(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置決め対象物と、回転する送りネジとそれにかみ合うラックを有する移動機構により位置決め対象物を移動させる移動手段と、ステッピングモータによって前記送りねじを回転させる駆動手段と、前記位置決め対象物の基準位置を検出する基準位置検出手段と、前記駆動手段を制御する制御手段と、前記基準位置検出手段によって基準位置を検出する際に前記送りねじとラックが喰いついて移動が行えない状態であることを判別する喰いつき判別手段を備え、
前記喰いつき判別手段により送りネジとラックが喰いついていると判別された場合に前記制御手段は前記駆動手段の駆動トルクを喰いついていると判別されない場合よりも増大させ電圧レベルが変わらなくクリップ状態に到達するように制御するとともに、当該駆動トルクをクリップ状態に到達するまで増大させた後に前記基準位置が検出された場合には当該駆動トルクを減少させて再度基準位置の検出を行うことを特徴とする位置決め装置。
【請求項２】
前記ラックは送りネジに接する少なくとも１つの送り歯と、この送り歯を送りネジに押し付ける押し付け部とを備え、前記ラックと前記送りネジの引っ掛かりが生じることによって前記喰いつきが生じることを特徴とする請求項１に記載の位置決め装置。
【請求項３】
前記喰いつき判別手段は、前記駆動手段により位置決め対象物の移動を開始してから、予め決められた距離より長い移動距離に相当する駆動を前記ステッピングモータが行っても前記基準位置を検出できない場合に、送りネジとラックが喰いついていると判別することを特徴とする請求項１に記載の位置決め装置。
【請求項４】
前記予め決められた距離は、位置決め対象物の移動可能範囲と前記基準位置とに基づくことを特徴とする請求項３に記載の位置決め装置。
【請求項５】
前記喰いつき判別手段は、前記位置決め対象物の移動を開始してから、予め決められた時間で前記ステッピングモータを駆動させても前記基準位置を検出できない場合に、送りネジとラックが喰いついていると判別することを特徴とする請求項１に記載の位置決め装置。
【請求項６】
前記予め決めれられた時間は、位置決め対象物の移動可能範囲と前記基準位置の位置、および位置決め対象物の移動する際の速度に基づくことを特徴とする請求項５に記載の位置決め装置。
【請求項７】
前記喰いつき判別手段にて送りネジとラックが喰いついていると判別された場合、前記制御手段は、前記駆動手段の駆動速度をそれまでよりも遅くすることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の位置決め装置。
【請求項８】
前記喰いつき判別手段にて送りネジとラックが喰いついていると判別された場合、前記制御手段は、前記駆動手段に印加する電圧または電流を増大させることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の位置決め装置。
【請求項９】
前記喰いつき判別手段にて送りネジとラックが喰いついていると判別された場合、前記制御手段は、前記駆動トルクの増大においても、さらに予めきられた時間で前記ステッピングモータを駆動させた場合、当該駆動を停止することを特徴とする請求項１に記載の位置決め装置。
【請求項１０】
位置決め対象物と、回転する送りネジとそれにかみ合うラックを有する移動機構により位置決め対象物を移動させる移動手段と、ステッピングモータによって前記送りねじを回転させる駆動手段と、前記位置決め対象物の基準位置を検出する基準位置検出手段と、前記駆動手段を制御する制御手段と、前記基準位置検出手段によって基準位置を検出する際に前記送りねじとラックが喰いついて移動が行えない状態であることを判別する喰いつき判別手段を備えた位置決め装置を用いた位置決め方法であって、前記喰いつき判別手段により送りネジとラックが喰いついていると判別された場合に前記制御手段は前記駆動手段の駆動トルクを喰いついていると判別されない場合よりも増大させ電圧レベルが変わらなくクリップ状態に到達するように制御するとともに、当該駆動トルクをクリップ状態に到達するまで増大させた後に前記基準位置が検出された場合には当該駆動トルクを減少させて再度基準位置の検出を行うことを特徴とする位置決め方法。
【請求項１１】
請求項１から９のいずれかに記載の位置決め装置によって、光学素子の位置決めを行い、当該位置決めされた光学素子を移動させることを特徴とする光学機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステッピングモータを用いて位置決め対象物の位置を制御する位置決め装置、およびこれをレンズの位置決めに用いた撮像装置や交換レンズ装置等の光学機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光学機器では、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アクチュエータを用いている。これは、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。
【０００３】
従来、この種の移動機構は図６に示すように構成されている。図６において、１はステッピングモーター等のアクチュエーター、２はアクチュエーター１によって回転駆動される送りネジである。また、３は送りネジ２と噛み合い前記送りネジの回転によってＡ・Ｂ方向に直進運動するラック、５は支持台である。ラック５は、両端部の垂直支持壁５ａ，５ｂ間に送りネジ２が軸受け部材６を介して、回転自在に支持されている。また、一方の垂直支持壁５ｂにアクチュエーター１がねじ７で取り付けられている。
【０００４】
上記ラック３は図６のＺ方向から見た図７に示すように、送りネジ２に接する送り歯３ａ、不図示のバネ部材によるバネ圧によって送り歯３ａを送りネジ２押し付ける押し付け部３ｂを備えている。さらに常時は前記送りネジに接しておらず、ラック移動方向の衝撃が加わったとき、送り歯３がネジ山を乗り越えないように設けた対向歯３ｃを備えている。
【０００５】
しかしながら、このようなラック構造では、ラックの弾性変形強度を大きく超えるような強い衝撃が加わった場合、送り歯３がネジ山を乗り越えるような力が加わることでラック３の送り歯３ａと対向歯３ｃの間隔が弾性変形して広がる可能性がある。、その場合、図８に示すように、送りネジ２のネジ山頂点と対向歯３ａの頂点とが接するところまでラック３の送り歯３ａと対向歯３ｃの間隔が広がる。そして、この状態でラック３の対向歯３ｃが送りネジ２のネジ山と引っ掛かってしまうと、アクチュエータ１を駆動してもラックが送りネジ２に対して相対的に移動しにくくなる「喰いつき」現象が生じるという問題があった。
【０００６】
このような喰いつきが発生してしまうと、光学機器の変倍レンズやフォーカスレンズ等を駆動することができなくなる。そして、光学機器に必要な変倍動作や合焦動作が行えず光学機器が作動不能となってしまう。
【０００７】
このようなラックの喰いつきの問題に対する従来技術として以下のようなものがある。送りネジの少なくとも一端部にネジの無い領域を設ける。それとともに、対向歯を送り歯に対して移動方向にオフセットした位置に設ける。それにより、ラックの可動範囲端で対向歯が前記ネジの無い領域にくるように構成したものが提案されている（例えば、特許文献１（第４頁  図１から図３）参照）。
【０００８】
この従来例では、ラック３が可動範囲の端に当たって喰いつきが発生するような場合において、送りネジの端部にネジ２の無い領域を設けて対向歯と当たらないようにすることで、喰いつきを発生しにくい構造としている。
【特許文献１】特開平９−２５８０８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記従来例では、喰いつきが発生しにくい効果が得られるのは、ネジのない領域である送りネジの端部のみに限られる。一方、前記のように光学機器に必要な変倍動作や合焦動作を行う際には、通常はラックが移動範囲内の中間領域にあり、このようなラック位置において外部からの衝撃を受けた場合の喰いつき発生に対しては効果が得られないという欠点があった。
【００１０】
以上に述べたように、従来技術においてはラックが限られた位置（送りねじの端部）にある場合にラックの喰いつきが発生しにくい効果を得ることができるものの、それ以外の場合には光学機器が作動不能となるのを防ぐには不十分であるという課題があった。
【００１１】
本発明の目的は、送りねじに対するラックの位置に関わらず、外部からの衝撃等によるラックの喰いつきが発生した場合においても適切に基準位置を検出することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本願技術思想の一つの側面は、位置決め装置は、位置決め対象物と、回転する送りネジとそれにかみ合うラックを有する移動機構により位置決め対象物を移動させる移動手段と、ステッピングモータによって前記送りねじを回転させる駆動手段と、前記位置決め対象物の基準位置を検出する基準位置検出手段と、前記駆動手段を制御する制御手段と、前記基準位置検出手段によって基準位置を検出する際に前記送りねじとラックが喰いついて移動が行えない状態であることを判別する喰いつき判別手段を備え、前記喰いつき判別手段により送りネジとラックが喰いついていると判別された場合に前記制御手段は前記駆動手段の駆動トルクを喰いついていると判別されない場合よりも増大させ電圧レベルが変わらなくクリップ状態に到達するように制御するとともに、当該駆動トルクをクリップ状態に到達するまで増大させた後に前記基準位置が検出された場合には当該駆動トルクを減少させて再度基準位置の検出を行う。
【００１３】
また、別の側面では、位置決め対象物と、回転する送りネジとそれにかみ合うラックを有する移動機構により位置決め対象物を移動させる移動手段と、ステッピングモータによって前記送りねじを回転させる駆動手段と、前記位置決め対象物の基準位置を検出する基準位置検出手段と、前記駆動手段を制御する制御手段と、前記基準位置検出手段によって基準位置を検出する際に前記送りねじとラックが喰いついて移動が行えない状態であることを判別する喰いつき判別手段を備えた位置決め装置を用いた位置決め方法であって、前記喰いつき判別手段により送りネジとラックが喰いついていると判別された場合に前記制御手段は前記駆動手段の駆動トルクを喰いついていると判別されない場合よりも増大させ電圧レベルが変わらなくクリップ状態に到達するように制御するとともに、当該駆動トルクをクリップ状態に到達するまで増大させた後に前記基準位置が検出された場合には当該駆動トルクを減少させて再度基準位置の検出を行う。
【発明の効果】
【００１４】
本願技術思想によれば、送りねじに対するラックの位置に関わらず、外部からの衝撃等によるラックの喰いつきが発生した場合においても適切に基準位置を検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本願技術思想を実施するための形態例は、以下の実施例１および２に記載したものとして現される。
【実施例１】
【００１６】
図１は本願技術思想を、光学機器、特にビデオカメラのような撮像装置に適用した場合の実施例１の構成を示す図である。
【００１７】
この撮像装置は、被写体側（図の左側）から、フィールドレンズ１０１と、変倍レンズとしてのバリエータレンズ１０２と、光量を調節する絞りユニット１１４と、アフォーカルレンズ１０３と、フォーカスレンズ１０４とを含む撮影光学系を有する。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。
【００１８】
バリエータレンズ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。
【００１９】
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。
【００２０】
このようにステッピングモータ１０７，１０８によりバリエータレンズ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。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、バリエータレンズ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。なお、このときの基準位置検出処理については後で詳しく説明する。
【００２１】
バリエータレンズ１０２やフォーカスレンズ１０４が基準位置に位置したか否かの検知は次のように行われる。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。そうすると、発光素子から受光素子に向かう光を遮断されることで、基準位置センサからの出力がＨｉｇｈからＬｏｗに切り変わる。これにより、バリエータレンズ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。
【００２２】
なお、遮光部材１０５ｂは、バリエータレンズ１０２の望遠側か広角側かのゾーン検出を可能とする形状となっている。たとえば、望遠側のゾーンに遮光部材１０５ｂを設けるなどである。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とする形状となっている。たとえば、遠距離物体に対してフォーカスするゾーンに遮光部材１０６ｂを設けるなどである。
【００２３】
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、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、バリエータレンズ１０２の基準位置に対する望遠側と広角側の位置が、ステッピングモータ１０７の回転量に対応したステップ数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も、物体距離とバリエータレンズ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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
上述したようにバリエータレンズ１０２やフォーカスレンズ１０４が基準位置に基づいて制御され、その他絞りユニット１１４等の光学素子を通過した被写体光は、撮像素子１１６に到達する。ＣＣＤやＣＭＯＳなどの被写体光を電気信号に変換する撮像素子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。
【００２７】
以下で、基準位置センサにより基準位置を検出する際に喰いつきが発生しているかを判別し、喰いつきが発生している場合にはステッピングモータの駆動トルクを増大させる処理について述べる。なお、以下では位置決め対象物としてバリエータレンズを対象として説明するが、フォーカスレンズについても同様に適用できる。
【００２８】
図２に、バリエータレンズ１０２の位置に対する、基準位置センサであるフォトインターラプタ１０９のセンサ出力を示す。バリエータレンズ１０２の移動可能範囲は広角側および望遠側のストッパー位置によって規定される。そしてフォトインターラプタ１０９および遮光部１０５ｂは次のように設けられている。すなわち、バリエータレンズ１０２が図３に示す基準位置から広角側ストッパー位置までの区間Ｌ１にある場合には、フォトインターラプタ１０９のセンサ出力がマイクロプロセッサ１１１においてＨｉｇｈレベルと判定される信号出力となる。またバリエータレンズ１０２が基準位置から望遠側ストッパー位置までの区間Ｌ２にある場合ではセンサ出力がＬｏｗレベルと判定される信号出力となる。これにより、マイクロプロセッサ１１１にてフォトインターラプタ１０９のセンサ出力がＨｉｇｈレベルかＬｏｗレベルかを検出することにより、バリエータレンズ１０２が基準位置より広角側にあるか、望遠側にあるかが判別できるようになっている。
【００２９】
以下で、基準位置の検出処理、喰いつき判別の処理および駆動トルクを増大させる処理について、図３のフローチャートを用いて説明する。これらの処理は、明示しない限りマイクロプロセッサ１１１により制御される処理である。
【００３０】
まず、基準位置センサにより基準位置を検出する処理について以下で説明する。撮像装置が起動されると、基準位置の検出処理を開始する。基準位置の検出処理は再生モードなどの撮像モード以外のモードから撮像モードへの移行に伴っても開始される。ＳＴＥＰ３０１で、バリエータレンズ１０２を駆動するためのステッピングモータ１０７の駆動速度をＶ１に設定する。この速度Ｖ１は、基準位置検出を短時間で行うために、撮像の際よりも速い速度である。次にＳＴＥＰ３０２で、ステッピングモータ１０７の駆動電圧を設定するパラメータである、パワーレートをＰ１に設定する。ここでパワーレートについて図５（ａ）で説明する。レンズ制御に用いるステッピングモータは、停止位置の分解能を細かくするためにいわゆるマイクロステップ駆動を用いる。この場合、図５（ａ）に示すように、２相駆動のステッピングモータのコイルに印加する電圧（Ａ相、Ｂ相）が、位相が９０°ずれた２相の正弦波となるように、マイクロプロセッサ１１１からの制御指令に基づいてステッピングモータ駆動回路１１９にて制御する。ここでパワーレートとは、ステッピングモータ駆動回路１１９で発生できる正負の最大電圧に対する、マイクロステップ駆動の正弦波電圧の振幅の比率である。図５（ａ）では両者は一致しているので、パワーレートは１００％となる。パワーレートを大きくするほどステッピングモータのコイル電流が増大するため高いトルクを発生できる。ただ、マイクロステップ駆動では、駆動回路の最大電圧で駆動波形がクリップされないように１００％以下のパワーレートで駆動するため、ＳＴＥＰ３０２で設定するパワーレートＰ１は１００％以下に設定する。これは、位置決め精度を出すためである。
【００３１】
次にＳＴＥＰ３０３にて、基準位置センサであるフォトインターラプタ１０９のセンサ出力がＨｉｇｈレベルかＬｏｗレベルかを判定する。Ｈｉｇｈレベルと判定されれば、図２で示したようにバリエータレンズ１０２は基準位置より広角側にあるので、ＳＴＥＰ３０４に進みバリエータレンズを望遠側に駆動する。そしてＳＴＥＰ３０５で基準位置センサがＬｏｗに変化したかどうかを判別し、Ｌｏｗとなったら基準位置を検出できたとしてＳＴＥＰ３１１に進む。そして、バリエータレンズの駆動を停止して基準位置検出処理を終了する。
【００３２】
一方、ＳＴＥＰ３０３でフォトインターラプタ１０９のセンサ出力がＬｏｗレベルと判定された場合は、バリエータレンズ１０２は基準位置より望遠側にあるので、ＳＴＥＰ３１２に進みバリエータレンズを広角側に駆動する。そしてＳＴＥＰ３１３で基準位置センサがＨｉｇｈに変化したかどうかを判別し、Ｈｉｇｈとなったら基準位置を検出できたとしてＳＴＥＰ３１１に進む。そして、バリエータレンズの駆動を停止して基準位置検出処理を終了する。以上が、喰いつきが発生していない場合の通常の基準位置検出処理となる。
【００３３】
次に、基準位置検出処理において喰いつきが発生しているかを判別する処理について説明する。ＳＴＥＰ３０４、ＳＴＥＰ３０５にてバリエータレンズを望遠側に駆動中に、基準位置センサがＬｏｗに変化していないと判定された場合には次のようになる。すなわち、ＳＴＥＰ３０６にて、基準位置検出処理を開始して以降のバリエータレンズの移動距離が、図２に示す基準位置から広角側ストッパー位置までの区間の長さＬ１より長いかどうかを判別する。ここでバリエータレンズの移動距離は、基準位置検出処理を開始して以降にステッピングモータ駆動回路１１９が発生したパルス数を積算することで求めることができる。すなわち、実際のバリエータレンズの移動距離ではなくステッピングモータ駆動回路１１９が発生したパルス数に基づく移動距離である。ステッピングモータ駆動回路１１９が発生したパルス数に基づく移動距離は、喰いつきが発生していなければ実際のバリエータレンズの移動距離に相当する。
【００３４】
図２から分かるように、基準位置検出処理を開始したときのバリエータレンズの初期位置が基準位置から広角側ストッパー位置までの間のどの位置にあっても、基準位置を検出するまでのバリエータレンズの望遠側への移動距離はＬ１以下となるはずである。しかしながら、喰いつきが発生して、ステッピングモータ駆動回路１１９がステッピングモータに駆動パルスを印加してもバリエータレンズが動けなくなっている状態では、基準位置を検出できない。これは、パルス数を積算して求めたバリエータレンズの移動距離がＬ１以上となっても基準位置を検出できないことに相当する。したがってＳＴＥＰ３０６にて移動距離がＬ１以上であるかどうかを判定することで、喰いつきが発生しているかどうかを判別することができる。なお移動距離がＬ１以下の場合はＳＴＥＰ３０４に戻り、望遠側への駆動を継続する。
【００３５】
次に、ＳＴＥＰ３０６にて喰いつきが発生していると判別された場合に、ステッピングモータ１０７の駆動トルクを増大させてラックの対向歯と送りネジのネジ山との引っ掛かりを外す処理について説明する。ＳＴＥＰ３０６にて喰いつきが発生していると判別された場合は、ＳＴＥＰ３０７に進み、ステッピングモータ１０７の駆動速度をＶ２に設定する。ここで駆動速度Ｖ２は、ＳＴＥＰ３０１で設定した駆動速度Ｖ１よりも遅い速度を設定する。駆動速度をＶ２に変更することでステッピングモータ１０７の駆動トルクを増大させ、ラックの対向歯と送りネジのネジ山との引っ掛かりを外しやすくすることができる。ステッピングモータは駆動速度が遅い方が大きなトルクを発生できる特性をもっているからである。
【００３６】
さらにＳＴＥＰ３０８では、パワーレートをＰ２に設定する。ここでパワーレートＰ２は、ＳＴＥＰ３０２で設定したパワーレートＰ１よりも大きい値とする。パワーレートを１００％より大きい値に設定した場合、図５（ｂ）に示すように、ステッピングモータ１０７の駆動波形は駆動回路の最大電圧でクリップされ、方形波に近い波形となる。この場合はマイクロステップ駆動を行うことはできないものの、ステッピングモータ１０７に印加される平均的な電圧、および電流が増大することから、駆動トルクを増大させ、ラックの対向歯と送りネジのネジ山との引っ掛かりをより外しやすくすることができる。
【００３７】
以上のようにして、ステッピングモータ１０７の駆動トルクを増大させるように駆動条件を設定した上で、ＳＴＥＰ３０９にてバリエータレンズをさらに望遠側に駆動する。そしてＳＴＥＰ３１０で、基準位置センサがＬｏｗに変化したかどうかを判別し、変化していない場合はＳＴＥＰ３０９に戻りバリエータレンズの駆動を継続する。一方基準位置センサがＬｏｗに変化したと判別された場合は、駆動トルクを増大させたことでラックの対向歯と送りネジのネジ山との引っ掛かりが外れ、ラックが正常動作するように復帰できたとみなすことができる。ただし、パワーレートを１００％より大きい値に設定したためにマイクロステップ駆動を行っていない。そのため、基準位置検出の位置分解能が低くなっていることから、ＳＴＥＰ３０１に戻り基準位置検出処理を再開する。なお、ＳＴＥＰ３０６およびＳＴＥＰ３１４で基準位置検出処理を開始して以降のバリエータレンズの移動距離を求めるのに用いる、ステッピングモータ駆動回路１１９が発生したパルス数の積算データを初期化しておく。
【００３８】
ここで、パワーレートを１００％より大きい値に設定し駆動トルクを増大させた後、再度基準位置の検出処理を行う理由について述べる。マイクロステップ駆動では、図５ａのように２相の正弦波を使って駆動する。１００％以下ならばＡ相、Ｂ相は連続的に変化しているため、連続的に任意の位置で停止させることができる。図の横軸は時間としているが、ズーム位置として見た場合、各ズーム位置に対してＡ相、Ｂ相の電圧レベルは一意に決まっていることからも分かる。しかし１００％以上となった場合、図５ｂのようにＡ相、Ｂ相がクリップされ、不連続となる。特にＡ相、Ｂ相ともにクリップされている区間では、ズーム位置に対してＡ相、Ｂ相の電圧レベルが変わらないことから、この区間内ではズーム位置を制御できない。この結果、位置決め精度が悪くなってしまうので、駆動トルクを減少させて位置決め精度を高くする必要がある。このため、喰いつきからの復帰という緊急事態に限って１００％以上のパワーレートとし、かつ喰いつきからの復帰後は１００％以下に戻す。このように駆動トルクを減少させて再度基準位置の検出処理を再開させるという制御としている。
【００３９】
ＳＴＥＰ３１４からＳＴＥＰ３１８は、ＳＴＥＰ３０３にてフォトインターラプタ１０９のセンサ出力がＬｏｗレベルと判定された場合の、喰いつき判別処理および駆動トルクを増大させる処理である。ＳＴＥＰ３１３にてバリエータレンズを広角側に駆動中に、基準位置センサがＨｉｇｈに変化していないと判定された場合にＳＴＥＰ３１４に以降する。ＳＴＥＰ３１４にて、基準位置検出処理を開始して以降のバリエータレンズの移動距離が、図２に示す基準位置から望遠側ストッパー位置までの区間の長さＬ２より大きいかどうかを判別する。前記したＳＴＥＰ３０６に関する説明と同様に、移動距離がＬ２以上であるかどうかを判定することで、喰いつきが発生しているかどうかを判別することができる。ＳＴＥＰ３１４にて喰いつきが発生していると判別された場合は、ＳＴＥＰ３１５、ＳＴＥＰ３１６にて、ステッピングモータ１０７の駆動速度をＶ２、パワーレートをＰ２に設定し、ステッピングモータ１０７の駆動トルクを増大させる。そしてＳＴＥＰ３１７にてバリエータレンズをさらに広角側に駆動し、ＳＴＥＰ３１７で、基準位置センサがＨｉｇｈに変化したかどうかを判別する。Ｈｉｇｈに変化していない場合はＳＴＥＰ３１７に戻りバリエータレンズの駆動を継続する。Ｈｉｇｈに変化していた場合はＳＴＥＰ３１０と同様にステッピングモータ駆動回路１１９が発生したパルス数の積算データを初期化してＳＴＥＰ３０１に戻り、再度基準位置の検出処理を行う。上述のようにパワーレートを１００％より大きい値にすると基準位置を検出できたとしても誤差がある可能性が高いからである。
【００４０】
以上に説明した処理を、ステッピングモータ１０７の駆動制御を行うマイクロプロセッサ１１１で実行することにより、ステッピングモータ基準位置センサにより基準位置を検出する際に喰いつきが発生しているかを判別する。そして、喰いつきが発生している場合にはステッピングモータの駆動トルクを増大させることができる。その結果、外部からの衝撃等によるラックの喰いつきが発生した場合にも、ラックを強制的に動かしてラックの対向歯と送りネジのネジ山との引っ掛かりを外すことができる。そのため、ラックの喰いつきによって光学機器が作動不能となってしまう現象を発生しにくくすることができる。
【実施例２】
【００４１】
次に本願技術思想に係わる位置決め装置を、実施例１と同様に撮像装置に適用した場合の実施例２について説明する。実施例２に係わる撮像装置の構成は実施例１と同じであるので、説明は省略する。
【００４２】
以下で、実施例２における喰いつき判別処理および駆動トルクを増大させる処理について、図４のフローチャートを用いて説明する。このフローチャートに示される制御処理は、特に記載しない限り、マイクロプロセッサー１１１の指示に基づき制御される。
【００４３】
基準位置センサにより基準位置を検出する処理については前記した実施例１と同じである。この処理に関わるＳＴＥＰ４０１からＳＴＥＰ４０５、ＳＴＥＰ４１３、およびＳＴＥＰ４１４からＳＴＥＰ４１５は説明は省略する。それぞれ図３におけるＳＴＥＰ３０１からＳＴＥＰ３０５、ＳＴＥＰ３１１、およびＳＴＥＰ３１２からＳＴＥＰ３１３と同じ処理だからである。
【００４４】
実施例１においては、ＳＴＥＰ３０６にて、基準位置検出処理を開始して以降のバリエータレンズ１０２の移動距離が、図２に示す基準位置から広角側ストッパー位置までの区間の長さＬ１より大きいかどうかを判別した。これにより、喰いつきが発生しているかを判別していた。一方、実施例２においては、ＳＴＥＰ４０６にて、基準位置検出処理を開始して以降のバリエータレンズの移動時間が、しきい値Ｔ１より大きいかどうかを判別する。これにより、喰いつきが発生しているかを判別する。
【００４５】
この点、バリエータレンズの移動距離は、ＳＴＥＰ４０１で設定した駆動速度Ｖ１と移動時間によって定まる。このことから、Ｔ１≧（Ｌ１／Ｖ１）とすれば、実施例１のＳＴＥＰ３０６でバリエータレンズの移動距離がＬ１より大きいかどうかで喰いつきが発生しているかを判別することと等価となる。
【００４６】
なお、ここでバリエータレンズの移動時間については、マイクロプロセッサ１１１のタイマ機能等にて基準位置検出処理を開始して以降の時間を計測してもよい。また、撮像装置の制御処理は映像信号の垂直同期信号と同期した周期で実行されるので、基準位置検出処理を開始して以降の制御処理のループ回数をカウントすることで求めてもよい。
【００４７】
ＳＴＥＰ４０６で移動時間がＴ１以下の場合はＳＴＥＰ４０４に戻り、望遠側への駆動を継続する。一方、移動時間がＴ１より大きい場合は喰いつきが発生していると判別し、ＳＴＥＰ４０７、ＳＴＥＰ４０８にて、実施例１のＳＴＥＰ３０７、ＳＴＥＰ３０８と同様に、ステッピングモータ１０７の駆動速度をＶ２、パワーレートをＰ２に設定する。それにより、ステッピングモータ１０７の駆動トルクを増大させる。そしてＳＴＥＰ４０９にてバリエータレンズをさらに望遠側に駆動し、ＳＴＥＰ４１０で、基準位置センサがＬｏｗに変化したかどうかを判別する。Ｌｏｗに変化していた場合は駆動トルクを増大させたことでラックの対向歯と送りネジのネジ山との引っ掛かりが外れ、ラックが正常動作するように復帰できたとみなすことができる。したがって、ＳＴＥＰ４０１に戻り基準位置検出処理を再開する。上述のようにパワーレートを１００％より大きい値にすると基準位置を検出できたとしても誤差がある可能性が高いからである。
【００４８】
なお、この後のＳＴＥＰ４０６およびＳＴＥＰ４１６で基準位置検出処理を開始して以降のバリエータレンズの移動時間を求めるのに用いる、タイマ値またはカウント値を初期化しておく。
【００４９】
一方、ＳＴＥＰ４１０で基準位置センサがＬｏｗに変化していない場合、ＳＴＥＰ４１１において、バリエータレンズの移動時間がしきい値Ｔ３より大きいかどうかを判別する。これは、ラックの喰いつきの状態によってはステッピングモータ１０７の駆動トルクを増大させてもラックの対向歯と送りネジのネジ山との引っ掛かりが外れない場合があるからである。そのような状態でステッピングモータを高トルクで長時間駆動すると次のような不具合が発生してしまう。つまり、レンズの移動機構が無理な駆動により破壊したり、ステッピングモータに大きな電流を流しつづけることで発熱が生じ、撮像装置が破損したりする可能性が高くなる。また、ステッピングモータ１０７を一方向に駆動しつづけると、モータ駆動用の論理回路のパルスカウンタがオーバーフローして正常な駆動が行えなくなる場合もある。そこで上記のような破壊や発熱、パルスカウンタのオーバーフローが生じる恐れがない駆動時間をあらかじめ測定しておく。この測定結果に基づいてしきい値Ｔ３を設定しておく。そしてＳＴＥＰ４１１にてバリエータレンズの移動時間がしきい値Ｔ３より大きいと判別した場合は、ＳＴＥＰ４１２でステッピングモータ１０７の駆動を停止する。この場合は喰いつきから復帰できないため、基準位置検出処理のエラーと判定して処理を中止する。なおＳＴＥＰ４１１にてバリエータレンズの移動時間がしきい値Ｔ３より小さいと判定された場合は、ＳＴＥＰ４０９に戻り、望遠側への駆動を継続する。
【００５０】
ここで、図４のフローチャートで、望遠側と広角側の枝分かれにおいて、Ｔ１とＴ２は異なる一方、望遠側と広角側においてＴ３は同じである。これは、Ｔ３は移動機構の破壊、例えば、ねじ山の破壊、ラックの破損、或いはモータ駆動用の論理回路のパルスカウンタのオ−バーフロー等を防ぐため、設定してある時間だからである。また、Ｔ３は移動方向には関係ないので、共通に望遠側と広角側とで同じ値としている。したがって、Ｔ１とＴ２に対してＴ３は長い時間となっている。
【００５１】
ＳＴＥＰ４１６からＳＴＥＰ４２１は、ＳＴＥＰ４０３にてフォトインターラプタ１０９のセンサ出力がＬｏｗレベルと判定された場合の、喰いつき判別処理および駆動トルクを増大させる処理である。ＳＴＥＰ４１５にてバリエータレンズを広角側に駆動中に、基準位置センサからの出力がＨｉｇｈに変化していないと判定された場合ＳＴＥＰ４１６に移行する。ＳＴＥＰ４１６では、基準位置検出処理を開始して以降のバリエータレンズの移動時間が、しきい値Ｔ２より大きいかどうかを判別する。前記したＳＴＥＰ４０６に関する説明と同様に、Ｔ２≧（Ｌ２／Ｖ１）とすれば、実施例１のＳＴＥＰ３１４でバリエータレンズの移動距離がＬ２より大きいかどうかで喰いつきが発生しているかを判別することと等価となる。ＳＴＥＰ４１６にて喰いつきが発生していると判別された場合は、ＳＴＥＰ４１７、ＳＴＥＰ４１８にて、ステッピングモータ１０７の駆動速度をＶ２、パワーレートをＰ２に設定する。これにより、ステッピングモータ１０７の駆動トルクを増大させる。そしてＳＴＥＰ４１９にてバリエータレンズをさらに広角側に駆動し、ＳＴＥＰ４２０で、基準位置センサからの出力がＨｉｇｈに変化したかどうかを判別する。Ｈｉｇｈに変化していた場合はＳＴＥＰ４１０と同様にタイマ値またはカウント値を初期化してＳＴＥＰ４０１に戻り、基準位置検出処理を再開する。上述のようにパワーレートを１００％より大きい値にすると基準位置を検出できたとしても誤差がある可能性が高いからである。
【００５２】
一方、Ｈｉｇｈに変化していない場合はＳＴＥＰ４１１と同様に、バリエータレンズの移動時間がしきい値Ｔ３より大きいかどうかを判別する。大きいと判別された場合はＳＴＥＰ４１２でステッピングモータ１０７の駆動を停止し、基準位置検出処理のエラーと判定して処理を中止する。一方、移動時間がしきい値Ｔ３より小さいと判定された場合は、ＳＴＥＰ４１９に戻り、広角側への駆動を継続する。
【００５３】
上記実施例２におけるＳＴＥＰ４１１、４１２の処理は、実施例１における処理においても適用できる。すなわち、Ｔ３に制限してパワーレートＰ２で駆動するようにしてもよい。
【００５４】
以上に説明した処理を、ステッピングモータ１０７の駆動制御を行うマイクロプロセッサ１１１で実行する。これにより、実施例１と同様に、ステッピングモータ基準位置センサにより基準位置を検出する際に喰いつきが発生しているかを判別するものである。そして、喰いつきが発生している場合にはステッピングモータの駆動トルクを増大させることができる。その結果、外部からの衝撃等によるラックの喰いつきが発生した場合にも、ラックを強制的に動かしてラックの対向歯と送りネジのネジ山との引っ掛かりを外すことができる。また、ラックの喰いつきによって光学機器が作動不能となってしまう現象を発生しにくくすることができる。さらに、所定のしきい値以上の時間にわたってステッピングモータを駆動しても喰いつきから復帰できない場合に、駆動を停止することにより、ステッピングモータを大きなトルクで長時間駆動することで撮像装置の破壊や過熱が生じることを防止することができる。
【００５５】
以上説明したように、外部からの衝撃等によるラックの喰いつきが発生した場合に、基準位置検出手段によって基準位置を検出する際に喰いつきが発生しているかを判別する。喰いつきが発生している場合にはステッピングモータの駆動トルクを増大させる。このことで、ラックを強制的に動かし、ラックの対向歯と送りネジのネジ山との引っ掛かりを外すことができる。なお、ステッピングモータの駆動トルク限界、および対向歯とネジ山の引っ掛かり状態によっては引っ掛かりが外れない場合もありうる。この点、軽微な喰いつきであれば上記のように引っ掛かりを外すことができる。これにより、ラックが正常動作するように復帰させることができる。したがって、送りねじに対するラックの位置に関わらず、ラックの喰いつきによって光学機器が作動不能となってしまう現象を発生しにくくすることができる。
【００５６】
また、予め決められたしきい値以上の時間にわたってステッピングモータを駆動しても喰いつきから復帰できない場合に駆動を停止する。このことにより、ステッピングモータを大きなトルクで長時間駆動することで光学機器の破壊や過熱が生じることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】撮像装置に適用した場合の実施例１の構成を示す図である。
【図２】バリエータレンズ１０２の位置に対する、基準位置センサであるフォトインターラプタ１０９のセンサ出力を示す図である。
【図３】フォトインターラプタ１０９のセンサ出力を示す図である。
【図４】実施例２における喰いつき判別処理および駆動トルクを増大させる処理を示す図である。
【図５】ステッピングモータ１０７のパワーレートを示す図である。
【図６】レンズを光軸方向に駆動する機構を示す図である。
【図７】レンズを光軸方向に駆動する機構を図６のＺ方向から見た図である。
【図８】レンズを光軸方向に駆動する機構を示す図である。
【符号の説明】
【００５８】
１０１  フィールドレンズ１０１
１０２  バリエータレンズ
１１４  絞りユニット
１０３  アフォーカルレンズ
１０４  フォーカスレンズ
１１６  撮像素子
１０５、１０６レンズ保持枠
１０５ａ、１０６ａ  ラック１０６ａ
１０７、１０８ステッピングモータ
１０７ａ、１０８ａ  スクリュー軸（ネジ軸）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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