(57)【要約】【課題】２つの曲げ振動モードを発生させて振動体および被駆動体を相対的に駆動する振動型駆動装置において、電気−機械エネルギ変換素子の電極を簡単な構成とすることができる。【解決手段】弾性体（４）と、少なくとも２つの電極を有し、この２つの電極に同一周波数の２相の駆動電圧が印加されることで弾性体に振動を励起する電気−機械エネルギ変換素子（５）とを備えた振動体と、弾性体と接触する被駆動体（７）とを有する振動型駆動装置であって、振動体は、同位相となる２相の駆動電圧の入力を受けて第１の曲げ振動モードを形成するとともに、逆位相となる２相の駆動電圧の入力を受けて第２の曲げ振動モードを形成することが可能であり、第１の曲げ振動モードおよび第２の曲げ振動モードの組み合わせによって振動体および被駆動体を相対的に駆動する。【選択図】  図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性体と、少なくとも２つの電極を有し、この２つの電極に同一周波数の２相の駆動電圧が印加されることで前記弾性体に振動を励起する電気−機械エネルギ変換素子とを備えた振動体と、
前記弾性体と接触する被駆動体とを有する振動型駆動装置であって、
前記振動体は、同位相となる前記２相の駆動電圧の入力を受けて第１の曲げ振動モードを形成するとともに、逆位相となる前記２相の駆動電圧の入力を受けて第２の曲げ振動モードを形成することが可能であり、
前記第１の曲げ振動モードおよび前記第２の曲げ振動モードの組み合わせによって前記振動体および前記被駆動体を相対的に駆動することを特徴とする振動型駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、弾性体に振動を発生させ、この振動エネルギを利用して被駆動体に駆動力を与える振動波モータ等の振動型駆動装置に関するもので、特に被駆動体を直線方向で駆動するタイプの振動型駆動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
これまでに被駆動体を直線方向に駆動するタイプの振動波モータには、さまざまな提案がなされている。
【０００３】
例えば、角棒状に形成された弾性体の一側面における所定位置に複数の突起部が設けられているとともに、上記弾性体のうち突起部が設けられた面と反対側の面に圧電素子が配置された振動波モータにおいて、圧電素子に交流電圧を印加することにより、弾性体に屈曲共振振動と、長さ方向共振振動（縦振動）を同時に発生させ、突起部に楕円運動を生じさせるものがある（第１の従来例、例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
この構成では、突起部に被駆動体を加圧接触させることにより、被駆動体を突起部の楕円運動によって直線的に駆動することができるようになっている。
【０００５】
一方、矩形の板状に形成された弾性体に異なる２つの曲げ振動モードを励起し、２つの曲げ振動モードの組み合わせで所定の質点（突起部等）に楕円運動を生じさせる振動波モータがある。（第２の従来例、例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
ここで、２つの曲げ振動モードのうち一方の曲げ振動モード（第１振動モードと呼ぶことにする）は、図２の（ａ−１）、（ａ−２）に示すように、十字状の節を有する振動モードとなっている。また、他方の曲げ振動モード（第２振動モードと呼ぶことにする）は、図２の（ｂ−１）、（ｂ−２）に示すように、所定方向に対して平行な２つの節を有する振動モードとなっている。
【０００７】
そして、上述した２つの曲げ振動モードを発生させるために、図３に示すような電極パターンを持つ圧電素子を使用している。図３において、３Ａは第１振動モードを発生させるための圧電素子であり、３Ｂは第２振動モードを発生させるための圧電素子である。図中の「＋」記号および「−」記号は分極方向を示している。
【０００８】
圧電素子３Ａでは、第１振動モードにおける十字状の節と一致するように電極の境界部が存在しており、この４分割された電極に第１振動モードの共振周波数付近の周波数の交流信号（Ｖａ）を印加すると、第１振動モードの振動が発生する。一方、圧電素子３Ｂに第２振動モードの共振周波数付近の周波数の交流信号（Ｖｂ）を印加すると、弾性体には第２振動モードの振動が発生する。
【０００９】
このため、圧電素子３Ａおよび圧電素子３Ｂを積層して、弾性体に取り付けることにより、弾性体上に２つの曲げ振動モードを発生させることができ、この２つの曲げ振動モードの合成によって所定の質点に生じる楕円運動によって被駆動体を駆動することができる。
【００１０】
一方、２つの曲げ振動モードを発生させる圧電素子としては、図４に示すように、複数の圧電素子を積層せずに単一の層で構成された圧電素子を用いることもできる。図４において、電圧信号Ｖａに接続されている電極は第１振動モード発生用の圧電素子であり、電圧信号Ｖｂに接続されている電極は第２振動モード発生用の圧電素子である。
【００１１】
【特許文献１】
特公平６−１０６０２８号公報
【特許文献２】
特開平６−３１１７６５号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、第１の従来例における振動波モータの構成においては、長さ方向共振振動（縦振動）を使用しているため、弾性体を小型化しようとすると共振周波数が高くなりすぎてしまうという問題があり、振動波モータの小型化には限界がある。
【００１３】
一方、第２の従来例における振動波モータでは、２つの曲げ振動モードを組み合わせたものであるため、第１の従来例と比べると弾性体（振動波モータ）を小型化することができる。また、矩形の弾性体の長辺と短辺の比を変更することにより、各曲げ振動モードにおける共振周波数を一致させることができるため、第１の従来例と比べて共振周波数の調整を行い易く、駆動効率が良いアクチュエータを実現することが可能となっている。
【００１４】
しかしながら、第２の従来例においては、振動体に複数の振動モードを励振させるために、それぞれの振動モードを発生するための専用の電極を有する圧電素子が必要となる。これにより、複雑な電極パターンの圧電素子を使用したり、圧電素子を積層して使用したりする必要があるため、製造工程やコスト等の点で好ましいものとはいえない。
【００１５】
また、電極パターンごとに分極方向が異なるため、分極処理の工程が複雑となるだけでなく、分極方向が異なる電極の境界付近において圧電素子の剛性が変化してしまうという問題点もある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、弾性体と、少なくとも２つの電極を有し、この２つの電極に同一周波数の２相の駆動電圧が印加されることで弾性体に振動を励起する電気−機械エネルギ変換素子とを備えた振動体と、弾性体と接触する被駆動体とを有する振動型駆動装置であって、振動体は、同位相となる２相の駆動電圧の入力を受けて第１の曲げ振動モードを形成するとともに、逆位相となる２相の駆動電圧の入力を受けて第２の曲げ振動モードを形成することが可能であり、第１の曲げ振動モードおよび第２の曲げ振動モードの組み合わせによって振動体および被駆動体を相対的に駆動することを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図５は、本発明の第１実施形態である振動波アクチュエータにおける振動体１の外観斜視図である。図５において、４は金属材料からなり、矩形の板状に形成された弾性体であり、５は弾性体４の裏面に接合された圧電素子（電気−機械エネルギ変換素子）であり、６は弾性体４の上面に設けられた突起部である。
【００１８】
突起部６は、この先端において後述するように被駆動体に接触する。ここで、突起部６の先端には、摩擦係数や耐摩耗性に優れた接触部を設けることができる。また、突起部６は、プレス加工等により弾性体４と一体的に形成したり、弾性体４とは別に形成してから弾性体４に固定したりすることができる。
【００１９】
突起部６および弾性体４を一体的に形成すれば、これらを別々に形成する場合に比べて、弾性体１の組み立て工数を減らすことができるとともに、部品（突起部６）の位置合わせを行う必要がないことで部品間のバラツキを防止することができる。
【００２０】
本実施形態の振動体１は、後述するように２つの曲げ振動モードを励起することができ、この２つの曲げ振動モードを組み合わせることにより突起部６の先端に楕円運動を生じさせるものである。
【００２１】
ここで、振動体１の形状は、上記の２つの曲げ振動モードの共振周波数が略一致するように形成されている。具体的には、弾性体４の長手方向の寸法（長辺）と、長手方向と直交する方向の寸法（短辺）を適宜設定することにより、２つの曲げ振動モードの共振周波数を一致させることができる。
【００２２】
以下、振動体１に励起される２つの曲げ振動モードについて説明する。
【００２３】
図６は、２つの曲げ振動モードを表した図である。図６（ａ）に示す振動モードは、２つの曲げ振動モードのうち一方の曲げ振動モード（Ａモードと呼ぶ）を表している。このＡモードは、矩形の振動体１（弾性体４）の長辺方向（矢印Ｘ方向）における２次の屈曲振動であり、短辺方向（矢印Ｙ方向）と平行な３本の節を有している。
【００２４】
ここで、突起部６は、Ａモードの振動で節となる位置の近傍に配置されており、Ａモードの振動により矢印Ｘ方向で往復運動を行う。このように突起部６を配置することにより、突起部６を矢印Ｘ方向で最も大きく変位させることができる。
【００２５】
また、図６（ｂ）に示す振動モードは、２つの曲げ振動モードのうち他方の曲げ振動モード（Ｂモードと呼ぶ）を表している。このＢモードは、矩形の振動体１（弾性体４）の短辺方向（矢印Ｙ方向）における１次の屈曲振動であり、長辺方向（矢印Ｘ方向）と平行な２本の節を有している。
【００２６】
ここで、Ａモードにおける節と、Ｂモードにおける節は、ＸＹ平面内において略直交するようになっている。
【００２７】
また、突起部６は、Ｂモードの振動で腹となる位置の近傍に配置されており、Ｂモードの振動により矢印Ｚ方向で往復運動を行う。このように突起部６を配置することにより、突起部６を矢印Ｚ方向で最も大きく変位させることができる。
【００２８】
すなわち、上述したようにＡモードの節とＢモードの節を略直交させることにより、Ａモードの節の位置とＢモードの腹の位置とを一致させることができ、この位置に突起部６を配置することにより、突起部６の振動変位を最も大きくすることができ、高出力を得ることができるようになる。
【００２９】
そして、上述したように突起部６をＸ方向およびＺ方向で大きく変位させることにより、突起部６に接触する被駆動体に対して大きな駆動力を与えることができる。
【００３０】
なお、２つの突起部６を、弾性体４の中心を通るＸＺ平面又はＹＺ平面に対して対称に配置すれば、突起部６においてスライダ７（図７）から受ける反力を振動体１は偏り無く受けることができる。また、スライダ７と突起部６の相対位置関係が安定するため、環境や負荷の変動等の影響を受けずに振動体１の出力を安定させることができる。
【００３１】
上述したＡモードとＢモードの振動を所定の位相差で発生させることにより、突起部６の先端に楕円運動を発生させることができる。突起部６の先端には、図７に示すように、被駆動体であるスライダ７が加圧接触するようになっており、スライダ７は突起部６の楕円運動によって矢印Ｌ方向に移動することができる。
【００３２】
振動体１に上述のＡモードおよびＢモードの振動を発生させるために、従来技術と同様な考え方で圧電素子の電極パターンを構成すると、図８に示すような電極パターンになる。図８において、「＋」記号および「−」記号は分極方向を表す。
【００３３】
図８に示す圧電素子のうち電圧信号（Ｖａ）が接続されている４つの電極領域は、Ａモードの振動を発生させるための電極領域である。ＶａにＡモードの共振周波数付近の周波数の交流電圧を印加すると、ある瞬間には４つの電極領域のうち「＋」に分極処理された２つの電極領域（圧電素子）が伸びるとともに、「−」に分極処理された２つの電極領域（圧電素子）が縮むことになる。
【００３４】
また、別の瞬間には「＋」に分極処理された電極領域（圧電素子）が縮むとともに、「−」に分極処理された電極領域（圧電素子）が伸びることになる。この結果、Ａモードの振動が発生する。
【００３５】
一方、図８に示す圧電素子のうち電圧信号（Ｖｂ）が接続されている１つの電極領域は、Ｂモードの振動を発生させるための電極領域である。ＶｂにＢモードの共振周波数付近の周波数の交流電圧を印加すると、圧電素子の短辺方向（Ｙ方向）の中央部分が伸縮するため、振動体にはＢモードの振動が発生する。
【００３６】
ここで、ＶａとＶｂの交流電圧を位相の９０°ずれた同一の周波数（本実施形態では、ＡモードおよびＢモードの共振周波数付近の周波数）とすることにより、突起部６上に楕円運動が発生する。
【００３７】
図１は、本実施形態である圧電素子の電極パターンを示した図である。図１に示すように、圧電素子５には、この長手方向（Ｘ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。
【００３８】
圧電素子５の２つの電極領域のうち図１中右側に位置する電極領域には交流電圧（Ｖ１）が印加され、左側に位置する電極領域には交流電圧（Ｖ２）が印加される。
【００３９】
図１において、Ｖ１およびＶ２をＡ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、右側の電極領域の圧電素子が縮むとともに、左側の電極領域の圧電素子が伸びる。また、別の瞬間には逆の関係となる。この結果、振動体１にはＡモードの振動が発生することになる。
【００４０】
また、Ｖ１およびＶ２をＢ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。この結果、振動体１にはＢモードの振動が発生することになる。
【００４１】
なお、圧電素子５における２つの電極領域のうち一方の電極領域における分極方向を「＋」とし、他方の電極領域における分極方向を「−」とすることもできる。
【００４２】
この場合には、上記の２つの電極領域それぞれに、Ａ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（Ｖ１、Ｖ２）を印加することにより、振動体１にＡモードの振動を発生させることができる。また、上記の２つの電極領域それぞれに、Ｂ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（Ｖ１、Ｖ２）を印加することにより、振動体１にＢモードの振動を発生させることができる。
【００４３】
ここで、Ｖ１やＶ２と、ＡモードおよびＢモードとの関係について、図９を用いて説明する。
【００４４】
上述した図１を用いた説明によれば、「Ｖ１」と「−Ｖ２」のベクトルの合成がＡモードを示すベクトルとなり、「Ｖ１」と「Ｖ２」のベクトルの合成がＢモードを示すベクトルとなる。ここで、Ｖ１とＶ２の振幅（Ｖ１およびＶ２のベクトルの大きさ）を同じくし、位相差を０°と１８０°の間の位相差θ（０°＜θ＜１８０°）とすると、図９に示すように（Ｖ１＋Ｖ２）と（Ｖ１−Ｖ２）のベクトルが直交することがわかる。
【００４５】
これは、ＡモードとＢモードの振動が同時に発生し、かつ振動の位相差が９０°ずれていることを表している。この結果、弾性体４上の突起部６に楕円運動を発生させることができ、突起部６に接触させたスライダ７を駆動することが可能となる。
【００４６】
すなわち、Ｖ１およびＶ２の電圧振幅を同じとし、Ｖ１およびＶ２の位相差θを０°および１８０°以外とすれば、ＡモードとＢモードを同時に発生させることができ、振動の位相差は必ず９０°又は−９０°のいずれかになる。また、Ｖ１とＶ２の位相差θを変更することにより、ＡモードとＢモードの振幅を変更することができる。
【００４７】
以上説明したように、本実施形態によれば電極パターンを振動体１の長手方向で２等分した簡単な構成で、かつ各電極領域の分極方向が同一方向であるような圧電素子５を用いた振動体１であっても、振動体１の突起部６に楕円運動を発生させることができる。
【００４８】
このように電極パターンを簡単な構成とすることで、各電極領域に接続される配線を簡単な構成とすることができる。また、分極方向が圧電素子全域にわたって同一方向とすることで、分極方向が異なる圧電素子に比べて、分極処理を容易に行うことができるとともに、電極領域の境界付近における圧電素子の剛性が均一となり、理想的な振動を発生させることができる。
【００４９】
また、２つの曲げ振動モードを用いて被駆動体の駆動を行うことにより、曲げ振動及び縦振動の組み合わせによって被駆動体を駆動する振動波アクチュエータに比べて、固有周波数の上昇を抑えて振動波アクチュエータの小型化を図ることができる。
【００５０】
なお、本実施形態の振動型駆動装置では、２次の曲げ振動モード（Ａモード）と１次の曲げ振動モード（Ｂモード）の組み合わせにより被駆動体の駆動を行うように構成されているが、本発明はこれに限るものではない。
【００５１】
すなわち、Ｖ１とＶ２に位相差０°の交流電圧を印加した時に発生するモードと、Ｖ１とＶ２に位相差１８０°の交流電圧を印加した時に発生するモードの組み合わせによって楕円運動を発生できるものであれば、どのような曲げ振動モード（次数の異なる曲げ振動モード）を用いてもよい。
【００５２】
本実施形態では、図５や図７に示すように、弾性体４の上面に２つの突起部６を設けた振動体について説明したが、突起部６を配置する位置や数については適宜設定することができる。
【００５３】
例えば、図１８に示すように弾性体４の中央に１つの突起部６を設けたり、図２０に示すように弾性体４に４つの突起部６を設けたりすることができる。
【００５４】
図１８に示す振動体１’において、突起部６は、Ａモードの振動によって図１９（ａ）に示すようにＸ方向に往復運動するとともに、Ｂモードの振動によって図１９（ｂ）に示すようにＺ方向に往復運動する。そして、ＡモードおよびＢモードの組み合わせにより、突起部６の先端には楕円運動が生じ、これによりスライダ７が矢印Ｌ方向に移動する。
【００５５】
ここで、突起部６は、Ａモードの節の近傍に配置されているとともに、Ｂモードの腹の近傍に配置されているため、Ｘ方向およびＺ方向の変位が大きくなり、スライダ７に大きな駆動力を与えることができる。
【００５６】
また、図２０に示す振動体１”において、突起部６は、Ａモードの振動によって図２１（ａ）に示すようにＸ方向に往復運動するとともに、Ｂモードの振動によって図２１（ｂ）に示すようにＺ方向に往復運動する。そして、ＡモードおよびＢモードの組み合わせにより、突起部６の先端には楕円運動が生じ、これにより突起部６に接する不図示の被駆動体が駆動する。
【００５７】
ここで、４つの突起部６はそれぞれ、Ａモードの節の近傍に配置されているとともに、Ｂモードの腹の近傍に配置されているため、Ｘ方向およびＺ方向の変位が大きくなる。
【００５８】
また、本実施形態では、図７に示すように棒状に形成された被駆動体（スライダ７）を突起部６に接触させた場合について説明したが、本発明はこれに限るものではない。
【００５９】
具体的には、図２２（ａ）に示すように円盤状に形成された被駆動体７’を突起部６に接触させて、この被駆動体７’を矢印に示す方向に駆動させる構成の振動波アクチュエータとすることができる。また、図２２（ｂ）に示すように円環状に形成された被駆動体７”を突起部６に接触させて、この被駆動体７”を矢印に示す方向に駆動させる構成の振動波アクチュエータとすることができる。
【００６０】
（第２実施形態）
上述した第１実施形態では、矩形状の弾性体および圧電素子を有する振動体において、単純な２分割構造の電極を有する圧電素子に印加する交流電圧（Ｖ１、Ｖ２）の位相差を０°および１８０°以外の位相差にすることにより、振動体の突起部に楕円運動を発生させることが可能であることを説明した。
【００６１】
本発明の第２実施形態では、第１実施形態で説明した振動波アクチュエータの制御方法に関して説明する。振動波アクチュエータの構造については、上述した第１実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００６２】
本実施形態では、第１実施形態の振動波アクチュエータを、ビデオカメラのレンズユニットにおける駆動源として用いたものである。図１０に、レンズユニットの断面図（光軸と直交する方向における断面図）を示す。
【００６３】
図１０において、８はレンズ鏡筒である。９はレンズ（撮影レンズ）であり、フレーム１０によって保持されている。１１はシャフトであり、レンズ９が光軸方向（図１０の紙面と直交する方向）に移動する際のガイドとして使用されている。ここで、レンズ９が光軸方向に移動することによって、撮影光学系の焦点距離を変更することができるようになっている。
【００６４】
１２は第１実施形態で説明した振動波アクチュエータの振動体であり、突起部６がフレーム１０に設けられたスライダ７と接触するような構成となっている。
【００６５】
１３および１４はレンズ９の光軸方向における位置を検出するための公知のエンコーダである。エンコーダスケール１３に対して投受光素子１４で光を照射し、エンコーダスケール１３からの反射光を投受光素子１４で読み取ることによってレンズ９の位置情報が検出される。
【００６６】
次に、上述した振動波アクチュエータの制御方法について説明する。図１１は本実施形態における制御装置を説明するためのブロック図である。
【００６７】
図１１において、１５は振動波アクチュエータである。振動波アクチュエータ１５によって駆動されるレンズ９の位置情報はエンコーダ１６（図１０の１３、１４）および位置カウンタ１７によって計測される。位置カウンタ１７で計測されたレンズ９の位置情報は、位置比較部１８において外部から入力された位置指令と比較される。この比較結果は位相差選択部１９および周波数決定部２０に入力される。
【００６８】
第１実施形態で説明したように、振動波アクチュエータ１５（圧電素子）の２つの電極に印加する２相の交流電圧（Ｖ１、Ｖ２）の振幅を同一とし、かつ交流電圧の位相差θを０°および１８０°以外にすることにより、振動体１２には９０°位相のずれたＡモードおよびＢモードの振動が発生する。
【００６９】
ここで、Ｖ１に対するＶ２の位相差θが任意の値（０°〜１８０°）であるときのＡモードの振幅（Ａａ）およびＢモードの振幅（Ａｂ）の大きさは下記式（１）、（２）によって求められる。
【００７０】
Ａａ＝｜２×ｃｏｓ（（π−θ）／２）｜  ・・・（１）
Ａｂ＝｜２×ｃｏｓ（θ／２）｜  ・・・（２）
上記式（１）、（２）によって求めたＡモードおよびＢモードの振動振幅とＶ１およびＶ２の位相差θの関係を図１２に示す。図１２において、横軸は位相差θ、縦軸は振動モード（ＡモードおよびＢモード）の振幅の大きさを示している。また、Ａモードに対するＢモードの振動の位相差は、Ｖ１とＶ２の位相差１８０°を境に９０°と−９０°が入れ替わる。すなわち、Ｖ１とＶ２の位相差１８０°を境として、この両側（図中の＋方向、−方向）で被駆動体（スライダ７）の駆動方向が逆になる。
【００７１】
ここで、位置比較部１８において、位置カウンタ１７から得られるレンズ９の位置情報と外部から指令されるレンズ９の目標位置（停止位置）とを比較することにより、振動波アクチュエータによるスライダ７の駆動方向が決定される。そして、この決定された駆動方向に応じて、Ｖ１とＶ２の位相差θを位相差選択部１９で選択している。すなわち、位相差選択部１９では、スライダ７の駆動方向を＋方向としたいときはＶ１に対するＶ２の位相差θを９０°に、駆動方向を−方向としたいときには位相差θを２７０°としている。
【００７２】
なお、９０°および２７０°以外の位相差θであってもレンズ９を駆動することは可能であるが、本実施形態ではＡモードおよびＢモードの振幅が均等に発生するときの位相差θである９０°および２７０°を選択している。
【００７３】
次に、駆動周波数の制御に関して述べる。振動波アクチュエータ１５に印加する交流電圧（Ｖ１、Ｖ２）の周波数と駆動速度の関係は、一般的な共振を利用した振動波モータと同様であり、図１３に示すように、共振周波数（ｆｒ）を速度のピークとし、ｆｒよりも高周波数側ではなだらかに駆動速度が減少し、かつ低周波側では急激に駆動速度が減少するような特性となる。
【００７４】
この特性において駆動速度の制御を行う場合には、共振周波数（ｆｒ）よりも高い周波数領域での周波数で駆動制御を行うことになる。
【００７５】
位置比較部１８では、位置カウンタ１７の出力に基づくレンズ９の現在位置と外部から入力された目標位置との偏差が計測されている。周波数決定部２０では、上記の偏差が大きいときは駆動周波数を共振周波数（ｆｒ）に近づけることにより、駆動速度が速くなるようにしている。また、上記の偏差が小さいときは駆動周波数を共振周波数（ｆｒ）から高周波数側に遠ざけることにより、駆動速度が遅くなるようにしている。
【００７６】
なお、レンズ９の位置の偏差が所定の範囲以内となった場合は、振動波アクチュエータに交流電圧（Ｖ１、Ｖ２）を印加しないように構成してもよい。
【００７７】
駆動信号生成回路２１では、位相差選択部１９で選択された位相差θで、かつ周波数決定部２０で決定された周波数となるような２相の信号（Ｖ１、Ｖ２に対応）を生成している。この２相の信号は昇圧回路２２によって振動波アクチュエータが動作可能な電圧まで昇圧される。
【００７８】
昇圧された交流電圧（Ｖ１、Ｖ２）は、振動波アクチュエータ１５（圧電素子）に印加されることになる。これにより、レンズ９が目標位置まで速やかに移動するようなレンズユニットを構成することができる。
【００７９】
（第３実施形態）
第２実施形態では、レンズ９の現在位置と目標位置の差に応じて振動波アクチュエータに印加する交流電圧（Ｖ１、Ｖ２）の周波数を変化させることにより駆動速度を変化させていた。また、印加電圧Ｖ１、Ｖ２の位相差θは被駆動体（スライダ７）の駆動方向に応じて９０°または２７０°のいずれかを選択していた。
【００８０】
この場合、振動体の突起部（図５の６）に発生する楕円運動は、図１４に示すように楕円運動の横方向振幅であるＡモードと縦方向振幅であるＢモードの振幅比率は変化せずに、振幅の大きさが異なるような駆動状態となる。
【００８１】
レンズ９をより低速で駆動させたい場合において、上述した第２実施形態のような駆動方法ではＢモード振幅が小さくなりすぎるため（図１４（ｂ））に、突起部６が楕円運動の下側、すなわち、スライダ７の送り方向とは逆方向の運動時にもスライダ７に接触してしまい、安定した低速駆動が行えないという事態が生じてしまう場合も考えられる。
【００８２】
本発明の第３実施形態は、上述した第２実施形態をさらに改善したものであり、低速駆動を安定して実現するためのものである。以下、その制御方法に関して説明する。
【００８３】
なお、本実施形態において、振動波アクチュエータの構成は第１実施形態で説明した振動波アクチュエータの構成と同様であり、この振動波アクチュエータを第２実施形態で説明したレンズユニットに搭載した場合について説明する。
【００８４】
振動波アクチュエータを低速で安定して駆動するためには、スライダ７を突き上げる方向の振動であるＢモードの振幅を大きくし、スライダ７の送り方向の振動であるＡモードの振幅を小さくすることが考えられる。
【００８５】
例えば、図１５に示すように、高速駆動時と低速駆動時において、Ｂモードの振幅を一定にしておき、Ａモードの振幅を変化させることによりスライダ７の駆動速度の制御を行えば、高速駆動から低速駆動までの広い領域でスライダ７を安定して駆動することが可能となる。
【００８６】
図１６は本実施形態における制御装置を説明するためのブロック図である。第２実施形態で説明した制御装置（図１１のブロック図）と異なる点は、位相差決定部２３および振幅決定部２４が設けられている点である。それ以外の構成に関しては第２実施形態と同様である。
【００８７】
本実施形態では振動波アクチュエータに印加する交流電圧Ｖ１、Ｖ２の周波数を共振周波数（ｆｒ）付近の所定の周波数に固定しておき、Ｖ１およびＶ２の位相差θおよび振幅を操作することにより駆動速度を制御する。
【００８８】
第２実施形態で述べたように、振動波アクチュエータにおける圧電素子の電極に印加する電圧（Ｖ１、Ｖ２）の位相差θに対するＡモードおよびＢモードの振幅の関係は図１２に示すような関係となるが、これは位相差θが０°〜１８０°の範囲内においてＶ１およびＶ２の電圧振幅を一定とした場合である。
【００８９】
この場合、図１２の破線で示すようにＢモードの振動が位相差θによって変化してしまう。そこで、本実施形態では、位相差θに応じて印加電圧（Ｖ１、Ｖ２）の振幅を変更することによりＢモードの振幅を一定としている。
【００９０】
図１７は、Ｂモードの振幅が一定となるように、Ｖ１とＶ２の位相差θに応じて印加電圧（Ｖ１、Ｖ２）の振幅を変化させたときの振動振幅の様子を示す。図１７の丸印のマークを結んだ線上における電圧振幅は、図１２に示すＢモードの振幅の逆数に比例した値であり、Ｂモードの振幅の変化を補正するものである。すなわち、位相差θに応じて下記式（３）で求められる係数（Ｋ）を掛けてＶ１およびＶ２の電圧振幅とする。
【００９１】
Ｋ＝｜１／（２×ｃｏｓ（θ／２））｜  ・・・（３）
上記式（３）を用いて求められた電圧振幅は、図１７の丸印のマークで示したような関係となる。この振幅の電圧（Ｖ１およびＶ２）を圧電素子の２つの電極に印加することによって、Ｂモードの振幅は図中の点線で示すように一定の振幅となる。
【００９２】
この時、Ａモードの振幅は、図１７の実線で示すように、位相差θが０°から１８０°に向かって増加するとともに、１８０°から３６０°に向かって減少するような特性となる。なお、図１２と同様に、位相差１８０°を境界として図１７の右側（−方向）と左側（＋方向）では駆動方向が逆になる。
【００９３】
本実施形態では、以上に述べた特性を利用して、次のような駆動制御を行う。
【００９４】
まず、レンズ９の現在位置と目標位置との比較を位置比較部１８において行う。位相差決定部２３では、位置比較部１８での比較結果に基づいて駆動方向を決定し、Ｖ１とＶ２の位相差θを１８０°より小さい領域（図１７の＋方向の領域）での値とするか、１８０°より大きい領域（図１７の−方向の領域）での値とするかを決定する。
【００９５】
また、位相差決定部２３において、レンズ９の現在位置と目標位置の距離に応じた速度となるように位相差θを決定する。
【００９６】
例えば、レンズ９（スライダ７）を＋方向に駆動する場合であって、駆動速度を高速とする場合には、位相差θが１８０°よりも小さい領域の中で、位相差θが大きい値となるように決定する。駆動速度を低速とする場合には、位相差が１８０°よりも小さい領域の中で、位相差θが小さい値となるように決定する。位相差θが１８０°よりも小さい側の領域では、Ｂモードの振幅が一定であるとともに、位相差θが０°から１８０°に近づくにつれてＡモードの振幅が大きくなるため、低速駆動から高速駆動までを安定して行うことができる。
【００９７】
また、レンズ９（スライダ７）を−方向に駆動する場合であって、駆動速度を高速とする場合には、位相差θが１８０°よりも大きい領域の中で、位相差θが小さい値となるように決定する。駆動速度を低速とする場合には、位相差が１８０°よりも大きい領域の中で、位相差θが大きい値となるように決定する。位相差θが１８０°よりも大きい側の領域では、Ｂモードの振幅が一定であるとともに、位相差θが３６０°から１８０°に近づくにつれてＡモードの振幅が大きくなるため、低速駆動から高速駆動までを安定して行うことができる。
【００９８】
位相差決定部２３で位相差θが決定された後に、振幅決定部２４において、決定された位相差θに対応した電圧振幅（図１７の丸印マークを結ぶ線上の値）を決定する。電圧振幅を決定する際には、位相差θから上記演算式（３）によって求めてもよいし、あらかじめ複数の位相差θと電圧振幅の関係を記憶回路に記憶しておくことによって求めてもよい。
【００９９】
位相差決定部２３で位相差θの値が決定され、振幅決定部２４で電圧振幅が決定されると、これらのデータが駆動信号生成回路２１に入力され、この入力に応じた信号が生成される。そして、昇圧回路２２で昇圧された電圧（Ｖ１、Ｖ２）が振動波アクチュエータの圧電素子に印可される。
【０１００】
上述した駆動制御の結果、振動波アクチュエータの振動のうち、スライダ７に対する突き上げ方向の振動であるＢモードの振動振幅を一定の状態とし、Ａモードの振動振幅を変化させることができるので、スライダ７の駆動速度を高速から低速まで幅広く安定して動作させることができる。
【０１０１】
以上説明した各実施形態は、以下に示す各発明を実施した場合の一例でもあり、下記の各発明は上記各実施形態に様々な変更や改良が加えられて実施されるものである。
【０１０２】
〔発明１〕  弾性体と、少なくとも２つの電極を有し、この２つの電極に同一周波数の２相の駆動電圧が印加されることで前記弾性体に振動を励起する電気−機械エネルギ変換素子とを備えた振動体と、
前記弾性体と接触する被駆動体とを有する振動型駆動装置であって、
前記振動体は、同位相となる前記２相の駆動電圧の入力を受けて第１の曲げ振動モードを形成するとともに、逆位相となる前記２相の駆動電圧の入力を受けて第２の曲げ振動モードを形成することが可能であり、
前記第１の曲げ振動モードおよび前記第２の曲げ振動モードの組み合わせによって前記振動体および前記被駆動体を相対的に駆動することを特徴とする振動型駆動装置。
【０１０３】
上記発明１の振動型駆動装置では、同位相となる２相の駆動電圧を２つの電極に入力することによって形成される第１の曲げ振動モードと、逆位相となる２相の駆動電圧を２つの電極に入力することによって形成される第２の曲げ振動モードとを組み合わせることで、振動体および被駆動体を相対的に駆動することができる。すなわち、２相の駆動電圧の位相差を同位相および逆位相間の値に設定することで、振動体に、第１の曲げ振動モードおよび第２の曲げ振動モードを組み合わせた曲げ振動モードを発生させることができ、この曲げ振動モードによって弾性体の所定の質点に楕円運動を生じさせて振動体および被駆動体を相対的に駆動することができる。
【０１０４】
上述した振動型駆動装置の構成によれば、従来技術に比べて電気−機械エネルギ変換素子の電極パターンを簡単な構成とすることができる。また、単一の圧電素子を用いることができるため、積層圧電素子に比べて簡単な構成とすることができる。
【０１０５】
〔発明２〕  前記２つの電極は、この分極方向が同一方向となるように分極処理されていることを特徴とする前記発明１に記載の振動型駆動装置。
【０１０６】
上記発明２によれば、２つの電極における分極方向を同一方向とすることで、各電極における分極処理を容易に行うことができる。しかも、２つの電極間における電気−機械エネルギ変換素子の剛性が変化すること（剛性のムラ）がなくなるため、理想的な振動を発生させることができる。
【０１０７】
〔発明３〕  前記弾性体が矩形状に形成されており、
前記第１の曲げ振動モードが前記振動体の長手方向と直交する方向における１次の振動モードであるとともに、前記第２の曲げ振動モードが前記振動体の長手方向における２次の振動モードであることを特徴とする前記発明１又は２に記載の振動型駆動装置。
【０１０８】
〔発明４〕  前記発明１から３のいずれかに記載の振動型駆動装置と、この振動型駆動装置の駆動を制御する制御装置とを有する制御システムであって、
前記制御装置は、前記２相の駆動電圧の位相差を変更することで前記振動体および前記被駆動体の相対的な駆動方向を変更するとともに、共振周波数よりも高周波数側の領域内において、前記駆動電圧の周波数を変更することで前記振動体および前記被駆動体の相対的な駆動速度を変更することを特徴とする制御システム。
【０１０９】
〔発明５〕  前記発明１から３のいずれかに記載の振動型駆動装置と、この振動型駆動装置の駆動を制御する制御装置とを有する制御システムであって、
前記制御装置は、前記２相の駆動電圧の位相差および振幅に基づいて前記振動体および前記被駆動体の相対的な駆動速度を制御することを特徴とする制御システム。
【０１１０】
〔発明６〕  前記発明１から３のいずれかに記載の振動型駆動装置と、この振動型駆動装置の駆動を制御する制御装置とを有する制御システムであって、
前記制御装置は、前記２相の駆動電圧の位相差の変化に対して、前記第１の曲げ振動モードおよび前記第２の曲げ振動モードのうち一方の曲げ振動モードにおける振動振幅が一定になるとともに、他方の曲げ振動モードにおける振動振幅が変化するように前記駆動電圧の振幅を設定可能であり、前記２相の駆動電圧の位相差を変化させることによって前記振動体および前記被駆動体の相対的な駆動速度又は駆動方向を変化させることを特徴とする制御システム。
【０１１１】
上記発明６によれば、例えば、２相の駆動電圧の位相差を変化させることによって、被駆動体の突き上げ方向における振動振幅を一定にするとともに、被駆動体の駆動方向（送り方向）における振動振幅を変化させることができるため、高速駆動から低速駆動までの幅広い範囲において、安定して被駆動体を駆動することができる。
【０１１２】
【発明の効果】
本発明によれば、２つの曲げ振動モードを発生させて振動体および被駆動体を相対的に駆動する振動型駆動装置において、電気−機械エネルギ変換素子の電極を簡単な構成とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態における圧電素子の電極パターンを示す図。
【図２】従来技術の振動体における振動モードを示す図。
【図３】従来技術における圧電素子の電極パターンを示す図。
【図４】従来技術における圧電素子の電極パターンを示す図。
【図５】本実施形態における振動体の外観斜視図。
【図６】本実施形態の振動体における振動モードを示す図。
【図７】本実施形態である振動波アクチュエータの外観斜視図。
【図８】従来の考え方による圧電素子の電極パターンを示す図。
【図９】圧電素子への印加電圧と振動モードとの関係をベクトルで示した図。
【図１０】第２実施形態におけるレンズユニットの機構を示す図。
【図１１】第２実施形態における制御ブロック図。
【図１２】印加電圧の位相差と振動振幅の関係を示す図。
【図１３】振動波アクチュエータの駆動周波数と駆動速度の関係を示す図。
【図１４】振動波アクチュエータにおける突起部の楕円運動を説明する図。
【図１５】振動波アクチュエータにおける突起部の楕円運動を説明する図。
【図１６】本発明の第３実施形態における制御ブロック図。
【図１７】印加電圧の位相差と振動振幅の関係を示す図。
【図１８】第１実施形態の変形例である振動波アクチュエータの外観斜視図。
【図１９】振動体の振動モードを示す図。
【図２０】第１実施形態の変形例である振動波アクチュエータの外観斜視図。
【図２１】振動体の振動モードを示す図。
【図２２】第１実施形態の変形例である振動波アクチュエータの外観斜視図。
【符号の説明】
４：弾性体、５：圧電素子、６：突起部、７、７’、７”：スライダ
８：レンズ鏡筒、９：レンズ、１０：フレーム、１１：シャフト
１２、１５：振動波アクチュエータ、１３：エンコーダスケール
１４：投受光素子、１６：エンコーダ
１７：位置カウンタ、１８：位置比較部、１９：位相差選択部
２０：周波数決定部、２１：駆動信号生成回路、２２：昇圧回路
２３：位相差決定部、２４：振幅決定部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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