(57)【要約】  操作量と可動体の移動速度を線形関係となるように補正して駆動特性の安定化を図る。  矩形波の駆動信号により圧電素子を伸縮させて可動体を移動する。操作量に基づいて矩形波の駆動信号を発生する。操作量と可動体の移動速度との対応関係の非線形性に対して、矩形波の駆動信号のデューティ比または周波数を調整することにより線形化補正を行う。例えば、非線形性は、矩形波の駆動信号の波高値制御に伴う非線形性である。また、例えば、非線形特性は、圧電素子の非線形性に伴う非線形性である。
2020121772.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
矩形波の駆動信号により圧電素子を伸縮させて可動体を移動する駆動部と、
操作量に基づいて上記矩形波の駆動信号を発生するパルス発生部を備え、
上記パルス発生部は、
上記操作量と上記可動体の移動速度との対応関係の非線形性に対して、上記矩形波の駆動信号のデューティ比または周波数を調整することにより線形化補正を行う
撮像装置。
【請求項２】
上記操作量は、上記可動体の目標位置と現在位置との差に応じたサーボ操作量である
請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
上記可動体は、レンズである
請求項１に記載の撮像装置。
【請求項４】
上記レンズは、フォーカスレンズである
請求項３に記載の撮像装置。
【請求項５】
上記非線形性は、上記矩形波の駆動信号の波高値制御に伴う非線形性である
請求項１に記載の撮像装置。
【請求項６】
上記パルス発生部は、バッテリー残量に応じて波高値プロファイルを切り替えると共に、該波高値プロファイルの切り替えに応じて上記線形化補正の特性を切り替える
請求項５に記載の撮像装置。
【請求項７】
上記パルス発生部は、撮像モードに応じて波高値プロファイルを切り替えると共に、該波高値プロファイルの切り替えに応じて上記線形化補正の特性を切り替える
請求項５に記載の撮像装置。
【請求項８】
上記非線形特性は、上記圧電素子の非線形性に伴う非線形性である
請求項１に記載の撮像装置。
【請求項９】
上記パルス発生部は、温度および/または上記可動体の姿勢に応じて上記線形化補正の特性を切り替える
請求項８に記載の撮像装置。
【請求項１０】
上記パルス発生部は、上記操作量と上記デューティ比または上記周波数との対応関係を示すテーブルまたは式に基づいて上記線形化補正を行う
請求項１に記載の撮像装置。
【請求項１１】
矩形波の駆動信号により圧電素子を伸縮させて可動体を移動する手順と、
操作量に基づいて上記矩形波の駆動信号を発生する手順を有し、
上記矩形波の駆動信号を発生する際に、上記操作量と上記可動体の移動速度との対応関係の非線形性に対して、上記矩形波の駆動信号のデューティ比または周波数を調整することにより線形化補正を行う
撮像装置の駆動方法。
【請求項１２】
矩形波の駆動信号により圧電素子を伸縮させて可動体を移動する駆動部と、
操作量に基づいて上記矩形波の駆動信号を発生するパルス発生部を備え、
上記パルス発生部は、
上記操作量と上記可動体の移動速度との対応関係の非線形性に対して、上記矩形波の駆動信号のデューティ比または周波数を調整することにより線形化補正を行う
駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、撮像装置、撮像装置の駆動方法および駆動装置に関する。詳しくは、操作量と可動体の移動速度を線形関係となるように補正して駆動特性の安定化を図る撮像装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧電インパクト機構において、Ｈブリッジ回路を用いて矩形波の駆動信号のデューティ比（Duty ratio）を変更することにより、簡素な構成で可動体の速度調整を行いつつ、位置決め制御を行う方法が知られている。駆動信号波形は、１周期中に充電と逆方向充電の一対の組み合わせからなる矩形波であり、デューティ比変更により充電、逆方向充電の時間幅を調節して、可動体の速度の調節を行うことが可能である。【０００３】
サーボ位置決め制御と組み合わせる場合には、サーボ演算結果に基づくサーボ操作量（駆動操作量）に応じてデューティ比を変更することになる。デューティ比に対する可動体の速度特性、すなわち、サーボ操作量に対する速度特性が線形な関係となると、駆動特性が安定するため制御が行いやすくなる。【０００４】
矩形波の駆動信号のデューティ比の他、その駆動信号の波高値の制御も同時に行うことがある。低速駆動時の波高値を高速駆動時より下げると、充電から逆方向充電の切り替え時の突入電流が下がり、消費電力と動作音を低減できる。【０００５】
しかし、波高値の制御を行う場合、行わない場合と同様に駆動操作量からデューティ比への変換を行うと、波高値を下げたことにより可動体の駆動速度が低下して、駆動操作量に対する可動体の速度特性が線形とならない。この場合、低速駆動域で理想の特性からのずれが大きくなり、低速駆動、微小駆動での駆動の安定性に悪影響がある。【０００６】
また、圧電素子（ピエゾ素子）の特性でも、駆動操作量に対する可動体の速度の不感帯や理想線形特性からのずれがある。例えば、特許文献１には、不感帯の境界の駆動操作量で駆動の開始、停止を行う技術が、開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１７−１２３７０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本技術の目的は、操作量と可動体の移動速度を線形関係となるように補正して駆動特性の安定化を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本技術の概念は、
矩形波の駆動信号により圧電素子を伸縮させて可動体を移動する駆動部と、
操作量に基づいて上記矩形波の駆動信号を発生するパルス発生部を備え、
上記パルス発生部は、
上記操作量と上記可動体の移動速度との対応関係の非線形性に対して、上記矩形波の駆動信号のデューティ比または周波数を調整することにより線形化補正を行う
撮像装置にある。【００１０】
本技術においては、駆動部およびパルス発生部を備えるものである。駆動部では、矩形波の駆動信号により圧電素子が伸縮されて可動体が移動される。例えば、可動体はレンズである、ようにされてもよい。また、この場合、例えば、レンズはフォーカスレンズである、ようにされてもよい。パルス発生部により、操作量に基づいて矩形波の駆動信号が発生される。例えば、操作量は、可動体の目標位置と現在位置との差に応じたサーボ操作量である、ようにされてもよい。【００１１】
パルス発生部では、操作量と可動体の移動速度との対応関係の非線形性に対して、矩形波の駆動信号のデューティ比または周波数が調整されることにより線形化補正が行われる。例えば、パルス発生部は、操作量とデューティ比または周波数との対応関係を示すテーブルまたは式に基づいて線形化補正を行う、ようにされてもよい。【００１２】
このように本技術においては、操作量と可動体の移動速度との対応関係の非線形性に対して、矩形波の駆動信号のデューティ比または周波数を調整することにより線形化補正を行うものである。そのため、駆動特性の安定化を図ることが可能となる。【００１３】
なお、本技術において、例えば、非線形性は、矩形波の駆動信号の波高値制御に伴う非線形性である、ようにされてもよい。これにより、矩形波の駆動信号の波高値制御に伴う非線形性があっても、それに対する線形化補正が行われることから、例えば、電力と駆動音の低減と、駆動安定性を両立させることができる。【００１４】
そして、この場合、例えば、パルス発生部は、バッテリー残量に応じて波高値プロファイルを切り替えると共に、この波高値プロファイルの切り替えに応じて線形化補正の特性を切り替える、ようにされてもよい。この場合、バッテリー残量に応じて波高値プロファイルを切り替えても、駆動特性が損なわれないようになる。【００１５】
また、この場合、例えば、パルス発生部は、撮像モードに応じて波高値プロファイルを切り替えると共に、この波高値プロファイルの切り替えに応じて線形化補正の特性を切り替える、ようにされてもよい。この場合、撮像モードに応じて波高値プロファイルを切り替えても、駆動特性が損なわれないようになる。【００１６】
また、例えば、非線形特性は、圧電素子の非線形性に伴う非線形性である、ようにされてもよい。これにより、圧電素子の非線形性があっても、それに対する線形化補正が行われることから、良好な駆動特性を得ることができる。【００１７】
そして、この場合、例えば、パルス発生部は、温度および/または可動体の姿勢に応じて線形化補正の特性を切り替える、ようにされてもよい。この場合、温度や可動体の姿勢が変化しても、駆動特性が損なわれないようになる。【００１８】
また、本技術の他の概念は、
矩形波の駆動信号により圧電素子を伸縮させて可動体を移動する駆動部と、
操作量に基づいて上記矩形波の駆動信号を発生するパルス発生部を備え、
上記パルス発生部は、
上記操作量と上記可動体の移動速度との対応関係の非線形性に対して、上記矩形波の駆動信号のデューティ比または周波数を調整することにより線形化補正を行う
駆動装置にある。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】カメラの前面側外観を示す概略斜視図である。
【図２】カメラの可動体の一つであるフォーカスレンズのレンズ駆動機構を示す斜視図である。
【図３】レンズ駆動機構により駆動されるレンズ枠を示す斜視図である。
【図４】カメラのレンズ駆動機構の平面断面図である。
【図５】圧電インパクト機構の駆動原理を説明するための図である。
【図６】駆動信号と圧電素子の変位の一例を示す図である。
【図７】カメラの回路構成例を概略的に示すブロック図である。
【図８】レンズＣＰＵ１３１の構成例を示すブロック図である。
【図９】Ｈブリッジを用いたモータドライバの構成例を示す図である。
【図１０】駆動波形を示す図である。
【図１１】駆動信号の波高値を変更した場合のデューティ比と電力の関係の一例を示す図である。
【図１２】サーボ操作量と駆動速度、波高値、ディーティ比の関係の一例を示す図である。
【図１３】ＰＡＭ制御におけるサーボ操作量に対する波高値の一例と、そのときの、サーボ操作量に対する補正前デューティ比、補正量、補正後デューティ比の補正テーブルの一例を示す図である。
【図１４】ＰＷＭ周波数の補正によって線形化補正を行うことを説明するための図である。
【図１５】従来と本技術における低速ランプ駆動時の応答を比較して示す図である。
【図１６】従来と本技術における動画時に使われるウォブリング駆動の指示と応答を比較して示す図である。
【図１７】サーボ操作量と駆動速度、波高値の関係の一例を示す図である。
【図１８】ＰＡＭ制御におけるサーボ操作量に対する波高値の一例と、そのときの、サーボ操作量に対する補正前デューティ比、補正量、補正後デューティ比の補正テーブルの一例を示す図である。
【図１９】カメラＣＰＵおよびレンズＣＰＵにおける処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図２０】カメラＣＰＵおよびレンズＣＰＵにおける処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図２１】圧電素子の非線形性に伴う非線形性に対する線形化補正を説明するための図である。
【図２２】サーボ操作量に対する補正前デューティ比、補正量、補正後デューティ比の補正テーブルの一例を示す図である。
【図２３】レンズＣＰＵにおける補正テーブルの更新フローを示すフローチャートである。
【図２４】現在の温度、姿勢に対応した補正テーブルの補間生成方法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、発明を実施するための形態（以下、「実施の形態」とする）について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．実施の形態
２．変形例
【００２１】
＜１．実施の形態＞
［撮像装置の構成］
図１〜図４は、実施の形態としての、静止画おおび動画の撮影が可能なカメラ（撮像装置）１００の構成例を示している。なお、図１は、カメラ１００の前面側外観を示す概略斜視図である。図２は、カメラ１００の可動体の一つであるフォーカスレンズ１２１のレンズ駆動機構を示す斜視図である。図３は、レンズ駆動機構により駆動されるレンズ枠３００を示す斜視図である。図４は、カメラ１００のレンズ駆動機構の平面断面図である。
【００２２】
カメラ１００は、カメラ全体を制御する制御部や、撮像素子、撮像素子によって取得された画像信号を処理する信号処理部等を備える本体部１１０と、ズームレンズ、フォーカスレンズ、補正レンズ部等を備えるレンズ部１２０とから構成される。例えば、レンズ部１２０は、本体部１１０に対して、着脱自在とされている。
【００２３】
本体部１１０は、撮像装置全体を制御する制御部や、撮像素子、当該撮像素子で得られた画像信号を処理する信号処理部等を備える。撮像素子としては、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Devices）型イメージセンサ、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）型イメージセンサなどの撮像素子を用いることができる。
【００２４】
撮像素子で得られた画像信号は、ノイズ除去処理や利得制御処理がされ、さらにアナログ信号からデジタル信号に変換されて信号処理部に送られる。信号処理部は、画像信号に対して、撮像素子における欠陥画素の信号を補正する欠陥補正処理、レンズの周辺光量低下を補正するシェーディング補正処理、ホワイトバランス調整や輝度補正等の処理を行う。信号処理部で処理された画像信号は、例えばディスプレイ等の出力部へ送られる。
【００２５】
レンズ部１２０は、例えば変倍を行うズームレンズ、フォーカシングを行うフォーカスレンズ、撮像素子の撮像面上に形成される光学像の位置を撮像面上で移動させる補正レンズ部等を有して構成されている。ズームレンズ、フォーカスレンズおよび補正レンズ部は、制御部からのレンズ制御信号に基づいて駆動されてもよく、ユーザが操作して駆動することもできる。また、レンズ部１２０は、撮像素子の撮像面への露光量を機械的に調節するメカニカルシャッターと、撮像素子の撮像面上に形成される光学像の光量を調節する絞り機構を備えている。
【００２６】
ズームレンズやフォーカスレンズのレンズ位置、補正レンズ部の変位状態、絞り機構の設定位置等は光学系センサによって検出され、位置信号として制御部へ出力される。また、レンズ部１２０には、制御部からの制御信号に基づいて、ズームレンズやフォーカスレンズ、補正レンズ部、絞り機構等を駆動するドライバが設けられる。
【００２７】
また、カメラ１００は、可動体としてのレンズや撮像素子を所定の位置に移動させる駆動機構を備えており、フォーカシング用や撮像素子のぶれ補正用として用いられる。駆動機構の一構成例として、フォーカスレンズ１２１を駆動するレンズ駆動機構について、図２〜図４に基づき説明する。
【００２８】
フォーカスレンズ１２１を駆動するレンズ駆動機構は、図２に示すように、カメラ１００に対して固定される固定部材２００と、フォーカスレンズ１２１を支持し、固定部材２００に光軸方向に移動可能に設けられたレンズ枠３００とからなる。なお、フォーカスレンズ１２１およびレンズ枠３００は、可動体を構成する。
【００２９】
固定部材２００は、略円筒形状の部材であって、開口部の両端には中心軸に向かってせり出す環状面２００ａ、２００ｂを備える。固定部材２００の中空部分にはレンズ枠３００が配置される。固定部材２００は、径方向にほぼ対向する位置に、それぞれ光軸に平行に設けられた圧電アクチュエータ２１０の駆動軸２１２と副軸２４０とを備える。駆動軸２１２および副軸２４０により、レンズ枠３００は光軸方向に移動可能に支持されている。なお、光軸方向は固定部材２００の中心軸方向と同一である。
【００３０】
圧電アクチュエータ２１０は、印加される電圧に応じて伸縮する圧電素子２１４と、圧電素子２１４の伸縮方向一端側に接続された駆動軸２１２と、圧電素子２１４の伸縮方向他端側に接続された錘２１６とから構成される。圧電素子２１４と駆動軸２１２、圧電素子２１４と錘２１６とは、例えば接着剤によって固定されている。
【００３１】
駆動軸２１２は、例えば細形の丸軸部材である。駆動軸２１２は、固定部材２００の環状面２００ａ、２００ｂにそれぞれ形成された図示されていない駆動軸支持孔に挿通され、摺動可能に支持されている。また、駆動軸２１２には、環状面２００ａ、２００ｂにそれぞれ形成された駆動軸支持孔の間でレンズ枠３００の摺接面３０２が接している。
【００３２】
駆動軸２１２は、レンズ枠３００にねじ等の固定部材２３２により固定された付勢部材２３０によって摺接面３０２に向かって付勢され、レンズ枠３００と摩擦結合されている。駆動軸２１２とレンズ枠３００の摺接面３０２とが摩擦結合されていることで、圧電素子２１４に応じて移動する駆動軸２１２とともにレンズ枠３００を移動させることができる。付勢部材２３０には、例えば板ばね等を用いることができる。付勢部材２３０は、駆動軸２１２を付勢する付勢力の向きが副軸２４０の配置された方を向くように配置される。付勢部材２３０により、レンズ枠３００の傾きや駆動方向以外へのレンズ枠３００の移動を抑制できる。
【００３３】
付勢部材２３０の付勢力により駆動軸２１２と摺接面３０２との間で発生している摩擦力によって、圧電アクチュエータ２１０の通電をオフにした状態でも、駆動軸２１２と摺接面３０２との位置がずれないように保持可能な構成となっている。これにより、駆動軸２１２をガタつきなく設けることができる。この摩擦力は、フォーカスレンズ１２１およびレンズ枠３００からなる可動体の重量に対して十分に大きな値に設定される。すなわち、カメラをぶつけた際の衝撃力や可動体が高速で駆動中に急停止した際に発生する慣性力に対しても、駆動軸２１２とレンズ枠３００との位置はずれずに保持できる値に設定される。このように、駆動軸２１２は、可動体を駆動する振動部材として機能するとともに、レンズ枠３００を軸方向に支持する支持部材としても機能する。
【００３４】
圧電素子２１４は、電極間に印加される矩形波の駆動信号により伸縮し、速度の異なる往復振動を発生する。圧電素子２１４の往復振動が駆動軸２１２に伝達されると、駆動軸２１２に摩擦結合したレンズ枠３００が駆動軸２１２の往復振動の非対称性により速度の遅い振動方向に移動される。これは、圧電インパクト機構の駆動原理を利用したものである。
【００３５】
図５（ａ）〜（ｃ）は、圧電インパクト機構の駆動原理を示している。また、図６（ｂ）は駆動信号（駆動電圧）Ｖｓの一例を示し、図６（ａ）は圧電素子の変位の一例を示している。圧電インパクト機構は、固定部１１、圧電素子１２、軸１３および可動部（可動体）１４により構成され、可動部１４は軸１３とバネによる摩擦力で結合されている。
【００３６】
圧電インパクト機構では、圧電素子１２に矩形波の駆動信号Ｖｓを印加することにより、圧電素子１２がゆっくり伸びる時に可動部１４が一緒に移動し、素早く縮むときに可動部１４は滑って置き去りになることを利用する。図５（ａ）〜（ｃ）のサイクルを数１０ｋＨｚ程度で高速に繰り返すことにより、可動部１４の移動が可能である。
【００３７】
駆動信号Ｖｓの波形は、図６（ｂ）に示すように、矩形波による充電と放電を１周期とするＰＷＭ (Pulse Width Modulation)により構成され、１周期中に、図６（ａ）に示すように、圧電素子１２が変位することで、図５（ａ）〜（ｃ）の伸縮のサイクルを行う。１周期中の充電と放電の時間幅を選択することにより、圧電素子１２の伸縮の速度が変わり、滑り、滑りなしの状態が調節される。
【００３８】
図２〜図４に戻って、錘２１６は、所定の重量を有する部材であり、圧電アクチュエータ２１０はこの錘２１６を介して固定部材２００に固定される。錘２１６は、例えばブロック状に形成されている。副軸２４０は、例えば細形の丸軸部材である。副軸２４０は、固定部材２００の環状面２００ａ、２００ｂにそれぞれ形成された駆動軸支持孔２０２、２０４に挿通され固定されている。また、駆動軸２１２は、駆動軸支持孔２０２、２０４の間でレンズ枠３００のガイド孔３３２に挿通している。レンズ枠３００は副軸２４０に沿って光軸方向に移動可能に設けられている。
【００３９】
駆動軸２１２および副軸２４０は、フォーカスレンズ１２１およびレンズ枠３００を含む可動体の重心を挟むように配置される。このように、駆動軸２１２と副軸２４０を結ぶ直線上に可動体の重心を配置することにより、可動体にかかる力やモーメントを駆動軸２１２と副軸２４０とによって最小の力で支持することができる。なお、レンズ駆動機構は、上述の構成例に限定されず、例えば駆動軸２１２と副軸２４０とを隣接して配置する構成であってもよい。
【００４０】
また、固定部材２００には、フォーカスレンズ１２１を保持するレンズ枠３００の位置、つまりレンズ位置を検出するための位置センサとして、例えば磁気センサ２２４が設けられている。磁気センサ２２４は、光軸方向に沿ってレンズ枠３００に設けられたマグネット２２２と対向するように設けられる。圧電アクチュエータ２１０の振動に応じてレンズ枠３００が光軸方向に移動すると、レンズ枠３００とともにマグネット２２２の位置も移動する。磁気センサ２２４は、マグネット２２２の位置により変化する磁界の強さを検出することで、レンズ枠３００の位置を特定する。
【００４１】
レンズ枠３００は、図２〜図４に示すように、固定部材２００の中空部分に配置され、フォーカスレンズ１２１を支持する部材である。レンズ枠３００は、フォーカスレンズ１２１を保持するレンズ保持部３１０と、レンズ保持部３１０から駆動軸２１２側に向かって延設された第１のアーム部３２０と、レンズ保持部３１０から副軸２４０側に向かって延設された第２のアーム部３３０とからなる。
【００４２】
第１のアーム部３２０には、駆動軸２１２に接触し、その軸方向に沿って支持する摺接面３０２が形成されている。このとき摺接面３０２は、図４に示すように、平面から見て駆動軸２１２と副軸２４０との間に挟まれるように配置される。摺接面３０２は、付勢部材２３０によって副軸２４０の配置されている方向に向かって付勢されている駆動軸２１２と摩擦結合されている。また、摺接面３０２は、駆動軸２１２の外周面に複数箇所で接しており、光軸に直交する方向における断面形状が例えば略Ｖ形状や略Ｕ形状となるように形成されている。
【００４３】
このように、駆動軸２１２の外周面に複数箇所で接する形状の摺接面３０２を駆動軸２１２と副軸２４０との間に配置することで、衝撃等によってレンズ枠３００が駆動軸２１２の駆動方向（すなわち、光軸方向）以外へ大きく移動するのを防止できる。なお、通常のレンズ枠３００の位置規制は、付勢部材２３０および後述する突起部３３４、３３４によって行われる。また、付勢部材２３０の付勢力に対する反力の発生を軽減することもできる。なお、第１のアーム部３２０には、レンズ枠３００の位置を検出する磁気センサ２２４と対向するように、マグネット２２２が設けられている。
【００４４】
第２のアーム部３３０には、副軸２４０が挿通されるガイド孔３３２が形成されている。ガイド孔３３２は、カメラ１００の落下等によってレンズ枠３００が傾いて圧電素子２１４に衝撃を与えるのを防止するために設けられている。なお、本開示に係るレンズ駆動機構において、ガイド孔３３２は必ずしも設けなくともよい。ガイド孔３３２の内径は、副軸２４０の外径より大きく、本来平行に配置される駆動軸２１２と副軸２４０とが、部品の寸法公差内で発生する副軸２４０の傾きを考慮しても副軸２４０とガイド孔３３２とが接触しない程度のクリアランスを有するように形成される。
【００４５】
また、第２のアーム部３３０には、副軸２４０を挟むように副軸２４０の外周面に接触する一対の突起部３３４、３３４が設けられている。突起部３３４、３３４は、図２に示すように、正面からみた形状が例えば副軸２４０に対して突出する略半円形状のブロック状に形成されている。これにより、副軸２４０を少ない接触部分で確実に支持することができる。なお、突起部３３４、３３４の形状はかかる例に限定されず、例えば正面からみた形状が副軸２４０に対して突出するＶ形状であってもよい。
【００４６】
突起部３３４、３３４は、駆動軸２１２を回転中心としたレンズ枠３００の回転方向から副軸２４０を挟み込むように設けられている。これにより、レンズ枠３００が駆動軸２１２を中心に回転する動きを規制している。なお、本実施形態では、一対の突起部３３４、３３４は、図２に示すようにガイド孔３３２に対してｚ軸負方向側に設けられているが、本開示はかかる例に限定されず、ガイド孔３３２に対してｚ軸正方向側に設けられてもよい。
【００４７】
本実施形態に係るレンズ駆動機構は、フォーカスレンズ１２１を保持するレンズ枠３００を圧電アクチュエータ２１０によって光軸方向に移動させる。このレンズ駆動機構において、レンズ枠３００に保持されるフォーカスレンズ１２１の光軸、駆動軸２１２および副軸２４０は平行となるように構成されている。
【００４８】
圧電アクチュエータ２１０の圧電素子２１４に電圧が印加されると、圧電素子２１４が伸縮し往復振動する。圧電素子２１４の往復振動が駆動軸２１２に伝達されると、駆動軸２１２に摩擦結合したレンズ枠３００が駆動軸２１２の往復振動の非対称性により速度の遅い振動方向に移動する。このように、レンズ枠３００は、圧電素子２１４に印加される電圧に応じて光軸方向に移動される。
【００４９】
図７は、カメラ１００の回路構成例を概略的に示している。カメラ１００は、本体部１１０とレンズ部１２０から構成されている。本体部１１０は、カメラＣＰＵ（Central Processing Unit）１１１と撮像素子１１２を有している。カメラＣＰＵ１１１は、本体部１１０の各部の動作を制御する。また、カメラＣＰＵ１１１は、レンズ部１２０との間で必要な情報の通信をする。撮像素子１１２は、ＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）イメージセンサなどで構成されている。
【００５０】
レンズ部１２０は、フィーカスレンズ１２１と、圧電素子１２４と、磁気センサ２２４を有している。また、レンズ部１２０は、レンズＣＰＵ１３１と、モータドライバ（駆動回路）１３２と、センサ１３３と、メモリ１３４を有している。レンズＣＰＵ１３１は、レンズ部１２０の各部の動作を制御する。また、レンズＣＰＵ１３１は、本体部１１０との間で必要な情報の通信をする。
【００５１】
また、センサ１３３は、環境温度や姿勢等を検出するセンサである。メモリ１３４は、線形化補正情報（テーブルまたは式）を格納する。本体部１１０のカメラＣＰＵ１１１は、レンズ部１２０のレンズＣＰＵ１３１に駆動命令やカメラ情報を送る。ここで、駆動命令には、フォーカスレンズ１２１の目標位置情報が含まれる。また、カメラ情報には、カメラの動画／静止画などのモード情報、フォーカス制御方法の情報、さらにバッテリー残量や被写体情報などが含まれる。また、レンズ部１２０のレンズＣＰＵ１３１は、本体部１１０のカメラＣＰＵ１１１にレンズ位置情報を送る。
【００５２】
レンズＣＰＵ１３１は、本体部１１０から送られてくる駆動命令やカメラ情報、磁気センサ２２４で検出されたレンズ位置情報、センサ１３３で検出された環境温度や姿勢の情報、メモリ１３４に格納されている線形化補正情報に基づいて矩形波の駆動信号を生成する。モータドライバ１３２は、レンズＣＰＵ１３１で生成された駆動信号に基づいて、圧電素子１２４に矩形波の駆動信号Ｖｓを印加し、可動体であるフォーカスレンズ１２１を駆動する。
【００５３】
図８は、レンズＣＰＵ１３１の構成例を示している。レンズＣＰＵ１３１は、減算器１４１と、制御器１４２と、駆動パルス発生器１４３と、パラメータ計算部１４４を有している。減算器１４１は、駆動命令に含まれる目標位置情報とレンズ位置情報に基づいて、目標位置に対するレンズ位置の差情報を取得する。
【００５４】
制御器１４２は、例えばＰＩＤ制御器（Proportional-Integral-Differential Controller）などである。パラメータ計算部１４４は、カメラ情報に基づいて、ＰＩＤゲインなどのサーボパラメータを計算し、そのサーボパラメータを制御器１４２に設定する。制御器１４２は、減算器１４１で得られた差情報に基づいてサーボ操作量（駆動操作量）を発生する。
【００５５】
また、パラメータ計算部１４４は、カメラ情報等に基づいて、サーボ操作量と駆動速度の非線形性に対する補正パラメータを計算し、駆動パルス発生器１４３に設定する。ここで、サーボ操作量と駆動速度の非線形性には、矩形波の駆動信号の波高値制御、いわゆるＰＡＭ（pulse-amplitude modulation）制御に伴う非線形性、あるいは圧電素子の非線形性に伴う非線形性などがある。駆動パルス発生器１４３は、制御器１４２で発生されるサーボ操作量に基づいて、矩形波の駆動信号を発生し、モータドライバ１３２に送る。この場合、駆動パルス発生器１４３では、パラメータ計算部１４４で計算された補正パラメータにより、矩形波の駆動信号のデューティ比または周波数が調整されて線形可補正が行われる。
【００５６】
図９は、モータドライバ１３２の構成例を示している。図１０は、駆動波形を示している。駆動パルス発生器１４３からの矩形波の駆動信号がモータドライバ１３２に送られ、Ｈブリッジのトランジスタ（ＦＥＴ：Field effect transistor）のオン/オフの切り替えにより、圧電素子１２４が接続される２つのドライバ出力端子に、駆動信号ＡOUT，ＢOUTがそれぞれ出力される。
【００５７】
Ｈブリッジへの供給電圧を＋Ｖｐ［Ｖ］とすると、駆動信号ＡOUT，ＢOUTは、Ｌｏ（０[V]）、Ｈｉ（Ｖｐ［Ｖ］）の２値からなる矩形波となる。このときの振幅Ｖｐ［Ｖ］を駆動信号の波高値と呼ぶ。圧電素子１２４は２つのドライバ出力端子の間に接続され、差動電圧Ｖｓが駆動信号として印加される。Ｈブリッジにより簡素な構成で、正方向、逆方向に通電方向の切り替えと、＋−Ｖｐの振幅の矩形波の駆動信号の印加が可能となる。
【００５８】
駆動信号Ｖｓは、駆動周期中に正負の電圧印加区間を持つ。１駆動周期中における正方向通電の時間幅の割合がデューティ比［％］である。デューティ比を調節することにより、駆動方向と速度を調節することが可能である。例えば、５０％であれば、正負の区間幅が同じで速度がゼロであり、デューティ比を増加させると正方向に速度が増していき、約６７％で正方向の速度が最高となる。一方で、５０％からデューティ比を減少させると負方向に速度が増していき、約３３％で逆方向の速度が最高となる。
【００５９】
Ｈブリッジへの供給電圧＋Ｖｐ［Ｖ］を可変とすることにより、波高値の調節も可能となる。波高値を小さくすることにより、通電方向反転時の突入電流が小さくなり、消費電力を削減できる一方で、圧電素子１２４の伸縮量も小さくなり速度が低下する。このように、矩形波の駆動信号に対して、ＰＷＭ周期（＝１/周波数）、デューティ比、波高値の３パラメータを調整することにより、消費電力や駆動速度を調節することが可能である。
【００６０】
[線形化補正]
「ＰＡＭ制御に伴う非線形性に対する線形化補正」
駆動パルス発生器１４３（図８参照）における線形化補正について説明する。まず、駆動パルス発生器１４３における、ＰＡＭ制御に伴う非線形性に対する線形化補正について説明する。
【００６１】
従来は、サーボ操作量（駆動操作量）に対して線形にデューティ比を変更している。図１１は、駆動信号の波高値を変更した場合のデューティ比と電力の関係の一例を示している。図１２（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、サーボ操作量と駆動速度、波高値、ディーティ比の関係の一例を示している。
【００６２】
ＰＡＭ制御なしの場合、図１１に破線で示すように、デューティ比５０％付近で速度ゼロ付近の消費電力が高く、位置決め制御で目標位置付近に留まっているときの電力が高いことになる。そのため、図１２（ｂ）に実線で示すように、サーボ操作量がゼロ、すなわち、デューティ比５０％を中心として波高値を下げるＰＡＭ制御を行った場合、図１１に実線で示すようにデューティ比５０％を中心として電力を削減することが可能になる。また圧電素子１２４の伸縮量も小さくなり、静音化にも効果がある。
【００６３】
従来は、図１２（ｃ）に破線で示すように、サーボ操作量に比例するデューティ比を生成している。電力が下がると駆動速度も低下するため、図１２（ａ）に実線で示すように、図１２（ａ）に破線で示すＰＡＭ制御なしに対して、波高値を下げた区間の速度の絶対値が低下して、サーボ操作量に対する駆動速度の非線形性が強くなる。サーボ操作量に対して、駆動速度が線形である方が制御し易く好適であるので、本技術では、駆動パルス発生器１４３において、非線形性の改善、つまり線形化補正を行う。
【００６４】
駆動パルス発生器１４３は、パラメータ計算部１４４で計算された補正パラメータに基づいて、線形化補正を行う。この場合、駆動パルス発生器１４３は、図１２（ｃ）に実線で示すように、図１２（ｃ）の破線で示すＰＡＭ制御なしのデューティ比に対して、ＰＡＭ制御により速度低下した分の速度を上乗せして補正するようにデューティ比の補正を行って、サーボ操作量に対する駆動速度の線形化補正を行う。以下に補正の一例を示す。
【００６５】
ＰＡＭ制御なしの場合、波高値は、図１２（ｂ）に破線で示すように、サーボ操作量によらず、一律ｅmax［Ｖ］であって、駆動速度は、図１２（ａ）に破線で示すようになり、デューティ比は、図１２（ｃ）に破線で示すようになる。
【００６６】
ここで、駆動速度をｖ、サーボ操作量をｕ、変換係数をａ，ｂとすると、駆動速度ｖは、以下の数式（１）で表され、デューティ比は、以下の数式（２）で表される。
ｖ＝ａ＊ｕ      ・・・（１）
デューティ比＝ｂ＊ｕ＋５０      ・・・（２）
【００６７】
一方、ＰＡＭ制御ありの場合、波高値は、図１２（ｂ）に実線で示すように、ｅmax［Ｖ］を上限として、サーボ操作量ゼロを中心にｅmin［Ｖ］まで下げており、サーボ操作量ｕの関数ｅ(u)となる。波高値の電圧が高いほど駆動速度が速くなる。そのため、線形化補正を行わないとき、駆動速度ｖは、以下の数式（３）で表され、ＰＡＭ制御で波高値を下げている分駆動速度が低下する。
ｖ＝ａ＊ｕ＊ｅ(u)/ｅmax      ・・・（３）
【００６８】
そこで、以下の数式（４）で表されるように、デューティ比を補正する。この数式（４）の右辺第三項がＰＡＭ制御による速度落ちの補正項である。補正係数ｃにより補正効果を調節できる。なお、sign(u)は、uの符号を示し、正であるときは＋１となり、負であるときは−１となる。なお、この補正項は一例であって、より次数の高い複雑な補正項であってもよい。
デューティ比＝ｂ＊ｕ＋５０＋ｃ＊ｅmax/ｅ(u)＊sign(u)      ・・・（４）
【００６９】
図１３（ａ）は、ＰＡＭ制御における、サーボ操作量に対する波高値の一例を示している。また、図１３（ｂ）は、そのときの、サーボ操作量に対する補正前デューティ比、補正量、補正後デューティ比の補正テーブルの一例を示している。なお、サーボ操作量は、正規化した値で示している。
【００７０】
駆動パルス発生器１４３は、この補正テーブルを参照して、サーボ操作量に対する補正後デューティ比を取得し、発生する矩形波の駆動信号のデューティ比をその補正後デューティ比に合わせる。なお、駆動パルス発生器１４３は、補正テーブルに存在しないサーボ操作量に対応する補正後デューティ比については、そのサーボ操作量の前後の、補正テーブルに存在するサーボ操作量に対応する補正後デューティ比に基づいて、補間演算を行って求める。
【００７１】
図１３（ｂ）に示すような補正テーブルは、メモリ１３４(図７参照)に格納されており、パラメータ計算部１４４により、駆動パルス発生器１４３に補正パラメータとして設定される。なお、メモリ１３４が補正テーブルの代わりに補正式（補正関数）を格納している場合は、その補正式が、パラメータ計算部１４４により、駆動パルス発生器１４３に補正パラメータとして設定される。
【００７２】
「ＰＷＭ周波数による線形化補正」
なお、上述では、デューティ比の補正によって線形化補正を行う例を説明した。しかし、ＰＷＭ周波数の補正によって同様の線形化補正を行うことも可能である。図１４（ａ）は、ＰＭＷ周波数と最高速度との関係の一例を示している。周波数ｆ０で最高速度のピーク値が得られる。個体ばらつき、電力などの都合により、速度ピーク値より低い周波数ｆ１で使用する場合には、周波数をｆ０方向へ近づけることにより駆動速度を増加させて、駆動速度低下分を補正することができる。
【００７３】
駆動パルス発生器１４３は、ＰＷＭ周波数の補正によって線形化補正を行う場合、図１４（ｂ）に実線で示すように、サーボ操作量に対して、ＰＷＭ周波数、つまり矩形波の駆動信号の周波数を調節する。なお、図１４（ｂ）の破線は、サーボ操作量に対してＰＷＭ周波数が一定である場合を示している。
【００７４】
上述したような線形化補正の効果について説明する。従来手法、つまり線形化補正を行わない場合においては、低速駆動、小振幅駆動では、低速付近の非線形な速度落ち込み領域の使用頻度が高く、非線形性の影響を受けやすい。
【００７５】
図１５は、低速ランプ駆動時の応答を示している。破線はレンズ位置決め制御系に対する目標位置を示し、実線はレンズ位置（レンズ現在位置）を示している（図８参照）。従来においては、図１５（ａ）に実線で示すように、目標位置に対してサーボの応答が安定せず、レンズ位置が目標位置に追従せず、近接、遅れを繰り返し、階段状の応答となってしまう。一方、本技術においては、図１５（ｂ）に実線で示すように、応答性が改善し、階段状の応答が改善され、目標位置とレンズ位置の偏差の変動が小さくなる。
【００７６】
図１６は、カメラ１００の動画時に使われるウォブリング(Wobbling)駆動の指示と応答を示している。ここで、破線は指示を示し、実線は応答を示している。Ｆ値が小さく被写界深度が浅い場合は小振幅、大きく深い場合は大振幅の指示が来る。
【００７７】
従来手法、つまり線形化補正を行わない場合においても、大振幅時では、低速域の非線形性の影響を受けにくいので、図１６（ａ）に示すように、指示に近い応答となる。しかし、従来手法では、図１６（ｂ）に示すように、小振幅時には低速域の非線形性の影響を受け易く、目標位置に追従しきれず、指示振幅に対して振幅が小さくなったり、応答が遅くなったりする。本技術では、低速域でも速度落ち込みが改善されるので、図１６（ｃ）に示すように、大振幅時と同様に、目標位置への追従が可能となる。
【００７８】
このように、線形化補正を行うことで、動画時の微小ウォブリング、マニュアルフォーカスでの微調整、スローズーム時のフォーカストラッキング性能が改善する。これにより、ＰＡＭ制御による電力削減と、低速、微小駆動時の性能の両立が可能となる。
【００７９】
「バッテリー残量に基づくＰＡＭ制御のプロファイル変更に伴う線形化補正の変更」
カメラ１００の本体部１１０のバッテリー残量に応じて、ＰＡＭ制御のプロファイルを変更することが考えられる。バッテリー残量が少なくなった際には、図１７（ｂ）に実線で示すように、高頻度に使用され電力削減効果の高いサーボ操作量ゼロ付近の波高値電圧をさらに下げ、消費電力をさらに削減して、スタミナを改善して撮影時間を延長し、あるいは撮影枚数の増加など撮影機会を損失しないようにする。
【００８０】
上述したように、本技術の線形化補正により、バッテリー残量が少ないときでも性能低下を最小限に抑えつつスタミナを改善することができる。一方、バッテリー残量が多いときには、上述の図１２（ｂ）に実線で示すようなＰＡＭ制御を用いて性能を優先することができる。なお、図１７（ａ）は、図１２（ａ）と同様に、サーボ操作量と駆動速度の対応関係を示している。
【００８１】
図１８（ａ）は、図１７（ｂ）の実線に対応したＰＡＭ制御における、サーボ操作量に対する波高値の一例を示している。また、図１８（ｂ）は、そのときの、サーボ操作量に対する補正前デューティ比、補正量、補正後デューティ比のテーブルの一例を示している。なお、サーボ操作量は、正規化した値で示している。
【００８２】
駆動パルス発生器１４３は、バッテリー残量が多いとき（このとき、図１３（ａ）に示すようなＰＡＭ制御がされている）、例えば図１３（ｂ）に示すテーブルを参照して、サーボ操作量に対する補正後デューティ比を取得し、発生する矩形波の駆動信号のデューティ比をその補正後デューティ比に合わせる。一方、駆動パルス発生器１４３は、バッテリー残量が少ないとき（このとき、図１８（ａ）に示すようなＰＡＭ制御がされている）、例えば図１８（ｂ）に示すテーブルを参照して、サーボ操作量に対する補正後デューティ比を取得し、発生する矩形波の駆動信号のデューティ比をその補正後デューティ比に合わせる。
【００８３】
なお、図１３（ｂ）および図１８（ｂ）に示すような補正テーブルは、メモリ１３４(図７参照)に格納されており、パラメータ計算部１４４により、ＰＡＭ制御に応じた補正テーブルが駆動パルス発生器１４３に補正パラメータとして設定される。なお、メモリ１３４が補正テーブルの代わりに補正式（補正関数）を格納している場合は、その補正式が、パラメータ計算部１４４により、駆動パルス発生器１４３に補正パラメータとして設定される。
【００８４】
図１９のフローチャートは、カメラＣＰＵ１１１およびレンズＣＰＵ１３１における処理手順の一例を示している。カメラＣＰＵ１１１は、ステップＳＴ１において、カメラ駆動命令の計算を開始する。次に、カメラＣＰＵ１１１は、ステップＳＴ２において、バッテリー残量を確認する。次に、カメラＣＰＵ１１１は、ステップＳＴ３において、バッテリー残量が多いか否かを判断する。この場合、カメラＣＰＵ１１１は、バッテリー残量を予め設定された閾値と比較することで判断する。
【００８５】
バッテリー残量が多いとき、カメラＣＰＵ１１１は、ステップＳＴ４において、残量フラグを“０”に設定し、その後にステップＳＴ６の処理に進む。一方、バッテリー残量が多くないとき、つまりバッテリー残量が少ないとき、カメラＣＰＵ１１１は、ステップＳＴ５において、残量フラグを“１”に設定し、その後にステップＳＴ６の処理に進む。
【００８６】
ステップＳＴ６において、カメラＣＰＵ１１１は、バッテリー残量情報（残量フラグ）を含む駆動コマンドを、レンズＣＰＵ１３１に対して送る。
【００８７】
次に、ステップＳＴ７において、レンズＣＰＵ１３１は、カメラＣＰＵ１１１からの駆動コマンドを受領する。次に、レンズＣＰＵ１３１は、ステップＳＴ８において、残量フラグが“０”であるか否かを判断する。残量フラグが“０”であるとき、レンズＣＰＵ１３１は、ステップＳＴ９において、バッテリー残量が多い場合におけるテーブル（図１３（ａ），（ｂ））を参照することに決定し、その後にステップＳＴ１１の処理に進む。一方、残量フラグが“０”でないとき、つまり残量フラグが“１”であるとき、レンズＣＰＵ１３１は、ステップＳＴ１０において、バッテリー残量が少ない場合におけるテーブル（図１８（ａ），（ｂ））を参照することに決定し、その後にステップＳＴ１１の処理に進む。
【００８８】
ステップＳＴ１１において、レンズＣＰＵ１３１は、ＰＡＭテーブル（図１３（ａ）あるいは図１８（ａ））を、メモリ１３４に設定する。このＰＡＭテーブルに基づいて、サーボ操作量に応じて、駆動信号の波高値が制御される。この場合、モータドライバ１３２のＨブリッジへの供給電圧＋Ｖｐ［Ｖ］がサーボ操作量に応じて可変されることになる。
【００８９】
次に、ステップＳＴ１２において、レンズＣＰＵ１３１は、補正テーブル（図１３（ｂ）あるいは図１８（ｂ））を、メモリ１３４に設定する。この補正テーブルに基づいて、サーボ操作量に応じて、矩形波の駆動信号のデューティ比が制御される。次に、レンズＣＰＵ１３１は、ステップＳＴ１３において、設定されたＰＡＭテーブルおよび補正テーブルに基づいて、駆動を開始する。ＰＡＭテーブルおよび補正テーブルが一度ＲＡＭに設定されると、制御周期毎の矩形波の駆動信号の発生において、それらのテーブルに基づいたＰＡＭ制御および線形化補正が行われる。
【００９０】
「動画/静止画モードに基づくＰＡＭ制御のプロファイル変更に伴う線形化補正の変更」
カメラ１００の本体部１１０の動画/静止画モードに応じて、ＰＡＭ制御のプロファイルを変更することが考えられる。動画時には、消費電力の削減の他、動画録画時のレンズの駆動音が小さくなるようにする。静止画の高速での性能や応答性を優先しつつ、動画録画時のレンズ駆動の静音化と低消費電力が両立するように、ＰＡＭ制御プロファイルを切り替え、それに対応して線形化補正も切り替える。
【００９１】
ＰＡＭ制御により、ＰＡＭ制御プロファイル（図１２（ｂ）、図１７（ｂ））の形状により駆動音が変わるので、最高速度を多少犠牲にしてもよいモードであれば、さらに最高速度側の波高値を下げることにより静音化のメリットを享受できる。
【００９２】
図２０のフローチャートは、カメラＣＰＵ１１１およびレンズＣＰＵ１３１における処理手順の一例を示している。カメラＣＰＵ１１１は、ステップＳＴ２１において、カメラ駆動命令の計算を開始する。次に、カメラＣＰＵ１１１は、ステップＳＴ２２において、動画モードか静止画モードかを確認する。次に、カメラＣＰＵ１１１は、ステップＳＴ２３において、動画モードかを判断する。
【００９３】
動画モードであるとき、カメラＣＰＵ１１１は、ステップＳＴ２４において、動画フラグを設定し、その後にステップＳＴ２６の処理に進む。一方、動画モードでないとき、つまり静止画モードであるとき、カメラＣＰＵ１１１は、ステップＳＴ２５において、静止画フラグを設定し、その後にステップＳＴ２６の処理に進む。
【００９４】
ステップＳＴ２６において、カメラＣＰＵ１１１は、付随フラグ（動画フラグあるいは静止画フラグ）を含む駆動コマンドを、レンズＣＰＵ１３１に対して送る。
【００９５】
次に、ステップＳＴ２７において、レンズＣＰＵ１３１は、カメラＣＰＵ１１１からの駆動コマンドを受領する。次に、レンズＣＰＵ１３１は、ステップＳＴ２８において、動画フラグが設定されているか否かを判断する。動画フラグが設定されているとき、レンズＣＰＵ１３１は、ステップＳＴ２９において、動画用テーブル（例えば、図１８（ａ），（ｂ））を参照することに決定し、その後にステップＳＴ３１の処理に進む。一方、静止画フラグが設定されているとき、レンズＣＰＵ１３１は、ステップＳＴ３０において、静止画用テーブル（例えば、図１３（ａ），（ｂ））を参照することに決定し、その後にステップＳＴ３１の処理に進む。
【００９６】
ステップＳＴ３１において、レンズＣＰＵ１３１は、ＰＡＭテーブル（図１８（ａ）あるいは図１３（ａ））を、メモリ１３４に設定する。このＰＡＭテーブルに基づいて、サーボ操作量に応じて、駆動信号の波高値が制御される。この場合、モータドライバ１３２のＨブリッジへの供給電圧＋Ｖｐ［Ｖ］がサーボ操作量に応じて可変されることになる。
【００９７】
次に、ステップＳＴ３２において、レンズＣＰＵ１３１は、補正テーブル（図１８（ｂ）あるいは図１３（ｂ））を、メモリ１３４に設定する。この補正テーブルに基づいて、サーボ操作量に応じて、矩形波の駆動信号のデューティ比が制御される。次に、レンズＣＰＵ１３１は、ステップＳＴ３３において、設定されたＰＡＭテーブルおよび補正テーブルに基づいて、駆動を開始する。ＰＡＭテーブルおよび補正テーブルが一度ＲＡＭに設定されると、制御周期毎の矩形波の駆動信号の発生において、それらのテーブルに基づいたＰＡＭ制御および線形化補正が行われる。
【００９８】
上述したように、バッテリー残量や動作/静止画モードに応じてＰＡＭ制御のプロファイルを変更すると共に、それに伴う線形化補正も変更することで、駆動性能の低下を抑制しつつ、電力削減と駆動音を小さくすることができる。なお、上述では、バッテリー残量や動作/静止画モードに応じてＰＡＭ制御のプロファイルを変更する例を説明したが、さらに環境温度や姿勢などのその他の条件に応じて、ＰＡＭ制御プロファイルを切り替えることも考えられる。
【００９９】
「圧電素子の非線形性に伴う非線形性に対する線形化補正」
次に、圧電素子１２４の非線形性に伴う非線形性に対する線形化補正について説明する。圧電素子１２４そのものも少なからず非線形性をもっている。上述の図５（ａ）〜（ｃ）で説明したように、圧電インパクト機構では、ゆっくり伸びる時に可動部が一緒に移動し、素早く縮む時には可動部が滑ることにより駆動するというように、原理的に摩擦を利用しているが、圧電インパクト機構（駆動装置）の個体差、姿勢、環境温度などにより、摩擦力が変化して、線形とならない場合がある。
【０１００】
特に、低速域では、図２１（ａ）に一点鎖線で示すように、速度が低下して、図２１（ａ）に破線で示すような理想直線から乖離し、速度ゼロ付近ではサーボ操作量に対して速度がゼロで変化しない不感帯が発生しやすくなる。これに対して、本技術では、図２１（ｂ）に実線で示すようにデューティ比を補正することにより、低速域で、図２１（ａ）に実線で示すように、理想直線からのずれ量を改善することにより、不感帯を軽減する。
【０１０１】
具体的には、完全に速度ゼロとなる不感帯（１）を除き、図２１（ａ）に破線で示すようなサーボ操作量と速度の折れ曲がり直線を補正狙いとして、それからの速度ずれ分を補正するようにデューティ比を補正する。摩擦を利用した機構のため、不感帯はゼロとはできないが、固着の発生しやすい駆動速度ゼロ付近の超低速域に対応するサーボ操作量の範囲を、（３）から（２）へ狭めることができ、超低速域で応答性能の不安定な領域に陥りにくくなる。
【０１０２】
図２２は、サーボ操作量に対する補正前デューティ比、補正量、補正後デューティ比の補正テーブルの一例を示している。なお、サーボ操作量は、正規化した値で示されている。この補正テーブルは、サーボ操作量ゼロ付近に不感帯があり、さらに中速にかけて速度補正狙いより速度落ちがある場合（図２１（ａ）に一点鎖線で示される）における例を示している。
【０１０３】
この補正テーブルにより、中速の速度落ちに対する分のデューティ比補正が行われ、狙い速度に近づけられる。操作量ゼロ付近は不感帯であり、不感帯を脱出するデューティ比が印加されない限り駆動できないため補正できない。補正量ゼロとして補正前のデューティ比と同じ値を出力してもよいが、制御サイクルで不感帯を超えるサーボ操作量が指示されるまで物理的に動き出すことができないことになるので、予め＋駆動方向であれば＋側の不感帯を脱出するデューティ比を、−駆動方向であれば−側の不感帯を脱出するデューティ比を指示すると、駆動開始を早めることができる。
【０１０４】
図示の例では、不感帯（１）に対応する補正量は０．００［％］とされて、−駆動方向への駆動は４６．０４［％］から開始し、＋駆動方向への駆動は５３．９６［％］から開始するようにされ、駆動開始を早めるようにされている。
【０１０５】
駆動パルス発生器１４３は、この補正テーブルを参照して、サーボ操作量に対する補正後デューティ比を取得し、発生する矩形波の駆動信号のデューティ比をその補正後デューティ比に合わせる。なお、駆動パルス発生器１４３は、補正テーブルに存在しなしサーボ操作量に対応する補正後デューティ比については、そのサーボ操作量の前後の補正テーブルに存在するサーボ操作量に対応する補正後デューティ比に基づいて補間演算を行って求める。
【０１０６】
図２２に示すような補正テーブルは、メモリ１３４(図７参照)に格納されており、パラメータ計算部１４４により、駆動パルス発生器１４３に補正パラメータとして設定される。なお、メモリ１３４が補正テーブルの代わりに補正式（補正関数）を格納している場合は、その補正式が、パラメータ計算部１４４により、駆動パルス発生器１４３に補正パラメータとして設定される。
【０１０７】
なお、上述では、デューティ比の補正によって線形化補正を行う例を説明した。詳細説明は省略するが、上述したＰＡＭ制御に伴う非線形性に対する線形化補正と同様に、ＰＷＭ周波数の補正によって線形化補正を行うことも可能である（図１４参照）。
【０１０８】
このように、線形化補正を行うことで、圧電素子１２４の非線形性に対しても、低速、微小駆動性能を改善することができる（図１１、図１２参照）。
【０１０９】
「環境温度、姿勢に応じた補正テーブルへの変更」
次に、環境温度、姿勢に応じた補正テーブルの変更について説明する。不感帯の幅や駆動最高速度は、環境温度、姿勢により変化する。常温、高温より低温の方が駆動速度の低下が大きく、不感帯が生じやすくなる。姿勢については、被駆動体の重力方向と駆動方向が直交する場合は、サーボ操作量に対する速度の特性は駆動方向によらず同等である。
【０１１０】
また、重力方向と駆動方向は同一直線上で、木登り方向（駆動方向と被駆動体の重力が反対方向）の場合は、被駆動体の自重の分推力が不利になるため駆動速度が低くなり、不感帯が生じやすくなる。一方、その反対方向（駆動方向と重力方向が一致）の場合は、自重の分推力が有利になるため駆動速度が高くなり、不感帯が生じにくくなる。そのため、環境温度、姿勢を検出して、補正テーブルを更新すると効果的である。
【０１１１】
環境温度や姿勢に応じて補正テーブルを更新するため、メモリ１３４（図７参照）には、代表的な、姿勢についての補正テーブルが保持される。この補正テーブルは、例えば図２２に示すように、サーボ操作量と補正後デューティ比から構成される。
【０１１２】
以下の説明では、代表的なテーブルとして、温度は、−５°Ｃ、２５°Ｃ、５５°Ｃの３種類とし、姿勢は、駆動方向と被駆動物の重力方向のなす角が−９０°、０°、９０°（交換レンズの場合、前玉上向き、セット水平、前玉下向きに相当）の３種類として、３×３の９通りの補正テーブルを、メモリ１３４に保持していると想定する。姿勢回転角−１８０°＜＝θ＜＝＋１８０°のうち、−９０°＜＝θ＜＝＋９０°を超える範囲については、θ’＝１８０−θ（θ＞９０°）、θ’＝−１８０−θ（θ＜−９０°）のθ’に読み替える。
【０１１３】
図２３のフローチャートは、レンズＣＰＵ１３１における補正テーブルの更新フローを示している。レンズＣＰＵ１３１は、ステップＳＴ４１において、カメラＣＰＵ１１１からの駆動コマンドを受領する。次に、レンズＣＰＵ１３１は、ステップＳＴ４２において、センサ１３３（姿勢センサ、温度センサを含む）から、姿勢情報および温度情報を取得する。
【０１１４】
次に、レンズＣＰＵ１３１は、ステップＳＴ４３において、温度がテーブル範囲内か否かを判断する。温度がテーブル範囲内であるとき、レンズＣＰＵ１３１は、ステップＳＴ４４において、メモリ１３４から前後の姿勢および前後の温度の補正テーブルを参照するものとし、その後に、ステップＳＴ４６の処理に進む。一方、温度がテーブル範囲内でないとき、レンズＣＰＵ１３１は、ステップＳＴ４５において、メモリ１３４から前後の姿勢および最近接の温度の補正テーブルを参照するものとし、その後に、ステップＳＴ４６の処理に進む。
【０１１５】
ステップＳＴ４６において、レンズＣＰＵ１３１は、参照補正テーブルに基づいて、現在の温度、姿勢に対応した補正テーブルを補間生成する。次に、レンズＣＰＵ１３１は、ステップＳＴ４７において、生成された補正テーブルをメモリ１３４ＲＡＭに設定する。そして、レンズＣＰＵ１３１は、ステップＳＴ４８において、設定された補正テーブルに基づいて、駆動を開始する。
【０１１６】
以下に、現在の温度、姿勢に対応した補正テーブルの補間生成方法を説明する。図２４（ａ）は、温度５°Ｃ、姿勢回転角１０°の場合の補間生成の一例を示している（ステップＳＴ４４およびステップＳＴ４６による処理に対応）。５°Ｃが補正テーブルの上下限の範囲内のため、前後の姿勢、前後の温度のテーブルとして、−５°Ｃ/０°、−５°Ｃ/９０°、２５°Ｃ/０°、２５°Ｃ/９０°（温度/姿勢回転角）の４個のテーブルが参照される。
【０１１７】
まず、−５°Ｃ/０°、−５°Ｃ/９０°の補正テーブルから、各サーボ操作量に対する補正後デューティ比のエントリーの値が姿勢回転角１０°になるように、姿勢について線形補間が行われ、−５°Ｃ/１０°の補正テーブルがワークメモリ上に生成される。次に、２５°Ｃ/０°、２５°Ｃ/９０°の補正テーブルから、２５°Ｃ/１０°の補正テーブルがワークメモリ上に生成される。
【０１１８】
そして、これら中間的に生成された−５°Ｃ/１０°、２５°Ｃ/１０°の補正テーブルから、各サーボ操作量に対する補正後デューティ比のエントリーの値を温度５°Ｃになるように、温度について線形補間が行われ、結果として、５°Ｃ/１０°の補正テーブルがワークメモリ上に生成される。
【０１１９】
図２４（ｂ）は、温度−１０°Ｃ、姿勢回転角１０°の場合の補間生成の一例を示している（ステップＳＴ４５およびステップＳＴ４６による処理に対応）。−１０°Ｃが補正テーブルの上下限の範囲外のため、例外処理として、最近接の温度、すなわち−５°Ｃの前後の姿勢のテーブルとして、−５°Ｃ/０°、−５°Ｃ/９０°（温度/姿勢回転角）の２個のテーブルが参照される。
【０１２０】
そして、これら−５°Ｃ/０°、−５°Ｃ/９０°の補正テーブルから、各サーボ操作量に対する補正後デューティ比のエントリーの値が姿勢回転角１０°になるように、姿勢について線形補間が行われ、−５°Ｃ/１０°の補正テーブルがワークメモリ上に生成され、これが−１０°Ｃ/１０°の補正テーブルとして用いられる。
【０１２１】
なお、補正テーブルの補間計算を簡素化するために、温度、姿勢の変化量を参考に必要なテーブル数を決めてもよい。また、前回の姿勢や温度からの差分が閾値を超えた時のみ補間テーブルが更新されるようにしてもよく、閾値は温度と姿勢でそれぞれ異なっていてもよい。また、上述は補正テーブルでの実装例であるが、補正関数（式）であってもよい。
【０１２２】
上述したように、本技術においては、低速駆動時に電圧波高値を低減することによる電力と駆動音の低減と、低速駆動や微小駆動における駆動安定性を両立させることができる。また、カメラ（撮像装置）に適用した場合の具体的な効果としては、以下の効果がある。
【０１２３】
（１）動画時の微小ウォブリング、マニュアルフォーカス、スローズーム時のトラッキング性能を向上させることができる。
（２）ボディのバッテリー残量により、電圧波高値のプロファイルを切り替えて、撮影枚数や撮影時間を増やしても、駆動性能が損なわれないようにできる。
（３）静止画と動画で、電圧波高値のプロファイルを切り替えても、駆動性能が損なわれないようにできる。この場合、静止画は応答性を優先することが可能となり、動画録画時は消費電力の削減と、レンズ駆動音を小さくすることが可能となる。
【０１２４】
なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、また付加的な効果があってもよい。
【０１２５】
＜２．変形例＞
なお、上述の実施の形態においては、本技術をカメラ１００に適用した例を示したが、カメラ１００以外の機器、例えばモバイル機器などにも同様に適用できる。また、上述の実施の形態においては、可動体がフォーカスレンズである例を示したが、ズームレンズやその他のレンズを同様に駆動することもできる。
【０１２６】
また、上述実施の形態においては、ＰＡＭ制御に伴う非線形性に対する線形化補正と圧電素子の非線形性に伴う非線形性に対する線形化補正をそれぞれ別個に行う例を示したが、詳細説明は省略するが、これらを組み合わせた線形化補正も同様に行うことができ、より高い効果を期待できる。
【０１２７】
以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１２８】
また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。
【０１２９】
なお、本技術は、以下のような構成もとることができる。
（１）矩形波の駆動信号により圧電素子を伸縮させて可動体を移動する駆動部と、
操作量に基づいて上記矩形波の駆動信号を発生するパルス発生部を備え、
上記パルス発生部は、
上記操作量と上記可動体の移動速度との対応関係の非線形性に対して、上記矩形波の駆動信号のデューティ比または周波数を調整することにより線形化補正を行う
撮像装置。
（２）上記操作量は、上記可動体の目標位置と現在位置との差に応じたサーボ操作量である
前記（１）に記載の撮像装置。
（３）上記可動体は、レンズである
前記（１）または（２）に記載の撮像装置。
（４）上記レンズは、フォーカスレンズである
前記（３）に記載の撮像装置。
（５）上記非線形性は、上記矩形波の駆動信号の波高値制御に伴う非線形性である
前記（１）から（４）のいずれかに記載の撮像装置。
（６）上記パルス発生部は、バッテリー残量に応じて波高値プロファイルを切り替えると共に、該波高値プロファイルの切り替えに応じて上記線形化補正の特性を切り替える
前記（５）に記載の撮像装置。
（７）上記パルス発生部は、撮像モードに応じて波高値プロファイルを切り替えると共に、該波高値プロファイルの切り替えに応じて上記線形化補正の特性を切り替える
前記（５）または（６）に記載の撮像装置。
（８）上記非線形特性は、上記圧電素子の非線形性に伴う非線形性である
前記（１）から（４）のいずれかに記載の撮像装置。
（９）上記パルス発生部は、温度および/または上記可動体の姿勢に応じて上記線形化補正の特性を切り替える
前記（８）に記載の撮像装置。
（１０）上記パルス発生部は、上記操作量と上記デューティ比または上記周波数との対応関係を示すテーブルまたは式に基づいて上記線形化補正を行う
前記（１）から（９）のいずれかに記載の撮像装置。
（１１）矩形波の駆動信号により圧電素子を伸縮させて可動体を移動する手順と、
操作量に基づいて上記矩形波の駆動信号を発生する手順を有し、
上記矩形波の駆動信号を発生する際に、上記操作量と上記可動体の移動速度との対応関係の非線形性に対して、上記矩形波の駆動信号のデューティ比または周波数を調整することにより線形化補正を行う
撮像装置の駆動方法。
（１２）矩形波の駆動信号により圧電素子を伸縮させて可動体を移動する駆動部と、
操作量に基づいて上記矩形波の駆動信号を発生するパルス発生部を備え、
上記パルス発生部は、
上記操作量と上記可動体の移動速度との対応関係の非線形性に対して、上記矩形波の駆動信号のデューティ比または周波数を調整することにより線形化補正を行う
駆動装置。
【符号の説明】
【０１３０】
１１・・・固定部
１２・・・圧電素子
１３・・・軸
１４・・・可動部（可動体）
１００・・・カメラ
１１０・・・本体部
１１１・・・カメラＣＰＵ
１１２・・・撮像素子
１２０・・・レンズ部
１２１・・・フォーカスレンズ
１２４・・・圧電素子
１３１・・・レンズＣＰＵ
１３２・・・モータドライバ
１３３・・・センサ
１３４・・・メモリ
１４１・・・減算器
１４２・・・制御器
１４３・・・駆動パルス発生器
１４４・・・パラメータ計算部
２００・・・固定部材
２００ａ，２００ｂ・・・環状面
２０２，２０４・・・駆動軸指示孔
２１０・・・圧電アクチュエータ
２１２・・・駆動軸
２１６・・・錘
２２２・・・マグネット
２２４・・・磁気センサ
２３０・・・付勢部材
２３２・・・固定部材
２４０・・・副軸
３００・・・レンズ枠
３０２・・・摺接面
３３２・・・ガイド孔
【図１】
2020121772.tif 000003
【図２】
2020121772.tif 000004
【図３】
2020121772.tif 000005
【図４】
2020121772.tif 000006
【図５】
2020121772.tif 000007
【図６】
2020121772.tif 000008
【図７】
2020121772.tif 000009
【図８】
2020121772.tif 000010
【図９】
2020121772.tif 000011
【図１０】
2020121772.tif 000012
【図１１】
2020121772.tif 000013
【図１２】
2020121772.tif 000014
【図１３】
2020121772.tif 000015
【図１４】
2020121772.tif 000016
【図１５】
2020121772.tif 000017
【図１６】
2020121772.tif 000018
【図１７】
2020121772.tif 000019
【図１８】
2020121772.tif 000020
【図１９】
2020121772.tif 000021
【図２０】
2020121772.tif 000022
【図２１】
2020121772.tif 000023
【図２２】
2020121772.tif 000024
【図２３】
2020121772.tif 000025
【図２４】
2020121772.tif 000026
【国際調査報告】
2020121772.tif 000027
2020121772.tif 000028
2020121772.tif 000029
2020121772.tif 000030
2020121772.tif 000031
2020121772.tif 000032