JP3184030B2 - 超音波モータの駆動回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超音波モータの駆動回
路、詳しくは、電気−機械エネルギー変換素子に交流信
号を印加することにより被駆動体を駆動する超音波モー
タの駆動回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、超音波モータの駆動回路におい
て、高周波発振を分周して駆動周波数発生するディジタ
ル発振方式は種々提案されるところにあり、たとえば、
特開平２−１８４２７７号公報および特開平３−７４１
８１号公報には、高周波発振器の出力をカウンタ等で分
周し、カウンタのカウント数を制御することにより超音
波モータの駆動周波数を設定する技術手段が開示されて
いる。

【０００３】図１２は、該従来の超音波モータの駆動回
路の一例を示したブロック図である。

【０００４】この超音波モータの駆動回路は、超音波モ
ータ５の駆動電圧ＶＡ，ＶＢを生成する電力増幅回路４
と、発振回路１からの発振信号に基づいて該電力増幅回
路４への駆動信号を生成する分周回路２，パルス変換回
路３と、該分周回路２，パルス変換回路３を制御する制
御回路８と、上記超音波モータ５の回転を検出するエン
コーダ６と、上記超音波モータ５のオン・オフを指示す
るスイッチである操作部材７とで主要部が構成されてい
る。

【０００５】上記各回路のうち、超音波モータ５を駆動
する電力増幅回路４には、図示しないパワー系電源より
電源電圧ＶＥが供給され、また、その他の回路、すなわ
ち発振回路１，分周回路２，パルス変換回路３，制御回
路８，エンコーダ６等には、図示しないＩＣ回路系の定
電圧電源より定電圧Ｖｃｃφが供給されている。

【０００６】上記超音波モータ５は、上記駆動電圧Ｖ
Ａ，ＶＢが印加されることにより回転するようになって
いて、該超音波モータ５の回転はエンコーダ６により検
出され、その回転量に比例したパルス信号が制御回路８
に入力されるようになっている。上記制御回路８は、上
記エンコーダ６の出力および操作部材７の出力に基づい
て駆動周波数を決定する、分周回路２へのディジタル信
号や、オン／オフ等の各種制御信号を発生するようにな
っている。すなわち、操作部材７がオンされると、分周
回路２およびパルス変換回路３に所定の数値をロードし
て動作状態とし、エンコーダ６により検出する速度を一
定に保つように該分周回路２への信号を変化させること
により、駆動周波数を増減させるようになっている。

【０００７】この技術手段によると、水晶発振子等を用
いていることより温度依存性がなく正確な発振周波数を
得ることができ、また、モータ毎の周波数調整にディジ
タルメモリを用いることが可能なため、自動化、コスト
ダウンが容易となっている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平２−１８４２７７号公報および特開平３−７４１８
１号公報等に開示されている超音波モータの駆動回路
は、その一例を示した図１２に示すように、高周波発振
器および高周波で動作するディジタル回路、たとえば、
発振回路１，分周回路２の電源と、速度フィードバック
等の高速処理が必要である制御回路系、たとえば、パル
ス変換回路３，制御回路８等の電源とが共通となってい
る（電圧Ｖｃｃφ）。

【０００９】上記発振回路１は、一般に消費電流が大き
く、外部電源が電池である場合、その消耗も大きい。こ
の事情に鑑み、すなわち消費電流を低減するために駆動
回路全体の電圧を下げる等の策を講じることも考えられ
る。しかしながら、上記制御回路８等の制御回路は、速
度フィードバック等で高速処理が必要であり、供給され
る電源電圧が低電圧となると、カメラの測光やオートフ
ォーカス制御等の精度が低下する虞があるほか、動作が
困難となる虞もある。

【００１０】また、超音波モータ停止中も所定の出力を
維持したり、操作スイッチの検出等各種制御が兼ねられ
ていることが多く、供給電源を遮断することも容易では
ない。加えて、該制御回路８は上記発振回路１よりも少
ない消費電流で動作可であるため、消費電流低減に寄与
する割合は小さく、駆動回路全体の電源電圧低下は、弊
害が大きい。

【００１１】また、上記技術手段には、制御部の演算と
発振部電源のオン・オフの記述がなく、たとえば、当該
超音波モータを直流モータと同様に、演算直後に駆動す
る際に、駆動回路をイネーブルしてもすぐに発振が安定
しないという不具合もある。

【００１２】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであり、超音波モータを正確にかつ安定して駆動で
き、加えて消費電流の少ない、超音波モータの駆動回路
を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明による第１の超音波モータの駆動回路は、電
気−機械エネルギー変換素子に交流信号を印加すること
により被駆動体を目標位置まで駆動する、超音波モータ
の駆動回路において、上記交流信号の周波数よりも高い
周波数の信号を発生する発振手段と、この発振手段の出
力を分周する分周手段と、この分周手段により分周され
た信号を増幅することにより、上記交流信号を発生する
増幅手段と、上記分周手段を制御し、上記交流信号の周
波数を増減することによって上記超音波モータの駆動状
態を制御する制御手段と、少なくとも上記制御手段に電
源を供給する電源手段と、この電源手段からの出力電圧
を降圧する降圧手段と、この降圧手段の出力電圧を少な
くとも上記発振手段に印加する通電手段と、を具備し、
上記制御手段は、上記通電手段を制御して上記発振手
段への通電を行った後、該発振手段の発振が安定する時
間の経過後に上記超音波モータの駆動制御を開始するよ
う制御することを特徴とする。

【００１４】上記の目的を達成するために本発明による
第２の超音波モータの駆動回路は、上記第１の超音波モ
ータの駆動回路において、上記発振手段の発振が安定す
るまでの時間内に、上記被駆動体を上記目標位置まで駆
動するための上記超音波モータの駆動量を演算する演算
手段を具備したことを特徴とする。

【００１５】

【００１６】

【００１７】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。

【００１８】図１は、本発明の第１実施例である超音波
モータの駆動回路の構成を示すブロック図である。以
下、信号の流れに沿って説明する。

【００１９】図に示すように、該駆動回路は、図示しな
いＩＣ回路系用の定電圧電源からの定電圧Ｖｃｃφと、
同じく図示しないパワー回路系用の電源からの電源電圧
ＶＥの２つの電源電圧の供給を受けている。上記ＩＣ回
路系電源から供給された定電圧Ｖｃｃφはダイオード９
ａ，９ｂで電圧降下され、電圧Ｖｃｃ１として発振回路
１，分周回路２に印加されるようになっている。上記定
電圧Ｖｃｃφは、一方で、電圧降下することなくパルス
変換回路３，エンコーダ６，操作部材７，制御回路（Ｃ
ＰＵ）８にそれぞれ印加されるようになっている。ま
た、電圧ＶＥは電力増幅回路４に印加されるようになっ
ている。

【００２０】すなわち、高速動作が必要で比較的高電圧
を印加すべき制御回路８等には、高電圧のＶｃｃφを印
加し、また、比較的大電流を必要とする発振回路１，分
周回路２には、上記電圧Ｖｃｃφより低い電圧Ｖｃｃ１
を印加して、消費電力を低下するようになっている。

【００２１】図２は、上記発振回路１の構成を詳しく示
した電気回路図である。

【００２２】図に示すように、該発振回路１は、インバ
ータ２１，抵抗２３，発振子２４，コンデンサ２５，２
６で発振ループが構成され、該発振ループの出力信号が
シュミットトリガ２２において波形整形されて原振φＯ
ＳＣとして出力されるようになっている。該原振φＯＳ
Ｃは上記分周回路２に入力され、制御回路８で設定され
た数だけダウンカウントされて所定の周波数のパルス信
号φ0 が出力されるようになっている。なお、該発振回
路１には、上述したようにダイオード９ａ，９ｂで電圧
降下された定電圧Ｖｃｃ１が印加されるようになってい
る。

【００２３】図３は、上記分周回路２の構成を詳しく示
した電気回路図であり、また、図４は、該分周回路２の
各入出力端子に係る信号の状態を示したタイムチャート
である。なお、図４中、カウント数はｎ＋１とする。

【００２４】図に示すように、該分周回路２は、８ビッ
ト周期型プリセッタブルダウンカウンタで構成され、カ
ウント数データＰ1 〜Ｐ8 ，カウント数セット信号Ｓ，
リセット信号Ｒが制御回路８から印加されるようになっ
ている。そして、該分周回路２のキャリーアウトＣＯ
（バー）端子からは信号φ0 が出力され、かつ同期プリ
セットＳＰＥ（バー）端子に入力されている。なお、制
御回路８に印加される定電圧Ｖｃｃφと、分周回路２に
印加される定電圧Ｖｃｃ１とが異なるため、そのレベル
差を吸収する目的で上記制御回路８の出力はオープンド
レインとし、電圧Ｖｃｃ１にプルアップされている。

【００２５】図５は、上記パルス変換回路３の構成を詳
しく示した電気回路図であり、また、図６は、該パルス
変換回路３の各入出力端子に係る信号の状態を示したタ
イムチャートである。なお、図６中、信号ＶＡ，ＶＢ
は、超音波モータ５（図１参照）への印加電圧信号であ
る。

【００２６】該パルス変換回路３は図に示すようなシフ
トレジスタを用いたものであり、上記分周回路２からの
出力信号φ0 はパルス変換回路３のＣＬＫ端子に入力さ
れ、４相の信号φ1 〜φ4 に変換された後、出力端子Ｑ
１〜Ｑ４から出力するようになっている。また、該パル
ス変換回路３のＬＯ（バー）端子には上記制御回路８か
らのＬＯＡＤ信号が入力されるようになっており、該Ｌ
ＯＡＤ信号によって入力端子Ｄ1 〜Ｄ4 に入力されるデ
ータがロードされ、該データは、ＣＬＫ端子に入力され
る上記信号φ0 の立上がりに同期してシフトされるよう
になっている。

【００２７】また、アンドゲートＡＮ１〜４には、上記
制御回路８からのＯＮ／ＯＦＦ信号が入力され、該ＯＮ
／ＯＦＦ信号により上記信号φ1 〜φ4 の出力が許可あ
るいは禁止されるようになっている。これは、超音波モ
ータ５（図１参照）のオン／オフの機能となる。

【００２８】図７は、上記電力増幅回路４の構成を詳し
く示した電気回路図である。

【００２９】上記パルス変換回路３からの出力信号φ1
〜φ4 は電力増幅回路４における各ＭＯＳ型トランジス
タ３１〜３４のゲートに入力されるようになっている。
該ＭＯＳ型トランジスタ３１，３２の出力はトランス３
５の一次側両端に、また、ＭＯＳ型トランジスタ３３，
３４の出力は、トランス３６の一次側両端にそれぞれ接
続されいる。これにより、上記信号φ1 〜φ4 により該
ＭＯＳトランジスタ３１〜３４がオン・オフされること
により、上記各トランス３５，３６の２次側に超音波モ
ータ５への印加電圧ＶＡ，ＶＢが発生するようになって
いる。

【００３０】図１に戻って、上記超音波モータ５は、本
実施例では進行波型超音波モータを採用しており、上記
電圧ＶＡ，ＶＢが印加されることにより回転するように
なっている。該超音波モータ５の回転はエンコーダ６に
より検出され、その回転量に比例したパルス信号が制御
回路８に入力されるようになっている。操作部材７は、
たとえば上記超音波モータ５のオン・オフを指示するス
イッチである。

【００３１】制御回路８は、上記エンコーダ６の出力お
よび操作部材７の出力に基づいて駆動周波数を決定す
る、分周回路２の入力端子Ｐ1 〜Ｐ8 （図３参照）への
ディジタル信号や、オン／オフ等の各種制御信号を発生
するようになっている。すなわち、操作部材７がオンさ
れると、分周回路２およびパルス変換回路３に所定の数
値をロードして動作状態とし、エンコーダ６により検出
する速度を一定に保つように該分周回路２の入力端子Ｐ
1 〜Ｐ8への信号を変化させることにより、駆動周波数
を増減させるようになっている。

【００３２】本第１実施例によれば、制御回路８には高
速動作を保証できる、比較的高電圧の定電圧Ｖｃｃφを
印加でき、かつＶｃｃφよりもやや低電圧で動作する
が、必要な電流が大である発振回路１には、比較的低電
圧の定電圧Ｖｃｃ１を印加することにより、電流を低減
させられるので、低消費電力かつ制御性のよい超音波モ
ータの駆動回路を実現できる。

【００３３】なお、本実施例では、上記分周回路２には
比較適低電圧の電圧Ｖｃｃ１を印加しているが、上記電
圧Ｖｃｃφを印加した場合においても、十分低消費電力
を得ることができる。

【００３４】次に、本発明の第２実施例の超音波モータ
の駆動回路について説明する。

【００３５】図８は、上記第２実施例の超音波モータの
駆動回路の構成を示すブロック図であり、また、図９
は、該第２実施例の超音波モータの駆動回路の主要部の
動作を示すタイミングチャートである。

【００３６】この第２実施例の超音波モータの駆動回路
は、上記第１実施例とほぼ同等の構成をなすが、電圧降
下手段としてのダイオード９ａ，９ｂ（図１参照）のか
わりにスイッチングトランジスタを配設している点が異
なっている。以下、相違点のみを信号の流れに沿って説
明する。

【００３７】該第２実施例では、上記第１実施例と同様
の定電圧Ｖｃｃφをスイッチングトランジスタ４１によ
って電圧降下し、発振回路１，分周回路２へ供給する電
圧Ｖｃｃ１を設定している。また、該スイッチングトラ
ンジスタ４１のベースに入力するスイッチング制御信号
ＯＳＣＯＮは、制御回路８から送出されるようになって
いる。

【００３８】本第２実施例における上記制御回路８中に
は、不図示のタイマーが内蔵され、所定時間をカウント
することが可能となっている。該制御回路８は、超音波
モータ５を使用しない際には、上記スイッチング制御信
号ＯＳＣＯＮを“Ｈ”レベルにしており、発振回路１お
よび分周回路２への通電を禁止している。

【００３９】また、超音波モータ５を使用する場合は、
図９に示すように、制御回路８は、まず該スイッチング
制御信号ＯＳＣＯＮを“Ｌ”レベルにしてスイッチング
トランジスタ４１をオンさせる。これにより上記発振回
路１および分周回路２の通電が開始され、該発振回路１
では発振が始まる。その後、制御回路８は発振回路１の
発振が安定する時間をタイマでカウントした後、超音波
モータ５の駆動を開始させる。

【００４０】本第２実施例によれば、超音波モータの駆
動時以外は、発振回路１を含む回路の電源をオフして消
費電流を大幅に低減できる。また、再度発振させる際に
タイマで発振安定まで待ってから超音波モータの駆動制
御を開始するため、発振不安定による不具合を防止でき
るという効果が奏される。

【００４１】次に、本発明の第３実施例の超音波モータ
の駆動回路について説明する。

【００４２】本第３実施例は、一眼レフレックス方式の
カメラにおけるフォーカスレンズ駆動に超音波モータを
用いる場合の例である。

【００４３】図１０は、本第３実施例の超音波モータの
駆動回路が適用される一眼レフレックス方式のカメラの
主要部構成を示すブロック図である。

【００４４】このカメラは、カメラボディ５１およびレ
ンズユニット５２とで構成され、該カメラボディ５１に
は、同カメラボディの制御を行うＢＣＰＵ５９，バッテ
リ６２，ＤＣ−ＤＣコンバータ６１，ＡＦセンサモジュ
ール６３，およびＩＣ回路系用の定電圧Ｖｃｃφを上記
レンズユニット５２に供給する接点ピンＰ１１，シリア
ル通信用接点群Ｐ１２，パワー回路系用の電源電圧ＶＥ
をレンズユニット５２に供給する接点ピンＰ１３，さら
にレンズユニット５２とのグランドライン接点ピンＰ１
４により主要部が構成されている。

【００４５】上記ＡＦセンサモジュール１３は、たとえ
ば、いわゆるＴＴＬ位相差検出方式によるもので、フィ
ルム面での焦点ずれ量に相当する信号を出力し、その信
号を上記ＢＣＰＵ５９で演算して焦点ずれ量（デフォー
カス量）を算出するようになっている。

【００４６】一方、レンズユニット５２は、通常の機能
を有する撮影光学系５３，カメラボディ側接点ピンＰ１
１〜Ｐ１４に対応するレンズ側接点ピンＰ１１′〜Ｐ１
４′、およびレンズユニット制御と超音波モータ制御と
を含む各種制御を行うＬＣＰＵ５８を含む超音波モータ
の駆動回路により主要部が構成されている。

【００４７】この第３実施例の超音波モータの駆動回路
は、上記第１，第２実施例の駆動回路とほぼ同等な構成
をなすが、分周回路２には比較的高電圧の電圧Ｖｃｃφ
が印加され、また、操作部材７が省略されている。さら
に発振回路１に印加する比較的低電圧の電圧Ｖｃｃ１
は、スイッチングトランジスタ５５でオン・オフ可能で
かつツェナーダイオード５４により電圧降圧している点
が異なっている。

【００４８】また、ＬＣＰＵ５８は、上記ＢＣＰＵ５９
よりデフォーカス量と駆動指令を受信すると、該デフォ
ーカス量を駆動パルス数に変換する演算を行い、該パル
ス数分だけ超音波モータ５を駆動制御する機能を有す
る。

【００４９】次に、該第３実施例の超音波モータの駆動
回路におけるオートフォーカス動作を図１１に示すフロ
ーチャートを参照して説明する。

【００５０】まず、不図示のオートフォーカススイッチ
が操作されると（ステップＳ１１）、ＢＣＰＵ５９はＡ
Ｆセンサモジュール６３を制御して焦点検出動作を行わ
せ（ステップＳ１２）、デフォーカス量を算出し（ステ
ップＳ１３）、レンズユニット５２に対しシリアル通信
接点群Ｐ１２およびＰ１２′を介してデフォーカス量と
通信コマンドを送信する（ステップＳ１４）。

【００５１】一方、ＬＣＰＵ５８は、レンズユニット５
２がカメラボディ５１に装着されると、スイッチングト
ランジスタ５５はオフの状態にして待機し（ステップＳ
１）、カメラボディ５１からのデフォーカス量および駆
動コマンドを受信する（ステップＳ２）。次に、スイッ
チングトランジスタ５５（ＳＷＴｒ５５）をオンさせて
発振回路１を起動させ（ステップＳ３）、それと同時に
デフォーカス量をパルス数に変換する演算を開始する
（ステップＳ４）。

【００５２】演算が終了すれば、超音波モータ５（ＵＳ
Ｍ）駆動開始のため、データのカウンタ，レジスタへの
ロード等、上記第１実施例で述べた制御を行い、ＵＳＭ
駆動を開始させる（ステップＳ５）。次に、エンコーダ
６からの駆動パルスをカウントし、上記演算により得ら
れたパルス数と比較して、所定パルスに満たなければ引
き続き駆動を行い（ステップＳ６）、所定パルスに達し
たら超音波モータ５（ＵＳＭ）を停止して（ステップＳ
７）、カメラボディ５１へ駆動が終了したことをコマン
ドとして送信する（ステップＳ８）。その後、上記スイ
ッチングトランジスタ５５（ＳＷＴｒ５５）をオフし
（ステップＳ９）、オートフォーカス動作が終了する
（ステップＳ１０）。

【００５３】一方、カメラボディ５１はレンズユニット
５２からの駆動終了コマンドを受信して（ステップＳ１
５）、オートフォーカス動作が終了したことを認識し、
動作を終了する（ステップＳ１６）。

【００５４】本第３実施例の超音波モータの駆動回路に
おいては、発振回路１へ供給する比較的低電圧の電圧Ｖ
ｃｃ１をツェナーダイオード５４を用いて電圧降圧して
いるので、上記第１，第２実施例と同様に総消費電力が
少なくなっている。さらに、スイッチングトランジスタ
５５を超音波モータを使用するときのみオンして該発振
回路１への電源供給を制御しているため、カメラボディ
５１から駆動コマンドが送信された後、まず該スイッチ
ングトランジスタ５５をオンさせてから演算処理を行
い、その後に超音波モータ５の駆動を開始させることが
でき、同スイッチングトランジスタ５５をオンしてから
発振が安定するまでの時間を有効に用い、トータルの処
理・動作時間を少なくできる上、発振不安定による超音
波モータ動作不良を防止できるという効果が奏される。

【００５５】なお、本第３実施例において上記ステップ
Ｓ４（図１１参照）で行っている処理は、演算以外の、
駆動コマンドを受けてから超音波モータを駆動するまで
に必要な如何なる処理でもよく、その時間が発振安定よ
り前に終了する場合は上記第２実施例に示したようなタ
イマを用いてもよい。また、発振回路１に供給する電源
のオン・オフ制御手段や、電圧降下手段は他の方法を用
いてもよいことはいうまでもない。また、本第３実施例
の超音波モータの駆動回路は、レンズ単独で焦点検出で
きる場合や、撮影光学系とカメラボディが一体となった
カメラにも応用することができる。

【００５６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、超
音波モータを正確にかつ安定して駆動でき、加えて消費
電流の少ない、超音波モータの駆動回路を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例である超音波モータの駆動
回路の構成を示すブロック図である。

【図２】上記第１実施例の超音波モータの駆動回路にお
ける発振回路の構成を詳しく示した電気回路図である。

【図３】上記第１実施例の超音波モータの駆動回路にお
ける分周回路の構成を詳しく示した電気回路図である。

【図４】上記第１実施例の超音波モータの駆動回路にお
ける分周回路の各入出力端子に係る信号の状態を示した
タイムチャートである。

【図５】上記第１実施例の超音波モータの駆動回路にお
けるパルス変換回路の構成を詳しく示した電気回路図で
ある。

【図６】上記第１実施例の超音波モータの駆動回路にお
けるパルス変換回路の各入出力端子に係る信号の状態を
示したタイムチャートである。

【図７】上記第１実施例の超音波モータの駆動回路にお
ける電力増幅回路の構成を詳しく示した電気回路図であ
る。

【図８】本発明の第２実施例である超音波モータの駆動
回路の構成を示すブロック図である。

【図９】上記第２実施例の超音波モータの駆動回路の主
要部の動作を示すタイミングチャートである。

【図１０】本発明の第３実施例である超音波モータの駆
動回路が適用される一眼レフレックス方式カメラの主要
部の構成を示すブロック図である。

【図１１】上記第３実施例の超音波モータの駆動回路に
おけるオートフォーカス動作を示したフローチャートで
ある。

【図１２】従来の超音波モータの駆動回路の一例の構成
を示すブロック図である。

【符号の説明】

１…発振回路 ２…分周回路 ３…パルス変換回路 ４…電力増幅回路 ５…超音波モータ ６…エンコーダ ７…操作部材 ８…制御回路 ９ａ，９ｂ…ダイオード

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02N 2/00 G02B 7/04 G03B 17/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電気−機械エネルギー変換素子に交流信号
   を印加することにより被駆動体を目標位置まで駆動す
   る、超音波モータの駆動回路において、 上記交流信号の周波数よりも高い周波数の信号を発生す
   る発振手段と、 この発振手段の出力を分周する分周手段と、 この分周手段により分周された信号を増幅することによ
   り、上記交流信号を発生する増幅手段と、 上記分周手段を制御し、上記交流信号の周波数を増減す
   ることによって上記超音波モータの駆動状態を制御する
   制御手段と、 少なくとも上記制御手段に電源を供給する電源手段と、 この電源手段からの出力電圧を降圧する降圧手段と、この降圧手段の出力電圧を少なくとも上記発振手段に印
   加する通電手段と、 を具備し、 上記制御手段は、上記通電手段を制御して上記発振手段
   への通電を行った後、該発振手段の発振が安定する時間
   の経過後に上記超音波モータの駆動制御を開始するよう
   制御する ことを特徴とする超音波モータの駆動回路。
2. 【請求項２】上記発振手段の発振が安定するまでの時間
   内に、上記被駆動体を上記目標位置まで駆動するための
   上記超音波モータの駆動量を演算する演算手段を具備し
   たことを特徴とする請求項１に記載の超音波モータの駆
   動回路。