JP2024066229A - 光学制御装置およびその光学制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ステッピングモータのオープン制御において短時間で光学部材の基準位置を確定する。【解決手段】光学制御装置120は、ステッピングモータ111により駆動される光学部材105の位置を制御する。該装置は、光学部材の基準位置からのステッピングモータの駆動ステップをカウントすることで光学部材の位置を取得する位置取得手段と、光学部材の可動範囲内での絶対位置を検出する第1の位置検出手段と、駆動ステップのカウント値に基づいて光学部材の位置制御を行う制御手段とを有する。位置取得手段は、絶対位置を用いて基準位置を確定する処理を行ってから位置制御のために駆動ステップをカウントする。【選択図】図1
Description
本発明は、光学部材の駆動を制御する光学制御装置に関する。
デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等の光学機器において、フォーカスレンズや絞り等の光学部材の駆動にステッピングモータが用いられていることが多い。ステッピングモータのオープン制御によって光学部材の位置を制御する場合には、まず光学部材をその可動範囲内の基準位置に移動させて初期位置を確定し、該基準位置からのステッピングモータの励磁相を変化させる駆動パルスをカウントすることで光学部材を目標位置に移動させる。
特許文献1には、ステッピングモータの駆動を制御するために、絶対位置センサと、該絶対位置センサより分解能が高い相対位置センサと、基準位置を検出するセンサとを有する光学機器が開示されている。この光学機器では、起動時は絶対位置センサを用いてステッピングモータの駆動を制御し、その後にフォーインタラプタで基準位置が検出されると相対位置センサを用いてステッピングモータの駆動(光学部材の位置)を制御する。
上述したようにステッピングモータのオープン制御により光学部材の正確な位置制御を行うためには、特許文献1の光学機器を含めて、まず光学部材を基準位置に移動させる必要がある。基準位置を光学部材の可動範囲内の一箇所(例えば可動端)のみとすると、光学部材の正確な位置制御を開始する前に光学部材を基準位置に移動させる分の時間を要する。このため、光学部材の基準位置を確定するのに要する時間をできるだけ短縮することが好ましい。
本発明は、ステッピングモータのオープン制御において短時間で光学部材の基準位置を確定して正確な光学部材の位置制御を行うことが可能な光学制御装置等を提供する。
本発明の一側面としての光学制御装置は、ステッピングモータにより駆動される光学部材の位置を制御する装置であって、光学部材の基準位置からのステッピングモータの駆動ステップをカウントすることで光学部材の位置を取得する位置取得手段と、光学部材の可動範囲内での絶対位置を検出する第1の位置検出手段と、駆動ステップのカウント値に基づいて光学部材の位置制御を行う制御手段とを有する。位置取得手段は、絶対位置を用いて基準位置を確定する処理を行ってから位置制御のために駆動ステップをカウントすることを特徴とする。なお、上記光学制御装置と、光学部材と、ステッピングモータとを有する光学機器も、本発明の他の一側面を構成する。
また本発明の一側面としての光学制御方法は、ステッピングモータにより駆動される光学部材の位置を制御する方法である。該方法は、光学部材の基準位置からのステッピングモータの駆動ステップをカウントすることで光学部材の位置を取得するステップと、光学部材の可動範囲内での絶対位置を検出するステップと、駆動ステップのカウント値に基づいて光学部材の位置制御を行うステップとを有する。位置を取得するステップにおいて、絶対位置を用いて基準位置を確定する処理を行ってから位置制御のために駆動ステップをカウントすることを特徴とする。なお、コンピュータ上記光学制御方法に従う処理を実行させるプログラムも、本発明の他の一側面を構成する。
本発明によれば、ステッピングモータのオープン制御において短時間で光学部材の基準位置を確定して正確な光学部材の位置制御を行うことができる。
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
まず後述する実施例1、2に共通する事項について説明する。図1は、レンズ交換式カメラシステムの構成を示す。カメラシステムは、光学機器としての交換レンズ100とカメラ本体200とにより構成されている。なお、本実施例では交換レンズについて説明するが、光学機器としてはレンズ一体型カメラでもよい。
交換レンズ100は、カメラ本体200に不図示のマウントを介して機械的および電気的に接続される。交換レンズ100は、被写体側から順に配置されたフィールドレンズ101、ズームレンズ102、絞りユニット103、防振(像振れ補正)レンズ104およびフォーカスレンズ105により構成される撮像光学系を有する。
交換レンズ100は、マウントに設けられた不図示の電源端子を介してカメラ本体200から電力の供給を受ける。交換レンズ100内の各種アクチュエータやレンズ制御手段としてのレンズマイクロコンピュータ(以下、レンズマイコンという)120は、供給された電力を用いて動作する。また、交換レンズ100は、マウントに設けられた不図示の通信端子部を介してカメラ本体200と通信可能であり、カメラ本体200から受信する駆動命令に応じて制御される。
カメラ本体200は、撮像素子201と、信号処理部202と、記録処理部203と、表示部204と、操作部205と、カメラ制御手段としてのカメラマイクロコンピュータ(以下、カメラマイコンという)206とを有する。
撮像素子201は、交換レンズ100内の撮像光学系により形成された被写体像を光電変換して電気信号(アナログ信号)を出力する。アナログ信号は、不図示のA/D変換回路によってデジタル信号に変換される。
信号処理部202は、A/D変換回路からのデジタル信号に対して各種画像処理を行って映像信号を生成する。また信号処理部202は、映像信号から被写体像のコントラスト状態、つまりは撮像光学系の焦点状態を示すコントラスト情報や露出状態を表す輝度情報等も生成する。信号処理部202により生成された映像信号は、カメラ本体200の背面に設けられた背面モニタや電子ビューファインダ等の表示部204に出力される。表示部204は、映像信号に基づいて、ユーザが構図や被写体を確認するためのライブビュー画像として表示する。また信号処理部202は、映像信号を記録処理部203に出力する。記録処理部203は、映像信号を静止画像データや動画像データとして不図示の記憶媒体(半導体メモリ等)に記憶する。
また撮像素子201は、位相差検出方式により被写体像の焦点状態を検出することが可能である。撮像素子201には、撮像光学系の瞳分割を行うマイクロレンズと複数(対)の光電変換部を有する焦点検出画素を複数有する。カメラマイコン206は、複数の焦点検出画素のうち焦点検出領域に含まれる焦点検出画素の対の光電変換部から得られる対の位相差像信号間の位相差を算出し、さらに該位相差かに撮像光学系のデフォーカス量を算出する。
またカメラマイコン206は、操作部205に含まれる撮像指示スイッチおよび各種設定スイッチ等の入力に応じてカメラ本体200の制御を行う。さらにカメラマイコン206は、輝度情報に応じて絞りユニット103に光量調節を行わせる絞り駆動命令や、デフォーカス量に応じてフォーカスレンズ105にフォーカシングを行わせるフォーカス駆動命令をレンズマイコン120に送信する。
交換レンズ100は、前述した撮像光学系およびレンズマイコン120と、撮像光学系に含まれる光学部材(絞りユニット103、防振レンズ104、フォーカスレンズ105)を駆動するアクチュエータを制御する制御部と、フォーカス操作リング106を有する。
レンズマイコン120は、交換レンズ100内の各部の動作を制御したり、カメラ本体200から送信された駆動命令やレンズデータ送信要求を受信したりする。レンズマイコン120は、駆動命令に対応するレンズ制御を行ったり、送信要求に対応するレンズデータをカメラ本体200に送信したりする。
またレンズマイコン120は、カメラ本体200からのSleep命令に応じて、通常動作状態であるActiveモードから低消費電力状態であるSleepモードに遷移する機能を有する。レンズマイコン120は、Sleepモードではクロック発振回路を停止させたり、交換レンズ100内の回路に供給されていた電源を遮断したりすることで、主たる動作を停止される低消費電力状態となる。レンズマイコン120は、カメラ本体200からのSleep解除命令に応じてSleepモードからActiveモードに遷移して。フォーカシング、絞りおよび防振動作等を含む通常動作を行う。
さらに光学制御装置としてのレンズマイコン120は、絞り駆動命令やフォーカス駆動命令に応じて絞り制御部108やフォーカスレンズ制御部110に指令を出して絞りユニット103やフォーカスレンズ105の駆動を制御する。これにより、絞りユニット103の駆動による光量調節やフォーカスレンズ105の駆動によるオートフォーカシングが行われる。
またレンズマイコン120は、フォーカス操作リング106の操作量に応じてフォーカスレンズ制御部110に指令を出してフォーカスレンズ105の駆動を制御することでマニュアルフォーカシングを可能とする。フォーカス操作リング106の操作量は、不図示のフォトインタラプタ等のセンサから出力される信号をレンズマイコン120で演算することで算出される。
撮像光学系に含まれるフィールドレンズ101は、被写体像における周辺光の進行方向の調整を行う。
ズームレンズ102は、図中に破線で示した光軸が延びる方向(光軸方向)に移動して変倍(ズーミング)を行う。不図示のズーム操作リングがユーザにより回転操作されると、不図示のズーム機構を介してズームレンズ102光軸方向に駆動される。ズームレンズ位置検出部107は、可変抵抗等の不図示の位置検出センサを用いてズームレンズ102の位置を検出し、そり位置のデータをレンズマイコン120に出力する。ズームレンズ102の位置データは、レンズマイコン120にてズームトラッキング制御におけるフォーカスレンズ105の制御に用いられる。
絞りユニット103は、複数の絞り羽根により形成される開口径を変化させることで光量を調節する。開口径(絞り羽根の位置)はホール素子等のセンサにより検出され、そのデータがレンズマイコン120に出力される。カメラマイコン206からの絞り駆動命令を受信したレンズマイコン120が絞り制御部108に指令を出力すると、絞り制御部108は該指令に応じてステッピングモータやボイスコイルモータ等の絞りアクチュエータを動作させて絞り羽根を駆動する。
防振レンズ104は、撮像光学系の光軸に直交する方向に移動して、手振れ等のカメラ振れに起因する像振れを低減(補正)する。レンズマイコン120は、振動ジャイロや加速度センサ等により構成される不図示の振れセンサにより検出されたカメラ振れに応じて防振レンズ制御部109に指令を出力する。防振レンズ制御部109は、該指令に応じてボイスコイルモータ等の防振アクチュエータを動作させて防振レンズ104を駆動する。
フォーカスレンズ105は、光軸方向に移動してフォーカシングを行う。カメラマイコン206からのフォーカシング駆動命令を受信したレンズマイコン120は、フォーカスレンズ制御部110に指令を出力する。フォーカスレンズ制御部110は、該指令に応じてステッピングモータにより構成されるフォーカスモータ111を動作させる。フォーカスモータ111のロータが回転すると、該ロータと一体回転するリードスクリューが回転し、リードスクリューに対して噛合している不図示のラックに連結されたフォーカスレンズ105が光軸方向に移動する。なお、フォーカスモータの回転により不図示のカム筒を回転させ、カム筒に形成されたカムによってフォーカスレンズ105を光軸方向に移動させてもよい。
フォーカスレンズ105の位置は、絶対位置センサ113と反射スケール114により構成される第1の位置検出手段により検出され、その絶対位置のデータは位置取得手段および制御手段としてのレンズマイコン120に出力される。なお、ポテンショメータ等のセンサを用いてフォーカスレンズ105の絶対位置を検出してもよい。またフォーカスレンズ105がその可動範囲における一箇所の特定位置(例えば電気的な可動端)にのみ設定された固定基準位置に位置したことは、フォトインタラプタ(第2の位置検出手段)112によって検出される。
図2は、絶対位置センサ113を用いて絶対位置を検出する構成を示している。絶対位置センサ113は、3種類の異なる周期(P1<P2<P3)のインクリメンタル信号が得られる。フォーカスレンズ105には、これら3種類の周期のインクリメンタル信号を発生させる光反射パターンとしてのスケールパターン(以下、反射スケールという)114が取り付けられている。反射スケール114の位置(つまりはフォーカスレンズ105の位置)に応じた反射光を絶対位置センサ113で読み取ることで3種類のインクリメンタル信号を生成することができ、不図示のピッチ切替え器により3種類のインクリメンタル信号を選択的に取得することができる。3種類のインクリメンタル信号を用いたバーニア演算を行うことで、フォーカスレンズ105の可動範囲内での絶対位置を演算することができる。
本実施例では、ピッチ切替え器により切り替えられたインクリメンタル信号は同一の信号線に出力され、レンズマイコン120に内蔵されたA/D変換器121を通して位置演算部122に送られる。位置演算部122は、ピッチ切替え器を制御することでA/D変換器121から得られるインクリメンタル信号を選択し、選択したインクリメンタル信号のエンコード処理を実行して、その実行結果からフォーカスレンズ105の絶対位置や相対位置を演算する。位置演算部122に設けられた相対位置演算部は、1つの位置検出信号(例えば周期P1のインクリメンタル信号)により対象物としての反射スケール114の相対位置を演算する。また位置演算部122に設けられた絶対位置演算部は、少なくとも3つの位置検出信号(例えば周期P1、P2、P3のインクリメンタル信号から反射スケール114の絶対位置を演算する。
本実施例では、フォーカスレンズ105を駆動するフォーカスモータ111としてステッピングモータを用いている。ステッピングモータは、1駆動ステップ(1駆動パルス)当たりのステッピングモータの回転角度が一定であることから、オープン制御での駆動ステップのカウントによるフォーカスレンズ105の位置制御が可能である。ただし、オープン制御によるフォーカスレンズ105の位置制御には、駆動ステップのカウント値をリセットするための基準位置の検出が必要である。
さらにステッピングモータの非通電状態でのロータの回転位置が不明である。このため、フォーカスレンズ105の位置制御を行うためには、非通電状態から所定の通電または駆動を行ってステッピングモータ内の励磁位置(電気角)に対してロータの回転位置(機械角)を同期(一致)させる必要がある。
従来はフォトインタラプタ112と遮光板116を用いて所定の駆動を行うことで励磁位置に対してロータの回転位置を同期させつつ、基準位置を検出していた。しかし、フォーカスレンズ105の位置制御を行う際に基準位置までの駆動時間が余計にかかるという問題がある。
以下に説明する実施例1、2では、絶対位置センサ113を用いることで、基準位置確定までの時間を短縮しつつ、フォーカスレンズ105の位置を精度良く制御することを可能とする。以下の説明では、ステッピングモータ内の励磁位置に対してロータの回転位置を同期させることを、ロータのリセットという。
実施例1について説明する。フォーカスモータ111の非通電状態で絶対位置センサ113と反射スケール114により取得された絶対位置をフォーカスレンズ105の基準位置として用いると、通電時の励磁位置に対応する位置へのロータの回転によってフォーカスレンズ105が基準位置からずれる。その結果、その後の駆動ステップのカウントによりフォーカスレンズ105正しく位置制御することができない。
図3(a)~(d)は、フォーカスモータ111として用いられているPM型ステッピングモータの構造を示している。ステッピングモータは、ロータ111aと4相の励磁コイルとで構成されている。ロータ111aの外周には、2極に着磁された円筒形状の永久磁石が固定されている。各励磁コイルは鉄芯の周囲に巻かれている。4相の励磁コイルは、+A相コイル111b、-A相コイル111c、+B相コイル111dおよび-B相コイル111eであり、それぞれフォーカスレンズ制御部110に接続されている。フォーカスレンズ制御部110から不図示のモータドライバを介してコイル111b、111c、111d、111eを特定のパターンで励磁することで、ロータ111aを励磁電流に対して同期させながら回転させることができる。
図4は、各励磁コイルに流れる電流(縦軸)の時間(横軸)に伴う変化を示している。+A相コイルと-A相コイルに流れるsin波形の電流を実線で示し、+B相コイルと-B相コイルに流れるcos波形の電流を破線で示している。図に示すように通電(励磁)される相が時間とともに順次切り替わり、その切り替わりごとにその励磁相とロータ111aとが磁気的に釣り合う位置まで回転する。図4では、ロータ111aの2つの磁極を4相の励磁コイルで囲んでおり、電気角を1周期分変化させることでロータ111aが1回転する。図3(a)、(b)、(c)および(d)はそれぞれ、+A相、+B相、-A相および-B相コイルを励磁した状態でのロータ111aの位置を示している。この順番で励磁相を切り替えることで図中の時計回り方向にロータ111aを回転させることができ、逆の順番で励磁相を切り替えることで図中の反時計回り方向にロータ111aを回転させることができる。
電気角の1周期を8等分した回転位置にロータが止まるように励磁することを一般に1-2相駆動と呼ぶ。1周期を16等分、32等分、…とさらに細かく等分するように通電する相を増やしてロータの回転位置を制御することをマイクロステップ制御と呼び、1-2相駆動よりも高分解能かつ滑らかにロータの回転を制御することができる。1周期を等分したときの電流変化の1つが1駆動ステップに相当し、1駆動ステップに対するフォーカスレンズ105の駆動量は一定である。このため、駆動ステップのカウント値をフォーカスレンズ105の駆動量に対応付けることができ、予めカウント値をリセットする基準位置を決定しておくことで、その後の駆動ステップのカウント値からフォーカスレンズ105の位置を認識できる。本実施例では、レンズマイコン120が基準位置から駆動量(カウント値)を加算(または減算)して認識するフォーカスレンズ105の位置をマイコン認識位置という。
交換レンズ100(レンズマイコン120)は、カメラ本体200に装着されてカメラ本体200から電源の供給を受けることで起動する。そしてレンズマイコン120は、カメラ本体200からリセット命令を受けると、フォーカスレンズ105の基準位置を確定させる処理を行う。ただし、この時点でのロータ111aの位置は不明である。
ここで、電気角90°分の励磁を進めること、つまりはロータ111aを例えば図3(a)の回転位置から図3(b)の回転位置に90°時計回り方向に回転させることを+1ステップ駆動という。
例えば、交換レンズマイコン120の起動時にロータ111aが図3(d)の回転位置にあっても、レンズマイコン120にとってはロータ111aの位置が不明であるため、レンズマイコン120は特定相(ここではA相とする)から通電を開始する。+1ステップ駆動は、図4に示すように+A相への通電を行った後に+B相の通電を行うことで完了する。+B相への通電を完了した状態ではロータ111aの回転位置は図3(b)に示す位置となる。このとき、+1ステップ駆動しか行っていないにもかかわらず、ロータ111aの+1ステップ駆動前の回転位置が図3(d)の位置であったため、ロータ111aは合計で180°回転したことになる。この回転量はフォーカスレンズ105の移動量と対応しているため、フォーカスレンズ105は本来は1駆動ステップ分のみ移動しているはずが+2駆動ステップ分移動することになる。この結果、マイコン認識位置が誤差を含むことになる。このため、起動時には、ロータ111aをリセットするとともに、リセットされた状態でのフォーカスレンズ105の絶対位置を取得して基準位置を確定する必要がある。
本実施例では、起動時等、非通電状態のフォーカスモータ111に通電する際に、所定駆動量だけ駆動してロータ111aをリセットした上で絶対位置センサ113からフォーカスレンズ105の絶対位置を取得してフォーカスレンズ105の基準位置を確定させる。
図5は、レンズマイコン120がプログラムに従って実行するリセット処理を示している。Sはステップを意味する。また図9は、リセット処理を模式的に示している。
交換レンズ100がカメラ本体200に装着されると、交換レンズ100(レンズマイコン120)はActiveモードで起動する。
S101において、レンズマイコン120は、カメラ本体200からのリセット命令が送信されてくるのを待機する。このとき、フォーカスモータ111のロータ111aの位置は不明である。図9では、実際のロータの回転位置(ロータ位置)を矢印で示しており、ロータ111aは-B相コイルと+A相コイルとの間の回転位置にある。またこのときのフォーカスレンズ105の位置を図9では初期位置として示している。
カメラ本体200からのリセット命令を受信したレンズマイコン120は、S102に進み、ロータ111aのリセットが完了しているか否かを判定する。レンズマイコン120は、後述するロータリセット完了フラグがセットされていることでロータ111aのリセットが完了していると判定し、ロータリセット完了フラグがセットされていないことでロータ111aのリセットが完了していないと判定する。ロータ111aのリセットが完了している場合はS112に進み、フォーカスリセット完了フラグをセットして本処理を終了する。
一方、ロータ111aのリセットが完了していない場合は、レンズマイコン120はS103に進み、絶対位置センサ113により検出されたフォーカスレンズ105の絶対位置を取得して、これを絶対初期位置A(以下、単に位置Aという)として記憶する。図9における絶対位置1000が位置Aに相当する。
次にS104では、レンズマイコン120は、位置Aに基づいてフォーカスレンズ105(フォーカスモータ111)の駆動方向を決定する。図9における絶対位置1000の方向を駆動方向とする。また駆動方向は、フォーカスレンズ105の駆動が可能な方向に決定する。例えば、フォーカスレンズ105が至近端に位置する場合は無限遠方向を駆動方向とする。
次にS105では、レンズマイコン120は、S104で決定された駆動方向への所定駆動量のフォーカスレンズ105の駆動(つまりはフォーカスモータ111への通電)を開始する。所定駆動量は、確実にロータ111aのリセットが可能な駆動量とし、例えば、電気角1周期分以上の駆動量とする。図9では、所定駆動量を+16駆動ステップとしており、+16駆動ステップ分の励磁相の切り替えが行われることで、矢印で示すようにロータ111aが時計回り方向に回転する。なお、フォーカスモータ111と一体回転するリードスクリューとこれに噛合するラック、さらにはラックとフォーカスレンズ105との間にバックラッシ等のガタがある場合は、そのガタ量と電気角1周期とを加算した量以上の所定駆動量とすることが好ましい。これにより、ガタが詰まり、フォーカスモータ111の回転量とフォーカスレンズ105の移動量とを対応させることができる。
図9に示すように、+A相コイルに最初の通電(初期励磁)が行われると、図3(b)、(d)を用いて説明したように+2駆動ステップ分、フォーカスレンズ105が移動する。
次にS106では、レンズマイコン120は、フォーカスレンズ105の所定駆動量の駆動の完了を待ち、フォーカスレンズ105が停止するとS107に進む。
S107では、レンズマイコン120は、絶対位置センサ113で検出した現在の絶対位置(図9における1018)とS103で記憶した位置A(図9における1000)とを比較する。そして、フォーカスレンズ105が位置Aから所定量以上移動したか否かを判定する。例えば、前述したガタ量が0である場合は、最初のロータ111aの回転位置が不定でも、S105で電気角1周期分の駆動を実行してロータがリセットされると、必ず電気角半周期分以上に対応する移動量だけフォーカスレンズ105が移動することになる。つまり、フォーカスレンズ105の位置がフォーカスモータ111の電気角半周期分以上に設定された所定量以上移動(変化)した場合はロータのリセットが完了していることになる。ガタ量が0でない場合も同様であり、フォーカスレンズ105の位置がフォーカスモータ111の電気角半周期分以上に設定された所定量以上移動した場合はロータのリセットが完了していると判断できる。レンズマイコン120は、S107でフォーカスレンズ105の所定量以上の移動が確認できない場合はS109に進む。
S109では、レンズマイコン120は、エラー回数を示すErrCntが所定回数未満か否かを判定し、所定回数未満である場合はS110に進んでErrCntを1つインクリメントし、その後、S104に進む。ErrCntが所定回数以上である場合は、レンズマイコン120はS111に進んでエラー処理を行い、本処理を終了する。エラーは、絶対位置センサ113の一時的な不良に起因するものである。エラー処理では、フォトインタラプタ112と遮光板116からなる第2の位置検出手段を用い、フォトインタラプタ112からの出力の変化に応じてフォーカスレンズ105の基準位置を前述した固定基準位置に確定する。なお、フォーカスレンズ105の可動範囲の機械的な端(メカ端)をフォーカスレンズ105の基準位置として確定してもよい。この場合、第2の位置検出手段としてのレンズマイコン120が、フォーカスレンズ105が特定位置としてのメカ端に移動したことを検出する。
一方、S107でフォーカスレンズ105の所定量以上の移動が確認できた場合は、レンズマイコン120はS108に進み、基準位置確定処理を行う。基準位置確定処理では、レンズマイコン120は、ロータのリセットが完了した状態で絶対位置センサ113により検出された絶対位置(図9における1018)をフォーカスレンズ105の基準位置(マイコン認識位置)として設定する。さらにレンズマイコン120は、フォーカスモータ111の現在の励磁相(図9では+A相)と基準位置との対応を記憶して、フォーカスリセット完了フラグをセットする。これにより以降のフォーカスモータ111のオープン制御によってフォーカスレンズ105の位置制御が可能となる。
S108の次のS113(図中の丸囲みA同士は互いに繋がっている)では、レンズマイコン120は、位置Aがフォーカスレンズ105のストロークにおける電気的な制限端(電気端)内か判定する。位置Aが電気端内である場合は、レンズマイコン120はフォーカスレンズ105の位置Aへの駆動を開始してS115に進む。図9では、-18駆動ステップ分、フォーカスレンズ105を位置Aに戻すようにフォーカスモータ111を反時計回り方向に駆動する。
一方、位置Aが電気端外である場合は、レンズマイコン120はS119に進み、電気端内に入るようにフォーカスレンズ105の駆動を開始する。そして駆動が停止すると、S117に進み、フォーカスリセット完了フラグとロータリセット完了フラグをセットして本処理を終了する。
S115では、レンズマイコン120は、フォーカスレンズ105の駆動の停止を待ち、停止するとS116に進む。
S116では、レンズマイコン120は、絶対位置センサ113で検出された絶対位置(図9における1000)と位置A(図9における1000)とが一致するか否かを判定する。一致する場合は、レンズマイコン120はS117に進み、フォーカスリセット完了フラグとロータリセット完了フラグをセットして本処理を終了する。
S116で絶対位置と位置Aとが一致しない場合は、レンズマイコン120はS118に進んで追い込み駆動を開始する。追い込み駆動では、絶対位置センサ113で検出された絶対位置と位置Aとの差分を駆動量としてフォーカスレンズ105を駆動する。その後レンズマイコン120はS115に進む。またS116では、レンズマイコン120はS114でフォーカスレンズ105の駆動を開始した駆動方向において現在の絶対位置が位置Aを超えたか否かを判定する。位置Aを超えた場合は、レンズマイコン120はS117に進み、フォーカスリセット完了フラグとロータリセット完了フラグをセットして本処理を終了する。
なお、S102ではロータリセット完了フラグがセットされていないことでロータ111aのリセットが完了していないことを判定しているが、以下の場合においてはロータ111aのリセットが完了している場合がある。Activeモードにおいてカメラ本体200からSleep命令を受信すると、レンズマイコン120はSleepモードに遷移する。この際、レンズマイコン120は、フォーカスリセット完了フラグ、ロータリセット完了フラグ、フォーカスモータ111の現在の励磁相およびレンズマイコン120が取得しているフォーカスレンズ105の位置等の情報を記憶する。その後、カメラ本体200から起動命令を受信すると、レンズマイコン120はActiveモードに遷移する。この際、レンズマイコン120は、Sleepモードへの遷移時に記憶した情報を復帰させて前述のリセット処理を行う。このとき、ロータリセット完了フラグが記憶されていれば、ロータ111aのリセットが完了していると判定する。
次にリセット処理が完了した後の脱調判定方法について説明する。オープン制御されるフォーカスモータ(ステッピングモータ)111の駆動量に対してフォーカスレンズ105の移動量が一致しなくなることを脱調という。脱調は、主として外力により発生し、本実施例のようにリードスクリューとラックを用いた構成においては衝撃によりリードスクリューのネジ山をラックが飛び越えた場合に発生する。またステッピングモータの駆動力を減速機構を介してカム筒を回転させてフォーカスレンズをカム駆動する場合において、外力によりカム筒の回転が阻止されて減速機構内で歯飛びが生ずることでも脱調が発生する。このような脱調を判定(検出)するために本実施例では、位置制御中にフォーカスレンズ105が停止した状態でのマイコン認識位置と絶対位置センサ113で検出されたその時の絶対位置との差分を取得し、該差分に基づいて脱調と判定する処理を行う。
図6のフローチャートは、レンズマイコン120が実行する脱調判定処理を示している。S201では、レンズマイコン120は、フォーカスレンズ105が停止中か否かを判定し、停止中である場合はS202に進み、停止中でなければ本ステップの判定を繰り返す。
S202では、レンズマイコン120は、絶対位置センサ113を通じて現在の絶対位置を取得し、その絶対位置とマイコン認識位置との差分を算出する。そして、該差分が所定差より大きいか否かを判定し、所定差より大きい場合はS203に進み、そうでなければS201に戻る。所定差は、リードスクリューとラックを用いた構成の場合はネジピッチに対応する量やラックとフォーカスレンズ105との間にバックラッシュ等のガタ量を考慮した量としてもよいし、焦点深度Fδ(F:Fナンバー、δ:許容錯乱円径)に相当する量としてよい。
S203では、レンズマイコン120は、脱調が発生したと判定し、フォーカスリセット完了フラグやロータリセット完了フラグをクリアしてカメラ本体200からのリセット命令を待機する。カメラ本体200からのリセット命令を受けると、前述したリセット処理を再度実行する。
以上説明した本実施例によれば、オープン制御されるステッピングモータを用いたフォーカスレンズの位置制御において、絶対位置センサを用いることで、短時間でフォーカスレンズの基準位置を確定して正確なフォーカスレンズの位置制御を行うことができる。
実施例1では、カメラ本体200からのリセット命令の受信時にフォーカスモータ111を駆動してロータ111aのリセット行った後にフォーカスレンズ105の基準位置を確定させる。これに対して実施例2では、リセット命令時にはフォーカスモータ111を駆動せず、絶対位置センサ113で検出された絶対位置に基づいて仮の基準位置を設定する。そして、カメラ本体200からフォーカス駆動命令を受けてフォーカスモータ111を駆動した際に仮の基準位置を補正することで最終的な基準位置を確定する。これにより、リセット処理に要する時間をさらに短縮することが可能となる。
図7のフローチャートは、実施例2におけるリセット処理を表したフローチャートである。実施例1と同様に交換レンズ100がカメラ本体200に装着されると、交換レンズ100(レンズマイコン120)はActiveモードで起動する。
S301において、レンズマイコン120は、カメラ本体200からのリセット命令が送信されてくるのを待機する。このとき、フォーカスモータ111のロータ111aの位置は不明である。
カメラ本体200からのリセット命令を受信したレンズマイコン120は、S102に進み、絶対位置センサ113により検出された絶対位置が電気端内か否かを判定する。電気端外である場合は、レンズマイコン120はS305に進み、フォーカスレンズ105が電気端内に入るようにフォーカスモータ111を駆動させる。ここでは、実施例1と同様にフォーカスモータ111を駆動してロータ111aのリセットを行った後に基準位置を確定させる処理を行う。
一方、S302で絶対位置が電気端内である場合は、レンズマイコン120はS303に進み、ロータリセット完了フラグがセットされているか否かからロータ111aのリセットが完了しているか否かを判定する。ロータ111aのリセットが完了している場合は、レンズマイコン120はS306に進み、基準位置確定フラグとフォーカスリセット完了フラグをセットして本処理を終了する。ロータ111aのリセットが完了していない場合はS304に進む。
S304では、レンズマイコン120は、フォーカスリセット完了フラグをセットし、絶対位置センサ113により検出された通電前の絶対位置を仮の基準位置として設定する。さらにレンズマイコン120は、基準位置確定フラグをクリアして、基準位置確定の待機状態に入る。
図8のフローチャートは、S304での基準位置確定の待機状態から基準位置確定までの処理を示している。
S401では、レンズマイコン120は、基準位置確定フラグを確認し、基準位置が未確定の場合はS402に進む。
S402では、レンズマイコン120は、カメラ本体200からのフォーカス駆動命令又はフォーカス操作リング106の操作による駆動命令に応じて、フォーカスレンズ105が所定駆動量以上駆動されたか否かを確認する。所定駆動量以上駆動されていればS403に進む。所定駆動量は、実施例1と同様に、確実にロータ111aのリセットが可能な駆動量とし、例えば電気角1周期分以上の駆動量とする。また実施例1と同様に、フォーカスモータ111とフォーカスレンズ105の間のバックラッシを含むガタがある場合は、そのガタ量と電気角1周期とを加算した駆動量以上の所定駆動量とすることが好ましい。
次にS403では、レンズマイコン120は、基準位置確定処理を行う。基準位置確定処理は、実施例1と同様に絶対位置センサ113により検出された絶対位置をフォーカスレンズ105の基準位置として確定するとともに、フォーカスモータ111の現在の励磁相と基準位置の対応を記憶する。
続いてS404では、レンズマイコン120は、ロータリセット完了フラグと基準位置確定フラグをセットして基準位置確定処理を完了する。
実施例1では、カメラ本体200からのリセット命令の受信時に必ずフォーカスレンズ105を駆動させる必要がある。これに対して本実施例では、リセット命令時に仮の基準位置を設定し、その後のフォーカス駆動命令に応じてフォーカスレンズ105が所定駆動量以上駆動された(ロータ111aのリセットが完了した)際に改めて基準位置を確定する。これにより、リセット処理における時間をより短縮することができる。
なお、上記各実施例では、光学部材としてのフォーカスレンズの位置制御について説明したが、絞りやズームレンズ等、他の光学部材の位置制御に対して各実施例と同様の処理を行ってもよい。すなわち、光学部材は、フォーカスレンズに限らず、ステッピングモータにより駆動される光学部材であればよい。
以上の実施の形態は以下の構成を含む。
(構成1)
ステッピングモータにより駆動される光学部材の位置を制御する光学制御装置であって、
前記光学部材の基準位置からの前記ステッピングモータの駆動ステップをカウントすることで前記光学部材の位置を取得する位置取得手段と、
前記光学部材の可動範囲内での絶対位置を検出する第1の位置検出手段と、
前記駆動ステップのカウント値に基づいて前記光学部材の位置制御を行う制御手段とを有し、
前記位置取得手段は、前記絶対位置を用いて前記基準位置を確定する処理を行ってから前記位置制御のために前記駆動ステップをカウントすることを特徴とする光学制御装置。
(構成2)
前記位置取得手段は、前記処理において、前記ステッピングモータの電気角と機械角とを一致させるための該ステッピングモータへの通電を行った後に検出された前記絶対位置を前記基準位置とすることを特徴する構成1に記載の光学制御装置。
(構成3)
前記位置取得手段は、前記処理において、
前記通電を行う前の前記絶対位置を初期位置として記憶し、
前記光学部材を所定駆動量だけ駆動するように該ステッピングモータへの通電を行い、
該通電により前記絶対位置が前記初期位置に対して所定量以上、変化した場合に、該絶対位置を前記基準位置とすることを特徴とする構成2に記載の光学制御装置。
(構成4)
前記所定駆動量は電気角1周期分以上であり、前記所定量は電気角半周期分以上であることを特徴とする構成3に記載の光学制御装置。
(構成5)
前記位置取得手段は、前記基準位置を確定した後において、前記絶対位置を前記初期位置に一致させるように前記ステッピングモータを駆動することを特徴とする構成3に記載の光学制御装置。
(構成6)
前記位置取得手段は、
前記通電を行う前の前記絶対位置を仮の基準位置に設定し、
前記光学部材の駆動命令に応じて前記光学部材を所定駆動量以上駆動するように該ステッピングモータへの通電を行い、
該通電により前記絶対位置が前記初期位置に対して所定量以上、変化した場合に、該絶対位置を前記基準位置として確定することを特徴とする構成2に記載の光学制御装置。
(構成7)
前記第1の位置検出手段とは異なり、前記光学部材がその可動範囲内に設定された特定位置に移動したことを検出する第2の位置検出手段を有し、
前記位置取得手段は、前記第1の位置検出手段が前記絶対位置を検出できない場合は、前記第2の位置検出手段を用いて前記基準位置を確定することを特徴とする構成1から6のいずれか1つに記載の光学制御装置。
(構成8)
前記位置取得手段は、前記光学部材の位置制御中において前記光学部材が停止した状態で検出された前記絶対位置と前記駆動ステップのカウントにより得られた前記光学部材の位置との差が所定差より大きい場合に前記ステッピングモータの脱調を判定することを特徴とする構成1から7のいずれか1つに記載の光学制御装置。
(構成9)
構成1から8のいずれか1つに記載の光学制御装置と、
前記光学部材と、
前記ステッピングモータとを有することを特徴とする光学機器。
ステッピングモータにより駆動される光学部材の位置を制御する光学制御装置であって、
前記光学部材の基準位置からの前記ステッピングモータの駆動ステップをカウントすることで前記光学部材の位置を取得する位置取得手段と、
前記光学部材の可動範囲内での絶対位置を検出する第1の位置検出手段と、
前記駆動ステップのカウント値に基づいて前記光学部材の位置制御を行う制御手段とを有し、
前記位置取得手段は、前記絶対位置を用いて前記基準位置を確定する処理を行ってから前記位置制御のために前記駆動ステップをカウントすることを特徴とする光学制御装置。
(構成2)
前記位置取得手段は、前記処理において、前記ステッピングモータの電気角と機械角とを一致させるための該ステッピングモータへの通電を行った後に検出された前記絶対位置を前記基準位置とすることを特徴する構成1に記載の光学制御装置。
(構成3)
前記位置取得手段は、前記処理において、
前記通電を行う前の前記絶対位置を初期位置として記憶し、
前記光学部材を所定駆動量だけ駆動するように該ステッピングモータへの通電を行い、
該通電により前記絶対位置が前記初期位置に対して所定量以上、変化した場合に、該絶対位置を前記基準位置とすることを特徴とする構成2に記載の光学制御装置。
(構成4)
前記所定駆動量は電気角1周期分以上であり、前記所定量は電気角半周期分以上であることを特徴とする構成3に記載の光学制御装置。
(構成5)
前記位置取得手段は、前記基準位置を確定した後において、前記絶対位置を前記初期位置に一致させるように前記ステッピングモータを駆動することを特徴とする構成3に記載の光学制御装置。
(構成6)
前記位置取得手段は、
前記通電を行う前の前記絶対位置を仮の基準位置に設定し、
前記光学部材の駆動命令に応じて前記光学部材を所定駆動量以上駆動するように該ステッピングモータへの通電を行い、
該通電により前記絶対位置が前記初期位置に対して所定量以上、変化した場合に、該絶対位置を前記基準位置として確定することを特徴とする構成2に記載の光学制御装置。
(構成7)
前記第1の位置検出手段とは異なり、前記光学部材がその可動範囲内に設定された特定位置に移動したことを検出する第2の位置検出手段を有し、
前記位置取得手段は、前記第1の位置検出手段が前記絶対位置を検出できない場合は、前記第2の位置検出手段を用いて前記基準位置を確定することを特徴とする構成1から6のいずれか1つに記載の光学制御装置。
(構成8)
前記位置取得手段は、前記光学部材の位置制御中において前記光学部材が停止した状態で検出された前記絶対位置と前記駆動ステップのカウントにより得られた前記光学部材の位置との差が所定差より大きい場合に前記ステッピングモータの脱調を判定することを特徴とする構成1から7のいずれか1つに記載の光学制御装置。
(構成9)
構成1から8のいずれか1つに記載の光学制御装置と、
前記光学部材と、
前記ステッピングモータとを有することを特徴とする光学機器。
(その他の実施例)
本発明は、上述の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。
本発明は、上述の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。
以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。
100 交換レンズ
105 フォーカスレンズ
111 フォーカスモータ(ステッピングモータ)
113 絶対位置センサ
120 レンズマイコン
105 フォーカスレンズ
111 フォーカスモータ(ステッピングモータ)
113 絶対位置センサ
120 レンズマイコン
Claims (11)
- ステッピングモータにより駆動される光学部材の位置を制御する光学制御装置であって、
前記光学部材の基準位置からの前記ステッピングモータの駆動ステップをカウントすることで前記光学部材の位置を取得する位置取得手段と、
前記光学部材の可動範囲内での絶対位置を検出する第1の位置検出手段と、
前記駆動ステップのカウント値に基づいて前記光学部材の位置制御を行う制御手段とを有し、
前記位置取得手段は、前記絶対位置を用いて前記基準位置を確定する処理を行ってから前記位置制御のために前記駆動ステップをカウントすることを特徴とする光学制御装置。 - 前記位置取得手段は、前記処理において、前記ステッピングモータの電気角と機械角とを一致させるための該ステッピングモータへの通電を行った後に検出された前記絶対位置を前記基準位置とすることを特徴する請求項1に記載の光学制御装置。
- 前記位置取得手段は、前記処理において、
前記通電を行う前の前記絶対位置を初期位置として記憶し、
前記光学部材を所定駆動量だけ駆動するように該ステッピングモータへの通電を行い、
該通電により前記絶対位置が前記初期位置に対して所定量以上、変化した場合に、該絶対位置を前記基準位置とすることを特徴とする請求項2に記載の光学制御装置。 - 前記所定駆動量は電気角1周期分以上であり、前記所定量は電気角半周期分以上であることを特徴とする請求項3に記載の光学制御装置。
- 前記位置取得手段は、前記基準位置を確定した後において、前記絶対位置を前記初期位置に一致させるように前記ステッピングモータを駆動することを特徴とする請求項3に記載の光学制御装置。
- 前記位置取得手段は、
前記通電を行う前の前記絶対位置を仮の基準位置に設定し、
前記光学部材の駆動命令に応じて前記光学部材を所定駆動量以上駆動するように該ステッピングモータへの通電を行い、
該通電により前記絶対位置が前記初期位置に対して所定量以上、変化した場合に、該絶対位置を前記基準位置として確定することを特徴とする請求項2に記載の光学制御装置。 - 前記第1の位置検出手段とは異なり、前記光学部材がその可動範囲内に設定された特定位置に移動したことを検出する第2の位置検出手段を有し、
前記位置取得手段は、前記第1の位置検出手段が前記絶対位置を検出できない場合は、前記第2の位置検出手段を用いて前記基準位置を確定することを特徴とする請求項1に記載の光学制御装置。 - 前記位置取得手段は、前記光学部材の位置制御中において前記光学部材が停止した状態で検出された前記絶対位置と前記駆動ステップのカウントにより得られた前記光学部材の位置との差が所定差より大きい場合に前記ステッピングモータの脱調を判定することを特徴とする請求項1に記載の光学制御装置。
- 請求項1から8のいずれか一項に記載の光学制御装置と、
前記光学部材と、
前記ステッピングモータとを有することを特徴とする光学機器。 - ステッピングモータにより駆動される光学部材の位置を制御する光学制御方法であって、
前記光学部材の基準位置からの前記ステッピングモータの駆動ステップをカウントすることで前記光学部材の位置を取得するステップと、
前記光学部材の可動範囲内での絶対位置を検出するステップと、
前記駆動ステップのカウント値に基づいて前記光学部材の位置制御を行うステップとを有し、
前記位置を取得するステップにおいて、前記絶対位置を用いて前記基準位置を確定する処理を行ってから前記位置制御のために前記駆動ステップをカウントすることを特徴とする光学制御方法。 - コンピュータに、請求項9に記載の光学制御方法に従う処理を実行させることを特徴とするプログラム。
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