JP2010051060A - 駆動装置及び光学装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】圧電アクチュエータの駆動特性を効率良く取得することができる駆動装置及び光学装置を提供する。
【解決手段】
撮像光学系2を移動させる駆動装置であって、ヨー方向Xに撮像光学系2を移動させるアクチュエータ8と、ピッチ方向Yに撮像光学系2を移動させるアクチュエータ6と、アクチュエータ8、アクチュエータ6をそれぞれの駆動特性に基づいて駆動させる第1制御部30と、アクチュエータ8及びアクチュエータ6のそれぞれの駆動特性を取得する第1制御部30と、を備え、第1制御部30は、撮像光学系2をヨー方向X及びピッチ方向Yに同時に移動させて移動速度を取得し、取得した移動速度に基づいて駆動特性を取得することにより、駆動特性を効率良く取得することができる。
【選択図】図7
【解決手段】
撮像光学系2を移動させる駆動装置であって、ヨー方向Xに撮像光学系2を移動させるアクチュエータ8と、ピッチ方向Yに撮像光学系2を移動させるアクチュエータ6と、アクチュエータ8、アクチュエータ6をそれぞれの駆動特性に基づいて駆動させる第1制御部30と、アクチュエータ8及びアクチュエータ6のそれぞれの駆動特性を取得する第1制御部30と、を備え、第1制御部30は、撮像光学系2をヨー方向X及びピッチ方向Yに同時に移動させて移動速度を取得し、取得した移動速度に基づいて駆動特性を取得することにより、駆動特性を効率良く取得することができる。
【選択図】図7
Description
本発明は、対象物を駆動させる駆動装置及びその駆動装置を備える光学装置に関するものである。
従来の駆動装置及び光学装置として、圧電素子に駆動軸を取り付けたアクチュエータ(圧電アクチュエータ)を有するものが知られている。例えば、特許文献1、2には、駆動信号により圧電素子を伸縮させ、圧電素子の伸縮動作に応じて駆動軸を往復運動させて、駆動軸に摩擦係合させた被駆動部材を移動させて対象物を移動させるものが開示されている。
特許文献1記載の駆動装置は、駆動開始、駆動停止及び駆動方向反転の際に、圧電素子への印加時間を制御することで対象物の移動速度を制御するものである。特許文献2記載の駆動装置は、駆動波形を予めメモリに記憶しておき、対象物の目標移動方向及び目標移動速度に応じて、記憶された駆動波形を選択し、駆動速度を制御するものである。
特開平9−191676号公報
特開平11−155292号公報
ここで、駆動装置にあっては、使用期間や使用頻度に応じて圧電アクチュエータの駆動特性が変化する。例えば、使用期間や使用頻度に応じて駆動軸と被駆動部材との摩擦係数が変化する場合がある。このため、特許文献1記載の駆動装置にあっては、使用期間や使用頻度に伴って対象物を高精度に移動させることが困難となる。また、特許文献2記載の駆動装置にあっては、駆動特性を予め予測して駆動波形を大量に記憶しておかなければならず、リソースの負荷が増大するおそれがある。
そこで本発明は、このような技術課題を解決するためになされたものであって、圧電アクチュエータの駆動特性を効率良く取得することができる駆動装置及び光学装置を提供することを目的とする。
すなわち本発明に係る駆動装置は、対象物を移動させる駆動装置であって、第1方向に対象物を移動させる第1圧電アクチュエータと、第1方向とは別の第2方向に対象物を移動させる第2圧電アクチュエータと、第1圧電アクチュエータ及び第2圧電アクチュエータを、それぞれの駆動特性に基づいて駆動させる駆動制御手段と、第1圧電アクチュエータ及び第2圧電アクチュエータのそれぞれの駆動特性を取得する駆動特性取得手段と、を備え、駆動特性取得手段は、対象物を第1方向及び第2方向に同時に移動させて移動速度を取得し、移動速度に基づいて駆動特性を取得することを特徴として構成される。
本発明に係る駆動装置は、第1圧電アクチュエータ及び第2圧電アクチュエータの駆動特性を取得する際に、第1圧電アクチュエータ及び第2圧電アクチュエータを同時に駆動させて、第1方向及び第2方向のそれぞれの移動速度を取得する。このため、第1圧電アクチュエータ及び第2圧電アクチュエータをそれぞれ個別に駆動させる場合に比べて短い時間で移動速度を取得できるので、効率良く駆動特性を取得することができる。
ここで、駆動装置において、駆動制御手段は、駆動特性に基づいて駆動時の速度を補正することが好適である。このようにすることで、駆動特性に基づいて補正した速度でアクチュエータを駆動させることができるので、制御目標通りの制御が可能となる。
また、駆動装置において、駆動特性取得手段は、第1方向及び第2方向により規定される角度を等分する方向に第1基準位置及び第2基準位置を設定し、駆動制御手段が第1圧電アクチュエータ又は第2圧電アクチュエータを駆動させる前に、第1基準位置及び第2基準位置により規定される区間で対象物を移動させることが好適である。
このように構成することで、第1方向及び第2方向の移動速度の算出を容易とすることができるので、簡単な演算により移動速度を取得して効率良く駆動特性を取得することができる。
また、駆動装置において、駆動特性取得手段は、第1方向及び第2方向により規定される角度を等分する方向に複数の基準位置を設定し、駆動制御手段が第1圧電アクチュエータ又は第2圧電アクチュエータを駆動させる前に、基準位置間で対象物を移動させて基準位置間ごとに駆動特性を取得し、基準位置間ごとに速度を補正することが好適である。このように構成することで、駆動特性の補正精度を向上させることができる。
さらに、本発明に係る光学装置は、上述した駆動装置を備えて構成される。この光学装置によれば、上述した駆動装置を備えていることから、光学部材を効率良く駆動特性を取得することができる。
本発明によれば、効率良く圧電アクチュエータの駆動特性を取得することができる。
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
(第1実施形態)
本実施形態に係る撮像装置(光学装置)は、例えば撮像光学系と撮像素子を光軸方向と直交する方向に相対移動させて手振れ補正を行うものである。すなわち、手振れに応じて撮像光学系を移動させ、撮像素子との相対位置を変化させることで手振れを補正する。この撮像装置は、静止画を撮影するカメラ、動画を撮影するビデオカメラ、携帯電話に搭載される撮像部などに適用される。
本実施形態に係る撮像装置(光学装置)は、例えば撮像光学系と撮像素子を光軸方向と直交する方向に相対移動させて手振れ補正を行うものである。すなわち、手振れに応じて撮像光学系を移動させ、撮像素子との相対位置を変化させることで手振れを補正する。この撮像装置は、静止画を撮影するカメラ、動画を撮影するビデオカメラ、携帯電話に搭載される撮像部などに適用される。
まず、本実施形態に係る撮像装置の機械的な構成について説明する。図1は、本発明の実施形態に係る撮像装置における撮像部及び手振れ補正機構の分解斜視図である。図1に示すように、本実施形態に係る撮像装置は、被写体の像を取得するための撮像光学系(対象物)2と撮像素子14を備えている。撮像光学系2は、撮像素子14に集光する光学系であり、撮影レンズを備えて構成されている。この撮像光学系2は、例えばホルダ2aにレンズ(図示なし)を収容して構成される。撮像光学系2は、単体のレンズで構成してもよいし、複数のレンズによるレンズ群で構成してもよい。
撮像光学系2は、第2移動部材5に取り付けられており、撮像素子14に対し光軸Oの方向(光軸方向)と直交する方向に相対移動可能に設けられている。第2移動部材5は、撮像素子14を固定する撮像素子ホルダ13に収容され、球体4で支持されることにより、撮像素子ホルダ13及び撮像素子14に対し光軸方向と直交する方向に相対移動可能となっている。このため、撮像光学系2は、第2移動部材5と共に撮像光学系2が移動することによって、撮像素子14に対し光軸方向と直交する方向に相対移動することになる。
その際、撮像光学系2を第2移動部材5に対し光軸方向へ移動可能に取り付けることが好ましい。例えば、第2移動部材5に光軸方向へ向けた支持軸3を取り付け、その支持軸3に沿って撮像光学系2を移動可能に取り付ける。撮像光学系2を光軸方向へ移動させるアクチュエータ10としては、圧電素子10aの伸縮により往復移動する駆動軸10bを備えたものが用いられる。このアクチュエータ10は、撮像光学系2を光軸方向へ移動させる第3アクチュエータとして機能するものである。圧電素子10aが第2移動部材5に取り付けられ、駆動軸10bが撮像光学系2に摩擦係合される。駆動軸10bの一端は、圧電素子10aに当接され、例えば接着剤を用いて接着されている。この駆動軸10bは、長尺状の部材であり、例えば円柱状のものが用いられる。
摩擦係合構造としては、例えば、板バネにより駆動軸10bを撮像光学系2のホルダ2aに一定の押圧力で圧接した状態とし、駆動軸10bが移動する際に一定の摩擦力を生じさせる構造とする。この摩擦力を超えるように駆動軸10bが移動することにより、慣性により撮像光学系2の位置が維持される。一方、その摩擦力を超えないように逆方向へ駆動軸10bが移動すると、撮像光学系2もその逆方向へ移動する。このような駆動軸10bの往復移動を繰り返すことにより、第2移動部材5に対し相対的に撮像光学系2を移動させることができる。圧電素子10aには、その伸長速度と収縮速度を異ならせる電気信号が制御部(図示なし)から入力される。これにより、駆動軸10bが異なる速度で往復移動し、撮像光学系2の移動制御を行うことができる。
このように、撮像光学系2を第2移動部材5に対し光軸方向へ移動可能に取り付けることにより、第2移動部材5に対し撮像光学系2のみを光軸方向へ移動させてフォーカシングを行うことができる。
撮像素子14は、撮像光学系2により結像された像を電気信号に変換する撮像手段であり、撮像素子ホルダ13に固定して取り付けられている。この撮像素子14としては、例えばCCDセンサが用いられる。
本実施形態に係る撮像装置は、第1アクチュエータ(第1圧電アクチュエータ)8及び第2アクチュエータ(第2圧電アクチュエータ)6を備えている。第1アクチュエータ8は、光軸方向と直交するヨー方向(第1方向)Xに撮像光学系2と撮像素子14を相対移動させるアクチュエータである。この第1アクチュエータ8は、例えば、圧電素子8aの伸縮により往復移動する駆動軸8bを備えたものが用いられる。駆動軸8bは、ヨー方向Xに向けて配置されている。圧電素子8aは、撮像素子14が固定される撮像素子ホルダ13に取り付けられている。駆動軸8bは、第1移動部材11に摩擦係合されている。駆動軸8bの一端は、圧電素子8aに当接され、例えば接着剤を用いて接着されている。この駆動軸8bは、長尺状の部材であり、例えば円柱状のものが用いられる。
摩擦係合構造としては、例えば、板バネにより駆動軸8bを第1移動部材11に一定の押圧力で圧接された状態とし、駆動軸8bが移動する際に一定の摩擦力を生じさせる構造とする。この摩擦力を超えるように駆動軸8bが移動することにより、慣性により第1移動部材11の位置が維持される。一方、その摩擦力を超えないように逆方向へ駆動軸8bが移動すると、第1移動部材11もその逆方向へ移動する。このような駆動軸8bの往復移動を繰り返すことにより、撮像素子14に対し第1移動部材11をヨー方向Xに沿って移動させることができ、撮像素子14に対し相対的に撮像光学系2をヨー方向Xに移動させることができる。圧電素子8aには、その伸長速度と収縮速度を異ならせる電気信号が制御部(図示なし)から入力される。これにより、駆動軸8bが異なる速度で往復移動し、撮像光学系2の移動制御を行うことができる。
なお、第1アクチュエータ8は、圧電素子8aを第1移動部材11側に取り付け、駆動軸8bを撮像素子ホルダ13に摩擦係合させて構成する場合もある。
第2アクチュエータ6は、光軸方向と直交するピッチ方向(第2方向)Yに撮像光学系2と撮像素子14を相対移動させるアクチュエータである。この第2アクチュエータ6と第1アクチュエータ8は、撮像光学系2と撮像素子14を相対移動させる駆動手段として機能するものである。
ピッチ方向Yは、光軸方向と直交しヨー方向Xと交差する方向に設定される。この第2アクチュエータ6は、例えば、圧電素子6aの伸縮により往復移動する駆動軸6bを備えたものが用いられる。駆動軸6bは、ピッチ方向Yに向けて配置されている。圧電素子6aは、第2移動部材5に取り付けられている。駆動軸6bは、第1移動部材11に摩擦係合されている。駆動軸6bの一端は、圧電素子6aに当接され、例えば接着剤を用いて接着されている。この駆動軸6bは、長尺状の部材であり、例えば円柱状のものが用いられる。
摩擦係合構造としては、例えば、板バネにより駆動軸6bを第1移動部材11に一定の押圧力で圧接された状態とし、駆動軸6bが移動する際に一定の摩擦力を生じさせる構造とする。この摩擦力を超えるように駆動軸6bが一方向に移動することにより、慣性により第2移動部材5の位置が維持される。一方、その摩擦力を超えないように逆方向へ駆動軸6bが移動しようとすると、駆動軸6bは摩擦力によって静止したまま、第2移動部材5が一方向へ移動する。このような駆動軸6bの往復移動を繰り返すことにより、撮像素子14に対し第2移動部材5をピッチ方向Yに沿って移動させることができ、撮像素子14に対し相対的に撮像光学系2をピッチ方向Yに移動させることができる。圧電素子6aには、その伸長速度と収縮速度を異ならせる電気信号が制御部(図示なし)から入力される。これにより、駆動軸6bが異なる速度で往復移動し、撮像光学系2の移動制御を行うことができる。
第1移動部材11には、上述した摩擦係合によって第2アクチュエータ6が取り付けられている。このため、第1アクチュエータ8の作動により第1移動部材11がヨー方向Xに移動することによって第2アクチュエータ6もヨー方向Xへ移動することとなる。
なお、第2アクチュエータ6は、圧電素子6aを第1移動部材11側に取り付け、駆動軸6bを第2移動部材5に摩擦係合させて構成する場合もある。
撮像装置には、位置検出用磁石9、ホール素子15a、15bが設けられている。位置検出用磁石9は、第2移動部材5に取り付けられた磁石であり、ホール素子15a、15bで検出できるだけの磁界を発生するものであれば足りる。ホール素子15a、15bは、位置検出用磁石9から発生する磁界の状態に基づいて撮像素子14と撮像光学系2の光軸方向と直交する方向に対する相対位置を検出する磁気センサであり、例えば、基板17に取り付けられる。このホール素子15a、15bは、光軸方向と直交する方向の相対位置を検出可能なものが用いられる。基板17は、撮像素子ホルダ13に取り付けられる配線基板であり、例えばL字形に屈曲されて用いられる。この基板17には、圧電素子6a、8a、10aのリード線がそれぞれ基板17に取り付けられている。
撮像装置には、フォトインタラプタ16が設けられている。フォトインタラプタ16は、撮像光学系2の位置検出を行う位置検出センサである。フォトインタラプタ16は、基板17に取り付けられ、撮像光学系2の近傍位置に配置される。フォトインタラプタ16は、発光部と受光部を備え、発光部と受光部の間を通過する移動片2bの位置検出を通じて、撮像光学系2の光軸方向の位置を検出する。移動片2bは、撮像光学系2のホルダ2aに形成され、撮像光学系2と一体となって移動する部材である。
撮像装置は、上カバー1を備えている。上カバー1は、撮像部及び手振れ補正機構を収容する撮像素子ホルダ13の開口部分を被うカバーであり、被写体像を入射するための開口部1aを形成している。
第1移動部材11は、第1支持軸12によりヨー方向Xに沿って移動可能に支持されている。第1支持軸12は、ヨー方向Xに向けて配置される軸部材であって、撮像素子ホルダ13に取り付けられている。この第1支持軸12は、第1移動部材11の軸受け部11aを貫通して設けられている。これにより、第1移動部材11は、第1支持軸12によって撮像素子14に対しヨー方向Xのみに移動するように支持されている。
第2移動部材5は、第2支持軸7によりピッチ方向Yに沿って移動可能に支持されている。第2支持軸7は、ピッチ方向Yに向けて配置される軸部材であって、第2移動部材5に取り付けられている。この第2支持軸7は、第1移動部材11の軸受け部11bを貫通して設けられている。これにより、第2移動部材5は、第2支持軸7によって第1移動部材11に対しピッチ方向Yのみに移動するように支持されている。
次に、本実施形態に係る撮像装置の電気的構成を説明する。図2は、本実施形態に係る撮像装置の電気的構成を示すブロック図である。図2に示すように、本実施形態に係る撮像装置は、第1制御部(駆動制御手段、駆動特性取得手段)30を備えており、第1アクチュエータ8、第2アクチュエータ6及び第1制御部30により駆動装置が構成されている。
第1制御部30は、例えば、撮像光学系2と撮像素子14の光軸方向と直交する方向における相対移動を制御して手振れ補正を行う機能を有している。また、第1制御部30は、例えば第1アクチュエータ8及び第2アクチュエータ6を手振れ補正の動作前に駆動させて、それぞれの駆動特性を取得する機能を有している。そして、取得した駆動特性に基づいて、第1アクチュエータ8及び第2アクチュエータ6をそれぞれ駆動させる駆動信号を出力する機能を有している。
第1制御部30は、例えばCPU、ドライバチップを内蔵するLSI(LargeScale Integration)などにより構成されている。第1制御部30に接続されるジャイロセンサ50は、手振れ量を検出する手振れ検出センサとして機能するものである。このジャイロセンサ50は、防振ユニットの外部、すなわち撮像素子ホルダ13の外部に配置されている。
また、第1制御部30は、ジャイロセンサ50の検出信号S1xとホール素子15aの検出信号S2xを入力し、第1アクチュエータ8に駆動信号Sxを出力する。ジャイロセンサ50の検出信号S1xは、ヨー方向X(X方向)の手振れ量に関する検出信号である。ホール素子15aの検出信号S2xは、ヨー方向Xにおける撮像素子14と撮像光学系2の相対位置に関する検出信号である。
また、第1制御部30は、ジャイロセンサ50の検出信号S1yとホール素子15bの検出信号S2yを入力し、第2アクチュエータ6に駆動信号Syを出力する。ジャイロセンサ50の検出信号S1yは、ピッチ方向Y(Y方向)の手振れ量に関する検出信号である。ホール素子15bの検出信号S2yは、ピッチ方向Yにおける撮像素子14と撮像光学系2の相対位置に関する検出信号である。
また、第3アクチュエータ10に接続される第2制御部40は、撮像光学系2の光軸方向へ移動を制御する制御手段として機能するものである。この第2制御部40は、例えばオートフォーカス用ICやマイコンなどにより構成される。第2制御部40は、図示しない測距装置により被写体までの距離情報を取得し、その距離情報とフォトインタラプタ16の検出信号に基づいてアクチュエータ10に駆動信号を出力し、撮像光学系2を移動制御する。
次に、第1制御部30が有する手振れ補正信号の生成機能について説明する。図3は、本実施形態に係る撮像装置における手振れ補正回路の概要図である。第1制御部30内には、例えば図3に示す差動増幅器31を用いた手振れ補正回路が設けられている。この手振れ補正回路は、X方向の手振れ補正を行うものとY方向の手振れ補正を行うものの二つが設けられる。X方向の手振れ補正回路は、ジャイロセンサ50の検出信号S1xとホール素子15aの検出信号S2xの差分に応じて第1アクチュエータ8の駆動信号Sxを生成する。Y方向の手振れ補正回路は、ジャイロセンサ50の検出信号S1yとホール素子15bの検出信号S2yの差分に応じて第2アクチュエータ6の駆動信号Syを生成する。これにより、手振れ量と撮像光学系2と撮像素子14の相対移動量の差分を減少させて、手振れ補正が行われることとなる。
ジャイロセンサ50の検出信号S1x、S1yは、積分回路32により積分処理して差動増幅器31に入力することが好ましい。また、ホール素子15a、15bの検出信号S2x、S2yは、アンプ回路33により増幅処理してから差動増幅器31に入力することが好ましい。
次に、第1制御部30が第1アクチュエータ8及び第2アクチュエータ6にそれぞれ出力する信号について詳細を説明する。図4は、第1アクチュエータ8、第2アクチュエータ6に入力される信号波形の一例を示すものであり、横軸が時間である。
図4(A)、(B)の信号は、第1アクチュエータ8、第2アクチュエータ6の駆動時における信号である。すなわち、図4(A)は、摩擦係合される部材を圧電素子6a、8aに接近させる方向に移動させる際に出力される出力信号AOUT,BOUT(正転時の信号)であり、図4(B)は、摩擦係合される部材を圧電素子6a、8aから離間させる方向に移動させる際に出力されるAOUT,BOUT(逆転時の信号)である。
図4(A)、(B)において、それぞれの二つのパルス信号AOUT,BOUTは、圧電素子6a、8aに取り付けられたそれぞれ二つの端子(図1参照)に入力される信号であり、上述した駆動信号Sx、Syを構成する信号である。この二つのパルス信号は、例えば、同一の周波数f(周期T)であって、互いの位相を異ならせることにより、互いの信号の電位差が一方向に段階的に変化し、逆方向に急激に変化する信号、又は、互いの信号の電位差が一方向に急激に変化し、逆方向に段階的に変化する信号となっている。その電位差が変動することにより圧電素子6a、8aが伸縮する。1パルスごとの信号が連続して第1アクチュエータ8、第2アクチュエータ6に入力されることにより、連続駆動がそれぞれ行われることとなる。
パルス信号AOUT,BOUTは、例えば一方の信号がHi出力となりLo出力に低下した後に他方の信号がHi出力となるように設定されている。それらの信号において、一方の信号がLo出力になった際に一定のタイムラグtOFFの経過後、他方の信号がHi出力となるように設定される。また、OFFはOFF出力(オープン出力)である。
また、パルス信号AOUT,BOUT、すなわち圧電素子6a、8aを作動させる電気信号は、可聴周波数を超える周波数の信号が用いられる。二つのパルス信号AOUT,BOUTの周波数fは、可聴周波数を超える周波数信号とされ、例えば、30〜80kHzの周波数信号とされ、より好ましくは40〜60kHzとされる。このような周波数のパルス信号を用いることにより、圧電素子6a、8aの可聴領域における作動音を低減することができる。
一方、第1アクチュエータ8、第2アクチュエータ6の休止時における信号は、図示していないが、圧電素子6a、8aに取り付けられたそれぞれ二つの端子に入力される電位差がゼロとなる信号である。また、電位差がゼロとなる休止時の入力信号は、図4(A)、(B)に示す駆動時の入力信号における1パルスの周期時間以上の長い時間で電位差がゼロとなる信号とすることが好ましい。
なお、第1アクチュエータ8、第2アクチュエータ6に入力される信号は、図4に示すものに限られるものではなく、パルス信号でなく鋸歯波状の信号や三角波状の信号などであってもよい。
次に、本実施形態に係る撮像装置における手振れ補正時の動作について説明する。図5は、本実施形態に係る撮像装置における手振れ補正時の動作を示すフローチャートである。図5に示す制御処理は、例えば、撮像装置を用いて撮影を行う際に手振れが生じたタイミングで実行される。
図5に示すように、撮像装置は第1制御部30の手振れ補正回路を起動する処理から開始する(S10)。手振れ補正回路が起動すると、ジャイロセンサ50が手振れ量を検出し、手振れの検出信号S1を第1制御部30に出力する。そして、第1制御部30は、ジャイロセンサ50の検出信号S1とホール素子15a、15bの検出信号S2とに基づいて、手振れ補正回路を用いて撮像素子14に撮像される画像がぶれないように、出力信号Sx,Syを演算する。そして、出力信号Sx,Syに基づいて、第1アクチュエータ8、第2アクチュエータ6へ出力する駆動信号AOUT,BOUTをそれぞれ生成する。S10の処理が終了すると、速度読み出し処理へ移行する(S12)。
S12の処理は、第1アクチュエータ8、第2アクチュエータ6を駆動させて撮像光学系2の移動速度を読み出す処理である。この処理について、図6、7を用いて詳細に説明する。図6は、第1制御部30の速度読み出しの動作を示すフローチャートである。図7は光軸O方向からみた撮像光学系2の移動位置遷移を示す概要図であり、横軸がヨー方向Xの位置を示すヨー軸、縦軸がピッチ方向Yの位置を示すピッチ軸となっている。それぞれの軸は、−1.5°〜+1.5°の範囲を示している。また、ヨー軸、ピッチ軸共に0となる位置は原点とする。ここでは、原点が光軸Oと重なるものとし、撮像光学系2の移動開始位置とする。また、基準位置(第1基準位置)P1、基準位置(第2基準位置)P2が、ヨー軸、ピッチ軸により規定される角度90°を等分した45°方向において、原点を挟むように設定されているものとする。なお、ここでは基準位置P1、P2をヨー軸、ピッチ軸の最大値(±1.5°)に設定しているものとする。
図6に示すように、第1制御部30は、最初に撮像光学系2を原点から基準位置P1へ移動させる(S20)。この基準位置P1が速度読み出し開始位置となる。
第1制御部30は、撮像光学系2を基準位置P1に到達させた後、撮像光学系2を基準位置P1から原点へ移動させる(S22)。第1制御部30は、例えば速度読み出し用の駆動信号を第1アクチュエータ8、第2アクチュエータ6へそれぞれ出力し、第1アクチュエータ8、第2アクチュエータ6を駆動させて撮像光学系2を基準位置P1から原点へ移動させる。速度読み出し用の駆動信号は、例えば、一定周波数で同一の大きさのパルス信号が連続したものが用いられる。第1制御部30は、図7に示すように撮像光学系2を45°方向に移動させて原点で停止させる。
第1制御部30は、撮像光学系2を原点で停止させた後、撮像光学系2の移動速度V1を検出する(S24)。例えば、第1制御部30は、基準位置P1から原点までの移動時間を計測して、基準位置P1から原点までの移動速度V1を算出し、ピッチ方向Yの移動範囲+1.5°〜0°における移動速度V1P、ヨー方向Xの移動範囲+1.5°〜0°における移動速度V1Yを算出する。
第1制御部30は、移動速度V1を算出後、撮像光学系2を原点から基準位置P2へ移動させる(S26)。S22の処理と同様に、速度読み出し用の駆動信号を用いて、第1アクチュエータ8、第2アクチュエータ6を駆動させて、撮像光学系2を45°方向に基準位置P2まで移動させる。そして、基準位置P2で停止させる(S28)。
第1制御部30は、撮像光学系2を基準位置P2で停止させた後、撮像光学系2の移動速度V2を検出する(S30)。例えば、第1制御部30は、原点から基準位置P2までの移動時間を計測して、原点から基準位置P2までの移動速度V2を算出し、ピッチ方向Yの移動範囲0°〜−1.5°における移動速度V2P、ヨー方向Xの移動範囲0°〜−1.5°における移動速度V2Yを算出する。
第1制御部30は、移動速度V2を算出後、撮像光学系2を基準位置P2から原点へ移動させる(S32)。S22の処理と同様に、速度読み出し用の駆動信号を用いて、第1アクチュエータ8、第2アクチュエータ6を駆動させて、撮像光学系2を45°方向に原点まで移動させる。そして、原点で停止させる(S34)。
第1制御部30は、撮像光学系2を原点で停止させた後、撮像光学系2の移動速度V3を検出する(S36)。例えば、第1制御部30は、基準位置P2から原点までの移動時間を計測して、基準位置P2から原点までの移動速度を算出し、ピッチ方向Yの移動範囲−1.5°〜0°における移動速度V3P、ヨー方向Xの移動範囲−1.5°〜0°における移動速度V3Yを算出する。
第1制御部30は、移動速度V3を算出後、撮像光学系2を原点から基準位置P1へ移動させる(S38)。S22の処理と同様に、速度読み出し用の駆動信号を用いて、第1アクチュエータ8、第2アクチュエータ6を駆動させて、撮像光学系2を45°方向に基準位置P1まで移動させる。そして、基準位置P1で停止させる(S40)。
第1制御部30は、撮像光学系2を基準位置P1で停止させた後、撮像光学系2の移動速度V4を検出する(S40)。例えば、第1制御部30は、原点から基準位置P1までの移動時間を計測して、原点から基準位置P1までの移動速度V4を算出し、ピッチ方向Yの移動範囲0°〜+1.5°における移動速度V4P、ヨー方向Xの移動範囲0°〜+1.5°における移動速度V4Yを算出する。
S40の処理が終了すると、図6に示す制御処理は終了する。図6に示す制御処理を行なうことで、第1制御部30は、ピッチ方向Yの全移動範囲の移動速度V1P、V2P、V3P及びV4Pと、ヨー方向Xの全移動範囲の移動速度V1Y、V2Y、V3Y及びV4Yとを簡単かつ迅速に算出することができる。
図5に戻り、S12の処理が終了すると、速度補正処理へ移行する(S14)。S14の処理では、第1制御部30が、S12の処理で取得した移動速度に基づいて、S10の処理で生成した駆動信号AOUT,BOUTを補正する。例えば、撮像光学系2をピッチ方向に移動させる第2アクチュエータ6について速度補正する場合には、ピッチ方向の移動範囲、移動速度V1P、V2P、V3P及びV4P及び速度読み出し用の駆動信号の駆動パルス数に基づいて、移動範囲と移動速度との関係(駆動特性)を算出する。そして、算出した駆動特性に基づいて、第2アクチュエータ6に出力される駆動信号AOUT,BOUTを、撮像光学系2の移動速度が移動範囲で一定となるように変更する。同様に、撮像光学系2をヨー方向に移動させる第1アクチュエータ8について速度補正する場合には、ピッチ方向の移動範囲、移動速度V1Y、V2Y、V3Y及びV4Y及び速度読み出し用の駆動信号の駆動パルス数に基づいて移動範囲と移動速度との関係(駆動特性)を算出する。そして、算出した駆動特性に基づいて、第1アクチュエータ8に出力される駆動信号AOUT,BOUTを、撮像光学系2の移動速度が移動範囲で一定となるように変更する。
駆動信号AOUT,BOUTの変更は、例えば、単位時間あたりの駆動パルス数を補正することが好ましい。例えば、補正前の駆動パルスを図8(A)に示す駆動パルスとする。ここで、ピッチ方向及びヨー方向の目標速度をそれぞれ3mm/sとした場合に、S24で算出した移動速度V1Pが5mm/sであったとすると、図8(B)に示す駆動信号のように、駆動期間と休止期間が交互に連続した駆動信号を出力することで、単位時間あたりのパルス数を変更し、基準位置P1から原点に移動する範囲での移動速度を目標速度と同一となるようにする。同様に、V2P、V3P、V4P、V1Y、V2Y、V3Y及びV4Yについても、目標速度と移動速度の差に応じて休止期間を設定することで、目標速度と同一となるようにする。よって、撮像光学系2と撮像素子14の移動制御の正確性が向上する。また、駆動信号AOUT,BOUTは、連続するパルス信号(駆動命令)と、電位差が0となる信号(休止命令)とが交互に繰り返し出力されるように変更される。
第1制御部30は、駆動信号を変更した後に、第1アクチュエータ8及び第2アクチュエータ6に対し、変更した駆動信号を出力して手振れ補正動作する(S16)。圧電素子6a,8aは、それぞれ入力した駆動信号AOUT,BOUTに基づいて伸縮し、撮像光学系2と撮像素子14とを相対移動させて手振れ補正が行なわれる。これにより、撮像装置に手振れが生じても、撮像素子14と撮像光学系2が相対的に移動制御され、撮像素子14の撮像画像の手振れが抑制される。
S16の処理が終了すると、図5に示す制御処理が終了する。図5に示す制御処理を行なうことで、第1アクチュエータ8、第2アクチュエータ6の駆動特性を容易に取得することができる。
以上、第1実施形態に係る駆動装置及び光学装置によれば、第1アクチュエータ8及び第2アクチュエータ6の駆動特性を取得する際に、第1アクチュエータ8及び第2アクチュエータ6を同時に駆動させて、ヨー方向及びピッチ方向それぞれの移動速度を取得する。このため、図12に示すように、ヨー方向及びピッチ方向それぞれに基準位置を設けて、第1アクチュエータ8及び第2アクチュエータ6をそれぞれ個別に駆動させる場合に比べて短い時間で移動速度を取得できるので、駆動特性を効率良く取得することができる。そして、取得した駆動特性を用いて、経時変化による第1アクチュエータ8及び第2アクチュエータ6の移動速度の変化を補正することで、手振れ補正動作を高精度で行うことができる。
また、第1実施形態に係る駆動装置及び光学装置によれば、ピッチ方向Y及びヨー方向により規定される角度90°を等分した45°方向に撮像光学系2を移動させるので、ピッチ方向Y及びヨー方向Xの移動速度の算出を容易とすることができる。よって、簡単な演算により移動速度を取得して駆動特性を効率良く取得することができる。そして、駆動特性に基づいて補正した速度でアクチュエータを駆動させることができるので、制御目標通りの制御が可能となる。
(第2実施形態)
第2実施形態に係る駆動装置及び光学装置は、第1実施形態に係る駆動装置及び光学装置と同様に構成されるものであって、撮像光学系2の移動速度を読み出す処理(図5に示すS12の処理)のみが相違する。よって、第2実施形態においては、第1実施形態と重複する部分は説明を省略し、相違点を中心に説明する。
第2実施形態に係る駆動装置及び光学装置は、第1実施形態に係る駆動装置及び光学装置と同様に構成されるものであって、撮像光学系2の移動速度を読み出す処理(図5に示すS12の処理)のみが相違する。よって、第2実施形態においては、第1実施形態と重複する部分は説明を省略し、相違点を中心に説明する。
図9は、第1制御部30の速度読み出しの動作を示すフローチャートである。図10は光軸O方向からみた撮像光学系2の移動位置遷移を示す概要図であり、図7に示す座標系と同一である。また、第1実施形態と同様の位置に、基準位置P1及び基準位置P2が設定されている。
図9に示すように、第1制御部30は、最初に撮像光学系2を原点から基準位置P1へ移動させる(S50)。この基準位置P1が速度読み出し開始位置となる。
第1制御部30は、撮像光学系2を基準位置P1に到達させた後、撮像光学系2を基準位置P1から基準位置P2へ移動させる(S52)。第1制御部30は、例えば速度読み出し用の駆動信号を第1アクチュエータ8、第2アクチュエータ6へそれぞれ出力し、第1制御部30が第1アクチュエータ8、第2アクチュエータ6を駆動させて撮像光学系2を基準位置P1から基準位置P2へ移動させる。速度読み出し用の駆動信号は、例えば、一定周波数で同一の大きさのパルス信号が連続したものが用いられる。第1制御部30は、図10に示すように撮像光学系2を45°方向に移動させて基準位置P2で停止させる(S54)。
第1制御部30は、撮像光学系2を基準位置P2で停止させた後、撮像光学系2の移動速度V5を検出する(S56)。例えば、第1制御部30は、基準位置P1から基準位置P2までの移動時間を計測して、基準位置P1から基準位置P2までの移動速度V5を算出し、ピッチ方向Yの移動範囲+1.5°〜−1.5°における移動速度V5P、ヨー方向Xの移動範囲+1.5°〜−1.5°における移動速度V5Yを算出する。
第1制御部30は、移動速度V5を算出後、撮像光学系2を基準位置P2から基準位置P1へ移動させる(S58)。S52の処理と同様に、速度読み出し用の駆動信号を用いて、第1アクチュエータ8、第2アクチュエータ6を駆動させて、撮像光学系2を45°方向に基準位置P1まで移動させる。そして、基準位置P1で停止させる(S60)。
第1制御部30は、撮像光学系2を基準位置P1で停止させた後、撮像光学系2の移動速度V6を検出する(S62)。例えば、第1制御部30は、基準位置P2から基準位置P1までの移動時間を計測して、基準位置P2から基準位置P1までの移動速度V6を算出し、ピッチ方向Yの移動範囲−1.5°〜+1.5°における移動速度V6P、ヨー方向Xの移動範囲−1.5°〜+1.5°における移動速度V6Yを算出する。
S62の処理が終了すると、図9に示す制御処理は終了する。図9に示す制御処理を行なうことで、第1制御部30は、ピッチ方向Yの全移動範囲の移動速度V5P及びV6Pと、ヨー方向Xの全移動範囲の移動速度V5Y及びV6Yとを簡単かつ迅速に算出することができる。
以上、第2実施形態に係る駆動装置及び光学装置によれば、第1実施形態に係る駆動装置及び光学装置に比べて、原点で停止することなく第1アクチュエータ8及び第2アクチュエータ6の駆動特性を取得することができるので、より短い時間で移動速度を取得することができる。これにより、駆動特性を一層効率良く取得することができる。そして、駆動特性に基づいて補正した速度でアクチュエータを駆動させることができるので、制御目標通りの制御が可能となる。
なお、上述した実施形態は本発明に係る駆動装置及び光学装置の一例を示すものである。本発明に係る駆動装置及び光学装置は、これらの実施形態に係る駆動装置及び光学装置に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で、実施形態に係る駆動装置及び光学装置を変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。
例えば、上述した実施形態では、基準位置を2つ設定する例を説明したが、図11に示すように、複数の基準位置を設けて移動速度を取得してもよい。このように複数の基準位置を設けることで、基準位置間ごとに速度補正を行なうことができるので、移動速度をより精度良く補正することが可能となる。
また、上述した実施形態では、手振れ補正機構として手振れに応じて撮像素子14に対して撮像光学系2を移動させるものについて説明したが、撮像光学系2に対し撮像素子14を移動させるものであってもよい。この場合、撮像素子1が光学部材となり、上述した実施形態に係る撮像装置と同様な作用効果が得られる。
また、上述した実施形態では、単位時間あたりの駆動パルス数を補正することで駆動信号を変更しているが、例えば駆動周波数やデューティー比、駆動電圧を補正することによって駆動信号を変更してもよい。
また、上述した実施形態では、第1制御部30の制御対象のアクチュエータが2つの場合を説明したが、3以上のアクチュエータを制御する場合であってもよい。また、上述した実施形態では、手振れ補正機構に採用する例を説明したが、ズーム機構及びオートフォーカス機構を2つ以上のアクチュエータにより駆動している場合に採用してもよい。例えば、図13に示すように、第1アクチュエータ8、第2アクチュエータ6により撮像素子が光軸方向に直交する方向に駆動可能に構成された撮像素子と、アクチュエータにより光軸方向に駆動可能に構成された移動レンズ102、103を備え、第1アクチュエータ8及び第2アクチュエータ6により撮像素子が駆動可能に構成された撮像装置に適用することができる。この撮像装置は、例えば、光軸Oを屈曲させる屈曲光学系が適用されており、固定レンズ105、プリズム104、移動レンズ103、102、固定レンズ101及び撮像素子100を備えている。そして、アクチュエータが駆動することによって移動レンズ103、102が移動し、ズーム機能及びオートフォーカス機能が実現されるとともに、第1アクチュエータ8及び第2アクチュエータ6が駆動することによって撮像素子が移動し、手振れ補正機能が実現される。固定レンズ105から入射する被写体106の像は、プリズム104を介して屈曲され、移動レンズ103、移動レンズ102、固定レンズ101を介して撮像素子100で検出される。このようなズーム機能、オートフォーカス機能、及び手振れ補正機能を有する撮像装置において、図5、6に示す制御処理を行うことで、アクチュエータの駆動特性に基づいて速度を補正することが可能となる。
さらに、上述した実施形態では、駆動装置及び光学装置のアクチュエータとして圧電素子を用いたものを採用しているが、モータ、高分子アクチュエータ、形状記憶合金などの他の駆動部品を用いた場合でもよい。
2…撮像光学系(対象物、光学部材)、6…アクチュエータ(第2圧電アクチュエータ)、8…アクチュエータ(第1圧電アクチュエータ)、30…第1制御部(駆動制御手段、駆動特性取得手段)。
Claims (5)
- 対象物を移動させる駆動装置であって、
第1方向に前記対象物を移動させる第1圧電アクチュエータと、
第1方向とは別の第2方向に前記対象物を移動させる第2圧電アクチュエータと、
前記第1圧電アクチュエータ及び前記第2圧電アクチュエータのそれぞれの駆動特性を取得する駆動特性取得手段と、
前記第1圧電アクチュエータ及び前記第2圧電アクチュエータを前記駆動特性に基づいて駆動させる駆動制御手段と、
を備え、
前記駆動特性取得手段は、前記対象物を第1方向及び第2方向に同時に移動させて移動速度を取得し、前記移動速度に基づいて前記駆動特性を取得すること、
を特徴とする駆動装置。 - 前記駆動制御手段は、前記駆動特性に基づいて駆動時の速度を補正することを特徴とする請求項1に記載の駆動装置。
- 前記駆動特性取得手段は、第1方向及び第2方向により規定される角度を等分する方向に第1基準位置及び第2基準位置を設定し、
前記駆動制御手段が前記第1圧電アクチュエータ又は前記第2圧電アクチュエータを駆動させる前に、前記第1基準位置及び前記第2基準位置により規定される区間で前記対象物を移動させること、
を特徴とする請求項1又は2に記載の駆動装置。 - 前記駆動特性取得手段は、第1方向及び第2方向により規定される角度を等分する方向に複数の基準位置を設定し、
前記駆動制御手段が前記第1圧電アクチュエータ又は前記第2圧電アクチュエータを駆動させる前に、前記基準位置間で前記対象物を移動させて前記基準位置間ごとに前記駆動特性を取得し、前記基準位置間ごとに速度を補正することを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の駆動装置。 - 請求項1〜4の何れか1項に記載の駆動装置を備え、
前記対象物は光学部材であることを特徴とする光学装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008210848A JP2010051060A (ja) | 2008-08-19 | 2008-08-19 | 駆動装置及び光学装置 |
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JP2010051060A true JP2010051060A (ja) | 2010-03-04 |
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ID=42067675
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JP (1) | JP2010051060A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2016096367A (ja) * | 2014-11-12 | 2016-05-26 | リコーイメージング株式会社 | 撮影装置、撮影方法及びプログラム |
-
2008
- 2008-08-19 JP JP2008210848A patent/JP2010051060A/ja active Pending
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