(57)【要約】【課題】減速時に被駆動部材の駆動方向のオーバーシュートを抑制しつつ、被駆動部材の移動時間を短縮可能な駆動装置を提供する。【解決手段】レンズ駆動装置１００は、被駆動部材であるレンズホルダ１０１を駆動するモータ１０４ａと、レンズホルダ１０１を案内するガイドバー１０２，１０３と、レンズホルダ１０１の駆動方向の加速度を制御する制御部を備える。制御部は、レンズホルダ１０１が減速を開始してから停止するまでの間に、レンズホルダ１０１をガイドバー１０２が貫通する嵌合孔部１０１ａの端部を中心として、加速度によって発生する慣性力の回転モーメントである第一の回転モーメントと、レンズホルダ１０１の重量により発生する第二の回転モーメント等の総和が、第一の回転モーメントの回転方向を正としたときに、ゼロまたは負となる加速度を設定する。【選択図】  図８
2020086166.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータによって被駆動部材の駆動を行う駆動装置であって、
前記被駆動部材を駆動方向に案内する複数のガイド部材と、
前記被駆動部材と前記モータとを連結する連結部材と、
前記連結部材を前記モータに対して付勢する付勢部材と、
前記被駆動部材の駆動方向の加速度を決定して前記モータの駆動を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記被駆動部材が減速を開始してから停止するまでの間に、前記複数のガイド部材のいずれかが前記被駆動部材を貫通する部分の端部を中心として、前記加速度により発生する慣性力の回転モーメントである第一の回転モーメントと、前記被駆動部材の重量により発生する第二の回転モーメントと、前記付勢部材の付勢力に基づく第三の回転モーメントとの総和が、前記第一の回転モーメントを正としたときに、ゼロまたは負である加速度を設定する
ことを特徴とする駆動装置。
【請求項２】
重力方向に対する前記被駆動部材の姿勢を検出する姿勢検出手段をさらに備え、
前記制御手段は前記姿勢検出手段の検出信号を取得し、前記被駆動部材の重力方向が前記被駆動部材の駆動方向と直交し、かつ前記慣性力の軸と前記被駆動部材を貫通する前記ガイド部材の軸を含む面内において、前記慣性力の軸よりも鉛直方向の上側に当該ガイド部材が位置する第一の姿勢では第一の加速度を設定し、前記第一の姿勢に対して前記被駆動部材が傾いた第二の姿勢では前記第一の加速度よりもより小さい第二の加速度を設定する
ことを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
【請求項３】
前記第一の姿勢で前記制御手段は、前記第一乃至第三の回転モーメントの総和がゼロとなる前記第一の加速度を設定する
ことを特徴とする請求項２に記載の駆動装置。
【請求項４】
前記制御手段が前記被駆動部材を減速して目標停止位置で停止させる場合、前記第二の加速度を設定したときの減速時間は、前記第一の加速度を設定したとき前記被駆動部材が前記目標停止位置に向かって減速を開始した時点から、前記目標停止位置を基準として予め設定される範囲内に前記被駆動部材の位置が収束する時点までの時間よりも短い
ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の駆動装置。
【請求項５】
前記モータは、ロータと、コイルを有するステータと、前記ロータの回転角度を検出する検出手段を備え、
前記制御手段は、前記回転角度の検出手段によって検出される前記回転角度に対する位相差を制御することにより、前記加速度を設定して前記ステータに印加する駆動波形の信号を生成する制御を行う
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の駆動装置。
【請求項６】
前記駆動波形を生成する生成手段を備え、
前記制御手段は、前記回転角度の検出手段によって検出される前記回転角度に対する位相差に従って前記生成手段により前記駆動波形を生成する第一の制御と、あらかじめ設定された時間間隔に従って前記生成手段により前記駆動波形を生成する第二の制御を行う
ことを特徴とする請求項５に記載の駆動装置。
【請求項７】
前記制御手段は、前記第一の制御にて前記被駆動部材の減速を開始した後、前記回転角度の検出手段により検出される前記回転角度の情報から計算される駆動周波数および前記被駆動部材の駆動方向の加速度を取得し、
前記駆動周波数が前記モータの自起動周波数以下である第一の条件、および、取得された前記加速度があらかじめ設定された加速度の範囲内である第二の条件を満たす場合、前記第一の制御から前記第二の制御に切り替えて前記駆動周波数の駆動波形を生成して前記ステータに駆動信号を印加する制御を行う
ことを特徴とする請求項６に記載の駆動装置。
【請求項８】
前記制御手段は、前記第一の制御にて前記被駆動部材の減速を開始し、前記被駆動部材が目標停止位置に到達する前に第一の規定位置に到達した後に前記駆動周波数および前記加速度を取得する
ことを特徴とする請求項７に記載の駆動装置。
【請求項９】
前記第二の条件における前記加速度の範囲は、前記第一の回転モーメントを正としたときに、前記第一乃至第三の回転モーメントの総和がゼロまたは負となる加速度を基準とする範囲である
ことを特徴とする請求項７または請求項８に記載の駆動装置。
【請求項１０】
前記制御手段は、前記第一の制御から前記第二の制御へ切り替える前に前記位相差をゼロ以上の値に設定する
ことを特徴とする請求項６から９のいずれか１項に記載の駆動装置。
【請求項１１】
前記制御手段は、前記被駆動部材が前記第一の規定位置から、前記目標停止位置より前の第二の規定位置に到達するまでの間に前記第一および第二の条件を満たさないときに、
前記位相差を前記第二の規定位置に到達する前までに設定した前記位相差よりも小さい値を設定して前記モータの駆動を行い、前記第一および前記第二の条件を満たしたときに、前記第一の制御から第二の制御に切り替えて前記駆動周波数の駆動波形を生成して前記ステータに駆動信号を印加する制御を行う
ことを特徴とする請求項８に記載の駆動装置。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか１項に記載の駆動装置を備え、
前記駆動装置により、前記被駆動部材である光学部材を移動させる
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項１３】
モータと、被駆動部材を駆動方向に案内する複数のガイド部材と、前記被駆動部材と前記モータとを連結する連結部材と、前記連結部材を前記モータに対して付勢する付勢部材を備える駆動装置にて実行される制御方法であって、
前記被駆動部材の駆動方向の加速度を制御手段が決定して前記モータの駆動を制御する制御工程と、
前記制御手段が決定した加速度で前記モータによって前記被駆動部材の駆動を行う駆動工程と、を有し、
前記制御工程にて、前記被駆動部材が減速を開始してから停止するまでの間に、前記複数のガイド部材のいずれかが前記被駆動部材を貫通する部分の端部を中心として、前記加速度により発生する慣性力の回転モーメントである第一の回転モーメントと、前記被駆動部材の重量により発生する第二の回転モーメントと、前記付勢部材の付勢力に基づく第三の回転モーメントとの総和が、前記第一の回転モーメントを正としたときに、ゼロまたは負である加速度を前記制御手段が設定する
ことを特徴とする駆動装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被駆動部材を所定方向に駆動する場合、減速時に被駆動部材の加速度を制御する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ステッピングモータはカメラのレンズ鏡筒にてレンズの駆動に使用される。特にオートフォーカス（ＡＦ）動作での高速性が求められるフォーカスレンズの駆動には、小型で高駆動力のステッピングモータが好適であり、レンズホルダと連結させた駆動源として用いられる。ステッピングモータは、オープンループ（以下、ＯＬとも記す）制御でデジタル的な位置決め動作を行えるが、高速回転時やモータの負荷が大きい場合に脱調の可能性がある。
【０００３】
特許文献１に記載のステッピングモータは、ロータの回転角度に応じて出力されるエンコーダ信号を用い、ロータの磁力位相に対して効率的な駆動波形を用いるクローズループ（以下、ＣＬとも記す）制御が行われる。これにより、脱調を防ぎつつ高速性および高駆動力を実現できる。
【０００４】
撮像装置においてステッピングモータを用いてフォーカスレンズを駆動させる場合、ステッピングモータを高速回転させた後にフォーカスレンズを目標位置の手前で急減速して停止させると停止時の慣性力で光軸方向のオーバーシュートが発生する。これはフォーカスレンズのレンズホルダとガイドバーとの嵌合ガタに由来する。例えば減速時の慣性力による回転モーメントに対して、レンズの自重やガタ取りのための付勢力による回転モーメントが小さい場合にフォーカスレンズが回転する。また減速開始時にＣＬ制御を行ってロータを減速し、目標停止位置の前でＯＬ制御に切り替える場合も同様に、ＣＬ制御からＯＬ制御への切り替え時にオーバーシュートが発生する。
【０００５】
ステッピングモータの停止直後から露光を開始した場合、オーバーシュートが発生すると、フォーカスレンズが所定範囲を超えて目標位置から変位する。所定範囲とは画質を保証するために決められた範囲であり、当該範囲を超えるフォーカスレンズの変位は、画質低下を招く原因となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１４−０４５６４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来技術として、ステッピングモータの停止時点から、フォーカスレンズの振動による変位が所定範囲内に収束するまでの整定時間を実験的に求めておき、整定時間の経過後に露光を開始することで画質低下を防止する方法がある。しかし、整定時間を設けることは、ユーザが撮像開始を意図してレリーズボタンを押下した時点から実際に撮像素子の露光が開始する時点までにかかる時間（以下、レリーズタイムラグという）を短縮する上で妨げとなる。また減速時の加速度を小さくすることでオーバーシュート量を低減させ、整定時間を抑制する方法がある。しかし、この方法ではフォーカスレンズの移動時間が長くなった場合、結果としてレリーズタイムラグを短縮する上で妨げとなる。
本発明の目的は、減速時に被駆動部材の駆動方向のオーバーシュートを抑制しつつ、被駆動部材の移動時間を短縮可能な駆動装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の実施形態の装置は、モータによって被駆動部材の駆動を行う駆動装置であって、前記被駆動部材を駆動方向に案内する複数のガイド部材と、前記被駆動部材と前記モータとを連結する連結部材と、前記連結部材を前記モータに対して付勢する付勢部材と、前記被駆動部材の駆動方向の加速度を決定して前記モータの駆動を制御する制御手段と、を備える。前記制御手段は、前記被駆動部材が減速を開始してから停止するまでの間に、前記複数のガイド部材のいずれかが前記被駆動部材を貫通する部分の端部を中心として、前記加速度により発生する慣性力の回転モーメントである第一の回転モーメントと、前記被駆動部材の重量により発生する第二の回転モーメントと、前記付勢部材の付勢力に基づく第三の回転モーメントとの総和が、前記第一の回転モーメントを正としたときに、ゼロまたは負である加速度を設定する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、減速時に被駆動部材の駆動方向のオーバーシュートを抑制しつつ、被駆動部材の移動時間を短縮可能な駆動装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係るレンズ駆動装置の概略構成を表す図である。
【図２】回転角度検出手段とロータ磁石とステータの構成を表す図である。
【図３】本発明の実施形態に係るシステム構成の概要を示すブロック図である。
【図４】ロータ磁石位相と駆動波形位相とが安定停止関係にある状態を表す図である。
【図５】ロータ磁石位相と駆動波形位相との関係（正転トルク発生時）を表す図である。
【図６】ロータ磁石位相と駆動波形位相との関係（逆転トルク発生時）を表す図である。
【図７】トルクと進角との関係を表す図である。
【図８】レンズ駆動装置が水平正位置姿勢である状態を示す模式図である。
【図９】レンズホルダの光軸中心位置の時間変化を示す図である。
【図１０】レンズ駆動装置が水平正位置姿勢から傾いた状態を示す模式図である。
【図１１】第２実施形態における減速時の駆動周波数と加速度の関係を表す図である。
【図１２】第２実施形態における減速時の駆動周波数と加速度の関係の別例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。各実施形態では撮像装置や交換レンズ等の光学機器への適用において、被駆動部材である光学部材を駆動する駆動装置の例を示す。
【００１２】
［第一実施形態］
本実施形態のレンズ駆動装置１００の構成について、図１から図３を参照して説明する。図１はレンズ駆動装置１００の主要部を示す分解斜視図である。レンズホルダ１０１はフォーカスレンズ１０１ｃを保持する保持部材であり、複数のガイドバー１０２および１０３によって光軸方向にて摺動自在に支持されている。図１では、フォーカスレンズ１０１ｃの光軸方向をｚ軸方向と定義し、ｚ軸と、ｚ軸に直交するｘ軸およびｙ軸をそれぞれ示す。
【００１３】
対をなすガイドバー１０２および１０３は光軸方向に沿って配置されたガイド部材であり、不図示の鏡筒に組み込まれて撮像光学系の一部を構成する。被駆動部材であるレンズホルダ１０１は、ｚ軸方向の前後の２か所に嵌合孔部１０１ａが形成されており、嵌合孔部１０１ａにガイドバー１０２が嵌合される。またレンズホルダ１０１は切欠き形状のＵ字状溝部１０１ｂを有し、ガイドバー１０３と係合される。この構成により、レンズホルダ１０１はガイドバー１０２および１０３に案内されて移動可能であり、ガイドバー１０３により、ガイドバー１０２を中心としたレンズホルダ１０１の回転が規制され、安定した光軸方向の移動が可能である。本実施形態では、フォーカスレンズ１０１ｃを保持するレンズホルダ１０１が光軸方向に移動することで、被写体の所望の位置に焦点を合わせる焦点調節動作が行われる。
【００１４】
ステッピングモータユニット１０４は、ステッピングモータ（以下、単にモータともいう）１０４ａと、外径部にねじが形成された送りねじ１０４ｂと、送りねじ１０４ｂのねじ先端部１０４ｄを支持する支持部が形成されたフランジ部１０４ｃを有する。モータ１０４ａの駆動方向は光軸方向と一致する。
【００１５】
ナット１０５は雌ねじ１０５ａが形成された連結部材であり、雌ねじ１０５ａは送りねじ１０４ｂと噛合する。ナット１０５は、フランジ部１０４ｃがモータ１０４ａに取り付けられる際、先に送りねじ１０４ｂに噛合された状態にされ、モータユニット１０４の一部として構成される。
【００１６】
モータユニット１０４は、送りねじ１０４ｂの端部に短い円筒状のＥＮＣ（エンコード）磁石１０４ｅを備える。ＥＮＣ磁石１０４ｅは円周上に発生する磁場として、回転角度に応じて正弦波状の磁場を発生するように着磁されている。モータユニット１０４にはＥＮＣ磁石１０４ｅの磁場を検出可能な位置にホール素子パッケージ１０４ｆが配置されている。本実施形態では、後述するホール素子１０４ｆａと１０４ｆｂが使用される。ホール素子１０４ｆａと１０４ｆｂはそれぞれに配置された位置で、ＥＮＣ磁石１０４ｅの回転による磁場変化を検出して検出信号を出力する。ＥＮＣ磁石１０４ｅとホール素子パッケージ１０４ｆは、送りねじ１０４ｂの回転角度検出手段を構成し、回転角度情報を取得することができる。
【００１７】
付勢部材１０６は、ねじ１０７により、レンズホルダ１０１の取り付け部１０１ｘに固定される。付勢部材１０６には、ナット１０５を光軸方向に付勢する押圧部１０６ａと、ナット１０５を径方向（ｙ軸に平行な方向）に付勢する、径方向付勢ばね１０６ｂが一体で形成されている。レンズホルダ１０１にはナット１０５の取り付け部１０１ｆが形成されており、押圧部１０６ａによって、レンズホルダ１０１に対してナット１０５が付勢される。また送りねじ１０４ｂとナット１０５の雌ねじ１０５ａとの間に生じる嵌合ガタに関しては、径方向付勢ばね１０６ｂによってナット１０５を径方向に付勢することで嵌合ガタを抑制することができる。
【００１８】
レンズ駆動装置１００では、付勢部材１０６を用いて、ナット１０５とレンズホルダ１０１とを連結しつつ、送りねじ１０４ｂとナット１０５との嵌合ガタを抑えている。この構成によりレンズホルダ１０１を光軸に沿って移動させて正確な位置決めを行うことができる。
【００１９】
図２を参照してモータ１０４ａの構成を説明する。図２（Ａ）はＥＮＣ磁石１０４ｅとホール素子１０４ｆａと１０４ｆｂとの位置関係を示す模式図である。ＥＮＣ磁石１０４ｅは１０極の磁石である。Ｎ極とＳ極の領域がそれぞれ５極であり、３６度の領域にそれぞれ着磁されている。ホール素子１０４ｆａ，１０４ｆｂはＥＮＣ磁石１０４ｅの中心位置から見た場合、中心位置から等距離に配置されている。ホール素子１０４ｆａ，１０４ｆｂがＥＮＣ磁石１０４ｅの中心に対してなす物理的な角度は１８度である。ホール素子パッケージ１０４ｆにより検出される信号位相としては、９０度の位相差となる。なお、ロータとステータとの位置関係については、図２（Ｂ）を用いて後述する。
【００２０】
図３はレンズ駆動装置１００の駆動用の電気回路を含めたシステム構成を示す図である。アンプ１０８はホール素子パッケージ１０４ｆ（１０４ｆａ，１０４ｆｂ）からの微弱な信号を取得して増幅し、ＡＤ変換回路１０９へ信号を伝送する。ＡＤ変換回路１０９は入力された電圧信号のＡＤ変換を行って、変換結果であるデジタル数値信号を位置ＥＮＣ回路１１０へ出力する。位置ＥＮＣ回路１１０は入力された２つの信号のオフセット、ゲインの調整を行う。位置ＥＮＣ回路１１０は調整後に２つの信号からＴＡＮ（正接）値を生成した後で逆ＴＡＮ演算を行い、積分することで回転角度情報を生成する。生成された回転角度情報は駆動波形生成回路１１１に送られる。駆動波形生成回路１１１はモータ１０４ａのＡ相用コイル１１９とＢ相用コイル１２０に印加する駆動波形を決定する。駆動波形生成回路１１１はＣＰＵ（中央演算処理装置）１１２の指令にしたがって予め設定された周波数で駆動用の位相の異なる正弦波信号を出力するＯＬ制御と、位置ＥＮＣ回路１１０と連動させた駆動波形を出力するＣＬ制御とを切り替える。
【００２１】
駆動波形生成回路１１１により生成された駆動波形信号は、モータドライバ１１３に送られる。モータドライバ１１３は駆動波形信号からＡ相用コイル１１９とＢ相用コイル１２０に印加する正弦波形状の電圧を生成してモータ１０４ａへ出力する。モータ１０４ａのステータＡ＋１１４、ステータＡ−１１５はそれぞれＡ相用コイルの両端の発生する磁場を集中して放出する働きをする。ステータＢ＋１１６、ステータＢ−１１７はそれぞれＢ相用コイルの両端の発生する磁場を集中して放出する働きをする。図２（Ｂ）を参照して、具体例を説明する。
【００２２】
図２（Ｂ）は、ステータＡ＋１１４、ステータＡ−１１５、ステータＢ＋１１６、ステータＢ−１１７、ロータ磁石１１８の配置を示す。例えばＣＷ方向をモータ１０４ａの正転方向とする。ステータＡ＋１１４、ステータＡ−１１５、ステータＢ＋１１６、ステータＢ−１１７は互い物理角が１８度の位置関係にあり、合計５組配置されている。ロータ磁石１１８はステータ群の中央に位置し、Ｎ極とＳ極とがそれぞれ５極であって、合計１０極の磁極を持つ。駆動波形の正弦波が１波出力されるごとに、ロータは物理角で７２度分回転する。
【００２３】
ＣＰＵ１１２によってＣＬ駆動に切り替えられた場合、駆動波形生成回路１１１は、位置ＥＮＣ回路１１０から得られるロータ磁石１１８の回転角度情報に対して所望の位相差を与えたモータ１０４ａの駆動波形を生成する。この位相差については駆動条件に応じて予め設定され、ＣＰＵ１１２は駆動条件と照らし合わせて位相差を決定する。
【００２４】
次に図４から図６を参照して、レンズ駆動装置１００の動作について説明する。図４（Ａ）は、図２（Ｂ）に示されるステータ群を展開して横方向に並べて示す模式図である。図４（Ｂ）は、ステータ群に対して周方向にどのような電圧印加が行われているかを模式的に示す図である。図４（Ｃ）は、図４（Ｂ）の電圧印加によってステータ群が発生させている周方向位置に対応した磁場の強さを示す図である。図４（Ｄ）は、図２（Ｂ）に示されるロータ磁石１１８の着磁位相を示す図である。図４（Ｂ）から（Ｄ）の横軸はいずれもロータの回転位置を表す。図４に示す状態にて、ステータ群が発生させている磁場のＮＳ磁極位相と、ロータ磁石１１８のＮＳ磁極位相とは、ロータ磁石１１８が安定に停止する関係にある。
【００２５】
これに対し、図５はロータ磁石１１８に正転トルクが発生した状態を示す。図５（Ａ）から（Ｄ）は、図４（Ａ）から（Ｄ）にそれぞれ対応しており、図５（Ｃ）に示すように、ロータ磁石１１８の着磁位相に対して、図４（Ｃ）と比べて９０度位相が進んだ磁場が発生している。これによって、図５（Ｄ）に示されるロータ磁石１１８には右側に引っ張られる引力、つまり正転方向の回転トルクが発生する。
【００２６】
以下では、ステータ群の発生する磁場とロータ磁石１１８の磁場との位相関係を示す位相差を進角で表現する。図４に示す安定停止状態での位相関係のときの進角値を０度とし、図５に示す位相関係のときの進角値を＋９０度とする。図６は、ロータ磁石１１８に逆転トルク、つまり正転方向とは逆方向のトルクが発生した状態を示しており、この位相関係での進角値を−９０度とする。図６（Ａ）から（Ｄ）は、図４（Ａ）から（Ｄ）にそれぞれ対応しており、図６（Ｄ）に示されるロータ磁石１１８には左側への力が発生する。
【００２７】
ＣＰＵ１１２はＣＬ制御に切り替えた場合、任意の進角を設定することで回転トルクを発生させ、モータ１０４ａを駆動させることができる。図７は、進角と回転トルクとの関係を表したグラフである。横軸は進角（αと記す）を表し、縦軸は回転トルク（Ｔと記す）を表す。安定停止状態での位相関係を表す進角値である０度から、９０度に向かって回転トルクＴが正方向に増加し、ステータ群とロータ磁石１１８とが反発しあって停止する進角値である１８０度に向かって回転トルクＴが減少する。また進角値が１８０度を超えると、反転方向の回転トルク（負値のトルク）が発生する。
【００２８】
次に図８を参照してモータ１０４ａの駆動によるレンズホルダ１０１の動作について説明する。図８はレンズ駆動装置１００の構造を模式的に示す断面図である。図８の紙面に垂直な方向をｘ軸方向とし、紙面内にてｚ軸方向（光軸方向）に直交するｙ軸方向を鉛直方向、つまり重力方向とする。レンズホルダ１０１は、その駆動方向と直交し、かつレンズホルダ１０１に発生する慣性力の軸とガイドバー１０２を含む面内において、ｙ軸方向の上側にガイドバー１０２が配置された水平正位置姿勢にある。図８では、ガイドバー１０２の中心軸、ｚ軸およびｙ軸を含む平面でレンズ駆動装置１００を切断した場合の断面構成を示す。
【００２９】
図８に示すレンズ駆動装置１００は減速駆動状態である。モータ１０４ａの駆動により発生する回転トルクＴは、ナット１０５を介してレンズホルダ１０１に推力Ｗを与える。推力Ｗは、回転トルクＴと、送りねじ１０４ｂのねじピッチＰおよびねじ径Ｄと、送りねじ１０４ｂとナット１０５との間の摩擦係数μを用いて、下記式（１）で表される。
【数１】
2020086166.tif 000003
【００３０】
光軸方向におけるレンズホルダ１０１の往復移動に伴い、レンズホルダ１０１に対して負荷ｆが生じる。負荷ｆは、レンズホルダ１０１とガイドバー１０２，１０３との摩擦力や、送りねじ１０４ｂとナット１０５との摩擦力によって発生する。さらにモータ１０４ａの駆動により、モータ内部で逆起電圧が発生することによる負荷が発生する。モータ内部の逆起電圧による負荷は、ロータ磁石１１８の回転速度に応じて増加するので、レンズホルダ１０１の移動速度と比例関係になる。摩擦力や、モータの逆起電圧による負荷を含めた負荷ｆについては、予め実験的に求めておくことができる。
【００３１】
レンズを保持しているレンズホルダ１０１の質量をｍと表記し、モータ１０４ａの駆動によるレンズホルダ１０１の加速度をａと表記すると、レンズホルダ１０１の運動方程式は下記式（２）となる。
【数２】
2020086166.tif 000004
【００３２】
この運動方程式に推力Ｗとして上記式（１）を代入して回転トルクＴで表現し、加速度ａを求める式に変換すると下記式（３）が得られる。
【数３】
2020086166.tif 000005
回転トルクＴは進角αによって決定されるので、式（３）から分かるように、レンズホルダ１０１の加速度ａは、ＣＰＵ１１２による進角の設定で制御することができる。
【００３３】
レンズホルダ１０１はモータ１０４ａによって光軸方向に駆動され、目標停止位置より前から減速を開始する。減速時の加速度（減速加速度）により発生する慣性力は、質量ｍと加速度ａとの積として、ｍａと表現される。慣性力はレンズホルダ１０１が往復移動する際に作用し、レンズホルダ１０１にはガイドバー１０２が貫通する部分である嵌合孔部１０１ａの端部を中心として、第一の回転モーメントが発生する。この慣性力の方向に平行であってレンズホルダ１０１の重心を通る直線と、嵌合孔部１０１ａとの距離（ｙ軸方向の長さ）をＬ１と表記すると、第一の回転モーメントは、−ｍａ・Ｌ１と表される。第一の回転モーメントに対して、レンズホルダ１０１の重量（ｍｇ）による第二の回転モーメントが生じる。重力方向に平行であってレンズホルダ１０１の重心を通る直線と、嵌合孔部１０１ａとの距離（ｚ軸方向の長さ）をＬ２と表記すると、第二の回転モーメントは、ｍｇ・Ｌ２と表される。
【００３４】
さらに、ナット１０５を送りねじ１０４ｂの径方向に付勢する付勢ばね１０６ｂの付勢力の反力により、第三の回転モーメントが同様に生じる。この付勢力をβと表記し、付勢力の方向に平行であってレンズホルダ１０１の重心を通る直線と、嵌合孔部１０１ａの距離（ｚ軸方向の長さ）をＬ３と表記すると、第三の回転モーメントはβ・Ｌ３と表される。図８ではＬ２とＬ３が同一の距離であるため、Ｌ２（Ｌ３）と表記している。
【００３５】
レンズホルダ１０１が光軸方向に往復移動する際、ガイドバー１０２と嵌合孔部１０１ａとの間で生じる摺動負荷を可能な限り抑えるために、嵌合孔部１０１ａの径はガイドバー１０２の径に対して、若干大きく製作されてガタが生じる。ここで、第一の回転モーメントを正とするとき、第一の回転モーメントと第二の回転モーメントと第三の回転モーメントの総和である合成モーメントが正となる場合を想定する。この場合、レンズホルダ１０１とガイドバー１０２の嵌合時のガタによってレンズホルダ１０１には、いわゆる浮きが発生する（図８：２点鎖線で誇張して示す）。つまり、フォーカスレンズ１０１ｃの面が光軸方向に対して直交していない姿勢に傾斜し、フォーカスレンズ１０１ｃの光軸方向がｚ軸方向からずれた状態となる。
【００３６】
図９は、レンズホルダ１０１が移動を開始して停止した際の位置変化を簡易に例示するグラフである。横軸は時間軸であり、縦軸は光軸方向におけるレンズホルダ１０１の光軸中心の位置を表す。点Ｏ１はレンズホルダ１０１が移動を開始する位置を示し、点Ｏ２は減速開始時点の位置を示す。点Ｏ３はレンズホルダ１０１の位置があらかじめ定められた所定範囲に到達した時点の位置を示し、点Ｏ４は点Ｏ３の時点から整定時間が経過した時点での位置を示す。所定範囲とは画質を保証するために決められた範囲であり、目標位置Ｘ０を基準とする下限Ｘ１と上限Ｘ２を有する。レンズホルダ１０１は減速停止の際に減衰振動の挙動を示し、点Ｏ４からは振動の振幅が所定範囲内に収まる。
【００３７】
レンズホルダ１０１は点Ｏ１から移動を開始し、点Ｏ２で減速を開始した後、点Ｏ３にて目標位置（停止位置）を基準とする所定範囲に到達する。上記のように停止時の回転モーメントの総和が正となった場合、レンズホルダ１０１の光軸中心位置に関して目標位置からのオーバーシュートが発生して振動し、やがて減衰する。この場合、モータ１０４ａの停止直後から撮像素子の露光を開始すると、オーバーシュートによってフォーカスレンズ１０１ｃが画質を保証するために決められた所定範囲を超えて目標位置から変位する場合、画質低下が発生し得る。よって振動が所定範囲に収束するまでの整定時間の経過を待つ必要があるので、レリーズタイムラグを短縮する上で妨げとなる。
【００３８】
本実施形態では、回転モーメントの総和（合成モーメント）がゼロまたは負となるように、加速度を設定する処理が行われる。図８にて第一の回転モーメントを正としたとき、第二の回転モーメントと第三の回転モーメントは負となるため、加速度は下記式（４）の不等式を満たす。
【数４】
2020086166.tif 000006
【００３９】
式（２）に式（４）を代入すると、推力Ｗは、ｆ−（ｍｇ・Ｌ２＋β・Ｌ３）／Ｌ１より大きいか、またはこの式に一致する必要がある。すなわち推力Ｗは下記式（５）の不等式を満たす。
【数５】
2020086166.tif 000007
【００４０】
上記式（５）に式（１）を代入すると、下記式（６）となる。
【数６】
2020086166.tif 000008
【００４１】
トルクＴと進角αとの関係は図７に示す通りであるため、式（６）の左辺のトルクＴが右辺と一致する進角αは一意に決まる。ＣＰＵ１１２はレンズホルダ１０１の駆動制御において減速時にα以上の進角を設定する。これによって、停止時の回転モーメントの総和をゼロまたは負とすることができるので、レンズホルダ１０１の位置決めに関して光軸方向のオーバーシュートを発生させずに、またはオーバーシュート量を低減して停止させることができる。さらに、減速時に式（６）の左辺のトルクＴが右辺と一致する進角αで制御することで、減速に必要な時間を短縮できる。よって、減速停止時にフォーカスレンズ１０１ｃの光軸方向のオーバーシュートを抑制しつつ、フォーカスレンズ１０１ｃの移動時間を短縮可能なレンズ駆動装置１００を提供可能である。
【００４２】
これまでの説明は、図８に示す水平正位置姿勢の場合であり、この場合には式（４）の左辺と右辺が一致する加速度（ａ１と記す）が設定される。レンズ駆動装置１００を備える撮像装置は任意の姿勢で使用され、レンズ駆動装置１００が水平正位置姿勢から傾いた状態となる。水平正位置姿勢以外の姿勢の場合、第一の回転モーメントを正とするとき、第一から第三の回転モーメントの総和がゼロとなる加速度をａ２と表記する。図１０を参照して、具体的に説明する。
【００４３】
図１０は、レンズ駆動装置１００を水平正位置姿勢から傾け、さらに第二の回転モーメントの方向が第一の回転モーメントの方向と一致する場合を示す図である。図１０ではｙ軸方向およびｚ軸方向が重力方向に対して角度を有する。このときの加速度ａ２は、第一の回転モーメントを正としたときに第二の回転モーメントが正、第三の回転モーメントが負となるので、下記式（７）で表される。
【数７】
2020086166.tif 000009
式（７）で示す通り、レンズ駆動装置１００の姿勢によっては加速度ａ２が水平正位置姿勢のときに設定される加速度ａ１より小さい値となる場合がある。この場合、減速開始位置から目標停止位置に停止させるまでの減速時間が水平正位置姿勢の場合よりも長くなる。
【００４４】
水平正位置姿勢の時に加速度ａ１が設定された場合、図９にてレンズホルダ１０１が目標停止位置に向かって減速を開始し（点Ｏ２）、目標停止位置Ｘ０を基準とする所定範囲内に収束する時点（点Ｏ４）までの時間をＴ１で示す。この時間Ｔ１よりも減速時間が短いと予測されるときには加速度ａ２が設定される。時間Ｔ１については各姿勢において予め実験的に決定される。つまり加速度ａ２を設定した場合の減速時間と、加速度ａ１を設定した場合の時間Ｔ１が測定される。レンズ駆動装置１００の姿勢によって加速度ａ１とａ２のどちらを用いるか決定することができ、姿勢のデータと関連付けた制御用データを不図示のメモリに記憶させる処理が実行される。
【００４５】
レンズ駆動装置１００の姿勢は、撮像装置またはレンズ装置が備える姿勢検出部により検出される。例えば撮像装置に内蔵される不図示の加速度計や角速度計等を用いて、レンズ駆動装置１００の姿勢を検出することができる。ＣＰＵ１１２はメモリに記憶された制御用データに基づき、姿勢検出部による検出情報に応じて、加速度ａ１とａ２のどちらを設定するかを判断し、決定した加速度に基づいて進角αを設定する。
本実施形態によれば、被駆動部材の減速停止時に、駆動方向のオーバーシュートを抑制しつつ、移動時間を短縮可能な駆動装置を提供することができる。
【００４６】
［第二実施形態］
次に本発明の第二実施形態について説明する。本実施形態では、第一実施形態との相違点を主に説明し、第一実施形態と同様の構成要素に付した符号や記号を流用することで、それらの詳細な説明を省略する。
【００４７】
まず本実施形態のモータ１０４ａの動作について説明する。モータ１０４ａの制御においてはＣＰＵ１１２によってＯＬ制御とＣＬ制御とが切り替えられる。ＯＬ制御に切り替えられた場合、駆動波形生成回路１１１は所定の時間間隔に従ってステータ群に印加する駆動波形を生成する。レンズ駆動装置１００はＣＬ制御とＯＬ制御でのモータ駆動を行うことで、レンズホルダ１０１を減速して停止させる。
【００４８】
図１１は、レンズホルダ１０１が定常速度から減速して停止するまでの期間におけるグラフを示す。図１１（Ａ）は横軸に時間軸をとり、縦軸に駆動周波数をとってその時間変化の例を示すグラフである。図１１（Ｂ）は横軸に時間軸をとり、縦軸にレンズホルダ１０１の加速度をとってその時間変化の例を示すグラフである。
【００４９】
レンズ駆動装置１００の第一の駆動期間は定常駆動期間と減速駆動期間と遷移駆動期間を含む。定常駆動期間ではレンズホルダ１０１がＣＬ制御によって定常速度で駆動される。その次の減速駆動期間は、レンズホルダ１０１の減速駆動がＣＬ制御により、任意の位相差で動作が行われる。その後、レンズホルダ１０１が第一の規定位置に到達すると、遷移駆動期間へ移行する。遷移駆動期間でＣＰＵ１１２は、後述の条件を満たすかどうかを判定し、判定条件を満たす場合にＣＬ制御からＯＬ制御に切り替える。
【００５０】
第二の駆動期間でのＯＬ制御により、駆動波形生成回路１１１は、以下に記載する方法で検出される制御切り替え直前におけるモータ１０４ａの駆動周波数を有する駆動波形を生成して、駆動信号をステータ群に印加する。第二の駆動期間は、本実施形態では定速駆動期間であり、後述の検出駆動周波数で定速駆動が行われ、レンズホルダ１０１が目標位置に到達すると停止する。ただし、第二の駆動期間は定速駆動期間でなくてもよく、徐々に駆動周波数を低くしてレンズホルダ１０１を目標位置で停止させる減速駆動期間でもよい。
【００５１】
遷移駆動期間に移行する直前の減速駆動期間において設定される進角は、上記式（２）の右辺が負となるように設定され、ＣＰＵ１１２はゼロ以上の任意の値に設定して減速制御を行う。上記式（２）の負荷ｆには逆起電圧による負荷が含まれ、ロータ磁石１１８の回転速度と比例関係にあるので、減速にしたがって負荷ｆは減少する。一方、推力Ｗについては、ＣＰＵ１１２が進角をゼロ以上の任意の値に設定することによって、図７に示す関係の通り回転トルクＴがゼロ以上となり、上記式（１）に示す通り推力Ｗもゼロ以上となる。よって推力Ｗと負荷ｆはやがて釣り合いはじめ、次第に駆動周波数が所定値に収束する。しかし、負荷ｆには、レンズホルダ１０１の嵌合孔部１０１ａとガイドバー１０２，１０３との摩擦力や、送りねじ１０４ｂとナット１０５との摩擦力といった構造に起因する負荷が含まれており、レンズホルダ１０１の光軸方向の位置によって負荷が変動する。この負荷の変動は各部材の設計値からの誤差によって生じるものであって、速度変動を引き起こすので、駆動周波数は一定の範囲をもって収束する。ただし、駆動周波数を所定の幅をもつ範囲内に収束させることで、ＯＬ制御に移行するときに設定される制御移行直前の検出駆動周波数と、制御切り替え直後の実際の駆動周波数との差異を小さくすることができる。これにより、制御切り替え時に駆動周波数の差を抑制し、レンズホルダ１０１の光軸方向のバウンドの発生を抑えることができる。
【００５２】
またＣＬ制御からＯＬ制御へ移行する遷移駆動期間にＣＰＵ１１２は、駆動周波数と加速度が以下の条件を満たす場合に、制御を切り替える。これは、モータ１０４ａの脱調やレンズホルダ１０１の光軸方向のバウンドの発生を抑制するためである。
【００５３】
まずモータ１０４ａの駆動周波数とレンズホルダ１０１の加速度の検出方法について説明する。ＣＰＵ１１２は駆動周波数と加速度を、ＥＮＣ磁石１０４ｅの回転位置からホール素子パッケージ１０４ｆで検出される回転角度情報に基づいて計算する。計算によって求められる駆動周波数を検出駆動周波数とよび、レンズホルダ１０１の加速度を検出加速度とよぶ。
【００５４】
以下、ＣＬ制御からＯＬ制御へ切り替える条件について説明する。駆動周波数についての条件は以下の通りである。
・第一の条件：検出駆動周波数がモータ１０４ａの自起動周波数以下であること。
モータ１０４ａの駆動周波数が自起動周波数を超える場合にＣＬ制御からＯＬ制御に移行すると脱調が発生する可能性がある。モータの脱調の発生を抑えるための条件が第一の条件である。
【００５５】
次に、加速度についての条件について説明する。
ＣＬ制御からＯＬ制御への移行において、レンズホルダ１０１の光軸方向のバウンドは、加速度によって発生する場合もある。図８や図１０で示すように、レンズホルダ１０１の慣性力によって、レンズホルダ１０１に対して回転モーメントが発生する。レンズホルダ１０１の嵌合孔部１０１ａとガイドバー１０２との間にガタがある場合、加速度が大きいと慣性力の回転モーメントによってレンズホルダ１０１に浮きが生じる。そのため、フォーカスレンズ１０１ｃの面がｚ軸方向に対して直交ではない姿勢に傾斜する。
【００５６】
上記の通り、遷移駆動期間に移行する前の減速駆動期間においては、ＣＰＵ１１２が進角をゼロ以上に設定することにより、駆動周波数は一定の範囲内に収束する。このとき、速度変動があると、図１１（Ｂ）に示すように加速度が変動する。この加速度変動の範囲が大きい場合、慣性力の回転モーメントによって、レンズホルダ１０１の状態としてガタ寄せされた状態と、浮いた状態とが交互に現れる。レンズホルダ１０１が浮いた状態で、ＣＬ制御から、加速度がゼロとなるＯＬ制御に移行すると、慣性力の回転モーメントがゼロとなる。そのため、急激にレンズホルダ１０１はガタ寄せされた状態に戻り、衝撃を受けるので光軸方向のバウンドが発生することがある。このバウンドを低減するためには、レンズホルダ１０１がガタ寄せされている状態にあるときに制御を切り替える必要がある。レンズ駆動装置１００において、レンズホルダ１０１がガタ寄せされた状態となる加速度の範囲は予め求められており、その加速度を規定加速度の範囲のデータとして不図示のメモリが記憶している。ＣＰＵ１１２はメモリからデータを読み出して、以下に示す加速度についての条件を判定する。
・第二の条件：計算された検出加速度が規定加速度の範囲内であること。
つまり、検出加速度が第二の条件を満たす場合にＣＬ制御からＯＬ制御に切り替えることによって、レンズホルダ１０１の光軸方向のバウンドの発生を抑制できる。
【００５７】
第二の条件における規定加速度の範囲は、レンズホルダ１０１に発生する各回転モーメントの関係から求めることができる。具体的には、レンズ駆動装置１００が水平正位置姿勢である場合、加速度ａによって第一の回転モーメントである、−ｍａ・Ｌ１が発生する。第一の回転モーメントに対して、重量による第二の回転モーメントｍｇ・Ｌ２と、付勢ばね１０６ｂの付勢力に基づく第三の回転モーメントβ・Ｌ３が発生する。第一の回転モーメントを正とし、第一から第三の回転モーメントの総和が正となると、嵌合孔部１０１ａとガイドバー１０２の嵌合時のガタによって、フォーカスレンズ１０１ｃの面がｚ軸方向に対して直交ではない姿勢に傾斜する。よって回転モーメントの総和がゼロまたは負となる加速度の範囲を規定加速度の範囲として求めることができ、第二の条件を決定できる。
【００５８】
以上のように、レンズホルダ１０１が第一の規定位置に到達した後、検出駆動周波数が第一の条件を満たし、かつ検出加速度が第二の条件を満たすときにＣＰＵ１１２はＣＬ制御からＯＬ制御に切り替える。制御の切り替え後に駆動波形生成回路１１１は、検出駆動周波数を有する駆動波形を生成して駆動信号をステータ群に印加する。これにより、制御切り替えの際にモータの脱調の発生を抑えつつ、レンズホルダ１０１の光軸方向のバウンドの発生を抑制することができる。
【００５９】
次に、検出駆動周波数と検出加速度の計算の開始位置について説明する。ＣＰＵ１１２は、ＣＬ制御によってレンズホルダ１０１の減速を開始させるが、以下に記載する条件を満たす時点でＯＬ制御へ切り替えられるように計算の開始位置を決定する。一方でＣＰＵ１１２の計算負荷を抑えるという観点からは、レンズホルダ１０１が減速を開始し、目標停止位置に到達する前の第一の規定位置から計算を行う方法がある。計算開始のタイミングは装置ごとに適宜選択される。ここで、第一の規定位置は、レンズホルダ１０１が減速を開始したのち、十分に駆動周波数が低下する位置として、予め定められる。図１１の例では、減速後の速度が変動する位置に第一の規定位置が設けられている。これに限らず、摩擦や姿勢等の条件をも含めて第一の条件を満たす程度に減速可能な位置を実験的に求めておき、第一の規定位置を決定すればよい。
【００６０】
図１２を参照して、レンズホルダ１０１が第一の規定位置に到達した後、しばらくの間第一の条件と第二の条件を同時に満たすことができない場合について説明する。図１２は、図１１と同様にレンズホルダ１０１が減速して停止するまでの駆動周波数と加速度の時間変化を示すグラフである。上記のように、第一の駆動期間に設定される進角は、モータ１０４ａの駆動周波数が自起動周波数以下となるように、予め実験から求めて設定される。このときの進角をα１とする。レンズ駆動装置１００の姿勢や環境温度の変化、経年変化等によってレンズホルダ１０１の構造に起因する負荷が変化する可能性がある。そのため、レンズホルダ１０１が第一の規定位置に到達しても、第一の条件を満たさない状況が発生し得る。
【００６１】
その対策として本実施形態では、第一の規定位置とレンズホルダ１０１の目標停止位置との間に第二の規定位置を設け、ＣＰＵ１１２は以下の条件を判定する。
・第三の条件：レンズホルダ１０１が第一の規定位置に到達してから第二の規定位置に到達するまでの間に、第一の条件と第二の条件を同時に満たさないこと。
【００６２】
ＣＰＵ１１２は第三の条件を満たすと判定した場合、レンズホルダ１０１が第二の規定位置に到達した後の進角（α２と記す）を、第二の規定位置への到達前の進角α１から、それより小さいゼロ以上の値に変更して駆動制御を行う。レンズホルダ１０１が第二の規定位置に到達した後、ＣＰＵ１１２は第一の条件と第二の条件を満たすと判定した場合にＣＬ制御からＯＬ制御に切り替え、駆動波形生成回路１１１は検出駆動周波数を有する駆動波形を生成して駆動信号をステータ群に印加する。
本実施形態によれば、第一実施形態の効果に加えて、ＣＬ制御からＯＬ制御への円滑な切り替えを行うことができる。
【００６３】
［その他の実施形態］
本実施形態では、ステッピングモータを用いて被駆動部材を駆動する駆動装置の例を説明したが、超音波モータを用いてもよい。超音波モータは周波数を制御することで速度が変化するので、制御部は予め取得された速度と周波数との関係を示すデータに基づいて周波数制御を行う。この場合には、停止直前の加速度が前記式（４）の右辺と一致するように周波数を制御することで、被駆動部材のオーバーシュートを抑制しつつ、減速時間を短縮可能な駆動装置を提供できる。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は前記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。
【符号の説明】
【００６４】
１００  レンズ駆動装置
１０１  レンズホルダ（被駆動部材）
１０２，１０３  ガイドバー
１０４ａ  モータ
１０５  ナット（連結部材）
１０６  付勢部材
１１０  位置ＥＮＣ回路
１１１  駆動波形生成回路
１１２  ＣＰＵ
【図１】
2020086166.tif 000010
【図２】
2020086166.tif 000011
【図３】
2020086166.tif 000012
【図４】
2020086166.tif 000013
【図５】
2020086166.tif 000014
【図６】
2020086166.tif 000015
【図７】
2020086166.tif 000016
【図８】
2020086166.tif 000017
【図９】
2020086166.tif 000018
【図１０】
2020086166.tif 000019
【図１１】
2020086166.tif 000020
【図１２】
2020086166.tif 000021