振動装置の駆動回路、塵埃除去装置及び振動型アクチュエータにおける振動装置の駆動回路
【課題】電気−機械エネルギー変換素子に印加する交番電圧の高調波成分を低減し、振動体の共振周波数のばらつきや駆動中の変化に対し、該変換素子に印加する交番電圧の変動が小さく、安定した電圧振幅を出力することが可能な振動装置の駆動回路を提供する。
【解決手段】電気−機械エネルギー変換素子により発生させた振動波により対象物を駆動する振動装置の駆動回路であって、該変換素子の固有静電容量と、該変換素子に直列に接続された複数のインダクタと、複数のインダクタの間に一端が接続され、且つ、該変換素子に並列に接続されたキャパシタと、によって構成された電気的な共振回路を備え、電気的な共振回路は、少なくとも第１の周波数と第２の周波数とによる２つの共振周波数を有し、第１の周波数をｆ１とし、第２の周波数をｆ２とし、交番電圧の周波数をｆｄとするとき、次式の関係を満たすことを特徴とする。ｆ１＜ｆｄ＜ｆ２
【解決手段】電気−機械エネルギー変換素子により発生させた振動波により対象物を駆動する振動装置の駆動回路であって、該変換素子の固有静電容量と、該変換素子に直列に接続された複数のインダクタと、複数のインダクタの間に一端が接続され、且つ、該変換素子に並列に接続されたキャパシタと、によって構成された電気的な共振回路を備え、電気的な共振回路は、少なくとも第１の周波数と第２の周波数とによる２つの共振周波数を有し、第１の周波数をｆ１とし、第２の周波数をｆ２とし、交番電圧の周波数をｆｄとするとき、次式の関係を満たすことを特徴とする。ｆ１＜ｆｄ＜ｆ２
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動装置の駆動回路、塵埃除去装置及び振動型アクチュエータにおける振動装置の駆動回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、光学機器として、撮像装置では、光学センサの分解能が向上するにつれて、使用中に光学系に付着するゴミ等の塵埃が撮影画像に影響を及ぼすようになってきた。
特に、ビデオカメラ、スチルカメラに用いられる撮像素子の分解能はめざましく向上している。
このため、撮像素子の近くに配置されている赤外線カットフィルタ、光学ローパスフィルタ等の光学部品に、外部からの埃や内部の機械的な摺擦面で生じる磨耗粉等が付着すると、撮像素子面で像のぼけが少ないので、撮影画像に埃が写り込んでしまうことがあった。
また、光学機器として、コピー、ファクシミリ装置等の撮像部は、ラインセンサを走査（スキャン）することで、あるいはラインセンサに近接させた原稿を走査（スキャン）することで、平面原稿を読み取っている。
この場合、ラインセンサへの光線入射部に埃が付着すると、スキャン画像に写り込んでしまう。
原稿を走査して読み取る方式のファクシミリ装置の読み取り部や、自動原稿送り装置からの原稿を搬送中に読み取る、いわゆる流し読み方式の複写機の読み取り部では、１つの埃が原稿送り方向へ連続する線画像となって写り込み、画像の品質を大きく損ねていた。
このような埃を人手によって拭き取ることで、画像品位は回復するが、使用中に付着した埃については撮影後に確認する他、手立てがなかった。
その間に撮影あるいは走査した画像には、塵埃の画像が写り込むので、ソフトウェアによる修正が必要であった。
また、複写機では、画像は同時に紙メディアに出力されるので、その修正には多大な労力を費やしていた。
【０００３】
このような問題に対し、特許文献１では、光学部材を備えた振動体に進行波を励起することによって、塵埃を所望の方向に移動させることができる塵埃除去装置が提案されている。
図１４（ａ）は、特許文献１に開示された塵埃除去装置の構成を示す模式図である。
撮像素子５０３の光入射側に光学部材５０２を備えた振動体５０１が設けられている。
電気−機械エネルギー変換素子である圧電素子１０１ａ及び１０１ｂは、振動体５０１における面外曲げ振動の節線の並ぶ方向に位置をずらして配置されている。
圧電素子１０１ａ及び１０１ｂには、各々周波数が同じであり、かつ位相差が９０°となる交番電圧を印加する。
印加される交番電圧の周波数は、振動体５０１の長手方向に沿って面外に変形するｍ次（ｍは自然数）の振動モードの共振周波数と（ｍ＋１）次の振動モードの共振周波数との間の周波数である。
振動体５０１には、共振現象の応答を持ったｍ次の振動モードの振動、及び９０°の時間的位相差（ｍ次の面外曲げ振動に対して９０°進んだ位相）を持った（ｍ＋１）次の振動モードの振動が、同じ振幅かつ同じ振動周期で励起される。
そして、振動体５０１には、この２つの振動モードの振動が合成された合成振動（進行波）が生成する。この合成振動によって、振動体５０１の表面の塵埃を所望の方向に移動していく。
【０００４】
図１４（ｂ）は、上記塵挨除去装置の制御装置を示すものである。
不図示の撮像装置本体からの駆動指令に基づき、コントローラ６０４からは交番電圧信号のパラメータとなる位相情報、周波数情報、パルス幅情報がパルス発生回路６０３ａ及び６０３ｂに送られる。
パルス発生回路６０３から出力されたデジタルの交番電圧信号はスイッチング回路６０２ａ及び６０２ｂに入力され、電源回路６０５より供給される電圧に基づいたアナログの交番電圧Ｖｉとして出力される。
交番電圧Ｖｉは駆動回路６０１ａ及び６０１ｂに入力されて交番電圧Ｖｏとして出力され、振動体５０１に設けられた圧電素子１０１ａ及び１０１ｂに各々印加される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２０７１７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来例において、駆動回路６０１によって入力された交番電圧Ｖｉの電圧振幅を所望の電圧まで昇圧し、さらに矩形からＳＩＮ波形に変換して、交番電圧Ｖｏを出力する。
交番電圧Ｖｏには、高調波信号による歪みのないＳＩＮ波形で、さらに使用する周波数帯域で一定電圧となることが、振動体５０１に理想的な進行波又は定在波を励起する上で望まれる。
しかし、従来例における塵挨除去装置の駆動回路は、圧電素子１０１に印加する交番電圧Ｖｏに高調波信号が生じる。
このような高調波信号は、振動体５０１に励起される振動に影響を与えるため、進行波の乱れによる塵挨除去性能の低下と、振動振幅の増大による光学部材５０２の破損を招くことになる。
【０００７】
また、従来例における塵挨除去装置の駆動回路は、使用する周波数帯域において、圧電素子１０１に印加する交番電圧Ｖｏの振幅変化、即ち、交番電圧Ｖｏの周波数特性における傾きが振動体５０１の共振周波数近傍で大きい。
このため、振動体５０１の共振周波数が個体差でばらつく場合や、駆動中に変化する場合において、交番電圧Ｖｏが大きく変動する。
この交番電圧が必要以上に大きくなると、電流の増加による消費電力の増加や、振動体５０１に励起される振動振幅の増大による光学部材５０１の破損を招くことになる。
また、交番電圧が必要とする電圧を下回る場合、振動体５０１に励起される面外曲げ振動の振動振幅が十分に得られず、塵挨除去性能が低下してしまうことになる。
【０００８】
図１４（ｃ）は、上記従来例における駆動回路６０１の構成を示すものである。
図１４（ｃ）に示されるように、圧電素子１０１に直列にインダクタ１０２を接続することによって、圧電素子１０１の固有静電容量とインダクタ１０２とによるＬＣ直列共振回路が形成される。
交番電圧Ｖｉの電圧振幅は、ＬＣ直列共振回路によって所望の電圧まで昇圧されて、交番電圧Ｖｏが出力される。
【０００９】
図１５は、従来の駆動回路を用いた場合における、交番電圧Ｖｏの電圧振幅の周波数特性を示すものである。
横軸に周波数（１１０ｋＨｚ〜１４０ｋＨｚ）、縦軸に電圧振幅（５０Ｖ〜３５０Ｖ）を示す。
各プロットは、インダクタ１０２の値を４０μＨから９０μＨまで変えた場合の特性を示している。
図中、ｆ（ｍ）はｍ次の面外曲げ振動の共振周波数であり、ｆ（ｍ＋１）は（ｍ＋１）次の面外曲げ振動の共振周波数である。
圧電素子１０１に印加される交番電圧Ｖｏの周波数ｆｄは、ｆ（ｍ）＜ｆｄ＜ｆ（ｍ＋１）に設定される。
図より、インダクタ１０２のインダクタンス値が大きいほど、周波数ｆｄ近傍の電圧振幅の変動が大きい事がわかる。
従って、従来はインダクタンス値を小さくして電圧振幅の変動を抑える設計を行う。
しかし、この場合は交番電圧の昇圧率が小さく、さらに高調波信号を増大してしまう。
【００１０】
図１６は、従来の駆動回路を用いた場合における、インダクタ値に基づく交番電圧Ｖｏの電気共振の周波数変化を示すものである。
横軸に周波数（１２０ｋＨｚ〜２４０ｋＨｚ）、縦軸に電圧振幅（１０Ｖ〜１ＭＶ）を示す。
各プロットは、インダクタ１０２の値を９０μＨから４０μＨまで変えた場合の特性を示している。
図より、インダクタンス値を小さくすると、ＬＣ直列共振による電気共振が高域にシフトする。
このため、図に示す高調波周波数域の電圧振幅が大きくなり、入力される交番電圧Ｖｉの矩形波に含まれる高調波成分を増大させてしまう。これによって、出力される交番電圧Ｖｏは駆動周波数ｆｄの基本波に高調波が重畳される為、出力波形が歪んでしまう。
【００１１】
次に、上記高調波について説明する。図１７は、従来の駆動回路を用いた場合における、交番電圧Ｖｏをフーリエ解析した場合の基本波と３次高調波の電圧振幅の測定データを示すものである。
横軸に交番電圧Ｖｉのパルスデューティ比、縦軸に交番電圧Ｖｏの電圧振幅を示す。
図１７より、３次高調波の電圧振幅は、パルスデューティ比が５０％と２０％付近でピークを示している。基本波に対する３次高調波の比は、パルスデューティ比が５０％の場合は３１％、パルスデューティ比が２０％の場合は５３％である。
パルスデューティ比が２０％以下では、基本波に対する３次高調波の比はさらに大きくなる。
この結果は実測データであり、高調波成分は主に３次高調波であったが、パルスデューティ比に基づいて導出される矩形波からＳＩＮ波へのフーリエ変換式によると、これ以外に５次、７次といった奇数次の高調波が生じる。
前記フーリエ変換式は、一般的な数式であるので説明は省略する。高調波信号が圧電素子１０１に印加される事によって、振動体５０１に励起される振動にも同様に高調波が生じる。
このため、進行波が乱れて、塵挨除去性能の低下と、振動振幅の増大による光学部材５０２の破損を招いてしまう。
【００１２】
本発明は、上記課題に鑑み、電気−機械エネルギー変換素子に印加する交番電圧の高調波成分を低減し、塵挨の除去性能の向上を図ることができ、
また、使用する周波数帯域での振動体の共振周波数がばらつきや駆動中の変化に対し、電気−機械エネルギー変換素子に印加する交番電圧の変動が小さく、
安定した電圧振幅を出力することが可能となる振動装置の駆動回路、塵埃除去装置及び振動型アクチュエータにおける振動装置の駆動回路の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の振動装置の駆動回路は、電気−機械エネルギー変換素子に交番電圧を印加し、前記電気−機械エネルギー変換素子に接合した弾性体と前記電気−機械エネルギー変換素子とで構成される振動体に振動波を発生させ、該振動波により対象物を駆動する振動装置の駆動回路であって、
前記電気−機械エネルギー変換素子の固有静電容量と、
前記電気−機械エネルギー変換素子に直列に接続された複数のインダクタと、 前記複数のインダクタの間に一端が接続され、且つ、前記電気−機械エネルギー変換素子に並列に接続されたキャパシタと、
によって構成された電気的な共振回路を備え、
前記電気的な共振回路は、少なくとも第１の周波数と第２の周波数とによる２つの共振周波数を有し、
前記第１の周波数をｆ１とし、前記第２の周波数をｆ２とし、前記交番電圧の周波数をｆｄとするとき、次式の関係を満たすことを特徴とする。
ｆ１＜ｆｄ＜ｆ２
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、電気−機械エネルギー変換素子に印加する交番電圧の高調波成分を低減し、塵挨の除去性能の向上を図ることができ、
また、使用する周波数帯域での振動体の共振周波数がばらつきや駆動中の変化に対し、電気−機械エネルギー変換素子に印加する交番電圧の変動が小さく、
安定した電圧振幅を出力することが可能となる振動装置の駆動回路、塵埃除去装置及び振動型アクチュエータにおける振動装置の駆動回路を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態１、２における振動装置の駆動回路の構成例を示す図である。
【図２】本発明の実施形態１における振動装置の駆動回路による塵挨除去装置が装備可能に構成されたデジタル一眼レフカメラの斜視図である。
【図３】本発明の実施形態１における圧電素子に印加される交番電圧の周波数と圧電素子に生じる各振動の振幅と、その電圧波形とを示すグラフである。
【図４】本発明の実施形態１、２における振動体に励起され、長手方向に沿って面外に変形する１０次の面外曲げ振動の変位、１１次の面外曲げ振動の変位、および圧電素子の配置を示す図である。
【図５】本発明の実施形態１における回路素子全体のばらつきを考慮した交番電圧Ｖｏの周波数特性を示すシミュレーション結果を示す図である。
【図６】本発明の実施形態１と従来の駆動回路における、交番電圧Ｖｏの周波数特性を示すシミュレーション結果を示す図である。
【図７】本発明の実施形態１と従来の駆動回路における、交番電圧Ｖｏの出力波形を測定した図である。
【図８】本発明の実施形態１と従来の駆動回路における、駆動周波数近傍での交番電圧Ｖｏの電圧振幅の周波数特性を示す図である。
【図９】本発明の実施形態１と従来の駆動回路における塵挨除去率を測定した図である。
【図１０】本発明の実施形態２における定在波駆動時の圧電素子に印加される交番電圧の周波数と圧電素子に生じる各振動の振幅と、その電圧波形を示すグラフである。
【図１１】本発明の実施形態３における進行波型の振動型アクチュエータの制御装置を示した図である。
【図１２】本発明の実施形態３における振動型アクチュエータの適用例を示す図である。
【図１３】本発明の実施形態３におけるトランスを備えた本発明の駆動回路の構成を示す図である。
【図１４】（ａ）は従来例の塵埃除去装置が装備されたカメラ本体の撮像部の構造を示す斜視図、（ｂ）は従来例の塵挨除去装置の制御装置を示す図、（ｃ）は従来例の駆動回路の構成を示す図である。
【図１５】従来例の駆動回路を用いた場合における、交番電圧Ｖｏの電圧振幅の周波数特性を示す図である。
【図１６】従来例の駆動回路を用いた場合における、インダクタ値に基づく交番電圧Ｖｏの電気共振の周波数変化を示す図である。
【図１７】従来形の駆動回路を用いた場合における、交番電圧Ｖｏをフーリエ解析した場合の基本波と３次高調波の電圧振幅の測定データを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
つぎに、本発明の実施の形態における振動装置の駆動回路の構成例について説明する。
［実施形態１］
実施形態１として、本発明の振動装置の駆動回路を塵挨除去装置に適用し、光学機器であるカメラに搭載した構成例について説明する。
なお、本実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。
これ以外にも、ファクシミリ装置、スキャナ、プロジェクタ、複写機、レーザビームプリンタ、インクジェットプリンタ、レンズ、双眼鏡および画像表示装置のいずれかの光学機器に備えられた塵埃除去装置における振動装置の駆動回路に適用が可能である。
本実形態の振動装置の駆動回路は、電気−機械エネルギー変換素子である圧電素子に交番電圧を印加し、該変換素子に接合した弾性体と該変換素子とで構成される振動体に振動波を発生させ、該振動波により対象物を駆動させる際の駆動回路として構成されている。
以下、これらについて更に具体的に図を用いて説明する。
図２（ａ）は、本実施形態における振動装置の駆動回路による塵挨除去装置が装備可能に構成されたデジタル一眼レフカメラを被写体側より見た正面側斜視図であり、撮影レンズを外した状態を示すものである。
図２（ｂ）はカメラを撮影者側より見た背面側斜視図である。
カメラ本体２０１内には、不図示の撮影レンズを通過した撮影光束が導かれるミラーボックス２０２が設けられており、ミラーボックス２０２内にメインミラー（クイックリターンミラー）２０３が配設されている。
塵埃除去装置を備えた撮像部は、不図示の撮影レンズを通過した撮影光軸上に設けられている。
メインミラー２０３は、撮影者がファインダ接眼窓２０４から被写体像を観察するために撮影光軸に対して４５°の角度に保持される状態と、撮像素子の方向へ導くために撮影光束から退避した位置に保持される状態と、を取り得る。
カメラ背面には、塵埃除去装置を駆動するためのクリーニング指示スイッチ２０５が設けられており、撮影者がクリーニング指示スイッチ２０５を押すと、塵埃除去装置を駆動するようコントローラに指示する。
【００１７】
本実施形態におけるカメラ本体２０１の撮像部には、前述した図１４（ａ）に示したものと基本的に同じ構成の塵埃除去装置が装備可能に構成されており、塵埃除去装置の構成については図１４（ａ）を用いて説明する。
このカメラ本体２０１の撮像部では、受光した被写体像を電気信号に変換して画像データを作成するＣＣＤやＣＭＯＳセンサ等の受光素子である撮像素子５０３が設けられている。
また、撮像素子５０３の表（おもて）面の空間が密封されるように、矩形の板状を有する振動体５０１が取り付けられる。
振動体５０１は、矩形の板状を有する光学素子５０２、及びその両端部に接着によって固着された電気−機械エネルギー変換素子である１対の圧電素子１０１ａ、１０１ｂから構成される。
本実施形態では、光学部材５０２はカバーガラス、赤外線カットフィルタ、あるいは、光学ローパスフィルタ等の透過率の高い光学部材で構成されており、撮像素子５０３には、この光学部材５０２を透過した光が入射するように構成されている。
ここで、光学部材５０２の両端部に配置された圧電素子１０１ａ、１０１ｂの厚み方向（図中、上下方向）の寸法は、振動に対する曲げ変形の発生力が大きくなるように、光学部材５０２の厚み方向（図中、上下方向）の寸法と同じ値である。
なお、以下の説明において圧電素子１０１ａ、１０１ｂを特に区別する必要がないときは、単に圧電素子１０１と称する。
【００１８】
本実施形態における塵挨除去装置の制御装置は、駆動回路の具体的構成を除いて、前述した図１４（ｂ）に示したものと基本的には同じ構成の制御装置が構成されており、制御装置の基本構成については図１４（ｂ）を用いて説明する。
本実施形態において、制御装置コントローラ６０４から交番電圧信号のパラメータとなる周波数情報、位相情報、パルス幅情報がパルス発生回路６０３ａ及び６０３ｂに送られる。
パルス発生回路には、例えば一般的なデジタル発振器などが用いられる。
周波数は、振動体５０１に発生させる２つの面外曲げ振動の共振周波数の中間値近傍に設定され、同じ周波数がパルス発生回路６０３ａ及び６０３ｂに各々設定される。
位相は、互いに異なる値をパルス発生回路６０３ａ及び６０３ｂに入力し、出力される各交番電圧信号の位相差が９０°となるように設定される。
パルス幅（パルス・デューティ比）は所望の電圧振幅が得られるよう適宜調整され、パルス発生回路６０３ａ及び６０３ｂに個別に設定される。
【００１９】
パルス発生回路６０３から出力されたデジタルの交番電圧信号はスイッチング回路６０２ａ及び６０２ｂに入力され、電源回路６０５より供給される電圧に基づいてアナログの交番電圧Ｖｉとして出力される。
電源回路には、一般的な直流電源回路、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路などが用いられる。また、スイッチング回路には、一般的なＨブリッジ回路が用いられる。
交番電圧Ｖｉは駆動回路６０１ａ及び６０１ｂに各々入力されて、電圧振幅が昇圧、且つＳＩＮ波形に変換されてから交番電圧Ｖｏとして出力される。
交番電圧Ｖｏは圧電素子１０１ａ及び１０１ｂに各々印加され、振動体５０１に２つの面外曲げ振動が同時に発生する。この合成振動が進行波となり、光学部材５０２の表面の塵埃を所望の方向に移動させることができる。
【００２０】
つぎに、本実施形態の制御装置における駆動周波数の設定について説明する。図３（ａ）は圧電素子１０１に印加される交番電圧の周波数と圧電素子１０１に生じる各振動の振幅を示すグラフである。
図中、ｆ（ｍ）はｍ次の面外曲げ振動の共振周波数であり、ｆ（ｍ＋１）は（ｍ＋１）次の面外曲げ振動の共振周波数である。
圧電素子１０１に印加される交番電圧の周波数ｆｄをｆ（ｍ）＜ｆｄ＜ｆ（ｍ＋１）に設定すると、ｍ次の面外曲げ振動と（ｍ＋１）次の面外曲げ振動それぞれの共振現象によって振幅が拡大された、周波数ｆｄの振動が得られる。各振動の時間周期は同じである。
一方、圧電素子１０１に印加される交番電圧の周波数ｆｄをｆ（ｍ）より低くするほど（ｍ＋１）次の面外曲げ振動の振幅が小さくなり、周波数ｆｄをｆ（ｍ＋１）より高くするほどｍ次の面外曲げ振動の振幅が小さくなる。
【００２１】
図４は、振動体５０１に励起され、長手方向に沿って面外に変形する１０次の面外曲げ振動の変位、１１次の面外曲げ振動の変位、および圧電素子１０１ａ、１０１ｂの配置を示す図である。
横軸は振動体５０１の長手方向の位置である。縦軸は面外の振動変位である。
図中、１０次の面外曲げ振動を第１の振動モードとして波形Ａ（実線）で示し、１１次の面外曲げ振動を第２の振動モードとして波形Ｂ（破線）で示している。第１の振動モードＡ及び第２の振動モードＢは、振動体５０１を光学部材５０２の厚さ方向へ曲げ変形させる面外曲げ振動モードである。
上述した交番電圧Ｖｏを圧電素子１０１ａ及び１０１ｂに各々印加することにより、第１の振動モードＡ及び第２の振動モードＢの振動が、振動体５０１に同時に発生する。
尚、本実施形態では、塵埃を除去するための最低限必要な振動モードとして、第１の振動モードとして１０次の曲げ振動モードを、第２の振動モードとして１１次の曲げ振動モードを用いているが、これに限定されるものではない。
ここで、撮像素子５０３に対応する光学有効部は図中に示す範囲とする。
第１の振動モードＡの変形形状は、左端と右端で逆相（位相差１８０°）となっている。一方、第２の振動モードＢの変形形状は、左端と右端で同相（位相差０°）となっている。
つまり、圧電素子１０１ａと圧電素子１０１ｂに印加する交番電圧の位相差を１８０°とすれば第１の振動モードＡのみが発生し、逆に位相差を０°とすれば第２の振動モードＢのみが発生する。
したがって、位相差を９０°とすれば第１の振動モードＡと第２の振動モードＢを同時に発生させることができ、合成振動による進行波が図中右方向に生じる。
【００２２】
図３（ｂ）は、次数の異なる振動モードを同時に励起する際に各圧電素子に印加する交番電圧の例を示す図である。
交番電圧Ｖｏ１は圧電素子１０１ａに印加する電圧波形、交番電圧Ｖｏ２は圧電素子１０１ｂに印加する電圧波形を示す。縦軸は電圧振幅であり、横軸は時間を示す。
交番電圧Ｖｏ１及びＶｏ２の周波数は前述のｆｄで一定であり、各交番電圧の位相差は９０°である。但し、各交番電圧の位相は異なっていれば良く、位相差は９０°に限定されない。
【００２３】
塵埃除去装置では、光学部材５０２の表面に付着した塵埃は、光学部材５０２が塵埃を面外に突き上げる時、光学部材５０２の表面の法線方向の力を受けて弾かれるように移動していく。
つまり、駆動周波数周期の各位相で、振動体５０１の合成振動変位の速度が正であるとき塵埃は面外に突き上げられ、この位相における合成振動変位の法線方向の力を受け、塵埃は移動していく。
光学部材５０２の有効部の表面に付着している塵埃に繰り返し振動を与えることで、塵埃を図中右方向に移動させ、除去することが可能である。
【００２４】
図１を用いて、本実施形態における本発明の特徴的構成を適用した駆動回路の具体的構成について説明する。
図１（ａ）は塵埃除去装置に適用可能な駆動回路を示す図である。
駆動回路の構成として、２つのインダクタ１０２ａ及び１０２ｂが圧電素子１０１に直列に（つまり電気−機械エネルギー変換素子に直列に）接続されている。さらに、前記２つのインダクタの間に一端が接続され、且つ圧電素子１０１と並列にキャパシタ１０３が接続されている。
そして、これらにより電気的な共振回路が構成されている。
ここで、インダクタ１０２ａ及び１０２ｂとしては、コイル等のインダクタンス素子を用いることができる。
また、キャパシタ１０３としてはフィルムコンデンサ等の静電容量素子を用いることができる。
ここでの特徴は、インダクタ１０２ａ及び１０２ｂとキャパシタ１０３、そして圧電素子１０１の固有静電容量３０１ａとによる回路の電気的な共振を２つ生成し、これらの電気共振の間に駆動周波数を設定することにある。
【００２５】
ここで、圧電素子１０１の等価回路について図１（ｂ）を用いて説明する。
図１（ｂ）は、圧電素子１０１を等価回路で表わしたものである。
圧電素子１０１の等価回路は、振動体５０１の機械的振動部分のＲＬＣ直列回路（自己インダクタンスＬｍの等価コイル３０１ｂ、静電容量Ｃｍの等価コンデンサ３０１ｃ、抵抗値Ｒｍの等価抵抗３０１ｄ）と、ＲＬＣ直列回路に並列に接続された圧電素子１０１の固有静電容量Ｃｄのコンデンサ３０１ａと、により構成される。
【００２６】
以下に、図１を用いて、２つのインダクタ１０２ａ及び１０２ｂとキャパシタ１０３の設計方法について説明する。
本実施形態では、インダクタ１０２ａは１３５μＨ、インダクタ１０２ｂは１８０μＨ、キャパシタ１０３は１７ｎＦに設定した。
本設計値は、圧電素子１０１の固有静電容量Ｃｄと、振動体５０１の共振周波数ｆ（ｍ）及びｆ（ｍ＋１）によって変わるので、これらを定義する。
ここでは、圧電素子１０１の固有静電容量Ｃｄは１０．７８ｎＦ、ｆ（ｍ）は１２０ｋＨｚ、ｆ（ｍ＋１）は１２８ｋＨｚとした。
また、駆動周波数ｆｄは１２３ｋＨｚとした。
【００２７】
設計の第１ステップとして、キャパシタ１０３のキャパシタンス値を決定する。
２つのインダクタンス値は予め設定した適当な値を用いて、所望の昇圧率になるようにキャパシタンス値を調整する。
昇圧率の点から、キャパスタンスの値は圧電素子１０１の固有静電容量Ｃｄと同じ大きさの値、またはそれよりも大きい値にすることが望ましい。
キャパスタンス値が大きいほど、昇圧率は大きい傾向にある。
尚、キャパシタンス値が大きいほど２つのインダクタンス値を小さく設定でき、逆にキャパシタンス値が小さいほど２つのインダクタンス値は大きく設定する必要がある。
例えば、キャパシタ１０３を２８ｎＦに設定すると、インダクタ１０２ａは９５μＨ、インダクタ１０２ｂは１２０μＨとなる。
キャパシタンス値を設定すると、第１の共振周波数であるｆ１と第２の共振周波数であるｆ２とによる２つの電気的な共振周波数が生じるので、次にこれらの周波数の調整を行う。
【００２８】
設計の第２ステップとして、２つのインダクタ１０２ａ及び１０２ｂのインダクタンス値を決定する。
２つのインダクタは、電気共振ｆ１及びｆ２の周波数に基づいて調整する。
インダクタ１０２ａのインダクタンス値によってｆ１を調整することができ、インダクタ１０２ｂのインダクタンス値によってｆ２を調整することができる。
尚、インダクタンス値はインダクタ１０２ａよりインダクタ１０２ｂの方を大きくすることによって、ｆ１とｆ２を所望の周波数に調整することができる。
また、キャパシタ１０３のキャパシタンス値によって、ｆ１とｆ２の両方を同一方向にシフトすることもできる。
前記調整方法によって、駆動周波数ｆｄが、次式の関係を満たすように２つのインダクタンス値を決定する。
ｆ１＜ｆｄ＜ｆ２
本実施形態では、ｆ１が７２．５ｋＨｚ、ｆ２が１６５ｋＨｚとなるように設定した。
ｆ１とｆ２をｆｄに対して各々５０ｋＨｚ程度の差を設けているのは、インダクタとキャパシタのばらつきによって電気共振の周波数が変動するので、この影響を受けないようにする為である。
さらに、周波数差を大きくしても良いが、昇圧率は低下する傾向にある。
尚、駆動周波数ｆｄに対するｆ１とｆ２の周波数差をほぼ均等に設けることで、ｆｄ近傍における電圧振幅の変化をなだらかにする事ができる。
【００２９】
図５は、本発明の実施形態における、回路素子全体のばらつきを考慮した交番電圧Ｖｏの周波数特性を示すシミュレーション結果である。
横軸に周波数（６０ｋＨｚ〜１８０ｋＨｚ）、縦軸に電圧振幅（１０Ｖ〜１ＭＶ）を示す。
インダクタ１０２ａ及び１０２ｂのばらつきは±２０％、キャパシタ１０３のばらつきは±１０％、圧電素子の固有静電容量Ｃｄのばらつきは±１０％として、モンテカルロ法による一様分布の乱数計算を行った。
図より、ｆ１は設計値に対して±５ｋＨｚ、ｆ２は±１０ｋＨｚの変動が生じている。
したがって、交番電圧Ｖｏの電圧振幅がこれらの変動の影響を受けないように、ｆｄに対して各々５０ｋＨｚ程度の差を設けた。図より、駆動周波数ｆｄ近傍において、交番電圧Ｖｏの周波数特性をなだらかにすることが可能となる。
従って、振動体５０１の共振周波数がばらつく場合や駆動中に変化する場合においても、圧電素子に印加される交番電圧の変動は小さく、安定した電圧振幅が出力される。
【００３０】
図６に、本実施形態と従来例の駆動回路における比較例として、交番電圧Ｖｏの周波数特性を示すシミュレーション結果を示す。
横軸に周波数（５０ｋＨｚ〜４００ｋＨｚ）、縦軸に電圧振幅（０Ｖ〜１５０Ｖ）を示す。
比較のため、図１４（ｃ）の従来の駆動回路を用いた場合の結果も併せて示した。
図中、従来例１はインダクタが４０μＨの場合、従来例２はインダクタが６０μＨの場合の結果である。
本実施形態の振動体５０１は２つの面外曲げ振動を用いており、共振周波数ｆｍはｆ（ｍ）とｆ（ｍ＋１）の２つとなる。
このシミュレーションでは、等価コイル３０１ｂの自己インダクタンスＬｍを０．０４Ｈ、等価コンデンサ３０１ｃの静電容量Ｃｍを４４ｐＦとした。
また、ｆ（ｍ）は１２０ｋＨｚ、ｆ（ｍ＋１）は１２８ｋＨｚ、駆動周波数ｆｄ＝１２３ｋＨｚとした。
本発明の実施形態として、インダクタ１０２ａは１３５μＨ、インダクタ１０２ｂは１８０μＨ、キャパシタ１０３は１７ｎＦに設定した。
図６より、駆動周波数ｆｄの３次高調波周波数である３６９ｋＨｚにおいて、本実施形態では電圧振幅が大幅に低減されている事がわかる。具体的には、従来例１の１／５０となった。
【００３１】
図７は、本実施形態と従来例の駆動回路における、交番電圧Ｖｏの出力波形を測定したものである。横軸は時間、縦軸は電圧振幅を示す。
図７（ａ）は交番電圧Ｖｉのパルスデューティ比を３０％に設定した場合の結果であり、従来例１と本実施形態の波形を比較している。
従来例１の波形は３次高調波の影響によって、ＳＩＮ波形に歪みが生じているが、本実施形態では理想的なＳＩＮ波形が得られた。
また、図７（ｂ）は交番電圧Ｖｉのパルスデューティ比を１０％に設定した場合の結果である。
従来例１の波形は３次高調波の影響によってさらに歪みが増大しているが、本実施形態では理想的なＳＩＮ波形を示している。よって、本実施形態における高調波を低減する効果を実験的に確認することができた。
【００３２】
図８は、本実施形態と従来例の駆動回路における、駆動周波数近傍での交番電圧Ｖｏの電圧振幅の周波数特性を示すものである。
横軸に周波数（１００ｋＨｚ〜１５０ｋＨｚ）、縦軸に電圧振幅（０Ｖ〜１５０Ｖ）を示す。
図８に示されるように、本実施形態では、ｆｄ近傍と、ｆ（ｍ）及びｆ（ｍ＋１）近傍での交番電圧Ｖｏの周波数特性をなだらかにすることが可能となる。
つまり、振動体５０１の共振周波数の変化に対して安定した電圧が印加される。例えば駆動中に共振周波数ｆ（ｍ＋１）が時間の経過に伴って低下していく場合、従来例では交番電圧振幅が増大し、駆動電流が上昇してしまうが、本発明ではその変化を低減することが可能となる。
【００３３】
従来例のように、ｆｍ近傍で交番電圧Ｖｏの振幅変化が生じる原因は、振動体５０１の機械的振動部分の自己インダクタンスＬｍと静電容量Ｃｍによってインピーダンスの変化が生じているためである。
これに対して、本実施形態では、２つの電気共振の間の周波数を用いることによって、振動体５０１の機械的振動部分のインピーダンス変化の影響を緩和することができる。よって、結果として交番電圧Ｖｏの振幅変化を低減することができるものと考えられる。
【００３４】
図９は、本実施形態と従来例の駆動回路において、塵挨の除去率を測定したものである。横軸に駆動回数、縦軸に塵挨除去率を示す。
本実施形態での測定では、実験用の粉体を光学部材の表面に付着させ、所定の休止期間を設けながら断続的に同様の条件で駆動を行い、その駆動回数毎に光学有効部の粉体の除去率を測定したものである。
除去率の目標値は９５％以上として、これを除去性能の指標とした。
比較のため、理想的なＳＩＮ波形を示すアンプ発振器で駆動した場合と、従来例１で駆動した場合も同様に測定した。図より、従来例１は８回駆動しても除去率は９５％に達しなかった。
それに対して、本実施形態では３回駆動で除去率は９５％を超えており、アンプ発振器と同様の除去性能を示すことができた。
【００３５】
［実施形態２］
実施形態２として、本発明の振動装置の駆動回路を塵挨除去装置に適用した実施形態１とは異なる形態の振動装置の駆動回路の構成例について説明する。
本実施形態の構成は、振動体５０１に２つの振動モードが交互に励起される点が実施形態１と異なる。
尚、塵挨除去装置の駆動回路は実施形態１と同じであり、制御装置におけるコントローラの周波数情報と位相情報の設定方法に特徴を有している。
図１を用いて、本実施形態の駆動回路を説明する。
図１（ａ）は第２の実施形態における塵埃除去装置の駆動回路を示す図である。駆動回路の構成として、２つのインダクタ１０２ａ及び１０２ｂが圧電素子１０１に直列に（つまり電気−機械エネルギー変換素子に直列に）接続されている。さらに、前記２つのインダクタの間に一端が接続され、且つ圧電素子１０１と並列にキャパシタ１０３が接続されている。
ここで、インダクタ１０２ａ及び１０２ｂとしては、コイル等のインダクタンス素子を用いることができる。
また、キャパシタ１０３としてはフィルムコンデンサ等の静電容量素子を用いることができる。
本実施形態の特徴は、インダクタ１０２ａ及び１０２ｂとキャパシタ１０３、そして圧電素子１０１の固有静電容量３０１ａとによる回路の電気的な共振を２つ生成し、これらの電気共振の間に駆動周波数を設定することにある。
【００３６】
本実施形態では、インダクタ１０２ａは１３０μＨ、インダクタ１０２ｂは２００μＨ、キャパシタ１０３は１４ｎＦに設定した。
本設計値は、圧電素子１０１の固有静電容量Ｃｄと、振動体５０１の共振周波数ｆ（ｍ）及びｆ（ｍ＋１）に基づいて決定した。
圧電素子１０１の固有静電容量Ｃｄは１０．７８ｎＦ、ｆ（ｍ）は１２０ｋＨｚ、ｆ（ｍ＋１）は１２８ｋＨｚとした。駆動周波数ｆｄは１５０ｋＨｚから１００ｋＨｚの領域でスイープするものとして、次式の関係を満たすように、ｆ１とｆ２を設定した。
ｆ１＜ｆｄ＜ｆ２
ここで、ｆ１とｆ２は本発明の駆動回路において生成される回路の電気的な共振周波数である。
本実施形態では、ｆ１が７２．５ｋＨｚ、ｆ２が１６５ｋＨｚとなるように、インダクタ１０２ａ及び１０２ｂとキャパシタ１０３を各々決定した。
【００３７】
図１０（ａ）は、圧電素子に印加される交番電圧の周波数と圧電素子に生じる各振動の振幅を示すグラフである。
ここで、ｆ（ｍ）はｍ次の面外曲げ振動の共振周波数であり、ｆ（ｍ＋１）は（ｍ＋１）次の面外曲げ振動の共振周波数である。
図中、ｆ（ｍ）を逆相駆動によって励起される１０次の面外曲げ振動モード（第１の定在波よる振動モード）、ｆ（ｍ＋１）を同相駆動によって励起される１１次の面外曲げ振動モード（第２の定在波による振動モード）とする。
本実施形態では、この２つの振動モードの定在波を交互に励起して、光学部材の表面に付着した塵埃を除去する。
【００３８】
図４は、振動体５０１に励起され、長手方向に沿って面外に変形する１０次の面外曲げ振動の変位、１１次の面外曲げ振動の変位、および圧電素子１０１ａ、１０１ｂの配置を示す図である。
横軸は振動体５０１の長手方向の位置である。縦軸は面外の振動変位である。図中、１０次の面外曲げ振動を第１の振動モードとして波形Ａ（実線）で示し、１１次の面外曲げ振動を第２の振動モードとして波形Ｂ（破線）で示している。
第１の振動モードＡ及び第２の振動モードＢは、振動体５０１を光学部材５０２の厚さ方向へ曲げ変形させる面外曲げ振動モードである。第１の振動モードＡの変形形状は、左端と右端で逆相（位相差１８０°）となっている。
一方、第２の振動モードＢの変形形状は、左端と右端で同相（位相差０°）となっている。
つまり、圧電素子１０１ａと圧電素子１０１ｂに印加する交番電圧の位相差を１８０°とすれば第１の振動モードＡのみが共振状態で励起され、逆に位相差を０°とすれば第２の振動モードＢが励起される。
【００３９】
図１０（ｂ）は、次数の異なる２つの定在波振動を交互に励起する際に各圧電素子に印加する交番電圧の例を示す図である。
制御装置は、図１４（ｂ）で説明したものを用いる。交番電圧Ｖｏ１は圧電素子１０１ａに印加する電圧波形、交番電圧Ｖｏ２は圧電素子１０１ｂに印加する電圧波形を示す。縦軸は電圧振幅であり、横軸は時間を示す。
上記２つの振動モードの振動を交互に生成するため、まず、振動体５０１の１０次の曲げ振動モードの固有振動数近傍の周波数を有し、位相差が１８０°となる交番電圧を圧電素子１０１ａ、１０１ｂに印加する（逆相駆動）。
このような交番電圧を印加することにより、振動体５０１に１０次の曲げ振動モードが励起される。
所定の時間、１０次の曲げ振動モードを励起した後、次に、振動体５０１の１１次の振動モードの固有振動数近傍の周波数を有し、位相差が０°となる交番電圧を圧電素子１０１ａ、１０１ｂに印加する（同相駆動）。
このような交番電圧を印加することにより、振動体５０１に１１次の曲げ振動モードが励起される。以上の駆動を繰り返すことにより、１０次と１１次の面外曲げ振動モードの振動が交互に励起される。
上記駆動の際の交番電圧Ｖｏ１及びＶｏ２は、同図に示すように、各固有振動数近傍で、高周波側から徐々に低周波側に掃引していくと良い。交番電圧の周波数は、振動体５０１の固有振動数の近傍とすることで、小さな印加電圧でも大きな振幅を得ることができ、効率が良くすることができる。
【００４０】
このように、振動体５０１に第１の振動モードの振動を生じさせることにより、第１の振動モードの振動の腹位置の光学部材５０２に付着した塵埃を剥離する機能を有する。
具体的には、第１の振動モードの振動によって、光学部材５０２に付着した塵埃の付着力以上の加速度が、塵埃に加えられたとき、塵埃は光学部材５０２から剥離される。
更に、振動体５０１に第２の振動モードの振動を生じさせることにより、第１の振動モードの振動の節近傍の光学部材５０２に付着した塵埃を剥離する機能を有する。
次数の異なる定在波を励起しているのは、２つの定在波の節の位置をずらして、光学部材５０２に振幅が生じない個所を設けないためである。
尚、上記交番電圧を圧電素子１０１ａ、１０１ｂの一方にのみ印加することで、塵埃除去装置の振動体５０１に１つの面外曲げ振動の定在波を励起させても良い。
【００４１】
［実施形態３］
実施形態３として、本発明の振動装置の駆動回路を振動型アクチュエータに適用した構成例について説明する。
本発明の振動装置の駆動回路は、実施形態１、実施形態２に示した塵挨除去装置以外にも広く適用することができる。例えば、振動型アクチュエータに備えられる振動装置の駆動回路にも適用することができる。
図１１は、本発明の振動装置の駆動回路を適用した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４０１には、エンコーダ等の速度検出器４０７で得られた速度信号と、不図示のコントローラからの目標速度と、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４０２に入力され、制御信号として出力される。ＰＩＤ補償器４０２から出力された制御信号は、駆動周波数パルス発生器４０３に入力される。
駆動周波数パルス発生器４０３から出力された駆動周波数パルス信号は、駆動回路４０４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４０４から出力された交番電圧は振動型アクチュエータ４０５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４０５の移動体は一定速度で回転する。
振動型アクチュエータ４０５の移動体に連結された被駆動体４０６（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４０７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。 図１２は、振動型アクチュエータの適用例を示すものである。
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。
まず、本発明の駆動回路を進行波型の振動型アクチュエータに適用した例について説明する。
進行波型の振動型アクチュエータは、振動体が、第１の電気−機械エネルギー変換素子と第２の電気−機械エネルギー変換素子と、この第１及び第２の電気−機械エネルギー変換素子に接合した弾性体とで構成される。
そして、この振動体に、次数の異なる第１の定在波と第２の定在波を同時に発生させるように交番電圧の周波数を設定する。
それと共に、第１及び第２の電気−機械エネルギー変換素子に印加されるそれぞれの交番電圧の位相を異ならせるように構成されている。
【００４２】
図１２（ａ）は進行波型の振動型アクチュエータを示す斜視図である。
振動型アクチュエータは、電気−機械エネルギー変換素子である圧電素子１０１と弾性体８０１とから成る振動体５０１と、移動体８０２と、を備える。
ハウジングに固定された弾性体８０１は振動振幅を拡大する為の複数の突起部８０３が設けられており、突起部８０３は移動体８０２の駆動部として作用する。移動体８０２はゴムを介して加圧バネとディスクによって図面下側方向に加圧接触されている。
各部材は円環形状を為している。圧電素子１０１に２相の交番電圧が印加されると、振動体５０１に進行波が発生し、振動体５０１に接触する移動体８０２は摩擦駆動によって振動体と相対的に回転する。
ハウジングと転がり軸受を介して接続された出力軸は移動体８０２に固定されており、移動体８０２の回転に伴って回転する。
【００４３】
上記進行波型の振動型アクチュエータを例に、本実施形態の駆動回路について説明する。
図１３はトランスを備えた本発明の駆動回路の構成を示すものである。
本振動型アクチュエータは、４００Ｖｐｐ〜５００Ｖｐｐの高電圧の交番信号を圧電素子に印加して駆動する為、一般的にトランスを用いて昇圧する。
例えば、巻線比が１０のトランスを用いれば、電源電圧２４Ｖから４８０Ｖｐｐの出力が得られる。
駆動回路に入力される交番電圧Ｖｉは、トランス７０１の１次側コイル７０１ａに印加され、トランス７０１の１次側コイル７０１ａと２次側コイル７０１ｂの巻線比に応じて昇圧される。
トランスの２次側コイル７０１ｂには、２つのインダクタ１０２ａ及び１０２ｂが直列に接続され、さらにキャパシタ１０３が圧電素子１０１に並列に接続されている。
トランス７０１の２次側において、交番電圧信号に含まれる高調波が低減され、且つ、駆動周波数近傍で変動の少ない交番電圧Ｖｏとなり、圧電素子１０１に印加される。
ここで、振動体の共振周波数ｆ（ｍ）は４５ｋＨｚ、圧電素子１０１の固有静電容量は３．５ｎＦとする。
駆動周波数ｆｄは４７ｋＨｚから５０ｋＨｚの領域で速度偏差信号に基づき周波数制御される。
【００４４】
本実施形態の駆動回路において生成される回路の電気的な共振周波数ｆ１とｆ２は、
ｆ１＜ｆｄ＜ｆ２
となるようにインダクタ１０２ａ及び１０２ｂとキャパシタ１０３は設定される。
本実施形態の駆動回路を用いれば、圧電素子に印加される交番電圧Ｖｏの高調波を大幅に低減し、且つ駆動周波数近傍で変動の少ない安定した電圧振幅を得る事ができる。
これによって、高調波周波数に起因した振動型アクチュエータの不要振動や騒音の抑制、さらに駆動効率や制御性能の向上といった効果を得る事ができる。
【００４５】
また、定在波型の振動型アクチュエータにも本発明の駆動回路を同様に適用することができる。
定在波型の振動型アクチュエータでは、振動体は第１の電気−機械エネルギー変換素子と第２の電気−機械エネルギー変換素子と、この第１及び第２の電気−機械エネルギー変換素子に接合した弾性体とで構成される。
そして、この振動体に、次数の異なる第１の定在波と第２の定在波を時間的に切替えて発生させるように交番電圧の周波数を設定する。
それと共に、この第１及び第２の電気−機械エネルギー変換素子に印加されるそれぞれの交番電圧の位相差を０°又は１８０°に設定するように構成されている。
【００４６】
図１２（ｂ）は、定在波型の振動型アクチュエータの基本的な構成を示す斜視図である。
図に示すように、この振動型アクチュエータの振動子は、矩形の板状に形成された金属材料から成る弾性体８０１を備え、弾性体８０１の裏面には圧電素子１０１が接合されている。
弾性体８０１の上面の所定位置には、複数の突起部８０３が設けられている。
この構成によれば、圧電素子１０１に交番電圧を印加することにより、弾性体８０１の長辺方向における２次の屈曲振動と、弾性体８０１の短辺方向における１次の屈曲振動とが同時に発生し、突起部８０３に楕円運動が励起される。
そして、突起部８０３に移動体８０２を加圧接触させることにより、移動体８０２を突起部８０３の楕円運動によって直線的に駆動することができるようになっている。つまり、突起部８０３がこの振動体の駆動部として作用する。
【００４７】
図１２（ｃ）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５０１と、移動体８０２と、を備えている。
振動体５０１には、摩擦材料を兼ねた第１の弾性体８０１ａ、電気−機械エネルギー変換素子である圧電素子１０１への給電用のフレキシブルプリント基板８０４、第２の弾性体８０１ｂが設けられている。
これら部材は、シャフト８０５の突き当てフランジ部８０５ａとシャフト８０５下部のネジ部８０５ｂに嵌る下ナット８０６で挟み、加圧締結されている。
移動体８０２は、接触ばね８０７がロータ８０８に接着固定されている。これにより、移動体８０２は、フランジ８０９の軸受部によって回転自在に支持された出力ギア８１０と加圧ばね８１１によって振動体５０１の摩擦面８１２に加圧接触されている。
移動体８０２の接触ばね８０７は、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８１２と当接している。
フレキシブルプリント基板８０４を介して、不図示の電源から圧電素子１０１に交番電圧を印加する。
それにより第１の弾性体８０１ａ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８１２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８０７を振動体５０１に対して相対移動させる。
【符号の説明】
【００４８】
１０１：圧電素子
１０２：インダクタＬ
１０３：キャパシタＣ
２０１：カメラ本体
３０１ａ：振動体の固有静電容量Ｃｄ
３０１ｂ：機械的な振動の等価回路定数Ｌｍ
３０１ｃ：機械的な振動の等価回路定数Ｃｍ
３０１ｄ：機械的な振動の等価回路定数Ｒｍ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動装置の駆動回路、塵埃除去装置及び振動型アクチュエータにおける振動装置の駆動回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、光学機器として、撮像装置では、光学センサの分解能が向上するにつれて、使用中に光学系に付着するゴミ等の塵埃が撮影画像に影響を及ぼすようになってきた。
特に、ビデオカメラ、スチルカメラに用いられる撮像素子の分解能はめざましく向上している。
このため、撮像素子の近くに配置されている赤外線カットフィルタ、光学ローパスフィルタ等の光学部品に、外部からの埃や内部の機械的な摺擦面で生じる磨耗粉等が付着すると、撮像素子面で像のぼけが少ないので、撮影画像に埃が写り込んでしまうことがあった。
また、光学機器として、コピー、ファクシミリ装置等の撮像部は、ラインセンサを走査（スキャン）することで、あるいはラインセンサに近接させた原稿を走査（スキャン）することで、平面原稿を読み取っている。
この場合、ラインセンサへの光線入射部に埃が付着すると、スキャン画像に写り込んでしまう。
原稿を走査して読み取る方式のファクシミリ装置の読み取り部や、自動原稿送り装置からの原稿を搬送中に読み取る、いわゆる流し読み方式の複写機の読み取り部では、１つの埃が原稿送り方向へ連続する線画像となって写り込み、画像の品質を大きく損ねていた。
このような埃を人手によって拭き取ることで、画像品位は回復するが、使用中に付着した埃については撮影後に確認する他、手立てがなかった。
その間に撮影あるいは走査した画像には、塵埃の画像が写り込むので、ソフトウェアによる修正が必要であった。
また、複写機では、画像は同時に紙メディアに出力されるので、その修正には多大な労力を費やしていた。
【０００３】
このような問題に対し、特許文献１では、光学部材を備えた振動体に進行波を励起することによって、塵埃を所望の方向に移動させることができる塵埃除去装置が提案されている。
図１４（ａ）は、特許文献１に開示された塵埃除去装置の構成を示す模式図である。
撮像素子５０３の光入射側に光学部材５０２を備えた振動体５０１が設けられている。
電気−機械エネルギー変換素子である圧電素子１０１ａ及び１０１ｂは、振動体５０１における面外曲げ振動の節線の並ぶ方向に位置をずらして配置されている。
圧電素子１０１ａ及び１０１ｂには、各々周波数が同じであり、かつ位相差が９０°となる交番電圧を印加する。
印加される交番電圧の周波数は、振動体５０１の長手方向に沿って面外に変形するｍ次（ｍは自然数）の振動モードの共振周波数と（ｍ＋１）次の振動モードの共振周波数との間の周波数である。
振動体５０１には、共振現象の応答を持ったｍ次の振動モードの振動、及び９０°の時間的位相差（ｍ次の面外曲げ振動に対して９０°進んだ位相）を持った（ｍ＋１）次の振動モードの振動が、同じ振幅かつ同じ振動周期で励起される。
そして、振動体５０１には、この２つの振動モードの振動が合成された合成振動（進行波）が生成する。この合成振動によって、振動体５０１の表面の塵埃を所望の方向に移動していく。
【０００４】
図１４（ｂ）は、上記塵挨除去装置の制御装置を示すものである。
不図示の撮像装置本体からの駆動指令に基づき、コントローラ６０４からは交番電圧信号のパラメータとなる位相情報、周波数情報、パルス幅情報がパルス発生回路６０３ａ及び６０３ｂに送られる。
パルス発生回路６０３から出力されたデジタルの交番電圧信号はスイッチング回路６０２ａ及び６０２ｂに入力され、電源回路６０５より供給される電圧に基づいたアナログの交番電圧Ｖｉとして出力される。
交番電圧Ｖｉは駆動回路６０１ａ及び６０１ｂに入力されて交番電圧Ｖｏとして出力され、振動体５０１に設けられた圧電素子１０１ａ及び１０１ｂに各々印加される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２０７１７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来例において、駆動回路６０１によって入力された交番電圧Ｖｉの電圧振幅を所望の電圧まで昇圧し、さらに矩形からＳＩＮ波形に変換して、交番電圧Ｖｏを出力する。
交番電圧Ｖｏには、高調波信号による歪みのないＳＩＮ波形で、さらに使用する周波数帯域で一定電圧となることが、振動体５０１に理想的な進行波又は定在波を励起する上で望まれる。
しかし、従来例における塵挨除去装置の駆動回路は、圧電素子１０１に印加する交番電圧Ｖｏに高調波信号が生じる。
このような高調波信号は、振動体５０１に励起される振動に影響を与えるため、進行波の乱れによる塵挨除去性能の低下と、振動振幅の増大による光学部材５０２の破損を招くことになる。
【０００７】
また、従来例における塵挨除去装置の駆動回路は、使用する周波数帯域において、圧電素子１０１に印加する交番電圧Ｖｏの振幅変化、即ち、交番電圧Ｖｏの周波数特性における傾きが振動体５０１の共振周波数近傍で大きい。
このため、振動体５０１の共振周波数が個体差でばらつく場合や、駆動中に変化する場合において、交番電圧Ｖｏが大きく変動する。
この交番電圧が必要以上に大きくなると、電流の増加による消費電力の増加や、振動体５０１に励起される振動振幅の増大による光学部材５０１の破損を招くことになる。
また、交番電圧が必要とする電圧を下回る場合、振動体５０１に励起される面外曲げ振動の振動振幅が十分に得られず、塵挨除去性能が低下してしまうことになる。
【０００８】
図１４（ｃ）は、上記従来例における駆動回路６０１の構成を示すものである。
図１４（ｃ）に示されるように、圧電素子１０１に直列にインダクタ１０２を接続することによって、圧電素子１０１の固有静電容量とインダクタ１０２とによるＬＣ直列共振回路が形成される。
交番電圧Ｖｉの電圧振幅は、ＬＣ直列共振回路によって所望の電圧まで昇圧されて、交番電圧Ｖｏが出力される。
【０００９】
図１５は、従来の駆動回路を用いた場合における、交番電圧Ｖｏの電圧振幅の周波数特性を示すものである。
横軸に周波数（１１０ｋＨｚ〜１４０ｋＨｚ）、縦軸に電圧振幅（５０Ｖ〜３５０Ｖ）を示す。
各プロットは、インダクタ１０２の値を４０μＨから９０μＨまで変えた場合の特性を示している。
図中、ｆ（ｍ）はｍ次の面外曲げ振動の共振周波数であり、ｆ（ｍ＋１）は（ｍ＋１）次の面外曲げ振動の共振周波数である。
圧電素子１０１に印加される交番電圧Ｖｏの周波数ｆｄは、ｆ（ｍ）＜ｆｄ＜ｆ（ｍ＋１）に設定される。
図より、インダクタ１０２のインダクタンス値が大きいほど、周波数ｆｄ近傍の電圧振幅の変動が大きい事がわかる。
従って、従来はインダクタンス値を小さくして電圧振幅の変動を抑える設計を行う。
しかし、この場合は交番電圧の昇圧率が小さく、さらに高調波信号を増大してしまう。
【００１０】
図１６は、従来の駆動回路を用いた場合における、インダクタ値に基づく交番電圧Ｖｏの電気共振の周波数変化を示すものである。
横軸に周波数（１２０ｋＨｚ〜２４０ｋＨｚ）、縦軸に電圧振幅（１０Ｖ〜１ＭＶ）を示す。
各プロットは、インダクタ１０２の値を９０μＨから４０μＨまで変えた場合の特性を示している。
図より、インダクタンス値を小さくすると、ＬＣ直列共振による電気共振が高域にシフトする。
このため、図に示す高調波周波数域の電圧振幅が大きくなり、入力される交番電圧Ｖｉの矩形波に含まれる高調波成分を増大させてしまう。これによって、出力される交番電圧Ｖｏは駆動周波数ｆｄの基本波に高調波が重畳される為、出力波形が歪んでしまう。
【００１１】
次に、上記高調波について説明する。図１７は、従来の駆動回路を用いた場合における、交番電圧Ｖｏをフーリエ解析した場合の基本波と３次高調波の電圧振幅の測定データを示すものである。
横軸に交番電圧Ｖｉのパルスデューティ比、縦軸に交番電圧Ｖｏの電圧振幅を示す。
図１７より、３次高調波の電圧振幅は、パルスデューティ比が５０％と２０％付近でピークを示している。基本波に対する３次高調波の比は、パルスデューティ比が５０％の場合は３１％、パルスデューティ比が２０％の場合は５３％である。
パルスデューティ比が２０％以下では、基本波に対する３次高調波の比はさらに大きくなる。
この結果は実測データであり、高調波成分は主に３次高調波であったが、パルスデューティ比に基づいて導出される矩形波からＳＩＮ波へのフーリエ変換式によると、これ以外に５次、７次といった奇数次の高調波が生じる。
前記フーリエ変換式は、一般的な数式であるので説明は省略する。高調波信号が圧電素子１０１に印加される事によって、振動体５０１に励起される振動にも同様に高調波が生じる。
このため、進行波が乱れて、塵挨除去性能の低下と、振動振幅の増大による光学部材５０２の破損を招いてしまう。
【００１２】
本発明は、上記課題に鑑み、電気−機械エネルギー変換素子に印加する交番電圧の高調波成分を低減し、塵挨の除去性能の向上を図ることができ、
また、使用する周波数帯域での振動体の共振周波数がばらつきや駆動中の変化に対し、電気−機械エネルギー変換素子に印加する交番電圧の変動が小さく、
安定した電圧振幅を出力することが可能となる振動装置の駆動回路、塵埃除去装置及び振動型アクチュエータにおける振動装置の駆動回路の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の振動装置の駆動回路は、電気−機械エネルギー変換素子に交番電圧を印加し、前記電気−機械エネルギー変換素子に接合した弾性体と前記電気−機械エネルギー変換素子とで構成される振動体に振動波を発生させ、該振動波により対象物を駆動する振動装置の駆動回路であって、
前記電気−機械エネルギー変換素子の固有静電容量と、
前記電気−機械エネルギー変換素子に直列に接続された複数のインダクタと、 前記複数のインダクタの間に一端が接続され、且つ、前記電気−機械エネルギー変換素子に並列に接続されたキャパシタと、
によって構成された電気的な共振回路を備え、
前記電気的な共振回路は、少なくとも第１の周波数と第２の周波数とによる２つの共振周波数を有し、
前記第１の周波数をｆ１とし、前記第２の周波数をｆ２とし、前記交番電圧の周波数をｆｄとするとき、次式の関係を満たすことを特徴とする。
ｆ１＜ｆｄ＜ｆ２
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、電気−機械エネルギー変換素子に印加する交番電圧の高調波成分を低減し、塵挨の除去性能の向上を図ることができ、
また、使用する周波数帯域での振動体の共振周波数がばらつきや駆動中の変化に対し、電気−機械エネルギー変換素子に印加する交番電圧の変動が小さく、
安定した電圧振幅を出力することが可能となる振動装置の駆動回路、塵埃除去装置及び振動型アクチュエータにおける振動装置の駆動回路を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態１、２における振動装置の駆動回路の構成例を示す図である。
【図２】本発明の実施形態１における振動装置の駆動回路による塵挨除去装置が装備可能に構成されたデジタル一眼レフカメラの斜視図である。
【図３】本発明の実施形態１における圧電素子に印加される交番電圧の周波数と圧電素子に生じる各振動の振幅と、その電圧波形とを示すグラフである。
【図４】本発明の実施形態１、２における振動体に励起され、長手方向に沿って面外に変形する１０次の面外曲げ振動の変位、１１次の面外曲げ振動の変位、および圧電素子の配置を示す図である。
【図５】本発明の実施形態１における回路素子全体のばらつきを考慮した交番電圧Ｖｏの周波数特性を示すシミュレーション結果を示す図である。
【図６】本発明の実施形態１と従来の駆動回路における、交番電圧Ｖｏの周波数特性を示すシミュレーション結果を示す図である。
【図７】本発明の実施形態１と従来の駆動回路における、交番電圧Ｖｏの出力波形を測定した図である。
【図８】本発明の実施形態１と従来の駆動回路における、駆動周波数近傍での交番電圧Ｖｏの電圧振幅の周波数特性を示す図である。
【図９】本発明の実施形態１と従来の駆動回路における塵挨除去率を測定した図である。
【図１０】本発明の実施形態２における定在波駆動時の圧電素子に印加される交番電圧の周波数と圧電素子に生じる各振動の振幅と、その電圧波形を示すグラフである。
【図１１】本発明の実施形態３における進行波型の振動型アクチュエータの制御装置を示した図である。
【図１２】本発明の実施形態３における振動型アクチュエータの適用例を示す図である。
【図１３】本発明の実施形態３におけるトランスを備えた本発明の駆動回路の構成を示す図である。
【図１４】（ａ）は従来例の塵埃除去装置が装備されたカメラ本体の撮像部の構造を示す斜視図、（ｂ）は従来例の塵挨除去装置の制御装置を示す図、（ｃ）は従来例の駆動回路の構成を示す図である。
【図１５】従来例の駆動回路を用いた場合における、交番電圧Ｖｏの電圧振幅の周波数特性を示す図である。
【図１６】従来例の駆動回路を用いた場合における、インダクタ値に基づく交番電圧Ｖｏの電気共振の周波数変化を示す図である。
【図１７】従来形の駆動回路を用いた場合における、交番電圧Ｖｏをフーリエ解析した場合の基本波と３次高調波の電圧振幅の測定データを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
つぎに、本発明の実施の形態における振動装置の駆動回路の構成例について説明する。
［実施形態１］
実施形態１として、本発明の振動装置の駆動回路を塵挨除去装置に適用し、光学機器であるカメラに搭載した構成例について説明する。
なお、本実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。
これ以外にも、ファクシミリ装置、スキャナ、プロジェクタ、複写機、レーザビームプリンタ、インクジェットプリンタ、レンズ、双眼鏡および画像表示装置のいずれかの光学機器に備えられた塵埃除去装置における振動装置の駆動回路に適用が可能である。
本実形態の振動装置の駆動回路は、電気−機械エネルギー変換素子である圧電素子に交番電圧を印加し、該変換素子に接合した弾性体と該変換素子とで構成される振動体に振動波を発生させ、該振動波により対象物を駆動させる際の駆動回路として構成されている。
以下、これらについて更に具体的に図を用いて説明する。
図２（ａ）は、本実施形態における振動装置の駆動回路による塵挨除去装置が装備可能に構成されたデジタル一眼レフカメラを被写体側より見た正面側斜視図であり、撮影レンズを外した状態を示すものである。
図２（ｂ）はカメラを撮影者側より見た背面側斜視図である。
カメラ本体２０１内には、不図示の撮影レンズを通過した撮影光束が導かれるミラーボックス２０２が設けられており、ミラーボックス２０２内にメインミラー（クイックリターンミラー）２０３が配設されている。
塵埃除去装置を備えた撮像部は、不図示の撮影レンズを通過した撮影光軸上に設けられている。
メインミラー２０３は、撮影者がファインダ接眼窓２０４から被写体像を観察するために撮影光軸に対して４５°の角度に保持される状態と、撮像素子の方向へ導くために撮影光束から退避した位置に保持される状態と、を取り得る。
カメラ背面には、塵埃除去装置を駆動するためのクリーニング指示スイッチ２０５が設けられており、撮影者がクリーニング指示スイッチ２０５を押すと、塵埃除去装置を駆動するようコントローラに指示する。
【００１７】
本実施形態におけるカメラ本体２０１の撮像部には、前述した図１４（ａ）に示したものと基本的に同じ構成の塵埃除去装置が装備可能に構成されており、塵埃除去装置の構成については図１４（ａ）を用いて説明する。
このカメラ本体２０１の撮像部では、受光した被写体像を電気信号に変換して画像データを作成するＣＣＤやＣＭＯＳセンサ等の受光素子である撮像素子５０３が設けられている。
また、撮像素子５０３の表（おもて）面の空間が密封されるように、矩形の板状を有する振動体５０１が取り付けられる。
振動体５０１は、矩形の板状を有する光学素子５０２、及びその両端部に接着によって固着された電気−機械エネルギー変換素子である１対の圧電素子１０１ａ、１０１ｂから構成される。
本実施形態では、光学部材５０２はカバーガラス、赤外線カットフィルタ、あるいは、光学ローパスフィルタ等の透過率の高い光学部材で構成されており、撮像素子５０３には、この光学部材５０２を透過した光が入射するように構成されている。
ここで、光学部材５０２の両端部に配置された圧電素子１０１ａ、１０１ｂの厚み方向（図中、上下方向）の寸法は、振動に対する曲げ変形の発生力が大きくなるように、光学部材５０２の厚み方向（図中、上下方向）の寸法と同じ値である。
なお、以下の説明において圧電素子１０１ａ、１０１ｂを特に区別する必要がないときは、単に圧電素子１０１と称する。
【００１８】
本実施形態における塵挨除去装置の制御装置は、駆動回路の具体的構成を除いて、前述した図１４（ｂ）に示したものと基本的には同じ構成の制御装置が構成されており、制御装置の基本構成については図１４（ｂ）を用いて説明する。
本実施形態において、制御装置コントローラ６０４から交番電圧信号のパラメータとなる周波数情報、位相情報、パルス幅情報がパルス発生回路６０３ａ及び６０３ｂに送られる。
パルス発生回路には、例えば一般的なデジタル発振器などが用いられる。
周波数は、振動体５０１に発生させる２つの面外曲げ振動の共振周波数の中間値近傍に設定され、同じ周波数がパルス発生回路６０３ａ及び６０３ｂに各々設定される。
位相は、互いに異なる値をパルス発生回路６０３ａ及び６０３ｂに入力し、出力される各交番電圧信号の位相差が９０°となるように設定される。
パルス幅（パルス・デューティ比）は所望の電圧振幅が得られるよう適宜調整され、パルス発生回路６０３ａ及び６０３ｂに個別に設定される。
【００１９】
パルス発生回路６０３から出力されたデジタルの交番電圧信号はスイッチング回路６０２ａ及び６０２ｂに入力され、電源回路６０５より供給される電圧に基づいてアナログの交番電圧Ｖｉとして出力される。
電源回路には、一般的な直流電源回路、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路などが用いられる。また、スイッチング回路には、一般的なＨブリッジ回路が用いられる。
交番電圧Ｖｉは駆動回路６０１ａ及び６０１ｂに各々入力されて、電圧振幅が昇圧、且つＳＩＮ波形に変換されてから交番電圧Ｖｏとして出力される。
交番電圧Ｖｏは圧電素子１０１ａ及び１０１ｂに各々印加され、振動体５０１に２つの面外曲げ振動が同時に発生する。この合成振動が進行波となり、光学部材５０２の表面の塵埃を所望の方向に移動させることができる。
【００２０】
つぎに、本実施形態の制御装置における駆動周波数の設定について説明する。図３（ａ）は圧電素子１０１に印加される交番電圧の周波数と圧電素子１０１に生じる各振動の振幅を示すグラフである。
図中、ｆ（ｍ）はｍ次の面外曲げ振動の共振周波数であり、ｆ（ｍ＋１）は（ｍ＋１）次の面外曲げ振動の共振周波数である。
圧電素子１０１に印加される交番電圧の周波数ｆｄをｆ（ｍ）＜ｆｄ＜ｆ（ｍ＋１）に設定すると、ｍ次の面外曲げ振動と（ｍ＋１）次の面外曲げ振動それぞれの共振現象によって振幅が拡大された、周波数ｆｄの振動が得られる。各振動の時間周期は同じである。
一方、圧電素子１０１に印加される交番電圧の周波数ｆｄをｆ（ｍ）より低くするほど（ｍ＋１）次の面外曲げ振動の振幅が小さくなり、周波数ｆｄをｆ（ｍ＋１）より高くするほどｍ次の面外曲げ振動の振幅が小さくなる。
【００２１】
図４は、振動体５０１に励起され、長手方向に沿って面外に変形する１０次の面外曲げ振動の変位、１１次の面外曲げ振動の変位、および圧電素子１０１ａ、１０１ｂの配置を示す図である。
横軸は振動体５０１の長手方向の位置である。縦軸は面外の振動変位である。
図中、１０次の面外曲げ振動を第１の振動モードとして波形Ａ（実線）で示し、１１次の面外曲げ振動を第２の振動モードとして波形Ｂ（破線）で示している。第１の振動モードＡ及び第２の振動モードＢは、振動体５０１を光学部材５０２の厚さ方向へ曲げ変形させる面外曲げ振動モードである。
上述した交番電圧Ｖｏを圧電素子１０１ａ及び１０１ｂに各々印加することにより、第１の振動モードＡ及び第２の振動モードＢの振動が、振動体５０１に同時に発生する。
尚、本実施形態では、塵埃を除去するための最低限必要な振動モードとして、第１の振動モードとして１０次の曲げ振動モードを、第２の振動モードとして１１次の曲げ振動モードを用いているが、これに限定されるものではない。
ここで、撮像素子５０３に対応する光学有効部は図中に示す範囲とする。
第１の振動モードＡの変形形状は、左端と右端で逆相（位相差１８０°）となっている。一方、第２の振動モードＢの変形形状は、左端と右端で同相（位相差０°）となっている。
つまり、圧電素子１０１ａと圧電素子１０１ｂに印加する交番電圧の位相差を１８０°とすれば第１の振動モードＡのみが発生し、逆に位相差を０°とすれば第２の振動モードＢのみが発生する。
したがって、位相差を９０°とすれば第１の振動モードＡと第２の振動モードＢを同時に発生させることができ、合成振動による進行波が図中右方向に生じる。
【００２２】
図３（ｂ）は、次数の異なる振動モードを同時に励起する際に各圧電素子に印加する交番電圧の例を示す図である。
交番電圧Ｖｏ１は圧電素子１０１ａに印加する電圧波形、交番電圧Ｖｏ２は圧電素子１０１ｂに印加する電圧波形を示す。縦軸は電圧振幅であり、横軸は時間を示す。
交番電圧Ｖｏ１及びＶｏ２の周波数は前述のｆｄで一定であり、各交番電圧の位相差は９０°である。但し、各交番電圧の位相は異なっていれば良く、位相差は９０°に限定されない。
【００２３】
塵埃除去装置では、光学部材５０２の表面に付着した塵埃は、光学部材５０２が塵埃を面外に突き上げる時、光学部材５０２の表面の法線方向の力を受けて弾かれるように移動していく。
つまり、駆動周波数周期の各位相で、振動体５０１の合成振動変位の速度が正であるとき塵埃は面外に突き上げられ、この位相における合成振動変位の法線方向の力を受け、塵埃は移動していく。
光学部材５０２の有効部の表面に付着している塵埃に繰り返し振動を与えることで、塵埃を図中右方向に移動させ、除去することが可能である。
【００２４】
図１を用いて、本実施形態における本発明の特徴的構成を適用した駆動回路の具体的構成について説明する。
図１（ａ）は塵埃除去装置に適用可能な駆動回路を示す図である。
駆動回路の構成として、２つのインダクタ１０２ａ及び１０２ｂが圧電素子１０１に直列に（つまり電気−機械エネルギー変換素子に直列に）接続されている。さらに、前記２つのインダクタの間に一端が接続され、且つ圧電素子１０１と並列にキャパシタ１０３が接続されている。
そして、これらにより電気的な共振回路が構成されている。
ここで、インダクタ１０２ａ及び１０２ｂとしては、コイル等のインダクタンス素子を用いることができる。
また、キャパシタ１０３としてはフィルムコンデンサ等の静電容量素子を用いることができる。
ここでの特徴は、インダクタ１０２ａ及び１０２ｂとキャパシタ１０３、そして圧電素子１０１の固有静電容量３０１ａとによる回路の電気的な共振を２つ生成し、これらの電気共振の間に駆動周波数を設定することにある。
【００２５】
ここで、圧電素子１０１の等価回路について図１（ｂ）を用いて説明する。
図１（ｂ）は、圧電素子１０１を等価回路で表わしたものである。
圧電素子１０１の等価回路は、振動体５０１の機械的振動部分のＲＬＣ直列回路（自己インダクタンスＬｍの等価コイル３０１ｂ、静電容量Ｃｍの等価コンデンサ３０１ｃ、抵抗値Ｒｍの等価抵抗３０１ｄ）と、ＲＬＣ直列回路に並列に接続された圧電素子１０１の固有静電容量Ｃｄのコンデンサ３０１ａと、により構成される。
【００２６】
以下に、図１を用いて、２つのインダクタ１０２ａ及び１０２ｂとキャパシタ１０３の設計方法について説明する。
本実施形態では、インダクタ１０２ａは１３５μＨ、インダクタ１０２ｂは１８０μＨ、キャパシタ１０３は１７ｎＦに設定した。
本設計値は、圧電素子１０１の固有静電容量Ｃｄと、振動体５０１の共振周波数ｆ（ｍ）及びｆ（ｍ＋１）によって変わるので、これらを定義する。
ここでは、圧電素子１０１の固有静電容量Ｃｄは１０．７８ｎＦ、ｆ（ｍ）は１２０ｋＨｚ、ｆ（ｍ＋１）は１２８ｋＨｚとした。
また、駆動周波数ｆｄは１２３ｋＨｚとした。
【００２７】
設計の第１ステップとして、キャパシタ１０３のキャパシタンス値を決定する。
２つのインダクタンス値は予め設定した適当な値を用いて、所望の昇圧率になるようにキャパシタンス値を調整する。
昇圧率の点から、キャパスタンスの値は圧電素子１０１の固有静電容量Ｃｄと同じ大きさの値、またはそれよりも大きい値にすることが望ましい。
キャパスタンス値が大きいほど、昇圧率は大きい傾向にある。
尚、キャパシタンス値が大きいほど２つのインダクタンス値を小さく設定でき、逆にキャパシタンス値が小さいほど２つのインダクタンス値は大きく設定する必要がある。
例えば、キャパシタ１０３を２８ｎＦに設定すると、インダクタ１０２ａは９５μＨ、インダクタ１０２ｂは１２０μＨとなる。
キャパシタンス値を設定すると、第１の共振周波数であるｆ１と第２の共振周波数であるｆ２とによる２つの電気的な共振周波数が生じるので、次にこれらの周波数の調整を行う。
【００２８】
設計の第２ステップとして、２つのインダクタ１０２ａ及び１０２ｂのインダクタンス値を決定する。
２つのインダクタは、電気共振ｆ１及びｆ２の周波数に基づいて調整する。
インダクタ１０２ａのインダクタンス値によってｆ１を調整することができ、インダクタ１０２ｂのインダクタンス値によってｆ２を調整することができる。
尚、インダクタンス値はインダクタ１０２ａよりインダクタ１０２ｂの方を大きくすることによって、ｆ１とｆ２を所望の周波数に調整することができる。
また、キャパシタ１０３のキャパシタンス値によって、ｆ１とｆ２の両方を同一方向にシフトすることもできる。
前記調整方法によって、駆動周波数ｆｄが、次式の関係を満たすように２つのインダクタンス値を決定する。
ｆ１＜ｆｄ＜ｆ２
本実施形態では、ｆ１が７２．５ｋＨｚ、ｆ２が１６５ｋＨｚとなるように設定した。
ｆ１とｆ２をｆｄに対して各々５０ｋＨｚ程度の差を設けているのは、インダクタとキャパシタのばらつきによって電気共振の周波数が変動するので、この影響を受けないようにする為である。
さらに、周波数差を大きくしても良いが、昇圧率は低下する傾向にある。
尚、駆動周波数ｆｄに対するｆ１とｆ２の周波数差をほぼ均等に設けることで、ｆｄ近傍における電圧振幅の変化をなだらかにする事ができる。
【００２９】
図５は、本発明の実施形態における、回路素子全体のばらつきを考慮した交番電圧Ｖｏの周波数特性を示すシミュレーション結果である。
横軸に周波数（６０ｋＨｚ〜１８０ｋＨｚ）、縦軸に電圧振幅（１０Ｖ〜１ＭＶ）を示す。
インダクタ１０２ａ及び１０２ｂのばらつきは±２０％、キャパシタ１０３のばらつきは±１０％、圧電素子の固有静電容量Ｃｄのばらつきは±１０％として、モンテカルロ法による一様分布の乱数計算を行った。
図より、ｆ１は設計値に対して±５ｋＨｚ、ｆ２は±１０ｋＨｚの変動が生じている。
したがって、交番電圧Ｖｏの電圧振幅がこれらの変動の影響を受けないように、ｆｄに対して各々５０ｋＨｚ程度の差を設けた。図より、駆動周波数ｆｄ近傍において、交番電圧Ｖｏの周波数特性をなだらかにすることが可能となる。
従って、振動体５０１の共振周波数がばらつく場合や駆動中に変化する場合においても、圧電素子に印加される交番電圧の変動は小さく、安定した電圧振幅が出力される。
【００３０】
図６に、本実施形態と従来例の駆動回路における比較例として、交番電圧Ｖｏの周波数特性を示すシミュレーション結果を示す。
横軸に周波数（５０ｋＨｚ〜４００ｋＨｚ）、縦軸に電圧振幅（０Ｖ〜１５０Ｖ）を示す。
比較のため、図１４（ｃ）の従来の駆動回路を用いた場合の結果も併せて示した。
図中、従来例１はインダクタが４０μＨの場合、従来例２はインダクタが６０μＨの場合の結果である。
本実施形態の振動体５０１は２つの面外曲げ振動を用いており、共振周波数ｆｍはｆ（ｍ）とｆ（ｍ＋１）の２つとなる。
このシミュレーションでは、等価コイル３０１ｂの自己インダクタンスＬｍを０．０４Ｈ、等価コンデンサ３０１ｃの静電容量Ｃｍを４４ｐＦとした。
また、ｆ（ｍ）は１２０ｋＨｚ、ｆ（ｍ＋１）は１２８ｋＨｚ、駆動周波数ｆｄ＝１２３ｋＨｚとした。
本発明の実施形態として、インダクタ１０２ａは１３５μＨ、インダクタ１０２ｂは１８０μＨ、キャパシタ１０３は１７ｎＦに設定した。
図６より、駆動周波数ｆｄの３次高調波周波数である３６９ｋＨｚにおいて、本実施形態では電圧振幅が大幅に低減されている事がわかる。具体的には、従来例１の１／５０となった。
【００３１】
図７は、本実施形態と従来例の駆動回路における、交番電圧Ｖｏの出力波形を測定したものである。横軸は時間、縦軸は電圧振幅を示す。
図７（ａ）は交番電圧Ｖｉのパルスデューティ比を３０％に設定した場合の結果であり、従来例１と本実施形態の波形を比較している。
従来例１の波形は３次高調波の影響によって、ＳＩＮ波形に歪みが生じているが、本実施形態では理想的なＳＩＮ波形が得られた。
また、図７（ｂ）は交番電圧Ｖｉのパルスデューティ比を１０％に設定した場合の結果である。
従来例１の波形は３次高調波の影響によってさらに歪みが増大しているが、本実施形態では理想的なＳＩＮ波形を示している。よって、本実施形態における高調波を低減する効果を実験的に確認することができた。
【００３２】
図８は、本実施形態と従来例の駆動回路における、駆動周波数近傍での交番電圧Ｖｏの電圧振幅の周波数特性を示すものである。
横軸に周波数（１００ｋＨｚ〜１５０ｋＨｚ）、縦軸に電圧振幅（０Ｖ〜１５０Ｖ）を示す。
図８に示されるように、本実施形態では、ｆｄ近傍と、ｆ（ｍ）及びｆ（ｍ＋１）近傍での交番電圧Ｖｏの周波数特性をなだらかにすることが可能となる。
つまり、振動体５０１の共振周波数の変化に対して安定した電圧が印加される。例えば駆動中に共振周波数ｆ（ｍ＋１）が時間の経過に伴って低下していく場合、従来例では交番電圧振幅が増大し、駆動電流が上昇してしまうが、本発明ではその変化を低減することが可能となる。
【００３３】
従来例のように、ｆｍ近傍で交番電圧Ｖｏの振幅変化が生じる原因は、振動体５０１の機械的振動部分の自己インダクタンスＬｍと静電容量Ｃｍによってインピーダンスの変化が生じているためである。
これに対して、本実施形態では、２つの電気共振の間の周波数を用いることによって、振動体５０１の機械的振動部分のインピーダンス変化の影響を緩和することができる。よって、結果として交番電圧Ｖｏの振幅変化を低減することができるものと考えられる。
【００３４】
図９は、本実施形態と従来例の駆動回路において、塵挨の除去率を測定したものである。横軸に駆動回数、縦軸に塵挨除去率を示す。
本実施形態での測定では、実験用の粉体を光学部材の表面に付着させ、所定の休止期間を設けながら断続的に同様の条件で駆動を行い、その駆動回数毎に光学有効部の粉体の除去率を測定したものである。
除去率の目標値は９５％以上として、これを除去性能の指標とした。
比較のため、理想的なＳＩＮ波形を示すアンプ発振器で駆動した場合と、従来例１で駆動した場合も同様に測定した。図より、従来例１は８回駆動しても除去率は９５％に達しなかった。
それに対して、本実施形態では３回駆動で除去率は９５％を超えており、アンプ発振器と同様の除去性能を示すことができた。
【００３５】
［実施形態２］
実施形態２として、本発明の振動装置の駆動回路を塵挨除去装置に適用した実施形態１とは異なる形態の振動装置の駆動回路の構成例について説明する。
本実施形態の構成は、振動体５０１に２つの振動モードが交互に励起される点が実施形態１と異なる。
尚、塵挨除去装置の駆動回路は実施形態１と同じであり、制御装置におけるコントローラの周波数情報と位相情報の設定方法に特徴を有している。
図１を用いて、本実施形態の駆動回路を説明する。
図１（ａ）は第２の実施形態における塵埃除去装置の駆動回路を示す図である。駆動回路の構成として、２つのインダクタ１０２ａ及び１０２ｂが圧電素子１０１に直列に（つまり電気−機械エネルギー変換素子に直列に）接続されている。さらに、前記２つのインダクタの間に一端が接続され、且つ圧電素子１０１と並列にキャパシタ１０３が接続されている。
ここで、インダクタ１０２ａ及び１０２ｂとしては、コイル等のインダクタンス素子を用いることができる。
また、キャパシタ１０３としてはフィルムコンデンサ等の静電容量素子を用いることができる。
本実施形態の特徴は、インダクタ１０２ａ及び１０２ｂとキャパシタ１０３、そして圧電素子１０１の固有静電容量３０１ａとによる回路の電気的な共振を２つ生成し、これらの電気共振の間に駆動周波数を設定することにある。
【００３６】
本実施形態では、インダクタ１０２ａは１３０μＨ、インダクタ１０２ｂは２００μＨ、キャパシタ１０３は１４ｎＦに設定した。
本設計値は、圧電素子１０１の固有静電容量Ｃｄと、振動体５０１の共振周波数ｆ（ｍ）及びｆ（ｍ＋１）に基づいて決定した。
圧電素子１０１の固有静電容量Ｃｄは１０．７８ｎＦ、ｆ（ｍ）は１２０ｋＨｚ、ｆ（ｍ＋１）は１２８ｋＨｚとした。駆動周波数ｆｄは１５０ｋＨｚから１００ｋＨｚの領域でスイープするものとして、次式の関係を満たすように、ｆ１とｆ２を設定した。
ｆ１＜ｆｄ＜ｆ２
ここで、ｆ１とｆ２は本発明の駆動回路において生成される回路の電気的な共振周波数である。
本実施形態では、ｆ１が７２．５ｋＨｚ、ｆ２が１６５ｋＨｚとなるように、インダクタ１０２ａ及び１０２ｂとキャパシタ１０３を各々決定した。
【００３７】
図１０（ａ）は、圧電素子に印加される交番電圧の周波数と圧電素子に生じる各振動の振幅を示すグラフである。
ここで、ｆ（ｍ）はｍ次の面外曲げ振動の共振周波数であり、ｆ（ｍ＋１）は（ｍ＋１）次の面外曲げ振動の共振周波数である。
図中、ｆ（ｍ）を逆相駆動によって励起される１０次の面外曲げ振動モード（第１の定在波よる振動モード）、ｆ（ｍ＋１）を同相駆動によって励起される１１次の面外曲げ振動モード（第２の定在波による振動モード）とする。
本実施形態では、この２つの振動モードの定在波を交互に励起して、光学部材の表面に付着した塵埃を除去する。
【００３８】
図４は、振動体５０１に励起され、長手方向に沿って面外に変形する１０次の面外曲げ振動の変位、１１次の面外曲げ振動の変位、および圧電素子１０１ａ、１０１ｂの配置を示す図である。
横軸は振動体５０１の長手方向の位置である。縦軸は面外の振動変位である。図中、１０次の面外曲げ振動を第１の振動モードとして波形Ａ（実線）で示し、１１次の面外曲げ振動を第２の振動モードとして波形Ｂ（破線）で示している。
第１の振動モードＡ及び第２の振動モードＢは、振動体５０１を光学部材５０２の厚さ方向へ曲げ変形させる面外曲げ振動モードである。第１の振動モードＡの変形形状は、左端と右端で逆相（位相差１８０°）となっている。
一方、第２の振動モードＢの変形形状は、左端と右端で同相（位相差０°）となっている。
つまり、圧電素子１０１ａと圧電素子１０１ｂに印加する交番電圧の位相差を１８０°とすれば第１の振動モードＡのみが共振状態で励起され、逆に位相差を０°とすれば第２の振動モードＢが励起される。
【００３９】
図１０（ｂ）は、次数の異なる２つの定在波振動を交互に励起する際に各圧電素子に印加する交番電圧の例を示す図である。
制御装置は、図１４（ｂ）で説明したものを用いる。交番電圧Ｖｏ１は圧電素子１０１ａに印加する電圧波形、交番電圧Ｖｏ２は圧電素子１０１ｂに印加する電圧波形を示す。縦軸は電圧振幅であり、横軸は時間を示す。
上記２つの振動モードの振動を交互に生成するため、まず、振動体５０１の１０次の曲げ振動モードの固有振動数近傍の周波数を有し、位相差が１８０°となる交番電圧を圧電素子１０１ａ、１０１ｂに印加する（逆相駆動）。
このような交番電圧を印加することにより、振動体５０１に１０次の曲げ振動モードが励起される。
所定の時間、１０次の曲げ振動モードを励起した後、次に、振動体５０１の１１次の振動モードの固有振動数近傍の周波数を有し、位相差が０°となる交番電圧を圧電素子１０１ａ、１０１ｂに印加する（同相駆動）。
このような交番電圧を印加することにより、振動体５０１に１１次の曲げ振動モードが励起される。以上の駆動を繰り返すことにより、１０次と１１次の面外曲げ振動モードの振動が交互に励起される。
上記駆動の際の交番電圧Ｖｏ１及びＶｏ２は、同図に示すように、各固有振動数近傍で、高周波側から徐々に低周波側に掃引していくと良い。交番電圧の周波数は、振動体５０１の固有振動数の近傍とすることで、小さな印加電圧でも大きな振幅を得ることができ、効率が良くすることができる。
【００４０】
このように、振動体５０１に第１の振動モードの振動を生じさせることにより、第１の振動モードの振動の腹位置の光学部材５０２に付着した塵埃を剥離する機能を有する。
具体的には、第１の振動モードの振動によって、光学部材５０２に付着した塵埃の付着力以上の加速度が、塵埃に加えられたとき、塵埃は光学部材５０２から剥離される。
更に、振動体５０１に第２の振動モードの振動を生じさせることにより、第１の振動モードの振動の節近傍の光学部材５０２に付着した塵埃を剥離する機能を有する。
次数の異なる定在波を励起しているのは、２つの定在波の節の位置をずらして、光学部材５０２に振幅が生じない個所を設けないためである。
尚、上記交番電圧を圧電素子１０１ａ、１０１ｂの一方にのみ印加することで、塵埃除去装置の振動体５０１に１つの面外曲げ振動の定在波を励起させても良い。
【００４１】
［実施形態３］
実施形態３として、本発明の振動装置の駆動回路を振動型アクチュエータに適用した構成例について説明する。
本発明の振動装置の駆動回路は、実施形態１、実施形態２に示した塵挨除去装置以外にも広く適用することができる。例えば、振動型アクチュエータに備えられる振動装置の駆動回路にも適用することができる。
図１１は、本発明の振動装置の駆動回路を適用した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４０１には、エンコーダ等の速度検出器４０７で得られた速度信号と、不図示のコントローラからの目標速度と、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４０２に入力され、制御信号として出力される。ＰＩＤ補償器４０２から出力された制御信号は、駆動周波数パルス発生器４０３に入力される。
駆動周波数パルス発生器４０３から出力された駆動周波数パルス信号は、駆動回路４０４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４０４から出力された交番電圧は振動型アクチュエータ４０５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４０５の移動体は一定速度で回転する。
振動型アクチュエータ４０５の移動体に連結された被駆動体４０６（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４０７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。 図１２は、振動型アクチュエータの適用例を示すものである。
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。
まず、本発明の駆動回路を進行波型の振動型アクチュエータに適用した例について説明する。
進行波型の振動型アクチュエータは、振動体が、第１の電気−機械エネルギー変換素子と第２の電気−機械エネルギー変換素子と、この第１及び第２の電気−機械エネルギー変換素子に接合した弾性体とで構成される。
そして、この振動体に、次数の異なる第１の定在波と第２の定在波を同時に発生させるように交番電圧の周波数を設定する。
それと共に、第１及び第２の電気−機械エネルギー変換素子に印加されるそれぞれの交番電圧の位相を異ならせるように構成されている。
【００４２】
図１２（ａ）は進行波型の振動型アクチュエータを示す斜視図である。
振動型アクチュエータは、電気−機械エネルギー変換素子である圧電素子１０１と弾性体８０１とから成る振動体５０１と、移動体８０２と、を備える。
ハウジングに固定された弾性体８０１は振動振幅を拡大する為の複数の突起部８０３が設けられており、突起部８０３は移動体８０２の駆動部として作用する。移動体８０２はゴムを介して加圧バネとディスクによって図面下側方向に加圧接触されている。
各部材は円環形状を為している。圧電素子１０１に２相の交番電圧が印加されると、振動体５０１に進行波が発生し、振動体５０１に接触する移動体８０２は摩擦駆動によって振動体と相対的に回転する。
ハウジングと転がり軸受を介して接続された出力軸は移動体８０２に固定されており、移動体８０２の回転に伴って回転する。
【００４３】
上記進行波型の振動型アクチュエータを例に、本実施形態の駆動回路について説明する。
図１３はトランスを備えた本発明の駆動回路の構成を示すものである。
本振動型アクチュエータは、４００Ｖｐｐ〜５００Ｖｐｐの高電圧の交番信号を圧電素子に印加して駆動する為、一般的にトランスを用いて昇圧する。
例えば、巻線比が１０のトランスを用いれば、電源電圧２４Ｖから４８０Ｖｐｐの出力が得られる。
駆動回路に入力される交番電圧Ｖｉは、トランス７０１の１次側コイル７０１ａに印加され、トランス７０１の１次側コイル７０１ａと２次側コイル７０１ｂの巻線比に応じて昇圧される。
トランスの２次側コイル７０１ｂには、２つのインダクタ１０２ａ及び１０２ｂが直列に接続され、さらにキャパシタ１０３が圧電素子１０１に並列に接続されている。
トランス７０１の２次側において、交番電圧信号に含まれる高調波が低減され、且つ、駆動周波数近傍で変動の少ない交番電圧Ｖｏとなり、圧電素子１０１に印加される。
ここで、振動体の共振周波数ｆ（ｍ）は４５ｋＨｚ、圧電素子１０１の固有静電容量は３．５ｎＦとする。
駆動周波数ｆｄは４７ｋＨｚから５０ｋＨｚの領域で速度偏差信号に基づき周波数制御される。
【００４４】
本実施形態の駆動回路において生成される回路の電気的な共振周波数ｆ１とｆ２は、
ｆ１＜ｆｄ＜ｆ２
となるようにインダクタ１０２ａ及び１０２ｂとキャパシタ１０３は設定される。
本実施形態の駆動回路を用いれば、圧電素子に印加される交番電圧Ｖｏの高調波を大幅に低減し、且つ駆動周波数近傍で変動の少ない安定した電圧振幅を得る事ができる。
これによって、高調波周波数に起因した振動型アクチュエータの不要振動や騒音の抑制、さらに駆動効率や制御性能の向上といった効果を得る事ができる。
【００４５】
また、定在波型の振動型アクチュエータにも本発明の駆動回路を同様に適用することができる。
定在波型の振動型アクチュエータでは、振動体は第１の電気−機械エネルギー変換素子と第２の電気−機械エネルギー変換素子と、この第１及び第２の電気−機械エネルギー変換素子に接合した弾性体とで構成される。
そして、この振動体に、次数の異なる第１の定在波と第２の定在波を時間的に切替えて発生させるように交番電圧の周波数を設定する。
それと共に、この第１及び第２の電気−機械エネルギー変換素子に印加されるそれぞれの交番電圧の位相差を０°又は１８０°に設定するように構成されている。
【００４６】
図１２（ｂ）は、定在波型の振動型アクチュエータの基本的な構成を示す斜視図である。
図に示すように、この振動型アクチュエータの振動子は、矩形の板状に形成された金属材料から成る弾性体８０１を備え、弾性体８０１の裏面には圧電素子１０１が接合されている。
弾性体８０１の上面の所定位置には、複数の突起部８０３が設けられている。
この構成によれば、圧電素子１０１に交番電圧を印加することにより、弾性体８０１の長辺方向における２次の屈曲振動と、弾性体８０１の短辺方向における１次の屈曲振動とが同時に発生し、突起部８０３に楕円運動が励起される。
そして、突起部８０３に移動体８０２を加圧接触させることにより、移動体８０２を突起部８０３の楕円運動によって直線的に駆動することができるようになっている。つまり、突起部８０３がこの振動体の駆動部として作用する。
【００４７】
図１２（ｃ）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５０１と、移動体８０２と、を備えている。
振動体５０１には、摩擦材料を兼ねた第１の弾性体８０１ａ、電気−機械エネルギー変換素子である圧電素子１０１への給電用のフレキシブルプリント基板８０４、第２の弾性体８０１ｂが設けられている。
これら部材は、シャフト８０５の突き当てフランジ部８０５ａとシャフト８０５下部のネジ部８０５ｂに嵌る下ナット８０６で挟み、加圧締結されている。
移動体８０２は、接触ばね８０７がロータ８０８に接着固定されている。これにより、移動体８０２は、フランジ８０９の軸受部によって回転自在に支持された出力ギア８１０と加圧ばね８１１によって振動体５０１の摩擦面８１２に加圧接触されている。
移動体８０２の接触ばね８０７は、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８１２と当接している。
フレキシブルプリント基板８０４を介して、不図示の電源から圧電素子１０１に交番電圧を印加する。
それにより第１の弾性体８０１ａ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８１２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８０７を振動体５０１に対して相対移動させる。
【符号の説明】
【００４８】
１０１：圧電素子
１０２：インダクタＬ
１０３：キャパシタＣ
２０１：カメラ本体
３０１ａ：振動体の固有静電容量Ｃｄ
３０１ｂ：機械的な振動の等価回路定数Ｌｍ
３０１ｃ：機械的な振動の等価回路定数Ｃｍ
３０１ｄ：機械的な振動の等価回路定数Ｒｍ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気−機械エネルギー変換素子に交番電圧を印加し、前記電気−機械エネルギー変換素子に接合した弾性体と前記電気−機械エネルギー変換素子とで構成される振動体に振動波を発生させ、該振動波により対象物を駆動する振動装置の駆動回路であって、
前記電気−機械エネルギー変換素子の固有静電容量と、
前記電気−機械エネルギー変換素子に直列に接続された複数のインダクタと、
前記複数のインダクタの間に一端が接続され、且つ、前記電気−機械エネルギー変換素子に並列に接続されたキャパシタと、
によって構成された電気的な共振回路を備え、
前記電気的な共振回路は、少なくとも第１の共振周波数と第２の共振周波数とによる２つの共振周波数を有し、
前記第１の共振周波数をｆ１とし、前記第２の共振周波数をｆ２とし、前記交番電圧の周波数をｆｄとするとき、次式の関係を満たすことを特徴とする振動装置の駆動回路。
ｆ１＜ｆｄ＜ｆ２
【請求項２】
前記複数のインダクタのインダクタンス値は互いに異なり、前記電気−機械エネルギー変換素子の一端に接続されたインダクタのインダクタンスの値が他のインダクタより大きいことを特徴とする請求項１に記載の振動装置の駆動回路。
【請求項３】
前記キャパシタの値は、前記電気−機械エネルギー変換素子の固有静電容量と同じ大きさの値、またはそれよりも大きい値を有していることを特徴とする請求項１に記載の振動装置の駆動回路。
【請求項４】
前記振動体は、第１の電気−機械エネルギー変換素子と第２の電気−機械エネルギー変換素子と、前記第１及び第２の電気−機械エネルギー変換素子に接合した弾性体とで構成され、
前記振動体に、次数の異なる第１の定在波と第２の定在波を同時に発生させるように前記交番電圧の周波数を設定すると共に、
前記第１及び第２の電気−機械エネルギー変換素子に印加されるそれぞれの前記交番電圧の位相を異ならせることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の振動装置の駆動回路。
【請求項５】
前記振動体は第１の電気−機械エネルギー変換素子と第２の電気−機械エネルギー変換素子と、前記第１及び第２の電気−機械エネルギー変換素子に接合した弾性体とで構成され、
前記振動体に、次数の異なる第１の定在波と第２の定在波を時間的に切替えて発生させるように前記交番電圧の周波数を設定する共に、
前記第１及び第２の電気−機械エネルギー変換素子に印加されるそれぞれの前記交番電圧の位相差を０°又は１８０°に設定することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の振動装置の駆動回路。
【請求項６】
前記弾性体は、光を透過する光学部材で構成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の振動装置の駆動回路。
【請求項７】
前記対象物が粉体であり、前記振動波により前記粉体を移動させることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の振動装置の駆動回路。
【請求項８】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の振動装置の駆動回路が、前記振動波により前記対象物である塵埃を移動させて除去する塵埃除去装置における振動装置の駆動回路を構成していることを特徴とする振動装置の駆動回路。
【請求項９】
前記塵埃除去装置における振動装置の駆動回路が、
カメラ、ファクシミリ装置、スキャナ、プロジェクタ、複写機、レーザビームプリンタ、インクジェットプリンタ、レンズ、双眼鏡および画像表示装置のいずれかの光学機器に備えられた塵埃除去装置における振動装置の駆動回路を構成していることを特徴とする振動装置の駆動回路。
【請求項１０】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の振動装置の駆動回路が、
前記振動波により前記対象物である移動体を前記振動体に対して相対的に移動させる振動型アクチュエータにおける前記振動体の駆動回路を構成していることを特徴とする振動装置の駆動回路。
【請求項１】
電気−機械エネルギー変換素子に交番電圧を印加し、前記電気−機械エネルギー変換素子に接合した弾性体と前記電気−機械エネルギー変換素子とで構成される振動体に振動波を発生させ、該振動波により対象物を駆動する振動装置の駆動回路であって、
前記電気−機械エネルギー変換素子の固有静電容量と、
前記電気−機械エネルギー変換素子に直列に接続された複数のインダクタと、
前記複数のインダクタの間に一端が接続され、且つ、前記電気−機械エネルギー変換素子に並列に接続されたキャパシタと、
によって構成された電気的な共振回路を備え、
前記電気的な共振回路は、少なくとも第１の共振周波数と第２の共振周波数とによる２つの共振周波数を有し、
前記第１の共振周波数をｆ１とし、前記第２の共振周波数をｆ２とし、前記交番電圧の周波数をｆｄとするとき、次式の関係を満たすことを特徴とする振動装置の駆動回路。
ｆ１＜ｆｄ＜ｆ２
【請求項２】
前記複数のインダクタのインダクタンス値は互いに異なり、前記電気−機械エネルギー変換素子の一端に接続されたインダクタのインダクタンスの値が他のインダクタより大きいことを特徴とする請求項１に記載の振動装置の駆動回路。
【請求項３】
前記キャパシタの値は、前記電気−機械エネルギー変換素子の固有静電容量と同じ大きさの値、またはそれよりも大きい値を有していることを特徴とする請求項１に記載の振動装置の駆動回路。
【請求項４】
前記振動体は、第１の電気−機械エネルギー変換素子と第２の電気−機械エネルギー変換素子と、前記第１及び第２の電気−機械エネルギー変換素子に接合した弾性体とで構成され、
前記振動体に、次数の異なる第１の定在波と第２の定在波を同時に発生させるように前記交番電圧の周波数を設定すると共に、
前記第１及び第２の電気−機械エネルギー変換素子に印加されるそれぞれの前記交番電圧の位相を異ならせることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の振動装置の駆動回路。
【請求項５】
前記振動体は第１の電気−機械エネルギー変換素子と第２の電気−機械エネルギー変換素子と、前記第１及び第２の電気−機械エネルギー変換素子に接合した弾性体とで構成され、
前記振動体に、次数の異なる第１の定在波と第２の定在波を時間的に切替えて発生させるように前記交番電圧の周波数を設定する共に、
前記第１及び第２の電気−機械エネルギー変換素子に印加されるそれぞれの前記交番電圧の位相差を０°又は１８０°に設定することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の振動装置の駆動回路。
【請求項６】
前記弾性体は、光を透過する光学部材で構成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の振動装置の駆動回路。
【請求項７】
前記対象物が粉体であり、前記振動波により前記粉体を移動させることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の振動装置の駆動回路。
【請求項８】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の振動装置の駆動回路が、前記振動波により前記対象物である塵埃を移動させて除去する塵埃除去装置における振動装置の駆動回路を構成していることを特徴とする振動装置の駆動回路。
【請求項９】
前記塵埃除去装置における振動装置の駆動回路が、
カメラ、ファクシミリ装置、スキャナ、プロジェクタ、複写機、レーザビームプリンタ、インクジェットプリンタ、レンズ、双眼鏡および画像表示装置のいずれかの光学機器に備えられた塵埃除去装置における振動装置の駆動回路を構成していることを特徴とする振動装置の駆動回路。
【請求項１０】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の振動装置の駆動回路が、
前記振動波により前記対象物である移動体を前記振動体に対して相対的に移動させる振動型アクチュエータにおける前記振動体の駆動回路を構成していることを特徴とする振動装置の駆動回路。
【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】
【公開番号】特開２０１２−２３１５９５（Ｐ２０１２−２３１５９５Ａ）
【公開日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９８１４１（Ｐ２０１１−９８１４１）
【出願日】平成２３年４月２６日（２０１１．４．２６）
【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１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月２６日（２０１１．４．２６）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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