JP6744770B2 - レンズ装置及びそれを有する撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、レンズ装置に関し、特に駆動手段により可動な光学部材を駆動させるレンズ装置及びそれを有する撮像装置に関するものである。

レンズ装置は、作動トルク、制御ゲインといった制御的な要因と、レンズ装置の姿勢差、環境温度といった環境要因により、光学部材を目標位置へ正確に駆動させることが困難な状況が発生する。そのため、従来、収束補正量を保存する装置や、特殊な駆動手段を用いて高精度に駆動制御する装置が提案されている。例えば、特許文献１では、電源起動時に光学部材を駆動させ、目標位置に収束するための位置偏差を検出し、それをもとに収束評価をするモーター制御装置が開示されている。また、特許文献２では、駆動手段を二つ備え、合焦位置近傍では微小駆動する形状変化型のアクチュエータで合焦位置に精度良く停止させるレンズ装置が開示されている。

特開２００４−１９２２００号公報 特開２００３−６６３１２号公報

しかし、特許文献１の装置では、目標位置と停止位置の収束評価に用いる位置偏差は、評価値を算出したときの姿勢差や温度条件のみに左右される。そのため、撮影条件の変化に対応できない。また、特許文献２の装置ではアクチュエータを二つ用意する必要があり、レンズ装置の駆動手段を制約する要因となってしまう。

本発明の目的は、例えば、光学部材を目標位置に高精度に駆動するのに有利なレンズ装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明のレンズ装置は、光学部材と、前記光学部材を駆動する駆動手段と、前記光学部材の位置を検出する検出手段と、前記光学部材の目標位置を設定し、前記目標位置と前記光学部材の位置との差に基づき前記駆動手段が前記光学部材の目標速度を導出し、前記光学部材を前記目標位置へ駆動するように前記駆動手段を制御する制御手段と、を有し、前記制御手段は、少なくとも前記光学部材を前記目標位置に停止させる場合に、前記光学部材の速度が前記目標速度より速い場合より前記光学部材の速度が前記目標速度より遅い場合の方が制御ゲインを小さくして前記駆動手段を制御する、ことを特徴とする。

本発明によれば、例えば、光学部材を目標位置に高精度に駆動するのに有利なレンズ装置を提供することができる。

本発明のレンズ装置のブロック図 実施例１における目標位置設定のフローチャート 実施例１における駆動周期１周期のフローチャート 実施例１における出力値算出制御のフローチャート 実施例１における補正量への制御ゲインをかけるフローチャート 目標速度が現在速度より速い場合の理想的な位置と駆動速度の関係 目標速度が現在速度より遅い場合の理想的な位置と駆動速度の関係 外乱がある場合の位置と駆動速度の関係 実施例２における駆動周期１周期のフローチャート 実施例２における第一の手段における出力値算出のフローチャート 実施例２における第二の手段における出力値算出のフローチャート 実施例３における第三の手段における出力値算出のフローチャート 実施例４における駆動周期１周期のフローチャート 実施例５における駆動周期１周期のフローチャート 実施例５における駆動判定のフローチャート

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。

以下、図１から図８を参照して、本発明の第一の実施例によるレンズ装置について説明する。
図１は、本発明の実施例を構成するブロック図であり、レンズ装置の光学部材の駆動制御を構成した例である。

入力装置１０は撮像装置やコントローラであり、レンズ装置２０と接続し、光学部材２１を駆動させる目標位置を送信する。レンズ装置２０は、光学部材２１、駆動部（駆動手段）２２、位置検出部（位置検出手段）２３、演算部（速度導出手段）２４、通信部２５、保存部２６で構成される。本実施例では、光学部材２１は、焦点位置を調節するフォーカスレンズである。光学部材２１は駆動部２２と位置検出部２３に接続する。この構成により、駆動部２２は光学部材２１の駆動が可能であり、位置検出部２３は光学部材２１の現在位置を検出することが可能である。駆動部２２はモーターなどのアクチュエータである。

演算部２４は、レンズ装置２０のＣＰＵである。演算部２４は、通信部２５、保存部２６と接続する。この構成により、演算部（目標位置導出手段）２４は、通信部２５から入力装置１０の駆動指令を受信し、光学部材２１の駆動目標位置の導出が可能である。導出された目標位置は保存部２６に保存される。また、演算部２４は、駆動部２２、位置検出部２３と接続する。この構成により、演算部２４は、保存部２６に保存された目標位置と、位置検出部２３から送信された光学部材２１の現在位置をもとに、駆動部２２への出力値を算出し、駆動部２２へ送信することが可能である。なお、この出力値の算出処理は、駆動部２２が光学部材２１を応答性よく制御可能な一定の駆動周期ごとに行われる。さらに、演算部２４は、出力値を駆動周期ごとに保存部２６へ保存する。前回の駆動周期で保存されていた出力値は上書きされ、保存部２６には最新の出力値が残る。

本実施例では、通信部２５は電気接点を持つ通信手段である。保存部２６はメモリであり、目標位置と駆動部２２への出力値が保存されている。

レンズ装置２０は、該レンズ装置が形成する被写体像を受光する撮像素子（不図示）を含むカメラ装置３０と接続されることにより、撮像装置を構成する。

次に、演算部２４の行う、目標位置の設定についてフローチャートを用いて説明する。図２は、実施例１における、演算部２４の行う目標位置の設定についてのフローチャートである。目標位置の設定は、入力装置１０から駆動指令が送信されたときに開始される。

Ｓ２００において、演算部２４は、入力装置１０から送信された駆動指令を、通信部２５を介して受信する。受信を終えると、Ｓ２０１へ進む。駆動指令については後述する。
Ｓ２０１において、演算部（目標位置導出手段）２４は、駆動指令をもとに、光学部材２１を駆動させる目標位置を算出（導出）する。目標位置の算出が終わるとＳ２０２へ進む。
Ｓ２０２において、演算部２４は、Ｓ２０１で算出した目標位置を、保存部２６に保存する。目標位置の保存を終えると、目標位置の設定は終了する。

以上により、演算部２４は、入力装置１０から駆動指令を受信した際に、光学部材２１を駆動させる目標位置の設定が可能である。駆動指令は現在位置からの相対的な位置を指定するものや、絶対的な位置を指定するものがあるが特に限定はしない。また、Ｓ２０１における目標位置の算出方法についても特に限定しない。

次に、演算部２４の行う、一定の駆動周期ごとの駆動部２２への出力値の算出処理について、フローチャートを用いて説明する。図３は、実施例１における、演算部２４の行う駆動周期１周期のフローチャートである。

Ｓ３０１において、演算部２４は駆動部２２への出力値を算出し、Ｓ３０２へ進む。出力値の算出方法については後に詳しく説明する。
Ｓ３０２において、演算部２４はＳ３０３で算出した出力値を保存部２６に保存し、Ｓ３０３へ進む。
Ｓ３０３において、演算部２４はＳ３０１で算出した出力値を駆動部２２へ送信し、処理を終了する。

以上により、演算部２４は一定の駆動周期ごとに駆動部２２への出力値を算出する。駆動部２２は送信された出力値をもとに駆動することが可能である。ここで、保存部２６に保存される出力値は最新の駆動周期の出力値のみであり、前回の駆動周期の出力値は最新の駆動周期の出力値によって上書きされる。

次に、図３のＳ３０１における、演算部２４の行う駆動部２２への出力値の算出方法を、フローチャートを用いて説明する。図４は、演算部２４の行う駆動部２２への出力値を算出するサブルーチンのフローチャートである。

Ｓ４００において、図３のＳ３０１へ進んだ時、処理を開始し、Ｓ４０１へ進む。
Ｓ４０１において、演算部２４は、図２のＳ２０２で保存部２６に保存した目標位置と、位置検出部２３で検出された光学部材２１の現在位置の差分を算出する。算出を終えるとＳ４０２へ進む。
Ｓ４０２において、演算部（速度導出手段）２４は、Ｓ４０１で算出した目標位置と現在位置の差分に基づき目標速度を算出する。目標速度については後述する。目標速度の算出を終えるとＳ４０３へ進む。
Ｓ４０３において、演算部２４は、Ｓ４０２で算出した目標速度と、光学部材の現在速度の差分を算出する。差分の算出を終えるとＳ４０４へ進む。
Ｓ４０４において、演算部２４は、Ｓ４０２で算出した差分に基づき、現時点で出力されている出力値に対する補正量を算出する。補正量の算出を終えるとＳ４０５へ進む。補正量の算出は後述する。
Ｓ４０５において、演算部２４は、保存部２６に出力値が既に保存されているか否かを調べる。保存されていない場合はＳ４０６へ進み、保存されている場合はＳ４０７へ進む。
Ｓ４０６において、演算部２４は、保存部２６に保存された目標位置と、位置検出部２３から送信された光学部材２１の現在位置に基づき、駆動部２２への出力値を算出し、保存部２６へ保存する。Ｓ４０６へ進んだ場合、ここで駆動部２２への出力値を算出するサブルーチンを終了する。
Ｓ４０７において、演算部２４は、Ｓ４０４で算出した補正量と、保存部２６に保存されている出力値に基づき駆動部２２への出力値を算出する。算出方法については後述する。ここで、駆動部２２への出力値を算出するサブルーチンを終了する。

以上により、演算部２４が、目標速度を算出し、前回の駆動周期の駆動部出力値を操作し、駆動部２２への出力値を算出することで、光学部材２１を目標位置まで高精度に駆動することが可能となる。

ここで、Ｓ４０２で算出する目標速度について説明する。Ｓ４０２において算出する目標速度は、目標位置と現在位置の差分が０のとき目標速度は０とし、目標位置から離れるほど速くなるように設定される。すなわち、現在位置が目標位置ではない場合は、目標位置と現在位置の差分に対応する目標速度が設定され、その目標速度となるように駆動部２２への出力値が制御される。そのため目標速度は、光学部材２１が目標位置まで駆動するまでは０にならないため、目標速度になるように出力値を操作することで、光学部材２１を目標位置まで停止せず駆動させることが可能である。

次に、Ｓ４０４で算出する補正量について説明する。Ｓ４０４で算出する補正量Ｃは、目標速度をＶ１、現在速度をＶ２、制御ゲインをＧ１とすると、以下の（１）式で求めることができる。
Ｃ＝（Ｖ１−Ｖ２）×Ｇ１ ・・・（１）
すなわち、目標速度Ｖ１と現在速度Ｖ２との差（ΔＶとする）に比例する値として補正量Ｃが導出される。目標速度Ｖ１が現在速度Ｖ２より速い（大きい）場合、補正量Ｃは正の値（現在の出力値を増加させる補正）となる。一方、目標速度Ｖ１が現在速度Ｖ２よりも遅い（小さい）場合、補正量Ｃは負の値（現在の出力値を減少させる補正）となる。補正量Ｃが正のとき光学部材２１の速度を増加するように働き、補正量Ｃが負のとき光学部材２１の速度を減少するように働く。

次に、出力値の算出方法について説明する。Ｓ４０７において、ｎ周期目の駆動部出力値をＯ（ｎ）、ｎ周期目の補正量をＣ（ｎ）とすると、以下の（２）式の関係が成り立つ。
Ｏ（ｎ）＝Ｏ（ｎ−１）＋Ｃ（ｎ） ・・・（２）
（２）式により、周期ごとに出力値を補正量Ｃ（ｎ）だけ補正して更新することで光学部材２１を目標速度に近づけるように現在速度を修正しながら駆動させることが可能である。

この制御では、前回の駆動周期の出力値を利用するが、最初の駆動周期では保存部２６には出力値が保存されていない。そこで、Ｓ４０６で算出と保存を行うことで、目標速度へ素早く追従することを可能にする。本実施例では、出力値をＯ、目標位置をＰ１、現在位置をＰ２、制御ゲインをＧ２とすると以下の（３）式で出力値を算出する。
Ｏ＝（Ｐ１−Ｐ２）×Ｇ２ ・・・（３）
すなわち、目標位置Ｐ１と現在位置Ｐ２との差に比例する値として出力値Ｏが導出される。なお本実施例ではこのように出力値Ｏを算出したが、それ以外の方法で求めても良い。

次に、Ｓ４０４に補正量の算出について詳しく説明を行う。図５は、図４のＳ４０４における、演算部２４が行う補正量を算出するサブルーチンのフローチャートである。

Ｓ５０１において、演算部２４は、目標速度と現在速度の差分に基づいて現在速度を目標速度に近づけるために必要な現在速度に対する補正量を算出する。ここで算出された補正量に制御ゲインをかけて、最終的な補正量を算出する。算出を終えるとＳ５０２へ進む。
Ｓ５０２において、演算部２４は、Ｓ５０１で算出した差分をもとに、現在速度が目標速度より速いか否かを判断する。速い場合はＳ５０４へ進む。それ以外の場合（同じ速さもしくは遅い場合）はＳ５０３へ進む。
Ｓ５０３において、演算部２４は、Ｓ５０１で算出された補正量に、Ｓ５０１で算出した速度の差分に応じた第一の制御ゲインをかける。第一の制御ゲインをかけると補正量の算出を終了する。
Ｓ５０４において、演算部２４は、Ｓ５０１で算出された補正量に、Ｓ５０１で算出した速度の差分に応じた第二の制御ゲインをかける。第二の制御ゲインをかけると補正量の算出を終了する。
Ｓ５０３、Ｓ５０４では、現在速度と目標速度を比較して、現在速度と目標速度との間の大小関係に基づき、異なる制御ゲインをかける。すなわち、異なる追従性で、現在速度が目標速度に追従するように制御される。こうすることにより、停止精度の向上や応答性の向上が可能となる。

以上により、演算部２４は、制御ゲインを変更することで、オーバーシュートやハンチングを起こすことなく高精度に目標位置に駆動する制御を可能とする。本発明の方法を用いることによって、本発明の効果を享受することができるが、少なくとも目標位置の近傍で実施されていればよい。さらにいえば、本発明の目標位置あるいは目標位置からの所定の範囲内に到達し停止するときに、本発明の制御方法が適用されていればよい。所定の範囲とは、例えば、光学部材がフォーカスレンズである場合の、フォーカスレンズの位置が目標位置ではなくても、フォーカスのずれは認識されない焦点深度に対応する範囲である。その場合、所定の範囲は撮像装置の許容錯乱円の径とレンズのＦ値に基づいて決定されることになる。

ここで、図４における、出力値の算出方法について、効果の説明を行う。この制御を行って目標位置への駆動を行った時の理想的な目標速度と現在速度の関係性は図６、図７のようになる。図６は、駆動初期の現在速度よりも目標速度のほうが早い場合である。図７は、駆動初期の現在速度よりも目標速度のほうが遅い場合である。理想的な条件では、現在速度は目標速度より少し速い速度で目標速度を追従する。

トルクや姿勢差などの影響で、速度の低下が起こる条件で、この制御で駆動を行った時の目標速度と現在速度の関係性は図８のようになる。演算部２４は、外乱による速度低下により、現在速度が目標速度を下回ると、すぐに出力値を大きくするように補正する。そのため、現在速度はすぐに目標速度を上回り、また目標速度よりも少し早い速度で追従する。

また、目標速度は、図６、７のように目標位置では０となり、出力値は、目標位置で現在速度が０となるような値に操作される。そのため、目標位置で現在速度が０となり、停止することが可能となる。

次に、図５における、制御ゲインの切り替えについて、効果の説明を行う。
現在速度が目標速度より速く、補正量が負の値となるときに補正量が小さい場合には、出力値を下げて現在速度を落とす事が困難となる。そのまま小さな補正量でフィードバック制御を行うと、目標速度が０となる点（目標位置）で現在速度を０にできず、目標位置を超えてしまい、オーバーシュートの原因となる。また、現在速度が目標速度より速い場合と遅い場合の両方において制御ゲインを大きくすると、目標速度が０となる位置付近での速度の精細な制御が難しくなり、ハンチングの原因となる。

そこで、本発明の駆動制御においては、現在速度が目標速度より速い時、第一の制御ゲインより大きい第二の制御ゲインをかけ、第一の制御ゲインをかけた時よりも補正量を負の方向へ大きくし（目標速度への追従性が高くなるようにし）、出力値をより小さくする。それにより、停止精度を向上させることが可能である。つまり、オーバーシュートを起こしにくくし、ハンチングの発生を防止し、目標位置へ高精度で停止させることを可能とする。また、本発明の駆動制御においては、現在速度が目標速度より遅い時、第二の制御ゲインより小さい第一の制御ゲインをかけ、目標速度への追従性が低くなるようにして、現在速度が目標速度を超えにくいようにしている。本実施例では第二の制御ゲインは第一の制御ゲインの２倍の大きさとする。

本実施例では光学部材２１をフォーカスレンズとしたが、これに限らず焦点距離を調節するズームレンズや、光量を調節する絞り羽の駆動制御に適用してもよい。また、通信部２５は電気接点を持たない無線通信手段を用いてもよい。

また、本実施例では、第二の制御ゲインを第一の制御ゲインの２倍と設定したが、これに限らず制御ゲインは、光学部材２１の位置や速度に応じて自由に設定してもよい。第二の制御ゲインを第一の制御ゲインの２倍以上かつ３２倍以下の範囲で設定することが好ましい。２倍未満に設定した場合は、第一の制御ゲインと第二の制御ゲインとの差が小さすぎて本発明の効果を得ることができない。また３２倍を超える場合には、目標速度を境とする制御ゲインの差が大きすぎて、脈動の原因となり駆動制御の安定性を阻害するので好ましくない。

光学部材２１の現在位置が目標位置から閾値（第２の閾値）以上離れていて、目標位置への停止精度や目標位置近傍でのハンチング制御の未然防止を考慮した駆動制御が必要でない駆動領域にあるときは、第一の制御ゲインを第二の制御ゲインよりも大きく設定してもよい。これにより、目標速度より現在速度が小さいときには、補正量を正の方向へ大きくすることで出力値をより大きくすることで応答性よく駆動させることが可能となる。一方で、目標速度より現在速度が大きいときには、急激に減速させるような補正量をあたえることなく、目標速度に向けて緩やかに負の補正量が与えられる。

このように、本発明のレンズ装置は、光学部材を目標位置に高精度にハンチングすることなく駆動させることが可能である。

以下、図１、２、９−１１を参照して、本発明の第二の実施例によるレンズ装置について説明する。

図１は、本実施例のレンズ装置を備える撮像装置の構成は、図１で示した実施例１のブロック図と同じであるので、ここでの説明は省略する。
また、演算部２４の行う目標位置の設定の処理の概要については、図２のフローチャートを用いて説明した実施例１での処理と同じであるので、ここでの説明は省略する。 演算部２４は、入力装置１０から駆動指令を受信した際に、光学部材２１を駆動させる目標位置の設定が可能である。駆動指令は現在位置からの相対的な位置を指定するものや、絶対的な位置を指定するものがあるが特に限定はしない。また、Ｓ２０１における目標位置の算出方法は特に限定しない。

次に、演算部２４の行う、一定の駆動周期ごとの駆動部２２への出力値の算出処理について、フローチャートを用いて説明する。図９は、実施例２における、演算部２４の行う駆動周期１周期のフローチャートである。

Ｓ９０１において、演算部２４（駆動検知手段）は、光学部材２１が移動しているか否かを判断する。光学部材２１が移動しているか否かの判断方法については後に詳しく説明する。光学部材２１が移動している場合Ｓ９０３、移動していない場合Ｓ９０２へ進む。
Ｓ９０２において、演算部２４は、第一の手段で駆動部２２への出力値を算出する。第一の手段の出力値の算出方法については後に詳しく説明する。出力値の算出を終えるとＳ３０２へ進む。
Ｓ９０３において、演算部２４は、第二の手段で駆動部２２への出力値を算出する。第二の手段の出力値の算出方法については後に詳しく説明する。出力値の算出を終えるとＳ３０２へ進む。
Ｓ３０２において、演算部２４は、Ｓ９０２、またはＳ９０３で算出した出力値を、保存部２６に保存する。出力値の保存を終えると、Ｓ３０３へ進む。
Ｓ３０３において、演算部２４は、Ｓ９０２、またはＳ９０３で算出した出力値を駆動部２２へ送信し、処理を終了する。

以上により、演算部２４は一定の駆動周期ごとに駆動部２２への出力値を算出する。駆動部２２は送信された出力値をもとに駆動することが可能である。ここで、保存部２６に保存される出力値は最新の駆動周期の出力値のみであり、前回の駆動周期の出力値は最新の駆動周期の出力値に上書きされる。

ここでＳ９０１における光学部材２１の駆動開始の判断について説明する。光学部材２１が移動しているかどうかを判断するとき、光学部材２１の現在速度（駆動速度）を用いてもよい。また、光学部材２１の位置を一定間隔でサンプリングし、差分をとることで移動の判断を行ってもよい。また、駆動部２２の電源電流を検出することで光学部材２１の移動の判断を行ってもよい。また、停止している状態で駆動指令を受けてからの経過時間を測定することで光学部材２１の移動の開始を判断してもよい。このように光学部材２１の駆動開始を判断する手段や閾値は問わない。

この時、光学部材２１が移動しているかどうかを判断する閾値を設定する必要がある。閾値の設定には、レンズ装置２０の現在のＦ値に基づいて決定してもよい。また、カメラ装置３０の許容錯乱円を通信部２５経由で取得し、取得した許容錯乱円に基づいて決定してもよい。また、レンズ装置２０の現在の焦点距離に基づいて決定してもよい。

ここで、それぞれの閾値を移動開始前の状態の値や、移動していても到達することが不可能な値とすることで、出力値の算出の切り替えを行わない事も可能である。そうすることで、移動開始前後で、常に第一の手段での出力値、または第二の手段での出力値を利用することが可能となる。

移動開始の閾値を設定することで、様々な状況において適切な移動開始の判断を行うことが可能である。たとえば、レンズ装置のＦ値や、撮像装置の許容錯乱円、焦点距離によって被写界深度が変化する。この時フォーカスレンズを動かす場合、特に被写界深度が浅い場合、閾値を小さくすることで微小な移動量でも移動開始の判断を行うことが可能となる。また、被写界深度が深い場合は、移動開始の閾値を大きくすることで、処理を切り替えず、出力値の算出処理を複雑化しない事を可能とする閾値を設定することができる。

次に、図９のＳ９０２における、演算部２４の行う駆動部２２への第一の手段の出力値の算出方法を、フローチャートを用いて説明する。図１０は、第一の手段における演算部２４の行う駆動部２２への出力値を算出するサブルーチンを示すフローチャートである。

Ｓ１０００から処理を開始し、Ｓ１００１へ進む。
Ｓ１００１において、演算部２４は、保存部２６に保存されている目標位置と、位置検出部２３で検出された光学部材２１の現在位置の差分を算出する。算出を終えるとＳ１００２へ進む。
Ｓ１００２において、演算部２４は、Ｓ１００１で算出された差分をもとに、出力値を算出する。ここで、第一の手段の駆動部２２への出力値の算出を終了する。

ここでＳ１００２で算出される出力値について説明する。出力値をＯ、目標位置をＰ１、現在位置をＰ２、制御ゲインをＧ１とすると、出力値は以下の（４）式で算出される。
Ｏ＝（Ｐ１−Ｐ２）×Ｇ１ ・・・（４）
すなわち、目標位置Ｐ１と現在位置Ｐ２との差に比例する値として出力値Ｏが導出される。

以上により、光学部材２１が移動を開始するまでは、目標位置と光学部材２１の現在位置によって決定される出力値を求める。

次に、図９のＳ９０３における、演算部２４の行う駆動部２２への第二の手段の出力値の算出方法を、フローチャートを用いて説明する。図１１は、演算部２４の行う駆動部２２への出力値を算出するフローチャートである。

Ｓ１１００において処理を開始し、Ｓ１１０１へ進む。
Ｓ１１０１において、演算部２４は、図２のＳ２０２で保存部２６に保存した目標位置と、位置検出部２３で検出された光学部材２１の現在位置の差分を算出する。算出を終えるとＳ１１０２へ進む。
Ｓ１１０２において、演算部２４は、Ｓ１１０１で算出した目標位置と現在位置の差分から目標速度を算出する。目標速度については後述する。目標速度の算出を終えるとＳ１１０３へ進む。
Ｓ１１０３において、演算部２４は、Ｓ１１０２で算出した目標速度と、光学部材の現在速度の差分を算出する。差分の算出を終えるとＳ１１０４へ進む。
Ｓ１１０４において、演算部２４は、Ｓ１１０３で算出した差分に基づき、出力値の補正量を算出する。補正量の算出を終えるとＳ１１０５へ進む。補正量の算出は後述する。
Ｓ１１０５において、演算部２４は、Ｓ１１０４で算出した補正量と、保存部２６に保存されている出力値から、駆動部出力値を算出する。算出方法については後述する。ここで、第二の手段の駆動部２２への出力値の算出を終了する。

ここで、目標速度について説明する。Ｓ１１０２において算出する目標速度は、目標位置から離れると速くなり、目標位置と現在位置の差分が０のとき、目標速度は０である。そのため、目標速度は、光学部材２１が目標位置まで移動するまでは０にならないため、目標速度になるように出力値を操作することで、光学部材２１を目標位置まで停止せず移動させることが可能である。

次に、補正量の算出について説明する。Ｓ１１０４で算出する補正量Ｃは、目標速度をＶ１、現在速度をＶ２、制御ゲインをＧ２とすると、以下の（５）式で求めることができる。
Ｃ＝（Ｖ１−Ｖ２）×Ｇ２ ・・・（５）
すなわち、目標速度Ｖ１と現在速度Ｖ２との差（ΔＶとする）に比例する値として補正量Ｃが導出される。目標速度Ｖ１が現在速度Ｖ２より速い（大きい）場合、補正量Ｃは正の値となり、目標速度Ｖ１が現在速度Ｖ２よりも遅い（小さい）場合、負の値となる。補正量Ｃが正のとき光学部材２１の速度を増加するように働き、補正量Ｃが負のとき光学部材２１の速度を減少するように働く。

次に、出力値の算出方法について説明する。Ｓ１１０５において、ｎ周期目の駆動部出力値をＯ（ｎ）、ｎ周期目の補正量をＣ（ｎ）とすると、以下の（６）式の関係が成り立つ。
Ｏ（ｎ）＝Ｏ（ｎ−１）＋Ｃ（ｎ） ・・・（６）
（６）式により、周期ごとに出力値を補正量だけ補正して更新することで光学部材２１を目標速度で駆動させることが可能である。

ここで、図９において、光学部材２１の移動の開始前と後で出力値の算出手段を切り替える効果について説明する。光学部材２１は、制御部の演算時間や作動トルク、バックラッシュの関係で、駆動指令を受けた後すぐに移動することができない。そのため、移動し始めるまでの間に第二の手段で出力値を算出すると、現在速度が０であるため、過剰な補正量のフィードバックがかかり、出力値が大きくなりすぎてしまう。特に、目標位置の近傍に位置している場合で微小な移動量で目標位置まで移動させる制御を行う際、出力値が大きすぎると急加速し、目標位置に近いゆえの小さい目標速度を容易に超過し、減速ができずに目標位置を超えてしまうことが容易に起こり得る。一方、停止中に行われる第一の処理では、光学部材２１の現在位置と目標位置によって決定される出力値が算出される。そのため、第一の手段では、光学部材２１が停止しているときは出力値が現在位置と目標位置の差によって決まる一定値となり、余分なフィードバックをかけることなく移動を開始することが可能となる。このような算出方法の違いから、図９において駆動（光学部材が移動開始）するまでは第一の手段による出力値の算出に基づく駆動、駆動（移動開始）してからは第二の手段による出力値の算出に基づく駆動、を行うことで高精度な駆動が可能となる。

本実施例では光学部材２１をフォーカスレンズとしたが、これに限らず焦点距離を調節するズームレンズや、光量を調節する絞り羽の駆動制御に適用してもよい。また、通信部２５は電気接点を持たない無線通信手段を用いてもよい。

以上により、本実施例では理想的な制御系の条件下で、初期化動作や駆動部の制約を設けずに、光学部材を目標位置に高精度に移動させる事を可能にする駆動制御手段を備えたレンズ装置を提供することが可能である。

本発明によれば、駆動部により光学部材を移動させるレンズ装置において、初期化動作や駆動部の制約を設けずに、光学部材を目標位置にオーバーシュートを起こすことなくハンチングせずに高精度に移動させる事を可能にした駆動制御手段を備えたレンズ装置を提供することが可能である。

本発明の第三の実施例による、レンズ装置について説明する。本実施例では、基本構成は実施例２と同様であるが、移動の開始前の出力値の算出処理が異なる。以下、実施例２との差異について説明する。
本実施例では、図９のＳ９０１において、光学部材が移動していない場合（Ｎｏ側へ）の分岐後に、第一の手段ではなく第三の手段で駆動部出力値の算出を行う点において実施例２とは異なる。

図１２に演算部２４の行う、駆動部２２への第三の手段の出力値の算出方法を、フローチャートを用いて説明する。基本フローは図１１と同様であり、同様のフローについては同じ記号を付け説明を省く。

Ｓ１１００からＳ１１０４は図１１に記載した第二の手段での駆動部出力値の算出と同様であるため説明を省略する。
本実施例においては、Ｓ１２０１において、Ｓ１１０４で算出した補正量を小さくする制御ゲインをかける。
Ｓ１１０５は図１１と同様であるため説明を省略する。
以上により、駆動開始前には補正量を小さくすることで、出力値を徐々に大きくすることが可能となる。

ここで、本実施例の効果について説明を行う。光学部材の移動は、演算時間や作動トルク、バックラッシュの関係で、駆動指令を受けた後すぐに行うことができない。移動開始前に、補正量を大きくしすぎたまま出力値を算出すると、移動開始前は現在速度が０であるため、余分な補正量のフィードバックがかかり、出力値が大きくなりすぎてしまう。特に、微小量の移動を行う際、出力値が大きすぎると目標位置を超えてしまう。そのため、第三の手段では、移動を開始するまでは、移動時とは別の制御ゲインをかけることで、補正量を小さくし、徐々に出力値を大きくする。そうすることで、微小量の移動でも目標位置を超えてしまうような出力値にならず、目標位置まで正確な移動を行うことが可能となる。

以上により、本実施例では、移動開始前では補正量を小さく設定することで、高精度な駆動制御手段を備えたレンズ装置を提供することが可能である。

本発明によれば、駆動部により光学部材を移動させるレンズ装置において、初期化動作や駆動部の制約を設けずに、光学部材を目標位置にハンチングせずに高精度に移動させる事を可能にした駆動制御手段を備えたレンズ装置を提供することが可能である。

本発明の第四の実施例による、レンズ装置について説明する。本実施例では、基本構成は実施例２と同様であるが、光学部材が停止している場合であっても、停止している経過時間によって第一の手段と第二の手段を切り替える点が異なる。以下、実施例２との差異について説明する。

図１３に演算部２４の行う、実施例３における一定の駆動周期ごとの駆動部２２への出力値の算出処理を、フローチャートを用いて説明する。基本フローは図９と同様であり、同様のフローについては同じ記号を付け説明を省く。

Ｓ９０１において、演算部２４は、光学部材２１が移動しているか判断する。光学部材２１が移動している場合Ｓ９０３、移動していない場合Ｓ１３０１へ進む。
Ｓ１３０１において、演算部２４は、通信部２５が駆動指令を受信してからの経過時間を計測（取得）する。経過時間が閾値以上の場合Ｓ９０３、閾値未満の場合Ｓ９０２へ進む。
Ｓ３０２、Ｓ３０３は図９と同様であるであるため説明を省く。

以上の処理により、演算部２４は、光学部材が停止していても、必ずしも第一の手段で出力値を演算するのではなく、駆動指令を受けてから継続して駆動指令を受信し続けている経過時間によって第二の手段で演算するように、出力値の算出方法を変更することが可能である。

本実施例の効果について説明する。実施例２のレンズ装置は、駆動指令を受信した後、移動を検知するまでは第一の手段で、位置差によって一意に決まる出力値の算出を行う。しかし、目標位置が光学部材２１の現在位置の極めて近くにある場合、バックラッシュやトルクの関係で、第一の手段で算出した出力値では駆動ができない状況が発生する。そこで、本実施例の駆動制御では、駆動指令を受けてから一定時間が経過した後に、移動していないことを確認したら、第二の手段の出力値算出方法へ移行する。そうすることで、出力値を速度に応じたフィードバックすることができるので駆動が可能となる。

本実施例では経過時間の計測を通信部２５が駆動指令を受信してからとしたが、これに限らず経過時間の測定の開始は自由に設定してもよい。また、本実施例では処理を変更する経過時間の閾値は限定していないが、駆動トルクやバックラッシュ量を参考にしてもよい。こうすることでレンズごとに最適な経過時間を設定することが可能である。

以上により、本実施例では経過時間により、出力値の演算手段を変更することで、光学部材を高精度に移動させる事を可能にする駆動制御手段を備えたレンズ装置を提供することが可能である。

本発明によれば、駆動部により光学部材を移動させるレンズ装置において、初期化動作や駆動部の制約を設けずに、光学部材を目標位置にハンチングせずに高精度に移動させる事を可能にした駆動制御手段を備えたレンズ装置を提供することが可能である。

本発明の第五の実施例による、レンズ装置について説明する。本実施例では、基本構成は実施例４と同様であるが移動の検知方法が異なる。以下、実施例４との差異について説明する。

図１４に演算部２４の行う、実施例５における一定の駆動周期ごとの駆動部２２への出力値の算出処理を、フローチャートを用いて説明する。基本フローは図１３と同様であり、同様のフローについては同じ記号を付け説明を省く。

Ｓ１４０１において、演算部２４は、光学部材２１が移動しているか判定する。判定を終えるとＳ１４０２へ進む。判定の方法については後に詳しく説明を行う。
Ｓ１４０２において、演算部２４は、Ｓ１４０１において、光学部材が移動していると判定したか判断する。移動していると判定された場合Ｓ９０３、移動していないと判定された場合Ｓ１３０１へ進む。
Ｓ１３０１からＳ３０３は図９、図１３と同様であるであるため説明を省略する。
以上により、演算部２４は、駆動の検知を細かく判定することが可能である。

ここで、図１４のＳ１４０１における、光学部材２１の移動判定についてフローチャートを用いて説明を行う。図１５は、演算部２４の行う光学部材２１の移動判定についてのフローチャートである。

Ｓ１５０１において、演算部２４は、光学部材２１が移動しているか否かを判定する。移動している場合Ｓ１５０２へ、移動していない場合Ｓ１５０５へ進む。移動しているかの判定については実施例２と同様の方法を用いてもよい。
Ｓ１５０２において、演算部２４は、光学部材２１の移動している方向を検知する。移動方向の検知をしたら、Ｓ１５０３へ進む。移動方向の検知の仕方については後に詳しく説明を行う。
Ｓ１５０３において、演算部２４は、Ｓ１５０２で検知した光学部材２１の移動方向が現在位置に対して目標位置の方向であるか判断する。移動方向が目標位置方向の場合はＳ１５０４へ、移動方向が目標位置と反対方向の場合はＳ１５０５へ進む。
Ｓ１５０４において、演算部２４は、光学部材２１の現在位置と目標位置の差分が閾値（第１の閾値）以下であるか判断する。該閾値以下の場合はＳ１５０５へ、該閾値より大きい場合はＳ１５０６へ進む。
Ｓ１５０５において、演算部２４は、光学部材２１が移動していないと判定し、移動しているかの判定処理を終了する。
Ｓ１５０６において、演算部２４は、光学部材２１が移動していると判定し、移動しているかの判定処理を終了する。

以上により、演算部２４は、光学部材２１が移動しているかどうかの条件を詳細に設定することが可能である。

ここで、Ｓ１５０２における、移動方向の検知の方法について説明を行う。本実施例では移動方向の検知を、光学部材２１の位置を一定間隔でサンプリングし、差分をとることで行う。こうすることで、位置の差分が正になるか負になるか調べることで移動方向の検知が可能となる。

次に本実施例の効果について説明を行う。実施例４のレンズ装置は処理の切り替えをレンズ装置が移動しているか否かを判断することで行っていた。しかし、移動方向が考慮されていないため、光学部材２１が移動中に目標位置が再設定されて、レンズ装置が新たな駆動指令を受信したとき、図１３のＳ９０１で光学部材２１が移動していると判定される。この時、移動方向とは逆方向のごく近い位置に新たな目標位置が設定された場合、第二の手段で出力値の算出を行うと、反転動作を行うまでに余分なフィードバックがかかってしまい、出力値を正確に算出することが困難となる。また、第二の手段は徐々に出力値を変化させるため、反転までに時間がかかってしまう。そこでＳ１５０３において、移動方向が目標位置方向となるまでは光学部材２１は移動していないと判定し、図１３のＳ９０２において第一の手段による出力値の算出を行う。そうすることで、駆動方向が変わった際にも余分なフィードバックをかけることなく、目標位置まで正確な移動を行うことが可能である。また、第一の手段は位置により出力値を算出するので、目標位置が反転した後すぐに出力値の反転が可能である。

また、移動方向が目標位置と同方向でも、新たな目標位置が光学部材２１のごく近くに設定された場合、第二の手段では出力値を下げるのに時間がかかり、目標位置を過ぎてしまう状況が発生する。そこで、新たな目標位置が光学部材２１のごく近くに設定された場合、光学部材２１は移動していないと判定し（Ｓ１５０４）、図１３のＳ９０２において第一の手段で出力値の算出を行う。そうすることで、素早く出力値を適切な値に設定することが可能となり、目標位置まで正確な移動を行うことが可能である。

本実施例では移動方向の検知の方法に、光学部材２１の位置を使用したが、速度に極性を持たせて判定を行ってもよい。

以上により、本実施例では理想的な制御系の条件下で、初期化動作や駆動部の制約を設けずに、光学部材を目標位置に高精度に移動させる事を可能にする駆動制御手段を備えたレンズ装置を提供することが可能である。

本発明によれば、駆動部により光学部材を移動させるレンズ装置において、初期化動作や駆動部の制約を設けずに、目標位置に高精度に効率よく移動させる事を可能にした駆動制御手段を備えたレンズ装置を提供することが可能である。また、上述のレンズ装置と、該レンズ装置によって形成される被写体像を受光する撮像素子を備えるカメラ装置とを含む撮像装置によって、本発明の効果を享受する撮像装置を実現することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

２０ ：レンズ装置
２１ ：光学部材
２２ ：駆動部（駆動手段）
２３ ：位置検出部（位置検出手段）
２４ ：演算部（制御手段、速度導出手段、目標位置導出手段）

Claims (12)

1. 光学部材と、前記光学部材を駆動する駆動手段と、前記光学部材の位置を検出する検出手段と、前記光学部材の目標位置を設定し、前記目標位置と前記光学部材の位置との差に基づき前記光学部材の目標速度を導出し、前記光学部材を前記目標位置へ駆動するように前記駆動手段を制御する制御手段と、を有し、
   前記制御手段は、少なくとも前記光学部材を前記目標位置に停止させる場合に、前記光学部材の速度が前記目標速度より速い場合より前記光学部材の速度が前記目標速度より遅い場合の方が制御ゲインを小さくして前記駆動手段を制御する、
   ことを特徴とするレンズ装置。
2. 前記制御手段は、前記光学部材が移動していると判断した場合は、前記光学部材の速度が前記目標速度となるように前記駆動手段を制御し、前記光学部材が移動していないと判断した場合は、前記光学部材の位置と前記目標位置とに基づいて前記駆動手段を制御する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のレンズ装置。
3. 前記制御手段は、前記駆動手段の電源電流に基づき前記光学部材が移動しているかを判断することを特徴とする請求項２に記載のレンズ装置。
4. 前記制御手段は、前記光学部材の駆動速度に基づき前記光学部材が移動しているかを判断することを特徴とする請求項２に記載のレンズ装置。
5. 前記制御手段は、前記制御手段が駆動指令を受信してからの経過時間に基づき前記光学部材が移動しているかを判断することを特徴とする請求項２に記載のレンズ装置。
6. 前記制御手段は、前記レンズ装置のＦ値に基づき前記光学部材が移動しているかを判断する閾値を決定することを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項に記載のレンズ装置。
7. 前記制御手段は、前記レンズ装置の焦点距離に基づき前記光学部材が移動しているかを判断する閾値を決定することを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項に記載のレンズ装置。
8. 前記制御手段は、カメラ装置の許容錯乱円に基づき前記光学部材が移動しているかを判断する閾値を決定することを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項に記載のレンズ装置。
9. 前記制御手段は、前記光学部材の移動方向が前記目標位置への方向ではない場合、前記光学部材が移動していないと判断することを特徴とする請求項２乃至８のいずれか１項に記載のレンズ装置。
10. 前記制御手段は、前記光学部材の移動方向が前記目標位置への方向である場合、前記目標位置と前記光学部材の位置との差が第１の閾値以下である場合には、前記光学部材が移動していないと判断し、前記差が前記第１の閾値より大きい場合には、前記光学部材が移動していると判断することを特徴とする請求項２乃至８のいずれか１項に記載のレンズ装置。
11. 前記制御手段は、前記光学部材の位置が前記目標位置から第２の閾値以上離れている場合、前記光学部材の速度が前記目標速度より速い場合より前記光学部材の速度が前記目標速度より遅い場合の方が制御ゲインを大きくして前記駆動手段を制御することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のレンズ装置。
12. 請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のレンズ装置と、該レンズ装置によって形成された被写体像を受光する撮像素子を備えるカメラ装置と、を有することを特徴とする撮像装置。

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