位置決め装置
【課題】簡便かつ安価な構成で、可動部材の傾きを抑えながら位置決め制御できる位置決め装置を提供する。
【解決手段】位置決め装置１０は、圧電素子１４、圧電素子１４の一端に固定された駆動部材１６、および、駆動部材１６上に移動可能に摩擦保持された可動部材１８からなる圧電アクチュエータ２０と、圧電素子１４を駆動する駆動回路２１と、可動部材１８の位置を検出する位置センサ２５と、位置センサ２５からの信号を処理する検出回路２６と、検出回路２６による位置検出値に基づいて駆動回路２１に駆動指令信号を与えることで可動部材１８の位置フィードバック制御を行う制御回路２８とを備え、可動部材１８の位置決め動作の際、制御回路２８は、可動部材１８が目標停止位置に一旦到達した後に、オーバーシュートを伴う位置決め制御を所定時間以上さらに継続する。
【解決手段】位置決め装置１０は、圧電素子１４、圧電素子１４の一端に固定された駆動部材１６、および、駆動部材１６上に移動可能に摩擦保持された可動部材１８からなる圧電アクチュエータ２０と、圧電素子１４を駆動する駆動回路２１と、可動部材１８の位置を検出する位置センサ２５と、位置センサ２５からの信号を処理する検出回路２６と、検出回路２６による位置検出値に基づいて駆動回路２１に駆動指令信号を与えることで可動部材１８の位置フィードバック制御を行う制御回路２８とを備え、可動部材１８の位置決め動作の際、制御回路２８は、可動部材１８が目標停止位置に一旦到達した後に、オーバーシュートを伴う位置決め制御を所定時間以上さらに継続する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置決め装置に関し、例えばカメラや光ピックアップにおけるレンズ駆動や精密ステージ駆動などに好適に用いられる位置決め装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１には、圧電素子を用いた駆動装置における移動部材の位置検出装置が開示されている。この駆動装置では、圧電素子の一端に駆動軸が連結され、この駆動軸に可動部材が摩擦係合されており、圧電素子に電圧を印加することにより伸び速度と縮み速度とが異なる伸縮振動させて、この振動を駆動軸に伝達することによって移動部材を駆動軸上で移動させるようになっている。そして、一定間隔で凹凸部が形成された検出部材を駆動軸と微小空隙を隔てて平行に配置し、可動部材の移動に伴って可動部材と検出部材との間の空隙（すなわち静電容量）が周期的に変化するのを利用して、可動部材から検出部材に流れる電流の変化を検出することにより、可動部材の位置を検出するようになっている。
【０００３】
また、図９に、位置センサ付き摩擦駆動型圧電アクチュエータＳを示す。この圧電アクチュエータＳでは、固定部１に一端が固定された圧電素子２の他端に駆動軸３が固定されており、駆動軸３上に可動部材４が移動可能に保持されている。可動部材４は、駆動軸３上に摩擦力で係合する摩擦保持部５と、摩擦保持部５に連結されて図示しないレンズを保持するレンズホルダ６とからなっている。また、摩擦保持部５の中央部に摩擦保持点Ｘが位置している。
【０００４】
レンズホルダ６の端部近傍には、駆動軸３と平行に配設されたガイド軸７が係合しており、このガイド軸７によって駆動軸３を中心とする回動が規制されながら駆動軸３に沿って移動する可動部材４がガイドされるようになっている。また、レンズホルダ６の端部には、磁石８が付設されており、この磁石８に対向するように磁気センサ９が固定配置されている。
【０００５】
このような構成からなる圧電アクチュエータＳにおける可動部材４の駆動原理は、上述した特許文献１の駆動装置と全く同じであり、可動部材４の位置検出方法が磁気方式によるものである点において異なるだけである。
【０００６】
前記圧電アクチュエータＳにおいて、可動部材４の位置決め制御を行って可動部材４が目標とする停止位置に到達したとき直ちに可動部材４の駆動を停止すると、慣性モーメントによって可動部材４が矢印Ｃ方向に傾く現象が発生する。この現象は、可動部材４でレンズなどの光学素子を駆動する場合に問題となる。例えば前記圧電アクチュエータＳを光ディスク装置における収差補正駆動に用いた場合、レンズの位置決め完了後にレンズに傾きが生じると、トラッキングエラーが発生することになる。この問題は、静電容量方式で可動部材の位置検出を行う特許文献１に開示される駆動装置を光ディスク装置に用いて収差補正用レンズを駆動する場合も同様である。
【０００７】
図１０に可動部材４の位置とレンズ傾きの関係を示すが、可動部材４が目標位置に到達したとき直ちに駆動を停止すると、レンズ傾きは次第に減衰するものの停止直後にはレンズ傾きはかなり大きくなっている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−１８５４０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、本発明は、簡便かつ安価な構成で、可動部材の傾きを抑えながら位置決め制御できる位置決め装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するため、本発明の第１態様の位置決め装置は、電気機械変換素子、前記電気機械変換素子の一端に固定された駆動部材、および、前記駆動部材上に移動可能に摩擦保持された可動部材からなる圧電アクチュエータと、
前記電気機械変換素子を駆動する駆動回路と、
前記可動部材の位置を検出する位置センサと、
前記位置センサからの信号を処理する検出回路と、
前記検出回路による位置検出値に基づいて前記駆動回路に駆動指令信号を与えることで前記可動部材の位置フィードバック制御を行う制御回路と、を備えた位置決め装置であって、
前記可動部材の位置決め動作の際、前記制御回路は、前記可動部材が目標停止位置に一旦到達した後に、オーバーシュートを伴う位置決め制御を所定時間以上さらに継続することを特徴とするものである。
【００１１】
この構成によれば、可動部材が目標停止位置に一旦到達した後にオーバーシュートさせてから戻すというような位置決め制御を所定時間以上さらに継続してから可動部材を駆動停止することにより、目標停止位置に到達したとき直ちに可動部材を駆動停止する場合に比べて、可動部材の位置決め時の傾きをごく僅かに抑えることができる。また、可動部材をオーバーシュートさせてから戻すというような位置決め制御は、通常用いられる制御回路で対応可能であるので、構成を簡便かつ安価なものにできる。
【００１２】
本発明の第１態様の位置決め装置において、前記所定時間は、前記可動部材の摩擦保持点を中心とする慣性モーメントと前記駆動部材に対する前記可動部材の摩擦保持トルクとから決まる前記可動部材の固有振動周期の半分の時間であってもよい。
【００１３】
この構成によれば、可動部材の駆動停止時に発生する可動部材の傾きは減衰振動するので、前記オーバーシュートを伴う位置決め制御を前記固有振動周期の半分以上の時間継続することで可動部材の傾きは問題がない程度に十分に小さいものになる。
【００１４】
また、本発明の第１態様の位置決め装置において、前記所定時間が、前記固有振動周期のｎ／２（ｎは１から始まる自然数）であってもよい。
【００１５】
この構成によれば、前記固有振動周期のｎ／２の時間で前記オーバーシュートを伴う位置決め制御を停止することで、可動部材の傾きが無い状態で可動部材を位置決めすることができる。
【００１６】
本発明の第２態様の位置決め装置は、電気機械変換素子、前記電気機械変換素子の一端に固定された駆動部材、および、前記駆動部材上に移動可能に摩擦保持された可動部材からなる圧電アクチュエータと、
前記電気機械変換素子を駆動する駆動回路と、
前記可動部材の位置を検出する位置センサと、
前記位置センサからの信号を処理する検出回路と、
前記検出回路による位置検出値に基づいて前記駆動回路に駆動指令信号を与えることで前記可動部材の位置決め制御を行う制御回路と、を備えた位置決め装置であって、
前記位置センサが、前記可動部材に設けられた磁界発生部材と、固定部に設けられた磁気検出部材とからなり、前記可動部材の摩擦保持点を基準として前記可動部材の重心が位置する方向と反対方向において前記磁界発生部材が前記可動部材に設けられていることを特徴とするものである。
【００１７】
この構成によれば、磁界発生部材を可動部材の駆動部材側に設けたことで、可動部材の慣性モーメントが小さくなるので、可動部材を位置決め停止したときの可動部材の傾きを小さくすることができる。
【００１８】
本発明の位置決め装置において、前記可動部材が光学素子を保持してもよい。
【００１９】
この構成によれば、可動部材を位置決め停止したときの光学素子の傾きを小さくすることができる。
【００２０】
また、本発明の位置決め装置において、前記光学素子の光軸と、前記可動部材の移動方向が平行であることが好ましい。
【００２１】
この構成によれば、収差補正すべき光線が光学素子の光軸に常に一致した状態で可動部材を移動させることができる。
【００２２】
また、本発明の位置決め装置において、前記光学素子が撮影光学系の一部をなしてもよい。
【００２３】
また、本発明の位置決め装置において、前記光学素子が光ピックアップ光学系の一部をなしてもよい。この場合、前記光学素子が光ピックアップ光学系のレンズであり、前記レンズが光軸方向に移動することにより収差補正を行ってもよい。
【００２４】
この構成によれば、レンズの傾きを抑えながら可動部材を位置決めでるので、精度良く収差補正することができる。
【００２５】
さらに、前記可動部材が目標停止位置に一旦到達した後に行うオーバーシュートを伴う位置決め制御の継続時間は、光ディスク回転周期以上であってもよい。
【００２６】
この構成によれば、光ディスク１周内で発生する光ディスクの保護層の厚み変化に基づく収差をリアルタイムに補正することが可能になり、光ディスク装置の信頼性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００２７】
上述したように本発明の位置決め装置によれば、可動部材が目標停止位置に一旦到達した後にオーバーシュートさせてから戻すというような位置決め制御を所定時間以上さらに継続してから可動部材を駆動停止することにより、目標停止位置に到達したとき直ちに可動部材を駆動停止する場合に比べて、可動部材の位置決め時の傾きをごく僅かに抑えることができる。また、可動部材をオーバーシュートさせてから戻すというような位置決め制御は、通常用いられる制御回路で対応可能であるので、構成を簡便かつ安価なものにできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下に、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１実施形態である位置決め装置１０のシステム構成図である。この位置決め装置１０は、固定部１２に接着等の方法で一端が固定された電気機械変換素子としての圧電素子１４と、圧電素子１４の他端に接着等の方法で固定された例えば丸棒状の駆動部材１６と、駆動部材１６上に摩擦保持されている可動部材１８とからなる圧電アクチュエータ２０を備えている。
【００２９】
可動部材１８は、圧電素子１４の伸縮方向である矢印Ｄ方向に駆動部材１６に沿って移動可能になっている。また、可動部材１８は、図９に示す可動部材４と同様に、駆動部材１６上に摩擦力で係合する摩擦保持部と、この摩擦保持部に連結されて図示しないレンズ（光学素子）を保持するレンズホルダとからなっており、このレンズの光軸が可動部材１８の移動方向と平行になっている。また、可動部材１８が駆動部材１６に沿って移動するときにガイド軸によって駆動部材１６を中心とする回動が規制されながらガイドされるようになっている点も図９に示す圧電アクチュエータＳと同様である。さらに、可動部材１８の摩擦保持部の中央部に摩擦保持点Ｘが位置している点も前記圧電アクチュエータＳと同様である。
【００３０】
圧電アクチュエータ１０が例えばカメラ等の撮影装置に適用される場合には、前記レンズは撮影光学系の一部を構成し、圧電アクチュエータ１０が光ピックアップ装置に適用される場合には、前記レンズは光ピックアップ光学系の一部を構成する。さらに、圧電素子１４は、駆動回路２１から電圧が印加されて駆動されるようになっている。なお、電気変換素子は例えばピエゾ素子等の圧電素子に限定されず、他の電歪素子であってもよい。
【００３１】
可動部材１８には、磁界発生部材２２が取り付けられている。磁界発生部材２２は、可動部材１８と共に移動するようになっている。この磁界発生部材２２に対向するようにして固定部１２上に磁界検出部材２４が固定されている。磁界検出部材２４は、磁界発生部材２２により生成される磁界を検出するものである。磁界検出部材２４として、例えばホール素子やＭＲ素子などが好適に用いられる。これら磁界発生部材２２および磁界検出部材２４が、可動部材１８の位置を検出する位置センサ２５を構成する。
【００３２】
磁界検出部材２４は、検出回路２６に電気的に接続されており、磁界検出部材２４による検出信号が検出回路２６に入力されるようになっている。検出回路２６は、前記検出信号に基づいて演算処理することにより可動部材１８の位置を求めるものである。検出回路２６は、制御回路２８に電気的に接続されており、検出回路２６による位置検出値が制御回路２８に入力されるようになっている。制御回路２８は、前記位置検出値に基づいて駆動回路２１に駆動指令信号を与えることで、可動部材１８の位置決めフィードバック制御を行うためのものである。
【００３３】
続いて、前記圧電アクチュエータ１０の作動原理について説明する。図２は駆動部材１６上における可動部材１８の移動状態を示す模式図であり、図３は駆動部材１６の軸変位を時間軸に示したグラフである。つまり、図３に示すような軸変位動作を駆動部材１６が為すように、圧電素子１４に対して鋸歯状の駆動パルス電圧が印加されるものである。なお、図２中のａ，ｂ，ｃの各状態と、図３中に示す記号ａ，ｂ，ｃの時間ポイントとは一致させて描いている。
【００３４】
まず、図２のａ状態を初期状態とすると、この初期状態から図２のｂ状態に移行するとき、前記鋸歯状駆動パルス電圧の緩慢な立ち上がり部の電圧が印加されることによって圧電素子１４は緩やかに伸長し、これに伴って駆動部材１６も図３に示すように緩やかな速度で繰り出し方向に変位する。このとき、駆動部材１６に摩擦係合された可動部材１８は、その摩擦係合力により駆動部材１６と同期追随して移動する。次に、図２のｂ状態からｃ状態へ移行するとき、前記鋸歯状駆動パルス電圧の急峻な立ち下がり部の電圧が印加されることによって圧電素子１４は急速に収縮し、これに伴って駆動部材１６も図３に示すように急速に戻り方向に変位する。このとき、可動部材１８と駆動部材１６の摩擦係合部に滑りが生じることになる。この滑りにより、可動部材１８は駆動部材１６の軸変位に追随して変位せず、戻り方向に僅かに移動するだけになり、その結果として、初期状態であるａ状態と比べると、ｃ状態では可動部材１８は繰り出し方向に移動している。このような動作が繰り返されることにより、可動部材１８は駆動部材１６上を圧電素子１４から離れる方向である繰り出し方向に移動されることになる。
【００３５】
一方、可動部材１８は、上述したのと逆の原理で圧電素子１４に近づく方向である戻り方向に移動される。すなわち、鋸歯状駆動パルス電圧の急峻な立ち上がり部の電圧が印加されることによって圧電素子１４は急速に伸長し、これに伴って駆動部材１６も急速に繰り出し方向に移動する。このとき、可動部材１８と駆動部材１６の摩擦係合部に滑りが生じ。この滑りにより可動部材１８は駆動部材１６の軸変位に追随して変位せず、繰り出し方向に僅かに移動するだけになる。次に、鋸歯状駆動パルス電圧の緩慢な立ち下がり部の電圧が印加されることによって圧電素子１４は緩やかに収縮し、これに伴って駆動部材１６も緩やかな速度で戻り方向に移動する。このとき、駆動部材１６に摩擦係合された可動部材１８は、その摩擦係合力により駆動部材１６と同期追随して戻り方向に変位する。その結果、初期状態と比べると、可動部材１８は戻り方向に移動している。このような動作が繰り返されることにより、可動部材１８は駆動部材１６上を戻り方向に移動されることになる。
【００３６】
続いて、図４を参照して前記位置センサ２５および検出回路２６について詳細に説明する。
位置センサ２５を構成する磁界発生部材２２は、厚さ方向に正着磁（つまり、磁界検出部材２４に対向する面がＮ極で、その裏面がＳ極）された略三角形状の第１磁石２２ａと、厚さ方向に負着磁（つまり、磁界検出部材２４に対向する面がＳ極で、その裏面がＮ極）された略三角形状の第２磁石２２ｂとを備えており、第１磁石２２ａおよび第２磁石２２ｂの各斜辺同士を対向させて固着した略四角形状をなしている。このような磁界発生部材２２であれば、Ｎ極部分とＳ極部分とが斜面形状に応じて、緩やかに入れ替わることとなる。したがって、かかる磁界発生部材２２が可動部材３と共に矢印Ｄ方向に移動された場合、定点で磁界観測すると、検出される表面磁束密度が略線形に変化するように検出されることとなる。
【００３７】
このような磁界発生部材２２が磁界検出部材２４に対向するように可動部材１８に固定されている。そして、磁界検出部材２４は、磁界発生部材２２の移動方向に沿って第１の磁界検出素子２４ａと第２の磁界検出素子２４ｂとが固定的に並置されて構成されている。したがって、磁界発生部材２２が矢印Ｄ方向に移動すると、第１の磁界検出素子２４ａおよび第２の磁界検出素子２４ｂ周辺の磁界が、磁界発生部材２２から与えられる表面胃磁束密度の変化に応じてそれぞれ変化するため、第１，第２の磁界検出素子２４ａ，２４ｂが検出する出力信号も変化することとなる。しかも、第１の磁界検出素子２４ａと第２の磁界検出素子２４ｂとが同時刻において検出する磁束密度は、磁界発生部材２２がＮ極部分からＳ極部分へ緩やかに変化する形状を備えていることから、それぞれの配置位置に応じて異なる磁束密度が検出されることとなる。すなわち、磁界発生部材２２の表面磁束密度は、その移動方向に対して、図中左端近傍で正の最大値をとり、中央部でゼロになり、図中右端近傍で負の最大値（絶対値）をとり、またその変化は略線形となることから、第１の磁界検出素子２４ａと第２の磁界検出素子２４ｂとからは、同時刻において異なる表面磁束密度が検出されるものである。
【００３８】
検出回路２６は、演算増幅器からそれぞれなる第１の加算器２６ａおよび第２の加算器２６ｂと、第１の加算器２６ａおよび第２の加算器２６ｂの各出力値に基づいて演算処理を行う演算器２６ｃとを備えている。
【００３９】
第１の加算器２６ａは、第１の磁界検出素子２４ａが磁界を検出して出力する出力電気信号を増幅するもので、第１の磁界検出素子２４ａのプラス側端子３０ａが第１の加算器２６ａの非反転入力端子に接続されている。また、第１の磁界検出素子２４ａのマイナス側端子３２ａは、第１の加算器２６ａの反転入力端子に接続されている。
【００４０】
一方、第２の加算器２６ｂは、第２の磁界検出素子２４ｂが磁界を検出して出力する出力電気信号を増幅するもので、第２の磁界検出素子２４ｂのプラス側端子３０ｂが第２の加算器２６ｂの反転入力端子に接続されている。また、第２の磁界検出素子２４ｂのマイナス側端子３２ｂは、第２の加算器２６ｂの非反転入力端子に接続されている。
【００４１】
演算器２６ｃは、第１の磁界検出素子２４ａから出力される電気信号を出力Ａ、第２の磁界検出素子２４ｂから出力される電気信号を出力Ｂとするときに、次式（１）に基づいて演算を行い、その演算結果を位置検出値として制御回路２８に送信する。
【００４２】
【数１】
【００４３】
このような（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）の演算処理を演算器２６ｃにおいて実行させる目的は、検出回路２６が検出する可動部材１８の位置信号の動作環境温度特性を改善させることにある。すなわち、一般に磁石は環境温度が変化すると、その温度特性により磁束密度が変化する。例えば環境温度が上昇した場合、磁界発生部材２２が備える第１磁石２２ａおよび第２磁石２２ｂがもつ温度特性によって、その表面磁束密度が低下することになる。これに伴い、第１，第２の磁界検出素子２４ａ，２４ｂの出力値も、環境温度の上昇に伴い低下する傾向がある。演算器２６ｃは、このような動作環境温度の変化による第１，第２の磁界検出素子２４ａ，２４ｂの出力値低下の影響を受けずに可動部材１８の位置検知が行い得るように、演算処理を行うものである。
【００４４】
なお、本実施形態では、位置センサとして磁気方式のものを用いたが、これに限らず、他の方式（例えば静電容量式や光学式など）の位置センサを用いてもよい。
【００４５】
次に、前記位置決め装置１０の位置フィードバック制御について説明する。
図５は、本実施形態の位置決め装置１０における可動部材１８の位置とレンズ傾きの関係を示す。位置決め装置１０において、例えば撮影装置の本体制御部から位置指令信号が制御回路２８に入力されると、制御回路２８は駆動回路２１に駆動指令信号を送信する。これにより、駆動回路２１が圧電素子１４に駆動電圧を印加することで、可動部材１８が駆動される。可動部材１８の位置は、位置センサ２５によって随時検出され、その位置検出値が検出回路２６から制御回路２８に入力される。制御回路２８は、図５に示すように、指令された目標位置と、位置センサ２５による位置検出値との差がゼロになるまで、可動部材１８を駆動する。
【００４６】
可動部材１８が目標位置に到達したとき、直ちに可動部材１８の駆動を停止すると、可動部材１８が有する慣性モーメントによって可動部材１８に傾きが生じ、可動部材１８に保持されたレンズにも傾きが発生する。この可動部材１８の傾きを、駆動部材１６に対する直交面からの角度θとすると、次式（２）で表すことができ、これを具体的にグラフ化したものが図６である。
【００４７】
なお、下記の運動方程式において、Ｊは可動部材１８の駆動部材１６に対する摩擦保持点Ｘを基準とする慣性モーメント、Ｃは振動減衰係数、Ｋはバネ定数を示す。ここで、図９を参照すると、可動部材４の摩擦保持部５は、図示しない板ばね等の付勢部材の付勢力によって駆動部材３に対して圧接されていることで摩擦保持部５と駆動部材３との間に所定の摩擦力を生じることになるが、摩擦保持部５は前記付勢部材によって駆動部材３に押し付けられているだけなので、レンズホルダ６および摩擦保持部５を含む可動部材４は図示する状態から矢印Ｃ方向（または逆方向）に或る程度の角度範囲で弾性的復元力をもって回動可能になっている。そのために上述したような可動部材およびレンズの傾きが生じることになるのだが、このときの弾性的復元力を前記バネ定数Ｋで表したものであり、このバネ定数Ｋは摩擦保持トルクとも表現される。このバネ定数Ｋ（すなわち摩擦保持トルク）は、本実施形態の位置決め装置１０についても同様である。
【００４８】
【数２】
【００４９】
図６に示すように、目標位置到達後直ちに可動部材１８を駆動停止した場合には、停止直後にレンズを保持する可動部材１８にはかなり大きな傾きが生じることになる。そこで、本実施形態の位置決め装置１０では、可動部材１８（すなわちレンズ）の傾きを抑えるために、可動部材１８が目標停止位置に一旦到達した後に、次のような位置フィードバック制御を所定時間以上さらに継続する。
【００５０】
図５に示すように、制御回路２８は、可動部材１８が目標停止位置に到達した後もさらに可動部材１８の駆動を継続して僅かにオーバーシュートさせから逆方向に駆動して戻すというような位置決め制御を少なくとも１回以上行う。このような制御を行うことで、目標停止位置に到達したとき直ちに可動部材１８を駆動停止する場合（図１０参照）に比べて、可動部材１８およびレンズの傾きをごく僅かに抑えることができる。また、可動部材１８をオーバーシュートさせてから戻すというような位置フィードバック制御は、通常用いられる一般的な制御回路２８で対応可能であるので、構成を簡便かつ安価なものにできる。
【００５１】
上述したような可動部材１８をオーバーシュートさせる制御は、次のようにして行われる。本実施形態の位置決め装置１０は、図７に示す制御ブロック図で表すことができ、制御回路２８は、その運動方程式に基づいて可動部材１８の位置ｘの挙動がオーバーシュートを伴う減衰振動的なものになるように積分ゲインＫｉを選択する。
【００５２】
【数３】
【００５３】
なお、上記のような制御回路はＰＩコントローラと一般的に称され、Ｐは比例を、Ｉは積分をそれぞれ意味する。また、Ｋｐを比例ゲイン、Ｋｉを積分ゲインと言い、Ｋｉを上述のように選択するとオーバーシュートが出る制御系になる。
【００５４】
このようなオーバーシュートを伴う位置決め制御を継続する所定時間は、可動部材１８の摩擦保持点Ｘを中心とする慣性モーメントと駆動部材１６に対する可動部材１８の摩擦保持トルクとから決まる可動部材１８の固有振動周期ｆｒの半分以上の時間であることが好ましい。このようにすれば、可動部材１８の駆動停止時に発生する可動部材１８の傾きは減衰振動するので、オーバーシュートを伴う位置決め制御を固有振動周期ｆｒの半分以上の時間継続することで可動部材１８の傾きは問題がない程度に十分に小さいものになる。
【００５５】
前記所定時間の上限は、特に限定されるものではないが、あまり長くなるとレンズの位置決めに時間がかかって撮影装置や光ピックアップ装置などの使い勝手が悪くなる。例えば前記位置決め装置１０がＤＶＤドライブの光ピックアップ光学系に用いられた場合には、ＤＶＤドライブの平均アクセス時間が約１５０ｍｓｅｃであり、ピックアップ用レンズの位置決めに要する時間はその１０分の１程度に収まっている必要があることから、この場合における前記所定時間の上限は例えば１５ｍｓｅｃが適当である。
【００５６】
また、前記所定時間を、前記固有振動周期ｆｒのｎ／２（ｎは１から始まる自然数）としてもよい。具体的には、図５のレンズ傾きを示す時間軸上における丸印３４，３６，３８の位置が固有振動周期ｆｒのｎ／２の時間になる。このようにすれば、固有振動周期ｆｒのｎ／２の時間でオーバーシュートを伴う位置決め制御を停止することで、可動部材１８の傾きが無い状態で可動部材１８を位置決めすることができる。
【００５７】
ここで、可動部材１８の固有振動周期は次式（３）で表される。
【数４】
【００５８】
次に、図８を参照して本発明の第２実施形態の位置決め装置４０について説明する。
位置決め装置４０は、従来例として説明した圧電アクチュエータＳとほぼ同様の構成を備えている。すなわち、圧電アクチュエータ４０では、固定部４２に一端が固定された圧電素子４４の他端に駆動部材４６が固定されており、駆動部材４６上に可動部材４８が移動可能に保持されている。可動部材４８は、駆動部材４６上に摩擦力で係合する摩擦保持部５０と、摩擦保持部５０に連結されて図示しないレンズを保持するレンズホルダ５２とからなっている。可動部材４８について、摩擦保持部５の中央部に摩擦保持点Ｘが位置しており、レンズホルダ５２の略中央部に可動部材４８の重心Ｇが位置している。
【００５９】
レンズホルダ５２の端部近傍には、駆動部材４６と平行に配設されたガイド軸５４が係合しており、このガイド軸５４によって駆動部材４６を中心とする回動が規制されながら駆動部材４６に沿って移動する可動部材４８がガイドされるようになっている。
【００６０】
位置決め装置４０もまた、可動部材４８に設けられた磁界発生部材５６と、磁界発生部材５６に対向して固定部５７上に固定配置された磁界検出部材５８とからなる位置センサ６０を備えている。この位置センサ６０は、上述した第１実施形態の位置決め装置１０における位置センサ２５と同様である。
【００６１】
従来例の圧電アクチュエータＳでは、駆動軸３から離れた可動部材４８の先端部に磁石８を設けたが、位置決め装置４０では、可動部材４８の摩擦保持点Ｘを基準として可動部材４８の重心Ｇが位置する方向と反対方向において磁界発生部材５６が可動部材４８の摩擦保持部５０に設けられている。
【００６２】
なお、駆動回路、検出回路および制御回路を備えている点と、位置決め装置４０の動作および制御は、第１実施形態の位置決め装置１０と同様であるため、ここでの説明を省略する。
【００６３】
このように本実施形態の位置決め装置４０では、磁界発生部材５６を可動部材４８の駆動部材４６側に設けたことで、可動部材４８の慣性モーメントが小さくなるので、可動部材４８を位置決め停止したときの可動部材４８とそれに保持されているレンズの矢印Ｃ方向への傾きを小さくすることができる。
【００６４】
ところで、前記位置決め装置１０，４０が光ピックアップ装置に適用されたときには、可動部材１８，４８に保持されたレンズが光ピックアップ光学系のレンズになり、このレンズが光軸方向に移動することにより収差補正が行われる。この場合、レンズの傾きを抑えながら可動部材１８，４８を位置決めでるので、精度良く収差補正することができる。
【００６５】
また、可動部材１８，４８が目標停止位置に一旦到達した後に行うオーバーシュートを伴う位置決め制御の継続時間は、光ディスク回転周期以上であってもよい。このようにすれば、光ディスク１周内で発生する光ディスクの保護層の厚み変化に基づく収差をリアルタイムに補正することが可能になり、光ディスク装置の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】第１実施形態の位置決め装置のシステム構成図。
【図２】図１に示す圧電アクチュエータの作動原理を説明するための図。
【図３】圧電アクチュエータの駆動部材の軸変位を示す図。
【図４】磁界発生部材、磁界検出部材および検出回路の詳細図。
【図５】オーバーシュートを伴う位置決め制御を行ったときの可動部材の位置とレンズ傾きを示すグラフ。
【図６】目標位置で直ちに駆動停止した後の可動部材の傾きを示すグラフ。
【図７】位置決め装置の制御ブロック図。
【図８】第２実施形態の位置決め装置の構成図。
【図９】従来例の位置センサ付き摩擦駆動型圧電アクチュエータの構成図。
【図１０】図９の圧電アクチュエータにおける可動部材の位置とレンズ傾きを示すグラフ。
【符号の説明】
【００６７】
１０…位置決め装置
１２…固定部
１４…圧電素子（電気変換素子）
１６…駆動部材
１８…可動部材
２０…圧電アクチュエータ
２１…駆動回路
２２…磁界発生部材
２４…磁界検出部材
２５…位置センサ
２６…検出回路
２８…制御回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置決め装置に関し、例えばカメラや光ピックアップにおけるレンズ駆動や精密ステージ駆動などに好適に用いられる位置決め装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１には、圧電素子を用いた駆動装置における移動部材の位置検出装置が開示されている。この駆動装置では、圧電素子の一端に駆動軸が連結され、この駆動軸に可動部材が摩擦係合されており、圧電素子に電圧を印加することにより伸び速度と縮み速度とが異なる伸縮振動させて、この振動を駆動軸に伝達することによって移動部材を駆動軸上で移動させるようになっている。そして、一定間隔で凹凸部が形成された検出部材を駆動軸と微小空隙を隔てて平行に配置し、可動部材の移動に伴って可動部材と検出部材との間の空隙（すなわち静電容量）が周期的に変化するのを利用して、可動部材から検出部材に流れる電流の変化を検出することにより、可動部材の位置を検出するようになっている。
【０００３】
また、図９に、位置センサ付き摩擦駆動型圧電アクチュエータＳを示す。この圧電アクチュエータＳでは、固定部１に一端が固定された圧電素子２の他端に駆動軸３が固定されており、駆動軸３上に可動部材４が移動可能に保持されている。可動部材４は、駆動軸３上に摩擦力で係合する摩擦保持部５と、摩擦保持部５に連結されて図示しないレンズを保持するレンズホルダ６とからなっている。また、摩擦保持部５の中央部に摩擦保持点Ｘが位置している。
【０００４】
レンズホルダ６の端部近傍には、駆動軸３と平行に配設されたガイド軸７が係合しており、このガイド軸７によって駆動軸３を中心とする回動が規制されながら駆動軸３に沿って移動する可動部材４がガイドされるようになっている。また、レンズホルダ６の端部には、磁石８が付設されており、この磁石８に対向するように磁気センサ９が固定配置されている。
【０００５】
このような構成からなる圧電アクチュエータＳにおける可動部材４の駆動原理は、上述した特許文献１の駆動装置と全く同じであり、可動部材４の位置検出方法が磁気方式によるものである点において異なるだけである。
【０００６】
前記圧電アクチュエータＳにおいて、可動部材４の位置決め制御を行って可動部材４が目標とする停止位置に到達したとき直ちに可動部材４の駆動を停止すると、慣性モーメントによって可動部材４が矢印Ｃ方向に傾く現象が発生する。この現象は、可動部材４でレンズなどの光学素子を駆動する場合に問題となる。例えば前記圧電アクチュエータＳを光ディスク装置における収差補正駆動に用いた場合、レンズの位置決め完了後にレンズに傾きが生じると、トラッキングエラーが発生することになる。この問題は、静電容量方式で可動部材の位置検出を行う特許文献１に開示される駆動装置を光ディスク装置に用いて収差補正用レンズを駆動する場合も同様である。
【０００７】
図１０に可動部材４の位置とレンズ傾きの関係を示すが、可動部材４が目標位置に到達したとき直ちに駆動を停止すると、レンズ傾きは次第に減衰するものの停止直後にはレンズ傾きはかなり大きくなっている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−１８５４０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、本発明は、簡便かつ安価な構成で、可動部材の傾きを抑えながら位置決め制御できる位置決め装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するため、本発明の第１態様の位置決め装置は、電気機械変換素子、前記電気機械変換素子の一端に固定された駆動部材、および、前記駆動部材上に移動可能に摩擦保持された可動部材からなる圧電アクチュエータと、
前記電気機械変換素子を駆動する駆動回路と、
前記可動部材の位置を検出する位置センサと、
前記位置センサからの信号を処理する検出回路と、
前記検出回路による位置検出値に基づいて前記駆動回路に駆動指令信号を与えることで前記可動部材の位置フィードバック制御を行う制御回路と、を備えた位置決め装置であって、
前記可動部材の位置決め動作の際、前記制御回路は、前記可動部材が目標停止位置に一旦到達した後に、オーバーシュートを伴う位置決め制御を所定時間以上さらに継続することを特徴とするものである。
【００１１】
この構成によれば、可動部材が目標停止位置に一旦到達した後にオーバーシュートさせてから戻すというような位置決め制御を所定時間以上さらに継続してから可動部材を駆動停止することにより、目標停止位置に到達したとき直ちに可動部材を駆動停止する場合に比べて、可動部材の位置決め時の傾きをごく僅かに抑えることができる。また、可動部材をオーバーシュートさせてから戻すというような位置決め制御は、通常用いられる制御回路で対応可能であるので、構成を簡便かつ安価なものにできる。
【００１２】
本発明の第１態様の位置決め装置において、前記所定時間は、前記可動部材の摩擦保持点を中心とする慣性モーメントと前記駆動部材に対する前記可動部材の摩擦保持トルクとから決まる前記可動部材の固有振動周期の半分の時間であってもよい。
【００１３】
この構成によれば、可動部材の駆動停止時に発生する可動部材の傾きは減衰振動するので、前記オーバーシュートを伴う位置決め制御を前記固有振動周期の半分以上の時間継続することで可動部材の傾きは問題がない程度に十分に小さいものになる。
【００１４】
また、本発明の第１態様の位置決め装置において、前記所定時間が、前記固有振動周期のｎ／２（ｎは１から始まる自然数）であってもよい。
【００１５】
この構成によれば、前記固有振動周期のｎ／２の時間で前記オーバーシュートを伴う位置決め制御を停止することで、可動部材の傾きが無い状態で可動部材を位置決めすることができる。
【００１６】
本発明の第２態様の位置決め装置は、電気機械変換素子、前記電気機械変換素子の一端に固定された駆動部材、および、前記駆動部材上に移動可能に摩擦保持された可動部材からなる圧電アクチュエータと、
前記電気機械変換素子を駆動する駆動回路と、
前記可動部材の位置を検出する位置センサと、
前記位置センサからの信号を処理する検出回路と、
前記検出回路による位置検出値に基づいて前記駆動回路に駆動指令信号を与えることで前記可動部材の位置決め制御を行う制御回路と、を備えた位置決め装置であって、
前記位置センサが、前記可動部材に設けられた磁界発生部材と、固定部に設けられた磁気検出部材とからなり、前記可動部材の摩擦保持点を基準として前記可動部材の重心が位置する方向と反対方向において前記磁界発生部材が前記可動部材に設けられていることを特徴とするものである。
【００１７】
この構成によれば、磁界発生部材を可動部材の駆動部材側に設けたことで、可動部材の慣性モーメントが小さくなるので、可動部材を位置決め停止したときの可動部材の傾きを小さくすることができる。
【００１８】
本発明の位置決め装置において、前記可動部材が光学素子を保持してもよい。
【００１９】
この構成によれば、可動部材を位置決め停止したときの光学素子の傾きを小さくすることができる。
【００２０】
また、本発明の位置決め装置において、前記光学素子の光軸と、前記可動部材の移動方向が平行であることが好ましい。
【００２１】
この構成によれば、収差補正すべき光線が光学素子の光軸に常に一致した状態で可動部材を移動させることができる。
【００２２】
また、本発明の位置決め装置において、前記光学素子が撮影光学系の一部をなしてもよい。
【００２３】
また、本発明の位置決め装置において、前記光学素子が光ピックアップ光学系の一部をなしてもよい。この場合、前記光学素子が光ピックアップ光学系のレンズであり、前記レンズが光軸方向に移動することにより収差補正を行ってもよい。
【００２４】
この構成によれば、レンズの傾きを抑えながら可動部材を位置決めでるので、精度良く収差補正することができる。
【００２５】
さらに、前記可動部材が目標停止位置に一旦到達した後に行うオーバーシュートを伴う位置決め制御の継続時間は、光ディスク回転周期以上であってもよい。
【００２６】
この構成によれば、光ディスク１周内で発生する光ディスクの保護層の厚み変化に基づく収差をリアルタイムに補正することが可能になり、光ディスク装置の信頼性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００２７】
上述したように本発明の位置決め装置によれば、可動部材が目標停止位置に一旦到達した後にオーバーシュートさせてから戻すというような位置決め制御を所定時間以上さらに継続してから可動部材を駆動停止することにより、目標停止位置に到達したとき直ちに可動部材を駆動停止する場合に比べて、可動部材の位置決め時の傾きをごく僅かに抑えることができる。また、可動部材をオーバーシュートさせてから戻すというような位置決め制御は、通常用いられる制御回路で対応可能であるので、構成を簡便かつ安価なものにできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下に、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１実施形態である位置決め装置１０のシステム構成図である。この位置決め装置１０は、固定部１２に接着等の方法で一端が固定された電気機械変換素子としての圧電素子１４と、圧電素子１４の他端に接着等の方法で固定された例えば丸棒状の駆動部材１６と、駆動部材１６上に摩擦保持されている可動部材１８とからなる圧電アクチュエータ２０を備えている。
【００２９】
可動部材１８は、圧電素子１４の伸縮方向である矢印Ｄ方向に駆動部材１６に沿って移動可能になっている。また、可動部材１８は、図９に示す可動部材４と同様に、駆動部材１６上に摩擦力で係合する摩擦保持部と、この摩擦保持部に連結されて図示しないレンズ（光学素子）を保持するレンズホルダとからなっており、このレンズの光軸が可動部材１８の移動方向と平行になっている。また、可動部材１８が駆動部材１６に沿って移動するときにガイド軸によって駆動部材１６を中心とする回動が規制されながらガイドされるようになっている点も図９に示す圧電アクチュエータＳと同様である。さらに、可動部材１８の摩擦保持部の中央部に摩擦保持点Ｘが位置している点も前記圧電アクチュエータＳと同様である。
【００３０】
圧電アクチュエータ１０が例えばカメラ等の撮影装置に適用される場合には、前記レンズは撮影光学系の一部を構成し、圧電アクチュエータ１０が光ピックアップ装置に適用される場合には、前記レンズは光ピックアップ光学系の一部を構成する。さらに、圧電素子１４は、駆動回路２１から電圧が印加されて駆動されるようになっている。なお、電気変換素子は例えばピエゾ素子等の圧電素子に限定されず、他の電歪素子であってもよい。
【００３１】
可動部材１８には、磁界発生部材２２が取り付けられている。磁界発生部材２２は、可動部材１８と共に移動するようになっている。この磁界発生部材２２に対向するようにして固定部１２上に磁界検出部材２４が固定されている。磁界検出部材２４は、磁界発生部材２２により生成される磁界を検出するものである。磁界検出部材２４として、例えばホール素子やＭＲ素子などが好適に用いられる。これら磁界発生部材２２および磁界検出部材２４が、可動部材１８の位置を検出する位置センサ２５を構成する。
【００３２】
磁界検出部材２４は、検出回路２６に電気的に接続されており、磁界検出部材２４による検出信号が検出回路２６に入力されるようになっている。検出回路２６は、前記検出信号に基づいて演算処理することにより可動部材１８の位置を求めるものである。検出回路２６は、制御回路２８に電気的に接続されており、検出回路２６による位置検出値が制御回路２８に入力されるようになっている。制御回路２８は、前記位置検出値に基づいて駆動回路２１に駆動指令信号を与えることで、可動部材１８の位置決めフィードバック制御を行うためのものである。
【００３３】
続いて、前記圧電アクチュエータ１０の作動原理について説明する。図２は駆動部材１６上における可動部材１８の移動状態を示す模式図であり、図３は駆動部材１６の軸変位を時間軸に示したグラフである。つまり、図３に示すような軸変位動作を駆動部材１６が為すように、圧電素子１４に対して鋸歯状の駆動パルス電圧が印加されるものである。なお、図２中のａ，ｂ，ｃの各状態と、図３中に示す記号ａ，ｂ，ｃの時間ポイントとは一致させて描いている。
【００３４】
まず、図２のａ状態を初期状態とすると、この初期状態から図２のｂ状態に移行するとき、前記鋸歯状駆動パルス電圧の緩慢な立ち上がり部の電圧が印加されることによって圧電素子１４は緩やかに伸長し、これに伴って駆動部材１６も図３に示すように緩やかな速度で繰り出し方向に変位する。このとき、駆動部材１６に摩擦係合された可動部材１８は、その摩擦係合力により駆動部材１６と同期追随して移動する。次に、図２のｂ状態からｃ状態へ移行するとき、前記鋸歯状駆動パルス電圧の急峻な立ち下がり部の電圧が印加されることによって圧電素子１４は急速に収縮し、これに伴って駆動部材１６も図３に示すように急速に戻り方向に変位する。このとき、可動部材１８と駆動部材１６の摩擦係合部に滑りが生じることになる。この滑りにより、可動部材１８は駆動部材１６の軸変位に追随して変位せず、戻り方向に僅かに移動するだけになり、その結果として、初期状態であるａ状態と比べると、ｃ状態では可動部材１８は繰り出し方向に移動している。このような動作が繰り返されることにより、可動部材１８は駆動部材１６上を圧電素子１４から離れる方向である繰り出し方向に移動されることになる。
【００３５】
一方、可動部材１８は、上述したのと逆の原理で圧電素子１４に近づく方向である戻り方向に移動される。すなわち、鋸歯状駆動パルス電圧の急峻な立ち上がり部の電圧が印加されることによって圧電素子１４は急速に伸長し、これに伴って駆動部材１６も急速に繰り出し方向に移動する。このとき、可動部材１８と駆動部材１６の摩擦係合部に滑りが生じ。この滑りにより可動部材１８は駆動部材１６の軸変位に追随して変位せず、繰り出し方向に僅かに移動するだけになる。次に、鋸歯状駆動パルス電圧の緩慢な立ち下がり部の電圧が印加されることによって圧電素子１４は緩やかに収縮し、これに伴って駆動部材１６も緩やかな速度で戻り方向に移動する。このとき、駆動部材１６に摩擦係合された可動部材１８は、その摩擦係合力により駆動部材１６と同期追随して戻り方向に変位する。その結果、初期状態と比べると、可動部材１８は戻り方向に移動している。このような動作が繰り返されることにより、可動部材１８は駆動部材１６上を戻り方向に移動されることになる。
【００３６】
続いて、図４を参照して前記位置センサ２５および検出回路２６について詳細に説明する。
位置センサ２５を構成する磁界発生部材２２は、厚さ方向に正着磁（つまり、磁界検出部材２４に対向する面がＮ極で、その裏面がＳ極）された略三角形状の第１磁石２２ａと、厚さ方向に負着磁（つまり、磁界検出部材２４に対向する面がＳ極で、その裏面がＮ極）された略三角形状の第２磁石２２ｂとを備えており、第１磁石２２ａおよび第２磁石２２ｂの各斜辺同士を対向させて固着した略四角形状をなしている。このような磁界発生部材２２であれば、Ｎ極部分とＳ極部分とが斜面形状に応じて、緩やかに入れ替わることとなる。したがって、かかる磁界発生部材２２が可動部材３と共に矢印Ｄ方向に移動された場合、定点で磁界観測すると、検出される表面磁束密度が略線形に変化するように検出されることとなる。
【００３７】
このような磁界発生部材２２が磁界検出部材２４に対向するように可動部材１８に固定されている。そして、磁界検出部材２４は、磁界発生部材２２の移動方向に沿って第１の磁界検出素子２４ａと第２の磁界検出素子２４ｂとが固定的に並置されて構成されている。したがって、磁界発生部材２２が矢印Ｄ方向に移動すると、第１の磁界検出素子２４ａおよび第２の磁界検出素子２４ｂ周辺の磁界が、磁界発生部材２２から与えられる表面胃磁束密度の変化に応じてそれぞれ変化するため、第１，第２の磁界検出素子２４ａ，２４ｂが検出する出力信号も変化することとなる。しかも、第１の磁界検出素子２４ａと第２の磁界検出素子２４ｂとが同時刻において検出する磁束密度は、磁界発生部材２２がＮ極部分からＳ極部分へ緩やかに変化する形状を備えていることから、それぞれの配置位置に応じて異なる磁束密度が検出されることとなる。すなわち、磁界発生部材２２の表面磁束密度は、その移動方向に対して、図中左端近傍で正の最大値をとり、中央部でゼロになり、図中右端近傍で負の最大値（絶対値）をとり、またその変化は略線形となることから、第１の磁界検出素子２４ａと第２の磁界検出素子２４ｂとからは、同時刻において異なる表面磁束密度が検出されるものである。
【００３８】
検出回路２６は、演算増幅器からそれぞれなる第１の加算器２６ａおよび第２の加算器２６ｂと、第１の加算器２６ａおよび第２の加算器２６ｂの各出力値に基づいて演算処理を行う演算器２６ｃとを備えている。
【００３９】
第１の加算器２６ａは、第１の磁界検出素子２４ａが磁界を検出して出力する出力電気信号を増幅するもので、第１の磁界検出素子２４ａのプラス側端子３０ａが第１の加算器２６ａの非反転入力端子に接続されている。また、第１の磁界検出素子２４ａのマイナス側端子３２ａは、第１の加算器２６ａの反転入力端子に接続されている。
【００４０】
一方、第２の加算器２６ｂは、第２の磁界検出素子２４ｂが磁界を検出して出力する出力電気信号を増幅するもので、第２の磁界検出素子２４ｂのプラス側端子３０ｂが第２の加算器２６ｂの反転入力端子に接続されている。また、第２の磁界検出素子２４ｂのマイナス側端子３２ｂは、第２の加算器２６ｂの非反転入力端子に接続されている。
【００４１】
演算器２６ｃは、第１の磁界検出素子２４ａから出力される電気信号を出力Ａ、第２の磁界検出素子２４ｂから出力される電気信号を出力Ｂとするときに、次式（１）に基づいて演算を行い、その演算結果を位置検出値として制御回路２８に送信する。
【００４２】
【数１】
【００４３】
このような（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）の演算処理を演算器２６ｃにおいて実行させる目的は、検出回路２６が検出する可動部材１８の位置信号の動作環境温度特性を改善させることにある。すなわち、一般に磁石は環境温度が変化すると、その温度特性により磁束密度が変化する。例えば環境温度が上昇した場合、磁界発生部材２２が備える第１磁石２２ａおよび第２磁石２２ｂがもつ温度特性によって、その表面磁束密度が低下することになる。これに伴い、第１，第２の磁界検出素子２４ａ，２４ｂの出力値も、環境温度の上昇に伴い低下する傾向がある。演算器２６ｃは、このような動作環境温度の変化による第１，第２の磁界検出素子２４ａ，２４ｂの出力値低下の影響を受けずに可動部材１８の位置検知が行い得るように、演算処理を行うものである。
【００４４】
なお、本実施形態では、位置センサとして磁気方式のものを用いたが、これに限らず、他の方式（例えば静電容量式や光学式など）の位置センサを用いてもよい。
【００４５】
次に、前記位置決め装置１０の位置フィードバック制御について説明する。
図５は、本実施形態の位置決め装置１０における可動部材１８の位置とレンズ傾きの関係を示す。位置決め装置１０において、例えば撮影装置の本体制御部から位置指令信号が制御回路２８に入力されると、制御回路２８は駆動回路２１に駆動指令信号を送信する。これにより、駆動回路２１が圧電素子１４に駆動電圧を印加することで、可動部材１８が駆動される。可動部材１８の位置は、位置センサ２５によって随時検出され、その位置検出値が検出回路２６から制御回路２８に入力される。制御回路２８は、図５に示すように、指令された目標位置と、位置センサ２５による位置検出値との差がゼロになるまで、可動部材１８を駆動する。
【００４６】
可動部材１８が目標位置に到達したとき、直ちに可動部材１８の駆動を停止すると、可動部材１８が有する慣性モーメントによって可動部材１８に傾きが生じ、可動部材１８に保持されたレンズにも傾きが発生する。この可動部材１８の傾きを、駆動部材１６に対する直交面からの角度θとすると、次式（２）で表すことができ、これを具体的にグラフ化したものが図６である。
【００４７】
なお、下記の運動方程式において、Ｊは可動部材１８の駆動部材１６に対する摩擦保持点Ｘを基準とする慣性モーメント、Ｃは振動減衰係数、Ｋはバネ定数を示す。ここで、図９を参照すると、可動部材４の摩擦保持部５は、図示しない板ばね等の付勢部材の付勢力によって駆動部材３に対して圧接されていることで摩擦保持部５と駆動部材３との間に所定の摩擦力を生じることになるが、摩擦保持部５は前記付勢部材によって駆動部材３に押し付けられているだけなので、レンズホルダ６および摩擦保持部５を含む可動部材４は図示する状態から矢印Ｃ方向（または逆方向）に或る程度の角度範囲で弾性的復元力をもって回動可能になっている。そのために上述したような可動部材およびレンズの傾きが生じることになるのだが、このときの弾性的復元力を前記バネ定数Ｋで表したものであり、このバネ定数Ｋは摩擦保持トルクとも表現される。このバネ定数Ｋ（すなわち摩擦保持トルク）は、本実施形態の位置決め装置１０についても同様である。
【００４８】
【数２】
【００４９】
図６に示すように、目標位置到達後直ちに可動部材１８を駆動停止した場合には、停止直後にレンズを保持する可動部材１８にはかなり大きな傾きが生じることになる。そこで、本実施形態の位置決め装置１０では、可動部材１８（すなわちレンズ）の傾きを抑えるために、可動部材１８が目標停止位置に一旦到達した後に、次のような位置フィードバック制御を所定時間以上さらに継続する。
【００５０】
図５に示すように、制御回路２８は、可動部材１８が目標停止位置に到達した後もさらに可動部材１８の駆動を継続して僅かにオーバーシュートさせから逆方向に駆動して戻すというような位置決め制御を少なくとも１回以上行う。このような制御を行うことで、目標停止位置に到達したとき直ちに可動部材１８を駆動停止する場合（図１０参照）に比べて、可動部材１８およびレンズの傾きをごく僅かに抑えることができる。また、可動部材１８をオーバーシュートさせてから戻すというような位置フィードバック制御は、通常用いられる一般的な制御回路２８で対応可能であるので、構成を簡便かつ安価なものにできる。
【００５１】
上述したような可動部材１８をオーバーシュートさせる制御は、次のようにして行われる。本実施形態の位置決め装置１０は、図７に示す制御ブロック図で表すことができ、制御回路２８は、その運動方程式に基づいて可動部材１８の位置ｘの挙動がオーバーシュートを伴う減衰振動的なものになるように積分ゲインＫｉを選択する。
【００５２】
【数３】
【００５３】
なお、上記のような制御回路はＰＩコントローラと一般的に称され、Ｐは比例を、Ｉは積分をそれぞれ意味する。また、Ｋｐを比例ゲイン、Ｋｉを積分ゲインと言い、Ｋｉを上述のように選択するとオーバーシュートが出る制御系になる。
【００５４】
このようなオーバーシュートを伴う位置決め制御を継続する所定時間は、可動部材１８の摩擦保持点Ｘを中心とする慣性モーメントと駆動部材１６に対する可動部材１８の摩擦保持トルクとから決まる可動部材１８の固有振動周期ｆｒの半分以上の時間であることが好ましい。このようにすれば、可動部材１８の駆動停止時に発生する可動部材１８の傾きは減衰振動するので、オーバーシュートを伴う位置決め制御を固有振動周期ｆｒの半分以上の時間継続することで可動部材１８の傾きは問題がない程度に十分に小さいものになる。
【００５５】
前記所定時間の上限は、特に限定されるものではないが、あまり長くなるとレンズの位置決めに時間がかかって撮影装置や光ピックアップ装置などの使い勝手が悪くなる。例えば前記位置決め装置１０がＤＶＤドライブの光ピックアップ光学系に用いられた場合には、ＤＶＤドライブの平均アクセス時間が約１５０ｍｓｅｃであり、ピックアップ用レンズの位置決めに要する時間はその１０分の１程度に収まっている必要があることから、この場合における前記所定時間の上限は例えば１５ｍｓｅｃが適当である。
【００５６】
また、前記所定時間を、前記固有振動周期ｆｒのｎ／２（ｎは１から始まる自然数）としてもよい。具体的には、図５のレンズ傾きを示す時間軸上における丸印３４，３６，３８の位置が固有振動周期ｆｒのｎ／２の時間になる。このようにすれば、固有振動周期ｆｒのｎ／２の時間でオーバーシュートを伴う位置決め制御を停止することで、可動部材１８の傾きが無い状態で可動部材１８を位置決めすることができる。
【００５７】
ここで、可動部材１８の固有振動周期は次式（３）で表される。
【数４】
【００５８】
次に、図８を参照して本発明の第２実施形態の位置決め装置４０について説明する。
位置決め装置４０は、従来例として説明した圧電アクチュエータＳとほぼ同様の構成を備えている。すなわち、圧電アクチュエータ４０では、固定部４２に一端が固定された圧電素子４４の他端に駆動部材４６が固定されており、駆動部材４６上に可動部材４８が移動可能に保持されている。可動部材４８は、駆動部材４６上に摩擦力で係合する摩擦保持部５０と、摩擦保持部５０に連結されて図示しないレンズを保持するレンズホルダ５２とからなっている。可動部材４８について、摩擦保持部５の中央部に摩擦保持点Ｘが位置しており、レンズホルダ５２の略中央部に可動部材４８の重心Ｇが位置している。
【００５９】
レンズホルダ５２の端部近傍には、駆動部材４６と平行に配設されたガイド軸５４が係合しており、このガイド軸５４によって駆動部材４６を中心とする回動が規制されながら駆動部材４６に沿って移動する可動部材４８がガイドされるようになっている。
【００６０】
位置決め装置４０もまた、可動部材４８に設けられた磁界発生部材５６と、磁界発生部材５６に対向して固定部５７上に固定配置された磁界検出部材５８とからなる位置センサ６０を備えている。この位置センサ６０は、上述した第１実施形態の位置決め装置１０における位置センサ２５と同様である。
【００６１】
従来例の圧電アクチュエータＳでは、駆動軸３から離れた可動部材４８の先端部に磁石８を設けたが、位置決め装置４０では、可動部材４８の摩擦保持点Ｘを基準として可動部材４８の重心Ｇが位置する方向と反対方向において磁界発生部材５６が可動部材４８の摩擦保持部５０に設けられている。
【００６２】
なお、駆動回路、検出回路および制御回路を備えている点と、位置決め装置４０の動作および制御は、第１実施形態の位置決め装置１０と同様であるため、ここでの説明を省略する。
【００６３】
このように本実施形態の位置決め装置４０では、磁界発生部材５６を可動部材４８の駆動部材４６側に設けたことで、可動部材４８の慣性モーメントが小さくなるので、可動部材４８を位置決め停止したときの可動部材４８とそれに保持されているレンズの矢印Ｃ方向への傾きを小さくすることができる。
【００６４】
ところで、前記位置決め装置１０，４０が光ピックアップ装置に適用されたときには、可動部材１８，４８に保持されたレンズが光ピックアップ光学系のレンズになり、このレンズが光軸方向に移動することにより収差補正が行われる。この場合、レンズの傾きを抑えながら可動部材１８，４８を位置決めでるので、精度良く収差補正することができる。
【００６５】
また、可動部材１８，４８が目標停止位置に一旦到達した後に行うオーバーシュートを伴う位置決め制御の継続時間は、光ディスク回転周期以上であってもよい。このようにすれば、光ディスク１周内で発生する光ディスクの保護層の厚み変化に基づく収差をリアルタイムに補正することが可能になり、光ディスク装置の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】第１実施形態の位置決め装置のシステム構成図。
【図２】図１に示す圧電アクチュエータの作動原理を説明するための図。
【図３】圧電アクチュエータの駆動部材の軸変位を示す図。
【図４】磁界発生部材、磁界検出部材および検出回路の詳細図。
【図５】オーバーシュートを伴う位置決め制御を行ったときの可動部材の位置とレンズ傾きを示すグラフ。
【図６】目標位置で直ちに駆動停止した後の可動部材の傾きを示すグラフ。
【図７】位置決め装置の制御ブロック図。
【図８】第２実施形態の位置決め装置の構成図。
【図９】従来例の位置センサ付き摩擦駆動型圧電アクチュエータの構成図。
【図１０】図９の圧電アクチュエータにおける可動部材の位置とレンズ傾きを示すグラフ。
【符号の説明】
【００６７】
１０…位置決め装置
１２…固定部
１４…圧電素子（電気変換素子）
１６…駆動部材
１８…可動部材
２０…圧電アクチュエータ
２１…駆動回路
２２…磁界発生部材
２４…磁界検出部材
２５…位置センサ
２６…検出回路
２８…制御回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気機械変換素子、前記電気機械変換素子の一端に固定された駆動部材、および、前記駆動部材上に移動可能に摩擦保持された可動部材からなる圧電アクチュエータと、
前記電気機械変換素子を駆動する駆動回路と、
前記可動部材の位置を検出する位置センサと、
前記位置センサからの信号を処理する検出回路と、
前記検出回路による位置検出値に基づいて前記駆動回路に駆動指令信号を与えることで前記可動部材の位置フィードバック制御を行う制御回路と、を備えた位置決め装置であって、
前記可動部材の位置決め動作の際、前記制御回路は、前記可動部材が目標停止位置に一旦到達した後に、オーバーシュートを伴う位置決め制御を所定時間以上さらに継続することを特徴とする位置決め装置。
【請求項２】
前記所定時間は、前記可動部材の摩擦保持点を中心とする慣性モーメントと前記駆動部材に対する前記可動部材の摩擦保持トルクとから決まる前記可動部材の固有振動周期の半分の時間であることを特徴とする請求項１に記載の位置決め装置。
【請求項３】
前記所定時間が、前記固有振動周期のｎ／２（ｎは１から始まる自然数）であることを特徴とする請求項２に記載の位置決め装置。
【請求項４】
電気機械変換素子、前記電気機械変換素子の一端に固定された駆動部材、および、前記駆動部材上に移動可能に摩擦保持された可動部材からなる圧電アクチュエータと、
前記電気機械変換素子を駆動する駆動回路と、
前記可動部材の位置を検出する位置センサと、
前記位置センサからの信号を処理する検出回路と、
前記検出回路による位置検出値に基づいて前記駆動回路に駆動指令信号を与えることで前記可動部材の位置決め制御を行う制御回路と、を備えた位置決め装置であって、
前記位置センサが、前記可動部材に設けられた磁界発生部材と、固定部に設けられた磁気検出部材とからなり、前記可動部材の摩擦保持点を基準として前記可動部材の重心が位置する方向と反対方向において前記磁界発生部材が前記可動部材に設けられていることを特徴とする位置決め装置。
【請求項５】
前記可動部材が光学素子を保持することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の位置決め装置。
【請求項６】
前記光学素子の光軸と、前記可動部材の移動方向が平行であることを特徴とする請求項５に記載の位置決め装置。
【請求項７】
前記光学素子が撮影光学系の一部をなすことを特徴とする請求項５に記載の位置決め装置。
【請求項８】
前記光学素子が光ピックアップ光学系の一部をなすことを特徴とする請求項５に記載の位置決め装置。
【請求項９】
前記光学素子が光ピックアップ光学系のレンズであり、前記レンズが光軸方向に移動することにより収差補正を行うことを特徴とする請求項８に記載の位置決め装置。
【請求項１０】
前記可動部材が目標停止位置に一旦到達した後に行うオーバーシュートを伴う位置決め制御の継続時間は、光ディスク回転周期以上であること特徴とする請求項８または９に記載の位置決め装置。
【請求項１】
電気機械変換素子、前記電気機械変換素子の一端に固定された駆動部材、および、前記駆動部材上に移動可能に摩擦保持された可動部材からなる圧電アクチュエータと、
前記電気機械変換素子を駆動する駆動回路と、
前記可動部材の位置を検出する位置センサと、
前記位置センサからの信号を処理する検出回路と、
前記検出回路による位置検出値に基づいて前記駆動回路に駆動指令信号を与えることで前記可動部材の位置フィードバック制御を行う制御回路と、を備えた位置決め装置であって、
前記可動部材の位置決め動作の際、前記制御回路は、前記可動部材が目標停止位置に一旦到達した後に、オーバーシュートを伴う位置決め制御を所定時間以上さらに継続することを特徴とする位置決め装置。
【請求項２】
前記所定時間は、前記可動部材の摩擦保持点を中心とする慣性モーメントと前記駆動部材に対する前記可動部材の摩擦保持トルクとから決まる前記可動部材の固有振動周期の半分の時間であることを特徴とする請求項１に記載の位置決め装置。
【請求項３】
前記所定時間が、前記固有振動周期のｎ／２（ｎは１から始まる自然数）であることを特徴とする請求項２に記載の位置決め装置。
【請求項４】
電気機械変換素子、前記電気機械変換素子の一端に固定された駆動部材、および、前記駆動部材上に移動可能に摩擦保持された可動部材からなる圧電アクチュエータと、
前記電気機械変換素子を駆動する駆動回路と、
前記可動部材の位置を検出する位置センサと、
前記位置センサからの信号を処理する検出回路と、
前記検出回路による位置検出値に基づいて前記駆動回路に駆動指令信号を与えることで前記可動部材の位置決め制御を行う制御回路と、を備えた位置決め装置であって、
前記位置センサが、前記可動部材に設けられた磁界発生部材と、固定部に設けられた磁気検出部材とからなり、前記可動部材の摩擦保持点を基準として前記可動部材の重心が位置する方向と反対方向において前記磁界発生部材が前記可動部材に設けられていることを特徴とする位置決め装置。
【請求項５】
前記可動部材が光学素子を保持することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の位置決め装置。
【請求項６】
前記光学素子の光軸と、前記可動部材の移動方向が平行であることを特徴とする請求項５に記載の位置決め装置。
【請求項７】
前記光学素子が撮影光学系の一部をなすことを特徴とする請求項５に記載の位置決め装置。
【請求項８】
前記光学素子が光ピックアップ光学系の一部をなすことを特徴とする請求項５に記載の位置決め装置。
【請求項９】
前記光学素子が光ピックアップ光学系のレンズであり、前記レンズが光軸方向に移動することにより収差補正を行うことを特徴とする請求項８に記載の位置決め装置。
【請求項１０】
前記可動部材が目標停止位置に一旦到達した後に行うオーバーシュートを伴う位置決め制御の継続時間は、光ディスク回転周期以上であること特徴とする請求項８または９に記載の位置決め装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００６−１１３８７４（Ｐ２００６−１１３８７４Ａ）
【公開日】平成１８年４月２７日（２００６．４．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３０１５１４（Ｐ２００４−３０１５１４）
【出願日】平成１６年１０月１５日（２００４．１０．１５）
【出願人】（３０３０００４０８）コニカミノルタオプト株式会社 (3,255)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年４月２７日（２００６．４．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１０月１５日（２００４．１０．１５）
【出願人】（３０３０００４０８）コニカミノルタオプト株式会社 (3,255)
【Ｆターム（参考）】
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