JP2013029731A

JP2013029731A - 光学機器

Info

Publication number: JP2013029731A
Application number: JP2011166727A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Kamimura; 雅之神村
Original assignee: Ricoh Imaging Co Ltd
Current assignee: Ricoh Imaging Co Ltd
Priority date: 2011-07-29
Filing date: 2011-07-29
Publication date: 2013-02-07
Anticipated expiration: 2031-07-29
Also published as: US20130028584A1; JP5803390B2; US9086530B2

Abstract

【課題】像のぼけが生じることがなく、かつ、電力の消費が少ない位置にレンズを停止させることが出来る光学機器を提供する。
【解決手段】焦点調節レンズを駆動するレンズ駆動装置を備える。焦点調節レンズの焦点深度内で、かつ、電力が最少となるレンズ位置に最も近い位置までの駆動量を設定する駆動量設定装置を有する。駆動量設定装置が設定する駆動量に基づいてレンズ駆動装置を制御して、焦点調節レンズを駆動制御するレンズ位置制御装置とを備える。レンズ位置制御装置Ｓ０２〜Ｓ０５は、像のぼけが生じることがなく、かつ、電力の消費が少ない位置にレンズを停止させることが出来る。
【選択図】図７

Description

本発明は、光学機器に関し、より詳しくは、レンズ駆動装置を制御するレンズ位置制御装置に関する。

従来、デジタルカメラにおいて、低消費電力化に向けた多様な開発が行われている。そのひとつに、手振れ補正機構に用いられるステッピングモータにおける消費電力を抑える構成が知られている（特許文献１）。この構成では、ステッピングモータの磁極が手振れ補正後に停止した位置からより安定な位置に移動され、その後に励磁電力の供給が止められる構成である。この構成により、撮像時ふいに磁極が安定な位置に移動することによる像ブレを防ぎ、かつ、消費電力を抑える効果がある。この構成は、ステッピングモータを用いてレンズの位置を制御するオートフォーカス機構にも応用することが可能である。

特開２００６−１５８０１９号公報

しかし、上述した構成を、オートフォーカス機構へ適用する場合、磁極を電力の消費が少ない位置へ単に移動させると問題が生じる。これは、磁極の停止位置がレンズの停止位置と連動するためである。つまり、磁極の移動前に合焦していても移動後には像のぼけが生ずる可能性がある。この像のぼけは、受光画素ピッチが小さくなるにつれて著しく目立つ傾向にある。つまり、近年の、画像高解像度化のために画素数を飛躍的に増大させた撮像素子を搭載したデジタルカメラにおいては受光画素ピッチが小さいため、像のぼけは看過できない。そこで、本発明では、像のぼけが生じることがなく、かつ、電力の消費が少ない位置にレンズすなわち磁極を停止させることができる光学機器の提供を目的としている。

本発明に係る光学機器は、電力を供給されて焦点調節レンズを駆動するレンズ駆動手段と、焦点調節レンズの焦点深度内で、かつ、電力が最少となるレンズ位置に最も近い位置までの駆動量を設定する駆動量設定手段と、駆動量設定手段が設定する駆動量に基づいてレンズ駆動手段を制御して焦点調節レンズを駆動制御するレンズ位置制御手段とを備えることを特徴とする。

また、レンズ駆動手段は、ハーフステップ及びマイクロステップ駆動が可能なステッピングモータを有し、焦点調節レンズが、焦点深度内で消費電力が最少となる１相位置に移動可能である場合は、焦点調節レンズを１相位置に停止させるとともにステッピングモータを１相駆動することが好ましい。

光学機器は、レンズ駆動手段とレンズ駆動手段とを制御するＣＰＵとを備え、ＣＰＵの演算速度を落とすことによってＣＰＵの消費電力を下げるＣＰＵ電力制御手段と、レンズ駆動手段への励磁電圧を下げることによってレンズ駆動手段の消費電力を下げる励磁制御手段とをさらに備えていても良い。

また、カメラボディと、カメラボディに装着されるレンズ鏡筒と、レンズ鏡筒に設けられ、カメラボディから電力を供給されて焦点調節レンズを駆動するレンズ駆動手段と、焦点調節レンズの焦点深度内で、かつ、電力が最少となるレンズ位置に最も近い位置までの駆動量を設定する駆動量設定手段と、駆動量設定手段が設定する駆動量に基づいてレンズ駆動手段を制御して焦点調節レンズを駆動制御するレンズ位置制御手段とを備えていても良い。

本発明によれば、像のぼけが生じることがなく、かつ、電力の消費が少ない位置にレンズすなわち磁極を停止させることが出来る光学機器を提供することが可能となる。

本発明の実施形態を適用したカメラを表す全体図である。本発明の実施形態を適用したカメラからレンズを外した図である。本発明の本実施形態を適用したカメラの電気的なブロック図である。本発明の実施形態を適用したステッピングモータの模式図である。本発明の実施形態を適用したステッピングモータに入力される電圧を表す図である。本発明の本実施形態におけるステッピングモータのマイクロステップ駆動時の消費電力を表したグラフである。本発明の実施形態におけるエコモード移行時のフローチャートである。本発明の実施形態におけるステップＳ０２においてＹＥＳと判断されるときの許容回転角度と消費電力の関係をあらわしたグラフである。本発明の実施形態におけるステップＳ０２においてＮＯと判断されるときの許容回転角度と消費電力の関係をあらわしたグラフである。本発明の実施形態におけるエコモード解除時のフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１はレンズ交換式カメラの外観を示し、図２はカメラボディ１０からレンズ鏡筒１５を外した状態を示している。このカメラシステムにおいてレンズ鏡筒１５はカメラボディ１０に対して着脱自在である。

カメラボディ１０のレンズマウント１１の内周側には、複数の電気接点１２が円弧状に配置されている。電気接点１２の下側には、撮像素子（不図示）を収容した撮像素子ユニット１３が設けられる。カメラボディ１０の電源がオン状態であるとき、撮像素子によって動画像が得られ、ライブビューとしてモニタ（不図示）に表示可能である。カメラボディ１０の上面にはシャッタボタン１４が設けられる。

図３を参照して、このレンズ交換式カメラの電気的構成を説明する。カメラボディ１０に設けられたカメラプロセッサ２０には、レンズ鏡筒１５へ電力を供給するカメラボディ側レンズ電源２２と、レンズで集められた光を電気信号に変換するイメージセンサ２４とが接続される。カメラボディ側レンズ電源２２及びイメージセンサ２４は、カメラプロセッサ２０によって制御される。

レンズ鏡筒１５に設けられたレンズＣＰＵ３０には、レンズＣＰＵ３０に電力を供給するレンズ側レンズ電源３２が接続される。また、レンズＣＰＵ３０には、ＡＦレンズ（焦点調節レンズ）３４の位置を制御するＡＦモータ３６（レンズ駆動手段）及びＡＦモータ３６へ電圧を制御するモータドライバ３８が接続される。ＡＦモータ３６及びモータドライバ３８は共に、レンズＣＰＵ３０に制御され電力を供給される。レンズ位置センサ４０はＡＦレンズ３４に接続され、ＡＦレンズ３４の位置をレンズＣＰＵ３０へ伝達する。レンズＣＰＵ３０に備えられるＥＥＰＲＯＭ３１は、例えば、ＡＦレンズ３４の駆動時に必要な光学情報等が記録される。

カメラプロセッサ２０とレンズＣＰＵ３０とは電気接点１２（図２参照）によって接続されて通信可能である。また、カメラボディ側レンズ電源２２とレンズ側レンズ電源３２とは電気接点１２によって接続されて、レンズ側レンズ電源３２はカメラボディ側レンズ電源２２から電力を供給される。

図４は、ＡＦモータ３６に備えられるステッピングモータ５０の模式図である。図５は、固定子であるコイルＡ〜Ｄに印加される電圧と、回転子である磁極６０の位相との関係表した図である。図５の横軸は磁極６０の位相を表し、縦軸は電圧を表す。図４及び図５を参照して、ステッピングモータ５０が、マイクロステップ駆動されるときの動作を説明する。簡単のため、磁極６０はＳ極とし、各コイルＡ〜Ｄは励磁電圧が印加されるとＮ極になるものとする。

図４の状態（１）及び図５の状態（１）において、コイルＤにのみ最大の励磁電圧が印加されることにより、コイルＤはＮ極となり、Ｓ極である磁極６０はコイルＤに引き寄せられて初期位置（初期位相）に停止する。次に、状態（２）において、励磁電圧は、コイルＡに最大の３８％、コイルＤに最大の９２％印加される。このとき磁極６０は、コイルＡとコイルＤとの間で、コイルＤに近い位置に引き寄せられて停止する。状態（３）において、励磁電圧は、コイルＡに最大の５０％、コイルＤに最大の５０％印加される。このとき磁極６０は、コイルＡとコイルＤとの中間位置に引き寄せられて停止する。状態（４）において、励磁電圧は、コイルＡに最大の９２％、コイルＤに最大の３８％印加される。このとき磁極６０は、コイルＡとコイルＤとの間で、コイルＡに近い位置に引き寄せられて停止する。状態（５）において、コイルＡにのみ最大の励磁電圧が印加されると、磁極６０はコイルＡに引き寄せられて停止する。このように、磁極６０の位置は、コイルＡとコイルＤに印加される励磁電圧の比率に関係する。磁極６０は、状態（１）〜（５）の段階を経て初期位置から９０度回転する。

図６は、磁極６０の位相と消費電力の関係を表したグラフである。横軸は、磁極６０の位相、縦軸は、ステッピングモータ５０の消費電力、を表している。図６における状態（１）、（５）、（１０）、（１３）は、図４及び図５の同符号と同じ状態を指す。

すなわち、図６の状態（１）ではコイルＤにのみ励磁電圧が印加され磁極６０は初期位置に停止される（図４参照）。状態（５）ではコイルＡのみに励磁電圧が印加されて磁極６０は初期位置から９０度回転した位置に停止される。状態（１０）ではコイルＢのみに励磁電圧が印加されて磁極６０は初期位置から１８０度回転した位置に停止される。状態（１３）ではコイルＣのみに励磁電圧が印加されて磁極６０は初期位置から２７０度回転した位置に停止される。状態（１）、（５）、（１０）、（１３）では、４つのコイルのうち１つのコイルにのみ励磁電圧が印加される。ここでは、これらの状態を１相駆動状態と呼ぶ。１相駆動状態では、他の状態と比較して消費電力が最少となる。また、この１相駆動状態となるときの、磁極６０の位置、及び、焦点調節レンズの光軸方向に沿った離散的なレンズ位置を１相位置ということにする。

図７は、通常モードから消費電力が少ないエコモードへの移行処理を表す。一定時間、例えば１０秒程度、カメラボディ１０（図１参照）及びレンズ鏡筒１５が操作されないとき、エコモードへの移行が開始される。エコモードとは、カメラボディ１０及びレンズ鏡筒１５における消費電力が低い状態を指す。ステップＳ０１、Ｓ０９はカメラボディ側でのエコモードへの移行処理であり、ステップＳ０２〜Ｓ０８は、レンズ鏡筒１５でのエコモードへの移行処理である。

ステップＳ０１において、カメラ側の消費電力を下げるために、カメラプロセッサ２０の演算速度が落とされ、フレームレート及びモニタの輝度が落とされる。次に、ステップＳ０２において、レンズ鏡筒１５側では、“磁極６０が、現在の停止位置に最も近くかつ１相位置へ移動されたとき、焦点深度内に収まるか否か”が判断される。この判断は、焦点深度とレンズの位置との関係が記録されたテーブル（不図示）を参照することによって行われる。焦点深度は許容錯乱円とＦ値とに依存する。また、焦点深度は、Ｆ値に応じて変化するため、これらの関係は予めテーブルとして、たとえば、レンズＣＰＵ３０内のＥＥＰＲＯＭ３１に保持されている。このテーブルを参照することで、ＡＦレンズ３４の現在のレンズ位置に対する焦点深度内で移動可能なレンズ駆動量、すなわち、磁極６０の回転角度を把握できる。つまり、ステップＳ０２においては、焦点深度内での最大レンズ駆動量によるレンズ位置が、最近の１相位置よりも遠い位置になるか否かを判断して、ＡＦレンズ３４を１相位置へ移動可能か否かを判断する。

図８は、ステップＳ０２においてＹＥＳと判断される状態を、具体的に表している。図８の横軸は、磁極６０の位相、縦軸はＡＦモータ３６の消費電力を表す。また、横軸に重なる矢印は、ＡＦレンズ３４の焦点位置が焦点深度内となる範囲を磁極６０の回転角度に換算した、許容回転角度Ｚとして図示されたものである。ステップＳ０２における判断時に、磁極６０が初期位置から５０度回転した位置Ｘにあり、合焦状態であると仮定する。また、このとき、許容回転角度Ｚは、１相位置である０度及び９０度を含む。したがって、１相位置へ磁極６０が移動されたとき、すなわち、ＡＦレンズ３４は焦点深度内で１相位置に移動可能であると判断される。つまり、仮に磁極６０が１相位置Ｙ及び１相位置Ｙ´へ移動されたとしても、像のぼけは認識出来ない程度に小さいことがわかる。

図７のステップＳ０２においてＹＥＳと判断されたとき、ステップＳ０３へ進み、現在の停止位置Ｘから最も近い１相位置は位置Ｙであることが判断される。次のステップＳ０５において、磁極６０は位置Ｙへ移動される。この状態は消費電力が最少となる状態であり、ＡＦモータ３６が、焦点深度内に収まる位置にＡＦレンズ３４を停止させ、かつ、１相駆動する状態である。このように、ステップＳ０２、Ｓ０３、Ｓ０５では、ＡＦモータ３６を制御することによって最少消費電力状態でレンズを停止させることが出来る（レンズ位置制御手段）。このとき、モニタには像のぼけが認識できない程度にピントのずれた画像が映し出されつつ、消費電力が最小限に抑えられる。

このときの磁極６０の位置すなわちＡＦレンズ３４の位置は、レンズ位置センサ４０によって検知されてレンズＣＰＵ３０へ伝達される（図３参照）。レンズＣＰＵ３０において、最少消費電力状態にあることが認識されると、ステップＳ０６において、励磁電圧が下げられる。励磁電圧は、レンズＣＰＵ３０からモータドライバ３８へ電圧制御信号が伝達されると、モータドライバ３８によって下げられる（励磁制御手段）。これにより、磁極６０は最低限の静止トルクを維持しつつ低消費電力の状態で停止される。

その後、ステップＳ０７において、レンズＣＰＵ３０の演算速度が下げられる。レンズＣＰＵ３０の演算速度を落とすことによってレンズＣＰＵ３０の消費電力を下げることが可能となる（ＣＰＵ電力制御手段）。そして、ステップＳ０８において、エコモードへの移行が完了する。

レンズ鏡筒１５においてエコモードへの移行が完了した後の一定時間、カメラボディ１０及びレンズ鏡筒１５が操作されないとき、ステップＳ０９において、モニタの電源が落とされる。モニタの電源が落とされることによって、さらに消費電力が削減される。

一方、図９は、ステップＳ０２においてＮＯと判断される状態を具体的に表す。ステップＳ０２の判断時に、磁極６０は、上述と同様に位置Ｘにあり、合焦状態であると仮定する。この例において、許容回転角度Ｚは、１相位置である０度及び９０度を含まない。したがって、ステップＳ０２では、１相位置へ磁極６０が移動されたとき、すなわち、ＡＦレンズ３４が現在の停止位置から最も近い１相位置に移動されたとき、ＡＦレンズ３４の焦点位置は焦点深度から外れることが判断される。つまり、磁極６０が１相位置である０度及び９０度へ移動されると、像のぼけは認識出来る程度に大きくなる。

ステップＳ０２においてＮＯと判断されたとき、ステップＳ０４に進み、許容回転角度Ｚ内で最も電力の消費が少ない位置は７０度の位置Ｙであると判断される。この判断は、先に述べたように、予め用意されたテーブルを参照することによって行われる。すなわち、テーブルを参照することにより、ＡＦレンズ３４の現在の停止位置に対して、焦点深度内でかつ１相位置に最も近い位置が設定される。換言すれば、現在の停止位置から最も近い１相位置に向かう方向における、ＡＦレンズ３４の最大駆動量が設定される（駆動量設定手段）。そして、ステップＳ０５において、設定された駆動量に基づいて、磁極６０は位置Ｙへ移動される（レンズ位置制御手段）。このような、電力が相対的に少なくかつレンズが焦点深度内である状態は、ＡＦモータ３６が、ＡＦレンズ３４を焦点深度内に収まる位置に停止させ、かつ、１相駆動状態に最も近い消費電力で駆動する状態である。このように、ステップＳ０２、Ｓ０４、Ｓ０５では、ＡＦモータ３６を駆動制御することによって、焦点深度内で、かつ、電力が最少となる位置に最も近い位置にレンズを停止させることが可能である。なお、ステップＳ０５の動作が完了されると、前述のステップＳ０６〜Ｓ０９の処理が実施される。

以上のように、ステップＳ０１〜Ｓ０９の処理により、レンズの収差が許容範囲内であり、かつ、電力の消費が少ない位置にレンズを停止させることが可能となる。

図１０において、エコモードが解除される処理を表す。ステップＳ２０において、カメラボディ１０（図１参照）又はレンズ鏡筒１５が操作されると、エコモードの解除動作が開始される。カメラプロセッサ２０の演算速度が元に戻され、フレームレート及びモニタの輝度が元に戻される。ステップＳ２１において、レンズＣＰＵ３０は通常状態の演算速度に戻されるとともに、ＡＦモータ３６への励磁電圧は通常状態に戻され、ステップＳ２３において通常モードに復帰する。

このように、エコモードが解除されるとき、ステップＳ２１において、先に励磁電圧及びレンズＣＰＵ３０の演算速度を上げることによって、即座に通常モードに復帰できる。

なお、ステッピングモータは、ハーフステップ及びマイクロステップ駆動等が行えて、コイルを備えるモータであれば、種類は問わない。本実施形態のステッピングモータでは、１６ステップで３６０度回転するが、ステップ数は任意である。さらに、図７のステップＳ０６において、モータドライバ３８に電圧を制御する機能が備えられていない場合は、レンズＣＰＵ３０からＡＦモータ３６への供給電圧を下げることにより励磁電圧が下げられる。

なお、ステップＳ０２において、説明の簡単化のため、レンズ鏡筒１５のＦ値は固定とするが、装着されるレンズ鏡筒１５がズームレンズ等でＦ値が変化するような場合は、Ｆ値を検出する手段を設けるとともにＦ値ごとにテーブルを用意して適宜選択使用する構成としても良い。また、本実施形態においては、処理高速化のために予め用意されたテーブルが参照される形態であるが、テーブルは予め用意されないで、Ｆ値情報と最小錯乱円情報とから焦点深度を演算してレンズ駆動による焦点移動が焦点深度内に収まるか否かを判別する構成としても良い。

また、通常モードへ復帰するとき、レンズの位置は、エコモード移行前の位置に戻されても良い。エコモード移行前のレンズの位置、又は、エコモード移行に伴う移動量が、レンズ鏡筒１５に備えられたメモリ（不図示）へ記録されることにより、レンズの位置はエコモード移行前の位置へ戻される。

上記実施形態においては、本発明をデジタルカメラに適用した例を説明したが、これに限らず、オートフォーカス機能付望遠鏡や双眼鏡などの焦点調整レンズを具備する光学機器にも適用できる。

１０カメラボディ
１５レンズ鏡筒
３０レンズＣＰＵ
３２レンズ側レンズ電源
３４ＡＦレンズ
３６ＡＦモータ（レンズ駆動手段）
３８モータドライバ
４０レンズ位置センサ
５０ステッピングモータ
Ｓ０２〜Ｓ０５レンズ位置制御装置（レンズ位置制御手段）
Ｙ位置
Ｚ許容回転角度

Claims

電力を供給されて焦点調節レンズを駆動するレンズ駆動手段と、
前記焦点調節レンズの焦点深度内で、かつ、電力が最少となるレンズ位置に最も近い位置までの駆動量を設定する駆動量設定手段と、
前記駆動量設定手段が設定する駆動量に基づいて前記レンズ駆動手段を制御して前記焦点調節レンズを駆動制御するレンズ位置制御手段とを備えることを特徴とする光学機器。
前記レンズ駆動手段はハーフステップ及びマイクロステップ駆動が可能なステッピングモータを有し、前記焦点調節レンズが、前記焦点深度内で前記消費電力が最少となる１相位置に移動可能である場合は、前記焦点調節レンズを前記１相位置に停止させるとともに前記ステッピングモータを１相駆動することを特徴とする請求項１に記載の光学機器。
前記レンズ駆動手段と前記レンズ駆動手段とを制御するＣＰＵとを備え、
前記ＣＰＵの演算速度を落とすことによって前記ＣＰＵの消費電力を下げるＣＰＵ電力制御手段と、
前記レンズ駆動手段への励磁電圧を下げることによって前記レンズ駆動手段の消費電力を下げる励磁制御手段と
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の光学機器。
カメラボディと、
前記カメラボディに装着されるレンズ鏡筒と、
前記レンズ鏡筒に設けられ、前記カメラボディから電力を供給されて焦点調節レンズを駆動するレンズ駆動手段と、
前記焦点調節レンズの焦点深度内で、かつ、電力が最少となるレンズ位置に最も近い位置までの駆動量を設定する駆動量設定手段と、
前記駆動量設定手段が設定する駆動量に基づいて前記レンズ駆動手段を制御して前記焦点調節レンズを駆動制御するレンズ位置制御手段とを備えることを特徴とするカメラ。