JPH07117638B2 - 振動波モータを用いたレンズ系駆動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はカメラのレンズ駆動装置に関し、詳しくは、レ
ンズ駆動のために用いられている振動波モータの高応答
性という動作特性を実質的に修正して、カメラの焦点調
節操作において求められる要望に合致させた駆動制御が
できるようにしたレンズ駆動装置に関するものである。

（従来の技術） 従来、カメラにおける焦点距離の自動調節のために構成
される機構（オートフォーカス機構）では、レンズ駆動
のためにDCモータが多く用いられており、減速ギアを使
用することで小型のモータで高トルクを得るように構成
されている。

上記のようなDCモータに変えて、近年においては減速ギ
アを使用しないで高トルクを得ることができかつ高い応
答性を有する振動波モータが、焦点調節レンズの駆動の
ために使用された例のものがある。

なお上記の焦点調節を行なうレンズ駆動機構等のサーボ
機構にあっては、例えばコンピュータを含む電子制御装
置（以下これらを総称してマイコンと称する場合があ
る）を用いてフィードバック情報により閉ループ制御を
行なうのが通常であり、このために上記レンズ駆動機構
では駆動レンズ系の回転速度変化等を検出して、前者DC
モータではこの検出制御量をモータへの印加電圧変化に
フィードバックし、他方後者の振動波モータでは該モー
タへの印加電源の周波数変化にフィードバックさせるよ
うにしているのが普通である。

上記のようなカメラのレンズ系の駆動制御をマイコンを
使用した電子制御装置で変化させる場合には、その変化
の度合はカメラの種類、要求される性能等に応じて設計
的に決められるが、一例的にいえば16〜128段程度の回
転数（回転速度）選択が可能なものとして設計される場
合が多い。

（発明が解決しようとする問題点） ところで前記のようなオートフォーカス機構等のレンズ
系駆動機構は、カメラ撮影の際の被写体の像をフィルム
（あるいはCCD等）の上にピントを合せて結像させるた
めのものであるから、ボケのない写真を映るのに必要な
ピント合せが精度よく行なえることだけでなく、撮影者
がカメラを手にもって撮影するという操作上の観点か
ら、焦点調節の際のレンズ系の機械的な動きがスムース
に与えられて、撮影操作に悪影響を与えるような振動等
を起さないものであることが望ましいと言うことができ
る。

ここで上記のうちのDCモータを用いたレンズ系駆動装置
を考えると、これはマイコンからの回転数（回転速度）
変更指示に対するモータの実回転数の追従性が高くない
ため一面的には滑かな駆動制御に適する利点がある。し
かし、反面において所定の位置への正確な停止制御を精
度よく得ることについては性能が劣るという難がある。

他方上記振動波モータを用いたレンズ駆動装置は、回転
速度制御の操作が比較的容易でしかも速度制御に対する
応答性も高いという特性を有するが、マイコンからの回
転数変更指示に対するモータ回転数の変化追従の応答性
が高いことからこの高い応答性により例えば所定の位置
への正確な停止抑制を精度よく得ることについては適す
るという優れた利点をもつが、反面において、その高い
応答性の故にむしろ回転数変更指示に対する追従応答に
伴なった振動が起り易く、したがって滑かな回転数（回
転速度）変化を行なわせるような駆動制御には問題があ
る。

この振動波モータを用いてレンズ系駆動装置における問
題は、例えばカメラが上記オートフォーカス機構と共に
パワーフォーカス駆動のレンズ系駆動機構を伴有するよ
うな構成である場合に一層顕著となり、高い応答性を有
する点で焦点調節等のカメラの駆動機構として優れた特
徴のある振動波モータを用いたレンズ系駆動装置の改善
すべき課題となっている。

（問題点を解決するための手段） 本発明は上記したような課題を解決し、レンズ系駆動に
用いられる振動波モータの高応答性という動作特性を実
質的に修正し、カメラのレンズ系駆動の操作において求
められる高精度な定位置制御、および振動のないスーム
スな駆動制御の要望を、振動波モータを使用した装置に
おいて実現させたレンズ系駆動装置を提供することを目
的としてなされたものである。

而して、かかる目的の実現のためになされた本発明より
なる振動波モータを用いたレンズ駆動装置の特徴は、光
軸方向に移動可能に設けられたレンズ系と、このレンズ
系を駆動させる振動波モータと、設定された目標移動位
置にレンズ系を移動させるために上記振動波モータを駆
動制御する電子制御装置とを備えたレンズ系駆動装置に
おいて、上記電子制御装置は、レンズ系の移動速度を設
定する第１の制御回路と、レンズ系の移動速度を上記設
定された移動速度に対して間欠的に変化追従させる第２
の制御回路と、上記目標移動位置に至るまでのレンズ系
の駆動残量を微小時間毎に逐次検出する駆動残量検出手
段と、この駆動残量検出手段の検出情報に依存して上記
振動波モータの変化追従動作の間隔を定める間隔調整手
段とを有し、この間隔調整手段は、上記レンズ系の駆動
残量が大なるときには変化追従動作の間隔を長く、同駆
動残量が小なるときには変化追従動作の間隔を短くする
ものとした構成をなすところにある。

上記構成の本発明よりなる振動波モータを用いたレンズ
系駆動装置は、上述の如く焦点調節用等の光軸方向に移
動可能なレンズ系、およびこのレンズ系を駆動させる振
動波モータの機械要素と、該振動波モータを駆動制御す
る電子制御装置の組合として構成されるものであり、電
子制御装置は一般的にはマイクロコンピュータ等を用い
て構成される。

本発明においてレンズ系を移動させる目標移動位置の設
定は、例えばカメラが搭載しているAF機構の測距装置に
より検出された距離情報に基づいて与えられる他、パワ
ーフォーカス機構におけるレンズ系駆動情報、例えばダ
イヤル式，ボタン式等の入力手段への入力情報により与
えられる。

（作用） 本発明は前記の構成をなすことによって、レンズ系の必
要な駆動残量が未だ多い状態では、電子制御装置から振
動波モータに追従制御のために与えられる回転数変更指
示の間隔が長くなり、該振動波モータの応答性が実質的
に低下されたと考えることができる。したがってレンズ
駆動に伴なう振動の発生等が抑制されてスムースなレン
ズ駆動制御が行なわれる。

他方、焦点調節用レンズの必要な駆動の残量が十分少な
くなった状態では、追従制御のための回転数変更指示の
間隔が短くなって振動波モータが有する高い応答性とい
う特徴が十分に発揮され、したがってレンズ系の高精度
の位置決めや停止精度を確保でき、精度の高い焦点調節
作用を得ることが可能となる。

（実施例） 以下本発明を図面に示す実施例に基づいて説明する。

第１図は本発明の焦点調節のためのレンズ系駆動装置の
一実施例のハード構成をブロック図で示したものであ
り、この図において１は電子制御装置の一部を構成する
マイクロコンピュータ（以下マイコンという）を示し、
焦点調節のために光軸方向に移動可能に設けられている
公知のレンズ系４を、測距装置（図示せず）からの測距
情報あるいはパワーフォーカス機構の入力情報に従って
移動させるためのプログラムが予め設定されている。

マイコン１からの出力信号は回転数変更手段２に入力さ
れて、該マイコン１からの信号に対応した所定の周波数
信号が振動波モータ３に出力され、該振動波モータ３に
したがってレンズ系が回転駆動制御される。

５はパルスエンコーダE1であり、レンズ系４が振動波モ
ータにより回転駆動されたときに、その回転駆動量に比
例したパルスを発生する。このパルスエンコーダE15で
発生されたパルスはパルスカウンタC1で計数される。

また本例のカメラには、レンズ系を駆動させる移動位置
情報を不図示の測距装置を用いて検出するオートフォー
カス機構とは別に、カメラの操作者により任意にセット
されるレンズ系駆動信号に基づき、振動波モータを用い
てレンズ系を駆動させるパワーフォーカス機構が設けら
れており、第１図における符号７は、このカメラの操作
者によるレンズ系駆動のための信号を入力する手段とし
ての電子ダイヤルを示している。

この電子ダイヤル７は、例えば回転ツマミを回転するこ
とでその回転量に従った量だけレンズ系を回転駆動させ
るためのものである。

８は上記電子ダイヤル７を回転させたときの回転量に比
例してパルスを発生するパルスエンコーダE2であり、９
はこのパルスエンコーダE28から発生したパルスを計数
するパルスカウンタC2である。

以上の構成よりなる本例のレンズ系駆動装置は、オート
フォーカス機構の図示しない測距装置からの測距情報信
号がマイコンに入力され、あるいはパワーフォーカス機
構の入力手段である電子ダイヤルの操作で入力された位
置情報信号がマイコンに入力され、これらの入力信号に
基づいてマイコン１はレンズ系回転駆動の際の回転速
度、レンズ系を移動させる目標位置、制御モード等を決
め、このマイコン１に予めプログラムされている手順に
従って振動波モータ４を駆動制御することになる。

以上の構成をなすレンズ駆動装置の制御動作を、パワー
フォーカス機構に対応するようにマイコンに設定された
本例のプログラムを例にして以下説明する。

第２図はプログラムされた内容を示したフローチャトで
あり、このフローチャートはＡ〜Ｊの各々独立したルー
チンの集合として説明される。なお、追従制御のために
行なう回転数変更指示間隔の長短制御の結果は広義には
振動波モータの応答性の違いとして評価できるから、以
下の説明では上記間隔の長短制御を応答性制御と表現し
て説明するものとする。

各独立ルーチンの動作は次の通りであり、スタートから
振動波モータの停止まで繰返し実行される。

Ａ）パルス入力ルーチン 電子ダイヤル７の回転操作によりレンズ系の移動目標位
置の情報が入力される。この目標位置の情報は電子ダイ
ヤル用パルスカウンタC2からのカウント信号としてマイ
コン１内に取込まれる。

またレンズ系の駆動状態はパルスカウンタC1からのカウ
ント信号としてマイコン１内に取込まれて、これらカウ
ント信号の差によりレンズ系が目標位置まで移動するの
に必要な駆動量（以下相対駆動残量という）X₁が演算さ
れる。

なおレンズ系の駆動は電子ダイヤル７に対する入力操作
時に直ちに開始されて、該入力操作とレンズ系駆動が平
行して行なわれるようにしてもよいし、電子ダイヤル７
への入力操作の終了後にレンズ系の駆動が行なわれるよ
うにしてもよい。後者の場合はAF機構の測距装置からの
距離情報に基づいてレンズ系を駆動させる場合と同様で
ある。

Ｂ）駆動残量比較分岐ルーチン 上記パルス入力ルーチン（Ａ）において演算算出された
レンズ系の相対駆動残量X₁に基づき、振動波モータの駆
動モードを決めて各モード毎の処理ルーチンに分岐させ
る。

例えば上記相対駆動残量X₁がX₁＝０であればモータ停止
ルーチンへ分岐し、相対駆動残量X₁が正（X₁＞０）であ
ればモータ正転ルーチンへ分岐し、また相対駆動残量X₁
が負（X₁＜０）であればモータ逆転ルーチンへそれぞれ
分岐する。モータ逆転ルーチンでは上記演算算出した相
対駆動残量X₁の絶対値を求める。

このルーチン（Ｂ）がレンズ系の駆動残量検出手段をな
すものである。

C₁）モータ停止ルーチン 振動波モータへの駆動信号を出力し、該振動波モータを
停止させる。

すなわちこの分岐ルーチンになるということは既にレン
ズ系が所定の目標位置に一致した位置にあって例えば焦
点調節制御は終了している状態にあることを意味してい
るから、初期状態にリターンする。

また応答性フラグＦをゼロ（応答性制御なしのモード）
とする。

C₂）モータ正転ルーチン 振動波モータの回転方向を正転方向にセットし、振動波
モータへの正転駆動信号を該振動波モータに出力する。

またパルス入力ルーチン（Ａ）からの相対駆動残量X₁を
そのまま絶対駆動残量X₂に代入させる。

C₃）モータ逆転ルーチン 振動波モータの回転方向を逆転方向にセットし、振動波
モータへの逆転駆動信号を該振動波モータに出力する。

またパルス入力ルーチン（Ａ）からの相対駆動残量X₁を
その正負の符号を反対にして絶対駆動残量X₂に代入させ
る。

Ｄ）応答性変更ルーチン このルーチンは絶対駆動残量X₂の大きさに応じてX₂が大
なるときは振動波モータの追従制御の間隔を大きくして
実質的に応答性を低くし、X₂が小なるときは振動波モー
タの追従制御を頻繁に行なわせるようにして実質的に応
答性を高くするためのものであり、上記間隔調整手段の
一部をなしている。

すなわち上記モータ正転ルーチン（C₂）およびモータ逆
転ルーチン（C₃）の場合には、応答性フラグＦをチェッ
クし、Ｆ＝０（応答性制御なしのモード）であればモー
タ立ち上げ（起動中）としてそのまま加・減速制御ルー
チンへ分岐する。

またＦ＝１（応答性制御ありのモード）であれば絶対駆
動残量X₂に応じた応答性比較値N₂を、関数fa（X₂）にて
求める。なお本例におけるこの関数fa（X₂）は第３図に
示しているように絶対駆動残量X₂と比例する関数であ
り、したがって目標位置までの移動必要量が大きければ
大きな値となる。

上記応答性比較値N₂は、応答性カウンタN₁と比較され、
N₁≧N₂であればN₁をクリアして、加・減速制御の前段の
目標パルス間隔算出ルーチンへ分岐する。

またN₁＜N₂であればN₁カウントアップ処理ルーチンへ分
岐され加・減速制御は行なわない。なおここで応答性カ
ウンタN₁は後述の応答性カウンタのカウントアップルー
チン（Ｉ）により本フローの実行回数毎に１づつカウン
トアップされるものであり、したがって実行の繰返しに
よりN₁は次第に大きな値となる。

Ｅ）目標パルス間隔算出ルーチン このルーチンは振動波モータの最適回転速度を設定する
ためのものであり、レンズ系の移動（回転）速度を設定
する上記第１の制御回路の一部をなしている。

すなわち本例のこのルーチンにおいては、振動波モータ
の回転速度をパルス間隔の時間Ｔで表現し、その目標値
T₂を絶対駆動残量X₂の関数fs（X₂）で求める。このfs
（X₂）は残量X₂が大きいときは加速し、残量が小さいと
きは減速する特性を得るために第４図に示しているよう
にX₂に反比例する関数となっている。ただし本例におい
ては絶対駆動残量X₂が一定値以上の場合には目標パルス
間隔を固定している。

Ｆ）パルス間隔比較分岐ルーチン このルーチンは振動波モータの実回転速度（実パルス間
隔で検出）を上記ルーチン（Ｅ）で設定した目標パルス
間隔で与えられる回転速度に追従させる際の条件を決め
るためのルーチンであり、上記第２の制御回路の一部を
なしている。

すなわち、上記目標パルス間隔算出ルーチン（Ｅ）で与
えられた目標パルス間隔T₂と、実パルス間隔T₁とを比較
し、この比較結果に従って以下の各ルーチンに分岐す
る。

T₂＝T₁である場合には、実パルス間隔が目標パルス間隔
に一致しているため加減速処理は行なわない。

T₂＞T₁である場合には、実パルス間隔が目標パルス間隔
より短いため減速指示ルーチンに分岐する。

またT₂＜T₁である場合には、実パルス間隔が目標パルス
間隔より長いため加速指示ルーチンに分岐する。

なお実パルス間隔T₁は、パルスカウンタC1からの信号に
基づいて図示しないT₁計測サブルーチンで算出する。そ
して本例では後述するようにこのT₁計測サブルーチンの
実行は、第２図のメインルーチンの実行中において割込
み処理されるようになっている。

G₁）加速指示ルーチン 上記パルス間隔比較分岐ルーチン（Ｆ）においてT₂＜T₁
が検出されたときに本ルーチンに分岐移行され、指定可
能最高レベルに振動波モータの回転速度が達していない
ときには、振動波モータに印加する駆動周波数指示を一
段低くする。振動波モータの回転速度が指定可能最高レ
ベルに達しているときはその速度が維持される。

G₂）減速指示ルーチン 上記パルス間隔比較分岐ルーチン（Ｆ）においてT₂＞T₁
が検出されたときに本ルーチンに分岐移行されて、指定
可能最低レベルに振動波モータの回転速度が達していな
いときには、振動波モータに印加する駆動周波数指示を
一段高くする。振動波モータの回転速度が指定可能最低
レベルに達しているときはその速度が維持される。

Ｈ）応答性フラグのセットルーチン このルーチンは振動波モータの回転速度が目標速度に達
したか、あるいは減速処理を行なった場合に、制御状態
をＦ＝１の応答性制御ありのモードにセットするための
ものである。

これ以後は振動波モータの停止までこのモードが継続さ
れる。

Ｉ）応答性カウンタのカウントアップルーチン 応答性カウンタN₁を１インクリメントする。

Ｊ）パルス割り込み処理サブルーチン このサブルーチンの役割は、前回割込みが発生してから
今回の割込みまでの時間を計算し、実パルス間隔T₁に代
入する。

すなわちこのルーチンではレンズ系から検出されるパル
スカウンタC1からのパルスにより、割込み信号が発生し
てT₁計測サブルーチンを実行させる。

以上のフローチャートで説明される制御を行なう電子制
御装置を有する本例のレンズ系駆動装置の具体的な動作
一例を説明する。

いま電子ダイヤル７の操作によりレンズ系の正転方向へ
の一定量の回転を行なわせるための位置情報が入力され
たとする。

この位置情報の入力によりパルスカウンタC2が所定のパ
ルスのカウントする。

これに伴なって第２図のフローのメインルーチンの実行
が開始され、まずルーチン（Ａ）でX₁が検出され、この
X₁は正であるからモータ正転モードに分岐されルーチン
（Ｃ）に至る。

ここでフラグＦがチェックされ、初期にはこれはＦ＝０
にセットされているからN₁をクリアしてルーチン（Ｅ）
で目標パルス間隔T₂を絶対駆動残量X₂の関数fs（X₂）と
して算出する。本例ではこの目標パルス間隔T₂は第４図
に示しているように絶対駆動残量X₂に反比例した値とし
て与えられる。

次にルーチン（Ｆ）においては、上述サブルーチン
（Ｊ）で説明したように得られるレンズ系の実回転速度
を示す実パルス間隔T₁を、上記目標パルス間隔T₂と比較
する。ここで振動波モータの起動初期にはT₁はT₂に比べ
て小さいから、ルーチン（Ｇ）の加速指示モードに分岐
する。これはN₁のインクリメントルーチンを経てリター
ンする。

以上の繰返しに従って次第に振動波モータが加速されレ
ンズ系の回転速度が大きくなると、ルーチン（Ｆ）にお
いてT₁＝T₂が検出されることになり、この場合にはルー
チン（Ｆ）から加・減速ルーチンを飛ばしてルーチン
（Ｈ）にジャンプし、フラグＦを１にセットしリターン
する。

次の実行サイクルでは、ルーチン（Ｄ）においてＦ＝１
となっているため絶対駆動残量X₂に応じた応答性比較値
N₂が関数fa（X₂）により算出される。このN₂は第３図で
示されるように絶対駆動残量X₂に比例した値であり、目
標位置までのレンズ系駆動の必要量が未だ大きければ大
きな値となる。

算出された応答性比較値N₂は、応答性カウンタN₁と比較
されることで、レンズ系の回転速度を目標速度に追従さ
せる必要性の有無が検出される。すなわちN₁≧N₂のとき
は追従必要性が有りとされ、ルーチン（Ｅ），（Ｆ）お
よび（Ｇ）でその時点の目標パルス間隔T₂に対する振動
波モータの追従応答のための加・減速制御あるいは速度
維持が判別され、その結果の信号がマイコン１から回転
数変更手段２に出力されて振動波モータ３の追従制御が
行なわれる。他方N₁＜N₂のときは未だ追従制御の必要性
が有るタイミングに至っていないと判断されて、N₁のイ
ンクリメントルーチンを経てリターンする。

なお上記N₁≧N₂により追従制御を行なった場合には、次
の追従制御の時点を新らたに絶対駆動残量X₂に基づいて
決めるために、ルーチン（Ｄ）においてN₁のクリアがな
される。

上記の制御が随時行なわれた後、レンズ系が目標位置に
至るとルーチン（Ｂ）においてX₁＝０が検出され、モー
タ停止のモードに分岐されて振動波モータへの停止信号
が出力される。なおこの際フラグＦ＝０とされて次のレ
ンズ系駆動の準備が与えられる。

以上の制御においては、二つの特徴的な作用が得られ
る。

すなわちルーチン（Ｅ）において、その時点における絶
対駆動残量X₂に依存（反比例）して目標パルス間隔T₂を
算出しているため、レンズ系が目標位置に近ずくにつれ
て、設定される振動波モータの回転速度が遅くなり、し
たがってスムースな減速制御が行なわれる。

また目標パルス間隔T₂に対して実パルス間隔T₁を追従制
御させる時点の間隔が、ルーチン（Ｄ）および（Ｉ）に
よって絶対駆動残量X₂の大きさに依存（比例）して与え
られるため、目標位置まで離れていて速くレンズ系が回
転している場合には間延びして追従制御が与えられ、反
対に目標位置近づいてレンズ系が緩やかに回転している
場合には頻繁に追従制御が与えられことになり、実質的
にカメラのレンズ系駆動制御として好ましい応答性の変
更制御が行なわれる。

なお本発明は上記説明した実施例のものに限定されるも
のではなく、応答性の変更制御を目標位置までの駆動残
量に段階的に依存させたり、あるいは現在のモーター回
転速度に応じて応答性の変更制御を依存させることも勿
論可能である。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明よりなる振動波モータを用
いたレンズ系駆動装置によれば、次のような効果が得ら
れる特徴がある。

振動波モータの起動直後は、目標速度に達するか減速
を行なうまで、応答性は最高となって立ち上がり特性が
よい。

モータの立ち上がり後は、絶対駆動残量が多ければ応
答性が低くなり、回転数の変更により発生する振動を低
減することができ、また製造誤差などによる回転数計測
誤差から来る不必要な回転数変更が防止され、不快な振
動を低減することができる。

絶対駆動残量が少なくなると応答性が高くなり、所定の
位置へ正確に停止することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

図面第１図は本発明よりなる振動波モータを用いたレン
ズ系駆動装置のハード構成の概要一例を示したブロック
図、第２図は同実施例における駆動制御フローチャート
の一例を示した図、第３図は絶対駆動残量と応答性比較
値の関係を示した図、第４図は絶対駆動残量と目標パル
ス間隔の関係を示した図である。 1:マイコン、2:回転数変更手段 3:振動波モータ 4:レンズ系 5:パルスエンコーダE1 6:パルスカウンタC1 7:電子ダイヤル 8:パルスエンコーダE2 9:パルスカウンタC2

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光軸方向に移動可能に設けられたレンズ系
   と、このレンズ系を駆動させる振動波モータと、設定さ
   れた目標位置にレンズ系を移動させるために上記振動波
   モータを駆動制御する電子制御装置とを備えたレンズ系
   駆動装置において、上記電子制御装置は、レンズ系の移
   動速度を設定する第１の制御回路と、レンズ系の移動実
   速度を上記設定移動速度に対して間欠的に変化追従させ
   る第２の制御回路と、上記目標位置に至るまでのレンズ
   系の駆動残量を微小時間毎に逐次検出する駆動残量検出
   手段と、この駆動残量検出手段の検出情報に依存して上
   記振動波モータの変化追従動作の間欠間隔を定める間隔
   調整手段とを有し、この間隔調整手段は、上記レンズ系
   の駆動残量が大なるときには変化追従動作の間欠間隔を
   長く、同駆動残量が小なるときには変化追従動作の間欠
   間隔を短くするものであることを特徴とする振動波モー
   タを用いたレンズ系駆動装置。