JP2009175552A - 光学機器 - Google Patents

Abstract

【課題】音声記録時にモータ音が記録されることを防止し、非音声記録時に高速のレンズ駆動を可能にする光学機器を提供する。
【解決手段】記録モードが動画記録と静止画記録の間で切り替え可能な光学機器１００は、光学部材１０１と、磁石２０１を有するロータ２０２と、磁石２０１に回転力を与えるコイル２０３、２０４を有するステータと、を有し、光学部材１０１を駆動するモータ１１４と、モータ１１４のロータ２０２の位置を検出する位置センサ１１３と、決められた時間間隔に従ってモータ１１４のコイル２０３、２０４への通電を切り替える第１の駆動１１１と、位置センサ１１３の出力に応じてモータ１１４のコイル２０３、２０４への通電を切り替える第２の駆動１１２とを、記録モードに応じて選択する駆動回路１１０と、を有することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般には、光学機器に係り、特に、記録モードが動画記録と静止画記録の間で切り替え可能な光学機器に関する。

静止画撮影機能付きのデジタルビデオカメラや、動画撮影機能付きのデジタルスチルカメラなど、動画撮影と静止画撮影が可能なカメラが提案されている。動画撮影時は、一般に音声も同時に記録される。その際、フォーカスレンズやズームレンズなどの光学部材を駆動するモータの作動音が記録されないようにする必要がある。また、静止画撮影時は、撮影タイミングを逃さないため、光学部材を高速で駆動し、瞬時に撮影準備動作を行う必要がある。

特許文献１は、動画撮影と静止画撮影が可能なデジタルカメラを開示している。このデジタルカメラは、静止画撮影時は、レンズを駆動するステップモータを２相励磁駆動方式で駆動する。また、動画撮影時は、ステップモータを静音化が容易なマイクロステップ駆動方式で駆動し、動画撮影時に記録されるモータの作動音を低減することができる。

その他の従来技術としては特許文献２がある。
特開２００４−００４３６２号公報 特開平０９−３３１６６６号公報

しかし、ステップモータは、高速駆動時において、駆動パルスとロータの回転の同期が取れず、脱調が起こる可能性がある。ステップモータを用いて高速駆動を行おうとした場合、ステップ幅の大きいモータを用いたり、伝達機構の減速比を低くしたりすることが考えられる。しかし、これではレンズの駆動分解能が低下し、レンズを高精度に駆動することが困難である。また、ステップモータを用いてレンズ駆動に必要な高分解能を得ようとすると、ステップ幅の小さいモータを用いたり、伝達機構の減速比を高くしたりすることが考えられる。しかし、この場合はレンズの駆動速度が低下し、瞬時に撮影準備動作が行うことが困難である。

本発明は、音声記録時にモータ音が記録されることを防止し、非音声記録時に高速のレンズ駆動を可能にする光学機器を提供することを例示的な目的とする。

本発明の一側面としての光学機器は、記録モードが動画記録と静止画記録の間で切り替え可能な光学機器において、光学部材と、磁石を有するロータと、前記磁石に回転力を与えるコイルを有するステータと、を有し、前記光学部材を駆動するモータと、前記モータの前記ロータの位置を検出する位置センサと、決められた時間間隔に従って前記モータの前記コイルへの通電を切り替える第１の駆動と、前記位置センサの出力に応じて前記モータの前記コイルへの通電を切り替える第２の駆動とを、前記記録モードに応じて選択する駆動回路と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、音声記録時（動画記録時）にモータ音が記録されることを防止し、非音声記録時（静止画記録時）に高速のレンズ駆動を可能にする光学機器を提供することができる。

図１は、光学機器１００のブロック図である。光学機器１００は、記録モードが動画記録と静止画記録の間で切り替え可能なデジタルカメラ・ビデオカメラなどを総称する。光学機器１００は、光学系、撮像素子１０２、第１の信号処理回路１０３、マイク１０４、第２の信号処理回路１０５、データ処理回路１０６、メモリ１０７、システムコントローラ１０８、オートフォーカス（ＡＦ）制御回路１０９を含む。また、光学機器１００は、モータ駆動系、位置センサ１１３、モータ１１４、レリーズボタン１１５及び静止画／動画スイッチ１１６を更に含む。

光学系は、レンズ群などであり、光学部材としてのフォーカスレンズ（群）１０１を含む。被写体からの光は光学系を通って撮像素子１０２に入射する。フォーカスレンズ１０１は、モータ１１４によって駆動される。フォーカスレンズ１０１を光軸方向Ｄに微小に往復移動（ウォブリング）させても像倍率がほとんど変化することがなく、焦点位置のみが変化する。従って、フォーカスレンズ１０１を光軸方向Ｄに移動することで、撮像素子１０２上に結像される像の焦点を調節することができる。

撮像素子１０２は、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサなどの光電変換素子で構成されている。撮像素子１０２において光電変換によって得られた出力信号は、第１の信号処理回路１０３で増幅され、デジタル映像信号として出力される。より具体的には、第１の信号処理回路１０３は撮像素子１０２から出力されるアナログ電気信号に対し、ゲイン調整・ガンマ処理などを行った後、ＲＧＢ画像データなどのデジタル映像信号として出力する。光学機器１００は、この映像信号を用いて動画及び静止画を形成する。第１の信号処理回路１０３は、撮像素子１０２で電気信号に変換された信号に基づいて画面のコントラスト値を検出し、これにより、フォーカスレンズ１０１の焦点状態を知ることができる。

必要があれば、外部測距方式や位相差検出方式用のＡＦセンサを設けてもよい。外部測距方式用のＡＦセンサは、被写体からの光を検出して検出信号を出力する。例えば、ＡＦセンサは、赤外発光素子（ＩｒＬＥＤ）を用いて被写体に赤外光を発光する。そして、被写体で反射した赤外光を受光素子で受光して、受光素子の出力から光学系の焦点状態を検出する。ＡＦセンサは超音波を被写体に照射し、反射波を検出するセンサでもよい。また、位相差検出方式用のＡＦセンサの場合、被写体からの光を２分割して、それぞれの像を一対のＡＦセンサで検出する。また、被写体からの光を直接検出してもよいし、光学系に入射した光を分岐して検出する方法を使用してもよい。このように、ＡＦセンサは、外部測距方式のために被写体までの距離を測定してもよいし、位相差検出方式のために被写体からの光束から生成される二つの像の間隔又はズレ量を検出してもよい。

なお、位相差検出方法は、被写体からの光束を分岐して２つのＡＦセンサに入射させ、それらのセンサから出力される二像のずれ量又は間隔からデフォーカス量を求める方式である。外部測距方式はアクティブ方式とパッシブ方式に分けられる。アクティブ方式は、被写体に赤外線や超音波などを照射し、その反射波をセンサで検知し、反射波が戻るまでの時間や照射角度により被写体との距離を測定する方式である。パッシブ方式は、被写体からの光束を２分割し、２つの受光センサで受光し、２つのセンサからの信号の相関を演算する。そして、ラインセンサの何画素分のシフト量で相関が最大になるかを演算し、このシフト量に基づいて三角測量の原理で測距情報を取得する方式である。

本実施例の光学機器１００はコントラスト検出方式を使用する。コントラスト検出方式は、フォーカスレンズを往復移動（ウォブリング）させて撮像部から出力された映像信号の高周波成分を抽出し、その最大値が得られる位置にフォーカスレンズを移動させて合焦を得る方式である。

マイク１０４は、外部の音声を電気信号に変換して出力する。第２の信号処理回路１０５は、マイク１０４から出力される電気信号を処理し、音声信号として出力する。より具体的には、マイク１０４から出力されるアナログ電気信号に対し、ゲイン調整を行った後、Ａ／Ｄ変換によりデジタル音声信号として出力する。

データ処理回路１０６は、第１の信号処理回路１０３から出力される映像信号と、第２の信号処理回路１０５から出力される音声信号とを、データ圧縮などの処理を行った後にメモリ１０７に記録する。音声信号を記録する音声記録モードと、音声信号を記録しない非音声記録モードの２つのモードが選択可能である。

メモリ１０７は、データ処理回路１０６から出力される記録用データを記録可能である。メモリ１０７の種類は限定されず、メモリーカード、カメラ内蔵メモリ、テープ、ディスクなど各種メモリを使用可能である。

システムコントローラ１０８は、レリーズボタン１１５から出力されるレリーズ信号に従って、データ処理回路１０６及びＡＦ制御回路１０９を制御して撮影のためのシーケンスを実行する。その際、静止画／動画スイッチ１１６の状態により、静止画撮影を行う静止画モードと動画撮影を行う動画モードとを切り換えて撮影シーケンスを実行する。

静止画撮影時は、レリーズボタン１１５が押圧された直後に得られる映像信号がメモリ１０７に記録されるように、データ処理回路１０６を制御する。動画撮影時は、レリーズボタン１１５が押圧された直後から次にレリーズボタン１１５が押圧されるまでの期間に得られる映像信号がメモリ１０７に記録されるように、データ処理回路１０６を制御する。

本実施例においては、動画撮影時は、データ処理回路１０６の記録モードを音声記録モードに設定して、映像信号と音声信号を同時に記録するようにしている。しかし、動画撮影時に非音声記録モードを選択してもよいし、静止画撮影時に音声記録モードを選択してもよい。また、音声信号のみを記録する記録モードがあってもよく、映像信号と音声信号の記録の組合せに制限を加えるものではない。

ＡＦ制御回路１０９は、第１の信号処理回路１０３から出力される映像信号に基づいて、フォーカスレンズ１０１を駆動する目標を規定する駆動目標信号を出力する。即ち、ＡＦ制御回路１０９は、光学系により形成された像のコントラスト値に基づいて焦点状態を検出することができる。より具体的には、第１の信号処理回路１０３から出力される映像信号の高周波成分を抽出し、基準値と比較する。基準値を上回る場合は合焦していると判断する。また、基準値を下回る場合は、合焦していないと判断し、この高周波成分の最大値が得られるようにフォーカスレンズ１０１の目標位置を出力する。なお、必要があれば、ＡＦ制御回路１０９は、上述のＡＦセンサの測定結果に基づいて焦点状態を検出する機能を備えていてもよい。ＡＦ制御回路１０９は、駆動回路１１０を介して第１のドライバ１１１又は第２のドライバ１１２に駆動目標信号を出力する。

本実施例では、駆動目標信号はフォーカスレンズ１０１の目標位置として出力されるが、駆動目標信号がフォーカスレンズ１０１の目標速度として出力されてもよい。また、本実施例では、コントラスト検出方式を使用したＡＦの場合を示すが、上述したように、外部測距方式や位相差検出方式を使用してＡＦを行ってもよい。

モータ駆動系は、駆動回路１１０と、第１のドライバ（第１の駆動手段）１１１と、第２のドライバ（第２の駆動手段）１１２と、カウンタ１１７と、を有する。

駆動回路１１０は、ＡＦ制御回路１０９から出力されるフォーカスレンズ１０１の駆動目標信号に従い、第１のドライバ１１１又は第２のドライバ１１２のどちらかを選択して、モータ１１４の駆動信号を出力する。より具体的には、駆動回路１１０は、カウンタ１１７から出力されるカウント値からフォーカスレンズ１０１の現在位置を算出する位置検出手段として機能する。その後、フォーカスレンズ１０１の現在位置と駆動目標信号との差分に所定の係数をかけ、モータ１１４の駆動量を算出する。

本実施例は、位置センサ１１３から出力される検出信号に基づいてフォーカスレンズ１０１の現在位置を算出しているが、エンコーダによって直接フォーカスレンズ１０１の現在位置を検出してもよい。あるいは、駆動回路１１０で算出される駆動量を積分してフォーカスレンズ１０１の現在位置を算出してもよい。また、本実施例では、駆動信号はモータ１１４の駆動量として出力されるが、駆動信号がモータ１１４の駆動速度として出力されてもよい。

第１のドライバ１１１は、決められた時間間隔に従ってモータ１１４のコイルへの通電を切り替える。第１のドライバ１１１は、駆動回路１１０から出力される駆動信号に従い、非フィードバック通電切換駆動によってモータ１１４を駆動する。非フィードバック通電切換駆動については後述する。

第２のドライバ１１２は、位置センサ１１３の出力に応じてモータ１１４のコイルへの通電を切り替える。第２のドライバ１１２は、駆動回路１１０から出力される駆動信号に従い、フィードバック通電切換駆動（ブラシレス駆動）によってモータ１１４を駆動する。フィードバック通電切換駆動については後述する。

位置センサ１１３は、モータ１１４のロータ位置を検出して検出信号を出力する。モータ１１４は、第１のドライバ１１１又は第２のドライバ１１２の出力に従って回転する。

図４は、モータ１１４と位置センサ１１３の斜視図であり、説明のため一部の部品を破断して示している。モータ１１４の構造は特許文献２と同じである。モータ１１４は、磁石２０１を有するロータ２０２、第１のコイル２０３、第２のコイル２０４、第１のヨーク２０５及び第２のヨーク２０６を有する。位置センサ１１３は、第１の位置センサ２０７、第２の位置センサ２０８を有する。第１のコイル２０３、第２のコイル２０４、第１のヨーク２０５、第２のヨーク２０６、第１の位置センサ２０７、第２の位置センサ２０８でステータを構成する。

磁石２０１は、外周が多極着磁された円筒形状の永久磁石である。角度位置に対し、径方向の磁力の強さが正弦波状に変化する着磁パターンを有する。ロータ２０２は、ステータに対して回転可能に支持され、磁石２０１と一体に固定されている。第１のヨーク２０５は、第１のコイル２０３に励磁される磁極歯を複数有している。励磁される極を切り換えることで、ロータ２０２に与えるトルクを変化させることができる。第２のヨーク２０６は、第１のコイル２０４に励磁される磁極歯を複数有している。励磁される極を切り換えることで、ロータ２０２に与えるトルクを変化させることができる。第１の位置センサ２０７、第２の位置センサ２０８は磁石２０１の磁束を検出し、検出信号を出力するホール素子である。ここで磁石２０１の極数をｎとすると、電気角３６０°は実際のロータ角度の７２０／ｎ°に相当する。

なお、本実施例では、ロータ磁石の磁束をホール素子によって検出している。しかしながら、ロータ位置を検出する方式に制限を加えるわけではない。ロータ２０２の回転に伴って変位する検出用磁石を配置して検出してもよいし、遮光板やパターン面を光学センサによって読み取ってもよい。また、位置センサがモータと一体に固定されていてもよいし、モータとは別部材に固定されていてもよい。

第１のドライバ１１１は、モータ１１４を非フィードバック通電切換駆動する。第１のドライバ１１１は、入力された駆動パルス間隔（駆動周波数）と回転方向に従って、第１のコイル２０３と第２のコイル２０４の通電を順次切り換えることで、ロータ２０２を所望の速度で回転させることが可能である。また、入力された駆動パルス数に従って、ロータ２０２を所望の角度だけ回転させることが可能である。

また、第１のドライバ１１１は、モータ１１４を、非フィードバック通電切換駆動の一種である、マイクロステップ駆動することができる。マイクロステップ駆動においては、第１のコイル２０３と第２のコイル２０４に印加する電圧を段階的に変化させることで１ステップの中を分割して位置決めすることができる。本実施例では、パルス幅変調（ＰＷＭ）制御を行うことで、電圧を段階的に変化させている。マイクロステップ駆動によって１ステップの中を分割して位置決めすることができるため、分解能が高く、微小変位の制御性が高い。

非フィードバック通電切換駆動は、入力される駆動パルス間隔に応じて回転速度が決まるので、駆動パルス間隔を制御することで正確な速度制御が可能である。特に、低速駆動時においても安定した制御が可能であるため、低速駆動による静音化をはかることができる。また、駆動パルス間隔を制御することで加減速制御が可能なため、ゆるやかな加減速による静音化をはかることができる。しかしながら、駆動パルス間隔を小さく（駆動周波数を大きく）すると、コイル通電の切り換えに対してロータが応答できなくなり、脱調をおこす可能性が高まる。このため、駆動パルス間隔に下限を加えるとともに、実際の負荷に対して所定の安全率を見込む必要があり、高速度での駆動が制限される。

第２のドライバ１１２は、モータ１１４をフィードバック通電切換駆動する。第２のドライバ１１２は、ＡＦ制御回路１０９から出力されるフォーカスレンズ１０１の駆動目標信号に従ってモータ１１４を駆動する。その際、第２のドライバ１１２は、入力された駆動パルス数と回転方向、第１及び第２の位置センサ２０７、２０８の出力する信号に従って、第１及び第２のコイル２０３、２０４の通電を順次切り換える。これにより、ロータ２０２を所望の角度だけ回転させることが可能である。また、第１のコイル２０３と第２のコイル２０４に流す電流を制御することで、ロータ２０２を所望のトルクで回転させることが可能である。

ドライバ１１２はドライバ１１１よりもフォーカスレンズ１０１を高速で移動することができる。また、ドライバ１１１はドライバ１１２よりもフォーカスレンズ１０１を高精度に合焦位置に位置決めすることができる。

カウンタ１１７は、位置センサ１１３から出力される検出信号をカウントしてカウント値を出力する。

レリーズボタン１１５は、ユーザーが押圧操作を行うことでレリーズ信号を出力し、撮影タイミングをカメラに指令することができる。静止画／動画スイッチ１１６は、ユーザーがスイッチを操作することで、静止画モードと動画モードとを切り換えることができる。

図２は、光学機器１００の撮影処理を示すフローチャートである。

撮影処理が開始されると（Ｓ１０１）、データ処理回路１０６の記録モードが非音声記録モードに設定される（Ｓ１０２）。その後、ＡＦ制御回路１０９にて合焦判定を行い（Ｓ１０３）、合焦していない場合は、ＡＦ制御を行う（Ｓ１０４）。次に、光学機器１００が動画モードに設定されているか否かを判定する（Ｓ１０５）。光学機器１００が動画モードに設定されている場合は、レリーズボタン１１５が全押しされたか判定し（Ｓ１０６）、レリーズボタン１１５が全押しされていなければ最初に戻る。全押しされていれば、データ処理回路１０６の記録モードを音声記録モードに設定し（Ｓ１０７）、動画記録処理を行う（Ｓ１０８）。動画記録処理については後述する。

光学機器１００が静止画モードに設定されている場合は、レリーズボタン１１５が半押しされたか判定し（Ｓ１０９）、半押しされていなければ最初に戻る。半押しされていれば、ＡＦ制御回路１０９にて合焦判定を行い（Ｓ１１０）、合焦していない場合は、ＡＦ制御を行う（Ｓ１１１）。次に、レリーズボタン１１５の半押しが解除されているか判定し（Ｓ１１２）、解除されていれば最初に戻る。半押しが解除されていなければ、レリーズボタン１１５が全押しされたか判定し（Ｓ１１３）、全押しされていなければ、再度、レリーズボタン１１５の半押しが解除されているか判定する（Ｓ１１２）。全押しされていれば、静止画記録を行う（Ｓ１１４）。

図３は、ステップＳ１０８の動画記録処理の詳細を示すフローチャートである。動画記録処理が開始されると（Ｓ２０１）、データ処理回路１０６がメモリ１０７に動画記録を開始する（Ｓ２０２）。その後、ＡＦ制御回路１０９にて合焦判定を行い（Ｓ２０３）、合焦していない場合は、ＡＦ制御を行う（Ｓ２０４）。次に、レリーズボタン１１５が全押しされているか判定し（Ｓ２０５）、全押しされていなければ、再度、ＡＦ制御回路１０９にて合焦判定を行う（Ｓ２０３）。レリーズボタン１１５が全押しされていれば、データ処理回路１０６が動画記録を停止し（Ｓ２０６）、動画記録処理を終了して通常動作に戻る（Ｓ２０７）。以上の処理によって、光学機器１００が音声を含む動画、及び、静止画を記録することが可能である。

図５は、ヨーク２０５、２０６と位置センサ１１３とロータ２０２の位相関係を示す軸方向断面図、図７はフィードバック通電切換モードの動作を示す軸方向断面図である。図中で時計回りを正の方向とする。２０５ａ〜ｄは第１のヨーク２０５の磁極歯、２０６ａ〜ｄは第２のヨーク２０６の磁極歯である。本実施形では、磁石の極数は８極、着磁角Ｐは４５°である。また、第１のヨーク２０５を基準とすると、第２のヨーク２０６の位相Ｐ／２は−２２．５°、第１の位置センサ２０７の位相β１は＋２２．５°、第２のセンサ２０８の位相β２は−４５°である。

以下の説明では、電気角を用いてフィードバック通電切換モードの動作を説明する。電気角とは、磁石磁力の１周期を３６０°として表したものであり、ロータの極数をＭ、実際の角度をθ_０とすると、電気角θは以下の式で表せる。

第１のヨーク２０５と第２のヨーク２０６の位相差、第１の位置センサ２０７と第２の位置センサ２０８の位相差、第１のヨーク２０５と第１の位置センサ２０７の位相差は全て電気角で９０°である。なお、図５において、第１のヨーク磁極歯中心と磁石のＮ極中心が対向している。この状態をロータの初期状態とし、電気角０°とする。

図６（１）は、ロータ２０２の回転角度とモータトルクの関係を示すグラフであり、横軸は電気角を、縦軸はモータトルクを示す。モータトルクは、ロータ２０２を時計回りに回転させるトルクを正とする。第１のコイル２０３に正方向の電流を流すと、第１のヨーク２０５がＮ極に磁化し、磁石の磁極との間に電磁気力が発生する。また、第２のコイル２０４に正方向の電流を流すと、第２のヨーク２０６がＮ極に磁化し、磁石の磁極との間に電磁気力が発生する。２つの電磁気力を合成すると、ロータ２０２の回転に伴って概略正弦波状のトルクが得られる（トルク曲線Ａ＋Ｂ＋）。他の通電状態においても、同様に、概略正弦波状のトルクが得られる（トルク曲線Ａ＋Ｂ−、Ａ−Ｂ−、Ａ−Ｂ＋）。また、第１のヨーク２０５は第２のヨーク２０６に対して電気角で９０°の位相をもって配置されるため、４つのトルクは互いに電気角で９０°の位相差を持っている。

図６（２）はロータ２０２の回転角度とセンサ出力の関係を示すグラフであり、横軸は電気角を、縦軸は位置センサの出力を示す。磁石２０１の径方向磁力の強さは、電気角に対しておおよそ正弦波状になるように着磁している。そのため、第１の位置センサ２０７からは概略正弦波状の信号が得られる（位置センサ信号Ａ）。なお、本実施例では、第１の位置センサ２０７は、磁石２０１のＮ極と対向するときに正の値を出力する。また、第２の位置センサ２０８は第１の位置センサ２０７に対して電気角で９０°の位相をもって配置されるため、第２の位置センサ２０８からは余弦波状の信号が得られる（位置センサ信号Ｂ）。なお、本実施例では、第２の位置センサ２０８は、第１の位置センサ２０７に対して極性を反転してあるため、磁石２０１のＳ極と対向するときに正の値を出力する。

位置センサ信号Ａ、位置センサ信号Ｂに対して２値化を行った信号が、２値化信号Ａ、２値化信号Ｂである。フィードバック通電切換モードでは、２値化信号Ａに基づいて第１のコイル２０３の通電を切り換え、２値化信号Ｂに基づいて第２のコイル２０４の通電を切り換える。即ち、２値化信号Ａが正の値を示すとき第１のコイル２０３に正方向の電流を流し、負の値を示すとき第１のコイル２０３に逆方向の電流を流す。また、２値化信号Ｂが正の値を示すとき第２のコイル２０４に正方向の通電を流し、負の値を示すとき第２のコイル２０４に逆方向の通電を流す。

以下、フィードバック通電切換モードの動作を説明する。図７は、フィードバック通電切換駆動の動作を示す軸方向断面図である。図７（ａ）はロータ２０２が電気角で１３５°回転した状態を示している。各センサの出力は図６（２）の（ａ）で示した値を示しており、２値化信号Ａは正、２値化信号Ｂは負の値を示している。従って、第１のコイル２０３には正方向の電流が流れて第１のヨーク２０５はＮ極に磁化し、第２のコイル２０４には逆方向の電流が流れて第２のヨーク２０６はＳ極に磁化する。このとき、図６（１）のトルク曲線Ａ＋Ｂ−に対応する時計回りのトルクが働き、ロータ２０２はθ方向の回転力を受けて回転する。

図７（ｂ）はロータ２０２が電気角で１８０°回転した状態を示している。第１の位置センサ２０７は磁石のＮ極とＳ極の境界に位置する。そのため、電気角１８０°を境に２値化信号Ａは正の値から負の値に切り換わり、第１のコイル２０３の通電方向が正方向から逆方向へ切り換わる。この電気角は、トルク曲線Ａ＋Ｂ−とトルク曲線Ａ−Ｂ−との交点の電気角と一致する。

図７（ｂ’）はロータ２０２が電気角で１８０°回転し、第１のコイル２０３の通電方向が切り換わった状態を示している。第１のコイル２０３には逆方向の電流が流れて第１のヨーク２０５はＳ極に磁化し、第２のコイル２０４には逆方向の電流が流れて第２のヨーク２０６はＳ極に磁化する。このとき、図６（１）のトルク曲線Ａ−Ｂ−に対応する時計回りのトルクがはたらき、ロータ２０２はθ方向の回転力を受けて回転する。

図７（ｃ）はロータ２０２が電気角で２２５°回転した状態を示している。各センサの出力は図６（２）の（ｃ）で示した値を示しており、２値化信号Ａは負、２値化信号Ｂは負の値を示している。従って、第１のコイル２０３には負方向の電流が流れて第１のヨーク２０５はＳ極に磁化し、第２のコイル２０４には逆方向の電流が流れて第２のヨーク２０６はＳ極に磁化する。このとき、図６（１）のトルク曲線Ａ−Ｂ−に対応する時計回りのトルクがはたらき、ロータ２０２はθ方向の回転力を受けて回転する。

図７（ｄ）はロータ２０２が電気角で２７０°回転した状態を示している。第２の位置センサ２０８は磁石のＮ極とＳ極の境界に位置する。そのため、電気角２７０°を境に２値化信号Ｂは負の値から正の値に切り換わり、第２のコイル２０４の通電方向が逆方向から正方向へ切り換わる。この電気角は、トルク曲線Ａ−Ｂ−とトルク曲線Ａ−Ｂ＋との交点の電気角と一致する。

図７（ｂ’）はロータ２０２が電気角で２７０°回転し、第２のコイル２０４の通電方向が切り換わった状態を示している。第２のコイル２０４には正方向の電流が流れて第２のヨーク２０６はＳ極に磁化し、第１のコイル２０３には逆方向の電流が流れて第１のヨーク２０５はＳ極に磁化する。このとき、図６（１）のトルク曲線Ａ−Ｂ＋に対応する時計回りのトルクがはたらき、ロータ２０２はθ方向の回転力を受けて回転する。

以上の動作を繰り返すことで、ロータ２０２を連続的に回転させることが可能となる。また、２値化信号Ａ又は２値化信号Ｂの正負を反転させれば、逆回転も可能である。

フィードバック通電切換駆動では、駆動パルス数と回転方向を入力することで、ロータ２０２を所望の角度だけ回転させることが可能である。また、コイルに流す電流を制御することで各ヨークの磁極歯と磁石磁極との間の磁力を変化させ、ロータ２０２に働く回転力を制御し、ロータ２０２を所望の速度で回転させることが可能である。

フィードバック通電切換モードでは、位置センサ１１３の信号の位相を進めることでモータ１１４の特性を変化させることが可能である。フィードバック通電切換モードにおいて高速度で回転させると、通電切換の周期が短くなる。通電切換の周期が短いと、コイルのインダクタンスの影響により、通電切換の周期に比べて電流値の立ち上がりが遅くなり、トルクが低くなる。しかし、位置センサの信号の位相を進めることで、電流値の立ち上がりが遅くなるのを防ぎ、高速でのトルク低下を抑えることが可能である。

フィードバック通電切換駆動では、各トルク曲線の交点と一致する電気角において通電を切り換えているため、モータ１１４から得られるトルクを最大にすることができる（図４（１）トルク曲線Ｔ）。

非フィードバック通電切換モードでは、駆動周波数を高くすると、通電切換に対してロータ２０２の回転が追いつかず、脱調を起こすことがある。しかし、フィードバック通電切換モードでは、ロータ２０２の位置を検出しながら通電を切り換えるため、適切な制御を行えば脱調が起こることはない。そのため、非フィードバック通電切換モードのように駆動速度を制限したり、安全率を見込んだりする必要がない。そのため、非フィードバック通電切換モードに対して高速・高効率で駆動することが可能である。フィードバック通電切換モードでは、コイルに流す電流を制御することで速度制御を行うことができる。しかし、低速駆動時には電流値を低くしなければならず、トルクが低下する。そのため、低速駆動時の位置決め精度は低下する。

図８は、本実施例におけるレンズ駆動処理を示すフローチャートである。ＡＦ制御回路１０９から出力されるフォーカスレンズ１０１の駆動目標信号が駆動回路１１０に入力されると（Ｓ３０１）、データ処理回路１０６の記録モードを判定する（Ｓ３０２）。記録モードが音声記録モードに設定されている場合は、閾値ＳＨを所定の閾値Ａに設定し（Ｓ３０３）、記録モードが音声記録モードに設定されていない場合は、閾値ＳＨを所定の閾値Ｂに設定する（Ｓ３０４）。閾値Ａは閾値Ｂより大きい値であることが望ましい。これにより、より広い範囲でモータ音が記録されることを防止することができる。次に、入力された駆動目標信号からモータ１１４の目標駆動量ＴＧＴが算出され（Ｓ３０５）、目標駆動量ＴＧＴが閾値ＳＨより小さいか否かが判定される（Ｓ３０６）。目標駆動量ＴＧＴは、フォーカスレンズ１０１の目標位置とフォーカスレンズ１０１の現在位置の差である。目標駆動量ＴＧＴが閾値ＳＨより小さい場合、第１のドライバ１１１に目標駆動量ＴＧＴに応じた駆動信号が出力され、非フィードバック通電切換駆動によってモータ１１４が駆動される（Ｓ３０７）。また、目標駆動量ＴＧＴが閾値以上の場合、第２のドライバ１１１に目標駆動量ＴＧＴに応じた駆動信号が出力され、フィードバック通電切換駆動によってモータ１１４が駆動される（Ｓ３０８）。このように、駆動回路１１０は、記録モードが動画記録である場合は第１のドライバ１１１を優先し、記録モードが静止画記録である場合は第２のドライバ１１２を優先する。どちらの場合でも、フォーカスレンズ１０１はＡＦ制御回路１０９から出力される駆動目標信号に従って駆動される。以上の処理によって、本実施例におけるカメラは駆動目標に従ってレンズ駆動を行い、ＡＦ制御が可能になる。

図９は本実施例における駆動量と駆動時間の関係を示すグラフである。横軸は駆動量を示し、縦軸は駆動にかかる時間を示している。また、Ａ，Ｂは閾値Ａ，Ｂを示している。非ＦＢで示された点線は非フィードバック通電切換駆動での駆動量と駆動時間の関係、ＦＢで示された点線はフィードバック通電切換駆動での駆動量と駆動時間の関係を示している。非フィードバック通電切換駆動では、フィードバック駆動に対して速度が低く、傾きが大きくなっている。

本実施例のレンズ駆動処理に従えば、動画モードでは、目標駆動量が閾値Ａより小さい場合は非フィードバック通電切換駆動で駆動され、目標駆動量が閾値Ａ以上の場合はフィードバック通電切換駆動で駆動される。そのため、動画モードでは、極端に移動量が大きい場合を除いて、静音化が容易な非フィードバック通電切換駆動でレンズ駆動を行い、動作音の低減が可能である。また、静止画モードでは、目標駆動量が閾値Ｂより小さい場合は非フィードバック通電切換駆動で駆動され、目標駆動量が閾値Ｂ以上の場合はフィードバック通電切換駆動で駆動される。そのため、静止画モードでは、移動量が大きい場合でも駆動時間が抑えられ、合焦時間の短縮が可能である。

このように、本実施例は、映像及び音声を記録可能な光学機器１００において、音声記録時にモータ作動音が記録されてしまうのを防ぎ、かつ、非音声記録時に高速の合焦動作が可能である。

次に、実施例２について説明する。実施例１と重複する説明は省略する。図１０は、実施例２における光学機器１００Ａの構成を示す説明図である。

３０１はズームレンズ（光学部材）であり、モータ１１４によって光軸方向Ｄに駆動され、撮像素子１０２の撮像面における変倍状態を変えることができる。３０９はズーム制御回路であり、ズーム操作部３１８から出力される操作信号に基づいてズームレンズ３０１の駆動目標信号を出力する。より具体的には、ズーム操作部３１８の操作方向がズームレンズ３０１の駆動方向、ズーム操作部３１８の操作量がズームレンズ３０１の駆動速度に対応するように、ズームレンズ３０１の目標速度を出力する。３１０は駆動回路であり、ズーム制御回路３０９から出力されるズームレンズ３０１の駆動目標信号に従い、第１のドライバ１１１又は第２のドライバ１１２のどちらかを選択して、モータ１１４の駆動信号を出力する。より具体的には、ズームレンズ３０１の目標速度に所定の係数をかけ、モータ１１４の駆動速度を算出する。３１８はズーム操作部であり、ユーザーの操作方向と操作量とに応じた操作信号を出力する。

図１１は、光学機器１００Ａの撮影処理を示すフローチャートである。撮影処理が開始されると（Ｓ４０１）、データ処理回路１０６の記録モードが非音声記録モードに設定される（Ｓ４０２）。その後、ズーム制御回路３０９にてズーム制御を行う（Ｓ４０３）。次に、カメラが動画モードに設定されているか否かを判定する（Ｓ４０４）。光学機器１００Ａが動画モードに設定されている場合は、レリーズボタン１１５が全押しされたか判定し（Ｓ４０５）、レリーズボタン１１５が全押しされていなければ最初に戻る。全押しされていれば、データ処理回路１０６の記録モードを音声記録モードに設定し（Ｓ４０６）、動画記録処理を行う（Ｓ４０７）。動画記録処理については後述する。光学機器１００Ａが静止画モードに設定されている場合は、レリーズボタン１１５が半押しされたか判定し（Ｓ４０８）、半押しされていなければ最初に戻る。半押しされていれば、ズーム制御回路３０９にてズーム制御を行う（Ｓ４０９）。次に、レリーズボタン１１５の半押しが解除されているか判定し（Ｓ４１０）、解除されていれば最初に戻る。半押しが解除されていなければ、レリーズボタン１１５が全押しされたか判定し（Ｓ４１１）、全押しされていなければ、再度、レリーズボタン１１５の半押しが解除されているか判定する（Ｓ４１０）。全押しされていれば、静止画記録を行う（Ｓ４１２）。

図１２は、光学機器１００Ａの動画記録処理を示すフローチャートである。動画記録処理が開始されると（Ｓ５０１）、データ処理回路１０６が動画記録を開始する（Ｓ５０２）。その後、ズーム制御回路３０９にてズーム制御を行う（Ｓ５０３）。次に、レリーズボタン１１５が全押しされているか判定し（Ｓ５０４）、全押しされていなければ、再度、ズーム制御回路３０９にてズーム制御を行う（Ｓ５０３）。レリーズボタン１１５が全押しされていれば、データ処理回路１０６が動画記録を停止し（Ｓ５０５）、動画記録処理を終了して通常動作に戻る（Ｓ５０６）。

以上の処理によって、光学機器１００Ａが音声を含む動画、及び、静止画を記録することが可能である。

図１３は、本実施例におけるレンズ駆動処理を示すフローチャートである。ズーム制御回路３０９から出力されるズームレンズ３０１の駆動目標信号が駆動回路３１０に入力されると（Ｓ６０１）、データ処理回路１０６の記録モードを判定する（Ｓ６０２）。記録モードが音声記録モードに設定されている場合は、閾値ＳＨを所定の閾値Ａに設定し（Ｓ６０３）、記録モードが音声記録モードに設定されていない場合は、閾値ＳＨを所定の閾値Ｂに設定する（Ｓ６０４）。ここで、閾値Ａは、閾値Ｂより大きい値であることが望ましい。次に、入力された駆動目標信号からモータ１１４の目標速度ＴＧＴが算出され（Ｓ６０５）、目標速度ＴＧＴが閾値ＳＨより小さいか否かが判定される（Ｓ６０６）。目標速度ＴＧＴが閾値ＳＨより小さい場合、第１のドライバ１１１に目標速度ＴＧＴに応じた駆動信号が出力され、非フィードバック通電切換駆動によってモータ１１４が駆動される（Ｓ６０７）。また、目標速度ＴＧＴが閾値ＳＨ以上の場合、第２のドライバ１１１に目標速度ＴＧＴに応じた駆動信号が出力され、フィードバック通電切換駆動によってモータ１１４が駆動される（Ｓ６０８）。どちらの場合でも、ズームレンズ３０１はズーム制御回路３０９から出力される駆動目標信号に従って駆動される。

以上の処理によって、光学機器１００Ａは駆動目標に従ってレンズ駆動を行い、ズーム制御が可能になる。

図１４は、本実施例における駆動速度と駆動精度の関係を示すグラフである。横軸は駆動速度を示し、縦軸は駆動精度を示している。また、Ａ，Ｂは閾値Ａ，Ｂを示している。非ＦＢで示された点線は非フィードバック通電切換駆動での駆動速度と駆動精度の関係、ＦＢで示された点線はフィードバック通電切換駆動での駆動速度と駆動精度の関係を示している。非フィードバック通電切換駆動では、脱調速度Ｖ２以上では脱調が起こるため、急激に駆動精度が低下している。また、フィードバック通電切換駆動では、電流量により速度制御を行うため、低速駆動時はトルクが低下する。そのため、低速で徐々に駆動精度が低下し、速度Ｖ１で負荷トルクを下回ってレンズが停止する。

本実施例のレンズ駆動処理に従えば、動画モードでは、目標速度が閾値Ａより小さい場合は非フィードバック通電切換駆動で駆動され、目標速度が閾値Ａ以上の場合はフィードバック通電切換駆動で駆動される。そのため、動画モードでは、極端に目標速度が大きい場合を除いて、静音化が容易な非フィードバック通電切換駆動でレンズ駆動を行い、動作音の低減が可能である。

また、静止画モードでは、目標速度が閾値Ｂより小さい場合は非フィードバック通電切換駆動で駆動され、目標速度が閾値Ｂ以上の場合はフィードバック通電切換駆動で駆動される。そのため、静止画モードでは、目標速度が小さい場合を除いて、フィードバック通電切換駆動でレンズ駆動を行い、高速度駆動が可能である。

従って、本実施例では、映像及び音声を記録可能な光学機器１００Ａにおいて、音声記録時にモータ作動音が記録されてしまうのを防ぎ、かつ、非音声記録時に高速のズーム動作が可能である。

実施例１の光学機器のブロック図 図１に示す光学機器の撮影処理を示すフローチャート 図２に示すステップＳ１０８の動画記録処理の詳細を示すフローチャート 図１に示すモータと位置センサの斜視図 図５に示すヨークと位置センサとロータの位相関係を示す軸方向断面図 図５に示すロータの回転角度とモータトルク及びセンサ出力の関係を示すグラフ フィードバック通電切換駆動の動作を示す軸方向断面図 実施例１の光学機器のレンズ駆動処理を示すフローチャート 実施例１の駆動量と駆動時間の関係を示すグラフ 実施例２の光学機器のブロック図 実施例２の撮影処理を示すフローチャート 実施例２の光学機器の動画記録処理を示すフローチャート 実施例２の光学機器のレンズ駆動処理を示すフローチャート 実施例２の駆動速度と駆動精度の関係を示すグラフ

符号の説明

１００、１００Ａ 光学機器
１０１ フォーカスレンズ（光学部材）
１０２ 撮像素子
１０３ 第１の信号処理回路
１０４ マイク
１０５ 第２の信号処理回路
１０６ データ処理回路
１０７ メモリ
１０８ システムコントローラ
１０９ ＡＦ処理回路
１１０ 駆動回路
１１１ 第１のドライバ
１１２ 第２のドライバ
１１３（２０７，２０８） 位置センサ
１１４ モータ
１１５ レリーズボタン
１１６ 静止画／動画スイッチ
１１７ カウンタ
３０１ ズームレンズ（光学部材）

Claims (6)

1. 記録モードが動画記録と静止画記録の間で切り替え可能な光学機器において、
   光学部材と、
   磁石を有するロータと、前記磁石に回転力を与えるコイルを有するステータと、を有し、前記光学部材を駆動するモータと、
   前記モータの前記ロータの位置を検出する位置センサと、
   決められた時間間隔に従って前記モータの前記コイルへの通電を切り替える第１の駆動と、前記位置センサの出力に応じて前記モータの前記コイルへの通電を切り替える第２の駆動とを、前記記録モードに応じて選択する駆動回路と、
   を有することを特徴とする光学機器。
2. 前記駆動回路は、前記記録モードが前記動画記録である場合は前記第１の駆動を選択し、前記記録モードが前記静止画記録である場合は前記第２の駆動を選択することを特徴とした請求項１に記載の光学機器。
3. 前記光学部材を駆動する目標を規定する駆動目標信号を前記駆動回路を介して前記第１の駆動又は前記第２の駆動に出力する制御回路を更に有し、
   前記駆動回路は、前記駆動目標信号に応じて前記第１の駆動と前記第２の駆動を切り換え可能であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光学機器。
4. 前記光学部材の現在位置を検出する位置検出手段を更に有し、
   前記駆動目標信号は前記光学部材の目標位置であり、
   前記駆動回路は、前記目標位置と前記現在位置の差である目標駆動量が閾値より小さい場合は前記第１の駆動を選択し、前記目標駆動量が前記閾値以上である場合は前記第２の駆動を選択することを特徴とする請求項３に記載の光学機器。
5. 前記駆動目標信号は前記光学部材の目標速度であり、
   前記駆動回路は、前記目標速度が閾値より小さい場合は前記第１の駆動を選択し、前記目標速度が前記閾値以上である場合は前記第２の駆動を選択することを特徴とした請求項３に記載の光学機器。
6. 前記駆動回路は、前記記録モードが前記動画記録の場合の閾値を、前記記録モードが前記静止画記録の閾値よりも大きく設定することを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の光学機器。