(57)【要約】【課題】故障に至る前に異常を検出して振動アクチュエータの駆動を停止をする。【解決手段】振動アクチュエータ７の駆動速度を検出する速度検出手段１，９と、前記振動アクチュエータの目標駆動速度と前記速度検出手段で検出された駆動速度との間の速度誤差に基づいて前記駆動アクチュエータの駆動を制御する制御手段１とを備え、  前記制御手段は、前記速度誤差を時間経過とともに積算した積算値が所定値を超えたと判定したとき、または前記目標駆動速度の付近に所定時間内に達しないと判定したとき、前記駆動アクチュエータの駆動を停止する制御を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動アクチュエータの駆動速度を検出する速度検出手段と、
前記振動アクチュエータの目標駆動速度と前記速度検出手段で検出された駆動速度との間の速度誤差に基づいて前記駆動アクチュエータの駆動を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記速度誤差を時間経過とともに積算した積算値が所定値を超えたと判定したとき、または前記目標駆動速度の付近に所定時間内に達しないと判定したとき、前記駆動アクチュエータの駆動を停止する制御を行うことを特徴とする振動アクチュエータの駆動制御装置。
【請求項２】
振動アクチュエータの駆動速度を検出する速度検出手段と、
前記振動アクチュエータの目標駆動速度に基づいて前記駆動アクチュエータの駆動を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記速度検出手段により前記振動アクチュエータが停止状態であると検出されてから所定時間を経過したと判定したとき、または前記目標駆動速度の付近に所定時間内に達しないと判定したとき、前記駆動アクチュエータの駆動を停止する制御を行うことを特徴とする振動アクチュエータの駆動制御装置。
【請求項３】
振動アクチュエータの駆動速度を検出する速度検出手段と、
前記振動アクチュエータの目標駆動速度と前記速度検出手段で検出された駆動速度との間の速度誤差に基づいて前記駆動アクチュエータの駆動を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記速度誤差を時間経過とともに積算した積算値が所定値を超えたと判定したとき、または前記目標駆動速度の付近に所定時間内に達しないと判定したとき、または前記速度検出手段により前記振動アクチュエータが停止状態であると検出されてから所定時間を経過したと判定したとき、前記駆動アクチュエータの駆動を停止する制御を行うことを特徴とする振動アクチュエータの駆動制御装置。
【請求項４】
請求項１から３の何れか一項に記載の振動アクチュエータの駆動制御装置において、
前記制御手段は、前記振動アクチュエータの停止後、前記振動アクチュエータの駆動要求があったとき、又は所定時間が経過したとき、前記振動アクチュエータの再駆動制御を行うことを特徴とする振動アクチュエータの駆動装置。
【請求項５】
請求項１から４の何れか一項に記載の振動アクチュエータの駆動制御装置と、
前記駆動制御装置により駆動される振動アクチュエータと、
前記振動アクチュエータにより駆動されるレンズと
を備えたことを特徴とするレンズ鏡筒。
【請求項６】
請求項１から４の何れか一項に記載の振動アクチュエータの駆動制御装置と、
前記駆動制御装置により駆動される振動アクチュエータと、
前記振動アクチュエータにより駆動されるレンズと
を備えたことを特徴とするカメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波モータなどの振動アクチュエータの駆動制御装置、この駆動制御装置により駆動制御される振動アクチュエータを備えたレンズ鏡筒及びカメラに関する。
【背景技術】
【０００２】
カメラのレンズ鏡筒に装備されたオートフォーカス機構などには超音波モータが使用されている。この超音波モータは、圧電体を備えた固定子と移動子とを備え、圧電体に超音波域の周波数を有する電圧を印加することにより、固定子が振動し、その振動によって移動子が回転駆動される。
【０００３】
通常、オートフォーカス機構は、レンズ内にリング状のホルダを光軸方向に移動可能に装備し、このホルダにレンズを固定し、超音波モータの移動子の回転運動によりレンズ鏡筒内でホルダ（レンズ）を光軸方向に移動させるように構成されている。
【０００４】
以上のようなレンズ鏡筒において、超音波モータの動作状態を検出し、検出された動作状態に基づいて超音波モータの継続動作の許否を判定する装置が提案されている（特許文献１参照）。
【０００５】
しかしながら、上記の技術では、超音波モータの劣化に対しては対応できるが、外部からの物理的な影響によりレンズの移動が円滑に行えなくなる場合に対しては対応できない場合がある。
【０００６】
例えば、前述のような、光軸方向に移動可能なホルダが、レンズ鏡筒の先端部に設けられている場合、オートフォーカス動作時の外部からの物理的な影響（例えば操作者の手あるいは衣類などがレンズ鏡筒に当たり、ホルダの移動を妨げる等）を受けて、超音波モータを駆動してもホルダ（レンズ）が移動しないことがある。操作者がこのことに気づかず操作を続けると、超音波モータは駆動し続け、最悪の場合、超音波モータが故障するおそれがある。
【０００７】
【特許文献１】特開平９−３０８２７０号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、故障に至る前に異常を検出して駆動停止をすることができる、振動アクチュエータの駆動制御装置、この駆動制御装置により駆動制御される振動アクチュエータを備えたレンズ鏡筒及びカメラ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】
【０００９】
上記目的を達成するため本発明の請求項１に記載の振動アクチュエータの駆動制御装置は、振動アクチュエータの駆動速度を検出する速度検出手段と、前記振動アクチュエータの目標駆動速度と前記速度検出手段で検出された駆動速度との間の速度誤差に基づいて前記駆動アクチュエータの駆動を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記速度誤差を時間経過とともに積算した積算値が所定値を超えたと判定したとき、または前記目標駆動速度の付近に所定時間内に達しないと判定したとき、前記駆動アクチュエータの駆動を停止する制御を行うことを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項２に記載の振動アクチュエータの駆動制御装置は、振動アクチュエータの駆動速度を検出する速度検出手段と、前記振動アクチュエータの目標駆動速度に基づいて前記駆動アクチュエータの駆動を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記速度検出手段により前記振動アクチュエータが停止状態であると検出されてから所定時間を経過したと判定したとき、または前記目標駆動速度の付近に所定時間内に達しないと判定したとき、前記駆動アクチュエータの駆動を停止する制御を行うことを特徴とする。
【００１１】
本発明の請求項３に記載の振動アクチュエータの駆動制御装置は、振動アクチュエータの駆動速度を検出する速度検出手段と、前記振動アクチュエータの目標駆動速度と前記速度検出手段で検出された駆動速度との間の速度誤差に基づいて前記駆動アクチュエータの駆動を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記速度誤差を時間経過とともに積算した積算値が所定値を超えたと判定したとき、または前記目標駆動速度の付近に所定時間内に達しないと判定したとき、または前記速度検出手段により前記振動アクチュエータが停止状態であると検出されてから所定時間を経過したと判定したとき、前記駆動アクチュエータの駆動を停止する制御を行うことを特徴とする。
【００１２】
本発明の請求項４に記載の振動アクチュエータの駆動制御装置は、前記制御手段が、前記振動アクチュエータの停止後、前記振動アクチュエータの駆動要求があったとき、又は所定時間が経過したとき、前記振動アクチュエータの再駆動制御を行うことを特徴とする。
【００１３】
本発明の請求項５に記載のレンズ鏡筒は、請求項１から４の何れか一項に記載の振動アクチュエータの駆動制御装置と、前記駆動制御装置により駆動される振動アクチュエータと、前記振動アクチュエータにより駆動されるレンズとを備えたことを特徴とする。
【００１４】
本発明の請求項６に記載のカメラは、請求項１から４の何れか一項に記載の振動アクチュエータの駆動制御装置と、前記駆動制御装置により駆動される振動アクチュエータと、前記振動アクチュエータにより駆動されるレンズとを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、故障に至る前に異常を検出して振動アクチュエータの駆動を停止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下本発明の振動アクチュエータの駆動制御装置、この駆動制御装置により駆動制御される振動アクチュエータを備えたレンズ鏡筒及びカメラの一実施形態について図１〜図６を参照して説明する。
【００１７】
図１は、本発明の振動アクチュエータの駆動制御装置の一実施形態を示すブロック図であり、図２は、図１の駆動制御装置を装備したカメラの構成図である。図３は、図１の駆動制御装置の制御内容を示す制御ブロック図、図４は、図１の駆動制御装置の動作内容を示すフローチャートである。
【００１８】
図２において、カメラ本体３０には、レンズ鏡筒２０が着脱可能に装着されている。レンズ鏡筒２０は、撮影レンズ２１、駆動制御装置１０、超音波モータ７を備えており、駆動制御装置１０によって超音波モータ７が駆動制御され、超音波モータが駆動することにより、撮影レンズ２１が光軸方向に駆動され、焦点合わせが行われる。
【００１９】
駆動制御装置１０は、図１に示すように、ＭＣＵ１と、電圧制御発振器（ＶＣＯ）２と、位相回路３と、振動体励振回路４，５と、高圧電源６と、エンコーダ９とを備え、超音波モータ７を駆動制御する。
【００２０】
ＭＣＵ１は、ＤＡ（デジタル・アナログ）変換器１ａ（図３参照）を備え、不図示の入力データである指示回転速度、回転方向及び目標位置にしたがって超音波モータ７の制御及びレンズ鏡筒２０内のその他のアクチュエータの制御を行う制御部である。ＭＣＵ１は、不図示の入力データに応じて目標位置に至るまでの回転速度を決定し、この決定された目標回転速度とエンコーダ９からの出力に基づいて求めた超音波モータの現在の回転速度とから操作量を求め、この操作量に基づいてＶＣＯ２に対して、ＤＡ変換器１ａよりＤＡ出力を行う。ＤＡ出力値は例えば０Ｖ〜４Ｖの範囲で変化させることにより、ＤＡ出力値により超音波モータの回転速度を変えることができる。ＤＡ出力値を上げると超音波モータの回転速度は高速になり、ＤＡ出力値を下げると超音波モータの回転速度は低速になる。また、ＭＣＵ１は、位相回路３に対して超音波モータ７の回転方向を指示する方向信号と超音波モータ７の駆動を許可するための許可信号を出力する。
【００２１】
ＶＣＯ２は、超音波モータ７の駆動周波数の４倍の周波数を生成するもので、ＭＣＵ１のＤＡ出力値に応じて生成した周波数を変化させる。例えば、ＭＣＵ１からのＤＡ出力値が０Ｖのときに生成される周波数は高い周波数になり、ＤＡ出力値が上がるにしたがって周波数は下がる。ＤＡ出力値の範囲に対応した周波数の範囲は、超音波モータ７の周波数・回転速度特性により超音波モータ７の速度制御を行うのに十分な周波数範囲となるように設定される。
【００２２】
位相回路３は、ＶＣＯ２で生成した周波数をもとに超音波モータ７の駆動周波数に等しい周波数を有する駆動信号Ｓａ、Ｓｂの２つの駆動信号を生成する。ＭＣＵ１からの方向信号に応じて、駆動信号Ｓｂは駆動信号Ｓａに対して位相が９０°又は２７０°異なる。２つの駆動信号Ｓａ、Ｓｂはそれぞれ振動体励振回路４，５に入力される。なお、位相回路３はＭＣＵ１からの許可信号を受けない限り駆動信号Ｓａ、Ｓｂを出力しない。
【００２３】
振動体励振回路４，５は、位相回路３からの駆動信号Ｓａ、Ｓｂをそれぞれ超音波モータ７の駆動が可能な高圧周波数電圧に増幅して超音波モータ７の入力電極７ａ、７ｂに印加する。
【００２４】
高圧電源６は、不図示のＤＣＤＣコンバータで給電電圧を超音波モータ７の駆動が可能な高電圧に昇圧して、振動体励振回路４，５へ給電する。
【００２５】
超音波モータ７は、電気機械変換素子である圧電体を備え、圧電体の振動を駆動力として利用する振動アクチュエータであり、圧電体への高圧周波電圧を印加するための２つの入力電極７ａ、７ｂを有する。振動体励振回路４，５から位相が異なる２つの高圧周波電圧が入力電極７ａ、７ｂに印加されると、圧電体が励振されて不図示のロータ（移動子）を駆動する。
【００２６】
エンコーダ９は、超音波モータ７の所定回転量ごとにパルス信号を出力する。ＭＣＵ１は、エンコーダ９からのパルス信号を入力してカウントし、所定時間当たりの入力パルス信号数から、超音波モータ７の回転速度を算出する。すなわち、本実施形態においては、エンコーダ９とＭＣＵ１でのカウントにより、超音波モータ７の回転速度検出を行っている。
【００２７】
図３の制御ブロック図を用いて、さらのＭＣＵ１の動作について説明する。エンコーダ９からＭＣＵ１への入力は、超音波モータ７の移動量に相当するから、ＭＣＵ１はこれを微分することによって、回転速度を得る。そして、ＭＣＵ１に入力される目標速度とエンコーダ９によって検出された回転速度との差（速度誤差）を求める。そして、速度誤差に基づいて操作量（制御出力）を求め、この操作量（制御出力）をＤＡ変換器１ａによりアナログ信号（ＤＡ出力）に変換してＶＣＯ２に出力することによって、超音波モータ７の速度をフィードバック制御する。このフィードバック制御は、ＰＩ（比例積分）制御あるいはＰＩＤ（比例積分微分）制御によって行う。ここでは、ＰＩ制御で説明する。
【００２８】
ＭＣＵ１から出力される操作量（制御出力）は、
制御出力＝目標回転速度＋Ｐ×速度誤差＋Ｉ×Σ（速度誤差）
で表される。式中、Ｐは比例ゲイン、Ｉは積分ゲインである。
【００２９】
図５は、本実施形態の駆動制御装置による超音波モータ７の制御状態を示すグラフである。図５（ａ）は、時間の経過とともに変化する超音波モータ７の回転速度を示し、図５（ｂ）は、時間の経過とともに変化する速度誤差を示し、図５（ｃ）は、時間の経過とともに変化する制御出力を示す。
【００３０】
図５（ａ）に示すように、設定された目標回転速度に対して、超音波モータ７の実際の回転速度はゼロ（０）から立ち上がって目標回転速度に漸次接近して最終的には目標回転速度に一致する。このときの速度誤差は、図５（ｂ）に示すように、超音波モータ７の回転速度がゼロ（０）のとき最大で、次第にゼロに近づく。また、制御出力は、上述した式に示すように、「目標回転速度」の項と「Ｐ×速度誤差」の項と「Ｉ×Σ（速度誤差）」の項とを合算させたものであり、図５（ｃ）に示すように、超音波モータ７の回転速度がゼロ（０）のとき最大で、次第に略一定の値になる。
【００３１】
制御出力のうち、「目標回転速度」の項の分は一定である（図５（ｃ）の点線参照）が、「Ｐ×速度誤差」の項の分は速度誤差に比例して時間経過とともにゼロに近づく（図５（ｃ）の一点鎖線参）。これに対して、「Ｉ×Σ（速度誤差）」の項の分は、速度誤差を積分したものであり、時間経過とともに僅かずつ増加することになる（図５（ｃ）の二点鎖線参照）。
【００３２】
ＭＣＵ１は、次の（１）、（２）、（３）の場合に、超音波モータ７の駆動を停止する制御を行う。すなわち、許可信号の出力を止め、超音波モータ７の入力電極７ａ、７ｂに対しての駆動信号Ｓａ、Ｓｂを供給を止める。
（１）速度誤差を時間経過とともに積算した積算値が所定値を超えたと判定したとき（図６（ｃ）中の二点鎖線（１）参照）
（２）エンコーダ９からの信号に基づき、超音波モータが停止状態であると判断してから所定時間が経過したと判定したとき（図６（ａ）中の（２）参照）
（３）目標回転速度の付近（例えば、（目標回転速度×０．７）〜（目標回転速度×１．２）の範囲内）に所定時間内に達しないと判定したとき（図６（ａ）中の（３）参照）
図６は、上述した（１）、（２）、（３）が生じたときの、回転速度、速度誤差、制御出力の変化を示す図である。図６（ａ）は、図５（ａ）と同様に超音波モータ７の回転速度の時間変化を示しており、超音波モータ７が停止すると、回転速度が急速に低下することを示している。図６（ｂ）は、図５（ｂ）と同様に速度誤差の時間変化を示しており、超音波モータ７の回転速度が急速に低下して停止すると、速度誤差が急上昇することを示している。図６（ｃ）は、図５（ｃ）と同様に制御出力の時間変化を示しており、超音波モータ７の回転速度が急速に低下して停止すると、速度誤差の積算値が急上昇することを示している。
【００３３】
以下、図４のフローチャートを用いて、本実施形態の駆動制御装置１０の動作を説明する。まず、ＭＣＵ１に超音波モータ駆動指令が入力されると（ステップＳ１００）、ＭＣＵ１は、許可信号を出力して超音波モータを駆動させる。そして、目標回転速度とエンコーダ９により検出した実際の回転速度との間の速度誤差を可及的に小さくして、実際の回転速度が目標回転速度に近づくように、ＭＣＵ１は、超音波モータ７に対してＰＩ制御（あるいはＰＩＤ制御）を行う（ステップＳ１０１）。
【００３４】
次に、ステップＳ１０２、ステップＳ１０３、ステップＳ１０４で、それぞれ超音波モータ７の駆動状態をモニタする。ステップＳ１０２では、速度誤差を時間経過とともに積算した積算値が所定値を超えたか否かを判断する。ステップＳ１０３では、エンコーダ９からの信号に基づき、超音波モータが停止状態であると判断してから所定時間が経過したか否かを判断する。ステップＳ１０４では、目標回転速度の付近に所定時間内に達しないか否かを判断する。いずれの判断もＮｏである場合は、超音波モータ７の駆動状態に異常がないと判定できるから、ステップＳ１０５に移行して、超音波モータ７の駆動を継続するか否かの判断を行い、継続する場合（Ｙｅｓの場合）にはステップＳ１０２に戻り、同様の動作を繰り返す。継続しない場合（Ｎｏの場合）には、超音波モータ７を停止させる（ステップＳ１０６）。すなわち、許可信号の出力を止める。
【００３５】
ステップＳ１０２、ステップＳ１０３、ステップＳ１０４の少なくとも１つでＮｏと判断された場合は、超音波モータ７の駆動状態に異常があると判定できるから、ステップ１０７に移行して、ＭＣＵ１は超音波モータ７を一時停止する制御を行う（ステップＳ１０７）。すなわち、許可信号の出力を一時止める。次に、ステップＳ１０８では、超音波モータ７が停止してから所定時間が経過したか否かを判断し、この所定時間が経過するまで（Ｎｏの場合）一時停止状態を維持し、所定時間が経過した場合（Ｙｅｓの場合）、ステップＳ１０９に移行して、再度許可信号を出力して超音波モータ７を再起動する。その後ステップＳ１０５に移行して上述した動作を繰り返す。
【００３６】
なお、ステップＳ１０８では、超音波モータ７が停止してから所定時間が経過したか否かを判断したが、この代わりに超音波モータ７の駆動要求があったか否かを判断し、駆動要求があったとき、ステップＳ１０９に移行して、超音波モータ７の再起動制御を行うようにしてもよい。
【００３７】
以上のような本実施形態の駆動制御装置１０によれば、（１）速度誤差を時間経過とともに積算した積算値が所定値を超えたとき、（２）超音波モータが停止状態であると判断してから所定時間が経過したとき、（３）目標回転速度の付近に所定時間内に達しないとき、これらを超音波モータ７の動作異常と判定し、超音波モータ７を停止させる制御を行うので、これらの動作異常に操作者が気づかない場合であっても超音波モータ７が自動的に一時停止し、故障に至るおそれがない。
【００３８】
また、一時停止した後、所定時間経過後に超音波モータ７を再駆動するようにしてあるので、再起動操作の煩わしさがなく、操作性に優れている。
【００３９】
なお、図４では、（１）速度誤差を時間経過とともに積算した積算値が所定値を超えたとき、（２）超音波モータが停止状態であると判断してから所定時間が経過したとき、（３）目標回転速度の付近に所定時間内に達しないときの、何れか１つでも該当すると、超音波モータ７を一時停止させる場合について示したが、これに限定されるものではない。例えば、上述した（１）と（２）の何れか１つに該当する場合に超音波モータ７を一時停止させてもよい。また、（１）と（３）の何れか１つに該当する場合に超音波モータ７を一時停止させてもよいし、（２）と（３）の何れか１つに該当する場合に超音波モータ７を一時停止させてもよい。
【００４０】
さらに、（１）と（２）の何れにも該当する場合に超音波モータ７を一時停止させてもよい。また、（１）と（３）の何れにも該当する場合に超音波モータ７を一時停止させてもよいし、（２）と（３）の何れにも該当する場合に超音波モータ７を一時停止させてもよいし、（１）と（２）と（３）の何れにも該当する場合に超音波モータ７を一時停止させてもよい。このように、複数の原因の何れも該当することを判定条件として超音波モータ７の動作異常を判定する場合、誤判定のリスクを可及的に少なくすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の振動アクチュエータの駆動制御装置の一実施形態を示すブロック図である。
【図２】図１の駆動制御装置を装備したカメラの構成図である。
【図３】図１の駆動制御装置の制御内容を示す制御ブロック図である。
【図４】図１の駆動制御装置の動作内容を示すフローチャートである。
【図５】図１の駆動制御装置による超音波モータ７の制御状態を示すグラフであり、図５（ａ）は、時間の経過とともに変化する超音波モータ７の回転速度を示すグラフ、図５（ｂ）は、時間の経過とともに変化する速度誤差を示すグラフ、図５（ｃ）は、時間の経過とともに変化する制御出力を示すグラフである。
【図６】図１の駆動制御装置において、異常状態が生じたときの超音波モータ７の回転速度、速度誤差、制御出力の変化を示す図であり、図６（ａ）は、時間の経過とともに変化する超音波モータ７の回転速度を示すグラフ、図６（ｂ）は、時間の経過とともに変化する速度誤差を示すグラフ、図６（ｃ）は、時間の経過とともに変化する制御出力を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４２】
１  ＭＣＵ
２  ＶＣＯ
３  位相回路
４，５  振動体励振回路
６  高圧電源
７  超音波モータ（振動アクチュエータ）
９  エンコーダ
１０  駆動制御装置
２０  レンズ鏡筒
２１  レンズ
３０  カメラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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