JP5178186B2 - レンズ位置制御装置、およびその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、レンズの位置制御の技術思想に関するものである。

ビデオカメラや静止画カメラ等の撮像装置では、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駆動パルスに同期するアクチュエータを用いている場合がある。こうしたアクチュエータの場合、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。

ところで、撮像装置の小型化においては、前記ステッピングモータの駆動トルクを低くして消費電力を低減し、これによって電源バッテリーを小型にすることが有効である。また撮像装置を小型にすると、モータの駆動トルクを低くすることや、回転数を低くすることが必要となる。これは、撮影時の音を録音するためのマイクと、レンズを駆動するモータとの距離が接近する配置となることを考慮し、モータの振動、騒音が記録されないようにするために必要である。さらに、前記送りねじのネジピッチを大きくすることで、モータの回転量あたりのレンズ移動量を大きくすることができ、レンズ動作を高速化しつつモータの回転数を低くすることが可能となる。

しかしながら、前記のようにモータのトルクを低減すると、駆動負荷が大きい場合にステッピングモータに駆動パルスを印加してもモータが回転できない脱調現象が発生し、レンズの位置が正しく制御できなくなってしまう。一方、駆動負荷を下げるためにラックのガタ取り圧を下げると、わずかな衝撃でラックが送りネジのネジ山から外れる、いわゆる歯飛びが生じ、同様にレンズの位置が正しく制御できなくなってしまうという相反する問題がある。加えて、前記のように送りねじのネジピッチを大きくすると、レンズの停止位置の分解能が粗くなるためにレンズ位置制御精度が低下するという問題がある。

このような問題に対する従来技術として、レンズの位置を検出する位置センサを設ける構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

このようにレンズ位置を検出するセンサを設けることで、脱調や歯飛びが発生した場合もこれを検出してレンズ位置を修正することができる。また位置センサの検出分解能を十分細かくすれば、ネジピッチを大きくしたことにより停止分解能が粗くなっても正しいレンズ位置を検出することができる。

このような従来技術においては、脱調や歯飛びが発生した場合、レンズの駆動源であるステッピングモータの駆動パルス数は次式で求められる。
（式１）
パルス数＝（レンズ目標位置ーセンサ検出位置）×パルス換算係数
ここで「パルス換算係数」は、レンズ位置センサにより検出されたレンズの位置ずれ量をステッピングモータのパルス数に換算するための係数であり、次式で定まる。
（式２）
パルス換算係数＝（モータ１回転あたりの駆動パルス数）×（センサ分解能）／（送りネジピッチ）
脱調や歯飛びによりレンズ位置ずれが発生した場合の位置を修正する動作を含め、レンズを目標位置に移動する際には、前記（式１）および（式２）で求められる駆動パルス数だけステッピングモータを駆動すれば、レンズを目標位置に移動することができる。
特開平０５−２８１４４９（第４頁 図１）

しかしながら、前記の従来技術をレンズの位置制御に適用した場合、以下のような問題がある。

まず、前記のレンズ移動機構においては、送りネジとラックの噛み合い部や、レンズ支持部とラックの結合部などにガタが存在する。前記（式１）および（式２）ではガタの要素を考慮していないが、実際の移動機構では駆動方向の反転時などにおいて、ガタがあるためにステッピングモータの駆動パルス数とレンズの移動量の不一致が生じ、レンズが目標位置に達しなくなってしまう。また、送りネジのネジピッチには製造上のばらつきによる累積誤差が存在するため、前記（式２）で求められるパルス換算係数にも個体ばらつきが存在する。このネジピッチばらつきによっても前記と同様に駆動パルス数とレンズの移動量の不一致が生じ、レンズが目標位置に達しなくなる場合が生じる。

本願技術思想の一の側面は、駆動パルスに同期してレンズを移動させるために駆動するモータと、前記モータの駆動により移動する前記レンズの位置を前記駆動パルスによる予測検出より分解能を高く検出することが可能な位置検出手段と、ユーザの操作を受けて当該操作に応じた出力を行う操作手段と、前記位置検出手段からの出力を受けるとともに前記モータを制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記操作手段からの出力に応じて算出された前記レンズを移動させる際の目標位置と前記位置検出手段にて検出されるレンズ位置との差分を前記モータの駆動パルスに換算して算出した駆動パルス数を前記モータに供給するとともに、当該駆動パルス数を供給しても前記位置検出にて検出されるレンズ位置と前記目標位置との差が第２より大きい第１の場合には、さらに前記モータに駆動パルスを供給して前記レンズを移動させることである。

以上説明したように、本発明によれば、駆動パルス数とレンズの移動量の不一致が生じるような場合においても、目標位置に到達させることができる。

本発明を実施するための最良の形態を、以下の実施例に記載する。

図１は本発明に係わるレンズ位置制御装置を、ビデオカメラのような撮像装置に適用した場合の構成を示す図である。

この撮像装置は、被写体側（図の左側）から順に、フィールドレンズ１０１、変倍レンズとしてのズームレンズ１０２、光量を調節する絞りユニット１１４、アフォーカルレンズ１０３、合焦レンズとしてのフォーカスレンズ１０４を含む撮影光学系を有する。このようにフォーカスレンズ１０４が被写体側から見て後ろ側に配置されるレンズ構成はリアフォーカスレンズと呼ばれ、今日のビデオカメラやコンパクトデジタルカメラ等で一般的に用いられている。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。

ズームレンズ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。

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。ステッピングモータ１０７，１０８は、駆動パルスに同期してレンズを移動させるために駆動するモータである。

このようにステッピングモータ１０７，１０８によりズームレンズ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。そして、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駆動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、ズームレンズ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。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。これにより、発光素子から受光素子に向かう光を遮断することで、ズームレンズ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。

なお、遮光部材１０５ｂは、ズームレンズ１０２の望遠側か広角側かのゾーン検出を可能とする形状に設定されている。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する形状に設定されている。

ズームレンズの保持枠１０５には、ズームレンズの位置を検出するための位置スケール１０５ｃが固定されている。また図示しないレンズ鏡筒部の、位置スケール１０５ｃと対向する箇所に、位置センサ１３０が固定されている。位置スケールには光軸方向に磁気パターン、光反射パターン等のスケールパターンが生成されており、位置センサ１３０がスケールの位置に応じた磁気信号、光反射信号などを読み取ることで、ズームレンズ１０２の光軸方向の位置を検出できるようになっている。位置センサ１３０の検出信号は、後述するマイクロプロセッサ１１１に入力され、ズームレンズの位置制御に用いられる。なお、本実施例ではレンズの位置センサをズームレンズに設けている。これはリアフォーカスレンズにおいてはズームレンズの方がフォーカスレンズに比べて、大きく重いためにモータトルクを大きくする必要があること、およびレンズの移動量が大きく高速駆動が必要であるためである。ただし本発明の実施形態はこの構成に限定されるものではなく、フォーカスレンズに位置センサを設けても構わない。また、以上の説明ではフォーカスレンズを駆動パルスに同期してレンズを移動させるために駆動するモータとしてのステッピングモータで駆動するものとしている。この点、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）など他の形式のアクチュエータを用いる構成とすることもできる。

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、操作手段としての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、ズームレンズ１０２の基準位置に対する望遠側と広角側の位置（テレ端およびワイド端）が、位置センサ１０３によるズームレンズ位置のデータ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は、物体距離とズームレンズ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。

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軌跡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。

また、この駆動パルスに同期してレンズを移動させるために駆動するモータ１０７、１０８の駆動パルスによる位置制御は、位置スケール１０５ｃ、位置センサ１３０による位置制御に比べると分解能が悪い。すなわち、位置センサ１３０からの出力によれば、駆動パルス数の供給よりも細かい制御が可能となっている。

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。

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。

（レンズ駆動制御）
以下で、操作手段からの出力に応じて算出されたレンズを移動させる際の目標位置と位置検出手段にて検出されるレンズ位置とに基づいて算出した駆動パルス数をモータに供給すること移動機構のガタがあっても位置制御できることを説明する。また、レンズ位置制御の目標位置と位置センサにより検出されたレンズ位置との差がしきい値以下となるまでレンズ駆動制御を反復して実行することについて、図２のフローチャートを用いて説明する。

なお、フォトインターラプタ１０９，１１０でモータの駆動パルスのカウンタをリセットし、位置検出素子からの出力の絶対値エンコードとの差分をオフセットとして記憶して両者を対応付けて制御する。

まず、ＳＴＥＰ２０１で、ズームレンズを駆動するステッピングモータ１０７のパルスカウント値を読み出してＲＡＭ（Ｐｓｔｐ）に格納し、さらにＳＴＥＰ２０２でズームレンズの位置センサ１３０の位置検出データを読み出してＲＡＭ（Ｐｓｅｎｓ）に格納する。次にＳＴＥＰ２０３で、ユーザの操作によるズームスイッチの操作量を読み出す。ビデオカメラなどの撮像装置では、一般に操作手段としてのズームスイッチの操作量に応じてズームレンズによるズーミングの速度を可変としているので、ＳＴＥＰ２０４でズームスイッチの操作量に応じたズームレンズの速度を決定する。

次にＳＴＥＰ２０５で、ＳＴＥＰ２０２で読み出したズームレンズ位置と、ＳＴＥＰ２０４で決定したズーム速度から、ズームレンズの目標位置を決定し、ＲＡＭ（Ｐｔｇｔ）に格納する。撮像装置では制御プログラムが映像信号の垂直同期信号の周期（ＮＴＳＣ方式の映像信号では１／６０秒）ごとに実行されることが多い。そのため、ここでの目標位置は１／６０秒間に前記のズーム速度でズームが移動する距離を、ズームレンズ位置Ｐｓｅｎｓに、ズームの駆動方向に応じて加算または減算した値がズームレンズの目標位置となる。ただしＰｔｇｔがズームレンズのワイド端（Ｐｗｉｄｅ）からテレ端（Ｐｔｅｌｅ）までの範囲を超える場合には、ＰｗｉｄｅからＰｔｅｌｅの範囲内に収まるよう制限する。

次にＳＴＥＰ２０６で、ズームレンズの目標位置Ｐｔｇｔとズーム位置Ｐｓｅｎｓの差分を求め、ＲＡＭ（ΔＰｓｅｎｓ）に格納する。

ＳＴＥＰ２０７では、ＳＴＥＰ２０４で決定したズーム速度が０であるかどうかを判別する。０でない場合は駆動を継続している状態であるのでＳＴＥＰ２０９に進み、ステッピングモータ１０７の駆動パルス数（ΔＰｓｔｐ）を求める。ここでΔＰｓｔｐは前記の（式１）および（式２）によって求めることができる。そしてＳＴＥＰ２１０にてステッピングモータ１０７をΔＰｓｔｐだけ駆動する。なお前記のように、ここでのΔＰｓｔｐの計算ではレンズ駆動機構のガタや、ネジピッチのばらつきが考慮されていないため、駆動後のレンズ位置Ｐｓｅｎｓはズームレンズの目標位置Ｐｔｇｔと一致しているとは限らない。続いてＳＴＥＰ２１２、ＳＴＥＰ２１３に進み、後述するフォーカスレンズ位置制御およびズーム端判定制御を行った後にＳＴＥＰ２０１に戻り処理を継続する。

一方、ＳＴＥＰＳｔｅｐ２０７でズーム速度が０、すなわちズーム停止の条件となっている場合は、ＳＴＥＰ２０８に進み、ズームレンズの目標位置Ｐｔｇｔとズーム位置Ｐｓｅｎｓの差分ΔＰｓｅｎｓがしきい値以下であるかどうかを判別する。ここでのしきい値は、例えば、移動機構のガタ量や、モータの通電の入り切りによるレンズ位置の変動量を考慮して決定する。これは例えば、モータの通電時と通電断時の停止位置変化量に基づいて決定する。ステッピングモータ１０７によるレンズ位置制御の分解能にも依存するが、１−２相駆動の１〜１．５パルス程度に設定すれば、レンズ位置が目標位置前後で往復を繰り返すハンチングなどの、制御上の不具合は発生しない場合が多い。

ＳＴＥＰ２０８でΔＰｓｅｎｓがしきい値を超えていると判定された場合は、ズームレンズ位置が目標位置に達していないため、ＳＴＥＰ２０９、ＳＴＥＰ２１０に進みステッピングモータ１０７の駆動を継続する。このようにΔＰｓｅｎｓがしきい値以下になるまでステッピングモータ１０７の駆動を反復して実行することで、ズームレンズ位置を目標位置Ｐｔｇｔにしきい値以下の誤差で到達させることができる。そしてＳＴＥＰ２０８でΔＰｓｅｎｓがしきい値以下になったと判定されると、ＳＴＥＰ２１１に進みモータ駆動を停止し、ＳＴＥＰ２１２、ＳＴＥＰ２１３でフォーカス位置制御およびズーム端判定制御を行った後に、ＳＴＥＰ２０１に戻る。

以上で説明したように、ＳＴＥＰ２０８にてズームレンズ位置制御の目標位置Ｐｔｇｔと位置センサにより検出されたズーム位置Ｐｓｅｎｓの差分ΔＰｓｅｎｓがしきい値以下であるかどうかを判別する。そして、しきい値以上である場合はＳＴＥＰ２０９、ＳＴＥＰ２１０にて（式１）および（式２）に基づくステッピングモータ１０７の駆動制御を反復して実行する。このことにより、駆動機構のガタやネジピッチのばらつきによって駆動パルス数とレンズの移動量の不一致が生じるような場合においても、レンズを前記しきい値以下の誤差で確実に目標位置に到達させることができる。

（フォーカスレンズ位置制御）
次に以下で、図２のＳＴＥＰ２１２で示したフォーカスレンズ位置制御について、図３のフローチャートを用いて説明する。

ここで、改めてレンズが目標位置に達しない場合、撮像装置において以下のような問題が生じる。すなわち、上述のようにビデオカメラなどでは、リアフォーカスと呼ばれるレンズタイプが一般に用いられている。そうすると、リアフォーカスレンズでは変倍動作時に変倍レンズと合焦レンズを所定の位置関係（カム軌跡）を保って駆動しなければピントの合焦状態を維持できないという特性がある。前記のようにレンズ駆動時にレンズが目標位置に達しないような場合、変倍レンズと合焦レンズの位置関係が維持できなくなり、変倍操作時に被写体のピントがボケるなど、撮像装置としての性能低下を招いてしまうことになる。

まずＳＴＥＰ３０１で、フォーカスレンズを駆動するステッピングモータ１０８のパルスカウント値を読み出す。本実施例ではフォーカスレンズには位置センサ１３０のようなセンサを設けていないため、ここでのパルスカウント値がフォーカス位置データとなる。次にＳＴＥＰ３０２で、リアフォーカスレンズにおいて現在追従しようとしているカム軌跡データを読み出す。このカム軌跡データを用いることで、現在の合焦状態を維持するための、ズームレンズ位置に対応するフォーカスレンズ位置を求めることができる。次にＳＴＥＰ３０３にて、ズームレンズを駆動するステッピングモータ１０７が駆動停止状態であるかどうかを判別する。モータが駆動中であればＳＴＥＰ３０４に進み、図２のＳＴＥＰ２０５で決定されたズーム目標位置Ｐｔｇｔに対応するフォーカス位置をカム軌跡データから求め、フォーカス目標位置とする。そしてＳＴＥＰ３０６でフォーカスレンズ位置が目標位置と一致しているかを判別し、一致していないならばＳＴＥＰ３０７に進んで、フォーカスレンズを目標位置に移動させるようにステッピングモータ１０８を駆動して、図２のＳＴＥＰ２１３に進む。一方ＳＴＥＰ３０６でフォーカスレンズ位置が目標位置と一致していると判別された場合は、ＳＴＥＰ３０８に進んでモータの駆動を停止し、ＳＴＥＰ２１３に進む。

ＳＴＥＰ３０３において、ズームレンズを駆動するステッピングモータ１０７が駆動停止状態であると判別された場合、ズームレンズは停止している。ところが、前記のようにズームレンズ位置Ｐｓｅｎｓはズーム目標位置Ｐｔｇｔとは必ずしも一致しておらず、しきい値以下の誤差を持つ位置で停止している。一方ここまでの処理ではフォーカス目標位置はズーム目標位置Ｐｔｇｔに対応するカム軌跡上の位置として求めている。そのため、ズームレンズ位置がＰｔｇｔと一致していない場合は合焦状態を維持するためのカム軌跡からずれてしまう。特に撮像装置がマニュアルフォーカスモードである場合、撮像装置は自動での合焦動作を行わないため、カム軌跡からずれた分だけ被写体のピントがボケた状態のままとなってしまい、撮像装置としての性能低下を招く。これを防止するため、ＳＴＥＰ３０３においてズームレンズを駆動するステッピングモータ１０７が駆動停止状態であると判別された場合はＳＴＥＰ３０５に進む。そして、ズームレンズの位置センサ１３０の位置検出データＰｓｅｎｓに対応するフォーカス位置をカム軌跡データから求める。これをフォーカス目標位置としてＳＴＥＰ３０６に進む。以後の処理は前記の説明と同じであるため省略する。

以上に述べたように、ズームレンズが停止している状態では、ズームレンズの位置センサ１３０の位置検出データＰｓｅｎｓに基づいたフォーカス目標位置にフォーカスレンズを移動するように制御する。言い換えればズーム目標位置Ｐｔｇｔにズームレンズを移動した際の残り量ΔＰｓｅｎｓに応じて、合焦状態を維持するためのカム軌跡上の位置関係が維持されるようにフォーカスレンズを移動する。このことで、被写体のピントがボケることを防止し、撮像装置としての性能を確保することができる。

なお、ここでは、変倍レンズの目標位置と位置検出手段にて検出されるレンズ位置とに応じて、フォーカスレンズを移動させるようにした。この点、フォーカスレンズの位置を検出する検出手段がある場合には、フォーカスレンズの目標位置と位置検出手段にて検出されるレンズ位置とに応じて、ズームレンズを移動させるようにしてもよい。（ズーム端判定制御）

次に以下で、図２のＳＴＥＰ２１３で示したズーム端判定制御について、図４のフローチャートを用いて説明する。

撮像装置の制御においては、特に変倍レンズが可動範囲の端である望遠（テレ）端や広角（ワイド）端にある場合に、特別な制御を行うことがある。これは例えば、レンズがテレ端やワイド端にある場合にはモニター画面上のズーム位置表示等で表示の形や色を変えるなどである。また撮像装置が、撮像した映像を電気的に拡大／縮小する電子ズーム機能を備えている場合、変倍レンズの位置がテレ端やワイド端と一致しているかどうかで光学的なズーム動作と電子ズーム動作を切り替えるといった制御を行う場合もある。しかし一方で、前記のようにレンズの移動機構にはガタが存在するため、レンズ駆動を停止していてもわずかな衝撃でガタ分だけレンズ位置が変動することが頻繁に発生する。変倍レンズ位置がテレ端やワイド端と一致している状態で前記のようなレンズ位置変動が発生すると撮像装置の動作が異常となってしまうという問題がある。具体的には、ユーザが何も変倍操作を行っていないにもかかわらずズーム位置表示が変化したり、電子ズーム動作が解除されてしまったりなど、撮像装置の動作が異常となってしまうという問題である。そのため、ここでは、レンズが制御上の移動可能範囲の端にある場合に、モータを動作させていない状態で位置検出手段による出力結果が変化しても、移動可能範囲の端に留まっていると判定するようにしている。

ＳＴＥＰ４０１でまず、ズームレンズを駆動するステッピングモータ１０７が駆動中かどうかを判定する。駆動中であると判定した場合はＳＴＥＰ４０８、ＳＴＥＰ４０９に進んで、ズームレンズ位置がテレ端であることを示すテレ端フラグ、ワイド端であることを示すワイド端フラグをクリアする。これらのフラグは、撮像装置を制御する他のプログラムにおいて、例えばレンズがテレ端やワイド端にある場合にモニター画面上のズーム位置表示等で表示の形や色を変える制御において参照される。これらのフラグがセットされているかどうかによりズーム位置表示の形や色を変えるように制御される。

また、光学的なズーム動作と電子ズーム動作を切り替えるといった制御の処理内において参照され、フラグがセットされているかどうかにより光学ズームと電子ズームを切り替えるように制御される。

ＳＴＥＰ４０１でズームモータが停止していると判別された場合は、ＳＴＥＰ４０２に進み、ズームレンズの目標位置Ｐｔｇｔがズームレンズのテレ端（Ｐｔｅｌｅ）と一致しているかを判別する。なおここではＰｔｇｔ等のズームレンズ位置データはレンズがテレ側にあるほど値が大きくなるものとし、ＰｔｇｔがＰｔｅｌｅ以上であるかどうかにより前記の判別を行っている。ＰｔｇｔがＰｔｅｌｅ以上であると判別された場合はＳＴＥＰ４０６に進み、テレ端フラグをセットして、図２のＳＴＥＰ２０１に戻る。一方ＰｔｇｔがＰｔｅｌｅ未満であると判定された場合は、ＳＴＥＰ４０３に進んでテレ端フラグをクリアし、ＳＴＥＰ４０４に進む。ＳＴＥＰ４０４ではズームレンズの目標位置Ｐｔｇｔがズームレンズのワイド端（Ｐｗｉｄｅ）と一致しているか（ＰｔｇｔがＰｗｉｄｅ以下であるか）を判別する。ＰｔｇｔがＰｗｉｄｅ以下であると判別された場合は、ＳＴＥＰ４０７に進んでワイド端フラグをセットし、図２のＳＴＥＰ２０１に戻る。

一方ＰｔｇｔがＰｗｉｄｅより大きいと判定された場合は、ＳＴＥＰ４０５に進んでワイド端フラグをクリアし、図２のＳＴＥＰ２０１に戻る。

上述のＳＴＥＰ４０２およびＳＴＥＰ４０４でのズームレンズ位置がテレ端またはワイド端であるか否かの判定では、ズームモータを駆動しているかどうか、およびズームレンズの目標位置Ｐｔｇｔがテレ端またはワイド端と到達しているか否かによる。ズームレンズの位置センサ１３０の位置検出データＰｓｅｎｓは用いていない。このため、ＳＴＥＰ４０６またはＳＴＥＰ４０７でテレ端またはワイド端フラグがセットされた後ズームモータを駆動していない間は、レンズ駆動機構のガタなどはＳＴＥＰ４０２およびＳＴＥＰ４０４の判定結果に影響はない。その間は、ズームレンズの位置センサ１３０の位置検出データＰｓｅｎｓがレンズ駆動機構のガタなどによって変動した場合でも端に留まっていると判定される。この結果、ユーザが意図的にズームスイッチを操作しなければテレ端またはワイド端フラグがセットされた状態が維持されるので、ユーザが変倍操作を行っていないのにズーム位置表示が変化したり、電子ズーム動作が解除されてしまったりなどの問題は生じない。

すなわち、レンズがテレ端／ワイド端にある場合に、レンズ駆動機構のガタなどにより、レンズを駆動していないにもかかわらずレンズ位置が変動するような場合においても、撮像装置の動作が異常となることを防止することでできる。

なお、前記のようにズームレンズ位置Ｐｓｅｎｓは、ズームモータを駆動していないときは図２のズームレンズ位置制御で説明したように、Ｐｔｇｔに対してしきい値以内の誤差の範囲内にあるよう制御されている。従ってズームレンズ位置がテレ端またはワイド端にあるかどうかを、Ｐｔｇｔにより判別してもその誤差は小さく、撮像装置の機能・性能上の問題が生じないようにできる。

以上で説明したように、上述した技術思想によれば、駆動機構のガタやネジピッチのばらつきによってステッピングモータの駆動パルス数とレンズの移動量の不一致が生じるような場合においても、レンズを所定のしきい値以下の誤差で確実に目標位置に到達させることができる。また、前記の誤差が生じていても合焦状態を維持するためのカム軌跡上のレンズ位置関係が維持されるので、被写体のピントがボケることを防止し、撮像装置としての性能を確保することができる。さらに、レンズがテレ端／ワイド端にある場合に、レンズ駆動機構のガタなどによってレンズ位置が変動した際においても、撮像装置の動作が異常となってしまうことを防止することができる。

また、しきい値を移動機構のガタ量に基づいて、例えばしきい値がガタ量より大きくなるよう設定すれば、レンズ位置が目標位置前後で往復を繰り返すハンチングなどの不安定な動作を防止し制御の安定性を高めることができる。この場合、ガタ量に相当するしきい値分の誤差は残ることになるが、ネジピッチのばらつきについては位置制御精度に影響しないようにすることができる。

また、ステッピングモータと送りネジを用いたレンズ移動機構では、モータの通電を遮断してもレンズ位置を保持できる。そのことから、レンズを駆動していない間はモータの通電を遮断し消費電力を低減することが行われる。そのため、このモータの通電の入り切りによってわずかではあるがレンズ位置が変動する。この点、前記しきい値を定めるにあたってこのレンズ位置の変動量を考慮することで、モータの通電の入り切りによりレンズ制御が不安定になることを防止することができる。

また、上述した技術思想によれば、前記のレンズ位置制御を例えばリアフォーカスレンズの変倍レンズに適用した場合に、レンズ目標位置とレンズ位置との距離が前記しきい値以下となってモータ駆動を停止した際、フォーカスレンズの位置を移動する。レンズ目標位置と位置センサ１３０の出力結果に応じて、合焦状態を維持するための所定の位置関係が維持されるようにするためである。これにより、被写体のピントがボケることを防止し、撮像装置としての性能を確保することができる。

また、上述した技術思想によれば、レンズがテレ端／ワイド端にある場合に、レンズ駆動機構のガタなどによって、レンズを駆動していないにもかかわらずレンズ位置が変動した際においても、レンズがテレ端／ワイド端に留まっているものとして制御を行う。これによりユーザが変倍操作を行っていないのにズーム位置表示が変化したり、電子ズーム動作が解除されてしまったりなど、撮像装置の動作が異常となってしまうことを防止することができる。

本発明に係わるレンズ位置決め装置を、撮像装置に適用した場合の実施例の構成を示す図である。 レンズ位置制御の目標位置と位置センサにより検出されたレンズ位置との差が所定のしきい値以下となるようレンズを駆動する動作を示すフローチャートである。 ズームレンズ位置に応じてフォーカスレンズを駆動する動作を示すフローチャートである。 ズームレンズ位置がテレ端およびワイド端であるかどうかを判別する処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１０１ フィールドレンズ
１０２ ズームレンズ
１０３ アフォーカルレンズ
１０４ フォーカスレンズ
１０５ レンズ保持枠
１０５ａ ラック
１０５ｂ 遮光部
１０５ｃ スケール
１０６ レンズ保持枠
１０６ａ ラック
１０６ｂ 遮光部
１０７ ステッピングモータ
１０７ａ スクリュー軸
１０８ ステッピングモータ
１０８ａ スクリュー軸
１０９ フォトインターラプタ
１１０ フォトインターラプタ
１１１ マイクロプロセッサ
１１２ 内部メモリ
１１３ 絞りアクチュエータ
１１４ 絞りユニット
１１４ａ 絞り羽根
１１４ｂ 絞り羽根
１１５ ホール素子
１１６ 撮像素子
１１７ Ａ／Ｄ変換回路
１１８ 信号処理回路
１１９ ステッピングモータ駆動回路
１２０ ステッピングモータ駆動回路
１２１ 絞り駆動回路
１２３ Ａ／Ｄ変換回路
１３０ ズームレンズ位置センサ
１５０ 記録部

Claims (8)

1. 駆動パルスに同期してレンズを移動させるために駆動するモータと、
   前記モータの駆動により移動する前記レンズの位置を前記駆動パルスによる予測検出より分解能を高く検出することが可能な位置検出手段と、
   ユーザの操作を受けて当該操作に応じた出力を行う操作手段と、
   前記位置検出手段からの出力を受けるとともに前記モータを制御する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、前記操作手段からの出力に応じて算出された前記レンズを移動させる際の目標位置と前記位置検出手段にて検出されるレンズ位置との差分を前記モータの駆動パルスに換算して算出した駆動パルス数を前記モータに供給するとともに、当該駆動パルス数を供給しても前記位置検出にて検出されるレンズ位置と前記目標位置との差が第２より大きい第１の場合には、さらに前記モータに駆動パルスを供給して前記レンズを移動させることを特徴とするレンズ位置制御装置。
2. 前記レンズを移動させるために前記モータの動作により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を有することを特徴とする請求項１に記載のレンズ位置制御装置。
3. 前記目標位置と前記位置検出手段にて検出されるレンズ位置との距離が所定のしきい値以下となるまで前記モータの制御を繰り返すことを特徴とする請求項１または２に記載のレンズ位置制御装置。
4. 前記しきい値は、前記レンズの移動機構のガタ量に対応して決定することを特徴とする、請求項３に記載のレンズ位置制御装置。
5. 前記しきい値は、前記モータの通電時と通電断時の停止位置変化量に基づいて決定することを特徴とする、請求項３または４に記載のレンズ位置制御装置。
6. 前記レンズは変倍レンズまたはフォーカスレンズのいずれか一方であって、前記制御手段は、前記操作手段からの出力に応じて算出された前記レンズを移動させる際の目標位置と前記位置検出手段にて検出されるレンズ位置とに応じて、他方のレンズを移動させることを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載のレンズ位置制御装置。
7. 前記制御手段は、前記レンズが制御上の移動可能範囲の端にある場合に、前記モータを動作させていない状態で前記位置検出手段による出力結果が変化しても、移動可能範囲の端に留まっていると判定することを特徴とする、請求項１から６のいずれか１項に記載のレンズ位置制御装置。
8. 駆動パルスに同期してレンズを移動させるために駆動するモータと、前記モータの駆動により移動する前記レンズの位置を前記駆動パルスによる予測検出より分解能を高く検出することが可能な位置検出手段と、ユーザの操作を受けて当該操作に応じた出力を行う操作手段と、前記位置検出手段からの出力を受けるとともに前記モータを制御する制御手段とを有するレンズ位置制御装置の制御方法であって、
   前記制御手段は、前記操作手段からの出力に応じて算出された前記レンズを移動させる際の目標位置と前記位置検出手段にて検出されるレンズ位置との差分を前記モータの駆動パルス数に換算して算出した駆動パルス数を前記モータに供給するとともに、当該駆動パルス数を供給しても前記位置検出にて検出されるレンズ位置と前記目標位置との差が第２より大きい第１の場合には、さらに前記モータに駆動パルスを供給して前記レンズを移動させることを特徴とする制御方法。

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