(57)【要約】【課題】目標位置（移動先）の違いや移動距離の違いに関係なく、制御開始から制御終了までの時間（応答時間）を一定にする。【解決手段】制御対象の制御量を調整するためにリニアアクチュエータを始点と終点間の任意位置に位置制御するサーボ制御装置１であって、入力される目標制御量に応じたリニアアクチュエータ２の目標位置を設定し、目標位置とリニアアクチュエータ２の検出位置によってリニアアクチュエータ２への出力を設定する出力設定部１Ａを備え、出力設定部１Ａは、目標位置とリニアアクチュエータ２の検出位置との差分に乗ずるゲインを目標位置の座標毎に設定し、目標位置毎に異なる過渡特性を均一にするループゲイン設定部を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御対象の制御量を調整するためにリニアアクチュエータを始点と終点間の任意位置に位置制御するサーボ制御装置であって、
入力される目標制御量に応じた前記リニアアクチュエータの目標位置を設定し、前記目標位置と前記リニアアクチュエータの検出位置によって前記リニアアクチュエータへの出力を設定する出力設定部を備え、
前記出力設定部は、
前記目標位置と前記リニアアクチュエータの検出位置との差分に乗ずるゲインを前記目標位置の座標毎に設定し、前記目標位置毎に異なる過渡特性を均一にするループゲイン設定部を備えることを特徴とするサーボ制御装置。
【請求項２】
前記出力設定部は、
制御開始時の前記リニアアクチュエータの移動を、前記目標位置と制御開始時の前記検出位置との差分に応じて過剰移動させる移動値設定部を備えることを特徴とする請求項１記載のサーボ制御装置。
【請求項３】
前記出力設定部は、
前記リニアアクチュエータを始点から終点又は終点から始点まで逐次移動させた際の前記制御量と前記検出位置との関係が記憶された目標位置設定テーブルを備え、入力された目標制御量を前記目標位置設定テーブルに対応させて前記目標位置を設定する目標位置設定部を備えることを特徴とする請求項１又は２記載のサーボ制御装置。
【請求項４】
前記出力設定部は、終点側に向かう移動方向と始点側に向かう移動方向とで別の設定テーブルを備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のサーボ制御装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のサーボ制御装置を備えたカメラユニット。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のサーボ制御装置と、
前記リニアアクチュエータと、
前記リニアアクチュエータによって作動する羽根部材と、
前記羽根部材を支持するベース部材とを備え、
前記始点と前記終点の一方が全開で他方が全閉に対応し、
前記制御量が絞り量であることを特徴とする羽根駆動装置。
【請求項７】
請求項６に記載された羽根駆動装置を備える撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リニアアクチュエータによって制御対象の位置制御を行うサーボ制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＶＣＭ（Voice Coil Motor）と呼ばれるリニアアクチュエータは、コイルへの通電電流にほぼ比例した推力が得られることから、精密な制御が可能であり、フォーカスや絞りといった撮像装置の駆動機構や磁気ヘッドの位置決め機構などに用いられている。ＶＣＭによる位置制御を行う場合、位置センサで検出した位置情報をフィードバック制御するサーボ系を構成することで、位置精度を高めることが可能になる。このようなサーボ系を構成するための位置センサとしてはホールセンサなどが用いられている（下記特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１２２５５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
小型のモバイル電子機器内のカメラモジュールなどにおいて、ＶＣＭの動作位置をホールセンサで検出するサーボ系を構成する場合、コイルとマグネットの配置関係にスペース上の制限があり、可動子の移動範囲全域で均一な推力が得られない場合がある。このような場合には、一定のループゲインでフィードバック制御を行うと、移動範囲内に設定される目標位置（移動先）によって、位置制御の過渡特性が異なることになり、要求される一定の感度が得られない問題がある。
【０００５】
また、前述したＶＣＭの位置制御において、目標位置である移動先と現在位置との距離と無関係にフィードバック制御を行うと、移動距離が長い場合には、移動距離が短い場合と比べて到達時間（収束時間）が長くなる。このため、制御開始から制御終了までの時間を一定にする（応答時間を一定にする）という要求には対応できない問題がある。これに対して、一律にフィードバックゲインを高くすると、移動距離が大きい場合の応答時間は短くなるが、移動距離が短い場合には、オーバーシュートが大きくなってかえって応答性が悪くなる問題が生じる。
【０００６】
また、リニアアクチュエータで動作する制御対象には、動作の仕方に製品毎の個体差などがあり、アクチュエータの位置をホールセンサで検出する位置制御では、アクチュエータの位置制御を精度良く制御できたとしても、制御対象の位置が所望の位置に制御できない場合がある。例えば、撮像装置の絞り制御を行う場合などでは、絞り羽根をＶＣＭで動作させて所望のＡＶ値（Ｆ値）を得る位置制御を行っているが、ホールセンサの検出位置とＡＶ値（Ｆ値）の関係が必ずしもリニアの関係になっていないため、所望のＡＶ値（Ｆ値）を得る制御を行い難い問題があった。
【０００７】
また、制御対象を終点側に向けて移動する場合と始点側に向けて移動する場合とでは、動作特性に違いがある場合があり、制御対象を終点側に向けて移動する場合と始点側に向けて移動する場合とで同様の制御動作を行うと、精度の高い位置制御を行うことができない問題があった。
【０００８】
本発明は、このような問題に対処することを課題とするものである。すなわち、制御対象の制御量を調整するためにリニアアクチュエータを始点と終点間の任意位置に移動させるリニアアクチュエータのサーボ制御装置において、目標位置（移動先）の違いや移動距離の違いに関係なく、制御開始から制御終了までの時間（応答時間）を一定にできること、制御対象の個体差によって生じる位置制御のばらつきや、移動方向の違いによって生じる制御のばらつきを解消すること、などが本発明の課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このような課題を解決するために、本発明は、以下の構成を具備するものである。
制御対象の制御量を調整するためにリニアアクチュエータを始点と終点間の任意位置に移動させるリニアアクチュエータのサーボ制御装置であって、入力される目標制御量に応じた前記リニアアクチュエータの目標位置を設定し、前記目標位置と前記リニアアクチュエータの検出位置によって前記リニアアクチュエータへの出力を設定する出力設定部を備え、前記出力設定部は、前記目標位置と前記リニアアクチュエータの検出位置との差分に乗ずるゲインを前記目標位置の座標毎に設定し、前記目標位置毎に異なる過渡特性を均一にするループゲイン設定部を備えることを特徴とするサーボ制御装置。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係るサーボ制御装置を備える制御系を示した説明図である。
【図２】本発明の実施形態に係るサーボ制御装置を示す説明図である。
【図３】制御量（目標値）とリニアアクチュエータの位置（目標位置）との関係を示した説明図である。
【図４】目標位置設定テーブルの形成方法を示した説明図である。
【図５】ループゲイン設定テーブルを示した説明図である。
【図６】移動値設定部における移動値係数を示した説明図である。
【図７】サーボ制御装置の制御フローの一例を示した説明図である。
【図８】サーボ制御装置を備えるカメラモジュールを示した説明図である。
【図９】サーボ制御装置によって制御される羽根駆動装置の構成例を示した説明図（分解斜視図）である。
【図１０】サーボ制御装置によって制御される羽根駆動装置の構成例を示した説明図（組み立て平面図）である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の説明で異なる図における同一符号は同一機能の部位を示しており、各図における重複説明は適宜省略する。
【００１２】
図１に示すように、サーボ制御装置１は、制御対象３の制御量を調整するために、リニアアクチュエータ（ＶＣＭ）２を始点と終点間の任意位置に移動させる位置制御を行うものである。この位置制御では、リニアアクチュエータ２の可動子の位置をホール素子４で検出して、検出位置としてフィードバックすることにより、制御対象を目標制御量に制御するものであり、例えば、羽根駆動装置の絞り量（ＡＶ値）を制御量とする場合には、全開と全閉に対応するリニアアクチュエータの位置が始点と終点として決められており、絞り量を目標値（目標制御量）に調整するために、リニアアクチュエータ２の位置を始点と終点間の任意位置に制御する。
【００１３】
サーボ制御装置１は、ＩＣによって構成され、入力される目標制御量（目標値）に対してリニアアクチュエータ２への出力を設定する出力設定部１Ａと出力設定部１Ａで設定された出力によってリニアアクチュエータ２を駆動するドライバ（定電流ドライバなど）１Ｂを備えている。
【００１４】
出力設定部１Ａは、入力される目標値に応じたリニアアクチュエータ２の目標位置（移動先）を設定し、この目標位置とホール素子４によって検出されるリニアアクチュエータ２の検出位置によって、リニアアクチュエータ２への出力を設定する機能を有しており、ドライバＩＣによって構成されるサーボ制御装置１における出力設定部１Ａは、図２に示す構成例を備えている。
【００１５】
図２において、ドライバＩＣからなるサーボ制御装置１における出力設定部１Ａは、目標位置設定部１０、目標位置補正部１０Ａ、移動値設定部１１、移動値係数設定部１１Ａ、ループゲイン設定部１２を備えている。
【００１６】
ドライバＩＣからなるサーボ制御装置１にマイコンなどから移動指示が入力されると、目標位置設定部１０がリニアアクチュエータ２の移動先である目標値を仮設定し、これに対して目標位置補正部１０Ａによる補正がなされる。更に、移動値設置部１１によって、ホール素子４によって検出されたホール信号４Ａによって認識される現在位置と補正された目標値との差分により移動値（移動距離）が設定され、その移動値に対応するように移動値係数設定部１１Ａにより移動値係数が設定される。
【００１７】
そして、検出位置（ホール信号４Ａ）と目標位置（移動先）との差分をゼロにするフィードバック制御を行うループゲインが、イコライザブロックによって構成されるループゲイン設定部１２によって設定されて、出力設定部１Ａからドライバ（ドライバ回路１Ｂ）への出力設定がなされる。
【００１８】
目標位置設定部１０は、図３に示すように、目標制御量（目標値）の最小値と最大値に目標位置の始点と終点を対応させて、任意の目標値に対する目標位置を出力するものであり、制御量（例えば、絞り量）とリニアアクチュエータ２の位置関係が図示Ｌのようにリニアな関係にある場合には、目標値の最小値と最大値の差を設定数に等分割した値を、目標位置の始点と終点間の距離を設定数に等分割した位置に対応させて、目標位置を出力する。
【００１９】
これに対して、図示Ｌ１，Ｌ２のように、たとえば絞り装置内部の部品による摩擦や、羽根の形状等の影響を受けて、制御量とリニアアクチュエータ２の位置関係が移動方向によって非リニアな関係になっている場合には、目標位置を補正する目標位置補正部１０Ａを設けることが必要になる。目標位置補正部１０Ａは、制御量（例えば、絞り量）を計測しながら、リニアアクチュエータ２の検出位置を求め、リニアアクチュエータ２を始点から終点又は終点から始点まで逐次移動させた際の制御量と検出位置との関係を定めた目標位置設定テーブルを作成して、予めサーボ制御装置１のメモリに記憶させる。そして、入力された目標制御量（目標値）を目標位置設定テーブルに対応させて目標位置を補正する。
【００２０】
図４は、目標位置設定テーブルの形成方法を示している。図示のように、リニアアクチュエータ２を始点から終点、終点から始点に向けて移動させて検出位置の波形（ホール値波形）を記録しながら、制御量を計測し、制御量が各段階の値になった時点で移動を止めて、そのときの検出位置（ホール値）を記録する。図示の例では、制御量の最小値ＡＶminは、リニアアクチュエータ２の始点位置Ｐｓに対応しており、制御量の最大値ＡＶmaxは、リニアアクチュエータの終点位置Ｐｅに対応している。そして、制御量をＡＶ１からＡＶ１０に段階的に変えた時のリニアアクチュエータの位置Ｐ１〜Ｐ１０を記録し、制御量をＡＶ１０からＡＶ１に段階的に変えた時のリニアアクチュエータの位置Ｐ１１〜Ｐ２０を記録して、目標位置設定テーブルを得る。
【００２１】
これにより、たとえば絞り羽根が開き方向に移動するとき、または閉じ方向に移動するときにかかわらず、適切な制御量（絞り量）となる位置に絞り羽根を移動または停止させることができる。なお、サーボ制御装置１が用いられる装置（たとえば、絞り装置）では、固体毎に制御量と検出位置との関係が異なる。そのため、たとえば工場での初期設定時などに、装置それぞれに対して目標位置設定テーブルを設定する。
【００２２】
ループゲイン設定部１２は、設定された目標位置とリニアアクチュエータ２の検出位置との差分に乗ずるゲインを目標位置の座標毎に設定し、目標位置毎に異なる過渡特性を均一にする。このループゲイン設定部１２は、設定された目標位置（リニアアクチュエータ２の移動先）が、始点位置に近い位置であるか、始点位置と終点位置の中間位置であるか、終点位置に近い位置であるかによって、位置制御の過渡特性（ゲイン周波数特性）に違いがある場合に、これを均一化するように、ループゲインを目標位置の座標毎に設定する。
【００２３】
ループゲイン設定部１２は、図５に示すようなループゲイン設定テーブルを備えており、目標位置設定部１０が設定した目標位置Ｐｓ（始点位置），Ｐ１〜Ｐ１０，Ｐｅ（終点位置）に応じて、ループゲインＧｓ，Ｇ１〜Ｇ１０，Ｇｅを出力する。ループゲイン設定テーブルは、現在の検出位置と目標位置との関係で、移動方向が終点位置に向けて移動するか始点位置に向けて移動するかで、位置制御の過渡特性が異なる場合には、図示のように、その移動方向毎に別のテーブル（終点位置Ｐｅ側向き移動用と始点位置Ｐｓ側向き移動用）を設ける。
【００２４】
なお、他の実施形態のループゲイン設定テーブルには、目標位置の座標毎にループゲインを補正する補正値が設定されていてもよい。また、利用されるリニアアクチュエータ２によっては、特定の範囲以外はループゲインを設定しなくてもよい場合がある。そのため、ループゲイン設定テーブルは、必要な範囲を補正するように設定されていてもよい。
【００２５】
移動値設定部１１は、制御開始時のリニアアクチュエータ２の移動値（移動距離）を、目標位置と制御開始時の検出位置（現在位置）との差分に応じて設定し、移動値設定部１１における移動値係数設置部１１Ａが制御開始時のリニアアクチュエータ２の移動を過剰移動させるための移動値係数を設定する。これにより、制御開始時の検出位置（現在位置）と設定された目標位置との差分が大きい場合には、移動距離が大きくなるので、制御初期の出力を大きくして速い移動速度で移動が開始され、制御開始時の検出位置（現在位置）と設定された目標位置との差分が小さい場合には、移動距離が短くなるので、移動初期の出力を小さくして遅い移動速度で移動が開始される。このような移動値設定部１１を設けることで、移動距離による応答時間（反応）の差を無くすことができる。
【００２６】
移動値係数設定部１１Ａは、図６に示すように、移動距離に応じて移動値係数を定め、制御初期の出力に移動値係数を掛けて出力する。たとえば、本実施形態では、移動値係数は、移動値係数を求める数式に対して移動距離を入力することで移動値係数が求められる。ただし、他の実施形態では、移動距離と移動値係数とを対応付けたテーブルによって、移動値係数が定められてもよい。なお、このような移動値係数は、現在の検出位置と目標位置との関係で、移動方向が終点位置に向けて移動するか始点位置に向けて移動するかで、位置制御の過渡特性が異なる場合には、その移動方向毎に別の係数を設ける。
【００２７】
図７は、サーボ制御装置の動作フローの一例を示している。制御が開始されると、入力された目標値に応じて目標位置設定部１０が仮設定した目標位置と現在の検出位置との関係によってリニアアクチュエータ２の移動方向を確認する（ステップＳ１）。そして、リニアアクチュエータ２の移動方向が終点位置Ｐｅ側に向けた移動（Ｐｅ向き移動）であるか、始点位置Ｐｓ側に向けた移動（Ｐｓ向き移動）であるかを判別し（ステップＳ２）、それぞれの移動方向に対して別の設定テーブルを用いて各部の設定を行う。
【００２８】
以後の設定は、先ず、目標位置設定部１０による目標位置設定（ステップＳ３又はＳ３’）と目標位置補正部１０Ａによる目標位置の補正を行う（ステップＳ４又はＳ４’）。この際には、図４に示した目標位置設定テーブルが用いられる。次に、移動値設定部１１による移動値設定（ステップＳ５又はＳ５’）と移動値係数の設定（ステップＳ６又はＳ６’）がなされる。この際には、図６に示した移動値係数が用いられる。
【００２９】
そして、ループゲイン設定部１２によるループゲインの設定がなされる（ステップＳ７又はＳ７’）。この際には、図５に示したループゲイン設定テーブルが用いられる。このようにして、補正された目標位置とループゲインと初期の出力を設定してリニアアクチュエータ２を移動させ（ステップＳ８）、検出位置が目標位置に一致するまで移動を継続し（ステップＳ９：ＮＯ）、検出位置と目標位置とが一致すると（ステップＳ９：ＹＥＳ）、制御を終了する。
【００３０】
このようなサーボ制御装置１は、図８に示したカメラモジュール（撮像装置）の駆動部制御に用いることができる。カメラモジュール（撮像装置）２０は、撮像センサ（ＣＣＤ）２１、レンズ枠２２Ａを駆動するＡＦ駆動装置２２、絞り羽根等を駆動する羽根駆動装置３０などを備えている。サーボ制御装置１は、カメラモジュール２０内に設置して、ＡＦ駆動装置２２と羽根駆動装置３０の一方又は両方のリニアアクチュエータを制御しても良いし、ＡＦ駆動装置２２と羽根駆動装置３０の一方又は両方にそれぞれ設けて、それぞれのリニアアクチュエータを制御しても良い。
【００３１】
図９及び図１０は、サーボ制御装置１によって制御される羽根駆動装置の構成例を示している。羽根駆動装置３０は、開口３１Ａを有するベース部材（地板）３１、ベース部材３１に支持され開口３１Ａに対して進入・退避して絞り量（ＡＶ値）を調整する一対の羽根部材３２，３３、羽根部材３２，３３を駆動する駆動部材３４、開口３１Ａと同軸の開口３５Ａを有するカバー部材３５などを備えており、ベース部材３１側に取り付けられるコイル３６及びバックヨーク３７と駆動部材３４側に取り付けられるマグネット３８とによって、リニアアクチュエータ２が構成されている。また、ベース部材３１側には、リニアアクチュエータ２の検出位置を出力するホール素子３９が取り付けられている。
【００３２】
羽根駆動装置３０の具体的な構成例を更に説明すると、ベース部材３１の開口３１Ａは、開口規制板４０の開口４０Ａによって設定面積に規制されている。複数のコイル３６は、コイル支持部材３６Ａによって一体に支持されて、ベース部材３１に固定されている。コイル支持部材３６Ａには複数のコイル３６の端子が接続される配線が設けられ（図示省略）、その配線にベース部材３１に固定されるフレキシブル回路基板４１が接続されている。このフレキシブル回路基板４１には、前述したホール素子３９とサーボ制御装置１が実装されている。
【００３３】
駆動部材３４は、羽根部材３１を直接支持する駆動板４２と、駆動板４２の動きに連動するレバー部材４３を備えている。駆動板４２は、ベース部材３１が備える支持溝３１Ｂに支持されるベアリング４４を介して、ベース部材３１に対して摺動自在に支持されている。また、レバー部材４３は、ベース部材３１の回転軸３１Ｃに回転自在に軸支される軸支部４３Ａが中央部に設けられ、一端側に駆動板４２に取り付けられたマグネット３８に磁気吸着する磁気吸着部材４３Ｂが設けられ、他端側に羽根部材３３に連結する連結部４３Ｃが設けられている。
【００３４】
羽根部材３２，３３と駆動板４２は、ベース部材３１のガイド部３１Ｄにガイドされて一軸方向の動きに規制されている。羽根部材３２，３３は、駆動板４２の一軸方向の往復移動によって互いに逆向きに移動して、絞り量（ＡＶ値）を調整する。駆動板４２を駆動するリニアアクチュエータ２の始点位置と終点位置が羽根部材３２，３３によって調整される絞り量の最小値（全開）と最大値（全閉）に対応している。
【００３５】
サーボ制御装置１によって位置制御されるリニアアクチュエータ２を備える羽根駆動装置３０は、所望の絞り量に制御する際の応答速度が、絞り量の値や現在の状態から所望の絞り量に至るまでのリニアアクチュエータ２の移動距離に関係なく均一であり、羽根部材３２，３３と駆動部材３４との機械的な連結構造などの個体差によって生じる位置制御のばらつきや、リニアアクチュエータ２の移動方向の違いによって生じる制御のばらつきを解消することができる。これによって、迅速且つ精度の高い絞り制御を行うことが可能になる。
【００３６】
以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。また、上述の各実施の形態は、その目的及び構成等に特に矛盾や問題がない限り、互いの技術を流用して組み合わせることが可能である。
【符号の説明】
【００３７】
１：サーボ制御装置，１Ａ：出力設定部，１Ｂ：ドライバ，
２：リニアアクチュエータ（ＶＣＭ），３：制御対象，４，３９：ホール素子，
１０：目標位置設定部，１０Ａ：目標位置補正部，
１１：移動値設定部，１１Ａ：移動値係数設定部，１２：ループゲイン設定部，
２０：カメラモジュール（撮像装置），２１：撮像センサ（ＣＣＤ），
２２：ＡＦ駆動装置，２２Ａ：レンズ枠，２３，３０：羽根駆動装置，
３１：ベース部材，３１Ａ，３５Ａ，４０Ａ：開口，３１Ｂ：支持溝，
３１Ｃ：回転軸，３１Ｄ：ガイド部，
３２，３３：羽根部材，３４：駆動部材，３５：カバー部材，
３６：コイル，３６Ａ：コイル支持部材，
３７：バックヨーク，３８：マグネット，
４０：開口規制板，４１：フレキシブル回路基板，４２：駆動板，
４３：レバー部材，４３Ａ：軸支部，４３Ｂ：磁気吸着部材，４３Ｃ：連結部，
４４：ベアリング
【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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