振蕩波驅(qū)動(dòng)設(shè)備和光學(xué)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及振蕩波驅(qū)動(dòng)設(shè)備和具有該設(shè)備的光學(xué)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 振蕩型（振蕩波）致動(dòng)器具有這樣的振子：在所述振子中，通過對(duì)諸如壓電元件之 類的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換元件施加諸如交變電壓之類的電信號(hào)，來在環(huán)形、長(zhǎng)橢圓形、桿形等的彈 性體中激發(fā)驅(qū)動(dòng)振蕩。作為具體的振蕩型振子，例如已經(jīng)提議利用其作為使振子和在壓力 下與振子接觸的彈性體相對(duì)地移動(dòng)的振蕩波馬達(dá)。
[0003] 下面描述作為實(shí)例的環(huán)形振蕩波馬達(dá)的概況。
[0004] 環(huán)形振蕩波馬達(dá)具有內(nèi)徑和外徑的整個(gè)圓周長(zhǎng)度為某長(zhǎng)度λ的整數(shù)倍的環(huán)形壓 電材料。在壓電材料的一個(gè)表面上設(shè)有多個(gè)電極，并且在相對(duì)表面上設(shè)有壓電材料公用的 公共電極，由此形成壓電元件。
[0005] 所述多個(gè)電極包含兩個(gè)驅(qū)動(dòng)相電極、檢測(cè)相電極以及非驅(qū)動(dòng)相電極。以λ/2 間距在相反方向上交替地向每個(gè)驅(qū)動(dòng)相電極單元的壓電材料施加電場(chǎng)，以便執(zhí)行極化處 理。因此，關(guān)于同一方向上的電場(chǎng)，壓電材料的伸縮極性（polarity of expansion and contraction)在每個(gè)λ/2間距處彼此相反。設(shè)置兩個(gè)驅(qū)動(dòng)相電極，同時(shí)提供λ/4的奇數(shù) 倍的間隔部。通常，面對(duì)間隔部的壓電材料設(shè)有非驅(qū)動(dòng)相電極，以免自發(fā)地引起壓電振蕩， 并且公共電極和短路線等被短接。
[0006] 檢測(cè)相電極是用于對(duì)壓電材料的振蕩狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)的電極，并且可以在不顯著削 弱振蕩的范圍內(nèi)隨意地提供，并且在許多情況下設(shè)在兩個(gè)驅(qū)動(dòng)相電極之間。在檢測(cè)相電極 單元的壓電材料中出現(xiàn)的變形根據(jù)壓電材料的壓電常數(shù)被轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，然后輸出到檢測(cè) 相電極。
[0007] 在壓電元件中設(shè)置了輸入/輸出電力的導(dǎo)線并且還附有包含彈性體的膜片。產(chǎn)生 的壓電元件被用作定子。當(dāng)向定子的一個(gè)驅(qū)動(dòng)相電極施加交變電壓時(shí)，在膜片中在膜片的 整個(gè)周邊出現(xiàn)了波長(zhǎng)為λ的駐波。當(dāng)只向另一個(gè)驅(qū)動(dòng)相電極施加交變電壓時(shí)，類似地出現(xiàn) 駐波。但是，由于如上所述設(shè)有間隔部，所以其位置是關(guān)于駐波使用λ/4的長(zhǎng)度為單位在 圓周方向上旋轉(zhuǎn)和移動(dòng)的位置。
[0008] 在環(huán)形振蕩波馬達(dá)中，使作為轉(zhuǎn)子的環(huán)形彈性體在壓力下和與定子的膜片相對(duì)的 表面接觸。
[0009] 作為另一種系統(tǒng)，還提到了這樣的振蕩波馬達(dá)：可以在電極和膜片附著到壓電材 料的內(nèi)側(cè)和外側(cè)并且在壓力下使轉(zhuǎn)子與內(nèi)側(cè)或外側(cè)接觸的狀態(tài)下，由于環(huán)形壓電材料的伸 /縮振蕩，通過轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子來驅(qū)動(dòng)所述振蕩波馬達(dá)。
[0010] 當(dāng)具有相同頻率并且具有:π/2的與時(shí)間相關(guān)的相差（phase difference)的交變 電壓被同時(shí)施加到這種振蕩波馬達(dá)的各個(gè)驅(qū)動(dòng)相電極時(shí)，兩個(gè)產(chǎn)生的駐波被合成。結(jié)果，在 膜片中出現(xiàn)了在圓周方向上行進(jìn)的彎曲振蕩的行波（波長(zhǎng)為λ)。
[0011] 在這種情況下，膜片的轉(zhuǎn)子側(cè)的每個(gè)點(diǎn)都進(jìn)行某種橢圓運(yùn)動(dòng)，因此轉(zhuǎn)子收到了來 自膜片的在圓周方向上的摩擦動(dòng)力，以相對(duì)于定子旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向可以通過把施加 到每個(gè)驅(qū)動(dòng)相電極的交變電壓的相差切換為正相或負(fù)相來反轉(zhuǎn)。
[0012] 基于驅(qū)動(dòng)頻率（要施加的交變電壓的頻率）來確定振蕩波馬達(dá)的轉(zhuǎn)速。
[0013] 當(dāng)在停止期間驅(qū)動(dòng)振蕩波馬達(dá)時(shí)，通過施加具有頻率高于振蕩波馬達(dá)的諧振頻率 的驅(qū)動(dòng)頻率的交變電壓來啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)操作。然后，執(zhí)行逐漸使驅(qū)動(dòng)頻率接近諧振頻率的控制。 隨著使驅(qū)動(dòng)頻率更接近振蕩波馬達(dá)的諧振頻率，轉(zhuǎn)速被進(jìn)一步加速。然后，在諧振頻率處轉(zhuǎn) 速達(dá)到最高轉(zhuǎn)速。因此，振蕩波馬達(dá)可以通過使頻率從高于諧振頻率的頻率區(qū)域掃向諧振 頻率，來以期望的轉(zhuǎn)速執(zhí)行驅(qū)動(dòng)。
[0014] 通過根據(jù)用途把適當(dāng)?shù)目刂蒲b置連接到振蕩波馬達(dá)，可以產(chǎn)生能夠控制轉(zhuǎn)速的驅(qū) 動(dòng)控制系統(tǒng)。特別地，在許多情況下把相差檢測(cè)裝置（也稱為相位比較器）連接到控制裝 置，所述相差檢測(cè)裝置比較相位并然后根據(jù)比較結(jié)果輸出電壓值。
[0015] 在采用相差檢測(cè)裝置的情況下，當(dāng)驅(qū)動(dòng)振蕩波馬達(dá)時(shí)，根據(jù)檢測(cè)相電極單元中出 現(xiàn)的振蕩的振幅而要從檢測(cè)相電極輸出的電信號(hào)（1)與施加到驅(qū)動(dòng)相電極的電信號(hào)（2) - 起被輸入到相差檢測(cè)裝置中。然后，可以基于從相差檢測(cè)裝置輸出的相差信息來了解與諧 振狀態(tài)的偏離程度?；谠撔畔⒃诳刂蒲b置中確定要施加到驅(qū)動(dòng)相電極的電信號(hào)的頻率， 然后產(chǎn)生期望的行波，由此可以反饋控制轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。
[0016] 但是，一般的相差檢測(cè)裝置的最大輸入電壓值受到各種限制，因此不大。所以，電 信號(hào)（1)和（2)的電壓值通常是超過相差檢測(cè)裝置的最大輸入電壓值的電壓值。所以，例 如在日本專利公開No. 62-85684中描述的振蕩波馬達(dá)控制系統(tǒng)設(shè)有用于在把電信號(hào)（1)和 (2)輸入到相差檢測(cè)裝置中以降低電壓之前把電壓電平降低為邏輯電壓電平的機(jī)構(gòu)（降壓 電路）。
[0017] 在振蕩波馬達(dá)中，當(dāng)控制裝置在基于從相差檢測(cè)裝置輸出的相差信息執(zhí)行反饋控 制之前把要施加到驅(qū)動(dòng)相電極的交變電壓的頻率改變?yōu)榈陀谥C振頻率時(shí)，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)停止 (也稱為懸崖式降低現(xiàn)象）。為了防止該現(xiàn)象，建議設(shè)置可輸入到相差檢測(cè)裝置中的電信號(hào) (1)與⑵之間的相差的檢測(cè)容許誤差，以限制交變電壓的頻率過度降低。
[0018] 為了使相差檢測(cè)裝置區(qū)分電信號(hào)（1)和⑵的電壓值，按照相差檢測(cè)裝置的部件 性能，電信號(hào)（1)和（2)的電壓值需要等于或低于最小電壓值。理所當(dāng)然地，在與相差檢 測(cè)裝置的電壓檢測(cè)值的分辨率和準(zhǔn)確度的范圍偏離的范圍內(nèi)，相差檢測(cè)裝置不能區(qū)分電壓 值。
[0019] 緊接在振蕩波馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)開始之后，即在旋轉(zhuǎn)的早期階段，驅(qū)動(dòng)以離諧振頻率相 當(dāng)遠(yuǎn)的驅(qū)動(dòng)頻率開始，因此檢測(cè)相電極單元中的振動(dòng)振幅小并且要從檢測(cè)相電極輸出的電 信號(hào)⑴小。因此，基于相差檢測(cè)裝置的最小檢測(cè)值，確定了相差檢測(cè)裝置區(qū)分電信號(hào)（1) 并且控制裝置可以執(zhí)行反饋控制的最低轉(zhuǎn)速。
[0020] 后文中，參考各項(xiàng)因素描述了在每個(gè)振蕩波馬達(dá)中電信號(hào)（1)變化的問題的原 因。
[0021] 在振蕩波馬達(dá)中產(chǎn)生的行波不一定具有完全單一的振蕩模式。因此，在行波中所 包含的其他振蕩模式的影響下出現(xiàn)行波的波形紊亂。另外，其他振蕩模式的影響在振蕩波 馬達(dá)之間具有個(gè)體差異。因此，即使要輸入到驅(qū)動(dòng)相電極中的交變電壓相同，檢測(cè)相電極單 元中的振蕩振幅也變化。因此，要從檢測(cè)相電極中輸出的電信號(hào)（1)也變化（因素1)。
[0022] 當(dāng)把包含至少兩個(gè)電阻器的電阻分壓電路當(dāng)做降低電壓以將其輸入到相差檢測(cè) 裝置中的降壓電路機(jī)構(gòu)時(shí)，由于因電阻器的部件誤差而導(dǎo)致的電阻值的個(gè)體變化，所以要 從檢測(cè)相電極輸出的電信號(hào)（1)的因素1的變化進(jìn)一步增大（因素2)。
[0023] 因?yàn)殡娦盘?hào)（1)由于因素1和因素2而變化，因此實(shí)際上允許控制裝置執(zhí)行反饋 控制的電信號(hào)（1)在相差檢測(cè)裝置中的電壓值比作為上述相差檢測(cè)裝置的部件性能的最 小電壓值高得多。因此，在以前的技術(shù)中已經(jīng)難以從旋轉(zhuǎn)的早期階段執(zhí)行反饋控制。
[0024] 本發(fā)明鑒于這種【背景技術(shù)】做出并且提供了振蕩波驅(qū)動(dòng)設(shè)備以及使用該設(shè)備的光 學(xué)裝置，所述振蕩波驅(qū)動(dòng)設(shè)備可以降低控制電路能夠準(zhǔn)確地判斷相差的最小輸入電壓值， 使得可以從旋轉(zhuǎn)的早期階段執(zhí)行反饋控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0025] 本發(fā)明的用于解決上述問題的振蕩波驅(qū)動(dòng)設(shè)備具有：振蕩波驅(qū)動(dòng)單元，具有含至 少兩個(gè)驅(qū)動(dòng)相電極和檢測(cè)相電極的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換元件、膜片和轉(zhuǎn)子；驅(qū)動(dòng)相電力輸出單元， 向振蕩波驅(qū)動(dòng)裝置供應(yīng)驅(qū)動(dòng)相電壓；驅(qū)動(dòng)相降壓?jiǎn)卧档鸵?yīng)的電壓；檢測(cè)相降壓?jiǎn)?元，降低通過檢測(cè)相電極檢測(cè)的檢測(cè)相電壓；相差檢測(cè)單元，檢測(cè)驅(qū)動(dòng)相電壓與檢測(cè)相電壓 之間的相差；以及控制單元，根據(jù)相差檢測(cè)單元的輸出來控制驅(qū)動(dòng)相電力輸出單元，其中相 位彼此不同的交變電壓被施加到機(jī)電能量轉(zhuǎn)換元件的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)相電極，從而在膜片的表面 上產(chǎn)生行波，通過行波驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子，并且轉(zhuǎn)子的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)由控制單元至少基于相差檢測(cè)單元 的信號(hào)來控制，并且檢測(cè)相降壓?jiǎn)卧万?qū)動(dòng)相降壓?jiǎn)卧靼哂兄辽賰蓚€(gè)電阻器的電阻 分壓電路，并且檢測(cè)相降壓?jiǎn)卧碾娮璺謮弘娐分械姆謮罕鹊陀?/1并高于1/20。
[0026] 本發(fā)明的用于解決上述問題的光學(xué)裝置具有上述振蕩波驅(qū)動(dòng)設(shè)備。
[0027] 參考附圖閱讀示范實(shí)施例的以下描述，本發(fā)明的其他特征將變得明白。
【附圖說明】
[0028] 圖1是示出了本發(fā)明的振蕩波驅(qū)動(dòng)設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。
[0029] 圖2是本發(fā)明的振蕩波驅(qū)動(dòng)設(shè)備中所使用的降壓裝置中的采用電阻器的降壓電 路的不意圖。
[0030] 圖3是本發(fā)明的振蕩波驅(qū)動(dòng)設(shè)備中所使用的采用電阻器的降壓電路的電阻值比 與分壓比的變化的關(guān)系圖。
[0031] 圖4是當(dāng)電容器用作本發(fā)明的振蕩波驅(qū)動(dòng)設(shè)備中所使用的降噪裝置時(shí)本發(fā)明的 振蕩波驅(qū)動(dòng)設(shè)備的電路布置的示意圖。
[0032] 圖5是本發(fā)明的振蕩波驅(qū)動(dòng)設(shè)備中所使用的檢測(cè)相降壓裝置的電路布置的示意 圖。
[0033] 圖6A至6C是例示了本發(fā)明的振蕩波驅(qū)動(dòng)設(shè)備中所使用的壓電元件的一個(gè)實(shí)施例 的不意圖；
[0034] 圖7是示出了本發(fā)明的振蕩波驅(qū)動(dòng)設(shè)備中所使用的壓電元件的伸縮極性的示意 圖。
[0035] 圖8是示出了在本發(fā)明的振蕩波驅(qū)動(dòng)設(shè)備中所使用的壓電元件中設(shè)置有電源構(gòu) 件的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。
[0036] 圖9A和9B是示出了本發(fā)明的光學(xué)裝置的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。
[0037] 圖10是示出了本發(fā)明的光學(xué)裝置的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。
[0038] 圖IlA至IlE示出了用于制造本發(fā)明的振蕩波驅(qū)動(dòng)設(shè)備的振蕩波馬達(dá)的定子的方 法的實(shí)例的示意性過程圖。
[0039] 圖12A至12C示出了用于制造本發(fā)明的振蕩波驅(qū)動(dòng)設(shè)備的振蕩波馬達(dá)的定子的方 法的另一實(shí)例的示意性過程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0040] 在后文中，描述了用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的振蕩波驅(qū)動(dòng)設(shè)備的一方面。作為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明 的振蕩波驅(qū)動(dòng)設(shè)備的一方面，以下描述了環(huán)型振蕩波馬達(dá)，但是本發(fā)明不限于此，并且也可 應(yīng)用于多層型和桿型的振蕩波馬達(dá)。
[0041] 振蕩波驅(qū)動(dòng)設(shè)備
[0042] 本發(fā)明的振蕩波驅(qū)動(dòng)設(shè)備具有：
[0043] 振蕩波驅(qū)動(dòng)單元，具有含至少兩個(gè)驅(qū)動(dòng)相電極和檢測(cè)相電極的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換元 件、膜片和轉(zhuǎn)子；
[0044] 驅(qū)動(dòng)相電力輸出單元，向振蕩波驅(qū)動(dòng)裝置供應(yīng)驅(qū)動(dòng)相電壓；
[0045] 驅(qū)動(dòng)相降壓?jiǎn)卧?，降低要供?yīng)的電壓；
[0046] 檢測(cè)相降壓?jiǎn)卧档屯ㄟ^檢測(cè)相電極檢測(cè)的檢測(cè)相電壓；
[0047] 相差檢測(cè)單元，檢測(cè)驅(qū)動(dòng)相電壓與檢測(cè)相電壓之間的相差；
[0048] 控制單元，根據(jù)相差檢測(cè)單元的輸出來控制驅(qū)動(dòng)相電力輸出單元，
[0049] 其中相位彼此不同的交變電壓被施加到機(jī)電能量轉(zhuǎn)換元件的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)相電極，從 而在膜片的表面上產(chǎn)生行波，通過行波驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子，并且轉(zhuǎn)子的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)由控制單元至少基 于相差檢測(cè)單元的信號(hào)來控制，并且
[0050] 檢測(cè)相降壓?jiǎn)卧万?qū)動(dòng)相降壓?jiǎn)卧靼哂兄辽賰蓚€(gè)電阻器的電阻分壓電路， 并且檢測(cè)相降壓?jiǎn)卧碾娮璺謮弘娐分械姆謮罕鹊陀?/1并高于1/20。
[0051] 圖1是示出了本發(fā)明的振蕩波驅(qū)動(dòng)設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。用于驅(qū)動(dòng)和控制 環(huán)型振蕩波馬達(dá)的方法如下。
[0052] 環(huán)型振蕩波馬達(dá)的轉(zhuǎn)速由驅(qū)動(dòng)頻率確定。在高于環(huán)型振蕩波馬達(dá)的諧振頻率的頻 率區(qū)域開始旋轉(zhuǎn)操作，使驅(qū)動(dòng)頻率接近諧振頻率從而增大轉(zhuǎn)速，然后在諧振頻率處轉(zhuǎn)速達(dá) 到最高轉(zhuǎn)速。因此，環(huán)型振蕩波馬達(dá)可以通過使頻率從高于諧振頻率的頻率區(qū)域掃向諧振 頻率來以期望的轉(zhuǎn)速執(zhí)行驅(qū)動(dòng)。
[0053] 在用于控制環(huán)型振蕩波馬達(dá)的方法中，驅(qū)動(dòng)相電力輸出裝置基于控制裝置（控制 單元）的命令，首先向多個(gè)驅(qū)動(dòng)相升壓裝置輸出相位彼此不同的預(yù)定頻率的交變電壓（電 壓）。理所當(dāng)然地，用于升壓的配置有多種選擇，但是用戶可以根據(jù)預(yù)期用途來采用期望的 配置，或者在不需要的時(shí)候可以省略驅(qū)動(dòng)相升壓裝置以減小尺寸。
[0054] 驅(qū)動(dòng)相升壓裝置使從驅(qū)動(dòng)相電力輸出裝置輸出的電壓增大。增大的電壓被輸入到 振蕩波驅(qū)動(dòng)裝置的每個(gè)驅(qū)動(dòng)相中。當(dāng)相位不同的交變電壓被輸入到多個(gè)驅(qū)動(dòng)相中時(shí)，在定 子中產(chǎn)生了具有預(yù)定振幅的行波，然后轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。在定子中產(chǎn)生的行波的振幅在振蕩波驅(qū) 動(dòng)裝置檢測(cè)相中被轉(zhuǎn)換為交變電壓（電壓）。要輸入到驅(qū)動(dòng)相中的電壓的一部分由驅(qū)動(dòng)相 降壓裝置降低。單獨(dú)地，從檢測(cè)相輸出的電壓由檢測(cè)相降壓裝置降低?？梢耘渲檬沟抿?qū)動(dòng) 相和檢測(cè)相的經(jīng)降低的電壓通過降噪裝置輸入到相差檢測(cè)裝置中，如圖1所示。相差檢測(cè) 裝置檢測(cè)驅(qū)動(dòng)相與檢測(cè)相的輸入電壓之間的相差?？梢愿鶕?jù)檢測(cè)出的相差信號(hào)來區(qū)分與環(huán) 型振蕩波馬達(dá)的諧振頻率的頻率差異?？刂蒲b置根據(jù)此結(jié)果執(zhí)行算術(shù)操