JPH09294384A - 振動波駆動装置の駆動制御装置 - Google Patents
振動波駆動装置の駆動制御装置Info
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- JPH09294384A JPH09294384A JP8102560A JP10256096A JPH09294384A JP H09294384 A JPH09294384 A JP H09294384A JP 8102560 A JP8102560 A JP 8102560A JP 10256096 A JP10256096 A JP 10256096A JP H09294384 A JPH09294384 A JP H09294384A
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Abstract
の有する周波数の分解能をあまり細かにできない場合で
も、スムーズな起動と安定した速度制御を可能とする。 【解決手段】 複数の駆動パルスのパルス幅とその間隔
を入力されるパルス幅情報及び周波数情報に応じて任意
に変更可能とするパルス発生手段1の各駆動パルスに応
じて振動波モータ3を駆動し、モータ3の速度情報に基
づいてパルス発生手段1への入力情報を決定し該モータ
の駆動制御を行う制御手段6とを有し、制御手段6は、
モータ3の起動時にパルス発生手段1への入力情報の内
で周波数情報を操作し、該周波数情報の操作が完了する
とパルス幅情報の操作を行う。
Description
を発生させ、その振動エネルギーを利用して駆動力を与
える振動波駆動装置の制御装置に関するものである。
の駆動回路は、VCO(電圧制御発振器)や位相シフタ
等のアナログ回路により構成していた。しかし、駆動回
路の小型化やローコスト化のためにはデジタル回路によ
って構成した方が有利である。デジタル回路により実現
された例として、例えば2相の振動波モータを駆動する
ための2相の駆動信号であるの駆動パルスの立ち上がり
タイミングと、立ち下がりタイミングを高周波数の基準
クロックにより発生させ、昇圧手段であるトランスの1
次側のスイッチング素子の切換タイミングをこの基準ク
ロックを用いて行っているのもその1例である。
場合、発振周波数の分解能がクロックの周波数で制限さ
れてしまい、振動波モータの速度を周波数のみで操作し
ようとした場合、スムーズな速度のコントロールができ
ないことが考えられる。そこで、周波数とトランスの1
次側のスイッチング素子のパルス幅の両方を操作して制
御することが必要となる。
に、特開昭64−85587号公報では周波数を高い方
から低い方へと掃引し(共振周波数をピークとする波形
において、共振周波数よりも高周波数領域を制御領域と
して使用しているので、この制御領域では周波数を低く
するに従って回転数が高くなる)、速度が所定速度とな
ったら周波数を固定し、駆動電圧またはパルス幅を操作
する事により速度を制御している。ここでの周波数を固
定するときの速度は駆動電圧を制御するときの速度と略
一致させている。
来例においては周波数を固定するときの速度が目標速度
と略一致しているので、周波数を固定した後に負荷や温
度などの環境が変化したときに、固定された周波数下に
おいては目標の速度で回転できなくなる場合が考えられ
る。
を最大速度が出せる値よりも小さい値にして周波数を掃
引する方法も考えられるが、起動時にモータの出力が最
大とならない為に立ち上がり時間が遅くなる。
波モータ等の振動波駆動装置の駆動回路の周波数の分解
能をあまり細かくできない場合でも起動にかかる時間を
短くし、かつ安定した速度制御を周波数と駆動パルス幅
で制御することができる駆動制御装置を提供することに
ある。
波モータ等の振動波駆動装置の駆動回路の周波数の分解
能をあまり細かくできない場合でも起動にかかる時間を
短くし、かつ安定した速度制御を周波数と駆動パルスの
位相差で制御することができる駆動制御装置を提供する
ことにある。
明の目的を実現する構成は、生成される複数の駆動パル
スのパルス幅とその間隔を入力されるパルス幅情報及び
周波数情報に応じて任意に変更可能とするパルス発生手
段と、該パルス発生手段からの各駆動パルスに応じて振
動波駆動装置の駆動部への駆動信号を増幅する増幅手段
と、該振動波駆動装置の駆動状態を検出する駆動状態検
出手段と、該駆動状態検出手段からの検出情報に基づい
て該パルス発生手段への入力情報を決定し該振動波駆動
装置の駆動制御を行う制御手段とを有し、該制御手段
は、該振動波駆動装置の起動時に該パルス発生手段への
入力情報の内で周波数情報を操作し、該周波数情報の操
作が完了するとパルス幅情報の操作を行うことを特徴と
する振動波駆動装置の駆動制御装置にある。
駆動状態検出手段で検出した速度情報に基づいて前記パ
ルス発生手段への入力情報の操作を行うことを特徴とす
る。これらの構成において、前記制御手段は、前記駆動
状態検出手段で検出した速度情報が所定速度に達する
と、前記パルス発生手段に対する入力情報の内の周波数
情報の操作を終了させることを特徴とする。
御手段は、周波数情報の操作終了の閾値となる第1の速
度を、パルス幅情報の操作をする際の目標値となる第2
の速度よりも高速度としたことを特徴とする。
数情報の操作時でのパルス発生手段で生成されるパルス
幅を振動波駆動装置の出力が最大となるパルス幅に設定
したことを特徴とする。
る構成は、生成される複数の駆動パルスの位相差とその
間隔を入力される位相差情報及び周波数情報に応じて任
意に変更可能とするパルス発生手段と、該パルス発生手
段からの各駆動パルスに応じて振動波駆動装置の駆動部
への駆動信号を増幅する増幅手段と、該振動波駆動装置
の駆動状態を検出する駆動状態検出手段と、該駆動状態
検出手段からの検出情報に基づいて該パルス発生手段へ
の入力情報を決定し該振動波駆動装置の駆動制御を行う
制御手段とを有し、該制御手段は、該振動波駆動装置の
起動時に該パルス発生手段への入力情報の内で周波数情
報を操作し、該周波数情報の操作が完了すると位相差情
報の操作を行うことを特徴とする振動波駆動装置の駆動
制御装置にある。
いて、前記制御手段は、前記駆動状態検出手段で検出し
た速度情報に基づいて前記パルス発生手段への入力情報
の操作を行うことを特徴とする。
第2の構成において、前記制御手段は、前記駆動状態検
出手段で検出した速度情報が所定速度に達すると、前記
パルス発生手段に対する入力情報の内の周波数情報の操
作を終了させることを特徴とする。
3の構成において、前記制御手段は、周波数情報の操作
終了の閾値となる第1の速度を、位相差情報の操作をす
る際の目標値となる第2の速度よりも高速度としたこと
を特徴とする。
において、制御手段は、周波数情報の操作時でのパルス
発生手段で生成される駆動パルスの位相差を振動波駆動
装置の出力が最大となる位相差に設定したことを特徴と
する。
置の駆動制御装置の第1の実施の形態の制御回路を示す
ブロック図である。
入力される周波数データ、パルス幅データ、位相差デー
タに応じたA,B2相の駆動用パルスを出力する。図3
はパルス発生器1の内部構成を示した回路図で、10は
クロック発生部であり、この回路の基準となるタイミン
グを発生している。7はダウンカウンタでありLOAD
端子の入力がハイレベルになるとDATA端子に入力さ
れる複数ビットのデータがカウンタにロードされる。ダ
ウンカウントのデータが0になると、CO端子からハイ
レベルが出力される。図4は図3の回路における各信号
の状態を表したタイミングチャートである。ダウンカウ
ンタ7では、CO端子がダウンカウンタ7のLOAD端
子に接続されているので、ダウンカウンタ7の出力は図
4のaのように、周波数データを1周期としてカウント
値が0になった時に1クロック分の時間ハイレベルとな
る。
ウンタ7と同様な働きをする。ダウンカウンタ8のLO
AD入力は、ダウンカウンタ7のCO出力が接続されて
いるので、駆動パルスの1周期ごとにパルス幅データが
ロードされ、パルス幅データ分経過したら、図4のbの
ようにダウンカウンタ8のCO出力がハイレベルとな
る。
入力がハイになると出力Qがハイとなり、RESET入
力がハイになると出力Qがローとなる。RSフリップフ
ロップ9のSET入力にはダウンカウンタ7のCO出力
が、RESET入力にはダウンカウンタ8のCO出力が
接続されているので、出力Qは周波数データを1周期と
し、パルス幅データ分だけハイレベルとなるようなパル
スが出力される。これがA相出力となる。
ンタである。ダウンカウンタ11のLOAD入力にはダ
ウンカウンタ7のCO出力が接続されているので、ダウ
ンカウンタ7よりも位相差データ分遅れてCO出力がハ
イレベルとなる。振動波モータに印加する2相(A相、
B相)の理想的な時間的位相差は90゜であるので、位
相差データは周波数データの4分の1の値となるように
する。この場合、ダウンカウンタ11のCO出力は図4
のdのようになる。以下A相と同様にして、ダウンカウ
ンタ12のCO出力は図4のeのようになり、RSフリ
ップフロップ13のQ出力は図4のfのようになる。
数データを1周期とし、パルス幅データ分のパルス幅を
持ち位相差が90゜の2相のパルスが出力される。
スやLC共振回路などが用いられる。図5はトランスを
用いた昇圧回路の1例を示したものである。
動子に加圧接触する回転子を有し、該振動子は振動体と
該振動体の側面に圧電素子(積層圧電素子)が接合され
た構造、あるいは振動体間に圧電素子(積層圧電素子)
が挟持固定された構造に形成されている。駆動信号は、
振動子の圧電素子(積層圧電素子)の2相の電極に対し
系(振動子または振動体の振動系)の共振周波数付近の
周波数で時間的に90゜の位相差をもった交流信号を印
加することによって、振動体に進行波を発生させ、これ
に接触された回転子(ロータ)を回転させるような構成
になっている。4はエンコーダであり、振動波モータ3
の出力軸にとりつけられ、光学もしくは磁気を利用して
回転角度に対するパルスが出力されるようになってい
る。5は速度検出器でありエンコーダ4から出力される
パルスの周波数を計測し出力する。6はマイクロコンピ
ュータであり速度検出器5から得られるデータに基づき
パルス発生器1に対する各種データを決定している。
のフローチャートに示す。
で振動波モータを起動する命令が下されるとSTEP1
の駆動開始となる。
期周波数がパルス発生器1に出力される。ここで初期周
波数とは振動波モータ3の個体差や温度、負荷などの変
化があっても常に振動波モータ3の共振周波数よりも高
い周波数となる値を選択する。これは振動波モータの周
波数−速度特性が共振周波数を境として逆の勾配を持つ
特性となり、かつ共振周波数よりも低い周波数の方が勾
配が極端に急になるために制御が安定に行えないという
理由によるもので、共振周波数よりも周波数が高い領域
においては、駆動周波数が低くなるに従って駆動速度が
速くなり、逆に駆動周波数が高くなるに従って駆動速度
が遅くなる。
圧手段2が破壊されない範囲で最大のパルス幅をパルス
発生器1にパルス幅データとして設定する。これは起動
時に振動波モータ3が最大のトルクが出せるパルス幅と
することにより起動時間を短くするためである。
スイッチング素子などの昇圧手段2の回路素子や振動波
モータを破壊してしまう恐れがあるので、その点は考慮
して設定しなければならない。
いが、パルス発生器1に出力する位相差データはパルス
発生器1から出力される2相のパルスが90゜の位相差
となるように、すなわち周波数データの4分の1が常に
出力されるようにする。
タ(v)を入力している。
らかじめ設定した値(v1)よりも大きいかどうかを判
断している。もし大きくなければSTEP6へ進む。こ
こでv1は最終的に目標とする速度(v2)よりも大き
な値とする。
定した値(v1)との差に基づいて駆動周波数を下げて
いる。ここで、パルス発生器1の周波数データは駆動信
号の周期の値であるので、周波数を下げると言うことは
周波数データを増やすことを意味する。周波数データを
変更するための処理は、v1−vに対してある定数をか
けた値を足してもよいし、v1−vの値に対して設定さ
れたテーブルを用いて足してもよいし、またはv1−v
の値によらず一定値を加えてもよい。STEP6を実行
した後は再びSTEP4へ進む。上記STEP4からS
TEP6の動作はマイクロコンピュータで発生されるタ
イマー割り込み等を使用して一定時間間隔で行われる。
7へ進む。この段階で周波数は固定され、後に変更され
ない。
ータ(v)を入力している。
速度(v2)との差に基づいてパルス幅を制御する。こ
のパルス幅の制御のための処理は、v2−vと定数のか
け算によって制御してもよいし、テーブルを用いてもよ
い。前述したように目標速度(v2)は周波数を固定す
る基準とした速度(v1)よりも小さい値としている。
部およびマイクロコンピュータから停止命令が出された
かどうかを判断している。停止命令が出ていなければ再
びSTEP7に進み速度制御を継続し、停止命令が出て
いれば振動波モータの駆動をやめる。
ータ3の制御を行った場合の速度プロフィールを図6に
示す。本発明の第1の実施の形態では、起動時のパルス
幅を振動波モータから最大の出力が得られる値とし、か
つ周波数を目標速度よりも高い速度で固定するようにし
たために、定常時にパルス幅の操作でで速度を制御する
ときに、パルス幅が最大にならない、すなわちパルス幅
に余裕を持たせて制御している。このことによりデジタ
ル回路等で出力パルスを生成するときのように周波数の
分解能が粗い場合でも定常時に周波数を変更する必要が
ないために、速度変動が大きくなるのを防ぐことができ
る。つまり、短い起動時間と定常時の速度の安定性を両
立させることができる。
向を1方向のみについて記載しているが、逆方向に駆動
する場合は振動波モータ3のA相とB相に入力する駆動
パルスをスイッチ等により入れ替えればよい。
ス幅の制御をマイクロコンピュータのソフトウエアによ
り行っているが、マイクロコンピュータの代わりにロジ
ック回路やDSP等を用いても同様な効果が得られるの
はいうまでもない。
の実施の形態について説明する。
の制御装置の回路構成は図に示す第1の実施の形態と全
く同様のものであるので、説明を省略する。第1の実施
の形態と第2の実施の形態の相違点はマイクロコンピュ
ータ6での処理にある。第1の実施の形態では定常駆動
時の速度制御をパルス幅を操作することによって行った
が、第2の実施の形態では定常駆動時の速度制御を駆動
信号の位相差を操作することにより行う。以下に図7の
フローチャートを用いて本発明の第2の実施の形態にお
ける振動波駆動装置の制御装置の動作を詳細に説明す
る。
で振動波モータを起動する命令が下されるとSTEP1
0の駆動開始となる。
期周波数がパルス発生器1に出力される。ここで初期周
波数とは第1の実施の形態と同様に振動波モータ3の個
体差や温度、負荷などの変化があっても常に振動波モー
タ3の共振周波数よりも高い周波数となる値を選択す
る。
に振動波モータ3が最大のトルクが出せる位相差である
90゜をパルス発生器1に対して設定する。具体的には
パルス幅データを周波数データの4分の1に設定する。
なお、フローチャート上には明記していないが、パルス
発生器1に出力するパルス幅データは振動波モータが破
壊しない範囲で最大のパルス幅を設定するようにする。
タ(v)を入力している。
あらかじめ設定した値(v1)よりも大きいかどうかを
判断している。もし大きくなければSTEP15へ進
む。ここでv1は最終的に目標とする速度(v2)より
も大きな値とする。
設定した値(v1)との差に基づいて駆動周波数を下げ
ている。パルス発生器1の周波数データは駆動信号の周
期の値であるので、周波数を下げると言うことは周波数
データを増やすことを意味する。周波数データを変更す
るための処理は、第1の実施の形態と同様に、v1−v
に対してある定数をかけた値を足してもよいし、v1−
vの値に対して設定されたテーブルを用いて足してもよ
いし、またはv1−vの値によらず一定値を加えてもよ
い。STEP15を実行した後は再びSTEP13へ進
み変更された周波数に応じて位相差が90゜になるよう
にする。上記STEP12から15の動作はマイクロコ
ンピュータで発生されるタイマー割り込み等を使用して
一定時間間隔で行われる。
P16へ進む。この段階で周波数は固定され、後に変更
されない。
度データ(v)を入力している。
目標速度(v2)との差に基づいて位相差を制御する。
この位相差制御のための処理は、v2−vと定数のかけ
算によって制御してもよいし、テーブルを用いてもよ
い。前述したように目標速度(v2)は周波数を固定す
る基準とした速度(v1)よりも小さい値としている。
位相差と速度の関係は90゜で速度のピークを持つよう
な特性となるが、90゜より大きい方も小さい方も勾配
の大きさは変わらないので、90゜をリミットとしてど
ちら側を用いてもよい。
て外部およびマイクロコンピュータから停止命令が出さ
れたかどうかを判断している。停止命令が出ていなけれ
ば再びSTEP16に進み速度制御を継続し、停止命令
が出ていれば振動波モータの駆動をやめる。
ータ3の制御を行った場合も第1の実施の形態と同様に
図6に示すような速度プロフィールとなる。
おける2相の駆動信号の位相差を振動波モータから最大
の出力が得られる値とし、かつ起動時の駆動周波数を目
標速度よりも高い速度で固定するようにしたため、定常
時に位相差の操作で速度を制御するときに、位相差が9
0゜にならない、すなわち位相差に余裕を持たせて制御
している。このことにより、デジタル回路等で出力パル
スを生成するときのように、周波数の分解能が粗い場合
でも定常時に周波数を変更する必要がないために、速度
変動が大きくなるのを防ぐことができる。つまり、短い
起動時間と定常時の速度の安定性を両立させることがで
きる。
向を1方向のみについて記載しているが、逆方向に駆動
する場合は振動波モータ3のA相とB相に入力する駆動
パルスをスイッチ等により入れ替えればよい。
差の制御をマイクロコンピュータのソフトウエアにより
行っているが、マイクロコンピュータの代わりにロジッ
ク回路やDSP等を用いても同様な効果が得られるのは
いうまでもない。
によれば、振動波モータ等の振動波駆動装置の起動時に
周波数を操作し目標速度よりも高いある値となったら周
波数を固定し、それより後はパルス幅の操作により目標
速度に制御することにより、周波数の分解能が粗いパル
ス発生手段であっても短い起動時間と定常時の速度の安
定性を両立させることができる。
によれば、振動波モータ等の振動駆動波装置の起動時に
周波数を操作し目標速度よりも高いある値となったら周
波数を固定し、それより後は位相差の操作により目標速
度に制御することにより、周波数の分解能が粗いパルス
発生手段であっても短い起動時間と定常時の速度の安定
性を両立させることができる。
したフローチャート。
路構成を示したブロック図。
発生器の回路図。
発生器内の各信号を表すタイムチャート。
の回路図。
時間の関係を示すグラフ。
したフローチャート。
Claims (10)
- 【請求項1】 生成される複数の駆動パルスのパルス幅
とその間隔を入力されるパルス幅情報及び周波数情報に
応じて任意に変更可能とするパルス発生手段と、該パル
ス発生手段からの各駆動パルスに応じて振動波駆動装置
の駆動部への駆動信号を増幅する増幅手段と、該振動波
駆動装置の駆動状態を検出する駆動状態検出手段と、該
駆動状態検出手段からの検出情報に基づいて該パルス発
生手段への入力情報を決定し該振動波駆動装置の駆動制
御を行う制御手段とを有し、該制御手段は、該振動波駆
動装置の起動時に該パルス発生手段への入力情報の内で
周波数情報を操作し、該周波数情報の操作が完了すると
パルス幅情報の操作を行うことを特徴とする振動波駆動
装置の駆動制御装置。 - 【請求項2】 請求項1において、前記制御手段は、前
記駆動状態検出手段で検出した速度情報に基づいて前記
パルス発生手段への入力情報の操作を行うことを特徴と
する振動波駆動装置の駆動制御装置。 - 【請求項3】 請求項1又は2において、前記制御手段
は、前記駆動状態検出手段で検出した速度情報が所定速
度に達すると、前記パルス発生手段に対する入力情報の
内の周波数情報の操作を終了させることを特徴とする振
動波駆動装置。 - 【請求項4】 請求項2又は3において、前記制御手段
は、周波数情報の操作終了の閾値となる第1の速度を、
パルス幅情報の操作をする際の目標値となる第2の速度
よりも高速度としたことを特徴とする振動波駆動装置の
駆動制御装置。 - 【請求項5】 請求項1、2、3又は4において、制御
手段は、周波数情報の操作時でのパルス発生手段で生成
されるパルス幅を振動波駆動装置の出力が最大となるパ
ルス幅に設定したことを特徴とする振動波駆動装置の駆
動制御装置。 - 【請求項6】 生成される複数の駆動パルスの位相差と
その間隔を入力される位相差情報及び周波数情報に応じ
て任意に変更可能とするパルス発生手段と、該パルス発
生手段からの各駆動パルスに応じて振動波駆動装置の駆
動部への駆動信号を増幅する増幅手段と、該振動波駆動
装置の駆動状態を検出する駆動状態検出手段と、該駆動
状態検出手段からの検出情報に基づいて該パルス発生手
段への入力情報を決定し該振動波駆動装置の駆動制御を
行う制御手段とを有し、該制御手段は、該振動波駆動装
置の起動時に該パルス発生手段への入力情報の内で周波
数情報を操作し、該周波数情報の操作が完了すると位相
差情報の操作を行うことを特徴とする振動波駆動装置の
駆動制御装置。 - 【請求項7】 請求項6において、前記制御手段は、前
記駆動状態検出手段で検出した速度情報に基づいて前記
パルス発生手段への入力情報の操作を行うことを特徴と
する振動波駆動装置の駆動制御装置。 - 【請求項8】 請求項6又は7において、前記制御手段
は、前記駆動状態検出手段で検出した速度情報が所定速
度に達すると、前記パルス発生手段に対する入力情報の
内の周波数情報の操作を終了させることを特徴とする振
動波駆動装置。 - 【請求項9】 請求項7又は8において、前記制御手段
は、周波数情報の操作終了の閾値となる第1の速度を、
位相差情報の操作をする際の目標値となる第2の速度よ
りも高速度としたことを特徴とする振動波駆動装置の駆
動制御装置。 - 【請求項10】 請求項6、7、8又は9において、制
御手段は、周波数情報の操作時でのパルス発生手段で生
成される駆動パルスの位相差を振動波駆動装置の出力が
最大となる位相差に設定したことを特徴とする振動波駆
動装置の駆動制御装置。
Priority Applications (2)
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JP10256096A JP3382454B2 (ja) | 1996-04-24 | 1996-04-24 | 振動波駆動装置の駆動制御装置 |
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