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技術 レンズ装置及びそれを有する撮像装置

出願人 キヤノン株式会社
発明者 朝野卓朗
出願日 2015年11月10日 (4年3ヶ月経過) 出願番号 2015-220224
公開日 2017年5月25日 (2年8ヶ月経過) 公開番号 2017-090651
状態 特許登録済
技術分野 レンズ鏡筒 カメラの絞り
主要キーワード 最大押し込み量 マニュアル状態 最高駆動速度 ボリューム位置 回転駆動量 原点検出処理 シーソ テーブル演算
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2017年5月25日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (12)

課題

ズーム位置に応じて絞り開口径を高い追従性で制御しつつ、消費電力を抑えることのできる光学機器を提供すること。

解決手段

レンズ装置は、可変絞り部と、前記絞り部を操作する絞り操作手段と、前記絞り部を駆動するステッピングモータと、焦点距離を変更するズーム部と、前記ズーム部の位置を検出するズーム位置検出手段と、前記ズーム部の状態と前記絞り部の状態とに基づき、前記ステッピングモータの駆動電流導出し、前記ズーム部の位置に応じて前記絞り操作手段で設定されたF値となるように、前記駆動電流で前記ステッピングモータを制御し、前記絞り部を駆動する制御手段と、を有することを特徴とする。

概要

背景

近年、小型化等の理由により、絞り開口径が同じでも、ズームレンズの位置に応じてFナンバーが変化する光学配置を採用しているズームレンズ装置がでてきている。このようなズームレンズ装置では、ズームレンズ位置連動して絞りの開口径を変化させる必要があるが、機構的に実現しようとすると、高価で大型化してしまうという問題があった。

特許文献1では、この問題を解決するため、ズーム位置に応じて、絞りの開口径を電動で制御する光学機器を提案している。

概要

ズーム位置に応じて絞り開口径を高い追従性で制御しつつ、消費電力を抑えることのできる光学機器を提供すること。レンズ装置は、可変絞り部と、前記絞り部を操作する絞り操作手段と、前記絞り部を駆動するステッピングモータと、焦点距離を変更するズーム部と、前記ズーム部の位置を検出するズーム位置検出手段と、前記ズーム部の状態と前記絞り部の状態とに基づき、前記ステッピングモータの駆動電流導出し、前記ズーム部の位置に応じて前記絞り操作手段で設定されたF値となるように、前記駆動電流で前記ステッピングモータを制御し、前記絞り部を駆動する制御手段と、を有することを特徴とする。

目的

本発明の目的は、ズーム位置に応じて絞り開口径を高い追従性で制御しつつ、消費電力を抑えることのできるレンズ装置及びそれを有する撮像装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

可変絞り部と、前記絞り部を操作する絞り操作手段と、前記絞り部を駆動するステッピングモータと、焦点距離を変更するズーム部と、前記ズーム部の位置を検出するズーム位置検出手段と、前記ズーム部の状態と前記絞り部の状態とに基づき、前記ステッピングモータの駆動電流導出し、前記ズーム部の位置に応じて前記絞り操作手段で設定されたF値となるように、前記駆動電流で前記ステッピングモータを制御し、前記絞り部を駆動する制御手段と、を有することを特徴とするレンズ装置

請求項2

前記制御手段は、前記ズーム部の位置、前記ズーム部が手動操作されているか又はサーボ駆動されているか、前記設定されたF値、の少なくともいずれかに基づき前記駆動電流を導出することを特徴とする請求項1に記載のレンズ装置。

請求項3

前記ズーム部が手動操作されている時の前記駆動電流は、前記ズーム部がサーボ駆動されている時の前記駆動電流より大きいことを特徴とする請求項2に記載のレンズ装置。

請求項4

前記制御手段は、前記設定されたF値となるように、前記ズーム部の位置の変化量に対する前記絞り部の位置の変化量である連動速度係数に基づいて前記絞り部の前記駆動電流を導出する、ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のレンズ装置。

請求項5

前記ズーム部のサーボ駆動の速度を操作するズーム速度操作手段を有し、前記制御手段は、前記ズーム速度操作手段によって設定される前記ズーム部の速度に基づいて前記駆動電流を導出する、ことを特徴とする請求項3に記載のレンズ装置。

請求項6

前記制御手段は、前記ズーム部が移動していない場合は前記ズーム部が移動している場合に比べて小さい電流で、F値を維持するように前記ズーム部の位置に応じて前記絞り部を駆動するよう前記ステッピングモータを制御する、ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載のレンズ装置。

請求項7

請求項1乃至6のいずれか1項に記載のレンズ装置と、該レンズ装置から被写体光受光する撮像素子とを有することを特徴とする撮像装置

技術分野

0001

本発明は、レンズ装置に関し、特にズームレンズ絞りを有するレンズ装置及びそれを有する撮像装置に関する。

背景技術

0002

近年、小型化等の理由により、絞りの開口径が同じでも、ズームレンズの位置に応じてFナンバーが変化する光学配置を採用しているズームレンズ装置がでてきている。このようなズームレンズ装置では、ズームレンズ位置連動して絞りの開口径を変化させる必要があるが、機構的に実現しようとすると、高価で大型化してしまうという問題があった。

0003

特許文献1では、この問題を解決するため、ズーム位置に応じて、絞りの開口径を電動で制御する光学機器を提案している。

先行技術

0004

特開2015−052737号公報

発明が解決しようとする課題

0005

ズーム位置に応じて、絞りの開口径を電動で制御する場合には、高い追従性が必要となる。高い追従性を実現しようとすると、高速度や高加速度での制御が必要となるが、絞りの駆動アクチュエータにはステッピングモータを使用されることが多く、脱調する可能性が高くなる。脱調させないためには、ステッピングモータへ流す電流を高く設定しておき、大きな力を与えておく必要があるが、消費電力が高くなってしまう。

0006

本発明の目的は、ズーム位置に応じて絞り開口径を高い追従性で制御しつつ、消費電力を抑えることのできるレンズ装置及びそれを有する撮像装置を提供することである。

課題を解決するための手段

0007

上記目的を達成するために、本発明のレンズ装置は、可変絞り部と、前記絞り部を操作する絞り操作手段と、前記絞り部を駆動するステッピングモータと、焦点距離を変更するズーム部と、前記ズーム部の位置を検出するズーム位置検出手段と、前記ズーム部の状態と前記絞り部の状態とに基づき、前記ステッピングモータの駆動電流導出し、前記ズーム部の位置に応じて前記絞り操作手段で設定されたF値となるように、前記駆動電流で前記ステッピングモータを制御し、前記絞り部を駆動する制御手段と、を有することを特徴とする。

発明の効果

0008

本発明によれば、ズーム位置に応じて絞り開口径を高い追従性で制御しつつ、消費電力を抑えることのできるレンズ装置及びそれを有する撮像装置を提供することができる。

図面の簡単な説明

0009

レンズ装置の構成ブロック
ズーム位置と絞り位置とFナンバーの関係を示した図
CPU30における全体処理のフローチャート
絞り原点検出処理のフローチャート
駆動パターンごとのA相絞り駆動電流Ia、B相絞り駆動電流Ibを示した図
ズーム駆動処理のフローチャート
絞り電流振幅設定処理のフローチャート
ズームスピードボリューム18の位置とズーム速度係数Kzの関係を示した図
ズーム位置とFナンバーと絞り連動速度係数Kiの関係を示した図
絞り駆動処理のフローチャート
絞りの駆動位置、速度の時間変化を示した図

0010

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。

0011

図1は、本発明を適用できるレンズ装置の構成を示したものである。

0012

ズームレンズ群10(ズーム部)は光軸方向に移動することで、レンズ装置の焦点距離を変更するための光学素子である。ズームリング11はズームレンズ群10を位置制御操作するための回転操作部材(ズーム位置操作手段)であり、回転することで機構的にズームレンズ群10を光軸方向に動かすことができる。

0013

ズーム位置検出器12は、ズームリング11の回転位置を検出するための位置検出器である。ただし、ズームリング11の回転位置とズームレンズ群10の位置は1対1になるように機構的に接続されているため、ズーム位置検出器12はズームレンズ群10の位置も検出していることになる。検出した位置信号はズーム位置としてデジタル信号に変換され、CPU30(制御手段)に入力される。

0014

ズームクラッチ13はズームモータ14の回転とズームリング11の回転を連結、または、切り離しするための機構で、ズームクラッチスイッチ15にて連結と切り離しを切り替えることが可能である。連結されている状態をサーボ状態サーボ駆動される状態)、切り離されている状態をマニュアル状態とし、どちらの状態であるかの信号はCPU30に入力される。

0015

ズームモータ14はズームリング11を電動で駆動するためのモータであり、ズームモータ駆動回路16を介してCPU30から制御される。ズームモータ14はDCブラシモータであり、CPU30から印加する電圧指令することで、所定の速度制御ズーム速度制御)が可能になる。ズームシーソ17は、ズームレンズ群10を操作するための操作部材(ズーム速度操作手段)で、操作されていない場合には、中点位置に戻る機構となっている。ズームスピードボリューム18は、ズーム操作速度を可変させるための操作部材である。ズームクラッチ13がサーボ状態の場合のズーム速度は、ズームシーソ17の操作位置(以下、シーソ位置と呼ぶ)と、ズームスピードボリューム18の位置(以下、ボリューム位置と呼ぶ)に応じて後述するCPU処理によってズームレンズ群10の駆動速度を決定する。

0016

絞り20は、回転することで機構的に開口径が変化し、レンズ装置を通過する光の光束を調節することができる可変絞りである。絞りステッピングモータ21は、絞り20を回転駆動するためのモータであり、絞りモータ駆動回路25を介してCPU30から制御される。なお、本実施例では絞りステッピングモータ21は、A相とB相の2つの駆動信号で駆動する2相のステッピングモータであるとし、駆動モードはマイクロステップ駆動とする。絞り原点センサ22は、絞り20が開放近傍の所定の位置であるか否かを検出するセンサであり、開放近傍の所定の位置まで回転させるとセンサがONとなる。絞り20の回転位置(以下、絞り位置と呼ぶ)は絞り原点センサ22がONとなったことをトリガーとして後述する図4処理フローに従って絶対位置を確定し、その後はその絶対位置からの回転駆動量変位量に相当)から位置を決定する。絞り操作リング23(絞り操作手段)は、絞り20とは機構的(機械的)に接続されていない、F値をマニュアル操作するための操作リングであり、操作位置(以下、絞り操作位置と呼ぶ)は絞り操作位置検出器24で検出し、デジタル信号に変換され、CPU30に入力される。

0017

CPU30は、後述するソフトウェア処理によって、ズームモータ14の制御、及び、絞りステッピングモータ21の制御を行う。

0018

本発明のレンズ装置に、レンズ装置からの被写体光受光する撮像素子51を有するカメラ装置50が接続されて、撮像装置を構成する。

0019

なお、本実施例のレンズ装置は、絞り位置を固定したまま、ズーム位置を変更すると、光学的特性によりレンズ装置のFナンバーが変化してしまう光学配置を有する。Fナンバーを維持するためには、図2に示すように、ズーム位置に応じて絞り位置(開度)を適切な位置に制御する必要があるものとする。また、絞り操作リング23はレンズ装置のFナンバーを指定するための操作部材であり、後述するソフトウェア処理によって絞り操作位置に対応したFナンバーを目標として絞り20を回転駆動する。

0020

次に、CPU30で行うソフトウェア処理について説明する。図3は実施例1におけるCPU30で行う全体処理のフローチャートである。

0021

全体処理は4つに分かれていて、はじめにS101で絞り原点検出を行い、S102ではズーム駆動処理、S103では絞り電流振幅設定処理、S104では絞り駆動処理を行い、その後S102に戻り、S102〜S104を繰り返す。

0022

S101で行う絞り原点検出処理について説明する。図4は実施例1における絞り原点検出処理のフローチャートである。

0023

S201では、絞り電流振幅I0を最大値であるImaxに設定する。絞り電流振幅I0とは、図5に示すようにマイクロステップ駆動におけるA相絞り駆動電流Ia、B相絞り駆動電流Ibの正弦波の駆動パターンの振幅を示している。絞り駆動電流Ia、Ibは、一般的なPWM方式で制御するものとし、正方向に電圧を印加する時間と、負方向に電圧を印加する時間の割合(デューティ比)で制御する。つまり、正方向に電圧を印加する時間と負方向に電圧を印加する時間を同じにすれば、絞り駆動電流Ia、Ibは0となり、正方向に電圧を印加する時間が長ければ絞り駆動電流Ia、Ibは正の値になる。S202では、図5初期駆動パターンに示すように、A相絞り駆動電流Iaを+Imaxに、B相絞り駆動電流Ibを0にする。

0024

S203では、絞り原点センサ22がONになっているか判断し、ONになっていない場合はS204に進み、図5の初期駆動パターンから図中の左側に駆動パターンを変化させることにより、絞り20をOPEN方向へ回転駆動する。絞り原点センサがONになるまで、OPEN方向に回転駆動し、単位時間当たりの駆動パターンの変化量は最大とすることで、絞り20を最高速でOPEN側へ回転駆動する。

0025

S203で絞り原点センサ22がONになると、S205に進み、単位時間当たりの駆動パターンの変化量を小さくし、絞り20を低速でOPEN側へ回転駆動する。S205の処理を駆動パターンが初期駆動パターンになるまで行い、初期駆動パターンになったら絞り位置を0に初期化する。

0026

次に、S102で行うズーム駆動処理について説明する。図6は実施例1におけるズーム駆動処理のフローチャートである。

0027

S301でズームクラッチ13がマニュアル状態であるかどうかを判断し、マニュアル状態であった場合には、S302に進み、ズームモータ駆動電圧を0に設定する。一方、S301でズームクラッチ13がサーボ状態(サーボ駆動される状態)であった場合には、S303、S304に進み、ズームシーソ17からシーソ位置を、ズームスピードボリューム18からボリューム値を取得する。S305では、取得したシーソ位置とボリューム位置からズームモータ駆動電圧を導出する。S306では、S302またはS305で導出したズームモータ駆動電圧を出力する。

0028

続いて、S103で行う絞り電流振幅設定処理について説明する。図7は絞り電流振幅設定処理のフローチャートである。

0029

S401では、ズーム位置検出器12から取得したズーム位置に基づいて、ズームが操作されているか否か(ズーム部の状態)を判断する。ズームが操作されていればS402、S403に進み、ズームクラッチ13がサーボ状態(ズーム部の状態)で、かつ、ズームシーソ17が操作されているかを判断する。ズームクラッチ13がサーボ状態で、かつ、ズームシーソ17が操作されている場合には、S404に進み、ズームスピードボリューム18から取得したボリューム位置に基づいてズーム速度係数Kzを算出する。ズーム速度係数Kzとは、絞り電流振幅を算出するための係数であり、ズーム速度による絞り電流振幅の増加割合を示す係数である。具体的には図8のようにボリューム位置によって1.0〜1.5程度変化させる。一方、S402、S403でズームクラッチ13がマニュアル状態か、ズームシーソ17が操作されていない場合には、S405に進み、ズーム速度係数Kzを2.0に設定する。S405に進むということは、ズームが手動操作されていることを示している。ズームがサーボ駆動操作されている状態では、ズームシーソ17の最大押し込み量でズーム駆動の最大速度は制限される。それに対して、ズームが手動で操作される場合は、ズームリング等の回転角が直接ズーム位置の変位量となるため、サーボ状態に比べて早い操作速度でズームが移動する可能性がある。従って、S405では手動操作された方がモータで駆動するよりも高速操作可能であると判断し、ズーム速度係数Kzを高い値に設定しておく。なお、本実施例ではズームクラッチ13がサーボ状態でも手動操作可能な構成としているため、S403でシーソ操作されているか動作を判断している。しかし、ズームクラッチ13がサーボ状態で手動操作可能でないとし、S403の判断をなくし、ズームクラッチ13の状態のみでS404に進むか、S405に進むかを判断しても良い。

0030

続いて、S406でズーム位置と絞りリング位置を取得し、S407で取得したズーム位置と絞りリング位置から絞り連動速度係数Kiを導出する。絞り連動速度係数Kiとは、絞り電流振幅を導出するための係数であり、絞り連動速度による絞り電流振幅の増加割合を示す係数である。図9に示すように、Fナンバーを維持するためのズーム位置の変化量あたりの絞り変化量が大きいほど(ズーム位置が望遠側ほど、F値が大きいほど)、絞り連動速度係数Kiを大きく設定し、本実施例では1.0〜2.0程度で設定する。

0031

S408では、絞り駆動時最小電流振幅I1に、ここまで導出したズーム速度係数Kz、絞り連動速度係数Kiをかけた値を絞り電流振幅I0として設定する。Kz、Kiともに1以上の係数であるため、ここで導出される絞り電流振幅I0は、絞り駆動時最小電流振幅I1よりも必ず大きい値となる。

0032

一方、S401でズーム操作されていない場合には、S409に進み、絞り操作位置検出器24から取得した絞り操作位置に基づいて絞り操作リング23が操作されているかどうかを判断する。絞り操作リングが操作されている場合はS410に進み、絞り電流振幅I0を絞り駆動時最小電流振幅I1に設定する。一方、絞り操作リングが操作されていない場合にはS411に進み、絞り電流振幅I0は、I1よりも小さい停止時電流振幅Iminに設定する。

0033

すなわち、図7の絞り電流振幅設定処理においては、ズーム部の状態に応じて、絞り電流振幅I0が設定され、後述するように、この絞り電流振幅によって絞りの最高駆動速度が規定される。ズーム部の状態とは、ズームが操作されているか否か、ズームクラッチがサーボ状態かマニュアル状態か、ズームシーソが操作されているか否か、等の状態である。

0034

なお、S401からズーム操作なしでS409へ分岐した場合にS410またはS411で設定される絞り電流振幅I0は、S401からズーム操作ありでS402へ分岐した場合にS408で設定される絞り電流振幅I0よりも小さくなることはない。これは、S408では、絞り駆動時最小電流振幅I1に、1以上の係数Kz、Kiが乗算されて絞り電流振幅I0が設定されるからである。絞り操作がない場合でズーム操作がある場合には、操作者は絞りを意図的に操作していないので、ズーム操作中に変更を意図していないF値が変わると違和感を与える画像となってしまう。そのため、絞り操作がない場合でズーム操作がある場合には、ズーム操作に応じてF値を一定に保つように、絞りを迅速に移動させる必要があり、大きい絞り電流振幅I0を設定する必要がある。また、マニュアル絞り操作の場合にはF値が意図的に変更されているので、絞り操作環等の操作部の動きに対して実際の絞り機構の動きに多少の追従遅れがあっても、撮像された画像に与える違和感は小さいので、絞り電流振幅I0を設定することができる。

0035

最後に、S104で行う絞り駆動処理について説明する。図10は絞り駆動処理のフローチャートである。

0036

S501では、S103で設定した絞り電流振幅I0に基づいて、CPU30(最高速度導出手段)は、絞り加速度Aと絞り最高速度Smaxを導出する。本実施例では、絞り電流振幅I0に比例して、絞り加速度Aと絞り最高速度Smaxは大きくなる。S502、S503では、絞り操作位置検出器24から絞り操作位置を、ズーム位置検出器12からズーム位置を取得する。S504では、取得した絞り操作位置とズーム位置から絞り20の目標位置である絞り目標位置を導出する。導出方法は、絞り操作位置とズーム位置の2つの入力から絞り目標位置を出力するテーブル演算を用いる。

0037

続いて、S505で、現在の絞り位置と、S504で導出した絞り目標位置から絞り速度を導出する。このとき、S501で導出した絞り加速度Aと、絞り最高速度Smaxを用い、図11に示すように絞り加速度Aで加速し、絞り最高速度Smaxで速度を制限し、絞り加速度Aで減速して絞り目標位置に到達するように絞り速度を導出する。絞り速度の導出方法は一般的な導出方法であるため、ここでは省略する。

0038

S506では、S505で導出した絞り速度、及び、S103で設定した絞り電流振幅I0を用いて、絞り駆動電流Ia、Ibの駆動パターンを導出、出力する。ここでの駆動パターンの算出は、まず絞り電流振幅I0により駆動パターンの電流振幅を決定し、絞り速度に応じて、単位時間当たりの駆動パターンの変化量を決定する。S505で導出した絞り速度がOPEN側の場合には図5に示す駆動パターンを左側に、絞り速度がCLOSE側の場合には図5に示す駆動パターンを右側に変化させていく。

0039

本実施例の効果について説明する。本実施例では図7のフローチャートに示すように、絞りステッピングモータ21に流すA相、B相の駆動電流の駆動パターンの電流振幅を設定している。具体的には、S402〜S405でズーム予想最高速に相当するズーム速度係数Kzを導出し、S406とS407でズーム移動による絞りの必要連動速度に相当する絞り連動速度係数Kiを導出し、それらの2つの係数から電流振幅を導出している。つまり、ズーム移動による絞りの予想最高速に相当した電流振幅を導出している。従って、絞りの予想最高速が小さい状態では、電流振幅を小さくしているので、消費電力を低く抑えることができ、絞りの予想最高速が大きい状態では、電流振幅を大きくし、高速に絞りを駆動しても脱調しないようにすることができる。

実施例

0040

なお、本実施例では、ズーム速度係数Kzと絞り連動速度係数Kiの2つから電流振幅を導出しているが、処理を簡素化して、ズーム速度係数Kzと絞り連動速度係数Kiのどちらかのみで電流振幅を導出しても十分効果は得られる。例えば、本実施例とは異なり、ズームの電動駆動がないレンズ装置の場合には、S402〜S405の処理は行わず、Kzを2.0に固定して同様の処理を行っても本発明の効果は得られる。

0041

10ズームレンズ群(ズーム部)
12ズーム位置検出器(位置検出手段)
20絞り(可変絞り部)
21 絞りステッピングモータ
30 CPU(最高速度導出手段、制御手段)

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