振動型アクチュエータの制御装置
【課題】 従来は回転速度検出において、光学式のエンコーダ等を用いずに速度検出を行う場合、移動体の形状を変える必要があった。
【解決手段】 振動型アクチュエータの振動検出用電極から検出されるＳ相信号に、振動体の複数の突起部の数に対応する周波数の振幅変動が生じることを利用して、回転速度情報を検出する。
【解決手段】 振動型アクチュエータの振動検出用電極から検出されるＳ相信号に、振動体の複数の突起部の数に対応する周波数の振幅変動が生じることを利用して、回転速度情報を検出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動型アクチュエータの制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
振動型アクチュエータは、発生する振動の種類によって定在波型と進行波型とに分けられる。図５は従来の進行波型の振動型アクチュエータの制御装置を示したものである。速度偏差検出器１０１には、エンコーダ等の速度検出器１０７で得られた速度信号と、不図示のコントローラーからの目標速度と、が入力され、速度偏差信号が出力される。速度偏差信号はＰＩＤ補償器１０２に入力され、制御信号として出力される。
【０００３】
ＰＩＤ補償器１０２から出力された制御信号は、駆動周波数パルス発生器１０３に入力される。駆動周波数パルス発生器１０３から出力された駆動周波数パルス信号は、駆動回路１０４に入力され、位相が９０°異なる２相の交番電圧が出力される。交番電圧は、位相が９０°ずれた２相の交番信号である。駆動回路１０４から出力された交番電圧は振動型アクチュエータ１０５の電気−機械エネルギー変換素子に入力され、振動型アクチュエータ１０５の移動体は一定速度で回転する。振動型アクチュエータ１０５の移動体に連結された被駆動体１０６（ギヤやスケール、シャフト等）は回転駆動され、前記速度検出器１０７によって回転速度が検出され、回転速度が常に目標速度に近づくようにフィードバック制御される。
【０００４】
上記のように、従来は被駆動体の回転速度（移動体の回転速度と同じ）を検出する場合、光学式のエンコーダなどを用いる必要があり、スケールや受光素子によるコストアップが避けられない。また、実装スペースが必要なため、小型化が困難であった。このため、特許文献１、２には、エンコーダ等の光学素子を用いずに、速度検出を行なう方法が開示されている。
【０００５】
特許文献１には、移動体であるロータの形状を工夫することにより、圧電素子に備えられた振動検出用の電極からの出力信号（以下、「Ｓ相信号」と呼ぶ）を利用して、駆動量を検出する方法が記載されている。これは、ロータの偏芯により、振動体のロータ接触部における圧力が変動するので、振動検出用の電極の振幅も回転に連動して変化することを利用したものである。Ｓ相信号の圧力変動分（１回転で１周期）をローパスフィルタによって信号処理した後に、波形整形された矩形信号のパルス数をカウントして駆動量を検出する。実施形態として、外周面に凹凸が形成されたロータ、または偏芯したロータ、溝があるロータ、摩擦係数が異なる区間を持つロータなどが挙げられている。
【０００６】
特許文献２は、ロータの円周方向に不均一部を設け、この不均一部により強調される圧電素子への駆動電流の波高値の包絡線を、連続またはパルス状の信号に変換して、ロータの回転量を検出するものである。前記波高値の包絡線にロータの不均一部の数に対応した変調成分を生じさせるには、進行波の数と振動体の突起部の数を最適な条件で組み合わせる必要があると述べられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第７４３９６５０号明細書
【特許文献２】特許第０３０６００８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１、２に共通するのは、ロータの形状に周期的な突起や溝を設けて、振動検出電極からの検出信号であるＳ相信号の振幅に重畳される変調信号を検出して、ロータの回転速度情報や位置情報を得ることである。
【０００９】
しかしながら、上記方法では、通常用いるロータに更なる加工を行う必要があった。
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するため、移動体の形状を変えることなく、エンコーダ等の光学素子を用いずに、振動体と移動体の相対移動速度情報や位置情報を検出することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の振動型アクチュエータの制御装置は、電気−機械エネルギー変換素子を備えた振動体の前記電気−機械エネルギー変換素子に交番電圧を与えて前記振動体の複数の突起部に楕円運動を生成させることにより、前記複数の突起部に接触する移動体を前記振動体と相対的に回転させる振動型アクチュエータの制御装置であって、前記振動体に設けられた振動検出用の電気−機械エネルギー変換素子からの検出信号に含まれる前記複数の突起部の数に対応する周波数情報を用いて、前記移動体の回転速度情報を取得することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、移動体の形状は変えずに、エンコーダ等の光学素子を用いることなく、移動体の相対移動速度情報や位置情報を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施形態における、振動型アクチュエータの制御装置を示すブロック図である。
【図２】振動型アクチュエータの例を示す模式図である。
【図３】振動体の裏面上に配された圧電素子の分極状態を示す模式図である。
【図４】測定したＳ相信号の振幅の時間的な変動と、周波数解析を行なった結果である。
【図５】従来の、進行波型の振動型アクチュエータの制御装置を示したブロック図である。
【図６】（ａ）４次のＦＩＲフィルタの例を示すブロック図と、（ｂ）３６次のＦＩＲフィルタで構成されるバンドパスフィルタの振幅応答を示すグラフである。
【図７】本発明の第１の実施形態における、信号処理回路の構成を示すブロック図と、Ｓ相信号から回転速度情報を検出する信号処理方法を説明するためのチャートである。
【図８】Ａｒｃｓｉｎ演算によって周期を検出する信号処理回路を示すブロック図と、Ａｒｃｓｉｎ演算によって周期を検出する方法を説明するためのチャートである。
【図９】本発明の第２の実施形態における、振動型アクチュエータの制御装置を示すブロック図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態における、繰返し制御器の構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態における、振動型アクチュエータの制御装置を示すブロック図である。
【図１２】振動型アクチュエータの駆動周波数と回転速度のテーブルデータの例である。
【図１３】本発明の第４の実施形態における、振動型アクチュエータの制御装置を示すブロック図と、フーリエ変換されたＳ相信号における、振幅の周波数特性を示すグラフである。
【図１４】本発明の第５の実施形態における、振動型アクチュエータの制御装置を示すブロック図である。
【図１５】本発明の第６の実施形態における、振動型アクチュエータの制御装置を示すブロック図である。
【図１６】検出された駆動電圧信号とＳ相信号の位相差信号と、その信号処理の方法を説明するためのチャートである。
【図１７】本発明の第７の実施形態における、振動型アクチュエータの制御装置を示すブロック図である。
【図１８】本発明の第７の実施形態における、制御装置の駆動シーケンスを示したフローチャートである。
【図１９】周波数掃引時における、繰返し制御器から出力されたＳ相信号の振幅変化を示すグラフである。
【図２０】第８の実施形態に用いる２つの振動型アクチュエータを組み合わせた構成を示す模式図である。
【図２１】本発明の第８の実施形態における、振動型アクチュエータの制御装置を示すブロック図である。
【図２２】本発明の第８の実施形態に係る、絶対位置情報の検出方法を説明するためのチャートである。
【図２３】本発明に適用できる、突起部が無い領域が１部設けられた振動体の構成を示す模式図である。
【図２４】棒状の振動型アクチュエータの分解斜視図である。
【図２５】弾性体に放射状の溝が設けられた振動体の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の振動型アクチュエータの制御装置について、図面を参照しながら説明する。本発明の振動型アクチュエータの制御装置は、次のような振動型アクチュエータに対して適用される。即ち、本発明の制御装置の制御対象である振動型アクチュエータは、振動体と移動体とを有し、振動体の電気−機械エネルギー変換素子に交番電圧を与えることで振動体が振動する。そして、前記振動により、振動体の複数の突起に楕円運動を行わせ、振動体の複数の突起に接触する移動体を摩擦駆動によって振動体に対して相対的に移動させる。
【００１５】
本発明者は、振動検出用の信号であるＳ相信号中に、「振動体の複数の突起部の数に対応した周波数成分」が含まれている事を実験により確認した。本発明は、これを移動体の相対速度情報として利用するものである。まず、Ｓ相信号に含まれる、振動体の複数の突起部の数に対応した周波数の信号成分について説明する。
【００１６】
図２（ａ）は振動型アクチュエータ１０５の一部を示す斜視図である。振動型アクチュエータ１０５は、圧電素子等の電気−機械エネルギー変換素子２０１と弾性体２０２とから成る振動体２０３と、移動体２０４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２０１に２相の交番電圧が印加されると、振動体２０３に進行波が発生し、振動体２０３に接触する移動体２０４は摩擦駆動によって振動体と相対的に回転する。
【００１７】
図２（ｂ）は、弾性体２０２を示す斜視図である。弾性体２０２の移動体２０４と接触する側には、図２（ｂ）に示すように、複数の突起３０１と溝３０２が交互に設けられている。図２（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３０１を設けることにより、移動体２０４との接触部（突起３０１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。以下、本発明において突起部とは、移動体２０４と接触する部分であり、突起３０１のように、溝３０２に対して相対的に凸部となる部分を指す。
【００１８】
図２（ｃ）は、駆動中の振動体２０３と移動体２０４の模式的な断面図である。振動体２０３には図中右方向に進行波が発生しており、移動体２０４は進行波の進行方向とは逆向きに移動する。進行波と移動体２０４との接触部を拡大すると、図２（ｃ）の下部に示すように突起３０１先端部と移動体２０４表面とが接触する。
【００１９】
駆動中において、接触部での接触圧力は理想的には常に一定であるが、実際には突起３０１及び移動体２０４ともに接触する表面には凹凸が存在するため、接触圧力は回転位置に応じて異なっている。つまり、接触圧力は移動体２０４の１回転あたりで、突起３０１の数だけ変化する。これにより、移動体２０４の回転と同期して、突起３０１の周方向の空間的な接触領域分布に応じた振動体２０３のメカ共振周波数の変動が生じる。このメカ共振周波数の変動は振動体２０３に生じる振動の振幅変動となり、移動体２０４の回転と同期して、接触領域分布、すなわち突起３０１の数に応じた周期的な振幅変動となって生じるものと考えられる。つまり、突起の数をエンコーダが検出するパルス数に相当するものと捉えることができる。従って、この振動の振幅変動を検出することができれば、移動体の回転速度情報を得ることができる。
【００２０】
図３は、振動体の裏面上に配された電気−機械エネルギー変換素子である圧電素子の配設状態（圧電素子の配置位置と分極状態）の一例を示す模式図である。図中のＡ相及びＢ相は、それぞれ図３に示す位相及び分極状態で弾性体上に配される第１と第２の圧電素子群である。また、Ｓａ相とＳｂ相はＡ相とＢ相に対して、各々１／４波長ずれた位置に配される振動検出用の圧電素子である。これらＡ相、Ｂ相、Ｓａ相、Ｓｂ相として機能する圧電素子は、それぞれ単独のものを振動体に設けてもよいし、又、一体的に分極処理にて形成してもよい。
【００２１】
Ａ相及びＢ相には夫々駆動電圧が印加される電極（以下、「Ａ相電極」及び「Ｂ相電極」と呼ぶ）が形成されている。Ａ相に印加される駆動電圧とＢ相に印加される駆動電圧とは位相が９０°異なることにより、振動体の表面に進行波が形成される。Ｓａ相とＳｂ相にも夫々電極（以下、「振動検出電極」と呼ぶ）が形成されており、振動体の表面に前記振動が形成されると、この振動の振動状態に応じて振動検出電極から検出信号として電圧が出力される。
【００２２】
尚、振動型アクチュエータは、その共振状態ではＡ相電極へ印加する駆動電圧と振動検出電極からの出力電圧である検出信号（以下、「Ｓ相信号」と呼ぶ）との位相関係が特定の関係となる特性を有している。すなわち、Ａ相とＳａ相との位置関係によって決定され、Ａ相に印加される駆動信号とＳ相から出力されるＳ相信号の位相が９０°ずれた時に共振状態を示し、共振からずれるほど位相差関係がずれる、という特性を有している。
【００２３】
本発明者は、上記Ｓ相信号を検出し、実際に振動体の突起部の数に応じた周期的な振幅変動が生じている事を確認した。以下にその結果について説明する。
【００２４】
図４（ａ）は、測定したＳ相信号の振幅の時間的な変動を示すものである。横軸は時間であり、縦軸はＳ相信号の振幅である。この測定では、図５に示した従来の振動型アクチュエータの制御回路を用いた。また、１３０ｒｐｍで速度制御を行い、Ｓ相信号を不図示の外部回路によって抵抗分圧して電圧を小さくした後に、ＲＭＳ−ＤＣ変換処理を行い、不図示の測定機器にて波形データを取り込んだものである。ＲＭＳ−ＤＣ変換処理とは、ＡＣ信号の実効値変換を行なうものであり、汎用的にＩＣ化されたものを実験では使用した。従って、Ｓ相信号のＡＣ成分である駆動周波数成分が除去され、Ｓ相信号振幅の実効値のＤＣ変動が出力される。ここで、実験では振動体の突起部の数は４６個のものを使用した。図４（ａ）はＳａ相とＳｂ相の振幅変動を示しており、これは振動体の突起部の数である４６に対応した周波数で振幅変調されている。
【００２５】
図４（ｂ）は、ＲＭＳ−ＤＣ変換処理を行ったＳ相信号をフーリエ変換して、振幅の周波数解析を行なった結果を示すものである。横軸は周波数であり、縦軸は振幅変動の振幅である。図４（ｂ）より、周波数１００Ｈｚの位置にピークが生じているのがわかる。式（１）に示すように、これは振動体の突起部の数４６に対応した周波数を示している。「突起部の数に対応した周波数」とは、式（１）に示すように、突起部の数と回転速度との積で求められる周波数である。
４６×１３０（ｒｐｍ）／６０＝１００（Ｈｚ） ・・・式（１）
つまり、移動体の回転速度に応じて、突起部の数４６に対応した周波数が検出されることになる。本発明者は、突起部の数を変更した場合や、回転速度を変更した場合についても測定を行い、いずれの場合においても、式（１）で計算される周波数の変動がピークとして生じることを確認した。
【００２６】
これは、裏を返すと、振幅がピークを示す周波数或いは周期を駆動中に随時検出すれば、回転速度が逆算できることを意味している。振幅がピークを示す周期をＴ（ｓｅｃ）とすると、
回転速度（ｒｐｍ）＝（１／Ｔ）×６０／４６ ・・・式（２）
となる。これを回転速度周期として変換すると、回転速度周期は式（３）で示される。
回転速度周期（ｓｅｃ）＝Ｔ×４６ ・・・式（３）
【００２７】
このように、Ｓ相信号に含まれる突起部の数に対応した信号成分の周波数や周期を検出することによって、移動体の回転速度情報を検出することが可能となる。本発明においては、回転速度や回転速度周期等の速度に関する情報を回転速度情報と表現する。また、突起部の数に対応する周波数や周期を周波数情報と表現する。回転速度情報を求める際の演算として、突起部の数に対応する周波数を用いてもよいし、突起部の数に対応する周期を用いてもよい。
【００２８】
このような回転速度情報の検出方法により、移動体に周期的な突起等の不均一部の加工を行なわずに移動体の相対速度を検出することができる。また、移動体に不均一部を設けないため、不均一部による不要な振動も生じず、回転速度ムラも増大しにくい。
【００２９】
以下、本発明の具体的な実施形態について説明を行う。
【００３０】
（第１の実施形態）
図１は、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の制御装置を示すブロック図である。本実施形態の制御装置は、ＲＭＳ−ＤＣ変換器７０２、Ａ／Ｄ変換器７０３、フィルタ７０４、信号処理回路７０５、速度偏差検出器１０１、ＰＩＤ補償器１０２、駆動周波数パルス発生器１０３、駆動回路１０４を備える。
【００３１】
速度偏差検出器１０１には、得られた回転速度情報と、不図示のコントローラーからの速度指令値等の目標速度情報と、が入力され、速度偏差信号が出力される。速度偏差信号はＰＩＤ補償器１０２に入力され、制御信号として出力される。ＰＩＤ補償器１０２とは、比例（Ｐ）・積分（Ｉ）・微分（Ｄ）の各機能を有する補償器の出力を加算したものであり、制御対象の位相遅れやゲインを補償して、安定且つ高精度な制御装置を構築する為に一般的に用いられる。
【００３２】
ＰＩＤ補償器１０２から出力された制御信号は、駆動周波数パルス発生器１０３に入力される。駆動周波数パルス発生器１０３は、入力された制御信号に応じて駆動周波数のパルス信号を発生させるものであり、デジタル分周回路やＶＣＯ（電圧制御発振器）などが用いられる。また、ＰＷＭ（パルス幅変調）制御により、制御信号に応じてパルス幅が変化するパルス信号を発生させても良い。駆動周波数パルス発生器１０３から出力された駆動周波数パルス信号は、駆動回路１０４に入力され、位相が９０°異なる２相の交番電圧が出力される。交番電圧は、位相が９０°ずれた２相の交番信号である。駆動回路１０４には、例えばスイッチング機能を有するトランス型昇圧回路やＬＣ昇圧回路等が用いられる。
【００３３】
駆動回路１０４から出力された交番電圧は振動型アクチュエータ１０５の電気−機械エネルギー変換素子に入力され、振動型アクチュエータ１０５の移動体が相対的に回転する。振動型アクチュエータ１０５の移動体に連結された被駆動体１０６は移動体と一緒に回転駆動される。
【００３４】
次に、本発明の特徴である、検出したＳ相信号から回転速度情報を検出する部分を説明する。
【００３５】
まず、振動型アクチュエータに備えられた振動検出電極７０１からＳ相信号が検出される。図３では、Ｓａ相とＳｂ相からの出力を検出する例を述べたが、基本的にはどちらか１つで良い。Ｓ相信号はＲＭＳ−ＤＣ変換器７０２によって駆動周波数成分が除去され、実効的な振幅のＤＣ変動成分が検出される。その後、Ａ／Ｄ変換器７０３によってアナログ信号からデジタル信号に変換される。デジタル信号に変換されたＳ相信号は、フィルタ７０４によって、振動体の突起部の数に対応した周波数の信号成分が抽出される。前記フィルタは一般的なデジタルフィルタによって構成され、ＦＩＲ（有限インパルス応答）フィルタやＩＩＲ（無限インパルス応答）フィルタなどが用いられる。例えば前記ＦＩＲフィルタの特性をバンドパスフィルタ（帯域通過フィルタ）となるようにフィルタ係数を設定して帯域制限をかけ、Ｓ相信号の振動体の突起部の数に対応した周波数信号を抽出する。
【００３６】
図６（ａ）は、４次のＦＩＲフィルタの例を示すグラフである。ＦＩＲフィルタは、そのインパルス応答が有限時間長で表されるものであり、それがフィルタの係数となっている。入力信号はレジスタ８０１に順次格納され、１つのレジスタ８０１で１サンプリング周期遅延する。１サンプリング周期ずつ遅延した信号に各々ｈ０からｈ４のフィルタ係数８０２が乗算され、全て加算された信号が出力される。ｈ０からｈ４はフィルタ係数８０２であり、フィルタのインパルス応答、すなわち周波数特性を決めるものである。前記フィルタ係数８０２を調整することにより、所望の周波数帯域の通過帯域幅を有するバンドパスフィルタを構成することができる。前記通過帯域幅は、低域側のカットオフ周波数ｆ１と高域側のカットオフ周波数ｆ２の差によって決定される。
【００３７】
図６（ｂ）は、３６次のＦＩＲフィルタで構成される、バンドパスフィルタの振幅応答を示すグラフである。横軸は周波数（Ｈｚ）、縦軸は振幅応答（ｄＢ）を示す。このバンドパスフィルタは、低域側のカットオフ周波数ｆ１を５０Ｈｚ、高域側のカットオフ周波数ｆ２を１５０Ｈｚとして設計されている。通過帯域幅は１００Ｈｚである。図４（ｂ）に示したように、振動体の突起部の数に対応した周波数は１００Ｈｚであるので、これを中心周波数として前後５０Ｈｚの帯域を通過させるように設定されている。このようなバンドパスフィルタを通過させることによって、Ｓ相信号に含まれる低周波のＤＣ変動や高周波のノイズを除去することができ、回転速度情報を検出する精度、すなわちＳＮ比を向上することができる。
【００３８】
前記フィルタによって不要成分が除去されたＳ相信号は、信号処理回路７０５によって回転速度情報に変換される。図７（ａ）は、信号処理回路７０５の構成を示すブロック図である。バンドパスフィルタを通過したＳ相信号は、最初にデジタル比較器１００１に入力され、パルス信号として出力される。入力されるＳ相信号波形を図７（ｂ）、出力されるパルス信号を図７（ｃ）に示す。前記デジタル比較器１００１は一般的なデジタルコンパレータから成り、入力信号と基準値の大きさを比較してＨ又はＬレベルが出力される。次に、パルス信号はエッジ検出器１００２に入力され、パルス信号の立ち上りエッジが検出用クロックにて検出される。エッジ検出器１００２は、図７（ｅ）で示される検出用クロック信号で動作するフリップフロップ回路と論理ゲートによって構成される。前記エッジ検出器１００２によって出力された立ち上りエッジ信号を、図７（ｄ）に示す。前記立ち上りエッジ信号の１周期分が、振動体の突起部の数に対応する周期となる。
【００３９】
次に、前記立ち上りエッジ信号の周期をカウンタ回路１００３によって検出する。検出用クロック信号で動作するカウンタ回路１００３は、立ち上りエッジ信号が入力されるごとにカウントアップを繰返し、信号周期を出力する。次に、カウントされた信号周期を移動体の回転速度周期に変換する為、乗算器１００４に入力される。乗算器１００４は前記立ち上りエッジ信号のタイミングで演算処理を行う。つまり、乗算機１００４は、振動体の突起部の数４６を乗数として、カウントされた信号周期に乗算し、移動体の回転速度周期情報として出力する。ここで、回転速度情報として移動体の１回転分の周期を出力したが、振動体の１つの突起に対応する周期として出力しても良い。この場合は目標速度周期を１／４６に設定して速度周期偏差を取得すれば良い。
【００４０】
また、信号周期の検出分解能を上げる為に、次のような方法を取っても良い。図８（ａ）は、Ａｒｃｓｉｎ演算によって周期を検出する方法である。検出用クロック信号にて動作するＡｒｃｓｉｎ演算器１２０１に、Ｓ相信号が入力される。図８（ｂ）で示すＳｉｎ波形信号を検出用クロックのタイミングで値を読み取り、Ａｒｃｓｉｎ演算を行なう。演算結果は図８（ｃ）で示すような０°〜３６０°の位相情報として検出され、１周期を検出用クロックの分解能まで上げることができる。但し、前記Ａｒｃｓｉｎ演算器は、ある振幅値のＡｒｃｓｉｎ演算結果に対して２つの位相（θと、１８０−θ）を取り得るので、常に１検出クロック前で検出した位相に対して、大きい値が選択されるような論理演算を行なうようにする。出力された演算結果はカウンタ回路１００３に入力され、信号周期のカウンタ値として変換される。同様に、カウントされた信号周期は乗算器１００４に入力され、移動体の回転速度周期に変換される。
【００４１】
次に、信号処理回路７０５から出力された回転速度周期は、速度偏差検出器１０１に入力され、目標速度との速度偏差が検出される。この速度偏差に基づいて、振動型アクチュエータはフィードバック制御される。なお、速度偏差を本実施形態では検出用クロックでカウントされる周期として検出する例を示したが、もちろん周波数として検出しても良い。また、振動型アクチュエータを駆動周波数によって制御する例を示したが、他の方法、例えば駆動電圧によって制御する方法でも良い。
【００４２】
（第２の実施形態）
本実施形態では、Ｓ相信号の振幅変動の検出において、前記振幅変化成分のＳＮ比を大幅に上げ、回転速度情報をより高精度に検出する方法について説明する。具体的には、Ｓ相信号の振幅変動の検出において、繰返し制御器を用いる形態について説明する。図１に示した制御装置の構成と同様の構成については第１の実施形態と同様のため、説明を省略する。
【００４３】
図９は、本発明の第２の実施形態における、繰返し制御を用いた場合の振動型アクチュエータの制御装置を示すブロック図である。Ａ／Ｄ変換器７０３によってデジタル信号に変換されたＳ相信号は、繰返し制御器１４０１に入力され、振動体の突起部の数に対応した周波数信号のＳＮ比が大幅に上げられる。
【００４４】
図１０は、本発明の適用できる繰返し制御器の構成を示すブロック図である。繰返し制御器１４０１に入力されたＳ相信号は、サンプラ１５０１において特定の離散時間でサンプリングされてから出力される。サンプラ１５０１からの出力信号はフィルタ１５０２と遅延器１５０３を通過することで１繰返し周期分遅延され、加算器１５０４にてサンプラ１５０１からの出力信号に加算される。フィルタ１５０２は、例えば図６（ａ）のようなローパスフィルタが用いられる。また、遅延器１５０３は、レジスタを直列に接続し、レジスタ数を調整することで遅延量を変えることができる。
【００４５】
ここで、繰返し周期は、回転速度として目標速度を設定した場合の振動体の突起部の数に対応する周波数の１周期分、又は半周期分に設定される。つまり、繰返し周期は、突起部の数と目標速度との積で表される周波数の１周期分、又は半周期分に設定される。例えば、振動体の突起部の数が４６、目標速度が１３０ｒｐｍならば、Ｓ相信号の振幅変調成分の信号周波数は、
４６×１３０（ｒｐｍ）／６０＝１００（Ｈｚ） ・・・式（４）
であるので、繰返し周期は、式（５）に示すように、変調成分の信号周波数の逆数に設定するか、又は変調成分の周波数の逆数の１／２に設定すれば良い。
繰返し周期＝１／１００＝０．０１（ｓｅｃ） ・・・式（５）
【００４６】
具体的には、図９の繰返し周期調整器１４０２で繰返し周期用のクロックが生成され、サンプラ１５０１のクロックとして入力される。つまり、繰返し周期用のクロックは、目標速度と振動体の突起部の数とに基づいて設定されることになる。繰返し周期で加算された出力信号は、ゲイン１５０５にて乗算処理され、出力される。このように繰返し制御器１４０１は、繰返し周期が重ねられる毎に振動体の突起部の数に対応する周波数信号のみが積分されていき、ＳＮ比を大幅に上げることが可能となる。
【００４７】
繰返し制御器１４０１によってＳＮ比が上げられたＳ相信号は、信号処理回路７０５に入力され、第１の実施形態と同様に回転速度情報が検出される。これによって、より高精度に回転速度情報を検出することが可能となる。
【００４８】
（第３の実施形態）
本実施形態は、振動型アクチュエータの駆動周波数と速度特性に基づくバンドパスフィルタの中心周波数の設定方法に特徴を有する。図１１は、本発明の第３の実施形態に係る、振動型アクチュエータの制御装置を示すブロック図である。基本的な構成は第１の実施形態と同様であり、図１に示した制御装置の構成と同様の構成については説明を省略する。
【００４９】
振動型アクチュエータの駆動周波数−速度特性（以下、Ｆ−Ｖ特性と呼ぶ）に基づくバンドパスフィルタの中心周波数の設定方法について、以下に説明する。
【００５０】
フィルタ７０４はバンドパスフィルタとして構成され、例えば、図６（ａ）、図６（ｂ）で示したＦＩＲ型のデジタルフィルタが用いられる。前記バンドパスフィルタの通過帯域幅は、低域側のカットオフ周波数ｆ１と高域側のカットオフ周波数ｆ２の差によって決定され、これはフィルタ係数を変更することで調整することができる。ここで、図６（ｂ）では通過帯域幅の中心周波数を１００Ｈｚに設定したが、起動時の移動体の速度は目標速度より低く、振動体の突起部の数に対応する周波数は５０Ｈｚ程度である。つまり、起動速度から目標速度に至るまで、速度に応じてバンドパスフィルタの中心周波数を適宜調整する。これによってノイズをより効果的に除去することができる。
【００５１】
バンドパスフィルタの中心周波数は、フィルタ定数調整器１６０１によってフィルタ係数が変更され、調整される。フィルタ定数調整器１６０１は、推定される移動体の回転速度（推定速度）に基づいて中心周波数を算出し、フィルタ係数を決定する。ここで、振動体の突起部の数を４６とすると、中心周波数は式（６）で示される。
４６×推定速度（ｒｐｍ）／６０＝中心周波数（Ｈｚ） ・・・式（６）
ここで、フィルタ係数を駆動中に計算するのは難しいため、例えば、中心周波数に応じたフィルタ係数の値を予めテーブルとしてメモリに保存しておき、駆動中に読み出すようにすれば良い。
【００５２】
フィルタ定数調整器１６０１に入力される推定速度は、Ｆ−Ｖ特性のテーブルに基づいて得られる。Ｆ−Ｖテーブル１６０２は、予め測定した、振動型アクチュエータの駆動周波数と回転速度のデータが保存されたテーブルである。尚、テーブルではなく、駆動周波数と回転速度の関係式をメモリに保存しておいてもよい。
【００５３】
図１２（ａ）は駆動周波数と回転速度の測定データである。図１２（ｂ）は、前記測定データに基づいて、設定周波数と推定速度のデータを離散的にテーブル化したものである。ここで、滑らかな起動を行うため、初期の駆動周波数は例えば５０ｋＨｚとして設定される。従って、設定周波数５０ｋＨｚの場合の推定速度は２０ｒｐｍである。このように、駆動周波数パルス発生器１０３より駆動周波数データが入力され、前記駆動周波数データに基づいて推定速度がテーブルデータより読み出される。この結果、駆動中に振動体の突起部の数に対応する信号の周波数が変化しても、バンドパスフィルタの中心周波数を適宜調整することができ、精度よく回転速度情報を検出することが可能となる。
【００５４】
（第４の実施形態）
本実施形態では、駆動中にＳ相信号を周波数解析して、振幅が最大（ピーク）となる周波数をバンドパスフィルタの中心周波数として設定することを特徴とする。図１３（ａ）は、本発明の第４の実施形態に係る、振動型アクチュエータの制御装置を示すブロック図である。基本的な構成は実施形態１と同様であり、図１に示した制御装置の構成と同様の構成については説明を省略する。
【００５５】
本実施形態においては、Ａ／Ｄ変換器７０３から出力されるＳ相信号はバンドパスフィルタに入力される一方で、フーリエ変換器１８０２に入力される。フーリエ変換器１８０２では、離散的な複数の周波数の乗算が行なわれ、図１３（ｂ）のような振幅の周波数特性が得られる。ここで、振幅がピークとなる周波数が検出され、ピーク周波数として出力される。ピーク周波数値はフィルタ定数調整器１６０１に入力され、バンドパスフィルタの中心周波数がピーク周波数と一致するようにフィルタ定数が調整される。この結果、駆動中に振動体の突起部の数に対応する信号の周波数が変化しても、バンドパスフィルタの中心周波数は適宜調整されて、精度よく回転速度情報を検出することが可能となる。
【００５６】
（第５の実施形態）
本実施形態は、駆動中にＳ相信号を周波数解析して、振幅がピークとなる周波数に基づいて、繰返し制御器１４０１の繰返し周期を設定することを特徴とする。図１４は、本発明の第５の実施形態に係る、振動型アクチュエータの制御装置を示すブロック図である。基本的な構成は第２の実施形態と同様であり、図９で示した繰返し制御器を用いた制御装置と同様の構成については説明を省略する。
【００５７】
本実施形態においては、Ａ／Ｄ変換器７０３から出力されるＳ相信号は繰返し制御器に入力される一方で、フーリエ変換器１８０１に入力される。フーリエ変換器１８０１では、離散的な複数の周波数の乗算が行なわれ、前記図１３（ｂ）のような振幅の周波数特性が得られる。ここで、振幅がピークとなる周波数が検出され、ピーク周波数として出力される。ピーク周波数の逆数、すなわちピーク周波数の周期は、繰返し周期調整器１４０２に入力され、繰返し制御用のサンプリングクロックが生成される。この結果、駆動中に振動体の突起部の数に対応する信号の周波数が変化しても、繰返し制御器１４０１の繰返し周期は適宜調整されて、精度よく回転速度情報を検出することが可能となる。尚、繰返し制御器の繰返し周期は、ピーク周波数の逆数の１／２に設定しても、同様の効果を得ることができる。
【００５８】
（第６の実施形態）
本実施形態は、振動型アクチュエータに入力される駆動電圧信号とＳ相信号の位相差を検出し、振動体の突起部の数に対応する周波数信号を検出することを特徴とする。図１５は、本発明の第６の実施形態に係る、振動型アクチュエータの制御装置を示すブロック図である。
【００５９】
上述したように、振動体の突起部の数により、メカ的な共振周波数は変化する。よって、駆動電圧信号とＳ相信号との位相差の変動成分にも、同様の周波数変調が生じるものと考えられる。本実施形態はこのような考えのもと、振動型アクチュエータに入力される駆動電圧信号とＳ相信号の位相差を検出し、振動体の突起部の数に対応する周波数信号を検出する。
【００６０】
一般的に、振動体の駆動電極に印加される駆動電圧信号とＳ相信号との位相差は、駆動周波数とメカ共振周波数との周波数差によって変化する特性を持っている。尚、用いる圧電素子は、出力されるＳ相信号と、印加される駆動電圧と、が同相となる圧電素子同士を用いる。例えば、Ａ相に印加される駆動電圧信号とＳａ相から出力される振動検出信号（Ｓ相信号）との位相差を検出する。各信号は、電圧コンパレータ２１０１によってパルス信号に変換された後、位相差検出器２１０２に入力されて位相差信号として検出される。検出された位相差信号の波形を図１６（ａ）に示す。位相差は、振動体の突起部の数に対応する周波数で変動する。
【００６１】
つまり、位相差の変動周波数の周期は、第１の実施形態で説明したＳ相信号の振幅の変動周波数の周期と等価であり、第１の実施形態と同様のフィルタ７０４と信号処理回路７０５を用いて回転速度情報を得ることができる。第１の実施形態と同様に、フィルタ７０４を通過した図１６（ａ）の位相差信号は、図７（ａ）に示されるように、最初にデジタル比較器１００１に入力され、パルス信号として出力される。出力されるパルス信号を図１６（ｂ）に示す。次に、パルス信号はエッジ検出器１００２に入力され、パルス信号の立ち上りエッジが検出用クロックにて検出される。検出用クロック信号を図１６（ｄ）に、エッジ検出器１００２によって出力された立ち上りエッジ信号を図１６（ｃ）に示す。前記立ち上りエッジ信号の１周期分が、振動体の突起部の数に対応する周期となる。以降の回転速度情報を取得するまでの処理も、第１の実施形態で示した処理と同様であるため、説明を省略する。
【００６２】
（第７の実施形態）
本実施形態は、速度制御を行なう前に駆動周波数を掃引して、掃引時に繰返し制御器１４０１から出力されるＳ相信号振幅がピークを示す駆動周波数を記憶してから、速度制御を開始することを特徴とする。図１７は、本発明の第７の実施形態に係る、振動型アクチュエータの制御装置を示すブロック図である。基本的な構成は第２の実施形態と同様であり、図９で示した繰返し制御器を用いた制御装置と同様の構成については説明を省略する。
【００６３】
図１８は、本実施形態の制御装置の駆動シーケンスを示したフローチャートである。最初に、不図示の指令装置より駆動開始命令が制御装置に入力される（Ｓ１）。次に、図１７の駆動周波数掃引器２３０１より駆動可能な周波数範囲の信号が切替器２３０２で選択され、駆動周波数パルス発生器に入力される。駆動周波数掃引器２３０１は、図１２（ｂ）で示したＦ−Ｖテーブルのように、例えば５０ｋＨｚから４６ｋＨｚまで周波数を一定速度で掃引していく（Ｓ２）。
【００６４】
周波数の掃引と同時に、繰返し制御器１４０１から出力されたＳ相信号は振幅検出器２３０３にて検出され、駆動周波数の変化に応じた振幅値がモニターされる。この様子を図１９に示した。図１９の横軸は駆動周波数で、左側の縦軸は繰返し制御後のＳ相振幅、右側の縦軸は移動体の速度を示す。ここで、繰返し制御器１４０１の繰返し周期は、目標速度と振動体の突起部の数から計算される値に固定されているので、移動体の回転速度が目標速度と同じ場合のみ、Ｓ相信号の振幅は拡大される。従って、周波数掃引時に移動体の回転速度が目標速度を通過することで、振幅がピークを示すピーク周波数が得られる。検出されたピーク周波数は、周波数データレジスタ２３０４に記憶される（Ｓ３）。
【００６５】
次に、記憶されたピーク周波数値は駆動周波数パルス発生器１０３に入力され、前記ピーク周波数を駆動周波数に設定して速度制御が開始される（Ｓ４）。
【００６６】
この結果、制御開始の時点から目標速度に近い駆動周波数で駆動できるので、振動体の突起部の数に対応する周波数信号は繰返し制御器１４０１によって十分にＳＮ比が上げられ、精度よく回転速度情報を検出することが可能となる。
【００６７】
（第８の実施形態）
本発明においては、移動体の回転速度情報の検出だけでなく、移動体の絶対位置情報の検出を行うことも可能である。本実施形態では、振動体の複数の突起に対応する周波数情報を用いて、移動体の絶対位置を求めることを特徴とする。本発明において絶対位置とは、所定の原点位置に対する相対位置を示す。
【００６８】
まず、２つの振動型アクチュエータを同時に駆動した場合に、２つの移動体の絶対位置を検出する形態について説明する。２つの移動体は同じ速度で回転するので、回転位置は２つの移動体とも同じ位置となる。
【００６９】
図２０は、２つの振動型アクチュエータを組み合わせた構成の断面を示す模式図である。共用されたハウジング２６０１上に、２つの振動型アクチュエータ１０５１、１０５２は上下対象に１つの出力軸２６０２を介して接続されている。各振動型アクチュエータの基本的な構成は図２で示した構成と同様とのため、以下では本実施形態の特徴的な構成のみ説明する。
【００７０】
２つの振動型アクチュエータ１５０１、１５０２の駆動電極に同一の駆動回路から出力された交流電圧を、Ａ相とＢ相を入れ替えて印加することによって、移動体２０４は同一方向に回転駆動する。被駆動体（不図示）は１つの出力軸２６０２を介して回転する。
【００７１】
通常、２つの振動型アクチュエータを用いる場合、２つの振動型アクチュエータの構成は同一とするが、本実施形態では移動体の絶対位置を検出するために、振動体毎に突起部の数が異なる構成となっている。本実施形態では一例として、振動型アクチュエータ１０５１の振動体の突起部の数を４７個、振動型アクチュエータ１５０２の振動体の突起部の数を４６個とした例を用いて説明する。
【００７２】
図２１は、本発明の第８の実施形態に係る、振動型アクチュエータの制御装置を示すブロック図である。絶対位置を検出するために、２つの振動型アクチュエータにそれぞれ設けられた振動検出電極７０１からＳ相信号を検出し、２つのＳ相信号の位相差を検出することを特徴とする。
【００７３】
２つの振動型アクチュエータから検出されたＳ相信号は、それぞれＲＭＳ−ＤＣ変換された後にＡ／Ｄ変換され、フィルタ処理が行なわれる。フィルタ出力後の各Ｓ相信号波形を図２２（ａ）に示す。振動型アクチュエータ１５０１のＳ相信号波形１は、移動体の１回転周期において４７波分のＳｉｎ波形が突起部の数に応じて生じる。対して、振動型アクチュエータ１５０２のＳ相信号波形２は、移動体の１回転周期において４６波分のＳｉｎ波形が生じる。説明を簡略化するため、図２２（ａ）では７波と６波として表現する。
【００７４】
２つのＳ相信号１、２は、絶対位置検出器２７０１に入力される。絶対位置検出器での信号処理の方法を説明する。図２２（ｂ）は、２つのＳ相信号波形の立ち上りエッジを検出したパルス信号である。エッジ検出信号１、２のパルスの位相差を比較すると、原点位置で同位相で重なり、位置の変化に応じて位相がずれていき、１回転周期で位相差が３６０°となり、再び原点位置にリセットされる。
【００７５】
つまり、１回転周期で突起部の数の差１個分の位相が変化することになる。図２２（ｃ）の位相差信号は、エッジ検出信号２のパルスがＨになるタイミングでのエッジ検出信号１との位相差を検出し、線形補間したものである。この位相差信号に基づいて、位相から位置に変換することで、原点位置に対する絶対位置情報を検出することができる。また、本実施例においては、２つの振動体で１つの移動体を回転させる場合でも適用できる。
【００７６】
次に、１つの振動型アクチュエータを用いて簡易的に原点位置を検出し、絶対位置情報を取得する形態について説明する。
【００７７】
図２３（ａ）は、周期的に設けられた突起部が一部存在しない領域を有する振動体の構成を示す模式図である。尚、突起部が移動体と接触しない領域があれば良いので、例えば突起部の高さを一部だけ相対的に低くする構成としても良い。図２３（ｂ）は、図２３（ａ）の振動体を用いた振動型アクチュエータを駆動した場合のＳ相信号の波形を示すグラフである。突起部が移動体と接触しない領域がある為、１回転周期でＳｉｎ波が一波分生じない箇所が常に同じ位置で生じる。図２３（ｃ）はエッジ検出信号である。本実施形態では、パルスが出力されない箇所を検知することで、原点位置を特定することができる。つまり、突起部の数に対応する周波数情報を用いることで、原点位置を特定することができる。原点位置を検出できれば、エッジ検出信号のパルス数をカウントすることで、絶対位置情報を取得することが可能となる。
【００７８】
（第９の実施形態）
本発明の振動型アクチュエータの制御回路は、第１の実施形態で説明した振動型アクチュエータ以外の振動型アクチュエータにも適用することが可能である。本実施形態では、第１の実施形態の図２で示した、進行波を振動体に形成して移動体を相対移動させる円環型の振動型アクチュエータとは異なる振動型アクチュエータについて説明する。
【００７９】
図２４は、カメラレンズのオートフォーカス駆動などに用いられる、棒状の振動型アクチュエータの分解斜視図である。振動型アクチュエータは、振動体３００１と、移動体３００２と、を備えている。振動体３００１には、摩擦材料を兼ねた第１の弾性体３００３、電気−機械エネルギー変換素子である圧電素子３００４への給電用のフレキシブルプリント基板３００５、第２の弾性体３００６が設けられている。これら部材は、シャフト３００７の突き当てフランジ部３００７ａとシャフト３００７下部のネジ部３００７ｂに嵌る下ナット３００８で挟み、加圧締結されている。
【００８０】
第１の弾性体３００３は、例えばアルミナを主成分とする焼結セラミックであり、上下両面を両刀研削した後に上面の摩擦面側を仕上げポリッシュしている。移動体３００２は、接触ばね３００９がロータ３０１０に接着固定されている。これにより、移動体３００２は、フランジ３０１１の軸受部によって回転自在に支持された出力ギア３０１２と加圧ばね３０１３によって振動体３００１の摩擦面３０１４に加圧接触されている。
【００８１】
移動体３００２の接触ばね３００９は、ステンレスの絞り加工で小さなクランク断面を持つ円筒形状に形成されており、下端面が移動体の摩擦面として振動体の第１の弾性体の摩擦面３０１４と当接している。フレキシブルプリント基板３００５を介して、不図示の電源から圧電素子３００４に交番信号を印加する。それにより第１の弾性体３００３の摩擦面には直交する２方向の１次の曲げ振動が励起され、時間位相π／２を持って重ね合せることによって、摩擦面３０１４に回転楕円運動を生じさせる。これにより、摩擦面に加圧接触する接触ばね３００９を振動体３００１に対して相対移動させる。
【００８２】
図２５は、弾性体に放射状の溝が設けられた振動体の斜視図である。図２５（ａ）に示す振動体３００１は、第１の弾性体３００３の上下面の締結面近傍に、放射状の溝（本例では２個）３１０１と３１０２がそれぞれ設けてある。また、図２５（ｂ）に示す振動体３００１は、第１の弾性体３００３の上面に放射状の溝３１０１が８個設けられている。このような放射状の溝３１０１を設けることで、大気中の湿度の影響によるトルク低下を防止することができる。
【００８３】
前記複数の放射状の溝３１０１によって形成される摩擦面３０１４（本発明の突起部に対応）と、移動体３００２の接触領域分布と、に基づくＳ相信号の振幅変動は、図２５（ａ）の例では振動体の溝数である２個（突起部の数も２個）に対応する周波数にピークが生じる。また、図２５（ｂ）の例では振動体の溝数である８個（突起部の数も８個）に対応する周波数にピークが生じる。
【００８４】
このような振動体を用いた場合でも、第１〜第７の実施形態と同様に、突起部の数に対応する周波数情報を用いて、回転速度情報を取得することができる。
【符号の説明】
【００８５】
１０１ 速度偏差検出器
１０２ ＰＩＤ制御器
１０３ 駆動周波数パルス発生器
１０４ 駆動回路
１０５ 振動型アクチュエータ
１０６ 被駆動体
１０７ 速度検出器
２０１ 電気−機械エネルギー変換素子
２０２ 弾性体
２０３ 振動体
２０４ 移動体
３０１ 突起
３０２ 溝
７０１ 振動検出電極
７０２ ＲＭＳ−ＤＣ変換器
７０３ Ａ／Ｄ変換器
７０４ フィルタ
７０５ 信号処理回路
１４０１ 繰返し制御器
１８０１ フーリエ変換器
２１０１ 電圧コンパレータ
２１０２ 位相差検出器
２３０３ 振幅検出器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動型アクチュエータの制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
振動型アクチュエータは、発生する振動の種類によって定在波型と進行波型とに分けられる。図５は従来の進行波型の振動型アクチュエータの制御装置を示したものである。速度偏差検出器１０１には、エンコーダ等の速度検出器１０７で得られた速度信号と、不図示のコントローラーからの目標速度と、が入力され、速度偏差信号が出力される。速度偏差信号はＰＩＤ補償器１０２に入力され、制御信号として出力される。
【０００３】
ＰＩＤ補償器１０２から出力された制御信号は、駆動周波数パルス発生器１０３に入力される。駆動周波数パルス発生器１０３から出力された駆動周波数パルス信号は、駆動回路１０４に入力され、位相が９０°異なる２相の交番電圧が出力される。交番電圧は、位相が９０°ずれた２相の交番信号である。駆動回路１０４から出力された交番電圧は振動型アクチュエータ１０５の電気−機械エネルギー変換素子に入力され、振動型アクチュエータ１０５の移動体は一定速度で回転する。振動型アクチュエータ１０５の移動体に連結された被駆動体１０６（ギヤやスケール、シャフト等）は回転駆動され、前記速度検出器１０７によって回転速度が検出され、回転速度が常に目標速度に近づくようにフィードバック制御される。
【０００４】
上記のように、従来は被駆動体の回転速度（移動体の回転速度と同じ）を検出する場合、光学式のエンコーダなどを用いる必要があり、スケールや受光素子によるコストアップが避けられない。また、実装スペースが必要なため、小型化が困難であった。このため、特許文献１、２には、エンコーダ等の光学素子を用いずに、速度検出を行なう方法が開示されている。
【０００５】
特許文献１には、移動体であるロータの形状を工夫することにより、圧電素子に備えられた振動検出用の電極からの出力信号（以下、「Ｓ相信号」と呼ぶ）を利用して、駆動量を検出する方法が記載されている。これは、ロータの偏芯により、振動体のロータ接触部における圧力が変動するので、振動検出用の電極の振幅も回転に連動して変化することを利用したものである。Ｓ相信号の圧力変動分（１回転で１周期）をローパスフィルタによって信号処理した後に、波形整形された矩形信号のパルス数をカウントして駆動量を検出する。実施形態として、外周面に凹凸が形成されたロータ、または偏芯したロータ、溝があるロータ、摩擦係数が異なる区間を持つロータなどが挙げられている。
【０００６】
特許文献２は、ロータの円周方向に不均一部を設け、この不均一部により強調される圧電素子への駆動電流の波高値の包絡線を、連続またはパルス状の信号に変換して、ロータの回転量を検出するものである。前記波高値の包絡線にロータの不均一部の数に対応した変調成分を生じさせるには、進行波の数と振動体の突起部の数を最適な条件で組み合わせる必要があると述べられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第７４３９６５０号明細書
【特許文献２】特許第０３０６００８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１、２に共通するのは、ロータの形状に周期的な突起や溝を設けて、振動検出電極からの検出信号であるＳ相信号の振幅に重畳される変調信号を検出して、ロータの回転速度情報や位置情報を得ることである。
【０００９】
しかしながら、上記方法では、通常用いるロータに更なる加工を行う必要があった。
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するため、移動体の形状を変えることなく、エンコーダ等の光学素子を用いずに、振動体と移動体の相対移動速度情報や位置情報を検出することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の振動型アクチュエータの制御装置は、電気−機械エネルギー変換素子を備えた振動体の前記電気−機械エネルギー変換素子に交番電圧を与えて前記振動体の複数の突起部に楕円運動を生成させることにより、前記複数の突起部に接触する移動体を前記振動体と相対的に回転させる振動型アクチュエータの制御装置であって、前記振動体に設けられた振動検出用の電気−機械エネルギー変換素子からの検出信号に含まれる前記複数の突起部の数に対応する周波数情報を用いて、前記移動体の回転速度情報を取得することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、移動体の形状は変えずに、エンコーダ等の光学素子を用いることなく、移動体の相対移動速度情報や位置情報を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施形態における、振動型アクチュエータの制御装置を示すブロック図である。
【図２】振動型アクチュエータの例を示す模式図である。
【図３】振動体の裏面上に配された圧電素子の分極状態を示す模式図である。
【図４】測定したＳ相信号の振幅の時間的な変動と、周波数解析を行なった結果である。
【図５】従来の、進行波型の振動型アクチュエータの制御装置を示したブロック図である。
【図６】（ａ）４次のＦＩＲフィルタの例を示すブロック図と、（ｂ）３６次のＦＩＲフィルタで構成されるバンドパスフィルタの振幅応答を示すグラフである。
【図７】本発明の第１の実施形態における、信号処理回路の構成を示すブロック図と、Ｓ相信号から回転速度情報を検出する信号処理方法を説明するためのチャートである。
【図８】Ａｒｃｓｉｎ演算によって周期を検出する信号処理回路を示すブロック図と、Ａｒｃｓｉｎ演算によって周期を検出する方法を説明するためのチャートである。
【図９】本発明の第２の実施形態における、振動型アクチュエータの制御装置を示すブロック図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態における、繰返し制御器の構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態における、振動型アクチュエータの制御装置を示すブロック図である。
【図１２】振動型アクチュエータの駆動周波数と回転速度のテーブルデータの例である。
【図１３】本発明の第４の実施形態における、振動型アクチュエータの制御装置を示すブロック図と、フーリエ変換されたＳ相信号における、振幅の周波数特性を示すグラフである。
【図１４】本発明の第５の実施形態における、振動型アクチュエータの制御装置を示すブロック図である。
【図１５】本発明の第６の実施形態における、振動型アクチュエータの制御装置を示すブロック図である。
【図１６】検出された駆動電圧信号とＳ相信号の位相差信号と、その信号処理の方法を説明するためのチャートである。
【図１７】本発明の第７の実施形態における、振動型アクチュエータの制御装置を示すブロック図である。
【図１８】本発明の第７の実施形態における、制御装置の駆動シーケンスを示したフローチャートである。
【図１９】周波数掃引時における、繰返し制御器から出力されたＳ相信号の振幅変化を示すグラフである。
【図２０】第８の実施形態に用いる２つの振動型アクチュエータを組み合わせた構成を示す模式図である。
【図２１】本発明の第８の実施形態における、振動型アクチュエータの制御装置を示すブロック図である。
【図２２】本発明の第８の実施形態に係る、絶対位置情報の検出方法を説明するためのチャートである。
【図２３】本発明に適用できる、突起部が無い領域が１部設けられた振動体の構成を示す模式図である。
【図２４】棒状の振動型アクチュエータの分解斜視図である。
【図２５】弾性体に放射状の溝が設けられた振動体の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の振動型アクチュエータの制御装置について、図面を参照しながら説明する。本発明の振動型アクチュエータの制御装置は、次のような振動型アクチュエータに対して適用される。即ち、本発明の制御装置の制御対象である振動型アクチュエータは、振動体と移動体とを有し、振動体の電気−機械エネルギー変換素子に交番電圧を与えることで振動体が振動する。そして、前記振動により、振動体の複数の突起に楕円運動を行わせ、振動体の複数の突起に接触する移動体を摩擦駆動によって振動体に対して相対的に移動させる。
【００１５】
本発明者は、振動検出用の信号であるＳ相信号中に、「振動体の複数の突起部の数に対応した周波数成分」が含まれている事を実験により確認した。本発明は、これを移動体の相対速度情報として利用するものである。まず、Ｓ相信号に含まれる、振動体の複数の突起部の数に対応した周波数の信号成分について説明する。
【００１６】
図２（ａ）は振動型アクチュエータ１０５の一部を示す斜視図である。振動型アクチュエータ１０５は、圧電素子等の電気−機械エネルギー変換素子２０１と弾性体２０２とから成る振動体２０３と、移動体２０４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２０１に２相の交番電圧が印加されると、振動体２０３に進行波が発生し、振動体２０３に接触する移動体２０４は摩擦駆動によって振動体と相対的に回転する。
【００１７】
図２（ｂ）は、弾性体２０２を示す斜視図である。弾性体２０２の移動体２０４と接触する側には、図２（ｂ）に示すように、複数の突起３０１と溝３０２が交互に設けられている。図２（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３０１を設けることにより、移動体２０４との接触部（突起３０１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。以下、本発明において突起部とは、移動体２０４と接触する部分であり、突起３０１のように、溝３０２に対して相対的に凸部となる部分を指す。
【００１８】
図２（ｃ）は、駆動中の振動体２０３と移動体２０４の模式的な断面図である。振動体２０３には図中右方向に進行波が発生しており、移動体２０４は進行波の進行方向とは逆向きに移動する。進行波と移動体２０４との接触部を拡大すると、図２（ｃ）の下部に示すように突起３０１先端部と移動体２０４表面とが接触する。
【００１９】
駆動中において、接触部での接触圧力は理想的には常に一定であるが、実際には突起３０１及び移動体２０４ともに接触する表面には凹凸が存在するため、接触圧力は回転位置に応じて異なっている。つまり、接触圧力は移動体２０４の１回転あたりで、突起３０１の数だけ変化する。これにより、移動体２０４の回転と同期して、突起３０１の周方向の空間的な接触領域分布に応じた振動体２０３のメカ共振周波数の変動が生じる。このメカ共振周波数の変動は振動体２０３に生じる振動の振幅変動となり、移動体２０４の回転と同期して、接触領域分布、すなわち突起３０１の数に応じた周期的な振幅変動となって生じるものと考えられる。つまり、突起の数をエンコーダが検出するパルス数に相当するものと捉えることができる。従って、この振動の振幅変動を検出することができれば、移動体の回転速度情報を得ることができる。
【００２０】
図３は、振動体の裏面上に配された電気−機械エネルギー変換素子である圧電素子の配設状態（圧電素子の配置位置と分極状態）の一例を示す模式図である。図中のＡ相及びＢ相は、それぞれ図３に示す位相及び分極状態で弾性体上に配される第１と第２の圧電素子群である。また、Ｓａ相とＳｂ相はＡ相とＢ相に対して、各々１／４波長ずれた位置に配される振動検出用の圧電素子である。これらＡ相、Ｂ相、Ｓａ相、Ｓｂ相として機能する圧電素子は、それぞれ単独のものを振動体に設けてもよいし、又、一体的に分極処理にて形成してもよい。
【００２１】
Ａ相及びＢ相には夫々駆動電圧が印加される電極（以下、「Ａ相電極」及び「Ｂ相電極」と呼ぶ）が形成されている。Ａ相に印加される駆動電圧とＢ相に印加される駆動電圧とは位相が９０°異なることにより、振動体の表面に進行波が形成される。Ｓａ相とＳｂ相にも夫々電極（以下、「振動検出電極」と呼ぶ）が形成されており、振動体の表面に前記振動が形成されると、この振動の振動状態に応じて振動検出電極から検出信号として電圧が出力される。
【００２２】
尚、振動型アクチュエータは、その共振状態ではＡ相電極へ印加する駆動電圧と振動検出電極からの出力電圧である検出信号（以下、「Ｓ相信号」と呼ぶ）との位相関係が特定の関係となる特性を有している。すなわち、Ａ相とＳａ相との位置関係によって決定され、Ａ相に印加される駆動信号とＳ相から出力されるＳ相信号の位相が９０°ずれた時に共振状態を示し、共振からずれるほど位相差関係がずれる、という特性を有している。
【００２３】
本発明者は、上記Ｓ相信号を検出し、実際に振動体の突起部の数に応じた周期的な振幅変動が生じている事を確認した。以下にその結果について説明する。
【００２４】
図４（ａ）は、測定したＳ相信号の振幅の時間的な変動を示すものである。横軸は時間であり、縦軸はＳ相信号の振幅である。この測定では、図５に示した従来の振動型アクチュエータの制御回路を用いた。また、１３０ｒｐｍで速度制御を行い、Ｓ相信号を不図示の外部回路によって抵抗分圧して電圧を小さくした後に、ＲＭＳ−ＤＣ変換処理を行い、不図示の測定機器にて波形データを取り込んだものである。ＲＭＳ−ＤＣ変換処理とは、ＡＣ信号の実効値変換を行なうものであり、汎用的にＩＣ化されたものを実験では使用した。従って、Ｓ相信号のＡＣ成分である駆動周波数成分が除去され、Ｓ相信号振幅の実効値のＤＣ変動が出力される。ここで、実験では振動体の突起部の数は４６個のものを使用した。図４（ａ）はＳａ相とＳｂ相の振幅変動を示しており、これは振動体の突起部の数である４６に対応した周波数で振幅変調されている。
【００２５】
図４（ｂ）は、ＲＭＳ−ＤＣ変換処理を行ったＳ相信号をフーリエ変換して、振幅の周波数解析を行なった結果を示すものである。横軸は周波数であり、縦軸は振幅変動の振幅である。図４（ｂ）より、周波数１００Ｈｚの位置にピークが生じているのがわかる。式（１）に示すように、これは振動体の突起部の数４６に対応した周波数を示している。「突起部の数に対応した周波数」とは、式（１）に示すように、突起部の数と回転速度との積で求められる周波数である。
４６×１３０（ｒｐｍ）／６０＝１００（Ｈｚ） ・・・式（１）
つまり、移動体の回転速度に応じて、突起部の数４６に対応した周波数が検出されることになる。本発明者は、突起部の数を変更した場合や、回転速度を変更した場合についても測定を行い、いずれの場合においても、式（１）で計算される周波数の変動がピークとして生じることを確認した。
【００２６】
これは、裏を返すと、振幅がピークを示す周波数或いは周期を駆動中に随時検出すれば、回転速度が逆算できることを意味している。振幅がピークを示す周期をＴ（ｓｅｃ）とすると、
回転速度（ｒｐｍ）＝（１／Ｔ）×６０／４６ ・・・式（２）
となる。これを回転速度周期として変換すると、回転速度周期は式（３）で示される。
回転速度周期（ｓｅｃ）＝Ｔ×４６ ・・・式（３）
【００２７】
このように、Ｓ相信号に含まれる突起部の数に対応した信号成分の周波数や周期を検出することによって、移動体の回転速度情報を検出することが可能となる。本発明においては、回転速度や回転速度周期等の速度に関する情報を回転速度情報と表現する。また、突起部の数に対応する周波数や周期を周波数情報と表現する。回転速度情報を求める際の演算として、突起部の数に対応する周波数を用いてもよいし、突起部の数に対応する周期を用いてもよい。
【００２８】
このような回転速度情報の検出方法により、移動体に周期的な突起等の不均一部の加工を行なわずに移動体の相対速度を検出することができる。また、移動体に不均一部を設けないため、不均一部による不要な振動も生じず、回転速度ムラも増大しにくい。
【００２９】
以下、本発明の具体的な実施形態について説明を行う。
【００３０】
（第１の実施形態）
図１は、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の制御装置を示すブロック図である。本実施形態の制御装置は、ＲＭＳ−ＤＣ変換器７０２、Ａ／Ｄ変換器７０３、フィルタ７０４、信号処理回路７０５、速度偏差検出器１０１、ＰＩＤ補償器１０２、駆動周波数パルス発生器１０３、駆動回路１０４を備える。
【００３１】
速度偏差検出器１０１には、得られた回転速度情報と、不図示のコントローラーからの速度指令値等の目標速度情報と、が入力され、速度偏差信号が出力される。速度偏差信号はＰＩＤ補償器１０２に入力され、制御信号として出力される。ＰＩＤ補償器１０２とは、比例（Ｐ）・積分（Ｉ）・微分（Ｄ）の各機能を有する補償器の出力を加算したものであり、制御対象の位相遅れやゲインを補償して、安定且つ高精度な制御装置を構築する為に一般的に用いられる。
【００３２】
ＰＩＤ補償器１０２から出力された制御信号は、駆動周波数パルス発生器１０３に入力される。駆動周波数パルス発生器１０３は、入力された制御信号に応じて駆動周波数のパルス信号を発生させるものであり、デジタル分周回路やＶＣＯ（電圧制御発振器）などが用いられる。また、ＰＷＭ（パルス幅変調）制御により、制御信号に応じてパルス幅が変化するパルス信号を発生させても良い。駆動周波数パルス発生器１０３から出力された駆動周波数パルス信号は、駆動回路１０４に入力され、位相が９０°異なる２相の交番電圧が出力される。交番電圧は、位相が９０°ずれた２相の交番信号である。駆動回路１０４には、例えばスイッチング機能を有するトランス型昇圧回路やＬＣ昇圧回路等が用いられる。
【００３３】
駆動回路１０４から出力された交番電圧は振動型アクチュエータ１０５の電気−機械エネルギー変換素子に入力され、振動型アクチュエータ１０５の移動体が相対的に回転する。振動型アクチュエータ１０５の移動体に連結された被駆動体１０６は移動体と一緒に回転駆動される。
【００３４】
次に、本発明の特徴である、検出したＳ相信号から回転速度情報を検出する部分を説明する。
【００３５】
まず、振動型アクチュエータに備えられた振動検出電極７０１からＳ相信号が検出される。図３では、Ｓａ相とＳｂ相からの出力を検出する例を述べたが、基本的にはどちらか１つで良い。Ｓ相信号はＲＭＳ−ＤＣ変換器７０２によって駆動周波数成分が除去され、実効的な振幅のＤＣ変動成分が検出される。その後、Ａ／Ｄ変換器７０３によってアナログ信号からデジタル信号に変換される。デジタル信号に変換されたＳ相信号は、フィルタ７０４によって、振動体の突起部の数に対応した周波数の信号成分が抽出される。前記フィルタは一般的なデジタルフィルタによって構成され、ＦＩＲ（有限インパルス応答）フィルタやＩＩＲ（無限インパルス応答）フィルタなどが用いられる。例えば前記ＦＩＲフィルタの特性をバンドパスフィルタ（帯域通過フィルタ）となるようにフィルタ係数を設定して帯域制限をかけ、Ｓ相信号の振動体の突起部の数に対応した周波数信号を抽出する。
【００３６】
図６（ａ）は、４次のＦＩＲフィルタの例を示すグラフである。ＦＩＲフィルタは、そのインパルス応答が有限時間長で表されるものであり、それがフィルタの係数となっている。入力信号はレジスタ８０１に順次格納され、１つのレジスタ８０１で１サンプリング周期遅延する。１サンプリング周期ずつ遅延した信号に各々ｈ０からｈ４のフィルタ係数８０２が乗算され、全て加算された信号が出力される。ｈ０からｈ４はフィルタ係数８０２であり、フィルタのインパルス応答、すなわち周波数特性を決めるものである。前記フィルタ係数８０２を調整することにより、所望の周波数帯域の通過帯域幅を有するバンドパスフィルタを構成することができる。前記通過帯域幅は、低域側のカットオフ周波数ｆ１と高域側のカットオフ周波数ｆ２の差によって決定される。
【００３７】
図６（ｂ）は、３６次のＦＩＲフィルタで構成される、バンドパスフィルタの振幅応答を示すグラフである。横軸は周波数（Ｈｚ）、縦軸は振幅応答（ｄＢ）を示す。このバンドパスフィルタは、低域側のカットオフ周波数ｆ１を５０Ｈｚ、高域側のカットオフ周波数ｆ２を１５０Ｈｚとして設計されている。通過帯域幅は１００Ｈｚである。図４（ｂ）に示したように、振動体の突起部の数に対応した周波数は１００Ｈｚであるので、これを中心周波数として前後５０Ｈｚの帯域を通過させるように設定されている。このようなバンドパスフィルタを通過させることによって、Ｓ相信号に含まれる低周波のＤＣ変動や高周波のノイズを除去することができ、回転速度情報を検出する精度、すなわちＳＮ比を向上することができる。
【００３８】
前記フィルタによって不要成分が除去されたＳ相信号は、信号処理回路７０５によって回転速度情報に変換される。図７（ａ）は、信号処理回路７０５の構成を示すブロック図である。バンドパスフィルタを通過したＳ相信号は、最初にデジタル比較器１００１に入力され、パルス信号として出力される。入力されるＳ相信号波形を図７（ｂ）、出力されるパルス信号を図７（ｃ）に示す。前記デジタル比較器１００１は一般的なデジタルコンパレータから成り、入力信号と基準値の大きさを比較してＨ又はＬレベルが出力される。次に、パルス信号はエッジ検出器１００２に入力され、パルス信号の立ち上りエッジが検出用クロックにて検出される。エッジ検出器１００２は、図７（ｅ）で示される検出用クロック信号で動作するフリップフロップ回路と論理ゲートによって構成される。前記エッジ検出器１００２によって出力された立ち上りエッジ信号を、図７（ｄ）に示す。前記立ち上りエッジ信号の１周期分が、振動体の突起部の数に対応する周期となる。
【００３９】
次に、前記立ち上りエッジ信号の周期をカウンタ回路１００３によって検出する。検出用クロック信号で動作するカウンタ回路１００３は、立ち上りエッジ信号が入力されるごとにカウントアップを繰返し、信号周期を出力する。次に、カウントされた信号周期を移動体の回転速度周期に変換する為、乗算器１００４に入力される。乗算器１００４は前記立ち上りエッジ信号のタイミングで演算処理を行う。つまり、乗算機１００４は、振動体の突起部の数４６を乗数として、カウントされた信号周期に乗算し、移動体の回転速度周期情報として出力する。ここで、回転速度情報として移動体の１回転分の周期を出力したが、振動体の１つの突起に対応する周期として出力しても良い。この場合は目標速度周期を１／４６に設定して速度周期偏差を取得すれば良い。
【００４０】
また、信号周期の検出分解能を上げる為に、次のような方法を取っても良い。図８（ａ）は、Ａｒｃｓｉｎ演算によって周期を検出する方法である。検出用クロック信号にて動作するＡｒｃｓｉｎ演算器１２０１に、Ｓ相信号が入力される。図８（ｂ）で示すＳｉｎ波形信号を検出用クロックのタイミングで値を読み取り、Ａｒｃｓｉｎ演算を行なう。演算結果は図８（ｃ）で示すような０°〜３６０°の位相情報として検出され、１周期を検出用クロックの分解能まで上げることができる。但し、前記Ａｒｃｓｉｎ演算器は、ある振幅値のＡｒｃｓｉｎ演算結果に対して２つの位相（θと、１８０−θ）を取り得るので、常に１検出クロック前で検出した位相に対して、大きい値が選択されるような論理演算を行なうようにする。出力された演算結果はカウンタ回路１００３に入力され、信号周期のカウンタ値として変換される。同様に、カウントされた信号周期は乗算器１００４に入力され、移動体の回転速度周期に変換される。
【００４１】
次に、信号処理回路７０５から出力された回転速度周期は、速度偏差検出器１０１に入力され、目標速度との速度偏差が検出される。この速度偏差に基づいて、振動型アクチュエータはフィードバック制御される。なお、速度偏差を本実施形態では検出用クロックでカウントされる周期として検出する例を示したが、もちろん周波数として検出しても良い。また、振動型アクチュエータを駆動周波数によって制御する例を示したが、他の方法、例えば駆動電圧によって制御する方法でも良い。
【００４２】
（第２の実施形態）
本実施形態では、Ｓ相信号の振幅変動の検出において、前記振幅変化成分のＳＮ比を大幅に上げ、回転速度情報をより高精度に検出する方法について説明する。具体的には、Ｓ相信号の振幅変動の検出において、繰返し制御器を用いる形態について説明する。図１に示した制御装置の構成と同様の構成については第１の実施形態と同様のため、説明を省略する。
【００４３】
図９は、本発明の第２の実施形態における、繰返し制御を用いた場合の振動型アクチュエータの制御装置を示すブロック図である。Ａ／Ｄ変換器７０３によってデジタル信号に変換されたＳ相信号は、繰返し制御器１４０１に入力され、振動体の突起部の数に対応した周波数信号のＳＮ比が大幅に上げられる。
【００４４】
図１０は、本発明の適用できる繰返し制御器の構成を示すブロック図である。繰返し制御器１４０１に入力されたＳ相信号は、サンプラ１５０１において特定の離散時間でサンプリングされてから出力される。サンプラ１５０１からの出力信号はフィルタ１５０２と遅延器１５０３を通過することで１繰返し周期分遅延され、加算器１５０４にてサンプラ１５０１からの出力信号に加算される。フィルタ１５０２は、例えば図６（ａ）のようなローパスフィルタが用いられる。また、遅延器１５０３は、レジスタを直列に接続し、レジスタ数を調整することで遅延量を変えることができる。
【００４５】
ここで、繰返し周期は、回転速度として目標速度を設定した場合の振動体の突起部の数に対応する周波数の１周期分、又は半周期分に設定される。つまり、繰返し周期は、突起部の数と目標速度との積で表される周波数の１周期分、又は半周期分に設定される。例えば、振動体の突起部の数が４６、目標速度が１３０ｒｐｍならば、Ｓ相信号の振幅変調成分の信号周波数は、
４６×１３０（ｒｐｍ）／６０＝１００（Ｈｚ） ・・・式（４）
であるので、繰返し周期は、式（５）に示すように、変調成分の信号周波数の逆数に設定するか、又は変調成分の周波数の逆数の１／２に設定すれば良い。
繰返し周期＝１／１００＝０．０１（ｓｅｃ） ・・・式（５）
【００４６】
具体的には、図９の繰返し周期調整器１４０２で繰返し周期用のクロックが生成され、サンプラ１５０１のクロックとして入力される。つまり、繰返し周期用のクロックは、目標速度と振動体の突起部の数とに基づいて設定されることになる。繰返し周期で加算された出力信号は、ゲイン１５０５にて乗算処理され、出力される。このように繰返し制御器１４０１は、繰返し周期が重ねられる毎に振動体の突起部の数に対応する周波数信号のみが積分されていき、ＳＮ比を大幅に上げることが可能となる。
【００４７】
繰返し制御器１４０１によってＳＮ比が上げられたＳ相信号は、信号処理回路７０５に入力され、第１の実施形態と同様に回転速度情報が検出される。これによって、より高精度に回転速度情報を検出することが可能となる。
【００４８】
（第３の実施形態）
本実施形態は、振動型アクチュエータの駆動周波数と速度特性に基づくバンドパスフィルタの中心周波数の設定方法に特徴を有する。図１１は、本発明の第３の実施形態に係る、振動型アクチュエータの制御装置を示すブロック図である。基本的な構成は第１の実施形態と同様であり、図１に示した制御装置の構成と同様の構成については説明を省略する。
【００４９】
振動型アクチュエータの駆動周波数−速度特性（以下、Ｆ−Ｖ特性と呼ぶ）に基づくバンドパスフィルタの中心周波数の設定方法について、以下に説明する。
【００５０】
フィルタ７０４はバンドパスフィルタとして構成され、例えば、図６（ａ）、図６（ｂ）で示したＦＩＲ型のデジタルフィルタが用いられる。前記バンドパスフィルタの通過帯域幅は、低域側のカットオフ周波数ｆ１と高域側のカットオフ周波数ｆ２の差によって決定され、これはフィルタ係数を変更することで調整することができる。ここで、図６（ｂ）では通過帯域幅の中心周波数を１００Ｈｚに設定したが、起動時の移動体の速度は目標速度より低く、振動体の突起部の数に対応する周波数は５０Ｈｚ程度である。つまり、起動速度から目標速度に至るまで、速度に応じてバンドパスフィルタの中心周波数を適宜調整する。これによってノイズをより効果的に除去することができる。
【００５１】
バンドパスフィルタの中心周波数は、フィルタ定数調整器１６０１によってフィルタ係数が変更され、調整される。フィルタ定数調整器１６０１は、推定される移動体の回転速度（推定速度）に基づいて中心周波数を算出し、フィルタ係数を決定する。ここで、振動体の突起部の数を４６とすると、中心周波数は式（６）で示される。
４６×推定速度（ｒｐｍ）／６０＝中心周波数（Ｈｚ） ・・・式（６）
ここで、フィルタ係数を駆動中に計算するのは難しいため、例えば、中心周波数に応じたフィルタ係数の値を予めテーブルとしてメモリに保存しておき、駆動中に読み出すようにすれば良い。
【００５２】
フィルタ定数調整器１６０１に入力される推定速度は、Ｆ−Ｖ特性のテーブルに基づいて得られる。Ｆ−Ｖテーブル１６０２は、予め測定した、振動型アクチュエータの駆動周波数と回転速度のデータが保存されたテーブルである。尚、テーブルではなく、駆動周波数と回転速度の関係式をメモリに保存しておいてもよい。
【００５３】
図１２（ａ）は駆動周波数と回転速度の測定データである。図１２（ｂ）は、前記測定データに基づいて、設定周波数と推定速度のデータを離散的にテーブル化したものである。ここで、滑らかな起動を行うため、初期の駆動周波数は例えば５０ｋＨｚとして設定される。従って、設定周波数５０ｋＨｚの場合の推定速度は２０ｒｐｍである。このように、駆動周波数パルス発生器１０３より駆動周波数データが入力され、前記駆動周波数データに基づいて推定速度がテーブルデータより読み出される。この結果、駆動中に振動体の突起部の数に対応する信号の周波数が変化しても、バンドパスフィルタの中心周波数を適宜調整することができ、精度よく回転速度情報を検出することが可能となる。
【００５４】
（第４の実施形態）
本実施形態では、駆動中にＳ相信号を周波数解析して、振幅が最大（ピーク）となる周波数をバンドパスフィルタの中心周波数として設定することを特徴とする。図１３（ａ）は、本発明の第４の実施形態に係る、振動型アクチュエータの制御装置を示すブロック図である。基本的な構成は実施形態１と同様であり、図１に示した制御装置の構成と同様の構成については説明を省略する。
【００５５】
本実施形態においては、Ａ／Ｄ変換器７０３から出力されるＳ相信号はバンドパスフィルタに入力される一方で、フーリエ変換器１８０２に入力される。フーリエ変換器１８０２では、離散的な複数の周波数の乗算が行なわれ、図１３（ｂ）のような振幅の周波数特性が得られる。ここで、振幅がピークとなる周波数が検出され、ピーク周波数として出力される。ピーク周波数値はフィルタ定数調整器１６０１に入力され、バンドパスフィルタの中心周波数がピーク周波数と一致するようにフィルタ定数が調整される。この結果、駆動中に振動体の突起部の数に対応する信号の周波数が変化しても、バンドパスフィルタの中心周波数は適宜調整されて、精度よく回転速度情報を検出することが可能となる。
【００５６】
（第５の実施形態）
本実施形態は、駆動中にＳ相信号を周波数解析して、振幅がピークとなる周波数に基づいて、繰返し制御器１４０１の繰返し周期を設定することを特徴とする。図１４は、本発明の第５の実施形態に係る、振動型アクチュエータの制御装置を示すブロック図である。基本的な構成は第２の実施形態と同様であり、図９で示した繰返し制御器を用いた制御装置と同様の構成については説明を省略する。
【００５７】
本実施形態においては、Ａ／Ｄ変換器７０３から出力されるＳ相信号は繰返し制御器に入力される一方で、フーリエ変換器１８０１に入力される。フーリエ変換器１８０１では、離散的な複数の周波数の乗算が行なわれ、前記図１３（ｂ）のような振幅の周波数特性が得られる。ここで、振幅がピークとなる周波数が検出され、ピーク周波数として出力される。ピーク周波数の逆数、すなわちピーク周波数の周期は、繰返し周期調整器１４０２に入力され、繰返し制御用のサンプリングクロックが生成される。この結果、駆動中に振動体の突起部の数に対応する信号の周波数が変化しても、繰返し制御器１４０１の繰返し周期は適宜調整されて、精度よく回転速度情報を検出することが可能となる。尚、繰返し制御器の繰返し周期は、ピーク周波数の逆数の１／２に設定しても、同様の効果を得ることができる。
【００５８】
（第６の実施形態）
本実施形態は、振動型アクチュエータに入力される駆動電圧信号とＳ相信号の位相差を検出し、振動体の突起部の数に対応する周波数信号を検出することを特徴とする。図１５は、本発明の第６の実施形態に係る、振動型アクチュエータの制御装置を示すブロック図である。
【００５９】
上述したように、振動体の突起部の数により、メカ的な共振周波数は変化する。よって、駆動電圧信号とＳ相信号との位相差の変動成分にも、同様の周波数変調が生じるものと考えられる。本実施形態はこのような考えのもと、振動型アクチュエータに入力される駆動電圧信号とＳ相信号の位相差を検出し、振動体の突起部の数に対応する周波数信号を検出する。
【００６０】
一般的に、振動体の駆動電極に印加される駆動電圧信号とＳ相信号との位相差は、駆動周波数とメカ共振周波数との周波数差によって変化する特性を持っている。尚、用いる圧電素子は、出力されるＳ相信号と、印加される駆動電圧と、が同相となる圧電素子同士を用いる。例えば、Ａ相に印加される駆動電圧信号とＳａ相から出力される振動検出信号（Ｓ相信号）との位相差を検出する。各信号は、電圧コンパレータ２１０１によってパルス信号に変換された後、位相差検出器２１０２に入力されて位相差信号として検出される。検出された位相差信号の波形を図１６（ａ）に示す。位相差は、振動体の突起部の数に対応する周波数で変動する。
【００６１】
つまり、位相差の変動周波数の周期は、第１の実施形態で説明したＳ相信号の振幅の変動周波数の周期と等価であり、第１の実施形態と同様のフィルタ７０４と信号処理回路７０５を用いて回転速度情報を得ることができる。第１の実施形態と同様に、フィルタ７０４を通過した図１６（ａ）の位相差信号は、図７（ａ）に示されるように、最初にデジタル比較器１００１に入力され、パルス信号として出力される。出力されるパルス信号を図１６（ｂ）に示す。次に、パルス信号はエッジ検出器１００２に入力され、パルス信号の立ち上りエッジが検出用クロックにて検出される。検出用クロック信号を図１６（ｄ）に、エッジ検出器１００２によって出力された立ち上りエッジ信号を図１６（ｃ）に示す。前記立ち上りエッジ信号の１周期分が、振動体の突起部の数に対応する周期となる。以降の回転速度情報を取得するまでの処理も、第１の実施形態で示した処理と同様であるため、説明を省略する。
【００６２】
（第７の実施形態）
本実施形態は、速度制御を行なう前に駆動周波数を掃引して、掃引時に繰返し制御器１４０１から出力されるＳ相信号振幅がピークを示す駆動周波数を記憶してから、速度制御を開始することを特徴とする。図１７は、本発明の第７の実施形態に係る、振動型アクチュエータの制御装置を示すブロック図である。基本的な構成は第２の実施形態と同様であり、図９で示した繰返し制御器を用いた制御装置と同様の構成については説明を省略する。
【００６３】
図１８は、本実施形態の制御装置の駆動シーケンスを示したフローチャートである。最初に、不図示の指令装置より駆動開始命令が制御装置に入力される（Ｓ１）。次に、図１７の駆動周波数掃引器２３０１より駆動可能な周波数範囲の信号が切替器２３０２で選択され、駆動周波数パルス発生器に入力される。駆動周波数掃引器２３０１は、図１２（ｂ）で示したＦ−Ｖテーブルのように、例えば５０ｋＨｚから４６ｋＨｚまで周波数を一定速度で掃引していく（Ｓ２）。
【００６４】
周波数の掃引と同時に、繰返し制御器１４０１から出力されたＳ相信号は振幅検出器２３０３にて検出され、駆動周波数の変化に応じた振幅値がモニターされる。この様子を図１９に示した。図１９の横軸は駆動周波数で、左側の縦軸は繰返し制御後のＳ相振幅、右側の縦軸は移動体の速度を示す。ここで、繰返し制御器１４０１の繰返し周期は、目標速度と振動体の突起部の数から計算される値に固定されているので、移動体の回転速度が目標速度と同じ場合のみ、Ｓ相信号の振幅は拡大される。従って、周波数掃引時に移動体の回転速度が目標速度を通過することで、振幅がピークを示すピーク周波数が得られる。検出されたピーク周波数は、周波数データレジスタ２３０４に記憶される（Ｓ３）。
【００６５】
次に、記憶されたピーク周波数値は駆動周波数パルス発生器１０３に入力され、前記ピーク周波数を駆動周波数に設定して速度制御が開始される（Ｓ４）。
【００６６】
この結果、制御開始の時点から目標速度に近い駆動周波数で駆動できるので、振動体の突起部の数に対応する周波数信号は繰返し制御器１４０１によって十分にＳＮ比が上げられ、精度よく回転速度情報を検出することが可能となる。
【００６７】
（第８の実施形態）
本発明においては、移動体の回転速度情報の検出だけでなく、移動体の絶対位置情報の検出を行うことも可能である。本実施形態では、振動体の複数の突起に対応する周波数情報を用いて、移動体の絶対位置を求めることを特徴とする。本発明において絶対位置とは、所定の原点位置に対する相対位置を示す。
【００６８】
まず、２つの振動型アクチュエータを同時に駆動した場合に、２つの移動体の絶対位置を検出する形態について説明する。２つの移動体は同じ速度で回転するので、回転位置は２つの移動体とも同じ位置となる。
【００６９】
図２０は、２つの振動型アクチュエータを組み合わせた構成の断面を示す模式図である。共用されたハウジング２６０１上に、２つの振動型アクチュエータ１０５１、１０５２は上下対象に１つの出力軸２６０２を介して接続されている。各振動型アクチュエータの基本的な構成は図２で示した構成と同様とのため、以下では本実施形態の特徴的な構成のみ説明する。
【００７０】
２つの振動型アクチュエータ１５０１、１５０２の駆動電極に同一の駆動回路から出力された交流電圧を、Ａ相とＢ相を入れ替えて印加することによって、移動体２０４は同一方向に回転駆動する。被駆動体（不図示）は１つの出力軸２６０２を介して回転する。
【００７１】
通常、２つの振動型アクチュエータを用いる場合、２つの振動型アクチュエータの構成は同一とするが、本実施形態では移動体の絶対位置を検出するために、振動体毎に突起部の数が異なる構成となっている。本実施形態では一例として、振動型アクチュエータ１０５１の振動体の突起部の数を４７個、振動型アクチュエータ１５０２の振動体の突起部の数を４６個とした例を用いて説明する。
【００７２】
図２１は、本発明の第８の実施形態に係る、振動型アクチュエータの制御装置を示すブロック図である。絶対位置を検出するために、２つの振動型アクチュエータにそれぞれ設けられた振動検出電極７０１からＳ相信号を検出し、２つのＳ相信号の位相差を検出することを特徴とする。
【００７３】
２つの振動型アクチュエータから検出されたＳ相信号は、それぞれＲＭＳ−ＤＣ変換された後にＡ／Ｄ変換され、フィルタ処理が行なわれる。フィルタ出力後の各Ｓ相信号波形を図２２（ａ）に示す。振動型アクチュエータ１５０１のＳ相信号波形１は、移動体の１回転周期において４７波分のＳｉｎ波形が突起部の数に応じて生じる。対して、振動型アクチュエータ１５０２のＳ相信号波形２は、移動体の１回転周期において４６波分のＳｉｎ波形が生じる。説明を簡略化するため、図２２（ａ）では７波と６波として表現する。
【００７４】
２つのＳ相信号１、２は、絶対位置検出器２７０１に入力される。絶対位置検出器での信号処理の方法を説明する。図２２（ｂ）は、２つのＳ相信号波形の立ち上りエッジを検出したパルス信号である。エッジ検出信号１、２のパルスの位相差を比較すると、原点位置で同位相で重なり、位置の変化に応じて位相がずれていき、１回転周期で位相差が３６０°となり、再び原点位置にリセットされる。
【００７５】
つまり、１回転周期で突起部の数の差１個分の位相が変化することになる。図２２（ｃ）の位相差信号は、エッジ検出信号２のパルスがＨになるタイミングでのエッジ検出信号１との位相差を検出し、線形補間したものである。この位相差信号に基づいて、位相から位置に変換することで、原点位置に対する絶対位置情報を検出することができる。また、本実施例においては、２つの振動体で１つの移動体を回転させる場合でも適用できる。
【００７６】
次に、１つの振動型アクチュエータを用いて簡易的に原点位置を検出し、絶対位置情報を取得する形態について説明する。
【００７７】
図２３（ａ）は、周期的に設けられた突起部が一部存在しない領域を有する振動体の構成を示す模式図である。尚、突起部が移動体と接触しない領域があれば良いので、例えば突起部の高さを一部だけ相対的に低くする構成としても良い。図２３（ｂ）は、図２３（ａ）の振動体を用いた振動型アクチュエータを駆動した場合のＳ相信号の波形を示すグラフである。突起部が移動体と接触しない領域がある為、１回転周期でＳｉｎ波が一波分生じない箇所が常に同じ位置で生じる。図２３（ｃ）はエッジ検出信号である。本実施形態では、パルスが出力されない箇所を検知することで、原点位置を特定することができる。つまり、突起部の数に対応する周波数情報を用いることで、原点位置を特定することができる。原点位置を検出できれば、エッジ検出信号のパルス数をカウントすることで、絶対位置情報を取得することが可能となる。
【００７８】
（第９の実施形態）
本発明の振動型アクチュエータの制御回路は、第１の実施形態で説明した振動型アクチュエータ以外の振動型アクチュエータにも適用することが可能である。本実施形態では、第１の実施形態の図２で示した、進行波を振動体に形成して移動体を相対移動させる円環型の振動型アクチュエータとは異なる振動型アクチュエータについて説明する。
【００７９】
図２４は、カメラレンズのオートフォーカス駆動などに用いられる、棒状の振動型アクチュエータの分解斜視図である。振動型アクチュエータは、振動体３００１と、移動体３００２と、を備えている。振動体３００１には、摩擦材料を兼ねた第１の弾性体３００３、電気−機械エネルギー変換素子である圧電素子３００４への給電用のフレキシブルプリント基板３００５、第２の弾性体３００６が設けられている。これら部材は、シャフト３００７の突き当てフランジ部３００７ａとシャフト３００７下部のネジ部３００７ｂに嵌る下ナット３００８で挟み、加圧締結されている。
【００８０】
第１の弾性体３００３は、例えばアルミナを主成分とする焼結セラミックであり、上下両面を両刀研削した後に上面の摩擦面側を仕上げポリッシュしている。移動体３００２は、接触ばね３００９がロータ３０１０に接着固定されている。これにより、移動体３００２は、フランジ３０１１の軸受部によって回転自在に支持された出力ギア３０１２と加圧ばね３０１３によって振動体３００１の摩擦面３０１４に加圧接触されている。
【００８１】
移動体３００２の接触ばね３００９は、ステンレスの絞り加工で小さなクランク断面を持つ円筒形状に形成されており、下端面が移動体の摩擦面として振動体の第１の弾性体の摩擦面３０１４と当接している。フレキシブルプリント基板３００５を介して、不図示の電源から圧電素子３００４に交番信号を印加する。それにより第１の弾性体３００３の摩擦面には直交する２方向の１次の曲げ振動が励起され、時間位相π／２を持って重ね合せることによって、摩擦面３０１４に回転楕円運動を生じさせる。これにより、摩擦面に加圧接触する接触ばね３００９を振動体３００１に対して相対移動させる。
【００８２】
図２５は、弾性体に放射状の溝が設けられた振動体の斜視図である。図２５（ａ）に示す振動体３００１は、第１の弾性体３００３の上下面の締結面近傍に、放射状の溝（本例では２個）３１０１と３１０２がそれぞれ設けてある。また、図２５（ｂ）に示す振動体３００１は、第１の弾性体３００３の上面に放射状の溝３１０１が８個設けられている。このような放射状の溝３１０１を設けることで、大気中の湿度の影響によるトルク低下を防止することができる。
【００８３】
前記複数の放射状の溝３１０１によって形成される摩擦面３０１４（本発明の突起部に対応）と、移動体３００２の接触領域分布と、に基づくＳ相信号の振幅変動は、図２５（ａ）の例では振動体の溝数である２個（突起部の数も２個）に対応する周波数にピークが生じる。また、図２５（ｂ）の例では振動体の溝数である８個（突起部の数も８個）に対応する周波数にピークが生じる。
【００８４】
このような振動体を用いた場合でも、第１〜第７の実施形態と同様に、突起部の数に対応する周波数情報を用いて、回転速度情報を取得することができる。
【符号の説明】
【００８５】
１０１ 速度偏差検出器
１０２ ＰＩＤ制御器
１０３ 駆動周波数パルス発生器
１０４ 駆動回路
１０５ 振動型アクチュエータ
１０６ 被駆動体
１０７ 速度検出器
２０１ 電気−機械エネルギー変換素子
２０２ 弾性体
２０３ 振動体
２０４ 移動体
３０１ 突起
３０２ 溝
７０１ 振動検出電極
７０２ ＲＭＳ−ＤＣ変換器
７０３ Ａ／Ｄ変換器
７０４ フィルタ
７０５ 信号処理回路
１４０１ 繰返し制御器
１８０１ フーリエ変換器
２１０１ 電圧コンパレータ
２１０２ 位相差検出器
２３０３ 振幅検出器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気−機械エネルギー変換素子を備えた振動体の前記電気−機械エネルギー変換素子に交番電圧を与えて前記振動体の複数の突起部に楕円運動を生成させることにより、前記複数の突起部に接触する移動体を前記振動体と相対的に回転させる振動型アクチュエータの制御装置であって、
前記振動体に設けられた振動検出用の電気−機械エネルギー変換素子からの検出信号に含まれる前記複数の突起部の数に対応する周波数情報を用いて、前記移動体の回転速度情報を取得することを特徴とする振動型アクチュエータの制御装置。
【請求項２】
前記複数の突起部の数に対応する周波数情報を検出するため、前記検出信号に対して繰返し制御を行う繰返し制御器を有し、
前記繰返し制御器の繰返し周期が、前記突起部の数と目標速度との積で表される周波数の逆数又は前記逆数の１／２に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の振動型アクチュエータの制御装置。
【請求項３】
前記複数の突起部の数に対応する周波数情報を検出するための、前記検出信号に帯域制限をかける帯域通過フィルタと、
前記帯域通過フィルタの通過させる周波数帯域を前記交番電圧の周波数に応じて変化させる調整器と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の振動型アクチュエータの制御装置。
【請求項４】
前記交番電圧の周波数と前記移動体の回転速度との関係を示す関係式又はテーブルを備えたメモリを有し、
前記帯域通過フィルタの通過させる周波数帯域の中心周波数を、前記関係式又はテーブルから得られる回転速度情報と前記複数の突起部に対応する周波数情報とを用いて算出される値に設定することを特徴とする請求項３に記載の振動型アクチュエータの制御装置。
【請求項５】
前記複数の突起部の数に対応する周波数情報を検出するための、前記検出信号に帯域制限をかける帯域通過フィルタと、
前記帯域通過フィルタの通過させる周波数帯域を前記検出信号に応じて変化させる調整器と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の振動型アクチュエータの制御装置。
【請求項６】
前記検出信号を周波数解析するフーリエ変換器を有し、
前記帯域通過フィルタの通過させる周波数帯域の中心周波数を、前記周波数解析により検出される振幅が最大となる周波数に設定することを特徴とする請求項５に記載の振動型アクチュエータの制御装置。
【請求項７】
前記複数の突起部の数に対応する周波数情報を検出するための、前記検出信号に対して繰返し制御を行う繰返し制御器と、
前記検出信号を周波数解析するフーリエ変換器と、を有し、
前記繰返し制御器の繰返し周期が、前記周波数解析により検出される振幅が最大となる周波数の逆数又は前記逆数の１／２に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の振動型アクチュエータの制御装置。
【請求項８】
前記交番電圧と前記検出信号との位相差を検出する位相差検出器を有し、
前記位相差を用いて前記複数の突起部の数に対応する周波数情報を検出し、前記移動体の回転速度情報を取得することを特徴とする請求項１に記載の振動型アクチュエータの制御装置。
【請求項９】
前記繰返し制御器の繰返し周期が、目標速度と前記複数の突起部の数との積で表される周波数の逆数又は１／２に設定されており、
前記交番電圧の周波数が掃引された際に前記繰返し制御器の出力信号の振幅を検出する振幅検出器と、前記振幅が最大となる周波数を前記交番電圧の周波数として設定するパルス発生器と、を有することを特徴とする請求項２に記載の振動型アクチュエータの制御装置。
【請求項１０】
互いに異なる数の突起部が形成された複数の振動体の電気−機械エネルギー変換素子の夫々に交番電圧を与えて、前記複数の振動体の複数の突起部に楕円運動を生成させることにより、前記複数の突起部に接触する移動体を前記複数の振動体と相対的に回転させる振動型アクチュエータの制御装置であって、
前記複数の振動体に設けられた振動検出用の電気−機械エネルギー変換素子からの各検出信号に含まれる前記振動体毎の複数の突起部の数に対応する周波数情報を夫々用いて、前記振動体毎の複数の突起部の数に対応する周波数成分の信号の位相差を検出し、前記移動体の絶対位置情報を取得することを特徴とする振動型アクチュエータの制御装置。
【請求項１１】
周期的に設けられた複数の突起部が一部存在しない領域を有する振動体の電気−機械エネルギー変換素子に交番電圧を与えて、前記複数の突起部に楕円運動を生成させることにより、前記複数の突起部に接触する移動体を前記振動体と相対的に回転させる振動型アクチュエータの制御装置であって、
前記振動体に設けられた振動検出用の電気−機械エネルギー変換素子からの検出信号に含まれる前記複数の突起部の数に対応する周波数情報を用いて、前記移動体の絶対位置情報を取得することを特徴とする振動型アクチュエータの制御装置。
【請求項１】
電気−機械エネルギー変換素子を備えた振動体の前記電気−機械エネルギー変換素子に交番電圧を与えて前記振動体の複数の突起部に楕円運動を生成させることにより、前記複数の突起部に接触する移動体を前記振動体と相対的に回転させる振動型アクチュエータの制御装置であって、
前記振動体に設けられた振動検出用の電気−機械エネルギー変換素子からの検出信号に含まれる前記複数の突起部の数に対応する周波数情報を用いて、前記移動体の回転速度情報を取得することを特徴とする振動型アクチュエータの制御装置。
【請求項２】
前記複数の突起部の数に対応する周波数情報を検出するため、前記検出信号に対して繰返し制御を行う繰返し制御器を有し、
前記繰返し制御器の繰返し周期が、前記突起部の数と目標速度との積で表される周波数の逆数又は前記逆数の１／２に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の振動型アクチュエータの制御装置。
【請求項３】
前記複数の突起部の数に対応する周波数情報を検出するための、前記検出信号に帯域制限をかける帯域通過フィルタと、
前記帯域通過フィルタの通過させる周波数帯域を前記交番電圧の周波数に応じて変化させる調整器と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の振動型アクチュエータの制御装置。
【請求項４】
前記交番電圧の周波数と前記移動体の回転速度との関係を示す関係式又はテーブルを備えたメモリを有し、
前記帯域通過フィルタの通過させる周波数帯域の中心周波数を、前記関係式又はテーブルから得られる回転速度情報と前記複数の突起部に対応する周波数情報とを用いて算出される値に設定することを特徴とする請求項３に記載の振動型アクチュエータの制御装置。
【請求項５】
前記複数の突起部の数に対応する周波数情報を検出するための、前記検出信号に帯域制限をかける帯域通過フィルタと、
前記帯域通過フィルタの通過させる周波数帯域を前記検出信号に応じて変化させる調整器と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の振動型アクチュエータの制御装置。
【請求項６】
前記検出信号を周波数解析するフーリエ変換器を有し、
前記帯域通過フィルタの通過させる周波数帯域の中心周波数を、前記周波数解析により検出される振幅が最大となる周波数に設定することを特徴とする請求項５に記載の振動型アクチュエータの制御装置。
【請求項７】
前記複数の突起部の数に対応する周波数情報を検出するための、前記検出信号に対して繰返し制御を行う繰返し制御器と、
前記検出信号を周波数解析するフーリエ変換器と、を有し、
前記繰返し制御器の繰返し周期が、前記周波数解析により検出される振幅が最大となる周波数の逆数又は前記逆数の１／２に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の振動型アクチュエータの制御装置。
【請求項８】
前記交番電圧と前記検出信号との位相差を検出する位相差検出器を有し、
前記位相差を用いて前記複数の突起部の数に対応する周波数情報を検出し、前記移動体の回転速度情報を取得することを特徴とする請求項１に記載の振動型アクチュエータの制御装置。
【請求項９】
前記繰返し制御器の繰返し周期が、目標速度と前記複数の突起部の数との積で表される周波数の逆数又は１／２に設定されており、
前記交番電圧の周波数が掃引された際に前記繰返し制御器の出力信号の振幅を検出する振幅検出器と、前記振幅が最大となる周波数を前記交番電圧の周波数として設定するパルス発生器と、を有することを特徴とする請求項２に記載の振動型アクチュエータの制御装置。
【請求項１０】
互いに異なる数の突起部が形成された複数の振動体の電気−機械エネルギー変換素子の夫々に交番電圧を与えて、前記複数の振動体の複数の突起部に楕円運動を生成させることにより、前記複数の突起部に接触する移動体を前記複数の振動体と相対的に回転させる振動型アクチュエータの制御装置であって、
前記複数の振動体に設けられた振動検出用の電気−機械エネルギー変換素子からの各検出信号に含まれる前記振動体毎の複数の突起部の数に対応する周波数情報を夫々用いて、前記振動体毎の複数の突起部の数に対応する周波数成分の信号の位相差を検出し、前記移動体の絶対位置情報を取得することを特徴とする振動型アクチュエータの制御装置。
【請求項１１】
周期的に設けられた複数の突起部が一部存在しない領域を有する振動体の電気−機械エネルギー変換素子に交番電圧を与えて、前記複数の突起部に楕円運動を生成させることにより、前記複数の突起部に接触する移動体を前記振動体と相対的に回転させる振動型アクチュエータの制御装置であって、
前記振動体に設けられた振動検出用の電気−機械エネルギー変換素子からの検出信号に含まれる前記複数の突起部の数に対応する周波数情報を用いて、前記移動体の絶対位置情報を取得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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【公開番号】特開２０１２−１１５１０２（Ｐ２０１２−１１５１０２Ａ）
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６４２１８（Ｐ２０１０−２６４２１８）
【出願日】平成２２年１１月２６日（２０１０．１１．２６）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月２６日（２０１０．１１．２６）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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