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公開番号2021058081
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210408
出願番号2020158456
出願日20200923
発明の名称振動型モータの制御装置及びそれを有する振動装置並びに振動型モータの制御方法、プログラム、記憶媒体
出願人キヤノン株式会社
代理人個人,個人
主分類H02N 2/06 20060101AFI20210312BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】 起動する前に設定されたパルス幅及び周波数による速度のオーバーシュートを抑制しつつ、起動時間の長時間化を抑制する
【解決手段】 制御手段を有し、制御手段は、振動体と接触体とが相対移動を開始する前に、パルス幅及び周波数による第1の定常速度が、目標速度を上回るように、パルス幅及び周波数を設定し、振動体と接触体とが相対移動を開始した後であって、振動体と接触体とが相対移動するときの実速度が目標速度を上回る前に、振動体と接触体とが相対移動するときの第2の定常速度が、第1の定常速度を下回るように、パルス幅及び周波数の少なくとも一方を変更する。
【選択図】 図3
特許請求の範囲【請求項1】
電気−機械エネルギー変換素子を有する振動体と、前記振動体と接触する接触体と、を有する振動型モータの前記電気−機械エネルギー変換素子に、複数のパルス信号に基づいて生成された複数の交流電圧を印加することにより前記振動体と前記接触体とが相対移動する、振動型モータの制御装置であって、
目標速度で前記振動体と前記接触体とが相対移動するように、前記複数のパルス信号のパルス幅及び周波数を制御可能な制御手段を有し、
前記制御手段は、
前記振動体と前記接触体とが相対移動を開始する前に、前記パルス幅及び前記周波数による第1の定常速度が、前記目標速度を上回るように、前記パルス幅及び前記周波数を設定し、
前記振動体と前記接触体とが相対移動を開始した後であって、前記振動体と前記接触体とが相対移動するときの実速度が前記目標速度を上回る前に、前記振動体と前記接触体とが相対移動するときの第2の定常速度が、前記第1の定常速度を下回るように、前記パルス幅及び前記周波数の少なくとも一方を変更し、
前記パルス幅及び前記周波数の少なくとも一方を変更した後に、前記目標速度で前記振動体と前記接触体とが相対移動するように、前記パルス幅及び前記周波数の少なくとも一方を制御する、ことを特徴とする振動型モータの制御装置。
続きを表示(約 2,000 文字)【請求項2】
前記実速度を検出する検出手段を有し、
前記制御手段は、
前記検出手段が、所定の前記実速度を検出した後であって、前記目標速度を上回る前記実速度を検出する前に、前記第2の定常速度が、前記第1の定常速度を下回るように、前記パルス幅及び前記周波数の少なくとも一方を変更する、ことを特徴とする請求項1に記載の振動型モータの制御装置。
【請求項3】
前記制御手段により、前記第1の定常速度は、前記目標速度の90%以上110%以下である、ことを特徴とする請求項1又は2に記載の振動型モータの制御装置。
【請求項4】
前記制御手段により、前記第1の定常速度は、前記目標速度と略等しい、ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の振動型モータの制御装置。
【請求項5】
前記制御手段により、前記第1の定常速度は、前記目標速度の70%以上90%未満である、ことを特徴とする請求項1又は2に記載の振動型モータの制御装置。
【請求項6】
前記目標速度で相対移動するように前記パルス幅及び前記周波数の少なくとも一方を制御するときに用いられる前記目標速度、前記パルス幅及び前記周波数を記憶する記憶手段を有し、
前記制御手段は、
前記記憶手段に記憶された前記目標速度、前記パルス幅及び前記周波数に基づいて、前記パルス幅及び前記周波数を設定、変更及び制御する、ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の振動型モータの制御装置。
【請求項7】
請求項1乃至6のいずれか1項に記載の振動型モータの制御装置と、
前記振動型モータの制御装置によって駆動される振動型モータと、を有することを特徴とする振動装置。
【請求項8】
請求項1乃至6のいずれか1項に記載の振動型モータの制御装置と、
前記振動型モータの制御装置によって駆動される振動型モータと、
前記振動型モータによって駆動されるレンズと、
前記レンズの光軸上に設けられた撮像素子と、を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項9】
請求項1乃至6のいずれか1項に記載の振動型モータの制御装置と、
前記振動型モータの制御装置によって駆動される振動型モータと、
前記振動型モータによって駆動される撮像素子と、
前記撮像素子が光軸上に設けられたレンズと、を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項10】
請求項1乃至6のいずれか1項に記載の振動型モータの制御装置と、
前記振動型モータの制御装置によって駆動される振動型モータと、
前記振動型モータを駆動することで駆動されるレンズと、を有することを特徴とするレンズ装置。
【請求項11】
請求項1乃至6のいずれか1項に記載の振動型モータの制御装置と、
前記振動型モータの制御装置によって駆動される振動型モータと、
前記振動型モータによって駆動されるステージと、を有することを特徴とする自動ステージ。
【請求項12】
電気−機械エネルギー変換素子を有する振動体と、前記振動体と接触する接触体と、を有する振動型モータの前記電気−機械エネルギー変換素子に、複数のパルス信号に基づいて生成された複数の交流電圧を印加することにより前記振動体と前記接触体とが相対移動する、振動型モータの制御方法であって、
目標速度で前記振動体と前記接触体とが相対移動するように、前記複数のパルス信号のパルス幅及び周波数を制御可能な制御ステップを有し、
前記制御ステップは、
前記振動体と前記接触体とが相対移動する前に、前記パルス幅及び前記周波数による第1の定常速度が、前記目標速度を上回るように、前記パルス幅及び前記周波数を設定し、
前記振動体と前記接触体とが相対移動し始めた後であって、前記振動体と前記接触体とが相対移動するときの実速度が前記目標速度を上回る前に、前記振動体と前記接触体とが相対移動するときの第2の定常速度が、前記第1の定常速度を下回るように、前記パルス幅及び前記周波数の少なくとも一方を変更し、
前記相対移動するときの実速度が前記目標速度を上回った後に、前記目標速度で振動体と前記接触体とが相対移動するように、前記パルス幅及び前記周波数の少なくとも一方を制御する、ことを特徴とする振動型モータの制御方法。
【請求項13】
請求項12に記載の振動型モータの制御方法をコンピュータにより実行させるためのプログラム。
【請求項14】
コンピュータが読み込み実行することで、請求項12に記載の振動型モータの制御方法を実行可能なプログラムを格納したことを特徴とするコンピュータが読み取り可能な記憶媒体。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、振動型モータの制御装置及びそれを有する振動装置並びに振動型モータの制御方法、プログラム、記憶媒体に関する。
続きを表示(約 6,500 文字)【背景技術】
【0002】
非電磁駆動式モータとして、電気−機械エネルギー変換素子の一例である圧電素子を弾性体に接合してなる振動体に接触体を接触させた振動型モータ(以下、単に「モータ」ともいう)が知られている。振動型モータは、電気−機械エネルギー変換素子に、交流電圧を印加することによって振動体に発生させた振動エネルギーを、振動体と接触体との相対移動という機械運動として取り出すように構成されている。振動型モータをフォーカスレンズの自動駆動(AF駆動)やズームレンズの駆動(ズーム駆動)に用いる、カメラ装置やビデオ装置等の撮影装置(以下、単に「撮影装置」ともいう)が製品化されている。
【0003】
このような振動型モータの一例として、振動型モータの(組立て後の)斜視図を、図15に示す(特許文献1参照)。
【0004】
図14において、200は、振動型モータである。201は、金属等の振動減衰損失の小さい材料で構成された弾性体、204は、ナット、203はフレキシブル基板である。弾性体201とナット204に圧電素子(不図示)が挟まれており、当該圧電素子にフレキシブル基板203から、生成された交流電圧を印加することにより、当該圧電素子に振動を発生させる。弾性体、ナット、圧電素子の集合体を総称して、振動体といい、上記圧電素子に発生させた振動により、振動体は振動する。
【0005】
振動型モータ200は、移動体207(接触体)と、外部に駆動力を伝達するギア209と、を有する。上記振動体の振動を受けて、接触体207は軸周りに回転し、接触体207の軸周りの回転を受けて、ギア209も軸周りに回転する。
【0006】
211は、固定部材である。ネジを用いて、固定部材211に設けられたネジ穴を所望の場所に固定することで、振動型モータ200を所望の場所に取り付けることができる。
【0007】
212は、固定部材211を振動型モータ200側に固定するためのナットである。
【0008】
撮影装置では、静止画撮影時には、フォーカスレンズやズームレンズ(を駆動する振動型モータ)をより速く駆動することが求められる一方、動画撮影時には、フォーカスレンズ等を低速で駆動することも求められる。目標とする焦点距離や画角における画像のみが記録(記憶)される静止画撮影時とは異なり、動画撮影時には、目標とする焦点距離等における画像のみならず、焦点距離等が目標とする焦点距離等に到達するまでに生成される画像も記録されるからである。
【0009】
上記撮影装置でのAF駆動やズーム駆動には、フォーカスレンズやズームレンズが目標とする速度(以下、「目標速度」ともいう)で駆動し続けるように制御(以下、「目標速度制御」ともいう)することが求められている。そこで、振動型モータを用いて目標速度制御を実現する技術として、駆動周波数(以下、単に「周波数」ともいう)を変更する方法や駆動パルス幅(以下、単に「パルス幅」ともいう)を変更する方法が提案されている(特許文献2参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0010】
特開2013−123335号公報
特開平09−294384号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
特許文献2に記載された技術では、周波数の制御のみでは速度の分解能が不足する。そのため、振動型モータの駆動開始(以下、「起動」ともいう)時にパルス幅及び周波数を所定値に設定した後にパルス幅を制御することで、速度の分解能を上げた目標速度制御を実現している(特許文献2の段落0039及び図6参照)。
【0012】
当該従来技術においては、静止画撮影時には、起動時に設定されたパルス幅及び周波数(設定)による駆動により定常状態(速度が一定の状態、加速度がゼロの状態)に到達したときの速度(以下、「定常速度」ともいう)は目標速度を下回る。上記のように、静止画撮影時には、レンズの高速駆動が求められるので、起動時に設定されたパルス幅及び周波数による駆動が定常速度に到達する前までに、当該駆動速度がより目標速度に近づくように(より高速になるように)、設定が変更される。したがって、静止画撮影時には、駆動速度が目標速度を上回る、いわゆる速度のオーバーシュートは発生し難い。
【0013】
しかし、動画撮影時には、起動時に設定されたパルス幅及び周波数による定常速度は目標速度を上回ることがある。上記のように、動画撮影時には、フォーカスレンズ等を低速で駆動することも求められるからである。したがって、動画撮影時には、速度のオーバーシュートが発生し易い。
【0014】
このことを、図16及び17を用いて説明する。
【0015】
図16には、従来例における振動型モータの制御装置で振動型モータを制御したときの、周波数と速度及び電力の関係並びにパルス幅制御する領域S1及び周波数制御する領域S2を示した。以下、パルス幅制御する領域を「パルス幅制御領域」、周波数制御する領域を、「周波数制御領域」ともいう。図17には、従来例における振動型モータの制御装置で振動型モータを制御したときの、時間と周波数、パルス幅及び速度の関係を示した。図18には、従来例における振動型モータの制御装置で振動型モータを制御したときの、時間と周波数、パルス幅(大、小)、速度及び摩擦力の関係を示した。
【0016】
図17では、設定可能なパルス幅の最大値である最大パルス幅にパルス幅を固定した状態で、周波数を下げていく(駆動力を上げていく)。そして、周波数を下げていく途中で振動型モータ(振動体と接触体)は駆動(相対移動)を開始(起動)し、その後、目標速度で駆動する。目標速度での相対移動は、目標速度と実速度との差(以下、「偏差」ともいう)により動作パラメータ(パルス幅、周波数)を設定する速度制御によりなされる。
【0017】
ここで、起動時は、圧電素子に交流電圧を印加しても、振動体と接触体との摩擦力などの影響により、すぐには起動せず、圧電素子に交流電圧が印加されてから起動する(相対移動を開始する)までに要する時間(起動時間)が長時間化することがある。
【0018】
図17に示した従来例では、起動時間の長時間化を解決するために、起動するまで、周波数を下げていく(駆動力を上げていく)制御がなされている。このような制御では、起動時間は短時間化するものの、起動したときの動作パラメータによる定常速度は、目標速度を上回るため、速度のオーバーシュートが発生し易い。そのため、動画撮影時等の、レンズ等を低速で駆動する必要があるときに、一旦、高速になってしまい、急激に速度変化する違和感のある画像が記録されてしまうという問題がある。
【0019】
また、図18は、パルス幅が相対的に大きいときと小さいときの起動特性を示したものである。当該図18から解るように、(設定されたパルス幅及び周波数による定常速度が目標速度と同程度であり)パルス幅が相対的に小さいときは、パルス幅が相対的に大きいときと比べ、速度のオーバーシュートは抑制されている。しかし、起動時間が長時間化している。
【0020】
本発明は、これらの課題を解決するためになされたものであり、起動する前に設定されたパルス幅及び周波数による速度のオーバーシュートを抑制しつつ、起動時間の長時間化を抑制することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0021】
上記課題を解決するために、本発明に係る振動型モータの制御装置は、電気−機械エネルギー変換素子を有する振動体と、前記振動体と接触する接触体と、を有する振動型モータの前記電気−機械エネルギー変換素子に、複数のパルス信号に基づいて生成された複数の交流電圧を印加することにより前記振動体と前記接触体とが相対移動する、振動型モータの制御装置であって、目標速度で前記振動体と前記接触体とが相対移動するように、前記複数のパルス信号のパルス幅及び周波数を制御可能な制御手段を有し、前記制御手段は、前記振動体と前記接触体とが相対移動を開始する前に前記パルス幅及び前記周波数による第1の定常速度が、前記目標速度を上回るように、前記パルス幅及び前記周波数を設定し、前記振動体と前記接触体とが相対移動を開始した後であって、前記振動体と前記接触体とが相対移動するときの実速度が前記目標速度上回る前に、前記振動体と前記接触体とが相対移動するときの第2の定常速度が、前記第1の定常速度を下回るように、前記パルス幅及び前記周波数の少なくとも一方を変更し、前記パルス幅及び前記周波数の少なくとも一方を変更した後に、前記目標速度で振動体と前記接触体とが相対移動するように、前記パルス幅及び前記周波数の少なくとも一方を制御する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【0022】
本発明の振動型モータの制御装置等によれば、起動する前に設定されたパルス幅及び周波数による速度のオーバーシュートを抑制しつつ、起動時間の長時間化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0023】
本発明の振動型モータの制御装置の構成を示すブロック図である。
本発明の振動型モータの制御装置で振動型モータを制御したときの、本発明の第1の実施形態における、周波数と速度及び電力の関係並びにパルス幅制御領域及び周波数制御領域を示す図である。
本発明の振動型モータの制御装置で振動型モータを制御したときの、本発明の第1の実施形態における、時間と周波数、パルス幅及び速度の関係を示す図である。
本発明の第1の実施形態におけるアルゴリズムを示すフローチャートである。
本発明の振動型モータの制御装置で振動型モータを制御したときの、本発明の第2の実施形態における、周波数と速度及び電力の関係並びにパルス幅制御領域及び周波数制御領域を示す図である。
周波数が異なるときの、パルス幅と速度の関係を示す図である。
本発明の振動型モータの制御装置で振動型モータを制御したときの、本発明の第2の実施形態における、時間と周波数、パルス幅及び速度の関係を示す図である。
本発明の振動型モータの制御装置で振動型モータを制御したときの、本発明の第3の実施形態における、時間と周波数、パルス幅及び速度の関係を示す図である。
本発明の振動型モータの制御装置で振動型モータを制御したときの、本発明の第4の実施形態における、周波数と速度及び電力の関係並びに周波数制御領域を示す図である。
本発明の振動型モータの制御装置で振動型モータを制御したときの、本発明の第4の実施形態における、時間と周波数、パルス幅及び速度の関係を示す図である。
本発明の第4の実施形態におけるアルゴリズムを表わすフローチャートである。
本発明における振動型モータの制御装置を用いたカメラ装置である。
本発明における振動型モータの制御装置を用いたレンズ駆動装置である。
本発明の振動型モータの(組立て後の)斜視図である。
本発明における振動型モータの制御装置を用いた自動ステージ及びそれを有する顕微鏡である。
従来例における振動型モータの制御装置で振動型モータを制御したときの、周波数と速度及び電力の関係並びにパルス幅制御領域及び周波数制御領域を示す図である。
従来例における振動型モータの制御装置で振動型モータを制御したときの、時間と周波数、パルス幅及び速度の関係を示す図である。
従来例における振動型モータの制御装置で振動型モータを制御したときの、時間と周波数、パルス幅(大、小)、速度及び摩擦力の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0024】
以下、本発明の実施形態を、図面を用いて説明する。
【0025】
(第1の実施形態)
以下、振動型モータ(振動型アクチュエータ)の低速駆動に関する第1の実施形態を、図1〜図4を用いて説明する。本実施形態は、起動する(振動体と接触体とが相対移動を開始する)前に設定されたパルス幅及び周波数による速度超過(速度のオーバーシュート)を抑制することができる。
【0026】
なお、「相対移動」とは、振動体と接触体とが相対的に移動するこという。振動体と接触体とが相対的に移動する場合には、振動体が固定され、接触体が駆動される場合と、接触体が固定され、振動体が駆動される場合がある。
【0027】
図1は、本発明の振動型モータの制御装置(制御回路)の構成を示すブロック図である。図1において、200は、振動型モータであり、図1に記載された構成のうち、振動型モータ200以外の構成が振動型モータの制御装置100の構成である。
【0028】
制御回路100は、制御部32、第1のスイッチング回路33、第2のスイッチング回路33’、発振器34、位置検出部35、電源部36、第1の差動増幅器37、第2の差動増幅器38及び位相差検出回路39を有する。
【0029】
図1において、制御部32(制御手段)は、振動型モータ200のコントロールを司る、マイクロプロセッサ(MPU)等のマイコン部(MCU)である。制御部32は、プログラムを格納するROM、プログラムの展開する領域及びパラメータや演算結果を記憶する領域を有するRAM、プログラムを実行するCPU等を有する。34は、制御部32からの指令値に応じて第1のモード(Aモード)と第2のモード(Bモード)の駆動信号(パルス信号A

、B

)を発生させる発振器である。発振器34は、AモードとBモードの駆動信号(パルス信号A

、B

)の位相差を、0〜360°で変更可能(制御可能)である。第1のスイッチング回路33は、Aモードの駆動信号(パルス信号A

)を電源電圧でスイッチングするスイッチング回路である。第1のスイッチング回路33は、インダクタンス41との組み合わせにてスイッチング回路のスイッチング電圧を昇圧効果により増幅する。
【0030】
図1において、第2のスイッチング回路33’は、Bモードの駆動信号(パルス信号B

)を電源電圧でスイッチングするスイッチング回路である。第2のスイッチング回路33’は、インダクタンス42との組み合わせにてスイッチング回路のスイッチング電圧を昇圧効果により増幅する。36は、スイッチング回路33、33’の増幅回路に電圧を供給する電源部である。電源部36としては、電池等が用いられるがこれに限られない。電源部36としては、ACアダプタ等も用いることができる。第1の差動増幅器37は、圧電素子の駆動電極の一方に印加している駆動電圧A(交流電圧)と駆動電極の他方に印加している駆動電圧A’(交流電圧)の差動信号(差動電圧)を取り出す差動増幅器である。第2の差動増幅器38は、圧電素子に設けられた振動検出用の電極(不図示)から取り出される電圧S(圧電素子電圧)と上記駆動電圧A’の差動信号(差動電圧)を取り出す差動増幅器である。
(【0031】以降は省略されています)

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