本發(fā)明涉及一種振動馬達控制器以及一種包括該振動馬達控制器的透鏡裝置和圖像拾取裝置。

背景技術(shù)：

已經(jīng)提出了各種用于控制振動馬達的方法，該振動馬達具有：振動器，該振動器由金屬彈性本體等來形成，機電換能器(壓電元件或電致伸縮元件)結(jié)合至該振動器；以及接觸器，該接觸器與振動器壓力接觸。日本專利申請公開No.2011-067035公開了一種延伸振動馬達的速度的動態(tài)范圍的技術(shù)，即：通過執(zhí)行相位差控制以便在頻率固定的情況下改變相位差，然后在相位差達到規(guī)定值時執(zhí)行頻率控制，以便在相位差固定的情況下改變頻率。

在日本專利申請公開No.2011-067035中公開的技術(shù)是能夠利用振動馬達的驅(qū)動速度的較寬動態(tài)范圍的技術(shù)。不過，在從相位差控制轉(zhuǎn)換之后的頻率控制中，即使頻率升高或降低一定量，振動馬達的驅(qū)動速度也不相應地線性增加或減小，這降低了可控制性。因此，為了降低在頻率控制范圍中驅(qū)動速度相對于頻率的這種非線性的不利影響，相位差控制中的頻率可以設置成較低頻率。不過，在這種情況下，低速區(qū)域下的可控制性將降低。這是因為在頻率-速度曲線中在低于諧振頻率的頻率區(qū)域中速度隨頻率變化的變化較大，且因為在具有小相位差的頻率-速度曲線中的諧振頻率比在具有大相位差的頻率-速度曲線中的諧振頻率高?？傮w來說，當在相位差控制中的頻率設置成較高頻率時，由于在頻率控制范圍中的非線性的不利影響，可控制性降低；當在相位差控制中的頻率設置成較低頻率以便降低在頻率控制區(qū)域中的非線性的不利影響時，由于在低于諧振頻率的頻率區(qū)域中根據(jù)頻率-速度曲線進行的控制，振動馬達不穩(wěn)定地操作。因此，很難同時在小相位差情況下實現(xiàn)振動馬達的可控制性和振動馬達的穩(wěn)定性兩者。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種振動馬達控制器，它能夠在小相位差情況下獲得可控制性和穩(wěn)定性兩者，同時保持驅(qū)動速度的較寬動態(tài)范圍。

本發(fā)明的振動馬達控制器控制振動馬達的驅(qū)動速度，該振動馬達使振動器和與振動器接觸的接觸器相對運動，振動器通過機電換能器而振蕩，具有相位差的第一頻率信號和第二頻率信號施加給所述機電換能器。振動馬達控制器包括：相位差確定器，所述相位差確定器儲存在頻率與所述第一頻率信號和第二頻率信號之間的相位差之間的關(guān)系，并根據(jù)所述關(guān)系來確定相對于頻率的相位差；以及控制器，所述控制器根據(jù)第一頻率信號和第二頻率信號的頻率以及由相位差確定器根據(jù)該頻率確定的相位差而控制振動馬達的速度。儲存在相位差確定器中的頻率與相位差之間的所述關(guān)系不包括在低于振動馬達的頻率-速度特性中的諧振頻率的頻率與相位差之間的關(guān)系。

根據(jù)本發(fā)明，能夠在小相位差情況下獲得可控制性和穩(wěn)定性兩者，同時保持驅(qū)動速度的較寬動態(tài)范圍。

通過下面參考附圖對示例實施例的說明，將清楚本發(fā)明的其它特征。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的振動馬達控制器的結(jié)構(gòu)圖。

圖2示出了在本發(fā)明的實施例1中振動馬達控制器的頻率-速度特性曲線和頻率-速度控制線。

圖3A示出了在本發(fā)明的實施例1中振動馬達控制器的頻率-速度特性曲線和頻率-速度控制線。

圖3B示出了在本發(fā)明的實施例1中振動馬達控制器的頻率和相位差之間的關(guān)系。

圖4A示出了在本發(fā)明的實施例1中振動馬達控制器的頻率-速度特性曲線和頻率-速度控制線。

圖4B示出了在本發(fā)明的實施例1中振動馬達控制器的頻率和相位差之間的關(guān)系。

圖5A示出了在本發(fā)明的實施例2中振動馬達控制器的頻率-速度特性曲線和頻率-速度控制線。

圖5B示出了在本發(fā)明的實施例2中振動馬達控制器的頻率和相位差之間的關(guān)系。

圖6示出了振動馬達的速度特性。

圖7示出了在每種致動頻率處的速度軌跡。

圖8示出了在本發(fā)明的每個實施例中的線性的定義。

具體實施方式

下面將根據(jù)附圖詳細介紹本發(fā)明的優(yōu)選實施例。

(振動馬達的常規(guī)控制的概述)

振動馬達包括：振動器，該振動器由金屬彈性本體等來形成，機電換能器(壓電元件或電致伸縮元件)結(jié)合至該振動器；以及接觸器，該接觸器與振動器壓力接觸。當具有相位差的多個頻率信號施加給壓電元件時，將引起振動器振蕩，且振動器和接觸器彼此相對運動，以便產(chǎn)生驅(qū)動力。振動馬達的驅(qū)動通過改變施加給壓電元件的頻率信號的頻率(也簡稱為頻率)的方法(稱為頻率控制)或者通過改變施加給壓電元件的多個頻率信號之間的相位差(也簡稱為相位差)的方法(稱為相位差控制)來控制。頻率控制和相位差控制是公知的，因此省略它們的詳細說明。

為了保證可控制性和延伸動態(tài)范圍，已知方法是執(zhí)行相位差控制以便在頻率固定的情況下改變相位差，然后在相位差達到規(guī)定值時執(zhí)行頻率控制以便在相位差固定的情況下改變頻率。圖6示出了在頻率和相位差以及振動馬達的驅(qū)動速度之間的關(guān)系(稱為頻率-速度特性曲線)。當使用水平軸線作為頻率并且使用豎直軸線作為驅(qū)動速度時，圖6示出了在頻率在相位差固定為10至90度的情況下變化的情形下振動馬達的頻率-速度特性曲線。對于每個相位差，在相對于達到最高速度的頻率(下文中稱為諧振頻率)的低頻率側(cè)上，驅(qū)動速度相對于頻率急劇變化。因此，為了提高可控制性，通常希望在不使用該頻率范圍的情況下控制振動馬達。

圖7示出了在作為開始點的頻率(下文中也稱為致動頻率)變化的情況下在振動馬達的速度特性中使用相位差控制和頻率控制兩者的驅(qū)動速度的軌跡。圖7以與圖6相同的方式畫出。首先，讓我們考慮以下情形：在相位差控制中頻率設置為頻率FresH(該頻率FresH高于在相位差為10度情況下的諧振頻率Fres)，并且在相位差為90度的情況下，相位差控制轉(zhuǎn)換成頻率控制。在這種情況下，驅(qū)動速度跟隨由虛線箭頭表示的頻率-速度軌跡。虛線箭頭的位置高于在相位差為10度情況下的諧振頻率Fres，從而導致穩(wěn)定的控制。

不過，在相位差為90度或高于90度時的頻率控制中，虛線箭頭跟隨非線性軌跡。也就是，在頻率控制范圍中，即使當頻率升高或降低一定量時，振動馬達的驅(qū)動速度也不會增加或減小相應特定量，這降低了可控制性。當為了降低在頻率控制范圍中非線性對可控制性的不利影響，在相位差控制中將頻率設置成低于頻率FresH的頻率FresL時，驅(qū)動速度跟隨由實線箭頭表示的軌跡。實線箭頭具有比虛線箭頭更窄的頻率控制范圍，從而能夠降低在頻率控制中非線性的不利影響。

不過，在相位差控制中頻率FresL低于在相位差為10度的情況下的諧振頻率Fres。因此，當在相位差控制中將頻率設置為FresL時，在小相位差的情況下振動馬達的操作可能變得不穩(wěn)定。通常，振動馬達的頻率-速度特性中的諧振頻率在獲得低速的相位差情況(在圖7中10度的相位差)下高于在獲得高速的相位差情況(在圖7中90度的相位差)。因此，當致動頻率設置在低頻率區(qū)域中時，可能沒有什么選擇，只能通過使用比頻率-速度特性曲線中的諧振頻率低的頻率區(qū)域來進行控制。

[實施例1]

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的振動馬達控制器的結(jié)構(gòu)。在下面的說明中，為了清楚，只介紹了本發(fā)明的主要部件，并不形成本發(fā)明的特征的部件的說明將省略。

振動馬達控制器100控制振動馬達103的驅(qū)動。

頻率確定器101確定輸入給振動馬達103的多個頻率信號的頻率。例如，根據(jù)位置檢測器105(該位置檢測器105檢測振動馬達103的位置)的輸出與目標輸入單元106的輸出之間的差異來確定頻率。而且，低頻率側(cè)從儲存在致動頻率存儲器107中的致動頻率確定。相位差確定器102根據(jù)由頻率確定器101確定的頻率來確定多個頻率信號之間的相位差。確定方法將在后面詳細介紹。輸出單元104(控制器)根據(jù)由頻率確定器101確定的頻率和由相位差確定器102確定的相位差向振動馬達103輸出多個頻率信號。

下面將參考圖2至5B介紹使用相位差確定器102來確定相位差的方法。與圖7類似，圖2通過使用相位差作為參數(shù)示出了在施加給振動馬達的兩個頻率信號的頻率和驅(qū)動速度之間的關(guān)系。

如上所述，在振動馬達的頻率-速度特性方面，驅(qū)動速度相對于頻率的梯度在低于諧振頻率的頻率區(qū)域中較大，因此，考慮到可控制性，該區(qū)域并不用于驅(qū)動控制。當相位差變大至一定程度時，驅(qū)動速度在高頻率側(cè)的端部處快速地減小，如圖2中所示(下文中也稱為“陡峭下降特性”或“懸崖下降現(xiàn)象”)，因此，考慮到可控制性，該區(qū)域也不用于驅(qū)動控制。這樣，在頻率-速度特性曲線中的驅(qū)動速度并不隨著頻率變化而較大變化的區(qū)域?qū)⒂糜诳刂?，從而獲得良好的可控制性。

首先，確定用于控制的相位差的范圍。這里，作為實例，用于控制的相位差的范圍設置為0至90度。在具有預定相位差(這里，90度)的頻率-速度特性曲線上確定了表示在頻率(F0’，F(xiàn)0)中的頻率F0的點P0(圖3A)，該頻率F0高于諧振頻率，所述頻率(F0’，F(xiàn)0)指示在目標控制速度范圍中的最高速度V0。設置致動頻率Fa2，該致動頻率Fa2高于在具有相應相位差的所有頻率-速度特性曲線中的諧振頻率，并低于具有陡峭下降特性的高頻率側(cè)，將致動頻率Fa2且驅(qū)動速度為0時的點P1與具有預定相位差(90度)的頻率-速度特性曲線上的點P0連接。

致動頻率Fa2設置成使得直線P0-P1不與具有相應相位差的任何頻率-速度特性曲線在低于它們的諧振頻率的頻率區(qū)域中相交(例如，當選擇頻率Fa1時，線P0-P1相交)，且不與具有達到最高速度Vmax的相位差(這里，90度)的頻率-速度特性曲線相交(例如，當選擇頻率Fa3時，線P0-P1相交)。

因為這樣確定的直線P1-P0表示頻率和驅(qū)動速度之間的線性關(guān)系，因此，驅(qū)動速度根據(jù)該關(guān)系通過改變頻率來控制，因此能夠獲得驅(qū)動速度相對于頻率的高可控制性。這里，為了隨著頻率的改變而在作為控制線的直線P1-P0上改變驅(qū)動速度，相位差需要隨著頻率的改變而改變，以便滿足在如圖2、3A和3B中所示的直線上的頻率和相位差之間的關(guān)系。

因此，在頻率Fa2至頻率F0(驅(qū)動速度0至V0)的范圍內(nèi)頻率和相位差之間的關(guān)系(它滿足作為控制線的直線P1-P0，圖3B)保持在相位差確定器102中。圖3B中的頻率和相位差之間的關(guān)系(以表格、公式等的形式)保持在相位差確定器102中，且相位差確定器102確定根據(jù)頻率輸出給振動馬達的相位差，從而響應頻率的輸入而線性地控制驅(qū)動速度。

圖3A中所示的作為頻率-速度控制線的直線P1-P0將設置為不與具有相應相位差的任何頻率-速度特性曲線在低于諧振頻率的頻率區(qū)域中相交，且不與具有達到最高速度Vmax的相位差的頻率-速度特性曲線相交。因為在驅(qū)動速度和頻率之間的關(guān)系為線性，因此與最高速度相對應的頻率是在控制頻率范圍中的最低頻率。

不過，與最高速度相對應的相位差不限于最大相位差(如圖3B中所示)。例如，當如圖4A中所示達到最高速度的頻率-速度特性曲線的相位差(在圖4A中，70度)不是在用作控制范圍的相位差范圍中達到最高速度的頻率-速度特性曲線上的相位差(圖4A中，90度)時，相位差不必在控制范圍中在最高速度V0處最大，如圖4B中所示。在圖4B中，當頻率從致動頻率降低時，相位差首先增加，然后降低，使得頻率和相位差對應于最高速度。根據(jù)這樣的頻率-速度控制線，頻率和驅(qū)動速度能夠在高可控制性的情況下被線性地控制。

[實施例2]

下面將參考圖5A和5B介紹根據(jù)本發(fā)明的實施例2的振動馬達103。在該實施例中，根據(jù)振動馬達103的頻率-速度特性，所希望的最高速度V0至最低速度不能相對于頻率來線性控制。

在該實施例中，振動馬達的結(jié)構(gòu)與實施例1中的相同，因此省略它們的說明。

再一次，將介紹這樣的實例，其中，用于控制的相位差的范圍設置為0至90度。對于在控制范圍中要達到的最高速度V0，首先確定頻率(F0’、F0)，該頻率(F0’、F0)指示在具有達到最高速度的相位差(這里，90度)的頻率-速度特性曲線上的最高速度V0，然后從頻率(F0’、F0)中確定表示頻率F0的點P0，該頻率F0高于諧振頻率。

然后設置致動頻率，該致動頻率高于諧振頻率，并低于具有陡峭下降特性的高頻率側(cè)。這里，將在致動頻率且驅(qū)動速度為0時的點P1與在具有90度相位差的頻率-速度特性曲線上的點P0連接的直線P0-P1能夠在以下情形下相對于頻率線性地控制驅(qū)動速度的范圍(從0至最高速度V0)。也就是，直線P0-P1不與具有相應相位差的任何頻率-速度特性曲線在低于諧振頻率的頻率區(qū)域中相交(在選擇頻率Fb2的情況下，線P0-P1相交)，且不與具有達到最高速度的相位差的頻率-速度特性曲線相交(例如，在選擇頻率Fb3的情況下，線P0-P1相交)。不過，因為具有如圖5A中所示頻率-速度特性曲線的振動馬達沒有滿足上述條件的直線P0-P1，因此采用以下頻率-速度控制線。

首先，設置致動頻率Fb3，該致動頻率Fb3高于具有相應相位差的任何頻率-速度特性曲線中的諧振頻率，并且低于具有陡峭下降特性的高頻率側(cè)，且找到最高速度處的點P2，使得連接點P2與致動頻率Fb3處的點P1的直線不與表示最高速度的、具有90度相位差的頻率-速度特性曲線相交，但是以直線接觸。在大部分情況下，在點P2處，直線P1-P2是達到最高速度的、具有90度相位差的頻率-速度特性曲線的切線。

在點P1處的頻率Fb3至點P2處的頻率Fb1的范圍中，該直線用作頻率-速度控制線，以便控制速度，在頻率Fb1至頻率F0(該頻率F0表示最高速度V0)的范圍中，具有90度相位差的頻率-速度特性曲線用作控制線，以便在相位差保持恒定(這里，90度)的情況下改變頻率。

在這樣確定的頻率-速度控制線(直線P1-P2，曲線P2-P0)中，在頻率Fb3至頻率Fb1的范圍中頻率和驅(qū)動速度之間的關(guān)系為線性。在頻率Fb1至頻率F0的范圍中頻率和驅(qū)動速度之間的關(guān)系并不為線性(驅(qū)動速度V1(第一速度)至V0)，不過，能夠獲得可以在直線P1-P2的部分中獲得的可控制性。

因為直線P1-P2與曲線P2-P0相切，因此直線P1-P2能夠過渡至曲線P2-P0，且不會引起急劇的加速或減速，這能夠在控制范圍之間平滑過渡。應當注意，相位差需要隨著頻率的變化而變化，以便滿足在如圖5A中所示的控制線P1-P0上的頻率和相位差之間的關(guān)系。為此，在頻率Fb3至頻率F0的范圍內(nèi)(驅(qū)動速度0至V0)頻率和相位差之間的關(guān)系(它滿足作為控制線的直線P1-P0，圖5B)以表格、公式等形式而保持在相位差確定器102中。

圖5B中的頻率和相位差之間的關(guān)系保持在相位差確定器102中，相位差確定器102根據(jù)頻率來確定輸出給振動馬達的相位差，從而響應頻率的輸入而在低速側(cè)線性地控制驅(qū)動速度，在高速側(cè)基本線性地控制驅(qū)動速度。

通過這種設置，本發(fā)明的控制器能夠在小相位差的情況下獲得可控制性和穩(wěn)定性，同時保持驅(qū)動速度的較寬動態(tài)范圍。

如圖4A中所示的實施例1中的控制線可以用作實施例2中的直線P1-P2中的頻率-速度控制線。

通過上述設置，通過根據(jù)頻率來確定相位差，同時使用高于諧振頻率的頻率-速度特性，即使在小相位差的情況下，驅(qū)動速度也能夠在整個速度控制范圍中根據(jù)頻率而線性或基本線性地控制。因此，能夠在小相位差的情況下獲得可控制性和穩(wěn)定性兩者。通過改變相位差，同時從致動頻率至低頻率側(cè)改變頻率，驅(qū)動速度的動態(tài)范圍能夠較大。

在該實施例中，盡管使用的相位差為90度(0度至90度)，但是本發(fā)明并不局限于此。例如，80度或70度也能夠獲得本發(fā)明的優(yōu)點。

在該實施例中，盡管相位差在0度至90度的范圍內(nèi)變化，但是可以使用任何相位差，只要該相位差能夠改變以便表示低速至高速即可。例如，90度至180度的范圍或-90度至0度的范圍也能夠獲得本發(fā)明的優(yōu)點。

在該實施例中，盡管在圖5A和5B中在頻率Fb3處的相位差設置為0度，但是可以使用能夠獲得控制器所需的最低速度的任何相位差，且用于獲得本發(fā)明的優(yōu)點的控制速度并不必須包括0。例如，10度的相位差可以設置在頻率Fb3，與圖5A中類似的曲線或直線可以根據(jù)連接點P1與點P2的直線來獲得，以便獲得本發(fā)明的優(yōu)點。

在該實施例中，盡管致動頻率設置為Fb3，但是可以使用滿足上述條件的任何致動頻率。例如，當在具有10度相位差的諧振頻率與頻率Fb3之間的頻率被設置為致動頻率，且將該點與如上所述的點P2連接的直線是高于振動馬達的具有各相位差的頻率-速度特性曲線上的諧振頻率地經(jīng)過的直線時，能夠獲得本發(fā)明的優(yōu)點。

在實施例1或2中的振動馬達控制器可以用作用于包括可動光學部件和用于驅(qū)動可動光學部件的振動馬達(作為驅(qū)動單元)的透鏡裝置的驅(qū)動馬達控制器。當可動光學部件是可動透鏡組時，操作環(huán)或操作旋鈕對應于目標輸入單元106，頻率確定器101根據(jù)來自目標輸入單元106的目標值和來自檢測器105(該檢測器105用于檢測可動透鏡組的位置)的檢測值之間的差異來確定頻率。確定的頻率輸入給相位差確定器102，相位差根據(jù)所儲存的、頻率和相位差之間的關(guān)系來確定，振動馬達103根據(jù)相位差來控制。這能夠?qū)崿F(xiàn)這樣的透鏡裝置，該透鏡裝置能夠產(chǎn)生本發(fā)明的優(yōu)點，也就是，能夠在小相位差的情況下獲得可控制性和穩(wěn)定性，同時保持驅(qū)動速度的較寬動態(tài)范圍。

實施例1或2中的振動馬達控制器可以用作用于圖像拾取裝置的驅(qū)動馬達控制器，該圖像拾取裝置包括：透鏡裝置，該透鏡裝置具有可動光學部件和用于驅(qū)動該可動光學部件的振動馬達(作為驅(qū)動單元)；以及圖像拾取元件，用于拾取由透鏡裝置形成的光學圖像。還在該情形中，與將本發(fā)明的控制器應用于透鏡裝置的情況中相同，能夠提供這樣的圖像拾取裝置，該圖像拾取裝置能夠產(chǎn)生本發(fā)明的優(yōu)點，也就是，能夠在小相位差的情況下獲得可控制性和穩(wěn)定性，同時保持驅(qū)動速度的較寬動態(tài)范圍。

(線性的定義)

下面將參考圖8更詳細地介紹在各實施例中驅(qū)動速度的線性控制。在本發(fā)明的各實施例中驅(qū)動速度的線性控制并不需要嚴格數(shù)學意義的線性，相位差控制和頻率控制可以在由圖8中的雙頭箭頭和斜線界定的范圍中重復。

圖8中所示的范圍是在連接P0至P1的直線的較低頻率側(cè)和較高頻率側(cè)中的每一側(cè)上具有預定寬度的范圍。例如，該范圍是相對于連接P0至P1的直線具有使用頻率范圍的寬度的±10％或更小，更優(yōu)選地±6％或更小的寬度的范圍。更詳細地說，當致動頻率為94kHz，且達到最高速度時的頻率為90kHz時，圖8中所示的范圍是離連接P0至P1的直線±0.4kHz的范圍。而且，圖8中所示的范圍可以是在連接P0至P1的直線的較高速度側(cè)和較低速度側(cè)中的每一側(cè)具有預定寬度的范圍。例如，該范圍是相對于連接P0至P1的直線是最高速度的±10％或更小，更優(yōu)選地±6％或更小的范圍。

在本發(fā)明的各實施例中，驅(qū)動速度的線性控制是指這樣的特性，以定性方式，當振動馬達用于驅(qū)動聚焦透鏡并且頻率確定器以最小分辨率(該最小分辨率能夠由頻率確定器來確定)來改變頻率時，由于速度改變而改變的焦點深度不偏離當聚焦透鏡被理想地驅(qū)動時的預定焦點深度。

其它實施例

本發(fā)明的實施例還能夠通過系統(tǒng)或裝置的計算機來實現(xiàn)，該計算機讀取和執(zhí)行記錄在儲存介質(zhì)(該儲存介質(zhì)也可以更完整地稱為“非臨時計算機可讀儲存介質(zhì)”)上的計算機可執(zhí)行指令(例如，一個或多個程序)，以便執(zhí)行一個或多個上述實施例的功能，和/或該計算機包括一個或多個電路(例如專用集成電路(ASIC))，用于執(zhí)行一個或多個上述實施例的功能，本發(fā)明的實施例還能夠通過由系統(tǒng)或裝置的計算機執(zhí)行的方法來實現(xiàn)，例如通過從儲存介質(zhì)中讀取和執(zhí)行計算機可執(zhí)行指令，以便執(zhí)行一個或多個上述實施例的功能，和/或控制一個或多個電路，以便執(zhí)行一個或多個上述實施例的功能。計算機可以包括一個或多個處理器(例如中央處理單元(CPU)、微處理單元(MPU))，并可以包括分開的計算機或分開的處理器的網(wǎng)絡，以便讀取和執(zhí)行計算機可執(zhí)行指令。計算機可執(zhí)行指令可以例如從網(wǎng)絡或儲存介質(zhì)提供給計算機。儲存介質(zhì)可以包括例如硬盤、隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、分布計算系統(tǒng)的存儲器、光盤(例如壓縮盤(CD)、數(shù)字通用盤(DVD)或者藍光盤(BD)^TM)、閃存裝置、存儲卡等中的一種或多種。

盡管已經(jīng)參考示例實施例介紹了本發(fā)明，但是應當理解，本發(fā)明并不局限于所公開的示例實施例。下面的權(quán)利要求的范圍將根據(jù)最廣義的解釋，以便包含所有這些變化形式以及等效結(jié)構(gòu)和功能。