JP2007316505A - レンズ駆動制御方法およびそれを実行するカメラモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】モータ駆動の最大消費電力を抑えるとともに、連続変倍動作時のズーム速度を向上すること。
【解決手段】連続変倍動作モードで、変倍比が互いに異なりそれぞれ合焦状態を与える複数個のズームポジションを組み合わせレンズが順次とるように、変倍用ステッピングモータと焦点調節用ステッピングモータとを交互に切り替えて駆動する。その場合において、或るズームポジションから２個のズームポジション分以上離れた別のズームポジションへ組み合わせレンズを移動させるとき、変倍用ステッピングモータの駆動、焦点調節用ステッピングモータの駆動をそれぞれ少なくとも２個のズームポジション分に相当する時間だけ連続して行う。
【選択図】図２Ｂ

Description

この発明はレンズ駆動制御方法に関し、より詳しくは、ズームレンズを動作させるモータとフォーカスレンズを動作させるモータとを交互に駆動するレンズ駆動制御方法に関する。

また、この発明は、そのようなレンズ駆動制御方法を実行するカメラモジュールに関する。

ビデオカメラやスチルカメラで連続変倍動作を行うにあたっては、操作者は例えば液晶ディスプレイ画面を見ながら操作を行うため、その連続変倍動作が合焦しながら行われるのが望ましい。一方、最近のカメラでは、小型軽量化および省電力化の要求を満たすためにバッテリ容量が限られることから、２つ以上のモータを同時に駆動させることが難しくなっている。そこで、例えば特許文献１（特開平１０−１９７７７９号公報）に記載のように、２つのモータ（つまり、変倍用ステッピングモータと焦点調節用ステッピングモータ）を時分割により交互に駆動して、モータ駆動の最大消費電力を抑える方法が提案されている。
特開平１０−１９７７７９号公報

ところで、一般的にステッピングモータは、シャフトに取り付けられた着磁された回転ロータと、この着磁された回転ロータに回転運動を与えるための複数の磁極からなる励磁切り替え機構とで構成されている。これらのステッピングモータを用いてレンズを安定駆動させる場合、回転ロータの回転開始前および回転停止後に、それぞれ励磁切替機構に対して一定時間通電（開始通電、終了通電と呼ばれる。）することで回転ロータを静止させるようになっている。

このため、特許文献１（特開平１０−１９７７７９号公報）に記載のように単に２つのステッピングモータを小刻みに交互に駆動するだけでは、切替のたびに開始通電および終了通電のための時間が必要となる。その結果、ズーム速度が遅くなるという問題がある。この問題は、例えばワイド端からテレ端まで連続変倍（ズーム）動作を行う様な場合においては、特に顕著になる。

そこで、この発明の課題は、モータ駆動の最大消費電力を抑えるとともに、連続変倍動作時のズーム速度を向上できるレンズ駆動制御方法を提供することにある。

また、この発明の課題は、そのようなレンズ駆動制御方法を実行するカメラモジュールを提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明のレンズ駆動制御方法は、
連続変倍動作モードで、変倍比が互いに異なりそれぞれ合焦状態を与える複数個のズームポジションを組み合わせレンズが順次とるように、変倍用ステッピングモータと焦点調節用ステッピングモータとを交互に切り替えて駆動するレンズ駆動制御方法であって、
或るズームポジションから２個のズームポジション分以上離れた別のズームポジションへ上記組み合わせレンズを移動させるとき、上記変倍用ステッピングモータの駆動、上記焦点調節用ステッピングモータの駆動をそれぞれ少なくとも２個のズームポジション分に相当する時間だけ連続して行うことを特徴とする。

この発明のレンズ駆動制御方法では、連続変倍動作モードで、上記複数個のズームポジションを組み合わせレンズが順次とるように、変倍用ステッピングモータと焦点調節用ステッピングモータとを交互に切り替えて駆動する。したがつて、モータ駆動の最大消費電力を抑えることができる。

また、この発明のレンズ駆動制御方法では、連続変倍動作モードで或るズームポジションから２個のズームポジション分以上離れた別のズームポジションへ上記組み合わせレンズを移動させるとき、上記変倍用ステッピングモータの駆動、上記焦点調節用ステッピングモータの駆動をそれぞれ少なくとも２個のズームポジション分に相当する時間だけ連続して行う。したがって、上記或るズームポジションから別のズームポジションへ上記組み合わせレンズを移動させるとき、各ズームポジション毎に変倍用ステッピングモータと焦点調節用ステッピングモータとを交互に切り替えて駆動する場合に比して、上記変倍用、焦点調節用のステッピングモータの開始通電および終了通電の回数を減らすことができる。したがって、連続変倍動作時のズーム速度を向上できる。

この発明のカメラモジュールは、
変倍比が互いに異なりそれぞれ合焦状態を与える複数個のズームポジションをとり得る組み合わせレンズと、
上記組み合わせレンズの変倍動作を行う変倍用ステッピングモータと、
上記組み合わせレンズの焦点調節動作を行う焦点調節用ステッピングモータと、
連続変倍動作モードで上記組み合わせレンズが上記複数個のズームポジションを順次とるように、上記変倍用ステッピングモータと焦点調節用ステッピングモータとを交互に切り替えて駆動する制御部とを備え、
上記制御部は、上記連続変倍動作モードで或るズームポジションから２個のズームポジション分以上離れた別のズームポジションへ上記組み合わせレンズを移動させるとき、上記変倍用ステッピングモータの駆動、上記焦点調節用ステッピングモータの駆動をそれぞれ少なくとも２個のズームポジション分に相当する時間だけ連続して行うことを特徴とする。

この発明のカメラモジュールでは、上述のレンズ駆動制御方法を実行することができる。したがって、モータ駆動の最大消費電力を抑えることができるとともに、連続変倍動作時のズーム速度を向上できる。

一実施形態のカメラモジュールでは、
上記組み合わせレンズを通して得られた画像を表示する表示部を備え、
上記制御部は、上記変倍用および焦点調節用のステッピングモータの駆動を連続して行う時間を、上記表示部に表示される画像の錯乱円が所定の許容錯乱円の範囲内に収まるように設定することを特徴とする。

この一実施形態のカメラモジュールでは、上記連続変倍動作モードで、或るズームポジションから２個のズームポジション分以上離れた別のズームポジションへ上記組み合わせレンズを移動させるとき、上記表示部に上記画像が鮮鋭に表示される。したがって、操作者の利便性が高まる。

以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。

図４は、この発明の一実施形態のカメラモジュールのブロック構成を示している。このカメラモジュールは、変倍用レンズ群（以下「ズームレンズ」という。）および焦点調節用レンズ群（以下「フォーカスレンズ」という。）を含む組み合わせレンズ１と、制御部としてのＣＰＵ（中央演算処理ユニット）からなるレンズ側制御回路７０とを備えている。

組み合わせレンズ１は、公知のものであり、変倍比が互いに異なりそれぞれ合焦状態を与える複数個のズームポジション（図１Ａおよび図１Ｂ中に示す原点位置ＯおよびポジョションＡ１，Ａ２，…，Ａ５）をとり得るようになっている。これらのズームポジションは、組み合わせレンズ１に含まれたズームレンズおよびフォーカスレンズの特性によって定まっている。この例では、原点位置ＯからポジョションＡ１，Ａ２，…，Ａ５へ移る順に変倍比が次第に大きくなっている。例えば、原点位置Ｏでは変倍比１．０でほぼ合焦状態になり、またポジョションＡ５では変倍比３．０でほぼ合焦状態になっている。

レンズ側制御回路７０には、絞りを駆動する絞用モータＭ１と、上記フォーカスレンズを駆動する焦点調節用ステッピングモータ（図４中に「２群モータ」と表す。）Ｍ２と、上記ズームレンズを駆動する変倍用ステッピングモータ（図４中に「３群モータ」と表す。）Ｍ３がそれぞれ、モータドライバ２６、２７、２８を介して接続されている。さらにレンズ制御回路７０には、上記フォーカスレンズが原点位置にあることを検知する２群原点センサ２２、上記ズームレンズの絶対位置を検出する３群用ボリューム４０、絞りの原点位置（開放位置）を検出する絞原点センサ５５、ＣＣＤ（電荷結合素子）型カラー撮像素子１８や、操作者がテレ方向またはワイド方向に変倍をレンズ側制御回路７０に指示するためのズームスイッチ７１、レリーズスイッチ７２、被写体の輝度を測定する測光装置７３、被写体とカメラとの間の距離を測定する測距装置７４、表示部としてのＬＣＤ（液晶表示素子）２が接続されている。なお、測光装置７３は、ＣＣＤ型カラー撮像素子１８で兼用されても良い。測距装置７４は、パッシブタイプ、アクティブタイプのいずれであっても良い。カラー撮像素子１８上に結像された光学的な画像情報は電気的な画像信号に変換され、信号処理回路７５を介して、デジタルの画像データとして記憶装置７６に記録される。

この例では、レンズ制御回路７０に内蔵された図示しないメモリ部に、フォーカスレンズおよびズームレンズの現在位置に応じた連続変倍動作時の駆動パターン（後述）が格納されているものとする。

バッテリ９１は、カメラに装着されていて、電源スイッチ９３がオンしたときに、レギュレータ９２を介して、あるいは直接カメラモジュールの各電子デバイスに電力供給する。また、電源スイッチ９３は、レリーズスイッチ７２がオンしたときに、撮像して得られた画像信号を記憶装置７６にメモリする撮像モードスイッチも兼ねている。電源スイッチ９３がオンされている間は、ＣＣＤ型カラー撮像素子１８で撮像して得られた画像信号がＬＣＤ（液晶表示素子）２に表示されるようになっている。

次に、図１Ａ〜図２Ｂを用いて、連続変倍動作時に上記カメラモジュールが実行するレンズ駆動制御方法の原理を説明する。

図１Ａは比較のために従来例の駆動パターン（交互駆動のもの）を模式的に示し、図１Ｂは一実施形態の駆動パターンを模式的に示している。なお、図１Ａ、図１Ｂ中に示す符号◎は、フォーカスレンズおよびズームレンズをそのポジションＯ，Ａ１，Ａ２，…，Ａ５に対応する変倍比で、合焦状態にして、一旦停止させることを表している。

また、図２Ａは図１Ａの駆動パターンによるモータ駆動タイミングを時間軸を横軸として示し、図２Ｂは図１Ｂの駆動パターンによるモータ駆動タイミングを時間軸を横軸として示している。図２Ａ、図２Ｂ中の時間ＦＬ１，ＦＬ２，…，ＦＬ５はそれぞれフォーカスレンズ（したがって焦点調節用ステッピングモータＭ２）が駆動されるフォーカスレンズ駆動時間を示し、時間ＺＬ１，ＺＬ２，…，ＺＬ５はそれぞれズームレンズ（したがって変倍用ステッピングモータＭ３）が駆動されるズームレンズ駆動時間を示している。また、各駆動時間ＦＬ１，ＦＬ２，…，ＦＬ５；ＺＬ１，ＺＬ２，…，ＺＬ５の前側（図中の左側）には、それぞれステッピングモータＭ２，Ｍ３の開始通電のための時間Ｋｔが設けられ、各駆動時間ＦＬ１，ＦＬ２，…，ＦＬ５；ＺＬ１，ＺＬ２，…，ＺＬ５の後側（図中の右側）には、それぞれステッピングモータＭ２，Ｍ３の終了通電のための時間Ｓｔが付随して設けられている。

なお、開始通電はレンズの停止状態から動作開始に至る間の、また終了通電はレンズの動作状態から動作停止に至る間の、ステッピングモータの回転ロータぶれを打ち消すために必要な制御である。

図１Ａの駆動パターンは、原点位置ＯからズームポジョションＡ５へ順次組み合わせレンズ１を移動させるとき、原点位置Ｏに加えて５個のズームポジョションＡ１，Ａ２，…，Ａ５毎に変倍用ステッピングモータＭ３と焦点調節用ステッピングモータＭ２とを交互に切り替えて駆動するパターンである。この図１Ａの駆動パターンでは、図２Ａに示すように、組み合わせレンズ１が原点位置ＯからズームポジョションＡ５まで移動するために要する時間Ｐｔ１は、
Ｐｔ１＝（（Ｋｔ＋ＺＬ１＋Ｓｔ）＋（Ｋｔ＋ＦＬ１＋Ｓｔ）＋（Ｋｔ＋ＺＬ１＋Ｓｔ）＋・・・＋（Ｋｔ＋ＦＬ５＋Ｓｔ））
となる。つまり、ズームポジョションＡ１，Ａ２，…，Ａ５毎に、それぞれ開始通電のための時間Ｋｔ、終了通電のための時間Ｓｔが設けられているため、原点位置ＯからズームポジョションＡ５まで移動するために要する時間Ｐｔ１が長くなる。

これに対して図１Ｂの駆動パターンでは、図２Ｂに示すように、原点位置ＯからズームポジョションＡ５へ順次組み合わせレンズ１を移動させるとき、変倍用ステッピングモータＭ３の駆動によるズームレンズ駆動時間ＺＬ１の後、焦点調節用ステッピングモータＭ２の駆動に切り替えて２個のフォーカスレンズ駆動時間ＦＬ１，ＦＬ２を連続させ、続いて変倍用ステッピングモータＭ３の駆動に切り替えて２個のズームレンズ駆動時間ＺＬ２，ＺＬ３を連続させ、続いて焦点調節用ステッピングモータＭ２の駆動に切り替えて２個のフォーカスレンズ駆動時間ＦＬ３，ＦＬ４を連続させ、続いて変倍用ステッピングモータＭ３の駆動に切り替えて２個のズームレンズ駆動時間ＺＬ４，ＺＬ５を連続させ、最後に焦点調節用ステッピングモータＭ２の駆動に切り替えてフォーカスレンズ駆動時間ＦＬ５を設けている。この駆動パターンでは、組み合わせレンズ１が原点位置ＯからズームポジョションＡ５まで移動するために要する時間Ｐｔ２は、
Ｐｔ２＝（（Ｋｔ＋ＺＬ１＋Ｓｔ）＋（Ｋｔ＋ＦＬ１＋ＦＬ２＋Ｓｔ）＋・・・＋（Ｋｔ＋ＦＬ５＋Ｓｔ））
となる。つまり、従来例と比較して、時間Δｔ＝４×（Ｋｔ＋Ｓｔ）分だけ移動するために要する時間が短縮される。したがって、連続変倍動作時のズーム速度を向上できる。また、変倍用ステッピングモータＭ３と焦点調節用ステッピングモータＭ２とを交互に切り替えて駆動し、同時に駆動するわけではないから、モータ駆動の最大消費電力を抑えることができる。

図３は、上記カメラモジュールが一実施形態のレンズ駆動制御方法を実行する場合のレンズ側制御回路７０の制御フローを示している。

ステップＳ１では、操作者の変倍ボタン（図４中のテレ／ワイドズームスイッチ７１を指す。以下同様。）押下を感知すると、フォーカスレンズとズームレンズの現在の停止位置を取得する。

ステップＳ２では、操作者が一定時間以上変倍ボタンを押下した状態である場合は連続変倍動作が指示されていると判断して、次ステップＳ３に進む。そうでない場合は、通常の変倍動作が指示されていると判断して、通常の交互駆動制御を行う（Ｓ８）。なお、通常の交互駆動制御は、従来例として述べた公知のものである。

ステップＳ３では、ステップＳ１で取得したフォーカスレンズおよびズームレンズの現在位置に応じた連続変倍動作の駆動パターンを取得する。例えば変倍ボタンの押下時にフォーカスレンズおよびズームレンズが原点位置Ｏにいる場合、図１Ｂに示した駆動パターンを取得する。

ステップＳ４では、ステップＳ３で取得した駆動パターンに応じて、変倍用ステッピングモータＭ３と焦点調節用ステッピングモータＭ２とによって、フォーカスレンズとズームレンズを駆動する。この例では、まずズームレンズをポジョションＡ１に、その後にフォーカスレンズをポジョションＡ２に移動するという様に動作する。

ステップＳ５では、フォーカスレンズとズームレンズの駆動開始から一定時間経過後に変倍ボタンの押上を検知する。ここで、変倍ボタンがまだ押下されている場合は、ステップＳ４に戻ってフォーカスレンズとズームレンズの駆動を継続する。一方、変倍ボタンが押上されている場合は、ステップＳ６に進んで、フォーカスレンズおよびズームレンズの現在位置を取得し、ステップＳ７にて最寄りのポジションにてフォーカスレンズとズームレンズを停止し終了する。

また、例えば携帯電話に搭載されているカメラモジュールでは、一般的に言って、操作者が目視で確認するＬＣＤ２の表示画素はＣＣＤ型カラー撮像素子１８によって撮像して得られた記録画素と比較して小さいことから、ＬＣＤ２に表示される画像の許容錯乱円は記録画素のそれと比較して大きくなる。そこで、レンズ側制御回路７０は、上記ステッピングモータＭ２，Ｍ３の駆動を連続して行う時間を、ＬＣＤ２に表示される画像の錯乱円が所定の許容錯乱円の範囲内に収まるように設定するのが望ましい。そのようにした場合、連続変倍動作モードで或るズームポジションから２個のズームポジション分以上離れた別のズームポジションへフォーカスレンズとズームレンズを移動させるとき、ＬＣＤ２に画像が鮮鋭に表示される。したがって、操作者の利便性が高まる。

この実施形態では、或るズームポジションから２個のズームポジション分以上離れた別のズームポジションへフォーカスレンズとズームレンズを移動させるとき、変倍用ステッピングモータＭ３の駆動、焦点調節用ステッピングモータＭ２の駆動をそれぞれ２個のズームポジション分に相当する時間だけ連続して行う例について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、変倍用ステッピングモータＭ３の駆動、焦点調節用ステッピングモータＭ２の駆動をそれぞれ３個以上のズームポジション分に相当する時間だけ連続して行うものとしても良い。そのようにした場合、連続変倍動作時のズーム速度をさらに向上できる。

従来の連続変倍時におけるフォーカスレンズおよびズームレンズの駆動パターンを例示する図である。 この発明の一実施形態のレンズ駆動制御方法による、連続変倍時におけるフォーカスレンズおよびズームレンズの駆動パターンを例示する図である。 図１Ａの駆動パターンの場合の駆動時間を示す図である。 図１Ｂの駆動パターンの場合の駆動時間を示す図である。 この発明の一実施形態のカメラモジュールが上記レンズ駆動制御方法を実行する場合の制御フローを示す図である。 この発明の一実施形態のカメラモジュールのブロック構成を示す図である。

符号の説明

Ｍ２ 焦点調節用ステッピングモータ
Ｍ３ 変倍用ステッピングモータ
１ 組み合わせレンズ
２ ＬＣＤ
７１ テレ／ワイドズームスイッチ

Claims (3)

1. 連続変倍動作モードで、変倍比が互いに異なりそれぞれ合焦状態を与える複数個のズームポジションを組み合わせレンズが順次とるように、変倍用ステッピングモータと焦点調節用ステッピングモータとを交互に切り替えて駆動するレンズ駆動制御方法であって、
   或るズームポジションから２個のズームポジション分以上離れた別のズームポジションへ上記組み合わせレンズを移動させるとき、上記変倍用ステッピングモータの駆動、上記焦点調節用ステッピングモータの駆動をそれぞれ少なくとも２個のズームポジション分に相当する時間だけ連続して行うことを特徴とするレンズ駆動制御方法。
2. 変倍比が互いに異なりそれぞれ合焦状態を与える複数個のズームポジションをとり得る組み合わせレンズと、
   上記組み合わせレンズの変倍動作を行う変倍用ステッピングモータと、
   上記組み合わせレンズの焦点調節動作を行う焦点調節用ステッピングモータと、
   連続変倍動作モードで上記組み合わせレンズが上記複数個のズームポジションを順次とるように、上記変倍用ステッピングモータと焦点調節用ステッピングモータとを交互に切り替えて駆動する制御部とを備え、
   上記制御部は、上記連続変倍動作モードで或るズームポジションから２個のズームポジション分以上離れた別のズームポジションへ上記組み合わせレンズを移動させるとき、上記変倍用ステッピングモータの駆動、上記焦点調節用ステッピングモータの駆動をそれぞれ少なくとも２個のズームポジション分に相当する時間だけ連続して行うことを特徴とするカメラモジュール。
3. 請求項２に記載のカメラモジュールにおいて、
   上記組み合わせレンズを通して得られた画像を表示する表示部を備え、
   上記制御部は、上記変倍用および焦点調節用のステッピングモータの駆動を連続して行う時間を、上記表示部に表示される画像の錯乱円が所定の許容錯乱円の範囲内に収まるように設定することを特徴とするカメラモジュール。
   

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