周波数制御回路、モータ駆動装置、周波数制御方法、モータ駆動装置の制御方法、及び、制御方法をコンピュータに実行させるプログラム
【課題】発振部の発振周波数及び各振動モードの駆動信号の位相差を細かく設定することを可能としたモータ駆動装置及び制御方法を提供する。
【解決手段】振動波モータは、振動体４、圧電素子５、移動体７を備える。振動波モータ駆動回路は、ＣＰＵ３２、増幅回路３３ａ、増幅回路３３ｂ、発振器部３４、位置検出部３５を備える。発振器部３４は、加算器３６に内蔵したカウンタにより単位時間あたりに発振周波数設定値を加算し、加算値がＡモード及びＢモードにそれぞれ対応して設定された設定値を超えた場合に駆動信号のＨｉとＬｏを切り替える動作を繰り返し、Ａモード及びＢモードにそれぞれ対応する位相差の異なる駆動信号を振動波モータに出力する。
【解決手段】振動波モータは、振動体４、圧電素子５、移動体７を備える。振動波モータ駆動回路は、ＣＰＵ３２、増幅回路３３ａ、増幅回路３３ｂ、発振器部３４、位置検出部３５を備える。発振器部３４は、加算器３６に内蔵したカウンタにより単位時間あたりに発振周波数設定値を加算し、加算値がＡモード及びＢモードにそれぞれ対応して設定された設定値を超えた場合に駆動信号のＨｉとＬｏを切り替える動作を繰り返し、Ａモード及びＢモードにそれぞれ対応する位相差の異なる駆動信号を振動波モータに出力する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子により振動される振動体に接触した移動体を摩擦力により相対移動させる周波数制御回路、モータ駆動装置、周波数制御方法、モータ駆動装置の制御方法、及び、制御方法をコンピュータに実行させるプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、超音波モータもしくは圧電モータと称する振動波（振動型）モータが開発され、本出願人等によって実用化されている。振動波モータは、既によく知られているように、圧電素子もしくは電歪素子等の電気−機械エネルギ変換素子に交番電圧を印加することで該素子に高周波振動を発生させ、振動エネルギを連続的な機械運動として取り出すように構成した非電磁駆動式のモータである。振動波モータの動作原理については、本出願人による提案など（例えば、特許文献１参照）、既に多くの特許文献で公知であるので、説明を省略する。
【０００３】
図１２は、従来例に係る棒状の超音波モータの外観及び圧電素子の電圧供給及び出力電圧の取り出しを説明する図である。
【０００４】
図１２において、超音波モータ１００は、端面に絶縁シート１０４が接合された振動体１０１、ロータ１０２、出力ギア１０３を備えている。振動体１０１は、圧電素子もしくは電歪素子と弾性体との結合体から構成される。振動体１０１は、圧電素子ａ１、ｂ１、それを挟む電極板Ａ−ｄ、Ａ'−ｄ、Ｂ−ｄ、Ｂ'−ｄ、振動検出素子Ｓ１、電極板Ｓ−ｄ、絶縁シート１０５を備えており、４相（ブロックＡ、Ａ'、Ｂ、Ｂ'）で駆動する構造となっている。尚、共通電極（ＧＮＤ）は存在しない。
【０００５】
上記構成において、ブロックＡ、Ａ'とブロックＢ、Ｂ'にそれぞれ位相が反転したｄｕｔｙ５０％の駆動信号を供給し駆動することで、圧電素子ａ１、ｂ１の両端に逆位相の電圧が印加される。これにより、片側を共通電極にした構成の場合の半分の電源電圧で、超音波モータ１００を駆動することができる。
【０００６】
図１３は、図１２の棒状超音波モータ１００の駆動回路の構成を示すブロック図である。
【０００７】
図１３において、駆動回路は、スイッチング回路１１０ａ、１１０ｂ、マイクロコンピュータ（以下マイコンと表記）１１１、電圧検出回路１１２、位相差検出回路１１３、インダクタンス素子１１４、１１６、キャパシタンス素子１１５、１１７を備えている。スイッチング回路１１０ａ、１１０ｂは、スイッチング素子にＦＥＴを用いている。また、各ＦＥＴには、逆方向電流通過用ダイオードが設けられている。逆方向電流通過用ダイオードを設けることで、逆方向電流によるＦＥＴの破損を回避している。
【０００８】
インダクタンス素子１１４、１１６、キャパシタンス素子１１５、１１７は、超音波モータ１００とのインピーダンスを整合させる素子である。図１２で説明した上記４相の駆動方法で、実際にはインピーダンス素子を図１３に示す位置に付加することで、より低電圧且つ高効率で超音波モータ１００を駆動することができる。尚、キャパシタンス素子１１５、１１７、は必ずしも付加しなくてもよい。
【０００９】
電圧検出回路（例えばＡ／Ｄ変換器）１１２は、スイッチング回路１１０ａ、１１０ｂに供給する電源電圧の大きさＶｂａｔを検出し、マイコン１１１に取り込む。実際には電圧検出回路１１２で検出した結果に基づき駆動信号のパルス幅などを変更し、超音波モータ１００に対する入力電力を制御する。
【００１０】
図１４は、より小型化を図るために提案された振動波アクチュエータの振動体の外観を示す斜視図である。
【００１１】
図１４において、振動波アクチュエータの振動体２０１は、金属材料からなり矩形の板状に形成された弾性体２０４、弾性体２０４の裏面に接合された圧電素子（電気−機械エネルギ変換素子）２０５、弾性体２０４の上面に配設された突起部２０６を備えている。この振動波アクチュエータについては公知であるため（例えば、特許文献２参照）、詳細は省略する。
【００１２】
突起部２０６は、その先端において後述するように被駆動体に接触することで被駆動体を移動させる。振動体２０１は、２つの曲げ振動モードによる振動を励起することができ、この２つの曲げ振動モードを組み合わせることにより、突起部２０６の先端に楕円運動を生じさせるものである。
【００１３】
図１５（ａ）は、一方の曲げ振動モードを示す図、図１５（ｂ）は、他方の曲げ振動モードを示す図である。
【００１４】
図１５において、図１５（ａ）に示す振動モードは、２つの曲げ振動モードのうち一方の曲げ振動モード（Ａモードと呼ぶ）を表している。Ａモードは、振動体２０１（弾性体２０４）の長辺方向（矢印Ｘ方向）における２次の屈曲振動であり、短辺方向（矢印Ｙ方向）と平行な３本の節を有している。突起部２０６は、Ａモードの振動で節となる位置の近傍に配置されており、Ａモードの振動により矢印Ｘ方向で往復運動を行う。このように突起部２０６を配置することにより、突起部２０６を矢印Ｘ方向で最も大きく変位させることができる。
【００１５】
また、図１５（ｂ）に示す振動モードは、２つの曲げ振動モードのうち他方の曲げ振動モード（Ｂモードと呼ぶ）を表している。Ｂモードは、振動体２０１（弾性体２０４）の短辺方向（矢印Ｙ方向）における１次の屈曲振動であり、長辺方向（矢印Ｘ方向）と平行な２本の節を有している。ここで、Ａモードにおける節と、Ｂモードにおける節は、ＸＹ平面内において略直交するようになっている。突起部２０６は、Ｂモードの振動で腹となる位置の近傍に配置されており、Ｂモードの振動により矢印Ｚ方向で往復運動を行う。このように突起部２０６を配置することにより、突起部２０６を矢印Ｚ方向で最も大きく変位させることができる。
【００１６】
即ち、上述したようにＡモードの節とＢモードの節を略直交させることにより、Ａモードの節の位置とＢモードの腹の位置とを一致させることができる。この位置に突起部２０６を配置することにより、突起部２０６の振動変位を最も大きくすることができ、高出力を得ることができるようになる。そして、上述したように突起部２０６をＸ方向及びＺ方向で大きく変位させることにより、突起部２０６に接触する被駆動体に対して大きな駆動力を与えることができる。
【００１７】
図１６は、図１４の振動体を備えた振動波アクチュエータの外観を示す斜視図である。
【００１８】
図１６において、振動波アクチュエータは、弾性体２０４、圧電素子２０５、突起部２０６からなる振動体と、スライダ２０７を備えている。上述したＡモードとＢモードの振動を所定の位相差で発生させることにより、突起部２０６の先端に楕円運動を発生させることができる。突起部２０６の先端には、被駆動体であるスライダ２０７が加圧接触するようになっている。スライダ２０７は、突起部２０６の楕円運動によって矢印Ｌ方向に移動することができる。
【００１９】
尚、２つの突起部２０６を、弾性体２０４の中心を通るＸＺ平面又はＹＺ平面に対して対称に配置すれば、突起部２０６においてスライダ２０７から受ける反力を振動体は偏り無く受けることができる。また、スライダ２０７と突起部２０６の相対位置関係が安定するため、環境や負荷の変動等の影響を受けずに振動体の出力を安定させることができる。
【００２０】
このように、簡単な構造で２つの曲げ振動モードを励起させることができる小型の振動波モータは、従来の円環型の振動波モータに比べ、２つの曲げ振動モードを独立して発生させることが可能である。そのため、圧電素子２０５に印加する電圧の大きさと、２つの曲げ振動モードに各々対応した２つの駆動信号の位相差を制御することで、スライダ２０７の移動速度を容易に変更することが可能である。
【特許文献１】特開平３−２８９３７５号公報
【特許文献２】特開２００４−３２０８４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
しかしながら、振動波モータが小型化され振動波モータの駆動周波数が高くなると、デジタルクロックを分周して発振周波数を作り出す従来の振動波モータ駆動回路では、駆動周波数や２つの曲げ振動の各々の駆動信号の位相差が粗くなる。そのため、振動波モータの共振周波数付近においては、被駆動体（スライダ）を細かい移動速度で制御することが不可能であるという問題が発生する。
【００２２】
本発明の目的は、発振部の発振周波数を細かく設定することを可能とした装置及び制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上述の目的を達成するために、本発明の周波数制御回路は、発振周波数設定値を設定する制御手段と、単位時間あたりに前記発振周波数設定値を加算する加算手段と、前記加算手段による加算値が目標値を超えた場合に駆動信号のＨｉとＬｏを切り替えて信号を出力する信号出力手段と、を有することを特徴とする。
【００２４】
上述の目的を達成するために、本発明のモータ駆動装置は、電気−機械エネルギ変換素子により振動体に振動を発生させることで、前記振動体に接触した被駆動体を移動させる振動波モータを駆動するモータ駆動装置であって、前記振動波モータを駆動するパルス状の駆動信号を生成する発振部と、発振周波数設定値を設定する制御手段とを有し、前記発振部は、単位時間あたりに前記発振周波数設定値を加算する加算手段と、前記加算手段による加算値が目標値を超えた場合に駆動信号のＨｉとＬｏを切り替える動作を繰り返し、前記駆動信号を前記振動波モータに出力する信号出力手段と、を備えることを特徴とする。
【００２５】
上述の目的を達成するために、本発明のモータ駆動装置は、電気−機械エネルギ変換素子により振動体の異なる位置にそれぞれ振動を発生させる少なくとも２つの振動モードに時間的な位相差を設けることで、前記振動体に接触した被駆動体を移動させる振動波モータを駆動するモータ駆動装置であって、前記振動波モータを駆動するパルス状の駆動信号を生成する発振部と、発振周波数設定値を設定する制御手段とを有し、前記発振部は、単位時間あたりに前記発振周波数設定値を加算する第１の加算手段と、前記第１の加算手段による加算値に位相差設定値を加算する第２の加算手段と、前記第１及び第２の加算手段による各加算値がそれぞれの目標値を超えた場合に駆動信号のＨｉとＬｏを切り替える動作を繰り返し、前記各振動モードにそれぞれ対応する位相差の異なる駆動信号を前記振動波モータに出力する信号出力手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、単位時間あたりに発振周波数設定値を加算していき、加算値が目標値を超えたときに、駆動信号のＨｉとＬｏを切り替える動作を繰り返す。これにより、発振部の発振周波数を細かく設定することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００２８】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るモータ駆動装置としての振動波モータ駆動回路の構成を示すブロック図である。
【００２９】
図１において、振動波モータは、振動体４、圧電素子５、移動体７を備えた超音波モータとして構成されている。振動波モータ駆動回路は、マイクロコンピュータ（以下ＣＰＵと表記）３２、増幅回路３３ａ、増幅回路３３ｂ、発振器部３４、位置検出部３５を備えている。
【００３０】
振動波モータにおいて、圧電素子５は、交流電界の印加により高周波振動を発生する電気−機械エネルギ変換素子である。振動体４は、圧電素子５の表面に接合されると共に、移動体（スライダ）７に接触状態で配置された弾性体である。振動体４は、圧電素子５により、２つの曲げ振動モード（振動体長辺方向における２次の屈曲振動である第１の振動モード（Ａモード）、振動体短辺方向における１次の屈曲振動である第２の振動モード（Ｂモード））の振動を励起する。Ａモードの振動とＢモードの振動に時間的な位相差を持たせることで、振動体４の表面粒子に楕円運動を行わせ、移動体７を摩擦力により矢印方向へ移動させる。
【００３１】
振動波モータ駆動回路において、ＣＰＵ３２は、駆動回路各部の制御を司る。ＣＰＵ３２は、ｆｒｅｑ信号（発振周波数設定値）、ｐｈａｓｅ信号（位相差設定値）、ｄｕｔｙ信号（デューティ設定値）を発振器部３４に出力する。発振器部３４は、ＣＰＵ３２から出力される設定値（指令値）に応じて、振動波モータをＡモードで駆動する駆動信号と、振動波モータをＢモードで駆動する駆動信号とを発生する発振動作を行う。発振器部３４には、所定（〇〇）ｂｉｔ数（本実施の形態では例えば２０ｂｉｔとする）の不図示のカウンタおよび目標カウント値か否かを判断する比較器が設けられている。
【００３２】
増幅回路３３ａは、Ａモードの駆動信号を増幅し、インダクタンス素子を介して振動波モータに駆動力を与える。増幅回路３３ｂは、Ｂモードの駆動信号を増幅し、インダクタンス素子を介して振動波モータに駆動力を与える。位置検出部３５は、移動体７の移動量を検出する。ＣＰＵ３２は、位置検出部３５により検出された移動体７の移動量に基づく情報（移動体７の位置情報及び速度情報）に応じて、振動波モータを駆動制御する。
【００３３】
なお、本実施の形態では第１の振動モード（Ａモード）と第２の振動モード（Ｂモード）を有する振動体に２相の駆動信号を供給する振動波モータ駆動回路を例にあげて説明を行っているが、これに限られるものではない。駆動信号を供給する振動体の有する振動モードの数に応じて、供給する駆動信号の相数に応じて、発振器部３４から出力される駆動信号の相数は変化する。
【００３４】
図２は、振動波モータ駆動回路の発振器部３４が発振周波数信号（駆動信号）を出力する仕組みを説明する図である。
【００３５】
図２において、縦軸が発振器部３４の上記カウンタのカウント値、横軸が時間であり、Ａモードの駆動信号を出力する１相出力の場合を示している。発振器部３４においては、ＣＰＵ３２から出力されるｆｒｅｑ信号で設定された値をあるクロックのタイミングでカウンタに加える。これにより、カウンタのカウント値が時間と共に増加していく。カウンタに加えられた値が黒丸で示すポイントである。
【００３６】
まず、発振器部３４は、カウンタのカウント値がｎ１（ここではゼロとする）を超えたときに、振動波モータに出力するパルス状の駆動信号（出力信号）をＨｉにするように動作し、カウント値がｎ２を超えたときに出力信号をＬｏにするように動作する。この動作を繰り返していくとカウンタがオーバーフローしてゼロに戻り（１周期）、そのときに発振器部３４は出力信号をＨｉに戻す。この動作をクロック毎に繰り返していくことにより、カウンタがオーバーフローし、カウント値がｎ１を超えたときまでの上記動作の繰り返し回数に対応する発振周波数信号が発振器部３４から出力される。
【００３７】
ここで、発振器部３４は、カウンタのｂｉｔ数とＣＰＵ３２から出力されるｆｒｅｑ信号で設定された値とが丁度割り切れる数値の場合は、同じ発振周波数で発振を続ける。反対に、カウンタのｂｉｔ数とＣＰＵ３２から出力されるｆｒｅｑ信号で設定された値とが割り切れない数値の場合は、上記動作の繰り返し回数がｍとｍ＋１がある周期で発生する。例えばクロックが２７ＭＨｚでカウンタのｂｉｔ数が２０ｂｉｔであれば、「ｆｒｅｑ× ２７ＭＨｚ／（２＾２０）」に基づき発振する発振周波数が得られる。ここで、ｆｒｅｑ信号の値が６９９０に設定された場合を例にあげて、図２のカウンタの動作について詳細な説明を行う。
【００３８】
２＾２０（２の２０乗）は１０４８５７６であるため、カウンタのカウント値はゼロから１０４８５７５まで増加し、合計１０４８５７６が加算されることでカウント値は再びゼロに戻る。最初の周期ではカウントの値は初期値としてゼロが設定された状態から加算が開始され、１５０番目のクロックが入力されることによってカウンタの値は１０４８５００に達する。カウンタの上限値は１０４８５７５であるため、次の１５１番目のクロックで６９９０が加算されることによってカウンタが上限値に到達し、上限値を超えた６９１５は次の周期に加算される。次の第２周期ではカウンタの値は初期値として６９１４が設定された状態から加算が開始されるため、１５０番目のクロックでカウンタの上限値に達し、上限値を超えた６７６３が次の第３周期に加算される。次の第３周期ではカウンタの値は初期値として６７６２が設定された状態から加算が開始されるため、１５０番目のクロックでカウンタの上限値に達し、上限値を超えた６６８７が次の第３周期に加算される。このように第２周期以降は第９１周期までは１５０番目のクロックでカウンタの上限に達する。そして、第９２周期ではカウンタの値は初期値として７４が設定された状態から加算が開始されるため、１５０番目のクロックではカウンタの上限値に達せず、１５１番目のクロックでカウンタの上限に達する。そして第９３周期以降では、再び１５０番目のクロックがカウンタの上限に達する動作が暫く繰り返される。
【００３９】
この例では、第１、第９２周期での駆動信号の周波数は１７８．８１ｋＨｚとなり、第２から第９１周期までの駆動信号の周波数は１８０．００ｋＨｚとなる。これを長期的に繰り返えせば、駆動信号の平均周波数は、６９９０×２７ＭＨｚ／（２＾２０）≒１７９．９９ｋＨｚとなる。このように、発振器部３４によって、クロックの分解能よりも細かな範囲で駆動信号の周波数を設定することが可能となる。
【００４０】
ここでは、カウンタがオーバーフローしてゼロに戻ると、発振器部３４が出力信号をＨｉに戻す動作を例にあげたが、カウンタを２回あるいは３回続けてオーバーフローすることで、発振器部３４が出力信号をＨｉに戻す動作としても構わない。このように設定すれば、より周波数の低い駆動信号を生成することができる。
【００４１】
また、ＣＰＵ３２から出力されるｆｒｅｑ信号で設定される値は、必要に応じて、カウンタのｂｉｔ数を割り切れる数値としても構わない。 図３は、発振器部３４の具体例である２相発振器の構成を示すブロック図である。
【００４２】
図３において、発振器部（２相発振器）３４は、加算器（アダー）３６、比較器３７、比較器３８、増幅器５１、増幅器５２を備えている。加算器３６は、ＣＰＵ３２から出力されるｆｒｅｑ信号で設定された値（発振周波数設定値）を加算するものであり、上記カウンタを内蔵している。比較器３７は、振動波モータに出力するＡモードの駆動信号を生成する。比較器３７は、ＣＰＵ３２から出力されるｄｕｔｙ信号の設定値に応じて、パルス幅即ち出力信号の立下りのタイミングを設定できるように構成されている。
【００４３】
比較器３８は、振動波モータに出力するＢモードの駆動信号を生成する。比較器３８は、Ａモードの駆動信号を出力する比較器３７に対し、出力信号がＨｉ、Ｌｏになるカウント値をＣＰＵ３２から出力されるｐｈａｓｅ信号により入力している。比較器３８も、比較器３７と同様に、ＣＰＵ３２から出力されるｄｕｔｙ信号の値に応じて、パルス幅即ち出力信号の立下りのタイミングを設定できるように構成されている。
【００４４】
図４は、図３の構成により発振器部３４から位相差信号が得られる仕組みを説明する図である。
【００４５】
図４において、縦軸がカウント値、横軸が時間であり、振動波モータに出力するパルス波形のＡモードの駆動信号と、振動波モータに出力するパルス波形のＢモードの駆動信号を出力する２相出力の場合を示している。図２に示した１相出力の場合は、カウント値がｎ１を超えたときに出力信号をＨｉ、カウント値がｎ２を超えたときに出力信号をＬｏにするように設定していた。
【００４６】
図４に示す２相出力の場合は、Ａモードの駆動信号出力時（Ａ出力）には、カウント値がｎａ１を超えたときに出力信号をＨｉ、カウント値がｎａ２を超えたときに出力信号をＬｏにするように設定する。また、Ｂモードの駆動信号出力時（Ｂ出力）には、カウント値がｎｂ１を超えたときに出力信号をＨｉ、カウント値がｎｂ２を超えたときに出力信号をＬｏにするように設定する。即ち、Ａ出力用及びＢ出力用として出力信号がＨｉ、Ｌｏになる設定値ｎａ１、ｎａ２、ｎｂ１、ｎｂ２が設けられており、それぞれｎａ１、ｎａ２がＡ出力用、ｎｂ１、ｎｂ２がＢ出力用になっている。
【００４７】
例えばＢ出力がＨｉになる位相を９０°にする場合、カウンタ全体が２０ｂｉｔであれば、１０４８５７６（＝２＾２０）（発振周波数設定値）が１周期分（カウンタがオーバーフローしてゼロに戻るまで）のカウント値となる。そこで、１０４８５７６の１／４（カウント値ｎｂ１＝２６２１４４）（目標値）のときにＢ出力がＨｉになるように設定すれば、Ａ出力のＨｉ（カウント値ｎａ１＝ゼロ）に対し、Ｂ出力は９０°位相が遅れた信号となる。Ｂ出力がＬｏになるカウント値も、ｄｕｔｙ５０％であれば、ｎａ２＝５２４２８８（目標値）、ｎｂ２＝７８６４３２（目標値）となる。駆動信号におけるＨｉの区間とＬｏの区間を任意に設定することで、ｄｕｔｙの異なる駆動信号を得ることもできる。
【００４８】
本実施の形態では、発振器部３４を上記のように構成し動作させることにより、Ａモードの駆動信号に対し位相がずれた（遅れた）同じ周波数とパルス幅を有するＢモードの駆動信号を得ることができる。 ここで、Ａモードの駆動信号の出力（Ａ出力）と、Ｂモードの駆動信号の出力（Ｂ出力）との位相差の設定について考える。本実施の形態では発振器部３４に２０ｂｉｔのカウンタを装備しているため、１周期を２０ｂｉｔの細かさで設定することが可能であり、位相差の設定分解能は、３６０度／１０４８５７６＝０.０００３４３度となる。このように、上記構成の発振器部３４を用いると、周波数もさることながら、細かい位相差の出力信号を得ることができる。
【００４９】
振動波モータ（超音波モータ）においては、Ａモードの駆動信号の出力（Ａ出力）と、Ｂモードの駆動信号の出力（Ｂ出力）との位相差を細かく設定することにより、移動体７の移動速度を変更することが可能である。この場合、上記従来例の異なる曲げ振動モードを用いた超音波モータは、同じ曲げ振動モードを用いた超音波モータに比べ、Ａ出力とＢ出力の位相差を変更したときの０度位相差付近の移動体７の移動速度の不感帯が無い（移動速度を細かく制御できる）。そのため、本実施の形態の発振器部３４を用いた場合の効果がより強調される。
【００５０】
以上説明したように、本実施の形態によれば、発振器部３４は、ある単位時間あたりに発振周波数設定値をカウンタで加算していき、加算値が設定値を超えたときに駆動信号のＨｉ、Ｌｏを切り替える動作を繰り返し、Ａモード及びＢモードの駆動信号を得る。これにより、発振器部３４の発振周波数及びＡモードの駆動信号（Ａ出力）とＢモードの駆動信号（Ｂ出力）の位相差を細かく設定することが可能となる。この結果、振動波モータの共振周波数付近において、移動体７を細かい移動速度で制御することが可能となる。
【００５１】
［第２の実施の形態］
本発明の第２の実施の形態は、上述した第１の実施の形態に対して、振動波モータ駆動回路の発振器部が図５に示す構成を有する点において相違する。本実施の形態のその他の要素は、上述した第１の実施の形態（図１）の対応するものと同一なので、説明を省略する。
【００５２】
図５は、本実施の形態に係る発振器部３４の具体例である２相発振器の構成を示すブロック図である。
【００５３】
図５において、発振器部（２相発振器）３４は、上記カウンタを内蔵した加算器３６、上記カウンタを内蔵した加算器３９、Ａモードの駆動信号出力用の比較器３７、Ｂモードの駆動信号出力用の比較器３７、増幅器５１、増幅器５２を備えている。加算器３６及びＡモードの駆動信号出力用の比較器３７は、第１の実施の形態と同一である。加算器３９は、加算器３６の出力値に対し、ＣＰＵ３２から出力されるｐｈａｓｅ信号の設定値に応じて位相差を設定するものである。
【００５４】
図６は、図５の構成により発振器部３４から位相差信号が得られる仕組みを説明する図である。
【００５５】
図６において、縦軸がカウント値、横軸が時間であり、Ａモードの駆動信号とＢモードの駆動信号を出力する２相出力の場合を示している。図４に示した２相出力の場合は、Ａ出力用及びＢ出力用として発振器部３４の出力信号がＨｉ、Ｌｏになる設定値ｎａ１、ｎａ２、ｎｂ１、ｎｂ２を設け、それぞれｎａ１、ｎａ２をＡ出力用、ｎｂ１、ｎｂ２をＢ出力用とした。
【００５６】
図６に示す２相出力の場合は、発振器部３４が２つの比較器３７を装備しているものの、発振器部３４の出力信号がＨｉ、Ｌｏになる設定値はＡ出力用及びＢ出力用ともに等しく、ｎ１、ｎ２となっている。加算器３９は、ＣＰＵ３２から出力されるｐｈａｓｅ信号の設定値（位相差に応じた値）と、加算器３６から出力される値とを加算する移相用回路としての機能を有する。
【００５７】
図６から分かるように、加算器３９から出力される信号は位相差の設定値分だけ位相がずれる。加算器３９から出力される信号を、Ａモードの駆動信号出力用の比較器３７と同じ構成のＢモードの駆動信号出力用の比較器３７に入力することで、該比較器３７から、Ａモードの駆動信号とｄｕｔｙが等しく位相のみ異なるＢモードの駆動信号を得ることができる。
【００５８】
本実施の形態では、発振器部３４を上記のように構成し動作させることにより、Ａ出力とＢ出力の位相差を設定するときに、発振器部３４の出力信号がＨｉ、Ｌｏになるカウント値をＡ出力及びＢ出力それぞれについて計算する必要が無い。即ち、ｐｈａｓｅ信号の設定値を変えるだけで位相差を変更することが可能となる。
【００５９】
以上説明したように、本実施の形態によれば、発振器部３４に加算器３９を設け、加算器３６の出力値に対しｐｈａｓｅ信号の設定値に応じて位相差を設定する。これにより、Ａ出力とＢ出力の位相差を設定するときに、ｐｈａｓｅ信号の設定値を変えるだけで位相差を変更することが可能となり、振動波モータ駆動回路を制御するソフトウェアの構成を簡単にすることが可能となる。
【００６０】
［第３の実施の形態］
本発明の第３の実施の形態は、上述した第１の実施の形態に対して、振動波モータ駆動回路の発振器部が図９に示す構成を有する点において相違する。本実施の形態のその他の要素は、上述した第１の実施の形態（図１）の対応するものと同一なので、説明を省略する。
【００６１】
図７は、上述した第１の実施の形態における振動波モータの駆動信号のある周波数における音をマイクで検出したときのＦＦＴ（Fast Fourier Transform）スペクトラムを示す図である。
【００６２】
図７において、縦軸がマイクで検出した音のレベル（ｄｂ）、横軸が駆動信号の周波数（Ｈｚ）である。図示のように、駆動信号のある周波数に音のレベルのピークが発生していることが分かる。駆動信号の周波数のピークは、上記第１の実施の形態における発振器部３４の発振周波数（ｆｄｒｖ）と、カウンタの端数により発生する周期Ｘ（例えば１０周期発振させるごとにカウンタが元の状態に戻る場合は周期Ｘ＝１０）との関係により発生するものである。ここで、発振器部３４の発振周波数が１００ＫＨｚで、カウンタが元の状態に戻る周期が１０であるとすると、（ｆｄｒｖ）／Ｘ＝１００／１０＝１０ＫＨｚとなり、その周波数のＦＦＴスペクトラムが発生する。
【００６３】
一方、上記ＦＦＴスペクトラムが可聴域に発生し、音として聞こえてしまうという問題がある。音として聞こえてしまう原因として、発振器部３４で発生する周波数成分が決まっており、特定の周波数の音のレベルが鋭利になるＰｅｅｋｙ（ピーキー）な周波数成分になっていることが考えられる。そこで、本実施の形態は、Ｐｅｅｋｙな周波数成分が発生しないように改善したものである。
【００６４】
図８は、本実施の形態に係る発振器部３４が発振周波数信号を出力する原理を説明する図である。図９は、図８の発振周波数特性を出すための発振器部３４の具体例である２相発振器の構成を示すブロック図である。
【００６５】
図８及び図９において、発振器部（２相発振器）３４は、乱数発生器４０、上記カウンタを内蔵した加算器３６、上記カウンタを内蔵した加算器３９、比較器３７、比較器３７、増幅器５１、増幅器５２を備えている。上記第１の実施の形態では、ＣＰＵ３２から出力されるｆｒｅｑ信号の設定値をクロックのタイミングで加算器３６により繰り返し加算した。これに対し、本実施の形態では、発振器部３４にＲａｎ（乱数）を発生する乱数発生器４０を設け、ｆｒｅｑ信号の設定値（発振周波数設定値）＋Ｒａｎ（乱数）を加算器３６により加算していく構成としたものである。
【００６６】
本実施の形態では、発振器部３４を上記のように構成し動作させることにより、図８に示すように発振器部３４のカウンタに加算された値が増減し、カウンタがオーバーフローする値に達するまでの周期がランダムになり規則性が無くなる。図８では黒丸で示す加算されていくポイントが縦長の領域の何れかとなり、カウンタが所定（〇〇）ｂｉｔの値を超えるまでの周期も乱数の影響を受け、短い周期と長い周期が発生する。
【００６７】
ここで、上記周期のばらつきを決定しているのは乱数の大きさαであり、αの範囲が大きければ周期即ち発振周波数のばらつきも増える。これにより、Ｐｅｅｋｙに発生していた周波数成分が減り、音のレベルが下がることにより、音としても聞こえなくなるという効果が得られるようになる。
【００６８】
以上説明したように、本実施の形態によれば、発振器部３４に乱数発生器４０を設け、乱数発生器４０で発生したＲａｎ（乱数）とｆｒｅｑ信号の設定値を加算器３６により加算していく。これにより、特定の周波数の音のレベルが鋭利になるＰｅｅｋｙな周波数成分を減少させ、ＦＦＴスペクトラムが可聴域に発生し音として聞こえてしまうという問題を解消することが可能となる。
【００６９】
なお、本実施の形態では図５に示す２相発振器の構成に乱数発生器４０を追加した例をあげて説明を行ったが、図３に示す２相発振器の構成に乱数発生器４０を追加しても構わない。
【００７０】
［第４の実施の形態］
本発明の第４の実施の形態は、上述した第１の実施の形態に対して、振動波モータ駆動回路の発振器部が図１０に示す構成を有する点において相違する。本実施の形態のその他の要素は、上述した第１の実施の形態（図１）の対応するものと同一なので、説明を省略する。
【００７１】
図１０は、本実施の形態に係る発振器部３４の具体例である２相発振器の構成を示すブロック図である。
【００７２】
図１０において、発振器部（２相発振器）３４は、テーブル４１、上記カウンタを内蔵した加算器３６、上記カウンタを内蔵した加算器３９、比較器３７、比較器３７、増幅器５１、増幅器５２を備えている。テーブル４１は、発振周波数を決定するパラメータｆｒｅｑをテーブル化して記憶するものである。ＣＰＵ３２は、テーブル４１から、後述するように人が音として聞こえないような周波数（パラメータｆｒｅｑの値）を選択する。
【００７３】
図１１は、振動波モータの駆動信号のある周波数における音をマイクで検出したときのＦＦＴスペクトラムを示す図である。
【００７４】
図１１において、縦軸がマイクで検出した音のレベル（ｄｂ）、横軸が駆動信号の周波数（Ｈｚ）である。図示のように、駆動信号の周波数４５ＫＨｚ付近にピークが発生していることが分かる。駆動信号の周波数のピークは、発振器部３４の発振周波数（ｆｄｒｖ）と、カウンタの端数により発生する周期Ｘ（例えば１０周期発振させるごとにカウンタが元の状態に戻る場合は周期Ｘ＝１０）との関係により発生するものである。ここで、発振器部３４の発振周波数が１８０ＫＨｚで、カウンタが元の状態に戻る周期が４であるとすると、（ｆｄｒｖ）／Ｘ＝１８０／４＝４５ＫＨｚとなり、その周波数のＦＦＴスペクトラムが発生する。
【００７５】
このとき、周波数４５ＫＨｚ付近にピークが発生しているが、この周波数は人には聞こえない領域の周波数なので問題にはならない。即ち、駆動信号の特定の周波数付近にピークは発生するものの、人が音として聞こえる周波数にならなければよいということが分かる。従って、上記図１０に示したように、人が音として聞こえないような発振周波数を選択するためのテーブル４１を作成することで、音の発生を抑えることが可能となる。
【００７６】
以上説明したように、本実施の形態によれば、発振器部３４に発振周波数を決定するためのテーブル４１を設け、テーブル４１から人が音として聞こえないような発振周波数を選択する。これにより、駆動信号の特定の周波数付近にピークが発生した際の音の発生を抑えることが可能となる。
【００７７】
なお、上記の各実施の形態では２相発振器を例にあげて説明を行ったが、互いに１２０度の位相差を持たせた３相発振器や、互いに９０度の位相差を持たせた４相発振器であっても構わない。
【００７８】
［他の実施の形態］
また、本発明の目的は、前述した各実施の形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記憶した記憶媒体を、システム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行することによっても達成される。
【００７９】
この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した各実施の形態の機能を実現することになり、そのプログラムコード及び該プログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。
【００８０】
また、プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、次のものがあげられる。フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷ等の光ディスク、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ等である。または、プログラムコードをネットワークを介してダウンロードしてもよい。
【００８１】
また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、前述した各実施の形態の機能が実現されるだけではない。そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳ（オペレーティングシステム）等が実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した各実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。
【００８２】
さらに、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後、次のプログラムコードの指示に基づき、その拡張機能を拡張ボードや拡張ユニットに備わるＣＰＵ等が実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した各実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るモータ駆動装置としての振動波モータ駆動回路の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の振動波モータ駆動回路の発振器部が発振周波数信号を出力する仕組みを説明する図である。
【図３】図２の発振器部の具体例である２相発振器の構成を示すブロック図である。
【図４】図３の構成により発振器部から位相差信号が得られる仕組みを説明する図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る発振器部の具体例である２相発振器の構成を示すブロック図である。
【図６】図５の構成により発振器部から位相差信号が得られる仕組みを説明する図である。
【図７】振動波モータの駆動信号のある周波数における音をマイクで検出したときのＦＦＴスペクトラムを示す図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態に係る発振器部が発振周波数信号を出力する原理を説明する図である。
【図９】図８の発振周波数特性を出すための発振器部の具体例である２相発振器の構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明の第４の実施の形態に係る発振器部の具体例である２相発振器の構成を示すブロック図である。
【図１１】振動波モータの駆動信号のある周波数における音をマイクで検出したときのＦＦＴスペクトラムを示す図である。
【図１２】従来例に係る棒状の超音波モータの外観及び圧電素子の電圧供給及び出力電圧の取り出しを説明する図である。
【図１３】図１２の超音波モータの駆動回路の構成を示すブロック図である。
【図１４】振動波アクチュエータの振動体の外観を示す斜視図である。
【図１５】（ａ）は、一方の曲げ振動モードを示す図、（ｂ）は、他方の曲げ振動モードを示す図である。
【図１６】図１４の振動体を備えた振動波アクチュエータの外観を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００８４】
４ 振動体
５ 圧電素子（電気−機械エネルギ変換素子）
７ 移動体（被駆動体）
３２ ＣＰＵ（制御部）
３４ 発振器部（発振部）
３６ 加算器（加算手段）
３７ 比較器（信号出力手段）
３８ 比較器（信号出力手段）
３９ 加算器（加算手段）
４０ 乱数発生器（乱数発生手段）
４１ テーブル（記憶手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子により振動される振動体に接触した移動体を摩擦力により相対移動させる周波数制御回路、モータ駆動装置、周波数制御方法、モータ駆動装置の制御方法、及び、制御方法をコンピュータに実行させるプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、超音波モータもしくは圧電モータと称する振動波（振動型）モータが開発され、本出願人等によって実用化されている。振動波モータは、既によく知られているように、圧電素子もしくは電歪素子等の電気−機械エネルギ変換素子に交番電圧を印加することで該素子に高周波振動を発生させ、振動エネルギを連続的な機械運動として取り出すように構成した非電磁駆動式のモータである。振動波モータの動作原理については、本出願人による提案など（例えば、特許文献１参照）、既に多くの特許文献で公知であるので、説明を省略する。
【０００３】
図１２は、従来例に係る棒状の超音波モータの外観及び圧電素子の電圧供給及び出力電圧の取り出しを説明する図である。
【０００４】
図１２において、超音波モータ１００は、端面に絶縁シート１０４が接合された振動体１０１、ロータ１０２、出力ギア１０３を備えている。振動体１０１は、圧電素子もしくは電歪素子と弾性体との結合体から構成される。振動体１０１は、圧電素子ａ１、ｂ１、それを挟む電極板Ａ−ｄ、Ａ'−ｄ、Ｂ−ｄ、Ｂ'−ｄ、振動検出素子Ｓ１、電極板Ｓ−ｄ、絶縁シート１０５を備えており、４相（ブロックＡ、Ａ'、Ｂ、Ｂ'）で駆動する構造となっている。尚、共通電極（ＧＮＤ）は存在しない。
【０００５】
上記構成において、ブロックＡ、Ａ'とブロックＢ、Ｂ'にそれぞれ位相が反転したｄｕｔｙ５０％の駆動信号を供給し駆動することで、圧電素子ａ１、ｂ１の両端に逆位相の電圧が印加される。これにより、片側を共通電極にした構成の場合の半分の電源電圧で、超音波モータ１００を駆動することができる。
【０００６】
図１３は、図１２の棒状超音波モータ１００の駆動回路の構成を示すブロック図である。
【０００７】
図１３において、駆動回路は、スイッチング回路１１０ａ、１１０ｂ、マイクロコンピュータ（以下マイコンと表記）１１１、電圧検出回路１１２、位相差検出回路１１３、インダクタンス素子１１４、１１６、キャパシタンス素子１１５、１１７を備えている。スイッチング回路１１０ａ、１１０ｂは、スイッチング素子にＦＥＴを用いている。また、各ＦＥＴには、逆方向電流通過用ダイオードが設けられている。逆方向電流通過用ダイオードを設けることで、逆方向電流によるＦＥＴの破損を回避している。
【０００８】
インダクタンス素子１１４、１１６、キャパシタンス素子１１５、１１７は、超音波モータ１００とのインピーダンスを整合させる素子である。図１２で説明した上記４相の駆動方法で、実際にはインピーダンス素子を図１３に示す位置に付加することで、より低電圧且つ高効率で超音波モータ１００を駆動することができる。尚、キャパシタンス素子１１５、１１７、は必ずしも付加しなくてもよい。
【０００９】
電圧検出回路（例えばＡ／Ｄ変換器）１１２は、スイッチング回路１１０ａ、１１０ｂに供給する電源電圧の大きさＶｂａｔを検出し、マイコン１１１に取り込む。実際には電圧検出回路１１２で検出した結果に基づき駆動信号のパルス幅などを変更し、超音波モータ１００に対する入力電力を制御する。
【００１０】
図１４は、より小型化を図るために提案された振動波アクチュエータの振動体の外観を示す斜視図である。
【００１１】
図１４において、振動波アクチュエータの振動体２０１は、金属材料からなり矩形の板状に形成された弾性体２０４、弾性体２０４の裏面に接合された圧電素子（電気−機械エネルギ変換素子）２０５、弾性体２０４の上面に配設された突起部２０６を備えている。この振動波アクチュエータについては公知であるため（例えば、特許文献２参照）、詳細は省略する。
【００１２】
突起部２０６は、その先端において後述するように被駆動体に接触することで被駆動体を移動させる。振動体２０１は、２つの曲げ振動モードによる振動を励起することができ、この２つの曲げ振動モードを組み合わせることにより、突起部２０６の先端に楕円運動を生じさせるものである。
【００１３】
図１５（ａ）は、一方の曲げ振動モードを示す図、図１５（ｂ）は、他方の曲げ振動モードを示す図である。
【００１４】
図１５において、図１５（ａ）に示す振動モードは、２つの曲げ振動モードのうち一方の曲げ振動モード（Ａモードと呼ぶ）を表している。Ａモードは、振動体２０１（弾性体２０４）の長辺方向（矢印Ｘ方向）における２次の屈曲振動であり、短辺方向（矢印Ｙ方向）と平行な３本の節を有している。突起部２０６は、Ａモードの振動で節となる位置の近傍に配置されており、Ａモードの振動により矢印Ｘ方向で往復運動を行う。このように突起部２０６を配置することにより、突起部２０６を矢印Ｘ方向で最も大きく変位させることができる。
【００１５】
また、図１５（ｂ）に示す振動モードは、２つの曲げ振動モードのうち他方の曲げ振動モード（Ｂモードと呼ぶ）を表している。Ｂモードは、振動体２０１（弾性体２０４）の短辺方向（矢印Ｙ方向）における１次の屈曲振動であり、長辺方向（矢印Ｘ方向）と平行な２本の節を有している。ここで、Ａモードにおける節と、Ｂモードにおける節は、ＸＹ平面内において略直交するようになっている。突起部２０６は、Ｂモードの振動で腹となる位置の近傍に配置されており、Ｂモードの振動により矢印Ｚ方向で往復運動を行う。このように突起部２０６を配置することにより、突起部２０６を矢印Ｚ方向で最も大きく変位させることができる。
【００１６】
即ち、上述したようにＡモードの節とＢモードの節を略直交させることにより、Ａモードの節の位置とＢモードの腹の位置とを一致させることができる。この位置に突起部２０６を配置することにより、突起部２０６の振動変位を最も大きくすることができ、高出力を得ることができるようになる。そして、上述したように突起部２０６をＸ方向及びＺ方向で大きく変位させることにより、突起部２０６に接触する被駆動体に対して大きな駆動力を与えることができる。
【００１７】
図１６は、図１４の振動体を備えた振動波アクチュエータの外観を示す斜視図である。
【００１８】
図１６において、振動波アクチュエータは、弾性体２０４、圧電素子２０５、突起部２０６からなる振動体と、スライダ２０７を備えている。上述したＡモードとＢモードの振動を所定の位相差で発生させることにより、突起部２０６の先端に楕円運動を発生させることができる。突起部２０６の先端には、被駆動体であるスライダ２０７が加圧接触するようになっている。スライダ２０７は、突起部２０６の楕円運動によって矢印Ｌ方向に移動することができる。
【００１９】
尚、２つの突起部２０６を、弾性体２０４の中心を通るＸＺ平面又はＹＺ平面に対して対称に配置すれば、突起部２０６においてスライダ２０７から受ける反力を振動体は偏り無く受けることができる。また、スライダ２０７と突起部２０６の相対位置関係が安定するため、環境や負荷の変動等の影響を受けずに振動体の出力を安定させることができる。
【００２０】
このように、簡単な構造で２つの曲げ振動モードを励起させることができる小型の振動波モータは、従来の円環型の振動波モータに比べ、２つの曲げ振動モードを独立して発生させることが可能である。そのため、圧電素子２０５に印加する電圧の大きさと、２つの曲げ振動モードに各々対応した２つの駆動信号の位相差を制御することで、スライダ２０７の移動速度を容易に変更することが可能である。
【特許文献１】特開平３−２８９３７５号公報
【特許文献２】特開２００４−３２０８４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
しかしながら、振動波モータが小型化され振動波モータの駆動周波数が高くなると、デジタルクロックを分周して発振周波数を作り出す従来の振動波モータ駆動回路では、駆動周波数や２つの曲げ振動の各々の駆動信号の位相差が粗くなる。そのため、振動波モータの共振周波数付近においては、被駆動体（スライダ）を細かい移動速度で制御することが不可能であるという問題が発生する。
【００２２】
本発明の目的は、発振部の発振周波数を細かく設定することを可能とした装置及び制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上述の目的を達成するために、本発明の周波数制御回路は、発振周波数設定値を設定する制御手段と、単位時間あたりに前記発振周波数設定値を加算する加算手段と、前記加算手段による加算値が目標値を超えた場合に駆動信号のＨｉとＬｏを切り替えて信号を出力する信号出力手段と、を有することを特徴とする。
【００２４】
上述の目的を達成するために、本発明のモータ駆動装置は、電気−機械エネルギ変換素子により振動体に振動を発生させることで、前記振動体に接触した被駆動体を移動させる振動波モータを駆動するモータ駆動装置であって、前記振動波モータを駆動するパルス状の駆動信号を生成する発振部と、発振周波数設定値を設定する制御手段とを有し、前記発振部は、単位時間あたりに前記発振周波数設定値を加算する加算手段と、前記加算手段による加算値が目標値を超えた場合に駆動信号のＨｉとＬｏを切り替える動作を繰り返し、前記駆動信号を前記振動波モータに出力する信号出力手段と、を備えることを特徴とする。
【００２５】
上述の目的を達成するために、本発明のモータ駆動装置は、電気−機械エネルギ変換素子により振動体の異なる位置にそれぞれ振動を発生させる少なくとも２つの振動モードに時間的な位相差を設けることで、前記振動体に接触した被駆動体を移動させる振動波モータを駆動するモータ駆動装置であって、前記振動波モータを駆動するパルス状の駆動信号を生成する発振部と、発振周波数設定値を設定する制御手段とを有し、前記発振部は、単位時間あたりに前記発振周波数設定値を加算する第１の加算手段と、前記第１の加算手段による加算値に位相差設定値を加算する第２の加算手段と、前記第１及び第２の加算手段による各加算値がそれぞれの目標値を超えた場合に駆動信号のＨｉとＬｏを切り替える動作を繰り返し、前記各振動モードにそれぞれ対応する位相差の異なる駆動信号を前記振動波モータに出力する信号出力手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、単位時間あたりに発振周波数設定値を加算していき、加算値が目標値を超えたときに、駆動信号のＨｉとＬｏを切り替える動作を繰り返す。これにより、発振部の発振周波数を細かく設定することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００２８】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るモータ駆動装置としての振動波モータ駆動回路の構成を示すブロック図である。
【００２９】
図１において、振動波モータは、振動体４、圧電素子５、移動体７を備えた超音波モータとして構成されている。振動波モータ駆動回路は、マイクロコンピュータ（以下ＣＰＵと表記）３２、増幅回路３３ａ、増幅回路３３ｂ、発振器部３４、位置検出部３５を備えている。
【００３０】
振動波モータにおいて、圧電素子５は、交流電界の印加により高周波振動を発生する電気−機械エネルギ変換素子である。振動体４は、圧電素子５の表面に接合されると共に、移動体（スライダ）７に接触状態で配置された弾性体である。振動体４は、圧電素子５により、２つの曲げ振動モード（振動体長辺方向における２次の屈曲振動である第１の振動モード（Ａモード）、振動体短辺方向における１次の屈曲振動である第２の振動モード（Ｂモード））の振動を励起する。Ａモードの振動とＢモードの振動に時間的な位相差を持たせることで、振動体４の表面粒子に楕円運動を行わせ、移動体７を摩擦力により矢印方向へ移動させる。
【００３１】
振動波モータ駆動回路において、ＣＰＵ３２は、駆動回路各部の制御を司る。ＣＰＵ３２は、ｆｒｅｑ信号（発振周波数設定値）、ｐｈａｓｅ信号（位相差設定値）、ｄｕｔｙ信号（デューティ設定値）を発振器部３４に出力する。発振器部３４は、ＣＰＵ３２から出力される設定値（指令値）に応じて、振動波モータをＡモードで駆動する駆動信号と、振動波モータをＢモードで駆動する駆動信号とを発生する発振動作を行う。発振器部３４には、所定（〇〇）ｂｉｔ数（本実施の形態では例えば２０ｂｉｔとする）の不図示のカウンタおよび目標カウント値か否かを判断する比較器が設けられている。
【００３２】
増幅回路３３ａは、Ａモードの駆動信号を増幅し、インダクタンス素子を介して振動波モータに駆動力を与える。増幅回路３３ｂは、Ｂモードの駆動信号を増幅し、インダクタンス素子を介して振動波モータに駆動力を与える。位置検出部３５は、移動体７の移動量を検出する。ＣＰＵ３２は、位置検出部３５により検出された移動体７の移動量に基づく情報（移動体７の位置情報及び速度情報）に応じて、振動波モータを駆動制御する。
【００３３】
なお、本実施の形態では第１の振動モード（Ａモード）と第２の振動モード（Ｂモード）を有する振動体に２相の駆動信号を供給する振動波モータ駆動回路を例にあげて説明を行っているが、これに限られるものではない。駆動信号を供給する振動体の有する振動モードの数に応じて、供給する駆動信号の相数に応じて、発振器部３４から出力される駆動信号の相数は変化する。
【００３４】
図２は、振動波モータ駆動回路の発振器部３４が発振周波数信号（駆動信号）を出力する仕組みを説明する図である。
【００３５】
図２において、縦軸が発振器部３４の上記カウンタのカウント値、横軸が時間であり、Ａモードの駆動信号を出力する１相出力の場合を示している。発振器部３４においては、ＣＰＵ３２から出力されるｆｒｅｑ信号で設定された値をあるクロックのタイミングでカウンタに加える。これにより、カウンタのカウント値が時間と共に増加していく。カウンタに加えられた値が黒丸で示すポイントである。
【００３６】
まず、発振器部３４は、カウンタのカウント値がｎ１（ここではゼロとする）を超えたときに、振動波モータに出力するパルス状の駆動信号（出力信号）をＨｉにするように動作し、カウント値がｎ２を超えたときに出力信号をＬｏにするように動作する。この動作を繰り返していくとカウンタがオーバーフローしてゼロに戻り（１周期）、そのときに発振器部３４は出力信号をＨｉに戻す。この動作をクロック毎に繰り返していくことにより、カウンタがオーバーフローし、カウント値がｎ１を超えたときまでの上記動作の繰り返し回数に対応する発振周波数信号が発振器部３４から出力される。
【００３７】
ここで、発振器部３４は、カウンタのｂｉｔ数とＣＰＵ３２から出力されるｆｒｅｑ信号で設定された値とが丁度割り切れる数値の場合は、同じ発振周波数で発振を続ける。反対に、カウンタのｂｉｔ数とＣＰＵ３２から出力されるｆｒｅｑ信号で設定された値とが割り切れない数値の場合は、上記動作の繰り返し回数がｍとｍ＋１がある周期で発生する。例えばクロックが２７ＭＨｚでカウンタのｂｉｔ数が２０ｂｉｔであれば、「ｆｒｅｑ× ２７ＭＨｚ／（２＾２０）」に基づき発振する発振周波数が得られる。ここで、ｆｒｅｑ信号の値が６９９０に設定された場合を例にあげて、図２のカウンタの動作について詳細な説明を行う。
【００３８】
２＾２０（２の２０乗）は１０４８５７６であるため、カウンタのカウント値はゼロから１０４８５７５まで増加し、合計１０４８５７６が加算されることでカウント値は再びゼロに戻る。最初の周期ではカウントの値は初期値としてゼロが設定された状態から加算が開始され、１５０番目のクロックが入力されることによってカウンタの値は１０４８５００に達する。カウンタの上限値は１０４８５７５であるため、次の１５１番目のクロックで６９９０が加算されることによってカウンタが上限値に到達し、上限値を超えた６９１５は次の周期に加算される。次の第２周期ではカウンタの値は初期値として６９１４が設定された状態から加算が開始されるため、１５０番目のクロックでカウンタの上限値に達し、上限値を超えた６７６３が次の第３周期に加算される。次の第３周期ではカウンタの値は初期値として６７６２が設定された状態から加算が開始されるため、１５０番目のクロックでカウンタの上限値に達し、上限値を超えた６６８７が次の第３周期に加算される。このように第２周期以降は第９１周期までは１５０番目のクロックでカウンタの上限に達する。そして、第９２周期ではカウンタの値は初期値として７４が設定された状態から加算が開始されるため、１５０番目のクロックではカウンタの上限値に達せず、１５１番目のクロックでカウンタの上限に達する。そして第９３周期以降では、再び１５０番目のクロックがカウンタの上限に達する動作が暫く繰り返される。
【００３９】
この例では、第１、第９２周期での駆動信号の周波数は１７８．８１ｋＨｚとなり、第２から第９１周期までの駆動信号の周波数は１８０．００ｋＨｚとなる。これを長期的に繰り返えせば、駆動信号の平均周波数は、６９９０×２７ＭＨｚ／（２＾２０）≒１７９．９９ｋＨｚとなる。このように、発振器部３４によって、クロックの分解能よりも細かな範囲で駆動信号の周波数を設定することが可能となる。
【００４０】
ここでは、カウンタがオーバーフローしてゼロに戻ると、発振器部３４が出力信号をＨｉに戻す動作を例にあげたが、カウンタを２回あるいは３回続けてオーバーフローすることで、発振器部３４が出力信号をＨｉに戻す動作としても構わない。このように設定すれば、より周波数の低い駆動信号を生成することができる。
【００４１】
また、ＣＰＵ３２から出力されるｆｒｅｑ信号で設定される値は、必要に応じて、カウンタのｂｉｔ数を割り切れる数値としても構わない。 図３は、発振器部３４の具体例である２相発振器の構成を示すブロック図である。
【００４２】
図３において、発振器部（２相発振器）３４は、加算器（アダー）３６、比較器３７、比較器３８、増幅器５１、増幅器５２を備えている。加算器３６は、ＣＰＵ３２から出力されるｆｒｅｑ信号で設定された値（発振周波数設定値）を加算するものであり、上記カウンタを内蔵している。比較器３７は、振動波モータに出力するＡモードの駆動信号を生成する。比較器３７は、ＣＰＵ３２から出力されるｄｕｔｙ信号の設定値に応じて、パルス幅即ち出力信号の立下りのタイミングを設定できるように構成されている。
【００４３】
比較器３８は、振動波モータに出力するＢモードの駆動信号を生成する。比較器３８は、Ａモードの駆動信号を出力する比較器３７に対し、出力信号がＨｉ、Ｌｏになるカウント値をＣＰＵ３２から出力されるｐｈａｓｅ信号により入力している。比較器３８も、比較器３７と同様に、ＣＰＵ３２から出力されるｄｕｔｙ信号の値に応じて、パルス幅即ち出力信号の立下りのタイミングを設定できるように構成されている。
【００４４】
図４は、図３の構成により発振器部３４から位相差信号が得られる仕組みを説明する図である。
【００４５】
図４において、縦軸がカウント値、横軸が時間であり、振動波モータに出力するパルス波形のＡモードの駆動信号と、振動波モータに出力するパルス波形のＢモードの駆動信号を出力する２相出力の場合を示している。図２に示した１相出力の場合は、カウント値がｎ１を超えたときに出力信号をＨｉ、カウント値がｎ２を超えたときに出力信号をＬｏにするように設定していた。
【００４６】
図４に示す２相出力の場合は、Ａモードの駆動信号出力時（Ａ出力）には、カウント値がｎａ１を超えたときに出力信号をＨｉ、カウント値がｎａ２を超えたときに出力信号をＬｏにするように設定する。また、Ｂモードの駆動信号出力時（Ｂ出力）には、カウント値がｎｂ１を超えたときに出力信号をＨｉ、カウント値がｎｂ２を超えたときに出力信号をＬｏにするように設定する。即ち、Ａ出力用及びＢ出力用として出力信号がＨｉ、Ｌｏになる設定値ｎａ１、ｎａ２、ｎｂ１、ｎｂ２が設けられており、それぞれｎａ１、ｎａ２がＡ出力用、ｎｂ１、ｎｂ２がＢ出力用になっている。
【００４７】
例えばＢ出力がＨｉになる位相を９０°にする場合、カウンタ全体が２０ｂｉｔであれば、１０４８５７６（＝２＾２０）（発振周波数設定値）が１周期分（カウンタがオーバーフローしてゼロに戻るまで）のカウント値となる。そこで、１０４８５７６の１／４（カウント値ｎｂ１＝２６２１４４）（目標値）のときにＢ出力がＨｉになるように設定すれば、Ａ出力のＨｉ（カウント値ｎａ１＝ゼロ）に対し、Ｂ出力は９０°位相が遅れた信号となる。Ｂ出力がＬｏになるカウント値も、ｄｕｔｙ５０％であれば、ｎａ２＝５２４２８８（目標値）、ｎｂ２＝７８６４３２（目標値）となる。駆動信号におけるＨｉの区間とＬｏの区間を任意に設定することで、ｄｕｔｙの異なる駆動信号を得ることもできる。
【００４８】
本実施の形態では、発振器部３４を上記のように構成し動作させることにより、Ａモードの駆動信号に対し位相がずれた（遅れた）同じ周波数とパルス幅を有するＢモードの駆動信号を得ることができる。 ここで、Ａモードの駆動信号の出力（Ａ出力）と、Ｂモードの駆動信号の出力（Ｂ出力）との位相差の設定について考える。本実施の形態では発振器部３４に２０ｂｉｔのカウンタを装備しているため、１周期を２０ｂｉｔの細かさで設定することが可能であり、位相差の設定分解能は、３６０度／１０４８５７６＝０.０００３４３度となる。このように、上記構成の発振器部３４を用いると、周波数もさることながら、細かい位相差の出力信号を得ることができる。
【００４９】
振動波モータ（超音波モータ）においては、Ａモードの駆動信号の出力（Ａ出力）と、Ｂモードの駆動信号の出力（Ｂ出力）との位相差を細かく設定することにより、移動体７の移動速度を変更することが可能である。この場合、上記従来例の異なる曲げ振動モードを用いた超音波モータは、同じ曲げ振動モードを用いた超音波モータに比べ、Ａ出力とＢ出力の位相差を変更したときの０度位相差付近の移動体７の移動速度の不感帯が無い（移動速度を細かく制御できる）。そのため、本実施の形態の発振器部３４を用いた場合の効果がより強調される。
【００５０】
以上説明したように、本実施の形態によれば、発振器部３４は、ある単位時間あたりに発振周波数設定値をカウンタで加算していき、加算値が設定値を超えたときに駆動信号のＨｉ、Ｌｏを切り替える動作を繰り返し、Ａモード及びＢモードの駆動信号を得る。これにより、発振器部３４の発振周波数及びＡモードの駆動信号（Ａ出力）とＢモードの駆動信号（Ｂ出力）の位相差を細かく設定することが可能となる。この結果、振動波モータの共振周波数付近において、移動体７を細かい移動速度で制御することが可能となる。
【００５１】
［第２の実施の形態］
本発明の第２の実施の形態は、上述した第１の実施の形態に対して、振動波モータ駆動回路の発振器部が図５に示す構成を有する点において相違する。本実施の形態のその他の要素は、上述した第１の実施の形態（図１）の対応するものと同一なので、説明を省略する。
【００５２】
図５は、本実施の形態に係る発振器部３４の具体例である２相発振器の構成を示すブロック図である。
【００５３】
図５において、発振器部（２相発振器）３４は、上記カウンタを内蔵した加算器３６、上記カウンタを内蔵した加算器３９、Ａモードの駆動信号出力用の比較器３７、Ｂモードの駆動信号出力用の比較器３７、増幅器５１、増幅器５２を備えている。加算器３６及びＡモードの駆動信号出力用の比較器３７は、第１の実施の形態と同一である。加算器３９は、加算器３６の出力値に対し、ＣＰＵ３２から出力されるｐｈａｓｅ信号の設定値に応じて位相差を設定するものである。
【００５４】
図６は、図５の構成により発振器部３４から位相差信号が得られる仕組みを説明する図である。
【００５５】
図６において、縦軸がカウント値、横軸が時間であり、Ａモードの駆動信号とＢモードの駆動信号を出力する２相出力の場合を示している。図４に示した２相出力の場合は、Ａ出力用及びＢ出力用として発振器部３４の出力信号がＨｉ、Ｌｏになる設定値ｎａ１、ｎａ２、ｎｂ１、ｎｂ２を設け、それぞれｎａ１、ｎａ２をＡ出力用、ｎｂ１、ｎｂ２をＢ出力用とした。
【００５６】
図６に示す２相出力の場合は、発振器部３４が２つの比較器３７を装備しているものの、発振器部３４の出力信号がＨｉ、Ｌｏになる設定値はＡ出力用及びＢ出力用ともに等しく、ｎ１、ｎ２となっている。加算器３９は、ＣＰＵ３２から出力されるｐｈａｓｅ信号の設定値（位相差に応じた値）と、加算器３６から出力される値とを加算する移相用回路としての機能を有する。
【００５７】
図６から分かるように、加算器３９から出力される信号は位相差の設定値分だけ位相がずれる。加算器３９から出力される信号を、Ａモードの駆動信号出力用の比較器３７と同じ構成のＢモードの駆動信号出力用の比較器３７に入力することで、該比較器３７から、Ａモードの駆動信号とｄｕｔｙが等しく位相のみ異なるＢモードの駆動信号を得ることができる。
【００５８】
本実施の形態では、発振器部３４を上記のように構成し動作させることにより、Ａ出力とＢ出力の位相差を設定するときに、発振器部３４の出力信号がＨｉ、Ｌｏになるカウント値をＡ出力及びＢ出力それぞれについて計算する必要が無い。即ち、ｐｈａｓｅ信号の設定値を変えるだけで位相差を変更することが可能となる。
【００５９】
以上説明したように、本実施の形態によれば、発振器部３４に加算器３９を設け、加算器３６の出力値に対しｐｈａｓｅ信号の設定値に応じて位相差を設定する。これにより、Ａ出力とＢ出力の位相差を設定するときに、ｐｈａｓｅ信号の設定値を変えるだけで位相差を変更することが可能となり、振動波モータ駆動回路を制御するソフトウェアの構成を簡単にすることが可能となる。
【００６０】
［第３の実施の形態］
本発明の第３の実施の形態は、上述した第１の実施の形態に対して、振動波モータ駆動回路の発振器部が図９に示す構成を有する点において相違する。本実施の形態のその他の要素は、上述した第１の実施の形態（図１）の対応するものと同一なので、説明を省略する。
【００６１】
図７は、上述した第１の実施の形態における振動波モータの駆動信号のある周波数における音をマイクで検出したときのＦＦＴ（Fast Fourier Transform）スペクトラムを示す図である。
【００６２】
図７において、縦軸がマイクで検出した音のレベル（ｄｂ）、横軸が駆動信号の周波数（Ｈｚ）である。図示のように、駆動信号のある周波数に音のレベルのピークが発生していることが分かる。駆動信号の周波数のピークは、上記第１の実施の形態における発振器部３４の発振周波数（ｆｄｒｖ）と、カウンタの端数により発生する周期Ｘ（例えば１０周期発振させるごとにカウンタが元の状態に戻る場合は周期Ｘ＝１０）との関係により発生するものである。ここで、発振器部３４の発振周波数が１００ＫＨｚで、カウンタが元の状態に戻る周期が１０であるとすると、（ｆｄｒｖ）／Ｘ＝１００／１０＝１０ＫＨｚとなり、その周波数のＦＦＴスペクトラムが発生する。
【００６３】
一方、上記ＦＦＴスペクトラムが可聴域に発生し、音として聞こえてしまうという問題がある。音として聞こえてしまう原因として、発振器部３４で発生する周波数成分が決まっており、特定の周波数の音のレベルが鋭利になるＰｅｅｋｙ（ピーキー）な周波数成分になっていることが考えられる。そこで、本実施の形態は、Ｐｅｅｋｙな周波数成分が発生しないように改善したものである。
【００６４】
図８は、本実施の形態に係る発振器部３４が発振周波数信号を出力する原理を説明する図である。図９は、図８の発振周波数特性を出すための発振器部３４の具体例である２相発振器の構成を示すブロック図である。
【００６５】
図８及び図９において、発振器部（２相発振器）３４は、乱数発生器４０、上記カウンタを内蔵した加算器３６、上記カウンタを内蔵した加算器３９、比較器３７、比較器３７、増幅器５１、増幅器５２を備えている。上記第１の実施の形態では、ＣＰＵ３２から出力されるｆｒｅｑ信号の設定値をクロックのタイミングで加算器３６により繰り返し加算した。これに対し、本実施の形態では、発振器部３４にＲａｎ（乱数）を発生する乱数発生器４０を設け、ｆｒｅｑ信号の設定値（発振周波数設定値）＋Ｒａｎ（乱数）を加算器３６により加算していく構成としたものである。
【００６６】
本実施の形態では、発振器部３４を上記のように構成し動作させることにより、図８に示すように発振器部３４のカウンタに加算された値が増減し、カウンタがオーバーフローする値に達するまでの周期がランダムになり規則性が無くなる。図８では黒丸で示す加算されていくポイントが縦長の領域の何れかとなり、カウンタが所定（〇〇）ｂｉｔの値を超えるまでの周期も乱数の影響を受け、短い周期と長い周期が発生する。
【００６７】
ここで、上記周期のばらつきを決定しているのは乱数の大きさαであり、αの範囲が大きければ周期即ち発振周波数のばらつきも増える。これにより、Ｐｅｅｋｙに発生していた周波数成分が減り、音のレベルが下がることにより、音としても聞こえなくなるという効果が得られるようになる。
【００６８】
以上説明したように、本実施の形態によれば、発振器部３４に乱数発生器４０を設け、乱数発生器４０で発生したＲａｎ（乱数）とｆｒｅｑ信号の設定値を加算器３６により加算していく。これにより、特定の周波数の音のレベルが鋭利になるＰｅｅｋｙな周波数成分を減少させ、ＦＦＴスペクトラムが可聴域に発生し音として聞こえてしまうという問題を解消することが可能となる。
【００６９】
なお、本実施の形態では図５に示す２相発振器の構成に乱数発生器４０を追加した例をあげて説明を行ったが、図３に示す２相発振器の構成に乱数発生器４０を追加しても構わない。
【００７０】
［第４の実施の形態］
本発明の第４の実施の形態は、上述した第１の実施の形態に対して、振動波モータ駆動回路の発振器部が図１０に示す構成を有する点において相違する。本実施の形態のその他の要素は、上述した第１の実施の形態（図１）の対応するものと同一なので、説明を省略する。
【００７１】
図１０は、本実施の形態に係る発振器部３４の具体例である２相発振器の構成を示すブロック図である。
【００７２】
図１０において、発振器部（２相発振器）３４は、テーブル４１、上記カウンタを内蔵した加算器３６、上記カウンタを内蔵した加算器３９、比較器３７、比較器３７、増幅器５１、増幅器５２を備えている。テーブル４１は、発振周波数を決定するパラメータｆｒｅｑをテーブル化して記憶するものである。ＣＰＵ３２は、テーブル４１から、後述するように人が音として聞こえないような周波数（パラメータｆｒｅｑの値）を選択する。
【００７３】
図１１は、振動波モータの駆動信号のある周波数における音をマイクで検出したときのＦＦＴスペクトラムを示す図である。
【００７４】
図１１において、縦軸がマイクで検出した音のレベル（ｄｂ）、横軸が駆動信号の周波数（Ｈｚ）である。図示のように、駆動信号の周波数４５ＫＨｚ付近にピークが発生していることが分かる。駆動信号の周波数のピークは、発振器部３４の発振周波数（ｆｄｒｖ）と、カウンタの端数により発生する周期Ｘ（例えば１０周期発振させるごとにカウンタが元の状態に戻る場合は周期Ｘ＝１０）との関係により発生するものである。ここで、発振器部３４の発振周波数が１８０ＫＨｚで、カウンタが元の状態に戻る周期が４であるとすると、（ｆｄｒｖ）／Ｘ＝１８０／４＝４５ＫＨｚとなり、その周波数のＦＦＴスペクトラムが発生する。
【００７５】
このとき、周波数４５ＫＨｚ付近にピークが発生しているが、この周波数は人には聞こえない領域の周波数なので問題にはならない。即ち、駆動信号の特定の周波数付近にピークは発生するものの、人が音として聞こえる周波数にならなければよいということが分かる。従って、上記図１０に示したように、人が音として聞こえないような発振周波数を選択するためのテーブル４１を作成することで、音の発生を抑えることが可能となる。
【００７６】
以上説明したように、本実施の形態によれば、発振器部３４に発振周波数を決定するためのテーブル４１を設け、テーブル４１から人が音として聞こえないような発振周波数を選択する。これにより、駆動信号の特定の周波数付近にピークが発生した際の音の発生を抑えることが可能となる。
【００７７】
なお、上記の各実施の形態では２相発振器を例にあげて説明を行ったが、互いに１２０度の位相差を持たせた３相発振器や、互いに９０度の位相差を持たせた４相発振器であっても構わない。
【００７８】
［他の実施の形態］
また、本発明の目的は、前述した各実施の形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記憶した記憶媒体を、システム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行することによっても達成される。
【００７９】
この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した各実施の形態の機能を実現することになり、そのプログラムコード及び該プログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。
【００８０】
また、プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、次のものがあげられる。フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷ等の光ディスク、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ等である。または、プログラムコードをネットワークを介してダウンロードしてもよい。
【００８１】
また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、前述した各実施の形態の機能が実現されるだけではない。そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳ（オペレーティングシステム）等が実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した各実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。
【００８２】
さらに、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後、次のプログラムコードの指示に基づき、その拡張機能を拡張ボードや拡張ユニットに備わるＣＰＵ等が実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した各実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るモータ駆動装置としての振動波モータ駆動回路の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の振動波モータ駆動回路の発振器部が発振周波数信号を出力する仕組みを説明する図である。
【図３】図２の発振器部の具体例である２相発振器の構成を示すブロック図である。
【図４】図３の構成により発振器部から位相差信号が得られる仕組みを説明する図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る発振器部の具体例である２相発振器の構成を示すブロック図である。
【図６】図５の構成により発振器部から位相差信号が得られる仕組みを説明する図である。
【図７】振動波モータの駆動信号のある周波数における音をマイクで検出したときのＦＦＴスペクトラムを示す図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態に係る発振器部が発振周波数信号を出力する原理を説明する図である。
【図９】図８の発振周波数特性を出すための発振器部の具体例である２相発振器の構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明の第４の実施の形態に係る発振器部の具体例である２相発振器の構成を示すブロック図である。
【図１１】振動波モータの駆動信号のある周波数における音をマイクで検出したときのＦＦＴスペクトラムを示す図である。
【図１２】従来例に係る棒状の超音波モータの外観及び圧電素子の電圧供給及び出力電圧の取り出しを説明する図である。
【図１３】図１２の超音波モータの駆動回路の構成を示すブロック図である。
【図１４】振動波アクチュエータの振動体の外観を示す斜視図である。
【図１５】（ａ）は、一方の曲げ振動モードを示す図、（ｂ）は、他方の曲げ振動モードを示す図である。
【図１６】図１４の振動体を備えた振動波アクチュエータの外観を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００８４】
４ 振動体
５ 圧電素子（電気−機械エネルギ変換素子）
７ 移動体（被駆動体）
３２ ＣＰＵ（制御部）
３４ 発振器部（発振部）
３６ 加算器（加算手段）
３７ 比較器（信号出力手段）
３８ 比較器（信号出力手段）
３９ 加算器（加算手段）
４０ 乱数発生器（乱数発生手段）
４１ テーブル（記憶手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発振周波数設定値を設定する制御手段と、
単位時間あたりに前記発振周波数設定値を加算する加算手段と、
前記加算手段による加算値が目標値を超えた場合に駆動信号のＨｉとＬｏを切り替えて信号を出力する信号出力手段と、を有することを特徴とする周波数制御回路。
【請求項２】
前記加算手段は、前記発振周波数設定値として前記目標値の約数とならない値を設定することを特徴とする請求項１記載の周波数制御回路。
【請求項３】
乱数を発生する乱数発生手段を備え、
前記加算手段は、前記発振周波数設定値と前記乱数発生手段により発生した乱数とを加算することを特徴とする請求項１又は２記載の周波数制御回路。
【請求項４】
電気−機械エネルギ変換素子により振動体に振動を発生させることで、前記振動体に接触した被駆動体を移動させる振動波モータを駆動するモータ駆動装置であって、
前記振動波モータを駆動するための駆動信号を生成する発振部と、
発振周波数設定値を設定する制御手段と、を有し、
前記発振部は、
単位時間あたりに前記発振周波数設定値を加算する加算手段と、 前記加算手段による加算値が目標値を超えた場合に駆動信号のＨｉとＬｏを切り替える動作を繰り返し、前記駆動信号を前記振動波モータに出力する信号出力手段と、を備えることを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項５】
前記加算手段は、前記発振周波数設定値として前記目標値の約数とならない値を設定することを特徴とする請求項４記載のモータ駆動装置。
【請求項６】
前記加算手段が加算動作に伴いオーバーフローしてゼロに戻るまでを１周期とすることを特徴とする請求項４又は５記載のモータ駆動装置。
【請求項７】
前記発振部は、乱数を発生する乱数発生手段を備え、
前記加算手段は、前記発振周波数設定値と前記乱数発生手段により発生した乱数とを加算することを特徴とする請求項４乃至６の何れか１項に記載のモータ駆動装置。
【請求項８】
前記加算手段は、単位時間あたりに発振周波数設定値を加算する第１の加算手段と第２の加算手段を有し、
前記信号出力手段は、前記第１及び第２の加算手段による各加算値がそれぞれの目標値を超えた場合に、前記第１及び第２の加算手段のそれぞれに対応する駆動信号のＨｉとＬｏを切り替える動作を繰り返し、位相の異なる駆動信号を前記振動波モータに出力することを特徴とする請求項４乃至７の何れか１項に記載のモータ駆動装置。
【請求項９】
電気−機械エネルギ変換素子により振動体の異なる位置にそれぞれ振動を発生させる少なくとも２つの振動モードに時間的な位相差を設けることで、前記振動体に接触した被駆動体を移動させる振動波モータを駆動するモータ駆動装置であって、
前記振動波モータを駆動するための駆動信号を生成する発振部と、
発振周波数設定値を設定する制御手段と、を有し、
前記発振部は、
単位時間あたりに前記発振周波数設定値を加算する第１の加算手段と、
前記第１の加算手段による加算値に位相差設定値を加算する第２の加算手段と、
前記第１及び第２の加算手段による各加算値がそれぞれの目標値を超えた場合に前記第１及び第２の加算手段のそれぞれに対応する駆動信号のＨｉとＬｏを切り替える動作を繰り返し、前記各振動モードにそれぞれ対応する位相の異なる駆動信号を前記振動波モータに出力する信号出力手段と、を備えることを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項１０】
前記第１及び第２の加算手段のそれぞれが加算動作に伴いオーバーフローしてゼロに戻るまでを１周期とすることを特徴とする請求項９記載のモータ駆動装置。
【請求項１１】
前記制御部は、前記位相差設定値を前記発振部に供給することを特徴とする請求項９又は１０記載のモータ駆動装置。
【請求項１２】
前記発振部は、乱数を発生する乱数発生手段を備え、
前記第１の加算手段は、前記発振周波数設定値と前記乱数発生手段により発生した乱数とを加算することを特徴とする請求項９乃至１１の何れか１項に記載のモータ駆動装置。
【請求項１３】
前記駆動信号におけるＨｉの区間とＬｏの区間を任意に設定することで、ｄｕｔｙの異なる駆動信号を得ることを特徴とする請求項４乃至１２の何れか１項に記載のモータ駆動装置。
【請求項１４】
発振周波数設定値を設定する制御ステップと、単位時間あたりに前記発振周波数設定値を加算する加算ステップと、前記加算ステップによる加算値が目標値を超えた場合に駆動信号のＨｉとＬｏを切り替えて信号を出力する信号出力ステップとを備えた信号の周波数制御方法。
【請求項１５】
電気−機械エネルギ変換素子により振動体に振動を発生させることで、前記振動体に接触した被駆動体を移動させる振動波モータを駆動するモータ駆動装置の制御方法であって、
前記振動波モータを駆動するための駆動信号を生成する発振部において、発振周波数設定値が設定される制御ステップと、制御単位時間あたりに前記発振周波数設定値を加算する加算ステップと、前記加算ステップによる加算値が目標値を超えた場合に駆動信号のＨｉとＬｏを切り替える動作を繰り返し、前記駆動信号を前記振動波モータに出力する信号出力ステップと、を備えることを特徴とする制御方法。
【請求項１６】
電気−機械エネルギ変換素子により振動体の異なる位置にそれぞれ振動を発生させる少なくとも２つの振動モードに時間的な位相差を設けることで、前記振動体に接触した被駆動体を移動させる振動波モータを駆動するモータ駆動装置の制御方法であって、
前記振動波モータを駆動するための駆動信号を生成する発振部において、発振周波数設定値が設定される制御ステップと、単位時間あたりに前記発振周波数設定値を加算する第１の加算ステップと、前記第１の加算ステップによる加算値に位相差設定値を加算する第２の加算ステップと、前記第１及び第２の加算ステップによる各加算値がそれぞれの目標値を超えた場合に前記第１及び第２の加算手段のそれぞれに対応する駆動信号のＨｉとＬｏを切り替える動作を繰り返し、前記各振動モードにそれぞれ対応する位相の異なる駆動信号を前記振動波モータに出力する信号出力ステップと、を備えることを特徴とする制御方法。
【請求項１７】
請求項１４乃至１６の何れか１項に記載の制御方法をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
【請求項１】
発振周波数設定値を設定する制御手段と、
単位時間あたりに前記発振周波数設定値を加算する加算手段と、
前記加算手段による加算値が目標値を超えた場合に駆動信号のＨｉとＬｏを切り替えて信号を出力する信号出力手段と、を有することを特徴とする周波数制御回路。
【請求項２】
前記加算手段は、前記発振周波数設定値として前記目標値の約数とならない値を設定することを特徴とする請求項１記載の周波数制御回路。
【請求項３】
乱数を発生する乱数発生手段を備え、
前記加算手段は、前記発振周波数設定値と前記乱数発生手段により発生した乱数とを加算することを特徴とする請求項１又は２記載の周波数制御回路。
【請求項４】
電気−機械エネルギ変換素子により振動体に振動を発生させることで、前記振動体に接触した被駆動体を移動させる振動波モータを駆動するモータ駆動装置であって、
前記振動波モータを駆動するための駆動信号を生成する発振部と、
発振周波数設定値を設定する制御手段と、を有し、
前記発振部は、
単位時間あたりに前記発振周波数設定値を加算する加算手段と、 前記加算手段による加算値が目標値を超えた場合に駆動信号のＨｉとＬｏを切り替える動作を繰り返し、前記駆動信号を前記振動波モータに出力する信号出力手段と、を備えることを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項５】
前記加算手段は、前記発振周波数設定値として前記目標値の約数とならない値を設定することを特徴とする請求項４記載のモータ駆動装置。
【請求項６】
前記加算手段が加算動作に伴いオーバーフローしてゼロに戻るまでを１周期とすることを特徴とする請求項４又は５記載のモータ駆動装置。
【請求項７】
前記発振部は、乱数を発生する乱数発生手段を備え、
前記加算手段は、前記発振周波数設定値と前記乱数発生手段により発生した乱数とを加算することを特徴とする請求項４乃至６の何れか１項に記載のモータ駆動装置。
【請求項８】
前記加算手段は、単位時間あたりに発振周波数設定値を加算する第１の加算手段と第２の加算手段を有し、
前記信号出力手段は、前記第１及び第２の加算手段による各加算値がそれぞれの目標値を超えた場合に、前記第１及び第２の加算手段のそれぞれに対応する駆動信号のＨｉとＬｏを切り替える動作を繰り返し、位相の異なる駆動信号を前記振動波モータに出力することを特徴とする請求項４乃至７の何れか１項に記載のモータ駆動装置。
【請求項９】
電気−機械エネルギ変換素子により振動体の異なる位置にそれぞれ振動を発生させる少なくとも２つの振動モードに時間的な位相差を設けることで、前記振動体に接触した被駆動体を移動させる振動波モータを駆動するモータ駆動装置であって、
前記振動波モータを駆動するための駆動信号を生成する発振部と、
発振周波数設定値を設定する制御手段と、を有し、
前記発振部は、
単位時間あたりに前記発振周波数設定値を加算する第１の加算手段と、
前記第１の加算手段による加算値に位相差設定値を加算する第２の加算手段と、
前記第１及び第２の加算手段による各加算値がそれぞれの目標値を超えた場合に前記第１及び第２の加算手段のそれぞれに対応する駆動信号のＨｉとＬｏを切り替える動作を繰り返し、前記各振動モードにそれぞれ対応する位相の異なる駆動信号を前記振動波モータに出力する信号出力手段と、を備えることを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項１０】
前記第１及び第２の加算手段のそれぞれが加算動作に伴いオーバーフローしてゼロに戻るまでを１周期とすることを特徴とする請求項９記載のモータ駆動装置。
【請求項１１】
前記制御部は、前記位相差設定値を前記発振部に供給することを特徴とする請求項９又は１０記載のモータ駆動装置。
【請求項１２】
前記発振部は、乱数を発生する乱数発生手段を備え、
前記第１の加算手段は、前記発振周波数設定値と前記乱数発生手段により発生した乱数とを加算することを特徴とする請求項９乃至１１の何れか１項に記載のモータ駆動装置。
【請求項１３】
前記駆動信号におけるＨｉの区間とＬｏの区間を任意に設定することで、ｄｕｔｙの異なる駆動信号を得ることを特徴とする請求項４乃至１２の何れか１項に記載のモータ駆動装置。
【請求項１４】
発振周波数設定値を設定する制御ステップと、単位時間あたりに前記発振周波数設定値を加算する加算ステップと、前記加算ステップによる加算値が目標値を超えた場合に駆動信号のＨｉとＬｏを切り替えて信号を出力する信号出力ステップとを備えた信号の周波数制御方法。
【請求項１５】
電気−機械エネルギ変換素子により振動体に振動を発生させることで、前記振動体に接触した被駆動体を移動させる振動波モータを駆動するモータ駆動装置の制御方法であって、
前記振動波モータを駆動するための駆動信号を生成する発振部において、発振周波数設定値が設定される制御ステップと、制御単位時間あたりに前記発振周波数設定値を加算する加算ステップと、前記加算ステップによる加算値が目標値を超えた場合に駆動信号のＨｉとＬｏを切り替える動作を繰り返し、前記駆動信号を前記振動波モータに出力する信号出力ステップと、を備えることを特徴とする制御方法。
【請求項１６】
電気−機械エネルギ変換素子により振動体の異なる位置にそれぞれ振動を発生させる少なくとも２つの振動モードに時間的な位相差を設けることで、前記振動体に接触した被駆動体を移動させる振動波モータを駆動するモータ駆動装置の制御方法であって、
前記振動波モータを駆動するための駆動信号を生成する発振部において、発振周波数設定値が設定される制御ステップと、単位時間あたりに前記発振周波数設定値を加算する第１の加算ステップと、前記第１の加算ステップによる加算値に位相差設定値を加算する第２の加算ステップと、前記第１及び第２の加算ステップによる各加算値がそれぞれの目標値を超えた場合に前記第１及び第２の加算手段のそれぞれに対応する駆動信号のＨｉとＬｏを切り替える動作を繰り返し、前記各振動モードにそれぞれ対応する位相の異なる駆動信号を前記振動波モータに出力する信号出力ステップと、を備えることを特徴とする制御方法。
【請求項１７】
請求項１４乃至１６の何れか１項に記載の制御方法をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２００７−１２４１５６（Ｐ２００７−１２４１５６Ａ）
【公開日】平成１９年５月１７日（２００７．５．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３１１９５９（Ｐ２００５−３１１９５９）
【出願日】平成１７年１０月２６日（２００５．１０．２６）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年５月１７日（２００７．５．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１０月２６日（２００５．１０．２６）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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