JP2002305884A - 振動波モーターの制御装置及び振動波モータを備えた機器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】振動波モーターを位相差方式で駆動制御する際
に、位相戻り現象による不具合を解消する。 【解決手段】振動波モーターの圧電素子に印加する交流
電圧と、振動体の振動状態を検知する検知信号との位相
差が共振に近い所定の位相差に達すると、該圧電素子に
印加する電圧を低電圧から高電圧に変更する。

Description

【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ー（超
音波モーターも同じ）の制御装置及び振動波モーターを
駆動源として備えた機器に係り、主に振動波モーターの
振動状態を検出するための信号相と振動波モーターに交
流電界を印加する印加相との位相差を検知し、その検知
結果または振動波モーターの回転速度、回転量、起動時
からの経過時間で振動波モーターに印加する電圧を切り
換える制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、振動波モーターは、弾性体と電
気−機械エネルギー変換素子としての圧電素子とにより
構成される振動体を有し、前記弾性体には、例えば空間
的に互いに９０°の位相差を持った位置に前記圧電素子
が接着または圧着されていて、互いに９０°の位相差を
持つ２相の交番信号を前記圧電素子に印加することによ
って、前記弾性体上に進行波を発生させ、これに接触体
（移動体）を圧接し、摩擦力により前記振動体に対して
前記接触体を相対移動させる。なお、前記弾性体と前記
接触体との接触部には、適切な摩擦力を得るための摩擦
材が接着、塗布、または形成される。

【０００３】すなわち、振動波モーターは前記振動体の
圧電素子に印加する交流電界あるいは位相差を設けた２
つの印加相（以下それぞれＡ相、Ｂ相とする）で回転動
作を行なうように設定されている。

【０００４】Ａ相とＢ相の位相差は±９０度であり、こ
の正負の極性で回転方向が決定される。また、その回転
速度はモーターに印加する電圧や、Ａ相、Ｂ相の周波数
を変化させることで所望の速度に制御させることが一般
的となっている。

【０００５】この振動波モーターの特性に関するもので
印加する周波数によって振動波モーターが共振する部分
があり、その共振周波数近傍での制御は印加される周波
数に対する回転速度の変化が大きく、速度制御を行なう
ことが困難であることが知られている。なお、周波数の
使用範囲は、上記共振周波数よりも高周波数側をもちい
ており、周波数を高くするに従って回転速度が低下す
る。

【０００６】そこで振動体を構成する圧電素子の一部に
振動体の振動状態を検出するセンサー相（以下Ｓ相とす
る）を設け、そのＳ相とＡ相あるいはＳ相とＢ相の位相
差を検出し、振動体の共振状態を検知して制御を行なう
方式が一般的となっている。また、この共振状態に至る
周波数があらかじめ予想できる場合は、位相差検出が不
要となり、最近では未使用な機器もある。

【０００７】この位相差の検出方法としては、コンパレ
ータを用いて正弦波を方形波に変換し、図５に示すよう
に、Ｂ相の立ち上がりからＳ相の立ち上がりまでの時間
を測定する方法がある。ここで測定した位相差（または
時間値）をあらかじめ設定しておいた値または特定の範
囲と比較し、その値以下あるいは範囲外の場合はＡ相、
Ｂ相の周波数を現在よりも高周波側に設定することでモ
ーターの回転数を低くする等の対策によって振動体が共
振周波数を超えないように制御を行なっている。

【０００８】また、最近では振動波モーターに印加する
電圧を切り換えて、共振周波数を低い側に設定し、モー
ター速度をより早くする機器も一般的となっている。

【０００９】図３はモーターに印加する電圧を作り出す
ための基準電源の電圧を変化させた場合のモーター回転
数と、印加する周波数の関係図である。電圧が高いほど
共振周波数が低い側に移動し、モーター回転数を上げる
ことが可能となる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】図６は先に記述した位
相差と振動波モーターに印加する周波数の関係と、振動
波モーターに印加する周波数と経過時間の関係（Ｒ及び
Ｍ）を表した図である。横軸は、向かって右手方向は周
波数なら低い方向、時間なら長い方向である。

【００１１】同図より、モーターに加える周波数を低い
側にスキャンすると、前述した位相差が縮み、振動波モ
ーターが徐々に共振点に近づいていく。この共振点を越
えないようにＰＬＥ２とＰＬＥ１という実際の位相差と
比較するための制限値を保持し、比較した結果、ＰＬＥ
２以下に位相差が達した場合は、共振点に近づいたと判
断し、周波数のスキャンを停止させるように制御させて
いる。

【００１２】また、ＰＬＥ１以下に位相差が達した場合
は更なる共振点近傍と判断し、スキャン周波数を高周波
側に設定するように制御させている。なお、共振点とは
図６の位相差が０°近傍のことを言う。

【００１３】この制御にさらに追加されたものとして、
モーターに印加する電圧を設定するための基準電源の電
圧を切り換える制御方式がある。この切り換え制御によ
ってより高い電圧に切り換え、振動波モーターの回転数
をさらに速くさせることが可能である。

【００１４】図６では、基準電源の電圧が低い場合（２
９Ｖ）は周波数の変化に伴い、徐々に位相差が変化し、
図示したＲ線のように周波数スキャンすることでモータ
ー回転数も徐々に加速していく。そして実際の振動波モ
ーター制御ではＱ点において位相差がＰＬＥ２以下に達
したため、周波数スキャンを停止させている。また基準
電源の電圧を高い設定にした場合（３５Ｖ）、周波数を
低い側にスキャンしているにもかかわらず、図示してい
るように位相差が一旦縮み、更に周波数スキャンを継続
すると再び伸びる傾向があり、これを「位相戻り現象」
と仮に述べる。

【００１５】この位相戻り現象の発生する理由を説明す
ると、振動波モーターの構造は励振部分であるステータ
と回転部分であるローターに２分され、励振しているス
テータは自らの固有振動によって共振周波数帯を保持し
ている。この共振周波数は振動振幅によって変化し、例
えば振幅が大きいほど共振周波数は低くなることが知ら
れている。実際に振動波モーターを駆動させるために周
波数を高い側から低い側にスイープするとそれに伴って
振幅も変化し、位相カーブも歪んでくる。

【００１６】また振動波モーターの構造として、ステー
タにローターを押しつけている状態でも共振周波数の変
化は更に大きくなる。例えば振動が０の時はステータと
ローターが一体となった剛性を保っているため、ステー
タ単体での共振周波数よりも数ｋＨｚ〜１０ｋＨｚ程度
高い共振周波数となる。ここで周波数を加えると振幅が
大きくなるにつれてステータとローターの結合状態が弱
くなり、共振周波数は低くなる。特に共振周波数の変化
が大きいのは振動振幅が小さい領域（ローターの動き始
め）で、ステータとローターの接触領域が急激に変化
（ローターの沈み込み）し、共振周波数が急激に変化す
る。

【００１７】振動と位相の流れを説明すると、ロータ
ーの動き出す直前の周波数は振幅が小さいため位相は共
振に近い値を示す。その後、周波数スイープによって
振動が大きくなり、ローターの沈み込みが小さくなる。
さらに、急激に共振周波数が低くなり、位相は相対的
に共振から遠くなる。

【００１８】つまり、周波数を徐々に下げて行っても位
相は単調に共振に近づかず、一旦共振から離れるような
カーブを描く。これが位相戻り現象であり、ローターの
動き始めで起こることが知られている。

【００１９】この位相戻り現象は、振動波モーターに印
加する電圧でもその発生状態が依存し、今まで発生しな
かったものが電圧を切り換えることで発生するというこ
とが分かっている。

【００２０】この「位相戻り現象」によってモーター制
御で問題な点は、モーターに印加する周波数が高い場合
でも位相が共振点に近づいたと判断し、周波数スキャン
を一旦停止させる制御を行ってしまうことである。例え
ば、図７のＰ点では周波数が高いにも関わらず、ＰＬＥ
２以下に位相差が縮み、周波数スキャンが停止してしま
う。すると同図Ｓ線に同期する様にモーター回転数が上
がらず、最終の目標周波数に達しないまま実際のモータ
ー回転数も安定してしまう。

【００２１】これを回避するためには「位相戻り現象」
による影響を抑制するために、振動波モーターに印加す
る電圧切り換え制御を行なわない、又は電圧を低くす
る、また周波数スキャンスピードを遅くするなどの対策
が考えられるが、モーターの高速化駆動ができなくなっ
てしまうなどの不具合が発生してしまう。

【００２２】本出願に係る発明は、これらの欠点に鑑
み、位相戻り現象の影響を少なく、しかも目標駆動速度
に達するまで高速化が図れる振動波モータの制御装置を
提供しようとするものである。

【００２３】

【課題を解決するための手段】本発明は、弾性体に配置
された電気−機械エネルギー変換素子に交流電界を印加
することによって弾性体にある振動モードを励振させ、
且つ該振動モードに適当な時間位相差を持たせることに
より該弾性体の駆動部に楕円運動を行なわしめる振動体
と、該振動体に押圧されて摩擦駆動するローターと、該
振動体の励振状態を検出するために該振動体の一部に設
けられた励振検出部とを有する振動波モーターの制御装
置であって、前記励振検出部から出力される信号と前記
電気−機械エネルギー変換素子に印加する交流電界の位
相差を検知する位相差検知手段の検出情報に基づいて前
記振動波モーターの回転制御を行なう振動波モーターの
制御装置において、前記電気−機械エネルギー変換素子
に印加する電圧の電圧値に切り変え可能な電圧切り変え
手段と、前記位相差検知手段で検出した位相差情報をあ
らかじめ記憶したデータと比較するための比較手段と、
前記比較手段からの結果によって前記電圧切り換え手段
により電圧値を切り換えることを特徴とするものであ
る。

【００２４】

【発明の実施の形態】本実施の形態ではレンズ交換式オ
ートフォーカス一眼レフカメラに本発明を応用した場合
を例に各部の動作説明を行なう。

【００２５】図１は交換式レンズ及びオートフォーカス
一眼レフカメラのブロック図を示している。

【００２６】同図において、交換式オートフォーカスレ
ンズ本体１には、フォーカスレンズユニット２が設けら
れ、このフォーカスレンズユニット２は被写体にピント
を合わせるためのフォーカスレンズ４を保持して光軸と
水平方向に移動できるメカ機構で構成されている。

【００２７】フォーカスユニット２の駆動源として振動
波モーター３を用いており、例えば振動体と移動体とを
リング形状に形成したタイプ、あるいは振動体と移動体
とを棒状に形成したタイプ等が用いられる。

【００２８】５は振動波モーター３に印加する基準電圧
を作り出している昇圧回路（振動波モーター基準電源）
で、例えばカメラ本体側に設けた電源電池のバッテリー
電圧を５倍程度まで昇圧する回路構成となっている。こ
の昇圧回路５は、一般的にはＤＣ／ＤＣコンバータと称
されていて、本実施の形態では４段階の電圧切り換え手
段が設けられ、マイコン７によって出力電圧をコントロ
ールしている。

【００２９】６は振動波モーター３を駆動するための電
力増幅を行っているドライバー回路である。ドライバー
回路６については図４で詳しく説明する。７はレンズ本
体１の全ての制御をつかさどるレンズマイコンである。
レンズマイコン７には、カメラとの通信を行なうための
通信コントローラ、タイマー機能、ＤＡＣ機能、入出力
ポート、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の機能が搭載されている。

【００３０】８は振動波モーター３の回転量と回転速度
を検出するための移動量検出ユニットで、振動波モータ
ー３の回転に同期して回転する円盤の円周上を同じピッ
チで切り欠き、フォトインタラプタ素子を使用して、Ｌ
ＥＤから投光された光が受光素子に到達するか、遮光さ
れるかで信号の変化を検出する構成となっている。

【００３１】フォーカスユニット２の移動量は、振動波
モーター３の回転量とメカ的に比例する構成となってい
るため、前述したピッチ数をカウントすることでフォー
カスユニット２の移動量検出に使用している。また前述
したピッチの時間間隔を計測し、回転速度を検出してい
る。９は振動波モーター３に印加する交流電圧と前述し
たＳ相との位相差を検出するための位相差検出器であ
る。位相差検出器についても図４で詳しく説明する。１
０はカメラ本体である。

【００３２】カメラ本体１０には、被写体までの距離に
対するフォーカスユニット２におけるレンズ４の現在の
位置とフィルム面でのズレ量を検出するための測距ユニ
ット１１が設けられている。オートフォーカスカメラで
は、複数のラインＣＣＤを使用したピントのズレ方式が
一般的となっている。これは被写体のコントラスト（明
暗）の違いを読み取り、あらかじめ距離の離れた他のＣ
ＣＤと比較し、コントラストが同じになるＣＣＤライン
上の位置のズレを検出している。ピントが合っている場
合はＣＣＤライン上の同じ位置にコントラストが合う。
その他の測距方式として赤外発光（ＩＬＥＤ）体を使用
し、三角測距を行なうものもある。なお、オートフォー
カスに関する詳しい説明は本発明の主旨とは無関係であ
るため省略する。

【００３３】１２はカメラの全ての制御をつかさどるカ
メラマイコンである。１３はカメラの使用者がピント合
わせ及びレリーズすることを指示するためのメカニカル
なスイッチである。本実施の形態では本発明に関するピ
ント合わせのみ説明する。カメラには、その他様々な機
能が備わっているが、本実施の形態とは無関係のため省
略する。

【００３４】１４はカメラとの通信を行なうための複数
の金属接点を有する接点ユニットである。カメラ本体１
０側には複数の金属突起があり、レンズ本体１側にはそ
の突起と接触させるための複数の金属片が埋め込まれて
いてそれぞれの金属を通してカメラマイコン１２とレン
ズマイコン７が電気的に接続されている。金属はメカ的
に接触しているだけなのでレンズ１を外すことも可能で
ある。

【００３５】１５はカメラ及びレンズを動作させるため
のバッテリーの電池容量をチェックするバッテリーチェ
ック検出器である。このバッテリーチェック検出器１５
の結果によってレンズマイコン７は本発明の特徴である
振動波モーターへ印加する昇圧回路５を切り換えて振動
波モーター基準電源である電圧値を設定する。

【００３６】カメラマイコン１２はＡＦ開始スイッチＳ
Ｗ１３を検出し、使用者からオートフォーカス開始の指
示があるまで待機し、指示があった場合は測距ユニット
１１からのデータを取り込む。測距ユニット１１はフォ
ーカスユニット２に組み込まれたフォーカスレンズ４を
通して被写体までの距離とフォーカスユニット２の現在
位置からピントのズレ量を測距する。カメラマイコン１
２は測距したピントのズレ量からピントを合わせるため
のフォーカスユニット２の移動量を演算し、レンズマイ
コン７に接点ユニット１４を通して通信する。

【００３７】またＢＣ１５でバッテリーの状態を検知
し、レンズ本体１として最大使用できる電力もレンズマ
イコン７に接点ユニット１４を通して通信する。

【００３８】レンズマイコン７は、受信した電力から昇
圧回路５の設定電圧を決定する。図２はバッテリー容量
と昇圧電圧の関係を示す表である。バッテリー容量がＦ
ＵＬＬの場合は昇圧電圧を最大（表例では３５Ｖ）と
し、バッテリー容量がＬＯＷ（少ない）の場合は昇圧電
圧を最小（表例では２９Ｖ）とする。しかし、この決定
した電圧はドライバー回路６には印加しない。振動波モ
ーター３の起動時に高い電圧を振動波モーター３に印加
すると、図６、図７で説明したように「位相戻り現象」
によってモーター回転数が上がらなくなってしまうた
め、とりあえずレンズマイコン７の内部のメモリーに記
憶する。

【００３９】ドライバー回路６には一番低い電圧（位相
戻りが発生しない電圧でも良い）を印加する。レンズマ
イコン７は電圧が決定すると内部のタイマー機能を使用
して特定の周波数でＡ相及びＢ相の９０度位相をずらし
た駆動波形を出力し、振動波モーター３を駆動してフォ
ーカスユニット２の移動を開始させる。

【００４０】タイマー機能は周波数を変化させることが
可能で、徐々に周波数を下げて振動波モーターの回転数
を上げて行く。レンズマイコン７は、移動量検出ユニッ
ト８を監視し、カメラマイコン１２から送信された移動
量と比較することを常に行っている。比較の結果一致し
た場合は、所定の移動量だけフォーカスユニット２が移
動したと判断し、振動波モーター３の駆動を停止させ
る。

【００４１】また移動量検出ユニット８の出力変化をレ
ンズマイコン７の内部のタイマー機能で時間を計測し、
あらかじめレンズマイコン７の内部のメモリーに設定し
ている目標速度（目標回転数）相当の時間値と比較して
周波数変化による振動波モーター３の回転数制御（フォ
ーカスユニット２の移動速度制御と同じ）を行なう。

【００４２】また、レンズマイコン７は位相差検出器９
で振動波モーター３の位相状態を常に検出し、あらかじ
め設定したＰＬＥ２またはＰＬＥ１の位相データと比較
して、ＰＬＥ２以下に位相差が縮んだ場合は、目標速度
に達していない場合でも周波数スキャンを停止させる。

【００４３】図６に示すように、位相検出器９による振
動波モーター３の位相状態を検出した結果、位相差がＰ
ＬＥ２に達した場合（図示したＱ点）は、周波数スキャ
ンを停止させると同時に前述したレンズマイコン７の内
部メモリーに保持された昇圧回路５で設定する電圧を読
み出し、昇圧回路５にその電圧になるようにレンズマイ
コン７が設定してドライバー回路６に印加させる。これ
によって、位相差がＰＬＥ２以下だったものがＰＬＥ２
以上となり（図示した３５Ｖのライン参照）、再び周波
数スキャンを開始し、図６中、符号Ｍで示す特性線の様
に、昇圧電圧が２９Ｖの時よりよりもさらに振動波モー
ターの回転数を速くできる。この時のＰＬＥ２による周
波数スキャン停止時間は極微小なため、加速時間には全
く影響しない。

【００４４】図４は振動波モーターを動作させるための
ドライバー回路６と位相検出器９と昇圧回路５とレンズ
マイコン７の部分を詳しく説明するための電気回路の一
例である。この回路は周波数を変化させることで振動波
モーターの速度制御を行なうタイプとなっている。同図
を用いて本回路の動作説明を行なう。

【００４５】５１は振動波モーターの制御を司る図１に
示すレンズマイコン７であるところのマイクロコンピュ
ータ（以下マイコンと記す）である。このマイコン５１
の機能として、振動波モーターへ印加する周波数を作り
出すための周波数ジェネレータ機能と、振動波モーター
の位相検出を行なうためのタイマーカウンタ機能（信号
キャプチャ機能付き）を具備している。

【００４６】５２は振動波モーターに印加する電源回路
である昇圧型ＤＣ/ＤＣコンバータユニットである。こ
のＤＣ/ＤＣコンバータユニット５２は、マイコン５１
によって動作／非動作をコントロールできる様に構成さ
れ、また昇圧する電圧も４段階に切り換える機能を具備
している。５３は電源（バッテリー）、５４は電源５３
を安定的に供給するためのレギュレータであり、マイコ
ン５１に供給され、かつ位相検出の基準電源としても使
用している。５５は振動波モーターのＡ相側のインバー
タ、５６は振動波モーターのＢ相側のインバータ、５７
は振動波モーターのＡ相側の電源を供給するためのＮＰ
Ｎトランジスタ、５８は振動波モーターのＢ相側の電源
を供給するためのＮＰＮトランジスタ、５９は振動波モ
ーターのＡ相側のＮＰＮトランジスタ、６０は振動波モ
ーターのＢ相側のＮＰＮトランジスタである。

【００４７】Ａ相側のインバータ５５の入力と、Ａ相側
ＮＰＮトランジスタ５９のベースがそれぞれマイコン５
１のＡ相側周波数ジェネレータ出力端子に接続され、ま
たインバータ５５の出力がＮＰＮトランジスタ５７のベ
ースに接続され、マイコン５１の出力論理によって振動
波モーターのＡ相側に電力がシンク／ソースされる構成
となっている。

【００４８】同様にＢ相側のインバータ５６の入力とＢ
相側ＮＰＮトランジスタ６０のベースがそれぞれマイコ
ン５１のＢ相側周波数ジェネレータ出力端子に接続さ
れ、またインバータ５６の出力がＮＰＮトランジスタ５
８のベースに接続され、マイコン５１の出力論理によっ
て振動波モーターのＢ相側に電力がシンク／ソースされ
る構成となっている。

【００４９】６１はＡ相側コイル、６２はＢ相側コイ
ル、６３はＡ相側コンデンサ、６４はＢ相側コンデンサ
である。Ａ相側コイル６１とＡ相側コンデンサ６３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波モーターのＡ相に印加される。
同様にＢ相側コイル６２とＢ相側コンデンサ６４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波モーターのＢ相に印加される。

【００５０】６５は振動波モーターのＡ相側電極、６６
は振動波モータのＢ相側電極、６７は振動波モータのＳ
相電極、６８は圧電素子、６９はＧＮＤ電極である。Ａ
相、Ｂ相に電圧を印加することで圧電素子６８が歪曲
し、Ａ相に対するＢ相の位相を±９０°変えることで回
転部との接触面に楕円運動が発生して回転部が回転する
のが振動波モーターの原理である。

【００５１】７０はレギュレータ５４の電圧を１／２に
するための分圧回路であり、コンパレータ７７、７８の
スレッショルド電圧を形成している。７１と７２はＢ相
電圧のレベルシフト用の抵抗。コンデンサ７３と抵抗７
５は振動波モーターのＳ相用のハイパスフィルター、コ
ンデンサ７４と抵抗７６は振動波モーターのＢ相用のハ
イパスフィルターをそれぞれ形成している。７７は振動
波モーターのＢ相用のコンパレータであり、レギュレー
タ５４の電圧にレベルシフトするためとＢ相の波形整形
を行なっている。７８は振動波モーターのＳ相用のコン
パレータであり、レギュレータ５４の電圧にレベルシフ
トするためとＳ相の波形整形を行なっている。

【００５２】図５はＢ相の印加電圧を示すコンパレータ
７７とＳ相の出力電圧を示すコンパレータ７８から出力
される波形を図示したものである。振動波モーターが共
振点に近いところで駆動されているとＳ相とＢ相の位相
差が少なくなるように構成されているのが一般的であ
る。以下にその制御方式を図４と図５を用いて説明す
る。

【００５３】マイコン５１は振動波モータを駆動する場
合、ＤＣ/ＤＣコンバータユニット５２を動作させ電源
５３の電圧を昇圧させる。通常はここで約５倍程度昇圧
しているのが一般的である。

【００５４】次に、マイコン５１は内部の周波数ジェネ
レータ回路を起動させてＡ相、Ｂ相にそれぞれ±９０°
位相を変えた出力を発生させる。この出力によってトラ
ンジスタ５７、５８、５９、６０を制御している。例え
ば、マイコン５１から出力されたＡ相の論理電圧がハイ
レベルの場合、インバータ５５の出力論理はＬｏレベル
となり、トランジスタ５７はＯＦＦとなる。すると、ト
ランジスタ５８はＯＮし、振動波モーターのＡ相に加え
る電圧は低くなる。逆にマイコン５１から出力されたＡ
相の論理電圧が０Ｖの場合、インバータ５５の出力論理
はＨｉレベルとなり、トランジスタ５７はＯＮとなる。
すると、トランジスタ５８はＯＦＦし、振動波モーター
のＡ相に加える電圧は高くなる。

【００５５】次に、これらの動作によってコイル６１、
６２に交流電圧が供給されコンデンサ６３、６４によっ
て更に振動波モーターに印加する電圧を昇圧する。通常
はここで約３倍〜４倍程度昇圧させてから振動波モータ
ーに印加する。

【００５６】電圧が入力されると、振動波モーターはそ
の特性によってある特定の周波数で起動を開始する。マ
イコン５１は起動が開始されるまで内部のタイマーカウ
ンタで時間を計測し、予め設定された時間を経過すると
コンパレータ７７、７８の出力を検出するために該タイ
マーカウンタを位相検出用に設定し起動させる。

【００５７】図５より、このタイマーカウンタはコンパ
レータ５７の出力の立ち上がり信号によってカウントを
開始し、コンパレータ７８の立ち上がり信号で現在のタ
イマーカウンタ値を内部メモリーに記憶するように構成
されている。またＳ相の信号変化に対する周期データも
同時に取り込み、時間差／周期の演算によって位相デー
タを内部メモリーに記憶する。ここで周期データを取り
込む場合、別のタイマーが必要となり、かつ割算による
演算が必要なため、高機能で処理速度の早いマイコンを
選択しなければならない。しかし振動波モーターで使用
する周波数範囲は極狭い領域であるため、時間差＝位相
差としても良い。

【００５８】マイコン５１は内部メモリーに記憶された
Ｂ相とＳ相の位相差データとあらかじめ設定されている
値と比較し、その値以下の場合は現在の駆動周波数を固
定する。これらの位相検出制御によって振動波モーター
を共振点より離れさせることで共振点を超えることが禁
止できる。

【００５９】ここまでは公知技術として一般的に認識さ
れている振動波モーターの位相検出制御方法である。

【００６０】次にマイコン５１はＤＣ/ＤＣコンバータ
ユニット５２があらかじめマイコン５１にメモリーされ
ている昇圧電圧を出力できるような設定を行い、固定さ
れた駆動周波数を再び低周波側にスキャンさせるために
位相の検出を開始させる。電圧が高くなったことで位相
差が再び伸び、周波数スキャンが開始される。

【００６１】図８はカメラマイコン１２の内部処理をあ
らわしたフローチャート図である。同図をもとに更に説
明を続ける。

【００６２】（ステップ１０１、１０２）カメラマイコ
ン１２はスイッチ類の状態を検出し、マイコン内部のメ
モリーに検出結果を書き込む。カメラ１０にはスイッチ
としてレンズ装着スイッチ、レリーズスイッチ、モード
切り換えスイッチ、ダイヤルスイッチ等の多くのスイッ
チが搭載されているが、本実施の形態ではオートフォー
カス開始スイッチと不図示のレンズ装着スイッチが関係
し、その他は無関係のため説明は省略する。

【００６３】オートフォーカス開始スイッチは、押しボ
タンタイプの２ストロークスイッチで、使用者が１スト
ロークだけ押すと、スイッチがＯＮされたと認識する。
不図示のレンズ装着スイッチとはレンズ１をカメラ１０
に装着し、固定するためには不図示のマウントと言うメ
カ機構が必要で、レンズが装着されることでレンズマウ
ントに押されてＯＮする機構となっている。

【００６４】（ステップ１０３）カメラマイコン１２は
ステップ１０２で検出した不図示のレンズ装着スイッチ
の信号からレンズ１が装着されているかを判断する。レ
ンズ１が装着されていない場合は、ステップ１０２に戻
り、スイッチ類の検出を続ける。

【００６５】（ステップ１０４）レンズ１が装着されて
いる場合は、レンズマイコン７が保持するレンズの情報
を接点ユニット１４を通してレンズマイコン７より通信
で受信する。レンズの情報とは測距ユニット１１が被写
体を測距した結果、被写体にピントを合わせるためのフ
ォーカスユニット２の移動量を演算するために必要な敏
感度情報（本実施の形態ではフォーカスユニット２の移
動量に対するフィルム面でのピントの移動量の比率情報
とする）である。レンズマイコン７にはその他に様々な
情報を搭載しているが本実施の形態とは無関係のため、
説明は省略する。

【００６６】（ステップ１０５）ステップ１０２で検出
した不図示のオートフォーカス開始スイッチ１３の信号
から使用者がオートフォーカスの開始の指示を行ってい
るかを判断する。不指示の場合はステップ１０２に戻
る。

【００６７】（ステップ１０６）ステップ１０５で使用
者がオートフォーカスの開始の指示を行っている場合は
測距ユニット１１から被写体の位置に対するフォーカス
レンズの位置のピント面でのズレ量のデータを求める。
本実施の形態では測距ユニットは常に測距を繰り返し行
っている状態とし、この方がオートフォーカスの時間が
短縮されるためである。すなわち、使用者がオートフォ
ーカス開始を支持してから測距を開始するのでは多少タ
イムラグが生じる。

【００６８】（ステップ１０７）カメラマイコン１２は
ステップ１０６で得た測距データより、被写体までのピ
ントが合っているかを判断する。ピントが合っている場
合は使用者に合焦中であることを知らせる不図示の警告
装置によって知らせ、ステップ１０２に戻る。警告装置
とは、圧電ブザーを使用した音による警告や、ＬＥＤを
点灯させるものなどが一般的である。

【００６９】（ステップ１０８）被写体にピントが合っ
ていない場合は、ステップ１０６で得た測距データとス
テップ１０４で得たレンズ１の敏感度情報より、フォー
カスユニット２で被写体にピントを合わせるためのフォ
ーカスユニット２の移動量を演算する。

【００７０】（ステップ１０９）カメラマイコン１２は
ステップ１０８の演算の結果、フォーカスユニット２を
移動させる場合はレンズマイコン７に接点ユニット８を
通してレンズ駆動命令を送信する。また現在のバッテリ
ー供給量をＢＣ１５により検出し、レンズ側で使用でき
る電力も送信する。

【００７１】（ステップ１１０）カメラマイコン１２は
レンズマイコン７に対してフォーカスユニット２の移動
方向と移動量を接点ユニット８を通して送信する。

【００７２】（ステップ１１１）フォーカスユニット２
の移動状態を接点ユニット８を通して受信し、フォーカ
スユニット２の移動が終了するまで待つ。フォーカスユ
ニット２の移動が完了したらステップ１０２に戻る。

【００７３】図９はレンズマイコン７のプログラムのフ
ローチャート図である。同図をもとにレンズ１の動作説
明を行なう。

【００７４】（ステップ２０１、２０２）レンズマイコ
ン７は各種スイッチ類の状態を検出し、マイコン内部の
メモリーに検出結果を書き込む。スイッチには、オート
フォーカス／マニュアルフォーカス切り換えスイッチ
（不図示）、絶対距離検出スイッチ、ズームレンズの場
合はズーム位置検出スイッチ（不図示）、その他等の多
くのスイッチが搭載されているが、本発明とは無関係の
ため説明は省略する。

【００７５】（ステップ２０３）現在フォーカスユニッ
ト駆動中ならステップ２０８へ移行する。

【００７６】（ステップ２０４）フォーカスユニット２
の移動命令をカメラマイコン１２から受信したかを判断
する。受信していない場合はステップ２０２に戻る。

【００７７】（ステップ２０５）カメラマイコン１２か
らフォーカスユニット２の移動命令を受信し、かつ現在
のバッテリー供給量を受信した場合は、移動量を受信す
るまで待機する。

【００７８】（ステップ２０６）ステップ２０４で受信
したカメラのバッテリー供給量からレンズで消費できる
電力を演算し、振動波モーター３に供給する昇圧電圧を
設定する。図２の表より、本実施の形態では設定昇圧電
圧は４段階に分けられている。この時点では昇圧回路５
で昇圧する電圧はＬＯＷの２９Ｖにする。初めから高い
電圧を加えた場合は、前述したように位相戻り現象によ
って振動波モーターの回転数が制限される場合があるか
らである。

【００７９】（ステップ２０７）レンズマイコン７は振
動波モーター３を駆動するため、カメラマイコン１２か
ら受信した駆動量データから駆動方向を導き出し、ドラ
イバー回路６にその駆動方向に沿った±９０°位相のず
れた周波数を供給する。振動波モーターの駆動によって
フォーカスユニット２の移動が開始される。

【００８０】（ステップ２０８）レンズマイコン７は位
相差検出器９からの信号を常に検知し、振動波モーター
３の位相状態をモニターしている。前述したＰＬＥ２の
設定位相と現在の位相を比較し、現在の位相が大きいと
判断された場合はステップ２０９へ移行する。ここで、
位相に限らず、例えば 振動波モーターの移動量を移動量検出８で検出し、所
定移動量に達した場合 振動波モーターの回転速度を検出し、所定速度に達し
た場合 振動波モーターの回転速度を決定する周波数値が所定
周波数に達した場合 起動からの時間をタイマーで計時し、所定時間経過し
た場合 などによってステップ２０９へ移行する方法がある。こ
れらは位相検出とは無関係に使用するため、起動時の位
相検出処理に関わる時間短縮がメリットとなる。

【００８１】（ステップ２０９）ステップ２０５でカメ
ラマイコン１２から指示された移動量だけフォーカスユ
ニット２が移動したかを移動量検出ユニット８から出力
されたカウント数と比較する。また、移動量検出ユニッ
ト８からの出力変化の時間間隔をレンズマイコン７の内
部タイマーで検出し、あらかじめ設定された移動速度で
フォーカスユニット２が移動しているかを検知して、フ
ォーカスユニット２の移動速度制御も同時に行なう。次
に移動量検出ユニット８からのカウント数がカメラマイ
コン１２から送信された移動量と一致しない場合はステ
ップ２０２へ移行する。

【００８２】（ステップ２１０）移動量検出ユニット８
からのカウント数がカメラマイコン１２から送信された
移動量と一致した場合はフォーカスユニット２の移動を
停止させるため、振動波モーター３への周波数印加を停
止し、ステップ２０２へ移行する。

【００８３】（ステップ２１１）ステップ２０８でレン
ズマイコン７は位相差検出器９からの信号を常に検知
し、振動波モーター３の位相状態をモニターしている。
前述したＰＬＥ２の設定位相と現在の位相を比較し、現
在の位相が小さい（図６のＱ点）と判断された場合は振
動波モーター３に供給する昇圧電圧を高くし、より早い
フォーカスユニット２の移動を実現するため昇圧回路５
の設定昇圧電圧を（図２より）３１Ｖ〜３５Ｖに設定す
る。これによって図６のそれぞれの電圧による位相値が
持ち上がり（ＰＬＥ２よりも大きくなり）、振動波モー
ター３が再加速する。

【００８４】この操作によって振動波モーター特有の位
相戻り現象による影響を受けずに振動波モーターの駆動
速度の高速化が可能となる。

【００８５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
位相差方式で振動波モーターの制御を行なう場合、起動
から所定の速度に達するまでに、共振に近い所定の位相
値に達したら、低電圧から高電圧に駆動電圧をを切り換
えるようにしたので、位相戻り現象による回転数の低下
などの不具合を解消でき、より高速に所定速度までスー
プできる振動波モーターを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】振動波モーターを使用した場合の一般的なＡＦ
一眼レフカメラと交換レンズの内部回路ブロック図

【図２】バッテリーの残容量と振動波モーターに加える
基準電源の電圧値を表した図表

【図３】振動波モーターの一般的な周波数と回転数の関
係図

【図４】振動波モーターの駆動回路図

【図５】振動波モーターのＢ相、Ｓ相を波形整形した場
合の信号図

【図６】位相差及び周波数と、周波数と経過時間との関
係を示す図

【図７】３５Ｖでの位相差及び周波数と、周波数と経過
時間との関係を示す図

【図８】カメラのマイクロコンピュータのフローチャー
ト図

【図９】レンズのマイクロコンピュータのフローチャー
ト図

【符号の説明】

１ 交換レンズ ２ フォーカスユニット ３ 振動波モーター ４ 光学レンズ群 ５ 昇圧回路 ６ ドライバ回路 ７ レンズマイコン ８ 移動量検出ユニット ９ 位相差検出器 １０ カメラ １１ 測距ユニット １２ カメラマイコン １３ スイッチ １４ 接点ユニット １５ バッテリーチェック回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H011 CA24 2H044 BE05 2H051 FA06 5H680 AA04 AA10 BB03 BC01 CC02 DD01 DD15 DD23 DD53 DD72 DD83 DD87 DD92 EE22 EE24 FF12 FF23 FF24 FF26 FF27 FF30 FF33 FF38

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 弾性体に配置された電気−機械エネルギ
   ー変換素子に交流電界を印加することによって弾性体に
   ある振動モードを励振させ、且つ該振動モードに適当な
   時間位相差を持たせることにより該弾性体の駆動部に楕
   円運動を行なわしめる振動体と、該振動体に押圧されて
   摩擦駆動するローターと、該振動体の励振状態を検出す
   るために該振動体の一部に設けられた励振検出部とを有
   する振動波モーターの制御装置であって、前記励振検出
   部から出力される信号と前記電気−機械エネルギー変換
   素子に印加する交流電界の位相差を検知する位相差検知
   手段の検出情報に基づいて前記振動波モーターの回転制
   御を行なう振動波モーターの制御装置において、 前記電気−機械エネルギー変換素子に印加する電圧の電
   圧値に切り変え可能な電圧切り変え手段と、前記位相差
   検知手段で検出した位相差情報をあらかじめ記憶したデ
   ータと比較するための比較手段と、前記比較手段からの
   結果によって前記電圧切り換え手段により電圧値を切り
   換えることを特徴とする振動波モーターの制御装置。
2. 【請求項２】 弾性体に配置された電気−機械エネルギ
   ー変換素子に交流電界を印加することによって弾性体に
   ある振動モードを励振させ、且つ該振動モードに適当な
   時間位相差を持たせることにより該弾性体の駆動部に楕
   円運動を行なわしめる振動体と、該振動体に押圧されて
   摩擦駆動するローターと、該振動体の励振状態を検出す
   るために該振動体の一部に設けられた励振検出部とを有
   する振動波モーターの制御装置であって、前記励振検出
   部から出力される信号と前記電気−機械エネルギー変換
   素子に印加する交流電界の位相差を検知する位相差検知
   手段の検出情報に基づいて前記振動波モーターの回転制
   御を行なう振動波モーターの制御装置において、 前記電気−機械エネルギー変換素子に印加する電圧値の
   異なる複数の電圧が選択的に設定された電圧設定手段
   と、前記位相差検知手段で検出した位相差情報をあらか
   じめ記憶したデータと比較するための比較手段と、前記
   比較手段からの結果によって前記電圧設定手段に設定さ
   れた電圧値を選択的に切り換えることを特徴とする振動
   波モーターの制御装置。
3. 【請求項３】 前記電圧切り換え手段は、前記振動波モ
   ーターの起動から所定速度、所定位置、所定周波数、あ
   るいは所定時間に達するまでの間のみ動作することを特
   徴とする請求項１に記載の振動波モーターの制御装置。
4. 【請求項４】 前記電圧設定手段は、前記振動波モータ
   ーの起動から所定速度、所定位置、所定周波数、あるい
   は所定時間に達するまでの間のみ動作させることを特徴
   とする請求項２に記載の振動波モーターの制御装置。
5. 【請求項５】 前記電圧切り換え手段は、低電圧から高
   電圧に電圧を切り換えることを特徴とする請求項１また
   は３に記載の振動波モーターの制御装置。
6. 【請求項６】 前記電圧設定手段は、低電圧から高電圧
   に電圧を切り換えることを特徴とする請求項２または４
   に記載の振動波モーターの制御装置。
7. 【請求項７】 請求項１から６のいずれかに記載の振動
   波モーターを被駆動体の駆動源として有すると共に、前
   記制御装置を駆動制御装置として有することを特徴とす
   る振動波モーターを備えた機器。
8. 【請求項８】 前記被駆動体は被写体にピントを合わせ
   るためのレンズであることを特徴とする請求項７に記載
   の振動波モーターを備えた装置。