JP2007033811A - Position controller, imaging device, and position control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、位置制御対象物の制御を行う技術に関するものである。 The present invention relates to a technique for controlling a position control object.
近年、民生用ビデオカメラ等の撮像装置においては、携帯性を向上させるための小型軽量化が製品の商品性を高める上での重要な要素となっている。そして撮像装置を小型化するためには、撮像装置の構成要素の一つであるレンズユニットの小型化が不可欠である。 In recent years, in an imaging apparatus such as a consumer video camera, a reduction in size and weight for improving portability has become an important factor for improving the product merchandise. In order to reduce the size of the imaging device, it is essential to reduce the size of the lens unit, which is one of the components of the imaging device.
レンズユニットには、撮像光学系であるレンズに加えて、例えばオートフォーカスを行うために焦点調節レンズ(以下、フォーカスレンズともいう。)を駆動するアクチュエータなど、いくつかのアクチュエータが備えられている。したがって、これらのアクチュエータやその周辺の駆動機構についても更なる小型化が求められている。 In addition to a lens that is an imaging optical system, the lens unit includes several actuators such as an actuator that drives a focus adjustment lens (hereinafter also referred to as a focus lens) for performing autofocusing. Therefore, further miniaturization is required for these actuators and their peripheral drive mechanisms.
レンズ駆動用アクチュエータとしては、ステッピングモータや、ボイスコイルモータと呼ばれるリニアモータが従来から用いられている。ステッピングモータは回転運動を発生するアクチュエータである。そのため、フォーカスレンズを光軸方向に直線駆動するための駆動ネジやラックなどの駆動機構が必要となる。これに対しボイスコイルモータは直線運動を発生するアクチュエータである。そのため駆動機構を簡素にすることができ、小型化により有利である。このためレンズ駆動用アクチュエータとしてボイスコイルモータを用いることは従来より行われている(例えば、特許文献1参照)。 As a lens driving actuator, a stepping motor or a linear motor called a voice coil motor has been conventionally used. A stepping motor is an actuator that generates a rotational motion. Therefore, a drive mechanism such as a drive screw or a rack for linearly driving the focus lens in the optical axis direction is required. On the other hand, the voice coil motor is an actuator that generates a linear motion. Therefore, the drive mechanism can be simplified, which is more advantageous for downsizing. For this reason, the use of a voice coil motor as a lens driving actuator has been conventionally performed (see, for example, Patent Document 1).
以下で、ボイスコイルモータを用いたレンズ駆動機構について説明する。図4は従来よりレンズ駆動に用いられているボイスコイルモータの構造を概略で示した図である。コの字型のヨーク110bの内側に駆動マグネット109が配置されている。この駆動マグネット109と対向して駆動コイル111がヨーク110bの周囲を取り巻くように配置されている。駆動マグネット109は紙面に向かって上下方向に帯磁されている。したがって、コの字型ヨーク110bの内部では図にむかって上下方向の磁界が生じている。この磁界の向きはヨーク内部でほぼ平行になっている。ヨーク110bが閉じた構造となっているためである。また、駆動コイル111に通電すると、紙面にむかって左右方向の推力がコイルに発生することになる。駆動コイル111に通電により電流は紙面に対して垂直の方向に流れるため、上下方向の磁界との相互作用によるものである。
Hereinafter, a lens driving mechanism using a voice coil motor will be described. FIG. 4 is a diagram schematically showing the structure of a voice coil motor conventionally used for lens driving. A
図5は前記のボイスコイルモータを撮像装置のフォーカスレンズの駆動に用いる場合の、レンズ保持構造を示した図である。ここで光学系の光軸およびレンズ駆動方向は紙面に垂直の方向になるように図示している。ヨーク110b、駆動マグネット109および2本のバー106、107は図示しないレンズ鏡筒に固定されている。一方フォーカスレンズ102はレンズ保持部材103に設けられたスリーブ部104およびU溝105を介して、バー106、107に対して紙面に垂直方向に移動可能となるように保持されている。レンズ保持部材103には駆動コイル111が固定されており、駆動コイル111に通電することでレンズは紙面に垂直方向に駆動される。
FIG. 5 is a diagram showing a lens holding structure when the voice coil motor is used for driving a focus lens of an image pickup apparatus. Here, the optical axis of the optical system and the lens driving direction are illustrated in a direction perpendicular to the paper surface. The
以上がボイスコイルモータによるレンズ駆動機構の一例である。近年は、図6に示すような平板のヨークを用いたフラットコイル型のボイスコイルモータもレンズ駆動に用いられるようになってきた。さらなる小型化を狙ったものである。図6はフラットコイル型のボイスコイルモータの構造を概略で示したものである。これは、平板のヨーク110aの上に駆動マグネット109が配置されている。そして駆動コイル111は駆動マグネット109と平行な面に沿ってに巻かれて配置されている。駆動マグネット109は図の左右方向に帯磁されており、駆動マグネット109周辺では図の上下方向の磁界が生じている。ただし、駆動マグネット109の中央付近ではN極からS極に向かってU字型に湾曲した磁界が生じている。また端付近では左右方向に広がってヨークに戻るような磁界が生じている。これらは、ヨーク110aが閉じた構造でないためである。駆動コイル111に通電すると、上下方向の磁界との相互作用で図の左右方向の推力がコイルに発生することになる。駆動コイル111に通電により電流は紙面に向かって垂直の方向に流れるためである。このフラットコイル型のボイスコイルモータでは、レンズの小型化により有効である。ヨークが平板であるためコの字型ヨークのボイスコイルモータに比べてアクチュエータ部を薄くすることができるからである。
The above is an example of a lens driving mechanism using a voice coil motor. In recent years, a flat coil type voice coil motor using a flat yoke as shown in FIG. 6 has also been used for lens driving. It is aimed at further miniaturization. FIG. 6 schematically shows the structure of a flat coil type voice coil motor. The
次に、オートフォーカス(AF)制御における、フォーカスレンズの駆動について説明する。ビデオカメラ、デジタルカメラ等の撮像装置のオートフォーカス制御においては、いわゆるTV−AF方式を用いることが多い。このTV−AF方式とは、撮像された映像信号の所定の高周波成分を抽出した信号からAF評価値と呼ばれる信号を生成し、このAF評価値が最大となるように合焦レンズを制御するものである。この方式では、フォーカスレンズを光軸方向に微小移動量の駆動と停止を繰り返すようなレンズ駆動が頻繁に行われる(例えば、特許文献2)。これは、AF評価値が大きくなる方向を判別するためである。以下に説明する。 Next, driving of the focus lens in autofocus (AF) control will be described. A so-called TV-AF system is often used in autofocus control of an imaging apparatus such as a video camera or a digital camera. This TV-AF system generates a signal called an AF evaluation value from a signal obtained by extracting a predetermined high-frequency component of a captured video signal, and controls the focusing lens so that the AF evaluation value is maximized. It is. In this system, lens driving is frequently performed such that the focus lens is repeatedly driven and stopped by a minute movement amount in the optical axis direction (for example, Patent Document 2). This is to determine the direction in which the AF evaluation value increases. This will be described below.
図7は、通常の被写体像を撮影した場合の、AF評価値の例である。図7に示すようにAF評価値はフォーカスレンズが合焦位置に近くなるほど大きくなり、合焦位置で最大となる。ここで、例えばNTSC方式の映像信号では1/60秒(1Vsync)の間隔で生成される1フィールドの画像ごとにAF評価値が得られることになる。AF評価値は映像信号が1画面分生成されるごとに更新されるためである。一方、TV−AF方式では、フォーカスレンズを光軸方向に動かしながらAF評価値の変化を検出し、AF評価値が最大になるフォーカスレンズ位置(合焦位置)を探索する。TV−AF方式ではフォーカスレンズの合焦位置をあらかじめ知ることはできないためである。すなわち、合焦位置の方向がわからないときにはフォーカスレンズを光軸方向に微小距離だけ移動するように駆動(微小駆動動作)し、AF評価値が大きくなる方向を判別する。微小駆動動作により合焦位置の方向が判別されると、その方向にフォーカスレンズを高速駆動しつつAF評価値の変化の検出を継続する。AF評価値が増大から減少に転じたフォーカス位置にフォーカスレンズを戻せば、被写体に焦点を合せて、映像を合焦させることができる。AF評価値が増大から減少に転じたフォーカス位置が合焦位置だからである。特に、動画撮影では、このような合焦制御を繰り返し実行することで映像の合焦を維持している。被写体が時々刻々と変わり、合焦位置もそれに伴って変化するためである。 FIG. 7 is an example of an AF evaluation value when a normal subject image is captured. As shown in FIG. 7, the AF evaluation value increases as the focus lens approaches the in-focus position, and becomes the maximum at the in-focus position. Here, for example, in an NTSC video signal, an AF evaluation value is obtained for each image of one field generated at an interval of 1/60 seconds (1 Vsync). This is because the AF evaluation value is updated every time a video signal is generated for one screen. On the other hand, in the TV-AF method, a change in the AF evaluation value is detected while moving the focus lens in the optical axis direction, and a focus lens position (focus position) where the AF evaluation value is maximized is searched. This is because the focus position of the focus lens cannot be known in advance in the TV-AF method. That is, when the direction of the in-focus position is not known, the focus lens is driven to move by a minute distance in the optical axis direction (minute drive operation), and the direction in which the AF evaluation value increases is determined. When the direction of the in-focus position is determined by the minute driving operation, the detection of the change in the AF evaluation value is continued while the focus lens is driven at a high speed in that direction. If the focus lens is returned to the focus position where the AF evaluation value has changed from increasing to decreasing, the image can be focused by focusing on the subject. This is because the focus position where the AF evaluation value has changed from increasing to decreasing is the in-focus position. In particular, in moving image shooting, the focus of the video is maintained by repeatedly executing such focus control. This is because the subject changes from moment to moment, and the in-focus position also changes accordingly.
なお、前記のように合焦位置の方向が判別された後のフォーカスレンズの高速駆動において、レンズの移動速度が速すぎるとAF評価値の減少を検出するまでに合焦位置を大きく通り過ぎてしまうことがある。すなわち、映像が一旦合焦した後にボケて再び合焦するという動作となりきわめて品位が悪くなる。これを防ぐためには、レンズの移動速度が適切な速度となるように移動速度を制御する必要がある。フォーカスレンズのアクチュエータがステッピングモータの場合には、駆動パルスの出力周期を制御することによりレンズの移動速度を直接制御できる。しかし、ボイスコイルモータを用いたレンズ駆動は、速度を直接制御することは困難である。ボイスコイルモータを用いたレンズ駆動は位置フィードバック制御が一般だからである。この点、以下のような技術を用いることにより擬似的に速度制御を行うことは可能である。すなわち、レンズの目標速度を例えば10mm/secとしたい場合、位置制御の制御周期が例えば1msecであれば、1制御周期ごとにレンズが10[mm/sec]×1[msec]=10μmずつ移動すればよいことになる。そこで1制御周期ごとに10μmずつ目標位置を逐次更新し、その都度目標位置にレンズが移動するように位置制御を行えば、レンズの平均的な移動速度は前記目標速度とほぼ一致するので、擬似的に速度制御を行うことができる。 In the high-speed driving of the focus lens after the direction of the in-focus position is determined as described above, if the moving speed of the lens is too high, the in-focus position greatly passes until a decrease in the AF evaluation value is detected. Sometimes. That is, after the image is once focused, it is blurred and refocused, resulting in extremely poor quality. In order to prevent this, it is necessary to control the moving speed so that the moving speed of the lens becomes an appropriate speed. When the actuator of the focus lens is a stepping motor, the moving speed of the lens can be directly controlled by controlling the drive pulse output period. However, in lens driving using a voice coil motor, it is difficult to directly control the speed. This is because lens feedback using a voice coil motor is generally position feedback control. In this regard, it is possible to perform pseudo speed control by using the following technique. That is, when the target speed of the lens is set to 10 mm / sec, for example, if the control cycle of the position control is 1 msec, the lens is moved by 10 [mm / sec] × 1 [msec] = 10 μm every control cycle. It will be good. Therefore, if the target position is sequentially updated by 10 μm every control cycle, and the position control is performed so that the lens moves to the target position each time, the average moving speed of the lens substantially coincides with the target speed. Speed control.
次に以下で、微小駆動動作におけるレンズの動作について図8を用いて詳しく説明する。微小駆動動作では、図8に示すようにフォーカスレンズをある方向に微小移動量だけ駆動し、AF評価値が増加した場合はそのまま駆動方向を変えず、AF評価値が減少した場合は駆動方向を反転させる。そして同一方向への駆動が所定の回数だけ連続した場合に、合焦位置がその方向にあるものとして高速駆動に移行する。ここで、図8にあるように、フォーカスレンズを微小移動量だけ移動した後、少なくとも1Vsync間はレンズを停止させる。CCDやCMOSなどの撮像素子に電荷を蓄積して、次のフィールドで映像信号からAF評価値を生成している。AF評価値は前記のように1フィールド間隔(1Vsync)ごとに得られるためである。そしてこのAF評価値を次のフィールドでマイコン処理し、方向を判別して次の駆動方向を決定している。このため、微小駆動動作においては、AF評価値が得られるごとにフォーカスレンズの移動が発生する。 Next, the operation of the lens in the minute driving operation will be described in detail below with reference to FIG. In the minute driving operation, as shown in FIG. 8, the focus lens is driven by a minute movement amount in a certain direction, and when the AF evaluation value increases, the driving direction is not changed, and when the AF evaluation value decreases, the driving direction is changed. Invert. When driving in the same direction continues for a predetermined number of times, it is assumed that the in-focus position is in that direction, and shifts to high speed driving. Here, as shown in FIG. 8, after moving the focus lens by a minute movement amount, the lens is stopped for at least 1 Vsync. Charges are accumulated in an image sensor such as a CCD or CMOS, and an AF evaluation value is generated from the video signal in the next field. This is because the AF evaluation value is obtained every one field interval (1 Vsync) as described above. The AF evaluation value is processed by a microcomputer in the next field, the direction is determined, and the next drive direction is determined. For this reason, in the minute driving operation, the focus lens moves every time the AF evaluation value is obtained.
ここで、レンズの移動は1Vsync内で完了するように駆動と停止を行うことが望ましい。これは以下の理由による。すなわち、前記のようにAF制御では、フォーカスレンズの移動完了後に、少なくとも1Vsyncレンズを停止してAF評価値を生成し、次回の駆動方向を決定する。ここでフォーカスレンズの移動が複数のVsyncにまたがった場合、レンズの移動完了を待つ間はフォーカスレンズの駆動方向を決定することができないために、AF制御の周期が伸びてしまう。前記のように微小駆動動作から高速駆動への移行では同一方向への連続駆動回数を用いているため、AF制御周期が伸びると高速駆動への移行が遅くなり、ボケた状態から合焦に至るまでに要する時間が長くなるなど製品性能が低下するためである。
上記にレンズを小型化するためのフラットコイル型ボイスコイルモータに関する従来技術、およびビデオカメラやデジタルカメラ等の撮像装置におけるフォーカスレンズの微小駆動動作について説明した。しかしながら、フラットコイル型ボイスコイルモータをフォーカスレンズのアクチュエータとして使用し、オートフォーカス制御でレンズの微小駆動動作を行うと、レンズからカタカタという騒音が発生してしまうという問題があった。この騒音はフォーカスレンズが可動範囲の端付近にある場合に特に顕著に発生する。このような騒音が発生すると、製品の品位を損なうばかりでなく、撮像装置にて記録された映像信号の音声に騒音が重畳して記録されてしまうなど、製品性能が著しく損なわれることとなる。 The prior art relating to the flat coil type voice coil motor for miniaturizing the lens and the minute driving operation of the focus lens in the imaging apparatus such as a video camera or a digital camera have been described above. However, when a flat coil type voice coil motor is used as an actuator for a focus lens and the lens is finely driven by autofocus control, there is a problem in that a rattling noise is generated from the lens. This noise is particularly noticeable when the focus lens is near the end of the movable range. When such noise is generated, not only the quality of the product is impaired, but also the product performance is significantly impaired, for example, the noise is superimposed on the audio of the video signal recorded by the imaging device.
本発明の目的は、発生する騒音を抑制するとともに、レンズユニットひいては撮像装置の小型化とを両立させることである。 An object of the present invention is to suppress the generated noise and to make the lens unit and thus the image pickup apparatus compact.
上記目的を達成するため、本発明の技術思想は、位置制御対象物の位置に基づいて位置制御対象物を駆動する駆動手段の推力を制御することにより位置制御対象物の位置を制御するとともに、位置制御対象物の移動開始から移動停止までの間に位置制御対象物の移動目標位置を更新することを有する。 In order to achieve the above object, the technical idea of the present invention is to control the position of the position control object by controlling the thrust of the driving means that drives the position control object based on the position of the position control object, The movement target position of the position control object is updated between the start of movement of the position control object and the stop of movement.
以上説明したように、本発明によれば、位置制御対象物の移動開始の際や移動終了の際に発生する騒音を抑制することができ、レンズユニット、ひいては撮像装置の小型化の実現と、レンズ駆動騒音に係る製品性能・品位の確保を両立することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to suppress noise generated at the start and end of the movement of the position control object, and to realize downsizing of the lens unit, and thus the imaging device, It is possible to ensure both product performance and quality related to lens driving noise.
以下、本発明の位置制御技術を用いた実施例について説明する。 Embodiments using the position control technique of the present invention will be described below.
(位置制御装置の構成)
図1は、撮像装置の焦点制御レンズ(フォーカスレンズ)の位置制御の構成を示した図である。
(Configuration of position control device)
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of position control of a focus control lens (focus lens) of an imaging apparatus.
まず、本実施形態における位置制御対象物であるフォーカスレンズ102の位置制御に係る構成要素について説明する。なおレンズユニット101にはフォーカスレンズ102の他、一般には固定レンズ、変倍用の可動レンズ、絞り機構などが設けられるが、ここでは簡単のため図示を省略している。
First, components related to position control of the
フォーカスレンズ102はレンズ保持部材103に保持されており、またレンズ保持部材103には中空のスリーブ104およびU溝105が設けられている。スリーブ104およびU溝105はそれぞれスリーブバー106、U溝バー107に沿って光軸方向(図の左右方向)に摺動可能となっている。これらスリーブバー106とU溝バー107はレンズ鏡筒108に固定されている。以上の機構によりフォーカスレンズ102はレンズ鏡筒108に対して光軸方向に移動可能な状態に保持されている。
The
レンズ鏡筒108には、駆動マグネット109および平板上のヨーク110aが固定されている。一方レンズ保持部材103には駆動コイル111が固定されている。これらの駆動マグネット109、駆動コイル111、ヨーク110aは合わせてフラットコイル型ボイスコイルモータを形成されている。これにより、駆動コイル111に電流を流すとフォーカスレンズ102を光軸方向に直線駆動するように構成されている。
A driving
また、レンズ保持部材103にはスケール112が固定されており、レンズ鏡筒108には位置センサ113が固定されている。スケール112上の所定の磁気パターン、光学パターン等を位置センサ113にて検出することにより、フォーカスレンズ102の位置を検出することができるように構成されている。位置センサ113とスケール112とはフォーカスレンズ102が光軸方向に移動するのに伴って相対位置が変化するためである。
A scale 112 is fixed to the
位置センサ113から出力される位置検出信号はカメラ/AFマイコン114に入力される。ここでカメラ/AFマイコン114はレンズの位置制御、オートフォーカス制御などを行うマイクロコンピュータである。このカメラ/AFマイコン114は、後述するAF信号処理回路115からの信号に基づいて前記のTV−AF制御演算を実行し、AF評価値が得られるごとにフォーカスレンズを移動する目標位置を算出する。そしてカメラ/AFマイコン114は、この目標位置と、位置センサ113の出力から得られるフォーカスレンズ102の位置を一致させるための位置フィードバック制御演算を行う。さらにカメラ/AFマイコン114は、ボイスコイルモータ駆動回路116に駆動信号を出力する。ボイスコイルモータ駆動回路116はカメラ/AFマイコン114からの駆動信号に応じ、駆動コイル111に電流を流す。これにより、ボイスコイルモータ駆動回路116はフォーカスレンズ102を駆動して目標位置へ移動させる。
A position detection signal output from the
(撮像機能およびAF制御の構成要素)
次に、本実施形態における撮像装置の撮像機能およびオートフォーカス制御に係る構成要素について説明する。
(Components of imaging function and AF control)
Next, components related to the imaging function and autofocus control of the imaging apparatus according to the present embodiment will be described.
被写体からの入射光はフォーカスレンズ102を通って撮像素子117上に結像する。撮像素子117はCCDやCMOSなどの光電変換素子であり、被写体像を電気信号に変換する。電気信号はCDS/AGC回路118により読み出し・増幅され、カメラ信号処理回路119に入力される。カメラ信号処理回路119は所定の映像信号処理を行い、入力された信号を記録装置120、モニタ装置121に対応した信号に変換する。記録装置120は被写体像を記録媒体(磁気テープ、光学ディスク、半導体メモリなど)に記録する。モニタ装置121は電子ビューファインダーや液晶パネルなどに被写体像を表示する。
Incident light from the subject passes through the
一方、CDS/AGC回路117の出力はAF信号処理回路115に入力され、合焦検出に用いるAF評価値信号が抽出される。AF評価値信号は前記のようにカメラ/AFマイコン114に入力され、TV−AF制御演算に用いられる。この結果に応じて実行されるレンズ位置制御処理については前記のとおりである。
On the other hand, the output of the CDS /
(騒音発生メカニズム)
ここで、前述した騒音の発生メカニズムについて検討する。図9は、フラットコイル型のボイスコイルモータにおいて、駆動コイル111が位置制御対象物であるレンズの可動範囲の端付近にある状態を示した図である。このとき駆動コイル111の一方の端が駆動マグネット109の中央付近に、コイルのもう一方の端が駆動マグネット109の端付近に位置している。駆動マグネット109の中央および端付近では磁界の方向が上下方向から傾いた方向になっている。前記のようにフラットコイル型のボイスコイルモータではヨーク110aが閉じた構造ではないためである。このときに駆動コイルに電流を流すと、図9に示すように左右方向に対してやや上向きに傾いた推力が発生する。紙面に向かって左向きの推力を生じさせた場合、推力は磁界と垂直方向に生じるためである。すなわち、レンズの可動方向である左右方向への推力成分に加えて、駆動コイルが駆動マグネットから離れる方向の推力成分が生じていることになる。同様に、電流の方向を逆にし、図の右向きの推力を生じさせた場合には、前記とは逆に駆動コイルが駆動マグネットに近づく方向の推力成分が生じる。
(Noise generation mechanism)
Here, the noise generation mechanism described above will be examined. FIG. 9 is a diagram showing a state where the
図10はフラットコイル型のボイスコイルモータを撮像装置のフォーカスレンズの駆動に用いる場合の、レンズ保持構造を概略的に示した図である。図10は、光学系の光軸およびレンズ駆動方向は紙面に垂直の方向になるように図示している。図4、5を用いて説明したコの字型ヨークを用いたボイスコイルモータの場合と同様に、ヨーク110a、駆動マグネット109および2本のバー106、107は図示しないレンズ鏡筒に固定されている。したがって、レンズはレンズ保持部材103に設けられたスリーブ部104およびU溝105を介して、バーに対して紙面に垂直方向に移動可能となるように保持されている。
FIG. 10 is a diagram schematically showing a lens holding structure when a flat coil type voice coil motor is used for driving a focus lens of an imaging apparatus. FIG. 10 illustrates the optical axis and the lens driving direction of the optical system in a direction perpendicular to the paper surface. As in the case of the voice coil motor using the U-shaped yoke described with reference to FIGS. 4 and 5, the yoke 110a, the
またレンズ保持部材103には駆動コイル111が固定されている。ここで、前記のようにレンズが可動範囲の端付近にあって、駆動コイル111が駆動マグネット109から離れる方向の推力成分が生じた場合、レンズ保持部材のコイル固定部分に図の右向きの力が加わる。この右向きの力によりレンズ保持部材103にスリーブ位置を中心とした反時計回りの回転運動が生じる。スリーブ104およびU溝105とバー106、107との間には摺動可能なように数μmのガタを持たせてあるためである。このため、例えばレンズが停止している状態(コイルに推力が発生していない状態)から急にレンズを駆動したり、駆動中に急停止したりすると、前記の回転運動によってU溝105の内壁とバー107がぶつかり、たたき音と呼ばれる騒音が発生する。
A driving
前記したように、AF制御の微小駆動動作においては、AF評価値が得られるごとにフォーカスレンズの移動が発生し、レンズの移動は1Vsync内で完了するように駆動と停止が行われている。図11は、微小駆動動作時のレンズ位置の制御目標と、実際のレンズの動きの時間変化を示した図である。図11に示すように、レンズ位置の制御目標はマイコンが移動方向と移動量を決定するとA位置からB位置に切り替わり、これによりB位置にレンズが移動するようにレンズが駆動される。図のCはレンズの駆動開始時であり、レンズが停止している状態から急激に推力が加えられてレンズが動き出している。また図のDは微小移動量分の駆動が完了した時点であり、レンズが動いている状態から急激に逆方向の推力が加えられてレンズが停止している。これらC、Dの時点で前記のたたき音が発生し、カタカタという騒音となる。以上がフラットコイル型のボイスコイルモータにおける騒音発生のメカニズムである。 As described above, in the minute drive operation of AF control, the focus lens moves each time an AF evaluation value is obtained, and the lens is moved and stopped so that the movement of the lens is completed within 1 Vsync. FIG. 11 is a diagram illustrating a temporal change in the lens position control target and actual lens movement during the minute driving operation. As shown in FIG. 11, the control target of the lens position is switched from the A position to the B position when the microcomputer determines the moving direction and the moving amount, thereby driving the lens so that the lens moves to the B position. C in the figure is when the lens starts to be driven, and the lens starts to move due to a sudden thrust applied from the state where the lens is stopped. In addition, D in the drawing is a point in time when driving for a minute movement amount is completed, and the lens is stopped due to a sudden thrust applied in the reverse direction from the state where the lens is moving. At the time of these C and D, the above-mentioned beating sound is generated and becomes a rattling noise. The above is the mechanism of noise generation in the flat coil type voice coil motor.
なお、コの字型ヨークを用いたボイスコイルモータでは、推力の光軸方向以外の成分はほとんど発生せず、たたき音の発生に対して有利な構造となっている。コの字型ヨークを用いたボイスコイルモータでは、前記のようにヨークが閉じた構造であり磁界の向きがヨーク内部でほぼ平行になっているためである。 Note that a voice coil motor using a U-shaped yoke hardly generates components other than the direction of the optical axis of the thrust, and has a structure that is advantageous for the generation of a tapping sound. This is because the voice coil motor using the U-shaped yoke has a structure in which the yoke is closed as described above, and the direction of the magnetic field is substantially parallel inside the yoke.
(微小駆動動作の際のレンズ位置制御)
次に、オートフォーカス制御における微小駆動動作時のレンズ位置制御について説明する。図2は、微小駆動動作時のレンズ位置の制御目標と、実際のレンズの動きの時間変化を示した図である。図2に示すように、本実施例においてはカメラ/AFマイコン114が移動方向と移動量を決定すると、A位置からB位置まで所定の上限値以下の目標速度にて移動するようにレンズ位置が制御される。ボイスコイルモータを用いた位置制御によるレンズ駆動において、擬似的な速度制御を行う手法については前記したとおりである。図のC、Dはそれぞれレンズの移動開始の際および移動終了の際である。擬似的な速度制御により目標位置が徐々に変化するために急激に推力が加わることが抑制される。これにより、従来技術の課題であった、フラットコイル型ボイスコイルモータにおいてレンズの移動開始・移動終了の際に急激な推力が加わることによるたたき音を抑制することができる。目標速度を遅くするほど、推力変化は緩やかとなるため、騒音の抑制効果はより顕著となる。ここでは、目標速度の上限値は10mm/secに設定すれば良い。目標速度を10mm/sec以下に設定すれば微小駆動時の騒音は十分小さくなり、製品性能・品位において問題ないことが確認されているからである。
(Lens position control during micro drive operation)
Next, lens position control during a minute driving operation in autofocus control will be described. FIG. 2 is a diagram illustrating a temporal change in the lens position control target and actual lens movement during the minute driving operation. As shown in FIG. 2, in this embodiment, when the camera / AF microcomputer 114 determines the movement direction and movement amount, the lens position moves so as to move from the A position to the B position at a target speed below a predetermined upper limit value. Be controlled. The method of performing pseudo speed control in lens driving by position control using a voice coil motor is as described above. C and D in the figure are the start and end of movement of the lens, respectively. Since the target position is gradually changed by the pseudo speed control, a sudden thrust is suppressed from being applied. Thereby, it is possible to suppress a beating sound caused by a sudden thrust applied at the start and end of the movement of the lens in the flat coil type voice coil motor, which was a problem of the prior art. As the target speed is decreased, the thrust change becomes more gradual, and the noise suppression effect becomes more prominent. Here, the upper limit value of the target speed may be set to 10 mm / sec. This is because it has been confirmed that if the target speed is set to 10 mm / sec or less, the noise during minute driving is sufficiently reduced, and there is no problem in product performance and quality.
なお、前記のように目標速度の上限を遅くするほど騒音の抑制効果は高くなる。一方で、遅く設定しすぎてA位置からB位置への移動に1Vsync以上を要してしまうと、レンズの移動を待つ分だけAF制御の周期が伸びて合焦が遅くなってしまう。この点に関しては、本願で開示する技術においては、オートフォーカス動作における微小駆動の際の移動量は最大で約100μm程度であり、このとき前記の10mm/secの移動速度であれば移動に要する時間は10msecとなる。移動終了後のレンズ位置の静定時間(目標位置に対するオーバーシュートが収束するまでの時間)を含めても1Vsync間で十分移動が完了でき、この点においても製品性能に問題ないことが確認できている。NTSC方式の映像信号の1Vsyncは1/60秒=16.7msecだからである。 As described above, the noise suppression effect increases as the upper limit of the target speed is decreased. On the other hand, if it is set too late and it takes 1 Vsync or more to move from the A position to the B position, the AF control cycle is extended as much as waiting for the movement of the lens, and focusing is delayed. In this regard, in the technique disclosed in the present application, the movement amount at the time of micro driving in the autofocus operation is about 100 μm at the maximum. At this time, if the movement speed is 10 mm / sec, the time required for the movement is as follows. Is 10 msec. Even if the lens position stabilization time after the movement is completed (time until the overshoot with respect to the target position converges), the movement can be completed sufficiently within 1 Vsync, and it can be confirmed that there is no problem in product performance in this respect as well. Yes. This is because 1Vsync of an NTSC video signal is 1/60 seconds = 16.7 msec.
以上より、フォーカスレンズの移動開始/移動終了の際に目標速度を所定の上限値(前記の実施例においては10mm/sec)以下に制限することにより、オートフォーカス性能に影響を与えることなく騒音を低減でき、製品に必要な性能・品位を実現することができる。 From the above, by limiting the target speed to a predetermined upper limit value (10 mm / sec in the above embodiment) at the start / end of movement of the focus lens, noise can be reduced without affecting the autofocus performance. It can be reduced and the performance and quality required for the product can be realized.
以下、本発明の位置制御装置の第2の実施の形態について説明する。構成については第1の実施の形態と同様であるので、説明は省略する。 Hereinafter, a second embodiment of the position control device of the present invention will be described. Since the configuration is the same as that of the first embodiment, a description thereof will be omitted.
前記の実施例1においては、フォーカスレンズの移動開始から移動終了まで目標速度に制限を設けていた。しかしながら微小駆動動作における騒音の発生メカニズムにおいて説明したように、たたき音はフォーカスレンズの移動開始の際および移動終了の際に発生する。したがってフォーカスレンズが移動している間は目標速度に制限を設けなくとも、たたき音はほとんど発生しない。そこで本実施例においては、フォーカスレンズの移動開始時および移動終了時のみ目標速度に制限を設け、移動中は制限を設けないようにすることで、フォーカスレンズの移動に要する時間を短縮するような駆動制御を行う。このような制御を行うことで、移動開始時および移動終了時の移動速度をより遅くして騒音低減効果を高めると共に、移動距離がより長い場合にも1Vsync内で移動を完了するようにすることができる。 In the first embodiment, the target speed is limited from the start of movement of the focus lens to the end of movement. However, as described in the noise generation mechanism in the minute driving operation, the beating sound is generated when the movement of the focus lens starts and ends. Therefore, while the focus lens is moving, even if there is no restriction on the target speed, almost no beating sound is generated. Therefore, in this embodiment, the target speed is limited only at the start and end of the movement of the focus lens, and is not set during the movement, so that the time required for the movement of the focus lens is shortened. Drive control is performed. By performing such control, the movement speed at the start and end of movement is made slower to increase the noise reduction effect, and the movement is completed within 1 Vsync even when the movement distance is longer. Can do.
前記したように、第1の実施例の制御技術において問題はなかいものであるが、異なる製品においては、騒音の発生のしやすさ、最大の移動距離、製品に要求される騒音レベル等の条件がより厳しい場合も考えられ、このような場合に本実施例のような駆動制御が有効となる。 As described above, there is no problem in the control technique of the first embodiment. However, in different products, conditions such as the ease of noise generation, the maximum moving distance, and the noise level required for the product. In such a case, the drive control as in this embodiment is effective.
(微小駆動動作の際のレンズ位置制御)
図3は、本発明の第2の実施の形態における、微小駆動動作時のレンズ位置の制御目標と、実際のレンズの動きの時間変化を示した図である。図3に示すように、本実施例においてはレンズ位置の制御目標はフォーカスレンズの移動開始であるA時点から所定時間(例えば3msec)経過後のB時点まで、および移動終了時より所定時間前のC時点から移動終了時であるD時点までの間でのみ所定の目標速度上限値(例えば5mm/sec)にて駆動させる。これに対して、B時点からC時点まではより速い目標速度にて駆動させている。必要な移動距離はカメラ/AFマイコン114の演算結果により既知であるので、1Vsync以内に移動を完了するためのB時点からC時点までの目標速度は以下のようにして求めることができる。すなわち、A時点からB時点までの3msec間の目標速度は5mm/secに制限するので、その間の移動量は5[mm/sec]×3[msec]=15μmである。C時点からD時点までの移動量も同様に15μmとなる。必要な移動距離が120μmであった場合、レンズの静定時間を考慮して移動開始から移動終了までを10msecで完了しようとすれば、B時点からC時点までの時間は10msec−(3msec×2)=4msec、移動距離は120μm−(15μm×2)=90μmであるので、90[μm]/4[msec]=22.5[mm/sec]の速度で移動すればよい。すなわち目標速度を、移動開始から3msec経過までは5mm/secに制限し、その後7msec経過までは22.5mm/secに設定し、さらにその後目標位置到達までは再び5mm/secに制限すれば図3のようなレンズ動作が実現できる。なお、移動距離が50μm以下であれば、実施例1と同様に移動開始から移動終了まで目標速度を5mm/secに制限する。移動距離が50μm以下であれば5mm/secの移動速度で10msec以内に到達できるためである。
(Lens position control during micro drive operation)
FIG. 3 is a diagram illustrating a temporal change in the actual lens movement and a lens position control target during a minute driving operation according to the second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, in this embodiment, the lens position control target is from the point A when the focus lens starts to move to the point B after a predetermined time (for example, 3 msec), and before the predetermined time from the end of the movement. It is driven at a predetermined target speed upper limit value (for example, 5 mm / sec) only between the time point C and the time point D at the end of movement. On the other hand, driving is performed at a faster target speed from time B to time C. Since the necessary moving distance is known from the calculation result of the camera / AF microcomputer 114, the target speed from time B to time C for completing the movement within 1 Vsync can be obtained as follows. That is, since the target speed for 3 msec from time A to time B is limited to 5 mm / sec, the movement amount during that time is 5 [mm / sec] × 3 [msec] = 15 μm. The amount of movement from time C to time D is also 15 μm. If the required moving distance is 120 μm, if it is attempted to complete the movement from the start of movement to the end of movement in 10 msec in consideration of the lens stabilization time, the time from time B to time C is 10 msec− (3 msec × 2 ) = 4 msec and the moving distance is 120 μm− (15 μm × 2) = 90 μm, and therefore, the moving may be performed at a speed of 90 [μm] / 4 [msec] = 22.5 [mm / sec]. That is, if the target speed is limited to 5 mm / sec until 3 msec from the start of movement, then set to 22.5 mm / sec until 7 msec elapses, and then limited again to 5 mm / sec until reaching the target position, FIG. Such lens operation can be realized. If the movement distance is 50 μm or less, the target speed is limited to 5 mm / sec from the start of movement to the end of movement as in the first embodiment. This is because if the moving distance is 50 μm or less, it can reach within 10 msec at a moving speed of 5 mm / sec.
以上に説明したとおり、本実施例によれば、移動開始時および移動終了時の移動速度をより遅くして騒音低減効果を高めると共に、移動距離がより長い場合にも1Vsync内で移動を完了するようにすることができ、本発明の適用範囲をより広くすることができる。 As described above, according to the present embodiment, the movement speed at the start and end of movement is further slowed to increase the noise reduction effect, and the movement is completed within 1 Vsync even when the movement distance is longer. And the scope of application of the present invention can be broadened.
以上のように第1、第2の実施例にて説明したように、本願により開示する技術によれば、位置制御対象物の移動に伴い発生する騒音を抑制することができる。 As described above, as described in the first and second embodiments, according to the technology disclosed by the present application, it is possible to suppress noise generated due to the movement of the position control object.
101 レンズユニット
102 フォーカスレンズ
103 レンズ保持部材
104 スリーブ
105 U溝
106 スリーブバー
107 U溝バー
108 レンズ鏡筒
109 駆動マグネット
110a、110b ヨーク
111 駆動コイル
112 スケール
113 位置センサ
114 カメラ/AFマイコン
115 AF信号処理回路
116 ボイスコイルモータ駆動回路
117 撮像素子
118 CDS/AGC回路
119 カメラ信号処理回路
120 記録装置
121 モニタ装置
DESCRIPTION OF
Claims (10)
位置制御対象物の位置に基づいて前記駆動手段の推力を制御することにより位置制御対象物の位置を制御するとともに、位置制御対象物の移動開始から移動停止までの間に位置制御対象物の移動目標位置を更新する位置制御手段とを有することを特徴とする位置制御装置。 Driving means for driving the position control object;
The position of the position control object is controlled by controlling the thrust of the driving means based on the position of the position control object, and the movement of the position control object between the start of movement of the position control object and the stop of movement. And a position control means for updating the target position.
The position of the position control object is controlled by controlling the thrust of the driving means that drives the position control object based on the position of the position control object, and between the start of movement of the position control object and the stop of movement. A position control method comprising: updating a movement target position of a position control object.
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