(57)【要約】【課題】周波数制御とパルス幅制御の切り替え時に制御性が不安定になるのを回避する。【解決手段】振動型駆動装置１００は、振動型アクチュエータ２００と、その駆動を制御する制御装置とを有する。制御装置は、直流電圧のスイッチングによりスイッチングパルスを生成する信号発生部１０ａ，１０ｂと、スイッチングパルスの増幅部と、信号発生部１０ａ，１０ｂを制御するＭＰＵ１１とを有する。ＭＰＵ１１は、直流電圧の値に応じてスイッチングパルスの最大デューティ比を決定する決定手段、スイッチングパルスの周波数を制御する周波数制御手段、スイッチングパルスのデューティ比を制御するパルス幅制御手段、決定された最大デューティ比に応じて振動型アクチュエータ２００の周波数制御でのゲインとパルス幅制御でのゲインとを周波数制御での制御特性とパルス幅制御での制御特性とが略一致するように設定する設定手段としての機能を有する。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気−機械エネルギ変換素子を含む振動体と、該振動体と接触する被駆動体と、を有する振動型アクチュエータと、
前記電気−機械エネルギ変換素子に交番電圧を印加して前記振動型アクチュエータの駆動を制御する制御装置と、を備える振動型駆動装置であって、
前記制御装置は、
直流電圧のスイッチングによりスイッチングパルスを生成する生成手段と、
前記振動型アクチュエータの駆動条件に基づいて前記スイッチングパルスの最大デューティ比を決定する決定手段と、
前記スイッチングパルスの周波数を制御する周波数制御手段と、
前記スイッチングパルスのデューティ比を制御するパルス幅制御手段と、
前記振動型アクチュエータの周波数制御でのゲインとパルス幅制御でのゲインとを、予め設定された制限電力または制限電流を超えないように、前記最大デューティ比に応じて設定する設定手段と、を備えることを特徴とする振動型駆動装置。
【請求項２】
前記最大デューティ比と前記パルス幅制御に設定するゲインの値との関係を記憶する記憶手段を備え、
前記設定手段は、前記記憶手段に記憶された関係に基づいて、前記決定手段により決定された最大デューティ比に対して前記パルス幅制御でのゲインを設定することを特徴とする請求項１に記載の振動型駆動装置。
【請求項３】
前記決定手段は、前記直流電圧の値に応じて前記最大デューティ比を決定することを特徴とする請求項１又は２に記載の振動型駆動装置。
【請求項４】
前記パルス幅制御手段は、前記振動型アクチュエータの起動時に駆動周波数が固定された状態で前記スイッチングパルスのデューティ比を増加させ、
前記決定手段は、前記スイッチングパルスを生成するための電力または電流の値が予め定められた制限値に達したときのデューティ比を前記最大デューティ比として決定し、
前記設定手段は、前記パルス幅制御でのゲインを前記決定された最大デューティ比に応じて再設定することを特徴とする請求項１又は２に記載の振動型駆動装置。
【請求項５】
前記パルス幅制御手段は、前記振動型アクチュエータが前記最大デューティ比で前記周波数制御により駆動されている際に前記スイッチングパルスを生成するための電力または電流の値が予め定められた制限値に達した場合に、前記最大デューティ比を前記電力または前記電流が前記制限値を超えないデューティ比に変更し、
前記決定手段は、前記変更されたデューティ比を新しい最大デューティ比に決定し、
前記設定手段は、前記新しい最大デューティ比に応じて前記パルス幅制御でのゲインを再設定することを特徴とする請求項１又は２に記載の振動型駆動装置。
【請求項６】
前記パルス幅制御手段は、前記振動型アクチュエータが前記最大デューティ比で前記パルス幅制御により駆動されている際に前記スイッチングパルスを生成するための電力または電流の値が予め定められた制限値に達した場合に、前記最大デューティ比を前記電力または前記電流が前記制限値を超えないデューティ比に変更し、
前記決定手段は、前記変更されたデューティ比を新しい最大デューティ比に決定し、
前記設定手段は、前記新しい最大デューティ比に応じて前記パルス幅制御でのゲインを再設定することを特徴とする請求項１又は２に記載の振動型駆動装置。
【請求項７】
前記制御装置は、前記周波数制御での制御特性と前記パルス幅制御での制御特性とが略一致するように制御する請求項１乃至６のいずれか１項に記載の振動型駆動装置。
【請求項８】
前記周波数制御手段による制御特性とは、前記振動型アクチュエータの駆動速度の駆動周波数に対する傾きであり、
前記パルス幅制御手段による制御特性とは、前記駆動速度の前記スイッチングパルスのデューティ比に対する傾きであり、
前記設定手段は、周波数制御を行っているときの前記駆動速度の前記駆動周波数に対する傾きと第１のゲインとの積と、前記パルス幅制御を行っているときの最大デューティ比の付近での前記駆動速度の前記デューティ比に対する傾きと第２のゲインとの積と、が等しくなるように前記第１のゲインと前記第２のゲインを設定することを特徴とする請求項７に記載の振動型駆動装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の振動型駆動装置と、
前記振動型駆動装置を構成する振動型アクチュエータにより駆動される移動体と、を備えることを特徴とする電子機器。
【請求項１０】
振動体と被駆動体とを有する振動型アクチュエータの制御方法であって、
前記振動型アクチュエータに供給する交番電圧を生成するためのスイッチングパルスの最大デューティ比を前記振動型アクチュエータの駆動条件に基づいて決定するステップと、
前記最大デューティ比で直流電圧をスイッチングすることにより前記スイッチングパルスを生成するステップと、
前記交番電圧を前記振動型アクチュエータに供給するステップと、を有し、
前記スイッチングパルスを生成するステップでは、前記振動型アクチュエータの周波数制御でのゲインとパルス幅制御でのゲインとを、予め設定された制限電力または制限電流を超えないように、前記最大デューティ比に応じて設定することを特徴とする振動型アクチュエータの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動型駆動装置、電子機器及び振動型アクチュエータの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気−機械エネルギ変換素子を弾性体に接着して構成される振動体にその振動体が持つ振動モードの交流信号を印加することによって振動を発生させ、振動体に接触させた被駆動体を摩擦駆動させることで駆動力を得る振動型アクチュエータが知られている。このような振動型アクチュエータをＡＦ駆動やズーム駆動に用いたカメラやビデオカメラ等の撮像装置が知られている。撮像装置におけるズーム動作では滑らかにレンズを移動させる必要があり、よって、レンズを駆動する振動型アクチュエータには、一定の駆動速度で安定して動作する制御性が求められている。また、振動型アクチュエータを駆動する際の消費電力を低く抑えることが可能な制御方法が求められている。
【０００３】
振動型アクチュエータの速度制御方法としては、駆動周波数を変更する方法（周波数制御）やパルス幅を変更する方法（パルス幅制御）等が知られている。例えば、特許文献１は、共振周波数から離れた周波数から目標速度に近い駆動速度となる周波数まで駆動周波数をスイープする周波数制御と、目標速度付近に達した後に駆動周波数を固定してパルス幅を制御するパルス幅制御を併用した速度制御方法を提案している。特許文献２は、駆動電流が最小となる駆動周波数を探し出し、その周波数に駆動周波数を固定することで消費電力を抑制し、消費電力を更に下げる場合（駆動速度を下げる）場合には、周波数を変えずにパルス幅を短くする制御方法を提案している。特許文献３は、スイッチング素子の電源電圧に応じてパルス幅を変更することにより、電源電圧が変化しても同じ電力が供給される制御方法を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第０３３８２４５４号公報
【特許文献２】特開２００６−１１５５８３号公報
【特許文献３】特開平１０−１４６０７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の振動型アクチュエータの制御方法では、周波数制御とパルス幅制御とを切り替える際に制御性が不安定になるという問題がある。また、周波数制御とパルス幅制御の切り替えを限られた消費電力の範囲内で行う必要もある。
【０００６】
本発明は、制限電力の範囲内で周波数制御とパルス幅制御とを切り替えた際に制御性が不安定になるのを回避することが可能な振動型駆動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る振動型駆動装置は、電気−機械エネルギ変換素子を含む振動体と、該振動体と接触する被駆動体と、を有する振動型アクチュエータと、前記電気−機械エネルギ変換素子に交番電圧を印加して前記振動型アクチュエータの駆動を制御する制御装置と、を備える振動型駆動装置であって、前記制御装置は、直流電圧のスイッチングによりスイッチングパルスを生成する生成手段と、前記振動型アクチュエータの駆動条件に基づいて前記スイッチングパルスの最大デューティ比を決定する決定手段と、前記スイッチングパルスの周波数を制御する周波数制御手段と、前記スイッチングパルスのデューティ比を制御するパルス幅制御手段と、前記振動型アクチュエータの周波数制御でのゲインとパルス幅制御でのゲインとを、予め設定された制限電力または制限電流を超えないように、前記最大デューティ比に応じて設定する設定手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、制限電力の範囲内で周波数制御とパルス幅制御とを切り替えた際に制御性が不安定になるのを回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係る振動型アクチュエータの制御方法が適用される振動型アクチュエータの一例を説明する外観斜視図及び分解斜視図である。
【図２】従来の振動型駆動装置の構成を示す図である。
【図３】図２の制御装置を用いた振動型アクチュエータの駆動時の周波数−速度特性と電力−周波数特性を説明する図である。
【図４】スイッチングパルスのデューティ比と基本波成分との関係を示す図である。
【図５】第１実施形態に係る振動型駆動装置の構成を示す図である。
【図６】第１実施形態での制御装置を用いた振動型アクチュエータの駆動時の周波数−速度特性とパルス幅−速度特性を説明する図である。
【図７】電源電圧に対する制御切り替わり点での最大デューティ比の例を示すグラフと、最大デューティ比とパルス幅制御時のゲインとの関係を示すグラフである。
【図８】第１実施形態での振動型アクチュエータの制御方法を説明するフローチャートである。
【図９】振動型アクチュエータに対する周波数制御とパルス幅制御の切り替わりでの駆動速度の変化を説明する模式図である。
【図１０】振動型アクチュエータの駆動制御中に目標速度を変更したときの制御パラメータの変化を示す図である。
【図１１】第２実施形態に係る振動型アクチュエータの制御方法を説明するフローチャートである。
【図１２】第２実施形態に係る振動型アクチュエータの制御方法での、検出電力、駆動周波数、スイッチングパルスのデューティ比、駆動速度の関係を示す図である。
【図１３】第３実施形態に係る振動型アクチュエータの制御方法での、検出電力、駆動周波数、スイッチングパルスのデューティ比、駆動速度の関係を示す図である。
【図１４】振動型駆動装置を搭載した撮像装置の構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して説明する。
【００１１】
＜振動型アクチュエータの構成＞
最初に、本発明に係る振動型アクチュエータの制御方法を適用することができる振動型アクチュエータの一例について説明する。図１（ａ）は、振動型アクチュエータ２００の外観斜視図である。図１（ｂ）は、振動型アクチュエータ２００の分解斜視図である。振動型アクチュエータ２００は、第１の弾性体２０１、圧電素子２０２、フレキシブル基板２０３、下ナット２０４及び第２の弾性体２０５を備える。また、振動型アクチュエータ２００は、シャフト２０６、移動体２０７、接触バネ２０８、ギア２０９、コイルバネ２１０、固定部材２１１及び上ナット２１２を備える。
【００１２】
第１の弾性体２０１は、板状（円板状）の形状を有し、金属等の振動減衰損失の小さい材料からなる。圧電素子２０２は、電気−機械エネルギ変換素子である。フレキシブル基板２０３は、制御装置（不図示）と接続され、圧電素子２０２に交番信号を印加する。下ナット２０４は、シャフト２０６の下端に形成されたネジ部と嵌合する。第１の弾性体２０１、圧電素子２０２、フレキシブル基板２０３及び第２の弾性体２０５の中心部に設けられた貫通孔にシャフト２０６が挿入される。シャフト２０６の中央部には段差が設けられており、この段差が第２の弾性体２０５の内壁に設けられた段差に突き当たる。シャフト２０６の先端（下端）部にはネジ部が形成され、このネジ部に下ナット２０４を嵌合させて締め付けることで、第２の弾性体２０５、第１の弾性体２０１、圧電素子２０２及びフレキシブル基板２０３が固定される。
【００１３】
第１の弾性体２０１において圧電素子２０２と接触していない側の表面には、被駆動体である移動体２０７に固定された接触バネ２０８が接触する。接触バネ２０８は弾性を有しており、移動体２０７に固定されて、移動体２０７と一体となって回転する。ギア２０９は、回転駆動力の出力手段であり、移動体２０７の回転軸方向の移動を許容し、移動体２０７と一体的に回転するように移動体２０７と嵌合している。コイルバネ２１０は、移動体２０７のバネ受け部とギア２０９との間に配置され、移動体２０７を第１の弾性体２０１の方向に押し下げるように加圧する。ギア２０９はシャフト２０６と結合した固定部材２１１に軸支されており、ギア２０９の軸方向における位置が固定部材２１１によって規制されている。シャフト２０６において下ナット２０４と嵌合しない側の先端部にもネジ部が形成されており、このネジ部に上ナット２１２が螺合することで、固定部材２１１はシャフト２０６に固定される。固定部材２１１には固定用ネジ穴が設けられており、固定部材２１１を所望の場所にネジを用いて固定することで、振動型アクチュエータを所望の場所に取り付けることができる。
【００１４】
圧電素子２０２には、第１の曲げ振動を発生させるための不図示の駆動電極Ａと、第１の曲げ振動とは移動体２０７の回転方向に位相が９０°ずれた不図示の駆動電極Ｂが設けられている。これらの駆動電極Ａ，Ｂのそれぞれに第１の弾性体２０１と圧電素子２０２を含む振動体の共振周波数に近く、位相の異なる駆動電圧（交番電圧）を印加すると、第１の弾性体２０１には回転方向に力を発生させる振動が発生する。このとき、第１の弾性体２０１上の駆動方向の各位置では、回転方向に対して直交する上下方向（軸方向）の運動と回転方向（横方向）の運動からなる楕円運動が発生している。こうして楕円運動が励起された第１の弾性体２０１の表面に接触バネ２０８を加圧接触させると、楕円運動の駆動力（推力）により、接触バネ２０８、移動体２０７及びギア２０９が一体的に回転する。
【００１５】
本発明の実施形態に係る振動型駆動装置について説明する前に、振動型アクチュエータ２００の駆動制御に用いられる従来の制御装置の回路構成について説明する。図２は、従来の振動型駆動装置の構成を示す図である。なお、本説明において、振動型駆動装置とは、振動型アクチュエータ２００と、振動型アクチュエータ２００の駆動を制御する制御装置を含むものと定義する。制御装置は、ＭＰＵ１１、信号発生部１０ａ，１０ｂ、電源電圧検出回路１２及びモニタ８を有する。
【００１６】
ＭＰＵ１１は、駆動装置の全体的な動作を制御するマイクロコンピュータである。信号発生部１０ａは、ＭＰＵ１１からの制御信号（指令値）に応じてＡモードのパルス信号を発生させる発振器部と、発振器部から出力されるパルス信号に従って直流電圧をスイッチングするスイッチング電圧発生部を有する。なお、図２では、発振器部を「LOGIC PORTION」と示している。発振器部は、生成するパルス信号の位相差を０°〜３６０°の範囲で変更することができる。スイッチング電圧発生部は、発振器部から出力されたパルス信号に従ってＦＥＴ１ａ〜ＦＥＴ４ａが直流電圧である電源電圧（Ｖｂａｔ）をスイッチングすることにより、スイッチングパルスＡ，Ａ´（第１のスイッチングパルス）を生成する。スイッチング電圧発生部から出力されるスイッチングパルスＡ，Ａ´は、コイル６ａとコンデンサ７ａとの組み合わせた増幅部で昇圧、増幅されて正弦波の駆動電圧（交番電圧）に変換され、振動型アクチュエータ２００のＡモード駆動端子に印加される。
【００１７】
同様に、信号発生部１０ｂは、ＭＰＵ１１からの制御信号（指令値）に応じてＢモードのパルス信号を発生させる発振器部と、発振器部から出力されるパルス信号に従って直流電圧をスイッチングするスイッチング電圧発生部を有する。発振器部は、パルス信号の位相差を０°〜３６０°の範囲で変更することができる。スイッチング電圧発生部は、発振器部から出力されたパルス信号に従ってＦＥＴ１ｂ〜ＦＥＴ４ｂが電源電圧をスイッチングすることにより、スイッチングパルスＢ，Ｂ´（第２のスイッチングパルス）を生成する。スイッチングパルスＢ，Ｂ´は、コイル６ｂとコンデンサ７ｂとの組み合わせた増幅部で昇圧、増幅されて正弦波の駆動電圧に変換され、振動型アクチュエータ２００のＢモード駆動端子に印加される。
【００１８】
電源電圧検出回路１２は、電源電圧の大きさを検出してＭＰＵ１１へ通知する。振動型アクチュエータ２００の圧電素子２０２には不図示の電圧検出用電極が設けられており、モニタ８は、スイッチングパルスＡを増幅させた駆動電圧と電圧検出用電極の電圧信号Ｓとの位相差を求めて、振動型アクチュエータ２００での共振状態をモニタする。ＭＰＵ１１は、電源電圧検出回路１２が検出した電源電圧とモニタ８が検出した共振状態に応じて、消費電力が大きくなり過ぎないように発振器部で発生させるパルス信号のパルス幅（デューティ比）を変更する等して、駆動条件を制御する。
【００１９】
なお、信号発生部１０ａ，１０ｂの各発振器部で発生させるパルス信号のパルス幅は、スイッチングパルスＡ，Ａ´，Ｂ，Ｂ´のパルス幅と同じになる。そして、スイッチングパルスＡ，Ａ´，Ｂ，Ｂ´のデューティ比は、信号発生部１０ａ，１０ｂの各発振器部で発生させるパルス信号のデューティ比と同じとなる。本説明では、デューティ比とは、信号発生部１０ａ，１０ｂから出力される各スイッチングパルスにおけるデューティ比、つまり、スイッチングパルスの１周期（オン時間＋オフ時間）に対するオン時間の比率を指すものとする。よって、本説明では、振動型アクチュエータ２００をオン（駆動）している時間とオフ（停止）している時間との比を意味する文言として「デューティ比」を用いることはない。
【００２０】
図３は、図２に示す振動型駆動装置での周波数−速度特性と電力−周波数特性を電源電圧とスイッチングパルスのデューティ比（２５％，５０％）の組み合わせで示す図である。周波数制御領域では、電源電圧が異なるときに振動型アクチュエータ２００に投入される電力と周波数制御の特性が変わらないようにする。そのため、電源電圧が大きい（高い）場合にはスイッチングパルスのデューティ比を２５％に設定し（設定１）、電源電圧が小さい（低い）場合にはスイッチングパルスのデューティ比を５０％に設定している（設定２）。なお、電源電圧が大きい場合にデューティ比を５０％にした場合（設定３の場合）、投入電力が大きくなり過ぎて、周波数−速度特性と電力−周波数特性が、設定１，２と比較して、大きく異なるものとなってしまう。そのため、電源電圧が大きい場合には、デューティ比を２５％に設定している。
【００２１】
振動型アクチュエータ２００の駆動速度を下げるために駆動周波数を上げていった場合に駆動周波数を上げ過ぎてしまうと、電力が増えてしまう周波数領域に入ってしまう。このことは特開２００６−１１５５８３号公報（特許文献２）にも記載されている。そこで、制限電力を超えないように、駆動周波数の上限を所定の周波数に定めている。こうして定めた周波数でも目標速度に対して検出速度が大きい場合には、駆動周波数を固定してスイッチングパルスのデューティ比を小さくするパルス幅制御を実施する。電源電圧が大きい場合には、周波数制御からパルス幅制御へ切り替えるときのスイッチングパルスの最大デューティ比を２５％として、スイッチングパルスのデューティ比を２５％〜０％の範囲で制御するパルス幅制御が実施される。一方、電源電圧が小さい場合には、周波数制御からパルス幅制御へ切り替えるときのスイッチングパルスの最大デューティ比を５０％として、スイッチングパルスのデューティ比を５０％〜０％の範囲で制御するパルス幅制御が実施される。
【００２２】
図４は、スイッチングパルスのデューティ比と基本波成分（Ｐｏｗｅｒ）との関係を示す図である。５０％付近のデューティ比では、基本波成分の変化が少なく、デューティ比に対する基本波成分の変化量を示す傾きＣは小さくなっている。２５％付近のデューティ比では、基本波成分の変化が大きいため、デューティ比が５０％付近の場合と比較すると、傾きＢが大きくなっている。デューティ比と基本波成分との間にはこのようか関係があるため、周波数制御からパルス幅制御に切り替わるときのスイッチングパルスのデューティ比が大きいと、デューティ比を変更したときの振動型アクチュエータ２００での駆動速度の変化が小さくなる。つまり、振動型アクチュエータ２００に印加される駆動電圧のゲインが小さくなったことと同等になってしまう。よって、スイッチングパルスのデューティ比が２５％のときに周波数制御からパルス幅制御に切り替わるときのゲインが設定されていると、デューティ比が大きいところで制御が切り替わるときにはゲインが小さくなり、制御性が低下してしまう。その詳細については、図９（ａ）を参照して後述する。以下、この問題の解決が可能な本発明の実施形態に係る振動型駆動装置について説明する。
【００２３】
＜第１実施形態＞
図５は、本発明の第１実施形態に係る振動型駆動装置１００の構成を示す図である。振動型駆動装置１００は、振動型アクチュエータ２００と、振動型アクチュエータ２００の駆動を制御する制御回路と、を含む。なお、図５では、振動型駆動装置１００を構成する制御装置の構成要素のうち図２に示した制御装置の構成要素と同じものについては、図２と同じ符号を付しており、それらについての共通する説明を省略する。
【００２４】
図５の制御装置は、図２の制御装置が備える電源電圧検出回路１２に代えて電力検出回路１４を備えており、また、図２の制御装置が備えていない位置検出部１３を更に備えている点で、図２の制御装置と異なる。そして、このような構成の相違に起因して、図５の制御装置でのＭＰＵ１１と図２の制御装置でのＭＰＵ１１とでは、実行する制御の内容に差異が生じ、その詳細については追って説明する。
【００２５】
位置検出部１３は、例えば、フォトインタラプタとスリット板からなり、移動体２０７（回転部）の回転位置を検出する。ＭＰＵ１１は、位置検出部１３からの出力信号に基づいて、移動体２０７の回転位置と速度（駆動速度（回転速度））を演算し、移動体２０７の回転位置と駆動速度を制御する。具体的には、ＭＰＵ１１は、移動体２０７の回転位置と駆動速度に基づいて、スイッチング周波数、スイッチングパルス幅、スイッチングパルスの位相差等をパラメータとして、駆動速度を制御する制御信号（指令値）を作成する。信号発生部１０ａ，１０ｂは、ＭＰＵ１１により生成された制御信号に基づいてスイッチングパルスＡ，Ａ´，Ｂ，Ｂ´を生成する。スイッチングパルスＡ，Ａ´，Ｂ，Ｂ´は増幅部によって正弦波の駆動電圧に変換されて、振動型アクチュエータ２００に印加される。
【００２６】
電力検出回路１４は、振動型駆動装置１００がポータブルで持ち運びが可能な電子機器に搭載されるケースを想定し、また、そのような電子機器では電源として二次電池等が用いられるケースが多いことを想定して、設けられている。一般的に、電池では、充電完了後や未使用の状態から使用した場合には最初は供給電圧が大きいが、使用時間の経過にしたがって供給電圧が小さくなってくる。電力検出回路１４は直流電源に接続されて直流電圧である電源電圧を検出すると共に、信号発生部１０ａ，１０ｂに接続されて、スイッチング回路で消費される（スイッチングパルスの生成に用いられる）電力（又は電流を検出している。ＭＰＵ１１は、電力検出回路１４から出力される検出信号に基づき、電源電圧の著しい低下や信号発生部１０ａ，１０ｂで消費される電力（電流）に異常が認められたときに、振動型駆動装置１００の動作を緊急停止させる等の制御を行うことが可能となっている。
【００２７】
図６（ａ）は、振動型駆動装置１００での周波数−速度特性を示す図である。ここでは、図３の説明と同様に、電源電圧（大，小）と信号発生部１０ａ，１０ｂから出力されるスイッチングパルスのデューティ比（２５％，５０％）の２通りの組み合わせを示している。なお、設定１，２はそれぞれ、図３を参照して説明した設定１，２と同じ設定である。つまり、設定１は、電源電圧が「大」で、スイッチングパルスのデューティ比は２５％に設定され、設定２は、電源電圧が「小」で、スイッチングパルスのデューティ比は５０％に設定されている。なお、図３を参照して説明したように、電源電圧が大きい場合にスイッチングパルスのデューティ比を５０％に設定すると投入電力が大き過ぎる状態となってしまうため、電源電圧が大きい場合にはデューティ比を２５％に設定している。これにより、図６（ａ）に示されるように、設定１と設定２とでは同等の特性カーブとなっている。
【００２８】
電源電圧が大きい場合であっても、スイッチングパルスのデューティ比を小さくすることで、電源電圧が小さい場合と同じく、周波数変化に対する駆動速度の変化は傾きＡとなる。つまり、周波数制御領域では、スイッチングパルスのデューティ比を電源電圧の値に応じて設定することにより、同等の周波数−速度特性が得られることがわかる。なお、周波数制御では、スイッチングパルスの周波数（周期）をスイープするが、その際のスイッチングパルスのデューティ比は不変である。目標速度を小さくする際には駆動周波数を高くしていくが、その際、電力増加を避けるために、所定の速度Ｘとなる周波数（以下「制御切り替わり点」と言う）で駆動周波数を固定し、更に駆動速度を下げたい場合にはパルス幅制御を行うようにする。
【００２９】
図６（ｂ）は、周波数制御からパルス幅制御に切り替えた後のスイッチングパルスのデューティ比と駆動速度との関係を説明する図である。パルス幅制御では、スイッチングパルスの周波数を固定して、スイッチングパルスのデューティ比を変える（つまり、スイッチングパルスの周期を変えずに、１周期内でのオン時間であるパルス幅を変える）。駆動周波数は速度Ｘとなる周波数に固定されているため、スイッチングパルスのデューティ比の大小関係はスイッチングパルスのパルス幅の大小関係と同様に扱うことができる。
【００３０】
図６（ｂ）中、パルス幅制御領域Ｂは設定１でのパルス幅（デューティ比）の設定可能範囲を、パルス幅制御領域Ａは設定２でのパルス幅（デューティ比）の設定可能範囲を示している。設定１と設定２とでは、制御切り替わり点での最大デューティ比の値が異なっている。これは、次の理由による。即ち、図４にスイッチングパルスのデューティ比と基本波成分（Ｐｏｗｅｒ）の関係を示したように、スイッチングパルスのデューティ比が５０％付近の場合には基本波成分の変化が少なく、傾きＣは小さい。一方、スイッチングパルスのデューティ比が２５％付近の場合には、５０％の場合に比べて基本波成分の変化が大きく、よって、傾きＢは傾きＣより大きくなっている。電源電圧の値に基づいて最大デューティ比を決定し、その値より小さい範囲でデューティ比を変化させる場合において電源電圧が「大」の場合には最大デューティ比が２５％となっているため、デューティ比の変化に対する速度変化（傾きＢ）が大きくなる。逆に、電源電圧が「小」の場合には最大デューティ比が５０％となっているため、デューティ比の変化に対する速度変化（傾きＣ）は小さくなっている。よって、周波数制御での速度変化は電源電圧が異なっても傾きＡで同じであるのに対して、周波数制御からパルス幅制御に切り替わると、パルス幅制御の傾きが、傾きＢ＞傾きＣ、という関係で変わってしまう。そこで、本実施形態では、次に説明する制御により、この関係を改善する。
【００３１】
図７（ａ）は、電源電圧に対する制御切り替わり点でのスイッチングパルスの最大デューティ比の設定例を示すグラフである。電源電圧は、振動型アクチュエータ２００の駆動に用いられるバッテリの電圧であり、ここでは３．７Ｖ〜６．０Ｖの範囲で変動している。なお、図７（ａ）のデータは、制御切り替わり周波数で速度Ｘが出るようにした状態で電源電圧と最大デューティ比との関係を測定することで得られる。図７（ａ）中の多項式については、図８のフローチャート（振動型アクチュエータ２００の制御のためのアルゴリズム）について説明する際に併せて説明する。
【００３２】
図７（ｂ）は、設定された最大デューティ比とパルス幅制御時のゲインとの関係を示すグラフである。図７（ｂ）は、図７（ａ）の関係に基づいて最大デューティ比が決まったときに、周波数制御とパルス幅制御との切り替わりをスムーズに行う（制御性の低下を抑制する）ためのゲイン設定値を表している。なお、図７（ｂ）では、最大デューティ比が３５％の場合に、周波数制御とパルス幅制御の操作量と駆動速度との関係を略一致させるゲインを「１」としている。ゲインを大きくすると、駆動速度の変化に対してスイッチングパルス（信号発生部１０ａ，１０ｂの各発振器部から出力されるパルス信号）のデューティ比が大きく反応（変化）する。図７（ｂ）中の多項式については、図８のフローチャートについて説明する際に併せて説明する。
【００３３】
図８は、振動型アクチュエータ２００のＭＰＵ１１による第１実施形態に係る制御方法を説明するフローチャートである。図８にＳ番号で示す各処理（ステップ）は、ＭＰＵ１１が所定のプログラムを実行して振動型駆動装置１００の全体的な制御を行うことにより実現される。
【００３４】
なお、ＭＰＵ１１は、振動型アクチュエータ２００の駆動開始前に、図７（ａ）の電源電圧と最大デューティ比との関係、及び、図７（ｂ）の最大デューティ比とパルス幅制御でのゲインとの関係、を取得しておく。ＭＰＵ１１は、これらの関係をＭＰＵ１１が有するメモリにテーブルとして記憶するか又は電源電圧と最大デューティ比との関係を数式化してメモリに記憶しておく。例えば、図７（ａ），（ｂ）の各データは、図７（ａ），（ｂ）のそれぞれに記されている下記式１、下記式２での数式化が可能である。
【００３５】
【数１】
2019198199.tif 000003
【００３６】
Ｓ１ではＭＰＵ１１は、電力検出回路１４により電源電圧を検出する。Ｓ２ではＭＰＵ１１は、Ｓ１で得られた電源電圧に基づき、図７（ａ），（ｂ）に対応に対するテーブル又は数式から、スイッチングパルスの最大デューティ比とゲインを決定する。続くＳ３ではＭＰＵ１１は、Ｓ２で設定した最大デューティ比と予め定められたスタート周波数で、振動型アクチュエータ２００の駆動を開始する。なお、スタート周波数は予め定められているため、Ｓ２で最大デューティ比を定めることは、スタート周波数でのパルス幅（１周期でのオン時間）を定めることと同義である。Ｓ４ではＭＰＵ１１は、位置検出部１３からの出力信号に基づき、検出速度（移動体２０７の駆動速度（回転速度））が目標速度より小さいか否かを判定する。ＭＰＵ１１は、検出速度が目標速度より小さいと判定した場合（Ｓ４でＹＥＳ）、処理をＳ５へ進め、検出速度が目標速度以上であると判定した場合（Ｓ４でＮＯ）、処理をＳ１０へ進める。
【００３７】
Ｓ５ではＭＰＵ１１は、検出速度が大きくなるように駆動周波数を下げる周波数制御を行う。Ｓ６ではＭＰＵ１１は、検出速度が目標速度の９０％を超えたか否か、つまり、検出速度が目標速度に近付いたか否かを判定する。なお、ここでは、判定基準を９０％に設定しているが、これに限られるものではない。ＭＰＵ１１は、検出速度が目標速度の９０％を超えていないと判定した場合（Ｓ６でＮＯ）、処理をＳ５に戻し、検出速度が目標速度の９０％を超えたと判定した場合（Ｓ６でＹＥＳ）、処理をＳ７へ進める。
【００３８】
Ｓ７ではＭＰＵ１１は、移動体２０７の検出速度と目標速度との差に応じて、検出速度が目標速度に近付くように駆動周波数を変更する周波数制御を行う。Ｓ８ではＭＰＵ１１は、周波数制御からパルス幅制御へ切り替えるか否かを判定する。Ｓ８の判定の基準は、Ｓ７で検出速度が目標速度以上となった場合には駆動周波数を上げて検出速度を下げるが、その過程で駆動周波数がスタート周波数に達したか否かで判定する。ＭＰＵ１１は、駆動周波数がスタート周波数に達したと判定した場合には駆動周波数をスタート周波数に固定して、周波数制御からパルス幅制御へ切り替えるために（Ｓ８でＹＥＳ）、処理をＳ１０へ進める。一方、ＭＰＵ１１は、駆動周波数がスタート周波数に達していない判定した場合には、周波数制御を継続するために（Ｓ８でＮＯ）、処理をＳ９へ進める。
【００３９】
Ｓ９ではＭＰＵ１１は、周波数制御のまま位置検出部１３からの出力信号に基づいて移動体２０７が停止位置に到達したか否かを判定する。ＭＰＵ１１は、移動体２０７が停止位置に到達していないと判定した場合（Ｓ９でＮＯ）、処理をＳ７へ戻し、移動体２０７が停止位置に到達したと判定した場合（Ｓ９でＹＥＳ）、振動型アクチュエータ２００の駆動を停止させて、本処理を終了させる。
【００４０】
Ｓ１０ではＭＰＵ１１は、周波数制御からパルス幅制御へ切り替えて、パルス幅制御を行う。Ｓ１０のパルス幅制御では、駆動周波数はスタート周波数に固定され、検出速度が小さいときにはスイッチングパルスのデューティ比を大きくし、検出速度が大きいときにはスイッチングパルスのデューティ比を小さくする。なお、Ｓ１０のパルス幅制御でのゲインは、Ｓ２で設定された最大デューティ比に応じてＳ２で設定された値となる。
【００４１】
Ｓ１１ではＭＰＵ１１は、パルス幅制御から周波数制御へ切り替えるか否かを判定する。これは、パルス幅制御を行っている際に、スイッチングパルスのデューティ比が最大デューティ比に達しても検出速度が目標速度よりも小さい場合には、周波数制御に切り替える必要があるためである。パルス幅制御から周波数制御に切り替えるときのスイッチングパルスのデューティ比は、最大デューティ比に固定されることなる。ＭＰＵ１１は、パルス幅制御から周波数制御へ切り替える必要があると判定した場合（Ｓ１１でＹＥＳ）、処理をＳ７へ戻し、パルス幅制御から周波数制御へ切り替える必要はないと判定した場合（Ｓ１１でＮＯ）、処理をＳ１２へ進める。
【００４２】
Ｓ１２ではＭＰＵ１１は、パルス幅制御のまま位置検出部１３からの出力信号に基づいて移動体２０７が停止位置に到達したか否かを判定する。ＭＰＵ１１は、移動体２０７が停止位置に到達していないと判定した場合（Ｓ１２でＮＯ）、処理をＳ１０へ戻し、移動体２０７が停止位置に到達したと判定した場合（Ｓ１２でＹＥＳ）、振動型アクチュエータ２００の駆動を停止させて、本処理を終了させる。
【００４３】
このように、振動型駆動装置１００（図５の制御装置）によれば、電源電圧に応じたスイッチングパルスの最大デューティ比を設定し、設定された最大デューティ比に応じてパルス幅制御でのゲインを設定する。これにより、周波数制御とパルス幅制御とを切り替えても、高速から低速の広範囲での速度制御をスムーズに実行することができる。
【００４４】
図９は、振動型アクチュエータ２００に対する周波数制御とパルス幅制御の切り替わりでの駆動速度の変化の様子を説明する模式図である。図９（ａ）は、従来の制御方法を説明する図である。一方、図９（ｂ）は、図７及び図８を参照して説明した本実施形態に係る制御方法を説明する図である。各図において、横軸は速度偏差から計算した操作量であり、縦軸は振動型アクチュエータ２００における移動体２０７の駆動速度である。また、各図における黒丸点は、周波数制御とパルス幅制御の切り替わり点を示している。
【００４５】
図９（ａ）は、電源電圧が「大」の場合において、周波数制御時の傾きＡとゲインＧ１（第１のゲイン）との積が、パルス幅制御の傾きＢとゲインＧ２（第２のゲイン）と等しい状態を示している。ゲインＧ１，Ｇ２を。Ｇ１×Ａ＝Ｇ２×Ｂとなるように設定すると、操作量に対する駆動速度の変化割合を示す実線の傾きは切り替わり点で変化しない、つまり、制御特性が変化しないために滑らかな制御となる。しかし、電源電圧が「小」の場合には、パルス幅制御時の傾きＣは電源電圧が「大」の場合の傾きＢより小さいため、同じゲインＧ２で制御すると、Ｇ１×Ａ＞Ｇ２×Ｃ、となるため、破線で示すように、切り替わり点で制御特性が変化してしまう。
【００４６】
図９（ｂ）は、電源電圧が「大」の場合の周波数制御時の傾きＡとゲインＧ１との積及びパルス幅制御時の傾きＢとゲインＧ２の積と、電源電圧が「小」の場合のパルス幅制御時の傾きＣとゲインＧ３（第３のゲイン）の積とが等しい状態を示している。なお、電源電圧が「小」での周波数制御時の傾きは、電源電圧が「大」での周波数制御時の傾きＡと同じである（図６（ａ）参照）。このように、Ａ×Ｇ１＝Ｂ×Ｇ２＝Ｃ×Ｇ３、となるようにゲインＧ１〜Ｇ３を設定すれば、操作量に対する駆動速度の変化割合（電源電圧が「大」・「小」のそれぞれの場合を示す実線と破線の傾き）は同じとなる。よって、電源電圧が変化しても、切り替わり点で制御特性が変化しない滑らかな制御を実現することができる。
【００４７】
図１０は、振動型アクチュエータ２００の駆動制御中に目標速度Ｐを目標速度Ｑへ変更したときの制御パラメータの変化を示す図である。ここでは、電源電圧が「小」のときの最大デューティ比を５０％、電源電圧が「大」のときの最大デューティ比を３５％としている。よって、電源電圧が「小」のときのスイッチングパルスのデューティ比の設定可能範囲は５０％〜０％の範囲となり、電源電圧が「大」のときのスイッチングパルスのデューティ比の設定可能範囲は３５％〜０％の範囲となる。目標速度Ｐから目標速度Ｑへの変更に伴って周波数制御からパルス幅制御へ移行しており、電源電圧が「大」のときが細実線で、電源電圧が「小」のときが太実線で示されている。また、電源電圧が「小」でゲイン設定が適正な値でない場合の制御を細破線で示している。
【００４８】
電源電圧が「大」のときには、パルス信号のデューティ比は最大デューティ比の３５％に設定され、目標速度の変更に伴って周波数制御からパルス幅制御へ移行しても、操作量に対する駆動速度の変化割合が変わらないようにゲインが設定されている。そのため、細実線で示されるように、速度ムラが大きくなることなく、目標速度Ｐから目標速度Ｑへ変化し、目標速度Ｑで略一定に制御されている。
【００４９】
電源電圧が「小」のときには、スイッチングパルスのデューティ比は最大デューティ比の５０％に設定されている。このときのゲインを電源電圧が「大」のときのゲインと同じにすると、目標速度Ｐから目標速度Ｑへの変更に伴って周波数制御からパルス幅制御へ移行したときに操作量に対する駆動速度の変化割合が小さくなり、制御ゲインが不足した状態となる。この状態が細破線で示されており、駆動速度の目標速度に対する追尾が弱く、速度ムラが大きくなってしまう。そこで、電源電圧が「小」でスイッチングパルスのデューティ比が５０％のときには、電源電圧が「大」のときよりもゲインを大きくして、操作量に対する駆動速度の変化割合が変わらないようにしている。ゲインを大きくすると、太実線で示すように、駆動速度の変化に対してスイッチングパルス（信号発生部１０ａ，１０ｂの各発振器部から出力されるパルス信号）のデューティ比が大きく反応（変化）することで、駆動速度の変動が小さくなっている。つまり、目標速度Ｑで略一定に制御されていることがわかる。
【００５０】
＜第２実施形態＞
第１実施形態では、電源電圧に応じてスイッチングパルスの最大デューティ比を固定したが、第２実施形態では、振動型アクチュエータ２００の起動時に検出した電力に基づいて、制限電力を超えないように、スイッチングパルスの最大デューティ比を設定する。
【００５１】
図１１は、振動型アクチュエータ２００のＭＰＵ１１による第２実施形態に係る制御方法を説明するフローチャートである。図８にＳ番号で示す各処理（ステップ）は、ＭＰＵ１１が所定のプログラムを実行して振動型駆動装置１００の全体的な制御を行うことにより実現される。
【００５２】
Ｓ２１ではＭＰＵ１１は、起動周波数をｆ１に固定し、スイッチングパルス（信号発生部１０ａ，１０ｂの各発振器部から出力されるパルス信号）のデューティ比を０％に設定して電源をオンにして、振動型アクチュエータ２００を起動する。図１２は、振動型アクチュエータ２００の起動時の検出電力、駆動周波数、スイッチングパルスのデューティ比、駆動速度（検出速度）の関係を示す図である。Ｓ２２ではＭＰＵ１１は、電源電圧と駆動速度を監視した状態で、図１２に示されるようにスイッチングパルスのデューティ比を徐々に上げていく。ここでは、スイッチングパルスのデューティ比を１％ずつ上げるようにしているが、デューティ比の上げ方は必ずしも１％ずつとする必要はない。
【００５３】
Ｓ２３ではＭＰＵ１１は、検出電力が予め定められた制限電力を超えたか否かを判定する。ＭＰＵ１１は、検出電力が制限電力を超えたと判定した場合（Ｓ２３でＹＥＳ）、処理をＳ２４へ進め、検出電力が制限電力以下であると判定した場合（Ｓ２３でＮＯ）、処理をＳ２５へ進める。Ｓ２４ではＭＰＵ１１は、スイッチングパルスのデューティ比とゲインを設定する。具体的には、図１２に実線で示す電源電圧が「大」の場合、スイッチングパルスのデューティ比が２５％となった時刻ｔ１で検出電力が制限電力に達している。そのため、スイッチングパルスのデューティ比は２５％に設定され、これに応じてゲインは１．０（図７（ｂ））に設定される。また、図１２に破線で示す電源電圧が「小」の場合、スイッチングパルスのデューティ比が５０％となった時刻ｔ２で検出電力が制限電力に達している。そのため、スイッチングパルスのデューティ比は５０％に設定され、これに応じてゲインは３．０（図７（ｂ））に設定される。なお、電源電圧が「小」の場合においてスイッチングパルスのデューティ比を５０％まで上げても検出電力が制限電力に達しない場合には、最大限の電力を入力可能な５０％のデューティ比で固定し、それより大きなデューティ比を設定しないようにする。
【００５４】
Ｓ２５ではＭＰＵ１１は、検出速度が目標速度に到達したか否かを判定する。ＭＰＵ１１は、検出速度が目標速度に到達したと判定した場合（Ｓ２５でＹＥＳ）、処理をＳ２９へ進め、検出速度が目標速度に到達していないと判定した場合（Ｓ２５でＮＯ）、処理をＳ２６へ進める。Ｓ２６ではＭＰＵ１１は、スイッチングパルスの現在のデューティ比が最大デューティ比以上となったか否かを判定する。ＭＰＵ１１は、現在のデューティ比が最大デューティ比以上であると判定した場合（Ｓ２６でＹＥＳ）、処理をＳ２７へ進め、現在のデューティ比が最大デューティ比未満であると判定した場合（Ｓ２６でＮＯ）、処理をＳ２２へ戻す。
【００５５】
ＭＰＵ１１は、Ｓ２７，Ｓ２８では周波数制御を行い、Ｓ２９，Ｓ３０ではパルス幅制御を行う。これらのＳ２７，Ｓ２８，Ｓ２９，Ｓ３０の処理はそれぞれ、図９のフローチャートで説明したＳ７，Ｓ９，Ｓ１０，Ｓ１２の処理と同じであるため、説明を省略する。ＭＰＵ１１は、Ｓ２８，Ｓ３０で移動体２０７が停止位置に到達したと判定すると、振動型アクチュエータ２００の駆動を停止させて、本処理を終了させる。
【００５６】
消費電力は、電源電圧のみならず環境温度等によっても上下する。第１実施形態では、電源電圧の値を検出しているが、電源から出力される電力を直接検出しているわけではないので、環境温度等の影響で制限電力を超えてしまう事態が生じるおそれがある。これに対して、第２実施形態では、電力を直接監視して制限をかけるため、制限電力を超えてしまうのを回避することができる。また、スイッチングパルスの最大デューティ比が電源電圧の値によって決められた場合、環境温度等によっては電力消費が少なくなって、設定された出力が出せない事態が生じる可能性がある。しかし、第２実施形態では、制限電力に近付けた駆動制御が可能となるため、最大限の出力を出すことが可能となる。更に、スイッチングパルスの最大デューティ比が決定されると、これに応じたゲインが設定されるため、第１実施形態と同様に、周波数制御とパルス幅制御の切り替わりを滑らかに行うことができる。
【００５７】
なお、上記説明では、振動型アクチュエータ２００の起動時に検出した電力が制限電力を超えないように、スイッチングパルスの最大デューティ比を設定した。これに対して、振動型アクチュエータ２００の起動時に検出した電流の値が制限値を超えないように、スイッチングパルスの最大デューティ比を設定してもよい。
【００５８】
＜第３実施形態＞
上記の第２実施形態では、振動型アクチュエータ２００の起動時に起動周波数を固定して、スイッチングパルスのデューティ比（パルス幅）を徐々に大きくして、制限電力を超えない最大デューティ比を決定した。これに対して第３実施形態では、振動型アクチュエータ２００の起動後の周波数制御時又はパルス幅制御時にも消費電力を監視し、制限電力を超えたときにスイッチングパルスの最大デューティ比の設定値を変更する。
【００５９】
図１３（ａ）は、第１実施形態及び第２実施形態で説明したようにしてスイッチングパルスの最大デューティ比を設定した後、周波数制御時に最大デューティ比を変更する動作を説明する図である。振動型駆動装置１００の制御装置は、電力検出回路１４により、駆動中は常に電力値を監視している。時刻ｔ１近くまでの間は、起動時に設定された最大デューティ比に固定され、最大デューティ比に合わせたゲインが設定された状態で、駆動周波数を制御して駆動速度を制御している。時刻ｔ１において、監視していた電力値が制限電力を超えてしまっている。なお、この原因としては、例えば、環境温度の変化や電源特性（バッテリ特性）の変化等が考えられる。そこで、電力制限を超えないように最大デューティ比を数％下げた新たな最大デューティ比を設定すると共に、新たに設定された最大デューティ比に応じてゲインを再設定する。周波数制御では最大デューティ比を変更しても周波数に対する速度特性は変わらないため、ゲインを変えても影響はない。
【００６０】
図１３（ｂ）は、第１実施形態及び第２実施形態で説明したようにして最大デューティ比を設定した後、パルス幅制御時に最大デューティ比を変更する動作を説明する図である。振動型駆動装置１００の制御装置は、電力検出回路１４により、駆動中は常に電力値を監視している。時刻ｔ１近くまでの間は、起動時に設定された最大デューティ比（旧）と最低デューティ比（０％）の間のデューティ比設定可能範囲でデューティ比が制御されることで駆動速度が制御されている。時刻ｔ１において監視していた電力値が制限電力を超えたときに最大デューティ比を下げ、且つ、下げた最大デューティ比に応じたゲインを再設定する。これにより、パルス幅制御におけるスイッチングパルスのデューティ比の設定可能範囲が最大デューティ比（新）と最低デューティ比（０％）の間に変わり、周波数制御との切り替わりも滑らかに行うことができる。つまり、最大デューティ比を変更しても、変更前と同じように周波数制御との切り替わり点での操作量に対する速度特性は変わらず、制御方法が変わったことの影響を受けない駆動（制御）が可能となる。
【００６１】
第３実施形態では、駆動制御中は常に電力を検出して、制限電力を超えないようにしながら、電源電圧が高くなったのと同様の状況となった場合には最大デューティ比を下げ、これと同時に新たな最大デューティ比に応じたゲインに再設定している。これにより、電源電圧の変動や環境変化があっても常に電力を制限電力以下に維持することができると共に、周波数制御とパルス幅制御との切り替わり点においても操作量に対する駆動速度の変化特性を変えることなく、駆動速度を制御することが可能となる。なお、ここでは、駆動制御中に常に電力を検出して、制限電力を超えないように制御を行ったが、電力に代えて電流を検出して、制限電流を超えないように制御を行うようにしてもよい。
【００６２】
＜第４実施形態＞
第４実施形態では、上述した各実施形態に係る振動型駆動装置を搭載して撮像装置について説明する。図１４は、上記の各実施形態に係る振動型駆動装置を搭載した撮像装置４００の概略構成を、一部を透過した状態で示す斜視図である。撮像装置４００は、具体的には、デジタルカメラである。撮像装置４００の前面には、レンズ鏡筒４１０が取り付けられている。レンズ鏡筒４１０の内部には、フォーカスレンズ４０７を含む複数のレンズ（不図示）と、手ぶれ補正光学系４０３が配置されている。手ぶれ補正光学系４０３は、２軸のコアレスモータ４０４，４０５の回転が伝達されることによって、上下方向（Ｙ方向）と左右方向（Ｘ方向）に振動可能となっている。
【００６３】
撮像装置４００の本体側には撮像素子４０８が配置されており、レンズ鏡筒４１０を通過した光が光学像として撮像素子４０８に結像する。撮像素子４０８は、ＣＭＯＳセンサ或いはＣＣＤセンサ等の光電変換デバイスであり、光学像をアナログ電気信号に変換する。撮像素子４０８から出力されるアナログ電気信号は、不図示のＡ／Ｄ変換器によってデジタル信号に変換された後、不図示の画像処理回路による所定の画像処理を経て、画像データ（映像データ）として不図示の半導体メモリ等の記憶媒体に記憶される。
【００６４】
また、撮像装置４００の本体側には、内部装置として、上下方向（ピッチング）の手ぶれ量（振動）を検出するジャイロセンサ４０１と、左右方向（ヨーイング）の手ぶれ量（振動）を検出するジャイロセンサ４０２が配置されている。ジャイロセンサ４０１，４０２によって検出された振動の逆方向にコアレスモータ４０４，４０５が駆動され、手ぶれ補正光学系４０３のＺ方向に延びる光軸を振動させる。その結果、手ぶれによる光軸の振動が打ち消され、手ぶれが補正された良好な写真を撮影することができる。
【００６５】
振動型アクチュエータ２００は、第１乃至第３実施形態で説明した制御方法（駆動方法）によって駆動され、不図示のギア列を介して、レンズ鏡筒４１０に配置されたフォーカスレンズ４０７を光軸方向（Ｚ方向）に駆動する。但し、これに限定されず、振動型アクチュエータ２００は、ズームレンズ（不図示）の駆動等、任意のレンズの駆動に用いることができる。振動型アクチュエータ２００を第１乃至第３実施形態で説明した駆動方法で駆動するための制御回路４０９は、撮像装置４００の本体側に組み込まれている。
【００６６】
上記の各実施形態に係る振動型駆動装置をレンズ駆動装置として撮像装置に搭載することで、電池等の電源の電圧の変化を影響を受けずに高速から低速の広範囲でスムーズなレンズ駆動が可能になり、画質の良好な写真や動画を撮影することが可能となる。
【００６７】
ところで、最近の撮像装置には、静止画と動画の両方を撮影する機能が組み込まれている。静止画撮影ではより速く被写体にピントを合わせる必要があるため、振動型アクチュエータを高速駆動する必要がある。一方、動画撮影での被写体追尾では、振動型アクチュエータを低速で駆動させる必要がある。よって、振動型アクチュエータには、高速駆動と低速駆動を両立させて、レンズを速度ムラを小さくして駆動させることが必要となってきている。特に、低速時の速度変化は撮影動画に違和感を与えるため、低速駆動での速度安定性が強く求められる。このような要求に対して、本発明は特に有効である。つまり、上記の各実施形態で説明したように、振動型駆動装置１００では従来に比べて速度ムラの発生を抑制した駆動が可能となることで、動画撮影の品質を高めることが可能となる。
【００６８】
以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。更に、上述した各実施形態は本発明の一実施形態を示すものにすぎず、各実施形態を適宜組み合わせることも可能である。例えば、上記実施形態では、本発明に係る振動型駆動装置を撮像装置に適用した例について説明した。しかし、本発明に係る振動型駆動装置は、撮像装置に限定されず、位置決めや一定速度での駆動が要求される移動体を有する電子機器に、移動体を駆動するための駆動装置として広く適用が可能である。
【符号の説明】
【００６９】
１０ａ，１０ｂ    信号発生部
１１    ＭＰＵ
１３    位置検出部
１４    電力検出回路
１００    振動型駆動装置
２００    振動型アクチュエータ
４００    撮像装置
【図１】
2019198199.tif 000004
【図２】
2019198199.tif 000005
【図３】
2019198199.tif 000006
【図４】
2019198199.tif 000007
【図５】
2019198199.tif 000008
【図６】
2019198199.tif 000009
【図７】
2019198199.tif 000010
【図８】
2019198199.tif 000011
【図９】
2019198199.tif 000012
【図１０】
2019198199.tif 000013
【図１１】
2019198199.tif 000014
【図１２】
2019198199.tif 000015
【図１３】
2019198199.tif 000016
【図１４】
2019198199.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成31年4月22日(2019.4.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
電気−機械エネルギ変換素子を弾性体に接着して構成される振動体にその振動体が持つ振動モードの交流信号を印加することによって振動を発生させ、振動体に接触させた被駆動体（接触体）を摩擦駆動させることで駆動力を得る振動型アクチュエータが知られている。このような振動型アクチュエータをＡＦ駆動やズーム駆動に用いたカメラやビデオカメラ等の撮像装置が知られている。撮像装置におけるズーム動作では滑らかにレンズを移動させる必要があり、よって、レンズを駆動する振動型アクチュエータには、一定の駆動速度で安定して動作する制御性が求められている。また、振動型アクチュエータを駆動する際の消費電力を低く抑えることが可能な制御方法が求められている。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明に係る振動型駆動装置は、振動体と、該振動体と接触する接触体と、を有する振動型アクチュエータと、前記振動型アクチュエータの駆動を制御する制御装置と、を備える振動型駆動装置であって、前記制御装置は、前記振動型アクチュエータの周波数制御でのゲインとパルス幅制御でのゲインとを予め設定された制限電力または制限電流を超えないように設定することを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
第１の弾性体２０１において圧電素子２０２と接触していない側の表面には、被駆動体（接触体）である移動体２０７に固定された接触バネ２０８が接触する。接触バネ２０８は弾性を有しており、移動体２０７に固定されて、移動体２０７と一体となって回転する。ギア２０９は、回転駆動力の出力手段であり、移動体２０７の回転軸方向の移動を許容し、移動体２０７と一体的に回転するように移動体２０７と嵌合している。コイルバネ２１０は、移動体２０７のバネ受け部とギア２０９との間に配置され、移動体２０７を第１の弾性体２０１の方向に押し下げるように加圧する。ギア２０９はシャフト２０６と結合した固定部材２１１に軸支されており、ギア２０９の軸方向における位置が固定部材２１１によって規制されている。シャフト２０６において下ナット２０４と嵌合しない側の先端部にもネジ部が形成されており、このネジ部に上ナット２１２が螺合することで、固定部材２１１はシャフト２０６に固定される。固定部材２１１には固定用ネジ穴が設けられており、固定部材２１１を所望の場所にネジを用いて固定することで、振動型アクチュエータを所望の場所に取り付けることができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動体と、該振動体と接触する接触体と、を有する振動型アクチュエータと、
前記振動型アクチュエータの駆動を制御する制御装置と、を備える振動型駆動装置であって、
前記制御装置は、前記振動型アクチュエータの周波数制御でのゲインとパルス幅制御でのゲインとを予め設定された制限電力または制限電流を超えないように設定することを特徴とする振動型駆動装置。
【請求項２】
前記制御装置は、直流電圧のスイッチングによりパルスを生成することを特徴とする請求項１に記載の振動型駆動装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記振動型アクチュエータの駆動条件に基づいて前記パルスの最大デューティ比を決定することを特徴とする請求項２に記載の振動型駆動装置。
【請求項４】
前記制御装置は、前記パルスの周波数を制御することを特徴とする請求項２又は３に記載の振動型駆動装置。
【請求項５】
前記制御装置は、前記パルスのデューティ比を制御することを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の振動型駆動装置。
【請求項６】
前記制御装置は、前記振動型アクチュエータの周波数制御でのゲインとパルス幅制御でのゲインとを、前記振動型アクチュエータに接続された電源電圧の値に応じて設定することを特徴とする請求項１に記載の振動型駆動装置。
【請求項７】
前記制御装置は、記憶装置に記憶された、前記最大デューティ比と前記パルス幅制御に設定するゲインの値との関係に基づいて、前記最大デューティ比に対して前記パルス幅制御でのゲインを設定することを特徴とする請求項３に記載の振動型駆動装置。
【請求項８】
前記制御装置は、前記直流電圧の値に応じて前記最大デューティ比を決定することを特徴とする請求項３に記載の振動型駆動装置。
【請求項９】
前記制御装置は、前記振動型アクチュエータの起動時に駆動周波数が固定された状態で前記パルスのデューティ比を増加させ、前記パルスを生成するための電力または電流の値が予め定められた制限値に達したときのデューティ比を前記最大デューティ比として決定し、前記パルス幅制御でのゲインを前記決定された最大デューティ比に応じて再設定することを特徴とする請求項３に記載の振動型駆動装置。
【請求項１０】
前記制御装置は、前記振動型アクチュエータが前記最大デューティ比で前記周波数制御により駆動されている際に前記パルスを生成するための電力または電流の値が予め定められた制限値に達した場合に、前記最大デューティ比を前記電力または前記電流が前記制限値を超えないデューティ比に変更し、前記変更されたデューティ比を新しい最大デューティ比に決定し、前記新しい最大デューティ比に応じて前記パルス幅制御でのゲインを再設定することを特徴とする請求項３に記載の振動型駆動装置。
【請求項１１】
前記制御装置は、前記振動型アクチュエータが前記最大デューティ比で前記パルス幅制御により駆動されている際に前記パルスを生成するための電力または電流の値が予め定められた制限値に達した場合に、前記最大デューティ比を前記電力または前記電流が前記制限値を超えないデューティ比に変更し、前記変更されたデューティ比を新しい最大デューティ比に決定し、前記新しい最大デューティ比に応じて前記パルス幅制御でのゲインを再設定することを特徴とする請求項３に記載の振動型駆動装置。
【請求項１２】
前記制御装置は、前記周波数制御での制御特性と前記パルス幅制御での制御特性とが略一致するように制御することを特徴とする請求項２に記載の振動型駆動装置。
【請求項１３】
前記周波数制御での制御特性とは、前記振動型アクチュエータの駆動速度の駆動周波数に対する傾きであり、
前記パルス幅制御での制御特性とは、前記駆動速度の前記パルスのデューティ比に対する傾きであり、
前記制御装置は、周波数制御を行っているときの前記駆動速度の前記駆動周波数に対する傾きと第１のゲインとの積と、前記パルス幅制御を行っているときの最大デューティ比の付近での前記駆動速度の前記デューティ比に対する傾きと第２のゲインとの積と、が等しくなるように前記第１のゲインと前記第２のゲインを設定することを特徴とする請求項１２に記載の振動型駆動装置。
【請求項１４】
前記制御装置は、前記振動型アクチュエータに接続された電源電圧の大きさに応じた第１の設定と、前記第１の設定より低い電圧に対応する第２の設定を備え、
前記第１の設定に対応するゲインは前記第２の設定に対応するゲインよりも小さいことを特徴とする請求項１又は２に記載の振動型駆動装置。
【請求項１５】
部材と、
前記部材を移動させる請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の振動型駆動装置と、を備えることを特徴とする電子機器。
【請求項１６】
振動体と接触体とを有する振動型アクチュエータの制御方法であって、
前記振動型アクチュエータに交番電圧を供給し、前記振動型アクチュエータの周波数制御でのゲインとパルス幅制御でのゲインとを、予め設定された制限電力または制限電流を超えないように設定することを特徴とする振動型アクチュエータの制御方法。
【請求項１７】
前記交番電圧を生成するためのパルスの最大デューティ比を前記振動型アクチュエータの駆動条件に基づいて決定することを特徴とする請求項１６に記載の振動型アクチュエータの制御方法。
【請求項１８】
前記周波数制御でのゲインと前記パルス幅制御でのゲインとを、電力又は電流が前記制限電力または前記制限電流を超えないように、前記最大デューティ比に応じて設定し、前記交番電圧を前記振動型アクチュエータに供給することを特徴とする請求項１７に記載の振動型アクチュエータの制御方法。
【請求項１９】
前記周波数制御でのゲインと前記パルス幅制御でのゲインとを、前記振動型アクチュエータに接続された電源電圧の値に応じて設定することを特徴とする請求項１６に記載の振動型アクチュエータの制御方法。