(57)【要約】【課題】アイリスやＮＤフィルタ等の軽負荷制御系に関し、低周波数帯において、積分ゲイン等のパラメータを適切に設定して緩やかな発振を抑え安定した制御系を実現する。【解決手段】制御対象の目標値を算出する目標値算出部と、制御対象を変位させるアクチュエータの状態を検出するセンサと、制御対象の目標値と前記センサの検出値に基づいて、制御対象の目標値からの偏差を演算する偏差演算部と、この偏差演算部から供給される偏差に基づいて比例要素の駆動信号を算出する比例演算部と、偏差演算部から供給される偏差の積分値を演算し、該積分値に基づいて積分要素の駆動信号を算出する積分演算部と、偏差演算部から供給される偏差の微分値を演算し、該微分値に基づいて微分要素の駆動信号を算出する微分演算部とを備える。そして、積分演算部の積分ゲインをｋｉとしたとき、少なくとも積分ゲインｋｉを０．１≦ｋｉ≦４２００［V/rad・s］の範囲とする。【選択図】図４
2009186685.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御対象の目標値を算出する目標値算出部と、
前記制御対象を変位させるアクチュエータの状態を検出するセンサと、
前記制御対象の目標値と前記センサの検出値に基づいて、前記制御対象の目標値からの偏差を演算する偏差演算部と、
前記偏差演算部から供給される偏差に基づいて比例要素の駆動信号を算出する比例演算部と、
前記偏差演算部から供給される偏差の積分値を演算し、該積分値に基づいて積分要素の駆動信号を算出する積分演算部と、
前記偏差演算部から供給される偏差の微分値を演算し、該微分値に基づいて微分要素の駆動信号を算出する微分演算部と、
前記積分演算部、前記比例演算部および前記微分演算部から供給される駆動信号を前記アクチュエータの駆動回路に出力する駆動信号出力部と、を含み、
前記積分演算部の積分ゲインをｋｉとしたとき、少なくとも積分ゲインｋｉが０．１≦ｋｉ≦４２００［V/rad・s］の範囲である
ことを特徴とする制御回路。
【請求項２】
前記アクチュエータの制御対象は、アイリスまたはＮＤフィルタである
ことを特徴とする請求項１に記載の制御回路。
【請求項３】
前記比例演算部の比例ゲインをｋｐおよび前記微分演算部の微分ゲインをｋｄとしたとき、比例ゲインｋｐおよび微分ゲインｋｄはそれぞれ、１≦ｋｐ≦２０、０．００１≦ｋｄ≦０．１［V・s/rad］の範囲である
ことを特徴とする請求項２に記載の制御回路。
【請求項４】
制御対象の目標値を算出する目標値算出部と、
前記制御対象を変位させるアクチュエータの状態を検出するセンサと、
前記制御対象の目標値と前記センサの検出値に基づいて、前記制御対象の目標値からの偏差を演算する偏差演算部と、
前記偏差演算部から供給される偏差に基づいて比例要素の駆動信号を算出する比例演算部と、
前記偏差演算部から供給される偏差の積分値を演算し、該積分値に基づいて積分要素の駆動信号を算出する積分演算部と、
前記偏差演算部から供給される偏差の微分値を演算し、該微分値に基づいて微分要素の駆動信号を算出する微分演算部と、
前記積分演算部、前記比例演算部および前記微分演算部から供給される駆動信号を前記アクチュエータの駆動回路に出力する駆動信号出力部と、
を含む制御回路を備え、
前記積分演算部の積分ゲインをｋｉとしたとき、少なくとも積分ゲインｋｉが０．１≦ｋｉ≦４２００［V/rad・s］の範囲である
ことを特徴とするカメラ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばカムコーダやスチルカメラのアイリスおよびＮＤフィルタ等の軽負荷制御に使用して好適な制御回路およびカメラ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＶＴＲ一体型ビデオカメラやスチルカメラ（以下、これらを総称して「カメラ」という。）を構成する様々な部品が高密度実装され、カメラの軽量・小型化が進んでいる。このように、カメラの軽量・小型化が進む中で、撮像部に対しても軽量・小型化が進められている。例えば、光量を調節するアイリス（絞り羽）や減光を行うＮＤ（Neutral Density）フィルタも、軽量・小型化が進められている。例えばアイリス自体が小さくなることによって、アイリスの動作量に対する光量の変化量が大きくなるため、より滑らかな動作が求められている。
【０００３】
従来のアイリスやＮＤフィルタ等を制御対象とする軽負荷制御系においては、通常、目標値と検出値との差に基づいて制御対象の制御量を決定するフィードバック制御系を形成してＰＩＤ制御を行うようにしている。
【０００４】
アイリスやＮＤフィルタの絞り羽は、軽量である割に、互いの接触面積が大きいため静止摩擦係数が大きくなり、静止状態から動作させるときに負荷が大きくなる。また、回転軸と軸受け間に作用する摩擦もある。さらに、アイリスやＮＤフィルタを変位させるメータ（アクチュエータ）が磁気バネ付勢されている場合、供給された駆動信号に応じて磁気バネの付勢力を押し戻すように動作する。
【０００５】
例えば、特許文献１には、制御対象を駆動させる駆動信号に微小振幅の交流信号を重畳してアクチュエータに供給し、制御対象を常に微小振動させて静止状態にならないようにすることにより、制御対象の滑らかな制御を可能にする技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００３−２９３１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一般に、ループゲインが大きいと制御対象の迅速な制御が可能になるが、オーバーシュートが大きくフィードバック制御系が発振して安定しない。つまり目標値付近で振動する。一方、安定して動かしたい場合にはループゲインを小さくすればよいのだが、安定するまでの時間がかかったり、いわゆるスティックスリップが発生したりする。スティックスリップとは、制御対象と摺動面との摩擦によって制御対象が止まったり動いたりする現象であり、アイリスやＮＤフィルタの制御時に発生すると撮像素子に照射される光量が階段状に変化してしまう。したがって、制御対象を適切に動作させるためには、フィードバック制御系のループゲインを適切な値に設定する必要がある。
【０００７】
例えば、従来のＰＩＤ制御の積分要素では、目標値と検出値の偏差があると、例えば単に（積分ゲイン）×（一定電圧）を操作量として一定の時間加算していたため、例えば５０Ｈｚ以下のような低周波数域のゲインが不足していた（図１参照）。このような低周波数域においては、例えば、撮像素子に照射される光量が階段状に変化するスティックスリップや、画揺れ（揺らぎ）など、ゲイン不足から摩擦に関して様々な問題が起こっていた。特に、アイリスやＮＤフィルタなど負荷の小さい制御対象に発生する。
【０００８】
図２は、揺らぎのメカニズムの概略を示した模式図であり、上図は、アクチュエータの回転軸と連結したアーム１０１がトルクの壁１０２に囲まれた凹部にある様子を、下図は、アーム１０１の揺らぎの様子をそれぞれ模式的に表している。
【０００９】
図２下部の左側は、アーム１０１は目標値との偏差の積分値が積分目標許容範囲内なので、積分動作によるアクチュエータの駆動回路への印加電圧はほぼ０［V］である（第１の状態）。図２上部の状態はこの第１の状態にあり、制御系は安定している。
【００１０】
アーム１０１を変位させるアクチュエータには、摩擦負荷および磁気バネ付勢による力と釣り合う電気力を発生させる駆動信号が供給されている。この状態から電気ノイズや機械振動などによるディザ効果によって、アーム１０１の摩擦負荷が減ると磁気バネ付勢された方向へと移動を開始し、目標位置とのズレ（例えば、数ミクロン）が生じ目標許容範囲（積分目標許容範囲による不感帯）を超えると、積分動作によるサーボ制御が働き、アクチュエータの駆動回路に対し押し戻すような電圧が印加される（第２の状態、図２下部の右側）。このような一連のサイクルを、例えば５Ｈｚのような低周期で繰り返すことがある。アイリスやＮＤフィルタにこの緩やかな発振のサイクルが発生すると、光量が変動して画像が明るくなったり暗くなったりする。
【００１１】
したがって、低周波数帯において制御対象を適切に動作させるためには、フィードバック制御系の閉ループゲイン、すなわちＰＩＤ制御の比例動作（Ｐ動作）のゲイン等を、積分動作（Ｉ動作）のゲイン、微分動作（Ｄ動作）のゲインを適切な値に設定する必要がある。しかしながら、アイリスやＮＤフィルタ等の軽負荷制御系に関して、これまでＰＩＤ制御の比例動作のゲイン、積分動作のゲイン、微分動作のゲインを数値解析した文献は見当たらなかった。
【００１２】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、アイリスやＮＤフィルタ等の軽負荷制御系に関し、低周波数帯において、積分ゲイン等のパラメータを適切に設定して緩やかな発振を抑えた制御系を実現できるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一側面の制御回路は、制御対象の目標値を算出する目標値算出部と、前記制御対象を変位させるアクチュエータの状態を検出するセンサと、前記制御対象の目標値と前記センサの検出値に基づいて、前記制御対象の目標値からの偏差を演算する偏差演算部と、前記偏差演算部から供給される偏差に基づいて比例要素の駆動信号を算出する比例演算部と、前記偏差演算部から供給される偏差の積分値を演算し、該積分値に基づいて積分要素の駆動信号を算出する積分演算部と、前記偏差演算部から供給される偏差の微分値を演算し、該微分値に基づいて微分要素の駆動信号を算出する微分演算部と、前記積分演算部、前記比例演算部および前記微分演算部から供給される駆動信号を前記アクチュエータの駆動回路に出力する駆動信号出力部と、を含み、前記積分演算部の積分ゲインをｋiとしたとき、少なくとも積分ゲインｋiが０．１≦ｋｉ≦４２００［V/rad・s］の範囲であることを特徴とする。
【００１４】
本発明の一側面のカメラ装置は、制御対象の目標値を算出する目標値算出部と、前記制御対象を変位させるアクチュエータの状態を検出するセンサと、前記制御対象の目標値と前記センサの検出値に基づいて、前記制御対象の目標値からの偏差を演算する偏差演算部と、前記偏差演算部から供給される偏差に基づいて比例要素の駆動信号を算出する比例演算部と、前記偏差演算部から供給される偏差の積分値を演算し、該積分値に基づいて積分要素の駆動信号を算出する積分演算部と、前記偏差演算部から供給される偏差の微分値を演算し、該微分値に基づいて微分要素の駆動信号を算出する微分演算部と、前記積分演算部、前記比例演算部および前記微分演算部から供給される駆動信号を前記アクチュエータの駆動回路に出力する駆動信号出力部と、を含む制御回路を備え、前記積分演算部の積分ゲインをｋiとしたとき、少なくとも積分ゲインｋiが０．１≦ｋｉ≦４２００［V/rad・s］の範囲であることを特徴とする。
【００１５】
本発明の一側面においては、制御パラメータの積分ゲインｋiが、０．１以上４２００以下に設定され、低周波数域の周波数特性のゲインが改善される。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように、本発明の一側面によれば、アイリスやＮＤフィルタ等の軽負荷制御系に関し、低周波数帯において、積分ゲイン等のパラメータを適切に設定して緩やかな発振を抑え安定した制御系を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態の例について、添付図面を参照しながら説明する。
【００１８】
以下に述べる実施の形態は、本発明を実施するための好適な形態の具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されている。ただし、本発明は、以下の実施の形態の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施の形態に限られるものではない。したがって、例えば、以下の説明で挙げる使用材料とその使用量、処理時間、処理順序および各パラメータの数値的条件等は好適例に過ぎず、説明に用いた各図における寸法、形状および配置関係等も一例を示す概略的なものである。
【００１９】
図３は、本発明の一実施の形態に係るカメラ装置の概略構成を示す図であり、（ａ）はアイリスの開口部を小さくした状態、（ｂ）はアイリスの開口部を大きくした状態を示す。このカメラ装置１はスチルカメラに適用した例である。なお、ＮＤフィルタを動作させる機構はアイリスを動作させる機構とほぼ同じであるからＮＤフィルタの記載および説明を割愛するが、ＮＤフィルタについても同様である。
【００２０】
カメラ装置１は、当該レンズ鏡筒の内部に、レンズ１０、アイリス１１、アーム１２、メータ（アクチュエータ）１３、ホールセンサ１４、駆動回路１５、レンズ１６、撮像素子１７を備える。
【００２１】
アイリス１１は、２枚の絞り羽根１１ａおよび１１ｂと、この絞り羽根１１ａおよび１１ｂにメータ１３の動力を伝えるアーム１２を備え、アーム１２はメータ１３の回転軸１３ａと連結している。メータ１３の内部には例えば板バネが巻回されており、メータ１３の回転角度をホールセンサ１４で検出する。メータ１３は、回転デバイスから構成されたアクチュエータの一例である。
【００２２】
入射光の光量Ｌを所望の光量とするために、絞り羽根１１ａおよび１１ｂには、それぞれ切り欠き部が設けられている。これらの切り欠き部によって開口径１１ｃが形成される。メータ１３の回転角度を変化させることによって、絞り羽根１１ａおよび１１ｂを互いに相対する方向へ摺動させ、開口径１１ｃの大きさが変化する。このメータ１３は、バネ付勢されているものとする。このように、メータ１３の回転角度を変化させることによってレンズ１５へ供給する光量が調整される。
【００２３】
一例として、レンズ１０，１５を介して撮像素子１７に供給する光量Ｌを、光量Ｌａに調整したいときには、図３（ａ）に示す開口径１１ｃの大きさとなるようにメータ１３の回転角度を制御し、光量Ｌｂに調整したいときには、図３（ｂ）に示す開口径１１ｃの大きさとなるようにメータ１３の回転角度を制御する。
【００２４】
このアイリス１１では、メータ１３の回転角度と開口径１１ｃの大きさとが比例し、メータ１３の回転角度に応じた検出信号がホールセンサ１４から出力される。ホールセンサ１４の検出信号を観測することによって開口径１１ｃの大きさをサーボ制御することが可能とされる。すなわち、この実施の形態では、ホールセンサ１４は、アイリス１１の位置センサとして用いられている。
【００２５】
ホールセンサ１４は、メータ１３が回転すると、その回転角度に応じた磁場（磁界）を検出し、アナログの電気信号（検出信号）を出力するものであり、ホールセンサ１４から出力される信号によってアイリス等の制御対象の動きを把握することができる。ホールセンサ１４には、所定の基準電圧Ｖccが供給される。メータ１３の回転方向および回転量は、図示しないＤ／Ａコンバータ２７を介してＰＩＤ（比例：Proportionality・積分：Integration・微分：Differentiation）制御のための演算および制御を行う制御ブロック１８から供給される制御信号（駆動信号）によって制御される。逆に、ホールセンサ１４から出力される検出信号は、制御ブロック１８へ供給される。この制御ブロック１８へ供給される検出信号は、例えば数百mVである。
【００２６】
制御ブロック１８は、メータ１３の目標値とホールセンサ１４からの検出値との偏差に基づいて、ＰＩＤ制御を行う部分である。
【００２７】
図４は、本発明の一実施の形態における制御ブロック１８の内部構成例を示すブロック図である。
【００２８】
制御ブロック１８は、プロセッサおよびメモリを備えたマイクロコンピュータ（以下、「マイコン」という）２０、減算器２１、比例演算部２２、積分演算部２３、微分演算部２４、加算器２６、減算器２７、零次ホールダ２８、４項平均フィルタ３０を含むように所定の基板上に構成される。
【００２９】
マイコン２０は、ブロック全体の制御および演算を行うものであり、制御部２０ａ、目標値算出部２０ｂ、およびメモリ２０ｃを備える。
【００３０】
制御部２０ａは、演算および各ブロックの制御を行う。例えば、撮像素子１７から入力される電気信号（映像信号）の処理、カメラ装置１に設けられた操作部１９から入力される操作信号に基づいて所定の制御処理および演算処理を行う。また、制御部２０ａは、積分演算部２３の前に設けられたスイッチ２５のオン・オフを制御する。例えば目標値とフィードバック値が一致或いはほぼ一致したときに、スイッチ２５を切る操作を行う。
【００３１】
目標値算出部２０ｂは、撮像素子１７から出力される画像の輝度信号に基づいてアイリス１１の開口径１１ｃの最適な値に対応する制御信号（目標値）を算出し、減算器２１に供給する。または、ユーザの操作に応じて操作部１９から出力される操作信号に基づいて、指示されたアイリス１１の開口径１１ｃの値に対応する制御信号（目標値）を算出し、減算器２１に供給する。
【００３２】
メモリ２０ｃは、例えば半導体メモリなどが用いられる。このメモリ２０ｃには、例えば画像の輝度信号とアイリス１１の開口径１１ｃの最適な値とを対応づけたテーブル、アイリス１１の開口径１１ｃの値と制御信号（目標値）とを対応づけたテーブル、目標値算出部２０ｂで算出された目標値等が記憶される。
【００３３】
減算器２１は、特許請求の範囲に記載した偏差演算部の一例であり、マイコン２０の目標値算出部２０ｂで算出された目標値、および、後述する４項平均フィルタ３０を介してホールセンサ１４の検出値（メータ１３の現在位置情報）が入力される。減算器２１は、目標値から検出値を減算し、その値（偏差）をマイコン２０、比例演算部２２、スイッチ２５を介して積分演算部２３、並びに微分演算器２４に供給する。なお、減算器２１に替えて加算器を使用してもよく、その場合、４項平均フィルタ３０から出力される信号は反転されて入力される。
【００３４】
比例演算部２２は、減算器２１から供給される目標値と検出値との偏差に比例ゲイン（比例定数）ｋpを乗算する。
【００３５】
積分演算部２３は、スイッチ２５がオンのとき、減算器２１から供給される目標値と検出値との偏差に積分ゲイン（積分定数）ｋi／ｓを乗算する。なお、ｓは、ｓ平面（ｓ領域）を表し、ｓ＝ｊωと置き換えられる。
【００３６】
微分演算部２４は、減算器２１から供給される目標値と検出値との偏差に基づいて微分値を演算し、その値に微分ゲイン（微分定数）kd・ｓを乗算する。なお、上記の積分演算では位相がπ／２だけ遅れ、逆に微分演算では位相がπ／２だけ進む。
【００３７】
加算器２６は、比例演算部２２、積分演算部２３および微分演算部２４の演算の結果を加算する部分である。この加算器２６は、加算した結果を減算器２７および出力端子３２に供給する。
【００３８】
減算器２７は、加算器２６で演算された結果から入力端子３１より入力される低周波数域の外乱信号が減算される部分である。なお、減算器２７に替えて加算器を使用してもよく、その場合、入力端子３１より入力される信号は反転されて入力される。
【００３９】
零次ホールダ２８は、サンプリング時刻における値を、サンプリング時間の範囲で一定の値に保持するものである。これら加算器２６、減算器２７および零次ホールダ２８は、駆動信号出力部の一例であるが、この例に限られるものではない。
【００４０】
制御対象２９は、本実施の形態ではアイリス１１のアーム１２を動かすメータ１３であり、その伝達関数を例えば（ｓ−ｚ１）（ｓ−ｚ２）／（ｓ−ｐ１）（ｓ−ｐ２）で表される２次関数としている。ｚ１，ｚ２，ｐ１，ｐ２は制御対象ごとに決まる定数である。制御対象２９からの出力、すなわちホールセンサ１４の検出値が４項平均フィルタ３０および出力端子３３に供給される。
【００４１】
４項平均フィルタ３０は、現在の検出値と１サンプリング前、２サンプリング前および３サンプリング前の検出値の平均値を演算し、その結果を減算器２１に供給する。ここで、Ｚは、Ｚ平面を表し、双一次変換等によりＺ→ｓに変換される。また、Ｚ−１、Ｚ−２およびＺ−３はそれぞれ１サンプリング前、２サンプリング前および３サンプリング前の検出値を意味する。４項平均フィルタ３０は、例えば、制御サンプリングが１ｍｓであるときには、現在の検出値と、１ｍｓ、２ｍｓおよび３ｍｓ前の検出値の平均値を算出し、ホールセンサ１４の出力信号に加わるノイズなどの影響を緩和する。
【００４２】
次に、図５のフローチャートを参照して、制御部２０ａの動作を説明する。
【００４３】
まず、ステップＳ１において、制御部２０ａは、ホールセンサ１４の感度ばらつきを調整し、同一の開口径１１ｃに対するホールセンサ１４の検出値の電圧範囲を一定にする。この処理が終了後、ステップＳ２の処理に進む。
【００４４】
ステップＳ２において、制御部２０ａは、ホールセンサ１４から出力される信号（以下、「ホール出力」という。）の電圧変化が無視できる、すなわちホール出力の電圧変化幅が所定の上限閾値以上になったかどうかを判定する。電圧変化幅が上限閾値以上である場合には、当該ホール出力の電圧変化幅の監視を継続する。
【００４５】
ステップＳ３において、ホール出力の電圧変化幅が上限閾値以上ではないと判定された場合、制御部２０ａは、スイッチ２５をオンにする。この処理が終了後、ステップＳ４の処理に進む。
【００４６】
ステップＳ４において、制御部２０ａは、ホールセンサ１４から出力される信号の電圧変化幅が所定の下限閾値以下になったかどうかを判定する。ホール出力の電圧変化幅が下限閾値以下にならない場合には、ステップＳ３の処理に戻し、スイッチ２５をオンした状態を継続する。一方、ホール出力の電圧変化幅が下限閾値以下になった場合には、ステップＳ５の処理に進む。この所定の下限閾値は、例えばほぼゼロに設定してもよい。
【００４７】
ステップＳ５において、制御部２０ａは、スイッチ２５をオフにする。この処理が終了後、ステップＳ６の処理に進む。
【００４８】
ステップＳ６において、制御部２０ａは、撮影が終了したかどうかを判定する。撮影が終了していない場合には、ステップＳ２の処理に戻る。撮影が終了した場合には、スイッチ２５をオン・オフするための一連の処理を終了する。
【００４９】
制御部２０ａがこのような処理を行うことにより、ホール出力の電圧変化幅が閾値より大きいときにスイッチ２５をオンにして、積分演算部２３を動作させることができる。よって、必要なときのみ積分演算部２３を動作させて制御対象２９の適切な制御を行い、必要のないときには積分演算部２３を動作させないので電力消費を抑えられる。
【００５０】
図６は、時間と積分電圧との関係を示したグラフであり、（ａ）は従来の積分要素の電圧、（ｂ）は本発明の一実施の形態による積分要素の電圧を示す。それぞれ横軸は時間、縦軸は電圧を表す。
【００５１】
図６（ａ）に示すように、従来例では、目標値と検出値との間に偏差が発生すると、その偏差量に関係なく、アイリス（制御対象）の移動方向（＋または−）だけ決めて偏差が無くなるまで一定の変化率で電圧を印加する。つまり、ある時間において、時間軸と電圧変化率を示す直線とで囲まれる面積（積分値）に応じた電圧を印加する。この場合、偏差量に応じて印加電圧の変化率を変更できないので、適切な制御が行えない。
【００５２】
図６（ｂ）は、本実施の形態の積分演算部２３による電圧を示したグラフである。積分演算部２３では、目標値と検出値との間に偏差が発生すると、目標値と検出値の偏差の偏差量に基づいて印加電圧の変化率が決定される。そして、アイリス（制御対象）の移動方向（＋または−）を決めて偏差が無くなるまで偏差量に応じた変化率で増加する電圧を印加する。図６（ｂ）に示すグラフでは、偏差小と偏差大のそれぞれの場合における直線の例を示している。それぞれの偏差量に応じて、ある時間において、時間軸と変化率を示す直線とで囲まれる面積（積分値）に応じた電圧を印加する。例えば、目標値と検出値が大きく離れた場合は大きな変化率で印加電圧を増加させ、目標値と検出値が少し離れている場合は小さな変化率で印加電圧を増加させる。このように、偏差量つまり偏差の絶対値に比例した積算偏差量を印加すべき電圧の変化率に反映するようにした場合、応答が早い。なお、図６（ｂ）に示した直線の形状は、積分ゲインｋiに応じて決定される。
【００５３】
次に、極配置式で制御パラメータを求めることを考える。図４に示した制御ブロックの内部構成について、説明の簡便のために制御対象は２次関数とし、零次ホールダ２８と４項平均フィルタ３０を除き、連続系で極配置を考える。簡略化した制御ブロックのブロック図を、図７に示す。
【００５４】
図７の制御ブロック１８Ａは、図４の制御ブロック１８から零次ホールダ２８と４項平均フィルタ３０を除いた構成である。また、制御対象２９Ａの伝達関数をＫ′・ｋi／ｓとしている。その他、図７において、図４の制御ブロックと対応する部分には同一符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００５５】
図８に、上述の図４に示した制御系と図７に示した制御系の特性を評価する評価システムの概略構成を示す。
【００５６】
図８において、評価基板３２に対して外乱信号に対応する測定用信号を供給し、その応答信号をＦＦＴアナライザ３１で高速フーリエ変換（FFT：Fast Fourier Transform）を行って周波数特性を測定・解析する。上述の制御ブロック１８を含むカメラ装置１が評価基板３２に対応し、ホールセンサ１４の検出値をＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換してＦＦＴアナライザ３１に入力する。
【００５７】
カメラ装置１（製品側）でホールセンサ１４の出力調整を行うのと同様に、ＦＦＴアナライザ３１でホールセンサ１４の感度バラツキを無視できるよう出力調整を行う。例えば、光路上のアイリス１１の開口径１１ｃが最大の状態と最小の状態で、ホールセンサ１４のアナログ／デジタル変換後の出力がそれぞれ、所定の電圧値になるよう、制御用ソフトウェアからの指示により調整する。そして、ホールセンサ１４の感度の規格化を行った後、アイリス１１の開口径１１ｃを半開の状態、例えばホールセンサ１４の出力を開口径最大のときの電圧値と開口径最小のときの電圧値の中間値に固定する。
【００５８】
なお、ＦＦＴアナライザ３１には、横河ヒューレットパッカード社製のコントロールシステムアナライザ（ＨＰ−３５６７０Ａ）を用いているが、この例に限られるものではない。また、評価基板３２に入力する測定用信号には、アイリス１１の絞りバネ１１ａ，１１ｂが最大に振れても機械的制約を受けないよう、振幅１００mVｏｐ程度の正弦波を印加するようにしている。
【００５９】
図７に示す制御対象２９Ａの伝達関数の係数Ｋ′は、中高周波数域のゲインが図４に示すものと合うように設定する。図４に示した制御対象２９と図７に示した制御対象２９Ａの周波数特性を、図９に示す。
【００６０】
図９において、横軸は対数表示の周波数を、縦軸はゲインを示す。制御対象２９Ａの伝達関数におけるＫ′＝６００００とすると、４０Ｈｚ〜１００Ｈｚ余りの帯域で双方の周波数特性が比較的一致した。
【００６１】
図７に示す制御系の入力端子３１から出力端子３３までの伝達関数Ｇ（ｓ）は、下記（１）式を変形して（２）式のようになる。
【００６２】
【数１】
2009186685.tif 000003
【００６３】
この分母式が、極表現の（３）式の分母式と一致するよう極配置式を求めると（４）式−（６）式となる。
【００６４】
【数２】
2009186685.tif 000004
【数３】
2009186685.tif 000005
【数４】
2009186685.tif 000006
【数５】
2009186685.tif 000007
【００６５】
また、比例ゲインｋpと定数ａ（位置ゲインを１０進化した値）、および微分ゲインと定数ｂ（速度ゲインを１０進化した値）の関係を、（７）式、（８）式とする。
【００６６】
【数６】
2009186685.tif 000008
【数７】
2009186685.tif 000009
【００６７】
ところで、制御対象の伝達関数は、二次遅れ要素を含み、この二次遅れ系の過渡応答の特性を評価する指標として減衰係数ζがある。この減衰係数ζは、ζ＝１に近いほど制御系の安定性が高くなる。ただし、ζ＝１の場合、例えばζ＝０．８などの場合と比較して、安定性はよいが即応性は劣る。そこで、安定性が高く、かつ、即応性のよい制御系を形成しようとする場合、減衰係数を適切な値に設定し、その適切に設定した減衰係数の値に応じて、比例ゲイン、積分ゲインおよび微分ゲインを決定することが必要である。
【００６８】
本実施の形態の小型・軽負荷のメータ１３の場合、（７）式の定数ａの前にある係数は例えば０．０５〜０．０６の範囲となるが、本実施の形態では、「０．０５５６６」としている。また、（８）式の定数ｂの前にある係数は例えば６．０×１０−４〜７．０×１０−４の範囲となるが、本実施の形態では、「６．４９４×１０−４」としている。上述したようにこれらの値は、デバイス（アクチュエータ）によっておおよそ決まるものである。
【００６９】
ここで、例えば、極を１００Hzとして、ｐ＝１００×２πとすると、（４）式−（６）式から比例ゲインｋp＝１９．７、積分ゲインｋi＝４１２８［V/rad・s］、微分ゲインｋd＝０．０３１４［V・s/rad］となる。そして、（７）式および（８）式から、ａ＝３５４、ｂ＝４８となる。
【００７０】
また、極を８０Ｈｚとして、同様にｐ＝８０×２πとすると、ｋp＝１２．６、ｋi＝２１１７［V/rad・s］、ｋd＝０．０２５１［V・s/rad］となる。このとき、ａ＝２２７、ｂ＝３７なので、Ｇp＝Ｅ３Ｈ、Ｇv（＝３２Ｈと近く、おおよそ妥当なパラメータであることが分かる。
【００７１】
したがって、Ｇp＝Ｅ３Ｈ、Ｇv＝３７Ｈと設定し、積分ゲインｋiを、０を超え４２００［V/rad・s］程度まで上げれば、サーボ帯域８０Ｈｚ程度で積分による外乱抑圧を含めたＰＩＤ制御が実現できると考えられる。また、このときの比例ゲインｋpは、１≦ｋp≦２０、かつ、微分ゲインｋdは、０．００１≦ｋd≦０．１［V・s/rad］であることが好ましい。
【００７２】
上記パラメータの値を設定する際、制御ブロックの非線形性を考慮し、安定性を判別した上で値を決定することが望ましい。
【００７３】
以上説明したように、本発明によれば、画揺らぎ（例えば、揺らぎと呼ばれるおよそ５Ｈｚ以下の緩やかな繰り返し振動）を抑えられる、または、無くすことができる。
【００７４】
また、撮像素子で受光する光量に段差が生じる現象を改善できる、または、無くすことができる。それにより、撮像素子で撮像した被写体の画像の輝度を滑らかに変化させることができる。
【００７５】
さらに、制御対象の変位に伴う摩擦に関する様々な問題の改善が可能になる。
【００７６】
なお、上述した実施の形態では、デジタル制御系において各パラメータを適切に設定することにより画揺らぎを低減した例について説明したが、アナログ回路でも同様の効果を得る制御系を実現することができる。
【００７７】
また、上述した実施の形態において、本発明のカメラ装置が適用されたカメラ装置の実施の形態として、スチルカメラを例に挙げて説明したが、その他、ビデオカメラ等にも適用できることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】制御器の周波数特性の例を示すグラフである。
【図２】揺らぎの説明に供する図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係るカメラ装置の概略構成を示す図であり、（ａ）はアイリスの開口部を小さくした状態、（ｂ）はアイリスの開口部を大きくした状態を示す。
【図４】本発明の一実施の形態に係るカメラ装置の内部構成の例を示すブロック図である。
【図５】本発明の一実施の形態に係る制御部の動作を示すフローチャートである。
【図６】時間と積分電圧の関係を示したグラフであり、（ａ）は従来例の積分電圧、（ｂ）は本発明の一実施の形態による積分電圧を示す。
【図７】本発明の一実施の形態に係るカメラ装置の内部構成の他の例を示すブロック図である。
【図８】評価システムの構成を示す図である。
【図９】本発明の一実施の形態に係る制御対象の周波数応答を示した図である。
【符号の説明】
【００７９】
１…カメラ装置、１０，１６…レンズ、１１…アイリス、１２…アーム、１３…メータ、１３ａ…回転軸、１４…ホールセンサ、１５…ドライバ、１７…撮像素子、１８，１８Ａ…制御ブロック、２０…マイコン、２０ａ…制御部、２０ｂ…目標値算出部、２０ｃ…メモリ、２１，２７…減算器、２２…比例演算部、２３…積分演算部、２４…微分演算部、２５…スイッチ、２６…加算器、２８…零次ホールダ、２９，２９Ａ…制御対象、３０…平滑化フィルタ、３１…ＦＦＴアナライザ、３２…評価基板
【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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【手続補正書】
【提出日】平成21年4月2日(2009.4.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５６】
図８において、評価基板４２に対して外乱信号に対応する測定用信号を供給し、その応答信号をＦＦＴアナライザ４１で高速フーリエ変換（FFT：Fast Fourier Transform）を行って周波数特性を測定・解析する。上述の制御ブロック１８を含むカメラ装置１が評価基板４２に対応し、ホールセンサ１４の検出値をＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換してＦＦＴアナライザ４１に入力する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５７】
カメラ装置１（製品側）でホールセンサ１４の出力調整を行うのと同様に、ＦＦＴアナライザ４１でホールセンサ１４の感度バラツキを無視できるよう出力調整を行う。例えば、光路上のアイリス１１の開口径１１ｃが最大の状態と最小の状態で、ホールセンサ１４のアナログ／デジタル変換後の出力がそれぞれ、所定の電圧値になるよう、制御用ソフトウェアからの指示により調整する。そして、ホールセンサ１４の感度の規格化を行った後、アイリス１１の開口径１１ｃを半開の状態、例えばホールセンサ１４の出力を開口径最大のときの電圧値と開口径最小のときの電圧値の中間値に固定する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５８】
なお、ＦＦＴアナライザ４１には、横河ヒューレットパッカード社製のコントロールシステムアナライザ（ＨＰ−３５６７０Ａ）を用いているが、この例に限られるものではない。また、評価基板４２に入力する測定用信号には、アイリス１１の絞りバネ１１ａ，１１ｂが最大に振れても機械的制約を受けないよう、振幅１００mVｏｐ程度の正弦波を印加するようにしている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７０】
また、極を８０Ｈｚとして、同様にｐ＝８０×２πとすると、ｋp＝１２．６、ｋi＝２１１７［V/rad・s］、ｋd＝０．０２５１［V・s/rad］となる。このとき、ａ＝２２６、ｂ＝３９なので、Ｇp（位置ゲイン）＝Ｅ２Ｈ、Ｇv（速度ゲイン）＝２７Ｈとなる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７１】
したがって、Ｇp＝Ｅ２Ｈ、Ｇv＝２７Ｈと設定し、積分ゲインｋiを、０を超え４２０
０［V/rad・s］程度まで上げれば、サーボ帯域８０Ｈｚ程度で積分による外乱抑圧を含めたＰＩＤ制御が実現できると考えられる。また、このときの比例ゲインｋpは、１≦ｋp≦２０、かつ、微分ゲインｋdは、０．００１≦ｋd≦０．１［V・s/rad］であることが好ましい。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７９】
１…カメラ装置、１０，１６…レンズ、１１…アイリス、１２…アーム、１３…メータ、１３ａ…回転軸、１４…ホールセンサ、１５…ドライバ、１７…撮像素子、１８，１８Ａ…制御ブロック、２０…マイコン、２０ａ…制御部、２０ｂ…目標値算出部、２０ｃ…メモリ、２１，２７…減算器、２２…比例演算部、２３…積分演算部、２４…微分演算部、２５…スイッチ、２６…加算器、２８…零次ホールダ、２９，２９Ａ…制御対象、３０…平滑化フィルタ、３１…ＦＦＴアナライザ、４２…評価基板