JP4747523B2 - 撮像装置及び撮像装置のズームレンズ制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、撮像の際にレンズ駆動系の制御を行う撮像装置及び撮像装置のズームレンズ制御方法に関する。

近年のカメラの駆動系においてはステッピングモータをアクチュエータとしたオープンループ制御方式が広く普及している。このような制御機構においては位置決めの分解能が上がり、数μｍオーダーの位置精度が実現できるようになっている。

一方で、ステッピングモータによるオープンループ駆動制御においては制御対象であるレンズが実際に指示値どおりに動いているかは分からないために常に制御部による制御が不能となる脱調が大きな問題となる。ステッピングモータのオープンループ制御ではたとえ脱調してもステッピングモータが正確に動いているとみなすので、制御対象であるレンズの位置と駆動の指示位置（目標値）にズレが生じる可能性があり、一度そのズレが生じると特別な補正処理をしない限り、正常に動作をすることは不可能になる。

このようにステッピングモータを用いたオープンループ制御においては脱調が発生しやすいため、脱調補正機能は非常に重要なものであり、通常の使用領域であるWIDE(ワイド)端からTELE(テレ)端においては、できるだけ多くの位置で脱調を検出し補正ができることが望ましい。

ところで、既存のレンズ位置の判定方式には次のようなものがある。
第１に、ホールセンサ、ポテンショメータなどを用いて絶対位置を取得するタイプのものがある。

また、第２に、基準位置を検出するリセットセンサと基準位置からのパルスを計数するFG（周波数発生器）パルスカウンタや、リセットセンサとMR（磁気抵抗効果）センサなどを用いてリセットセンサとエンコーダを組み合わせて基準位置からの相対的位置を取得するタイプのものがある。

また、第３に、２個のリセットセンサ、３個のリセットセンサなどの複数のリセットセンサを用いて複数の基準位置を検出するタイプのものがある。

第１の方式を用いれば、フィードバック制御が可能なため脱調という問題は回避できるが、センサ自体にノイズ成分が乗りやすい問題、コスト的な問題、レンズ装置の小型化に不利であるといったサイズの問題がある。特に、ノイズによる位置決め精度の低下は致命的な問題となる。

一方で第２の方式も１度リセットセンサで基準位置を決めれば、その後はエンコーダを用いたフィードバック制御が行えるため脱調の問題が回避できるが、コストが高くなる、レンズ装置の小型化に不利といった問題がある。

最後に第３の方式であるが、リセットセンサが遮蔽部により遮蔽されるか否かによる出力のHIGH(ハイ)/LOW(ロー)レベルの判定は、低コストかつ比較的高い位置検出精度で実現できる。カメラのズームレンズの駆動アクチュエータとして現在広く用いられているステッピングモータはオープンループ制御のため絶対位置検出は不要であることから、ステッピングモータを用いた場合は第３の方式のような複数のリセットセンサを用いるタイプが採用されるケースが多い。

第３の方式と、レンズ筐体に対してズームレンズ移動筒が収納状態又は進出状態に移動可能な沈胴式レンズの組み合わせにおいては、現在リセットセンサを２つ用いる２リセットセンサタイプが一般的である。２リセットセンサとは、その名のとおり位置検出用のリセットセンサを２つ持つタイプの構造である。一般的には１つの出力レベルの切替わりポイント(エッジ)を持つリセットセンサを２つ用いるタイプであり、この２つのリセットセンサの組み合わせや出力レベルの切替わりポイント（エッジ）を検出することにより、沈胴式レンズのオープンループ制御に必要な位置決めを行うことができる。

ここで沈胴式レンズに必要な機能とは次に挙げる第１〜第４に示すものである。
第１に、レンズ筐体に対してズームレンズ移動筒が沈胴状態にいることが機構的に保証できることを必要とする。第２に、レンズ筐体に対してズームレンズ移動筒を繰り出した時、脱調せずにWIDE（ワイド）端付近で位置の初期化ができることを必要とする。第３に、レンズ筐体内でフォーカスレンズを全動作範囲駆動しても、両者が衝突しない不干渉領域にズームレンズがあると機構的に保証できることを必要とする。第４に、レンズ筐体に対してズームレンズ移動筒が収納状態から進出状態に移動したときのWIDE（ワイド）端からTELE（テレ）端の間で、制御部による脱調時の位置補正が可能であることを必要とする。

図８は、従来の基本的な２リセットセンサの構造１による出力を示す図であり、図８Ａはリセットセンサ１出力、図８Ｂはリセットセンサ２出力である。
図８に示す基本的なリセットセンサの出力レベルの組み合わせによって、上記第１〜第４の沈胴式レンズに必要な機能の実現方法を説明する。８１に示す沈胴端判定を、図８Ａに示すリセットセンサ１の出力がハイレベル（HIGH）からローレベル（LOW）に切替わったか、又はローレベル（LOW）からハイレベル（HIGH）に切替わったかどうかで実施する。この沈胴端判定８１を含む機構的なバックラッシュを考慮した領域が沈胴領域８５となる。

また、８２に示すズーム位置初期化は、WIDE(ワイド)端８６からTELE(テレ)端８７の間で、図８Ａに示すリセットセンサ１と図８Ｂに示すリセットセンサ２の出力のローレベル（LOW）とハイレベル（HIGH）、ローレベル（LOW）とローレベル（LOW）の組み合わせからズームレンズが現在どのエリアにいるかを知ることで実施する。これにより位置の初期化をする前に、フォーカスレンズとズームレンズを駆動可能か否かが判定でき、フォーカスレンズ、ズームレンズの初期化に要する時間が減少し、トータルでカメラの起動時間の短縮に大きく寄与する。

また、WIDE(ワイド)端８６からTELE(テレ)端８７の間で、８３に示すズームレンズとフォーカスレンズの不干渉領域及び８４に示す脱調時の位置補正をもう１つのリセットセンサである図８Ｂに示すリセットセンサ２の出力レベルの切替わり判定で行う。

図９は、従来の基本的な２リセットセンサの構造２による出力を示す図であり、図９Ａはリセットセンサ１出力、図９Ｂはリセットセンサ２出力である。
しかしながら、図８に示した方式では、図９に示すズームレンズとフォーカスレンズの不干渉領域９３がWIDE（ワイド）端９６からTELE（テレ）端９７の間付近になくかつWIDE（ワイド）端９６から沈胴領域９５側にあるレンズの場合、図９のようなリセットセンサの出力レベルの組み合わせとなり、ズームレンズがWIDE（ワイド）端９６から沈胴領域９５側に駆動されない限り脱調時の位置補正９４及びズーム位置初期化９２がかからないという制約が生まれる。

また１つのリセットセンサに１つのエッジを持つ構造の場合、脱調時の位置補正をかけられる位置は、実質的に一ヶ所に限られてしまう。従って、TELE(テレ)端９７付近に脱調しやすい位置があったとしても、その付近で脱調時の位置補正をかけることができないことになる。

また、ステッピングモータをフィードバック制御することにより、ズームコントロール部が、ズームレンズ操作スイッチ、ズームリセットセンサの基準位置検出信号、検出回路からのズームレンズの現在位置検出信号を参照し、ズームレンズの制御信号をモータードライバに出力してズームモータを駆動し、ズームコントロール部が、制御指令通りズームモータが動作したか否かを判断するステッピングモータ制御方法が開示されている(特許文献１参照)。
特開平11-110045号公報

上述した２リセットセンサの問題は単純にリセットセンサの個数を増やせば容易に回避できるが、リセットセンサが増えることで次のような問題が生じる。

第１に、リセットセンサ数が増加し、MCU（micro computer unit）の回路構成が複雑化するため、レンズ駆動部のコストが増加する。

第２に、リセットセンサ合計が占めるそもそもの体積が増加し、取り付け位置からのレンズの大きさが制限されるため、レンズのサイズが増加する。
第３に、増加したリセットセンサ分だけ故障する確率も増加するため、故障率が増加する。

本発明は、上述した背景から、１つのリセットセンサに複数のエッジを持つタイプのリセットセンサを用いることで、リセットセンサの数を最小に抑えながら、できるだけ多くの位置で脱調検出を行う構造の撮像装置及び撮像装置におけるレンズ制御方方法を提供することを目的とするものである。

また、そのリセットセンサ構造において前述の沈胴式レンズに必要な、前述の第１〜第４の沈胴式レンズの機能を保持するために、１つのリセットセンサに複数のエッジが存在するレンズにおいて、現在のズーム位置がどこかを判定する撮像装置及び撮像装置におけるレンズ制御方法及び、そのズーム位置を所望のエッジを利用して初期化をするための撮像装置及び撮像装置におけるレンズ制御方法を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明の撮像装置は、沈胴式ズームレンズ駆動系の制御対象を駆動するズームモータと、該ズームモータのドライバと、制御対象の基準位置を、２つのリセットセンサによるワイド端とテレ端の間における各々複数のエッジを用いて検出する基準位置検出手段と、現在の基準位置検出手段の２つのリセットセンサ出力の組み合わせと、過去の２つのリセットセンサ出力履歴と、制御対象の駆動方向から、制御対象の現在位置を判定する位置判定手段と、位置判定手段により判定された制御対象の現在位置に応じて、基準位置のうちの任意のエッジのある方向へ制御対象を駆動するように、ドライバを介してズームモータを駆動制御する制御手段とを備え、ワイド端とテレ端の間における各々複数のエッジは、脱調補正用エッジであり、脱調補正用エッジに基づいて、位置判定手段により判定された制御対象の現在位置を補正する位置補正手段をさらに備えるものである。

これにより、現在の基準位置検出手段の２つのリセットセンサ出力の組み合わせと、過去の２つのリセットセンサ出力履歴と、制御対象の駆動方向から、制御対象の現在位置を判定し、制御対象の位置判定結果に応じて、基準位置のうちの任意のエッジのある方向へ制御対象を駆動して、ズームレンズの存在する領域判定を基にして検出すべきエッジの方向にズームレンズを移動させることができる。

このとき、現在のズームレンズの位置がどこの領域かを判定することができるので、そのズームレンズの位置を所望のエッジを利用して脱調時の位置補正をすることができる。

従って、沈胴式ズームレンズ駆動系において、リセットセンサ（フォトインタラプタの出力レベルの切り替わりエッジを検出しそのエッジの位置によって現在位置を確定するという基準位置センサ）の数を最小に抑えながら、できるだけ多くのリセットセンサのエッジを設けて脱調検出の精度を向上させることができる。

本発明によれば、２つのリセットセンサで、複数の脱調時の位置補正を行えるため、低コスト、省スペースでより精度の良い脱調時の位置補正が実現できる。

一方で、レンズの小型化に伴い意図しない位置にリセットセンサのエッジが出現してしまうことが避けられないケースがある。空間的な制約上リセットセンサ間の間隔が短い場合、遮光板が干渉してしまうようなケースであり、たとえばリセットセンサ１のエッジを作成するための遮光板が、リセットセンサ２のフォトインタラプタ取り付け位置にまで到達してしまうと、リセットセンサ２には意図しないエッジが出現してしまうためである。

この場合、既存のリセットセンサの初期化エッジ検出方法を用いてしまっては、ズームの初期化を開始した時点でどのレンズがどの位置にあるかわからず、駆動制御が不可能となる。

ここで本発明により、現在のリセットセンサ出力の組み合わせと、過去のリセットセンサ出力履歴と駆動方向から、現在位置を判定するアルゴリズムを用い、まずレンズの存在する位置を検出し、次に初期化用のエッジのある方向へ駆動するという方式をとれば、意図せず出現してしまったリセットセンサのエッジを実質的に無視することができ制御が可能となる。

以上のことから、本発明は、レンズの脱調時の位置補正精度の向上、レンズの小型化、低コスト化、に寄与することができるものである。

以下に、本発明の実施の形態の詳細について、適宜、図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施の形態によるレンズ制御ブロックの構成例を示す図である。図１は、ズームレンズの駆動装置の概略を示すものである。

図１において、レンズ制御ブロックは、光学系として、対物レンズ２に対して、フォーカスレンズ３をフォーカス動作可能にすると共にズームレンズ４をズーム動作可能に収納するレンズ筺体１を有している。

また、レンズ制御ブロックは、フォーカス駆動系として、基準位置を検出するフォーカスレンズリセットセンサ５と、フォーカスモータ７の駆動信号を生成するフォーカス用モータドライバ６と、フォーカスレンズ３をフォーカス位置に動作させるフォーカスモータ７を有している。

また、レンズ制御ブロックは、ズーム駆動系として、沈胴式ズームレンズ駆動系の制御対象の基準位置を２つのリセットセンサによる各々複数のエッジを用いて検出するズームリセットセンサ８と、ズームモータ１０の駆動信号を生成するズーム用モータドライバ９と、制御対象を駆動するズームモータ１０を有している。

また、レンズ制御ブロックは、制御系として、MCU１１を有し、MCU１１は、フォーカス制御系として、フォーカスレンズリセットセンサ５からのリセットセンサ出力に基づいてフォーカス用モータドライバ６に供給する指令信号を生成するフォーカスコントロール部１２を有している。

また、MCU１１は、ズーム制御系として、ズームレンズリセットセンサ８からのリセットセンサ出力に基づいてズーム用モータドライバ９に供給する指令信号を生成するズームコントロール部１６を有している。

ここで、本実施の形態では、特に、ズームコントロール部１６はその機能として、現在のズームレンズリセットセンサ８の２つのリセットセンサ出力REの組み合わせと、過去の２つのリセットセンサ出力RE履歴と、制御対象の駆動方向DIRから、制御対象の現在位置のエリアを判定するズームのエリア判定部１９と、ズームのエリア判定部１９による制御対象の位置判定結果に応じて、基準位置のうちの任意のエッジのある方向へ制御対象を駆動するように、ズーム用モータドライバ９を介してズームモータ１０を駆動制御する制御手段とを有するように構成されている。

また、ズームコントロール部１６はその機能として、基準位置のうちの任意のエッジが初期化用エッジであるとき、初期化用エッジに基づいて制御対象の現在位置を初期化するズーム位置初期部１７を有するように構成されている。

また、ズームコントロール部１６はその機能として、ズームレンズリセットセンサ８の２つのリセットセンサ出力REの組み合わせから脱調を判定する脱調判定部１８と、基準位置のうちの任意のエッジが脱調補正用エッジであるとき、脱調補正用エッジに基づいて制御対象の現在位置を補正する位置補正手段を有するように構成されている。

また、ズームコントロール部１６はその機能として、基準位置のうちの任意のエッジに基づいて、沈胴式ズームレンズの沈胴動作を保証する位置を判定する沈胴保証判定手段を有するように構成されている。

また、ズームコントロール部１６はその機能として、上記基準位置のうちの任意のエッジに基づいて、光学系のフォーカスレンズ駆動系に対する沈胴式ズームレンズ駆動系の不干渉領域であることを判定する不干渉領域判定手段を有するように構成されている。

このように構成されたズームレンズの駆動装置の動作を以下に説明する。
ズームスイッチ１３に対するユーザの押圧の動作から生成されるマニュアルズーム指令値１５、または、自動駆動用プログラムによって算出されたオートズーム指令値１４から、ズームコントロール部１６がズームドライバ９への指令信号を出す。

ズームドライバ９は、その指令信号に従いアクチュエータのズームモータ１０を駆動させ、その結果、ズームレンズ４が移動する。この際、ズーム位置初期部１７によるズームレンズ４位置の初期化、ズームのエリア判定部１９によるズーム位置判定、脱調判定部１８による脱調検出などの動作を行う際にズームレンズリセットセンサ８のリセットセンサ出力REが用いられる。

図２は、リセットセンサと遮光板の位置関係を示す図であり、図２Ａは側面図、図２Ｂは背面図である。
図２に示すように、ズームレンズのリセットセンサ２６，２７は、ステッピングモータ２２にギヤで連結されたカム筒２１の内周側に設けられ、このリセットセンサ２６，２７は、ステッピングモータ２２の駆動によるカム筒２１の回転に同期して移動する遮光板２５−１，２５−２と、レンズ筐体１に支持部材を介して固定された発光側の発光ダイオード２３−１、２３−２と受光側のフォトセンサ２４−１，２４−２から構成される。

リセットセンサ２６，２７の出力は、遮光板２５−１，２５−２が発光ダイオード２３−１、２３−２とフォトセンサ２４−１，２４−２の間を横切っている時にHIGH(ハイレベル）、横切っていない時にLOW(ローレベル、もしくは、横切っている時にLOW(ローレベル)、横切っていない時にHIGH(ハイレベル）に切替わる。遮光板２５−１，２５−２が発光ダイオード２３−１、２３−２とフォトセンサ２４−１，２４−２の間を横切っている時にHIGH(ハイレベル)になるかLOW(ローレベル)になるかは、センサ出力回路の構成の仕方によって決定される。

ここで、リセットセンサ２６，２７の駆動範囲２８，２４内に遮光板２５−１，２５−２が横切るポイントが１箇所しかない場合、１つのエッジを持つリセットセンサとなり、複数の遮光板２５−１，２５−２が横切るポイントがあると複数のエッジを持つリセットセンサとなる。リセットセンサ２６，２７の出力の切り替えポイント間の距離は、遮光板２５−１，２５−２の長さで決定される。

リセットセンサを用いたステッピングモータ駆動の場合、第１に、ズームレンズが今現在どのエッジ間にあるか、第２に、どの方向にズームレンズを駆動させるのか、という２つの情報があれば制御部による制御は可能であり、１つのリセットセンサに１つのエッジがあるタイプのレンズはこの情報を用いることで沈胴式レンズの制御に必要な、第１の沈胴状態にいることの確認、第２のWIDE端付近で位置の初期化、第３のフォーカスとズームの不干渉領域であることの確認、第４の脱調時の位置補正を行っている。

図３は、前提となる基本的な２リセットセンサの出力を示す図であり、図３Ａはリセットセンサ１出力、図３Ｂはリセットセンサ２出力である。
まず、本実施の形態の基礎となる１つのリセットセンサに１つのエッジがある構造のズームレンズについて、図３を例に制御アルゴリズムを詳しく説明する。初めに、３１で示す沈胴判定に基づいてズームレンズの位置が沈胴状態３６であることの確認では、リセットセンサの出力が図３Ａ及び図３Ｂに示すリセットセンサ１、２出力ともにHIGH(ハイレベル)となっているか否かを判定する。図３Ａ及び図３Ｂに示すリセットセンサ１、２出力が共にHIGH(ハイレベル)であれば沈胴領域３６にあると断定でき、そうでなければ、そのような状態にリセットセンサの出力の組み合わせに変化するまで沈胴領域３６方向にズームレンズを駆動させればよい。

この制御の方法は、３３に示すフォーカスとズームの不干渉領域にあることの確認にもそのまま応用できる。フォーカスとズームの不干渉領域３３は、図３Ａ及び図３Ｂに示すリセットセンサ１、２出力が共にLOW（ローレベル）の位置であるから、そのような組み合わせであれば不干渉領域であると断定することができ、そうでなければ干渉領域ということになる。

次に、ズームの位置初期化３２用のエッジ、脱調補正３４用のエッジである３５に示すポイント１のエッジを見つける動作を説明する。PA地点もしくはPB地点で初期化が開始された時に、TELE(テレ)端３８方向にズームレンズを駆動すれば３５に示すポイント１のエッジを見つけられることは設計上の情報として既知である。このため、TELE(テレ)端３８方向へズームレンズを駆動するシーケンス制御を実施すればよい。一方でPC地点で初期化が開始された時には、WIDE(ワイド)端３７側にズームレンズを駆動すれば３５に示すポイント１を見つけることが既知である。このため、WIDE(ワイド)端３７方向にズームレンズを駆動するようなシーケンス制御とすればよい。

このようにリセットセンサの出力から「現在の位置を検出」し、「駆動方向を決定」することで、初期化用エッジや脱調補正用エッジを見つけたり、沈胴保証位置、ズームとフォーカスの不干渉領域であることを判定するのが既存のアルゴリズムである。

以上が１リセットセンサに１つのエッジを持つタイプのレンズの制御方法であるが、本実施の形態では、このリセットセンサのエッジ数を増やして、これらのエッジを検出することによりエリアを判断することを目的としている。既存の制御アルゴリズムに準拠すれば、沈胴端判定、初期化用エッジ及び脱調補正用エッジの合計の最大数は３個まで増やすことが可能である。それは開始地点を決定する方法が、２つのリセットセンサの出力の組み合わせだけだとすると、HIGH(ハイレベル)、LOW(ローレベル)の順列組み合わせ分である４通り（リセットセンサの個数をＮとした時に、２のＮ乗通りの組み合わせが存在する。）であるからに他ならない。逆に考えると、これが既存の制御アルゴリズムにおける脱調補正用のエッジ数の物理的な制限となる。

図４は、マルチエッジ２リセットセンサの動作による出力例を示す図であり、図４Ａはリセットセンサ１出力、図４Ｂはリセットセンサ２出力である。
本発明による実施の形態では、この構造の発展形として、脱調補正用のエッジを増やすために、リセットセンサの出力の組み合わせからズームレンズの現在位置が判定できなくなることを省みず、１つのリセットセンサがもつエッジの数を増やす構造を提案する。具体的な動作による出力例として図４のようなリセットセンサ出力例を示す。リセットセンサのエッジをWIDE(ワイド)端４４とTELE(テレ)端４５の間に数多く設定することで、脱調補正をかけるポイントを増やそうとするものである。図４に示すリセットセンサ出力例は、図２に示したリセットセンサの構成により実現することができる。

ここでは、図４Ａに示すリセットセンサ１出力に沈胴領域４３の沈胴端判定エッジを形成する。また、図４Ｂに示すリセットセンサ２出力に沈胴領域４３の沈胴端判定エッジとWIDE (ワイド)端４４の間のエッジを形成する。

また、図４Ａに示すリセットセンサ１出力にWIDE（ワイド）端４４よりもTELE（テレ）端４５側の４２に示すポイント１を示すエッジを形成する。また、図４Ｂに示すリセットセンサ２出力にＰＢ地点を挟むエッジを形成する。また、PC地点とTELE（テレ）端４５の間を示すエッジをリセットセンサ１出力に形成する。

この構造を採用すると既存の制御方式によるレンズ制御が不可能なため、本実施の形態では制御方式も合わせて提案する。この構造において既存方式の制御方式で制御が不可能な理由は以下のとおりである。図４のPA地点から４２に示すポイント１を見つけようとしたときに、図中のPA地点とPB地点で図４Ａ及び図４Ｂに示すリセットセンサの出力の組み合わせは、どちらの地点においても図４Ａに示すリセットセンサ１、図４Ｂに示すリセットセンサ２両方の出力がHIGH(ハイレベル)となって同じ出力状態になる。このために、リセットセンサの出力の組み合わせを見ただけでは、現在ズームレンズがPA地点、PB地点のどちらの位置にあるのかが判定できず、従ってどちらの方向にズームレンズを駆動させれば４２に示すポイント１のエッジがあるのか判定できないためである。

これは、現在位置が沈胴領域４３かどうか判定するといったような、現在の場所を確定するという動作が不可能となることについても同様の理由で発生するといえる。つまり、図４のような構造ではズームレンズが沈胴領域４３にいるのかPB地点にいるのかが判定できないのは、リセットセンサの出力の同じ出力状態の組み合わせを持つ地点が複数存在するからである。

すなわち、リセットセンサのエッジを増やした場合、あらたなズームレンズ駆動アルゴリズムなしではレンズの制御は不可能である。そこで本実施の形態では、「現在のリセットセンサ出力の組み合わせ＋過去のリセットセンサ出力履歴＋駆動方向」から初期化用エッジや脱調補正用エッジを見つけ、また、沈胴保証位置、ズームとフォーカスの不干渉領域であることを判定するアルゴリズムを提案する。

基本的な考え方は、初めにレンズが現在どの位置にあるかを判定する。その後、設計情報から検出したいエッジがある方向へ各々のリセットセンサの出力状態の切替わりから現在位置情報を更新しながら、ズームレンズを駆動させる。また、所望の位置に到達できるように、各々のリセットセンサの出力状態の切替わりから現在位置情報を更新しながらズームレンズを駆動させる。

ここで、図４Ａ及び図４Ｂに示す異なるリセットセンサの出力状態の切替わりによる組み合わせの領域をズームレンズの位置するエリアと呼ぶ。ここでは、沈胴領域４３の沈胴端判定エッジよりも図中左側を４１−１で示すエリア１とする。また、沈胴領域４３の沈胴端判定エッジとWIDE(ワイド)端４４よりもTELE(テレ)端４５側の４２に示すポイント１との間を４１−２で示すエリア２、４１−３で示すエリア３とする。

また、WIDE(ワイド)端４４よりもTELE(テレ)端４５側の４２に示すポイント１とTELE(テレ)端４５の間を４１−４で示すエリア４、４１−５で示すエリア５、４１−６で示すエリア６、４１−７で示すエリア７、４１−８で示すエリア８とする。

まず、新しいアルゴリズムによって所望のエッジを検出する方法を以下に説明する。
図５は、所望のエッジの検出方法（その１）を示す（図４の例を含む）フローチャートである。
図５において、現在のズームレンズのエリアを記録して（ステップＳ１）、現在の図４Ａ及び図４Ｂに示す２つのリセットセンサ出力状態の組み合わせから現在位置が断定できる場合は（ステップＳ２）、所望のエッジが現在位置の沈胴領域４３側にあるのか、TELE（テレ）端４５側にあるのかという情報が設計上の情報として分かるため（ステップＳ３）、その情報を用いてエッジがある方向に駆動させる（ステップＳ４）。

次に、現在の２つのリセットセンサの出力状態の組み合わせから現在位置が断定できない場合（ステップＳ２）、すなわち図４で示すPA地点、PB地点のように図４Ａ及び図４Ｂに示す２つのリセットセンサの出力状態の組み合わせが同じとなる位置が複数位置存在し、かつ、その位置に現在位置があるときは、組み合わせの構造に応じて以下の制御方法に従って駆動させる。

沈胴側、TELE（テレ）側のどちらかに動かすと唯一のリセットセンサ出力の組み合わせとなる時（ステップＳ８、ステップＳ９、ステップＳ１１）、その組み合わせが出現する方向へ移動する（ステップＳ１０、ステップＳ１２）。一方で、現在のリセットセンサ出力状態の組み合わせと同じ出力状態を持つエリアがあり、沈胴側、TELE（テレ）側のどちらかに動かそうとするとき（ステップＳ１０、ステップＳ１２）、移動した際のリセットセンサの組み合わせの変化履歴（ステップＳ１１）を確認すれば現在地を唯一のエリアに限定できることがあらかじめ分かっているエリアにレンズあると判断できる場合（ステップＳ３）、唯一のエリアが存在する方向に駆動する（ステップＳ４）。

現在のリセットセンサ出力の組み合わせと同じ出力を持つエリアがあり、その時点ではどちらに動かしても唯一のエリアを見つけられる保証がない時は（ステップＳ５）、隣へ、２つ隣へ、３つ隣へといったように順次同方向に駆動し（ステップＳ５）、その変化履歴（ステップＳ５、ステップＳ１３）からエリアの候補を絞り込み（ステップＳ６）、最終的に現在の場所を特定できるまで（ステップＳ７）同方向に移動する（ステップＳ１３）。

図６は、所望のエッジの検出方法（その２）を示すフローチャートである。
ここで沈胴方向に移動中のリセットセンサの組み合わせが沈胴端と同じで（ステップＳ１４）、かつ開始地点から現在までのエリアにおけるリセットセンサの組み合わせの変化の履歴が、ある任意のエリアから沈胴端までのリセットセンサの変化の仕方と一致する場合（ステップＳ２１）、TELE(テレ)端方向に駆動方向を変更する（ステップＳ２２）。逆方向も全く同じであり、沈胴方向に移動中のリセットセンサの組み合わせがTELE(テレ)端と同じで、かつ開始地点から現在までのエリアにおけるリセットセンサの組み合わせの変化の履歴が、ある任意エリアからTELE(テレ)端までのリセットセンサの変化の仕方と一致する場合（ステップＳ１４）、沈胴方向に駆動方向を変更する（ステップＳ１５）。

ただし、検出開始時における現在の組み合わせとTELE(テレ)端の組み合わせと同じであるとき（ステップＳ１８、ステップＳ２３）はTELE(テレ)端方向への移動は禁止とし（ステップＳ２４）、沈胴端方向に移動する（ステップＳ１６）。そして、沈胴端にまで到達しても所望のエッジが見つけられなかった時（ステップＳ１７、ステップＳ１８、ステップＳ２３）はTELE(テレ)端方向に移動する（ステップＳ２４、ステップＳ１６）。同様のことは沈胴端についても同様であり、検出開始時における現在の組み合わせと沈胴端の組み合わせと同じであるとき（ステップＳ１８、ステップＳ２３）は沈胴端方向への移動は禁止とし（ステップＳ２４）、TELE(テレ)端方向に移動する（ステップＳ１６）。そして、TELE(テレ)端にまで到達しても所望のエッジが見つけられなかった時ステップＳ１７、ステップＳ１８、ステップＳ２３）は沈胴端に移動する（ステップＳ２４、ステップＳ１６）。

そして、検出開始時における現在の組み合わせとTELE(テレ)端の組み合わせと異なるとき（ステップＳ１８）、及び検出開始時における現在の組み合わせと沈胴端の組み合わせと異なるとき（ステップＳ１８）、ズームエリアを判定し（ステップＳ１９）、ズームエリアを判定できるときは（ステップＳ２０）、現在のズームエリアを断定する（ステップＳ３）。ズームエリアを判定できないときは（ステップＳ２０）、その変化履歴（ステップＳ１７、ステップＳ２５）からエリアの候補を絞り込み（ステップＳ１９）、最終的にズームエリアを特定できるまで（ステップＳ２０）同方向に移動する（ステップＳ１６）。

図７は、所望のエッジの検出方法（その３）を示すフローチャートである。
ただし、検出開始時にエリアは特定できないものの、現在の組み合わせと同じ出力を持つ全ての位置が検出したいエッジよりも、沈胴側にあることが分かっている場合で（ステップＳ２６）、駆動方向が指定されていないとき、TELE(テレ)端方向へ移動する（ステップＳ２７）。反対にTELE(テレ)端側にあることが分かっている場合で（ステップＳ２８）、駆動方向が指定されていないとき、沈胴方向へ移動する（ステップＳ２９）。さらに、沈胴側又はTELE(テレ)端側にあることも分からない場合には、駆動方向を任意に設定して（ステップＳ３０）、同方向に移動する（ステップＳ１６）。

この制御方法に従って駆動すると、過去の２つのリセットセンサの組み合わせ履歴と現在の組み合わせから、現在ポジションをただ１つに特定することができる。つまり、リセットセンサの出力の組み合わせに対し、リセットセンサの出力の変化履歴の組み合わせと、駆動方向の組み合わせの情報を付加できる分、位置決めの情報量が増えるのである。一旦現在の位置がわかってしまえば、その後は駆動方向が分かるため、リセットセンサの出力状態が切替わるたびに現在位置を更新していけば、常にレンズがどこにあるかを知ることができる。

例えば、図４のPB地点にズームレンズが存在する場合、図４Ａ及び図４Ｂに示す２つのリセットセンサの出力だけではズームレンズがPB地点にいるのかPA地点にいるのか分からないが、上述した制御方法に従い、まず、TELE(テレ)端４５方向にズームレンズを移動し、図４Ａに示すリセットセンサ１の出力レベルがHIGH(ハイレベル)、図４Ｂに示すリセットセンサ２の出力レベルがHIGH(ハイレベル)からLOW(ローレベル)に変化した時、この出力レベルの状態の組み合わせの変化となるのは４１−５に示すエリア５内のPB地点からスタートしたケースに他ならず、すなわち現在位置が４１−６に示すエリア６内のPC地点であると断定できる。

この状態から４２に示すポイント１を探したい場合、設計上の構造から沈胴領域４３方向にズームレンズを移動していき、図４Ａに示すリセットセンサ１の出力レベルがHIGH(ハイレベル)からLOW (ローレベル)に切替わるポイントを見つければいい。

なお、上述した図５〜図７に示した制御方法においては、図７に示した制御方法は必須ではないが、エッジ検出の時間を短縮するという役割があるため、あった方が望ましいといえる。例えば、ズームレンズがWIDE(ワイド)端４４付近にあって検出したいエッジはTELE(テレ)端４５付近にあるとする。このときズームレンズをWIDE(ワイド)端４４に動かしても、TELE(テレ)端４５に動かしても現在位置の決定ができるとすると、どちらに動かしても最終的にエッジを見つけることができるのであるが、エッジがTELE(テレ)端４５方向にあると推定できているのであれば、最初からTELE(テレ)端４５側にズームレンズを駆動させていた方が短時間でエッジの検出が可能となる。

ここで、リセットセンサの構造上の制約として、第１に、ズームレンズの駆動の停止中にリセットセンサの出力を切る場合、WIDE(ワイド)端近傍とTELE(テレ)端間内のどのポイントから動作しても、WIDE(ワイド)端近傍とTELE(テレ)端間内を移動することで現在の場所が特定できることが必要である。

第２に、ズームレンズの駆動の停止中にリセットセンサの出力を切らない場合、沈胴端とTELE(テレ)端間内どのポイントから動作しても、沈胴端とTELE(テレ)端間内を移動することで現在の場所が特定できることが必要である。

第３に、沈胴端におけるリセットセンサの出力状態の組み合わせと、TELE(テレ)端におけるリセットセンサの出力状態の組み合わせが異なることを満たす必要がある。

第１、第２の制限は、通常使用時にカメラのズームボタンが押されずにズーム停止状態になった際、リセットセンサの出力を切られるため、この状態からレンズの駆動状態に遷移し、リセットセンサが点灯した時、リセットセンサの出力を切っている間に何らかの外乱でレンズが移動していたとしてもそれを検出するすべがないので、誤判定をしてしまう。これを回避するためには過去の履歴をリセットする必要があり、改めて現在位置を決定する動作が必要になる。この際、通常使用時であるからWIDE(ワイド)端近傍からTELE(テレ)端間で現在位置を知ることが可能であることが制御の必要条件になる。

もちろん、リセットセンサを常に点灯しておければ、外乱によってズームレンズが動いていずれかのリセットセンサのエッジをよぎってしまったとしても、そのよぎったという情報を取得できるため、現在位置の更新は可能であり、現在位置を見失うことはないため、１度沈胴端とTELE(テレ)端間内の移動をすることで場所が特定できてしまえば、通常使用時にWIDE(ワイド)端からTELE(テレ)端間しか駆動しないとしても不都合はない。従って、沈胴端とTELE(テレ)端間で現在位置の決定ができれば十分となる。

第３の制限の、沈胴端とTELE(テレ)端で同じ組み合わせの場合であるが、「沈胴端の組み合わせと同じであれば無条件でTELE(テレ)端方向に移動」と「TELE(テレ)端の組み合わせと同じであれば無条件で沈胴方向に移動」というシーケンスに矛盾が生じるために禁止する必要がある。

以上エッジの検出方法のアルゴリズムを記載したが、この「現在のリセットセンサ出力の組み合わせ＋過去のリセットセンサ出力履歴＋駆動方向から現在位置を判定する」というアルゴリズムを応用することで現在地点がどこか判定できる。すなわちズームレンズが沈胴端にいるか否かの判定、ズームとフォーカスの不干渉領域にいるか否かの判定も行うことができる。

以上のアルゴリズムによる制御方法によれば、１つのリセットセンサに複数のエッジがあるレンズにおいて、沈胴式レンズに必要な第１〜第４の機能を実現できる。

以上、フォーカスレンズの制御と干渉する沈胴式ズームレンズ駆動系の制御の例について説明したが、これに限らず、ステッピングモータで駆動される他の沈胴式レンズに適用することができることは言うまでもない。また、広くステッピングモータで収納状態から進出状態に移動するように駆動される他の制御対象に適用することもできる。

本実施の形態によるレンズ制御ブロックの構成例を示す図である。 リセットセンサと遮光板の位置関係を示す図であり、図２Ａは側面図、図２Ｂは背面図である。 前提となる基本的な２リセットセンサの出力を示す図であり、図３Ａはリセットセンサ１出力、図３Ｂはリセットセンサ２出力である。 マルチエッジ２リセットセンサの動作による出力例を示す図であり、図４Ａはリセットセンサ１出力、図４Ｂはリセットセンサ２出力である。 所望のエッジの検出方法（その１）を示すフローチャートである。 所望のエッジの検出方法（その２）を示すフローチャートである。 所望のエッジの検出方法（その３）を示すフローチャートである。 従来の基本的な２リセットセンサの構造１による出力を示す図であり、図８Ａはリセットセンサ１出力、図８Ｂはリセットセンサ２出力である。 従来の基本的な２リセットセンサの構造２による出力を示す図であり、図９Ａはリセットセンサ１出力、図９Ｂはリセットセンサ２出力である。

符号の説明

１…レンズ筺体、２…対物レンズ、３…フォーカスレンズ、４…ズームレンズ、５…フォーカスレンズリセットセンサ、６…フォーカス用モータドライバ、７…フォーカスモータ、８…ズームレンズリセットセンサ、９…ズーム用モータドライバ、１０…ズームモータ、１１…MCU、１２…フォーカスコントロール部、１３…ズームスイッチ、１４…オートズーム指令値、１５…マニュアルズーム指令値、１６…ズームコントロール部、１７…ズーム位置初期化部、１８…脱調判定部、１９…ズームのエリア判定部、２１…カム筒、２２…ステッピングモータ、２３…発光ダイオード、２４…フォトセンサ、２５…遮光板、２６…リセットセンサ１、２７…リセットセンサ２、３１…沈胴端判定用エッジ、３２…ズーム位置初期化用エッジ、３３…ズームとフォーカスの不干渉領域、３４…脱調補正用エッジ、３５…ポイント１、３６…沈胴領域、３７…WIDE(ワイド)端、３８…TELE(テレ)端、４１…エリア１〜８、４２…ポイント２、４３…沈胴領域、４４…WIDE(ワイド)端、４５…TELE(テレ)端

Claims (2)

1. 光学系を介して被写体の画像を撮像して画像情報を記録媒体に記録する際に、沈胴式ズームレンズ駆動系の制御を行う撮像装置において、
   上記沈胴式ズームレンズ駆動系の制御対象を駆動するズームモータと、
   該ズームモータのドライバと、
   上記制御対象の基準位置を、２つのリセットセンサによるワイド端とテレ端の間における各々複数のエッジを用いて検出する基準位置検出手段と、
   現在の上記基準位置検出手段の２つのリセットセンサ出力の組み合わせと、過去の２つのリセットセンサ出力履歴と、上記制御対象の駆動方向から、上記制御対象の現在位置を判定する位置判定手段と、
   上記位置判定手段により判定された上記制御対象の現在位置に応じて、上記基準位置のうちの任意のエッジのある方向へ上記制御対象を駆動するように、上記ドライバを介して上記ズームモータを駆動制御する制御手段とを備え、
   上記ワイド端と上記テレ端の間における上記各々複数のエッジは、脱調補正用エッジであり、
   上記脱調補正用エッジに基づいて、上記位置判定手段により判定された上記制御対象の現在位置を補正する位置補正手段をさらに備えた
   ことを特徴とする撮像装置。
2. 光学系を介して被写体の画像を撮像して画像情報を記録媒体に記録する際に、沈胴式ズームレンズ駆動系の制御対象を駆動するズームモータと、該ズームモータのドライバを用いて、上記沈胴式ズームレンズ駆動系の制御を行う撮像装置のズームレンズ制御方法において、
   上記制御対象の基準位置を、２つのリセットセンサによるワイド端とテレ端の間における各々複数のエッジを用いて検出する基準位置検出ステップと、
   現在の上記基準位置検出ステップの２つのリセットセンサ出力の組み合わせと、過去の２つのリセットセンサ出力履歴と、上記制御対象の駆動方向から、上記制御対象の現在位置を判定する位置判定ステップと、
   上記位置判定ステップで判定された上記制御対象の現在位置に応じて、上記基準位置のうちの任意のエッジのある方向へ上記制御対象を駆動するように、上記ドライバを介して上記ズームモータを駆動制御する制御ステップとを備え、
   上記ワイド端と上記テレ端の間における上記各々複数のエッジは、脱調補正用エッジであり、
   上記脱調補正用エッジに基づいて、上記位置判定ステップで判定された上記制御対象の現在位置を補正する位置補正ステップをさらに備えた
   ことを特徴とする撮像装置のズームレンズ制御方法。

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