JP4590190B2 - 光学機器 - Google Patents

Description

本発明は、アクチュエータの駆動を検出する検出手段とアクチュエータによって駆動される被駆動部材の駆動を検出する検出手段を有し、これらの検出手段の検出結果に基づきアクチュエータの駆動を制御する光学機器に関するものである。

オートフォーカス(以下、「ＡＦ」と省略する)レンズを有する光学機器として、ＡＦレンズの駆動速度及び駆動量を検出する第１のパルスエンコーダと、ＡＦ用アクチュエータの駆動速度を検出する第２のパルスエンコーダを具備し、ＡＦ用アクチュエータの起動・加速時には、第２のパルスエンコーダからの出力信号に基づき速度制御を行い、ＡＦ用アクチュエータの減速・停止時には、第１のパルスエンコーダからの出力信号に基づき速度制御を行う構成が知られている(例えば、特許文献１参照)。

これは、ＡＦ用アクチュエータからの駆動力をＡＦレンズに伝達する際に、ギア、フォーカス環、ＭＦ環などの複雑なメカ構造を含み、この様なメカ構造によってフリクションが発生することで、使用者がマニュアル操作を行うと一箇所だけの速度検出ではＡＦ用モータが停止または、急に加速してしまう等の不具合が生じて、その後のＡＦ動作が不安定となるのを防止するためである。
特開２００１−８３３９７号公報(段落番号００１７、００１８)

現在、オートフォーカス機能を備えたカメラが一般的となっており、オートフォーカスにおけるピントの高精度化と、被写体にピントが合うまでの合焦時間の短縮化が求められている。

この課題を解決する方法として、ピントの高精度化に関しては、フォーカスレンズの位置検出に使用しているエンコーダの高精度化が必要と考えられる。

しかし、実際にフォーカスレンズを駆動するのはアクチュエータであり、アクチュエータの駆動力は、伝達機構を介して、フォーカスレンズに伝達される。

この伝達機構は、複数のギアを連結することにより構成されており、バックラッシュやたわみ等が生じるため、アクチュエータの実際の駆動速度とフォーカスレンズの移動速度に差が生じる。

このため、エンコーダによる速度検出を行う場所によって、フォーカスレンズの停止位置精度や駆動速度に大きく影響することが知られている。つまり、エンコーダを高精度化してもフォーカスレンズを駆動する速度が不安定な場合は、停止位置精度が良くならないことになる。以下に詳しく説明する。

図１０は、従来例のモータユニットとこのモータユニットによって駆動されるフォーカスユニットとの構造図である。アクチュエータの駆動力を、複数のギア（縦線部）を介して定位置回転リングの回転力に伝達し、定位置回転リングの内輪とフォーカスユニットの外輪にヘリコイドと呼ばれる凹凸の溝を形成して、定位置回転リングの回転力をフォーカスユニットに伝達する。

これによってフォーカスユニット内のフォーカスレンズを移動させ被写体にピントを合わせることが可能となる。ここで、パルス板（斜線部）とは、円板の周囲を回転中心から放射状に穴を空け、それをインタラプタ素子による光の透過と遮光を読み取ることで、回転量と単位時間当たりの変化数で回転速度を読み取ることが出来る。

ここで、フォーカスユニットの位置検出の精度を高めるためには、パルス板上の穴のピッチを小さくし、穴を細かくすることが必要である。このインタラプタを図中のＡ位置に配置して、フォーカスユニットの停止位置制御とアクチュエータの速度制御を行った場合、アクチュエータの駆動力のフォーカスユニットへの伝達が、メカ的なガタやたわみ、変形などによって多少遅れるおそれがある。

つまり、Ａの位置でパルス板の出力を検出して制御を行った場合は、アクチュエータの回転量や回転速度を正確に検出することができるが、フォーカスユニットの移動速度とは異なっている可能性が高く、アクチュエータを所定量で停止させてもフォーカスユニットの停止位置にばらつきが発生する可能性が高い。

また、インタラプタを図中のＢ位置に配置して、フォーカスユニットの停止位置制御とアクチュエータの速度制御を行った場合、アクチュエータの駆動力がフォーカスユニットに伝達されるまでのメカ的なガタやたわみ、変形などの影響を受けずに速度制御が出来る。

しかし、メカのガタが大きい状態で（例えば、前回の駆動方向と逆方向に駆動する場合）アクチュエータを起動すると、メカガタによって初めはフォーカスユニットが移動せず、ガタが詰まった時に初めてフォーカスユニットが移動して、インタラプタの検出が出来ることになる。

つまり、アクチュエータの起動直後は、検出器からの出力が全く無いため、アクチュエータの速度制御はアクチュエータの速度を上げる方向に傾き、メカ的なガタが詰まった時にはアクチュエータが早い駆動速度のままフォーカスユニットに駆動力が伝達され、この時のフォーカスユニットの移動速度が、目標速度を超える場合が生じる。

この場合、例えば、少量の駆動を行いたい時にこの現象が発生すると、フォーカスユニットが所定量移動後にアクチュエータを停止させてもフォーカスユニットの慣性力によってフォーカスユニットは所定駆動量を超えて移動してしまうことが考えられ、精度の良い停止位置制御ができない。

これらの問題に対応するためには、インタラプタをＡ及びＢの双方の位置に配置するのが好ましい。しかし、速度検出が２箇所で行われることで、前記した制御内容から例えば、次回の駆動においてガタのある／なしを判別するために、今回の駆動方向を記憶することが必要であり、また従来例の様に加速と減速でＡかＢかを切り換えるなど、制御が複雑化してしまう問題を抱えてしまう。

更に、駆動量の検出精度に関してもＡパルス板とＢパルス板の溝のピッチ差や、アクチュエータからのパルス板までの減速比とフォーカスユニットまでの減速比との比率の関係によって駆動量に関連する出力値の細かさが通常とは逆転する場合も有り得るため、従来例の様にＡとＢの速度制御を切り換えることが決して良い方法とは言えない。

更に、詳細に説明すると、使用するアクチュエータをＤＣモータと振動波モータとで、駆動量の検出精度が異なる場合がある。これは、ＤＣモータは低トルク高回転型モータであり、振動波モータは高トルク低回転型モータであるため、フォーカスユニットの移動力と移動速度を同じにするためには減速比の関係から、一般的に図2に示したギア列の数がＤＣモータを使用した方が多くなってしまう（減速比が大きくなるため）。

振動波モータは、その逆にギア列の数が少なくなる（減速比が小さくなるため）。停止位置精度の観点から説明すると、例えばそれぞれのアクチュエータに対応したフォーカスユニットの移動力と移動速度がほぼ同じとなるメカ構造のレンズを２種類準備し、同じ溝ピッチのパルス板を各モータと直結した状態で定位置回転リングの回転量に対するパルス板出力の量を検出するとＤＣモータを使用したレンズの方が、前述した減速比の関係から検出量が多くなる。

つまり、この構造では、ＤＣモータを使用した方がフォーカスユニットの位置検出を精度良く行うことが出来ることになる。逆にアクチュエータに振動波モータを使用したレンズの場合は、前述した減速比の関係から位置検出の精度がＤＣモータよりも悪くなることになる。

このような関係から、振動波モータを使用したレンズにおいては、ＤＣモータを使用したレンズと同等の位置検出精度にしようとすると、振動波モータからフォーカスユニット方向には減速機構を設けるのはもちろんのこと、パルス板方向に、増速するようなギア列を設ける必要がある。

停止位置精度を高めるためには、その増速された最終ギアにパルス板を連結する方法が考えられるが、振動波モータからフォーカスユニット方向のメカ的なガタに加えて、パルス板方向にもメカ的なガタが増加し、上述のようにレンズのメカ的なガタが多くなった場合の不具合の観点から考えると、フォーカスユニットの位置検出精度が良くなるとは考えられない。

従って、この振動波モータを使用したレンズの場合は、前記したギアによる増速機構を省いた位置検出機構と、フォーカスユニットの位置検出機構の２つで検出を行い、特にフォーカスユニットの位置検出機構では、もっと精度の良くなる穴ピッチの小さいパルス板を使用することが望ましいと考えられる。

まとめると、図１０のＡの位置とＢの位置の両方にて、位置及び速度検出するのが望ましいことになるが、アクチュエータやメカの構造上、位置の検出精度はＢ位置の方が良くなるケースがある。

これらのメカ的な構造を考えると、２個所で検出するのは良いが、速度制御は過去或いは現在の状態に応じてどちらの検出系を使用するのかを選択するのが非常に重要となり、フォーカスユニットの位置検出精度の向上には、複雑な制御となってしまう可能性が高い。この複雑な制御を行うためには高性能なマイコンによる制御が必須となってしまうが、コスト面で高くなってしまう等の問題がある。

上記課題を解決するために、本願発明の光学機器の第１の構成は、アクチュエータと、アクチュエータ(例えば、ＤＣモータ、振動波モータ)からの駆動力を伝達する伝達機構と、伝達機構からの駆動力により駆動される被駆動ユニット(例えば、光学レンズを含む光学ユニット)と、アクチュエータの回転の検出に応じてパルス信号を出力する第１の検出手段と、被駆動ユニットの駆動の検出に応じてパルス信号を出力する第２の検出手段と、第１及び第２の検出手段からの検出信号に基づいてアクチュエータを制御する制御手段とを有し、制御手段は、アクチュエータの駆動時において、第１及び第２の検出手段の両方からの出力を監視し、第１及び第２の検出手段のうち先に、ある決められたパルス出力量に相当するパルス数を出力した検出手段を判別し、該判別後は前記判別された検出手段の出力のみに基づいて前記アクチュエータを制御することを特徴とする。

本願発明の光学機器の第１の構成によれば、第１及び第２の検出手段のうち先にメモリに記録された検出手段の変化数を出力した検出手段の出力に基づいて、アクチュエータを制御するため、伝達機構のガタの量や、第１及び第２の検出手段の検出精度の差などに応じて、いずれの検出手段に基づき制御するかを判断する必要がなくなるため、制御アルゴリズムを簡素化して、コストの削減を図ることができる。

以下、本発明の実施例を説明する。

図１は、本発明の光学機器の一例であるレンズが装着された、カメラの機能ブロック図である。

同図において１はレンズ、２はフォーカスユニット(被駆動ユニット)であり、このフォーカスユニット２は、被写体にピントを合わせるための光学レンズを有している。

３はモータユニットであり、このモータユニット３は、図２に示すフォーカスユニット２の駆動源であるモータ３０(アクチュエータ)と、このモータ３０の駆動力をフォーカスユニット２に伝達する複数のギア列(伝達機構)を有している。モータ３０には、例えば、ＤＣモータや振動波モータを使用することができる。ギア列の詳細な説明は、後述する。

４はモータ３０の回転速度を検出する第１の検出器であり、５はフォーカスユニット２の移動量と移動速度を検出する第２の検出器であるが、詳細は後述する。

６は予めレンズ１に関する各種情報を記憶したＥＥＰＲＯＭである。本実施例では、第１の検出器４や第２の検出器５からの速度に関する出力値と比較するためのデータを記憶させ、この記録された速度データが、現在のモータユニット３或いはフォーカスユニット２の出力値と比較して早いか遅いかを、レンズマイコン７に判断させるようにしている。また、ＥＥＰＲＯＭ６には、第１の検出器４が出力する回転量及び第２の検出器５が出力する移動量の値と比較する所定値を記憶させている。

７はレンズマイコンであり、このレンズマイコン７は、レンズ１の全ての制御を司り、シリアル通信機能、タイマーカウンタ機能、Ａ／Ｄ機能、メモリ等を備えている。

８はカメラ−レンズ間で通信するための接点ユニットである。この接点ユニット８は、カメラ側に形成された金属からなる複数の突起部と、レンズ側に埋め込まれ、これらの突起部に接触する複数の金属切片とにより構成されている。

カメラ側の突起部には、電源端子、ＧＮＤ端子、入力端子、出力端子、同期クロック端子等が接続されている。

１１は、被写体の焦点状態を検出する焦点検出ユニットであり、この焦点検出ユニット１１の検出結果に基づき、フォーカスユニット２が合焦位置に駆動される。焦点検出の方式には、位相差方式、山登り方式、全スキャン方式、測距方式などがあるが、いずれを使用してもよい。

１２はカメラ全体の制御を司るカメラマイコンである。カメラマイコン１２は、レンズマイコン７との通信や、焦点検出ユニット１１の出力値からフォーカスユニット２の移動すべき量(合焦位置までの駆動量)を割り出すように構成されている。

１３はカメラ本体であり、上述の焦点検出ユニット１１、カメラマイコン１２の他に、不図示のレリーズスイッチを備えており、このレリーズスイッチを第１ストローク操作すると撮影準備動作(焦点調節動作及び測光動作)が開始され、第２ストローク操作すると撮影動作が開始される。なお、カメラ本体１３には、これらの他に様々な部品が搭載されているが、本実施例では、説明を省略する。図１の実線矢印、点線及び一点破線はそれぞれ、電気的接続、メカ的接続及び光軸を表している。

次に、カメラ１３とレンズ１の動作について説明する。カメラ１３の該レリーズスイッチを、使用者が第１ストローク操作すると、カメラマイコン１２から焦点検出ユニット１１に動作信号が出力される。

この動作信号を受信した焦点検出ユニット１１は、上述の焦点検出方式に基づき、焦点検出動作を開始し、その検出結果をカメラマイコン１２に出力し、カメラマイコン１２は、その検出結果を、接点ユニット８を介して、レンズマイコン７に送信する。

レンズマイコン７は、この受信した焦点検出の結果に基づき、フォーカスユニット２の現在位置と合焦位置とのズレ量及び移動方向を演算し、そのズレ量分だけ演算された移動方向にフォーカスユニット２を駆動する。

次に、フォーカスユニット２を駆動するモータユニット３の構造について、図２を用いて詳細に説明する。ここで、図２は、モータユニット３及びフォーカスユニット２の構造図である。

モータユニット３を構成する伝達機構は、モータ３０の出力軸に取り付けられたギア３１と、大ギアと小ギアからなる二段ギア３２、３３、３４から構成されており、ギア３１が二段ギア３２の大ギアと噛み合い、二段ギア３２の小ギアが二段ギア３３の大ギアと噛み合い、二段ギア３３の小ギアが二段ギア３４の大ギアと噛み合う構成となっている。

これらの伝達機構によって伝達されたモータ３０の駆動力は、回転リング５１を介してフォーカスユニット２に伝達される。すなわち、回転リング５１の内輪に設けられた不図示の雄ヘリコイドとフォーカスユニット２の外輪に設けられた雌ヘリコイド２２が、ヘリコイド結合することにより、回転リング５１の回転力が、フォーカスユニット２に伝達される。これにより、フォーカスユニット２に含まれる光学レンズが、光軸方向に駆動され、被写体にピントを合わせることができる。

また、モータ３０の出力軸に取り付けられたギア３１は、回転シャフト４１に固定されたギア４２にも噛み合っており、回転シャフト４１の先端部には、パルス板４３(第１の検出手段)が固定されている。したがって、モータ３０の回転力がギア４２に伝達され回転動作を開始すると、これに同期して、パルス板４３も回転動作を開始する。パルス板４３は、円板の周囲を回転中心から放射状に穴を空けることにより構成されている。

第１の検出器４は、インタラプタ素子を有しており、このインタラプタ素子は、パルス板４３の穴部に対応した位置に配置されている。第１の検出器４には、インタラプタ素子の他に回転量を読み取るためのカウンタ部や、周波数−電圧変換部（Ｆ／Ｖ）が内蔵されており、カウンタ部及び周波数−電圧変換部からはそれぞれ、カウンタ値及びアナログ電圧値がレンズマイコン７に対して出力されるようになっている。

なお、インタラプタ素子に代えて、電磁式のホール素子を使用したり、電気的な接触を検出するようにしてもよい。また、検出器内の回路構成を簡単にするために、第１の検出器４に、インタラプタ素子からのアナログ出力を波形成形して直接レンズマイコン７に伝達する回路を構成し、レンズマイコン７内のカウンタ機能やタイマー機能で回転量や回転速度を検出する方法などもある。

上述の構成を有する第１の検出器４は、パルス板４３に対する光の透過と遮光を読み取って出力し、その出力変化を検出して、回転シャフト４１に固定されたギア４２の回転量と単位時間当たりの出力変化数に基づき、ギア４２の回転速度を読み取ることができる。

第２の検出器５は、第１の検出器４と電気的には同じ構成となっており、パルス板２１に対するインタラプタ素子の透過、非透過を検出することにより、フォーカスユニット２の駆動、すなわち移動量と移動速度を検出できるようにしている。ただし、移動量や移動速度にこだわる必要はなく、モータ３０の回転力をフォーカスユニット２に伝達する伝達機構(例えば、二段ギア３３)の回転量と回転速度を検出することにより、フォーカスユニット２の駆動を検出してもよい。

フォーカスユニット２の現在位置は、レンズマイコン７が第２の検出器５の出力を常に監視することで特定することができる。レンズマイコン７は、フォーカスユニット２を設定した方向に移動させるべく、モータ３０に電圧を印加する。

モータ３０が振動波モータの場合は、電圧に周波数変調を掛けて、これをモータに印加する。振動波モータが起動すると、まず、出力軸３０（モータ３０）に固定されたギア３１が回転動作を開始し、各ギア３１〜３４間のバックラッシュが詰まった時点で、フォーカスユニット２に駆動力が伝達される。

ここで、上述のように、ギア４２及びパルス板４３は、回転シャフト４１に固定されているため、パルス板４３は、ギア４２に同期して回転する。したがって、第１の検出器４がパルス板４３の回転に伴うインタラプタ素子の出力変化を検知することにより、ギア４２の回転量及び回転速度を検出することができる。検出された回転量及び回転速度は、レンズマイコン７に伝達される。なお、上述したように、インタラプタ素子から出力される出力信号をレンズマイコン７に伝達し、レンズマイコン７に回転量及び回転速度を演算させるようにしてもよい。

モータ３０の駆動力が伝達され、フォーカスユニット２が移動を開始すると、第２の検出器５は移動量と移動速度を検出し、この検出結果をレンズマイコン７に出力する。この時、上述したように、メカ的なガタの量やパルス板４３の検出精度の違いによって第１の検出器４からの出力と第２の検出器５からの出力に時間的な差が生じ、フォーカスユニット２の速度制御をどちらの検出器を用いて行えば良いのか判別が難しい。

この判別を間違えると、フォーカスユニット２の速度が安定せず、フォーカスユニット２を停止位置にバラツキが出てしまう。すなわち、フォーカスユニット２のピント精度が不安定となる。

そこで、本発明では、モータ３０の駆動時において、第１の検出器４及び第２の検出器５のうち、予め設定された所定量の出力信号を先に出力した検出器を判別し、この判別された検出器からの出力信号に基づき、モータ３０の速度制御を行なうように設定している。ここで、所定量とは、各検出器４、５からのインタラプタ出力の変化数を意味し、本実施例では、EEPROM６に記録されている。なお、モータ３０の速度制御は、レンズマイコン７によって実行される。

次に、図３〜図５を用いて、モータ３０の制御方法について詳細に説明する。ここで、図３は、フォーカスユニット２内のメカ的なガタやモータユニット３内のギア間のバックラッシュがほとんど無い場合における、モータ３０の駆動時の、インタラプタの出力波形を示したタイミングチャートである。これは、例えば、前回のフォーカスユニット２の移動方向と同じ方向にフォーカスユニット２を駆動する場合に見られる現象である。

同図と図２から、モータ３０の起動と同時に、第１の検出器４と第２の検出器５の出力がほぼ同時に検出され、所定量、つまりインタラプタ出力の変化数が３パルスに設定されていたとすると、第２の検出器５が先に３パルス検出しているので、検出後のモータ３０の速度制御は、第２の検出器５からの出力に基づき行なわれることになる。

図４はフォーカスユニット２内のメカ的なガタや伝達機構を構成するギア間のバックラッシュが多く存在した場合における、モータ３０の駆動時の、インタラプタの出力波形を示したタイミングチャートである。これは前回の移動方向と逆方向にフォーカスユニット２を移動させる場合に見られる現象である。

同図と図２から、第１の検出器４が先に３パルス出力しているので、これ以降のモータ３０の速度制御は第１の検出器４からの出力に基づき行なわれることになる。

ここで、モータ３０の出力軸に取り付けられたギア３１と、パルス板４３と同期回転するギア４２とは噛み合っており、モータ３０の回転力は、伝達機構(ギア列)を介さずに、パルス板４３に伝達される構成となっているため、パルス板４３は、モータ３０の駆動開始後、直ちに回転動作を開始する。これに対して、フォーカスユニット２を駆動するモータ３０の回転力は、伝達機構(二段ギア３２〜３４)を介して伝達されるため、メカ的なガタや各ギア間のバックラッシュによって、駆動力が伝達されるまでに時間がかかる。

このため、パルス板４３に対応する第１の検出器４の出力変化よりも、パルス板２１に対応する第２の検出器５の出力変化のほうが遅れてあらわれることになる。

図５はフォーカスユニット２内のメカ的なガタや伝達機構を構成するギア間のバックラッシュが図４の状態よりも少ない場合における、モータ駆動時の、インタラプタ出力波形を示したタイミングチャートである。これは前回の駆動において、停止時の速度が不安定だった場合に発生するものである。

同図と図２から、モータ３０の起動と同時に、第１の検出器４の出力変化があらわれているが、ガタの量が少ないため、起動後直ちに第２の検出器５の出力変化もあらわれ、検出精度が第１の検出器４より第２の検出器５のほうが良い場合、第２の検出器５が先に３パルス出力する。

従って、これ以降のモータ３０の速度制御は、第２の検出器５の出力信号に基づき行なわれることになる。フォーカスユニット２内のガタやモータユニット３内のバックラッシュが中途半端な量になる要因として、例えば、使用者がフォーカスユニット２の移動を妨げるような操作（フォーカスユニット２のフォーカスレンズを手で押す、レンズ１を落下させたり強く握るなどして変形）を行なった場合に、フォーカスユニット２の負荷トルクが初期の仕様と異なることで制御とのマッチングが悪化してしまうことが考えられる。

この様に前回の駆動方向や停止時の状態、仕様の変化によるガタやバックラッシュの量の予測、検出精度の差の関係などの条件によって、フォーカスユニット２の位置精度にバラツキが生じてしまう。

また、レンズマイコン７に、該条件を判別させ、この判別結果に基づき、第１の検出器４及び第２の検出器５のうちいずれの出力信号に基づいてモータ３０の速度制御を行うかを決定させると、制御アルゴリズムが複雑となってしまう。

しかし、本発明では前回の駆動方向や停止時の状態を記憶する必要も無く、先に所定量の出力信号を出力した検出器を判別し、この判別された検出器からの出力信号に基づき、モータ３０の回転速度を制御しているため、制御アルゴリズムを簡素化するとともに、フォーカスユニット２の位置精度のバラツキを少なくすることができる。

ここで、上述のように、所定量(インタラプタ出力の変化数)は、ＥＥＰＲＯＭ６に記憶されているため、各レンズごとに値を調節することができる。これにより、例えば、レンズ１によってメカ的なガタ量がばらついたとしても常に安定した、速度制御を行なうことができる。

また、所定量の値は最低でもパルス出力が３回変化しないと速度が検出できないため、３パルス以上にするのが望ましい。これは、パルス板４３、２１の穴部と平面とのピッチ差がばらつくとパルス出力のデューティ比が変化してしまうため、パルス出力を最低でも１周期の出力変化量として読み取ることが必要となるためである。なお、ＥＥＰＲＯＭ６に記録された所定量を、レンズマイコン７のメモリ内に記録してもよい。

また、所定量を第１の検出器４と第２の検出器５とでそれぞれ、違う値に設定することにより、各検出器４、５の検出精度が大きく異なった場合でも、より安定した速度制御を行うことができることになる。

例えば、図４で、第２の検出器の精度が細かすぎた場合、速度検出するにはレンズマイコン７のタイマーカウンタの精度を粗くすることで、１０パルス分を平均して速度を求めるケースがある。この場合、第１の検出器４から出力される出力信号の所定量を、第２の検出器５と同様に１０パルスとすると、１０パルスに達するまで時間がかかるため、速度検出が遅れてモータ３０の回転速度が早くなりすぎてしまう。

この問題は、例えば、第２の検出器５の所定量を１０パルスにするとともに第１の検出器４の所定量を３パルスとして、第１の検出器４による速度検出を行なう時間を短くすることにより、解消できる。

また、第１の検出器４と第２の検出器５の出力が同時に所定量に達した場合は、第２の検出器５からの出力信号に基づき、モータ３０の速度制御を行なうのが望ましい。これは、第１の検出器４から出力された出力信号に基づき速度制御を行なった場合、モータ３０の速度を安定化させることになるため、フォーカスユニット２の位置精度を高めるという、本来の目的から外れることになるからである。

したがって、第２の検出器５から出力された出力信号に基づき、常にモータ３０の速度制御を行うのが好ましいとも考えられる。しかし、メカ的なガタによって第２の検出器５からの出力が遅れてしまうと、フォーカスユニット２を微小移動させる時に、モータ３０の回転速度が速くなり過ぎて、フォーカスユニット２に駆動力が伝達された時には、フォーカスユニット２を停止させようとしても行き過ぎてしまうことになる。つまり、第１の検出器４及び第２の検出器５のうちいずれか一方がない場合、フォーカスユニット２の停止位置精度は良くならないことになる。

上述のように、レンズマイコン７は、先に所定量に達した検出器からの出力信号に基づき、モータ３０の速度制御を行なうべく、予めレンズマイコン７内か、若しくはＥＥＰＲＯＭ６に記憶された目標速度になるようにモータ３０の回転速度を制御する。この時、第１の検出器４と第２の検出器５で検出精度が同じ場合、フォーカスユニット２の目標速度に応じたモータ３０の目標速度を一つ記憶しておけばよいが、これらの検出器の精度が異なる場合は、２つの所定速度情報を記憶しなければならないことになる。

図６は、第１の検出器４のパルス出力量に対して第２の検出器５のパルス出力量が２倍の場合のインタラプタ出力波形を示したタイミングチャートである。この場合、第１の検出器４の周期(時間)２Ｔは、第２の検出器５の周期Ｔの２倍となる。モータ３０の速度制御を行なうにあたり、所定速度情報は定速時と減速時に大きく分けられ、その場合、定速時の所定速度情報はレンズの状態によって分けられていたり、また減速時は駆動残量によって細かく分けられているのが現状である。

これらを２種類の速度情報として分けて記憶するためには、レンズマイコン７やＥＥＰＲＯＭ６の記憶容量が不十分の場合、不利である。また、１つの速度情報をどちらの検出器を使っているかで判別して演算で処理しようとすると、演算自体に時間がかかり、制御が遅れてしまうことにも成りかねない。

そこで、図６に示すように、第１の検出器４と第２の検出器５の検出量の比を２の整数の指数倍にすることで１つの速度情報で、かつ簡単な演算でどちらの検出器を使用していても速い速度制御が可能な構成となる。

例えば、第１の検出器４の回転量としての値が１パルス出力されるまでに、第２の検出器５が２の１乗＝２パルス（図６）、２の２乗＝４パルス、２の３乗＝８パルスなど、２の整数の指数倍が出力される構成となっている場合、レンズマイコン７に記憶された第２の検出器５の速度情報が１ｍｓｅｃ／１パルスであるとすると、速度制御を第２の検出器５で行なっている時は、第２の検出器５から出力される速度情報と上記した１ｍｓｅｃ／１パルスの予め記憶された速度情報とを直接比較することが出来る。

また、速度制御を第１の検出器４で行い、検出精度が第１の検出器４の方が粗い設定の場合に、検出精度が２の１乗なら１ｍｓｅｃ×２＝２ｍｓｅｃ、検出精度が２の２乗なら１ｍｓｅｃ×４＝４ｍｓｅｃ、検出精度が２の３乗なら１ｍｓｅｃ×８＝８ｍｓｅｃとなり、それぞれの値と第１の検出器４の実際の速度情報を比較することで制御できることになる。

ここで、注目すべき点は、第１の検出器４と第２の検出器５の検出量の比が２の整数の指数倍の場合、レンズマイコン７の演算が非常に簡単となることである。たとえば１ｍｓｅｃを１０００として記憶する場合、これをレンズマイコン７では１６進数として記憶しているため、０３Ｅ８Ｈｅｘと記憶する。これを２ｍｓｅｃ（２０００）にする場合は、０３Ｅ８Ｈｅｘを左方向に１ｂｉｔシフトすることで可能である。

０３Ｅ８Ｈｅｘを左へ１ｂｉｔシフトすると０７Ｄ０Ｈｅｘとなり、これを１０進数に直すと２０００となる。同じく４ｍｓｅｃなら左へ２ｂｉｔシフトし、８ｍｓｅｃなら３ｂｉｔシフトすることで演算が終了する。ビットシフト機能は今や、ほとんどのマイコンが持っている機能であり、乗算するよりも数十倍、速い処理が可能である。

このように、第１の検出器４と第２の検出器５の検出量の関係を、２の整数の指数倍に構成することで２つの検出器４、５を備えていながら、レンズマイコン７内のメモリに記憶したデータ量が少なく、また演算速度を速くできるため、迅速な速度制御を簡単に行なうことが可能となる。

なお、モータ３０が所定回転量駆動されたときに、第１及び第２の検出器４、５から出力されるパルス量が等しくなるようにしてもよい。すなわち、第１及び第２の検出器４、５の検出精度を同じにしてもよい。

レンズマイコン７はフォーカスユニット２を所定位置に停止させたと判断した場合、モータユニット３内のモータ３０への通電を停止し、合焦動作を終了する。レンズマイコン７は、絞り制御、手ぶれ補正制御などの処理を並列して行う場合もあるが、本実施例では説明を省略する。

図７はカメラマイコン１２のオートフォーカスに関する処理を表すフローチャートである。同図と図１をもとに更に詳細な説明を以下に記述する。
(ステップ１００、１０１)
初めに、不図示のレリーズボタンが第１ストローク操作(以下、ＳＷ１と省略する)されたかどうかを、カメラマイコン１２が判断する。そして、ＳＷ１が押された場合には、ステップ１０２に進み、該レリーズボタンが押されていない場合には、ステップ１００に進む。
(ステップ１０２)
ＳＷ１が押されると、カメラマイコン１２から、焦点検出ユニット１１に焦点検出動作の開始を指示する信号が出力され、焦点検出動作が開始される。
(ステップ１０３)
焦点検出結果がレンズマイコン７に送信されると、レンズマイコン７は、受信した焦点検出データとフォーカスユニット２の現在位置を比較し、その結果を、カメラマイコン１２に送信する。カメラマイコン１２は、被写体にピントが合っている場合は何もせず、ＡＦ動作を終了させるためにステップ１０６に移行する。
(ステップ１０４)
ステップ１０３にて、被写体にピントが合っていないと判定された場合は、フォーカスユニット２を移動させてピントを合わせるための駆動信号を、レンズマイコン７に送信する。この時、通信されるデータは、上述の焦点検出情報とレンズ補正の許可をレンズマイコン７に指示するためのステータスデータである。
(ステップ１０５)
レンズマイコン７は、フォーカスユニット２の移動が終了すると、そのことをカメラマイコン１２にステータス情報として送信する。カメラマイコン１２はレンズのステータス情報を確認し、補正が終了するまで待つ。
(ステップ１０６)
ステップ１０５にて、カメラマイコン１２がレンズの補正が終了したと判断した場合は、レンズの補正を禁止するステータス情報をレンズマイコン７に送信し、ピントの補正処理を終了する。
図８は、レンズマイコン７の通信割り込み処理に関するフローチャートである。同図と図１を参照して、本実施例の光学機器の動作を説明する。

(ステップ２００、２０１)
初めにカメラマイコン１２から通信が送信されると、カメラマイコン１２から送信されたコマンドデータを確認する。コマンドデータとは、カメラマイコン１２からレンズマイコン７への要求内容を表すコードデータで、レンズマイコン７は、このコードデータを解析してカメラからの要求を判別する。コマンドデータの内容としては、フォーカスユニット２の移動許可命令、フォーカスユニット２の移動停止命令、光学に関する情報の送信要求（焦点距離、ＦＮｏ、レンズステータス情報等）、焦点検出情報の受信要求などがあり、レンズマイコン７は、これらのコマンドデータを解析する。

(ステップ２０２)
レンズマイコン７は、コマンドデータを解析してカメラマイコン１２に必要なデータを送信する。この時、カメラマイコン１２から受信したコマンドデータが、レンズのステータス情報であった場合、レンズマイコン７は、現在フォーカスユニット２が移動中か停止中かを判断し、カメラマイコン１２へのステータス情報送信データとして結果を記録する。

このステータス情報はカメラマイコン１２からの次の通信を受信した時に、カメラマイコン１２に送信される。また、カメラマイコン１２から受信したコマンドデータが焦点検出情報の受信要求であった場合、レンズマイコン７は次の通信で焦点検出情報をカメラマイコン１２から受信して、不図示の内部メモリに記憶しておく。
(ステップ２０３)
カメラマイコン１２からの通信によるコマンド解析、データのセット、及び送信処理が終了したら割り込み処理を終了する。

図９はレンズマイコン７のフォーカスユニット２の移動に関するプログラムを示したフローチャートである。同図と図１をもとに説明を続ける。
(ステップ３００、３０１)
カメラ１３にレンズ１が取り付けられることで、レンズマイコン７には、接点ユニット８を介して電源が供給され、レンズマイコン７は、リセット処理を実行する。このリセット処理が終了すると、レンズ１に取り付けられた不図示のスイッチ類の状態を検出し、これを内部メモリに記憶する。このスイッチ類とは、例えば、オートフォーカスとマニュアルフォーカスの２つの動作モードを切り換えるスイッチや、手ぶれ補正の動作・非動作を選択するスイッチである
(ステップ３０２)
レンズマイコン７とカメラマイコン１２は、接点ユニット８を介してお互いに情報を送受信できる構成となっており、レンズマイコン７は、カメラマイコン１２からフォーカスユニット２の補正許可が送信されたかを確認する。補正許可が送信されていない場合は、ステップ３０１に戻り、再びスイッチ類の状態を検出する。尚、カメラマイコン１２からの通信は、レンズマイコン７の割り込み処理で処理される構成となっていて、必要な情報（例えば上記したフォーカスユニットの補正許可）は割り込み処理内でレンズマイコン７の内部メモリに記憶される。
(ステップ３０３)
ステップ３０２にて、カメラマイコン１２からフォーカスユニット２の補正許可が送信されていた場合、即座にモータユニット３を駆動してフォーカスユニット２の移動を開始する。尚、フォーカスユニット２の移動量は、カメラマイコン１２からの焦点検出情報に基づき、あらかじめ演算されている。

また、この時カメラマイコン１２に対し、フォーカスユニット２が移動中であることを知らせるためのフラグをセットし、これをカメラマイコン１２に通信する。カメラマイコン１２は、この通信によってフォーカスユニット２が移動中であることを認識する。
(ステップ３０４)
レンズマイコン７は第１の検出器４と第２の検出器５から出力されるそれぞれの移動量と予め定められた各検出器４、５における所定量を比較し、どちらか一方の検出器が所定量に達するまで待機する。ここでいう、所定量とは前記した最低３パルスとなる所定量である。
(ステップ３０５)
ステップ３０４で、検出器４、５のうちいずれか一方の出力が所定量に達した場合は、予め記憶してある第２の検出器５の出力に対応した目標速度情報(Ｖｍ)を、レンズマイコン７のメモリに転送し、また、先に所定量に達した検出器からの速度情報(Ｖ)を、レンズマイコン７のメモリに転送する。また、これらの検出器４，５が同時に所定量に達した場合は、第２の検出器５からの速度情報(Ｖ)をレンズマイコン７のメモリに転送する。
(ステップ３０６)
レンズマイコン７は、ステップ３０４で先に所定量に到達した検出器がどちらであるかを判別し、第１の検出器４からの出力が早く所定量に到達した場合は、ステップ３０７へ移行する。第２の検出器５からの出力が早く所定量に到達した場合は、ステップ３０８へ移行する。
(ステップ３０７)
目標速度情報Ｖｍと実際速度Ｖとでは、物理量が異なるため、これらの速度を比較することは出来ない。そこで、予め記憶してある、第１の検出器４のパルス出力量に対する第２の検出器５のパルス出力量の比を１：２のｎ乗（ｎは整数）とすると、目標速度情報Ｖｍ＝Ｖｍ×２のｎ乗となり、レンズマイコン７はＶｍをｎ回だけ左シフトする処理を行なう。この操作によって目標速度情報を第１の検出器４の出力に対応した値に設定することが出来る。
(ステップ３０８)
レンズマイコン７は、実際速度Ｖと目標速度Ｖｍを比較し、実際速度Ｖが目標速度Ｖｍに近接するようにモータ３０に印加する電圧を変更し、速度制御を行なう。
(ステップ３０９)
フォーカスユニット２の実際の移動量とカメラマイコン１２から送信された焦点検出情報に基づいてステップ３０３で演算した移動量とを比較し、所定の移動量に達した場合はステップ３１０へ移行し、それ以外はステップ３０５に移行する。
(ステップ３１０)
レンズマイコン７は、カメラマイコン１２から送信された焦点検出情報に基づき、所定移動量だけフォーカスユニット２が移動したと判断したら、モータ３０を停止させ、カメラマイコン１２に対しフォーカスユニット２が停止中であることを知らせるため、移動中フラグをクリアして、カメラマイコン１２に通信する。カメラマイコン１２は、この通信を受信したらフォーカスユニット２が所定位置に達したと判断し、次の動作に移行する。

本実施例のオートフォーカス式のカメラと交換レンズの機能ブロック図 モータユニットとフォーカスレンズの機構図 バックラッシュがないときの、インタラプタ素子の出力波形を示すタイミングチャート バックラッシュがあるときの、インタラプタ素子の出力波形を示すタイミングチャート バックラッシュが図４よりも少ないときの、インタラプタ素子の出力波形を示すタイミングチャート 第１の検出器と第２の検出器の検出量の比を２の整数の指数倍にした場合の、インタラプタ素子の出力波形を示すタイミングチャート カメラマイコンによる制御手順を示すフローチャート レンズマイコンによる制御手順を示すフローチャート レンズマイコンによる制御手順を示すフローチャート 従来例のモータユニットとモータユニットによって駆動されるフォーカスユニットの構造図。

符号の説明

１ レンズ
２ フォーカスユニット
３ モータユニット
４ 第１の検出器
５ 第２の検出器
６ ＥＥＰＲＯＭ
７ レンズマイコン
８ 接点ユニット
１１ 焦点検出ユニット
１２ カメラマイコン
１３ カメラ本体

Claims (6)

1. アクチュエータと、
   前記アクチュエータからの駆動力を伝達する伝達機構と、
   前記伝達機構からの駆動力により駆動される被駆動ユニットと、
   前記アクチュエータの回転の検出に応じてパルス信号を出力する第１の検出手段と、
   前記被駆動ユニットの駆動の検出に応じてパルス信号を出力する第２の検出手段と、
   前記第１及び第２の検出手段からの検出信号に基づいて前記アクチュエータを制御する制御手段とを有し、
   前記制御手段は、前記アクチュエータの駆動時において、前記第１及び第２の検出手段の両方からの出力を監視し、前記第１及び第２の検出手段のうち先に、ある決められたパルス出力量に相当するパルス数を出力した検出手段を判別し、
   前記判別後は前記判別された検出手段の出力のみに基づいて前記アクチュエータを制御することを特徴とする光学機器。
2. 前記被駆動ユニットは、光学レンズを含む光学ユニットであることを特徴とする請求項１に記載の光学機器。
3. 前記第１及び第２の検出手段が、同時に、前記ある決められたパルス出力量に相当するパルス数を出力した場合、前記制御手段は、前記第２の検出手段の出力に基づいて前記アクチュエータを制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の光学機器。
4. 前記ある決められたパルス出力量は、前記第１の検出手段と前記第２の検出手段とで異なることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学機器。
5. 前記第１の検出手段のパルス出力の周期が、前記第２の検出手段のパルス出力の周期の２の整数の指数倍であることを特徴とする請求項４に記載の光学機器。
6. 前記アクチュエータが駆動されたときに、前記第１及び第２の検出手段から出力されるパルス数は、等しいか又は第２の検出手段から出力されるパルス数の方が多いことを特徴とする請求項１又は２に記載の光学機器。