(57)【要約】【課題】光学素子の駆動を短時間で正確に行うことができる光学素子の駆動装置、撮像装置を提供する。【解決手段】ステッピングモータ２０３の回転を検出するホール素子１０３及び検出部１０６を設け、第１駆動制御部１０１ａは、この検出部１０６の検出結果に応じてステッピングモータ２０３への通電を切り換えてステッピングモータ２０３の駆動を制御し、４群レンズ保持枠２０２を収納位置から待機位置まで駆動する。その後、第２駆動制御部１０１ｂは、一定の時間間隔にしたがってステッピングモータ２０３への通電を切り換えてステッピングモータ２０３の駆動を制御し、４群レンズ保持枠２０２を待機位置から使用位置まで駆動する。【選択図】図３
2009282337.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学素子と、
前記光学素子を駆動する回転駆動力を発生する駆動源と、
前記駆動源の回転を検出する検出部と、
前記検出部の検出結果に応じて前記駆動源への通電を切り換えて前記駆動源を制御する第１駆動制御部と、
前記第１駆動制御部による駆動の後に、一定の時間間隔にしたがって前記駆動源への通電を切り換えて前記駆動源を制御する第２駆動制御部とを備え、
前記第２駆動制御部は、前記第１駆動制御部による駆動時に前記検出部から検出される検出結果に基づいて、駆動速度を決めること、
を特徴とする光学素子の駆動装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光学素子の駆動装置において、
前記第２駆動制御部は、前記第１駆動制御部による駆動よりも駆動速度を下げて駆動を行うこと、
を特徴とする光学素子の駆動装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の光学素子の駆動装置において、
前記光学素子は、収納状態における収納位置と、使用状態における使用位置と、前記収納位置と前記使用位置との間に位置する待機状態における待機位置との間を移動可能であり、
前記第１駆動制御部は、前記光学素子が前記収納位置から前記待機位置まで移動を行うときに制御を行い、
前記第２駆動制御部は、前記光学素子が前記待機位置から前記使用位置まで移動を行うときに制御を行うこと、
を特徴とする光学素子の駆動装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の光学素子の駆動装置において、
前記光学素子は、像を合焦させるときに移動するフォーカスレンズであること、
を特徴とする光学素子の駆動装置。
【請求項５】
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の光学素子の駆動装置において、
前記光学素子は、像の大きさを変更するときに移動するズームレンズであること、
を特徴とする光学素子の駆動装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の光学素子の駆動装置と、
前記光学素子を介して撮像する撮像素子と、
を備える撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カメラのレンズ等を駆動する光学素子の駆動装置、および、撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
カメラのレンズ駆動系のズーム機構、フォーカス機構には精密な位置制御が要求されている。このようなレンズ駆動系の位置制御には、停止位置の制御が容易なアクチュエータとして、ステッピングモータを用いることが多い。
以下に、カメラのレンズ駆動系の一例として、従来のフォーカス機構を説明する。
【０００３】
図6は、従来のフォーカス機構を示す斜視図である。
従来のフォーカス機構は、フォーカスレンズ５０１，レンズ保持枠５０２，ステッピングモータ５０３，スクリュー５０４，ナット５０５，ガイドバー５０６，引っ張りばね５０７，フォトインタラプタ５０８，ベース部５０９を有している。
フォーカスレンズ５０１は、合焦動作時にその光軸方向に沿って移動することにより、焦点位置を移動させるレンズである。
レンズ保持枠５０２は、フォーカスレンズ５０１を光軸方向に移動可能に保持する部材であり、ガイドバー５０６によりその移動が光軸方向に滑らかに行われるようにガイドされている。
【０００４】
ステッピングモータ５０３は、合焦動作の駆動力を発生するモータである。
スクリュー５０４は、外周に螺旋状に雄ねじが形成された送りねじである。スクリュー５０４は、その軸方向がフォーカスレンズ５０１の光軸方向と同一方向となるように、ステッピングモータ５０３の出力軸に一体に取り付けられている。
ナット５０５は、スクリュー５０４に形成された雄ねじと対応する雌ねじを有し、レンズ保持枠５０２に係合している。よって、スクリュー５０４が回転すると、ナット５０５は、フォーカスレンズ５０１の光軸方向と同一方向に移動し、レンズ保持枠５０２およびフォーカスレンズ５０１が光軸方向に沿って移動する。
ガイドバー５０６は、その軸方向がフォーカスレンズ５０１の光軸方向と同一方向となるように、ベース部５０９に固定されている。先に述べたように、ガイドバー５０６は、レンズ保持枠５０２の移動をガイドする。
【０００５】
引っ張りばね５０７は、レンズ保持枠５０２とベース部５０９との間に掛け渡して設けられた引張りコイルばねである。引っ張りばね５０７は、レンズ保持枠５０２をベース部５０９に近づく方向に付勢している。
フォトインタラプタ５０８は、レンズ保持枠５０２に設けられた不図示の被検出部を検出可能となるように、ベース部５０９に固定されている。フォトインタラプタ５０８は、レンズ保持枠５０２の基準位置を検出する。
ベース部５０９は、フォーカス機構の全体を保持する土台となる部材である。ベース部５０９は、不図示のレンズ鏡筒内部に別途固定されている。
【０００６】
上述した従来のフォーカス機構では、カメラの電源がＯＮになると、不図示の制御部は、フォトインタラプタ５０８からレンズ保持枠５０２の位置情報を取得する。従来のフォーカス機構は、この位置をリセット位置（沈胴待機位置）とし、この基準となる位置を起点として、オープンループで制御対象を移動させる指示信号をステッピングモータのドライバ回路に送る。具体的には、パルス信号を指示信号としてドライバ回路に送り、ドライバ回路はこのパルス信号に対応してパルス状の電流をステッピングモータ５０３に与える。ステッピングモータ５０３は、与えられたパルス状の電流に応じた回転角度の回転を行い、スクリュー５０４が回転し、フォーカスレンズ５０１が光軸方向に沿って移動して、合焦動作が行われる。このように、従来のフォーカス機構は、オープンループで制御対象を移動させる指示信号をステッピングモータのドライバ回路に送るだけであり、簡単な構成により合焦動作の制御を行える。
【０００７】
しかし、従来のフォーカス機構では、オープンループの制御であることから、制御対象であるステッピングモータが指示値通りに実際に動いているとは限らなかった。従来のフォーカス機構では、ステッピングモータが脱調した場合でもステッピングモータが指示どおり動いたとみなすので、制御対象の目標値と実際の位置とのズレが生じるおそれがあった。この場合、フォーカスレンズ５０１が正しい位置に移動していないこととなるので、従来のフォーカス機構では、目標値と実際値とのズレが生じるような脱調を回避するために、脱調しないような低速で駆動制御する必要があった。これにより、従来のフォーカス機構では、合焦動作の時間が長いという問題があった。
【０００８】
このような問題に対して、ステッピングモータに掛かる負荷が低負荷か高負荷であるかを判断し、上記判断結果に従って低負荷用速度テーブルと高負荷用速度テーブルを選択することが提案されている（特許文献１）。この特許文献１の方法によれば、ステッピングモータのスピードを適正値に決めて脱調を防止することができ、また、ステッピングモータの制御時間を短縮できる。
【０００９】
また、現在位置とこれから移動させる目的位置との距離及び移動方向によって負荷が異なる可動体をステッピングモータで駆動する位置制御装置において、ステッピングモータを適正なスピードで駆動する方法が提案されている（特許文献２）。具体的には、可動体の現在位置とこれから移動させる目的位置との距離及び移動方向によって変化する負荷に応じて、記憶手段から呼び出した駆動データに基づいて駆動手段によってステッピングモータの駆動を行っている。
【特許文献１】特開２００１−２９２５９８号公報
【特許文献２】特開平５−１２２９９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、特許文献1に記載の方法では、２通りの速度データテーブルしか持っていないため、変化していく負荷に応じて柔軟にスピードを決定することが困難である。
また、特許文献２に記載の方法では、あらかじめ距離や移動方向に応じた駆動データテーブルを持っているため、温度などの環境による負荷変動の影響に対応することが困難である。
【００１１】
本発明の課題は、光学素子の駆動を短時間で正確に行うことができる光学素子の駆動装置、撮像装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第１の側面としての光学素子の駆動装置は、光学素子と、前記光学素子を駆動する駆動力を発生する駆動源と、前記駆動源の駆動を検出する検出部と、前記検出部の検出結果に応じて前記駆動源への通電を切り換えて前記駆動源を制御する第１駆動制御部と、前記第１駆動制御部による駆動の後に、一定の時間間隔にしたがって前記駆動源への通電を切り換えて前記駆動源を制御する第２駆動制御部とを備え、前記第２駆動制御部は、前記第１駆動制御部による駆動時に前記検出部から検出される検出結果に基づいて、駆動速度を決めることを特徴とする。
【００１３】
本発明の第２の側面としての撮像装置は、本発明の第１の側面としての光学素子の駆動装置と、前記光学素子を介して撮像する撮像部と、を備える。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、脱調をしない範囲で駆動速度を高めて駆動源を駆動できるので、光学素子の駆動を短時間で正確に行うことができる光学素子の駆動装置、撮像装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面等を参照して説明する。
なお、以下に示す各図は、適宜模式的に示した部分を含み、各部の大きさ、形状は、理解を容易にするために、適宜誇張して示している。
また、以下の説明では、具体的な数値、形状、材料等を示して説明を行うが、これらは、適宜変更することができる。
【００１６】
（第１実施形態）
図１は、本発明による光学素子の駆動装置を用いた撮像装置の第１実施形態を示す図である。
本実施形態の撮像装置１は、カメラ本体１０とレンズ鏡筒２０とを備えている。図１には、カメラ本体１０を二点鎖線で示し、レンズ鏡筒２０は、断面で示している。
なお、以下の説明中で、特に断りがない限り、前とは、レンズ鏡筒２０を基準として光軸に沿って被写体側の方向を指し、後とは、レンズ鏡筒２０を基準として光軸に沿って被写体とは反対側の方向を指すものとする。
レンズ鏡筒２０は、光学素子として、通常の屈折レンズである１群レンズ３０１，２群レンズ３０２，３群レンズ３０３，４群レンズ２０１を有した４群レンズ構成により撮影光学系を形成するズームレンズ鏡筒である。１群レンズ３０１，２群レンズ３０２，３群レンズ３０３は変倍系のレンズ群であり、後述するズーム動作により各レンズ群の光軸と平行な方向に光軸上を移動する。４群レンズ２０１は、被写体像を後述のＣＣＤ２０６の合焦位置（撮像面）に合焦させる合焦動作時に、その光軸と平行な方向に光軸上を移動するフォーカスレンズ群である。またレンズ鏡筒２０は、カメラ本体１０の不図示の電源スイッチがＯＦＦされた状態では、全長を短い収納状態（沈胴状態）とすることができ、電源スイッチがＯＮされると各レンズ群を使用状態の使用位置に繰り出して、撮影準備状態となるいわゆる沈胴式のレンズ鏡筒である。図１では、各レンズ群を使用状態の使用位置に繰り出した撮影準備状態を示している。
【００１７】
次に、変倍系のレンズ群である１群レンズ３０１，２群レンズ３０２，３群レンズ３０３を駆動する機構とその動作について説明する。
レンズ鏡筒２０は、さらに、１群鏡筒３０４、２群鏡筒３０５、３群鏡筒３０６、４群レンズ保持枠２０２，ＣＣＤ２０６，ＣＣＤホルダ２０７，固定筒４０１，固定カム筒４０２，移動カム筒４０３，１群鏡筒直進ガイド筒４０４，２群３群鏡筒直進ガイド筒４０５，ズームモータ４０６（図２参照），ドライブリング４０７，圧縮ばね４０８，移動カム筒カムピン４０９，１群鏡筒カムピン４１０，２群鏡筒カムピン４１１，３群鏡筒カムピン４１２を有している。
【００１８】
１群鏡筒３０４は、１群レンズ３０１を保持し、レンズ鏡筒２０が繰り出したときに最も前方となるように配置された略円筒形状の筒状体である。１群鏡筒３０４は、その後方の一部が後述する移動カム筒４０３と１群鏡筒直進ガイド筒４０４との間に挿入されている。１群鏡筒３０４は、周方向１２０度ごとに３箇所のカムピンを内周側に突出して備えており、後述する移動カム筒４０３のカム溝とカム係合している。
２群鏡筒３０５は、２群レンズ３０２を保持する略円筒形状の筒状体である。２群鏡筒３０５は、後述する２群３群鏡筒直進ガイド筒４０５の内周側に設けられている。２群鏡筒３０５は、周方向１２０度ごとに３箇所のカムピンを外周側に突出して備えており、後述する移動カム筒４０３のカム溝とカム係合している。
３群鏡筒３０６は、３群レンズ３０３を保持する略円筒形状の筒状体である。３群鏡筒３０６は、後述する２群３群鏡筒直進ガイド筒４０５の内周側に設けられている。３群鏡筒３０６は、周方向１２０度ごとに３箇所のカムピンを外周側に突出して備えており、後述する移動カム筒４０３のカム溝とカム係合している。また、３群鏡筒３０６は、その前方に、シャッタ絞りユニットを有し、これらと共に移動可能となっている。
４群レンズ保持枠２０２は、４群レンズ２０１を保持する部材である。４群レンズ保持枠２０２についての詳細な説明は、後に行う。
【００１９】
ＣＣＤ２０６は、１群レンズ３０１〜４群レンズ２０１により結像した像を撮像する撮像素子である。なお、ＣＣＤの代わりにＣＭＯＳイメージセンサ等の他の種類の撮像素子を用いてもよい。
ＣＣＤホルダ２０７は、ＣＣＤ２０６を固定して保持する撮像素子の保持部材であり、レンズ鏡筒２０の後端部に配置されている。
ＣＣＤ２０６とＣＣＤホルダ２０７により、ＣＣＤホルダユニットが形成されている。このＣＣＤホルダユニットは、後述する４群鏡筒の一部を形成している。
固定筒４０１は、レンズ鏡筒２０の外周側を覆う略円筒形状の筒状体であり、その後端部がＣＣＤホルダ２０７に固定されている。
固定カム筒４０２は、固定筒４０１の内周側に配置された略円筒形状の筒状体である。固定カム筒４０２は、その周方向の１２０度ごとに３箇所に貫通したカム溝が形成されている。固定カム筒４０２は、後端をＣＣＤホルダ２０７により位置を規制され、前端を後述のドライブリング４０７を介して固定筒４０１により位置を規制されることにより、光軸方向へ移動しないように設けられている。
【００２０】
移動カム筒４０３は、固定カム筒４０２の内側に配置された略円筒形状の筒状体である。移動カム筒４０３は、外周側に１群鏡筒３０４の駆動に用いるカム溝を有し、１群鏡筒カムピン４１０がカム係合している。移動カム筒４０３の内周側には、２群鏡筒３０５の駆動に用いるカム溝と、３群鏡筒３０６の駆動に用いるカム溝とが設けられ、それぞれ２群鏡筒カムピン４１１、及び、３群鏡筒カムピン４１２がカム係合している。移動カム筒４０３の外周側には、周方向１２０度ごとに突出した移動カム筒カムピン４０９が一体に３箇所設けられている。この移動カム筒カムピン４０９は、固定カム筒４０２を貫通して後述するドライブリング４０７の３箇所の直進キー溝と係合している。
【００２１】
１群鏡筒直進ガイド筒４０４は、固定カム筒４０２の内周側であって、移動カム筒４０３の外周側に配置された略円筒形状の筒状体である。１群鏡筒直進ガイド筒４０４は、外周側に突出したガイドピンが固定カム筒４０２の内周側に形成されたガイド溝と係合しており、光軸まわりで回転しないようになっている。また、１群鏡筒直進ガイド筒４０４は、その内周側の円周方向に延在する溝が形成されており、この溝に移動カム筒４０３の外周側に円周方向に延在するガイド突起が係合している。よって、１群鏡筒直進ガイド筒４０４は、光軸まわりで回転することなく、移動カム筒４０３と共に光軸方向に移動可能である。１群鏡筒直進ガイド筒４０４の内周側には、周方向の１２０度ごとに光軸方向へ延びる３箇所の直進キー溝が設けられている。この１群鏡筒直進ガイド筒４０４の直進キー溝には、１群鏡筒３０４の外周に設けられた突起部が係合しており、１群鏡筒３０４の回転を規制している。
【００２２】
２群３群鏡筒直進ガイド筒４０５は、移動カム筒４０３の内周側に配置された略円筒形状の筒状体である。２群３群鏡筒直進ガイド筒４０５は、１群鏡筒直進ガイド筒４０４と同様に、外周側に突出したガイドピンが固定カム筒４０２の内周側に形成されたガイド溝と係合しており、光軸まわりで回転しないようになっている。また、２群３群鏡筒直進ガイド筒４０５は、その外周側の円周方向に延在する突起が形成されており、この突起に移動カム筒４０３の後端内周側に円周方向に延在するガイド溝が係合している。よって、２群３群鏡筒直進ガイド筒４０５は、光軸まわりで回転することなく、移動カム筒４０３と共に光軸方向に移動可能である。２群３群鏡筒直進ガイド筒４０５の内周側には、周方向の１２０度ごとに光軸方向へ延びる不図示の３箇所の直進キー溝が設けられている。この２群３群鏡筒直進ガイド筒４０５の直進キー溝には、２群鏡筒３０５と３群鏡筒３０６とにそれぞれ設けられた突起部が係合しており、２群鏡筒３０５と３群鏡筒３０６の回転を規制している。
【００２３】
図２は、レンズ鏡筒２０を外周方向から見た図である。なお、図２は、収納状態（沈胴状態）で示している。
ズームモータ４０６は、固定筒４０１の外周に固定されており、不図示の出力軸に設けられたギア部が不図示の減速ギア列を介して後述するドライブリング４０７の外周に形成されたギア部と接続されており、回転力をドライブリング４０７に伝達可能になっている。
【００２４】
図１に戻って、ドライブリング４０７は、固定筒４０１と固定カム筒４０２とに挟まれる位置に配置された略円筒形状の筒状体である。ドライブリング４０７の後端外周部には、上述したギア部が設けられている。また、ドライブリング４０７は、ＣＣＤホルダ２０７と固定筒４０１とによって光軸方向の位置を規制されており、光軸方向へ移動することなく回転動作を行う。また、ドライブリング４０７の内周側には、周方向の１２０度ごとに光軸方向へ延びる３箇所の直進キー溝が設けられている。
圧縮ばね４０８は、２群鏡筒３０５と３群鏡筒３０６との間に配置された圧縮コイルばねである。圧縮ばね４０８の付勢力によって、２群鏡筒３０５及び３群鏡筒３０６それぞれがガタ寄せされて当接位置が決まるようになっている。
【００２５】
ズーム動作を行うときには、ズームモータ４０６が回転し、この回転力が不図示の減速ギア列を介してドライブリング４０７を回転させる。このとき、ドライブリング４０７は、光軸方向に移動することなく回転を行う。ドライブリング４０７が回転すると、ドライブリング４０７の内周の直進キー溝が移動カム筒カムピン４０９に回転力を伝える。
そうすると、移動カム筒カムピン４０９が固定カム筒４０２のカム溝を貫通しているので、移動カム筒４０３は、この固定カム筒４０２のカム溝に沿って回転しながら光軸方向に沿って移動する。このとき、移動カム筒４０３の移動にしたがって、１群鏡筒直進ガイド筒４０４及び２群３群鏡筒直進ガイド筒４０５は、光軸まわりで回転することなく光軸方向に沿って移動する。
上述したように、１群鏡筒３０４は、１群鏡筒直進ガイド筒４０４により回転が規制されている。よって、移動カム筒４０３が回転しながら光軸方向に沿って移動することにより、１群鏡筒３０４は、１群鏡筒カムピン４１０と移動カム筒４０３に設けられたカム溝との関係により、光軸まわりで回転することなく光軸方向に沿って移動する。なお、この移動量は、１群鏡筒カムピン４１０が係合するカム溝による移動量と、移動カム筒４０３の移動量とを合わせた移動量となる。
【００２６】
これと同様に、２群鏡筒３０５及び３群鏡筒３０６は、２群３群鏡筒直進ガイド筒４０５により回転が規制されている。よって、移動カム筒４０３が回転しながら光軸方向に沿って移動することにより、２群鏡筒３０５及び３群鏡筒３０６は、２群鏡筒カムピン４１１及び３群鏡筒カムピン４１２と移動カム筒４０３に設けられたカム溝との関係により、光軸まわりで回転することなく光軸方向に沿って移動する。なお、この移動量は、２群鏡筒カムピン４１１，３群鏡筒カムピン４１２がそれぞれ係合するカム溝による移動量と、移動カム筒４０３の移動量とを合わせた移動量となる。
ここで、２群鏡筒３０５と３群鏡筒３０６との間には圧縮ばね４０８が取り付けられている。したがって、２群鏡筒３０５と３群鏡筒３０６とが光軸方向に沿って移動し、これらの間の間隔が変化するにつれて、圧縮ばね４０８のばね力が変化し、２群鏡筒３０５及び３群鏡筒３０６への負荷も変化していく。
【００２７】
次に、フォーカスレンズ群である４群レンズ２０１と、これを保持する４群レンズ保持枠２０２まわりの構成と動作について説明する。
フォーカスレンズ群である４群レンズ２０１を含む４群鏡筒は、先に示したＣＣＤホルダユニットと、フォーカスレンズユニットとを有している。
フォーカスレンズユニットは、上述した４群レンズ２０１，４群レンズ保持枠２０２の他に、ステッピングモータ２０３，リードスクリュー２０４，ナット２０５，引っ張りばね１０６，ガイドバー１０７を有している。
【００２８】
４群レンズ２０１は、光軸方向に移動することにより被写体像をＣＣＤ２０６に合焦させる光学素子である。
４群レンズ保持枠２０２は、４群レンズ２０１を保持する部材であり、後述するガイドバー１０７に対して摺動可能な状態で嵌合し、光軸方向に移動可能に支持されている。また、４群レンズ保持枠２０２は、不図示のＵ字形状の孔部を有し、この孔部がＣＣＤホルダ２０７に形成された不図示の振れ止め形状に摺動可能に係合している。これにより、後述するリードスクリュー２０４の回転と一緒に回転することを防止している。
ステッピングモータ２０３は、４群レンズ保持枠２０２を駆動する回転駆動力を発生する駆動源として動作するモータである。ステッピングモータ２０３は、後述するリードスクリュー２０４の軸方向が４群レンズ２０１の光軸方向と同一方向となるようにＣＣＤホルダ２０７に取り付けられている。これにより、ＣＣＤ２０６に対するステッピングモータの位置決め精度を高め、４群レンズ保持枠２０２の送り精度を高めている。ステッピングモータ２０３についての詳細な説明は、後述する。
【００２９】
リードスクリュー２０４は、外周に螺旋状に雄ねじが形成された送りねじである。リードスクリュー２０４は、その軸方向が４群レンズ２０１の光軸方向と同一方向となるように、ステッピングモータ２０３の出力軸に一体に取り付けられており、駆動源であるステッピングモータ２０３の回転駆動力により回転駆動する。
ナット２０５は、リードスクリュー２０４に形成された雄ねじと螺合する雌ねじを有し、この雌ねじが螺合した状態で４群レンズ保持枠２０２と係合している。また、ナット２０５は、不図示のＵ字形状の溝形状を有し、この溝形状が４群レンズ保持枠２０２に形成された不図示の回転止め軸部と嵌合している。よって、リードスクリュー２０４の回転と一緒にナット２０５が回転することを防止している。このナット２０５により、リードスクリュー２０４が回転すると、４群レンズ保持枠２０２が光軸に沿って移動する。
【００３０】
引っ張りばね１０６は、４群レンズ保持枠２０２とＣＣＤホルダ２０７との間に掛け渡して設けられている引っ張りコイルばねである。よって、４群レンズ保持枠２０２は、常にＣＣＤホルダ２０７の方向（図１中に矢印Ａで示す方向）に付勢され、４群レンズ保持枠２０２がリードスクリュー２０４の回転により光軸に沿って移動するときの光軸方向のガタを取り除くことができる。
ガイドバー１０７は、リードスクリュー２０４と平行に配置された軸部材である。ガイドバー１０７には、４群レンズ保持枠２０２が嵌合しており、リードスクリュー２０４が回転するときに、４群レンズ保持枠２０２が光軸上を光軸と平行に移動できるようにガイドする。また、ガイドバー１０７は、ＣＣＤホルダ２０７に取り付けられることにより、倒れを防ぎ、４群レンズ保持枠２０２の送り精度を確保している。
【００３１】
次に、ステッピングモータ２０３の制御について説明する。
図３は、４群レンズ保持枠２０２を駆動するステッピングモータ２０３の制御系を説明する図である。
本実施形態の駆動源であるステッピングモータ２０３は、エンコーダマグネット１０２と、ホール素子１０３とを有している。
エンコーダマグネット１０２は、外周が多極着磁された円筒形状の永久磁石である。エンコーダマグネット１０２は、周方向の角度位置に対し、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している。エンコーダマグネット１０２は、ステッピングモータ２０３の出力軸と一体で回転するように、ステッピングモータ２０３のロータ部分に取り付けられている。
ホール素子１０３は、エンコーダマグネット１０２に近接して配置され、エンコーダマグネット１０２の磁界を検知する磁気センサである。ホール素子１０３は検出した磁界に応じた電気信号を出力する。本実施形態のステッピングモータ２０３には、ホール素子１０３が２つ配置されている。
【００３２】
本実施形態の撮像装置１は、ステッピングモータ２０３の制御を行うために、さらに、制御部１０１，ドライバ１０４，検出部１０６，リセットセンサ１０８を有している。
制御部１０１は、ステッピングモータ２０３の動作全体を統括的に制御する部分であり、第１駆動制御部１０１ａと第２駆動制御部１０１ｂとを有している。
ドライバ１０４は、制御部１０１からの制御指令にしたがい、ステッピングモータ２０３が駆動ために必要な通電を行うモータドライバ回路（ＩＣ）である。なお、本実施形態では、二相のステッピングモータ２０３を使用していることから、ドライバ１０４を２つ図示している。
【００３３】
検出部１０６は、ホール素子１０３から得られた電気信号を増幅すると共に、制御部１０１が読取り可能な回転位相情報に変換して制御部１０１へ送る回路（ＩＣ）である。具体的には、検出部１０６は、電流の強弱波形としてホール素子１０３から得られた電気信号を増幅すると共に、２値化してデジタル信号に変換し、制御部１０１へと送る。本実施形態では、２つのホール素子１０３にそれぞれ対応する２つの検出部１０６が設けられている。
リセットセンサ１０８は、４群レンズ保持枠２０２が、その位置の基準とするリセット位置（収納位置）にあることを検出するセンサであり、本実施形態では、フォトインタラプタを使用している。
上述した図３に示す構成によって、本実施形態の光学素子の駆動装置の主要部が形成されている。
【００３４】
本実施形態の撮像装置１では、上述の構成によって、「フィードバック通電切り換えモード」と「非フィードバック通電切り換えモード」の２つの異なる動作モードに適宜切り換えてステッピングモータ２０３の駆動を制御できる。
フィードバック通電切り換えモードとは、ブラシレスＤＣモータで広く用いられているいわゆるブラシレス駆動方式と同様な制御による駆動モードである。
一方の非フィードバック通電切り換えモードとは、一般的なステッピングモータの駆動制御方法として広く行われているオープンループのパルス駆動制御による駆動モードである。
以下、これら２つのモードについてより詳しく説明する。
【００３５】
フィードバック通電切り換えモードは、第１駆動制御部１０１ａが行う制御のモードである。第１駆動制御部１０１ａは、検出部１０６から得られたステッピングモータ２０３の回転検出結果に応じて、ステッピングモータ２０３への通電を切り換えることにより、ステッピングモータ２０３の駆動を制御する。すなわち、ステッピングモータ２０３のロータの回転位置（回転角）を二相分設けられた各ホール素子１０３及び検出部１０６により正確に検出する。そして、その検出結果に応じて二相分設けられた各ドライバ１０４がステッピングモータ２０３に通電する電流を順次切り替えて駆動を行う。したがって、一般的なステッピングモータの駆動中に発生する脱調を生じることがない。
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により、ステッピングモータ２０３のロータを所望の角度だけ回転させることが可能である。また、通電する電流を制御することによりロータに働く回転駆動力を制御し、ロータを所望の速度で回転させることが可能である。
【００３６】
フィードバック通電切換モードでは、検出部１０６から得られる信号の位相を進めることによりステッピングモータ２０３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、ステッピングモータ２０３に内蔵される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、検出部１０６から得られる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、高速回転域でのトルク低下を抑えることが可能である。
また、フィードバック通電切換モードでは、ロータの回転角度を実測して最適なタイミングで通電を切り換えるので、ステッピングモータ２０３内のコイルにより発生可能なトルクが最も高い状態を利用できる。したがって、ステッピングモータ２０３が発生しうる最大のトルクを持つ回転駆動力を得ることができ、効率のよい駆動を行える。
【００３７】
後述する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、フィードバック通電切換モードでは、非フィードバック通電切換モードに比べて高速かつ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、非フィードバック通電切換モードよりも低下する。
また、フィードバック通電切換モードでは、ロータ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の速度変動が発生する。
【００３８】
一方の非フィードバック通電切換モードは、第２駆動制御部１０１ｂが行う制御のモードである。非フィードバック通電切換モードでは、第２駆動制御部１０１ｂが一定の時間間隔、すなわち決められた駆動パルス間隔（駆動周波数）と回転方向にしたがって通電を切り換えるので、所望の一定速度でステッピングモータ２０３のロータを回転させることができる。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。
また、非フィードバック通電切換モードでは、入力された駆動パルス数に従って、ロータ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モードでは、一定の時間間隔で入力される駆動パルス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。さらに、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。
【００３９】
しかし、非フィードバック通電切換モードでは、駆動パルスの時間間隔を小さく(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、駆動パルスの時間間隔（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、すなわち駆動速度を下げる必要があり、高速度での駆動が制限される。
【００４０】
次に、上述したフィードバック通電切り換えモードと非フィードバック通電切換モードとを本実施形態の撮像装置１においてどのように用いるのかについて説明する。
撮像装置１のレンズ鏡筒２０は、上述したように、沈胴式のレンズ鏡筒である。レンズ鏡筒２０は、撮像装置１が電源ＯＦＦの状態から電源がＯＮされると、収納状態である沈胴状態から撮影準備位置まで繰り出される。このとき、４群レンズ保持枠２０２についても、収納状態における収納位置から、撮影待機状態における待機位置まで移動する。この収納位置から待機位置まで４群レンズ保持枠２０２が移動するときに、第１駆動制御部１０１ａがフィードバック通電切り換えモードにより駆動を行う。
【００４１】
一方、コントラストＡＦ（auto focus）動作中に４群レンズ保持枠２０２が使用状態である撮影中に使用される使用位置のうちの特定の範囲内で光軸方向に移動するＡＦスキャン動作時は、第２駆動制御部１０１ｂが非フィードバック通電切り換えモードにより駆動を行う。ここで、上記使用位置とは、撮影に使用される４群レンズ保持枠２０２（４群レンズ２０１）の位置を指すものとする。したがって、使用位置は、合焦位置に応じて至近に対応する位置から無限に対応する位置までの間に存在する。
【００４２】
図４は、撮像装置１の４群レンズ保持枠２０２の駆動制御動作に着目したフローチャートである。
ステップ（以下、単にＳとする）１０では、撮像装置１の電源がＯＮされて動作を開始する。
【００４３】
Ｓ２０では、制御部１０１は、リセット位置（収納位置）にあることをリセットセンサ１０８により検出する。
【００４４】
Ｓ３０では、第１駆動制御部１０１ａが、フィードバック通電切換モードにより駆動源であるステッピングモータ２０３の駆動を開始する。この制御は、予め決めた狙いの駆動速度に近づくように、検出部１０６からの回転検出結果に基づいて行われる。
【００４５】
Ｓ４０では、Ｓ３０での駆動開始直後から、駆動停止までの間、検出部１０６を介してホール素子１０３から得られた検出結果に基づき、駆動トルクを推定する。
ここで、駆動トルクの推定について説明する。４群レンズ保持枠２０２が光軸に沿った方向に移動することにより、４群レンズ保持枠２０２を光軸方向に付勢する引っ張りばね１０５の荷重が変化する。そうすると、ステッピングモータ２０３の回転数が変化して、ステッピングモータ２０３に取り付けられたホール素子１０３が検出する信号の周波数が変化する。このホール素子１０３が検出する信号の周波数の変化は、検出回路１０６に入力され、その出力が制御部１０１に入力される。
【００４６】
図５は、ステッピングモータ２０３のトルク−周波数曲線である。横軸に周波数（パルス／秒）、縦軸にトルク（ｍＮ・ｍ）を表している。図５には、プルアウト曲線とプルイン曲線を表しており、ステッピングモータ２０３の駆動特性は、これらの曲線によりプルイン領域とプルアウト領域とに分かれている。
先にも述べたように、通常、ステッピングモータがプルイン領域内で駆動する場合には脱調する危険性は少ないが、充分なマージンをとり、低トルク・低速度で制御しなければならない。これに対して、プルイン曲線とプルアウト曲線の間の領域でステッピングモータを駆動すると、脱調する危険性があるが高トルク、高速度で駆動できる。
ここで、本実施形態では、第１駆動制御部１０１ａが、フィードバック通電切換モードによりステッピングモータ２０３の駆動を行っているときには、プルアウト曲線上を駆動させることが可能となる。通常ステッピングモータはオープンループ制御の為、極微小な負荷変動で脱調してしまう為、脱調しないプルイントルクよりも弱いトルクにて駆動させることが多いが、本実施形態のステッピングモータ２０３をフィードバック通電切換モードで駆動すれば、脱調することはない。
【００４７】
このフィードバック通電切換モードでステッピングモータ２０３を駆動し、４群レンズ保持枠２０２を光軸方向の被写体側（前方）に駆動していくにつれて、４群レンズ保持枠２０２にかかる引っ張りばね１０５による光軸方向への負荷は強くなっていく。つまり、図５のプルアウト曲線においては、４群レンズ保持枠２０２が光軸方向に繰り出していくにつれて、周波数（駆動速度）の値が下がっていく。したがって、周波数の変動から、４群レンズ保持枠２０２を駆動するときのステッピングモータ２０３の負荷トルクを推定することが可能となる。そして、ステッピングモータ２０３のトルクの変動から、レンズ保持枠２０２にかかる引っ張りばね１０５の負荷についても推定することが可能となる。本実施形態では、４群レンズ保持枠２０２が光軸方向に繰り出していくにつれて、引っ張りばね１０５の負荷が強くなっていくので、この負荷を推定することで、４群レンズ保持枠２０２の位置を判断することが可能となる。
【００４８】
近年のステッピングモータはデジタルカメラ等の小型化に伴い、小径のものが広く使用されてきている。小径のステッピングモータのプルアウト特性はわずかな負荷変動で大きく駆動周波数が変動することが特徴である。ここで、４群レンズ保持枠２０２の引っ張りばね１０５はコンパクトにするために、ばね定数が大きい（ばね定数が立った）ばねを使用しており、レンズ位置により負荷が大きく変動する。また、４群レンズ保持枠２０２の負荷はほとんどばねの力で決定される。したがって、ある程度の精度であれば、プルアウトの周波数を見ることにより、４群レンズ保持枠２０２の駆動における負荷が推定でき、ばねの強さが推定できる。なお、トルク及びばねの強さの推定には、詳細なテーブルを用意しておき、そのテーブルを参照してもよいし、ステッピングモータ２０３のプルアウト曲線を近似した演算式に基づき演算により推定を行ってもよい。
【００４９】
図４のフローチャートに戻って、Ｓ５０では、撮影待機位置で４群レンズ保持枠２０２が停止し、撮影待機状態となる。
上述したように、最初は４群レンズ保持枠２０２の駆動は、ステッピングモータ２０３をプルアウト曲線上の駆動特性で駆動する。そして、４群レンズ保持枠２０２が撮影待機位置で停止する。この撮影待機位置とは、撮影者が不図示のレリーズ釦を未だ操作していない状態であり、ＡＦ動作を行っていないときに４群レンズ保持枠２０２が停止している位置である。第１駆動制御部１０１ａは、検出部１０６により得られたステッピングモータ２０３の回転量により、リセット位置から４群レンズ保持枠２０２が進んだ量を演算して、この撮影待機位置に相当する量だけステッピングモータ２０３が回転した時点で動作を停止する。
【００５０】
Ｓ６０では、停止直前の駆動トルク推定結果に基づき、ＡＦスキャン動作用の駆動速度を決定する。例えば、Ｓ５０で４群レンズ保持枠２０２が撮影待機位置に停止したときの駆動状態が図５中のＸで示す位置であったとする。そうすると、推定されるトルクが求まる。ＡＦスキャン動作で４群レンズ保持枠２０２が移動する予定の方向と量は、予め設定可能である。よって、この予定駆動方向及び予定駆動量を４群レンズ保持枠２０２が移動したとしても、プルアウト曲線を越えることなく、プルアウト領域内で最大の速度で駆動できるような周波数として図５中にＹで示す駆動状態を選択する。このＹに相当する周波数でＡＦスキャン動作を行えば、脱調を起こさない上に、可能な限り高速な駆動を行うことができることとなる。よって、このＹに相当する周波数に対応する駆動速度をＡＦスキャン用の駆動速度として決定する。
【００５１】
Ｓ７０では、レリーズ釦の一段目であるＳＷ１がＯＮしたか否かを判断する。本実施形態の撮像装置１では、ＳＷ１がＯＮされると、ＡＦ動作を行うこととなっている。ＳＷ１がＯＮした場合には、Ｓ８０へ進み、ＳＷ１がＯＮしていない（ＯＦＦのまま）場合は、Ｓ７０を繰り返す。
【００５２】
Ｓ８０では、第２駆動制御部１０１ｂが非フィードバック通電切換モードによりステッピングモータ２０３を駆動してＡＦスキャンを開始する。このとき、駆動周波数は、Ｓ６０で決定した位置Ｙに相当する駆動周波数とする。
ＡＦスキャンは、一定速度で安定した駆動を行うことにより、ＡＦスキャン時のピーク検出の為の演算が簡便になり、ピーク検出の誤差が少なくできる。よって、ＡＦスキャン時の駆動速度は一定速度で行うことが望ましい。また、停止制度も高精度が要求される。したがって、ＡＦスキャン動作には、非フィードバック通電切換モードが適している。本実施形態では、Ｓ６０で求めた駆動周波数でステッピングモータ２０３の駆動を行うので、非フィードバック通電切換モードであっても、高速駆動、かつ、脱調のおそれのない駆動を行うことができる。これにより、信頼性が高く、高精度のＡＦ動作を短時間で行うことができる。
【００５３】
Ｓ９０では、合焦評価値ピーク位置の検出を行う。ここで、合焦評価値はＣＣＤ２０６により得られている被写体像のコントラスト値のことを指す。ピークが検出されれば、その位置が合焦ポイントとなる。
【００５４】
Ｓ１００では、レリーズ釦の二段目であるＳＷ２がＯＮしたか否かを判断する。本実施形態の撮像装置１では、ＳＷ２がＯＮされると、撮影を行うこととなっている。ＳＷ２がＯＮした場合には、Ｓ１１０へ進み、ＳＷ２がＯＮしていない（ＯＦＦのまま）場合は、Ｓ７０へ戻る。
【００５５】
Ｓ１１０では、撮影を行う。本実施形態の撮像装置１では、３群鏡筒３０６に設けられているメカニカルシャッタと絞りを動作させて、別途演算された露光時間だけＣＣＤ２０６により被写体像を露光し、撮影データを取得する。その後、動作を終了し（Ｓ１２０）撮影待機状態でレリーズ釦の入力待ちとなる（Ｓ７０に戻る：図示は省略）。
【００５６】
以上説明したように、本実施形態によれば、収納位置から待機位置までの駆動は、第１駆動制御部１０１ａによりフィードバック通電切換モードにより行うので、４群レンズ保持枠２０２の実際の位置を算出するクローズドループ構成となる。よって、正確な位置制御が可能であると共に、高速駆動が可能である。
また、待機位置から使用位置までのＡＦスキャン動作は、第２駆動制御部１０１ｂが非フィードバック通電切換モードにより制御を行い、そのときの駆動速度は、先のフィードバック通電切換モード時に推定した負荷トルクに基づいて決める。したがって、ＡＦスキャン動作を脱調することなく高速で行うことができる。
さらに、第２駆動制御部１０１ｂは、第１駆動制御部による駆動よりも駆動速度を下げて駆動を行うので、より確実に脱調を防止する。
さらにまた、ステッピングモータ２０３内にエンコーダマグネット１０２及び、ホール素子１０３を配置しているので、装置全体を小型にでき、小型の撮像装置を提供できる。
【００５７】
（変形形態）
以上説明した実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の範囲内である。
（１）本実施形態において、光学素子の一例として、屈折レンズを駆動する光学素子の駆動装置及び撮像装置を例に挙げて説明したが、これに限らず、例えば、プリズム、ミラー、フィルター等の他の種類の光学素子であってもよい。
【００５８】
（２）本実施形態において、ホール素子１０３によりステッピングモータ２０３の回転を検出する例を挙げて説明したが、これに限らず、例えば、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、磁気検出を行う場合であっても、エンコーダマグネット１０２を回転検出専用に設けずに、駆動力を得るためにロータに設けられている磁石の磁気を検出してもよい。さらに、磁気検出センサとしては、ホール素子に限らず、磁気抵抗効果素子や磁気インピーダンス素子等の他の種類の磁気検出センサを用いてもよい。
【００５９】
（３）本実施形態において、フォーカスレンズを駆動する場合を例に挙げて説明したが、これに限らず、例えば、ズームレンズを駆動する場合であってもよい。
【００６０】
（４）本実施形態において、４群レンズ保持枠２０２を付勢する部材として、引っ張りばねを使用する例を挙げて説明したが、これに限らず、例えば、ズーム駆動時、または、フォーカス駆動時にモータに掛かる負荷が変動する場合に本発明を適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明による光学素子の駆動装置を用いた撮像装置の第１実施形態を示す図である。
【図２】レンズ鏡筒２０を外周方向から見た図である。
【図３】４群レンズ保持枠２０２を駆動するステッピングモータ２０３の制御系を説明する図である。
【図４】撮像装置１の４群レンズ保持枠２０２の駆動制御動作に着目したフローチャートである。
【図５】ステッピングモータ２０３のトルク−周波数曲線である。
【図６】従来のフォーカス機構を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００６２】
１０１  制御部
１０２  エンコーダマグネット
１０３  ホール素子
１０４  ドライバ
１０５  引っ張りばね
１０６  検出回路
１０７  ガイドバー
２０１  ４群レンズ
２０２  ４群レンズ保持枠
２０３  ステッピングモータ
２０４  スクリュー
２０５  ナット
２０６  ＣＣＤ
２０７  ＣＣＤホルダ
３０１  １群レンズ
３０２  ２群レンズ
３０３  ３群レンズ
３０４  １群鏡筒
３０５  ２群鏡筒
３０６  ３群鏡筒
４０１  固定筒
４０２  固定カム筒
４０３  移動カム筒
４０４  １群鏡筒直進ガイド筒
４０５  ２群３群鏡筒直進ガイド筒
４０６  ズームモータ
４０７  ドライブリング
４０８  圧縮ばね
４０９  移動カム筒カムピン
４１０  １群鏡筒カムピン
４１１  ２群鏡筒カムピン
４１２  ３群鏡筒カムピン
５０１  フォーカスレンズ（従来例）
５０２  フォーカスレンズ保持枠（従来例）
５０３  ステッピングモータ（従来例）
５０４  スクリュー（従来例）
５０５  ナット（従来例）
５０６  ガイドバー（従来例）
５０７  引っ張りばね（従来例）
５０８  フォトインタラプタ（従来例）
【図１】
2009282337.tif 000003
【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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