JP2008003501A - レンズ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レンズを現在位置から目標位置へ移動させる際に、高速かつ正確に移動させることができるレンズ駆動装置を提供する。
【解決手段】フォーカスレンズ２０４を駆動させるモータ２０３と、モータ２０３の駆動速度を検出するエンコーダ２０６と、エンコーダ２０６で検出された駆動速度に基づいてモータ２０３の駆動速度を制御するレンズマイコン２０１とを備え、レンズマイコン２０１は、モータ２０３の速度を上げた後、複数の定速段階を経て、モータ２０３を停止させるよう制御するとともに、複数の定速段階のうちいずれかの定速段階から次の定速段階へ連続的に移行させるようモータ２０３の速度を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、デジタルスチルカメラなどの撮像装置に搭載されるレンズを駆動制御するレンズ駆動装置に関する。

近年のデジタルスチルカメラのほとんどには、自動制御により被写体に焦点を合わせるオートフォーカス（以下、ＡＦと称する）機能が搭載されている。ＡＦ機能は、レンズ鏡筒内に光軸方向へ移動可能なＡＦレンズを配し、そのＡＦレンズを光軸方向へ所定量移動させて焦点位置を調節し、焦点を合わせる機能である。

ＡＦ機能において、ＡＦレンズを駆動させるには、一般的にステッピングモータが用いられる。ステッピングモータは、入力されるパルス電力に同期して回転子をパルス駆動させることができるため、回転子の回転角を正確に制御することができる。すなわち、ＡＦレンズの移動量を高精度に制御することができる。しかしながらステッピングモータは比較的高価であるため、安価な直流モータ（以下ＤＣモータと称する）でＡＦレンズを駆動させる構成が提案されている（例えば特許文献１参照）。

ＤＣモータは、入力される電流や電圧に比例したトルクや回転速度で回転子を回転させることができるが、回転を停止させる際、モータへの印加電流を遮断しても回転子は慣性により回転を続け、正確な位置（回転角）で停止させることが困難である。よって、ＤＣモータでＡＦレンズを駆動させると、ＡＦレンズを正確な位置で停止させるのが困難で、高精度な合焦を行うことができない。

このようなＤＣモータの問題を解消するために、特許文献１に開示されている構成は、ＡＦレンズを移動させる際、モータに最大電圧を印加させてフル加速させる第１の領域と、モータを減速（急制動）させる第２の領域と、モータを低速にて定速駆動させて動作を安定させる第３の領域と、モータの印加電圧をオフにして慣性で停止状態へ移行させる第４の領域とに基づいてモータを駆動制御し、ＡＦレンズを駆動させている。
特開平５−２５７０６０号公報

しかしながら特許文献１に開示されている構成では、第１の領域（フル加速）から第３の領域（定速駆動）へ移行させる際に急制動させているため、第３の領域に相当する時間が長くなり、レンズを目標位置へ移動させるまでの時間が長くなってしまうという問題がある。

また、モータの負荷や性能の個体差などにより、第２の領域（急制動）においてモータの回転速度が不安定になる可能性があり、レンズを目標位置へ正確に到達させることができないという問題がある。例えば、モータの負荷が大きい場合は、第２の領域においてアンダーシュートが発生し、モータの回転が一時的に停止してしまう可能性がある。すると、モータの速度制御に基づいて算出されるレンズ移動量と、実際のレンズ移動量との間にズレが生じ、レンズを正確に目標位置に到達させることができない。

本発明は、上記課題に鑑み、レンズを現在位置から目標位置へ移動させる際に、高速かつ正確に移動させることができるレンズ駆動装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明のレンズ駆動装置は、レンズを駆動させる駆動部と、前記駆動部の駆動速度を検出する速度検出部と、前記速度検出部で検出された駆動速度に基づいて前記駆動部の駆動速度を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記駆動部を制御して前記レンズを駆動させる際、前記駆動部の速度を上げた後、複数の定速段階を経て、前記駆動部を停止させるよう制御するとともに、前記複数の定速段階のうちいずれかの定速段階から次の定速段階へ連続的に移行させるよう、前記駆動部の速度を制御するものである。

また、本発明のレンズ駆動方法は、モータでレンズを駆動させる際、前記モータを最大回転速度で駆動する第１の回転速度領域と、第１の定速回転速度で駆動する第２の回転速度領域と、前記第１の定速回転速度から連続的に減速する第３の回転速度領域と、前記第１の定速回転速度よりも低い第２の定速回転速度で駆動する第４の回転速度領域とを設けて制御するものである。

本発明は、レンズを、現在位置から目標位置まで高速に移動させることができるとともに、目標位置へ正確に移動させることができる。

本発明のレンズ駆動装置は、前記制御部は、前記駆動部における制御可能な回転速度領域に、前記複数の定速段階を設け、前記制御可能な回転速度領域よりも高い回転速度領域に、速度制御を行わない回転速度領域を設けた構成としてもよい。この構成により、レンズを高速かつ高精度に目標位置へ移動させることができる。

また、前記駆動部は、直流モータで構成されていることが好ましい。この構成により、コストダウン、小型化、高トルク化を実現することができる。

また、前記駆動部は、入射光軸方向へ移動させることで、焦点位置を調節可能なフォーカスレンズを駆動させる構成としてもよい。この構成により、オートフォーカス動作を行う際に、フォーカスレンズを迅速かつ正確に合焦位置へ移動させることができるというメリットがある。

（実施の形態１）
〔１．全体構成及び基本動作〕
図１は、本発明の実施の形態１にかかるレンズ駆動装置が搭載されているカメラシステムの構成を示す図である。なお、本実施の形態では、レンズ駆動装置が搭載されているカメラシステムの一例として、デジタル一眼レフカメラシステムを挙げて説明する。

デジタル一眼レフカメラシステムは、ボディユニット１と、ボディユニット１に対して着脱交換可能なレンズユニット２とから構成される。

図１において、ボディユニット１は、ボディユニット制御部１０１、焦点検出部１０２、メインミラー１０３、サブミラー１０４、ペンタプリズム１０５、接眼レンズ１０６、第１の接点１０７、撮像素子１０８、シャッター１０９、信号処理部１１０、表示部１１１、記録部１１２、操作部１１３、撮像素子駆動部１１４、焦点板１１５を備えている。

ボディユニット制御部１０１は、ボディユニット１内の動作シーケンスをコントロールする。また、ボディユニット制御部１０１は、本実施の形態ではマイクロコンピューターで構成されているため、以下の説明では「ボディマイコン」と称する。また、ボディマイコン１０１は、第１の接点１０７及び第２の接点２０７を介してレンズユニット制御部（以下、レンズマイコンと称する）２０１に接続され、レンズマイコン２０１との間で各種データや制御信号の通信を行っており、レンズマイコン２０１から各種レンズデータなどの情報を受信したり、レンズマイコン２０１に対して各種命令を送信したりすることができる。また、ボディマイコン１０１は、焦点検出部１０２で検出された焦点位置情報に基づき、デフォーカス量（合焦位置からのズレ量）を検出する。また、ボディマイコン１０１は、信号処理部１１０との間で各種データや制御信号の通信を行うことができる。また、ボディマイコン１０１は、ユーザーによって操作部１１３に入力された情報が入力され、入力される情報に応じた各種命令や制御を行う。また、ボディマイコン１０１は、操作部１１３によって撮影命令が入力された際に、シャッター１０９の動作制御を行う。また、ボディマイコン１０１は、撮像素子駆動部１１４に対して、露光制御などを行うことができる。

焦点検出部（以下、ＡＦセンサーと称する）１０２は、入射される光学画像を結像し、光電変換する光電変換素子で構成されている。ＡＦセンサー１０２は、例えばラインセンサーやＣＭＯＳセンサーなどで構成されている。ＡＦセンサー１０２は、結像した光学画像の焦点位置を検出し、その検出結果をボディマイコン１へ出力している。

メインミラー１０３は、半透過ミラーで構成され、光軸３上においてレンズユニット２の次段に配されている。また、メインミラー１０３は、入射される光学画像を焦点板１１５側へ反射するとともに。サブミラー１０４側へ透過している。なお、メインミラー１０３は、別途設けられたメカニズム制御部（不図示）によって、例えば上方へ退避可能な構造になっており、撮影時にメインミラー１０３を退避させることで、入射される光学画像を撮像素子１０８に導くことができる。

サブミラー１０４は、光軸３上においてメインミラー１０３の次段に配され、入射される光学画像をＡＦセンサー１０２側へ反射している。なお、サブミラー１０４は、別途設けられたメカニズム制御部（不図示）によって、例えば上方へ退避可能な構造になっており、撮影時にサブミラー１０４を退避させることで、入射される光学画像を撮像素子１０８に導くことができる。

ペンタプリズム１０５は、光軸３上において焦点板１１５の次段に配され、焦点板１１５に結像された光学画像を内部で反射させ、正立画像を得る。

接眼レンズ１０６は、ボディユニット１の背面（撮影者側の面）に配されているビューファインダー内に配され、撮影時にユーザーが覗き込んで、光学画像を目視確認することができる。

第１の接点１０７は、レンズユニット２の第２の接点２０７と電気的に接続可能であり、第２の接点２０７と接続されている状態で、ボディユニット１とレンズユニット２との間でデータ通信を行うことができる。

撮像素子１０８は、入射される光学画像を撮像し、電気信号に変換して出力する。なお、撮像素子１０８は、ＣＣＤイメージセンサーやＣＭＯＳイメージセンサー等で構成される。

シャッター１０９は、サブミラー１０４と撮像素子１０８との間に配され、ボディマイコン１０１からの制御によって開閉動作するものである。シャッター１０９は、撮影待機時は閉じた状態になっており、撮像素子１０８へ光が入射されないようにしている。そして、撮影動作時は、ボディマイコン１からの制御により所定のシャッター速度に応じた時間開いて、光学画像を撮像素子１０８へ入射させている。

信号処理部１１０は、撮像素子１０８で撮像された画像や、記録部１１２において情報媒体から読み出されたデジタル画像の信号処理を行う。信号処理としては、例えばノイズ除去、ホワイトバランス調整、ＹＣ処理（輝度信号、色差信号の処理）、圧縮伸張処理などである。具体的な信号処理の内容は、周知であるため省略する。また、信号処理部１１０は、撮像素子１０８で撮像された画像を記録部１１２を介して情報媒体に記録させることができる。また、信号処理部１１０は、撮像された画像や情報媒体から読み出された画像などを、表示部１０５に表示させることができる。なお、本実施の形態では、信号処理部１１０は、デジタル信号処理マイクロコンピューターにて構成されている。

表示部１１１は、２〜３インチ程度の液晶ディスプレイで構成され、ボディユニット１の背面（接眼レンズ１０６が配されている面）に配されている。また、表示部１１１は、本カメラシステムで撮影された画像、情報媒体に記録されている画像、ＯＳＤ（オンスクリーンディスプレイ）による撮影日時や撮影枚数などの各種情報を、表示させることができる。なお、表示部１１１は、液晶ディスプレイに限らず、ＥＬ（electro-luminescent）素子など他のディスプレイで構成されていてもよい。

記録部１１２は、信号処理部１１０から出力される画像データなどの各種情報信号を情報媒体に記録したり、情報媒体に記録されている画像データなどの各種情報信号を読み出すことができる。情報媒体は、ボディユニット１に内蔵された半導体メモリーやハードディスクドライブで構成されていてもよいし、ボディユニット１に着脱可能な半導体メモリーカードや光ディスクなどで構成されていてもよい。本実施の形態では、ボディユニット１に着脱可能な半導体メモリーカードとした。

操作部１１３は、レリーズボタン、ズームスイッチ、電源スイッチ、シャッタースピード設定ダイアルなど、本カメラシステムを操作するために必要な操作手段が含まれている。操作部１１３が操作された際、その操作内容の情報はボディマイコン１０１へ出力される。

撮像素子駆動部１１４は、ボディマイコン１０１からの制御により、撮像素子１０８を駆動させることができる。例えば、撮像素子１０８がＣＣＤイメージセンサーで構成されている場合は、撮像素子１０８における露光制御、垂直転送、水平転送、信号増幅など動作制御を行っている。

焦点板１１５は、光軸３上においてメインミラー１０３の次段に配され、レンズユニット２を介して入射される光学画像を結像する。

図１において、レンズユニット２は、ボディユニット１に着脱可能である。レンズユニット２は、レンズマイコン２０１、ドライブ回路２０２、モータ２０３、フォーカスレンズ２０４、位置センサー２０５、エンコーダ２０６、第２の接点２０７、対物レンズ２０８を備えている。なお、レンズユニット２内には、フォーカスレンズ２０４及び対物レンズ２０８の他に、入射される光学画像を変倍させるズームレンズや、いわゆる光学式手振れ補正を行うことができる補正レンズなどのレンズを、光軸３上に備えていてもよいが、本実施の形態では説明を簡単にするためにフォーカスレンズ２０４及び対物レンズ２０８のみ図示した。

レンズマイコン２０１は、ドライブ回路２０２、位置センサー２０５、エンコーダ２０６、第２の接点２０７と接続されている。また、レンズマイコン２０１は、第１の接点１０７及び第２の接点２０７を介して、ボディマイコン１０１との間でデータ通信を行うことができる。また、レンズマイコン２０１は、メモリーが内蔵され、そのメモリーにレンズユニット２のレンズ情報が記録されている。レンズ情報とは、レンズの明るさを示すＦナンバーや、ズーム倍率、設定可能な絞り値など、レンズユニット２のスペックに関する情報である。

ドライブ回路２０２は、レンズマイコン２０１からの指示により、モータ２０３を駆動制御する。本実施の形態では、モータ２０３はＤＣモータで構成されているため、レンズマイコン２０１から送信されるレンズ移動量情報に応じた電圧または電流がモータ２０３に印加されるよう制御している。

モータ２０３は、ＤＣモータで構成され、印加される電圧または電流の大きさに応じた回転速度で駆動する。モータ２０３が駆動することにより、フォーカスレンズ２０４を矢印ＡまたはＢ方向に移動させることができる。なお、ＤＣモータは、ステッピングモータや超音波モータに比べて安価であるため、コストダウンに貢献することができる。また、ＤＣモータは、印加される電圧の大きさに対して、回転特性が比例する特性を持つ。したがって、ＤＣモータを高速回転させる際は高い電圧を印加させ、低速回転させる際は低い電圧を印加させる。本実施の形態では、５Ｖの電圧を印加した時に、最大回転速度にて駆動するＤＣモータを用いている。

フォーカスレンズ２０４は、鏡筒内における光軸３上に配置され、矢印ＡまたはＢに示す方向へ移動させることにより、焦点位置を微調整して光学画像を合焦させることができる。フォーカスレンズ２０４の移動制御は、モータ２０３からの駆動力に基づいて行われる。

位置センサー２０５は、フォーカスレンズ２０４の光軸方向における位置を検出することができる。位置センサー２０５は、例えば磁気センサーで構成されている。なお、本実施の形態では、位置センサー２０５における位置検出動作は、フォーカスレンズ２０４が停止している時のみ行われる構成としているが、例えばコンティニアスＡＦ機能（レリーズボタンを連続的に半押し状態にしている時に、連続的に合焦動作を行わせる機能）を動作させている時はフォーカスレンズ２０４の移動中にも検出動作が行われる。検出された位置情報は、レンズマイコン２０１へ出力される。

第２の接点２０７は、ボディユニット１の第１の接点１０７と電気的に接続されている状態で、ボディユニット１とレンズユニット２との間でデータ通信などを行うことができる。なお、第１の接点１０７と第２の接点２０７は、レンズユニット２をボディユニット１に装着させた時に、互いに電気的に接触する状態になるような位置に配されている。

エンコーダ２０６は、モータ２０３の回転子の回転速度などを検出することができる。エンコーダ２０６は、具体的には、図５（ａ）に示すように、モータ２０３の主軸２５１に固定され多数のスリット２５５が形成されているパルス円板２５４と、パルス円板２５４の裏面側に配されている発光ダイオード２５２と、スリット２５５を挟んで発光ダイオード２５２に対向する位置に配されているフォトセンサー２５３と、フォトセンサー２５３における検出信号をアナログ／デジタル変換（以下Ａ／Ｄ変換と称する）してパルスを生成するパルス生成部２５６と、パルス生成部２５６で生成されたパルス数をカウントし回転速度や回転数などを算出する演算部２５７とから構成されている。

図５（ａ）において、モータ２０３を駆動させると、主軸２５１及びパルス円板２５４が矢印Ｃまたはその逆方向に回転される。それとともに、発光ダイオード２５２を発光させると、フォトセンサー２５３はスリット２５５を通った発光ダイオード２５２の光を受光して、光電変換して電気信号を出力する。パルス生成部２５６は、フォトセンサー２５３から出力される電気信号をＡ／Ｄ変換し、図５（ｂ）や図５（ｃ）に示すようなパルスを出力する。なお、スリット２５５はパルス円板２５４において一定間隔おきに形成されているため、パルス生成部２５６においては、フォトセンサー２５３が光を受光した時のみＨｉｇｈとなるパルスが生成される。したがって、パルス生成部２５６で生成されるパルスは、モータ２０３の回転速度が低ければ図５（ｂ）に示すように周期は長くなり、モータ２０３の回転速度が高ければ図５（ｃ）に示すように周期は短くなる。演算部２５７は、パルス生成部２５６で生成されたパルスをカウントしパルス数の情報を出力するとともに、単位時間当たりのパルス数をカウントし、モータ２０３の回転数や回転速度を算出することができる。演算部２５７で算出されたパルス数や回転速度などの情報は、レンズマイコン２０１へ出力される。

以下、動作について説明する。

図１において、被写体側から光軸３に沿って入射される光学画像は、レンズユニット２における対物レンズ２０８や、フォーカスレンズ２０４などのレンズ群を通して、メインミラー１０３で上方へ曲げられ、焦点板１１５で結像される。結像された光学画像は、現時点では反転画像になっており、ペンタプリズム１０５の内部を反射することで正立画像が得られる。撮影者は、接眼レンズ１０６を通して、正立画像を視認することができる。また、被写体側から入射される光学画像の一部は、メインミラー１０３を透過し、サブミラー１０４にて下方へ曲げられ、ＡＦセンサー１０２へ導かれている。

次に、操作部１１３におけるレリーズボタンが、撮影者によって半分だけ押されると、ボディマイコン１０１は第１の接点１０７及び第２の接点２０７を介して、レンズマイコン２０１に対してＡＦ動作を行うよう命令する。レンズマイコン２０１は、各部を制御してフォーカスレンズ２０４を駆動させて、被写体のＡＦ動作を行う。なお、詳しいＡＦ動作については後述する。

次に、操作部１１３におけるレリーズボタンが、撮影者によって完全に押されると、ボディマイコン２０１はメカニズム制御部（不図示）を制御して、メインミラー１０３及びサブミラー１０４を、撮像素子１０８へ入射される光学画像を妨げない位置へ退避させる。次に、ボディマイコン１０１は撮像素子駆動部１１４に対して撮像命令を出力する。撮像素子駆動部１１４は、入力される撮像命令に基づき、撮像素子１０８を撮像動作させる。

次に、ボディマイコン１０１は、操作部１１３におけるシャッタースピード設定ダイアルまたはボディマイコン１０１において設定されているシャッタースピードに対応する時間、シャッター１０９を開閉動作させる。例えば、操作部１１３におけるシャッタースピード設定部において設定されているシャッタースピードが「１／２０００秒」であった場合は、ボディマイコン１０１はシャッター１０９に対して１／２０００秒間だけ開いて、光学画像が撮像素子１０８に入射されるように制御している。

シャッター１０９が所定時間開閉動作を行って、撮像素子１０８に光学画像が入射されると、撮像素子１０８（本実施の形態ではＣＣＤイメージセンサー）における光電変換素子が、入射される光に基づき電荷を出力する。出力される電荷は、撮像素子１０８における垂直転送レジスタ、水平転送レジスタ、増幅器を介して出力される。出力される電気信号は、撮像素子駆動部１１４を介して信号処理部１１０に入力される。

信号処理部１１０は、入力される電気信号に基づき、ホワイトバランス調整やＹＣ処理などを行って画像信号を生成する。生成された画像信号は、表示部１１１へ出力されて、画像信号に基づく画像を表示させることができる。すなわち、撮影された画像を撮影操作直後に表示部１１１へ表示させることができ、撮影者は表示された画像を目視確認することができる。

また、信号処理部１１０は、撮影された画像信号（アナログ信号）をデジタル変換して圧縮符号化し、画像データを生成する。生成された画像データは、記録部１１２に出力される。記録部１１２は、入力される画像データを半導体メモリカードなどの情報媒体へ記録させる。

撮影動作が終われば、ボディマイコン１０１はメカニズム制御部を制御して、メインミラー１０３とサブミラー１０４とを元の位置（図１に示す位置）へ復帰させるとともに、シャッター１０９や撮像素子駆動部１１４などの各部に対してリセット命令を出力する。

以上のように動作させることで、本実施の形態のカメラシステムで被写体画像を撮影することができる。

〔２．ＡＦ動作〕
〔2-1．ＡＦの基本動作〕
まず、ＡＦ動作の概要について説明する。

図２は、ＡＦ動作の一連の流れを示すフローチャートである。まず、操作部１１３におけるレリーズボタンが、撮影者によって半分だけ押されると（ステップＳ１）、ボディマイコン１０１はＡＦセンサー１０２から出力される焦点位置情報に基づき、デフォーカス量を検出する（ステップＳ２）。

次に、ボディマイコン１０１は、検出したデフォーカス量が所定値よりも大きいか小さいかについて判断する（ステップＳ３）。デフォーカス量が所定値よりも小さい場合は、現時点での焦点位置が合焦位置にあると判断し、ＡＦ動作を終了させる。一方、デフォーカス量が所定値よりも大きい場合は、現時点での焦点位置が合焦位置から離れていると判断し、ＡＦ動作を継続させる。

次に、ボディマイコン１０１は、検出したデフォーカス量の情報を、第１の接点１０７及び第２の接点２０７を介してレンズマイコン２０１へ送信する（ステップＳ４）。

次に、レンズマイコン２０１は、ボディマイコン１０１から送信されるデフォーカス量の情報と、位置センサー２０５から送信されるフォーカスレンズ２０４の現在位置情報とに基づき、フォーカスレンズ２０４の移動量、すなわちモータ２０３の回転量の算出を行う。モータの回転量は、パルス数として算出される（ステップＳ５）。

次に、レンズマイコン２０１は算出したパルス数に基づき、ドライブ回路２０２に対してモータ２０３を駆動させるよう命令する。ドライブ回路２０２は、レンズマイコン２０１において算出されたパルス数に基づき、モータ２０３を駆動させる。具体的には、そのパルス数に応じた電圧をモータ２０３に印加させるよう制御する。モータ２０３は、印加される電圧によって回転駆動されて、フォーカスレンズ２０４を矢印ＡまたはＢ方向へ移動させる（ステップＳ６）。

フォーカスレンズ２０４の移動中は、エンコーダ２０６でモータ２０３の回転パルスを検出している。エンコーダ２０６は、検出したパルスの情報をレンズマイコン２０１へ送信するとともに、検出したパルスに基づきモータ２０３の回転速度を算出し、その回転速度情報もレンズマイコン２０１へ送信している。

モータ２０３が、ステップＳ５で算出された回転量だけ回転駆動されると（ステップＳ７）、次にステップＳ２へ戻って、デフォーカス量の算出を行う。算出されたデフォーカス量と所定値とを比較し（ステップＳ３）、デフォーカス量が所定値よりも小さければ、フォーカスレンズ２０４が合焦位置に到達したと判断し、ＡＦ動作を終了させる。一方、デフォーカス量が所定値よりもまだ大きい場合は、デフォーカス量が所定値よりも小さくなるまでステップＳ２〜Ｓ７の処理を繰り返す。

〔2-2．レンズの現在位置と目標位置との距離が大きい場合の動作〕
次に、フォーカスレンズ２０４の現在位置と目標位置とが離れている場合（すなわち、フォーカスレンズ２０４を大きく移動させる必要がある場合）の動作について詳しく説明する。現在位置と目標位置とが離れている場合とは、図１のＡＦセンサー１０２で検出されるデフォーカス量が大きい場合のことである。

図３は、モータ２０３の駆動制御の流れを示しており、図２におけるステップＳ６及びＳ７の処理内容を詳細に示したものである。図４（ａ）はモータ２０３の回転速度と時間との関係を示している。図４（ｂ）はフォーカスレンズ２０４の移動量（すなわちモータ２０３の回転積算量に相当）と時間との関係を示している。また、図４において、タイミングｔ０〜ｔ１はモータ２０３を最大回転速度で駆動している期間、タイミングｔ１〜ｔ２はモータ２０３への印加電流をオフにしている期間、タイミングｔ２〜ｔ３は第１の定速駆動を行っている期間、タイミングｔ３〜ｔ４は第１の定速駆動から第２の定速駆動へ速度移行を行っている期間、タイミングｔ４〜ｔ５は第２の定速駆動を行っている期間、タイミングｔ５〜ｔ６はモータ２０３への印加電流をオフにしている期間である。各期間におけるモータ２０３の動作状態、移動パルス数、所要時間を（表１）に示す。なお、（表１）における各数値は一例である。

ＡＦ動作を行う際は、まずレンズマイコン２０１は、ボディマイコン１０１からデフォーカス量の情報を取得し、その情報に基づきフォーカスレンズ２０４の現在位置から目標位置までのレンズ移動量（パルス数）を算出する。

本実施の形態では、デフォーカス量が大きい場合のレンズ移動に関する実施形態であり、例えば目標移動パルス数Ｐ１＝２２１以上の場合を示している。なお、目標移動パルス数とは、フォーカスレンズ２０４を現在位置から目標位置（合焦位置）まで移動させるのに必要な、モータ２０３の回転パルス数のことである。また、Ｐ１＝２２１以上に設定されている根拠は、（表１）に示すように、タイミングｔ０〜ｔ１におけるパルス数Ｎ１を「１０≦Ｎ１≦１４７３」に設定し、タイミングｔ１〜ｔ３におけるパルス数Ｎ２を「１２０」に設定し、タイミングｔ３〜ｔ４におけるパルス数Ｎ３を「５７」に設定し、タイミングｔ４〜ｔ５におけるパルス数Ｎ４を「３０」に設定し、タイミングｔ５〜ｔ６におけるパルス数Ｎ５を「４」に設定し、Ｐ１をパルス数Ｎ１〜Ｎ５の総和としたからである。

次に、フォーカスレンズ２０４の駆動制御について説明する。

レンズマイコン２０１からドライブ回路２０２に、モータ２０３の回転駆動命令が出力されると、図４（ａ）のタイミングｔ０〜ｔ１に示すように、ドライブ回路２０２はモータ２０３に最大電圧を印加させる。これにより、モータ２０３は最大速度で駆動され、フォーカスレンズ２０４は高速で移動される（図３のステップＳ１１）。この時、モータ２０３に印加される最大電圧は例えば５Ｖで、回転速度は７７００Ｈｚである。また、モータ２０３を最大速度で駆動させている間、速度制御は行っていない。また、タイミングｔ０〜ｔ１に示す期間の長さは、目標移動パルスＰ１の値に応じてパルス数Ｎ１＝１０〜１４７３の範囲内の値に設定され、Ｎ１の値が大きいほどｔ０〜ｔ１に示す期間は長くなる。

モータ２０３を最大速度で回転駆動させている間、エンコーダ２０６は、モータ２０３の回転パルスをカウントしている。レンズマイコン２０１は、所定間隔（例えば２０００Ｈｚ間隔）でエンコーダ２０６からパルス数を取得し、取得したパルス数を目標移動パルス数から減算して、目標位置までの残りパルス数を算出している。

レンズマイコン２０１で算出される残りパルス数が「２２１」に到達すれば（図３のステップＳ１２）、レンズマイコン２０１はドライブ回路２０２に対して、モータ２０３への印加電流をオフにする命令を出力する（タイミングｔ１）。これにより、モータ２０３は、駆動力がオフになり、慣性のみで回転が継続されるため、図３（ａ）のタイミングｔ１〜ｔ２に示すようにモータ２０３の回転速度は徐々に低下する（図３のステップＳ１３）。

図３（ａ）のタイミングｔ１〜ｔ２の間、エンコーダ２０６はモータ２０３のパルス数に基づいて回転速度を算出している（図３のステップＳ１４）。エンコーダー２０６は、算出した回転速度が２０００Ｈｚまで低下すれば、レンズマイコン２０１に対して回転速度の情報を出力する（タイミングｔ２）。レンズマイコン２０１は、エンコーダー２０６から回転速度情報を取得すれば、再びモータ２０３に電圧を印加させて駆動を開始させるようドライブ回路２０２に命令を出力するとともに、モータ２０３の回転速度が１８００Ｈｚになるように速度制御を開始する。

モータ２０３は、タイミングｔ２〜ｔ３の期間において、フィードバック制御を行いながら１８００Ｈｚの回転速度で第１の定速駆動を行う（ステップＳ１５）。

なお、第１の定速駆動の終了タイミングであるｔ３は、（表１）に示すようにモータ２０３が減速を開始するタイミングｔ１からカウントされているパルス数Ｎ２が「１２０」に到達するタイミングに設定されている。これは、モータ２０３を減速させる際に、負荷や外乱によって、ｔ１〜ｔ２の時間が多少変動することを考慮しているためである。例えば、モータ２０３における負荷や外乱が大きければｔ１〜ｔ２の時間は長くなり、負荷や外乱が小さければ時間は短くなる。そのため、ｔ２のタイミングが多少変動しても速度制御に悪影響が出ないように、ｔ１〜ｔ３の間のパルス数に基づいて制御を行っている。

次に、モータ２０３が第１の定速駆動を行っている間、レンズマイコン２０１はエンコーダ２０６から出力されるパルスをカウントし、残りパルス数を算出しており、算出される残りパルス数が「９１」になったか否かについて判断している（図３のステップＳ１６）。

レンズマイコン２０１で算出される残りパルス数が「９１」になれば、図３のタイミングｔ３に示すように、モータ２０３へ電流を印加させて速度制御を行いながら、モータ２０３の回転速度を減速させる（図３のステップＳ１７）。

なお、ステップＳ１７における減速動作は、期間ｔ２〜ｔ３のようにエンコーダー２０６でカウントされるパルス数により速度制御されるのではなく、第１の定速駆動の速度（１８００Ｈｚ）から第２の定速駆動の速度（７００Ｈｚ）に到達するまでの時間幅に基づき制御される。本実施の形態では、第１の定速駆動から第２の定速駆動へ４０ｍｓｅｃの時間で到達するように、モータ２０３への印加電圧を徐々に低下させて速度制御している。なお、減速時間は固定値であるため、モータ２０３の負荷や外乱によって減速度合いが多少変動しても、全体の駆動時間ｔ０〜ｔ６にはほとんど影響を与えない。ただし、減速度合いが変動すると、タイミングｔ４におけるモータ２０３の回転速度は必ずしも７００Ｈｚにはならないが、７００Ｈｚから大きく外れることはほとんど無く、全体の駆動時間ｔ０〜ｔ６が大幅に長くなることはない。

ここで、期間ｔ３〜ｔ４において、モータ２０３に急制動をかけず、モータ２０３への印加電圧を徐々に下げて速度制御を行いながら減速させる理由は、目標位置へ短時間で到達させるためである。例えば、タイミングｔ３において、モータ２０３への印加電流をオフにして急激に減速（急制動）させた場合、図４（ａ）の点線の特性に示すように、アンダーシュートなどが発生して回転動作が不安定になる可能性がある。このように動作が不安定になると、目標位置に到達するタイミングがｔ６よりも遅くなってしまう。したがって、モータ２０３の回転開始から、フォーカスレンズ２０４を目標位置へ到達させるまでの時間が長くなってしまう。そこで本実施の形態では、期間ｔ３〜ｔ４において、モータ２０３を速度制御しながら減速させることで、回転動作が不安定になることはなく、安定した状態で第２の定速駆動へ移行させることができる。

次に、モータ２０３は、図４のタイミングｔ４〜ｔ５に示すように第２の定速駆動を行う。第２の定速駆動における速度は、第１の定速駆動における速度よりも低く、本実施の形態では７００Ｈｚである（ステップＳ１８）。

レンズマイコン２０１は、第２の定速駆動中もエンコーダ２０６から取得しているパルス数に基づいて残りパルス数を算出している（図３のステップＳ１９）。残りパルス数が「４」に到達すれば、レンズマイコン２０１は、モータ２０３に対する印加電流をオフにするようドライブ回路２０２に命令を出力する（図３のステップＳ２０）。これにより、モータ２０３は、駆動力がオフになり、慣性のみで回転を続け、図４のｔ５〜ｔ６に示すように回転速度が徐々に低下する。やがて、モータ２０３は、タイミングｔ５から４パルス移動したタイミングｔ６で回転が停止する。

以上のように本実施の形態によれば、フォーカスレンズ２０４を現在位置から目標位置へ移動させる際、モータ２０３を高速駆動、高速駆動よりも低速な第１の定速駆動、第１の定速駆動よりも低速な第２の定速駆動に、順次切り換えて動作させ、かつ第１の定速駆動から第２の定速駆動へ速度制御を行いながら減速させることにより、フォーカスレンズ２０４を目標位置へ高速かつ正確に移動させることができる。

特に、本実施の形態の制御は、レンズの高度な位置精度が要求されるフォーカス制御において好適である。

また、図４における期間ｔ０〜ｔ１（制御不可能な速度領域）は、フィードバックによる速度制御を行わず、モータ２０３に最大電圧を印加して最高速度で回転させているため、フォーカスレンズ２０４を目標位置へ到達させるまでの時間を短縮することができる。

また、第１の定速駆動領域を設けたことにより、エンコーダー２０６から出力されるパルスのパルス数を確実にカウントすることができ、モータ２０３の速度制御を行うことができる。

また、第１の定速駆動及び第２の定速駆動を介して速度制御することにより、回転速度が不安定になることを防ぎ、フォーカスレンズ２０４を目標位置へ到達させるまでの時間を短縮することができる。

また、モータ２０３をＤＣモータで構成したことにより、コストダウンすることができる。また、ＤＣモータで構成したことにより、レンズ駆動装置の小型化が可能になり、本実施の形態のレンズ駆動装置を搭載したカメラシステムを小型化することができる。また、ＤＣモータは高トルク駆動が可能であるため、レンズを高速移動させることができ、目標位置までの所要時間を短縮することができる。

なお、本実施の形態のレンズ駆動装置は、フォーカスレンズを駆動させる構成としたが、ズームレンズを駆動させる構成にも適用可能である。

また、図４におけるタイミングｔ５は、モータ２０３が第２の定速駆動を行っている時に印加電圧をオフにすると、モータ２０３が慣性で４パルス回転して停止することを想定して、タイミングｔ６から４パルス手前に設定している。したがって、モータ２０３の負荷の大きさによっては、タイミングｔ５でモータ２０３の印加電流をオフにしても、実際にはタイミングｔ５から４パルスを超えて停止したり、４パルスよりも手前で停止する可能性がある。この問題を解消するために、フォーカスレンズ２０４の停止位置を位置センサー２０５で検出し、レンズマイコン２０１が位置センサー２０５からの検出信号に基づいて、フォーカスレンズ２０４の位置を補正するよう制御してもよい。このように制御することで、フォーカスレンズ２０４の目標位置における位置精度を、さらに高めることができる。

また、モータ２０３は、図４におけるタイミングｔ６において慣性のみで停止されるが、タイミングｔ６においてモータ２０３に逆起電力を印加して制動させてもよい。

また、（表１）に示す移動パルス数や所要時間は一例であり、他の値であってもよい。

また、本実施の形態では、ペンタプリズム１０５を設けることとしたが、これは必須の構成要件ではない。光学式ビューファインダを設けない場合には、ペンタプリズム１０５を設ける必要はない。また、光学式ビューファインダを設ける場合であっても、ペンタプリズム１０５の代わりにペンタミラーを設けるようにしてもよい。

また、シャッター１０９も必須の構成要件ではない。電子シャッター等を利用することにより、シャッター１０９を省略できる。また、シャッター１０９としてフォーカルプレーンシャッターを用いてもよい。

また、本実施の形態では、モータ２０３の回転速度を具体的に示したが、本発明の適用に際してはこれらの具体的な数値に限定されない。

本発明は、フォーカスレンズやズームレンズなどのように、鏡筒内でレンズを駆動させるレンズ駆動装置に関し、デジタルスチルカメラや銀塩カメラなどの撮像装置に有用である。

実施の形態１におけるレンズ駆動装置を備えたカメラシステムの全体構成を示すブロック図 ＡＦ動作を示すフローチャート ＡＦ動作を示すフローチャート モータの駆動制御を説明するための特性図 （ａ）エンコーダの構成を示す模式図（ｂ）エンコーダから出力されるパルスを示すタイミングチャート（ｃ）エンコーダから出力されるパルスを示すタイミングチャート

符号の説明

１ ボディユニット
１０１ ボディマイコン
１０２ 焦点検出センサー
１０３ メインミラー
１０４ サブミラー
１０５ ペンタプリズム
１０６ 接眼レンズ
１０７ 第１の接点
１０８ 撮像素子
１０９ シャッター
１１０ 信号処理部
１１１ 表示部
１１２ 記録部
１１３ 操作部
１１４ 撮像素子駆動部
１１５ 焦点板
２ レンズユニット
２０１ レンズマイコン（制御部）
２０２ ドライブ回路
２０３ モータ（駆動部）
２０４ フォーカスレンズ
２０５ 位置センサー
２０６ エンコーダー（速度検出部）
２０７ 第２の接点

Claims (5)

1. レンズを駆動させる駆動部と、
   前記駆動部の駆動速度を検出する速度検出部と、
   前記速度検出部で検出された駆動速度に基づいて前記駆動部の駆動速度を制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、前記駆動部を制御して前記レンズを駆動させる際、
   前記駆動部の速度を上げた後、複数の定速段階を経て、前記駆動部を停止させるよう制御するとともに、
   前記複数の定速段階のうちいずれかの定速段階から次の定速段階へ連続的に移行させるよう、前記駆動部の速度を制御することを特徴とするレンズ駆動装置。
2. 前記制御部は、
   前記駆動部における制御可能な回転速度領域に、前記複数の定速段階を設け、
   前記制御可能な回転速度領域よりも高い回転速度領域に、速度制御を行わない回転速度領域を設けた、
   請求項１記載のレンズ駆動装置。
3. 前記駆動部は、
   入射光軸方向に沿ってフォーカスレンズを移動させることで、焦点位置を調節可能にする請求項１記載のレンズ駆動装置。
4. 前記駆動部は、
   直流モータで構成されている請求項１記載のレンズ駆動装置。
5. モータでレンズを駆動させる際、
   前記モータを最大回転速度で駆動する第１の回転速度領域と、
   第１の定速回転速度で駆動する第２の回転速度領域と、
   前記第１の定速回転速度から連続的に減速する第３の回転速度領域と、
   前記第１の定速回転速度よりも低い第２の定速回転速度で駆動する第４の回転速度領域と、
   を設けて制御することを特徴とするレンズ駆動方法。

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