JP2019075989A - 駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電子機器と振動アクチュエータとが共振してしまうのを抑制できる駆動装置を提供する。
【解決手段】圧電体に交番信号を印加して、振動体を振動させて駆動力を発生する振動アクチュエータ２０の駆動を制御する駆動装置３０であって、前記圧電体に印加する交番信号の周波数及び電圧を変化させる制御部３５を備え、制御部３５は、前記電圧を所定の電圧に保った状態で前記周波数を変化させて所定の周波数に達した場合に、前記周波数を第１の周波数に保った状態にし、前記電圧を第１の電圧から前記第１の電圧よりも高い第２の電圧へ変化させ、前記電圧が前記第１の電圧よりも高い前記第２の電圧に達した場合に、前記周波数を前記第１の周波数よりも低い第２の周波数に変更する。
【選択図】図３

Description

本発明は、振動アクチュエータの駆動装置に関する。

従来、振動アクチュエータの駆動装置は、振動アクチュエータに入力する交番信号の周波数を変化させることによって振動アクチュエータの動作を制御している。
このような駆動装置の中には、変動する交番信号の周波数が、振動アクチュエータの振動子の共振周波数に近づいた場合に、その共振周波数側への変動を禁止する技術が提案されている（例えば、特許文献１）。
しかし、このような駆動装置は、振動アクチュエータの駆動周波数が、駆動装置の近傍に配置されたセンサ等の電子機器の固有周波数と共振し、そのセンサ等の適正な動作を妨げてしまう場合があった。

特許第２５３７２６７号公報

本発明の課題は、電子機器と振動アクチュエータとが共振してしまうのを抑制できる駆動装置を提供することである。

本開示の一態様は、圧電体に交番信号を印加して、振動体を振動させて駆動力を発生する振動アクチュエータの駆動を制御する駆動装置であって、前記圧電体に印加する交番信号の周波数及び電圧を変化させる制御部を備え、前記制御部は、前記電圧を所定の電圧に保った状態で前記周波数を変化させて所定の周波数に達した場合に、前記周波数を第１の周波数に保った状態にし、前記電圧を第１の電圧から前記第１の電圧よりも高い第２の電圧へ変化させ、前記電圧が前記第１の電圧よりも高い前記第２の電圧に達した場合に、前記周波数を前記第１の周波数よりも低い第２の周波数に変更する駆動装置である。

本発明によれば、電子機器と振動アクチュエータとが共振してしまうのを抑制できる。

第１実施形態のカメラの全体構成を説明する概略図である。 第１実施形態の超音波モータの構成を説明する図である。 第１実施形態の超音波モータに接続される駆動装置の構成を説明する図である。 第１実施形態の超音波モータの特性を示す図である。 第１実施形態の駆動装置による超音波モータの制御状態を説明する図である。 第１実施形態の駆動装置による超音波モータの制御状態の他の例を説明する図である。 超音波モータの共振周波数付近での等価回路を示す図である。 第２実施形態の超音波モータの特性を示す図である。 第２実施形態の駆動装置による超音波モータの制御状態を説明する図である。

（第１実施形態）
以下、図面等を参照して、本発明の第１実施形態について説明する。
図１は、第１実施形態のカメラの全体構成を説明する概略図である。
図２は、第１実施形態の超音波モータの構成を説明する図である。
図３は、第１実施形態の超音波モータに接続される駆動装置の構成を説明する図である。
なお、図１において、カメラ１の前後方向（レンズ１１の光軸方向）をＺ方向とし、カメラ１を光軸方向から見て左右方向をＸ方向とし、鉛直方向をＹ方向とする。

カメラ１は、図１に示すように、撮像素子３を有するカメラ筐体２と、レンズ鏡筒１０とを備え、被写体の静止画だけでなく動画も撮影することができるデジタルカメラである。
レンズ鏡筒１０は、カメラ筐体２と着脱可能な交換レンズである。レンズ鏡筒１０は、レンズ１１（光学部材）、カム筒部１２、位置検出部１３、超音波モータ２０（振動アクチュエータ）、駆動装置３０等を備えている。なお、レンズ鏡筒１０は、カメラ筐体２と一体型としてもよい。

レンズ１１は、カム筒部１２に保持されており、超音波モータ２０の駆動力によって、光軸方向（Ｚ方向）に移動して焦点調節を行うフォーカスレンズである。
カム筒部１２は、超音波モータ２０の回転子２１（後述する）と接続されており、超音波モータ２０の回転運動を、光軸方向（Ｚ方向）への直動運動に変換し、レンズ１１を光軸方向（Ｚ方向）に移動可能にする。
位置検出部１３は、光軸方向（Ｚ方向）に移動するレンズ１１の位置を検出するエンコーダである。

超音波モータ２０は、図２に示すように、円環状の回転式の進行波型超音波モータであり、円環状の回転子２１と、回転子２１と加圧接触する円環状の振動子２２（振動体）とから構成される。
振動子２２は、円環状の弾性体２３と、その弾性体２３に接合された円環状の圧電素子２４（圧電体）とから構成されている。
弾性体２３は、回転子２１と加圧接触する面に櫛歯が設けられた弾性部材である。

圧電素子２４は、弾性体２３の回転子２１との接触面とは反対側の面に接合されており、２相からなる電極パターンＡ相、Ｂ相を有する。電極パターンＡ相、Ｂ相は、それぞれが円周方向に極性が交互に異なるように分極されている。
超音波モータ２０は、圧電素子２４の電極パターンＡ相、Ｂ相に、それぞれ位相の異なる２相の交番信号を印加して、振動子２２に進行性の振動波を発生させ、振動子２２に加圧接触された回転子２１がその振動波に励振されることで、円周方向（正転方向Ｇ、反転方向Ｈ）に回転する駆動力を発生する。

駆動装置３０は、図３に示すように、超音波モータ２０の駆動、すなわち超音波モータ２０の回転速度や、駆動動作を制御する装置である。ここで、駆動動作とは、超音波モータ２０の回転子２１の正転方向Ｇの回転運動（図２参照）や、反転方向Ｈの回転運動（図２参照）、停止といった動作をいう。
駆動装置３０は、駆動回路部３１、電源回路部３２、位相回路部３３、記憶部３４、制御部３５等を備える。

駆動回路部３１は、制御部３５から位相回路部３３を介して入力した駆動信号に基づいて、所定の駆動周波数ｆ、駆動電圧ｖ、位相の交番信号を超音波モータ２０の圧電素子２４のＡ相、Ｂ相の各電極に出力する回路である。
駆動回路部３１は、圧電素子２４の電極パターンのＡ相の電極に接続されるＡ相駆動回路部３１ａと、Ｂ相の電極に接続されるＢ相駆動回路部３１ｂとを備えている。各駆動回路部３１ａ、３１ｂは、超音波モータ２０の圧電素子２４の各電極に入力される交番信号の電流を検出し、その検出情報（電流モニタ情報）をそれぞれ制御部３５にフィードバックしている。
電源回路部３２は、各駆動回路部３１ａ、３１ｂから超音波モータ２０へ出力する交番信号の電力を供給する回路である。電源回路部３２は、制御部３５に接続されており、駆動回路部３１への出力電圧を変更することができる。
位相回路部３３は、制御部３５から出力される駆動信号の位相を変更する回路である。本実施形態の位相回路部３３は、超音波モータ２０を駆動制御する場合に、Ａ相駆動回路部３１ａ及びＢ相駆動回路部３１ｂに入力される各駆動信号の位相を９０度異なるように変更している。
記憶部３４は、駆動装置３０の動作に必要なプログラム、情報等を記憶するための半導体メモリ素子等の記憶装置である。

制御部３５は、駆動装置３０の各部を統括制御する制御回路であり、例えばＣＰＵ等から構成される。制御部３５は、記憶部（不図示）に記憶された各種プログラムを適宜読み出して実行することにより、前述したハードウェアと協働し、本実施形態に係る各種機能を実現している。
制御部３５は、超音波モータ２０を駆動する駆動信号（パルス信号）を、位相回路部３３を経て駆動回路部３１に出力し、位置検出部１３の検出信号に基づいて超音波モータ２０を駆動制御する。
具体的には、制御部３５は、駆動信号の周波数を制御し、超音波モータ２０の駆動周波数ｆを変化させて、超音波モータ２０の回転速度Ｎを制御する。
また、制御部３５は、電源回路部３２を制御して駆動回路部に入力する出力電圧を変化させることができ、超音波モータ２０に印加される駆動電圧ｖを変化させ、超音波モータ２０の回転速度Ｎを制御することもできる。

次に、超音波モータ２０の特性について説明する。
図４は、第１実施形態の超音波モータの特性を示す図である。図４（ａ）は、超音波モータ２０に印加される交番信号の駆動電圧をｖ＝ｖ０に保った状態における駆動周波数ｆと回転速度Ｎとの関係を示す図である。図４（ｂ）は、超音波モータ２０に印加される交番信号の駆動周波数をｆ＝ｆ１に保った状態における駆動電圧ｖと回転速度Ｎとの関係を示す図であり、図４（ｃ）は、超音波モータ２０に印加される交番信号の駆動周波数をｆ＝ｆ２に保った状態における駆動電圧ｖと回転速度Ｎとの関係を示す図である。

図４（ａ）に示すように、駆動装置３０の制御部３５は、駆動電圧ｖをｖ０に保った状態で、駆動周波数ｆを変化させることで、超音波モータ２０の回転速度Ｎを変化させることができる。具体的には、制御部３５は、駆動周波数ｆをｆｒから上げると、超音波モータ２０の回転速度Ｎが下がり、また、駆動周波数ｆを高周波側から下げると、超音波モータ２０の回転速度Ｎが上がる特性を有する。
ここで、図４（ａ）中のｆｒは、超音波モータ２０の振動子２２の機械的な共振周波数である。なお、超音波モータ２０の制御では、図４（ａ）中のｆｒよりも右肩下がりの特性を利用する。

また、駆動装置３０の制御部３５は、駆動周波数ｆを、例えばｆ＝ｆ１に保った状態で、駆動電圧ｖを変化させることで、超音波モータ２０の回転速度Ｎを変化させることもできる。具体的には、図４（ｂ）に示すように、制御部３５は、ｆ＝ｆ１に保った状態で、駆動電圧ｖをｖ０からｖ２（ｖ２＜ｖ０）に下げると、超音波モータ２０の駆動速度ＮがＮ１からＮ２（Ｎ２＜Ｎ１）に下がる。また、図４（ｃ）に示すように、制御部３５は、ｆ＝ｆ２に保った状態で駆動電圧ｖをｖ０からｖ１（ｖ０＜ｖ１）に上げると、超音波モータ２０の駆動速度ＮがＮ２からＮ１（Ｎ２＜Ｎ１）に上がる特性を有する。

本実施形態の駆動装置３０は、駆動電圧ｖ＝ｖ０に保った状態で、駆動周波数ｆを変化させることによって、超音波モータ２０の回転速度Ｎを所望の速度に制御する、いわゆる周波数制御を主に行う。
カメラ１には、上述したように、撮像素子３や、レンズ鏡筒１０に設けられた不図示のブレ補正装置のジャイロセンサ等の電子機器が搭載されている。ここで、超音波モータ２０の駆動電圧はノイズ源になりやすいため、超音波モータ２０を周波数制御により所定の駆動周波数ｆで駆動した場合に、上述の電子機器の固有周波数ｆｎと共振し、電子機器の適正な作動を妨げてしまう場合がある。

そこで、本実施形態の駆動装置３０は、図４（ａ）に示すように、上述の電子機器の固有周波数ｆｎと駆動周波数ｆとの共振を避けるべく駆動周波数ｆの設定の禁止範囲Ｐを設ける。この禁止範囲Ｐは、電子機器の固有周波数ｆｎを挟むようにして下限周波数ｆ１から上限周波数ｆ２までの範囲で設定されている（ｆ１＜ｆｎ＜ｆ２）。
駆動周波数ｆをこの禁止範囲Ｐ外から下限周波数ｆ１又は上限周波数ｆ２へ変動させた場合、駆動装置３０の制御部３５は、駆動周波数ｆの変化を禁止し、その代わりに駆動電圧ｖを変化させて超音波モータ２０の回転速度Ｎを制御する、いわゆる電圧制御を行う。

すなわち、駆動装置３０の制御部３５は、電子機器の固有周波数ｆｎと共振のおそれない周波数範囲においては、通常の周波数制御により超音波モータ２０を制御する。一方、電子機器の固有周波数ｆｎと共振のおそれのある周波数範囲、すなわち禁止範囲Ｐ内においては、電圧制御により超音波モータ２０を制御することとなる。
これにより、駆動装置３０は、超音波モータ２０を加減速している場合に、駆動周波数ｆが電子機器の固有周波数ｆｎと共振してしまうのを回避することができ、電子機器を適正に作動させることができる。

次に、超音波モータ２０の駆動制御時における周波数制御及び電圧制御の切り替わりの動作について説明する。
図５は、第１実施形態の駆動装置による超音波モータの制御状態を説明する図である。図５（ａ）は、超音波モータの目標速度及び駆動装置の目標電流と、時間との関係を示す図である。図５（ｂ）は、超音波モータの駆動周波数ｆと時間との関係を示す図であり、図５（ｃ）は、超音波モータの駆動電圧ｖと時間との関係を示す図である。
図６は、第１実施形態の駆動装置による超音波モータの制御状態の他の例を説明する図である。図６（ａ）は、超音波モータの目標速度及び駆動装置の目標電流と、時間との関係を示す図である。図６（ｂ）は、超音波モータの駆動周波数ｆと時間との関係を示す図であり、図６（ｃ）は、超音波モータの駆動電圧ｖと時間との関係を示す図である。

図５に示すように、禁止範囲Ｐが共振周波数ｆｒ近傍に設定されている場合において、超音波モータ２０を加速するとき、制御部３５は、駆動周波数ｆを高周波側から徐々に小さくする周波数制御を行うが、駆動周波数ｆが上限周波数ｆ２に達した場合に、電圧制御に切り替える。すなわち、制御部３５は、駆動周波数をｆ＝ｆ２に保った状態にして、駆動電圧ｖをｖ０から徐々に大きくし、超音波モータ２０を目標速度まで加速させる。
一方、電圧制御の状態から超音波モータ２０を減速するとき、制御部３５は、駆動周波数をｆ＝ｆ２に保った状態で、駆動電圧ｖをｖ０まで徐々に小さくする。駆動電圧ｖがｖ０に達したら、制御部３５は、周波数制御に切り替え、駆動電圧をｖ＝ｖ０に保った状態にして、駆動周波数ｆをｆ２から徐々に大きくして、超音波モータ２０を目標速度まで減速させる。
これにより、駆動装置３０は、周波数制御により駆動周波数ｆが電子機器の固有周波数ｆｎに共振してしまうのを回避して、超音波モータ２０を加減速させることができる。

また、図６に示すように、禁止範囲Ｐが駆動周波数ｆの変動領域内を跨ぐようにして設定されている場合において、超音波モータ２０を加速するとき、制御部３５は、駆動周波数ｆを高周波側から徐々に小さくする周波数制御を行うが、駆動周波数ｆが上限周波数ｆ２に達した場合に、電圧制御に切り替える。すなわち、制御部３５は、駆動周波数をｆ＝ｆ２に保った状態にして、駆動電圧ｖをｖ０からｖ１へ徐々に大きくして、超音波モータ２０を加速させる。
駆動電圧ｖがｖ１に達したら、制御部３５は、駆動電圧ｖをｖ１からｖ０に瞬時に変更するとともに、駆動周波数ｆを下限周波数ｆ１に瞬時に変更し、電圧制御から周波数制御に切り替える。そして、制御部３５は、駆動電圧をｖ＝ｖ０に保った状態で、駆動周波数ｆをｆ１から徐々に下げて、超音波モータ２０を目標速度まで加速させる。

一方、超音波モータ２０を減速する場合、制御部３５は、駆動周波数ｆを低周波側から徐々に大きくする周波数制御を行うが、駆動周波数ｆが下限周波数ｆ１に達した場合に、電圧制御に切り替える。すなわち、制御部３５は、駆動周波数をｆ＝ｆ１に保った状態にして、駆動電圧ｖをｖ０からｖ２へ徐々に小さくして、超音波モータ２０を減速させる。
駆動電圧ｖがｖ２に達したら、制御部３５は、駆動電圧ｖをｖ２からｖ０に瞬時に変更するとともに、駆動周波数ｆを上限周波数ｆ２に瞬時に変更し、電圧制御から周波数制御に切り替える。そして、制御部３５は、駆動電圧をｖ＝ｖ０に保った状態で、駆動周波数ｆをｆ２から徐々に上げて、超音波モータ２０を目標速度まで減速させる。
これにより、駆動装置３０は、駆動周波数ｆの変動領域内を跨ぐようにして禁止範囲Ｐが存在する場合においても、周波数制御により駆動周波数ｆが電子機器の固有周波数ｆｎに共振してしまうのを回避して、超音波モータ２０を加減速させることができる。

本実施形態の駆動装置３０は、上述の禁止範囲Ｐの下限周波数ｆ１及び上限周波数ｆ２の情報を記憶部３４に記憶しており、変動させる駆動周波数ｆがｆ１又はｆ２に達した場合に、制御部３５が、周波数制御と電圧制御とを切り替えている。
また、記憶部３４には、駆動周波数がｆ＝ｆ１に保った状態において超音波モータ２０の回転速度がＮ＝Ｎ２となる駆動電圧ｖ２の情報と、駆動周波数をｆ＝ｆ２に保った状態において超音波モータ２０の回転速度がＮ＝Ｎ１となる駆動電圧ｖ１の情報とが予め記憶されている。
これにより、駆動装置３０は、電圧制御、周波数制御の切り替わり時において、超音波モータ２０の回転速度Ｎの変動を連続的にすることができる。

ここで、駆動装置３０の制御部３５は、超音波モータ２０に入力される電流の目標値（以下、目標電流という）を設定し、その目標電流に基づいて駆動電圧ｖが設定されるようにしてもよい。

図７は、超音波モータの共振周波数付近での等価回路を示す図である。
超音波モータ２０の目標電流Ｉ１は、図７に示すように、超音波モータの共振周波数付近での等価回路に基づいて求められる。ここで、図７中のＣｄは、圧電素子２４の容量であり、Ｃ１、Ｒ１、Ｌ１は、それぞれ、超音波モータ２０の機械的な振動成分として表現された容量、抵抗、インダクタンスである。また、Ｖｃｄは、圧電素子２４に印加される電圧、すなわち超音波モータ２０の駆動電圧を示し、Ｉｐｚｔは、超音波モータ２０へ入力される交番信号の電流を示し、Ｉｃｄは、容量Ｃｄに流れる電流を示す。Ｉ１は、容量Ｃ１に流れる電流を示し、図５（ａ）及び図６（ａ）に示すように、目標速度に比例する目標電流となる。

このような等価回路から、下記（１）式、（２）式が導かれる。
（１） Ｉ１＝Ｉｐｚｔ−Ｉｃｄ
（２） Ｉｃｄ＝ωＣｄ・Ｖｃｄ
ここで、ωは、超音波モータ２０の固有角振動数であり、駆動周波数ｆとの関係は、ω＝２πｆである。上記（１）、（２）式より、下記（３）式が導かれる。
（３） Ｉ１＝Ｉｐｚｔ−ωＣｄ・Ｖｃｄ
上記（３）式によって求められた目標電流Ｉ１は、上述したように、モータの目標速度に比例する。そのため、制御部３５は、電圧制御時において、駆動回路部３１から超音波モータ２０へ入力される電流Ｉｐｚｔ（電流モニタ情報）をフィードバックして、この電流Ｉｐｚｔに基づいて目標電流Ｉ１を求め、目標電流Ｉ１に応じて駆動電圧を制御して回転速度Ｎを制御することも可能である。これにより、駆動装置３０は、駆動電圧ｖを目標速度に比例させて変更することができ、また、環境温度等の変動によってモータ特性が変化した場合においても周波数制御、電圧制御の切り替え時における超音波モータ２０の回転速度Ｎの変動を連続的にすることができる。

以上説明したように、本実施形態の駆動装置３０及びレンズ鏡筒１０には以下のような効果がある。
（１）駆動装置３０は、制御部３５が、駆動電圧をｖ＝ｖ０に保った状態で駆動周波数ｆを高周波側から小さくして上限周波数ｆ２に達した場合に、駆動周波数をｆ＝ｆ２に保った状態にし、駆動電圧ｖをｖ０からｖ１へ変化させ、また、駆動電圧をｖ＝ｖ０に保った状態で駆動周波数ｆを低周波側から大きくして下限周波数ｆ１に達した場合に、駆動周波数をｆ＝ｆ１に保った状態にし、駆動電圧ｖをｖ０からｖ２へ変化させる。
これにより、駆動装置３０は、周波数制御を基本としつつも、電子機器の固有周波数ｆｎの近傍の周波数範囲においては電圧制御によって、超音波モータ２０を加減速することができ、駆動周波数ｆが電子機器の固有周波数ｆｎと共振してしまうのを回避することができ、電子機器を適正に作動させることができる。
また、駆動装置３０は、電圧制御、周波数制御の切り替え時における超音波モータ２０の回転速度Ｎの変動を連続的にすることができる。

（２）駆動装置３０は、制御部３５が、駆動電圧ｖがｖ１に達した場合に、駆動周波数ｆを下限周波数ｆ１に変更し、また、駆動電圧ｖがｖ２に達した場合に、駆動周波数ｆを上限周波数ｆ２に変更する。これにより、駆動装置３０は、禁止範囲Ｐを跨いで駆動周波数ｆを変動させる場合においても、周波数制御及び電圧制御の切り替えを行うことができ、駆動周波数ｆが電子機器の固有周波数ｆｎと共振してしまうのを回避することができる。
（３）駆動装置３０は、制御部３５が、超音波モータ２０の圧電素子２４に印加される交番信号の電流を検出し、電流の検出情報に基づいて駆動電圧ｖを制御しているので、駆動電圧ｖを目標速度に比例させて変更することができ、また、環境温度等の変動によってモータ特性が変化した場合においても周波数制御、電圧制御の切り替え時における超音波モータ２０の回転速度Ｎの変動を連続的にすることができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
図８は、第２実施形態の超音波モータの特性を示す図である。図８（ａ）は、超音波モータ２０に印加される交番信号の駆動周波数をｆ＝ｆ１に保った状態における位相差ｐと超音波モータ２０の回転速度Ｎとの関係を示す図である。図８（ｂ）は、超音波モータ２０に印加される交番信号の駆動周波数をｆ＝ｆ２に保った状態における位相差ｐと超音波モータ２０の回転速度Ｎとの関係を示す図である。
図９は、第２実施形態の駆動装置による超音波モータの制御状態を説明する図である。
なお、以下の説明及び図面において、前述した第１実施形態と同様の機能を果たす部分には、同一の符号又は末尾（下２桁）に同一の符号を付して、重複する説明を適宜省略する。

第２実施形態の駆動装置３０は、禁止範囲Ｐにおいて、超音波モータ２０の制御を周波数制御から位相差制御に切り替える点で、第１実施形態の駆動装置３０と相違する。
本実施形態の駆動装置３０の制御部３５は、駆動信号の周波数を制御し、超音波モータ２０の駆動周波数ｆを変化させて、超音波モータ２０の回転速度Ｎを制御する周波数制御を行う。また、制御部３５は、位相回路部３３を制御して駆動回路部３１から出力されるＡ相、Ｂ相の交番信号の位相差ｐを変化させることによって、超音波モータ２０の回転速度Ｎを制御する位相差制御も行うことができる。

位相差制御においては、位相差が９０°の場合に超音波モータ２０の回転速度Ｎは最大となり、位相差を９０°より０°（あるいは１８０°）に近い値にするほど回転速度Ｎは小さくなる。
図８（ａ）は、第２実施形態における駆動装置３０における、超音波モータ２０に印加される交番信号の駆動周波数ｆを禁止領域Ｐの下限周波数ｆ１に保った状態におけるＡ相、Ｂ相の交番信号の位相差ｐと回転速度Ｎとの関係を示す図であり、図８（ｂ）は、駆動周波数ｆを禁止領域Ｐの上限周波数ｆ２に保った状態における位相差ｐと回転速度Ｎとの関係を示す図である。また、図９は、第２実施形態における駆動装置３０による超音波モータ２０の制御状態を示す図である。
図８（ａ）によれば、駆動周波数ｆがｆ１に保たれている状態では、位相差ｐをθ０（９０°）とした場合に回転速度ＮはＮ１となり、位相差ｐをθ０（９０°）より０°に近い値であるθ２、θ３とした場合（あるいは１８０°に近いθ２‘、θ３’とした場合）、回転数ＮはＮ１より小さいＮ２、Ｎ３となる。
また、図８（ｂ）によれば、駆動周波数ｆがｆ２に保たれている状態では、位相差ｐをθ０（９０°）とした場合に回転速度ＮはＮ２となり、位相差ｐをθ０（９０°）より０°に近い値であるθ１とした場合（あるいは１８０°に近いθ１‘とした場合）、回転数ＮはＮ２より小さいＮ３となる。以下、位相差ｐをθ１、θ２、θ３に変化させる場合について説明するが、θ１‘、θ２‘、θ３‘に変化させる場合でも同様である。

図９（ａ）は、超音波モータの目標速度及び駆動装置の目標電流と、時間との関係を示す図である。図９（ｂ）は、超音波モータの駆動周波数ｆと時間との関係を示す図である。図９（ｃ）は、超音波モータの位相差ｐと時間との関係を示す図である。
本実施形態では、図９（ｃ）に示すように、駆動周波数ｆが上限周波数ｆ２以上の場合は位相差ｐがθ１（図８（ｂ）参照）となるように制御し、駆動周波数ｆが下限周波数ｆ１以下の場合は位相差ｐがθ２（図８（ａ）参照）となるように制御する。
図９（ｂ）に示すように、超音波モータ２０を加速するとき、制御部３５は、駆動周波数ｆを高周波側から徐々に下げていく周波数制御を行う。そして、駆動周波数ｆが上限周波数ｆ２に達すると、駆動周波数ｆをｆ２に保った状態で、図９（ｃ）に示すように、位相差ｐをθ１からθ０（９０°）に徐々に変化させる制御を行うことにより加速を継続する。駆動周波数ｆが上限周波数ｆ２に達したときの回転速度ＮはＮ３であり、以後位相差ｐを変化させてθ０（９０°）に達したときの回転速度はＮ２となる。位相差ｐがθ０（９０°）に達すると駆動周波数ｆを下限周波数ｆ１に切り替え、同時に位相差ｐをθ０からθ２に切り替える。この切り替え時の回転速度ＮはＮ２となり（図８（ａ）参照）、切り替え直前の駆動周波数ｆがｆ２で、位相差ｐがθ０であるときの回転速度Ｎ２（図８（ｂ）参照）と等しい。その後、位相差ｐをθ２に保った状態で、駆動周波数ｆを徐々に下げていき、超音波モータ２０を目標速度まで加速させる。
一方、超音波モータ２０を減速するとき、制御部３５は、駆動周波数ｆを低周波側から徐々に上げていく周波数制御を行う。そして、駆動周波数ｆが下限周波数ｆ１に達すると、駆動周波数ｆをｆ１に保った状態で、位相差ｐをθ２からθ３に徐々に変化させる制御を行うことにより減速を継続する。駆動周波数ｆが下限周波数ｆ１に達したときの回転速度ＮはＮ２であり、以後位相差ｐを変化させてθ３に達したときの回転速度ＮはＮ３となる。位相差ｐがθ３に達すると駆動周波数ｆを上限周波数ｆ２に切り替え、同時に位相差ｐをθ３からθ１に切り替える。この切り替え時の回転速度はＮ３となり（図８（ｂ）参照）、切り替え直前の駆動周波数ｆがｆ１で、位相差ｐがθ３であるときの回転速度Ｎ３（図８（ａ）参照）と等しい。その後、位相差ｐをθ３に保った状態で、駆動周波数ｆを徐々に上げていき、超音波モータ２０を目標速度まで減速させる。
以上のようにして、駆動装置３０は、駆動周波数ｆの変動領域内を跨ぐようにして禁止範囲Ｐが存在する場合においても、周波数制御により駆動周波数ｆが電子機器の固有周波数ｆｎに共振してしまうのを回避して、超音波モータ２０を加減速させることができる。また、位相差制御、周波数制御の切り替わり時において、超音波モータ２０の回転速度Ｎの変動を連続的にすることができる。
なお、本実施形態においても、図９（ａ）に示されるように、第１の実施形態と同様に、電流Ｉ１は超音波モータ２０の目標速度に比例する目標電流Ｉ１となる。そのため、制御部３５は、位相差制御時において、駆動回路部３１から超音波モータ２０へ入力される電流Ｉｐｚｔ（電流モニタ情報）をフィードバックして、この電流Ｉｐｚｔに基づいて目標電流Ｉ１を求め、目標電流Ｉ１に応じて位相差を制御して回転速度Ｎを制御することも可能である。これにより、駆動装置３０は、位相差ｐを目標速度に応じて変更することができ、また、環境温度等の変動によってモータ特性が変化した場合においても周波数制御、位相差制御の切り替え時における超音波モータ２０の回転速度Ｎの変動を連続的にすることができる。

以上より、本実施形態の駆動装置は、周波数制御を基本としつつも、電子機器の固有周波数ｆｎの近傍の周波数範囲においては位相差制御によって、超音波モータ２０を加減速させることができ、駆動周波数ｆが電子機器の固有周波数ｆｎと共振してしまうのを回避し、電子機器を適正に作動させることができる。
また、駆動装置３０は、位相差制御、周波数制御の切り替え時における超音波モータ２０の回転速度Ｎの変動を連続的にすることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、後述する変形形態のように種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。また、実施形態に記載した効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、実施形態に記載したものに限定されない。なお、前述した実施形態及び後述する変形形態は、適宜組み合わせて用いることもできるが、詳細な説明は省略する。

（変形形態）
（１）各実施形態において、駆動装置３０の制御部３５は、一の電子機器の固有周波数ｆｎに対して禁止範囲Ｐを設定する例を示したが、これに限定されるものでなく、２以上の固有周波数（ｆｎ１、ｆｎ２・・・）に対して禁止範囲Ｐを複数設定するようにしてもよい。
（２）第１実施形態において、制御部３５は、電圧制御においてｖ１に到達した駆動電圧ｖをｖ０に戻した上で、周波数制御に切り替える例を示したが、これに限定されるものでない。例えば、制御部３５は、電圧制御においてｖ１に到達した駆動電圧をｖ１に保った状態で、周波数制御に切り替えるようにしてもよい。この場合、制御部３５は、駆動電圧がｖ＝ｖ１に保った状態において超音波モータ２０の駆動速度ＮがＮ１となる駆動周波数、例えば、ｆ＝ｆ１‘により、周波数制御を開始する必要がある。

（３）各実施形態において、駆動装置３０は、予め、駆動周波数をｆ＝ｆ１に保った状態において超音波モータ２０の回転速度がＮ＝Ｎ２となる駆動電圧ｖ２の情報、駆動周波数をｆ＝ｆ２に保った状態において超音波モータ２０の回転速度がＮ＝Ｎ１となる駆動電圧ｖ１の情報が記憶部３４に保存される例を示したが、これに限定されるものでない。駆動装置は、禁止範囲Ｐの下限周波数ｆ１及び上限周波数ｆ２と、駆動回路部からフィードバックされる電流に基づいて、リアルタイムに電圧制御や、位相差制御を行うようにしてもよい。
（４）各実施形態において、駆動装置３０は、駆動回路部３１が交番信号の電流を検出する例を示したが、これに限定されるものでなく、例えば、駆動装置内に検出回路を設けて交番信号の電流を検出するようにしてもよい。
（５）第１実施形態では、加速時には駆動周波数ｆがｆ２に達したとき、駆動周波数をｆ２に保った状態で駆動電圧を変化させる制御に切り替え、減速時は駆動周波数ｆがｆ１に達したとき、駆動周波数をｆ１に保った状態で駆動電圧を変化させる制御に切り替えることとしたが、加速時も減速時も同じ駆動周波数を保った状態で電圧制御を行うことも可能である。
たとえば、加速時に駆動周波数ｆがｆ２に達したとき、駆動周波数をｆ２に保った状態で電圧制御により駆動電圧をｖ０からｖ１に変化させていき、その後駆動周波数をｆ１に切り替える。減速時は、駆動周波数ｆがｆ１に達したとき、駆動周波数をｆ２に、駆動電圧をｖ０からｖ１に切り替え、その後駆動周波数をｆ２に保った状態で電圧制御により駆動電圧をｖ１からｖ０まで変化させていき、駆動電圧がｖ０に達したら周波数制御に戻す。
第２実施形態においても同様に、加速時も減速時も同じ駆動周波数に達したとき位相差制御に切り替えることも可能である。
たとえば、加速時に駆動周波数ｆがｆ２に達したとき、駆動周波数をｆ２に保った状態で位相差制御により位相差θ１からθ０に変化させていき、その後駆動周波数をｆ１に切り替え、位相差をθ２に切り替える。減速時は、駆動周波数ｆがｆ１に達したとき、駆動周波数をｆ２に、位相差をθ０に切り替え、その後駆動周波数をｆ２に保った状態で位相差制御により位相差をθ０からθ１まで変化させていき、位相差がθ１に達したら周波数制御に戻す。

１０：レンズ鏡筒、２０：超音波モータ、２２：振動子、２４：圧電素子、３０：駆動装置、３１：駆動回路部、３１ａ：Ａ相駆動回路部、３１ｂ：Ｂ相駆動回路部、３２：電源回路部、３３：位相回路部、３４：記憶部、３５：制御部

Claims (1)

1. 圧電体に交番信号を印加して、振動体を振動させて駆動力を発生する振動アクチュエータの駆動を制御する駆動装置であって、
   前記圧電体に印加する交番信号の周波数及び電圧を変化させる制御部を備え、
   前記制御部は、
   前記電圧を所定の電圧に保った状態で前記周波数を変化させて所定の周波数に達した場合に、前記周波数を第１の周波数に保った状態にし、前記電圧を第１の電圧から前記第１の電圧よりも高い第２の電圧へ変化させ、前記電圧が前記第１の電圧よりも高い前記第２の電圧に達した場合に、前記周波数を前記第１の周波数よりも低い第２の周波数に変更する駆動装置。

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