(57)【要約】【課題】  モータを用いた駆動機構が、仮に異常状態であったとしても可能な限り復帰することができるモータ駆動装置を提供する。【解決手段】  対象物１０を移動させるためのモータ２２を駆動制御するモータ駆動装置２３、２４において、前記モータを搭載した機器の電源投入後の初期化動作または該機器に異常が発生した後の復帰動作時、前記モータを通常動作させる前に、前記モータに所定の回転角の往復動作を所定回数行わせるための高トルク駆動波形を印加する（３２）。【選択図】図１
2007147681.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物を移動させるためのモータを駆動制御するモータ駆動装置において、
前記モータを搭載した機器の電源投入後の初期化動作または該機器に異常が発生した後の復帰動作時、前記モータを通常動作させる前に、前記モータに所定の回転角の往復動作を所定回数行わせるための高トルク駆動波形を印加することを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項２】
レンズを光軸方向へ移動させるためのモータと、レンズ位置の原点検出を行うための原点センサと、前記モータを駆動制御するモータ駆動手段とを有する光学機器において、
原点検出動作の前に、前記モータ駆動手段は、前記モータに、所定の回転角の往復動作を所定回数行わせるための高トルク駆動波形を印加することを特徴とする光学機器。
【請求項３】
レンズを光軸方向へ移動させるためのモータと、落下や衝突を検出するための衝撃センサと、前記モータを駆動制御するモータ駆動手段とを有する光学機器において、
衝撃検出後に、前記モータ駆動手段は、前記モータに、所定の回転角の往復動作を所定回数行わせるための高トルク駆動波形を印加することを特徴とする光学機器。
【請求項４】
レンズを光軸方向へ移動させるためのモータと、レンズ駆動に異常が発生したことを判定する手段と、前記モータを駆動制御するモータ駆動手段とを有する光学機器において、
異常判定後の復帰処理を行う際、前記モータ駆動手段は、前記モータを通常動作させる前に、前記モータに所定の回転角の往復動作を所定回数行わせるための高トルク駆動波形を印加することを特徴とする光学機器。
【請求項５】
モータを駆動することで回転するスクリューと、該スクリューを挟み込むように該スクリューに接続されたラックと、レンズを保持するとともに該ラックに接続されたレンズ保持枠と、レンズ位置の原点検出を行うための原点センサと、前記モータを駆動制御するモータ駆動手段とを有する光学機器において、
電源オン後の原点検出動作の前に、前記モータ駆動手段は、前記モータに、前記スクリューの１リードピッチ以上の往復駆動を少なくとも１往復以上行わせるための低速かつ高パルスレートの駆動波形を印加することを特徴とする光学機器。
【請求項６】
モータを駆動することで回転するスクリューと、該スクリューを挟み込むように該スクリューに接続されたラックと、レンズを保持するとともに該ラックに接続されたレンズ保持枠と、落下や衝突を検出するための衝撃センサと、前記モータを駆動制御するモータ駆動手段とを有する光学機器において、
衝撃検出後に、前記モータ駆動手段は、前記モータに、前記スクリューの１リードピッチ以上の往復駆動を少なくとも１往復以上行わせるための低速かつ高パルスレートの駆動波形を印加することを特徴とする光学機器。
【請求項７】
前記モータは、ステッピングモータであることを特徴とする請求項２〜６のいずれか１つに記載の光学機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物を移動するためのモータを駆動制御するモータ駆動装置およびこのようなモータ駆動装置を用いてフォーカスあるいはズームレンズ等を光軸方向へ移動させる光学機器に関する。本発明は、特に、前記対象物の移動制御でエラーが発生した場合に該対象物および駆動系の復帰動作を行うモータ駆動装置および光学機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、フォーカスレンズやズームレンズの駆動機構はステッピングモータ、螺旋を切ったリードスクリュー、レンズユニットのガイド軸、リードスクリューを挟み込むラックで構成されている。そして、リードスクリューの回転によるラックの移動を利用してレンズユニットを光軸方向へ移動させている。
さらに、レンズの絶対位置の基準となる原点位置を決定する手段として、レンズユニットに取り付けられた遮蔽部材とフォトセンサが用意されている。電源投入後は、レンズユニットを移動させ、遮蔽部材がフォトセンサを横切った際のフォトセンサの出力レベル変化を監視することで、レンズユニットの原点位置を検出するリセット処理を行うことができる。
【０００３】
このような装置では、落下や衝突といった強い衝撃を受けると、リードスクリューとラックの噛み合いに異常が生じてしまう。モータ内部やリードスクリューに異物が付着して、スムーズにリードスクリューを駆動できなくなることもある。さらに、制御エラー等でレンズユニットがリードスクリュー端まで達すると、ラックが移動限界を越えて移動しようとするため、ラックの喰い付きが発生し、レンズユニットが動かなくなる原因となってしまう。
これらの解決手段として、機構的に、一定以上の力が加わったときラックの噛み合せが外れる技術や、リードスクリューの根元部および先端部にナットを空転させる空転部を設ける技術（特許文献１）が知られている。
【特許文献１】特開２００２−２８７００２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
昨今、光学機器の高解像度化にともない、レンズユニットを微細に駆動する要求が高まってきた。そのためにはリードピッチを細かくしなければならないが、反面、噛み合いの異常や喰い付き異常が発生し易くなる。これを解決するために機構的な対策を行うと、コストが高くなったり小型化できないという問題があった。また、異常状態であってもモータを回転させることで、復帰することができる場合があるにもかかわらず、従来、このような異常状態が発生した場合、リセット処理エラーと判断していた。
本発明は、上述の従来例における問題点を解消することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するためのモータ制御装置は、対象物を移動させるためのモータを駆動制御するモータ駆動装置である。そして、本発明は、前記モータを搭載した機器の電源投入後の初期化動作または異常が発生した後の復帰時の動作に係る。つまり、本発明のモータ制御装置では、この復帰動作時、前記モータを通常動作させる前に、前記モータに所定の回転角の往復動作を所定回数行わせるための高トルク駆動波形を印加することを特徴とする。
【０００６】
上記の課題を解決するための第１の光学機器は、レンズを光軸方向へ移動させるためのモータと、レンズ位置の原点検出を行うための原点センサと、前記モータを駆動制御するモータ駆動手段とを有する。そして、本発明では、原点検出動作の前に、前記モータ駆動手段は、前記モータに、所定の回転角の往復動作を所定回数行わせるための高トルク駆動波形を印加することを特徴とする。
【０００７】
上記の課題を解決するための第２の光学機器は、レンズを光軸方向へ移動させるためのモータと、落下や衝突を検出するための衝撃センサと、前記モータを駆動制御するモータ駆動手段とを有する。そして、本発明では、衝撃検出後に、前記モータ駆動手段は、前記モータに、所定の回転角の往復動作を所定回数行わせるための高トルク駆動波形を印加することを特徴とする。
【０００８】
上記の課題を解決するための第３の光学機器は、レンズを光軸方向へ移動させるためのモータと、レンズ駆動に異常が発生したことを判定する手段と、前記モータを駆動制御するモータ駆動手段とを有する。そして、本発明では、異常判定後の復帰処理を行う際、前記モータ駆動手段は、前記モータを通常動作させる前に、前記モータに所定の回転角の往復動作を所定回数行わせるための高トルク駆動波形を印加することを特徴とする。
【０００９】
上記の課題を解決するための第４の光学機器は、モータを駆動することで回転するスクリューと、該スクリューを挟み込むように該スクリューに接続されたラックとを有する。さらに、レンズを保持するとともに該ラックに接続されたレンズ保持枠と、レンズ位置の原点検出を行うための原点センサと、前記モータを駆動制御するモータ駆動手段とを有する。本発明は、電源投入後の前記モータ駆動手段の動作に係る。つまり、本発明は、原点検出動作の前に、前記モータ駆動手段は、前記モータに、前記スクリューの１リードピッチ以上の往復駆動を少なくとも１往復以上行わせるための低速かつ高パルスレートの駆動波形を印加することを特徴とする。
【００１０】
上記の課題を解決するための第５の光学機器は、モータを駆動することで回転するスクリューと、該スクリューを挟み込むように該スクリューに接続されたラックとを有する。さらに、レンズを保持するとともに該ラックに接続されたレンズ保持枠と、落下や衝突を検出するための衝撃センサと、前記モータを駆動制御するモータ駆動手段とを有する。そして、本発明は、衝撃検出後に、前記モータ駆動手段は、前記モータに、前記スクリューの１リードピッチ以上の往復駆動を少なくとも１往復以上行わせるための低速かつ高パルスレートの駆動波形を印加することを特徴とする。
本発明において、前記モータは、例えばステッピングモータである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のモータ駆動装置によれば、該モータを用いた駆動系が、電源投入時等に、仮に異常状態であったとしても可能な限り復帰することができる。
また、本発明の光学機器によれば、電源投入時等に、仮に異常状態であったとしても可能な限り復帰し、リセット処理を行い、通常の撮影を再開することが可能となる。また、喰い付き異常と他の異常との分別を行わないため、喰い付き異常検出を行うセンサが不要である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の好ましい実施の形態を添付図に示した実施例に基づき説明する。
［実施例１］
図１は本発明の第１の実施例に係る光学機器の構成を示すブロック図である。図２は図１の光学機器における電源投入時の制御フローチャート図である。図３は図１におけるステッピングモータの回転速度−トルク特性図である。図４は図１におけるステッピングモータのＰＷＭ制御時のパルスレート模式図である。
【００１３】
図１の光学機器は、ズームレンズ１０、光学絞り１１およびフォーカスレンズ１２を稼動部とする撮像光学系を有する。また、前記撮像光学系で集光された像を受像する撮像素子１３、撮像素子１３から出力される信号をＶＴＲ出力に変換するための信号処理回路１４を有する。また、ズームレンズ１０のユニットに固定されたラック２１、螺旋が切られておりラック２１を接続してズームレンズ１０を光軸方向移動させるために回転するリードスクリュー２０を有する。さらに、リードスクリュー２０を回転させるステッピングモータ２２、ステッピングモータ２２を駆動するための駆動回路２３、駆動回路２３を制御する制御ＣＰＵ２４、ズームレンズ１０の原点位置を検出するための原点センサ２５を有する。
【００１４】
制御ＣＰＵ２４は駆動波形発生部３０と通常処理部３１と異常復帰処理部３２とリセット処理部３３と原点検出部３４を持つ。
ズームレンズ１０はレンズ保持枠（不図示）とそこに固定されたラック２１および原点検出用の遮蔽部材（不図示）でユニット化されている。ラック２１は、例えば、上２つ下１つの爪でリードスクリュー２０を噛んでおり、下側の爪はバネが付いて可動式になっている。
【００１５】
通常処理中の制御ＣＰＵ２４は、通常処理部３１と駆動波形発生部３０が接続し、駆動回路２３を介して、ステッピングモータ２２をＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御で駆動する。このときステッピングモータ２２を滑らかに動かすため、パルスを細かく区切って、駆動回路２３の出力電流が正弦波形に近づくように駆動波形発生部３０はパルスを発生させている。同時に、消費電力を抑えるために、最大電流でモータを常時駆動することはない。
なお、モータの種類や目的によってはＰＷＭ制御以外に、ＰＩＤ制御を代表とするフィードバック制御等々を行ってもよい。
【００１６】
原点センサ２５はフォトセンサであり、制御ＣＰＵ２４の原点検出部３４に接続している。前記遮蔽部材が前記フォトセンサを遮蔽したときの電圧変動を、原点検出部３４が検知するようになっている。
接触式の原点検出を行う場合は、機械式スイッチや圧電素子をセンサとすれば良い。
フォーカスレンズ１２についても同様の機構が組み込まれているが、説明は反復となるので省略する。
【００１７】
続いて図１の光学機器の構成図と図２のフローチャートを用いて、制御ＣＰＵ２４の動作を説明する。
電源投入後、まず駆動波形発生部３０に異常復帰処理部３１が連絡し、ステップＳ１０１の異常復帰処理を行う。
異常復帰処理は高トルクでステッピングモータ２２を回転させ、ラック２１を往復運動させることで、リードスクリュー２０との噛み合い異常や喰い付き異常を可能な限り解消することを目的とする。
【００１８】
ステップＳ２０１では、図１の光学機器で可能な最大のトルクでステッピングモータ２２を駆動するための設定を駆動波形発生部３０に対して行う。例えば、駆動電流波形として略台形、正弦波形が飽和して矩形波に近づくような波形またはパワーレートが２倍となる正弦波を発生させ、かつ出力電圧が最大となる高いパルスレートでトルクが最も出る回転速度を設定する。出力電圧が最大となる高いパルスレートとは、例えば図４の右端のパルスレートである。トルクが最も出る回転速度とは、例えば図３のｆｓである。
次に、ステップＳ２０２で、ラック２１の往復移動動作をｎ回繰り返えさせるためのカウント処理を行う。
【００１９】
ステップＳ２０３では、駆動波形発生部３０より、駆動パルスを駆動回路２３に入力し、ステッピングモータ２２を順方向にステップ駆動する。そして、ステップＳ２０４ではリードスクリュー２０上のラック２１をｍピッチ分駆動させたか判断し、ｍピッチ分駆動させるまでステップＳ２０３を繰り返す。例えば、ステッピングモータ２２のステップ角が０．１８°であったとすると、リードスクリュー２０が１回転してラック２１を１ピッチ移動させるためには、２００ステップ分の駆動パルスが必要である。ｍピッチ分の駆動動作が確認され次第、ステップＳ２０５でステッピングモータを停止させる。
【００２０】
ステップＳ２０６で、駆動波形発生部３０より、駆動パルスを駆動回路２３に入力し、ステッピングモータ２２を逆方向にステップ駆動する。そして、ステップＳ２０４同様に、ステップＳ２０７でリードスクリュー２０上のラック２１をｍピッチ分駆動動作したか判断し、ｍピッチ分駆動するまでステップＳ２０６を繰り返す。ｍピッチ分の駆動動作が確認され次第、ステップＳ２０８でステッピングモータ２２を停止させる。
【００２１】
ステップＳ２０９では、ステップＳ２０３からステップＳ２０８までで行われる往復動作がｎ回行われたか確認し、ｎ回目未満であればステップＳ２０２へ戻り、ｎ回目であれば異常復帰処理終了とする。複数回の往復動作により付着した異物が螺旋から取れることを期待しているが、高速起動への要求が高いのなら往復動作回数ｎを１、移行ピッチ幅ｍを１にすればよい。電源投入を数度行うことで、噛み合い異常・喰い付き異常を解消することもできるからである。
【００２２】
異常復帰処理後、駆動波形発生部３０にリセット処理部３３が連絡し、ステップＳ１０２のリセット処理を行う。リセット処理はラック２１を一定ピッチ数、順方向に移動させ、停止動作をした後に、原点センサ２５上をズームレンズ１０一体の前記遮蔽部材が通過するまで逆方向に移動させる。原点センサ２５より原点検出信号が検出されれば、ラック２１の逆方向移動を停止し、ズームレンズ１０を原点に移動させて、通常処理へ移行する。
原点検出信号が検出されない場合は、リセット処理エラーとなる。リセット処理エラーの場合は、ステッピングモータ２２の駆動を禁止して、警報音を発したり、文字やシンボルによるリセット処理エラーの表示を行う。または、リセット処理エラーを所定回数繰り返すまでは、自動的に本実施例または後述する第２の実施例の異常復帰処理を行うようにしてもよい。
【００２３】
以上、ズームレンズのようなリードスクリューとラックを用いた駆動機構における噛み合い異常または喰い付き異常解消の実施例を示した。しかし、光学絞りのように駆動対象の接触面積が大きい、あるいは異物が付着すると正常に駆動できないような機構であれば、同じ方法で対処できる。
【００２４】
［実施例２］
図５は本発明の第２の実施例に係る光学機器の構成を示すブロック図である。
図６は図５の光学機器における衝撃検知時の制御フローチャート図である。
図５の光学機器は、図１のものに対し、衝撃センサ２６および衝撃検出部３５を付加したものである。
衝撃センサ２６は例えばジャイロセンサであり、ＣＰＵ制御部２４の衝撃検出部３５に接続している。衝撃検出部３５は、ジャイロセンサにより急速かつ大きな角速度変化を検出した場合に、光学機器に衝撃が加わったと判断する。あるいは、衝撃センサ２６として加速度センサを用い、加速度センサによる検出加速度がある値よりも大きければ、光学機器に衝撃が加わったと、衝撃検出部３５に判断させても良い。
【００２５】
続いて図５の光学機器の構成図と図６のフローチャートを用いて、制御ＣＰＵ２４の動作を説明する。
通常動作中、制御ＣＰＵ２４内は通常処理部３１と駆動波形発生部３０が連絡し、通常処理を行っている。
ここで落下や衝突といった強い衝撃を受けた場合、光学機器の、特にリードスクリュー２０とラック２１のようなバネを使う接続であると、簡単にラック２１がピッチ上の位置をずらしてしまう。よって衝撃センサ２６の出力より衝撃検出部３５が衝撃を検出した場合、リセット処理を行わなくてはならない。しかし、噛み合せ異常や喰い付き異常も想定されるため、まず異常復帰処理部３１に駆動波形発生部３０の連絡を切り換え、ステップＳ３０１の異常復帰処理を行う。
【００２６】
異常復帰処理において、まずステップＳ４０１では、最大トルクでステッピングモータ２２を駆動するための設定を駆動波形発生部３０に対して行う。この設定は、例えば、図２のステップＳ２０１と同様に行えばよい。
この第２の実施例のステッピングモータ２２のステップ角は０．１８°であり、リードスクリュー２０が１回転してラック２１を１ピッチ移動させるためには、２００ステップ分の駆動パルスが必要となる。
次にステップＳ４０２で、駆動波形発生部３０より、順方向の駆動パルスを駆動回路２３に入力し、ステッピングモータ２２を順方向に駆動する。ここでは、ラック２１を１ピッチ移動させるためのステップ数である２００ステップ駆動する。
【００２７】
そして、順方向２００ステップの駆動出力が終了したならば、ステップＳ４０３でステッピングモータを停止させる。次に、ステップＳ４０４で、駆動波形発生部３０より、逆方向の駆動パルスを駆動回路２３に入力し、ステッピングモータ２２を逆方向に２００ステップ駆動する。逆方向２００ステップの駆動出力が終了したならば、ステップＳ４０５でステッピングモータを停止させる。
以上で、異常復帰処理を終了する。
【００２８】
異常復帰処理後、駆動波形発生部３０にリセット処理部３３が連絡し、ステップＳ３０２のリセット処理を行う。リセット処理はラック２１を一定ピッチ数、順方向に移動させ、停止動作をした後に、原点センサ２５上をズームレンズ１０一体の前記遮蔽部材が通過するまで逆方向に移動させる。原点センサ２５より原点検出信号が検出されれば、ラック２１の逆方向移動を停止し、ズームレンズ１０を原点に移動させて、ステップＳ３０３の復元処理へ移行する。ステップＳ３０３の復元処理は、図２のステップＳ１０２と同様の原点検出処理を含む。
原点検出信号が検出されない場合は、リセット処理エラーとなる。リセット処理エラーの場合は、ステッピングモータ２２の駆動を禁止して、警報音を発したり、文字やシンボルによるリセット処理エラーの表示を行う。または、リセット処理エラーを所定回数繰り返すまでは、自動的に本実施例の異常復帰処理を行うようにしてもよい。
【００２９】
正常にステップＳ３０３の復元処理に移行したなら、衝撃検出時のズームレンズ１０の位置にズームレンズ１０を再度移動させる。駆動波形発生部３０は通常処理部３１と再び連絡し、通常処理に戻る。
以上、ズームレンズのようなリードスクリューとラックを用いた駆動機構における喰い付き除去の例を示した。しかし、駆動装置一般で、衝撃が原因で位置ずれを起こすような機構であれば、同じ手法での対処が可能である。
【００３０】
上述の実施例によれば、光学機器の駆動機構が仮に異常状態であったとしても可能な限り復帰し、リセット処理を行い、通常の撮影を再開することが可能となる。また、喰い付き異常と他の異常との分別を行わないため、喰い付き異常検出を行うセンサが不要である。
なお、上述の実施例においては、ステッピングモータを用いた例を示したが、ステッピングモータ以外のモータ用いた場合にも本発明は適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１の実施例に係る光学機器の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の光学機器における電源投入時の制御フローチャート図である。
【図３】図１におけるステッピングモータの回転速度−トルク特性図である。
【図４】図１におけるステッピングモータのＰＷＭ制御時のパルスレート模式図である。
【図５】本発明の第２の実施例に係る光学機器の構成を示すブロック図である。
【図６】図５の光学機器における衝撃検知時の制御フローチャート図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０：ズームレンズ
１１：光学絞り
１２：フォーカスレンズ
１３：撮像素子
１４：信号処理回路
２０：リードスクリュー
２１：ラック
２２：ステッピングモータ
２３：駆動回路
２４：制御ＣＰＵ
２５：原点センサ
２６：衝撃センサ
３０：駆動波形発生部
３１：通常処理部
３２：異常復帰処理部
３３：リセット処理部
３４：原点検出部
３５：衝撃検出部
【図１】
2007147681.tif 000003
【図２】
2007147681.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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