JP2008191479A - 光学系駆動装置およびカメラ - Google Patents

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Abstract

【課題】光学系の移動長にかかわらず、2つの光学系を適切に移動制御する。
【解決手段】光学系駆動装置は、第1光学系20を光軸方向に移動させる第1駆動手段17と、第2光学系21を光軸方向に移動させる第2駆動手段18と、第1光学系20および第2光学系21を所定時間ごとにそれぞれ所定位置に移動させることを繰り返し行わせるとともに、所定時間で第1光学系と第2光学系が所定位置に移動するように第1駆動手段17および第2駆動手段18を制御する制御手段12とを備える。
【選択図】図1

Description

本発明は、光学系駆動装置およびカメラに関する。
ズームレンズによる変倍中に焦点調節機能を備えるフォーカスレンズを移動させる技術が知られている(特許文献1参照)。
特開平5−150153号公報
従来技術によれば、ズームレンズの移動に追従してフォーカスレンズを移動制御することが困難になる場合があるという問題があった。
(1)本発明による光学系駆動装置は、第1光学系を光軸方向に移動させる第1駆動手段と、第2光学系を光軸方向に移動させる第2駆動手段と、第1光学系および第2光学系を所定時間ごとにそれぞれ所定位置に移動させることを繰り返し行わせるとともに、所定時間で第1光学系と第2光学系が所定位置に移動するように第1駆動手段および第2駆動手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
(2)請求項1に記載の光学系駆動装置において、制御手段は、所定時間において第1光学系および第2光学系の少なくとも一方の光学系をその最高速度で移動させることが好ましい。
(3)請求項2に記載の光学系駆動装置において、制御手段は、所定時間において第2光学系を当該第2光学系の最高速度で移動させると必要な移動量を超える場合、第2光学系を当該最高速度より低速で移動させることが好ましい。
(4)請求項2に記載の光学系駆動装置において、制御手段は、所定時間において第2光学系を当該第2光学系の最高速度で移動させても必要な移動量に不足する場合、所定時間より長い第2所定時間をかけて第2光学系を当該最高速度で移動させるとともに、第2所定時間において第1光学系を当該第1光学系の最高速度より低速で移動させることが好ましい。
(5)請求項1〜4のいずれか一項に記載の光学系駆動装置において、第1光学系はズーム調節を行うための光学系を構成し、第2光学系はフォーカス調節を行うための光学系を構成することが好ましい。
(6)請求項1〜4のいずれか一項に記載の光学系駆動装置において、第1光学系はフォーカス調節を行うための光学系を構成し、第2光学系はズーム調節を行うための光学系を構成することが好ましい。
(7)請求項5または6に記載の光学系駆動装置において、制御手段は、第1光学系または第2光学系によるズーム調節中のフォーカス調節状態を維持するように第1駆動手段および第2駆動手段をそれぞれ制御することが好ましい。
(8)本発明によるカメラは、請求項1〜7のいずれか一項に記載の光学系駆動装置を備えることを特徴とする。
本発明によれば、2つの光学系を適切に移動制御できる。
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。図1は、本発明の一実施の形態による電子カメラ1の要部構成を説明するブロック図である。電子カメラ1は、CPU12によって制御される。
撮影レンズ26は、フォーカスレンズ群21およびズームレンズ群20を含み、撮像素子22の撮像面上に被写体像を結像させる。撮像素子22はCCDイメージセンサなどで構成され、撮像面上の被写体像を撮像し、撮像信号を撮像回路23へ出力する。
ズームレンズ駆動装置17は、CPU12からの指示に応じてズームレンズ群20を光軸方向に進退移動させる。これにより、撮影レンズ26によるズーム調節が行われる。CPU12は、操作部材16を構成するズームスイッチ16aまたは16bが操作されていることを示す操作信号が入力されている場合に、ズームレンズ群20の移動指示をズームレンズ駆動装置17へ送る。ズームスイッチ16aはワイド側(広角側)へ変倍操作するためのスイッチであり、ズームスイッチ16bはテレ側(望遠側)へ変倍操作するためのスイッチである。
フォーカスレンズ駆動装置18は、CPU12からの指示に応じてフォーカスレンズ群21を光軸方向に進退移動させる。これにより、撮影レンズ26によるフォーカス調節が行われる。CPU12は、撮像素子22からの撮像信号を用いて焦点評価値と呼ばれるコントラスト情報を取得し、焦点評価値を最大にするようにフォーカスレンズ群21の移動指示をフォーカスレンズ駆動装置18へ送る。また、CPU12は、上述したズーム調節によって撮影レンズ26による焦点面が移動する場合、この移動量を補正するようにフォーカスレンズ群21を光軸方向に進退移動させる。
撮像回路23は、所定のアナログ処理(ゲインコントロールなど)を行うとともに、内蔵するA/D変換回路を用いてアナログ撮像信号をディジタルデータに変換する。
CPU12は、各ブロックから出力される信号を入力して所定の演算を行い、演算結果に基づく制御信号を各ブロックへ出力する。CPU12は画像処理回路を含み、撮像回路23から入力されるディジタル画像信号に対して画像処理を行う。画像処理には、たとえば、輪郭強調や色温度調整(ホワイトバランス調整)処理、画像信号に対するフォーマット変換処理が含まれる。
バッファメモリ13は、画像処理前後および画像処理途中のデータを一時的に格納する他、後述する記録媒体30へ記録する前の画像ファイルを格納したり、記録媒体30から読み出した画像ファイルを格納したりするために使用される。表示画像作成回路14は、撮像画像を液晶モニタ15に表示させるための表示データを作成する。
記録媒体30は、電子カメラ1に対して着脱可能なメモリカードなどで構成される。記録媒体30には、CPU12からの指示によって撮影画像のデータおよびその情報を含む画像ファイルが記録される。記録媒体30に記録された画像ファイルは、CPU12からの指示によって読み出しが可能である。操作部材16は、電子カメラ1の各種ボタンやスイッチ類を含む。たとえば、レリーズボタンの押下操作に連動してオンする半押しスイッチ16cや全押しスイッチ16d、および上述したズームスイッチ16a、16bの操作など、各操作部材の操作内容に応じた操作信号をCPU12へ出力する。
<撮影動作>
CPU12は、レリーズボタンの半押し操作を示す操作信号が半押しスイッチ16cから入力されると、測光を開始させる。測光は、撮像素子22に測光用の撮像を行わせ、電荷蓄積後に出力される撮像信号の信号値から被写界の明るさ情報を取得する。CPU12はさらに、明るさ情報に基づいて露出演算を行い、露出条件を決定する。
また、CPU12は、撮像素子22からの撮像信号を用いて上述した焦点評価値を取得し、この評価値に基づいてフォーカスレンズ群21を移動させてオートフォーカス調節を行う。
半押し操作信号に続いてレリーズボタンの全押しを示す操作信号が全押しスイッチ16dから入力されると、CPU12は撮影動作を開始させる。具体的には、上記決定した露出条件で撮像素子22に撮影用の電荷蓄積を行わせる。撮像回路23は、撮影用の電荷蓄積後に撮像素子22から出力される撮像信号に対して上述した信号処理を施す。画像処理回路12がさらに信号処理を施し、処理後の画像データが記録媒体30へ記録されるとともに、撮影画像がモニタ15に表示される。
<スルー画像表示>
電子カメラ1は、撮影動作を開始する前に撮像素子22に撮像されている画像をモニタ15に表示させる。撮像素子22に繰り返し撮像させ、最新の撮像画像をモニタ15へ逐次表示させることにより、被写体像をリアルタイムに表示できる。これにより、ユーザはズーム調節時の倍率変化やフォーカス調節の状態を、モニタ15に表示された画像から確認することができる。
本実施形態は、上述した電子カメラ1が行うレンズ駆動(とくにズーム調節時のレンズ駆動)に特徴を有するので、この点を中心にさらに説明する。
ズームレンズ駆動装置17およびフォーカスレンズ駆動装置18は、それぞれがステッピングモータを駆動源にしてレンズを進退移動させる。すなわち、ズームレンズ駆動装置17はズームレンズ駆動用のステッピングモータを回転制御してズームレンズ群20を光軸方向に進退移動させ、フォーカスレンズ駆動装置18はフォーカスレンズ駆動用のステッピングモータを回転制御してフォーカスレンズ群21を光軸方向に進退移動させる。
<フォーカスレンズ駆動>
1.フォーカス調節時
CPU12は、フォーカス調節時に合焦のために必要なフォーカスレンズ群21の移動量をフォーカスレンズ駆動装置18へ指示する。この場合のフォーカスレンズ駆動装置18は、CPU12から指示されたフォーカスレンズ群21の移動量を、所定のフォーカスレンズ移動速度で移動させるようにステッピングモータに与えるパルス信号の数、および当該パルス信号の周期(パルス周波数)を決定する。パルス信号の数はステッピングモータの回転角(すなわちフォーカスレンズ群21の移動量)に対応し、パルス信号周期はステッピングモータの回転速度(すなわちフォーカスレンズ群21の移動速度)に対応する。
2.ズーム調節時
CPU12は、ズーム調節時にズーム調節に伴う補正のために必要なフォーカスレンズ群21の移動量と、フォーカスレンズ群21の移動に用いる時間とをフォーカスレンズ駆動装置18へ指示する。この場合のフォーカスレンズ駆動装置18は、CPU12から指示された時間をいっぱいに使ってフォーカスレンズ群21を移動させるようにステッピングモータに与えるパルス信号の数、および当該パルス信号の周期(パルス周波数)を決定する。本実施形態の場合、ズーム調節時のフォーカスレンズ群21の移動速度がその最高速度(フォーカス最高速度)に比べて低速に制御される。
<ズームレンズ駆動>
CPU12は、ズーム調節時のズームレンズ群20の移動量を、所定時間ΔTごとにズームレンズ駆動装置17へ指示する。ズームレンズ駆動装置17は、CPU12から指示された移動時間(上記時間ΔTに対応)でズームレンズ群20を移動させるようにステッピングモータに与えるパルス信号の数、および当該パルス信号の周期(パルス周波数)を決定する。
図2は、ズーム調節時のレンズ駆動を説明する図である。図2おいて、横軸は時間を表す。縦軸は上から順に、ズーム操作信号波形、ズームレンズ位置、フォーカスレンズ位置をそれぞれ表す。時刻t0において、ズームスイッチ16aまたは16bからCPU12へ操作信号が入力される(信号レベルがLレベルになる)。図中の線分(矢印)の傾きは各レンズの移動速度を表し、傾斜角が深いほど高速で、傾斜角が浅いほど低速である。
CPU12は、ズーム操作信号を発したズームスイッチ(16aまたは16b)、時刻t0におけるズームレンズ位置Z1、および時刻t0におけるフォーカスレンズ位置F1に基づいて、時間ΔT(1)におけるズームレンズ群20の移動量ΔZ(1)とフォーカスレンズ群21の移動量ΔF(1)とを決定する。時間ΔT(1)は、ΔZ(1)/(ズーム最高速度)に対応する。
一般に、ズーム調節に伴って撮影レンズ26による撮像面が移動するため、合焦状態を維持するためにフォーカスレンズ群21を移動させて補正する。この補正量は撮影レンズ26の設計情報から既知であるので、ズームレンズ位置およびフォーカスレンズ位置を引数とするテーブルデータとしてあらかじめCPU12内に保存しておくことにより、フォーカスレンズ群21の移動量ΔFをテーブルデータから読み出すことができる。合焦後にズーム調節によってズームレンズ群20をΔZ移動させる場合、上記テーブル値に応じてフォーカスレンズ群21をΔF移動させれば、ズーム調節の前、ズーム調節中、およびズーム調節後のそれぞれで撮影レンズ26による合焦状態が維持される。
CPU12は、決定した移動量ΔZ(1)および移動量ΔF(1)を、それぞれ時間ΔT(1)とともにズームレンズ駆動装置17およびフォーカスレンズ駆動装置18へ送る。
図2に例示するように、フォーカスレンズ群21の移動量ΔFはフォーカスレンズの位置によって(具体的には、電子カメラ1に近い被写体に合焦している場合と電子カメラ1から遠い被写体に合焦している場合とで)異なる。そこで、フォーカスレンズ駆動装置18は、CPU12から指示された移動時間(ΔT)をいっぱいに使ってフォーカスレンズ群21を移動させるように、フォーカスレンズ群21の移動速度を時間ΔTごとに制御する。
図2の時刻t1において、ズームレンズ駆動装置17は、CPU12から指示された時間ΔT(1)においてズーム最高速度でズームレンズ群20を位置Z1から位置Z2まで移動するようにステッピングモータを制御する(移動量はΔZ(1))。同時にフォーカスレンズ駆動装置18は、CPU12から指示された時間ΔT(1)をいっぱいに使ってフォーカスレンズ群21を位置F1から位置F2まで移動するようにステッピングモータを制御する(移動量はΔF(1))。
CPU12は、時間ΔT(1)が終了する前の所定タイミングでズーム操作信号をチェックし、操作信号が継続されている場合、時間ΔT(1)終了時におけるズームレンズ位置Z2、およびフォーカスレンズ位置F2に基づいて、時間ΔT(2)におけるズームレンズ群20の移動量ΔZ(2)とフォーカスレンズ群21の移動量ΔF(2)とを決定する。時間ΔT(2)は、ΔZ(2)/(ズーム最高速度)に対応する。CPU12は、決定した移動量ΔZ(2)および移動量ΔF(2)を、それぞれ時間ΔT(2)とともにズームレンズ駆動装置17およびフォーカスレンズ駆動装置18へ送る。
時刻t2において、ズームレンズ駆動装置17は、CPU12から指示された時間ΔT(2)においてズーム最高速度でズームレンズ群20を位置Z2から位置Z3まで移動するようにステッピングモータを制御する(移動量はΔZ(2))。同時にフォーカスレンズ駆動装置18は、CPU12から指示された時間ΔT(2)をいっぱいに使ってフォーカスレンズ群21を位置F2から位置F3まで移動するようにステッピングモータを制御する(移動量はΔF(2))。
時間ΔT(3)以降も同様である。このように、操作信号が継続されている場合は時間ΔTを積み重ねることによってズームレンズ群20を大きく移動させる(ΔT(1)+ΔT(2)+ΔT(3)+,…,+ΔT(n))。
CPU12は、時間ΔT(4)が終了する前の所定タイミングでズーム操作信号をチェックし、操作信号が入力されていない場合、時間ΔT(4)を終了後にズームレンズ群20の移動およびフォーカスレンズ群21の移動を停止させる。
なお、CPU12は、ズームスイッチ16aから操作信号が入力された場合とズームスイッチ16bから操作信号と入力された場合とでは、ズームレンズ群20の移動方向を異ならせる。
また、撮影レンズ26の特性により、またはズームレンズ位置Zn、およびフォーカスレンズ位置Fnにより、フォーカスレンズ群21の駆動方向が図2に例示する場合と異なることもある。
図2において、時間ΔT(n−1)が終了後、次の時間ΔT(n)の開始までの間に間隔があくように見えるが、間隔をあけずに切れ目なく制御して構わない。次の時間ΔT(n)で必要なズームレンズ群20の移動量ΔZ(n)およびフォーカスレンズ群21の移動量ΔF(n)を演算する時間を考慮して、ズーム操作信号の継続有無を適切なタイミングでチェックすることにより、時間ΔT(n−1)が終了後、ただちに時間ΔT(n)を開始させることができる。
なお、本実施形態では、フォーカスレンズ群21の移動時間をズームレンズ群20の移動時間に合わせたが、フォーカスレンズ群21の移動時間がズームレンズ群20の移動時間より長い場合には、ズームレンズ群20の移動時間をフォーカスレンズ群21の移動時間に合わせるように移動させてもよい。
以上説明した実施形態によれば、以下の作用効果が得られる。
(1)ズームレンズ群20に対する移動制御を時間ΔTごとに繰り返し、この時間ΔTごとにフォーカスレンズ群21に対する移動制御も繰り返すようにしたので、ズーム倍率の変更(ズームレンズ群20の移動量)に伴って必要なフォーカス補正量(フォーカスレンズ群21の移動量)が異なる場合にも、フォーカスレンズ群21の移動量ΔFを時間ΔTごとに適切に制御することができる。
(2)フォーカスレンズ群21およびズームレンズ群20をそれぞれの最高速度で移動させた場合、フォーカスレンズ群21の移動に必要な時間がズームレンズ群20の移動に必要な時間ΔTより短い(換言すれば、フォーカスレンズ群21をフォーカス最高速度で移動させるとフォーカスレンズ群21に必要な移動量ΔFを超えてしまう)ので、ズームレンズ群20の移動時間ΔTに合わせてフォーカスレンズ群21の移動速度を低速に制御した。時間ΔTの間、フォーカスレンズ群21を動かし続けて移動量ΔFを移動させたことにより、ズーム倍率が変化する時間ΔTの全域でフォーカスがほぼ合った状態が維持される。ズーム操作前に合焦させておけば、ズーム調節の前、ズーム調節中にほぼピントが合った画像が得られる。
(3)時間ΔTにおいてズームレンズ群20をズーム最高速度で動かしたので、ズーム最高速度にしない場合に比べてレンズ移動に要する時間を短くすることができる。
(変形例1)
上述した説明では、ΔT(1)=ΔT(2)=ΔT(3)…=ΔTが成立する場合を例に説明した。もし、フォーカスレンズ群21を移動すべき量ΔFが大きく、ΔFを時間ΔT内で移動できない場合、CPU12は以下のようにΔTをΔTLに延長する。
CPU12は、時刻t0の時点、またはレンズ群を移動制御中の場合は時間ΔT(n−1)の終了時点におけるズームレンズ位置Z(n)およびフォーカスレンズ位置F(n)に基づいて、時間ΔT(n)におけるズームレンズ群20の移動量ΔZ(n)とフォーカスレンズ群21の移動量ΔF(n)とを決定する。ΔF(n)がΔF(n)>(フォーカス最高速度)×ΔT(n)を満たす場合、CPU12はΔTをΔTLに延長する。ただし、ΔTL=ΔF(n)/(フォーカス最高速度)である。
CPU12は、移動量ΔZ(n)および移動量ΔF(n)を、それぞれ時間ΔTLとともにズームレンズ駆動装置17およびフォーカスレンズ駆動装置18へ送る。この場合のズームレンズ駆動装置17は、CPU12から指示された延長時間ΔTLの間、ズームレンズ群20を動かし続けてズームレンズ群20を位置Z(n)から位置Z(n+1)まで移動するようにステッピングモータを制御する(移動量はΔZ(n))。時間TLが延長されているため、ズームレンズ群20を駆動するステッピングモータの回転速度(すなわちズームレンズ群20の移動速度)は、ズーム最高速度に比べて低速に制御される。
一方、フォーカスレンズ駆動装置18は、CPU12から指示された延長時間ΔTLの間、ズームレンズ群20を動かし続けてフォーカスレンズ群21を位置F(n)から位置F(n+1)まで移動するようにステッピングモータを制御する(移動量はΔF(n))。フォーカスレンズ群21を駆動するステッピングモータの回転速度(すなわちフォーカスレンズ群21の移動速度)は、フォーカス最高速度に制御される。
変形例1によれば、フォーカスレンズ群21を移動すべき量ΔFが大き過ぎてΔFを時間ΔT内で移動できない場合、ΔTより長いΔTLに変更したので、ズームレンズ群20の移動時間がフォーカスレンズ群21の移動時間より長くかかる場合と異なり、フォーカスレンズ群21の移動時間がズームレンズ群20の移動時間より長くかかる場合にも、移動時間が長い方に合わせて移動時間が短い方のレンズ群の移動速度を低速に制御して双方のレンズ群20、21の移動期間を揃えることができる。また、時間ΔTLではフォーカスレンズ群21をフォーカス最高速度で動かしたので、フォーカス最高速度にしない場合に比べてレンズ移動に要する時間を短くすることができる。
(変形例2)
レンズを進退移動させる駆動源としてステッピングモータを用いる例を説明したが、ステッピングモータの代わりにDCモータを用いても構わない。
(変形例3)
ズーム調節時の倍率変化やフォーカス調節の状態をモニタ15に表示された画像から確認する電子カメラ1を例に説明したが、ズーム調節時の倍率変化やフォーカス調節の状態を光学的に観察する場合にも本発明を適用してよい。
(変形例4)
たとえば、撮影レンズ26を通過した光束の一部を用いて観察像を得る一眼レフタイプのカメラの場合には、電子カメラに限らず銀塩カメラにも本発明を適用することができる。
(変形例5)
カメラに限らず、ズームレンズ群20およびフォーカスレンズ群21を有する観察光学系を備える望遠鏡などの観察装置にも本発明を適用して構わない。
以上の説明はあくまで一例であり、上記の実施形態の構成に何ら限定されるものではない。
本発明の一実施の形態による電子カメラのブロック図である。 ズーム調節時のレンズ駆動を説明する図である。
符号の説明
1…電子カメラ
12…CPU
17…ズームレンズ駆動装置
18…フォーカスレンズ駆動装置
20…ズームレンズ群
21…フォーカスレンズ群

Claims (8)

  1. 第1光学系を光軸方向に移動させる第1駆動手段と、
    第2光学系を前記光軸方向に移動させる第2駆動手段と、
    前記第1光学系および前記第2光学系を所定時間ごとにそれぞれ所定位置に移動させることを繰り返し行わせるとともに、前記所定時間で前記第1光学系と前記第2光学系が前記所定位置に移動するように前記第1駆動手段および前記第2駆動手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とする光学系駆動装置。
  2. 請求項1に記載の光学系駆動装置において、
    前記制御手段は、前記所定時間において前記第1光学系および前記第2光学系の少なくとも一方の光学系をその最高速度で移動させることを特徴とする光学系駆動装置。
  3. 請求項2に記載の光学系駆動装置において、
    前記制御手段は、前記所定時間において前記第2光学系を当該第2光学系の最高速度で移動させると必要な移動量を超える場合、前記第2光学系を当該最高速度より低速で移動させることを特徴とする光学系駆動装置。
  4. 請求項2に記載の光学系駆動装置において、
    前記制御手段は、前記所定時間において前記第2光学系を当該第2光学系の最高速度で移動させても必要な移動量に不足する場合、前記所定時間より長い第2所定時間をかけて前記第2光学系を当該最高速度で移動させるとともに、前記第2所定時間において前記第1光学系を当該第1光学系の最高速度より低速で移動させることを特徴とする光学系駆動装置。
  5. 請求項1〜4のいずれか一項に記載の光学系駆動装置において、
    前記第1光学系はズーム調節を行うための光学系を構成し、
    前記第2光学系はフォーカス調節を行うための光学系を構成することを特徴とする光学系駆動装置。
  6. 請求項1〜4のいずれか一項に記載の光学系駆動装置において、
    前記第1光学系はフォーカス調節を行うための光学系を構成し、
    前記第2光学系はズーム調節を行うための光学系を構成することを特徴とする光学系駆動装置。
  7. 請求項5または6に記載の光学系駆動装置において、
    前記制御手段は、前記第1光学系または前記第2光学系によるズーム調節中のフォーカス調節状態を維持するように前記第1駆動手段および前記第2駆動手段をそれぞれ制御することを特徴とする光学系駆動装置。
  8. 請求項1〜7のいずれか一項に記載の光学系駆動装置を備えることを特徴とするカメラ。
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