(57)【要約】【課題】目標位置までの駆動時間の短縮と停止位置精度の向上を図ることが可能な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の駆動速度と、駆動を停止した後の該振動アクチュエータが停止するまでの制動距離との関係を記憶させた記憶部１ａ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、前記速度検出部で検出された駆動速度に対応する前記記憶部に記憶された制動距離と前記振動アクチュエータを目標位置まで駆動させるための残存駆動量とに基づいて前記振動アクチュエータを駆動制御する駆動制御部１，３と、を備える。【選択図】      図１
2008079396.tif 000002
【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と、駆動を停止した後の該振動アクチュエータが停止するまでの制動距離との関係を記憶させた記憶部と、
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、
前記速度検出部で検出された駆動速度に対応する、前記記憶部に記憶された制動距離と、前記振動アクチュエータを目標位置まで駆動させるための残存駆動量とに基づいて、前記振動アクチュエータを駆動制御する制御部と、
を備えた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、
前記制御部は、前記制動距離と前記残存駆動量とを比較し、前記制動距離が前記残存駆動量よりも小さいときは前記振動アクチュエータを駆動し、前記制動距離が前記残存駆動量以上のときは前記振動アクチュエータの駆動を停止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３】
振動アクチュエータの駆動速度と、駆動を停止した後の該振動アクチュエータが停止するまでの制動距離との関係を記憶させた記憶部と、
前記振動アクチュエータを目標位置まで駆動する駆動速度を設定する設定部と、
前記振動アクチュエータの目標位置までの距離が、設定された前記駆動速度に対応する前記記憶部に記憶された制動距離となったとき、前記振動アクチュエータの駆動を停止する制御部と、
を備えた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、
前記制御部は、前記振動アクチュエータが前記目標位置に達する前に停止した場合は、前記振動アクチュエータを再度駆動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５】
請求項１乃至４の何れか一項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６】
請求項１乃至４の何れか一項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とを備えてなり、圧電素子に駆動信号を供給することにより駆動し、この供給を止めることによりロータが停止する（特許文献１参照）。
【０００３】
超音波モータで行われる駆動制御では、速度を急速に上昇させ、所定の速度に達したらこの速度を維持しながら目標位置の近傍まで駆動し、目標位置の近傍にきたら目標位置までの残存駆動量（目標位置まで後どのくらい駆動しなければ到達しないかを示す駆動量）に基づいて速度を徐々に遅くするのが一般的である。
【０００４】
しかし、これまでの駆動制御では、目標位置近傍からの減速制御を適切に行わないと、目標位置をオーバーランして停止したり、目標位置の手前で停止したりする事態が生じるおそれがあり、短時間で目標位置に精度良く停止させることができないという課題があった。
【特許文献１】特開２００３−３０４６９１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、目標位置までの駆動時間の短縮と停止位置精度の向上を図ることが可能な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の駆動速度と、駆動を停止した後の該振動アクチュエータが停止するまでの制動距離との関係（例えば図６参照）を記憶させた記憶部（例えば図１の記憶部１ａ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のエンコーダ９参照）と、前記速度検出部で検出された駆動速度に対応する、前記記憶部に記憶された制動距離と、前記振動アクチュエータを目標位置まで駆動させるための残存駆動量とに基づいて、前記振動アクチュエータを駆動制御する駆動制御部（例えば図１のＭＣＵ１、位相回路３参照）と、を備えたことを特徴とする。
【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。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、前記制御部が、前記制動距離と前記残存駆動量とを比較し、前記制動距離が前記残存駆動量よりも小さいときは前記振動アクチュエータを駆動し、前記制動距離が前記残存駆動量以上のときは前記振動アクチュエータの駆動を停止することを特徴とする（例えば図３のフローチャート参照）。
【０００９】
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と、駆動を停止した後の該振動アクチュエータが停止するまでの制動距離との関係（例えば図６参照）を記憶させた記憶部（例えば図１の記憶部１ａ参照）と、前記振動アクチュエータを目標位置まで駆動する駆動速度を設定する設定部（例えば図１のＭＣＵ１，ＶＣＯ２参照）と、前記振動アクチュエータの目標位置までの距離が、設定された前記駆動速度に対応する前記記憶部に記憶された制動距離となったとき、前記振動アクチュエータの駆動を停止する制御部（例えば図１のＭＣＵ１，位相回路３参照）と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
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、前記制御部が、前記振動アクチュエータが前記目標位置に達する前に停止した場合は、前記振動アクチュエータを再度駆動することを特徴とする。
【００１１】
請求項５に記載のレンズ鏡筒は、請求項１乃至４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。
【００１２】
請求項６に記載のカメラは、請求項１乃至４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】
【００１３】
本発明の振動アクチュエータの駆動制御装置によれば、制動距離と残存駆動量とに基づいて制御するので、目標位置までの駆動時間の短縮と停止位置精度の向上を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
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６を参照して説明する。
【００１５】
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。
【００１６】
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、記憶部１ａとを備え、超音波モータ７を駆動制御する。
【００１７】
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、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速度検出器８からの出力である超音波モータ７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４（ｂ）、図５（ｂ）のモータ駆動信号）を出力する。
【００１８】
記憶部１ａは、図６に示すような超音波モータ７の回転数（回転速度、駆動速度）と、駆動を停止した後の超音波モータ７が停止するまでの制動距離との関係をデータベースとして記憶し、ＭＣＵ１からの要求に応じて該当するデータを出力する。
【００１９】
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。
【００２０】
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°異なっている。この位相が異なる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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
ＭＣＵ１は、このようにして超音波モータ７の回転速度を検出し、その検出結果（回転速度）に対応する制動距離を記憶部１ａから読み出す。ＭＣＵ１はさらに、エンコーダ９から入力されるパルス信号をカウントすることにより、現在までの移動量を求め、目標位置までの残存駆動量を求める。そして、この制動距離と残存駆動量とを比較して、位相回路３に対して超音波モータ７の駆動を指示する許可信号を出力する（モータ駆動信号をＯＮ状態にする）か又はこの許可信号を停止する（モータ駆動信号をＯＦＦ状態にする）。
【００２６】
図３は、本実施形態の駆動制御装置１０により駆動制御（位置制御）を行う際の、ＭＣＵ１における動作手順を示すフローチャートである。
【００２７】
上述したように、ＭＣＵ１には目標位置についてのデータが入力されている。まず、ＭＣＵ１は、ステップＳ１０１で、所定時間内にエンコーダ９から入力されたパルス信号のカウント値により、超音波モータ７の現時点での回転速度を求める。
【００２８】
ステップＳ１０２では、求めた回転速度に対応する制動距離を記憶部１ａから読み出す。また、駆動開始から現時点までの間にエンコーダ９から出力されたパルス信号をカウントして、目標位置までの残存駆動量を求める。そして、制動距離と残存駆動量とを比較する。制動距離の方が大きい場合（ＹＥＳ）にはステップＳ１０３に移行し、制動距離の方が小さい場合（ＮＯ）にはステップＳ１０４に移行する。
【００２９】
ステップＳ１０３では、このまま駆動を続行すると目標位置をオーバーランするおそれがあるので、一旦超音波モータ７の駆動を停止するように位相回路３への許可信号の出力を停止する（モータ駆動信号をＯＦＦ状態にする）。これにより超音波モータ７への駆動信号Ｓａ，Ｓｂの供給が停止するが、超音波モータ７は直ぐに停止するわけではなく、惰性で動き続ける。また、ステップＳ１０４では、現時点で駆動を停止すると目標位置の手前で止まり到達できないおそれがあるので超音波モータ７の駆動を続行するように位相回路３への許可信号を出力し続ける。これにより超音波モータ７への駆動信号Ｓａ，Ｓｂの供給が続行して超音波モータ７は駆動し続ける。そして、ステップＳ１０３、Ｓ１０４からステップＳ１０５に移行する。
【００３０】
ステップＳ１０５では、エンコーダ９から出力されるパルス信号をカウントして目標位置に到達したか否かを判断する。到達していない場合（ＮＯ）にはステップＳ１０１に戻り、上述した操作を繰り返す。到達した場合（ＹＥＳ）にはステップＳ１０６に移行して超音波モータ７への駆動信号Ｓａ，Ｓｂの供給を停止し、位置制御を終了する。
【００３１】
図４（ａ）、（ｂ）及び図５（ａ）、（ｂ）は、図３のフローチャートによる位置制御の内容を図解で示したもので、同図（ａ）は回転数の時間的変化を表すグラフ、同図（ｂ）は超音波モータ７の駆動を許可するための許可信号（モータ駆動信号）の時間的変化を表すタイムチャートである。同図中、横軸を時間軸とし、縦軸に超音波モータ７の回転数、許可信号（モータ駆動信号）のレベル（モータＯＮ、モータＯＦＦ）を表している。
【００３２】
図４（ａ）、（ｂ）に示す場合では、位置制御開始時に駆動信号Ｓａ，Ｓｂを超音波モータ７に供給する（モータ駆動信号をＯＮ状態にする）。そして、回転数が急上昇してある回転数に達した時点で定常運転に移行する。その後、定常運転での回転数に対応する制動距離に対して目標位置までの残存駆動量が小さくなった時点で超音波モータ７への駆動信号Ｓａ，Ｓｂの供給を停止する（モータ駆動信号をＯＦＦ状態にする）。これにより、回転数が減少（減速）する。そして、この減少した回転数に対応する制動距離が目標位置までの残存駆動量に対して小さくなった時点で再度駆動信号Ｓａ，Ｓｂを超音波モータ７に供給する（モータ駆動信号をＯＮ状態にする）。この動作を複数回繰り返して最終的には目標位置に到達して超音波モータ７は停止することになる。
【００３３】
図４（ａ）中の点線は、超音波モータ７がオーバーランするか否かの境界を示す回転数（回転速度）が、時間とともに変化することを表しており、この境界回転数（回転速度）を超えたらオーバーランするおそれがあるので駆動信号Ｓａ，Ｓｂの供給を停止（モータ駆動信号をＯＦＦ状態に）し、境界回転数よりも下がると目標位置の手前で停止するおそれがあるので駆動信号Ｓａ，Ｓｂの供給（モータ駆動信号をＯＮ状態にする）を再開する。
【００３４】
上述した図４（ａ）、（ｂ）に示す場合では、駆動信号Ｓａ，Ｓｂの供給、供給停止を複数回繰り返すので、制御が煩雑となる。
【００３５】
図５（ａ）、（ｂ）に示す場合では、駆動信号Ｓａ，Ｓｂの供給、供給停止を１回に限定することにより、制御が煩雑になるのを回避している。
【００３６】
この場合、目標位置近傍での回転数を予め設定しておく。また、目標位置近傍に近づくにつれてこの設定した回転数にまで下げる目標回転速度カーブを予め設定しておき、駆動信号Ｓａ，Ｓｂの周波数をこの目標回転速度カーブにしたがって変化させるようにしておく。定常運転後、所定の時点から駆動信号Ｓａ，Ｓｂの周波数を順次上昇させて、回転数を減少させる。そして、設定した回転数まで下がり、この回転数のときに見込まれる制動距離分の手前で駆動信号Ｓａ，Ｓｂの供給を停止（モータ駆動状態をＯＦＦ状態に）し、超音波モータ７が実際に停止するまで待った後、目標位置に到達したか否かを判断し、目標位置に到達していなければ再度駆動信号Ｓａ，Ｓｂを超音波モータ７に供給（モータ駆動信号をＯＮ状態に）する。これにより、駆動信号Ｓａ，Ｓｂの供給、供給停止を複数回繰り返すことなく目標位置に短時間で且つ位置精度良く到達することが可能となる。
【００３７】
超音波モータ７が実際に停止したか否かの確認は、制御サイクル間での位置変化の有無で行う。位置変化が無ければ、実際に停止したことになる。
【００３８】
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、短時間で精度良くレンズ２１を駆動制御することが可能となる。
【００３９】
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。要は駆動制御に制動距離を使用すればよい。
【００４０】
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】
【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示すフローチャートである。
【図４】図３のフローチャートの制御内容を図解にて示したもので、同図（ａ）は回転数の時間的変化を表すグラフ、同図（ｂ）は駆動を許可する許可信号の時間的変化を表すタイムチャートである。
【図５】図３のフローチャートの制御内容を別の図解にて示したもので、同図（ａ）は回転数の時間的変化を表すグラフ、同図（ｂ）は駆動を許可する許可信号の時間的変化を表すタイムチャートである。
【図６】超音波モータの回転数（回転速度、駆動速度）と、駆動を停止した後の超音波モータが停止するまでの制動距離との関係を表すグラフである。
【符号の説明】
【００４２】
１          ＭＣＵ                            １ａ        記憶部
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        鏡筒                              ２１        レンズ
３０        カメラ
【図１】
2008079396.tif 000003
【図２】
2008079396.tif 000004
【図３】
2008079396.tif 000005
【図４】
2008079396.tif 000006
【図５】
2008079396.tif 000007
【図６】
2008079396.tif 000008