JP3689783B2 - 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
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電アクチュエー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。
【０００２】
【従来の技術】
カメラや双眼鏡等の光学装置における手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。
【０００３】
この圧電アクチュエータは、後に説明するように、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。
【０００４】
圧電素子４は、多数の圧電板を積層して構成されており、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。
【０００５】
移動子10は、本体11とキャップ12とによってロッド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。
【０００６】
圧電素子４には、例えば図４を参照して後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。
【０００７】
同様の波形100’、100”・・・が繰り返す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。
【０００８】
なお、移動子10を図１(ｂ)中矢印Ｂ方向に移動させる場合の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。
【０００９】
図３には、圧電アクチュエータの他の例と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。
【００１０】
駆動ユニット30は、相対的に質量の大きい移動体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。
【００１１】
この圧電アクチュエータにおいては、圧電素子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。
【００１２】
圧電アクチュエータの駆動回路の一例を図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(low)’に固定するとともに、充電端子には図５に示したＰＷＭ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。
【００１３】
Foward端子が‘ハイ’に固定されている場合、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。
【００１４】
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。
【００１５】
したがって、図１の圧電アクチュエータを使用した場合には、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。
【００１６】
なお、移動子10を後退させるときは、Foward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。
【００１７】
また、圧電アクチュエータの停止時には、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。
【００１８】
以上のような圧電アクチュエータおよびそ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。
【００１９】
図６は、タイマーのスタートをＰＷＭパル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。
【００２０】
図７は、ＰＷＭパルスと同期させずにタイマーをスタートさせる例を示している。タイマーは、ＰＷＭ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。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明が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。
【００２２】
【課題を解決するための手段・作用・効果】
本発明は、上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。
【００２３】
すなわち、本発明により、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であって、所定周期のパルス幅に変調された上記該ＰＷＭパルスの数を所定数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。
【００２４】
２相以上の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の場合には、上記２相以上のＰＷＭパルスのうち、所定周期のパルス幅に変調された１相のＰＷＭパルスをアクチュエータ停止時にも出力し、該パルスの数を所定数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。
【００２５】
本発明が適用される駆動制御装置としては、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。
【００２６】
また本発明により、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、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。
【００２７】
この場合の光学装置およびそのフィードバ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。
【００２８】
【発明の実施の形態】
本発明の制御方法の実施形態を添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。
【００２９】
まず、フィードバック周期をＰＷＭパルス列２中のパルス数に換算して設定する(ステップＳ100)。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。
【００３０】
レンズ鏡胴(図示せず)内には、ピッチ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)。
【００３１】
次に、上記の手振れ量(角度)とレンズ位置とを比較して、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。
【００３２】
フィードバック制御開始後に最初に算出さ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)。
【００３３】
図11は、アクチュエータの駆動時および停止時において、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。
【００３４】
次にアクチュエータの停止時について説明する。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。
【００３５】
このように、本発明においては、アクチュ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。
【００３６】
以上の制御方法は、補正レンズを駆動す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ＰＷＭ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。
【００３７】
駆動アクチュエータが３つ以上ある場合にも同様に、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ＰＷＭ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。
【図面の簡単な説明】
【図１】 圧電アクチュエータの一例を示す分解斜視図および組立斜視図である。
【図２】 図１の圧電アクチュエータを駆動する駆動パルス電圧を示すグラフである。
【図３】 圧電アクチュエータの他の例を示す斜視図および正面図である。
【図４】 圧電アクチュエータの駆動回路の一例を示す回路図である。
【図５】 従来の方法において、圧電アクチュエータに送られるＰＷＭパルス列を説明する説明図である。
【図６】 圧電アクチュエータのＰＷＭパルスを利用せ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。
【図７】 圧電アクチュエータのＰＷＭパルスを利用せ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。
【図８】 カメラのピッチ軸とヨー軸とを説明する概略斜視図である。
【図９】 本発明の方法が適用されたカメラの機能ブロック図である。
【図１０】 本発明の方法を説明するフローチャートである。
【図１１】 本発明の方法において、圧電アクチュエータに送られるＰＷＭパルス列を説明する説明図である。
【図１２】 本発明の方法において、２つのアクチュエ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。
【図１３】 従来の方法において、２つのアクチュエ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。
【符号の説明】
１ 固定台
２、３ 支持部
４ 圧電素子
５ ロッド
10 移動子
11 移動子本体
12 キャップ
13 押圧バネ
21 固定台
22 壁部
23 押圧部材
24 支持バネ
30 駆動ユニット
31 移動体
32 圧電素子
33 駆動軸
100、100’100” 駆動パルス電圧波形
101 立ち上がり傾斜部
102 立ち下がり傾斜部
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電アクチュエー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。
【０００２】
【従来の技術】
カメラや双眼鏡等の光学装置における手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。
【０００３】
この圧電アクチュエータは、後に説明するように、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。
【０００４】
圧電素子４は、多数の圧電板を積層して構成されており、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。
【０００５】
移動子10は、本体11とキャップ12とによってロッド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。
【０００６】
圧電素子４には、例えば図４を参照して後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。
【０００７】
同様の波形100’、100”・・・が繰り返す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。
【０００８】
なお、移動子10を図１(ｂ)中矢印Ｂ方向に移動させる場合の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。
【０００９】
図３には、圧電アクチュエータの他の例と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。
【００１０】
駆動ユニット30は、相対的に質量の大きい移動体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。
【００１１】
この圧電アクチュエータにおいては、圧電素子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。
【００１２】
圧電アクチュエータの駆動回路の一例を図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(low)’に固定するとともに、充電端子には図５に示したＰＷＭ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。
【００１３】
Foward端子が‘ハイ’に固定されている場合、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。
【００１４】
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。
【００１５】
したがって、図１の圧電アクチュエータを使用した場合には、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。
【００１６】
なお、移動子10を後退させるときは、Foward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。
【００１７】
また、圧電アクチュエータの停止時には、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。
【００１８】
以上のような圧電アクチュエータおよびそ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。
【００１９】
図６は、タイマーのスタートをＰＷＭパル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。
【００２０】
図７は、ＰＷＭパルスと同期させずにタイマーをスタートさせる例を示している。タイマーは、ＰＷＭ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。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明が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。
【００２２】
【課題を解決するための手段・作用・効果】
本発明は、上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。
【００２３】
すなわち、本発明により、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であって、所定周期のパルス幅に変調された上記該ＰＷＭパルスの数を所定数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。
【００２４】
２相以上の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の場合には、上記２相以上のＰＷＭパルスのうち、所定周期のパルス幅に変調された１相のＰＷＭパルスをアクチュエータ停止時にも出力し、該パルスの数を所定数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。
【００２５】
本発明が適用される駆動制御装置としては、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。
【００２６】
また本発明により、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、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。
【００２７】
この場合の光学装置およびそのフィードバ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。
【００２８】
【発明の実施の形態】
本発明の制御方法の実施形態を添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。
【００２９】
まず、フィードバック周期をＰＷＭパルス列２中のパルス数に換算して設定する(ステップＳ100)。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。
【００３０】
レンズ鏡胴(図示せず)内には、ピッチ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)。
【００３１】
次に、上記の手振れ量(角度)とレンズ位置とを比較して、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。
【００３２】
フィードバック制御開始後に最初に算出さ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)。
【００３３】
図11は、アクチュエータの駆動時および停止時において、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。
【００３４】
次にアクチュエータの停止時について説明する。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。
【００３５】
このように、本発明においては、アクチュ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。
【００３６】
以上の制御方法は、補正レンズを駆動す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ＰＷＭ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。
【００３７】
駆動アクチュエータが３つ以上ある場合にも同様に、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ＰＷＭ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。
【図面の簡単な説明】
【図１】 圧電アクチュエータの一例を示す分解斜視図および組立斜視図である。
【図２】 図１の圧電アクチュエータを駆動する駆動パルス電圧を示すグラフである。
【図３】 圧電アクチュエータの他の例を示す斜視図および正面図である。
【図４】 圧電アクチュエータの駆動回路の一例を示す回路図である。
【図５】 従来の方法において、圧電アクチュエータに送られるＰＷＭパルス列を説明する説明図である。
【図６】 圧電アクチュエータのＰＷＭパルスを利用せ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。
【図７】 圧電アクチュエータのＰＷＭパルスを利用せ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。
【図８】 カメラのピッチ軸とヨー軸とを説明する概略斜視図である。
【図９】 本発明の方法が適用されたカメラの機能ブロック図である。
【図１０】 本発明の方法を説明するフローチャートである。
【図１１】 本発明の方法において、圧電アクチュエータに送られるＰＷＭパルス列を説明する説明図である。
【図１２】 本発明の方法において、２つのアクチュエ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。
【図１３】 従来の方法において、２つのアクチュエ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。
【符号の説明】
１ 固定台
２、３ 支持部
４ 圧電素子
５ ロッド
10 移動子
11 移動子本体
12 キャップ
13 押圧バネ
21 固定台
22 壁部
23 押圧部材
24 支持バネ
30 駆動ユニット
31 移動体
32 圧電素子
33 駆動軸
100、100’100” 駆動パルス電圧波形
101 立ち上がり傾斜部
102 立ち下がり傾斜部
Claims (8)
- 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、
所定周期のパルス幅に変調された上記ＰＷＭパルスの数を所定数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。 - ２相以上の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、
上記２相以上のＰＷＭパルスのうち、所定周期のパルス幅に変調された１相のＰＷＭパルスをアクチュエータ停止時にも出力し、該パルスの数を所定数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。 - 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。
- 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、
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。 - 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。 - 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、
所定周期のパルス幅に変調された上記ＰＷＭパルスを所定数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。 - ２相以上の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、
上記２相以上のＰＷＭパルスのうち、所定周期のパルス幅に変調された１相のＰＷＭパルスをアクチュエータ停止時にも出力し、該パルスの数を所定数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、フィードバック周期の維持方法。 - 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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