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公開番号2024179922
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-12-26
出願番号2023099259
出願日2023-06-16
発明の名称リニアアクチュエータの制御システム、レンズ装置、撮像装置、リニアアクチュエータの制御方法およびプログラム
出願人キヤノン株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類H02P 7/025 20160101AFI20241219BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】リニアアクチュエータの出力特性差による駆動性への影響を低減する。
【解決手段】コイルと界磁部とを備え、主軸に沿って駆動対象物を駆動させるリニアアクチュエータの制御システムは、駆動対象物またはリニアアクチュエータの位置情報をエンコーダから取得して、駆動対象物およびリニアアクチュエータの位置情報を演算し、駆動対象物の位置情報と駆動対象物を移動させる目標位置に基づいて、リニアアクチュエータの駆動を制御する制御量を演算し、制御量に基づいて、リニアアクチュエータの出力レベルを判定し、制御量およびリニアアクチュエータの位置情報に基づいて、リニアアクチュエータの出力方向を判別し、リニアアクチュエータの位置情報と、出力レベルと、出力方向とに基づいて、制御量を補正するための補正用ゲインを演算し、補正用ゲインを用いて制御量を補正する。
【選択図】図5

特許請求の範囲【請求項１】
コイルと界磁部とを備え、主軸に沿って駆動対象物を駆動させるリニアアクチュエータの制御システムであって、
前記駆動対象物と前記リニアアクチュエータとのうち少なくともいずれかの位置情報をエンコーダから取得して、前記駆動対象物および前記リニアアクチュエータの位置情報を演算する位置演算部と、
前記駆動対象物の位置情報と前記駆動対象物を移動させる目標位置に基づいて、前記リニアアクチュエータの駆動を制御する制御量を演算する制御量演算部と、
前記制御量に基づいて、前記リニアアクチュエータの出力レベルを判定する判定部と、
前記制御量および前記リニアアクチュエータの位置情報に基づいて、前記リニアアクチュエータの出力方向を判別する方向判別部と、
前記リニアアクチュエータの位置情報と、前記リニアアクチュエータの出力レベルと、前記リニアアクチュエータの出力方向とに基づいて、前記制御量を補正するための補正用ゲインを演算するゲイン演算部と、
前記補正用ゲインを用いて前記制御量を補正する補正部と、を有することを特徴とする制御システム。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記ゲイン演算部は、前記リニアアクチュエータの出力特性データ群から、前記出力レベルと前記出力方向に応じて演算に使用する出力特性データを選択し、該出力特性データを使用して前記位置情報に対応する補正用ゲインを演算することを特徴とする請求項１に記載の制御システム。
【請求項３】
前記出力特性データは、前記リニアアクチュエータの出力特性のプロファイルを予め関数近似して格納したデータであることを特徴とする請求項２に記載の制御システム。
【請求項４】
前記出力特性データは、前記リニアアクチュエータの出力特性のプロファイルを予め離散化して格納したデータであることを特徴とする請求項２に記載の制御システム。
【請求項５】
前記リニアアクチュエータは、有限のストローク範囲において、コイルに作用する平均の鎖交磁束の極性が一定の単極型であることを特徴とする請求項１に記載の制御システム。
【請求項６】
前記リニアアクチュエータの位置がストロークの端部の場合の前記補正用ゲインは、前記リニアアクチュエータの位置がストロークの中央の場合の前記補正用ゲインより大きいことを特徴とする請求項１に記載の制御システム。
【請求項７】
前記リニアアクチュエータの出力方向が中央から端部に向かう発散方向の場合の前記補正用ゲインは、前記リニアアクチュエータの出力方向が端部から中央に向かう収束方向の場合の前記補正用ゲインより大きいことを特徴とする請求項１に記載の制御システム。
【請求項８】
前記駆動対象物は、撮像光学系を構成するレンズ群の一部のレンズであり、
前記リニアアクチュエータは、前記撮像光学系の光軸と平行に前記駆動対象物を駆動させることを特徴とする請求項１に記載の制御システム。
【請求項９】
撮像素子に光学像を結像させる撮像光学系と、
前記撮像光学系を構成するレンズ群の一部のレンズを、前記撮像光学系の光軸と平行な主軸に沿って駆動させるリニアアクチュエータと、
前記リニアアクチュエータの駆動を制御する請求項１乃至８のいずれか１項に記載の制御システムと、を備えるレンズ装置。
【請求項１０】
撮像素子と、
前記撮像素子に光学像を結像させる撮像光学系と、
前記撮像光学系を構成するレンズ群の一部のレンズを、前記撮像光学系の光軸と平行な主軸に沿って駆動させるリニアアクチュエータと、
前記リニアアクチュエータの駆動を制御する請求項１乃至８のいずれか１項に記載の制御システムと、を備える撮像装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁リニアモータの中でも特に単極型のリニア直流モータであるリニアアクチュエータの制御に関する。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
電磁リニアモータは動力伝達を非接触で行うことができるため、低騒音、低振動、高耐久、また、高精度な位置決めが可能といった優れた性能を得やすく、精密な駆動機構や位置決め機構等で利用されている。電磁リニアモータの中でも特に、単極型のリニア直流モータである単極型リニアアクチュエータは、他の方式と比べて、駆動範囲が限られる代わりに小型でも高効率を示し、さらに、推力低リップルで駆動制御も容易であるといった利点がある。そのため、単極型リニアアクチュエータは、ＨＤＤ（ハードディスクドライブ）やカメラ等の精密機器で利用されている。一方で、単極型リニアアクチュエータは、ストロークの中央部から端部に行くにつれて効率が低下するという特徴を有している。これは、界磁部を構成するヨークの磁化（磁界に対する磁束密度）が無限ではなく飽和することに起因している。そのため、単極型リニアアクチュエータは、ストローク位置によって出力特性差を生じてしまう。単極型リニアアクチュエータで負荷（駆動対象物）を高速に駆動して位置決め制御するようなシーン等においては、ストローク位置による出力特性差により、位置決めに要する時間や移動中の追従性等の位置決め特性が影響を受けてしまう。
【０００３】
アクチュエータの出力特性差の影響を軽減するために、特許文献１は、アクチュエータのストローク位置に応じて制御のゲインを補正するゲイン調整部を設ける構成を開示している。また、特許文献２は、アクチュエータのストローク中央部付近の界磁部の一部を通常よりも小さい形状として、相対的にストローク中央部付近における効率を低下させ、端部付近における効率を向上させる構成を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開平７－１０５６４１号公報
特開２０２１－１７５２４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１で開示されている構成だけでは、位置決め特性に及ぼす駆動中の出力特性差の影響を軽減しきるには不十分である。また、特許文献２で開示されている構成では、意図的にストローク中央部付近の効率を落としているため、位置決め時間や追従性以外にも重要な指標である定格出力や、アイドル消費電力等の性能が損なわれてしまう恐れがある。
【０００６】
本発明は、リニアアクチュエータの出力特性差による駆動性への影響を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明のリニアアクチュエータの制御システムは、コイルと界磁部とを備え、主軸に沿って駆動対象物を駆動させるリニアアクチュエータの制御システムであって、前記駆動対象物または前記リニアアクチュエータの位置情報をエンコーダから取得して、前記駆動対象物および前記リニアアクチュエータの位置情報を演算する位置演算部と、前記駆動対象物の位置情報と前記駆動対象物を移動させる目標位置に基づいて、前記リニアアクチュエータの駆動を制御する制御量を演算する制御量演算部と、前記制御量に基づいて、前記リニアアクチュエータの出力レベルを判定する判定部と、前記制御量および前記リニアアクチュエータの位置情報に基づいて、前記リニアアクチュエータの出力方向を判別する方向判別部と、前記リニアアクチュエータの位置情報と、前記リニアアクチュエータの出力レベルと、前記リニアアクチュエータの出力方向とに基づいて、前記制御量を補正するための補正用ゲインを演算するゲイン演算部と、前記補正用ゲインを用いて前記制御量を補正する補正部と、を有する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、リニアアクチュエータの出力特性差による駆動性への影響を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
リニアアクチュエータの構成を示す図である。
リニアアクチュエータの特性を説明するである。
リニアアクチュエータを利用するカメラシステムの構成を示す図である。
制御システムの構成を示す図である。
制御システムのコントローラの構成を示す図である。
リニアアクチュエータの出力特性データの第１例の格納方法を説明する図である。
リニアアクチュエータの出力特性データの第２例の格納方法を説明する図である。
制御システムにおけるオープン出力特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（第１実施形態）
まず、制御対象である単極型のリニアアクチュエータの構成および特徴について説明する。図１は、リニアアクチュエータの構成を示す図である。リニアアクチュエータ１００は、コイルと界磁部とを備え、所定の方向に推力を発生して負荷を駆動するリニア直流モータである。負荷は駆動対象物であり、本実施形態では、撮像装置のフォーカスレンズを負荷（駆動対象物）とする例について説明するが、負荷（駆動対象物）はこれに限られるものではない。
（【００１１】以降は省略されています）

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