JP2013192324A - 光学機器 - Google Patents

Abstract

【課題】画像の乱れの少ない光学機器を提供する。
【解決手段】光学機器は、スイッチング動作を伴わずに入力電圧Ｖｃｃを第１の電圧Ｒｅｇｏｕｔに降下させる第１電圧降下装置２７１と、前記第１電圧降下装置２７１から出力された前記第１の電圧Ｒｅｇｏｕｔを、スイッチング動作を伴って第２の電圧ＶＭに降下させる第２電圧降下装置２７２とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、光学機器に関するものである。

従来、スイッチング電源においては、スイッチングパルスノイズが発生する。このため、カメラ一体型磁気記録再生装置の安定化電源において、スイッチングパルスノイズによる録画映像信号への妨害を防止する為、スイッチング電源のスイッチング周波数と映像信号の周波数とを同期させているものがある。この同期により、画面上では、人間の視覚上、スイッチング電源の妨害が認識できなくなる（例えば、特許文献１参照）。

特開平９−３１２８２２号公報

しかし、レンズ交換式カメラシステムは、カメラボディと交換レンズが分割されている。この構成において、スイッチング周波数と映像信号の周波数とを同期させるためには、カメラボディと交換レンズの接点に、周波数同期用の信号線を追加する必要があり、接点数の増加となる。
更に、映像信号周波数の他に、手振れ補正回路のレンズ位置信号タイミング等、複数の周波数が存在すると、スイッチング電源のスイッチング周波数を一意にする事が困難である。

本発明の課題は、画像の乱れの少ない光学機器を提供することである。

本発明は、以下のような解決装置により課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。

請求項１に記載の発明は、スイッチング動作を伴わずに入力電圧（Ｖｃｃ）を第１の電圧（Ｒｅｇｏｕｔ）に降下させる第１電圧降下装置（２７１）と、前記第１電圧降下装置（２７１）から出力された前記第１の電圧（Ｒｅｇｏｕｔ）を、スイッチング動作を伴って第２の電圧（ＶＭ）に降下させる第２電圧降下装置（２７２）と、を備えること、を特徴とする光学機器（１００，２）である。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光学機器（１００，２）であって、前記第１電圧降下装置（２７１）は、シリーズレギュレータであって、前記第２電圧降下装置（２７２）は、スイッチングレギュレータであること、を特徴とする光学機器（１００，２）である。
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の光学機器（１００，２）であって、前記第１の電圧（Ｒｅｇｏｕｔ）の値を制御する制御装置（２６）を備えること、を特徴とする光学機器（１００，２）である。
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の光学機器（２）であって、該光学機器（２）は、カメラボディ（１）に接続されたレンズ鏡筒（２）であって、前記制御装置（２６）は、前記第１の電圧（Ｒｅｇｏｕｔ）の値を、前記カメラボディ（１）内の撮像素子（６）の感度に応じて変更すること、を特徴とする光学機器（２）である。
請求項５に記載の発明は、請求項３または４に記載の光学機器（１００，２）であって、前記制御装置（２６）は、前記第１の電圧（Ｒｅｇｏｕｔ）の値を、前記第１電圧降下装置（２７１）に入力される前記入力電圧（Ｖｃｃ）によって変更すること、を特徴とする光学機器（１００，２）である。
請求項６に記載の発明は、請求項３〜５のいずれか１項に記載の光学機器（２）であって、該光学機器（２）は、撮像素子（６）を有するカメラボディ（１）に接続されたレンズ鏡筒（２）であって、前記撮像素子（６）の感度が一定の値以下の場合に、前記第１電圧降下装置（２７１）は、前記入力電圧（Ｖｃｃ）を前記第１の電圧（Ｒｅｇｏｕｔ）へ降下させる動作を無効にすること、を特徴とする光学機器（２）である。
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の光学機器（２）であって、前記撮像素子（６）の前記感度が検知できない場合、前記第１電圧降下装置（２７１）は、前記入力電圧（Ｖｃｃ）を前記第１の電圧（Ｒｅｇｏｕｔ）へ降下させる動作を無効にすること、を特徴とする光学機器（２）である。
なお、符号を付して説明した構成は、適宜改良してもよく、また、少なくとも一部を他の構成物に代替してもよい。

本発明によれば、本発明の課題は、画像の乱れの少ない光学機器を提供することができる。

実施形態のカメラボディと交換レンズにおける、電気回路の要素の概要図である。 実施形態における、安定化電源回路の詳細回路図である。 実施形態における、安定化電源動作のシーケンス図である。

図１は、本実施形態のデジタルカメラ１００の構成図を示したものである。図示するように、カメラ１００は、カメラボディ１と交換レンズ２とを有する。

カメラボディ１は、交換レンズ２を通った光が結像する撮像素子６、及びカメラボディ１の全体を制御するボディＣＰＵ５を備える。
カメラボディ１は、さらに、バッテリー３を備える。このバッテリー３は、電池の他に、ＡＣアダプター等の外部電源も接続可能となっている。

交換レンズ２は、カメラボディ１に対して着脱可能であって、マウント５０を介して接続される。交換レンズ２は、被写体側から、レンズ光学系１３、ＡＦ用レンズユニット１６、防振レンズ２０及び絞りユニット２５を有する。

ＡＦ用レンズユニット１６はＡＦエンコーダ処理回路１７に接続されている。また、防振レンズ２０は、防振レンズ位置検出回路２１に接続されて、その位置が検出される。さらに交換レンズ２は、ブレを検出するブレ補正角速度センサ２２を有する。

これらの、ＡＦエンコーダ処理回路１７、防振レンズ位置検出回路２１、ブレ補正角速度センサ２２は、交換レンズ２全体を制御するレンズＣＰＵ２６に接続されている。
レンズＣＰＵ２６には、マウント５０に設けられたロジック系電源用電気接点８（レンズ側ロジック系電源用電気接点８Ｌ及びボディ側ロジック系電源用電気接点８Ｂ）を介してボディ側より電圧が供給される。
また、レンズＣＰＵ２６には、マウント５０に設けられた、通信用電気接点９，１０，１１（レンズ側通信用電気接点９Ｌ，１０Ｌ，１１Ｌ及びボディ側通信用電気接点９Ｂ，１０Ｂ，１１Ｂ）を介してボディ側より信号が送信される。
さらに交換レンズ２のレンズＣＰＵ２６は、グランド用電気接点１２（レンズ側グランド用電気接点１２Ｌ及びボディ側グランド用電気接点１２Ｂと）を介してボディ側のグランドに接続されている。

ＡＦ用レンズユニット１６、防振レンズ２０、絞りユニット２５は、それぞれＡＦ用アクチュエータ１５、防振アクチュエータ１９、絞り用アクチュエータ２４、に接続されている。それらの各アクチュエータは、それぞれＡＦ用駆動回路１４、防振駆動回路１８、絞り駆動回路２３に接続されている。

各駆動回路には、安定化電源２７を介して、カメラボディ１より電圧が供給される。安定化電源２７とカメラボディ１とは、マウント５０に設けられたパワー系電源用電気接点７（レンズ側パワー系電源用電気接点７Ｌ及びボディ側パワー系電源用電気接点７Ｂ）を介して接続されている。

このように安定化電源２７を設けるのは以下の理由による。
ＣＰＵ等のロジック回路やセンサ用のアナログ回路と異なり、ＡＦ用アクチュエータ１５、防振アクチュエータ１９、絞り用アクチュエータ２４等のアクチュエータの駆動には大きな電力が必要となる。このため、アクチュエータ駆動系電源はボディバッテリーから直接供給を受けるのが一般的である。

アクチュエータ駆動系電源は定電圧化されておらず、ボディバッテリーの消耗や負荷変動により変動する。
このような、アクチュエータ駆動系の電源変動を避ける為、アクチュエータ駆動回路の前段に安定化電源を設ける必要があるからである。

一方、レンズＣＰＵ２６やその他ロジック及びアナログ回路の電源は、電力が小さく、カメラボディ１内のＤＣ／ＤＣコンバータ４で定電圧化された電圧がロジック系電源用電気接点８（８Ｂ、８Ｌ）を介して供給される。

また、レンズＣＰＵ２６とボディＣＰＵ５とは、通信用電気接点９，１０，１１を介して通信を行い、交換レンズ２のレンズ情報をカメラボディ１に送信したり、カメラボディ１から各レンズアクチュエータ駆動指令を交換レンズ２に送信したりする。

カメラボディ１より各レンズアクチュエータ駆動指令を受信した交換レンズ２は、パワー系電源用電気接点７より供給される電源を用い、各アクチュエータ駆動回路（ＡＦ用駆動回路１４、防振駆動回路１８、絞り駆動回路１８）によって、各レンズアクチュエータ（ＡＦ用アクチュエータ１５、防振アクチュエータ１９、絞り用アクチュエータ２４）、を駆動させる。

防振駆動回路１８においては、レンズ位置検出回路２１で検出した防振レンズ位置信号を元に、レンズＣＰＵ２６にて防振レンズレンズ駆動量を算出し、防振駆動回路１８に防振レンズ移動量を指示し、防振アクチュエータ１９にて防振レンズ２０を駆動する。

次に、安定化電源２７について説明する。図２は、安定化電源２７を示す図である。本実施形態の安定化電源２７は、降圧型の電源回路である。
デジタルカメラ等の携帯機器においては効率を重視し、安定化電源の構成をスイッチングレギュレータ（スイッチング電源）とするのが一般的である。しかし、本実施形態の安定化電源２７は、スイッチングレギュレータ部２７２に加えてシリーズレギュレータ部２７１も有する。

このように、シリーズレギュレータ部２７１と、スイッチングレギュレータ部２７２とを有するのは以下の理由による。
最近では、デジタルカメラにおける撮像素子の高感度化が進んでいる。カメラボディの撮像素子は、撮影状況に応じＩＳＯ感度を変化させるが、ＩＳＯ感度が高くなるに従い、微細なノイズの重畳であっても撮影画像に影響が生じる。

デジタルカメラシステムの撮像素子に対する、交換レンズのノイズ源の１つとして、スイッチングレギュレータが挙げられ、撮像素子の駆動周波数とスイッチング電源のスイッチング周波数がわずかに異なる事で干渉を起こし、撮影画像の縞模様となって現れる。

また、防振アクチュエータは一般的にＰＷＭ制御を行い、レンズ位置信号はレンズＣＰＵにて一定のタイミングでＡ／Ｄ変換している。
交換レンズ内手振れ補正回路のレンズ位置検出信号タイミングと、スイッチング電源のスイッチング周波数がわずかに異なる事で干渉を起こす。
このため、外部から周波数の干渉が発生すると、防振アクチュエータ１９のＰＷＭ発振に揺らぎが生じ、うなり音となって耳に聞こえる場合がある。

スイッチング電源からのノイズで最も影響が大きいのが、インダクタからの漏洩磁束によるものである。
インダクタに流れる電流が大きいほど、インダクタからの漏洩磁束が多くなる。
例えば、本実施形態では、カメラボディ１のバッテリー３は電池の他にＡＣアダプター等の外部電源も接続される。
リチウムイオン電池２セルを使用した場合、バッテリー３の定格電圧は７．４Ｖとなるが、ＡＣアダプターを接続した場合は１０Ｖとなる事もある。このように電圧が高くなると、ノイズが発生する可能性が高くなる。

そこで本実施形態では、交換レンズ２の安定化電源２７を、前段にシリーズレギュレータ部２７１、後段にスイッチングレギュレータ部２７２を配置する構成としている。

カメラボディ１の撮像素子６のＩＳＯ感度が高く、撮影データに周波数干渉の影響が出やすい場合や、カメラボディ１のバッテリー電圧が高く、交換レンズ２のスイッチングレギュレータ部２７２のインダクタのピーク電流が大きくなり、インダクタからの漏洩磁束が多い場合は、安定化電源２７のシリーズレギュレータ部２７１の降圧動作を有効にする。

具体的な構成は以下の通りである。
シリーズレギュレータ部２７１は、ツェナーダイオード３１のツェナー電圧を基準とし、シリーズレギュレータ用電圧設定抵抗３２、３３による分圧電圧を、シリーズレギュレータ用オペアンプ３０によって比較する。そしてオペアンプ３０の出力電流によりシリーズレギュレータ用パワートランジスタ２９のベース電流を制御し、パワートランジスタ２９のエミッタ電圧を安定化させる。

レンズＣＰＵ２６からのＣＴＬ信号がＨｉの場合、シリーズレギュレータ用トランジスタ３４がＯＮし、パワートランジスタ２９のエミッタ電圧が何Ｖであっても、オペアンプ３０のマイナス端子電圧が常に０Ｖとなる。
オペアンプ３０のマイナス端子電圧が常に０Ｖとなると、オペアンプ３０の出力がＨｉになるので、パワートランジスタ２９のベースが飽和し、コレクタ電圧とエミッタ電圧が同電位となる。

すなわち、安定化電源２７のシリーズレギュレータ部２７１が降圧動作を停止することになり、シリーズレギュレータ部２７１の入力電圧と出力電圧がショートされた状態と同じである。ここで、シリーズレギュレータ部２７１の出力電圧Ｒｅｇｏｕｔを仮に６Ｖとする。

安定化電源２７のスイッチングレギュレータ部２７２は、スイッチングレギュレータコントロールＩＣ３６内の基準電圧とスイッチングレギュレータ用電圧設定抵抗３９、４０をコントロールＩＣ３６内のエラーアンプによって比較し、コントロールＩＣ内で発生させた発振周波数でスイッチングレギュレータ用パワートランジスタ３５をＯＮ／ＯＦＦ制御する。

パワートランジスタ３５をＯＮした場合、パワートランジスタ３５→スイッチングレギュレータ用パワーインダクタ３８→スイッチングレギュレータ用出力電圧平滑コンデンサ４１のルートで電流が流れ、パワートランジスタ３５がＯＮしている間は、１次曲線的にパワーインダクタ３８に流れる電流が増加する。

ここで、パワーインダクタ３８に流れる電流ＩＬは、次式で示される。
△ＩＬ＝（ＶＩ−ＶＯ）／Ｌ＊Ｔｏｎ
ＶＩ：入力電圧、ＶＯ：出力電圧、Ｌ：パワーインダクタ３８のインダクタンス値、Ｔｏｎ：ＯＮ時間

上式より、入力電圧が高い程、パワーインダクタ３８に流れるピーク電流が大きくなる。ここで、スイッチングレギュレータ部２７２の出力電圧ＶＭを仮に４．５Ｖとする。

図３に本発明の動作シーケンスを示す。
カメラボディ１のバッテリー３は、電池の他に、ＡＣアダプター等の外部電源も接続される。バッテリー３に、外部ＡＣアダプターから電源を供給する場合、安定化電源２７への入力電圧Ｖｃｃは１０Ｖと高い。
そうすると、スイッチングレギュレータ用パワーインダクタ３８に流れるピーク電流も大きくなり、ボディ撮像素子６に対するノイズの重畳も大きくなる。

本実施形態で、レンズＣＰＵ２６は安定化電源２７の入力電圧を随時モニターする。
ボディＣＰＵ５は随時、撮像素子６で設定されているＩＳＯ感度を、カメラボディ１交換レンズ２間通信用電気接点９，１０，１１を用いレンズＣＰＵ２６に送信する。

撮像素子６のＩＳＯ感度を３２００まで上げた時点ｔ１で、レンズＣＰＵ２６はＣＴＬをＬｏにし、安定化電源２７のシリーズレギュレータ部２７１の出力電圧Ｒｅｇｏｕｔを６Ｖに降下させる。
そうすると、スイッチングレギュレータ用パワーインダクタ３８に流れるピーク電流が減少し、ボディ撮像素子６へのノイズ重畳も小さくなる。

撮像素子６のＩＳＯ感度を１６００まで下げた時点ｔ２でＣＴＬをＨｉにし、安定化電源２７のシリーズレギュレータ部２７１の降下動作を停止させ、効率を向上させる。
カメラボディ１からＡＣアダプターの接続を解除するｔ３と、カメラボディ１内バッテリー３が有効となり、安定化電源２７への入力電圧が７．４Ｖと降下し、スイッチングレギュレータ用パワーインダクタ３８に流れるピーク電流が比較的小さく、ボディ撮像素子６に対するノイズの重畳も減少する。
デジタルカメラ１００を動作させていくうちに、カメラボディ１内バッテリー３の電圧は降下していく。

撮像素子６のＩＳＯ感度が３２００まで上がってもｔ４、安定化電源２７への入力電圧が１０Ｖ以下なので、ＣＴＬはＨｉまま維持する。
撮像素子６のＩＳＯ感度を６４００まで上げた時ｔ５点でＣＴＬをＬｏにし、安定化電源２７のシリーズレギュレータ部２７１の出力電圧を６Ｖに降下させる。

すると、スイッチングレギュレータ用パワーインダクタ３８に流れるピーク電流が減少し、ボディ撮像素子６へのノイズ重畳も小さくなる。
撮像素子６のＩＳＯ感度を１６００まで下げた時点ｔ６でＣＴＬをＨｉにし、安定化電源２７のシリーズレギュレータ部２７１の降下動作を停止させ、効率を向上させる。

安定化電源２７への入力電圧が７Ｖ以下となった場合ｔ７、スイッチングレギュレータ用パワーインダクタ３８に流れるピーク電流が十分小さく、ボディ撮像素子６へのノイズ重畳も小さいので、撮像素子６のＩＳＯ感度に関わらずＣＴＬはＨｉを維持する。

カメラボディ１ＣＰＵ５がレンズＣＰＵ２６にデータを送信する際、撮像素子６の駆動周波数も送信し、撮像素子６の駆動周波数とスイッチングレギュレータ発振周波数が周波数干渉を起こさないと判断（例えば、撮像素子の駆動周波数が、スイッチングレギュレータのｎ次高調波＋αでない）した場合、ＣＴＬをＨｉとしてシリーズレギュレータ部の降圧動作を停止させる。

なお、撮像素子６のＩＳＯ感度が取得できない場合、フィルムカメラが接続されたと判断し、ＣＴＬをＨｉとしてシリーズレギュレータ部の降圧動作を停止させる。
撮像素子６のＩＳＯ感度や安定化電源２７への入力電圧によってＣＴＬ信号を切り替える際、撮像素子６のＩＳＯ感度や安定化電源２７の入力電圧に閾値を持たせ、必要以上にＣＴＬ信号を切り替えすぎないように考慮する。

以上、本実施形態によると、交換レンズ２の安定化電源を、前段にシリーズレギュレータ部２７１、後段にスイッチングレギュレータ部２７２を配置する構成としている。
そして、カメラボディ１撮像素子のＩＳＯ感度が高く、撮影データに周波数干渉の影響が出やすい場合や、カメラボディ１のバッテリー電圧が高く、交換レンズ２のスイッチングレギュレータ部２７２のインダクタ３８のピーク電流が大きくなり、インダクタ３８からの漏洩磁束が多い場合は、安定化電源２７のシリーズレギュレータ部２７１の降圧動作を有効にする。

シリーズレギュレータ部２７１の降圧動作を有効にする事で、後段のスイッチングレギュレータ部２７２に印加される電圧が低くなる。スイッチングレギュレータ部２７２のインダクタ２８に流れるピーク電流が小さくなる事で、インダクタ３８からの漏洩磁束が減少する。
インダクタ３８からの漏洩磁束が減少することで、安定化電源２７安から生じるノイズが小さくなり、撮像素子６や防振駆動回路１８のレンズ位置検出信号タイミングとの周波数干渉が軽減される。

カメラボディ１の撮像素子６のＩＳＯ感度が低く撮影データに周波数干渉の影響が出づらい場合や、カメラボディ１のバッテリー電圧が低く、交換レンズ２のスイッチングレギュレータ部２７２のインダクタ３８のピーク電流が小さく、インダクタ３８からの漏洩磁束が少ない場合は、安定化電源２７のシリーズレギュレータ部２７１の降圧動作を無効にする。

シリーズレギュレータ部２７１の降圧動作を無効にする事で、安定化電源２７内のシリーズレギュレータ部２７１による電力損失が無くなり、カメラボディ１のバッテリー消費電流が減少する。

また、カメラボディ１から撮像素子６の駆動周波数を通信により取得し、撮像素子６の駆動周波数とスイッチングレギュレータ部２７２の発振周波数が周波数干渉を起こさない関係となっている場合も、シリーズレギュレータ部２７１の高圧動作を無効にする。

このように、本実施形態において、安定化電源２７からのノイズそのものを減少させることで、スイッチングレギュレータ部２７２のスイッチング周波数と撮像素子６の周波数を完全に同期させることなく、周波数の干渉を回避する事が可能となる。
ボディバッテリー３電圧及び撮像素子６のＩＳＯ感度を考慮し、シリーズレギュレータ部２７１の降圧動作を無効にする事により、シリーズレギュレータ部２７１で安定化電源２７を構成する際の効率の低下が軽減可能である。

（変形形態）
以上、説明した実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明の範囲内である。また、本発明は以上説明した実施形態によって限定されることはない。

Ｒｅｇｏｕｔ：シリーズレギュレータ部出力電圧、ＶＭ：第２の電圧、Ｖｃｃ：入力電圧、１：カメラボディ、２：交換レンズ、３：バッテリー、５：ボディＣＰＵ、６：撮像素子、７：パワー系電源用電気接点、８：ロジック系電源用電気接点、２６：レンズＣＰＵ、２７：安定化電源回路、１００：カメラ、２７１：シリーズレギュレータ部、２７２：スイッチングレギュレータ部

Claims (7)

1. スイッチング動作を伴わずに入力電圧を第１の電圧に降下させる第１電圧降下装置と、
   前記第１電圧降下装置から出力された前記第１の電圧を、スイッチング動作を伴って第２の電圧に降下させる第２電圧降下装置と、
   を備えること、を特徴とする光学機器。
2. 請求項１に記載の光学機器であって、
   前記第１電圧降下装置は、シリーズレギュレータであって、前記第２電圧降下装置は、スイッチングレギュレータであること、
   を特徴とする光学機器。
3. 請求項２に記載の光学機器であって、
   前記第１の電圧の値を制御する制御装置を備えること、
   を特徴とする光学機器。
4. 請求項３に記載の光学機器であって、
   該光学機器は、カメラボディに接続されたレンズ鏡筒であって、
   前記制御装置は、前記第１の電圧の値を、前記カメラボディ内の撮像素子の感度に応じて変更すること、
   を特徴とする光学機器。
5. 請求項３または４に記載の光学機器であって、
   前記制御装置は、前記第１の電圧の値を、前記第１電圧降下装置に入力される前記入力電圧によって変更すること、
   を特徴とする光学機器。
6. 請求項３〜５のいずれか１項に記載の光学機器であって、
   該光学機器は、撮像素子を有するカメラボディに接続されたレンズ鏡筒であって、
   前記撮像素子の感度が一定の値以下の場合に、前記第１電圧降下装置は、前記入力電圧を前記第１の電圧へ降下させる動作を無効にすること、
   を特徴とする光学機器。
7. 請求項６に記載の光学機器であって、
   前記撮像素子の前記感度が検知できない場合、前記第１電圧降下装置は、前記入力電圧を前記第１の電圧へ降下させる動作を無効にすること、
   を特徴とする光学機器。

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