(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
特性検知期間において振動型アクチュエータの振動体における被駆動体との接触部には、接触面に垂直な方向の振動が励起され、かつ前記振動型アクチュエータは停止状態となるよう交流電圧を印加した状態で、前記交流電圧の周波数を変化させるとともに電流を検知する電流検出手段と、
前記電流検出手段の出力に基づいて電流又は消費電力が、ピーク又は所定の値に達する周波数を取得する周波数取得部と、
本駆動期間において前記周波数取得部の出力に基づく補正量を用いて振動型アクチュエータに入力される前記交流電圧を生成する交流電圧生成手段と、
を有することを特徴とする振動型アクチュエータの制御装置。
【請求項２】
前記電流検出手段は、電源と前記交流電圧生成手段の間に設けら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制御装置。
【請求項３】
前記交流電圧生成手段の出力が入力される昇圧回路を有し、前記昇圧回路の出力が前記振動型アクチュエータに入力されるように構成されている請求項１または２に記載の振動型アクチュエータの制御装置。
【請求項４】
前記電流検出手段は、電位差を検出することで電流を求めてい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制御装置。
【請求項５】
特性検知期間において、前記補正量を用いてパラメータを取得するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータの制御装置。
【請求項６】
指令値生成手段、
前記指令値生成手段の出力が入力されるＰＩＤ演算部を有し、
前記ＰＩＤ演算部の出力に基づいて、本駆動期間における交流電圧のパラメータを取得するパラメータ取得部を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータの制御装置。
【請求項７】
前記振動型アクチュエータに２つの曲げ振動モードが生じるように構成されている請求項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制御装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータの制御装置と、
前記振動型アクチュエータの制御装置によって駆動される振動型アクチュエータと、
を備える振動装置。
【請求項９】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータの制御装置と、
前記振動型アクチュエータの制御装置によって駆動される振動型アクチュエータと、
前記振動型アクチュエータを駆動することで駆動されるレンズと、
を備えた交換用レンズ。
【請求項１０】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータの制御装置と、
前記振動型アクチュエータの制御装置によって駆動される振動型アクチュエータと、
前記振動型アクチュエータによって駆動されるレンズと、
前記レンズの光軸上に設けられた撮像素子と、
を備えた撮像装置。
【請求項１１】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータの制御装置と、
前記振動型アクチュエータの制御装置によって駆動される振動型アクチュエータと、
前記振動型アクチュエータによって駆動される撮像素子と、
前記撮像素子が光軸上に設けられたレンズと、
を備えた撮像装置。
【請求項１２】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータの制御装置と、
前記振動型アクチュエータの制御装置によって駆動される振動型アクチュエータと、
前記振動型アクチュエータによって駆動されるステージと、
を備えた自動ステージ。
【請求項１３】
特性検知期間において、
振動型アクチュエータの振動体における被駆動体との接触部に、接触面に垂直な方向の振動が励起され、且つ停止状態となるよう交流電圧を印加した状態で、前記交流電圧の周波数を変化させるとともに電流を検出し、
前記特性検知期間における電流又は消費電力の、ピーク又は所定の値に達する周波数を検出し、
本駆動期間において、
前記検出したピーク又は所定の値における周波数に基づき補正された周波数を有する交流電圧を前記振動型アクチュエータに印加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１４】
前記特性検知期間において、前記交流電圧の位相差は−１０°乃至＋１０°の間の値であることを特徴とする請求項１３に記載の振動型アクチュエータの制御方法。
【請求項１５】
前記特性検知期間において、前記振動型アクチュエータが停止状態となるよう、前記交流電圧の電圧振幅が調整されることを特徴とする請求項１３に記載の振動型アクチュエータの制御方法。
【請求項１６】
前記交流電圧の電圧振幅を調整するパルス幅に基づいて起動周波数を調整することを特徴とする請求項１３乃至１５のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータの制御方法。
【請求項１７】
前記特性検知期間は、電源投入直後に設けられることを特徴とする請求項１３乃至１６のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータの制御方法。
【請求項１８】
前記特性検知期間は、本駆動開始前に設けられることを特徴とする請求項１３乃至１６のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータの制御方法。
【請求項１９】
前記補正された周波数は前記振動型アクチュエータの起動周波数であることを特徴とする請求項１３乃至１８のいずれか１項に記載の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、例えば振動型アクチュエータの制御装置とその制御方法、振動装置、交換用レンズ、撮像装置、及び自動ステージに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
振動型モータは振動型アクチュエータの一例であり、弾性体及び弾性体に結合された圧電素子等の電気−機械エネルギー変換素子を有する振動体と、振動体と加圧接触する被駆動体を有する。振動型モータは、電気−機械エネルギー変換素子に交流電圧を印加することで、該素子に高周波振動を発生させ、その振動エネルギーを連続的な機械運動として取り出すように構成された、非電磁駆動式のモータである。
【０００３】
振動型アクチュエータの制御装置は、パルス信号を発生するパルス信号生成手段や、振動体が備える圧電素子に、増幅した交流電圧を印加する昇圧回路を有する。振動型アクチュエータは、圧電素子に印加された交流電圧の周波数、振幅、位相差などによって速度を制御する事ができ、例えばカメラのオートフォーカス駆動などに用いられている。オートフォーカス駆動には高精度な位置決め制御が必要であり、例えば位置センサを用いた位置フィードバック制御が行われる。
【０００４】
制御時は、駆動周波数を圧電素子の駆動振動モードの共振周波数に近づけるほど振動振幅が大きくなり、共振周波数から高域側に離すほど振動振幅が小さくなる事を利用して、駆動対象物であるレンズを高速又は低速に駆動する。ここで、振動型アクチュエータは環境温度によって共振周波数が変化するので、駆動周波数に対する駆動速度（振動体と被駆動体との相対速度）の特性が変化してしまう。従って、駆動パラメータを補正せずに制御を行う場合、環境温度によって制御性能が損なわれる可能性がある。
【０００５】
上記課題に対して、次のような方法が提案されている。
【０００６】
特許文献１は、温度センサ等の環境温度を検出する手段を用いて、駆動電圧の基準周波数を予め記憶された環境温度に対応した周波数補正量のデータに基づいて制御を行うものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第５３９１５９５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、温度センサを用いて駆動周波数を補正する制御方法は制御装置のコストアップを招いてしまう。そこで、本発明は、温度センサを用いることなく、振動型アクチュエータの環境変化による共振周波数変化を検出して起動周波数を補正する制御方法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】
【０００９】
本発明の一実施態様は、
特性検知期間において電流を検知する電流検出手段と、
前記電流検出手段の出力に基づいて電流が所定の電流に達する周波数を取得する周波数取得部と、
前記周波数取得部の出力に基づく補正量を用いて、交流電圧のパラメータを取得する第１のパラメータ取得部と、
前記第１のパラメータ取得部の出力に基づいて、振動型アクチュエータに入力される前記交流電圧を生成する交流電圧生成手段と、
を有し、
前記特性検知期間には、前記振動型アクチュエータの振動体における被駆動体との接触部には、接触面に垂直な方向の振動が励起され、かつ前記振動型アクチュエータは停止状態であることを特徴とする振動型アクチュエータの制御装置に関する。
【００１０】
また、本発明の一実施態様は、
特性検知期間において、
振動型アクチュエータの振動体における被駆動体との接触部に、接触面に垂直な方向の振動が励起され、且つ停止状態となるよう交流電圧を印加した状態で電流を検出し、
前記検出した電流に基づき、前記振動型アクチュエータに印加する交流電圧のパラメータを補正し、
本駆動期間において、
前記補正されたパラメータを有する交流電圧を前記振動型アクチュエータに印加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に関する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、温度センサを用いることなく、振動型アクチュエータの環境変化による共振周波数変化を検出して駆動周波数を補正することができる。また、個体差のばらつきに対しても対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施形態における、振動型アクチュエータとその制御装置を有する振動装置、制御装置の駆動部、及びパルス信号について説明する図である。
【図２】リニア駆動型の振動型アクチュエータの駆動原理を説明する図である。
【図３】レンズ鏡筒のレンズの駆動機構部を説明する図である。
【図４】環境温度の違いによる周波数とアクチュエータ速度の特性を説明する図である。
【図５】本駆動期間と特性検知期間において、周波数をスイープさせた時の速度と電力の測定結果を示す図である。
【図６】環境温度による共振周波数の変化を電力で検出する方法を示すものである。
【図７】特性検知期間と本駆動期間の制御シーケンスを示すフローチャートである。
【図８】パルス信号のパルス幅を変えた場合の電力の測定結果である。
【図９】パルス幅を変えた場合のピーク周波数と周波数差を示すものである。
【図１０】環境温度の違いによる駆動速度の変化と、特性検知期間の電力特性の測定結果を示すものである。
【図１１】本発明の第２の実施形態における、進行波を用いた振動型アクチュエータを示すものである。
【図１２】進行波を用いた振動型アクチュエータにおける特性検知期間のパルス信号と、定在波振動を示すものである。
【図１３】本発明の制御装置の適用例である撮像装置の外観を示す平面図及び内部構造の概略図である。
【図１４】本発明の制御装置の適用例である顕微鏡の外観を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の制御方法は、例えば次のような振動型アクチュエータに適用される。即ち、本発明が適用される振動型アクチュエータは、圧電素子等の電気−機械エネルギー変換素子と電気−機械エネルギー変換素子が接合される弾性体を有する振動体と、弾性体に加圧接触して振動体との相対位置が変化する被駆動体と、を備える。電気−機械エネルギー変換素子には、位相の異なる複数の交流電圧（駆動電圧）が各々印加され、弾性体に振動波を発生させる。弾性体は、生じた振動波により弾性体の駆動部（被駆動体との接触部）に楕円運動を生じ、この楕円運動によって弾性体（振動体）と被駆動体の相対位置が変化する。
【００１４】
本発明の振動型アクチュエータの制御方法は、様々な振動型アクチュエータに幅広く適用することができる。例えば、複写機の感光ドラムや画像形成装置の転写ベルトにおける回転駆動などに用いられる円環型の振動型アクチュエータで、進行波を振動体に形成して振動体と被駆動体の相対位置を変化させる円環型の振動型アクチュエータに適用できる。また、カメラレンズのズーム駆動やオートフォーカス駆動に用いられる振動型アクチュエータに適用できる。該振動型アクチュエータは、例えば、弾性体の摩擦面（振動体と被駆動体との接触面）に直交する２方向の１次の曲げ振動が励起され、時間位相π／２で重ね合せることで摩擦面に回転楕円運動を生じさせる棒状の振動型アクチュエータである。
【００１５】
本発明において、駆動方向とは、振動体と被駆動体の接触面に対して平行な、振動体と被駆動体の相対移動の方向を指す。振動体と被駆動体の接触面とは、微視的に見た場合に、振動体と被駆動体の複数の接触点を含有する面のことであり、複数あってもよいが、振動体の摩擦面、または被駆動体の摩擦面と考えても良い。
【００１６】
また、振動型アクチュエータを駆動するとは、振動型アクチュエータに駆動電圧を入力して電気―機械エネルギー変換素子に振動が励起されている状態とすることを指し、駆動期間は、特性検知期間と本駆動期間を含む。
【００１７】
特性検知期間とは、振動型アクチュエータの共振周波数の変化による振動型アクチュエータの速度特性等の変化の有無やどのように変化したかについて、情報を取得する期間である。また、本駆動期間とは、駆動対象物を動かすための駆動用の交流電圧が電気―機械エネルギー変換素子に入力される期間である。特性検知期間には、振動型アクチュエータの振動体における被駆動体との接触部に突き上げ方向（接触面と垂直な方向）の振動が励起され、かつ振動型アクチュエータが停止状態にある。また、本駆動期間には、前記接触部に楕円運動が励起されている。
【００１８】
起動周波数とは、振動型アクチュエータの駆動開始時に振動型アクチュエータに入力される交流電圧の周波数を指す。
【００１９】
（第１の実施形態）
＜振動体の原理説明＞
図２は、リニア駆動型の振動型アクチュエータの駆動原理を説明する図である。図２（ａ）に示す振動型アクチュエータは、弾性体２０３に圧電素子２０４が接着された振動体２０５と、振動体２０５によって駆動される被駆動体２０１から成る。圧電素子２０４に交流電圧を印加することにより、図２（ｃ）、（ｄ）に示すような２つの振動モードを発生させ、突起部２０２に加圧接触する被駆動体２０１を矢印方向に移動させる。
【００２０】
図２（ｂ）は圧電素子２０４の電極パターンを示す図であり、例えば振動体２０５の圧電素子２０４には、長手方向で２等分された電極領域が形成されている。また、各電極領域における分極方向は、同一方向（＋）となっている。圧電素子２０４の２つの電極領域のうち図２（ｂ）の右側に位置する電極領域には交流電圧（ＶＢ）が印加され、左側に位置する電極領域には交流電圧（ＶＡ）が印加される。ＶＢおよびＶＡを第１の振動モードの共振周波数付近の周波数で、かつ同位相の交流電圧とすると、圧電素子２０４の全体（２つの電極領域）がある瞬間には伸び、また別の瞬間には縮むことになる。
【００２１】
この結果、振動体２０５には図２（ｃ）に示す第１の振動モードの振動（以下、突上げ振動）が発生することになる。また、ＶＢおよびＶＡを第２の振動モードの共振周波数付近の周波数で、かつ位相が１８０°ずれた交流電圧とすると、ある瞬間には、圧電素子２０４の右側の電極領域が縮むとともに、左側の電極領域が伸びる。また、別の瞬間には逆の関係となる。この結果、振動体２０５には図２（ｄ）に示す第２の振動モードの振動（以下、送り振動）が発生することになる。
【００２２】
このように、２つの振動モードを合成することにより、被駆動体２０１が図２（ａ）の矢印方向に駆動される。また、第１の振動モードと第２の振動モードの発生比を２等分された電極へ入力する交流電圧の位相差を変えることにより変更可能とされている。この振動型アクチュエータでは発生比を変えることにより被駆動体の速度を変更させることが可能となる。
【００２３】
以下では、本実施形態として、本発明の制御装置及び制御方法を光学機器であるカメラのレンズ駆動機構に適用した構成例を説明する。尚、本実施形態ではカメラに搭載した構成例について説明するが、これに限定されるものではない。
【００２４】
図３は、レンズ鏡筒のレンズの駆動機構を説明する図である。本実施形態の振動型アクチュエータを用いた駆動対象物であるレンズの駆動機構は、振動体と、被駆動体と、この被駆動体を摺動自在に保持する、平行に配された第１ガイドバーと第２ガイドバーとを備えている。この電気−機械エネルギー変換素子に対する駆動電圧の印加によって振動体の突起部に生成される楕円運動によって、振動体と弾性体の突起部と接触する第２ガイドバーとの間に相対移動力を発生させる。これによって、被駆動体を第１及び第２ガイドバーに沿って駆動方向（ここでは、第２ガイドバーが延在する方向と平行な方向）に移動可能に構成されている。
【００２５】
具体的には、本実施形態の振動型アクチュエータによる駆動対象物の駆動機構３００は、主にレンズ保持部材であるレンズホルダ３０２、レンズ３０６、不図示のフレキシブルプリント基板が結合された振動体２０５を有する。また、加圧磁石３０５、２つのガイドバー３０３、３０４及び不図示の基体を有する。ここでは、振動体として振動体２０５を例に説明する。
【００２６】
第１のガイドバー３０３、第２ガイドバー３０４は、互いに平行に配置されるようにそれらの各ガイドバーの両端が、不図示の基体により保持固定されている。レンズホルダ３０２は、円筒状のホルダ部３０２ａ、振動体２０５及び加圧磁石３０５を保持固定する保持部３０２ｂ、第１ガイドバー３０３と嵌合してガイドの作用をなす第１のガイド部３０２ｃを有する。
【００２７】
加圧手段が有する加圧磁石３０５は永久磁石である。加圧磁石３０５とガイドバー３０４との間に磁気回路が形成され、これら部材間に吸引力が発生する。加圧磁石３０５はガイドバー３０４とは間隔を設けて配置されており、ガイドバー３０４は振動体２０５と接するように配置されている。前記の吸引力によりガイドバー３０４と振動体２０５との間に加圧力が与えられる。
【００２８】
弾性体の突起部が第２ガイドバー３０４と加圧接触して、第２のガイド部として機能する。第２のガイド部は磁気による吸引力を利用してガイド機構を形成しているため、外力を受ける等により振動体２０５とガイドバー３０４が引き離される状態が生じるが、これに対しては、つぎのように対処されている。すなわち、レンズホルダ３０２に備えられる脱落防止部３０２ｄがガイドバーに当たることで、レンズホルダ３０２が所望の位置に戻るように対応が施されている。
【００２９】
振動体２０５に所望の交流電圧を与えることで振動体２０５とガイドバー３０４との間に駆動力が発生し、この駆動力によりレンズホルダの駆動が行われる。
【００３０】
＜環境温度によるアクチュエータの特性の変化＞
図４は、環境温度の違いによる周波数と駆動速度の特性を説明する図である。
【００３１】
振動体が備える圧電素子の温度特性の影響により、環境温度に伴って振動体の共振周波数は変化する。図のように、常温環境から低温環境になることで、共振周波数はｆｍ０からｆｍ１に変化する。これに伴って、周波数に対する駆動速度特性は、およそ共振周波数変化分だけ高域側にシフトする。
【００３２】
ここで、常温環境と低温環境とは、例えば摂氏１５℃から３０℃と、−１５℃から０℃のような温度範囲の関係である。所定の起動速度に達する周波数を環境温度で比較すると、ｆ０とｆ１の違いが生じることになる。常温環境で、起動周波数ｆ０からｆｍ０の範囲で速度を制御する場合に対して、低温環境では起動周波数ｆ１からｆｍ１の範囲で制御するのが望ましい。環境温度の変化に伴って起動周波数を調整することができれば、同一の制御パラメータで同様の制御性能を得ることができる。
【００３３】
＜本発明の制御装置及び振動装置＞
本発明の振動型アクチュエータの制御装置及び前記制御装置を有する振動装置について、図面を参照しながら説明する。
【００３４】
図１（ａ）は、本発明の振動型アクチュエータの制御装置と、振動型アクチュエータ及び制御装置を有する振動装置を示す図である。振動装置１０は、圧電素子１０１、駆動対象物１２１、制御装置２０、及び相対速度検出手段１１５を有する。駆動対象物は、振動体が直接駆動する被駆動体であってもよく、また、被駆動体を介して駆動する物体でもよい。例えば、図２（ａ）で示した被駆動体２０１であっても良いし、図３で示したレンズ３０６やレンズホルダ３０２であっても良い。
【００３５】
従って、相対速度検出手段１１５で求める相対速度も、振動体と被駆動体の相対速度でもよく、振動体と駆動対象物の相対速度でもよい。また、振動体と駆動対象物との相対速度は、振動体と駆動対象物との相対位置から求まる。したがって、相対速度検出手段１１５は、相対位置検出手段であってもよい。
【００３６】
制御装置２０は、制御部２１、駆動部２２、及び電源１０５を有する。制御部２１は、指令値生成手段１０９、ＰＩＤ演算部１１０、周波数取得部１１７、補正量取得部１１８、及びパラメータ取得部１１１を有する。
【００３７】
指令値生成手段１０９は、位置や速度に関する指令値を出力するように構成され、ＰＩＤ演算部１１０は、指令値と相対速度検出手段の出力との差分に基づいて制御量を求めるように構成されている。
【００３８】
周波数取得部１１７は、振動型アクチュエータで消費される電力を検出するための電流検出回路１０２の出力から、消費電力が所定の電力（または所定の電力となる所定の電流）に達する周波数を取得するように構成されている。電力は電流に比例するため、検出した電流に基づいて周波数を取得しても良く、また、電力を求めるために検出電流を用いても良い。補正量取得部１１８は、周波数取得部１１７の出力に基づいて交流電圧のパラメータにおける補正量を取得するように構成されている。
【００３９】
パラメータ取得部１１１は、少なくともＰＩＤ演算部１１０及び補正量取得部１１８の一方からの出力に基づいて、交流電圧のパラメータを取得するように構成されている。パラメータとは、例えば、交流電圧の周波数、振幅、位相の少なくとも１つである。パラメータ取得部１１１は、特性検知期間には、周波数取得部の出力に基づく補正量を用いて（補正量取得部１１８の出力に基づいて）交流電圧のパラメータを求め、本駆動期間には、ＰＩＤ演算部１１０の出力に基づいて交流電圧のパラメータを求める。
【００４０】
パラメータ取得部１１１は、補正量取得部１１８の出力が入力される第１のパラメータ取得部１１１−１と、ＰＩＤ演算部１１０の出力が入力される第２のパラメータ取得部１１１−２の２つのパラメータ演算部を有していてもよい。この場合、工程が特性検知期間であるか本駆動期間であるかによって、２つのパラメータ取得部が切り替えて用いられる。また、パラメータ取得部１１１は、上記２つのパラメータ取得部の機能を有する１つのパラメータ取得部であってもよい。
【００４１】
次に、パラメータ取得部１１１の具体的構成について説明する。パラメータ取得部１１１は、例えば、それぞれ位相差に関するパラメータを取得する位相差変換部１１２、及び周波数に関するパラメータを求める周波数変換部１１３を有する。また、パラメータ取得部１１１は、位相差変換部１１２及び周波数変換部１１３の出力より、位相差及び周波数の一方のパラメータに関する信号を出力する位相差―周波数判定部１１４を有する。
【００４２】
制御部２１は、例えばＣＰＵ、ＰＬＤ（ＡＳＩＣと含む）などのデジタルデバイスや、Ａ／Ｄ変換器などの素子から構成される。
【００４３】
駆動部２２は、パラメータ取得部１１１の出力に基づいて交流電圧を生成するよう構成された交流電圧生成手段１１９、電流検出回路１０２、及び圧電素子１０１に増幅した交流電圧を印加する昇圧部１１６を有する。交流電圧生成手段１１９は、位相差―周波数判定部１１４の出力に基づいてパルス信号を生成するパルス信号生成手段１０７、及びパルス信号生成手段１０７の出力に応じて交流電圧を生成するスイッチング回路１０８を有する。
【００４４】
駆動部２２について、より詳細に説明する。図１（ｂ）は本発明の振動型アクチュエータの駆動部を示す図である。
【００４５】
パルス信号生成手段１０７は、不図示の制御信号に応じた駆動周波数で動作する、Ａ相、Ｂ相のパルス信号を出力する。スイッチング回路１０８は、例えばいわゆるＨブリッジ回路で構成され、スイッチング素子がパルス信号によってオン・オフ制御されて交流電圧を出力する。尚、矩形のパルス信号は、ＰＷＭ（パルス幅変調）制御によってパルス幅（パルス・デューティ）が所望の交流電圧振幅が得られるように調整される。
【００４６】
スイッチング回路１０８は電源１０５と抵抗１０６を介して接続され、抵抗１０６の端子間電圧を検出することで振動型アクチュエータの駆動時に電源から供給される電流が検出される。よって、振動型アクチュエータで消費する電力は、電流検出回路１０２によって検出された電流及び電源１０５の電圧から求められる。
【００４７】
すなわち、電流検出回路１０２は、電流量を検知できれば良く、例えばオペアンプを有する構成とし、オペアンプの２つの入力端子の電位差を検出する構成とすることができる。また、電流検出回路１０２は、制御部２１との信号の伝達を考慮して、Ａ／Ｄコンバータを有していても良い。また、電流検出回路１０２は、少なくとも特性検知期間において、電流を検知できるように構成されている。更に本駆動期間に電流を検知できるように構成されていても良い。
【００４８】
２相の交流電圧は、インダクタ１０３とトランス１０４を有する昇圧回路によって所望の電圧に昇圧される。昇圧された交流電圧は、フィルタ効果によって矩形からＳＩＮ波形に変換されて圧電素子１０１に印加される。振動型アクチュエータは、圧電素子１０１に印加された交流電圧の周波数、振幅、位相差などによって速度を制御する事ができる。
【００４９】
なお、制御部及び駆動部は、１つの素子や回路から構成されるだけではなく、複数の素子や回路から構成されていてもよい。また、各処理をいずれの素子や回路が実行してもよい。
【００５０】
＜特性検知期間と本駆動期間の各パルス信号＞
図１（ｃ）は、特性検知期間のＡ相とＢ相のパルス信号と昇圧後の交流電圧の波形を示すものである。特性検知期間は、Ａ相とＢ相のパルス信号の位相は同じになるよう設定されている。圧電素子に印加される交流電圧の位相も同様であり、圧電素子には、位相が同じ交流電圧が入力される。その結果、振動体には、実質的には、被駆動体と接触する接触面に垂直な方向（突上げ方向）の振動のみが生成される。
【００５１】
この時、駆動方向の送り振動は実質的には発生しないので、振動型アクチュエータを停止状態（駆動対象物を駆動方向に相対移動しない状態）とすることができる。停止状態は、後述のようにエンコーダ等を用いて位置又は速度を、位置検出手段または速度検出手段で検出することで確認できる。すなわち、停止状態とは、駆動対象物と振動体の相対位置の変化が、位置検出手段または速度検出手段の下限値、または停止状態にみなせるとして設定された値以下の状態である。２つの駆動電圧の位相を同じにした状態で周波数をスイープすれば、振動型アクチュエータを停止したまま周波数に基づく電力を検出することができる。
【００５２】
本実施形態において、Ａ相とＢ相のパルス信号の位相が同じで、位相が同じ交流電圧が圧電素子に入力される場合について上記で説明したが、本発明の振動型アクチュエータの制御装置、及び制御方法はこれに限定されない。前記振動型アクチュエータを停止状態とできればよいため、Ａ相とＢ相のパルス信号の位相差は、−１０°乃至＋１０°の範囲内であると良い。なお、上述のように、接触面に対し垂直な方向（突き上げ方向）の振動のみが振動体に励起されるため、Ａ相とＢ相のパルス信号の位相が同じ（位相差が０°）時がより好ましい。
【００５３】
また、特性検知期間において、交流電圧における電圧振幅の値を調整することで、振動型アクチュエータを停止状態としても良い。電圧振幅を小さくすることで、振動体における被駆動体との接触部に励起される振動の駆動方向（送り方向）の成分を小さくすることができる。
【００５４】
図１（ｄ）は、本駆動期間のＡ相とＢ相のパルス信号と昇圧後の交流電圧の波形の例を示すものである。ここでは、本駆動期間に、Ａ相とＢ相のパルス信号の位相が、９０度異なるよう設定される例を示す。振動体には突上げ振動と送り振動が発生し、振動体と被駆動体の相対位置が変化する。本駆動期間では、位相差及び周波数を変えることで駆動速度を制御することができる。
【００５５】
図５は、図２（ａ）乃至（ｄ）で示した、圧電素子が板状のタイプの振動体に関して、本駆動期間と特性検知期間において、周波数をスイープさせた時の振動型アクチュエータの速度と電力の測定結果を示す図である。図５（ａ）は振動型アクチュエータの速度（駆動速度）の結果である。駆動速度は、ここでは被駆動体と振動体の相対速度を検出する不図示の光学エンコーダを用いて測定した。
【００５６】
本駆動期間の周波数スイープ時間は５０ｍｓ、Ａ相とＢ相のパルス信号の位相差は９０度、パルス幅は３０％で行った。これに対して、特性検知期間の周波数スイープ時間は１０ｍｓ、Ａ相とＢ相のパルス信号の位相差は０度、パルス幅は１２％で行った。ここで、周波数スイープ時間とは、駆動時に振動体に印加される交流電圧の周波数が徐々に変化する時間を指す。その結果、本駆動期間は、振動体と被駆動体の相対移動の最高速度が２００ｍｍ／ｓ以上であるのに対して、特性検知期間の光学エンコーダで検出した速度はゼロであった。
【００５７】
このことから、周波数をスイープしても振動型アクチュエータが停止していた事がわかる。図５（ｃ）に示すように、本駆動期間の振動は楕円運動であるのに対し、特性検知期間は、実質的に、送り振動が無く突上げ振動だけが生成されている。突上げ振動を起こすことで、振動型アクチュエータが停止状態であっても、電力ピークを検出することができる。
【００５８】
図５（ｂ）は、周波数をスイープさせた時の電力の測定結果である。特性検知期間において、振動型アクチュエータは停止状態であるが突上げ振動は生じているので、電力にピークが見られる。つまり、本駆動期間と同様に電力カーブを得ることができる。従って、特性検知期間のパルス信号で周波数をスイープさせた時の電力または電流を検出することで、温度環境や個体差による共振周波数の変化を検出することができる。
【００５９】
次に、周波数スイープ時の電力の検出結果を用いた、具体的な起動周波数の補正方法を説明する。
【００６０】
図６は、環境温度による共振周波数の変化を電力で検出する方法を示すものである。
【００６１】
図６（ａ）は、図２（ａ）乃至（ｄ）で示した、圧電素子が板状のタイプの振動体に関して、常温環境と−２０℃環境で振動体のインピーダンス特性を測定した結果であり、横軸が周波数、縦軸が振動体の機械腕電流に相当する電力を示す。ここでは、電源から振動型アクチュエータに供給される電流量に基づいて、振動体の機械腕電流に相当する電力を求める。具体的には、電源とスイッチング回路の間の電位差を検出している。
【００６２】
厳密には、電源の出力には、振動体に印加される前にスイッチング回路や昇圧回路等によって損失が生じるが、電源から振動型アクチュエータに供給される電流では機械腕電流が支配的となる。したがって、電源から振動型アクチュエータに供給される電流量を求めることで、振動体の機械腕電流に相当する電力を求めることができる。
【００６３】
図６（ａ）より、圧電素子の温度特性の影響により、電力は、それぞれ突上げ振動におけるピークが７００Ｈｚ、送り振動におけるピークが８００Ｈｚ、高域にシフトしている。このように、駆動に用いる２つの振動の共振周波数は温度によって同じように変化する。すなわち、温度が変化した時に突上げ振動の共振周波数が増加する場合には、送り振動の共振周波数も増加し、突上げ振動の共振周波数が減少する場合には、送り振動の共振周波数も減少する。
【００６４】
図６（ｂ）は、振動型アクチュエータにおける周波数と電源電力の特性（電力特性）を示したものである。例えば、環境温度の変化によって共振周波数ｆｍ０は高域側ｆｍ１にシフトし、前述の振動体の機械腕電流の変化を反映して電力特性も変化する。
【００６５】
本発明は、この電力特性の変化を利用して本駆動時の交流電圧の周波数（例えば、起動周波数）を補正するものである。電力が所定の値に達する時の交流電圧の周波数について、２つの温度等の環境間での差分を求める。所定の値としては、例えばピーク電力や駆動周波数に対応する電力とすることができる。２つの環境温度の違いに起因する電力の変化と共振周波数の変化には上述の相関があるため、２つの環境温度での電力または電流を求めることで、交流電圧における周波数の補正量を求めることができる。
【００６６】
上記補正の具体例について説明する。例えば、常温環境において周波数スイープを行い、電流検出回路１０２を用いて、電力が起動周波数に相当する電力であるＷ１となる周波数を取得する（ｆ０）。同様に、低温環境においても周波数スイープを行い、電力がＷ１となる周波数を取得する（ｆ１）。同じ電力であれば駆動速度も同じになると考えられるので、低温環境では起動周波数をｆ１に補正すれば、常温環境と同様の振動型アクチュエータの駆動性能を得ることができる。
【００６７】
また、周波数を取得するための電力はＷ１以外でも良く、例えば、求める周波数を電力ピークＷｐに対応する周波数に設定しても良い。ここでは、周波数スイープ時に電力がＷｐとなる周波数は常温環境でｆｍ０、低温環境でｆｍ１であり、ｆｍ０、ｆｍ１は共にそれぞれの環境温度における共振周波数である。よって、直接的に共振周波数の変化を検出することも可能である。
【００６８】
このため、電流検出回路１０２で検出した電流の結果に基づいて、電力が所定（例えば、ピーク周波数）の電力に達する時の振動型アクチュエータの周波数を、周波数取得部１１７で求める。
【００６９】
第１の温度において周波数取得部１１７で求めた第１の周波数と、第２の温度において周波数取得部１１７で求めた第２の周波数とから、補正量取得部１１８において、補正量を求めることができる。ここで、第２の周波数は、あらかじめデータとして補正量取得部１１８が保持していても良い。
【００７０】
補正量取得部１１８で取得した補正量に基づき、パラメータ取得部１１１は、交流電圧のパラメータを設定する。ここでは、パラメータとして、例えば周波数を設定する。
【００７１】
図１（ａ）と上記説明において、周波数取得部１１７、補正量取得部１１８、パラメータ取得部１１１をそれぞれ分けて説明したが、それぞれの工程として分けて処理しなくてもよい。例えば、電流検出回路１０２の結果に基づいて、ＣＰＵ内で処理が工程の区別なく行われ、パラメータ値が出力される構成であってもよい。
【００７２】
また、周波数を小さくしていく周波数スイープの場合、周波数が共振周波数より小さくなると、振動型アクチュエータに急激に電流が流れ、振動型アクチュエータの故障や制御不能、駆動効率の悪化等につながる可能性がある。よって、振動型アクチュエータの本駆動期間の下限周波数を、起動周波数の補正量に基づいて補正してもよい。この場合は、本駆動期間の下限周波数を、常温環境でｆｍ０より大きな値、低温環境でｆｍ１より大きな値となるよう、同様に補正することによって、共振周波数を超えて過剰な電流が流れるのを防止することができる。
【００７３】
図７は、特性検知期間と本駆動期間の制御シーケンスを示すフローチャートである。
【００７４】
特性検知期間の制御はステップ１からステップ４を含み、本駆動期間の制御はステップ５からステップ７を含む。
【００７５】
振動型アクチュエータの停止状態での特性検知が開始される。まず、特性検知用のパルス信号として、パラメータ取得部１１１で、Ａ相、Ｂ相のパルス信号のパラメータが決定される。この時、位相差は、−１０°乃至＋１０°の間の値（０の時が最も効果的）となるよう設定される（ステップ１）。次に、制御部２１は、圧電素子１０１に印加する交流電圧の周波数を所定の範囲で高域側から低域側へスイープさせる（ステップ２）。周波数をスイープする範囲は特に限定されないが、常温環境の起動周波数より高めの周波数から、共振周波数を含む範囲でスイープすると良い。
【００７６】
次に、ステップ２の周波数スイープの工程において、電流検出回路１０２の出力に基づいて、所定の電力に達する周波数ｆ１を取得する（ステップ３）。前記ｆ１に基づいて、パラメータ取得部１１１は、起動周波数を前回の本駆動期間のｆ０からｆ１に補正する（ステップ４）。
【００７７】
特性検知終了後、本駆動用のパルス信号のパラメータが設定される（ステップ５）。本駆動が開始すると、本駆動用のパルス信号に基づいて生成される本駆動用の交流電圧が圧電素子に入力される。振動型アクチュエータの本駆動中、目標位置または目標速度、駆動対象物と振動型アクチュエータとの相対速度や相対位置に基づいて求められる、周波数、位相差、及び振幅を有する交流電圧が圧電素子に入力される（ステップ８）。
【００７８】
振動型アクチュエータの本駆動停止（ステップ９）後、起動周波数の再調整が必要であれば、再びステップ１に戻る。前記再調整の要否は、目標速度（位置）に対する検出速度（一ｂ）のズレ量、目標精度に対する停止精度、電力の変化など、振動型アクチュエータの制御性能の変化に基づいて判断される。
【００７９】
振動型アクチュエータの停止状態での特性検知の開始は、振動型アクチュエータの電源投入直後に自動で気に行われるよう設定されていても良く、本駆動開始前に外部からの指令信号の入力により行われるよう設定されていても良い。また、本駆動から切り替える構成としても良い。
【００８０】
＜実験結果：パルス幅を変えた場合のピーク検出例＞
図８は、パルス信号のパルス幅を変えた場合の電力の測定結果である。
【００８１】
パルス幅は、３０％から１０％まで５％ずつ変えた時の電力特性を測定した。図８（ａ）は本駆動期間の結果であり、周波数スイープ時間は５０ｍｓ、Ａ相とＢ相のパルス信号の位相差は９０度で行った。パルス幅を小さくしていくと、圧電素子に印加される交流電圧の振幅は低下していき、楕円運動の振幅は楕円比一定で小さくなる。その結果、電力のピークに対応する周波数は高域側にシフトしていく。
【００８２】
図８（ｂ）は特性検知期間の結果であり、周波数スイープ時間は１０ｍｓ、Ａ相とＢ相のパルス信号の位相差は０度で行った。図の突上げ振動振幅がパルス幅に応じて小さくなるので、本駆動期間と同様に電力のピークに対応する周波数がシフトしていく。このように、本駆動期間と特性検知期間の電力特性には強い相関が見られる。
【００８３】
しかし、振動型アクチュエータの電力特性は、本駆動期間と他の状態で常に相関を示すものではない。図８（ｃ）は、本発明との比較用のデータであり、送り振動のみを生じるようにＡ相とＢ相のパルス信号位相差を１８０度に設定したものである。この場合、精度良く電力ピークを検出することができず、本駆動期間と相関が見られない。従って、電力がピークとなる周波数や所定の電力に達する周波数の変化を検出することによって、振動体の共振周波数の変化に対する補正量を得ることはできない。
【００８４】
以上のことより、突き上げ振動のみの状態で振動型アクチュエータを駆動した時の電力のピークに対応する周波数の変化と振動体の共振周波数の変化の関係に着目した本発明の手段を用いることで、効果的に共振周波数の変化を検出できることを確認した。
【００８５】
＜実験結果：パルス幅とピーク周波数＞
図９はパルス幅を変えた場合に振動型アクチュエータの電力がピークを示す周波数と周波数差を示すものである。以下、振動型アクチュエータの電力がピークを示す、パルス信号の周波数を電力ピーク周波数、本駆動期間と特性検知期間の電力ピーク周波数の差を電力ピーク周波数差とする。
【００８６】
図９（ａ）の横軸はパルス信号のパルス幅、左縦軸は本駆動期間と特性検知期間の電力ピーク周波数、右縦軸は、本駆動期間と特性検知期間の電力ピーク周波数差である。図より、本駆動期間と特性検知期間の電力ピーク周波数には強い相関が見られる。電力ピーク周波数差は平均で１．３ｋＨｚであり、±１００Ｈｚのばらつきで収まっている。すなわち、特性検知期間の電力ピーク周波数を検出することによって、±１００Ｈｚの精度で起動周波数を補正することができる。
【００８７】
さらに、特性検知期間のパルス幅を選択することにより、本駆動期間の電力ピーク周波数を直接的に検出することも可能である。例えば、本駆動期間のパルス幅３０％の電力ピーク周波数は８７ｋＨｚであり、特性検知期間のパルス幅を１２％に設定すれば同様に８７ｋＨｚを検出できる。図９（ａ）及び（ｂ）には、パルス幅を変更したときの特性検知期間のパルス信号の波形を示す。図９（ｂ）はパルス幅３０％の設定を示し、図９（ｃ）はパルス幅１５％の設定を示す。
【００８８】
＜実験結果：電力の検出例＞
図１０は環境温度の違いによる駆動速度の変化と、特性検知期間の電力特性の測定結果を示すものである。
【００８９】
図１０（ａ）は本駆動期間の周波数に対する速度の検出結果であり、周波数スイープ時間は５０ｍｓ、Ａ相とＢ相の位相差は９０度、パルス幅は５０％で行った。２５℃環境に対して、−１０℃環境の速度ピークは高域に６００Ｈｚシフトしている。本駆動期間の電源電力の測定においても、同様に電力ピーク周波数は、２５℃からー１０℃に変更することで高域にシフトしている。図１０（ｂ）は特性検知期間の電力測定結果であり、周波数スイープ時間は１０ｍｓ、Ａ相とＢ相の位相差は０度、パルス幅は２５％で行った。
【００９０】
ここで、周波数を検出する電力値は０．４Ｗに設定した。これは、特性検知期間の電力は本駆動期間に対して０．４倍である事から、本駆動期間の速度ピークの電力１．０Ｗを考慮して決定した。その結果、特性検知期間の電力ピークの周波数のシフトから、環境温度が２５℃からー１０℃に変化することで、共振周波数が６００Ｈｚ変化している事を検出できた。従って、−１０℃環境では起動周波数を２５℃の場合より、６００Ｈｚ高域側に補正して制御すれば良い。
【００９１】
この結果より、特性検知期間において振動型アクチュエータで消費される電力に相当する電力または電流を検知して周波数を取得した補正量は、本駆動時の振動型アクチュエータの特性変化の補正量として用いることができることが確認できた。
【００９２】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態は、進行波を用いた振動型アクチュエータへの適用例である。本実施形態の制御装置及び制御方法も、第１の実施形態と同様に、光学機器であるカメラのレンズ駆動機構に適用することができるが、これに限定されるものではない。
【００９３】
＜進行波型アクチュエータ＞
図１１は進行波を用いた振動型アクチュエータの構成を示すものである。
【００９４】
図１１（ａ）は振動型アクチュエータ１の一部を示す斜視図である。振動型アクチュエータ１は、圧電素子等の電気−機械エネルギー変換素子５と弾性体４とを有する振動体３と、被駆動体２と、を備える。各部材は図中θ方向に円環形状を為している。電気−機械エネルギー変換素子５に２相の交番電圧が印加されると、振動体３に進行波が発生し、振動体３に接触する被駆動体２は摩擦駆動によって振動体と相対的に回転する。
【００９５】
図１１（ｂ）は、弾性体４を示す斜視図である。弾性体４の被駆動体２と接触する側には、図１１（ｂ）に示すように、突起６と溝７が交互に複数設けられている。図１１（ｂ）の例では１周あたりに各々３２個設けられている。このような突起６を設けることにより、被駆動体２との接触部（突起６の先端部）で進行波の振幅を拡大することができ、十分な回転駆動力を得ることができる。
【００９６】
＜定在波振動と進行波振動の説明＞
図１２は進行波を用いた振動型アクチュエータにおける特性検知期間のパルス信号と、定在波振動を示すものである。図１２（ａ）は特性検知期間のパルス信号と振動波形であり、Ａ相とＢ相のパルス信号の位相は同じである。パルス信号の周期をＴとして、Ｔ／４毎の時間で発生する振動波形の様子をｔ０、ｔ１、ｔ２、ｔ３として模擬的に示した。横軸は、周方向の位置である。このように、同じ位置でＺ方向の振動が定常的に発生する状態を定在波振動と呼び、回転方向には駆動力を生じないのでアクチュエータは停止状態となる。
【００９７】
これに対して、図１２（ｂ）は本駆動期間のパルス信号と振動波形であり、Ａ相とＢ相のパルス信号の位相差は９０度異なる。本駆動期間は、振動のピークが周方向に移動していく進行波振動が生じ、回転方向に駆動力を生じることができる。
【００９８】
このように、特性検知期間のパルス信号を設定して定在波振動を起こすことで、振動型アクチュエータを停止状態としたまま電力を測定し、環境温度の変化による周波数変化を検出することができる。定在波振動は、振動体において被駆動体と接触する接触面に対し垂直な方向の振動でもある。具体的な起動周波数の補正手段や制御シーケンスは、第１の実施形態と同様なので説明は省略する。
【００９９】
（第３の実施形態）
第１及び第２の実施形態では、振動型アクチュエータの制御装置は、撮像装置のオートフォーカス用のレンズ駆動に用いる例を説明したが、本発明の適用例はこれに限定されない。例えば、図１３に示すように、手ぶれ補正時のレンズや撮像素子の駆動に用いることもできる。図１３（ａ）は、撮像装置６０の外観を示す平面図（上面図）である。また、図１３（ｂ）は、撮像装置６０の内部構造の概略図である。
【０１００】
撮像装置６０は、大略的に、本体６１と、本体６１に対して着脱自在なレンズ鏡筒６２とで構成されている。本体６１は、レンズ鏡筒６２を通過した光が結像した光学像を画像信号に変換するＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子６３と、撮像装置６０の全体的な動作を制御するカメラ制御マイコン６４を備える。レンズ鏡筒６２には、フォーカスレンズやズームレンズ等の複数のレンズＬが所定位置に配置されている。
【０１０１】
また、レンズ鏡筒６２には、像ぶれ補正装置５０が内蔵されており、像ぶれ補正装置５０は、円板部材５６、円板部材５６に設けられた振動体２０５を有し、円板部材５６の中央に形成されている穴部に、像ぶれ補正レンズ６５が配置されている。像ぶれ補正レンズ６５の光軸上に撮像素子が配置されるようにしてもよい。
【０１０２】
像ぶれ補正装置５０は、レンズ鏡筒６２の光軸と直交する面内で像ぶれ補正レンズ６５を移動させることができるように配置される。この場合、本発明の制御装置２０を用いて振動体２０５を駆動することで、鏡筒に固定されている被駆動体２０１に対し、振動体２０５や円板部材５６が相対移動し、補正レンズが駆動される。
【０１０３】
また、本願発明の駆動型アクチュエータの制御装置は、ズーム用レンズの移動のためのレンズホルダの駆動に用いることもできる。したがって、本願発明の型アクチュエータの制御装置は、撮像装置に加えて、交換用レンズにも搭載することができる。
【０１０４】
また、第１及び第２の実施形態に示した、振動型アクチュエータの制御装置は、自動ステージの駆動にも用いることができる。例えば、図１４に示すように、顕微鏡の自動ステージの駆動に用いることができる。
【０１０５】
図１４の顕微鏡は、撮像素子と光学系を内蔵する撮像部７０と、基台上に設けられ、振動型アクチュエータにより移動されるステージ７２を有する自動ステージ７１と、を有する。被観察物をステージ７２上に置いて、拡大画像を撮像部７０で撮影する。観察範囲が広範囲に有る場合には、第１または第２の実施形態の制御装置２０を用いて振動型駆アクチュエータを駆動することで、ステージ７２を移動させる。これによって、被観察物を図中のＸ方向やＹ方向に移動させて、多数の撮影画像を取得する。不図示のコンピュータにて、撮影画像を結合し、観察範囲が広範囲で、かつ、高精細な１枚の画像を取得できる。
【０１０６】
第１または第２の実施形態に記載の振動型アクチュエータの制御装置を用いることで、温度センサを用いることなく、環境温度の変化による振動型アクチュエータの共振周波数の変化に対応したこれらの駆動対象物の移動を実現することができる。また、振動型アクチュエータを交換して用いる場合、用いる振動型アクチュエータの個体差による共振周波数の違いにも対応し、個体差を補償して、駆動対象物の移動を安定して行うことができる。
【符号の説明】
【０１０７】
１０２  電流検出回路
１１７  周波数取得部
１１８  補正量取得部
１１１  パラメータ取得部
１１９  交流電圧生成手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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