JP5058775B2 - 振動波アクチュエータを有する光学機器 - Google Patents

Description

本発明は、被写体にピントを合わせるためのオートフォーカス手段として振動波アクチュエータを有する光学機器に関するものである。

従来、振動波アクチュエータを代表する振動波モータは、振動体に印加する交流電界が或る位相差を設けた２つのＡ相、Ｂ相で回転動作を行うように設定されている。Ａ相とＢ相の位相差は±９０゜であり、この正負により回転方向が決定される。また、その回転速度はモータに印加する電圧や、Ａ相、Ｂ相の周波数を変化させることで、所望の速度に制御させることが一般的となっている。

振動波モータは通常では機械的な回転体又は移動体と結合され、回転体の回転速度を安定させるために、速度フィードバック制御を行うのが一般的である。

図１２は周波数と振動波モータの回転数との関係のＦ−Ｎ特性図を示し、振動波モータの回転数は、モータに印加する周波数を変化させることで変更できることが分かる。モータに印加する周波数が高い場合は回転数が遅く、周波数を下げることで徐々に回転数が早くなり、或るポイントを通過すると再び遅くなる傾向があり、この回転数の切換り周波数ポイントを振動波モータの共振周波数と呼ぶ。

このような振動波モータの特長として、共振周波数よりも高い周波数領域の方が周波数に対する回転数の特性の裾が長く、共振周波数よりも低い周波数では周波数に対し急激に回転数が変化している。そのため、上述したような速度フィードバック制御を行う場合には、共振周波数よりも高い周波数帯を使用することが一般的である。また、共振周波数の近傍での制御は印加される周波数に対する回転速度の変化が大きく、速度制御を行うことは困難であることが分かる。

この振動波モータを用いた制御方式として、特許文献１では振動波モータの起動時間を短縮させるために、振動波モータの起動周波数を記憶して、次回の駆動時の周波数を設定する旨の内容が記載されている。また、特許文献２では、振動波モータを使用した光学機器においては、被写体にピントを合わせるための制御方法について説明がされている。例えば、一般的にＴＶＡＦと呼ばれている制御方法で、撮影レンズの一部のレンズを決められた時間内で微小駆動させて、ピントの変化を検出するウォブリング駆動を行うもので、超音波モータつまり振動波モータを使用することが記載されている。

特開２００２−２８１７６９号公報 特開２００３−２７９８４６号公報

振動波モータの特長として、駆動トルクが大きくかつ回転数が低いことから、従来のＤＣモータで使用されているような減速機構が不要なため、作動音を低減できることが挙げられる。そこで、この振動波モータは一眼レフカメラの交換レンズに使用されているが、近年のカメラのデジタル化が進み、静止画像のみならずビデオカメラのような簡易動画撮影を行うことが可能となっている。

この動画撮影を一眼レフカメラで行うためには、一眼レフカメラ特有のミラーは撮像素子への光の入射を妨げるため使用できない。そこで、ミラーは常に収納状態にして撮影する必要があるが、被写体のオートフォーカスのピント検出にもこのミラーを使っているため、動画撮影時はオートフォーカスが実施できないなどの不具合が考えられる。

このため、特許文献２に開示されているスチールビデオのウォブリング方式が考えられるが、振動波モータを使用した交換レンズでは、次のようなモータ制御上の問題点がある。

（ａ）駆動レンズがビデオカメラの場合に比べて大きいため負荷変動が大きい。（ｂ）振動波モータの周波数−速度特性が温度によって異なる。（ｃ）低速駆動を行うためには高周波側を使用する必要があるが、高周波側は振動波モータ自体のトルク変動が大きいため、負荷変動の影響を受け易い。

これらの問題点により、振動波モータで微小駆動を行う場合に注意する項目として、次のことが挙げられる。

（１）温度特性の違いによって、予め高周波数側から振動波モータに電圧を印加させることが必要となるため、振動波モータの起動に時間が掛かる。

（２）振動波モータが起動したとしても、その後の速度変動が大きいため、微小駆動終了時の停止位置精度が変動する。

上述の（１）に関しては、特許文献１で紹介されている起動時の周波数を記憶することによって、或る程度緩和させることが可能となる。しかし、記憶するまでの最初の駆動が長くなることや、（２）の速度変動に関しては対策とならない。

本発明の目的は、上述の問題点を解消し、振動波アクチュエータを用いてレンズを駆動する場合にフォーカス検出と合焦時間を短縮することができる振動波アクチュエータを有する光学機器を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係る振動波アクチュエータを有する光学機器は、振動波アクチュエータと、該振動波アクチュエータに印加する電圧の周波数を変化させる周波数変更手段と、経過時間を計測する計時手段と、前記振動波アクチュエータの回転量を検出する回転量検出手段と、前記振動波アクチュエータの制御を行う制御手段とを具備し、該制御手段は前記振動波アクチュエータを起動する場合に、所定の周波数を前記振動波アクチュエータに印加してからの経過時間を前記計時手段によって計測し、所定時間が経過した後の前記回転量検出手段で検出した回転量に応じて次回の起動周波数を決定することを特徴とする。

また、本発明に係る振動波アクチュエータを有する光学機器は、被駆動部材と、該被駆動部材を駆動する振動波アクチュエータと、該振動波アクチュエータに印加する電圧の周波数を変化させる周波数変更手段と、経過時間を計測する計時手段と、前記振動波アクチュエータの回転量を検出する回転量検出手段と、振動波アクチュエータの制御を行うための制御手段とを具備し、該制御手段は前記振動波アクチュエータを起動する場合に、所定の周波数を前記振動波アクチュエータに印加してからの経過時間を前記計時手段によって計測し、所定時間が経過した後の前記回転量検出手段からの情報と前記被駆動部材のがた量に応じて次回の起動周波数を決定することを特徴とする。

本発明に係る振動波アクチュエータを有する光学機器によれば、振動波アクチュエータに特有の制御のし難さを緩和でき、カメラの撮影モード又はオートフォーカスの検出モードの違いによらずに、迅速なフォーカス検出と合焦時間の短縮が図れる。

本発明を図１〜図１１に図示の実施例に基づいて詳細に説明する。

図１は交換式レンズ及びオートフォーカス一眼レフデジタルカメラのブロック回路構成図である。レンズ本体１はカメラ本体２０に交換自在に装着されている。レンズ本体１には、フォーカスレンズ２を有する被駆動部材であるフォーカスユニット３が設けられている。レンズ本体１には計時手段としての内部タイマ４ａ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等から成る内部メモリ４ｂを備えたレンズマイコン４が内蔵されている。

レンズマイコン４の出力はドライバ回路５、昇圧回路６に接続され、ドライバ回路５の出力はフォーカスユニット３を駆動する振動波アクチュエータである振動波モータ７に接続されている。また、昇圧回路６の出力はドライバ回路５に接続されている。振動波モータ７の回転量を検出する回転量検出ユニット８及び振動波モータ７の位相差を検出する位相差検出器９の出力はレンズマイコン４に接続されている。更に、フォーカスユニット３の位置の検出を行う絶対位置検出器１０の出力はレンズマイコン４に接続されている。

カメラ本体２０においては、フォーカスレンズ２の光軸上に例えばＣＣＤから成る撮像素子２１が配置されている。カメラ本体２０内のカメラマイコン２２には撮像素子２１、ＡＦ開始スイッチ２３、測距ユニット２４が接続されている。また、レンズマイコン４とカメラマイコン２２とは接点ユニット２５を介して接続されている。

振動波モータ７の駆動電源である昇圧回路６は印加する基準電圧を作り出し、バッテリ電圧を５倍程度まで昇圧する回路（ＤＣ／ＤＣコンバータ）である。ドライバ回路５は振動波モータ７を駆動するための電力増幅を行っている。レンズマイコン４はレンズ本体１の全ての制御を行い、接点ユニット２５を介してカメラ本体２０との通信を行うためのシリアル通信コントローラ、ＤＡＣ機能、入出力ポートが搭載されている。

回転量検出ユニット８は振動波モータ７の回転量を検出し、振動波モータ７の回転に同期して回転する小さな円板とフォトインタラプタ素子で構成されている。円板は円周上を同じピッチで切欠され、フォトインタラプタ素子のＬＥＤから投光された光が受光素子に到達するか、遮光されるかで信号の変化を検出する構成となっている。また、前述したフォトインタラプタ素子からの信号の１ピッチの時間間隔を計測し、振動波モータ７やフォーカスユニット３の速度を検出している。

レンズマイコン４では移動量の単位はフォトインタラプタ素子からの信号で、１回の信号変化を１パルスとして各制御定数を決定している。フォーカスユニット３の移動量は振動波モータ７の回転量と機械的に比例するため、前述したピッチ数を計数することでフォーカスユニット３の移動量検出にも使用している。位相差検出器９は振動波モータ７に印加する交流電圧と前述したＳ相との位相差を検出する。

測距ユニット２４は被写体までの距離に対するフォーカスユニット３の現在の位置と撮像素子２１でのピントずれ量を測距する。オートフォーカスカメラの撮像素子では、ＣＣＤを使った複数のラインセンサを使用した位相差検出する方式が一般的となっている。その他のピントのずれを検出する方式として、動画の場合は先に説明したフォーカスレンズを駆動するウォブリング方式もある。このウォブリング方式はカメラ撮影者がピントのずれを認識できない程度の微小な移動量でフォーカスレンズを駆動する方式である。

本実施例では、このウォブリングによる微小なピントずれを撮像素子２１でコントラスト変化として検出しピント状態を検出している。ピントが合っていない場合は検出結果に基づいて、フォーカスユニット３をピントが合う方向に超低速で駆動させる動作を行うことになる。カメラマイコン２２はカメラの全ての制御を行い、撮影者は機械的なＡＦ開始スイッチ２３によりピント合わせ及びレリーズすることを指示する。

接点ユニット２５はカメラ本体２０との通信を行うための複数の金属接点を有し、カメラ本体２０側には複数の金属突起が設けられている。レンズ本体１側には、その突起と接触させるための複数の金属片が埋め込まれていて、それぞれの金属を通してカメラマイコン２２とレンズマイコン４が電気的に接続されている。金属接点は機械的に接触しているだけなので、レンズ本体１を外すことが可能である。位置検出器１０はフォーカスユニット３の絶対位置を検出するためのものであり、銅箔基板で特定の電気的パターンを形成し、そのパターンを金属ブラシで読み取る方式となっている。

カメラの撮影モードが静止画撮影モード又はオートフォーカス検出方式が位相差方式である場合についての動作を説明する。カメラマイコン２２はＡＦ開始スイッチ２３を検出し、撮影者からオートフォーカス開始の指示があるまで待機し、指示があった場合は測距ユニット２４からのデータを取り込む。測距ユニット２４はフォーカスユニット３の位置検出器１０を通して、被写体までの距離とフォーカスユニット３の現在位置からピントのずれ量を測距する。カメラマイコン２２は測距したピントのずれ量からピントを合わせるためのフォーカスユニット３の移動量を演算し、レンズマイコン４に接点ユニット２５を通して通信する。

レンズマイコン４は昇圧回路６を起動し、ドライバ回路５に約３０Ｖ程度の電圧を印加する。レンズマイコン４はドライバ回路５に電圧が印加されると、内部タイマ４ａを使用して所定の周波数でＡ相及びＢ相の９０゜位相をずらした駆動波形を出力し、振動波モータ７を駆動してフォーカスユニット３の移動を開始させる。内部タイマ４ａで所定時間が経過する度にレンズマイコン４は徐々に周波数を下げて振動波モータの回転数を上げて行く。レンズマイコン４は回転量検出ユニット８を監視し、カメラマイコン２２から送信された移動量と比較することを常に行っている。比較の結果、一致した場合は所定の移動量だけフォーカスユニット３が移動したと判断し、振動波モータ７の駆動を停止する。

また、回転量検出ユニット８の出力変化をレンズマイコン４の内部タイマ４ａにより時間を計測し、予めレンズマイコン４の内部メモリ４ｂに設定してある目標速度つまり目標回転数に相当の時間値と比較する。その結果、差がある場合は周波数を変化させて、振動波モータ７の回転数制御つまりフォーカスユニット３の移動速度制御を行う。

カメラの撮影モードが被写体を連続的に撮影する動画撮影モード、又はオートフォーカス検出方式がウォブリング駆動を使用したＴＶＡＦ方式である場合には、カメラマイコン２２は常に撮像素子２１に被写体像を取り込む操作を行っている。レンズマイコン４には動画撮影モード又はウォブリング駆動の指示を、接点ユニット２５を通してレンズマイコン４に送信する。撮像素子２１からの撮像データから被写体のピント状態を検出し、被写体にピントを合わせるためのフォーカスレンズ２を移動させる方向と移動速度を決定する。次に、決定した移動方向と移動速度をレンズマイコン４に送信する。

レンズマイコン４はウォブリング駆動を行うために、振動波モータ７に印加する周波数を決定する。レンズマイコン４は移動方向及び移動速度の指示をカメラマイコン２２から受信すると昇圧回路６を起動し、ドライバ回路５に約３０Ｖ程度の電圧を印加する。ドライバ回路５に電圧が印加されると、レンズマイコン４は所定の周波数でＡ相及びＢ相の９０゜位相をずらした駆動波形を出力し、振動波モータ７を駆動してフォーカスユニット３の移動を開始させる。

内部タイマ４ａで所定時間が経過する度に、レンズマイコン４は振動波モータ７に印加しているＡ相及びＢ相の９０゜位相を逆転し、移動方向を反転させ、これがウォブリング駆動となってピントの検出が可能となる。ピント補正を行うためには、ウォブリング駆動時間を移動方向にのみ長くすることで、微妙にフォーカスユニット３を移動させる。レンズマイコン４は回転量検出ユニット８の出力変化をレンズマイコン４の内部タイマ４ａで時間を計測し、カメラマイコン２２から指示された移動速度で、フォーカスユニット３の移動速度を制御する。

図２は振動波モータ７を動作させるためのドライバ回路５と位相差検出器９と昇圧回路６とレンズマイコン４の部分の駆動回路図である。この駆動回路は周波数を変化させることで、振動波モータ７の速度制御を行う方式となっている。

振動波モータ７の制御を行うレンズマイコン４の機能として、振動波モータ７に印加する周波数を作り出すための周波数ジェネレータ機能と、振動波モータ７の位相検出を行うための信号キャプチャ機能付きタイマカウンタ機能を具備している。昇圧型ＤＣＤＣコンバータユニット３１は振動波モータ７に印加する電源回路であり、この回路はコンバータユニット３１によって動作／非動作を制御されている。レギュレータ３２は電源３３を安定的に供給し、レンズマイコン４に供給され、かつ位相検出の基準電源としても使用している。ＮＰＮトランジスタ３４は振動波モータ７のＡ相側のインバータ３５により電源を供給し、ＮＰＮトランジスタ３６は振動波モータ７のＢ相側のインバータ３７により電源を供給する。

Ａ相側のインバータ３５の入力とＡ相側ＮＰＮトランジスタ３８のベースは、それぞれレンズマイコン４のＡ相側周波数ジェネレータ出力端子に接続されている。また、インバータ３５の出力が抵抗３９を通してＮＰＮトランジスタ３４のベースに接続され、レンズマイコン４の出力論理によって振動波モータ７のＡ相側に電力がシンク／ソースされる構成となっている。

同様に、Ｂ相側のインバータ３７の入力とＢ相側ＮＰＮトランジスタ４０のベースが、それぞれレンズマイコン４のＢ相側周波数ジェネレータ出力端子に接続されている。また、インバータ３７の出力が抵抗４１を通してＮＰＮトランジスタ３６のベースに接続され、レンズマイコン４の出力論理によって振動波モータ７のＢ相側に電力がシンク／ソースされる構成となっている。

Ａ相側コイル４２とＡ相側コンデンサ４３を電源に対し直列接続することによって、印加される周波数に応じた昇圧電圧が振動波モータ７のＡ相に印加される。同様に、Ｂ相側コイル４４とＢ相側コンデンサ４５を電源に対し直列接続することによって、印加される周波数に応じた昇圧電圧が振動波モータ７のＢ相に印加される。

振動波モータ７のＡ相側電極４６、Ｂ相側電極４７、振動波のＳ相電極４８とＧＮＤ電極４９により、Ａ相、Ｂ相に電圧を印加することで圧電素子５０が歪曲する。これにより、Ａ相に対するＢ相の位相を±９０°変えて、振動波モータ７の回転部との接触面に楕円運動が発生して回転部が回転することになる。

分圧回路５１はレギュレータ３２の電圧を１／２にして、コンパレータ５２、５３のスレッショルド電圧を形成している。ハイパスフィルタ５４、５５は振動波モータ７のＳ相用、ハイパスフィルタ５６、５７は振動波モータ７のＢ相用をそれぞれ形成している。コンパレータ５２は振動波モータ７のＢ相用であり、レギュレータ３２の電圧にレベルシフトするためとＢ相の波形整形を行っている。コンパレータ５３は振動波モータ７のＳ相用であり、レギュレータ３２の電圧にレベルシフトするためにＳ相の波形整形を行っている。

レンズマイコン４はこのコンパレータ５２、５３の位相差出力を検出して、前述の図１２の共振周波数を超えた制御にならないように、周波数の変化に制限を設けて位相制御を行っている。

図１２に示したように、振動波モータ７はＤＣモータと違って周波数の変化量と回転速度が単純に比例していない非直線性の特性を示している。前述したように、高周波側は回転数が遅くかつトルクが小さいため、負荷変動と共に回転速度が変化する。低周波側は回転数が速くかつトルクが大きいため、多少の負荷変動では回転数が変化することがない。

前述した振動波モータ７を使用したウォブリング駆動を行うためには、ウォブリング駆動は微小駆動が好ましいため、制御としては高周波側を使用して駆動させることが望ましいことになる。これは高周波側の方が、回転速度が遅いので微小駆動に適していると考えられるからである。

図３は温度をパラメータとした振動波モータ７のＦ−Ｎ特性の温度特性図であり、Ｆ−Ｎ特性は温度と共に全体的にシフトし、低温の場合は高周波側にシフトし、高温の場合は低周波側にシフトする。図４は図３の高周波側の一点鎖線で囲んだ部分の拡大図である。振動波モータ７に印加する電圧の周波数を高周波から低周波に移動すると、図４に示すように或る周波数から突然回転が始まるため、回転数にオフセットが掛かっていることが分かる。この回転が始まる周波数を起動周波数と呼んでいて、このオフセット自体は全く問題はない。

しかし、負荷変動や温度特性によってこの起動周波数が変化する、或いはその先の低周波側の傾きも多少変ってしまうことになる。図４に示すような高周波側をウォブリング駆動に使用すると、負荷によっては振動波モータ７の起動時間が遅れてしまうことが考えられ、駆動時間が決められているウォブリング駆動には適さないことになる。更に、振動波モータ７は温度特性も異なるため、安定したウォブリング駆動を行うためには、温度の検出をするなどの対策が必要となる。

本実施例では、振動波モータ７を使用して動画撮影を行う場合のウォブリング駆動に着目し、前述した温度特性やトルク変動に弱い点を改善している。そのために、トルク変動に対しては、動画撮影時は静止画撮影時よりも低周波側の駆動周波数を使用し、温度変化に関しては撮影前の初期動作によって振動波モータ７の現在の特性を検出することで対応できる。

初期動作においては、振動波モータ７を内蔵したレンズ本体１をカメラ本体２０に装着すると、接点ユニット２５を通してカメラ本体２０から電源供給を受け、レンズマイコン４がリセット動作を実行する。このリセット動作では、振動波モータ７の現在の特性を決定するため、特定の周波数を所定時間印加する。例えば、印加周波数を３０．０ＫＨｚ、所定時間を１００ｍｓとして、振動波モータ７が起動した後の平均速度（正確には駆動時間の平均であるが、本明細書では分かり易く速度と云う）を検出する。平均速度の検出方法としては、レンズマイコン４の内部タイマ４ａと回転量検出ユニット８が出力する移動量を基に演算する。例えば、１００ｍｓ中の移動量が５０パルスであった場合に、１００／５０＝２．０ｍｓ／パルスが平均値となる。

この平均速度の演算結果は、前述したようにモータ特性の違いやトルク変動、周囲温度の差によって同じ周波数を印加したとしても、５０パルスより早くも遅くもなり得ることが考えられる。そこで、カメラに装着時にこのモータ特性を検出して、ウォブリング駆動時の起動周波数を決定する必要があるため、レンズマイコン４のリセット処理において、このような動作処理を行っている。

表１は機械的ながた量が少ない場合において、レンズマイコン４の内部メモリ４ｂに記憶したフォーカス無限側位置における動画モード、又はウォブリング駆動時の起動周波数のテーブルデータである。

表１
印加周波数 速度情報 起動周波数
３０．０ＫＨｚ １〜２ｍｓ ３１．０ＫＨｚ
２〜３ｍｓ ３０．５ＫＨｚ
３〜４ｍｓ ３０．０ＫＨｚ
印加周波数 速度情報 起動周波数
２９．５ＫＨｚ １〜２ｍｓ ３０．５ＫＨｚ
２〜３ｍｓ ３０．０ＫＨｚ
３〜４ｍｓ ２９．５Ｈｚ
印加周波数 速度情報 起動周波数
３０．５ＫＨｚ １〜２ｍｓ ３１．５ＫＨｚ
２〜３ｍｓ ３１．０ＫＨｚ
３〜４ｍｓ ３０．５ＫＨｚ

前述の演算した平均値を表１に当てはめると、３０ＫＨｚを印加したときの平均速度が２ｍｓとなっているため、最上位の表の真中でウォブリング駆動時の起動周波数は３０．５ＫＨｚとなる。初めにこの表１の値を決める時の前提条件として、ウォブリング駆動における必要な移動量は２５パルスで駆動時間が８０ｍｓとする。この値は動画としてピントを検出するためのウォブリング動作においてオートフォーカスシステムとして許される時間が８０ｍｓであることを意味している。また、被写体のピント変化を検出するためには、２５パルスの振動波駆動を必要とするという意味であり、８０ｍｓ中に２５パルスだけピントを変化させなければならないことになる。これらの値から、８０ｍｓ／２５パルス＝３．２ｍｓが１パルス当たりの駆動時間であり、必要な平均速度としては３．２ｍｓ／パルスとなることが判断できる。

表１では、この３〜４ｍｓをウォブリングに必要な平均速度としている。例えば、印加周波数が３０ＫＨｚで、平均速度が２．５ｍｓの場合は３０ＫＨｚでウォブリング動作をすると駆動が早いことで２５パルス以上の駆動量となってしまい、使用者にピントの変動が見えてしまうという不具合が発生する。

そこで、表１ではウォブリング駆動での印加周波数を３０．５ＫＨｚを選択するようにしていて、３０ＫＨｚよりも駆動が遅くなるような周波数としている。また、例えば印加周波数が３０ＫＨｚで平均速度が５ｍｓの場合は駆動量が２５パルスより少なくなって、ピント変化が検出できないなどの不具合が発生することが考えられる。このような場合には、より早い起動を行わなければならず、印加周波数をより早い２９．５ＫＨｚにして、再駆動及び再測定を行うようにしている。これは早すぎる場合も同じで、表１のテーブルデータの範囲外の場合は印加周波数を変更して再測定を行うようにし、これらの操作によってウォブリング駆動時に印加する周波数を決定している。

本実施例では印加周波数は図３の３個所の測定周波数範囲の中央としている。また、図３の測定周波数範囲は全ての温度条件で振動波モータ７が起動できることを条件に設定している。また、比較的低周波側に設定して負荷変動要因による影響を受け難くし、この設定によって負荷に関係なく周波数を印加したと同時に、ほぼ一定の速度から振動波モータ７が起動できることになる。

つまり、前述した平均速度を基に、表１から必要な起動周波数変更を行い、ウォブリング駆動を行う場合はこの変更した起動周波数を振動波モータ７に印加することで、前述の発明が解決しようとする課題に記載した（１）の条件に見合う制御が行えることになる。

表１では速度情報は平均速度としたが、（１）の条件が常に一定であれば、移動量と起動周波数の表にする方が、演算が少なくてよい。しかし、レンズ本体１の諸条件によっては検出のための移動量が一定ではないと考えられるため、本実施例では平均速度としている。

表１には印加周波数が異なることを示しているが、これは条件が成立しない場合に印加周波数を変更して起動周波数を決定するためのものである。例えば、印加周波数が３０ＫＨｚでは速過ぎる場合は３０．５ＫＨｚ、遅過ぎる場合は２９．５ＫＨｚにそれぞれ変更して、再測定を行うようにすることで、常に安定した制御を行うことができる。

また、表１は平均速度を表しているが、所定時間経過後の駆動量を基にした表や、所定駆動量駆動させたときの経過時間を基にした表などにすれば、平均速度の演算処理が削減できるので、レンズマイコン４の処理も早くすることが可能である。

図５は本実施例のレンズマイコン４のシリアル通信処理におけるプログラムによる動作を表したフローチャート図であり、接点ユニット２５を通してカメラ本体２０から送られてくる通信を解析して必要な処理を行うプログラムである。レンズマイコン４の処理としてはシリアル通信ユニットの割り込み処理内で行われる。

（ステップＳ１０２）レンズマイコン４はカメラマイコン２２から送られてきた通信を解析し、フォーカスの駆動命令に関するものかを判断する。

（ステップＳ１０３）カメラマイコン２２から送られてきた通信がフォーカス駆動命令以外の場合は、その他の処理を行う。本実施例に関係するのは、フォーカス駆動命令のみであるため、その他の処理の説明は省略する。

（ステップＳ１０４）カメラマイコン２２から送られてきた通信がフォーカス駆動命令であった場合は、現在のカメラ撮影モード確認を行う。これは主に単写撮影である静止画撮影モードなのか連続撮影による動画撮影モードなのかを判別している。判別方法としては、予めカメラマイコン２２から撮影モード情報が送信されていて、それを一時的に記憶して判別している。この記憶処理はステップＳ１０３のその他の処理で行っている。

この処理では、撮影モード以外にオートフォーカスの検出方式の判別でもよい。この場合に、動画ならばウォブリング動作、静止画ならば位相差という判断となる。つまり、カメラマイコン２２からは静止画か動画又は位相差ＡＦかＴＶＡＦ又はフォーカスの通常動作かウォブリング動作の何れかの情報が予め送られている。

（ステップＳ１０５）カメラ本体２０の撮影モードが動画撮影モードならば、前述した表１から決定した起動周波数を振動波モータ７に印加してウォブリング動作を開始し、同時にレンズマイコン４の内部タイマ４ａをスタートする。

（ステップＳ１０６）カメラ本体２０の撮影モードが静止画撮影モードならば、静止画撮影用の起動周波数を振動波モータ７に印加してフォーカス駆動を開始する。静止画撮影用の起動周波数とは、振動波モータ７を使用した従来からの交換レンズの制御技術と全く同じである。

概略は背景技術で紹介したような振動波モータ７の起動周波数を記憶して、次回の駆動時の起動周波数を設定するものである。また、予めカメラマイコン２２からは被写体にピントを合わせるための移動量が送信されていて、その移動量によりフォーカスユニット３を停止するように制御される。

（ステップＳ１０７）カメラ通信処理の終了処理を行う。主にシリアル通信の割り込み処理終了であり、次の通信を受信できる設定にしておく。

図６は本実施例のレンズマイコン４のリセット処理と通常処理におけるプログラム上の動作を表したフローチャート図である。

（ステップＳ２０１）レンズマイコン４のリセット処理で、主にカメラ本体２０にレンズ本体１を装着したときに行われる処理である。つまり、基本的にはレンズマイコン４では、電源が投入された時の１回しか処理を行わないことになる。

（ステップＳ２０２）表１で説明した振動波モータ７の現在の特性を決定するため、特定の周波数を所定時間印加する。例えば、表１では初めに中間的な周波数として印加周波数を３０．０ＫＨｚと説明している。また、印加と同時にレンズマイコン４の内部タイマ４ａを起動させる。

（ステップＳ２０３）ステップＳ２０２でスタートしたタイマ値を読み取り、所定時間が経過したかを判断し、時間が経過するまで待つ。所定時間は表１で説明した例えば１００ｍｓとする。

（ステップＳ２０４）ステップＳ２０３で時間が１００ｍｓ経過すると、回転量検出ユニット８からの信号を読み取った結果と１００ｍｓの時間との関係で、平均速度を演算する。例えば、印加周波数を３０．０ＫＨｚで、所定時間を１００ｍｓとした時の移動量が５０パルスの場合に、１００／５０＝２．０ｍｓ／パルスが平均値となる。

予め、表１はレンズマイコン４の内部メモリ４ｂにテーブルデータとして記憶されていて、この平均値とそのテーブルデータを比較する。その結果を次回の起動周波数として内部メモリ４ｂに記憶する。

（ステップＳ２０５）ステップＳ２０４で演算した平均速度とテーブルデータを比較した結果、起動周波数が導き出せなかった場合は、再びステップＳ２０２に戻る。このときの印加周波数は３０．０ＫＨｚ以外となる。このステップでは、起動周波数が決定されるまでこの一連の処理を繰り返すことになる。

（ステップＳ２０６）ステップＳ２０５で起動周波数が決定されたと判断した場合に、これ以降の処理は通常のレンズ処理を行う。

（ステップＳ２０７）レンズマイコン４は各種のスイッチ類の状態を検出し、レンズマイコン４の内部メモリ４ｂに検出結果を書き込む。スイッチには、オートフォーカス／マニュアルフォーカス切換えスイッチ、ズームレンズの場合はズーム位置検出スイッチ、その他の多くのスイッチが搭載されているが、本実施例とは無関係のため説明は省略する。

位置検出器１０はフォーカスユニット３の絶対位置を検出している。フォーカスユニット３の絶対位置による光学上の様々なデータをレンズマイコン４は内部メモリ４ｂに記憶し、位置情報に基づいて制御を変えることを行っている。

（ステップＳ２０８）レンズマイコン４はフォーカスユニット３が現在駆動中かどうかを、単純に振動波モータ７に電圧を印加しているかどうかによりシーケンス的に判断する。フォーカスユニット３が駆動中ではない場合はステップＳ２０７に移行する。レンズマイコン４はその他に様々な処理を行っているが、本実施例とは無関係のためレンズ駆動時以外の説明は省略する。

（ステップＳ２０９）ステップＳ２０８でフォーカスユニット３が駆動中の場合はカメラの撮影モードを確認する。この処理では、撮影モード以外にオートフォーカスの検出方式の判別でもよく、動画ならばウォブリング動作、静止画なら位相差という判断となる。つまり、カメラマイコン２２からは静止画か動画又は位相差ＡＦかＴＶＡＦ又はフォーカスの通常動作かウォブリング動作の何れかの情報が予め送られていて、それに応じて判断を行う。

その結果、全てが前者なら静止画処理として後述する図７のフローチャートに移行し、後者ならば動画処理として後述する図８のフローチャートに移行する。一方の処理が終了するとステップＳ２０７に移行する。

図７はカメラ本体２０の撮影モードが静止画撮影モード又は位相差ＡＦモード又はフォーカスの通常動作時のレンズマイコン４によるプログラム処理動作のフローチャート図である。

（ステップＳ３０１）図６のステップＳ２０８でフォーカス駆動中であると判断したため、現在のフォーカスユニット３の移動速度を検出する。速度検出方法としては回転量検出ユニット８からのパルス出力のピッチ間隔を内部タイマ４ａで計測することで、１パルス当たりの時間としてレンズマイコン４は認識している。また、静止画撮影モードの場合は、予め設定された速度でフォーカスユニット３を移動させるように制御しているので、この速度情報を基に所定速度になるように、振動波モータ７への印加周波数を変更している。

（ステップＳ３０２）被写体にピントを合わせるためのフォーカスユニット３の移動量が、予めカメラマイコン２２から送信されているので、その移動検出を行い移動量に達したか否かを判断する。移動量に達していない場合は、ステップＳ３０４に移行してこの処理を終了する。

（ステップＳ３０３）所定の移動量に達したので、振動波モータ７への電圧印加を停止し、フォーカス駆動を停止させる。

（ステップＳ３０４）このルーチンの処理を終了する。

図８はカメラ本体２０の撮影モードが、動画撮影モード又はＴＶＡＦモード又はフォーカスのウォブリング動作時のレンズマイコン４によるプログラム処理動作のフローチャート図である。

（ステップＳ４０１）図５のステップＳ１０５でスタートしたレンズマイコン４の内部タイマ４ａの値を確認する。これはウォブリング駆動でフォーカスユニット３の移動を反転するまでの時間を待っている。このとき、時間は例えば８０ｍｓに固定されている。

（ステップＳ４０２）内部タイマ４ａが８０ｍｓに達したため、振動波モータ７に印加しているＡ相とＢ相の２相の位相を９０°反転させる。これによって、振動波モータ７は前回の回転方向と逆に駆動され、フォーカスユニット３の移動方向も逆転する。

（ステップＳ４０３）カメラ本体２０がオートフォーカス禁止や撮影モードが動画以外に設定されたときは、ウォブリング動作を禁止させなければならないため、その通信がカメラマイコン２２から送信されているかどうかを判断する。停止命令が送られていない場合はステップＳ４０５に移行し、この処理を終了する。

（ステップＳ４０４）カメラマイコン２２からウォブリング駆動を停止させる命令が送信された場合は、振動波モータ７への電圧印加を停止し、フォーカス駆動を停止させる。

（ステップＳ４０５）このルーチンの処理を終了する。

図９は本実施例のカメラマイコン２２のレンズマイコン４に対する処理におけるプログラム上の動作のフローチャート図であり、本実施例に関係のある部分だけを述べる。

（ステップＳ５０１）カメラマイコン２２はＡＦ開始スイッチ２３の状態を確認する。この状態はＳ１では主に撮影者からのオートフォーカスの開始を指示させる。カメラマイコン２２はこの状態Ｓ１がオン状態であるかを判断する。

（ステップＳ５０２）撮影者からはオートフォーカスの開始が指示されていないため、他の処理を行う。他の処理の内容は本実施例とは無関係のため説明は省略する。本実施例に関係があるのは状態Ｓ１がオフの場合で、ウォブリング動作の停止命令をレンズマイコン４に送信することのみとなる。

（ステップＳ５０３）撮影者からオートフォーカスの開始が指示されているため、現在のカメラ本体２０の撮影モードをレンズマイコン４に送信する。この内容としては、静止画か動画又は位相差ＡＦかＴＶＡＦ又はフォーカスの通常動作かウォブリング動作の何れかの情報となる。

（ステップＳ５０４）オートフォーカス開始なので、カメラ本体２０の撮影モードが静止画の場合は測距ユニット２４からの出力を基に、被写体にピントを合わせるためのフォーカスユニット３の移動量をレンズマイコン４に送信する。カメラモードが動画の場合には、ウォブリング開始の命令をレンズマイコン４に送信する。その後に、ステップＳ５０１に移行する。

実施例１では、理想的なレンズ本体１を想定して説明したが、実際には考慮すべき問題がある。それは振動波モータ７とフォーカスユニット３とが結合されている部分の機械的ながた、つまりバックラッシュである。実施例１ではがた量が０か又は常に一定量であることを前提にしている。しかし、実際はフォーカスレンズ２の移動量に対する撮像素子２１でのピント移動量（敏感度）に関連して、このがた量は無視できない。

敏感度が高いレンズはフォーカスレンズ２の移動量が実際よりも大きいと、ウォブリング駆動で被写体のピントが変ってしまうため、撮影した映像の見映えが悪くなる。逆に、敏感度が低いレンズでフォーカスレンズ２の移動量が実際よりも小さいと、ＴＶＡＦ時の被写体のコントラスト変化量が小さいため、ピントが合わないなどの障害になる。そこで、前述したがた量を考慮した制御が必要となる。本実施例２ではこの対策であり、不具合を最小限に抑えることを意図している。

図１０は振動波モータ７を駆動してからフォーカスユニット３が所定の移動量に達するまでの時間を表した特性図である。図１０において、時間が経過しているにも拘らず、移動していない部分があるが、これは振動波モータ７を起動しても振動モードが安定するまでに多少時間がかかることに起因している。しかし、時間的には僅かであるため殆ど無視することができる。

また、Ａ時間に関しては前述した振動波モータ７とフォーカスユニット３との機械的ながたが殆どない状態を表している。この場合はモータ起動と同時にフォーカスユニット３が、即時に移動していることが判断できる。Ｂ時間に関しては、振動波モータ７とフォーカスユニット３との機械的ながたがある状態を表している。この場合は振動波モータ７を起動してもがたが詰まるまで、フォーカスユニット３が移動しないため、Ａ時間とＢ時間との時間差を伴うことになる。

通常では、このがたがある状態は前回の振動波モータ７の駆動方向を反転させることで作り出せることになる。ＴＶＡＦにおけるウォブリング駆動とは常に反転を繰り返すため、このがた量を一定量にすることで、その遅れ時間分だけモータ駆動時間に加算すれば安定した停止位置にできる。しかし、がた量を一定にすることは難しく、特に近年では交換レンズの機械的構成が複雑となり、フォーカスユニット３の位置や、変倍機能を具備したズームの位置でがた量が異なるものが一般的となっている。そこで、それらの位置情報を基に、制御状態を変えることが必要となってくる。

実施例１で説明した表１は、フォーカスユニット３の絶対位置が無限側で比較的がた量が少ない場合を想定していたが、次の表２ではフォーカスユニット３の絶対位置が至近側で、がた量が多い場合を想定している。

表１に対し、表２のがた量が多い場合のフォーカス至近側位置において、動画モード又はウォブリング駆動時起動周波数では起動周波数を低めに設定している。

表２
印加周波数 速度情報 起動周波数
３０．０ＫＨｚ １〜２ｍｓ ３０．５ＫＨｚ
２〜３ｍｓ ３０．０ＫＨｚ
３〜４ｍｓ ２９．５ＫＨｚ
印加周波数 速度情報 起動周波数
２９．５ＫＨｚ １〜２ｍｓ ３０．０ＫＨｚ
２〜３ｍｓ ２９．５ＫＨｚ
３〜４ｍｓ ２９．０Ｈｚ
印加周波数 速度情報 起動周波数
３０．５ＫＨｚ １〜２ｍｓ ３１．０ＫＨｚ
２〜３ｍｓ ３０．５ＫＨｚ
３〜４ｍｓ ３０．０ＫＨｚ

これによって、振動波モータ７を無限位置のときよりも早く動かし、ウォブリング駆動の制限時間内で振動波モータ７の回転量を多くして、がた量の影響を少なくすることができる。そこで、表２では表１に対し、周波数が低い方が振動波モータ７は速く動くので、同じ条件で０．５ＫＨｚずつ低い起動周波数に設定している。

これらをまとめると、表１はフォーカスユニット３が無限側に位置している場合に使用し、表２はフォーカスユニット３が至近側に位置している場合に使用する。つまり、フォーカスユニット３の位置に応じてがた量が異なるため、絶対位置検出器１０でフォーカスユニット３の位置情報を検出して何れの表を使用するかを決定する。

また、表２は平均速度を表しているが、所定時間経過後の駆動量を基にした表や、所定駆動量駆動させたときの経過時間を基にした表などにすれば、平均速度の演算処理が削減できるので、レンズマイコン４の処理も早くすることが可能である。

図１１は本実施例２のレンズマイコン４によるリセット処理と通常処理におけるプログラムによる動作フローチャート図である。

（ステップＳ６０１）主にカメラ本体２０にレンズ本体１を装着したときにレンズマイコン４のリセット処理を行う。基本的には、レンズマイコン４では電源が投入された時の１回しか処理を行わないことになる。

（ステップＳ６０２）表１又は表２で説明した振動波モータ７の現在の特性を決定するため、特定の周波数を所定時間印加する。例えば、表１又は表２では初めに中間的な周波数として印加周波数を３０．０ＫＨｚと説明している。また、印加と同時にレンズマイコン４の内部タイマ４ａを起動させる。

（ステップＳ６０３）ステップＳ６０２でスタートした内部タイマ４ａの値を読み取り、所定時間が経過したかを判断し、時間が経過するまで待つ。所定時間とは表１又は表２で説明した例えば１００ｍｓとする。

（ステップＳ６０４）レンズマイコン４は位置検出器１０からの信号を読み取り、フォーカスユニット３の絶対位置を検出する。本実施例では、至近側か無限側の２種類しかないが、許容できるがた量に合わせて、検出できる絶対位置を増加することも可能である。

（ステップＳ６０５）ステップＳ６０３で内部タイマ４ａによる経過時間が１００ｍｓ経過すると、回転量検出ユニット８からの信号を読み取った結果と１００ｍｓの時間の関係で、平均速度を演算する。例えば、印加周波数を３０．０ＫＨｚで、所定時間を１００ｍｓとしたときの移動量が５０パルスの場合に、１００／５０＝２．０ｍｓ／パルスが平均値となる。

この平均値とステップＳ６０４で検出した位置情報とにより、予めレンズマイコン４の内部メモリ４ｂに表１又は表２をテーブルデータとして記憶されているデータとを比較する。位置情報が無限であればがた量が少ない場合の起動周波数、位置情報が至近であればがた量が多い場合の起動周波数とし、その結果を次回の起動周波数としてレンズマイコン４の内部メモリ４ｂに記憶する。

（ステップＳ６０６）ステップＳ６０５で演算した平均速度とテーブルデータを比較した結果、起動周波数が導き出せなかった場合は再びステップＳ６０２に移行する。このときの印加周波数は３０．０ＫＨｚ以外となる。このステップＳ６０６では、起動周波数が決定されるまでこの一連の処理を繰り返すことになる。

（ステップＳ６０７）ステップＳ６０６で起動周波数が決定されたと判断した場合は、これ以降は通常のレンズ処理を行う。

（ステップＳ６０８）レンズマイコン４は各種のスイッチ類の状態を検出し、レンズマイコン４の内部メモリ４ｂに検出結果を書き込む。

位置検出器１０の絶対位置による光学上の様々なデータを、レンズマイコン４は内部メモリ４ｂに記憶し、位置情報で制御を変えている。

（ステップＳ６０９）レンズマイコン４はフォーカスユニット３が現在駆動中かどうかを判断し、駆動中ではない場合はステップＳ６０８に移行する。

（ステップＳ６１０）ステップＳ６０９でフォーカスユニット３が駆動中の場合はカメラ本体２０の撮影モードを確認する。

カメラマイコン２２からは静止画か動画又は位相差ＡＦ、ＴＶＡＦ又はフォーカスの通常動作か、ウォブリング動作の何れかの情報が予め送られていてそれに応じて判断を行う。その結果、全てが前者なら静止画処理として図７のフローチャートに移行し、後者なら動画処理として図８のフローチャートに移行する。一方の処理が終了するとステップＳ６０８に移行する。

実施例１の一眼レフデジタルカメラのブロック回路構成図である。 振動波モータの駆動回路図である。 振動波モータの温度特性図である。 図３の部分拡大を示す振動波モータのＦ−Ｎ特性図である。 処理フローチャート図である。 リセット処理のフローチャート図である。 モータ制御処理のフローチャート図である。 モータ制御処理のフローチャート図である。 カメラ処理のフローチャート図である。 時間とフォーカス移動量の特性図である。 実施例２のリセット処理のフローチャート図である。 振動波モータのＦ−Ｎ特性図である。

符号の説明

１ レンズ本体
２ フォーカスレンズ
３ フォーカスユニット
４ レンズマイコン
４ａ 内部タイマ
４ｂ 内部メモリ
５ ドライバ回路
６ 昇圧回路
７ 振動波モータ
８ 回転量検出ユニット
９ 位相差検出器
１０ 絶対位置検出器
２０ カメラ本体
２１ 撮像素子
２２ カメラマイコン
２３ ＡＦ開始スイッチ
２４ 測距ユニット
２５ 接点ユニット

Claims (6)

1. 振動波アクチュエータと、該振動波アクチュエータに印加する電圧の周波数を変化させる周波数変更手段と、経過時間を計測する計時手段と、前記振動波アクチュエータの回転量を検出する回転量検出手段と、前記振動波アクチュエータの制御を行う制御手段とを具備し、該制御手段は前記振動波アクチュエータを起動する場合に、所定の周波数を前記振動波アクチュエータに印加してからの経過時間を前記計時手段によって計測し、所定時間が経過した後の前記回転量検出手段で検出された回転量に応じて次回の起動周波数を決定することを特徴とする光学機器。
2. 被駆動部材と、該被駆動部材を駆動する振動波アクチュエータと、該振動波アクチュエータに印加する電圧の周波数を変化させる周波数変更手段と、経過時間を計測する計時手段と、前記振動波アクチュエータの回転量を検出する回転量検出手段と、振動波アクチュエータの制御を行うための制御手段とを具備し、該制御手段は前記振動波アクチュエータを起動する場合に、所定の周波数を前記振動波アクチュエータに印加してからの経過時間を前記計時手段によって計測し、所定時間が経過した後の前記回転量検出手段からの情報と前記被駆動部材のがた量に応じて次回の起動周波数を決定することを特徴とする光学機器。
3. 印加周波数と前記印加周波数で前記振動波アクチュエータしたときの速度と前記振動波アクチュエータの起動周波数とに関する情報を予め取得し、前記予め取得した情報と前記振動波アクチュエータを前記所定の周波数で前記所定時間駆動したときに前記回転量検出手段で検出される回転量から得られる情報とを比較することで、次回の起動周波数を決定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. 前記制御手段はカメラの撮影モードによって次回の前記起動周波数を切換えて使用することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光学機器。
5. 被写体像を連続的に撮影するための動画撮影モードと、単写撮影である静止画撮影モードの２つのカメラ撮影モードを有することを特徴とする請求項４に記載の光学機器。
6. 被写体にピントを合わせるためのオートフォーカス検出方式の違いによって、前記起動周波数を切換えるカメラ撮影モードを有することを特徴とする請求項４に記載の光学機器。

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