JP4323898B2 - 振動型アクチュエータの制御装置、光学機器および振動型アクチュエータの制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、カメラ、レンズ装置および画像形成装置等の各種装置の駆動源として使用される振動型アクチュエータの制御に関するものである。

振動型アクチュエータ（以下、振動型モータという）は、電気モータのステータに該当する振動体に、圧電素子や圧電素子などの電気−機械エネルギ変換素子を取り付け、該素子に互いに位相の異なる複数の交番電圧やパルス信号等の周波信号を印加することにより、該振動体の表面に進行波振動を発生させ、該振動体の表面に圧接されているロータ（もしくは移動体）を駆動するように構成された非電磁駆動型のアクチュエータである。

振動型モータを滑らかに回転させ、かつ多少の環境条件の変動に対しても安定した速度で駆動するために、振動型モータを起動する際には、駆動周波数を高周波数側から徐々に低下させ、モータを起動できた後は、該モータの駆動速度を所望の駆動速度に近づけるために速度制御と位相制御とを行う方法が知られている。

速度制御は、ある周期でモータの駆動速度を検出し、得られた駆動速度と所望の駆動速度とを比較し、その差に応じて周波信号の周波数（駆動周波数）を増減させるというものである。

また、位相制御は、駆動用の電気−機械エネルギ変換素子に与える周波電圧と、センサ用の電気−機械エネルギ変換素子から得られる周波電圧の位相差を検出し、得られた位相差の情報に基づいて駆動周波数を制御する方法である。

速度制御は、振動型モータの駆動速度を安定的に高速に設定するとともに滑らかに停止させる意味合いを持つ。また、位相制御は、モータの最高速度が得られる共振周波数の近傍から駆動周波数がさらに低下しないように駆動周波数を制御し、振動型モータの急激な停止を避けるという意味合いを持っている。モータの起動時は周波数を一定周期で所定周波数ずつ低下させていき、起動した後は位相制御と速度制御を行い、停止時は速度制御のみ行う方法がよく用いられている。

ところで、従来の振動型モータの制御方法においては、モータの起動時に、その駆動対象である部材の動きが外力等によって阻止されているためにモータが起動できない場合には、その時点でモータの駆動処理を終了したり、再度、駆動周波数の高周波数から低周波数へのスキャンを行った後に駆動処理を終了したり、特許文献１にて提案されているような制御を行ったりしていた。

特許文献１にて提案の制御方法は、駆動周波数のスキャンを行ったにもかかわらず、モータを起動することができなかった場合には、すぐに駆動処理を終了せず、設定できる範囲の最高周波数からもう一度駆動周波数のスキャンを行うとともに位相制御も行って、駆動周波数が共振周波数よりも低くならない状態に保つようにするものである。
特開平６−６９９０号公報（段落００２９〜００８０、図３〜図７等）

しかしながら、前述した特許文献１にて提案の制御方法のように、振動型モータが起動できない状態で位相制御を行って周波数が共振周波数よりも低くならない状態に保とうとすると、モータの振動状態が不安定になり、モータからいわゆる鳴き（異音）が発生する場合があった。

また、駆動対象である部材が、外力によりその動きが阻止されていたり、可動範囲の端（メカ端）に当接した状態でそれ以上モータ駆動しようとしたりする場合にも、同様にモータの鳴きが発生する場合があった。

そこで、本発明は、振動型アクチュエータが外力等により起動できないときに、駆動処理を終了することなくモータからの鳴きの発生を抑制できるようにする制御装置を提供することを目的としている。

上記の目的を達成するために、本発明では、電気−機械エネルギ変換素子に周波信号を印加して振動体に振動を励起させ、該振動体とこれに接触する接触体とを相対駆動させる振動型アクチュエータの制御装置において、周波信号の周波数を第１の周波数と該第１の周波数よりも低い第２の周波数との間でスキャンする信号制御手段と、振動型アクチュエータの駆動を検出する検出手段とを有する。そして、信号制御手段は、周波信号の周波数を第１の周波数から第２の周波数まで連続的に減少させても検出手段によって振動型アクチュエータの駆動が検出されないときは、検出手段によって該振動型アクチュエータの駆動が検出されるあるいは所定時間が経過するまで、周波信号の周波数を、第２の周波数と、第１の周波数よりも低く前記第２の周波数よりも高い周波数で、前記第１の周波数よりも前記第２の周波数の方に値が近い第３の周波数との間で連続的に増減させることを繰り返す。

本発明によれば、振動型アクチュエータが本来駆動されている状態にあるべき第２の周波数を有する周波信号の印加状態であるにもかかわらず、外力等によって駆動が阻止されて実際には駆動されていない場合に、周波信号の周波数を第２の周波数と第３の周波数との間で連続的に（ないし周期的に）変化させるので、振動体の振動状態が不安定となることを回避して、いわゆる鳴き（異音）の発生を抑制することができる。

しかも、第３の周波数は、第１の周波数よりも低い周波数であるので、トルクの発生を維持しつつ、鳴きの発生を抑制することができる。特に、第３の周波数を第１の周波数よりも第２の周波数に近い周波数とすることにより、トルクの変化を小さく抑えることができる。

さらに、周波信号の周波数を周期的に変化させることにより、ランダムに変化させる場合に比べて、駆動阻止が解除された際に速やかに所望の駆動状態に移行させることができる。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

まず、図１２には、本発明の実施例１である振動型モータ（振動型アクチュエータ）を駆動源として備えたカメラシステム（光学機器）の概略構成を示している。このカメラシステム５０は、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子５３を備えたデジタルカメラ部５６と、このデジタルカメラ５６に一体的に設けられたレンズ部５５とから構成されている。なお、撮像素子５３に代えて感光フィルムを用いて撮影を行うフィルムカメラシステムにも本発明は適用することができる。また、デジタルカメラ部５６とレンズ部５５とが不図示のマウント構造を介して着脱可能となっているカメラシステムにも本発明は適用することができる。

同図において、９は振動型モータであり、５２は撮影光学系の一部を構成するフォーカスレンズである。振動型モータ９の駆動力は、フォーカス駆動機構５１を介してフォーカスレンズ５２に伝達され、これを図中に点線で示した光軸方向に移動させる。フォーカスレンズ５２が合焦位置に駆動された状態で、被写体像を撮像素子５３によって光電変換することにより、被写体像の電子画像情報が不図示の記録媒体（半導体メモリ、磁気ディスク、光ディスク等）に記録される。また、撮像素子５３からの出力信号に基づいて、位相差検出方式やコントラスト検出（ＴＶ−ＡＦ）方式により、フォーカスレンズ５２を合焦位置に移動させるためのフォーカス制御を行うこともできる。

図１には、上記カメラシステムに搭載された、振動型モータ９とその制御装置の構成を示すブロック図である。

同図において、１は信号制御手段としてのマイクロコンピュータであり、振動型モータ９の制御（本実施例では、フォーカス制御におけるフォーカスレンズ５２の駆動制御）のほか、カメラシステムの各種動作の制御を司る。２はＤ／Ａコンバータであり、マイクロコンピュータ１のディジタル出力信号（Ｄ／Ａｏｕｔ）をアナログ出力電圧に変換する。３は電圧制御発振器（以下、ＶＣＯという）であり、Ｄ／Ａコンバータ２のアナログ出力電圧に応じた周波電圧を出力する。

４は分周・移相器であり、ＶＣＯ３からの周波電圧を分周し、π／２位相差の矩形波を出力する。５，６は電力増幅器であり、分周・移相器４からの周波電圧を、振動型モータ９を駆動できる電圧と電流値に増幅する。７，８はマッチングコイルであり、電力増幅器５，６からの２相の周波信号は、それぞれマッチングコイル７，８を介して振動型モータ９に供給される。

振動型モータ９において、９ｂは円環状のステータ（振動体）であり、９ａはステータ９ｂの駆動面に接触するロータ（接触体）である。ステータ９ｂにおける駆動面の反対面には、図１１（Ａ）に示すように、Ａ相の圧電素子群Ａと、Ｂ相の圧電素子群Ｂと、センサ相の圧電素子Ｓとが、図示の位相および分極関係で貼り付けられている。センサ相の圧電素子Ｓは圧電素子群Ｂに対して４５°位相がずれた位置に配置されている。これらの各圧電素子は、それぞれ単独のものをステータ９ｂに貼り付けてもよいし、一体的に分極処理にて形成してもよい。圧電素子群Ａと圧電素子群Ｂに上述した２相の周波信号が印加されると、ステータ９ｂの駆動面には進行性の振動波が形成される。また、ステータ９ｂに振動波が形成されると、この振動波の状態に応じてセンサ用圧電素子Ｓから周波電圧が出力され、この周波電圧に基づいて振動型モータ９の駆動状態を検出することができる。なお、振動型モータ９が共振状態にあるときには、Ａ相の圧電素子群Ａに印加される周波信号の電圧とセンサ相からの周波電圧との位相関係が、圧電素子群Ａとセンサー用圧電素子Ｓとの位置関係に応じて決まる特定の関係を示す。本実施例の場合は、正転状態ではＡ相印加信号とＳ相出力信号との波形の位相が１３５°ずれたときに共振状態を示し、また、逆転状態では４５°ずれたときに共振状態を示す。そして、共振からずれるほど、上記位相関係もずれる。

そして、圧電素子群Ａと圧電素子群Ｂに印加する周波信号の周波数（以下、駆動周波数という）を変化させることにより、図１１（Ｂ）のグラフに示すような周波数−回転数（速度）特性で振動型モータ９を回転駆動することができる。図１１（Ｂ）中、グラフの最も高い回転数が得られる周波数が共振周波数ｆ０であるが、実際の制御においては、モータ９が回転をし始める周波数（ｆｍａｘ）と等しいスイープ開始周波数（第１の周波数）ｆ１と、共振周波数ｆ０よりも所定の余裕量分高く設定されたスイープ下限周波数（第２の周波数）ｆ２との間で周波数が制御される。

図１において、１０はパルス板であり、図に示すように放射方向に複数のスリットが形成された円板である。パルス板１０には、ギヤ１１を介して振動型モータ９の出力軸からの回転が伝達される。また、ギア１１はギヤ１２と噛み合っており、ギヤ１２は、図１２中のレンズ部５５を構成するレンズ鏡筒１３の外周ギア部に噛み合っている。

１４はレンズ鏡筒１３に保持されたレンズ（図１２に示したフォーカスレンズ５２）である。１５はフォトインターラプタであり、パルス板１０の回転に伴ってスリットからの透過光を受光したり受光しなかったりすることによりパルス信号を生成する。

検出回路１６はフォトインターラプタ１５からの微小信号を増幅してディジタル信号（パルス信号）に変換する。１７はｕｐ／ｄｏｗｎカウンタで、パルス板１０の回転により生ずるパルス信号をカウントする。このパルス信号をカウントすることにより、レンズ鏡筒１３（フォーカスレンズ５２）の駆動量を検出することができる。

１８はレンズデータ用メモリであり、撮影光学系に固有の開放Ｆ値や焦点距離、フォーカスレンズ５２を駆動する際の速度テーブルなどが格納されている。

１９，２０は位相コンパレータであり、Ａ相への印加波形とＳ相からの出力波形とを波形分圧抵抗２１，２２で作られる基準電圧と比較することによって、Ａ相への印加波形とＳ相からの出力波形をマイクロコンピュータ１に入力できるように整形する。

次に、マイクロコンピュータ１の各端子について説明する。ＤＩＲ１は、ｕｐ／ｄｏｗｎカウンタ１７のカウント方向を指示する出力端子であり、“Ｈ”でｕｐ、“Ｌ”でｄｏｗｎを指示する。ＰＵＬＳＥ ＩＮは、ｕｐ／ｄｏｗｎカウンタ１７のカウント値の入力端子である。ＭＯＮは、検出回路１６の出力を直接モニタするための入力端子である。ＲＥＳＥＴは、ｕｐ／ｄｏｗｎカウンタ１７のリセットを指示する出力端子であり、“Ｈ”でリセットを指示する。

ＣＮＴ ＥＮ／ＤＩＳは、ｕｐ／ｄｏｗｎカウンタ１７のカウント可能／禁止指示の出力端子であり、“Ｈ”で可能を、“Ｌ”で禁止を指示する。Ｄ／Ａｏｕｔは、Ｄ／Ａコンバータ２への出力端子である。ＤＩＲ２は、振動型モータ９の回転方向を切り換えるために、振動型モータ９に加える２相の周波電圧の位相差を９０°、２７０°に変更する指示を分周・移相器４に与えるための出力端子である。ＵＳＭ ＥＮ／ＤＩＳは、分周・移相器４の出力のＯＮ／ＯＦＦを指示するための出力端子であり、“Ｈ”でＯＮを、“Ｌ”でＯＦＦを指示する。ＡＩＮ、ＳＩＮはそれぞれ、Ａ相、Ｓ相の波形をコンパレータ１９、２０で整形した信号の入力端子である。

ＡＤＤＲＥＳＳは、レンズデータ用メモリ１８のアドレスを指定するための出力端子であり、どのデータを入力するのかを指定する。ＤＡＴＡ ＩＮは、ＡＤＤＲＥＳＳ端子からの信号で指定された、レンズデータ用メモリ１８上のアドレスに格納されているデータの入力端子である。

次に、本実施例における制御動作を説明する。図３、図４、図５、図６、図７および図８は、図１に示したマイクロコンピュータ１に内蔵されたＲＯＭ（図示せず）に記憶されたプログラムの内容を示すフローチャートであり、マイクロコンピュータ１は該フローチャートに従って制御動作を実行する。なお、図３および図４のフローは、丸囲みの符号Ａが付された部分で互いにつながっている。

振動型モータ９の駆動制御ルーチン（本実施例では、フォーカスレンズ５２の駆動制御ルーチン）に入ると、まず図３に示すステップ（図ではＳと略す）３０１が実行される。

ステップ３０１では、マイクロコンピュータ１は、ｕｐ／ｄｏｗｎカウンタ１７の初期値をＰＵＬＳＥ ＩＮ端子より入力し、変数ＦＰＣ０に格納する。

次に、ステップ３０２では、変数ＦＭＡＸの値を変数ＦＲＥＱに転送する。なお、変数ＦＭＡＸは、前回振動型モータ９を駆動したときの駆動周波数をもとに決めた初期周波数であり、前回正常に停止した場合は、動き出したことが確認されたときの駆動周波数が不図示のＲＡＭ等のメモリに格納されている。また、これらの変数ＦＭＡＸおよびＦＲＥＱとしては、実際にＤ／Ａｏｕｔ端子に出力される値がそのまま格納されており、値が小さいほど駆動周波数は高くなる。

次に、ステップ３０３では、ステップ３０２で設定されたＦＲＥＱの値をＤ／Ａｏｕｔ端子へ出力する。これによりＤ／Ａコンバータ２は、Ｄ／Ａｏｕｔ端子より出力されたディジタル電圧値をアナログ電圧に変換してＶＣＯ３に出力する。ＶＣＯ３は、Ｄ／Ａコンバータ２が出力した電圧を周波数に変換して分周・移相器４に出力する。

ステップ３０４では、モータ９の回転方向を判別し、正転の場合はステップ３０５へ進み、逆転の場合はステップ３０６へ進む。

ステップ３０５では、回転方向が正転であるので、ＤＩＲ１端子に“Ｈ”を出力して、ｕｐ／ｄｏｗｎカウンタ１７のカウント方向をアップ方向に設定する。また、ＤＩＲ２端子に“Ｈ”を出力して分周・移相器４の出力する信号Ａ（圧電素子群Ａへの印加信号）と信号Ｂ（圧電素子群Ｂへの印加信号）の位相差を９０°に設定し、ステップ３０７に進む。

ステップ３０６では、回転方向が逆転であるので、ＤＩＲ１端子に“Ｌ”を出力して、ｕｐ／ｄｏｗｎカウンタ１７のカウント方向をダウン方向に設定する。また、ＤＩＲ２端子に“Ｌ”を出力して分周・移相器４の出力する信号Ａと信号Ｂの位相差を２７０°に設定し、ステップ３０７に進む。

ステップ３０７では、ＣＮＴ ＥＮ／ＤＩＳ端子に“Ｈ”を出力し、ｕｐ／ｄｏｗｎカウンタ１７をカウントイネーブル状態にする。

ステップ３０８では、ＵＳＭ ＥＮ／ＤＩＳ端子に“Ｈ”を出力し、分周・移相器４の出力信号Ａ，Ｂをイネーブル状態にする。これにより分周・移相器４は、ＶＣＯ３が出力した電圧に応じた周波数と、ＤＩＲ２端子から出力された信号のレベルに応じた位相差を持つ信号Ａ，Ｂを出力する。出力された信号Ａ，Ｂは電力増幅器５および６によって増幅され、マッチングコイル７，８を介して圧電素子群Ａ，Ｂにそれぞれ印加される。これにより、振動型モータ９は回転を始めようとする。

次に、ステップ３０９では、変数ＴＩＭＥＲに０を格納する。なお、変数ＴＩＭＥＲは、モータ９の回転が検出されないときに所定時間が経過するごとに周波数を所定周波数ずつ下げていくときの該所定時間を計測するためのカウンタである。

次に、ステップ３１０では、変数ＦＲＥＱに定数ＡＣＣＥＬ１を加えて、変数ＦＲＥＱに格納する。

次に、ステップ３１１では、Ｄ／Ａｏｕｔ端子に変数ＦＲＥＱの値を出力する。

また、ステップ３１２では、ｕｐ／ｄｏｗｎカウンタ１７よりカウンタ値を入力し、変数ＦＰＣに格納する。

次に、ステップ３１３では、変数ＦＰＣとＦＰＣ０とを比較し、これらが等しい場合はステップ３１５へ進み、等しくない場合はステップ３１４へ進む。すなわち、検出回路１６がパルス板１０の回転を検出して、ｕｐ／ｄｏｗｎカウンタ１７がカウント動作を行った場合にはＦＰＣ≠ＦＰＣ０となるので、ステップ３１４へ進む。また、パルス板１０の回転が検出されない場合は、ＦＰＣ＝ＦＰＣ０となるので、ステップ３１５へ進む。

ステップ３１４では、ステップ３１３でパルス板１０の回転が検出されたので、そのときの周波数ＦＲＥＱを変数ＦＭＡＸに格納する。

ステップ３１５では、位相制御（詳細は図７を用いて後述する）を行い、一定時間毎に周波数を下げていっても共振周波数より低い周波数にならないようにする。そして、ステップ３１６に進む。

ステップ３１６では、ステップ３１５の位相制御サブルーチンにおいて、位相差が共振状態に接近したことを示すフラグＰＦＬＡＧの状態を判別する。ＰＦＬＡＧが１、すなわち駆動周波数が、下限周波数ｆ２に達して、これ以上周波数を下げられない場合はステップ３１７へ進む。ＰＦＬＡＧが０、すなわち周波数がまだ下限周波数ｆ２に達していないときはステップ３１８へ進む。

ステップ３１７では、後述する駆動周波数の三角波スキャンを行う。

ステップ３１８では、変数ＴＩＭＥＲをインクリメントする。

ステップ３１９では、ＴＩＭＥＲが所定時間ＴＩＭＥ ＬＭＴ１に等しいか否かを判断し、等しい場合はステップ３０９に進む。また、等しくない場合はステップ３１１へ進む。ここでは、所定時間ごと（ステップ３１９でＴＩＭＥＲ＝ＴＩＭＥ ＬＭＴ１になるたびごと）にステップ３１０を通って駆動周波数を下げるための処理を行っている。あまり急激に駆動周波数を下げないためである。したがって、ステップ３１９の分岐がＮＯのときは、まだ駆動周波数を下げる必要がないのでステップ３１１に進み、所定時間経つまで駆動周波数はそのままで待機する。

次に、図４に示すステップ４０１では、モータ９の回転方向を判別し、正転の場合はステップ４０２に、逆転の場合はステップ４０３に進む。

ステップ４０２では、ＡＩＮ端子とＳＩＮ端子から入力したＡ相とＳ相の位相差が、１３５°＋位相余裕値ＲＯＯＭ２２よりも小さいか否かを判別する。小さい場合はステップ４０４へ進み、そうでない場合はステップ４０５へ進む。

ステップ４０３では、ＡＩＮ端子とＳＩＮ端子から入力したＡ相とＳ相の位相差が、４５°＋位相余裕値ＲＯＯＭ１２よりも小さいか否かを判別する。小さい場合はステップ４０４へ進み、そうでない場合はステップ４０５へ進む。

ステップ４０４では、位相差が共振状態からさらに進みつつあるので、周波数を所定値ＡＣＣＥＬ５だけ高い方へ戻す。

ステップ４０５では、位相差が共振状態に対して余裕があるので、速度制御を行う。

ステップ４０６では、モータ９（フォーカスレンズ５２）の駆動残量（位相差検出方式により検出されたフォーカスレンズ５２の合焦位置までの駆動残量や、コントラスト検出方式における合焦位置検索のためのフォーカスレンズ５２の所定微小量駆動に際しての駆動残量）を示す変数ＦＲＰＣが０以下か否かを判別する。ＦＲＰＣ＞０のときは、駆動残量がまだあるのでステップ４０１に戻り、ＦＲＰＣ≦０のときは駆動残量がゼロ（目標駆動量だけの駆動が終了した）か、あるいは目標駆動量に対してオーバーランしたのでステップ４０７に進む。ステップ４０７では、図５に示す駆動処理の終了サブルーチンに進む。

図５の駆動処理終了サブルーチンにおいて、ステップ５０１では、マイクロコンピュータ１は、ＵＳＭ ＥＮ／ＤＩＳ端子に“Ｌ”を出力し、分周・移相器４の出力信号Ａ，Ｂをディスエーブル状態にする。これによりモータ９は駆動を停止する。

次に、ステップ５０２では、ＣＮＴ ＥＮ／ＤＩＳ端子に“Ｌ”を出力し、ｕｐ／ｄｏｗｎカウンタ１７をカウントディスエーブル状態にする。

次に、図６には、ステップ６０１から図４のステップ４０５で行う速度制御のサブルーチンを示す。

ステップ６０１では、モータ９の実際の駆動（回転）速度と、駆動残量などの情報をもとにあらかじめＲＯＭに記憶されている目標速度とを比較する。実際の駆動速度が目標速度よりも速い場合はステップ６０２へ進み、遅い場合はステップ６０３へ進む。

ステップ６０２では、実際の駆動速度の方が速いので、変数ＦＲＥＱから定数ＡＣＣＥＬ３を引いた値を変数ＦＲＥＱに格納し、周波数を高いほうへ定数ＡＣＣＥＬ３に相当する周波数分スキャンした後、ステップ６０４へ進む。

ステップ６０３では、実際の駆動速度の方が遅いので、変数ＦＲＥＱに定数ＡＣＣＥＬ２を加えた値を変数ＦＲＥＱに格納し、周波数を低いほうへ定数ＡＣＣＥＬ２に相当する周波数分スキャンした後、ステップ６０４へ進む。

ステップ６０４では、変数ＦＲＥＱの値をＤ／Ａｏｕｔ端子に出力する。

図７には、図３のステップ３１５に示した、モータ９が起動するまでに行う位相制御のサブルーチンを示している。

ステップ７０１では、マイクロコンピュータ１は、モータ９の回転方向を判別し、正転の場合はステップ７０２に、逆転の場合はステップ７０３に進む。

ステップ７０２では、ＡＩＮ端子とＳＩＮ端子から入力されたＡ相印加信号とＳ相出力信号の位相差が、１３５°＋位相余裕値ＲＯＯＭ１１よりも小さいか否かを判別する。小さい場合はステップ７０４へ進み、そうでない場合はリターンする。

ステップ７０３では、ＡＩＮ端子とＳＩＮ端子から入力したＡ相印加信号とＳ相出力の位相差が、４５°＋位相余裕値ＲＯＯＭ２１よりも小さいか否かを判別する。小さい場合はステップ７０４へ進み、そうでない場合はリターンする。

ステップ７０４では、位相差が共振状態からさらに進みつつあるので、駆動周波数を所定値ＡＣＣＥＬ４だけ高い方へ戻す。

ステップ７０５では、位相差が共振状態に接近し、駆動周波数も前述した下限周波数に達したので、フラグＰＦＬＡＧに１をセットする。

図８には、図３のステップ３１７で行われる駆動周波数の三角波スキャンのサブルーチンを示している。

ステップ８０１では、三角波スキャン開始時のｕｐ／ｄｏｗｎカウンタ１７の値をＰＵＬＳＥ ＩＮ端子より入力し、変数ＦＰＣ０に格納する。

次に、ステップ８０２では、変数ＴＩＭＥＲに０を格納する。この変数ＴＩＭＥＲは三角波スキャンの処理に時間制限を設けるために使用する。

次に、ステップ８０３では、変数ＣＮＴに０を格納する。この変数ＣＮＴは、三角波スキャンにおける三角波形を形成するためのカウンタとして使用し、１０カウント毎に周波数の増加と減少とを繰り返すようにする。

次に、ステップ８０４では、フラグＦＲＥＱＵＰに１をセットする。このフラグＦＲＥＱＵＰは、三角波スキャンの三角波形を形成するために使用する。

次に、ステップ８０５では、フラグＦＲＥＱＵＰの状態を判別し、１ならばステップ８０６へ進み、０ならばステップ８０７へ進む。

ステップ８０７では、変数ＦＲＥＱをデクリメントし、駆動周波数を１ステップだけ（前述した下限周波数ｆ２より高く、かつスイープ開始周波数ｆ１よりも低く、さらにスイープ開始周波数ｆ１よりも下限周波数ｆ２の方に値が近い第3の周波数ｆ３になるように）高周波側へシフトする。一方、ステップ８０６では、変数ＦＲＥＱをインクリメントし、駆動周波数を１ステップだけ（もとの下限周波数ｆ２になるように）低周波側へシフトする。

次に、ステップ８０８では、Ｄ／Ａｏｕｔ端子に変数ＦＲＥＱの値を出力する。

次に、ステップ８０９では、変数ＣＮＴをインクリメントする。

さらに、ステップ８１０では、変数ＣＮＴが１０に達したか否かを判別する。１０に達したときはステップ８１１に進み、まだ１０に達していないときはステップ８１３へ進む。

ステップ８１１では、ステップ８１０で変数ＣＮＴが１０に達したので、駆動周波数の増加と減少を切り換えるためにフラグＦＲＥＱＵＰを反転させる。そして、ステップ８１２に進む。

ステップ８１２では、変数ＣＮＴを０にリセットし、ステップ８１３に進む。

ステップ８１３では、ｕｐ／ｄｏｗｎカウンタ１７よりカウンタ値を入力し、変数ＦＰＣに格納する。

次に、ステップ８１４では、変数ＦＰＣとＦＰＣ０とを比較し、これらが等しい場合はステップ８１５へ進み、等しくない場合はリターンして図４のステップ４０１へ進む。すなわち、検出回路１６がパルス板１０の回転を検出してｕｐ／ｄｏｗｎカウンタ１７がカウント動作を行った場合には、ＦＰＣ≠ＦＰＣ０となるので、ステップ４０１へ進み、速度制御を行いながら目標駆動量まで駆動する。また、パルス板１０の回転が検出されない場合は、ＦＰＣ＝ＦＰＣ０となるので、ステップ８１５へ進む。

ステップ８１５では、変数ＴＩＭＥＲをインクリメントする。

ステップ８１６では、ＴＩＭＥＲが所定時間ＴＩＭＥ ＬＭＴ２に等しいか否かを判断し、等しい場合はステップ８１７に進む。また、等しくない場合はステップ８０５へ進み、引き続き三角波スキャンを行う。

ステップ８１７では、三角波スキャンの処理がタイムリミットに達したので、図５に示した駆動処理の終了ルーチンを行う。

以上説明した動作において、ステップ３０１〜ステップ３０９では、モータ起動に際しての初期設定を行っており、ｕｐ／ｄｏｗｎカウンタ１７の初期状態の確認、スキャン開始周波数の出力、回転方向の判別および設定を行い、モータ９の起動処理を始める。

ステップ３１０〜ステップ３１９では、モータ９が起動したかどうかの確認ならびに周波数スキャンなどを行っている。周波数スキャンでは、所定時間ＴＩＭＥ＿ＬＭＴ１が経過するたびに周波数を所定量ずつ下げていく。モータ起動が確認される前に位相差が共振状態に近づいたとき（下限周波数ｆ２に達したとき）は三角波スキャンルーチンに移行する。

ステップ４０１〜ステップ４０６では、モータ９の位相制御ならびに速度制御を行っている。まず、位相信号をチェックし、Ａ相印加信号とＳ相出力信号との位相差が共振状態からさらに進みつつある場合には、駆動周波数を所定値ＡＣＣＥＬ５だけ上げ、モータ９が急激に停止してしまう事態を避けるようにする。位相制御がかからない場合は、速度制御を行う。すなわち、目標速度に対して実際の駆動速度が速い場合は駆動周波数を所定値ＡＣＣＥＬ３だけ上げ、遅い場合は所定値ＡＣＣＥＬ２だけ下げる。振動型モータ９の特性上、最高速付近での駆動周波数である上記下限周波数よりもさらに駆動周波数を下げると、急激な速度低下をきたすので、最高速付近での駆動周波数の変化はあまり激しく行わないほうがよい。従って、所定値ＡＣＣＥＬ２やＡＣＣＥＬ３には小さな値を設定する。

ステップ８０１〜ステップ８１７は、モータ９の起動が確認できず、且つ上記位相差が共振状態に近づいたときに行う三角波スキャンルーチンである。ここでは、一定周期で駆動周波数の三角波スキャン（つまりは、第２の周波数である下限周波数とこれよりも１ステップ分高い第３の周波数との間の周期的な駆動周波数の増減制御）を行うが、三角波スキャンを行う時間に制限を設けており、タイムリミットがくると三角波スキャンと駆動処理を終了する。また、モータ９の起動が確認できた場合は、ステップ４０１へ進み、通常の処理に復帰する。

次に、図２には、本実施例における周波数調定と検出回路１６によるモータ回転の検出結果との関係を示すタイミングチャートを示す。

まず、モータの駆動処理の開始とともに、駆動周波数を低周波数方向へ変化させる。そして、駆動周波数が、前述した下限周波数ｆ２に達した後（時刻ｔ１）、フォーカスレンズ５２やレンズ鏡筒１３といった被駆動部分の動きが使用者の手等によって阻止されていたり、フォーカスレンズ５２がその可動範囲の無限端や至近端（メカ端）に突き当たったりして、モータ９の回転が検出できていない間（時刻ｔ１〜ｔ２）には、振動型モータ９の鳴き防止のために、駆動周波数を固定せずに三角波スキャンを開始する。このタイミングチャートでは、時間ｔ２においてモータ９の回転が検出できた場合を示している。この場合、三角波スキャンを終了し、通常の速度制御に復帰する。

以上説明したように、本実施例によれば、モータ９により駆動されるフォーカスレンズ５２に外力が加わる等してモータ９を起動できない間に、駆動周波数を一定に固定せず、三角波スキャン（周期的又は連続的な増減変化）を行うことによって、モータ９のトルクを維持しながらモータ９からの鳴きの発生を抑制することができる。

また、周波信号の周波数を周期的に変化させることにより、モータの駆動阻止が解除されて駆動が検出されることにより、速やかに所望の駆動状態に移行させることができる。

図９には、本発明の実施例２である振動型モータの制御プログラムのフローチャートを示している。なお、本実施例が適用されるカメラシステムおよび振動型モータの構成は、実施例１にて図１を用いて説明したものと同じであるので、本実施例でもこれらについて同じ符号を用いて説明する。また、本実施例のカメラシステムにおける制御プログラムは、実施例１において図３〜図８に示したフローチャートで説明したプログラムと大部分が同じであり、ここでは異なる部分を中心に説明する。

図９は、モータ９の起動が確認できた後から目標駆動量に達するまでの処理を示している。これは、実施例１において、図４に示したフローチャートに相当するが、本実施例では、図４のフローチャートに対して、ステップ９０１、ステップ９０７およびステップ９０８の処理が追加されている。

ステップ９０１では、マイクロコンピュータ１は、パルス板１０の回転によりフォトインタラプタ１５から出力されるパルス信号のパルス幅を計測するためのタイマをスタートする。

次に、ステップ９０２では、モータ９の回転方向を判別し、正転の場合はステップ９０３に、逆転の場合はステップ９０４に進む。

ステップ９０３では、ＡＩＮ端子とＳＩＮ端子から入力したＡ相印加信号とＳ相出力信号との位相差が、１３５°＋位相余裕値ＲＯＯＭ２２よりも小さいか否かを判別する。小さい場合はステップ９０５へ進み、そうでない場合はステップ９０６へ進む。

ステップ９０４では、ＡＩＮ端子とＳＩＮ端子から入力した印加信号とＳ相出力信号との位相差が、４５°＋位相余裕値ＲＯＯＭ１２よりも小さいか否かを判別する。小さい場合はステップ９０５へ進み、そうでない場合はステップ９０６へ進む。

ステップ９０５では、位相差が共振状態からさらに進みつつあるので、駆動周波数を所定値ＡＣＣＥＬ５だけ高い方へ戻す。

ステップ９０６では、位相差は共振状態に対して余裕があるので、実施例１において図６を用いて説明した速度制御を行う。

ステップ９０７では、上記タイマーを用いて、パルス板１０の回転により生ずるパルス信号のパルス幅を計測し、定数Ｐ＿ＬＭＴより大きいか否かを判別する。Ｐ＿ＬＴＭより大きければステップ９０８へ進み、Ｐ＿ＬＭＴ以下ならばステップ９０９へ進む。定数Ｐ＿ＬＭＴは、モータ駆動中にフォーカスレンズ５２やレンズ鏡筒１３等の被駆動部分を手で止められてしまったり、フォーカスレンズ５２が無限端や至近端のメカ端に突き当たったりして、モータ９が止められてしまったことを検出するために使うしきい値である。定数Ｐ＿ＬＭＴは、例えば、５０ｍｓｅｃに設定される。

ステップ９０８では、ステップ９０７で、パルス幅がＰ＿ＬＭＴより大きく、モータ駆動中にフォーカスレンズ５２が止められたと判定されたので、モータ９から鳴きが発生するのを防止するために、実施例１において図８を用いて説明した三角波スキャンに移行する。

ステップ９０９では、変数ＦＲＰＣが０以下か否かを判定する。ＦＲＰＣ≦０の場合、すなわち、目標の駆動量だけもう駆動し終わったか、あるいはオーバーランした場合は、ステップ９１０に進み、ＦＲＰＣ＞０の場合、すなわち駆動残量がまだある場合はステップ９０２へ進む。

ステップ９１０では、実施例１において、図５を用いて説明した駆動終了処理を行う。

図１０には、本実施例における周波数調定とモータ９の回転検出結果との関係を示すタイミングチャートである。

時刻０〜ｔ１においては、モータ９の回転が既に検出されている。この状態で、フォーカスレンズ５２等の被駆動部分が手で止められた等の理由で、フォトインタラプタ１５からのパルス信号のパルス幅（ｔ２−ｔ１）がＰ＿ＬＭＴより大きくなったとき（時刻ｔ２）、三角波スキャンを開始する。そして、時刻ｔ３において、再度モータ９の回転が検出されると、三角波スキャンを終了し、通常の速度制御に復帰する。

以上説明したように、本実施例によれば、モータ９の駆動中に外力等によってモータ９が止められてしまった場合には、駆動周波数を一定周波数に固定せず三角波スキャンを行うことにより、モータ９のトルクを維持するとともにモータ９からの鳴きの発生を抑制することができる。

また、周波信号の周波数を周期的に変化させることにより、モータの駆動阻止が解除されて駆動が検出されることにより、速やかに所望の駆動状態に移行させることができる。

なお、上記各実施例では、振動型モータを起動できない間に駆動周波数の三角波スキャンを行う例を説明したが、本発明はこれに限ったものでない。すなわち、駆動周波数を一定周波数に固定しない（連続的に変化させる）方法であれば、正弦波状に周波数を増減させるスキャンを行ったり、図１３に示すように、下限周波数ｆ２と第３の周波数ｆ３との間で周波数をランダムに変化させたり、振幅を変化させてもよい。

また、上記各実施例では、リングタイプの振動型モータの制御について説明したが、本発明は、いわゆる棒タイプ等、他のタイプの振動型モータの制御にも適用することができる。

さらに、上記各実施例では、振動型モータをフォーカスレンズの駆動源として用いたカメラシステムについて説明したが、本発明は、振動型モータを他のレンズ（変倍レンズ等）の駆動源として用いた場合にも適用でき、また、カメラシステム以外の装置であって振動型モータを駆動源として用いたもの（例えば、複写機等の画像形成装置）にも適用することができる。

本発明の実施例１であるカメラシステムの構成を示すブロック図である。 実施例１における周波数の調定方法を示すタイミングチャートである。 実施例１のカメラシステムの動作を示すフローチャートである。 実施例１のカメラシステムの動作を示すフローチャートである。 実施例１のカメラシステムの動作を示すフローチャートである。 実施例１のカメラシステムの動作を示すフローチャートである。 実施例１のカメラシステムの動作を示すフローチャートである。 実施例１のカメラシステムの動作を示すフローチャートである。 本発明の実施例２であるカメラシステムの動作を示すフローチャートである。 実施例２における周波数調定方法を示すタイミングチャートである。 （Ａ）は各実施例における振動型モータの圧電素子の配置を示す説明図であり、（Ｂ）は振動型モータの特性を示すグラフである。 各実施例のカメラシステムの概略構成を示すブロック図である。 各実施例における周波数調定方法の変形例を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１ マイクロコンピュータ
２ Ｄ／Ａコンバータ
３ ＶＣＯ
４ 分周・移相器
５、６ 電力増幅器
７、８ コイル
９ 振動型モータ
９ａ ロータ
９ｂ ステータ
１０ パルス板
１１、１２ ギア
１３ レンズ鏡筒
１４，５２ フォーカスレンズ
１５ インターラプタ
１６ 検出回路
１７ ｕｐ／ｄｏｗｎカウンタ
１８ レンズデータ用メモリ
１９、２０ コンパレータ
２１、２２ 分圧抵抗
Ａ、Ｂ、Ｓ 圧電素子群

Claims (9)

1. 電気−機械エネルギ変換素子に周波信号を印加して振動体に振動を励起させ、該振動体とこれに接触する接触体とを相対駆動させる振動型アクチュエータの制御装置であって、
   前記周波信号の周波数を第１の周波数と該第１の周波数よりも低い第２の周波数との間でスキャンする信号制御手段と、
   前記振動型アクチュエータの駆動を検出する検出手段とを有し、
   前記信号制御手段は、前記周波信号の周波数を前記第１の周波数から前記第２の周波数まで連続的に減少させても前記検出手段によって前記振動型アクチュエータの駆動が検出されないときは、前記検出手段によって該振動型アクチュエータの駆動が検出されるあるいは所定時間が経過するまで、前記周波信号の周波数を、前記第２の周波数と、前記第１の周波数よりも低く前記第２の周波数よりも高い周波数で、前記第１の周波数よりも前記第２の周波数の方に値が近い第３の周波数との間で連続的に増減させることを繰り返すことを特徴とする振動型アクチュエータの制御装置。
2. 前記信号制御手段は、前記振動型アクチュエータの駆動が検出されるあるいは所定時間が経過するまで、前記周波信号の周波数を、前記第２の周波数と前記第３の周波数との間で周期的に変化させることを特徴とする請求項１に記載の振動型アクチュエータの制御装置。
3. 前記第１の周波数は、前記振動型アクチュエータが前回起動時に動き出した動き出し周波数であることを特徴とする請求項１または２に記載の振動型アクチュエータの制御装置。
4. 前記第２の周波数は、前記振動型アクチュエータの共振周波数より高い範囲で前記信号制御手段により設定可能な下限周波数であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の振動型アクチュエータの制御装置。
5. 振動型アクチュエータと、
   請求項１から４のいずれか１つに記載の制御装置と、
   前記振動型アクチュエータにより駆動されるフォーカスレンズとを有することを特徴とする光学機器。
6. 電気−機械エネルギ変換素子に周波信号を印加して振動体に振動を励起し、該振動体とこれに接触する接触体とを相対駆動する振動型アクチュエータの制御方法であって、
   前記周波信号の周波数を第１の周波数から該第１の周波数よりも低い第２の周波数に向けて連続的にスキャンする第１ステップと、
   前記振動型アクチュエータの駆動を検出する第２ステップと、
   前記周波信号の周波数を前記第１の周波数から前記第２の周波数まで連続的に減少させても前記検出手段によって前記振動型アクチュエータの駆動が検出されないときは、前記検出手段によって該振動型アクチュエータの駆動が検出されるあるいは所定時間が経過するまで、前記周波信号の周波数を、前記第２の周波数と、前記第１の周波数よりも低く前記第２の周波数よりも高い周波数で、前記第１の周波数よりも前記第２の周波数の方に値が近い第３の周波数との間で連続的に増減させることを繰り返す第３ステップとを有することを特徴とする振動型アクチュエータの制御方法。
7. 前記第３ステップにおいて、前記振動型アクチュエータの駆動が検出されるあるいは所定時間が経過するまで、前記周波信号の周波数を、前記第２の周波数と前記第３の周波数との間で周期的に変化させることを特徴とする請求項６に記載の振動型アクチュエータの制御方法。
8. 前記第１の周波数は、前記振動型アクチュエータが前回起動時に動き出した動き出し周波数であることを特徴とする請求項６または７に記載の振動型アクチュエータの制御方法。
9. 前記第２の周波数は、前記振動型アクチュエータの共振周波数より高い範囲で設定可能な下限周波数であることを特徴とする請求項６から８のいずれか１つに記載の振動型アクチュエータの制御方法。

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