JP2016086500A - 振動型モータ制御装置及びそれを有するレンズ装置、撮像装置、及び振動型モータの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 複雑化せず、制御方法の切替りで発生する制御量に対する速度の傾きの非線形性または、速度の不連続性を低減し制御性を向上させた振動型モータ制御装置を提供する。【解決手段】 振動型モータの駆動速度を制御する振動型モータ制御装置は、制御量を演算する演算手段と、制御量に基づいて第１及び第２の周波信号の位相差を導出する位相差導出手段と、制御量に基づき第１及び第２の周波信号の周波数を導出する周波数導出手段と、位相差と周波数の少なくとも一つに基づき、周波数を一定で位相差に基づき振動型モータの駆動速度を制御する位相差制御モードと、位相差を一定で周波数に基づき振動型モータの駆動速度を制御する周波数制御モードと、を切替え、振動型モータの駆動速度を制御する制御手段と、を有し、周波数導出手段は、位相差制御モードでの制御量に対する駆動速度の特性に基づいて制御量から周波数を導出する。【選択図】 図１

Description

本発明は、振動型モータ制御装置及びそれを有するレンズ装置、撮像装置、および振動型モータの制御方法に関する。

振動型モータは、電気−機械エネルギー変換素子（圧電素子や電歪素子）が接合された金属弾性体等により形成された振動体と、該振動体に加圧接触する接触体とを有する。位相差を有する複数の周波信号を圧電素子に印加すると、振動体に振動が励起され、該振動体と接触体とが相対移動して駆動力が発生する。このような振動型モータの駆動制御方法には圧電素子に印加する周波信号の周波数を変化させる方法（以下、周波数制御）や、圧電素子に印加する複数の周波信号の位相差を変化させる方法（以下、位相差制御）がある。周波数制御と位相差制御は公知のため詳細は省略する。従来、振動型モータの制御方法として様々な提案がされている。特許文献１は、周波数制御にて制御する場合には、周波信号の位相差（以下、位相差）を規定の値に固定して周波信号の周波数を変更させる。一方、位相差制御にて制御する場合には、周波信号の周波数（以下、周波数）を規定の値に固定して位相差を変更する。この様にして、位相差制御と周波数制御両方を使用することで振動型モータの速度のダイナミックレンジを広く使用する技術が開示されている。振動型モータにおいて、周波数と位相差に対する速度の関係を図１６に示す。縦軸に速度、横軸に周波数、各カーブは位相差を１０°から９０°に固定し、周波数を変えた場合の振動型モータの速度を表す。図１６から位相差が小さい程、速度は遅く、周波数が高い程、速度が遅いことがわかる。よって、速度0から速度ｖmax まで広い速度のダイナミックレンジを使用することが可能となる。

特開２０１１―６７０３５号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている技術は、振動型モータの速度のダイナミックレンジを広く使用する方法のみ開示され、広い速度のダイナミックレンジにおける制御性にまでは触れられていない。図１７に位相差制御時と周波数制御時の速度を示す。縦軸は速度、横軸は制御量を示し、破線で示す制御量Ｐ１６０より制御量が小さい場合は位相差制御、制御量が大きい場合は周波数制御にて振動型モータを制御する。制御量とは振動型モータの駆動量や駆動速度を決める量であり、制御量の絶対値が大きい程、振動型モータを大きく駆動させたり、速い速度で駆動させたりする量である。図１７から位相差制御時の制御量に対する速度の傾き（以下、位相差制御時の傾き）ｘ１と周波数制御時の制御量に対する速度の傾き（以下、周波数制御時の傾き）ｘ２が異なることがわかる。これは、制御方法が異なるために制御量が単調増加した場合に、位相差と周波数をそれぞれの制御方法において単調に変化させても、制御方法毎の速度特性が異なるために発生する。更に、振動型モータの個体差によって傾きｘ１と傾きｘ２の関係は異なる。つまり、制御方法によって制御量に対する速度の傾きが異なる（非線形）ため、所望の位置や速度に対する追従性が低下する。また、位相差制御と周波数制御の切替りによって速度が大きく変わる（不連続性）ため急な加減速が発生し、騒音や発振の要因になる。つまり、制御量に基づいて演算される速度が非線形であったり、不連続であったりするため制御性が低下する。

そこで、本発明の目的は制御装置を複雑化することなく、制御方法の切替りによって発生する制御量に対する、速度の傾きの非線形性、または、速度の不連続性の少なくとも一方を低減し制御性を向上させた振動型モータの制御装置および制御方法を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の振動型モータ制御装置は、位相差を有する第１の周波信号及び第２の周波信号が印加された電気−機械エネルギー変換素子により振動が励起される振動体及び該振動体に接触する接触体を相対移動させる振動型モータの駆動速度を制御する振動型モータ制御装置であって、前記振動型モータの制御量を演算する演算手段と、前記制御量に基づいて前記第１及び第２の周波信号の位相差を導出する位相差導出手段と、前記制御量に基づいて前記第１及び第２の周波信号の周波数を導出する周波数導出手段と、前記位相差と前記周波数の少なくとも一つに基づき、前記周波数を一定にした状態で前記位相差に基づいて前記振動型モータの駆動速度を制御する位相差制御モードと、前記位相差を一定にした状態で前記周波数に基づいて前記振動型モータの駆動速度を制御する周波数制御モードと、を切替えて、前記振動型モータの駆動速度を制御する制御手段と、を有し、前記周波数導出手段は、前記位相差制御モードでの前記制御量に対する駆動速度の特性に基づいて前記制御量から周波数を導出する、ことを特徴とする。

本発明によれば制御装置を複雑化することなく、制御方法の切替りによって発生する制御量に対する、速度の傾きの非線形性、または、速度の不連続性、の少なくとも一方を低減し制御性を向上させることが可能となる振動型モータの制御装置および制御方法を提供することができる。

本発明の第１実施例に係る振動型モータ制御装置の構成図 制御量・位相差・周波数テーブル（１）に基づく制御量対速度特性 第１実施例による制御量・位相差・周波数テーブル（２）に基づく制御量対速度特性 第１実施例による制御量・位相差・周波数テーブル（３）に基づく制御量対速度特性 第２実施例に係る振動型モータ制御装置の構成図 第２実施例による制御量・位相差・周波数テーブル（４）に基づく制御量対速度特性 ある振動型モータの制御量対速度特性 第３実施例に係る振動型モータ制御装置の構成図 第３実施例を適用した制御量対速度特性 ある振動型モータの制御量対速度特性（詳細） 第３実施例を適用した制御量対速度特性（詳細） 第４実施例に係る振動型モータ制御装置の構成図 第４実施例を適用した制御量対速度特性 第５実施例に係る振動型モータ制御装置の構成図 理想直線を引いた制御量対速度特性 位相差毎の周波数対速度特性 従来例の制御量対速度特性

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。

本実施例における振動型モータ制御装置の構成を図１に示す。本発明は振動型モータ制御装置に関し、位相差を有する第１の周波信号及び第２の周波信号が印加された電気−機械エネルギー変換素子により振動が励起される振動体と、該振動体に接触する接触体とを相対移動させる振動型モータの駆動速度を制御する振動型モータ制御装置、及び、それを有するレンズ装置、撮像装置、並びに該振動型モータ制御装置の制御方法に関する。

以下の説明では、本発明をわかり易くするために本発明の主要な部位のみ図示し、本発明の特徴ではない部位は省略した。

制御装置１００は振動型モータ１０７の駆動制御を行い、例えばＣＰＵやＰＣに対応するものである。

目標入力部１０１は振動型モータの駆動目標を入力し、例えばスイッチ、ＧＵＩ（グラフィックユーザーインターフェイス）等の入力手段で構成されたり、演算によって駆動目標を算出したりしても良い。また、駆動目標は位置や速度とする。

Ｆol算出部１０２は検出部１０８からの出力に基づいて振動型モータ１０７の現在の情報を算出する。現在の情報は位置や速度とし、目標入力部１０１と同じ次元の情報とする。

制御量演算部１０３は例えばＰＩＤ制御で構成され、駆動目標と振動型モータ１０７の現在の情報との差分（偏差）に基づいて制御量を算出する。すなわち、制御量は、駆動目標が位置である場合には、駆動対象の現在位置と目標入力部１０１から入力された目標位置との差分（変位量）であり、駆動目標が速度である場合には、駆動対象の現在の速度と目標入力部１０１から入力された目標速度との差分（速度差）に対応する。ＰＩＤ制御は公知技術なため説明を省略する。

位相差変換部（位相差導出手段）１０４は、制御量に基づいて複数の周波信号の位相差を導出する。例えば、任意の値（位相差変換値）を制御量に積算して得られる位相差を取得する。

周波数変換部（周波数導出手段）１０５は制御量の絶対値に基づいて複数の周波信号の周波数を取得する。例えば、任意の値（周波数変換値）を制御量の絶対値に積算して得られる周波数を取得する。具体的な変換方法は後述する。

制御方法切替部１０６は位相差変換部１０４から出力される位相差と周波数変換部１０５から出力される周波数に基づいて周波数制御と位相差制御を切替える。切替え方法は、位相差が不図示のメモリに記憶されている規定範囲内の場合、周波数を規定値（例えば起動周波数）に固定し、位相差は位相差変換部１０４の出力値として複数の周波信号を構成し振動型モータ１０７を駆動する（位相差制御モード）。一方、位相差が規定範囲外の場合、位相差を規定範囲の境界値に固定し、周波数は周波数変換部１０５の出力値を周波数の規定値（前記起動周波数）から引いた値として複数の周波信号を構成し振動型モータ１０７を駆動する。（周波数制御モード）。一般に起動周波数は制御装置で使用する周波数範囲の中で最も高い周波数を設定するため、周波数制御時は周波数変換部１０５の出力を引いて起動周波数より低い周波数とする。また、位相差の規定範囲は−９０°〜９０°とし、位相差変換部１０４の出力が−９０°以下の場合、位相差を−９０°に固定する。一方、位相差変換部１０４の出力が９０°以上の場合、位相差を９０°に固定する。位相差が正の値を示す場合と、負の値を示す場合とでは、振動型モータ１０７の駆動の方向が反転することを表す。演算された位相差（制御量×位相差変換値）の値による制御モードと、各制御モードで適用する位相差と周波数を以下の表１にまとめて示す。

表１中で、ａｐは位相差変換値（°）、ａｆは周波数変換値（ｋＨｚ）、ｂは制御量（―）、Ｆは所定の周波数（例えば起動周波数）（ｋＨｚ）を示す。

振動型モータ１０７は電気−機械エネルギー変換素子（圧電素子や電歪素子）が接合された金属弾性体等により形成された振動体と、該振動体に加圧接触する接触体とで構成される。

検出部１０８は例えばエンコーダであり、振動型モータ１０７の現在の情報を出力する。

次に、位相差変換部１０４で使用される位相差変換値と周波数変換部１０５で使用される周波数変換値の設定方法について説明する。

位相差変換部１０４で、制御量に基づく位相差を取得（演算）するために使用される「位相差変換値」は、振動型モータ１０７の使用条件によって任意に設定して良い。周波数変換部１０５で、制御量に基づく周波数を取得（演算）するために使用される「周波数変換値」は、位相差制御時の操作量に対する速度の傾きに基づいて算出する。表２に、位相差変換値を「１」、周波数変換値を「０．０１」とした場合に制御量と制御方法切替部１０６から出力される位相差と周波数を示す。

制御量が１０の場合、位相差変換値が１なので、制御量と位相差変換値との積で得られる位相差は１０°となり、位相差が−９０°〜９０°の範囲内のため周波数は固定値の９１ｋHzとなる。制御量が９０の場合、制御量と位相差変換値との積で得られる位相差は９０°となり、周波数は固定値の９１ｋHzとなる。制御量が１００の場合、位相差変換部１０４の出力は１００になるため−９０°〜９０°の範囲外となり位相差は９０°に固定とし、周波数制御に切替る。周波数変換値は０．０１であるため、制御量１００と周波数変換値との積は１となり、周波数は固定値９１ｋHzから１ｋHz減算した９０ｋHzとなる。

表２に示す制御量、位相差、周波数の関係に基づいて振動型モータ１０７を駆動した場合の速度を図２に示す。図２は図１７と同様であるため異なる点について説明する。制御方法は、制御量が９０以下の領域では位相差制御であり、制御量が９０を超える領域では周波数制御となっている。

ここで、位相差制御時の傾きｘ３１ａに対して周波数制御時の傾きｘ３２ａが１／５である場合を考える。表３に、速度は周波数に比例するので傾きｘ３２ａを傾きｘ３１ａと略一致させるように５倍した場合である、位相差変換値を１、周波数変換値を０．０５とした場合に制御量と制御方法切替部１０６から出力される位相差と周波数を示す。

制御量が１０から９０までは表２で示したテーブル（１）と同様である。制御量が１００の場合、表２の場合と同様に周波数制御に切替り、周波数変換値が０．０５であるため、制御量と周波数変換値との積は５となり、周波数は固定値９１ｋHzから５ｋHz引き８６ｋHzとなる。表３の関係に基づいて振動型モータ１０７を駆動した場合の速度を図３に示す。図３に示す制御量と速度との関係において、制御量が９０以下の領域では図２に示した関係と同様なため異なる点のみ説明する。位相差制御時の傾きｘ３１ｂは傾きｘ３１ａと一致し、周波数制御時の傾きｘ３２ｂは傾きｘ３２ａの約５倍となっている。また、傾きｘ３１ｂと傾きｘ３２ｂは略一致しており、制御方法の切替り前後で制御量に対する速度の傾きが略一致する。よって制御性が向上する。なお、位相差制御と周波数制御の切替り前後で制御量に対する速度の傾きが略一致とは、切替え前後で、速度の傾きの変化が位相差制御時の速度の傾きを位相差の分解能で割った１／２より大きく２倍未満になる事を指すものとする。例えば、位相差制御時の傾きが１０として、位相差の分解能が１°の場合、位相差制御時の位相差の分解能に対する速度の傾きは１０となるので、周波数制御時の速度の傾きは５より大きく２０より小さい傾きである事が好ましい。

次に、制御方法の切替り前後における速度を略連続的にする場合の周波数変換値の設定方法について説明する。図２において、位相差制御時の傾きｘ３１ａが１とし、位相差制御時の切替りポイント（制御量９０）の速度ｖ３１ａと周波数制御時の切替りポイント（制御量１００）の速度ｖ３２ａの差が３０である場合について説明する。ｖ３１ａとｖ３２ａの差が３０なので制御量９０と制御量１００の間の傾きは３となり、傾きｘ３１ａに対して３倍となる。速度は周波数に比例するので、周波数変換値は表２の場合に対して１／３にすることにより、制御量９０から１００までの間の速度の変化の傾きを１とすることができる。表４に位相差変換値を１、周波数変換値を０．００３とした場合に制御量と制御方法切替部１０６から出力される位相差と周波数を示す。

制御量１０から制御量９０までは表２に示したテーブルと同様である。制御量が１００の場合、表２の場合と同様に周波数制御に切替り、周波数変換値が０．００３であるため、制御量と周波数変換値との積は０．３となり、周波数は固定値９１ｋHzから０．３ｋHzを引き９０．７ｋHzとなる。表４に基づいて振動型モータ１０７を駆動した場合の速度を図４に示す。図４は図２と同様な点もあるため異なる点のみを説明する。周波数変換値を１／３にしたため、周波数制御時の速度が全体的に低下し、位相差制御と周波数制御の切替り前後の速度が略連続的になり、制御性が向上する。なお、位相差制御と周波数制御の切替り前後で速度が略連続的とは、切替え直前の位相差制御（周波数制御）で演算された速度に対する、切替え直後の最初の周波数制御（位相差制御）で演算された速度の変化が位相差制御時（周波数制御時）の切替え直前の速度を位相差（周波数）の分解能で割った１/２より大きく２倍未満になる事を指すものとする。また、本明細書の記載において、「速度が連続的」と記載する場合も、特に記載のない限りは同等の意味を示すものとする。

以上、説明した方法により位相差制御時の傾きに基づいて、周波数変換値を設定することで制御方法の切替り前後での制御量に対する速度の傾きを略一致させる、または、制御方法の切替り前後での速度を略連続的にすることが可能となる。よって、追従性の向上または、急な加減速を低減し騒音や発振を低減することで制御性を向上させることが可能となった。また、周波数変換値を変更することで、制御装置を複雑化することなく実現可能である。

本実施例では、位相差変換部１０４は任意の値を位相差変換値として、制御量に積算するとしたが、表２、３、４に示すようなテーブルとしても本発明の効果を得ることが出来る。また、周波数変換部１０５も同様にテーブルとしても本発明の効果を得ることが出来る。

本実施例では、位相差の規定範囲を−９０°〜９０°としたが、これに限らず、振動型モータの使用条件によって必要な規定範囲としても良い。例えば、−１２０°〜１２０°や０°〜１８０°としても本発明の効果を得ることが出来る。

本実施例では、制御量は常に正の値を取った場合について説明したが、制御量が負の値となっても本発明の効果を得られる。また、位相差の規定範囲を−９０°〜９０°とした場合、目標入力部１０１の入力値の符号を正負で変えることで、振動型モータの駆動方向を変更することが可能となる。

本実施例では、周波数変換値は位相差制御時の傾きｘ３１ａと周波数制御時の傾きｘ３２ａの比から周波数変換値を算出したが傾きを揃えられればこれに限らない。例えば、周波数変換値を任意に変更し、それぞれの周波数変換値にて速度特性を計測して周波数制御時の傾きが位相差制御時の傾きと略一致する時の周波数変換値を採用するとしても本発明の効果を得ることが出来る。

本実施例では、周波数変換値は位相差制御時の速度ｖ３１ａと制御量と周波数制御時の速度ｖ３２ａと制御量から周波数変換値を算出したが制御方法の切替り前後の速度を略連続的にできればこれに限らない。例えば、周波数変換値を任意に変更し、それぞれの周波数変換値にて速度特性を計測して制御方法の切替り前後の速度が略連続的になる時の周波数変換値を採用するとしても本発明の効果を得ることが出来る。
これらは以降の実施例でも同様である。

第２実施例に係る振動型モータ制御装置及び制御方法について説明する。
第１実施例に対する本実施例の制御装置の最も特徴的な部分は、位相差制御時の傾きと周波数制御時の傾きを略一致させつつ、位相差制御と周波数制御との切替り前後の速度を略連続的にすることにある。よって追従性の向上と急な加減速による騒音と発振の要因を低減し、より制御性を向上させることが可能となる。

本実施例における振動型モータの制御装置の構成を図５に示す。以下の説明では、本発明をわかり易くするために本発明の主要な部位のみ図示し、本発明の特徴ではない部位は省略した。図１に示す第１実施例と同様な構成については説明を省略し、第１実施例とは異なる部分について説明する。

オフセット部（オフセット手段）４００は周波数変換部１０５にて変換された周波数に対して所定量だけオフセットする。

次に、周波数変換部１０５の周波数変換値とオフセット部４００の任意の値（以下、オフセット値）の設定方法について説明する。尚、位相差変換値は第１実施例と同様にして設定するため説明を省略する。表２のテーブルに示すように位相差変換値を１、周波数変換値を０．０１とした場合、第１実施例同様に速度の特性は図２に示す特性となる。周波数制御時の傾きｘ３２ａは位相差制御時の傾きｘ３１ａに対して１/５であるとする。第１実施例と同様に周波数変換値は表３に示す０．０５に設定し、図３に示す速度特性にする。次に、図４では、制御方法の切替り前後で速度が略連続的になっている。よって、表４から制御量１００の時に周波数が９０．７ｋHzにすると図４のように制御方法の切替り前後で速度が略連続的になることがわかる。つまり、表３の周波数変換値０．０５では制御量１００にて周波数変換部１０５の出力は５であり、表４の周波数変換値０．００３では制御量１００にて周波数変換部１０５の出力は０．３であるためオフセット値は差分の−４．７となる。以上に基づいて周波数変換値を０．０５、オフセット量を−４．７とした場合に制御量と制御方法切替部１０６から出力される位相差と周波数を表５に示す。

制御量が１００の場合、表２、３、４に示したテーブルと同様に周波数制御に切替り、周波数は周波数変換値が０．０５なため５となりオフセット値−４．７をオフセットすることで０．３となり、固定値９１ｋHzから０．３ｋHz引き９０．７ｋHzとなる。表５に基づいて振動型モータ１０７を駆動した場合の速度を図６に示す。図６は図２、３、４と同様な点もあるため異なる点のみ説明する。二重の破線で示した速度特性は周波数変換値のみで本実施例を使用した場合の特性を示す。周波数制御時は、制御量を周波数変換部１０５にて二重の破線で示した速度特性にし、オフセット部４００にて二重線になるようにオフセットする。よって、位相差制御時の傾きｘ６１と周波数制御時の傾きｘ６２が略一致しかつ、制御方法の切替り前後での速度が略連続的になった。

すなわち、オフセット部は、位相差制御から周波数制御へ切替わる制御量から一定量変化した制御量での周波数制御における駆動速度が、位相差制御から周波数制御への切替え直前の位相差制御における制御量と駆動速度との所定の関係の外挿線上となるような周波数に、周波数変換部が変換した周波数をオフセットするものである。なお、ここで、制御量と駆動速度との所定の関係は、一次の関係としたがこれに限定されるものではない。

以上、説明した方法により制御量を単調に変化させた場合の速度特性が略線形でかつ略連続的になった。つまり、制御性を向上させることが可能となった。更に、制御方法の切替えによって、制御量に対する速度特性が大きく変化しないため、制御方法の切替りをあまり意識せずに制御装置を構築することが可能となる。また、オフセット量を変更することで、制御装置を複雑化することなく実現可能である。尚、オフセット部４００は周波数制御時のみに適用することが好ましい。なぜなら、位相差制御は低速域で使用することが一般的であり、振動型モータ１０７の立ち上がりや停止精度に着目した位相差変換値を設定するため、オフセット値によって調整した速度特性を変更することは好ましくない。更に、制御量０つまり、目標位置や目標速度に振動型モータが一致している場合は更なる制御を行いたくないため、位相差制御時にオフセット値を適用することは好ましくないためである。例えば、目標位置と振動型モータの現在の位置が一致しているつまり制御量０の時は速度０としたいが、オフセット値によって制御量０で速度が０以外になることは避けたい。

本実施例では、オフセット量は図４に基づいて算出したが制御方法の切替り前後で速度特性が略連続的になればこれに限らない。例えば、周波数変換値を設定した後に、オフセット量を変更し、それぞれのオフセット量にて速度特性を計測して制御方法の切替り前後で速度特性が略連続的になる時のオフセット量を採用するとしても本発明の効果を得ることが出来る。

本実施例では、周波数変換部１０５の後段にオフセット部４００を設けたがこれに限らない。例えば、制御方法切替部１０６の後段にオフセット部４００を設ける。この場合、オフセット量は−４．７ではなく＋４．７とすることで本発明の効果を得ることが出来る。
これらは以降の実施例でも同様である。

第３実施例に係る振動型モータ制御装置及び制御方法について説明する。
第１及び、第２実施例に対する本実施例の制御装置及び制御方法の最も特徴的な部分は、位相差制御時の速度特性に応じて制御方法の切替えポイントを変更することにある。第１実施例及び、第２実施例では、位相差制御または、周波数制御の間においては制御量に対して速度が線形である場合を想定して説明したが、各制御方法の間において非線形である場合も考えられる。また、振動型モータの個体差によって速度特性は異なる。図７に任意の位相差変換値と任意の周波数変換値に基づいて振動型モータ１０７を駆動した場合の速度特性を示す。縦軸に速度、横軸に制御量を示し、制御量Ｐ７０を境にして位相差制御と周波数制御を切替える。図７では、制御量Ｐ７０では位相差９０°とする。制御方法の切替りポイントである制御量Ｐ７０からＰ７２の間の速度の傾きはｘ７１である。また、制御量Ｐ７０からＰ７２と同間隔の制御量Ｐ７１からＰ７２の間での速度の傾きはｘ７３であり、傾きｘ７１とは異なる。つまり、位相差制御間での制御量に対する速度が非線形である。傾きｘ７１は約０であり、制御量Ｐ７２からＰ７０の間では制御量に応じて位相差を変化させても速度は変化しないことがわかる。つまり、傾きｘ７１に基づいて第１実施例または第２実施例を適用すると周波数制御時の傾きｘ７２も約０となり、制御量Ｐ７２以降、制御量が増加し位相差や周波数を変更しても速度が変わらないこととなる。よって、追従性が悪化し制御性が低下する。更に、本来、振動型モータ１０７が出力できる最高速度以下で駆動することとなり、振動型モータの能力を十分に活用できない。以上から、制御方法の切替りポイントをＰ７０ではなく傾きが約０でないポイントに切替えることが制御方法としては望ましい。

本実施例における振動型モータの制御方法の構成を図８に示す。以下の説明では、本発明をわかり易くするために本発明の主要な部位のみ図示し、本発明の特徴ではない部位は省略した。図１に示す第１実施例及び、図５に示す第２実施例と同様な構成については説明を省略し、第１実施例及び、第２実施例とは異なる部分について説明する。

規定範囲記憶部８００はメモリであり、位相差の規定範囲を記憶する。
規定範囲変更部８０１は規定範囲記憶部８００に記憶されている規定範囲を変更する。
制御方法切替部１０６は規定範囲記憶部８００に記憶されている規定範囲を参照して制御方法を切替える。

次に、規定範囲の変更方法について図７に示す制御量と速度の関係に基づいて説明する。規定範囲記憶部８００は初期状態では位相差−９０°〜９０°と記憶してあるとし、制御装置１００は位相差−９０°〜９０°間では位相差制御を行う。図７では、傾きｘ７１が約０であるため、制御量Ｐ７０つまり位相差９０°で切替え、第１実施例または第２実施例を適用すると傾きｘ７２も０となると考えられる。そこで、制御量Ｐ７２から制御量Ｐ７１間の傾きｘ７３は０ではないため、制御方法の切替えポイントをＰ７２とする。例えば、制御量Ｐ７２における位相差が８０°であった場合、規定範囲変更部８０１によって規定範囲記憶部８００に位相差−８０°〜８０°と記憶する。次に、傾きｘ７３に基づいて第１実施例または第２実施例と同様にして周波数制御時の速度特性を周波数変換値またはオフセット量の少なくとも一つを使用して調整する。図９に本実施例を適用した場合の制御量に対する速度の特性を示す。図９は図７と同様なため異なる点について説明する。規定範囲変更部８０１によって位相差の範囲を−８０°〜８０°としたため、制御量Ｐ７２を境にして位相差制御と周波数制御が切替った。よって、傾きｘ７３に基づいて周波数制御時の速度特性を調整したため、位相差制御と周波数制御における速度特性が略連続的になった。

以上、説明した方法により、位相差制御と周波数制御の切替りポイントを変更することで、各制御方法において制御量に対する速度特性が非線形な振動型モータにおいても制御方法の切替りによる速度特性の違いを低減することが可能となった。また、本来、振動型モータ１０７が有する駆動速度を広く活用することが可能となる。更に、制御量Ｐ７２からＰ７０の間を使用しないことにより、傾きｘ７１間を使用しないため制御性を向上させることが可能となった。また、規定範囲を変更することで、制御装置を複雑化することなく実現可能である。

本実施例では、制御量Ｐ７０とＰ７２の間及び、制御量Ｐ７２とＰ７１の間の傾きについて参照し制御方法の切替りポイントを決めたが、傾きに基づいて切替りポイントを変更できればこれに限らない。例えば、制御量Ｐ７０から０までにおいて一定間隔毎の速度の傾きを算出して振動型モータの使用条件に合わせて好ましい傾きを選択して切替えポイントを変更しても本発明の効果を得ることが出来る。

本実施例では、制御方法の切替りポイントの選定のために速度の傾きが０か否かとしたが、これに限らない。例えば、不図示の閾値変更手段によって任意に閾値を設定し、閾値と傾きを比較して判定しても本発明の効果を得ることが出来る。

本実施例では、規定の制御量間隔（位相差変化量）において速度の傾きを算出したがこれに限らない。例えば、不図示の変化量変更手段によって任意の制御量間隔（制御量Ｐ７０から制御量Ｐ７２間より狭い間隔）を設定し、その制御量間隔に基づいて傾きを算出しても本発明の効果を得ることが出来る。

本実施例では、位相差が９０°で切替る駆動方向を例に説明し、位相差範囲を−８０°〜８０°に変更したが、駆動方向それぞれにおいて切替りポイントを変更しても本発明の効果を得ることが出来る。例えば、位相差範囲を−７０°〜８０°としても良い。

本発明は位相差−９０°〜９０°を初期状態としたがこれに限らない。例えば、−１００°〜１００°としても本発明の効果を得ることが出来る。
これらは以降の実施例でも同様である。

第４実施例に係る振動型モータ制御装置及び制御方法について説明する。
第１、第２及び第３実施例に対する本実施例の制御装置及び制御方法の最も特徴的な部分は、振動型モータ１０７の使用条件によって許容できる最大制御量（最大偏差）と最大制御量の範囲内における必要最高速度を考慮する点にある。動画を撮影する光学装置の合焦度合を変更するフォーカスレンズを振動型モータ１０７で駆動する場合を例として説明する。動画撮影中に合焦させたい被写体が光軸方向に移動している場合を考える。つまり、被写体距離が動画撮影中に刻々と変化するためフォーカスレンズは被写体を追従する様に駆動させる必要がある。この状況において例えば、動画フレームレートが秒間６０枚とする。つまり、１枚当たり１/６０秒で更新されるため１/６０秒間で少なくとも焦点深度内にフォーカスレンズを駆動する必要がある。よって、最大制御量は焦点深度に基づき算出され、必要最高速度はフレームレートと焦点深度に基づいて算出される。上記光学装置に適用した場合の使用条件は一例なため詳細な説明は省略する。

図１０に制御量に対する振動型モータ１０７の速度特性を示す。図１０は図７と同様なため異なる点について説明する。Ｐmax は振動型モータ１０７の使用条件によって決まる許容できる最大制御量、ｖ０は振動型モータ１０７の使用条件によって決まる必要最高速度、ｖ１は最大制御量Ｐmax 時の振動型モータ１０７の速度を示す。ｖ１はｖ０より速い速度であるため最大制御量の範囲内で必要最高速度を指令することができることがわかる。

ここで、実施例３を適用した場合の制御量に対する振動型モータ１０７の速度を図１１に示す。図１０は図９と同様なため異なる点について説明する。最大制御量Ｐmax の時の速度はｖ２であり、ｖ２はｖ０より遅い速度となっている。つまり、最大制御量以下の制御量（Ｐmax 以下の制御量）で必要最高速度ｖ２を満たしていない。以上から、最大制御量Ｐmax と必要最高速度ｖ０を考慮して周波数制御時の速度特性を調整する必要がある。すなわち、最大制御量Ｐmax までの範囲内で必要最高速度ｖ０を指令できるように速度特性を調整する必要がある。

本実施例における振動型モータの制御装置の構成を図１２に示す。以下の説明では、本発明をわかり易くするために本発明の主要な部位のみ図示し、本発明の特徴ではない部位は省略した。図１に示す第１実施例、図５に示す第２実施例及び、図８に示す第３実施例と同様な構成については説明を省略し、第１実施例、第２実施例及び、第３実施例とは異なる部分について説明する。

制限部１１００は振動型モータ１０７の使用条件によって決まる最大制御量以下の制御量（Ｐmax 以下の制御量）に必要最高速度ｖ０を満たせる様にオフセット量を制限する制限値を保持する。
オフセット部４００は制限部１１００の制限値以内で周波数をオフセットする。

次に、制限値を用いたオフセット量の設定方法について説明する。
図１１の速度特性は実施例３を使用して制御方法の切替えポイントを制御量Ｐ１０２とし、周波数変換値を０．０５、オフセット量を−４として得られたとする。ｖ２はｖ０に到達していないためオフセット量を制限する必要がある。オフセット量としては式（１）を使用して算出する。

（ｖ０−ｖ２）：（ｖ１−ｖ２）＝（Ｆ０−Ｆ２）：（Ｆ１−Ｆ２）・・・（１）
ここで、Ｆ０は図１１において速度ｖ０を得られる周波数、Ｆ１は速度ｖ１を得られる周波数、Ｆ２は速度ｖ２を得られる周波数を表す。式（１）からＦ０を算出する。次にオフセット量は式（２）を使用して算出する。

Off０＝ Off２−（Ｆ０−Ｆ２）・・・（２）
式（２）の Off０はオフセット量の制限値、 Off２は図１１の速度特性を得るために設定したオフセット量であり、今回は−４である。

以上、説明した方法により、オフセット量に制限を設けることで最大制御量Ｐmax 以内に必要最高速度ｖ０を得ることが可能となる。図１３に本実施例を適用した場合の制御量に対する振動型モータ１０７の速度特性を示す。図１３は図１１と同様なため異なる点について説明する。二重破線で示した速度特性は本実施例を適用する前の図１１の二重線の速度特性と同様である。二重線で示す速度特性は本実施例を適用した場合であり、最大制御量Ｐmax 以内で必要最高速度ｖ０が得られる様にオフセット量を制限している。更に、オフセット量を制限しているため、位相差制御時の傾きｘ７３と本実施例を適用する前の周波数制御時の傾きｘ８１と本実施例を適用した周波数制御時の傾きｘ１２０は略一致している。よって、位相差制御時と周波数制御時の速度特性を略一致させ比較的連続的にし、かつ使用条件によって決まる最大制御量Ｐmax 以内で必要最高速度ｖ０を満たす。更に、オフセット量を制限することで、制御装置を複雑化することなく実現可能である。

本実施例では、オフセット量の制限値を式（１）及び、式（２）を使用して算出したが、使用条件を満たす様な制限値を設定できればこれに限らない。例えば、周波数変換値を設定した後に、制限値を変更し、それぞれの制限値について速度特性を計測して使用条件を満たす時の制限値を採用するとしても本発明の効果を得ることが出来る。
これらは以降の実施例でも同様である。

第５実施例に係る振動型モータ制御装置及び制御方法について説明する。
第１、第２、第３実施例に対する本実施例の制御方法の最も特徴的な部分は、振動型モータの使用条件によって許容できる最大制御量（最大偏差）と最大制御量以内における必要最高速度を考慮する点にある。更に、第４実施例に対する本実施例の制御方法の最も特徴的な部分は、制御方法の切替り前後において速度を略連続的にする点にある。図１３に示す第４実施例を適用した場合の制御量に対する速度特性を例として説明する。第４実施例では、位相差制御時の速度の傾きｘ７３と周波数制御時の速度の傾きｘ１２０を略一致させることを前提としている。よって、制御方法が切替る制御量Ｐ１０２の前後において速度が不連続である。本実施例では、最大制御量以内で必要最高速度を実現し、制御方法の切替りポイント前後の速度を略連続的にする。

本実施例における振動型モータの制御方法の構成を図１４に示す。以下の説明では、本発明をわかり易くするために本発明の主要な部位のみ図示し、本発明の特徴ではない部位は省略した。図１に示す第１実施例、図５に示す第２実施例、図８に示す第３実施例及び、図１２に示す第４実施例と同様な構成については説明を省略し、第１実施例、第２実施例、第３及び、第４実施例とは異なる部分について説明する。

理想傾き算出部１３００は、位相差制御時において制御方法の切替りポイント時の制御量と速度から最大制御量時に必要最高速度が得られる点までを直線で結んだ場合の速度の傾き（以下、理想傾き）を算出する。
周波数変換部１０５は理想傾き算出部１３００が算出した傾きと略一致する様に制御量を周波数に変換する。

図１５を使用して本実施例の制御方法について説明する。図１５は図１３と同様であるため異なる点について説明する。二重破線で示す速度特性は実施例４を適用した場合の周波数制御時の速度特性である。ｔ０は制御方法の切替りポイントの制御量Ｐ１０２と位相差制御時の制御量Ｐ１０２における速度の交点、ｔ１は最大制御量Ｐmax と必要最高速度ｖ０との交点を示す。二重線は交点ｔ０と交点ｔ１を直線で結んだ理想直線、ｘ１４０は理想直線の傾きであり、理想傾きを示す。次に、周波数変換値は傾きｘ１４０となる様な値を設定する。詳細な設定方法は第１及び、第２実施例と同様である。傾きｘ１４０となる周波数変換値を設定後、オフセット量を設定する。詳細な設定方法は第３実施例と同様である。

以上、説明した方法により、本実施例を適用した場合の周波数制御時の速度特性は図１５に示す理想直線と略一致する。よって、最大制御量以内で必要最高速度を実現し、制御方法の切替りポイント前後の速度特性を略連続的にすることが可能となる。また、理想傾きを算出することで、制御装置を複雑化することなく実現可能である。

また、可動光学部材を有するレンズ装置に、本発明の振動型モータ制御装置を該可動光学部材の駆動手段として用いることにより、本発明の作用効果を享受できるレンズ装置を実現することができる。また、該レンズ装置、該レンズ装置からの被写体光を受光する撮像素子を含む撮像装置を構成することにより、本発明の作用効果を享受できる撮像装置を実現することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

１００：制御装置（振動型モータ制御装置）
１０４：位相差変換部（位相差導出手段）
１０５：周波数変換部（周波数導出手段）
１０６：制御方法切替部（制御手段）
１０７：振動型モータ

Claims (13)

1. 位相差を有する第１の周波信号及び第２の周波信号が印加された電気−機械エネルギー変換素子により振動が励起される振動体及び該振動体に接触する接触体を相対移動させる振動型モータの駆動速度を制御する振動型モータ制御装置であって、
   前記振動型モータの制御量を演算する演算手段と、
   前記制御量に基づいて前記第１及び第２の周波信号の位相差を導出する位相差導出手段と、
   前記制御量に基づいて前記第１及び第２の周波信号の周波数を導出する周波数導出手段と、
   前記位相差と前記周波数の少なくとも一つに基づき、前記周波数を一定にした状態で前記位相差に基づいて前記振動型モータの駆動速度を制御する位相差制御モードと、前記位相差を一定にした状態で前記周波数に基づいて前記振動型モータの駆動速度を制御する周波数制御モードと、を切替えて、前記振動型モータの駆動速度を制御する制御手段と、
   を有し、
   前記周波数導出手段は、前記位相差制御モードでの前記制御量に対する駆動速度の特性に基づいて前記制御量から周波数を導出する、
   ことを特徴とする振動型モータ制御装置。
2. 前記周波数導出手段は、前記位相差制御モードでの前記制御量に対する駆動速度の傾きと前記周波数制御モードでの前記制御量に対する駆動速度の傾きが一致するか、または、前記位相差制御モードと前記周波数制御モードの切替り前後の速度が連続的である、ように前記制御量から周波数を導出する、ことを特徴とする請求項１に記載の振動型モータ制御装置。
3. 前記周波数導出手段で得られた周波数を所定量だけオフセットするオフセット手段を有し、
   前記周波数導出手段は、前記位相差制御モードでの前記制御量に対する駆動速度の傾きと前記周波数制御モードでの前記制御量に対する駆動速度の傾きを略一致させるように前記制御量に基づき周波数を導出し、
   前記オフセット手段は、前記位相差制御モードと前記周波数制御モードの切替え前後の駆動速度が略連続的になるように前記周波数導出手段によって変換された周波数をオフセットする、
   ことを特徴とする請求項１に記載に記載の振動型モータ制御装置。
4. 前記制御手段は、前記位相差導出手段によって導出された前記位相差が、所定の範囲内の場合は前記位相差制御モードで、所定の範囲外の場合は前記周波数制御モードで、前記振動型モータの駆動速度を制御する、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の振動型モータ制御装置。
5. 前記位相差制御モードにおける前記所定の範囲内の所定の位相差変化量に対する駆動速度の傾きと閾値との比較に基づき前記所定の範囲を変更する範囲変更手段を有する、ことを特徴とする請求項４に記載の振動型モータ制御装置。
6. 前記所定の位相差変化量を変更する変化量変更手段と、
   前記閾値を変更する閾値変更手段と、
   を有することを特徴とする請求項５に記載の振動型モータ制御装置。
7. 前記周波数導出手段は、位相差制御モードから周波数制御モードへの切替え直前の位相差制御モードにおける前記制御量に対する駆動速度の傾きと、前記周波数制御モードにおける前記制御量に対する駆動速度の傾きが一致するように前記制御量に基づいて周波数を導出する、ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載の振動型モータ制御装置。
8. 前記オフセット手段は、位相差制御モードから周波数制御モードへの切替えの制御量から一定量変化した制御量での周波数制御モードにおける駆動速度が、位相差制御モードから周波数制御モードへの切替え直前の位相差制御モードにおける制御量と駆動速度との関係の外挿線上となるような周波数に、前記周波数導出手段が導出した周波数をオフセットする、ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の振動型モータ制御装置。
9. 前記オフセット手段は、前記周波数導出手段によって導出された周波数が、最大の制御量以下の時に、最大の駆動速度で駆動する周波数となるように周波数をオフセットする、ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の振動型モータ制御装置。
10. 前記制御手段によって位相差制御モードと周波数制御モードとが切替え時の制御量及び駆動速度と、最大の制御量及び最大の駆動速度と、に基づいて制御量に対する駆動速度の傾きを導出する傾き導出手段、を有し、
    前記周波数導出手段は、前記傾き算出手段によって導出された傾きに一致するように周波数を導出する、
    ことを特徴とする請求項８に記載の振動型モータ制御装置。
11. 可動光学部材と、該可動光学部材の駆動手段として請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の振動型モータ制御装置とを有するレンズ装置。
12. 請求項１１に記載のレンズ装置と、撮像素子とを含む撮像装置。
13. 位相差を有する第１の周波信号及び第２の周波信号が印加された電気−機械エネルギー変換素子により振動が励起される振動体と、該振動体に接触する接触体とを相対移動させる振動型モータの駆動速度を制御する振動型モータの制御方法であって、
    前記振動型モータの制御量を演算し、
    前記制御量に基づいて前記第１及び第２の周波信号の位相差を導出し、
    前記制御量に基づいて前記第１及び第２の周波信号の周波数を導出し、
    前記位相差と前記周波数の少なくとも一つに基づき、前記周波数を一定にした状態で前記位相差に基づいて前記振動型モータの駆動速度を制御する位相差制御モードと、前記位相差を一定にした状態で前記周波数に基づいて前記振動型モータの駆動速度を制御する周波数制御モードと、を切替えて、前記振動型モータの駆動速度を制御し、
    を含み、
    前記制御量の前記第１及び第２の周波信号の周波数への変換は、前記位相差制御モードでの前記制御量に対する前記振動型モータの駆動速度の特性に基づいて前記制御量に基づいて周波数を導出する、
    ことを特徴とする振動型モータの制御方法。

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