特許 6971785 駆動装置、その制御方法、およびプログラム、並びに電子機器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6971785

(24)【登録日】2021年11月5日

(45)【発行日】2021年11月24日

(54)【発明の名称】駆動装置、その制御方法、およびプログラム、並びに電子機器

(51)【国際特許分類】

   H02N 2/06 20060101AFI20211111BHJP

   G03B 5/00 20210101ALI20211111BHJP

   H01L 41/09 20060101ALI20211111BHJP

   H01L 41/04 20060101ALI20211111BHJP

   H01L 41/053 20060101ALI20211111BHJP

【ＦＩ】

   H02N2/06

   G03B5/00 J

   H01L41/09

   H01L41/04

   H01L41/053

【請求項の数】16

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2017-213926(P2017-213926)

(22)【出願日】2017年11月6日

(65)【公開番号】特開2018-99019(P2018-99019A)

(43)【公開日】2018年6月21日

【審査請求日】2020年10月8日

(31)【優先権主張番号】特願2016-237535(P2016-237535)

(32)【優先日】2016年12月7日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000001007

【氏名又は名称】キヤノン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100125254

【弁理士】

【氏名又は名称】別役 重尚

(72)【発明者】

【氏名】住岡 潤

【審査官】 若林 治男

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１６−１７８８６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２２３２８０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｎ ２／０６

Ｇ０３Ｂ ５／００

Ｈ０１Ｌ ４１／０９

Ｈ０１Ｌ ４１／０４

Ｈ０１Ｌ ４１／０５３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の複数の交番電圧の印加によって振動する第１の振動子及び第２の複数の交番電圧の印加によって振動する第２の振動子を備え、前記第１の振動子の駆動力及び前記第２の振動子の駆動力によって移動体を移動させる駆動装置であって、
前記第１の振動子の駆動方向と前記第２の振動子の駆動方向とは互いに交差するように配置されており、
前記移動体の位置を検出する検出手段と、
前記移動体を移動させるための駆動指令が示す前記移動体の移動方向と前記第１の振動子の駆動方向との相対角度に基づいて前記第１の複数の交番電圧の電圧振幅を制御し、前記移動方向と前記第２の振動子の駆動方向との相対角度に基づいて前記第２の複数の交番電圧の電圧振幅を制御する第１の制御手段と、
前記第１の制御手段により、前記第１の複数の交番電圧及び前記第２の複数の交番電圧のそれぞれが制御された状態で、前記駆動指令と前記検出手段の検出結果との偏差に基づいて前記第１の振動子及び前記第２の振動子のそれぞれを制御する第２の制御手段と、を有し、
前記移動方向と前記第１の振動子の駆動方向との相対角度が前記移動方向と前記第２の振動子の駆動方向との相対角度より大きい場合に、前記第１の制御手段は、前記第１の複数の交番電圧の電圧振幅が前記第２の複数の交番電圧の電圧振幅より小さくなるように制御することを特徴とする駆動装置。

【請求項2】

第１の複数の交番電圧の印加によって振動する第１の振動子及び第２の複数の交番電圧の印加によって振動する第２の振動子を備え、前記第１の振動子の駆動力及び前記第２の振動子の駆動力によって移動体を移動させる駆動装置であって、
前記第１の振動子の駆動方向と前記第２の振動子の駆動方向とは互いに交差するように配置されており、
前記移動体の位置を検出する検出手段と、
前記移動体を移動させるための駆動指令が示す前記移動体の移動方向と前記第１の振動子の駆動方向との相対角度に基づいて前記第１の複数の交番電圧の電圧振幅をフィードフォワード制御し、前記移動方向と前記第２の振動子の駆動方向との相対角度に基づいて前記第２の複数の交番電圧の電圧振幅をフィードフォワード制御する第１の制御手段と、
前記駆動指令と前記検出手段の検出結果との偏差に基づいて前記第１の振動子及び前記第２の振動子のそれぞれをフィードバック制御する第２の制御手段と、を有し、
前記移動方向と前記第１の振動子の駆動方向との相対角度が前記移動方向と前記第２の振動子の駆動方向との相対角度より大きい場合、前記第１の制御手段は、前記第１の複数の交番電圧の電圧振幅が前記第２の複数の交番電圧の電圧振幅より小さくなるように制御することを特徴とする駆動装置。

【請求項3】

前記第２の制御手段は、前記偏差に基づいて前記第１の複数の交番電圧の位相差及び周波数の少なくとも一方を制御することにより前記第１の振動子を制御し、前記偏差に基づいて前記第２の複数の交番電圧の位相差及び周波数の少なくとも一方を制御することにより前記第２の振動子を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の駆動装置。

【請求項4】

前記駆動指令が変更されて前記相対角度が変更した場合、前記第１の制御手段は、前記第１の複数の交番電圧及び前記第２の複数の交番電圧のそれぞれの電圧振幅を変更する制御を行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の駆動装置。

【請求項5】

前記第１の制御手段は、前記移動方向と前記駆動方向の相対角度を余弦演算した結果として得られた演算値に基づいて、前記第１の複数の交番電圧及び前記第２の複数の交番電圧のそれぞれの電圧振幅を制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の駆動装置。

【請求項6】

前記第１の振動子の駆動方向又は前記第２の振動子の駆動方向と交差する方向に前記移動体を移動する際に生じる負荷を低減する負荷低減手段が備えら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項に記載の駆動装置。

【請求項7】

前記第２の制御手段は、
前記偏差に基づいて第１の制御量を求めるＰＩＤ補償手段と、
前記第１の制御量に基づいて前記第１の振動子及び前記第２の振動子のそれぞれを制御するための第２の制御量を生成する生成手段と、
を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の駆動装置。

【請求項8】

パルス信号を発生するパルス発生手段と、
前記パルス信号に応じた交番電圧を生成する駆動回路と、を有し、
前記パルス発生手段が発生する前記パルス信号は、前記第１の制御手段及び前記第２の制御手段によって制御されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の駆動装置。

【請求項9】

前記第１の制御手段は、前記パルス発生手段が発生させる第１のパルス信号のパルス幅を制御することにより前記第１の複数の交番電圧の電圧振幅を制御し、前記パルス発生手段が発生させる第２のパルス信号のパルス幅を制御することにより前記第２の複数の交番電圧の電圧振幅を制御することを特徴とする請求項８に記載の駆動装置。

【請求項10】

第３の複数の交番電圧の印加によって振動する第３の振動子と、
第４の複数の交番電圧の印加によって振動する第４の振動子と、を更に備え、
前記第３の振動子の駆動方向と前記第４の振動子の駆動方向とは互いに交差するように配置されており、
前記第１の振動子は、ベース板の前記第１の振動子の駆動軸と平行な平面における第１象限に配置されており、
前記第２の振動子は、前記ベース板の前記平面における第２象限に配置されており、
前記第３の振動子は、前記ベース板の前記平面における第３象限に配置されており、
前記第４の振動子は、前記ベース板の前記平面における第４象限に配置されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の駆動装置。

【請求項11】

前記第１の振動子の駆動方向と前記第３の振動子の駆動方向とは平行であり、
前記第１の制御手段は、前記第１の複数の交番電圧の電圧振幅と、前記第３の複数の交番電圧の電圧振幅とは同一となるように制御されることを特徴とする請求項１０に記載の駆動装置。

【請求項12】

請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の駆動装置と、
前記駆動装置によって駆動される移動体と、
を有することを特徴とする電子機器。

【請求項13】

前記移動体には光学レンズが備えられていることを特徴とする請求項１２に記載の電子機器。

【請求項14】

第１の複数の交番電圧の印加によって振動する第１の振動子及び第２の複数の交番電圧の印加によって振動する第２の振動子を備え、前記第１の振動子の駆動方向と前記第２の振動子の駆動方向とが互いに交差しており、前記第１の振動子の駆動力と前記第２の振動子の駆動力とを合成した合成駆動力によって移動体を駆動する駆動装置の制御方法であって、
前記移動体を移動するための駆動指令が示す移動方向と前記第１の振動子の駆動方向との相対角度に基づいて前記第１の複数の交番電圧の電圧振幅を制御し、前記移動方向と前記第２の振動子の駆動方向との相対角度に基づいて前記第２の複数の交番電圧の電圧振幅を制御する第１の制御ステップと、
前記移動体の位置を検出する検出ステップと、
前記第１の制御ステップで前記第１の複数の交番電圧及び前記第２の複数の交番電圧のそれぞれの電圧振幅が制御されている状態で、前記駆動指令と前記検出ステップにおける検出結果との偏差に基づいて前記第１の振動子及び前記第２の振動子のそれぞれを制御する第２の制御ステップと、を有し、
前記移動方向と前記第１の振動子の駆動方向との相対角度が前記移動方向と前記第２の振動子の駆動方向との相対角度より大きい場合に、前記第１の制御ステップでは、前記第１の複数の交番電圧の電圧振幅が前記第２の複数の交番電圧の電圧振幅より小さくなるように制御することを特徴とする制御方法。

【請求項15】

第１の複数の交番電圧の印加によって振動する第１の振動子及び第２の複数の交番電圧の印加によって振動する第２の振動子を備え、前記第１の振動子の駆動方向と前記第２の振動子の駆動方向とが互いに交差しており、前記第１の振動子の駆動力と前記第２の振動子の駆動力とを合成した合成駆動力によって移動体を駆動する駆動装置の制御方法であって、
前記移動体を移動するための駆動指令が示す移動方向と前記第１の振動子の駆動方向との相対角度に基づいて前記第１の複数の交番電圧の電圧振幅をフィードフォワード制御し、前記移動方向と前記第２の振動子の駆動方向との相対角度に基づいて前記第２の複数の交番電圧の電圧振幅をフィードフォワード制御する第１の制御ステップと、
前記移動体の位置を検出する検出ステップと、
前記駆動指令と前記検出ステップにおける検出結果との偏差に基づいて前記第１の振動子及び前記第２の振動子のそれぞれをフィードバック制御する第２の制御ステップと、を有し、
前記移動方向と前記第１の振動子の駆動方向との相対角度が前記移動方向と前記第２の振動子の駆動方向との相対角度より大きい場合に、前記第１の制御ステップでは、前記第１の複数の交番電圧の電圧振幅が前記第２の複数の交番電圧の電圧振幅より小さくなるように制御することを特徴とする制御方法。

【請求項16】

請求項１４又は１５に記載の制御方法をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、駆動装置、その制御方法、およびプログラム、並びに電子機器に関し、複数の振動子の振動を合成して、移動体を多方向に駆動する多自由度駆動装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、駆動装置として、例えば、リニアアクチュエータを用いて、移動体をＸ軸、Ｙ軸、およびθ方向（θはＸ軸を起点として反時計回りに回転した際の角度をいう）に駆動する所謂多自由度駆動装置が知られている（特許文献１参照）。

【0003】

図１４は、従来の多自由度駆動装置の一例を説明するための図である。そして、図１４（ａ）はその構成を示す図であり、図１４（ｂ）は側面からみた図である。

【0004】

多自由度駆動装置は、ベース板１を有しており、当該ベース板１には複数の振動子２、３、および４が配置されている。そして、後述するように、振動子２〜４の振動によって移動体５を駆動させる。さらに、ベース板１には位置センサ６、７、および８が配置され、位置センサ６によって移動体５のＸ方向における位置を検出する。また、位置センサ７および８によって移動体５のＹ方向における位置を検出する。

【0005】

振動子２〜４の各々は、突起部を有する振動部材と圧電素子とを接着などによって一体化した振動体であり、取り付け部材（図示せず）を介してベース板１に取り付けられる。そして、突起部が移動体５に当接して当該振動部材に移動体５が支持される。

【0006】

移動体５にはスケール部６’、７’、および８’が配設されており、これらスケール部６’、７’、および８’はそれぞれ位置センサ６、７、および８の上側に位置している。これによって、例えば、移動体５の移動に応じてスケール部６’がＸ方向に移動すると、その移動量に応じて位置センサ６はＸ方向位置信号を出力する。同様に、スケール部７’および８’のＹ方向の移動に応じて、それぞれ位置センサ７および８はＹ方向位置信号を出力する。

【0007】

図示の多自由度駆動装置では、振動子２、３、および４の駆動力をベクトル合成した方向に移動体５を駆動する。

【0008】

このような多自由度駆動装置を用いれば、例えば、デジタルカメラなどの撮像装置において防振動作を行わせることができる。撮像装置の防振機構においては、２軸のジャイロセンサを用いてＸおよびＹ方向の振れ量を検知して、当該振れ量を補正するための位置指令信号ＸＹを生成する。この位置指令信号ＸＹに基づいて多自由度駆動装置を制御して、移動体５であるレンズ（防振レンズ）を駆動して防振動作を行う。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開２００９−２２５５０３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

多自由度駆動装置において省電力化を図る場合には、複数の振動子に印加する駆動電圧を駆動条件に応じて変更することが好ましい。多自由度駆動装置では、複数の振動子の駆動力をベクトル合成しているので、移動体の駆動方向によって振動子の各々に必要な駆動力および負荷が異なるためである。

【0011】

ところが、従来の駆動方法では、移動体の駆動方向に基づいて各振動子の駆動電圧を最適化することは行われていない。複数の振動子の駆動電圧を一律に下げれば消費電力を低減することができるものの、これによって、防振性能などの制御性が損なわれる恐れがある。

【0012】

一方、特許文献１に記載の多自由度駆動装置では、移動体の移動量又は各振動子の操作量に応じてその特性を判別して、特性が揃うか又は最適化するように駆動パラメータを設定するようにしている。そして、振動子のバラツキを吸収するため、駆動電圧を調整するようにしているものの、駆動方向などの駆動条件に応じて駆動電圧を最適化することは行われていない。

【0013】

従って、本発明の目的は、従来よりも省電力化することのできる駆動装置、その制御方法、および制御プログラム、並びに電子機器を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0014】

上記の目的を達成するため、本発明の一側面としての駆動装置は、第１の複数の交番電圧の印加によって振動する第１の振動子及び第２の複数の交番電圧の印加によって振動する第２の振動子を備え、前記第１の振動子の駆動力及び前記第２の振動子の駆動力によって移動体を移動させる駆動装置であって、前記第１の振動子の駆動方向と前記第２の振動子の駆動方向とは互いに交差するように配置されており、前記移動体の位置を検出する検出手段と、前記移動体を移動させるための駆動指令が示す前記移動体の移動方向と前記第１の振動子の駆動方向との相対角度に基づいて前記第１の複数の交番電圧の電圧振幅を制御し、前記移動方向と前記第２の振動子の駆動方向との相対角度に基づいて前記第２の複数の交番電圧の電圧振幅を制御する第１の制御手段と、前記第１の制御手段により、前記第１の複数の交番電圧及び前記第２の複数の交番電圧のそれぞれが制御された状態で、前記駆動指令と前記検出手段の検出結果との偏差に基づいて前記第１の振動子及び前記第２の振動子のそれぞれを制御する第２の制御手段と、を有し、前記移動方向と前記第１の振動子の駆動方向との相対角度が前記移動方向と前記第２の振動子の駆動方向との相対角度より大きい場合に、前記第１の制御手段は、前記第１の複数の交番電圧の電圧振幅が前記第２の複数の交番電圧の電圧振幅より小さくなるように制御することを特徴とする。

【発明の効果】

【0015】

本発明の一側面としての駆動装置によれば、従来よりも省電力化することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の実施形態による駆動装置の一例を説明するための図である。

【図2】図１に示す振動型モータの駆動を説明するための図である。

【図3】図１に示す駆動装置で用いられる制御系の一例を説明するためのブロック図である。

【図4】図３に示すＰＩＤ補償部３０２の構成についてその一例を示すブロック図である。

【図5】図３に示す制御量演算部の構成についてその一例を示すブロック図である。

【図6】図５に示す多入力多出力行列演算部で行われる行列演算を説明するための図である。

【図7】図１に示すＸＹθ座標変換部で行われる座標変換処理を説明するための図である。

【図8】図３に示すパルス幅制御部の構成および制御を説明するための図である。

【図9】図３に示すパルス幅制御部によるパルス幅制御の際に用いられるパルス幅算出式の一例を説明するための図である。

【図10】図３に示すパルス発生部の出力であるパルス信号のパルス幅の変化を説明するための図である。

【図11】図３に示す駆動装置における動作パターンの一例を説明するための図である。

【図12】図１に示す駆動装置で用いられるかわし機構の一例を説明するための図である。

【図13】図３に示す駆動装置における振動型モータの駆動信号の時間変化の一例を示す図である。

【図14】従来の駆動装置の一例を説明するための図である。

【図15】実施形態のパルス発生部及び駆動部の構成を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下に、本発明の実施の形態による駆動装置（以下、多自由度駆動装置と呼ぶ）の一例について図面を参照して説明する。なお、以下の説明では、多自由度駆動装置を電子機器の１つである撮像装置の防振機構に用いた場合について説明するが、撮像装置以外の電子機器にも用いることができる。例えば、３軸方向に移動可能なステージの制御装置で用いることができる。

【0018】

図１は、本発明の実施形態による多自由度駆動装置の一例を説明するための図である。そして、図１（ａ）はその構成を示す図であり、図１（ｂ）は側面からみた図である。

【0019】

図示の多自由度駆動装置は、複数のリニアアクチュエータを用いて、移動体をＸ軸方向およびＹ軸方向に駆動するとともに、角度θで示す方向に駆動する。なお、角度θはＸ軸から反時計回り方向の角度を示す。

【0020】

デジタルカメラ（以下、カメラと呼ぶ）などの撮像装置で用いられる防振機構では、２軸ジャイロセンサを用いてＸ軸およびＹ軸方向の振れ量を検知する。そして、当該振れ量を補正する位置指令信号ＸＹを生成される。つまり、防振機構においては、位置指令信号ＸＹに基づいて多自由度駆動装置を制御して移動体であるレンズ（防振レンズ）を駆動して防振制御を行う。

【0021】

図示の多自由度駆動装置は、ベース板１０１を有しており、当該ベース板１には複数の振動型モータ（振動子）１０３、１０４、１０５、および１０６が配置されている。そして、後述するように、振動型モータ（振動波モータ）１０３〜１０６の駆動によって移動体１０２を駆動する。なお、ここでは、移動体１０２は、例えば、防振レンズである。以降の説明では、複数の振動型モータ１０３〜１０６について、まとめて振動型モータ１０３〜１０６又は振動型モータ１０３、１０４、１０５および１０６と呼ぶ場合もあるが、各振動型モータを第１の振動型モータ１０３、第２の振動型モータ１０４、第３の振動型モータ１０５、第４の振動型モータ１０６と個別に呼ぶこともある。

【0022】

図示のように、振動型モータ１０３、１０４、１０５、および１０６は、ＸＹ座標系において、それぞれベース板１において駆動軸と平行な面における第３象限、第４象限、第１象限、および第２象限に配置されている。そして、第１の振動型モータ１０３及び第３の振動型モータ１０５のそれぞれの駆動方向と、第２の振動型モータ１０４及び第４の振動型モータ１０６のそれぞれの駆動方向とは、互いに交差している。

【0023】

ベース板１には位置センサ（検出手段）１０７、１０８、および１０９が配置され、位置センサ１０７によって移動体１０２のＸ方向における位置（現在の位置）を検出する。また、位置センサ１０８によって移動体１０２のＹ方向における位置を検出する。そして、位置センサ１０９によって移動体１０２の角度θ方向における位置を検出する。

【0024】

振動型モータ１０３〜１０６の各々は、２つの突起部を有する振動部材と圧電素子とを備える振動子であり、振動部材と圧電素子とは接着などによって一体化されている。そして、振動型モータ１０３〜１０６は、取り付け部材（図示せず）を介してベース板１に取り付けられ、突起部が移動体１０２に加圧接触する。

【0025】

移動体１０２にはスケール部１０７’、１０８’、および１０９’が配設されており、これらスケール部１０７’、１０８’、および１０９’はそれぞれ位置センサ１０７、１０８、および１０９の上側に位置している。これによって、例えば、移動体１０２の移動に応じてスケール部１０７’がＸ方向に移動すると、その移動量に応じて位置センサ１０７はＸ方向位置信号を出力する。同様に、スケール部１０８’のＹ方向の移動およびスケール部１０９’のθ方向の移動に応じて、それぞれ位置センサ１０８および１０９はＹ方向位置信号およびθ方向位置信号を出力する。

【0026】

図示の多自由度駆動装置では、振動型モータ１０３〜１０６の駆動力をベクトル合成した方向に移動体１０２を駆動する。

【0027】

図２は、図１に示す振動型モータの駆動を説明するための図である。そして、図２（ａ）は振動型モータの構成の一例を示す斜視図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）に示す圧電素子の電極パターンを示す図である。また、図２（ｃ）は振動型モータに生じる駆動モードの一例を示す斜視図であり、図２（ｄ）は振動型モータに生じる駆動モードの他の例を示す斜視図である。

【0028】

なお、図２においては、移動体を参照番号２０１で示す。また、ここでは、振動型モータ１０３〜１６の構成は同一であるので、振動型モータ１０３に注目してその構成を説明する。

【0029】

図２（ａ）に示すように、振動型モータ１０３は、圧電素子２０４を有しており、当該圧電素子２０４は弾性体２０３に接着されている。そして、圧電素子２０４に交番電圧（駆動信号）を印加することによって、例えば、図２（ｃ）および図２（ｄ）に示す２つの振動モードが発生して、突起部２０２に加圧接触する移動体２０１が矢印で示す方向に移動する。

【0030】

図２（ｂ）に示すように、圧電素子２０４には電極パターンが形成されており、例えば、圧電素子２０４には、長手方向に２等分された電極領域が形成されている。そして、電極領域における分極方向は同一方向（＋）とされる。２つの電極領域のうち右側に位置する電極領域には交番電圧Ｖ１が印加され、左側に位置する電極領域には交番電圧Ｖ２が印加される。

【0031】

交番電圧Ｖ１およびＶ２を第１の駆動モード（Ａモード）の共振周波数付近の周波数で、かつ同位相の交番電圧とする。このような交番電圧を印加すると、圧電素子２０４（２つの電極領域）はある瞬間には伸び、そして、他の瞬間には縮むことになる。この結果、振動型モータ１０３には、図２（ｃ）に示すＡモードの振動が発生する。

【0032】

一方、交番電圧Ｖ１およびＶ２を第２の駆動モード（Ｂモード）の共振周波数付近の周波数で、かつ位相が１８０度ずれた交番電圧とする。このような交番電圧を印加すると、圧電素子２０４では右側の電極領域がある瞬間には縮み、左側の電極領域が延びる。そして、他の瞬間には逆の関係となる。この結果、振動型モータ１０３には、図２（ｄ）に示すＢモードの振動が発生する。

【0033】

この２つの振動モードを合成することによって、移動体２０１は図２（ａ）に示す矢印の方向に駆動される。なお、ＡモードおよびＢモードの発生比は２等分された電極に入力する交番電圧の位相差を変えることによって変更可能である。そして、振動型モータ１０３においては、ＡモードおよびＢモードの発生比を変更することによって移動体２０１の速度を変更することができる。

【0034】

図３は、図１に示す多自由度振動波駆動装置で用いられる制御系の一例を説明するためのブロック図である。多自由度振動波駆動装置は、第１の制御部としてのパルス幅制御部３０９と、第２の制御部３２０と、を有する。

【0035】

コントローラ（図示せず）からＸＹθ偏差算出部３０１に位置指令（駆動指令）Ｘ、Ｙ、およびθが与えられる。一方、ＸＹθ偏差算出部３０１には、後述するＸＹθ座標変換部３０８で求められた検出位置ｘ、ｙ、およびθが与えられる。そして、ＸＹθ偏差算出部３０１は位置指令と検出位置との差分を求めて、Ｘ、Ｙ、およびθに係る偏差信号をＰＩＤ補償部３０２に送る。

【0036】

ＰＩＤ補償部３０２は、Ｘ、Ｙ、およびθに関するＰＩＤ補償器３０２ａ、３０２ｂ、および３０２ｃを有している。これらＰＩＤ補償器３０２ａ、３０２ｂ、および３０２ｃはそれぞれＸ、Ｙ、およびθに係る偏差信号に基づいてＸ、Ｙ、およびθに係る制御信号（制御量）を出力する。なお、ＰＩＤ補償器は、比例（Ｐ）、積分（Ｉ）、および微分（Ｄ）の処理によって得られた出力を加算するためのものである。ＰＩＤ補償器は、制御対象の位相遅れおよびゲインを補償して、安定してかつ高精度の制御を行う際に用いられる。

【0037】

ＰＩＤ補償部３０２の出力である制御信号は制御量演算部３０３に与えられる。制御量演算部３０３は、これら制御信号に基づいて、Ｘ、Ｙ、およびθの制御量を行列演算によって４つの振動型モータ１０３〜１０６の制御量に変換する。これら制御量は振動型モータの制御パラメータである周波数および位相差を示す情報であり、パルス発生部３０４に送られる。パルス発生部３０４は、４つのパルス発生回路３０４ａ〜３０４ｄを有しており、制御量に応じて周波数および位相差が変化するパルス信号を発生する。なお、パルス発生回路３０４ａ〜３０４ｄの各々として、例えば、デジタル分周回路又はＶＣＯ（電圧制御発振器）などが用いられる。

【0038】

このように、第２の制御部３２０は、偏差算出部３０１、ＰＩＤ補償部３０２、及び制御量演算部３０３を有する。

【0039】

図示のように、パルス発生部３０４にはパルス幅制御部（第１の制御部）３０９からパルス幅情報が与えられる。パルス幅制御部３０９は位置指令Ｘ、Ｙ、およびθに基づいて移動体１０２の移動方向を求めて、複数の振動型モータ１０３〜１０６を制御するパルス信号のパルス幅を当該移動方向に基づいて変更する。そして、パルス発生部３０４はパルス幅情報に基づいてパルス幅を変更する。パルス信号のパルス幅を制御することにより、各振動型モータ１０３〜１０６に印加する交番電圧の電圧振幅を制御される。移動体１０２の移動方向に基づいてパルス信号のパルス幅を制御すれば、各振動型モータ１０３〜１０６に印加する交番電圧が制御され、各振動型モータ１０３〜１０６における不要な駆動力の発生を低減して、省電力化を図ることができる。

【0040】

このように、本実施形態では、ＰＩＤ補償部３０２と制御量演算部３０３による、位置指令と検出位置との偏差に基づくフィードバック制御に加えて、パルス幅制御部３０９による、移動体１０２の移動方向に基づく交番電圧の電圧振幅のフィードフォワード制御を組み合わせる。ここで、フィードバック制御は、位置指令と検出位置との偏差の大小に応じて制御量が変化するのに対し、フィードフォワード制御は位置検出回路３０７の検出結果によらず、位置指令による移動体１０２の移動方向に応じて設定される点が異なる。つまり、交番電圧の電圧振幅をフィードフォワード制御は、位置検出回路３０７での検出に先んじて各振動型モータ１０３〜１０６に必要な駆動力を発生させることができ、結果として省電力化に貢献できる。

【0041】

本実施形態では、フィードバック制御により交番電圧の位相差及び周波数の少なくとも一方の制御を行い、フィードフォワード制御により電圧振幅の制御を行う。そのため、ある位置指令が出ている場合、位置指令に基づいて決まる移動体１０２の移動方向と複数の振動型モータ１０３〜１０６のそれぞれの駆動方向との相対角度に基づいて、複数の振動型モータ１０３〜１０６のそれぞれに印加する交番電圧の電圧振幅を制御し、移動方向に基づいた電圧振幅に制御した状態で位置指令と検出結果との偏差に基づいたフィードバック制御を行う。異なる位置指令が出て移動体１０２の移動方向が変われば、パルス幅制御部３０９によりパルス信号のパルス幅が変更され、結果として交番電圧の電圧振幅を制御する。

【0042】

パルス幅制御部３０９で行われるパルス幅制御は移動体１０２の駆動に寄与しない不要な電力を極力排するために行われる。そして、速度又は移動方向の制御は基本的に周波数と位相差とによって行われる。前述のように、周波数および位相差を示す情報は制御量演算部３０３から出力され、後述するようにして、振動型モータ１０３〜１０４の移動方向と速度とが制御される。

【0043】

パルス発生部３０４の出力である第１〜第４のパルス信号は駆動部３０５に送られる。駆動部３０５は４つの駆動回路３０５ａ〜３０５ｄを有している。駆動回路３０５ａ〜３０５ｄはそれぞれ第１〜第４のパルス信号に応じて、電源３０６から与えられる電圧を、位相が０〜１２０°の範囲で変化する２相の第１〜第４の交番電圧を出力する。

【0044】

駆動回路３０５ａ〜３０５ｄの各々は、トランスを用いた昇圧回路又はＬＣ共振を用いた昇圧回路などを備えており、それぞれ第１〜第４パルス信号のタイミングでスイッチング動作を行って、電源３０６から供給されるＤＣ電圧を所望の電圧に昇圧する。

【0045】

本実施形態のパルス発生部３０４及び駆動部３０５を有する交番電圧生成手段の構成について、図１５を参照して説明する。

【0046】

図１５は、パルス発生部３０４及び駆動部３０５の構成を説明する図である。図１５（ａ）は、パルス発生部３０４から出力される２相の交流パルス信号を示す。なお、図１５では、１個の振動子を駆動するためのパルス発生部及び駆動部の回路を示し、本実施形態では同様の回路が４個分設けられる。

【0047】

具体例として、交番電圧生成手段の、Ａ相の圧電素子に印加される交番電圧を生成する部分について説明する。Ｂ相の圧電素子に印加する交番電圧を生成する部分についても、同様の構成を用いることができる。パルス発生部３０４は、制御量演算部３０３から出力された位相差及び周波数に関する制御パラメータに応じた位相差及び周波数を各々有する、第１のＡ相パルス信号及び第１のＡ相反転パルス信号を生成する。入力パルス信号である第１のＡ相パルス信号及び第１のＡ相反転パルス信号は、駆動部３０５の駆動回路に入力される。駆動部３０５は、電源１５０１から供給された直流電圧を入力パルス信号のタイミングでスイッチング動作させ、矩形波の交番電圧信号を生成する。

【0048】

昇圧回路１５０２は、例えば、コイル１５０３とトランス１５０４とを有し、矩形波の交番電圧信号が入力され、所定の駆動電圧に昇圧されたＳＩＮ波の交番電圧をＡ相の圧電素子に印加する。また、同様にして、所定の駆動電圧に昇圧されたＳＩＮ波の交番電圧がＢ相の圧電素子に印加される。

【0049】

駆動部３０５の出力である第１〜第４の交番電圧はそれぞれ振動型モータ１０３、１０４、１０５、および１０６（以下それぞれＭ１、Ｍ２、Ｍ３、およびＭ４ともいう）の圧電素子に印加される。これによって、振動型モータ１０３〜１０６はそれぞれ第１〜第４の交番電圧に応じて個別に駆動する。そして、振動型モータ１０３〜１０６の駆動力をベクトル合成した方向に移動体１０２が移動する。

【0050】

移動体１０２の位置は位置センサ１０７、１０８、および１０９によって検出される。位置センサ１０７、１０８、および１０９のそれぞれが移動体１０２の位置を検出することにより、移動体１０２と振動型モータ１０３〜１０６のそれぞれとの相対位置が検出される。そして、前述のように、位置センサ１０７、１０８、および１０９はそれぞれ位置検出信号Ｘ、Ｙ、およびθを出力する。位置検出回路３０７は、３つの位置検出部３０７ａ〜３０７ｃを有しており、位置検出信号Ｘ、Ｙ、およびθはそれぞれ位置検出部３０７ａ、３０７ｂ、および３０７ｃに与えられる。

【0051】

位置検出部３０７ａ、３０７ｂ、および３０７ｃは、位置検出信号Ｘ、Ｙ、およびθに応じてセンサ位置における移動体１０２の駆動位置を示す位置情報（検出結果）Ｅｘ、Ｅｙ、およびＥθを出力する。当該位置情報Ｅｘ、Ｅｙ、およびＥθはＸＹθ座標変換部３０８に入力される。ＸＹθ座標変換部３０８は、位置情報Ｅｘ、Ｅｙ、およびＥθを座標変換処理して位置情報ｘ、ｙ、およびθをＸＹθ偏差算出部３０１に送って、フィードバック制御が行われる。

【0052】

図４は、図３に示すＰＩＤ補償部３０２の構成についてその一例を示すブロック図である。

【0053】

ＰＩＤ補償部３０２に備えられたＰＩＤ補償器３０２ａ、３０２ｂ、および３０２ｃはそれぞれゲイン部４０１、４０２、および４０３とＰＩＤ補償器４０４、４０５、および４０６とを有している。Ｘ、Ｙ、およびθに係る偏差信号にはそれぞれゲイン部４０１、４０２、および４０３によって所定のゲインが乗算される。そして、ＰＩＤ補償器４０４、４０５、および４０６はゲイン乗算後の偏差信号に対してＰＩＤ補償処理を行って、制御量ΔＸ、ΔＹ、およびΔθを出力する。

【0054】

なお、ゲインＸ、およびゲインＹ、およびゲインθは各方向における制御ゲインの比を調整するために用いられる。また、ＰＩＤ補償器４０４〜４０６には振動型モータ１０３〜１６の伝達特性に基づいて最適化された制御ゲインが設定されている。

【0055】

図５は、図３に示す制御量演算部の構成についてその一例を示すブロック図である。

【0056】

制御量演算部３０３は、多入力多出力行列演算部５０１を備えている。多入力多出力行列演算部５０１には、前述の制御量ΔＸ、ΔＹ、およびΔθと位置情報（検出位置ともいう）ｘ、ｙ、およびθが入力される。そして、多入力多出力行列演算部５０１は、制御量ΔＸ、ΔＹ、およびΔθと検出位置ｘ、ｙ、およびθとに基づいて、行列演算を行って振動型モータ１０３〜１０６の制御量を求める。そして、当該制御量に基づいて、振動型モータ１０３〜１０６が制御される。

【0057】

図６は、図５に示す多入力多出力行列演算部で行われる行列演算を説明するための図である。そして、図６（ａ）は振動型モータの制御量を示す図であり、図６（ｂ）は回転行列を示す図である。また、図６（ｃ）は図６（ｂ）に示す回転行列による演算を示す図である。

【0058】

前述の振動型モータ１０３〜１０６（Ｍ１〜Ｍ４）に係る制御量Ｍ１〜Ｍ４は図６（ａ）で示される。ここでは、振動型モータ１０３〜１０６のそれぞれの駆動方向がＸＹ軸に対して４５度の傾きをもって配置されているので、係数ＣＯＳ（４５ｄｅｇ）が乗算される。そして、第１項は制御量ΔＸ、第２項は制御量ΔＹ、第３項は制御量Δθを示す。

【0059】

なお、第１項と第２項とにおいて、ベクトルのＸおよびＹ成分で符号が異なるのは、同位相の駆動信号を印加した場合に振動型モータの駆動方向が全て左回転方向になるよう設定されているためである。

【0060】

図６（ｂ）には、制御量θ成分を演算する際に用いられる回転行列Ｒθが示されている。図６（ｃ）に示す中心点から振動型モータ１０３〜１０６までのＸ座標およびＹ座標軸の距離ｄ３を用いて、回転行列Ｒθによって中心点を基準として制御量Δθの回転量が求められる。なお、移動体１０２がＸおよびＹ方向に移動すると、振動型モータ１０３〜１０６に対する相対的な中心座標がずれるので、検出位置ｘおよびｙがオフセット成分として考慮される。

【0061】

図７は、図１に示すＸＹθ座標変換部で行われる座標変換処理を説明するための図である。そして、図７（ａ）は座標変換処理に用いられる式を示す図であり、図７（ｂ）は移動体の位置検出を示す図である。

【0062】

図７（ｂ）に示すように、移動体１０２の位置は位置センサ１０７〜１０９によって検出される。いま、中心点から位置センサ１０７〜１０９までの距離をｄ１とする。前述のように、位置検出部３０７ａ、３０７ｂ、および３０７ｃはセンサ位置における位置情報Ｅｘ、Ｅｙ、Ｅθを出力する。ＸＹθ座標変換部３０８は、図７（ａ）に示す式を用いて、位置情報Ｅｘ、Ｅｙ、およびＥθを位置情報ｘ、ｙ、およびθに座標変換する。座標変換の際には、ＸＹθ座標変換部３０８は、Ｘ方向については位置情報Ｅｘと回転角、Ｙ方向については位置情報Ｅｙと回転角、θ方向については位置情報ＥｙとＥθとの差分を用いて座標変換を行う。

【0063】

ここで、図３に示すパルス幅制御部３０９の構成およびパルス幅制御について説明する。ここでは、移動体１０２の移動方向に基づいてパルス幅を制御することによって、移動体１０２の駆動に寄与しない不要な電力を極力低減する。前述のように、速度又は移動方向の制御については、振動型モータの周波数と位相差とを制御することによって行われる。

【0064】

図８は、図３に示すパルス幅制御部の構成および制御を説明するための図である。そして、図８（ａ）はパルス幅制御部の構成を示す図であり、図８（ｂ）はパルス幅制御部の出力を示す図である。

【0065】

図８（ａ）に示すように、パルス幅制御部３０９は、移動体移動方向算出部３１０およびパルス幅演算回路３１１を有している。そして、パルス幅演算回路３１１は４つのパルス幅演算部３１１ａ〜３１１ｄを備えている。

【0066】

移動体移動方向算出部３１０は位置指令Ｘ、Ｙ、およびθに基づいて、移動体１０２の移動方向をＤｉｒとして求める。そして、移動方向Ｄｉｒはパルス幅演算部３１１ａ〜３１１ｄに与えられる。パルス幅演算部３１１ａ〜３１１ｄは移動方向Ｄｉｒに基づいて、振動型モータＭ１〜Ｍ４のパルス幅ｐｗ１〜ｐｗ４を算出する。

【0067】

なお、移動方向Ｄｉｒはコントローラの制御周期に応じて逐次算出される。よって振動型モータＭ１〜Ｍ４に係るパルス幅も制御周期毎に変更されることになる。

【0068】

図８（ｂ）には、移動体１０２の移動方向に応じて出力されるパルス幅の一例が示されており、ここでは、振動型モータＭ１およびＭ３に係るパルス幅が実線で示され、振動型モータＭ２およびＭ４に係るパルス幅が破線で示されている。

【0069】

図示の例では、移動体１０２の移動方向に基づいて連続的にパルス幅を変化させるが、離散的にパルス幅を変化させてもよい。ここでは、ＸＹの２次元平面動作において、振動型モータＭ１〜Ｍ４のパルス幅を均等に設定する移動方向（−１８０度、−９０度、０度、９０度）がある。さらには、振動型モータＭ１およびＭ３のパルス幅をゼロとする移動方向（−１３５度、４５度）又は振動型モータＭ２およびＭ４のパルス幅をゼロとする移動方向（−４５度、１３５度）がある。つまり、振動型モータＭ１〜Ｍ４の駆動方向と移動体１０２の移動方向との相対角度に応じて、振動型モータＭ１〜Ｍ４の電圧を変化させる。相対角度に応じて電圧を変化させれば、後述するように振動型モータに備えられたかわし機構によって駆動電圧がゼロの場合でも負荷を低減可能な方向を混在させることができる。言い換えると、振動型モータのかわし量に応じてパルス幅、即ち、電圧を変化させる。

【0070】

上述のかわし量は、移動体の移動方向と振動型モータＭ１〜Ｍ４のそれぞれの駆動方向軸との相対角度によって決まる。相対角度が大きい場合には、振動型モータに印加される小判電圧の電圧振幅が小さくなるように制御される。これは、相対角度が大きい場合はかわし量が大きくなるので、電圧振幅を小さくすることで駆動負荷が低減されるためである。このように、かわし量の変化に着目した駆動負荷の低減には、位置偏差を用いたフィードバック制御ではなく、移動方向に基づくパルス幅制御部３０９による電圧のフィードフォワード制御を行うことが有効である。従来のフィードフォワード制御に加えて、電圧のフィードフォワード制御を行うことで、各振動型モータのかわし量に応じた駆動力を発生した状態で位相差又は周波数の位置フィードバック制御を行うことができるため、制御性の低下を抑制しつつ、省電力化を図ること可能となる。

【0071】

図９は、図３に示すパルス幅制御部によるパルス幅制御の際に用いられるパルス幅算出式の一例を説明するための図である。そして、図９（ａ）は位置指令ＸおよびＹを用いて移動体の移動方向Ｄｉｒを算出する式を示す図である。また、図９（ｂ）は移動体の移動方向Ｄｉｒを用いて振動型モータＭ１〜Ｍ４のパルス幅ｐｗ１〜ｐｗ４を算出する式を示す図である。

【0072】

パルス幅制御部３０９において、移動体移動方向算出部３１０は、位置指令ＸおよびＹのアークタンジェント演算を行って、移動体１０２の移動方向Ｄｉｒを算出する（図９（ａ）参照）。

【0073】

図９（ｂ）を参照すると、ここでは、パルス幅演算部３１１ａ〜３１１ｄは、振動型モータＭ１〜Ｍ４の駆動方向と移動方向Ｄｉｒとの相対角度についてコサイン演算（余弦演算）を行う。そして、パルス幅演算部３１１ａ〜３１１ｄは、最大パルス幅を５０％として、コサイン演算値に最大パルス幅を乗算してパルス幅ｐｗ１〜ｐｗ４を算出する。

【0074】

例えば、相対角度が０度の場合には、パルス幅は５０％となり、相対角度が９０度の場合には、パルス幅は０％となる。そして、相対角度が０度以上から９０度未満の範囲では、パルス幅は０〜５０％の範囲でサイン曲線で変化する。

【0075】

なお、図９に示す算出式は一例であり、移動体１０２の移動方向と振動型モータＭ１〜Ｍ４の駆動方向との相対角度に基づいてパルス幅を変化させるようにすれば、図９に示す算出式以外の算出式を用いるようにしてもよい。例えば、振動型モータＭ１〜Ｍ４を配置する際にその駆動方向を変えた場合には、相対角度の算出式が変更される。また、パルス幅を移動方向Ｄｉｒに対して離散的に設定してするようにしてもよい。さらには、パルス幅の最大値および最小値の変更、閾値の設定、部分的にオフセットを付与するようにしてもよい。

【0076】

図１０は、図３に示すパルス発生部の出力であるパルス信号のパルス幅の変化を説明するための図である。そして、図１０（ａ）はパルス幅が５０％である場合のＡ相およびＢ相におけるパルス信号の時間変化を示す図である。また、図１０（ｂ）はパルス幅が２５％である場合のＡ相およびＢ相におけるパルス信号の時間変化を示す図である。図９、図１０に示すように、パルス幅制御部３０９は、駆動方向と移動方向との相対角度が相対的に大きい振動型モータに印加する交番電圧の電圧振幅が、相対角度が相対的に小さい振動型モータに印加する交番電圧の電圧振幅より小さくなるように、パルス幅を制御する。

【0077】

パルス幅を０〜５０％の範囲で変化させることによって、サイン波（正弦波）の交番電圧の振幅を調整することができる。図１０（ａ）において、時刻ｔ０〜時刻ｔ４は振動型モータＭ１〜Ｍ４を駆動する際の１周期を示す。Ａ相およびＢ相のパルス信号は周期の５０％に相当する期間においてＨレベル（ハイレベル）となる。また、位相差の設定が＋９０度である場合、Ａ相におけるパルス信号を時刻ｔ０で立ち上げる。そして、Ｂ相におけるパルス信号を時刻ｔ１で立ち上げる。

【0078】

図１０（ｂ）において、時刻ｔ５〜時刻ｔ９は振動型モータＭ１〜Ｍ４を駆動する際の１周期を示す。Ａ相およびＢ相のパルス信号は周期の２５％に相当する期間においてＨレベルとなる。また、位相差の設定が＋９０度である場合、Ａ相におけるパルス信号を時刻ｔ５で立ち上げる。そして、Ｂ相におけるパルス信号を時刻ｔ６で立ち上げる。

【0079】

このようにして、パルス信号のパルス幅を変化させることによって、振動型モータＭ１〜Ｍ４に印加する電圧を変化させることができる。

【0080】

図１１は、図３に示す多自由度駆動装置における動作パターンの一例を説明するための図である。そして、図１１（ａ）は移動体を右斜め下方向（−４５度）に駆動する場合の駆動パターンを示す図であり、図１１（ｂ）は移動体を右斜め上方向（＋４５度）に駆動する場合の駆動パターンを示す図である。また、図１１（ｃ）は移動体をＸ方向に駆動する場合の駆動パターンを示す図であり、図１１（ｄ）は移動体をＹ方向に駆動する場合の駆動パターンを示す図である。

【0081】

前述のように、移動体１０２は振動型モータ１０３〜１０６の駆動力をベクトル合成して得られた駆動力に応じて駆動される。図１１（ａ）に示すように、移動体１０２を右斜め下方向（−４５度）に駆動する場合には、移動体１０２の移動方向と振動型モータ１０３および１０５の駆動方向は一致している。よって、振動型モータ１０３および１０５は同一方向の駆動力を発生させるので、振動型モータ１０３および１０５に係るパルス幅は５０％に設定される。

【0082】

一方、振動型モータ１０４又は１０６の駆動方向と移動体１０２の移動方向との相対角度は９０度であり、右斜め下方向の駆動力は発生せず、後述するかわし機構により振動型モータ１０４および１０６の伝達部がスライドするのみである。よって、振動型モータ１０４又は１０６に係るパルス幅は０％に設定されることが好ましい。

【0083】

このように、特に、かわし機構を有する多自由度駆動装置においては、かわし動作が行われる振動子の駆動電圧を低減することができる。

【0084】

かわし機構を備えない場合には、振動型モータの駆動方向と移動体の移動方向とが交差する際には定在波を励起させて移動体との摩擦負荷を低減する手法がある。この場合、パルス幅は２０〜５０％程度に設定する。一方、図示の例では、後述するかわし機構を備えているので、定在波を励起させることなく摩擦負荷を低減することができる。つまり、かわし量が大きい振動型モータの駆動電圧が低減して、投入する電力を移動体の移動方向に応じて最適化することができる。

【0085】

なお、かわし機構を備えない場合であっても、振動型モータの駆動方向と移動体の移動方向との相対角度に基づいて駆動電圧を変化させれば電力を低減することができるので、同様にして本発明を適用することができる。この際、定在波による負荷低減を考慮して、最小パルス幅を０％ではなく、例えば、２０％にオフセットするようにすればよい。なお、かわし機構を有する場合でも、制御性の向上のために、最小パルス幅を０％ではなく、適当な値に設定してもよい。

【0086】

図１１（ｂ）に示すように、移動体１０２を右斜め上方向（＋４５度）に駆動する場合には、移動体１０２の移動方向と振動型モータ１０４および１０６の駆動方向とは一致している。よって、振動型モータ１０４および１０６は同一方向の駆動力を発生させるので、振動型モータ１０４および１０６に係るパルス幅は５０％に設定される。

【0087】

一方、振動型モータ１０３又は１０５の駆動方向と移動体１０２の移動方向との相対角度は９０度であり、右斜め上方向の駆動力は発生せず、よって、振動型モータ１０３又は１０５パルス幅は０％に設定される。

【0088】

図１１（ｃ）に示すように、移動体１０２をＸ方向に駆動する場合には、振動型モータ１０３〜１０６の駆動力を合成して移動体を駆動する。この場合、振動型モータ１０３および１０５の合成ベクトル（つまり、合成駆動力）と振動型モータ１０４および１０６の合成ベクトルとの大きさが同一であれば、Ｘ方向に合成ベクトルが生じる。そして、振動型モータ１０３〜１０６の駆動方向と移動体１０２の移動方向との相対角度は全て４５度である。つまり、振動型モータ１０３〜１０６は全て同一の駆動力を発生するとともに、移動体１０２の移動量に対して均等にかわし量が発生する。よって、駆動電圧の配分は均等となって、振動型モータ１０３〜１０６のパルス幅は全て３５％に設定される。

【0089】

図１１（ｄ）に示すように、移動体１０２をＹ方向に駆動する場合には、図１１（ｃ）の場合と同様に、振動型モータ１０３〜１０６の駆動力を合成して移動体を駆動する。この場合、振動型モータ１０３〜１０６の駆動方向と移動体１０２の移動方向との相対角度は全て４５度である。よって、振動型モータ１０３〜１０６のパルス幅は全て３５％に設定される。

【0090】

振動型モータ１０３〜１０６の駆動ベクトルの回転方向を全て同一とすることによって、移動体を回転させることができる。この場合、振動型モータ１０３〜１０６にパルス幅は全て同一に設定する。このように、移動体１０２をＸＹ方向に駆動することに加えて、回転を制御することができるので、移動体１０２のロック動作などに利用することができる。

【0091】

図１２は、図１に示す多自由度駆動装置で用いられるかわし機構の一例を説明するための図である。

【0092】

図示の例では、移動体には光学レンズが取り付けられており、丸棒形状のガイド部材が４つ移動体に備えられている。ガイド部材は、移動体の中心からＸ方向又はＹ方向に延在している。そして、振動型モータ１４０１〜１０４は移動体に接触し、さらに、振動型モータ１４０１〜１０４にはガイド部材の一端が配置されている。振動型モータ１４０１〜１４０４の各々はレンズ鏡筒に固定されている。

【0093】

振動型モータ１４０１および１４０２の駆動方向はＸ方向である。移動体をＸ方向に移動する場合、被駆動伝達部およびガイド部材がＸ方向にスライドするかわし機構によって、振動型モータ１４０３および１４０４は摩擦負荷を逃がすことができる。一方、移動体をＹ方向に移動する場合、振動型モータ１４０１および１４０２はかわし機構によって同様にＹ方向にスライドする。

【0094】

このようなかわし機構を用いれば、制御性を損なうことなく、多自由度駆動装置をより省電力化することができる。

【0095】

図１３は、図３に示す多自由度駆動装置における振動型モータの駆動信号の時間変化の一例を示す図である。

【0096】

図１３において、横軸は時間を示し、縦軸はＸおよびＹ方向の位置指令を示す。なお、位置指令は、振幅が±１ｍｍで周波数が５Ｈｚであるものとする。また、ここでは、移動体の移動方向が変化する時刻ｔ０〜時刻ｔ４において、振動型モータＭ１〜Ｍ４の駆動信号における電圧振幅の変化の様子が示されている。

【0097】

図示のように、パルス幅５０％の場合には１２０Ｖｐｐ、パルス幅３５％の場合には１００Ｖｐｐ、パルス幅０％の場合には０Ｖｐｐのサイン波の交番電圧が圧電素子に印加される。時刻ｔ０〜時刻ｔ１において、移動体は±Ｘ方向に往復動作する。この場合、振動型モータＭ１〜Ｍ４の駆動電圧として１００Ｖｐｐが出力される。

【0098】

時刻ｔ１〜時刻ｔ２において、移動体は＋４５度／−１３５度方向に往復動作する。この場合、振動型モータＭ１およびＭ３はかわし機構によって伝達部がスライドするので、駆動電圧として０Ｖｐｐが出力される。一方、振動型モータＭ２およびＭ４については駆動電圧として１２０Ｖｐｐが出力される。

【0099】

時刻ｔ２〜時刻ｔ３において、移動体は±Ｙ方向に往復動作する。この場合、振動型モータＭ１〜Ｍ４の駆動電圧として１００Ｖｐｐが出力される。時刻ｔ３〜時刻ｔ４において、移動体は＋１３５度／−４５度方向に往復動作する。この場合、振動型モータＭ２およびＭ４はかわし機構によって伝達部がスライドするので、駆動電圧として０Ｖｐｐが出力される。一方、振動型モータＭ１およびＭ３については駆動電圧として１２０Ｖｐｐが出力される。

【0100】

ここで、＋４５度／−１３５度方向に移動体を往復動作する場合に、振動型モータＭ１〜Ｍ４で消費される電力を従来の多自由度駆動装置と比較する。

【0101】

従来の多自由度駆動装置において、駆動電圧を全て１２０Ｖｐｐに設定したとする。この場合、消費電力は２．１Ｗであった。一方、実施の形態による多自由度駆動装置においては、１．１Ｗであり、消費電力が４８％低減した。また、制御性は同等の結果が得られた。そして、かわし機構により伝達部がスライドする振動型モータの最小パルス幅は必ずしも０％とする必要はなく、１８％に設定した場合においても消費電力は１．６Ｗに低減することができた。

【0102】

上述の多自由度駆動装置をカメラの防振機構に用いれば、ジャイロセンサ（図示せず）からの位置指令（つまり、振れ量）に基づいて防振動作を行うことができる。そして、２次元平面内の移動方向に基づいて４つの振動型モータのパルス幅が逐次変化するように制御を行うので、防振動作における省電力化を図ることができる。

【0103】

このように、本発明の実施の形態では、移動体の移動方向に基づいて振動型モータの駆動電圧を変更するようにしたので、制御性を損なうことなく消費電力を低減することができる。

【0104】

なお、本発明は上記の実施の形態で説明した構成に限定されるものではなく、複数の振動型モータを用いて多方向に移動体を駆動する場合に、適用することができる。例えば、３つの振動型モータを用いてＸＹθ方向に移動体を駆動する場合、そして、２つの振動型モータ子を用いて移動体をＸＹ方向に駆動する場合に適用することができる。

【0105】

以上、本発明について実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。

【0106】

例えば、上記の実施の形態の機能を制御方法として、この制御方法を多自由度駆動装置に実行させるようにすればよい。また、上述の実施の形態の機能を有するプログラムを多自由度駆動装置が備えるコンピュータに実行させるようにしてもよい。なお、プログラムは、例えば、コンピュータに読み取り可能な記録媒体に記録される。
［その他の実施形態］
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

【0107】

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

【0108】

例えば、上述の実施形態では、振動型モータを図２に示すように２つの電極を有する構成としたが、本発明は振動型モータの構成が限定されるものではなく、振動により駆動力を発生する振動型モータであれば別の構成のものでも実現できる、振動型モータの一例としては、例えば、特開平６−３１１７６５明細書に記載の２以上の電極を有する振動型モータ等がある。

【符号の説明】

【0109】

１０２ 移動体
１０３、１０４、１０５、１０６ 振動型モータ
１０７、１０８、１０９ 位置センサ（検出手段）
３０１ ＸＹθ偏差算出部
３０２ ＰＩＤ補償部
３０３ 制御量演算部
３０４ パルス発生部
３０５ 駆動部
３０７ 位置検出回路
３０８ ＸＹθ座標変換部
３０９ パルス幅制御部

【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】