特開 2024-179922 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

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024179922

(43)【公開日】2024-12-26

(54)【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

(51)【国際特許分類】

   H02P 7/025 20160101AFI20241219BHJP

   G05D 3/12 20060101ALI20241219BHJP

   G02B 7/04 20210101ALI20241219BHJP

【ＦＩ】

H02P7/025

G05D3/12 305L

G02B7/04 E

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023099259

(22)【出願日】2023-06-16

(71)【出願人】

【識別番号】000001007

【氏名又は名称】キヤノン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100114775

【弁理士】

【氏名又は名称】高岡 亮一

(74)【代理人】

【識別番号】100121511

【弁理士】

【氏名又は名称】小田 直

(74)【代理人】

【識別番号】100208580

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 玲奈

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 恭輔

【テーマコード（参考）】

2H044

5H303

5H540

【Ｆターム（参考）】

2H044BE02

2H044BE06

2H044BE10

2H044BE18

5H303AA30

5H303BB01

5H303CC10

5H303DD04

5H303EE03

5H303FF03

5H303JJ05

5H303KK22

5H303KK23

5H303KK24

5H540BA06

5H540BB04

5H540BB06

5H540BB08

5H540EE02

5H540EE05

5H540EE10

5H540FA12

(57)【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。

【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】

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方法であって、
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工程と、
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工程と、
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工程と、
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工程と、
前記補正用ゲインを用いて前記制御量を補正する工程と、を有することを特徴とする制御方法。

【請求項12】

請求項１１に記載の各工程をリニアアクチュエータの制御システムのコンピュータに実行させるプログラム。

【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。

【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】

【特許文献1】特開平７－１０５６４１号公報

【特許文献2】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】

【図1】リニアアクチュエータの構成を示す図である。

【図2】リニアアクチュエータの特性を説明するである。

【図3】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。

【図4】制御システムの構成を示す図である。

【図5】制御システムのコントローラの構成を示す図である。

【図6】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。

【図7】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。

【図8】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】

リニアアクチュエータ１００は、小型の単極型のリニア直流モータである。リニア直流モータは、負荷（駆動対象物）を高速に移動させる駆動装置である。リニアアクチュエータ１００は、負荷（駆動対象物）を高速に移動させつつ、短時間で位置決めを完了したり、移動中も目標値に対して高精度に追従させたりすることが可能である。

【0012】

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１００は、コイル１１１と界磁部１２０を備える。コイル１１１と界磁部１２０の間の電磁的な相互作用、すなわち、コイル１１１におけるローレンツ力の発生により、主軸１００ａと略平行な方向に推力を発生して不図示の負荷（駆動対象物）を駆動する。すなわち、リニアアクチュエータ１００は、主軸１００ａをガイドレールとして駆動することで、リニアアクチュエータ１００に固定される負荷（駆動対象物）を駆動する。なお、図１および図２において、Ｘ軸は主軸１００ａと平行である。Ｙ軸は、Ｚ軸を水平方向と平行としたときに鉛直方向と平行となる軸である。Ｚ軸は、Ｘ軸およびＹ軸と直交する軸である。

【0013】

コイル１１１は、例えば、円筒形状の空芯コイルである。円筒形状の空芯コイルは、一般的なエナメル線等を円形状に巻き固めることで構成される。コイル１１１に通電すると、円筒形状の周方向に電流が流れる。周方向の電流に対して直角な方向、すなわち、円筒形状の中心軸である巻芯を基準とした半径方向に相当する鎖交方向の磁界を作用させることで、これらに対して直角な方向の中心軸方向にローレンツ力を発生する。リニアアクチュエータ１００は、発生したローレンツ力を推力として利用する。リニアアクチュエータ１００における主軸１００ａは、コイル１１１の中心軸である巻芯と一致する。

【0014】

界磁部１２０は、ローレンツ力を発生させるためにコイル１１１に作用する鎖交方向の磁界を形成する。界磁部１２０は、永久磁石（永久磁石１２２ａ、永久磁石１２２ｂ）およびヨーク（ヨーク１２１、ヨーク１２３ａ、ヨーク１２３ｂ、ヨーク１２４ａ、ヨーク１２４ｂ）を有する。永久磁石１２２ａおよび永久磁石１２２ｂは、例えば、一般的な単方向着磁の永久磁石である。永久磁石１２２ａおよび永久磁石１２２ｂはそれぞれ、コイル１１１に対して外側（巻芯の逆側）の位置に、主磁化方向を巻芯の方向に近付けた姿勢で対向配置されている。コイル１１１を挟んで対向配置された永久磁石１２２ａおよび永久磁石１２２ｂにより、ローレンツ力を発生するための鎖交方向の磁界が形成される。

【0015】

ヨーク１２１、ヨーク１２３ａ、ヨーク１２３ｂ、ヨーク１２４ａ、ヨーク１２４ｂは、永久磁石１２２ａおよび永久磁石１２２ｂの磁束の閉磁路を形成する。ヨークにより磁束の閉磁路を形成することで、コイル１１１に作用する磁界を強めてリニアアクチュエータ１００の効率を高めている。ヨーク１２１、ヨーク１２３ａ、ヨーク１２３ｂ、ヨーク１２４ａ、ヨーク１２４ｂは、例えば、軟鉄等の高飽和磁束密度を有する材料により形成される。ヨーク１２１は、コイル１１１の内側で巻芯方向に延在する。ヨーク１２３ａ、ヨーク１２３ｂ、ヨーク１２４ａ、ヨーク１２４ｂは、コイル１１１、永久磁石１２２ａ、永久磁石１２２ｂを囲うように配置される。ヨーク１２３ａは永久磁石１２２ａよりさらに外側（Ｙ軸方向でコイル１１１とは逆側）に、ヨーク１２３ｂは永久磁石１２２ｂよりさらに外側（Ｙ軸方向でコイル１１１とは逆側）に配置される。すなわち、各永久磁石においてコイル１１１側を正面とした場合に、永久磁石の背面に各ヨークが配置される。ヨーク１２４ａおよびヨーク１２４ｂは、それぞれヨーク１２３ａの端とヨーク１２３ｂの端とを繋ぐように配置される。ヨーク１２４ａおよびヨーク１２４ｂの中心付近では、主軸１００ａが貫通している。このように配置されたヨークは永久磁石１２１ａ、１２１ｂの磁束の閉磁路を形成し、コイル１１１に作用する磁界を強めてリニアアクチュエータ１００の効率を高める役割を果たしている。

【0016】

コイル１１１は、内側で主軸１００ａ方向に延在するヨーク１２２とは、主軸１００ａ方向で互いに自由に相対移動が可能である。また、コイル１１１は、主軸１００ａ方向で前後のヨーク１２４ａおよびヨーク１２４ｂによって囲まれており、有限のストローク範囲が決定される。そのためリニアアクチュエータ１００においては、コイル１１１が主軸１００ａ方向で前後のヨーク１２４ａおよびヨーク１２４ｂの丁度中間付近の位置にある時をストローク中央部付近の位置にあるとみなすことができる。同様に、コイル１１１が主軸１００ａ方向で前後のヨーク１２４ａおよびヨーク１２４ｂのいずれかに近い位置にある時をストローク端部付近の位置にあるとみなすことができる。以下では、主軸１００ａ方向におけるコイル１１１の重心位置がヨーク１２４ａおよびヨーク１２４ｂの内壁面間の中央に位置する状態をストロークの中央位置にある状態であるとし、ストロークの中央位置にある状態をストローク量が０の原点Оとして定義する。また、主軸１００ａ方向において原点Оよりヨーク１２４ａ側（－Ｘ方向）をマイナス側、原点Оよりヨーク１２４ｂ側（＋Ｘ方向）をプラス側とする。また、マイナス側とプラス側それぞれのストローク端部位置における最大のストローク量（絶対値）をそれぞれｘ－ｍａｘ、ｘ＋ｍａｘとして定義する。

【0017】

リニアアクチュエータ１００における効率の指標は、コイル１１１の各部におけるローレンツ力を発生するための鎖交方向の磁束密度をコイル全体で積分平均した、平均鎖交（有効）磁束密度Ｂｖとして示すことができる。ｖはｖａｌｉｄの略意である。平均鎖交磁束密度Ｂｖでリニアアクチュエータ１００の効率の指標を示すことができるのは、コイル１１１を流れる電流の密度が巨視的に見れば一様であるためである。そして、平均鎖交磁束密度Ｂｖとコイルを流れる電流とコイル部の導線の総長の積が、リニアアクチュエータ１００の推力となる。よって、平均鎖交磁束密度Ｂｖは、リニアアクチュエータ１００の推力の比例定数となっており、コイル部の導線の総長との積がいわゆる電磁リニアモータの推力定数に相当する。

【0018】

図２は、リニアアクチュエータの特性を説明する図である。図２（Ａ）は、単極型リニア直流モータであるリニアアクチュエータの平均鎖交磁束密度のプロファイルを示すグラフである。グラフの縦軸は、リニアアクチュエータ１００の出力特性に相当する、コイルに作用する平均鎖交磁束密度Ｂｖを示している。グラフの横軸は、リニアアクチュエータ１００のストローク位置を示している。グラフは、リニアアクチュエータ１００の出力レベルと出力方向ごとの平均鎖交磁束密度Ｂｖを示している。なお以下では、グラフの横軸のリニアアクチュエータ１００のストローク位置を第１のパラメータ、リニアアクチュエータ１００の出力レベルを第２のパラメータ、リニアアクチュエータ１００の出力方向を第３のパラメータとする。

【0019】

特性２００は、出力が０の状態（無負荷時）の特性である。特性２０１ｐは、小レベル出力時でかつストローク正方向に出力する状態の特性である。なお、ｐはｐｏｓｉｔｉｖｅの略意である。特性２０１ｎは、小レベル出力時でかつストローク負方向に出力する状態の特性である。なお、ｎはｎｅｇａｔｉｖｅの略意である。特性２０２ｐは、大レベル出力時でかつストローク正方向に出力する状態の特性である。特性２０２ｎは、大レベル出力時でかつストローク負方向に出力する状態の特性である。

【0020】

図２（Ａ）に示されるように、本実施形態のリニアアクチュエータ１００は、ストローク全域において平均鎖交磁束密度の符号が一定であるため、コイル１１１に作用する平均の鎖交磁束の極性も一定である。また、ストローク中で平均鎖交磁束密度Ｂｖの極端な周期的変動はない。これらは単極型の特徴であり、これらの特徴により、モータを小型に構成できることに加えて、ストローク位置によりコイル１１１への通電方法等を切り替える必要がなく容易に駆動制御を行うことが可能である。さらに、推力も低リップルであるという利点が得られる。このような単極型のリニア直流モータが一般にリニアアクチュエータとも呼ばれる。したがって、リニアアクチュエータ１００は、有限のストローク範囲において、コイル１１１に作用する平均の鎖交磁束の極性が一定の単極型のリニア直流モータである。

【0021】

また、図２（Ａ）に示されるように、リニアアクチュエータ１００においてはストローク中央付近の位置で平均鎖交磁束密度Ｂｖが最も高く、これに対して両側のストローク端部に行くにつれて平均鎖交磁束密度Ｂｖは低くなる。すなわち、リニアアクチュエータ１００においては、ストローク中央付近の位置で推力定数が大きくなり、ストローク端部に行くにつれて推力定数が小さくなる。これは、界磁部１２０のヨークの磁化が無限ではなく飽和することに起因している。

【0022】

図２（Ｂ）は、リニアアクチュエータ１００における磁束を説明する図である。図２（Ｂ）では、リニアアクチュエータ１００のＸＹ平面における断面と、磁束を模式的に示している。矢印で示される磁束２０３は、界磁部１２０により形成される磁束の流れを示している。磁束２０３は、永久磁石１２２ａおよび永久磁石１２２ｂから出入りしてヨーク１２１中を流れる。

【0023】

ヨーク１２１において、ストローク中央付近の領域は磁化が小さいのに対して、そこから両端側に行くにつれて、永久磁石１２２ａおよび永久磁石１２２ｂから流入する磁束２０３が積分されるため、磁化が強くなる。そのため、ヨーク１２１は途中で磁化が飽和に至り、それ以降のストローク端部付近では永久磁石１２１ａおよび永久磁石１２１ｂの磁束２０３は入らなくなり、周囲に散開してしまう。ストローク端部付近では磁束２０３がコイル１１１に対して有効な向き（鎖交方向）で作用せず、ストローク端部に行くほど平均鎖交磁束密度Ｂｖは低下する。

【0024】

ストローク端部における平均鎖交磁束密度の低下により、効率が悪化することによる定格出力の低下や、アイドル消費電力の増加などが生じる。さらに、ストローク中央部とストローク端部との間で出力特性に差が生じるため、例えば、これらの位置の間で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、位置決めに要する時間の増加や移動中の追従性が悪化してしまう。そこで、本実施形態では、ストローク中央部とストローク端部との出力特性の差による影響を軽減するために、リニアアクチュエータ１００の駆動量に対して補正用ゲインを用いて補正を行う。

【0025】

ここで、図２（Ａ）に示すように、リニアアクチュエータ１００における平均鎖交磁束密度Ｂｖはストローク位置の他にも、出力レベルやその方向によっても変化する。例えば、平均鎖交磁束密度Ｂｖは、特性２００に示す無負荷時よりも、特性２０１ｐおよび特性２０１ｎに示す小レベル出力時の方がストローク端部に行くにつれてより低くなる。さらに、平均鎖交磁束密度Ｂｖは、小レベル出力時よりも特性２０２ｐおよび特性２０２ｎに示す大レベル出力時の方がストローク端部に行くにつれてより低くなる。すなわち、同じストローク位置でも出力レベルが大きくなるほど平均鎖交磁束密度Ｂｖは下がり、効率は低下する。

【0026】

また、小レベル出力時の特性２０１ｐのストローク負側（グラフ左半分）と特性２０１ｎのストローク正側（グラフ右半分）よりも、特性２０１ｐのストローク正側と２０１ｎの特性ストローク負側の方が平均鎖交磁束密度Ｂｖは低くなる。また、大レベル出力時でも同様の傾向となる。すなわち、同じストローク位置と出力レベルでも、出力の方向がストロークの中央部側から端部側に向く、いわゆる発散方向の出力時の方が、反対のいわゆる収束方向の出力時よりも平均鎖交磁束密度Ｂｖは下がり、効率が低下することを意味している。

【0027】

これらの効率が低下する現象については、ストロークによる変化と同様に、界磁部１２０のヨークの磁化が飽和することに起因している。推力を出力するためにコイル１１１に通電すると、コイル１１１が形成する磁界によってもヨークが磁化される。この時、前後２種類の推力の出力方向による正逆２種類のコイル１１１の通電方向により、コイル１１１による磁化は既存の永久磁石（永久磁石１２１ａおよび永久磁石１２１ｂ）による磁化を弱める場合と強める場合とに分かれる。磁化を弱める場合が収束方向の出力に対応し、磁化を強める場合が発散方向の出力に対応する。そして、コイル１１１による磁化が既存の永久磁石による磁化を強める方向であった場合、ヨークはより飽和が早く進むため、永久磁石からの磁束が周囲に散開する割合も大きくなり、平均鎖交磁束密度Ｂｖと効率はより低下する。リニアアクチュエータ１００が発散方向の出力の場合は、収束方向の出力の場合よりも平均鎖交磁束密度Ｂｖは下がり、効率が低下するため、発散方向の場合には収束方向に比べて制御量の補正に用いる補正用ゲインを大きくする。したがって、リニアアクチュエータ１００の駆動制御を行う際に出力特性差による影響を補正して軽減しようとする場合には、リニアアクチュエータにおけるストローク位置に加えて、出力のレベルと方向も考慮して補正を行うことが望ましい。これにより、出力方向と出力レベルによる出力特性差の影響を軽減することができる。

【0028】

ここで、リニアアクチュエータ１００が装置で利用される例について説明する。図３は、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。カメラシステム１は、画像や動画を撮影するための装置である。カメラシステム１は、撮像手段に相当するイメージセンサ１１を備えたカメラ本体１０と、レンズ群を備えた交換用レンズ２０を有する。交換用レンズ２０が備えるレンズ群には、焦点調節を行うためのフォーカスレンズ２１が含まれる。リニアアクチュエータ１００は、フォーカスレンズ２１を交換用レンズ２０の撮像光学系の光軸２０ａ方向に移動させるための駆動手段として用いられる。すなわち、リニアアクチュエータ１００の負荷（駆動対象物）がフォーカスレンズ２１となる。リニアアクチュエータ１００によりフォーカスレンズ２１を光軸２０ａ方向に移動させるため、リニアアクチュエータ１００の主軸１００ａが光軸２０ａと平行となるように、リニアアクチュエータ１００は交換用レンズ２０に配置される。

【0029】

イメージセンサ１１は、撮影光学系を介して結像された被写体の光学像を光電変換して画像データを生成する撮像素子である。イメージセンサ１１は、例えばＣＭＯＳやＣＣＤといった光電変換を行うセンサである。カメラシステム１においては、被写体からの光束を交換用レンズ２０の撮像光学系により集光してイメージセンサ１１の撮像面上に結像させる。そして、撮影光学系を介して結像された被写体の光学像をイメージセンサ１１で光電変換して電気信号として取り出し、信号に対して各種の処理を行い、画像データを生成することで、画像を取得する。

【0030】

撮像光学系においては、一つの状態におけるイメージセンサ１１の撮像面上に結像させる対象の光束はカメラシステム１から所定の距離（フォーカス位置）のものに限られている。それ以外の距離からの光束はイメージセンサ１１の撮像面上には結像されず、撮影される画像はぼやけたいわゆるピントの合っていないものになる。交換用レンズ２０が備えるレンズ群には、焦点距離を調整することが可能なフォーカスレンズ２１が含まれており、フォーカスレンズ２１を光軸２０ａ方向で前後に移動することで、結像対象の光束の距離（フォーカス位置）を変化させることができる。

【0031】

カメラシステム１では、不図示の測距手段等により被写体の位置を検出し、検出結果に応じてフォーカスレンズ２１を光軸２０ａ方向に移動調整することで、至近から無限まで様々な距離の被写体にピントを合わせて撮影することが可能である。カメラシステム１におけるこのような動作はフォーカシングと呼ばれており、フォーカシングはフォーカスレンズ２１を光軸２０ａ方向に移動させることにより実現される。カメラシステム１のフォーカスレンズ２１の駆動手段は、小型であることに加えて、快適な撮影を実現するために、フォーカスレンズ２１を高速に駆動し、目標位置に対して短時間で位置決めを完了し、移動中も被写体に高精度に追従させることが求められる。そのため、フォーカスレンズ２１を駆動させる駆動手段として、単極型リニア直流モータであるリニアアクチュエータ１００が用いられる。リニアアクチュエータ１００は、フォーカスレンズ２１など撮像光学系を構成するレンズ群の一部のレンズを撮像光学系の光軸２０ａと平行な主軸１００ａに沿って駆動させる。なお、本実施形態ではフォーカスレンズ２１の駆動にリニアアクチュエータ１００を利用する例について説明したがこれに限られるものではない。また、カメラシステム１としてカメラ本体に対してレンズ装置が着脱可能な例を説明したが、カメラ本体とレンズが一体となっている撮像装置でもよいし、他の装置に組み込みようにモジュール化されたカメラモジュール等であってもよい。

【0032】

図４は、リニアアクチュエータの制御システムを示す図である。制御システム１０００は、制御対象であるリニアアクチュエータ１００と、コントローラ１１００、ドライバ１２００、エンコーダ１３００を備える。負荷１４００は、リニアアクチュエータ１００による駆動対象物である負荷である。図３に示される例では、カメラシステム１のフォーカスレンズ２１を含む構造物が負荷１４００に相当する。

【0033】

リニアアクチュエータ１００は、主軸１００ａ方向で互いに相対移動するコイル１１１と界磁部１２０のどちらか一方を、基準の駆動側、他方を被駆動側とする。被駆動側は、負荷１４００と一体に固定される。これにより、基準の駆動側からリニアアクチュエータ１００によって被駆動側の負荷１４００に推力が伝達され、負荷１４００はリニアアクチュエータ１００の主軸１００ａ方向に駆動される。

【0034】

コントローラ１１００は、負荷１４００およびリニアアクチュエータ１００の駆動指令と制御演算を行う制御手段である。コントローラ１１００は、負荷１４００またはリニアアクチュエータ１００の逐次的な駆動目標量（位置や速度）を決定し、これに応じてリニアアクチュエータ１００を駆動するようにドライバ１２００に制御量を伝える。コントローラ１１００が行う制御は主にフィードバック制御を中心としたものである。そのため、コントローラ１１００は逐次的にエンコーダ１３００から負荷１４００またはリニアアクチュエータ１００の位置情報を取得して、駆動目標量との差分（偏差）を０に近付けるように制御量を決定する。

【0035】

ドライバ１２００は、リニアアクチュエータ１００を駆動する。具体的には、ドライバ１２００は、リニアアクチュエータ１００がコントローラ１１００からの制御量に略比例した推力を発生するように、コントローラ１１００からの制御量に基づいてコイル１１１に電圧を印可し、電力を供給する。ドライバ１２００は、直流成分が制御量に比例した電圧を印可するために、例えば所定のデューティー比によるＰＷＭ方式や、または可変リニアレギュレータ方式等を用いる。

【0036】

エンコーダ１３００は、負荷１４００またはリニアアクチュエータ１００の位置情報を検出し、これをコントローラ１１００に伝達する。リニアアクチュエータ１００の被駆動側と負荷１４００は一体に固定されているため、負荷１４００とリニアアクチュエータ１００のどちらか一方の位置を検出すれば、他方の位置は間接的に求めることができる。よって、本実施形態の制御構成においては、エンコーダ１３００が位置を検出する対象は負荷１４００とリニアアクチュエータ１００のどちらでも構わない。

【0037】

図５は、制御システムのコントローラの構成を示す図である。コントローラ１１００は、駆動指令部１１１０、位置情報演算部１１２０、制御演算部１１３０、メモリ１１４０を有する。また、コントローラ１１００は、ハードウェア構成として、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）と、ＲＯＭ等の不揮発性メモリと、ＲＡＭ等の揮発性メモリとを有する。ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）は、プログラムを記憶している。ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）は、ＣＰＵの主メモリ、ワークエリア等の一時記憶領域として用いられる。ＲＡＭは、メモリ１１４０を含む。ＣＰＵが、ＲＯＭに記憶されたプログラムを実行することで、駆動指令部１１１０、位置情報演算部１１２０、制御演算部１１３０の機能が実現される。

【0038】

駆動指令部１１１０は、駆動対象物である負荷１４００の逐次的な位置または速度に関する駆動目標値を決定し、制御演算部１１３０に伝える。駆動指令部１１１０は、負荷１４００の駆動目標値を決定するのに必要な駆動情報を取得し、外部からの指令または自身の演算により、負荷１４００の逐次的な位置または速度に関する駆動目標値を決定する。カメラシステム１における駆動情報は、例えば、被写体までの距離を計測する測距手段が測距した測距結果である被写体までの距離情報である。カメラシステム１における駆動指令部１１１０は、駆動情報として被写体までの距離情報を取得し、距離情報に基づいて負荷１４００に相当するフォーカスレンズ２１の逐次的な目標位置を駆動目標値として決定する。カメラシステム１における駆動指令部１１１０は、交換用レンズ２０のメイン制御部における処理内容に相当する。

【0039】

位置情報演算部１１２０は、負荷１４００またはリニアアクチュエータ１００の位置情報をエンコーダ１３００から取得して、負荷１４００およびリニアアクチュエータ１００の現在の位置情報を演算して、制御演算部１１３０に出力する位置演算部である。カメラシステム１における位置情報演算部１１２０は、フォーカスレンズ２１またはリニアアクチュエータ１００の位置情報をエンコーダ１３００から取得して、フォーカスレンズ２１およびリニアアクチュエータ１００の現在の位置情報を算出する。なお、リニアアクチュエータ１００の被駆動側と負荷１４００は一体に固定されているため、位置情報演算部１１２０は、負荷１４００とリニアアクチュエータ１００のどちらか一方の位置情報に基づいて、他方の位置情報を算出することができる。

【0040】

メモリ１１４０は、リニアアクチュエータ１００の出力特性を補正するための補正用ゲインを演算するためのリニアアクチュエータ１００の出力特性をデータとして格納する。メモリ１１４０が格納しているリニアアクチュエータ１００の出力特性は、制御演算部１１３０において、リニアアクチュエータ１００の制御量を補正するための補正用ゲインを演算するために用いられる。

【0041】

制御演算部１１３０は、負荷１４００の駆動目標値と負荷１４００の現在の位置情報との差分（偏差）を０に近付けるようなフィードバック制御や各種のフィルタ処理等の制御演算を行い、アクチュエータ１００の制御量を決定する。また、本実施形態の制御演算部１１３０では、駆動目標値と負荷１４００の位置情報に基づいて算出した制御量を、補正用ゲインを用いて補正する。補正用ゲインは、リニアアクチュエータ１００のストローク位置、出力レベル、出力方向に基づいて決定される。

【0042】

制御演算部１１３０は、制御量演算部１１３１、制御量補正部１１３２、フィルタ・リミッタ等１１３３、出力レベル判定部１１３４、出力方向判別部１１３５、補正用ゲイン演算部１１３６を有する。制御量演算部１１３１は、主な制御量に関する演算を行い、偏差入力等から制御量を決定して出力する。制御量演算部１１３１は、駆動指令部１１１０から負荷１４００の目標位置である駆動目標値を、位置情報演算部１１２０から負荷１４００の現在の位置情報を取得する。そして、制御量演算部１１３１は、駆動目標値と現在の位置情報との差分（偏差）を０に近付けるように、制御量を算出する。制御量演算部１１３１での制御内容には、例えばＰＩＤ制御に代表されるフィードバック制御や、フィードフォーワード制御、また、各種補正用のオフセット演算やゲイン演算等が含まれる。制御演算部１１３０は、算出した制御量を制御量補正部１１３２に出力する。なお、制御演算部１１３０が制御量補正部１１３２に出力する制御量は、制御量補正部１１３２による補正が行われる前の補正前制御量である。

【0043】

制御量補正部１１３２は、制御演算部１１３０が算出した制御量に対して補正用ゲインによる補正を行う。そして、制御量補正部１１３２は、補正を行った補正後制御量をフィルタ・リミッタ等１１３３に出力する。制御量補正部１１３２が用いる補正用ゲインは、補正用ゲイン演算部１１３６で算出される。補正用ゲインの算出の詳細については後述する。補正用ゲイン演算部１１３６は逐次的に演算して補正用ゲインを決定し、制御量補正部１１３２で用いる値として設定する。

【0044】

フィルタ・リミッタ等１１３３は、制御量補正部１１３２から取得した補正後の制御量に対して、所定のフィルタリング処理や、リミッタ処理を行い、ドライバ１２００に出力する制御量を決定する。なお、制御量に関する演算は上記で説明した構成に限られるものではない。制御量補正部１１３２がリニアアクチュエータ１００の出力特性差に対して制御量を直列的に補正用ゲインにより補正する構成であればよく、他の順番で演算を行ったり、他の異なる演算を間に追加したりしてもよい。

【0045】

ここで、補正用ゲインの算出について説明する。本実施形態では、リニアアクチュエータ１００の出力特性に影響を及ぼす３つの要因であるストローク位置、出力レベル、出力の方向を考慮して補正用ゲインを決定する。このため、補正用ゲイン演算部１１３６は、少なくともストローク位置、出力レベル、出力の方向のそれぞれに関する３つパラメータを取得し、補正用ゲインを算出する。以下では、リニアアクチュエータ１００のストローク位置を第１のパラメータ、リニアアクチュエータ１００の出力レベルを第２のパラメータ、リニアアクチュエータ１００の出力の方向を第３のパラメータとして説明する。

【0046】

第１のパラメータは、ストローク位置、すなわちリニアアクチュエータ１００の位置情報である。補正用ゲイン演算部１１３６は、位置情報演算部１１２０からリニアアクチュエータ１００の位置情報を取得する。位置情報は、ストローク方向における中心位置を０とし、中心位置から前後に正負の値を取るストローク位置で示される。フィードバック制御系において、ストロークによる推力定数の変動をキャンセルするように、ストローク位置に応じて補正用ゲインを調節するため、ストローク位置がパラメータの１つとなる。図２（Ａ）で示されるように、ストローク位置により推力定数が異なり、特にストローク端部では補正用ゲインを大きくする必要がある。

【0047】

第２のパラメータは、リニアアクチュエータ１００の出力レベルである。補正用ゲイン演算部１１３６は、出力レベル判定部１１３４からリニアアクチュエータ１００の出力レベルを取得する。出力レベル判定部１１３４は、制御量演算部１１３１から取得した補正前の制御量に基づいて出力レベルを判定する。例えば、リニアアクチュエータ１００は補正前の制御量に略比例した推力を出力するため、出力レベル判定部１１３４は、補正前の制御量の絶対値（ＡＢＳ）を出力レベルとして補正用ゲイン演算部１１３６に出力してもよい。なお、出力レベルは、補正前の制御量の絶対値（ＡＢＳ）を所定の段階に離散化したレベル値であってもよい。

【0048】

第３のパラメータは、リニアアクチュエータ１００の出力の方向である。補正用ゲイン演算部１１３６は、出力方向判別部１１３５からリニアアクチュエータ１００の出力の方向を取得する。出力方向判別部１１３５は、制御量演算部１１３１から取得した補正前の制御量を符号化（ＳＩＧＮ）し、更に位置情報演算部１１２０から取得したリニアアクチュエータ１００の位置情報（ストローク位置）を参照することで、出力方向を判定する。出力方向判別部１１３５は、出力方向が収束方向であるか、発散方向であるかを判定し、判定結果を補正用ゲイン演算部１１３６に出力する。磁化が飽和の影響により、中央から端部への出力方向の出力時は、端部から中央への収束方向の出力時よりも、補正用ゲインを大きくする必要がある。

【0049】

補正用ゲイン演算部１１３６は、リニアアクチュエータ１００のストローク位置、リニアアクチュエータ１００の出力レベル、リニアアクチュエータ１００の出力の方向の少なくとも３つのパラメータを使用して、補正用ゲインを演算し決定する。すなわち、補正用ゲイン演算部１１３６は、位置情報演算部１１２０による位置情報演算結果と、出力レベル判定部１１３４による出力レベル判定結果と、出力方向判別部１１３５による出力方向判別結果とに基づいて補正用ゲインを演算する。

【0050】

本実施形態において補正用ゲインは、任意の状態におけるリニアアクチュエータ１００の推力定数を一定とするようなゲインである。すなわち、平均鎖交磁束密度との積が常に一定となるようなゲインを補正用ゲインとして設定すればよい。また、制御量演算部１１３１における本来のフィードバック制御の内容には影響を与えないようにするために、例えば無負荷時のストローク中央位置の状態における値が１となるように補正用ゲインを設定すればよい。ここで、リニアアクチュエータ１００の無負荷時のストローク中央位置の状態における平均鎖交磁束密度をＢ_０、各状態における平均鎖交磁束密度をＢとする。補正用ゲインＧ_ｃ（ｃはｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎの略意）は、次の式（１）で求めることができる。

【数1】

このように、リニアアクチュエータ１００の各状態における平均鎖交磁束密度の逆数１／Ｂに一定値Ｂ_０を乗算したものを出力特性データとしてメモリ１１４０に格納すれば、これを参照して、補正用ゲインＧ_ｃを求めることができる。したがって、メモリ１１４０には、リニアアクチュエータ１００の各状態における平均鎖交磁束密度の逆数１／Ｂに一定値Ｂ_０を乗算した出力特性データ群が格納されている。補正用ゲイン演算部１１３６は、メモリ１１４０から出力特性データを取得し、補正用ゲインの算出に用いる。

【0051】

リニアアクチュエータ１００の平均鎖交磁束密度の逆数１／Ｂの格納方法および推定方法としては、例えば、予め図２（Ａ）で示したような既知の平均鎖交磁束密度のプロファイルの逆数をとり、これを関数近似すればよい。これは、単極型のリニアアクチュエータ１００における平均鎖交磁束密度のプロファイルが、図２（Ａ）で示したような２次や４次の多項式で精度良く近似可能な連続的な形となるためである。

【0052】

図６は、出力特性データの一例を説明する図である。図６（Ａ）は、メモリ１１４０に保存される出力特性データ群の一例を示す図である。図６（Ｂ）は、出力特性データを使用して推定される補正用ゲインＧ_ｃを示す図である。図６（Ｂ）に示されるように、補正用ゲインＧ_ｃは、関数近似により連続的な関数で示される。図６（Ａ）に示すように、リニアアクチュエータ１００の平均磁束密度に影響を及ぼす３つのパラメータに対して、それぞれに対応する関数近似を行い、その係数（ａ_０等）およびオフセット値（ｂ）等を出力特性データ６００としてメモリ１１４０に保持される。すなわち、出力特性データ６００は、出力レベルごとに、出力方向が収束方向と発散方向のそれぞれに対応する関数近似結果の各係数の値を保持している。なお、リニアアクチュエータ１００は主軸１００ａ方向でストローク中央部の前後で略対称な形状を有しており、これらの間では出力特性は似通った形となるため、リニアアクチュエータ１００における関数近似において奇数次の項の成分は大きくはない。そのため、奇数次の項を省略することで、メモリ１１４０に保存するデータ領域の節約や、計算量の削減といったメリットを得ることができる。

【0053】

リニアアクチュエータ１００のストローク位置をｘとすれば、補正用ゲインＧ_ｃは次の式（２）で表される。

【数2】

ここで、ａ_０、ａ_２、ａ_４は関数近似結果の係数である。ｂは推定用のｘのオフセット値であり、例えばリニアアクチュエータ１００の実機構成上の各種調整や、その他細かい調整用に使用することができる。なお、このオフセット値のｂは省略することもできる。本実施形態では出力レベルは所定の段階に分類したレベルとしており、その各々のレベルにおいて、出力方向が収束方向と発散方向のそれぞれに対応する関数近似結果を保持している。よって、補正用ゲイン演算部１１３６は、３つのパラメータ入力のうち、出力レベルと出力方向に応じて出力特性データ６００の中から適切な関数データを選択して、選択した出力特性を示す関数データを使用してストローク位置に対応する補正用ゲインを求める。

【0054】

なお、リニアアクチュエータ１００の出力特性データは各々のパラメータに対して離散化した直接的なデータとしてもよい。離散化した出力特性データの例を図７に示す。図７は、出力特性データの一例を説明する図である。図７（Ａ）は、メモリ１１４０に保存される出力特性データ群の一例を示す図である。図７（Ｂ）は、出力特性データを使用して推定される補正用ゲインＧ_ｃを示す図である。図７（Ｂ）に示されるように、補正用ゲインＧ_ｃは、離散化した直接的なデータで示される。図７（Ａ）に示すように、出力特性データ７００は各々の出力レベルと出力方向において、所定のストローク位置ｘのビン毎の値としてテーブル形式で、出力特性データ７００としてメモリ１１４０に保持される。したがって、補正用ゲイン演算部１１３６は３つのパラメータ入力を出力特性データ７００のテーブルと照合して、最も近い条件の値を選択して補正用ゲインとして用いればよい。

【0055】

以上説明したように、補正用ゲイン演算部１１３６は、リニアアクチュエータ１００のストローク位置、出力レベル、出力の方向と、出力特性データに基づいて補正用ゲインを決定し、制御量補正部１１３２に出力する。制御量補正部１１３２には、制御量演算部１１３１が算出した制御量に補正用ゲイン演算部１１３６が決定した補正用ゲインを乗算して補正する。なお、コントローラ１１００の動作は一般にデジタル信号処理（ＤＳＰ）により実装され、所定の制御周期毎に演算および出力がなされる。このような定周期の動作を行うために、コントローラ１１００にはクロック信号（ＣＬＫ）が供給される。また、コントローラ１１００には不図示の電源等も供給される。

【0056】

図８は、リニアアクチュエータ１００のオープン出力特性を説明する図である。図８（Ａ）は、制御システム１０００におけるオープン出力を示すブロック図である。図８（Ｂ）は、リニアアクチュエータ１００のオープン出力特性の一例として、所定の駆動条件下におけるリニアアクチュエータ１００のオープン出力ゲインＧ_оを示すグラフである。

【0057】

リニアアクチュエータ１００および制御システム１０００におけるオープン出力は、制御量演算部１１３１への偏差入力から、リニアアクチュエータ１００による推力の出力に至る部分の応答として説明される。図８（Ａ）において、制御量演算部１１３１への偏差入力から、リニアアクチュエータ１００による推力の発生までの部分は制御システム１０００ａで示されている。オープン出力ゲインをＧ_оとして、所定の駆動条件下における特性が図８（Ｂ）に示される。図８（Ａ）において、制御量演算部１１３１は制御システム１０００ａで示されている。

【0058】

図８（Ｂ）において、点線８９９は、制御量補正部１１３２による補正を行わない場合のオープン出力特性を示している。点線８５０は、制御量補正部１１３２で使用する補正用ゲインの算出において、ストローク位置のみ、すなわち、１つのパラメータのみを考慮して補正用ゲインを算出した場合のオープン出力特性を示している。一方、実線８００は、本実施形態のオープン出力特性を示している。すなわち実線８００は、制御量補正部１１３２で使用する補正用ゲインの算出において、ストローク位置、出力レベル、出力の方向の３つのパラメータを考慮して補正用ゲインを算出した場合のオープン出力特性を示している。

【0059】

点線８９９で示される制御量補正部１１３２による補正を行わない場合、ばらつき幅８９９ａで示されるストローク位置によるオープン出力特性のばらつきが生じる。制御量補正部１１３２による補正を行わない場合は、図２で示したリニアアクチュエータ１００のばらつきのある出力特性がそのままオープン出力特性としても出力される。そのため、点線８９９では、ばらつき幅８９９ａで示されるようにストローク位置によるオープン出力特性のばらつきの幅が大きい。

【0060】

点線８５０で示されるストローク位置のみ（すなわち、１つのパラメータのみ）を考慮して補正を行う場合、ばらつき幅８５０ａで示されるストローク位置によるオープン出力特性のばらつきが生じる。ストローク位置のみを考慮して補正を行う場合は、制御量補正部１１３２による補正を行わない場合に比べてばらつきの幅は小さくなるものの、依然として一定のばらつきが残る。ストローク位置のみを考慮して補正を行う場合には、リニアアクチュエータ１００の出力レベルや出力方向によるばらつきはそのまま残り、条件によってはストローク位置のみを考慮した補正では過補正となるためである。

【0061】

実線８００で示されるリニアアクチュエータ１００のストローク位置、出力レベル、出力方向の３つのパラメータを考慮した本実施形態における補正を行う場合、ばらつき幅８００ａで示されるストローク位置によるオープン出力特性のばらつきが生じる。ストローク位置、出力レベル、出力方向の３つのパラメータを考慮して補正を行う場合は、オープン出力特性のばらつきが小さく、ほぼ一定の特性が得られる。このように本実施形態によると、リニアアクチュエータ１００を用いた位置決め制御において、リニアアクチュエータ１００の出力特性のばらつきに起因する影響を軽減して、リニアアクチュエータ１００の制御を行うことができる。

【0062】

ストローク位置、出力レベル、出力方向の３つのパラメータを考慮した補正用ゲインで制御量を補正することで、実線８００で示されるようにストローク端部の出力ゲインを高められる。そのため、リニアアクチュエータ１００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。出力特性差による駆動性への影響を低減するリニアアクチュエータ１００の制御を行うことで、カメラシステム１においては、フォーカスレンズ２１の焦点位置への追従性、すなわち被写体への追従性を向上させることができる。

【0063】

なお、本発明のリニアアクチュエータの制御システムはその要旨の範囲内で自由に変形して適用しても構わない。例えば、本実施例では制御構成の適用先として単極型のリニアアクチュエータ１００の例を説明したが、他の多極型のリニアアクチュエータにおいても出力特性のプロファイルをデータ化、格納して、補正用ゲインを演算して制御量の補正を行ってもよい。また、本発明が対象とするリニアアクチュエータとは、完全な直線運動を行う物に限らず、例えばＨＤＤ等で用いられるような有限の円弧軌道上で接線方向に推力を出力するアクチュエータを対象としてもよい。

【0064】

本実施形態の開示は、以下の制御システムの構成を含む。
（構成１）
コイルと界磁部とを備え、主軸に沿って負荷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、
前記負荷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、前記負荷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、
前記負荷の位置情報と前記負荷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。
（構成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構成１に記載の制御システム。
（構成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構成２に記載の制御システム。
（構成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構成２に記載の制御システム。
（構成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構成１乃至４のいずれかに記載の制御システム。
（構成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構成１乃至６のいずれかに記載の制御システム。
（構成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構成１乃至６のいずれかに記載の制御システム。
（構成８）
前記負荷は、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負荷を駆動させることを特徴とする構成１乃至７のいずれかに記載の制御システム。

【0065】

（その他の実施形態）
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムをネットワークまたは記憶媒体を介してシステムまたは装置に供給し、そのシステムまたは装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサがプログラムを実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

【0066】

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。

【符号の説明】

【0067】

１ カメラシステム
２１ フォーカスレンズ
１００ リニアアクチュエータ
１００ａ 主軸
１１１ コイル
１２０ 界磁部
１０００ 制御システム
１１００ コントローラ
１１１０ 駆動指令部
１１２０ 位置情報演算部
１１３０ 制御演算部
１１３１ 制御量演算部
１１３２ 制御量補正部
１１３４ 出力レベル判定部
１１３５ 出力方向判別部
１１３６ 補正用ゲイン演算部
１１４０ メモリ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】