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JP6671883B2 - Vibration type actuator control device and control method, vibration device, replacement lens, imaging device, and automatic stage - Google Patents

Vibration type actuator control device and control method, vibration device, replacement lens, imaging device, and automatic stage Download PDF

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JP6671883B2 JP2015149676A JP2015149676A JP6671883B2 JP 6671883 B2 JP6671883 B2 JP 6671883B2 JP 2015149676 A JP2015149676 A JP 2015149676A JP 2015149676 A JP2015149676 A JP 2015149676A JP 6671883 B2 JP6671883 B2 JP 6671883B2
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Description

本発明は、例えば振動型アクチュエータの制御装置とその制御方法、振動装置、交換用レンズ、撮像装置、及び自動ステージに関するものである。   The present invention relates to, for example, a control device and a control method for a vibration-type actuator, a vibration device, a replacement lens, an imaging device, and an automatic stage.

振動型モータは振動型アクチュエータの一例であり、弾性体及び弾性体に結合された圧電素子等の電気−機械エネルギー変換素子を有する振動体と、振動体と加圧接触する被駆動体を有する。振動型モータは、電気−機械エネルギー変換素子に交流電圧を印加することで、該素子に高周波振動を発生させ、その振動エネルギーを連続的な機械運動として取り出すように構成された、非電磁駆動式のモータである。   A vibration type motor is an example of a vibration type actuator, and includes a vibration body having an elastic body and an electro-mechanical energy conversion element such as a piezoelectric element coupled to the elastic body, and a driven body that comes into pressure contact with the vibration body. The vibration-type motor is a non-electromagnetic drive type configured to generate high-frequency vibration in an electro-mechanical energy conversion element by applying an AC voltage to the element and take out the vibration energy as continuous mechanical movement. Motor.

振動型アクチュエータの制御装置は、パルス信号を発生するパルス信号生成手段や、振動体が備える圧電素子に、増幅した交流電圧を印加する昇圧回路を有する。振動型アクチュエータは、圧電素子に印加された交流電圧の周波数、振幅、位相差などによって速度を制御する事ができ、例えばカメラのオートフォーカス駆動などに用いられている。オートフォーカス駆動には高精度な位置決め制御が必要であり、例えば位置センサを用いた位置フィードバック制御が行われる。   The control device for a vibration-type actuator includes a pulse signal generation unit that generates a pulse signal, and a booster circuit that applies an amplified AC voltage to a piezoelectric element included in the vibrator. The vibration type actuator can control the speed by the frequency, amplitude, phase difference, etc. of an AC voltage applied to the piezoelectric element, and is used for, for example, autofocus driving of a camera. Autofocus driving requires high-precision positioning control, and for example, position feedback control using a position sensor is performed.

制御時は、駆動周波数を圧電素子の駆動振動モードの共振周波数に近づけるほど振動振幅が大きくなり、共振周波数から高域側に離すほど振動振幅が小さくなる事を利用して、駆動対象物であるレンズを高速又は低速に駆動する。ここで、振動型アクチュエータは環境温度によって共振周波数が変化するので、駆動周波数に対する駆動速度(振動体と被駆動体との相対速度)の特性が変化してしまう。従って、駆動パラメータを補正せずに制御を行う場合、環境温度によって制御性能が損なわれる可能性がある。   At the time of control, it is the object to be driven by utilizing the fact that the vibration amplitude increases as the drive frequency approaches the resonance frequency of the drive vibration mode of the piezoelectric element, and the vibration amplitude decreases as the drive frequency moves away from the resonance frequency to a higher frequency side. Drive the lens at high or low speed. Here, since the resonance frequency of the vibration type actuator changes depending on the environmental temperature, the characteristics of the driving speed (the relative speed between the vibrating body and the driven body) with respect to the driving frequency change. Therefore, when control is performed without correcting the drive parameters, the control performance may be impaired due to the environmental temperature.

上記課題に対して、次のような方法が提案されている。   The following methods have been proposed to solve the above problems.

特許文献1は、温度センサ等の環境温度を検出する手段を用いて、駆動電圧の基準周波数を予め記憶された環境温度に対応した周波数補正量のデータに基づいて制御を行うものである。   Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-163873 uses a means for detecting an environmental temperature such as a temperature sensor to control a reference frequency of a drive voltage based on data of a frequency correction amount corresponding to an environmental temperature stored in advance.

特許第5391595号Patent No. 5391595

しかし、温度センサを用いて駆動周波数を補正する制御方法は制御装置のコストアップを招いてしまう。そこで、本発明は、温度センサを用いることなく、振動型アクチュエータの環境変化による共振周波数変化を検出して起動周波数を補正する制御方法を提供することを目的とする。   However, the control method of correcting the drive frequency using the temperature sensor increases the cost of the control device. Therefore, an object of the present invention is to provide a control method for correcting a starting frequency by detecting a change in resonance frequency due to a change in the environment of a vibration type actuator without using a temperature sensor.

本発明の一実施態様は、
特性検知期間において電流を検知する電流検出手段と、
前記電流検出手段の出力に基づいて電流が所定の電流に達する周波数を取得する周波数取得部と、
前記周波数取得部の出力に基づく補正量を用いて、交流電圧のパラメータを取得する第1のパラメータ取得部と、
前記第1のパラメータ取得部の出力に基づいて、振動型アクチュエータに入力される前記交流電圧を生成する交流電圧生成手段と、
を有し、
前記特性検知期間には、前記振動型アクチュエータの振動体における被駆動体との接触部には、接触面に垂直な方向の振動が励起され、かつ前記振動型アクチュエータは停止状態であることを特徴とする振動型アクチュエータの制御装置に関する。
One embodiment of the present invention is:
Current detection means for detecting a current during the characteristic detection period;
A frequency acquisition unit that acquires a frequency at which the current reaches a predetermined current based on the output of the current detection unit,
A first parameter acquisition unit that acquires a parameter of an AC voltage using a correction amount based on an output of the frequency acquisition unit;
AC voltage generation means for generating the AC voltage input to the vibration type actuator based on an output of the first parameter acquisition unit;
Has,
In the characteristic detection period, vibration in a direction perpendicular to a contact surface is excited at a contact portion of the vibrating body of the vibrating actuator with the driven body, and the vibrating actuator is in a stopped state. And a control device for the vibration type actuator.

また、本発明の一実施態様は、
特性検知期間において、
振動型アクチュエータの振動体における被駆動体との接触部に、接触面に垂直な方向の振動が励起され、且つ停止状態となるよう交流電圧を印加した状態で電流を検出し、
前記検出した電流に基づき、前記振動型アクチュエータに印加する交流電圧のパラメータを補正し、
本駆動期間において、
前記補正されたパラメータを有する交流電圧を前記振動型アクチュエータに印加することを特徴とする振動型アクチュエータの制御方法に関する。
In one embodiment of the present invention,
During the characteristic detection period,
A current is detected in a state where an AC voltage is applied so that a vibration in a direction perpendicular to the contact surface is excited at a contact portion between the driven body and the driven body in the vibrating body of the vibration type actuator, and is in a stopped state,
Based on the detected current, correct the parameter of the AC voltage applied to the vibration type actuator,
In this driving period,
The present invention relates to a method of controlling a vibration type actuator, wherein an AC voltage having the corrected parameter is applied to the vibration type actuator.

本発明によれば、温度センサを用いることなく、振動型アクチュエータの環境変化による共振周波数変化を検出して駆動周波数を補正することができる。また、個体差のばらつきに対しても対応することができる。   According to the present invention, a drive frequency can be corrected by detecting a change in resonance frequency due to an environmental change of a vibration type actuator without using a temperature sensor. Further, it is possible to cope with variations in individual differences.

本発明の第1の実施形態における、振動型アクチュエータとその制御装置を有する振動装置、制御装置の駆動部、及びパルス信号について説明する図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a vibration type actuator having a vibration type actuator and its control device, a driving unit of the control device, and a pulse signal according to the first embodiment of the present invention. リニア駆動型の振動型アクチュエータの駆動原理を説明する図である。It is a figure explaining the drive principle of a vibration type actuator of a linear drive type. レンズ鏡筒のレンズの駆動機構部を説明する図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a driving mechanism of a lens of a lens barrel. 環境温度の違いによる周波数とアクチュエータ速度の特性を説明する図である。FIG. 7 is a diagram illustrating characteristics of frequency and actuator speed depending on a difference in environmental temperature. 本駆動期間と特性検知期間において、周波数をスイープさせた時の速度と電力の測定結果を示す図である。FIG. 9 is a diagram illustrating measurement results of speed and power when the frequency is swept in a main driving period and a characteristic detection period. 環境温度による共振周波数の変化を電力で検出する方法を示すものである。It shows a method of detecting a change in resonance frequency due to environmental temperature with electric power. 特性検知期間と本駆動期間の制御シーケンスを示すフローチャートである。5 is a flowchart illustrating a control sequence of a characteristic detection period and a main drive period. パルス信号のパルス幅を変えた場合の電力の測定結果である。It is a measurement result of the power when the pulse width of the pulse signal is changed. パルス幅を変えた場合のピーク周波数と周波数差を示すものである。It shows a peak frequency and a frequency difference when the pulse width is changed. 環境温度の違いによる駆動速度の変化と、特性検知期間の電力特性の測定結果を示すものである。It shows a change in driving speed due to a difference in environmental temperature and a measurement result of power characteristics during a characteristic detection period. 本発明の第2の実施形態における、進行波を用いた振動型アクチュエータを示すものである。9 shows a vibration-type actuator using a traveling wave according to a second embodiment of the present invention. 進行波を用いた振動型アクチュエータにおける特性検知期間のパルス信号と、定在波振動を示すものである。FIG. 9 shows a pulse signal during a characteristic detection period in a vibration type actuator using a traveling wave and standing wave vibration. 本発明の制御装置の適用例である撮像装置の外観を示す平面図及び内部構造の概略図である。It is the top view which shows the external appearance of the imaging device which is an example of application of the control apparatus of this invention, and the schematic diagram of an internal structure. 本発明の制御装置の適用例である顕微鏡の外観を示す図である。It is a figure showing the appearance of the microscope which is an example of application of the control device of the present invention.

本発明の制御方法は、例えば次のような振動型アクチュエータに適用される。即ち、本発明が適用される振動型アクチュエータは、圧電素子等の電気−機械エネルギー変換素子と電気−機械エネルギー変換素子が接合される弾性体を有する振動体と、弾性体に加圧接触して振動体との相対位置が変化する被駆動体と、を備える。電気−機械エネルギー変換素子には、位相の異なる複数の交流電圧(駆動電圧)が各々印加され、弾性体に振動波を発生させる。弾性体は、生じた振動波により弾性体の駆動部(被駆動体との接触部)に楕円運動を生じ、この楕円運動によって弾性体(振動体)と被駆動体の相対位置が変化する。   The control method of the present invention is applied to, for example, the following vibration type actuator. That is, the vibration-type actuator to which the present invention is applied includes a vibrating body having an elastic body to which an electro-mechanical energy converting element such as a piezoelectric element and an electro-mechanical energy converting element are joined, A driven body whose relative position to the vibrating body changes. A plurality of AC voltages (driving voltages) having different phases are applied to the electro-mechanical energy conversion element, respectively, to generate a vibration wave in the elastic body. The elastic body generates an elliptical motion in a driving part (a contact part with the driven body) of the elastic body due to the generated vibration wave, and the relative position between the elastic body (vibrating body) and the driven body changes due to the elliptical motion.

本発明の振動型アクチュエータの制御方法は、様々な振動型アクチュエータに幅広く適用することができる。例えば、複写機の感光ドラムや画像形成装置の転写ベルトにおける回転駆動などに用いられる円環型の振動型アクチュエータで、進行波を振動体に形成して振動体と被駆動体の相対位置を変化させる円環型の振動型アクチュエータに適用できる。また、カメラレンズのズーム駆動やオートフォーカス駆動に用いられる振動型アクチュエータに適用できる。該振動型アクチュエータは、例えば、弾性体の摩擦面(振動体と被駆動体との接触面)に直交する2方向の1次の曲げ振動が励起され、時間位相π/2で重ね合せることで摩擦面に回転楕円運動を生じさせる棒状の振動型アクチュエータである。   The control method of the vibration type actuator of the present invention can be widely applied to various vibration type actuators. For example, an annular vibration-type actuator used for rotating a photosensitive drum of a copying machine or a transfer belt of an image forming apparatus, for example, and forms a traveling wave on a vibrating body to change the relative position between the vibrating body and the driven body. The present invention can be applied to an annular vibration type actuator. Further, the present invention can be applied to a vibration type actuator used for zoom drive and auto focus drive of a camera lens. In the vibration type actuator, for example, primary bending vibrations in two directions orthogonal to the friction surface of the elastic body (the contact surface between the vibration body and the driven body) are excited and superimposed at a time phase of π / 2. This is a rod-shaped vibration-type actuator that generates a spheroidal motion on a friction surface.

本発明において、駆動方向とは、振動体と被駆動体の接触面に対して平行な、振動体と被駆動体の相対移動の方向を指す。振動体と被駆動体の接触面とは、微視的に見た場合に、振動体と被駆動体の複数の接触点を含有する面のことであり、複数あってもよいが、振動体の摩擦面、または被駆動体の摩擦面と考えても良い。   In the present invention, the driving direction refers to a direction of relative movement between the vibrating body and the driven body that is parallel to a contact surface between the vibrating body and the driven body. The contact surface between the vibrating body and the driven body is a surface containing a plurality of contact points between the vibrating body and the driven body when viewed microscopically. Or the friction surface of the driven body.

また、振動型アクチュエータを駆動するとは、振動型アクチュエータに駆動電圧を入力して電気―機械エネルギー変換素子に振動が励起されている状態とすることを指し、駆動期間は、特性検知期間と本駆動期間を含む。   In addition, driving the vibration-type actuator refers to a state in which a driving voltage is input to the vibration-type actuator so that vibration is excited in the electro-mechanical energy conversion element. Including period.

特性検知期間とは、振動型アクチュエータの共振周波数の変化による振動型アクチュエータの速度特性等の変化の有無やどのように変化したかについて、情報を取得する期間である。また、本駆動期間とは、駆動対象物を動かすための駆動用の交流電圧が電気―機械エネルギー変換素子に入力される期間である。特性検知期間には、振動型アクチュエータの振動体における被駆動体との接触部に突き上げ方向(接触面と垂直な方向)の振動が励起され、かつ振動型アクチュエータが停止状態にある。また、本駆動期間には、前記接触部に楕円運動が励起されている。   The characteristic detection period is a period in which information is obtained on whether or not there is a change in the speed characteristics of the vibration type actuator due to a change in the resonance frequency of the vibration type actuator, and how the information has changed. The main driving period is a period in which a driving AC voltage for moving a driving target is input to the electro-mechanical energy conversion element. During the characteristic detection period, a vibration in a thrust direction (a direction perpendicular to the contact surface) is excited at a contact portion of the vibrating body of the vibration type actuator with the driven body, and the vibration type actuator is in a stopped state. During the main drive period, elliptical motion is excited in the contact portion.

起動周波数とは、振動型アクチュエータの駆動開始時に振動型アクチュエータに入力される交流電圧の周波数を指す。   The starting frequency refers to the frequency of the AC voltage input to the vibration-type actuator at the start of driving of the vibration-type actuator.

(第1の実施形態)
<振動体の原理説明>
図2は、リニア駆動型の振動型アクチュエータの駆動原理を説明する図である。図2(a)に示す振動型アクチュエータは、弾性体203に圧電素子204が接着された振動体205と、振動体205によって駆動される被駆動体201から成る。圧電素子204に交流電圧を印加することにより、図2(c)、(d)に示すような2つの振動モードを発生させ、突起部202に加圧接触する被駆動体201を矢印方向に移動させる。
(First embodiment)
<Principle explanation of vibrator>
FIG. 2 is a diagram illustrating the driving principle of the linear drive type vibration type actuator. The vibration-type actuator shown in FIG. 2A includes a vibrating body 205 in which a piezoelectric element 204 is bonded to an elastic body 203, and a driven body 201 driven by the vibrating body 205. By applying an AC voltage to the piezoelectric element 204, two vibration modes as shown in FIGS. 2C and 2D are generated, and the driven body 201 that comes into pressure contact with the protrusion 202 is moved in the direction of the arrow. Let it.

図2(b)は圧電素子204の電極パターンを示す図であり、例えば振動体205の圧電素子204には、長手方向で2等分された電極領域が形成されている。また、各電極領域における分極方向は、同一方向(+)となっている。圧電素子204の2つの電極領域のうち図2(b)の右側に位置する電極領域には交流電圧(VB)が印加され、左側に位置する電極領域には交流電圧(VA)が印加される。VBおよびVAを第1の振動モードの共振周波数付近の周波数で、かつ同位相の交流電圧とすると、圧電素子204の全体(2つの電極領域)がある瞬間には伸び、また別の瞬間には縮むことになる。   FIG. 2B is a diagram showing an electrode pattern of the piezoelectric element 204. For example, the piezoelectric element 204 of the vibrating body 205 has an electrode region divided into two in the longitudinal direction. The polarization directions in the respective electrode regions are the same (+). Of the two electrode regions of the piezoelectric element 204, an AC voltage (VB) is applied to an electrode region located on the right side of FIG. 2B, and an AC voltage (VA) is applied to an electrode region located on the left side of FIG. . Assuming that VB and VA are frequencies near the resonance frequency of the first vibration mode and AC voltages having the same phase, the entire piezoelectric element 204 (two electrode regions) expands at one moment, and at another moment. Will shrink.

この結果、振動体205には図2(c)に示す第1の振動モードの振動(以下、突上げ振動)が発生することになる。また、VBおよびVAを第2の振動モードの共振周波数付近の周波数で、かつ位相が180°ずれた交流電圧とすると、ある瞬間には、圧電素子204の右側の電極領域が縮むとともに、左側の電極領域が伸びる。また、別の瞬間には逆の関係となる。この結果、振動体205には図2(d)に示す第2の振動モードの振動(以下、送り振動)が発生することになる。   As a result, the vibration in the first vibration mode (hereinafter, thrust-up vibration) shown in FIG. Further, when VB and VA are frequencies near the resonance frequency of the second vibration mode and AC voltages whose phases are shifted by 180 °, at a certain moment, the right electrode region of the piezoelectric element 204 shrinks and the left The electrode area extends. At another moment, the relationship is reversed. As a result, vibration in the second vibration mode (hereinafter referred to as feed vibration) shown in FIG.

このように、2つの振動モードを合成することにより、被駆動体201が図2(a)の矢印方向に駆動される。また、第1の振動モードと第2の振動モードの発生比を2等分された電極へ入力する交流電圧の位相差を変えることにより変更可能とされている。この振動型アクチュエータでは発生比を変えることにより被駆動体の速度を変更させることが可能となる。   Thus, by combining the two vibration modes, the driven body 201 is driven in the direction of the arrow in FIG. Further, the generation ratio between the first vibration mode and the second vibration mode can be changed by changing the phase difference of the AC voltage input to the equally divided electrodes. In this vibration type actuator, the speed of the driven body can be changed by changing the generation ratio.

以下では、本実施形態として、本発明の制御装置及び制御方法を光学機器であるカメラのレンズ駆動機構に適用した構成例を説明する。尚、本実施形態ではカメラに搭載した構成例について説明するが、これに限定されるものではない。   Hereinafter, as the present embodiment, a configuration example in which the control device and the control method of the present invention are applied to a lens driving mechanism of a camera that is an optical device will be described. In the present embodiment, a configuration example mounted on a camera will be described, but the present invention is not limited to this.

図3は、レンズ鏡筒のレンズの駆動機構を説明する図である。本実施形態の振動型アクチュエータを用いた駆動対象物であるレンズの駆動機構は、振動体と、被駆動体と、この被駆動体を摺動自在に保持する、平行に配された第1ガイドバーと第2ガイドバーとを備えている。この電気−機械エネルギー変換素子に対する駆動電圧の印加によって振動体の突起部に生成される楕円運動によって、振動体と弾性体の突起部と接触する第2ガイドバーとの間に相対移動力を発生させる。これによって、被駆動体を第1及び第2ガイドバーに沿って駆動方向(ここでは、第2ガイドバーが延在する方向と平行な方向)に移動可能に構成されている。   FIG. 3 is a diagram illustrating a lens driving mechanism of the lens barrel. A driving mechanism of a lens which is a driving object using the vibration type actuator of the present embodiment includes a vibrating body, a driven body, and a first guide arranged in parallel, which slidably holds the driven body. A bar and a second guide bar are provided. The relative movement force is generated between the vibrating body and the second guide bar in contact with the protruding part of the elastic body due to the elliptical motion generated on the protruding part of the vibrating body by applying a driving voltage to the electro-mechanical energy conversion element. Let it. Thus, the driven body is configured to be movable along the first and second guide bars in the driving direction (here, a direction parallel to the direction in which the second guide bar extends).

具体的には、本実施形態の振動型アクチュエータによる駆動対象物の駆動機構300は、主にレンズ保持部材であるレンズホルダ302、レンズ306、不図示のフレキシブルプリント基板が結合された振動体205を有する。また、加圧磁石305、2つのガイドバー303、304及び不図示の基体を有する。ここでは、振動体として振動体205を例に説明する。   Specifically, the driving mechanism 300 of the driving target by the vibration type actuator according to the present embodiment mainly includes a lens holder 302, a lens 306, which is a lens holding member, and a vibrating body 205 to which a flexible printed board (not shown) is coupled. Have. Further, it has a pressing magnet 305, two guide bars 303 and 304, and a base (not shown). Here, the vibration body 205 will be described as an example of the vibration body.

第1のガイドバー303、第2ガイドバー304は、互いに平行に配置されるようにそれらの各ガイドバーの両端が、不図示の基体により保持固定されている。レンズホルダ302は、円筒状のホルダ部302a、振動体205及び加圧磁石305を保持固定する保持部302b、第1ガイドバー303と嵌合してガイドの作用をなす第1のガイド部302cを有する。   Both ends of each of the first guide bar 303 and the second guide bar 304 are held and fixed by a base (not shown) so as to be arranged in parallel with each other. The lens holder 302 includes a cylindrical holder portion 302a, a holding portion 302b that holds and fixes the vibrating body 205 and the pressing magnet 305, and a first guide portion 302c that engages with the first guide bar 303 to function as a guide. Have.

加圧手段が有する加圧磁石305は永久磁石である。加圧磁石305とガイドバー304との間に磁気回路が形成され、これら部材間に吸引力が発生する。加圧磁石305はガイドバー304とは間隔を設けて配置されており、ガイドバー304は振動体205と接するように配置されている。前記の吸引力によりガイドバー304と振動体205との間に加圧力が与えられる。   The pressing magnet 305 of the pressing means is a permanent magnet. A magnetic circuit is formed between the pressing magnet 305 and the guide bar 304, and an attractive force is generated between these members. The pressing magnet 305 is arranged at an interval from the guide bar 304, and the guide bar 304 is arranged to be in contact with the vibrating body 205. A pressure is applied between the guide bar 304 and the vibrating body 205 by the suction force.

弾性体の突起部が第2ガイドバー304と加圧接触して、第2のガイド部として機能する。第2のガイド部は磁気による吸引力を利用してガイド機構を形成しているため、外力を受ける等により振動体205とガイドバー304が引き離される状態が生じるが、これに対しては、つぎのように対処されている。すなわち、レンズホルダ302に備えられる脱落防止部302dがガイドバーに当たることで、レンズホルダ302が所望の位置に戻るように対応が施されている。   The protrusion of the elastic body comes into pressure contact with the second guide bar 304 and functions as a second guide. Since the second guide portion forms a guide mechanism using a magnetic attraction force, the vibrating body 205 and the guide bar 304 may be separated from each other due to external force or the like. Has been dealt with. That is, a countermeasure is made so that the lens holder 302 returns to a desired position by the falling-off preventing portion 302d provided in the lens holder 302 hitting the guide bar.

振動体205に所望の交流電圧を与えることで振動体205とガイドバー304との間に駆動力が発生し、この駆動力によりレンズホルダの駆動が行われる。   By applying a desired AC voltage to the vibrating body 205, a driving force is generated between the vibrating body 205 and the guide bar 304, and the driving force drives the lens holder.

<環境温度によるアクチュエータの特性の変化>
図4は、環境温度の違いによる周波数と駆動速度の特性を説明する図である。
<Change in actuator characteristics due to environmental temperature>
FIG. 4 is a diagram for explaining the characteristics of the frequency and the driving speed depending on the difference in the environmental temperature.

振動体が備える圧電素子の温度特性の影響により、環境温度に伴って振動体の共振周波数は変化する。図のように、常温環境から低温環境になることで、共振周波数はfm0からfm1に変化する。これに伴って、周波数に対する駆動速度特性は、およそ共振周波数変化分だけ高域側にシフトする。   The resonance frequency of the vibrating body changes with the environmental temperature due to the influence of the temperature characteristics of the piezoelectric element included in the vibrating body. As shown in the figure, when the environment changes from the normal temperature environment to the low temperature environment, the resonance frequency changes from fm0 to fm1. Along with this, the driving speed characteristic with respect to the frequency shifts to the high frequency side by a change of the resonance frequency.

ここで、常温環境と低温環境とは、例えば摂氏15℃から30℃と、−15℃から0℃のような温度範囲の関係である。所定の起動速度に達する周波数を環境温度で比較すると、f0とf1の違いが生じることになる。常温環境で、起動周波数f0からfm0の範囲で速度を制御する場合に対して、低温環境では起動周波数f1からfm1の範囲で制御するのが望ましい。環境温度の変化に伴って起動周波数を調整することができれば、同一の制御パラメータで同様の制御性能を得ることができる。   Here, the normal temperature environment and the low temperature environment are in a temperature range such as 15 ° C. to 30 ° C. and −15 ° C. to 0 ° C., for example. Comparing the frequency at which the predetermined starting speed is reached with the ambient temperature, a difference between f0 and f1 occurs. In the case of controlling the speed in the range of the starting frequency f0 to fm0 in a normal temperature environment, it is desirable to control the speed in the range of the starting frequency f1 to fm1 in a low temperature environment. If the starting frequency can be adjusted according to the change in the environmental temperature, the same control performance can be obtained with the same control parameters.

<本発明の制御装置及び振動装置>
本発明の振動型アクチュエータの制御装置及び前記制御装置を有する振動装置について、図面を参照しながら説明する。
<Control device and vibration device of the present invention>
A control device for a vibration-type actuator according to the present invention and a vibration device having the control device will be described with reference to the drawings.

図1(a)は、本発明の振動型アクチュエータの制御装置と、振動型アクチュエータ及び制御装置を有する振動装置を示す図である。振動装置10は、圧電素子101、駆動対象物121、制御装置20、及び相対速度検出手段115を有する。駆動対象物は、振動体が直接駆動する被駆動体であってもよく、また、被駆動体を介して駆動する物体でもよい。例えば、図2(a)で示した被駆動体201であっても良いし、図3で示したレンズ306やレンズホルダ302であっても良い。   FIG. 1A is a diagram showing a control device for a vibration-type actuator according to the present invention, and a vibration device having the vibration-type actuator and the control device. The vibration device 10 includes a piezoelectric element 101, a driving target 121, a control device 20, and a relative speed detection unit 115. The driven object may be a driven body directly driven by the vibrating body, or may be an object driven via the driven body. For example, the driven body 201 shown in FIG. 2A may be used, or the lens 306 or the lens holder 302 shown in FIG.

従って、相対速度検出手段115で求める相対速度も、振動体と被駆動体の相対速度でもよく、振動体と駆動対象物の相対速度でもよい。また、振動体と駆動対象物との相対速度は、振動体と駆動対象物との相対位置から求まる。したがって、相対速度検出手段115は、相対位置検出手段であってもよい。   Therefore, the relative speed obtained by the relative speed detecting means 115 may be the relative speed between the vibrating body and the driven body, or the relative speed between the vibrating body and the driven object. Further, the relative speed between the vibrating body and the driven object is determined from the relative position between the vibrating body and the driven object. Therefore, the relative speed detecting means 115 may be a relative position detecting means.

制御装置20は、制御部21、駆動部22、及び電源105を有する。制御部21は、指令値生成手段109、PID演算部110、周波数取得部117、補正量取得部118、及びパラメータ取得部111を有する。   The control device 20 includes a control unit 21, a driving unit 22, and a power supply 105. The control unit 21 includes a command value generation unit 109, a PID calculation unit 110, a frequency acquisition unit 117, a correction amount acquisition unit 118, and a parameter acquisition unit 111.

指令値生成手段109は、位置や速度に関する指令値を出力するように構成され、PID演算部110は、指令値と相対速度検出手段の出力との差分に基づいて制御量を求めるように構成されている。   The command value generation means 109 is configured to output a command value relating to position and speed, and the PID calculation unit 110 is configured to obtain a control amount based on a difference between the command value and the output of the relative speed detection means. ing.

周波数取得部117は、振動型アクチュエータで消費される電力を検出するための電流検出回路102の出力から、消費電力が所定の電力(または所定の電力となる所定の電流)に達する周波数を取得するように構成されている。電力は電流に比例するため、検出した電流に基づいて周波数を取得しても良く、また、電力を求めるために検出電流を用いても良い。補正量取得部118は、周波数取得部117の出力に基づいて交流電圧のパラメータにおける補正量を取得するように構成されている。   The frequency obtaining unit 117 obtains a frequency at which the power consumption reaches a predetermined power (or a predetermined current that becomes a predetermined power) from an output of the current detection circuit 102 for detecting the power consumed by the vibration type actuator. It is configured as follows. Since the power is proportional to the current, the frequency may be obtained based on the detected current, or the detected current may be used to obtain the power. The correction amount acquisition unit 118 is configured to acquire the correction amount in the parameter of the AC voltage based on the output of the frequency acquisition unit 117.

パラメータ取得部111は、少なくともPID演算部110及び補正量取得部118の一方からの出力に基づいて、交流電圧のパラメータを取得するように構成されている。パラメータとは、例えば、交流電圧の周波数、振幅、位相の少なくとも1つである。パラメータ取得部111は、特性検知期間には、周波数取得部の出力に基づく補正量を用いて(補正量取得部118の出力に基づいて)交流電圧のパラメータを求め、本駆動期間には、PID演算部110の出力に基づいて交流電圧のパラメータを求める。   The parameter acquisition unit 111 is configured to acquire a parameter of the AC voltage based on at least an output from one of the PID calculation unit 110 and the correction amount acquisition unit 118. The parameter is, for example, at least one of the frequency, amplitude, and phase of the AC voltage. During the characteristic detection period, the parameter obtaining unit 111 obtains a parameter of the AC voltage using the correction amount based on the output of the frequency obtaining unit (based on the output of the correction amount obtaining unit 118). The parameter of the AC voltage is obtained based on the output of the arithmetic unit 110.

パラメータ取得部111は、補正量取得部118の出力が入力される第1のパラメータ取得部111−1と、PID演算部110の出力が入力される第2のパラメータ取得部111−2の2つのパラメータ演算部を有していてもよい。この場合、工程が特性検知期間であるか本駆動期間であるかによって、2つのパラメータ取得部が切り替えて用いられる。また、パラメータ取得部111は、上記2つのパラメータ取得部の機能を有する1つのパラメータ取得部であってもよい。   The parameter acquisition unit 111 includes a first parameter acquisition unit 111-1 to which the output of the correction amount acquisition unit 118 is input, and a second parameter acquisition unit 111-2 to which the output of the PID calculation unit 110 is input. It may have a parameter operation unit. In this case, the two parameter acquisition units are switched and used depending on whether the process is the characteristic detection period or the main driving period. Further, the parameter acquiring unit 111 may be a single parameter acquiring unit having the functions of the two parameter acquiring units.

次に、パラメータ取得部111の具体的構成について説明する。パラメータ取得部111は、例えば、それぞれ位相差に関するパラメータを取得する位相差変換部112、及び周波数に関するパラメータを求める周波数変換部113を有する。また、パラメータ取得部111は、位相差変換部112及び周波数変換部113の出力より、位相差及び周波数の一方のパラメータに関する信号を出力する位相差―周波数判定部114を有する。   Next, a specific configuration of the parameter acquisition unit 111 will be described. The parameter acquisition unit 111 includes, for example, a phase difference conversion unit 112 that acquires a parameter relating to a phase difference, and a frequency conversion unit 113 that acquires a parameter relating to a frequency. In addition, the parameter acquisition unit 111 includes a phase difference-frequency determination unit 114 that outputs a signal relating to one of the phase difference and frequency parameters from the outputs of the phase difference conversion unit 112 and the frequency conversion unit 113.

制御部21は、例えばCPU、PLD(ASICと含む)などのデジタルデバイスや、A/D変換器などの素子から構成される。   The control unit 21 is configured by digital devices such as a CPU and a PLD (including an ASIC), and elements such as an A / D converter.

駆動部22は、パラメータ取得部111の出力に基づいて交流電圧を生成するよう構成された交流電圧生成手段119、電流検出回路102、及び圧電素子101に増幅した交流電圧を印加する昇圧部116を有する。交流電圧生成手段119は、位相差―周波数判定部114の出力に基づいてパルス信号を生成するパルス信号生成手段107、及びパルス信号生成手段107の出力に応じて交流電圧を生成するスイッチング回路108を有する。   The drive unit 22 includes an AC voltage generation unit 119 configured to generate an AC voltage based on the output of the parameter acquisition unit 111, a current detection circuit 102, and a boosting unit 116 that applies the amplified AC voltage to the piezoelectric element 101. Have. The AC voltage generation unit 119 includes a pulse signal generation unit 107 that generates a pulse signal based on the output of the phase difference-frequency determination unit 114, and a switching circuit 108 that generates an AC voltage according to the output of the pulse signal generation unit 107. Have.

駆動部22について、より詳細に説明する。図1(b)は本発明の振動型アクチュエータの駆動部を示す図である。   The drive unit 22 will be described in more detail. FIG. 1B is a view showing a driving unit of the vibration type actuator according to the present invention.

パルス信号生成手段107は、不図示の制御信号に応じた駆動周波数で動作する、A相、B相のパルス信号を出力する。スイッチング回路108は、例えばいわゆるHブリッジ回路で構成され、スイッチング素子がパルス信号によってオン・オフ制御されて交流電圧を出力する。尚、矩形のパルス信号は、PWM(パルス幅変調)制御によってパルス幅(パルス・デューティ)が所望の交流電圧振幅が得られるように調整される。   The pulse signal generation unit 107 outputs A-phase and B-phase pulse signals that operate at a drive frequency according to a control signal (not shown). The switching circuit 108 is constituted by, for example, a so-called H-bridge circuit, and the switching element is controlled to be turned on / off by a pulse signal to output an AC voltage. Note that the rectangular pulse signal is adjusted by PWM (pulse width modulation) control so that the pulse width (pulse duty) can be obtained to obtain a desired AC voltage amplitude.

スイッチング回路108は電源105と抵抗106を介して接続され、抵抗106の端子間電圧を検出することで振動型アクチュエータの駆動時に電源から供給される電流が検出される。よって、振動型アクチュエータで消費する電力は、電流検出回路102によって検出された電流及び電源105の電圧から求められる。   The switching circuit 108 is connected to a power supply 105 via a resistor 106. By detecting a voltage between terminals of the resistor 106, a current supplied from the power supply when the vibration actuator is driven is detected. Therefore, the power consumed by the vibration type actuator is obtained from the current detected by the current detection circuit 102 and the voltage of the power supply 105.

すなわち、電流検出回路102は、電流量を検知できれば良く、例えばオペアンプを有する構成とし、オペアンプの2つの入力端子の電位差を検出する構成とすることができる。また、電流検出回路102は、制御部21との信号の伝達を考慮して、A/Dコンバータを有していても良い。また、電流検出回路102は、少なくとも特性検知期間において、電流を検知できるように構成されている。更に本駆動期間に電流を検知できるように構成されていても良い。   That is, the current detection circuit 102 only needs to be able to detect the amount of current. For example, the current detection circuit 102 may be configured to include an operational amplifier and configured to detect a potential difference between two input terminals of the operational amplifier. Further, the current detection circuit 102 may include an A / D converter in consideration of signal transmission with the control unit 21. The current detection circuit 102 is configured to be able to detect a current at least during a characteristic detection period. Further, the configuration may be such that the current can be detected during the main driving period.

2相の交流電圧は、インダクタ103とトランス104を有する昇圧回路によって所望の電圧に昇圧される。昇圧された交流電圧は、フィルタ効果によって矩形からSIN波形に変換されて圧電素子101に印加される。振動型アクチュエータは、圧電素子101に印加された交流電圧の周波数、振幅、位相差などによって速度を制御する事ができる。   The two-phase AC voltage is boosted to a desired voltage by a booster circuit having an inductor 103 and a transformer 104. The boosted AC voltage is converted from a rectangle into a SIN waveform by a filter effect and applied to the piezoelectric element 101. The speed of the vibration type actuator can be controlled by the frequency, amplitude, phase difference, and the like of the AC voltage applied to the piezoelectric element 101.

なお、制御部及び駆動部は、1つの素子や回路から構成されるだけではなく、複数の素子や回路から構成されていてもよい。また、各処理をいずれの素子や回路が実行してもよい。   Note that the control unit and the drive unit may be configured not only from one element or circuit, but also from a plurality of elements or circuits. Further, each element may be executed by any element or circuit.

<特性検知期間と本駆動期間の各パルス信号>
図1(c)は、特性検知期間のA相とB相のパルス信号と昇圧後の交流電圧の波形を示すものである。特性検知期間は、A相とB相のパルス信号の位相は同じになるよう設定されている。圧電素子に印加される交流電圧の位相も同様であり、圧電素子には、位相が同じ交流電圧が入力される。その結果、振動体には、実質的には、被駆動体と接触する接触面に垂直な方向(突上げ方向)の振動のみが生成される。
<Pulse signals during the characteristic detection period and the main drive period>
FIG. 1C shows the waveforms of the A-phase and B-phase pulse signals and the boosted AC voltage during the characteristic detection period. The characteristic detection period is set so that the phases of the A-phase and B-phase pulse signals are the same. The same applies to the phase of the AC voltage applied to the piezoelectric element, and the AC voltage having the same phase is input to the piezoelectric element. As a result, substantially only the vibration in the direction (thrust-up direction) perpendicular to the contact surface that comes into contact with the driven body is generated in the vibrating body.

この時、駆動方向の送り振動は実質的には発生しないので、振動型アクチュエータを停止状態(駆動対象物を駆動方向に相対移動しない状態)とすることができる。停止状態は、後述のようにエンコーダ等を用いて位置又は速度を、位置検出手段または速度検出手段で検出することで確認できる。すなわち、停止状態とは、駆動対象物と振動体の相対位置の変化が、位置検出手段または速度検出手段の下限値、または停止状態にみなせるとして設定された値以下の状態である。2つの駆動電圧の位相を同じにした状態で周波数をスイープすれば、振動型アクチュエータを停止したまま周波数に基づく電力を検出することができる。   At this time, since the feed vibration in the driving direction does not substantially occur, the vibration type actuator can be brought into a stopped state (a state in which the driven object is not relatively moved in the driving direction). The stop state can be confirmed by detecting a position or a speed using an encoder or the like with a position detecting unit or a speed detecting unit as described later. That is, the stopped state is a state in which a change in the relative position between the driven object and the vibrating body is equal to or lower than the lower limit of the position detecting unit or the speed detecting unit or a value set as a stop state. If the frequency is swept in a state where the phases of the two drive voltages are the same, power based on the frequency can be detected with the vibration type actuator stopped.

本実施形態において、A相とB相のパルス信号の位相が同じで、位相が同じ交流電圧が圧電素子に入力される場合について上記で説明したが、本発明の振動型アクチュエータの制御装置、及び制御方法はこれに限定されない。前記振動型アクチュエータを停止状態とできればよいため、A相とB相のパルス信号の位相差は、−10°乃至+10°の範囲内であると良い。なお、上述のように、接触面に対し垂直な方向(突き上げ方向)の振動のみが振動体に励起されるため、A相とB相のパルス信号の位相が同じ(位相差が0°)時がより好ましい。   In the present embodiment, the case where the phase of the A-phase and the B-phase pulse signals are the same and the AC voltage having the same phase is input to the piezoelectric element has been described above, but the control device of the vibration-type actuator of the present invention, and The control method is not limited to this. The phase difference between the A-phase and B-phase pulse signals is preferably in the range of −10 ° to + 10 ° since the vibration-type actuator only needs to be able to be in the stopped state. As described above, since only the vibration in the direction perpendicular to the contact surface (thrust direction) is excited by the vibrating body, when the phases of the A-phase and B-phase pulse signals are the same (the phase difference is 0 °), Is more preferred.

また、特性検知期間において、交流電圧における電圧振幅の値を調整することで、振動型アクチュエータを停止状態としても良い。電圧振幅を小さくすることで、振動体における被駆動体との接触部に励起される振動の駆動方向(送り方向)の成分を小さくすることができる。   Further, during the characteristic detection period, the value of the voltage amplitude of the AC voltage may be adjusted to bring the vibration type actuator into a stopped state. By reducing the voltage amplitude, it is possible to reduce the component in the driving direction (feed direction) of the vibration excited at the contact portion of the vibrating body with the driven body.

図1(d)は、本駆動期間のA相とB相のパルス信号と昇圧後の交流電圧の波形の例を示すものである。ここでは、本駆動期間に、A相とB相のパルス信号の位相が、90度異なるよう設定される例を示す。振動体には突上げ振動と送り振動が発生し、振動体と被駆動体の相対位置が変化する。本駆動期間では、位相差及び周波数を変えることで駆動速度を制御することができる。   FIG. 1D shows an example of the waveforms of the A-phase and B-phase pulse signals and the boosted AC voltage during the main driving period. Here, an example is shown in which the phases of the A-phase and B-phase pulse signals are set to differ by 90 degrees during the main drive period. Raising vibration and feed vibration occur in the vibrating body, and the relative position between the vibrating body and the driven body changes. In the main driving period, the driving speed can be controlled by changing the phase difference and the frequency.

図5は、図2(a)乃至(d)で示した、圧電素子が板状のタイプの振動体に関して、本駆動期間と特性検知期間において、周波数をスイープさせた時の振動型アクチュエータの速度と電力の測定結果を示す図である。図5(a)は振動型アクチュエータの速度(駆動速度)の結果である。駆動速度は、ここでは被駆動体と振動体の相対速度を検出する不図示の光学エンコーダを用いて測定した。   FIG. 5 shows the speed of the vibration-type actuator when the frequency is swept during the main drive period and the characteristic detection period for the plate-type vibrator shown in FIGS. 2A to 2D. It is a figure which shows the measurement result of power. FIG. 5A shows the result of the speed (drive speed) of the vibration type actuator. The drive speed was measured using an optical encoder (not shown) that detects the relative speed between the driven body and the vibrating body.

本駆動期間の周波数スイープ時間は50ms、A相とB相のパルス信号の位相差は90度、パルス幅は30%で行った。これに対して、特性検知期間の周波数スイープ時間は10ms、A相とB相のパルス信号の位相差は0度、パルス幅は12%で行った。ここで、周波数スイープ時間とは、駆動時に振動体に印加される交流電圧の周波数が徐々に変化する時間を指す。その結果、本駆動期間は、振動体と被駆動体の相対移動の最高速度が200mm/s以上であるのに対して、特性検知期間の光学エンコーダで検出した速度はゼロであった。   The frequency sweep time during this drive period was 50 ms, the phase difference between the A-phase and B-phase pulse signals was 90 degrees, and the pulse width was 30%. On the other hand, the frequency sweep time during the characteristic detection period was 10 ms, the phase difference between the A-phase and B-phase pulse signals was 0 degree, and the pulse width was 12%. Here, the frequency sweep time refers to a time during which the frequency of the AC voltage applied to the vibrating body during driving gradually changes. As a result, during the main drive period, the maximum speed of the relative movement between the vibrating body and the driven body was 200 mm / s or more, whereas the speed detected by the optical encoder during the characteristic detection period was zero.

このことから、周波数をスイープしても振動型アクチュエータが停止していた事がわかる。図5(c)に示すように、本駆動期間の振動は楕円運動であるのに対し、特性検知期間は、実質的に、送り振動が無く突上げ振動だけが生成されている。突上げ振動を起こすことで、振動型アクチュエータが停止状態であっても、電力ピークを検出することができる。   This indicates that the vibration type actuator was stopped even when the frequency was swept. As shown in FIG. 5C, the vibration during the main drive period is an elliptical motion, whereas during the characteristic detection period, there is substantially no feed vibration and only a thrust vibration is generated. By causing the thrust vibration, a power peak can be detected even when the vibration type actuator is in a stopped state.

図5(b)は、周波数をスイープさせた時の電力の測定結果である。特性検知期間において、振動型アクチュエータは停止状態であるが突上げ振動は生じているので、電力にピークが見られる。つまり、本駆動期間と同様に電力カーブを得ることができる。従って、特性検知期間のパルス信号で周波数をスイープさせた時の電力または電流を検出することで、温度環境や個体差による共振周波数の変化を検出することができる。   FIG. 5B shows the measurement result of the power when the frequency is swept. During the characteristic detection period, the vibration-type actuator is in the stopped state, but thrust-up vibration occurs, so that a peak is seen in the electric power. That is, a power curve can be obtained as in the main driving period. Therefore, by detecting the power or current when the frequency is swept by the pulse signal in the characteristic detection period, it is possible to detect a change in the resonance frequency due to the temperature environment or individual differences.

次に、周波数スイープ時の電力の検出結果を用いた、具体的な起動周波数の補正方法を説明する。   Next, a description will be given of a specific method of correcting the starting frequency using the detection result of the power during the frequency sweep.

図6は、環境温度による共振周波数の変化を電力で検出する方法を示すものである。   FIG. 6 shows a method of detecting a change in the resonance frequency due to the environmental temperature with electric power.

図6(a)は、図2(a)乃至(d)で示した、圧電素子が板状のタイプの振動体に関して、常温環境と−20℃環境で振動体のインピーダンス特性を測定した結果であり、横軸が周波数、縦軸が振動体の機械腕電流に相当する電力を示す。ここでは、電源から振動型アクチュエータに供給される電流量に基づいて、振動体の機械腕電流に相当する電力を求める。具体的には、電源とスイッチング回路の間の電位差を検出している。   FIG. 6A shows the results of measuring the impedance characteristics of the vibrating body shown in FIGS. 2A to 2D in a normal temperature environment and a −20 ° C. environment with respect to the vibrating body having a plate-shaped piezoelectric element. The horizontal axis indicates frequency, and the vertical axis indicates electric power corresponding to the mechanical arm current of the vibrating body. Here, the power corresponding to the mechanical arm current of the vibrating body is obtained based on the amount of current supplied from the power supply to the vibrating actuator. Specifically, the potential difference between the power supply and the switching circuit is detected.

厳密には、電源の出力には、振動体に印加される前にスイッチング回路や昇圧回路等によって損失が生じるが、電源から振動型アクチュエータに供給される電流では機械腕電流が支配的となる。したがって、電源から振動型アクチュエータに供給される電流量を求めることで、振動体の機械腕電流に相当する電力を求めることができる。   Strictly, the output of the power supply causes a loss due to a switching circuit, a boosting circuit, and the like before being applied to the vibrating body, but the mechanical arm current is dominant in the current supplied from the power supply to the vibration type actuator. Therefore, by determining the amount of current supplied from the power supply to the vibration-type actuator, it is possible to obtain power corresponding to the mechanical arm current of the vibrating body.

図6(a)より、圧電素子の温度特性の影響により、電力は、それぞれ突上げ振動におけるピークが700Hz、送り振動におけるピークが800Hz、高域にシフトしている。このように、駆動に用いる2つの振動の共振周波数は温度によって同じように変化する。すなわち、温度が変化した時に突上げ振動の共振周波数が増加する場合には、送り振動の共振周波数も増加し、突上げ振動の共振周波数が減少する場合には、送り振動の共振周波数も減少する。   As shown in FIG. 6A, due to the influence of the temperature characteristic of the piezoelectric element, the electric power shifts to a high frequency at 700 Hz at the peak in the thrust vibration and 800 Hz at the peak in the feed vibration. As described above, the resonance frequencies of the two vibrations used for driving change in the same manner depending on the temperature. That is, when the resonance frequency of the thrust vibration increases when the temperature changes, the resonance frequency of the thrust vibration also increases, and when the resonance frequency of the thrust vibration decreases, the resonance frequency of the thrust vibration also decreases. .

図6(b)は、振動型アクチュエータにおける周波数と電源電力の特性(電力特性)を示したものである。例えば、環境温度の変化によって共振周波数fm0は高域側fm1にシフトし、前述の振動体の機械腕電流の変化を反映して電力特性も変化する。   FIG. 6B shows characteristics (power characteristics) of frequency and power supply power in the vibration type actuator. For example, the resonance frequency fm0 shifts to the higher frequency side fm1 due to a change in the environmental temperature, and the power characteristic also changes reflecting the aforementioned change in the mechanical arm current of the vibrating body.

本発明は、この電力特性の変化を利用して本駆動時の交流電圧の周波数(例えば、起動周波数)を補正するものである。電力が所定の値に達する時の交流電圧の周波数について、2つの温度等の環境間での差分を求める。所定の値としては、例えばピーク電力や駆動周波数に対応する電力とすることができる。2つの環境温度の違いに起因する電力の変化と共振周波数の変化には上述の相関があるため、2つの環境温度での電力または電流を求めることで、交流電圧における周波数の補正量を求めることができる。   The present invention corrects the frequency (for example, the starting frequency) of the AC voltage at the time of the main drive using the change in the power characteristics. For the frequency of the AC voltage when the power reaches a predetermined value, a difference between two environments such as temperature is obtained. The predetermined value may be, for example, peak power or power corresponding to the drive frequency. Since the change in power and the change in resonance frequency due to the difference between the two environmental temperatures have the above-mentioned correlation, it is necessary to obtain the power or current at the two environmental temperatures to obtain the correction amount of the frequency in the AC voltage. Can be.

上記補正の具体例について説明する。例えば、常温環境において周波数スイープを行い、電流検出回路102を用いて、電力が起動周波数に相当する電力であるW1となる周波数を取得する(f0)。同様に、低温環境においても周波数スイープを行い、電力がW1となる周波数を取得する(f1)。同じ電力であれば駆動速度も同じになると考えられるので、低温環境では起動周波数をf1に補正すれば、常温環境と同様の振動型アクチュエータの駆動性能を得ることができる。   A specific example of the correction will be described. For example, a frequency sweep is performed in a normal temperature environment, and the frequency at which the power becomes W1, which is power corresponding to the starting frequency, is obtained using the current detection circuit 102 (f0). Similarly, a frequency sweep is performed even in a low-temperature environment, and a frequency at which the power becomes W1 is obtained (f1). It is considered that the driving speed will be the same if the power is the same. Therefore, if the starting frequency is corrected to f1 in a low temperature environment, the driving performance of the vibration type actuator similar to that in the normal temperature environment can be obtained.

また、周波数を取得するための電力はW1以外でも良く、例えば、求める周波数を電力ピークWpに対応する周波数に設定しても良い。ここでは、周波数スイープ時に電力がWpとなる周波数は常温環境でfm0、低温環境でfm1であり、fm0、fm1は共にそれぞれの環境温度における共振周波数である。よって、直接的に共振周波数の変化を検出することも可能である。   The power for acquiring the frequency may be other than W1, and for example, the frequency to be obtained may be set to the frequency corresponding to the power peak Wp. Here, the frequency at which the power becomes Wp during the frequency sweep is fm0 in a normal temperature environment and fm1 in a low temperature environment, and both fm0 and fm1 are resonance frequencies at respective environmental temperatures. Therefore, it is also possible to directly detect a change in the resonance frequency.

このため、電流検出回路102で検出した電流の結果に基づいて、電力が所定(例えば、ピーク周波数)の電力に達する時の振動型アクチュエータの周波数を、周波数取得部117で求める。   Therefore, based on the result of the current detected by the current detection circuit 102, the frequency of the vibration-type actuator when the power reaches a predetermined (for example, peak frequency) power is obtained by the frequency acquisition unit 117.

第1の温度において周波数取得部117で求めた第1の周波数と、第2の温度において周波数取得部117で求めた第2の周波数とから、補正量取得部118において、補正量を求めることができる。ここで、第2の周波数は、あらかじめデータとして補正量取得部118が保持していても良い。   From the first frequency obtained by the frequency obtaining unit 117 at the first temperature and the second frequency obtained by the frequency obtaining unit 117 at the second temperature, the correction amount obtaining unit 118 obtains the correction amount. it can. Here, the second frequency may be held in advance by the correction amount acquisition unit 118 as data.

補正量取得部118で取得した補正量に基づき、パラメータ取得部111は、交流電圧のパラメータを設定する。ここでは、パラメータとして、例えば周波数を設定する。   Based on the correction amount obtained by the correction amount obtaining unit 118, the parameter obtaining unit 111 sets a parameter of the AC voltage. Here, for example, a frequency is set as a parameter.

図1(a)と上記説明において、周波数取得部117、補正量取得部118、パラメータ取得部111をそれぞれ分けて説明したが、それぞれの工程として分けて処理しなくてもよい。例えば、電流検出回路102の結果に基づいて、CPU内で処理が工程の区別なく行われ、パラメータ値が出力される構成であってもよい。   In FIG. 1A and the above description, the frequency acquisition unit 117, the correction amount acquisition unit 118, and the parameter acquisition unit 111 have been described separately, but the processes need not be separately performed as the respective steps. For example, a configuration may be employed in which processing is performed in the CPU without discrimination between steps based on the result of the current detection circuit 102, and parameter values are output.

また、周波数を小さくしていく周波数スイープの場合、周波数が共振周波数より小さくなると、振動型アクチュエータに急激に電流が流れ、振動型アクチュエータの故障や制御不能、駆動効率の悪化等につながる可能性がある。よって、振動型アクチュエータの本駆動期間の下限周波数を、起動周波数の補正量に基づいて補正してもよい。この場合は、本駆動期間の下限周波数を、常温環境でfm0より大きな値、低温環境でfm1より大きな値となるよう、同様に補正することによって、共振周波数を超えて過剰な電流が流れるのを防止することができる。   Also, in the case of a frequency sweep in which the frequency is reduced, if the frequency becomes lower than the resonance frequency, a current suddenly flows through the vibration-type actuator, which may lead to a failure or uncontrollability of the vibration-type actuator, deterioration of drive efficiency, and the like. is there. Therefore, the lower limit frequency of the main driving period of the vibration type actuator may be corrected based on the correction amount of the starting frequency. In this case, the lower limit frequency of the main drive period is similarly corrected to be a value larger than fm0 in a normal temperature environment and larger than fm1 in a low temperature environment, so that an excessive current flows beyond the resonance frequency. Can be prevented.

図7は、特性検知期間と本駆動期間の制御シーケンスを示すフローチャートである。   FIG. 7 is a flowchart showing a control sequence of the characteristic detection period and the main drive period.

特性検知期間の制御はステップ1からステップ4を含み、本駆動期間の制御はステップ5からステップ7を含む。   The control of the characteristic detection period includes Steps 1 to 4, and the control of the main drive period includes Steps 5 to 7.

振動型アクチュエータの停止状態での特性検知が開始される。まず、特性検知用のパルス信号として、パラメータ取得部111で、A相、B相のパルス信号のパラメータが決定される。この時、位相差は、−10°乃至+10°の間の値(0の時が最も効果的)となるよう設定される(ステップ1)。次に、制御部21は、圧電素子101に印加する交流電圧の周波数を所定の範囲で高域側から低域側へスイープさせる(ステップ2)。周波数をスイープする範囲は特に限定されないが、常温環境の起動周波数より高めの周波数から、共振周波数を含む範囲でスイープすると良い。   Characteristic detection in a stopped state of the vibration type actuator is started. First, the parameters of the A-phase and B-phase pulse signals are determined by the parameter acquisition unit 111 as the pulse signals for characteristic detection. At this time, the phase difference is set to a value between -10 ° and + 10 ° (0 is most effective) (step 1). Next, the control unit 21 sweeps the frequency of the AC voltage applied to the piezoelectric element 101 from a high frequency side to a low frequency side in a predetermined range (step 2). The range in which the frequency is swept is not particularly limited, but it is preferable to sweep from a frequency higher than the starting frequency in a normal temperature environment to a range including the resonance frequency.

次に、ステップ2の周波数スイープの工程において、電流検出回路102の出力に基づいて、所定の電力に達する周波数f1を取得する(ステップ3)。前記f1に基づいて、パラメータ取得部111は、起動周波数を前回の本駆動期間のf0からf1に補正する(ステップ4)。   Next, in the frequency sweeping step of step 2, a frequency f1 that reaches a predetermined power is obtained based on the output of the current detection circuit 102 (step 3). Based on the f1, the parameter acquisition unit 111 corrects the starting frequency from f0 in the last main driving period to f1 (step 4).

特性検知終了後、本駆動用のパルス信号のパラメータが設定される(ステップ5)。本駆動が開始すると、本駆動用のパルス信号に基づいて生成される本駆動用の交流電圧が圧電素子に入力される。振動型アクチュエータの本駆動中、目標位置または目標速度、駆動対象物と振動型アクチュエータとの相対速度や相対位置に基づいて求められる、周波数、位相差、及び振幅を有する交流電圧が圧電素子に入力される(ステップ8)。   After the end of the characteristic detection, the parameters of the main drive pulse signal are set (step 5). When the main drive starts, an AC voltage for the main drive generated based on the pulse signal for the main drive is input to the piezoelectric element. During the actual driving of the vibration type actuator, an AC voltage having a frequency, a phase difference, and an amplitude, which is obtained based on a target position or a target speed, and a relative speed or a relative position between the driven object and the vibration type actuator, is input to the piezoelectric element. (Step 8).

振動型アクチュエータの本駆動停止(ステップ9)後、起動周波数の再調整が必要であれば、再びステップ1に戻る。前記再調整の要否は、目標速度(位置)に対する検出速度(一b)のズレ量、目標精度に対する停止精度、電力の変化など、振動型アクチュエータの制御性能の変化に基づいて判断される。   After the main drive of the vibration type actuator is stopped (step 9), if it is necessary to readjust the starting frequency, the process returns to step 1 again. The necessity of the readjustment is determined based on a change in the control performance of the vibration type actuator, such as a deviation amount of the detection speed (1b) from the target speed (position), a stop accuracy with respect to the target accuracy, and a change in power.

振動型アクチュエータの停止状態での特性検知の開始は、振動型アクチュエータの電源投入直後に自動で気に行われるよう設定されていても良く、本駆動開始前に外部からの指令信号の入力により行われるよう設定されていても良い。また、本駆動から切り替える構成としても良い。   The start of the characteristic detection in the stopped state of the vibration type actuator may be set to be automatically performed immediately after the power supply of the vibration type actuator is turned on, and may be performed by inputting a command signal from outside before starting the actual driving. It may be set to be performed. Further, a configuration for switching from the main driving may be adopted.

<実験結果:パルス幅を変えた場合のピーク検出例>
図8は、パルス信号のパルス幅を変えた場合の電力の測定結果である。
<Experimental results: Example of peak detection when pulse width is changed>
FIG. 8 shows a measurement result of the power when the pulse width of the pulse signal is changed.

パルス幅は、30%から10%まで5%ずつ変えた時の電力特性を測定した。図8(a)は本駆動期間の結果であり、周波数スイープ時間は50ms、A相とB相のパルス信号の位相差は90度で行った。パルス幅を小さくしていくと、圧電素子に印加される交流電圧の振幅は低下していき、楕円運動の振幅は楕円比一定で小さくなる。その結果、電力のピークに対応する周波数は高域側にシフトしていく。   The power characteristics when the pulse width was changed by 5% from 30% to 10% were measured. FIG. 8A shows the result of the main driving period, in which the frequency sweep time was 50 ms, and the phase difference between the A-phase and B-phase pulse signals was 90 degrees. As the pulse width is reduced, the amplitude of the AC voltage applied to the piezoelectric element is reduced, and the amplitude of the elliptical motion is reduced at a constant elliptic ratio. As a result, the frequency corresponding to the peak of the power shifts to the higher frequency side.

図8(b)は特性検知期間の結果であり、周波数スイープ時間は10ms、A相とB相のパルス信号の位相差は0度で行った。図の突上げ振動振幅がパルス幅に応じて小さくなるので、本駆動期間と同様に電力のピークに対応する周波数がシフトしていく。このように、本駆動期間と特性検知期間の電力特性には強い相関が見られる。   FIG. 8B shows the result of the characteristic detection period, in which the frequency sweep time was 10 ms and the phase difference between the A-phase and B-phase pulse signals was 0 degree. Since the amplitude of the push-up vibration shown in the figure decreases in accordance with the pulse width, the frequency corresponding to the peak of the power shifts in the same manner as in the main driving period. Thus, there is a strong correlation between the power characteristics in the main drive period and the power detection period.

しかし、振動型アクチュエータの電力特性は、本駆動期間と他の状態で常に相関を示すものではない。図8(c)は、本発明との比較用のデータであり、送り振動のみを生じるようにA相とB相のパルス信号位相差を180度に設定したものである。この場合、精度良く電力ピークを検出することができず、本駆動期間と相関が見られない。従って、電力がピークとなる周波数や所定の電力に達する周波数の変化を検出することによって、振動体の共振周波数の変化に対する補正量を得ることはできない。   However, the power characteristics of the vibration type actuator do not always show a correlation between the main driving period and other states. FIG. 8C shows data for comparison with the present invention, in which the pulse signal phase difference between the A phase and the B phase is set to 180 degrees so as to generate only the feed vibration. In this case, the power peak cannot be detected with high accuracy, and there is no correlation with the main driving period. Therefore, it is not possible to obtain a correction amount for a change in the resonance frequency of the vibrating body by detecting a change in the frequency at which the power reaches a peak or a frequency at which the power reaches a predetermined power.

以上のことより、突き上げ振動のみの状態で振動型アクチュエータを駆動した時の電力のピークに対応する周波数の変化と振動体の共振周波数の変化の関係に着目した本発明の手段を用いることで、効果的に共振周波数の変化を検出できることを確認した。   From the above, by using the means of the present invention focusing on the relationship between the change in the frequency corresponding to the peak of the power and the change in the resonance frequency of the vibrating body when the vibration type actuator is driven in the state of only the thrust vibration, It was confirmed that the change of the resonance frequency could be detected effectively.

<実験結果:パルス幅とピーク周波数>
図9はパルス幅を変えた場合に振動型アクチュエータの電力がピークを示す周波数と周波数差を示すものである。以下、振動型アクチュエータの電力がピークを示す、パルス信号の周波数を電力ピーク周波数、本駆動期間と特性検知期間の電力ピーク周波数の差を電力ピーク周波数差とする。
<Experimental results: pulse width and peak frequency>
FIG. 9 shows the frequency at which the power of the vibration type actuator shows a peak and the frequency difference when the pulse width is changed. Hereinafter, the frequency of the pulse signal at which the power of the vibration type actuator indicates a peak is referred to as a power peak frequency, and the difference between the power peak frequency in the main drive period and the power peak frequency in the characteristic detection period is referred to as a power peak frequency difference.

図9(a)の横軸はパルス信号のパルス幅、左縦軸は本駆動期間と特性検知期間の電力ピーク周波数、右縦軸は、本駆動期間と特性検知期間の電力ピーク周波数差である。図より、本駆動期間と特性検知期間の電力ピーク周波数には強い相関が見られる。電力ピーク周波数差は平均で1.3kHzであり、±100Hzのばらつきで収まっている。すなわち、特性検知期間の電力ピーク周波数を検出することによって、±100Hzの精度で起動周波数を補正することができる。   In FIG. 9A, the horizontal axis is the pulse width of the pulse signal, the left vertical axis is the power peak frequency between the main drive period and the characteristic detection period, and the right vertical axis is the power peak frequency difference between the main drive period and the characteristic detection period. . From the figure, a strong correlation is seen between the power peak frequency in the main drive period and the power peak frequency in the characteristic detection period. The power peak frequency difference is 1.3 kHz on average, and falls within ± 100 Hz. That is, by detecting the power peak frequency during the characteristic detection period, the starting frequency can be corrected with an accuracy of ± 100 Hz.

さらに、特性検知期間のパルス幅を選択することにより、本駆動期間の電力ピーク周波数を直接的に検出することも可能である。例えば、本駆動期間のパルス幅30%の電力ピーク周波数は87kHzであり、特性検知期間のパルス幅を12%に設定すれば同様に87kHzを検出できる。図9(a)及び(b)には、パルス幅を変更したときの特性検知期間のパルス信号の波形を示す。図9(b)はパルス幅30%の設定を示し、図9(c)はパルス幅15%の設定を示す。   Further, by selecting the pulse width in the characteristic detection period, it is possible to directly detect the power peak frequency in the main driving period. For example, the power peak frequency at a pulse width of 30% during the main drive period is 87 kHz, and the same can be detected at 87 kHz by setting the pulse width at 12% in the characteristic detection period. FIGS. 9A and 9B show waveforms of pulse signals in the characteristic detection period when the pulse width is changed. FIG. 9B shows a setting of a pulse width of 30%, and FIG. 9C shows a setting of a pulse width of 15%.

<実験結果:電力の検出例>
図10は環境温度の違いによる駆動速度の変化と、特性検知期間の電力特性の測定結果を示すものである。
<Experimental result: Power detection example>
FIG. 10 shows a change in drive speed due to a difference in environmental temperature and a measurement result of power characteristics during a characteristic detection period.

図10(a)は本駆動期間の周波数に対する速度の検出結果であり、周波数スイープ時間は50ms、A相とB相の位相差は90度、パルス幅は50%で行った。25℃環境に対して、−10℃環境の速度ピークは高域に600Hzシフトしている。本駆動期間の電源電力の測定においても、同様に電力ピーク周波数は、25℃からー10℃に変更することで高域にシフトしている。図10(b)は特性検知期間の電力測定結果であり、周波数スイープ時間は10ms、A相とB相の位相差は0度、パルス幅は25%で行った。   FIG. 10A shows the detection result of the speed with respect to the frequency during the main driving period. The frequency sweep time was 50 ms, the phase difference between the A phase and the B phase was 90 degrees, and the pulse width was 50%. The speed peak in the -10 ° C environment is shifted by 600 Hz to a higher frequency than the 25 ° C environment. Similarly, in the measurement of the power supply power during the main driving period, the power peak frequency shifts to a higher range by changing from 25 ° C. to −10 ° C. FIG. 10B shows the power measurement results during the characteristic detection period. The frequency sweep time was 10 ms, the phase difference between the A phase and the B phase was 0 degree, and the pulse width was 25%.

ここで、周波数を検出する電力値は0.4Wに設定した。これは、特性検知期間の電力は本駆動期間に対して0.4倍である事から、本駆動期間の速度ピークの電力1.0Wを考慮して決定した。その結果、特性検知期間の電力ピークの周波数のシフトから、環境温度が25℃からー10℃に変化することで、共振周波数が600Hz変化している事を検出できた。従って、−10℃環境では起動周波数を25℃の場合より、600Hz高域側に補正して制御すれば良い。   Here, the power value for detecting the frequency was set to 0.4 W. Since the power during the characteristic detection period is 0.4 times that of the main drive period, the power is determined in consideration of the peak power of 1.0 W during the main drive period. As a result, from the shift of the frequency of the power peak during the characteristic detection period, it was possible to detect that the resonance frequency had changed by 600 Hz by changing the environmental temperature from 25 ° C. to −10 ° C. Therefore, in the -10 ° C. environment, the start frequency may be corrected to be higher by 600 Hz than in the case of 25 ° C. and controlled.

この結果より、特性検知期間において振動型アクチュエータで消費される電力に相当する電力または電流を検知して周波数を取得した補正量は、本駆動時の振動型アクチュエータの特性変化の補正量として用いることができることが確認できた。   From this result, the correction amount obtained by detecting the power or current corresponding to the power consumed by the vibration type actuator during the characteristic detection period and obtaining the frequency should be used as the correction amount of the characteristic change of the vibration type actuator during the main drive. It was confirmed that it could be done.

(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。本実施形態は、進行波を用いた振動型アクチュエータへの適用例である。本実施形態の制御装置及び制御方法も、第1の実施形態と同様に、光学機器であるカメラのレンズ駆動機構に適用することができるが、これに限定されるものではない。
(Second embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. This embodiment is an example of application to a vibration type actuator using a traveling wave. Similarly to the first embodiment, the control device and the control method of the present embodiment can be applied to a lens driving mechanism of a camera, which is an optical device, but are not limited thereto.

<進行波型アクチュエータ>
図11は進行波を用いた振動型アクチュエータの構成を示すものである。
<Travel wave actuator>
FIG. 11 shows a configuration of a vibration type actuator using a traveling wave.

図11(a)は振動型アクチュエータ1の一部を示す斜視図である。振動型アクチュエータ1は、圧電素子等の電気−機械エネルギー変換素子5と弾性体4とを有する振動体3と、被駆動体2と、を備える。各部材は図中θ方向に円環形状を為している。電気−機械エネルギー変換素子5に2相の交番電圧が印加されると、振動体3に進行波が発生し、振動体3に接触する被駆動体2は摩擦駆動によって振動体と相対的に回転する。   FIG. 11A is a perspective view showing a part of the vibration type actuator 1. The vibration type actuator 1 includes a vibration body 3 having an electromechanical energy conversion element 5 such as a piezoelectric element and an elastic body 4, and a driven body 2. Each member has an annular shape in the θ direction in the figure. When a two-phase alternating voltage is applied to the electro-mechanical energy conversion element 5, a traveling wave is generated in the vibrating body 3, and the driven body 2 that comes into contact with the vibrating body 3 rotates relatively to the vibrating body by friction driving. I do.

図11(b)は、弾性体4を示す斜視図である。弾性体4の被駆動体2と接触する側には、図11(b)に示すように、突起6と溝7が交互に複数設けられている。図11(b)の例では1周あたりに各々32個設けられている。このような突起6を設けることにより、被駆動体2との接触部(突起6の先端部)で進行波の振幅を拡大することができ、十分な回転駆動力を得ることができる。   FIG. 11B is a perspective view showing the elastic body 4. As shown in FIG. 11B, a plurality of protrusions 6 and grooves 7 are alternately provided on the side of the elastic body 4 that contacts the driven body 2. In the example of FIG. 11B, there are provided 32 pieces per circumference. By providing such a protrusion 6, the amplitude of the traveling wave can be increased at the contact portion with the driven body 2 (the end of the protrusion 6), and a sufficient rotational driving force can be obtained.

<定在波振動と進行波振動の説明>
図12は進行波を用いた振動型アクチュエータにおける特性検知期間のパルス信号と、定在波振動を示すものである。図12(a)は特性検知期間のパルス信号と振動波形であり、A相とB相のパルス信号の位相は同じである。パルス信号の周期をTとして、T/4毎の時間で発生する振動波形の様子をt0、t1、t2、t3として模擬的に示した。横軸は、周方向の位置である。このように、同じ位置でZ方向の振動が定常的に発生する状態を定在波振動と呼び、回転方向には駆動力を生じないのでアクチュエータは停止状態となる。
<Explanation of standing wave vibration and traveling wave vibration>
FIG. 12 shows a pulse signal and a standing wave vibration during a characteristic detection period in a vibration type actuator using a traveling wave. FIG. 12A shows a pulse signal and a vibration waveform during the characteristic detection period, and the phases of the A-phase and B-phase pulse signals are the same. Assuming that the period of the pulse signal is T, the states of the vibration waveforms generated at time intervals of T / 4 are simulated as t0, t1, t2, and t3. The horizontal axis is the position in the circumferential direction. Such a state in which vibration in the Z direction constantly occurs at the same position is referred to as standing wave vibration, and since no driving force is generated in the rotation direction, the actuator is stopped.

これに対して、図12(b)は本駆動期間のパルス信号と振動波形であり、A相とB相のパルス信号の位相差は90度異なる。本駆動期間は、振動のピークが周方向に移動していく進行波振動が生じ、回転方向に駆動力を生じることができる。   On the other hand, FIG. 12B shows a pulse signal and a vibration waveform in the main driving period, and the phase difference between the A-phase and B-phase pulse signals differs by 90 degrees. In the main driving period, traveling wave vibration in which the peak of the vibration moves in the circumferential direction occurs, and a driving force can be generated in the rotating direction.

このように、特性検知期間のパルス信号を設定して定在波振動を起こすことで、振動型アクチュエータを停止状態としたまま電力を測定し、環境温度の変化による周波数変化を検出することができる。定在波振動は、振動体において被駆動体と接触する接触面に対し垂直な方向の振動でもある。具体的な起動周波数の補正手段や制御シーケンスは、第1の実施形態と同様なので説明は省略する。   As described above, by setting the pulse signal in the characteristic detection period to cause the standing wave vibration, the power can be measured while the vibration type actuator is stopped, and the frequency change due to the change in the environmental temperature can be detected. . The standing wave vibration is also a vibration in a direction perpendicular to a contact surface of the vibrating body that contacts the driven body. The specific means for correcting the starting frequency and the control sequence are the same as those in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.

(第3の実施形態)
第1及び第2の実施形態では、振動型アクチュエータの制御装置は、撮像装置のオートフォーカス用のレンズ駆動に用いる例を説明したが、本発明の適用例はこれに限定されない。例えば、図13に示すように、手ぶれ補正時のレンズや撮像素子の駆動に用いることもできる。図13(a)は、撮像装置60の外観を示す平面図(上面図)である。また、図13(b)は、撮像装置60の内部構造の概略図である。
(Third embodiment)
In the first and second embodiments, the example in which the control device of the vibration type actuator is used for driving the lens for autofocus of the imaging device has been described, but the application example of the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. 13, it can be used for driving a lens or an image sensor at the time of camera shake correction. FIG. 13A is a plan view (top view) illustrating an appearance of the imaging device 60. FIG. 13B is a schematic diagram of the internal structure of the imaging device 60.

撮像装置60は、大略的に、本体61と、本体61に対して着脱自在なレンズ鏡筒62とで構成されている。本体61は、レンズ鏡筒62を通過した光が結像した光学像を画像信号に変換するCCDセンサやCMOSセンサ等の撮像素子63と、撮像装置60の全体的な動作を制御するカメラ制御マイコン64を備える。レンズ鏡筒62には、フォーカスレンズやズームレンズ等の複数のレンズLが所定位置に配置されている。   The imaging device 60 generally includes a main body 61 and a lens barrel 62 that is detachable from the main body 61. The main body 61 includes an imaging element 63 such as a CCD sensor or a CMOS sensor that converts an optical image formed by light passing through the lens barrel 62 into an image signal, and a camera control microcomputer that controls the overall operation of the imaging device 60. 64. In the lens barrel 62, a plurality of lenses L such as a focus lens and a zoom lens are arranged at predetermined positions.

また、レンズ鏡筒62には、像ぶれ補正装置50が内蔵されており、像ぶれ補正装置50は、円板部材56、円板部材56に設けられた振動体205を有し、円板部材56の中央に形成されている穴部に、像ぶれ補正レンズ65が配置されている。像ぶれ補正レンズ65の光軸上に撮像素子が配置されるようにしてもよい。   The lens barrel 62 has a built-in image blur correction device 50. The image blur correction device 50 includes a disk member 56 and a vibrating body 205 provided on the disk member 56. An image blur correction lens 65 is disposed in a hole formed at the center of 56. An image sensor may be arranged on the optical axis of the image blur correction lens 65.

像ぶれ補正装置50は、レンズ鏡筒62の光軸と直交する面内で像ぶれ補正レンズ65を移動させることができるように配置される。この場合、本発明の制御装置20を用いて振動体205を駆動することで、鏡筒に固定されている被駆動体201に対し、振動体205や円板部材56が相対移動し、補正レンズが駆動される。   The image blur correction device 50 is arranged so that the image blur correction lens 65 can be moved in a plane orthogonal to the optical axis of the lens barrel 62. In this case, by driving the vibrating body 205 using the control device 20 of the present invention, the vibrating body 205 and the disk member 56 move relative to the driven body 201 fixed to the lens barrel, and the correction lens Is driven.

また、本願発明の駆動型アクチュエータの制御装置は、ズーム用レンズの移動のためのレンズホルダの駆動に用いることもできる。したがって、本願発明の型アクチュエータの制御装置は、撮像装置に加えて、交換用レンズにも搭載することができる。   Further, the drive type actuator control device of the present invention can be used for driving a lens holder for moving a zoom lens. Therefore, the control device of the mold actuator of the present invention can be mounted not only on the imaging device but also on the replacement lens.

また、第1及び第2の実施形態に示した、振動型アクチュエータの制御装置は、自動ステージの駆動にも用いることができる。例えば、図14に示すように、顕微鏡の自動ステージの駆動に用いることができる。   Further, the control device for the vibration-type actuator shown in the first and second embodiments can also be used for driving an automatic stage. For example, as shown in FIG. 14, it can be used for driving an automatic stage of a microscope.

図14の顕微鏡は、撮像素子と光学系を内蔵する撮像部70と、基台上に設けられ、振動型アクチュエータにより移動されるステージ72を有する自動ステージ71と、を有する。被観察物をステージ72上に置いて、拡大画像を撮像部70で撮影する。観察範囲が広範囲に有る場合には、第1または第2の実施形態の制御装置20を用いて振動型駆アクチュエータを駆動することで、ステージ72を移動させる。これによって、被観察物を図中のX方向やY方向に移動させて、多数の撮影画像を取得する。不図示のコンピュータにて、撮影画像を結合し、観察範囲が広範囲で、かつ、高精細な1枚の画像を取得できる。   The microscope in FIG. 14 includes an imaging unit 70 having a built-in imaging element and an optical system, and an automatic stage 71 provided on a base and having a stage 72 moved by a vibration type actuator. The object to be observed is placed on the stage 72, and an enlarged image is captured by the imaging unit 70. When the observation range is wide, the stage 72 is moved by driving the vibration-type drive actuator using the control device 20 of the first or second embodiment. As a result, the observed object is moved in the X direction and the Y direction in the figure, and a large number of captured images are obtained. By using a computer (not shown), the captured images are combined to obtain a single high-definition image with a wide observation range.

第1または第2の実施形態に記載の振動型アクチュエータの制御装置を用いることで、温度センサを用いることなく、環境温度の変化による振動型アクチュエータの共振周波数の変化に対応したこれらの駆動対象物の移動を実現することができる。また、振動型アクチュエータを交換して用いる場合、用いる振動型アクチュエータの個体差による共振周波数の違いにも対応し、個体差を補償して、駆動対象物の移動を安定して行うことができる。   By using the control device for the vibration-type actuator described in the first or second embodiment, these driving objects corresponding to the change in the resonance frequency of the vibration-type actuator due to the change in the environmental temperature without using a temperature sensor. Can be realized. Further, when the vibration type actuator is replaced and used, it is possible to cope with a difference in resonance frequency due to an individual difference of the vibration type actuator to be used, compensate for the individual difference, and stably move the driven object.

102 電流検出回路
117 周波数取得部
118 補正量取得部
111 パラメータ取得部
119 交流電圧生成手段
102 Current detection circuit 117 Frequency acquisition unit 118 Correction amount acquisition unit 111 Parameter acquisition unit 119 AC voltage generation means

Claims (19)

特性検知期間において振動型アクチュエータの振動体における被駆動体との接触部には、接触面に垂直な方向の振動が励起され、かつ前記振動型アクチュエータは停止状態となるよう交流電圧を印加した状態で、前記交流電圧の周波数を変化させるとともに電流を検知する電流検出手段と、
前記電流検出手段の出力に基づいて電流又は消費電力が、ピーク又は所定の値に達する周波数を取得する周波数取得部と、
本駆動期間において前記周波数取得部の出力に基づく補正量を用いて振動型アクチュエータに入力される前記交流電圧を生成する交流電圧生成手段と、
を有することを特徴とする振動型アクチュエータの制御装置。
In the characteristic detection period, a state where a vibration in a direction perpendicular to the contact surface is excited at a contact portion of the vibrating body of the vibration type actuator with the driven body, and an AC voltage is applied so that the vibration type actuator is stopped. A current detecting means for detecting a current while changing the frequency of the AC voltage ;
A frequency acquisition unit that acquires a frequency at which a current or power consumption reaches a peak or a predetermined value based on an output of the current detection unit,
AC voltage generating means for generating the AC voltage input to the vibration-type actuator using a correction amount based on the output of the frequency acquisition unit in the main drive period,
A control device for a vibration-type actuator, comprising:
前記電流検出手段は、電源と前記交流電圧生成手段の間に設けられることを特徴とする請求項1に記載の振動型アクチュエータの制御装置。   The control device according to claim 1, wherein the current detection unit is provided between a power supply and the AC voltage generation unit. 前記交流電圧生成手段の出力が入力される昇圧回路を有し、前記昇圧回路の出力が前記振動型アクチュエータに入力されるように構成されている請求項1または2に記載の振動型アクチュエータの制御装置。   3. The control of the vibration-type actuator according to claim 1, further comprising a booster circuit to which an output of the AC voltage generation unit is input, wherein an output of the booster circuit is input to the vibration-type actuator. 4. apparatus. 前記電流検出手段は、電位差を検出することで電流を求めていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の振動型アクチュエータの制御装置。   The control device for a vibration-type actuator according to any one of claims 1 to 3, wherein the current detection means obtains a current by detecting a potential difference. 特性検知期間において、前記補正量を用いてパラメータを取得するように構成されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の振動型アクチュエータの制御装置。   5. The control device for a vibration-type actuator according to claim 1, wherein a parameter is acquired using the correction amount during a characteristic detection period. 6. 指令値生成手段、
前記指令値生成手段の出力が入力されるPID演算部を有し、
前記PID演算部の出力に基づいて、本駆動期間における交流電圧のパラメータを取得するパラメータ取得部を有することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の振動型アクチュエータの制御装置。
Command value generation means,
A PID calculation unit to which an output of the command value generation unit is input,
The control device for a vibration-type actuator according to any one of claims 1 to 5, further comprising: a parameter acquisition unit configured to acquire a parameter of an AC voltage in a main driving period based on an output of the PID calculation unit. .
前記振動型アクチュエータに2つの曲げ振動モードが生じるように構成されている請求項1乃至6のいずれか1項に記載の振動型アクチュエータの制御装置。   The control device for a vibration-type actuator according to any one of claims 1 to 6, wherein the vibration-type actuator is configured to generate two bending vibration modes. 請求項1乃至7のいずれか1項に記載の振動型アクチュエータの制御装置と、
前記振動型アクチュエータの制御装置によって駆動される振動型アクチュエータと、
を備える振動装置。
A control device for a vibration-type actuator according to any one of claims 1 to 7,
A vibration-type actuator driven by a control device for the vibration-type actuator,
A vibration device comprising:
請求項1乃至7のいずれか1項に記載の振動型アクチュエータの制御装置と、
前記振動型アクチュエータの制御装置によって駆動される振動型アクチュエータと、
前記振動型アクチュエータを駆動することで駆動されるレンズと、
を備えた交換用レンズ。
A control device for a vibration-type actuator according to any one of claims 1 to 7,
A vibration-type actuator driven by a control device for the vibration-type actuator,
A lens driven by driving the vibration type actuator,
Replacement lens with.
請求項1乃至7のいずれか1項に記載の振動型アクチュエータの制御装置と、
前記振動型アクチュエータの制御装置によって駆動される振動型アクチュエータと、
前記振動型アクチュエータによって駆動されるレンズと、
前記レンズの光軸上に設けられた撮像素子と、
を備えた撮像装置。
A control device for a vibration-type actuator according to any one of claims 1 to 7,
A vibration-type actuator driven by a control device for the vibration-type actuator,
A lens driven by the vibration-type actuator;
An image sensor provided on the optical axis of the lens;
An imaging device comprising:
請求項1乃至7のいずれか1項に記載の振動型アクチュエータの制御装置と、
前記振動型アクチュエータの制御装置によって駆動される振動型アクチュエータと、
前記振動型アクチュエータによって駆動される撮像素子と、
前記撮像素子が光軸上に設けられたレンズと、
を備えた撮像装置。
A control device for a vibration-type actuator according to any one of claims 1 to 7,
A vibration-type actuator driven by a control device for the vibration-type actuator,
An imaging element driven by the vibration-type actuator;
A lens in which the image sensor is provided on an optical axis;
An imaging device comprising:
請求項1乃至7のいずれか1項に記載の振動型アクチュエータの制御装置と、
前記振動型アクチュエータの制御装置によって駆動される振動型アクチュエータと、
前記振動型アクチュエータによって駆動されるステージと、
を備えた自動ステージ。
A control device for a vibration-type actuator according to any one of claims 1 to 7,
A vibration-type actuator driven by a control device for the vibration-type actuator,
A stage driven by the vibration-type actuator;
Automatic stage equipped with.
特性検知期間において、
振動型アクチュエータの振動体における被駆動体との接触部に、接触面に垂直な方向の振動が励起され、且つ停止状態となるよう交流電圧を印加した状態で、前記交流電圧の周波数を変化させるとともに電流を検出し、
前記特性検知期間における電流又は消費電力の、ピーク又は所定の値に達する周波数を検出し、
本駆動期間において、
前記検出したピーク又は所定の値における周波数に基づき補正された周波数を有する交流電圧を前記振動型アクチュエータに印加することを特徴とする振動型アクチュエータの制御方法。
During the characteristic detection period,
The frequency of the AC voltage is changed in a state where the vibration in the direction perpendicular to the contact surface is excited at the contact portion of the vibrating body of the vibration type actuator with the driven body and the AC voltage is applied so as to be in a stopped state. Together with the current,
Current or power consumption during the characteristic detection period, to detect a peak or a frequency reaching a predetermined value,
In this driving period,
A method of controlling a vibration-type actuator, wherein an AC voltage having a frequency corrected based on the detected peak or a frequency at a predetermined value is applied to the vibration-type actuator.
前記特性検知期間において、前記交流電圧の位相差は−10°乃至+10°の間の値であることを特徴とする請求項13に記載の振動型アクチュエータの制御方法。   14. The method according to claim 13, wherein during the characteristic detection period, the phase difference of the AC voltage is a value between -10 degrees and +10 degrees. 前記特性検知期間において、前記振動型アクチュエータが停止状態となるよう、前記交流電圧の電圧振幅が調整されることを特徴とする請求項13に記載の振動型アクチュエータの制御方法。   14. The method according to claim 13, wherein the voltage amplitude of the AC voltage is adjusted so that the vibration type actuator is stopped during the characteristic detection period. 前記交流電圧の電圧振幅を調整するパルス幅に基づいて起動周波数を調整することを特徴とする請求項13乃至15のいずれか1項に記載の振動型アクチュエータの制御方法。   The method according to any one of claims 13 to 15, wherein the starting frequency is adjusted based on a pulse width for adjusting a voltage amplitude of the AC voltage. 前記特性検知期間は、電源投入直後に設けられることを特徴とする請求項13乃至16のいずれか1項に記載の振動型アクチュエータの制御方法。   The method according to any one of claims 13 to 16, wherein the characteristic detection period is provided immediately after power-on. 前記特性検知期間は、本駆動開始前に設けられることを特徴とする請求項13乃至16のいずれか1項に記載の振動型アクチュエータの制御方法。   The method according to any one of claims 13 to 16, wherein the characteristic detection period is provided before starting the main driving. 前記補正された周波数は前記振動型アクチュエータの起動周波数であることを特徴とする請求項13乃至18のいずれか1項に記載の振動型アクチュエータの制御方法。   19. The method according to claim 13, wherein the corrected frequency is a starting frequency of the vibration type actuator.
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