JP2017127128A - Control method of vibration actuator, vibration driver and electronic apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、振動体と被駆動体とを加圧接触させ、振動体に励起させた振動によって振動体が被駆動体を摩擦駆動することによって生じる振動体と被駆動体と相対的な移動が駆動力として出力される振動型アクチュエータの制御方法に関する。 In the present invention, the relative movement between the vibrating body and the driven body is caused when the vibrating body and the driven body are brought into pressure contact, and the vibrating body frictionally drives the driven body by the vibration excited by the vibrating body. The present invention relates to a method for controlling a vibration type actuator that is output as a driving force.
電気−機械エネルギ変換素子と弾性体とが接合されてなる振動体に、電気−機械エネルギ変換素子に交流信号を印加することによって同形の屈曲モードの振動を発生させ、振動体に加圧接触する被駆動体を摩擦駆動する振動型アクチュエータが知られている。その一例について図１２を参照して説明する。 By applying an alternating current signal to the electro-mechanical energy conversion element, the vibration body formed by joining the electro-mechanical energy conversion element and the elastic body generates vibration of the same shape and press-contacts the vibration body. A vibration type actuator that frictionally drives a driven body is known. An example thereof will be described with reference to FIG.
図１２（ａ）は、振動型アクチュエータ２００の概略構造を示す分解斜視図である。図１２（ｂ）は、振動型アクチュエータ２００の外観斜視図である。振動型アクチュエータ２００は、第１の弾性体２０１、圧電素子２０２、フレキシブル基板２０３、下ナット２０４、第２の弾性体２０５及びシャフト２０６を備える。また、振動型アクチュエータ２００は、被駆動体２０７、接触バネ２０８、ギア２０９、コイルバネ２１０、固定部材２１１及び上ナット２１２を備える。 FIG. 12A is an exploded perspective view showing a schematic structure of the vibration type actuator 200. FIG. 12B is an external perspective view of the vibration type actuator 200. The vibration type actuator 200 includes a first elastic body 201, a piezoelectric element 202, a flexible substrate 203, a lower nut 204, a second elastic body 205, and a shaft 206. The vibration type actuator 200 includes a driven body 207, a contact spring 208, a gear 209, a coil spring 210, a fixing member 211, and an upper nut 212.
第１の弾性体２０１は、金属等の振動減衰損失の小さい材料で構成された円板状の部材である。第１の弾性体２０１と電気−機械エネルギ変換素子である圧電素子２０２は、振動体２２０を構成する。フレキシブル基板２０３は、不図示の駆動電源と圧電素子２０２を電気的に接続する。駆動電源からフレキシブル基板２０３を介して圧電素子２０２に駆動信号を印加することにより、所定の振動モードで振動体２２０を励振することができる。下ナット２０４は、シャフト２０６の下端に形成されたネジ部と嵌合する。シャフト２０６は、第１の弾性体２０１、圧電素子２０２、フレキシブル基板２０３及び第２の弾性体２０５の中心部に設けられた貫通孔に挿入される。シャフト２０６のスラスト方向の概ね中央部には段差が設けられ、この段差が第２の弾性体２０５の内壁に設けられた段差に突き当たる。また、シャフト２０６の下ナット２０４側の先端部にはネジ山が形成されており、このネジ山を締結部材である下ナット２０４と螺合させる。これにより、第２の弾性体２０５、第１の弾性体２０１、圧電素子２０２及びフレキシブル基板２０３は、シャフト２０６と下ナット２０４によりシャフト２０６のスラスト方向に締め付けられて固定される。 The first elastic body 201 is a disk-shaped member made of a material having a small vibration attenuation loss such as metal. The first elastic body 201 and the piezoelectric element 202 that is an electro-mechanical energy conversion element constitute a vibrating body 220. The flexible substrate 203 electrically connects a driving power source (not shown) and the piezoelectric element 202. By applying a drive signal from the drive power source to the piezoelectric element 202 via the flexible substrate 203, the vibrator 220 can be excited in a predetermined vibration mode. The lower nut 204 is fitted with a screw portion formed at the lower end of the shaft 206. The shaft 206 is inserted into a through hole provided at the center of the first elastic body 201, the piezoelectric element 202, the flexible substrate 203, and the second elastic body 205. A step is provided at a substantially central portion in the thrust direction of the shaft 206, and this step hits a step provided on the inner wall of the second elastic body 205. Further, a screw thread is formed at the tip of the shaft 206 on the lower nut 204 side, and this thread is screwed into the lower nut 204 as a fastening member. Accordingly, the second elastic body 205, the first elastic body 201, the piezoelectric element 202, and the flexible substrate 203 are fastened and fixed in the thrust direction of the shaft 206 by the shaft 206 and the lower nut 204.
被駆動体２０７の下部には、バネ性を有する接触バネ２０８が形成されている。第１の弾性体２０１の表面（圧電素子２０２が接合されている面の反対側の面）は、接触バネ２０８と加圧接触して、第１の弾性体２０１による摩擦駆動力を受ける。ギア２０９は、被駆動体２０７の回転出力を外部に取り出すための部品であり、被駆動体２０７の回転軸方向の移動を許容し、被駆動体２０７と一体的に回転するように被駆動体２０７と嵌合している。加圧手段であるコイルバネ２１０は、被駆動体２０７のバネ受け部とギア２０９との間に配置され、被駆動体２０７を第１の弾性体２０１の方向に押し下げるように付勢している。ギア２０９は、シャフト２０６と結合した固定部材２１１に軸支されている。また、シャフト２０６のスラスト方向の位置は、固定部材２１１によって規制されている。シャフト２０６における上ナット２１２側の先端部にもネジ山が形成されており、このネジ山を上ナット２１２に螺合させることで、固定部材２１１に対してシャフト２０６が固定される。固定部材２１１には、振動型アクチュエータ２００を所望の場所に取り付けるためのネジ穴が設けられている。 A contact spring 208 having a spring property is formed below the driven body 207. The surface of the first elastic body 201 (the surface opposite to the surface to which the piezoelectric element 202 is bonded) is in pressure contact with the contact spring 208 and receives the frictional driving force by the first elastic body 201. The gear 209 is a component for taking out the rotational output of the driven body 207 to the outside. The gear 209 allows the driven body 207 to move in the rotation axis direction and rotates integrally with the driven body 207. 207 is fitted. The coil spring 210 as a pressurizing means is disposed between the spring receiving portion of the driven body 207 and the gear 209 and urges the driven body 207 so as to push it down toward the first elastic body 201. The gear 209 is pivotally supported by a fixing member 211 coupled to the shaft 206. Further, the position of the shaft 206 in the thrust direction is regulated by the fixing member 211. A thread is also formed at the tip of the shaft 206 on the upper nut 212 side, and the shaft 206 is fixed to the fixing member 211 by screwing the thread onto the upper nut 212. The fixing member 211 is provided with a screw hole for attaching the vibration type actuator 200 to a desired place.
振動型アクチュエータ２００では、進行性の振動波（楕円運動）が第１の弾性体２０１の表面に励起される。したがって、第１の弾性体２０１の表面に接触バネ２０８を加圧接触させることで、接触バネ２０８、被駆動体２０７、コイルバネ２１０及びギア２０９がシャフト２０６を回転中心軸として一体的に回転する。ギア２０９の回転出力を用いて、オートフォーカスレンズやズームレンズを駆動するデジタルカメラ等の撮像装置が製品化されている。 In the vibration type actuator 200, a progressive vibration wave (elliptical motion) is excited on the surface of the first elastic body 201. Therefore, by bringing the contact spring 208 into pressure contact with the surface of the first elastic body 201, the contact spring 208, the driven body 207, the coil spring 210, and the gear 209 rotate integrally with the shaft 206 as the rotation center axis. An imaging device such as a digital camera that drives an autofocus lens or a zoom lens using the rotation output of the gear 209 has been commercialized.
撮像装置には、高速で被写体を捕らえる撮影シーンとゆっくりと被写***置がずれていく撮影シーンの双方に対応可能なレンズ駆動特性が求められており、特に安定した低速駆動性能が強く求められている。このような要求に応えるためには、レンズ駆動に用いられる振動型アクチュエータには、高速と低速の速度比で１０倍以上のレンジを持つことが必要とされる。上述した振動型アクチュエータ２００で低速駆動を実現する方法としては、振動振幅が小さくなる高周波数領域で駆動するか、駆動電圧を下げると共にパルス幅を小さくする方法等が考えられる（特許文献１参照）。 Imaging devices are required to have lens drive characteristics that can handle both shooting scenes that capture a subject at high speed and shooting scenes in which the subject position slowly shifts, and there is a strong demand for stable low-speed driving performance. . In order to meet such a demand, the vibration type actuator used for driving the lens is required to have a range of 10 times or more in the speed ratio between the high speed and the low speed. As a method of realizing low-speed driving with the vibration type actuator 200 described above, a method of driving in a high frequency region where the vibration amplitude becomes small, or a method of reducing the driving voltage and reducing the pulse width can be considered (see Patent Document 1). .
図１３は、振動型アクチュエータ２００の個体ごとの駆動特性差を説明する図である。振動型アクチュエータ２００では、同形の振動モードの振動を振動体２２０に励起し、第１の弾性体２０１における接触バネ２０８との接触面に進行性の振動を発生させる。振動型アクチュエータ２００の低速駆動時に第１の弾性体２０１に励起される振動の振幅は小さい。そのため、駆動周波数を固定して振動型アクチュエータ２００のサンプルａ，ｂ，ｃをそれぞれ駆動したときに、サンプルａ〜ｃの構造的な個体差に起因して、図１３に示すように、個体ごとに異なる速度ムラが発生してしまう。また、同一サンプルを異なる制御回路で駆動した場合でも、制御回路の電子部品や電機部品の個体差が原因となって、駆動特性に差が生じ得る。振動型アクチュエータ２００及びその制御回路の個体差が大きいと、製品として利用可能かを選別する作業が必要となり、製造歩留りも低下してしまう。 FIG. 13 is a diagram illustrating the drive characteristic difference for each vibration actuator 200. In the vibration type actuator 200, vibration of the same vibration mode is excited in the vibration body 220, and a progressive vibration is generated on the contact surface of the first elastic body 201 with the contact spring 208. The vibration amplitude excited by the first elastic body 201 when the vibration type actuator 200 is driven at a low speed is small. Therefore, when the samples a, b, and c of the vibration type actuator 200 are driven with the driving frequency fixed, due to the structural individual differences between the samples a to c, as shown in FIG. Different speed unevenness occurs. Further, even when the same sample is driven by different control circuits, there may be differences in drive characteristics due to individual differences in electronic components and electrical components of the control circuit. If there is a large individual difference between the vibration type actuator 200 and its control circuit, it is necessary to select whether it can be used as a product, and the manufacturing yield will also be reduced.
本発明は、振動型アクチュエータの個体ごとに速度ムラの発生を抑制して安定した駆動特性を得ることができる振動型アクチュエータの制御方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a control method of a vibration type actuator that can suppress the occurrence of speed unevenness for each vibration type actuator and obtain stable drive characteristics.
本発明に係る振動型アクチュエータの制御方法は、弾性体に電気−機械エネルギ変換素子が接合されてなる振動体と、前記振動体と加圧接触する被駆動体とを備え、前記電気−機械エネルギ変換素子に所定の駆動信号を印加することによって前記振動体に励起された振動により前記振動体と前記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の制御方法であって、前記駆動信号の時間的な位相差を所定の範囲で変えて前記電気−機械エネルギ変換素子に印加して前記振動型アクチュエータを駆動し、前記位相差ごとに前記振動体と前記被駆動体との相対的な移動速度の速度変動幅を検出する検出ステップと、前記速度変動幅が最小となるときの前記駆動信号の位相差を決定する決定ステップと、前記駆動信号を前記決定した位相差に設定して前記電気−機械エネルギ変換素子に印加することにより前記振動型アクチュエータの通常駆動を行う駆動ステップと、を有することを特徴とする。 The control method of the vibration type actuator according to the present invention includes a vibrating body in which an electro-mechanical energy conversion element is joined to an elastic body, and a driven body that is in pressure contact with the vibrating body, and the electro-mechanical energy. A control method of a vibration type actuator that relatively moves the vibrating body and the driven body by vibration excited by the vibrating body by applying a predetermined driving signal to a conversion element, A temporal phase difference is changed within a predetermined range and applied to the electro-mechanical energy conversion element to drive the vibration type actuator, and relative movement between the vibrating body and the driven body is performed for each phase difference. A detection step for detecting a speed fluctuation range of the speed; a determination step for determining a phase difference of the drive signal when the speed fluctuation range becomes a minimum; and the drive signal to the determined phase difference. And having a driving step of performing a normal driving of the vibration type actuator by applying a mechanical energy transducer element - the constant to the electric.
本発明によれば、振動型アクチュエータの個体ごとに、速度ムラを抑制した安定した駆動が可能になる。これにより、ひいては振動型アクチュエータの製造歩留りを向上させることが可能となる。 According to the present invention, it is possible to perform stable driving while suppressing speed unevenness for each vibration actuator. As a result, the production yield of the vibration type actuator can be improved.
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。ここでは、図１２を参照して説明した振動型アクチュエータ２００の駆動制御を行うための制御回路と制御方法について説明することとする。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Here, a control circuit and a control method for performing drive control of the vibration type actuator 200 described with reference to FIG. 12 will be described.
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の実施形態に係る振動型駆動装置を構成する、振動型アクチュエータ２００の駆動制御を行うための制御回路の概略構成を示すブロック図である。なお、本実施形態において、振動型駆動装置とは、振動型アクチュエータ２００と、振動型アクチュエータ２００の駆動制御を行う制御回路を含むものと定義する。振動型アクチュエータ２００の構成については、説明済みであるため、ここでの説明を省略する。制御回路は、ＭＰＵ３２、第１のスイッチング回路３３ａ、第２のスイッチング回路３３ｂ、発振器３４、位置検出センサ３５、電源３６、第１の差動増幅器３７、第２の差動増幅器３８及び位相差検出回路３９を備える。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a control circuit for performing drive control of a vibration type actuator 200 that constitutes a vibration type drive device according to an embodiment of the present invention. In the present embodiment, the vibration type driving device is defined as including the vibration type actuator 200 and a control circuit that performs drive control of the vibration type actuator 200. Since the configuration of the vibration type actuator 200 has been described, the description thereof is omitted here. The control circuit includes an MPU 32, a first switching circuit 33a, a second switching circuit 33b, an oscillator 34, a position detection sensor 35, a power source 36, a first differential amplifier 37, a second differential amplifier 38, and a phase difference detection. A circuit 39 is provided.
ＭＰＵ３２は、マイクロコンピュータであり、プログラムを格納するＲＯＭ、プログラムの展開領域及びパラメータや演算結果を記憶するＲＡＭ、プログラムを実行するＣＰＵ等を有する。ＭＰＵ３２は、プログラムを実行することにより、制御回路を構成する各種の電子部品及び電機部品の動作を制御することによって、振動型アクチュエータ２００の全体的な駆動を制御する。後述する図８及び図１０に示す各フローチャートの各処理は、このようなＭＰＵ３２の機能によって実現される。発振器３４は、ＭＰＵ３２の指令値に基づいて第１の振動モードの駆動信号と第２の振動モードの駆動信号を、位相差を０〜３６０°の範囲で変えて、発生させることができる。なお、第１の振動モードと第２の振動モードの詳細については後述する。 The MPU 32 is a microcomputer, and includes a ROM that stores a program, a program development area, a RAM that stores parameters and calculation results, and a CPU that executes the program. The MPU 32 controls the overall driving of the vibration type actuator 200 by controlling the operations of various electronic components and electrical components that constitute the control circuit by executing a program. Each process of each flowchart shown in FIG. 8 and FIG. 10 described later is realized by such a function of the MPU 32. The oscillator 34 can generate the drive signal for the first vibration mode and the drive signal for the second vibration mode based on the command value of the MPU 32 by changing the phase difference in the range of 0 to 360 °. Details of the first vibration mode and the second vibration mode will be described later.
第１のスイッチング回路３３ａは、第１の振動モードの駆動信号を電源電圧でスイッチングする回路であり、圧電素子２０２に印加する１組の交流電圧である駆動信号Ａ，Ａ´を出力する。第１のスイッチング回路３３ａは、インダクタンス４１との組み合わせにより、スイッチング電圧を昇圧効果により増幅する回路となっている。第２のスイッチング回路３３ｂは、第２の振動モードの駆動信号を電源電圧でスイッチングする回路であり、圧電素子２０２に印加する１組の交流電圧である駆動信号Ｂ，Ｂ´を出力する。第２のスイッチング回路３３ｂは、インダクタンス４２との組み合わせにより、スイッチング電圧を昇圧効果により増幅する回路となっている。電源３６は、第１のスイッチング回路３３ａ及び第２のスイッチング回路３３ｂに電圧を供給する電池やＡＣアダプタ等である。 The first switching circuit 33 a is a circuit that switches the drive signal in the first vibration mode with a power supply voltage, and outputs drive signals A and A ′ that are a set of AC voltages applied to the piezoelectric element 202. The first switching circuit 33 a is a circuit that amplifies the switching voltage by the boosting effect by combination with the inductance 41. The second switching circuit 33 b is a circuit that switches the drive signal in the second vibration mode with the power supply voltage, and outputs drive signals B and B ′ that are a set of AC voltages applied to the piezoelectric element 202. The second switching circuit 33b is a circuit that amplifies the switching voltage by the boosting effect in combination with the inductance 42. The power source 36 is a battery, an AC adapter, or the like that supplies voltage to the first switching circuit 33a and the second switching circuit 33b.
第１の差動増幅器３７は、駆動信号Ａ，Ａ´の差動電圧Ａ−Ａ´を取り出す。第２の差動増幅器３８は、圧電素子２０２の一部に設けられた振動検出電極Ｓ（図２参照）から取り出される信号（電圧）Ｓと駆動信号Ａ´との差動電圧Ｓ−Ａ´を取り出す。位相差検出回路３９は、第１の差動増幅器３７と第２の差動増幅器３８で得られた各差動電圧の位相差を検出する。ＭＰＵ３２は、通常は、位相差検出回路３９で検出された位相差に基づいて振動型アクチュエータ２００の共振状態を検出し、所定の位相差以下になる周波数領域で振動型アクチュエータ２００を駆動するように制御を行う。 The first differential amplifier 37 extracts the differential voltage A-A ′ of the drive signals A and A ′. The second differential amplifier 38 is a differential voltage S-A ′ between a signal (voltage) S taken from a vibration detection electrode S (see FIG. 2) provided in a part of the piezoelectric element 202 and a drive signal A ′. Take out. The phase difference detection circuit 39 detects the phase difference between the differential voltages obtained by the first differential amplifier 37 and the second differential amplifier 38. The MPU 32 normally detects the resonance state of the vibration type actuator 200 based on the phase difference detected by the phase difference detection circuit 39, and drives the vibration type actuator 200 in a frequency region that is equal to or less than a predetermined phase difference. Take control.
位置検出センサ３５は、例えば、フォトインタラプタとスリット板からなり、第１の弾性体２０１に対する被駆動体２０７の相対位置（回転位置）に関する情報を取得する。ＭＰＵ３２は、位置検出センサ３５から取得した検出信号に基づき、被駆動体２０７の回転位置と回転速度を算出し、被駆動体２０７の回転速度を制御するための指令値を発振器３４へ供給する。発振器３４は、ＭＰＵ３２からの指令値に基づき、第１の振動モードの駆動信号Ａと第２の振動モードの駆動信号Ｂの周波数と位相差（以下「ＡＢ位相差」という）を変更する。 The position detection sensor 35 includes, for example, a photo interrupter and a slit plate, and acquires information related to the relative position (rotational position) of the driven body 207 with respect to the first elastic body 201. Based on the detection signal acquired from the position detection sensor 35, the MPU 32 calculates the rotational position and rotational speed of the driven body 207 and supplies a command value for controlling the rotational speed of the driven body 207 to the oscillator 34. The oscillator 34 changes the frequency and phase difference (hereinafter referred to as “AB phase difference”) between the drive signal A in the first vibration mode and the drive signal B in the second vibration mode based on the command value from the MPU 32.
次に、圧電素子２０２の電極配置と振動体２２０に励起される振動モードについて説明する。図２（ａ）は、圧電素子２０２を構成する圧電体２０２Ａの電極構成を示す平面図である。図２（ｂ）は、圧電素子２０２を構成する圧電体２０２Ｂの電極構成を示す平面図である。圧電体２０２Ａは、第１の振動モードの振動と第２の振動モードの振動を励起するため円板状の圧電体であり、圧電体２０２Ｂは、主に、圧電素子２０２に励起された駆動振動を検出するための円板状の圧電体である。 Next, the electrode arrangement of the piezoelectric element 202 and the vibration mode excited by the vibrating body 220 will be described. FIG. 2A is a plan view showing an electrode configuration of a piezoelectric body 202A constituting the piezoelectric element 202. FIG. FIG. 2B is a plan view showing an electrode configuration of a piezoelectric body 202B that constitutes the piezoelectric element 202. FIG. The piezoelectric body 202A is a disk-shaped piezoelectric body for exciting the vibration in the first vibration mode and the vibration in the second vibration mode, and the piezoelectric body 202B is mainly the driving vibration excited by the piezoelectric element 202. It is a disk-shaped piezoelectric body for detecting the above.
圧電体２０２Ａは、周方向に位置的位相が９０°となるように４つの電極Ａ１，Ｂ１，Ａ２，Ｂ２が、電極Ａ１，Ａ２が径方向で対向し、電極Ｂ１，Ｂ２が径方向で対向するように、薄板状の圧電セラミックスの表面に形成された構造を有する。ここで、電極Ａ１，Ｂ１と電極Ａ２，Ｂ２には位相差が１８０°の電圧が印加され、一方が伸びる方向に変位したときに他方は縮む方向に変位する。また、電極Ａ１の裏面は電極Ａ２、電極Ｂ１の裏面は電極Ｂ２となっており、電極Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２のそれぞれに、駆動信号Ａ，Ａ´，Ｂ，Ｂ´が印加される。圧電体２０２Ｂは、電極Ａ１が、振動検出電極Ｓに置き換わった構造を有する。ここで、振動検出電極Ｓの裏面は電極Ａ２となっている。圧電素子２０２は、複数枚の圧電体２０２Ａ（但し、１枚おきに電極Ａ１と電極Ａ２が入れ替わり、電極Ｂ１と電極Ｂ２が入れ替わる）と１枚の圧電体２０２Ｂとが積層された構造を有する。既知の配線構造により、電極Ａ１どうし、電極Ａ２どうし、電極Ｂ１どうし、電極Ｂ２どうしが接続される。振動検出電極Ｓは、電極Ａ１，Ｂ１，Ａ２，Ｂ２とは独立して配線され、位相差検出回路３９と接続される。電極Ａ１，Ｂ１，Ａ２，Ｂ２のそれぞれに、駆動信号Ａ，Ｂ，Ａ´，Ｂ´が印加される。ＡＢ位相差は、圧電素子２０２において周方向で隣接する電極Ａ１，電極Ｂ１に印加される駆動信号の位相差とも言える。 In the piezoelectric body 202A, the four electrodes A1, B1, A2, and B2 are opposed to each other in the radial direction so that the positional phase is 90 ° in the circumferential direction, and the electrodes B1 and B2 are opposed in the radial direction. Thus, it has a structure formed on the surface of a thin plate-shaped piezoelectric ceramic. Here, a voltage having a phase difference of 180 ° is applied to the electrodes A1 and B1 and the electrodes A2 and B2, and when one is displaced in the extending direction, the other is displaced in the contracting direction. The back surface of the electrode A1 is an electrode A2, and the back surface of the electrode B1 is an electrode B2. The drive signals A, A ′, B, and B ′ are applied to the electrodes A1, A2, B1, and B2, respectively. The piezoelectric body 202B has a structure in which the electrode A1 is replaced with the vibration detection electrode S. Here, the back surface of the vibration detection electrode S is an electrode A2. The piezoelectric element 202 has a structure in which a plurality of piezoelectric bodies 202A (where electrodes A1 and A2 are interchanged and electrodes B1 and B2 are interchanged every other sheet) and one piezoelectric body 202B are laminated. With the known wiring structure, the electrodes A1, the electrodes A2, the electrodes B1, and the electrodes B2 are connected to each other. The vibration detection electrode S is wired independently of the electrodes A 1, B 1, A 2, and B 2 and is connected to the phase difference detection circuit 39. Drive signals A, B, A ′, and B ′ are applied to the electrodes A1, B1, A2, and B2, respectively. The AB phase difference can also be said to be a phase difference of drive signals applied to the electrodes A1 and B1 adjacent in the circumferential direction in the piezoelectric element 202.
図３は、時間的な位相差が９０°で電圧振幅が同じ駆動信号Ａ，Ｂ，Ａ´，Ｂ´を圧電素子２０２に印加したときの振動体２２０（第１の弾性体２０１）の振動変位を模式的に示す図である。図３（ａ）〜（ｄ）の横方向は、振動体２２０を直線状に展開したときの、圧電素子２０２の電極Ａ１，Ｂ１，Ａ２，Ｂ２に対応する第１の弾性体２０１の領域を模式的に示している。図中の位置ａ，ｂ，ｃ，ｄは、電極Ａ１，Ｂ１，Ａ２，Ｂ２に対応する領域を明示するために、これらの領域間の境界を模式的に示している。 FIG. 3 shows the vibration of the vibrating body 220 (first elastic body 201) when the drive signals A, B, A ′, B ′ having the same phase amplitude of 90 ° and the same voltage amplitude are applied to the piezoelectric element 202. It is a figure which shows a displacement typically. 3 (a) to 3 (d) indicate the regions of the first elastic body 201 corresponding to the electrodes A1, B1, A2, and B2 of the piezoelectric element 202 when the vibrating body 220 is linearly expanded. This is shown schematically. Positions a, b, c, and d in the figure schematically show boundaries between these regions in order to clearly indicate the regions corresponding to the electrodes A1, B1, A2, and B2.
駆動信号Ａ，Ａ´の位相差は１８０°であり、駆動信号Ａ，Ａ´がそれぞれ電極Ａ１，Ａ２に印加されると、圧電体２０２Ａは、あるときには電極Ａ１領域は厚さ方向に膨張すると共に電極Ａ２領域は厚さ方向に収縮し、あるときには逆の膨張と収縮が生じる。これにより、第１の弾性体２０１と圧電素子２０２とが接合されてなる振動体２２０には、シャフト２０６を中心として電極Ａ１−Ａ２方向に曲がる第１の振動モードの曲げ振動が励起される。同様に、駆動信号Ｂ，Ｂ´の位相差は１８０°であり、駆動信号Ｂ，Ｂ´がそれぞれ電極Ｂ１，Ｂ２に印加されると、振動体２２０には、シャフト２０６を中心として電極Ｂ１−Ｂ２方向に曲がる第２の振動モードの曲げ振動が励起される。つまり、第１の振動モードと第２の振動モードは、振動の発生方向のみが異なる同形の振動モードである。駆動信号Ａ，Ｂの位相差（ＡＢ位相差）を９０°に設定して、第１の振動モードの振動と第２の振動モードの振動とを合成した駆動振動は、時間の経過に従って第１の弾性体２０１の表面を移動する進行性の振動波となる。 The phase difference between the drive signals A and A ′ is 180 °, and when the drive signals A and A ′ are respectively applied to the electrodes A1 and A2, the piezoelectric body 202A sometimes expands in the thickness direction of the electrode A1 region. At the same time, the electrode A2 region contracts in the thickness direction, and in some cases, reverse expansion and contraction occur. As a result, the vibration body 220 formed by joining the first elastic body 201 and the piezoelectric element 202 is excited by bending vibration in the first vibration mode that bends in the electrode A1-A2 direction around the shaft 206. Similarly, the phase difference between the drive signals B and B ′ is 180 °. When the drive signals B and B ′ are applied to the electrodes B1 and B2, respectively, the vibrating body 220 has the electrode B1- The bending vibration of the second vibration mode that bends in the B2 direction is excited. That is, the first vibration mode and the second vibration mode are identical vibration modes that differ only in the direction of vibration generation. The drive vibration obtained by combining the vibrations of the first vibration mode and the second vibration mode by setting the phase difference (AB phase difference) of the drive signals A and B to 90 ° is the first vibration over time. It becomes a progressive vibration wave that moves on the surface of the elastic body 201.
駆動信号Ａ，Ｂ，Ａ´，Ｂ´の電圧振幅が同じであれば、駆動振動の振幅の大きさは第１の弾性体２０１のどの位置でも常に等しくなる。振動型アクチュエータ２００では、振動波が励起された第１の弾性体２０１の表面に略均等に接触バネ２０８を加圧接触させているため、接触バネ２０８が第１の弾性体２０１の振動波によって押し出されるようにして回転することで、被駆動体２０７が回転する。駆動信号Ａ，Ｂ，Ａ´，Ｂ´の位相差を−９０°とすることで、被駆動体２０７の回転方向を反転させることができる。 If the drive signals A, B, A ′, and B ′ have the same voltage amplitude, the amplitude of the drive vibration is always equal at any position of the first elastic body 201. In the vibration type actuator 200, the contact spring 208 is pressed and brought into contact with the surface of the first elastic body 201 excited with the vibration wave substantially evenly. Therefore, the contact spring 208 is caused by the vibration wave of the first elastic body 201. The driven body 207 rotates by rotating as if pushed out. By setting the phase difference between the drive signals A, B, A ′, and B ′ to −90 °, the rotation direction of the driven body 207 can be reversed.
図４は、振動型アクチュエータ２００の１つのサンプルを９０°のＡＢ位相差で低速駆動した場合の駆動特性の１つである速度ムラの一例を示す図である。図４の横軸には、位置として位置検出センサ３５から得られるパルスのパルス数が取られており、縦軸には回転速度が取られている。図４中に示す「速度ムラ」とは、本実施形態では、中心速度（ここでは、約２５０ｒｐｍ（回転／分））に対する回転速度の変動幅を指している。最大速度と最小速度の差（実回転速度が中心速度からずれる量）が大きくなるほど、被駆動体２０７の回転速度の速度ムラが大きいと言うことができる。 FIG. 4 is a diagram illustrating an example of speed unevenness that is one of the drive characteristics when one sample of the vibration type actuator 200 is driven at a low speed with an AB phase difference of 90 °. The horizontal axis in FIG. 4 represents the number of pulses obtained from the position detection sensor 35 as the position, and the vertical axis represents the rotational speed. The “speed unevenness” shown in FIG. 4 indicates the fluctuation range of the rotational speed with respect to the center speed (here, about 250 rpm (rotation / minute)) in the present embodiment. It can be said that as the difference between the maximum speed and the minimum speed (the amount by which the actual rotational speed deviates from the center speed) increases, the rotational speed unevenness of the driven body 207 increases.
図５は、時間的な位相差が９０°で電圧振幅が同じ駆動信号Ａ，Ｂ，Ａ´，Ｂ´を圧電素子２０２に印加したときの振動体２２０（第１の弾性体２０１）と接触バネ２０８の接触状態の変化を模式的に示す図である。なお、図５は、図３と同様に、第１の弾性体２０１及び接触バネ２０８を直線状に展開した横軸（ｘ方向）に対して、第１の弾性体２０１に生じる厚み方向（ｚ方向）の変位が進行性の振動波となっている状態を模式的に示している。 FIG. 5 shows contact with the vibrating body 220 (first elastic body 201) when the drive signals A, B, A ′, B ′ having the same phase amplitude with a temporal phase difference of 90 ° are applied to the piezoelectric element 202. It is a figure which shows typically the change of the contact state of the spring 208. FIG. 5, as in FIG. 3, the thickness direction (z) generated in the first elastic body 201 with respect to the horizontal axis (x direction) in which the first elastic body 201 and the contact spring 208 are linearly expanded. The direction in which the displacement in the direction is a progressive vibration wave is schematically shown.
ここで、接触バネ２０８は、先述の通り、振動体２２０の振動に追従するためにバネ性を有する。また、接触バネ２０８は、加工時の応力等の影響で周方向に２点で凸部が形成された形状となるため、第１の弾性体２０１に対して周方向の２カ所において強圧で接触する。なお、図５では、接触バネ２０８の２カ所の凸部を誇張表現しているが、実際の凹凸はミクロンオーダー（数マイクロメートル）である。図５（ａ）〜（ｄ）に示すように、接触バネ２０８が第１の弾性体２０１に対して接触する凸部の位置は、位置ｂ→ｃの方向へ変わっていく。このとき、第１の弾性体２０１（振動体２２０）に生じる振動振幅はどの位置でも同じ理想的な状態では、駆動力が一定となることで被駆動体２０７の速度ムラはほぼゼロとなる。このように、ＡＢ位相差が９０°（又は−９０°）で電圧振幅が同じ駆動信号を圧電素子２０２に印加することで、理論的には、振動体２２０に励起される振動には振幅のムラが生じず、よって速度ムラも発生しない駆動状態が得られる。 Here, the contact spring 208 has a spring property to follow the vibration of the vibrating body 220 as described above. Further, since the contact spring 208 has a shape in which convex portions are formed at two points in the circumferential direction due to the influence of stress or the like during processing, the contact spring 208 contacts the first elastic body 201 with two pressures in the circumferential direction. To do. In FIG. 5, the two protrusions of the contact spring 208 are exaggerated, but the actual unevenness is on the micron order (several micrometers). As shown in FIGS. 5A to 5D, the position of the convex portion where the contact spring 208 contacts the first elastic body 201 changes in the direction of position b → c. At this time, in the ideal state where the vibration amplitude generated in the first elastic body 201 (vibrating body 220) is the same at any position, the driving force becomes constant, and thus the speed unevenness of the driven body 207 becomes almost zero. In this way, by applying a drive signal with the same voltage amplitude to the piezoelectric element 202 with an AB phase difference of 90 ° (or −90 °), theoretically, the vibration excited by the vibrating body 220 has an amplitude of A driving state in which unevenness does not occur and thus speed unevenness does not occur is obtained.
しかし、一般的に、振動型アクチュエータ２００の駆動特性には個体差があり、振動型アクチュエータ２００を駆動する制御回路の出力特性にも個体差がある。そのため、ＡＢ位相差が９０°で電圧振幅が同じ駆動信号Ａ，Ｂ，Ａ´，Ｂ´を圧電素子２０２に入力しても、振動体２２０に周方向で振動振幅のムラが生じることがある。そして、振動体２２０に周方向で振幅のムラが生じると、接触バネ２０８の凸部が振幅の大きい部分に加圧接触している状態と振幅が小さい部分に加圧接触している状態とでは駆動特性が異なるため、凸部の接触状態が変化することで速度ムラが生じる。 However, generally, there are individual differences in the drive characteristics of the vibration type actuator 200, and there are also individual differences in the output characteristics of the control circuit that drives the vibration type actuator 200. For this reason, even if drive signals A, B, A ′, and B ′ having the same AB phase difference and 90 ° voltage are input to the piezoelectric element 202, the vibration body 220 may have uneven vibration amplitude in the circumferential direction. . When the vibration member 220 has uneven amplitude in the circumferential direction, the convex portion of the contact spring 208 is in pressure contact with a portion having a large amplitude and in a state in which it is in pressure contact with a portion having a small amplitude. Since the drive characteristics are different, speed unevenness occurs due to a change in the contact state of the convex portion.
制御回路側の原因としては、制御回路の電子部品及び電気部品の個体差の影響によるＡＢ位相差の９０°からのずれが挙げられる。振動型アクチュエータ側の原因としては、第１の振動モードと第２の振動モードの共振周波数のずれによる振動位相差の９０°からのずれ、圧電素子２０２での電極位置のずれ、第１の弾性体２０１の接触バネ２０８との接触面での加工誤差等が挙げられる。 As a cause on the control circuit side, there is a deviation from 90 ° of the AB phase difference due to the influence of individual differences between electronic components and electrical components of the control circuit. Causes on the vibration type actuator side include a deviation of the vibration phase difference from 90 ° due to a deviation of the resonance frequency between the first vibration mode and the second vibration mode, a deviation of the electrode position in the piezoelectric element 202, and a first elasticity. For example, a processing error on the contact surface of the body 201 with the contact spring 208 may be mentioned.
制御回路側の原因については、電子部品及び電気部品の部品精度を高めることで対応が可能と考えられるが、部品コストが増加するために現実的ではない。一方、振動型アクチュエータ２００側の原因については、部品精度や加工精度を高めることで対応するしかなく、これも、加工コストの増加と歩留りの低下を招くために現実的ではない。また、１つの振動型アクチュエータ２００の個体を駆動する際に、制御回路を変えてしまうと、制御回路の個体差に起因して、速度ムラを最小とするＡＢ位相差が変わってくる可能性がある。同様に、１つの制御回路で振動型アクチュエータ２００の複数の個体を個別に駆動する場合も、振動型アクチュエータ２００の個体差に起因して、個体ごとに速度ムラを最小とするＡＢ位相差は変わってくる可能性が高い。そこで、本実施形態では、ＡＢ位相差を９０°に限ることなく、振動型アクチュエータと制御回路の組み合わせごとに、被駆動体２０７の回転速度の速度ムラが小さくなるＡＢ位相差を設定する。 The cause on the control circuit side can be dealt with by increasing the component accuracy of electronic components and electrical components, but it is not realistic because the component cost increases. On the other hand, the cause on the vibration actuator 200 side can only be dealt with by increasing the component accuracy and machining accuracy, which is also not practical because it causes an increase in machining cost and a decrease in yield. Further, if the control circuit is changed when driving one vibration actuator 200, the AB phase difference that minimizes the speed unevenness may change due to the individual difference of the control circuit. is there. Similarly, when a plurality of individual vibration actuators 200 are individually driven by a single control circuit, the AB phase difference that minimizes the speed unevenness varies from individual to individual due to individual differences in the vibration actuators 200. There is a high possibility of coming. Therefore, in the present embodiment, the AB phase difference is not limited to 90 °, and the AB phase difference is set to reduce the speed variation of the rotational speed of the driven body 207 for each combination of the vibration type actuator and the control circuit.
図６は、図２の速度ムラを示す振動型アクチュエータ２００の１サンプルを５０〜１３０°の範囲のＡＢ位相差で駆動したときの速度ムラを示す図である。ここでは、被駆動体２０７の回転速度の平均速度が同じになるように駆動条件を設定しているが、実際には平均速度にずれが生じてしまっている。但し、速度ムラの大小を評価する場合には平均速度で正規化するため、実際の平均速度の若干のずれは、速度ムラの大小評価に影響しない。図６（ａ）〜（ｅ）から明らかなように、ＡＢ位相差を変えることによって速度ムラの大小が変化しており、この１サンプルではＡＢ位相差を５０°としたときに速度ムラが最も小さくなっていることがわかる。これは、上述した各種要因に起因する速度ムラが相殺され、接触バネ２０８と第１の弾性体２０１との接触状態が図５を参照して説明した理想的な状態に近付いた結果と考えられる。 FIG. 6 is a diagram showing the speed unevenness when one sample of the vibration type actuator 200 showing the speed unevenness of FIG. 2 is driven with an AB phase difference in the range of 50 to 130 °. Here, the drive conditions are set so that the average speed of the driven body 207 is the same, but in reality, the average speed is shifted. However, when evaluating the magnitude of the speed unevenness, normalization is performed using the average speed, so that a slight deviation in the actual average speed does not affect the speed unevenness evaluation. As is clear from FIGS. 6A to 6E, the speed unevenness changes by changing the AB phase difference. In this one sample, the speed unevenness is the highest when the AB phase difference is 50 °. You can see that it is getting smaller. This is considered to be a result of the non-uniformity of speed due to the various factors described above being offset and the contact state between the contact spring 208 and the first elastic body 201 approaching the ideal state described with reference to FIG. .
図７は、振動型アクチュエータ２００の２つのサンプルＰ，Ｑについて、ＡＢ位相差５０〜１３０°（ＣＷ（時計回り）回転）及び−５０〜−１３０°（ＣＣＷ（反時計回り）回転）でそれぞれ駆動したときの速度ムラの大きさをワウフラッタで示した図である。なお、サンプルＰ，Ｑを駆動する制御回路には同じものを用いている。ワウフラッタは、（最大速度−最小速度）×１００／平均速度、により算出される。 FIG. 7 shows an AB phase difference of 50 to 130 ° (CW (clockwise) rotation) and −50 to −130 ° (CCW (counterclockwise) rotation) for two samples P and Q of the vibration type actuator 200, respectively. It is the figure which showed the magnitude | size of the speed nonuniformity when driving with the wow flutter. The same control circuit is used for driving the samples P and Q. The wow flutter is calculated by (maximum speed−minimum speed) × 100 / average speed.
サンプルＰ，Ｑでは、ワウフラッタが最小となるＡＢ位相差の値が異なっていることがわかる。サンプルＰは、回転方向に関係なく、測定したＡＢ位相差の範囲内での速度ムラが小さく、速度ムラが最も小さくなるＡＢ位相差が９０°及び−９０°となっていることから、製造誤差等の殆どない理想的な製品となっていると考えられる。これに対して、サンプルＱでは、測定したＡＢ位相差の範囲内での速度ムラが大きく、速度ムラが最小になるＡＢ位相差がＣＷ方向で５０°、ＣＣＷ方向で−１１０°となっており、それぞれ９０°及び−９０°からずれている。この原因としては、振動型アクチュエータの製造誤差により第１及び第２の振動モードの各振動の発生位置が理想的な位置的位相９０°からずれていること等が考えられる。しかし、ＡＢ位相差を５０°又は−１１０°とすることで、製造誤差が原因で発生する速度ムラとＡＢ位相差を変えたことが原因で発生する速度ムラとが打ち消し合うと考えられる。このことから、振動型アクチュエータ２００に個体ごとにワウフラッタが小さくなるＡＢ位相差（以下「個別ＡＢ位相差」という）を検出して駆動することにより、速度ムラの個体差を減らすことができる。 It can be seen that samples P and Q have different AB phase difference values that minimize wow flutter. The sample P has a small speed variation within the range of the measured AB phase difference regardless of the rotation direction, and the AB phase difference at which the speed variation is the smallest is 90 ° and −90 °. It is thought that it is an ideal product with almost no etc. On the other hand, in sample Q, the speed unevenness within the range of the measured AB phase difference is large, and the AB phase difference that minimizes the speed unevenness is 50 ° in the CW direction and −110 ° in the CCW direction. , Respectively deviated from 90 ° and −90 °. As a cause of this, it is conceivable that the generation position of each vibration in the first and second vibration modes is deviated from an ideal positional phase of 90 ° due to a manufacturing error of the vibration type actuator. However, when the AB phase difference is set to 50 ° or −110 °, it is considered that the speed unevenness caused by the manufacturing error and the speed unevenness caused by changing the AB phase difference cancel each other. From this, by detecting and driving an AB phase difference (hereinafter referred to as “individual AB phase difference”) in which the wow flutter becomes small for each individual in the vibration type actuator 200, the individual difference in speed unevenness can be reduced.
図８は、速度ムラを検出して個別ＡＢ位相差を決定することにより振動型アクチュエータ２００の駆動を制御する一連の流れを説明するフローチャートである。図８のフローチャートの各処理は、制御回路のＭＰＵ３２が所定のプログラムを実行して制御回路の各種部品の動作を制御することにより実現される。 FIG. 8 is a flowchart for explaining a series of flows for controlling the driving of the vibration type actuator 200 by detecting the speed unevenness and determining the individual AB phase difference. Each process of the flowchart in FIG. 8 is realized by the MPU 32 of the control circuit executing a predetermined program to control the operation of various components of the control circuit.
ステップＳ８０１においてＭＰＵ３２は、振動型アクチュエータ２００の起動時に、個別ＡＢ位相差が設定され、記憶済みか否かを判定する。ＭＰＵ３２は、個別ＡＢ位相差が設定・記憶済みでない場合（Ｓ８０１でＮＯ）処理をステップＳ８０２へ進め、個別ＡＢ位相差が設定・記憶済みである場合（Ｓ８０１でＹＥＳ）、処理をステップＳ８０６へ進める。ステップＳ８０２においてＭＰＵ３２は、所定の駆動周波数ｆｍ、且つ、ＡＢ位相差を初期値（例えば、５０°）に設定して振動型アクチュエータ２００を駆動し、速度ムラを検出する。そして、ＭＰＵ３２は、検出した速度ムラに基づき、ワウフラッタを算出し、ＭＰＵ３２のＲＡＭ等に記憶する。 In step S801, the MPU 32 determines whether or not the individual AB phase difference is set and stored when the vibration actuator 200 is activated. If the individual AB phase difference has not been set and stored (NO in S801), the MPU 32 advances the process to step S802. If the individual AB phase difference has been set and stored (YES in S801), the MPU 32 advances the process to step S806. . In step S802, the MPU 32 sets the predetermined drive frequency fm and the AB phase difference to an initial value (for example, 50 °), drives the vibration type actuator 200, and detects speed unevenness. Then, the MPU 32 calculates wow flutter based on the detected speed unevenness and stores it in the RAM or the like of the MPU 32.
なお、駆動周波数ｆｍは、基本的に制限されるものではないが、接触バネ２０８の凸部と振動体２２０に励起される振動振幅のムラの影響が反映されやすい回転速度となる周波数とすることが望ましい。ここで、接触バネ２０８の凸部については、図５を参照して既に説明しているが、振動振幅が大きく、回転速度が高速である場合には、接触バネ２０８が振動振幅のムラに追従しなくなるため、速度ムラは発生し難くなる。逆に、振動振幅が小さ過ぎて回転速度が低速である場合には、接触バネ２０８と第１の弾性体２０１とが全面接触（常に接触）した状態となり、動摩擦と静摩擦の間で摩擦力が変化する等の別の要因の速度ムラを発生させてしまう。よって、振動振幅のムラの影響を反映しやすい回転速度とは、振動体２２０の振動振幅のムラに接触バネ２０８に追従可能であり、且つ、接触バネ２０８が第１の弾性体２０１に対して全面接触しない状態となる回転速度である。 Note that the drive frequency fm is not basically limited, but should be a frequency at which the influence of the unevenness of the vibration amplitude excited by the convex portion of the contact spring 208 and the vibrating body 220 is easily reflected. Is desirable. Here, the convex portion of the contact spring 208 has already been described with reference to FIG. 5. However, when the vibration amplitude is large and the rotation speed is high, the contact spring 208 follows the unevenness of the vibration amplitude. Therefore, the speed unevenness is less likely to occur. On the other hand, when the vibration amplitude is too small and the rotation speed is low, the contact spring 208 and the first elastic body 201 are in full contact (always contact), and the frictional force between the dynamic friction and the static friction is Uneven speed is caused by another factor such as change. Therefore, the rotation speed that easily reflects the influence of the vibration amplitude unevenness can follow the contact spring 208 to the vibration amplitude unevenness of the vibration body 220, and the contact spring 208 can move relative to the first elastic body 201. This is the rotational speed at which the entire surface is not in contact.
ステップＳ８０３においてＭＰＵ３２は、ＡＢ位相差をΔＸ°だけ変更して（ＡＢ位相差を５０°＋ΔＸ°として）、振動型アクチュエータ２００を駆動し、ワウフラッタを算出し、ＭＰＵ３２が有するＲＡＭ等に記憶する。続いて、ステップＳ８０４においてＭＰＵ３２は、予め設定されたＡＢ位相差の範囲でのワウフラッタの算出が終了したか否かを判定する。ＭＰＵ３２は、ワウフラッタの算出が終了した場合（Ｓ８０４でＹＥＳ）、処理をステップＳ８０５へ進め、ワウフラッタの算出が終了していない場合（Ｓ８０４でＮＯ）、処理をステップＳ８０３へ戻す。具体的には、ＭＰＵ３２は、ＡＢ位相差を予め設定された５０°〜１３０°の範囲で＋ΔＸ°ずつ変更してワウフラッタを算出し、全範囲でのワウフラッタの算出が終了すると、処理をステップＳ８０５へ進める。ＡＢ位相差の変更範囲は、速度ムラが最小又は十分に小さくなる範囲を含むように設定される。 In step S803, the MPU 32 changes the AB phase difference by ΔX ° (assuming the AB phase difference is 50 ° + ΔX °), drives the vibration actuator 200, calculates the wow flutter, and stores it in the RAM or the like included in the MPU 32. Subsequently, in step S804, the MPU 32 determines whether or not the calculation of the wow and flutter within the preset AB phase difference range is completed. When the calculation of wow flutter is completed (YES in S804), the MPU 32 advances the process to step S805. When the calculation of wow flutter is not completed (NO in S804), the MPU 32 returns the process to step S803. Specifically, the MPU 32 calculates the wow flutter by changing the AB phase difference by + ΔX ° in a preset range of 50 ° to 130 °, and when the calculation of the wow flutter in the entire range is completed, the process is performed in step S805. Proceed to The change range of the AB phase difference is set so as to include a range in which the speed unevenness is minimized or sufficiently small.
ステップＳ８０５においてＭＰＵ３２は、ステップＳ８０３〜Ｓ８０４で算出したワウフラッタの値のうち最小値を与えるＡＢ位相差を個別ＡＢ位相差として、ＭＰＵ３２が有するＲＡＭ等に記憶する。以上のステップＳ８０１〜８０５の処理は、振動型アクチュエータ２００の速度ムラが最小となる個別ＡＢ位相差を決定する処理であり、本実施形態ではこれをテストモードと称呼する。テストモードは、振動型アクチュエータ２００を初めて駆動する際に行う必要があるが、その後は、所定の条件が満たされる場合に行うようにすればよい。例えば、経時的な使用による部品劣化や使用環境等によって個別ＡＢ位相差が変化すると考えられる。よって、テストモードは、振動型アクチュエータ２００の通常の駆動前に常に実行されるようにしてもよいし、駆動頻度や駆動環境を考慮して一定期間ごとに実行されるようにしてもよい。 In step S805, the MPU 32 stores the AB phase difference that gives the minimum value among the wow and flutter values calculated in steps S803 to S804 as an individual AB phase difference in the RAM or the like included in the MPU 32. The processes in steps S801 to S805 described above are processes for determining the individual AB phase difference that minimizes the speed unevenness of the vibration type actuator 200, and in the present embodiment, this is referred to as a test mode. The test mode needs to be performed when the vibration type actuator 200 is driven for the first time, and thereafter, the test mode may be performed when a predetermined condition is satisfied. For example, it is considered that the individual AB phase difference changes due to deterioration of parts due to use over time, usage environment, or the like. Therefore, the test mode may always be executed before normal driving of the vibration type actuator 200, or may be executed at regular intervals in consideration of the driving frequency and driving environment.
テストモードの実行により個別ＡＢ位相差が決定された後のステップＳ８０６においてＭＰＵ３２は、予め設定された起動周波数と決定された個別ＡＢ位相差で、振動型アクチュエータ２００を駆動させる。ここで、起動周波数は、共振周波数よりも高周波数側で、起動時に衝撃が発生しない程度の十分ゆっくりした速度となる値に設定することが望ましい。ステップＳ８０７においてＭＰＵ３２は、位置検出センサ３５から取得した検出信号に基づいて、検出した速度が目標速度に到達したか否かを判定する。なお、ステップＳ８０７の判定は、検出された速度が目標速度付近の所定の速度範囲に入ったか否かを基準としてもよい。ＭＰＵ３２は、検出速度が目標速度に達していない場合（Ｓ８０７でＮＯ）、処理をステップＳ８０８へ進め、検出速度が目標速度に達した場合（Ｓ８０７でＹＥＳ）、処理をステップＳ８０９へ進める。 In step S806 after the individual AB phase difference is determined by executing the test mode, the MPU 32 drives the vibration type actuator 200 with the preset activation frequency and the determined individual AB phase difference. Here, it is desirable that the starting frequency is set to a value that is higher than the resonance frequency and sufficiently slow so as not to cause an impact at the time of starting. In step S807, the MPU 32 determines whether the detected speed has reached the target speed based on the detection signal acquired from the position detection sensor 35. Note that the determination in step S807 may be based on whether or not the detected speed is within a predetermined speed range near the target speed. If the detected speed has not reached the target speed (NO in S807), the MPU 32 advances the process to step S808. If the detected speed has reached the target speed (YES in S807), the MPU 32 advances the process to step S809.
ステップＳ８０８においてＭＰＵ３２は、駆動周波数を下げて（共振周波数へ近付けて）回転速度を上げ、その後、処理をステップＳ８０７へ戻す。ステップＳ８０９においてＭＰＵ３２は、速度偏差に対して設定したゲイン値を掛け、目標速度で安定して動作するように周波数を制御する速度制御駆動を実行する。ステップＳ８１０においてＭＰＵ３２は、速度制御を実行しながら、被駆動体２０７が目標位置（目標とする回転角度）に到達したか否かを判定する。ＭＰＵ３２は、目標位置に到達していない場合（Ｓ８１０でＮＯ）、処理をステップＳ８０９に戻し、目標位置に到達した場合（Ｓ８１０でＹＥＳ）、速度制御を終了する。 In step S808, the MPU 32 decreases the drive frequency (closes to the resonance frequency) to increase the rotation speed, and then returns the process to step S807. In step S809, the MPU 32 performs a speed control drive for controlling the frequency so as to operate stably at the target speed by multiplying the speed deviation by the set gain value. In step S810, the MPU 32 determines whether or not the driven body 207 has reached the target position (target rotation angle) while executing speed control. If the MPU 32 has not reached the target position (NO in S810), the process returns to step S809. If the MPU 32 has reached the target position (YES in S810), the speed control ends.
以上の説明の通り、本実施形態では、振動型アクチュエータの個体ごとに、通常駆動に先立って、速度ムラを小さく抑えることができる駆動信号の個別位相差を決定するテストモードを設け、通常駆動を個別位相差に設定された駆動信号で行う。これにより、振動体と被駆動体の相対的な移動速度の変動幅を小さく抑えた安定した駆動が可能となる。こうして、より低速まで安定した駆動を行うことが可能となり、低速で停止してしまうような動作を回避することができ、駆動速度のダイナミックレンジが広い振動型アクチュエータを実現することができる。ひいては、従来は駆動信号の位相差を９０°に設定した場合に移動速度の変動幅が大きい等の理由で製品として使用不可と判断されたものも、移動速度の変動幅を所定の規格内に納めることができるため、振動型アクチュエータの製造歩留りを向上させることもできる。なお、本実施形態のテストモードでは、移動速度の変動幅が最小となるときの駆動信号の位相差を個別位相差として設定したが、移動速度の変動幅が所定の閾値よりも小さくなる位相差を個別位相差としてもよい。 As described above, in this embodiment, for each individual vibration type actuator, prior to normal driving, a test mode for determining individual phase differences of driving signals capable of suppressing speed unevenness is provided, and normal driving is performed. The driving signal is set to the individual phase difference. As a result, it is possible to perform stable driving while suppressing the fluctuation range of the relative movement speed between the vibrating body and the driven body. In this way, it is possible to drive stably to a lower speed, avoid an operation that stops at a lower speed, and realize a vibration actuator with a wide dynamic range of the driving speed. As a result, in the past, when the phase difference of the drive signal was set to 90 °, it was determined that the product could not be used as a product due to the large fluctuation range of the movement speed. Therefore, the manufacturing yield of the vibration type actuator can be improved. In the test mode of the present embodiment, the phase difference of the drive signal when the fluctuation range of the moving speed is minimized is set as the individual phase difference. However, the phase difference where the fluctuation range of the moving speed is smaller than a predetermined threshold value. May be an individual phase difference.
＜第２実施形態＞
第１実施形態では、ＡＢ位相差を変えて速度ムラの変化を検出し、速度ムラが最小となるときのＡＢ位相差を個別ＡＢ位相差として決定した。これに対して、第２実施形態では、位相差検出回路３９が検出する差動電圧Ａ−Ａ´と差動電圧Ｓ-Ａ´の位相差（以下「ＡＳ位相差」という）に基づいて個別ＡＢ位相差を決定する。本実施形態で個別ＡＢ位相差を決定するための振動型アクチュエータ２００及びその制御回路の構成は第１実施形態と同じであり、制御回路による個別ＡＢ位相差の決定方法（ＭＰＵ３２が実行する制御）のみが異なる。よって、振動型アクチュエータ２００及びその制御回路の構成についての説明は省略する。
Second Embodiment
In the first embodiment, the change in the speed unevenness is detected by changing the AB phase difference, and the AB phase difference when the speed unevenness is minimized is determined as the individual AB phase difference. On the other hand, in the second embodiment, the differential voltage A-A ′ and the differential voltage S-A ′ detected by the phase difference detection circuit 39 are individually determined based on the phase difference (hereinafter referred to as “AS phase difference”). The AB phase difference is determined. The configuration of the vibration type actuator 200 and its control circuit for determining the individual AB phase difference in the present embodiment is the same as that of the first embodiment, and the individual AB phase difference is determined by the control circuit (control executed by the MPU 32). Only the difference. Therefore, the description of the configuration of the vibration type actuator 200 and its control circuit is omitted.
図９（ａ）は、電圧振幅が同じ所定の周波数の駆動信号Ａ，Ａ´，Ｂ，Ｂ´で振動型アクチュエータ２００を駆動したときのＡＳ位相差の変化を示す図である。ＡＳ位相差は、振動型アクチュエータ２００の振動状態をモニタリングする情報であり、接触バネ２０８の凸部が接触する第１の弾性体２０１の接触部の振動振幅の大きさに応じて変化する。本実施形態では、この現象を利用して、振動体２２０に励起される振動の振幅ムラを小さく抑える。図９（ａ）に示す「補正前ＡＳ位相差」は、振動型アクチュエータ２００の１サンプルをＡＢ位相差が９０°で電圧振幅が同じ所定の周波数の駆動信号Ａ，Ａ´，Ｂ，Ｂ´で駆動したときのＡＳ位相差の変化を示す図である。ＡＢ位相差が９０°のときには、ＡＳ変動量（ＡＳ位相差の高低差）が大きい。これに対して、「補正後ＡＳ位相差」は、ＡＢ位相差を変えることによってＡＳ位相差の変動量を小さく抑えることができることを示している。 FIG. 9A is a diagram illustrating a change in AS phase difference when the vibration type actuator 200 is driven by drive signals A, A ′, B, and B ′ having the same voltage amplitude and a predetermined frequency. The AS phase difference is information for monitoring the vibration state of the vibration type actuator 200 and changes according to the magnitude of the vibration amplitude of the contact portion of the first elastic body 201 with which the convex portion of the contact spring 208 contacts. In this embodiment, this phenomenon is used to suppress the amplitude unevenness of vibration excited by the vibrating body 220 to be small. The “AS phase difference before correction” shown in FIG. 9A is a drive signal A, A ′, B, B ′ having a predetermined frequency and the same voltage amplitude for one sample of the vibration type actuator 200 with an AB phase difference of 90 °. It is a figure which shows the change of AS phase difference when driving by. When the AB phase difference is 90 °, the AS fluctuation amount (AS phase difference height difference) is large. On the other hand, “corrected AS phase difference” indicates that the variation amount of the AS phase difference can be suppressed by changing the AB phase difference.
図９（ｂ）は、接触バネ２０８の凸部と第１の弾性体２０１の接触部が変わることによって振動体２２０の共振周波数が変わることと、固定周波数で駆動した場合に共振周波数が変わることによって検出されるＡＳ位相差の値が変化することを説明する図である。図９（ｂ）において、横軸には周波数が、縦軸にはＡＳ位相差が取られている。また、図９（ｂ）の特性は、ＡＢ位相差を９０°とした場合の２本の曲線のうち、左側は共振周波数が低くなったときの特性を示しており、右側は共振周波数が高くなったときの特性を示している。周波数ｆｍは、接触バネ２０８の凸部と第１の弾性体２０１に生じる振動の振幅ムラの影響が反映しやすい駆動周波数である。また、周波数ｆ１は、図８のステップＳ８０６で説明した起動周波数である。 FIG. 9B shows that the resonance frequency of the vibrating body 220 changes when the convex portion of the contact spring 208 and the contact portion of the first elastic body 201 change, and the resonance frequency changes when driven at a fixed frequency. It is a figure explaining that the value of AS phase difference detected by (1) changes. In FIG. 9B, the horizontal axis represents frequency and the vertical axis represents AS phase difference. 9B shows the characteristic when the resonance frequency is low on the left side of the two curves when the AB phase difference is 90 °, and the resonance frequency is high on the right side. The characteristic when it became. The frequency fm is a driving frequency that easily reflects the influence of the vibration amplitude unevenness generated in the convex portion of the contact spring 208 and the first elastic body 201. The frequency f1 is the activation frequency described in step S806 in FIG.
起動時に衝撃が発生しない程度の十分に低速度となる起動周波数ｆ１で振動型アクチュエータ２００の駆動を開始し、その後、周波数を低周波数側（共振周波数側）へ掃引していく。図９（ｂ）に太い実線で示すように、共振周波数が低い左側の線に沿ってＡＳ位相差が変化する。共振周波数が低い状態で安定しているときに接触バネ２０８の凸部が接触する第１の弾性体２０１の接触部が変わって共振周波数が高くなると、右側の特性にずれる。こうして、接触バネ２０８の凸部と第１の弾性体２０１との接触状態が変わることで振動型アクチュエータ２００の共振周波数が上下するとＡＳ位相差の値も上下し、駆動周波数ｆｍのように共振周波数に近い周波数になると、ＡＳ位相差変動量も大きくなる。このように振動型アクチュエータ２００の共振周波数が上下するのは、第１の弾性体２０１と接触バネ２０８の接触時の拘束力が回転位置によって変わることによって生じ、この接触時の拘束力の違いによって速度ムラが発生すると考えられる。本実施形態では、ＡＳ位相差変動量が小さくなるＡＢ位相差を決定することにより、速度ムラを小さく抑える。 The driving of the vibration type actuator 200 is started at the starting frequency f1 which is sufficiently low so that no shock is generated at the time of starting, and then the frequency is swept to the low frequency side (resonance frequency side). As shown by a thick solid line in FIG. 9B, the AS phase difference changes along the left line where the resonance frequency is low. When the contact portion of the first elastic body 201 with which the convex portion of the contact spring 208 comes into contact when the resonance frequency is stable in a low state is changed and the resonance frequency is increased, the characteristic on the right side is shifted. Thus, when the contact state between the convex portion of the contact spring 208 and the first elastic body 201 changes, when the resonance frequency of the vibration type actuator 200 increases or decreases, the value of the AS phase difference also increases or decreases, and the resonance frequency becomes like the drive frequency fm. As the frequency approaches, the AS phase difference fluctuation amount also increases. The reason why the resonance frequency of the vibration type actuator 200 increases and decreases in this manner is that the binding force at the time of contact between the first elastic body 201 and the contact spring 208 varies depending on the rotational position. It is considered that speed unevenness occurs. In this embodiment, the speed unevenness is suppressed to be small by determining the AB phase difference that reduces the AS phase difference fluctuation amount.
図１０は、ＡＳ位相差を検出して個別ＡＢ位相差を決定することにより振動型アクチュエータ２００の駆動を制御する一連の流れを説明するフローチャートである。図１０のフローチャートの各処理は、制御回路のＭＰＵ３２が所定のプログラムを実行して制御回路の各種部品の動作を制御することにより実現される。 FIG. 10 is a flowchart for explaining a series of flows for controlling the driving of the vibration type actuator 200 by detecting the AS phase difference and determining the individual AB phase difference. Each process of the flowchart of FIG. 10 is realized by the MPU 32 of the control circuit executing a predetermined program to control the operation of various components of the control circuit.
ステップＳ１００１においてＭＰＵ３２は、振動型アクチュエータ２００の起動時に、個別ＡＢ位相差が設定・記憶済みか否かを判定する。ＭＰＵ３２は、個別ＡＢ位相差が設定・記憶済みでない場合（Ｓ１００１でＮＯ）処理をステップＳ１００２へ進め、個別ＡＢ位相差が設定・記憶済みである場合（Ｓ１００１でＹＥＳ）、処理をステップＳ１００６へ進める。ステップＳ１００２〜Ｓ１００５は、ＡＳ位相差変動量を検出することによって、ＡＳ移動差変動量を最小値とする個別ＡＢ位相差を決定するテストモードの処理である。ステップＳ１００２においてＭＰＵ３２は、所定の駆動周波数ｆｍ、且つ、ＡＢ位相差を初期値（例えば、５０°）に設定して振動型アクチュエータ２００を駆動し、ＡＳ位相差変動量を検出して、ＭＰＵ３２のＲＡＭ等に記憶する。 In step S <b> 1001, the MPU 32 determines whether or not the individual AB phase difference has been set and stored when the vibration actuator 200 is activated. If the individual AB phase difference is not set / stored (NO in S1001), the MPU 32 advances the process to step S1002. If the individual AB phase difference is set / stored (YES in S1001), the MPU 32 advances the process to step S1006. . Steps S <b> 1002 to S <b> 1005 are test mode processes for determining an individual AB phase difference that minimizes the AS movement difference fluctuation amount by detecting the AS phase difference fluctuation amount. In step S1002, the MPU 32 sets the predetermined driving frequency fm and the AB phase difference to an initial value (for example, 50 °), drives the vibration type actuator 200, detects the AS phase difference variation, Store in RAM or the like.
ステップＳ１００３においてＭＰＵ３２は、ＡＢ位相差をΔＸ°だけ変更して（ＡＢ位相差を５０°＋ΔＸ°として）、振動型アクチュエータ２００を駆動し、ＡＳ位相差変動量を検出し、ＭＰＵ３２が有するＲＡＭ等に記憶する。続いて、ステップＳ１００４においてＭＰＵ３２は、予め設定されたＡＢ位相差の範囲でのＡＳ位相差変動量の算出が終了したか否かを判定する。ＭＰＵ３２は、ＡＳ位相差変動量の検出が終了した場合（Ｓ１００４でＹＥＳ）、処理をステップＳ１００５へ進め、ＡＢ位相差の設定範囲でのＡＳ位相差変動量の算出が終了していない場合（Ｓ１００４でＮＯ）、処理をステップＳ１００３へ戻す。ＡＢ位相差の変更範囲は、ＡＳ位相差変動量が最小又は十分に小さくなる範囲を含むように設定され、例えば、５０°〜１３０°の範囲とされる。 In step S1003, the MPU 32 changes the AB phase difference by ΔX ° (assuming the AB phase difference is 50 ° + ΔX °), drives the vibration actuator 200, detects the AS phase difference fluctuation amount, and the RAM etc. included in the MPU 32 To remember. Subsequently, in step S1004, the MPU 32 determines whether or not the calculation of the AS phase difference fluctuation amount within the preset AB phase difference range is completed. When the detection of the AS phase difference variation is completed (YES in S1004), the MPU 32 advances the process to Step S1005, and when the calculation of the AS phase difference variation in the AB phase difference setting range is not completed (S1004). NO), the process returns to step S1003. The change range of the AB phase difference is set so as to include a range in which the AS phase difference fluctuation amount is minimized or sufficiently small, for example, a range of 50 ° to 130 °.
ステップＳ１００５においてＭＰＵ３２は、ステップＳ１００３〜Ｓ１００４で算出したＡＳ位相差変動量のうち最小値を与えるＡＢ位相差を個別ＡＢ位相差として、ＭＰＵ３２が有するＲＡＭ等に記憶する。ステップＳ１００６〜Ｓ１０１０の処理は、図８のフローチャートで説明したステップＳ８０６〜Ｓ８１０の処理と同じであるため、ここでの説明を省略する。 In step S1005, the MPU 32 stores the AB phase difference that gives the minimum value among the AS phase difference fluctuation amounts calculated in steps S1003 to S1004 as individual AB phase differences in the RAM or the like included in the MPU 32. The processing of steps S1006 to S1010 is the same as the processing of steps S806 to S810 described with reference to the flowchart of FIG. 8, and thus description thereof is omitted here.
第２実施形態でも、通常駆動に先立って、駆動信号の個別位相差を決定するテストモードを設け、通常駆動を個別位相差に設定された駆動信号で行う。第１実施形態と第２実施形態とでは、駆動信号の個別位相差を決定するために検出するパラメータが移動速度の速度変動幅か差動信号位相差の変動量であるかが異なるだけであるので、第２実施形態でも、第１実施形態と同じ効果を得ることができる。 Also in the second embodiment, a test mode for determining the individual phase difference of the drive signal is provided prior to the normal drive, and the normal drive is performed with the drive signal set to the individual phase difference. The first embodiment differs from the second embodiment only in whether the parameter detected for determining the individual phase difference of the drive signal is the speed fluctuation width of the moving speed or the fluctuation amount of the differential signal phase difference. Therefore, the same effects as in the first embodiment can be obtained in the second embodiment.
＜第３実施形態＞
第３実施形態では、上述した振動型アクチュエータ２００を備える電子機器や機械装置の一例としての撮像装置について説明する。図１１は、撮像装置の一例であるデジタルカメラ４００の概略構成を示す斜視図であり、一部を透過した状態で示している。デジタルカメラ４００の本体の前面には、レンズ鏡筒４１０が取り付けられており、レンズ鏡筒４１０の内部には、フォーカスレンズ４０７を含む複数のレンズ（不図示）と、手ぶれ補正光学系４０３が配置されている。手ぶれ補正光学系４０３は、２軸のコアレスモータ４０４，４０５の回転が伝達されることによって、上下方向（Ｙ方向）と左右方向（Ｘ方向）に振動可能となっている。
<Third Embodiment>
In the third embodiment, an imaging apparatus as an example of an electronic apparatus or a mechanical apparatus including the above-described vibration type actuator 200 will be described. FIG. 11 is a perspective view illustrating a schematic configuration of a digital camera 400 which is an example of an imaging apparatus, and shows a partially transparent state. A lens barrel 410 is attached to the front surface of the main body of the digital camera 400, and a plurality of lenses (not shown) including a focus lens 407 and a camera shake correction optical system 403 are disposed inside the lens barrel 410. Has been. The image stabilization optical system 403 can vibrate in the vertical direction (Y direction) and the horizontal direction (X direction) by transmitting the rotation of the biaxial coreless motors 404 and 405.
デジタルカメラ４００の本体には、デジタルカメラ４００の全体的な動作を制御するマイコン４０９と、撮像素子４０８が配置されている。レンズ鏡筒４１０を通過した光は、光学像として撮像素子４０８に結像する。撮像素子４０８は、ＣＭＯＳセンサ或いはＣＣＤセンサ等の光電変換デバイスであり、結像した光学像をアナログ電気信号に変換する。撮像素子４０８から出力されるアナログ電気信号は、不図示のＡ／Ｄ変換器によってデジタル信号に変換される。そして、デジタル信号は、不図示の画像処理回路による所定の画像処理を経て、画像データ（映像データ）として不図示の半導体メモリ等の記憶媒体に記憶される。 The main body of the digital camera 400 is provided with a microcomputer 409 that controls the overall operation of the digital camera 400 and an image sensor 408. The light that has passed through the lens barrel 410 forms an image on the image sensor 408 as an optical image. The image sensor 408 is a photoelectric conversion device such as a CMOS sensor or a CCD sensor, and converts the formed optical image into an analog electric signal. The analog electrical signal output from the image sensor 408 is converted into a digital signal by an A / D converter (not shown). The digital signal is stored in a storage medium such as a semiconductor memory (not shown) as image data (video data) through predetermined image processing by an image processing circuit (not shown).
デジタルカメラ４００の本体には、内部装置として、上下方向（ピッチング）の手ぶれ量（振動）を検出するジャイロセンサ４０１と、左右方向（ヨーイング）の手ぶれ量（振動）を検出するジャイロセンサ４０２が配置されている。ジャイロセンサ４０１，４０２によって検出された振動の逆方向にコアレスモータ４０４，４０５が駆動され、手ぶれ補正光学系４０３のＺ方向に延びる光軸を振動させる。その結果、手ぶれによる光軸の振動が打ち消され、手ぶれが補正された良好な写真を撮影することができる。 In the main body of the digital camera 400, as internal devices, a gyro sensor 401 that detects the amount of shake (vibration) in the vertical direction (pitching) and a gyro sensor 402 that detects the amount of shake (vibration) in the left-right direction (yawing) are arranged. Has been. The coreless motors 404 and 405 are driven in the opposite direction of the vibration detected by the gyro sensors 401 and 402 to vibrate the optical axis extending in the Z direction of the camera shake correction optical system 403. As a result, the vibration of the optical axis due to camera shake is canceled out, and a good photograph in which camera shake is corrected can be taken.
マイコン４０９は、振動型アクチュエータ２００を第１及び第２実施形態で説明した制御方法で駆動制御するための制御回路（図１参照）を構成するＭＰＵ３２としての機能を有する。図１に示した制御回路を構成する各種の電子部品と電気部品は、マイコン４０９が実装される不図示の基板に実装される。振動型アクチュエータ２００は、マイコン４０９によって駆動制御され、振動型アクチュエータ２００の出力は、不図示のギア列を介してレンズ鏡筒４１０に配置されたフォーカスレンズ４０７を光軸方向（Ｚ方向）に駆動する。こうして、フォーカスレンズ４０７を合焦位置に位置決めすることができる。なお、振動型アクチュエータ２００は、ズームレンズ（不図示）の駆動等、任意のレンズの駆動に用いることができる。 The microcomputer 409 has a function as the MPU 32 that constitutes a control circuit (see FIG. 1) for driving and controlling the vibration type actuator 200 by the control method described in the first and second embodiments. Various electronic components and electrical components constituting the control circuit shown in FIG. 1 are mounted on a substrate (not shown) on which the microcomputer 409 is mounted. The vibration type actuator 200 is driven and controlled by the microcomputer 409, and the output of the vibration type actuator 200 drives the focus lens 407 arranged in the lens barrel 410 in the optical axis direction (Z direction) via a gear train (not shown). To do. Thus, the focus lens 407 can be positioned at the in-focus position. The vibration actuator 200 can be used for driving an arbitrary lens such as a zoom lens (not shown).
このように、振動型アクチュエータ２００は撮像装置（カメラやビデオカメラ）のレンズ駆動に用いることができる。ここで、フォーカスレンズの駆動における速度ムラが大きいと、動画撮影のように常に被写体を追い続ける動作が必要なシーンでは、フォーカスが合っていないシーンが含まれてしまうことで、良質な映像を撮影することができない。これに対して、第１及び第２実施形態で説明した制御方法により振動型アクチュエータ２００の駆動が制御される撮像装置では、被写体にフォーカスを合わせて追い続ける動作の精度を高めることができるため、良質な映像を撮影することができる。 As described above, the vibration type actuator 200 can be used for driving a lens of an imaging apparatus (camera or video camera). Here, if the speed variation in driving the focus lens is large, scenes that need to keep track of the subject, such as movie shooting, include scenes that are not in focus, so high-quality video is shot. Can not do it. On the other hand, in the imaging apparatus in which the driving of the vibration type actuator 200 is controlled by the control method described in the first and second embodiments, the accuracy of the operation of keeping the subject focused and chasing can be improved. You can shoot high quality video.
＜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。例えば、本発明に係る振動型アクチュエータの制御方法は、上述した撮像装置に限らず、電子機器や機械装置において位置決めを必要とする各種の部材の駆動制御に用いることができる。例えば、本発明に係る振動型アクチュエータの制御方法は、画像形成装置の感光ドラム等の回転駆動や多関節ロボットにおけるアームの回転駆動に用いられる振動型アクチュエータの駆動制御等にも適用可能である。本発明は、上述した実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。
<Other embodiments>
Although the present invention has been described in detail based on preferred embodiments thereof, the present invention is not limited to these specific embodiments, and various forms within the scope of the present invention are also included in the present invention. included. For example, the control method of the vibration type actuator according to the present invention is not limited to the above-described imaging device, and can be used for driving control of various members that require positioning in an electronic apparatus or a mechanical device. For example, the control method of the vibration type actuator according to the present invention can be applied to the drive control of the vibration type actuator used for the rotation drive of the photosensitive drum of the image forming apparatus or the rotation drive of the arm in the articulated robot. The present invention supplies a program that realizes one or more functions of the above-described embodiments to a system or apparatus via a network or a storage medium, and one or more processors in a computer of the system or apparatus read and execute the program This process can be realized. It can also be realized by a circuit (for example, ASIC) that realizes one or more functions.
３２ ＭＰＵ
３５ 位置検出センサ
３７ 第１の差動増幅器
３８ 第２の差動増幅器
３９ 位相差検出回路
２００ 振動型アクチュエータ
２０１ 第１の弾性体
２０２ 圧電素子
２２０ 振動体
４００ デジタルカメラ
32 MPU
35 position detection sensor 37 first differential amplifier 38 second differential amplifier 39 phase difference detection circuit 200 vibration type actuator 201 first elastic body 202 piezoelectric element 220 vibration body 400 digital camera
Claims (9)
前記駆動信号の時間的な位相差を所定の範囲で変えて前記電気−機械エネルギ変換素子に印加して前記振動型アクチュエータを駆動し、前記位相差ごとに前記振動体と前記被駆動体との相対的な移動速度の速度変動幅を検出する検出ステップと、
前記速度変動幅が最小となるときの前記駆動信号の位相差を決定する決定ステップと、
前記駆動信号を前記決定した位相差に設定して前記電気−機械エネルギ変換素子に印加することにより前記振動型アクチュエータの通常駆動を行う駆動ステップと、を有することを特徴とする振動型アクチュエータの制御方法。 A vibration body in which an electro-mechanical energy conversion element is bonded to an elastic body; and a driven body that is in pressure contact with the vibration body, and applying a predetermined drive signal to the electro-mechanical energy conversion element. A control method of a vibration type actuator for relatively moving the vibration body and the driven body by vibration excited by the vibration body,
The temporal phase difference of the drive signal is changed within a predetermined range and applied to the electro-mechanical energy conversion element to drive the vibration type actuator, and for each phase difference, the vibration body and the driven body A detecting step for detecting a speed fluctuation range of a relative moving speed;
A determining step for determining a phase difference of the drive signal when the speed fluctuation width is minimum;
A drive step of performing normal drive of the vibration actuator by setting the drive signal to the determined phase difference and applying the drive signal to the electro-mechanical energy conversion element. Method.
前記駆動信号の時間的な位相差を所定の範囲で変えて前記電気−機械エネルギ変換素子に印加して前記振動型アクチュエータを駆動し、前記位相差ごとに、前記振動検出電極から取り出される電圧と前記駆動信号との差動電圧と前記駆動信号の差動電圧との位相差の変動量を検出する検出ステップと、
前記差動電圧どうしの位相差の変動量が最小となる前記駆動信号の位相差を決定する決定ステップと、
前記駆動信号を前記決定した位相差に設定して前記電気−機械エネルギ変換素子に印加することにより前記振動型アクチュエータの通常駆動を行う駆動ステップと、を有することを特徴とする振動型アクチュエータの制御方法。 A vibration body in which an electro-mechanical energy conversion element having a vibration detection electrode is joined to an elastic body; and a driven body that is in pressure contact with the vibration body, and a predetermined drive signal is supplied to the electro-mechanical energy conversion element. A control method of a vibration type actuator that relatively moves the vibration body and the driven body by vibration excited by the vibration body by applying
A time phase difference of the drive signal is changed within a predetermined range and applied to the electromechanical energy conversion element to drive the vibration type actuator, and a voltage taken out from the vibration detection electrode for each phase difference; A detection step of detecting a fluctuation amount of a phase difference between the differential voltage of the drive signal and the differential voltage of the drive signal;
A determination step of determining a phase difference of the drive signal that minimizes a variation amount of the phase difference between the differential voltages;
A drive step of performing normal drive of the vibration actuator by setting the drive signal to the determined phase difference and applying the drive signal to the electro-mechanical energy conversion element. Method.
前記決定ステップで決定された位相差が前記記憶手段に記憶されていない場合に、前記検出ステップと前記決定ステップを行い、前記決定ステップで決定された位相差が前記記憶手段に記憶されている場合に、前記検出ステップと前記決定ステップを行わずに、前記記憶手段に記憶された位相差を用いて前記駆動ステップを行うように判定する判定ステップを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の振動型アクチュエータの制御方法。 A storage step of storing in the storage means the phase difference determined in the determination step;
When the phase difference determined in the determination step is not stored in the storage unit, the detection step and the determination step are performed, and the phase difference determined in the determination step is stored in the storage unit 3. The method according to claim 1, further comprising a determination step of determining to perform the driving step using the phase difference stored in the storage unit without performing the detection step and the determination step. The control method of the vibration type actuator as described.
前記振動体には位置的に９０°の位相差を有する２つの同形の曲げ振動が励起され、
前記２つの同形の曲げ振動が合成されることによって前記振動体の周方向に進行性の振動波が励起され、前記振動体と前記被駆動体とに相対的な回転が生じ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方法。 The vibrator is disc-shaped,
Two isomorphic bending vibrations having a phase difference of 90 ° are excited in the vibrator,
By combining the two bending vibrations having the same shape, a traveling vibration wave is excited in the circumferential direction of the vibrating body, and relative rotation occurs between the vibrating body and the driven body. The control method of the vibration type actuator according to any one of claims 1 to 4.
前記圧電体は、周方向に位置的に９０°の位相差で形成された４つの電極を有し、
前記４つの電極のうち径方向で対向する２つの電極にはそれぞれ時間的な位相差が１８０°で電圧振幅が同じ交流電圧が前記駆動信号として印加され、
前記所定の範囲で変える前記駆動信号の時間的な位相差とは、前記４つの電極のうち周方向に隣接する電極に印加する交流電圧の位相差であることを特徴とする請求項４に記載の振動型アクチュエータの制御方法。 The electro-mechanical energy conversion element is a piezoelectric element made of a disk-shaped piezoelectric body,
The piezoelectric body has four electrodes formed with a phase difference of 90 ° in the circumferential direction,
Among the four electrodes, two electrodes opposed in the radial direction are each supplied with an AC voltage having a temporal phase difference of 180 ° and the same voltage amplitude as the drive signal,
The time phase difference of the drive signal changed in the predetermined range is a phase difference of an alternating voltage applied to an electrode adjacent in the circumferential direction among the four electrodes. Control method for vibration type actuators.
前記振動型アクチュエータは、
弾性体と、該弾性体に接合された電気−機械エネルギ変換素子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、備え、
前記制御回路は、
前記電気−機械エネルギ変換素子に所定の駆動信号を印加する駆動手段と、
前記駆動信号の時間的な位相差を変える変更手段と、
前記駆動信号を時間的な位相差を所定の範囲で変えて前記電気−機械エネルギ変換素子に印加して前記振動型アクチュエータを駆動したときの前記振動体と相対的な移動速度の速度変動幅を前記位相差ごとに検出する検出手段と、
前記速度変動幅が最小となるときの前記駆動信号の位相差を決定する決定手段と、
前記決定手段が決定した位相差を記憶する記憶手段と、
前記駆動信号を前記記憶手段に記憶された位相差に設定して前記電気−機械エネルギ変換素子に印加することにより前記振動型アクチュエータの通常駆動を行うように前記駆動手段を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする振動型駆動装置。 A vibration type driving device having a vibration type actuator and a control circuit for controlling driving of the vibration type actuator,
The vibration type actuator is
A vibrating body having an elastic body and an electro-mechanical energy conversion element joined to the elastic body;
A driven body in pressure contact with the vibrating body, and
The control circuit includes:
Drive means for applying a predetermined drive signal to the electro-mechanical energy conversion element;
Changing means for changing a temporal phase difference of the drive signal;
The drive signal is applied to the electromechanical energy conversion element by changing the temporal phase difference in a predetermined range to drive the vibration type actuator to change the speed fluctuation range of the moving speed relative to the vibrating body. Detecting means for detecting each phase difference;
Determining means for determining a phase difference of the drive signal when the speed fluctuation width is minimized;
Storage means for storing the phase difference determined by the determination means;
Control means for controlling the drive means to perform normal drive of the vibration type actuator by setting the drive signal to the phase difference stored in the storage means and applying it to the electromechanical energy conversion element; A vibration type driving apparatus comprising:
前記振動型アクチュエータは、
弾性体と、該弾性体に接合された電気−機械エネルギ変換素子とを有する振動体と、
前記電気−機械エネルギ変換素子に設けられた振動検出電極と、
前記振動体と加圧接触する被駆動体と、備え、
前記制御回路は、
前記電気−機械エネルギ変換素子に所定の駆動信号を印加する駆動手段と、
前記駆動信号の時間的な位相差を変える変更手段と、
前記駆動信号を時間的な位相差を所定の範囲で変えて前記電気−機械エネルギ変換素子に印加して前記振動型アクチュエータを駆動し、前記位相差ごとに、前記振動検出電極から取り出される電圧と前記駆動信号との差動電圧と前記駆動信号の差動電圧との位相差の変動量を検出する検出手段と、
前記差動電圧どうしの位相差の変動量が最小となる前記駆動信号の位相差を決定する決定手段と、
前記決定手段が決定した位相差を記憶する記憶手段と、
前記駆動信号を前記記憶手段に記憶された位相差に設定して前記電気−機械エネルギ変換素子に印加することにより前記振動型アクチュエータの通常駆動を行うように前記駆動手段を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする振動型駆動装置。 A vibration type driving device having a vibration type actuator and a control circuit for controlling driving of the vibration type actuator,
The vibration type actuator is
A vibrating body having an elastic body and an electro-mechanical energy conversion element joined to the elastic body;
A vibration detection electrode provided in the electro-mechanical energy conversion element;
A driven body in pressure contact with the vibrating body, and
The control circuit includes:
Drive means for applying a predetermined drive signal to the electro-mechanical energy conversion element;
Changing means for changing a temporal phase difference of the drive signal;
The drive signal is applied to the electromechanical energy conversion element by changing a temporal phase difference within a predetermined range to drive the vibration type actuator, and a voltage taken out from the vibration detection electrode for each phase difference; Detecting means for detecting a fluctuation amount of a phase difference between the differential voltage of the drive signal and the differential voltage of the drive signal;
Determining means for determining a phase difference of the drive signal that minimizes a variation amount of the phase difference between the differential voltages;
Storage means for storing the phase difference determined by the determination means;
Control means for controlling the drive means to perform normal drive of the vibration type actuator by setting the drive signal to the phase difference stored in the storage means and applying it to the electromechanical energy conversion element; A vibration type driving apparatus comprising:
前記振動型駆動装置を構成する振動型アクチュエータからの出力によって所定の位置に移動して位置決めされる部材と、を備えることを特徴とする電子機器。 The vibration type driving device according to claim 7 or 8,
An electronic device comprising: a member that is moved to a predetermined position by an output from a vibration type actuator constituting the vibration type driving device.
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| JP2016005290A JP2017127128A (en) | 2016-01-14 | 2016-01-14 | Control method of vibration actuator, vibration driver and electronic apparatus |
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