(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体からの光束から前記被写体までの距離に相当する情報を測定するＡＦセンサと、前記ＡＦセンサの測定結果に基づいて焦点状態を検出する第１の焦点検出手段と、撮像素子上に結像される像のコントラスト値に基づいて焦点状態を検出する第２の焦点検出手段と、磁石を有するロータと前記磁石に回転力を与えるコイルとを有するステータとを備え、フォーカスレンズを駆動するモータと、前記モータの前記ロータの位置を検出する位置センサと、前記位置センサの出力に応じて前記モータの前記コイルへの通電を切り替える第１の駆動手段と、決められた時間間隔に従って前記モータの前記コイルへの通電を切り替える第２の駆動手段と、を備え、前記フォーカスレンズを光軸方向に移動させることで撮像素子上に結像される像の焦点を調節する焦点調節装置において、 
前記モータの前記コイルへの通電に前記第１の駆動手段を選択した状態にて前記第１の焦点検出手段を使用した焦点調節を行った後に、前記モータの前記コイルへの通電に前記第２の駆動手段を選択した状態にて前記第２の焦点検出手段を使用した焦点調節を行い、
前記第１の焦点検出手段を使用した焦点調節から前記第２の焦点検出手段を使用した焦点調節に移行する際、前記第１の焦点検出手段を使用した焦点調節中に前記第２の焦点検出手段を使用した焦点調節を行う際に前記モータの脱調が起こらない速度まで前記フォーカスレンズの移動速度を徐々に下げていく減速制御を行うことを特徴とする焦点調節装置。
【請求項２】
前記第１の焦点検出回路は、位相差検出方式又は外部測距方式によって合焦位置を求め、前記第２の焦点検出回路は、コントラスト検出方式によって前記合焦位置を求めることを特徴とする請求項１に記載の焦点調節装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の焦点調節装置を有す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】
本発明は焦点調節の際のコイルへの通電技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、カメラなどの光学機器に使用される自動焦点調節（オートフォーカス：ＡＦ）装置の駆動源にステップモータを使用することは知られている。また、ＡＦに、位相差検出方法、外部測距方式、コントラスト検出方式又はこれらを組み合わせたハイブリッド方式（特許文献１）を用いることも知られている。
【０００３】
位相差検出方法は、被写体からの光束を分岐して２つのＡＦセンサに入射させ、それらのセンサから出力される二像のずれ量又は間隔からデフォーカス量を求める。外部測距方式はアクティブ方式とパッシブ方式に分けられる。アクティブ方式は、被写体に赤外線や超音波などを照射し、その反射波をセンサで検知し、反射波が戻るまでの時間や照射角度により被写体との距離を測定する。パッシブ方式は、被写体からの光束を２分割し、２つの受光センサ（ラインセンサ）で受光し、２つのセンサからの信号の相関を演算する。そして、ラインセンサの何画素分のシフト量で相関が最大になるかを演算し、このシフト量に基づいて三角測量の原理で測距情報を取得する。コントラスト検出方式は、フォーカスレンズを往復移動（ウォブリング）させて撮像部から出力された映像信号の高周波成分を抽出し、その最大値が得られる位置にフォーカスレンズを移動させて合焦を得る。
【０００４】
その他の従来技術としては特許文献２がある。
【特許文献１】特開２００４−１０９６９０号公報
【特許文献２】特開平０９−３３１６６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、ステップモータは、高速駆動または負荷変動により脱調が起こる可能性がある。また、位相差検出方式や外部測距方式では、デフォーカス量や測距情報を求めた後で、目的位置まで高速度でフォーカスレンズを駆動することで合焦時間を短縮することができるが、ステップモータを使用すると脱調が発生し得る。ステップモータを用いて高速駆動を行うためにステップ幅の大きいモータを用いたり、伝達機構の減速比を低くしたりすると、高分解能を得ることが困難となり、合焦精度が悪化する。また、コントラスト検出方式におけるウォブリング幅が制限されるため、記録映像の品位に影響が出る可能性がある。また、合焦精度向上のため、及び、コントラスト検出方式におけるウォブリング幅に自由度を持たせるため、フォーカスレンズの駆動分解能は高いことが望ましい。一方、ステップモータを用いて高分解能を得るためにステップ幅の小さいモータを用いたり、伝達機構の減速比を高めたりすると、高速駆動が困難となり、合焦時間が増大する可能性がある。
【０００６】
本発明は、高速かつ高精度に焦点調節を行う焦点調節装置、それを用いた光学機器、および制御方法を提供することを例示的な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面としてのフォーカスレンズを含む光学系の焦点を調節する焦点調節装置は、被写体からの光束から前記被写体までの距離に相当する情報を測定するＡＦセンサと、前記ＡＦセンサの測定結果に基づいて焦点状態を検出する第１の焦点検出手段と、撮像素子上に結像される像のコントラスト値に基づいて焦点状態を検出する第２の焦点検出手段と、磁石を有するロータと前記磁石に回転力を与えるコイルとを有するステータとを備え、フォーカスレンズを駆動するモータと、前記モータの前記ロータの位置を検出する位置センサと、前記位置センサの出力に応じて前記モータの前記コイルへの通電を切り替える第１の駆動手段と、決められた時間間隔に従って前記モータの前記コイルへの通電を切り替える第２の駆動手段と、を備え、前記フォーカスレンズを光軸方向に移動させることで撮像素子上に結像される像の焦点を調節する焦点調節装置において、前記モータの前記コイルへの通電に前記第１の駆動手段を選択した状態にて前記第１の焦点検出手段を使用した焦点調節を行った後に、前記モータの前記コイルへの通電に前記第２の駆動手段を選択した状態にて前記第２の焦点検出手段を使用した焦点調節を行い、前記第１の焦点検出手段を使用した焦点調節から前記第２の焦点検出手段を使用した焦点調節に移行する際、前記第１の焦点検出手段を使用した焦点調節中に前記第２の焦点検出手段を使用した焦点調節を行う際に前記モータの脱調が起こらない速度まで前記フォーカスレンズの移動速度を徐々に下げていく減速制御を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、高速かつ高精度に焦点調節を行う焦点調節装置、それを用いた光学機器、および制御方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、添付図面を参照して、本発明の焦点調節装置と光学機器について説明する。
【実施例１】
【００１０】
図１は、光学機器１００のブロック図である。光学機器１００は、動画・静止画を撮影してファインダ・液晶画面などに表示する装置、または、テープ・個体メモリ・光ディスク・磁気ディスクなどのメディアに記録する装置、いわゆるデジタルカメラ・ビデオカメラなどを総称する。光学機器１００は、光学系１１０と焦点調節装置とを有する。焦点調節装置は、光学系１１０の焦点を調節し、複数の種類の焦点調節手段を有してＡＦを実現するハイブリッドＡＦ装置である。本実施例では、焦点調節装置は、外部測距方式とコントラスと検出方式を使用するが、位相差検出方式とコントラスと検出方式を使用してもよい。焦点調節装置は、撮像素子１２０と、ＡＦセンサ１３０と、フォーカス制御回路１４０と、モータ駆動回路１５０と、モータ１６０と、位置センサ１７０と、を有する。
【００１１】
光学系１１０は、レンズ群などであり、フォーカスレンズ（群）１１１を含む。被写体からの光は光学系１１０を通って撮像素子１２０に入射する。フォーカスレンズ１１１は、モータ１６０によって駆動される。フォーカスレンズ１１１を光軸方向ＯＰに微小に往復移動（ウォブリング）させても像倍率がほとんど変化することがなく、焦点位置のみが変化する。従って、フォーカスレンズ１１１を光軸方向ＯＰに移動することで、撮像素子１２０上に結像される像の焦点を調節することができる。
【００１２】
撮像素子１２０は、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサなどの光電変換素子で構成されている。撮像素子１２０において光電変換によって得られた出力信号は、撮像素子１２０と第２の焦点検出回路１４２の間に配置される不図示の画像処理回路で増幅され、デジタル映像信号として出力される。光学機器１００は、この映像信号を用いて動画・静止画を形成する。また、デジタル映像信号は後述する第２の焦点検出回路１４２に入力される。画像処理回路は、撮像素子１２０で電気信号に変換された信号に基づいて画面のコントラスト値を検出し、これにより、フォーカスレンズ１１１の焦点状態を知ることができる。
【００１３】
ＡＦセンサ１３０は、被写体からの光を検出して検出信号を出力する。ＡＦセンサ１３０は、赤外発光素子（ＩｒＬＥＤ）を用いて被写体に赤外光を発光する。そして、被写体で反射した赤外光を受光素子で受光して、受光素子の出力から光学系１１０の焦点状態を検出する。ここで得られた検出信号は後述する第１の焦点検出回路１４１に入力される。ＡＦセンサ１３０が焦点（調節）状態を検出する方式は限定されない。ＡＦセンサ１３０は超音波を被写体に照射し、反射波を検出するセンサでもよい。また、被写体からの光を２分割して、それぞれの像を一対のＡＦセンサで検出してもよい。また、被写体からの光を直接検出してもよいし、光学系１１０に入射した光を分岐して検出する方法を使用してもよい。このように、ＡＦセンサ１３０は、外部測距方式のために被写体までの距離を測定してもよいし、位相差検出方式のために被写体からの光束から生成される二つの像の間隔又はズレ量を検出してもよい。すなわち、ＡＦセンサ１３０は、被写体からの光束からこの被写体までの距離に相当する情報を測定するものである。被写体までの距離に相当する情報を測定することによって、その距離に応じて、レンズの焦点を併せることができる。
【００１４】
フォーカス制御回路１４０は、第１の焦点検出回路１４１（第１の焦点検出手段）と第２の焦点検出回路１４２（第２の焦点検出手段）を有する。第１の焦点検出回路１４１は、ＡＦセンサ１３０の測定結果に基づいて焦点状態を検出する。具体的には、第１の焦点検出回路１４１は、ＡＦセンサ１３０から出力された検出信号に基づいてフォーカスレンズ１１１の駆動目標信号を出力する。第２の焦点検出回路１４２は、光学系１１０により形成された像のコントラスト値に基づいて焦点状態を検出する。具体的には、第２の焦点検出回路１４２は、撮像素子１２０から出力されたデジタル映像信号に基づいてフォーカスレンズ１１１の駆動目標信号を出力する。フォーカス制御回路１４０の動作については後述する。
【００１５】
モータ駆動回路１５０は、フォーカス制御回路１４０から出力されるフォーカスレンズ１１１の駆動目標信号に従ってモータ１６０を駆動する。モータ駆動回路１５０に関しては後述する。モータ１６０は、モータ駆動回路１５０の出力に従って回転し、フォーカスレンズ１１１を駆動する。モータの構成については後述する。
【００１６】
位置センサ１７０は、モータ１６０のロータ位置を検出して検出信号を出力する。
【００１７】
次に、フォーカス制御回路１４０の焦点調節動作について説明する。本実施例では、第１の焦点検出回路１４１による外部測距方式と、第２の焦点検出回路１４２によるコントラスト検出方式を切り換えて焦点調節動作を行う。外部測距方式によって演算された目標位置近傍にフォーカスレンズ１１１を駆動した後（ラフフォーカスモード）、コントラスト検出方式に切り換えてフォーカスレンズ１１１を最終的な合焦位置に移動させる（ファインフォーカスモード）。以下、２つの焦点調節動作について説明する。
【００１８】
２つの焦点調節動作を切り換える方法は限定されない。各種撮影条件によって２つの焦点調節動作を切り換えてもよいし、２つの焦点調節モードを選択可能にして撮影者が２つの方式を切り換えてもよい。なお、本実施例では、第１の焦点検出回路１４１を用いた焦点調節をデフォルトに設定しており、モータ駆動回路１５０にはデフォルトで第１の焦点検出回路の出力が入力される。
【００１９】
まず、第１の焦点検出回路１４１を用いた（外部測距方式による）焦点調節について説明する。第１の焦点検出回路１４１は、ＡＦセンサ１３０から出力された検出信号に基づいて算出されるデフォーカス量と、フォーカスレンズ１１１の敏感度とから、フォーカスレンズ１１１の目標駆動量を求める。目標駆動量は、フォーカスレンズ１１１の現在位置から合焦位置又はその近傍の位置までの移動量である。更に、第１の焦点検出回路１４１は、フォーカスレンズ１１１の駆動に必要なモータ１６０の駆動量を求め、駆動目標信号を出力する。この方式においては、ＡＦセンサ１３０から検出信号が出力されると直ちに駆動量と駆動方向が決定される。フォーカスレンズ１１１が目標駆動位置（合焦位置又はその近傍の位置）まで駆動される時間が短縮されれば素早い焦点調節動作が可能となり、素早い合焦動作のために、フォーカスレンズ１１１を駆動するモータ１６０には高速駆動が求められる。
【００２０】
次に、第２の焦点検出回路１４２を用いた（コントラスト検出方式による）焦点調節について説明する。第２の焦点検出回路１４２は、撮像素子１２０が出力するデジタル映像信号から、バンドパスフィルタなどにより映像の鮮鋭度を表す高周波成分を抽出し、その値であるＡＦ評価値が最大となるようにフォーカスレンズ１１１を駆動制御する。
【００２１】
図２は第２の焦点検出回路１４２を用いた焦点調節動作を示すフローチャートである。図２において、焦点調節を開始すると（ステップ３０１）、まず、モータ駆動回路１５０はモータ１６０を制御してフォーカスレンズ１１１をウォブリング駆動する（ステップ３０２）。「ウォブリング駆動」では、フォーカスレンズ１１１を無限遠方向と至近方向とに所定微小量で往復駆動する。モータ駆動回路１５０は、ＡＦ評価信号の変化（ＡＦ評価信号の増加）を見て合焦位置が存在するであろう方向を検出する。モータ駆動回路１５０は、ウォブリング駆動において、合焦方向であろうと判別された方向が所定回数連続して同一となったときに該方向を合焦位置が存在する方向と判断する。また、モータ駆動回路１５０は、フォーカスレンズ１１１が所定回数同一エリアで往復を繰り返したときには、そのエリアを合焦位置として判定する。この場合には、後述する再起動判定処理に移行する。
【００２２】
次に、モータ駆動回路１５０は、ウォブリング駆動により合焦判定されたか否かを確認する（ステップ３０３）。モータ駆動回路１５０は、合焦判定できていないと判断すれば（ステップ３０３）、微小駆動により合焦方向が判別されたか否かを判断する（ステップ３０４）。モータ駆動回路１５０は、合焦方向が判別されていないと判断すれば（ステップ３０４）、ステップ３０２に戻って再度、微小駆動を行う。
【００２３】
一方、モータ駆動回路１５０は、合焦方向が判別できたと判断すれば（ステップ３０４）、山登り駆動を開始する（ステップ３０５）。「山登り駆動」では、合焦方向に所定駆動量ずつフォーカスレンズ１１１を駆動する。次いで、モータ駆動回路１５０は、ＡＦ評価値がピークを越えたか否か、即ち、それまで増加していったＡＦ評価値が低下したか否かを判別する（ステップ３０６）。モータ駆動回路１５０は、ＡＦ評価値がピークを所定駆動量分越えたと判別した場合（ステップ３０６）、該所定駆動量分、フォーカスレンズ１１１を反対方向に移動する（ステップ３０７）。一方、モータ駆動回路１５０は、ピークを越えていないと判別した場合（ステップ３０６）、ステップ３０５に戻って山登り駆動を続行する。
【００２４】
モータ駆動回路１５０は、ステップ３０７後に、再度ＡＦ評価値がピークに達したか否かを判別する（ステップ３０８）。その結果、ピークに達していない場合は、ステップ３０７に戻り、ＡＦ評価値のピークに戻す動作を継続する。ＡＦ評価値がピークに達した場合は、ここが合焦位置となる。合焦位置が確定されると、ステップ３０２に戻り、フォーカスレンズ１１１を微小駆動して、合焦位置をサーチする。
【００２５】
一方、モータ駆動回路１５０は、ステップ３０３において合焦判定ができたと判断すると、フォーカスレンズ１１１を停止し（ステップ３１３）、合焦した際のＡＦ評価値を不図示のメモリに記憶する（ステップ３０９）。そして、これ以後、再起動判定の処理を行う。再起動判定処理では、まずステップ３１０において、今回（最新）のＡＦ評価値を取り込む。次に、メモリに記憶した前回のＡＦ評価値とステップ３１０で取得した今回のＡＦ評価値との差（変動量）を求める。変動量が所定値より大きければ（ステップ３１１）、焦点調節を再度実行（再起動）するため、ステップ３０２に戻り、ウォブリング駆動を開始して新たな合焦位置を検索する。ＡＦ評価値の変動量が所定値以下である場合（ステップ３１１）、合焦状態が維持されているものとして、フォーカスレンズ１１１を停止した状態に維持し（ステップ３１２）、ステップ３１０に戻ってさらに新たなＡＦ評価値を取り込む。
【００２６】
本方式では、高品位な映像のためにはウォブリング幅が小さいことが求められる。ウォブリング幅が大きいと、記録される映像に影響が出る可能性がある。例えば、ウォブリング幅が光学系１１０の被写界深度に対して比較的大きい場合は、撮像素子１２０によって出力されるデジタル映像信号に大きなボケが発生することになる。ウォブリング幅が光学系１１０の被写界深度に対して比較的小さい場合は、撮像素子１２０によって出力されるデジタル映像信号に発生するボケは小さく抑えられる。即ち、高精度な合焦動作のためには、フォーカスレンズ１１１を駆動するモータ１６０の分解能が高いことが求められる。
【００２７】
また、山登り駆動においては、ＡＦ評価値がピークを越えたか否かを判別しながらフォーカスレンズ１１１を駆動するため、山登り駆動中は一定速度でフォーカスレンズ１１１を駆動する必要がある。即ち、コントラスト検出方式のためには、フォーカスレンズ１１１を駆動するモータ１６０が一定速度で駆動可能であることが求められる。
【００２８】
図３は、モータ１６０と位置センサ１７０の斜視図であり、説明のため一部の部品を破断して示している。モータ１６０の構造は特許文献２と同様である。モータ１６０は、磁石１６１を有するロータ１６２、第１のコイル１６３、第２のコイル１６４、第１のヨーク１６５及び第２のヨーク１６６を有する。位置センサ１７０は、第１の位置センサ１７１と第２の位置センサ１７２を有する。第１のコイル１６３、第２のコイル１６４、第１のヨーク１６５、第２のヨーク１６６、第１の位置センサ１７１、第２の位置センサ１７２はステータを構成する。
【００２９】
磁石１６１は、外周が多極着磁された円筒形状の永久磁石である。角度位置に対し、径方向の磁力の強さが正弦波状に変化する着磁パターンを有する。ロータ１６２は、ステータに対して回転可能に支持され、磁石１６１と一体に固定されている。第１のヨーク１６５は、第１のコイル１６３に励磁される磁極歯を複数有している。励磁される極を切り替えることで、ロータ１６２に与えるトルクを変化させることができる。第２のヨーク１６６は、第１のコイル１６４に励磁される磁極歯を複数有している。励磁される極を切り替えることで、ロータ１６２に与えるトルクを変化させることができる。第１の位置センサ１７１、第２の位置センサ１７２は磁石１６１の磁束を検出し、電気角で９０°ずつ位相のずれた信号を出力するホール素子である。ここで磁石１６１の極数をｎとすると、電気角３６０°は実際のロータ角度の７２０／ｎ°に相当する。
【００３０】
モータ駆動回路１５０は、フィードバック通電切換ドライバ（第１の駆動手段）１５１と、非フィードバック通電切換ドライバ１５２（第２の駆動手段）と、切換回路１５３と、を有する。
【００３１】
フィードバック通電切換ドライバ１５１は、フォーカス制御回路１４０から出力されるフォーカスレンズ１１１の駆動目標信号に従ってモータ１６０を駆動する。その際、フィードバック通電切換ドライバ１５１は、位置センサ１７０の出力する検出信号に従ってコイルへの通電を切り換える。非フィードバック通電切換ドライバ１５２は、フォーカス制御回路１４０から出力されるフォーカスレンズ１１１の駆動目標信号に従ってモータ１６０を駆動する。その際、非フィードバック通電切換ドライバ１５２は、入力された駆動パルス間隔（駆動周波数）又は決められた時間間隔に従ってコイルへの通電を切り換える。この駆動方式は、通常の２相ステップモータの駆動方式と同等である。切換回路１５３は、モータ１６０を駆動する際に、フィードバック通電切換ドライバ１５１または非フィードバック通電切換ドライバ１５２を切り換える回路である。以下に説明するように、ドライバ１５１はドライバ１５２よりもフォーカスレンズ１１１を高速で移動することができる。また、ドライバ１５２はドライバ１５１よりもフォーカスレンズ１１１を高精度に合焦位置に位置決めすることができる。
【００３２】
非フィードバック通電切換ドライバ１５２はモータ１６０を非フィードバック通電切換駆動を行う。非フィードバック通電切換ドライバ１５２は、入力された駆動パルス間隔（駆動周波数）と回転方向に従って、第１のコイル１６３と第２のコイル１６４の通電を順次切り替える。これにより、ロータ１６２を所望の速度で回転させることができる。また、非フィードバック通電切換ドライバ１５２は、入力された駆動パルス数に従って、ロータ１６２を所望の角度だけ回転させることができる。非フィードバック通電切換駆動は入力される駆動パルス間隔によって正確な速度制御が可能である。また、低速でも安定した駆動が可能である。更に、マイクロステップ駆動によって１ステップの中を分割して位置決めすることができるため、分解能が高く、微小変位の制御性が高い。しかしながら、駆動パルス間隔を小さく（駆動周波数を大きく）すると、コイル通電の切り替えに対してロータが応答できなくなり、脱調をおこす可能性が高まる。このため、駆動パルス間隔に下限を設けると共に実際の負荷に対して所定の安全率を見込む必要があり、高速度での駆動が制限される。
【００３３】
モータ１６０は、第１の位置センサ１７１と第２の位置センサ１７２の出力する信号により通電を切り換えるフィードバック通電切換モードによって回転することができる。図４はヨークと位置センサとロータの位相関係を示す軸方向断面図、図５はフィードバック通電切換モードの動作を示す軸方向断面図である。図中で時計回りを正の方向とする。１６５ａ〜ｄは第１のヨーク１６５の磁極歯、１６６ａ〜ｄは第２のヨーク１６６の磁極歯である。本実施形では、磁石１６１の極数は８極、着磁角Ｐは４５°である。また、第１のヨーク１６５を基準として、第２のヨーク１６６の位相Ｐ／２は−２２．５°、第１の位置センサ１７１の位相β１は＋２２．５°、第２のセンサ１７２の位相β２は−４５°である。
【００３４】
以下の説明では、電気角を用いてフィードバック通電切換モードの動作を説明する。電気角とは、磁石磁力の１周期を３６０°として表したものであり、ロータの極数をＭ、実際の角度をθ０とすると、電気角θは以下の式で表せる。
【００３５】
【数１】
0005100400.tif 000002
【００３６】
第１のヨーク１６５と第２のヨーク１６６の位相差、第１の位置センサ１７１と第２の位置センサ１７２の位相差、第１のヨーク１６５と第１の位置センサ１７１の位相差は全て電気角で９０°である。なお、図４において、第１のヨーク磁極歯中心と磁石のＮ極中心が対向している。この状態をロータの初期状態とし、電気角０°とする。
【００３７】
図６（１）はロータの回転角度とモータトルクの関係を示すグラフであり、横軸は電気角を、縦軸はモータトルクを示す。モータトルクは、ロータを時計回りに回転させるトルクを正とする。第１のコイル１６３に正方向の電流を流すと、第１のヨーク１６３がＮ極に磁化し、磁石１６１の磁極との間に電磁気力が発生する。また、第２のコイル１６４に正方向の電流を流すと、第２のヨーク１６６がＮ極に磁化し、磁石１６１の磁極との間に電磁気力が発生する。２つの電磁気力を合成すると、ロータの回転にともなって概略正弦波状のトルクが得られる（トルク曲線Ａ＋Ｂ＋）。他の通電状態においても、同様に、概略正弦波状のトルクが得られる（トルク曲線Ａ＋Ｂ−、Ａ−Ｂ−、Ａ−Ｂ＋）。また、第１のヨークは第２のヨークに対して電気角で９０°の位相をもって配置されるため、４つのトルクは互いに電気角で９０°の位相差を持っている。
【００３８】
図６（２）はロータの回転角度とセンサ出力の関係を示すグラフであり、横軸は電気角を、縦軸は位置センサの出力を示す。磁石１６１は、径方向において電気角に対しておおよそ正弦波状になるように着磁している。そのため、第１の位置センサ１７１からは概略正弦波状の信号が得られる（位置センサ信号Ａ）。なお、本実施例では、第１の位置センサ１７１は、磁石１６１のＮ極と対向するときに正の値を出力する。また、第２の位置センサ１７２は第１の位置センサ１７１に対して電気角で９０°の位相をもって配置されるため、第２の位置センサ１７２からは余弦波状の信号が得られる（位置センサ信号Ｂ）。本実施例では、第２の位置センサ１７２は、第１の位置センサ１７１に対して極性を反転してあるため、磁石１６１のＳ極と対向するときに正の値を出力する。
【００３９】
位置センサ信号Ａと位置センサ信号Ｂに対して２値化を行った信号が２値化信号Ａと２値化信号Ｂである。フィードバック通電切換モードでは、２値化信号Ａに基づいて第１のコイルの通電を切り換え、２値化信号Ｂに基づいて第２のコイルの通電を切り換える。即ち、２値化信号Ａが正の値を示すとき第１のコイルに正方向の電流を流し、負の値を示すとき第１のコイルに逆方向の電流を流す。また、２値化信号Ｂが正の値を示すとき第２のコイルに正方向の通電を流し、負の値を示すとき第２のコイルに逆方向の通電を流す。
【００４０】
以下、フィードバック通電切換モードの動作を説明する。図５（ａ）はロータ１６２が電気角で１３５°回転した状態を示している。各センサの出力は図６（２）（ａ）で示した値を示しており、２値化信号Ａは正、２値化信号Ｂは負の値を示している。従って、第１のコイル１６３には正方向の電流が流れて第１のヨーク１６５はＮ極に磁化し、第２のコイル１６４には逆方向の電流が流れて第２のヨーク１６６はＳ極に磁化する。このとき、図６（１）のトルク曲線Ａ＋Ｂ−に対応する時計回りのトルクが働き、ロータ１６２はθ方向の回転力を受けて回転する。図５（ｂ）はロータ１６２が電気角で１８０°回転した状態を示している。第１の位置センサ１７１は磁石１６１のＮ極とＳ極の境界に位置する。そのため、電気角１８０°を境に２値化信号Ａは正の値から負の値に切り換わり、第１のコイル１６３の通電方向が正方向から逆方向へ切り換わる。この電気角は、トルク曲線Ａ＋Ｂ−とトルク曲線Ａ−Ｂ−との交点の電気角と一致する。
【００４１】
図５（ｂ’）はロータ１６２が電気角で１８０°回転し、第１のコイル１６３の通電方向が切り換わった状態を示している。第１のコイル１６３には逆方向の電流が流れて第１のヨーク１６５はＳ極に磁化し、第２のコイル１６４には逆方向の電流が流れて第２のヨーク１６６はＳ極に磁化する。このとき、図６（１）のトルク曲線Ａ−Ｂ−に対応する時計回りのトルクが働き、ロータ１６２はθ方向の回転力を受けて回転する。
【００４２】
図５（ｃ）はロータ１６２が電気角で２２５°回転した状態を示している。各センサの出力は図６（２）の（ｃ）で示した値を有し、２値化信号Ａは負、２値化信号Ｂは負の値を示している。従って、第１のコイル１６３には負方向の電流が流れて第１のヨーク１６５はＳ極に磁化し、第２のコイル１６４には逆方向の電流が流れて第２のヨーク１６６はＳ極に磁化する。このとき、図６（１）のトルク曲線Ａ−Ｂ−に対応する時計回りのトルクが働き、ロータ１６２はθ方向の回転力を受けて回転する。
【００４３】
図５（ｄ）はロータ１６２が電気角で２７０°回転した状態を示している。第２の位置センサ１７２は磁石１６１のＮ極とＳ極の境界に位置する。そのため、電気角２７０°を境に２値化信号Ｂは負の値から正の値に切り換わり、第２のコイル１６４の通電方向が逆方向から正方向へ切り換わる。この電気角は、トルク曲線Ａ−Ｂ−とトルク曲線Ａ−Ｂ＋との交点の電気角と一致する。
【００４４】
図５（ｂ’）はロータ１６２が電気角で２７０°回転し、第２のコイル１６４の通電方向が切り換わった状態を示している。第２のコイル１６４には正方向の電流が流れて第２のヨーク１６６はＳ極に磁化し、第１のコイル１６３には逆方向の電流が流れて第１のヨーク１６５はＳ極に磁化する。このとき、図６（１）のトルク曲線Ａ−Ｂ＋に対応する時計回りのトルクが働き、ロータ１６２はθ方向の回転力を受けて回転する。
【００４５】
以上の動作を繰り返すことで、ロータ１６２を連続的に回転させることが可能となる。また、２値化信号Ａ又は２値化信号Ｂの正負を反転させれば、逆回転も可能である。
【００４６】
フィードバック通電切換モードでは、駆動パルス数と回転方向を入力することで、ロータ１６２を所望の角度だけ回転させることが可能である。また、コイルに流す電流を制御することで各ヨークの磁極歯と磁石磁極との間の磁力を変化させ、ロータ１６２にはたらく回転力を制御し、ロータ１６２を所望の速度で回転させることが可能である。
【００４７】
フィードバック通電切換モードでは、位置センサの信号の位相を進めることでモータ１６０の特性を変化させることが可能である。フィードバック通電切換モードにおいて高速度で回転させると、通電切換の周期が短くなる。通電切換の周期が短いと、コイルのインダクタンスの影響により、通電切換の周期に比べて電流値の立ち上がりが遅くなり、トルクが低くなる。しかし、位置センサの信号の位相を進めることで、電流値の立ち上がりが遅くなるのを防ぎ、高速でのトルク低下を抑えることが可能である。
【００４８】
フィードバック通電切換モードでは、各トルク曲線の交点と一致する電気角において通電を切り換えているため、モータ１６０から得られるトルクを最大にすることができる（図６（１）トルク曲線Ｔ）。
【００４９】
非フィードバック通電切換モードでは、駆動周波数を高くすると、通電切換に対してロータ１６２の回転が追いつかず、脱調を起こすことがある。しかし、フィードバック通電切換モードでは、ロータ１６２の位置を検出しながら通電を切り換えるため、適切な制御を行えば脱調が起こることはない。そのため、非フィードバック通電切換モードのように駆動速度を制限したり、安全率を見込んだりする必要がない。そのため、非フィードバック通電切換モードに対して高速・高効率で駆動することが可能である。フィードバック通電切換モードでは、コイルに流す電流を制御することで速度制御を行うことができる。しかし、低速駆動時には電流値を低くしなければならず、トルクが低下する。そのため、低速駆動時の位置決め精度は低下する。
【００５０】
非フィードバック通電切換モードでは、モータ外部から与えられる駆動周波数に従って通電を切り換えるため、一定速度でロータ１６２を回転することができる。また、駆動周波数を制御することで、速度変動の少ない、正確な速度制御を行うことができる。しかし、フィードバック通電切換モードでは、ロータ１６２の位置を検出しながら通電を切り換えるため、負荷の変動によってロータ１６２の速度変動が発生する。
【００５１】
なお、本実施例では、ロータ磁石の磁束を磁気センサによって検出し、通電タイミングを制御している。しかしながら、ロータ位置を検出する方式に制限を加えるわけではない。ロータ１６２の回転にともなって変位する検出用磁石を配置して検出してもよいし、遮光板やパターン面を光学センサによって読み取ってもよい。また、位置センサがモータ１６０と一体に固定されていてもよいし、モータ１６０とは別部材に固定されていてもよい。この駆動方式（フィードバック通電切換モード）が、位置センサの出力に応じてモータ１６０のコイルの通電状態を切り換える駆動手段による駆動方式である。
【００５２】
図７は、切換回路１５３の動作を示すフローチャートである。フォーカス制御回路１４０からフォーカスレンズ１１１の駆動目標信号が入力されると（ステップ２０１）、現在の焦点調節が外部測距方式であるかどうかを判断する（ステップ２０２）。焦点調節が第１の焦点検出回路１４１を用いたものであれば（ステップ２０２）、フィードバック通電切換モードに切り換えてフォーカスレンズ１１１の駆動目標信号をフィードバック通電切換ドライバ１５１に出力する（ステップ２０３）。一方、焦点調節が第２の焦点検出回路１４２を用いたものであれば（ステップ２０２）、駆動方式を非フィードバック通電切換モードに切り換えてフォーカスレンズ１１１の駆動目標信号を非フィードバック通電切換ドライバ１５２に出力する（ステップ２０４）。ステップ２０３又は２０４の後で処理は終了する（ステップ２０５）。
【００５３】
フォーカスレンズ１１１の現在位置は、モータ駆動回路１５０に入力されるフォーカスレンズ１１１の駆動目標信号をカウントすることによって検出しているが、現在位置の検出方法はこれに限定されない。フォーカスレンズ１１１の現在位置を直接位置センサで検出してもよいし、モータ１６０に入力される通電パルスをカウントすることでフォーカスレンズ１１１の現在位置を算出してもよい。
【００５４】
次に、光学機器１００の焦点調節動作について説明する。図８は、光学機器１００の焦点調節を説明するためのグラフである。横軸はフォーカスレンズ１１１の位置を示し、縦軸はコントラスト検出方式におけるＡＦ評価信号を示している。
【００５５】
Ｉに示すように、位置Ａにおいて光学機器１００が焦点調節動作を開始すると、まず外部測距方式によってデフォーカス量を求め、フォーカスレンズ１１１の駆動目標を算出する（位置Ｂ）。
【００５６】
ＩＩに示すように、フォーカスレンズ１１１の駆動目標に従って、モータ１６０が回転し、フォーカスレンズ１１１が位置Ａから位置Ｂまで移動する。この際、モータ１６０は切換回路１５３によってフィードバック通電切換モードに切り換えて動作している。そのため、非フィードバック通電切換モードに比べ、高速・高効率でフォーカスレンズ１１１を駆動可能であり、合焦までの時間が短縮される。外部測距方式によって算出されたフォーカスレンズ１１１の駆動目標（位置Ｂ）までフォーカスレンズ１１１が移動すると、フォーカス制御回路１４０によって外部測距方式からコントラスト検出方式に切り換えられる。それに伴い、切換回路１５３によってモータ１６０は非フィードバック通電切換モードに切り換えられる。
【００５７】
ＩＩＩに示すように、位置Ｂにおいてコントラスト検出方式に切り換わると、まずウォブリング動作を行い、合焦判定・合焦方向判別を行う。この際、モータ１６０は非フィードバック通電切換モードによって駆動されるため、分解能が高く微小変位の制御性が高い。そのため、映像に発生するボケを抑えることができる。ステップモータは過大な加速度を入力すると、脱調することが知られている。位置Ｂにおいて非フィードバック通電切換モードに切り換えた場合、ウォブリングによる過大な加速度が入力され、脱調が起こる可能性がある。位置Ａ’から位置Ｂの間で移動速度を徐々に下げていく減速制御を行うことが望ましい。
【００５８】
ＩＶに示すように、合焦方向が判別されると、ピーク判別を行いながら山登り駆動を行う。この際、モータ１６０は非フィードバック通電切換モードによって駆動されるため、一定速での山登り駆動が可能である。また、ＡＦ評価信号の傾きが低い場合にも、低速での山登り駆動を行うことができる。
【００５９】
Ｖに示すように、フォーカスレンズ１１１が位置Ｄに達すると、ＡＦ評価信号のピークを超えたことを判別し、フォーカスレンズ１１１を所定駆動量ピークに戻す動作を行う。
【００６０】
ＶＩに示すように、フォーカスレンズ１１１が最終合焦位置（位置Ｃ）の近傍に達すると、再度ウォブリング動作を行う。その結果、合焦が判定されると、フォーカスレンズ１１１を停止し、フォーカスレンズ１１１が最終合焦位置に到達する。この際、モータ１６０は非フィードバック通電切換モードによって駆動されるため、分解能が高い。そのため、最終的な合焦精度を高くすることが可能である。
【００６１】
このように、光学機器１００は、位相差検出方式又は外部測距方式ではフィードバック通電切換モードによりフォーカスレンズ１１１を駆動し、コントラスト検出方式では非フィードバック通電切換モードによりフォーカスレンズ１１１を駆動する。このため、光学機器１００は、高速・高精度の合焦動作が可能である。
【実施例２】
【００６２】
本実施例において実施例１と重複する説明は省略する。図９は、切換回路１５３の動作を示すフローチャートである。フォーカス制御回路１４０からフォーカスレンズ１１１の駆動目標信号が入力されると（ステップ４０１）、切換回路１５３は現在の焦点調節動作が第１の焦点検出回路１４１を用いた外部測距方式であるかどうかを判断する（ステップ４０２）。焦点調節動作が外部測距方式であれば、ステップ４０３に進む。そうでなければ、駆動方式を非フィードバック通電切換モードに切り換えてフォーカスレンズ１１１の駆動目標信号を非フィードバック通電切換ドライバ１５２に出力する（ステップ４０５）。この場合は、焦点調節動作が第２の焦点検出回路１４２を用いたコントラスト検出方式である。
【００６３】
ステップ４０３では、フォーカスレンズ１１１の駆動目標位置と現在位置との偏差（又は差若しくは距離）が閾値（ＳＨ）よりも大きいかどうか判断する。偏差が閾値ＳＨより大きければ、フィードバック通電切換モードに切り換えてフォーカスレンズ１１１の駆動目標信号をフィードバック通電切換ドライバ１５１に出力する（ステップ４０４）。偏差が閾値ＳＨ以下であれば、駆動方式を非フィードバック通電切換モードに切り換えてフォーカスレンズ１１１の駆動目標信号を非フィードバック通電切換ドライバ１５２に出力する（ステップ４０５）。ステップ４０４又は４０５の後で処理は終了する（ステップ４０６）。
【００６４】
フォーカスレンズ１１１の現在位置は、モータ駆動回路１５０に入力されるフォーカスレンズ１１１の駆動目標信号をカウントすることで検出しているが、現在位置の検出方法はこれに限定されるものではない。フォーカスレンズ１１１の現在位置を直接位置センサで検出してもよいし、モータ１６０に入力される通電パルスをカウントすることでフォーカスレンズ１１１の現在位置を算出してもよい。
【００６５】
閾値ＳＨは、例えば、モータ１６０を２相駆動方式によって駆動する時の１０ステップに相当する距離に設定する。図８におけるｄ＝ＳＨとすれば、位置Ａ’においてフィードバック通電切換モードから非フィードバック通電切換モードへ切り換えることになる。このとき、外部測距方式の駆動目標近傍（位置Ｂ）において分解能の高い非フィードバック通電切換モードで駆動を行うため、外部測距方式での合焦精度が向上する。
【００６６】
また、図８の位置Ａ’から位置Ｂの間において、フィードバック通電切換モードでの駆動を行う場合、減速制御によって電流が低下し、トルクが低下する。そのため、フォーカスレンズ１１１の駆動が不安定になる可能性がある。しかし、本実施例では、減速制御をフィードバック通電切換モードで行うため、減速制御中のフォーカスレンズ１１１の駆動が安定し、高精度な合焦動作が可能になる。
【００６７】
このように、光学機器１００は、位相差検出方式又は外部測距方式ではフォーカスレンズ１１１が駆動目標から所定の偏差以下に移動するまでフィードバック通電切換モードによりフォーカスレンズ１１１を駆動する。そして、フォーカスレンズ１１１が駆動目標から所定の偏差以下に移動したら非フィードバック通電切換モードに切り換えてフォーカスレンズ１１１を駆動する。また、コントラスト検出方式ではステップ駆動によりフォーカスレンズ１１１を駆動する。これによって、光学機器１００は、高速・高精度の合焦動作が可能である。
【００６８】
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。たとえば、フォーカスレンズ１１１は、一つのレンズで構成されても複数のレンズで構成されても焦点位置を変更する機能を有すれば足りる。また、モータ駆動回路１５０は、上記では、フィードバック通電切換ドライバ（第１の駆動手段）１５１と、非フィードバック通電切換ドライバ１５２（第２の駆動手段）と、切換回路１５３と、を有する構成とした。この点、ドライバは一つでもよく、機能として、第１の駆動手段と第２の駆動手段とを併せ持つようにしてもよい。例えば、プログラムとして第１駆動手段と第２の駆動手段とを有している場合である。また、フォーカス制御回路１４０は、上記では、第１の焦点検出回路１４１と第２の焦点検出回路１４２とを有する構成とした。この点、回路は一つでもよく、機能として、第１の焦点検出回路と第２の焦点検出回路とを併せ持つようにしてもよい。例えば、プログラムとして、第１の焦点検出回路と第２の焦点検出回路とを有している場合である。
【００６９】
また、上記実施例では、位置センサ１７０が、モータ１６０のロータ位置を検出して検出信号を出力するとした。この点、ロータ位置の検出と一対一であれば足り、直接ロータ位置を検出するものに限らず、部材点数は増えてしまうもののロータの回転に伴って回転する部材の位置を検出することで、ロータ位置を検出するものでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】実施例１の光学機器のブロック図である。
【図２】図１に示す光学機器のコントラスト検出方式による焦点調節を説明するためのフローチャートである。
【図３】図１に示す光学機器のモータと位置センサの斜視図である。
【図４】図３に示すヨークと位置センサとロータの位相関係を示す軸方向断面図である。
【図５】図１に示すモータのフィードバック通電切換モードの動作を示す軸方向断面図である。
【図６】フィードバック通電切換モードにおけるロータの回転角度とモータトルクの関係を示すグラフとロータの回転角度とセンサ出力の関係を示すグラフである。
【図７】図１に示す切換回路の動作を示すフローチャートである。
【図８】図１に示す光学機器の焦点調節を説明するためのグラフである。
【図９】実施例２の切換回路のフローチャートである。
【符号の説明】
【００７１】
１００                    光学機器
１１０                    光学系
１１１                    フォーカスレンズ
１２０                    撮像素子
１３０                    ＡＦセンサ
１４０                    フォーカス制御回路
１５０                    モータ駆動回路
１６０                    モータ
１７０、１７１、１７２    位置センサ
【図１】
0005100400.tif 000003
【図２】
0005100400.tif 000004
【図３】
0005100400.tif 000005
【図４】
0005100400.tif 000006
【図５】
0005100400.tif 000007
【図６】
0005100400.tif 000008
【図７】
0005100400.tif 000009
【図８】
0005100400.tif 000010
【図９】
0005100400.tif 000011