JP2008079396A - Drive controller of vibration actuator, lens barrel and camera - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to a drive control device for a vibration actuator such as an ultrasonic motor, and a lens barrel and a camera including a vibration actuator that is driven and controlled by the drive control device.
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)。 In general, an ultrasonic motor is used in an autofocus drive mechanism of a camera. This ultrasonic motor includes a stator having a piezoelectric element and a rotor driven by the stator, and is driven by supplying a drive signal to the piezoelectric element, and the rotor is stopped by stopping the supply ( Patent Document 1).
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。 In the drive control performed by the ultrasonic motor, the speed is rapidly increased, and when it reaches a predetermined speed, it is driven to the vicinity of the target position while maintaining this speed, and when it reaches the vicinity of the target position, the remaining drive amount to the target position In general, the speed is gradually decreased based on (a driving amount indicating how far the target position must be driven before reaching the target position).
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。
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。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a drive control device, a lens barrel, and a camera for a vibration actuator capable of reducing the drive time to the target position and improving the stop position accuracy. With the goal.
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。
The drive control device for a vibration actuator according to
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。 An example of the vibration actuator is an ultrasonic motor. The driving speed includes a rotational speed.
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)。
3. The vibration actuator drive control device according to
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。
According to a third aspect of the present invention, the vibration actuator drive control device stores the relationship between the drive speed of the vibration actuator and the braking distance until the vibration actuator stops after the drive is stopped (see, for example, FIG. 6). A storage unit (see, for example, the
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。 According to a fourth aspect of the present invention, in the drive control device for a vibration actuator, when the control unit stops before the vibration actuator reaches the target position, the vibration actuator is driven again.
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。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a lens barrel according to any one of the first to fourth aspects, a vibration actuator driven and controlled by the drive control apparatus, and a lens driven by the vibration actuator. And.
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。
A camera according to
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。 According to the vibration actuator drive control device of the present invention, control is performed based on the braking distance and the remaining drive amount, so that it is possible to shorten the drive time to the target position and improve the stop position accuracy.
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。 Embodiments of a drive control device for a vibration actuator according to the present invention will be described below with reference to FIGS.
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。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a drive control apparatus for a vibration actuator of the present invention, and FIG. 2 is a block diagram of a camera equipped with the drive control apparatus of FIG. In FIG. 2, a
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。
As shown in FIG. 1, the
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The vibrating
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。
The high-
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。
The
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。
The
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)。
The
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。
FIG. 3 is a flowchart showing an operation procedure in the
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。
As described above, data regarding the target position is input to the
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。
In step S102, the braking distance corresponding to the calculated rotation speed is read from the
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。
In step S103, if the driving is continued as it is, the target position may be overrun. Therefore, the output of the permission signal to the
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。
In step S105, the pulse signal output from the
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。
4 (a), 4 (b), 5 (a), and 5 (b) illustrate the contents of position control according to the flowchart of FIG. 3, and FIG. 4 (a) shows the change in the number of revolutions over time. FIG. 4B is a time chart showing a temporal change of a permission signal (motor drive signal) for permitting driving of the
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。
In the cases shown in FIGS. 4A and 4B, the drive signals Sa and Sb are supplied to the
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。
The dotted line in FIG. 4A represents that the rotational speed (rotational speed) indicating the boundary of whether or not the
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。 In the case shown in FIGS. 4A and 4B described above, the supply and stop of the drive signals Sa and Sb are repeated a plurality of times, so that the control becomes complicated.
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。 In the cases shown in FIGS. 5A and 5B, the supply and stop of the drive signals Sa and Sb are limited to one time, thereby avoiding complicated control.
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。
In this case, the number of revolutions in the vicinity of the target position is set in advance. In addition, a target rotational speed curve that decreases to the set rotational speed as it approaches the target position is set in advance, and the frequencies of the drive signals Sa and Sb are changed according to the target rotational speed curve. After the steady operation, the frequency of the drive signals Sa and Sb is sequentially increased from a predetermined time point to decrease the rotational speed. Then, the speed decreases to the set rotational speed, the supply of the drive signals Sa and Sb is stopped before the braking distance expected at this rotational speed (the motor drive state is turned off), and the
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。
Whether or not the
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。
In the camera 30 (see FIG. 2) equipped with the
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。 The drive control device for the vibration actuator of the present invention is not limited to the above-described embodiment. In short, the braking distance may be used for drive control.
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。
Moreover, although the case where the drive control apparatus of the vibration actuator of the present invention is applied to the
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
DESCRIPTION OF
9
Claims (6)
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。 A storage unit that stores a relationship between a driving speed of the vibration actuator and a braking distance until the vibration actuator stops after driving is stopped;
A speed detector for detecting a driving speed of the vibration actuator;
Drive control of the vibration actuator based on the braking distance stored in the storage unit corresponding to the drive speed detected by the speed detection unit and the remaining drive amount for driving the vibration actuator to the target position A control unit,
A drive control device for a vibration actuator, comprising:
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。 In the drive control apparatus of the vibration actuator according to claim 1,
The control unit compares the braking distance with the remaining drive amount, and drives the vibration actuator when the braking distance is smaller than the remaining drive amount, and when the braking distance is equal to or greater than the remaining drive amount. A drive control device for a vibration actuator, wherein the drive of the vibration actuator is stopped.
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。 A storage unit that stores a relationship between a driving speed of the vibration actuator and a braking distance until the vibration actuator stops after driving is stopped;
A setting unit for setting a driving speed for driving the vibration actuator to a target position;
A control unit that stops driving the vibration actuator when the distance to the target position of the vibration actuator becomes a braking distance stored in the storage unit corresponding to the set driving speed;
A drive control device for a vibration actuator, comprising:
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。 In the drive control apparatus of the vibration actuator according to claim 3,
When the vibration actuator stops before the vibration actuator reaches the target position, the control unit drives the vibration actuator again.
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。 The vibration actuator drive control device according to any one of claims 1 to 4,
A vibration actuator driven and controlled by the drive control device;
A lens driven by the vibration actuator;
A lens barrel characterized by comprising:
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。 The vibration actuator drive control device according to any one of claims 1 to 4,
A vibration actuator driven and controlled by the drive control device;
A lens driven by the vibration actuator;
A camera characterized by comprising
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