(57)【要約】【課題】低速回転領域で安定した速度制御が行える、振動アクチュエータの駆動制御装置を提供すること。【解決手段】振動アクチュエータ７にある周波数の駆動信号を出力するオン状態と、該出力を停止するオフ状態とを切換える制御をする駆動信号制御部１，３と、前記振動アクチュエータの駆動速度を検出する速度検出部１，９と、前記オン状態時の前記速度検出部の検出結果に基づいて後のオン状態時に前記駆動信号の周波数を変更する周波数変更部１，２とを具備する。【選択図】      図１
2008079395.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動アクチュエータにある周波数の駆動信号を出力するオン状態と、該出力を停止するオフ状態とを切換える制御をする駆動信号制御部と、
前記振動アクチュエータの駆動速度を検出する速度検出部と、
前記オン状態時の前記速度検出部の検出結果に基づいて後のオン状態時に前記駆動信号の周波数を変更する周波数変更部と、
を具備する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】
請求項１に記載の振動アクチュエータの駆動制御装置において、
前記駆動信号の周波数は、前記振動アクチュエータの安定動作領域内での駆動速度に対応する周波数である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】
請求項１又は２に記載の振動アクチュエータの駆動制御装置において、
前記駆動信号制御部は、前記オン状態とするタイミングを所定の周期に同期させている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３に記載の振動アクチュエータの駆動制御装置において、
前記駆動信号制御部は、前記オフ状態とするタイミングを所定の周期に同期させている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５】
請求項１から４のいずれか１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、
前記速度検出部は、前記振動アクチュエータの駆動量に応じてパルス信号を出力するパルス信号出力部を備え、
前記オン状態時に前記パルス信号出力部から出力されるパルス信号数から前記振動アクチュエータの駆動速度を検出する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６】
請求項１から３のいずれか１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、
前記振動アクチュエータの駆動量に応じてパルス信号を出力するパルス信号出力部を備え、
前記駆動信号制御部は、前記オン状態時に前記パルス信号出力部から出力されるパルス信号数が所定数になったら、前記オフ状態に切換える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７】
請求項１から６のいずれか１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制御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８】
請求項１から６のいずれか１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制御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、該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】
一般に、カメラのレンズ鏡筒のオートフォーカス駆動機構などにおいて超音波モータが使用されている。この超音波モータは、圧電素子を配置したステータとこのステータに駆動されるロータを備え、圧電素子に供給する駆動信号の周波数を変えることによりロータの回転速度が変化し、駆動信号の周波数を下がるにしたがって回転速度が増加する一方、駆動信号の周波数を上げると回転速度が減少する。この周波数（ｆ）と回転速度（Ｎ）との関係を表す特性をｆ−Ｎ特性という。超音波モータのｆ−Ｎ特性では、周波数の変化に対して回転速度が指数関数的に変化する（特許文献１参照）。
【０００３】
しかしながら、低速回転領域では、例えば、回転速度に対応する周波数の駆動信号を供給してもなかなか回転しなかったり、あるいは回転しすぎたりするなど不安定で、速度制御が困難であるという問題点があった。
【０００４】
この低速回転領域での速度制御を安定させる手法が提案されている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００３−３０４６９１号公報
【特許文献２】特開平７−１７０７６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、低速回転領域で安定した速度制御が行える、振動アクチュエータの駆動制御装置、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】
【０００６】
上記目的を達成する本発明の請求項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にある周波数の駆動信号を出力するオン状態と、該出力を停止するオフ状態とを切換える制御をする駆動信号制御部（例えば図１のＭＣＵ１，位相回路３参照）と、前記振動アクチュエータの駆動速度を検出する速度検出部（例えば図１の１，９参照）と、前記オン状態時の前記速度検出部の検出結果に基づいて後のオン状態時に前記駆動信号の周波数を変更する周波数変更部（例えば図１のＭＣＵ１，ＶＣＯ２参照）とを具備することを特徴とする。
【０００７】
前記振動アクチュエータとしては、例えば超音波モータがある。また、前記振動アクチュエータの駆動速度には回転速度が含まれる。
【０００８】
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、前記駆動信号の周波数が、前記振動アクチュエータの安定動作領域内での駆動速度に対応する周波数であることを特徴とする。
【０００９】
前記安定動作領域は、安定した速度制御が行える領域で、例えば図５に示す下限回転数を含めたそれよりも大きい回転数の領域である。
【００１０】
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、前記駆動信号制御部が、前記オン状態とするタイミングを所定の周期に同期させている（例えば図３又は図４参照）ことを特徴とする。
【００１１】
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、前記駆動信号制御部が、前記オフ状態とするタイミングを所定の周期に同期させている（例えば図４参照）ことを特徴とする。
【００１２】
請求項５に記載の振動アクチュエータの駆動制御装置は、前記速度検出部が、前記振動アクチュエータの駆動量に応じてパルス信号を出力するパルス信号出力部（例えば図１のエンコーダ９参照）を備え、前記オン状態時に前記パルス信号出力部から出力されるパルス信号数から前記振動アクチュエータの駆動速度を検出することを特徴とする。
【００１３】
請求項６に記載の振動アクチュエータの駆動制御装置は、前記振動アクチュエータの駆動量に応じてパルス信号を出力するパルス信号出力部を備え、前記駆動信号制御部が、前記オン状態時に前記パルス信号出力部から出力されるパルス信号数が所定数になったら、前記オフ状態に切換える（例えば図３参照）ことを特徴とする。
【００１４】
請求項７に記載のレンズ鏡筒は、請求項１乃至６の何れか１項に記載の駆動制御装置と、前記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。
【００１５】
請求項８に記載のカメラは、請求項１乃至６の何れか１項に記載の駆動制御装置と、前記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】
【００１６】
本発明の振動アクチュエータの駆動制御装置によれば、速度検出部の検出結果に基づいて後のオン状態時に駆動信号の周波数を変更するようにしてあるので、低速回転領域で安定した速度制御が行える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下本発明の振動アクチュエータの駆動制御装置の実施形態について図１乃至図４を参照して説明する。
【００１８】
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）出力部を備え、不図示の入力データである指示回転速度と回転方向と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など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とする回転速度を決定し、エンコーダ９からの出力により求めた超音波モータ７の現在の回転速度と決定された目標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出力を行う。ＤＡ出力値は例えば０Ｖ乃至４Ｖの範囲で、ＤＡ出力値により超音波モータ７の回転速度を変えることが出来る。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（図３、図４中のモータＯＮ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、圧電体へ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５は、駆動信号の周波数と超音波モータの回転数との関係（ｆ−Ｎ特性）を示す図である。図５に示すように、低速回転領域（図５中に破線で示す、下限回転数よりも小さい回転数の領域）では、回転速度に対応する周波数の駆動信号を供給しても、所望の回転数にならず、不安定な制御状態となる場合がある。
【００２８】
上述したように構成された、本実施形態の駆動制御装置１０では、超音波モータ７が安定して回転駆動する安定動作領域内での回転数（回転速度）に対応した周波数の駆動信号を使用し、この駆動信号のオン・オフ制御で速度制御を行い、駆動信号のオン制御時における超音波モータ７の回転速度を検出して次のオン制御時に駆動信号の周波数を変更することで、低速回転領域でも安定した速度制御を行うようにしている。駆動信号をオン（モータＯＮ）するタイミングは制御サイクル毎に、または制御サイクルで所定回毎にする。また、駆動信号をオフ（モータＯＦＦ）するタイミングには図３に示す場合と図４に示す場合とがある。
【００２９】
図３に示す場合では、制御サイクル毎に、ＭＣＵ１からの許可信号（モータＯＮ信号）を受けて位相回路３から超音波モータ７に駆動信号Ｓａ，Ｓｂを供給しているモータＯＮ時において、エンコーダ９から出力されるエンコーダパルス数が所定数に達したタイミングで割り込み処理によりＭＣＵ１から位相回路３に対して停止信号（モータＯＦＦ信号）を出力し、超音波モータ７への駆動信号Ｓａ，Ｓｂの供給を停止する。すなわち、制御サイクル毎にモータＯＮ、モータＯＦＦを行う。また、各制御サイクルのモータＯＮ時において、エンコーダ９から出力されるエンコーダパルス数が所定数に達するまでの時間から回転速度を検出し、この検出結果に基づいて次の制御サイクルのモータＯＮ時に駆動信号Ｓａ，Ｓｂの周波数を変更する。例えば回転速度を検出した結果、目標とする回転速度よりも遅い場合には次回に供給する駆動信号Ｓａ，Ｓｂの周波数を低くし、また速い場合には高くするように、周波数を変更して、目標とする回転速度に制御する。
【００３０】
例えば、制御サイクルを３ｍｓ、超音波モータ７の安定動作領域中の下限回転数（図５の実線で示す領域中の下限部分）を５ｒｐｍ、超音波モータ７の１回転当たりのエンコーダパルス数を１２，０００パルスとすると、５ｒｐｍで回転させたときの制御サイクル３ｍｓ間でのエンコーダパルス数は３パルスとなる。超音波モータ７を２．５ｒｐｍの低速回転で駆動するのに、この２．５ｒｐｍに対応する周波数の駆動信号を供給すると、不安定動作領域の周波数を使用することになるので、安定した速度制御が行えない。そこで、超音波モータ７の安定動作領域中の下限回転数である５ｒｐｍに対応する周波数の駆動信号Ｓａ，Ｓｂを使用し、この駆動信号Ｓａ，Ｓｂを断続的に供給し、制御サイクル毎に回転速度をチェックして周波数を変更することにより、安定した速度制御が行えて超音波モータ７を平均２．５ｒｐｍの低速回転で駆動すること可能となる。
【００３１】
これを具体的に説明すると、３ｍｓの制御サイクル毎に５ｒｐｍに対応する周波数の駆動信号Ｓａ，Ｓｂを供給して超音波モータ７を駆動（モータＯＮ）する。そして、エンコーダ９からＭＣＵ１に１．５パルス分のエンコーダパルス信号が出力されたタイミングで割り込み処理によりＭＣＵ１から位相回路３に停止信号を出力し、駆動信号Ｓａ，Ｓｂの供給を停止して超音波モータ７を停止（モータＯＦＦ）させる。これにより、超音波モータ７は３ｍｓ間で１．５パルス分動いたことになり、超音波モータ７の回転数は下式に示すように目標とする２．５ｒｐｍとなる。
【００３２】
（1.5パルス／3ｍｓ）×60秒×1000ｍｓ／12000パルス＝2.5ｒｐｍ
【００３３】
図３の制御サイクルＮｏ２で１．５パルス分超音波モータ７が動いた時間（モータＯＮ時間）を計測すると、モータＯＮ時間が目標値よりも長く、目標回転速度（５ｒｐｍ）よりも遅くなっている。そこで、次の制御サイクルＮｏ３で駆動信号Ｓａ，Ｓｂを供給する際、ＭＣＵ１からＶＣＯ２に出力するＤＡ出力値を上げて駆動信号Ｓａ，Ｓｂの駆動周波数を低くし超音波モータ７の回転速度を速く制御する。
【００３４】
制御サイクルＮｏ４では、モータＯＮ時間が目標値通りなので、次の制御サイクルＮｏ５で供給する駆動信号Ｓａ，Ｓｂの駆動周波数は変更しないでそのままとする。しかし、制御サイクルＮｏ５で１．５パルス分超音波モータ７が動いた時間（モータＯＮ時間）を計測すると、モータＯＮ時間が更に長くなり、目標回転速度よりも更に遅くなっている。そこで、次の制御サイクルＮｏ６で駆動信号Ｓａ，Ｓｂを供給する際、ＤＡ出力値を更に上げて駆動信号Ｓａ，Ｓｂの駆動周波数を更に低くし超音波モータ７の回転速度を更に速く制御する。
【００３５】
制御サイクルＮｏ７で１．５パルス分超音波モータ７が動いた時間（モータＯＮ時間）を計測したところ、今度はモータＯＮ時間が短く、目標回転速度よりも速くなっている。そこで、次の制御サイクルＮｏ８で駆動信号Ｓａ，Ｓｂを供給する際には、ＤＡ出力値を下げて駆動信号Ｓａ，Ｓｂの駆動周波数を高くして超音波モータ７の回転速度を遅く制御する。
【００３６】
このように制御サイクル毎に超音波モータ７への駆動信号Ｓａ，Ｓｂの供給時間（モータＯＮ時間）を計測することによって、そのときの駆動周波数が何ｒｐｍ相当の回転数なのかを検出することが可能である。そして検出した回転数から駆動周波数が妥当な値であるか否かを判定して、次の制御サイクルの際、駆動信号Ｓａ、Ｓｂの周波数を変更することで、たとえ低速回転領域であっても超音波モータ７の回転速度を安定制御することが可能となる。
【００３７】
図４に示す場合では、図３に示す場合のように各制御サイクル内でモータＯＮ、モータＯＦＦするのではなく、所定回の制御サイクル毎に駆動信号Ｓａ，Ｓｂを供給してモータＯＮし、それ以外の制御サイクルでは駆動信号Ｓａ，Ｓｂの供給を停止するモータＯＦＦにする。
【００３８】
例えば、制御サイクルＮｏ１でモータＯＮし、次の３つの制御サイクル（制御サイクルＮｏ２、Ｎｏ３、Ｎｏ４）でモータＯＦＦとする。そして制御サイクルＮｏ５で再びモータＯＮし、次の３つの制御サイクル（制御サイクルＮｏ６、Ｎｏ７、Ｎｏ８）でモータＯＦＦする。図３に示す場合と同様に、モータＯＮ時（制御サイクルＮｏ１）において、エンコーダ９から出力されるエンコーダパルス数から回転速度を検出し、この検出結果に基づいて次回（制御サイクルＮｏ５）のモータＯＮ時に駆動信号Ｓａ，Ｓｂの周波数を変更する。例えば目標とする回転速度よりも遅い場合には次回に供給する駆動信号Ｓａ，Ｓｂの周波数を低くし、また速い場合には高くするように、周波数を変更して、平均して目標とする回転速度にする。
【００３９】
図３に示す場合と同様の制御サイクル、超音波モータ７の下限回転数、超音波モータ７の１回転当たりのエンコーダパルス数とすると、１２ｍｓ（４×３ｍｓ）間に３パルスとなり、回転速度は以下の式より１．２５ｒｐｍとなる。
【００４０】
（３パルス／１２ｍｓ）×６０秒×１０００ｍｓ／１２０００パルス＝１．２５ｒｐｍ
【００４１】
制御サイクルＮｏ１のモータＯＮ時、本来３パルスなのに４パルスも動いてしまい、目標とする回転速度よりも若干速くなっている。そこで、次のモータＯＮ時である制御サイクルＮｏ５では供給する駆動信号Ｓａ，Ｓｂの周波数を高く変更する。これにより制御サイクルＮｏ５でのモータＯＮ時のパルス数は３パルスとなり、安定した速度制御で超音波モータ７を平均１．２５ｒｐｍの低速回転で駆動すること可能となる。
【００４２】
上述した実施形態の超音波モータ７とその駆動制御装置１０をレンズ鏡筒２０に装備したカメラ３０（図２参照）では、オートフォーカス時において、目標位置近傍までは比較的高速でレンズ２１を駆動し、目標位置近傍からは比較的低速で且つ安定した速度制御でレンズ２１を駆動することが可能となる。
【００４３】
また、動いている被写体の動きに合わせてレンズ２１を駆動する際にも、被写体のゆっくりした動きにあわせてレンズ２１を低速で安定した速度制御により駆動することが可能となる。
【００４４】
本発明の振動アクチュエータの駆動制御装置は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、図３において、各制御サイクル内でモータＯＮ、ＯＦＦしているが、１つおきの制御サイクル内でモータＯＮ，ＯＦＦしてもよい。すなわち、制御サイクルＮｏ１内でモータＯＮ，ＯＦＦし、制御サイクルＮｏ２ではモータＯＦＦの状態を維持し、制御サイクルＮｏ１のモータＯＮ時に検出した回転速度に基づいて駆動信号Ｓａ，Ｓｂの周波数を変更して、制御サイクルＮｏ３内でモータＯＮ，ＯＦＦするようにしてもよい。
【００４５】
また、図４において、例えば１つおきの制御サイクルでモータＯＮ又はモータＯＦＦとしてもよい。すなわち、制御サイクルＮｏ１内でモータＯＮにし、制御サイクルＮｏ２でモータＯＦＦにし、制御サイクルＮｏ１でのモータＯＮ時に検出した回転速度に基づいて駆動信号Ｓａ，Ｓｂの周波数を変更して、制御サイクルＮｏ３でモータＯＮにするようにしてもよい。
【００４６】
また、本発明の振動アクチュエータの駆動制御装置をレンズ鏡筒２０、カメラ３０に適用した場合を示したが、これに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【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に示す駆動制御装置を装備したレンズ鏡筒及びこのレンズ鏡筒を装備したカメラの一部切欠した概略側面図である。
【図３】図１の駆動制御装置の制御内容を説明する説明図である。
【図４】図１の駆動制御装置の別の制御内容を説明する説明図である。
【図５】超音波モータの回転数（ｒｐｍ）と供給する駆動信号の周波数（ｋＨｚ）との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４８】
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（パルス信号出力部）
１０        駆動制御装置
２０        鏡筒
２１        レンズ
３０        カメラ
【図１】
2008079395.tif 000003
【図２】
2008079395.tif 000004
【図３】
2008079395.tif 000005
【図４】
2008079395.tif 000006
【図５】
2008079395.tif 000007