(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクチュエータの駆動力により被駆動体と前記アクチュエータとが相対的に移動し、前記アクチュエータの駆動を停止させた状態では前記アクチュエータと前記被駆動体との相対的な位置関係が保持される、前記アクチュエータの駆動を制御する制御装置であって、
前記アクチュエータと前記被駆動体との相対的な移動量に応じた第１の位置信号を出力する位置検出手段と、
前記第１の位置信号が入力され、特定の周波数帯域を除く周波数の信号を減衰させた第２の位置信号を出力するフィルタと、
前記第２の位置信号に応じて前記アクチュエータを駆動と停止を制御する制御手段と、
前記フィルタに前記特定の周波数帯域として、前記制御手段が前記アクチュエータを駆動する際に第１の周波数帯域を設定し、前記制御手段が前記アクチュエータを停止させる際に第２の周波数帯域を設定する設定手段と、を備え、
前記第１の周波数帯域と前記第２の周波数帯域は共に０Ｈｚを含み、前記第２の周波数帯域は前記第１の周波数帯域より狭いことを特徴とする制御装置。
【請求項２】
前記制御手段は、
前記アクチュエータを駆動する際に、前記アクチュエータと前記被駆動体とを相対的に移動させる駆動電圧を生成し、
前記アクチュエータを停止させる際に、前記アクチュエータへの通電を停止するかまたは前記被駆動体と前記アクチュエータとの相対的な位置関係を保持する力よりも小さい駆動力を生じる駆動電圧を生成することを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記第１の位置信号は、前記アクチュエータと前記被駆動体との相対的な移動速度に応じた周波数の交流信号であり、
前記第２の位置信号は、前記アクチュエータと前記被駆動体との相対的な移動量を表す信号であり、
前記フィルタは、前記設定手段により設定された前記特定の周波数帯域に基づき前記第１の位置信号の周波数帯域を変更する変更手段と、
前記変更手段によって周波数帯域が変更された第１の位置信号を前記第２の位置信号に変換する変換手段と、を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の制御装置。
【請求項４】
前記第１の位置信号は、２値の状態を持つデジタル信号であり、
前記変更手段は、前記第１の位置信号が、一定時間以上、同じ値を保った場合に前記第１の位置信号を前記変換手段へ出力することを特徴とする請求項３に記載の制御装置。
【請求項５】
前記第１の位置信号は、２値の状態を持つデジタル信号であり、
前記フィルタは、前記第１の位置信号で連続して発生する２回の変化の時間間隔が所定の時間より短い場合には、前記２回の変化を無視すると共に、前記時間間隔が前記所定の時間より長い場合には前記第１の位置信号を出力することを特徴とする請求項３又は４に記載の制御装置。
【請求項６】
前記第１の位置信号は、前記アクチュエータと前記被駆動体との相対的な移動速度に応じた周波数の交流信号であり、
前記第２の位置信号は、前記アクチュエータと前記被駆動体との相対的な移動量を表す信号であり、
前記フィルタは、
前記第１の位置信号の周波数帯域を変更する第１のフィルタと、
前記第１のフィルタによって周波数帯域が変更された第１の位置信号を前記第２の位置信号に変換する変換手段と、
前記変換手段により変換された第２の位置信号の周波数帯域を変更する第２のフィルタと、を有し、
前記設定手段は、前記フィルタに対して設定する前記特定の周波数帯域として、前記第１のフィルタと前記第２のフィルタのそれぞれに異なる周波数帯域を設定することを特徴とする請求項１又は２に記載の制御装置。
【請求項７】
前記設定手段は、前記第２のフィルタに設定する周波数帯域を前記第１のフィルタに設定する周波数帯域より狭く、且つ、０Ｈｚを含む領域に設定することを特徴とする請求項６に記載の制御装置。
【請求項８】
前記第１の位置信号は、２値の状態を持つデジタル信号であり、
前記第１のフィルタは、前記第１の位置信号が、一定時間以上、同じ値を保った場合に前記第１の位置信号を前記変換手段へ出力することを特徴とする請求項６又は７に記載の制御装置。
【請求項９】
前記第１の位置信号は、２値の状態を持つデジタル信号であり、
前記第１のフィルタは、前記第１の位置信号で連続して発生する２回の変化の時間間隔が所定の時間より短い場合には、前記２回の変化を無視すると共に、前記時間間隔が前記所定の時間より長い場合には前記第１の位置信号を出力することを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載の制御装置。
【請求項１０】
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、
前記振動型アクチュエータは、
電気−機械エネルギ変換素子と、前記電気−機械エネルギ変換素子に接合された弾性体と、を有する振動体と、
前記振動体と加圧接触する被駆動体と、を備え、
前記制御装置により前記電気−機械エネルギ変換素子に駆動電圧が印加されることにより前記弾性体に励振された振動によって前記振動体と前記被駆動体とが相対的に移動し、
前記制御装置は、
前記振動体と前記被駆動体との相対的な移動量に応じた第１の位置信号を出力する位置検出手段と、
前記第１の位置信号が入力され、特定の周波数帯域を除く周波数の信号を減衰させた第２の位置信号を出力するフィルタと、
前記第２の位置信号に応じて前記振動体の駆動と停止を制御する制御手段と、
前記フィルタに前記特定の周波数帯域として、前記振動体と前記被駆動体とを相対的に移動させる際に第１の周波数帯域を設定し、前記振動体と前記被駆動体との相対的な位置を保持する際に第２の周波数帯域を設定する設定手段と、を備え、
前記第１の周波数帯域と前記第２の周波数帯域は共に０Ｈｚを含み、前記第２の周波数帯域は前記第１の周波数帯域より狭いことを特徴とする振動型駆動装置。
【請求項１１】
前記制御手段は、
前記振動体と前記被駆動体とを相対的に移動させる際に、前記駆動電圧として前記被駆動体と前記振動体との相対的な位置関係を保持する保持力よりも大きい駆動力を生じる交流電圧を生成し、
前記振動体と前記被駆動体との相対的な位置を保持する際に、前記電気−機械エネルギ変換素子への前記駆動電圧の印加を停止するか、または、前記被駆動体と前記振動体との相対的な位置関係を保持する保持力よりも小さい駆動力を生じる交流電圧を生成することを特徴とする請求項１０に記載の振動型駆動装置。
【請求項１２】
前記制御手段は、前記駆動電圧として位相差を有する複数の交流電圧を前記電気−機械エネルギ変換素子に印加し、
前記設定手段は、前記複数の交流電圧のうち少なくとも１つの交流電圧の振幅またはパルス幅がそれぞれゼロまたは所定値以下に設定されたときに、前記フィルタに前記第２の周波数帯域を設定することを特徴とする請求項１０又は１１に記載の振動型駆動装置。
【請求項１３】
前記電気−機械エネルギ変換素子に印加される電圧の振幅または前記振動体に励振された振動の振幅を検出する検出手段を備え、
前記設定手段は、前記検出手段が検出した電圧の振幅が所定値以下となったときまたは前記検出手段が検出した振幅が所定の振幅以下となったときに、前記フィルタに前記第２の周波数帯域を設定することを特徴とする請求項１０又は１１に記載の振動型駆動装置。
【請求項１４】
前記制御手段は、前記駆動電圧として位相差を有する複数の交流電圧を前記電気−機械エネルギ変換素子に印加し、
前記設定手段は、前記複数の交流電圧の位相差が０度または±１８０度のそれぞれを中心とした一定の範囲内に設定されたときに、前記フィルタに前記第２の周波数帯域を設定することを特徴とする請求項１０又は１１に記載の振動型駆動装置。
【請求項１５】
前記振動型アクチュエータは、複数の前記振動体と１つの前記被駆動体とを有し、
前記制御手段は、前記振動体と前記被駆動体とを相対的に移動させる際に、前記駆動電圧として、前記複数の振動体が前記被駆動体に加える推力が同じ方向となる振動を励振させる交流電圧を生成し、
前記振動体と前記被駆動体との相対的な位置を保持する際に、前記複数の前記振動体が前記被駆動体に加える推力の合計がゼロとなる振動を励振させる交流電圧を生成することを特徴とする請求項１０に記載の振動型駆動装置。
【請求項１６】
前記第１の位置信号は、前記振動体と前記被駆動体との相対的な移動速度に応じた周波数の交流信号であり、
前記第２の位置信号は、前記振動体と前記被駆動体との相対的な移動量を表す信号であり、
前記フィルタは、前記設定手段により設定された前記特定の周波数帯域に基づき前記第１の位置信号の周波数帯域を変更する変更手段と、
前記変更手段によって周波数帯域が変更された第１の位置信号を前記第２の位置信号に変換する変換手段と、を有することを特徴とする請求項１０乃至１５のいずれか１項に記載の振動型駆動装置。
【請求項１７】
前記第１の位置信号は、２値の状態を持つデジタル信号であり、
前記変更手段は、前記第１の位置信号が、一定時間以上、同じ値を保った場合に前記第１の位置信号を前記変換手段へ出力することを特徴とする請求項１６に記載の振動型駆動装置。
【請求項１８】
前記第１の位置信号は、２値の状態を持つデジタル信号であり、
前記フィルタは、前記第１の位置信号で連続して発生する２回の変化の時間間隔が所定の時間より短い場合には、前記２回の変化を無視すると共に、前記時間間隔が前記所定の時間より長い場合には前記第１の位置信号を出力することを特徴とする請求項１６乃至１７のいずれか１項に記載の振動型駆動装置。
【請求項１９】
前記第１の位置信号は、前記振動体と前記被駆動体との相対的な移動速度に応じた周波数の交流信号であり、
前記第２の位置信号は、前記振動体と前記被駆動体との相対的な移動量を表す信号であり、
前記フィルタは、
前記第１の位置信号の周波数帯域を変更する第１のフィルタと、
前記第１のフィルタによって周波数帯域が変更された第１の位置信号を前記第２の位置信号に変換する変換手段と、
前記変換手段により変換された第２の位置信号の周波数帯域を変更する第２のフィルタと、を有し、
前記設定手段は、前記フィルタに対して設定する前記特定の周波数帯域として、前記第１のフィルタと前記第２のフィルタのそれぞれに異なる周波数帯域を設定することを特徴とする請求項１０乃至１５のいずれか１項に記載の振動型駆動装置。
【請求項２０】
前記設定手段は、前記第２のフィルタに設定する周波数帯域を前記第１のフィルタに設定する周波数帯域より狭く、且つ、０Ｈｚを含む領域に設定することを特徴とする請求項１９に記載の振動型駆動装置。
【請求項２１】
前記第１の位置信号は、２値の状態を持つデジタル信号であり、
前記第１のフィルタは、前記第１の位置信号が、一定時間以上、同じ値を保った場合に前記第１の位置信号を前記変換手段へ出力することを特徴とする請求項１９又は２０に記載の振動型駆動装置。
【請求項２２】
前記第１の位置信号は、２値の状態を持つデジタル信号であり、
前記第１のフィルタは、前記第１の位置信号で連続して発生する２回の変化の時間間隔が所定の時間より短い場合には、前記２回の変化を無視すると共に、前記時間間隔が前記所定の時間より長い場合には前記第１の位置信号を出力することを特徴とする請求項１９乃至２１のいずれか１項に記載の振動型駆動装置。
【請求項２３】
前記制御手段は、
前記振動体に振動を励振させるための所定の波形の信号を生成する波形生成手段と、
前記波形生成手段が生成した信号を増幅させて前記駆動電圧を生成する増幅手段と、を有することを特徴とする請求項１０乃至２２のいずれか１項に記載の振動型駆動装置。
【請求項２４】
前記設定手段は、前記振動体と前記被駆動体との相対的な移動速度に応じて前記第１の周波数帯域の周波数範囲を設定することを特徴とする請求項１０乃至２３のいずれか１項に記載の振動型駆動装置。
【請求項２５】
前記設定手段は、前記第１の周波数帯域の上限周波数を、前記振動体と前記被駆動体とを相対的に移動させる際の最大速度に対応する前記第１の位置信号の周波数より高く設定することを特徴とする請求項２４に記載の振動型駆動装置。
【請求項２６】
前記設定手段は、前記第２の周波数帯域の上限周波数を、前記振動体と前記被駆動体の最低速度に対応する前記第１の位置信号の周波数より高く設定することを特徴とする請求項２４又は２５に記載の振動型駆動装置。
【請求項２７】
前記設定手段は、前記第２の周波数帯域の上限周波数を、前記振動型アクチュエータの最低次の固有振動モードの固有周波数よりも低く設定することを特徴とする請求項１０乃至２３のいずれか１項に記載の振動型駆動装置。
【請求項２８】
前記振動体と前記被駆動体と相対的な移動を停止する際の前記第１の位置信号と前記第２の位置信号の周波数成分を分析する分析手段を有し、
前記設定手段は、前記分析手段による分析の結果に基づき前記第２の周波数帯域を設定することを特徴とする請求項１０乃至２３のいずれか１項に記載の振動型駆動装置。
【請求項２９】
前記設定手段は、前記制御手段が停止中の前記振動体の起動を開始するタイミングよりも一定時間前に前記フィルタに前記第１の周波数帯域を設定することを特徴とする請求項１０乃至２８のいずれか１項に記載の振動型駆動装置。
【請求項３０】
前記設定手段は、前記制御手段が駆動中の前記振動体を停止させる動作を開始するタイミングの一定時間後に前記フィルタに前記第２の周波数帯域を設定することを特徴とする請求項１０乃至２９のいずれか１項に記載の振動型駆動装置。
【請求項３１】
請求項１０乃至３０いずれか１項に記載の振動型駆動装置と、
被検者に対して所定の診断又は治療を補助するための被駆動機構と、を備える医用システムであって、
前記被駆動機構は、複数の可動部を有し、
前記振動型駆動装置が有する振動型アクチュエータは、前記振動体と前記被駆動体とが相対的に移動する構成を有し、
前記被駆動機構の可動部に前記振動型アクチュエータが組み込まれ、前記振動型アクチュエータが前記可動部での運動を行うことを特徴とする医用システム。
【請求項３２】
磁場を発生する磁場発生手段を有し、
前記磁場発生手段が発生した磁場の内部または近傍に前記被駆動機構が配置されていることを特徴とする請求項３１に記載の医用システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動型駆動装置、振動型アクチュエータの駆動制御を行う制御装置、振動型駆動装置を備える医用システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
駆動力を発生するアクチュエータの一例として、振動体と被駆動体とを加圧接触させ、交流信号によって振動体に励振させた振動により、振動体と被駆動体とを相対的に移動させる振動型アクチュエータが知られている。振動型アクチュエータを用いた位置制御技術は、撮像装置のオートフォーカス機構やロボット、運搬機器、印刷機器、各種の製造機器等の様々な分野で用いられている。このような様々な用途のうち、特に精密な位置制御が必要とされる分野では、振動型アクチュエータの駆動時及び停止時の位置精度を高める必要がある。そこで、位置精度を低下させる原因となる電磁ノイズや機械的振動等に対する対策が取られている。
【０００３】
電磁ノイズや機械的振動に対する技術には、大別して、電磁ノイズ及び機械的振動の機器への侵入を防止する技術と、電磁ノイズ又は機械的振動が機器へ侵入した後にこれらの影響を最小限に止める技術とがある。前者の技術には、機械的ダンパや電磁シールド等に関する技術が挙げられ、電磁ノイズ及び機械的振動の機器への侵入を防止することができるため、その効果は極めて大きい。しかし、機械的ダンパや電磁シールド等を機器に設置することにより、機器の体積や重量が増加してしまう等のデメリットがある。後者の技術には、電気回路に挿入されるフィルタ回路等に関する技術が挙げられ、機器の体積や重量の増加を抑えつつ、一定の効果を得ることができる。しかし、ノイズ除去性能の高いフィルタ回路では、信号の時間的な遅延が大きくなり、位置制御特性の安定性や即応性を低下させてしまうというデメリットもある。
【０００４】
そこで、実際には、前者の技術と後者の技術とが組み合わされて実施されることが多い。例えば、特許文献１には、パルスモータの制御装置において、パルスモータに接続された位置センサの検出信号に重畳したノイズをフィルタで除去する技術が記載されている。また、特許文献２には、直流モータのリップル電流から位置検出信号を抽出するために、回転速度に応じて遮断周波数（カットオフ周波数）を変更するハイパスフィルタを用いた制御装置が記載されている。更に、特許文献３には、振動型アクチュエータの制御装置において、エンコーダ信号（位置検出信号）のチャタリング量に応じて遮断周波数を変更可能なローパスフィルタが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１８６８９７号公報
【特許文献２】特開２００１−２４１９７１号公報
【特許文献３】特開２０００−２７０５７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載された技術では、速度指令に基づいて遮断周波数を変更することができるフィルタを用い、速度指令に比例してフィルタの遮断周波数を設定している。そのため、パルスモータの停止時におけるフィルタの遮断周波数が計算上は０（ゼロ）Ｈｚとなり、停止時の位置信号の変動を十分に検出することができないという問題がある。また、パルスモータの駆動速度に比例させて遮断周波数を設定するため、低速制御時の位置信号の時間遅れが高速制御時の遅れと比較して相対的に大きくなり、よって、低速制御時の安定性や即応性が低くなってしまうという問題がある。
【０００７】
特許文献２に記載された技術では、ハイパスフィルタを用いているため、回転速度が低速になるにしたがってフィルタ処理後の位置信号の振幅が小さくなり、停止時には信号が出力されなくなってしまう。よって、停止時の位置検出精度が低くなってしまうという問題がある。
【０００８】
特許文献３に記載された技術では、ノイズを検出してからローパスフィルタの遮断周波数を調整するため、突発的なノイズに対応できないという問題がある。また、駆動速度に応じた遮断周波数の変更を行わないため、停止時と駆動時とで、振動型アクチュエータの振動特性や制御特性の違いに即応した制御を行うことができないという問題がある。
【０００９】
本発明は、アクチュエータの停止時の位置検出精度を高めると共に、駆動時に安定性と即応性の高い制御が可能な制御装置並びに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】
【００１０】
本発明の一態様は、アクチュエータの駆動力により被駆動体と前記アクチュエータとが相対的に移動し、前記アクチュエータの駆動を停止させた状態では前記アクチュエータと前記被駆動体との相対的な位置関係が保持される、前記アクチュエータの駆動を制御する制御装置であって、前記アクチュエータと前記被駆動体との相対的な移動量に応じた第１の位置信号を出力する位置検出手段と、前記第１の位置信号が入力され、特定の周波数帯域を除く周波数の信号を減衰させた第２の位置信号を出力するフィルタと、前記第２の位置信号に応じて前記アクチュエータを駆動と停止を制御する制御手段と、前記フィルタに前記特定の周波数帯域として、前記制御手段が前記アクチュエータを駆動する際に第１の周波数帯域を設定し、前記制御手段が前記アクチュエータを停止させる際に第２の周波数帯域を設定する設定手段と、を備え、前記第１の周波数帯域と前記第２の周波数帯域は共に０Ｈｚを含み、前記第２の周波数帯域は前記第１の周波数帯域より狭いことを特徴とする制御装置である。
【００１１】
本発明の別の一態様は、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、前記振動型アクチュエータは、電気−機械エネルギ変換素子と、前記電気−機械エネルギ変換素子に接合された弾性体と、を有する振動体と、前記振動体と加圧接触する被駆動体と、を備え、前記制御装置により前記電気−機械エネルギ変換素子に駆動電圧が印加されることにより前記弾性体に励振された振動によって前記振動体と前記被駆動体とが相対的に移動し、前記制御装置は、前記振動体と前記被駆動体との相対的な移動量に応じた第１の位置信号を出力する位置検出手段と、前記第１の位置信号が入力され、特定の周波数帯域を除く周波数の信号を減衰させた第２の位置信号を出力するフィルタと、前記第２の位置信号に応じて前記振動体の駆動と停止を制御する制御手段と、前記フィルタに前記特定の周波数帯域として、前記振動体と前記被駆動体とを相対的に移動させる際に第１の周波数帯域を設定し、前記振動体と前記被駆動体との相対的な位置を保持する際に第２の周波数帯域を設定する設定手段と、を備え、前記第１の周波数帯域と前記第２の周波数帯域は共に０Ｈｚを含み、前記第２の周波数帯域は前記第１の周波数帯域より狭いことを特徴とする振動型駆動装置である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、位置検出手段から出力される第１の位置信号を、アクチュエータの停止時には、駆動時よりも周波数帯域が狭く、０Ｈｚ以上で所定の周波数以下の周波数帯域に制限された第２の位置信号とし、第２の位置信号に基づき停止時の制御を行う。これにより、位置信号に重畳されるノイズを広い周波数範囲で低減させることができるため、アクチュエータの停止時の位置検出精度を高めることができる。また、位置検出手段から出力される第１の位置信号は、駆動時には停止時よりも広い周波数帯域でフィルタを通過させた第２の位置信号とし、第２の位置信号に基づき駆動時の制御を行う。これにより、アクチュエータの振動特性や制御特性の違いに即応した制御が可能となり、また、高精度な位置制御を安定して行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る制御装置による駆動制御の対象となる振動型アクチュエータの概略構成を示す側面図である。
【図２】図１の振動型アクチュエータの駆動を制御する、本発明の第１実施形態に係る制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図３】図１の振動型アクチュエータの圧電素子に印加される駆動電圧の波形を示す図である。
【図４】図１の振動型アクチュエータが有する圧電素子の電極構成と、各電極に印加される駆動電圧との関係を説明する図である。
【図５】図１の振動型アクチュエータに設けられたロータリーエンコーダの内部信号と出力信号を示すタイミングチャートである。
【図６】図２の制御装置を構成するフィルタの回路図と、フィルタの動作波形を示すタイミングチャートである。
【図７】図１の振動型アクチュエータの停止時と駆動時の周波数帯域を示す図である。
【図８】図２の制御装置が振動型アクチュエータの駆動を制御する際のタイミングチャートである。
【図９】図１の振動型アクチュエータに対する速度指令パターンの例を示す図である。
【図１０】図２の制御装置の変形例での回路構成の一部を示す図である。
【図１１】図１０の波形生成回路及び増幅回路に対する入出力信号の波形を示す図である。
【図１２】図１の振動型アクチュエータの圧電素子に印加される駆動電圧と振動を検出する信号とを比較して示す図である。
【図１３】図２の制御装置が備えるフィルタの第１の変形例及び第２の変形例の回路図である。
【図１４】ＤＣモータを用いた回転駆動系にブレーキを付加したアクチュエータの構成例を示す図である。
【図１５】本発明の第２実施形態に係る制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図１６】図１５の制御装置を構成する第２のフィルタの回路図である。
【図１７】図１５の第２のフィルタの周波数特性の一例を示す図である。
【図１８】図１５の制御装置で用いられる周波数帯域の設定パターンの一例を示す図である。
【図１９】図１５の制御装置が振動型アクチュエータの駆動を制御する際のタイミングチャートの一例である。
【図２０】図１５の制御装置が振動型アクチュエータの駆動を制御する際のタイミングチャートの別の例である。
【図２１】図１５の制御装置を構成する第１のフィルタの回路構成の一例を示す回路図である。
【図２２】図２１のフィルタ回路での動作波形を示すタイミングチャートである。
【図２３】本発明の第３実施形態に係る制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２４】図２１のフィルタ回路を多チャンネルに拡張したフィルタ回路の回路図である。
【図２５】図１の振動型アクチュエータの駆動特性を示す図である。
【図２６】第４実施形態に係る駆動制御の対象となる別の振動型アクチュエータの概略構成、振動体に生じさせる振動、圧電素子の電極構成を示す図である。
【図２７】本発明の第４実施形態に係る制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２８】本発明の第４実施形態に係る別の制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２９】一方向にのみ駆動可能な単相の振動型アクチュエータの構成と振動形態、及び、２つの振動型アクチュエータを組み合わせた複合アクチュエータの概略構成を示す図である。
【図３０】図２９（ｂ）に示す複合アクチュエータの駆動制御を行う制御装置２００の概略構成を示すブロック図である。
【図３１】本発明の実施形態に係る制御装置が適用されるＭＲＩ診断装置の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。以下の説明において、アクチュエータとは、エネルギを機械的な運動に変換する装置を指すものとする。また、振動型駆動装置とは、アクチュエータと、アクチュエータの駆動制御を行う制御装置とを含むものとする。
【００１５】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の実施形態に係る制御装置による駆動制御の対象となる振動型アクチュエータ１００の概略構成を示す側面図である。図２は、図１の振動型アクチュエータ１００の駆動を制御する、本発明の第１実施形態に係る制御装置１５０の概略構成を示すブロック図である。図１の振動型アクチュエータ１００と、図２の制御装置１５０は、本発明に係る振動型駆動装置を構成する。
【００１６】
振動型アクチュエータ１００は、円環状の圧電素子１、円環状の弾性体８、円環状の被駆動体９、出力軸１０及び支持台１４を備える。振動型アクチュエータ１００には、制御装置１５０を構成するロータリーエンコーダ２が取り付けられており、ロータリーエンコーダ２は、円板状の光学スケール１１、光センサ１２及び回路基板１３を有する。
【００１７】
電気−機械エネルギ変換素子である圧電素子１は、金属からなる弾性体８に接着されており、圧電素子１と弾性体８とが振動体を構成している。圧電素子１は、電極１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを有し（図１、図４参照）、後述する駆動電圧Ａ１，Ｂ１，Ａ２，Ｂ２を電極１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄにそれぞれ印加することにより、弾性体８に所定の振動を励起させることができる。なお、弾性体８に励振される振動については、後述する。圧電素子１は、励振される振動が阻害されないように不図示の固定手段を用いて支持台１４に固定されている。
【００１８】
なお、第１実施形態では、弾性体８に所定の振動を励振させるために圧電素子１を用いているが、これに限らず、圧電素子１に代えて電歪素子や磁歪素子等を用いてもよい。また、第１実施形態では、圧電素子１と弾性体８とから振動体を構成しているが、圧電素子のみからなる振動体を用いることもできる。
【００１９】
被駆動体９は、不図示の加圧手段によって一定の加圧力で弾性体８に押圧され、且つ、出力軸１０を中心として回転自在な状態で保持されている。被駆動体９は、弾性体８に励振された振動によって摩擦駆動されて、出力軸１０回りに回転する。出力軸１０は、被駆動体９の中心において被駆動体９に固定されており、被駆動体９と一体的に回転することで、被駆動体９の回転駆動力を外部に出力する。出力軸１０の一端は、ローラ１５に取り付けられている。ローラ１５は、振動型アクチュエータ１００が装備される各種の機器において回転駆動の対象となる部材である。
【００２０】
なお、振動型アクチュエータ１００は、被駆動体９が固定され、振動体が被駆動体９に対して相対的に回転移動する構成とすることも可能である。しかし、被駆動体９が固定されて振動体が回転移動する構成であっても、回転駆動力が出力軸１０を通して出力されることに変わりはない。ここでは、上述の通りに振動体が固定され、被駆動体９が回転駆動される構成で、以下の説明を続けることとする。
【００２１】
ロータリーエンコーダ２は、被駆動体９の振動体に対する相対的な移動量である回転角度や回転位置を検出する位置検出手段である。被駆動体９と一体的に回転する出力軸１０には、回転検出用の光学スケール１１が固定されており、よって、光学スケール１１は被駆動体９及び出力軸１０と一体的に回転する。光センサ１２は、光学スケール１１上に設けられた不図示の反射パターンに光を照射し、その反射光を受光する。制御装置１５０は、光センサ１２が受光した反射光のパターンに基づいて、被駆動体９の回転角度と回転位置を検出する。光センサ１２は回路基板１３に実装されており、回路基板１３は支持台１４に固定されている。
【００２２】
図２に示すように、振動型アクチュエータ１００の駆動制御を行う制御装置１５０は、ロータリーエンコーダ２、フィルタ３、カウンタ４、ＣＰＵ５、波形生成回路６及び増幅回路７を備える。
【００２３】
ロータリーエンコーダ２が有する光センサ１２は、被駆動体９の回転角度に応じて受光した光学スケール１１からの反射光に対応する２相の位置信号をフィルタ３へ出力する。なお、ロータリーエンコーダ２等の位置検出手段には、相対的な位置を検出するものと絶対的な位置を検出するものがある。これらはいずれの方式であっても、位置データを直接出力するものと速度に応じた周波数の信号を出力するものとに分類することができる。また、位置検出手段には、デジタル信号（パルス信号）を出力するものとアナログ信号（正弦波信号）を出力するものとがある。ここで、第１実施形態で用いるロータリーエンコーダ２は、被駆動体９の相対的な位置を検出するものであり、回転速度に応じた周波数で位相が９０度ずれた２相のパルス信号である位置信号ＰＡ１，ＰＢ１（第１の位置信号）を出力するものとする。
【００２４】
フィルタ３は、ＣＰＵ５によって設定される周波数帯域１に応じた周波数範囲以外の成分を減衰させて実質的に位置信号ＰＡ１，ＰＢ１から遮断し、遮断後の位置信号ＰＡ２，ＰＢ２（第２の位置信号）をカウンタ４へ出力する。カウンタ４は、フィルタ３から入力された位置信号ＰＡ２，ＰＢ２に基づき、被駆動体９の回転角度と回転位置とを検出し、位置信号Ｐ１をＣＰＵ５へ出力する。なお、第１実施形態では、明示的にフィルタ３とカウンタ４とを別部材として説明しているが、フィルタ３とカウンタ４の機能は１つのカウンタに纏められていてもよい。
【００２５】
ＣＰＵ５は、カウンタ４が出力する位置信号Ｐ１と、不図示の指令手段からの位置指令に基づき、振動型アクチュエータ１００の駆動を制御する。駆動制御パラメータには、周波数、電圧振幅及び位相差があり、これらは状況に応じて組み合わせて用いられる。波形生成回路６は、ＣＰＵ５から供給された周波数、電圧振幅及び位相差の各パラメータを組み合わせた２相の交流信号であるパルス信号ＷＡ，ＷＢを生成し、増幅回路７へ出力する。増幅回路７は、波形生成回路６から入力されたパルス信号ＷＡ，ＷＢを所定の振幅に増幅して差動信号に変換して４相の駆動電圧Ａ１，Ｂ１，Ａ２，Ｂ２を生成し、圧電素子１へ出力する。４相の駆動電圧Ａ１，Ｂ１，Ａ２，Ｂ２はそれぞれ、圧電素子１の電極１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄに印加される。
【００２６】
図３は、駆動電圧Ａ１，Ｂ１，Ａ２，Ｂ２の波形を示す図である。第１実施形態では、駆動電圧Ａ１，Ｂ１，Ａ２，Ｂ２に、位相が９０度ずつずれた正弦波形電圧を用いる。
【００２７】
図４は、圧電素子１の電極構造と、各電極に印加される駆動電圧との関係を説明する図である。圧電素子１は、１枚の円環板状の圧電セラミックスの一方の面に、２４区画に等分割された電極が形成され、他方の面に１つの不図示の全面電極が形成された構造を有する。圧電セラミックスは厚さ方向で分極処理されており、２４区画の電極と裏面の全面電極との間に電圧を印加することにより、圧電素子１に歪が発生するように構成されている。
【００２８】
電極１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄは、２４区画の電極に対して周方向にこの順序で繰り返されるように割り当てられているが、最後に電極１ｄが割り当てられるべき区画は、圧電素子１の歪を検出するための電極１ｅに割り当てられている。よって、圧電素子１は、それぞれ６つの電極１ａ，１ｂ，１ｃと、５つの電極１ｄと、１つの電極１ｅを有する。電極１ｅは、電極１ｅが割り当てられている区画で発生する歪みに応じて発生する電圧Ｓの検出に用いられ、その詳細については後述する。
【００２９】
電極１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄのそれぞれに位相が９０度ずつずれた駆動電圧Ａ１，Ｂ１，Ａ２，Ｂ２が印加されると、弾性体８には、周方向にほぼ等間隔に円環面（スラスト方向と直交する面）と直交する６つの波からなる曲げ振動が形成される。そして、６つの波からなる曲げ振動は、波形を保ちつつ円周に沿って移動する進行性の振動波となる。このとき、弾性体８に周方向に所定の間隔で設けられた突起（図１参照）と被駆動体９との接触部には、進行性の振動波の移動方向とは逆方向に接線力を発生する楕円振動が形成され、弾性体８と被駆動体９の間に相対的な駆動力が発生する。駆動電圧Ｂ１，Ｂ２を入れ替えると、進行性の振動波の進行方向が反転し、逆方向の駆動力が発生する。
【００３０】
なお、弾性体８には固有の振動モードがあり、６つの波からなる曲げ振動を形成する振動モードには、振動しやすい固有の振動数がある。よって、圧電素子１に印加する交流電圧の周波数をこの固有の振動数に近付けることにより、６つの波からなる曲げ振動を効率よく励振することができる。
【００３１】
次に、ロータリーエンコーダ２から出力される位置信号ＰＡ１，ＰＢ１への電磁ノイズの影響について説明する。前述の通り、ロータリーエンコーダ２から出力される位置信号ＰＡ１，ＰＢ１は、２値の状態を持ち、且つ、位置的位相が９０度ずれたパルス信号である。ノイズによる位置信号ＰＡ１，ＰＢ１の変化は、被駆動体９の実際の位置の変化とは無関係に発生し、２値のうちの一方の値からもう一方の値への変化として観測される。また、この変化は、位置信号ＰＡ１，ＰＢ１の両方で同時に発生する場合と片方でのみで発生する場合とがあり、一般的に、ノイズ振幅が小さい場合には片方にのみ発生し、ノイズ振幅が大きい場合に両方で発生する傾向がある。
【００３２】
図５は、ロータリーエンコーダ２の内部信号（光センサ１２からの出力信号）とロータリーエンコーダ２からの出力信号（位置信号ＰＡ１，ＰＢ１）を示すタイミングチャートである。ロータリーエンコーダ２において、光センサ１２は、光学スケール１１に設けられた反射パターンに応じた反射光を受光し、受光光量に応じた振幅の正弦波状のアナログ信号ＡＡ１，ＡＢ１を内部信号として出力している。アナログ信号ＡＡ１，ＡＢ１は、不図示のコンパレータを用いて一定の値と比較され、２値の位置信号ＰＡ１，ＰＢ１としてロータリーエンコーダ２からフィルタ３へ出力される。
【００３３】
図５（ａ）には、アナログ信号ＡＡ１，ＡＢ１に小さなノイズが重畳した例が示されている。この場合、ノイズは、位置信号ＰＡ１，ＰＢ１の両方に同時に重畳することはなく、位置信号ＰＡ１，ＰＢ１のどちらか一方に重畳する。ノイズは、アナログ信号ＡＡ１，ＡＢ１が不図示のコンパレータの閾値を跨ぐ電圧レベル近傍で位置信号ＰＡ１，ＰＢ１に重畳していることがわかる。
【００３４】
図５（ｂ）には、位置信号ＰＡ１、ＰＢ１に、直接、小さなノイズが重畳した例が示されている。位置信号ＰＡ１，ＰＢ１に重畳されたノイズの大きさは、位置信号ＰＡ１，ＰＢ１が入力される回路の閾値を超えていないため、この場合にはノイズの影響は発生しない。
【００３５】
図５（ｃ）には、大きなノイズがアナログ信号ＡＡ１，ＡＢ１に重畳した例が示されている。この場合、位置信号ＰＡ１，ＰＢ１の両方にほぼ同時にノイズが重畳する。図５（ｄ）は、図５（ｃ）の位置信号ＰＡ１，ＰＢ１の波形の一部を時間的に拡大した図である。位置信号ＰＡ１，ＰＢ１間の位相は、９０度丁度ではなく、若干ずれて検出されており、このような信号をカウンタ４でカウントすると、位置誤差が累積する可能性がある。
【００３６】
続いて、ロータリーエンコーダ２から出力される位置信号ＰＡ１，ＰＢ１への機械的振動の影響（機械的振動に起因するノイズ）について説明する。ロータリーエンコーダ２が機械的に加振された場合の位置信号ＰＡ１，ＰＢ１への影響は、光学スケール１１と光センサ１２との間の相対的な振動の結果として観測される。光学スケール１１の振動には、スケール面に対して面外と面内の２方向の振動がある。
【００３７】
面内方向の振動は、振動方向によっては、光学スケール１１の回転位置の変動（被駆動体９の回転位置の変動）として位置信号ＰＡ１，ＰＢ１に重畳される可能性があるが、この現象は、実際に被駆動体９の回転位置が変動した場合と見分けがつかない。一方、面外の振動は、光学スケール１１と光センサ１２との間のギャップの変化となるため、アナログ信号ＡＡ１，ＡＢ１の振幅の変化として観測され、小さな電磁ノイズが重畳した場合と同様の影響を位置信号ＰＡ１，ＰＢ１に与える。このような振動の多くは、振動型アクチュエータ１００における駆動力の伝達系を含めた構造に起因する固有振動モードに依存しており、振動型アクチュエータ１００の駆動停止に伴うショックや何らかの外部振動に共鳴して発生する。なお、固有振動モードは複数あって、各固有振動モードは固有の周波数を持っている。
【００３８】
上述した理由によって位置信号ＰＡ１，ＰＢ１にノイズが重畳した場合の対策として使用されるフィルタ３の構成と機能について、次に説明する。図６（ａ）は、フィルタ３の回路図であり、図６（ｂ）は、フィルタ３の動作波形を示すタイミングチャートである。なお、図６には、フィルタ３において位置信号ＰＡ１に対する信号処理を行う回路と動作波形のみを示している。フィルタ３は、位置信号ＰＢ１に対する信号処理を行う回路として、図６（ａ）に示す回路と同等の回路を備えている。
【００３９】
位置信号ＰＡ１は、図５を参照して説明したように、被駆動体９の回転（に応じた光学スケール１１の回転）に応じて２値の状態を交互に出力する信号である。フィルタ３はデジタル回路であり、フィルタ３を構成する各種の回路部品は、不図示の水晶発振器からの、例えば、数ＭＨｚのクロック信号（ＣＬＫ）に同期して動作する。基本的には、フィルタ３は、位置信号ＰＡ１が、一定時間以上、同じ値を保った場合のみ、その信号を通過させるフィルタとして動作する。換言すれば、フィルタ３は、短時間で変化する信号を遮断するフィルタとして動作する。
【００４０】
フィルタ３は、Ｄ型フリップフロップ１９，２０、排他的論理和素子２１、カウンタ２２、レジスタ２３及びラッチ２４を有する。Ｄ型フリップフロップ１９，２０と排他的論理和素子２１からなる回路部分は、位置信号ＰＡ１の変化を検出して細いパルス状の信号Ｅｇを生成する。レジスタ２３は、ＣＰＵ５から設定される周波数帯域１の設定値を保持する。
【００４１】
カウンタ２２は、信号Ｅｇが入力される度に、レジスタ２３に保持された周波数帯域１の設定値をカウント値ＣＤに読み込んでいる。そして、ＣＬＫ信号のタイミングでカウント値ＣＤを１ずつ減算し、位置信号ＰＡ１の２つの連続する信号のエッジのインターバル（時間間隔）が周波数帯域１の設定値より長いか否かを判定している。カウンタ２２は、信号Ｅｇのパルス状の信号が入力されなければカウントダウンを続け、カウント値ＣＤがゼロ（０）になるとそれ以降のカウントを停止し、信号エッジ間のインターバルが十分に長いと判定して信号Ｃ０をＨｉレベルにする。一方、カウンタ２２は、信号エッジ間のインターバルが短いと判定した場合には、信号Ｃ０をＬｏレベルに設定する。
【００４２】
ラッチ２４は、信号Ｃ０がＨｉレベルとなっているときに、ＣＬＫ信号に同期して２ビットのシフトレジスタとして機能するＤ型フリップフロップ１９，２０を通過した位置信号ＰＡ１を通過させる。ラッチ２４からの出力信号は、位置信号ＰＡ２としてカウンタ４へ入力される。このように動作するフィルタ３は、ローパスフィルタとして機能し、周波数帯域１の設定値（高周波側）が大きい値に設定されるほど、より低い周波数の信号の通過を妨げる。
【００４３】
電磁ノイズによって位置信号ＰＡ１，ＰＢ１が変化した場合には、被駆動体９の実際の移動を伴っていないため、被駆動体９の位置を誤検出してしまう可能性がある。しかし、フィルタ３は、位置信号ＰＡ１，ＰＢ１にそれぞれに独立して設けられており、位置信号ＰＡ１，ＰＢ１のそれぞれについて、連続した２つの信号エッジ間のインターバルが所定時間より短い場合には、その変化を無視するように動作する。よって、図６（ｂ）に示したように、２つの連続する信号のエッジが近接して発生するパルス幅の狭いスパイク状のノイズで、位置信号ＰＡ１，ＰＢ１の周波数から十分離れた周波数帯域のものであれば、これを遮断することができる。こうして、被駆動体９の回転位置の誤検出を抑制することができる。
【００４４】
一方、機械的振動の影響には、既に説明した通りに、実際の被駆動体９の位置変動と見分けが付かないものと、位置変化を伴わないものとがある。後者の場合には、フィルタ３を用いることにより上述した電磁ノイズに対する効果と同等の効果が得られる。これに対して前者の場合には、実際に被駆動体９に位置変動が生じている可能性があるため、フィルタ３により短時間で変化する信号を全て遮断してしまうと、被駆動体９の実際の位置変化を見落としてしまう可能性がある。機械的振動が単発的で、機械的振動の停止前と停止後での被駆動体９の位置変化が僅かであれば、フィルタ３で機械的振動に起因する短時間で変化する信号を除去しても、被駆動体９の実際の位置についての検出誤差が累積することはない。振動振幅が大きい場合には機械的なダンパを用いる等して機械的振動を直接減衰する等の他の対策を併用すると効果的である。
【００４５】
以上の説明の通り、フィルタ３は、電磁ノイズ又は機械的振動により発生するパルス幅の狭いスパイク状のノイズを遮断し、その影響を抑える効果がある。また、振動型アクチュエータ１００の停止時には、被駆動体９の位置変化はゆっくりしたものになるため、停止した後であれば、パルス幅の広いノイズや外乱によって単発的に発生する機械的振動に起因するノイズに対してもその影響を抑える効果がある。
【００４６】
次に、振動型アクチュエータ１００の駆動時と停止時のそれぞれにフィルタ３に設定される周波数帯域１の設定値について説明する。図７は、振動型アクチュエータ１００の停止時と駆動時の周波数帯域を示す図である。横軸の値Ｆ１及び値Ｆ２はそれぞれ、振動型アクチュエータ１００の固有振動モードの周波数であり、値Ｆ１は、振動型アクチュエータ１００の最低次の固有振動モードの固有周波数である。また、横軸の値Ｆ３は、被駆動体９の回転速度が最大速度Ｖｍａｘにあるときの位置信号ＰＡ１の周波数であり、値Ｆ４は、被駆動体９の回転速度が最低速度Ｖｍｉｎにあるときの位置信号ＰＡ１の周波数である。更に、横軸の値Ｆ５は、電磁ノイズのうち、スパイク状のパルスの周波数、例えばパルス幅の逆数で表される周波数である。
【００４７】
周波数帯域Ｆ１１（第１の周波数帯域）は、値Ｆ３より高く、且つ、値Ｆ５より低い周波数を上限とし、更に、０Ｈｚを下限として含む。また、周波数帯域Ｆ１０（第２の周波数帯域）は、値Ｆ１より低く、且つ、値Ｆ４より高い周波数を上限とし、更に、０Ｈｚを下限として含む。
【００４８】
振動型アクチュエータ１００の停止時の周波数帯域１は周波数帯域Ｆ１０に設定され、駆動時の周波数帯域１は周波数帯域Ｆ１１に設定される。これにより、振動型アクチュエータ１００の駆動時には少なくともスパイク状の電磁ノイズを遮断することができると共に、停止時には上記最低次の固有振動モードに起因する機械的振動に起因するノイズの影響を抑えることができる。即ち、駆動時の即応性を低下させることなく停止時の安定性を高めることができ、駆動時／停止時を問わず、安定した位置制御を行うことが可能となる。
【００４９】
なお、特定の周波数のノイズを遮断するノッチフィルタや、等間隔で複数の特定の周波数に対して抑制効果のある櫛型フィルタを、１つ以上、フィルタ３と併用する構成としてもよい。また、振動型アクチュエータ１００の駆動中に、フィルタ３の特性を被駆動体９の回転速度（振動体と被駆動体９との相対的な移動速度）に応じて変更しても、変更後の周波数帯域が停止時の周波数帯域よりも広ければ、問題は生じない。更に、電磁ノイズ等の影響や電気的に発生するチャタリング等の発生がない場合には、駆動時の周波数帯域１の設定を解除し、周波数帯域を実質的に制限しない構成とすることもできる。
【００５０】
次に、制御装置１５０の全体的な動作について説明する。図８は、制御装置１５０が振動型アクチュエータ１００の駆動を制御する際のタイミングチャートである。図８には、振動型アクチュエータ１００の駆動中から停止期間を経て振動型アクチュエータ１００を再起動させたところまでの各種の信号波形が示されている。図７を参照して説明したように、振動型アクチュエータ１００の駆動中の周波数帯域は周波数帯域Ｆ１１に設定され、停止中の周波数帯域は周波数帯域Ｆ１０に設定される。
【００５１】
図８中の「駆動指令」は、不図示の指令手段からの位置指令に基づいてＣＰＵ５が生成する信号である。駆動指令のＨｉレベルは駆動中を示し、Ｌｏレベルは停止中を示しており、停止中の期間では振動型アクチュエータ１００への通電は停止されている。図８中に「停止領域指令」として示した破線間の領域は、不図示の指令手段から指令された停止目標位置の範囲を示している。
【００５２】
ここで、振動型アクチュエータ１００への通電停止について説明する。振動型アクチュエータ１００への通電停止とは、圧電素子１への給電を停止することを指す。第１実施形態では、波形生成回路６への電圧振幅の設定をゼロ（０）にすることによって、駆動電圧Ａ１，Ｂ１，Ａ２，Ｂ２の電圧振幅を０［Ｖ］にしている。但し、この方法に限らず、不図示のスイッチによって増幅回路７と圧電素子１との間の接続を切断する方法や、増幅回路７への電源供給を停止する方法で振動型アクチュエータ１００への通電を停止してもよい。
【００５３】
なお、アクチュエータの種類によって、通電停止の方法は異なる。例えば、電磁力を使うアクチュエータの場合には、励磁電流を０［Ａ］とする方法を用いることができ、また、振動型アクチュエータ１００と同様にスイッチで駆動電圧の接続を切断する方法を用いることもできる。
【００５４】
第１実施形態では、振動型アクチュエータ１００の駆動停止直前又は微小角度の被駆動体９の回転移動に対しては、最低速度（Ｖｍｉｎ）での等速度制御を行っている。図９は、振動型アクチュエータ１００に対する速度指令パターンの例を示す図である。図９（ａ）は、基本的な速度パターンを示しており、図９（ｂ），（ｃ）は、移動角度が小さい場合の例である。図８に示したタイミングチャートは、図９（ｃ）の速度パターンで駆動した場合の動作例である。
【００５５】
振動型アクチュエータ１００の停止前の駆動中には、位置信号ＰＡ１，ＰＢ１には電磁ノイズの影響によるスパイク状のノイズが重畳されている。被駆動体９は回転移動中であるため、機械的振動に起因する小さなノイズが位置信号ＰＡ１，ＰＢ１に重畳されたとしても、位置信号ＰＡ１，ＰＢ１には時間的な位相変化が僅かに発生するだけであり、大きな影響は観測されない。
【００５６】
また、振動型アクチュエータ１００は停止前であって駆動中であるため、フィルタ３には周波数帯域１として周波数帯域Ｆ１１が設定されている。そのため、フィルタ３は、位置信号ＰＡ１，ＰＢ１に重畳されたスパイク状のノイズのみを遮断している。その結果、位置信号ＰＡ１，ＰＢ１に対して位置信号ＰＡ２，ＰＢ２の時間的遅れは僅かであり、スパイク状のノイズのないほぼ一定周波数の９０度位相のずれたパルス信号が出力されている。したがって、フィルタ３での信号処理は、振動型アクチュエータ１００の制御性能に大きな影響を与えることなく、位置信号Ｐ１は安定した一定のレートで階段状に増加していることがわかる。
【００５７】
ＣＰＵ５は、位置信号Ｐ１が停止領域指令に対して一定の距離に近付くと、振動型アクチュエータ１００の駆動停止を決定し、駆動指令をＬｏレベルとする。また、ＣＰＵ５は、波形生成回路６に対して駆動電圧の振幅を０［Ｖ］とする指令を出力する。波形生成回路６は、この指令を受けてパルス信号ＷＡ，ＷＢの出力を停止する。これにより、駆動電圧Ａ１，Ｂ１，Ａ２，Ｂ２の振幅が０［Ｖ］となり、振動型アクチュエータ１００の駆動は停止する。なお、回転移動中の被駆動体９は、駆動電圧Ａ１，Ｂ１，Ａ２，Ｂ２の振幅を０［Ｖ］としても、即座に停止することができないため、一定距離をオーバーランしてから目標とする停止領域内で停止している。
【００５８】
ＣＰＵ５は、駆動中の振動型アクチュエータ１００を停止させる動作を開始するために、駆動指令をＨｉレベルからＬｏレベルに切り換える。そして、ＣＰＵ５は、駆動指令をＨｉレベルからＬｏレベルに切り換えるタイミングの一定時間後（時間Ｔ１の経過後）に、周波数帯域１を周波数帯域Ｆ１１から周波数帯域Ｆ１０に切り換える。周波数帯域Ｆ１０は、振動型アクチュエータ１００が駆動を停止する直前の位置信号ＰＡ１，ＰＢ１の周波数を含む周波数帯域であるため、電圧振幅を０［Ｖ］とした後の減速中の領域でも、位置信号ＰＡ１，ＰＢ１を検出することができる。
【００５９】
振動型アクチュエータ１００の停止中は、位置信号ＰＡ１，ＰＢ１は、微小な機械的振動であってもその機械的振動によって変化する可能性がある。図８には、振動型アクチュエータ１００の停止中に電磁ノイズによるスパイク状のノイズと機械的振動に起因する幅の広いパルスが位置信号ＰＡ１，ＰＢ１に重畳した状態が示されている。周波数帯域Ｆ１０は、機械的振動に起因するノイズを遮断するように周波数帯域Ｆ１１よりも低い周波数を上限周波数としており、スパイク状のノイズのみならず、パルス幅の若干広い機械的振動に起因するノイズも抑制している。その一方で、周波数帯域を狭くしたことによって、位置信号ＰＡ１，ＰＢ１に対する位置信号ＰＡ２，ＰＢ２の時間的遅れ（Ｔ３）が発生している。
【００６０】
ＣＰＵ５は、振動型アクチュエータ１００の停止中に位置信号Ｐ１が目標領域指令の範囲から外れると、被駆動体９の停止位置を微調整するために、駆動指令をＨｉレベルに切り換えて振動型アクチュエータ１００を起動する。具体的には、ＣＰＵ５は、被駆動体９の移動距離と方向に応じて、波形生成回路６に対して周波数、電圧振幅及び位相差を所定の値に設定する。また、ＣＰＵ５は、起動と同時に周波数帯域１を周波数帯域Ｆ１１に切り換え、位置信号Ｐ１が目標領域指令の範囲内に戻るように制御を行う。ここで、振動型アクチュエータ１００の駆動中は、周波数帯域１が周波数帯域Ｆ１１に戻されているため、位置信号ＰＡ１，ＰＢ１に対応する位置信号ＰＡ２，ＰＢ２には時間的遅れは殆ど生じていない。
【００６１】
ＣＰＵ５は、再度、位置信号Ｐ１が目標領域指令の範囲内に入ると、駆動指令をＬｏレベルにすると共に電圧振幅を０［Ｖ］とし、周波数帯域１を周波数帯域Ｆ１１から周波数帯域Ｆ１０に切り換える。このとき、駆動指令の切り換えとほぼ同時に周波数帯域１の切り換えを行っているが、これは、微小角度の駆動の場合は、駆動を停止させたときのショックが小さく、また、回転速度が最低速度Ｖｍｉｎを超えないからである。このように、フィルタ３の周波数帯域１の設定タイミングを、状況に応じて変更してもよい。
【００６２】
所定の停止時間の経過後に、ＣＰＵ５は、不図示の指令手段からの位置指令に基づき、振動型アクチュエータ１００を再起動する。ＣＰＵ５は、振動型アクチュエータ１００の再起動を決定すると、駆動指令をＬｏレベルからＨｉレベルに切り換えるタイミングの一定時間前（時間Ｔ２だけ前）に周波数帯域１を周波数帯域Ｆ１０から周波数帯域Ｆ１１へ切り換える。これは、周波数帯域１の切り換えタイミングと起動時のショック（機械的振動）とが重ならないようにするためである。ＣＰＵ５は、周波数帯域１の切り換え後に、波形生成回路６に対して周波数、電圧振幅及び位相差を所定の値に設定し、振動型アクチュエータ１００を再起動させている。
【００６３】
ＣＰＵ５は、振動型アクチュエータ１００の再起動後は、図９（ｃ）に示すように最低速度（Ｖｍｉｎ）まで加速してから等速で動作させる。このとき、振動型アクチュエータ１００の停止前の駆動中と同様に、位置信号ＰＡ１，ＰＢ１には電磁ノイズの影響によるスパイク状のノイズが重畳している。しかし、フィルタ３からは、位置信号ＰＡ２，ＰＢ２として、スパイク状のノイズのないほぼ一定の周波数のパルス信号が出力されており、その結果、位置信号Ｐ１は一定のレートで階段状に減少している。
【００６４】
以上説明したように、フィルタ３に設定する周波数帯域１を、振動型アクチュエータ１００の駆動時と停止時とで切り換え、その際に停止時の周波数帯域を狭くすることにより、ノイズを効果的に抑制して安定した制御を行うことが可能となる。
【００６５】
次に、第１実施形態の変形例として、フィルタ３に周波数帯域１を設定するタイミングの決定方法の変形例について説明する。上記実施形態では、駆動指令の変化点からの一定の時間を条件としてフィルタ３に設定する周波数帯域１を切り換えたが、時間以外の条件を用いて周波数帯域１を切り換えるようにしてもよく、一例を図１０及び図１１を参照して説明する。
【００６６】
図１０は、制御装置１５０の変形例の部分的な回路構成を示す図であり、波形生成回路６及び増幅回路７とその周辺の回路構成を示している。図１１は、図１０に示す波形生成回路６及び増幅回路７に対する入出力信号の波形を示す図である。
【００６７】
一般的に、振動型アクチュエータは、可聴音を避ける目的で２０ｋＨｚ以上の周波数の交流電圧で駆動される。また、圧電素子の形態に応じてその駆動電圧の振幅は数ボルトから数百ボルトまでと幅広く、積層型の圧電素子を用いたものでは低電圧で大きな加振力を発生することが可能である。これに対して、振動型アクチュエータ１００のように１枚の円環板状の圧電素子１に所望の振動を発生させるためには、数十ボルト以上の電圧が必要である。そのため、波形生成回路の他に増幅回路を有する構成とすることが多い。
【００６８】
図１１に示されるように、正弦波形を数百ｋＨｚ以上の信号でＰＷＭ変調した数ボルト程度のパルス信号ＷＡ、ＷＢはそれぞれ、フィルタ１６，１７で滑らかにされて信号Ａ０，Ｂ０が生成される。信号Ａ０，Ｂ０はそれぞれ、増幅回路７が備えるトランス７ａ，７ｂで増幅され、圧電素子１の静電容量とトランスの漏れインダクタンスによるフィルタ効果によって、滑らかな波形を有する駆動電圧Ａ１，Ｂ１となる。なお、トランス７ａ，７ｂは、２次側の中間タップが電気的グランドに接続されており、駆動電圧Ａ１，Ｂ１に対して逆相となる駆動電圧Ａ２，Ｂ２も出力する。こうして生成された位相が９０度ずつずれた交流の駆動電圧Ａ１，Ｂ１，Ａ２，Ｂ２がそれぞれ圧電素子１の電極１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄに印加されることにより、円環状の弾性体８に進行性の振動波を生じさせることができる。
【００６９】
図１０に示す電極１ｅは、図４を参照して説明したように、弾性体８に励振された振動の大きさ（振幅）を検出して交流信号Ｓを出力する。図１２は、駆動電圧Ａ１，Ｂ１、Ａ２、Ｂ２と信号Ｓとを比較して示す図である。図１２に示す駆動電圧Ａ１，Ｂ１，Ａ２，Ｂ２の波形は、図３に示した波形と同じである。信号Ｓは、駆動電圧Ａ１，Ｂ１，Ａ２，Ｂ２とは、同じ周波数であるが振幅が異なっており、駆動電圧Ａ１，Ｂ１，Ａ２，Ｂ２の周波数に応じて、振幅と、駆動電圧Ａ１，Ｂ１，Ａ２，Ｂ２との間の位相差が変化する。
【００７０】
信号Ｓの振幅は、ＲＭＳ−ＤＣ変換回路１８によって検出される。図８に示したタイミングチャートでは、振動型アクチュエータ１００の駆動停止の決定タイミングから一定時間（Ｔ１）が経過後に周波数帯域１を切り換えている。これに対して、ＲＭＳ−ＤＣ変換回路１８の出力信号を観測し、弾性体８の振動振幅が所定の振幅以下になったことを確認した後に周波数帯域１の設定を切り換えるようにしてもよい。更に、不図示であるが、駆動電圧Ａ１の振幅をＲＭＳ−ＤＣ変換回路１８で検出する構成として、その振幅が所定値以下になったことを確認した後に周波数帯域１の設定を切り換えるようにしてもよい。
【００７１】
次に、第１実施形態の変形例として、ロータリーエンコーダ２がアナログ信号を出力する場合、つまり、光センサ１２が出力するアナログ信号ＡＡ１，ＡＢ１（図５参照）がそのまま出力される場合について説明する。この場合、フィルタ３の回路構成を変更する必要がある。
【００７２】
図１３（ａ）は、フィルタ３の第１の変形例に係るフィルタ３Ａの回路図である。ここでは、アナログ信号ＡＡ１を処理する回路を示しているが、フィルタ３Ａは、アナログ信号ＡＢ１を処理する回路として図１３（ａ）の回路と同じ回路を有する。
【００７３】
フィルタ３Ａは、ＯＰアンプ４３、抵抗４０，４１，４４及びコンデンサ４５との組み合わせによって構成されたローパスフィルタである。フィルタ３Ａでは、周波数帯域１の設定に応じて抵抗４０と抵抗４１をアナログスイッチ４２で切り換えることにより、遮断周波数を切り換えている。フィルタ３Ａは、入力されたアナログ信号ＡＡ１（図５参照）のノイズを除去した波形をコンパレータ４６でパルス信号に変換して、位置信号ＰＡ２を出力している。
【００７４】
図１３（ｂ）は、フィルタ３の第２の変形例に係るフィルタ３Ｂの回路図である。ここでも、アナログ信号ＡＡ１を処理する回路を示しているが、フィルタ３Ｂも、アナログ信号ＡＢ１を処理する回路として図１３（ｂ）の回路と同じ回路を有する。
【００７５】
フィルタ３Ｂは、Ａ／Ｄ変換器４７の前に、ＯＰアンプ４３、抵抗４０，４４及びコンデンサ４５を組み合わせた周波数帯域固定のローパスフィルタが配置された構成を有する。ローパスフィルタの遮断周波数は、アナログ信号ＡＡ１の波形に影響を与えない程度の高い周波数で、且つ、Ａ／Ｄ変換器４７のサンプリング周波数の１／２以下に設定される。また、遮断周波数の変更は、Ａ／Ｄ変換後に周波数帯域１の設定に応じてデジタルフィルタ４８で行われる。
【００７６】
デジタルフィルタ４８は、ローパスフィルタであればどのような構成であってもよい。デジタルフィルタ４８は、例えば、アナログ信号を２相のパルス信号に変換した後にフィルタ３と同等の回路で処理するものであってもよく、公知のＦＩＲフィルタやＩＩＲフィルタ等で構成されていてもよい。このようなデジタルフィルタは、正確に周波数帯域を設定することができるため、２相のパルス信号のそれぞれに設けた場合でも、同じフィルタ特性が適用された回路構成とすることができる。
【００７７】
なお、第１実施形態では、位置検出手段としてロータリーエンコーダ２が用いられた構成で説明したが、位置検出手段はリニアエンコーダであってもよい。また、ロータリーエンコーダ２として光学式のセンサを用いた構成で説明したが、磁気式や静電式のセンサであっても位置信号に対するノイズや振動の影響は同じであるので、光学式のセンサに代えて磁気式や静電式のセンサを用いることもできる。
【００７８】
更に第１実施形態では、光学スケール１１を用いて検出される位置信号ＰＡ１，ＰＢ１に対してフィルタ３を設けて被駆動体９の回転位置等を検出した。これに対して、ローラ１５の位置に応じて出力される他の信号に対してフィルタを設けて、ローラ１５の回転位置を検出する構成としてもよい。例えば、ローラ１５の１回転毎に１回、所定の回転区画（原点位置）でのみＨｉレベルとなる原点信号に対して、フィルタ３と同じ特性を持つフィルタを設けた構成としてもよい。フィルタは、ローラ１５の回転位置に応じて変化する全ての信号に同じ遅延を発生させるので、精度高く原点位置を確認することができる。
【００７９】
一般的に、原点信号は、一点の原点位置を確認するための信号であるため、非常に細いパルス信号として検出されることが多い。そのため、フィルタの周波数帯域の設定によっては原点信号自体を遮断してしまうことになってしまうおそれがある。この問題を回避するために、周波数帯域を広く取るか又はノイズの周波数成分と分離可能な程度に低速で被駆動体９を回転駆動させる必要がある。また、電磁ノイズの多い環境において正確に原点位置を検出する必要がある場合には、原点位置の確認を複数回行うことで正しい位置を確認することが好ましく、可能な限り、電磁ノイズの少ない状況で原点信号を確認することが望ましい。
【００８０】
更に第１実施形態では、振動型アクチュエータ１００の駆動制御について説明したが、停止時に摩擦力（保持力）によって被駆動体が保持される構成を有するアクチュエータであれば、制御装置１５０による被駆動体の駆動制御が可能である。例えば、ギア減速機構を持つ電磁モータ等は、電源を切っても一定の保持力があり、不感帯も大きいため、制御装置１５０による駆動制御を行うことにより、振動型アクチュエータ１００を制御装置１５０で駆動制御した場合と同様の効果を得ることができる。
【００８１】
一方、被駆動体の保持力が小さいアクチュエータであっても、別の保持手段によって保持力を得ることができる構成のものであれば、制御装置１５０による駆動制御を行う利点がある。但し、この場合には保持手段とアクチュエータとを連動して動作させる必要があり、その一例について図１４を参照して説明する。
【００８２】
図１４は、ＤＣモータ３５を用いた回転駆動系にブレーキ３６（保持手段）を付加したアクチュエータ１１０の構成例を示す図である。なお、アクチュエータ１１０の構成要素のうち、図１の振動型アクチュエータ１００と共通する構成要素については、同じ符号を付して説明を省略する。
【００８３】
アクチュエータ１１０では、支持台１４にＤＣモータ３５が固定されており、ＤＣモータ３５の出力軸１０の一方にロータリーエンコーダ２が固定され、他方にローラ１５が固定されている。また、支持台１４には、ブレーキ３６が固定されている。ブレーキ３６は、ローラ１５の径方向においてローラ１５の外周面に対して押圧可能な押し当て部（ブレーキパッド）を有する。ブレーキ３６は、不図示の制御装置からの指令によって、押し当て部をローラ１５の円周面に所定の力で押し当てることで、ＤＣモータ３５の停止時（電源オフ時）にローラ１５が回転しないようにする。
【００８４】
制御装置１５０のＣＰＵ５は、ブレーキ３６にローラ１５の回転停止（ローラ１５への押し当て部の押圧）を指示した後に、フィルタ３に設定する周波数帯域１を、駆動時の周波数帯域Ｆ１１から停止時の周波数帯域Ｆ１０に切り換える。一方、ＤＣモータ３５の起動時には、ブレーキ３６に対してローラ１５に対する押し当て部の押圧解除を指示する前に、フィルタ３に対して設定する周波数帯域１を、停止時の周波数帯域Ｆ１０から駆動時の周波数帯域Ｆ１１に切り換える。これにより、振動型アクチュエータ１００の駆動を制御装置１５０によって制御した場合と同様に、停止時の外乱やノイズの影響を効果的に抑制することができる。
【００８５】
＜第２実施形態＞
第１実施形態に係る制御装置１５０では、被駆動体９の回転速度に比例する周波数の２相の位置信号に対してフィルタ３が挿入されている。これに対して、第２実施形態では、回転位置に対応する値を持つ位置信号に対してフィルタが挿入された構成を有する制御装置について説明する。
【００８６】
図１５は、本発明の第２実施形態に係る制御装置１６０の概略構成を示すブロック図である。ここでは、制御装置１６０による駆動制御の対象は、図１に示した振動型アクチュエータ１００であるものとして説明を行う。制御装置１６０は、制御装置１５０のフィルタ３が第１のフィルタ３Ｃへ変更され、カウンタ４から入力される位置信号Ｐ１を位置信号Ｐ２へ変換してＣＰＵ５へ出力する第２のフィルタ２５を備える点で、制御装置１５０と異なる。そのため、制御装置１６０において、制御装置１５０と共通する要素については、同じ符号を付して、説明を省略する。
【００８７】
制御装置１６０が備える第１のフィルタ３Ｃは、制御装置１５０が備えるフィルタ３と実質的に同じである。よって、第１のフィルタ３Ｃの基本的な動作は、第１実施形態で既に説明しているため、ここでの説明を省略する。
【００８８】
第２のフィルタ２５は、ＣＰＵ５から指令される周波数帯域２に基づき、位置信号Ｐ１から位置信号Ｐ２を生成して、生成した位置信号Ｐ２をＣＰＵ５へと出力する。第１のフィルタ３Ｃに設定される周波数帯域１と、第２のフィルタ２５に設定される周波数帯域２はどちらも０Ｈｚを含み、且つ、周波数帯域２は周波数帯域１よりも狭く設定される。
【００８９】
制御装置１６０では、第１のフィルタ３Ｃと第２のフィルタ２５の２つのフィルタが直列に接続されている点に特徴があり、これにより、ＣＰＵ５によって第１のフィルタ３Ｃと第２のフィルタ２５にそれぞれ異なる周波数帯域を設定することができる。この場合に、第１のフィルタ３Ｃと第２のフィルタ２５とを合わせた効果は、第１実施形態と同種の効果であるが、役割が分担されることによって位置信号ＰＡ１，ＰＢ１に対する電磁ノイズ及び機械的振動に起因するノイズの遮断性能を高めることができる。第１のフィルタ３Ｃは、電磁ノイズを遮断する役割を担い、第２のフィルタ２５は機械的振動に起因するノイズを遮断する役割を担い、各役割に応じて適切な周波数帯域１，２が設定される。
【００９０】
図１６は、第２のフィルタ２５の回路図である。第２のフィルタ２５は、所謂、ＦＩＲフィルタであり、ここではローパスフィルタとしての機能を有する。第２のフィルタ２５は、レジスタ群２５ａ、乗算器２５ｂ、加算器２５ｃ及びレジスタ２５ｄを有する。レジスタ群２５ａは、位置信号Ｐ１をＣＬＫ信号に同期してラッチする５つのレジスタが直列に接続された構成を有し、各レジスタが５つの異なる時刻の位置信号Ｐ１の状態を保持している。乗算器２５ｂは、レジスタ群２５ａの５つのレジスタからの出力に対して外部から設定される周波数帯域２に応じて個別に予め記憶されている値を乗じた出力を行う。加算器２５ｃは、乗算器２５ｂの５つの出力を合計した結果を出力する。レジスタ２５ｄは、加算器２５ｃの出力をラッチして位置信号Ｐ２として出力する。
【００９１】
図１７は、第２のフィルタ２５の周波数特性の例を示す図である。このような特性を持つフィルタは他の構成でも可能であり、また、第２のフィルタ２５の構成は図１６の構成に限るものではない。例えば、ＩＩＲフィルタやＦＦＴ演算を用いるもので第２のフィルタ２５を構成してもよい。なお、第１実施形態において原点信号を検出する場合の対応について説明したが、原点信号はある一点しか示さないため、第２のフィルタ２５でフィルタ効果を得ることはできない。したがって、原点信号に対しては、第１のフィルタ３Ｃのみを制御装置１５０のフィルタ３と同様に用いる必要がある。
【００９２】
次に、第１のフィルタ３Ｃと第２のフィルタ２５のそれぞれに対して設定される周波数帯域１，２について説明する。ここで、第１のフィルタ３Ｃは、図６に示すフィルタ３と同じ回路構成を有するものとする。この場合、第１のフィルタ３Ｃは、所定のパルス幅より狭いパルスを全て遮断する性能を有しているため、位置信号ＰＡ１の周波数帯域とノイズの周波数帯域とが近い場合、そのノイズを遮断すると位置信号ＰＡ１も一緒に遮断してしまう可能性がある。この問題を回避するために、第１のフィルタ３Ｃに対して設定する周波数帯域１は、位置信号ＰＡ１の周波数帯域に対して十分に余裕を持たせて設定される。
【００９３】
図５を参照して説明したように、位置信号ＰＡ１，ＰＢ１に対する電磁ノイズの影響には、ノイズの大きさによって幾つかのパターンがある。ノイズの大きさが小さい場合には、位置信号ＰＡ１，ＰＢ１の変化は一方のみに発生し、一旦変化するが速やかに戻ってくるスパイク状の変化となる。このようなノイズであれば、位置信号上は、一旦、１カウント移動するが速やかに元に戻るため、位置誤差の累積にはつながらず、仮に第１のフィルタ３Ｃで無視したとしても、後段の第２のフィルタ２５で除去することができる。
【００９４】
そこで、先ず、比較的小さな電磁ノイズが発生している環境下で振動型アクチュエータ１００及び制御装置１６０が使用され、位置信号ＰＡ１，ＰＢ１の同一期間内には一方にしかノイズが重畳しない場合に限定して制御装置１６０の動作を説明する。
【００９５】
図１８は、小さな電磁ノイズが発生している環境下で用いられる周波数帯域の設定パターンの一例を示す図である。周波数帯域Ｆｒ１，Ｆｒ２，Ｆｒ３，Ｆｒ４にはそれぞれ、以下の通りに異なる周波数帯域が設定されており、Ｆｒ３＜Ｆｒ４＜Ｆｒ２＜Ｆｒ１の順に広い周波数帯域が設定されている。
【００９６】
Ｆｒ１：スパイク状の細いパルス幅のノイズを除去するための周波数帯域
Ｆｒ２：振動型アクチュエータの高速駆動時の位置信号ＰＡ１の周波数帯域
Ｆｒ３：振動型アクチュエータの低速駆動時の位置信号ＰＡ１の周波数帯域
Ｆｒ４：振動型アクチュエータの停止時の固有振動数より低い周波数帯域
振動型アクチュエータ１００の駆動時と停止時の周波数帯域１と周波数帯域２の設定範囲及びトータルの周波数帯域を、これら４つの周波数帯域Ｆｒ１，Ｆｒ２，Ｆｒ３，Ｆｒ４を用いて定める。
【００９７】
なお、図１８に示すパターン１〜４の設定例は、代表的な例であって、これらに限定されるものではない。パターン１〜４は、トータルでは駆動時より停止時の周波数帯域の方が狭い帯域となっており、そのように設定する理由は第１実施形態と同じである。また、図１８において、ハイフン（−）で示した部分は、周波数帯域を設定せずに入力信号をそのまま通過させることを示している。パターン１〜４は同様の効果を有するが、それぞれの違いについて、以下に説明する。
【００９８】
小さな電磁ノイズが発生している環境という条件下では、位置信号ＰＡ１，ＰＢ１の両方に同一期間にノイズが乗ることはないため、カウンタ４に誤差が累積することはない。よって、振動型アクチュエータ１００の駆動時に位置信号Ｐ２にノイズが重畳されたとしても、最終的に被駆動体９を停止させる位置のずれにはつながらない。そこで、パターン１，２では、振動型アクチュエータ１００の駆動時のトータルの周波数帯域は周波数帯域Ｆｒ１に設定されており、周波数帯域Ｆｒ２に相当するノイズの混入を許容している。
【００９９】
パターン３，４では、振動型アクチュエータ１００の駆動時のトータルの周波数帯域は周波数帯域Ｆｒ２に設定されている。このとき、振動型アクチュエータ１００の高速駆動時に位置信号ＰＡ１が第１のフィルタ３Ｃで遮断されることのないように、第２のフィルタ２５に設定される周波数帯域２に周波数帯域Ｆｒ２を適用している。これにより、パターン１，２と比較して、振動型アクチュエータ１００の駆動時のノイズ遮断性能を向上させることができる。
【０１００】
パターン１〜４の全てにおいて、振動型アクチュエータ１００の停止時のトータルの周波数帯域は周波数帯域Ｆｒ４に設定されている。これにより、周波数帯域Ｆｒ２に相当するノイズの混入や外部からの機械的振動に起因するノイズの影響を抑えて、振動型アクチュエータ１００の停止状態を安定して保つことが可能になる。また、パターン４では、周波数帯域１を周波数帯域Ｆｒ２としている。これにより、振動型アクチュエータ１００の停止時には周波数帯域Ｆｒ２に相当するノイズも全て遮断することができるため、停止時の安定性を更に高めることができる。
【０１０１】
図１９は、制御装置１６０が振動型アクチュエータ１００の駆動を制御する際のタイミングチャートである。図１９には、図８と同様に、振動型アクチュエータ１００の駆動中から駆動停止期間を経て振動型アクチュエータ１００を再起動させたところまでの各種の信号波形が示されている。
【０１０２】
振動型アクチュエータ１００は、駆動停止直前の駆動中には最低速度（Ｖｍｉｎ）で等速度制御されており、第１のフィルタ３Ｃの周波数帯域１は周波数帯域Ｆ１１（＝Ｆｒ１）に設定されている。よって、第１のフィルタ３Ｃは、位置信号ＰＡ１，ＰＢ１に重畳されたスパイク状のノイズのみを遮断して、位置信号ＰＡ２，ＰＢ２を出力している。また、第２のフィルタ２５の周波数帯域２は周波数帯域Ｆ２１（＝フィルタなし）に設定されている。よって、第２のフィルタ２５は、入力された位置信号Ｐ１をそのまま位置信号Ｐ２として出力している。したがって、駆動停止直前の駆動中には、位置信号Ｐ２は一定のレートで階段状に増加している。
【０１０３】
ＣＰＵ５は、位置信号Ｐ２が停止領域指令に対して一定の距離に近付くと、振動型アクチュエータ１００の駆動停止を決定し、駆動指令をＬｏレベルとする。また、ＣＰＵ５は、波形生成回路６に対して駆動電圧の振幅を０［Ｖ］とする指令を出力する。第１実施形態では、波形生成回路６の出力信号として、正弦波をＰＷＭ変調した波形を用いるとしたが、第２実施形態では、アナログの正弦波や単純なパルス幅固定の信号を用いてもよい。なお、パルス幅固定の信号を用いる場合には、電圧振幅の代わりにパルス幅を設定し、駆動停止の際にはパルス幅をゼロ（０）に設定する。
【０１０４】
波形生成回路６は、この指令を受けてパルス信号ＷＡ，ＷＢの出力を停止する。これにより、駆動電圧Ａ１，Ｂ１，Ａ２，Ｂ２の振幅が０［Ｖ］となり、振動型アクチュエータ１００の駆動は停止する。ＣＰＵ５は、駆動指令をＬｏレベルに設定してから一定時間（Ｔ１）の経過を待って周波数帯域１を周波数帯域Ｆ１１から周波数帯域Ｆ１０（＝Ｆｒ２）に切り換え、周波数帯域２を周波数帯域Ｆ２１から周波数帯域Ｆ２０（＝Ｆｒ４）に切り換える。周波数帯域Ｆ１０は、駆動停止直前の位置信号ＰＡ１，ＰＢ１の周波数を含むため、電圧振幅を０［Ｖ］とした後の減速中の領域において第１のフィルタ３Ｃが位置信号ＰＡ１，ＰＢ１を遮断することはない。一方で、第１のフィルタ３Ｃは、スパイク状のノイズだけでなく、パルス幅の若干広いノイズを遮断している。また、周波数帯域Ｆ２０は、振動型アクチュエータ１００の固有振動モードの固有周波数より低い帯域であるため、機械的振動に起因するノイズの影響で位置信号Ｐ１が停止位置指令範囲外に出た場合でも、位置信号Ｐ２を停止位置指令内に留めている。
【０１０５】
所定の停止時間の経過後に、ＣＰＵ５は、不図示の指令手段からの位置指令に基づき、振動型アクチュエータ１００を再起動する。ＣＰＵ５は、振動型アクチュエータ１００の再起動を決定すると、駆動指令をＨｉレベルに切り換える一定時間（Ｔ２）前に、周波数帯域１を周波数帯域Ｆ１０から周波数帯域Ｆ１１へ切り換え、周波数帯域２を周波数帯域Ｆ２０から周波数帯域Ｆ２１へ切り換える。そして、ＣＰＵ５は、波形生成回路６に対して周波数、電圧振幅及び位相差を所定の値に設定して振動型アクチュエータ１００を再起動する。再起動後の動作は、第１実施形態と同じであるため、ここでの説明を省略する。
【０１０６】
図１９のタイミングチャートでは、振動型アクチュエータ１００の停止中に位置信号Ｐ２が停止領域指令の範囲内に留められている。これに対して、次に、振動型アクチュエータ１００の停止中に機械的振動に起因するノイズの影響で位置信号Ｐ２が停止領域指令の範囲外に出てしまった場合の処理について、図２０を参照して説明する。
【０１０７】
図２０は、制御装置１６０が振動型アクチュエータ１００の駆動を制御する際の別のタイミングチャートである。図２０には、図８と同様に、振動型アクチュエータ１００の駆動中から駆動停止期間を経て振動型アクチュエータ１００を再起動させたところまでの各種の信号波形が示されている。図２０中の周波数帯域Ｆ１１は周波数帯域Ｆｒ１に、周波数帯域Ｆ１０は周波数帯域Ｆｒ２に、周波数帯域Ｆ２１はフィルタ処理なしに、周波数帯域Ｆ２０は周波数帯域Ｆｒ４にそれぞれ対応している。また、周波数帯域Ｆ２２には、例えば、周波数帯域Ｆｒ４よりも広く周波数帯域Ｆｒ２よりも狭い周波数帯域（Ｆｒ４＜ｆ＜Ｆｒ２（ｆ：周波数））の条件を満たす帯域が用いられる。
【０１０８】
図２０のタイミングチャートにおける振動型アクチュエータ１００の停止前と再起動後の動作は図１９の場合と同じであるため、ここでは、振動型アクチュエータ１００の停止中の動作についてのみ説明する。ＣＰＵ５は、位置信号Ｐ２が停止領域指令の範囲を超えると、駆動指令をＨｉレベルに切り換えて、波形生成回路６に対して周波数、電圧振幅及び位相差を所定の値に設定して振動型アクチュエータ１００を起動する。ＣＰＵ５は、周波数帯域１を周波数帯域Ｆ１０に維持したまま、周波数帯域２を周波数帯域Ｆ２０から周波数帯域Ｆ２２に切り換えることで、位置信号Ｐ２が停止領域指令の範囲内に戻るように制御を開始する。そして、ＣＰＵ５は、再度、位置信号Ｐ２が停止領域指令の範囲内に入ると、駆動指令をＬｏレベルに切り換えると共に、電圧振幅を０［Ｖ］とし、周波数帯域２を周波数帯域Ｆ２２から周波数帯域Ｆ２０へ戻す。
【０１０９】
このように、振動型アクチュエータ１００の停止中における起動に周波数帯域２を周波数帯域Ｆ２１でなく周波数帯域Ｆ２２に設定するのは、振動型アクチュエータ１００の停止時における微小量の駆動と通常の駆動時とでは応答特性が異なるからである。そこで、起動時のショック（機械的振動）を抑制しつつ、速やかに停止領域指令の範囲内に位置信号Ｐ２の値が戻るようにするという要求のバランスを取って、周波数帯域Ｆ２１と周波数帯域Ｆ２０の間の値を取るように周波数帯域Ｆ２２を設定している。
【０１１０】
第２実施形態では、上記説明の通り、第１のフィルタ３Ｃと第２のフィルタ２５とでノイズ除去の役割を分担している。これにより、第１のフィルタ３Ｃで抑制することができないノイズや大きな機械的振動に起因するノイズを第２のフィルタ２５で抑制することが可能となる。また、第２実施形態でも、第１実施形態と同様に、第１のフィルタ３Ｃと第２のフィルタ２５によるトータルの周波数帯域を、振動型アクチュエータ１００の駆動中と停止中とで異なる帯域とし、且つ、停止中の帯域を狭く設定している。これにより、振動型アクチュエータ１００の駆動中の制御性を低下させることなく、停止中のノイズ遮断性能を効果的に向上させることができる。
【０１１１】
ここまでは、電磁ノイズの振幅が比較的小さく、位置信号ＰＡ１，ＰＢ１に対して同一期間に両方にノイズが乗ることのない状況を前提として説明した。次に、ノイズレベルが高い場合或いはノイズが単発的でなく継続的に位置信号ＰＡ１，ＰＢ１に重畳する場合の制御について説明する。
【０１１２】
図５を参照して説明したように、大きな電磁ノイズが発生する環境では、位置信号ＰＡ１，ＰＢ１に対してほぼ同時期にノイズが重畳することがあり、この場合、ノイズを除去しなければ、位置誤差が累積する可能性が高くなる。
【０１１３】
レベルの高いノイズの帯域が周波数帯域Ｆｒ１に相当する場合、図６に示したフィルタ３の回路構成をそのまま第１のフィルタ３Ｃに適用し、図１８に示したパターン１，２，３のうちのいずれかの設定を行うことにより、位置誤差の累積を回避することができる。これは、位置信号ＰＡ１，ＰＢ１に同時にノイズが重畳しても、個々の信号に対して周波数帯域Ｆｒ１でフィルタ処理を行えば、ノイズを遮断することができるからである。
【０１１４】
レベルの高いノイズの帯域が周波数帯域Ｆｒ２に相当する場合、そのノイズを第１のフィルタ３Ｃで遮断するためには、周波数帯域１の上限周波数を周波数帯域Ｆｒ２の上限周波数よりも低く設定する必要がある。しかし、この設定では、振動型アクチュエータ１００の高速駆動時の位置信号ＰＡ１，ＰＢ１を遮断してしまう。一方、位置信号ＰＡ１，ＰＢ１にほぼ同時期に入力されるノイズは位置誤差を累積させる可能性があり、第２のフィルタ２５を用いても位置誤差の累積を抑制することはできない。
【０１１５】
したがって、第１のフィルタ３Ｃで周波数帯域Ｆｒ２に相当するレベルの高いノイズを遮断するためには、振動型アクチュエータ１００の高速駆動時の位置信号ＰＡ１，ＰＢ１の周波数をノイズの周波数帯域よりも十分低くしなくてはならない。そこで、図６に示したフィルタ３の回路構成を、図２１に示す回路構成に変更して、第１のフィルタ３Ｃに適用する。
【０１１６】
図２１は、第１のフィルタ３Ｃの回路構成の一例（以下「フィルタ回路３Ｃａ」という）を示す回路図である。フィルタ回路３Ｃａは、位置信号ＰＡ１，ＰＡ２に対してほぼ同時期にノイズが重畳する状況に対して考案されたもので、図６のフィルタ３をフィルタ回路３Ｃａで置き換えることも可能である。図２２は、フィルタ回路３Ｃａでの動作波形を示すタイミングチャートであり、図２２（ａ），（ｂ）にはそれぞれ、異なる入力信号パターンに対するフィルタ動作が示されている。
【０１１７】
図６のフィルタ回路は１相毎に独立して作用するのに対して、図２１のフィルタ回路３Ｃａは２相の信号の変化に対応してフィルタとして作用する。フィルタ回路３Ｃａは、位置信号ＰＡ１，ＰＢ１のどちらの信号の変化であっても、２回の変化のインターバルを計測し、計測したインターバルが所定の時間より短い場合にはその変化を無視することでフィルタとして動作する。つまり、１つの信号が２度変化する細いパルス状のノイズと２つの信号がほぼ同時に変化するノイズに対して、その信号を通過させないように機能する。
【０１１８】
フィルタ回路３Ｃａは、Ｄ型フリップフロップ２０、排他的論理和素子２１、カウンタ２２、レジスタ２３、ラッチ２４、Ｄ型フリップフロップ２６，２７、排他的論理和素子２８及びラッチ２９，３０を有する。また、フィルタ回路３Ｃａは、Ｄ型フリップフロップ３１、排他的論理和素子３２及びラッチ３３，３４を有する。なお、フィルタ回路３Ｃａにおいて、図６のフィルタ回路の構成部品と同じ構成部品については同じ符号を付しており、ここでの詳細な説明は省略する。
【０１１９】
フィルタ回路３Ｃａにおいて、Ｄ型フリップフロップ２６，２７は、位置信号ＰＡ１，ＰＢ１をそれぞれＣＬＫ信号に同期してラッチしている。排他的論理和素子２８は、Ｄ型フリップフロップ２６，２７にラッチされた位置信号ＰＡ１，ＰＢ１のいずれかの信号が変化する度に反転する信号ＰＸ１を生成している。但し、信号ＰＸ１は、位置信号ＰＡ１，ＰＢ１が同時に変化した場合には反転しない。つまり、信号ＰＸ１は、位置信号ＰＡ１，ＰＢ１が同時に変化した変化点を除いた全ての変化点を含む信号となっている。Ｄ型フリップフロップ２０と排他的論理和素子２１からなるエッジ検出回路は、信号ＰＸ１の変化を検出して、細いパルス状の信号Ｅｇ１を生成する。レジスタ２３は、ＣＰＵ５から設定される周波数帯域１の設定値を保持する。
【０１２０】
カウンタ２２は、信号Ｅｇ１が入力される度に、レジスタ２３に保持された周波数帯域１の設定値をカウント値ＣＤに読み込む。そして、カウンタ２２は、ＣＬＫ信号のタイミングでカウント値ＣＤを１ずつ減算し、位置信号ＰＡ１，ＰＢ１の２つの変化の間のインターバルが周波数帯域１の設定値より長いか否かを判定する。カウンタ２２は、信号Ｅｇ１のパルス状の信号が入力されるまでカウントダウンを続け、カウント値ＣＤがゼロ（０）になると、このインターバルが十分長いと判定し、信号Ｃ０をＨｉレベルにする。カウンタ２２は、信号Ｃ０がＨｉレベルにある間は、カウントダウンを停止する。カウンタ２２は、位置信号ＰＡ１，ＰＢ１の２つの変化のインターバルが周波数帯域１の設定値より短いと判定した場合、信号Ｃ０をＬｏレベルに設定する。
【０１２１】
ラッチ２４、Ｄ型フリップフロップ３１及び排他的論理和素子３２からなる有効エッジ検出回路は、信号Ｃ０がＨｉレベルにあるときにのみ信号ＰＸ１を通過させ、その信号エッジを細いパルス状の信号Ｅｇ２として出力している。これにより、信号Ｅｇ２は、位置信号ＰＡ１，ＰＢ１の有効な変化のタイミングを示す信号となる。
【０１２２】
一方、Ｄ型フリップフロップ２６，２７にラッチされた位置信号ＰＡ１，ＰＢ１が変化する度に、変化後の値がラッチ２９，３０に記憶され、位置信号ＰＡ２，ＰＢ２として出力される。そして、位置信号ＰＡ２，ＰＢ２は、有効な変化点を示す信号Ｅｇ２のタイミングでラッチ３３，３４にラッチされ、有効な変化点の位置信号が位置信号ＰＡ３，ＰＢ３として出力される。
【０１２３】
よって、フィルタ回路３Ｃａを第１のフィルタ３Ｃに適用することで、パルス幅の広いノイズであっても位置信号ＰＡ１，ＰＢ１がほぼ同時に変化する場合には、パルス幅の狭いノイズ用の周波数帯域の設定で遮断することができる。
【０１２４】
一方、単発的なノイズではなく、継続的な高い周波数のノイズが位置信号ＰＡ１，ＰＢ１に重畳している場合には、位置信号ＰＡ１，ＰＢ１の変化がノイズに埋もれてしまうため、ノイズを遮断してしまうと、位置信号ＰＡ１，ＰＢ１も一緒に遮断されてしまう。
【０１２５】
この場合には、アナログ方式かデジタル方式かを問わず、周知のローパスフィルタ又は特定の周波数させるノッチフィルタ等を前段に設ける必要がある。このようなフィルタによって位置信号ＰＡ１，ＰＢ１を継続的な特定のノイズから分離した上で、図６又は図２１に示した回路構成のフィルタを使用すればよい。仮に、ノイズと位置信号ＰＡ１，ＰＢ１とを分離することができない場合には、ノイズを侵入させないための対策として、電磁シールドを設ける等の対策が更に必要となる。
【０１２６】
また、高周波の継続的な機械的振動の影響が位置信号ＰＡ１，ＰＢ１に発生する場合にも、図６及び図２１に示した構成のフィルタ回路を用いることができない。これは、継続的な高い周波数のノイズの場合と同様に、高周波の継続的な機械的振動に起因するノイズを図６及び図２１に示した構成のフィルタ回路で遮断してしまうと全ての変化を遮断してしまうからである。
【０１２７】
高周波の継続的な機械的振動に起因するノイズに対しては、継続的な高い周波数のノイズと同様の方法で対応が可能な場合もあるが、その場合には、以下の点に注意する必要がある。即ち、電磁ノイズの場合には、ノイズは単純に位置信号に加算されたと考えられるが、機械的振動は位置信号に対して位相変調として作用するため、単純な加算で扱うことができないからである。位相変調の場合、位置信号には機械的振動の周波数以外にも広い周波数範囲の信号が加算され、その周波数範囲は、特に振動振幅が大きい場合には広範囲に広がるため、周波数帯域の見積もりが難しい。
【０１２８】
そこで、高周波の継続的な機械的振動に起因するノイズは、第１のフィルタ３Ｃの前段で除去するのではなく、カウンタ４において移動量に変換した後に、第２のフィルタ２５で除去するようにする。その際、第１のフィルタ３Ｃでは、継続的な機械的振動の周波数よりも高い周波数のノイズのみ遮断するように周波数帯域１を設定し、周波数帯域２の設定で継続的な機械的振動に起因するノイズを遮断するようにする。
【０１２９】
次に、上述した各種のノイズの影響を受けるアプリケーションの例として、ＭＲＩ診断装置のボア中でのＭＲＩ計測中に動作する振動型アクチュエータ１００の制御装置１６０について説明する。振動型アクチュエータ１００は磁力を使わないため、ＭＲＩ計測に与える影響が少なく、ＭＲＩ診断装置に用いられるアクチュエータとして適している。ＭＲＩ診断装置では、微小な高周波磁場を検出する一方で、非常に強力な静磁場と変動磁場（単発的な１０ＭＨｚ以上の高周波磁場及び傾斜磁場）を様々なタイミングで発生する。そのため、ＭＲＩボア内に置かれる電子機器や制御装置には、検出する高周波磁場や静磁場を乱さないことと、発生させる変動磁場で誤動作を起こさないことが要求される。
【０１３０】
このような磁場発生環境下にロータリーエンコーダ２が配置された場合、次のような影響が生じる。制御装置１６０の電気回路に重畳するノイズには、単発的で比較的小さな高周波ノイズと傾斜磁場の影響による数ｋＨｚ程度のスパイク状のノイズとがあり、後者のスパイク状のノイズの影響は特に大きい。具体的には、スパイク状のノイズは振幅が大きいため、フィルタで十分に減衰させなければ位置信号ＰＡ１，ＰＢ１に対してほぼ同時にパルス幅の広いノイズとして重畳し、その結果、位置検出誤差が累積してしまうこととなる。しかし、フィルタを挿入しようとしても、ノイズの周波数が数ｋＨｚであるため、位置信号の周波数と重なる場合がある。
【０１３１】
この場合、従来であれば、振動型アクチュエータ１００での被駆動体９の最大速度を下げて位置信号の周波数帯域を変動磁場の周波数帯域から分離しなければなかった。しかし、制御装置１６０の第１のフィルタ３Ｃとして、図２１のフィルタ回路３Ｃａを使用すれば、２相の位置信号ＰＡ１，ＰＢ１に対してほぼ同時にノイズが重畳する電磁ノイズにも対応することができる。よって、位置信号ＰＡ１，ＰＢ１の２つの変化点間のインターバルが狭く、スパイク状のノイズに対して適用されるフィルタと同等の周波数帯域を設定することで、位置信号ＰＡ１，ＰＢ１の周波数帯域に影響を与えずにスパイク状のノイズを遮断することができる。
【０１３２】
次に、継続的な機械的振動によるノイズが発生する例として、振動型アクチュエータ１００の振動がロータリーエンコーダ２に伝搬される例を取り上げて説明する。ロータリーエンコーダ２を構成する光センサ１２の光源には、例えば、半導体レーザが用いられており、ロータリーエンコーダ２は、光の干渉を利用した高い分解能を有する。このような高分解能のロータリーエンコーダ２では、光学スケール１１に微小な振動が加わった場合に、位置信号ＰＡ１，ＰＢ１に大きな影響が及ぶ場合がある。
【０１３３】
振動型アクチュエータ１００の駆動時に、出力軸１０に固定された光学スケール１１に機械的振動が加わると、位置信号ＰＡ１、ＰＢ１に数１０ｋＨｚ以上の機械的振動に起因する位相変調が発生する。出力軸１０の回転にしたがって光学スケール１１が高速で回転している場合には、位置信号ＰＡ１，ＰＢ１には、デューティや位相差に若干の変動が生じるが、パルス状のノイズは発生しない。しかし、出力軸１０の回転にしたがって光学スケール１１が低速で回転している場合には、位相速度に関係なく、数１０ｋＨｚの信号がノイズとして位置信号ＰＡ１，ＰＢ１に現れる。
【０１３４】
振動型アクチュエータ１００の停止時には、振動型アクチュエータ１００から光学スケール１１への振動の伝搬はなく、よって、位置信号ＰＡ１，ＰＢ１に影響が及ぶことはない。しかし、複数のアクチュエータが組み合わされている場合には、他のアクチュエータから伝搬される振動を考慮する必要がある。このような継続的な機械的振動に起因するノイズは、第１のフィルタ３Ｃではなく、第２のフィルタ２５を用いて遮断することができる。
【０１３５】
以上の説明の通り、第２実施形態に係る制御装置１６０は、周波数帯域を設定可能な２つのフィルタ（第１のフィルタ３Ｃ、第２のフィルタ２５）を備える。そして、２つのフィルタのうちの一方を、被駆動体９の回転速度に応じた周波数の交流信号に対して適用し、主に電磁ノイズを遮断させる。また、他方を、カウンタ４から出力される位置信号に適用して、主に機械的振動に起因するノイズを遮断させる。これにより、電磁ノイズ及び機械的振動に起因するノイズを効率的に遮断して、安定した制御を行うことが可能となる。
【０１３６】
なお、第２実施形態では、種々の形態のノイズに対する２つのフィルタへの周波数帯域の設定方法について説明したが、２つのフィルタに設定する周波数帯域は、実際の使用環境に応じて変えることが望ましい。しかし、電磁ノイズや機械的振動の環境が様々に変化するアプリケーションの場合には、状況に応じて設定を変更するが望ましい場合がある。例えば、振動型アクチュエータの停止時にフィルタに設定する周波数帯域を自動的に設定することができれば非常に有用である。停止時であれば、位置信号の成分が含まれないので、電磁ノイズや機械的振動の周波数を分析するのに都合がよい。
【０１３７】
例えば、振動型アクチュエータの停止時に、位置信号Ｐ２をＦＦＴ等の演算手段を用いて周波数成分を分析することにより機械的振動の周波数を検出し、その検出結果に基づいてフィルタに周波数帯域を設定する。このとき、周波数成分のうち、振幅の大きい周波数成分から予め定められた順番までの振動を所定の振幅以下にするように周波数帯域１，２のいずれか又は両方を設定することにより、使用環境に応じて停止時の安定性と即応性のバランスを任意に調整することができる。また、位置信号ＰＡ１，ＰＢ１や位置信号Ｐ１の周波数特性を分析して、周波数帯域１，２を設定するようにしてもよい。
【０１３８】
第２実施形態では、２つのフィルタを直列に接続した構成で説明したが、更に多くのフィルタが接続された構成としてもよい。その場合に、周波数帯域を設定することができ、位置信号を出力するものであれば、複数のフィルタを直列及び並列に複合して接続した構成であっても構わない。
【０１３９】
＜第３実施形態＞
第１実施形態及び第２実施形態では、被駆動体９の回転位置を検出する位置センサとして、相対的な位置を検出するロータリーエンコーダ２を用いた場合で説明を行った。これに対して、第３実施形態では、被駆動体９の絶対位置を検出する位置センサを用いた構成について説明する。
【０１４０】
図２３は、本発明の第３実施形態に係る制御装置１７０の概略構成を示すブロック図である。制御装置１７０による駆動制御の対象は、図１に示した振動型アクチュエータ１００に設けたロータリーエンコーダ２を、アブソリュートエンコーダ３７に取り替えた構造を有する振動型アクチュエータであるとする。
【０１４１】
制御装置１７０は、ＣＰＵ５、波形生成回路６、増幅回路７、フィルタ２５Ｆ、アブソリュートエンコーダ３７及びインタフェース回路３８を有する。ＣＰＵ５、波形生成回路６及び増幅回路７は、第１実施形態で説明した制御装置１５０（又は第２実施形態で説明した制御装置１６０）が有するものと同じであるため、ここでの説明を省略する。また、フィルタ２５Ｆは、第２実施形態で説明した第２のフィルタ２５と同じであるため、ここでの説明を省略する。
【０１４２】
アブソリュートエンコーダ３７は、被駆動体９の絶対位置に応じた多チャンネルの信号からなる信号ＡＳを出力する。インタフェース回路３８は、信号ＡＳを入力して絶対位置に対応する位置信号Ｐ１を出力する。
【０１４３】
アブソリュートエンコーダには様々な方式があるが、多くは、多チャンネルの信号ＡＳを出力し、信号ＡＳを入力する固有のインタフェース回路と演算とによって絶対位置を求めている。多チャンネルの信号ＡＳ間の時間的な位相関係は、被駆動体９の絶対位置を求める上で重要であるため、被駆動体９の絶対位置を検出するための演算は、誤差の少ないデジタル演算で行う場合が多い。
【０１４４】
信号ＡＳはアナログ信号である場合もあるが、信号ＡＳがアナログ信号である場合には、Ａ／Ｄ変換器によりデジタル信号に変換してから演算を行う。また、アナログ信号に対するフィルタとして、別途、Ａ／Ｄ変換器のサンプリング周波数の１／２以下の遮断周波数を持つ固定周波数のフィルタが用いられる。
【０１４５】
また、アブソリュートエンコーダには、多チャンネルの信号ＡＳの個々のチャンネルが異なる周波数帯域を持つものがある。この場合に、個々のチャンネルに対してフィルタを設けるのであれば、周波数によって遅延時間が変化しない線形位相のフィルタを用いることが望ましい。図６に示したフィルタ３のフィルタ回路では、それぞれの信号ＡＳに対する設定が同じであれば、遅延時間は変わらないので、使用することができる。そして、一旦、位置信号に換算してから公知のデジタルフィルタで更に電磁ノイズや機械的振動に起因するノイズの影響を抑えることが望ましい。
【０１４６】
更に、アブソリュートエンコーダには、多チャンネルの信号ＡＳを絶対位置に対応するグレイコードのように、一度に１チャンネルの信号しか変わらない信号列を用いるものもある。このような信号の場合には、図２１に示したフィルタ回路３Ｃａのような、ほぼ同時に変化するノイズに対応するフィルタを用いることができる。
【０１４７】
図２４は、図２１のフィルタ回路３Ｃａを多チャンネルに拡張したフィルタ回路３Ｃｂの回路図である。フィルタ回路３Ｃｂの基本的な動作は、図２１のフィルタ回路３Ｃａと同じである。フィルタ回路３Ｃｂは、３以上の位置信号ＰＡ１〜ＰＸ１を入力することができるように、入力チャンネル数が増やされている。なお、位置信号ＰＸ１は、Ｄ型フリップフロップ７０に入力される。
【０１４８】
これに伴い、図２１のフィルタ回路３Ｃａの排他的論理和素子２８を、多ビットに対応する排他的論理和素子７１に変更している。また、ラッチ２９，３０とラッチ３３，３４をチャンネル数の増加に対応して増やしている。図２４には、位置信号ＰＸ１に対応して位置信号ＰＸ２を出力するラッチ７２、位置信号ＰＸ２に対応して位置信号ＰＸ３を出力するラッチ７３を追加した回路を示している。
【０１４９】
ところで、絶対位置を検出するセンサとして、ポテンショメータがある。ポテンショメータは、検出位置に応じたアナログ電圧を出力する。そのため、アブソリュートエンコーダの代わりにポテンショメータを使用する場合には、インタフェースとしてＡ／Ｄ変換器を使用してアナログ電圧をデジタル信号の位置信号Ｐ１に変換し、位置信号Ｐ１を第２のフィルタ２５に入力する構成とする。
【０１５０】
ポテンショメータを用いる場合、第２のフィルタ２５に設定する周波数帯域２としては、図１８のパターン４のように、駆動時に電磁ノイズを除去するために周波数帯域Ｆｒ２とし、停止時には機械的振動に起因するノイズに対応する周波数帯域Ｆｒ４を用いることが好ましい。これにより、駆動時の即応性と停止時の安定性を得ることができる。なお、電磁ノイズの少ない環境では、図１８のパターン１のように、駆動時には周波数帯域２を設定せずに、信号をそのまま通過させる構成とすることもできる。
【０１５１】
＜第４実施形態＞
第１乃至第３実施形態では、振動型アクチュエータの圧電素子への通電停止によって、振動型アクチュエータの駆動を停止させた。これに対して、第４実施形態では、圧電素子へ電圧が印加されている状態で被駆動体を停止させる構成について説明する。なお、このように被駆動体が実質的に停止状態に保持させているときには、上記の実施形態で圧電素子への通電を停止したときの同様に、例えば、フィルタ３には、周波数帯域１として駆動時よりも狭い周波数帯域が設定される。
【０１５２】
圧電素子へ電圧が印加されている状態で被駆動体を停止させる第１の方法として、被駆動体の駆動方向での振動成分を実質的にゼロにする方法がある。多くの振動型アクチュエータでは、被駆動体の駆動方向の振動成分とこれに直交する方向の振動成分とを振動体に同時に励振させている。ここで、振動型アクチュエータでは、振動体と被駆動体とは摩擦力によって保持されるため、駆動力が摩擦力よりも小さければ、振動体と被駆動体とが相対的に移動することはない。したがって、被駆動体の駆動に寄与する駆動方向の力の総力が摩擦力に打ち勝つことによって生じる力（以下「実質的な駆動力」という）の大きさがゼロであれば、振動型アクチュエータの駆動を停止させることができる。
【０１５３】
そこで、図１に示した振動型アクチュエータ１００を例に、実質的な駆動力をゼロにする方法について、以下に説明する。図２５は、振動型アクチュエータ１００の駆動特性を示す図である。図２５（ａ）は被駆動体９の回転速度及び実質的な駆動力と電圧振幅との関係を、図２５（ｂ）は被駆動体９の回転速度及び実質的な駆動力と位相差との関係を、図２５（ｃ）は被駆動体９の回転速度及び実質的な駆動力と周波数との関係をそれぞれ示している。
【０１５４】
振動型アクチュエータ１００では、４相の９０度ずつずれた駆動電圧Ａ１，Ｂ１，Ａ２，Ｂ２で駆動される（図３参照）。図２５（ａ）中の矢印は、駆動電圧Ａ１，Ａ２と駆動電圧Ｂ１，Ｂ２の一方又は両方の電圧振幅を０Ｖから徐々に大きくした場合と、０Ｖに向けて徐々に小さくした場合の特性を示している。停止時と起動時とでは経路が異なっており、このことは、振動型アクチュエータ１００の駆動電圧特性が不感帯とヒステリシスを持つことを示している。
【０１５５】
駆動電圧Ａ１，Ｂ１，Ａ２，Ｂ２の振幅が一定値（停止時と起動時とでは値が異なる）を下回ると、回転速度及び実質的な駆動力はゼロとなる。つまり、駆動電圧Ａ１，Ｂ１，Ａ２，Ｂ２の振幅を０［Ｖ］にしなくとも、実質的な駆動力をゼロにすることができる。なお、駆動電圧Ａ１，Ａ２又は駆動電圧Ｂ１，Ｂ２の一方の電圧振幅を０［Ｖ］にすることも、振動の進行性が失われるために、実質的な駆動力をゼロにすることに相当することになる。
【０１５６】
図２５（ｂ）には、パルス信号ＷＡ，ＷＢ間（図２参照）の位相差を０度から＋１８０度に掃引した場合と、０度から−１８０度に掃引した場合の各特性が示されている。どちらの場合も、位相差が０度又は±１８０度のそれぞれを中心とした一定範囲内に入ると、回転速度及び実質的な駆動力がゼロになっている。このように、停止時と起動時の特性が異なることから、位相差特性も不感帯とヒステリシスを持っていることがわかる。よって、駆動電圧Ａ１，Ｂ１，Ａ２，Ｂ２圧電素子１に印加しながらも、パルス信号ＷＡ，ＷＢ間の位相差を０度又は１８０度にすることによって、実質的な駆動力をゼロにすることができる。
【０１５７】
図２５（ｃ）には、駆動周波数を共振周波数ｆ０より高い周波数から共振周波数ｆ０に周波数を掃引した場合と、共振周波数ｆ０から高い周波数に掃引した場合の特性が示されている。周波数掃引特性も不感帯とヒステリシスを持っており、一定周波数以上では回転速度及び実質的な駆動力はゼロとなる。
【０１５８】
振動型アクチュエータ１００のように円環状の振動体及び被駆動体を有するものに限らず、複数の交流電圧で駆動し、且つ、振動体の共振現象を利用する多くの振動型アクチュエータは、図２５に示した特性を少なくとも１つは持っている。
【０１５９】
圧電素子へ電圧が印加されている状態で被駆動体を停止させる第１の方法を、振動型アクチュエータ１００とは異なる別の振動型アクチュエータを例に、図２６を参照して説明する。図２６（ａ）は、第４実施形態に係る駆動制御の対象となる別の振動型アクチュエータ１２０の概略構成を示す斜視図である。図２６（ｂ）は、振動型アクチュエータ１２０における弾性体５３に生じさせる振動を模式的に示す図である。図２６（ｃ）は、振動型アクチュエータ１２０を構成する圧電素子５１の電極構成を示す平面図である。
【０１６０】
振動型アクチュエータ１２０は、圧電素子５１、弾性体５３及び被駆動体５０を有する。圧電素子５１は２つの部材からなる弾性体５３に挟持されており、圧電素子５１と弾性体５３とが振動体を構成している。圧電素子５１には、圧電素子５１と弾性体５３の一方の部材とで挟持されたフレキシブル基板５２を通して給電が行われる。被駆動体５０は、弾性体５３の上面（被駆動体５０と接触する面）に形成される楕円振動によって摩擦駆動されて回転する。なお、弾性体５３に対して被駆動体５０を所定の加圧力で押圧する手段と、被駆動体５０を回転自在に支持する手段の図示は省略している。
【０１６１】
圧電素子５１にフレキシブル基板５２を通して交流電圧を印加すると、弾性体５３のスラスト方向に直交する２つの曲げ振動が形成される。この２つの曲げ振動に９０度の位相ずれを与えることにより、弾性体５３のくびれ部分から上部（被駆動体５０と加圧接触している部分）が振れ回るように振動する。これにより弾性体５３の上面の質点に楕円振動が形成されることで、弾性体５３の上面と加圧接触している被駆動体５０が摩擦駆動され、回転する。
【０１６２】
円環状の圧電素子５１の一方の面には、４区画に区切られた電極５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄが設けられており、電極５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄにはそれぞれ、駆動電圧Ａ１，Ｂ１，Ａ２，Ｂ２が印加される。なお、圧電素子５１において、圧電体を挟んで電極５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄが設けられている面の反対側の面には、全面電極（共通電極）が設けられている。また、圧電素子５１の駆動は、図２に示した制御装置１５０、図１５に示した制御装置１６０及び図２３に示した制御装置１７０のうちのどの制御装置を用いてもよい。
【０１６３】
振動型アクチュエータ１２０では、駆動電圧Ａ１，Ａ２又は駆動電圧Ｂ１，Ｂ２のどちらか一方を０［Ｖ］にすると、一方向の曲げ振動しか発生しないので回転方向の駆動力は発生しない。同様に、駆動電圧Ａ１と駆動電圧Ｂ１の位相を合わせ、駆動電圧Ａ２と駆動電圧Ｂ２の位相を合わせると、１方向の曲げ振動しか発生しないため、回転方向の駆動力は発生しない。
【０１６４】
振動型アクチュエータの駆動力をゼロにする第２の方法として、駆動力の駆動方向の振動成分を逆方向（位相が１８０度ずれた振動）に発生させることにより相殺させる方法がある。この方法の場合、１つの振動体の複数の接触点間で駆動力を相殺させてもよいし、複数の振動型アクチュエータ間で駆動力を相殺させてもよい。
【０１６５】
振動型アクチュエータを構成する圧電素子に対して通電を停止せずに、実質的な駆動力をゼロにすることで被駆動体を停止させる上述の方法は、振動体に励振された振動がゼロにならないため、消費電力が増える半面、起動時間を早める効果が期待できる。したがって、停止時の微小な位置ずれを補正する際の制御性を改善することができる。そこで、次に、実質的な駆動力をゼロにすることで被駆動体を停止させる駆動方法を実行するための制御装置について、図２７及び図２８を参照して説明する。
【０１６６】
図２７は、第４実施形態に係る制御装置の一例である制御装置１８０の概略構成を示すブロックである。ここでは、制御装置１８０の制御対象としての圧電素子として、図１に示す振動型アクチュエータ１００の圧電素子１を示しているが、これに限定されるものではない。例えば、図１６に示した振動型アクチュエータ１２０の圧電素子５１であってもよく、更に、４相の駆動電圧Ａ１，Ｂ１，Ａ２，Ｂ２により駆動されるアクチュエータであればよい。
【０１６７】
制御装置１８０は、図２に示した制御装置１５０と比較すると、ＣＰＵ５が波形生成回路６に対して、波形生成回路６が出力するパルス信号ＷＡ，ＷＢの振幅指令を独立した電圧振幅Ａ，Ｂの信号により設定可能とした点であり、その他の構成に違いはない。そのため、制御装置１５０と共通する説明は省略する。
【０１６８】
制御装置１８０では、駆動電圧Ａ１，Ａ２と駆動電圧Ｂ１，Ｂ２の電圧振幅を独立して設定することができるため、駆動電圧Ａ１，Ａ２又は駆動電圧Ｂ１，Ｂ２の振幅だけを所定電圧以下とすることで、実質的な駆動力をゼロにすることができる。また、制御装置１８０では、位相差設定によって信号ＷＡ，ＷＢ間の位相差を０度又は１８０度の近傍に設定することや、周波数信号によって駆動電圧の周波数を弾性体８の共振周波数から離すことも容易に行うことができる。
【０１６９】
制御装置１８０でのタイミングチャートは不図示であるが、概ね、図８のタイミングチャートに準じた制御が行われる。振動型アクチュエータ１００の駆動を停止する際には、ＣＰＵ５は、位置信号Ｐ２が停止領域指令に対して所定の位置関係になると、振動型アクチュエータ１００の駆動停止を決定する。そして、駆動指令をＬｏにした後に、上述したいずれかの方法を用いて実質的な駆動力をゼロにする。一定時間（図８のＴ１）後に、フィルタ３に設定する周波数帯域１を周波数帯域Ｆ１１から周波数帯域Ｆ１０へ変更する。
【０１７０】
振動型アクチュエータ１００の起動時には、概ね、前述の停止時の手順の逆の手順で行われる。つまり、ＣＰＵ５は、最初に周波数帯域１を周波数帯域Ｆ１０から周波数帯域Ｆ１１へ戻し、一定時間（図８のＴ２）後に、駆動指令をＨｉに設定して、波形生成回路６に駆動条件に合った駆動パラメータを設定する。
【０１７１】
図２８は、第４実施形態に係る制御装置の別の例である制御装置１９０の概略構成を示すブロックである。ここでも、制御装置１８０の制御対象としての圧電素子として、図１に示す振動型アクチュエータ１００の圧電素子１を示しているが、これに限定されるものではない。例えば、図１６に示した振動型アクチュエータ１２０の圧電素子５１であってもよく、更に、４相の駆動電圧Ａ１，Ｂ１，Ａ２，Ｂ２により駆動されるアクチュエータであればよい。
【０１７２】
制御装置１９０は、図１５に示した制御装置１６０と比較すると、振動型アクチュエータ１００の不感帯の影響を更に低減させるために、ＣＰＵ５と波形生成回路６との間に位相差調整回路３９を設けた点であり、その他の構成に違いはない。そのため、制御装置１６０と共通する説明は省略する。
【０１７３】
制御装置１９０では、振動型アクチュエータ１００の駆動方向を一定周期で反転させるための位相差調整回路３９を設けたことにより、ＣＰＵ５からのデューティ信号で駆動方向の割合を調整している。駆動方向を反転させる一定周期は、例えば、数百［Ｈｚ］以上に設定され、デューティを５０％に設定すれば、被駆動体９の慣性の効果によって小さな方向反転振動を伴いつつ、被駆動体９を実質的に停止状態に維持することができる。
【０１７４】
この場合、被駆動体９の停止時に第２のフィルタ２５に設定される周波数帯域２は、駆動方向を反転させる一定の周期の機械的振動に起因するノイズを遮断するように設定される。これは、第２実施形態で説明したように、第１のフィルタ３Ｃで継続的な機械的振動に起因するノイズを遮断すると、位置信号ＰＡ１，ＰＢ１も遮断されてしまい、被駆動体９の位置を検出することができなくなるからである。そのため、第１のフィルタ３Ｃには、電磁ノイズに対応する高い周波数のノイズのみを遮断するように周波数帯域１が設定される。
【０１７５】
一方、被駆動体９の駆動時には、ＣＰＵ５は、デューティを０％又は１００％に設定して一方向にのみ駆動する。そのため、停止時のような機械的振動は発生しないために、第２のフィルタ２５に設定される周波数帯域２を停止時よりも広げることができ、これによって停止時の安定性と駆動時の即応性とを同時に向上させることができる。
【０１７６】
なお、駆動方向を周期的に切り換える方式は、単相の駆動電圧で駆動する振動型アクチュエータであっても、２つの駆動相を切り換えることで駆動方向を切り換える方式の振動型アクチュエータであれば、適用が可能である。
【０１７７】
図２９（ａ）は、一方向にのみ駆動可能な単相の振動体１３０の構成と振動形態を説明する図である。振動体１３０は、圧電素子６１が突起部６４ａを有する弾性体６４に接合された構造を有する。図２９には、時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３の順で時間経過に伴う弾性体６４の変形の様子を示している。弾性体６４は面外の１次の曲げモードで振動し、曲げ振動の腹の位置からずれた位置に設けられた突起部６４ａが不図示の被駆動体に対して矢印で示した方向に推力を与えることで、被駆動体と振動体１３０とは相対的に移動する。
【０１７８】
図２９（ｂ）は、２つの振動体１３０を組み合わせた複合アクチュエータの構成例を示す図である。２つの振動体１３０は、被駆動体６７に対して逆方向に推力を発生するように、且つ、被駆動体６７に足して推力の発生方向に相対的に移動可能に配置されている。また、２つの振動体１３０の突起部６４ａと被駆動体６７とは、不図示の加圧手段によって加圧接触している。
【０１７９】
図３０は、図２９（ｂ）の複合アクチュエータの駆動制御を行う制御装置２００の概略構成を示すブロック図である。制御装置２００は、図１５に示した制御装置１６０と比較すると、被駆動体６７を検出するためにリニアエンコーダ２Ａが設けられている点と、振動体１３０に印加する駆動電圧ＷＡ１，ＷＡ２の生成過程が異なるのみである。なお、リニアエンコーダ２Ａには周知のものを用いることができ、リニアエンコーダ２Ａの位置検出方法は、例えば、図１に示したロータリーエンコーダ２と同じである。よって、制御装置１６０と共通する説明は省略する。
【０１８０】
制御装置２００は、２つの振動体１３０に印加する駆動電圧を予め決められた電圧比Ａ：Ｂ（電圧振幅１）と電圧比Ｂ：Ａ（電圧振幅２）の２つのモードに切り換える切換回路８０を有する。切換回路８０は、電圧振幅１と電圧振幅２を、ＣＰＵ５から供給されるデューティに基づいて、予め決められた電圧比で時間的に交互に切り換えて波形生成回路６へ供給する。波形生成回路６が出力するパルス信号Ｗ１，Ｗ２は、増幅回路８３で増幅されて駆動電圧ＷＡ１，ＷＡ２が生成される。駆動電圧ＷＡ１，ＷＡ２はそれぞれ、２つの振動体１３０のそれぞれの圧電素子６１に印加される。被駆動体６７の停止時には、２つの振動体１３０は、逆方向の推力を交互に被駆動体６７に加えており、この逆方向の力を一定の周期で約５０％のデューティで切り換えれば、平均的な駆動力（実質的な駆動力）をゼロとすることができる。なお、被駆動体６７を一方向に駆動する際にはデューティを０％か１００％に設定すればよい。ここでは、２つの振動体１３０を備える構成について説明したが、振動体１３０は３つ以上あっても構わず、その場合でも複数の振動体１３０が被駆動体６７に対して与える推力の合計がゼロとなるように制御すればよい。
【０１８１】
以上説明したように、第４実施形態では、種々の方法により振動型アクチュエータの実質的な駆動力をゼロにすることで、被駆動体を停止させた。これにより、振動型アクチュエータが装備されたアプリケーションにおいて、被駆動体の位置を示す位置信号の周波数帯域を駆動時よりも停止時に狭くなるように設定することで、停止時の安定性を保ちつつ駆動時の即応性を向上させることができる。なお、本実施形態で説明した振動型アクチュエータの駆動制御方法は、例示した振動型アクチュエータ１００等に限定されず、停止時に実質的な駆動力をゼロとすることができるアクチュエータの駆動制御に有効である。
【０１８２】
＜第５実施形態＞
第５実施形態では、上述した各種の制御装置を、医用システムの一例であるＭＲＩ診断装置に適用した例について説明する。図３１は、ＭＲＩ診断装置３００の概略構成を示す図である。ＭＲＩ診断装置３００では、脳や脊椎の活動による血流の変化を視覚化するｆＭＲＩ計測等を行うことができ、振動型アクチュエータを用いて、被駆動機構であるロボットアームを動かすことにより被検者に対する接触刺激を時系列に変化させ、これに応じた脳内の血流変化を計測する。このとき、ＭＲＩボア内でロボットアームを動かす際に、磁気シールドによる駆動源からの電磁ノイズの低減や各部材の非磁性化等が行われている。
【０１８３】
なお、被検者に与える刺激には、触覚に関わるもの以外に、視覚や聴覚等に関わるものも検討されている。ロボットアームは、視覚や聴覚等に関わる所定の刺激を与える用途にも用いることができる。
【０１８４】
ＭＲＩ診断装置３００は、磁気シールド室３０１内に設けられた計測部と、磁気シールド室３０１の外部に設けられた制御部３０８とを備える。ＭＲＩ診断装置３００は、装置固有の磁場強度に応じて定まるラーモア周波数と呼ばれる周波数近傍の電磁ノイズに特に敏感である。ラーモア周波数とは、被検者３０６の脳内の原子核の磁気双極子モーメントの歳差運動の周波数である。
【０１８５】
一般的に臨床に用いられているＭＲＩ診断装置３００の０．２Ｔ〜３Ｔの磁場強度では、ラーモア周波数は８．５ＭＨｚ〜１２８ＭＨｚであり、磁気シールド室３０１内で動作する機器では、この周波数帯の電磁ノイズの発生を極力抑えなければならない。しかし、ＣＰＵやＦＰＧＡ等の信号演算手段を備える制御部３０８は、一般的に１０ＭＨｚ〜５０ＭＨｚ程度の外部クロックで動作するため、クロック信号に起因する電磁ノイズの周波数は、その高調波も含めると、広くラーモア周波数の領域と重なってしまう。そのため、脳内で発生する微弱な磁場の変化を計測する計測部は、外来ノイズの影響を遮断する磁気シールド室３０１内に設置されている。
【０１８６】
ＭＲＩ診断装置３００の計測部は、超電導磁石３０２、傾斜磁場発生コイル３０３、ＲＦコイル３０４、寝台３０５、ロボットアーム３０７を有する。超電導磁石３０２は、静磁場を発生させる。傾斜磁場発生コイル３０３は、３次元的な位置を特定するために傾斜磁場を発生させる、ＲＦコイル３０４は、寝台３０５に横たわる被検者３０６に対して電磁波の照射と受信を行う。なお、超電導磁石３０２及び傾斜磁場発生コイル３０３はそれぞれ、円筒形状を有するが、図３１では半分にカットした状態で示されている。ＲＦコイル３０４は、脳内のＭＲＩ計測に特化されており、寝台３０５に横たわる被検者３０６の頭部を覆うように、筒状に構成されている。
【０１８７】
ＭＲＩ診断装置３００の計測部は、磁気シールド室３０１外に設けられた不図示の外部コントローラからの制御信号によって、様々なシーケンスの傾斜磁場の生成及び電磁波の照射を行う。そして、外部コントローラは、ＲＦコイル３０４から得られた受信信号を用いて脳内の様々な情報を取得する。なお、外部コントローラは、制御部３０８内に含まれていてもよい。
【０１８８】
ロボットアーム３０７は、寝台３０５に固定されている。ロボットアーム３０７は、可動部である２つの関節部の回転と基部の旋回との３自由度の運動が可能な構造となっており、被検者３０６に対してアーム先端の接触球３０７ａを任意の位置に任意の押圧力で接触させ、被検者３０６に時系列の刺激を与えることができる。ロボットアーム３０７の各関節及び旋回基部には、図１に示した振動型アクチュエータ１００又は図２６に示した振動型アクチュエータ１２０、不図示の回転センサ、力センサ等が設けられている。回転センサ及び力センサの検出信号は、光信号に変換されて、磁気シールド室３０１の外部に設けられたフィルタ機能を有する光信号受信部３１１に光ファイバ３０９を通して伝達される。
【０１８９】
光信号受信部３１１のフィルタの遮断周波数は、制御部３０８によって設定され、遮断周波数は、ロボットアーム３０７に設けられた振動型アクチュエータの動作状況に応じて切り換えられる。制御部３０８と光信号受信部３１１のフィルタはそれぞれ、第１実施形態で説明したＣＰＵ５、フィルタ３に対応する。
【０１９０】
ここで、遮断周波数の設定について説明する。ＭＲＩ撮像中（ＭＲ画像の撮像中）は、適時、ロボットアーム３０７で被検者３０６に力を加える。脳内の血流変化を測定している間は、接触球３０７ａが被検者３０６に接触しているため、ロボットアーム３０７は大きくは移動しない。そこで、制御部３０８は、光信号受信部３１１の遮断周波数を、０Ｈｚより高い所望の周波数以下の周波数範囲（被検者３０６の動作に相当する帯域）を通過するように設定し、ＭＲＩ撮像による電磁ノイズを低減している。このとき、ロボットアーム３０７は殆ど動かないため、光信号受信部３１１の遮断周波数を低く設定しても、回転センサの出力信号の周波数帯域は非常に低いので、回転位置を誤検出することはない。一方、制御部３０８は、ＭＲＩ撮像を停止してロボットアーム３０７を大きく移動させる際には、光信号受信部３１１の遮断周波数を十分に高い周波数に設定する。光信号受信部３１１の遮断周波数を、ロボットアーム３０７の移動速度に応じた回転センサ信号の周波数帯域よりも十分に高い周波数まで通過させるように設定することにより、回転位置の誤検出を防ぐことができる。
【０１９１】
ロボットアーム３０７の各関節に配置された振動型アクチュエータは、各関節をダイレクトに駆動するように構成されている。そのため、全体の剛性が高く、ロボットアーム３０７の動作は広い周波数帯域の様々な刺激を被検者３０６に与えることができる。ロボットアーム３０７の主要構造は、振動型アクチュエータを含めて非磁性の材料で構成されており、超電導磁石３０２が発生する静磁場を極力乱さないように設計されている。
【０１９２】
ＭＲＩ撮像を行うときには、被検者３０６は、ロボットアーム３０７の先端を手で掴み、腕をできるだけ動かさないようする。そして、ロボットアーム３０７を駆動して、力の大きさや方向のパターン等を時系列に変えて、被検者３０６の脳内血流の変化を計測する。その際、ロボットアーム３０７には常に力を発生させ続けなければならず、ロボットアーム３０７は駆動し続けられることになるが、ロボットアーム３０７の位置（姿勢）はほぼ停止した状態となる。そのため、光信号受信部３１１には、比較的低い周波数の遮断周波数を設定することができる。例えば、ＭＲＩ撮像中の電磁ノイズ帯域の下限は数１００Ｈｚ〜１ｋＨｚ程度であるため、遮断周波数を１００Ｈｚ程度に設定し、それ以上の周波数をカットする。
【０１９３】
制御部３０８は、予め設定された軌道及び押圧力で被検者３０６に刺激を与えるための時系列信号と、回転センサ及び力センサの情報との比較結果とに応じて、ロボットアーム３０７内の振動型アクチュエータを駆動するための駆動信号（駆動波形）を出力する。駆動信号は、正弦波をＰＷＭ変調したパルス信号であり、このＰＷＭ変調されたパルス信号は制御部３０８内で光信号に変換されて、光ファイバ３１０を通して磁気シールド室３０１の内部に伝達される。
【０１９４】
磁気シールド室３０１の内部にはフィルタ機能を有する光信号受信部３１２が配置されている。光信号受信部３１２は、制御部３０８から出力された光信号を電気信号に変換し、ＰＷＭ変調されたパルス信号の高調波成分を予め決められた遮断周波数で遮断して、滑らかな正弦波信号をリニアアンプ３１３へ出力している。リニアアンプ３１３は、線形増幅器である。リニアアンプ３１３は、光信号受信部３１２から出力される正弦波信号を線形増幅して振動型アクチュエータに印加する。こうして振動型アクチュエータが駆動することによりロボットアーム３０７が駆動する。
【０１９５】
なお、本実施形態ではロボットアームのような多関節の回転機構を例に説明したが、リニア駆動型の振動型アクチュエータを利用してもよい。また、本システムを診断に利用する例を示したが、本システムが何らかの治療を補助するものであってもよいことは明らかである。
【０１９６】
以上、第５実施形態では、ＭＲＩ診断装置３００に本発明を適用したが、本発明はこれに限られず、例えば、電磁ノイズの大きな発電機や電気自動車の電動機の近くで駆動するショックアブソーバの調整機構等にも適用することができる。この場合、電磁ノイズ源である発電機や電動機の停止中と動作中とで、センサ信号に適用されるローパスフィルタの遮断周波数を切り換えるようにする。例えば、電動機等の動作中には遮断周波数を０Ｈｚより高く、且つ、電磁ノイズの周波数帯域の下限より低い周波数とし、停止中には遮断周波数を十分高く（高周波側に）設定する。
【０１９７】
振動型アクチュエータのセンサ信号に重畳されるノイズで問題となるのは、スパイク状のノイズであり、その主成分は比較的高い周波数を有する。一方、電気自動車の電動機や発電機の起動時の周波数は非常に低いため、起動から高速回転に至るまでの遮断周波数は、ノイズの影響を予め確認した結果に基づいて設定するようにするとよい。
【０１９８】
本発明は、複写機等のように多数のアクチュエータを用いる機器であって、その一部に振動型アクチュエータが用いられているものにも適用することができる。特に、振動型アクチュエータで駆動するユニットの停止中に振動型アクチュエータの位置センサの近傍で大きな電磁ノイズを発生する電磁クラッチや電動機がある場合に、本発明は有効である。この場合、振動型アクチュエータの停止時には、位置センサの信号に対して遮断周波数の低いローパスフィルタを適用し、駆動時には、ローパスフィルタの適用を解除することで高精度な位置制御を実現することができる。
【０１９９】
＜その他の実施形態＞
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。
【０２００】
例えば、第１実施形態で説明した振動型アクチュエータ１００は、円環板状の圧電素子１が円環状の弾性体８に接着され、圧電素子１が弾性体８の加振源として機能し、弾性体８に励起された振動によって振動体と被駆動体９とが相対的に移動するものであった。このような構成に限られず、振動型アクチュエータには、圧電素子の振動で直接に被駆動体を駆動するものや、衝撃的な加振を用いて駆動するものもある。また、摩擦駆動に用いる振動の形態も様々であり、振動型アクチュエータ１００では弾性体８の曲げ振動を利用しているが、これに限らず、伸縮方向の振動や弾性体の表面を伝わる表面波、厚み方向の滑り振動等の様々な振動を利用した振動型アクチュエータがある。しかし、これらのどの方式であっても、振動体と被駆動体との間には摩擦力を介した力の伝達があり、振動の停止時には保持力が働くメリットがある半面、比較的大きな不感帯が存在することは共通している。よって、本発明の実施形態に係る制御装置は、振動型アクチュエータの機械的構成や摩擦駆動に用いる振動の種類に関わらず、各種の振動型アクチュエータの駆動制御に適用することができる。
【符号の説明】
【０２０１】
１    圧電素子（電気−機械エネルギ変換素子）
２    ロータリーエンコーダ
３    フィルタ
３Ｃ    第１のフィルタ
４    カウンタ
５    ＣＰＵ
６    波形生成回路
７    増幅回路
８    弾性体
９    被駆動体
２５    第２のフィルタ
１００，１２０    振動型アクチュエータ
１３０    振動体
１５０，１６０，１７０，１８０，１９０，２００    制御装置
【図１】
0006602044.tif 000002
【図２】
0006602044.tif 000003
【図３】
0006602044.tif 000004
【図４】
0006602044.tif 000005
【図５】
0006602044.tif 000006
【図６】
0006602044.tif 000007
【図７】
0006602044.tif 000008
【図８】
0006602044.tif 000009
【図９】
0006602044.tif 000010
【図１０】
0006602044.tif 000011
【図１１】
0006602044.tif 000012
【図１２】
0006602044.tif 000013
【図１３】
0006602044.tif 000014
【図１４】
0006602044.tif 000015
【図１５】
0006602044.tif 000016
【図１６】
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【図１７】
0006602044.tif 000018
【図１８】
0006602044.tif 000019
【図１９】
0006602044.tif 000020
【図２０】
0006602044.tif 000021
【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
0006602044.tif 000032