JP4881828B2 - POSITIONING DEVICE, POSITIONING METHOD, AND OPTICAL DEVICE - Google Patents
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Description
本発明は、ステッピングモータを用いて位置決め対象物の位置を制御する位置決め装置、およびこれをレンズの位置決めに用いた撮像装置や交換レンズ装置等の光学機器に関するものである。 The present invention relates to a positioning device that controls the position of a positioning object using a stepping motor, and an optical apparatus such as an imaging device or an interchangeable lens device that uses the positioning device for positioning a lens.
光学機器では、変倍レンズやフォーカスレンズ等のレンズの駆動を高い位置精度で制御するために、駆動源としてステッピングモータ等のアクチュエータを用いている。これは、モータに接続された回転する送りネジとそれにかみ合うラックによって構成された移動機構によってレンズを光軸方向に駆動する機構が多く用いられている。 In an optical apparatus, an actuator such as a stepping motor is used as a drive source in order to control driving of a lens such as a variable power lens or a focus lens with high positional accuracy. For this, a mechanism for driving the lens in the optical axis direction by a moving mechanism constituted by a rotating feed screw connected to a motor and a rack meshing with the screw is often used.
従来、この種の移動機構は図6に示すように構成されている。図6において、1はステッピングモーター等のアクチュエーター、2はアクチュエーター1によって回転駆動される送りネジである。また、3は送りネジ2と噛み合い前記送りネジの回転によってA・B方向に直進運動するラック、5は支持台である。ラック5は、両端部の垂直支持壁5a,5b間に送りネジ2が軸受け部材6を介して、回転自在に支持されている。また、一方の垂直支持壁5bにアクチュエーター1がねじ7で取り付けられている。
Conventionally, this type of moving mechanism is configured as shown in FIG. In FIG. 6, 1 is an actuator such as a stepping motor, and 2 is a feed screw that is rotationally driven by the
上記ラック3は図6のZ方向から見た図7に示すように、送りネジ2に接する送り歯3a、不図示のバネ部材によるバネ圧によって送り歯3aを送りネジ2押し付ける押し付け部3bを備えている。さらに常時は前記送りネジに接しておらず、ラック移動方向の衝撃が加わったとき、送り歯3がネジ山を乗り越えないように設けた対向歯3cを備えている。
The rack 3 includes a feed dog 3a that contacts the feed screw 2 and a
しかしながら、このようなラック構造では、ラックの弾性変形強度を大きく超えるような強い衝撃が加わった場合、送り歯3がネジ山を乗り越えるような力が加わることでラック3の送り歯3aと対向歯3cの間隔が弾性変形して広がる可能性がある。、その場合、図8に示すように、送りネジ2のネジ山頂点と対向歯3aの頂点とが接するところまでラック3の送り歯3aと対向歯3cの間隔が広がる。そして、この状態でラック3の対向歯3cが送りネジ2のネジ山と引っ掛かってしまうと、アクチュエータ1を駆動してもラックが送りネジ2に対して相対的に移動しにくくなる「喰いつき」現象が生じるという問題があった。
However, in such a rack structure, when a strong impact that greatly exceeds the elastic deformation strength of the rack is applied, a force that causes the feed dog 3 to get over the thread is applied, so that the feed dog 3a of the rack 3 and the counter tooth There is a possibility that the space 3c is elastically deformed and spreads. In this case, as shown in FIG. 8, the distance between the feed teeth 3 a and the opposing teeth 3 c of the rack 3 is widened to the point where the screw thread apex of the feed screw 2 and the apex of the opposing teeth 3 a are in contact with each other. In this state, if the opposing tooth 3c of the rack 3 is caught by the thread of the feed screw 2, the rack is less likely to move relative to the feed screw 2 even if the
このような喰いつきが発生してしまうと、光学機器の変倍レンズやフォーカスレンズ等を駆動することができなくなる。そして、光学機器に必要な変倍動作や合焦動作が行えず光学機器が作動不能となってしまう。 If such biting occurs, it becomes impossible to drive a variable power lens, a focus lens, or the like of the optical device. Then, the zooming and focusing operations necessary for the optical device cannot be performed, and the optical device becomes inoperable.
このようなラックの喰いつきの問題に対する従来技術として以下のようなものがある。送りネジの少なくとも一端部にネジの無い領域を設ける。それとともに、対向歯を送り歯に対して移動方向にオフセットした位置に設ける。それにより、ラックの可動範囲端で対向歯が前記ネジの無い領域にくるように構成したものが提案されている(例えば、特許文献1(第4頁 図1から図3)参照)。 The following is a conventional technique for such a problem of rack biting. A screw-free region is provided at least at one end of the feed screw. At the same time, the opposing tooth is provided at a position offset in the moving direction with respect to the feed dog. As a result, there has been proposed a structure in which the opposing teeth come to the region without the screw at the end of the movable range of the rack (see, for example, Patent Document 1 (page 4 FIGS. 1 to 3)).
この従来例では、ラック3が可動範囲の端に当たって喰いつきが発生するような場合において、送りネジの端部にネジ2の無い領域を設けて対向歯と当たらないようにすることで、喰いつきを発生しにくい構造としている。
しかしながら、上記従来例では、喰いつきが発生しにくい効果が得られるのは、ネジのない領域である送りネジの端部のみに限られる。一方、前記のように光学機器に必要な変倍動作や合焦動作を行う際には、通常はラックが移動範囲内の中間領域にあり、このようなラック位置において外部からの衝撃を受けた場合の喰いつき発生に対しては効果が得られないという欠点があった。 However, in the above-described conventional example, the effect that biting is difficult to occur is obtained only at the end portion of the feed screw, which is a region without a screw. On the other hand, when performing the zooming operation and focusing operation necessary for the optical equipment as described above, the rack is usually in an intermediate region within the moving range, and the rack is subjected to an impact from the outside. There was a drawback that the effect was not obtained for the occurrence of biting.
以上に述べたように、従来技術においてはラックが限られた位置(送りねじの端部)にある場合にラックの喰いつきが発生しにくい効果を得ることができるものの、それ以外の場合には光学機器が作動不能となるのを防ぐには不十分であるという課題があった。 As described above, in the prior art, when the rack is in a limited position (the end of the feed screw), it is possible to obtain an effect that the rack biting hardly occurs, but in other cases There was a problem that it was insufficient to prevent the optical device from becoming inoperable.
本発明の目的は、送りねじに対するラックの位置に関わらず、外部からの衝撃等によるラックの喰いつきが発生した場合においても適切に基準位置を検出することである。 An object of the present invention is to appropriately detect a reference position even when a rack bite due to an external impact or the like occurs regardless of the position of the rack with respect to the feed screw.
本願技術思想の一つの側面は、位置決め装置は、位置決め対象物と、回転する送りネジとそれにかみ合うラックを有する移動機構により位置決め対象物を移動させる移動手段と、ステッピングモータによって前記送りねじを回転させる駆動手段と、前記位置決め対象物の基準位置を検出する基準位置検出手段と、前記駆動手段を制御する制御手段と、前記基準位置検出手段によって基準位置を検出する際に前記送りねじとラックが喰いついて移動が行えない状態であることを判別する喰いつき判別手段を備え、前記喰いつき判別手段により送りネジとラックが喰いついていると判別された場合に前記制御手段は前記駆動手段の駆動トルクを喰いついていると判別されない場合よりも増大させ電圧レベルが変わらなくクリップ状態に到達するように制御するとともに、当該駆動トルクをクリップ状態に到達するまで増大させた後に前記基準位置が検出された場合には当該駆動トルクを減少させて再度基準位置の検出を行う。 One aspect of the present technical idea is that the positioning device rotates the feed screw by a positioning object, a moving means that moves the positioning object by a moving mechanism having a rotating feed screw and a rack that meshes with the positioning object, and a stepping motor. A driving means; a reference position detecting means for detecting a reference position of the positioning object; a control means for controlling the driving means; and the feed screw and the rack bite when the reference position is detected by the reference position detecting means. And a biting discrimination means for discriminating that the movement cannot be performed. When the biting judgment means determines that the feed screw and the rack are biting, the control means calculates the driving torque of the driving means. it reaches to the clip state does not change when the voltage level is increased than when it is not determined that with eating Controls, the detection of the cause again standards position reducing the drive torque when the reference position after having increased to reach the driving torque to the clip state is detected performed.
また、別の側面では、位置決め対象物と、回転する送りネジとそれにかみ合うラックを有する移動機構により位置決め対象物を移動させる移動手段と、ステッピングモータによって前記送りねじを回転させる駆動手段と、前記位置決め対象物の基準位置を検出する基準位置検出手段と、前記駆動手段を制御する制御手段と、前記基準位置検出手段によって基準位置を検出する際に前記送りねじとラックが喰いついて移動が行えない状態であることを判別する喰いつき判別手段を備えた位置決め装置を用いた位置決め方法であって、前記喰いつき判別手段により送りネジとラックが喰いついていると判別された場合に前記制御手段は前記駆動手段の駆動トルクを喰いついていると判別されない場合よりも増大させ電圧レベルが変わらなくクリップ状態に到達するように制御するとともに、当該駆動トルクをクリップ状態に到達するまで増大させた後に前記基準位置が検出された場合には当該駆動トルクを減少させて再度基準位置の検出を行う。 In another aspect, the positioning object, moving means for moving the positioning object by a moving mechanism having a rotating feed screw and a rack meshing therewith, driving means for rotating the feed screw by a stepping motor, and the positioning A reference position detecting means for detecting a reference position of an object, a control means for controlling the driving means, and a state in which the feed screw and the rack are bitten and cannot move when the reference position is detected by the reference position detecting means A positioning method using a positioning device provided with a biting discrimination means for discriminating whether the feed screw and the rack are biting by the biting judgment means, the control means is the drive clip does not change the voltage level is increased than when it is not determined that with eating the driving torque means It controls to so that to reach a state, the detection of the cause again standards position reducing the drive torque when the reference position after having increased to reach the driving torque to the clip state is detected.
本願技術思想によれば、送りねじに対するラックの位置に関わらず、外部からの衝撃等によるラックの喰いつきが発生した場合においても適切に基準位置を検出することができる。 According to the present technical idea, it is possible to appropriately detect the reference position even when the rack bites due to an external impact or the like, regardless of the position of the rack with respect to the feed screw.
本願技術思想を実施するための形態例は、以下の実施例1および2に記載したものとして現される。 Examples for carrying out the technical idea of the present application are shown as those described in Examples 1 and 2 below.
図1は本願技術思想を、光学機器、特にビデオカメラのような撮像装置に適用した場合の実施例1の構成を示す図である。 FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a first embodiment in a case where the technical idea of the present application is applied to an optical apparatus, particularly an imaging apparatus such as a video camera.
この撮像装置は、被写体側(図の左側)から、フィールドレンズ101と、変倍レンズとしてのバリエータレンズ102と、光量を調節する絞りユニット114と、アフォーカルレンズ103と、フォーカスレンズ104とを含む撮影光学系を有する。116は、該撮影光学系により形成された被写体像を光電変換するCCDセンサ、CMOSセンサ等の撮像素子である。
This imaging apparatus includes a field lens 101, a variator lens 102 as a variable power lens, an aperture unit 114 for adjusting the amount of light, an
バリエータレンズ102とフォーカスレンズ104はそれぞれ、レンズ保持枠105,106により保持されている。これらレンズ保持枠105,106は、不図示のガイド軸によって光軸方向にガイドされている。
The variator lens 102 and the
また、レンズ保持枠105,106にはそれぞれ、ラック105a,106aが取り付けられている。ラック105a,106aは、ステッピングモータ107,108の出力軸であるスクリュー軸(ネジ軸)107a,108aのスクリュー部(ネジ部)に噛み合っている。各ステッピングモータが駆動され、スクリュー軸が回転することにより、該スクリュー軸とラックとの噛み合い作用によって、レンズ保持枠が光軸方向(図中の矢印方向)に駆動される。
In addition, racks 105a and 106a are attached to the
このようにステッピングモータ107,108によりバリエータレンズ102およびフォーカスレンズ104をそれぞれの目標位置に駆動する場合、まず撮像装置の起動時にレンズを位置制御上の基準となる位置(基準位置)にセットする。この基準位置から目標位置まで移動させるために必要なパルス数の駆動信号をステッピングモータに入力する。このため、撮像装置には、バリエータレンズ102およびフォーカスレンズ104がそれぞれ基準位置に位置しているか否かを検出するための基準位置センサが設けられている。該基準位置センサは、本実施例で、発光素子と受光素子とが一体となったフォトインターラプタ109,110により構成されている。なお、このときの基準位置検出処理については後で詳しく説明する。
When the variator lens 102 and the
バリエータレンズ102やフォーカスレンズ104が基準位置に位置したか否かの検知は次のように行われる。フォトインターラプタ109,110の発光素子と受光素子との間に、レンズ保持枠105,106に設けられた遮光部105b,106bが入り込む。そうすると、発光素子から受光素子に向かう光を遮断されることで、基準位置センサからの出力がHighからLowに切り変わる。これにより、バリエータレンズ102およびフォーカスレンズ104が基準位置に位置したことが検知される。
Whether or not the variator lens 102 and the
なお、遮光部材105bは、バリエータレンズ102の望遠側か広角側かのゾーン検出を可能とする形状となっている。たとえば、望遠側のゾーンに遮光部材105bを設けるなどである。また、遮光部材106bはフォーカスレンズ104の遠距離物体に対してフォーカスする位置か至近物体に対してフォーカスする位置かのゾーン検出を可能とする形状となっている。たとえば、遠距離物体に対してフォーカスするゾーンに遮光部材106bを設けるなどである。
The light shielding member 105b has a shape that enables zone detection on the telephoto side or the wide angle side of the variator lens 102. For example, a light shielding member 105b is provided in the telephoto zone. The light shielding member 106b has a shape that enables zone detection to determine whether the
制御手段としてのマイクロプロセッサ111は、不図示の電源スイッチ、録画スイッチ、ズームスイッチ等のスイッチからの入力に応じて、本撮像装置の動作全体の制御を司る。マイクロプロセッサ111内に設けられた内部メモリ112には、バリエータレンズ102の基準位置に対する望遠側と広角側の位置が、ステッピングモータ107の回転量に対応したステップ数として記憶されている。また、フォーカスレンズ104の基準位置に対しても、物体距離とバリエータレンズ102の位置とで決定される位置データがステッピングモータ108の回転量に対応したステップ数として記憶されている。
A microprocessor 111 serving as a control unit controls the overall operation of the imaging apparatus in accordance with inputs from switches such as a power switch, a recording switch, and a zoom switch (not shown). In the
ステッピングモータ107,108はそれぞれ、ステッピングモータ駆動回路119,120に入力されるマイクロプロセッサ111からの正逆信号に応じて駆動される。つまり、撮像光学系の変倍動作およびこれに伴う合焦動作は、ビデオカメラなどで一般的に用いられているカムデータを利用した電子カム方式によりステッピングモータ107,108を制御することによって行われる。なお、本実施例で用いられるステッピングモータの駆動方式には特に限定がなく、1−2相駆動方式や2−2相駆動方式でもよい。
The stepping motors 107 and 108 are driven in accordance with forward and reverse signals from the microprocessor 111 input to the stepping
絞りユニット114は、所謂ガルバノ方式のアクチュエータ113と、このアクチュエータ113により開閉駆動される絞り羽根114a,114bと、絞り開閉状態を検出する位置検出素子(ホール素子)115とを有する。 The diaphragm unit 114 includes a so-called galvano-type actuator 113, diaphragm blades 114a and 114b that are driven to open and close by the actuator 113, and a position detection element (Hall element) 115 that detects the aperture opening / closing state.
上述したようにバリエータレンズ102やフォーカスレンズ104が基準位置に基づいて制御され、その他絞りユニット114等の光学素子を通過した被写体光は、撮像素子116に到達する。CCDやCMOSなどの被写体光を電気信号に変換する撮像素子116からの電気信号は、A/D変換回路117によってアナログ信号からデジタル信号に変換され、信号処理回路118に入力される。信号処理回路118は、入力された電気信号から映像信号を記録部150に送る。マイクロプロセッサ111は、入力された輝度信号成分が常に適正値になるようにアクチュエータ113をフィードバック制御する。この際、マイクロプロセッサ111には、位置検出素子115からの出力が増幅され、さらにA/D変換回路123によりアナログ信号からデジタル信号に変換されて絞りの開閉位置を示す情報として入力される。マイクロプロセッサ111は、この絞り位置情報に基づいて、輝度信号成分が常に適正値になるように駆動回路121に開閉信号を送り、アクチュエータ113を制御する。マイクロプロセッサ111からは、絞り位置を所定の開閉位置に位置決めするための開閉信号を駆動回路121に送ることもできる。
As described above, the variator lens 102 and the
以下で、基準位置センサにより基準位置を検出する際に喰いつきが発生しているかを判別し、喰いつきが発生している場合にはステッピングモータの駆動トルクを増大させる処理について述べる。なお、以下では位置決め対象物としてバリエータレンズを対象として説明するが、フォーカスレンズについても同様に適用できる。 Hereinafter, a process for determining whether or not the biting has occurred when the reference position is detected by the reference position sensor, and when the biting has occurred, a process for increasing the driving torque of the stepping motor will be described. In the following description, a variator lens will be described as a positioning object, but the same can be applied to a focus lens.
図2に、バリエータレンズ102の位置に対する、基準位置センサであるフォトインターラプタ109のセンサ出力を示す。バリエータレンズ102の移動可能範囲は広角側および望遠側のストッパー位置によって規定される。そしてフォトインターラプタ109および遮光部105bは次のように設けられている。すなわち、バリエータレンズ102が図3に示す基準位置から広角側ストッパー位置までの区間L1にある場合には、フォトインターラプタ109のセンサ出力がマイクロプロセッサ111においてHighレベルと判定される信号出力となる。またバリエータレンズ102が基準位置から望遠側ストッパー位置までの区間L2にある場合ではセンサ出力がLowレベルと判定される信号出力となる。これにより、マイクロプロセッサ111にてフォトインターラプタ109のセンサ出力がHighレベルかLowレベルかを検出することにより、バリエータレンズ102が基準位置より広角側にあるか、望遠側にあるかが判別できるようになっている。
FIG. 2 shows the sensor output of the
以下で、基準位置の検出処理、喰いつき判別の処理および駆動トルクを増大させる処理について、図3のフローチャートを用いて説明する。これらの処理は、明示しない限りマイクロプロセッサ111により制御される処理である。 Hereinafter, the reference position detection process, the biting determination process, and the process for increasing the drive torque will be described with reference to the flowchart of FIG. These processes are controlled by the microprocessor 111 unless otherwise specified.
まず、基準位置センサにより基準位置を検出する処理について以下で説明する。撮像装置が起動されると、基準位置の検出処理を開始する。基準位置の検出処理は再生モードなどの撮像モード以外のモードから撮像モードへの移行に伴っても開始される。STEP301で、バリエータレンズ102を駆動するためのステッピングモータ107の駆動速度をV1に設定する。この速度V1は、基準位置検出を短時間で行うために、撮像の際よりも速い速度である。次にSTEP302で、ステッピングモータ107の駆動電圧を設定するパラメータである、パワーレートをP1に設定する。ここでパワーレートについて図5(a)で説明する。レンズ制御に用いるステッピングモータは、停止位置の分解能を細かくするためにいわゆるマイクロステップ駆動を用いる。この場合、図5(a)に示すように、2相駆動のステッピングモータのコイルに印加する電圧(A相、B相)が、位相が90°ずれた2相の正弦波となるように、マイクロプロセッサ111からの制御指令に基づいてステッピングモータ駆動回路119にて制御する。ここでパワーレートとは、ステッピングモータ駆動回路119で発生できる正負の最大電圧に対する、マイクロステップ駆動の正弦波電圧の振幅の比率である。図5(a)では両者は一致しているので、パワーレートは100%となる。パワーレートを大きくするほどステッピングモータのコイル電流が増大するため高いトルクを発生できる。ただ、マイクロステップ駆動では、駆動回路の最大電圧で駆動波形がクリップされないように100%以下のパワーレートで駆動するため、STEP302で設定するパワーレートP1は100%以下に設定する。これは、位置決め精度を出すためである。
First, the process of detecting the reference position by the reference position sensor will be described below. When the imaging apparatus is activated, the reference position detection process is started. The reference position detection process is also started when the mode is changed from a mode other than the imaging mode such as the reproduction mode to the imaging mode. In
次にSTEP303にて、基準位置センサであるフォトインターラプタ109のセンサ出力がHighレベルかLowレベルかを判定する。Highレベルと判定されれば、図2で示したようにバリエータレンズ102は基準位置より広角側にあるので、STEP304に進みバリエータレンズを望遠側に駆動する。そしてSTEP305で基準位置センサがLowに変化したかどうかを判別し、Lowとなったら基準位置を検出できたとしてSTEP311に進む。そして、バリエータレンズの駆動を停止して基準位置検出処理を終了する。
Next, in
一方、STEP303でフォトインターラプタ109のセンサ出力がLowレベルと判定された場合は、バリエータレンズ102は基準位置より望遠側にあるので、STEP312に進みバリエータレンズを広角側に駆動する。そしてSTEP313で基準位置センサがHighに変化したかどうかを判別し、Highとなったら基準位置を検出できたとしてSTEP311に進む。そして、バリエータレンズの駆動を停止して基準位置検出処理を終了する。以上が、喰いつきが発生していない場合の通常の基準位置検出処理となる。
On the other hand, if it is determined in
次に、基準位置検出処理において喰いつきが発生しているかを判別する処理について説明する。STEP304、STEP305にてバリエータレンズを望遠側に駆動中に、基準位置センサがLowに変化していないと判定された場合には次のようになる。すなわち、STEP306にて、基準位置検出処理を開始して以降のバリエータレンズの移動距離が、図2に示す基準位置から広角側ストッパー位置までの区間の長さL1より長いかどうかを判別する。ここでバリエータレンズの移動距離は、基準位置検出処理を開始して以降にステッピングモータ駆動回路119が発生したパルス数を積算することで求めることができる。すなわち、実際のバリエータレンズの移動距離ではなくステッピングモータ駆動回路119が発生したパルス数に基づく移動距離である。ステッピングモータ駆動回路119が発生したパルス数に基づく移動距離は、喰いつきが発生していなければ実際のバリエータレンズの移動距離に相当する。
Next, a process for determining whether biting has occurred in the reference position detection process will be described. When it is determined in
図2から分かるように、基準位置検出処理を開始したときのバリエータレンズの初期位置が基準位置から広角側ストッパー位置までの間のどの位置にあっても、基準位置を検出するまでのバリエータレンズの望遠側への移動距離はL1以下となるはずである。しかしながら、喰いつきが発生して、ステッピングモータ駆動回路119がステッピングモータに駆動パルスを印加してもバリエータレンズが動けなくなっている状態では、基準位置を検出できない。これは、パルス数を積算して求めたバリエータレンズの移動距離がL1以上となっても基準位置を検出できないことに相当する。したがってSTEP306にて移動距離がL1以上であるかどうかを判定することで、喰いつきが発生しているかどうかを判別することができる。なお移動距離がL1以下の場合はSTEP304に戻り、望遠側への駆動を継続する。
As can be seen from FIG. 2, regardless of the initial position of the variator lens from the reference position to the wide-angle stopper position when the reference position detection process is started, the variator lens until the reference position is detected is detected. The moving distance to the telephoto side should be less than L1. However, when the biting occurs and the variator lens cannot move even when the stepping
次に、STEP306にて喰いつきが発生していると判別された場合に、ステッピングモータ107の駆動トルクを増大させてラックの対向歯と送りネジのネジ山との引っ掛かりを外す処理について説明する。STEP306にて喰いつきが発生していると判別された場合は、STEP307に進み、ステッピングモータ107の駆動速度をV2に設定する。ここで駆動速度V2は、STEP301で設定した駆動速度V1よりも遅い速度を設定する。駆動速度をV2に変更することでステッピングモータ107の駆動トルクを増大させ、ラックの対向歯と送りネジのネジ山との引っ掛かりを外しやすくすることができる。ステッピングモータは駆動速度が遅い方が大きなトルクを発生できる特性をもっているからである。
Next, when it is determined in
さらにSTEP308では、パワーレートをP2に設定する。ここでパワーレートP2は、STEP302で設定したパワーレートP1よりも大きい値とする。パワーレートを100%より大きい値に設定した場合、図5(b)に示すように、ステッピングモータ107の駆動波形は駆動回路の最大電圧でクリップされ、方形波に近い波形となる。この場合はマイクロステップ駆動を行うことはできないものの、ステッピングモータ107に印加される平均的な電圧、および電流が増大することから、駆動トルクを増大させ、ラックの対向歯と送りネジのネジ山との引っ掛かりをより外しやすくすることができる。
In
以上のようにして、ステッピングモータ107の駆動トルクを増大させるように駆動条件を設定した上で、STEP309にてバリエータレンズをさらに望遠側に駆動する。そしてSTEP310で、基準位置センサがLowに変化したかどうかを判別し、変化していない場合はSTEP309に戻りバリエータレンズの駆動を継続する。一方基準位置センサがLowに変化したと判別された場合は、駆動トルクを増大させたことでラックの対向歯と送りネジのネジ山との引っ掛かりが外れ、ラックが正常動作するように復帰できたとみなすことができる。ただし、パワーレートを100%より大きい値に設定したためにマイクロステップ駆動を行っていない。そのため、基準位置検出の位置分解能が低くなっていることから、STEP301に戻り基準位置検出処理を再開する。なお、STEP306およびSTEP314で基準位置検出処理を開始して以降のバリエータレンズの移動距離を求めるのに用いる、ステッピングモータ駆動回路119が発生したパルス数の積算データを初期化しておく。
As described above, after setting the driving condition so as to increase the driving torque of the stepping motor 107, the variator lens is further driven to the telephoto side in STEP309. In
ここで、パワーレートを100%より大きい値に設定し駆動トルクを増大させた後、再度基準位置の検出処理を行う理由について述べる。マイクロステップ駆動では、図5aのように2相の正弦波を使って駆動する。100%以下ならばA相、B相は連続的に変化しているため、連続的に任意の位置で停止させることができる。図の横軸は時間としているが、ズーム位置として見た場合、各ズーム位置に対してA相、B相の電圧レベルは一意に決まっていることからも分かる。しかし100%以上となった場合、図5bのようにA相、B相がクリップされ、不連続となる。特にA相、B相ともにクリップされている区間では、ズーム位置に対してA相、B相の電圧レベルが変わらないことから、この区間内ではズーム位置を制御できない。この結果、位置決め精度が悪くなってしまうので、駆動トルクを減少させて位置決め精度を高くする必要がある。このため、喰いつきからの復帰という緊急事態に限って100%以上のパワーレートとし、かつ喰いつきからの復帰後は100%以下に戻す。このように駆動トルクを減少させて再度基準位置の検出処理を再開させるという制御としている。 Here, the reason for performing the reference position detection process again after setting the power rate to a value larger than 100% and increasing the drive torque will be described. In microstep driving, driving is performed using a two-phase sine wave as shown in FIG. 5a. If it is 100% or less, the A-phase and the B-phase are continuously changing, and therefore can be continuously stopped at an arbitrary position. Although the horizontal axis in the figure represents time, it can also be understood from the fact that when viewed as zoom positions, the voltage levels of the A phase and B phase are uniquely determined for each zoom position. However, when it becomes 100% or more, the A phase and the B phase are clipped as shown in FIG. In particular, in the section where both the A phase and the B phase are clipped, the voltage levels of the A phase and the B phase do not change with respect to the zoom position, so the zoom position cannot be controlled in this section. As a result, the positioning accuracy deteriorates, so it is necessary to increase the positioning accuracy by reducing the driving torque. For this reason, the power rate is set to 100% or more only in an emergency situation of returning from biting, and is returned to 100% or less after returning from biting. In this way, the control is performed such that the drive torque is reduced and the reference position detection process is restarted again.
STEP314からSTEP318は、STEP303にてフォトインターラプタ109のセンサ出力がLowレベルと判定された場合の、喰いつき判別処理および駆動トルクを増大させる処理である。STEP313にてバリエータレンズを広角側に駆動中に、基準位置センサがHighに変化していないと判定された場合にSTEP314に以降する。STEP314にて、基準位置検出処理を開始して以降のバリエータレンズの移動距離が、図2に示す基準位置から望遠側ストッパー位置までの区間の長さL2より大きいかどうかを判別する。前記したSTEP306に関する説明と同様に、移動距離がL2以上であるかどうかを判定することで、喰いつきが発生しているかどうかを判別することができる。STEP314にて喰いつきが発生していると判別された場合は、STEP315、STEP316にて、ステッピングモータ107の駆動速度をV2、パワーレートをP2に設定し、ステッピングモータ107の駆動トルクを増大させる。そしてSTEP317にてバリエータレンズをさらに広角側に駆動し、STEP317で、基準位置センサがHighに変化したかどうかを判別する。Highに変化していない場合はSTEP317に戻りバリエータレンズの駆動を継続する。Highに変化していた場合はSTEP310と同様にステッピングモータ駆動回路119が発生したパルス数の積算データを初期化してSTEP301に戻り、再度基準位置の検出処理を行う。上述のようにパワーレートを100%より大きい値にすると基準位置を検出できたとしても誤差がある可能性が高いからである。
STEP 314 to STEP 318 are biting determination processing and processing for increasing the driving torque when the sensor output of the
以上に説明した処理を、ステッピングモータ107の駆動制御を行うマイクロプロセッサ111で実行することにより、ステッピングモータ基準位置センサにより基準位置を検出する際に喰いつきが発生しているかを判別する。そして、喰いつきが発生している場合にはステッピングモータの駆動トルクを増大させることができる。その結果、外部からの衝撃等によるラックの喰いつきが発生した場合にも、ラックを強制的に動かしてラックの対向歯と送りネジのネジ山との引っ掛かりを外すことができる。そのため、ラックの喰いつきによって光学機器が作動不能となってしまう現象を発生しにくくすることができる。 The processing described above is executed by the microprocessor 111 that controls the driving of the stepping motor 107, thereby determining whether or not the biting has occurred when the reference position is detected by the stepping motor reference position sensor. And when the biting has occurred, the driving torque of the stepping motor can be increased. As a result, even when the rack bites due to an impact from the outside or the like, the rack can be forcibly moved to remove the hook between the opposing teeth of the rack and the thread of the feed screw. Therefore, the phenomenon that the optical device becomes inoperable due to the biting of the rack can be made difficult to occur.
次に本願技術思想に係わる位置決め装置を、実施例1と同様に撮像装置に適用した場合の実施例2について説明する。実施例2に係わる撮像装置の構成は実施例1と同じであるので、説明は省略する。 Next, a description will be given of a second embodiment in which the positioning device according to the present technical idea is applied to an imaging apparatus in the same manner as the first embodiment. Since the configuration of the imaging apparatus according to the second embodiment is the same as that of the first embodiment, the description thereof is omitted.
以下で、実施例2における喰いつき判別処理および駆動トルクを増大させる処理について、図4のフローチャートを用いて説明する。このフローチャートに示される制御処理は、特に記載しない限り、マイクロプロセッサー111の指示に基づき制御される。 Hereinafter, the biting determination process and the process of increasing the driving torque in the second embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. The control processing shown in this flowchart is controlled based on instructions from the microprocessor 111 unless otherwise specified.
基準位置センサにより基準位置を検出する処理については前記した実施例1と同じである。この処理に関わるSTEP401からSTEP405、STEP413、およびSTEP414からSTEP415は説明は省略する。それぞれ図3におけるSTEP301からSTEP305、STEP311、およびSTEP312からSTEP313と同じ処理だからである。
The processing for detecting the reference position by the reference position sensor is the same as in the first embodiment. Description of
実施例1においては、STEP306にて、基準位置検出処理を開始して以降のバリエータレンズ102の移動距離が、図2に示す基準位置から広角側ストッパー位置までの区間の長さL1より大きいかどうかを判別した。これにより、喰いつきが発生しているかを判別していた。一方、実施例2においては、STEP406にて、基準位置検出処理を開始して以降のバリエータレンズの移動時間が、しきい値T1より大きいかどうかを判別する。これにより、喰いつきが発生しているかを判別する。
In Example 1, in
この点、バリエータレンズの移動距離は、STEP401で設定した駆動速度V1と移動時間によって定まる。このことから、T1≧(L1/V1)とすれば、実施例1のSTEP306でバリエータレンズの移動距離がL1より大きいかどうかで喰いつきが発生しているかを判別することと等価となる。
In this respect, the moving distance of the variator lens is determined by the driving speed V1 set in
なお、ここでバリエータレンズの移動時間については、マイクロプロセッサ111のタイマ機能等にて基準位置検出処理を開始して以降の時間を計測してもよい。また、撮像装置の制御処理は映像信号の垂直同期信号と同期した周期で実行されるので、基準位置検出処理を開始して以降の制御処理のループ回数をカウントすることで求めてもよい。 Here, as for the movement time of the variator lens, the time after the start of the reference position detection process by the timer function of the microprocessor 111 or the like may be measured. Further, since the control process of the imaging device is executed in a cycle synchronized with the vertical synchronization signal of the video signal, it may be obtained by counting the number of loops of the control process after the start of the reference position detection process.
STEP406で移動時間がT1以下の場合はSTEP404に戻り、望遠側への駆動を継続する。一方、移動時間がT1より大きい場合は喰いつきが発生していると判別し、STEP407、STEP408にて、実施例1のSTEP307、STEP308と同様に、ステッピングモータ107の駆動速度をV2、パワーレートをP2に設定する。それにより、ステッピングモータ107の駆動トルクを増大させる。そしてSTEP409にてバリエータレンズをさらに望遠側に駆動し、STEP410で、基準位置センサがLowに変化したかどうかを判別する。Lowに変化していた場合は駆動トルクを増大させたことでラックの対向歯と送りネジのネジ山との引っ掛かりが外れ、ラックが正常動作するように復帰できたとみなすことができる。したがって、STEP401に戻り基準位置検出処理を再開する。上述のようにパワーレートを100%より大きい値にすると基準位置を検出できたとしても誤差がある可能性が高いからである。
If the movement time is equal to or shorter than T1 in STEP 406, the process returns to STEP 404 and the driving to the telephoto side is continued. On the other hand, if the moving time is longer than T1, it is determined that biting has occurred, and in
なお、この後のSTEP406およびSTEP416で基準位置検出処理を開始して以降のバリエータレンズの移動時間を求めるのに用いる、タイマ値またはカウント値を初期化しておく。 In step 406 and step 416, the timer value or count value used to start the reference position detection process and obtain the subsequent movement time of the variator lens is initialized.
一方、STEP410で基準位置センサがLowに変化していない場合、STEP411において、バリエータレンズの移動時間がしきい値T3より大きいかどうかを判別する。これは、ラックの喰いつきの状態によってはステッピングモータ107の駆動トルクを増大させてもラックの対向歯と送りネジのネジ山との引っ掛かりが外れない場合があるからである。そのような状態でステッピングモータを高トルクで長時間駆動すると次のような不具合が発生してしまう。つまり、レンズの移動機構が無理な駆動により破壊したり、ステッピングモータに大きな電流を流しつづけることで発熱が生じ、撮像装置が破損したりする可能性が高くなる。また、ステッピングモータ107を一方向に駆動しつづけると、モータ駆動用の論理回路のパルスカウンタがオーバーフローして正常な駆動が行えなくなる場合もある。そこで上記のような破壊や発熱、パルスカウンタのオーバーフローが生じる恐れがない駆動時間をあらかじめ測定しておく。この測定結果に基づいてしきい値T3を設定しておく。そしてSTEP411にてバリエータレンズの移動時間がしきい値T3より大きいと判別した場合は、STEP412でステッピングモータ107の駆動を停止する。この場合は喰いつきから復帰できないため、基準位置検出処理のエラーと判定して処理を中止する。なおSTEP411にてバリエータレンズの移動時間がしきい値T3より小さいと判定された場合は、STEP409に戻り、望遠側への駆動を継続する。
On the other hand, if the reference position sensor has not changed to Low in STEP 410, it is determined in STEP 411 whether or not the movement time of the variator lens is greater than the threshold value T3. This is because, depending on the state of the rack biting, even if the driving torque of the stepping motor 107 is increased, the hook between the opposing teeth of the rack and the thread of the feed screw may not be released. When the stepping motor is driven at a high torque for a long time in such a state, the following problems occur. In other words, there is a high possibility that the lens moving mechanism is destroyed by excessive driving, or that a large current continues to flow through the stepping motor to generate heat and damage the imaging device. Further, if the stepping motor 107 is continuously driven in one direction, the pulse counter of the logic circuit for driving the motor may overflow and normal driving may not be performed. Therefore, the driving time in which there is no fear of the occurrence of destruction, heat generation, or pulse counter overflow as described above is measured in advance. A threshold value T3 is set based on the measurement result. If it is determined in STEP 411 that the moving time of the variator lens is larger than the threshold value T3, the driving of the stepping motor 107 is stopped in
ここで、図4のフローチャートで、望遠側と広角側の枝分かれにおいて、T1とT2は異なる一方、望遠側と広角側においてT3は同じである。これは、T3は移動機構の破壊、例えば、ねじ山の破壊、ラックの破損、或いはモータ駆動用の論理回路のパルスカウンタのオ−バーフロー等を防ぐため、設定してある時間だからである。また、T3は移動方向には関係ないので、共通に望遠側と広角側とで同じ値としている。したがって、T1とT2に対してT3は長い時間となっている。 Here, in the flowchart of FIG. 4, T1 and T2 are different in the branching on the telephoto side and the wide-angle side, while T3 is the same on the telephoto side and the wide-angle side. This is because T3 is a set time for preventing the destruction of the moving mechanism, for example, the destruction of the screw thread, the damage of the rack, or the overflow of the pulse counter of the logic circuit for driving the motor. Further, since T3 is not related to the moving direction, it has the same value on the telephoto side and the wide-angle side in common. Therefore, T3 is longer than T1 and T2.
STEP416からSTEP421は、STEP403にてフォトインターラプタ109のセンサ出力がLowレベルと判定された場合の、喰いつき判別処理および駆動トルクを増大させる処理である。STEP415にてバリエータレンズを広角側に駆動中に、基準位置センサからの出力がHighに変化していないと判定された場合STEP416に移行する。STEP416では、基準位置検出処理を開始して以降のバリエータレンズの移動時間が、しきい値T2より大きいかどうかを判別する。前記したSTEP406に関する説明と同様に、T2≧(L2/V1)とすれば、実施例1のSTEP314でバリエータレンズの移動距離がL2より大きいかどうかで喰いつきが発生しているかを判別することと等価となる。STEP416にて喰いつきが発生していると判別された場合は、STEP417、STEP418にて、ステッピングモータ107の駆動速度をV2、パワーレートをP2に設定する。これにより、ステッピングモータ107の駆動トルクを増大させる。そしてSTEP419にてバリエータレンズをさらに広角側に駆動し、STEP420で、基準位置センサからの出力がHighに変化したかどうかを判別する。Highに変化していた場合はSTEP410と同様にタイマ値またはカウント値を初期化してSTEP401に戻り、基準位置検出処理を再開する。上述のようにパワーレートを100%より大きい値にすると基準位置を検出できたとしても誤差がある可能性が高いからである。
STEP 416 to STEP 421 are processes for determining the bite and increasing the driving torque when the sensor output of the
一方、Highに変化していない場合はSTEP411と同様に、バリエータレンズの移動時間がしきい値T3より大きいかどうかを判別する。大きいと判別された場合はSTEP412でステッピングモータ107の駆動を停止し、基準位置検出処理のエラーと判定して処理を中止する。一方、移動時間がしきい値T3より小さいと判定された場合は、STEP419に戻り、広角側への駆動を継続する。
On the other hand, if it is not changed to High, it is determined whether the moving time of the variator lens is larger than the threshold value T3 as in STEP411. If it is determined that it is larger, the driving of the stepping motor 107 is stopped in
上記実施例2におけるSTEP411、412の処理は、実施例1における処理においても適用できる。すなわち、T3に制限してパワーレートP2で駆動するようにしてもよい。
The processing in
以上に説明した処理を、ステッピングモータ107の駆動制御を行うマイクロプロセッサ111で実行する。これにより、実施例1と同様に、ステッピングモータ基準位置センサにより基準位置を検出する際に喰いつきが発生しているかを判別するものである。そして、喰いつきが発生している場合にはステッピングモータの駆動トルクを増大させることができる。その結果、外部からの衝撃等によるラックの喰いつきが発生した場合にも、ラックを強制的に動かしてラックの対向歯と送りネジのネジ山との引っ掛かりを外すことができる。また、ラックの喰いつきによって光学機器が作動不能となってしまう現象を発生しにくくすることができる。さらに、所定のしきい値以上の時間にわたってステッピングモータを駆動しても喰いつきから復帰できない場合に、駆動を停止することにより、ステッピングモータを大きなトルクで長時間駆動することで撮像装置の破壊や過熱が生じることを防止することができる。 The processing described above is executed by the microprocessor 111 that controls the driving of the stepping motor 107. Thus, as in the first embodiment, it is determined whether or not biting has occurred when the reference position is detected by the stepping motor reference position sensor. And when the biting has occurred, the driving torque of the stepping motor can be increased. As a result, even when the rack is bitten by an external impact or the like, the rack can be forcibly moved to remove the hook between the opposing teeth of the rack and the thread of the feed screw. Further, it is possible to make it difficult for the phenomenon that the optical apparatus becomes inoperable due to the biting of the rack. Furthermore, if the stepping motor cannot be recovered from the bite even if the stepping motor is driven for a time longer than a predetermined threshold, the imaging device can be destroyed by driving the stepping motor with a large torque for a long time by stopping the driving It is possible to prevent overheating.
以上説明したように、外部からの衝撃等によるラックの喰いつきが発生した場合に、基準位置検出手段によって基準位置を検出する際に喰いつきが発生しているかを判別する。喰いつきが発生している場合にはステッピングモータの駆動トルクを増大させる。このことで、ラックを強制的に動かし、ラックの対向歯と送りネジのネジ山との引っ掛かりを外すことができる。なお、ステッピングモータの駆動トルク限界、および対向歯とネジ山の引っ掛かり状態によっては引っ掛かりが外れない場合もありうる。この点、軽微な喰いつきであれば上記のように引っ掛かりを外すことができる。これにより、ラックが正常動作するように復帰させることができる。したがって、送りねじに対するラックの位置に関わらず、ラックの喰いつきによって光学機器が作動不能となってしまう現象を発生しにくくすることができる。 As described above, when a rack bite due to an external impact or the like occurs, it is determined whether the bite has occurred when the reference position is detected by the reference position detection means. When biting occurs, the driving torque of the stepping motor is increased. Thus, the rack can be forcibly moved, and the hook between the opposing teeth of the rack and the thread of the feed screw can be removed. Note that the catch may not be released depending on the drive torque limit of the stepping motor and the catching state of the opposing teeth and the thread. In this respect, if it is a slight bite, it can be removed as described above. As a result, the rack can be restored to operate normally. Therefore, regardless of the position of the rack with respect to the feed screw, the phenomenon that the optical device becomes inoperable due to the biting of the rack can be made difficult to occur.
また、予め決められたしきい値以上の時間にわたってステッピングモータを駆動しても喰いつきから復帰できない場合に駆動を停止する。このことにより、ステッピングモータを大きなトルクで長時間駆動することで光学機器の破壊や過熱が生じることを防止することができる。 Further, when the stepping motor is driven for a time equal to or greater than a predetermined threshold value, the driving is stopped when it cannot be recovered from the biting. Accordingly, it is possible to prevent the optical device from being broken or overheated by driving the stepping motor with a large torque for a long time.
101 フィールドレンズ101
102 バリエータレンズ
114 絞りユニット
103 アフォーカルレンズ
104 フォーカスレンズ
116 撮像素子
105、106レンズ保持枠
105a、106a ラック106a
107、108ステッピングモータ
107a、108a スクリュー軸(ネジ軸)
101 Field lens 101
DESCRIPTION OF SYMBOLS 102 Variator lens 114
107, 108 Stepping motor 107a, 108a Screw shaft (screw shaft)
Claims (11)
前記喰いつき判別手段により送りネジとラックが喰いついていると判別された場合に前記制御手段は前記駆動手段の駆動トルクを喰いついていると判別されない場合よりも増大させ電圧レベルが変わらなくクリップ状態に到達するように制御するとともに、当該駆動トルクをクリップ状態に到達するまで増大させた後に前記基準位置が検出された場合には当該駆動トルクを減少させて再度基準位置の検出を行うことを特徴とする位置決め装置。 A positioning object, a moving means for moving the positioning object by a moving mechanism having a rotating feed screw and a rack meshing therewith, a driving means for rotating the feed screw by a stepping motor, and a reference position of the positioning object are detected. A reference position detecting means for controlling, a control means for controlling the driving means, and a bite for determining that the feed screw and the rack are in a state where they cannot move when the reference position is detected by the reference position detecting means. It is equipped with a date discrimination means,
When it is determined that the feed screw and the rack are biting by the biting determination means, the control means increases the driving torque of the driving means compared to the case where it is not determined that it is biting, and the voltage level does not change and the clip state is maintained. characterized by performing controls on so that to reach the detection of the cause again standards position reducing the drive torque when the reference position after having increased to reach the driving torque to the clip state is detected A positioning device.
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