JP2021058081A - 振動型モータの制御装置及びそれを有する振動装置並びに振動型モータの制御方法、プログラム、記憶媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】 起動する前に設定されたパルス幅及び周波数による速度のオーバーシュートを抑制しつつ、起動時間の長時間化を抑制する【解決手段】 制御手段を有し、制御手段は、振動体と接触体とが相対移動を開始する前に、パルス幅及び周波数による第１の定常速度が、目標速度を上回るように、パルス幅及び周波数を設定し、振動体と接触体とが相対移動を開始した後であって、振動体と接触体とが相対移動するときの実速度が目標速度を上回る前に、振動体と接触体とが相対移動するときの第２の定常速度が、第１の定常速度を下回るように、パルス幅及び周波数の少なくとも一方を変更する。【選択図】 図３

Description

本発明は、振動型モータの制御装置及びそれを有する振動装置並びに振動型モータの制御方法、プログラム、記憶媒体に関する。

非電磁駆動式モータとして、電気−機械エネルギー変換素子の一例である圧電素子を弾性体に接合してなる振動体に接触体を接触させた振動型モータ（以下、単に「モータ」ともいう）が知られている。振動型モータは、電気−機械エネルギー変換素子に、交流電圧を印加することによって振動体に発生させた振動エネルギーを、振動体と接触体との相対移動という機械運動として取り出すように構成されている。振動型モータをフォーカスレンズの自動駆動（ＡＦ駆動）やズームレンズの駆動（ズーム駆動）に用いる、カメラ装置やビデオ装置等の撮影装置（以下、単に「撮影装置」ともいう）が製品化されている。

このような振動型モータの一例として、振動型モータの（組立て後の）斜視図を、図１５に示す（特許文献１参照）。

図１４において、２００は、振動型モータである。２０１は、金属等の振動減衰損失の小さい材料で構成された弾性体、２０４は、ナット、２０３はフレキシブル基板である。弾性体２０１とナット２０４に圧電素子（不図示）が挟まれており、当該圧電素子にフレキシブル基板２０３から、生成された交流電圧を印加することにより、当該圧電素子に振動を発生させる。弾性体、ナット、圧電素子の集合体を総称して、振動体といい、上記圧電素子に発生させた振動により、振動体は振動する。

振動型モータ２００は、移動体２０７（接触体）と、外部に駆動力を伝達するギア２０９と、を有する。上記振動体の振動を受けて、接触体２０７は軸周りに回転し、接触体２０７の軸周りの回転を受けて、ギア２０９も軸周りに回転する。

２１１は、固定部材である。ネジを用いて、固定部材２１１に設けられたネジ穴を所望の場所に固定することで、振動型モータ２００を所望の場所に取り付けることができる。

２１２は、固定部材２１１を振動型モータ２００側に固定するためのナットである。

撮影装置では、静止画撮影時には、フォーカスレンズやズームレンズ（を駆動する振動型モータ）をより速く駆動することが求められる一方、動画撮影時には、フォーカスレンズ等を低速で駆動することも求められる。目標とする焦点距離や画角における画像のみが記録（記憶）される静止画撮影時とは異なり、動画撮影時には、目標とする焦点距離等における画像のみならず、焦点距離等が目標とする焦点距離等に到達するまでに生成される画像も記録されるからである。

上記撮影装置でのＡＦ駆動やズーム駆動には、フォーカスレンズやズームレンズが目標とする速度（以下、「目標速度」ともいう）で駆動し続けるように制御（以下、「目標速度制御」ともいう）することが求められている。そこで、振動型モータを用いて目標速度制御を実現する技術として、駆動周波数（以下、単に「周波数」ともいう）を変更する方法や駆動パルス幅（以下、単に「パルス幅」ともいう）を変更する方法が提案されている（特許文献２参照）。

特開２０１３−１２３３３５号公報 特開平０９−２９４３８４号公報

特許文献２に記載された技術では、周波数の制御のみでは速度の分解能が不足する。そのため、振動型モータの駆動開始（以下、「起動」ともいう）時にパルス幅及び周波数を所定値に設定した後にパルス幅を制御することで、速度の分解能を上げた目標速度制御を実現している（特許文献２の段落００３９及び図６参照）。

当該従来技術においては、静止画撮影時には、起動時に設定されたパルス幅及び周波数（設定）による駆動により定常状態（速度が一定の状態、加速度がゼロの状態）に到達したときの速度（以下、「定常速度」ともいう）は目標速度を下回る。上記のように、静止画撮影時には、レンズの高速駆動が求められるので、起動時に設定されたパルス幅及び周波数による駆動が定常速度に到達する前までに、当該駆動速度がより目標速度に近づくように（より高速になるように）、設定が変更される。したがって、静止画撮影時には、駆動速度が目標速度を上回る、いわゆる速度のオーバーシュートは発生し難い。

しかし、動画撮影時には、起動時に設定されたパルス幅及び周波数による定常速度は目標速度を上回ることがある。上記のように、動画撮影時には、フォーカスレンズ等を低速で駆動することも求められるからである。したがって、動画撮影時には、速度のオーバーシュートが発生し易い。

このことを、図１６及び１７を用いて説明する。

図１６には、従来例における振動型モータの制御装置で振動型モータを制御したときの、周波数と速度及び電力の関係並びにパルス幅制御する領域Ｓ１及び周波数制御する領域Ｓ２を示した。以下、パルス幅制御する領域を「パルス幅制御領域」、周波数制御する領域を、「周波数制御領域」ともいう。図１７には、従来例における振動型モータの制御装置で振動型モータを制御したときの、時間と周波数、パルス幅及び速度の関係を示した。図１８には、従来例における振動型モータの制御装置で振動型モータを制御したときの、時間と周波数、パルス幅（大、小）、速度及び摩擦力の関係を示した。

図１７では、設定可能なパルス幅の最大値である最大パルス幅にパルス幅を固定した状態で、周波数を下げていく（駆動力を上げていく）。そして、周波数を下げていく途中で振動型モータ（振動体と接触体）は駆動（相対移動）を開始（起動）し、その後、目標速度で駆動する。目標速度での相対移動は、目標速度と実速度との差（以下、「偏差」ともいう）により動作パラメータ（パルス幅、周波数）を設定する速度制御によりなされる。

ここで、起動時は、圧電素子に交流電圧を印加しても、振動体と接触体との摩擦力などの影響により、すぐには起動せず、圧電素子に交流電圧が印加されてから起動する（相対移動を開始する）までに要する時間（起動時間）が長時間化することがある。

図１７に示した従来例では、起動時間の長時間化を解決するために、起動するまで、周波数を下げていく（駆動力を上げていく）制御がなされている。このような制御では、起動時間は短時間化するものの、起動したときの動作パラメータによる定常速度は、目標速度を上回るため、速度のオーバーシュートが発生し易い。そのため、動画撮影時等の、レンズ等を低速で駆動する必要があるときに、一旦、高速になってしまい、急激に速度変化する違和感のある画像が記録されてしまうという問題がある。

また、図１８は、パルス幅が相対的に大きいときと小さいときの起動特性を示したものである。当該図１８から解るように、（設定されたパルス幅及び周波数による定常速度が目標速度と同程度であり）パルス幅が相対的に小さいときは、パルス幅が相対的に大きいときと比べ、速度のオーバーシュートは抑制されている。しかし、起動時間が長時間化している。

本発明は、これらの課題を解決するためになされたものであり、起動する前に設定されたパルス幅及び周波数による速度のオーバーシュートを抑制しつつ、起動時間の長時間化を抑制することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る振動型モータの制御装置は、電気−機械エネルギー変換素子を有する振動体と、前記振動体と接触する接触体と、を有する振動型モータの前記電気−機械エネルギー変換素子に、複数のパルス信号に基づいて生成された複数の交流電圧を印加することにより前記振動体と前記接触体とが相対移動する、振動型モータの制御装置であって、目標速度で前記振動体と前記接触体とが相対移動するように、前記複数のパルス信号のパルス幅及び周波数を制御可能な制御手段を有し、前記制御手段は、前記振動体と前記接触体とが相対移動を開始する前に前記パルス幅及び前記周波数による第１の定常速度が、前記目標速度を上回るように、前記パルス幅及び前記周波数を設定し、前記振動体と前記接触体とが相対移動を開始した後であって、前記振動体と前記接触体とが相対移動するときの実速度が前記目標速度上回る前に、前記振動体と前記接触体とが相対移動するときの第２の定常速度が、前記第１の定常速度を下回るように、前記パルス幅及び前記周波数の少なくとも一方を変更し、前記パルス幅及び前記周波数の少なくとも一方を変更した後に、前記目標速度で振動体と前記接触体とが相対移動するように、前記パルス幅及び前記周波数の少なくとも一方を制御する、ことを特徴とする。

本発明の振動型モータの制御装置等によれば、起動する前に設定されたパルス幅及び周波数による速度のオーバーシュートを抑制しつつ、起動時間の長時間化を抑制することができる。

本発明の振動型モータの制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明の振動型モータの制御装置で振動型モータを制御したときの、本発明の第１の実施形態における、周波数と速度及び電力の関係並びにパルス幅制御領域及び周波数制御領域を示す図である。 本発明の振動型モータの制御装置で振動型モータを制御したときの、本発明の第１の実施形態における、時間と周波数、パルス幅及び速度の関係を示す図である。 本発明の第１の実施形態におけるアルゴリズムを示すフローチャートである。 本発明の振動型モータの制御装置で振動型モータを制御したときの、本発明の第２の実施形態における、周波数と速度及び電力の関係並びにパルス幅制御領域及び周波数制御領域を示す図である。 周波数が異なるときの、パルス幅と速度の関係を示す図である。 本発明の振動型モータの制御装置で振動型モータを制御したときの、本発明の第２の実施形態における、時間と周波数、パルス幅及び速度の関係を示す図である。 本発明の振動型モータの制御装置で振動型モータを制御したときの、本発明の第３の実施形態における、時間と周波数、パルス幅及び速度の関係を示す図である。 本発明の振動型モータの制御装置で振動型モータを制御したときの、本発明の第４の実施形態における、周波数と速度及び電力の関係並びに周波数制御領域を示す図である。 本発明の振動型モータの制御装置で振動型モータを制御したときの、本発明の第４の実施形態における、時間と周波数、パルス幅及び速度の関係を示す図である。 本発明の第４の実施形態におけるアルゴリズムを表わすフローチャートである。 本発明における振動型モータの制御装置を用いたカメラ装置である。 本発明における振動型モータの制御装置を用いたレンズ駆動装置である。 本発明の振動型モータの（組立て後の）斜視図である。 本発明における振動型モータの制御装置を用いた自動ステージ及びそれを有する顕微鏡である。 従来例における振動型モータの制御装置で振動型モータを制御したときの、周波数と速度及び電力の関係並びにパルス幅制御領域及び周波数制御領域を示す図である。 従来例における振動型モータの制御装置で振動型モータを制御したときの、時間と周波数、パルス幅及び速度の関係を示す図である。 従来例における振動型モータの制御装置で振動型モータを制御したときの、時間と周波数、パルス幅（大、小）、速度及び摩擦力の関係を示す図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を用いて説明する。

（第１の実施形態）
以下、振動型モータ（振動型アクチュエータ）の低速駆動に関する第１の実施形態を、図１〜図４を用いて説明する。本実施形態は、起動する（振動体と接触体とが相対移動を開始する）前に設定されたパルス幅及び周波数による速度超過（速度のオーバーシュート）を抑制することができる。

なお、「相対移動」とは、振動体と接触体とが相対的に移動するこという。振動体と接触体とが相対的に移動する場合には、振動体が固定され、接触体が駆動される場合と、接触体が固定され、振動体が駆動される場合がある。

図１は、本発明の振動型モータの制御装置（制御回路）の構成を示すブロック図である。図１において、２００は、振動型モータであり、図１に記載された構成のうち、振動型モータ２００以外の構成が振動型モータの制御装置１００の構成である。

制御回路１００は、制御部３２、第１のスイッチング回路３３、第２のスイッチング回路３３’、発振器３４、位置検出部３５、電源部３６、第１の差動増幅器３７、第２の差動増幅器３８及び位相差検出回路３９を有する。

図１において、制御部３２（制御手段）は、振動型モータ２００のコントロールを司る、マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）等のマイコン部（ＭＣＵ）である。制御部３２は、プログラムを格納するＲＯＭ、プログラムの展開する領域及びパラメータや演算結果を記憶する領域を有するＲＡＭ、プログラムを実行するＣＰＵ等を有する。３４は、制御部３２からの指令値に応じて第１のモード（Ａモード）と第２のモード（Ｂモード）の駆動信号（パルス信号Ａ_０、Ｂ_０）を発生させる発振器である。発振器３４は、ＡモードとＢモードの駆動信号（パルス信号Ａ_０、Ｂ_０）の位相差を、０〜３６０°で変更可能（制御可能）である。第１のスイッチング回路３３は、Ａモードの駆動信号（パルス信号Ａ_０）を電源電圧でスイッチングするスイッチング回路である。第１のスイッチング回路３３は、インダクタンス４１との組み合わせにてスイッチング回路のスイッチング電圧を昇圧効果により増幅する。

図１において、第２のスイッチング回路３３’は、Ｂモードの駆動信号（パルス信号Ｂ_０）を電源電圧でスイッチングするスイッチング回路である。第２のスイッチング回路３３’は、インダクタンス４２との組み合わせにてスイッチング回路のスイッチング電圧を昇圧効果により増幅する。３６は、スイッチング回路３３、３３’の増幅回路に電圧を供給する電源部である。電源部３６としては、電池等が用いられるがこれに限られない。電源部３６としては、ＡＣアダプタ等も用いることができる。第１の差動増幅器３７は、圧電素子の駆動電極の一方に印加している駆動電圧Ａ（交流電圧）と駆動電極の他方に印加している駆動電圧Ａ’（交流電圧）の差動信号（差動電圧）を取り出す差動増幅器である。第２の差動増幅器３８は、圧電素子に設けられた振動検出用の電極（不図示）から取り出される電圧Ｓ（圧電素子電圧）と上記駆動電圧Ａ’の差動信号（差動電圧）を取り出す差動増幅器である。

図１において、３９は、上記差動増幅器３７，３８で得られた差動電圧の位相差を検出する位相差検出回路である。制御部３２は、位相差検出回路３９で検出された駆動電圧Ａ−駆動電圧Ａ’と圧電素子電圧Ｓ−駆動電圧Ａ’の位相差値により振動型モータ２００の共振状態を検出する。差動電圧の位相差が下がり、ある値よりも小さい値になるということは、振動型モータ２００の振動状態が共振状態から外れることを意味する。そのため、制御部３２は、位相差がある値よりも小さい値にならないようにするために、ある値に対応する周波数よりも周波数を下げないように、周波数を制御する。本実施形態でも、上記位相差がある値よりも小さくなると、それ以上周波数を下げないように駆動されている。

図１において、３５は、例えば、フォトインタラプタとスリット板からなる回転部の回転位置を検出する位置検出部（以下、単に「検出部」ともいう）である。位置検出部３５としては、位置検出センサ等が用いられる。検出部３５（検出手段）で得られた結果に基づいて、回転体の位置情報及び速度情報が制御部３２に渡され、制御部３２はそれに応じて振動型モータ２００の回転速度をコントロールする。なお、速度情報は、位置検出部３５で得られた位置情報から導出してもよいし、別途、速度検出部を設けて、当該速度検出部から直接得てもよい。

また、上記発振器３４は、制御部３２からの指令に基づき、上記ＡモードとＢモードの駆動信号位相差（以下、「ＡＢ位相差」ともいう）を変更することも可能としている。

図２は、本発明の振動型モータの制御装置で振動型モータを制御したときの、本発明の第１の実施形態における、周波数と速度及び電力の関係並びにパルス幅制御領域及び周波数制御領域を示す図である。図３は、本発明の振動型モータの制御装置で振動型モータを制御したときの、本発明の第１の実施形態における、時間と周波数、パルス幅及び速度の関係を示す図である。図４は、本発明の第１の実施形態におけるアルゴリズムを示すフローチャートである。

図４のアルゴリズムを、図１〜図３を参照して説明する。

本実施形態では、起動時には、周波数を固定し、パルス幅を変更することで速度制御する形態（以下、「パルス幅制御」ともいう）になっている。ここで、「起動周波数」とは、振動型モータを起動するとき（起動時）に設定する周波数のことである。また、「起動パルス幅」とは、振動型モータを起動するときに設定するパルス幅のことである。

本実施形態では、起動時に、パルス幅を固定し、周波数を変更することで速度制御する形態（以下、「周波数制御」ともいう）で速度制御することもできる。しかし、図２からも解るように、周波数が高い領域（図２の右側の領域）では、消費される電力（消費電力）が大きい傾向がある。パルス幅制御では、起動時に周波数が高い領域を使用せずに済むため、消費電力の増加を抑制することができる。また、図２の「目標速度 低速」の領域を周波数制御すると、周波数を上げるときと下げるときとで動作が異なるヒステリシス区間に入るため、動作が不安定化する。パルス幅制御では、図２の「目標速度 低速」の領域を周波数で速度制御せずに済むため、動作の不安定化を抑制することができる。このような理由から、本実施形態では、起動時にパルス幅制御する形態を採っている。

図２で、周波数制御領域では、パルス幅を最大値（例えば、５０％）に固定している。よって、パルス幅制御領域では、パルス幅制御から周波数制御に切り替わるポイントが、パルス幅が最大値になるところであり、そこに至るまでにパルス幅が増加していく形態となっている。フローチャートに従い、起動時の動作を説明する。

まず、起動する（相対移動を開始する）前に、振動型モータの制御装置１００は、事前に得られたデータから、第１の設定（起動するまでの設定値）となる、起動周波数ｆ１及び固定パルス幅（起動するまで固定されるパルス幅）を決定する。本実施形態では、起動周波数ｆ１を５０ｋＨｚ、固定パルス幅を５０％としている（Ｆ−１１）。固定パルス幅５０％及び起動周波数ｆ１（５０ｋＨｚ）による定常速度（第１の定常速度）は、振動型モータ２００の目標速度を上回るように決定した。

次に、起動周波数ｆ１、パルス幅０％に設定し、振動型モータ２００の電源を入れる（電源オン）（Ｆ−１２）。

次に、パルス幅を、固定パルス幅になるまで、１ステップ（１％）ずつ上げていく。（Ｆ−１３）。具体的には、振動型モータの制御装置１００は、パルス幅を１ステップ（１％）上げ（Ｆ−１３）、パルス幅が、固定パルス幅になったか否かを判定する（Ｆ−１４）。そして、パルス幅が固定パルス幅（第１のパルス幅）になったと判定されると（Ｆ−１４が「ＹＥＳ」になると）、固定パルス幅（第１のパルス幅）で維持する（Ｆ−１５）。また、パルス幅が固定パルス幅にならないと、パルス幅が固定パルス幅になるまで、Ｆ−１３及びＦ−１４を繰り返す。

図３の（１）における設定（以下、「第１の設定」という）が、Ｆ−１１からＦ−１５までの動作を表している。

パルス幅を徐々に上げる動作（Ｆ−１３、Ｆ−１４）は、起動時の音や、回路への突入電流を低減するのに効果的な動作であるが、より高速に立ち上げる（起動する）必要があるときには省略しても良い。Ｆ−１６において、振動型モータの制御装置１００は、振動型モータ２００の起動を検出する。ここで、振動型モータ２００の起動を検出すると（Ｆ−１６が「ＹＥＳ」になると）、動作パラメータ（第１のパルス幅）を変更し、第２の設定となる（Ｆ−１７）。

モータの起動検出は、何をもって起動と判定するのかによって異なるが、本実施形態では、振動型モータの制御装置１００は、速度が１ｒｐｍ以上になったときに起動と判定するようにしている。この状態における設定が、図３の（２）における設定（以下、「第２の設定」という）である。第２の設定では、第１の設定のパルス幅から目標速度（例えば、１０ｒｐｍ）で動作するパルス幅にほぼ等しいパルス幅（第２のパルス幅）に設定が固定される。この状態で、検出速度がほぼ目標速度に達するまで動作する（Ｆ−１７、Ｆ−１８）。なお、このとき、起動する前に設定されたパルス幅及び周波数による速度のオーバーシュートを抑制するためには、第２のパルス幅及び起動周波数ｆ１による定常速度（第２の定常速度）は、振動型モータ２００の目標速度を下回るように変更されればよい。

次に、検出速度が目標速度にほぼ達した状態になると（Ｆ−１８が「ＹＥＳ」になると）、目標速度と検出速度の差（偏差）に応じてパルス幅を制御する第３の設定となる（Ｆ−１９）。この状態が、図３の（３）における設定（以下、「第３の設定」という）である。第３の設定は、いわゆる通常の速度制御であり、この状態で目標位置まで駆動する。Ｆ−２０において、振動型モータの制御装置１００は、振動型モータ２００が目標位置に到達したかを判断する。目標位置に到達したことを検出すると（Ｆ−２０が「ＹＥＳ」になると）、振動型モータ２００をオフ（モーターオフ）し、停止させる（Ｆ−２１）。

このように、振動型モータ２００の起動時の駆動信号の設定（パルス幅、周波数）を、上記第１の設定〜第３の設定のように設定することで、以下の効果が得られる。起動する前に設定されたパルス幅及び周波数による速度のオーバーシュートを抑制しつつ、起動時間の長時間化を抑制することが可能となる。上記第１の設定〜第３の設定をまとめると、以下のようになる。

（１）振動型モータ２００が起動する前に、パルス幅及び周波数による定常速度（第１の定常速度）が、目標速度を上回るように、パルス幅及び周波数を設定する設定（第１の設定）。
（２）振動型モータ２００が起動した後であって、駆動するときの実速度が目標速度を上回る前に、駆動するときの定常速度（第２の定常速度）が、第１の定常速度を下回るように、パルス幅を変更する設定（第２の設定）。
（３）パルス幅を変更した後に、目標速度で駆動するように、パルス幅を制御する設定（第３の設定）。

第１の実施形態における第２の設定による定常速度（第２の定常速度）は、目標速度の９０％以上１１０％以下であることが好ましく、目標速度と略等しいことがより好ましい。より早く、第３の設定に移行することができるからである。

（第２の実施形態）
以下、振動型モータの極低速駆動に関する第２の実施形態を、図５〜図７を用いて説明する。本実施形態は、起動する前に設定されたパルス幅及び周波数による速度のオーバーシュートを抑制しつつ、起動時間の長時間化を抑制すると共に、振動型モータの個体差や温度変化による、速度のオーバーシュートや起動時間の変化に追従することができる。

図５は、本発明の振動型モータの制御装置で振動型モータを制御したときの、本発明の第２の実施形態における、周波数と速度及び電力の関係並びにパルス幅制御領域及び周波数制御領域を示す図である。図５では、周波数制御するときのパルス幅を５０％としている。周波数制御領域の速度のカーブは、パルス幅５０％の状態を示しており、周波数を下げることにより速度が上昇していることが解る。

第１の実施形態では、起動周波数ｆ１は５０ｋＨｚ、固定パルス幅は５０％としていた。

図６は、周波数が異なるときの、パルス幅と速度の関係を示す図である。起動周波数ｆ２では、パルス幅と速度の関係は変化し、パルス幅５０％では起動周波数ｆ１のときよりも高速で動作する。よって、起動周波数ｆ２で、起動周波数ｆ１のときと同じ速度を出すためには、ｆ１のときよりもパルス幅を小さくする必要があることが解る。

オーバーシュートを起こさずに高速で振動型モータ２００を起動することができる設定（１）であっても、パルス幅を小さくしなければオーバーシュートを抑えることができない。よって、起動周波数がモータ特性のどこの周波数に設定されているかを認識し、その周波数に応じたパルス幅の設定をすることで、起動周波数がどこにあってもオーバーシュート無しに高速で起動することが可能となる。

図７は、本発明の振動型モータの制御装置で振動型モータを制御したときの、本発明の第２の実施形態における、時間と周波数、パルス幅及び速度の関係を示す図である。上記説明にあったように、起動周波数ｆ１よりも周波数が低い起動周波数ｆ２のときは、（１）のパルス幅、（２）のパルス幅を、起動周波数ｆ１のときに比べて小さくすることで、オーバーシュートの少ない起動特性が得られる。

本実施形態では、起動周波数がモータ特性のどこの周波数に設定されているかを認識する方法として、（３）の低速制御しているときのパルス幅がいくつになっているかで、知る方法を用いている。ただし、認識する方法としては、この方法のみではなく温度とモータの周波数特性の関係を把握しておきテーブル化しておき、温度センサで温度検出してどの周波数にいるかを認識する方法もある。

本実施形態におけるフローチャートは、第１の実施形態におけるフローチャートである、図４のフローチャートとほぼ同様である。第１の実施形態と異なるのは、Ｆ−１１の「動作するまでの設定値」及びＦ−１７の「第２の設定」である。

このように、起動周波数がモータの周波数特性のどの周波数に設定されているかを知ることで環境変化、負荷変化等が発生してもオーバーシュート無しに高速で起動することが可能となる。

（第３の実施形態）
以下、振動型モータの低速駆動に関する第３の実施形態を、図８を用いて説明する。本実施形態は、起動する前に設定されたパルス幅及び周波数による速度のオーバーシュートを抑制することができる。

図８は、本発明の振動型モータの制御装置で振動型モータを制御したときの、本発明の第３の実施形態における、時間と周波数、パルス幅及び速度の関係を示す図である。図８と図３とを比較すると、（２）（第２の設定）が大きく異なっている。

本実施形態においては、振動型モータの制御装置１００は、本発明の振動型モータの制御装置１００による制御（図３）に対して、（２）のオーバーシュートを小さく抑えるための設定を変更している。図８において点線で囲った（２）の動作の部分である。第１の実施形態、第２の実施形態において、（２）のオーバーシュートを小さく抑えるための設定（第２の設定）は速度制御時の定常状態の動作パラメータに設定していた。しかし、本実施形態では定常状態よりも小さい駆動力を出す設定すなわちパルス幅をより小さい値に固定している。

ここで、第２の設定は、モータが駆動することができる最小のパルス幅（例えば１５％）よりは大きく目標速度で動作する定常状態のパルス幅（例えば２５％）よりは小さな値となっている。図に具体的な数値は記載していないが本実施形態では１８％に設定している。

図４のフローチャートを用いて、本実施形態を説明する。

第１の実施形態と異なるのはＦ−１７の第２の設定で、第１の実施形態では実速度が目標速度と等しくなるパルス幅の設定であったのを、モータが駆動することができる最小のパルス幅よりは大きく実速度が目標速度よりは小さくなる設定にしたことである。

検出速度が目標速度にほぼ達した状態になると目標速度と検出速度の差（偏差）に応じてパルス幅を制御する第３の設定となる制御は第１の実施形態、第２の実施形態と同様である。このような設定にすることで、オーバーシュートしようとする駆動力を最小限に抑えることが可能になる。また、オーバーシュートを抑える、もしくは、（１）のオーバーシュートなしに高速に起動することができる設定で、より高速で起動することができるように駆動力を与えることが可能になる。そして、本提案の目的であるオーバーシュート無しに高速で起動することが可能となる。

（第４の実施形態）
以下、振動型モータの低速駆動に関する第４の実施形態を、図９〜図１１を用いて説明する。本実施形態は、起動する前に設定されたパルス幅及び周波数による速度のオーバーシュートを抑制することができる。

図９は、本発明の振動型モータの制御装置で振動型モータを制御したときの、本発明の第４の実施形態における、周波数と速度及び電力の関係並びに周波数制御領域を示す図である。図１０は、本発明の振動型モータの制御装置で振動型モータを制御したときの、本発明の第４の実施形態における、時間と周波数、パルス幅及び速度の関係を示す図である（パルス幅は固定）。図１１は、本発明の第４の実施形態におけるアルゴリズムを表わすフローチャートである。

図１１のアルゴリズムを、図９〜図１０を参照して説明する。

第１の実施形態にも記載したように、本実施形態のような周波数での制御を用いた場合、電力が高い周波数領域を使うことになり消費電力は増加傾向になるがパルス幅制御を用いる必要がなく制御が簡単になるメリットがある。

まず、起動する前に、振動型モータの制御装置１００は、事前に得られたデータから、第１の設定（起動するまで（起動検出まで）の設定値）となる、周波数ｆ１及びパルス幅を決定する。本実施形態では、周波数ｆ１を５０ｋＨｚ、パルス幅を５０％としている（Ｆ−３１）。パルス幅５０％及び周波数ｆ１（５０ｋＨｚ）による定常速度（第１の定常速度）は、振動型モータの目標速度を上回るように決定した。

次に、起動周波数ｆ０を５５ｋＨｚ、パルス幅５０％に設定し、電源を入れる（Ｆ−３２）。

次に、周波数を、起動周波数ｆ０から周波数ｆ１になるまで、１ステップずつ下げていく（Ｆ−３３）。本実施形態では、１ステップを１００Ｈｚとしている（Ｆ−３３）。具体的には、振動型モータの制御装置１００は、周波数を１ステップ（１００Ｈｚ）下げ（Ｆ−３３）、振動型モータの制御装置１００は、周波数がｆ１（５０ｋＨｚ）になったか否かを判定する（Ｆ−３４）。そして、周波数が周波数ｆ１になったと判定されると（Ｆ−３４が「ＹＥＳ」になると）、周波数ｆ１を維持する（Ｆ−３５）。

図９の（１）が上記設定を表している。周波数を徐々に下げていく動作（Ｆ−３３、Ｆ−３４）は、振動振幅を徐々に上げていく動作と等価なので、起動時の音を低減するのに効果的な動作であるが、より高速に立ち上げる（起動する）必要があるときには省略しても良い。

上記周波数ｆ１は振動型モータがオーバーシュートなしに高速に起動することができる設定となっておりこの設定を第１の設定とする。

Ｆ−３６において、振動型モータの制御装置１００は、振動型モータ２００の起動を検出する。ここで、振動型モータ２００の起動を検出すると（Ｆ−３６が「ＹＥＳ」になると）、動作パラメータ（第１の周波数）を変更し、第２の設定となる（Ｆ−３７）。第２の設定では、第１の設定の周波数ｆ１から、目標速度で動作するパルス幅に略等しい周波数（目標速度の７０％以上９０％未満で動作する周波数）に設定固定される。この状態で検出速度がほぼ目標速度に達するまで動作する（Ｆ−３７）。上記第２の設定は、オーバーシュートを最小限に抑えるための設定となっている。

Ｆ−３８において、振動型モータの制御装置１００は、検出速度が目標速度にほぼ達したか否かを判定する。次に、検出速度が目標速度にほぼ達した状態になると（Ｆ−３８が「ＹＥＳ」になると）、処理はＦ−３９に移る。Ｆ−３９において、振動型モータの制御装置１００は、目標速度と検出速度の差（偏差）に応じて周波数を制御する第３の設定となる。第３の設定は、いわゆる通常の速度制御であり、振動型モータの制御装置１００は、振動型モータ２００をこの状態で目標位置まで移動する。

Ｆ−４０において、振動型モータの制御装置１００は、振動型モータ２００が目標位置に到達したか否かを検出する。もし振動型モータ２００が目標位置に到達したことを検出すると（Ｆ−４０が「ＹＥＳ」になると）、処理はＦ−４１に移る。Ｆ−４１において、振動型モータの制御装置１００は、振動型モータ２００をオフ（モーターオフ）し、振動型モータ２００を停止させる。

このように、振動型モータ２００の起動時の駆動信号の設定（パルス幅、周波数）を、第１乃至第３の実施形態ではパルス幅を用いて実施していた。しかし、本実施形態のように、周波数を用いて、以下の（１）〜（３）の設定にすることで、駆動する前に設定されたパルス幅及び周波数による速度のオーバーシュートを抑制しつつ、起動時間の長時間化を抑制することが可能となる。

（１）振動型モータが起動する前に、パルス幅及び周波数による定常速度（第１の定常速度）が、目標速度を上回るように、パルス幅及び周波数を設定する設定（第１の設定）。
（２）振動型モータが起動した後であって、駆動するときの実速度が目標速度を上回る前に、駆動するときの定常速度（第２の定常速度）が、第１の定常速度を下回るように、周波数を変更する設定（第２の設定）。
（３）周波数を変更した後に、目標速度で駆動するように、周波数を制御する設定（第３の設定）。

第２の設定による定常速度（第２の定常速度）は、目標速度の９０％以上１１０％以下であることが好ましく、ほぼ等しいことがより好ましい。より早く、第３の設定に移行することができるからである。

第１の実施形態〜第３の実施形態では、第２の設定及び第３の設定で周波数を固定し、第４の実施形態では、第２の設定及び第３の設定でパルス幅を固定したが、本発明はこれらに限られない。たとえば、第２の設定ではパルス幅を固定し、第３の設定では、周波数を固定したり、第２の設定では周波数を固定し、第３の設定では、パルス幅を固定したりしてもよい。また、第２の設定及び第３の設定では、パルス幅及び周波数の両方を固定しなくてもよい。

第１の実施形態〜第４の実施形態では、目標速度で振動体と接触体とが相対移動するように、パルス幅及び周波数の少なくとも一方を制御（第３の設定）するときの目標速度、パルス幅及び周波数を記憶する記憶部（記憶手段）を有するのが好ましい。なぜならば、このとき、制御手段が、パルス幅及び周波数を設定（第１の設定）、変更（第２の設定）及び制御（第３の設定）するときに、記憶手段に記憶された目標速度、パルス幅及び周波数に基づいて設定、変更及び制御することができるからである。目標速度で駆動するためのパルス幅及び周波数は環境変化等により変化し得るので、記憶手段により記憶された直近の目標速度、パルス幅及び周波数に基づいて設定、変更及び制御することにより、より正確な設定、変更及び制御が可能になる。

本発明における振動型モータの制御装置の制御対象としての振動型モータとしては、図１４に示された振動型モータ２００が用いられるが、本発明における振動型モータの制御装置の制御対象としての振動型モータは、これに限られない。たとえば、図１３に示された振動型モータも、本発明における振動型モータの制御装置の制御対象としての振動型モータとなり得る。

圧電素子に、複数のパルス信号に基づいて生成された複数の交流電圧を印加することにより振動体と接触体とが相対移動する点は、図１４の振動型モータ２００も、図１３に示された振動型モータも同様である。

（第５の実施形態）
図１２は、本発明における振動型モータの制御装置１００を用いたカメラ装置（撮像装置）である。図１２は、概略斜視図であり、一部を透過した状態で示している。第１乃至第４の実施形態と同様、第５の実施形態における制御装置のハードウェア構成は、図１の制御装置と同じである。

デジタルカメラ４００（カメラ装置）の前面には、レンズ鏡筒４１０（レンズ装置）が取り付けられている。レンズ装置は、カメラ装置に固定されたもののみならず、カメラ装置に着脱可能な形態（交換レンズ）であっても良い。レンズ鏡筒４１０の内部には、フォーカスレンズ４０７を含む複数のレンズ（不図示）と、手ぶれ補正光学系４０３が配置されている。手ぶれ補正光学系４０３は、２軸のコアレスモータ４０４，４０５の回転が伝達されることによって、上下方向（Ｙ方向）と左右方向（Ｘ方向）に補正動作可能となっている。

デジタルカメラ４００の本体側には、レンズの光軸上に撮像素子４０８が設けられており、撮像素子４０８に、レンズ鏡筒４１０を通過した光が、光学像として結像する。撮像素子４０８は、ＣＭＯＳセンサ或いはＣＣＤセンサ等の光電変換デバイスであり、光学像をアナログ電気信号に変換する。撮像素子４０８から出力されるアナログ電気信号は、不図示のＡ／Ｄ変換器によってデジタル信号に変換された後、不図示の画像処理回路による所定の画像処理を経て、画像データ（映像データ）として不図示の半導体メモリ等の記憶媒体に記憶される。

また、デジタルカメラ４００の本体側（カメラ装置側）には、内部装置として、上下方向（ピッチング）の手ぶれ量（振動）を検出するジャイロセンサ４０１と、左右方向（ヨーイング）の手ぶれ量（振動）を検出するジャイロセンサ４０２が配置されている。ジャイロセンサ４０１，４０２によって検出された振動の逆方向に、コアレスモータ４０４，４０５が駆動され、手ぶれ補正光学系４０３のＺ方向に延びる光軸を振動させる。その結果、手ぶれによる光軸の振動が打ち消され、手ぶれが補正された良好な写真を撮影することができる。

振動型モータ２００は、第１乃至第４の実施形態で説明した制御方法によって制御され、不図示のギア列を介して、レンズ鏡筒４１０に配置されたフォーカスレンズ４０７を光軸方向（Ｚ方向）に駆動する。但し、これに限定されず、振動型モータ２００は、ズームレンズ（不図示）の駆動等、任意のレンズの駆動に用いることができる。デジタルカメラ４００の本体側には、振動型モータ２００を、第１乃至第４の実施形態で説明した駆動方法で駆動するための、図１に示した振動型モータの制御装置１００が、制御回路４０９として、組み込まれている。

図１３は、本発明における振動型モータの制御装置１００を用いたレンズ駆動装置である。図１３で用いられている振動型モータは、いわゆるリニア型（直進駆動型）型である。振動型モータは、後述する、振動体９０１、第２のガイドバー９０４（接触体）、加圧磁石９０５（加圧部材）を有する。レンズ駆動装置（レンズ駆動機構部９００）は、被駆動体であるレンズホルダ９０２、レンズホルダ９０２を駆動する振動体９０１、加圧磁石９０５、第１のガイドバー９０３、第２のガイドバー９０４（接触体）及び不図示の基体を備える。このように、振動体９０１とガイドバー９０４（接触体）を相対移動させる振動型モータであれば、本提案の駆動方法を利用することができる。

図１５は、本発明における振動型モータの制御装置１００を用いた自動ステージ及びそれを有する顕微鏡である。図１５の顕微鏡は、撮像素子と光学系を内蔵する撮像部６０と、基台上に設けられ、振動型駆動装置により移動されるステージ６２を有する自動ステージ６１と、を有する。被観察物をステージ６２上に置いて、拡大画像を撮像部６０で撮影する。観察範囲が広範囲に有る場合には、振動型駆動装置で、ステージ６２を移動させることで被観察物を図中のＸ方向やＹ方向に移動させて、多数の撮影画像を取得する。

不図示のコンピュータにて、撮影画像を結合し、観察範囲が広範囲で、かつ、高精細な１枚の画像を取得することができる。

＜その他の実施形態＞
本発明は、記憶媒体に記憶された、コンピュータにより実行可能な命令を、読み出し実行することで上述した本発明の実施形態に記載した１以上の機能を行うシステムや装置のコンピュータによっても、実施することができる。本発明はまた、システムや装置のコンピュータによって行われる方法であって、例えばコンピュータにより実行可能な命令を記憶媒体から読み出し実行することで上述した本発明の実施形態に記載した１以上の機能が行われる、方法によっても実施することができる。

コンピュータは、１以上のＣＰＵ、ＭＰＵ、その他の回路により構成され、更に別個の複数のコンピュータや別個のコンピュータプロセッサのネットワークを含んでも良い。コンピュータにより実行可能な命令は、例えば、ネットワークや記憶媒体からコンピュータに提供されても良い。

記憶媒体は、例えば、１以上の、ハードディスク、ＲＡＭ、ＲＯＭ、分散コンピューティングシステムの記憶装置、光学ディスク（例えばＣＤ、ＤＶＤ、ＢＤ（登録商標））、フラッシュメモリ、メモリカードを含んでも良い。

実施例を参照して本発明を説明したが、本発明は実施例の開示に限定されないものと解されるべきである。本発明は、実施例に対する本発明の範囲内のあらゆる変形や等価な構造や機能を包含するよう最も広く解釈されるべきものである。

３２ マイコン部（制御手段）
２００ 振動型モータ（振動型モータ）
２０１ 弾性体（振動体）
２０４ 下ナット（振動体）
２０７ 移動体（接触体）

Claims (14)

1. 電気−機械エネルギー変換素子を有する振動体と、前記振動体と接触する接触体と、を有する振動型モータの前記電気−機械エネルギー変換素子に、複数のパルス信号に基づいて生成された複数の交流電圧を印加することにより前記振動体と前記接触体とが相対移動する、振動型モータの制御装置であって、
   目標速度で前記振動体と前記接触体とが相対移動するように、前記複数のパルス信号のパルス幅及び周波数を制御可能な制御手段を有し、
   前記制御手段は、
   前記振動体と前記接触体とが相対移動を開始する前に、前記パルス幅及び前記周波数による第１の定常速度が、前記目標速度を上回るように、前記パルス幅及び前記周波数を設定し、
   前記振動体と前記接触体とが相対移動を開始した後であって、前記振動体と前記接触体とが相対移動するときの実速度が前記目標速度を上回る前に、前記振動体と前記接触体とが相対移動するときの第２の定常速度が、前記第１の定常速度を下回るように、前記パルス幅及び前記周波数の少なくとも一方を変更し、
   前記パルス幅及び前記周波数の少なくとも一方を変更した後に、前記目標速度で前記振動体と前記接触体とが相対移動するように、前記パルス幅及び前記周波数の少なくとも一方を制御する、ことを特徴とする振動型モータの制御装置。
2. 前記実速度を検出する検出手段を有し、
   前記制御手段は、
   前記検出手段が、所定の前記実速度を検出した後であって、前記目標速度を上回る前記実速度を検出する前に、前記第２の定常速度が、前記第１の定常速度を下回るように、前記パルス幅及び前記周波数の少なくとも一方を変更する、ことを特徴とする請求項１に記載の振動型モータの制御装置。
3. 前記制御手段により、前記第１の定常速度は、前記目標速度の９０％以上１１０％以下である、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の振動型モータの制御装置。
4. 前記制御手段により、前記第１の定常速度は、前記目標速度と略等しい、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の制御装置。
5. 前記制御手段により、前記第１の定常速度は、前記目標速度の７０％以上９０％未満である、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の振動型モータの制御装置。
6. 前記目標速度で相対移動するように前記パルス幅及び前記周波数の少なくとも一方を制御するときに用いられる前記目標速度、前記パルス幅及び前記周波数を記憶する記憶手段を有し、
   前記制御手段は、
   前記記憶手段に記憶された前記目標速度、前記パルス幅及び前記周波数に基づいて、前記パルス幅及び前記周波数を設定、変更及び制御する、ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の振動型モータの制御装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の振動型モータの制御装置と、
   前記振動型モータの制御装置によって駆動される振動型モータと、を有することを特徴とする振動装置。
8. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の振動型モータの制御装置と、
   前記振動型モータの制御装置によって駆動される振動型モータと、
   前記振動型モータによって駆動されるレンズと、
   前記レンズの光軸上に設けられた撮像素子と、を有することを特徴とする撮像装置。
9. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の振動型モータの制御装置と、
   前記振動型モータの制御装置によって駆動される振動型モータと、
   前記振動型モータによって駆動される撮像素子と、
   前記撮像素子が光軸上に設けられたレンズと、を有することを特徴とする撮像装置。
10. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の振動型モータの制御装置と、
    前記振動型モータの制御装置によって駆動される振動型モータと、
    前記振動型モータを駆動することで駆動されるレンズと、を有することを特徴とするレンズ装置。
11. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の振動型モータの制御装置と、
    前記振動型モータの制御装置によって駆動される振動型モータと、
    前記振動型モータによって駆動されるステージと、を有することを特徴とする自動ステージ。
12. 電気−機械エネルギー変換素子を有する振動体と、前記振動体と接触する接触体と、を有する振動型モータの前記電気−機械エネルギー変換素子に、複数のパルス信号に基づいて生成された複数の交流電圧を印加することにより前記振動体と前記接触体とが相対移動する、振動型モータの制御方法であって、
    目標速度で前記振動体と前記接触体とが相対移動するように、前記複数のパルス信号のパルス幅及び周波数を制御可能な制御ステップを有し、
    前記制御ステップは、
    前記振動体と前記接触体とが相対移動する前に、前記パルス幅及び前記周波数による第１の定常速度が、前記目標速度を上回るように、前記パルス幅及び前記周波数を設定し、
    前記振動体と前記接触体とが相対移動し始めた後であって、前記振動体と前記接触体とが相対移動するときの実速度が前記目標速度を上回る前に、前記振動体と前記接触体とが相対移動するときの第２の定常速度が、前記第１の定常速度を下回るように、前記パルス幅及び前記周波数の少なくとも一方を変更し、
    前記相対移動するときの実速度が前記目標速度を上回った後に、前記目標速度で振動体と前記接触体とが相対移動するように、前記パルス幅及び前記周波数の少なくとも一方を制御する、ことを特徴とする振動型モータの制御方法。
13. 請求項１２に記載の振動型モータの制御方法をコンピュータにより実行させるためのプログラム。
14. コンピュータが読み込み実行することで、請求項１２に記載の振動型モータの制御方法を実行可能なプログラムを格納したことを特徴とするコンピュータが読み取り可能な記憶媒体。

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