(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに相対移動する振動体と被駆動体を備える振動型アクチュエータの駆動装置であって、
前記振動体が備える電気−機械エネルギ変換素子に対して、振動を励起させるための第１の駆動信号と第２の駆動信号を印加する駆動手段と、
前記振動体と前記被駆動体との相対位置に関する情報を取得する取得手段と、
前記情報に基づいて前記駆動手段から前記電気−機械エネルギ変換素子へ印加する前記第１の駆動信号と前記第２の駆動信号をそれぞれ第３の駆動信号と第４の駆動信号に切り替えることで、前記振動体に励起される振動の振幅のピークの中で最も大きいピークが形成される位置を変化させる制御手段と、を備えることを特徴とする振動型アクチュエータの駆動装置。
【請求項２】
前記第１の駆動信号および前記第２の駆動信号から前記第３の駆動信号および前記第４の駆動信号への切り替えは、前記第１の駆動信号と前記第２の駆動信号の位相差を切り替えることによって行われることを特徴とする請求項１に記載の振動型アクチュエータの駆動装置。
【請求項３】
前記第１の駆動信号および前記第２の駆動信号から前記第３の駆動信号および前記第４の駆動信号への切り替えは、前記第１の駆動信号および前記第２の駆動信号の一方の駆動信号を固定し、他方の駆動信号を変えることによって行われることを特徴とする請求項１に記載の振動型アクチュエータの駆動装置。
【請求項４】
前記取得手段は、前記振動体に対する前記被駆動体の所定の移動量に対して所定のパルス数を設定し、前記振動体と前記被駆動体との前記相対位置を前記パルス数の値として取得することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータの駆動装置。
【請求項５】
前記振動体と前記被駆動体は共にリング形状を有して略同軸に配置され、
前記振動体には、前記電気−機械エネルギ変換素子に前記第１の駆動信号と前記第２の駆動信号が所定の位相差で印加されることによって進行性の振動が励起され、
前記被駆動体は、前記振動体に対する摺動面に前記振動体に向けて突出した凸部を有し、
前記制御手段は、前記被駆動体の凸部が前記振動体に発生する前記進行性の振動の振幅のピークの中で最も大きいピークが形成される前記振動体の周方向位置で前記振動体と接触するように、前記振動体と前記被駆動体との相対移動に伴って前記第１の駆動信号と前記第２の駆動信号をそれぞれ前記第３の駆動信号と前記第４の駆動信号に切り替えることで、前記振動体の周方向で前記進行性の振動の振幅のピークの中で最も大きいピークが形成される位置を切り替えることを特徴とする請求項１に記載の振動型アクチュエータの駆動装置。
【請求項６】
前記進行性の振動の振幅のピークの中で最も大きいピークが形成される前記振動体の周方向位置を切り替える動作回数は、前記被駆動体の前記凸部の数をｔ、前記振動体において前記電気−機械エネルギ変換素子の電極パターンから計算される周方向の１周での振動の波数をｍとしたときに、少なくともｔ×ｍ×２であることを特徴とする請求項５に記載の振動型アクチュエータの駆動装置。
【請求項７】
前記制御手段は、前記第１の駆動信号と前記第２の駆動信号の周波数を変化させない状態で前記電気−機械エネルギ変換素子を駆動したときの前記振動体に対する前記被駆動体の速度が最小または最大になる位置を記憶し、前記記憶した位置を基準として前記振動体に発生させる進行性の振動の振幅のピークの中で最も大きいピークが形成される位置を決定することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータの駆動装置。
【請求項８】
前記振動体は、前記振動体に生じる振動を検出する振動検出部を有し、
前記制御手段は、前記第１の駆動信号と前記第２の駆動信号の周波数を変化させない状態で前記電気−機械エネルギ変換素子を駆動したときの前記振動検出部の信号と前記第１の駆動信号または前記第２の駆動信号との位相差が最大または最小になる位置を記憶し、前記記憶した位置を基準として前記振動体に発生させる進行性の振動の振幅のピークの中で最もピークが大きくなる位置を決定することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータの駆動装置。
【請求項９】
レンズと、
前記レンズを光軸方向に移動させる振動型アクチュエータと、
レンズにより結像される光学像を撮影する撮像素子と、
前記振動型アクチュエータを駆動する駆動装置と、を備え、
前記振動型アクチュエータは、
弾性体と電気−機械エネルギ変換素子を備えた振動体と、
前記振動体と接触する被駆動体と、を有し、
前記駆動装置は、
前記電気−機械エネルギ変換素子に対して前記振動体に振動を励起させるための第１の駆動信号と第２の駆動信号を印加する駆動手段と、
前記振動体と前記被駆動体との相対位置に関する情報を取得する取得手段と、
前記情報に基づいて前記駆動手段から前記電気−機械エネルギ変換素子へ印加する前記第１の駆動信号と前記第２の駆動信号をそれぞれ第３の駆動信号と第４の駆動信号に切り替えることで、前記振動体に励起される振動の振幅のピークの中で最も大きいピークが形成される位置を変化させる制御手段と、を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項１０】
弾性体と電気−機械エネルギ変換素子を備えた振動体と、
前記振動体と接触する被駆動体と、
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータの駆動装置と、を備えることを特徴とする装置。
【請求項１１】
互いに相対移動する振動体と被駆動体を備える振動型アクチュエータを駆動する駆動装置の制御方法であって、
前記振動体が備える電気−機械エネルギ変換素子に対して、振動を励起させるための第１の駆動信号と第２の駆動信号を印加するステップと、
前記振動体と前記被駆動体との相対位置に関する情報を取得するステップと、
前記情報に基づいて前記電気−機械エネルギ変換素子へ印加する前記第１の駆動信号と前記第２の駆動信号をそれぞれ第３の駆動信号と第４の駆動信号に切り替えることで、前記振動体に励起される振動の振幅のピークの中で最も大きいピークが形成される位置を変化させるステップと、を有することを特徴とする駆動装置の制御方法。
【請求項１２】
互いに相対移動する、弾性体および電気−機械エネルギ変換素子を有する振動体と被駆動体とを備える振動型アクチュエータの駆動方法であって、
所定の周波数の第１の駆動信号と第２の駆動信号を、固定された位相差で前記電気−機械エネルギ変換素子に印加することにより、前記振動体に進行性の振動を励起させるステップと、
前記振動体に励起させた振動によって前記被駆動体と前記振動体とが相対移動するときの前記振動体に対する前記被駆動体の位置と速度との関係を示す速度プロフィールを取得するステップと、
前記取得した速度プロフィールから前記振動体に対する前記被駆動体の速度が最低となる最低速度位置を検出するステップと、
前記振動体と前記被駆動体との相対位置に関する情報を取得し、前記情報および前記最低速度位置に基づいて、前記電気−機械エネルギ変換素子へ印加する前記第１の駆動信号と前記第２の駆動信号をそれぞれ第３の駆動信号と第４の駆動信号に切り替えることで、前記振動体に励起される進行性の振動の振幅のピークの中で最も大きいピークが形成される位置を変化させるステップと、を有することを特徴とする振動型アクチュエータの駆動方法。
【請求項１３】
互いに相対移動する、弾性体および電気−機械エネルギ変換素子を有する振動体と被駆動体とを備える振動型アクチュエータの駆動方法であって、
所定の周波数の第１の駆動信号と第２の駆動信号を、固定された位相差で前記電気−機械エネルギ変換素子に印加することにより、前記振動体に進行性の振動を励起させるステップと、
前記振動体に生じた振動を検出するステップと、
前記振動体に励起させた振動によって前記被駆動体と前記振動体とが相対移動するときの前記振動体に対する前記被駆動体の位置と、前記振動の前記検出により生成した信号と前記第１の駆動信号または前記第２の駆動信号との位相差との関係を示す位相差プロフィールを取得するステップと、
前記取得した位相差プロフィールから前記位相差が最低となる最低位相差位置を検出するステップと、
前記振動体と前記被駆動体との相対位置に関する情報を取得し、前記情報および前記最低位相差位置に基づいて、前記電気−機械エネルギ変換素子へ印加する前記第１の駆動信号と前記第２の駆動信号をそれぞれ第３の駆動信号と第４の駆動信号に切り替えることで、前記振動体に励起される進行性の振動の振幅のピークの中で最も大きいピークが形成される位置を変化させるステップと、を有することを特徴とする振動型アクチュエータの駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気−機械エネルギ変換素子に所定の駆動信号を印加することによって振動体に振動を生じさせ、その振動体と接触する被駆動体とその振動体とを相対移動させる振動型アクチュエータの駆動制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気−機械エネルギ変換素子に駆動信号を印加することによって屈曲形態が同じで、屈曲の方向が異なる複数の屈曲モードの振動を振動体に発生させ、振動体に加圧接触させた被駆動体を摩擦駆動する振動型アクチュエータが知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
図１４は、振動型アクチュエータ２００の斜視図である。また、図１５は、図１４に示す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、圧電ユニット２０２、フレキシブル基板２０３、下ナット２０４、第２の弾性体２０５、シャフト２０６、被駆動体２０７、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。
【０００４】
第１の弾性体２０１は、金属等の振動減衰損失の小さい材料で構成された円板状部材である。フレキシブル基板２０３は、不図示の駆動電源と圧電ユニット２０２とを電気的に接続する。不図示の電源からフレキシブル基板２０３を介して圧電ユニット２０２を構成する電気−機械エネルギ変換素子である圧電素子に駆動信号が印加されることにより、圧電ユニット２０２に所定の振動を生じさせる。
【０００５】
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。シャフト２０６は、第１の弾性体２０１、圧電ユニット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挿入される。シャフト２０６のスラスト方向の概ね中央部には段差が設けられ、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。また、シャフト２０６の下ナット２０４側の先端部にはネジ山２３１が形成されており、このネジ山２３１を締結部材である下ナット２０４と螺合させる。これにより、第２の弾性体２０５、第１の弾性体２０１、圧電ユニット２０２及びフレキシブル基板２０３は、シャフト２０６と下ナット２０４によりシャフト２０６のスラスト方向に締め付けられて固定される。
【０００６】
被駆動体２０７の下部には、バネ性を有する接触バネ部が形成されている。第１の弾性体２０１において圧電ユニット２０２と接触していない側の表面は、被駆動体２０７の下部に形成された接触バネ部と加圧接触し、これにより被駆動体２０７は、第１の弾性体２０１による摩擦駆動力を受ける。ギア２０９は、被駆動体２０７の回転出力を外部に取り出すための出力手段であり、被駆動体２０７の回転軸方向の移動を許容し、被駆動体２０７と一体的に回転するように被駆動体２０７と嵌合している。加圧手段であるコイルバネ２１０は、被駆動体２０７のバネ受け部とギア２０９との間に配置され、被駆動体２０７を第１の弾性体２０１の方向に押し下げるように付勢している。
【０００７】
ギア２０９は、シャフト２０６と結合した固定部材２１１によりシャフト２０６回りに回転可能に支持されている。また、シャフト２０６のスラスト方向の位置は、固定部材２１１によって規制されている。シャフト２０６における上ナット２１２側の先端部にもネジ山２３２が形成されており、このネジ山２３２を上ナット２１２に螺合させることで、固定部材２１１に対してシャフト２０６が固定される。固定部材２１１にはネジ穴が設けられており、ネジ（不図示）を用いて固定部材２１１を所望の部材の所望の位置に取り付けることで、振動型アクチュエータ２００を所望の所に取り付けることができる。
【０００８】
図１６は、圧電ユニット２０２の分解斜視図である。圧電ユニット２０２は、フレキシブル基板２０３が取り付けられる圧電素子２５０＿１と、片面に電極が形成されてなる複数の圧電素子２５０＿２〜２５０ｎとが積層された構造を有する。圧電素子２５０＿２は、駆動用の電極Ａ，Ａ’，Ｂ，Ｂ’及び振動検出用の電極Ｓを有し、圧電素子２５０＿３〜２５０＿ｎは、略十字の絶縁部を隔てて形成された駆動用の電極Ａ，Ａ’，Ｂ，Ｂ’を有する。圧電素子２５０＿２〜２５０＿ｎのそれぞれの各対応する電極は、圧電素子２５０＿１〜２５０＿ｎのそれぞれに設けられたスルーホールに導電材料が埋設等されることにより積層方向において電気的に接続され、スルーホールを通じて各電極に給電が行われる。
【０００９】
なお、図１６では、積層方向において電気的に接続されるスルーホールと電極を同じ符号（Ａ，Ａ’，Ｂ，Ｂ’）で示している。例えば、圧電素子２５０＿３のスルーホールＡは、圧電素子２５０＿４の対応するそれぞれの電極Ａと電気的に接続される。また、圧電素子２５０＿３〜２５０＿ｎの電極を略十字の絶縁部を隔てた４つの領域で形成しているのは、振動型アクチュエータ２００の駆動力を有効に使うためのものであるが、その詳しい説明は省略する。圧電素子２５０＿２〜２５０＿ｎ−１の圧電体は、１層毎に積層方向において逆向きに分極されている。
【００１０】
フレキシブル基板２０３から圧電素子２５０＿１に形成されたスルーホールを介して、電極Ａ，Ａ’，Ｂ，Ｂ’に位相の異なる駆動信号が印加されることで、振動型アクチュエータ２００としての駆動が実現される。電極Ａと電極Ｂ、電極Ａ’と電極Ｂ’はそれぞれ、位置的位相が９０°ずれている。電極Ａ’，Ｂ’に印加される駆動信号はそれぞれ、電極Ａ，Ｂに対して印加される駆動信号に対して時間位相が１８０°ずれている。例えば、電極Ａ，Ａ’に時間位相が１８０°ずれた駆動信号を印加すると、圧電体における電極Ａの領域は厚さ方向に膨張し、電極Ａ’の領域は厚さ方向に収縮する。これにより、圧電ユニット２０２には、シャフト２０６を中心として電極Ａ−Ａ’方向に曲がる曲げ振動が発生し、第１の弾性体２０１を電極Ａ−Ａ’方向に振る。
【００１１】
ここで、電極Ａ，Ａ’に印加する各駆動信号と時間位相が９０度ずれた駆動信号をそれぞれ電極Ｂ，Ｂ’に印加すると、圧電ユニット２０２には、第１の弾性体２０１を電極Ａ−Ａ’方向に振る前述の曲げ振動と電極Ｂ−Ｂ’方向に振る２つの曲げ振動が発生する。これらの振動が合成されることで、第１の弾性体２０１の表面には、進行性の楕円運動が励起される。振動型アクチュエータ２００では、楕円運動が励起された第１の弾性体２０１の表面に、被駆動体２０７（の接触バネ部）を加圧接触させているため、被駆動体２０７は、第１の弾性体２０１の楕円運動によって押し出されるようにして移動（回転）する。
【００１２】
例えば、振動型アクチュエータ２００を用いて撮像装置のフォーカスレンズを駆動する場合に、振動型アクチュエータ２００には、高速で被写体にフォーカスを合わせる動作と、ゆっくりと位置がずれていく被写体に対してフォーカスを合わせ続ける動作に対応する必要がある。この要求を満たすために、振動型アクチュエータ２００には、高速と低速の速度比で１０倍以上のレンジの速度で動作可能であることが必要とされるようになってきており、特に安定して低速駆動させるニーズが増えている。このような要求に対して、振動型アクチュエータ２００を低速駆動する方法として、電極Ａ，Ａ’，Ｂ，Ｂ’に印加する駆動信号の位相差を変化させて駆動方向の振動振幅を小さくする方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開平０４−９１６７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、振動型アクチュエータ２００において、電極Ａ，Ａ’，Ｂ，Ｂ’に印加する駆動信号の位相差を変化させる位相差制御によって被駆動体２０７の回転速度を下げる手法には、以下に説明する問題点がある。ここで、位相差制御による高速駆動と低速駆動の形態及び問題点について説明する。
【００１５】
図１７（Ａ）〜（Ｄ）は、被駆動体２０７を高速駆動する際に第１の弾性体２０１に励振させる振動を説明するのに有用な模式図である。ここでは、第１の曲げ振動を発生させるための駆動信号を電極Ａ，Ａ’に印加し、第２の曲げ振動を発生させるための駆動信号を電極Ｂ，Ｂ’に印加するとする。以下、圧電ユニット２０２において、電極Ａ，Ａ’に対する駆動信号によって駆動される領域を「Ａ相」，「Ａ’相」と称呼し、電極Ｂ，Ｂ’に対する駆動信号によって駆動される領域を「Ｂ相」，「Ｂ’相」と称呼する。なお、Ａ相とＡ’相とは位置的位相が１８０度ずれており、Ｂ相とＢ’相とは位置的位相が１８０度ずれている。図１７（Ａ）〜（Ｄ）及び後述する図１８（Ａ）〜（Ｄ）では、Ａ’相を「Ａ」の上に「−（バー）」を表記した文字で示し、Ｂ’相を「Ｂ」の上に「−（バー）」を表記した文字で示している。
【００１６】
図１７（Ａ）〜（Ｄ）は、電極Ａ，Ｂ，Ａ’，Ｂ’の順に時間位相が９０°ずつ（または−９０°ずつ）ずれた駆動信号を印加したときに、第１の弾性体２０１に楕円運動が発生する様子を示している。図１７（Ａ）中、ｘ軸は、円周方向（つまり、第１の弾性体２０１に生じる振動振幅の送り方向）を示しており、被駆動体２０７の回転速度が小さいときには、振動振幅の送り方向成分（ｘ方向成分）は小さい。また、ｙ軸は、第１の弾性体２０１の対称軸方向（厚さ方向であり、第１の弾性体２０１に生じる振動振幅の変位方向）を示しており、振動振幅の変位が小さい場合には、振動振幅の変位方向成分（ｙ方向成分）が小さい。
【００１７】
ここで、被駆動体２０７の下部に形成された接触バネ部は、第１の弾性体２０１の振動に追従するためのバネ性を備えている。被駆動体２０７の加工後の接触バネ部は、加工時の応力等により、通常周方向に２点凸部を有する形状になるため、この凸部において第１の弾性体２０１に対して強圧で接触する。以下、被駆動体２０７の接触バネ部に形成され、第１の弾性体２０１に向けて突出した部位を「被駆動体２０７の凸部」と称呼する。なお、図示の例においては、凹凸の度合いを誇張して示してある。
【００１８】
図１７（Ａ）〜（Ｄ）に示す駆動方法では、第１の弾性体２０１と被駆動体２０７の凸部との接触点が、ｂ位置からｃ位置へ被駆動体２０７の移動により変わっていく（図１７（Ａ）→図１７（Ｂ）→図１７（Ｃ）→図１７（Ｄ））。このとき、振動振幅のｘ方向成分とｙ方向成分はどの位置でも同じであるため、被駆動体２０７は、第１の弾性体２０１から常に同じ大きさの駆動力（推力）を受けて移動することができる。
【００１９】
図１７（Ａ）〜（Ｄ）を参照して説明した振動型アクチュエータ２００の駆動方法において、駆動信号の電圧や周波数を調整することによって被駆動体２０７の移動（回転）速度を調整することは可能である。しかし、この調整方法では、低速で駆動する場合、振動振幅のｘ方向成分とｙ方向成分を小さく設定するが、小さくし過ぎると回転速度が急激に低下してしまい、安定して被駆動体２０７を回転させることができなくなる。そこで、電極Ａ，Ａ’，Ｂ，Ｂ’に印加する駆動信号の位相差を変化させる方法を用いる。
【００２０】
図１８（Ａ）〜（Ｄ）は、被駆動体２０７を低速駆動する際に第１の弾性体２０１に励振させる振動を説明するのに有用な模式図である。図１８（Ａ）〜（Ｄ）には、電極Ａ，Ｂ間での時間位相の差及び電極Ａ’，Ｂ’間での時間位相の差をそれぞれ９０°よりも小さくして駆動信号を印加したときの第１の弾性体２０１に発生する振動と、第１の弾性体２０１と被駆動体２０７との接触形態が示されている。具体的には、電極Ａ，Ｂに対して印加される各駆動信号に対して電極Ａ’，Ｂ’に印加される駆動信号は、時間位相がそれぞれ１８０°ずれており、電極Ａ，Ａ’に印加される各駆動信号に対して電極Ｂ，Ｂ’に印加される駆動信号は、時間位相が３０°ずれている。
【００２１】
図１８（Ａ）〜（Ｄ）から、第１の弾性体２０１には、振動振幅の大きい場所と小さい場所とが分布した、振動振幅の不均一が生じていることがわかる。図１８（Ａ）では、被駆動体２０７と凸部と第１の弾性体２０１において振動振幅のｙ方向成分の小さい部分とが概ね一致している。このとき、被駆動体２０７と第１の弾性体２０１とは、ｂ位置とｄ位置において最も大きな圧力で接触する状態となるが、ｂ位置とｄ位置では、第１の弾性体２０１に生じる振動振幅のｘ方向成分は大きいもののｙ方向成分が小さいため、接触負荷が大きくなる。そして、この状態で被駆動体２０７を回転させるためには、この接触負荷に打ち勝つだけのｙ方向成分を有する振動振幅が必要となる。ここで、振動振幅全体を大きくすることで被駆動体２０７を回転させる変位を得ることができるが、その場合には、振動振幅のｘ方向成分が大きくなってしまい、被駆動体２０７を低速回転させたいにも拘わらず、被駆動体２０７は高速回転してしまう。
【００２２】
図１８（Ａ）→図１８（Ｂ）→図１８（Ｃ）→図１８（Ｄ）の順に被駆動体２０７は移動する。図１８（Ｄ）の状態では、被駆動体２０７の凸部と第１の弾性体２０１において振動振幅のｙ方向成分（変位量）が最も大きくなる位置とが一致しており、ａ位置とｃ位置で最も大きな圧力で接触した状態となる。ａ位置とｃ位置では、振動振幅のｘ方向成分は小さいがｙ方向成分が大きいため、接触負荷が小さく、回転方向にゆっくり動くことが可能となる。よって、図１８（Ｄ）に示す状態を常に維持することができれば、極低速で被駆動体２０７を移動させることができる。
【００２３】
しかし、被駆動体２０７は摩擦駆動されて移動（回転）するため、被駆動体２０７の凸部の位置と第１の弾性体２０１に生じる振動振幅との位置関係は、時間の経過と共に変わってしまう。そのため、被駆動体２０７と第１の弾性体２０１との接触状態が変わっても被駆動体２０７を回転させ続ける振動を第１の弾性体２０１に励振させる必要があるため、被駆動体２０７を図１８（Ａ）の接触状態で動く速度より小さい速度で動かすことはできない。
【００２４】
また、被駆動体２０７の回転中には、被駆動体２０７は、振動振幅のｘ方向成分とｙ方向成分の異なる不均一な振動状態の第１の弾性体２０１により駆動される。そのため、被駆動体２０７と第１の弾性体２０１との間で滑りが生じて発熱等によるエネルギーの損失が生じ、駆動効率が低下してしまう。更に、被駆動体２０７と第１の弾性体２０１との不均一な接触は、摩擦摺動面の摩耗速さに位置的な差を生じさせてしまい、摩擦摺動面の不均一な摩耗が進行することで、更に駆動効率が低下してしまうという問題や、駆動速度が安定しなくなるという問題が生じる。
【００２５】
本発明は、屈曲形態が同じで、屈曲の方向が異なる複数の屈曲モードの振動を異なる複数の平面内に励振させる振動型アクチュエータを低速で安定して駆動でき、駆動速度のダイナミックレンジの拡大を可能とする技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
本発明に係る振動型アクチュエータの駆動装置は、互いに相対移動する振動体と被駆動体を備える振動型アクチュエータの駆動装置であって、前記振動体が備える電気−機械エネルギ変換素子に対して、振動を励起させるための第１の駆動信号と第２の駆動信号を印加する駆動手段と、前記振動体と前記被駆動体との相対位置に関する情報を取得する取得手段と、前記情報に基づいて前記駆動手段から前記電気−機械エネルギ変換素子へ印加する前記第１の駆動信号と前記第２の駆動信号をそれぞれ第３の駆動信号と第４の駆動信号に切り替えることで、前記振動体に励起される振動の振幅のピークの中で最も大きいピークが形成される位置を変化させる制御手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、屈曲形態が同じで屈曲の方向が異なる複数の屈曲モードの振動を異なる複数の平面内に励振させて駆動する振動型アクチュエータを低速で安定して駆動することができ、駆動速度のダイナミックレンジを拡大することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１４の振動型アクチュエータを駆動するための本発明の第１実施形態に係る駆動装置のハードウェア構成の概略ブロック図である。
【図２】図１４の振動型アクチュエータをＡＢ位相差３０°，９０°でそれぞれ駆動したときの被駆動体の回転位置及び回転速度の関係を示す図である。
【図３】図１４の振動型アクチュエータの駆動周波数と被駆動体の回転速度との関係を示す図である。
【図４】図１４の振動型アクチュエータにおける第１の弾性体と被駆動体との接触状態と振動型アクチュエータの駆動状態を示す図である。
【図５】図１の駆動装置による図１４の振動型アクチュエータの駆動を制御するための駆動制御処理のフローチャートである。
【図６】図１４の振動型アクチュエータとは異なる振動型アクチュエータを構成する振動体と被駆動体の斜視図と、振動体を構成する圧電素子の電極パターンを示す平面図である。
【図７】図６を参照して説明した振動型アクチュエータをそれぞれ異なる位相差の駆動信号で駆動する第１，第２の振動モードにおける被駆動体の回転位置及び回転速度の関係を示す図である。
【図８】図６を参照して説明した振動型アクチュエータにおける振動体と被駆動体との接触状態と振動型アクチュエータの駆動状態を示す図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係る駆動装置による図６を参照して説明した振動型アクチュエータの駆動を制御するための駆動制御処理のフローチャートである。
【図１０】図１４の振動型アクチュエータにおける被駆動体の回転速度及びＡＳ位相差と駆動周波数との関係を示す図である。
【図１１】図１４の振動型アクチュエータをＡＢ位相差３０°，９０°でそれぞれ駆動したときの被駆動体の回転位置とＡＳ位相差との関係を示す図である。
【図１２】本発明の第３実施形態に係る駆動装置による図１４の振動型アクチュエータの駆動を制御するための駆動制御処理のフローチャートである。
【図１３】図１の駆動装置を備える撮像装置の一例であるデジタルカメラの斜視図である。
【図１４】振動型アクチュエータの斜視図である。
【図１５】図１４の振動型アクチュエータの分解斜視図である。
【図１６】図１４の振動型アクチュエータが備える圧電ユニットの分解斜視図である。
【図１７】図１４の振動型アクチュエータにおいて被駆動体を高速駆動する際に第１の弾性体に励振させる振動を説明するのに有用な模式図である。
【図１８】図１４の振動型アクチュエータにおいて被駆動体を低速駆動する際に第１の弾性体に励振させる振動を説明するのに有用な模式図である。
【図１９】被駆動体が不規則に形成された凸部を有する場合の振動型アクチュエータにおける振動体と当該被駆動体との接触状態と振動型アクチュエータの駆動状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００３０】
図１は、振動型アクチュエータを駆動するための本発明の第１実施形態に係る駆動装置（以下「駆動装置」と記す）のハードウェア構成の概略ブロック図である。第１実施形態に係る駆動装置は、既に図１４乃至図１６を参照して説明した振動型アクチュエータ２００に適用されてその駆動制御を行う。なお、振動型アクチュエータ２００の構成については、既に説明済みであるため、ここでの説明を省略する。
【００３１】
駆動装置は、ＭＰＵ３２、第１のスイッチング回路３３ａ、第２のスイッチング回路３３ｂ、発振器３４、位置検出センサ３５、電源３６、第１の差動増幅器３７、第２の差動増幅器３８及び位相差検出回路３９を備える。
【００３２】
ＭＰＵ３２は、マイクロコンピュータであり、プログラムを格納するＲＯＭ、プログラムの展開領域を有すると共に、パラメータや演算結果を記憶するＲＡＭ、プログラムを実行するＣＰＵを有する。ＭＰＵ３２は、プログラムを実行することにより、駆動装置を構成する各種回路の動作を制御することによって、振動型アクチュエータ２００の全体的な駆動制御を実現する。例えば、図５、図９及び図１２を参照して後述する駆動制御処理は、このようなＭＰＵ３２の機能によって実現される。
【００３３】
発振器３４は、ＭＰＵ３２の指令値に基づき、第１の振動モードと第２の振動モードの駆動信号を生成する。なお、第１の振動モードとは、振動型アクチュエータ２００が備える圧電ユニット２０２の圧電素子２５０＿１〜２５０＿ｎの電極Ａ，Ａ’に印加される電圧によって励振される振動モードである（図１６参照）。また、第２の振動モードとは、圧電素子２５０＿１〜２５０＿ｎの電極Ｂ，Ｂ’に印加される電圧によって励振される振動モードである（図１６参照）。つまり、発振器３４は、圧電素子２５０＿１〜２５０＿ｎの電極Ａ，Ａ’Ｂ，Ｂ’に印加する駆動信号を発生させ、その際に、電極Ａ，Ａ’，Ｂ，Ｂ’に印加する駆動信号の位相差を０°〜３６０°の範囲で変更することができるように構成されている。
【００３４】
第１のスイッチング回路３３ａは、第１の振動モードの駆動信号を電源電圧でスイッチングする回路である。なお、第１のスイッチング回路３３ａは、インダクタンス４１との組み合わせにより、より大きな駆動力を与えることができるように構成された回路となっている。第２のスイッチング回路３３ｂは、第２の振動モードの駆動信号を電源電圧でスイッチングする回路である。なお、第２のスイッチング回路３３ｂは、インダクタンス４２との組み合わせにより、より大きな駆動力を与えることができるように構成された回路となっている。
【００３５】
電源３６は、第１のスイッチング回路３３ａ及び第２のスイッチング回路３３ｂに電圧を供給する電池やＡＣアダプタ等である。第１の差動増幅器３７は、圧電素子２５０＿１〜２５０＿ｎの電極Ａに印加される駆動信号と電極Ａ’に印加される駆動信号との差動信号を取り出す（適宜、図１６参照）。第２の差動増幅器３８は、振動検出用の電極Ｓ（振動検出部）から取り出される信号（電圧）と電極Ａ’に印加される駆動信号との差動信号を取り出す（適宜、図１６参照）。なお、第２の差動増幅器３８は、電極Ａ，Ａ’，Ｂ，Ｂ’のいずれかに印加される駆動信号と振動検出用の電極Ｓ（振動検出部）から取り出される信号との差動信号を取り出すように構成されていればよい。
【００３６】
位相差検出回路３９は、第１の差動増幅器３７と第２の差動増幅器３８で得られた各差動信号の位相差を検出する。ＭＰＵ３２は、位相差検出回路３９で検出された差動信号間の位相差に基づいて振動型アクチュエータ２００の共振状態を検出し、所定の位相差以下になる周波数領域で振動型アクチュエータ２００を駆動するように制御を行う。
【００３７】
位置検出センサ３５は、第１の弾性体２０１に対する被駆動体２０７の相対位置に関する情報を取得する。位置検出センサ３５は、例えば、フォトインタラプタとスリット板からなり、具体的には、振動型アクチュエータ２００の回転部である被駆動体２０７の回転位置を検出する。本実施形態では、後述の通り、第１の弾性体２０１に対する被駆動体２０７の所定の移動量に対して所定のパルス数を設定し、第１の弾性体２０１に対する被駆動体２０７の相対位置をパルス数の値として取得する。ＭＰＵ３２は、位置検出センサ３５から取得した検出信号に基づき、被駆動体２０７の回転位置と回転速度を算出し、被駆動体２０７の回転速度を制御するための指令値を発振器３４へ供給する。
【００３８】
次に、図２乃至図５を参照して、第１実施形態に係る駆動装置による振動型アクチュエータ２００の駆動制御について説明する。図２は、振動型アクチュエータ２００に供給される第１の振動モードの駆動信号と第２の振動モードの駆動信号との位相差（以下「ＡＢ位相差」と記し、図において「θａｂ」で表す）を９０°，３０°としたときの被駆動体２０７の回転位置と回転速度との関係を示す図である。図３は、振動型アクチュエータ２００の駆動周波数（第１の振動モードと第２の振動モードの駆動信号の周波数）と被駆動体２０７の回転速度との関係を示す図である。
【００３９】
図４（Ａ）〜（Ｄ）は、振動型アクチュエータ２００の第１の弾性体２０１と被駆動体２０７（の接触バネ部）の接触状態と振動型アクチュエータ２００の駆動状態を示す図である。なお、図４（Ａ）〜（Ｄ）において、「Ａ」はＡ相を、「Ａ」の上に「−（バー）」を表記した文字はＡ’相を、「Ｂ」はＢ相を、「Ｂ」の上に「−（バー）」を表記した文字はＢ’相をそれぞれ示している。Ａ相、Ａ’相、Ｂ相、Ｂ’相の定義は、図１７（Ａ）〜（Ｄ）についての説明に準ずる。
【００４０】
図５は、図１の駆動装置による振動型アクチュエータ２００の駆動を制御するための駆動制御処理のフローチャートである。図５に示す駆動制御処理は、ＭＰＵ３２のＣＰＵが、ＭＰＵ３２のＲＯＭに格納されたプログラムをＭＰＵ３２のＲＡＭに展開して、駆動装置を構成する各種回路の動作を制御することによって実現される。ここでは、図５の駆動制御処理について説明する際に、適宜、図２乃至図４（Ａ）〜（Ｄ）を参照することとする。
【００４１】
ステップＳ５０１において、ＭＰＵ３２は、振動型アクチュエータ２００の起動時に、後述する最低速度位置の検出が済んでいるか否かを判定する。ＭＰＵ３２は、最低速度位置を検出済みの場合（Ｓ５０１でＹＥＳ）、処理をステップＳ５０５へ進め、最低速度位置を未検出の場合（Ｓ５０１でＮＯ）、処理をステップＳ５０２へ進める。
【００４２】
ステップＳ５０２〜Ｓ５０４では、最低速度位置の検出を行う。ステップＳ５０２において、ＭＰＵ３２は、ＡＢ位相差を３０°に固定し、周波数ｆ０で振動型アクチュエータ２００を動作させる。ステップＳ５０３において、ＭＰＵ３２は、被駆動体２０７の回転位置と回転速度との関係（速度プロフィール）を検出する。図２に示す「θａｂ＝３０°」の曲線は、ＡＢ位相差を３０°として振動型アクチュエータ２００を駆動させたときの被駆動体２０７の回転位置と回転速度との関係を示している。ここで、位置検出センサ３５は、駆動信号の３６０パルスが１回転に対応するもの（３６０パルス／１回転）として被駆動体２０７の回転位置を検出する。よって、回転方向の一方を正方向と規定し、正方向に駆動したときには、パルス数で示される回転位置は、１回転では３６０、２回転では７２０というように増加していく。図２から、被駆動体２０７の回転速度が最低速度になる位置が１回転に２回あることがわかり、回転位置１５０，３３０に最低速度位置が現れていることがわかる。そこで、ステップＳ５０４において、ＭＰＵ３２は、値の小さい回転位置１５０を最低速度位置Ｗとして決定し、回転位置１５０の値をＭＰＵ３２が備えるＲＡＭに記憶する。
【００４３】
ステップＳ５０５以降は、振動型アクチュエータ２００の通常駆動（位置指定移動）を行う。ステップＳ５０５において、ＭＰＵ３２は、被駆動体２０７を回転させる目標回転速度、起動周波数ｆ１、ＡＢ位相差を設定する。低速駆動を行わない場合には、ＡＢ位相差は９０°（または−９０°）に設定され、その後、図３に示すθａｂ＝９０°の曲線に示すように、駆動信号の周波数を起動周波数ｆ１から周波数の低い方へスイープしていき、周波数を制御することで、回転速度を制御する。ここでは、周波数ｆ２で高速駆動時に目標とする回転速度（以下「目標速度」という）になったものとし、ＭＰＵ３２は、周波数ｆ２の近傍で目標速度が維持されるように駆動信号の周波数を制御する。なお、ここでは正方向への回転駆動を行っているため、ＡＢ位相差を＋９０°に設定したが、正方向とは逆方向の負方向への回転駆動を行う場合には、ＡＢ位相差は−９０°に設定される。
【００４４】
ステップＳ５０６において、ＭＰＵ３２は、高速駆動から低速駆動に切り替える必要があるか否かを判定する。ＭＰＵ３２は、低速駆動に切り替える必要がある場合（Ｓ５０６でＹＥＳ）、処理をステップＳ５０８へ進め、低速駆動に切り替える必要がない場合（Ｓ５０６でＮＯ）、処理をステップＳ５０７へ進める。ＭＰＵ３２は、ステップＳ５０７において高速駆動での速度制御を継続し、その後、処理をステップＳ５１２へ進める。
【００４５】
ステップＳ５０８において、ＭＰＵ３２は、低速駆動時のＡＢ位相差を３０°に設定したまま、図３に示すθａｂ＝３０°の曲線に示すように、駆動信号の周波数を起動周波数ｆ１から周波数の低い方へスイープしていく。そして、ＭＰＵ３２は、目標速度になるように周波数を制御することで、回転速度を制御する。ここでは、周波数ｆ３で低速駆動時の目標速度となったものとし、ＭＰＵ３２は、周波数ｆ３の近傍で目標速度が維持されるように駆動信号の周波数を制御する。
【００４６】
ステップＳ５０９において、ＭＰＵ３２は、被駆動体２０７の現在位置がステップＳ５０４で検出された最低速度位置Ｗにより規定される回転位置“１８０×ｎ＋Ｗ±４５”の領域内であるか否かを判定する。ここでは、ステップＳ５０４において、“Ｗ＝１５０”であると検出されているため、被駆動体２０７の現在位置が、回転位置１０５〜１９５、２８５〜３７５、・・・の領域にあるか否かが判定される。ＭＰＵ３２は、被駆動体２０７の現在位置が回転位置１８０×ｎ＋Ｗ±４５の領域内である場合（Ｓ５０９でＹＥＳ）、処理をステップＳ５１０へ進め、回転位置１８０×ｎ＋Ｗ±４５の領域内にない場合（Ｓ５０９でＮＯ）、処理をステップＳ５１１へ進める。
【００４７】
ステップＳ５１０において、ＭＰＵ３２は、駆動信号のＡＢ位相差を３０°に保持して、低速駆動を継続する。一方、ステップＳ５１１において、ＭＰＵ３２は、駆動信号のＡＢ位相差を１５０°に変更して（切り替えて）、低速駆動を継続する。なお、ＡＢ位相差を変更するために２つの駆動信号（第１の駆動信号及び第２の駆動信号）を切り替える方法としては、第１の駆動信号及び第２の駆動信号をそれぞれに第３の駆動信号及び第４の駆動信号に切り替える方法がある。また、第１の駆動信号及び第２の駆動信号の一方の駆動信号を固定し、他方の駆動信号を切り替える方法がある。つまり、第１の振動モードの駆動信号と第２の振動モードの駆動信号の両方の位相を変更する方法や、一方の駆動信号の位相を固定し、他方の駆動信号の位相を変更する方法を用いることができる。
【００４８】
ステップＳ５１０，５１１の後のステップＳ５１２において、ＭＰＵ３２は、被駆動体２０７が目標位置に到達したか否かを判定する。ＭＰＵ３２は、被駆動体２０７が目標位置に到達した場合（Ｓ５１２でＹＥＳ）、振動型アクチュエータ２００の駆動制御を終了し、被駆動体２０７が目標位置に到達していない場合（Ｓ５１２でＮＯ）、処理をステップＳ５０６へ戻す。
【００４９】
ステップＳ５０８〜Ｓ５１１の制御について、図４（Ａ）〜（Ｄ）を参照して具体的に説明する。図４（Ａ），図４（Ｂ）には、ＡＢ位相差が３０°で、被駆動体２０７の凸部が１０５〜１９５，２８５〜３７５の領域にある状態が示されている。なお、被駆動体２０７の凸部は、周方向に実質的に等間隔で形成されている。
【００５０】
図４（Ａ），図４（Ｂ）では、ａ位置とｃ位置で、第１の弾性体２０１に生じる振動振幅の変位方向成分であるｙ方向成分が最大となっている。つまり、ａ位置とｃ位置に振動振幅のピークがある。この状態では、被駆動体２０７の凸部と、第１の弾性体２０１において振動振幅の変位量が大きい位置とが概ね一致しており、被駆動体２０７と第１の弾性体２０１とは、ａ位置とｃ位置で最も大きな圧力で接触する。ａ位置とｃ位置では、振動振幅の送り方向成分であるｘ方向成分は小さいが、ｙ方向成分が大きいために接触負荷が小さく、よって、被駆動体２０７を所望の回転方向に低速で動かすことができる。
【００５１】
一方、図４（Ｂ）の状態から被駆動体２０７が更に移動して、被駆動体２０７の凸部が回転位置１９５を超えると、ＡＢ位相差を３０°から１５０°へ切り替える。すると、図４（Ｃ）、図４（Ｄ）に示されるように、第１の弾性体２０１において振動振幅のｙ方向成分が大きくなる位置が、ａ，ｃ位置からｂ，ｄ位置へと変わる。これにより、被駆動体２０７が更に移動すると、被駆動体２０７の凸部と第１の弾性体２０１において振動振幅のｙ方向成分が大きくなる位置とが概ね一致し、被駆動体２０７と第１の弾性体２０１とは、ｂ，ｄ位置で最も大きな圧力で接触するようになる。ｂ，ｄ位置では、振動振幅のｘ方向成分は小さいがｙ方向成分が大きいため、接触負荷が小さく、被駆動体２０７を所望の回転方向に低速で回転させることができる。被駆動体２０７が図４（Ｄ）に示す位置から更に移動して位置２８５を超えると、ＡＢ位相差は３０°に戻される。これにより、図４（Ａ）に示す状態へと遷移させることができる。
【００５２】
このように、本実施形態では、被駆動体２０７の回転位置の変化に応じて、ＡＢ位相差を３０°と１５０°の間で交互に切り替える。これにより、第１の弾性体２０１において振動振幅のｙ方向成分が大きくなる部分と被駆動体２０７の凸部とが当接した状態を維持することができる。こうして、被駆動体２０７を目標位置に到達させて振動型アクチュエータ２００の駆動を終了するまで、低速駆動状態を安定して保持することができるようになり、低速から高速までの駆動速度のダイナミックレンジを拡大することが可能となる。
【００５３】
なお、図４（Ａ）〜（Ｄ）には被駆動体２０７の概ね１回転分の位置変化を示しているが、連続回転させる場合も同様に、ＡＢ位相差を３０°として駆動制御する領域とＡＢ位相差を１５０°として駆動制御する領域とを設定すればよい。例えば、ＡＢ位相差を３０°とする領域は、“１８０×ｎ＋Ｗ−４５〜１８０×ｎ＋Ｗ＋４５（ｎ：整数）”から、回転位置範囲１０５〜１９５，２８５〜３７５，４６５〜５５５，６４５〜７３５，・・・と設定することができる。同様に、ＡＢ位相差を１５０°とする領域は、“１８０×ｎ＋（Ｗ＋９０）−４５〜１８０×ｎ＋（Ｗ＋９０）＋４５（ｎ：整数）”から、回転位置範囲１５〜１０５，１９５〜２８５，３７５〜４６５，５５５〜６４５，・・・と設定することができる。
【００５４】
また、上記説明では、被駆動体２０７を予め定めた一方向（正方向）に回転駆動させる場合について説明したが、これとは逆方向に被駆動体２０７を回転させる場合には、ＡＢ位相差を−３０°と２１０°とで切り替えればよい。更に、上記説明では、低速駆動時のＡＢ位相差を３０°に設定したが、これに限られず、必要速度に応じて、２０°や１０°或いは４０°等に設定してもよい。また、上記説明では、振動型アクチュエータ２００を駆動する駆動信号の周波数を変化させずに駆動したときに速度変化が小さくなる位置を基準位置としてＡＢ位相差を切り替えたが、速度変化の大きい位置を基準としてＡＢ位相差も切り替えるようにしてもよい。
【００５５】
ところで、ステップＳ５０４では、最低速度位置Ｗを、第１の弾性体２０１において振動振幅の変位量が最大となる位置と被駆動体２０７の凸部とが一致した位置とした。しかし、最低速度位置Ｗが被駆動体２０７の凸部と必ずしも一致していなくとも、速度変動を低減する効果はある。
【００５６】
また、第１の弾性体２０１において振動振幅の大きくなる周方向位置を切り替える動作回数は、被駆動体２０７の凸部の数をｔ、第１の弾性体２０１の周方向の１周での振動の波数をｍ、第１の弾性体２０１の最大振幅位置の切り替え数をｕとして、ｔ×ｍ×ｕで表される。本実施形態の場合、ｔ＝２、ｍ＝１、ｕ＝２であるから、第１の弾性体２０１において振動振幅の大きくなる周方向位置を切り替える動作回数は、４回となる。なお、第１の弾性体２０１の周方向の波数は、圧電ユニット２０２を構成する圧電素子２５０＿１〜２５０＿ｎに設けられた電極パターンから計算される値である。
【００５７】
但し、これに限定されず、第１の弾性体２０１の最大振幅位置の切り替え数を、ＡＢ位相差が切り変えられる段階の数である２に限定せず、ＡＢ電圧比等を変化させることによって、第１の弾性体２０１の最大振幅位置の切り替え数を増やすことができる。これにより、より滑らかな低速駆動が可能となる。
【００５８】
次に、本発明の第２実施形態を説明する。図６（Ａ）は、第２実施形態に係る装置が適用される振動型アクチュエータ６００を構成する振動体６１０と被駆動体６２０の斜視図であり、図６（Ｂ）は、振動体６１０を構成する電気−機械エネルギ変換素子である圧電素子の電極パターンを示す平面図である。なお、振動型アクチュエータ６００の駆動制御を行う駆動装置のハードウェア構成は、図１の駆動装置と同じであるので、対応する構成要素には同じ符号を付し、その説明を省略する。また、振動型アクチュエータ６００は、下記に説明する構成要素以外は、上述の振動型アクチュエータ２００と同様の構成を有するので、当該構成要素以外の構成要素の説明を省略する。
【００５９】
振動型アクチュエータ６００の詳細な構成の図示は省略するが、振動体６１０及び被駆動体６２０は共に円環形状を有し、同軸となるように配置され、被駆動体６２０は回転自在に軸支された状態で振動体６１０に加圧接触されている。振動体６１０は、リング形状を有する弾性部材６１０Ｂの下面（被駆動体６２０と加圧接触する面の反対側の面）に、図６（Ｂ）の電極パターンが形成されたリング状の圧電素子６１０Ａが接着された構造を有する。即ち、振動体６１０は圧電素子６１０Ａと弾性部材６１０Ｂからなる。圧電素子６１０Ａの電極パターンは、振動体６１０に発生させる進行性の振動の波数が１回転中に４波となるように形成されている。
【００６０】
図６（Ｂ）において、「Ａ」はＡ相を、「Ａ」の上に「−（バー）」を表記した文字はＡ’相を、「Ｂ」はＢ相を、「Ｂ」の上に「−（バー）」を表記した文字はＢ’相をそれぞれ示しており、後述する図８（Ａ），図８（Ｂ）についても同様である。また、Ａ相、Ａ’相、Ｂ相、Ｂ’相の定義は、図１７（Ａ）〜（Ｄ）についての説明に準ずる。なお、第１実施形態で説明した振動型アクチュエータ２００では、第１の弾性体２０１に発生させる進行性の振動の波数は１回転中に１波である。
【００６１】
振動体６１０は、固定されている。そのため、図１に示した駆動装置を用いて、振動体６１０の圧電素子６１０Ａに駆動信号を印加することにより、被駆動体６２０が回転して、振動体６１０に対する被駆動体６２０の位置が相対的に変化する。
【００６２】
図７乃至図９を参照して、第２実施形態に係る駆動装置による振動型アクチュエータ６００の駆動制御について説明する。
【００６３】
図７は、振動型アクチュエータ６００について、ＡＢ位相差を９０°，３０°としたときの被駆動体６２０の回転位置と回転速度との関係を示す図である。図８（Ａ），図８（Ｂ）は、振動型アクチュエータ６００における振動体６１０と被駆動体６２０との接触状態と振動型アクチュエータ６００の駆動状態を示す図である。図９は、第２実施形態に係る駆動装置による振動型アクチュエータ６００の駆動制御処理のフローチャートである。ここでは、図９の駆動制御処理について説明する際に、適宜、図７及び図８（Ａ），図８（Ｂ）を参照することとする。
【００６４】
ステップＳ９０１〜Ｓ９０２の処理は、図５のステップＳ５０１〜Ｓ５０２の処理と同じであるため、ここでの説明を省略する。
【００６５】
ステップＳ９０３において、ＭＰＵ３２は、回転位置と回転速度の関係（速度プロフィール）を検出する。図７に示す「θａｂ＝３０°」の曲線は、ＡＢ位相差を３０°として振動型アクチュエータ６００を駆動させたときの被駆動体６２０の回転位置と回転速度との関係を示している。ここで、位置検出センサ３５は、駆動信号の３６０パルスが１回転に対応するもの（３６０パルス／１回転）として被駆動体６２０の回転位置を検出する。よって、回転方向の一方を正方向と規定し、正方向に駆動したときには、回転位置は、１回転では３６０、２回転では７２０というように増加していく。
【００６６】
図７から、ステップＳ９０２で設定した駆動制御で得られる速度プロフィールでは、４５パルスで１周期の速度ムラが発生していることがわかる。また、図８（Ａ）に示すように、ＡＢ位相差を３０°として振動型アクチュエータ６００を駆動した場合には、振動振幅ムラは、１回転に８カ所の割合で発生していることがわかる。つまり、被駆動体６２０を、数回回転駆動させたときの回転位置と回転速度から、最低速度になる位置が１回転に８回あることがわかる。具体的には、図７及び図８（Ａ），図８（Ｂ）に示す回転位置０，４５，９０，９０，１３５，１８０，・・・、つまり、回転位置４５×ｎ（ｎ：整数）が最低速度位置となる。そこで、ステップＳ９０４において、ＭＰＵ３２は、値の最も小さい回転位置４５を最低速度位置Ｗとして決定し、回転位置４５の値をＭＰＵ３２が備えるＲＡＭに記憶する。但し、最低速度位置Ｗは、回転位置４５以外の最低速度位置に決めてもよい。
【００６７】
被駆動体６２０の速度制御において、ステップＳ９０５〜Ｓ９０８の処理は、図５のステップＳ５０５〜Ｓ５０８の処理と同じであるため、ここでの説明を省略する。
【００６８】
振動体６１０の振動振幅ムラは１回転に８カ所で発生しているが、被駆動体６２０の凹凸は加工誤差に起因する。本実施形態では、第１実施形態で説明した被駆動体２０７と同様に、例えば、被駆動体６２０は、振動体６１０へ向けて突出した２つの凸部が周方向の１周にある。そのため、ステップＳ９０８の低速での速度制御では、図８（Ａ）に示すように、被駆動体６２０の凸部は、回転位置４５，２２５で最も大きな圧力で接触した状態となる。この状態から被駆動体６２０が２２．５の回転位置分だけ移動すると、被駆動体６２０の凸部は、振動体６１０の振動振幅が小さく、第１実施形態で説明したように、最低速度を発生させることができない位置へ来てしまう。
【００６９】
そこで、第２実施形態でも、第１実施形態と同様に、振動振幅の変位量が大きくなる位置で振動体６１０と被駆動体６２０とが接触するようにする。そのために、ステップＳ９０９において、ＭＰＵ３２は、被駆動体６２０の現在位置がステップＳ９０４で検出された最低速度位置Ｗにより規定される回転位置“４５×ｎ＋Ｗ±１１．２５”の領域内であるか否かを判定する。ここでは、Ｗ＝４５なので、当該領域は、回転位置範囲３３．７５〜５６．２５，７８．７５〜１０１．２５，・・・に対応する。ＭＰＵ３２は、被駆動体６２０の現在位置が回転位置４５×ｎ＋Ｗ±１１．２５の領域内である場合（Ｓ９０９でＹＥＳ）、処理をステップＳ９１０へ進める。一方、ＭＰＵ３２は、被駆動体６２０の現在位置が回転位置４５×ｎ＋Ｗ±１１．２５の領域内にない場合（Ｓ９０９でＮＯ）、処理をステップＳ９１１へ進める。なお、ステップＳ９１０〜Ｓ９１２の処理は、図５のステップＳ５１０〜Ｓ５１２の処理と同じであるため、ここでの説明を省略する。
【００７０】
図８（Ｂ）は、被駆動体６２０の移動に伴い、ステップＳ９０９からステップＳ９１１へ進み、ＡＢ位相差を３０°から１５０°に切り替えられた後の状態を示している。ＡＢ位相差が１５０°の場合に振動体６１０において振動振幅の変位が最大となる位置は、ＡＢ位相差が３０°の場合に振動体６１０において振動振幅の変位が最小となっていた位置である。ステップＳ９０９〜Ｓ９１１では、被駆動体６２０の回転位置（凸部位置）に応じて、ＡＢ位相差を３０°→１５０°と１５０°→３０°で交互に切り替える。本実施形態では、振動体６１０において振動振幅の大きくなる周方向位置を切り替える動作は、被駆動体６２０の凸部の数が２、振動体６１０の周方向の波数が４、振動体６１０の最大振幅位置の切り替え数を２とすると、２×４×２＝１６回となる。
【００７１】
こうして、被駆動体６２０の凸部を常に振動体６１０において振動振幅が大きい位置に当接させて駆動することで、被駆動体６２０を低速時でも安定して回転させることができる。
【００７２】
なお、図８（Ａ），図８（Ｂ）には被駆動体６２０の概ね１回転分の位置変化を示しているが、連続回転させる場合も同様に、ＡＢ位相差を３０°として駆動制御する領域とＡＢ位相差を１５０°として駆動制御する領域とを設定すればよい。また、ここでは、被駆動体６２０を予め定めた一方向（正方向）に回転駆動させる場合について説明したが、これとは逆方向に被駆動体６２０を回転させる場合には、ＡＢ位相差を−３０°と２１０°とで切り替える制御を行えばよい。更に、上記説明では、低速駆動時のＡＢ位相差を３０°に設定したが、これに限られず、必要速度に応じて、２０°や１０°或いは４０°等に設定してもよい。
【００７３】
次に、本発明の第３実施形態を説明する。第２実施形態と同様、第３実施形態係る駆動装置のハードウェア構成は、図１の駆動装置と同じであるので、対応する構成要素には同じ符号を付し、その説明を省略する。第３実施形態に係る駆動装置は、図１４乃至図１６を参照して説明した振動型アクチュエータ２００に適用され、それを、第１実施形態及び第２実施形態とは異なる方法で駆動制御する。ここでは、第１の弾性体２０１において振動振幅が大きくなる位置と被駆動体２０７の凸部とが一致する位置を、位相差検出回路３９が検出した位相差（以下「ＡＳ位相差」という）から求める。ＡＳ位相差は、図１を参照して上述した通り、位相差検出回路３９が検出した、第１の差動増幅器３７が取り出した差動信号と第２の差動増幅器３８が取り出した差動信号との位相差である。
【００７４】
図１０は、被駆動体２０７の回転速度及びＡＳ位相差と駆動周波数との関係を示す図であり、図３に、ＡＳ位相差と駆動周波数との関係とを付け加えたものである。図１１は、振動型アクチュエータ２００をＡＢ位相差３０°，９０°でそれぞれ駆動したときの被駆動体２０７の回転位置とＡＳ位相差との関係を示す図である。図１１において、ＡＢ位相差が９０°のときの駆動周波数は図１０に示すｆ２で固定されており、ＡＢ位相差が３０°のときの駆動周波数は図１０に示すｆ３で固定されている。また、被駆動体２０７の回転位置は、位置検出センサ３５により、駆動信号の３６０パルスが１回転に対応するものとして検出される。
【００７５】
図１２は、第３実施形態に係る駆動装置による振動型アクチュエータ２００の駆動制御処理のフローチャートである。ここでは、図１２の駆動制御処理について説明する際に、適宜、図１０及び図１１を参照することとする。
【００７６】
ステップＳ１２０１において、ＭＰＵ３２は、ＡＳ位相差が最低値となる回転位置（以下「最低位相差位置」という）を検出済みであるか否かを判定する。ＭＰＵ３２は、最低位相差位置を検出済みである場合（Ｓ１２０１でＹＥＳ）、処理をステップＳ１２０５へ進め、最低位相差位置を未検出である場合（Ｓ１２０１でＮＯ）、処理をステップＳ１２０２へ進める。
【００７７】
ステップＳ１２０２〜Ｓ１２０４では、最低位相差位置の検出を行う。ステップＳ１２０２において、ＭＰＵ３２は、ＡＢ位相差を３０°に固定し、周波数ｆ０で振動型アクチュエータ２００を動作させる。このとき、図１０に示すように、周波数ｆ０では、被駆動体２０７は低速で回転し、そのときの第１の弾性体２０１の振動状態に応じた位相差で動作する。この位相差の値は駆動周波数によって異なっており、回転速度と位相差との関係に相関のあることがわかる。
【００７８】
ステップＳ１２０３において、ＭＰＵ３２は、ＡＳ位相差と被駆動体２０７の回転位置との関係（位相差プロフィール）を検出する。ここで、ＡＢ位相差を３０°に固定して振動型アクチュエータ２００を動作させたときには、図１８（Ａ）〜（Ｄ）を参照して前述したように、第１の弾性体２０１と被駆動体２０７の凸部との接触状態が変化する。そのため、図１１に示すように、第１の弾性体２０１と被駆動体２０７の凸部との接触状態の変化に応じて検出位相差が変化している。例えば、図１８（Ａ）のように、第１の弾性体２０１と被駆動体２０７とがほぼ全面で接触しているときには、ＡＳ位相差は大きくなる。一方、図１８（Ｄ）のように、第１の弾性体２０１と被駆動体２０７の接触面積が小さいときには、ＡＳ位相差は小さくなる。第１の弾性体２０１と被駆動体２０７の接触面積が小さいときには、被駆動体２０７の回転速度が最低速度となるから、最低位相差位置と最低速度位置Ｗ（図２参照）とは一致する。
【００７９】
第１の弾性体２０１と被駆動体２０７とがほぼ全面で接触する状態と接触面積が小さい状態は、被駆動体２０７が１回転する度に２回発生する。よって、ステップＳ１２０３において検出される位相差プロフィールでは、駆動信号の３６０パルスが被駆動体２０７の１回転に対応するとしたときに、１８０パルスを１周期として位相差が検出されることとなる。つまり、被駆動体２０７を数回回転駆動させたときの回転位置とＡＳ位相差とから、位相差が最小値になる位置が１回転に２回あることがわかり、図１１では、回転位置１５０，３３０が最低位相差位置となる。そこで、ステップＳ１２０４において、ＭＰＵ３２は、値の小さい回転位置１５０を最低位相差位置として決定し、回転位置１５０の値をＭＰＵ３２が備えるＲＡＭに記憶する。
【００８０】
ステップＳ１２０５以降では、振動型アクチュエータ２００の通常駆動（位置指定移動）を行う。第１実施形態では位置検出センサ３５の出力を用いて、一方、第３実施形態では位相差検出回路３９が検出したＡＳ位相差を用いて、それぞれ、第１の弾性体２０１において振動振幅の変位量が大きい位置と被駆動体２０７の凸部との関係を検出している。つまり、第１実施形態では第３実施形態とでは、被駆動体２０７の回転速度が最低速度となる回転位置の検出方法が異なるだけで、振動型アクチュエータ２００のその他の駆動制御方法は同じである。よって、ステップＳ１２０５〜Ｓ１２１２の処理の内容は、第１実施形態で図５を参照して説明したステップＳ５０５〜Ｓ５１２の処理の内容と同じであり、そのため、ここでの説明を省略する。
【００８１】
なお、本実施形態では、ステップＳ１２０４において、最低位相差位置を第１の弾性体２０１において振動振幅が大きくなる位置と被駆動体２０７の凸部とが位置が一致する位置とした。しかし、設定されたＡＢ位相差や第１の弾性体２０１と被駆動体２０７との摩擦摺動面の状況によっては、ＡＳ位相差が最大値となる位置が、第１の弾性体２０１において振動振幅が大きくなる位置と被駆動体２０７の凸部とが位置が一致する位置となる場合もある。この不都合を克服するには、最低位相差位置は、設定されたＡＢ位相差や第１の弾性体２０１と被駆動体２０７の摩擦摺動面の状況に基づいて、適切に設定すればよい。
【００８２】
第１実施形態と同様に、第３実施形態でも、第１の弾性体２０１の最大振幅位置の切り替え数は２であるが、これに限定されず、ＡＢ電圧比等を変化させることで、第１の弾性体２０１の最大振幅位置の切り替え数を増やすことができる。これにより、より滑らかな低速駆動が可能となる。
【００８３】
上記第１実施形態乃至第３実施形態では、被駆動体の凸部が等間隔に設けられている例で説明したが、本発明の被駆動体の構成は、これに限定されない。従って、被駆動体の凸部は、１つでもよく、また複数の凸部が不均一な間隔で設けられていてもよい。
【００８４】
例えば、図１９Ａに示すように、複数の凸部のうち、少なくとも１つが他の凸部とは、進行性の振動における逆位相の位置に対応する位置となっていてもよい。また、図１９Ｂに示すように、複数の凸部が、進行性の振動の位相が同じになる位置と対応する位置に、不均一な間隔で設けられていてもよい。更に図１９Ｃに示すように、被駆動体の複数の凸部の高さが異なり、少なくとも１つ（図１９Ｃでは３つ）が、進行性の振動の振幅が最大となる位置で接触するように設けられていてもよい。
【００８５】
被駆動体が上述のような形状でも、本発明の効果を奏することができる。
【００８６】
次に、本発明の第４実施形態を説明する。第１〜３実施形態と同様、第４実施形態に係る駆動装置のハードウェア構成は、図１の駆動装置と同じであるので、対応する構成要素には同じ符号を付し、その説明を省略する。第４実施形態に係る駆動装置は、上述した振動型アクチュエータ２００を搭載した電子機器としての撮像装置に適用される。図１３は、撮像装置の一例であるデジタルカメラ４００の概略斜視図であり、一部を透過した状態で図示している。
【００８７】
デジタルカメラ４００の前面には、レンズ鏡筒４１０が取り付けられており、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。
【００８８】
デジタルカメラ４００の本体側には撮像素子４０８が配置されており、撮像素子４０８に、レンズ鏡筒４１０を通過した光が光学像として結像する。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。
【００８９】
また、デジタルカメラ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。
【００９０】
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。デジタルカメラ４００の本体側には、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図１に示した駆動装置が、駆動回路４０９として、組み込まれている。
【００９１】
なお、上記実施形態において、発振器３４、第１のスイッチング回路３３ａ、第２のスイッチング回路３３ｂ及びＭＰＵ３２が本発明の駆動手段に対応し、位置検出センサ３５とＭＰＵ３２が本発明の取得手段に対応し、ＭＰＵ３２が制御手段に対応する。
【００９２】
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。
【００９３】
上記説明では、リング形状を有する弾性体に進行性の振動を生じさせて被駆動体を回転させた。これに限られず、被駆動体に対して弾性体が相対移動する振動型アクチュエータに、図１に示した駆動装置を用いて、第１乃至第３実施形態と同様の駆動制御を適用することができる。
【符号の説明】
【００９４】
３２  ＭＰＵ（マイクロコンピュータ）
３３ａ    第１のスイッチング回路
３３ｂ    第２のスイッチング回路
３５    位置検出センサ
３７    第１の差動増幅器
３８    第２の差動増幅器
３９    位相差検出回路
４０７    フォーカスレンズ
４０８    撮像素子
４０９    駆動回路
２００，６００    振動型アクチュエータ
【図１】
0006584247.tif 000002
【図２】
0006584247.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
0006584247.tif 000006
【図６】
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【図７】
0006584247.tif 000008
【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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