囲の上限値ｆBおよび下限値ｆAが取得できた場合には、駆動周波数設定手段８６６は、両回転方向について駆動周波数範囲を設定する（ステップＳ２６）。つまり、駆動周波数設定手段８６６は、駆動周波数範囲を、上限値ｆBおよび下限値ｆAとの間の範囲に設定する（駆動信号設定工程）。したがって、駆動周波数範囲は、前述の図７に示されるような下限値ｆAから上限値ｆBまでの駆動周波数の範囲となる。
【００６５】
ただし、この駆動周波数は、振動体６６，７６が回転軸６１，７１を回転させない電圧値で駆動され設定されたものであるため、ステップＳ２６では、この駆動周波数範囲を振動体６６，７６に実際に印加される電圧値（例えば６Ｖ〜９Ｖ）における駆動周波数範囲に換算する必要がある。
図１２には、圧電素子８２に供給する駆動信号の電圧値が異なる場合の駆動周波数と消費電流との関係が示されている。この図１２より、駆動信号の電圧値が増加すると、消費電流が検出される駆動周波数範囲は広がっていることがわかる。そして駆動周波数範囲の上限値および下限値は、圧電素子８２に供給する駆動信号の電圧値の増加割合にほぼ比例していることがわかる。そこで、駆動周波数設定手段８６６は、プリスキャンにより得られた駆動周波数範囲の上限値ｆBおよび下限値ｆAをこの相関関係を用いて実際の電圧値における駆動周波数範囲に換算する。
駆動周波数範囲が設定されたら、電圧調整回路８６はプリスキャン処理を終了する。
【００６６】
図９に戻って、プリスキャン処理（ステップＳ１）が終了すると、駆動装置８４は、次に、プリスキャン処理（ステップＳ１）で設定された駆動周波数範囲内で周波数スイープを開始する（ステップＳ２、駆動制御工程）。
なお、本実施形態では、周波数スイープの方向、速度などは、電圧調整回路８６に予め設定されている。例えば、スイープ方向はＤＯＷＮ（駆動信号の周波数をダウンさせる方向）、スイープ速度は予め設定された速度（例えば１kHz/sec）とされている。また、駆動開始時の駆動信号周波数はプリスキャン処理（ステップＳ１）で決定され、駆動周波数範囲の上限値ｆBに設定されている。従って、駆動信号の周波数は、駆動周波数範囲の上限値ｆBから下限値ｆAに向かって、前記スイープ速度に応じて周波数が順次減少することになる。
この駆動信号の周波数制御による周波数スイープは、前述のプリスキャン処理における周波数スイープ（ステップＳ１２）と同様に行われる。
なお、駆動信号の周波数のスイープ速度は、プリスキャン処理時および実駆動時で同じ速度にしてもよいし、別の速度に設定してもよい。
【００６７】
周波数スイープ（ステップＳ３）が終了すると、図９に示すように、駆動信号周波数初期化処理（ステップＳ４）が実行される。
駆動信号周波数初期化処理（ステップＳ４）では、図１３に示すように、電圧調整回路８６の制御回路８６３がスイープ方向の設定を確認する（ステップＳ４１）。スイープ方向がＤＯＷＮ方向であれば、制御回路８６３は駆動周波数が所定の周波数範囲内の下限値（ｆA）であるか否かを判断する（ステップＳ４２）。具体的には、駆動信号の周波数は、ＵＤカウンタ８６４のカウンタ値に対応しているので、制御回路８６３は、ＵＤカウンタ８６４のカウンタ値を確認して駆動周波数が下限値であるか否かを判断する。
そして、スイープ方向がＤＯＷＮであり、かつ、駆動周波数が下限値であれば、制御回路８６３は駆動周波数を上限値（ｆB）に変更する（ステップＳ４３）。具体的には、制御回路８６３はＵＤカウンタ８６４のカウンタ値を、駆動周波数の上限値に対応するカウンタ値に変更する。
一方、ステップＳ４２において、駆動周波数が下限値となっていなければ、周波数の初期化処理を行わずに駆動信号周波数初期化処理（ステップＳ４）を終了する。
【００６８】
なお、本実施形態では、スイープ方向がＤＯＷＮ方向に設定されていたが、仮にＵＰ方向に設定されていた場合には、ステップＳ４１において「Ｎｏ」となるため、制御回路８６３は駆動周波数が所定の周波数範囲内の上限値（ｆB）であるか否かを判断する（ステップＳ４４）。具体的には、制御回路８６３は、ＵＤカウンタ８６４のカウンタ値を確認して駆動周波数が上限値であるか否かを判断する。
そして、スイープ方向がＵＰであり、かつ、駆動周波数が上限値であれば、制御回路８６３は駆動周波数を下限値（ｆA）に変更する（ステップＳ４５）。具体的には、制御回路８６３はＵＤカウンタ８６４のカウンタ値を、駆動周波数範囲の下限値に対応するカウンタ値に変更する。
また、ステップＳ４４において、駆動周波数が上限値となっていなければ、周波数の初期化処理を行わずに駆動信号周波数初期化処理（ステップＳ４）を終了する。
【００６９】
駆動信号周波数初期化処理（ステップＳ４）が終了すると、図９に示すように、電源切断または駆動停止が指示されたか否かを判断する（ステップＳ５）。ステップＳ５で「Ｎｏ」と判断されれば、ステップＳ２〜ステップＳ４の処理を繰り返す。これにより、振動体６６，７６は駆動周波数範囲内で常に駆動周波数がスイープしながら駆動されるスイープ駆動となる（駆動制御工程）。
一方、ステップＳ５で「Ｙｅｓ」と判断されれば、駆動制御を終了する。
【００７０】
以上のような第一実施形態によれば、次のような効果が得られる。
(１) 駆動装置８４が、電源投入時あるいは駆動開始が指示された時にプリスキャン処理を行うので、実際に振動体６６，７６を使用する時の駆動周波数に対する振動体６６，７６の駆動特性を得ることができる。そして、駆動周波数設定手段８６６がプリスキャン時の消費電流値に基づいて駆動周波数範囲を設定するので、プリスキャン時の周囲の温度や、摩耗などの経時変化による駆動状態の変動などを勘案して駆動周波数範囲を設定できるので、振動体６６，７６をより確実に高効率で振動させることができ、回転軸６１，７１を高効率かつ高速度で駆動できる。また、プリスキャン処理を行って駆動周波数範囲を設定するので、振動体６６，７６の製造時の共振周波数のばらつきによる効率の低下を防止できる。
【００７１】
図１４には、振動体６６，７６をスイープ駆動させた場合の回転軸６１，７１の回転数が示されている。まず、図１４(Ａ)に示されるように、従来温度変化や負荷の変化等を考慮して駆動周波数範囲が設定されている場合には、その駆動周波数範囲内で可変周波数発振器（ＶＣＯ）８８が入力電圧をスイープさせる。この際、回転軸６１，７１を効率的に回転させることができる周波数範囲はスイープ周波数範囲の一部となるため、回転軸６１，７１の回転数は、スイープ周波数範囲内の一部で回転数が高くなる。これにより、回転軸６１，７１の平均回転数Ｎm0は、比較的低い値となる。
【００７２】
これに対して本実施形態では、図１４(Ｂ)に示されるように、プリスキャンで得た振動体６６，７６の駆動特性に基づいて駆動周波数範囲が設定されるので、駆動周波数範囲を従来の駆動周波数範囲よりも小さくできる。したがって、スイープ周波数範囲内で回転軸６１，７１を駆動できる範囲が広くなるため、平均回転数Ｎm1も大きくなる。このように、本実施形態では、電源投入時あるいは駆動開始が指示される毎に、プリスキャンによって駆動周波数範囲を設定するので、より効率的な駆動が実現できることがわかる。
【００７３】
(２) 駆動装置８４が、駆動周波数を所定範囲内でスイープさせるスイープ駆動を行うので、振動体６６，７６の駆動中に周囲の温度変化などによって振動体６６，７６の共振周波数が変動した場合でも、振動体６６，７６を確実に駆動できる。したがって、外部環境の影響を最小限に抑制でき、これによっても振動体６６，７６の駆動効率を向上させることができる。また、駆動装置８４がスイープ駆動を行うので、振動体６６，７６の共振周波数付近で常時駆動する場合と較べて振動体６６，７６の発熱を防止できる。これにより、振動体６６，７６の劣化を抑制でき、耐久性を向上させることができる。
【００７４】
(３) 駆動周波数設定手段８６６が、駆動周波数範囲の上限値ｆBと下限値ｆAとを設定することにより駆動周波数範囲を設定するので、制御回路では、電流検出回路からの比較結果信号がＬからＨまたはＨからＬに切り替わるのを監視すればよく、したがって、駆動周波数の設定を簡単に行える。
【００７５】
(４) プリスキャン処理においては、振動体６６，７６を回転軸６１，７１に当接された状態で、かつ回転軸６１，７１を駆動させずにプリスキャンを行うので、特に初動の時にも回転軸６１，７１の駆動状況に影響されることなく、良好な駆動特性が得られる。
また、回転軸６１，７１を駆動させない電圧値で振動体６６，７６を振動させて駆動周波数範囲の上限値および下限値を設定した上で、電圧値と周波数との相関関係により、この駆動周波数範囲を実際に回転軸６１，７１を駆動する際の電圧値における駆動周波数範囲に換算するので、より確実に回転軸６１，７１を駆動できる駆動周波数範囲が得られる。
【００７６】
(５) さらに、本実施形態では、プリスキャンを行って駆動特性を検出しているので、複数の圧電アクチュエータを駆動制御する場合に、それぞれについて、順次プリスキャンを行い、消費電流その他の検出値から、各々のアクチュエータの駆動周波数範囲を設定することができる。このため、複数の圧電アクチュエータを同時に駆動させる場合に、それぞれのスイープの開始タイミングを適宜ずらすなどの制御を容易に実行でき、各圧電アクチュエータが最大消費電流となるタイミングをずらすことができ、システム全体の消費電流値の最大値を抑えることができる。このため、システムの消費電流が規格値を超えることで生じるシステムダウンを回避でき、かつ、回路構成の複雑化、大型化を防止できて、コストも低減できる。
その上、プリスキャンを行うことにより、駆動効率のよい周波数が設定した駆動周波数範囲の中央付近となるように駆動周波数範囲を決定することができ、結果として駆動周波数範囲の中で最大消費電流となる周波数の位置は、複数の圧電アクチュエータでほぼ同じ位置に設定できる。そのため、スイープの開始タイミングをずらすだけで、最大消費電流となるタイミングをずらすことができ、容易に制御できる。
【００７７】
［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態について説明する。第二実施形態では、第一実施形態において振動体６６，７６の駆動特性を示す検出値として消費電流を検出していたのに対し、振動体６６，７６の振動による検出電圧値を検出する。また、第二実施形態は、駆動周波数範囲の設定を検出電圧値のピーク値から算出する点が、第一実施形態と異なる。その他の構成は、第一実施形態と同様である。
【００７８】
図１５には、第二実施形態にかかる駆動装置８４の構成ブロック図が示されている。この図１５において、駆動装置８４は、振動体６６，７６（圧電素子８２）の振動を電圧値の振幅として検出する電圧検出回路８９１を備えている。電圧検出回路８９１は、振動に寄与しない電極間に発生する電圧を検出する。つまり、例えば圧電素子８２の電極８２Ａ，８２Ｃ，８２Ｅに駆動信号（駆動電圧）が印加されている場合には、電極８２Ｂ，８２Ｄには駆動信号が印加されず、これらの電極８２Ｂ，８２Ｄの部分の圧電素子８２は、振動体６６，７６の振動に寄与しない。ところが、電極８２Ａ，８２Ｃ，８２Ｅの部分の圧電素子８２が振動することにより、電極８２Ｂ，８２Ｄの部分にもわずかな歪みが生じるため、当該部分に圧電素子８２の振動振幅に応じた電圧が発生する。電圧検出回路８９１は、この電極８２Ｂ，８２Ｄ（両方またはどちらか一方）の部分の圧電素子８２に生じる電圧値を検出信号として検出し、その最大値（ピーク値）を電圧調整回路８６に出力する。
なお、第二実施形態では、第一実施形態のような定電圧回路８５は設けられておらず、検出電流基準電圧に相当する基準値も設定されていない。
【００７９】
制御回路８６３の駆動周波数設定手段８６６は、プリスキャン時の電圧検出回路８９１からの検出電圧値のピーク値に基づいて駆動周波数範囲を設定する。具体的には、駆動周波数設定手段８６６は、検出電圧値のピーク値を駆動周波数範囲の中央値として設定し、そしてその中央値から所定周波数範囲幅を設けることにより、駆動周波数範囲を決定する。ここで、所定周波数範囲幅は、振動体６６，７６の使用条件などを勘案して予め設定されており、例えば±１０〜２０kHzに設定すればよい。
【００８０】
このような第二実施形態の駆動装置８４のプリスキャン処理について、図１６に基づいて説明する。
図１６に示されるように、駆動装置８４は、第一実施形態と同様に、プリスキャンのための周波数スイープを開始し（ステップＳ３１）、可変周波数発振器８８から出力された周波数に応じた駆動信号が駆動回路８７から出力されて、圧電素子８２が駆動（励振）される（ステップＳ３２）。
【００８１】
電圧検出回路８９１は、圧電素子８２から検出される振動振幅の検出電圧値をモニタする（ステップＳ３３）。そして、電圧検出回路８９１は、プリスキャン周波数領域内における検出電圧値のピーク値を検出し（ピークホールド）、駆動周波数設定手段８６６に出力する（ステップＳ３４）。駆動周波数設定手段８６６は、ピーク値に対応する駆動周波数を中央値として記憶する。
その後、電圧調整回路８６は、検出電圧値のピーク値に対応する駆動周波数の決定が、回転軸６１，７１の両回転について取得されたか否かを判断する（ステップＳ３５）。まだ片回転についてのみしか取得していない場合には、回転軸６１，７１の回転駆動方向を変更し、（ステップＳ３６）、反対の回転駆動方向に関しても周波数スイープを行い検出電圧値のピーク値に対応する駆動周波数を決定する（ステップＳ３１〜ステップＳ３４）。
【００８２】
ステップＳ３５において、両回転方向について検出電圧値のピーク値に対応する駆動周波数が取得できた場合には、駆動周波数設定手段８６６は、両回転方向について駆動周波数範囲を設定する（ステップＳ３７）。つまり、駆動周波数設定手段８６６は、検出電圧値のピーク値に対応する駆動周波数を中央値として設定し、この中央値に対して所定周波数増加させた駆動周波数を上限値とし、中央値に対して所定周波数減少させた駆動周波数を下限値とすることで駆動周波数を設定する。なお、本実施形態においても、プリスキャン処理は、回転軸６１，７１が非動作となる電圧値で圧電素子８２を振動させているので、駆動周波数設定手段８６６は、駆動周波数範囲の上限値および下限値を決定した後、圧電素子８２に印加する駆動電圧値と駆動周波数範囲との相関関係を用いて、実際に駆動する際の駆動電圧値における駆動周波数範囲に換算する。
【００８３】
このような第二実施形態によれば、第一実施形態の(１)、(２)、および(４)、（５）の効果と同様の効果が得られる他、次のような効果が得られる。
(６) 振動体６６，７６の駆動特性を示す検出信号として振動体６６，７６の振動振幅の検出電圧値を利用しているので、振動体６６，７６の振動の状態を直接的に把握できる。したがって、振動体６６，７６の駆動特性をより正確に得ることができる。
【００８４】
(７) 電圧検出回路８９１が検出電圧値のピーク値を検出し、駆動周波数設定手段８６６は、このピーク値に対応する駆動周波数を駆動周波数範囲の中央値に設定する。ここで、圧電素子８２の振動振幅の検出電圧値が高いことは、圧電素子８２の駆動効率が高くなっていることを意味する。したがって、駆動周波数設定手段８６６が検出電圧値のピーク値に対応する駆動周波数範囲の中央値に設定することにより、駆動効率が高くなる駆動周波数を必ず駆動周波数範囲に設定できる。よって、振動体６６，７６の駆動効率を確実に良好にできる。
【００８５】
［第三実施形態］
次に、本発明の第三実施形態について説明する。第三実施形態では、第一実施形態において振動体６６，７６の駆動特性を示す検出値として消費電流を検出していたのに対し、振動体６６，７６に供給される駆動信号と振動体６６，７６から検出される検出信号との位相差を検出する。その他の構成については第一実施形態と同様である。
【００８６】
図１７には、第三実施形態にかかる駆動装置８４の構成ブロック図が示されている。この図１７に示されるように、駆動装置８４は、位相差−電圧変換回路８９３と、定電圧回路８５２と、比較回路８９２とを備えている。
位相差−電圧変換回路８９３は、圧電素子８２の振動によって検出される電圧値の検出信号Ｖａの位相と、圧電素子８２に印加される電圧値の駆動信号Ｖｈの位相との位相差を検出し、平均位相差に相当する電圧値を有する位相差電圧信号Ｖｊを比較回路８９２に出力する。
図１８は、駆動信号Ｖｈと検出信号Ｖａとの位相差θを示した図である。この図１８に示されるように、位相差θは、駆動信号Ｖｈを基準として検出信号Ｖａが進む方向にずれた場合をプラス（＋）として検出される。
位相差−電圧変換回路８９３は、位相差検出部８９４と、平均電圧変換部８９５とを備えている。位相差検出部８９４は、検出信号Ｖａおよび駆動信号Ｖｈが入力されると、両信号の位相差に相当するパルス幅を有する位相差信号Ｖｐｄを生成し、平均電圧変換部８９５に出力する。平均電圧変換部８９５は、図示しない積分回路により位相差信号Ｖｐｄのパルス幅に相当する平均電圧値を有する位相差電圧信号Ｖｊを生成し、比較回路８９２に出力する。
【００８７】
定電圧回路８５２は、検出信号Ｖａの位相と駆動信号Ｖｈの位相との最適な位相差に相当する電圧値を有する、予め求めた所定の基準位相差信号Ｖｋを比較回路８９２に出力するものである。
ここで、基準位相差信号Ｖｋは、振動体６６，７６が最も効率よく振動し、縦一次振動モードと屈曲二次振動モードとの振動成分の比が適切となる駆動周波数に対応した位相差に設定されることが望ましい。例えば駆動周波数は、縦一次振動モードの振動の共振周波数と屈曲二次振動モードの振動の共振周波数との間で縦一次振動モードの振動の共振周波数に近い周波数に設定するのが望ましい。
したがって、本実施形態では、実験やシミュレーションなどにより、駆動周波数として回動軸６１の駆動速度が最大となる周波数が選択され、基準位相差信号Ｖｋは、この周波数における位相差θｋに対応する電圧値を有する値に設定されている。
【００８８】
比較回路８９２は、位相差−電圧変換回路８９３からの位相差電圧信号Ｖｊと定電圧回路８５２からの基準位相差信号Ｖｋとを入力し、両者を比較するものである。つまり、位相差電圧信号Ｖｊ≧基準位相差信号Ｖｋである場合には、比較回路８４３はＨレベルの比較結果信号Ｖｅを電圧調整回路８４４に出力し、位相差電圧信号Ｖｊ＜基準位相差信号Ｖｋである場合には、比較回路８４３はＬレベルの比較結果信号Ｖｅを電圧調整回路８４４に出力する。
【００８９】
このような構成の駆動装置８４によるプリスキャン処理では、第一実施形態と同様に周波数スイープを行う。電圧調整回路８６の駆動周波数設定手段８６６は、比較結果信号Ｖｅを監視し、例えば周波数スイープをプリスキャン周波数領域の上限値ｆmaxから順次駆動周波数を減少させる方向に行っている場合では、比較結果信号ＶｅがＬからＨに切り替わったときの駆動周波数を駆動周波数範囲の上限値に、また比較結果信号ＶｅがＨからＬに切り替わったときの駆動周波数を駆動周波数範囲の下限値に設定する。
【００９０】
このような第三実施形態によれば、第一実施形態の(１)〜(５)の効果と同様の効果が得られる。
【００９１】
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
駆動対象を駆動せずにプリスキャン工程を行い、駆動信号決定工程において駆動信号の電圧値と駆動周波数との相関関係を用いて駆動周波数範囲を設定する場合には、上限値および下限値をそれぞれ相関関係を用いて換算する方法に限らず、例えば上限値および下限値の中央値を算出し、この中央値を相関関係を用いて換算した後に、換算して得られた値を中央値として設定して駆動周波数範囲を設定してもよい。
【００９２】
駆動信号決定工程において駆動周波数範囲を設定する場合において、駆動周波数範囲の中央値の設定は、前記各実施形態のように駆動周波数範囲の上限値および下限値の中央値とする方法や、検出信号のピーク値に対応する駆動周波数値を駆動周波数範囲の中央値とする方法に限らない。例えば、検出信号のピーク値に対応する駆動周波数値を駆動周波数範囲の下限または上限に設定して駆動周波数範囲を設定してもよい。
また、圧電アクチュエータの駆動特性を検出する検出信号として圧電アクチュエータの振動振幅の電圧値を検出する場合には、縦一次振動の共振周波数付近と屈曲二次振動の共振周波数付近で大きな電圧値が検出されるので、駆動信号決定工程では、縦一次振動の共振周波数と屈曲二次振動の共振周波数との間で駆動効率が良好となる任意の点における駆動周波数を駆動周波数範囲の中央値としてもよい。
【００９３】
図１９には、圧電素子に印加する印加電圧（駆動電圧）と圧電素子に発生する振動の共振周波数との関係が示されている。ここで、実線は縦一次振動の共振周波数を示し、点線は屈曲二次振動の共振周波数を示す。縦一次振動モードの振動と屈曲二次振動モードの振動とを有する圧電アクチュエータにおいては、被駆動体を駆動可能な範囲はおよそ縦１次振動の共振周波数と屈曲２次振動の共振周波数の間であり、とくに屈曲２次振動の共振周波数よりは電圧や加圧力、負荷の変動があっても比較的良好に動作する領域である。このため、図１９に示されるように、駆動周波数範囲の中央値を、縦一次振動の共振周波数と屈曲二次振動の共振周波数との間で屈曲二次振動の共振周波数よりに設定してもよい。この場合において、駆動周波数範囲の中央値は、屈曲二次振動の共振周波数から、縦一次振動の共振周波数と屈曲二次振動の共振周波数との差の４分の１減少させた値に設定することが望ましい。
【００９４】
圧電アクチュエータが複数設けられている場合には、それぞれの圧電アクチュエータに供給する駆動信号は、消費電流が最大値となるタイミングをずらすように設定してもよい。例えば前記各実施形態においては、振動体６６，７６が二つ設けられているので、これらの消費電流が最大値となるタイミングをずらすように制御してもよい。
図２０には、圧電アクチュエータが複数設けられた場合の駆動装置８４の構成ブロック図が示されている。この図２０に示されるように、振動体６６，７６を個別に制御するため、電圧調整部８６１、可変周波数発振器８８、駆動回路８７、電流検出回路８９は、振動体６６，７６毎に設けられている。従って、２つの振動体６６，７６が設けられた本実施形態では、電圧調整部８６１、可変周波数発振器８８、駆動回路８７、および電流検出回路８９は、２つずつ設けられている。一方、クロック回路８６２および制御回路８６３は、１つずつ設けられている。
【００９５】
制御回路８６３には２つのスイッチ８４８Ａ，８４８Ｂが設けられている。スイッチ８４８Ａは、圧電素子８２を有する振動体６６を駆動（ＯＮ）または停止（ＯＦＦ）を制御するスイッチである。スイッチ８４８Ｂは、圧電素子８２を有する振動体７６を駆動（ＯＮ）または停止（ＯＦＦ）を制御するスイッチである。
制御回路８６３は、各スイッチ８４８Ａ，８４８Ｂの指示により、各振動体６６，７６の駆動・停止を制御できるように構成されている。
【００９６】
本実施形態では、制御回路８６３は、図２１（Ａ），（Ｂ）に示すように、各振動体６６，７６を駆動する駆動信号２０１，２０２の入力タイミングが、駆動信号２０１，２０２の１スイープの周期（１スイープに要する時間）Ｔを、設けられた振動体６６，７６の数ｎで割った時間ΔＴ（＝Ｔ／ｎ）だけずれて入力されるように制御している。
本実施形態では、振動体６６，７６は２つ設けられているので、ΔＴ＝Ｔ／２である。周期Ｔは、振動体６６，７６で駆動する負荷等によって適宜設定されるが、例えば、Ｔ＝１／１２０（秒）である。この場合、ΔＴ＝１／（１２０×２）＝約０．００４１７秒となる。
【００９７】
一方、各振動体６６，７６の消費電流２１１，２１２は、図２１（Ｃ），（Ｄ）に示すような形になる。このため、振動体６６，７６の合計消費電流２１０は、図２１（Ｅ）に示すようになり、各振動体６６，７６の消費電流が最大となるタイミングがずれる。このため、合計消費電流２１０の最大値は、個別の消費電流２１１，２１２の最大値の２倍未満に抑えることができ、システムダウンが生じるような所定の電圧レベル２２０を超えないように構成されている。
【００９８】
このような構成によれば、振動体６６，７６に入力する駆動信号２０１，２０２の入力タイミングをずらしているので、複数の振動体６６，７６を駆動した場合でも、最大消費電流は１つの振動体６６，７６を使用した場合とあまり変わらないようにできる。このため、従来のように、複数の振動体６６，７６の消費電流のピークが重なって、一度に大電流が流れてしまうことを防止でき、この大電流によって発生するシステムダウンや電源の電圧降下の問題を防止できる。このため、振動体６６，７６の安定した駆動が可能となる。
なお、もちろん圧電アクチュエータ（振動体）の設置数は２つに限らず、３つ以上設けられていてもよい。
【００９９】
また、上記の場合において、駆動信号の入力タイミングをずらす以外にも、制御回路は、例えば複数の圧電アクチュエータのうちいずれか一つの消費電流が最大となるタイミングではその他の圧電アクチュエータの駆動信号を停止したり、駆動信号の周波数スイープを停止して停止時の周波数を保持する制御を行ってもよい。
例えば、制御回路は、プリスキャンにより、各圧電アクチュエータの最大消費電流となる周波数をそれぞれ記憶する。そして、この周波数の前後所定の幅を同時駆動禁止区間として設定する。複数の圧電アクチュエータのスイープの駆動周波数範囲は、それぞれプリスキャンによって決めても、あらかじめ設定しておいてもよい。また、複数の圧電アクチュエータの駆動周波数範囲が同一であってもよい。そして、複数の圧電アクチュエータには、優先的に動作させる圧電アクチュエータを判断するために、あらかじめ順位を設定しておく。
そして、制御回路は、複数の圧電アクチュエータを同時に駆動する際は、周波数スイープも同時に開始する。いずれかの圧電アクチュエータAが同時駆動禁止区間の周波数に達したら、残りの圧電アクチュエータのスイープを停止、もしくは駆動信号を停止する。この際、制御回路は、停止時の駆動信号の周波数を記憶しておく。そして、アクチュエータAが同時駆動禁止区間を脱したら、制御回路は、残りの圧電アクチュエータのスイープを再開する。なお、再開時の駆動信号は前記記憶していた周波数から開始すればよい。
なお、同じタイミングで複数のアクチュエータが同時駆動禁止区間に達した場合は、制御回路は、あらかじめ設定した順位に基づき、1つの圧電アクチュエータはそのまま周波数スイープしつづけ、残りのアクチュエータはスイープを停止、もしくは駆動信号を停止する。
このようにすることにより、複数の圧電アクチュエータを駆動している場合、各圧電アクチュエータの消費電流が最大電流となるタイミングが重ならないため、システム全体の消費電流のピーク値を低減することができる。
【０１００】
駆動制御手段は、所定の駆動周波数範囲内で駆動周波数をスイープして圧電素子を振動させるスイープ駆動を行う構成に限らず、例えば駆動信号として所定の駆動周波数を設定し、当該所定の駆動周波数を固定の駆動周波数として常時その駆動周波数で圧電素子を振動させる構成であってもよい。
圧電アクチュエータの駆動装置としては、前記各実施形態のＵＤカウンタ８６４を有する電圧調整部８６１を用いたものに限らず、例えばＤ／Ａ変換器８６５のラダー抵抗値を調整することにより周波数範囲を設定する構成でもよい。
プリスキャン工程では、駆動対象が非動作となる電圧値で圧電素子を振動させる方法に限らず、例えば圧電アクチュエータで駆動対象を駆動しながら周波数スイープを実行してもよい。また、圧電アクチュエータの当接部を駆動対象に当接させない状態でプリスキャンを行ってもよい。
【０１０１】
圧電アクチュエータの駆動特性を検出する検出信号として圧電素子の振動振幅の電圧値や、圧電素子へ供給される駆動信号と圧電アクチュエータから検出される検出信号との位相差とを検出する場合には、検出信号に応じてスイープ駆動時のスイープ速度を可変に構成してもよい。このような構成によれば、高効率で駆動対象を駆動できる。
圧電アクチュエータの駆動特性を検出する検出信号は、プリスキャン工程を行う際に使用する他、通常の駆動対象の駆動時に、圧電アクチュエータが最適な駆動条件で駆動しているかどうかをモニタするための手段として使用してもよい。
【０１０２】
第二実施形態では、プリスキャン工程において振動振幅の電圧値のピーク値を得たが、これに限らず、例えば第一実施形態と同様に基準電圧値を設定し、振動振幅の電圧値と基準電圧値とを比較することによって駆動周波数範囲の上限値と下限値とを設定してもよい。なお、この場合においては、検出信号の異常値を排除するために所定時間または所定パルス数基準電圧値に達した場合に振動振幅の電圧値が基準電圧値に達したとの判断を行うことが望ましい。
【０１０３】
さらに、本発明では、印加装置である駆動装置８４内の各手段等は、各種論理素子等のハードウェアで構成されたものや、ＣＰＵ（中央処理装置）、メモリ（記憶装置）等を備えたコンピュータを時計や携帯機器内に設け、このコンピュータに所定のプログラムやデータ（各記憶部に記憶されたデータ）を組み込んで各手段を実現させるように構成したものでもよい。
ここで、前記プログラムやデータは、カメラや時計等の携帯機器内に組み込まれたＲＡＭやＲＯＭ等のメモリに予め記憶しておけばよい。また、例えば、カメラ、時計等の携帯機器内のメモリに所定の制御プログラムやデータをインターネット等の通信手段や、ＣＤ−ＲＯＭ、メモリカード等の記録媒体を介してインストールしてもよい。そして、メモリに記憶されたプログラムでＣＰＵ等を動作させて、各手段を実現させればよい。なお、カメラなどに所定のプログラム等をインストールするには、そのカメラなどにメモリカードやＣＤ−ＲＯＭ等を直接差し込んで行ってもよいし、これらの記憶媒体を読み取る機器を外付けでカメラなどに接続してもよい。さらには、ＬＡＮケーブル、電話線等をカメラなどに接続して通信によってプログラム等を供給しインストールしてもよいし、無線によってプログラムを供給してインストールしてもよい。
【０１０４】
このような記録媒体やインターネット等の通信手段で提供される制御プログラム等をカメラ、時計や携帯機器に組み込めば、プログラムの変更のみで前記各発明の機能を実現できるため、工場出荷時あるいは利用者が希望する制御プログラムを選択して組み込むこともできる。この場合、プログラムの変更のみで制御形式の異なる各種の携帯機器などを製造できるため、部品の共通化等が図れ、バリエーション展開時の製造コストを大幅に低減できる。
【０１０５】
また、本発明は、前記実施形態のカメラのレンズユニット１０に適用されるものに限らない。すなわち、本発明の圧電アクチュエータの駆動方法や、駆動装置を採用した電子機器としては、カメラのレンズユニット１０に限らず、腕時計、置時計、柱時計等の電子時計などの各種の電子機器に本発明が適用可能であり、特に小型化が要求される携帯用の電子機器に好適である。ここで、各種の電子機器としては、時計機能を備えた電話、携帯電話、非接触ＩＣカード、パソコン、携帯情報端末（ＰＤＡ）等が例示できる。また、カメラとしても、ディジタルカメラ、ビデオカメラ、カメラ機能付き携帯電話等の電子機器にも適用可能である。これらカメラ機能を備えた電子機器に適用する場合には、レンズの合焦機構や、ズーム機構、絞り調整機構等の駆動に本発明の駆動手段を用いることができる。さらに、計測機器のメータ指針の駆動機構や、可動玩具の駆動機構、自動車等のインパネ（instrumental panel）のメータ指針の駆動機構、圧電ブザー、プリンタのインクジェットヘッド、超音波モータ等に本発明の駆動手段を用いてもよい。
【０１０６】
本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
したがって、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】本発明の第一実施形態にかかるレンズユニットを示す斜視図。
【図２】第一実施形態にかかるレンズユニットを示す斜視図。
【図３】第一実施形態のカム部材の動作図。
【図４】第一実施形態のカム部材の動作図。
【図５】第一実施形態の圧電アクチュエータの拡大斜視図。
【図６】第一実施形態の駆動装置を示す構成ブロック図。
【図７】第一実施形態の周波数と消費電力との関係を示す図。
【図８】第一実施形態の電圧調整回路を示す構成ブロック図。
【図９】第一実施形態の振動体の動作を示すフローチャート。
【図１０】第一実施形態の振動体のプリスキャン処理を示すフローチャート。
【図１１】第一実施形態の振動体のプリスキャン処理を示すフローチャート。
【図１２】第一実施形態の振動体の駆動電圧に対する駆動周波数範囲の関係を示す図。
【図１３】第一実施形態の駆動信号周波数初期化処理を示すフローチャート。
【図１４】第一実施形態の駆動周波数範囲に対する平均回転数の関係を示す図。
【図１５】本発明の第二実施形態の駆動装置の構成ブロック図。
【図１６】第二実施形態の振動体のプリスキャン処理を示すフローチャート。
【図１７】本発明の第三実施形態の駆動装置の構成ブロック図。
【図１８】第三実施形態の駆動信号と検出信号との位相差を示す図。
【図１９】本発明の変形例の印加電圧と共振周波数との関係を示す図。
【図２０】本発明の変形例の構成ブロック図。
【図２１】本発明の変形例の圧電アクチュエータの消費電流を示す図。
【符号の説明】
【０１０８】
１…駆動ユニット、１０…レンズユニット、６６，７６…振動体（圧電アクチュエータ）、８２…圧電素子、８４…駆動装置、８６…電圧調整回路、８７…駆動回路、８８…可変周波数発振器、８９…電流検出回路、８６２…クロック回路、８６３…制御回路、８６６…駆動周波数設定手段、８９１…電圧検出回路、８９３…位相差−電圧変換回路。
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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