JP6448380B2 - 光学装置、制御方法、プログラム、記憶媒体 - Google Patents

Description

本発明は、光学装置に関し、特に可動体の位置を磁気成分により検出する検出手段からの出力に基づいて該可動体を制御する光学装置に関する。

デジタルカメラ等の撮像装置で撮像された画像は、画像撮像時にカメラ本体を保持する、例えばユーザーの手が揺れることにより被写体像に振れ、いわゆる手振れが生じる場合がある。このため、デジタルカメラにはカメラ本体に加えられた振動によって撮像画像に現れる被写体像の振れを補正する補正機能が組み込まれている。振れ補正手段としては、従来より光学像振れ補正処理が知られており、これらの処理によって像振れをキャンセルすることで実現している。

光学式像振れ補正処理では、まず角速度センサ等でカメラ本体に加えられた振動を検出する。そして、この検出結果に応じて被写体像を形成する撮像光学系内部に設けられた振れ補正レンズを移動させ、この撮像光学系の光軸を変化させることによって撮像素子の受光面に結像される像を移動して像振れを補正する。

この振れ補正レンズの位置の検出には、可動部に取り付けられた磁石およびホールセンサ等の磁気センサを用いる方法が知られている。また、可動部の駆動には、公知のボイスコイルモータ（以下、ＶＣＭ）を用いる方法が知られている。ＶＣＭもまた、磁石とコイルから発生する磁界により駆動するため、ホールセンサとＶＣＭが近接する場合にはホール素子が磁石から発生する磁気だけでなくＶＣＭのコイルから発生する磁気も検出してしまうため可動部の位置を正しく検出できない問題があった。そのため、ホールセンサとコイルを遠ざけてメカを構成する方法が従来からあるが、装置が大型化したりコストが高くなる等の課題があった。

そこで、特許文献１では、コイルから発生する誘導磁気を相殺する磁気成分相殺部を持ち、誘導磁気相殺後の信号を用いて移動部材を駆動制御する方法を提案している。

特許第５４４１５０号

しかし、特許文献１に記載される方法は、磁気成分相殺部を例えば誘導磁気によるホール素子への影響特性を考慮した２次のローパスフィルタで構成している。そのため、誘導磁気の特性ばらつき、変動がない条件下では効果を発揮するが、ばらつき発生時など、想定される誘導磁気特性から実際の特性がずれた場合には、誘導磁気影響が完全に除去できない、あるいは過剰に補正してしまう場合が考えられる。また、可動部の駆動特性を示す開ループボード線図において、誘導磁気の影響で下がっていた周波数帯域におけるゲイン特性が、誘導磁気相殺後に高くなってしまうことにより、逆に制御におけるゲイン余裕が低下してしまう。また、高周波の駆動音が発生し、撮像装置のマイクに駆動時の音が録音されてしまう問題が発生する。

そこで、本発明は、上記課題を鑑み、ホール素子がコイルから発生する誘導磁気を検出した際においても可動部の制御に有利な光学装置を提供することを例示的目的とする。

本発明の一側面としての光学装置は、目標位置と現在位置との差異に応じた制御量と数値モデルとに基づいて振れ補正レンズの位置を推定し、第１の位置信号を出力する推定手段と、前記第１の位置信号のうち所定の周波数より高い第１の周波数帯域を抽出する第１の抽出手段と、前記振れ補正レンズの位置を検出する検出手段から出力される第２の位置信号のうち前記所定の周波数以下の第２の周波数帯域を抽出する第２の抽出手段と、前記第１の抽出手段により抽出される信号と、前記第２の抽出手段により抽出される信号と、を合成する合成手段と、前記合成手段により合成された第３の位置信号に基づいて、前記目標位置に近づくように前記振れ補正ンレンズの駆動を制御する制御手段と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、ホール素子がコイルから発生する誘導磁気を検出した際においても可動部の制御に有利な光学装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る振れ補正レンズ駆動部の構成例を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る振れ補正機構の構成例を示す分解斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係る周波数特性を示すボード線図である。 本発明の第１の実施形態に係る第１駆動制御部の内部構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る数値モデル構成を表すブロック図である。 本発明の第１の実施形態の誘導磁気影響除去の周波数分けの概念を表すボード線図である。 本発明の第１の実施形態における駆動装置の制御方法を表すフローチャートである。 本発明の第１の実施形態に係る開ループ制御周波数特性を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
（第１の実施形態）
本実施形態の撮像装置に備わる振れ補正レンズ駆動部１０４（駆動装置）に本発明の制御装置を適用した場合の機能構成例を図１のブロック図で示す。ここで、本実施形態の撮像装置は、振れ補正レンズ１０３を有する撮像光学系と、該撮像光学系を介した光を受光する撮像素子とを備え、また振れ補正レンズ１０３を光軸と直交する方向に駆動する像振れ補正装置（駆動装置）を備えている。なお、本実施形態においては、レンズ一体型の撮像装置について説明するが、本発明はこれに限定されず、交換レンズ（光学機器）が撮像装置本体に対して着脱可能なレンズ交換型の撮像装置に適用することも可能である。

第１振動センサ２０１は、例えば角速度センサであり、通常姿勢（画像の長さ方向が水平方向とほぼ一致する姿勢）における、撮像装置の垂直方向（ピッチ方向）の振動を検出する。第２振動センサ２０２は例えば角速度センサであり、通常姿勢における撮像装置の水平方向（ヨー方向）の振動を検出する。第１防振制御部２０３及び第２防振制御部２０４はそれぞれピッチ方向、ヨー方向における振れ補正レンズ１０３（可動部）の補正位置制御信号を出力し、振れ補正レンズ１０３の駆動を制御する。

第１駆動制御部２０５は、第１防振制御部２０３からのピッチ方向での補正位置制御信号と、第１ホール素子２０９からの振れ補正レンズのピッチ方向での位置情報とから、フィードバック制御によってアクチュエータである第１ドライブ部２０７を駆動する。同様に、第２駆動制御部２０６は、第２防振制御部２０４からのヨー方向での補正位置制御信号と、第２ホール素子２１０からの振れ補正レンズのヨー方向での位置情報とから、フィードバック制御によってアクチュエータである第２ドライブ部２０８を駆動する。

次に、図１に示す振れ補正レンズ駆動部１０４による振れ補正レンズ１０３の駆動制御動作について説明する。

第１及び第２防振制御部２０３，２０４には、第１及び第２振動センサ２０１，２０２から、撮像装置のピッチ方向、ヨー方向の振れを表す振れ信号（角速度信号）が供給される。第１及び第２防振制御部２０３，２０４はこの振れ信号に基づいて、ピッチ方向及びヨー方向に振れ補正レンズ１０３を駆動する補正位置制御信号をそれぞれ生成し、第１及び第２駆動制御部２０５，２０６に出力する。 第１及び第２ホール素子２０９，２１０は、振れ補正レンズ１０３に設けられた磁石による磁場の強さに応じた電圧を有する信号を、振れ補正レンズ１０３のピッチ方向及びヨー方向における位置情報として出力する。このように、第１及び第２ホール素子２０９，２１０は、振れ補正レンズ１０３（可動部）の位置を検出する検出手段として機能する。検出手段から出力される位置情報（位置信号）は第１及び第２駆動制御部２０５，２０６及び第１及び第２防振制御部２０３，２０４に供給される。第１駆動制御部２０５は、第１ホール素子２０９からの信号値が、第１防振制御部２０３からの補正位置制御信号値に収束するよう、第１ドライブ部２０７を駆動しながらフィードバック制御する。また、第２駆動制御部２０６は、第２ホール素子２１０からの信号値が、第２防振制御部２０４からの補正位置制御信号値に収束するよう、第２ドライブ部２０８を駆動しながらフィードバック制御する。第１ドライブ部２０７および第２ドライブ部２０８は、振れ補正レンズ１０３（可動部）を駆動する駆動手段として機能する。

なお、第１及び第２ホール素子２０９，２１０から出力される位置信号値にはばらつきがあるため、所定の補正位置制御信号に対して振れ補正レンズ１０３が所定の位置に移動するように、第１及び第２ホール素子２０９，２１０の出力調整を行う。第１及び第２防振制御部２０３，２０４は、第１及び第２振動センサ２０１，２０２からの振れ情報に基づき、画像振れを打ち消すように振れ補正レンズ１０３の位置を移動させる補正位置制御信号をそれぞれ出力する。例えば、第１及び第２防振制御部２０３，２０４は、振れ情報（角速度信号）にフィルタ処理等を行うことにより補正位置制御信号を生成することができる。以上の動作により、撮影時に手ブレ等の振動が撮像装置に存在しても、ある程度の振動までは画像ブレを防止できる（ブレ補正機能）。

図２は、振れ補正レンズ１０３および振れ補正レンズ駆動部１０４と一体化された絞り・シャッタユニット駆動部に相当する振れ補正機構の具体的構成例を示す分解斜視図である。

ベース３０１は振れ補正機構の基台であり、絞り・シャッタユニット及びＮＤフィルタ機構もベース３０１に固定される。ベース３０１には一体的に図示の２つのフォロワピン３０２及び不図示の可動フォロワピンが設けられ、ベース３０１の径方向外側にある不図示のカム筒の３本のカム溝にこれら３つのフォロワピンが嵌合し、カム溝に沿って光軸方向に進退するように構成される。

振れ補正レンズ１０３はホルダ３１６に不図示のカシメ爪によって保持されている。レンズカバー３０３は振れ補正レンズ１０３を通過する光束を制限する開口部を備え、側面から光軸方向に伸びる３カ所の腕部３０４を有し、また腕部３０４のそれぞれには開口３０５を有している。腕部３０４に設けられた開口３０５は、ホルダ３１６の側面３カ所に設けられた突起３１５と嵌合することにより、レンズカバー３０３がホルダ３１６に一体的に保持される。ホルダ３１６には前述した磁石３１２，３１３が一体的に保持されている。

ホルダ３１６は３つのボール３０７を介してベース３０１に圧接されており、ボール３０７が転がることにより光軸に垂直な面内の任意方向に移動可能である。ボール３０７でホルダ３１６を保持する構成は、ガイドバーでホルダをガイドする構成より微小な振幅で、かつ高周期の振動を実現できるため、高画素数の撮像素子を有する撮像装置においても良好な補正を行うことが可能になる。

スラストスプリング３１４は一端がホルダ３１６の突起３１５に係合し、他端がベース３０１の不図示の突起に係合して伸ばされた状態で保持され、ホルダ３１６をベース３０１に向かって付勢している。ラジアルスプリング３１７，３１８はホルダ３１６の回転を防ぐ。

樹脂製のボビン３１０，３１１の先端には金属製のピンが一体的に構成されており、コイル３０８，３０９の端部が絡げられている。フレキシブル基板（ＦＰＣ）３２４は、そのランド３２５がボビン３１０，３１１のピンと半田付けなどにより電気的に接続され、コイル３０８，３０９に電力を供給する回路を形成している。コイル３０８，３０９および磁石３１２，３１３はボイスコイルモータ（以下ＶＣＭ）となっており、磁石およびコイルの発生する磁界の駆動力により、振れ補正レンズ１０３を駆動する駆動手段として機能する。

また第１及び第２ホール素子２０９，２１０（検出手段）は、磁石３１２，３１３の近傍に配置され、可動部側に取り付けられた磁石３１２，３１３による磁界を検出することで可動部の位置を検出し、位置検出信号（第２の位置信号）を出力する。しかし、前述の通りコイル３０８，３０９と第１および第２ホール素子２０９，２１０が近接した構成の場合、磁石３１２，３１３の磁気だけでなくコイル３０８，３０９から発生する磁気も検出してしまう。そのため、コイルから発生する磁気影響の大きい周波数領域において、磁石の移動に対するホール素子の検出精度が悪化し、振れ補正の位置制御精度に大きな影響を与えてしまう。第１及び第２ホール素子２０９，２１０はＦＰＣ３２４に実装され、ＦＰＣ３２４を通じて電力が供給されている。

ＦＰＣ３２７は絞り・シャッタユニット及びＮＤフィルタ駆動部に電力を供給する回路を形成する。ＦＰＣ３２４，３２７は、突起３２１によってホルダ３２０に固定される。

次に、図３を用いてコイル３０８，３０９から発生する誘導磁気によるホール素子２０９，２１０への出力の影響について説明する。図３（ａ）は、可動部をメカ的に固定した状態で、コイルに流す電流の周波数を変更しその時のホール素子の出力への電流入力に対するホール素子出力のゲイン比、位相差の関係の周波数特性を示すボード線図である。また図３（ｂ）は、誘導磁気による影響のない単純なメカ特性のみのコイルに流す電流に対するホール素子の出力への周波数特性を示している。コイルから発生する誘導磁気によるホール素子出力への影響のある振れ補正レンズ駆動部１０４の特性は、図３（ａ）および図３（ｂ）で示される伝達特性を加算した特性と考えられる。図３（ａ）で示すようにコイルから発生する誘導磁気の影響は、２次遅れ特性となっており低周波域で低いゲインを持っており、１ｋＨｚ近傍の周波数からゲインが−４０ｄｂ／ｄｅｃで減衰し、位相は−１８０ｄｅｇに向かって遅れる。図３（ａ）の特性は、可動部側に取り付けられた磁石を固定しており実際には、可動部が移動していないにも関わらずコイルに電流を流すだけでホール素子が特定の周波数まで移動を検知したかのように出力することを意味する。このように、実際には可動部の移動がないにもかかわらず、コイルに電流を流した際の誘導磁気の影響によりホール素子が間違った出力を発生することで、高周波帯域での可動部の正しい位置検出ができないという問題が発生する。

一方、図３（ｂ）は、理想的なコイルに流す電流に対する磁石の移動によるホールセンサ出力そのものを示しており、この特性も同様に２次遅れ特性となっている。理想的な振れ補正レンズ駆動部１０４の特性は、２０Ｈｚ近辺にメカの固有振動数である共振モードがあり、以降の周波数帯で−４０ｄｂ／ｄｅｃの傾きでゲインが減衰する。また同様にメカの固有振動数で位相は０ｄｅｇから−１８０ｄｅｇ遅れる特性を持っている。これら図３（ａ）および図３（ｂ）の伝達特性を並列に加算した、誘導磁気影響のある位置信号を用いて第１及び第２駆動制御部２０５，２０６内の従来の制御器により振れ補正レンズ１０３をフィードバック制御した場合の開ループ伝達特性を図３（ｃ）に示す。従来の制御器は、どのような構成でも構わないが例えば公知のＰＩＤ制御器等を使用する。図３（ａ）および図３（ｂ）のゲイン特性を比較して、図３（ｂ）の可動部の駆動特性ゲインが高い周波数帯域では、可動部が制御出力に対してきちんと駆動している。また、可動部のホール素子による検出位置が、誘導磁気影響による出力に比べて大きいため、誘導磁気の影響はあまり受けない。

また図３（ａ）および図３（ｂ）のゲイン特性がちょうどクロスする周波数（１ｋＨz程度）以降は、誘導磁気のホール素子出力（ゲイン）が可動部の駆動によるホール素子出力（ゲイン）にくらべて大きくなるため、誘導磁気の影響が支配的になる。そのため、図３（ｃ）で示す開ループ特性からコイルから発生する誘導磁気によるホール素子出力への影響のある可動部の制御特性は、低域の周波数帯域で可動部と制御器の特性を合わせた特性が主に出ており、誘導磁気影響は小さい。一方、制御出力を加えても可動部がきちんと目標位置に追従できない（駆動できない）１ｋＨｚ以降の高周波帯域では、可動部の駆動によるホール素子出力に比べて、誘導磁気影響によるホール素子出力が大きくなるためゲイン特性に盛り上がりが発生する。また、可動部の駆動によるホール素子出力と誘導磁気影響によるホール素子出力の大きさが逆転する、ゲイン特性のクロスする１ｋＨｚ周辺ではゲインが一時的に下がる領域がある。これは誘導磁気によるホール素子出力と可動部の移動に伴うホール素子出力の位相が逆位相になる領域が存在するためであり、これらのホール素子信号を加算した領域でそれぞれのホール素子出力が打ち消しあう。そのため、ゲイン特性が減衰する現象が発生する。

以上のように、図３（ｃ）で示す振れ補正レンズ駆動部１０４の特性は、誘導磁気影響の大きい１ｋＨz周辺で本来は可動部が動いていないにも関わらず、ホール素子出力が駆動しているかのような出力となる。そして、この間違った可動部位置信号をフィードバック制御することで可動部が不要な駆動を発生し、この駆動によって高周波な駆動音が発生してしまう。また、誘導磁気による影響によって、開ループ伝達特性がゲインが０ｄｂをクロスする時に位相が−１８０ｄｅｇに近づく位相余裕、位相特性が−１８０ｄｅｇの時ゲインが０ｄｂに近づくゲイン余裕が小さくなる。そのため、制御系が不安定になり発振しやすい傾向となることが分かる。そのため、可動部の制御特性を良くするために制御ゲインを上げて、ゲイン交点周波数を高くするといったことが困難になる。

以上のような誘導磁気影響による問題に対して、本発明により誘導磁気の影響を低減させた第１駆動制御部２０５および第２駆動制御部２０６（制御装置）の構成について次に説明する。

図４は、第１駆動制御部２０５の内部構成を示すブロック図である。なお、第２駆動制御部２０６も第１駆動制御部２０５と同一の内部構成を有しているため第２駆動制御部２０６の説明は省略する。

図４において、第１防振制御部２０３により得られる目標位置信号と加算部４０５により算出された振れ補正レンズ１０３の位置信号が加算部４０１により加算されて、振れ補正レンズ１０３の位置と目標位置との偏差信号が生成される。偏差信号が０に収束するように制御器４０２にて第１ドライブ部２０７への指令値が演算される。すなわち、制御器４０２は、振れ補正レンズ１０３（可動部）を現在位置から目標位置に近づくように制御する制御手段として機能する。第１ドライブ部２０７は指令値に従って振れ補正レンズ１０３の駆動用コイル３０８、３０９への通電量を制御することで、振れ補正レンズ１０３の位置を目標位置に追従させる制御を行う。また振れ補正レンズ１０３の位置情報は、第１ホール素子２０９により検出されるが、この検出信号は前述のとおり誘導磁気の影響を受けており、高周波域で実際のレンズ位置とは誤差のある信号になっている。本発明では、さらに、数値モデル４０３を有している。数値モデル４０３は図５で示すように制御器４０２で演算された制御信号（制御量）が、第１ドライブ部２０７を通り振れ補正レンズ１０３を駆動して、第１ホール素子２０９により検出されるという一連の伝達特性を表すモデルである。このモデルは、制御器４０２で演算された制御量に応じた可動部の駆動に関する伝達関数で表される。振れ補正レンズ１０３の実際の特性は誘導磁気の影響を受ける。そのため、制御器４０２出力から第１ホール素子２０９の出力までの伝達特性は、理想的なメカの挙動を表す可動部モデル５０１および、誘導磁気の影響を表す誘導磁気モデル５０２の伝達特性を並列に加算した特性と仮定する。可動部モデル５０１の伝達特性は、ラプラス変換におけるs領域で記述された式１の伝達関数で表される。

また誘導磁気モデル５０２の伝達特性は、式２の伝達関数で表される。

なお本発明内では誘導磁気の影響は可動部の固有振動数に比べて高いという前提をもとにしているためω_ｍ＞ω_ｎの関係がある。

本発明においては、誘導磁気の影響を受けた第１ホール素子２０９の信号から、誘導磁気影響のない理想的な可動部の位置信号を推定することが目的である。本発明においては、制御器４０２の出力による数値モデル４０３の可動部モデル位置を計算したものが理想的な可動部の推定位置である。本実施形態での数値モデル４０３（推定手段）は、制御器４０２から出力される目標位置と現在位置との差異に応じた制御量と上述の数値モデルとに基づいて可動部の位置を推定し、理想的な可動部の推定位置信号（第１の位置信号）を出力する。また、本実施形態においては、数値モデル４０３の後段にハイパスフィルタ４０４が配置されている。ハイパスフィルタ４０４（第１の抽出手段）は、数値モデル４０３から出力される推定位置信号（第１の位置信号）のうち所定の周波数より高い第１の周波数帯域を抽出するように構成されている。つまり、ハイパスフィルタ４０４は、推定位置信号のうち高周波成分のみ取り出す抽出手段として機能する。また、第１ホール素子２０９の後段にはローパスフィルタ４０６が配置されている。ローパスフィルタ４０６（第２の抽出手段）は、第１ホール素子２０９から出力される位置検出信号（第２の位置信号）のうち所定の周波数以下の第２の周波数帯域を抽出するように構成されている。つまり、ローパスフィルタ４０６は、位置検出信号のうち低周波成分のみ取り出す抽出手段として機能する。ハイパスフィルタ４０４およびローパスフィルタ４０６の後段には、ハイパスフィルタ４０４により抽出される信号と、ローパスフィルタ４０６により抽出される信号と、を合成する加算部４０５（合成手段）が設けられている。このように、加算部４０５では、可動部の推定位置をハイパスフィルタ４０４で高周波成分のみ取り出した信号と第１ホール素子２０９の検出位置をローパスフィルタ４０６により低周波成分のみ取り出した信号を加算部４０５により加算している。

制御器４０２は、この加算した信号を、誘導磁気影響を除去した位置信号（第３の位置信号）として位置制御に使用する。換言すれば、制御器４０２（制御手段）は、数値モデル４０３から出力される推定位置信号（第１の位置信号）とホール素子から出力される位置検出信号（第２の位置信号）とに基づいて、可動部を目標位置に近づくように制御する。より具体的には、ハイパスフィルタ４０４で高周波成分のみ取り出した信号とローパスフィルタ４０６により低周波成分のみ取り出した信号とが加算部４０５により合成された信号（第３の位置信号）に基づいて、可動部を制御する。また、数値モデル４０３と加算部４０５の後段には、加算部４０８と推定誤差補正ゲイン４０７が設けられている。加算部４０８では、加算部４０５により推定した誘導磁気影響除去後の位置信号と可動部４０３の推定位置信号の誤差を算出し、これに所定の推定誤差補正ゲイン４０７を乗じて、数値モデル４０３にフィードバックする。すなわち、加算部４０８および推定誤差補正ゲイン４０７（演算手段）では、推定位置信号（第１の位置信号）と誘導磁気影響除去後の位置信号（第３の位置信号）との差分から推定位置信号の補正量を算出し、これを数値モデル４０３に出力する。

そして、数値モデル４０３では、制御器４０２から出力される制御量と演算手段から出力される補正量とに基づいて、推定位置信号を出力（更新）する。そうすることで数値モデル４０３のモデル化誤差や、実際の振れ補正レンズ１０３の特性変動により数値モデル４０３の推定した位置信号が誤差を持たないように公知の状態推定オブザーバを構成している。ただし、本発明の状態推定オブザーバは誘導磁気影響除去後の位置信号と数値モデル４０３の推定位置信号の誤差から可動部モデルの補正入力を算出している。このことから、低域成分のみは実際の位置信号に数値モデル４０３の推定位置を追従させ、高周波成分は数値モデル４０３の理想出力を使用するといった、従来のオブザーバ構成とは異なる特徴がある。このような構成としているのは、図６のボード線図で示すように第１ホール素子２０９の周波数特性は、実線で示すように低周波域は可動部の特性が支配的であり、高周波域は誘導磁気の影響が支配的な特性となっていることを前提としているからである。本発明の状態推定オブザーバは低周波成分は実線で示す実際の第１ホール素子２０９の出力を使用し、高周波成分は破線で示す数値モデル４０３から演算により求めた推定位置を使用する。そして、これらを合成することで第１ホール素子２０９の位置検出信号の高周波成分に存在する誘導磁気影響のみを除去することを実現している。このように生成された高周波成分から誘導磁気影響を除去後の位置信号を加算部４０１により目標位置と減算することで位置偏差を演算し、この位置偏差に応じて制御器４０２で制御量を演算する構成とする。そうすることで、フィードバック制御ループ内の誘導磁気影響を除去し制御器４０２が誘導磁気に対して誤った制御量を出力することを防止している。誘導磁気に対する不要な制御出力が発生しないことで、第１ドライブ部２０７の駆動用コイル３０８，３０９へ不要な電流が流れなくなり、その結果誘導磁気も発生しなくなる。

次に図７のフローチャートを用いて本制御装置を用いた振れ補正レンズ駆動部１０４の制御方法について説明する。

本フローチャートの処理は、所定のサンプリングにより繰り返し実行される処理である。

ステップＳ１０１では、まず振動センサ等により検出された振れ信号に基づいて振れ補正レンズ１０３の目標位置を第１防振制御部２０３により算出する。

ステップＳ１０２では、第１ホール素子２０９により、第１ドライブ部２０７に取り付けられたコイル３０８および磁石３１２から発生する磁気成分の変化を検出することで振れ補正レンズ１０３の現在位置を検出する。

ステップＳ１０３では、検出された現在位置からローパスフィルタ４０６にて低域成分を抽出する。

ステップＳ１０４では、数値モデル４０３で算出された可動部モデル位置を取得する。

ステップＳ１０５では、可動部モデル位置からハイパスフィルタ４０４にて高域成分を抽出する。

ステップＳ１０６では、抽出された可動部モデル位置の高域成分と現在位置の低域成分の位置を加算して、フィードバック制御に用いる誘導磁気影響除去後の位置信号を算出する。

ステップＳ１０７では、加算器４０１は、ステップＳ１０６にて算出された振れ補正レンズ１０３の誘導磁気影響除去後の位置信号と、ステップＳ１０１にて算出された目標位置との偏差位置を算出する。

ステップＳ１０８では、算出された偏差位置から制御器４０２により制御出力を算出する。

ステップＳ１０９では、算出された制御出力をもとに第１ドライブ部２０７内のコイル３０８に流す電流量を制御することで、振れ補正レンズ１０３の位置が目標位置に一致するようにフィードバック制御が行われる。

ステップＳ１１０では、ステップＳ１０６で算出された誘導磁気影響除去後の位置信号とステップＳ１０４にて取得された可動部モデル位置との差分を加算部４０８にて算出することで数値モデル４０３による推定位置の誤差を算出する。

ステップＳ１１１では、算出された推定位置誤差量に推定誤差補正ゲイン４０７を積算することで推定誤差の補正出力を算出する。

ステップＳ１１２では、制御器４０２にて算出された制御出力とＳ１１１にて算出された推定誤差の補正出力をもとに、可動部モデル位置を更新することで次サンプルでの可動部の位置を推定する。数値モデル４０３による位置の推定は公知の状態推定オブザーバになっており、数値モデル４０３の実際の振れ補正レンズ１０３に対するモデル誤差および状態変動はステップＳ１１１にて算出された推定誤差補正出力により補償される。したがって、推定誤差補正ゲイン４０７は公知のカルマンフィルタを構成するように設計してもよいし、極配置法等の手法により設計してもよい。

ここで本実施形態の効果について図８で示す開ループ周波数特性を示す図の一例を用いて詳細に説明する。図８において破線８０１は、本発明を用いない誘導磁気影響のある位置信号を用いて駆動制御した場合の従来制御によるボード線図である。また、点線８０２は、従来制御において誘導磁気影響を考慮して設計した場合のボード線図である。また、実線８０３は、本発明による駆動制御を行った場合のボード線図である。それぞれのボード線図は、振れ補正レンズのメカ特性並びに制御器４０２の加算特性からなる開ループ周波数特性を示しており、図８（ａ）が位相特性、図８（ｂ）がゲイン特性を表している。

また横軸は周波数を示し、縦軸は、位相（ｄｅｇ）およびゲイン（ｄｂ）を表している。従来制御方法による開ループ周波数特性は、破線８０１のように１００Ｈｚ以上の周波数帯域において、ホール素子で検出される位置信号が誘導磁気の影響を受けて変化する。すなわち、フィードバック制御ループ内で実際には可動部の位置が変動していないにも関わらずホール素子で検出される位置信号が誘導磁気の影響を受けて制御出力に対して変化する。そのため、実際には不要な制御出力を発生することでゲイン特性が高周波（１ｋＨz付近）で高くなってしまう。この高周波でのゲインの持ち上がりにより、可動部の駆動による可聴域での音が大きくなる問題が発生する。また、位相が−１８０ｄｅｇ以下に遅れた高周波でのゲインの持ち上がりにより０ｄｂに近づいてしまう制御系の不安定化（ゲイン余裕低下）を避けるために、全体の制御ゲインを上げられない問題が発生する。したがってこのような制御特性を持つ駆動装置を撮像装置に適用した場合に、動画記録時にカメラ内のマイクで駆動装置の駆動音が録音されてしまったり、制御性能が上げられず振れ補正の効果が低下するなどの問題を生じる。

次に、点線８０２では従来制御に誘導磁気による影響をケアして制御器を設計した場合の開ループ特性を示している。点線８０２の特性は、高周波でのゲインの持ち上がりを避けるために、例えば一般的に、制御器４０２の出力段に高周波の信号を減衰するローパスフィルタ（ＬＰＦ）を追加する対策を行ったものである。ＬＰＦの効果により、１ｋＨｚ付近の周波数ではゲインが従来に比べ減衰しており対策の効果がみられる。しかし弊害としてＬＰＦ追加により１００Ｈｚ付近の位相の遅れが大きくなり、そのためゲインの０クロス点での制御安定性（位相余裕）が低下してしまう問題が発生する。そのため、位相余裕を確保するために、今度は制御系全体のゲインを落とし、０クロス周波数を低域側に持っていく必要が出てくる。したがって全体ゲインが低下し、制御のバンド幅が低下してしまうことにより制御性能が低下してしまう問題がある。

最後に本発明を適用した場合の制御特性について、実線８０３で説明する。本発明では、低周波の特性は実際のホール素子が検出した位置を使用しているため、破線８０１と同じゲイン、位相特性に一致している。しかし、数値モデル４０３により推定した誘導磁気影響を低減した推定位置をフィードバック制御で使用している１００Ｈｚ以上の高周波の特性は、破線８０１と異なっている。すなわち、誘導磁気の影響をフィードバックループ内で除去しているため、高周波において余計な制御出力が発生せず、誘導磁気影響によるゲインの盛り上がりが発生していない。さらに、１ｋＨｚ付近の高周波でのゲインの低下量も誘導磁気影響を考慮した従来制御よりも大きく減衰させることができ、誘導磁気影響による高周波の駆動音の問題を大幅に改善できる。さらに、単純に制御出力にＬＰＦを追加して高周波の信号を全て除去した場合に比べて、０クロス周波数付近での制御出力を可動部モデルをもとに理想の可動部特性に対して計算して、出力させることから、位相が高周波で極端に遅れることない。したがって、制御系の安定性（位相余裕）も確保することができる。

以上のように本発明の方法では従来問題になっていた高周波の誘導磁気影響を低減することで、制御ゲインを低下させることによる制御性能の悪化を招くことなく、また制御系の安定性悪化による発振現象に対する制御余裕を確保することができる。したがって、誘導磁気影響のある駆動装置においても、制御性能を確保でき振れ補正性能を改善することができる。また、誘導磁気の影響を低減することができるためホール素子とマグネットの配置を配慮する必要がなく、装置を小型化することができる。さらに誘導磁気影響を低減するためにホール素子専用の磁石を設けたり、磁石を大きく（厚く）する必要がないので、装置のコストダウンをすることができる。

さらに本発明は数値モデルのみを用いてフィードバック制御ループ内での誘導磁気影響を低減する構成であることから、制御出力からホール素子出力に与える誘導磁気影響の詳細なモデルを考える必要がない。そのため誘導磁気特性が変化したり、メカ構成で異なったりといったばらつきに対しても影響を受けることがない。例えば先行例では、誘導磁気影響の変曲周波数やアクチュエータの変曲点におけるＱ値等をあらかじめ設定しており、もしも設定した誘導磁気の特性が実際には異なった場合には、誘導磁気影響が完全に除去できず残ってしまい、制御に悪影響を及ぼす懸念がある。

またさらにホール素子出力から誘導磁気影響を完全に除去する従来の制御方法では、誘導磁気影響除去後の特性が本来の可動部のメカ特性に近づくことにより、高周波でのゲインが高くなり駆動音が発生したり、ゲイン余裕が低下したりといった問題が残る。つまり、従来の方法では高周波の駆動特性に関するケアが難しいといった問題がある。一方、本発明の方法では実際の検出位置信号と数値モデルの推定値をＨＰＦ４０４およびＬＰＦ４０６の設計により、どの程度の周波数で合成するかを自由に設計することができる。

換言すれば、本発明によれば、ＨＰＦ４０４およびＬＰＦ４０６におけるカットオフ周波数（所定の周波数）を変更することができる。カットオフ周波数を変更することで、ＨＰＦ４０４が抽出する第１の周波数帯域およびＬＰＦ４０６が抽出する第２の周波数帯域を変更することができる。このカットオフ周波数の変更は、可動部の駆動条件に応じて変更することができる。そのため、誘導磁気の影響を完全に除去する必要がない場合、例えば上記実際の位置と推定位置との合成周波数をホール素子出力への誘導磁気影響がすでに大きくなってきている３００Ｈｚ程度にＨＰＦ４０４およびＬＰＦ４０６のカットオフ周波数を変更する。すなわち、第１の周波数帯域を、第２の周波数帯域より狭く設定することで、コイルから発生する誘導磁気影響を完全には除去しないようにしてもよい。そうすると、誘導磁気を完全に除去せずにむしろ誘導磁気影響により高周波で位相が進む特性を利用して、制御余裕を確保しつつ１０００Ｈｚ付近のゲインのみを減衰するといった設計を行うことも可能である。

これにより、高周波の駆動音低下と制御余裕を確保したまま、制御ゲインを上げることができ、振れ補正性能を向上させることができる。

また、可動部の駆動音を除去すること優先する場合には、カットオフ周波数を低域側に変更し、可動部の制御応答性を優先する場合には、カットオフ周波数を高域側に変更するようにしてもよい。すなわち、可動部の駆動時の音を除去すること優先する場合には、第１の周波数帯域を、第２の周波数帯域より広く設定し、可動部の制御応答性を優先する場合には、第２の周波数帯域を、第１の周波数帯域より広く設定するようにしてもよい。

本発明によれば、可動部のフィードバック制御への誘導磁気の影響を低減させる誘導磁気影響低減部により、可動部の高周波の駆動音を増加することなく制御の安定性を維持し、制御性能を改善することができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。たとえば、撮像装置の振れ補正の制御装置に本発明を適用した場合を本実施例にて説明したが、磁石とコイルを用いて磁気検出によって駆動装置の位置を検出する場合には、本発明を適用可能である。

また、本実施例では、ホール出力による実際の位置検出情報と数値モデルによる推定位置を低周波および高周波の２つの領域に分けて合成する方法を述べた。しかし、合成の周波数は２つに限られるものではなく複数の周波数に分けてそれぞれを合成する場合においても本発明は適用可能である。 また、例えば、上述の実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムを、記録媒体から直接、或いは有線／無線通信を用いてプログラムを実行可能なコンピュータを有するシステム又は装置に供給し、そのプログラムを実行する場合も本発明に含む。

従って、本発明の機能処理をコンピュータで実現するために、該コンピュータに供給、インストールされるプログラムコード自体も本発明を実現するものである。つまり、本発明の機能処理を実現するための手順が記述されたコンピュータプログラム自体も本発明に含まれる。

その場合、プログラムの機能を有していれば、オブジェクトコード、インタプリタにより実行されるプログラム、ＯＳに供給するスクリプトデータ等、プログラムの形態を問わない。プログラムを供給するための記録媒体としては、例えば、ハードディスク、磁気テープ等の磁気記録媒体、光／光磁気記憶媒体、不揮発性の半導体メモリでもよい。

また、プログラムの供給方法としては、コンピュータネットワーク上のサーバに本発明を形成するコンピュータプログラムを記憶し、接続のあったクライアントコンピュータはがコンピュータプログラムをダウンロードしてプログラムするような方法も考えられる。

本発明の制御装置は、コンパクトデジタルカメラ、一眼レフカメラ、ビデオカメラなどに使われる交換レンズ（光学機器）および撮像装置に好適に利用できる。

４０２ 制御器
４０３ 数値モデル

Claims (10)

1. 目標位置と現在位置との差異に応じた制御量と数値モデルとに基づいて振れ補正レンズの位置を推定し、第１の位置信号を出力する推定手段と、
   前記第１の位置信号のうち所定の周波数より高い第１の周波数帯域を抽出する第１の抽出手段と、
   前記振れ補正レンズの位置を検出する検出手段から出力される第２の位置信号のうち前記所定の周波数以下の第２の周波数帯域を抽出する第２の抽出手段と、
   前記第１の抽出手段により抽出される信号と、前記第２の抽出手段により抽出される信号と、を合成する合成手段と、
   前記合成手段により合成された第３の位置信号に基づいて、前記目標位置に近づくように前記振れ補正ンレンズの駆動を制御する制御手段と、を有することを特徴とする光学装置。
2. 前記第１の抽出手段はハイパスフィルタであり、前記第２の抽出手段はローパスフィルタであることを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
3. 前記第１の位置信号と前記第３の位置信号との差分から前記第１の位置信号の補正量を算出する演算手段を有することを特徴とする請求項１または２に記載の光学装置。
4. 前記推定手段は、前記制御量と前記補正量とに基づいて、前記第１の位置信号を出力することを特徴とする請求項３に記載の光学装置。
5. 前記制御手段は、前記所定の周波数を変更することで、前記第１の周波数帯域および前記第２の周波数帯域を変更することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の光学装置。
6. 前記制御手段は、
   前記振れ補正レンズの駆動音を除去する場合には、前記所定の周波数を低域側に変更し、
   前記振れ補正レンズの制御応答性を維持する場合には、前記所定の周波数を高域側に変更することを特徴とする請求項５に記載の光学装置。
7. 前記数値モデルは、前記制御量に応じた前記振れ補正レンズの駆動に関する伝達関数で表されることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の光学装置。
8. 振れ補正レンズの駆動を制御する制御方法であって、
   目標位置と現在位置との差異に応じた制御量と数値モデルとに基づいて前記振れ補正レンズの位置を推定し、第１の位置信号を出力する推定ステップと、
   前記第１の位置信号のうち所定の周波数より高い第１の周波数帯域を抽出する第１の抽出ステップと、
   前記振れ補正レンズの位置を検出する検出手段から出力される第２の位置信号のうち前記所定の周波数以下の第２の周波数帯域を抽出する第２の抽出ステップと、
   前記第１の抽出ステップにより抽出される信号と、前記第２の抽出ステップにより抽出される信号と、を合成し、第３の位置信号を生成する合成ステップと、
   前記合成ステップにより合成された前記第３の位置信号に基づいて、前記振れ補正レンズが前記目標位置に近づくように前記振れ補正レンズの駆動を制御する制御ステップと、を有することを特徴とする制御方法。
9. 請求項８に記載の制御方法の手順が記述されたコンピュータで実行可能なプログラム。
10. コンピュータに、請求項８に記載の制御方法の各ステップを実行させるためのプログラムが記憶されたコンピュータが読み取り可能な記憶媒体。