JP2005173431A - オートフォーカス装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 リニアモータ方式のオートフォーカス装置において、位置センサを用いないフォーカスレンズの位置制御を実現し、オートフォーカス装置を小型軽量化することを目的とする。
【解決手段】 入射光を撮像素子の受光面に結像させるフォーカスレンズ１と、マグネット４及び駆動コイル３からなり、駆動コイル３へ供給する駆動電流に応じて、駆動コイル３に光軸１００方向の駆動力を発生させるリニアモータと、フォーカスレンズ１及び駆動コイル３が取り付けられ、光軸１００方向に移動可能なレンズホルダ２と、レンズホルダ２を光軸１００方向に付勢するホルダバネ８，９と、レンズホルダ２が可動領域の端点に位置することを検出する端点検出手段１０，１１とを備え、端点検出手段１０，１１を用いて、レンズホルダが可動領域の端点に到達し、あるいは、端点から移動を開始する際の駆動電流を判別する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、リニアモータを用いてフォーカスレンズを駆動し、焦点制御を行うオートフォーカス装置の改良に関する。

オートフォーカス装置は、フォーカスレンズを光軸方向に駆動させ、距離の異なる様々な被写体を撮像素子に結像させる装置である。フォーカスレンズの駆動には、ステッピングモータやリニアモータ等が用いられる。特に、駆動コイル及びマグネットを用いてフォーカスレンズを直線駆動するリニアモータ方式は小型化及び軽量化に適し、ビデオカメラ等のオートフォーカス装置に採用されることが少なくない（例えば、特許文献１）。

図１０は、リニアモータ方式を採用した従来のオートフォーカス装置の構成例を示した模式図であり、光学系ユニットＭ２について被写体からの入射光の光軸１００を含む断面が示されている。

レンズホルダ２は、円筒形状からなる可動部材であり、その内部にはフォーカスレンズ１が取り付けられ、側面には駆動コイル３が取り付けられている。この駆動コイル３に駆動電流を供給すれば、マグネット４により形成された磁界と、駆動コイル３に流れる電流との相互作用によって、光軸１００に平行な駆動力が駆動コイル３に生じ、レンズホルダ２を光軸１００に沿って駆動することができる。

位置センサ６は、フォーカスレンズ１の位置検出を行うためのセンサであり、ＭＲ（Magneto Resistance）センサや、フォトインタラプタ等が用いられる。撮像素子５はＣＣＤ（Charge Coupled Device）からなり、フォーカスレンズ１によって結像された被写体の画像が、カメラ信号として出力される。

このカメラ信号に基づいて合焦状態を評価することができることから、自動焦点制御を行う場合であれば、フォーカスレンズ１を移動させながら合焦状態を評価し、被写体を撮像素子５に結像させることができるレンズ位置を判別することができる。このようにしてフォーカスレンズ１を移動させる際、位置センサ６の検出信号が用いられる。また、固定焦点制御を行う場合には、所定の被写体距離に対応するレンズ位置にフォーカスレンズ１を移動させる。この場合も、位置センサ６の検出信号に基づいてレンズの駆動制御が行われる。
特開平７−２３９４３７号公報

上述した通り、リニアモータ方式では、駆動コイル３に電流を供給することにより、供給電流に応じた駆動力を発生させている。このため、リニアモータを用いてフォーカスレンズ１の位置制御を行おうとする場合、レンズ位置を検出するための位置センサ６が必要となる。このため、オートフォーカス装置の小型化、軽量化及びコスト低減には限界があった。

一方、レンズホルダを光軸方向に付勢するホルダバネを設け、このホルダバネの付勢力と駆動コイル３の駆動力とが釣り合う位置にレンズホルダを駆動すれば、位置センサ６を用いることなく、フォーカスレンズの位置制御を行うことができると考えられる。しかしながら、一般に、バネの付勢力は個体差が大きく、また、経時的にも変化するため、焦点制御の精度が低下してしまうという問題が生ずる。

また、リニアモータの駆動電流と駆動力との関係は、残留磁束の影響によりヒステリシス特性を示すが、このヒステリシス特性も経時的に変化するため、焦点制御の精度が低下してしまうという問題が生ずる。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、リニアモータを用いたオートフォーカス装置を小型化及び軽量化することを目的とする。また、この様な小型で軽量のオートフォーカス装置を安価に提供することを目的とする。更に、フォーカスレンズの全可動領域について位置検出を行うことができる位置センサを用いることなく、精度よく焦点制御を行うことができるオートフォーカス装置を提供することを目的とする。

本発明によるオートフォーカス装置は、入射光を撮像素子の受光面に結像させるフォーカスレンズと、マグネット及び駆動コイルからなり、駆動コイルへ供給する駆動電流に応じて、駆動コイルに光軸方向の駆動力を発生させるリニアモータと、フォーカスレンズ及び駆動コイルが取り付けられ、光軸方向に移動可能なレンズホルダと、レンズホルダを光軸方向に付勢するホルダバネと、レンズホルダが可動領域の端点に位置することを検出する端点検出手段とを備えて構成される。

この様な構成により、移動中のレンズホルダが端点に到達し、あるいは、端点から移動を開始する際の駆動電流を判別することができる。このため、全動作範囲にわたってレンズホルダの位置検出を行う位置センサを用いることなく、モータ特性のばらつきや経時変化を考慮した焦点制御を行うことができる。つまり、製造コストを低減しつつ、高精度の焦点制御を実現することができる。

また、本発明によるオートフォーカス装置は、上記端点検出手段が、レンズホルダの端部を当接させることにより、レンズホルダの可動領域を規制するとともに、レンズホルダの当接状態を検出するホルダ当接部からなる。この様な構成により、レンズホルダが可動領域の端点にあることを当接状態として検出することができるので、簡単な構成によって高精度の焦点制御を実現することができる。

また、本発明によるオートフォーカス装置は、上記レンズホルダが、その光軸方向の端部に、駆動コイルに電気的に接続された被検出端子を有し、上記ホルダ当接部が、被検出端子の当接する位置に端点検出用端子を有し、レンズホルダの当接状態を電気的に検出するように構成される。この様な構成により、レンズホルダのホルダ当接部に対する当接状態を電気的に検出することができるので、製造コストを低減することができるとともに、オートフォーカス装置を小型化することができる。

また、本発明によるオートフォーカス装置は、上記ホルダバネが、その一端がレンズホルダの光軸方向の端部に取り付けられ、駆動コイルに駆動電流を供給する導電性部材からなり、上記被検出端子として、ホルダバネのレンズホルダ側の一部が用いられる。この様な構成により、更に低コスト化、小型化及び軽量化を図ることができる。

また、本発明によるオートフォーカス装置は、端点検出手段の検出結果に基づいて、駆動電流及びレンズ位置を対応づけた特性データを生成する特性データ生成手段と、この特性データを記憶するモータ特性記憶手段と、モータ特性記憶手段に保持されている特性データに基づいて、フォーカスレンズを可動領域内でスキャンさせて合焦点を判別し、判別された合焦点へフォーカスレンズを移動させる焦点制御手段とを備えて構成される。この様な構成により、モータ特性のばらつきや経時変化を考慮して、高精度の自動焦点制御を行うことができる。

また、本発明によるオートフォーカス装置は、端点検出手段の検出結果に基づいて、駆動電流及びレンズ位置を対応づけた特性データを生成する特性データ生成手段と、この特性データを記憶するモータ特性記憶手段と、モータ特性記憶手段に保持されている特性データに基づいて駆動電流を決定し、指定されたレンズ位置にフォーカスレンズを移動させる焦点制御手段とを備えて構成される。この様な構成により、モータ特性のばらつきや経時変化を考慮して、高精度の固定焦点制御を行うことができる。

本発明によれば、レンズホルダが可動領域の端点に位置することを検出する端点検出手段を設けることにより、簡単な構成からなる光学系ユニットを用いて、モータ特性のばらつきや経時変化を考慮した高精度の焦点制御を行うことができる。従って、光学ユニットの製造コストを低減することができるとともに、小型化及び軽量化を図ることができ、小型で軽量のオートフォーカス装置を安価に提供することができる。また、携帯電話機などの携帯機器にオートフォーカス装置を組み込むことが可能になる。

図１は、本発明の実施の形態１によるオートフォーカス装置の要部の一構成例を示した断面図であり、光学系ユニットＭ１について、被写体からの入射光の光軸１００を含む断面が示されている。また、図２は、図１の光学系ユニットＭ１を構成する主要部品が示された分解斜視図である。

レンズホルダ２は、入射光の光軸１００を中心軸とする円筒形状からなり、その中空部にはフォーカスレンズ１が取り付けられ、側面外側には駆動コイル３が取り付けられている。このレンズホルダ２は、光軸１００方向に移動可能な可動部材であり、駆動コイル３に通電することにより光軸１００方向の駆動力が印加され、光軸１００に沿って前方へ繰り出される。

フォーカスレンズ１は、前方の被写体からの入射光を集光し、後方の撮像素子５に結像させる焦点調整のためのレンズであり、その中心軸が光軸１００に一致するようにレンズホルダ２内に取り付けられている。被写体距離、つまり、撮像素子５に結像される被写体までの距離は、フォーカスレンズ１に固有の焦点距離と、フォーカスレンズ１から撮像素子５までの距離によって決まるため、レンズホルダ２を光軸１００方向に移動させて被写体距離を変化させれば、焦点調整を行うことができる。

撮像素子５は、フォーカスレンズ１により入射光が集光される受光面を有し、受光面上に結像された平面画像を電気信号に変換する光電変換素子、例えば、ＣＣＤやＣＭＯＳイメージセンサである。

駆動コイル３及びマグネット４は、レンズホルダ２に駆動力を印加し、レンズホルダ２を駆動するリニアモータを構成している。駆動コイル３は、レンズホルダ２の側面に円周方向に巻き付けられた導電線からなる。

マグネット４は、レンズホルダ２を収容する光学系筐体７内に固定された円筒形の永久磁石からなる。このマグネット４の中空部に駆動コイル３が配置され、駆動コイル３はマグネット４により形成される磁界内に位置している。従って、駆動コイル３に電流を供給すれば、磁界と電流の相互作用によって、光軸１００に平行な駆動力が駆動コイル３に生じ、レンズホルダ２を光軸に沿って直線駆動することができる。

ホルダバネ８，９は、レンズホルダ２を光軸１００方向に付勢するための弾性部材である。ホルダバネ８が、レンズホルダ２の前方に取り付けられ、ホルダバネ９がレンズホルダ２の後方に取り付けられている。このため、駆動コイル３に駆動電流を供給し、前方への駆動力を発生させた場合、レンズホルダ２は、当該駆動力がホルダバネ８，９の復元力と釣り合う位置まで移動して静止する。つまり、駆動電流値によってレンズ位置が決まるため、位置センサを用いることなくフォーカスレンズ１の位置制御を行うことができる。

ホルダ当接部１２は、背面筐体７ｂの背面内側に設けられ、レンズホルダ２の後方端部を当接させて、レンズホルダ２の可動領域を規制するホルダ規制手段であり、光学系筐体７の一部であってもよいし、別部材であってもよい。このホルダ当接部１２は、被写体からの入射光を撮像素子５に到達させる光路を確保するため、円筒形状からなり、その前方端部には、後述する端点検出用端子１１が設けられている。

なお、光学系ユニットＭ１の筐体は、前面筐体７ａ及び背面筐体７ｂを係合することにより構成されている。また、ホルダ当接部１２は、レンズホルダ２の可動領域の後方側を規制しており、前方側は、前面筐体７ａの内面によって規制されている。本明細書では、レンズホルダ２が可動領域の後方側の端点にある場合のレンズ位置を基準点Ｄｏ、前方の端点にある場合のレンズ位置を最大繰出点Ｄｍと呼ぶ。

また、ホルダ当接部１２は、レンズホルダ２がホルダバネ８，９により後方へ付勢された状態でレンズホルダ２が当接するように配置されている。つまり、レンズホルダ２の可動領域は、ホルダ当接部１２により、駆動電流がない状態でホルダバネ８，９の反発力が釣り合う位置（中立点）よりも前方となるように規制されている。従って、中立状態に比べて、ホルダバネ８は常に収縮され、ホルダバネ９は常に伸長された状態であり、オートフォーカス装置の起動直後のレンズ位置は、可動領域の後方側の端点、つまり、基準点Ｄｏとなる。

図３は、ホルダバネ８，９の一構成例を示した平面図である。ホルダバネ８，９は、平板金属を打ち抜き加工して形成された板バネであり、同軸の外側リング２１及び内側リング２２と、両リング２１，２２間に形成された３本の連結バネ２３により構成される。各連結バネ２３は互いに１２０度の中心角を保持しながら螺旋状に両リング２１，２２を連結する板バネである。従って、両リング２１，２２に中心軸方向の圧縮力又は引張力が加えられた場合、平行状態を保ちながら、上記中心軸に関して相対的に回転して距離が変化する。つまり、ホルダバネ８，９は、上記中心軸方向へ伸縮するバネとなっている。

前方のホルダバネ８の外側リング２１は、スペーサ８Ｓにより前面筐体７ａの前面内側に取り付けられ、内側リング２２は、レンズホルダ２の前方端部に取り付けられている。同様にして、後方のホルダバネ９の外側リング２１は、スペーサ９Ｓにより背面筐体７ｂの背面内側に取り付けられ、内側リング２２は、レンズホルダ２の後方端部に取り付けられている。

図４は、駆動コイル３及びホルダバネ８，９が接続される様子を示した説明図である。ホルダバネ８，９は、ともに導電性部材からなり、駆動コイル３に電気的に接続され、駆動コイル３へ駆動電流を供給する給電線として用いられている。すなわち、ホルダバネ８，９の外側リング２１には、駆動電流を供給するモータ駆動部（不図示）に接続される給電端子８Ｔ，９Ｔがそれぞれ設けられている。また、ホルダバネ８の内側リング２２には、駆動コイル３の一方の端子３１が半田付けされ、ホルダバネ９の内側リング２２には、駆動コイル３の他方の端子３２が半田付けされている。

端点検出用端子１０，１１は、ホルダバネ８，９の内側リング２２が当接する位置に配置された電圧レベルの検出手段であり、ホルダバネ８，９を介して駆動コイル３に印加されている駆動電圧を検出し、レンズホルダ２が可動領域の端点に位置するか否かを検出している。つまり、レンズホルダ２の両端部に取り付けられたホルダバネ８，９の内側リング２２が被検出端子となり、被検出端子を端点検出用端子１０，１１に接触させて端点検出を電気的に行っている。

端点検出用端子１０は、前面筐体７ａの前面内側のレンズホルダ２の当接位置に設けられ、端点検出用端子１１は、ホルダ当接部１２の先端部に設けられている。また、端点検出用端子１０，１１は、被写体からの入射光の光路を確保するとともに、ホルダバネ８，９の外側リング２１及び連結バネ２３と接触しないリング形状の端子からなる。

図５は、本実施の形態によるオートフォーカス装置の動作を説明するための図である。図中の（ａ）は、駆動電流とレンズ繰出量との関係の一例を示した図であり、（ｂ）は、駆動電流と端点検出用端子１１の検出電圧、（ｃ）は、駆動電流と端点検出用端子１０の検出電圧との関係を示した図である。なお、図中の方向Ａ，Ｂは、図１に示したフォーカスレンズ１の移動方向であり、Ａが繰り出し方向、Ｂが後退方向である。

まず、（ａ）について説明する。（ａ）の縦軸はレンズ繰出量、つまり、基準点Ｄｏからフォーカスレンズ１までの距離である。駆動電流を供給しない場合、フォーカスレンズ１は、最後方の基準点Ｄｏ（図中の原点）にある。このとき、レンズホルダ２は、ホルダバネ８，９によって後方へ付勢されているため、この状態から駆動電流を増大させていけば、駆動力がホルダバネ８，９の付勢力を超えた時点でフォーカスレンズ１が移動を開始する。ｉ_１はこのときの駆動電流、つまり、繰り出し開始時における電流値である。

駆動電流をさらに増大させれば、繰り出し開始時の電流値ｉ_０の超過分に比例して繰り出し量が増大する。そして、フォーカスレンズ１の繰り出し量が最大となる最大繰出点Ｄｍに到達すれば、その後は駆動電流を増大させても繰り出し量は変化しない。ｉ_２はこのときの駆動電流、つまり、繰り出し終了時における電流値である。

次に、駆動電流をｉ_２から減少させても、残留磁束の影響を受けて、フォーカスレンズ１はしばらく移動を開始しない。駆動電流をさらに減少させていけば、フォーカスレンズ１が移動を開始する。ｉ_３はこのときの駆動電流、つまり、後退開始時における電流値である。

その後、駆動電流を減少させれば、後退開始時の電流値ｉ_３からの減少分に比例して繰り出し量が減少していく。そして、フォーカスレンズ１が基準点Ｄｏに到達すれば、繰り出し量がゼロとなり、その後は駆動電流を減少させても繰り出し量は変化しない。ｉ_４はこのときの駆動電流、つまり、後退終了時における電流値である。

後退終了時の駆動電流ｉ_４は、繰り出し開始時の電流ｉ_１よりも小さくなっている。このため、再びフォーカスレンズ１を繰り出すためには、駆動電流をｉ_１以上に増大する必要がある。リニアモータは、この様なヒステリシス特性を有している。

次に、（ｂ）について説明する。端点検出用端子１１は、ホルダバネ９の内側リング２２が当接している場合にのみ、モータ駆動部からの印加電圧を検出することができる。このため、駆動電流を増大させていく場合には駆動電流がｉ_１未満のときに、駆動電流を減少させていく場合には駆動電流がｉ_４未満のときに駆動コイル３の端子３２の電圧レベルが印加される。

次に、（ｃ）について説明する。端点検出用端子１０は、ホルダバネ８の内側リング２２が当接している場合にのみ、モータ駆動部からの印加電圧を検出することができる。このため、駆動電流を増大させていく場合には駆動電流がｉ_２以上のときに、駆動電流を減少させていく場合には駆動電流がｉ_３以上のときに駆動コイル３の端子３１の電圧レベルが印加される。

つまり、端点検出用端子１０，１１を用いれば、フォーカスレンズ１が可動領域の端点に位置していることを検出することができる。このため、位置センサを用いることなく、繰り出し方向Ａ、後退方向Ｂの移動開始時及び移動終了時の駆動電流ｉ_１〜ｉ_４を正確に求めることができる。

図６は、ホルダバネ８，９の特性が変化した場合の一例を示した図である。ホルダバネ８、９の反発力が弱ければ、駆動電流に対するレンズ繰出量を示した（ａ）の特性は、その傾きが大きくなる。また、ホルダバネ８の反発力が、ホルダバネ９の反発力よりも弱ければ、（ａ）の特性は左に移動する。いずれの場合にも、駆動電流値ｉ_１〜ｉ_４が、そのモータ特性に応じた値となる。このため、端点検出用端子１０，１１における電圧レベルに基づいて、駆動電流値ｉ_１〜ｉ_４を判別すれば、ホルダバネ８，９の特性のバラツキや経時変化を補償することができる。

なお、上述した通り、本実施の形態によるＡＦ光学系Ｍ１は、駆動コイル３による駆動力と、ホルダバネ８，９の付勢力のバランスによって、レンズ位置を制御している。このため、本明細書でいうモータ特性には、駆動コイル３及びマグネット４からなるリニアモータの特性のみならず、ホルダバネ８，９の特性も含まれる。

図７は、図１の光学系ユニットＭ１を含むオートフォーカス装置の一構成例を示したブロック図である。このオートフォーカス装置は、光学系ユニットＭ１、信号増幅部５０、カメラ信号処理部５１、ＡＦ信号処理部５２、ＡＦゲート生成部５３、焦点制御部５４、特性データ生成部５５、モータ特性記憶部５６、モータ駆動部５７及び端点検出部５８により構成される。

信号増幅部５０は、撮像素子５から出力されるカメラ信号を適切な信号レベルに増幅し、カメラ信号処理部５１へ出力する。カメラ信号処理部５１は、カメラ信号に対し所定の信号処理を行って、画像信号を生成している。例えば、輝度信号と２つの色差信号からなる画像信号を出力している。ＡＦ信号処理部５２は、カメラ信号処理部５１から出力される輝度信号に基づいて、合焦状態を評価し、ＡＦ評価信号を生成している。ＡＦゲート生成部５３は、ＡＦ信号処理部５２においてＡＦ評価が行われる際、撮影された画像領域内の一部の画像領域を評価対象として指定するＡＦゲート信号を生成している。

一般に、合焦状態で撮影された画像は、非合焦状態で撮影された画像に比べて、隣接する画素間の輝度差が大きく、輝度信号に高周波成分が多く含まれる。このため、輝度信号中の高周波成分を評価すれば、合焦状態を評価することができる。ここでは、ＡＦ信号処理部５２が、ＡＦ評価信号としてＡＦ積算値を求めているものとする。ＡＦ積算値とは、隣接する画素間における輝度差の和であり、ＡＦゲート信号により指定された画像領域内について求められる。

モータ特性記憶部５６には、リニアモータに関する特性データが保持されている。特性データとは、駆動方向及び駆動電流に対するレンズ位置の特性であり、ここでは、図５に示したフォーカスレンズ１の移動開始時及び移動終了時における駆動電流ｉ_１〜ｉ_４が特性データとして記憶されているものとする。

焦点制御部５４は、モータ駆動部５７に対し駆動電流を指示し、フォーカスレンズ１の位置制御を行っている。モータ駆動部５７は、焦点制御部５４の指示に従って、駆動コイル３へ駆動電流を供給している。この焦点制御部５４は、自動焦点制御及び固定焦点制御を行うことができる。

自動焦点制御は、被写体への合焦点を判別し、この合焦点にフォーカスレンズ１を移動させる制御である。自動焦点制御を行う場合、焦点制御部５４は、駆動電流値を順次に変化させて、所定ピッチでフォーカスレンズ１を移動させ、フォーカスレンズ１の可動領域全体をスキャンさせる。フォーカスレンズ１のスキャン中、焦点制御部５４は、ＡＦ信号処理部５２からのＡＦ信号を監視している。そして、スキャン終了後に、各レンズ位置ごとに得られたＡＦ積算値を比較し、ＡＦ積算値が最大となるレンズ位置を合焦点と判別する。この様にして合焦点が判別された後、フォーカスレンズ１を当該合焦点へ移動させる。

この場合、フォーカスレンズ１のスキャン開始時及び終了時の駆動電流は、モータ特性記憶部５６の特性データに基づいて決定される。また、フォーカスレンズ１の移動ピッチに相当する駆動電流の変化ステップ幅も当該特性データに基づいて決定される。さらに、フォーカスレンズ１を合焦点に移動させる際の駆動電流も、当該特性データに基づいて決定される。

図８は、フォーカスレンズ１を可動領域全体についてスキャンさせた場合のＡＦ積算値の一例を示した図である。駆動電流をｉ_１からｉ_２まで所定のステップ幅ごとに変化させて合焦点を判別する。この図では、駆動電流ｉ_ａが合焦点であることがわかる。従って、リニアモータのヒステリシス特性を考慮して、この合焦点までフォーカスレンズ１を駆動させれば合焦状態が得られる。例えば、駆動電流をｉ_ａ−（ｉ_２−ｉ_３）とすることにより、合焦点へ移動させる。その後、さらにスキャン範囲を狭めるとともに、ピッチを狭めて同様の動作を行うことにより、より正確に合焦点を判別することができる。

この様にして、フォーカスレンズ１を繰り出し方向に移動させて、可動領域全体にスキャンさせようとする場合、開始時の駆動電流をｉ_１、終了時の駆動電流をｉ_２にすれば、短時間でスキャンを終了することができ、消費電流も低減することができる。同様にして、後退方向に移動させてスキャンする場合であれば、開始時の駆動電流をｉ_３、終了時の駆動電流をｉ_４にすればよい。

また、フォーカスレンズ１の可動領域が既知であれば、駆動電流の変化幅（ｉ_２−ｉ_１）に基づいて、フォーカスレンズ１の移動ピッチに相当する駆動電流の変化ステップ幅を求めることができる。さらに、駆動電流ｉ_１〜ｉ_４に基づいて、リニアモータの正確なヒステリシス特性を把握することにより、フォーカスレンズ１のスキャンにより判別された合焦点に正確に駆動することができる。

一方、固定焦点制御は、所定の被写体距離が得られるレンズ位置に、フォーカスレンズ１を移動させる制御である。固定焦点制御を行う場合、焦点制御部５４は、モータ特性記憶部５６に保持されている特性データを用いて、ユーザにより指定された被写体距離に対応する駆動電流値を求め、この駆動電流値をモータ駆動部５７へ出力する。例えば、ユーザが、バーコード読み取りを行うための接写モードを指定した場合であれば、予め定められた接写モードの被写体距離に相当する駆動電流値が求められ、フォーカスレンズ１が当該レンズ位置へ制御される。なお、被写体距離とレンズ位置は、フォーカスレンズ１の焦点距離や撮像素子５の位置が決まれば１対１に対応する。

端点検出部５８は、端点検出用端子１１の電圧レベルに基づいて、第１の検出信号を生成し、端点検出用端子１０の電圧レベルに基づいて、第２の検出信号を生成している。これらの検出信号は、各端点検出用端子１０，１１の電圧レベルを所定の閾値レベルと比較することにより生成され、特性データ生成部５５へ出力される。

特性データ生成部５５は、フォーカスレンズ１をスキャンさせながら、端点検出部５８からの検出信号を監視することにより、フォーカスレンズ１の各移動方向に関する移動開始時及び移動終了時の駆動電流ｉ_１〜ｉ_４を判別し、これらの駆動電流ｉ_１〜ｉ_４を含む特性データを生成している。生成された特性データはモータ特性記憶部５６に格納される。このような特性データの生成は、例えば、オートフォーカス装置の初期動作として行われる。

図９のステップＳ１０１〜Ｓ１１０は、オートフォーカス装置の初期動作の一例を示したフローチャートであり、オートフォーカス装置への電源投入直後に実行される動作が示されている。このオートフォーカス装置は、特性データ生成部５５が起動時にフォーカスレンズ１を駆動し、可動領域を往復させる。この往復動作により、駆動電流ｉ_１〜ｉ_４が判別され、特性データとしてモータ特性記憶部５６に格納される。

オートフォーカス装置の起動直後は、フォーカスレンズ１が基準点Ｄｏにあり、端点検出部５８から第１の検出信号が出力されている。特性データ生成部５５は、この状態から駆動電流を所定ステップ幅ずつ増大させていく（ステップＳ１０１）。この結果、フォーカスレンズ１が移動を開始すれば、第１の検出信号が出力されなくなる（ステップＳ１０２）。特性データ生成部５５は、このときの駆動電流を繰り出し開始時の電流値ｉ_１として、モータ特性記憶部５６に格納する（ステップＳ１０３）。

さらに、駆動電流を増大させていき、フォーカスレンズ１が最大繰出点Ｄｍまで繰り出されて移動を終了すると、端点検出部５８から第２の検出信号が出力される（ステップＳ１０４）。特性データ生成部５５は、このときの駆動電流を繰り出し終了時の電流値ｉ_２として、モータ特性記憶部５６に格納する（ステップＳ１０５）。

電流値ｉ_２の判別後は、駆動電流を所定ステップ幅ずつ減少させていく（ステップＳ１０６）。そして、フォーカスレンズ１が移動を開始し、第２の検出信号が出力されなくなれば、そのときの駆動電流を後退開始時の電流値ｉ_３として、モータ特性記憶部５６に格納する（ステップＳ１０７，Ｓ１０８）。

さらに、駆動電流を減少させていき、フォーカスレンズ１が基準点Ｄｏまで後退して移動を終了すると、端点検出部５８から再び第１の検出信号が出力される（ステップＳ１０９）。特性データ生成部５５は、このときの駆動電流を後退終了時の電流値ｉ_４として、モータ特性記憶部５６に格納する（ステップＳ１１０）。

特性データ生成部５５が、初期動作として以上の処理を行うことにより、オートフォーカス装置を起動するごとに、特性データが生成されるので、リニアモータに経時変化が生じた場合でも、フォーカスレンズ１の位置制御を精度良く行うことができる。

本実施の形態によれば、フォーカスレンズ１が可動領域の端点に位置している状態を検出し、この検出結果に基づいて、フォーカスレンズの位置制御を行っている。このため、制御精度を著しく低下させることなく、フォーカスレンズ１の全可動領域についてレンズ位置を検出するための位置センサを用いる場合に比べて、オートフォーカス装置を小型化及び軽量化することができる。

特に、本実施の形態では、レンズホルダ２の両端部にホルダバネ８，９を設け、駆動コイル３への駆動電流の供給をホルダバネ８，９を介して行っているため、光学系ユニットＭ１内には、端点検出用端子１０，１１を設けるだけでよく、光学系ユニットＭ１を大幅に小型化及び軽量化することができる。この結果、光学系ユニットＭ１の光軸方向のサイズを１０ｍｍ未満にまで薄くすることができるので、カメラ付き携帯電話機などの薄型の携帯機器にもオートフォーカス装置を搭載することが可能となる。

なお、本実施の形態では、一例として、電圧検出を行うための端点検出用端子１０，１１を用いて駆動コイル３への印加電圧を検出する場合について説明した。小型化及び軽量化の観点からは、この様な構成であることが望ましいが、本発明は必ずしもこの様な場合に限定されない。例えば、圧電センサなどを用いて端点検出を行ってもよい。

本発明の実施の形態１によるオートフォーカス装置の要部の一構成例を示した断面図である。 図１の光学系ユニットＭ１を構成する主要部品が示された分解斜視図である。 ホルダバネ８，９の一構成例を示した平面図である。 駆動コイル３及びホルダバネ８，９が接続される様子を示した説明図である。 本実施の形態によるオートフォーカス装置の動作を説明するための図である。 ホルダバネ８，９の特性が変化した場合の一例を示した図である。 図１の光学系ユニットＭ１を含むオートフォーカス装置の一構成例を示したブロック図である。 フォーカスレンズ１を可動領域全体についてスキャンさせた場合のＡＦ積算値の一例を示した図である。 オートフォーカス装置の初期動作の一例を示したフローチャートである。 リニアモータ方式を採用した従来のオートフォーカス装置の構成例を示した模式図である。

符号の説明

１ フォーカスレンズ
２ レンズホルダ
３ 駆動コイル
４ マグネット
５ 撮像素子
６ 位置センサ
７，７ａ，７ｂ 光学系筐体
８，９ ホルダバネ
１０，１１ 端点検出用端子
１２ ホルダ当接部
２１ 外側リング
２２ 内側リング
２３ 連結バネ
５０ 信号増幅部
５１ カメラ信号処理部
５２ ＡＦ信号処理部
５３ ＡＦゲート生成部
５４ 焦点制御部
５５ モータ駆動部
５５ 特性データ生成部
５６ モータ特性記憶部
５７ モータ駆動部
５８ 端点検出部
１００ 光軸
Ａ 繰り出し方向
Ｂ 後退方向
ｉ_１ 繰り出し方向への移動開始時の駆動電流
ｉ_２ 繰り出し方向への移動終了時の駆動電流
ｉ_３ 後退方向への移動開始時の駆動電流
ｉ_４ 後退方向への移動終了時の駆動電流

Claims (6)

1. 入射光を撮像素子の受光面に結像させるフォーカスレンズと、
   マグネット及び駆動コイルからなり、駆動コイルへ供給する駆動電流に応じて、駆動コイルに光軸方向の駆動力を発生させるリニアモータと、
   フォーカスレンズ及び駆動コイルが取り付けられ、光軸方向に移動可能なレンズホルダと、
   レンズホルダを光軸方向に付勢するホルダバネと、
   レンズホルダが可動領域の端点に位置することを検出する端点検出手段とを備えたことを特徴とするオートフォーカス装置。
2. 上記端点検出手段は、レンズホルダの端部を当接させることにより、レンズホルダの可動領域を規制するとともに、レンズホルダの当接状態を検出するホルダ当接部からなることを特徴とする請求項１に記載のオートフォーカス装置。
3. 上記レンズホルダは、その光軸方向の端部に、駆動コイルに電気的に接続された被検出端子を有し、
   上記ホルダ当接部は、被検出端子が当接する位置に端点検出用端子を有し、レンズホルダの当接状態を電気的に検出することを特徴とする請求項２に記載のオートフォーカス装置。
4. 上記ホルダバネは、その一端がレンズホルダの光軸方向の端部に取り付けられ、駆動コイルに駆動電流を供給する導電性部材からなり、
   上記被検出端子として、ホルダバネのレンズホルダ側の一部が用いられることを特徴とする請求項３に記載のオートフォーカス装置。
5. 端点検出手段の検出結果に基づいて、駆動電流及びレンズ位置を対応づけた特性データを生成する特性データ生成手段と、
   この特性データを記憶するモータ特性記憶手段と、
   モータ特性記憶手段に保持されている特性データに基づいて、フォーカスレンズを可動領域内でスキャンさせて合焦点を判別し、判別された合焦点へフォーカスレンズを移動させる焦点制御手段とを備えたことを特徴とする請求項１に記載のオートフォーカス装置。
6. 端点検出手段の検出結果に基づいて、駆動電流及びレンズ位置を対応づけた特性データを生成する特性データ生成手段と、
   この特性データを記憶するモータ特性記憶手段と、
   モータ特性記憶手段に保持されている特性データに基づいて駆動電流を決定し、指定されたレンズ位置にフォーカスレンズを移動させる焦点制御手段とを備えたことを特徴とするオートフォーカス装置。
   

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