JP2011123381A - レンズ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 省電力のためにモータ停止時に通電を切るような撮像装置において、通電を遮断する際、モータの回転軸が変動して軸受けに衝突し、その時のたたき音が記録映像中に録音されてしまう。
【解決手段】 モータに給電する給電手段と、給電と遮断の切替えを行う通電切替手段と、モータ駆動のための電流量決定部と電流量を調節する電流量調節部を含む、モータ制御を行う制御手段とを備え、該制御手段は、モータが停止状態である場合に、電流量調節部により駆動時に供給する電流量より小さい騒音低減用の電流量に調節した後に、通電切替手段によりモータへの給電を遮断する。
【選択図】 図２

Description

本願は、レンズ駆動制御に関するものである。

民生用のスチルカメラやビデオカメラの分野では、ステッピングモータが広く用いられている。レンズを駆動するアクチュエータに、小型で安価であること、速度応答性、駆動応答性が良好であること、高い位置精度が得られること、制御が容易であること等の理由からである。ステッピングモータの駆動方式としては、１相励磁、２相励磁、１−２相励磁等の駆動方式があり、駆動する対象に応じて使い分けられている。それぞれの駆動方式について文献１で詳細な説明がなされている。

ステッピングモータをアクチュエータとして用いた場合、レンズを停止させたままその位置に保持しておくためには、その停止位置における励磁相に保持電流を流し続ける必要がある。この電流自体は駆動時と比較すれば小さい値でよいが、直流電流であり、かつこの状態が長時間にわたれば、レンズを駆動していないのに、電力が消費され、発熱を伴い、特に電池を電源とする場合には大きな問題となる。この点、１相励磁では、停止状態においてステータコイルへの通電を遮断しても、ロータとステータの磁極がそれぞれ対向し、その停止位置がロータのマグネットの磁力によって保持されるため好都合である。しかし、１ステップの回転歩進角度が大きいため、レンズのように高精度の位置決めを要するものには不向きである。また２相励磁では、２つの相の中間で停止するため、１相励磁に対して位置精度は高くなる。しかし、上述した１相励磁のように、停止状態でステータコイルへの通電を遮断すると、ステータの磁極の組み立て誤差や停止位置の僅かな偏りが生じる。この偏りにより、ロータが左右いずれかのステータと対向するように１／２ステップ分回転してしまうことが予測される。即ち、２相励磁の場合、その停止位置を安定に保つためには、停止状態においてもコイルに最低限保持電流を流し続けておかなければならない。そのため上述の消費電力及び発熱の問題がある。また１−２相励磁では、１相停止位置においては、電流を遮断してもその停止位置を保持できるが、２相停止位置では保持電流を流しておく必要がある。これらの保持電流をステッピングモータの停止位置を保持できる限界まで低減しても、電池電源による使用を考えれば、無視できるものではない。

文献１では、モータ停止中の電力消費および発熱を抑える目的で、２相の位置に停止した場合はモータを１ステップ回転し１相の位置に停止させてから保持電流を遮断するという制御を行っている。

特開平７−７７６４８号公報

近年では、カメラの小型化に伴って記録媒体が磁気テープや磁気ディスク等のメカの駆動部を持つものから不揮発性のメモリやメモリカード等の駆動部を持たないものへと変わることで静穏化が進んでいる。また、小型化に伴い、集音するためのマイク部材とレンズの駆動部との配置が近くなる。さらには振動等を吸収する部材等も最小限に抑えられてきている。これまでは集音されなかったような小さな音も記録映像中に録音されてしまうという問題が顕著になってきている。

このようなカメラに上述した通電制御方法を適用した場合、モータの保持電流を遮断する際に音が鳴ることがあり、記録映像中に録音されてしまうということが問題となっている。以下ではモータの保持電流遮断時に音が鳴る要因について説明する。

ステッピングモータは、一般に、ロータの回転軸を支える軸受を有している。例えば、回転軸をラジアル方向（回転軸に対して垂直な方向）に支える円筒状の含油軸受や、回転軸をスラスト方向（回転軸に対して平行な方向）に支えるスラスト軸受などである。そして、これらのうちの含油軸受と、ロータの回転軸との間には、所定間隔の隙間（クリアランス）が設けられている。クリアランスの大きさは、モータの各種精度を決める上で重要な要素であり、これが大き過ぎると、含油軸受の内部において回転軸が含油軸受内面に沿って半分程度回転したとき、回転軸が含油軸受内面から離れて反対側の面に衝突するおそれがある。すなわち、クリアランスが大き過ぎると、回転軸がラジアル方向に変動して含油軸受内面に衝突するおそれがあり、この場合、「カタカタ」というようなたたきノイズ音が発生することが報告されている。

図１（ｂ）は後述する図１（ａ）に示す撮像装置の構成において、フォーカスレンズ１０５を駆動するためのフォーカシング駆動源１１１の構成の一例を示す図面であって、ステッピングモータ１１１―ａの回転軸１１１―ｃには直接送りネジが切ってある。回転軸１１１−ｃは軸受け部１１１−ｄで受けられていて、軸受け部１１１−ｄとステッピングモータ１１１−ａは部材１１１−ｅで一体となっている。１２１は案内棒であって、回転軸１１１−ｃがステッピングモータ１１１−ａによって回転すると、フォーカスレンズ１０５に取り付けられているラック１１１−ｂが光軸と平行に移動する。案内棒１２１によってフォーカスレンズ１０５が光軸と垂直な面内で回転するのを防止されているからである。ラック１１１−ｂの移動につられてレンズ１０５も光軸と平行に移動する。

ラック１１１−ｂは図１（ｃ）に示すように送りネジに対して送り歯が噛み合うように不図示のバネ部材によるバネ力によって抑え込むような構造である。回転軸１１１−ｃが回転することで送り歯が送りネジによって押し出されラック１１１−ｂが光軸方向に移動する。また、図中では送り歯と送りネジとの間にクリアランスがないように図示している。ところが、製造上のバラツキや経年劣化等により送りネジと送り歯との間のクリアランスが大きくなることがある。

上述したような回転軸のラジアル方向への変動を制限するために、軸受け部のリア側に板バネを当接し、通電中はその板バネによるスラスト方向への付勢力によって、回転軸のラジアル方向の挙動を制限するステッピングモータがある。ところが、上述したように省電力のためにモータの保持電流を遮断した場合、スラスト方向への付勢力が失われてしまう。そのため、回転軸がラジアル方向に変動してしまい、回転軸が軸受に衝突し、たたき音が発生すると考えられている。

上記課題に対応して、本願技術思想に係るレンズ駆動装置は、レンズ群を駆動する駆動手段に給電する給電手段と、該給電手段による給電と遮断の切替えを行う通電切替手段と、前記レンズ群を駆動する電流量を調節する制御手段であって、前記給電手段による給電を遮断して前記駆動手段を停止状態にする際に、第１の電流量から少なくとも１つ以上の段階を踏んで前記レンズ群を駆動できない第２の電流量にしてから給電を遮断するように前記通電切替手段の通電切替を制御する制御手段とを有する。

本願技術思想によれば、マイクに集音される音を低減することができる。

本発明の実施形であるビデオカメラの構成を示すブロック図である。 通電制御のフロー図である。 Ｄ／Ａ変換による電流量調節を示す図である。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
図１（ａ）には、本発明の実施形であるリアフォーカスタイプのレンズシステムを搭載したレンズ駆動装置としての撮像装置の構成を示す。なお、本発明は、ビデオカメラに限らず、デジタルスチルカメラ等、各種の撮像装置にも適用できる。

＜ビデオカメラの構成＞
この撮像装置は、次に説明するレンズ群を有する。１０１は固定されている前玉レンズユニット１０１、１０２は光軸方向に移動して変倍を行うズームレンズユニット、１０３は絞り、１０４は固定されている固定レンズユニットである。１０５は焦点調節機能と変倍による像面移動を補正するコンペセータ機能とを兼ね備え、ズームレンズユニットの光軸後方にあって光軸方向に移動するフォーカスレンズユニットである。これらレンズユニットにより構成される撮影光学系は、物体側（図の左側）から順に、正、負、正、正の光学パワーを有する４つのレンズユニットで構成されたリアフォーカス光学系である。リアフォーカスタイプのレンズシステムは前玉フォーカスタイプのレンズシステムと違い、後段の軽いレンズを駆動してピント合わせを行うため、減速ギア等が不要で、小型で比較的小トルクのアクチュエータを用いることができる。なお、図中には、各レンズユニットが１枚のレンズにより構成されているように記載されているが、実際には、１枚のレンズにより構成されていてもよいし、複数枚のレンズにより構成されていてもよい。

１０６はＣＣＤやＣＭＯＳセンサにより構成される撮像素子である。撮影光学系を通ってきた物体からの光束はこの撮像素子１０６上に結像する。撮像素子１０６は、結像した物体像を光電変換して撮像信号を出力する。撮像信号は、増幅器（ＡＧＣ）１０７で最適なレベルに増幅されてカメラ信号処理回路１０８へと入力される。カメラ信号処理回路１０８は、入力された撮像信号をビデオ信号処理回路１１９にて標準テレビ信号に変換した後、モニタ装置１０９に送られ撮影画像として表示される。なお、モニタ装置１０９には、撮影モードや撮影状態、警告等を撮影者に知らせる画像も表示される。

また、増幅器（ＡＧＣ）１０７の出力信号は、ＡＦ信号処理回路１１２へも入力される。ＡＦ信号処理回路１１２では、焦点状態に応じてレベルの変化する映像信号中の高周波成分のみを抜き取り、ＡＦ評価値信号（鮮鋭度信号）を生成する。生成されたＡＦ評価値信号はシステムマイコン１１３との通信によりデータとして読み出される。周知のとおり、被写体を撮影したときの映像信号中に含まれる高周波成分量は、合焦に近づけば近づくほど大きくなる。したがって、ＡＦ評価値信号が最大となるようにシステムマイコン１１３でフォーカスレンズ１０５の位置を制御すれば、自動的に焦点調節制御が行えるようになる。

システムマイコン１１３は、ズームレンズユニット１０２を例えばズームスイッチなどの操作部材１１６の操作されている方向に対応したテレまたはワイド方向に駆動するための信号を出力する。また、当該信号の出力は、システムマイコン１１３内のプログラムによってズームモータドライバ１１４に対し行われる。ズームモータドライバ１１４はこの信号を受けて、駆動手段としてのズーム駆動源１１０を介してズームレンズユニット１０２を該方向に駆動する。また、システムマイコン１１３は、ＡＦ信号処理回路１１２から送られてくるＡＦ評価値信号に基づいて、フォーカスモータドライバ１１５を介して駆動手段としてのフォーカシング駆動源１１１を駆動する。フォーカシング駆動源１１１の駆動により、フォーカスレンズユニット１０５が移動する。本実施例ではズーム駆動源１１０およびフォーカシング駆動源１１１はステッピングモータを用いるものとして説明する。ステッピングモータでの停止状態とは励磁位相を変化させず歩進動作を行わない状態をいう。ここで、ズームモータドライバ１１４およびフォーカスモータドライバ１１５は、駆動手段に給電する給電手段である。それぞれズーム駆動源１１０およびフォーカシング駆動源１１１への通電切替を行うスイッチを設けており、システムマイコン１１３からの通電の供給および遮断の命令に応じて、電流の供給および遮断を行う。

１１７は外部の音を集音するためのマイク部材である。マイク部材１１７により、集音された音はオーディオ信号処理回路１１８によりノイズ音の除去（低減）や適正なレベルへの補正処理がなされる。補正処理された音信号は、ビデオ信号処理回路１１９にてカメラ信号処理回路１０８から出力される映像信号に重畳され、録音部材としての記録装置１２０に記録される。記録装置１２０は、動画や静止画を記録する装置であり、記録媒体として、磁気テープ、半導体メモリ、ＤＶＤなどが使われている。

＜モータ通電制御＞
次にシステムマイコン１１３内で行う、本発明の特徴とするモータの通電制御方法について説明する。図２は、本実施例の通電制御の流れを示すフローである。なお、図２に示した一連の処理は、垂直同期信号に同期して実行され１垂直同期時間（１Ｖ）に１回、システムマイコン１１３内に格納されたコンピュータプログラムに従って実行される。

同図において、Ｓｔｅｐ２０１は処理の開始を示している。Ｓｔｅｐ２０２ではモータの停止命令が出力されているか否かを判定し、停止命令が出力されていればＳｔｅｐ２０３以降のモータ停止処理へ進み、停止命令が出力されていない、即ち駆動命令が出力されている場合はＳｔｅｐ２１１以降のモータ駆動処理へ進む。ここで停止命令は、例えばズームスイッチやＭＦ操作キー等の操作部材１１６をユーザーが操作し終え、レンズの駆動を停止させる場合や、自動焦点調節制御において合焦し、フォーカスレンズを停止させる場合などに出力される。駆動命令は、これとは逆に、操作部材が操作された場合や、被写体距離が変わるなどして自動焦点調節制御を再起動する場合など、レンズを駆動させる必要がある場合に出力される。

Ｓｔｅｐ２０３ではモータが既に停止状態になっているか否かを判定し、停止していなければＳｔｅｐ２０４で駆動パルスの送出を禁止しモータを停止させ、既に停止していればＳｔｅｐ２０５へと進む。Ｓｔｅｐ２０５ではカウンタＮの値が所定値（図２ではあるしきい値１０）を超えたか否かを判定し、超えている場合はＳｔｅｐ２０６へと進み、超えていない場合はＳｔｅｐ２０９でカウンタＮをインクリメントしてＳｔｅｐ２０２に戻る。カウンタＮを設けるのは停止直後のモータ振れを吸収し、安定した停止状態を形成するため、及びしばらく停止状態が継続するか否かを監視するためである。そして、停止した後すぐに再起動をかける場合を考慮して、再起動を円滑に行うためにカウンタＮによって電流制限がかからないようにしてある。

Ｓｔｅｐ２０６ではモータに供給する保持電流を、第１の電流量から駆動時に供給する電流量とは異なる、騒音低減を目的として使用する第２の電流量に下げてＳｔｅｐ２０７へ進む。ここで、第２の電流量はシステムマイコン１１３内に設けられたＤ／Ａ変換回路（不図示）により調節するものとする。与えられた入力値に対して出力値である電流量が例えば図３に示すようにリニアに変化する変換回路を設ける。例えばシステムマイコン１１３より０〜２５５までの値が与えられた場合、Ｄ／Ａ変換回路から出力される電流量はモータに供給可能な最大電流量を１００％とした場合、０〜１００％までリニアに調節できるものとする。システムマイコン１１３によって調節された電流はモータドライバを介して駆動源に供給される。ここで、電流量を第１の電流量から第２の電流量に下げる際は、時間の経過に伴って複数の段階に分けて下げてもよいし、騒音低減を目的として使用する電流量に一気に下げてもよい。

Ｓｔｅｐ２０７では、カウンタＭが所定値（図２ではあるしきい値２）を超えたか否かを判定し、超えている場合はＳｔｅｐ２０８へ、超えていない場合はＳｔｅｐ２１０でカウンタＭをインクリメントしてＳｔｅｐ２０２に戻る。カウンタＭは電流量を調節して、十分に所望の電流量に下がった状態になってから通電をＯＦＦにするようにタイムラグを持たせるために設けている。Ｓｔｅｐ２０８では、モータへの通電をＯＦＦにしてＳｔｅｐ２０２に戻る。

電流量を一旦下げた状態にしてからモータ通電を切るようにすること（Ｓｔｅｐ２０６からＳｔｅｐ２０８）で、スラスト方向の付勢力を緩和させる。また、ラジアル方向への変動を抑えることができる。そのため、たたき音を軽減することができる。

ここまでは、モータ停止状態においてモータの通電を遮断する制御について説明したが、次はモータへの通電を開始し、モータを駆動させる制御について説明する。

Ｓｔｅｐ２１１ではカウンタＮ、Ｍをクリアし、Ｓｔｅｐ２１２へ進む。Ｓｔｅｐ２１２では、モータへの通電がＯＮになっているか否かを判定し、ＯＮになっている場合はＳｔｅｐ２１３へ、ＯＦＦになっている場合は、Ｓｔｅｐ２１４で通電をＯＮにして電流を供給できるようにし、Ｓｔｅｐ２０２に戻る。Ｓｔｅｐ２１３では、モータに供給する電流量を上述したＤ／Ａ変換回路によりレンズ駆動時に供給する電流量に設定し、Ｓｔｅｐ２１５へ進む。ここでレンズ駆動時に供給する電流量は、ステッピングモータが脱調せずに駆動できる電流量を設定することとする。Ｓｔｅｐ２１５では、モータに供給されている電流量がモータ駆動時に脱調しない電流量より大きくなっているか否かを判定し、大きい場合は、Ｓｔｅｐ２１６でモータを駆動し、小さい場合はモータを駆動させないでＳｔｅｐ２０２に戻る。ここで、電流量を上げる際は、時間の経過に伴って複数の段階に分けて上げてもよいし、モータ駆動時に脱調しない電流量に一気に上げてもよい。

以上説明したように、省電力のためにモータ停止時に通電を切るような撮像装置において、軸受に衝突する際の衝撃を和らげることができ、その結果、マイクに集音される音を低減することができる。

以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。上述の実施形態の一部を適宜組み合わせてもよい。

１０１ 第１固定レンズ群
１０２ ズームレンズ
１０３ 絞り
１０４ 第２固定レンズ群
１０５ フォーカスレンズ
１０６ 撮像素子
１０７ ＡＧＣ
１０８ カメラ信号処理回路
１０９ モニタ装置
１１０ ズーム駆動源
１１１ フォーカシング駆動源
１１２ ＡＦ信号処理回路
１１３ システムマイコン
１１４ ズームモータドライバ
１１５ フォーカスモータドライバ
１１６ 操作部材
１１７ マイク
１１８ オーディオ信号処理回路
１１９ ビデオ信号処理回路
１２０ 記録装置
１２１ 案内棒

Claims (4)

1. レンズ群を駆動する駆動手段に給電する給電手段と、
   該給電手段による給電と遮断の切替えを行う通電切替手段と、
   前記レンズ群を駆動する電流量を調節する制御手段であって、前記給電手段による給電を遮断して前記駆動手段を停止状態にする際に、第１の電流量から少なくとも１つ以上の段階を踏んで前記レンズ群を駆動できない第２の電流量にしてから給電を遮断するように前記通電切替手段の通電切替を制御する制御手段とを有するレンズ駆動装置。
2. 前記駆動手段はステッピングモータであり、前記停止状態とは前記制御手段による励磁位相を変化させず歩進動作を行わない状態であることを特徴とする請求項１に記載のレンズ駆動装置。
3. 外部の音を集音し記録する録音手段をさらに有し、前記第２の電流量は、前記通電切替手段による切替のノイズ音を低減するために用いる電流量であることを特徴とする請求項１に記載のレンズ駆動装置。
4. 前記制御手段は、前記第２の電流量に電流量を調節して、前記通電切替手段が給電をするように通電切替するよう制御し、少なくとも１つ以上の段階を踏んで、前記第１の電流量に電流量を調節することで、前記駆動手段を駆動するように制御することを特徴とする請求項１に記載のレンズ駆動装置。

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