JPH04312370A - 振動型モーターの制御回路 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電歪素子、圧電素子等の
電気−機械エネルギー変換素子に周波電圧を印加するこ
とによって振動体表面に進行性振動波を発生させ、該振
動波にて移動体を駆動する振動型モーターの制御回路に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、該型式のモータの速度を調定する
に際して、上記周波電圧の周波数を変化させる方法が知
られている。

【０００３】該方法にてモータを所望の速度に設定する
場合には、所望の速度に対応する周波数を選んで上記電
気−機械エネルギー変換素子に印加すればよいが、該方
法によるとモータは急激に回動を開始することとなる。

【０００４】そこで、モータを滑らかに回動させるため
にモータを起動するに際して高周波数から徐々に駆動周
波数を低下させ、所望の速度に応じた周波数へ移行させ
る方法が取られる。

【０００５】この際の起動時の高周波数としては、モー
タが実際に回転を開始する周波数に設定し、この設定周
波数から徐々に周波数を低下させればモータを所望速度
まで短時間かつ滑らかに駆動することができるものの、
上記モータの特性は一定ではなく温度等の環境変化に影
響され、起動開始時の周波数を固定すると温度等の変化
が起きた場合対応ができなくなり、起動開始時までの時
間が長くなったり、あるいは急激な回転開始、さらに最
悪の場合には起動できないというような事態を生ずる恐
れがある。

【０００６】上記問題を解決する方法として、例えば、
特開昭６３−２０９４８１号公報では次のような方法が
提案されている。すなわち、前回駆動したときの動き出
し周波数を記憶しておき、次回動かすときは記憶した周
波数から低周波数へスキャンしていくという方法である
。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
例では、前回駆動したときから長い時間駆動せずに放置
しておいて、その間に温度等の変化が起こった場合には
モータの特性が変化してしまい、スキャン開始周波数の
設定値が適切ではなくなる。その結果、モータ起動まで
の時間が長くなってしまったり、あるいは急激な回転開
始、さらには起動ができない可能性があるという不都合
が生じていた。

【０００８】また、該モータにてレンズを駆動する場合
レンズを駆動中に、レンズが至近端や無限端に突き当た
ってしまった場合や、フォーカスレンズの可動部分が外
部に出ている構成をとっているレンズにおいて駆動中に
手で止められてしまった場合などは、次回のスキャン開
始周波数を設定できる範囲内の最高周波数に設定して起
動を行う方法をとっているが、そのような場合にもやは
り起動するまでの時間が長くなってしまうという不都合
が生じていた。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明はモータ起動に際
しての周波数スキャンを行っている間は常にモータが起
動したかどうかを検知し、周波数スキャンを開始してか
ら、モータが実際に起動したことが検知されるまでの周
波数スキャンスピードを高速とし、モータの起動が検知
された後の周波数スキャンスピードを起動が確認される
までのスキャンスピードよりも遅くすることにより、温
度等の環境の急激な変化が起こった場合や、端に突き当
たったり手で止められたりして駆動不能状態に陥った場
合にも、モータを滑らかに、かつモータを短時間で起動
し、短時間でモータを高速駆動状態に移行することがで
きるようにしたものである。

【００１０】

【実施例】図１は本発明に係る振動型モーターの駆動回
路の一実施例を示す回路図であり、図１では該モーター
にてレンズを駆動する例を示している。同図において、
１はマイクロコンピューター（以下マイコンと称す）、
２はＤ／Ａコンバータでマイコン１のディジタル出力信
号（Ｄ／Ａｏｕｔ）を電圧に変換する働きを持つ。３は
電圧制御発振器（ＶＣＯ）でＤ／Ａコンバーター２の出
力電圧に応じた周波数の信号（電圧）を出力する。４は
分周・移相器でＶＣＯ３からの周波信号を分周し、π／
２位相差の矩形波を出力する。５、６は電力増幅器で、
４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、９は振動型
モータで、９ａはデータ、９ｂはステータ、１０はパル
ス板で同図に示すように放射方向に複数のスリットがお
いてあり、ギヤ１１とともに振動型モータ９の軸と同軸
となっており、振動波モータのデータ９ａとともに回転
する。１２はギヤでレンズ鏡筒１３の外周ギヤ部と嵌合
する。１４はレンズ、１５はフォトインターラプタで、
パルス板１０の回転を検出する。

【００１１】１６はフォトインターラプタ１５の信号検
出回路でフォトインターラプタ１５の微小信号を増幅し
、パルス信号に変換する。

【００１２】１７はアップダウンカウンタで、パルス板
１０の回転により生ずる信号検出回路１６からのパルス
信号をカウントする。

【００１３】次にマイコン１の各端子の説明を行う。

【００１４】ＤＩＲ１はアップダウンカウンタ１７のカ
ウント方向を指示する出力端子であり、説明の都合上“
Ｈ”でアップ、“Ｌ”でダウンとする。

【００１５】ＰＵＬＳＥ　　ＩＮはアップダウンカウン
タ１７のカウント値の入力端子である。

【００１６】ＭＯＮは検出回路１６出力の直接モニター
する入力端子である。

【００１７】ＲＥＳＥＴはアップダウンカウンタ１７の
Ｒｅｓｅｔ出力端子で“Ｈ”でＲｅｓｅｔとする。

【００１８】ＣＮＴ　　ＥＮ／ＤＩＳはカウンタ１７の
カウント可能／禁止指示の出力端子であり、“Ｈ”で可
能、“Ｌ”で禁止とする。

【００１９】Ｄ／ＡｏｕｔはＤ／Ａコンバータ２への出
力端子である。

【００２０】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に加える周波信号Ａ、Ｂ
の位相器を９０°、２７０°に変更するための指示を分
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の出力をオン・オフす
るための端子であり、“Ｈ”でオン、“Ｌ”でオフとす
る。

【００２１】次いで、振動型モータ９について図２を用
いて説明する。

【００２２】図２はステータ９ｂの裏面上に配される圧
電素子の配設状態を示す説明図である。図２中のＡ１及
びＢ１は、それぞれ図示の位相及び分極関係にステータ
９ｂ上に配される第１と第２の圧電素子群である。又Ｓ
１は第１の圧電素子群Ｂ１に対して４５°位相がずれた
位置に配されるセンサー用の圧電素子である。これらの
各圧電素子は、それぞれ単独のものを振動体に付しても
良いし、又、一体的に分極処理にて形成しても良い。図
１に戻り、Ａ、Ｂ、Ｓはそれぞれ、第１、第２の圧電素
子群Ａ１、Ｂ１及びセンサー用圧電素子Ｓ１に対する駆
動電極及びセンサー電極を示し、電極Ａに対して前記増
幅器５を介した周波信号（電圧）が印加されると共に電
極Ｂに前記増幅器６を介した周波信号（電圧）が印加さ
れることにて、ステータ９ｂの裏面に進行性の振動波が
形成される。又、振動体に上記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ー用圧電素子Ｓが出力
（周波電圧）を出力し、センサー電極Ｓにて、これが検
出される。尚、振動波モーターは共振状態では、Ａ電極
への駆動電圧とセンサー電極からの出力電圧との位相関
係が特定の関係を示す特性を有しており、電極Ａにて周
波信号が印加される第１の圧電素子群Ａ１とセンサー用
圧電素子Ｓ１との位置関係にて決定され、本実施例の場
合は正転状態では電極Ａ、Ｓとの信号波形の位相が１３
５°ずれた時に共振状態を示し、又、逆転の時には４５
°ずれた時に共振状態を示すものとし、共振からずれる
ほど上記位相差関係がずれるものとする。

【００２３】図３は図１のマイコン１に内蔵されるＲＯ
Ｍにプログラムされているプログラムフローを示すプロ
グラム図であり、マイコン１は該プログラムフローに従
って制御動作を実行する。

【００２４】次いで上記構成に係る実施例の動作を説明
する。

【００２５】振動型モータ駆動制御ルーチンに入ると、
まずステップ１が実行される。以下各ステップの動作を
説明する。尚、このルーチンは不図示のスタートスイッ
チのオン等の検知にて実行されるものとする。

【００２６】ステップ１：アップダウンカウンタ１７の
初期値をＰＵＬＳＥ　　ＩＮより入力し変数ＦＰＣＯＬ
Ｄに格納する。

【００２７】ステップ２：変数ＦＭＡＸの値を変数ＦＲ
ＥＱに転送する。なお、ＦＭＡＸは前回駆動したときの
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周
波数、駆動不能状態で停止した場合は０が格納されてい
るものとする。またこれらの変数ＦＭＡＸ及びＦＲＥＱ
は実際にＤ／Ａｏｕｔに出力す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ものとす
る。

【００２８】ステップ３：ステップ２で設定されたＦＲ
ＥＱの値をＤ／Ａｏｕｔへ出力する。これによりＤ／Ａ
コンバータ２はＤ／Ａｏｕｔより出力されたディジタル
値アナログ電圧に変換してＶＣＯ３に出力する。ＶＣＯ
３はＤ／Ａコンバータ２が出力した電圧をその電圧に応
じた周波数を有する周波信号に変換して分周・移相器４
に出力する。

【００２９】ステップ４：駆動回転方向を判別し、正転
の場合はステップ５へ進み、逆転の場合はステップ６へ
進む。尚、回転方向は不図示のスイッチにてマイコン１
に予め指示されているものとする。

【００３０】ステップ５：駆動回転方向が正転であるの
で、ＤＩＲ１に“Ｈ”を出力してアップダウンカウンタ
１７のカウント方向をアップ方向に設定する。またＤＩ
Ｒ２に“Ｈ”を出力して分周・移相器４の出力する信号
ＡとＢの位相差を９０°に設定し、ステップ７に進む。

【００３１】ステップ６：駆動回転方向が逆転であるの
で、ＤＩＲ１に“Ｌ”を出力してアップダウンカウンタ
１７のカウント方向をダウン方向に設定する。また、Ｄ
ＩＲ２に“Ｌ”を出力して分周・移相器４の出力する信
号ＡとＢの位相差を２７０°に設定し、ステップ７に進
む。

【００３２】ステップ７：ＣＮＴ　　ＥＮ／ＤＩＳに“
Ｈ”を出力し、アップダウンカウンタ１７をカウントイ
ネーブル状態にする。

【００３３】ステップ８：ＵＳＭ　　ＥＮ／ＤＩＳに“
Ｈ”を出力し、分周・移相器４の出力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か
らの周波信号をＤＩＲ２から出力されたレベルに応じた
位相差分移相しＡ、Ｂより位相差を有する周波信号を出
力する。出力された周波信号Ａ、Ｂは電力増幅器５及び
６によって増幅され、マッチングコイル７、８を介して
振動型モータ９に印加される。これにより、振動型モー
タ９は回転を始めようとする。

【００３４】ステップ９：変数ＴＩＭＥＲに０を格納す
る。なお、ＴＩＭＥＲはモータの回転運動が検出されな
いときに一定時間経過するたびに周波数を下げていくと
きの一定時間を計測するためのタイマーである。

【００３５】ステップ１０：ＦＲＥＱに所定値（１）を
加えてＦＲＥＱに格納する。

【００３６】ステップ１１：ＦＲＥＱが設定できる範囲
内の最低周波数ＭＩＮ　　ＦＲＥＱよりも大となるとき
はステップ１２へ進み、そうでないときはステップ１３
へ進む。

【００３７】ステップ１２：ステップ１１でＭＩＮ　　
ＦＲＥＱまでスキャンしてもパルス入力が認められなか
ったので駆動不能状態であるものと判断し、次回のスキ
ャン開始周波数ＦＭＡＸに０を格納し、ステップ２４に
進む。

【００３８】ステップ１３：Ｄ／Ａｏｕｔ端子にＦＲＥ
Ｑの値を出力する。

【００３９】ステップ１４：アップダウンカウンタ１７
よりカウンタ値を入力し、変数ＦＰＣに格納する。

【００４０】ステップ１５：変数ＦＰＣとＦＰＣＯＬＤ
を比較し、等しい場合はステップ１６へ進み、等しくな
い場合はステップ１８へ進む。すなわち、検出回路１６
がパルス板１０の回転動作を検出してアップダウンカウ
ント１７がカウント動作を行った場合には、ＦＰＣ≠Ｆ
ＰＣＯＬＤとなるので、ステップ１８へ進む。また、パ
ルス板１０の回転動作が検出されない場合はＦＰＣ＝Ｆ
ＰＣＯＬＤとなるのでステップ１６へ進む。

【００４１】ステップ１６：パルス板１０の回転動作が
検出されていないので、ＴＩＭＥＲをインクリメントす
る。

【００４２】ステップ１７：ＴＩＭＥＲが所定時間ＴＩ
ＭＥ−ＬＭＴに等しいか否かを判断し、等しい場合はス
テップ９に進む。また、等しくない場合はステップ１３
へ進む。

【００４３】ステップ１８：ステップ１５でパルス板１
０の回転動作が検出されたので、そのときの周波数ＦＲ
ＥＱをＦＭＡＸに格納する。

【００４４】ステップ１９：モータの実際のスピードと
、駆動残量などの情報をもとにあらかじめＲＯＭに記憶
してある目標速度とを比較し、実際の速度が目標速度よ
りも速い場合はステップ２０へ進み、遅い場合はステッ
プ２１へ進む。尚、モータの速度はマイコン１の入力端
ＭＯＮに入力する検出回路１６からのパルスの間隔をマ
イコン１にて求めているものとする。

【００４５】ステップ２０：スピードが速いので、ＦＲ
ＥＱから所定値（３）を引いた値をＦＲＥＱに格納し周
波数を高い方へスキャンさせた後、ステップ２２へ進む
。

【００４６】ステップ２１：スピードが遅いので、ＦＲ
ＥＱに所定値（２）を加えた値をＦＲＥＱに格納し、周
波数を低い方へスキャンさせる。なお、所定値（２）は
前記所定値（１）よりも小さい値を持つ。

【００４７】ステップ２２：ＦＲＥＱの値をＤ／Ａｏｕ
ｔに出力する。

【００４８】ステップ２３：駆動残量がどのくらいある
かを判断し、０よりも大きい場合はステップ１９へ進む
。０以下の場合はステップ２４へ進む。尚、駆動残量は
上記入力端子ＭＯＮに入力したパルスをマイコン内で計
数し、この計数値を予めマイコン内にセットされている
目標駆動量から減算し求めているものとする。

【００４９】ステップ２４：駆動残量≦０、すなわち駆
動量のぶんだけ駆動し終ったか、、またはオーバーラン
したのでＵＳＭ　　ＥＮ／ＤＩＳに“Ｌ”を出力し、分
周・移相器４の出力Ａ、Ｂディスエーブル状態とする。 これにより振動波モータ９は停止する。

【００５０】ステップ２５：ＣＮＴ　　ＥＮ／ＤＩＳに
“Ｌ”を出力し、アップダウンカウンタ１７のカウント
動作を禁止するとともに、振動型モータ駆動制御ルーチ
ンを終了する。

【００５１】上記の動作において、ステップ１〜８は起
動に際しての初期設定を行っており、アップダウンカウ
ンタ１７の初期状態の確認、スキャン開始周波数の出力
、回転方向の判別及び設定を行いモータの起動を始める
。

【００５２】ステップ９〜１８では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。即ち、
ステップ８にてモータ９に対して周波信号の印加を開始
してからステップ１５にてパルス板１０の回転、即ちモ
ータの駆動が検知されるまでは所定時間ＴＩＭＥ−ＬＭ
Ｔが経過するたびにステップ１０が実行され周波数を所
定量下げていく。即ち、モータの起動が確認されるまで
は、所定時間が経過しないときはステップ９→１０→１
１→１３→１４→１５→１６→１７→１３→…を繰り返
し、所定時間が経過したときはステップ１７からステッ
プ９に戻って、ステップ１０で周波数を所定値（１）だ
け下げる。

【００５３】そして、上記の各ステップ実行中にステッ
プ１５でモータの起動が確認されればステップ１８で、
そのときの周波数を記憶する。そしてステップ１９〜２
３ではモータの回転速度が目標速度にサーボ制御される
。すなわち、目標速度に対しては速い場合は周波数を所
定値（３）だけ上げ、遅い場合は所定値（２）だけ下げ
る。振動型モータ９の特性上、最高速付近よりもさらに
周波数を下げると急激な速度低下をきたすので、最高速
付近での周波数の変化はあまり激しく行わない方がよい
。従って、所定値（２）は小さく設定する。それに対し
、起動時の周波数の変化は最高速時に比べてそれほど敏
感さを必要としないので、モータが起動するまでは周波
数スキャンスピードを速くして、できるだけ早くモータ
を起動させる方法をとることが可能となる。従って所定
値（１）は所定値（２）よりも大きく設定されている。 以上のように起動が確認される前後で周波数スキャンス
ピードを変えることにより、起動時は起動スピードを速
くし、高速駆動時はきめ細かな制御を行うことにより、
全体の駆動時間を短くするとともに、途中で止まってし
まうというような不安定な状態を避けることができる。

【００５４】図４は本発明の他の実施例を示すフローチ
ャートを示すもので、図３に示したフローと同一部には
同一ステップナンバーを記載している。このフローでは
図３のステップ９、１６、１７を削除することで構成さ
れる。

【００５５】この様に構成することでモータが駆動され
るまでの周波数の更新を更に高速化出来る。

【００５６】

【発明の効果】以上説明したように、モータの起動が確
認される前後で周波数スキャンスピードを変え、起動す
る前のスキャンスピードを起動した後のスキャンスピー
ドより速くすることにより、モータが起動できる状態か
否かをすばやく判断し、起動が確認された後はスキャン
スピードを落として滑らかに最高速度へ移行することが
可能となる。

【００５７】従って、従来のようにモータが起動できな
い状態のときでもゆっくり周波数を下げていって起動で
きる状態ではない、すなわち駆動不能状態であると判定
するまでに長時間を要するというような不都合を解消す
ることができ、駆動不能状態のときはすばやく他の動作
に移行できる。かつ、高速駆動時は周波数制御を細かく
することができるので、安定した駆動を行うことができ
る。その結果、モータの全駆動時間を短くかつ滑らかに
駆動することができ、オートフォーカス動作の高速化な
らびに感触の良さにつながるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る振動型モーターの制御装置の一実
施例を示す回路図である。

【図２】図１に示したステータ９ｂの裏面上に配される
圧電素子の配設状態を説明する説明図である。

【図３】図１に示した実施例のプログラムフローを示す
説明図である。

【図４】図１に示した実施例の他のプログラムフローを
示す説明図である。

【符号の説明】

１　　マイコン ９　　振動型モータ １０　　パルス板 １６　　検出回路 １７　　アップダウンカウンター

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　振動体に配される電気−機械エネルギ
   ー変換素子に周波信号を印加し、該振動体を振動させ、
   該振動体の振動を駆動力とする振動型モーターの制御回
   路において、前記周波信号の周波数を初期周波数から徐
   々に変更する周波数変更回路を設けるとともに該周波数
   変更回路による周波数の変更状態を初期周波数近傍の周
   波数域における変更速度を初期周波数から離れた周波数
   域の変更速度よりも高速にセットするセット回路を設け
   たことを特徴とする振動型モーターの制御回路。
2. 【請求項２】　　前記変更回路はセット回路にてセット
   された変更値情報に基づいた変更速度にて周波数を変更
   するとともに、前記モーターの駆動状態を検知する検知
   回路と、該検知回路にてモーターが駆動状態にあると検
   知された際に前記変更値情報を低速での変更を指示する
   値に切換える切換回路を設けたことを特徴とする請求項
   １の振動型モーターの制御回路。