JP2010057212A - 振動型アクチュエータ制御装置、レンズ鏡筒、撮像装置、振動型アクチュエータの制御方法、振動型アクチュエータの制御プログラム - Google Patents
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Abstract
また、個体差、負荷条件、環境条件等によらず駆動時に発生する音を低減できる振動型アクチュエータ制御装置、レンズ鏡筒、撮像装置、振動型アクチュエータの制御方法、振動型アクチュエータの制御プログラムを提供する。
【解決手段】伝達機構210のバックラッシュが解消するまでの超音波モータ206の掃引レートと、解消後の掃引レートとを変更する。さらに、加速掃引時の移動量から減速に要する移動量を予測することで、減速開始位置を決定する。
【選択図】図2
Description
特許文献1においては、駆動周波数を高周波数から低周波数に徐々に掃引することで安定的にモータを動作させる方法が提案されている。
また、回転速度をフィードバックせずに所定の駆動周波数を圧電素子に印加したとき、いわゆる、オープンループ制御時のモータの回転速度は、固体のばらつき、回転軸にかかる負荷や温度によって変化する。これらの変化を考慮した超音波モータの制御方法として、特許文献2のような方法が提案されている。特許文献2では、駆動量や温度に応じてモータに印加する初期周波数などの駆動パラメータを変更することで適切に制御を行なうようにしている。
しかし、オープンループ制御で減速掃引制御を行なうと、低速になるまでに要する移動量が条件によって異なる。そのため、十分に減速する前に目標位置に到達して、そこで印加を終了してもオーバーランしてしまったり、必要以上に目標位置の手前から減速開始させることで実際に停止させるまでに余分な時間を要したりしていた。
また、本発明の第2の課題は、個体差、負荷条件、環境条件等によらず駆動時に発生する音を低減できる振動型アクチュエータ制御装置、レンズ鏡筒、撮像装置、振動型アクチュエータの制御方法、振動型アクチュエータの制御プログラムを提供することである。
なお、以下に示す各図は、模式的に示した図であり、各部の大きさ、形状は、理解を容易にするために、適宜誇張して示している。
また、以下の説明では、具体的な数値、形状、動作等を示して説明を行うが、これらは、適宜変更することができる。
本実施形態では、撮像装置としてデジタルカメラ100を例に挙げて説明する。
デジタルカメラ100は、レンズ鏡筒101を備えている。
レンズ鏡筒101は、ズームレンズ102、絞りシャッタ103、手ぶれ補正レンズ104、フォーカスレンズ105を有している。
絞りシャッタ103は、光量を調節することで露出機能を実現する。本実施形態の絞りシャッタ103は、メカニカルシャッタとして機能する。絞りシャッタ103は、後述の絞りシャッタ制御部300により制御される。
手ぶれ補正レンズ104は、手ぶれを打ち消す方向に駆動されてブレ補正機能を実現する。手ぶれ補正レンズ104は、後述のIS制御部400により制御される。
フォーカスレンズ105は、光軸に沿って駆動されることによりピントを調節する。フォーカスレンズ105は、後述のフォーカス制御部500により制御される。
本実施形態では、上述のズームレンズ102と手ぶれ補正レンズ104とフォーカスレンズ105とにより撮影光学系が形成されている。
Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサ等の撮像素子106からなる撮像部で受光され、光信号から電気信号へと光電変換される。
アナログ・フロントエンド(AFE)回路107は、タイミングパルス発生(TG)回路や相関2重サンプリング(CDS)回路、A/D変換器などによって構成され、撮像素子106によって変換されたアナログの電気信号を、特定のサンプリング周期でデジタル信号へと変換する。
さらに、カメラシステム制御部112は、フォーカス制御部500を介して、フォーカスレンズ105を駆動させながらAF評価値を取得し、AF評価値がピークとなるフォーカス位置にフォーカスレンズ105を移動させることによってピントを最適とするオートフォーカス制御を行う。その状態で、撮像素子106への露光を開始し、一定時間が経過した後、絞りシャッタ103を閉じることで露光を終了する。
生成された画像データや音声付の動画像データは、インターフェース(I/F)114を介して接続されている記録媒体に記録される。記録部115は、フラッシュメモリによって成るメモリーカードなどの記録媒体の制御を行う記録装置である。また、記録媒体は、カメラに内蔵されたメモリ領域であってもよい。
マイク117は、動画像を撮像するときに音声を取得する。
ズーム制御部200は、ズームレンズ102を制御する。
絞りシャッタ制御部300は、絞りシャッタ103を制御する。
IS制御部400は、手ぶれ補正レンズ104を制御する。
フォーカス制御部500は、フォーカスレンズ105を制御する。
ズーム制御部200、絞りシャッタ制御部300、IS制御部400及びフォーカス制御部500は、いずれも超音波モータを制御対象のアクチュエータとして用いることができる。ここでは、ズーム制御部200が超音波モータ206を制御対象のアクチュエータとする場合を例に挙げて説明する。なお、絞りシャッタ制御部300、IS制御部400及びフォーカス制御部500についても、ズーム制御部200と同様な制御を行うことができる。
ズーム制御部200により制御される超音波モータ206が出力する駆動力は、伝達機構210によりズームレンズ102に伝達される。
伝達機構210は、不図示のギア列と、不図示のカム機構とを有しており、超音波モータ206の駆動力をギア列によりカム機構に伝え、カム機構が回転駆動力を直進駆動力に変換してズームレンズ102に伝達する。
ズーム制御部200は、制御判定部201、制御演算部202、駆動回路203、速度検出部204、位置検出部205を備えている。なお、ズーム制御部200の各機能ブロックは、不図示のメモリから制御プログラムを不図示のカメラCPUが読み込むことによりコンピュータプログラム上で実現してもよい。
制御判定部201は、超音波モータ206の入力量となる駆動周波数を徐々に変更する掃引制御によって制御するか、もしくは、速度をフィードバックすることで目標速度に追従させる定速制御によって制御するかの判定を行う。ここで、目標速度とは、超音波モータ206の加速時及び減速時を除いた定常的に駆動される定常駆動速度である。
一方の定速制御とは、駆動周波数を決定するために実速度をフィードバックし、速度が一定の目標速度に追従するように制御を行なう、いわゆる、クローズドループの制御である。
定速制御時には、目標速度に追従させるための演算を行う必要があり、制御演算部202に対して目標速度を出力し、制御演算部202によって求められる駆動周波数を駆動回路203に出力する。このとき、制御判定部201及び制御演算部202は、定速制御手段として機能する。
図3は、駆動回路の例を示す図である。
駆動回路203は、例えば、図3に示すようなHブリッジ回路をスイッチング操作することで所定の周波数の矩形波を生成する。さらに、Hブリッジ回路の出力と超音波モータ206の入力との間にローパスフィルタを挿入することで正弦波の交流電流を生成することが可能である。
ロータリーエンコーダ207は、例えば、超音波モータ206または超音波モータ206により駆動される被駆動体としてもみることができる動力を伝達するギアの回転軸の周り等にスリットの入った回転板と、回転板を挟むようにLED及びフォトトランジスタと有した回転検出用のセンサである。ロータリーエンコーダ207は、LEDから発光された光が透過または遮光されたことをフォトトランジスタによって検出する。フォトトランジスタによって検出された情報は、超音波モータ206または超音波モータ206により駆動される被駆動体の変位として扱うことができる。
ロータリーエンコーダ207のフォトトランジスタで検出された信号は、コンパレート回路に入力されることでデジタル信号に変換される。この信号をカウント回路でカウントすることで、回転角及び回転数という形で移動量を検出することが可能である。さらに、透過また遮光の時間間隔をタイマーなどで計測し、回転量を時間微分することで回転の速度を求めることができる。
なお、本実施形態では、ロータリーエンコーダ207は、超音波モータ206の回転変位を検出しているが、これに加えて本来の被駆動体たるズームレンズ102の変位を検出するエンコーダをさらに設けて、駆動状態検出手段を構成してもよい。
ここで、図2及び図4を用いて、従来の制御シーケンスの処理の流れを説明する。なお、図2に示す制御ブロック図は、本発明を適用する本実施形態を示すものであるが、制御ブロック図としては従来と同様である。
従来は、レンズシステム制御部111から制御開始命令が発生すると、図4に示すように、起動時の駆動開始直後は、高い周波数から加速掃引制御により目標速度となるまで周波数を下げることによって、徐々に速度を上げていく。次に、速度検出部204によって検出された速度が目標速度まで到達すると、目標速度に維持する定速制御に移行し、目標速度で駆動を続ける。さらに、位置検出部205によって検出された位置が予め決められた減速開始位置まで到達すると、減速掃引制御に移行し、減速を開始する。最後に、減速掃引制御によって、速度が停止速度まで減速すると停止速度に維持する定速制御に移行し、目標位置となるまで停止速度で駆動した後、超音波モータ206への電流の印加を終了して回転を停止させる。
図5は、本実施形態での制御シーケンスにおける駆動周波数と駆動速度の関係を示したグラフである。
本実施形態では、レンズシステム制御部111から制御開始命令が発生すると、起動時の起動開始から予め設定された移動量(起動時移動量)だけ移動するまでは、加速掃引制御において駆動信号の周波数を徐々に下げる割合である掃引レート(第2の掃引レート)よりも低い掃引レート(第1の掃引レート)を用いて掃引を行う起動掃引制御によって超音波モータ206を回転させ始める。
位置検出部205によって検出された位置が予め設定された起動時移動量だけ駆動したことを検出した後に、加速掃引制御へと移行し、目標速度となるまで加速する。
これにより、バックラッシュが解消されるまでは、遅い速度で周波数を掃引することが可能となり、ギアの衝突音を低減することができる。さらに、その後に掃引レートを高くすることで、目標速度へ到達する時間を短縮することができる。
ここで、起動時移動量は、伝達機構210が有するバックラッシュ量に基づいて決められている。ここで、伝達機構210が有するバックラッシュ量には、ギア列のバックラッシュ量の他に、カム機構のガタをも含めてよい。
また、バックラッシュ量は、原点位置を検出するためのリセットセンサなどによって、正転方向にモータを回転させたときのセンサの切り換り位置と、逆転方向に回転させたときの切り換り位置の差を求めることで、検出することが可能である。この計測動作を、カメラの起動及び終了時、もしくは工場出荷時に計測し、フラッシュメモリ等の記憶装置に起動時移動量として記憶しておき、起動掃引制御時にその値を読み出すことで、制御に用いることが可能である。
図6は、温度による駆動周波数と駆動速度の変化を示したグラフである。
図6のグラフから分かるように、同一の周波数では、温度が低いほど駆動速度が速くなり、逆に温度が高いほど駆動速度が遅くなる。したがって、温度が低くなるにつれて、掃引レートが低くなる(ゆっくり動き出させる)ような、温度補正係数を予め計測しておく。そして、不図示の温度センサ等の温度検出手段によって得られた駆動時の超音波モータ206又は駆動される環境の温度に応じて起動掃引制御の掃引レートを決定する。
このとき、駆動している時間で急激に温度変化しないと考えると、停止位置のずれに関しては、温度による駆動周波数と駆動速度の関係のばらつきを無視することができる。また、同一の固体での加速掃引制御から減速開始位置を予測しているため、固体によるばらつきも考慮する必要がなくなる。
レンズシステム制御部111からズームの駆動開始の命令が指令されると、まず始めに、ステップ(以下、Sとする)101で、指令された命令が、起動処理の駆動命令か、もしくは、W−T動作の駆動命令かの判定が行われる。起動処理の場合には、駆動音が記録されることがないため、動き出しのギア衝突音を低減するための起動掃引制御を行う必要がない。したがって、起動処理時は、S110の加速掃引制御に移行する。W−T動作の場合、動画記録がされる可能性があるため、S102の判定に移る。
S104では、取得した温度から、前述したように、起動掃引レートに対して予め決められた温度補正係数を掛けることで、起動掃引レートの温度補正を行う。
S105では、位置検出部205によって、ズームレンズの駆動開始位置を検出する。
S106では、操作部113のズームレバー(不図示)の押された方向を検出して、操作者が動かしたいズームレンズの駆動方向を検出する。
S108では、S104及びS107で補正された起動掃引レートにより、起動掃引制御を開始する。
S109では、起動掃引制御から加速掃引制御への移行条件の判定を行っており、起動掃引制御を開始した位置から、予め計測されたバックラッシュ量に基づき決められた起動時移動量だけ移動したか否かの判定を行っている。このS109は、起動時移動量だけ移動したと判定されるまで繰り返し行われる。
S111では、速度検出部204によって速度を検出し、速度が停止速度に到達したか否かの判定を行う。このS111は、停止速度に到達したと判定されるまで繰り返し行われる。
S112では、S111の判定で速度が停止速度に到達したことを判定されると、位置検出部205の情報を元に、停止速度に到達した位置からの移動量のカウントが開始される。
S113では、速度検出部204によって速度を検出し、速度が目標速度に到達したか否かの判定を行う。このS113は、目標速度に到達したと判定されるまで繰り返し行われる。
S115では、S112及びS114のカウント結果から加速掃引制御で要した移動量を加速移動量として求め、この加速移動量と停止速度での移動量及び目標位置から、減速開始位置を算出する。
S116では、目標速度を制御演算部202の入力値として、その速度に追従するような演算及び駆動周波数の出力を行う目標速度定速制御を開始する。
S117では、位置検出部205によって位置を検出し、S115で算出された減速開始位置に到達したか否かの判定を行う。このS117は、減速開始位置に到達したと判定されるまで繰り返し行われる。
S119では、速度検出部204によって速度を検出し、速度が停止速度に到達したか否かの判定を行う。このS119は、停止速度に到達したと判定されるまで繰り返し行われる。
S121では、位置検出部205によって位置を検出し、目標位置に到達したか否かの判定を行い、目標位置に到達した場合には、超音波モータへの電流の印加を停止し、回転を終了する。このS121は、目標位置に到達したと判定されるまで繰り返し行われる。
以上説明した実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の範囲内である。
(1)本実施形態において、起動掃引制御を行なうか否かの判定を、撮影モードによって行ったが、動画モード中であっても、実際に記録を行っているか否かという判定や音声付動画か音声無動画かの判定によって行ってもよい。
101 レンズ鏡筒
102 ズームレンズ
103 絞りシャッタ
104 手ぶれ補正レンズ
105 フォーカスレンズ
106 撮像素子
107 アナログ・フロントエンド(AFE)回路
108 画像処理回路
109 画像メモリ
110 画像表示部
111 レンズシステム制御部
112 カメラシステム制御部
113 操作部
114 インターフェース(I/F)
115 記録部
200 ズーム制御部
201 制御判定部
202 制御演算部
203 駆動回路
204 速度検出部
205 位置検出部
207 ロータリーエンコーダ
300 絞りシャッタ制御部
400 IS制御部
500 フォーカス制御部
Claims (16)
- 周波信号を印加することによって電気的エネルギを機械的エネルギに変換して駆動力を出力する振動型アクチュエータを制御する振動型アクチュエータ制御装置であって、
前記振動型アクチュエータの変位、又は、前記振動型アクチュエータに駆動される被駆動体の変位の少なくとも一方に基づいて前記振動型アクチュエータの速度及び前記被駆動体の移動量を求める駆動状態検出手段と、
前記振動型アクチュエータに印加する周波信号の周波数を徐々に変更する掃引制御手段とを備え、
前記駆動状態検出手段は、前記振動型アクチュエータの速度を一定、又は、前記周波数を一定として駆動される定常駆動速度まで前記掃引制御手段が加速するとき、前記振動型アクチュエータの速度が前記定常駆動速度よりも低い速度の基準速度に達してから前記定常駆動速度に達するまでの加速移動量を検出し、
前記掃引制御手段は、前記加速移動量に基づいて減速開始位置を決定すること、
を特徴とする振動型アクチュエータ制御装置。 - 前記基準速度とは、周波信号の印加を終了した位置でオーバーランすることなく前記振動型アクチュエータが停止できる速度であること、
を特徴とする請求項1に記載の振動型アクチュエータ制御装置。 - 前記減速開始位置は、前記加速移動量と停止の直前に前記基準速度で移動させる移動量とを合わせた量だけ目標位置よりも手前の位置とすること、
を特徴とする請求項1又は請求項2に記載の振動型アクチュエータ制御装置。 - 前記掃引制御手段は、
加速を行うときに前記周波信号の周波数を徐々に下げる割合として、第1の掃引レートと、前記第1の掃引レートよりも周波数の掃引レートが高い第2の掃引レートとに基づいた制御を行うことができ、
前記振動型アクチュエータの起動時には掃引レートを前記第1の掃引レートとし、
前記駆動状態検出手段が前記振動型アクチュエータの起動開始から予め設定された起動時移動量だけ駆動したことを検出したときに掃引レートを前記第2の掃引レートに変更し、
前記駆動状態検出手段は、前記掃引制御手段が用いる掃引レートを前記第1の掃引レートから前記第2の掃引レートに変更した後に、前記加速移動量を検出すること、
を特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の振動型アクチュエータ制御装置。 - 前記起動時移動量とは、前記振動型アクチュエータから被駆動体まで駆動力を伝達する伝達機構が有するバックラッシュ量に基づく量であること、
を特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の振動型アクチュエータ制御装置。 - 前記掃引制御手段は、前記駆動状態検出手段が検出する前記被駆動体の移動量に応じて変化する負荷により掃引レートを変更すること、
を特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の振動型アクチュエータ制御装置。 - 前記前記振動型アクチュエータ又は環境の温度を検出する温度検出手段を有し、
前記掃引制御手段は、前記温度検出手段の検出結果により掃引レートを変更すること、
を特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の振動型アクチュエータ制御装置。 - 前記振動型アクチュエータに印加する周波信号の周波数を変更することで前記振動型アクチュエータの速度が一定となるように制御する定速制御手段を備え、
前記掃引制御手段は、前記定速制御手段によって求められた制御量に応じて、前記掃引制御手段によって制御する周波数の掃引レートを変更すること、
を特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の振動型アクチュエータ制御装置。 - 前記振動型アクチュエータに印加する周波信号の周波数を変更することで前記振動型アクチュエータの速度が一定となるように制御する定速制御手段を備え、
前記掃引制御手段は、前記定速制御手段によって求められた制御量に応じて、減速開始位置を補正すること、
を特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の振動型アクチュエータ制御装置。 - 前記掃引制御手段は、減速を行うときに前記第2の掃引レートを用いること、
を特徴とする請求項4から請求項9のいずれか1項に記載の振動型アクチュエータ制御装置。 - 撮影光学系と、
前記撮影光学系を駆動する振動型アクチュエータと、
前記振動型アクチュエータを制御する請求項1から請求項10のいずれか1項に記載の振動型アクチュエータ制御装置と、
を備えるレンズ鏡筒。 - 撮影光学系と、
前記撮影光学系を駆動する振動型アクチュエータと、
前記振動型アクチュエータを制御する請求項4から請求項10のいずれか1項に記載の振動型アクチュエータ制御装置と、
前記撮影光学系により得られる像を撮像する撮像部と、
を備える撮像装置であって、
音声とともに動画像を記録する動画像記録部を備え、
前記前記掃引制御手段は、前記動画像記録部が音声とともに動画像の記録を行わないときには、前記振動型アクチュエータの起動時から前記第2の掃引レートを用いること、
を特徴とする撮像装置。 - 周波信号を印加することによって電気的エネルギを機械的エネルギに変換して駆動力を出力する振動型アクチュエータを制御する振動型アクチュエータの制御方法であって、
前記振動型アクチュエータ、又は、前記振動型アクチュエータに駆動される被駆動体の変位の少なくとも一方に基づいて前記振動型アクチュエータの速度及び前記被駆動体の移動量を求め、
前記振動型アクチュエータの速度を一定、又は、前記周波数を一定として駆動される定常駆動速度まで加速するとき、前記振動型アクチュエータの速度が前記定常駆動速度よりも低い速度の基準速度に達してから前記定常駆動速度に達するまでの加速移動量を検出し、
前記加速移動量に基づいて減速開始位置を決定すること、
を特徴とする振動型アクチュエータの制御方法。 - 加速を行うときに前記周波信号の周波数を徐々に下げる割合として、第1の掃引レートと、前記第1の掃引レートよりも周波数の掃引レートが高い第2の掃引レートとに基づいた制御を行うことができ、
前記振動型アクチュエータの起動時には掃引レートを前記第1の掃引レートとし、
前記駆動状態検出手段が前記振動型アクチュエータの起動開始から予め設定された起動時移動量だけ駆動したことを検出したときに掃引レートを前記第2の掃引レートに変更し、
前記掃引制御手段が使用する掃引レートを前記第1の掃引レートから前記第2の掃引レートに変更した後に、前記加速移動量を検出すること、
を特徴とする請求項14に記載の振動型アクチュエータの制御方法。 - 周波信号を印加することによって電気的エネルギを機械的エネルギに変換して駆動力を出力する振動型アクチュエータを制御する振動型アクチュエータの制御プログラムにおいて、
コンピュータを、
前記振動型アクチュエータ、又は、前記振動型アクチュエータに駆動される被駆動体の変位の少なくとも一方に基づいて前記振動型アクチュエータの速度及び前記被駆動体の移動量を求める駆動状態検出手段と、
前記振動型アクチュエータに印加する周波信号の周波数を徐々に変更する掃引制御手段として機能させるための振動型アクチュエータの制御プログラムであって、
前記駆動状態検出手段は、前記振動型アクチュエータの速度を一定、又は、前記周波数を一定として駆動される定常駆動速度まで前記掃引制御手段が加速するとき、前記振動型アクチュエータの速度が前記定常駆動速度よりも低い速度の基準速度に達してから前記定常駆動速度に達するまでの加速移動量を検出し、
前記掃引制御手段は、前記加速移動量に基づいて減速開始位置を決定すること、
を特徴とする振動型アクチュエータの制御プログラム。 - 前記掃引制御手段は、
加速を行うときに前記周波信号の周波数を徐々に下げる割合として、第1の掃引レートと、前記第1の掃引レートよりも周波数の掃引レートが高い第2の掃引レートとに基づいた制御を行うことができ、
前記振動型アクチュエータの起動時には掃引レートを前記第1の掃引レートとし、
前記駆動状態検出手段が前記振動型アクチュエータの起動開始から予め設定された起動時移動量だけ駆動したことを検出したときに掃引レートを前記第2の掃引レートに変更し、
前記駆動状態検出手段は、前記掃引制御手段が使用する掃引レートを前記第1の掃引レートから前記第2の掃引レートに変更した後に、前記加速移動量を検出すること、
を特徴とする請求項16に記載の振動型アクチュエータの制御プログラム。
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