JP2005091745A - 移動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 フォーカスレンズを移動制御するレンズ制御装置において、フォーカスレンズを目的位置に迅速かつ正確に移動する。
【解決手段】 フォーカスレンズの移動開始時に、前回の動作終了時におけるフォーカスレンズの位置とフォトインタラプタとの距離を判定し、その判定値に対応するパルスによってステッピングモータを高速駆動してフォーカスレンズをフォトインタラプタに対応する位置まで高速移動した後、フォトインタラプタの検出信号の状態を認識し、検出信号が高速移動前の状態から変化した状態であれば、フォトインタラプタの検出信号を監視しながら、フォーカスレンズを高速移動と逆方向に低速移動し、フォトインタラプタの検出信号の状態が再度変化した時点でフォーカスレンズの移動を停止する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、各種の被移動体を所定の軌道に沿って移動制御し、所定の位置で正確に停止させるための移動制御装置に関する。

近年のビデオカメラやデジタルスチルカメラの分野では、カメラ本体に対して鏡筒部を出没させるような構成において、この鏡筒部の出没動作に応じてフォーカスレンズ群を高精度に移動制御し、カメラ本体内の収納位置から鏡筒部内の所定位置に迅速に移動させるようなレンズ制御装置が利用されている（例えば、特許文献１）。
このレンズ制御装置は、フォーカスレンズ群を移動させるためのステッピングモータを含むアクチュエータと、フォーカスレンズ群の位置検出を行なうためのフォトインタラプタと、このフォトインタラプタを用いて移動制御を行なう制御回路とを備えており、鏡筒内の所定位置にフォトインタラプタを取り付けるとともに、フォーカスレンズ側にフォトインタラプタを通過する部材を設け、この部材がフォトインタラプタの位置を通過したときの出力の変化を制御回路側で監視することで、アクチュエータの動作を停止し、フォーカスレンズを所定位置に保持するような制御を行なう。なお、フォーカスレンズの位置情報の検出は、例えばシステムの起動時と終了時に行い、フォトインタラプタで検出した位置情報から移動した相対位置情報を得ることで、フォーカスレンズの位置を管理した駆動制御を行うことができる。

そして、上記従来のレンズ制御装置では、システムの起動時に行うフォーカスレンズの位置情報の検出処理シーケンスとして、例えば次のような方法が採用されている。
（１）まず、フォトインタラプタの検出信号の状態により、フォーカスレンズの現在位置がフォトインタラプタを通過した位置にあるか否かが判断できるので、これによってフォーカスレンズの目的位置に対する移動方向を判断し、フォトインタラプタの検出信号を監視しながら、フォーカスレンズの高速移動を開始する。
（２）次に、フォトインタラプタの検出信号の切り替わりを検出したら、フォーカスレンズの位置を正確に制御するために、（１）の高速移動と逆方向にフォーカスレンズを低速で移動し、フォトインタラプタの検出信号の切り替わりを再度検出したら、その位置でフォーカスレンズを停止し、移動制御を終了する。
図４はこの場合の制御動作を矢印によって模式的に示す説明図である。
この例では、最初にフォーカスレンズの駆動機構部とモータの回転を噛み合わせるために、低速で一定量移動し（矢印ａ０）、その後、フォトインタラプタの検出信号を監視しながら、フォーカスレンズの高速移動に移り（矢印ｂ０）、フォトインタラプタの検出信号が切り替わった時点で高速移動を停止し、続いて逆方向の低速移動を行ない、フォトインタラプタの検出信号が再度切り替わった時点で動作を停止する（矢印ｃ０）。
特開平４−１６６９０６号公報

しかしながら、上述した従来の検出処理シーケンスでは、以下のような問題がある。
（１）最初の高速移動時に検出信号の切り替わりを検出して移動を停止する段階で、移動速度が速いために、停止時の行き過ぎ量が大きくなり、その後の低速移動による目的位置までの移動に時間がかかる。
（２）上記（１）の問題を解決するために、高速移動時の速度を低速に抑えた場合には、移動開始から最初の検出までの時間が大きくなり、（１）の場合よりも、さらに所要時間が長くなってしまう。
なお、このような問題は、フォーカスレンズの移動装置に限らず、位置センサを用いて被移動体を目的位置まで移動する各種の移動制御装置においても同様に生じるものである。
そこで本発明の目的は、各種の被移動体を目的位置に迅速かつ正確に移動することが可能な移動制御装置を提供することにある。

上述の目的を達成するため、本発明にかかる移動制御装置は、被移動体を移動可能に支持する支持部材と、前記被移動体を支持部材に沿って移動する移動機構と、前記移動機構を駆動するパルス駆動モータと、前記被移動体の所定部位が前記パルス駆動モータの駆動制御によって所定の移動位置に至ったことを検出する少なくとも１つの位置センサと、前記位置センサからの検出信号と所定の制御データとを用いて前記駆動モータを制御し、前記被移動体の移動制御を行なう制御回路とを有し、前記制御回路は、前記被移動体の移動開始時に、前回の動作終了時における被移動体の位置と位置センサとの距離を判定し、その判定値に対応する駆動パルス数によって前記パルス駆動モータを高速駆動して被移動体を位置センサに対応する位置まで高速移動した後、位置センサの検出信号の状態を認識し、検出信号が高速移動前の状態から変化した状態であれば、位置センサの検出信号を監視しながら、被移動体を前記高速移動と逆方向に低速移動し、前記位置センサの検出信号の状態が再度変化した時点で被移動体の移動を停止することを特徴とする。

本発明にかかる移動制御装置によれば、被移動体の移動開始時に、前回の動作終了時における被移動体の位置と位置センサとの距離を判定し、その判定値に対応する駆動パルス数によってパルス駆動モータを高速駆動して被移動体を位置センサに対応する位置まで高速移動することにより、被移動体を迅速に位置センサに対応する位置まで移動することができ、その後に、位置センサの検出信号に基づいて被移動体を低速で移動し、正確な位置に移動させるようにしたことから、高速移動による行き過ぎ量が大きくならず、長い距離を迅速に移動できるとともに、低速移動による目的位置までの移動距離を小さくでき、迅速かつ正確な移動位置制御を行なうことが可能となる。

本発明の実施の形態は、例えばデジタルスチルカメラ等の撮像装置において、被写体に対して焦点を合わせるためのフォーカスレンズと、そのフォーカスレンズを所定位置に移動させるためのステッピングモータを含むアクチュエータと、フォーカスレンズの位置検出を行なうためのフォトインタラプタと、このフォトインタラプタを用いて移動制御を行なう制御回路とを備えたレンズ制御装置に本発明を適用したものである。
このレンズ制御装置では、フォーカスレンズの移動開始時に、前回の動作終了時におけるフォーカスレンズの位置とフォトインタラプタとの距離を判定し、その判定値に対応するパルスによってステッピングモータを高速駆動してフォーカスレンズをフォトインタラプタに対応する位置まで高速移動した後、フォトインタラプタの検出信号の状態を認識し、検出信号が高速移動前の状態から変化した状態であれば、フォトインタラプタの検出信号を監視しながら、フォーカスレンズを高速移動と逆方向に低速移動し、フォトインタラプタの検出信号の状態が再度変化した時点でフォーカスレンズの移動を停止する。

また、フォーカスレンズをフォトインタラプタに対応する位置まで高速移動した後、フォトインタラプタの検出信号の状態を認識し、検出信号が高速移動前の状態から変化していない状態であれば、フォトインタラプタの検出信号を監視しながら、フォーカスレンズを高速移動と同方向に低速移動し、フォトインタラプタの検出信号の状態が再度変化した時点で、さらに、フォーカスレンズを高速移動と逆方向に低速移動し、フォトインタラプタの検出信号の状態が再度変化した時点でフォーカスレンズの移動を停止する。
つまり、本形態では、アクチュエータによる移動方向に対するヒステリシスを補正するために、移動位置を決定する際の検出方向をフォトインタラプタの片方向からの移動に限定し、より高精度の制御を実現する。
また、本形態では、ステッピングモータによる高速移動前に、このステッピングモータの位相を前回の動作終了時の位相に合わせるための位相合わせ制御を行なった後に、移動制御に移行することで、より正確な移動制御を行なう。なお、この位相合わせ制御は、ステッピングモータに駆動電流を通電しない状態で、制御回路側で駆動パルスを流すことにより行なう。
さらに、本形態では、前回の動作終了以降の異常状態の発生を監視する監視機能を設け、フォーカスレンズの移動開始時に、監視機能によって異常の発生が検出されている場合には、フォーカスレンズとフォトインタラプタとの距離判定による高速移動制御を行なわず、他の方式（例えば従来例で説明した制御方式）を採用することにより、異常発生の結果、不適切になったデータに基づく距離判定による高速移動を防止し、故障等を防止する。

図１は本発明の実施例１によるレンズ制御装置の構成を示す概略側面図であり、図２は図１に示すレンズ制御装置の構成を示す概略正面図である。
このレンズ制御装置は、フォーカスレンズ１００を保持した保持部材１１０と、この保持部材１１０を直線方向に移動可能に支持する送りネジ（支持部材）１２０と、送りネジ１２０を回転駆動するステッピングモータ１３０と、フォーカスレンズ１００が所定の位置に移動したことを検出するフォトインタラプタ（位置センサ）１４０と、フォーカスレンズ１００の移動制御を管理する制御回路１５０と、フォーカスレンズ１００の移動制御に用いるプログラムやデータを格納する記憶装置１６０とを有している。
フォーカスレンズ１００の保持部材１１０は、フォーカスレンズ１００の移動方向に片持ち板状に延在されてフォトインタラプタ１４０の発光素子と受光素子とを遮るための遮蔽板１１１が連設されており、また、送りネジ１２０と係合するハーフナット部１１２が設けられている。なお、実際の構成としては、保持部材１１０は送りネジ１２０以外に不図示のガイドレール等によって移動自在に支持されている。そして、送りネジ１２０の回転駆動により、図１に示す矢印Ａ方向及び矢印Ｂ方向に安定的に移動できるようになっている。

フォトインタラプタ１４０は、発光素子と受光素子とを対向配置し、両者の間に保持部材１１０の遮蔽板１１１が配置されるか否かで検出信号が反転するものであり、遮蔽板１１１のエッジ通過を高精度に検出することが可能である。
ステッピングモータ１３０は、減速ギア等の駆動機構部を介して送りネジ１２０を回転駆動するものであり、駆動パルス数や回転角の位相の制御により、送りネジ１２０の回転数（回転角）を高精度に制御する。また、単位時間あたりの駆動パルス数を切り替えることにより、高速移動と低速移動を切り替える。
制御回路１５０は、モータドライバ、モータコントローラ、マイクロコントローラ等を含むものである。モータドライバは、ステッピングモータ１３０に供給する駆動パルス電流を制御するものであり、モータコントローラは、マイクロコントローラからの指示に基づいてモータドライバにパルス数等のパルス電流制御信号を出力するものである。
また、マイクロコントローラは、記憶装置１６０に格納されたプログラム等に基づいて、本システム全体の制御、管理を行なうものであり、特に本例では、フォーカスレンズの移動制御のために、モータコントローラに対する各種指令信号の出力や位置データの管理、異常管理等を行なう。
記憶装置１６０は、本システムの制御に用いるプログラムやデータを格納するものであり、特に本例では、フォーカスレンズの移動制御のための位置情報や異常検出情報等を保存するための領域を有し、バックアップ電源等によって不揮発性メモリとしての機能を有する。

図３は本実施例におけるレンズ制御装置の動作を矢印によって模式的に示す説明図であり、高速移動後のフォーカスレンズ１００とフォトインタラプタ１４０の位置関係が異なる２つの場合についてレンズの移動位置を矢印によって示したものである。
まず、本例の動作に先立って、制御回路１５０では、前回の動作終了から現時点までに、装置に特定の異常が生じたか否かを監視しており、異常が生じた場合には、その情報を記憶装置１６０の所定領域に書き込むようになっている。そして、システムの起動時に、この異常が生じたことを示す情報が記憶装置１６０に書き込まれている場合には、以下に説明する本例の動作は行なわず、例えば、従来例で説明した動作を行なうものとする。すなわち、装置に異常が発生した場合に、その内容によっては、前回の動作終了時におけるフォーカスレンズ１００の位置が変化している可能性があり、この場合、フォトインタラプタ１４０の位置（目的位置）と現在のフォーカスレンズ１００との距離が前回の動作終了時から変化することになり、高速移動させる距離判定が行なえないため、間違った高速移動を排除すべく、本例の制御は行なわないものとした。したがって、以下の制御動作は、前回の動作終了が正常終了し、現時点まで距離判定に障害を及ぼすような異常がなかった場合を前提として実行するものである。

次に、前回の動作終了が正常終了し、異常がなかった場合、制御回路１５０は、記憶装置１６０に格納された位置情報等を用いてフォトインタラプタ１４０の位置（目的位置）と現在のフォーカスレンズ１００との距離を判定し、高速移動させる距離を算出する。これは、例えば前回の動作終了時のフォーカスレンズ１００の位置情報を記憶装置１６０に格納しておき、予め与えられているフォトインタラプタ１４０の位置との差から両者の距離を判定する方法や、あるいは動作終了時にフォーカスレンズ１００が所定の待機位置に配置されるようなものの場合には、その待機位置とフォトインタラプタ１４０の位置は予めの決まっていることから、両者の距離も予め決まっていることになるので、その値を記憶装置１６０に格納しておき、その情報を参照して距離を判定する方法等を採用できる。

そして、このような高速移動させる距離の判別後、図３に示す本例の移動制御を開始する。
まず最初に、フォトインタラプタ１４０を通電し、その検出信号の状態（通常はオフ）を確認した後、ステッピングモータ１３０の位相を前回の動作終了時の位相に合わせるための位相合わせ制御を行なう。この位相合わせ制御は、例えばステッピングモータに駆動電流を通電しない状態で、制御回路側で駆動パルスを流すことにより行なうが、ステッピングモータ１３０がパルス位相を指定できる機能を有するような構成であれば、必要な位相を直接指定するようにしてもよい。なお、前回の動作終了時の位相は、その時点で制御回路１５０で検出され、記憶装置１６０に格納されているものとする。
次に、フォーカスレンズ１００の移動を開始し、最初に図３の矢印ａ１及びａ２では、フォーカスレンズ１００の送りネジやナット等の駆動機構部とステッピングモータ１３０の回転を噛み合わせるために、低速で一定量だけ移動する。
次に、矢印ｂ１及びｂ２では、上述した距離判定の結果得られた高速移動距離だけ、ステッピングモータ１３０を高速駆動し、フォーカスレンズ１００を所定の距離だけ高速移動する。

そして、この高速移動終了後、フォトインタラプタ１４０の検出信号の状態を確認し、最初の状態から変化した場合（通常はオフからオンに変化）と、最初の状態から変化していない場合（通常はオフからオフ）とで異なる動作を行なう。
まず、フォトインタラプタ１４０の検出信号の状態が変化した場合は、矢印ｂ１に示すように、フォーカスレンズ１００がフォトインタラプタ１４０の設置位置を僅かに通過した場合であり、この場合は、矢印ｃ１に示すように、フォトインタラプタ１４０の検出信号を監視（具体的には、６０ｐｐｓの周期でエッジ検索）しながら、高速移動と逆方向にステッピングモータ１３０を低速回転し、フォーカスレンズ１００を低速移動する。そして、遮蔽板１１１のエッジを検出した時点で、ステッピングモータ１３０を停止し、目的位置への移動制御を終了する。

次に、フォトインタラプタ１４０の検出信号の状態が変化しない場合は、矢印ｂ２に示すように、フォーカスレンズ１００がフォトインタラプタ１４０の設置位置に僅かに至らない場合であり、この場合は、矢印ｃ２に示すように、フォトインタラプタ１４０の検出信号を監視（具体的には、６０ｐｐｓの周期でエッジ検索）しながら、高速移動と同方向にステッピングモータ１３０を低速回転し、フォーカスレンズ１００を低速移動する。そして、遮蔽板１１１のエッジを検出した時点で、ステッピングモータ１３０を停止する。この時点で、フォーカスレンズ１００がフォトインタラプタ１４０の設置位置を僅かに通過した状態となる。さらに今度は、矢印ｃ１に示すように、フォトインタラプタ１４０の検出信号を監視（具体的には、６０ｐｐｓの周期でエッジ検索）しながら、高速移動と逆方向にステッピングモータ１３０を低速回転し、フォーカスレンズ１００を低速移動する。そして、遮蔽板１１１のエッジを検出した時点で、ステッピングモータ１３０を停止し、目的位置への移動制御を終了する。
このようにして、最終的なエッジ検出が同一の方向で行なわれるように限定し、高精度の移動位置を得るようにする。
なお、基本的には、前者の動作の方が低速移動が１回で済み、簡単で理想的であることから、できるだけ高速移動の段階で遮蔽板１１１のエッジが検出されるように、距離判定等の数値を微調整して、前者の動作が選択される割合が多くなるように設計するものとする。
以上のようにして、本実施例では、迅速にフォーカスレンズ１００を目的位置まで高精度に移動制御することが可能となる。

なお、以上の実施例１では、フォーカスレンズの移動装置に本発明を適用した例を説明したが、本発明は他の被移動体の移動制御装置についても同様に適用できるものである。
また、位置センサとしては、上述のようなフォトインタラプタに限らず、例えば受光素子と発光素子とで構成される反射型フォトカプラを用いてもよい。また、複数箇所に位置センサを設け、それぞれの位置で被移動体を検出するようなシステム構成としてもよい。
また、ステッピングモータ以外のパルス駆動モータを用いたシステムでも同様に適用できるものである。
また、上述の実施例では、アクチュエータによる移動方向に対するヒステリシスを補正するために、移動位置を決定する際の検出方向をフォトインタラプタの片方向からの移動に限定するため、高速移動でセンサ位置に届かない場合には、低速移動を両方向から計２回行なうような制御としたが、システムが要求する精度の程度によっては、このようなヒステリシスを補正する制御は不要であるものとし、１回（すなわち、高速移動と同方向）の低速移動だけを行なうような構成としてもよい。
また、上述の実施例では、ステッピングモータによる高速移動前に、このステッピングモータに対するパルス位相を前回の動作終了時の位相に合わせるための位相合わせ制御を行なうようにしたが、この制御についても、システムが要求する精度や速度の程度によっては、省略することが可能である。

図１は本発明の実施例１によるレンズ制御装置の構成を示す概略側面図である。 図１に示すレンズ制御装置の構成を示す概略正面図である。 図１に示すレンズ制御装置の制御動作を示す説明図である。 従来のレンズ制御装置の制御動作を示す説明図である。

符号の説明

１００……フォーカスレンズ、１１０……保持部材、１１１……遮蔽板、１２０……送りネジ、１３０……ステッピングモータ、１４０……フォトインタラプタ、１５０……制御回路、１６０……記憶装置。

Claims (12)

1. 被移動体を移動可能に支持する支持部材と、
   前記被移動体を支持部材に沿って移動する移動機構と、
   前記移動機構を駆動するパルス駆動モータと、
   前記被移動体の所定部位が前記パルス駆動モータの駆動制御によって所定の移動位置に至ったことを検出する少なくとも１つの位置センサと、
   前記位置センサからの検出信号と所定の制御データとを用いて前記駆動モータを制御し、前記被移動体の移動制御を行なう制御回路とを有し、
   前記制御回路は、前記被移動体の移動開始時に、前回の動作終了時における被移動体の位置と位置センサとの距離を判定し、その判定値に対応する駆動パルス数によって前記パルス駆動モータを高速駆動して被移動体を位置センサに対応する位置まで高速移動した後、位置センサの検出信号の状態を認識し、検出信号が高速移動前の状態から変化した状態であれば、位置センサの検出信号を監視しながら、被移動体を前記高速移動と逆方向に低速移動し、前記位置センサの検出信号の状態が再度変化した時点で被移動体の移動を停止する、
   ことを特徴とする移動制御装置。
2. 前記制御回路は、被移動体を位置センサに対応する位置まで高速移動した後、位置センサの検出信号の状態を認識し、検出信号が高速移動前の状態から変化していない状態であれば、位置センサの検出信号を監視しながら、被移動体を前記高速移動と同方向に低速移動し、前記位置センサの検出信号の状態が再度変化した時点で被移動体の移動を停止することを特徴とする請求項１記載の移動制御装置。
3. 前記制御回路は、被移動体を位置センサに対応する位置まで高速移動した後、位置センサの検出信号の状態を認識し、検出信号が高速移動前の状態から変化していない状態であれば、位置センサの検出信号を監視しながら、被移動体を前記高速移動と同方向に低速移動し、前記位置センサの検出信号の状態が再度変化した時点で、さらに、被移動体を前記高速移動と逆方向に低速移動し、前記位置センサの検出信号の状態が再度変化した時点で被移動体の移動を停止することを特徴とする請求項１記載の移動制御装置。
4. 前記位置センサは、発光素子と受光素子とを組み合わせたフォトインタラプタであることを特徴とする請求項１記載の移動制御装置。
5. 前記パルス駆動モータがステッピングモータであることを特徴とする請求項１記載の移動制御装置。
6. 前記制御回路は、前記パルス駆動モータに駆動パルス電流を供給するモータドライブと、前記モータドライブにパルス電流制御信号を供給するモータコントローラと、前記モータコントローラに指令信号を供給する上位コントローラとを有することを特徴とする請求項１記載の移動制御装置。
7. 前記制御回路は前記パルス駆動モータの高速移動前に前記パルス駆動モータの位相を前回の動作終了時の位相に合わせるための位相合わせ制御を行なうことを特徴とする請求項１記載の移動制御装置。
8. 前記位相合わせ制御は、前記パルス駆動モータに駆動電流を通電しない状態で、前記制御回路側で駆動パルスを流すことにより行なうことを特徴とする請求項７記載の移動制御装置。
9. 前記被移動体がカメラ装置のフォーカスレンズであることを特徴とする請求項１記載の移動制御装置。
10. 前記制御回路は、前回の動作終了時における被移動体の位置情報を保存し、その位置情報と予め与えられている位置センサの位置情報とに基づいて、被移動体と位置センサとの距離を判定することを特徴とする請求項１記載の移動制御装置。
11. 前記制御回路は、被移動体の動作終了時に、予め決められている待機位置に被移動体を戻した状態で動作を終了し、前記待機位置と位置センサとの距離を被移動体と位置センサとの距離として判定することを特徴とする請求項１記載の移動制御装置。
12. 前記制御回路は、前回の動作終了以降の異常状態の発生を監視する監視機能を有し、被移動体の移動開始時に、前記監視機能によって異常の発生が検出されている場合には、前記被移動体と位置センサとの距離判定による高速移動制御を行なわないことを特徴とする請求項１記載の移動制御装置。
    

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