焦点調節装置及びそれを用いた光学機器
【課題】脱調を防止しつつ高精度な位置決めを比較的単純に達成する焦点調節装置及び光学機器を提供する。
【解決手段】光学部材の焦点を調節する焦点調節装置は、光学部材により形成された像を検出し画像信号を出力するセンサと、センサから出力された画像信号より像のコントラスト値に基づいて焦点状態を検出する焦点状態検出手段と、焦点を調節させる際に光学部材とセンサとの一方を他方に対して移動させるために駆動する駆動機構と、を有し、駆動機構は、磁石を有するロータと、磁石に回転力を与えるコイルを有するステータと、を有するモータと、モータのロータの位置を検出する位置センサと、位置センサの出力に応じてモータのコイルへの通電状態を切り替える第１の駆動と、決められた時間間隔に従ってモータのコイルへの通電状態を切り替える第２の駆動とを、コントラスト値に応じて切り替える駆動制御手段と、を有する。
【解決手段】光学部材の焦点を調節する焦点調節装置は、光学部材により形成された像を検出し画像信号を出力するセンサと、センサから出力された画像信号より像のコントラスト値に基づいて焦点状態を検出する焦点状態検出手段と、焦点を調節させる際に光学部材とセンサとの一方を他方に対して移動させるために駆動する駆動機構と、を有し、駆動機構は、磁石を有するロータと、磁石に回転力を与えるコイルを有するステータと、を有するモータと、モータのロータの位置を検出する位置センサと、位置センサの出力に応じてモータのコイルへの通電状態を切り替える第１の駆動と、決められた時間間隔に従ってモータのコイルへの通電状態を切り替える第２の駆動とを、コントラスト値に応じて切り替える駆動制御手段と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焦点調節装置及びそれを用いた光学機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ビデオカメラやテレビカメラなどの光学機器で用いられているオートフォーカスとして山登り駆動が特許文献１及び２で開示されている。山登り駆動は、撮影レンズにより得られた映像信号中の高域周波数成分から撮影画面の精細度を検出し、精細度が最大となるようにフォーカスレンズの光軸方向の位置を制御する方式である。従来の位置制御は、ステッピングモータを使用した開ループ制御を通じて、フォーカスレンズを光軸方向に一定周期で微小往復移動（ウォブリング）させることによって行っていた。
【０００３】
しかし、ステッピングモータは、高速回転時や過大負荷がかかった時に、制御パルスとモータの回転の同期が失われる（脱調）。この問題を解決するために、ステッピングモータの代わりにブラシレスＤＣモータを使用することを特許文献３は提案している。ブラシレスＤＣモータは、ロータの位置をセンサによって検出するため、指令信号とロータの位置の同期を維持して脱調を防止するという長所を有する。
【特許文献１】特開平０５−１５０１５４号公報
【特許文献２】特開平０５−０６４０５６号公報
【特許文献３】特開平１０−１５０７９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ブラシレスＤＣモータによる開ループ制御ではレンズの位置制御をすることは不可能であり、ウォブリングの振幅が不正確になるという問題がある。ブラシレスＤＣモータによって位置制御を正確に行なうには閉ループを組む必要があるが、それによって回路が複雑になってしまうという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は、脱調を防止しつつ高精度な位置決めを比較的単純に達成する焦点調節装置及び光学機器を提供することを例示的な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一側面としての光学部材の焦点を調節する焦点調節装置は、前記光学部材により形成された像を検出し画像信号を出力するセンサと、前記センサから出力された画像信号より前記像のコントラスト値に基づいて焦点状態を検出する焦点状態検出手段と、焦点を調節させる際に前記光学部材と前記センサとの一方を他方に対して移動させるために駆動する駆動機構と、を有し、前記駆動機構は、磁石を有するロータと、磁石に回転力を与えるコイルを有するステータと、を有するモータと、前記モータのロータの位置を検出する位置センサと、前記位置センサの出力に応じて前記モータの前記コイルへの通電状態を切り替える第１の駆動と、決められた時間間隔に従って前記モータの前記コイルへの通電状態を切り替える第２の駆動とを、前記コントラスト値に応じて切り替える駆動制御手段と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は、脱調を防止しつつ高精度な位置決めを比較的単純に達成する焦点調節装置及び光学機器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、添付図面を参照して、本発明の焦点調節装置及びそれを用いた光学機器を説明する。
【実施例１】
【０００９】
図１は、実施例１の光学機器１００のブロック図である。図２は、光学機器１００の焦点調節装置の駆動機構４の斜視図である。光学機器１００は、光学部材１と、光学部材１の焦点調節装置とを有する。焦点調節装置は、光学部材１の焦点を調節し、焦点状態検出手段と駆動機構４を有する。
【００１０】
光学部材１は、レンズ群などであり、フォーカスレンズ（群）１ａを含む。フォーカスレンズ１ａを光軸方向Ｄに微小に往復移動（ウォブリング）させても像倍率がほとんど変化することがなく、焦点位置のみが変化する。従って、フォーカスレンズ１ａを光軸方向Ｄに移動することで、撮像素子２上に結像される像の焦点を調節することができる。
【００１１】
焦点状態検出手段は、光学部材１により形成された像のコントラスト値に基づいて焦点状態を検出する。焦点状態検出手段は、撮像素子２と信号処理部３を有する。撮像素子２は、ＣＣＤやＣ−ＭＯＳセンサなどの、光学部材を通過した光を電気信号に変換する光電変換手段である。信号処理部３は、撮像素子２で電気信号に変換された信号に基づいて画面のコントラスト値を検出する。これにより、フォーカスレンズ１ａの焦点状態を知ることができる。焦点状態検出手段は、光学部材１によって形成された像のコントラスト値を撮像素子２で得られた電気信号の高周波成分を検出することで得て、これに基づいて焦点状態を検出する。
【００１２】
図２に示す駆動機構４は、フォーカスレンズ１ａを光軸方向に移動させる。駆動機構４は、図１におけるモータ５、位置センサ６、モータドライバ７、駆動切替手段８、第１の駆動手段９、第２の駆動手段１０、コントローラ１１を含む。図２において、フォーカスレンズ１ａは、レンズホルダー４１に保持されている。レンズホルダー４１は、フォーカスレンズ１ａの光軸に関して対称に配置された一対の光軸に平行なガイドバー４３及び４４に移動可能に支持されている。この結果、フォーカスレンズ１ａは光軸方向にのみ移動可能となる。レンズホルダー４１にはナット部４２が設けられ、モータ５に設けられたリードスクリュー部と勘合している。モータ５を回転させることにより、フォーカスレンズ１ａを光軸方向に移動させることが可能である。なお、焦点調節装置が使用する駆動機構は図２に示す構造に限定されず、カムとピンを使うタイプなど、モータの回転方向の運動をレンズの光軸方向の運動に変換する公知の構造を使用することができる。
【００１３】
本実施例は、フォーカスレンズ１ａを光軸方向Ｄに移動することによって、撮像素子２上に結像される像の焦点を調節しているが、駆動機構は、光学部材１と焦点状態検出手段の一方を他方に対して移動すれば足りる。即ち、フォーカスレンズ１ａではなく撮像素子２を光軸方向に移動させてもよい。即ち、フォーカスレンズ１ａと撮像素子２の光軸方向における相対位置を変えることで、光学部材１が撮像素子２上に結像する像の焦点を調節することができる。
【００１４】
モータ５は２相のステッピングモータであり、Ａ相、Ｂ相の２つのコイルを具備し、それぞれのコイルへの通電方向を順次切り替えることで、所定の角度である１ステップ分だけ回転させることができる。より詳細には、モータ５は、磁石５ａ１を有するロータ５ａと、磁石５ａ１に回転力を与えるコイル５ｂ１を有するステータ５ｂと、を有する。
【００１５】
位置センサ６は、図２に示すように、フォトインタラプタ６１及び６２と、回転方向に周期的に設けられたスリットを回転盤６３とを有し、モータ５のロータ５ａの回転位置に応じて電気信号を出力する。フォトインタラプタ６１及び６２は、電気角にして９０°離れた信号を出力するような位相差を持たせて配置する。これにより、回転盤の回転方向を判別できるようになる。フォトインタラプタ６１及び６２の詳しい配置場所については後述する。位置センサ６として、ホール素子やＭＲ素子を用い、モータのロータに取り付けられたマグネットの磁束を読み取ってもよい。
【００１６】
モータドライバ７は、モータ５への通電を行い、モータ５のそれぞれのコイルに、所定の方向の電流を流すことができる。駆動切替手段８は、モータ５の駆動を、コントローラ１１から指令によって、第１の駆動手段９又は第２の駆動手段１０で行う。
【００１７】
第１の駆動手段９は、フィードバック通電切替モードでモータ５を駆動させる。フィードバック通電切替モードは、位置センサ６のパルス信号に応じてモータ５のコイル５ｂ１への通電を切り替えるモードであり、ブラシレスＤＣモータと同じ駆動方法となる。フィードバック通電切替モードは、フォーカスレンズ１ａを一定方向に（例えば、合焦点に向かって）高速度（第１の速度）で移動させるのに使用される。
【００１８】
第２の駆動手段１０は、ステップモードでモータ５を駆動させる。ステップモードは、決められた時間間隔に従ってモータ５のコイル５ｂ１への通電状態を切り替えるモードであり、ステッピングモータと同じ駆動方法となる。ステップモードは、フォーカスレンズ１ａを光軸方向Ｄに低速度（第１の速度よりも遅い第２の速度）で一定周期で往復移動（ウォブリング）させるのに使用される。
【００１９】
コントローラ１１は、信号処理部３で得られたコントラスト値に応じて、駆動切替手段８へ切替信号を送信する。具体的な切替信号生成方法については後述する。
【００２０】
なお、駆動切替手段８とコントローラ１１は駆動制御手段を構成する。駆動制御手段は、コントラスト値に応じてモータ５のコイルへの通電を第１の駆動手段９と第２の駆動手段１０との間で切り替える。
【００２１】
以下、モータ５の動作モードであるフィードバック通電切換モードとステップモードについて説明する。
【００２２】
フィードバック通電切換モードは、位置センサ６の信号に応じてモータ５への通電方向を切り替える方法である。フォトインタラプタ６１及び６２の詳しい配置場所について、図３を用いて説明する。
【００２３】
図３（Ａ）はコイルへ一定電流を流したときの、ロータ５ａに働くトルクを示している。モータ５のコイル５ｂ１を２相で構成した場合、２つのコイル５ｂ１それぞれに正方向、逆方向の電流を流すことができるので、図に示すようにＡ−Ｂ−、Ａ＋Ｂ−、Ａ＋Ｂ＋、Ａ−Ｂ＋の４種類のトルク分布ができる。これらはほぼ正弦波形状の同一波形であり、電気角で９０°の位相差を持っている。
【００２４】
図３（Ｂ）はフォトインタラプタ６１及び６２の出力信号を表している。フォトインタラプタ６１は、Ａ＋Ｂ−のトルクとＡ−Ｂ−のトルクの交点、及びＡ＋Ｂ＋のトルクとＡ−Ｂ＋のトルクの交点での出力が切り替わるように配置している。また、フォトインタラプタ６２は、Ａ＋Ｂ＋のトルクとＡ＋Ｂ−のトルクの交点、及びＡ−Ｂ＋のトルクとＡ−Ｂ−のトルクの交点での出力が切り替わるように配置している。
【００２５】
図３（Ｃ）は、Ａ相コイル及びＢ相コイルへの通電方向を示している。フィードバック通電切替モードでは、フォトインタラプタ６１の出力が切り替わったときにＡ相コイルへの通電方向を切り替え、フォトインタラプタ６２の出力が切り替わったときにＢ相コイルへの通電方向を切り替える。このことによりモータ５は図３（Ａ）にＴとして示すような、ロータ５ａの回転角度に応じた最適な通電を行なうことができる。フィードバック通電切換モードではモータ５が１ステップ分回転したことを確認してから次の通電に切り替えるので、原理的に駆動パルスとモータの回転の同期が失われず、脱調が起こらない。一方、モータ５が１ステップ分回転するまでの時間は、モータにかかる負荷によって変動するため、フィードバック通電切換モードではモータの速度を決めることはできない。
【００２６】
ステップモードは、モータ５の回転状態によらず、所定の時間になったら次の通電状態に切り替える方法である。モータ５は、Ａ相コイル及びＢ相コイルへの通電方向を切り替えることで、所定の角度ずつ回転させることができる。従って、開ループ制御で容易に目的の位置までモータを回転させることができる。一方、モータの回転状態を検知せずに次の通電に切り替えるので、脱調してしまう危険性がある。
【００２７】
図４は、モータの発生するトルクと回転数を表すグラフである。横軸はモータ５の発生するトルク、縦軸はそのときのモータ５の回転数である。フィードバック通電切替モードでは、モータ５は常にこの線上で動作する。例えば、図４中、
【００２８】
で示す動作点の状態でモータ５を駆動していたとする。このモータ５に負荷変動があった場合、モータ５は脱調せず、負荷が大きくなれば回転数は小さくなり（同図
【００２９】
）、負荷が小さくなれば回転数は大きくなる（同図
【００３０】
）。一方、ステップモードでは、この曲線は脱調する限界を表す。この曲線よりも高速に駆動パルスを入力した場合、モータ５の回転が通電の切り替えについていけずに、同期を失い脱調してしまう。これを避けるため、この曲線に対して余裕をもたせて、低速側でモータを使用する。（図３の
【００３１】
）。それにより、負荷変動によらずにモータを一定回転させることができる。その反面、モータ５の速度はフィードバック通電切換モードの半分程度になってしまう。（図３中、
【００３２】
）。以上、フィードバック通電切換モードではステップモードよりも高速にモータを回転することができ、ステップモードでは正確な速度制御、位置制御が行なえる。従って、長いストロークを高速に移動させたいときは、高速化の容易なフィードバック通電切換モードを用い、短いストロークを正確に移動させたいときはステップモードを用いる。これにより、高精度な位置決めを実現しながらも合焦動作中の脱調を防ぐことができる。
【００３３】
次に、第１及び第２の駆動手段９及び１０の切替方法を、図５及び図６を参照しながら説明する。図５は、本実施例の駆動方法を説明するグラフであり、横軸にフォーカスレンズ１ａの移動距離を、縦軸に被写体のコントラスト値を示している。図６は、コントローラ１１が行う駆動方法を示すフローチャートである。
【００３４】
まず、フォーカスレンズ１ａが図５のＡ点にあると仮定する。駆動開始後（ステップ１０１）、コントローラ１１はステップモードを選択し（ステップ１０２）、フォーカスレンズ１ａを光軸上前後に一定周期で微小往復移動（ウォブリング）させる（ステップ１０３）。ステップモードより、ウォブリングの振幅を正確に設定することができる。次に、コントローラ１１は合焦判定ができたかどうか判断し（ステップ１０４）、できればフォーカスレンズ１ａを停止する（ステップ１１２）。コントローラ１１は合焦判定ができないと判断すれば（ステップ１０４）、コントラスト値を検出する信号が高くなる方向を調べる（ステップ１０５）。コントローラ１１は方向判別ができなければ（ステップ１０５）、ステップ１０３に帰還する。
【００３５】
ウォブリングの振幅をモータの１ステップの大きさ以下にしたいときは、モータ５のコイル５ｂ１への通電を方相ずつ行なう１−２相駆動や、それぞれのコイル５ｂ１への電流の割合を徐々に変化させるマイクロステップ駆動とすればよい。これにより、モータ５の振幅を１ステップの大きさ以下にすることができ、フィードバック通電切換モードでは不可能な小さな振幅でモータを往復移動させることができる。
【００３６】
コントローラ１１は方向判別ができれば（ステップ１０５）、フィードバック通電切換モードに移行し（ステップ１０６）、その方向にフォーカスレンズ１ａを山登り駆動する（ステップ１０７）。フィードバック通電切換モードにより、高速動作時のモータ５の脱調を避けることができる。コントラスト値は、図５のＡからＣへと増加する。コントラスト値の極大値Ｃがフォーカスレンズ１ａの合焦点である。コントラスト値がＢ点まで下がった時点で、合焦点を通り過ぎたと判断し（ステップ１０８）、モータ５の動作モードをステップモードに切り替える（ステップ１０９）。そして移動方向を反転させ、合焦点へフォーカスレンズ１ａを移動させる（ステップ１１０、１１１）。ステップ１１１後はステップ１０３に移行する。これにより、コントラスト値の極大値であるＣ点に戻ったら、再びレンズをウォブリング駆動させ、合焦の判定を行なう（ステップ１０４）。フォーカスレンズ１ａが合焦点へ到達したら、コントローラ１１はモータ５への通電を切る（ステップ１１２）。合焦後に再びフォーカスレンズ１ａを光軸上前後に往復移動させてもよい。これにより、フォーカスレンズ１ａが合焦点を外れることを検出し、外れた場合は再び上述の動作を行う。
【００３７】
本実施例は、フィードバック通電切り替えモードとステップモードの二つのモータ駆動モードを使用する。フィードバック通電切換モードでは、モータを高速駆動しても脱調しないため、モータの速度を上げて合焦に要する時間を短縮することができる。また、ステップ駆動時よりもモータに求められるトルクが小さくなるため、より小型のモータでも駆動することができ、装置全体の小型化にも役立てることができる。ステップモードでは開ループ制御により容易に速度や位置を決めることができる。また、１−２相通電駆動やマイクロステップ駆動を行なうことにより、フィードバック通電切り替えモードよりも高分解能のモータ位置を決めることができる。このように、フィードバック通電切換モードと、ステップモードを切り替えることにより、高精度な位置決めを行なうことを可能にしながらも、合焦動作中のモータの脱調を防ぐことができ、合焦時間の短縮化が可能である。
【実施例２】
【００３８】
以下、図７を参照して、本発明の実施例２の駆動方法について説明する。なお、図７において図６と共通する箇所については、同一の参照符号を付すことによって説明を省略する。実施例１は、ウォブリング駆動時はステップモード、それ以外ではフィードバック通電切換モードを選択している。これに対して、実施例２は、コントラスト値の変化率の値によってフィードバック通電切換モードとステップモードを切り替えている。
【００３９】
フォーカスレンズ１ａの起動時には、実施例１と同じくステップモードによってフォーカスレンズ１ａをウォブリングさせ、コントラスト値が高くなる方向を調べる。従って、ステップ１０１乃至１０５まで（ステップ１０４からステップ１１２も含む）は図６と同様である。現在位置から合焦点までの方向が決まったら（ステップ１０５）、コントローラ１１はその方向へフォーカスレンズ１ａを山登り駆動する（ステップ２０６）。このとき、一定時間ごとにコントラスト値の変化量を調べ、その値を移動距離で割ることによって、コントラスト値のレンズ位置に対する傾きを得る。コントローラ１１は、その値が閾値以上であると判断した場合には（ステップ２０７）、ステップモードからフィードバック通電切換モードに切り替え（ステップ２０８）、閾値未満であると判断した場合にはステップモードを維持又は選択する（ステップ２０９）。
【００４０】
図１０に示すように、コントラスト値とレンズ位置の関係は合焦点付近では傾きが小さくなる傾向がある。従って、その傾きが閾値以上ならば、レンズ位置は合焦点までまだ距離があると判断することができる。そのときは高速化の容易なフィードバック通電切換モードが有効である。傾きが閾値未満ならば、合焦点までの距離が近いと判断することができる。そのときは位置制御の容易なステップモードに切り替える。
【００４１】
ピークを検出すると（ステップ２１０）、ステップモードに移行する（ステップ２１１）。また、この動作モードの切り替えにヒステリシス性を持たせることで、フォーカスレンズ１ａのハンチングを防止することも有効である。また、モータ５への負荷変動が十分少なく、モータ５に速度変化が少ないときは、コントラスト値のレンズ位置に対する傾きの代わりに、コントラスト値の時間変化量が所定値を越えるかどうかを、動作モード切り替えの判断基準として用いることもできる。コントラスト値の変化量を移動距離で割る必要がなくなるため、計算にかかる負荷を減らすことができる。
【００４２】
実施例２は、実施例１の効果に加えて、合焦時間をより短縮にすることができるという効果を与える。即ち、実施例１は、画面のコントラスト値が一度ピークを越えたところでフィードバック通電切換モードからステップモードへ切り替えていたため、合焦点を大きく通り過ぎて、合焦に時間がかかるおそれがある。これに対して、本実施例は、合焦点からの行き過ぎを小さくすることができる。合焦点である画面のコントラスト値のピークが近づくと、コントラスト値の変化量が小さくなってくる。コントラスト値の変化量が小さくなったときに、フィードバック通電切換モードからステップモードへ切り替えることができるため、合焦点の手前から減速動作を始めることができ、合掌時間の短縮化に効果的である。
【実施例３】
【００４３】
以下、図８を参照して、本発明の実施例３の駆動方法について説明する。本実施例は、ウォブリング時の振幅によって、フィードバック通電切換モードとステップモードを切り替える。フォーカスレンズ１ａをウォブリングすると結像した像は焦点がボケるので、ウォブリングの振幅は、像の変化が検出可能な範囲で、しかも目には目立たない程度の量であることが求められる。この値は、光学部材１の焦点深度に関係する。焦点深度が浅いときは、フォーカスレンズ１ａの移動量を小さくしなければ像の変化が目立ち、焦点深度が深いときは、フォーカスレンズ１ａの移動量を大きくしなければ像の変化が検出できない。
【００４４】
駆動開始後（ステップ３０１）、ウォブリングの振幅を計算する（ステップ３０２）。焦点深度は光学部材１の焦点距離と絞りのＦ値によって大きく変化し、焦点深度の最も深いときと最も浅いときの割合は数十倍程度となる。従って、ステップ３０２で計算されるウォブリングの振幅も、最小と最大では数十倍の差になる。
【００４５】
モータ５の移動量が小さい場合には、制御性の良いステップモードで駆動する方が有利である。モータ５の移動量が大きくなると、フィードバック通電切換モードを使用して高速でモータ５を駆動することができる。フォーカスレンズ１ａの焦点深度から定まるウォブリング振幅に応じて、振幅が所定値よりも大きいときは（ステップ３０３）、フィードバック通電切換モードで駆動する（ステップ３０４）。一方、振幅が所定値よりも小さいときは（ステップ３０３）、ステップモードで駆動する（ステップ３０５）。これにより、ウォブリング動作（ステップ３０６）を高速化することができる。
【００４６】
その後、コントローラ１１は合焦判定ができたかどうか判断し（ステップ３０７）、できればフォーカスレンズ１ａを停止する（ステップ３１３）。コントローラ１１は合焦判定ができないと判断すれば（ステップ３０７）、コントラスト値を検出する信号が高くなる方向を調べる（ステップ３０８）。コントローラ１１は方向判別ができなければ（ステップ３０８）、ステップ３０３に帰還する。
【００４７】
コントローラ１１は方向判別ができれば（ステップ３０８）、その方向にフォーカスレンズ１ａを山登り駆動する（ステップ３０９）。次に、コントローラ１１は、コントラスト値のピークを越えたかどうかによって合焦点を通り過ぎたと判断し（ステップ３１０）、移動方向を反転させ、合焦点へフォーカスレンズ１ａを移動させる（ステップ３１１、３１２）。ステップ３１２後はステップ３０３又は３０６に移行する。
【００４８】
本実施例は、ウォブリング終了後の山登り駆動（ステップ３０９）における駆動モードは限定をしない。常にステップモードで動かしてもよいし、他の実施例のように、何らかの条件でステップモードとフィードバック通電切換モードを切り替えてもよい。
【実施例４】
【００４９】
以下、図９を参照して、本発明の実施例４の駆動方法について説明する。なお、図９において図６と共通する箇所については、同一の参照符号を付すことによって説明を省略する。本実施例は、山登り駆動時にコントラスト値の絶対値によって、フィードバック通電切換モードとステップモードを切り替える。
【００５０】
フォーカスレンズ１ａの起動時には、実施例１と同じくステップモードによってフォーカスレンズ１ａをウォブリングさせ、コントラスト値が高くなる方向を調べる。従って、ステップ１０１乃至１０５まで（ステップ１０４からステップ１１２も含む）は図６と同様である。現在位置から合焦点までの方向が決まったら（ステップ１０５）、コントローラ１１はその方向へフォーカスレンズ１ａを山登り駆動する（ステップ４０６）。コントローラ１１は、コントラスト値が所定値以上であると判断した場合には（ステップ４０７）、ステップモードを維持する（ステップ４０８）。また、コントローラ１１は、コントラスト値が所定値未満であると判断した場合には（ステップ４０７）、ステップモードからフィードバック通電切換モードに切り替える（ステップ４０９）。
【００５１】
図１０に示すように、フォーカスレンズ１ａが合焦位置より遠ければ遠いほどコントラスト値は低い。フォーカスレンズ１ａが合焦位置が近づくにつれてコントラスト値が高くなる。従って、コントラスト値が閾値よりも小さいときは、フォーカスレンズ１ａを移動すべき量が大きくフィードバック通電切換モードが有利である。コントラスト値が閾値を越えるとステップモードで減速を始める必要が出てくる。
【００５２】
次に、コントローラ１１は、コントラスト値のピークを越えたかどうかによって合焦点を通り過ぎたと判断し（ステップ４１０）、ステップモードを選択する（ステップ１０９）。ステップ１０９以降は実施例１と同様である。
【００５３】
本実施例は、ピークを越える前に合焦点が近づいたことを検知して、ステップモードに切り替えて減速を始めることができるので、合焦点からの行き過ぎを小さくすることができる。
【００５４】
なお、コントラスト値の絶対値は被写体やフォーカスレンズ１ａの焦点深度によって大きく変化する。このため、閾値も、被写体やレンズの焦点深度によって大きく変化する。具体的には、フォーカスレンズ１ａの焦点距離、絞り量及び被写体の明るさの少なくとも一つに基づいて閾値を変更する。このときの閾値は、合焦点位置でのコントラスト値の５割乃至９割の範囲内で変化させるのが好適である。またこのときも、モード間の切り替えにヒステリシス性を持たせることにより、モータ５のハンチングを抑える効果がある。
【００５５】
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】実施例１のデジタルカメラ（光学機器）のブロック図である。
【図２】図１に示す駆動機構の斜視図である。
【図３】図１に示すモータをブラシレスＤＣモータとして駆動する原理を説明するグラフである。
【図４】図１に示すモータの発生するトルクと回転数を表すグラフである。
【図５】実施例１の駆動方法を説明するグラフである。
【図６】実施例１の駆動方法を説明するためのフローチャートである。
【図７】実施例２の駆動方法を説明するためのフローチャートである。
【図８】実施例３の駆動方法を説明するためのフローチャートである。
【図９】実施例４の駆動方法を説明するためのフローチャートである。
【図１０】山登り駆動におけるフォーカスレンズの位置とコントラスト値との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５７】
１ 光学部材
２ 撮像素子（焦点状態検出手段）
３ 信号処理部（焦点状態検出手段）
８ 駆動切替手段（駆動制御手段）
９ 第１の駆動手段
１０ 第２の駆動手段
１１ コントローラ（駆動制御手段）
１００ デジタルカメラ（光学機器）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焦点調節装置及びそれを用いた光学機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ビデオカメラやテレビカメラなどの光学機器で用いられているオートフォーカスとして山登り駆動が特許文献１及び２で開示されている。山登り駆動は、撮影レンズにより得られた映像信号中の高域周波数成分から撮影画面の精細度を検出し、精細度が最大となるようにフォーカスレンズの光軸方向の位置を制御する方式である。従来の位置制御は、ステッピングモータを使用した開ループ制御を通じて、フォーカスレンズを光軸方向に一定周期で微小往復移動（ウォブリング）させることによって行っていた。
【０００３】
しかし、ステッピングモータは、高速回転時や過大負荷がかかった時に、制御パルスとモータの回転の同期が失われる（脱調）。この問題を解決するために、ステッピングモータの代わりにブラシレスＤＣモータを使用することを特許文献３は提案している。ブラシレスＤＣモータは、ロータの位置をセンサによって検出するため、指令信号とロータの位置の同期を維持して脱調を防止するという長所を有する。
【特許文献１】特開平０５−１５０１５４号公報
【特許文献２】特開平０５−０６４０５６号公報
【特許文献３】特開平１０−１５０７９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ブラシレスＤＣモータによる開ループ制御ではレンズの位置制御をすることは不可能であり、ウォブリングの振幅が不正確になるという問題がある。ブラシレスＤＣモータによって位置制御を正確に行なうには閉ループを組む必要があるが、それによって回路が複雑になってしまうという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は、脱調を防止しつつ高精度な位置決めを比較的単純に達成する焦点調節装置及び光学機器を提供することを例示的な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一側面としての光学部材の焦点を調節する焦点調節装置は、前記光学部材により形成された像を検出し画像信号を出力するセンサと、前記センサから出力された画像信号より前記像のコントラスト値に基づいて焦点状態を検出する焦点状態検出手段と、焦点を調節させる際に前記光学部材と前記センサとの一方を他方に対して移動させるために駆動する駆動機構と、を有し、前記駆動機構は、磁石を有するロータと、磁石に回転力を与えるコイルを有するステータと、を有するモータと、前記モータのロータの位置を検出する位置センサと、前記位置センサの出力に応じて前記モータの前記コイルへの通電状態を切り替える第１の駆動と、決められた時間間隔に従って前記モータの前記コイルへの通電状態を切り替える第２の駆動とを、前記コントラスト値に応じて切り替える駆動制御手段と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は、脱調を防止しつつ高精度な位置決めを比較的単純に達成する焦点調節装置及び光学機器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、添付図面を参照して、本発明の焦点調節装置及びそれを用いた光学機器を説明する。
【実施例１】
【０００９】
図１は、実施例１の光学機器１００のブロック図である。図２は、光学機器１００の焦点調節装置の駆動機構４の斜視図である。光学機器１００は、光学部材１と、光学部材１の焦点調節装置とを有する。焦点調節装置は、光学部材１の焦点を調節し、焦点状態検出手段と駆動機構４を有する。
【００１０】
光学部材１は、レンズ群などであり、フォーカスレンズ（群）１ａを含む。フォーカスレンズ１ａを光軸方向Ｄに微小に往復移動（ウォブリング）させても像倍率がほとんど変化することがなく、焦点位置のみが変化する。従って、フォーカスレンズ１ａを光軸方向Ｄに移動することで、撮像素子２上に結像される像の焦点を調節することができる。
【００１１】
焦点状態検出手段は、光学部材１により形成された像のコントラスト値に基づいて焦点状態を検出する。焦点状態検出手段は、撮像素子２と信号処理部３を有する。撮像素子２は、ＣＣＤやＣ−ＭＯＳセンサなどの、光学部材を通過した光を電気信号に変換する光電変換手段である。信号処理部３は、撮像素子２で電気信号に変換された信号に基づいて画面のコントラスト値を検出する。これにより、フォーカスレンズ１ａの焦点状態を知ることができる。焦点状態検出手段は、光学部材１によって形成された像のコントラスト値を撮像素子２で得られた電気信号の高周波成分を検出することで得て、これに基づいて焦点状態を検出する。
【００１２】
図２に示す駆動機構４は、フォーカスレンズ１ａを光軸方向に移動させる。駆動機構４は、図１におけるモータ５、位置センサ６、モータドライバ７、駆動切替手段８、第１の駆動手段９、第２の駆動手段１０、コントローラ１１を含む。図２において、フォーカスレンズ１ａは、レンズホルダー４１に保持されている。レンズホルダー４１は、フォーカスレンズ１ａの光軸に関して対称に配置された一対の光軸に平行なガイドバー４３及び４４に移動可能に支持されている。この結果、フォーカスレンズ１ａは光軸方向にのみ移動可能となる。レンズホルダー４１にはナット部４２が設けられ、モータ５に設けられたリードスクリュー部と勘合している。モータ５を回転させることにより、フォーカスレンズ１ａを光軸方向に移動させることが可能である。なお、焦点調節装置が使用する駆動機構は図２に示す構造に限定されず、カムとピンを使うタイプなど、モータの回転方向の運動をレンズの光軸方向の運動に変換する公知の構造を使用することができる。
【００１３】
本実施例は、フォーカスレンズ１ａを光軸方向Ｄに移動することによって、撮像素子２上に結像される像の焦点を調節しているが、駆動機構は、光学部材１と焦点状態検出手段の一方を他方に対して移動すれば足りる。即ち、フォーカスレンズ１ａではなく撮像素子２を光軸方向に移動させてもよい。即ち、フォーカスレンズ１ａと撮像素子２の光軸方向における相対位置を変えることで、光学部材１が撮像素子２上に結像する像の焦点を調節することができる。
【００１４】
モータ５は２相のステッピングモータであり、Ａ相、Ｂ相の２つのコイルを具備し、それぞれのコイルへの通電方向を順次切り替えることで、所定の角度である１ステップ分だけ回転させることができる。より詳細には、モータ５は、磁石５ａ１を有するロータ５ａと、磁石５ａ１に回転力を与えるコイル５ｂ１を有するステータ５ｂと、を有する。
【００１５】
位置センサ６は、図２に示すように、フォトインタラプタ６１及び６２と、回転方向に周期的に設けられたスリットを回転盤６３とを有し、モータ５のロータ５ａの回転位置に応じて電気信号を出力する。フォトインタラプタ６１及び６２は、電気角にして９０°離れた信号を出力するような位相差を持たせて配置する。これにより、回転盤の回転方向を判別できるようになる。フォトインタラプタ６１及び６２の詳しい配置場所については後述する。位置センサ６として、ホール素子やＭＲ素子を用い、モータのロータに取り付けられたマグネットの磁束を読み取ってもよい。
【００１６】
モータドライバ７は、モータ５への通電を行い、モータ５のそれぞれのコイルに、所定の方向の電流を流すことができる。駆動切替手段８は、モータ５の駆動を、コントローラ１１から指令によって、第１の駆動手段９又は第２の駆動手段１０で行う。
【００１７】
第１の駆動手段９は、フィードバック通電切替モードでモータ５を駆動させる。フィードバック通電切替モードは、位置センサ６のパルス信号に応じてモータ５のコイル５ｂ１への通電を切り替えるモードであり、ブラシレスＤＣモータと同じ駆動方法となる。フィードバック通電切替モードは、フォーカスレンズ１ａを一定方向に（例えば、合焦点に向かって）高速度（第１の速度）で移動させるのに使用される。
【００１８】
第２の駆動手段１０は、ステップモードでモータ５を駆動させる。ステップモードは、決められた時間間隔に従ってモータ５のコイル５ｂ１への通電状態を切り替えるモードであり、ステッピングモータと同じ駆動方法となる。ステップモードは、フォーカスレンズ１ａを光軸方向Ｄに低速度（第１の速度よりも遅い第２の速度）で一定周期で往復移動（ウォブリング）させるのに使用される。
【００１９】
コントローラ１１は、信号処理部３で得られたコントラスト値に応じて、駆動切替手段８へ切替信号を送信する。具体的な切替信号生成方法については後述する。
【００２０】
なお、駆動切替手段８とコントローラ１１は駆動制御手段を構成する。駆動制御手段は、コントラスト値に応じてモータ５のコイルへの通電を第１の駆動手段９と第２の駆動手段１０との間で切り替える。
【００２１】
以下、モータ５の動作モードであるフィードバック通電切換モードとステップモードについて説明する。
【００２２】
フィードバック通電切換モードは、位置センサ６の信号に応じてモータ５への通電方向を切り替える方法である。フォトインタラプタ６１及び６２の詳しい配置場所について、図３を用いて説明する。
【００２３】
図３（Ａ）はコイルへ一定電流を流したときの、ロータ５ａに働くトルクを示している。モータ５のコイル５ｂ１を２相で構成した場合、２つのコイル５ｂ１それぞれに正方向、逆方向の電流を流すことができるので、図に示すようにＡ−Ｂ−、Ａ＋Ｂ−、Ａ＋Ｂ＋、Ａ−Ｂ＋の４種類のトルク分布ができる。これらはほぼ正弦波形状の同一波形であり、電気角で９０°の位相差を持っている。
【００２４】
図３（Ｂ）はフォトインタラプタ６１及び６２の出力信号を表している。フォトインタラプタ６１は、Ａ＋Ｂ−のトルクとＡ−Ｂ−のトルクの交点、及びＡ＋Ｂ＋のトルクとＡ−Ｂ＋のトルクの交点での出力が切り替わるように配置している。また、フォトインタラプタ６２は、Ａ＋Ｂ＋のトルクとＡ＋Ｂ−のトルクの交点、及びＡ−Ｂ＋のトルクとＡ−Ｂ−のトルクの交点での出力が切り替わるように配置している。
【００２５】
図３（Ｃ）は、Ａ相コイル及びＢ相コイルへの通電方向を示している。フィードバック通電切替モードでは、フォトインタラプタ６１の出力が切り替わったときにＡ相コイルへの通電方向を切り替え、フォトインタラプタ６２の出力が切り替わったときにＢ相コイルへの通電方向を切り替える。このことによりモータ５は図３（Ａ）にＴとして示すような、ロータ５ａの回転角度に応じた最適な通電を行なうことができる。フィードバック通電切換モードではモータ５が１ステップ分回転したことを確認してから次の通電に切り替えるので、原理的に駆動パルスとモータの回転の同期が失われず、脱調が起こらない。一方、モータ５が１ステップ分回転するまでの時間は、モータにかかる負荷によって変動するため、フィードバック通電切換モードではモータの速度を決めることはできない。
【００２６】
ステップモードは、モータ５の回転状態によらず、所定の時間になったら次の通電状態に切り替える方法である。モータ５は、Ａ相コイル及びＢ相コイルへの通電方向を切り替えることで、所定の角度ずつ回転させることができる。従って、開ループ制御で容易に目的の位置までモータを回転させることができる。一方、モータの回転状態を検知せずに次の通電に切り替えるので、脱調してしまう危険性がある。
【００２７】
図４は、モータの発生するトルクと回転数を表すグラフである。横軸はモータ５の発生するトルク、縦軸はそのときのモータ５の回転数である。フィードバック通電切替モードでは、モータ５は常にこの線上で動作する。例えば、図４中、
【００２８】
で示す動作点の状態でモータ５を駆動していたとする。このモータ５に負荷変動があった場合、モータ５は脱調せず、負荷が大きくなれば回転数は小さくなり（同図
【００２９】
）、負荷が小さくなれば回転数は大きくなる（同図
【００３０】
）。一方、ステップモードでは、この曲線は脱調する限界を表す。この曲線よりも高速に駆動パルスを入力した場合、モータ５の回転が通電の切り替えについていけずに、同期を失い脱調してしまう。これを避けるため、この曲線に対して余裕をもたせて、低速側でモータを使用する。（図３の
【００３１】
）。それにより、負荷変動によらずにモータを一定回転させることができる。その反面、モータ５の速度はフィードバック通電切換モードの半分程度になってしまう。（図３中、
【００３２】
）。以上、フィードバック通電切換モードではステップモードよりも高速にモータを回転することができ、ステップモードでは正確な速度制御、位置制御が行なえる。従って、長いストロークを高速に移動させたいときは、高速化の容易なフィードバック通電切換モードを用い、短いストロークを正確に移動させたいときはステップモードを用いる。これにより、高精度な位置決めを実現しながらも合焦動作中の脱調を防ぐことができる。
【００３３】
次に、第１及び第２の駆動手段９及び１０の切替方法を、図５及び図６を参照しながら説明する。図５は、本実施例の駆動方法を説明するグラフであり、横軸にフォーカスレンズ１ａの移動距離を、縦軸に被写体のコントラスト値を示している。図６は、コントローラ１１が行う駆動方法を示すフローチャートである。
【００３４】
まず、フォーカスレンズ１ａが図５のＡ点にあると仮定する。駆動開始後（ステップ１０１）、コントローラ１１はステップモードを選択し（ステップ１０２）、フォーカスレンズ１ａを光軸上前後に一定周期で微小往復移動（ウォブリング）させる（ステップ１０３）。ステップモードより、ウォブリングの振幅を正確に設定することができる。次に、コントローラ１１は合焦判定ができたかどうか判断し（ステップ１０４）、できればフォーカスレンズ１ａを停止する（ステップ１１２）。コントローラ１１は合焦判定ができないと判断すれば（ステップ１０４）、コントラスト値を検出する信号が高くなる方向を調べる（ステップ１０５）。コントローラ１１は方向判別ができなければ（ステップ１０５）、ステップ１０３に帰還する。
【００３５】
ウォブリングの振幅をモータの１ステップの大きさ以下にしたいときは、モータ５のコイル５ｂ１への通電を方相ずつ行なう１−２相駆動や、それぞれのコイル５ｂ１への電流の割合を徐々に変化させるマイクロステップ駆動とすればよい。これにより、モータ５の振幅を１ステップの大きさ以下にすることができ、フィードバック通電切換モードでは不可能な小さな振幅でモータを往復移動させることができる。
【００３６】
コントローラ１１は方向判別ができれば（ステップ１０５）、フィードバック通電切換モードに移行し（ステップ１０６）、その方向にフォーカスレンズ１ａを山登り駆動する（ステップ１０７）。フィードバック通電切換モードにより、高速動作時のモータ５の脱調を避けることができる。コントラスト値は、図５のＡからＣへと増加する。コントラスト値の極大値Ｃがフォーカスレンズ１ａの合焦点である。コントラスト値がＢ点まで下がった時点で、合焦点を通り過ぎたと判断し（ステップ１０８）、モータ５の動作モードをステップモードに切り替える（ステップ１０９）。そして移動方向を反転させ、合焦点へフォーカスレンズ１ａを移動させる（ステップ１１０、１１１）。ステップ１１１後はステップ１０３に移行する。これにより、コントラスト値の極大値であるＣ点に戻ったら、再びレンズをウォブリング駆動させ、合焦の判定を行なう（ステップ１０４）。フォーカスレンズ１ａが合焦点へ到達したら、コントローラ１１はモータ５への通電を切る（ステップ１１２）。合焦後に再びフォーカスレンズ１ａを光軸上前後に往復移動させてもよい。これにより、フォーカスレンズ１ａが合焦点を外れることを検出し、外れた場合は再び上述の動作を行う。
【００３７】
本実施例は、フィードバック通電切り替えモードとステップモードの二つのモータ駆動モードを使用する。フィードバック通電切換モードでは、モータを高速駆動しても脱調しないため、モータの速度を上げて合焦に要する時間を短縮することができる。また、ステップ駆動時よりもモータに求められるトルクが小さくなるため、より小型のモータでも駆動することができ、装置全体の小型化にも役立てることができる。ステップモードでは開ループ制御により容易に速度や位置を決めることができる。また、１−２相通電駆動やマイクロステップ駆動を行なうことにより、フィードバック通電切り替えモードよりも高分解能のモータ位置を決めることができる。このように、フィードバック通電切換モードと、ステップモードを切り替えることにより、高精度な位置決めを行なうことを可能にしながらも、合焦動作中のモータの脱調を防ぐことができ、合焦時間の短縮化が可能である。
【実施例２】
【００３８】
以下、図７を参照して、本発明の実施例２の駆動方法について説明する。なお、図７において図６と共通する箇所については、同一の参照符号を付すことによって説明を省略する。実施例１は、ウォブリング駆動時はステップモード、それ以外ではフィードバック通電切換モードを選択している。これに対して、実施例２は、コントラスト値の変化率の値によってフィードバック通電切換モードとステップモードを切り替えている。
【００３９】
フォーカスレンズ１ａの起動時には、実施例１と同じくステップモードによってフォーカスレンズ１ａをウォブリングさせ、コントラスト値が高くなる方向を調べる。従って、ステップ１０１乃至１０５まで（ステップ１０４からステップ１１２も含む）は図６と同様である。現在位置から合焦点までの方向が決まったら（ステップ１０５）、コントローラ１１はその方向へフォーカスレンズ１ａを山登り駆動する（ステップ２０６）。このとき、一定時間ごとにコントラスト値の変化量を調べ、その値を移動距離で割ることによって、コントラスト値のレンズ位置に対する傾きを得る。コントローラ１１は、その値が閾値以上であると判断した場合には（ステップ２０７）、ステップモードからフィードバック通電切換モードに切り替え（ステップ２０８）、閾値未満であると判断した場合にはステップモードを維持又は選択する（ステップ２０９）。
【００４０】
図１０に示すように、コントラスト値とレンズ位置の関係は合焦点付近では傾きが小さくなる傾向がある。従って、その傾きが閾値以上ならば、レンズ位置は合焦点までまだ距離があると判断することができる。そのときは高速化の容易なフィードバック通電切換モードが有効である。傾きが閾値未満ならば、合焦点までの距離が近いと判断することができる。そのときは位置制御の容易なステップモードに切り替える。
【００４１】
ピークを検出すると（ステップ２１０）、ステップモードに移行する（ステップ２１１）。また、この動作モードの切り替えにヒステリシス性を持たせることで、フォーカスレンズ１ａのハンチングを防止することも有効である。また、モータ５への負荷変動が十分少なく、モータ５に速度変化が少ないときは、コントラスト値のレンズ位置に対する傾きの代わりに、コントラスト値の時間変化量が所定値を越えるかどうかを、動作モード切り替えの判断基準として用いることもできる。コントラスト値の変化量を移動距離で割る必要がなくなるため、計算にかかる負荷を減らすことができる。
【００４２】
実施例２は、実施例１の効果に加えて、合焦時間をより短縮にすることができるという効果を与える。即ち、実施例１は、画面のコントラスト値が一度ピークを越えたところでフィードバック通電切換モードからステップモードへ切り替えていたため、合焦点を大きく通り過ぎて、合焦に時間がかかるおそれがある。これに対して、本実施例は、合焦点からの行き過ぎを小さくすることができる。合焦点である画面のコントラスト値のピークが近づくと、コントラスト値の変化量が小さくなってくる。コントラスト値の変化量が小さくなったときに、フィードバック通電切換モードからステップモードへ切り替えることができるため、合焦点の手前から減速動作を始めることができ、合掌時間の短縮化に効果的である。
【実施例３】
【００４３】
以下、図８を参照して、本発明の実施例３の駆動方法について説明する。本実施例は、ウォブリング時の振幅によって、フィードバック通電切換モードとステップモードを切り替える。フォーカスレンズ１ａをウォブリングすると結像した像は焦点がボケるので、ウォブリングの振幅は、像の変化が検出可能な範囲で、しかも目には目立たない程度の量であることが求められる。この値は、光学部材１の焦点深度に関係する。焦点深度が浅いときは、フォーカスレンズ１ａの移動量を小さくしなければ像の変化が目立ち、焦点深度が深いときは、フォーカスレンズ１ａの移動量を大きくしなければ像の変化が検出できない。
【００４４】
駆動開始後（ステップ３０１）、ウォブリングの振幅を計算する（ステップ３０２）。焦点深度は光学部材１の焦点距離と絞りのＦ値によって大きく変化し、焦点深度の最も深いときと最も浅いときの割合は数十倍程度となる。従って、ステップ３０２で計算されるウォブリングの振幅も、最小と最大では数十倍の差になる。
【００４５】
モータ５の移動量が小さい場合には、制御性の良いステップモードで駆動する方が有利である。モータ５の移動量が大きくなると、フィードバック通電切換モードを使用して高速でモータ５を駆動することができる。フォーカスレンズ１ａの焦点深度から定まるウォブリング振幅に応じて、振幅が所定値よりも大きいときは（ステップ３０３）、フィードバック通電切換モードで駆動する（ステップ３０４）。一方、振幅が所定値よりも小さいときは（ステップ３０３）、ステップモードで駆動する（ステップ３０５）。これにより、ウォブリング動作（ステップ３０６）を高速化することができる。
【００４６】
その後、コントローラ１１は合焦判定ができたかどうか判断し（ステップ３０７）、できればフォーカスレンズ１ａを停止する（ステップ３１３）。コントローラ１１は合焦判定ができないと判断すれば（ステップ３０７）、コントラスト値を検出する信号が高くなる方向を調べる（ステップ３０８）。コントローラ１１は方向判別ができなければ（ステップ３０８）、ステップ３０３に帰還する。
【００４７】
コントローラ１１は方向判別ができれば（ステップ３０８）、その方向にフォーカスレンズ１ａを山登り駆動する（ステップ３０９）。次に、コントローラ１１は、コントラスト値のピークを越えたかどうかによって合焦点を通り過ぎたと判断し（ステップ３１０）、移動方向を反転させ、合焦点へフォーカスレンズ１ａを移動させる（ステップ３１１、３１２）。ステップ３１２後はステップ３０３又は３０６に移行する。
【００４８】
本実施例は、ウォブリング終了後の山登り駆動（ステップ３０９）における駆動モードは限定をしない。常にステップモードで動かしてもよいし、他の実施例のように、何らかの条件でステップモードとフィードバック通電切換モードを切り替えてもよい。
【実施例４】
【００４９】
以下、図９を参照して、本発明の実施例４の駆動方法について説明する。なお、図９において図６と共通する箇所については、同一の参照符号を付すことによって説明を省略する。本実施例は、山登り駆動時にコントラスト値の絶対値によって、フィードバック通電切換モードとステップモードを切り替える。
【００５０】
フォーカスレンズ１ａの起動時には、実施例１と同じくステップモードによってフォーカスレンズ１ａをウォブリングさせ、コントラスト値が高くなる方向を調べる。従って、ステップ１０１乃至１０５まで（ステップ１０４からステップ１１２も含む）は図６と同様である。現在位置から合焦点までの方向が決まったら（ステップ１０５）、コントローラ１１はその方向へフォーカスレンズ１ａを山登り駆動する（ステップ４０６）。コントローラ１１は、コントラスト値が所定値以上であると判断した場合には（ステップ４０７）、ステップモードを維持する（ステップ４０８）。また、コントローラ１１は、コントラスト値が所定値未満であると判断した場合には（ステップ４０７）、ステップモードからフィードバック通電切換モードに切り替える（ステップ４０９）。
【００５１】
図１０に示すように、フォーカスレンズ１ａが合焦位置より遠ければ遠いほどコントラスト値は低い。フォーカスレンズ１ａが合焦位置が近づくにつれてコントラスト値が高くなる。従って、コントラスト値が閾値よりも小さいときは、フォーカスレンズ１ａを移動すべき量が大きくフィードバック通電切換モードが有利である。コントラスト値が閾値を越えるとステップモードで減速を始める必要が出てくる。
【００５２】
次に、コントローラ１１は、コントラスト値のピークを越えたかどうかによって合焦点を通り過ぎたと判断し（ステップ４１０）、ステップモードを選択する（ステップ１０９）。ステップ１０９以降は実施例１と同様である。
【００５３】
本実施例は、ピークを越える前に合焦点が近づいたことを検知して、ステップモードに切り替えて減速を始めることができるので、合焦点からの行き過ぎを小さくすることができる。
【００５４】
なお、コントラスト値の絶対値は被写体やフォーカスレンズ１ａの焦点深度によって大きく変化する。このため、閾値も、被写体やレンズの焦点深度によって大きく変化する。具体的には、フォーカスレンズ１ａの焦点距離、絞り量及び被写体の明るさの少なくとも一つに基づいて閾値を変更する。このときの閾値は、合焦点位置でのコントラスト値の５割乃至９割の範囲内で変化させるのが好適である。またこのときも、モード間の切り替えにヒステリシス性を持たせることにより、モータ５のハンチングを抑える効果がある。
【００５５】
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】実施例１のデジタルカメラ（光学機器）のブロック図である。
【図２】図１に示す駆動機構の斜視図である。
【図３】図１に示すモータをブラシレスＤＣモータとして駆動する原理を説明するグラフである。
【図４】図１に示すモータの発生するトルクと回転数を表すグラフである。
【図５】実施例１の駆動方法を説明するグラフである。
【図６】実施例１の駆動方法を説明するためのフローチャートである。
【図７】実施例２の駆動方法を説明するためのフローチャートである。
【図８】実施例３の駆動方法を説明するためのフローチャートである。
【図９】実施例４の駆動方法を説明するためのフローチャートである。
【図１０】山登り駆動におけるフォーカスレンズの位置とコントラスト値との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５７】
１ 光学部材
２ 撮像素子（焦点状態検出手段）
３ 信号処理部（焦点状態検出手段）
８ 駆動切替手段（駆動制御手段）
９ 第１の駆動手段
１０ 第２の駆動手段
１１ コントローラ（駆動制御手段）
１００ デジタルカメラ（光学機器）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学部材の焦点を調節する焦点調節装置において、
前記光学部材により形成された像を検出し画像信号を出力するセンサと、
前記センサから出力された前記画像信号より前記像のコントラスト値に基づいて焦点状態を検出する焦点状態検出手段と、
焦点を調節させる際に前記光学部材と前記センサとの一方を他方に対して移動させるために駆動する駆動機構と、を有し、
前記駆動機構は、
磁石を有するロータと、磁石に回転力を与えるコイルを有するステータと、を有するモータと、
前記モータの前記ロータの位置を検出する位置センサと、
前記位置センサの出力に応じて前記モータの前記コイルへの通電状態を切り替える第１の駆動と、決められた時間間隔に従って前記モータの前記コイルへの通電状態を切り替える第２の駆動とを、前記コントラスト値に応じて切り替える駆動制御手段と、
を有することを特徴とする焦点調節装置。
【請求項２】
前記焦点調節装置は、前記第１の駆動を使用して前記光学部材を一定方向に第１の速度で移動させるフィードバック通電切替モードと、前記第２の駆動を使用して前記光学部材を光軸方向に前記第１の速度よりも遅い第２の速度で一定周期で往復移動させるステップモードと、を有し、
前記駆動制御手段は、前記コントラスト値に応じて前記フィードバック通電切替モードと前記ステップモードを切り替えることを特徴とする請求項１に記載の焦点調節装置。
【請求項３】
前記駆動制御手段は、前記ステップモードにおいて往復移動の範囲内で合焦できない場合に前記ステップモードから前記フィードバック通電切替モードに切り替えて合焦点に向かって前記光学部材を移動し、前記フィードバック通電切替モードにおいて前記合焦点を前記コントラスト値のピークとして検出した場合に前記フィードバック通電切替モードから前記ステップモードに切り替えて前記合焦点まで前記光学部材を移動することを特徴とする請求項２に記載の焦点調節装置。
【請求項４】
前記駆動制御手段は、前記ステップモードにおいて往復移動の範囲内で合焦できない場合に合焦点に向かって前記光学部材を移動し、前記コントラスト値のレンズ位置に対する傾きが閾値以上の場合には前記ステップモードから前記フィードバック通電切替モードに切り替え、前記コントラスト値のレンズ位置に対する傾きが閾値未満の場合には前記ステップモードを選択し、前記合焦点を前記コントラスト値のピークとして検出した場合に前記ステップモードを選択して前記合焦点まで前記光学部材を移動することを特徴とする請求項２に記載の焦点調節装置。
【請求項５】
前記駆動制御手段は、前記ステップモードにおいて往復移動の範囲内で合焦できない場合に合焦点に向かって前記光学部材を移動し、前記コントラスト値の時間変化量が閾値以上の場合には前記ステップモードから前記フィードバック通電切替モードに切り替え、前記コントラスト値の時間変化量が閾値未満の場合には前記ステップモードを選択し、前記合焦点を前記コントラスト値のピークとして検出した場合に前記ステップモードを選択して前記合焦点まで前記光学部材を移動することを特徴とする請求項２に記載の焦点調節装置。
【請求項６】
前記駆動制御手段は、前記光学部材を往復移動させる振幅が閾値以上のときは前記フィードバック通電切替モードを選択し、閾値未満の場合には前記ステップモードを選択することを特徴とする請求項２に記載の焦点調節装置。
【請求項７】
前記駆動制御手段は、前記コントラスト値が閾値以上の場合には前記ステップモードを選択し、閾値未満の場合には前記フィードバック通電切替モードを選択することを特徴とする請求項２に記載の焦点調節装置。
【請求項８】
前記駆動制御手段は、前記光学部材の焦点距離、絞り量及び被写体の明るさの少なくとも一つに基づいて前記閾値を変更することを特徴とする請求項７に記載の焦点調節装置。
【請求項９】
前記閾値を、合焦点でのコントラスト値の５割乃至９割の範囲内で変化させることを特徴とする請求項７に記載の焦点調節装置。
【請求項１０】
光学部材と、
前記光学部材の焦点を調節する請求項１乃至９のうちいずれか一項に記載の焦点調節装置と、
を有することを特徴とする光学機器。
【請求項１】
光学部材の焦点を調節する焦点調節装置において、
前記光学部材により形成された像を検出し画像信号を出力するセンサと、
前記センサから出力された前記画像信号より前記像のコントラスト値に基づいて焦点状態を検出する焦点状態検出手段と、
焦点を調節させる際に前記光学部材と前記センサとの一方を他方に対して移動させるために駆動する駆動機構と、を有し、
前記駆動機構は、
磁石を有するロータと、磁石に回転力を与えるコイルを有するステータと、を有するモータと、
前記モータの前記ロータの位置を検出する位置センサと、
前記位置センサの出力に応じて前記モータの前記コイルへの通電状態を切り替える第１の駆動と、決められた時間間隔に従って前記モータの前記コイルへの通電状態を切り替える第２の駆動とを、前記コントラスト値に応じて切り替える駆動制御手段と、
を有することを特徴とする焦点調節装置。
【請求項２】
前記焦点調節装置は、前記第１の駆動を使用して前記光学部材を一定方向に第１の速度で移動させるフィードバック通電切替モードと、前記第２の駆動を使用して前記光学部材を光軸方向に前記第１の速度よりも遅い第２の速度で一定周期で往復移動させるステップモードと、を有し、
前記駆動制御手段は、前記コントラスト値に応じて前記フィードバック通電切替モードと前記ステップモードを切り替えることを特徴とする請求項１に記載の焦点調節装置。
【請求項３】
前記駆動制御手段は、前記ステップモードにおいて往復移動の範囲内で合焦できない場合に前記ステップモードから前記フィードバック通電切替モードに切り替えて合焦点に向かって前記光学部材を移動し、前記フィードバック通電切替モードにおいて前記合焦点を前記コントラスト値のピークとして検出した場合に前記フィードバック通電切替モードから前記ステップモードに切り替えて前記合焦点まで前記光学部材を移動することを特徴とする請求項２に記載の焦点調節装置。
【請求項４】
前記駆動制御手段は、前記ステップモードにおいて往復移動の範囲内で合焦できない場合に合焦点に向かって前記光学部材を移動し、前記コントラスト値のレンズ位置に対する傾きが閾値以上の場合には前記ステップモードから前記フィードバック通電切替モードに切り替え、前記コントラスト値のレンズ位置に対する傾きが閾値未満の場合には前記ステップモードを選択し、前記合焦点を前記コントラスト値のピークとして検出した場合に前記ステップモードを選択して前記合焦点まで前記光学部材を移動することを特徴とする請求項２に記載の焦点調節装置。
【請求項５】
前記駆動制御手段は、前記ステップモードにおいて往復移動の範囲内で合焦できない場合に合焦点に向かって前記光学部材を移動し、前記コントラスト値の時間変化量が閾値以上の場合には前記ステップモードから前記フィードバック通電切替モードに切り替え、前記コントラスト値の時間変化量が閾値未満の場合には前記ステップモードを選択し、前記合焦点を前記コントラスト値のピークとして検出した場合に前記ステップモードを選択して前記合焦点まで前記光学部材を移動することを特徴とする請求項２に記載の焦点調節装置。
【請求項６】
前記駆動制御手段は、前記光学部材を往復移動させる振幅が閾値以上のときは前記フィードバック通電切替モードを選択し、閾値未満の場合には前記ステップモードを選択することを特徴とする請求項２に記載の焦点調節装置。
【請求項７】
前記駆動制御手段は、前記コントラスト値が閾値以上の場合には前記ステップモードを選択し、閾値未満の場合には前記フィードバック通電切替モードを選択することを特徴とする請求項２に記載の焦点調節装置。
【請求項８】
前記駆動制御手段は、前記光学部材の焦点距離、絞り量及び被写体の明るさの少なくとも一つに基づいて前記閾値を変更することを特徴とする請求項７に記載の焦点調節装置。
【請求項９】
前記閾値を、合焦点でのコントラスト値の５割乃至９割の範囲内で変化させることを特徴とする請求項７に記載の焦点調節装置。
【請求項１０】
光学部材と、
前記光学部材の焦点を調節する請求項１乃至９のうちいずれか一項に記載の焦点調節装置と、
を有することを特徴とする光学機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００９−１７５３８４（Ｐ２００９−１７５３８４Ａ）
【公開日】平成２１年８月６日（２００９．８．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１３３２６（Ｐ２００８−１３３２６）
【出願日】平成２０年１月２４日（２００８．１．２４）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月６日（２００９．８．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１月２４日（２００８．１．２４）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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