(57)【要約】【課題】本件発明の目的は、レンズ等の光学素子の移動待機時の電力消費を低減し、且つ、光学素子を移動待機位置で安定して保持することのできる光学素子駆動装置及び撮像装置を提供することである。【解決手段】上記目的を達成するため、回転子９１及び固定子９４を有するステッピングモーター９０と、光学素子１１、１２を移動させる移動機構７０、８０と、ステッピングモーター９０の駆動制御を行う制御部１００とを備えた光学素子駆動装置１であって、制御部１００は光学素子１１、１２の移動を停止させる際に、固定子９４を無励磁状態にしたときでも回転子９１を安定して静止可能な無励磁安定静止位置まで回転させてから、固定子９４に対する励磁電流の供給を停止する移動停止時処理を行うことを特徴とする光学素子駆動装置１を採用した。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子及び固定子を有するステッピングモーターと、このステッピングモーターの回転駆動力を駆動源として光学素子を移動させる移動機構と、前記ステッピングモーターの駆動制御を介して、前記光学素子の移動位置を制御する制御部とを備えた光学素子駆動装置であって、
前記制御部は、前記光学素子の移動を停止させる際に、前記固定子を無励磁状態にしたときでも前記回転子を安定して静止可能な無励磁安定静止位置まで回転させてから、前記固定子に対する励磁電流の供給を停止する移動停止時処理を行うこと、
を特徴とする光学素子駆動装置。
【請求項２】
前記回転子は二極に着磁された永久磁石を備えて構成され、
前記固定子には、励磁可能な相が複数相設けられ、
前記無励磁安定静止位置は、前記固定子に設けられた複数相を同時に励磁したときに、これらの相において発生する磁界の向きがいずれも同じ向きを示し、且つ、回転子により発生する磁界の向きと反対の向きを示すステップ位置である請求項１に記載の光学素子駆動装置。
【請求項３】
前記光学素子は、撮像装置に設けられる撮像用のレンズであり、
前記制御部は、前記撮像装置の撮像動作待機時に、前記移動停止時処理を行う請求項１又は請求項２に記載の光学素子駆動装置。
【請求項４】
前記回転子が、一の無励磁安定静止位置から次の無励磁安定静止位置まで回転するときに、前記移動機構により当該レンズが移動する距離を停止時移動最大距離とし、
当該レンズの合焦位置が焦点深度の１／２の距離を移動するときに前記移動機構により当該レンズが移動する距離を移動許容距離とした場合に、
前記停止時移動最大距離は、前記移動許容距離以下である請求項３に記載の光学素子駆動装置。
【請求項５】
前記撮像装置は、撮影動作待機時に前記撮像素子により取得された画像信号に基づく撮像対象画像を表示する表示ディスプレイを備える場合に、
前記焦点深度は、前記表示ディスプレイの前記撮像対象画像を表示する際の解像度に基づいて求めたものである請求項４に記載の光学素子駆動装置。
【請求項６】
前記移動機構は、当該レンズを光軸方向に付勢する付勢手段を備え、
前記無励磁安定静止位置において発生する静止トルクは、当該レンズが前記付勢手段から光軸方向に付勢される力によって前記回転子に作用する外部トルクよりも大きい請求項３〜請求項５のいずれか一項に記載の光学素子駆動装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記移動機構により当該レンズの画角調整動作を行うときに、前記移動停止時処理を行う請求項３〜請求項６のいずれか一項に記載の光学素子駆動装置。
【請求項８】
前記制御部は、前記移動機構により当該レンズの合焦動作を行った後、前記移動停止時処理を行う請求項３〜請求項７のいずれか一項に記載の光学素子駆動装置。
【請求項９】
前記レンズは、複数枚のレンズが組み合わされたレンズ群からなるズームレンズ及びフォーカスレンズの少なくともいずれか一方である請求項３〜請求項８のいずれか一項に記載の光学素子駆動装置。
【請求項１０】
請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の光学素子駆動装置を用いて、撮像用のレンズを光軸方向に移動させる撮像装置であって、
撮像動作待機時に前記移動停止時処理を行わせることを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本件発明は、レンズ等の光学素子を移動させる光学素子駆動装置と、この光学素子駆動装置を備えた撮像装置に関し、光学素子の移動待機時の電力消費を低減し、且つ、光学素子を移動待機位置で安定して保持することのできる光学素子駆動装置及び撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ズームレンズやフォーカスレンズなどを備えた変倍撮像光学系では、これらのレンズを光軸方向に沿って移動させることで焦点距離や合焦位置を調整することが行われている。このような変倍撮像光学系を備えた撮像装置の中には、ステッピングモーターを駆動源として、これらのレンズの位置を移動させるレンズ駆動装置（光学素子駆動装置）を備え、オートズーム機能やオートフォーカス機能を実現したものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
例えば、特許文献１に開示のレンズ駆動装置では、ラック・アンド・ピニオン機構を採用し、ステッピングモーターの回転駆動力を直線運動に変換して、レンズを光軸方向に沿ってスライド移動させている。ステッピングモーターは、複数の巻線が設けられた固定子と、回転子とを備え、励磁電流を与える巻線を切り替える毎に、回転子が所定の角度（ステップ角）ずつ回転する。レンズ駆動装置では、一般に巻線構成が２相で、回転子に永久磁石を採用したＰＭ形のステッピングモーターが採用されている。上記レンズ駆動装置では、ステッピングモーターの回転軸の回転に連動してピニオンが回転し、これに連動してラックがスライド移動する。従って、ステッピングモーターの回転子の回転角度を制御することにより、レンズの移動位置を制御することができる。
【０００４】
ところで、レンズ駆動装置では、ズーム動作により画角を調整した後、あるいはフォーカス動作により合焦位置を調整した後は、レンズ位置を保持した状態で、次にズーム指示又はフォーカス指示等のレンズ移動指示が入力されるのを待機することになる。ここで、ステッピングモーターの回転軸が回転するとレンズの位置がこれに連動して移動する。したがって、レンズ駆動装置は、次のレンズ移動指示が入力されるまでの間、ステッピングモーターの回転子を静止状態に保持して、レンズをその停止位置（待機位置）から移動しないように保持する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２２９６８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ステッピングモーターにおいて、回転子を静止状態に保持するには、通常、固定子の所定の相（１相あるいは２相）を常に励磁して、回転子と固定子との間に作用する磁力のバランスをとる必要がある。このため、従来のレンズ駆動装置では、レンズの移動を待機する間も、ステッピングモーターに対して常に通電する必要があった。撮像装置は、通常、バッテリーを駆動源とするため、撮像動作以外の電力消費は極力低減することが好ましい。
【０００７】
そこで、本件発明は、ステッピングモーターを駆動源とする光学素子駆動装置及びこのような光学素子駆動装置を備えた撮像装置において、レンズ等の光学素子の移動待機時の電力消費を低減し、且つ、光学素子を移動待機位置で安定して保持することのできる光学素子駆動装置及び撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そこで、本件発明者等は、鋭意研究を行った結果、以下の光学素子駆動装置及び撮像装置を採用することで上記目的を達成するに到った。
【０００９】
上記目的を達成するため、本件発明に係る光学素子駆動装置として、回転子及び固定子を有するステッピングモーターと、このステッピングモーターの回転駆動力を駆動源として光学素子を移動させる移動機構と、前記ステッピングモーターの駆動制御を介して、前記光学素子の移動位置を制御する制御部とを備えた光学素子駆動装置であって、前記制御部は、前記光学素子の移動を停止させる際に、前記固定子を無励磁状態にしたときでも前記回転子を安定して静止可能な無励磁安定静止位置まで回転させてから、前記固定子に対する励磁電流の供給を停止する移動停止時処理を行うことを特徴とする光学素子駆動装置を採用した。
【００１０】
本件発明に係る光学素子駆動装置において、前記回転子が二極に着磁された永久磁石を備えて構成されており、前記固定子には、励磁可能な相が複数相設けられ、前記無励磁安定静止位置は、前記固定子に設けられた複数相を同時に励磁したときに、これらの相において発生する磁界の向きがいずれも同じ向きを示し、且つ、回転子により発生する磁界の向きと反対の向きを示すステップ位置であることが好ましい。
【００１１】
本件発明に係る光学素子駆動装置において、前記光学素子は、撮像装置に設けられる撮像用のレンズであり、前記制御部は、前記撮像装置の撮像動作待機時に、前記移動停止時処理を行うことが好ましい。
【００１２】
本件発明に係る光学素子駆動装置において、前記回転子が、一の無励磁安定静止位置から次の無励磁安定静止位置まで回転するときに、前記移動機構により当該レンズが移動する距離を停止時移動最大距離とし、当該レンズの合焦位置が焦点深度の１／２の距離を移動するときに前記移動機構により当該レンズが移動する距離を移動許容距離とした場合に、前記停止時移動最大距離が、前記移動許容距離以下であることが好ましい。
【００１３】
本件発明に係る光学素子駆動装置において、前記撮像装置が、撮影動作待機時に前記撮像素子により取得された画像信号に基づく撮像対象画像を表示する表示ディスプレイを備える場合に、前記焦点深度を、前記表示ディスプレイの前記撮像対象画像を表示する際の解像度に基づいて求めることが好ましい。
【００１４】
本件発明に係る光学素子駆動装置において、前記移動機構は、当該レンズを光軸方向に付勢する付勢手段を備え、前記無励磁安定静止位置において発生する静止トルクは、当該レンズが前記付勢手段から光軸方向に付勢される力によって前記回転子に作用する外部トルクよりも大きいことが好ましい。
【００１５】
本件発明に係る光学素子駆動装置において、前記制御部は、前記移動機構により当該レンズの画角調整動作を行うときに、前記移動停止時処理を行うことが好ましい。
【００１６】
本件発明に係る光学素子駆動装置において、前記制御部は、前記移動機構により当該レンズの合焦動作を行った後、前記移動停止時処理を行うことが好ましい。
【００１７】
本件発明に係る光学素子駆動装置において、前記レンズは、複数枚のレンズが組み合わされたレンズ群からなるズームレンズ及びフォーカスレンズの少なくともいずれか一方であることが好ましい。
【００１８】
また、上記目的を達成するため、本件発明に係る撮像装置として、上記のいずれかに記載の光学素子駆動装置を用いて、撮像用のレンズを光軸方向に移動させる撮像装置であって、撮像動作待機時に前記移動停止時処理を行わせることを特徴とする撮像装置を採用した。
【発明の効果】
【００１９】
本件発明によれば、制御部は、移動機構において、光学素子の移動を停止させる際に、ステッピングモーターの固定子を無励磁状態にしたときでも、回転子を安定して静止可能な無励磁安定静止位置まで、回転子を回転させてから、固定子に対する励磁電流の供給を停止する。従って、本件発明では光学素子の移動待機時はステッピングモーターに対する通電を停止することができるため、光学素子の移動待機時の電力消費を低減することができる。また、光学素子の移動待機時において回転子に外部トルクが作用する場合でも、無励磁安定静止位置で発生する静止トルク（ディテントトルク）を利用して、回転子の回転を防止することができる。このため、ステッピングモーターに対する通電を遮断しても光学素子をその移動待機位置で安定して保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本実施の形態の撮像装置の機能的構成を示すブロック図である。
【図２】本実施の形態のレンズ駆動ユニットを示す斜視図である。
【図３】本実施の形態のレンズ駆動ユニットに設けられるステッピングモーターの模式的構成及び駆動制御を説明するための図である。
【図４】本実施の形態のステッピングモーターの各端子に与える信号の切替パターンを示す図である。
【図５】６ステップのステッピングモーターを１−２相励磁方式で励磁するときの無励磁安定静止位置を説明するための図である。
【図６】４ステップのステッピングモーターを２相例示方式で励磁するときの無励磁安定静止位置を説明するための図である。
【図７】本実施の形態の撮像装置において実行されるレンズの移動時停止処理の手順を示すフローチャートである。
【図８】本実施の形態の移動時停止処理により達成できる電力消費の低減率を説明するための図である。
【図９】焦点深度と許容錯乱円との関係を示す図である。
【図１０】撮像素子及び表示部における許容錯乱円の直径の大きさを示す図である。
【図１１】表示部の画像解像度と許容移動距離との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本件発明に係る光学素子駆動装置及びこの光学素子駆動装置を備えた撮像装置の実施の形態を説明する。本件発明の具体的な構成を説明する前に、まず、本件発明に係る光学素子駆動装置について簡単に説明する。
【００２２】
本件発明に係る光学素子駆動装置は、ステッピングモーターの回転駆動力を駆動源として光学素子を移動させる移動機構と、このステッピングモーターの駆動制御を介して、光学素子の移動位置を制御する制御部とを備えたものである。そして、当該移動機構により、光学素子の移動を停止させるときは、固定子に設けられた巻線を無励磁状態にしたときに回転子を安定に静止させることのできる無励磁安定静止位置まで回転子を回転させた上で、光学素子の移動を停止する移動時停止処理を行うことを特徴としている。無励磁安定静止位置では、ステッピングモーターに対する電源を遮断しても、回転子がその静止位置で安定に静止することができるため、レンズの移動動作待機中の電力消費を低減することができ、且つ、光学素子をその停止位置（待機位置）で安定に保持することができる。
【００２３】
このような光学素子駆動装置及び撮像装置の一例として、本実施の形態では、レンズを移動させるレンズ駆動装置、及び、当該レンズ駆動装置をレンズ駆動ユニットとして一体に備えた撮像装置を例に挙げて説明する。以下、本実施の形態では、１．撮像装置の機能的構成、２．レンズ駆動ユニットの具体的構成、３．ステッピングモーター及びその駆動制御、４．無励磁安定静止位置について順に説明した後に、５．移動停止時処理について説明する。
【００２４】
１．撮像装置の機能的構成
まず、図１を参照して、本件発明の実施の形態のレンズ駆動装置を含む撮像装置１の主要部の機能的構成を説明する。図１に示すように、撮像装置１は、変倍撮像光学系１０と、レンズ駆動ユニット２０と、絞りユニット３０と、シャッターユニット４０と、撮像素子５１を備える画像生成ユニット５０と、ユーザーインターフェース６０と、これらとの間で制御信号の送受信を行い、撮像装置１の全体の動作を制御する制御ユニット１００とを備えている。但し、本件発明に係る光学素子駆動装置の実施の形態としてのレンズ駆動装置は、図１に示すレンズ駆動ユニット２０と、レンズ駆動ユニット２０の動作を制御する制御部としての制御ユニット１００とにより構成される。
【００２５】
本実施の形態の撮像装置１は、オートズーム機能及びオートフォーカス機能を有し、制御ユニット１００の制御の下、レンズ駆動ユニット２０により、変倍撮像光学系１０を構成するレンズ群の位置を移動させて、ズーム動作（画角調整動作）、又はフォーカス動作（合焦動作）を行う。当該撮像装置１では、撮像動作待機時に、ズーム動作を行う際に、制御ユニット１００は、レンズ駆動ユニット２０において上記移動時停止処理を実行する。また、撮像動作終了時にも当該移動時停止処理を実行する。そして、次に、ズーム動作又はフォーカス動作を行うまでの間、すなわち、レンズ移動待機中は、レンズ駆動ユニット２０に対する通電を遮断する制御を行っている。このような制御を行うことにより、撮像装置１の撮像動作待機中の電力消費の低減を図っている。以下、撮像装置１の各構成要素について、レンズ駆動ユニット２０以外の構成要素について説明する。
【００２６】
変倍撮像光学系１０：  変倍撮像光学系１０は、ズームレンズ１１と、フォーカスレンズ１２とを備えており、ズームレンズ１１とフォーカスレンズ１２とは、光軸を揃えて配置される。ズームレンズ１１及びフォーカスレンズ１２は、それぞれ複数枚のレンズを組み合わせたレンズ群から構成されている。後述するように、レンズ駆動ユニット２０により、ズームレンズ１１とフォーカスレンズ１２とは、それぞれ光軸方向に沿って独立に移動可能にされている。また、ズームレンズ１１及びフォーカスレンズ１２の解像度は、それぞれ撮像素子５１の画像解像度、すなわち画素サイズ（セルピッチ）に応じて設計されている。
【００２７】
絞りユニット３０：  絞りユニット３０は、絞り３１と、絞り駆動部３２とを備えている。絞り３０は、撮像素子５１の撮像面に入射する光の量を調整するものである。絞り駆動部３２は、制御ユニット１００からの制御信号に基づいて絞り３１の開度を調整するものである。
【００２８】
シャッターユニット４０：  シャッターユニット４０は、シャッター４１と、シャッター駆動部４２とを備えている。シャッター駆動部４２は、制御ユニット１００からの制御信号に基づいてシャッター４１の開閉を制御するものである。シャッター４１の開閉により、撮像素子５１の撮像面（受光面）に被写体光束の通過と遮断が切り替えられる。
【００２９】
画像生成ユニット５０：  画像生成ユニット５０は、変倍撮像光学系１０から入射する被写体光束に基づいて撮像画像を生成するユニットであり、撮像素子５１と、ＡＦＥ（アナログフロントエンド）５２とを備えている。
【００３０】
撮像素子５１は、例えば、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサやＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサなどの光学センサから構成される。撮像素子５１の撮像面には、変倍撮像光学系１０からの被写体光束が入射する。撮像素子５１は、ＡＦＥ５２を介して制御ユニット１００に接続されており、制御ユニット１００からの制御信号に基づいてＡＦＥ５２からフレーム信号等の制御信号が入力される。
【００３１】
撮像素子５１にフレーム信号が入力されると、撮像素子５１はこのフレーム信号に同期して、画像信号を生成してＡＦＥ５２に出力する。撮像素子５１は当該撮像装置１における撮像動作実行時だけではなく、撮像動作待機中においてもフレーム信号に同期して連続的に画像信号を生成する。後述する表示部６２を電子式ファインダーとして機能させる場合、撮像動作待機中に、この画像信号に基づく撮像対象画像が表示部６２に表示される。
【００３２】
撮像素子５１の画像解像度は、特に限定されるものではないが、本件発明に係る移動停止時処理をより具体的に説明するために、以下では、該撮像素子５１として、５Ｍピクセル（２５６０×１９２０ピクセル）等の画像解像度を有するものを採用した場合を例に挙げて説明する。
【００３３】
ＡＦＥ５２は、制御ユニット１００から入力される制御信号に基づいて、フレーム信号等を生成して、撮像素子５１に出力するものである。これに伴い、撮像素子５１から画像信号が入力されると、画像信号に対して信号増幅処理等を施した上で、Ａ／Ｄ変換を行い画像データを生成する。画像データは、制御ユニット１００に送信される。
【００３４】
ユーザーインターフェイス６０：  ユーザーインターフェース６０として、本実施の形態の撮像装置１は、ユーザーにより各種の操作が行われる操作部６１と、電子式ファインダー（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｖｉｅｗ  Ｆｉｎｄｅｒ）としても機能する表示部６２とを備えている。
【００３５】
操作部６１は、当該撮像装置１を操作するための各種コマンドを入力するための操作キー等を備えている。操作キーとしては、例えば、電源ボタン、各種設定操作、画像表示操作等を行うための多機能十字キー、撮像指示ボタン（シャッターボタン）、ズーム指示ボタン（画角調整動作ボタン）（但し、いずれも図示略）等が設けられており、これらの操作の内容に応じたコマンドが制御ユニット１００に入力される。例えば、撮像指示ボタンが半押しされた場合、制御ユニット１００にはフォーカス指示に対応するコマンドが入力される。また、ユーザーにより撮像指示ボタンが全押しされると、制御ユニット１００には撮像指示に対応するコマンドが入力される。また、ユーザーがズーム指示ボタンを操作すると、制御ユニット１００にはユーザーの操作内容に応じたズーム倍率等を指示するズーム指示に対応するコマンドが入力される。
【００３６】
表示部６２：  表示部（表示ディスプレイ）６２は、例えば、液晶ディスプレイ等から構成され、制御ユニット１００の制御の下、画像データや操作メニュー、設定情報等の各種の情報を表示するものである。また、表示部６２は、上述した通り、当該撮像装置１の撮像動作待機中に電子式ファインダーとして機能する。電子式ファインダーとして機能する間、表示部６２には制御ユニット１００から送信された画像データに基づく撮像対象画像の表示を行う。ユーザーは、表示部６２に表示されたこの撮像対象画像に基づいて、ズーム動作後の撮像対象範囲を確認したり、撮像対象とする被写体に焦点が合わせられているか等を確認することができる。
【００３７】
本実施の形態の撮像装置１では、表示部６２として、撮像素子５１の画像解像度よりも低い画像解像度の表示ディスプレイを採用することができる。撮像装置１において、表示部６２は撮像画像を鑑賞するために設けられるものではなく、確認用の撮像画像又は撮像対象画像の表示、あるいは各種操作メニュー及び設定情報等の表示を行うために十分な画像解像度を有していればよく、撮像素子５１と同程度の画像解像度で画像を表示する必要性に乏しいためである。また、上述の様に５Ｍピクセルの撮像素子５１を搭載した場合に、５Ｍピクセルの画像解像度を有する表示部を撮像装置１に搭載するのは、撮像装置１の筐体の大きさを考慮しても物理的に困難であり、また、経済的にも妥当ではない。例えば、本実施の形態の撮像装置１では、５Ｍピクセルの画像解像度を有する撮像素子５１を採用した場合であっても、表示部６２では、例えば、０．３Ｍピクセル（ＶＧＡ；６８０×４８０ピクセル）程度の画像解像度を有する液晶ディスプレイが採用される。但し、本件発明の表示部６２の画像解像度が０．３Ｍピクセルに限定されるものではないのは勿論であって、当該数値は、撮像装置１における移動時停止処理を具体的に説明するための例示に過ぎない。
【００３８】
制御ユニット１００：  制御ユニット１００は、図示しないＤＳＰ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備え、ＲＯＭ等に格納された制御プログラムに従って、ＲＡＭの一部を作業領域として、ＤＳＰにより各種の演算等を行い撮像装置１の各部に制御信号を送信し、各部の動作を制御する。
【００３９】
例えば、ユーザーが操作部６１を介してズーム指示ボタンを操作した場合、制御ユニット１００には、ズーム指示に対応するコマンドが入力される。制御ユニット１００は、これに応じてレンズ駆動ユニット２０を制御して、変倍撮像光学系１０の焦点距離を調整して所定のズーム倍率となるように、ズームレンズ１１及びフォーカスレンズ１２の位置を移動させるズーム動作を行わせる。
【００４０】
また、ユーザーが操作部６１を介して撮像指示ボタンを半押しした場合、制御ユニット１００にはフォーカス指示に対応するコマンドが入力される。制御ユニット１００は、これに応じて、レンズ駆動ユニット２０を制御して、被写体距離に応じて、変倍撮像光学系１０の合焦位置が撮像素子の撮像面に位置するようにフォーカスレンズ１２の位置を移動させるフォーカス動作を行わせる。
【００４１】
さらに、ユーザーが上記撮像指示ボタンを全押しした場合、制御ユニット１００には撮像指示に対応するコマンドが入力される。制御ユニット１００は、これに応じて、レンズ駆動ユニット２０、絞りユニット３０、シャッターユニット４０、画像生成ユニット５０等を制御して、被写体の撮像画像を生成させる撮像動作を行わせる。
【００４２】
撮像装置１に電源が投入されると、制御ユニット１００に対して撮像指示が入力されるまでの間、撮像装置１は撮像動作待機モードとなる。また、撮像動作を行った後、次に撮像指示が入力される間についても撮像動作待機モードとなる。この撮像動作待機中に、制御ユニット１００に対してズーム指示が入力された場合、上記移動時停止処理を行って、レンズ駆動ユニット２０に対して電源の遮断を可能な所定の停止位置（以下、「待機位置」という。）で各レンズ１１、１２を停止させる。また、撮像動作が終了したときも同様に移動時停止処理を行って、フォーカスレンズ１２の移動を所定の待機位置で停止させる。そして、撮像動作待機中に、表示部６２が電子式ファインダーとして機能する場合、画像生成ユニット５０において生成された画像データに基づく撮像対象画像が表示部６２に表示される。これらの移動時停止処理においては、レンズ１１、１２を所定の待機位置においてその移動を停止させるため、変倍撮像光学系１０の合焦位置が撮像素子５１の撮像面の前後にずれる場合がある。しかしながら、後述するように、撮像動作待機中におけるレンズ１１、１２の待機位置は、当該変倍撮像光学系１０の合焦位置が焦点深度の範囲内に存在するような位置となるよう設定されているため、表示部６２には撮像対象画像を鮮明に表示させることができる。
【００４３】
２．レンズ駆動ユニット
次に、図１及び図２を参照して、制御ユニット１００との協働により、各レンズ１１、１２を移動させ、且つ、上記移動時停止処理を実行するレンズ駆動ユニット２０について説明する。
【００４４】
図２は、本実施の形態のレンズ駆動ユニット２０の具体的な構成を示す斜視図である。図１及び図２に示すように、レンズ駆動ユニット２０は、ズームレンズ１１を光軸方向に沿って移動させるためのズームレンズ駆動部２１と、フォーカスレンズ１２を光軸方向に沿って移動させるためのフォーカスレンズ駆動部２２とを備えている。ズームレンズ駆動部２１は、ズームレンズ移動機構７０と、ステッピングモーター９０とを備え、フォーカスレンズ駆動部２２は、フォーカスレンズ移動機構８０と、ステッピングモーター９０とを備えている。本実施の形態のズームレンズ移動機構７０及びフォーカスレンズ移動機構８０は、それぞれラック・アンド・ピニオン機構を採用し、このラック・アンド・ピニオン機構により、ステッピングモーター９０の回転駆動力を直線運動に変換して、ズームレンズ１１及びフォーカスレンズ１２をそれぞれ独立して光軸方向にスライド移動可能にしている。
【００４５】
図２に示すように、ズームレンズ移動機構７０及びフォーカスレンズ移動機構８０を構成する各部材は、それぞれ基台７１、８１に組み付けられている。ズームレンズ移動機構７０側の基台７１と、フォーカスレンズ移動機構８０側の基台８１とは光軸方向において互いに直列に連結された状態で、ズームレンズ１１及びフォーカスレンズ１２を収容する図示しないレンズ鏡筒内に固定される。以下、ズームレンズ移動機構７０、フォーカスレンズ移動機構８０、ステッピングモーター９０の順に説明する。
【００４６】
〈ズームレンズ移動機構〉
まず、ズームレンズ移動機構７０について説明する。ズームレンズ移動機構７０は、上述した基台７１上に、ズームレンズ１１の移動を光軸に沿って案内するためのガイドポール７２と、このガイドポール７２に移動可能に支持されるズームレンズ保持枠７３と、ズームレンズ保持枠７３に対してステッピングモーター９０の回転駆動力を伝達するためのピニオン７４と、ズームレンズ保持枠７３の光軸方向における移動を規制するための補正バネ７５とを備えている。
【００４７】
ガイドポール７２：  ガイドポール７２は、長尺な円柱形状に形成されており、ズームレンズ１１の光軸方向と平行に配置されている。ガイドポール７２は、フォーカスレンズ移動機構８０側に延在しており、その両端は脚部７２ａ、７２ｂによりズームレンズ移動機構７０側の基台７１と、フォーカスレンズ移動機構８０側の基台８１とに固定されている。
【００４８】
ズームレンズ保持枠７３：  ズームレンズ保持枠７３は、ズームレンズ１１が嵌め込まれるズームレンズ保持部７３ａと、ズームレンズ１１の光軸方向に沿って長尺な円筒形状に形成されたガイドポール挿通部７３ｂとを備えている。
【００４９】
ズームレンズ保持部７３ａは、ズームレンズ１１を構成する各単レンズを光軸を揃えて各単レンズが所定の位置関係となるように保持するものである。
【００５０】
ガイドポール挿通部７３ｂは、ズームレンズ保持枠７３の外縁部分に設けられており、ガイドポール７２を挿通可能な円筒形状に形成されている。ガイドポール挿通部７３ｂには、ピニオン７４に噛合するピッチで形成されたラック７６が設けられている。本実施の形態では、ガイドポール挿通部７３ｂとラック７６とを一体に形成することにより、ラック・アンド・ピニオン機構をコンパクトに構成している。また、ラック７６の長さは、当該変倍撮像光学系１０の光学ズーム倍率に応じて設定される。ラック７６の長さによって、ズームレンズ１１の可動範囲が定まる。
【００５１】
補助ポール挿入部７３ｃ：  また、ズームレンズ保持枠７３には、補助ポール７７が挿入される補助ポール挿入部７３ｃが設けられている。補助ポール７７は、ガイドポール７２と平行に配置されて、ガイドポール７２と共にズームレンズ１１の移動を光軸方向に案内するために設けられる。
【００５２】
ピニオン７４：  ピニオン７４は、基台７１の厚み方向において、ズームレンズ保持枠７３側に突出するステッピングモーター９０の回転軸（図示略）に嵌装されて、回転軸の回転に連動して回転する。このピニオン７４の回転に連動して、ラック７６がスライド移動し、ラック７６のスライド移動量に応じてズームレンズ１１の位置が移動する。このズームレンズ１１の移動量は、上述した制御ユニット１００によるステッピングモーター９０の駆動制御により制御される。
【００５３】
ズーム補正バネ７５：  ズーム補正バネ７５は、ズームレンズ１１を光軸方向において、フォーカスレンズ移動機構８０側からズームレンズ移動機構７０側に向かう方向に対して付勢するものであり、本件発明に係る付勢手段として機能する。ズーム補正バネ７５はガイドポール７２の外周に設けられており、その一端７５ａは、ガイドポール挿通部７３ｂに当接している。ズームレンズ保持枠７３が光軸方向において、フォーカスレンズ移動機構８０側に移動すると、ズーム補正バネ７５のバネ長が短くなりその弾性力によりズームレンズ１１に対する付勢力が大きくなる。当該ズーム補正バネ７５によりズームレンズ保持枠７３を光軸方向において付勢することにより、振動等の外力が加わった際にズームレンズ１１の移動を規制して、撮像時のぶれ等を防止することができる。このズーム補正バネ７５による付勢力は、ラック・アンド・ピニオン機構を介してステッピングモーター９０の回転子９１（図３参照）に外部トルクとして作用するため、回転子９１はその静止位置において静止状態を保持するには、外部トルクよりも大きい静止トルクを発生する必要がある。この点については後述する。
【００５４】
〈フォーカスレンズ移動機構８０〉
次に、フォーカスレンズ移動機構８０について説明する。フォーカスレンズ移動機構８０は、ズームレンズ移動機構７０と略同一の構成及び機能を有し、図２に示すようにフォーカスレンズ１２の移動を光軸に沿って案内するためのガイドポール８２と、このガイドポール８２に移動可能に支持されるフォーカスレンズ保持枠８３と、フォーカスレンズ保持枠８３に対してステッピングモーター９０の回転駆動力を伝達するためのピニオン８４と、フォーカスレンズ保持枠８３の光軸方向における移動を規制するための補正バネ８５とを備えているを備えている。
【００５５】
ガイドポール８２：  ガイドポール８２は、ズームレンズ移動機構７０側に設けられるガイドポール７２と略同一の構成及び機能を有し、その両端は、脚部８２ａ、８２ｂによってフォーカスレンズ移動機構８０側の基台８１と、ズームレンズ移動機構７０側の基台８１とに固定されている。当該ガイドポール８２はフォーカスレンズ１２の光軸と平行に配置されており、ズームレンズ移動機構７０側に設けられるガイドポール７２とズームレンズ１１及びフォーカスレンズ１２の光軸に対して、線対称に配置されている。
【００５６】
フォーカスレンズ保持枠８３：  フォーカスレンズ保持枠８３は、ズームレンズ保持枠７３と略同一の構成及び機能を有し、フォーカスレンズ１２が嵌め込まれるフォーカスレンズ保持部８３ａと、フォーカスレンズ１２の光軸方向に沿って長尺な円筒形状に形成されたガイドポール挿通部８３ｂとを備えている。フォーカスレンズ保持部８３ａは、フォーカスレンズ１２を構成する各単レンズを光軸を揃えて各単レンズが所定の位置関係となるように保持する。
【００５７】
図２に示すように、ズームレンズ保持枠７３と、フォーカスレンズ保持枠８３とは互いに対向するように配置されている。ズームレンズ保持枠７３及びフォーカスレンズ保持枠８３により、ズームレンズ１１及びフォーカスレンズ１２の各光軸を一致させた状態で、光軸方向に沿って移動可能に保持される。また、ガイドポール挿通部８３ｂには、ピニオン８４に噛合するピッチで形成されたラック８６が設けられている。
【００５８】
補助ポール挿入部８３ｃ：  さらに、フォーカスレンズ保持枠８３には、補助ポール７７が挿入される補助ポール挿入部８３ｃが設けられている。補助ポール７７は、ズームレンズ移動機構７０と共用されており、この補助ポール７７によって、ガイドポール８２と共にフォーカスレンズ１２の移動が光軸方向に案内される。
【００５９】
ピニオン８４：  ピニオン８４は、基台８１の厚み方向において、フォーカスレンズ保持枠８３側に突出するステッピングモーター９０の回転軸（図示略）に嵌装されて、回転軸の回転に連動して回転する。このピニオン８４の回転に連動して、ラック８６がスライド移動し、ラック８６のスライド移動量に応じてフォーカスレンズ１２の位置が移動する。このフォーカスレンズ１２の移動量は、上述した制御ユニット１００によるステッピングモーター９０の駆動制御により制御される。
【００６０】
フォーカス補正バネ８５：  フォーカス補正バネ８５は、フォーカスレンズ１２を光軸方向において、ズームレンズ移動機構７０側からフォーカスレンズ移動機構８０側に向かう方向に対して付勢するものであり、本件発明に係る付勢手段として機能する。フォーカス補正バネ８５はガイドポール８２の外周に設けられており、その一端８５ａは、ガイドポール挿通部８３ｂに当接している。フォーカスレンズ保持枠８３が光軸方向において、ズームレンズ移動機構７０側に移動すると、フォーカス補正バネ８５のバネ長が短くなりその弾性力によりフォーカスレンズ１２に対する付勢力が大きくなる。当該ズーム補正バネ７５によりフォーカスレンズ保持枠８３を光軸方向において付勢することにより、振動等の外力が加わった際にフォーカスレンズ１２の移動を規制して、撮像時のぶれ等を防止することができる。なお、このフォーカス補正バネ８５による付勢力は、ズーム補正バネ７５と同様に、ラック・アンド・ピニオン機構を介してステッピングモーター９０の回転子９１（図３参照）に外部トルクとして作用するため、上記と同様に、回転子９１を静止させるにはそのステップ位置において当該外部トルク以上の静止トルクを発生させる必要がある。
【００６１】
３．ステッピングモーター及びステッピングモーターの駆動制御
次に、ズームレンズ駆動部２１及びフォーカスレンズ駆動部２２（図１参照）のそれぞれに設けられるステッピングモーター９０の構成及びその駆動制御について説明する。
【００６２】
〈ステッピングモーター〉
まず、ステッピングモーター９０の構成について説明する。図２に示すように、本実施の形態では、ステッピングモーター９０として、回転軸（動力伝達軸）の軸方向の厚みが薄い扁平形のものを採用している。ステッピングモーター９０は、各基台７１、８１の厚みとそれぞれ略同じ厚みを有し、各回転軸は光軸方向と垂直に、それぞれズームレンズ保持枠７３及びフォーカスレンズ保持枠８３側に突出している。このように、回転軸の軸方向の厚みが薄い扁平形のステッピングモーター９０を採用することにより、レンズ駆動ユニット２０の構成をコンパクトにすることができ、撮像装置１の小型化、軽量化に寄与することができる。
【００６３】
図３に、本実施の形態の上記ステッピングモーター９０の模式的な構成と、その駆動制御の原理を表した図を示す。図３に示すステッピングモーター９０は、径方向に２極に着磁された円筒形永久磁石からなる回転子９１と、Ａ相９２及びＢ相９３の２相の巻線構成を有する固定子９４と、回転子９１及び固定子９４を被覆する磁性体からなるヨーク９５とを備えている。但し、図３において、回転子９１のＮ極には斜線を付し、Ｓ極側は無地で表している。
【００６４】
回転子９１：  回転子９１は、ピニオン７４、８４（図２参照）に対して動力を伝達するための図示しない回転軸に嵌装されており、回転子９１の回転に伴って、回転子９１の回転角度だけ回転軸が回転する。
【００６５】
固定子９４：  固定子９４は上述した通り、Ａ相９２及びＢ相９３の２相の巻線構成を有し、Ａ相９２を構成する巻線には第一端子ＯＵＴ１及び第二端子ＯＵＴ２が電気的に接続されている。また、Ｂ相９３を構成する巻線には第三端子ＯＵＴ３及び第四端子ＯＵＴ４が電気的に接続される。ステッピングモーター９０は、図示しない駆動回路を備えている。制御ユニット１００から駆動回路にパルス信号が入力される毎に、駆動回路は所定の励磁モードで、これらの端子ＯＵＴ１〜ＯＵＴ４に与える信号レベルを切り替える。本実施の形態では、１−２相励磁方式により、励磁相を切り替える方式を採用しており、Ｂ相９３又はＡ相９２の１相を励磁した後はＡ相９２及びＢ相９３の２相を励磁するといったように、励磁相を順次切り替えている。ここで、以下において、Ａ相９２を励磁したときに現れる磁極のうち、第一端子ＯＵＴ１側の磁極を固定子Ａ１磁極と称し、第二端子ＯＵＴ２側の磁極を固定子Ａ２磁極と称する。また、Ｂ相９３を励磁したときに現れる磁極のうち、第三端子ＯＵＴ３側の磁極を固定子Ｂ１磁極と称し、第四端子ＯＵＴ４側の磁極を固定子Ｂ２磁極と称する。
【００６６】
回転子９１の配置：  回転子９１は、図３に示すように、Ａ相９２とＢ相９３とが対向する空間の外側であって、固定子Ａ２磁極及び固定子Ｂ２磁極側に、固定子Ａ２磁極と固定子Ｂ２磁極とに対して等距離の位置に配置されている。回転子９１の磁極は、これら固定子側の磁極、すなわち固定子Ａ２磁極及び固定子Ｂ２磁極からの磁力の影響を受ける。次に説明するように、固定子９４の励磁状態を切り替えることによって、固定子Ａ２磁極及び固定子Ｂ２磁極に現れる極性を変化させることにより、回転子９１を回転させることができる。
【００６７】
〈ステッピングモーターの駆動制御〉
次に、図３及び図４を参照して、当該ステッピングモーター９０の駆動制御について説明する。本実施の形態のステッピングモーター９０は、ステップ角が４５度で、８ステップで、すなわちパルス信号を８回与えることにより、回転子９１が１回転するものを採用している。図４には各ステップ（Ｓｔｅｐ１〜Ｓｔｅｐ８）毎に各端子ＯＵＴ１〜ＯＵＴ４に与える信号レベルの切替パターンを示す。
【００６８】
（０）Ｓｔｅｐ０：  まず、図３に示すＳｔｅｐ０は、ステッピングモーター９０の無励磁状態を示している。無励磁状態とは、固定子９４のＡ相９２を構成する巻線及びＢ相９３を構成する巻線のいずれに対しても励磁電流が与えられていない状態を指す。Ｓｔｅｐ０では、回転子９１のＮ極は図３を正面からみたときに右側を向いている。このＳｔｅｐ０における回転子９１の静止位置（以下、各ステップ毎の回転子９１の静止位置を「ステップ位置」と称する。）は、後述する無励磁安定静止位置であり、回転子９１は無励磁状態で安定に当該ステップ位置に静止することができる。
【００６９】
（１）Ｓｔｅｐ１：  次に、Ｓｔｅｐ１において、図４に示すように、第三端子ＯＵＴ３にＨレベルの信号（以下、「Ｈ信号」という。）を与え、他の端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２、ＯＵＴ４にはそれぞれＬレベルの信号（以下、「Ｌ信号」という。）を与える。
【００７０】
このとき、図３に示すように、Ｂ相９３において第三端子ＯＵＴ３側から第四端子ＯＵＴ４側に向かって励磁電流が流れる。その結果、Ｂ相９３では図中矢印で示す向きに磁界が発生し、第三端子ＯＵＴ３側の固定子Ｂ１磁極にはＳ極が現れ、第四端子ＯＵＴ４側の固定子Ｂ２磁極にはＮ極が現れる。一方、Ａ相９２に接続される第一端子ＯＵＴ１及び第二端子ＯＵＴ２のいずれに対してもＬ信号が与えられているため、Ａ相９２は無励磁状態のまま保持される。その結果、回転子９１のＮ極は、固定子Ｂ２磁極側に現れたＮ極と反発するとともに、Ａ相９２とＢ相９３との間に現れたＳ極と引き合って半時計回りに４５度回転する。なお、図３において、丸で囲んだ「Ｓ」の文字又は「Ｎ」の文字はその周囲の極性が「Ｓ極」又は「Ｎ極」であることを表している。以下同様である。
【００７１】
（２）Ｓｔｅｐ２：  次に、Ｓｔｅｐ２において、第二端子ＯＵＴ２に与える信号をＬ信号からＨ信号に切り替え、第三端子ＯＵＴ３にはＳｔｅｐ１から引き続きＨ信号を与える。
【００７２】
この場合、Ｂ相９３に加えて、Ａ相９２も励磁される。このときＢ相９３を流れる励磁電流の向きはＳｔｅｐ１と同じであるため、固定子Ｂ１磁極はＳ極、固定子Ｂ２磁極はＮ極の状態に保持される。一方、Ａ相９２では、第二端子ＯＵＴ２から第一端子ＯＵＴ１に向かって励磁電流が流れて磁界が発生し、固定子Ａ１磁極にはＮ極が現れ、固定子Ａ２磁極にはＳ極が現れる。その結果、回転子９１のＮ極は、固定子Ａ２磁極と引き合うと共に、回転子９１のＳ極は、固定子Ｂ２磁極のＮ極と引き合い、回転子９１は半時計回りに更に４５度回転する。このとき、Ａ相９２とＢ相９３の磁界の向きは逆であるため、Ａ相９２とＢ相９３との間の磁界は互いに打ち消される。
【００７３】
（３）Ｓｔｅｐ３：  次に、Ｓｔｅｐ３において、図４に示すように、第三端子ＯＵＴ３に与える信号をＨ信号からＬ信号に切り替え、第二端子ＯＵＴ２に引き続きＨ信号を与える。この場合、図３に示すように、Ａ相９２はＳｔｅｐ２に引き続き励磁状態を保持し、Ｂ相９３は無励磁状態に切り替わる。その結果、回転子９１のＳ極と固定子Ｂ２極との間の引き合う力が小さくなり、回転子９１は半時計回りに更に４５度回転する。
【００７４】
（４）Ｓｔｅｐ４：  次に、Ｓｔｅｐ４において、図４に示すように、第四端子ＯＵＴ４に与える信号をＬ信号からＨ信号に切り替え、第二端子ＯＵＴ２に引き続きＨ信号を与える。この場合、図３に示すように、Ａ相９２とＢ相９３とにそれぞれ励磁電流が流れ、Ｂ相９３は無励磁状態から励磁状態に切り替わる。Ａ相９２を流れる励磁電流の向きはＳｔｅｐ３と同じであるため、固定子Ａ１磁極はＮ極、固定子Ａ２極はＳ極の状態に保持される。一方、Ｂ相９３を流れる励磁電流の向きは、Ｓｔｅｐ１及びＳｔｅｐ２とは逆向きとなり、固定子Ｂ１極はＮ極に、固定子Ｂ２極はＳ極になる。このとき、回転子９１のＮ極は、Ｓ極である固定子Ａ２極と、固定子Ｂ２極とにそれぞれ引き合って、更に４５度半時計回りに回転する。図３に示すように、回転子９１のＮ極は図３を正面からみたときに左側を向いている。このように、Ｓｔｅｐ１〜Ｓｔｅｐ４の４ステップで、回転子９１は半回転する。
【００７５】
（５）Ｓｔｅｐ５〜（７）Ｓｔｅｐ７：  Ｓｔｅｐ５〜Ｓｔｅｐ７においても、上記と同様に、図４に示す信号切り替えパターンに従って、各端子ＯＵＴ１〜ＯＵＴ４に所定のレベルの信号を与えることにより、Ｂ相９３、Ａ相９２及びＢ相９３、Ａ相９２の順に励磁相が切り替えられ、その都度、回転子９１の周囲の磁界の向きに変化が生じて、回転子９１が４５度ずつ半時計回りに回転する。
【００７６】
（８）Ｓｔｅｐ８：  Ｓｔｅｐ８では、図４に示すように、第一端子ＯＵＴ１及び第三端子ＯＵＴ３にＨ信号が与えられ、第二端子ＯＵＴ２及び第四端子ＯＵＴ４にはＬ信号が与えられる。その結果、図３に示すように、Ａ相９２及びＢ相９３が励磁される。このときの励磁電流は、Ｓｔｅｐ４とは逆向きに流れ、固定子Ａ２極及び固定子Ｂ２極はそれぞれＮ極になる。その結果、回転子９１のＳ極は、Ｎ極となった固定子Ａ２極及び固定子Ｂ２極のそれぞれと引き合い、また、回転子９１のＮ極は、固定子Ａ２極及び固定子Ｂ２極のそれぞれと反発し、回転子９１は反時計回りに４５度回転する。このとき、回転子９１のＮ極は、図３を正面から見た場合に右側を向き、Ｓｔｅｐ０と同じ状態になる。
【００７７】
４．無励磁安定静止位置
次に、Ａ相９２及びＢ相９３が共に無励磁状態であるときに、回転子９１が安定して静止位置を保持することのできる無励磁安定静止位置について説明する。本実施の形態の撮像装置１では、上述したように、移動停止時処理を実行する際には、回転子９１をこの無励磁安定静止位置まで回転させた上で、各レンズ１１、１２の移動を停止することで、ステッピングモーター９０に対する通電を停止して、各レンズ１１、１２の移動待機時の電力消費の削減を図っている。
【００７８】
上記Ｓｔｅｐ１〜Ｓｔｅｐ８の各段階において、固定子９４に対する励磁電流の供給を停止した場合について、回転子９１がそのステップ位置で静止可能か否かについて考慮する。以下においては、励磁相が１相であったときと、励磁相が２相であったときとに分けて検討する。
【００７９】
１相励磁時：  図３を参照して説明した上記Ｓｔｅｐ１、Ｓｔｅｐ３、Ｓｔｅｐ５、Ｓｔｅｐ７では、いずれもＡ相９２又はＢ相９３のいずれか１相のみが励磁されている。例えば、Ｓｔｅｐ１ではＢ相９３のみが励磁されており、回転子９１のＮ極は、Ａ相９２の側に対して４５度傾いた状態で静止している。このとき、励磁相（Ｂ相９３）の発生する磁界の向きと、永久磁石である回転子９１の発生する磁界の向きは斜めに交差している。このため、Ｂ相９３に対する励磁電流の供給を停止して、Ｂ相９３を無励磁状態に切り替えると、回転子９１の周囲の磁界のバランスが崩れ、回転子９１は不安定な状態となる。
【００８０】
他のＳｔｅｐ３、Ｓｔｅｐ５、Ｓｔｅｐ７においても同様に、Ａ相９２又はＢ相９３のいずれか１相のみが励磁された状態において、回転子９１のＳ極又はＮ極は、Ａ相９２又はＢ相９３のいずれか一相の側に対して４５度傾いた状態で静止している。このとき、励磁相（Ａ相９２又はＢ相９３）に対する励磁電流の供給を停止して、励磁相を無励磁状態に切り替えると、固定子Ａ２磁極又は固定子Ｂ２磁極の極性がなくなる。その結果、回転子９１の磁極の周囲の磁界のバランスが崩れ、回転子９１は不安定な状態となる。
【００８１】
このように、励磁相が１相であったときに、励磁電流の供給を停止して、励磁相を無励磁状態に切り替えた場合、当該各ステップ位置で発生するディテントトルクは、上述したズーム補正バネ７５又はフォーカス補正バネ８５等による外部トルクよりも小さい。但し、「ディテントトルク」とは無励磁状態において発生する静止トルクのことをいう。
【００８２】
このため、このような外部トルクが回転子９１に作用すると、回転子９１が容易に回転してしまうおそれがある。回転子９１が回転すると、上述したラック・アンド・ピニオン機構により、レンズ１１、１２の位置も回転子９１の回転量に応じて移動する。このため、回転子９１のステップ位置がＳｔｅｐ１、Ｓｔｅｐ３、Ｓｔｅｐ５又はＳｔｅｐ７の位置にあるときに、ズームレンズ１１又はフォーカスレンズ１２を移動待機位置で安定して保持するには、現在の励磁相（Ａ相９２又はＢ相９３）に対して励磁電流を供給し、回転子９１の磁極と、固定子Ａ２磁極及び固定子Ｂ２磁極との間の磁力のバランスを保つ必要がある。
【００８３】
２相励磁時：  図３を参照して説明した上記Ｓｔｅｐ２、Ｓｔｅｐ４、Ｓｔｅｐ６、Ｓｔｅｐ８では、Ａ相９２とＢ相９３のいずれの相も励磁されている。ここで、Ａ相９２と、Ｂ相９３とにおいて、それぞれにおいて発生する磁界の向きについてみると、Ｓｔｅｐ２及びＳｔｅｐ６では各相９２、９３で発生する磁界の向きは異なっているのに対して、Ｓｔｅｐ４とＳｔｅｐ８では各相９２、９３で発生する磁界の向きが同じである。
【００８４】
まず、Ｓｔｅｐ２及びＳｔｅｐ６について検討する。Ｓｔｅｐ２及びＳｔｅｐ６では、励磁状態においてＡ相９２及びＢ相９３において発生する磁界の向きは異なっており、回転子９１に作用する固定子Ａ２磁極と固定子Ｂ２磁極とは異なる極性を示している。このため、回転子９１の一方の磁極は固定子Ａ２磁極側を向き、回転子９１の他方の磁極は固定子Ｂ２磁極側を向く。このとき、回転子９１の発生する磁界は、Ａ相９２の発生する磁界の向き及びＢ相９３の発生する磁界の向きとそれぞれ直交している。従って、Ａ相９２及びＢ相９３に対する励磁電流の供給を停止して、Ｂ相９３を無励磁状態に切り替えると、回転子９１の周囲の磁界のバランスが崩れ、回転子９１は不安定な状態となる。このときのディテントトルクは、上述したズーム補正バネ７５又はフォーカス補正バネ８５等による外部トルクよりも小さい。従って、回転子９１を当該ステップ位置において、安定に保持するためには、現在の励磁相（Ａ相９２及びＢ相９３）に対して励磁電流を供給し、回転子９１の磁極と、固定子Ａ２磁極及び固定子Ｂ２磁極との間の磁力のバランスを保つ必要がある。
【００８５】
これに対して、Ｓｔｅｐ４及びＳｔｅｐ８では、励磁状態においてＡ相９２及びＢ相９３において発生する磁界の向きは同じであり、固定子Ａ２磁極と固定子Ｂ２磁極とは同じ極性を示している。また、このときの回転子９１によって発生する磁界の向きは、それぞれＡ相９２及びＢ相９３において発生する磁界の向きと逆の向きである。このため、Ａ相９２及びＢ相９３に対する励磁電流の供給を停止して、Ａ相９２及びＢ相９３を無励磁状態に切り替えた場合でも、回転子９１の周囲の磁界のバランスは崩れることがなく、回転子９１を当該ステップ位置において安定に保持することができる。また、このときのディテントトルクは、上述したズーム補正バネ７５又はフォーカス補正バネ８５等による外部トルクよりも大きい。
【００８６】
このような無励磁安定静止位置は、例えば、図５及び図６に示すように、ＰＭ形の２相ステッピングモーター９０を６ステップ又は４ステップで１回転させる場合にも、それぞれ２箇所ずつ設けることができる。例えば、図５に示すように、６ステップで回転子を一回転させる場合には、１−２励磁方式により励磁する場合の３ステップ目と、６ステップ目とを無励磁安定静止位置とすることができる。
【００８７】
また、図６に示すように、４ステップで回転子を一回転させる場合には、２相励磁方式により励磁する場合、２ステップ目と４ステップ目とを無励磁安定静止位置とすることができる。このように、例えば、固定子９４の巻線構成が複数相である場合、複数相を同時に励磁し、且つ、この励磁された各相において発生する磁界の向きがいずれも同じであり且つ、永久磁石からなる回転子９１において発生する磁界の向きが励磁相において発生した磁界の向きと反対の向きである場合に、当該回転子９１のステップ位置を無励磁安定静止位置とすることができる。
【００８８】
５．移動時停止処理
次に、以上のように構成されたズームレンズ移動機構７０、フォーカスレンズ移動機構８０及びステッピングモーター９０を備えるレンズ駆動ユニット２０において、ズームレンズ１１及びフォーカスレンズ１２の移動を停止する際に行われる移動時停止処理について説明する。当該移動時停止処理は、制御ユニット１００の制御の下、レンズ駆動ユニット２０との協働により実行される。
【００８９】
図７に、本実施の形態の移動時停止処理の手順を示す。まず、制御ユニット１００は、撮像装置１に対して電源が供給されると（ステップＳ１；Ｙ）、操作部６１からのズーム指示（画角調整調整動作指示）の入力を予め定められた所定の待機時間の間、待機する（ステップＳ２）。ユーザーのズーム指示ボタンの操作に対応して、操作部６１からズーム入力されると（ステップＳ２；Ｙ）、制御ユニット１００は、レンズ駆動ユニット２０に対して通電制御を行い、ズームレンズ駆動ユニット２１側及びフォーカスレンズ駆動ユニット２２側の双方のステッピングモーター９０に電源を供給する（ステップＳ３）。
【００９０】
次に、制御ユニット１００は、ズームレンズ駆動ユニット２１側のステッピングモーター９０の駆動制御を行い、ズーム指示に応じたズーム倍率となるようにズームレンズ１１の位置を調整して、ズームレンズ１１の移動を停止させる（ステップＳ４）。このとき、制御ユニット１００は、ズームレンズ１１の移動に対して、本件発明に係るレンズの移動停止時処理を実行する。
【００９１】
ステップＳ４において、制御ユニット１００は、ズームレンズ１１の位置をズーム指示に応じた所定の位置に移動させたときの回転子９１のステップ位置から最も近い無励磁安定静止位置まで回転子９１を回転させた上で、回転子９１の回転を静止させてズームレンズ１１の移動を停止させる。このとき、ズームレンズ１１の位置をズーム指示に応じた所定の位置まで移動させてから、当該位置に対応する回転子９１のステップ位置から最も近い無励磁安定静止位置まで回転子９１を回転させてもよいし、予め制御ユニット１００側で演算を行い、当該ズーム指示に対応する無励磁安定静止位置に直接回転子９１を回転させてもよい。
【００９２】
次に、制御ユニット１００は、フォーカスレンズ駆動ユニット２２側のステッピングモーター９０の駆動制御を行い、ステップＳ４において調整されたズームレンズ１１の位置に基づいて、フォーカスレンズ１２の位置を移動させて変倍撮像光学系１０の合焦位置を調整する。このとき、制御ユニット１００は、フォーカスレンズ１２の移動に対して、本件発明に係るレンズの移動時停止処理を実行する。
【００９３】
ステップＳ５において、ステップ４と同様に、制御ユニット１００は、変倍撮像光学系１０の合焦位置が撮像素子５１の撮像面に一致するように、フォーカスレンズ１２の位置を所定の位置に移動させたときの回転子９１のステップ位置から最も近い無励磁安定静止位置まで回転子９１を回転させた上で、回転子９１の回転を静止させてズームレンズ１１の移動を停止させる。なお、このステップＳ４及びステップＳ５における動作によりオートズーム機能が実現される。
【００９４】
次に、ステップＳ６では、レンズ駆動ユニット２０に対する通電を遮断し、各ステッピングモーター９０に対する電源の供給を停止する。このとき、ステップＳ４及びステップＳ５において、各ステッピングモーター９０の回転子９１のステップ位置は無励磁安定静止位置としているので、レンズ駆動ユニット２０に対する通電を遮断した場合であっても、回転子９１を静止位置で安定に保持することができる。また、この無励磁安定静止位置で発生するディテントトルクは、上述の補正バネ７５、８５等により回転子９１に作用する外部トルクよりも大きな値なので、ズームレンズ１１及びフォーカスレンズ１２をステップＳ４及びステップＳ５において移動させた位置で安定に保持することができる。
【００９５】
以上の処理が終了すると、制御ユニット１００は、フォーカス指示の入力を待機する（ステップＳ７）。また、ステップＳ２において、予め定められた所定の待機時間内にズーム指示が入力されない場合も、制御ユニット１００は、ステップＳ２からステップＳ７の処理に移行し、フォーカス指示の入力を待機する。
【００９６】
ここで、上述したようにフォーカス指示は、ユーザーが操作部６１に設けられた撮像指示ボタンを半押し操作することにより制御ユニット１００に対して入力される。
【００９７】
操作部６１から制御ユニット１００に対して、フォーカス指示が入力された場合（ステップＳ７；Ｙ）、制御ユニット１００はレンズ駆動ユニット２０に対する通電を再開する（ステップＳ８）。レンズ駆動ユニット２０に通電されるとステッピングモーター９０に電源が供給される。
【００９８】
次いで、制御ユニット１００は、フォーカスレンズ駆動ユニット２２側のステッピングモーター９０の駆動制御を行い、被写体距離に応じて変倍撮像光学系１０の合焦位置が撮像素子の撮像面に一致するようにフォーカスレンズ１２を光軸方向に沿って移動させる（ステップＳ９）。なお、このステップＳ９における動作によりオートフォーカス機能が実現される。
【００９９】
そして、制御ユニット１００は予め定められた所定の待機時間内に撮像指示が入力されたか否かを判別する（ステップＳ１０）。なお、ユーザーが操作部６１に設けられた撮像指示ボタンを全押しすることにより、操作部６１から制御ユニット１００に対して撮像指示が入力される。
【０１００】
ステップＳ１０において、撮像指示が入力された場合（ステップＳ１０；Ｙ）、制御ユニット１００は絞りユニット３０、シャッターユニット４０、撮像ユニット５０等を制御して、被写体の撮像画像データを生成させ、図示しない外部記録カード（例えば、ＳＤカード）等に記録させる（ステップＳ１１）。このステップＳ１１における動作を撮像動作という。
【０１０１】
ステップＳ１０において、撮像指示が入力されない場合（ステップＳ１０；Ｎ）、あるいはステップＳ２０において撮像動作を行わせた後、制御ユニット１００は、フォーカスレンズ駆動ユニット２２側のステッピングモーター９０の駆動制御を行い、回転子９１を無励磁安定静止位置まで回転させて、フォーカスレンズ１２をこの無励磁安定静止位置に対応する位置において移動を停止させる（ステップＳ１２）。
【０１０２】
その後、制御ユニット１００は、レンズ駆動ユニット２０に対する通電を遮断し、各ステッピングモーター９０に対する励磁電流の供給を停止する（ステップＳ１３）。そして、撮像装置１の電源が遮断されるまで（ステップＳ１４；Ｙ）、ステップＳ２〜ステップＳ１３の処理を繰り返し実行する。
【０１０３】
以上説明したように、本実施の形態の移動時停止処理では、撮像動作待機中に、ズームレンズ１１及びフォーカスレンズ１２の移動を停止させる際に、ステッピングモーター９０の回転子９１を無励磁安定位置まで回転させた上で、各レンズ１１、１２の移動を停止させている。このため、制御ユニット１００により、レンズ駆動ユニット２０に対する通電が遮断されて、ステッピングモーター９０に対する励磁電流の供給が停止された場合であっても、回転子９１を安定して保持することができ、各レンズ１１、１２をこの無励磁安定位置に対応する待機位置からの移動を防止し、各レンズ１１、１２の位置をこの待機位置において安定して保持することができる。したがって、オートズーム機能やオートフォーカス機能を有する撮像装置１において、撮像動作待機時に撮像対象画像を表示部６２に表示させる際に、ズームレンズ１１やフォーカスレンズ１２の位置を保持するための電力消費を低減し、ズームレンズ１１やフォーカスレンズをその移動待機位置で安定して保持することができる。
【０１０４】
例えば、図８に示すように、（１）オートズーム動作（ステップＳ３〜ステップＳ６）を行う間の時間が５秒、（２）撮像動作待機時間（ステップＳ６〜ステップＳ８までの間）が１０秒、（３）オートフォーカス動作及び撮像動作（ステップＳ８〜ステップＳ１３）を行う間の時間が５秒、（４）待機時間（ステップＳ１３〜ステップＳ３までの間）が３０秒であった場合、（１）及び（３）のオートズーム動作時及びオートフォーカス動作及び撮像動作時の計１０秒間は、レンズ駆動ユニット２０に対して通電する必要があるが、（２）及び（４）の撮像動作待機時はレンズ駆動ユニット２０に対する通電を遮断することができるため、撮像動作待機時にレンズ駆動ユニット２０に対する通電を遮断しない場合に比して、８０％の電力消費を低減することができる。但し、図８において示した各時間は、例示に過ぎず、実際の使用時間によってこれらの時間は変動する。
【０１０５】
６．レンズの移動許容距離
次に、上記の移動停止時処理において、各レンズ１１、１２の移動を停止する際に許容される各レンズ１１、１２の移動距離について説明する。
【０１０６】
撮像動作を行う際には、撮像対象とする被写体の位置に合わせて変倍撮像光学系１０の合焦位置が調整される。このとき、当該合焦位置が撮像素子５１の撮像面に一致するように、各レンズ１１、１２の位置を移動させた場合、画像生成ユニット５０を介して得られる撮像画像は、被写体にピントのあったいわゆる「ボケ」のない、鮮明な画像となる。しかしながら、上述の移動停止時処理においては、撮像動作待機中は、回転子９１のステップ位置が無励磁安定静止位置となる位置で、各レンズ１１、１２の移動を停止するため、変倍撮像光学系１０の合焦位置が撮像素子５１の撮像面と一致しない場合がある。
【０１０７】
変倍撮像光学系１０の合焦位置が撮像素子５１の撮像面から前後に移動した場合、合焦位置の撮像面からの移動量が大きくなると、画像生成ユニット５０を介して得られる撮像画像は、被写体とピントのあっていないボケた不鮮明な画像となる。しかしながら、変倍撮像光学系１０の合焦位置が撮像素子５１の撮像面と厳密に一致していなくとも、実用上はボケのない鮮明な撮像画像を得ることのできる範囲（図９参照）がある。この範囲のことを焦点深度という。上記移動停止時処理において、各レンズ１１、１２の撮像動作待機中の待機位置は、変倍撮像光学系１０の合焦位置がこの焦点深度の範囲内に位置するように予め設定されている。
【０１０８】
〈焦点深度〉
ここで、焦点深度は、下記式（１）で表すことができる。
焦点深度＝２εＦ・・・（１）
但し、上記式（１）において、εは許容錯乱円の直径であり、ＦはレンズのＦ値である。
【０１０９】
つまり、変倍撮像光学系１０の合焦位置を撮像素子５１の撮像面から前後に「εＦ」の距離の範囲内で移動させても、実用上ボケのない鮮明な撮像画像（撮像対象画像）を得ることができ、撮像動作待機時に表示部６２に鮮明な撮像対象画像を表示させることができる。
【０１１０】
ここで、回転子９１が一の無励磁安定静止位置から次の無励磁安定静止位置まで回転するときに、各レンズ移動機構７０、８０により、各レンズ１１、１２が移動する距離を「停止時移動最大距離」とし、変倍撮像光学系１０の合焦位置が焦点深度の１／２の距離（すなわち、εＦ）を移動するときに、各レンズ移動機構７０、８０により、各レンズ１１、１２が移動する距離を「移動許容距離」とする。
【０１１１】
本実施の形態の撮像装置１では、この停止時移動最大距離が、移動許容距離以下となるように、各ステッピングモーター９０の無励磁安定静止位置及び、ラック・アンド・ピニオン機構を介した各レンズ１１、１２の移動量が定められている。
【０１１２】
すなわち、変倍撮像光学系１０の合焦位置の移動距離をＸとした場合に、回転子９１が一の無励磁安定静止位置から他の無励磁安定静止位置まで移動する間に、ズームレンズ１１又はフォーカスレンズ１２が移動する移動量、すなわち停止時移動最大距離が、Ｘ≦εＦを満たすように、ステッピングモーター９０の仕様、各レンズ移動機構７０、８０の仕様が設計される。
【０１１３】
〈許容錯乱円〉
上述したように、焦点深度は許容錯乱円の直径εと、レンズのＦ値によって定まる。ここで、レンズの合焦位置が撮像面に一致しているとき、点光源からの光束は理想的には点像となる。しかしながら、レンズには収差があるため、点光源からの光束は現実には面積を有する円として結像する。被写体を点光源と仮定すると、撮像面に結像するこの円形の被写体像のことを錯乱円という。レンズの合焦位置が撮像素子の撮像面に位置するとき、すなわち、レンズの合焦位置が理想合焦位置に一致する場合、錯乱円の直径は最小となる。これを最小錯乱円という。そして、レンズの合焦位置が理想合焦位置から被写体に対して前後にずれると、その移動量に応じて錯乱円の直径は大きくなる。しかしながら、錯乱円の直径が所定の大きさの範囲内にあれば、実用上ボケのない鮮明な画像が得られる。ボケがないと許容される最大の直径を有する錯乱円のことを許容錯乱円という。上記の焦点深度は、理想的には点像として結像すべき被写体像の大きさが許容錯乱円より小さくなる理想合焦位置の前後の範囲を指す。
【０１１４】
ここで、許容錯乱円の直径εは、撮像素子５１の画像解像度によって変化する。また、本実施の形態の撮像装置１では、撮像動作待機中に表示部６２を電子式ファインダーとして機能させるときの表示画像が鮮明に表示されればよく、実際に撮像動作を行うときはフォーカスレンズ１２の位置を移動させて変倍撮像光学系１０の合焦位置が理想合焦位置に位置するように移動させている（ステップＳ８、ステップＳ９）。従って、上記の移動時停止処理を実行する撮像動作待機中にあっては、許容錯乱円の直径εを表示部６２の画像解像度、すなわち表示部６２で採用した液晶ディスプレイ等の画素サイズに基づいて求めることが好ましい。
【０１１５】
例えば、図１０に示すように、画像解像度が５Ｍピクセルの撮像素子５１の許容錯乱円の直径εｂを、画素サイズ（セルピッチ）をＰｂで表したとき、εｂ＝２×Ｐｂで表される。ここで、Ｐｂ＝１．７５μｍであるので、５Ｍピクセルの撮像素子５１の許容錯乱円の直径εｂは、εｂ＝３．５μｍである。
【０１１６】
これに対して、画像解像度が０．３Ｍピクセル（ＶＧＡ）の液晶ディスプレイを表示部６２として採用した場合、表示部６２の許容錯乱円の直径εｃは、上記と同様に、表示部６２の画素サイズ（セルピッチ）をＰｃで表したとき、εｃ＝２×Ｐｃで表される。ここで、Ｐｃ＝７μｍであるので、０．３Ｍピクセルの表示部６２の許容錯乱円の直径εｃは、εｃ＝１４μｍである。
【０１１７】
これらの、許容錯乱円の直径εに基づいて、各レンズ１１、１２の移動を停止させる際の移動許容距離を求めると、撮像素子５１の許容錯乱円の直径εｃを採用した場合は３μｍであるのに対して、表示部６２の許容錯乱円の直径εｂを採用した場合は８７μｍとなる。したがって、表示部６２の許容錯乱円の直径εｃに基づいて焦点深度を求めた場合、停止時移動最大距離は８７μｍ以下とすることができる。
【０１１８】
すなわち、移動停止時処理において、各レンズ１１、１２が停止する待機位置が理想合焦位置に対応する理想レンズ位置からそれぞれ８７μｍ以下の範囲内でずれていたとしても、表示部６２には鮮明な撮像対象画像を表示することができる。また、撮像素子５１の画像解像度よりも表示部６２の画像解像度が低い場合、表示部６２の画像解像度に基づいて焦点深度を求め、移動停止時処理を行う際の移動許容距離を設定することにより、撮像素子５１の画像解像度に基づいて当該移動許容距離を設定する場合に比して、停止時移動最大距離を大きくすることができる。それにより、ステッピングモーター９０やラック・アンド・ピニオン機構におけるラックのスライド移動量等に関する設計の自由度が向上する。
【０１１９】
例えば、図２に示したレンズ駆動ユニット２０においては、ステッピングモーター９０の回転子９１が図３に示すＳｔｅｐ４の位置から、Ｓｔｅｐ８の位置、すなわち一の無励磁安定静止位置から、次の無励磁安定静止位置まで回転する間に、ラック７６、８６のスライド移動量、すなわち、各レンズ１１、１２の移動量は１３．０８μｍとなるように設計されている。したがって、図３に示す場合、移動停止時処理により、各レンズ１１、１２の移動を停止する際に、各レンズ１１、１２が移動するまでに理想位置から移動する停止時移動最大距離は、１３．０８μｍであり、移動許容距離は８７μｍであるので、表示部６２には鮮明な撮像対象画像を表示することができる。
【０１２０】
次に、具体的な数値を挙げて、表示部６２の画像解像度と移動許容距離について説明する。図１１に、表示部６２として、５Ｍピクセル（２５６０×１９２０ピクセル）、３Ｍピクセル（２０４８×１５３６ピクセル）、２Ｍピクセル（１６００×１２００ピクセル）、１．２Ｍピクセル（１２８０×９６０ピクセル）、ＶＧＡ（０．３Ｍピクセル；６４０×４８０ピクセル）、ＱＶＧＡ（３２０×２４０ピクセル）を採用した場合の、それぞれの許容錯乱円の直径、各レンズ１１、１２の移動許容距離を示す。
【０１２１】
図１１に示すように、表示部６２の画像解像度が低下するにつれて、許容錯乱円の直径は大きくなり、これに伴い各レンズ１１、１２の移動許容距離が大きくなることが分かる。例えば、５Ｍピクセルの撮像素子５１を採用した場合、上記例示したステッピングモーター９０及びレンズ駆動ユニット２０では、停止時移動最大距離は１３．０８μｍであるので、移動許容距離が１３．０８μｍ以上となるような許容錯乱円の直径を示す画像解像度を有する液晶ディスプレイ等を表示部６２として採用することができる。例えば、図１１に示す場合、２Ｍ以下の画像解像度であればよく、計算により求めると、１８８６．３４×１４１４．７６ピクセル以下の画像解像度を有する液晶ディスプレイ等を表示部６２として採用することができる。
【０１２２】
以上説明した上記実施の形態は本件発明の一態様であり、本件発明に係る光学素子駆動装置及び撮像装置は上記実施の形態に限定されるものではなく、本件発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更することができる。
【０１２３】
例えば、上記実施の形態では、光学素子として撮像用のレンズを移動させるレンズ駆動装置を例に挙げて説明したが、本件発明に係る光学素子駆動装置は撮像用のレンズに限らず、例えば電子顕微鏡に設けられる各種レンズを移動させるものであってもよいし、その他各種の光学素子を移動させる際に用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１２４】
本件発明は、ステッピングモーターの回転駆動力を駆動源として光学素子を移動させる光学素子駆動装置及びこの光学素子駆動装置を備える撮像装置に適用することができる。特に、光学素子としてレンズを移動させる光学素子駆動装置（レンズ駆動装置）及びこれを備えた撮像装置に好適に適用することができる。
【符号の説明】
【０１２５】
１・・・撮像装置
１０・・・変倍撮像光学系（光学素子）
１１・・・ズームレンズ（光学素子）
１２・・・フォーカスレンズ（光学素子）
７０・・・ズームレンズ移動機構（移動機構）
８０・・・フォーカスレンズ移動機構（移動機構）
９０・・・ステッピングモーター
９１・・・回転子
９４・・・固定子
１００・・・制御ユニット（制御部）
Ｓｔｅｐ４、Ｓｔｅｐ８・・・無励磁安定静止位置
【図１】
2011197163.tif 000003
【図２】
2011197163.tif 000004
【図３】
2011197163.tif 000005
【図４】
2011197163.tif 000006
【図５】
2011197163.tif 000007
【図６】
2011197163.tif 000008
【図７】
2011197163.tif 000009
【図８】
2011197163.tif 000010
【図９】
2011197163.tif 000011
【図１０】
2011197163.tif 000012
【図１１】
2011197163.tif 000013