(57)【要約】【課題】  環境条件や負荷条件、個体差に影響されにくい速度制御を行うことができる振動型モータの速度制御方法を提供する。【解決手段】  振動型モータに印加される駆動用周波信号の位相差、周波数、または振幅を変更して回転速度を制御する速度制御手段と、振動体に発生する振動を検出する振動検出手段と、前記振動検出手段と前記駆動用周波信号との位相差を検出する位相差検出手段と、を有する振動型モータ制御装置において、  前記位相差検出手段からの信号に基づいて前記速度制御のいずれかを実行するものである。【選択図】  図７
2010011716.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電体が設けられた振動体に対して位相の異なる２相の駆動用周波信号を印加して前記振動体を励振させて駆動力を発生させる振動型モータと、
前記振動体の振動状態を検出する振動検出手段と、
前記振動検出手段からの信号と前記駆動用周波信号との位相差を検出する位相差検出手段と、
前記位相の異なる２相の駆動用周波信号の周波数を変更する周波数変更手段と、
前記位相の異なる２相の駆動用周波信号の位相差を変更する位相差変更手段とを有し、
前記振動型モータの回転速度を制御する速度制御手段と、を備えた振動型モータ制御装置において、
前記速度制御手段は、
前記位相差検出手段により検出される位相差が、第１の基準の位相差に対して、前記振動型モータの共振周波数に対応した位相差側であると判断される場合は周波数変更手段によって前記回転速度を制御し、前記共振周波数に対応した位相差側でないと判断される場合は前記位相差変更手段によって前記回転速度を制御することを特徴とする振動型モータ制御装置。
【請求項２】
前記速度制御手段は、前記位相差検出手段により検出される位相差が、前記第１の基準の位相差と前記共振周波数に対応した位相差の間にある第２の基準の位相差に対して、前記共振周波数に対応した位相差側であると判断される場合に、前記駆動用周波信号の周波数を前記共振周波数側でない周波数に変更することを特徴とする請求項１に記載の振動型モータ制御装置。
【請求項３】
圧電体が設けられた振動体に対して位相の異なる２相の駆動用周波信号を印加して前記振動体を励振させて駆動力を発生させる振動型モータと、
前記振動体の振動状態を検出する振動検出手段と、
前記振動検出手段からの信号と前記駆動用周波信号との位相差を検出する位相差検出手段と、
前記位相の異なる２相の駆動用周波信号の振幅を変更する振幅変更手段と、
前記位相の異なる２相の駆動用周波信号の位相差を変更する位相差変更手段とを有し、
前記振動型モータの回転速度を制御する速度制御手段と、を備えた振動型モータ制御装置において、
前記速度制御手段は、
前記位相差検出手段により検出される位相差が、第１の基準の位相差に対して、前記振動型モータの共振周波数に対応した位相差側であると判断される場合は振幅変更手段によって前記回転速度を制御し、前記共振周波数に対応した位相差側でないと判断される場合は前記位相差変更手段によって前記回転速度を制御することを特徴とする振動型モータ制御装置。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか一項に記載の振動型モータ制御装置と、
前記振動型モータによって駆動される光学素子と、
を有することを特徴とする光学機器。
【請求項５】
前記光学機器は、カメラ本体に着脱可能な交換レンズであることを特徴とする請求項４に記載の光学機器。
【請求項６】
前記光学機器は、撮影装置であることを特徴とする請求項４に記載の光学機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動型モータの動作を制御する振動型モータ制御装置及びそれを用いた光学機器に関する。光学機器とは例えばスチルカメラ、ビデオカメラ、等の撮影装置及びカメラ本体に着脱可能な交換レンズなどである。
【背景技術】
【０００２】
振動型モータとして、図９のように金属等の環状に形成された振動体３０１に電気―機械エネルギー変換素子である圧電体３０２（電歪素子）を接合した振動子と、振動子表面に加圧接触する接触体３０３で構成したものがある。
【０００３】
振動型モータは、圧電体へ位相の異なる２相の周波電圧を印加することにより、振動体の表面を励振させ面外振動モードによる振動波（進行性振動波）を形成し、これを駆動力として表面に加圧接触する接触体と振動子とを相対的に移動させるものである。この振動型モータの速度制御方法の一つとして、圧電体に印加する周波電圧の周波数を変化させる方法がある。周波数と速度の関係は図９（ａ）に示すように共振周波数（ｆｒ）を最速とし、周波数が共振周波数から離れる程速度は低下していく。これは、共振周波数に近づくほど振動弾性体の表面の質点が描く楕円軌道の直径が増大するためである。この周波数−速度特性は、共振周波数より高周波数側のほうが低周波数側に対し速度変化が緩やかで安定した特性となる性質があり、制御の容易さから共振周波数より高周波数側の周波数領域を用いて制御が行われている。また、共振周波数より高周波数側の周波数領域において周波数を高くしていくと速度が下がっていくが、所定の周波数（ｆｍ）で弾性体と接触体の接触圧に抑制されて駆動力を失い停止する。
【０００４】
また、振動型モータの別の速度制御方法として圧電体に印加する周波電圧の振幅を変化させる方法がある。振幅と速度の関係は図９（ｂ）に示すように周波電圧の振幅を大きくすると速度が上昇し、小さくすると速度が下降する特性である。これは周波電圧の振幅を大きくすると、振動子の励振力が増加し、振動弾性体の表面の質点が描く楕円軌道の直径が増大するためである。また振動型モータは、周波数制御の場合と同様に、周波電圧の振幅を所定の振幅（Ｖｍ）まで下げると、弾性体と接触体の接触圧に抑制されて駆動力を失い停止する。
【０００５】
さらに、別の速度制御方法として圧電体に印加する周波電圧の位相差を変化させる方法がある。位相差と速度の関係は図９（ｃ）に示すように位相差を９０ｄｅｇもしくは−９０ｄｅｇとした場合に各移動方向（回転方向）での最速となり、位相差が±９０ｄｅｇから離れる程速度は低下していく。これは移動方向の振幅と、移動方向と垂直方向の振幅との振幅比変化により楕円形状が変化するためである。図９（ｃ）に実線で示した特性は、周波数を共振周波数（ｆｒ）とした場合の特性であり、破線で示した特性は、周波数を図９（ａ）に示した共振周波数より高く、ｆｍより低い周波数（ｆ０）とした場合の特性である。どちらの周波数においても、振動型モータの駆動は位相差が±９０から離れると不安定となり、所定の位相差で停止してしまう。しかし、周波数を共振周波数より高い周波数（ｆ０）とした場合の制御可能な最低速度は、周波数を共振周波数（ｆｒ）とした場合に対し低速となる。また、ｆ０がある値以上では、制御可能な最低速度が、周波数もしくは振幅で制御可能な最低速度よりも低速となる。
【０００６】
このような振動型モータの制御特性を踏まえ、高速域から低速域まで幅広く速度制御を行うこと等を目的として、周波数もしくは振幅による制御と位相差による制御を組み合わせた制御方法が提案されている。
【０００７】
特許文献１では、位相差制御により、振動型モータの停止直前の回転速度を低速化することを目的とし、駆動位置と目標駆動位置との偏差が所定値より小さくなったら周波数制御から位相差制御に切換える方法が提案されている。
【０００８】
特許文献２では、高速域から低速域まで幅広く速度制御を行うことを目的とし、周波数制御により減速制御して、所定の周波数となったら位相差制御に切換える方法が提案されている。また特許文献２では、周波数制御により減速制御し所定の速度となったら位相差制御に切換える方法も提案されている。
【特許文献１】特開平４−７５４７９号公報
【特許文献２】特開平１０―２１０７７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前述のとおり位相差制御による制御可能速度の低速化を実現するためには、駆動用周波電圧の周波数を共振周波数より一定以上高い周波数とする必要がある。また振動型モータの特性は、温度等の環境条件および負荷条件により変化し、さらには個体差によりばらつきを生じるため、それらの特性変化、ばらつきを考慮して位相差制御に切換えることが重要である。
【００１０】
特許文献１や特許文献２の切換方法は、駆動位置と目標駆動位置との偏差、周波数、あるいは速度に基づいて周波数制御から位相差制御に切換えるものであるが、これらの値は振動型モータの周囲の環境や負荷条件、個体差の影響を受けやすい。
【００１１】
上記問題に鑑み、本発明は、振動型モータの特性、ばらつき等に影響されにくい速度制御方法を提案する。また、その速度制御方法を有する振動型モータ制御装置、及びそれを用いた光学機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明は、圧電体が設けられた振動体に対して位相の異なる２相の駆動用周波信号を印加して前記振動体を励振させて駆動力を発生させる振動型モータと、前記振動体の振動状態を検出する振動検出手段と、前記振動検出手段からの信号と前記駆動用周波信号との位相差を検出する位相差検出手段と、前記位相の異なる２相の駆動用周波信号の周波数を変更する周波数変更手段と、前記位相の異なる２相の駆動用周波信号の位相差を変更する位相差変更手段とを有し、前記振動型モータの回転速度を制御する速度制御手段と、を備えた振動型モータ制御装置において、前記速度制御手段は、
前記位相差検出手段により検出される位相差が、第１の所定値に対して、前記振動型モータの共振周波数に対応した位相差側である場合は周波数変更手段によって前記回転速度を制御し、前記共振周波数に対応した位相差側でない場合は前記位相差変更手段によって前記回転速度を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、振動型モータの速度制御において、圧電体に発生する振動型モータの振動状態を示す信号と駆動用周波信号との位相差を基に、駆動用周波信号の周波数と位相差のどちらかを変更して速度制御を行うものである。これにより振動型モータの特性、ばらつき等に影響されにくい速度制御を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１１は、本発明に利用できる、カメラ本体とカメラ本体に対し着脱可能な交換レンズを有する光学機器（撮影装置）として挙げられるカメラシステムのブロック図である。
【００１５】
図１１中、２０１はカメラ本体であり、２０２は交換レンズである。カメラ本体２０１内には電気回路部２０３、電源２１０が含まれており、電気回路部２０３には、測光部２０４、測距部２０５、シャッター２０６、給送チャージ系２０７、カメラ本体内ＣＰＵ２０８、通信手段２０９が含まれる。測光部２０４は交換レンズを通ってきた光の量を測定し、測距部２０５はフィルム面上から、被写体までの距離を測定する。シャッター２０６はフィルムを適当な時間露光する。給送チャージ系２０７はフィルムの巻き上げ、巻き戻しを行う。カメラ本体内ＣＰＵ２０８はカメラ内の制御を行い、通信手段２０９は、レンズとのシリアル通信を行う。
【００１６】
また、交換レンズ２０２内には、フォーカシングレンズ２１１、ズーミングレンズ２１２や、絞り２１３、ズーム位置検出用ブラシ２１４、エンコーダ２１５、電気回路部２１７を含む。ここでフォーカシングレンズ２１１、ズーミングレンズ２１２は光学素子である。ズーム位置検出用ブラシ２１４はズーミングレンズ２１２の位置を検出し、エンコーダ２１５はフォーカシングレンズ２１１の位置を検出する。
【００１７】
電気回路部２１７内には、通信手段２１８、レンズ内ＣＰＵ２１９、レンズ駆動制御部２２０、振動型モータ２２１、絞りの駆動制御を行うための絞り制御部２２２、絞り駆動用モータ２２３が含まれる。通信手段２１８はカメラとの間でシリアル通信を行い、レンズ内ＣＰＵ２１９は交換レンズ内の制御を行う。レンズ駆動制御部２２０はレンズ駆動用モータである振動型モータ２２１によって、フォーカシングレンズを駆動制御する。絞り制御部２２２は絞り駆動用モータ２２３によって絞りを駆動制御する。本発明では、レンズ駆動用モータ２２１として振動型モータを使用し、またレンズ内ＣＰＵ２１９に振動型モータの制御アルゴリズムを内蔵している。
【００１８】
図１は本発明に利用できる振動型モータ制御システムである。図１の構成は図１１のレンズ内ＣＰＵ２１９、レンズ駆動制御部２２０、レンズ駆動用モータ２２１に対応する。
【００１９】
１は振動型モータの制御を司るマイクロコンピュータ（以下、マイコンと称する）、２は電源（バッテリー）、３はレギュレータでありこの出力電圧をマイコン１に供給すると同時に後述の位相差検出手段の基準電源としても使用する。また、本発明ではマイコン１は速度制御手段として機能しており、図１におけるレンズ内ＣＰＵ２１９の一部として組み込まれている。しかし、マイコン１はレンズ内ＣＰＵ２１９そのものとして、レンズ内の全ての制御を行うものであってもよい。
【００２０】
４は振動型モータに印加する電源回路である昇圧型ＤＣＤＣコンバータである。ＤＣＤＣコンバータ４はマイコン１によって動作／非動作をコントロールできるように構成されている。
【００２１】
５は電圧制御発振器（ＶＣＯ）で、マイコン１から入力される周波数データ信号（ＦＤＡＴＡ）を基に周波電圧を発生する。その周波電圧は分周・位相器６に出力され、その周波電圧を基に分周・位相器は振動型モータに周波電圧を印加する。すなわち、本発明では振動型モータに印加する位相の異なる２相の駆動用周波信号の周波数を変更する周波数変更手段として機能する。本実施例においては周波数データ信号（ＦＤＡＴＡ）を８ビットデータとし、ＦＤＡＴＡ＝Ｈ００のとき周波数は最大となり、ＦＤＡＴＡ＝ＨＦＦのとき周波数は最小となるものとする。またＦＤＡＴＡ＝Ｈ００のときの周波数は振動型モータの共振周波数に対し十分大きな周波数であるものとする。
【００２２】
分周・位相器６は、ＶＣＯ５の周波電圧と所定のクロック信号とマイコン１から入力される位相差データ信号（ＰＤＡＴＡ）を基に、位相差データ信号に応じた位相差の、２相の矩形波信号（Ａ相、Ｂ相）を振動型モータに出力する。すなわち、本発明では振動型モータに印加する位相の異なる２相の駆動用周波信号の位相差を変更する位相差変更手段として機能する。この２相の矩形波信号（Ａ相、Ｂ相）の位相差のことを駆動位相差θｋと称し、後述する振動状態を検知するための位相差と区別することとする。本実施例においては位相差データ信号（ＰＤＡＴＡ）を８ビットデータとし、ＰＤＡＴＡ＝Ｈ００のとき駆動位相差は０ｄｅｇ（同位相）となり、ＰＤＡＴＡ＝Ｈ８０のとき駆動位相差は１８０ｄｅｇ（逆位相）となるものとする。また分周・位相器６はマイコン１から入力される出力許可信号（ＯＵＴ−ＥＮ）により２つの矩形波信号（Ａ相、Ｂ相）の出力が許可／禁止される。
【００２３】
７はＡ相側のインバータ、８はＢ相側のインバータである。９はＡ相側の電源を供給するためのＮＰＮトランジスタ、１０はＢ相側の電源を供給するためのＮＰＮトランジスタ、１１はＡ相側のＮＰＮトランジスタ、１２はＢ相側のＮＰＮトランジスタである。分周・位相器６のＡ相信号がＡ相側のインバータ７とＡ相側のＮＰＮトランジスタ１１に入力され、インバータ７の出力がＮＰＮトランジスタ９のベースに接続され振動型モータのＡ相側に電力がシンク／ソースされる構成となっている。同様に分周・位相器６のＢ相信号がＢ相側のインバータ８とＢ相側のＮＰＮトランジスタ１２に入力され、インバータ８の出力がＮＰＮトランジスタ１０のベースに接続され振動型モータのＢ相側に電力がシンク／ソースされる構成となっている。
【００２４】
１３はＡ相側コイル、１４はＢ相側コイル、１５はＡ相側コンデンサ、１６はＢ相側コンデンサである。Ａ相側コイル１３とＡ相側コンデンサ１５を電源に対し直列接続することによって印加される周波数に応じた昇圧電圧が振動型モータのＡ相に印加される。同様にＢ相側コイル１４とＢ相側コンデンサ１６を電源に対し直列接続することによって印加される周波数に応じた昇圧電圧が振動型モータのＢ相に印加される。
【００２５】
１７は振動型モータのＡ相側電極、１８は振動型モータのＢ相側電極、１９は振動型モータのＳ相側電極（振動検出手段）、２０は圧電体、２１はＧＮＤ電極である。
【００２６】
２２はレギュレータ３の出力電圧を１／２にするための分圧回路であり、コンパレータのスレッショルド電圧を形成している。
【００２７】
２３と２４はＢ相電圧のレベルシフト用の抵抗、２５と２６はＢ相電圧用のハイパスフィルター、２７と２８はＳ相電圧のレベルシフト用の抵抗、２９と３０はＳ相電圧用のハイパスフィルターをそれぞれ構成している。
【００２８】
３１はＢ相用のコンパレータであり、レギュレータ３の電圧にレベルシフトすると同時にＢ相電圧の波形整形を行っている。３２はＳ相用のコンパレータであり、レギュレータ３の電圧にレベルシフトすると同時にＳ相電圧の波形整形を行っている。
【００２９】
すなわち、本発明ではマイコン１、抵抗２７、２８、ハイパスフィルター２９、３０、及びコンパレータ３２は、Ｂ相側電極１８への駆動電圧とＳ相側電極１９からの出力電圧との位相差（振動位相差θｓとする）を検出する位相差検出手段を構成する。
【００３０】
図２は振動位相差θｓの検出方法の概念図である。Ｂ相側電極１８の電圧波形（Ｂ）、Ｓ相側電極１９の電圧波形（Ｓ）、および各々の信号をコンパレータ３１、３２をとおしてディジタル信号（Ｃｂ、Ｃｓ）に変換した波形を示している。各コンパレータ出力信号（Ｃｂ、Ｃｓ）をマイコン１に入力し、ＣｂがＨになってからＣｓがＨになるまでの期間をマイコン内蔵のタイマー機能を用いて計測し、振動位相差θｓを取得する。
【００３１】
３３は振動型モータの回転量と回転速度を検出するエンコーダである。エンコーダ３３は、例えば振動型モータの回転に同期して回転する、放射方向に複数のスリットがあいているパルス回転板とフォトインタラプタにより構成した公知の光学式エンコーダである。光学式エンコーダは、フォトインタラプタのＬＥＤから投光された光が受光素子に到達するか遮光されるで信号が変化するものである。３４はエンコーダ３３の検出回路でありフォトインタラプタの微弱な出力信号を増幅し波形生成し、パルス信号としてマイコン１に入力する。このパルス信号の変化をマイコン１内蔵のカウント機能によりカウントすることにより回転量を検出し、パルス信号のパルス幅をマイコン１内蔵のタイマー機能により時間計測することにより速度を検出する。
【００３２】
次に振動型モータについて図３を用いて説明する。不図示の振動型モータはロータとステータから構成され、図３はステータの面上に配される圧電体（電歪素子）等の電気―機械エネルギー変換素子の配設状態を示す図である。
【００３３】
図３中のＡ１及びＢ１はそれぞれ図示の位相及び分極関係にステータ上に配される第１と第２の電歪素子群である。またＳ１は第１の電歪素子群Ｂ１に対して４５ｄｅｇ位相がずれた位置に配されるセンサー用の電歪素子である。これらの電気―機械エネルギー変換素子としての各電歪素子は、それぞれ単独のものを振動体に附しても良いし、一体的に分極処理しても良い。
【００３４】
図１に記載のＡ相側電極１７、Ｂ相側電極１８、Ｓ相側電極１９は、それぞれ第１の電歪素子群Ａ１、第２の電歪素子群Ｂ１、及びセンサー用電歪素子Ｓ１に対する電極である。Ａ相側電極１７とＢ相側電極１８に位相の異なる２相の周波電圧（駆動用周波信号）が印加されることによりステータの表面に進行性の振動波が形成される。
【００３５】
振動体に上記振動波が形成されると、この振動波の状態に応じてセンサー用電歪素子Ｓ１が周波電圧を出力しＳ相側電極１９にてこれが検出される。尚、振動型モータは、Ｂ相側電極１８への駆動電圧とＳ相側電極１９からの出力電圧との振動位相差がある特性を有している。この振動位相差特性はＢ相側電極１８にて周波信号が印加される電歪素子群Ｂ１とセンサー用電歪素子Ｓ１との位置関係にて決定される。本実施例の場合は、正転の時には振動位相差が４５ｄｅｇずれた時に共振状態を示し、逆転の時には１３５ｄｅｇずれた時に共振状態を示す。また共振状態からずれるほど振動位相差は大きくなる。
【００３６】
図４（ａ）はこの振動型モータの正転時の周波数−振動位相差特性と周波数−回転速度特性を示した図であり、横軸に駆動周波数ｆ、縦軸１に振動位相差θｓを、縦軸２に回転速度Ｎを示している。同図において周波数ｆは右方が高く、振動位相差θｓは下方が小さく、回転速度Ｎは上方が高くなるものとしている。振動型モータは、共振状態となる共振周波数での駆動が最も高効率で高速駆動できる。しかし、図のように共振周波数からわずかに低周波数側に駆動信号周波数がずれると、振動型モータは急激に回転速度が下がったり、あるいは停止したりしてしまう。このような急激な回転速度の低下、停止を防ぐ為に、振動位相差θｓに基づいて、駆動信号周波数ｆを共振周波数より低周波数側に振らさないように制御する制御方法が用いられる。すなわち、検出された振動位相差θｓを、予め設定しておいた第２の基準の位相差（θｓｌ：４５°＜θｓｌ＜θｓ０を満たす）と比較する。そこでθｓｌより共振周波数に対応する位相差側（図ではθｓｌ以下）である場合に、駆動信号周波数を共振周波数側でない高周波数側に変更させるなどの処理を行う。
【００３７】
図４（ａ）に示した周波数−回転速度特性は、駆動位相差を９０ｄｅｇとした場合の特性である。振動型モータは駆動周波数を高い方から低い方に走査していくことによりある周波数ｆｍ（起動周波数）で動き始め、さらに周波数を低い方に走査していくことにより回転数が上がる。しかし、この特性は温度等の環境条件および負荷条件により変化し、さらには個体差によりばらつきを生じる。振動位相差θｓは、これらの条件によって生じる周波数−回転速度特性のばらつきに影響されにくく、ある値がおおよそ同一の周波数−回転速度特性曲線のある部分に対応している。本願発明はこの特性を利用して、上記のばらつきに影響されにくい速度制御の制御切換を行うものである。図４（ｂ）は駆動位相差−回転速度特性であり、横軸に駆動位相差θｋ、縦軸に回転速度Ｎを示している。図４（ｂ）に示した駆動位相差−回転速度特性は駆動周波数を図４（ａ）に示した共振周波数より十分高周波数側でかつｆｍよりも低い周波数（ｆ０）とした場合の特性である。駆動位相差を９０ｄｅｇとした時に回転速度は最大（Ｎ０）となり、駆動位相差を９０ｄｅｇから小さくすると回転速度は低下し所定の駆動位相差で停止する。この停止時の回転速度Ｎθｍｉｎは、図４（ａ）の周波数ｆｍでの回転速度Ｎｆｍｉｎに対し低い回転速度となる。
【００３８】
次に本発明に係る振動型モータの制御例を示す。振動型モータ制御装置には、まず振動型モータ及びそれによって駆動される素子を搭載した装置全体の制御システムから、その駆動にあたっての目標回転速度が指示される。
【００３９】
例えば、交換レンズと、交換レンズを着脱可能なカメラ本体からなるカメラシステムにおいては、カメラ本体のＣＰＵから交換レンズ内の振動型モータ制御装置のＣＰＵに目標回転速度の指令信号が送信される。
【００４０】
振動型モータ制御装置は、回転速度をその目標回転速度に到達させ、その速度に維持する機能をもつ。本発明は、このような振動型モータの速度制御方法における、速度制御（周波数制御、位相差制御）の切換に関するものである。
【実施例１】
【００４１】
本実施例では、振動型モータ駆動時に随時、振動型モータの振動状態を検知し、振動型モータに印加する駆動用周波信号との振動位相差θｓを検出する。そして検出した位相差を基に、速度制御手段によって周波数か位相差のいずれかを変更して速度制御を実行することを特徴とする。以下に詳細を説明する。
【００４２】
振動型モータを駆動するにあたり、まず目標回転速度（Ｔ−ＳＰＤ）と駆動量（ＦＯＰＣ）がマイコン内部もしくは外部から指示される。マイコン１はこの指示をトリガに振動型モータの制御を開始する。目標回転速度（Ｔ−ＳＰＤ）とは、振動型モータを所定の回転速度で制御するための情報であり、前述のパルス信号のパルス幅に対応した情報である。また駆動量（ＦＯＰＣ）は、前述のパルス信号のカウント値に対応した情報である。
【００４３】
駆動開始から駆動終了までの制御を、図５から図７を用い振動型モータを正転させる方向に駆動する例で説明する。
【００４４】
＜図５＞
［ＳＴＥＰ１］
マイコン１はＤＣＤＣコンバータ４を動作させ振動型モータを駆動するに必要な電圧を生成する。また周波数データ（ＦＤＡＴＡ）をＨ００で最大周波数とし、位相差データ（ＰＤＡＴＡ）をＨ００で駆動位相差θｋを０ｄｅｇとする。また、現在のパルスカウント値を読み込みＦＰＣ０として保存した後に、出力許可信号（ＯＵＴ−ＥＮ）をＨとすることで、２つの矩形波信号（Ａ相、Ｂ相）の出力を許可し振動型モータの駆動を開始する。
【００４５】
［ＳＴＥＰ２］
エンコーダ３３からパルス信号の入力があったかどうか判定する。この判定により、モータ駆動開始時のタイミングと、駆動中の速度制御指示のタイミングを検知する。パルス信号の入力があった場合には［ＳＴＥＰ３］へ、入力がなければ［ＳＴＥＰ１３］へ進む。
【００４６】
［ＳＴＥＰ３］
［ＳＴＥＰ２］にてパルス信号の入力ありと判定されたので、現在位置を示すパルスカウント値が変化している。そこで、現在位置を示すパルスカウント値ＦＰＣを取得する。また駆動を開始してから最初のパルス信号入力である場合、振動型モータが起動したと判断し起動フラグを１とする。尚起動フラグは駆動開始処理において０にクリアされているものとする。
【００４７】
［ＳＴＥＰ４］
［ＳＴＥＰ２］にてパルス信号の入力があったので、パルス幅の測定値（Ｒ−ＳＰＤ）を読み込む。Ｒ−ＳＰＤは現在の回転速度を表す。
【００４８】
［ＳＴＥＰ５］
パルス幅測定タイマーの値をリセットし、再びスタートさせて、次回のパルス信号入力時にパルス幅の測定値が得られるようにする。
【００４９】
［ＳＴＥＰ６］
目標回転速度の設定処理を行う。
【００５０】
目標停止位置までの残り駆動量であるＦＯＰＣ−（ＦＰＣ−ＦＰＣ０）が減速パルス以下であるかを判定し、減速パルス以下であれば目標とする回転速度を変更する為に新たにＴ−ＳＰＤを取得する。ここで、減速パルスとは予め決められた減速を開始する駆動量であり、Ｔ−ＳＰＤは予め決められた残り駆動量−目標回転速度データテーブルから読み込み設定する。これにより減速パルス以下の場合、徐々に減速して停止させるように目標回転速度が更新される。
【００５１】
［ＳＴＥＰ７］
［ＳＴＥＰ４］で取得した現在の回転速度を表すＲ−ＳＰＤと目標回転速度を表すＴ−ＳＰＤを比較し、Ｒ−ＳＰＤの方が大きければ［ＳＴＥＰ９］へ、それ以外は［ＳＴＥＰ８］へ進む。ここで、Ｒ−ＳＰＤ及びＴ−ＳＰＤはパルス幅のデータなのでＲ−ＳＰＤの方が大きいということは現在の速度が目標回転速度よりも遅いということになる。
【００５２】
［ＳＴＥＰ８］
回転速度Ｒ−ＳＰＤと目標回転速度Ｔ−ＳＰＤを比較し、Ｒ−ＳＰＤの方が小さければ［ＳＴＥＰ１０］へ進み、それ以外は［ＳＴＥＰ２］へ戻る。
【００５３】
［ＳＴＥＰ９］
目標回転速度よりも遅いと判断されたので、振動型モータの速度を上げるために速度アップ処理を行う。この速度アップ処理が本実施例の特徴であり、後に図６を用い説明する。
【００５４】
［ＳＴＥＰ１０］
目標回転速度よりも速いと判断されたので、振動型モータの速度を下げるために速度ダウン処理を行う。この速度ダウン処理が本実施例の特徴であり、後に図７を用い説明する。
【００５５】
［ＳＴＥＰ１１］
残り駆動量であるＦＯＰＣ−（ＦＰＣ−ＦＰＣ０）が０であるかどうかを判断する。０であれば［ＳＴＥＰ１２］へ進み、まだ残り駆動量がある場合には［ＳＴＥＰ２］へ戻る。
【００５６】
［ＳＴＥＰ１２］
目標位置まで到達したので出力許可信号（ＯＵＴ−ＥＮ）をＬとすることで２つの矩形波信号（Ａ相、Ｂ相）の出力を禁止し振動型モータの駆動を停止する。またＤＣＤＣコンバータ４を停止させる。
【００５７】
［ＳＴＥＰ１３］
［ＳＴＥＰ２］にてパルス信号の入力無しと判定された場合の処理であり、既に振動型モータが起動しているか否かを判断する。起動フラグが０の場合は［ＳＴＥＰ９］に進み速度アップ処理を行う。起動フラグが１の場合は［ＳＴＥＰ１４］に進む。
【００５８】
［ＳＴＥＰ１４］
パルス幅測定タイマーの現在の値であるＲ−ＴＩＭを読み込む。このＲ−ＴＩＭは前回のパルス入力から現在までの時間を表す。
【００５９】
［ＳＴＥＰ１５］
Ｒ−ＴＩＭとＵＰ−ＴＩＭを比較し、Ｒ−ＴＩＭがＵＰ−ＴＩＭより小さければ本処理を終了し、ＵＰ−ＴＩＭ以上であれば［ＳＴＥＰ９］へ進み速度アップ処理をおこなう。これは、駆動中にもかかわらず速度が遅くなりすぎて停止してしまうのを防止する為の処理である。
【００６０】
＜図６＞
［ＳＴＥＰ２１］
ＰＤＡＴＡ＝Ｈ４０（θｋ＝９０ｄｅｇ）であるか否かを判断する。ＰＤＡＴＡ＝Ｈ４０である場合は周波数制御を行っていると判断できることから［ＳＴＥＰ２２］へ進み、ＰＤＡＴＡ＜Ｈ４０の場合は位相差制御を行っていると判断できることから［ＳＴＥＰ２３］に進む。
【００６１】
［ＳＴＥＰ２２］
ＰＤＡＴＡ＝ＰＤＡＴＡ＋ΔＰＵＰとし、［ＳＴＥＰ１１］に進む。
【００６２】
［ＳＴＥＰ１］においてＰＤＡＴＡは初期値Ｈ００とし、駆動位相差θｋを０ｄｅｇとして駆動を開始している。従って正転方向に駆動し速度を高くするためにはＰＤＡＴＡを大きくし駆動位相差θｋを９０ｄｅｇに近づける必要がある。尚、ΔＰＵＰは加速具合を決定する定数であり固定値でも良いが、速度偏差等に応じて変更しても良い。また本処理（ＰＤＡＴＡ＝ＰＤＡＴＡ＋ΔＰＵＰ）の結果、ＰＤＡＴＡ＞Ｈ４０となった場合はＰＤＡＴＡ＝Ｈ４０と設定する。
【００６３】
［ＳＴＥＰ２３］
ＦＤＡＴＡ＝ＦＤＡＴＡ＋ΔＦＵＰとし、［ＳＴＥＰ１１］に進む。
【００６４】
［ＳＴＥＰ２２］において駆動位相差θｋを大きくし９０ｄｅｇ（ＰＤＡＴＡ＝Ｈ４０）としたにもかかわらずさらに速度アップが必要な場合、速度を高くするためにはＦＤＡＴＡを大きくし周波数ｆを低下させ共振周波数に近づける必要がある。尚、ΔＦＵＰは加速具合を決定する定数であり固定値でも良いが、速度偏差等に応じて変更しても良い。
【００６５】
＜図７＞
［ＳＴＥＰ３１］
ＰＤＡＴＡ＝Ｈ４０（θｋ＝９０ｄｅｇ）であるか否かを判断する。ＰＤＡＴＡ＝Ｈ４０である場合は、位相差制御で制御できる回転速度以上の速度制御、すなわち周波数制御を行っていると判断できることから［ＳＴＥＰ３２］へ進む。ＰＤＡＴＡ＜Ｈ４０の場合は位相差制御を行っていると判断できることから［ＳＴＥＰ３５］に進む。
【００６６】
［ＳＴＥＰ３２］
Ｂ相側電極１８への駆動電圧とＳ相側電極１９からの出力電圧の位相差である振動位相差の測定値（θｓ）を読み込む。
【００６７】
［ＳＴＥＰ３３］
速度制御の切換処理を行う。
【００６８】
θｓ＜θｓ０であるか否かを判断する。ここでθｓ０は図４（ａ）に示すような、速度制御の切換の基準となる位相差の値（第１の基準の位相差）であり、対応する周波数の値ｆ０はｆｍ＜ｆ０＜ｆｒを満たす。
【００６９】
θｓ＜θｓ０の場合、θｓは共振周波数ｆｒに対応する位相差（本実施例では４５°）側にある。すなわちθｓに対応する駆動信号周波数ｆが、ｆ０より低く共振周波数ｆｒにより近い値であることになる。よって周波数制御により速度ダウン処理を行うべきであると判断して［ＳＴＥＰ３４］に進む。
【００７０】
またθｓ≧θｓ０の場合は、θｓが共振周波数ｆｒに対応する位相差側でない。すなわちθｓに対応する駆動信号周波数ｆが、ｆ０より高く共振周波数ｆｒにより遠い値であることになる。よって位相差制御に切換えて速度ダウン処理を行うべきであると判断し［ＳＴＥＰ３５］に進む。
【００７１】
［ＳＴＥＰ３４］
ＦＤＡＴＡ＝ＦＤＡＴＡ−ΔＦＤＮとし、［ＳＴＥＰ１１］に進む。
【００７２】
周波数制御により速度を低くするためにはＦＤＡＴＡを小さくし駆動信号周波数ｆを高くし共振周波数から遠ざける必要がある。尚、ΔＦＤＮは減速具合を決定する定数であり固定値でも良いが、速度偏差等に応じて変更しても良い。例えばΔＦＤＮを速度偏差の値と比例関係で対応させて設定すると、現在の回転速度が目標回転速度に近くなると、緩やかに速度変化が行われる。このようにすることでΔＦＤＮを固定値で設定した場合に比べて滑らかな振動型モータの制御が可能となる。
【００７３】
［ＳＴＥＰ３５］
位相差制御に切換えて速度ダウン処理を行う。
【００７４】
ＰＤＡＴＡ＝ＰＤＡＴＡ−ΔＰＤＮとし、［ＳＴＥＰ１１］に進む。
【００７５】
位相差制御により速度を低くするためにはＰＤＡＴＡを小さくし駆動位相差θｋを０ｄｅｇに近づける必要がある。尚、ΔＰＤＮは減速具合を決定する定数であり固定値でも良いが、速度偏差等に応じて変更しても良い。例えばΔＰＤＮを速度偏差の値と比例関係で対応させ設定すると、現在の回転速度が目標回転速度に近くなると、緩やかに速度変化が行われる。このようにすることでΔＦＤＮを固定値で設定した場合に比べて滑らかな振動型モータの制御が可能となる。
【００７６】
次に図８を用い上記実施例の動作を説明する。説明する例は目標回転速度を図４に示す回転速度Ｎ０より大きい回転速度Ｎｐに相当した速度としたものである。
【００７７】
図８の（ａ）〜（ｄ）の横軸は時間を示す。（ａ）の縦軸は駆動位相差θｋであり、上方向が大きい位相差を示す。（ｂ）の縦軸は駆動信号周波数ｆであり、上方向が高い周波数を示す。（ｃ）は振動位相差θｓであり、上方向が大きい位相差を示す。（ｄ）は回転速度Ｎであり、上方向が高い回転速度を示す。
【００７８】
駆動信号周波数ｆを最大周波数、駆動位相差θｋを０ｄｅｇとし駆動を開始し、まず駆動位相差θｋを９０ｄｅｇに近づけていくことで振動型モータを加速する。図８中Ａのタイミングで駆動位相差θｋは９０ｄｅｇとなり、この後の加速は駆動信号周波数ｆを低くすることにより行う。図８中Ｂのタイミングで目標回転速度Ｎｐとなるため駆動信号周波数ｆの低下を停止し、その後負荷変動等による回転速度の変化が無い限り駆動信号周波数ｆの操作は行わない。図８中Ｃのタイミングは駆動残量が所定量となったタイミングであり、これ以後は目標回転速度を低下させていく。これに伴い駆動信号周波数ｆを高くすることにより減速していく。図８中Ｄのタイミングは振動位相差θｓがθｓ０となったタイミングであり、この後の減速は駆動位相差θｋを小さくすることにより行う。図８中Ｅのタイミングは駆動残量が０となったタイミングであり、振動型モータの駆動を停止する。
【００７９】
以上のように、駆動周波電圧とセンサー用電歪素子からの出力電圧の振動位相差を基に周波数、位相差いずれかを変更して速度制御を実行する。これにより環境条件や負荷条件、個体差に影響されにくい安定した速度制御を行うことができる。
【００８０】
また従来、駆動用周波数は、例えば図４（ａ）の周波数ｆｍ以上の周波数になることのないよう、環境条件や負荷条件、個体差を考慮するとｆｍより低周波数側に所定の間隔を空けて制御切換えの基準値を設ける必要があった。しかし、本発明の基準値の安定した動作により、上記所定の間隔をより狭めることができ、より低速な制御可能速度を有する位相差制御を実現できる。
【実施例２】
【００８１】
本実施例では、振動位相差θｓの代わりに、Ｓ相側電極１９からの出力電圧の振幅（振動振幅Ｖｓ）を用いて振動型モータの振動状態を検知する。なお、振動振幅Ｖｓは図１の回路において、位相差検出手段の代わりに、周知の振幅検出回路を振幅検出手段として用いることにより検出できる。
【００８２】
図１０（ａ）は周波数−振動振幅特性と、周波数−回転速度特性を示した図であり、横軸に駆動周波数ｆ、縦軸１に振動振幅Ｖｓを、縦軸２に回転速度Ｎを示している。周波数−回転速度特性は、駆動位相差を９０ｄｅｇとした場合の特性である。振動振幅Ｖｓも振動位相差θｓと同様に、環境や個体差などの条件によって生じる周波数−回転速度特性のばらつきに影響されにくく、ある値がおおよそ同一の周波数−回転速度特性曲線のある一部に対応している。
【００８３】
すなわち、実施例１において振動位相差θｓを振動振幅Ｖｓに置き換え、同様の制御を行うことにより、実施例１と同様の効果が期待できる。具体的には、［ＳＴＥＰ３２］に相当するステップで振動振幅データ（Ｖｓ）を取得し、［ＳＴＥＰ３３］に相当するステップでＶｓ＞Ｖｓ０？の条件分岐を行う。ここでＶｓ０は速度制御の切換えの基準となる振幅の値である（第１の基準の振幅）。振動位相差θｓと条件分岐の不等号の向きが異なるのは、図１０（ａ）に示す通り、振動振幅が振動位相差とは反対にＶｓ０近傍で周波数に対して単調減少であることによる。
【００８４】
以上のように、駆動周波電圧とセンサー用電歪素子からの出力電圧の振動位相差を基に振幅、位相差いずれかを変更して速度制御を実行する。これにより環境条件や負荷条件、個体差に影響されにくい安定した速度制御を行うことができる。
【００８５】
また、実施例１と同様により低速な制御可能速度を有する位相差制御を実現できる。
【００８６】
また、上記２つの実施例では振動型モータの回転速度を制御する方法として周波数と位相差を切換える例を記載した。しかし、周波数制御の代りに前述した振幅制御（図９（ｂ））を用いて、振幅と位相差を切換える速度制御方法にも、本願発明は適用することができる。この場合、ＶＣＯ５は振幅変更手段として機能する。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明に係る振動型モータ制御システム図
【図２】振動位相差検出の概念図
【図３】圧電体の配設状態図
【図４】第１の実施例における振動型モータの回転速度特性図
【図５】振動型モータの制御フローチャート図
【図６】振動型モータの速度アップ処理における制御フローチャート図
【図７】振動型モータの速度ダウン処理における制御フローチャート図
【図８】本発明に係る速度制御における各パラメータ特性図
【図９】振動型モータの各パラメータにおける回転速度特性図
【図１０】第２の実施例における振動型モータの回転速度特性図
【図１１】本発明を適用したカメラシステム図
【符号の説明】
【００８８】
１  マイコン
５  ＶＣＯ
６  分周・位相器
３１  Ｂ相信号用コンパレータ
３２  Ｓ相信号用コンパレータ
３３  エンコーダ
３４  検出回路
【図１】
2010011716.tif 000003
【図２】
2010011716.tif 000004
【図３】
2010011716.tif 000005
【図４】
2010011716.tif 000006
【図５】
2010011716.tif 000007
【図６】
2010011716.tif 000008
【図７】
2010011716.tif 000009
【図８】
2010011716.tif 000010
【図９】
2010011716.tif 000011
【図１０】
2010011716.tif 000012
【図１１】
2010011716.tif 000013