超声波电动机装置的制作方法

文档序号:7288358
专利名称:超声波电动机装置的制作方法
技术领域
本发明涉及控制超声波电动机的驱动的超声波电动机装置。
背景技术
已知有一种一边反馈编码器等速度检测器的输出,一边控制超声波电动机的驱动的控制装置(参照特开平2003-304691号公报)。
但是,如果在齿轮间具有间隙(ガタ)的状态进行驱动,超声波电动机即使实际上在移动,在间隙挤满之前也不能检测出正在移动。因此,在反馈控制中就会增速,在间隙挤满的时刻,速度过快而撞开控制对象,再次产生间隙。就会产生该状况反复发生而不能进行正常控制这种间隙影响。

发明内容
根据本发明的第1方式,超声波电动机装置具有使对象物移动的超声波电动机;检测上述对象物的移动的检测部;和控制部,该控制部在上述对象物的移动被检测出之前,能够用第一驱动信号驱动上述超声波电动机,在由上述检测部检测出上述对象物的移动后,能够用和上述第一驱动信号不同的第二驱动信号驱动上述超声波电动机。
根据本发明的第2方式,在第1方式的超声波电动机装置中,优选的是,具有传递部,将上述超声波电动机的驱动力传递给上述对象物,上述控制部根据基于上述第一驱动信号对上述超声波电动机的驱动,对上述传递部的传递误差进行控制。
根据本发明的第3方式,在第2方式的超声波电动机装置中,优选的是,上述传递部包含齿轮系。
根据本发明的第4方式,在第1至3的任何一种方式的超声波电动机装置中,优选的是,上述控制部设定上述第一驱动信号和上述第二驱动信号,使基于上述第二驱动信号对上述超声波电动机的驱动快于基于上述第一驱动信号对上述超声波电动机的驱动。
根据本发明的第5方式,在第1至4的任何一种方式的超声波电动机装置中,优选的是,上述控制部在基于上述第二驱动信号驱动上述超声波电动机时的加速时和减速时的至少一个期间,检测和基于上述第一驱动信号的上述对象物的移动速度相同的上述对象物的移动速度。
根据本发明的第6方式,在第1至5的任何一种方式的超声波电动机装置中,优选的是,上述控制部在基于上述第一驱动信号驱动上述超声波电动机预定时间后,用上述第二驱动信号驱动上述超声波电动机。
根据本发明的第7方式,在第1至6的任何一种方式的超声波电动机装置中,优选的是,上述检测部具有编码器。
根据本发明的第8方式,在第1至7的任何一种方式的超声波电动机装置中,优选的是,上述第一驱动信号是用开环控制驱动上述超声波电动机的信号,上述第二驱动信号是用反馈控制驱动上述超声波电动机的信号。
根据本发明的第9方式,在第8方式的超声波电动机装置中,优选的是,上述控制部根据来自上述检测部的信息,进行基于上述第二驱动信号的反馈控制。
根据本发明的第10方式,镜头镜筒具有具有光学元件的镜头镜筒主体;和根据权利要求1至9任何一项所述的超声波电动机装置。
根据本发明的第11方式,是一种可安装第10方式的镜头镜筒的照相机。
根据本发明的第12方式,超声波电动机装置的控制方法用第一驱动信号驱动超声波电动机,检测由上述超声波电动机移动的对象物的移动,在检测出上述对象物的移动后,用和上述第一驱动信号不同的第二驱动信号驱动上述超声波电动机。
根据本发明的第13方式,在第12方式的控制方法中,在检测上述对象物的移动前,在进行预定时间进行了基于上述第一驱动信号的上述超声波电动机的驱动后,由上述第二驱动信号控制上述超声波电动机。
根据本发明的第14方式,在第12或13方式的控制方法中,优选的是,在利用上述第二驱动信号驱动上述超声波电动机时的加速时和减速时的至少一个期间,检测和基于上述第一驱动信号的上述对象物的移动速度相同的上述对象物的移动速度。
根据本发明的第15方式,在第12至14的任何一种方式的控制方法中,优选的是,上述第一驱动信号是用开环控制驱动超声波电动机的信号,上述第二驱动信号是用反馈控制驱动上述超声波电动机的信号。


图1表示本发明的一种实施方式的超声波电动机装置的构成图。
图2是表示使用超声波电动机装置的镜头镜筒11和照相机主体12的图。
图3是表示由MCU1进行的处理的流程图的图。
图4A~4D是表示超声波电动机3的一次驱动的状态的坐标图的图。
图5A~5D是表示超声波电动机3的多次驱动的状态的坐标图的图。
图6A~6D是表示不更新间隙消除驱动频率时的超声波电动机3的驱动状态的坐标图。
图7A是表示超声波电动机3和齿轮列6的图。
图7B是表示在齿轮列6中,产生了间隙的状态的图。
图7C是表示在齿轮列6中,间隙挤满了的状态的图。
具体实施例方式
图1表示本发明的一种实施方式的超声波电动机装置(控制装置)的构成图。图2是表示使用图1的超声波电动机装置的镜头镜筒11和照相机主体12的图。本实施方式的超声波电动机装置,设置在镜头镜筒11内部,在用于自动聚焦控制的镜头(光学元件)的驱动等中使用。从照相机主体12供给超声波电动机装置的电源。
在图1中,MCU1由微型个人计算机和其周边电路构成,运行预定的程序,根据来自外部的指示,进行超声波电动机3的驱动控制。另外,MCU1接收来自编码器4的信号,根据来自外部的指示和来自编码器4的信号,输出与驱动频率相对应的DA(Digital to Analog,数字模拟)输出和表示驱动操作的许可/禁止的ON/OFF信号。
驱动器2从MCU1接收ON/OFF信号和DA输出,将驱动信号输出给超声波电动机3。设有电压控制振荡器(VCO,未图示),振荡作为电压信号的与DA输出相对应的频率的信号。
超声波电动机3以和被输入的驱动信号的驱动频率相对应的转速进行旋转,通过齿轮列(齿轮系、传递机构)6,将驱动力传递给控制对象5。另外,在本实施方式中,驱动频率和超声波电动机3的转速的关系,呈现下降的特性,被控制为通过提高驱动频率来降低超声波电动机3的转速。编码器4安装在控制对象5的附近,是检测控制对象5的移动的部件。
在齿轮列6上存在机械性的间隙。在此,所谓间隙是造成齿轮列6的松弛(松动)的原因的齿轮间的空间或游隙。在齿轮间的具有间隙的状态下,超声波电动机3即使实际上移动,在间隙挤满之前,也不能通过编码器4检测出移动。因此,如果将来自编码器4的信号直接反馈并进行DA输出,在反馈控制中就会增速,在间隙挤满的时刻,速度过快而撞开控制对象,再次产生间隙。就会产生该状况反复发生而不能进行正常控制的这种间隙影响。即,在齿轮6产生传递误差。
图7A是表示超声波电动机3和齿轮列6的图。超声波电动机3由定子31、转子32和转子轴33构成,转子32和转子轴33旋转。在转子轴33上安装有小齿轮61。超声波电动机3的旋转力通过小齿轮61传递给扇形齿轮62。小齿轮61和扇形齿轮62构成齿轮列6。
扇形齿轮62形成为筒状,扣合在镜头支承框上,也就是图1的控制对象5。在扇形齿轮62的附近设有编码器4(在图7A中未图示),检测扇形齿轮62的旋转。希望使扇形齿轮62向逆时针方向旋转时,驱动超声波电动机3使转子32向逆时针方向旋转。希望使扇形齿轮62向顺时针方向旋转时,驱动超声波电动机3使转子32向顺时针方向旋转。
图7B是表示在齿轮列6中,在小齿轮61向箭头的方向旋转时,产生有间隙的状态的图。间隙可以说是在小齿轮61和扇形齿轮62的扣合部分(齿)间产生的空间。图7C是表示小齿轮61向箭头的方向旋转、间隙挤满了的状态的图。在间隙挤满了的状态下,在小齿轮61和扇形齿轮62的扣合部分间没有空间,紧贴在一起。即,小齿轮61和扇形齿轮62的齿紧贴在一起。
为了避免如上所述的间隙影响,在本实施方式中,在超声波电动机3的驱动开始时,用开环控制输出不会撞开控制对象5的大小的速度(间隙消除速度)的驱动信号,当检测出间隙已挤满时,就切换成作为正常控制的反馈控制,输出根据反馈控制而生成的驱动信号。所谓开环控制,是指非反馈控制,即没有反馈环的控制,也可以称为前馈控制。
另外,超声波电动机3是一种可通过改变驱动频率而改变转速的部件,但是该频率和转速的对应关系因周围温度、负载力矩、旋转不稳等的状况而不稳定。因此,即使以不会撞开控制对象5的大小的速度进行开环控制,如果环境变化,也有可能产生速度超过预期的速度而撞开控制对象,或者反之产生不能提高速度,驱动时间延长、最坏甚至不动的问题。
因此,在本实施方式中,构成为将用于间隙消除的驱动频率(DA输出)用与在前面的驱动中所得到的间隙消除驱动速度相对应的驱动频率(DA输出)不断更新,并用更新了的值进行用于下一次驱动的间隙消除的驱动。
图3是表示由MCU1进行的处理的流程图的图。是由照相机主体12的电源的接通而开始的处理。在步骤S1,在刚接通电源后的初始化中,将初始值设定为间隙消除驱动频率(AD输出值)。在步骤S2,判断有无驱动指示,当有驱动指示时,进入步骤S3,当没有驱动指示时,重复步骤S2的处理。
在步骤S3,进行空隙是否已挤满的判断。这是根据来自编码器4的信号,通过控制对象5是否开始了移动来进行判断。空隙没有挤满时,进入步骤S4,空隙已经挤满时,进入步骤S6。另外,被控制成在一次驱动中,一旦间隙挤满了时,以后就不进行间隙消除驱动。
在步骤S4,判断是否经过了预定时间。这是为了对间隙消除驱动设置限制时间,在因某种异常而没有结束间隙的消除时,转移到正常控制。在步骤S5,进行间隙消除驱动。在间隙挤满之前,输出已设定的间隙消除驱动频率(DA输出值)的驱动信号。
在步骤S6,作为正常的控制处理,进行反馈控制,MCU1根据来自编码器4的信号求取控制对象5的速度,对超声波电动机3进行反馈控制,使其与目标速度一致。为了后述的步骤S8,将此时的速度和驱动频率(DA输出)存储在未图示的存储器中。存储器具有可存储后述的应答滞后时间量的时间数据(間デ一タ)的容量。
在步骤S7,判断由编码器4检测出的控制对象5的速度是否和间隙消除驱动速度相等。所谓间隙消除驱动速度,是以间隙消除驱动频率(间隙消除信号)驱动了超声波电动机3时,控制对象5以消除了间隙的状态被驱动的驱动速度。也可以称为间隙消除信号速度。控制对象5的速度,可根据来自编码器4的信号,由MCU1的演算来求取。控制对象5的速度和间隙消除驱动速度相等时,进入步骤S8,不相等时,进入步骤S9。
在步骤S8,考虑应答滞后,将应答滞后量过去输出的驱动频率(DA输出值)作为新的间隙消除驱动频率(DA输出值),并存储在未图示的存储器中。应答滞后量过去输出的驱动频率(DA输出值),从在步骤S6存储着的存储器取得。在步骤S9,因未图示的另外的程序而具备了驱动结束的条件时,结束驱动,返回到步骤S2。如此,结束一次的驱动。例如,在镜头镜筒11中开始的自动聚焦完毕时等。反之则在每个控制循环返回到步骤S3。
图4A~4D是表示照相机主体12的电源接通后,超声波电动机3的一次驱动的状态的坐标图的图。是表示在图3的流程图中,从步骤S1开始,到在步骤S9中一次的驱动结束处为止的坐标图的图。图4A表示MCU1输出的ON/OFF信号,图4B表示MCU1输出的超声波电动机3的驱动频率(DA输出值),图4C表示超声波电动机3的移动即转速(旋转速度),图4D表示控制对象5的驱动速度,虚线表示控制对象5的目标速度,实线表示由编码器4检测的控制对象5的实际的驱动速度(移动速度)。
MCU1当使ON/OFF信号为ON的同时将驱动频率(DA输出)作为间隙消除驱动,输出预定的值并保持(参照图4A、图4B)。与从图3的步骤S2进入到步骤S3时相对应。此时在应答滞后量后超声波电动机3开始运转(参照图4C),在有了来自编码器4的输出的时刻t1的时序,切换成反馈控制(参照图4B)。与从步骤S3进入到步骤S6时相对应。
其后,一边进行反馈控制,一边进行以一定的比例增速,到达TOP速度后,保持该速度,最后进行以一定的比例减速的操作。其中在加速部分和减速部分,存在控制对象5的移动速度和间隙消除驱动速度一致的t2和t3的时刻(参照图4D)。另外,从图中可以看出,设定成利用反馈控制的驱动速度,即TOP速度,比间隙消除驱动速度快的速度。
在该t2和t3,满足图3的步骤S7的条件,所以在步骤S8进行间隙消除驱动频率的更新。此时被更新的频率(DA输出值)作为应答滞后量过去的值,采用在图4B中圆圈表示的地方的值。值的更新,在图4B中进行两次,但最终变成作为最新值的t3时的值。
在本实施方式中,以如此被更新了的间隙消除驱动频率进行下一次驱动中的间隙消除的驱动。图5A~5D是表示超声波电动机3的多次驱动的状态的坐标图的图。进行4次驱动,最初的第一次以后,均利用在前面的驱动的减速部分所得到的间隙消除驱动频率(DA输出值)进行间隙消除驱动,所以虽然每次驱动间隙消除驱动频率(DA输出值)不同,但是电动机转速都是预期的间隙消除驱动速度。用图3来讲,是重复了4次从步骤S2到步骤S9的处理。
图6A~6D是表示不更新间隙消除驱动频率时的超声波电动机3的驱动的状态的图。间隙消除驱动频率一直是初始值而不会使之变化,所以图6B的间隙消除驱动部分的驱动频率,4次驱动全部为相同的输出。其中,在第三次的驱动中,因为实际的电动机转速是预期的转速的一半(参照图6C),所以间隙消除驱动花费了时间。另外,在第四次的驱动中,相反地,实际的电动机转速超过了预期的转速(参照图6C)而撞开控制对象,所以控制对象速度出现了紊乱(参照图6D)。另外,在图6D中,实线表示控制对象5的实际速度,虚线表示目标速度。
如上构成的本实施方式的超声波电动机装置,起到以下的效果。
(1)使间隙消除用的驱动信号和正常的驱动信号不同,所以可分别对间隙消除和控制对象5的正常的驱动进行适当的控制。
(2)正常的驱动信号由反馈控制生成并输出,而间隙消除用的驱动信号利用开环控制生成并输出。其结果,正常的驱动由反馈控制,得到更高精度的驱动,在间隙消除时超声波电动机3的旋转速度不会增速,在间隙挤满的时刻超声波电动机3的旋转速度也不会过快而撞开控制对象5。即,因间隙而导致的传递误差得到消除。
(3)为了间隙消除而开始输出了间隙消除用驱动信号后并经过了预定时间时,停止间隙消除用驱动信号,开始正常的驱动信号的输出。从而能够防止在间隙消除时发生某种异常,间隙消除处理永远不结束的情况。
(4)设定成将在前一次的正常驱动时控制对象5变为间隙消除驱动速度时的驱动信号的值(驱动频率、DA输出值)进行存储,并用于下一次的间隙消除驱动时的驱动信号。从而,即使间隙消除驱动为开环控制,也可得到预期的驱动速度,而能够避免间隙的影响。超声波电动机3的驱动频率和转速的对应关系因周围温度、负载力矩、旋转不匀等的状况而不稳定。但是,根据如上所述的控制,即使超声波电动机的使用环境发生变化,也不会产生如速度超过预期以上而撞开控制对象的问题,相反地也不会产生不能提高速度,驱动时间延长,最坏甚至不动的问题。
(5)设定成存储在前一次的正常驱动时控制对象5变为间隙消除驱动速度时的驱动信号的值(驱动频率、DA输出值)时,考虑应答滞后时间,存储并使用应答滞后时间量前的驱动信号的值。从而能够以更准确的间隙消除驱动信号进行间隙消除处理。
(6)本实施方式的超声波电动机装置用于照相机的镜头镜筒。例如,考虑在单镜头反光照相机中使用了超声波电动机的交换镜头时,能够回避AF的驱动时间上出现偏差、或者发生撞开的情况时而感觉到作为工作感的振动、焦距精度恶化或聚束等问题。
在上述实施方式中,用将超声波电动机装置用于照相机的镜头镜筒的例子进行了说明,但是不一定必须限定于该内容。在所有利用超声波电动机的应用中,均可应用本发明的超声波电动机装置。另外,超声波电动机既可以是旋转型超声波电动机,也可以是线性超声波电动机。而且,超声波电动机是一种包含称为振动执行器等的部件的概念。
在上述实施方式中,以为了检测控制对象5的移动或速度而利用编码器4的例子进行了说明,但是不一定必须限定于该内容。只要是能够检测控制对象5的移动或速度的部件,任何部件都可以。
在上述实施方式中,以消除齿轮列中存在的间隙为例进行了说明,但是不一定必须限定于该内容。从超声波电动机3到齿轮列的连接机构或从齿轮列到控制对象5的连接机构等中也存在间隙。由间隙消除驱动也可去除该间隙。即,本发明可适用于消除在将超声波电动机3的驱动力传递给控制对象5的整个机构中存在的间隙。
权利要求
1.一种超声波电动机装置,具有使对象物移动的超声波电动机;检测上述对象物的移动的检测部;和控制部,能够在上述对象物的移动被检测出之前,用第一驱动信号驱动上述超声波电动机,在由上述检测部检测出上述对象物的移动后,用和上述第一驱动信号不同的第二驱动信号驱动上述超声波电动机。
2.根据权利要求1所述的超声波电动机装置,其中,具有传递部,将上述超声波电动机的驱动力传递给上述对象物,上述控制部根据基于上述第一驱动信号对上述超声波电动机的驱动,对上述传递部的传递误差进行控制。
3.根据权利要求2所述的超声波电动机装置,其中,上述传递部包含齿轮系。
4.根据权利要求1所述的超声波电动机装置,其中,上述控制部设定上述第一驱动信号和上述第二驱动信号,使基于上述第二驱动信号对上述超声波电动机的驱动快于基于上述第一驱动信号对上述超声波电动机的驱动。
5.根据权利要求1所述的超声波电动机装置,其中,上述控制部在基于上述第二驱动信号驱动上述超声波电动机时的加速时和减速时的至少一个期间,检测和基于上述第一驱动信号的上述对象物的移动速度相同的上述对象物的移动速度。
6.根据权利要求1所述的超声波电动机装置,其中,上述控制部在基于上述第一驱动信号驱动上述超声波电动机预定时间后,用上述第二驱动信号驱动上述超声波电动机。
7.根据权利要求1所述的超声波电动机装置,其中,上述检测部具有编码器。
8.根据权利要求1所述的超声波电动机装置,其中,上述第一驱动信号是用开环控制驱动上述超声波电动机的信号,上述第二驱动信号是用反馈控制驱动上述超声波电动机的信号。
9.根据权利要求8所述的超声波电动机装置,其中,上述控制部根据来自上述检测部的信息,进行基于上述第二驱动信号的反馈控制。
10.一种镜头镜筒,具有具有光学元件的镜头镜筒主体;和根据权利要求1至9任何一项所述的超声波电动机装置。
11.一种可安装权利要求10所述的镜头镜筒的照相机。
12.一种超声波电动机装置的控制方法,用第一驱动信号驱动超声波电动机,检测由上述超声波电动机移动的对象物的移动,在检测出上述对象物的移动后,用和上述第一驱动信号不同的第二驱动信号驱动上述超声波电动机。
13.根据权利要求12所述的控制方法,其中,在检测出上述对象物的移动前,在预定时间进行了基于上述第一驱动信号对上述超声波电动机的驱动后,由上述第二驱动信号控制上述超声波电动机。
14.根据权利要求12所述的控制方法,其中,在利用上述第二驱动信号驱动上述超声波电动机时的加速时和减速时的至少一个期间,检测和基于上述第一驱动信号的上述对象物的移动速度相同的上述对象物的移动速度。
15.根据权利要求12至14的任何一项所述的控制方法,其中,上述第一驱动信号是用开环控制驱动超声波电动机的信号,上述第二驱动信号是用反馈控制驱动上述超声波电动机的信号。
全文摘要
本发明提供一种超声波电动机装置,具有使对象物移动的超声波电动机;检测上述对象物的移动的检测部;和控制部,该控制部在上述对象物的移动被检测之前,能够用第一驱动信号驱动上述超声波电动机,在由上述检测部检测上述对象物的移动后,能够用和上述第一驱动信号不同的第二驱动信号驱动上述超声波电动机。
文档编号H02N2/10GK1874136SQ200610089979
公开日2006年12月6日 申请日期2006年5月30日 优先权日2005年5月30日
发明者中岛德昭 申请人:株式会社尼康
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