(57)【要約】【課題】ピエゾアクチュエータの駆動において、異音が生じることがある。【解決手段】パルス生成回路２６は、ピエゾ素子１４に印加する駆動パルスとして、レンズ８を所定のステップ幅変位させるデューティ比を有した変位用パルスと、レンズ８を現在位置に停留させるデューティ比を有した停留用パルスとを選択的に生成することができる。パルス生成回路２６は、サーボ制御周期内での複数回連続する駆動パルスの発生を制御し、所要変位量の残余量が所定の閾値以上である場合、変位用パルスを発生させ、一方、前記残余量が前記閾値未満となった場合、次のサーボ制御周期の開始まで停留用パルスを持続的に発生させる。【選択図】図１
2010259224.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピエゾアクチュエータに駆動パルスを供給し、当該駆動パルスに同期して駆動対象物を１ステップずつ変位させるピエゾアクチュエータ駆動方法において、
前記駆動対象物を現在位置に停留させるデューティ比を有した停留用パルスを前記駆動パルスとして供給する停留駆動を、前記駆動対象物の変位開始に先行して行い、
当該停留駆動に引き続いて、前記駆動対象物の変位が生じるデューティ比を有した変位用パルスを前記駆動パルスとして供給開始して前記駆動対象物を変位させること、
を特徴とするピエゾアクチュエータ駆動方法。
【請求項２】
所定のサーボ制御周期毎に得られる駆動対象物の所要変位量に基づいてピエゾアクチュエータによる前記駆動対象物の変位を制御するピエゾアクチュエータ制御回路において、
前記ピエゾアクチュエータのピエゾ素子に印加する駆動パルスとして、前記駆動対象物を所定のステップ幅変位させるデューティ比を有した変位用パルスと、前記駆動対象物を現在位置に停留させるデューティ比を有した停留用パルスとを選択的に生成して前記ピエゾアクチュエータへ出力する駆動パルス生成部と、
前記所要変位量の残余量が所定の閾値以上である場合、前記変位用パルスを発生させ、一方、前記残余量が前記閾値未満である場合、前記停留用パルスを発生させる制御部と、
を有することを特徴とするピエゾアクチュエータ制御回路。
【請求項３】
請求項２に記載のピエゾアクチュエータ制御回路において、
前記ステップ幅の予定値を記憶するステップ幅記憶部を更に備え、
前記制御部は、前記サーボ制御周期内での複数回連続する前記駆動パルスの発生を制御し、前記所要変位量の残余量が所定の閾値以上である場合、前記変位用パルスを発生させ、かつ前記予定値に基づいて前記残余量を更新し、一方、前記残余量が前記閾値未満となった場合、次の前記サーボ制御周期の開始まで前記停留用パルスを持続的に発生させること、を特徴とするピエゾアクチュエータ制御回路。
【請求項４】
請求項２に記載のピエゾアクチュエータ制御回路において、
前記停留用パルスは、デューティ比が５０％であること、を特徴とするピエゾアクチュエータ制御回路。
【請求項５】
撮像装置の振動を検出するセンサの出力信号に基づいて、前記振動による前記撮像装置の変位量に応じた振動補償信号を生成する振動補償信号生成部と、
前記振動による撮影画像のずれを補償するための駆動対象物の駆動位置を検出するセンサの出力信号、及び前記振動補償信号に基づいて、所定のサーボ制御周期毎に前記駆動対象物の所要変位量を求める所要変位量決定部と、
前記所要変位量に基づいてピエゾアクチュエータによる前記駆動対象物の変位を制御するピエゾアクチュエータ制御回路と、を備えた防振制御回路であって、
前記ピエゾアクチュエータ制御回路は、
前記ピエゾアクチュエータのピエゾ素子に印加する駆動パルスとして、前記駆動対象物を所定のステップ幅変位させるデューティ比を有した変位用パルスと、前記駆動対象物を現在位置に停留させるデューティ比を有した停留用パルスとを選択的に生成して前記ピエゾアクチュエータへ出力する駆動パルス生成部と、
前記所要変位量の残余量が所定の閾値以上である場合、前記変位用パルスを発生させ、一方、前記残余量が前記閾値未満である場合、前記停留用パルスを発生させる制御部と、
を有することを特徴とする防振制御回路。
【請求項６】
請求項５に記載の防振制御回路において、
前記ステップ幅の予定値を記憶するステップ幅記憶部を更に備え、
前記制御部は、前記サーボ制御周期内での複数回連続する前記駆動パルスの発生を制御し、前記所要変位量の残余量が所定の閾値以上である場合、前記変位用パルスを発生させ、かつ前記予定値に基づいて前記残余量を更新し、一方、前記残余量が前記閾値未満となった場合、次の前記サーボ制御周期の開始まで前記停留用パルスを持続的に発生させること、を特徴とする防振制御回路。
【請求項７】
請求項５に記載の防振制御回路において、
前記停留用パルスは、デューティ比が５０％であること、を特徴とする防振制御回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピエゾ素子を用いたインパクト駆動型のアクチュエータに対する駆動パルスを生成する駆動方法及び制御回路、並びに撮像装置の手ぶれ補正を行う防振制御回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ピエゾ素子の電歪効果を利用するピエゾアクチュエータが提案され、超小型のアクチュエータとして、期待されている（非特許文献１参照）。このピエゾアクチュエータは、例えば、カメラの手ぶれ補正やオートフォーカスなどに採用されている。
【０００３】
インパクト駆動型のピエゾアクチュエータは、移動対象物を摩擦保持し、ピエゾ素子（圧電素子）により伸縮される駆動軸を有する。駆動回路は、駆動軸の伸張時と収縮時との速度が異なる、すなわち、ゆっくり伸ばし急に引く、またはその反対となるような電圧信号を生成してピエゾ素子に印加する。駆動軸の急速移動時には、移動対象物は慣性のため駆動軸に対して滑り、基本的にその位置に留まる。一方、駆動軸を緩やかに移動させれば、静止摩擦力により移動対象物は駆動軸と共に変位する。この伸縮動作により移動対象物を駆動軸に対して特定の方向に変位させることができる。
【０００４】
この変位は、原理的に、立ち上がり時間と立ち下がり時間とが異なる鋸波形の電圧信号をピエゾ素子に印加することで実現できる。しかし、駆動回路から出力される駆動信号の波形としては必ずしも鋸波形である必要はなく、方形波の信号、すなわちパルス信号であっても、周波数やデューティ比を調節することで上述の変位を得ることが可能であることが知られている。移動対象物の移動速度は、駆動パルスの周波数及びデューティ比に依存し、例えば、デューティ比を逆とすることで移動方向を変えることができる。
【０００５】
また、特許文献１は、駆動開始時には駆動パルス信号をピエゾ素子へ印加する時間を徐々に増加させて駆動速度が徐々に増加するように制御し、一方、駆動パルス信号をピエゾ素子へ印加する時間を徐々に減少させて駆動速度が徐々に減少するように制御する駆動装置を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３３５８４１８号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】KONICAMINOLTA TECHNOLOGY REPORT VOL.1 (2004)，p.23-26
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来は、移動対象物を変位させる必要のない期間は、ピエゾ素子に印加する駆動パルスの発生を停止し、変位の必要が生じた場合に駆動パルスの発生を開始していた。
【０００９】
しかし、この駆動方法では、ピエゾアクチュエータが駆動時に異音を生じることがあるという問題があった。具体的には、この異音は、駆動パルスを複数回発生可能な周期をサーボ制御周期に設定したピエゾアクチュエータの駆動時に観測された。この駆動方法では、サーボ制御周期の途中までの駆動パルスで駆動対象物の変位が所要変位量に到達すると、当該サーボ制御周期の残りの期間は駆動パルスの発生が停止される。そして、次のサーボ制御周期開始時に駆動対象物の変位が必要となっていれば駆動パルスの発生が再開される。駆動パルスの周波数は、例えば１００ｋＨｚ程度の高い周波数であり可聴域を超えている。そのため、異音は、駆動パルス自体によるものではなく、サーボ制御周期に応じた駆動対象物の移動・停止の繰り返しによるものであることが疑われる。
【００１０】
この移動・停止時の異音の発生は、駆動開始時や停止時に駆動速度を徐々に変化させることで、低減できる可能性がある。しかし、駆動速度を徐々に変化させるために、駆動パルス信号のパルス幅又は印加電圧を徐々に変化させる制御が必要となり、制御が複雑となるおそれがある。
【００１１】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、インパクト駆動型のピエゾアクチュエータにおいて異音の発生が簡易な制御で抑制される駆動方法及びピエゾアクチュエータ制御回路、並びにピエゾアクチュエータにおける異音が抑制された防振制御回路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】
【００１２】
本発明は、ピエゾアクチュエータに駆動パルスを供給し、当該駆動パルスに同期して駆動対象物を１ステップずつ変位させるピエゾアクチュエータ駆動方法において、前記駆動対象物を現在位置に停留させるデューティ比を有した停留用パルスを前記駆動パルスとして供給する停留駆動を、前記駆動対象物の変位開始に先行して行い、当該停留駆動に引き続いて、前記駆動対象物の変位が生じるデューティ比を有した変位用パルスを前記駆動パルスとして供給開始して前記駆動対象物を変位させる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、駆動対象物を変位開始させるときに、停留動作が行われており、その状態から変位が開始される。停留駆動では、ピエゾアクチュエータは駆動対象物を停止位置に留めつつ伸縮される。つまり、駆動対象物はマクロ的には停止状態であるが、ミクロ的には停止位置の近傍で細かく振動している状態であり、その振動状態では駆動対象物は動摩擦力によってピエゾアクチュエータに摩擦保持されると推察される。動摩擦力は静止摩擦力よりも小さく、そのため、本発明によれば、駆動対象物の変位が停止状態から滑らかに開始され得る。本発明ではこのような作用から異音の発生が抑制される。また、当該異音の発生抑制のために必要となる駆動パルスは基本的に、停留用パルスと変位用パルスとの２種類であり、駆動開始時にさらに細かく駆動パルスのデューティ比を変化させる必要がなく制御が簡単であり、また制御回路も簡素な構成とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係る、ピエゾアクチュエータを用いた手ぶれ補正システムの概略のブロック構成図である。
【図２】パルス生成回路を説明する概略の機能ブロック図である。
【図３】パルス生成回路による駆動パルスの生成処理を示す概略のフロー図である。
【図４】駆動パルスの信号波形を模式的に示すタイミング図である。
【図５】ピエゾアクチュエータを用いたサーボ制御の一例を説明する模式的なタイミング図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）について、図面に基づいて説明する。本実施形態は、カメラに関して本発明を実施したものであり、当該カメラにおいて、ピエゾアクチュエータは手ぶれ補正機構に用いられる。
【００１６】
図１は、本カメラにおけるピエゾアクチュエータを用いた手ぶれ補正システムの概略のブロック構成図である。本手ぶれ補正システムは、センサ部２、回路部４、及び駆動部６を含んで構成され、回路部４は手ぶれ補正の制御を行う防振制御回路である。手ぶれ補正システムにはいくつかの方式があるが、例えば、本システムは、撮像素子（図示せず）の受光面に光学像を形成するレンズ８の位置を制御する方式とすることができる。
【００１７】
センサ部２は、ホール素子１０とジャイロセンサ１２とからなる。ホール素子１０は、レンズ８の位置を検出するために設けられたセンサであり、レンズ８に固定された磁石の磁場に基づいて、レンズ８との距離に応じた電圧信号ＶＰを発生して回路部４へ出力する。光軸に垂直な平面（ｘ−ｙ平面）内でのレンズ８の２次元的な位置（ＰＸ，ＰＹ）を検出するために、ホール素子１０はｘ方向、ｙ方向それぞれに対応して設けられ、信号ＶＰとしてｘ方向についての信号ＶＰＸとｙ方向についての信号ＶＰＹが得られる。
【００１８】
ジャイロセンサ１２は、カメラの振動を検出するために設けられたセンサであり、カメラの角速度ωに応じた電気信号Ｖωを回路部４へ出力する。ジャイロセンサ１２も２つ設けられ、ｘ軸の回りでの角速度成分ωＸ及びｙ軸の回りでの角速度成分ωＹそれぞれを検知し、信号Ｖωとして、ωＸに応じた信号ＶωＸとωＹに応じた信号ＶωＹとを出力する。
【００１９】
駆動部６は、上述したインパクト駆動型のピエゾアクチュエータであり、ピエゾ素子１４を用いて構成される。ピエゾ素子１４は、回路部４が生成する駆動パルス信号を印加されて伸縮し駆動軸を進退させ、駆動軸に摩擦保持されたレンズ８を駆動軸に沿った方向に変位させる。ｘ−ｙ平面内での２次元変位を実現するために、ピエゾ素子１４及び駆動軸を含むアクチュエータは一対設けられ、ｘ方向、ｙ方向それぞれの変位を可能とする。
【００２０】
回路部４は、システムバス１６等を介してマイクロコンピュータ１８に接続される。回路部４は、Ａ／Ｄ変換器（ＡＤＣ：Analog-to-Digital Converter）２０、ホールイコライザ２２、ジャイロイコライザ２４、パルス生成回路２６、及びレジスタ２８を含んで構成される。回路部４は、ロジック回路で構成され、例えば、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）として構成される。
【００２１】
ＡＤＣ２０は、ホール素子１０、ジャイロセンサ１２の出力信号をそれぞれ入力される。ＡＤＣ２０は、２つのホール素子１０が出力する電圧信号ＶＰＸ，ＶＰＹと、２つのジャイロセンサ１２が出力する電圧信号ＶωＸ，ＶωＹとを、時分割でデジタルデータＤＰＸ，ＤＰＹ，ＤωＸ，ＤωＹに変換する。各信号のＡ／Ｄ変換は、サーボ制御周期毎に周期的に行われる。
【００２２】
ホール素子１０の出力に基づいて生成された位置データＤＰＸ，ＤＰＹは、ホールイコライザ２２に入力される。一方、ジャイロセンサ１２の出力に基づいて生成された角速度データＤωＸ，ＤωＹは、ジャイロイコライザ２４に入力される。
【００２３】
ジャイロイコライザ２４は、サーボ制御周期毎に所定のサンプリング期間にわたり入力される角速度ＤωＸ，ＤωＹを積分処理して、ｘ軸、ｙ軸それぞれの回りでのカメラの揺動角度θＸ，θＹに応じたデータＤθＸ，ＤθＹを生成する。ジャイロイコライザ２４は、これらデータＤθＸ，ＤθＹに基づいて、ｘ方向、ｙ方向それぞれに対する手振れ量に応じた振動量データＤＳＸ，ＤＳＹを生成し出力する。
【００２４】
ホールイコライザ２２は、加算器３２及びサーボ回路３４を有する。加算器３２は、ＡＤＣ２０から入力される位置データＤＰＸ，ＤＰＹと、ジャイロイコライザ２４からの振動量データＤＳＸ，ＤＳＹとをｘ、ｙ各方向別に合成する。サーボ回路３４は、加算器３２の出力データＤＡＸ，ＤＡＹから、レンズ８の所要変位量であるサーボデータＤＳＶＸ，ＤＳＶＹを算出する。
【００２５】
パルス生成回路２６は、ホールイコライザ２２から出力されるサーボデータＤＳＶＸ，ＤＳＶＹに基づいて、ピエゾ素子１４を駆動するパルスを生成する。生成された駆動パルス信号はピエゾ素子１４の駆動に十分な電圧に増幅され、ピエゾ素子１４に印加される。パルス生成回路２６は、ＤＳＶＸ，ＤＳＶＹの絶対値が減少する方向に駆動部６が駆動されるようにパルスを生成する。これにより、本システムを搭載したカメラは、撮像期間にて、手振れに応じてレンズ８を移動させ、当該手振れによる撮像素子上での被写体像の変位を補償し、高画質な画像信号を得ることができる。
【００２６】
図２は、パルス生成回路２６を説明する概略の機能ブロック図である。レジスタ２８は、パルス生成回路２６での処理に用いられる各種のユーザ設定パラメータを保持する。レジスタ２８の書き込み動作や読み出し動作は、マイクロコンピュータ１８がシステムバス１６を介して行うことができ、ユーザはマイクロコンピュータ１８に所定のプログラムを実行させることにより、レジスタ２８に対する所望の操作を行うことができる。
【００２７】
ここで、パルス生成回路２６は、デューティ比が異なる３種類の駆動パルスＰＬ１，ＰＬ２，ＰＬ３を生成することができる。例えば、レジスタ２８は、１周期の駆動パルスＰＬ１，ＰＬ２，ＰＬ３を定めるパラメータとして、ＰＬ１，ＰＬ２，ＰＬ３のパルス周期τＰＬ及び、ＰＬ１，ＰＬ２，ＰＬ３それぞれのデューティ値ρＰＬ１，ρＰＬ２，ρＰＬ３を設定される。τＰＬは例えば、パルス生成回路２６に供給される高速の基準クロックＣＬＫの周期数で定義できる。また、ρＰＬ１，ρＰＬ２，ρＰＬ３は例えば、レンズ８をｘ，ｙ軸の正方向に変位させる場合のＰＬ１，ＰＬ２，ＰＬ３のＨ（High）レベル期間に含まれるクロックＣＬＫの周期数で定義できる。これらの設定に基づき、パルス生成回路２６は例えば、ＰＬ１により正方向の変位をさせる場合にはデューティ比（ρＰＬ１/τＰＬ）のパルスを生成し、負方向の変位をさせる場合には、Ｈレベル及びＬ（Low）レベルの時間幅が正方向変位時とは逆転したパルスを生成する。ＰＬ２についても同様に、正逆それぞれのデューティが定められる。これら駆動パルスＰＬ１，ＰＬ２がレンズ８を変位させるための変位用パルスであるのに対して、駆動パルスＰＬ３は、レンズ８を現在の位置に留めることができる停留用パルスとして設定される。そのため、ＰＬ３は、レンズ８の変位方向の正逆の区別を要さず、一つのデューティで定義することができる。ＰＬ３のデューティ比（ρＰＬ３/τＰＬ）は基本的に５０％に設定することができる。
【００２８】
ＰＬ１，ＰＬ２，ＰＬ３の生成はサーボデータの大小に応じて切り換えられる。レジスタ２８は、その大小判定の閾値として、速度切り換えレベルγ１，γ２を予め格納される。
【００２９】
ＰＬ１，ＰＬ２が生成される場合、その周期毎に、レンズ８は１ステップずつ変位する。その変位ステップ幅は、レンズ８の位置制御の分解能となる。このステップ幅については、事前の測定等により予定値を求めることができ、その予定値が、ＰＬ１，ＰＬ２の分解能χＰＬ１，χＰＬ２としてレジスタ２８に予め格納される。レジスタ２８に格納される分解能χＰＬ１，χＰＬ２は、速度切り換えレベルγ１，γ２と同じビット数で表現されるデジタルデータである。ここではＰＬ１はＰＬ２より高速にレンズ８を移動可能にデューティ値ρＰＬ１，ρＰＬ２を設定され、この速度差に対応して、χＰＬ１＞χＰＬ２＞０となる。
【００３０】
また、レジスタ２８には、サーボ制御周期内で発生できる駆動パルスの数の上限値βを予め設定することもできる。
【００３１】
このようにレジスタ２８には各種のパラメータが予め格納される。これらパラメータは、ｘ軸用とｙ軸用として別々に設定可能に構成することができる。パルス生成回路２６は、これら各種パラメータを用いて動作する。
【００３２】
パルス生成回路２６には、サーボ制御周期に同期して生成されるサーボデータラッチイネーブル信号ＳＬＥが入力される。信号ＳＬＥが立ち上がると、パルス生成回路２６はサーボ回路３４が出力するサーボデータをラッチする動作を行う（Ｆ５０）。なお、回路部４はｘ方向のサーボ制御とｙ方向のサーボ制御とを時分割で行うので、信号ＳＬＥとして、ｘ方向についての信号ＳＬＥＸと及びｙ方向についての信号ＳＬＥＹとが互いにタイミングをずらして別々に生成される。そして、例えば、回路部４はｘ方向に関してホール素子１０、ジャイロセンサ１２の出力を取り込み、サーボデータＤＳＶＸを生成すると共にＳＬＥＸを出力する。一方、回路部４はｙ方向に関してホール素子１０、ジャイロセンサ１２の出力を取り込み、サーボデータＤＳＶＹを生成すると共にＳＬＥＹを出力する。
【００３３】
パルス生成回路２６は、信号ＳＬＥＸ，ＳＬＥＹそれぞれの立ち下がりのエッジを検出すると（Ｆ５２）、ピエゾ素子１４に対する駆動パルスの生成動作Ｆ５４〜Ｆ６４を開始する。
【００３４】
パルス生成回路２６は、サーボデータＤＳＶＸ，ＤＳＶＹの絶対値を所定の速度切り換えレベルγ１，γ２と比較し、その比較結果に応じてＰＬ１，ＰＬ２，ＰＬ３のいずれを生成するかを定め、移動速度を選択する（Ｆ５４）。選択されたパルスの種類は速度フラグＦＳＰに設定される。
【００３５】
パルス生成回路２６は、駆動パルスＰＬ１，ＰＬ２によるレンズ８の変位に応じてサーボデータＤＳＶＸ，ＤＳＶＹを更新し、当該サーボデータＤＳＶＸ，ＤＳＶＹを０に近づけるように駆動パルスの生成を制御する。具体的には、パルス生成回路２６は、処理Ｆ５４で選択された駆動パルスがＰＬ１，ＰＬ２のいずれかである場合、当該選択された駆動パルスに対応する分解能（χＰＬ１又はχＰＬ２）を用いて、サーボデータを駆動パルス生成後の値に更新する（Ｆ５６）。なお、処理Ｆ５４で選択され駆動パルスがＰＬ３の場合には、サーボデータＤＳＶＸ，ＤＳＶＹは現在の値に維持される。
【００３６】
パルス生成回路２６は現在のサーボ制御周期内での時間の経過を監視し、現在のサーボ制御周期にて次の駆動パルスを生成する余地がなくなるまで駆動パルスを生成し続ける。例えば、サーボ制御周期内での時間経過は、当該サーボ制御周期内での駆動パルスの生成数に基づいて把握することができる。この場合、パルス生成回路２６は駆動パルスの生成数をカウントし、生成数ｎＰＬをその上限値βと比較して、これから生成しようとする駆動パルスが現在のサーボ制御周期での最後のものであるか否かを判定する（Ｆ５８）。
【００３７】
パルス幅カウンタは、１周期の駆動パルスの生成開始に連動して、基準クロックＣＬＫのカウントを開始する（Ｆ６０）。そのカウント値ｎＣＬＫに基づいて駆動パルスの生成等におけるタイミング制御が行われる。
【００３８】
ラッチされたサーボデータの符号により、レンズ８を移動すべき方向の正負が検知される。そして、当該符号と、レジスタ２８に格納されているパルス周期τＰＬ及びデューティ値（ρＰＬ１，ρＰＬ２，ρＰＬ３）とから、１周期の駆動パルスのデューティ状態の制御情報として、Ｈ，Ｌレベルの長さ、又はＨ，Ｌレベルの切り換えタイミングが基準クロックＣＬＫの周期数で求められる（Ｆ６２）。パルス生成回路２６は、ＰＬ１，ＰＬ２，ＰＬ３のうち速度フラグＦＳＰで指定されるものについてのデューティ状態の制御情報と、基準クロックＣＬＫのカウント値ｎＣＬＫとに基づいて、駆動パルスを生成し出力する（Ｆ６４）。
【００３９】
なお、現在出力中の駆動パルスの周期の終了（ｎＣＬＫ＝τＰＬ）に連続して次の駆動パルスの周期が開始できるように、ｎＣＬＫがτＰＬに達する少し前に、駆動パルスの生成準備が開始される（Ｆ６６）。
【００４０】
ＡＳＩＣで構成されたパルス生成回路２６の動作は基本的に予め作り込まれる一方、ユーザは、レジスタ２８に格納する各種パラメータの調整により、それぞれの目的に応じたアクチュエータの動作を実現可能である。この構成によれば、ピエゾアクチュエータの制御用のファームウェアを用いてマイクロコンピュータがアクチュエータの動作を制御する従来のやり方に比べ、マイクロコンピュータの負担を減らして簡易にピエゾアクチュエータを利用できる。
【００４１】
図３は、パルス生成回路２６による駆動パルスの生成処理を示す概略のフロー図である。サーボデータラッチイネーブル信号ＳＬＥに同期して、サーボデータＤＳＶ（ＤＳＶＸ，ＤＳＶＹ）がラッチされる（Ｓ８０，図２のＦ５０）。パルス生成回路２６はＳＬＥの立ち下がりを検出すると（Ｓ８２，図２のＦ５２）、ＤＳＶの符号ビットの値ＤＳＩＧＮ及びＤＳＶの絶対値ＤＡＢＳをレジスタに格納する（Ｓ８４）。また、出力済みの駆動パルス数についてのカウント値ｎＰＬ、パルス幅カウンタのカウント値ｎＣＬＫ及びパルス出力フラグＦＰＯＵＴを０にリセットする（Ｓ８４）。
【００４２】
パルス生成回路２６は、サーボデータの絶対値ＤＡＢＳを速度切り換えレベルγ１と比較し、ＤＡＢＳ≧γ１である場合には、ＰＬ２より大きな変位（粗動）を実現するＰＬ１を選択する（Ｓ８６）。一方、γ１＞ＤＡＢＳ≧γ２である場合には、ＰＬ１より小さな変位（微動）を実現するＰＬ２を選択し、γ２＞ＤＡＢＳである場合には、レンズ８を現在の位置に停留させるＰＬ３を選択する（Ｓ８８）。具体的には、この選択に応じて速度フラグＦＳＰが設定され、ＤＡＢＳ≧γ１の場合にはＦＳＰ＝２（Ｓ９０）、γ１＞ＤＡＢＳ≧γ２の場合にはＦＳＰ＝１（Ｓ９２）、γ２＞ＤＡＢＳの場合にはＦＳＰ＝０（Ｓ９４）がそれぞれ設定される（図２のＦ５４）。
【００４３】
ＦＳＰ＝２の場合は、ＰＬ１を生成することを前提として、その生成後のＤＡＢＳを求める。具体的には、現在のＤＡＢＳからχＰＬ１を減算した値でＤＡＢＳを更新する（Ｓ９６，図２のＦ５６）。なお、更新後のＤＡＢＳが０未満となり、目標位置を行き過ぎることを回避するために、γ１はγ１≧χＰＬ１なる範囲で設定される。
【００４４】
ＦＳＰ＝１の場合は、ＰＬ２を生成することを前提として、その生成後のＤＡＢＳを求める。具体的には、現在のＤＡＢＳからχＰＬ２を減算した値でＤＡＢＳを更新する（Ｓ９８，図２のＦ５６）。なお、γ２は、更新後のＤＡＢＳが０未満となり目標位置を行き過ぎた位置でレンズ８が停止することを回避する場合には、γ２≧χＰＬ２なる範囲で設定される。この場合、γ２＝χＰＬ２に設定すれば、レンズ８の停止位置と目標位置との距離Δは０≦Δ≦χＰＬ２−１となり、レンズ８の停止位置を目標位置に最も好適に近づけることが可能である。一方、レンズ８が目標位置を行き過ぎることを問題にしなければ、χＰＬ２が奇数の場合にはγ２を（χＰＬ２＋１）/２まで、またχＰＬ２が偶数の場合にはγ２をχＰＬ２/２まで下げることによって、Δの上限をχＰＬ２/２程度まで低減できる。
【００４５】
ＦＳＰ＝０の場合はＰＬ３が生成される。ＰＬ３の生成は、その前後でＤＡＢＳを変化させない（図２のＦ５６）。
【００４６】
ＰＬ１，ＰＬ２，ＰＬ３の中から上記比較処理（Ｓ８６，Ｓ８８）により選択された駆動パルスは、その生成後の距離Δの点では生成する余地がある。次に、当該選択された駆動パルスを生成しても駆動パルス数の上限値βを超えないかが判定される（Ｓ１００，図２のＦ５８）。具体的には、現時点の出力済みパルスのカウント値ｎＰＬが上限値βに達している、すなわちｎＰＬ≧βであれば、現在のサーボ制御周期での処理を終了し、次のサーボ制御周期の開始を待つ（Ｓ８０）。
【００４７】
一方、ｎＰＬ＜βであれば、比較処理（Ｓ８６，Ｓ８８）により選択された駆動パルスを出力する処理に移行する。パルス出力処理の開始に際し、出力済みパルスのカウント値ｎＰＬを１増加・更新し、パルス幅カウンタのカウント値ｎＣＬＫを０にリセットする（Ｓ１０４）。また、パルス出力フラグＦＰＯＵＴを１にセットする（Ｓ１０４）。しかる後、パルス幅カウンタを起動する（Ｓ１０６）。また、パルス出力フラグＦＰＯＵＴが１にセットされたことに連動して、パルス出力処理が起動される（Ｓ１０８）。パルス生成回路２６は、これらパルス幅カウンタの動作及びパルス出力処理それぞれを、駆動パルスを生成するまでの上述の準備処理Ｓ８６〜Ｓ１００と並列して実行可能に構成され、パルス幅カウンタの値ｎＣＬＫがカウント終了直前の値（τＰＬ−ε）になると（Ｓ１１０）、現在の駆動パルスの生成を継続しつつ、次の駆動パルスについての準備処理Ｓ８６〜Ｓ１００が開始される（Ｓ１１０，図２のＦ６６）。εは準備処理Ｓ８６〜Ｓ１００に要する時間に応じて設定され、例えば、２程度に設定される。なお、パルス幅カウンタは、上述したように、基準クロックＣＬＫをカウントする。
【００４８】
パルス出力処理では、符号ビット値ＤＳＩＧＮ、速度フラグＦＳＰ、デューティ値ρＰＬ１，ρＰＬ２，ρＰＬ３、パルス周期τＰＬから駆動パルスのデューティ状態の制御情報が生成される（図２のＦ６２）。このデューティを定める制御情報とｎＣＬＫとに基づいて、パルス生成回路２６は出力電圧のＨレベル、Ｌレベル相互の切り換えを行い、駆動パルスを生成し出力する。
【００４９】
図４は、駆動パルスの信号波形を模式的に示すタイミング図である。図４において、横方向が時間軸であり、サーボデータラッチイネーブル信号ＳＬＥＸ，ＳＬＥＹ、ｘ方向のピエゾアクチュエータに対する駆動パルスＰＬＸＡ，ＰＬＸＢ、ｙ方向のピエゾアクチュエータに対する駆動パルスＰＬＹＡ，ＰＬＹＢが縦方向に並べて表されている。ここで、ＰＬＸＡ及びＰＬＸＢはｘ方向アクチュエータのピエゾ素子１４の両極性それぞれに印加されるパルスであり、基本的には互いに相補的な波形である。同様に、ＰＬＹＡ及びＰＬＹＢはｙ方向アクチュエータのピエゾ素子１４の両極性それぞれに印加されるパルスである。例えば、ｘ方向に関して、サーボ制御周期ＴＳＶは、ＳＬＥＸの立ち上がりタイミングの間隔であり、当該サーボ制御周期での制御に基づく駆動パルスＰＬＸＡ，ＰＬＸＢは、ＳＬＥＸの立ち下がりタイミングの間隔ＴＤＶ内にて生成される。このＴＤＶにて生成可能な駆動パルス数の最大値がβで指定される。すなわち、βは、基準クロックＣＬＫの１周期の長さをＴＣＬＫとすると、β≦ＴＤＶ/(ＴＣＬＫ・τＰＬ)を満たすように設定される。
【００５０】
図４は、βをβ＝ＴＤＶ/(ＴＣＬＫ・τＰＬ)に設定した状態を示している。このように設定すれば、或るサーボ制御周期に対応した駆動パルスの最後の周期が終わると同時に、次のサーボ制御周期に対応した駆動パルスの最初の周期が始まる。すなわち、ピエゾ素子１４には常に一定の周期で駆動パルスが印加され、サーボ制御周期の境界部分でのレンズ８に対する駆動の円滑性が向上し、ひいては駆動部６又はレンズ８が発するノイズの低減が図れる。
【００５１】
図５は、ピエゾアクチュエータを用いたサーボ制御の一例を説明する模式的なタイミング図である。図５において、横方向が時間軸であり、サーボデータラッチイネーブル信号ＳＬＥＹ、駆動パルスＰＬＹＡ，ＰＬＹＢ、及びサーボデータＤＳＶＹの絶対値ＤＡＢＳが縦方向に並べて表されている。この例は、ＳＬＥＹの立ち下がりにてラッチされたＤＳＶＹの絶対値が速度切り換えレベルγ１を超える大きな値である場合である。駆動パルスを発生する毎にＤＡＢＳは所定ステップ幅ずつ減少し、レンズ８の目標位置に対応する０に徐々に近づく。駆動開始時にはＤＡＢＳがγ１より大きく、処理Ｓ８６にて駆動パルスＰＬ１の生成が選択される。これにより比較的大きなステップ幅でレンズ８は変位する。このステップ幅は基本的に分解能χＰＬ１としてレジスタ２８に設定した想定値に相当し、ＤＡＢＳはχＰＬ１だけ減じた値に更新される。駆動パルスＰＬ１の生成は、ＤＡＢＳがγ１より大きい間、繰り返される。
【００５２】
ＤＡＢＳがγ１未満となると、処理Ｓ８６，Ｓ８８にて駆動パルスＰＬ２の生成が選択され、レンズ８はＰＬ１より小さいステップ幅で変位する（時刻ｔ１）。ＰＬ２によるステップ幅は基本的に分解能χＰＬ２としてレジスタ２８に設定した想定値に相当し、ＤＡＢＳはχＰＬ２だけ減じた値に更新される。
【００５３】
ＤＡＢＳがγ２未満となると、処理Ｓ８６，Ｓ８８にて駆動パルスＰＬ３の生成が選択され、レンズ８は現在の位置に停留される（時刻ｔ２）。停留用パルスであるＰＬ３の生成は、次のサーボ制御周期の開始まで持続される。すなわち、次のサーボ制御周期でのレンズ８の変位開始に先行して、停留用パルスＰＬ３を駆動パルスとしてピエゾ素子１４に供給する停留駆動が行われ、次のサーボ制御周期での変位用パルスＰＬ１又はＰＬ２の供給は当該停留駆動に引き続いて行われる。停留駆動では、レンズ８は現在の位置にて微少な振動を行いつつ、その位置に留まっている。この状態からレンズ８を変位させる際に、レンズ８とこれを摩擦保持する駆動軸との間に働く摩擦力は、動摩擦力となる。これに対して、変位用パルスの生成に先行して停留用パルスを発生させない従来の駆動方法では、変位開始時に静止摩擦力が作用する。動摩擦力は静止摩擦力よりも小さいので、本発明による駆動方法では、変位開始を従来より滑らかに行うことができ、このことがノイズを低減していると解される。
【００５４】
なお、上述のように、パルス生成回路２６は、ＰＬ１により大きなステップ幅でレンズ８を変位させる粗動動作と、ＰＬ２により小さなステップ幅でレンズ８を変位させる微動動作とを切り換えることができる。これにより、ＤＡＢＳが大きい場合でも粗動動作によって、サーボ制御周期に応じた期間ＴＤＶ内での限られた駆動パルス数で、レンズ８を速やかに目標位置に近づけることができる。一方、微動動作によれば、目標位置へ近づく速度は下がる反面、好適な位置精度を実現することが可能となる。
【００５５】
特に、上述したように、ＤＡＢＳを０へ漸次近づける過程にて、ＤＡＢＳが大きい範囲では粗動を行い、ＤＡＢＳが小さい範囲では微動を行うように切り換えることにより、目標位置への到達時間の短縮と、到達位置の精度の確保との両立が可能となる。
【００５６】
本発明は、レンズ８の代わりに撮像素子をピエゾアクチュエータで変位させる手振れ補正システムに用いることもできる。また、上述の実施形態は手振れ補正システムに関するものであったが、本発明はオートフォーカス等の他のサーボ制御システムに用いられるピエゾアクチュエータを駆動する回路に一般に適用可能である。
【００５７】
また、上述の実施形態は、サーボ制御周期毎の駆動対象物を変位させる期間の相互間に生じる駆動対象物の停止期間に停留用パルスを持続的に発生させる例を示した。しかし、停留用パルスを当該停止期間の全体ではなく、変位用パルスの生成の直前の一部の期間だけにて発生させてもノイズ抑制が図れる。また、本発明の駆動方法はサーボ制御以外の駆動においても適用することができる。
【００５８】
上述の実施形態では、駆動部６はピエゾ素子１４を用いたピエゾアクチュエータとしたが、駆動部６は、ピエゾ素子１４に代えて、電気信号に応じて伸縮するという、ピエゾ素子と同様の機能を有した他の電気機械変換素子を用いて構成することもできる。本発明は、そのような電気機械変換素子を用いたアクチュエータの駆動方法、制御回路にも適用することができ、上述の実施形態で説明したような異音発生の抑制を図ることができる。
【符号の説明】
【００５９】
２  センサ部、４  回路部、６  駆動部、８  レンズ、１０  ホール素子、１２  ジャイロセンサ、１４  ピエゾ素子、１６  システムバス、１８  マイクロコンピュータ、２０  ＡＤＣ、２２  ホールイコライザ、２４  ジャイロイコライザ、２６  パルス生成回路、２８  レジスタ、３２  加算器、３４  サーボ回路。
【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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