JP5259851B1

JP5259851B1 - 位置制御装置

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Publication number: JP5259851B1
Application number: JP2012073252A
Authority: JP
Inventors: 隆志石川; 幸恵橋本
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2012-03-28
Filing date: 2012-03-28
Publication date: 2013-08-07
Anticipated expiration: 2032-03-28
Also published as: CN103443702B; WO2013145481A1; CN103443702A; US20130300336A1; US8884570B2; JP2013205549A

Abstract

【課題】可動部を移動させる位置制御装置において追従性能の向上を図る。
【解決手段】本発明に係る位置制御装置は、基台部に対して相対的に移動可能な可動部と、基台部の基準位置に対する可動部の位置を検出する位置検出部と、可動部に駆動力を付与することで可動部を移動させる駆動部と、駆動部の駆動力を制御する制御部と、可動部の駆動目標位置を入力する入力部と、を備え、制御部は、入力部に入力された駆動目標位置と基準位置の差である第１偏差に基づいて取得した補正係数と、位置検出部の検出位置と入力部に入力された駆動目標位置の差である第２偏差に基づいて駆動部に付与する駆動力を決定することを特徴とする。
【選択図】図１１

Description

本発明は、可動部に駆動力を付与して移動させる位置制御装置に関する。

従来、デジタルカメラには、撮像時の像振れを防止するため、撮像素子もしくはレンズ等の光学素子を移動させる像振れ補正装置が搭載されている。このような像振れ補正装置では、撮像素子や光学素子を移動させるアクチュエータとして、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）が採用されたものがある。ボイスコイルモータは磁石部とコイルから構成されてており、コイルに電流を流すことでコイルを貫く磁束に比例した駆動力が発生する。ボイスコイルモータを用いることで、高速で高精度な駆動そして小型化が可能となる。

特許文献１には、このようなボイスコイルモータを使用する像振れ補正装置において、位置検出装置を使用することが開示されている。この位置検出装置には、マグネットから発生する磁束の変化を検出するホール素子が使用されている。この特許文献１では、ボイスコイルモータに使用するマグネットと位置検出装置に使用するマグネットの極性配置を考慮することで、移動フレームを安定的に支持するものである。

特開２０１１−７５８３４号公報

近年、デジタルカメラなどの撮像装置は、小型・軽量化が主流となっており、アクチュエータなどのメカ部分は小型化が望まれている。特許文献１に開示されるようなボイスコイルモータを小型化する一形態として、マグネットを小型化することが考えられる。マグネットを小型化した場合、特に、静止位置（基準位置）から離れた位置では磁束が減少（不足）することとなる。その結果、ボイスコイルモータとしての駆動力が著しく減少することとなり追従性能が低下することとなる。さらには発振現象を起こすことも考えられ、その場合、位置制御することができなくなる。

本発明は、ボイスコイルモータなどの駆動部によって、可動部を移動させる位置制御装置において、小型化が図られた場合においても、追従性能の向上を図ることを目的としている。

本発明に係る位置制御装置は、
基台部と、
前記基台部に対して相対的に移動可能な可動部と、
前記基台部の基準位置に対する前記可動部の位置を検出する位置検出部と、
前記可動部に駆動力を付与することで前記可動部を移動させる駆動部と、
前記駆動部の駆動力を制御する制御部と、
前記可動部の駆動目標位置を入力する入力部と、を備え、
前記制御部は、前記入力部に入力された駆動目標位置と前記基準位置の差である第１偏差に基づいて取得した補正係数と、前記位置検出部の検出位置と前記入力部に入力された駆動目標位置の差である第２偏差に基づいて前記駆動部に付与する駆動力を決定することを特徴とする。

また本発明に係る位置制御装置は、
基台部と、
前記基台部に対して相対的に移動可能な可動部と、
前記基台部の基準位置に対する前記可動部の位置を検出する位置検出部と、
前記可動部に駆動力を付与することで前記可動部を移動させる駆動部と、
前記駆動部の駆動力を制御する制御部と、
前記可動部の駆動目標位置を入力する入力部と、を備え、
前記制御部は、前記位置検出部の検出位置と前記基準位置の差である第１偏差に基づいて取得した補正係数と、前記位置検出部の検出位置と前記入力部に入力された駆動目標位置の差である第２偏差に基づいて前記駆動部に付与する駆動力を決定することを特徴とする。

本発明の位置制御装置によれば、小型化が図られた場合においても、追従性能を劣化させることなく、精度の高い位置制御が可能となる。

本実施形態の組立前の像振れ補正装置１を示す図基台部１０を示す図可動部３０を示す図図３を矢印Ａから見た図磁石支持部５０を示す図本実施形態の組立後の像振れ補正装置１を示す図図６を矢印Ｂから見た図本実施形態の組立後の像振れ補正装置１の動作を示す図図８の一部を拡大した図コイルの移動に伴う磁束密度を説明するための図（磁石部は対象配置）コイルの移動に伴う磁束密度を説明するための図（磁石部は非対称配置）フレキシブルケーブルによる付勢力を説明するための図像振れ補正装置の制御構成を示すブロック図（１軸制御）制御部３００の制御構成を示すブロック図コイルの駆動力特性を示す図コイルの移動に伴う磁束密度を説明するための図（磁石部は非対称配置）像振れ補正装置の制御構成を示すブロック図（２軸制御）フレキシブルケーブルによる負荷による周波数特性を示す図（改善前）フレキシブルケーブルによる負荷による周波数特性を示す図（改善後）制御部３００の制御構成を示すブロック図像振れ補正装置の制御構成を示すブロック図（１軸制御）像振れ補正装置の制御構成を示すブロック図（２軸制御）本実施形態の像振れ補正装置を備えた撮像装置（デジタルカメラ）を示す図撮像装置（デジタルカメラ）内の像振れ補正装置等を示す図本実施形態の撮像装置（デジタルカメラ）の制御構成を示すブロック図

以下、本発明の一実施形態について説明する。ここでは、本発明に係る位置制御装置について、デジタルカメラなどでにおいて、手振れなど振動の影響を抑え良好な画像を撮像するために使用される像振れ補正装置を例にとって説明を行う。

図１には、本実施形態の組立前の像振れ補正装置１を示す図が示されている。本実施形態の像振れ補正装置１は、基台部１０と、基台部１０に移動可能に支持される可動部３０と、可動部３０に対して基台部１０と反対側に配置され、かつ、基台部１０に固定される磁石支持部５０と、を有する。

基台部１０には、第１永久磁石群２０が固定されており、磁石支持部５０には、第２永久磁石群６０が固定されている。可動部３０には、コイル群４０が固定されている。第１永久磁石群２０と第２永久磁石群６０とは、対向する空間に磁界が発生するように、それぞれ異極に着磁された部分が対向して配置される。コイル群４０は、第１永久磁石群２０と第２永久磁石群６０とが対向する空間に配置される。なお、図１において、第１永久磁石群２０と第２永久磁石群６０の磁極は、コイル群４０側の面の磁極を示しており、以下の図面においても同様とする。

図２は、基台部１０を示す図である。基台部１０は、例えば、鉄や鉄の化合物等の磁性体からなる平板状の基台本体１１と、基台本体１１に設けられて基台部１０に対して磁石支持部５０を支持するための図示しないネジを挿通する貫通支持孔１２ａ、１２ｂと、基台部１０に対して可動部３０を移動可能に支持するためのバネ（図示せず）を支持する第１バネ支持部１３ａ、１３ｂ、１３ｃと、を有する。

ここで、基台部１０に対して、図２に示すように、第１の方向としてのＸ方向と、Ｘ方向に直交する第２の方向としてのＹ方向と、を定義する。

基台部１０の第１永久磁石群２０は、コイル群４０側をＮ極に着磁された第１の磁石部２１と、第１の磁石部２１に対してＸ方向に対峙してコイル群４０側をＳ極に着磁された第２の磁石部２２と、第１の磁石部２１に対してＹ方向に離間して配置されてコイル群４０側をＮ極に着磁された第３の磁石部２３と、第３の磁石部２３に対してＸ方向に対峙してコイル群４０側をＳ極に着磁された第４の磁石部２４と、第４の磁石部２４に対してＹ方向に対峙してコイル群４０側をＮ極に着磁された第５の磁石部２５と、を有する。なお、第１の磁石部２１〜第５の磁石部２５は、コイル群４０側と、コイル群４０の反対側の面とをそれぞれ逆の磁極に着磁されている。

第２の磁石部２２のＹ方向の第４の磁石部２４側は、第１の磁石部２１よりも短く形成されており、第１の磁石部２１と対峙していない切り欠きとしての第１の空間１０１ａがある。また、第４の磁石部２４のＹ方向の第２の磁石部２２側は、第３の磁石部２３よりも短く形成されており、第３の磁石部２３と対峙していない切り欠きとしての第２の空間１０１ｂがある。

図３は可動部３０を示す図であり、図４は図３を矢印Ａから見た図である。可動部３０は、例えば、アルミニウム合金や合成樹脂等の非磁性体からなる可動本体３１と、可動本体３１の周囲の一部に設けられたコイル収納部３２と、可動部３０を基台部１０に対して移動可能に支持するためのバネ（図示せず）を支持する第２バネ支持部３３ａ、３３ｂ、３３ｃと、を有する。

ここで、可動部３０に対して、図３に示すように、第１の方向としてのＸ方向と、Ｘ方向に直交する第２の方向としてのＹ方向と、を定義する。

可動本体３１は、光を光電変換する撮像素子３６、フィルタ群３７、及び電気素子３８を搭載する。フィルタ群３７は、撮像素子３６から離れている側から、超音波フィルタ３７ａ及び赤外線カットフィルタ３７ｂが配置されている。また、撮像素子３６に対して、フィルタ群３７の反対側には、撮像素子の受光量を検出し、当該受光量に基づく映像信号
等を処理する電気素子３８を搭載する。

図３、図４に示されるように可動部３０には、電気素子３８の一構成として、基台部１０に対しての相対位置を検出するためのホール素子３８１ａ〜ｃが設置されている。ホール素子３８１ａ〜ｃは、移動位置における磁界に応じた信号を出力するセンサであって、本形態においては、３つのホール素子３８１ａ〜ｃの出力に基づいて、可動部３０のＸ方向、Ｙ方向の相対位置を検出している。なお、基台部１０側には、ホール素子３８１ａ〜ｃの検出する磁界を形成するための磁石部（図示せず）が設置されている。また、電気素子３８は温度センサ３８２を有して構成されている。温度センサ３８２で計測された温度は、温度変化で生じるホール素子３８１ａ〜ｃなどの出力変化を補償するために使用される。

コイル収納部３２は、可動本体３１の周囲の一部に設けられ、凹部にコイル群４０を収納する。可動本体３１は、コイル収納部３２よりもＸ方向及びＹ方向に直交するＺ方向の長さが長い。

コイル群４０は、第１のコイル４１、第２のコイル４２、及び第３のコイル４３を有する。第１のコイル４１は、図２に示した基台部１０の第１の磁石部２１及び第２の磁石部２２に対向して設置される。第２のコイル４２は、図２に示した基台部１０の第３の磁石部２３及び第４の磁石部２４に対向するように設置される。第３のコイル４３は、図２に示した基台部１０の第４の磁石部２４及び第５の磁石部２５に対向するように設置される。

図５は、磁石支持部５０を示す図である。ただし、図５に示した磁石支持部５０は、図１に示した磁石支持部５０を可動部３０側から見た図である。

磁石支持部５０は、例えば、鉄や鉄の化合物等の磁性体からなる平板状の支持本体５１と、支持本体５１に設けられて磁石支持部５０を基台部１０に対して支持するための図示しないネジを挿通する貫通孔５２ａ、５２ｂと、を有する。

ここで、磁石支持部５０に対して、図５に示すように、第１の方向としてのＸ方向と、Ｘ方向に直交する第２の方向としてのＹ方向と、を定義する。

磁石支持部５０の第２永久磁石群６０は、コイル群４０側をＳ極に着磁された第１の対向磁石部６１と、第１の対向磁石部６１に対してＸ方向に対峙してコイル群４０側をＮ極に着磁された第２の対向磁石部６２と、第１の対向磁石部６１に対してＹ方向に離間して配置されてコイル群４０側をＳ極に着磁された第３の対向磁石部６３と、第３の対向磁石部６３に対してＸ方向に対峙してコイル群４０側をＮ極に着磁された第４の対向磁石部６４と、第９の磁石６４に対してＹ方向に対峙してコイル群４０側をＳ極に着磁された第５の対向磁石部６５と、を有する。なお、第１の対向磁石部６１〜第５の対向磁石部６５は、コイル群４０側と、コイル群４０の反対側の面とをそれぞれ逆の磁極に着磁されている。

第２の対向磁石部６２のＹ方向の第４の対向磁石部６４側は、切り欠きを有し、第１の対向磁石部６１よりも短く形成されており、第１の対向磁石部６１と対峙していない切り欠きとしての第３の空間１０２ａがある。また、第４の対向磁石部６４のＹ方向の第２の対向磁石部６２側は、を有し、第３の対向磁石部６３よりも短く形成されており、第３の対向磁石部６３と対峙していない切り欠きとしての第４の空間１０２ｂがある。

図６は本実施形態の組立後の像振れ補正装置１を示す図であり、図７は図６を矢印Ｂの
方向から見た図である。

本実施形態の像振れ補正装置１を組立てるには、図１に示した基台部１０の貫通支持孔１２ａ、１２ｂ及び磁石支持部５０の貫通ネジ孔５２ａ、５２ｂにそれぞれネジ（図示せず）を挿通する。また、基台部１０の基台本体１１に取り付けられたプレート１４によって磁石支持部５０の支持本体５１を支持する。したがって、支持本体５１は、貫通支持孔１２ａ、１２ｂとプレート１４の３箇所で基台本体１１に強固に支持されることになる。さらに、基台部１０の第１バネ支持部１３ａ、１３ｂ、１３ｃと、可動部３０の第２バネ支持部３３ａ、３３ｂ、３３ｃとをコイルバネ１５ａ、１５ｂ、１５ｃで接続する。このように基台部１０と可動部３０をコイルバネ１５ａ、１５ｂ、１５ｃで接続することで、可動部３０は、基台部１０に対して相対的に移動可能とされている。

さらに、基台部１０と可動部３０をボール支持することで、可動部３０を円滑に移動可能とすることとしてもよい。ボール支持は、可動対象間において１乃至複数の球形のボール部材を支持する形態であり、ボール部材の回転によって可動対象を円滑に移動させることが可能である。本実施形態にボール支持を適用した場合、基台部１０と可動部３０間にボール部材が配されることとで、可動部３０を円滑に移動させることが可能となる。

像振れ補正装置１の組立時、基台部１０の第１永久磁石群２０と磁石支持部５０の第２永久磁石群６０が離間した状態で対向する。第１永久磁石群２０と第２永久磁石群６０の対向した磁石部は、それぞれ逆の磁極に着磁されているので、各磁石の間の空間には、それぞれ磁界が発生する。その磁界の発生している離間した空間に可動部３０のコイル群４０が配置される。このように、第１永久磁石群２０、第２永久磁石群６０及びコイル群４０を配置することによって、ボイスコイルモータ７０が形成される。

本実施形態では、第１の磁石部２１及び第２の磁石部２２、第１のコイル４１、並びに、第１の対向磁石部６１及び第２の対向磁石部６２が、可動部３０を第１の方向としてのＸ方向に移動させる第１のＸ方向ボイスコイルモータ７１を形成する。また、第３の磁石部２３及び第４の磁石部２４、第２のコイル４２、及び第３の対向磁石部６３及び第４の対向磁石部６４が、可動部３０を第１の方向としてのＸ方向に移動させる第２のＸ方向ボイスコイルモータ７２を形成する。さらに、第４の磁石部２４及び第５の磁石部２５、第３のコイル４３、及び第４の対向磁石部６４及び第５の対向磁石部６５が、可動部３０を第２の方向としてのＹ方向に移動させるＹ方向ボイスコイルモータ７３を形成する。

本実施形態では、第４の磁石部２４及び第４の対向磁石部６４は、第２のＸ方向ボイスコイルモータ７２とＹ方向ボイスコイルモータ７３で共用されている。このように本実施形態では、複数のボイスコイルモータ間で、磁石部、対向磁石部を共用することで、部品点数の削減、並びに、配置面積の縮小が図られている。

本実施形態の場合、第１のコイル４１及び第２のコイル４２に電流を流した場合、可動部３０はＸ方向に移動する。また、第３のコイル４３に電流を流した場合、可動部３０はＹ方向に移動する。

図８は本実施形態の組立後の像振れ補正装置１の動作を示す図であり、図９は図８の一部を拡大した図である。なお、図８では、可動部３０の動きが見やすいように、磁石支持部５０を省略し、図９では、第１の磁石部２１、第２の磁石部２２及び可動本体部３１のみで示している。

例えば、図８に示すように、可動部３０が、基台部１０に対して矢印Ｃ方向に動いたとする。すると、図９に示すように、可動本体３１が第１の磁石部２１及び第２の磁石部２
２の方向に近づく。もし、第２の磁石部２２のＹ方向の長さが第１の磁石部２１のＹ方向の長さと同じ場合、可動本体３１と第２の磁石部２２とが干渉（接触）してしまう。

そこで、本実施形態では、第１の磁石部２１と第２の磁石部２２の大きさを非対称とすることで可動部３０の移動範囲の拡張が図られている。具体的には、第２の磁石部２２のＹ方向の長さを第１の磁石部２１のＹ方向の長さよりも短くし、可動部３０が移動するための第１の空間１０１ａを形成している。このように第１の磁石部２１と第２の磁石部２２の大きさを非対称とし、第１の空間１０１ａを形成したことで、可動本体３１と第２の磁石部２２との干渉を避けるとともに、装置の小型化を実現することが可能となる。

本実施形態では、その他の磁石部に対してもその形状を非対称とすることで、可動部３０が移動可能な空間が形成されており、可動本体３１と磁石部、又は磁石部と他の部材の干渉を避けることができ、可動部３０の可動範囲を狭めることなく、装置の小型化を実現することを可能としている。

なお、本実施形態では、基台部１０および磁石支持部５０の双方に、永久磁石群を備える構成として説明したが、可動部３０を動作可能な出力を出せる場合には、基台部１０および磁石支持部５０の一方のみに永久磁石群を備える構成とすることも可能である。

では、本発明の実施形態に係る駆動力の制御について説明する。図１０は、コイルの移動に伴う磁束密度を説明するための図である。ここでは、説明を分かりやすくするため、可動部のストローク中心（基準位置：可動部の静止位置）に対し、磁石部Ａ、Ｂを対称に配置した簡易な構成を使用して説明する。そして、コイルが設置された可動部は、左右の方向のみの一次元方向に移動させることとしている。

前述したように、像振れ補正装置は小型化が必要とされる中、磁石部の小型化を行うことが考えられる。図１０には、コイルと磁石部Ａ、Ｂの模式図と、磁石部Ａ、Ｂに対して相対的にコイルを移動させたときの、コイルが受け取る磁束密度の関係がグラフで示されている。なお、グラフ上の相対位置では、模式図における相対位置が拡大されている。後に示す図１１、図１６も同様にグラフの相対一方向が拡大されている。

小型の磁石部Ａ、Ｂを使用した場合、磁石部Ａ、Ｂによって形成される磁束密度が一様な範囲を超えて、コイルを移動させることとなる。そのため、図１０のグラフに示されるように、コイルがストローク中心から離れるにしたがって、コイルが受け取る磁束密度は急激に低下する。それ故、ストローク中心付近と、離れた位置での周囲でのコイルに流す電流を同等に制御した場合には、周囲付近での付与力は弱くなる。

また、図１で説明したような、磁石部を非対称配置することでボイスコイルモータの小型化を図る場合、左右の付与力に対する不均衡が生じることが考えられる。図１１は、コイルの移動に伴う磁束密度を説明するための図である。この形態は、図１に示されるように磁石部を非対称配置したボイスコイルモータを模式的に示した図である。この図では、磁石部Ａと磁石部Ｂがストローク中心に関して非対称に配置されている。この例では、Ｙ方向において磁石部Ａが磁石部Ｂよりも長く形成されている。グラフには、コイル磁石部Ａ、Ｂに対してコイルをＸ方向（横方向）移動させたときの、コイルが受け取る磁束密度が示されている。

グラフ中、Ｙ方向のストローク中心（位置Ａ）において、Ｘ方向にコイルが移動した場合の磁束密度が実線で示されている。この場合、左右どちらの移動方向についても、磁束密度は同様に減少すること（特性が左右対称）が見て取れる。また、グラフには、コイルがＹ方向に変位した場合の磁束密度が点線で示されている。位置ＢにおいてコイルをＸ方
向に移動させた場合、磁石部Ａ、Ｂが非対称に配置されていることを原因として磁束密度が左右不均衡となる。そのため、位置Ｂにおいてコイルを左右に移動させた場合、右側の位置では左側の位置に対して駆動力が不足し、左右で不均衡が生じることとなる。

このように本実施形態の像振れ補正装置では、図１０で説明した磁石部の小型化に伴う基準位置から離れた位置での駆動力の減少、そして、図１１で説明した磁石部の非対称配置に伴う駆動力の不均衡を解消し、追従性能の向上を測ることとしている。駆動力の減少、不均衡には、このような磁石部の小型化、非対称配置のみならず、別の要因も存在している。

図１２は、フレキシブルケーブルによる付勢力を説明するための図である。図１、図３などで説明したように可動部３０には、撮像素子３６、電気素子３８などに対して、電源供給、信号の送受信を行う必要がある。そのため、可動部３０と基台部１０は、フレキシブルケーブル３４を介して接続されている。図１２（ａ）は、可動部３０が基準位置に位置するときの状態を示した図である。可動部３０には、フレキシブルケーブル３４を接続するためのコネクタ３５が設けられている。このコネクタ３５にはフレキシブルケーブル３４が接続され、基台部１０側に設置された制御部、電源などと接続されている。

一方、像振れ補正装置１では、基台部１０に対して可動部３０を移動させることとなる。図１２（ｂ）、（ｃ）は、可動部３０が移動した時の状態が示されている。図１２（ｂ）は、可動部３０が左側に移動したときの状態であって、この場合、フレキシブルケーブル３４によって右方向に付勢力Ｆｘが作用する。また、図１２（ｃ）は、可動部３０が右側に移動したときの状態であって、この場合、フレキシブルケーブル３４によって左方向に付勢力Ｆｘが作用する。このような付勢力Ｆｘは、可動部３０の移動位置によって変動するとともに、フレキシブルケーブル３４の仕様、配置などの各種条件によって移動位置に対する付勢力Ｆｘの大きさが非線形で変動することが予想される。本実施形態の像振れ補正装置１では、このようなフレキシブルケーブル３４によって生じる付勢力Ｆｘを考慮した駆動力を付与することで、追従性能の向上を図ることとしている。

図１３には、像振れ補正装置１の制御構成を示すブロック図が示されている。ここでは、説明を分かりやすくするため、図１０で説明した形態のようにコイルを一方方向のみに駆動する１軸制御を考えてみる。駆動支持入力部２０１には、撮像装置本体に設置されたジャイロセンサなどからの出力値に基づいて駆動目標位置が入力される。基準位置記憶部２０２は、ストローク中心、すなわち、コイルに駆動力を付与していない位置（基準位置）を記憶している。

本実施形態では、ホール素子４０１、アンプ４０２、Ａ／Ｄ（ＡＤコンバータ）４０３、位置調整部４０４によって位置検出部４００を構成している。ホール素子４０１は、図３、図４で説明したように可動部３０側に取り付けられた位置検出用のセンサであって、移動位置における磁界に応じた信号を出力する。ホール素子４０１から出力された信号は、アンプ４０２で増幅された後、Ａ／Ｄ４０３にてデジタル信号に変換される。位置調整部４０４では、Ａ／Ｄ４０３から出力されたデジタル信号を、基台部１０に対する可動部３０の相対位置に変換して出力する。本実施形態では、ホール素子４０１における通常の位置検出範囲を超えて使用するため、この位置調整部４０４では、そのための補正演算を行うことで相対位置を求めている。

演算部２０４は、駆動目標位置と相対位置の偏差（以下「第２偏差」という）を制御部３００に与える。一方、演算部２０３では、駆動目標位置と基準位置の偏差（以下「第１偏差」という）を制御部３００に与える。制御部３００は、入力されたこれら偏差に基づいて駆動部５００を制御する。駆動部５００は、モータドライバ５０１とＶＣＭ（ボイス
コイルモータ）５０２によって構成されている。制御部３００から出力された駆動力を示す信号に基づいて、モータドライバ５０１を制御し、ＶＣＭ５０２が駆動される。ＶＣＭ５０２の駆動によって移動された可動部３０の位置は、ホール素子４０１によって位置検出されることで再びＶＣＭ５０２の駆動に使用される。

本実施形態の像振れ補正装置１は、このようなフィードバック制御を行うことで、ＶＣＭ５０２を駆動し、可動部３０を駆動目標位置に移動させることが可能となっている。では、制御部３００の具体的な制御について説明する。制御部３００は、取得部３０１と駆動制御部３０２を備えて構成されている。駆動制御部３０２は、演算部２０４によって演算された第２偏差を基本としてモータドライバ５０１を制御する。その際、取得部３０１によって取得された補正係数によって駆動力が補正される。取得部３０１は、演算部２０３によって演算された第１偏差に基づいて補正係数を取得し、駆動制御部３０２に出力する。

図１４には、駆動制御部３０２の制御構成が示されている。本実施形態ではフィードバック制御にて使用されるＰＩＤ制御を採用している。このＰＩＤ制御では、入力された偏差に比例した値を出力する比例動作３０３、偏差を時間で積分した値を出力する積分動作３０４、偏差を時間で微分した値を出力する微分動作３０５を基本とするものであり、これら各動作の出力を演算部３０６にて演算することで駆動力を求めている。その際、補正部３０７で演算部３０６の出力値に補正係数による補正演算を行っている。この補正演算は、前述した磁石部の小型化、非対称配置、フレキシブルケーブル３４による付勢力などによる駆動力の低下を抑制するための演算である。

図１５には、コイルの駆動力特性を示す図が示されている。また、同図には図１０における磁石部の小型化に伴う磁束密度の変化が併せて示されている。前述したように小型の磁石部を使用した場合、ストローク中心から可動部３０が離間するに従い、磁束密度は著しく低下する。したがって、ストローク中心付近と、離れた周囲位置で同じように制御（同電流で制御）した場合、コイルに作用する駆動力は異なったものとなる。すなわち、コイルに同じ電流を流しても、周囲位置の駆動力はストローク中心付近よりも低下し、追従性能も低下する。したがって、本実施形態では、周囲位置における駆動力の低下を、補正係数による演算で抑制することとしている。図１５には相対位置に対応した補正後の駆動力特性が示されている。このような駆動力特性にてＶＣＭ２０６に駆動力を与えることで、可動部３０の周辺位置においても位置制御における追従性能の向上が図られる。

補正部３０７に出力される補正係数は、演算部２０３が出力する第１偏差に基づき、取得部３０１にて取得されるものであるが、取得部３０１は、第１偏差と補正係数を対応付けて記憶したテーブルに基づいて補正係数を取得する。テーブルには、前述した磁石部の小型化など、各種要因に基づいて発生する駆動力の低下を抑制するための補正係数が記憶されている。なお、テーブルを使用することに代え、第１偏差に対して所定の演算を行うことで補正係数を算出することとしてもよい。

以上、一軸制御とした場合の像振れ補正装置の制御構成について説明したが、本実施形態では、特に、駆動目標位置と基準位置の差である第１偏差に基づいて、ボイスコイルモータに付与する駆動力を補正することで、周辺領域などにおいて発生する駆動力の低下を抑制し、追従性能の向上が図られる。

では、図１〜図８で説明した可動部３０を２方向に移動させる場合の位置制御について図を用いて説明する。図１６は、コイルの移動に伴う磁束密度を説明するための図である。図１〜図８の場合と同様、磁石部Ａ、Ｂはストローク中心としてＸ方向に非対称に配置されている。グラフ中、位置ＡにおいてＸ方向、Ｙ方向のそれぞれにコイルを移動させた
ときの磁束の変化が実線で示されている。一方、位置ＡからＹ方向に変位させた位置ＢにおいてコイルをＸ方向に移動させた場合、点線で示されるように右方向の移動に伴い磁束は大きく低下する。一方、位置ＡからＸ方向に変位させた位置ＣにおいてＹ方向にコイルを移動させた場合、磁束は一点鎖線で示される特性を示す。このように、ＸＹの両方向にコイルを移動させた場合、各移動位置においてコイルが受け取る磁束は変化したものとなる。

図１７には２軸制御を行う場合の像振れ補正装置の制御構成が示されている。このような２軸制御を行う形態では、Ｘ軸方向に対する移動制御を行う制御ブロック２０１Ｘ〜５０２Ｘと、Ｙ軸方向に対する移動制御を行う制御ブロック２０１Ｙ〜５０２Ｙを有して構成される。各方向の制御ブロックの基本制御は、図１３で説明した内容と同じであるためここではその説明を省略する。このような２軸制御では、図１６から分かるように、同じＸ方向の移動であってもＹ軸方向の位置に応じて駆動力の補正量が異なることとなる。すなわち、各制御部３００Ｘ、３００Ｙは、自分の制御ブロックにおける第１偏差だけでなく、他方の制御ブロックの第１偏差を利用して補正係数を取得する。

例えば、Ｘ軸方向に対する移動制御を行う制御ブロック２０１Ｘ〜５０２Ｘの場合、Ｘ取得部３０１Ｘは、演算部２０３Ｘから出力されたＸ方向に関する第１偏差と、演算部２０３Ｙから出力されたＹ方向に関する第１偏差に基づいて補正係数を取得する。したがって、Ｘ取得部３０１Ｘは、Ｘ、Ｙの両方向に関する第１偏差と補正係数を対応付けたテーブルを用いて補正係数を取得する、あるいは、Ｘ、Ｙの両方向に関する２つの第１偏差に対して所定の演算を行うことで補正係数を取得することとなる。

Ｙ軸方向に対する制御ブロック２０１Ｙ〜５０２Ｙについても同様であって、Ｙ取得部３０１Ｙは、演算部２０３Ｙから出力されたＹ方向に関する第１偏差のみならず、他方の演算部２０３Ｘから出力されたＸ方向に関する第１偏差を使用して補正係数を取得し、駆動力の補正に使用する。Ｘ取得部３０１Ｘ、Ｙ取得部３０１Ｙで取得された補正係数は、Ｘ駆動制御部３０２Ｘ、Ｙ駆動制御部３０２Ｙに入力され、Ｘ、Ｙ両方向の駆動力算出に使用される。Ｘ、Ｙ駆動制御部３０１Ｘ、３０１Ｙの制御については、図１４で説明した制御構成によって行うことが可能である。

像振れ補正装置には、このような２軸構成のみならず、３方向以上の方向に対して位置補正を行う多軸構成を採用することとしてもよい。その場合、各軸方向の移動を担当する制御ブロックは、自らの軸の第１偏差以外にも他の軸方向の移動を担当する制御ブロックから入力される第１偏差を使用して補正係数を取得し、駆動力の制御が行われる。

ところで、図１２で説明したようなフレキシブルケーブル３４が接続された像振れ補正装置１においてフィードバック制御を行う場合、フレキシブルケーブル３４の付勢力によって可動部３０を移動させた際の周辺位置において周波数特性が低下することがある。図１８は、像振れ補正装置１の周波数特性を示したグラフであって、実線にてストローク中心付近での周波数特性が、また、破線にて周辺位置での周波数特性が示されている。このグラフを見て分かるように周辺位置では、フレキシブルケーブル３４の付勢力により、手振れ周波数範囲において周波数特性のゲインが低下する。

図１９にはこのような周波数特性のゲイン不足を解消する一例が示されている。図１４で説明した駆動力の補正では、比例動作３０３、積分動作３０４、微分動作３０５の全体に対して補正係数を演算することとしている。周辺領域でのゲイン不足を改善するには、周辺領域における補正係数を大きくすることが考えられる。図１９（ａ）には、図１４の駆動制御部３０２において、周辺位置での補正係数を大きくし、手振れ周波数範囲でのゲイン低下を改善した周波数特性が示されている。図に示されるように図１４の駆動力の補
正では、周波数特性全体を持ち上げるため、周波数特性はノイズの発生原因となる高域成分まで持ち上げてしまう。したがって像振れ補正装置１の動作時において駆動音が大きくなってしまう。

本実施形態では、このような駆動音を抑えるため、周辺位置での駆動力の補正において、低域成分に対して行うことで駆動音の増大を抑えるとともに、周辺位置での応答特性の改善を図ることとしている。図２０には、他の形態に係る制御部３００の制御構成が示されている。この制御部３００では、補正部３０８は、積分動作に対して補正係数を演算することとしている。演算部３０９は、比例動作３０３、積分動作３０５と、補正部３０８によって補正された積分動作３０４を演算することで駆動力を算出している。図１９（ｂ）には、図２０の制御部３００による周波数特性が示されている。図１９（ａ）と比較して、ノイズ発生原因となる帯域でのゲイン向上が抑えられている。

なお、制御部３００の制御構成は、２つの補正部３０７、３０８を使用して行うこととしても良い。すなわち、取得部３０１は、比例動作３０３、積分動作３０４、微分動作３０５全体に対する第１の補正係数と、積分動作３０４に対する第２の補正係数を取得し、２つの補正係数を用いて駆動力の補正を行うことが考えられる。このような形態によれば、動作音を抑えるとともに、追従性能のさらなる改善を図ることが可能となる。

図１３、図１７では、駆動目標位置と基準位置の偏差（第１偏差）に基づいて、補正係数を取得することとしたが、補正係数は他の形態によっても取得することが可能である。図２１には、他の形態の像振れ補正装置の制御構成を示すブロック図（１軸制御）が、図２２には、他の形態の像振れ補正装置の制御構成を示すブロック図（２軸制御）が示されている。

図２１、図２２に示される形態では、図１３、図１７の形態が、駆動目標位置と基準位置の偏差を第１偏差としていたのに対して、位置検出部４００から出力される相対位置と基準位置の偏差を第１偏差として使用する点で異なっている。このような形態においても、第１偏差に基づいて取得した補正係数に基づいて駆動力を補正することで、像振れ補正装置における追従性能の向上が図られる。

本実施形態の像振れ補正装置は、電子撮影装置、とりわけデジタルカメラやビデオカメラ等に用いることができる。以下に、その実施形態を例示する。

図２３は本実施形態の像振れ補正装置を備えた撮像装置を示す図、図２４は撮像装置内の像振れ補正装置等を示す図である。本発明の一実施形態の像振れ補正装置１を備える撮像装置としてのデジタルカメラ８０は、図２３及び図２４に示すようにカメラボディ８１と、カメラボディ８１に交換可能に装着される撮影レンズＬを備えるレンズユニット８２と、により構成される。

なお、以下の説明において、撮影レンズＬからカメラボディ８１に入射する入射光軸を「Ｏ」で示し、入射光軸Ｏ方向に対して被写体側を前方（前面側）とし、結像側を後方（背面側）とする。また、光軸Ｏと直交する方向のうち、通常の撮影状態にて前方から見た左右方向を第１の方向であるＸ方向とし、上下方向を第２の方向であるＹ方向とする。第１の方向であるＸ方向及び第２の方向であるＹ方向は、像振れ補正装置１での第１の方向であるＸ方向及び第２の方向であるＹ方向に対応している。

カメラボディ８１は、デジタルカメラ８０を構成する部材を収納するカメラ本体を兼ねる外装体８３を備えており、入射光軸Ｏ上の前側位置にレンズユニット８２を交換自在に装着するためのリング状のマウント部８４を備えている。また、外装体８３には前方から
見て左側に撮影時、操作者の右手により保持される図示しないグリップ部が設けられる。このグリップ部の頂部には、レリーズボタン等の図示しない各種スイッチ、ボタン類が配されている。

さらに、カメラボディ８１は、外装体８３の内部に電池９１を収納する電池収納室９２を備えている。また、電池収納室９２の後方には、カメラ全体の制御や画像処置、圧縮処理、データ記憶処理等を行うための制御回路やＳＤＲＡＭ等のメモリ、電源回路等が搭載された回路基板等（図示せず）が配されている。また、カメラボディ８１には、該カメラボディ８１の振れ状態検出のためのジャイロセンサ（図示せず）が内蔵されている。

カメラボディ８１は、さらに図２３及び図２４に示すように、外装体８３の背面側にパネル表示窓８５を有する液晶パネル８６を備えている。この液晶パネル８６は、撮影された画像の他、各種設定・調整事項等の各種情報を画像として表示するＴＦＴ（Thin Film Transistor）タイプの矩形状表示パネルである。また、外装体８３の頂部には、光学ファインダ、電子ビューファインダ、外付けのフラッシュ、又はマイク等を装着するためのホットシュー８７が配されている。

カメラボディ８１の外装体８３内には、図２３に示すように、フォーカルプレーンシャッタ８８及び撮像ユニット８９が配設されている。撮像ユニット８９は、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサ等である撮像素子３６をＸＹ平面上において変位可能に支持し、ボイスコイルモータをアクチュエータとする像振れ防止装置１を備えている。この像振れ防止装置１は、上述の振れ検出装置からの振れ信号に基づいて、検出した振れ方向の力を打ち消すように作動する。撮像素子３６は、矩形の受光面を有しており、受光面の長辺がＸ方向に沿うように配設されている。また、外装体８３の底面部には、三脚ねじ部９０が設けられている。

図２５は、本実施形態のデジタルカメラ８０の主要部の内部回路を示すブロック図である。なお、以下の説明では、処理手段は、例えば、ＣＤＳ／ＡＤＣ部１２４、一時記憶メモリ１１７、画像処理部１１８等で構成され、記憶手段は、記憶媒体部等で構成される。

図２５に示されるように、デジタルカメラ８０は、操作部１１２と、この操作部１１２に接続された制御部１１３と、この制御部１１３の制御信号出力ポートにバス１１４及び１１５を介して接続された撮像駆動回路１１６並びに一時記憶メモリ１１７、画像処理部１１８、記憶媒体部１１９、表示部１２０、及び設定情報記憶メモリ部１２１を備えている。

上記の一時記憶メモリ１１７、画像処理部１１８、記憶媒体部１１９、表示部１２０、及び設定情報記憶メモリ部１２１は、バス１２２を介して相互にデータの入力、出力が可能とされている。また、撮像駆動回路１１６には、撮像素子３６とＣＤＳ／ＡＤＣ部１２４が接続されている。

操作部１１２は、各種の入力ボタンやスイッチを備え、これらを介して外部（カメラ使用者）から入力されるイベント情報を制御部１１３に通知する。制御部１１３は、例えばＣＰＵなどからなる中央演算処理装置であって、不図示のプログラムメモリを内蔵し、プログラムメモリに格納されているプログラムに従って、デジタルカメラ８０全体を制御する。

ＣＣＤ等の撮像素子３６は、撮像駆動回路１１６により駆動制御され、撮影光学系１４１を介して形成された物体像の画素ごとの光量を電気信号に変換し、ＣＤＳ／ＡＤＣ部１２４に出力する撮像素子である。

ＣＤＳ／ＡＤＣ部１２４は、撮像素子３６から入力される電気信号を増幅し、かつ、アナログ／デジタル変換を行って、この増幅とデジタル変換を行っただけの映像生データ（ベイヤーデータ、以下ＲＡＷデータという。）を一時記憶メモリ１１７に出力する回路である。

一時記憶メモリ１１７は、例えばＳＤＲＡＭ等からなるバッファであり、ＣＤＳ／ＡＤＣ部１２４から出力されるＲＡＷデータを一時的に記憶するメモリ装置である。画像処理部１１８は、一時記憶メモリ１１７に記憶されたＲＡＷデータ又は記憶媒体部１１９に記憶されているＲＡＷデータを読み出して、制御部１１３にて指定された画質パラメータに基づいて歪曲収差補正を含む各種画像処理を電気的に行う回路である。

記憶媒体部１１９は、例えばフラッシュメモリ等からなるカード型又はスティック型の記憶媒体を着脱自在に装着して、これらのフラッシュメモリに、一時記憶メモリ１１７から転送されるＲＡＷデータや画像処理部１１８で画像処理された画像データを記録して保持する。

表示部１２０は、液晶表示モニターなどにて構成され、撮影したＲＡＷデータ、画像データや操作メニューなどを表示する。設定情報記憶メモリ部１２１には、予め各種の画質パラメータが格納されているＲＯＭ部と、操作部１１２の入力操作によってＲＯＭ部から読み出された画質パラメータを記憶するＲＡＭ部が備えられている。

このように構成されたデジタルカメラ８０は、撮影光学系１４１として本発明のレンズ系を採用することで、小型で動画撮像に適した撮像装置とすることが可能となる。

以上、本明細書では位置制御装置として、撮像装置に使用される像振れ補正装置１を例にとって説明を行ったが、位置制御装置としては、このような像振れ補正装置１に限られるものではなく、駆動力を働かせることで可動部を移動させる形態を使用するものであれば、各種の装置に使用することが可能である。

なお、本発明はこれらの実施形態のみに限られるものではなく、それぞれの実施形態の構成を適宜組み合わせて構成した実施形態も本発明の範疇となるものである。

１…像振れ補正装置（位置制御装置）
１０…基台部
１１…基台本体
１２ａ、１２ｂ…貫通支持孔
１３ａ、１３ｂ…第１バネ支持部
１５ａ、１５ｂ…コイルバネ
２０…第１永久磁石群（永久磁石）
２１…第１の磁石部
２２…第２の磁石部
２３…第３の磁石部
２４…第４の磁石部
２５…第５の磁石部
３０…可動部
３１…可動本体
３２…コイル収納部
３３ａ、３３ｂ…第２バネ支持部
３４…フレキシブルケーブル
３５…コネクタ
３６…撮像素子
３７…フィルタ群
３７ａ…超音波フィルタ
３７ｂ…赤外線カットフィルタ
３８…電気素子
３８１ａ、３８１ｂ、３８１ｃ…ホール素子
３８２…温度センサ
４０…コイル群
４１…第１のコイル
４２…第２のコイル
４３…第３のコイル
５０…磁石支持部
５１…支持本体
５２ａ、５２ｂ…貫通ネジ孔
６０…第２永久磁石群（永久磁石）
６１…第１の対向磁石部
６２…第２の対向磁石部
６３…第３の対向磁石部
６４…第４の対向磁石部
６５…第５の対向磁石部
７０…ボイスコイルモータ
７１…第１のＸ方向ボイスコイルモータ（第１のボイスコイルモータ）
７２…第２のＸ方向ボイスコイルモータ（第１のボイスコイルモータ）
７３…Ｙ方向ボイスコイルモータ（第２のボイスコイルモータ）
８０…デジタルカメラ（撮像装置）
８１…カメラボディ
８２…レンズユニット
８３…外装体
８４…マウント部
８５…パネル表示窓
８６…液晶パネル
８７…ホットシュー
８８…フォーカルプレーンシャッタ
８９・・撮像ユニット
９０…三脚ねじ部
９１…電池
９２…電池収納室
１０１ａ…第１の空間（切り欠き）
１０１ｂ…第２の空間（切り欠き）
１０２ａ…第３の空間（切り欠き）
１０２ｂ…第４の空間（切り欠き）
１１２…操作部
１１３…制御部
１１４、１１５…バス
１１６…撮像駆動回路
１１７…一時記憶メモリ
１１８…画像処理部
１１９…記憶媒体
１２０…表示部
１２１…設定情報記憶メモリ部
１２２…バス
１２４…ＣＤＳ／ＡＤＣ部
１４１…撮影光学系
２０１…駆動支持入力部
２０２…基準位置記憶部
２０３、２０４…演算部
３００…制御部
３０１…取得部
３０２…駆動制御部
４００…位置検出部
４０１…ホール素子
４０２…アンプ
４０３…Ａ／Ｄ
４０４…位置調整部
５００…駆動部
５０１…モータドライバ
５０２…ＶＣＭ（ボイスコイルモータ）

Claims

基台部と、
前記基台部に対して相対的に移動可能な可動部と、
前記基台部の基準位置に対する前記可動部の位置を検出する位置検出部と、
前記可動部に駆動力を付与することで前記可動部を移動させる駆動部と、
前記駆動部の駆動力を制御する制御部と、
前記可動部の駆動目標位置を入力する入力部と、を備え、
前記制御部は、前記入力部に入力された駆動目標位置と前記基準位置の差である第１偏差に基づいて取得した補正係数と、前記位置検出部の検出位置と前記入力部に入力された駆動目標位置の差である第２偏差に基づいて前記駆動部に付与する駆動力を決定することを特徴とする
位置制御装置。
基台部と、
前記基台部に対して相対的に移動可能な可動部と、
前記基台部の基準位置に対する前記可動部の位置を検出する位置検出部と、
前記可動部に駆動力を付与することで前記可動部を移動させる駆動部と、
前記駆動部の駆動力を制御する制御部と、
前記可動部の駆動目標位置を入力する入力部と、を備え、
前記制御部は、前記位置検出部の検出位置と前記基準位置の差である第１偏差に基づいて取得した補正係数と、前記位置検出部の検出位置と前記入力部に入力された駆動目標位置の差である第２偏差に基づいて前記駆動部に付与する駆動力を決定することを特徴とする
位置制御装置。
前記位置検出部と、前記駆動部と、前記制御部と、前記入力部を複数組備え、
ある組の前記制御部は、自組の前記第１偏差と、他組の第１偏差に基づいて前記補正係数を取得することを特徴とする
請求項１または請求項２に記載の位置制御装置。
前記駆動部は、磁石部とコイルを備えたボイスコイルモータを含むことを特徴とする
請求項１から請求項３の何れか１項に記載の位置制御装置。
前記磁石部が発生させる磁束密度は、前記移動方向上の前記基準位置に対して非対称性を有し、
前記制御部は、前記磁束密度の非対称性を考慮した駆動力特性に基づく前記補正係数を取得することを特徴とする
請求項４に記載の位置制御装置。
前記可動部に接続されたフレキシブルケーブルを有し、
前記制御部は、前記フレキシブルケーブルによる付勢力を考慮した駆動力特性に基づく前記補正係数を取得することを特徴とする
請求項１から請求項５の何れか１項に記載の位置制御装置。
前記制御部は、比例動作、積分動作、微分動作を有するＰＩＤ制御を実行するとともに、前記補正係数は、比例動作と積分動作と積分動作の演算結果に対して演算されることを特徴とする
請求項１から請求項６の何れか１項に記載の位置制御装置。
前記制御部は、比例動作、積分動作、微分動作を有するＰＩＤ制御を実行するとともに、前記補正係数は、積分動作の演算結果に対して演算されることを特徴とする
請求項１から請求項７の何れか１項に記載の位置制御装置。