まず、本発明の実施例1について説明する。図1に、本実施例における撮像装置の構成を示す。図1(a)は撮像装置100のブロック図であり、図1(b)はズームレバー113、TELEスイッチ114、及び、WIDEスイッチ115の概略構成図である。本実施例の撮像装置100は、二段スイッチとズーム光学系及びオートフォーカス光学系を備えた撮像装置である。
図1(a)において、101は焦点調節動作を行うフォーカスレンズ(光学素子)である。フォーカスレンズ101は、第1のモータ108によって光軸方向に駆動され、撮像素子103の撮像面における像の合焦状態を調節するフォーカス光学系を構成する。102は光学素子を光軸方向に移動させて後述の撮像素子103に結像させる映像の倍率を可変とするズームレンズ(光学素子)である。ズームレンズ102は、第2のモータ111によって駆動され、撮像素子103の撮像面における像の倍率を変化させるズーム光学系を構成する。
103は撮像素子であり、CCDやCMOSセンサなどの光電変換素子で構成されている。フォーカスレンズ101及びズームレンズ102を介して入射した外部の光を、電気信号に変換して出力する。104は信号処理回路であり、撮像素子103から出力される電気信号を処理し、映像信号として出力する。より具体的には、信号処理回路104は、撮像素子103から出力されるアナログ電気信号に対し、ゲイン調整・ガンマ処理などを行った後、RGB画像データなどのデジタル映像信号として出力する。
105は制御回路(制御手段)であり、主に以下の三つの処理を行う。まず、撮像関係の処理として、信号処理回路104から出力されるデジタル映像信号を処理し、後述のメモリ106に対して記録用データを出力する。また、モータ駆動関係の処理として、後述の複数のモータを駆動する後述の複数のドライバを適宜切り替える処理を行う。さらに、信号処理としてスイッチなどからの信号を処理する。なお、モータ駆動関係とスイッチ信号処理の説明については後述する。
106はメモリであり、制御回路105から出力される記録用データを記録する。本実施例では、メモリ106の種類は限定されるものではなく、メモリーカード、撮像装置内蔵メモリ、テープ、ディスク等の各種メモリを使用することができる。
107は第1のドライバであり、制御回路105から出力される駆動信号にしたがい、第1のモータ108を駆動する。第1のドライバ107は、ステップモータドライバによって構成されている。108はコイルへの通電を切り替えることによって所定角ごとに回転し、フォーカスレンズ101(光学素子)を光軸方向に移動する第1のモータである。第1のモータ108は、ステップモータによって構成され、第1のドライバ107によって駆動される。
109は、所定の時間間隔に従って第2のモータ111のコイルへの通電を切り替える第2のドライバ(第1駆動手段)である。第2のドライバ109は、制御回路105から出力される駆動信号に従い、オープンループ通電切り替え駆動(OP駆動)によって後述の第2のモータ111を駆動する。なお、OP駆動の詳細については後述する。
110は、後述の位置センサ112の出力に応じて第2のモータ111のコイルへの通電を切り替える第3のドライバ(第2駆動手段)である。また、第3のドライバ110は、位置センサ112の検出信号に対して任意の位相差を持つ進角信号を生成する進角回路(不図示)を有する。第3のドライバ110は、制御回路105から出力される駆動信号及び進角回路で生成された進角信号に従い、フィードバック通電切り替え駆動(FB駆動)によって第2のモータ111を駆動する。FB駆動の詳細については後述する。
111は、コイルへの通電を切り替えることによって所定角ごとに回転し、ズームレンズ102(光学素子)を光軸方向に移動する第2のモータである。第2のモータ111は、第2のドライバ109又は第3のドライバ110によって正回転又は逆回転に駆動される。本実施例では、正回転した場合、リードスクリューなどを用いて光学系全体が長焦点距離(望遠)側になるようズームレンズ102が移動する。一方、逆回転した場合、光学系全体が短焦点距離(広角)側になるようにズームレンズ102が移動する。なお、第2のモータ111の詳細な構成については後述する。
112は、第2のモータ111のロータ位置を検出する位置センサ(位置検出手段)である。本実施例において、位置センサ112は、ホール素子により第2のモータ111のロータ位置を検出し、その検出信号を出力する。
制御回路105のモータ駆動関係とスイッチ信号処理について説明する。制御回路105は、不図示のフォーカス信号発生装置(オートフォーカス機構)から出力されるフォーカス指令信号に従って、第1のドライバ107に対して制御信号を出力する。この制御信号に基づいて第1のモータ108が駆動されることにより、フォーカスレンズ101のオートフォーカス駆動が行われる。また制御回路105は、第2のドライバ109(第1駆動手段)と第3のドライバ110(第2駆動手段)との切り替えを行う制御手段である。
さらに制御回路105は、後述のズームレバー113の操作により出力されるズーム指令信号に従って第2のドライバ109又は第3のドライバ110に制御信号を出力する。第2のドライバ109又は第3のドライバ110は、この制御信号に基づいて第2のモータ111を駆動することにより、ズームレンズ102によるズーム動作を可能とする。制御回路105は、後述の第2検出手段の出力に応じて、第2のドライバ109と第3のドライバ110を選択してズームレンズ102を駆動することができる。第2のドライバ109と第3のドライバ110の選択に関する制御回路105の動作は後述する。
図1(a)、(b)において、113はズームレバー(操作部材)である。本実施例のズームレバー113は、回転軸を中心としてCCW方向(反時計回り方向)とCW方向(時計回り方向)に、シーソー式にそれぞれ二段階に回動可能に構成される。114は、GND接片、TELE接片、及び、Hi接片の3枚のリーフスイッチで構成されたTELEスイッチである。TELEスイッチ114は、TELE接片(第1検出手段)及びHi接片(第2検出手段)を備える。115は、GND接片、WIDE接片、及び、Hi接片の3枚のリーフスイッチで構成されたWIDEスイッチである。WIDEスイッチ115は、WIDE接片(第1検出手段)及びHi接片(第2検出手段)を備える。
ズームレバー113は、待機位置(第1の位置)からCCW方向への一段押し下げによって第2の位置に変位し、TELE側が選択される。このとき、GND接片とTELE接片とが短絡し、TELE信号が出力される。ズームレバー113は、更に二段押し下げによって第3の位置に変位する。このとき、GND接片とHi接片とが短絡し、Hi信号が出力される。TELE信号が制御回路105に到達すると、倍率が増大する方向(焦点距離の長い側)にズームレンズ102を移動させる。Hi信号が制御回路105に到達すると、その移動方向のままズームを高速に行う。
また、ズームレバー113がCW方向への一段押し下げによって第2の位置に変位し、WIDE側が選択されると、GND接片とWIDE接片が短絡し、WIDE信号が出力される。ズームレバー113が更に二段押し下げによって第3の位置に変位すると、GND接片とHi接片が短絡してHi信号が出力される。WIDE信号が制御回路105に到達すると、倍率が縮小する方向(焦点距離の短い側)にズームレンズ102を移動させる。更にHi信号が制御回路105に到達すると、その移動方向のままズームを高速に行う。
このように、ズームレバー113は、第1の位置、第2の位置、及び、第3の位置に移動可能に構成されている。第1検出手段(TELE接片、WIDE接片)はズームレバー113が第2の位置にあることを検出し、第2検出手段(Hi接片)はズームレバー113が第3の位置にあることを検出する。制御回路105は、第1検出手段の出力信号に応じて第2のドライバ109(第1駆動手段)により第2のモータ111を駆動し、第2検出手段の出力信号に応じて第3のドライバ110(第2駆動手段)により第2のモータ111を駆動する。より具体的には、制御回路105は、ズームレバー113が第1の位置から第2の位置へ移動することにより第2のドライバ109で第2のモータ111を駆動する。また、ズームレバー113が第2の位置から第3の位置へ移動することにより第2のドライバ109から第3のドライバ110に切り替えて第2のモータ111を駆動する。
本実施例では、第2のドライバ109と第3のドライバ110を別々に設けてOP駆動またはFB駆動を切り替え可能に構成されているが、これに限定されるものではない。単一のドライバに第2のドライバ109と第3のドライバ110の両方の機能を持たせることで、1つのドライバでOP駆動又はFB駆動の切り替えを可能に構成してもよい。また、本実施例ではズーム操作部材(ズームレバー113)としてシーソー式のレバー部材が用いられるが、操作部材の形状が限定されるものではない。第1の位置、第2の位置、及び、第3の位置に相当する各位置が設定される構成であればよい。例えば、左右に移動するスライドレバーや、独立した2つのボタンがそれぞれ上下する、などの構成を採用することもできる。
次に、第2のモータ111の構成について説明する。図2は、本実施例におけるモータ(第2のモータ111)の斜視図である。なお、説明のため一部の部品は破断して示される。第2のモータ111は、マグネット201が固定されたロータ202、第1のコイル203、第2のコイル204、第1のヨーク205、第2のヨーク206、第1の位置センサ207、及び、第2の位置センサ208によって構成される。このうち、第1のコイル203、第2のコイル204、第1のヨーク205、第2のヨーク206、第1の位置センサ207、及び、第2の位置センサ208でステータが構成される。
マグネット201は、外周が多極着磁された円筒形状の永久磁石である。マグネット201は、角度位置に対して径方向の磁力の強さが正弦波状に変化する着磁パターンを有する。マグネット201としては、例えば磁束密度の高いネオジウム磁石が用いられる。ロータ202は、ステータに対して回転可能に支持され、マグネット201と一体に固定されている。第1のヨーク205は、第1のコイル203に励磁される複数の磁極歯を有する。励磁される極を切り替えることで、ロータ202に与えるトルクを変化させることができる。第2のヨーク206は、第1のコイル204に励磁される複数の磁極歯を有する。励磁される極を切り替えることで、ロータ202に与えるトルクを変化させることができる。第1の位置センサ207及び第2の位置センサ208は、マグネット201の磁束を検出し、その検出信号を出力するホール素子である。これらの位置センサは、図1における位置センサ112に対応している。
なお、本実施例において、マグネット201の磁束はホール素子で検出されるが、ロータ位置を検出する方式は限定されるものではない。ロータ202の回転に伴って変位する検出用マグネットを配置して検出してもよく、遮光板やパターン面を光学センサによって読み取ってもよい。また、位置センサ112がモータ111と一体に固定されていてもよく、また、モータ111とは別部材に固定されていてもよい。
次に、オープンループ通電切り替え駆動(OP駆動)について説明する。第2のモータ111は、第2のドライバ109によって、OP駆動が行われる。OP駆動とは、通常のステップモータのオープンループ制御と同様に、所定の時間間隔に従ってモータのコイルの通電を切り替える駆動方法である。すなわち、第2のドライバ109は、入力された駆動パルス間隔(駆動周波数)と回転方向に従って、第1のコイル203と第2のコイル204の通電を順次切り替えることで、ロータ202を所望の速度で回転させることが可能である(速度制御)。また、入力された駆動パルス数に従って、ロータ202を所望の角度だけ回転させることが可能である(位置制御)。
OP駆動では、所定の時間間隔(駆動パルス間隔)に従ってコイルへの通電を切り替える。このため、位置センサ112の出力変化の影響を受けることなくコイルへの通電切り替えタイミングを制御することができる。すなわち、OP駆動によるステッピングモータは、低速域から中速域において、正確な速度制御と高精度な位置制御が可能なモータとなる。
次に、フィードバック通電切り替え駆動(FB駆動)について説明する。第2のモータ111は、第3のドライバ110によって、FB駆動が行われる。FB駆動とは、位置センサの出力に応じてモータ111のコイルの通電を切り替える駆動方法である。すなわち、第3のドライバ110は、入力された駆動パルス数と回転方向、位置センサ112の出力する検出信号に基づいて生成される進角信号に従って、第1のコイル203と第2のコイル204の通電を順次切り替える。このような制御により、ロータ202を所望の角度だけ回転させることが可能である(位置制御)。また、第1のコイル203と第2のコイル204に流す電流を制御することで、ロータ202を所望のトルクで回転させることが可能である(電流制御)。
FB駆動では、位置センサ112の出力に応じてコイルへの通電を切り替える。コイルの通電切り替えはロータ202の位置に合わせて行われるため、ロータ202の応答遅れによる脱調の発生を低減させることができ、駆動負荷に応じた限界までの高速駆動が可能となる。すなわち、FB駆動によるステッピングモータは、高速域まで使用可能なモータとなる。
次に、第2のモータ111におけるヨーク(第1のヨーク205、第2のヨーク206)と位置センサ(第1の位置センサ207、第2の位置センサ208)の位相関係について説明する。図3は、ヨーク、位置センサ、及び、ロータの位相関係を示すモータの軸方向の断面図である。図3において、時計回りを正の方向とする。205a〜205dは、第1のヨーク205の磁極歯であり、206a〜206dは第2のヨーク206の磁極歯である。本実施例では、マグネット201の極数は8極、着磁角Pは45°である。また、第1のヨーク205を基準とすると、第2のヨーク206の位相P/2は−22.5°、第1の位置センサ207の位相β1は+22.5°、第2の位置センサ208の位相β2は−45°である。
以下の説明では、電気角を用いてモータの動作を説明する。電気角とは、マグネット磁力の1周期を360°として表したものであり、ロータ202の極数をM、実際の角度をθ0とすると、電気角θは以下の式(1)で表される。
θ=θ0×M/2 …(1)
第1のヨーク205と第2のヨーク206との位相差、第1の位置センサ207と第2の位置センサ208との位相差、及び、第1のヨーク205と第1の位置センサ207との位相差は、全て電気角で90°である。なお、図3において、第1のヨーク205の磁極歯中心とマグネット201のN極中心とは対向している。この状態をロータ202の初期状態とし、電気角0°とする。
次に、第2のモータ111におけるロータ位置とモータトルクとの関係、及び、ロータ位置と各信号の出力との関係について、図4のグラフを参照して説明する。図4(1)は、ロータの回転角度とモータトルクとの関係を示すグラフであり、横軸は電気角を、縦軸はモータトルクを示す。モータトルクは、ロータを時計回りに回転させるトルクを正とする。
第1のコイル203に正方向の電流を流すと、第1のヨーク205がN極に磁化し、マグネット201の磁極との間に電磁気力が発生する。また、第2のコイル204に正方向の電流を流すと、第2のヨーク206がN極に磁化し、マグネット201の磁極との間に電磁気力が発生する。2つの電磁気力を合成すると、ロータ202の回転に伴って略正弦波状のトルクが得られる(トルク曲線A+B+)。他の通電状態においても同様に、略正弦波状のトルクが得られる(トルク曲線A+B−、A−B−、A−B+)。また、第1のヨーク205は第2のヨーク206に対して電気角で90°の位相をもって配置されるため、4つのトルクは互いに電気角で90°の位相差を有する。
図4(2)は、ロータの回転角度と各信号の出力との関係を示すグラフであり、横軸は電気角を、縦軸は各信号の出力を示す。マグネット201の径方向磁力の強さは、電気角に対して略正弦波状になるように着磁されている。このため、第1の位置センサ207からは略正弦波状の信号が得られる(位置センサ信号A)。なお本実施例では、第1の位置センサ207は、マグネット201のN極と対向するときに正の値を出力する。
また、第2の位置センサ208は、第1の位置センサ207に対して電気角で90°の位相をもって配置されるため、第2の位置センサ208からは略余弦波状の信号が得られる(位置センサ信号B)。なお、本実施例では、第2の位置センサ208は、第1の位置センサ207に対して反転した極性を有するため、マグネット201のS極と対向するときに正の値を出力する。
進角回路は、第1の位置センサ207の出力と第2の位置センサ208の出力に基づいて所定の演算を行い、制御回路105によって設定される任意の進角を有する第1の進角信号と第2の進角信号を出力する。以下、進角信号の演算方法について述べる。
電気角θ、第1の位置センサ207の出力をHE1、及び、第2の位置センサ208の出力をHE2とすると、各信号は次の式(2−1)、(2−2)のように表される。
HE1=sinθ …(2−1)
HE2=cosθ …(2−1)
また、進角αだけ進めた第1の進角信号をPS1、進角αだけ進めた第2の進角信号をPS2とすると、第1の進角信号PS1及び第2の進角信号PS2は、HE1、HE2、αを用いて、次の式(3−1)、(3−2)のように表される。
PS1=sin(θ+α)=HE1×cosα+HE2×sinα …(3−1)
PS2=cos(θ+α)=HE2×cosα−HE1×sinα …(3−2)
本実施例では、上述の演算式に基づいて進角回路を構成する。図5は、本実施例における進角回路601の構成図である。本実施例における進角回路を、例えば、図5に示すようなアナログ回路で構成することで、上記のような演算が実現可能である。まず、各位置センサの出力を所定の増幅率Aだけ増幅した信号と、それらを反転させた信号を生成する(Asinθ,Acosθ,−Asinθ,−Acosθ)。それらに適切な抵抗値R1,R2をかけて加算することにより、進角信号を生成する。第1の進角信号PS1、第2の進角信号PS2は、それぞれ次のように表される。
PS1=A×(R/R1)×sinθ+A×(R/R2)cosθ …(4−1)
PS2=A×(R/R1)×cosθ−A×(R/R2)sinθ …(4−2)
進角回路601における抵抗R、可変抵抗R1、R2を次の式(5−1)、(5−2)を満たすように選択することで、任意の進角αだけ進めた進角信号を生成することができる。
R/R1=cosα …(5−1)
R/R2=sinα …(5−2)
また、進角回路601は、第1の進角信号PS1、第2の進角信号PS2に対してコンパレータを用いて2値化した2値化信号を出力する。
なお、本実施例における進角信号の生成方法は、これに限定されるものではない。上記の演算を行うデジタル回路によって進角信号を生成してもよく、また、高分解能のエンコーダを用いて通電を切り替えるパルス間隔を調整することで進角信号を生成してもよい。これらの方法を用いても上記と同様の効果を得ることができる。
次に、FB駆動における通電切り替えについて説明する。まず、進角回路601から出力される進角信号が有する進角がゼロの場合についてFB駆動の動作を説明する。図4(2)において、進角信号A、進角信号Bは、位置センサ信号Aと位置センサ信号Bに対して前述の進角演算を行い、進角を与えた信号である。図4(2)では、進角がゼロの場合を示しており、センサ信号Aと進角信号A、センサ信号Bと進角信号Bがそれぞれ一致している。2値化信号A、2値化信号Bは、進角信号A、進角信号Bに対してコンパレータを用いて2値化を行った信号である。
FB駆動では、2値化信号Aに基づいて第1のコイル203への通電を切り替え、2値化信号Bに基づいて第2のコイル204への通電を切り替える。すなわち、2値化信号Aが正の値を示すとき第1のコイル203に正方向の電流を流し、負の値を示すとき第1のコイル203に逆方向の電流を流す。また、2値化信号Bが正の値を示すとき第2のコイル204に正方向の電流を流し、負の値を示すとき第2のコイル204に逆方向の電流を流す。
図6は、FB駆動時におけるモータの動作を示す軸方向の断面図である。図6(a)は、ロータが電気角で135°回転した状態を示している。各進角信号は図4(2)の(a)点での値を示し、2値化信号Aは正、2値化信号Bは負の値をとる。従って、第1のコイル203には正方向の電流が流れて第1のヨーク205はN極に磁化し、第2のコイル204には逆方向の電流が流れて第2のヨーク206はS極に磁化する。このとき、図4(1)のトルク曲線A+B−に対応する時計回りのトルクが働き、ロータはθ方向の回転力を受けて回転する。
図6(b)は、ロータが電気角で180°回転した状態を示している。第1の位置センサ207はマグネット201のN極とS極の境界に位置する。このため、電気角180°を境に2値化信号Aは正の値から負の値に切り替わり、第1のコイル203の通電方向が正方向から逆方向へ切り替わる(図4(2)の(b)点)。この電気角は、トルク曲線A+B−とトルク曲線A−B−との交点の電気角と一致する。
図6(b’)は、ロータが電気角で180°回転し、第1のコイル203の通電方向が切り替わった状態を示している。第1のコイル203には逆方向の電流が流れて第1のヨーク205はS極に磁化し、第2のコイル204には逆方向の電流が流れて第2のヨーク206はS極に磁化する。このとき、図4(1)のトルク曲線A−B−に対応する時計回りのトルクが働き、ロータはθ方向の回転力を受けて回転する。
図6(c)は、ロータが電気角で225°回転した状態を示している。各進角信号は図4(2)の(c)点での値を示し、2値化信号Aは負、2値化信号Bは負の値をとる。従って、第1のコイル203には負方向の電流が流れて第1のヨーク205はS極に磁化し、第2のコイル204には逆方向の電流が流れて第2のヨーク206はS極に磁化する。このとき、図4(1)のトルク曲線A−B−に対応する時計回りのトルクが働き、ロータはθ方向の回転力を受けて回転する。
図6(d)は、ロータが電気角で270°回転した状態を示している。第2の位置センサ208は、マグネット201のN極とS極の境界に位置する。このため、電気角270°を境に2値化信号Bは負の値から正の値に切り替わり、第2のコイル204の通電方向が逆方向から正方向へ切り替わる(図4(2)の(d)点)。この電気角は、トルク曲線A−B−とトルク曲線A−B+との交点の電気角と一致する。
図6(d’)は、ロータが電気角で270°回転し、第2のコイル204の通電方向が切り替わった状態を示している。第2のコイルには正方向の電流が流れて第2のヨークはS極に磁化し、第1のコイルには逆方向の電流が流れて第1のヨークはS極に磁化する。このとき、図4(1)のトルク曲線A−B+に対応する時計回りのトルクが働き、ロータはθ方向の回転力を受けて回転する。
以上の動作を繰り返すことで、ロータを連続的に回転させることが可能となる。また、2値化信号A又は2値化信号Bの正負を反転させれば、ロータを逆回転させることも可能である。
次に、OP駆動とFB駆動でのモータ出力の関係について説明する。 図7は、OP駆動とFB駆動でのモータ出力の関係を示すグラフであり、横軸は駆動周波数、縦軸は出力トルクを示している。また、図7中のTは、モータの最大出力トルクを表す。
OP駆動又はFB駆動のいずれの場合でも、コイルへの通電切り替えを理想的なタイミングで行い脱調が発生しない状態では、モータの出力は最大出力トルクに等しい。しかし、OP駆動において駆動速度を速く(駆動周波数を高く)すると、コイル通電の切り替えに対してロータが応答できなくなり、脱調を起こす可能性が高まる。このため、OP駆動では、最大出力トルクTに対して所定の安全率を考慮して制限したトルクの範囲でモータを駆動する。
一方、FB駆動では、位置センサからの出力信号を用いて脱調の発生を抑制するため、最大出力トルクTの範囲でモータを駆動することができる。このため、FB駆動は、OP駆動の場合よりも実質的には大きな出力トルクを安定的に取り出すことが可能であり、高効率で低消費電力の駆動方式となる。
次に、図8のフローチャートを参照して、第2のドライバ109(第1駆動手段)及び第3のドライバ110(第2駆動手段)によるモータの駆動動作について説明する。なお、これらの駆動手段は、制御回路105(制御手段)からの指示に基づいて動作する。
制御回路105は、TELEスイッチ114又はWIDEスイッチ115からの3種の信号出力に応じて、モータの正逆の回転を選択し、また、第2のドライバ109と第3のドライバ110のいずれか一つを選択して、ズームレンズ102を駆動する。現在の焦点距離を望遠側又は広角側へ変化させるため、操作者がズームレバー113をTELE側又はWIDE側に操作する(押し下げる)ことで、ズームレンズ102の駆動は開始する。本実施例では、望遠側へ焦点距離を変えるように、TELEスイッチ114を操作した場合について説明する。
まず、ズームレバー113は、待機位置(初期位置)にある(ステップS101)。操作者は、この状態でズームレバー113をTELE側に一段押し下げる(ステップS102)。制御回路105は、TELEスイッチ114からTELE信号を受け取ると(ステップS103)、ステップS104において、Hi接片がONであるか否かを判定する。
ステップS104においてズームレバー113の押し下げ量がHi接片の短絡まで到らない場合、ステップS107に進む。ステップS107では、第1駆動手段によるモータ駆動として、OP駆動により第2のモータ111を正転させる。このため、撮像装置100のズーム光学系はより望遠の画角に変化する。ステップS108にてズーム動作をさらに継続する場合、TELEスイッチ114はONを維持した状態で、ステップS103へ戻り、前述のステップを繰り返す。一方、ステップS108にて所望の焦点距離に到った場合、ズームレバー113を待機位置に復帰させ、TELEスイッチ114はOFFとなり、ステップS109に進む。ステップS109にて第2のモータ111は停止し、ズーム動作は終了する(ステップS110)。
次に、ズームレンズ102を速やかに望遠側に移動(ズーム)する場合について説明する。このとき、操作者は、ズームレバー113のTELE側への二段押し下げにより、TELEスイッチ114をHi接片にも短絡させる。このとき、ステップS104からステップS105に進む。ステップS105において、制御回路105は、第2のドライバ109(第1駆動手段)から第3のドライバ110(第2駆動手段)に切り替えてモータを駆動する。モータは、現在の回転方向を維持して、第3のドライバ110によるFB駆動が行われる。このため、第2のモータ111はより高速に正転し、撮像装置100の光学系の画角は急速に変化する。
ステップS106にてズーム動作を継続する場合、TELEスイッチ114はONを維持した状態でステップS103へ戻り、前述のステップを繰り返す。一方、ステップS106にて所望の焦点距離に到った場合、TELEスイッチ114はOFFとなり、ステップS109に進む。ステップS109にて第2のモータ111は停止し、高速ズーム動作は終了する(ステップS110)。
図8の説明において、TELEスイッチ114をWIDEスイッチ115に替えてモータの駆動方向を逆転させることで、ズームレンズ102を広角側へ駆動することができる。また、本実施例ではフォーカス操作部材としてリング式操作部材が用いられるが、これに限定されるものではない。例えば、左右に移動するスライドレバーや、独立した2つのボタンがそれぞれ上下する構成を採用してもよい。
本実施例の撮像装置によれば、ズームを高精度かつ高速に移動させることができる。
次に、本発明の実施例2について説明する。本実施例の撮像装置は、第1駆動手段(第2のドライバ109)によるOP駆動と第2駆動手段(第3のドライバ110)によるFB駆動を切り替えてフォーカスレンズ101を駆動する点で、ズームレンズ102を駆動対象とする実施例1の撮像装置とは異なる。その他の構成は実施例1と同様であるため、説明を省略する。
図9は、本実施例の操作部材であるフォーカスリング313の構成図である。図9は、フォーカスリング313が待機位置にある状態を示す。フォーカスリング313は、撮影用レンズ鏡筒と同軸で回転するリング形状で、被写体側から見てCW方向又はCCW方向に回転可能に支持される。フォーカスレンズ101を、撮像素子103の結像面より被写体と反対側に合焦する方向(後ピン側)へ移動させる場合にはCW方向に回転させる。一方、フォーカスレンズ101を、撮像素子103の結像面より被写体側に合焦する方向(前ピント側)へ移動させる場合にはCCW方向に回転させる。
314は、GND接片、F接片、Hi接片の3枚のリーフスイッチで構成された前ピントスイッチである。前ピントスイッチ314は、第1検出手段としてのF接片、及び、第2検出手段としてのHi接片を備える。315は、GND接片、B接片、Hi接片の3枚のリーフスイッチで構成された後ピントスイッチである。後ピントスイッチ315は、第1検出手段としてのB接片、及び、第2検出手段としてのHi接片を備える。
フォーカスリング313のCCW方向への回転により、フォーカスリング313の内周に設けられた突起が前ピントスイッチ314のGND接片とF接片を短絡すると、その結果が制御回路105に出力される。また、フォーカスリング313を更にCCW方向に回転させると、GND接片とHi接片が短絡してHI信号が出力される。同様に、フォーカスリング313のCW方向への回転により、フォーカスリング313の内周に設けられた突起が後ピントスイッチ315のGND接片とB接片を短絡すると、その結果が制御回路105に出力される。また、フォーカスリング313を更にCW方向に回転させると、GND接片とHi接片が短絡してHI信号が出力される。
このように、フォーカスリング313は、フォーカスレンズ101の前ピント側への移動又は後ピント側への移動のいずれかを選択する。本実施例において、フォーカスリング313は、回転リング構造としてCCW方向及びCW方向にそれぞれ2段階ずつ回動可能に構成されている。待機位置(第1の位置)より、フォーカスリング313がCCW方向へ一段回転して第2の位置に変位することによって前ピント側が選択される。このとき、GND接片とF接片が短絡し、F信号が出力される。更に二段回転して第3の位置に変位することによってGND接片とHi接片が短絡し、Hi信号が出力される。F信号が制御回路105に到達すると、フォーカスレンズ101に対して、被写体側方向へ合焦位置が移動するように前ピント側の調節が行われる。更にHi信号が制御回路105に到達すると、その移動方向のまま、前ピント側の調節が高速に行われる。
同様に、待機位置(第1の位置)からCW方向へ一段回転して第2の位置に変位することによって、後ピント側が選択される。このとき、GND接片とB接片が短絡し、B信号が出力される。更に二段回転して第3の位置に変位することによって、GND接片とHi接片が短絡され、Hi信号が出力される。B信号が制御回路105に到達すると、フォーカスレンズ101に対して、被写体の反対側方向へ合焦位置が移動するように後ピント側の調節が行われる。更にHi信号が制御回路105に到達すると、その移動方向のまま後ピント側の調節が高速に行われる。
なお、GND接片、F接片、B接片、及び、Hi接片は、ニッケルメッキ処理及び金メッキ処理がなされたリン青銅等の板バネで構成されている。このため、これらの接片は十分な弾性を有し、フォーカスリング313による保持が開放されると、フォーカスリング313はその反力により待機位置(第1の位置)まで自動的に復帰する。
次に、図10のフローチャートを参照して、第1駆動手段及び第2駆動手段によるモータの駆動動作について説明する。なお、これらの駆動手段は、制御回路105(制御手段)からの指示に基づいて動作する。
フォーカスレンズ101の駆動は、フォーカスリング313のCCW方向又はCW方向のいずれかの回転により開始する。図10では、フォーカスレンズ101は後ピント状態であるとし、これを合焦させる操作について説明する。すなわち、フォーカスリング313をCCW方向へ回転してフォーカスレンズ101を前ピント側へ移動させる場合の制御について説明する。
まず、待機位置(ステップS201)で操作者の操作によりフォーカスリング313をCCW回転させる(ステップS202)。前ピントスイッチ314からF信号が出力されると(ステップS203)、ステップS204において、Hi接片がONであるか否かの判定が行われる。フォーカスリング313の回転量がHi接片の短絡までは到らない場合、ステップS207にて第1駆動手段によるOP駆動が行われる。
ステップS208にてフォーカス動作を継続する場合、フォーカスリング313をその状態で保持して前ピントスイッチ314のONを維持し、ステップS203に戻って前述のステップを繰り返す。一方、ステップS208にて合焦に到った場合、フォーカスリング313の保持を止めると、フォーカスリング313は前ピントスイッチ314のGND接片等の反力により中立位置(待機位置)に復帰する。このとき、前ピントスイッチ314はOFFとなり、ステップS209にてモータは速やかに停止し、フォーカス動作は終了する(ステップS210)。
ステップS204にてフォーカスリング313のCCW方向への回転量を大きくすると、前ピントスイッチ314はHi接片にも短絡する。このとき、ステップS205にて第1駆動手段から第2駆動手段に切り替わり、モータはその回転方向を維持しながら、FB駆動によりフォーカスレンズ101の高速駆動が可能となる。ステップS206にてフォーカス動作を継続する場合、前ピントスイッチ314はONを維持した状態でステップS203へ戻り、前述のステップを繰り返す。フォーカスレンズ101の焦点が合焦に到った場合、前ピントスイッチ314はOFFとなり、ステップS209にてモータを停止し、高速フォーカス動作は終了する(ステップS210)。
なお、図10の説明において、前ピントスイッチ314を後ピントスイッチ315に替えてモータの駆動方向を逆転させることで、フォーカスレンズ101を後ピント側へ駆動することができる。本実施例の撮像装置によれば、フォーカスレンズを高精度かつ高速に移動させることができる。
次に、本発明の実施例3について説明する。本実施例の撮像装置は、予め基準焦点距離情報を記憶したROMを備える。ズームレンズ102(光学素子)の現在の焦点距離を検出して得られた結果とROMに記憶された焦点距離情報とを常に比較することで、最適なズーム速度に制御される。このため、異なる焦点距離領域においても一定の画角変化を行う撮像装置が構成される。
本実施例の撮像装置は、ズームレンズ102の現在の焦点距離fを検出する検出手段を有する点で、実施例1の撮像装置100とは異なる。その他の構成は実施例1と同様であるため、説明を省略する。
本実施例の検出手段は、フォトインタラプタ及びカウンタで構成される。フォトインタラプタは、ズームレンズ102の移動範囲の広角側の最端部にズームレンズ102が到達したことを検出する。また、カウンタは、制御回路105のクロックにより正確なパルス数をカウントする。本実施例の撮像装置では、第1のモータ108を逆転させて最短焦点距離位置までズームレンズ102を後退させ、フォトインタラプタの信号出力によりカウンタをリセットする(リセット動作)。その後、出力したパルス数分だけ第1のモータ108を正回転することにより、ズームレンズ102の正確な位置を検出する。
一方、ズームレンズ102の設計データより、最短焦点距離位置からのズームレンズ102の移動量とそのときの焦点距離fは対応付けされている。このため、リセット動作後の駆動パルス数を検出することにより、ズームレンズ102の現在の焦点距離fを検出することが可能である。
本実施例の撮像装置は、前述のとおりROMを備える。ROMには、予め製造段階等で所定の焦点距離情報として、基準焦点距離F(基準焦点距離情報)が記憶されている。基準焦点距離F[mm]は、撮像装置の最短焦点距離側から最長焦点距離側の範囲において標準焦点距離領域から広角側焦点距離領域の開始の焦点距離に設定されている。すなわち、本実施例の撮像装置では、この焦点距離以下の範囲を広角側と定義する。
次に、図11のフローチャートを参照して、制御回路105による焦点距離情報の比較動作及び第1のドライバ109(第1駆動手段)と第2のドライバ110(第2駆動手段)との切り替え動作について説明する。撮像装置が操作を受け入れる状態になると(ステップS301)、操作者によりズームレバー113(操作手段)がONとなり、レンズ駆動処理がスタートする(ステップS302)。次に、ズームレンズ102の検出手段により、現在のズームレンズ102の焦点距離fが検出される(ステップS303)。続いて、予め撮像装置のROMに記憶されている基準焦点距離Fを呼び出す(ステップS304)。次に、制御回路105において、現在の焦点距離fとROMに記憶された基準焦点距離Fとを比較する(ステップS305)。
ステップS305において、F>f(又はF≧f)が成立する場合、現在のズームレンズ102は広角側の焦点距離領域にあることになり、ステップS306に進む。ステップS306では、第2駆動手段が選択され、ズームレンズ102を高速に駆動する。従って、広角側で迅速にズーム変化が行われる。ステップS307にて、ズームレンズ102が操作者の所望の焦点距離に達してズームレバーがOFFとなると、モータは停止して(ステップS310)、レンズ駆動処理は終了する(ステップS311)。一方、ステップS307にて、ズームレンズ102が所望の焦点距離に到らない場合、ステップS303に戻って、前述のステップを繰り返す。
ステップS305において、F≦f(又はF<f)が成立する場合、現在のズームレンズ102はROMに記憶された基準焦点距離Fより長焦点側の標準側又は望遠側であることになり、ステップS308に進む。ステップS308では、第1駆動手段が選択され、ズームレンズ102を高精度に駆動する。ステップS309にて、ズームレンズ102が操作者の所望の焦点距離に達するとズームレバー113はOFFとなる。そして、モータは停止して(ステップS310)、レンズ駆動処理は終了する(ステップS311)。一方、ステップS309にてズームレンズ102が所望の焦点距離に到らない場合、ステップS303に戻り、前述のステップを繰り返す。
このように、本実施例の制御回路105は、検出手段で検出された焦点距離fとROMに記憶された基準焦点距離Fとの比較結果に応じて、第1駆動手段又は第2駆動手段のいずれかに切り替えてモータを駆動する。より具体的には、制御回路105は、検出手段で検出された焦点距離fが基準焦点距離Fより長い場合には第1駆動手段でモータを駆動し、焦点距離fが基準焦点距離Fより短い場合には第2駆動手段でモータを駆動する。
本実施例の駆動処理によれば、予め設定した焦点距離と、現在の焦点距離情報とを比較することによって、広角側以外においては第1駆動手段によるOP駆動が行われ、ズームレンズを高精度に移動させる。一方、広角側においては第2駆動手段によるFB駆動が行われ、ズームレンズを高速に移動させる。従って、光学系の移動量の増加に比べて画角の変化が小さい広角側の焦点距離では高速にズーム動作が行われ、2つの駆動を切り替えることで短焦点領域から長焦点領域までスムーズな一定速度の画角変化が可能となる。
従って、望遠側から広角側にズーム動作する場合、予め設定された広角領域に入ると、自動的に高速駆動可能な制御に切り替わる。この状態でさらに電圧制御等を加えれば、全ての焦点距離領域において容易に一定の画角変化を行うことが可能な電動光学ズーム光学系が達成される。