(57)【要約】【課題】周波数が高い領域においても良好な制御特性を維持するとともに、集積回路化が容易なＰＩＤ制御によるサーボ制御回路を提供する。【解決手段】サーボ制御回路１００において、差分演算部１０は、制御対象から検出された検出信号ｘに比例した量と第１の信号ｆに比例した量との差ｕを出力する。Ａ／Ｄ変換部２１は、差分演算部１０の出力ｕをデジタル変換する。積分部２２は、Ａ／Ｄ変換部２１の出力Ｕをデジタル積分する。Ｄ／Ａ変換部２３は、積分部２２の出力に比例した量Ｆをアナログ変換して、第１の信号ｆとして出力する。加算演算部１５は、Ａ／Ｄ変換部２１の出力Ｕに比例した量と積分部２２の出力Ｆに比例した量との和Ｄを出力する。デジタルＰＩ制御部４０は、加算演算部１５の出力Ｄと目標値Ｒとの偏差Ｅに基づいて比例演算および積分演算を行なうことによって、制御対象を制御する制御信号Ｙを生成する。【選択図】図２
2010225066.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御対象から検出された検出信号とサーボ制御の目標値とに基づいて、前記制御対象を制御する制御信号を出力するサーボ制御回路であって、
前記検出信号に比例した量と第１の信号に比例した量との差を出力する差分演算部と、
前記差分演算部の出力をデジタル変換するＡ／Ｄ変換部と、
前記Ａ／Ｄ変換部の出力の積分値に比例した量を出力する積分演算部と、
前記積分演算部の出力をアナログ変換して、前記第１の信号として出力するＤ／Ａ変換部と、
前記Ａ／Ｄ変換部の出力に比例した量と前記積分演算部の出力に比例した量との和を出力する加算演算部と、
前記加算演算部の出力と前記目標値との差に基づいて演算を行なうことによって、前記制御信号を生成する制御部とを備える、サーボ制御回路。
【請求項２】
前記制御部は、前記加算演算部の出力と前記目標値との差に基づいてデジタルＰＩ制御演算を行なうことによって、前記制御信号を生成する、請求項１に記載のサーボ制御回路。
【請求項３】
制御対象から検出された検出信号とサーボ制御の目標値とに基づいて、前記制御対象を制御する制御信号を出力するサーボ制御回路であって、
前記検出信号と前記目標値との差に比例した量と第１の信号に比例した量との差を出力する差分演算部と、
前記差分演算部の出力をデジタル変換するＡ／Ｄ変換部と、
前記Ａ／Ｄ変換部の出力の積分値に比例した量を出力する積分演算部と、
前記積分演算部の出力をアナログ変換して、前記第１の信号として出力するＤ／Ａ変換部と、
前記Ａ／Ｄ変換部の出力に比例した量と前記積分演算部の出力に比例した量との和を出力する加算演算部と、
前記加算演算部の出力に基づいて演算を行なうことによって、前記制御信号を生成する制御部とを備える、サーボ制御回路。
【請求項４】
前記制御部は、前記加算演算部の出力に基づいてデジタルＰＩ制御演算を行なうことによって、前記制御信号を生成する、請求項３に記載のサーボ制御回路。
【請求項５】
可動部を駆動するアクチュエータを、前記可動部の位置を検出する位置センサからの検出信号に基づいて制御するアクチュエータの制御装置であって、
前記検出信号とサーボ制御の目標値とに基づいて制御信号を出力する請求項１〜４のいずれか１項に記載のサーボ制御回路と、
前記制御信号に基づいて前記アクチュエータを駆動する駆動回路とを備える、アクチュエータの制御装置。
【請求項６】
手振れ補正機能を有する撮像装置であって、
画像記録媒体と、
被写体を前記画像記録媒体上に結像させる結像光学系と、
前記結像光学系の光軸上に設けられた補正光学系と、
前記補正光学系を前記結像光学系の光軸と交差する方向に変位させるアクチュエータと、
前記撮像装置の振動を検知する振動検知センサと、
前記振動検知センサの出力に基づいて、前記アクチュエータによって前記補正光学系を変位させる変位量を算出し、算出した変位量に対応したサーボ制御の目標値を出力する信号処理回路と、
前記補正光学系の位置を検出する位置センサと、
前記位置センサの検出信号と前記目標値とに基づいて、制御信号を出力する請求項１〜４のいずれか１項に記載のサーボ制御回路と、
前記制御信号に応じて前記アクチュエータを駆動する駆動回路とを備える、撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、サーボ制御回路に関し、特に、比例要素、積分要素、および微分要素を含むＰＩＤ制御方式によるサーボ制御回路に関する。また、この発明は、サーボ制御によるアクチュエータの制御装置に関するとともに、このような制御装置が組み込まれたカメラなどの撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近のデジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどには、手振れ補正装置が搭載されている。手振れ補正装置は、カメラの振動を加速度または角速度センサで検出し、センサの検出結果に基づいて、光学系の一部である補正レンズを光軸と直交する方向に駆動することによって像振れを補正する。このとき、補正レンズの変位量は、補正レンズの位置を検出する位置センサの出力に基づいてサーボ制御される。
【０００３】
手振れ補正装置におけるサーボ制御では、通常、ＰＩＤ制御が用いられる。たとえば、特開２００４−１７０５９９号公報（特許文献１）には、デジタルＰＩＤ制御によって補正レンズの位置調整を行なう方法が開示されている（同文献の図４を参照）。
【０００４】
デジタルＰＩＤ制御では、目標値と検出信号との偏差信号に対して、比例、積分、および微分演算が行なわれる。比例演算（Ｐ）では、偏差信号に比例ゲインが乗算される。積分演算（Ｉ）では、現在までの偏差信号の和に積分ゲインが乗算される。また、微分演算（Ｄ）では、現在の偏差信号から１サンプリング時間前の偏差信号を減算した結果に、微分ゲインが乗算される。そして、上記の比例、積分、および微分演算の全ての結果の加算値が出力される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１７０５９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
通常、手振れ補正装置の補正レンズはボイスコイルモータによって駆動される。この場合、手振れによる振動に対して補正レンズが素早く追従するようにボイスコイルモータを駆動する必要があるが、ボイスコイルモータは速い振動に追従しきれない場合が多い。したがって、ＰＩＤ制御でボイスコイルモータを制御する場合には、周波数応答の高域での位相遅れを改善する必要があり、この結果、ＰＩＤ制御の微分要素の微分ゲインが大きくなる。
【０００７】
ところが、デジタルＰＩＤ制御の場合にＡ／Ｄ（Analog  to  Digital）変換器の精度が十分でない状態で微分ゲインを大きくしすぎると、量子化誤差が制御信号に現れることになり、制御信号にノイズが含まれてしまう。たとえば、ボイスコイルモータの場合には、モータの動きに振動が生じることになる。
【０００８】
この問題に対して、デジタルＰＩＤ制御器のうち微分要素のみをアナログ回路によって構成する方法が考えられる。しかしながら、そうすると、ＰＩＤ制御器の微分要素をＬＳＩ（Large-Scale  Integration）回路で構成することが困難になるので、部品点数が増加するという問題が生じる。
【０００９】
この発明は、上記の問題点を考慮してなされたものである。この発明の目的は、制御周波数が高い領域においても良好な制御特性を維持するとともに、集積回路化が容易なＰＩＤ制御によるサーボ制御回路を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明は、一局面において、制御対象から検出された検出信号とサーボ制御の目標値とに基づいて、制御対象を制御する制御信号を出力するサーボ制御回路であって、差分演算部と、Ａ／Ｄ変換部と、積分演算部と、Ｄ／Ａ変換部と、加算演算部と、制御部とを備える。差分演算部は、検出信号に比例した量と第１の信号に比例した量との差を出力する。Ａ／Ｄ変換部は、差分演算部の出力をデジタル変換する。積分演算部は、Ａ／Ｄ変換部の出力の積分値に比例した量を出力する。Ｄ／Ａ変換部は、積分演算部の出力をアナログ変換して、第１の信号として出力する。加算演算部は、Ａ／Ｄ変換部の出力に比例した量と積分演算部の出力に比例した量との和を出力する。制御部は、加算演算部の出力と目標値との差に基づいて演算を行なうことによって、制御信号を生成する。
【００１１】
好ましくは、制御部は、加算演算部の出力と目標値との差に基づいてデジタルＰＩ制御演算を行なうことによって、制御信号を生成する。
【００１２】
この発明は、他の局面において、制御対象から検出された検出信号とサーボ制御の目標値とに基づいて、制御対象を制御する制御信号を出力するサーボ制御回路であって、差分演算部と、Ａ／Ｄ変換部と、積分演算部と、Ｄ／Ａ変換部と、加算演算部と、制御部とを備える。差分演算部は、検出信号と目標値との差に比例した量と第１の信号に比例した量との差を出力する。Ａ／Ｄ変換部は、差分演算部の出力をデジタル変換する。積分演算部は、Ａ／Ｄ変換部の出力の積分値に比例した量を出力する。Ｄ／Ａ変換部は、積分演算部の出力をアナログ変換して、第１の信号として出力する。加算演算部は、Ａ／Ｄ変換部の出力に比例した量と積分演算部の出力に比例した量との和を出力する。制御部は、加算演算部の出力に基づいて演算を行なうことによって、制御信号を生成する。
【００１３】
好ましくは、制御部は、加算演算部の出力に基づいてデジタルＰＩ制御演算を行なうことによって、制御信号を生成する。
【００１４】
この発明は、さらに他の局面において、可動部を駆動するアクチュエータを、可動部の位置を検出する位置センサからの検出信号に基づいて制御するアクチュエータの制御装置であって、サーボ制御回路と、駆動回路とを備える。サーボ制御回路は、検出信号とサーボ制御の目標値とに基づいて制御信号を出力する上記の一局面または他の局面のサーボ制御回路である。駆動回路は、制御信号に基づいてアクチュエータを駆動する。
【００１５】
この発明は、さらに他の局面において、手振れ補正機能を有する撮像装置であって、画像記録媒体と、結像光学系と、補正光学系と、アクチュエータと、振動検知センサと、信号処理回路と、位置センサと、サーボ制御回路と、駆動回路とを備える。結像光学系は、被写体を画像記録媒体上に結像させる。補正光学系は、結像光学系の光軸上に設けられる。アクチュエータは、補正光学系を結像光学系の光軸と交差する方向に変位させる。振動検知センサは、撮像装置の振動を検知する。信号処理回路は、振動検知センサの出力に基づいて、アクチュエータによって補正光学系を変位させる変位量を算出し、算出した変位量に対応したサーボ制御の目標値を出力する。位置センサは、補正光学系の位置を検出する。サーボ制御回路は、位置センサの検出信号と目標値とに基づいて、制御信号を出力する上記の一局面または他の局面のサーボ制御回路である。駆動回路は、制御信号に応じてアクチュエータを駆動する。
【発明の効果】
【００１６】
この発明によれば、ＰＩＤ制御回路における微分要素が、アナログ回路による差分演算部と、デジタル回路による積分演算部および加算演算部とによって構成される。差分演算部は、演算増幅器および抵抗素子によって実現できるので集積回路化が容易であり、しかも、Ａ／Ｄ変換部の前段に設けられた差分演算部によって微分ゲインを増加させたとしても量子化誤差による制御信号の劣化を生じない。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】この発明の実施の形態に従うアクチュエータによる駆動制御装置１の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の駆動制御装置１におけるサーボ制御回路１００の構成を示すブロック図である。
【図３】図２の差分演算部１０および増幅器５の具体的な回路構成の一例を示す図である。
【図４】第１の比較例としてのサーボ制御回路２００の構成を示すブロック図である。
【図５】第２の比較例としてのサーボ制御回路３００の構成を示すブロック図である。
【図６】アナログ回路による微分制御部３１０Ａの構成を示す回路図である。
【図７】図２のサーボ制御回路１００の微分制御部２０と等価な機能を有するアナログ回路による構成例を示す回路図である。
【図８】図６、図７示す回路の周波数特性を示す図である。
【図９】図２のサーボ制御回路１００の変形例としてのサーボ制御回路１００Ａの構成を示すブロック図である。
【図１０】この発明の実施の形態としてのデジタルスチルカメラ１１０の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して、その説明を繰返さない。
【００１９】
（アクチュエータによる駆動制御装置の全体構成）
図１は、この発明の実施の形態に従うアクチュエータによる駆動制御装置１の構成を示すブロック図である。図１を参照して、駆動制御装置１は、可動部（制御対象）３を変位させるアクチュエータ２と、可動部３の位置を検出する位置センサ４と、位置センサ４の出力信号を増幅する増幅器５と、サーボ制御回路１００と、アクチュエータ２を駆動する駆動回路６とを含む。駆動制御装置１をＬＳＩ回路で構成する場合、増幅器５、サーボ制御回路１００、および駆動回路６が、アクチュエータ２の制御装置７として集積回路化される。
【００２０】
アクチュエータ２は、たとえば、ボイスコイルモータなどのリニアアクチュエータである。デジタルカメラの手振れ補正機構の場合には、アクチュエータ２は、制御対象３としてのＯＩＳ（Optical  Image  Stabilizer）レンズを駆動する。
【００２１】
位置センサ４は、アクチュエータ２によって駆動された制御対象３の位置を検出するセンサである。デジタルカメラの手振れ補正機構の場合には、位置センサ４は、ＯＩＳレンズ３を位置を検出する。位置センサ４は、たとえば、永久磁石とホール素子とによって構成することができる。位置センサ４の出力信号ｈは、増幅器５によって増幅される。
【００２２】
サーボ制御回路１００は、増幅器５から出力された検出信号ｘと、制御対象３の位置制御の目標値Ｒとに基づいて、アクチュエータ２を制御するための制御信号Ｙを出力する。図１の実施の形態１の場合、サーボ制御回路１００は、アナログ回路とデジタル回路とが混載された半導体回路によって構成され、アナログ信号である検出信号ｘに基づいて、デジタル信号である制御信号Ｙを出力する。目標値Ｒはデジタル信号で与えられる。
【００２３】
駆動回路６は、アクチュエータ２を駆動するために、サーボ制御回路１００から出力された制御信号Ｙに対応したアナログ制御信号ｙをアクチュエータ２に出力する。
【００２４】
（サーボ制御回路の構成）
図２は、図１の駆動制御装置１におけるサーボ制御回路１００の構成を示すブロック図である。図２を参照して、サーボ制御回路１００は、微分先行型のＰＩＤ制御回路であり、微分制御部２０と、微分制御部２０の出力Ｄと目標値Ｒとの偏差Ｅを出力する減算器３０と、偏差Ｅに基づいて比例演算（Ｐ）および積分演算（Ｉ）を行なうＰＩ制御部４０とを含む。
【００２５】
ここで、ＰＩ制御部４０は、微分要素を含まない通常のデジタルＰＩ制御器と同様の構成である。すなわち、ＰＩ制御部４０は、偏差Ｅに比例ゲインＫｐを乗じる増幅器４１と、増幅器４１の出力に対して比例演算を行なう比例制御部４２と、偏差Ｅに積分ゲインＫｉを乗ずる増幅器４３と、増幅器４３の出力に対してデジタル積分演算を行なう積分制御部４４とを含む。さらに、ＰＩ制御部４０は、比例演算結果と積分演算結果とを加算して、加算結果を制御信号Ｙとして出力する加算器４５とを含む。
【００２６】
微分制御部２０は、差分演算部１０と、Ａ／Ｄ（Analog  to  Digital）変換器２１と、積分演算部１６と、Ｄ／Ａ（Digital to Analog）変換器２３と、加算演算部１５とを含む。
【００２７】
差分演算部１０は、検出信号ｘに比例した量と第１の信号としての積分信号ｆに比例した量との差ｕを出力する。図１の場合、差分演算部１０は、検出信号ｘから積分信号ｆを減じた値を出力する減算器１１と、減算器１１の出力を定数Ｋ１倍する増幅器１２とを含む。したがって、差分演算部１０の出力ｕは、ｕ＝Ｋ１×ｘ−Ｋ１×ｆと表わされる。定数Ｋ１を検出信号ｘおよび積分信号ｆに乗じてから減算器１１による減算を行なっても差分演算部１０の出力結果は同じである。また、この場合、異なる大きさの比例定数を検出信号ｘおよび積分信号ｆにそれぞれ乗じてから、両者の差分を計算してもよい。
【００２８】
Ａ／Ｄ変換器２１は、差分演算部１０の出力ｕをデジタル変換する。Ａ／Ｄ変換器２１の出力Ｕは、積分演算部１６および加算演算部１５に出力される。
【００２９】
積分演算部１６は、Ａ／Ｄ変換器２１の出力Ｕの積分値に比例した量Ｆを出力する。図１の場合、積分演算部１６は、Ａ／Ｄ変換器２１の出力Ｕをデジタル積分する積分器２２と、積分器２２の出力を定数Ｋ４倍する増幅器２９とを含む。増幅器２９の出力Ｆは、Ｄ／Ａ変換器２３によってアナログ変換されて積分信号ｆとして差分演算部１０に入力される。なお、増幅器２９を積分器２２の入力側に設けてもよい。増幅器２９を積分器２２の入力側または出力側のいずれに設けても、積分演算部１６から出力される信号Ｆの大きさは同じである。
【００３０】
加算演算部１５は、Ａ／Ｄ変換器２１の出力Ｕに比例した量と積分演算部１６の出力Ｆに比例した量との和Ｄを出力する。図１の場合、差分演算部１０は、Ａ／Ｄ変換器２１の出力Ｕを定数Ｋ２倍する増幅器２４と、積分演算部１６の出力Ｆを定数Ｋ３倍する増幅器２５と、増幅器２４，２５の出力を加算する加算器２６とを含む。
【００３１】
次に、以上の構成の微分制御部２０による効果について説明する。
第１の効果は、微分制御部２０の機能は、ＰＩＤ制御における不完全微分とほぼ同じであることである。簡単のために、図２で、Ａ／Ｄ変換器２１およびＤ／Ａ変換器２３を削除して全ての信号処理をアナログ信号によって行なうものとし、さらに、Ｋ２＝Ｋ３＝１とすると、微分制御部２０の伝達関数は次式（１）のようになる。ただし、次式（１）において、ｓはラプラス変換における複素変数であり、Ｔｉは積分演算部１６の積分時間であり、Ｔｉ＝１／Ｋ４と表わされる。
【００３２】
（１＋Ｔｉ×ｓ）／（１＋Ｔｉ×ｓ／Ｋ１）                          …(1)
上式（１）から明らかなように、微分制御部２０の伝達関数は、微分ゲインＫ１を有する不完全微分の伝達関数である次式（２）と、１次遅れの伝達関数である次式（３）との和によって表わされる。
【００３３】
Ｔｉ×ｓ／（１＋Ｔｉ×ｓ／Ｋ１）                                  …(2)
１／（１＋Ｔｉ×ｓ／Ｋ１）                                        …(3)
第２の効果は、上記の構成の微分制御部２０が、見掛け上、Ａ／Ｄ変換器２１の分解能を増加させる効果を有することである。仮に、検出信号ｘと積分信号ｆとの差分でなく、検出信号ｘが直接、増幅器１２によって増幅されてＡ／Ｄ変換器２１に入力されたとする。この場合、増幅器１２の利得が大きくなると、Ａ／Ｄ変換器２１に入力される信号強度がＡ／Ｄ変換器２１のダイナミックレンジを超えてしまう。これに対して、上記の構成の微分制御部２０の場合には、検出信号ｘと積分信号ｆとの差分がＡ／Ｄ変換器２１入力されるので、増幅器１２の利得を上げても、Ａ／Ｄ変換器２１の入力信号強度をダイナミックレンジの範囲内に抑えることができる。
【００３４】
第３の効果として、上記の構成の微分制御部２０の場合には、Ａ／Ｄ変換器２１の前段に増幅器１２が配置されているので、微分ゲインＫ１を増加させたとしても、制御信号Ｙには量子化誤差によるノイズが生じない。
【００３５】
さらに第４の効果として、サーボ制御回路１００全体のＬＳＩ化が容易な点が挙げられる。以下、この第４の効果について説明する。
【００３６】
図３は、図２の差分演算部１０および増幅器５の具体的な回路構成の一例を示す図である。
【００３７】
図３を参照して、増幅器５は、演算増幅器Ａ１と抵抗素子Ｒ１，Ｒ２とを含む。抵抗素子Ｒ１は、一端に位置センサ４の出力信号ｈを受け、他端が演算増幅器Ａ１の反転入力端子に接続される。抵抗素子Ｒ２は、演算増幅器Ａ１の反転入力端子と出力端子との間に接続される。演算増幅器Ａ１の非反転入力端子は接地される。したがって、抵抗素子Ｒ１，Ｒ２の抵抗値をそれぞれｒ１，ｒ２とすると、図３の増幅器５は、利得（ｒ２／ｒ１）を有する反転増幅器となっている。なお、図３では、増幅器５が反転増幅器であることを考慮して、増幅器５の出力信号を検出信号ｘの符号を反転させた−ｘとしている。
【００３８】
差分演算部１０は、演算増幅器Ａ２と、抵抗素子Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３とを含む。抵抗素子Ｒ１１は、演算増幅器Ａ１の出力端子と演算増幅器Ａ２の反転入力端子との間に接続される。抵抗素子Ｒ１２は、Ｄ／Ａ変換器２３の出力端子と演算増幅器Ａ２の反転入力端子との間に接続される。抵抗素子Ｒ１３は、演算増幅器Ａ２の反転入力端子と出力端子との間に接続される。演算増幅器Ａ２の非反転入力端子は接地される。したがって、抵抗素子Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３の抵抗値をそれぞれｒ１１，ｒ１２，ｒ１３とすると、差分演算部１０の出力ｕは、Ｄ／Ａ変換器２３の出力ｆと、増幅器５の出力（−ｘ）とを用いて、次式（４）のように表わされる。
【００３９】
ｕ＝（ｘ／ｒ１１−ｆ／ｒ１２）×ｒ１３                            …(4)
すなわち、差分演算部１０は、検出信号ｘに比例した量（ｘ×ｒ１３／ｒ１１）と、積分信号ｆに比例した量（ｆ×ｒ１３／ｒ１２）との差ｕを出力する。なお、ｒ１１＝ｒ１２の場合、図２の比例定数Ｋ１は、ｒ１３／ｒ１１に等しい。
【００４０】
このように、図３の構成によれば、増幅器１２の利得が抵抗素子Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３の抵抗値の比で表わされる。したがって、サーボ制御回路１００に増幅器５を含めた図３の回路全体をＬＳＩで構成したとしても、サーボ制御回路１００の制御特性は、抵抗素子の抵抗値のばらつきの影響を受けないという利点がある。
【００４１】
（サーボ制御回路１００と比較例との対比）
次に、図２、図３のサーボ制御回路１００をサーボ制御回路２００，３００と比較する。
【００４２】
図４は、第１の比較例としてのサーボ制御回路２００の構成を示すブロック図である。図４を参照して、サーボ制御回路２００は、ＰＩＤ制御器の微分要素もデジタル回路で構成された例である。
【００４３】
サーボ制御回路２００は、検出信号ｘをデジタル変換するＡ／Ｄ変換器２１と、Ａ／Ｄ変換器２１の出力Ｘと目標値Ｒとの偏差Ｅを出力する減算器３０と、デジタルＰＩＤ制御器２１０とを含む。デジタルＰＩＤ制御器２１０は、偏差Ｅに比例ゲインＫｐを乗じる増幅器４１と、増幅器４１の出力に対して比例演算を行なう比例制御部４２と、偏差Ｅに積分ゲインＫｉを乗ずる増幅器４３と、増幅器４３の出力に対してデジタル積分演算を行なう積分制御部４４と、偏差Ｅに微分ゲインＫｄを乗ずる増幅器４６と、増幅器４６の出力に対してデジタル微分演算を行なう微分制御部４７とを含む。デジタルＰＩＤ制御器２１０は、さらに、比例演算結果、積分演算結果、および微分演算結果を加算して制御信号として出力する加算器４５を含む。
【００４４】
既に説明したように、デジタルＰＩＤ制御器２１０を用いてボイスコイルモータを制御する場合には、周波数応答の周波数の高い領域での位相遅れを改善するために、微分演算結果に乗ずる微分ゲインＫｄが大きくなる。したがって、Ａ／Ｄ変換器２１の精度が十分でない場合には、Ａ／Ｄ変換器２１の量子化誤差によるノイズが制御信号Ｙに現れることになる。これに対して、図２の構成のサーボ制御回路１００の場合には、微分ゲインＫｄに対応する増幅器１２の比例定数Ｋ１を増加させても、増幅器１２はＡ／Ｄ変換器２１の前段に設けられているので、制御信号Ｙに量子化誤差によるノイズが現れることはない。
【００４５】
図５は、第２の比較例としてのサーボ制御回路３００の構成を示すブロック図である。図５のサーボ制御回路３００では、図３の微分制御部２０に代えて、アナログ回路で構成された微分制御部３１０が用いられている。さらに、図５のサーボ制御回路３００では、微分制御部３１０の後段と減算器３０との間に、微分制御部３１０の出力ｄをデジタル変換するＡ／Ｄ変換器２１が設けられる。これらの点で、図５のサーボ制御回路３００は、図３のサーボ制御回路１００と異なる。図５のその他の構成は、図２と同じである。
【００４６】
図５のアナログ回路による微分制御部３１０は、演算増幅器Ａ２と、抵抗素子Ｒ２１，Ｒ２２，Ｒ２３と、コンデンサＣ１とを含む。抵抗素子Ｒ２１は、増幅器５の演算増幅器Ａ１の出力端子と演算増幅器Ａ２の反転入力端子との間に接続される。抵抗素子Ｒ２２およびコンデンサＣ１は、増幅器５の演算増幅器Ａ１の出力端子と演算増幅器Ａ２の反転入力端子との間に直列接続される。抵抗素子Ｒ２３は、演算増幅器Ａ２の反転入力端子と出力端子との間に接続される。演算増幅器Ａ２の非反転入力端子は接地される。
【００４７】
ここで、抵抗素子Ｒ２１，Ｒ２２，Ｒ２３の抵抗値をｒ２１，ｒ２２，ｒ２３とし、コンデンサＣ１の容量をｃ１とする。そうすると、上記の微分制御部３１０の構成によれば、周波数の高い領域（周波数がおよそ１／（ｃ１×ｒ２２）以上）での利得はｒ２３／ｒ２２以下に制限される。また、直流での利得はｒ２３／ｒ２１である。そして、直流から高域までは、利得が周波数に比例して増加する微分特性が実現されている。
【００４８】
図５の微分制御部３１０の問題点は、抵抗素子Ｒ２１，Ｒ２２，Ｒ２３の他にコンデンサＣ１が含まれている点にある。したがって、ＬＳＩによって微分制御部３１０を作製した場合には、抵抗素子Ｒ２１，Ｒ２２，Ｒ２３とコンデンサＣ１の特性のばらつきの影響がサーボ制御回路の特性に現れてしまう。ばらつきを回避するために、抵抗素子Ｒ２１，Ｒ２２，Ｒ２３およびコンデンサＣ１をディスクリートのアナログ部品で構成すると、サーボ制御回路全体の面積が大きくなってしまう。
【００４９】
これに対して、図３の場合には、アナログ回路の部分である差分演算部１０にはコンデンサが含まれず、差分演算部１０の利得は抵抗素子の抵抗値の比によって決まる。したがって、ＬＳＩを作製したときに生じるプロセスごとの抵抗素子の抵抗値のばらつきはキャンセルされる。
【００５０】
次に、図５の構成による微分制御部３１０の特性と、図２、図３の微分制御部２０の特性とがほぼ等価であることを数値計算を用いて説明する。
【００５１】
図６は、アナログ回路による微分制御部３１０Ａの構成を示す回路図である。同図では、図５の増幅器５は、微分制御部３１０Ａの機能に含めることができるので省略されている。
【００５２】
また、入力信号の符号が反転される図５の微分制御部３１０の構成と異なり、図６の微分制御部３１０Ａでは入力信号の符号が反転されない構成となっている。さらに、Ａ／Ｄ変換器２１で発生する折り返し誤差を除去するために、演算増幅器Ａ２の反転入力端子と出力端子との間に、抵抗素子Ｒ１１３と並列にコンデンサＣ１０２が接続されている。この場合、抵抗素子Ｒ１１３の抵抗値をｒ１１３とし、コンデンサＣ１０２の容量をｃ１０２とすると、周波数がおよそ１／（ｒ１１３×ｃ１０２）以上では、微分制御部３１０Ａの利得を周波数に反比例して減少させることができる。
【００５３】
数値計算での具体的な図６の回路パラメータは、Ｃ１０１＝１μＦ、Ｃ１０２＝４７ｐＦ、Ｒ１１１＝５．６ｋΩ、Ｒ１１２＝３３０Ω、Ｒ１１３＝１８０ｋΩとした。
【００５４】
図７は、図２のサーボ制御回路１００の微分制御部２０と等価な機能を有するアナログ回路による構成例を示す回路図である。ただし、図３の増幅器５は入力信号が反転する構成となっていたのに対して、図７の増幅器５は、入力信号が反転しない構成となっている。また、演算増幅器Ａ１の反転入力端子と出力端子との間に、折り返し誤差を除去するために高域の利得を低減させるコンデンサＣ２０１が接続されている。
【００５５】
図７の場合、図２、図３のデジタル回路の積分器２２に対応する図７の積分器２２Ａは、演算増幅器Ａ３、抵抗素子Ｒ２０６、およびコンデンサＣ２０３によって構成される。また、図２、図３の加算演算部１５に対応する図７の加算演算部１５Ａは、演算増幅器Ａ６および抵抗素子Ｒ２１１，Ｒ２１２，Ｒ２１３によって構成される。
【００５６】
さらに、図７の微分制御部２０Ａでは、符号を反転させるために反転増幅器２７，２８が付加される。この場合の反転増幅器２７は、演算増幅器Ａ５および抵抗素子Ｒ２０７，Ｒ２０８によって構成され、反転増幅器２８は、演算増幅器Ａ４および抵抗素子Ｒ２０９，Ｒ２１０によって構成される。
【００５７】
数値計算のための具体的な図７の回路パラメータは次のとおりである。まず、増幅器５において、Ｃ２０１＝１μＦ、Ｒ２０１＝１０ｋΩ、Ｒ２０２＝１００ｋΩとした。差分演算部１０において、Ｒ２０３＝Ｒ２０４＝１０ｋΩ、Ｒ２０５＝１００ｋΩとした。積分器２２Ａにおいて、Ｃ２０３＝０．１μＦ、Ｒ２０６＝１００ｋΩとした。加算演算部１５Ａにおいて、Ｒ２１１＝Ｒ２１２＝Ｒ２１３＝１０ｋΩとした。反転増幅器２７，２８において、Ｒ２０７＝Ｒ２０８＝Ｒ２０９＝Ｒ２１０＝１０ｋΩとした。
【００５８】
図８は、図６、図７示す回路の周波数特性を示す図である。同図にはゲイン特性を示す曲線Ｇと位相特性を示す曲線Ｐとが示されている。ゲイン特性については、上述の回路パラメータを用いることによって、図６の場合と図７の場合とでほぼ一致させることができた。このとき、位相特性についても、高域で若干のずれがあるものの（図８の曲線Ｐ１が図６に対応し、曲線Ｐ２が図７に対応する。）、低域から中域ではほぼ一致している。このように、図２、図３の微分制御部２０は、演算増幅器を用いた図５、図６の公知の微分回路と機能的に等価であることがわかる。
【００５９】
以上のとおり、図２、図３のサーボ制御回路１００によれば、ＰＩＤ制御回路における微分要素が、アナログ回路による差分演算部１０と、デジタル回路による積分演算部１６および加算演算部１５とによって等価的に構成できる。このとき、アナログ回路の差分演算部１０は、演算増幅器Ａ２および抵抗素子Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３によって実現できるので集積回路化が容易である。しかも、差分演算部１０は、Ａ／Ｄ変換器２１の前段に設けられているので、微分ゲインに対応する増幅器１２のゲインＫ１を増加させたとしても量子化誤差による制御特性の劣化を生じない。
【００６０】
（サーボ制御回路の変形例）
図９は、図２のサーボ制御回路１００の変形例としてのサーボ制御回路１００Ａの構成を示すブロック図である。図９のサーボ制御回路１００Ａは、微分制御部２０とＰＩ制御部４０との間に代えて増幅器５と微分制御部２０との間に、フィードバック結合のための減算器５０を設けた点で、図２、図３のサーボ制御回路１００と異なる。図９のその他の構成については、図２のサーボ制御回路１００と同じであるので、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して説明を繰返さない。
【００６１】
図９の場合、減算器５０は、アナログ信号である目標値ｒと検出信号ｘとの偏差ｅを出力する。微分制御部２０は偏差ｅに対して等価的な微分演算を行なう。ＰＩ制御部４０は、微分制御部２０の出力Ｄに対して、比例演算および積分演算を行なって制御信号Ｙを出力する。このような構成のサーボ制御回路１００Ａも、図２のサーボ制御回路１００と同様の作用効果を奏する。
【００６２】
（撮像装置の手振れ防止装置への適用例）
図１０は、この発明の実施の形態としてのデジタルスチルカメラ１１０の構成を示すブロック図である。
【００６３】
図１０を参照して、デジタルスチルカメラ１１０は、画像記録媒体としてのＣＭＯＳ（Complementary  Metal-Oxide  Semiconductor）またはＣＣＤ（Charge-Coupled  Device）などのイメージセンサ１１２と、被写体をイメージセンサ１１２上に結像させる結像光学系としての撮像レンズ１１１と、イメージセンサ１１２の画像信号を処理する画像処理回路１１３とを含む。
【００６４】
デジタルスチルカメラ１１０は、さらに、手振れ防止のために、撮像レンズ１１１の光軸１１６上に設けられた制御対象としての補正レンズ３と、補正レンズ３を変位させるボイスコイルモータ２とを含む。補正レンズ３は、通常、ＯＩＳレンズと呼ばれ、ボイスコイルモータ２によって駆動されることにより、光軸１１６と直交する２方向に変位する。補正レンズ３は、手振れによってイメージセンサ１１２上での被写体の結像位置が移動した場合に、結像位置を補正するために用いられる。
【００６５】
ボイスコイルモータ２を制御するために、デジタルスチルカメラ１１０は、位置センサ４と、増幅器５と、サーボ制御回路１００と、駆動回路６とを含む。これらの構成要素は既に図１で説明したので、以下、簡単に説明する。まず、位置センサｘは、制御対象である補正レンズ３の位置を検出する。増幅器５は、位置センサ４の出力を増幅する。サーボ制御回路１００は、増幅器５から出力された検出信号ｘとサーボ制御の目標値Ｒとに基づいて、制御信号Ｙを出力する。駆動回路６は、制御信号Ｙに従って、ボイスコイルモータ２を駆動する。
【００６６】
さらに、デジタルスチルカメラ１１０は、サーボ制御回路１００に入力されるサーボ制御の目標値Ｒを検出するために、角速度センサ１１４と信号処理回路１１５とを含む。角速度センサ１１４は、手振れによる振動を検出する振動検知センサとして用いられる。信号処理回路１１５は、角速度センサ１１４の出力に基づいて、手振れ補正のために補正レンズ３を変位する変位量を算出する。そして、信号処理回路１１５は、算出した補正レンズ３の変位量に対応した目標値Ｒをサーボ制御回路１００に出力する。
【００６７】
上記構成のデジタルスチルカメラ１１０によれば、手振れによる振動に対して補正レンズ３が素早く追従するようにボイスコイルモータ２を制御することができる。このとき、サーボ制御回路１００では、微分ゲインを増大させたとしても、従来のデジタルＰＩＤ制御器のように量子化誤差によるノイズが生じることがない。さらに、サーボ制御回路１００を集積回路化によって小型化することも容易である。
【００６８】
なお、この発明に従うサーボ制御回路１００は、カメラの手振れ補正装置に好適なものであるが、この発明の適用範囲はこれに限るものでない。ＰＩＤ制御器によるサーボ制御回路全般に対してこの発明は適用可能である。
【００６９】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものでないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００７０】
１  アクチュエータの制御装置、２  アクチュエータ（ボイスコイルモータ）、３  制御対象（補正レンズ）、４  位置センサ、５  増幅器、６  駆動回路、１０  差分演算部、１５  加算演算部、１６  積分演算部、２０  微分制御部、２１  Ａ／Ｄ変換器、２２  積分器、２３  Ｄ／Ａ変換器、３０，５０  減算器、４０  ＰＩ制御部、１００，１００Ａ  サーボ制御回路、１１０  デジタルスチルカメラ、１１１  撮像レンズ、１１２  イメージセンサ、１１３  画像処理回路、１１４  角速度センサ、１１５  信号処理回路。
【図１】
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【図２】
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【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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