JP2006166653A - 駆動装置及びレンズ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡易な構成であるにも関わらず、被駆動体の高精度の位置決め制御ができる駆動装置を提供する。
【解決手段】 被駆動体１５２の移動を規制する規制端７０と、励磁電流のパターンに応じた励磁位置の変化に伴うロータの回転により、被駆動体１５２を駆動するステッピングモータ１５０と、ステッピングモータ１５０に励磁電流を供給するドライバ４００と、被駆動体１５２の原点位置に対応する励磁位置を予め格納している原点位置記憶部２０３とを備え、原点位置記憶部２０３に格納された励磁位置は、被駆動体１５２が規制端７０に近づくように励磁位置を進め、被駆動体１５２の移動が規制端７０で規制された状態から、さらに励磁位置を進めたときに、被駆動体１５２が規制端７０から離れるようにロータが磁気的な力を受ける励磁位置である。
【選択図】図１

Description

本発明は駆動装置に関し、特にデジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ（以下、単にデジタルカメラという）、携帯電話端末や個人情報端末に好適な小型のレンズ駆動装置に関する。

近年、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）などの固体撮像素子や画像信号を処理する信号処理回路の集積度が著しく向上し、かつ安価に提供されるようになったため、デジタル画像信号を取得するための撮像装置を搭載する機器が急増している。特に、携帯電話端末やＰＤＡ（Personal Digital Assistance）等の個人用で携帯性を重視した小型の機器に、撮像装置を搭載した態様が数多く提案され好評を博している。

このような撮像装置は、被写体である物体の光学像を形成する撮像光学系と、撮像光学系の形成した光学像を電気信号に変換する固体撮像素子とを中心に構成される。撮像光学系は、レンズ素子などの複数の光学素子を光軸に沿って配置した構成が一般的である。最近は、ズーム機能やフォーカス調整機能等への要望が高く、撮像光学系に含まれる光学素子同士の相対的な位置関係を変化させるために、特定の光学素子を光軸に沿って移動させるレンズ駆動装置を備える撮像装置が求められている。

レンズ駆動装置において、光学素子をステッピングモータにより駆動する構成が知られている。このようなレンズ駆動装置では、光学素子は、通常、所定の位置（原点）を基準とし、ステッピングモータに印加されるパルス数を制御して原点からの移動量を規定することにより駆動される。

例えば、特許文献１は、１−２相励磁方式でパルス駆動されるパルス（ステッピング）モータを用いてレンズ群や絞りを駆動するカメラの焦点調節装置を開示している。特許文献１に記載されたカメラの焦点調節装置は、絞り用パルスモータＭ１と、焦点調節用モータＭ２と、ズームモータＭ３との３つのパルスモータを有している。絞り用パルスモータＭ１と、焦点調節用モータＭ２とは、被駆動体であるレンズ群や絞り羽根とは別に設けられたフォトセンサーを用いて原点検出が行われている。なお、ズームモータＭ３は、ボリューム（可変抵抗器）によりレンズ群の絶対位置の検出が行われているため、原点検出自体が行われていない。

また、特許文献２は、ステッピングモータを有するレンズ駆動装置を開示している。特許文献２に記載のレンズ駆動装置は、被駆動体であるレンズを機械的に規制される限界位置に移動させた後、その限界位置から予め設定された所定の動作量だけ逆駆動させて、原点検出を行っている。特許文献２は、この制御を行うことにより、原点検出を高精度に行うことができるとしている。
特開平１０−２２４６８０号公報 特開平８−７６００５号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたカメラの焦点調節装置は、ステッピングモータの原点位置の検出を行うためにフォトセンサ等の構成が別途必要であり、撮像装置の小型化を達成することができないという問題があった。

また、特許文献２に記載されたレンズ駆動装置は、被駆動体を機械的に規制される限界位置に移動させて原点位置を検出しているため、ステッピングモータに印加されるパルス数により原点からの移動量を規定する際に誤差が発生するという問題があった。

これは、被駆動体を機械的に規制される限界位置に当接させると、被駆動体は限界位置に対して励磁位置に応じてロータマグネットが受ける磁気的な力の方向が異なるため、原点位置をセットするタイミングに応じて、被駆動体が限界位置に近づく方向に駆動される場合と、被駆動体が限界位置から離れる方向に駆動される場合の２通りの状態が発生するためである。

本発明は、前記のような従来の問題を解決するものであり、簡易な構成であるにも関わらず、被駆動体の高精度の位置決め制御ができる駆動装置及びこれを用いたレンズ駆動装置を提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明の駆動装置は、被駆動体を駆動する駆動装置であって、前記被駆動体の移動を規制する規制端と、励磁電流のパターンに応じた励磁位置の変化に伴うロータの回転により、前記被駆動体を駆動するステッピングモータと、前記ステッピングモータに前記励磁電流を供給するドライバと、前記被駆動体の原点位置に対応する励磁位置を予め格納している原点位置記憶部と、前記ドライバが供給する前記励磁電流のパターンに対応して変化する前記励磁位置及び前記励磁位置に対応した前記被駆動体の絶対位置を計数する計数部と、前記原点位置をリセットする演算部とを備え、前記原点位置記憶部に格納された前記励磁位置は、前記被駆動体が前記規制端に近づくように前記励磁位置を進め、前記被駆動体の移動が前記規制端で規制された状態から、さらに前記励磁位置を進めたときに、前記被駆動体が前記規制端から離れるように前記ロータが磁気的な力を受ける励磁位置であることを特徴とする。

本発明のレンズ駆動装置は、前記本発明の駆動装置を備えたレンズ駆動装置であって、前記被駆動体が、レンズ素子を保持するレンズ保持枠であることを特徴とする。

本発明によれば、簡易な構成であるにも関わらず被駆動体の高精度な位置決め制御をすることができる。

本発明の駆動装置によれば、センサ等を用いることなく高精度にロータの位置決め制御を行うことが可能になる。

前記本発明の駆動装置においては、前記演算部の原点位置のリセットは、前記原点位置格納部に格納された前記励磁位置を呼び出すとともに、前記ドライバを用いて前記ステッピングモータを駆動して、前記被駆動体が前記規制端に近づくように前記励磁位置を進め、前記被駆動体の移動が前記規制端で規制された状態から、さらに前記呼び出した前記励磁位置に対応する位置まで励磁位置を進め、この励磁位置に対応した前記絶対位置の値をリセットして行うことが好ましい。

また、前記ステッピングモータに供給される励磁電流のパターンは、０からｎまでのｎ＋１個（ただし、ｎ＋１は４以上の偶数）であり、前記励磁電流のパターンの番号が０からｎに進むにつれて、前記被駆動体は前記規制端に近づき、前記被駆動体の移動の規制が開始するときの前記励磁電流のパターンの番号をｎとし、前記励磁電流のパターンの各番号に対応させて、前記励磁位置の番号を０からｎとすると、前記原点位置に対応する前記励磁位置の番号は、（ｎ＋１）／２からｎ−１までの範囲にあることが好ましい。

また、さらに、前記原点位置記憶部に格納された前記励磁位置から所定距離離れた特定の位置までの移動量に相当するオフセット移動量を格納するオフセット記憶部を備え、前記演算部は、前記被駆動体の原点位置のリセットの後、前記オフセット記憶部に格納されたオフセット移動量だけ前記被駆動体を移動させるよう前記ドライバを制御することが好ましい。この構成によれば、電源投入から撮像装置を使用可能な状態にするまでの時間を短縮することができる。

また、前記被駆動体が、被写体光の光量を制御する絞り部であることが好ましい。

前記本発明の第４のレンズ駆動装置においては、前記被駆動体が、前記レンズ保持枠と被写体光の光量を制御する絞り部とであることが好ましい。

以下本発明の一実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る撮像装置の概略図及びブロック図である。図１において、鏡筒１内に、第１レンズ群２、第２レンズ群３、第３レンズ群４（以下第３レンズ群を「フォーカスレンズ」という。）が配置されている。絞り部１６０により、第１レンズ群２及び第２レンズ群３を透過した被写体光の光量が調整される。撮像素子５により、各レンズ群を透過した被写体光が撮像される。

フォーカスレンズ４の枠１５２には当接部材６０が固定されており、当接部材６０は規制部材７０により位置が規制される。フォーカスモータ１５０が回転することにより、ネジの切られたリードスクリュー１５１が回転し、枠１５２が撮像素子５の方向に移動が進行すると、当接部材６０が規制部材７０に当接し、フォーカスレンズ４の撮像素子５の方向への移動が規制されることになる。

撮像素子５で受光された被写体画像は、信号処理部１２で処理される。システムコントロール部１００において、カメラ本体のシャッタボタンや電源ボタン、メニューボタン（いずれも図示せず）などの操作ボタン１０１の操作信号と、信号処理部１２から出力される画像信号とに基づいて、フォーカスレンズ４及び絞り部１６０の制御情報が制御回路２００へ送受信される。

なお、フォーカスモータ１５０は、ステッピングモータである。また、絞り部１６０には、後述する光量を調節する羽根を駆動するステッピングモータ（以下、「アイリスモータ」という）を備えている。

フォーカスドライバ４００及びアイリスドライバ５００は、ステッピングモータを駆動させるための駆動電流のパルス（以下、「駆動パルス」という。）を発生させるパルス発生回路である。制御回路２００は、システムコントロール部１００から送信されてきた制御情報をフォーカスドライバ４００及びアイリスドライバ５００へ送信するＩ／Ｆ部２０５を備えている。さらに、フォーカスレンズ４及び絞り部１６０の制御を行うための制御情報を演算する演算部２０１、計数部２０２、原点位置記憶部２０３、オフセット記憶部２０４を備えている。

図２は、本実施の形態に係る撮像装置の制御回路２００の詳細ブロック図である。図２において、計数部２０２は、フォーカスモータ１５０の励磁位置をカウントする励磁位置カウンタ２１０、後述する原点リセット処理によりリセット又はプリセットし、フォーカスモータ１５０の絶対位置をカウントする絶対位置カウンタ２１１を備えている。さらに、アイリスモータ１６０ａ（後述）の励磁位置をカウントする励磁位置カウンタ２１２、後述する原点リセット処理によりリセット又はプリセットし、アイリスモータ１６０ａの絶対位置をカウントする絶対位置カウンタ２１３を備えている。

演算部２０１は、Ｉ／Ｆ部２０５から送られてくるフォーカスモータ駆動指令及びアイリスモータ駆動指令によって、計数部２０２と原点位置記憶部２０３、オフセット記憶部２０４の情報に基づいて、励磁位置カウンタ２１０，２１２のカウントアップ又はカウントダウンを行い、各励磁位置カウンタのカウンタ値を読み出す。また、絶対位置カウンタ２１１，２１３のリセット又はプリセットを行い、各絶対位置カウンタのカウンタ値を読み出す。

図３は、本実施の形態にかかる撮像装置のモータ部とフォーカスドライバのブロック図である。図３において、４００はフォーカスドライバ、１５０ａはＡ相コイル、１５０ｂはＢ相コイル、１５０ｃは２極に着磁されたロータ、６０は当接部材、７０は規制部材である。

図１では、当接部材６０はフォーカスレンズ４に固定されており、規制部材７０は鏡筒１に規制されている例で説明した。このことに変りはないが、ここでは説明を分かり易くするために、ロータ１５０ｃに当接部材６０が取り付けられ、ロータ１５０ｃの近傍に規制部材７０が配置されている例で説明する。

図１の例では、実線で示した当接部材６０は、規制部材７０の位置から絞り部１６０方向に変位した位置にある。前記のように、フォーカスモータ１５０の回転によるフォーカスレンズ４の撮像素子５の方向への移動が進行すると、破線で示したように当接部材６０は規制部材７０に当接することになる。図３の当接部材６０の位置は、図１の実線で示した当接部材６０の位置に相当する。ロータ１５０ｃが右回転することによって、当接部材６０は規制部材７０に当接する。この位置は、図１の破線で示した当接部材６０の位置に相当する。

以下、図３の例に基いてステッピングモータの駆動制御を説明する。図４は、本実施の形態に係る撮像装置のモータ部のＡ相コイル及びＢ相コイルに印加する励磁電流の電流パターンを示すタイミングチャートである。モータ部は、いわゆる１−２相励磁方式により駆動されるステッピングモータである。

１−２相励磁方式のステッピングモータは、Ａ相コイル１５０ａへの正負２極性の制御電流の印加と、Ｂ相コイル１５０ｂへの正負２極性の制御電流の印加との組み合わせにより駆動される。ここで、Ａ相コイル１５０ａへは、正極性電流を印加する場合（Ａ＋）と、負極性電流を印加する場合（Ａ−）と、いずれも印加しない場合（０）との３通りが考えられる。

また、Ｂ相コイル１５０ｂへも、正極性電流を印加する場合（Ｂ＋）と、負極性電流を印加する場合（Ｂ−）と、いずれも印加しない（０）との３通りが考えられる。したがって、印加可能な電流のパターンは３通り×３通り＝９通りとなるが、Ａ相及びＢ相のいずれにも電流を印加しない場合を除く必要があり、すべてのパターンは８通りになる。

図４のタイミングチャートには、励磁位置番号０から７の８通りの電流パターンが記載されている。それぞれの励磁位置番号は、以下の電流パターンに相当する。ステッピングモータは、下記の励磁位置番号０から励磁位置番号７に対応する電流パターンが順次印加されて、回転駆動される。

（ａ）励磁位置番号０：（Ａ相、Ｂ相）＝（Ａ−、 ０）
（ｂ）励磁位置番号１：（Ａ相、Ｂ相）＝（Ａ−、Ｂ−）
（ｃ）励磁位置番号２：（Ａ相、Ｂ相）＝（ ０、Ｂ−）
（ｄ）励磁位置番号３：（Ａ相、Ｂ相）＝（Ａ＋、Ｂ−）
（ｅ）励磁位置番号４：（Ａ相、Ｂ相）＝（Ａ＋、 ０）
（ｆ）励磁位置番号５：（Ａ相、Ｂ相）＝（Ａ＋、Ｂ＋）
（ｇ）励磁位置番号６：（Ａ相、Ｂ相）＝（ ０、Ｂ＋）
（ｈ）励磁位置番号７：（Ａ相、Ｂ相）＝（Ａ−、Ｂ＋）
図５は、本実施の形態に係る撮像装置において規制部材６０を規制位置から離れた位置から励磁位置番号を１づつ進めて規制位置に近づけときのモータ部の励磁位置と駆動位置の関係を示す模式図である。図５（ａ）〜（ｈ）は、前記の励磁位置番号０〜励磁位置番号７に対応している。各図は、ステッピングモータのロータ１５０ｃの回転軸方向から見た図に相当し、Ａ相コイル１５０ａとＢ相コイル１５０ｂとは互いにロータ１５０ｃの回転方向に９０度ずれた位置に配置されている。

励磁位置番号０に対応している場合、Ｂ相コイル１５０ｂには電流が印加されていない状態でＡ相コイルのＡ−端子からＡ＋端子へ電流が印加されることになる。このため、Ａ相コイル１５０ａにはロータ１５０ｃのＮ極を吸引するＳ極に励磁され、図５（ａ）の位置に保持される。

励磁位置番号１に対応している場合、Ａ相コイル１５０ａのＡ−端子からＡ＋端子へ電流が印加されるとともに、Ｂ相コイル１５０ｂのＢ−端子からＢ＋端子へ電流が印加されることになる。このため、双方のコイルで励磁されるＳ極によってロータ１５０ｃのＮ極が吸引され、それぞれの吸引力が釣合う図５（ｂ）の位置に保持される。

励磁位置番号２に対応している場合、Ａ相コイル１５０ａには電流が印加されていない状態でＢ相コイル１５０ｂのＢ−端子からＢ＋端子へ電流が印加されることになる。このため、Ｂ相コイル１５０ｂにはロータ１５０ｃのＮ極を吸引するＳ極に励磁され、図５（ｃ）の位置に保持される。

励磁位置番号３に対応する場合、Ａ相コイル１５０ａのＡ＋端子からＡ−端子へ電流が印加されとともに、Ｂ相コイルのＢ−端子からＢ＋端子へ電流が印加されることになる。このため、Ａ相コイル１５０ａはＮ極に励磁されロータ１５０ｃのＳ極を吸引し、Ｂ相コイル１５０ｂはＳ極に励磁されロータ１５０ｃのＮ極を吸引し、それぞれの吸引力が釣合う図５（ｄ）の位置に保持される。

励磁位置番号４に対応する場合、Ｂ相コイル１５０ｂには電流が印加されていない状態でＡ相コイル１５０ａのＡ＋端子からＡ−端子へ電流が印加されることになる。このため、Ａ相コイル１５０ａにはロータ１５０ｃのＳ極を吸引するＮ極に励磁され、図５（ｅ）の位置に保持される。

励磁位置番号５に対応する場合、Ａ相コイル１５０ａのＡ＋端子からＡ−端子へ電流が印加されるとともに、Ｂ相コイル１５０ｂのＢ＋端子からＢ−端子へ電流が印加されることになる。このため、双方のコイルで励磁されるＮ極によってロータ１５０ｃのＳ極が吸引され、それぞれの吸引力が釣合う図５（ｆ）の位置に保持される。

励磁位置番号６に対応する場合、Ａ相コイル１５０ａには電流が印加されていない状態でＢ相コイル１５０ｂのＢ＋端子からＢ−端子へ電流が印加されることになる。このため、Ｂ相コイル１５０ｂにはロータ１５０ｃのＳ極を吸引するＮ極に励磁され、図５（ｇ）の位置に保持される。

励磁位置番号７に対応する場合、Ａ相コイル１５０ａのＡ−端子からＡ＋端子へ電流が印加されとともに、Ｂ相コイル１５０ｂのＢ＋端子からＢ−端子へ電流が印加されることになる。このため、Ａ相コイル１５０ａはＳ極に励磁されロータ１５０ｃのＮ極を吸引し、Ｂ相コイル１５０ｂはＮ極に励磁されロータ１５０ｃのＳ極を吸引し、それぞれの吸引力が釣合う図５（ｈ）の位置に保持される。

励磁位置番号０の状態から励磁位置番号１の状態に推移すると、ロータ１５０ｃは励磁位置番号０の位置から右方向に回転する推力を受け、励磁位置番号１の状態になる。励磁位置番号１の状態から励磁位置番号２の状態に推移すると、ロータ１５０ｃは励磁位置番号１の位置から右方向に回転する推力を受け、励磁位置番号２の状態になる。以降、同様に励磁位置番号を順に進めるとロータ１５０ｃは右方向に回転していくことになる。なお、励磁位置番号７の次は、励磁位置番号０となる。

以上のようにして、ステッピングモータは回転駆動されることになる。また、Ａ相コイル１５０ａ及びＢ相コイル１５０ｂは、ロータ１５０ｃの回転方向に９０度ずれて配置されているので、このステッピングモータは、コイルの９０度ピッチずれのさらに半分すなわち４５度の分解能を持っている。

図６は、図５（ｈ）の状態からさらに励磁位置番号を１づつ進めたときのモータ部の励磁位置と駆動位置の関係を示す模式図である。前記のように、図５において励磁位置番号０から励磁位置番号７まで順にロータ１５０ｃを右方向に回転させると、図５（ｈ）に示す位置で当接部材６０が規制部材７０によって規制されることになる。このため、この状態はロータ１５０ｃに右方向に回転させる推進力を与えても、それ以上回転しない状態である。

したがって、励磁位置番号７から励磁位置番号０に進めた場合、ロータ１５０ｃは回転せず、図６（ａ）に示すように、ロータ１５０ｃの位置は図５（ｈ）の位置を維持することになる。当接部材６０が規制部材７０によって規制されていなければ、図５（ａ）の位置にロータ１５０ｃが回転することになる。

図６（ａ）の状態では、ロータ１５０ｃには右方向に回転しようとする推進力が働いている。すなわち、図の矢印で示す方向に当接部材６０が規制部材７０を押圧していることになる。

励磁位置番号１に進めても、図６（ｂ）に示したように、ロータ１５０ｃは回転せず、ロータ１５０ｃの位置は前の位置を維持している。当接部材６０が規制部材７０によって規制されていなければ、図５（ｂ）の位置にロータ１５０ｃが回転することになる。図６（ｂ）の状態においても、ロータ１５０ｃには右方向に回転しようとする推進力が働いている。すなわち、図の矢印で示す方向に当接部材６０が規制部材７０を押圧していることになる。

励磁位置番号２に進めても、図６（ｃ）に示したように、ロータ１５０ｃは回転せず、ロータ１５０ｃの位置は前の位置を維持している。当接部材６０が規制部材７０によって規制されていなければ、図５（ｃ）の位置にロータ１５０ｃが回転することになる。図６（ｃ）の状態においても、ロータ１５０ｃには右方向に回転しようとする推進力が働いている。すなわち、図の矢印で示す方向に当接部材６０が規制部材７０を押圧していることになる。

励磁位置番号３に進めた場合は、図６（ｄ）に示すように前の状態を維持した状態と、図５（ｄ）に示す位置にロータ１５０ｃが回転した状態の２通りが考えられる。この理由は以下の通りである。励磁位置番号０−２までは、ロータ１５０ｃを右方向に回転させようとする推進力が働くように磁極がＡ相コイル１５０ａ又はＢ相コイル１５０ｂに励磁されている。

他方、励磁位置番号３では、Ａ相コイル１５０ａがＮ極、Ｂ相コイル１５０ｂがＳ極に励磁され、図６（ｄ）の状態では、ロータ１５０ｃに各コイルから均等に反発力が働いており、不安定な状態になっている。

このため、Ｂ相コイル１５０ｂの磁力が少しでもＡ相コイル１５０ａの磁力より強くなったり、逆にＡ相コイル１５０ａの磁力が少しでもＢ相コイル１５０ｂの磁力より強くなったり、又は外部から振動が加わったりすると、ロータ１５０ｃが左方向に回転して図５（ｄ）に示す状態に保持されることも起こり得ることになる。すなわち、この状態はロータ１５０ｃが図６（ｄ）と図５（ｄ）との２通りの位置になることが想定されるため不安定な状態を示している。

図６（ｅ）は、ロータ１５０ｃが規制された状態（上図）から励磁位置番号４に移行した状態（下図）を示している。励磁位置番号４では、Ａ相コイル１５０ａはＮ極に励磁され、Ｂ相コイル１５０ｂは励磁されないので、ロータ１５０ｃは上側に示すロータ位置から左方向に回転し、下側に示すロータ位置に保持されることになる。

図６（ｆ）は、ロータ１５０ｃが規制された状態（上図）から励磁位置番号５に移行した状態（下図）を示している。励磁位置番号５では、Ａ相コイル１５０ａ及びＢ相コイル１５０ｂはＮ極に励磁されるので、ロータ１５０ｃは上側に示すロータ位置から左方向に回転し、下側に示すロータ位置に保持されることになる。

図６（ｇ）は、ロータ１５０ｃが規制された状態（上図）から励磁位置番号６に移行した状態（下図）を示している。励磁位置番号６では、Ａ相コイル１５０ａは励磁されず、Ｂ相コイル１５０ｂはＮ極に励磁されるので、ロータ１５０ｃは上側に示すロータ位置から左方向に回転し、下側に示すロータ位置に保持されることになる。

図６（ｈ）に示した励磁位置番号７の状態は、ロータ１５０ｃの保持位置が当接部材６０が規制部材７０に当接する位置に一致した状態である。すなわち、図６（ｈ）の状態は、ロータ１５０ｃにはその位置で保持する力が働いており、かつその保持位置でちょうど当接部材６０が規制部材７０に接触している理想状態であり、当接部材６０が規制部材７０を押圧するような力は働かない。ただし、規制部材７０が少しでも左方向にずれた場合は、当接部材６０が規制部材７０の方向へ押圧されることになる。この場合は、ロータ１５０ｃには右方向に回転しようとする推進力が働くことになる。

このように、ロータ１５０ｃが規制位置に当接している場合、励磁位置番号に応じてロータマグネットに作用する磁気的な力の方向が変化することになる。図７は、本実施の形態に係る撮像装置のロータマグネットが受ける力の方向と励磁位置番号との関係を示す模式図である。ロータ１５０ｃが規制位置に当接している場合、前記のように励磁位置番号７及び３の状態では、ロータマグネットに磁気的な回転推進力は作用しない。

また、励磁位置番号０−２では、ロータマグネットに規制位置の方向に押圧する磁気的な力が作用する。逆に、励磁位置番号４−６では、ロータマグネットに規制位置から離れようとする方向に磁気的な力が作用する。この結果、図７のように、ロータマグネットの受ける磁気的な力は、励磁位置番号の周期パターンに応じて変化する。

図８は、本実施の形態に係る撮像装置のロータ１５０ｃの動きを説明するための説明図である。図８の縦軸は時系列を示し、励磁位置番号に対応させて記載している。また、図８の横軸は規制端近傍の位置を示す。なお、縦軸において、励磁位置番号は、規制端へ向けて駆動されている状態を示している。

図９は、本実施の形態に係る撮像装置の原点リセット処理の動作フローチャートである。図１に示すシステムコントロール部１００にプログラミングされているフローを示し、電源ボタンが押されて操作ボタン１０１からシステムコントロール部１００へ電源ＯＮが指示された場合に、原点リセット処理スタートから処理を始める。

以下、原点リセット処理について詳細に説明する。図１において制御回路２００におけるＩ／Ｆ部２０５は、演算部２０１の指示に基づき、フォーカスドライバ４００とアイリスドライバ５００とに信号を送信可能に接続され、また外部からフォーカシング指示信号やアイリス調整指示信号などを受信可能に接続される。

なお、フォーカシング指示信号とは、例えば撮像センサ５から出力され、所定の画像処理を施された画像信号などであり、撮像光学系の合焦物体距離の変更を指定する情報を含む信号である。

また、アイリス調整指示信号とは、例えば撮像センサ５から出力された輝度情報に基づいて露光状態を検出して、明るい場合には絞り部１６０を絞るように指示する信号であり、暗い場合には絞り部１６０を開けるように指示する信号である。

計数部２０２は、演算部２０１からの指示に基づき、演算部２０１がフォーカスモータ１５０及びアイリスモータ１６０ａを駆動するために、フォーカスドライバ４００及びアイリスドライバ５００に発生を指示した駆動パルスを計数する。計数部２０２は、原点位置を基準に、規制端から遠ざかる方向に回転駆動される駆動パルスが発生している場合、カウンタを減算し、規制端へ近づく方向に回転駆動される駆動パルスが発生している場合、カウンタを加算する。

原点位置記憶部２０３は、出荷時等に予め検出された原点位置に対応する励磁位置番号を格納する。オフセット記憶部２０４は、広角端焦点距離状態や有限物体距離合焦状態など予め定められた撮像装置の待ち状態に対応する励磁位置番号を格納する。

以上の構成において、具体的な制御ブロックの動作をフォーカスモータ１５０の駆動を例に説明する。はじめに、撮像装置の出荷時に、規制部と当接する規制端に対応する励磁位置番号を個々の撮像装置について検出し、その規制端を基準としてロータマグネットが規制端から遠ざかる方向に磁気的な力をうける励磁位置番号を原点位置記憶部２０３に格納する。具体的には、規制端に対応する励磁位置が励磁位置番号７であった場合、規制端から離れる方向にある励磁位置番号４〜６のいずれかを格納する。

この状態において、撮像装置に電源が投入されると、図９におけるフローチャートの原点リセット処理スタートから処理を開始し、フォーカスモータ１５０をステップ５０１に示すように規制位置方向へ１ステップ移動させ、図８に示すように励磁位置番号０から励磁位置番号１へ移動させる。具体的には、システムコントロール部１００がＩ／Ｆ部２０５を介して演算部２０１にフォーカスモータ１５０を規制端方向に１ステップ回転させる指示を出し、演算部２０１は励磁位置カウンタ２１０をカウントアップして０から１へ進め、カウンタ値を読み出す。

演算部２０１は、Ｉ／Ｆ部を介してこのカウンタ値で示す励磁位置番号の電流パターンをフォーカスモータ１５０のＡ相コイル及びＢ相コイルへ出力するようにフォーカスドライバ４００へ指示を送り、フォーカスモータ１５０を規制端方向に１ステップ駆動させる。

次に、図９におけるステップ５０２においてＮステップ以上移動し、かつ、参照励磁位置に到達したかどうかを判定する。ここで、Ｎステップはフォーカスモータ１５０が回転する範囲をステップ数で表し、例えば始端から終端（規制端）までのステップ数を表す。

また、参照励磁位置は原点位置記憶部２０３から読み出した励磁位置であり、規制端に対応する励磁位置が励磁位置番号７であった場合、規制端から離れる方向にある励磁位置番号４−６のいずれかを格納するが、ここでは励磁位置番号５が参照励磁位置として格納されているものとする。

電源を投入した時点ではフォーカスモータ１５０が始端から回転し始めたとすると、規制端に到達していない時点ではＮステップ以上移動していないため、スステップ５０１の処理に戻る。以降、ステップ５０１とステップ５０２を繰り返し行い、図８に示すように励磁位置番号７において規制端に到達する（規制開始）。

この励磁位置番号７になった条件では、ステップ５０２においてＮステップ以上移動したという条件を満たすが、一方、参照励磁位置は励磁位置番号５であるので、さらにステップ５０１に戻って規制端方向へフォーカスモータ１５０を回転させ、励磁位置番号０，１，２，３，４まで進める。励磁位置番号７で規制端に到達してから励磁位置番号０−２までは規制端に押圧されており、励磁位置番号３では規制端にとどまるか励磁によって保持する位置に回転する。励磁位置番号４では、図８に示すように励磁によって保持する位置に回転する。

次に、ステップ５０１において規制位置方向へ１ステップ移動して励磁位置番号５になったときに、ステップ５０２ではＮステップ以上移動し、かつ、参照励磁位置（ここでは励磁位置番号５）に到達した条件を満たし、ステップ５０３に進む。ステップ５０３では絶対位置カウンタ２１１をリセットする。この時点で絶対位置番号０となり、フォーカスモータ１５０の絶対位置が決まり、原点リセット処理を終了する。以上の処理によってフォーカスモータ１５０の原点位置が決定する。

続いて演算部２０１は、オフセット記憶部２０４に格納されたオフセット移動量に相当するパルス数を読み出す。ここで、オフセット移動量とは、原点位置から所定距離離れた特定の位置までの移動量を意味する。

また、原点位置から所定距離離れた特定の位置とは、例えば、フォーカスモータ１５０の場合、典型的には撮像装置のフォーカス∞端やパーンフォーカス領域に対応するフォーカスモータ１５０の回転位置である。この場合、オフセット移動量は、具体的に原点位置からＭ個（Ｍは１以上の正の整数）の励磁パターンで規定される移動量である。

この他、原点位置から所定距離離れた特定の位置を中間焦点位置や望遠端に相当する位置、電源終了時点のフォーカス，アイリス，ズーム位置など適宜設定して、オフセット移動量を変更可能に構成することが可能である。このように、オフセット移動量を設定することにより、電源投入から撮像装置を使用可能な状態にするまでの時間を短縮することができる。

以上のように、本実施の形態によれば、構造上はフォーカスレンズの移動を規制する当接部材、規制部材を追加するだけで、センサを用いることなく原点位置の検出を可能にしている。センサが存在しない場合、規制端に対応する励磁位置番号を予め記憶しておき、その励磁位置番号に相当するパルスになった位置で、原点位置検出を行うことが考えられる。

しかしながら、原点位置に対応する励磁位置番号を任意の番号とした場合は、選定した励磁位置番号によっては、正確に原点位置を検出することができない場合がある。具体的には、本実施の形態の例において、規制端に対応する位置が励磁位置番号３及び７に対応する位置である場合、前記のようにロータの位置は不安定であるので、原点位置として適切ではない。

また、励磁位置番号０−２に対応する位置は、ロータマグネットが規制位置を押圧する方向に磁気的な力をうける位置であるので、原点位置からの移動量をカウントする際に誤差が発生してしまい、原点位置として適切ではない。例えば、原点位置を励磁位置番号２に対応する位置とした場合、図６（ｃ）のように、当接部材６０が規制部材７０に当接しているときは、前記のように、当接部材６０は規制部材７０を押圧していることになる。

この押圧状態は、図６（ｂ）の励磁位置番号１の位置においても変らない。この場合、励磁位置番号が２から１になり、励磁位置番号1つ分だけフォーカスレンズが移動したと判断することになる。しかしながら、実際にはフォーカスレンズは同じ位置に保たれており、原点位置からの移動量を正確に把握することができない。

そこで、本実施の形態では、原点位置を励磁位置番号４−６に対応する位置に設定している。図８に示したように、励磁位置番号を縦軸の上側から下側に向けて進めていった場合、規制位置に達した後は、励磁位置番号４−６に対応する位置は、いずれも規制端から離れた位置である。

これは、図６（ｅ）、（ｆ）、（ｇ）を用いて説明したように、励磁位置番号４−６に対応する位置は、ロータマグネットが規制位置から離れる方向に磁気的な力を受ける位置であるためである。このため、この位置から励磁位置番号を1つずつ減らして行くと、図８の原点リセット位置から下側の図示のように、フォーカスレンズは確実に、励磁位置番号に対応して移動することになる。

したがって、本実施の形態によれば、原点を励磁位置番号４−６に対応する位置に設定し、原点からの移動を励磁位置番号に対応するステップによって位置検出することにより、センサ等を用いることなく高精度にロータの位置決め制御を行うことが可能になる。

なお、前記実施の形態では、１−２相励磁方式のステッピングモータにおいて、励磁位置番号０−７の８個の励磁パターンで駆動される例で説明したが、これに限るものではなく、異なる励磁方式のステッピングモータを用いて、例えば４−１６個の範囲の励磁パターンとすることができる。

また、励磁位置番号を０−７とした例で説明したが、励磁位置番号の設定は便宜上のものに過ぎず、異なる設定としてもよい。例えば、励磁位置番号を１−８に設定してもよく、この場合の原点は前記の例のように励磁位置番号４−６から選択するのではなく、励磁位置番号５−７から選択することになる。

したがって、原点位置の表現はいく通りも考えられるが、例えば下記のように表現できる。０からｎまでのｎ＋１個（ただし、ｎ＋１は４以上の偶数）の励磁位置のパターンを持つステッピングモータの場合、当接部材６０が規制部材７０から離れた状態から励磁位置番号を進め、当接部材６０が最初に規制部材７０に当接した状態の励磁位置番号をｎとすると、原点位置の選択範囲は、（ｎ＋１）／２からｎ−１までの範囲となる。

（実施の形態２）
図１０は、実施の形態２に係る撮像装置のモータ部とアイリスドライバのブロック図及び絞り部の模式図である。図１１は、図１０の構成において、規制端付近での絞り部の模式図である。図１０、１１は、図１のアイリスドライバ５００、絞り部１６０に相当し、絞り部１６０の詳細を示している。

本実施の形態に係る撮像装置は、前記のフォーカスレンズの原点リセットの動作原理を応用したものである。前記実施の形態では被駆動体がフォーカスレンズと一体の枠であるのに対して、本実施の形態では、被駆動体は回転体１６０ｅである。

アイリスモータ１６０ａは前記のフォーカスモータ１５０と同様のステッピングモータであり、ここではアイリスモータ１６０ａの詳細な説明は省略する。また、図１０、１１に示したように、絞り部１６０は複数の光量調整羽根１６０ｄを備えている。各光量調整羽根１６０ｄは、同様の構成であり同様の動きをする。このため、説明の便宜上、光量調整羽根１６０ｄの１つ分を実線で図示し、これを用いて光量調整羽根１６０ｄの動作を説明する。

アイリスドライバ５００から出力される電流パターンによって、アイリスモータ１６０ａは、図に示す右方向に回転する。これに伴い、回転ギア１６０ｂが右方向に回転し、円弧状ギア１６０ｃに回転力が伝達され、回転体１６０ｅを左方向に回転することになる。この動作中、回転体１６０ｅに切られたガイド溝１６０ｆに沿って、光量調整羽根１６０ｄが支持点１６１を中心に作用点１６２が移動して、図１１に示すように、光量調整羽根１６０ｄは絞りを開放する方向に駆動される。

ここで、１６０ｇは絞りを最も絞った位置で規制する規制部材、１６０ｈは絞りを開放した位置で規制する規制部材である。規制部材１６０ｈが図１の規制部材７０に相当し、円弧状ギア１６０ｃが図１の当接部材６０に相当する。前記のフォーカスレンズの原点リセットは、規制部材７０を当接部材６０に当接させて行ったが、本実施の形態における絞りの原点リセットは、円弧状ギア１６０ｃを規制部材１６０ｈに規制部材１６０ｈに当接させて行うことになる。本実施の形態は、前記実施の形態に比べ、制御対象物が異なっているが、原点リセットの基本動作は前記実施の形態と同様である。

以上のように、実施の形態１、２に係る撮像装置によれば、物理的な規制が行われる規制端から離れる方向にロータが磁気的な力をうける励磁位置を原点位置に設定しているので、フォトセンサなどによる位置決めを行わなくても高精度に原点位置の決定を行うことが可能である。

なお、実施の形態１、２にかかる撮像装置では、予め撮像装置の出荷時に、規制部と当接する規制端に対応する励磁位置番号を個々の撮像装置について検出し、この励磁位置番号に応じて設定された励磁位置番号を原点位置として原点位置記憶部に格納していた。これに代えて部品の精度及び組み立て精度により規定される範囲から原点位置に対応する励磁位置番号を推定してもよい。

具体的には、前記実施の形態１、２で説明した撮像装置において、部品の精度及び組み立て精度により規制端に対応する励磁位置番号を励磁位置番号４±１の範囲になるように設計しておき、実際の原点位置に対応する位置を規制端の励磁位置番号から常に３パターン分だけ戻るように設定する。このように設定すると、原点に対応する励磁位置番号は、常に励磁位置番号４−６の範囲になり、出荷時の原点位置に関する検査を省略することができる。

また、実施の形態１、２に限定されることはなく、様々な変形が可能である。実施の形態１、２では、鏡筒がフォーカスモータ及びアイリスモータの２つのステッピングモータを備えた例を示したが、これに限るものではない。撮像装置がズーミングの機能を持つズームモータを備えた場合でも同様に本発明を適用することが可能である。

また、フォーカシングが固定の有限撮影距離に設定されるいわゆるパーンフォーカスの場合、モータはズームモータのみでよい。撮像装置がズーミングの機能を持たない単焦点レンズ系を含み、フォーカシングのみ行う場合、モータはフォーカスモータのみでよい。

また、本発明が適用可能なモータとしては、レンズ群を光軸に直交する方向にシフトさせる像ぶれ補正モータなどにも適用可能である。また、絞りモータの場合、オフセット移動量の設定を行う際の所定位置は、使用頻度の高い中間絞り径が考えられる。また、像ぶれ補正モータの場合、通常使用状態であるレンズ群の光軸と全系の光軸とが一致する位置が考えられる。

また、撮像光学系のズーミング時の移動態様に応じて、ズームモータが駆動するレンズ群が１群又は３群以上となってもよい。同様に、レンズのフォーカシング時の移動態様に応じて、フォーカスモータが駆動するレンズ群が１群又は３群以上となってもよい。

また、本発明が適用可能な鏡筒の変換機構及び移動機構は、回転カム筒とカムに連結された回転レンズ枠とからなる構成や、回転筒と回転枠にネジで連結された回転レンズ枠とからなる構成などでもよい。

また、実施の形態１、２のステッピングモータは、ステータがステータコイルを含み、ロータがロータマグネットを含む構成であったが、これに限るものではない。ステッピングモータとして、ステータがステータマグネットを含み、ロータがロータコイルを含み、ロータ側に電流を供給する構成としてもよい。

このようにステッピングモータを構成することにより、ロータの慣性モーメントを小さくして、位置決め等の回転制御特性を向上させることができる。ただし、実施の形態１、２の構成と比較すると、ロータコイルに駆動電流を接続する構成が複雑になる。したがって、所望の特性に応じていずれを選択するかを決定すればよい。

また、電源終了時にモータを原点位置に移動させてから電源を終了することにより、次に電源を投入したときに規制端の方向に１励磁周期（例えば励磁位置番号５から次の励磁位置番号５まで）駆動して原点リセット処理を行うことで電源投入時の撮影までの起動時間を短縮することができる。これは、電源を入れていない状態で撮像装置に外力が加わることで容易に回転しないアイリスモータや軽量のレンズを駆動するステッピングモータに有用である。特に、ステッピングモータ特有の自己保持が可能な励磁位置に移動してから電源を終了するのが望ましい。

本発明は、特に小型化や高機能化が求められているデジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、カメラ機能付の携帯電話端末及びＰＤＡ等に好適である。

本発明の実施の形態１に係る撮像装置の概略図及びブロック図。 本発明の実施の形態１に係る撮像装置の制御回路の詳細ブロック図。 本発明の実施の形態１に係る撮像装置のモータ部とフォーカスドライバのブロック図。 本発明の実施の形態１に係る撮像装置のモータ部のＡ相コイル及びＢ相コイルに印加する励磁電流の電流パターンを示すタイミングチャート。 本発明の実施の形態１に係る撮像装置における規制端から遠い位置でのモータ部の励磁位置と駆動位置の関係を示す模式図。 本発明の実施の形態１に係る撮像装置における規制端付近でのモータ部の励磁位置と駆動位置の関係を示す模式図。 本発明の実施の形態１に係る撮像装置のロータマグネットが受ける力の方向と励磁位置番号との関係を示す模式図。 本発明の実施の形態１に係る撮像装置のロータの動きを説明するための説明図。 本発明の実施の形態１に係る撮像装置の原点リセット処理の動作フローチャート。 本発明の実施の形態２に係る撮像装置のモータ部とアイリスドライバのブロック図及び絞り部の模式図。 本発明の実施の形態２に係る撮像装置の規制端付近での絞り部の模式図。

符号の説明

１ レンズ鏡筒
２ 第１レンズ群
３ 第２レンズ群
４ 第３レンズ群（フォーカスレンズ）
５ 撮像素子
１２ 信号処理部
６０ 当接部材
７０、１６０ｇ、１６０ｈ 規制部材
１５０ フォーカスモータ（ステッピングモータ）
１５０ｃ ロータ
１６０ 絞り部
１６０ａ アイリスモータ（ステッピングモータ）
１６０ｄ 光量調整羽根
１６０ｅ 回転体
２１０、２１２ 励磁位置カウンタ
２１１、２１３ 絶対位置カウンタ
２０１ 演算部
２０２ 計数部
２０３ 原点位置記憶部
２０４ オフセット記憶部
４００ フォーカスドライバ
５００ アイリスドライバ

Claims (7)

1. 被駆動体を駆動する駆動装置であって、
   前記被駆動体の移動を規制する規制端と、
   励磁電流のパターンに応じた励磁位置の変化に伴うロータの回転により、前記被駆動体を駆動するステッピングモータと、
   前記ステッピングモータに前記励磁電流を供給するドライバと、
   前記被駆動体の原点位置に対応する励磁位置を予め格納している原点位置記憶部と、
   前記ドライバが供給する前記励磁電流のパターンに対応して変化する前記励磁位置及び前記励磁位置に対応した前記被駆動体の絶対位置を計数する計数部と、
   前記原点位置をリセットする演算部とを備え、
   前記原点位置記憶部に格納された前記励磁位置は、前記被駆動体が前記規制端に近づくように前記励磁位置を進め、前記被駆動体の移動が前記規制端で規制された状態から、さらに前記励磁位置を進めたときに、前記被駆動体が前記規制端から離れるように前記ロータが磁気的な力を受ける励磁位置であることを特徴とする駆動装置。
2. 前記演算部の原点位置のリセットは、前記原点位置格納部に格納された前記励磁位置を呼び出すとともに、前記ドライバを用いて前記ステッピングモータを駆動して、前記被駆動体が前記規制端に近づくように前記励磁位置を進め、前記被駆動体の移動が前記規制端で規制された状態から、さらに前記呼び出した前記励磁位置に対応する位置まで励磁位置を進め、この励磁位置に対応した前記絶対位置の値をリセットして行う請求項１に記載の駆動装置。
3. 前記ステッピングモータに供給される励磁電流のパターンは、０からｎまでのｎ＋１個（ただし、ｎ＋１は４以上の偶数）であり、
   前記励磁電流のパターンの番号が０からｎに進むにつれて、前記被駆動体は前記規制端に近づき、前記被駆動体の移動の規制が開始するときの前記励磁電流のパターンの番号をｎとし、
   前記励磁電流のパターンの各番号に対応させて、前記励磁位置の番号を０からｎとすると、
   前記原点位置に対応する前記励磁位置の番号は、（ｎ＋１）／２からｎ−１までの範囲にある請求項１に記載の駆動装置。
4. さらに、前記原点位置記憶部に格納された前記励磁位置から所定距離離れた特定の位置までの移動量に相当するオフセット移動量を格納するオフセット記憶部を備え、
   前記演算部は、前記被駆動体の原点位置のリセットの後、前記オフセット記憶部に格納されたオフセット移動量だけ前記被駆動体を移動させるよう前記ドライバを制御する請求項１に記載の駆動装置。
5. 前記被駆動体が、被写体光の光量を制御する絞り部である請求項１に記載の駆動装置。
6. 請求項１に記載の駆動装置を備えたレンズ駆動装置であって、前記被駆動体が、レンズ素子を保持するレンズ保持枠であることを特徴とするレンズ駆動装置。
7. 前記被駆動体が、前記レンズ保持枠と被写体光の光量を制御する絞り部とである請求項６に記載のレンズ駆動装置。
   
   
   

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