JP2007147680A - 位置制御装置およびそれを用いた光学機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 光学機器の高画質化に伴い、基準位置検出を高精度に行う必要がある。また、リニアアクチュエータでは潤滑動作を行うことが望ましく、これらのイニシャル動作を短時間かつ高精度に実行する必要がある。
【解決手段】 対象物１０４を移動させるためのリニアアクチュエータ１１０と、前記対象物の位置を検出する位置検出手段１０８と、前記位置検出手段の出力である位置情報の基準となる基準位置を検出する基準位置検出手段１０７、１１４を有し、前記基準位置検出手段は、前記リニアアクチュエータを用いて、前記対象物を第１の速度で可動範囲内を移動させて前記基準位置を検出し、第２の速度で前記基準位置まで再移動させて前記基準位置を再検出する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、対象物を駆動してその位置を制御する位置制御装置、および前記対象物としての光学素子の位置を制御する光学機器に関するものである。

従来、例えば光学レンズを光軸方向に移動させる際、ステッピングモータを用い、駆動パルス数から位置を把握していた。しかし近年、光学機器の高画質化に伴い、光学レンズの位置を高精度に制御する要求が高まっている。そこで、高分解能の位置検出器とリニアアクチュエータを用いた光学レンズの位置サーボ制御が主流となりつつある。一般的にリニアアクチュエータには可動部と固定部の接する部分に摺動油が塗布されており、塗布むらや経時劣化、異物の付着により制御性が劣化してしまう問題がある。
また、光学レンズの位置制御では、ステッピングモータを用いた場合でも、リニアアクチュエータを用いた場合でも、位置情報を絶対値化するために基準となる位置（以下、基準位置）を検出する必要がある。

ステッピングモータを用いて高精度に基準位置を検出する方法として、対象物に位置検出手段を設け、閉ループ制御系を構成して基準位置を検出するものがある（例えば、特許文献１参照）。
リニアアクチュエータを用いた基準位置を検出する方法としては、可動部材をメカニカルストッパに当接させ、当接した位置を基準位置としているものがある（例えば、特許文献２参照）。
特開平１１−１１００４５号公報 特開平０６−１０２９３６号公報

リニアアクチュエータの制御性を改善する方法として、駆動前に潤滑動作を行い、摺動油のむらを軽減したり、異物を除去したりすることが挙げられる。また、対象物の絶対位置を求める場合には、基準位置を精度良く検出する必要がある。一般的には、リセット用のセンサの出力を監視し、センサ出力が変化した時点での位置データを、基準位置を示すデータとしている。
従来、アクチュエータの制御性を改善しつつ、高精度に基準位置を検出する手法の提案はなかった。
そこで、本発明の課題は、基準位置の検出精度を向上しつつ、かつアクチュエータの潤滑動作も短時間で効率よく行うことができる光学機器を提供することにある。

上記の課題を解決するための位置制御装置は、対象物を移動させるためのアクチュエータと、前記対象物の位置を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段の出力である位置情報の基準となる基準位置を検出する基準位置検出手段とを有する。そして、本発明では、前記基準位置検出手段が、前記アクチュエータを用いて、前記対象物を第１の速度で可動範囲内を移動させて前記基準位置を検出し、第２の速度で前記基準位置まで再移動させて前記基準位置を再検出することを特徴とする。

上記の課題を解決するための光学機器は、光軸方向に移動可能なレンズ群と、前記レンズ群を前記光軸方向に移動させるためのアクチュエータと、前記レンズ群の位置を検出する位置検出手段とを有する。さらに、前記位置検出手段の出力である位置情報の基準となる基準位置を検出する基準位置検出手段を有する。そして、本発明では、前記基準位置検出手段が、前記アクチュエータを用いて、前記対象物を第１の速度で可動範囲内を移動させて前記基準位置を検出し、第２の速度で前記基準位置まで再移動させて前記基準位置を再検出することを特徴とする。

本発明によれば、第１の速度での基準位置検出中にアクチュエータの摺動部の潤滑動作を兼ねることができる。さらに第２の速度での基準位置再検出により、高精度に基準位置を検出することが可能となる。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記可動範囲のどちらか一方の端位置から前記基準位置までの前記対象物またはレンズ群の移動量を測定する。そして、前記移動量が所定範囲外であった場合には、前記基準位置検出手段に、再度、基準位置検出動作を行わせたり、警告を行ったりする。前記移動量は、前記第１の速度で前記対象物またはレンズ群を移動する際に測定するとよい。
また、前記基準位置検出手段は、前記対象物を前記第１の速度で前記可動範囲内を移動させる際、前記可動範囲の一方の端位置から他方の端位置までを移動させる。これにより、可動範囲の全体にわたって、潤滑することができる。その後、前記第２の速度にて基準位置の再検出を行う。
また、前記第１の速度は前記第２の速度より早く、かつ摺動油の潤滑に適した速度である。前記第２の速度を前記第１の速度より遅い速度とすることにより、第２の速度での基準位置再検出をより高精度に行うことができる。前記第１の速度で他方の端位置まで移動させる場合、基準位置近傍、例えば手前の近傍までは第１の速度で移動させ、その後、前記第２の速度にて基準位置の再検出を行うようにすれば、再検出時間を短縮することができる。
また、基準位置検出時に第１の速度で可動範囲をどのように移動するかにかかわらず、第２の速度での移動範囲は第１の速度での移動範囲よりも狭くすることが好ましい。これにより、基準位置を再検出する際に、検出精度をより高くするために第２の速度を遅くした場合でも基準位置検出に時間がかかりすぎてしまうことを防止または緩和することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施例に係る撮影装置（光学機器）について説明する。
［第１の実施例］
図１は、本発明の一実施例に係る撮影装置のブロック図である。１００、１０１、１０３、１０４は撮影レンズ群であり、１００は固定の前玉レンズ群、１０１はズームレンズ群、１０３は固定のレンズ群、１０４はフォーカスレンズ群を示している。ズームレンズ群１０１は光軸方向に移動可能であり、これにより変倍を行う。１０２は光量調整を行う絞り（ＩＲＩＳ）である。フォーカスレンズ群１０４もズームレンズ群１０１と同様に光軸方向に移動可能となっている。１０５はＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサなどの撮像素子である。撮像素子１０５で検出された映像信号は信号処理回路１０６に送られる。信号処理回路１０６では撮像素子１０５の出力に対して、所定の増幅やガンマ補正などを施し、ＶＴＲ出力として、機器の外部あるいは表示部１１８へ出力する。表示部１１８は液晶ファインダなどの表示機器である。

本実施例では、フォーカスレンズ群１０４を駆動するためにリニアアクチュエータを用いた場合について詳細を説明する。フォーカスレンズ群１０４はリニアアクチュエータ１１０に接続されており、位置検出器１０８によって位置を検出する。位置検出器としては、例えばフォーカスレンズ群の移動部に取り付けられた光学式スケールに対して、固定鏡筒側に配置された発光部と受光部により、光学式スケールに刻まれたパターンを光学的に検出する位置センサがある。また、所定ピッチで着磁された磁気パターンを磁気抵抗素子の変化を検出することで位置を検出するセンサ等もある。

１０７は基準位置となる信号を検出するためのリセットセンサである。リセットセンサとしてはフォトインタラプタなどが挙げられる。具体的には、光学レンズと一体となって移動する移動部材に遮光部を設け、鏡筒等の固定部にフォトインタラプタのようなセンサを配置する。この構成では、移動部材の移動に応じて遮光部がフォトインタラプタの光路を遮ることで、センサ出力がＨｉｇｈからＬｏｗまたはＬｏｗからＨｉｇｈに変化する。このため、センサ出力が変化した時点での位置検出を行い、検出された位置を基準位置とすることができる。

カメラ／レンズ制御ＣＰＵ１１２はカメラの撮影処理やレンズの駆動処理に関わる制御を行うための制御装置である。ここでは、フォーカスレンズ群１０４の駆動に絞って説明をする。１１３はフォーカスレンズ群１０４の駆動速度を設定する速度設定部である。１１４はリセットセンサ１０７の出力信号を検出する基準位置検出／再検出部である。１１５はフォーカスレンズ群１０４の目標位置を設定する目標位置設定部であり、カメラ／レンズ制御ＣＰＵ１１２は設定された目標位置になるように駆動回路１１１を介してリニアアクチュエータを制御する。基準位置設定部１１６はリセットセンサ１０７からの信号が基準位置検出／再検出部１１４で検出されたとき、位置検出器１０８の位置情報を記憶する。そして、記憶した位置情報に基づき、位置の絶対値化を行う。基準位置の検出やリニアアクチュエータの潤滑動作などのイニシャル動作は、撮影装置への電源投入直後に行われることが一般的である。イニシャル処理エラー検出部１１７ではイニシャル動作にエラーが生じた際、これを検出する。イニシャル処理エラー時の動作については後述する。

図２は、本発明の実施例に係るリニアアクチュエータを搭載したフォーカスレンズ群の断面図である。図１におけるリニアアクチュエータ１１０、フォーカスレンズ群１０４、リセットセンサ１０７および位置センサ１０８を含む部分として用いることができる。
固定鏡筒２０９に取り付けられたリセットセンサ２００は、発光素子および受光素子を有するフォトインタラプタで構成されている。レンズ２０３を保持するレンズホルダ２０２には遮光部２１０が形成されており、この遮光部２１０はレンズホルダ２０２の移動に応じてリセットセンサ２００内（発光素子および受光素子の間）を通過する。
そして、遮光部２１０が発光素子から受光素子に向かう光を遮ったり、発光素子の光を受光素子に到達させたりすることで、リセットセンサ２００の出力に変化（ＨｉｇｈからＬｏｗ又はＬｏｗからＨｉｇｈへの変化）が生じる。この出力エッジを基準位置検出／再検出部１１４が検出する。
そして、リセットセンサ２００の出力が変化した時点での位置情報を検出する。この位置情報は基準位置を示す情報となり、絶対位置を求めるために利用される。

ここでは、レンズホルダ２０２（あるいはレンズ２０３）の位置を検出するために光学式の位置センサを用いた場合について説明する。２０４はレンズホルダ２０２に固定された光学式スケールであり、発光素子および受光素子を有する位置センサ２０５を用いて、レンズ２０３の位置を検出している。
位置センサ２０５は、光学式スケール２０４に対する位置の変化に応じて、パルス信号や正弦波、余弦波信号などの位置情報を出力する。

レンズホルダ２０２は、光軸方向に延びるバー２０１に係合しており、光軸方向に移動可能となっている。レンズホルダ２０２とバー２０１の接する部分には摺動性を得るためにグリスが塗布されている。レンズホルダ２０２の駆動は、ボイスコイルモータの駆動によって行われる。ここで、ボイスコイルモータは、図２に示すようにヨーク２０６、マグネット２０７およびコイル２０８を有しており、コイル２０８への通電によってレンズホルダ２０２を光軸方向に移動させることができる。コイル２０８には前述した駆動回路１１１を介して、カメラ／レンズ制御ＣＰＵ１１２からの駆動信号に従って通電される。

次に、図３のフローチャートを用いて、図１の撮影装置におけるイニシャル処理を説明する。以下において、＃を付した番号はステップ番号を示す。
イニシャル処理は、例えば撮影装置への電源投入により開始される。
（＃３０１）
まず、カメラ／レンズ制御ＣＰＵ１１２は第１の速度を速度設定部１１３に設定し、設定された速度でリニアアクチュエータが移動できるように準備をする。第１の速度とは後述する第２の速度より早く、かつ摺動油の潤滑に適した速度である。もし、速度設定が速過ぎると潤滑作用が十分得られない。また、遅過ぎると、イニシャル処理に時間がかかってしまい、撮影者に不快感を与えてしまう。具体的には、対象物であるフォーカスレンズ群１０４を含むリニアアクチュエータ１１０の駆動系のランプ応答を測定し、目標位置信号から実際に検出される位置信号の遅れ時間が数ｍｓｅｃ以下となる速度が望ましい。

（＃３０２）
カメラ／レンズ制御ＣＰＵ１１２は駆動回路１１１を介してコイルへの通電を行い、レンズの駆動を開始する。駆動する方向はリセットセンサ１０７の立ち上がり、または立下りエッジを出力する方向である。このとき設定される目標位置は駆動方向とリセットセンサ１０７の出力エッジが確実に検出されればよいため、現在位置からの相対的なものでよい。
（＃３０３）
リセットセンサ１０７からの出力エッジの検出を行う。出力エッジが検出されるまでは、本ステップの検出動作を繰り返し行い、出力エッジが検出されたときには次のステップに進む。なお、この検出動作は、リニアアクチュエータ１１０の潤滑動作を兼ねている。
（＃３０４）
＃３０３でエッジが検出されたならば、カメラ／レンズ制御ＣＰＵ１１２は駆動回路１１１を介してコイルへの通電を切る、あるいは停止波形を駆動回路からコイル印加する等の処理を行い、レンズ駆動を停止し＃３０５に進む。

（＃３０５）
カメラ／レンズ制御ＣＰＵ１１２は第２の速度を速度設定部１１３に設定し、設定された速度でリニアアクチュエータ１１０が移動できるように準備をする。第２の速度とは前述した第１の速度よりも十分遅く、設定可能な最低速度とすることが望ましい。すでに＃３０２にて大まかな基準位置への移動は完了しているため、第２の速度が遅くてもエッジ検出に時間がかかりすぎてしまうことはない。むしろ十分遅い速度で出力エッジの検出を行うことで、精度の高い基準位置検出を行う必要がある。
（＃３０６）
リセットセンサ１０７の出力エッジの方向へ再駆動する。＃３０２と同様にカメラ／レンズ制御ＣＰＵ１１２は駆動回路１１１を介してコイルへの通電を行う。
（＃３０７）
リセットセンサ１０７からの出力エッジの再検出を行う。出力エッジが再検出されるまでは、本ステップの検出動作を繰り返し行い、出力エッジが再検出されたときには＃３０８に進む。

（＃３０８）
レンズ駆動を停止し、次のステップに進む。
（＃３０９）
基準位置の設定を行い、処理を終了する。カメラ／レンズ制御ＣＰＵ１１２は、レンズ１０３が停止した時点、すなわちリセットセンサ１０７の出力エッジの変化点での位置検出器１０８の出力結果に基づいて、レンズ１０３の位置情報を生成する。ここで得られた位置情報は、絶対位置を求めるために用いられる基準位置を示すデータとなる。

［第２の実施例］
図４は本発明の第２の実施例に係るフローチャートである。図４を用いて、イニシャル処理エラーの検出動作も踏まえた動作フローを説明する。
（＃４０１）
カメラ／レンズ制御ＣＰＵ１１２は第１の速度を速度設定部１１３に設定し、設定された速度でリニアアクチュエータが移動できるように準備をする。
（＃４０２）
カメラ／レンズ制御ＣＰＵ１１２は駆動回路１１１を介してコイルへの通電を行い、レンズ駆動を開始する。駆動する方向は可動範囲のどちらか一方の端位置方向である。このとき設定される目標位置は、確実に端位置に到達するように設定しなければならない。

（＃４０３）
端位置まで移動したか、判断を行う。判断方法としては、駆動開始からの時間を測定し、明らかに端位置まで到達する時間となったときに移動完了とする手段がある。また、端位置にリセットセンサとは別の端検出センサを設け、検出センサの出力結果から端位置への移動が完了したことを判断する方法が考えられる。端位置に移動するまで本ステップを繰り返し行い、移動したと判断したときには次のステップに進む。この端位置検出動作は、リニアアクチュエータの潤滑動作を兼ねている。

（＃４０４）
カメラ／レンズ制御ＣＰＵ１１２は駆動回路１１１を介してコイルへの通電を行い、リセットセンサ１０７の方向へレンズ１０４を駆動させる。
（＃４０５）
リセットセンサ１０７からの出力エッジの検出を行う。出力エッジが検出されるまでは、本ステップの検出動作を繰り返し行い、出力エッジが検出されたときには次のステップに進む。なお、この検出動作は、リニアアクチュエータの潤滑動作を兼ねている。
（＃４０６）
＃４０５でエッジが検出されたならば、ＣＰＵ１１２はレンズ駆動を停止し＃４０７に進む。

（＃４０７）
カメラ／レンズ制御ＣＰＵ１１２は端位置からリセットセンサの出力エッジが検出された位置（基準位置）までの位置情報を位置検出器１０８の出力から計測する。この位置情報を端位置からエッジまでの移動量とする。
（＃４０８）
＃４０７で求めた移動量が適正な量であるかの判断を行う。所定範囲内の適正量であった場合には次のステップに進む。所定範囲外であった場合には、＃４０２からイニシャル処理を再スタートする。

（＃４０９）
カメラ／レンズ制御ＣＰＵ１１２は第２の速度を速度設定部１１３に設定し、設定された速度でリニアアクチュエータ１１０が移動できるように準備をする。
（＃４１０）
リセットセンサ１０７の出力エッジの方向へ再駆動する。
（＃４１１）
リセットセンサ１０７からの出力エッジの再検出を行う。出力エッジが再検出されるまでは、本ステップの検出動作を繰り返し行い、出力エッジが再検出されたときには＃４１２に進む。
（＃４１２）
レンズ駆動を停止し、次のステップに進む。

（＃４１３）
基準位置の設定を行い、処理を終了する。カメラ／レンズ制御ＣＰＵ１１２は、レンズ１０３が停止した時点での位置検出器１０８の出力結果に基づいて、レンズ１０３の位置情報を生成する。ここで得られた位置情報は、絶対位置を求めるために用いられる基準位置を示すデータとなる。

［第３の実施例］
図５は本発明の第３の実施例に係るフローチャートであり、イニシャル処理エラー時に警告表示を行う場合のフローチャートを示している。
（＃５０１〜＃５０７）
＃５０１〜＃５０７の動作は、図４の＃４０１〜＃４０７の動作と全く同じである。
（＃５０８）
＃５０７で求めた移動量が適正な量であるかの判断を行う。所定範囲内の適正量であった場合には＃５０９に進む。所定範囲外であった場合には、＃５１０に進む。
（＃５０９、＃５１１〜＃５１４）
＃５０９および＃５１１〜＃５１４の動作は、図４の＃４１０〜＃４１３の動作と全く同じである。
（＃５１０）
カメラ／レンズ制御ＣＰＵ１１２は警告表示をして処理を終了する。警告表示は表示部１１８を用いる場合や警告ランプを用いる場合が考えられる。

［他の実施例］
図４および図５に示す実施例では、第１の速度による基準位置検出時に、どちらか一方の端位置へのみ、移動した場合を説明した。しかし、第１の速度による可動範囲の一方の端位置から他方の端位置へ向かっての移動中に基準位置を検出してもそのまま可動範囲の他方の端位置まで移動し、その後に第２の速度による基準位置再検出動作を行ってもよい。この場合、可動範囲の全域の潤滑を行うことができるため、駆動特性をより効果的に維持・改善することが可能である。また、第１の速度で他方の端位置まで移動した場合は、次に、第１の速度で検出した基準位置の近傍まで第１の速度で移動し、その後第２の速度による基準位置再検出動作を行うようにすれば、処理時間の短縮に役立つ。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、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。
例えば、上述の実施例ではフォーカスレンズをリニアアクチュエータを用いて駆動する場合について述べてきた。しかし、ズームレンズやＩＲＩＳなどをリニアアクチュエータを用いて駆動する場合についても本発明は適用可能である。また、潤滑効果については、リニアアクチュエータ程の期待はできないものの、本発明は、対象物を回動させるモータなど、リニアでないアクチュエータを用いる場合にも適用できるものである。
また、位置制御装置を撮影装置に搭載した場合について説明したが、工作機器等の位置決めを行う場合に本発明の位置制御装置を用いることができる。

本発明の第１の実施例に係る撮影装置の要部構成を示す図である。 図１の撮影装置に使用可能なフォーカスレンズ群部分の断面図である。 図１の撮影装置に用いられた位置制御装置の基準位置検出動作を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施例に係る位置制御装置の基準位置検出動作を示すフローチャートである。 本発明の第３の実施例に係る位置制御装置の基準位置検出動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１０４ フォーカスレンズ群
１０７ リセットセンサ
１０８ 位置検出器
１１０ リニアアクチュエータ
１１２ ＣＰＵ
１１３ 速度設定部
１１４ 基準位置検出／再検出部
１１５ 目標位置設定部
１１６ 基準位置設定部
１１７ イニシャル処理エラー検出部
１１８ 表示部

Claims (10)

1. 対象物を移動させるためのアクチュエータと、前記対象物の位置を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段の出力である位置情報の基準となる基準位置を検出する基準位置検出手段とを有する位置制御装置において、
   前記基準位置検出手段は、前記アクチュエータを用いて、前記対象物を第１の速度で可動範囲内を移動させて前記基準位置を検出し、第２の速度で前記基準位置まで再移動させて前記基準位置を再検出することを特徴とする位置制御装置。
2. 前記可動範囲のどちらか一方の端位置から前記基準位置までの前記対象物の移動量を測定し、該移動量が所定範囲外であった場合には、前記基準位置検出手段に、再度、基準位置検出動作を行わせる再イニシャル制御手段を有することを特徴とする請求項１に記載の位置制御装置。
3. 前記可動範囲のどちらか一方の端位置から前記基準位置までの前記対象物の移動量を測定し、該移動量が所定範囲外であった場合には警告を行う警告手段を有することを特徴とする請求項１に記載の位置制御装置。
4. 前記基準位置検出手段は、前記対象物を前記第１の速度で前記可動範囲内を移動させる際、前記可動範囲の一方の端位置から他方の端位置までを移動させ、その後、前記第２の速度にて基準位置の再検出を行うことを特徴とする請求項１に記載の位置制御装置。
5. 前記基準位置検出手段により基準位置を検出する際、前記第２の速度での移動範囲は前記第１の速度での移動範囲よりも狭いことを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
6. 光軸方向に移動可能なレンズ群と、前記レンズ群を前記光軸方向に移動させるためのアクチュエータと、前記レンズ群の位置を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段の出力である位置情報の基準となる基準位置を検出する基準位置検出手段とを有する光学機器において、
   前記基準位置検出手段は、前記アクチュエータを用いて、前記対象物を第１の速度で可動範囲内を移動させて前記基準位置を検出し、第２の速度で前記基準位置まで再移動させて前記基準位置を再検出することを特徴とする光学機器。
7. 前記可動範囲のどちらか一方の端位置から基準位置までの移動量を測定し、前記移動量が所定範囲外であった場合には、前記基準位置検出手段に、再度、基準位置検出動作を行う再イニシャル制御手段を有することを特徴とする請求項６に記載の光学機器。
8. 前記可動範囲のどちらか一方の端位置から基準位置までの移動量を測定し、前記移動量が所定範囲外であった場合には警告を行う警告手段を有することを特徴とする請求項６に記載の光学機器。
9. 前記基準位置検出手段は、前記対象物を前記第１の速度で前記可動範囲内を移動させる際、前記可動範囲の一方の端位置から他方の端位置までを移動させ、その後、前記第２の速度にて基準位置の再検出を行うことを特徴とする請求項６に記載の光学機器。
10. 前記基準位置検出手段により基準位置を検出する際、前記第２の速度での移動範囲は前記第１の速度での移動範囲よりも狭いことを特徴とする請求項６に記載の光学機器。

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