JP2831116B2

JP2831116B2 - 超音波モータの駆動装置

Info

Publication number: JP2831116B2
Application number: JP2264115A
Authority: JP
Inventors: 光將大久保
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1990-10-02
Filing date: 1990-10-02
Publication date: 1998-12-02
Anticipated expiration: 2013-12-02
Also published as: JPH04145872A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、圧電体を用いて駆動力を発生する超音波モ
ータの駆動装置に係り、特に間欠的に駆動電圧を印加し
て超音波モータを速度制御する超音波モータの駆動装置
に関する。

［従来の技術］最近、構成が簡単で、小型、軽量などの点で注目を集
めている超音波モータは、周知のように、圧電体に交番
電圧を印加することにより、圧電体に発生する振動を利
用して接触する被駆動体を摩擦駆動するものであり、動
作原理的に進行波型と振動片型とに大別される。いずれ
の方式も、駆動部分に楕円運動を発生させ、その楕円軌
跡の先端で駆動部分に接触する被駆動体を摩擦駆動する
ものである。

従来、このような超音波モータの速度制御方法とし
て、間欠的に駆動電圧を印加し、その印加時間および印
加周期を制御することにより速度制御を行なう方法が知
られていう（たとえば特開昭60−170474号公報、特開昭
61−139278号公報、特開昭63−7174号公報参照）。

［発明が解決しようとする課題］しかし、一般に超音波モータも、立ち上がりまでに一
定時間を要する。したがって、駆動電圧の連続印加時間
がこれ以下になると、動作が不安定になる（第９図参
照）。また、間欠駆動の場合、上記連続印加時間を安定
状態に固定して、駆動電圧の印加周期のみで速度制御す
る方法もあるが、この場合、大きな騒音が発生し、その
発生する音の周波数が変化するため、使用者に異和感を
与えるとともに、その印加周期を長くしていくと振動が
発生し易く、これも使用者に異和感を与える。このた
め、印加周期のみで速度制御を行なうのは適当でない。

そこで、本発明は、通常の制御感覚を損なうことな
く、広い速度域にわたって、異和感が少なく、安定した
駆動電圧の間欠印加による低速駆動が行なえる超音波モ
ータの駆動装置を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］本発明の超音波モータの駆動装置は、超音波モータの
圧電体に印加する駆動電圧を発生する駆動電圧発生手段
と、前記駆動電圧の連続印加時間および印加周期を制御
するとともに間欠的に駆動電圧を印加させる駆動電圧制
御手段と、前記駆動電圧の連続印加時間の下限値を記憶
する記憶手段と、前記駆動電圧の連続印加時間が前記下
限値を下回らないように連続印加時間の短縮を制限する
短縮時間制限手段とを具備し、前記駆動電圧の連続印加
時間を制御することにより、超音波モータの駆動速度を
制御することを特徴とする。

［作用］駆動が不安定となる駆動電圧の連続印加時間の下限値
を記憶しておき、連続印加時間が上記下限値を下回らな
いように連続印加時間の短縮を制限することにより、駆
動電圧の連続印加時間の変更によって速度制御する際
の、特に低速時における不安定動作を防止できる。した
がって、広い速度域にわたって、異和感が少なく、安定
した駆動電圧の間欠印加による低速駆動が行なえる。

［実施例］以下、本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。

まず、第１実施例として、たとえばリニア型超音波モ
ータをマニュアルフォーカスに用いたレンズを装着する
１眼レフカメラを例にあげて説明する。

第３図は、第１実施例に係る１眼レフカメラの撮影レ
ンズの構成を示す断面図である。すなわち、この撮影レ
ンズは、第１〜第４レンズ群31〜34により構成され、第
２および第３レンズ群32,33を一体的に前後方向に移動
することによりフォーカシングを行なう、いわゆるイン
ナフォーカスレンズである。35は固定枠であり、36は第
２および第３レンズ群32,33を保持しつつ、後述するリ
ニア型超音波モータ37により固定枠35に対し駆動される
移動枠である。

37はリニア型超音波モータであり、41は移動枠36を保
持すべくリニア型超音波モータ37に対して対向方向に配
設された支持体である。ここに用いられるリニア型超音
波モータ37は、本出現人が先に提案した特願平１−1957
67号のものと同じであり、また、リニア型超音波モータ
37の配設支持方法や、リニア型超音波モータ37と支持体
41による移動枠36の支持方法は、同じく本出願人が提案
した特願平２−106939号と同様であるので、詳細な説明
は省略する。

38は等間隔な目盛りを位相ずらして２列に書込んだ磁
気スケール、39は磁気センサであり、それぞれ移動枠36
と固定枠35に配設されている。磁気センサ39は、レンズ
光軸を通る平面上で光軸に向かう方向にのみ移動可能
で、磁気スケール38との間隔が変化しないようバネ40に
より磁気スケール38に押圧されている。

第４図は、第１実施例に係る１眼レフカメラの外観図
である。すなわち、カメラ本体49には、先に第３図で説
明した構成の撮影レンズ45、レリーズボタン46、ペンタ
プリズムを用いたファインダ48、撮影レンズ45からの光
をファインダ48へ導くクイックリターンミラー50、マニ
ュアルフォーカスの操作ダイヤル47などが配設されてい
る。

第５図は、マニュアルフォーカス操作部を示すもの
で、操作ダイヤル47、操作ダイヤル47と一体的に配設さ
れ、操作ダイヤル47の回転方向にのみ回転可能な軸52、
軸52に固定された等間隔の櫛歯状パターンを有する遮光
性の円盤53aおよび53b、カメラ本体49に対して固定され
たフォトインタラプタ54aおよび54bから構成されてい
る。なお、円盤53aと53bは同一円盤を位相をずらして配
列したもので、その出力信号の位相反転により回転方向
がわかる公知の方法を用いている。

第１図は、第１実施例に係る電気回路を示すものであ
る。すなわち、61は速度・方向検出回路で、前記磁気セ
ンサ39から得られる２種類のパルス信号から方向と速度
を検出し、ラッチする。62も速度・方向検出回路で、前
記フォトインタラプタ54aおよび54bから得られる２種類
のパルス信号から方向と速度を検出し、一定周期でラッ
チする。63は演算制御部（CPU）で、ROM64に記憶された
データおよびプログラムなどに基づいて、速度・方向検
出回路61,62からレンズおよびマニュアルフォーカスの
操作ダイヤル47の移動方向、速度を読出し、駆動回路65
に駆動制御信号を出力する。駆動回路65は、CPU63から
の制御信号に基づいてリニア型超音波モータ37に駆動電
圧を印加する。

駆動回路65は、たとえば第２図に示すように、パルス
ジェネレータ70aと印加中断信号発生部70bとから構成さ
れている。ここで、パルスジェネレータ70aは、たとえ
ば特願平１−337024号の第３実施例のものとほぼ同一で
あるので詳細な説明は省略する。印加中断信号発生部70
bは、CPU63からの駆動電圧印加時間t_onおよび印加周期
Ｔをデータラッチ71,72にラッチし、タイマカウンタ73
の値と等しいか否かをデジタルコンパレータ74,75で比
較し、コンパレータ75で等しいと判定されればSR型ラッ
チ76をリセットし、コンパレータ74で等しいと判定され
ればSR型ラッチ76をセットし、かつタイマカウンタ73を
リセットする。SR型ラッチ76のセット出力は、パルスジ
ェネレータ70aの最後段のアンドゲート77,78に入力さ
れ、このSR型ラッチ76のセット出力がロウレベルのとき
駆動電圧は印加されず、ハイレベルのときは印加される
ようになっている。

次に、このような構成において、第１実施例における
リニア型超音波モータを用いたマニュアルフォーカシン
グの動作を第６図に示すフローチャートを参照して説明
する。マニュアルフォーカスの操作ダイヤル47が回動さ
れると、フォトインタラプタ54a,54bによるパルスが発
生し、速度・方向検出回路62を通してCPU63に割込みが
かかり、マニュアルフォーカスモードがスタートする。
まず、初期値として連続駆動電圧印加時間t_onを後に述
べるt_0onと、また印加周期ＴをT₀とおく（F101）。そし
て、これらを駆動回路65へ出力してラッチさせ（F10
9）、リニア型超音波モータ37を起動させる。次に、操
作ダイヤル47の回転方向および速度を速度・方向検出回
路62から読込み（F102）、回転速度が「０」でないかを
チェックする（F103）。操作ダイヤル47の回動が停止し
ていれば、駆動回路65に停止信号を出力し（F127）、マ
ニュアルフォーカスモードは終了する。

一方、ステップF103において、操作ダイヤル47の回転
速度が「０」でない場合、その回転速度に対応する目的
の駆動速度V₀を算出する（F104）。これは、第７図に示
すような直線関係に基づき、０〜Vmaxの間で算出され
る。次に、実際のレンズの移動方向および速度を速度・
方向検出回路61から読込み、この値V₁と先のV₀とを比較
する。万一、移動方向が反対ならば、ここで縦振動と屈
曲振動との位相差を変化させて方向を反転させる。移動
速度を比較して、V₁がV₀よりも20％以上大のときは（F1
06）、t_onを0.9倍してもt_0onよりも小にならないかを確
認し（F110）、t_onを0.9倍する（F111）。ステップF110
において、t_onを0.9倍したらt_0onよりも小になる場合、
t_onをt_0onに固定して（F112）、Ｔを変化させるモード
に入る（F109′）。

さて、再びステップF106に戻って説明を続ける。V₁が
1.2V₀よりも小さいときで、0.8V₀以上であれば、t_on、
Ｔの値を変化させずにステップF102へ戻る。0.8V₀より
も小のときは（F107）、t_onを1.2倍して（F108）、t_on
およびＴを駆動回路65へ出力し（F109）、ステップF102
へ戻る。これらにより、t_on≧t_0onの場合、t_onの値を変
化させることにより速度制御が行われる。ステップF112
を経てＴを変化させるモードに入った後は、先に説明し
たt_onを変化させるモードとほぼ同じであるが、速度を
下げる場合、Ｔを1.1倍し（F123）、上げる場合0.9倍と
することが異なっている（F123,F124,F125）。

また、ＴがT₀よりも小になる場合は、ＴをT₀に固定し
て再びt_onを変化させるモードに入る。これらの結果、
駆動電圧の連続印加時間t_onと印加周期Ｔとの関係は、
第８図のグラフに示す実線上となる。本発明者らの実験
によれば、t_onが約0.01msになると第９図に示すノンリ
ニアの領域に入り、不安定になる。また、Ｔについて
も、発する音がＴ＝1ms以下では高音（高周波音）で、
極めて耳障りであり、t_onの変化で制御できる範囲も狭
くなる。このため、たとえばt_0on＝0.02ms、Ｔ＝4msに
すれば、およそ0.3mm/s〜15mm/sのマニュアルフォーカ
スに適当な速度が得られ、動作も安定している。加え
て、0.3mm/s以下の超低速駆動も、Ｔを変化させること
で安定して実現でき、この程度の低速ならばＴを大きく
したときに発生し易い振動音も小さくてすむ。

このように、第１実施例によれば、連続印加時間t_on
が小さくなりすぎてレンズの駆動動作が不安定になるこ
とがなく、広い速度領域で発生する音の周波数が一定で
異和感が少なく、発生音や振動そのものが小さくなる超
低速領域についてのみ、印加周期Ｔを変化させることに
より超低速駆動も実現できるという効果を生ずる。

次に、第２実施例について説明する。本実施例は、構
成は第１実施例と同一であるが、速度を制御する際の方
法が異なる。すなわち、第10図に示すPm（ｍ＝…,n−1,
n,n＋1,…）で現わされる点に対応するt_on,Tの組をROM
に記憶しておき、ステップF108,F111,F123,F125などの
演算処理を、上記ROMを参照することにより行なうよう
にしたものである。速度を上げるときはｍの値を大きく
し、下げるときは小さくする。この方法は演算処理が少
なく、t_onを変化させるモードとＴを変化させるモード
のステップを別々に設定しなくてもよいほか、Pm点の配
列がグラフ上直線でなく、任意な値にすることも容易
で、値設定の自由度が大となる。

次に、第３実施例について説明する。本実施例も、構
成は第１および第２実施例とほぼ同様であるが、第２図
においての印加中断信号発生部70bの部分がなく、かわ
りにCPU63の１つのポートの出力がオン信号としてパル
スジェネレータ70aの最終段のアンドゲート77,78に入力
されている。そして、CPU63が直接t_on,Tを制御するもの
である。

第11図は、第３実施例の動作を説明するフローチャー
トを示している。CPU63からのオン信号５周期に１回、
レンズとマニュアルフォーカスの操作ダイヤル47の速度
を検出し（F206〜F209）、t_onやＴを変化させる（f210
〜F215）。t_onは、ステップF203のタイマ動作により制
御される。Ｔ−t_on（ｔoff）は、ステップF205からF218
の前までの分岐による処理時間の差異を調整タイマー１
〜３の動作（F217,F212,F215）で同一となるようにして
おき、ステップF218のタイマ動作を変えることで調整す
る。ステップF213,F214のt_on,Tの変化は第２実施例と同
様である。

第３実施例によれば、t_onやＴを制御するハードウェ
アが不要なため、回路のコストダウンが可能である。

また、第１〜第３実施例において、モータはリニア型
超音波モータに限らず、円環型など、他の超音波モータ
にも当てはまる。さらに、使用の目的は、カメラのマニ
ュアルフォーカス以外のズーミングや、XYステージの駆
動などにも応用可能である。

［発明の効果］以上詳述したように本発明によれば、通常の制御感覚
を損なうことなく、広い速度域にわたって、異和感が少
なく、安定した駆動電圧の間欠印加による低速駆動が行
なえる超音波モータの駆動装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第９図は本発明の第１実施例を説明するた
めのもので、第１図は電気回路を示すブロック図、第２
図は駆動回路を詳細に示すブロック図、第３図は撮影レ
ンズの構成を示す断面図、第４図は１眼レフカメラの外
観図、第５図はマニュアルフォーカス操作部の構成を示
す斜視図、第６図はマニュアルフォーカシングの動作を
説明するフローチャート、第７図はマニュアルフォーカ
スの操作ダイヤルの回転速度とレンズ駆動速度との関係
を示すグラフ、第８図は駆動電圧の連続印加時間と印加
周期との関係を示すグラフ、第９図は超音波モータに対
する駆動電圧の連続印加時間と駆動速度との関係を示す
グラフ、第10図は本発明の第２実施例を説明するための
駆動電圧の印加周期と連続印加時間との関係を示すグラ
フ、第11図は本発明の第３実施例を説明するためのフロ
ーチャートである。 31〜41……レンズ群、35……固定枠、36……移動枠、37
……リニア型超音波モータ、38……磁気スケール、39…
…磁気センサ、45……撮影レンズ、47……マニュアルフ
ォーカスの操作ダイヤル、53a,53b……円盤、54a,54b…
…フォトインタラプタ、61,62……速度・方向検出回
路、63……CPU、64……ROM、65……駆動回路、70a……
パルスジェネレータ、70b……印加中断信号発生部、71,
72……データラッチ、73……タイマカウンタ、74,75…
…デジタルコンパレータ、76……SR型ラッチ。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】超音波モータの圧電体に印加する駆動電圧
を発生する駆動電圧発生手段と、前記駆動電圧の連続印加時間および印加周期を制御する
とともに間欠的に駆動電圧を印加させる駆動電圧制御手
段と、前記駆動電圧の連続印加時間の下限値を記憶する記憶手
段と、前記駆動電圧の連続印加時間が前記下限値を下回らない
ように連続印加時間の短縮を制限する短縮時間制限手段
とを具備し、前記駆動電圧の連続印加時間を制御することにより、超
音波モータの駆動速度を制御することを特徴とする超音
波モータの駆動装置。
【請求項２】前記連続印加時間が前記下限値に至った後
は、前記駆動電圧の印加周期を制御することにより超音
波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記載の超音波モータの駆動装置。