(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気−機械エネルギ変換素子に周波信号を印加することで振動体を励振させて得られた駆動力で、被駆動体を回転または移動させる振動波モータ駆動制御装置において、
前記周波信号を生成する電圧印加手段と、
前記被駆動体の回転または移動の速度を検出する検出手段と、
前記検出手段で検出した速度と、目標とする速度の差分が小さくなるように、前記電圧印加手段が生成する周波信号の周波数を制御する制御手段と、
前記被駆動体の回転または移動を規制する規制手段と、を有し、
前記制御手段は、前記目標とする速度を所定の速度に設定すると共に、前記電圧印加手段によって、前記周波信号を前記電気−機械エネルギ変換素子に印加させて前記振動波モータを起動し、前記被駆動体が前記規制手段に接触して前記周波信号の周波数が共振周波数または共振周波数の近傍の周波数よりも低い周波数になったときの、前記被駆動体の位置を前記被駆動体の原点位置として設定することを特徴とする振動波モータ駆動制御装置。
【請求項２】
前記被駆動体は、撮像装置または該撮像装置を搭載する雲台であることを特徴とする請求項１記載の振動波モータ駆動制御装置。
【請求項３】
電気−機械エネルギ変換素子に周波信号を印加することで振動体を励振させて得られた駆動力で、被駆動体を回転または移動させる振動波モータ駆動制御装置に適用される駆動制御方法において、
前記周波信号を生成する電圧印加ステップと、
前記被駆動体の回転または移動の速度を検出する検出ステップと、
前記検出ステップで検出した速度と、目標とする速度の差分が小さくなるように、前記電圧印加ステップで生成する周波信号の周波数を制御する制御ステップと、
前記被駆動体の回転または移動を規制する規制ステップと、を有し、
前記制御ステップは、前記目標とする速度を所定の速度に設定すると共に、前記電圧印加ステップによって、前記周波信号を前記電気−機械エネルギ変換素子に印加させて前記振動波モータを起動し、前記被駆動体が前記規制手段に接触して前記周波信号の周波数が共振周波数または共振周波数の近傍の周波数よりも低い周波数になったときの、前記被駆動体の位置を前記被駆動体の原点位置として設定することを特徴とする振動波モータ駆動制御方法。
【請求項４】
電気−機械エネルギ変換素子に周波信号を印加することで振動体を励振させて得られた駆動力で、被駆動体を回転または移動させる振動波モータ駆動制御装置に適用される駆動制御方法をプログラムとして記憶した、コンピュータにより読み出し可能な記憶媒体において、
前記駆動制御方法が、
前記周波信号を生成する電圧印加ステップと、
前記被駆動体の回転または移動の速度を検出する検出ステップと、
前記検出ステップで検出した速度と、目標とする速度の差分が小さくなるように、前記電圧印加ステップで生成する周波信号の周波数を制御する制御ステップと、
前記被駆動体の回転または移動を規制する規制ステップと、を有し、
前記制御ステップは、前記目標とする速度を所定の速度に設定すると共に、前記電圧印加ステップによって、前記周波信号を前記電気−機械エネルギ変換素子に印加させて前記振動波モータを起動し、前記被駆動体が前記規制手段に接触して前記周波信号の周波数が共振周波数または共振周波数の近傍の周波数よりも低い周波数になったときの、前記被駆動体の位置を前記被駆動体の原点位置として設定することを特徴とする記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、振動波モータ駆動制御装置、駆動制御方法、及び記憶媒体に関し、特に、電気−機械エネルギ変換素子に周波信号を印加することで振動体を励振させ駆動力を得るようにした振動波モータであって、該振動波モータによって回転または移動される被駆動体の回転または移動を規制する規制手段を備えた振動波モータの駆動制御装置、当該駆動制御装置に適用される駆動制御方法、及び当該駆動制御方法を実行するプログラムを記憶した記憶媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に振動波モータは、電気−機械エネルギ変換素子と弾性体とからなる振動体と、その振動体に加圧接触された移動体とから構成され、電気−機械エネルギ変換素子に周波信号（交流信号）を印加することで振動体を励振させて駆動力を得、その駆動力が移動体を駆動して移動体は回転等の運動を行う。振動波モータでは、位相の異なる周波信号が電気−機械エネルギー変換素子に印加され、これによって位相の異なる複数の定在波が振動体に形成され、これらの複数の定在波を合成することによって振動体が振動する。
【０００３】
こうした振動波モータが被駆動体の回転位置移動に利用された場合、例えば撮像カメラ装置を搭載する雲台の回転駆動に利用された場合、従来、振動波モータの回転軸が雲台に直結されている場合は振動波モータの回転軸に、またギア等の伝達機構を介して両者が連結されている場合は雲台にセンサが設けられる。そして、振動波モータの回転駆動を制御する制御装置では、このセンサから出力信号により、モータ回転軸あるいは雲台が所定回転位置に到達したことを判別し、この所定回転位置を基準にして原点位置を決定するようにしていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の装置においては、モータ回転軸あるいは雲台が所定回転位置に到達したことを判別するためにセンサを設けることが必要である。またセンサ信号を処理する回路またはソフトウェアも必要となり、このため、制御装置のコストが高くなり、また制御装置が大型化してしまうという問題点があった。
【０００５】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであって、回転位置を検出するセンサを用いずに、被駆動体の回転位置が所定の原点位置に位置することを判別して安価でかつ小型の振動波モータの駆動制御装置、駆動制御方法、及び記憶媒体を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明によれば、電気−機械エネルギ変換素子に周波信号を印加することで振動体を励振させて得られた駆動力で、被駆動体を回転または移動させる振動波モータ駆動制御装置において、前記周波信号を生成する電圧印加手段と、前記被駆動体の回転または移動の速度を検出する検出手段と、前記検出手段で検出した速度と、目標とする速度の差分が小さくなるように、前記電圧印加手段が生成する周波信号の周波数を制御する制御手段と、前記被駆動体の回転または移動を規制する規制手段と、を有し、前記制御手段は、前記目標とする速度を所定の速度に設定すると共に、前記電圧印加手段によって、前記周波信号を前記電気−機械エネルギ変換素子に印加させて前記振動波モータを起動し、前記被駆動体が前記規制手段に接触して前記周波信号の周波数が共振周波数または共振周波数の近傍の周波数よりも低い周波数になったときの、前記被駆動体の位置を前記被駆動体の原点位置として設定することを特徴とする。
【０００７】
また、請求項３記載の発明によれば、電気−機械エネルギ変換素子に周波信号を印加することで振動体を励振させて得られた駆動力で、被駆動体を回転または移動させる振動波モータ駆動制御装置に適用される駆動制御方法において、前記周波信号を生成する電圧印加ステップと、前記被駆動体の回転または移動の速度を検出する検出ステップと、前記検出ステップで検出した速度と、目標とする速度の差分が小さくなるように、前記電圧印加ステップで生成する周波信号の周波数を制御する制御ステップと、前記被駆動体の回転または移動を規制する規制ステップと、を有し、前記制御ステップは、前記目標とする速度を所定の速度に設定すると共に、前記電圧印加ステップによって、前記周波信号を前記電気−機械エネルギ変換素子に印加させて前記振動波モータを起動し、前記被駆動体が前記規制手段に接触して前記周波信号の周波数が共振周波数または共振周波数の近傍の周波数よりも低い周波数になったときの、前記被駆動体の位置を前記被駆動体の原点位置として設定することを特徴とする。
【０００８】
さらに、請求項４記載の発明によれば、電気−機械エネルギ変換素子に周波信号を印加することで振動体を励振させて得られた駆動力で、被駆動体を回転または移動させる振動波モータ駆動制御装置に適用される駆動制御方法をプログラムとして記憶した、コンピュータにより読み出し可能な記憶媒体において、前記駆動制御方法が、前記周波信号を生成する電圧印加ステップと、前記被駆動体の回転または移動の速度を検出する検出ステップと、前記検出ステップで検出した速度と、目標とする速度の差分が小さくなるように、前記電圧印加ステップで生成する周波信号の周波数を制御する制御ステップと、前記被駆動体の回転または移動を規制する規制ステップと、を有し、前記制御ステップは、前記目標とする速度を所定の速度に設定すると共に、前記電圧印加ステップによって、前記周波信号を前記電気−機械エネルギ変換素子に印加させて前記振動波モータを起動し、前記被駆動体が前記規制手段に接触して前記周波信号の周波数が共振周波数または共振周波数の近傍の周波数よりも低い周波数になったときの、前記被駆動体の位置を前記被駆動体の原点位置として設定することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００１１】
図１は、本発明の一実施の形態に係る振動波モータ駆動制御装置の構成を示すブロック図である。なお本実施の形態では、振動波モータが撮像カメラ装置の筐体に連結されて、振動波モータの回転により撮像カメラ装置の撮影方向を回転させるケースを例にとって説明する。
【００１２】
１はマイクロコンピュータ、１１はマイクロコンピュータ１に接続されたメモリ、２はマイクロコンピュータ１からのデジタル指令値をアナログ電圧に変換するＤ／Ａ変換器、３はＤ／Ａ変換器２の出力電圧値に応じた周波数を持つ周波信号を出力するＶ／Ｆ変換器である。４は電圧印加手段であり、Ｖ／Ｆ変換器３より出力された周波信号に対して、振動波モータ５を駆動すべく波形整形を行い、振動波モータ５に出力する。６は振動波モータ５の回転角度座標を検出するためのロータリーエンコーダである。
【００１３】
７は振動波モータ５のモータ回転軸であり、モータ回転軸７には撮像カメラ装置１０の筐体が連結されており、モータ回転軸７の回転に伴い撮像カメラ装置１０が水平面内を旋回するようになっている。振動波モータ５には機械的ストッパー９が取り付けられており、撮像カメラ装置１０は機械的ストッパー９によって旋回を規制されるようになっている。
【００１４】
振動波モータ５の回転に伴いロータリーエンコーダ６からパルス信号がカウンタ８に入力される。カウンタ８では、入力されたパルス信号を基に、累積パルス数を計数し、位置情報としてマイクロコンピュータ１に入力する。またカウンタ８は、単位時間当たりに入力されたパルス数もしくはパルス間の時間間隔を回転速度情報としてマイクロコンピュータ１に出力する。マイクロコンピュータ１は、これらの情報に基づき回転位置および回転速度の各所望値との誤差が最小になるように調整した指令信号を、ＤＡ変換器２へ出力する。ＤＡ変換器２はディジタル値の指令信号をアナログ値に変換し、それをＶＦ変換器３へ出力する。ＶＦ変換器３は、入力されたアナログ電圧値に応じた周波数の周波信号を発生し、これを電圧変換手段４へ送る。電圧変換手段４は周波信号をモータ駆動用の周波信号に変換し、振動波モータ５ヘ出力する。
【００１５】
図２は、振動波モータ５に入力される周波信号の周波数に対する振動波モータ５の回転速度の関係を表わしたグラフである。
【００１６】
図２に示すように、一般に振動波モータでは、通常使用周波数範囲において周波信号の周波数が低くなるに従ってモータ回転速度が大きくなる特性を有する。また、振動波モータの共振特性により、共振周波数を下回ると急激にモータ回転速度が低下する特性がみられる。振動波モータの回転速度制御を行なう場合は、一般に図中の通常使用周波数範囲内における特性を利用して行なう。
【００１７】
本実施の形態においては、こうした振動波モータの特性に着目して、原点位置の特定を行う。以下にその方法について説明する。
【００１８】
マイクロコンピュータ１はＤＡ変換器２に指令信号を出力して、図１において、まず振動波モータ５をモータ回転軸７から見て反時計回り方向に所定の速度で回転するように制御する。振動波モータ５は反時計方向に所定の速度で回転し、撮像カメラ装置１０が機械的ストッパー９に接触する位置まで回転すると、機械的ストッパー９に阻まれ振動波モータ５はそれ以上回転できずに停止する。このとき、マイクロコンピュータ１はカウンタ８より得られる速度情報に基づき、速度不足を補うために周波信号の周波数を低い方向へ変化させるが、振動波モータ５は回転できないので、周波信号の周波数は通常使用周波数範囲を逸脱し、モータ共振特性によって決まる速度ゼロ領域に到達し、回転力がほぼゼロの状態に至る。すなわち、マイクロコンピュータ１は、カウンタ８からの速度情報と予め決められた所定の速度との差に基づき、振動波モータ５が上記所定の速度で駆動するように周波信号の周波数を制御するため、上記のように振動波モータ５の速度がゼロとなると、周波信号の周波数が共振周波数方向（低い方向）へシフトされ、通常使用周波数範囲よりも低い周波数（共振周波数または共振周波数の近傍の周波数よりも低い周波数）となる。
【００１９】
一方、マイクロコンピュータ１は指令信号によって現在指令している周波信号の周波数と、予めメモリ１１内に記憶しておいた速度ゼロ領域の境界周波数値とを比較し、現在指令の周波数が境界周波数値に到達しているか否かを判別する。そして、現在指令の周波数が境界周波数値に到達していると判別した場合、マイクロコンピュータ１は、撮像カメラ装置１０が機械的ストッパー９に突き当たり、振動波モータ５が回転停止したと認識する。
【００２０】
マイクロコンピュータ１は、振動波モータ５が回転停止したことを認識すると、このときのカウンタ８の出力する位置情報を記憶し、あるいはカウンタ値をゼロにし、以後、このときのモータ回転軸７の回転位置を基準位置（原点位置）として位置の管理を行なう。
【００２１】
従来は回転体に対向する位置にセンサを設け、該センサから出力されるセンサ信号を基に、回転体上の所定の基準位置を検出する方法が一般に採用されているが、この方法によると当然センサが必要となり、またセンサ信号処理回路等も必要となるために、振動波モータの駆動制御装置が複雑となり、コストも上がることが避けられなかった。しかし本発明では、上記センサやセンサ信号処理回路等が不要となり、振動波モータの駆動制御装置が簡便で小型化し、低コストを実現できる。
【００２２】
さらに、駆動力源として電磁式のＤＣモータを用いて回転位置駆動を行うとともに機械的ストッパーを用いた場合、回転体が機械的ストッパーに突き当たった際に、駆動制御装置は速度低下を補うためにＤＣモータヘ出力する電流値を増加させるように作動するので、ＤＣモータでは過電流となり、モータコイルの焼損等を生じる問題が考えられる。しかし本発明では、駆動力源が振動波モータであり、振動波モータの回転速度特性（図２）を有効に利用しているので、過電流の問題点が解決されている。
【００２３】
なお、上記の実施の形態では、振動波モータ５によって撮像カメラ装置１０が回転駆動される場合を説明したが、一般には振動波モータの移動体は回転運動ばかりでなく直線移動を行うものもあり、いずれのタイプの振動波モータを使用してもよい。また、こうした振動波モータの駆動によって、被駆動体が回転駆動される場合でも、また直線移動される場合でも、本発明を適用することは可能である。勿論、撮像カメラ装置１０以外の被駆動体に対しても本発明を適用することは可能である。
【００２４】
また、上記の実施の形態では、機械的ストッパー９が撮像カメラ装置１０の回転を阻止する構成になっているが、これに代わって、機械的ストッパー９が、撮像カメラ装置１０が搭載された雲台の回転を阻止する構成にしてもよい。
【００２５】
なおまた、前述した実施形態における振動モータ駆動制御装置はハードウェアで構成しても、またソフトウェアで構成してもよく、振動モータ駆動制御装置の機能をソフトウェアによって実現する場合には、前述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記憶した記憶媒体を、システムあるいは装置に供給し、そのシステムあるいは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出して実行することによっても、本発明が達成されることは言うまでもない。
【００２６】
この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が、前述の実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコードを記憶した記憶媒体が本発明を構成することになる。
【００２７】
プログラムコードを供給するための記憶媒体として、例えば、フロッピィディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭなどを用いることができる。
【００２８】
また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、前述した実施形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼働しているＯＳなどが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も、本発明に含まれることは言うまでもない。
【００２９】
さらに、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も、本発明に含まれることは言うまでもない。
【００３０】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、振動波モータによって回転または移動される被駆動体の回転または移動を規制する規制手段を備え、初期時に、所定の周波数を持った周波信号を電気−機械エネルギ変換素子に印加して振動波モータを起動させ、電気−機械エネルギ変換素子に印加される周波信号の周波数が所定値以下になったとき、被駆動体が規制手段によって規制されて振動波モータの駆動が停止していると判断する。
【００３１】
これにより、回転位置を検出するセンサを用いずに、被駆動体の回転または移動位置が所定の原点位置に位置することを判別することができ、安価でかつ小型の振動波モータ駆動制御装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る振動波モータ駆動制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】振動波モータに入力される周波信号の周波数に対する振動波モータの回転速度の関係を表わしたグラフである。
【符号の説明】
１  マイクロコンピュータ（起動手段、判断手段）
２  メモリ
２  Ｄ／Ａ変換器
３  Ｖ／Ｆ変換器
４  電圧印加手段
５  振動波モータ
６  ロータリーエンコーダ
７  モータ回転軸
８  カウンタ
９  機械的ストッパー（規制手段）
１０  撮像カメラ装置
１１  メモリ
【図１】
0004500408.tif 000002
【図２】
0004500408.tif 000003