(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定寸法に形状記憶された形状記憶合金と、当該形状記憶合金に対して外力を負荷して寸法を変化させる付勢手段と、でアクチュエータを構成し、
形状記憶合金が記憶寸法に復帰する第１方向と、付勢手段が形状記憶合金の寸法を変化させる第２方向と、における被駆動部材の位置を当該アクチュエータで制御し、
被駆動部材を移動させるべき目標位置を決定する目標位置決定手段と、被駆動部材の現在位置を検出する現在位置検出手段と、上記目標位置および現在位置に関する情報を基にサーボ制御を行なうサーボ制御回路と、を備えた制御装置におけるサーボ制御調整方法であって、
上記アクチュエータの駆動に対する上記被駆動部材の駆動軌跡の不安定動作が所定の範囲内となるよう、サーボ制御回路のゲイン設定に伴う駆動状態を最適化する最適化工程と、
当該最適化後における被駆動部材の実駆動位置を上記現在位置検出手段で検出するとともに、当該実駆動位置と上記目標位置との差を実測する実測工程と、
実測された差を、上記サーボ制御回路における制御に供するべく、制御装置自体に記憶する記憶工程と、を含むことを特徴とするサーボ制御調整方法。
【請求項２】
上記サーボ制御回路は、アクチュエータの駆動制御を安定させるため形状記憶合金の加熱を抑えるべく、印加電圧を下げる補正回路を備えており、
上記最適化工程においては、当該補正回路による補正値を含めて最適化が行われることを特徴とする、請求項１記載のサーボ制御調整方法。
【請求項３】
上記付勢手段がスプリングで構成されていることを特徴とする、請求項１または２記載のサーボ制御調整方法。
【請求項４】
手振れの量および方向を検出する手振検出手段と、
所定寸法に形状記憶された形状記憶合金と、当該形状記憶合金に対して外力を負荷して寸法を変化させる付勢手段と、で構成され、形状記憶合金が記憶寸法に復帰する第１方向と、付勢手段が形状記憶合金の寸法を変化させる第２方向と、における補正光学系の位置を制御するアクチュエータと、
手振れを補正すべく補正光学系を移動させるべき目標位置を決定する目標位置決定手段と、補正光学系の現在位置を検出する現在位置検出手段と、上記目標位置および現在位置に関する情報を基にサーボ制御を行なうサーボ制御回路と、を備えていて、上記手振検出手段で検出された手振れを補正光学系で打ち消すよう上記アクチュエータを制御する制御手段と、を備えた手振れ補正機構付き光学装置におけるサーボ制御調整方法であって、
擬似的な手振れを当該光学装置に与えて、その場合に上記アクチュエータで駆動された後の補正光学系の位置を示す波形の振動が所望の範囲内に収まるよう、上記サーボ制御回路のゲインを調節しておき、
当該ゲイン調節後に再度擬似的な手振れを与えて、補正光学系の実駆動位置を上記現在位置検出手段で検出するとともに、当該実駆動位置と上記目標位置との差を実測し、
実測された差を、上記サーボ制御回路における制御に供するべく、光学装置自体に記憶させておく、ことを特徴とするサーボ制御調整方法。
【請求項５】
上記サーボ制御回路は、アクチュエータの駆動制御を安定させるため形状記憶合金の加熱を抑えるべく、印加電圧を下げる補正回路を備えており、
上記ゲイン調節工程においては、当該補正回路による補正値を含めて調節が行われることを特徴とする、請求項４記載のサーボ制御調整方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、形状記憶合金を含むアクチュエータを用いてサーボ制御を行なう制御装置におけるサーボ制御調整方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、例えばレンズシャッタカメラの手振補正機構においても利用できる小型の位置制御機構の必要性が高まっている。かかる要請に応えるアクチュエータとして、形状記憶合金およびバネを利用したアクチュエータが考えられる。これまで、形状記憶合金を利用したアクチュエータの制御方法としては、これを単にスイッチとして利用するためのオン・オフ制御が開示されているにすぎない。また、「システムと制御  第29巻  第５号：栗林 １９８５年」には、形状記憶合金を用いた制御要素の数学モデルおよびＰＩＤ制御が紹介されているが、その具体的手法については触れられていない。
【０００３】
【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、形状記憶合金を含むアクチュエータを用いて被駆動部材の位置をサーボ制御する制御装置を提供し、そのような制御装置において、駆動状態が安定しているだけでなく、誤差が少なく精度の高いサーボ制御を行なうことである。
【０００４】
【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、以下の特徴を備えたサーボ制御調整方法を提供するものである。
【０００５】
請求項１に記載のサーボ制御調整方法は、次のような制御装置における調整方法である。その制御装置においては、「所定寸法に形状記憶された形状記憶合金」と「当該形状記憶合金に対して外力を負荷して寸法を変化させる付勢手段」とでアクチュエータが構成されている。そして、このアクチュエータにより被駆動部材の位置が、形状記憶合金が記憶寸法に復帰する第１方向と、付勢手段が形状記憶合金の寸法を変化させる第２方向と、においてサーボ制御される。さらにその装置は、「被駆動部材を移動させるべき目標位置を決定する目標位置決定手段」と「被駆動部材の現在位置を検出する現在位置検出手段」と「上記目標位置および現在位置に関する情報を基にサーボ制御を行なうサーボ制御回路」とを備えている。なお、付勢手段としては、バイアスバネ等のスプリングを採用することが好ましい。
【０００６】
かかる制御装置を対象とした請求項１のサーボ制御調整方法は、「上記アクチュエータの駆動に対する上記被駆動部材の駆動軌跡の不安定動作が所定の範囲内となるよう、サーボ制御回路のゲイン設定に伴う駆動状態を最適化する最適化工程」と「当該最適化後における被駆動部材の実駆動位置を上記現在位置検出手段で検出するとともに、当該実駆動位置と上記目標位置との差を実測する実測工程」と「実測された差を、上記サーボ制御回路における制御に供するべく、制御装置自体に記憶する記憶工程」とを含む。上記制御装置のサーボ制御回路は、「アクチュエータの駆動制御を安定させるため形状記憶合金の加熱を抑えるべく、印加電圧を下げる補正回路」を備えたものが好ましく、その場合には、最適化工程においては、当該補正回路による補正値を含めて最適化が行われる。
【０００７】
上記サーボ制御調整方法によれば、サーボ制御による安定した駆動状態を実現し、そのときに生じている上記「目標位置」と「実駆動位置」との差を実測し、これを制御装置自体に記憶させている。したがって、装置自体に記憶された差(オフセット誤差等)を考慮したサーボ制御を行なうことで、駆動状態が安定しているだけでなく、誤差が少なく精度の高いサーボ制御を行なうことが可能になる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を、添付の図面を参照して以下に詳細に説明する。
【０００９】
本実施形態では、Ｘ方向(水平方向)およびＹ方向(垂直方向)について、それぞれジャイロ(角速度センサ)を利用して手振れに起因する振れ量を検出する。そして、鏡胴内に配置した補正光学系を、手振れを打ち消す方向に駆動させる。補正光学系は、後述するように、形状記憶合金(ＳＭＡ)およびバイアスバネを利用したアクチュエータで駆動される。なお、一般的に手振れでは、最高で約10Hz程度の正弦波振動がカメラに発生するが、本実施形態はそのような手振れを補正するものである。
【００１０】
図１は、本実施形態における手振補正システムの全体構成を示している。カメラ本体ａ１内には、Ｘ方向用ジャイロａ２およびＹ方向用ジャイロａ３が配置されており、Ｘ方向およびＹ方向の手振れによる角速度が独立して検出される。振れ検出回路ａ４は、各ジャイロからの角速度信号に含まれる信号ノイズをカットするフィルタ回路、および角速度信号を角度信号に変換するための積分回路等で構成される。振れ量検出部ａ５は、振れ検出回路ａ４からの角度信号を所定時間間隔で取り込んで、カメラの振れ量を係数変換部ａ８に向けて出力する。Ｘ方向の振れ量は"detx"として、Ｙ方向の振れ量は"dety"として、それぞれ出力される。
【００１１】
シーケンスコントロール部ａ７は、撮影および手振補正に関するシーケンスを制御する。レリーズボタンａ６が半押し状態とされると、測光および測距等の撮影準備を開始する。レリーズボタンａ６が全押し状態となると、撮影状態に移行し、以下のシーケンスで手振補正を行なう。▲１▼ジャイロからの信号を振れ量検出部ａ５に取り込んで、振れ量"detx"および"dety"を検出する。▲２▼振れ量検出部ａ５で得られた振れ量"detx"および"dety"を、係数変換部ａ８において、補正光学系の実際の移動量"px"および"py"に変換する。▲３▼目標位置算出部ａ９において、前記移動量"px"および"py"だけ補正光学系を移動させるための駆動信号量"drvx"および"drvy"を算出する。なお、係数変換部ａ８は、補正光学系の固体バラツキや温度に依存して変化する光学性能を考慮した最適な係数を、撮影準備に移行した際に算出する。
【００１２】
目標位置補正部ａ10は、温度センサａ12および実駆動位置取込部ａ14からの信号に基いて、目標位置を補正するための補正信号を出力する。実駆動位置取込部ａ14は、後で詳述するように、補正光学系の現在位置を示す信号を鏡胴側の位置検出センサａ25、ａ26から受けて、目標位置補正部ａ10へと出力する。この信号に基いて、目標位置補正部ａ10は、主として温度が高くなることで性能が変化するＳＭＡアクチュエータのオフセット誤差を考慮した補正を行なう。図示の実施形態では、目標位置算出部ａ９が目標位置決定手段を構成する。駆動制御補正部ａ11は、ＳＭＡアクチュエータ、駆動機構の固体バラツキ、温度による駆動性能の変化によらず、各個体および各温度で最適な駆動性能が発揮できるよう最適ゲインを設定し、駆動状態を最適化する。以上の処理は、マイコンを利用したデジタル処理にて行なう。
【００１３】
撮影光学系ａ21には補正光学系ａ22が組み込まれている。補正光学系ａ22は、Ｘ方向用アクチュエータａ24およびＹ方向用アクチュエータａ26によって、Ｘ方向およびＹ方向に独立して駆動される。補正光学系ａ22のＸ方向位置およびＹ方向位置は、それぞれ位置検出センサａ25およびａ26によって検出される。これらのメカ構成を以下に説明する。
【００１４】
図２は、補正光学系の駆動機構を説明する平面図である。カメラ本体に対して不動の基台ｄ19に対して、Ｘ方向にスライド可能な移動台ｄ９が配置されている。移動台ｄ９に対して、補正光学系ｄ１がＹ方向にスライド可能とされている。したがって、補正光学系ｄ１は、基台ｄ19に対して、Ｘ方向およびＹ方向のいずれにもスライド可能である。
【００１５】
移動台ｄ９に対する補正光学系ｄ１のスライド機構は次の通りである。移動台ｄ９の上面には、Ｙ方向に延びる２本の案内ロッドｄ３およびｄ６が固定されており、その間に補正光学系ｄ１が配置される。補正光学系ｄ１の保持枠ｄ２には各案内ロッドにスライド可能に係合するスライドガイドが固定されており、したがって、補正光学系ｄ１は、両案内ロッドに案内されてＹ方向にスライド可能となっている。一方のスライドガイドｄ４から突出する端子ｄ５には、ＳＭＡｄ７およびバイアスバネｄ８が、互いに端子ｄ５を引張り合うように配置されている。
【００１６】
最初は、「バイアスバネｄ８による引張力」が「ＳＭＡｄ７による引張力」よりも大きいので、補正光学系ｄ１は、図２中下側に位置している。その状態からＳＭＡｄ７への通電量を大きくしていくと、徐々にＳＭＡｄ７がその記憶長さに向かって縮むので、補正光学系ｄ１は上方側へと移動する。したがって、ＳＭＡｄ７への通電量を制御することで、補正光学系ｄ１のＹ方向の位置を制御することができる。なお、基台ｄ19に対する移動台ｄ９のＸ方向の位置制御は、これと同じ原理に基いて行なわれる。このように、形状記憶合金とバイアスバネによりアクチュエータが構成され、かかるアクチュエータがＸ方向用とＹ方向用に独立して２つ設けられている。
【００１７】
なお、図３には、印加電流に対するＳＭＡの伸縮を表すヒステリシスループを示した。ＳＭＡは、記憶温度よりも低い状態では柔らかく変形し易いので、バイアスバネに引っ張られて伸びる。そして、加熱されて記憶温度になると、記憶された形状(寸法)に戻る。ＳＭＡに印加する電流のオン・オフにより温度を上下させると、ＳＭＡを伸縮させることができる。
【００１８】
図４は、上記補正光学系の現在位置を検出するための位置検出原理を説明する説明図である。補正光学系ｄ１の保持枠ｄ２(図２参照)にＬＥＤｅ１が固定されている。すなわち、ＬＥＤｅ１は補正光学系ｄ１とともに移動する。ＬＥＤｅ１内の発光チップｅ２からの光は、スリットｅ３を通過して、ＰＳＤ(position sensitive device)ｅ４の受光部ｅ５に到達する。ＰＳＤｅ４は、カメラ本体に対して不動とされているので、補正光学系ｄ１が移動すると、受光部ｅ５上での光の重心位置も移動する。この結果、ＰＳＤｅ４からの出力電流Ｉ１とＩ２との比が変化するので、この比を測定することにより、補正光学系ｄ１の位置を検出することができる。
【００１９】
スリットｅ３は、発光ＬＥＤ側が広く、受光ＰＳＤ側が狭くなるように構成されており、これによりエネルギーロスを抑えながら指向性を鋭くしている。また、スリットｅ３は検出する移動方向(矢印ｅ７)と直交する方向に延在して設けられているので、図４の例では、補正光学系ｄ１の矢印ｅ７方向の移動に敏感に反応し、それと直交する方向への移動によっては影響を受けない。このような位置検出機構を補正光学系ｄ１のＸ方向位置およびＹ方向位置の検出のために、それぞれ独立して２つ設ける。このように、図示の実施形態では、発光ＬＥＤおよび受光ＰＳＤが現在位置検出手段を構成している。
【００２０】
次に、図１中の駆動制御部ａ23について、図５および図６を参照しながら詳細に説明する。図５には、駆動制御部ａ23の構成概要を示している。この部分は、大きく分けると、データ受信部(ｂ１〜ｂ４)、ＤＡコンバータ部ｂ５、Ｘ方向サーボ制御部(ｂ６、ｂ８)、Ｙ方向サーボ制御部(ｂ７、ｂ９)、およびアクチュエータドライバ部ｂ10から構成される。
【００２１】
ｂ１およびｂ２は、Ｘ方向およびＹ方向のそれぞれについて、目標位置算出部ａ９からの目標位置信号を受信して記憶する目標位置データ受信部である。ｂ３およびｂ４は、Ｘ方向およびＹ方向のそれぞれについて、駆動補正部ａ11からの信号を受信して記憶するゲインデータ受信部である。ここに記憶されたゲインデータに基いてサーボ回路のゲイン設定が行なわれる。以下に、本実施形態におけるサーボ制御を説明する。
【００２２】
不図示のＸ/Ｙ方向選択回路によってＸ方向を選択すると、Ｘ方向の目標位置データが目標位置算出部ａ９からデータ受信部ｂ１に記憶される。このデータは、ＤＡコンバータｂ５でＤ/Ａ変換される。このとき、サンプルホールド回路ｂ６はサンプリング状態となり、ｂ５からの出力が目標位置電圧として、Ｘ方向サーボ制御回路ｂ８へと出力される。一方、サンプルホールド回路ｂ７はホールド状態となっている。
【００２３】
次のタイミングでは、Ｙ方向の目標位置を設定するために、上記Ｘ/Ｙ方向選択回路によってＹ方向を選択し、上記と同様にして、ｂ５からの出力を目標位置電圧として、Ｙ方向サーボ制御回路ｂ９へと出力する。以下同様にして、Ｘ方向およびＹ方向の目標データの出力を交互に繰り返す。
【００２４】
Ｘ方向サーボ制御回路ｂ８およびＹ方向サーボ制御回路ｂ９は同様の構成を有するので、Ｘ方向サーボ制御回路ｂ８についてのみ説明する。図５に示したように、Ｘ方向サーボ制御回路ｂ８は、サーボ制御部と位置検出部とで構成される。サーボ制御部は図６の破線内に詳しく示されており、これについて説明する。
【００２５】
前述したように、サンプルホールド回路ｂ６から目標位置相当の電圧Ｖｔが入力される。一方、Ｘ方向における現在位置相当の電圧は、次のようにして位置検出部で生成される。ＬＥＤｅ１からの光を受けたＰＳＤｅ４から出力される電流Ｉ１およびＩ２は、Ｉ/Ｖ変換回路(電流/電圧変換回路)ｃ23、ｃ24でそれぞれ電圧に変換される。変換された電圧値は、減算回路ｃ25では減算され、加算回路ｃ26では加算される。加算回路ｃ26で得られた電圧値は電流制御部ｃ27に送られる。ここでは、電圧値の和を一定に保つ制御が行なわれる。電圧値の和が一定に保たれていると、減算回路ｃ25からの出力をモニターして補正光学系ｄ1の位置を検出することができる。減算回路ｃ25からの出力はローパスフィルタｃ28を通すことで高周波ノイズがカットされ、補正光学系ｄ1のＸ方向の現在位置に相当する電圧Ｖｎが出力される。ローパスフィルタｃ28からの信号は、加算回路ｃ３に送られるとともに、後述するオフセット誤差実測の際には、カメラ本体側の実駆動位置取込部ａ14(図１参照)内にも送られる。
【００２６】
加算回路ｃ３では、上記目標位置相当電圧Ｖｔと現在位置相当電圧Ｖｎとの減算を行なう。現在位置相当電圧Ｖｎは、負の値となるので、加算回路で加算することで減算を行なうことができる。比例ゲイン回路ｃ４は、目標位置と現在位置との差のゲインを設定する。微分回路ｃ５およびｃ６は、90°の位相進み補償を行なうもので、２回微分を行なうと180°の位相進み補償を行うことができる。ｃ4〜ｃ６のすべての回路を利用すると、制御理論でいうＰＤＤ制御を行なうことができる。これらの回路の組み合わせにより、Ｘ方向ゲイン部ｂ３でのゲインデータ設定値に対応した各種ゲインを得ることができる。すなわち、駆動メカ部の固体バラツキがあっても、それを吸収することができる。また、これらの回路により、温度変化による影響も補正することができる。
【００２７】
サーボオフセット回路ｃ８は、ｃ４〜ｃ６の各回路を通して得られた最終ゲインに対して後に詳述するオフセット電圧を加えることで、ＳＭＡが加熱気味になることを抑え、これによりサーボ駆動特性を安定させるものである。回路ｃ７は、最終的な電圧ゲイン変換と、高周波ノイズの除去を行なう。基準電圧部ｃ９は、アクチュエータドライバｂ10に向けて基準電圧を出力する。アクチュエータドライバｂ10は、入力電圧に比例した電圧をＳＭＡｄ17に印加する。ただし本実施形態では、後述するように、Ｖin−Ｖrefの値が負になる場合には、ＳＭＡに対する電圧の印加は行なわれない。
【００２８】
アクチュエータドライバｂ10内のドライバＩＣの接続状態を図７に、その出力特性を図８に、それぞれ示した。Ｖin端子ｆ２は、図６中の回路ｃ７からの入力を受ける。Ｖref端子ｆ３は、図６中の基準電圧部ｃ９からの入力を受ける。「Ｖin端子ｆ２からの入力値」と「Ｖref端子ｆ３からの入力値」とを比較し、Ｖin−Ｖrefが正の場合には、ＶＭ＋端子ｆ４からＳＭＡｄ17に対して駆動電圧を印加され、この結果、ＳＭＡｄ17がバイアスバネｄ18を引き伸ばす方向に縮む。一方、ＶＭ−端子ｆ５は外部には接続されていないので、Ｖin−Ｖrefが負の場合には、ＳＭＡｄ17には電圧は印加されない。この場合には、バイアスバネｄ18のバネ力によってＳＭＡｄ17が引き伸ばされる。以上のように、アクチュエータドライバＩＣの出力は、Ｖin−Ｖrefが正の場合にはこれに比例したものとなり、Ｖin−Ｖrefが負の場合にはゼロとなる。これをグラフに示したのが図８である。
【００２９】
これと同等の効果を得るための別の手法として、(i)回路ｃ７からの信号値がＶrefよりも高い場合には、その電圧値をそのままアクチュエータドライバｂ10へと出力するが、逆の場合には、アクチュエータドライバｂ10へ向けた出力自体を停止するような回路構成としたり、(ii)Ｖin−Ｖrefが負である場合にはＧＮＤでリミットするように、アクチュエータドライバｂ10内のドライバＩＣ内の回路を構成してもよい。いずれの場合にも、本実施形態では、アクチュエータドライバｂ10への最終出力に対して、上述のような制限を行なう。
【００３０】
以上のように、本実施形態では、ＳＭＡの一端にのみリニア出力ドライバＩＣの端子を接続して、Ｖin−Ｖrefが正の場合にだけ電圧を印加しているので、ドライバＩＣの回路構成を簡単化することができる。これに対して、アクチュエータとしては大型となってしまうが、従来から使用されているモータを使用した場合について説明する。ＶＭ＋端子ｆ４およびＶＭ−端子ｆ５の両方を当該モータに接続して補正光学系ｄ１を駆動しようとする場合の、ドライバＩＣとモータの接続関係を図９および図10に示す。図９および図10は、そのような場合における、ドライバＩＣの接続状態および出力特性を示したものである。図９においては、本発明とは異なり、ＶＭ−端子ｆ５がアクチュエータであるモータｆ６に接続されていることが分かる。また、図10から、Ｖin−Ｖrefが負の場合にも、ＶＭ−端子ｆ５からの出力があることが分かる。当該モータをＳＭＡに置き換えて図９に示す接続をした場合には、バネが縮む方向に駆動したい場合でもＳＭＡが縮む方向に駆動が行われ、正しい駆動を行うことができない。このような例と対比することで、本発明が明瞭に理解できる。なお、本実施形態においては、図９および図10の場合に使用される汎用ドライバＩＣであっても、単にＶＭ−端子ｆ５への接続を行なわないことによって、同ＩＣを使用することが可能となる。また、図８の出力特性を有する正出力リニアドライバ回路を作成して使用してもよい。
【００３１】
本実施形態における形状記憶合金とバイアスバネとを利用するアクチュエータにおいては、形状記憶合金へ電圧を印加すると、「電流」→「発熱」→「引張力」→「加速度」→「速度」→「位置」という原理に従って、被駆動部材の位置を制御する。ここで、「電流」→「発熱」、「加速度」→「速度」、「速度」→「位置」の３つの過程において、それぞれ90°分の位相遅れがあるので、トータルでは３次(270°)の位相遅れが生じることとなる。図６に示したサーボ回路を使用してＰＤＤ(比例＋微分＋微分)制御を行なった場合の効果を、ボード線図を参照して説明する。
【００３２】
形状記憶合金およびバイアスバネを利用してアクチュエータモデルを実際に作成し、このモデルの周波数応答を実測した結果を図11に示した。実測結果を見ると、70Hzよりも高周波になると、約270°の位相遅れが生じ、この結果、サーボ制御を行なった場合、一次(90°分)の位相進み補償(微分)だけでは共振するであろうことが予測できる。この共振を抑えるために微分制御を利用することが必要となるが、一般に１回の微分では90°分の位相を進ませることしかできないので、図11の場合、位相遅れを180°よりも十分に小さくするためには、１回の微分では不十分であって２回微分を行なう必要あると予測できる。この予測が正しいことを図12および図13で検証する。
【００３３】
図12(ａ)は、図11に係るアクチュエータモデルに対してＰＤ(比例＋微分)制御を行なった場合のオープン特性(フィードバックしない場合の特性)を示す。図12(ａ)では位相余裕もゲイン余裕もないことが分かる。これに対してフィードバック制御を行なうと、図12(ｂ)に示されるように、１KHzよりもやや低い周波数において共振が生じている。つまり、90°分の位相補償だけでは、良好な制御特性が得られないことが分かる。
【００３４】
これに対して図13(ａ)は、ＰＤＤ制御(比例＋微分＋微分)を行なった場合のオープン特性を示す。図12(ａ)の場合とは異なり、位相余裕およびゲイン余裕が得られている。図13(ｂ)は、これに対してフィードバック制御を行なった場合の周波数応答を示しているが、図12(ｂ)に見られるような共振は発生していない。
【００３５】
次に、図14以下を参照して、サーボオフセット回路ｃ８を設けたことによる効果を説明する。図14に示した通り、ゲインの設定値を大きくすればするほど、目標位置からの一定のズレに対応した所定時間に印加する平均電流(平均印加電流)も大きくなる(当然、平均印加電圧も大きくなる)。つまり、形状記憶合金を利用してアクチュエータを構成すると、形状記憶合金が加熱気味になることに起因してサーボ制御が不安定になるという問題が生じる。そこで、本実施形態においては、この問題をオフセット電圧を利用して解決している。すなわち、図６中に示した比例ゲイン回路ｃ４および微分ゲイン回路ｃ５、ｃ６を通して得られた最終ゲインに対して負の「オフセット電圧」を加えることで、「形状記憶合金に印加する平均電圧値」を「ＰＤＤの演算で求めた平均電圧値」よりも小さくする。これによって、形状記憶合金の加熱し過ぎを抑えることができる。形状記憶合金とバイアスバネで構成されたアクチュエータを使用してサーボ制御を行なう場合は、サーボ駆動性能を高める(目標位置と実際の位置の誤差を小さくする)為にゲインを大きくすると、平均印加電圧もアップしてしまう為に、平均温度も高くなる。その結果、駆動状態が不安定になると共に位置オフセット誤差も変化する(ゲインをアップした場合には、不安定さが増加し、かつ、平均駆動位置は形状記憶合金が縮む方向にシフトする)。
このようなアクチュエータシステムで最適な駆動制御を行なうためには、以下の構成と手順で最適制御状態に導くことが望ましい。
（１）「比例、微分の各ゲイン」と「オフセット電圧」によって、安定で振動の少ない制御状態に設定する。なお、この時点では、「位置オフセット誤差」が残っている。
（２）残った「位置オフセット誤差」を検出してカメラに記憶させ、当該オフセット誤差を予め加味した位置制御を行うことで対応する。
【００３６】
図15および図16は、オフセット電圧を加えることで制御特性が安定することを示すものである。図15はゲイン"中"の場合について、図16はゲイン"大"の場合について、それぞれ示している。図15(ａ)および図15(ｂ)は、同一の目標位置(曲線Ａ)に対する被駆動部材(この例では、補正光学系)の実際の駆動結果について、オフセット電圧を加えない場合と加えた場合とを、それぞれ示している。図15(ａ)および図15(ｂ)の曲線Ｂを比較すると分かるように、オフセット電圧を加えることで、曲線Ｂの振動が抑えられている。すなわち、被駆動部材の振動が抑えられており、サーボ制御による駆動特性が安定している。図16は、ゲイン大の場合について示しているが、図15の場合と同様に、サーボ制御による駆動特性が安定していることが読み取れる。
【００３７】
図15(ｂ)および図16(ｂ)中において、曲線Ａと曲線Ｂとの間の距離は、オフセット電圧を加えた後に残る位置誤差(すなわち「位置オフセット誤差」)を示している。なお、図15および図16では、オフセット電圧を加えることによって、曲線Ｂ(駆動結果位置)が曲線Ａ(目標位置)に近づいているが、目標位置によっては、オフセット電圧を加えることで、曲線Ｂが曲線Ａから遠ざかる場合もある。具体的には、オフセット電圧を加えない場合の駆動結果位置が形状記憶合金の伸びる側にある場合には、負のオフセット電圧を加えることで曲線Ｂが曲線Ａから遠ざかる。逆に、駆動結果位置が形状記憶合金の縮む側にある場合には、負のオフセット電圧を加えることで曲線Ｂが曲線Ａに近づく。これは、オフセット電圧は常に負の電圧であり、これを加えることで形状記憶合金が「加熱気味になり、過剰に縮んでしまうこと」を防止しているからである。
【００３８】
オフセット電圧の具体的な値は、カメラの製造工程最終段階において、擬似的な手振れを与えた場合のアクチュエータの実際の駆動を観察することで決められる。さらに、そのようなオフセット電圧を加えた後に残るオフセット誤差も併せて実測し、これをカメラに記憶させる。すなわち、「オフセット電圧値」および「オフセット誤差」は製品毎の固有値である。図17のフローチャートを参照して、この手順を説明する。
【００３９】
所定パラメータの正弦波を擬似的な手振れとしてカメラに与える。そして、この手振れを補正すべく駆動される補正光学系の実際の駆動位置を位置検出部(図５)の出力でモニタリングしながら、比例ゲイン、微分ゲイン、２回微分ゲインの調整を行う(fa1→fa2→fa3)。ゲインの調整は、各回路ｃ４〜ｃ６(図６参照)の抵抗を変更することで行う。各ゲインを調整した後で、オフセット電圧の調整を行う(fa4)。このオフセット電圧の値は、形状記憶合金が加熱気味になるのを抑えるべく設定されるものであって、常に負の値を有する。すなわち、形状記憶合金に印加される電圧を抑制するものである。駆動安定性が所望の範囲内に収まるまで、fa1〜fa4の調整を繰り返して、当該範囲内に収まると、駆動制御状態が最適化されたものとして、fa5以後のステップに移る。言い換えると、まずfa1〜fa5のステップにおいて駆動安定性の高い制御状態を達成し、その後のステップで、オフセット電圧を加えることに起因して生じたオフセット誤差を実測する。
【００４０】
オフセット誤差の測定においても、所定パラメータの正弦波を擬似的な手振れとしてカメラに与える。この手振れを打ち消すために必要な被駆動部材の目標位置Ｐt(ｔ)を目標位置算出部ａ９で算出(設定)し、これを１ｍｓ間隔でサーボ制御回路へと出力する(fa6→fa7)。これに対応して被駆動部材が実際に駆動された後における実駆動位置Ｐn(ｔ)は、位置検出部で検出され、実駆動位置取込部ａ14(図１参照)内に取り込まれる(fa8)。目標位置Ｐt(ｔ)の算出および実駆動位置Ｐn(ｔ)の検出を２秒間連続して行う。目標位置の算出は１ｍｓ間隔で行われるので、２秒間では、目標位置Ｐt(ｔ)の算出および実駆動位置Ｐn(ｔ)の検出を合計２０００回行うこととなる(fa7→fa8→fa9)。目標位置Ｐt(ｔ)から実駆動位置Ｐn(ｔ)を減算すると、位置制御誤差を得ることができる。この誤差の２０００回分の平均値を算出し、これを「オフセット誤差」としてカメラの目標位置補正部ａ10(図１参照)に記憶する(fa10→fa11)。なお、ゲイン調整およびオフセット誤差の実測は、Ｘ方向とＹ方向とで別個に行う。なお、オフセット誤差の実測は、ゲイン調整およびオフセット電圧調整を行った後で行うことが必要である。
【００４１】
以上のようにして、各製品に固有のオフセット誤差をカメラ自体に記憶させているので、目標位置算出部ａ９で算出された目標位置からオフセット誤差を差引くことで、オフセット誤差を打ち消すことができる。カメラ自体に記憶されたオフセット誤差を考慮してサーボ制御を行なった場合の目標位置と実駆動位置との関係を図18に示した。図15(ｂ)および図16(ｂ)に現れているオフセット誤差が解消し、殆ど誤差のない位置制御が達成されていることが分かる。なお、実際の目標位置算出は、オフセット誤差だけではなく温度変化を考慮した温度補正等と併せて行われている。
【００４２】
以上の例では、fa1〜fa5の最適化工程において、各回路のゲイン設定およびオフセット電圧の設定を含めて最適化を行っているが、オフセット電圧を印加しないサーボ制御においても本実施形態の調整方法を適用することは可能である。
【００４３】
図19は、図６に示したサーボ回路の別例を示している。図６のサーボ回路では、比例ゲイン回路ｃ４、微分ゲイン回路ｃ５、ｃ６が含まれており、既に説明したようにＰＤＤ制御を実現できる。これに対して、図19のサーボ回路では、図６中の微分ゲイン回路ｃ５に代えて積分ゲイン回路ｃ105が採用されており、ＰＩＤ制御を実現できる。ＰＩＤ制御は、被駆動部材が低周波でゆっくりと動くような制御系において、被駆動部材の止まり位置制御を高めたい場合に有効である。ゲイン調整、オフセット電圧調整、オフセット誤差の実測は、上記と同様にして行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態に係る手振補正カメラのシステム構成を説明する図である。
【図２】  図１のカメラに使用される補正光学系の駆動機構を示す概略図である。
【図３】  図２の駆動機構で使用されている形状記憶合金の動作特性を示すグラフである。
【図４】  図２の駆動機構における補正光学系の位置検出原理を説明する概略図である。
【図５】  図１のシステムにおける駆動制御部の構成を示す図である。
【図６】  図５に示されるサーボ制御部内の回路構成を示す図である。
【図７】  図６に示されるアクチュエータドライバ内のドライバＩＣを説明する図である。
【図８】  図７のドライバＩＣの出力特性を示すグラフである。
【図９】  アクチュエータとしてモータを使用した例を説明する図である。
【図１０】  図９ドライバＩＣの出力特性を示すグラフである。
【図１１】  形状記憶合金とバイアスバネとを利用してアクチュエータモデルを作製し、そのモデルの周波数応答を実測した結果を示すボード線図である。
【図１２】  図11のモデルに対してＰＤ制御を行なった場合におけるオープン特性およびフィードバック特性を示すボード線図である。
【図１３】  図11のモデルに対してＰＤＤ制御を行なった場合におけるオープン特性およびフィードバック特性を示すボード線図である。
【図１４】  設定ゲインの大きさと印加電流との関係を示すグラフである。
【図１５】  オフセット電圧を加えることによって、駆動特性が安定することを説明するグラフである。
【図１６】  オフセット電圧を加えることによって、駆動特性が安定することを説明するグラフである。
【図１７】  本発明における、ゲイン調整、オフセット電圧調整、オフセット誤差実測の手順を説明するフローチャートである。
【図１８】  オフセット誤差を補正した効果を説明するグラフである。
【図１９】  ＰＩＤ制御を行なうサーボ回路の構成を示す図である。
【符号の説明】
ｄ１  補正光学系
ｄ２  保持枠
ｄ３  案内ロッド
ｄ４  スライドガイド
ｄ５  端子
ｄ６  案内ロッド
ｄ７  Ｙ方向用ＳＭＡ
ｄ８  Ｙ方向用バイアスバネ
ｄ９  基台
ｄ13  案内ロッド
ｄ14  スライドガイド
ｄ15  端子
ｄ16  案内ロッド
ｄ17  Ｘ方向用ＳＭＡ
ｄ18  Ｘ方向用バイアスバネ
ｄ19  移動台
ｅ１  ＬＥＤ
ｅ２  発光チップ
ｅ３  スリット
ｅ４  ＰＳＤ
ｅ５  受光部
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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