JPH11154018A - フィードバック周期を一定に維持する方法、並びにそのように制御される駆動制御装置および光学装置 - Google Patents
フィードバック周期を一定に維持する方法、並びにそのように制御される駆動制御装置および光学装置Info
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Abstract
簡単に行えるフィードバック制御方法を提供する。 【解決手段】 アクチュエータのフィードバック制御に
おいて、該アクチュエータの駆動を制御するPWMパル
スをカウントすることによって、フィードバックの周期
を一定に維持する。2相以上のPWMパルスで制御され
るアクチュエータの場合には、1相のPWMパルスをア
クチュエータ停止時にも出力し、このPWMパルスの数
をカウントすることによってフィードバック周期を一定
に維持する。アクチュエータとしては、駆動パルス電圧
発生手段に接続されて伸縮する電気機械変換手段を備え
る圧電アクチュエータが好ましい。
Description
タを利用して手振れの補正を行う光学装置において、手
振れ補正レンズの駆動速度をフィードバック制御する方
法に関する。さらに詳しくは、そのようなフィードバッ
ク制御におけるフィードバック周期を一定に維持する方
法に関する。
振れを補正する方法として、各種センサにより手振れ量
を測定し、この手振れ量を打ち消す方向に撮影レンズ系
を構成する特定のレンズを駆動することが行われてい
る。この場合、レンズの駆動装置として、電圧の印加に
よって長さが変化する(伸縮する)圧電素子等の電気機械
変換手段を利用した圧電アクチュエータを採用すること
ができる。圧電アクチュエータの一例として、図1(a)
の分解斜視図および図1(b)の組立斜視図に示したもの
が知られている。
ように、台座(固定台)1に対して移動子10を相対的に移
動させることができ、したがって、移動子10をレンズ玉
枠と連結すれば、移動子10とともにレンズを移動させる
ことができる。
成されており、伸縮方向一端4aが台座1に固定される
とともに他端4bがロッド5の一端5aに固定される。
ロッド5は、台座1に一体的に形成された支持部2およ
び3に摺動可能に支持されている。
てロッド5を挟み込むとともに、押圧バネ13で本体11と
キャップ12とに挟み込み方向の付勢力を与えることによ
って、ロッド5の周囲に摩擦結合される。
述するアクチュエータ駆動回路(駆動パルス電圧発生手
段)が接続されており、図2に示したような鋸刃形の波
形で表される変動電圧を連続的に印加すると、圧電素子
4が伸縮振動し、これに伴ってロッド5がその長さ方向
に振動する。具体的には、第1の波形100の緩やかな立
上がり傾斜部101に対して圧電素子4は比較的ゆっくり
と伸長し、ロッド5が図1(b)中矢印A方向へとゆっく
りと移動する。そして、電圧を急激に戻すと(立下がり
傾斜部102で示される波形部分)、今度は、圧電素子
4は急速に縮んで初期長さに戻り、ロッド5が急激にB
方向へと移動する。
ように連続的に電圧を印加すると、ロッド5は、A方向
へのゆっくりとした移動とB方向への急激な移動とを繰
り返して振動する。ここで、ロッド5がゆっくりと移動
する場合には移動子10が該ロッド5と共に移動し、ロッ
ド5が急激に移動する場合には移動子10が慣性によって
その場に止まる(または、ロッド5よりも少量だけ移動
する)こととなるように、移動子10の押圧バネ13のバネ
力(移動子10のロッド5に対する摩擦結合力)が調節され
ている。したがって、ロッド5が振動する間に移動子10
は台座1に対して相対的にA方向に移動することとな
る。ロッド5の振幅は非常に小さいため、1パルスに対
応する移動子10の移動量は非常に小さく、したがって、
移動子10に連結されたレンズの位置を精密に制御するこ
とができる。
移動させる場合の1つの方法として、圧電素子に印加す
る電圧のパルス波形は図2に示したままとし、該圧電素
子に付加する電荷を逆にすることが考えられる。こうす
れば、圧電素子は、立ち上がり傾斜部101に対してゆっ
くりと縮む一方、立ち下がり傾斜部に対して急速に伸張
して初期長さに戻る。移動子10の移動原理は、上記の場
合と同様である。
して自走式のものを示した。図3(a)は斜視図を図3
(b)は正面図を示している。固定台21に取り付けられた
細長い壁部22と押圧部材23とがレールを構成しており、
このレール内を駆動ユニット30が自走する。
移動体31と相対的に質量の小さい駆動軸33とが圧電素子
32を挟んで直列に設けられてなる。壁部22は固定台21に
直接固定されているが、押圧部材23は支持バネ24を介し
て固定台21に固定されている。したがって、駆動ユニッ
ト30の駆動軸33を所定の摩擦力でレール内に押圧支持す
ることができる。
素子32がゆっくりと伸びた場合には、駆動軸33が停止し
たまま移動体31がレール内を移動する。また、圧電素子
32が急激に縮んだ場合には、移動体31が静止したまま駆
動軸33がレール内を上記摩擦力に抗してスライドする。
したがって、図1に示した圧電アクチュエータの場合と
同様に、圧電素子に印加する電圧を制御することによっ
て、駆動ユニット30をレール内で移動させるとともにそ
の移動方向をも調節することができる。
4に示した。図1の圧電アクチュエータに対してこの駆
動回路を使用する場合、レンズの玉枠に連結された移動
子10を前進(図1における矢印A方向)させる場合には、
Foward端子を‘ハイ(high)’に、Back端子を‘ロー(lo
w)’に固定するとともに、充電端子には図5に示したP
WMパルス列1が、放電端子には図5に示したPWMパ
ルス列2がそれぞれ送られる。なお、PWMパルス列1
は、手振れ量測定センサで測定された手振れ量を打ち消
すのに必要なレンズ駆動速度に対応するパルス幅に変調
されたPWMパルス列である。一方、PWMパルス列2
のパルス幅は予め定めた一定値に固定されている。
合、トランジスタQ6で構成されるスイッチが閉じられ
るので、b点が接地されることとなる。この状態で、充
電端子に送られるPWMパルス列1が‘ハイ’となった
場合には、トランジスタQ1およびQ2で構成される定電
流回路(充電回路部)が閉じるので、a点の電位が緩やか
に上昇し、圧電素子は4はゆっくりと伸張する。また、
充電端子に送られるPWMパルス列1が‘ロー’となっ
た場合には、上記定電流回路が開くので、a点の電位が
上昇することはない。
‘ハイ’となった場合には、トランジスタQ3で構成さ
れるスイッチ(放電回路部)が閉じて、a点にたまった電
荷が急激に流れ出し、これによって、a点の電位は急激
に降下し、圧電素子4は急激に縮む。
使用した場合には、図5に示したように予め設定した同
一周期TのPWMパルス列1および2を所定のタイミン
グで充電端子および放電端子に送ることによって、台座
1に対して移動子10を図1(b)中A方向に駆動すること
ができる。この場合、移動子10の移動速度は、PWMパ
ルス列1のデューティ比(t1/T)で決まる。すなわち、
周期Tは所定の設定値に維持されるので、測定された振
れ量に対応させてt1を変化させることによって、時間
Tにおける充電量(すなわち、圧電素子の伸張量)を制御
することができ、したがって、移動子10の移動速度を制
御することができる。また、PWMパルス列2のデュー
ティ比(t2/T)は、予め設定された所定値に常に一定に
維持される。
rd端子をロー(low)に、Back端子をハイ(high)に固定す
るとともに、充電端子および放電端子に対して上記と同
様のPWMパルス列1および2を同一周期Tで送ればよ
い。充電端子に送られるPWMパルス列1が‘ハイ’と
なった場合には、トランジスタQ4およびQ5で構成され
る定電流回路(充電回路部)が閉じるので、b点には、前
進の場合とは逆の電荷が緩やかに蓄えられる。したがっ
て、圧電素子4はゆっくりと縮む。また、放電端子に送
られるPWMパルス列2が‘ハイ’となった場合には、
トランジスタQ6で構成されるスイッチ(放電回路部)が
閉じて、b点にたまった電荷が急激に流れ出し、圧電素
子4が急激に伸張する。
充電端子を‘ロー’に、放電端子を‘ハイ’に、それぞ
れ固定することによって、アクチュエータを停止状態に
維持することができる。
の駆動回路を利用して、フィードバックによる手振れ補
正を行う場合について考える。一般的にフィードバック
制御においては、フィードバックする周期を一定に維持
することが非常に重要である。フィードバック(すなわ
ち、圧電アクチュエータの速度変更)は一定数のPWM
パルス毎に行わなければならないので、フィードバック
周期を保持するためには、PWMパルスをカウントする
ことが一番確実である。しかしながら、上述のように、
圧電アクチュエータの停止時にはPWMパルスが出力さ
れないので、このパルス数をカウントしてフィードバッ
ク周期を一定に保持することはできなかった。すなわ
ち、従来は、マイコン内蔵のタイマーで別途に時間計測
を行い、これによってフィードバック周期を一定に保持
していた。そのような例を図6および図7に示した。
スと同期させた例を示している。4PWMパルスに相当
する周期でフィードバックを行う場合、タイマーは、フ
ィードバック周期(4T)よりもフィードバック処理時間
ta(すなわち、アクチュエータ速度を実際に変更する操
作を行うのに必要な時間)だけ短い時間でカウントアッ
プ(すなわち、時間計測終了)するようにセットされる。
そして、フィードバック処理を行った後、タイマーを再
びPWMパルスに同期してスタートさせる。これをフィ
ードバック周期(4T)毎に繰り返さなければならないた
め、制御が複雑になりマイコン等の負担が大きくなる。
マーをスタートさせる例を示している。タイマーは、P
WMパルスよりもフィードバック処理時間(ta)分だけ
早くスタートさせる。フィードバック制御を開始する場
合、フィードバック処理動作に必要な時間taを予め計
算し、PWMパルスよりもその分だけ早くタイマーをス
タートさせる必要がある。このため、フィードバック制
御開始時における制御が複雑となり、マイコン等の負担
が大きくなる。
解決すべき技術的課題は、フィードバック周期を一定に
保持することが簡単に行えるフィードバック制御方法を
提供することである。
記課題を有効に解決するために創案されたものであっ
て、以下に規定するフィードバック周期を一定に維持す
る方法、並びにそのように制御される駆動制御装置およ
び光学装置を提供するものである。
駆動制御されるアクチュエータを用いた駆動制御装置で
あって、該PWMパルスの数をカウントすることによっ
てフィードバック周期が一定に維持される駆動制御装
置、およびそのようなフィードバック周期の維持方法が
提供される。このアクチュエータおよび方法によれば、
フィードバックの周期を維持するための制御プログラム
および回路構成が簡単化される。
アクチュエータを用いた駆動制御装置の場合には、1相
のPWMパルスをアクチュエータ停止時にも出力し、該
パルスの数をカウントすることによってフィードバック
周期を一定に維持することが好ましい。
は、駆動パルス電圧発生手段に接続されて伸縮する電気
機械変換手段を備えるものが好ましい。そのようなアク
チュエータの具体例としては、図1および図3に示した
構成の圧電アクチュエータが代表的であるが、電気機械
変換手段を備えるアクチュエータであればどのようなア
クチュエータであっても本発明が適用できることは勿論
である。
段に接続されて伸縮する電気機械変換手段を備えるアク
チュエータに、撮影光学系中に設けられた手振れ補正レ
ンズが連結された手振れ補正機能付き光学装置、および
そのような光学装置においてフィードバック周期を一定
に維持する方法が提供される。駆動パルス電圧発生手段
は、電気機械変換手段を伸張させるべく該手段に電位差
を与える充電回路部と、伸張した電気機械変換手段を縮
めるべく該手段に蓄えられた電荷を除荷する放電回路部
とを備えている。そして、手振れ量測定センサで測定さ
れた手振れ量に基づいて演算された上記手振れ補正レン
ズの駆動速度に対応する信号を所定周期のパルス幅に変
調し、これを第1PWMパルス列として駆動パルス電圧
発生手段の充電回路部に送るとともに、第1PWMパル
ス列と同一周期の第2PWMパルス列を所定のタイミン
グで駆動パルス電圧発生手段の放電回路部に送ることに
よって、電気機械変換手段を前記周期で伸縮させ、これ
により、手振れ補正レンズを手振れ量を消す方向に駆動
して手振れが補正される。この光学装置においては、ア
クチュエータの停止時においても上記第2PWMパルス
列を出力し、該第2PWMパルス列中のパルスを所定数
だけカウントすることによって、補正レンズの駆動速度
をフィードバック制御する際のフィードバック周期が一
定に維持される。
ック周期を一定に維持する方法においては、上記アクチ
ュエータが複数設けられていることが好ましい。すなわ
ち、各アクチュエータの電気機械変換手段の伸縮周期を
同一にすれば、すべてのアクチュエータの第2PWMパ
ルス列を1つのPWMパルス列で供用することができ
る。したがって、駆動アクチュエータの数が幾つであっ
ても第2PWMパルス列は1つだけで済むので、配線お
よび制御プログラムを簡単化することができる。
付の図面を参照して以下に詳細に説明する。以下の実施
形態においては、上述の圧電アクチュエータを利用し
て、図8に示したピッチ軸Pおよびヨー軸Yの2軸回り
の手振れを補正する場合について説明する。図9は、こ
のカメラの機能ブロック図を示している。図9中のアク
チュエータ駆動回路1、2は、図4に示した従来の回路
と同様のものである。図示の例においては、2軸回りの
手振れ補正のために別々のアクチュエータを使用するの
で、駆動回路もそれに合わせて2つ設けられている。以
下に、図9の機能ブロック図および図10のフローチャー
トを参照して、本発明の制御方法を説明する。
列2中のパルス数に換算して設定する(ステップS10
0)。後で説明するように、PWMパルス列2は所定の一
定周期で出力され続けるので、このパルス数を決めるこ
とによって一定時間を定めることができる。なお、カウ
ントは、パルスの立上がり時に行うように設定してお
く。こうしておけば、1パルスに相当する時間(図11中
のt2に相当する時間)をフィードバック処理に利用する
ことができる。一般的に、フィードバック処理に要する
時間は1パルス分の時間よりもはるかに短いので、この
ように設定することによって、フィードバック処理のた
めに十分な時間を確保することができる。
りの角速度およびレンズ位置を計測する角速度センサ1
およびPsd1(Position Sensor Device)と、ヨー軸回
りの角速度およびレンズ位置を計測する角速度センサ2
およびPsd2とが配置されている。各角速度センサ
は、マイコンに接続されており、測定した角速度を電圧
としてマイコンの各a/d端子に出力する。マイコン内に
おいては、これらの電圧が一定周期でサンプリングされ
ており、角速度から積分操作によって手振れ量(角度)を
演算する(ステップS200)。また、各Psdも、マイコ
ンに接続されており、検知したレンズ位置を電圧として
マイコンの各a/d端子に出力する。マイコン内において
は、これらの電圧が一定周期でサンプリングされている
(ステップS300)。
とを比較して、手振れ補正のために必要とされるレンズ
移動量を求め、さらにこの必要移動量から駆動レンズの
必要駆動速度(移動子10の移動速度、すなわち、図11中
t1の大きさ)を計算する(ステップS400)。このように
して、駆動レンズの必要駆動速度が一定周期で算出され
る。なお、移動量が大きい程、アクチュエータの必要駆
動速度は大きくなる。以上の説明から分かるように、図
示の実施形態においては、角速度センサとPsdとが手
振れ量測定センサを構成している。
れた必要駆動速度でアクチュエータを駆動しながら、タ
イマーによる割り込みを待つ(ステップS500)。割り込
みがあった場合には上記所定のフィードバック周期に相
当する時間が経過していることとなり、ステップS200
に戻ってアクチュエータの駆動速度が変更される(ステ
ップS600)。
止時において、アクチュエータに送られるPWMパルス
を示している。まず、アクチュエータの駆動時について
説明する。マイコンのp1端子およびp2端子からは、
算出された各アクチュエータに必要な駆動速度に対応す
るPWMパルス列が駆動回路1、2の各充電端子にそれ
ぞれ出力される。図11に示したPWMパルス列1は、い
ずれか一方のアクチュエータ駆動回路の充電端子に送ら
れるものを示している。図11のPWMパルス列2は、放
電端子に送られるものであって、上記PWMパルス列1
と同一の周期を有する。すなわち、図5に示した従来例
と同様に、同一周期TのPWMパルス列1および2を所
定のタイミングで充電端子および放電端子に送ることに
よって、圧電アクチュエータを駆動して手振れを補正す
ることができる。また、図示はしていないが他方のアク
チュエータも同様にして制御される。
する。上述のように、アクチュエータ駆動時における制
御方法は従来通りであるが、本発明の制御方法は、アク
チュエータ停止時における制御に特徴を有する。すなわ
ち、従来においては、放電端子に送るPWMパルス列2
はアクチュエータ停止時には出力されていなかった(図
5参照)。これに対して本発明においては、アクチュエ
ータ駆動時に放電端子に出力される上記PWMパルス列
2をアクチュエータの停止時にも続けて出力するのであ
る。図11からも分かるように、アクチュエータの各駆動
周期Tは、放電を命じるPWMパルス列2(放電端子に
送られるパルス列)が‘ハイ’である状態で終了するの
で、アクチュエータの停止時には電荷は蓄えられていな
いこととなる。したがって、電荷が蓄えられていない状
態で放電を命じるPWMパルス列2が出力されたとして
もアクチュエータが動作することはない。つまり、アク
チュエータを停止させるべき時にPWMパルス列2を出
力し続けても、アクチュエータが動き出すといった不都
合な事態は生じ得ない。
エータの停止中にも上記PWMパルス列2を送り続け、
このPWMパルス列2のパルス数(例えば、4パルス)を
カウントすることによってフィードバック周期を一定に
維持している。このような構成を採用することによっ
て、制御プログラムを単純化してマイコンの負担を軽減
することができる。
アクチュエータが1つだけである場合にも採用すること
ができるが、駆動アクチュエータが2つ採用されている
場合により有益である。すなわち、放電端子に送るPW
Mパルス列2はアクチュエータが動作していると否とに
関わらず出力されつづけるので、駆動アクチュエータが
2つの場合には、図12に示したように、1つのPWMパ
ルス列2を2つの駆動アクチュエータに対して供用する
ことができる(勿論、各アクチュエータに送るPWMパ
ルス列1の周期を互いに同一にしておく必要がある)。
これに対して、アクチュエータの停止時にPWMパルス
列の出力されない従来の制御方法においては、駆動アク
チュエータが2つの場合には、図13に示したように、各
駆動アクチュエータに対してそれぞれ別のPWMパルス
列2を送る必要がある。
も同様に、本発明の制御方法においては上記PWMパル
ス列2は1つだけで済むが、従来の制御方法においては
アクチュエータの数に相当する数だけPWMパルス列2
を出力する必要がある。このように、本発明において
は、駆動アクチュエータの数が幾つであってもPWMパ
ルス列2は1つだけで済むので、配線および制御プログ
ラムを簡単化することができる。図9に示した機能ブロ
ック図からも分かるように、採用されている駆動アクチ
ュエータは2つであるが、各アクチュエータの放電端子
には1つのp3端子から共通のPWMパルス列が送られ
ていることが分かる。そして、このp3端子からのPW
Mパルス列をカウントすることによってタイマーがフィ
ードバック周期を一定に維持している。
および組立斜視図である。
ルス電圧を示すグラフである。
よび正面図である。
回路図である。
送られるPWMパルス列を説明する説明図である。
ずにフィードバック周期を一定に維持する従来の方法を
説明する説明図である。
ずにフィードバック周期を一定に維持する従来の方法を
説明する説明図である。
斜視図である。
ック図である。
ある。
タに送られるPWMパルス列を説明する説明図である。
ータを駆動する場合のPWMパルス列を説明する説明図
である。
タを駆動する場合のPWMパルス列を説明する説明図で
ある。
Claims (8)
- 【請求項1】 PWMパルスで駆動制御されるアクチュ
エータを用いた駆動制御装置において、 該PWMパルスの数をカウントすることによってフィー
ドバック制御時の周期が一定に維持されることを特徴と
する、駆動制御装置。 - 【請求項2】 2相以上のPWMパルスで駆動制御され
る請求項1記載の駆動制御装置であって、 1相のPWMパルスをアクチュエータ停止時にも出力
し、該パルスの数をカウントすることによってフィード
バック周期が一定に維持されることを特徴とする、駆動
制御装置。 - 【請求項3】 上記アクチュエータは、駆動パルス電圧
発生手段に接続されて伸縮する電気機械変換手段を備え
る、請求項1または2記載の駆動制御装置。 - 【請求項4】 駆動パルス電圧発生手段に接続されて伸
縮する電気機械変換手段を備えるアクチュエータに、撮
影光学系中に設けられた手振れ補正レンズが連結された
手振れ補正機能付き光学装置であって、 駆動パルス電圧発生手段は、電気機械変換手段を伸張さ
せるべく該手段に電位差を与える充電回路部と、伸張し
た電気機械変換手段を縮めるべく該手段に蓄えられた電
荷を除荷する放電回路部とを備えており、 手振れ量測定センサで測定された手振れ量に基づいて演
算された上記手振れ補正レンズの駆動速度に対応する信
号を所定周期のパルス幅に変調し、これを第1PWMパ
ルス列として駆動パルス電圧発生手段の充電回路部に送
るとともに、第1PWMパルス列と同一周期の第2PW
Mパルス列を所定のタイミングで駆動パルス電圧発生手
段の放電回路部に送ることによって、電気機械変換手段
を前記周期で伸縮させ、これにより、手振れ補正レンズ
を手振れ量を消す方向に駆動して手振れが補正され、 アクチュエータの停止時においても上記第2PWMパル
ス列を出力し、該第2PWMパルス列中のパルスを所定
数だけカウントすることによって、補正レンズの駆動速
度をフィードバック制御する際のフィードバック周期が
一定に維持されることを特徴とする、光学装置。 - 【請求項5】 上記アクチュエータを複数備えてなる請
求項4記載の光学装置であって、 各アクチュエータの電気機械変換手段の伸縮周期が同一
にされており、すべてのアクチュエータの第2PWMパ
ルス列が1つのPWMパルス列で供用されていることを
特徴とする、光学装置。 - 【請求項6】 PWMパルスで駆動制御されるアクチュ
エータのフィードバック制御において、 該PWMパルスをカウントすることによって、フィード
バック周期を一定に維持することを特徴とする、フィー
ドバック周期の維持方法。 - 【請求項7】 上記アクチュエータが2相以上のPWM
パルスで駆動制御される請求項6記載の方法であって、 1相のPWMパルスをアクチュエータ停止時にも出力
し、該パルスの数をカウントすることによってフィード
バック周期が一定に維持されていることを特徴とする、
方法。 - 【請求項8】 上記アクチュエータが駆動パルス電圧発
生手段に接続されて伸縮する電気機械変換手段を備えて
いる請求項6または7記載の方法であって、 該電気機械変換手段が上記PWMパルスで制御されてい
ることを特徴とする、方法。
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