JPH04207984A - 超音波モータの駆動回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は超音波モータの駆動回路、詳しくは目標位置に
高速で到達し、且つ精度よく停止することのできる超音
波モータの駆動回路に関する。

［従来の技術］ 回転駆動中の超音波モータを停止させる際の停止位置の
精度を上げる手段として、オーバラン量を見込んで目標
位置の手前で通電を停止するようにした振動法モーター
の停止位置制御装置が、特開昭６３−１６７６８１号に
開示されている。しかしながら、この特開昭６３−１６
７６８１号に開示された技術手段では、負荷が変動しり
、界面が不均一・であったりすると、数十μｍオーダの
停止位置のバラツキが避けられなかった。

また、超音波モータを駆動する際の駆動パラメータを数
段階に分けて制御しながら、減速・停止するようにした
超音波上〜り力駆動回路が、本出願人より特願平２−Ｉ
Ｑ８５Ｑ４号として提案されている。しかしなから、こ
の特願平２−１９８５９４号でも上記特開昭６３　１６
７６８１号におけると同じように、界面の不均一による
停止位置のバラツキが避けられなかった。この停止位置
のバラツキは、停止位置の直前に達したときにモータ速
度を減速すれは、大幅に小さくすることができるが、そ
れでも数〜数十μｍのバラツキが残ってしまう。また、
上記パラメータを変化させることによる減速は、出力も
小さくなるため、負荷か変動すると動作が不安定になっ
てしまい目標位置に達しないで停止してしまうことがあ
る。

そこで、上述の問題点を解決する手段として、通常の駆
動を行った後、停止直前に特開昭６０−１７０４７４号
や特開昭６３−１１０９７１号にそれぞれ開示されてい
るような間欠駆動に切り換える方法が考えられる。この
ようにすれば、間欠駆動の定常速度まで急速に減速され
る上、減速後は低速安定動作で確実に停止位置まて達す
るため、短時間で高精度の位置制御が可能になる。

「発明が解決しようとする課題」 しかしなから、上記特開昭６０　１７０４７４号や特開
昭６３−１１０９７１号にそれぞれ開示された間欠駆動
は、低速　高トルク（推力）か得られる反面、音や振動
が発生するため、この方法による駆動距離が過剰なと、
音や振動の発生する時間が長くなり、使用者に不快感を
与えることになってしまう。一方、モータにかかる負荷
か大きく変化する場合は、充分な間欠駆動距離を確保し
ておかなければ減速しきれずにオーバーランしてしまい
、充分な停止精度を得ることができない。

これに対応するため充分な間欠駆動距離を確保した場合
は、負荷が大きいと減速が速いため、上に述べたように
間欠駆動距離が過剰な状態となり、音や振動が発生して
使用者に不快感を与えることになってしまう。

そこで、本発明の目的は、上記問題点を解消し、間欠駆
動距離を必要かつ充分な距離に抑えて、高速駆動・高精
度位置制御と音や振動の発生の防［ヒとを両立させた超
音波モータの駆動回路を提供するにある。

「課題を解決するための手段および作用」本発明の超音
波モータの駆動回路は、超音波モータと該超音波モータ
により駆動される被駆動部材の相対的な移動距離を検出
する位置検出手段と、一定周期で上記超音波モータへの
交流駆動電圧の印加を許可もしくは禁止することにより
上記超音波モータを間欠的に駆動する駆動制御手段と、
上記超音波モータが間欠的に駆動された際の上記被駆動
部材の移動距離を記憶する記憶手段と、上記位置検出手
段の出力が、駆動目的距離から上記記憶手段の記憶値を
引いた値になった際に５通常の駆動から上記間欠駆動に
切換える間欠駆動切換え手段と、上記超音波モータと被
駆動部材との相対的な速度を検出する速度検出手段と、
上記速度検出手段の出力および記憶手段の記憶値に基づ
いて間欠駆動を行う距離を決定する決定手段と、を興偏
することを特徴とするものである。

「実施例コ 以下、図示の実施例に基づいて本発明の詳細な説明する
。

第２図は、本発明の第１実施例を示す超音波モータの駆
動回路を用いたレンズシャ・ツタカメラの外観の斜視図
で、符号２１はカメラボディ、２２は図示しない超音波
モータによって光軸方向に駆動される撮影レンズ、２３
はファインダ窓、２４はレリーズ釦、２５はＡＦ（オー
トフォーカス）センサの測距窓である。

第３図は、上記第２図における撮影レンズ２２を保持し
駆動する部分の断面図で、符号１はカメラボディと一体
になっている固定枠、２はレンズ２２を保持し、光軸Ｏ
と平行方向に移動可能な移動枠である。４は縦振動子、
１１は屈曲振動子て、これにより振動体１２が構成され
ている。７は支持ビン、８は支持ピン７に接して振動体
１２を支持するホルダ、１０はホルダ８を固定する固定
用ビスである。そして、本実施例に用いられる超音波モ
ータは、上記各部材により構成されるリニア型超音波モ
ータである。

符号１ｄは振動体１２か入る切欠孔、１３１）は移動枠
２を支持するベアリング　２ｂおよび１ｂはそれぞれベ
アリングを案内する移動枠２および固定枠１に設けられ
た直線講である。これら第３図に示す構造は、本出願人
か先に出願した特願平２−１１８２１０号と同様なので
、ここての説明を省略する。

このように構成された本実施例の超音波モータの動作原
理は、本出願人が先に出願した特願平Ｙ−１９５７６７
号のものと同じで、屈曲振動と縦振動の位相差を約９０
°にすることで移動枠２を、その先軸方向に進退移動す
るような楕円振動を縦振動子４の端面に発生させる。２
つの縦振動子４は、振動の位相が１８０°異なって振動
するように構成されているので、屈曲振動による節まわ
りの振り子振動の一方向の動作のみを移動枠２のスライ
ド板３に作用させ、る。これによって、移動枠２は光軸
方向に進退運動をすることになる。

次に、第１図に基づいて本第１実施例の電気回路を説明
する。１２は、上記第３図で説明しなりニア型超音波モ
ータの振動体である。５１は移動枠２の動きを検出する
エンコーダで、等間隔の目盛りを、位相をずらして２列
に書きこんだスケールと読み収り部て構成し、スケール
上には基準位置を示すもう一列の目盛も書きこまれてい
る。そしてスケールが移動枠２に、読み取り部が固定枠
１にそれぞれ配設されている。

５２は速度検出回路で、２系列のパルスの位相反転によ
り移動方向信号を出力すると共に、単位時間当りのパル
ス数をカウントして速度を検出する。５３はアップ・ダ
ウン・カウンタ（以下、Ｕ／Ｄカウンタと略記する）で
、上記エンコーダパルスをカウントして絶対位置を出力
する。そして、速度検出回路５２内の方向検出回路の出
力が繰出方向のときアップカウントし、繰込方向のとき
ダウンカウントする。５４は駆動回路で、後述する演算
制御部５７の司令に基づき、振動体１２に駆動電圧を印
加する。

５５は、例えば本出願人が先に出願した実開平１−１２
４５１５に示されるように、三角測距によるＡＦ（オー
１−フォーカス）モジュール　５６は後述する演算制御
部５７に必要なデータを供給するＲ　ＯＭである。また
、５７はＣＰＬＩで構成された演算制御部で、速度検出
回路５２、ＩＪ／Ｄカウンタ５３、ＡＦモジュール５５
およびＲＯＭ５６の出力に基づき駆動回路５４を演算制
御する。

第４図は、上記第１図中の駆動回路５４の詳細を示すブ
ロック構成図で、本出願人が先に出願した特願平１−．
３３７．０２４号中の第３実施例と殆ど同じなのでその
詳細な説明は省略するが、電力増幅器１および２に前置
されたアンドゲート６６ａ〜６６ｄに、ＣＰＵがらの駆
動許可信号が入力されている点か異なっている。

このように構成された本第１実施例の動作を、第５〜８
Ｂ図により以下に説明する。第５図は。

本第１実施例におけるＣＰＵの動作フローを示すフロー
チャートで、レリーズ鉗を半押しすると、ＡＦモジュー
ル５５が被写体の測距値を出力し、演算制御部５７がこ
れを読み込んでレンズ繰出のモードに入る（ステップＳ
２０１　）。そして、この測距値に対応するレンズの駆
動位置つまり目的位置を、演算制御部５７が算出する（
ステップ５２０２）。次に、予めＲＯＭ５６に記憶され
た。

間欠駆動の最大値よりも大きい値、例えば５００μ層を
目的値１かち引いた値を速度読込み位置として算出する
（ステップ３２０３＞。

次に、駆動回路５４内の第１〜第４のデバイダ６１〜６
４、データセレクタ６５（第４図参照）に駆動パラメー
タを設定して出力する（ステップＳ　２０４　）。そし
て、駆動許可信号を“Ｈ″ルベルすることにより、振動
体１２への駆動がＲｌｊｈされる（ステップ５２０５＞
。ここで、上記速度読込み位置に達するまでＵ／Ｄカウ
ンタ５３がら現在位置を繰返し読込み、速度読込位置に
達したらそのときの駆動速度を速度検出回路５２がへ読
み出す（ステラ７Ｓ２０６．Ｓ２０？、５２０８）。こ
の値をもとにして、第７図に示すようなｒＷＪｇＡに基
づいて、後述する方法により間欠駆動開始位置を算出す
る（ステップ５２０９）。そして、間欠駆動開始位置に
達するまで、現在位置を繰返し読込みなから７常駆動を
行い（ステップ５２１０．５２１１）、間欠駆動開始位
置に達したら、ステップ８１０８以下の間欠駆動のフロ
ーに進む、ステップ５１０８〜５２１０からなる間欠駆
動のフローは、モータオン期間を示すステップ８１０８
〜１１３と、モータオフ期間を示すステップ８１１４〜
１１９とで構成されている。先ず、駆動許可信号を“Ｈ
”レベルにして出力しくステップ５１０８）、駆動許可
期間（以下、オン時と略記する）をどのくらいの時間続
けるが、カウントダウンする数の初期値を、あらかじめ
書き込まれたＲＯＭ５６からロードする（ステップ５１
０９）。

現在位置をＵ／Ｄカウンタ５３から読出しくステップ５
１１０）　、目的位置と競べ、等しければステップ５１
２０へ進むしくステップ５１１１）　、等しくなければ
ロード数をカウントダウンする（ステップ５１１２）。

この数が０になればステップ５１１４へ進み、０でなけ
れば上記ステップＳＬ　ｔｏに戻ってステップ８１１０
〜８１１３を繰返し実行する（ステップ８１１３）。

駆動許可信号を“Ｌ″しベルとすることにより駆動禁止
信号を出力しくステップＳｌ　１４）、以下オン時と同
様に、駆動禁止期間（以下、オフ時と略記する）をどの
くらいの時間続けるが、カウントダウンすべき数の初期
値をＲＯＭ５６がらロードする（ステップ５１１５）。

そして、位置検出（ステップＳ　ｉ　１６　）　、目的
位置かどうかの判断（ステップ５１１７）、まだ目的位
置に達していないときのロード数カウントダウン（ステ
ップ（Ｓ１１８）、およびロード数が０が否かの判断（
ステップ５１１９）を順次実行する。このステップ５１
１９で０でなければ、上記ステップ５１１６へ戻り、０
になったら再度上記ステップ５１０８へリターンして間
欠駆動におけるオン状態になる。なお、上記ステップ８
１１１で目的位置に達したら、駆動許可信号を“Ｌ”レ
ベルにして駆動禁止としくステップ５Ｌ２０）、駆動を
終了する。また、上記ステップ５１１７で目的位置に達
したら、そのまま駆動終了となる（ステップＳ１２１　
）。

上述の通常駆動時、間欠駆動時の各動作を、時間と変位
または電圧のグラフとして明らかにしたのが第６Ａ〜６
０図である。第６Ａ図のグラフは。

移動時間全体を示したもので、時刻ＴＯて通常駆動を開
始し、時刻Ｔ１で通常駆動から間欠駆動に移行する。こ
の間欠駆動期間中は、駆動許可信号を“Ｈ”レベルと“
Ｌ”レベルに切換えながら間欠駆動し、時刻Ｔ２で駆動
を停止する。

停止時刻近くの間欠駆動時間ＴＩ　、Ｔ２間を拡大して
示したのが第６Ｂ図で、時刻Ｔ１で間欠駆動に移行した
後、しばらくは急激に速度を低下させつつも定常的な間
欠駆動よりは速い速度で移動する（以下、この期間を以
降期間と呼称する）。

その後定常的な間欠駆動状態となり、低速安定動作をす
る。この状態になれば駆動電圧の印加を停止することに
より、即座に数μ置以下のオーバーランで停止する。

第６Ｃ図は、上記第６Ｂ図を更に拡大し、駆動許可信号
と、屈曲および縦振動子への印加電圧としたもので、上
記第５図のフローチャー１・におけるステップ５１０８
から５１１３までの部分が時間Ｔ　ＯＮに、ステップ５
１１４から５１１９までの部分が時間ＴＯＦＦにそれぞ
れ対応する。

次に、問欠駆動距屡の算出について詳しく述べる。さて
、本実施例の制御上の特徴は、停止直前の駆動速度を検
出し、その値に応じて間欠駆動距離を決定しようとする
もので、先に述べたように間欠駆動が開始されると、移
行期間を経て定常的間欠駆動期間に移行し、停止する。

定常的間欠駆動期間に入れば、いつ停止してもオーバー
ラン量は不変だが、移行期間内に目的位置に達すると、
駆動を停止したときの速度が大きいため、オーバーラン
か多くなってしまう、そのため、間欠駆動期間をやや長
めにして、必ず定常的間欠駆動の期間が生じるようにす
る必要がある。

そこで、常に僅かの定常的間欠駆動期間を経て停止する
ように間欠駆動距離を最適化できれば、駆動が短時間で
済み、且つ間欠駆動による音の発生等も殆どなくすこと
ができる。

ところで、駆動すべき被駆動体の質量か一定べら、停ｎ
直前の速度と移行期間の長さとの相関が強い筈である９
例えは、本出願人か２５０ｇの物体を、前記したリニア
型超音波モータで駆動したところ、第７図に示すような
間欠駆動距離を考えると、高精度で且つ短時間で駆動で
きた。そこで、第７図に示すように間欠駆動距離を決定
すれば、音の発生等が少なく、しかも高精度且つ短時間
の駆動が可能になる。第８Ａ図は負荷が大きく検出速度
が小さいときに、第８Ｂ図は負荷が小さく速度が大きい
ときに、それぞれ最適な間欠駆動距離を、上記方法によ
り与えた場合の駆動の様子を示したものである。

以上述べたように、本第１実施例においては、停止位置
の直前まで高速駆動し、必要最小限な間欠駆動距離の後
に停止されるため、音や振動の発生か少なくかつ高精度
で位置の制御ができ、その所要時間も短い。また、その
制御も駆動許可信号のみで可能なため、ソフト的にもハ
ード的にも簡単である。

次に、本発明の第２実施例と示す超音波モータの駆動回
路を、第９〜第１２図により説明する。

上記第１実施例では、間欠駆動の制御を演算制御部５７
内のＣＰＵで行っていたのに対し、この第２実施例では
、第９図に示すように、演算制御部５７内のＣＰ　［Ｊ
とは別に間欠駆動制御回路５８を設け、この間欠駆動制
御回路５８で間欠駆動の制御を行っている。即ち、間欠
駆動とその開始なちびに終了を司どる駆動許可信号がＣ
ＰＵからではなく、間欠駆動制御回路５８から出力され
る。なお、この第９図においては、上記第１実施例にお
ける第１図と同じ構成部材には同じ符号を付けてその説
明を省略する。

第１０図は、間欠駆動制御回路５８の一例を示すブロッ
ク構成図で、信号ラインとそのラインに送出される信号
和とを同じ、つまり信号ラインｎ１には信号ｎ１か入出
力されるとして以下に説明する。

レジスタファイル７１は、演算制御部５７内のＣＰＵに
より出力された１間欠駆動開始位置および目的位置を保
持し、デジタルコンパレータ７２によってＵ　、／　Ｄ
カウンタ５３の計数値と上記位置とを比べ、等しいとき
に信号ｎ６を出力するようになっている。第１のＤＦＦ
７３および第２のＤＦＦ７４は、Ｄ型フリップフロップ
回路により構成され、上記デジタルコンパレータ７２の
出カフ６に基づき各部を制御するシーケンサである。

また、第１のラッチ回路７５および第２のラッチ回路７
６は、それぞれ間欠駆動時のオン時間、オフ時間に対応
する値を保持しており、この値は第１のデバイダ７７お
よび第２のデバイダ７８によって分周され、上記オン時
間、オフ時間に対応する値に相当するクロックカウント
の後、信号を出力する。第３のＤＦＦ７９は、第１のデ
バイダ７７および第２のデバイダ７８の出力から間欠駆
動の“Ｈ”、“Ｌ”信号を出力するＤ型フリップ７０ツ
ブ回路で、この信号に基づき駆動許可信号を発生させ、
また第１、第２のデバイダ７７および７８を交互に働か
せる機能を存する。

このように構成された間欠駆動制御回路５８の動作を、
第１１図のタイムチャートおよび第１２図のフローチャ
ートを参照しなから以下に説明する。

第１２図において、ステップ５３０１と３３０２は、上
記第１実施例におけるステップＳ２０］。

５２０２と同一のフローである。次に速度読み出し位置
を算出するが、この停止位置は、上記第１実施例におけ
る停止の直前ではなく、駆動開始後速度が確実に立ち上
がる距離をとり、その地点を速度読み出し位置と設定す
る（ステップ５３０３）。つづいて、上記第１実施例と
同様に駆動パラメータの設定・出力を行う（ステップ５
３０４）。

その後、間欠駆動におけるオン時カウント数Ｄ１、オフ
時カウント数り２．目的位［Ｄ３　、間欠駆動開始値１
ｆＤ４を、第１．第２のラッチ回路７５．７６およびレ
ジスタファイル７Ｌに書き込む（ステップ８３０５〜５
３０８）。この書き込み方法は、第１１図に示すように
、ラッチの場合はデータバスにデータを出力しておいて
、ラッチ信号をｎｌ　、ｎ２にパルス的に与えればよい
、またしシスタフアイルに書き込む場合は、データバス
にデータを出力しつつ、アドレス選択信号ｎ４の”　Ｆ
−（”または“ｌ−”でアドレスを選択し、書込み信号
をパルス的に書込み信号ラインｎ３に与えればよい。

時刻１１　（第１１図参照）で、駆動シーケンス許可信
号ｎ５を“Ｈ”にする（ステップ８３０９）。これによ
り、駆動許可信号ｎ１４が“Ｈ″になるのと同時に、間
欠駆動制御回路５８（第９゜１０図参照）内のリセット
信号が解除されて通常駆動を開始し、間欠駆動開始位置
達する迄待機する。時刻ｔ２で間欠駆動開始点に達する
と、デジタルコンパレータ７２の圧力信号ｎ６によって
、トグルＦＦとして機能する第１のＤＦＦ７３が反転し
、信号ｎ１１がＬ″に対して間欠駆動が発生する。この
第１のＤＦＦ７３の反転により、信号ｎ　７が反転して
レジスタファイル７１が目的位置を出力する。

時刻ｔ３で２この目的位置と等しい値がＵ／Ｄカウンタ
５３（第９図参照）から出力されると、信号ｎ１３が“
Ｌ”になり、駆動許可信号ｎ１４が“Ｌ　”になる、こ
のとき、シーケンス終了信号が演算制御部５７（第９図
参照）内めＣＰＬＩに読み込まれ（ステップ３３１３）
、上記駆動シーケンス許可信号ｎ５を“Ｌ”としくステ
ップ５３１４）、このフローを終了する。上記時刻ｔ１
〜ｔ３の間は、ＣＰＵは駆動シーケンス許可信号ｎ５を
“Ｈ”にした後、レンズ位置を繰り返し読み出す（ステ
ップＳ３１０）。そして、速度読込位置をすぎた時点で
速度を検出しくステップ５３１１）、上記第１実施例と
同様の方法で、速度に対応した間欠駆動距離を生じる間
欠駆動開始位置を算出し、レジスタ　ファイル内に変更
書込みを行う（ステップ５３１２）。

本第２実施例では、駆動開始直後に速度に対応する間欠
駆動開始位置を出力して書き込んだ後は、ＣＰＵを介在
させる必要がないので、前記第１実施例に比べてＣＰＵ
の動作上の制約が少ない。従って、超音波モータの駆動
制振以外の機能をも果たすよつなＣＰＵでも容易に制御
でき、また複数の超音波モータを駆動することも容易に
なる。

上記各実施例は、リニア型超音波モータ以外の、例えば
、円環型の超音波モータ等にも適用できことは勿論であ
る。また、被駆動体はレンズ以外のものでもよく、更に
、位置や速度の検出法は他の公知の方法でもよく、間欠
駆動の発生手段もアナログ回路を用いるもの等化の構成
でも可能であることは言つまでもない。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば、レンズをある地点に
移動させる際、短時間かつ高精度で移動させることがで
き、音や振動の発生を最小限に抑えることができるとい
う顕著な効果が発揮される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１実施例を示す超音波モータの駆
動回路のブロック構成図、 第２図は、上記第１図に示す超音波モータの駆動回路が
用いられたレンズシャッタカメラの外観の斜視図、 第３図は、上記第２図における撮影レンズを保持し、駆
動する部分の断面図、 第４図は、上記第　図における駆動回路の＃細を示す回
路図、 第５図は、この第１実施例におけるＣＰＵの動作フロー
を示すフローチャート、 第６Ａ図は、通常駆動時、間欠駆動時における各動作の
全体を時間を横軸に、変位または電圧を縦軸にしてプロ
ットした線区、 第６Ｂは、上記第６Ａ図における間欠駆動期間を拡大し
て示した線図、 第６Ｃ図は、上記第６Ｂ図における定常的間欠駆動期間
を拡大し、該期間における各信号の波形を示す図、 第７図はは、２５０ｇの物体をリニア型超音波モータで
駆動したときの停止前速度に対する間欠駆動距離の線図
、 第８Ａ、Ｂ図は、この第１実施例における間欠駆動期間
において、時間に対し最適な間欠駆動距離が得られる線
図で、第８Ａ図は負荷が大きく検出速度が小さいときを
、第８Ｂ図は負荷が小さく検出速度か大きいときを、そ
れぞれ示す線図、第９図は、本発明の第２実施例を示す
超音波モータの駆動回路のブロック構成図、 第１０図は、上記第９図における間欠駆動制御回路の詳
細を示す回路図、 第１１図は、上記第１０図における各部のタイムチャー
ト、 第１２図は、この第２実施例のフローチャートである。 ５１・・・エンコーダ（位置検出手段）５２・・・速度
検出回路（速度検出手段）５４・・・駆動回路（駆動制
御手段および間欠駆動切換手段） ５６・・ＲＯＭ　（記憶手段〉 ５７　・演算制御部（′ＮＡ動制御手段、間欠駆動切換
手段および決定手段） 代理人　　弁理士　　伊　　藤　　　進弔　Ｉ　園 ５ＨＩＩ貞検：手段　　　１２ 第２園 弓４ ％３０ 第９目 第１２置

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　超音波モータと該超音波モータにより駆動される被駆
   動部材の相対的な移動距離を検出する位置検出手段と、 一定周期で上記超音波モータへの交流駆動電圧の印加を
   許可もしくは禁止することにより上記超音波モータを間
   欠的に駆動する駆動制御手段と、上記超音波モータが間
   欠的に駆動された際の上記被駆動部材の移動距離を記憶
   する記憶手段と、上記位置検出手段の出力が、駆動目的
   距離から上記記憶手段の記憶値を引いた値になった際に
   、通常の駆動から上記間欠駆動に切換える間欠駆動切換
   え手段と、 上記超音波モータと被駆動部材との相対的な速度を検出
   する速度検出手段と、 上記速度検出手段の出力および記憶手段の記憶値に基づ
   いて間欠駆動を行う距離を決定する決定手段と、 を具備することを特徴とする超音波モータの駆動回路。