(57)【要約】【課題】固定部に対する可動部の位置に依存せずに、撮像部の干渉を低減して振動体を駆動することが可能な駆動装置を提供する。【解決手段】駆動装置（１）は、可動部（１００）と、可動部を保持する固定部（２００）と、固定部に対する可動部の位置を変更する振動体（１１〜１３）と、振動体を制御する制御部（２０１）とを有し、制御部は、固定部に対する可動部の位置に基づいて、振動体の駆動周波数を変更する。【選択図】図１１
2020113817.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動部と、
前記可動部を保持する固定部と、
前記固定部に対する前記可動部の位置を変更する振動体と、
前記振動体を制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、前記固定部に対する前記可動部の前記位置に基づいて、前記振動体の駆動周波数を変更することを特徴とする駆動装置。
【請求項２】
前記可動部の位置を検出する位置検出部を更に有し、
前記制御部は、前記位置検出部から出力された位置情報に基づいて、前記駆動周波数を変更することを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
【請求項３】
被写体像を光電変換する撮像部と、
前記振動体を駆動する駆動部と、を更に有し、
前記制御部は、前記撮像部と前記駆動部との間の距離に基づいて、前記駆動周波数を変更することを特徴とする請求項１または２に記載の駆動装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記距離が所定の距離よりも小さい場合、前記駆動周波数を所定の駆動周波数に設定することを特徴とする請求項３に記載の駆動装置。
【請求項５】
前記所定の駆動周波数は、前記撮像部の干渉周波数とは異なる周波数であることを特徴とする請求項４に記載の駆動装置。
【請求項６】
前記干渉周波数を記憶する記憶部を更に有し、
前記制御部は、前記記憶部から読み出された前記干渉周波数と異なるように、前記所定の駆動周波数を設定することを特徴とする請求項５に記載の駆動装置。
【請求項７】
前記記憶部は、前記撮像部の駆動モードごとに前記干渉周波数を記憶しており、
前記制御部は、
前記駆動モードが第１の駆動モードである場合、前記干渉周波数として第１の干渉周波数を前記記憶部から読み出し、
前記駆動モードが第２の駆動モードである場合、前記干渉周波数として第２の干渉周波数を前記記憶部から読み出すことを特徴とする請求項６に記載の駆動装置。
【請求項８】
前記駆動部は、コイルまたはトランスの少なくとも一方を有し、
前記干渉周波数は、前記駆動部による磁界の変化により前記撮像部から偽信号が発生する周波数であることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載の駆動装置。
【請求項９】
前記振動体は振動波モータであり、
前記駆動部は、前記振動波モータの前記駆動周波数、駆動電圧、または、位相差に基づいて、前記振動波モータの速度制御を行うことを特徴とする請求項３乃至８のいずれか１項に記載の駆動装置。
【請求項１０】
前記制御部は、位置検出部から出力された位置情報に基づいて、前記駆動周波数と前記位相差とを変更することを特徴とする請求項９に記載の駆動装置。
【請求項１１】
前記制御部は、前記位置検出部から出力された位置情報に基づいて、前記駆動周波数を変更させることによる駆動速度の変化を打ち消す方向に前記位相差を変更することを特徴とする請求項１０に記載の駆動装置。
【請求項１２】
前記可動部の外面の少なくとも一部は球面であり、
前記固定部は、
前記可動部の前記球面に加圧接触して前記可動部を駆動する複数の振動体と、
前記可動部に対する前記複数の振動体の加圧接触状態を保持する受圧部と、を有することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の駆動装置。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の駆動装置と、
撮像部と、を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項１４】
可動部と、前記可動部を保持する固定部と、前記固定部に対する前記可動部の位置を変更する振動体と、を有する駆動装置の制御方法であって、
前記固定部に対する前記可動部の前記位置を検出するステップと、
前記位置に基づいて前記振動体の駆動周波数を変更するステップと、を有することを特徴とする駆動装置の制御方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の駆動装置の制御方法をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固定部に対して可動部を駆動する駆動装置および撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
雲台撮影システムは、監視カメラシステム等で用いられ、モータ等のアクチュエータを動作させてカメラ（撮像部）を含む可動部をパン動作およびチルト動作させることにより、可動部の向きを変更することができる。このような雲台撮影システムでは、撮影中にアクチュエータを駆動しながら撮像部から画像信号を読み取る場合がある。一方、撮像部は、アクチュエータの駆動に起因する交流磁界により磁気ノイズとして影響を受け、画質が低下する可能性がある。このため、撮像部が受ける磁気ノイズの影響を低減する必要がある。
【０００３】
特許文献１には、アクチュエータの駆動により発生する磁気ノイズと、その磁気ノイズと逆位相の逆位相ノイズとを同期させて、アクチュエータの駆動に起因する磁気ノイズの影響を低減させる撮像装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−３４５６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された撮像装置では、逆位相ノイズを発生させる回路を追加する必要があるため、撮像装置の小型化を図ることができない。
【０００６】
そこで本発明は、撮像部に対する磁気ノイズの影響を低減して駆動可能な小型の駆動装置、撮像装置、駆動装置の制御方法、および、プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面としての駆動装置は、可動部と、前記可動部を保持する固定部と、前記固定部に対する前記可動部の位置を変更する振動体と、前記振動体を制御する制御部とを有し、前記制御部は、前記固定部に対する前記可動部の前記位置に基づいて、前記振動体の駆動周波数を変更する。
【０００８】
本発明の他の側面としての撮像装置は、前記駆動装置と撮像部とを有する。
【０００９】
本発明の他の側面としての駆動装置の制御方法は、可動部と、前記可動部を保持する固定部と、前記固定部に対する前記可動部の位置を変更する振動体とを有する駆動装置の制御方法であって、前記固定部に対する前記可動部の前記位置を検出するステップと、前記位置に基づいて前記振動体の駆動周波数を変更するステップとを有する。
【００１０】
本発明の他の側面としてのプログラムは、前記駆動装置の制御方法をコンピュータに実行させる。
【００１１】
本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施形態において説明される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、撮像部に対する磁気ノイズの影響を低減して駆動可能な小型の駆動装置、撮像装置、駆動装置の制御方法、および、プログラムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態における撮像装置のブロック図である。
【図２】本実施形態における撮像装置の外観斜視図である。
【図３】本実施形態における振動体の駆動原理の説明図である。
【図４】本実施形態における撮像装置の分解斜視図である。
【図５】本実施形態における撮像装置の説明図である。
【図６】本実施形態における撮像装置をＸ１方向から見た図である。
【図７】本実施形態における中央制御部および可動部制御部のブロック図である。
【図８】本実施形態における交流磁界の周波数と撮像部の出力信号に含まれる偽信号の強度との関係を示す図である。
【図９】本実施形態における振動体の駆動周波数と駆動速度との関係を示す図である。
【図１０】本実施形態における振動体の駆動信号の位相差と駆動速度との関係を示す図である。
【図１１】本実施形態における撮像装置による制御方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１５】
まず、図１を参照して、本実施形態における撮像装置（駆動装置）の内部構成および機能について説明する。図１は、本実施形態における撮像装置１のブロック図である。図１において、１００はレンズユニット１０１と撮像部１０２とを備えた可動部、２００は可動部１００を保持する固定部である。固定部２００には、可動部１００の位置を駆動制御するとともに撮像装置１の全体を制御する中央制御部（ＣＰＵ）２０１が設けられている。なお可動部１００は、外面の少なくとも一部が球面（球面形状）ＳＲである。また、圧電素子１７（図３参照）を含む複数の振動体（振動波モータ）１１〜１３が、可動部１００の球面ＳＲに接触（加圧接触）するように、固定部２００上に設けられている。
【００１６】
まず、可動部１００の構成について説明する。レンズユニット（光学系）１０１は、ズームユニット（ズーム光学系）、絞り／シャッタユニット、および、フォーカスユニット（フォーカス光学系）等を備えた撮像光学系である。撮像部１０２は、ＣＭＯＳセンサやＣＣＤセンサなどの撮像素子を含み、撮像光学系（レンズユニット１０１）を介して形成された光学像（被写体像）を光電変換して電気信号（撮像データ）を出力する。撮像データ記憶部１０３は、撮像部１０２から出力される撮像データを記憶し、記憶した撮像データを可動部データ無線通信部１０４に転送する。可動部データ無線通信部１０４は、送受信アンテナを含み、可動部１００と固定部２００との間のデータ通信を無線通信で実施する。撮像部１０２から出力される撮像データを無線通信により固定部２００に送信する際には、撮像データ記憶部１０３に記憶された撮像データの時系列の順序で送信される。
【００１７】
レンズアクチュエータ制御部１０６は、モータドライバＩＣを含み、レンズユニット１０１のズームユニット、絞り／シャッタユニット、および、フォーカスユニット等の各種アクチュエータを駆動する。各種アクチュエータは、可動部データ無線通信部１０４を介して固定部２００から受信したレンズユニット１０１のアクチュエータ駆動指示信号に基づいて駆動される。無線電力受電部１０５は、固定部２００から電力を受電し、受電した電力を可動部１００の全体（各要素）の電源として用途に応じて供給する。
【００１８】
次に、固定部２００の構成について説明する。中央制御部２０１は、撮像装置１の全体を制御する制御部（ＣＰＵ）である。固定部データ無線通信部２０８は、可動部１００の撮像部１０２の撮像データの受信およびレンズユニット１０１の各種アクチュエータ駆動指示信号の送信等の可動部１００と固定部２００との間のデータ通信を無線通信で実施する。撮像信号処理部２０９は、固定部データ無線通信部２０８から出力された撮像部１０２の電気信号（撮像データ）を映像信号へ変換する。映像信号処理部２１０は、撮像信号処理部２０９から出力された映像信号を用途に応じて加工する。映像信号の加工は、画像切り出しおよび回転加工による電子防振動作を含む。
【００１９】
操作部２０２は、撮像装置１を操作するために設けられている。記憶部２０３は、撮影により得られた映像情報などの種々のデータを記憶する。表示部２０４は、ＬＣＤなどのディスプレイを備え、映像信号処理部２１０から出力された信号に基づいて、必要に応じて画像表示を行う。外部入出力端子部２０５は、外部装置との間で通信信号および映像信号を入出力する。電源部２０６は、撮像装置１の全体（各要素）に用途に応じて電源を供給する。無線電力送信部２０７は、可動部１００へ電力を送信する。
【００２０】
中央制御部２０１は、位置検出部２１２からの情報に基づいて、可動部制御部（駆動部）２１１を用いて複数の振動体１１〜１３を動作させることにより、可動部１００の位置（向き）を制御する。可動部制御部２１１は、可動部１００を移動（変位）させるために振動体１１〜１３のそれぞれの圧電素子に電圧を印加する。可動部制御部２１１により振動体１１〜１３の一部または全てを適宜動作させることで、可動部１００の多自由度駆動を実現することができる。位置補正部２１３は、位置検出部２１２により取得された画像情報に可動部１００の位置情報（位置情報を示すマーク）が含まれている場合、可動部１００の検出位置を補正する。
【００２１】
なお、本実施形態において、固定部２００から可動部１００への電力供給を無線で行っているが、有線で電力を供給してもよい。また、固定部２００と可動部１００との間の制御信号や撮像データ等のデータ送受信を無線通信で行っているが、有線で通信を行ってもよい。
【００２２】
次に、図２を参照して、撮像装置１の外観構成について説明する。図２は、撮像装置１の外観斜視図である。可動部１００は、その内部にレンズユニット１０１が組み込まれた球面（球面形状）を有する。可動部１００は、固定部２００に設けられた複数の振動体１１〜１３と、固定部２００に連結されたアーム部２２０の先端に設けられた受圧部２２０ａとの間で挟持されている。本実施形態では、説明の便宜上、固定部２００の底面２００ａは、互いに直交するＸ１軸およびＺ１軸により規定され、Ｘ１軸およびＺ１軸のそれぞれに対して直交する軸をＹ１軸と規定するものとする。
【００２３】
振動体１１〜１３はそれぞれ、可動部１００の球心Ｃに向かって付勢されるように、不図示のバネ部材を介して固定部２００に固定されている。受圧部２２０ａは、バネ部材による可動部１００の付勢力を受けるように構成されている。すなわち、振動体１１〜１３はそれぞれ、可動部１００の球面ＳＲに加圧接触した状態（加圧接触状態）で配置されている。可動部制御部２１１により振動体１１〜１３のそれぞれに駆動力（駆動のための電気信号）を与えると、可動部１００は振動体１１〜１３のそれぞれの接触点（接触部）で摩擦駆動される。そして、その合成力により、可動部１００を球心Ｃを通る任意の軸回りに移動させることができる。このような構成により、撮像装置１は、レンズユニット１０１を有する可動部１００を固定部２００に対して相対的に移動させることができ、その結果、種々の方向および角度の撮影が可能となる。
【００２４】
次に、図３を参照して、振動体（振動波モータ）１１〜１３の駆動原理について説明する。図３は、振動体１１〜１３の駆動原理の説明図である。本実施例において、振動体１１〜１３はそれぞれ、振動板１８と、振動板１８の裏面に貼り付けられた電気機械エネルギー変換素子としての圧電素子１７とを備えて構成される。
【００２５】
図３（ａ）は、振動板１８の裏面に貼り付けられた圧電素子１７の電極パターンを示す図であり、長手方向（ａ方向）において２等分された電極領域１７−１、１７−２が形成されている。また、電極領域１７−１、１７−２のそれぞれにおける分極方向は、同一方向（「＋」）となっている。圧電素子１７の２つの電極領域１７−１、１７−２のうち、図３（ａ）中の右側に位置する電極領域１７−１には、交流電圧Ｖ１が印加される。また、図３（ａ）中の左側に位置する電極領域１７−２には、交流電圧Ｖ２が印加される。図３（ａ）において、交流電圧Ｖ１、Ｖ２を、Ａモードの共振周波数付近の周波数であって、かつ位相が１８０°互いにずれた交流電圧であるとする。このとき、ある瞬間において、圧電素子１７の右側の電極領域１７−１が縮むとともに、左側の電極領域１７−２が伸びる。また、別の瞬間には、逆の関係となる。その結果、振動板１８には、図３（ｂ）に示されるようなＡモードの振動が発生する。Ａモードとは、矢印ａの方向の２次の曲げモードであり、ｃ方向の変位が小さい節部を３つ有し、逆にｃ方向の変位が大きい腹部を２つ有するモードである。このような振動が発生すると、振動板１８の中心部に設けられた突起部１９の先端は、図３（ｂ）の左右方向に変位する。突起部１９は、図３（ａ）の裏側に存在し、可動部１００に接触する接触部である。
【００２６】
一方、交流電圧Ｖ１、Ｖ２をＢモードの共振周波数付近の周波数であって、かつ同位相の交流電圧であるとすると、圧電素子１７の全体（２つの電極領域１７−１、１７−２）がある瞬間には伸び、また別の瞬間には縮む。その結果、振動板１８には、図３（ｃ）に示されるようなＢモードの振動が発生する。Ｂモードとは、ｂ方向の１次の曲げモードであり、ｃ方向の変位の小さい節部を２つ有し、逆にｃ方向の変位が大きい腹部を１つ有するモードである。このとき、「Ａモードの共振周波数」と「Ｂモードの共振周波数」は、略一致した周波数に設定される。ここで、略一致とは、厳密に一致する場合だけでなく、一致していると評価される程度に一致する（実質的に一致する）場合を含む意味である。
【００２７】
このようなそれぞれの振動をある時間的位相関係で合成することにより、可動部１００と接触している突起部１９の先端には、ａ方向およびｃ方向を径とする楕円状の運動が発生する。そして、この楕円運動を可動部１００が振動体１１〜１３の摩擦力として受け、図３（ｂ）中の矢印方向に駆動される。また、ＡモードとＢモードとの発生比を圧電素子１７の２等分された電極領域１７−１、１７−２へ入力する電圧の位相差を変えることにより変化させることが可能であり、楕円の縦横比もＡモードとＢモードとの発生比に応じて変化する。振動体１１〜１３において、ＡモードとＢモードとの発生比を変えることにより、接触部の駆動力が変えられるため可動部の速度をコントロールすることが可能となる。
【００２８】
次に、図４を参照して、撮像装置１の構成について説明する。図４は、撮像装置１の分解斜視図である。撮像装置１は、主に、レンズユニット１０１を備えた可動部１００と、アーム部２２０、ベースカバー２３０、シャーシ２４０、内部構造体２５０、および、ボトムカバー２６０を備えた固定部２００とから構成される。内部構造体２５０は、制御基板２５０ａを有する。制御基板２５０ａは、中央制御部（ＣＰＵ）２０１、記憶部（メモリ）２０３、および、可動部１００の駆動制御を行う可動部制御部２１１を有し、撮像装置１の全体の制御を司る。内部構造体２５０は、シャーシ２４０を介してベースカバー２３０の内部に固設された後、ベースカバー２３０の下部にボトムカバー２６０が固定されることでケーシングされる。
【００２９】
振動体１１〜１３は、超音波振動を利用して、被駆動体を摩擦駆動する方式の、所謂、超音波モータと呼ばれるアクチュエータである。振動体１１〜１３はそれぞれ、シャーシ２４０に設けられた開口２４０ａから可動部１００側に露出するように配置され、可動部１００の球心Ｃに向かって付勢力が作用するように、不図示のバネ部材を介してシャーシ２４０に固定されている。振動体１１〜１３から延出するＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）１１ａ、１２ａ、１３ａはそれぞれ、制御基板２５０ａと電気的に接続されている。ＦＰＣ１１ａ、１２ａ、１３ａは、可動部制御部２１１からの制御信号を受けて、振動体１１〜１３のそれぞれの圧電素子１７（電気機械エネルギー変換素子）に任意の高周波電圧を印加することができる。
【００３０】
位置検出部２１２は、可動部１００の駆動を妨げることなく、可動部１００の表面を撮影することができるように、不図示の固定部材を介してシャーシ２４０に固定されている。アーム部２２０は、その先端に設けられた受圧部２２０ａが、可動部１００の球面ＳＲに接触するようにシャーシ２４０にビス等の締結部材により固定される。これにより、受圧部２２０ａが振動体１１〜１３のそれぞれの付勢力を受けることで、可動部１００に対する振動体１１〜１３の加圧接触状態を維持することができる。受圧部２２０ａは、可動部１００の回転駆動時の摩擦を小さくするため、低摩擦で摺動性に優れる樹脂（例えば、ポリアセタール等）や転動部材等で構成され、接触箇所を複数設けてもかまわない。
【００３１】
次に、図５を参照して、固定部２００、可動部１００、振動体１１〜１３、および、受圧部２２０ａの関係を説明する。図５は、撮像装置１の説明図である。図５（ａ）は、撮像装置１から、固定部２００の底面２００ａ、可動部１００、振動体１１〜１３、および、受圧部２２０ａのみを取り出して示している。ここで、説明の便宜上、可動部１００の球心Ｃにおいて、第一座標系（Ｘ１軸、Ｙ１軸、Ｚ１軸）をＸ１軸回りに角度θだけ回転させた座標系を第二座標系（Ｘ２軸、Ｙ２軸、Ｚ２軸）とする。
【００３２】
図５（ｂ）〜（ｄ）は、Ｙ２軸方向から見た図である。図５に示されるように、振動体１１〜１３は、Ｙ２軸に垂直な平面（Ｘ２軸およびＺ２軸により規定される平面）のうち、球心Ｃから距離Ｌだけ離れた平面と球面ＳＲとの交円（小円）Ｓの周上に１２０°間隔で配置されている。なお、振動体１１〜１３はそれぞれ、不図示のバネ部材を介して可動部１００の球心Ｃに向かって付勢されている。可動部１００の球面ＳＲの球心Ｃは、複数の振動体１１〜１３のそれぞれを通る円（交円（小円）Ｓ）の円周上の各点と受圧部２２０ａとを結んで形成される領域Ａの内部に位置する。言い換えると、可動部１００の球面ＳＲの球心Ｃは、複数の振動体１１〜１３を通る平面と受圧部２２０ａとの間に位置する。前述の複数の振動体を通る平面は、振動体が４つ以上の場合、複数の振動体のいずれか３つを通る平面を含む。ここでは、受圧部２２０ａと交円（小円）Ｓの中心Ｃｓとを結ぶ仮想直線ＳＬは、可動部１００の球心Ｃを通り、交円（小円）Ｓに対して垂直（Ｙ２軸と平行）である。このような構成により、可動部１００に対する振動体１１〜１３の加圧接触状態を効果的に維持することが可能となるとともに、可動部１００を確実に保持して可動部１００の不用意な脱落を阻止することが可能となる。
【００３３】
次に、可動部１００の回転動作について説明する。図５（ｂ）は、実際に可動部１００をＺ２軸中心に回転させるときの状態を示す図である。図５に示されるように、振動体１１〜１３は、１２０°間隔でＹ２軸から距離ｄの位置に配置されている。時計周り方向の力を正とすると、それぞれが正方向の力を発生しているとき、振動体１１の力の向きはＸ２軸方向を基準として０°、振動体１２の力の向きは２４０°、振動体１３の力の向きは１２０°となる。振動体１１〜１３上にはそれぞれ突起部（接触部）１９が設けられており、可動部１００が有する球面ＳＲとは振動体１１〜１３のそれぞれの突起部１９の３点で接触するようになっている。３つの突起部１９を用いた３点接触の構成により、振動体１１〜１３はそれぞれ、球面ＳＲと安定して接触することが可能となっている。
【００３４】
図５（ｂ）において、可動部１００をＺ２軸中心に回転させるために振動体１１に加える力をｆ１、振動体１２に加える力をｆ２、振動体１３に加える力をｆ３とすると、所定の力をｆとして、ｆ１＝２×ｆ  ｆ２＝−ｆ、ｆ３＝−ｆとなる。ここで、ＦｘをＸ２方向への力、ＦｚをＹ２方向への力、Ｆｙを回転方向への力、ｄをＹ２軸から振動体１１〜１３のそれぞれとの距離とすると、Ｆｘ、Ｆｚ、Ｆｘはそれぞれ、以下の式（１）〜（３）のように表される。
【００３５】
Ｆｘ＝ｆ１＊ｃｏｓ（０ｄｅｇ）＋ｆ２＊ｃｏｓ（２４０ｄｅｇ）＋ｆ３＊ｃｏｓ（１２０ｄｅｇ）＝（２×ｆ×１）＋（−ｆ×−０．５）＋（−ｆ×−０．５）＝３×ｆ  …  （１）
Ｆｚ＝ｆ１＊ｓｉｎ（０ｄｅｇ）＋ｆ２＊ｓｉｎ（２４０ｄｅｇ）＋ｆ３＊ｓｉｎ（１２０ｄｅｇ）＝（２×ｆ×０）＋（−ｆ×−０．８６）＋（−ｆ×０．８６）＝０×ｆ  …  （２）
Ｆｙ＝ｆ１＊ｄ＋ｆ２＊ｄ＋ｆ３＊ｄ＝（２×ｆ×ｄ）＋（−ｆ×ｄ）＋（−ｆ×ｄ）＝０×ｆ  …  （３）
このため、ｆ１〜ｆ３を入力すると、交円（小円）Ｓの中心点Ｃｓに合成力としてＸ２方向の力Ｆｘのみが発生する。すなわち、Ｘ２方向のみの駆動力が可動部１００に加えられる。従って、振動体１１〜１３の合成力Ｆｘは、可動部１００をＺ２軸中心に回転させることができる。
【００３６】
図５（ｃ）は、実際に可動部１００をＸ２軸中心に回転させるときの状態を示す図である。図５（ｃ）において、可動部１００をＸ２軸中心に回転させるために振動体１１に加える力をｆ１、振動体１２に加える力をｆ２、振動体１３に加える力をｆ３とすると、所定の力をｆとして、ｆ１＝０×ｆ、ｆ２＝−ｆ、ｆ３＝＋ｆとなる。Ｚ２軸中心に回転させたときと同様に、可動部１００への力の入力を考えると、Ｆｘ、Ｆｚ、Ｆｙはそれぞれ、以下の式（１ａ）〜（３ａ）のように表される。
【００３７】
Ｆｘ＝ｆ１＊ｃｏｓ（０ｄｅｇ）＋ｆ２＊ｃｏｓ（２４０ｄｅｇ）＋ｆ３＊ｃｏｓ（１２０ｄｅｇ）＝（０×ｆ×１）＋（−ｆ×−０．５）＋（ｆ×−０．５）＝０×ｆ  …  （１ａ）
Ｆｚ＝ｆ１＊ｓｉｎ（０ｄｅｇ）＋ｆ２＊ｓｉｎ（２４０ｄｅｇ）＋ｆ３＊ｓｉｎ（１２０ｄｅｇ）＝（０×ｆ×０）＋（−ｆ×−０．８６）＋（ｆ×０．８６）＝１．７３×ｆ  …  （２ａ）
Ｆｙ＝ｆ１＊ｄ＋ｆ２＊ｄ＋ｆ３＊ｄ＝（０×ｆ×ｄ）＋（−ｆ×ｄ）＋（ｆ×ｄ）＝０×ｆ  …  （３ａ）
このため、ｆ１〜ｆ３を入力すると、交円（小円）Ｓの中心点Ｃｓに合成力として−Ｚ２方向の力Ｆｚのみが発生する。すなわち、−Ｚ２方向のみの駆動力が可動部１００に加えられる。従って、振動体１１〜１３の合成力Ｆｚは、可動部１００をＸ２軸中心に回転させることができる。
【００３８】
図５（ｄ）は、実際に可動部１００をＹ２軸中心に回転させるときの状態を示す図である。図５（ｄ）において、可動部１００をＹ２軸中心に回転させるために振動体１１に加える力をｆ１、振動体１２に加える力をｆ２、振動体１３に加える力をｆ３とすると、所定の力をｆとして、ｆ１＝−ｆ、ｆ２＝−ｆ、ｆ３＝−ｆとなる。このとき、可動部１００への力の入力を考えると、Ｆｘ、Ｆｚ、Ｆｙはそれぞれ、以下の式（１ｂ）〜（３ｂ）のように表される。
【００３９】
Ｆｘ＝ｆ１＊ｃｏｓ（０ｄｅｇ）＋ｆ２＊ｃｏｓ（２４０ｄｅｇ）＋ｆ３＊ｃｏｓ（１２０  ｄｅｇ）＝（−ｆ×１）＋（−ｆ×−０．５）＋（−ｆ×−０．５）＝０×ｆ  …  （１ｂ）
Ｆｚ＝ｆ１＊ｓｉｎ（０ｄｅｇ）＋ｆ２＊ｓｉｎ（２４０ｄｅｇ）＋ｆ３＊ｓｉｎ（１２０ｄｅｇ）＝（−ｆ×０）＋（−ｆ×−０．８６）＋（−ｆ×０．８６）＝０×ｆ  …  （２ｂ）
Ｆｙ＝ｆ１＊ｄ＋ｆ２＊ｄ＋ｆ３＊ｄ＝（−ｆ×ｄ）＋（−ｆ×ｄ）＋（−ｆ×ｄ）＝−３×ｆ  …  （３ｂ）
このため、ｆ１〜ｆ３を入力すると、交円（小円）Ｓの中心点Ｃｓに合成力としてＹ２軸中心の回転方向の力Ｆｙのみが発生する。すなわち、Ｙ２軸中心の回転方向のみの駆動力が可動部１００に加えられる。従って、振動体１１〜１３の合成力Ｆｙは、可動部１００をＹ２軸中心に反時計周りに回転させることができる。
【００４０】
また、前述の回転運動を適宜組み合わせることにより、球心Ｃを通る任意の軸を中心に可動部１００を回転させることができる（すなわち、任意の方向にレンズユニット１０１を振ることができる）。これにより、あらゆる方向の撮影が可能になるだけでなく、手振れなどによるレンズユニット１０１の光軸ずれを補正するための動作が可能となる。
【００４１】
図６は、撮像装置１をＸ１軸方向から見た図である。図６において、撮像装置１の可動部１００は、レンズユニット１０１の光軸Ｏが底面２００ａに対して直交する位置に移動している。αは、レンズユニット１０１の撮影範囲（レンズユニット１０１の画角）である。図６に示されるように、受圧部２２０ａは、レンズユニット１０１の撮影範囲αよりも外側の位置にある。このような角度θを設定することにより、撮像装置１は、底面２００ａに対して直交する方向の撮影が可能となる。例えば、撮像装置１の底面２００ａを天井に取り付けた場合、天井に対して真下の撮影が可能になる。
【００４２】
次に、図７を参照して、中央制御部２０１および可動部制御部２１１の構成について詳述する。図７は、中央制御部２０１および可動部制御部２１１のブロック図であり、中央制御部２０１および可動部制御部２１１の内部構成のうち振動体１１〜１３の駆動に関わる構成のみを示している。
【００４３】
位置演算部２０１ａは、位置検出部２１２からの可動部１００の移動量と位置補正部２１３からの位置補正情報とに基づいて、可動部１００と固定部２００との位置関係を算出する。速度演算部２０１ｂは、位置検出部２１２からの可動部１００の移動量を微分し、可動部１００の駆動速度を算出する。駆動モード決定部２０１ｃは、撮像部１０２の駆動モードを決定する。干渉周波数記憶部（記憶部）２０１ｄは、撮像部１０２の出力が交流磁界と干渉し、偽信号が発生する可能性がある周波数領域（干渉周波数領域）を撮像部１０２の駆動モードごとに記憶している。本実施形態では、例えば後述する増幅部２１１ｂのトランス（コイル）が交流磁界を発生させて撮像部１０２と干渉する可能性がある。
【００４４】
速度指令部２０１ｅは、位置演算部２０１ａからの情報に基づいて、可動部１００の駆動速度の目標値である速度指令信号を送る。制御演算部２０１ｆは、速度演算部２０１ｂからの速度信号と速度指令部２０１ｅからの速度指令信号との差に基づいて、公知のＰＩＤ制御演算を行う。また制御演算部２０１ｆは、位置演算部２０１ａからの可動部１００と固定部２００との位置関係、駆動モード決定部２０１ｃからの撮像部１０２の駆動モード、および、干渉周波数記憶部２０１ｄからの干渉周波数領域に基づいて、後述の駆動制御方式を選択する。パルス発生器２０１ｇは、制御演算部２０１ｆの制御演算結果に応じたパルス幅のパルス信号を発生させる。
【００４５】
可動部制御部２１１は、ドライバ２１１ａおよび増幅部２１１ｂを有する。ドライバ２１１ａは、パルス発生器２０１ｇから出力されるパルス信号に基づいて、位相が異なる２相の駆動信号を発生させる。増幅部２１１ｂは、トランスやコイルなどを有し、ドライバ２１１ａからの駆動信号を振動体１１〜１３のそれぞれを駆動するために必要な所定の振幅レベルまで昇圧する。
【００４６】
次に、図８を参照して、干渉周波数領域について説明する。図８は、撮像部１０２に干渉する交流磁界の周波数（磁気ノイズ周波数）と撮像部１０２の出力信号に含まれる偽信号の強度との関係を示す図である。図８において、横軸は磁気ノイズ周波数、縦軸は偽信号強度をそれぞれ示す。また、交流磁界の周波数が同じ場合でも、交流磁界の発生源と撮像部１０２との位置関係や撮像部１０２の駆動モードにより、偽信号の強度は変化する。交流磁界の発生源としては、増幅部２１１ｂが有するトランスやコイルなどがある。
【００４７】
図８に示されるように所定の偽信号強度を干渉周波数閾値とし、交流磁界との干渉による偽信号強度が所定の値を超えているときの交流磁界の周波数を干渉周波数領域とする。干渉周波数領域は、予め、実測による撮像部１０２の交流磁界と映像信号に含まれる偽信号の強度との関係などに基づいて、干渉周波数記憶部２０１ｄに記憶しておく必要がある。通常、振動体１１〜１３である超音波モータの速度制御は、駆動信号の周波数、電圧、または、位相差を変更することにより行われる。駆動周波数による速度制御は、速度ダイナミックレンジが広いという利点がある。駆動電圧や駆動信号の位相差による制御は、精度の高い制御が可能であるという利点がある。超音波モータを速度制御する際には、これら３つのうちの１つまたはいずれかの組み合わせにより速度制御を行う。
【００４８】
次に、図９を参照して、振動体１１〜１３の駆動周波数と駆動速度との関係について説明する。図９は、振動体１１〜１３の駆動周波数と駆動速度との関係を示す図である。図９において、横軸は駆動周波数、縦軸は駆動速度をそれぞれ示している。また図９中の破線は、振動体１１〜１３のそれぞれの機械的共振周波数を示している。
【００４９】
図９に示されるように、振動体１１〜１３の駆動速度は、駆動周波数が機械的共振周波数に近づくにつれて二乗的に上昇する。しかし、駆動周波数が共振周波数以下の周波数になると、振動体１１〜１３は停止する。振動体１１〜１３は、このような駆動周波数−駆動電圧特性を有するため、駆動周波数による速度制御を行う際には、機械的共振周波数よりも高い周波数領域において速度制御を行う。図９中の斜線で示される干渉周波数領域では、増幅部２１１ｂからの交流磁界が撮像部１０２の出力信号に影響を与える可能性がある、振動体１１〜１３と撮像部１０２との干渉周波数領域を示している。増幅部２１１ｂは、振動体１１〜１３の出力信号を増幅する。このため、増幅部２１１ｂが発生させる交流磁界の周波数は、振動体１１〜１３の駆動周波数と等しい。
【００５０】
次に、図１０を参照して、振動体１１〜１３の駆動信号の位相差と駆動速度との関係について説明する。図１０は、振動体１１〜１３の駆動信号の位相差と駆動速度との関係を示す図である。図１０において、横軸は駆動周波数、縦軸は駆動速度をそれぞれ示している。図１０中の上の曲線（制御パラメータＡ）は、位相差を位相差Ａに固定した状態における、振動体１１〜１３の駆動周波数に対する駆動速度を示す。図１０中の下の曲線（制御パラメータＢ）は、位相差を位相差Ｂに固定した状態における、振動体１１〜１３の駆動周波数に対する駆動速度を示す。これら２つの曲線において、駆動信号の電圧は同じである。
【００５１】
図１０中の破線で示される目標速度で振動体１１〜１３を駆動させる場合、位相差Ａでは干渉周波数領域内の周波数ａで振動体１１〜１３を駆動する必要がある。このため、撮像部１０２の出力信号が振動体１１〜１３を駆動することにより影響を受ける可能性がある。一方、位相差Ｂでは干渉周波数領域外の周波数ｂで振動体１１〜１３を駆動させることができる。このため、位相差Ａの駆動信号で目標速度の駆動をさせた場合と比較して、撮像部１０２の出力信号への干渉を抑制することができる。このように、駆動周波数を変更させることによる駆動速度の変化を打ち消す方向に駆動信号の位相差を変更することにより、干渉周波数領域を避けつつ目標速度と駆動速度の差異が大きくならないように振動体１１〜１３を駆動することが可能である。
【００５２】
次に、図１１を参照して、振動体１１〜１３の駆動制御について説明する。図１１は、撮像装置１による制御方法を示すフローチャートである。図１１は、振動体１１〜１３が停止した状態において、中央制御部２０１の速度指令部２０１ｅから速度制御指令を受けた後、可動部制御部２１１が振動体１１〜１３の駆動制御を開始してから駆動制御を停止するまでのフローを示している。図１１の各ステップは、主に、中央制御部２０１により実行される。
【００５３】
まずステップＳ１１０１において、中央制御部２０１は、固定部２００に対する可動部１００の位置情報に基づいて、撮像部１０２と交流磁界の発生源、例えば増幅部２１１ｂが有するトランスとの距離が一定以上であるか否かを判定する。撮像部１０２が干渉を受けない方向を向いている場合、すなわち撮像部１０２とトランスとの距離が一定以上の場合、ステップＳ１１０２に進む。ステップＳ１１０２において、中央制御部２０１は、速度指令に応じて、振動体１１〜１３の駆動信号の周波数、電圧、および、位相差を決定し、振動体１１〜１３の速度制御を開始する。ここでは、撮像部１０２は振動体１１〜１３の駆動による干渉を受けないと判定されているため、振動体１１〜１３の駆動周波数は制限されない。
【００５４】
続いてステップＳ１１０３において、中央制御部２０１は、ステップＳ１１０１と同様の判定を行う。撮像部１０２と増幅部２１１ｂが有するトランスとの距離が一定以上である場合、ステップＳ１１０４に進む。ステップＳ１１０４において、中央制御部２０１は、可動部１００が固定部２００に対して目標位置に到達したか否かを判定する。可動部１００が目標位置に到達していない場合、ステップＳ１１０３に戻る。一方、可動部１００が目標位置に到達した場合、ステップＳ１１０５に進む。ステップＳ１１０５において、中央制御部２０１は速度制御を停止する。
【００５５】
ステップＳ１１０１またはステップＳ１１０３にて撮像部１０２とトランスとの間の距離が一定以下である場合、ステップＳ１１０６に進む。ステップＳ１１０６において、中央制御部２０１は、撮像部１０２の駆動モードを確認する。続いてステップＳ１１０７において、中央制御部２０１は、撮像部１０２の駆動モードに対応した干渉周波数領域を読み出す。続いてステップＳ１１０８において、中央制御部２０１は、速度指令に応じて、駆動信号の周波数、電圧、および、位相差を決定し、振動体１１〜１３の速度制御を開始する。ここでは、撮像部１０２は振動体１１〜１３の駆動による干渉を受けると判定されているため、振動体１１〜１３の駆動周波数は干渉周波数領域と重ならないように決定される。
【００５６】
続いてステップＳ１１０９において、中央制御部２０１はステップＳ１１０１と同様の判定を行う。ステップＳ１１０９にて撮像部１０２とトランスとの間の距離が一定以上である場合（撮像部１０２が干渉を受けない方向を向いている場合）、ステップＳ１１０２に進む。一方、撮像部１０２とトランスとの間の距離が一定以上でない場合（撮像部１０２が干渉を受ける方向を向いている場合）、ステップＳ１１１０に進む。
【００５７】
ステップＳ１１１０において、中央制御部２０１は、撮像部１０２の駆動モードが変更された否かを判定する。駆動モードが変化した場合、ステップＳ１１０７に戻り、中央制御部２０１は再度干渉周波数領域を読み出す。一方、ステップＳ１１１０にて駆動モードが変更されていない場合、ステップＳ１１１１に進む。ステップＳ１１１１において、中央制御部２０１は、ステップＳ１１０４と同様に、可動部１００が目標位置に到達したか否かを判定する。可動部１００が目標位置に到達していない場合、ステップＳ１１０９に戻る。一方、可動部１００が目標位置に到達した場合、ステップＳ１１０５に進み、中央制御部２０１は速度制御を停止して本フローを終了する。
【００５８】
このように本実施形態において、駆動装置（撮像装置１）は、可動部１００、可動部を保持する固定部２００、固定部に対する可動部の位置を変更する振動体１１〜１３、および、振動体を制御する制御部（中央制御部２０１）を有する。制御部は、固定部に対する可動部の位置に基づいて、振動体の駆動周波数を変更する。
【００５９】
好ましくは、駆動装置は、可動部の位置を検出する位置検出部２１２を有する。制御部は、位置検出部から出力された位置情報（位置信号）に基づいて、駆動周波数を変更する。また好ましくは、駆動装置は、被写体像を光電変換する撮像部１０２、および、振動体を駆動する駆動部（可動部制御部２１１）を有する。制御部は、撮像部と駆動部との間の距離に基づいて、駆動周波数を変更する。より好ましくは、制御部は、距離が所定の距離よりも小さい場合、駆動周波数を所定の駆動周波数に設定する。より好ましくは、所定の駆動周波数は、撮像部の干渉周波数とは異なる周波数（干渉周波数領域の外側の周波数）である。より好ましくは、駆動装置は、干渉周波数を記憶する記憶部（干渉周波数記憶部２０１ｄ）を有する。制御部は、記憶部から読み出された干渉周波数と異なるように、所定の駆動周波数を設定する。より好ましくは、記憶部は、撮像部の駆動モードごとに干渉周波数を記憶している。制御部は、駆動モードが第１の駆動モードである場合、干渉周波数として第１の干渉周波数を記憶部から読み出す。また制御部は、駆動モードが第２の駆動モードである場合、干渉周波数として第２の干渉周波数を記憶部から読み出す。
【００６０】
好ましくは、駆動部は、コイルまたはトランスの少なくとも一方を有する。干渉周波数は、駆動部による磁界の変化により撮像部から偽信号が発生する周波数である。また好ましくは、振動体は振動波モータであり、駆動部は、振動波モータの駆動周波数、駆動電圧、または、位相差に基づいて、振動波モータの速度制御を行う。より好ましくは、制御部は、位置検出部から出力された位置情報に基づいて、駆動周波数と位相差とを変更する。より好ましくは、制御部は、位置検出部から出力された位置情報に基づいて、駆動周波数を変更させることによる駆動速度の変化を打ち消す方向に位相差を変更する。
【００６１】
本実施形態によれば、振動体１１〜１３の駆動速度や可動部１００と固定部２００との位置関係に依存せずに、常に撮像部１０２との干渉する領域を回避して振動体１１〜１３を駆動することができる。また本実施形態によれば、撮像部１０２に対する磁気ノイズを低減させるため回路を追加する必要はない。
【００６２】
（その他の実施形態）
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。
【００６３】
各実施形態によれば、撮像部に対する磁気ノイズの影響を低減して駆動可能な小型の駆動装置、撮像装置、駆動装置の制御方法、および、プログラムを提供することができる。
【００６４】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【符号の説明】
【００６５】
１  撮像装置（駆動装置）
１１、１２、１３  振動体
１００  可動部
２００  固定部
２０１  中央制御部（制御部）
【図１】
2020113817.tif 000003
【図２】
2020113817.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2020113817.tif 000009
【図８】
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【図９】
2020113817.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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