JP5371323B2 - 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

Description

本発明は、本発明は、デジタルカメラ等に用いられる振動型アクチュエータ制御装置、及び、これを備えるレンズ鏡筒、撮像装置と、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に関するものである。

撮像装置のズームレンズやフォーカスレンズなどを駆動するアクチュエータとしては、ＤＣモータやステッピングモータなど様々なモータが用いられている。その中で、超音波モータに代表される振動型アクチュエータは、他のモータと比較して同トルクでも静音で駆動できる。したがって、音声付動画像を記録しながらズームレンズやフォーカスレンズを駆動させるといった使用方法をする場合、モータの駆動音が記録されにくいという点においては優位である。

超音波モータは、圧電素子に交流電流等の周波信号を印加し、電気的エネルギを機械的エネルギに変換させることによって回転するモータであり、交流電流の周波数に応じて回転速度が変化するという特性を持っている。駆動周波数と回転速度の関係は、駆動周波数が高い場合には回転速度が低く、駆動周波数が低い場合には回転速度が高いという関係がある。
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、個体のばらつき、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。

超音波モータの回転運動から光軸方向にレンズを動かす直進運動に変換する手段として、モータの回転軸にギアを取り付け、数段のギアを介してカム筒を回転させる手法が用いられている。そして、先端にレンズが固定された直進筒のカムピンが、カム筒に刻まれた溝に沿って直進運動することで回転運動から直進運動へ変換するという手段等が用いられている。
特公平５−２８０７２号公報 特開平１１−１５５０９４号公報

しかし、超音波モータの動力を伝達するギアの間にはガタ（バックラッシュ）があるために、回転方向が反転する際、ギアとギアとの衝突音が発生することがある。音声付動画像の記録中にこの衝突音が発生すると、衝突音が余分な音として記録されてしまうという問題があった。

また、超音波モータの動き出し時には、従来、駆動周波数をある程度高い周波数から目標速度となるまで周波数を徐々に変更する掃引制御を行っている。そのときの周波数変化に対する速度変化は、個体のばらつき、モータの回転軸にかかる負荷や温度などによって異なるため、これらの条件の変化によって、ギアの衝突時の速度が変わり、衝突音の発生度合いが変化するという問題があった。

さらに、モータを停止させるときには、モータの回転中に目標位置に到達してから、交流電流の印加を止めて停止させようとしても、慣性力によって目標位置をオーバーランしてしまうことがある。そのため、従来は、目標位置の手前から駆動周波数を高い周波数まで徐々に上げていき、十分に低速になるまで速度を落としてから停止させるという方法が行われてきた。
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。

本発明の課題は、目標位置に正確に停止させることが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。
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。

本発明の第１の側面としての振動型アクチュエータ制御装置は、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変更し、前記振動型アクチュエータを定常駆動速度まで加速するオープンループ制御と、前記振動型アクチュエータの速度を前記定常駆動速度に追従させるクローズドループ制御と、前記定常駆動速度から減速して前記定常駆動速度よりも低い基準速度で移動させた後に停止させるオープンループ制御を行う掃引制御手段とを備える。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前記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、前記加速移動量と、停止前に前記振動型アクチュエータを前記基準速度で移動させる移動量とを合わせた量を、目標位置から減算して減速開始位置を決定することを特徴とする。

本発明の第２の側面としてのレンズ鏡筒は、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、本発明の第１の側面としての振動型アクチュエータ制御装置とを備える。

本発明の第３の側面としての撮像装置は、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、本発明の第１の側面として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。

本発明の第４の側面としての振動型アクチュエータの制御方法は、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、前記振動型アクチュエータを定常駆動速度まで加速するオープンループ制御により、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前記定常駆動速度に追従させるクローズドループ制御と、前記定常駆動速度から減速して前記定常駆動速度よりも低い基準速度で移動させた後に停止させるオープンループ制御を行う場合、検出した前記加速移動量と、停止前に前記振動型アクチュエータを前記基準速度で移動させる移動量とを合わせた量を、目標位置から減算して減速開始位置を決定することを特徴とする。

本発明の第５の側面としての振動型アクチュエータの制御プログラムは、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変更し、前記振動型アクチュエータを定常駆動速度まで加速するオープンループ制御と、前記振動型アクチュエータの速度を前記定常駆動速度に追従させるクローズドループ制御と、前記定常駆動速度から減速して前記定常駆動速度よりも低い基準速度で移動させた後に停止させるオープンループ制御を行う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前記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、前記加速移動量と、停止前に前記振動型アクチュエータを前記基準速度で移動させる移動量とを合わせた量を、目標位置から減算して減速開始位置を決定することを特徴とする。

本発明によれば、振動型アクチュエータの制御における掃引レートを適切に選択することによって、駆動特性を低下させることなく駆動音を低減でき、かつ、前記加速移動量、および停止前に振動型アクチュエータを前記基準速度で移動させる移動量から減速開始位置を決定することで、個体のばらつき、温度や機械的負荷の経年変化などの影響による停止位置ずれを防ぎ、正確な停止制御を行える。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面等を参照して説明する。
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。

図１は、本発明による振動型アクチュエータ制御装置を用いた撮像装置の実施形態を示すブロック図である。
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。

ズームレンズ１０２は、焦点距離を調節することで画角を変更する。ズームレンズ１０２は、後述のズーム制御部２００により制御される。
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。

レンズ鏡筒１０１により得られる像の光は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサやＣＭＯＳ（Complementary
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、この信号は、画像処理回路１０８に入力されて、画素補間処理や色変換処理を行い、画像データとして、ＤＲＡＭやＳＲＡＭなどで構成される画像メモリ１０９に転送される。また、画像処理回路１０８では、画像から高周波成分をハイパスフィルタによって検出し、ＡＦ評価値としてカメラシステム制御部１１２に転送する。

画像表示部１１０は、ＴＦＴ＿ＬＣＤ（薄膜トランジスタ駆動型液晶表示器）等により構成され、撮影によって得られた画像データの表示と共に、特定の情報（例えば、撮影情報）等を表示する。また、撮像素子１０６の出力信号から生成される画像データを、画像表示部１１０に逐次表示させることにより、電子ファインダ機能を実現することが可能である。

レンズシステム制御部１１１は、カメラシステム制御部１１２から送られるレンズ制御命令を受信し、各制御部（ズーム制御部２００、絞りシャッタ制御部３００、ＩＳ制御部４００、フォーカス制御部５００）に制御指令を送る。

カメラシステム制御部１１２は、操作者の操作に応じて、周辺デバイスに制御命令を送る。また、撮影動作においては、操作部１１３のレリーズ釦が押下されると、最適の露出値もしくは操作者によって設定されている露出値となるように、レンズシステム制御部１１１を介して絞りシャッタ制御部３００には絞り位置設定及び露光時間の設定を行い、ＡＦＥ回路１０７に対してはゲイン設定を行う。カメラシステム制御部１１２は、動画像記録部１１２ａを有しており、この動画像記録部１１２ａは、マイク１１７により取得する音声とともに、撮像素子１０６により取得する動画像を記録する。
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。

電源１１６は、電池検出回路、ＤＣ−ＤＣコンバータ、通電するブロックを切り替えるスイッチ回路等により構成される。電源１２０では、電池の装着の有無、電池の種類、電池残量等の検出を行い、これらの検出結果およびカメラシステム制御部１１２からの命令に基づいて、ＤＣ−ＤＣコンバータを制御し、必要な電源を必要な期間だけ記録媒体を含む各部へ電圧や電流を供給する。
マイク１１７は、動画像を撮像するときに音声を取得する。

また、本実施形態のデジタルカメラ１００は、ズーム制御部２００、絞りシャッタ制御部３００、ＩＳ制御部４００、フォーカス制御部５００を備えている。
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。

超音波モータ２０６は、不図示の圧電素子に交流電流等の周波信号を印加し、電気的エネルギを機械的エネルギに変換させることによって回転駆動する振動型アクチュエータである。本実施形態の超音波モータ２０６は、ズーム動作の駆動力を発生するズームモータとして機能する。
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。

図２は、超音波モータ２０６を制御するズーム制御部２００の制御ブロック図である。
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。

掃引制御とは、周波数を徐々に変更することで速度をスムーズに変化させる制御であり、実速度のフィードバックを行わない、いわゆる、オープンループの制御である。
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。

したがって、掃引制御時には、駆動周波数が駆動中の位置または速度だけによって決まり、制御判定部２０１からそのまま駆動回路２０３に駆動周波数を出力する。このとき、制御判定部２０１は、掃引制御手段として機能する。
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。

制御演算部２０２には、例えば、ＰＩＤ制御のようなデジタルフィルタ演算などが用いられる。ＰＩＤ制御とは、目標速度と実速度の偏差を計算し、偏差に比例係数を掛けたもの、偏差の積分値に積分係数を掛けたもの、偏差の微分値に微分係数を掛けたものの和を制御量とし、偏差が０に近づくように制御を行なう制御方法である。

駆動回路２０３は、指定された周波数に応じた周波信号として交流電流を出力する制御回路である。
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。

速度検出部２０４及び位置検出部２０５は、例えば、ロータリーエンコーダ２０７などと組み合わせて用いられ、このロータリーエンコーダ２０７をセンサとして用いることで、回転速度及び移動量を検出する駆動状態検出手段を構成する。
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。

図４は、従来の超音波モータ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表したグラフである。図４では、横軸に時間、縦軸に周波数または速度を示している。
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。

ここで、加速掃引制御において、掃引レートを高くすると、動き出し時にギアのバックラッシュが解消されるまでに速度が速くなり、ギアの衝突音が発生することがあった。また、掃引レートを低くすると、目標速度に到達するまでに時間がかかり、例えば、ズームレンズの操作の場合には、操作者が動き始めが遅いと感じたり、フォーカスレンズの制御の場合には、ＡＦ動作でピントが合うまでの時間が遅いと感じたりすることがあった。

さらに、駆動周波数と駆動速度との関係は、個体のばらつき、温度や機械的な負荷の違いなどの要因によってばらつくことがある。したがって、減速掃引制御において、一定の周波数の掃引レートで周波数を変化させても、減速に要する移動量が異なり、最適な減速開始位置を求めることが困難であった。そのため、十分に減速する前に目標位置に到達してしまい、そこで印加を終了しても目標位置を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の時間が余計にかかってしまったりしていた。

そこで、本実施形態では、これら従来の問題点を解消することができるように超音波モータ２０６の制御を行う。
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。

起動掃引制御においては、ギアの衝突音を低減することが目的であるため、温度による駆動速度の変化を考慮して掃引レートを決定する必要がある。
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。

次に、本実施形態で停止位置ずれを防止する方法について説明する。停止位置ずれを防止するためには、減速開始位置を予測し、必要最低限の移動量で停止速度まで速度を減速させることが求められる。ここで、停止速度とは、駆動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超音波モータ２０６が停止できる速度であり、以下に説明する停止位置ずれを防止する駆動方法において基準とする基準速度である。

停止位置ずれを防止する駆動方法としては、加速掃引制御時に、速度検出部２０４によって検出した速度が、停止速度を越えた位置から、目標速度に到達した位置までに移動した移動量を加速移動量として位置検出部２０５によって検出する。この加速移動量は、機械的負荷の変動を考慮しない場合には、目標速度から停止速度まで減速掃引制御で減速する際に要する移動量と等しくなる。したがって、目標位置から加速時に計測した加速移動量と、停止の直前における停止速度での移動量を引いた位置を減速開始位置と予測することが可能である。言い換えると、減速開始位置は、加速移動量と停止の直前における停止速度での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、同一の個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、個体によるばらつきも考慮する必要がなくなる。

ここで、減速開始位置の予測を行う際に、機械的負荷の変化による移動量の変化を補正する方法について説明する。機械的負荷変動の要因としては、動力の伝達機構によっても異なるが、例えば、直進筒のカムピンが、カム筒に刻まれた溝に沿って直進運動することで回転運動から直進運動への変換するようなカム機構であれば、カム溝の傾きによっても負荷が変わる。また、レンズのぐらつきをばねによって抑えるような機構であれば、ばねの伸縮状態によっても負荷が変わる。予め、これらの特性が分かっている場合には、位置ごとに掃引レートの負荷補正係数を求めておき、加速掃引制御を行う位置と減速掃引制御を行う位置に応じて掃引レートを変更することで、加速と減速の移動量を等しくすることが可能である。

また、目標速度で定速制御を行っている際の駆動周波数は、前述の通り、温度及び個体によるばらつきを考慮する必要がないため、機械的負荷の変動によるものだけであると考えられる。したがって、加速掃引制御から目標速度定速制御に移行した直後の駆動周波数と、目標速度定速制御から減速掃引制御に移行する直前の駆動周波数とを比較することで、加速位置と減速位置の機械的負荷の相対的な変化を計測することが可能である。このように目標速度で定速制御を行ったときの制御量に応じて、減速の掃引レートを変更することによっても、加速と減速の移動量を等しくすることが可能となる。また、この目標速度で定速制御を行ったときの制御量に応じて、減速開始位置を補正することによって、停止速度に到達する位置を等しくすることができ、停止位置ずれを防ぐことができる。

図７は、ズーム制御部２００が超音波モータ２０６を制御する場合の制御処理のフローチャートである。
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。

Ｓ１０２では、現在の撮影モードが、静止画モードであるか、動画モードであるかの判定を行う。静止画モードの場合には、起動処理と同様に、駆動音が記録されることがないため、Ｓ１１０の加速掃引制御に移行する。

Ｓ１０３では、カメラに取り付けられた不図示の温度センサによって、現在の温度を取得する。
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。

Ｓ１０７では、Ｓ１０５及びＳ１０６において検出したズームレンズの位置及び駆動方向から超音波モータ２０６にかかる機械的負荷を予測し、起動掃引レート（第１の掃引レート）の機械的負荷補正係数を求め、起動掃引レートの負荷補正を行う。
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。

Ｓ１１０では、Ｓ１０９の判定で起動時移動量だけ経過したことを検出すると、掃引レートを第１の掃引レート（起動掃引レート）から第２の掃引レートに変更し、加速掃引制御を開始する。
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。

Ｓ１１４では、Ｓ１１３の判定で速度が目標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を終了する。
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。

Ｓ１１８では、Ｓ１１７の判定で減速開始位置に到達したことを検出すると、制御方式を定速制御から掃引制御に変更して、減速掃引制御を開始する。
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。

Ｓ１２０では、Ｓ１１９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、制御方式を再び掃引制御から定速制御に変更して、停止速度定速制御を開始する。
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。

このように、本実施形態によれば、超音波モータの制御における掃引レートを適切に選択することによって、レンズ鏡筒の操作性を失うことなく駆動音を低減できる。また、動き出しの掃引制御時の加速移動量から減速開始位置を予測することにより、個体のばらつき、温度や機械的負荷の経年変化などの影響による停止位置ずれを防ぐことができる。

（変形形態）
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。

（２）本実施形態において、起動時のバックラッシュに起因する駆動音の低減と、動き出しの掃引制御時の加速移動量から減速開始位置を予測することによる停止位置ずれの防止とを組み合わせて実施する例を示した。しかし、駆動音の低減のみを実施してもよいし、停止位置ずれの防止のみを実施してもよい。

（３）本実施形態において、振動型アクチュエータの例として回転駆動力を出力する超音波モータを例に挙げて説明したが、これに限らず、例えば、直進駆動力を出力するリニアタイプの振動型アクチュエータであってもよい。

（４）本実施形態において、超音波モータ２０６の定常駆動速度として、一定の目標速度で駆動する例を示したが、これに限らず、例えば、一定の駆動周波数で定常駆動としての駆動を行うようにしてもよい。この場合、駆動周波数を監視して駆動周波数が一定値に達したときを定常駆動速度に達したものと扱えばよい。

（５）本実施形態において、レンズ鏡筒がカメラ本体に一体的に設けられた形態のデジタルカメラを例に挙げて説明したが、これに限らず、例えば、交換レンズタイプのレンズ鏡筒であってもよい。

（６）本実施形態において、静止画撮影を主な目的としたデジタルカメラを例に挙げて説明したが、これに限らず、例えば、フィルムカメラであってもよいし、動画撮影を主な目的とするビデオカメラであってもよいし、監視カメラなど、他の種類の光学機器であってもよい。

なお、本実施形態及び変形形態は、適宜組み合わせて用いることもできるが、詳細な説明は省略する。また、本発明は以上説明した各実施形態によって限定されることはない。

本発明による振動型アクチュエータ制御装置を用いた撮像装置の実施形態を示すブロック図である。 超音波モータ２０６を制御するズーム制御部２００の制御ブロック図である。 駆動回路の例を示す図である。 従来の超音波モータ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表したグラフである。 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。 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。 ズーム制御部２００が超音波モータ２０６を制御する場合の制御処理のフローチャートである。

符号の説明

１００ デジタルカメラ
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)

1. 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変更し、前記振動型アクチュエータを定常駆動速度まで加速するオープンループ制御と、前記振動型アクチュエータの速度を前記定常駆動速度に追従させるクローズドループ制御と、前記定常駆動速度から減速して前記定常駆動速度よりも低い基準速度で移動させた後に停止させるオープンループ制御を行う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前記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、前記加速移動量と、停止前に前記振動型アクチュエータを前記基準速度で移動させる移動量とを合わせた量を、目標位置から減算し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。
2. 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。
3. 前記掃引制御手段は、前記振動型アクチュエータの加速を行う前記オープンループ制御において駆動信号の周波数を徐々に下げる割合を変更すること、
   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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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。
9. 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。
10. 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。
11. 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。
12. 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。
13. 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、
    前記振動型アクチュエータを定常駆動速度まで加速するオープンループ制御により、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前記定常駆動速度に追従させるクローズドループ制御と、前記定常駆動速度から減速して前記定常駆動速度よりも低い基準速度で移動させた後に停止させるオープンループ制御を行う場合、検出した前記加速移動量と、停止前に前記振動型アクチュエータを前記基準速度で移動させる移動量とを合わせた量を、目標位置から減算し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。
14. 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１３に記載の振動型アクチュエータの制御方法。
15. 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変更し、前記振動型アクチュエータを定常駆動速度まで加速するオープンループ制御と、前記振動型アクチュエータの速度を前記定常駆動速度に追従させるクローズドループ制御と、前記定常駆動速度から減速して前記定常駆動速度よりも低い基準速度で移動させた後に停止させるオープンループ制御を行う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前記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、前記加速移動量と、停止前に前記振動型アクチュエータを前記基準速度で移動させる移動量とを合わせた量を、目標位置から減算し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。
16. 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１５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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