JP2018117406A - 駆動装置及び駆動装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】駆動コイルと駆動用の磁石との距離が変動したとしても駆動性能を確保することができる駆動装置及びその制御方法を提供すること。【解決手段】駆動装置は、固定部と可動部とのうちの磁石が配置されているほうに配置されていて、磁石を挟んで駆動コイルと対向する位置に配置された検出コイル２２６を有し、前記可動部を駆動するための駆動電流に高周波駆動信号が重畳された駆動信号が前記駆動コイルに付与されたときに前記検出コイルに発生する前記高周波駆動信号の周波数を含む所定の周波数帯の高周波信号と検出部で検出された検出信号とに基づいて、前記駆動コイルへ付与する駆動信号を制御して前記可動部を所定位置に駆動する【選択図】図１２

Description

本発明は、駆動装置及びその制御方法に関する。

デジタルカメラ等において、レンズや撮像素子を移動させることで手ぶれ等に起因して撮像素子で生成される映像信号に生じる像ぶれを抑制するぶれ補正機能が知られている。この種のぶれ補正機能を実現するための駆動装置として、レンズ又は撮像素子を有する可動部を駆動コイルと駆動用の磁石とを用いたＶＣＭ（ボイスコイルモータ）によって固定部に対して移動させるように構成されたものが知られている。

ところで、ＶＣＭにおいては、固定部に対する可動部の位置を検出するための検出部としてホール素子が用いられている。例えば、固定部に駆動用の磁石とは別の位置検出用の磁石を配置し、可動部にホール素子を配置することで、固定部に対する可動部の移動に伴ってホール素子で検出される位置検出用の磁石からの磁束の変化により、固定部に対する可動部の位置が検出される。

ここで、駆動装置の小型化等を図る目的で、駆動用の磁石と位置検出用の磁石とを兼用する構成や、駆動用の磁石と位置検出用の磁石とを近づけて配置する構成が採られることがある。

特開２０１５−０８８９５６号公報

固定部と可動部との距離が変動すると駆動コイルと駆動用の磁石との距離も変動する。この結果、駆動用の磁石から駆動コイルが受ける磁束の量が減少してＶＣＭとしての駆動性能が低下する。

本発明は、前記の事情に鑑みてなされたもので、駆動コイルと駆動用の磁石との距離が変動したとしても駆動性能を確保することができる駆動装置及びその制御方法を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明の第１の態様の駆動装置は、駆動コイルと前記駆動コイルに対向して配置される磁石とのうちの一方が配置された固定部と、前記駆動コイルと前記磁石とのうちの他方が配置されていて、前記固定部に対して移動する可動部と、前記固定部と前記可動部とのうちの前記駆動コイルが配置されているほうに配置されていて、前記磁石の磁束に応じた検出信号を出力する検出部と、前記固定部と前記可動部とのうちの前記磁石が配置されているほうに配置されていて、前記磁石を挟んで前記駆動コイルと対向する位置に配置された検出コイルと、前記可動部を駆動するための駆動電流に高周波駆動信号が重畳された駆動信号が前記駆動コイルに付与されたときに前記検出コイルに発生する前記高周波駆動信号の周波数を含む所定の周波数帯の高周波信号と前記検出部で検出された検出信号とに基づいて、前記駆動コイルへ付与する駆動信号を制御して前記可動部を所定位置に駆動する駆動制御部とを具備する。

前記の目的を達成するために、本発明の第２の態様の駆動装置の制御方法は、駆動コイルと前記駆動コイルに対向して配置される磁石とのうちの一方が配置された固定部と、前記駆動コイルと前記磁石とのうちの他方が配置されていて、前記固定部に対して移動する可動部と、前記固定部と前記可動部とのうちの前記駆動コイルが配置されているほうに配置されていて、前記磁石の磁束に応じた検出信号を出力する検出部と、前記固定部と前記可動部とのうちの前記磁石が配置されているほうに配置されていて、前記磁石を挟んで前記駆動コイルと対向する位置に配置された検出コイルとを有する駆動装置の制御方法であって、前記可動部を駆動する電流に高周波駆動信号を重畳させた駆動信号を前記駆動コイルに付与することと、前記検出コイルに発生する前記高周波駆動信号の周波数を含む所定の周波数帯の高周波信号から前記高周波駆動信号の周波数を含む所定の周波数帯の振幅を取得することと、前記取得した振幅に基づいて前記検出コイルと前記駆動コイルとの距離に相当する距離相当値を算出することと、前記算出した距離相当値に基づいて前記駆動コイルへ付与する駆動信号を補正することと、前記補正された駆動信号を前記駆動コイルに付与して前記可動部を所定位置に駆動することとを具備する。

本発明によれば、駆動コイルと駆動用の磁石との距離が変動したとしても駆動性能を確保することができる駆動装置及びその制御方法を提供することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る撮像装置の概略の構成を示す図である。 図２は、本発明の一実施形態に係る駆動装置の一例としての手ぶれ補正ユニットの構成を示す図である。 図３は、固定部の構成を示す図である。 図４は、可動部の構成を示す図である。 図５は、ヨークの構成を示す図である。 図６は、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）の原理的な構成を示す図である。 図７は、固定部と可動部とのギャップのずれについて示す図である。 図８Ａは、ギャップについて説明するための図である。 図８Ｂは、ギャップについて説明するための図である。 図９は、単位電流当たりの駆動性能のギャップ依存性を示す図である。 図１０は、モータ（ＶＣＭ）の駆動特性（伝達特性）を示す図である。 図１１は、初期状態における駆動コイルと検出コイルとの配置関係を示す図である。 図１２は、本発明の一実施形態における撮像装置１における手ぶれ補正ユニット２３の位置制御系の構成を示すブロック図である。 図１３は、ＶＣＭにおける（１）低周波数帯、（２）中周波数帯、（３）高周波数帯の駆動特性を示す図である。 図１４Ａは、（１）低周波数帯の駆動電流、（２）中周波数帯の駆動電流、（３）高周波数帯の駆動電流をそれぞれ示す図である。 図１４Ｂは、図１４Ａで示した駆動電流をモータに付与したときの可動部の変位を示した図である。 図１５は、高周波検知部の一例の構成を示す図である。 図１６は、ＢＰＦの周波数特性を示す図である。 図１７は、磁石と駆動コイルとの距離とＢＰＦ出力との関係を示す図である。 図１８は、検出コイルの出力の高周波信号成分の駆動コイルと駆動用の磁石とのギャップ依存性を示す図である。 図１９は、駆動コイルと駆動用の磁石との算出処理を示すフローチャートである。 図２０は、図１２で示した位置制御系におけるフィードバック制御について示したフローチャートである。 図２１は、モータドライバの駆動電流の値の算出処理について示すフローチャートである。 図２２は、駆動信号の補正処理について示すフローチャートである。 図２３は、従来の撮像装置における手ぶれ補正ユニットの位置制御系の構成を示すブロック図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る撮像装置の概略の構成を示す図である。図１に示す撮像装置１は、交換レンズ１０と、本体２０とを有している。交換レンズ１０は、本体２０に設けられたマウント２１を介して本体２０に装着される。交換レンズ１０が本体２０に装着されることによって、交換レンズ１０と本体２０とは通信自在に接続される。これにより、交換レンズ１０と本体２０とは協働して動作する。なお、撮像装置１は、必ずしもレンズ交換式の撮像装置でなくてよい。例えば、撮像装置１は、レンズ一体型の撮像装置であってもよい。また、図１に示す撮像装置は、デジタルカメラ等の、手ぶれ補正ユニット２３を備えた各種の撮像装置でよい。

交換レンズ１０は、光学系１１を有している。光学系１１は、例えば複数のレンズ及び絞りを含み、図示しない被写体からの光束を本体２０の手ぶれ補正ユニット２３に入射させる。図１の光学系１１は、複数のレンズによって構成されているが、光学系１１は、１枚のレンズで構成されていてもよい。また、光学系１１は、フォーカスレンズの他、ズームレンズを有して構成されていてもよい。これらの場合、光学系１１の少なくとも一部のレンズは、光軸Ｏに沿った方向であるＺ方向に沿って移動自在に構成されている。

本体２０は、シャッタ２２と、手ぶれ補正ユニット２３と、モニタ２４と、操作部２５と、制御回路２６とを有している。

シャッタ２２は、例えば手ぶれ補正ユニット２３の前側（Ｚ方向の正の側とする）に配置されるフォーカルプレーンシャッタである。このシャッタ２２は、開かれることにより、手ぶれ補正ユニット２３を露出状態にする。また、シャッタ２２は、閉じられることにより、手ぶれ補正ユニット２３を遮光状態にする。

駆動装置の一例としての手ぶれ補正ユニット２３は、撮像素子を有し、図示しない被写体を撮像することによって被写体に係る映像信号を生成する。また、手ぶれ補正ユニット２３は、可動部をコイルと磁石とを用いたＶＣＭ（ボイスコイルモータ）によって固定部に対して移動させることにより、撮像素子に入射する被写体光を補正して手ぶれ等によって映像信号に生じる像ぶれを補正する。手ぶれ補正ユニット２３の構成については後で詳しく説明する。

モニタ２４は、例えば液晶ディスプレイであり、手ぶれ補正ユニット２３で生成された映像信号に基づく画像を表示する。また、モニタ２４は、ユーザが撮像装置１の各種の設定を行うためのメニュー画面を表示する。なお、モニタ２４は、タッチパネルを有していてもよい。

操作部２５は、例えばレリーズボタンである。レリーズボタンは、ユーザが撮像装置１による撮影開始を指示するためのボタンである。なお、操作部２５は、レリーズボタン以外の各種の操作部も含む。

制御回路２６は、例えばＣＰＵやメモリを含み、撮像装置１における撮影動作等の撮像装置１の全体の動作を制御する。

次に、手ぶれ補正ユニット２３についてさらに説明する。図２は、本発明の一実施形態に係る駆動装置の一例としての手ぶれ補正ユニット２３の構成を示す図である。図２の左側は手ぶれ補正ユニット２３の正面図を示しており、右側は手ぶれ補正ユニット２３の側面図を示している。また、図２に示す手ぶれ補正ユニット２３は、撮像素子に入射する被写体光を補正するための装置で、像ぶれによって映像信号にノイズが生じることを抑制するように当該撮像素子をその像面と平行な方向（図１のＸＹ方向）に駆動するぶれ補正駆動を行う駆動装置である。このような構成において、手ぶれ補正ユニット２３の正面は、図１のＺ方向の正側を向く面のことであるとする。また、図２のようにして手ぶれ補正ユニット２３が配置されたときに左右方向となる方向が図１のＸ方向であり、上下方向となる方向が図１のＹ方向である。

図２に示す手ぶれ補正ユニット２３は、概略的には、固定部１０２と、可動部１０４と、ヨーク１０６とを有している。固定部１０２は、撮像装置１の本体２０に固定されている。そして、側面図に示すように、ヨーク１０６は、固定部１０２との間に所定の間隙を有するように固定部１０２に固定される。そして、可動部１０４は、固定部１０２とヨーク１０６との間に配置され、付勢ばね１０８によって固定部１０２の方向に付勢された状態で固定部１０２に取り付けられている。また、可動部１０４の裏面には、３個のボール１２２が配置されている。この３個のボール１２２によって可動部１０４は、固定部１０２の表面上を滑らかに移動できるように構成されている。

図３は、固定部１０２の構成を示す図である。図３の左側は固定部１０２の正面図を示しており、右側は固定部１０２の側面図を示している。図３に示すように、固定部１０２には、３つの駆動用の磁石１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃと、３つの位置検出用の磁石１１２と、３つの検出コイル１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃとが配置されている。
また、図２の中央部に点線で示したコイルに対応する位置には、３つの位置検出用の磁石１１２（１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ）が配置されている。

駆動用の磁石１１０ａは、固定部１０２の正面の左上隅に配置されている。この駆動用の磁石１１０ａは、第１の磁石と第２の磁石とを有する。第１の磁石は、Ｙ方向が長手方向となるように、かつ、可動部１０４の側にＮ極が向くように配置された磁石である。第２の磁石は、Ｙ方向が長手方向となるように、かつ、可動部１０４の側にＳ極が向くように配置された磁石である。

駆動用の磁石１１０ｂは、固定部１０２の正面の左下隅に配置されている。この駆動用の磁石１１０ｂは、第１の磁石と第２の磁石とを有する。第１の磁石は、Ｙ方向が長手方向となるように、かつ、可動部１０４の側にＮ極が向くように配置された磁石である。第２の磁石は、Ｙ方向が長手方向となるように、かつ、可動部１０４の側にＳ極が向くように配置された磁石である。

駆動用の磁石１１０ｃは、固定部１０２の正面の中央下隅に配置されている。この駆動用の磁石１１０ｃは、第１の磁石と第２の磁石とを有する。第１の磁石は、Ｘ方向が長手方向となるように、かつ、可動部１０４の側にＮ極が向くように配置された磁石である。第２の磁石は、Ｘ方向が長手方向となるように、かつ、可動部１０４の側にＳ極が向くように配置された磁石である。

ここで、駆動用の磁石１１０ａと駆動用の磁石１１０ｂは、図３で示す「Ｘ方向」に駆動するための磁石であり、駆動用の磁石１１０ｃは図３で示す「Ｙ方向」に駆動するための磁石である。

上述した３つの位置検出用の磁石１１２（１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ）は、図３に示したように固定部１０２の正面中央部に配置されている。これらの３つの位置検出用の磁石１１２は、可動部１０４に配置される駆動コイルからの磁束の影響を受けない程度に駆動コイルから離れて固定部１０２に配置されることが望ましい。また、位置検出用の磁石１１２ａは駆動用の磁石１１０ａと磁極の向きが対応し、位置検出用の磁石１１２ｂは駆動用の磁石１１０ｂと磁極の向きが対応し、位置検出用の磁石１１２ｃは駆動用の磁石１１０ｃと磁極の向きが対応している。

検出コイル１１４ａは、図３で示す固定部１０２の裏面に設けられた穴１０２ａに配置されていて、駆動用の磁石１１０ａを挟んで後述する駆動コイルと対向する位置に配置されている。そして、検出コイル１１４ａの重心と駆動用の磁石１１０ａの重心と一致する位置に配置されている。同様に、検出コイル１１４ｂは、その重心が駆動用の磁石１１０ｂの重心と一致する固定部１０２の裏面位置に配置されている。また、検出コイル１１４ｃも同様に、その重心が駆動用の磁石１１０ｃの重心と一致する固定部１０２の裏面位置に配置されている。
なお、重心が一致することが望ましいが必ずしも一致する必要はない。誤差の範囲内でずれていても構わない。

図４は、可動部１０４の構成を示す図である。図４の左側は可動部１０４の正面図を示しており、右側は可動部１０４の側面図を示している。図４に示すように、可動部１０４には、撮像素子１１６と、３つの駆動コイル１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃと、３つの検出部であるホール素子１２０とが配置されている。

撮像素子１１６は、可動部１０４の中央部に設けられた開口に搭載されている。撮像素子１１６は、被写体を撮像して被写体に係る画像信号を生成する。また、撮像素子１１６は、画像信号をデジタル信号に変換して出力する。

駆動コイル１１８ａは、固定部１０２に配置された駆動用の磁石１１０ａと対応するように、可動部１０４の正面の左上隅に配置されている。ここで、可動部１０４が固定部１０２に対して相対移動してないときには、駆動用の磁石１１０ａは駆動コイル１１８ａと検出コイル１１４ａとの間に位置する。また、可動部１０４が固定部１０２に対して相対移動してないときには、駆動コイル１１８ａと検出コイル１１４ａとの互いの重心は一致している。すなわち、初期状態では、駆動用の磁石１１０ａは、駆動コイル１１８ａと検出コイル１１４ａとの間に挟まれた状態になる。

駆動コイル１１８ｂは、固定部１０２に配置された駆動用の磁石１１０ｂと対応するように、可動部１０４の正面の左下隅に配置されている。ここで、可動部１０４が固定部１０２に対して相対移動してないときには、駆動用の磁石１１０ｂは駆動コイル１１８ｂと検出コイル１１４ｂとの間に位置する。また、可動部１０４が固定部１０２に対して相対移動してないときには、駆動コイル１１８ｂと検出コイル１１４ｂとの互いの重心は一致している。すなわち、初期状態では、駆動用の磁石１１０ｂは、駆動コイル１１８ｂと検出コイル１１４ｂとの間に挟まれた状態になる。

駆動コイル１１８ｃは、固定部１０２に配置された駆動用の磁石１１０ｃと対応するように、可動部１０４の正面の中央下隅に配置されている。ここで、可動部１０４が固定部１０２に対して相対移動してないときには、駆動用の磁石１１０ｃは駆動コイル１１８ｃと検出コイル１１４ｃとの間に位置する。また、可動部１０４が固定部１０２に対して相対移動してないときには、駆動コイル１１８ｃと検出コイル１１４ｃとの互いの重心は一致している。すなわち、初期状態では、駆動用の磁石１１０ｃは、駆動コイル１１８ｃと検出コイル１１４ｃとの間に挟まれた状態になる。

３つのホール素子１２０は、それぞれ、位置検出用の磁石１１２と対応する位置に配置されている。ホール素子は、対応する位置検出用の磁石１１２からの磁束に応じた検出信号を固定部１０２に対する可動部１０４の位置を示す信号として出力する。

図５は、ヨーク１０６の構成を示す図である。図５の左側はヨーク１０６の正面図を示しており、右側はヨーク１０６の側面図を示している。図５に示すように、ヨーク１０６は、図３に記載された固定部１０２の駆動用の磁石１１０ａ、磁石１１０ｂ、磁石１１０ｃと対向するような略Ｌ字状をしている。ヨーク１０６は、鉄等の強磁性材料によって構成されており、磁石１１０ａ、磁石１１０ｂ、磁石１１０ｃとの間で磁気回路を形成することによって、駆動コイル１１８a、駆動コイル１１８ｂ、駆動コイル１１８ｃの受ける磁束を増加させる機能を有する。

図６は、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）の原理的な構成を示す図である。図６は、駆動用の磁石１１０ａ及び駆動コイル１１８ａで構成されるＶＣＭを示している。ここで、駆動用の磁石１１０ｂ及び駆動コイル１１８ｂで構成されるＶＣＭ並びに駆動用の磁石１１０ｃ及び駆動コイル１１８ｃで構成されるＶＣＭも磁石の磁極の配置の仕方が異なるだけで基本的な構成は駆動用の磁石１１０ａ及び駆動コイル１１８ａで構成されるＶＣＭと同一である。このため、図６では、駆動用の磁石１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃを総称して駆動用の磁石１１０と、駆動コイル１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃを駆動コイル１１８として示している。また、図６は、電源投入直後等の、駆動が開始されていない初期状態であるＶＣＭにおける駆動用の磁石１１０、駆動コイル１１８の配置を示している。

初期状態では、図６に示すように、駆動コイル１１８を構成する巻き線の中心部が、駆動用の磁石１１０の第１の磁石１１０１と第２の磁石１１０２の境界線上であって当該境界線を二等分する中心位置に配置される。

図６の構成において、駆動用の磁石１１０からの磁束を受けている駆動コイル１１８が通電されると、駆動コイル１１８に流れる電流の量と向きに応じた磁束と駆動力が発生する。この駆動コイル１１８に発生した駆動力に基づいて駆動コイル１１８は移動する。

図６では示していないが、駆動コイル１１８が移動すると、位置検出用の磁石１１２とホール素子１２０の位置関係が変化する。したがって、ホール素子１２０が受ける磁束の量も変化し、ホール素子１２０が出力する検出信号の量も変化する。ホール素子１２０が出力する検出信号により、位置検出用の磁石１１２とホール素子１２０の相対位置を検出することができる。

以上の動作が、駆動用の磁石１１０ａ及び駆動コイル１１８ａで構成されるＶＣＭ、駆動用の磁石１１０ｂ及び駆動コイル１１８ｂで構成されるＶＣＭ並びに駆動用の磁石１１０ｃ及び駆動コイル１１８ｃで構成されるＶＣＭについても同様にして行われる。このとき、駆動コイル１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃに付与する駆動電流の量を適切に設定することにより、可動部１０４は、固定部１０２に対して相対移動又は回転する。また、ホール素子１２０が出力する検出信号から、固定部１０２に対する可動部１０４の相対位置が検出される。

図２３は、従来の撮像装置１における手ぶれ補正ユニット２３の位置制御系の構成を示すブロック図である。図２３に示すように、撮像装置１は、コントローラ２０２と、モータドライバ２０４と、モータ（ＶＣＭ）２０６と、位置検出用の磁石２０８と、ホール素子２１２と、アナログ増幅アンプ２１４と、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）２１６と、ＡＤコンバータ２１８と、位置補正ブロック２２２と、減算部２２４とを有している。これらのうちの一部はソフトウェアで構成されていてもよい。また、図２３の構成はＶＣＭの数だけ設けられているものであるが、図２３では１つのＶＣＭに対応する構成のみ示している。また、図２３おいては、手ぶれ補正ユニット２３に設けられているＶＣＭ（駆動コイルと駆動用の磁石とによって構成されている）のうちの１つがモータ２０６として、位置検出用の磁石１１２の１つが磁石２０８として、また、ホール素子１２０の１つがホール素子２１２として示されている。

コントローラ２０２は、例えばＰＩＤ制御によって可動部１０４の位置のフィードバック制御を行う駆動制御部である。具体的には、コントローラ２０２は、ＩＩＲフィルタを含み、減算部２２４から入力された偏差信号に対してフィルタ処理を施してモータ２０６を駆動するための駆動電流の値を示す信号を生成し、生成した駆動電流の値をモータドライバ２０４に出力する。

モータドライバ２０４は、コントローラ２０２から入力された駆動電流の値に応じた駆動信号をモータ２０６（実際には駆動コイル１１８）に付与することによって可動部１０４を変位させる。

アナログ増幅アンプ２１４は、ホール素子２１２からの検出信号を取り込み、取り込んだ検出信号をＡＤコンバータ２１８におけるＡＤ変換レンジに収めるようにアナログ増幅する。

ＬＰＦ２１６は、アナログ増幅アンプ２１４から出力される検出信号をＡＤ変換する際の折り返し歪みを抑制するために検出信号の高周波成分を除去するためのＬＰＦ処理を行う。

ＡＤコンバータ２１８は、ＬＰＦ２１６から出力される検出信号をデジタル信号に変換する。

位置補正ブロック２２２は、ＡＤコンバータ２１８から入力されたＡＤ値に基づいて、可動部１０４を正しい位置に制御することができるようにデジタル的に補正を行うための現在位置信号を生成する。そして、位置補正ブロック２２２は、生成した現在位置信号を減算部２２４に出力する。また、ホール素子２１２等は温度特性を持っており、同じ可動部１０４の位置に対して異なる検出信号を出力し得る。位置補正ブロック２２２は、図示しない温度センサを用いてこのような温度特性等に起因する誤差の補正も行ってもよい。
なお、本実施形態では、位置補正ブロック２２２はソフトウェア処理をおこなっているが、一部又は全てをアナログ的な回路で構成しても良い。

減算部２２４は、例えば制御回路２６から入力された可動部１０４の駆動目標位置を示す駆動目標位置信号と位置補正ブロック２２２で生成された現在位置信号との偏差信号をコントローラ２０２に出力する。この偏差信号に基づいてコントローラ２０２による駆動電流の算出が行われる。これにより、可動部１０４の位置は駆動目標位置に近づいていく。

ここで、固定部１０２と可動部１０４との光軸方向の距離であるギャップは種々の要因でずれ得る。例えば図７に示すように、固定部１０２と可動部１０４とのギャップにずれが生じると、駆動コイル１１８が駆動用の磁石１１０から受ける磁束の量が変化する。例えば、駆動コイル１１８と駆動用の磁石１１０との距離が長くなると、駆動コイル１１８が駆動用の磁石１１０から受ける磁束の量が減少する。この磁束の減少により、ＶＣＭとしての駆動力は低下する。

ここで、ギャップの考え方について説明する。図８Ａは、ギャップについて示した図である。固定部１０２と可動部１０４とは一定のギャップを有するようにボール１２２を介して配置され、固定部１０２に取り付けられた付勢ばね１０８によって可動部１０４を固定部１０２の方向に付勢されている。即ち、ギャップは、基本的には付勢ばね１０８の付勢力によってボール１２２が常に固定部１０２と可動部１０４に接触するように構成される。しかしながら、厳密に固定部１０２に対して可動部１０４を平行に取り付けることは困難であり、例えば固定部１０２と可動部１０４との製造時において、図８Ｂに示す可動部１０４とボール１２２が接触する面と固定部１０２とボール１２２が接触する面との間に傾きが生じてしまうことが多い。この傾きにより、固定部１０２と可動部１０４との位置により、ギャップの量が異なることになる。固定部１０２と可動部１０４とのギャップの量の異なりにより、駆動コイル１１８が駆動用の磁石１１０から受ける磁束の量が変化する。この磁束の変化は、駆動力の低下として現れることになる。

図９は、単位電流当たりの駆動性能（可動部１０４の変位）のギャップ依存性を示す図である。ここで、図９の横軸は、駆動用の磁石１１０と駆動コイル１１８とのギャップの量を示している。図９の縦軸は、単位電流当たりの駆動性能を示している。図９に示すように、駆動用の磁石１１０と駆動コイル１１８とのギャップの量が大きくなるほどに、駆動性能は低下する。

図１０は、モータ（ＶＣＭ）２０６の駆動特性（伝達特性）を示す図である。ここで、図１０において、横軸は駆動コイル１１８に流す電流の周波数であり、縦軸は単位電流当たりの可動部１０４の変位である。図１０に示す特性は、式（１）で示す伝達関数で示される特性である。ここで、式（１）のＸ（ｓ）／Ｉ（ｓ）は単位電流当たりの変位（１次元）を示し、ｓはラプラス変換子を示し、ζは減衰係数を示し、ω_ｎは周波数を示している。なお、実際の可動部１０４の変位は、駆動電流の振幅にも依存する。すなわち、実際の可動部１０４の変位は、単位電流当たりの変位と駆動電流の振幅の積になる。

ここで、ＶＣＭにおける周波数帯と駆動特性との関係を説明する。
一般的に、ＶＣＭは、（１）低周波数帯、（２）中周波数帯、（３）高周波数帯のそれぞれで異なる駆動特性を有する。低周波数帯は単位電流当たりの可動部１０４の変位が大きい周波数帯であり、中周波数帯は単位電流当たりの可動部１０４の変位が中程度の周波数帯であり、低周波数帯は単位電流当たりの可動部１０４の変位が小さい周波数帯である。何れの場合であっても、ギャップの量が大きいほうが単位電流当たりの可動部１０４の変位は小さくなる。

前述したように駆動性能の低下は、駆動用の磁石１１０と駆動コイル１１８とのギャップの量（距離）に応じて変化する。駆動用の磁石１１０と駆動コイル１１８とのギャップの量（距離）を検出するために、本実施形態では、図１１に示すように、初期状態では、駆動コイル１１８の重心と一致する位置に検出コイル１１４が配置される。検出コイル１１４は、駆動コイル１１８への駆動電流の付与によって駆動コイル１１８に発生した磁束に応じた信号を発生する。

図１２は、本実施形態における撮像装置１における手ぶれ補正ユニット２３の位置制御系の構成を示すブロック図である。ここで、図２３と同様の構成については図２３と同様の参照符号を付すことで適宜に説明を省略する。また、図１２においては、３つの検出コイル１１４のうちの１つを検出コイル２２６として示している。

本実施形態におけるモータドライバ２０４は、高周波重畳部２０４ａを有している。高周波重畳部２０４ａは、例えば高周波発振器を含み、コントローラ２０２からの駆動信号に応じた駆動電流に対して高周波駆動電流（高周波駆動信号）を重畳した駆動信号をモータ２０６に付与する。高周波駆動電流は、検出コイル２２６による駆動用の磁石１１０と駆動コイル１１８とのギャップ測定のための電流である。

図１３は、可動部１０４における、周波数の大きさと単位電流当たりの変位を示したグラフである。図１３に示すように、ＶＣＭは、（１）低周波数帯、（２）中周波数帯、（３）高周波数帯のそれぞれで異なる駆動特性を有する。低周波数帯は単位電流当たりの可動部１０４の変位が大きい周波数帯であり、中周波数帯は単位電流当たりの可動部１０４の変位が中程度の周波数帯であり、低周波数帯は単位電流当たりの可動部１０４の変位が小さい周波数帯である。モータ２０６はモータドライバ２０４からの駆動信号に基づいて駆動される。したがって、コントローラ２０２から指示された駆動電流値に応じた駆動信号にさらに別の駆動信号が重畳されていると、この別の駆動信号も可動部１０４の変位に影響を与え得る。ここで、図１３に示すように、（３）の高周波帯の周波数の信号をモータ２０６に付与しても可動部１０４は殆ど変位しない。すなわち、コントローラ２０２から指示された駆動電流値に応じた駆動信号にさらに別の駆動信号として重畳するのは、（３）の高周波帯の周波数とするのが望ましいことがわかる。

図１４Ａは、（１）低周波数帯の駆動電流、（２）中周波数帯の駆動電流、（３）高周波数帯の駆動電流の時間経過との関係をそれぞれ示した図である。ここで、本実施形態では、（１）低周波数帯の駆動電流とは数十Ｈｚまでを想定し、２）中周波数帯の駆動電流とは１ｋＨｚまでを想定し、３）高周波数帯の駆動電流とは１ｋＨｚより大きい値でかつ可動部１０４の変位が画素ピッチ未満となる場合、すなわち、可動部１０４の変位が殆どない場合を想定している。勿論、低、中、高周波数帯とは相対的な値であるので、上記の数値に限定されるものではない。なお、図１４Ａでは、それぞれの駆動電流の振幅は揃えられている。
また、図１４Ｂは、図１４Ａで示した上記低、中、高周波数帯の各周波数帯での駆動電流をモータ２０６（駆動コイル１１８）に付与したときの可動部１０４の変位を示した図である。

図１３で示したように上記低周波数帯では単位電流当たりの変位が大きいので、図１４Ａで示す低周波数帯の駆動電流がモータ２０６に付与されたときに図１４Ｂに示すように大きな変位が生じる。同様に、図１３で示したように上記中周波数帯では単位電流当たりの変位が中程度であるので、図１４Ａで示す中周波数帯の駆動電流がモータ２０６に付与されたときに図１４Ｂに示すような中程度の変位が生じる。一方、図１３で示した上記高周波数帯の駆動電流に対しては、モータ２０６は追従できなくなる。このため、高周波数帯については駆動電流の振幅を大きくしたとしても、図１４Ｂに示すように殆ど変位は生じない。このため、高周波数帯の周波数を有する駆動電流は本来の駆動電流に重畳されたとしても可動部１０４の変位には殆ど影響しない。
以上、説明したように、本実施形態における「高周波」は、可動部１０４の変位が撮像素子１１６を介して生成される画像に影響を与えない程度の変位となる周波数であることが望ましい。具体的には、本実施形態における「高周波」は、可動部１０４の変位が撮像素子１１６の１画素以内の変位となる周波数であることが望ましい。

ここで、図１２の説明に戻る。本実施形態においては、モータドライバ２０４は、高周波駆動電流が重畳された駆動電流をモータ２０６に付与する。駆動コイル１１８からの磁束を受けることにより、検出コイル２２６は、駆動コイル１１８からの磁束に応じた信号を出力する。

検出コイル２２６から出力された信号は、高周波検知部２２８に入力される。図１５は、高周波検知部２２８の一例の構成を示している。図１５に示すように、高周波検知部２２８は、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）２２８ａと、ＡＤコンバータ２２８ｂとを有している。ＢＰＦ２２８ａは、図１６に示すような高周波駆動電流の周波数の信号を通過させるように周波数特性が設定されたフィルタである。すなわち、ＢＰＦ２２８ａは、検出コイル２２６の出力から、低周波又は低周波と中周波とのミックス波に、重畳した高周波駆動電流の周波数に対応した所定の高周波信号を取得する。ＡＤコンバータ２２８ｂは、ＢＰＦ２２８ａから出力される高周波信号をデジタル信号に変換する。そして、ＡＤコンバータ２２８ｂは、高周波信号のＡＤ値をコントローラ２０２に戻す。

図１７は、ＢＰＦ２２８ａの出力を示す図である。ＢＰＦ２２８ａを通過する高周波信号は、可動部１０４の変位に伴う磁束変化には依存せず、可動部１０４の変位が画素ピッチ未満となる高周波駆動電流を重畳して駆動コイル１１８に通電し、その際に駆動コイル１１８において発生した磁束に依存する。ここで、前述したように、駆動コイル１１８が駆動用の磁石１１０から受ける磁束は、駆動コイル１１８と駆動用の磁石１１０とのギャップが大きくなるほど減少する。駆動コイル１１８からの磁束が減少することにより、検出コイル２２６の出力する信号の振幅は減少する。したがって、ＢＰＦ２２８ａの出力する高周波信号の振幅は、図１７に示すように、駆動コイル１１８と駆動用の磁石１１０とのギャップが大きいときには小さくなり、駆動コイル１１８と駆動用の磁石１１０とのギャップが小さいときには大きくなる。

図１８は、検出コイル２２６の出力の高周波信号成分（ＢＰＦ２２８ａの出力）の駆動コイル１１８と駆動用の磁石１１０とのギャップ依存性を示す図である。図１７でも説明したように、検出コイル２２６の出力の高周波信号成分（ＢＰＦ２２８ａの出力）の振幅は、ギャップが大きくなるほどに小さくなる。すなわち、検出コイル２２６の出力を、検出コイル２２６と駆動コイル１１８との距離相当値と考えることができる。また、検出コイル２２６と駆動用の磁石１１０とはともに固定部１０２に配置されていてその相対位置は変化しない。したがって、検出コイル２２６の出力は、駆動用の磁石１１０と駆動コイル１１８との距離相当値とも考えることができる。したがって、検出コイル２２６の出力から駆動用の磁石１１０と駆動コイル１１８とのギャップを推定し、推定したギャップに応じてコントローラ２０２において駆動力の補正を行うことにより、仮に駆動コイル１１８が駆動用の磁石１１０とのギャップのずれが生じたとしてもモータ２０６の駆動性能が低下しないように駆動信号を補正することができる。

以上説明した以外の図１２の構成は、図２３と同様である。したがって、説明を省略する。

以下、本実施形態における駆動コイルと駆動用の磁石との距離の算出手法について説明する。図１９は、駆動コイルと駆動用の磁石との算出処理を示すフローチャートである。ここで、図１９の処理は、高周波駆動電流の周波数の２倍以上の周波数で行われる。これは、検出信号の高周波成分をＡＤコンバータ２２８ｂにおいて正しくＡＤ変換するためには、ＡＤコンバータ２２８ｂのサンプリング周波数を高周波駆動電流の周波数の２倍以上にする必要があるためである。

ステップＳ１において、高周波検知部２２８は、検出コイル２２６から出力された信号の高周波成分を検知する。すなわち、高周波検知部２２８は、ＢＰＦ２２８ａにより入力された信号における高周波駆動電流の周波数に対応した高周波成分を取得し、取得した高周波成分をＡＤコンバータ２２８ｂにおいてデジタル信号に変換してコントローラ２０２に出力する。

ステップＳ２において、コントローラ２０２は、１周期分の高周波成分の取得が完了したか否かを判定する。ステップＳ２において、１周期分の高周波成分の取得が完了していないと判定されたときには、処理は終了する。ステップＳ２において、１周期分の高周波成分の取得が完了したと判定されたときには、処理はステップＳ３に移行する。

ステップＳ３において、コントローラ２０２は、駆動コイル１１８と駆動用の磁石１１０の距離を算出する。その後、処理は終了する。前述したように高周波検知部２２８から出力される高周波信号の振幅は、駆動コイル１１８と検出コイル２２６の距離、すなわち検出コイル２２６と駆動用の磁石１１０とは固定部１０２に配置されているので、相対的に、駆動コイル１１８と駆動用の磁石１１０との距離に応じて変動する。したがって、図１８で示した駆動コイル１１８と駆動用の磁石１１０とのギャップと高周波信号の振幅との関係をシミュレーション等で求め、この関係をコントローラ２０２に記憶させておくことにより、高周波検知部２２８から出力される高周波信号の振幅から駆動コイル１１８と駆動用の磁石１１０との距離が算出される。

以下、図１２で示した位置制御系の動作を説明する。図２０は、図１２で示した位置制御系におけるフィードバック制御について示したフローチャートである。図２０の処理中に図１９で示した距離の算出処理が行われる。ただし、図２０の処理は、図１９の処理のように高速で行われる必要はない。図１９の処理は、例えばモータ２０６の駆動に用いられる周波数で行われてよい。

ステップＳ１１において、減算部２２４は、目標位置信号を取得する。目標位置信号は、例えば制御回路２６から減算部２２４に対して入力されるものである。例えば、目標位置信号は、手振れ量に応じて設定される。

ステップＳ１２において、減算部２２４は、現在位置信号を取得する。このために、現在位置算出処理が行われる。現在位置算出処理では、ホール素子２１２から出力された検出信号は、アナログ増幅アンプ２１４で増幅され、ＬＰＦ２１６に入力される。ＬＰＦ２１６におけるＬＰＦ処理の後、検出信号はＡＤコンバータ２１８においてデジタル信号に変換される。このＬＰＦ処理後のＡＤ値が位置補正ブロック２２２に入力される。位置補正ブロック２２２においては、補正ＡＤ値に対する温度特性等に起因する誤差が補正されて現在位置が生成される。位置補正ブロック２２２において生成された現在位置信号は減算部２２４において取得される。ここで、検出信号は、高周波駆動信号の影響を受けている。この検出信号における高周波駆動信号の成分は、ＬＰＦ２１６を通過するときに除去される。

ステップＳ１３において、減算部２２４は、目標位置と現在位置との偏差を算出する。減算部２２４で算出される偏差信号は、コントローラ２０２に入力される。

ステップＳ１４において、コントローラ２０２は、偏差信号と高周波検知部２２８から出力されるＢＰＦ処理がされた後の高周波信号の振幅のＡＤ値とから、モータ２０６を駆動するためにモータドライバ２０４に入力する駆動電流の値を示す駆動信号を生成する。ステップＳ１４の処理については後で説明する。

ステップＳ１５において、コントローラ２０２は、モータドライバ２０４に対して駆動信号を入力する。これにより、モータドライバ２０４の駆動電流量が設定され、この駆動電流量に従ってモータ２０６（実際には駆動コイル１１８）は駆動される。図２０で示したフィードバック制御が繰り返し行われることにより、可動部１０４の位置は目標位置に到達する。

次に、ステップＳ１４のモータドライバ２０４の駆動電流の値の算出処理を説明する。了する。図２１は、モータドライバ２０４の駆動電流の値の算出処理について示すフローチャートである。

ステップＳ２１において、コントローラ２０２は、偏差信号に対してフィルタ処理を施すことによって駆動電流の値を示す駆動信号を生成する。

ステップＳ２２において、コントローラ２０２は、駆動信号を補正する。その後、処理は終了する。

次に、図２２のフローチャートを用いて、ステップＳ２２の駆動信号の補正処理について詳細に説明する。

ステップＳ３１において、コントローラ２０２は、駆動コイル１１８と駆動用の磁石との距離の値を取得する。ステップＳ３１においては、図１９の処理の結果として逐次に算出される距離の値のうちで最新のものが取得される。

ステップＳ３２において、コントローラ２０２は、駆動コイル１１８と駆動用の磁石との距離の値が所定範囲内か否かを判定される。ステップＳ３２において、距離の値が所定範囲内でないと判定されたときには、処理はステップＳ３３に移行する。ステップＳ３２において、距離の値が所定範囲内であると判定されたときには、処理はステップＳ３４に移行する。

固定部１０２と可動部１０４とのギャップのずれはある程度の範囲内で生じると考えられる。したがって、取得された距離の値が大きすぎるとき又は小さすぎるときには、例えばモータ２０６自体の故障等が生じていると考えられる。このような場合には、処理はステップＳ３３に移行し、コントローラ２０２は、例えばモニタ２４を用いてエラー通知を行う。エラー通知の後、処理はステップＳ３４に移行する。ここで、エラー通知は、例えば手振れ補正を行うことができない旨又は駆動電流の補正を行うことができない旨を通知するメッセージを含む。また、ステップＳ３３において、フィードバック制御自体を停止させるようにしてもよい。この場合もエラー通知は行われることが望ましい。

ステップＳ３４において、コントローラ２０２は、駆動信号を補正するための補正ゲインを算出する。補正ゲインは、例えば図９で示した駆動コイル１１８と駆動用の磁石１１０とのギャップと単位電流当たりの駆動性能との関係から算出される。例えば、図９の関係を示す関数の逆関数が補正ゲインであると考えることができる。

ステップＳ３５において、コントローラ２０２は、フィルタ処理によって算出した駆動信号に補正ゲインを乗じることによって駆動信号を補正する。その後、処理は終了する。

以上説明したように本実施形態によれば、検出コイル２２６によって駆動コイル１１８と駆動用の磁石１１０との距離を測定することにより、駆動コイル１１８と駆動用の磁石１１０との間に生じたギャップのずれによる、モータ２０６の駆動性能の劣化を補正することができる。

ここで、高周波駆動電流の周波数は、可動部１０４の移動量が撮像素子１１６の１画素以内となる周波数であるとしている。これにより、駆動電流に高周波駆動電流を重畳することによる画質への影響を無くすことができる。

以上実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。例えば、前述した手ぶれ補正ユニット２３の構成は一例であって適宜変更され得る。例えば、ＶＣＭの構成が異なっていてもよい。例えば、前述の例では、固定部に駆動用の磁石が設けられ、可動部に駆動コイルが設けられている。これに対して、可動部に駆動用の磁石が設けられ、固定部に駆動コイルが設けられてもよい。この場合、検出コイルは可動部に設けられる。また、手ぶれ補正ユニット２３は、撮像素子１１６ではなく、光学系１１を移動させるように構成されていてもよい。さらに、手ぶれ補正ユニット２３は、手ぶれ補正処理以外に用いられてもよい。例えば、手ぶれ補正ユニット２３は、超解像処理に用いられてもよい。

さらに、前述の各動作フローチャートの説明において、便宜上「まず」、「次に」等を用いて動作を説明しているが、この順で動作を実施することが必須であることを意味するものではない。

また、前述した実施形態による各処理は、コンピュータとしてのＣＰＵ等に実行させることができるプログラムとして記憶させておくこともできる。この他、メモリカード、磁気ディスク、光ディスク、半導体メモリ等の外部記憶装置の記憶媒体に格納して配布することができる。そして、ＣＰＵ等は、この外部記憶装置の記憶媒体に記憶されたプログラムを読み込み、この読み込んだプログラムによって動作が制御されることにより、上述した処理を実行することができる。

さらに、前記した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適当な組合せにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、上述したような課題を解決でき、上述したような効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。

１ 撮像装置、１０ 交換レンズ、１１ 光学系、２０ 本体、２１ マウント、２２ シャッタ、２３ 手ぶれ補正ユニット、２４ モニタ、２５ 操作部、２６ 制御回路、１０２ 固定部、１０２ａ 穴、１０４ 可動部、１０６ ヨーク、１１０，１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ 駆動用の磁石、１１２ 位置検出用の磁石、１１４，１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃ 検出コイル、１１６ 撮像素子、１１８，１１８ａ，１１８ｂ，１１８ｃ 駆動コイル、１２０，２１２ ホール素子、１２２ ボール、２０２ コントローラ、２０４ モータドライバ、２０４ａ 高周波重畳部、２０６ モータ、２０８ 位置検出用の磁石、２１２ ホール素子、２１４ アナログ増幅アンプ、２１６ ローパスフィルタ（ＬＰＦ）、２１８ ＡＤコンバータ、２２２ 位置補正ブロック、２２４ 減算部２２４ 検出コイル、２２８ 高周波検知部、２２８ａ バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）、２２８ｂ ＡＤコンバータ。

Claims (5)

1. 駆動コイルと前記駆動コイルに対向して配置される磁石とのうちの一方が配置された固定部と、
   前記駆動コイルと前記磁石とのうちの他方が配置されていて、前記固定部に対して移動する可動部と、
   前記固定部と前記可動部とのうちの前記駆動コイルが配置されているほうに配置されていて、前記磁石の磁束に応じた検出信号を出力する検出部と、
   前記固定部と前記可動部とのうちの前記磁石が配置されているほうに配置されていて、前記磁石を挟んで前記駆動コイルと対向する位置に配置された検出コイルと、
   前記可動部を駆動するための駆動電流に高周波駆動信号が重畳された駆動信号が前記駆動コイルに付与されたときに前記検出コイルに発生する前記高周波駆動信号の周波数を含む所定の周波数帯の高周波信号と前記検出部で検出された検出信号とに基づいて、前記駆動コイルへ付与する駆動信号を制御して前記可動部を所定位置に駆動する駆動制御部と、
   を具備した駆動装置。
2. 前記駆動制御部は、前記高周波信号から前記高周波駆動信号の周波数を含む所定の周波数帯の振幅を取得し、前記取得した振幅に基づいて前記検出コイルと前記駆動コイルとの距離に相当する距離相当値を算出し、前記算出した距離相当値に基づいて前記駆動コイルへ付与する駆動信号を補正する請求項１に記載の駆動装置。
3. 前記駆動コイルと前記検出コイルとは互いの重心が一致するように配置されている請求項２に記載の駆動装置。
4. 前記駆動装置は、前記可動部に配置され、被写体に係る映像信号を生成する撮像素子と、前記映像信号に基づく画像を表示する表示部とを有する撮像装置であって、
   前記駆動制御部は、前記距離相当値が所定範囲内でないときに前記駆動コイルへ付与する駆動信号を補正できないとして前記表示部にエラー表示をする請求項２に記載の駆動装置。
5. 駆動コイルと前記駆動コイルに対向して配置される磁石とのうちの一方が配置された固定部と、前記駆動コイルと前記磁石とのうちの他方が配置されていて、前記固定部に対して移動する可動部と、前記固定部と前記可動部とのうちの前記駆動コイルが配置されているほうに配置されていて、前記磁石の磁束に応じた検出信号を出力する検出部と、前記固定部と前記可動部とのうちの前記磁石が配置されているほうに配置されていて、前記磁石を挟んで前記駆動コイルと対向する位置に配置された検出コイルとを有する駆動装置の制御方法であって、
   前記可動部を駆動する電流に高周波駆動信号を重畳させた駆動信号を前記駆動コイルに付与することと、
   前記検出コイルに発生する前記高周波駆動信号の周波数を含む所定の周波数帯の高周波信号から前記高周波駆動信号の周波数を含む所定の周波数帯の振幅を取得することと、
   前記取得した振幅に基づいて前記検出コイルと前記駆動コイルとの距離に相当する距離相当値を算出することと、
   前記算出した距離相当値に基づいて前記駆動コイルへ付与する駆動信号を補正することと、
   前記補正された駆動信号を前記駆動コイルに付与して前記可動部を所定位置に駆動することと、
   を具備する制御方法。