JP3001008B2 - 変位伝達機構 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、変位伝達機構、詳しくはモータによる駆動
力をバックラッシュを有する駆動系を介して被動体に伝
達する変位伝達機構に関する。

［従来の技術］ モータによる駆動力を減速機構等の駆動系を介して被
動体に伝達する変位伝達機構は、従来からさまざまな分
野の電子機器に広く利用されており、例えばカメラにお
いても、合焦位置にフォーカシングレンズを駆動するよ
うに制御する自動焦点調節装置等に多用されている。こ
の種自動焦点調節装置のブロック構成を第３図によって
説明すると、測距レンズ7,測距センサ１で測距された被
写体距離情報は、カメラの全体制御を司どるマイコン２
に供給され、同マイコン２でレンズの駆動量演算や駆動
方向判定等が行われる。マイコン２から出力されたレン
ズ駆動信号は、モータ駆動回路３を介してステッピング
モータ４に供給されて同モータ４が回転すると、減速機
構等からなる駆動系５を介してフォーカシングレンズ６
が光軸方向に移動する。このフォーカシングレンズ６を
モータ４により駆動制御する際には、このコスト，容積
等の点から、最終レンズ位置をフィードバックしない、
所謂オープンループ制御が通例になっている。

ところで、モータの回転軸に、フォーカシングレンズ
等の被動体を直結して駆動する場合を除けば、モータと
被動体との間には、上述のように減速機構等の駆動系５
が介挿されるから、この駆動系５がガタによる往復差、
つまりバックラッシュが避けられない。そこで、オープ
ンループ制御で被動体を駆動して精密に位置決めしたい
場合には、所謂バックラッシュキャンセル駆動を行うよ
うにしている。

このバックラッシュキャンセル駆動は、駆動系に不可
避なガタを、予め定められた一定の側に寄せた状態で、
被動体を目標位置で正確に停止させようとするものであ
る。即ち、モータにより被動体、予め定めた設定方向
（以下、Ａ方向と呼称する）に駆動する場合には、目標
位置に達したらモータをそのまゝ停止させるが、Ａ方向
と逆のＢ方向に駆動する場合には、目標位置をオーバー
ランさせた後、Ａ方向へ駆動して目標位置で停止させる
ようにしたものである。

第４図（Ａ）〜（Ｄ）は、従来のバックラッシュキャ
ンセル駆動を説明するための、自動焦点調節装置におけ
るフォーカシングレンズの繰り出し繰込み動作の線図
で、上段の数字０〜30は、フォーカシングレンズを繰り
込んで∞被写体に合焦させたときを基準位置の０とし、
この基準位置０から至近端に対応する30まで、フォーカ
シングレンズの駆動段数を示したものである。そして、
黒丸と矢印を結ぶ太い実線l₁,l₁₁,l₃₁はモータの回転範
囲で、黒丸L₁,L₁₁,L₂₁,L₃₁が駆動前のモータ値を、ま
た、矢印の先端P₁,P₁₁,P₃₁が目標とする駆動位置をそれ
ぞれ示している。これに対し、Ｈ型の細い実線a₁,a₁₁,a
₂₁,a₃₁が駆動開始時のレンズ位置を、１点鎖線b₁₁が逆
転開始時のレンズ位置を、２点鎖線c₁,c₁₁,c₃₁が駆動完
了時のレンズ位置を、それぞれ模擬的に表わしていて、
バックラッシュ幅は2.5段を想定している。

第４図（Ａ）は、駆動量Ｘが６段、即ち、黒丸で示し
たモータの現在位置L₁が４段で目標変位位置P₁が10段の
場合である。この場合、駆動前はモータが駆動段数４段
で、レンズはその右側がモータに当て付いた状態で、そ
れぞれ停止している。この現在位置L₁から目標変位位置
P₁に向って、モータを駆動段数で６段駆動すると、レン
ズはその右側がモータに当て付いた状態で駆動され、２
点鎖線c₁の位置で停止する。つまり、この駆動では、レ
ンズがその右側をモータに当て付けて停止した位置を目
標停止位置としている。

第４図（Ｂ）は、駆動量Ｘが−５段、即ち黒丸で示し
たモータの現在位置L₁₁が15段で、目標駆動位置P₁₁が10
段の場合である。なお、モータのＡ方向駆動を＋とし、
Ｂ方向駆動を−としている。この第４図（Ｂ）の場合、
Ｂ方向駆動につき、オーバーランさせて戻すというバッ
クラッシュキャンセル動作を行うが、モータのスタート
位置L₁₁では、レンズがその右側をモータに当て付けた
レンズ位置a₁₁にあったとする。この状態からモータが
Ｂ方向に駆動するが、レンズ駆動段数で13段をＢ方向に
半分以上超えるまでは、レンズ位置a₁₁のバックラッシ
ュ範囲内なので、レンズは未だどちらにも動かず停止し
たまゝである。

モータが12段と13段の中間よりＢ方向に駆動される
と、レンズの左側がモータに当て付くので、レンズがＢ
方向に移動を開始する。そして、モータが目標停止位置
の10段を３段オーバーランした７段に達すると、レンズ
は１点鎖線b₁₁で示す位置に達する。即ち、レンズはそ
の左側がモータに当て付いた状態で移動したことにな
る。このように、レンズのバックラッシュ量2.5段を超
える３段分モータをオーバーランさせると、レンズ位置
の右端は、目標駆動位置10段より0.5段だけＢ方向に入
っている。

この状態から、モータをＡ方向に３段駆動すると、９
段と10段の中間でレンズの右端がモータに当て付けられ
るので、レンズは0.5段Ａ方向に動いて２点鎖線c₁₁の位
置に達する。このような３段オーバーランさせて３段戻
す動作がバックラッシュキャンセル動作になるが、も
し、15段からＢ方向に10段まで駆動し、オーバーランさ
せないでそのまゝ止めると、破線で示したａ′₁₁の位置
にレンズが停止することになってしまう。

第４図（Ｃ）は、駆動量Ｘが０、即ち、前回の位置決
め動作における停止位置が10段、これに対し次の目標変
位位置も10段ということでレンズはそのまゝの位置でよ
い場合である。従って、従来はモータ駆動を何ら行って
いなかった。

第４図（Ｄ）は、駆動量Ｘが２、即ち黒丸で示したモ
ータの現在位置L₃₁が８段で、目標変位位置P₃₁が10段の
場合である。この場合、モータを駆動開始する前のレン
ズがその右側をモータに当て付けたレンズ位置a₃₁にあ
ったとすると、モータをＡ方向に２段駆動すれば、モー
タは目標変位位置P₃₁つまり10段に達し、レンズも２点
鎖線c₃₁で示された位置に到達することになる。

［発明が解決しようとする課題］ さて、ここで問題になるのが、前回の位置決め終了時
におけるレンズ位置が、次の位置決め開始までの間に振
動，衝撃等が加えられると、レンズのバックラッシュの
範囲内で変動してしまうことである。一般に、モータ自
体は無通電でもディテントトルクを有するから、その停
止位置が可成り規制される。そして、更に大きな停止ト
ルクが必要なら、モータへの通電を続けていればホール
ディングトルクによりロータの回転位置が完全に規制さ
れるようになる。しかしながら、モータとフォーカシン
グレンズとの間に介挿された駆動系のバックラッシュの
範囲内では、トルクが非常に小さいので、モータは固定
されていても、レンズは振動，衝撃で簡単に動いてしま
う。

これを駆動量Ｘが零である上記第４図（Ｃ）の場合で
説明すると、前回の位置決め終了時におけるレンズが、
その右端をモータに当て付けて停止している細い実線a
₂₁で示される位置に保持され続けていれば問題ないが、
最悪の場合破線で示したａ′₂₁の位置、つまりレンズの
左端がモータに当て付いた状態まで動いてしまう可能性
がある。従って、レンズは、本来実線で示したa₂₁＝c₂₁
の位置にあるべきなのが、破線で示すａ′₂₁＝ｃ′₂₁に
移ってしまうことになる。以上は駆動量Ｘが零の場合だ
が、駆動量Ｘがバックラッシュ量2.5段より小さい場合
を第４図（Ｄ）により説明する。

第４図（Ｄ）は、駆動量Ｘが２の場合で、従来はＡ方
向に２段送っていたが、この場合も上記第４図（Ｃ）と
同じ問題が生じる。即ち、振動，衝撃がなければ、前述
したように、モータがＡ方向に２段駆動されると、これ
によってレンズは２点鎖線c₃₁で示す位置に駆動され
る。ところが、振動，衝撃があったときには、駆動前の
レンズ位置が、上記第４図（Ｃ）と同じように、破線
ａ′₃₁までずれる可能性がある。そこで、レンズがこの
破線ａ′₃₁に位置する状態でモータをＡ方向に２段駆動
しても、バックラッシュの範囲内でモータが動くだけで
レンズは動かないから、Ａ方向に0.5段シフトした破線
位置ａ′₃₁にレンズが位置決めされたままになってしま
う。

このように従来のバックラッシュキャンセル駆動で
は、駆動量が零の場合もしくはバックラッシュ量より小
さい場合、振動，衝撃などによりレンズの位置ずれが起
きてしまう可能性があった。

そこで本発明の目的は、上記問題点を解消し、バック
ラッシュによる位置ずれだけではなく、振動，衝撃によ
る位置ずれもキャンセルして、正確な位置決めを行なう
ことを可能とする変位伝達機構を提供するにある。

［課題を解決するための手段および作用］ 本発明による変位伝達機構は、モータによる駆動力を
バックラッシュを有する駆動系を介して被動体に伝達す
る変位伝達機構であって、 上記バックラッシュの範囲内の誤差を含んで被動体の
現在位置を認識するための被動体位置認識手段と、上記
被動体位置認識手段による被動体の現在位置と該被動体
に関する目標変位位置との差として所要変位量を認識す
る所要変位認識手段と、上記所要変位認識手段による所
要変位が上記バックラッシュに関して設定した方向に対
して逆方向である場合、および順方向であっても零乃至
上記バックラッシュ量の範囲内にある場合に、これら特
定の場合にあることを認識する状況認識手段と、上記状
況認識手段が当該所要変位乃至同変位とバックラッシュ
との関係が上記特定の場合にあることを認識したときに
は、該バックラッシュ量を越えるようモータを上記逆方
向に駆動せしめた後、上記順方向に駆動せしめるモータ
駆動制御手段とを具備してなることを特徴とする。

［実 施 例］ 以下、図面を参照して本発明を具体的に説明する。な
お、以下の実施例においては、本発明による変位伝達機
構をカメラの自動焦点調節装置に適用した例で説明す
る。

第１図（Ａ）〜（Ｄ）は、本発明に係る変位伝達機構
が適用された自動焦点調節装置におけるフォーカシング
レンズの繰り出し，繰り込み動作時のバックラッシュキ
ャンセル駆動を説明する線図である。そして、従来例を
示す上記第４図（Ａ）〜（Ｄ）では、駆動方向がＡ方向
かＢ方向かだけにより、オーバーランして戻すバックラ
ッシュキャンセル動作を行うか否かを判定していたのに
対し、この第１図（Ａ）〜（Ｄ）に示す一実施例では、
駆動方向がＡ方向であっても、駆動量がバックラッシュ
量以下、あるいは零なら、バックラッシュキャンセル動
作を行っている。

第１図において、駆動量Ｘが６の（Ａ）の場合と、駆
動量Ｘが−５の（Ｂ）の場合は、従来例を示す前記第４
図（Ａ），（Ｂ）と全く同じになるので、同じモータ位
置，レンズ位置等に同じ符号を付してその説明を省略す
る。

第１図（Ｃ）は、駆動量Ｘが０の場合で、この場合従
来はモータを全く動かさなかったが、本実施例では、太
い実線l₂₁に示すように、モータをＢ方向に３段動か
す。従って、モータの前回の位置決め動作位置L₂₁にお
いて、レンズが細い実線a₂₁に位置していても、あるい
は振動，衝撃等のため破線ａ′₂₁の位置に移動していて
も、モータをＢ方向に３段駆動することにより、フォー
カシングレンズは一点鎖線b₂₁の位置に移動する。その
後、再びモータをＡ方向に３段移動するから、レンズは
その右端をモータに当て付けた２点鎖線c₂₁の位置で停
止する。即ち、前回の位置決め終了時に、たとえ振動，
衝撃等により、レンズが破線ａ′21の位置に移動して
も、本実施例によれば、２点鎖線c₂₁の位置にレンズを
戻すことができる。

次に、駆動量がＡ方向であっても、駆動量がバックラ
ッシュ量2.5段より小さいＸ＝２の場合における本実施
例の動作を第１図（Ｄ）により説明する。この場合、モ
ータはレンズ駆動段数８段の黒丸L₃₁から移動を開始す
るが、このときレンズは、本来は細い実線a₃₁に位置し
ている筈であるが、振動，衝撃等により破線ａ′₃₁に位
置してしまっている可能性もある。このように、レンズ
が破線ａ′₃₁に位置していたとしても、モータを太い実
線l₃₂で示すように黒丸L₃₁よりＢ方向に１段シフトする
から、レンズは一点鎖線b₃₁に移動する。次に、モータ
を３段Ａ方向に移動、つまり前回の位置決め終了時の位
置L₃₁からＡ方向に２段駆動した目標変位位置P₃₁では、
レンズは２点鎖線c₃₁に位置することになる。

第２図は、自動焦点調節装置で測距してレンズ駆動す
るまでのフローチャートで、この第２図により上記動作
を説明すると、測距センサ１（前記第３図参照）により
被写体距離を測距する（ステップS1）。この測距された
被写体距離情報により、モータの駆動位置Ｄを演算する
（ステップS2）。ところで、この第２図における位置
は、すべてモータの位置で、このモータによりバックラ
ッシュを有する駆動系を介して駆動されるレンズはオー
プンループ制御なので、厳密な意味では、その位置を確
定できない。

ステップS3では、モータの現在位置Ｃをマイコン２
（第３図参照）のメモリ領域から読み出す。この現在位
置Ｃは、前回のAF（オートフォーカス）におけるモータ
の位置決め動作の結果で現在位置としてマイコン内のメ
モリ領域に格納されている値である。そして、上記駆動
位置Ｄと現在位置Ｃとの差を演算して駆動量Ｘを求める
（ステップS4）。

上記駆動量Ｘが上記第1,4図におけるバックラッシュ
量2.5段に、カメラ相互間のバラツキを加えた３段より
大きいか否かをチェックし（ステップS5）、大きければ
モータをＸ段駆動してからモータ停止する（ステップS
6）。なお、この場合は上記第１図（Ａ）の場合に相当
する。一方、上記ステップS5に戻って、駆動量Ｘが３段
より小さい場合は、（Ｘ−３）段駆動させ（ステップS
7）、つまりＸ段よりＢ方向に３段多く駆動させた後、
Ａ方向に３段駆動することにより（ステップS8）、オー
バーランして戻すバックラッシュキャンセル動作を行
う。そして、最後に、現在位置をマイコンのメモリ領域
Ｃにストアして（ステップS9）このフローを終了する。

次に、この第２図のフローチャートと前記第１図の線
図との対応を説明する。前記第１図（Ｃ）における駆動
量Ｘ＝０の場合を、この第２図に対応させると、ステッ
プS5での判定結果がNOなので、ステップS7,S8に進んで
−３段駆動して、３段駆動することになる。また、前記
第１図（Ｄ）における駆動量Ｘ＝２の場合を、この第２
図に対応させると、ステップS5での判定結果はやはりNO
なので、ステップS7,S8に進んで、−１段駆動,3段駆動
することになる。従って、このような駆動をすることに
より、振動，衝撃等によるレンズ位置のずれをもキャン
セルすることができる。

上記実施例は、ステッピングモータによるオープンル
ープ駆動で説明したが、このオープンループ駆動だけで
はなく、DCモータと位置検出器による駆動でも、位置検
出器が被動体以外に、例えば、モータのシャフトに取り
付けられている、所謂セミクローズドループ駆動と言わ
れる場合にも、被動体の最終位置は検出できないので、
本発明を同じように適用可能である。

また、上記実施例は、外部測距で説明してあるが、TT
L測距等にも適用可能なこと勿論である。

ところで、上記本発明では、所要の駆動量を認識し、
該所要駆動量とバックラッシュとの相対関係に応じてモ
ータをオーバーランさせるか否かを判定している。尚、
上記第１図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）に示すすべ
てのケースについて、駆動に先立ち、予めバックラッシ
ュ量に対応したオーバーラン分だけ逆方向にモータ駆動
し、しかる後、目標位置に駆動させてもよい。この場
合、例えば第１図（Ａ）の場合、駆動時間に若干の無駄
を生じるが、全体の駆動時間から見れば、とるにたらな
いものである。

上記各実施例は、本発明に係る変位伝達機構を、カメ
ラの自動焦点調節装置に適用した例で説明したが、本発
明はこれに限定されるものでなく、振動，衝撃等の加え
られる可能性がある携帯用電子機器におけるモータによ
る駆動力を、バックラッシュを有する駆動系を介して被
動体に伝達する変位伝達機構に広く適用可能なことは言
うまでもない。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明では、上記所要変位認識手段
による所要変位が上記バックラッシュに関して設定した
方向に対して逆方向であるとき、および順方向であって
も零乃至上記バックラッシュ量の範囲内にあるときに
は、該バックラッシュ量を越えるようモータを上記逆方
向に駆動せしめた後、上記順方向に駆動せしめるように
した。もしくは、被動体を変位せしめるにつき、その初
動時に上記バックラッシュに関して設定した方向に対
し、一度逆方向に該バックラッシュ量を越えるようモー
タを駆動せしめた後、モータを順方向に駆動せしめるよ
うにした。これらの各手段の何れを採用しても、バック
ラッシュによる位置ずれだけでなく、振動，衝撃による
位置ずれをもキャンセルでき、被動体の正確な位置決め
ができると言う顕著な効果が発揮される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る変位伝達機構が適用されたカメ
ラの自動焦点調節装置におけるフォーカシングレンズの
繰り出し，繰り込み動作時のバックラッシュキャンセル
駆動の線図、 第２図は、自動焦点調節装置で測距してレンズ駆動する
フローチャート、 第３図は、自動焦点調節装置のブロック構成図、 第４図は、自動焦点調節装置におけるフォーカシングレ
ンズの繰り出し，繰り込み動作時の従来のバックラッシ
ュキャンセル駆動の線図である。 ２……マイコン（被動体位置認識手段，所要変位認識手
段） ３……モータ駆動回路（モータ駆動制御手段） ４……ステッピングモータ（モータ） ５……駆動系 ６……フォーカシングレンズ（被動体）

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】モータによる駆動力をバックラッシュを有
   する駆動系を介して被動体に伝達する変位伝達機構であ
   って、 上記バックラッシュの範囲内の誤差を含んで被動体の現
   在位置を認識するための被動体位置認識手段と、 上記被動体位置認識手段による被動体の現在位置と該被
   動体に関する目標変位位置との差として所要変位量を認
   識する所要変位認識手段と、 上記所要変位認識手段による所要変位が上記バックラッ
   シュに関して設定した方向に対して逆方向である場合、
   および順方向であっても零乃至上記バックラッシュ量の
   範囲内にある場合に、これら特定の場合にあることを認
   識する状況認識手段と、 上記状況認識手段が当該所要変位乃至同変位とバックラ
   ッシュとの関係が上記特定の場合にあることを認識した
   ときには、該バックラッシュ量を越えるようモータを上
   記逆方向に駆動せしめた後、上記順方向に駆動せしめる
   モータ駆動制御手段と、 を具備してなることを特徴とする変位伝達機構。