JP2014006536A - レンズ装置及びその制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】動画露出制御において、判定手段は絞り駆動の発生の有無を判定する(S204,S211)。ステッピングモータの制御手段は、第1動作モードにてロータとステータの磁極が対向していない場合、対向する位置までロータを駆動し(S216)、コイルの電流を遮断する(S215)。ステッピングモータの制御手段は、第2動作モードにて絞り駆動が発生しない場合、モータのロータとステータの磁極が対向した状態で、コイルの電流を遮断する(S206)。両動作モードにてモータへの保持電流を断つことにより、省電力化を実現できる。また、撮影レンズユニットの種類に応じて、絞り駆動方法及び露出制御のプログラム線図(S203,S210)を切り替えることで、良好な動画露出制御を実現できる。
【選択図】 図8
Description
ステッピングモータを絞りのアクチュエータとして用い、絞りを停止させたままその位置に保持しておくには、その停止位置における励磁相のコイルに保持電流を流し続ける必要がある。保持電流自体は駆動時の電流に比べれば小さい値でよい。しかしこれは直流電流であり、この状態が長時間続けば、絞りを駆動していないにも関わらず、電力が消費され、発熱を伴う。このことは特に電池を電源とする場合に問題となる。
2相励磁駆動では、2つの相の中間でロータが停止するため、その停止位置を安定に保つには、停止状態においてもコイルに最低限の保持電流を流し続ける必要がある。よってその消費電力及び発熱が問題となる。
1−2相励磁駆動では、1相励磁駆動と2相励磁駆動を組み合わせることで1ステップの回転歩進角度が各駆動方式の場合の半分となり、詳細な制御が可能である。1相停止位置においては、電流を遮断してもその停止位置を保持できるが、2相停止位置では保持電流が必要となる。この保持電流については、ロータの停止位置を保持可能な限界値まで低減したとしても、電池電源による使用を考えた場合、無視できない。
上記の問題を解決するため、特許文献1に開示されたフォーカスレンズの駆動方法が知られている。この方法では、被写界深度等によって、停止位置を厳密に管理する必要がないときに、ステッピングモータが2相の停止位置でも、その深度の範囲内で1ステップ回転させて1相の位置に停止させる。被写界深度内の場合、1相励磁位相の位置へとロータが1ステップ回転してから通電が遮断され、保持電流がゼロになる。また被写界深度外の場合は電流制限が行われる。
前記制御手段は、前記レンズ部の種類に応じて前記ステッピングモータの駆動に係る動作モードを切り替え、前記複数のコイルへの電流を遮断した際にロータの位置が保持されない位相を使用する第1動作モードでは、前記露出制御手段の出力及び前記判定手段の判定結果に基づいて前記絞りの停止位置を制御し、また前記複数のコイルへの電流を遮断した際にロータの位置が保持される位相のみを使用する第2動作モードでは、前記露出制御手段の出力に基づいて絞り制御を行う。
図1は実施形態に係る撮像装置として、一眼レフタイプのデジタルカメラの構成例を示すブロック図である。カメラ本体100には、撮影レンズユニット200が不図示のマウント機構を介し着脱可能に取り付けられる。マウント部の電気的な接点群210はカメラ本体100と撮影レンズユニット200との間で制御信号、状態信号、データ信号等を送受し合う。そして接点群210は、電源電圧を含む各種電圧の供給機能と、撮影レンズユニット200からシステムコントローラ120への送信機能も備えている。これによりカメラ本体100と撮影レンズユニット200との間で通信し、撮影レンズユニット200内の撮影レンズ201(図には単レンズで示すが、複数のレンズ群を含む)、絞り202の駆動が可能となる。なお、接点群210については電気通信に限らず、光通信、音声通信等による信号を伝送可能に構成してもよい。接点群210とシステムコントローラ120によって、レンズ検出手段が構成される。
クイックリターンミラー102が上昇して撮影光軸から退避した際に、撮影レンズ201からの光束は、フォーカルプレーンシャッタ108、フィルタ109を介して、CMOS等のイメージセンサを用いた撮像素子112に到達する。
カメラ本体100は、カメラ全体の制御手段として、CPU等の演算処理装置を用いて構成されるシステムコントローラ120を備え、各部の動作を制御する。システムコントローラ120は、撮影レンズユニット200の光学系制御部207に制御指令を送信し、レンズ制御回路204を介してレンズ駆動機構203を制御し、また絞り制御回路206を介して絞り駆動機構205を制御する。光学系制御部207はCPU等を用いて構成され、絞り制御回路206とともに、絞り駆動用のステッピングモータの制御手段を構成する。
光学系制御部207は図示しないレンズ情報記憶装置を備え、これにはレンズ固有の情報、例えば焦点距離、開放絞り、レンズ個々に割り当てられたレンズID情報や、システムコントローラ120から受け取った情報が記憶されている。システムコントローラ120は、光学系制御部207を介してレンズ駆動機構203を制御し、被写体像を撮像素子112上に結像させる。また、設定された絞り値に相当するAv値に基づいて絞り駆動機構205が制御され、更に、設定されたシャッタ速度に相当するTv値に基づいて、シャッタ制御回路111への制御信号をシステムコントローラ120が出力し、露出制御を行う。
画像圧縮回路119には、記録媒体401を含む記録部が接続されている。画像圧縮回路119は、DRAM121に記憶された画像データの圧縮や変換(例えばJPEG)を行い、変換後の画像データを記録媒体401へ記録させる。記録媒体401としては、磁気式記録媒体や半導体メモリ等が使用される。
さらにシステムコントローラ120と画像データコントローラ115は焦点検出機能を有する。画像データコントローラ115は、補正した画像データに対し、所定の周波数特性を持つフィルタを通し、ガンマ処理後に得られる画像信号の所定方向のコントラストを評価する。その結果をシステムコントローラ120が受け取ると、光学系制御部207と通信を行い、コントラスト評価値が所定レベルよりも高くなるように焦点位置が調節される。
システムコントローラ120に撮影者の操作指示を与えるための操作手段は、例えば以下に示す通りである。
・撮影モード選択ボタン(130):ユーザが所望の動作をカメラに実行させるべくモードを設定するためのボタン。
・メイン電子ダイヤル(131)と決定SW(132)。
・焦点状態検出点選択ボタン(133):AFセンサユニット104が持つ複数の焦点検出位置から、使用する焦点検出位置を選択するためのボタン。
・AFモード選択ボタン(134)と測光モード選択ボタン(135)。
・レリーズSW1(136):測光や焦点検出等の撮影準備動作を開始させるためのスイッチ。
・レリーズSW2(137):撮像動作を開始させるためのスイッチ。
・ファインダモード選択SW138:接眼レンズ106を通過する光を確認可能な光学ファインダモードと、撮像素子112で受光した像を画像表示回路118によって表示部に逐次表示させるライブビュー表示モードとを切り替えるためのスイッチ。
この他、カメラ本体100には、電源制御回路及び該回路によって制御される電源部等が設けられるが、それらは既知として図示及び説明を省略する。
絞り制御回路206は絞り駆動機構205のステッピングモータの駆動制御を行う。BLK−Aはステッピングモータ1相分の駆動部であり、BLK−Bも駆動部BLK−Aと同じ回路構成の駆動部である。デコーダ216は、光学系制御部207からの制御信号に応じて駆動部BLK−A及びBLK−Bへの駆動制御信号を生成する。デコーダ216の出力信号はNOT(論理否定)回路221、NOR(否定論理和)回路223、後述のNPNトランジスタ227に送られる。NOT回路211の出力信号は、NOR回路222と、後述のNPNトランジスタ226に送られる。
コンパレータ228は、そのプラス入力端子が抵抗229の非接地側の端子に接続され、マイナス入力端子が基準電圧発生回路220に接続されている。コンパレータ228の出力信号はNOR回路222,223に入力される。基準電圧発生回路220は、デコーダ216の出力VA0〜VA3(又はVB0〜VB3)に応じて、図4に示す基準電圧を発生する。なお、図4はVA0〜VA3の論理値に応じた電圧VOUTを、所定電圧に対する百分率にて表形式で例示している。
B相ステータ253では、B相コイル254がB相ヨークに巻かれている。なお図示は省略するが、B相コイル254についても、前記の説明と同様にBLK−Bの各トランジスタのコレクタに接続されている。
ロータ250は各ステータの突部に対向して配置され、N極とS極に着磁されている(図には2極のみを示す)。
CK:ステッピングモータの駆動周波数の信号が入力されるクロック入力端子。
DIR:ステッピングモータの回転方向を指定するための入力端子。
EN:ステッピングモータの駆動及び停止を指定するための入力端子。
M0,M1:ステッピングモータの駆動モードを指定するための入力端子。
H/L:ステッピングモータの駆動電流を指定するための入力端子。
以上の各端子への入力信号は、図1の光学系制御部207より供給される。その他の記号の意味は以下の通りである。
SG:シグナルグランド端子。
VDD:制御回路用電源入力端子。
VM:モータ駆動電源入力端子。
MA,/MA:ステッピングモータのA相の接続端子。
MB,/MB:ステッピングモータのB相の接続端子。
PG:モータ系のグランド端子。
図5において、CLKは図2に示したクロック入力端子CKに入力する基準クロック信号を示す。また、ΦA及びΦBはステッピングモータのコイル252及び254にそれぞれ流れる電流波形を示し、複数の横線は図4の基準電圧発生回路220の電圧に対応した電流レベルを表す。
ステッピングモータの駆動方法について説明すると、一般的には図5の(a),(b),(c)に示すように、1相励磁、2相励磁、1−2相励磁のいずれかの駆動方式に分類される。また、図5(d)は、1−2相励磁駆動において、コイル252及び254に流れる電流を段階的に制御することによりモータの1ステップをより細かく制御するマイクロステップ駆動の電流制御を示している。
図5の波形は、コイル252及び254に流れる電流の位相関係を示している。実際には騒音や振動等を除去するため、図5の励磁波形のように単純な矩形波ではなく、立ち上がり縁及び立ち下がり縁に傾斜をつけた台形波や、正弦波状に立ち上げ、又は立ち下げる波形の場合もあるが、位相関係は基本的に変わらない。
1相励磁駆動の場合には、図6(a)に示すように、ロータの磁極がステータの磁極と必ず対向するように移動する。即ち、図6の黒点を付したロータの磁極に着目すると、図6(a)の(1)に示す状態では、A相に対して、黒点で示すロータのS極が対向している。図6(a)の(2)に示す状態になると、B相がN極となるので、黒点を付して示すロータの磁極がB相に対向する位置へ移動する。つまり、本例ではステータの1回の磁極の変化に伴い、22.5゜の回転を得ることが出来る。
1相励磁駆動では1ステップの回転歩進角度が大きいため、絞りのように高精度の位置決めを要するものには不向きである。しかし、ロータの磁極がステータの磁極と必ず対向しているため、絞り位置を保持する上で都合がよい。これは、仮にモータが停止しているときに保持電流を流さなくても、永久磁石であるロータが金属のステータとある程度引き合い、ロータが回転しないように防止できるからである。
2相励磁駆動の場合、ロータの磁極は必ずステータの隣り合った2つの磁極の中間位置に対向して停止する。停止状態でステータコイルへの電流を遮断すると、ロータが左右どちらかのステータと対向するように、1/2ステップ分の角度をもって移動してしまうことが予測される。この半ステップ分の角変位は、ステータの磁極の組み立て誤差や停止位置のわずかな偏り等に起因する。即ち2相励磁駆動の場合、停止状態であってもコイルには励磁が必要であり、ロータの停止位置を保持する磁場を確保するに足る最低限の電流を停止中も供給するために通電しなければならない。保持電流の大きさは、1コイル当たり、数十から数百mAとなり、発熱も相当なものである。
なお、以上の説明は、絞り制御回路206、絞り駆動機構205、及び、ステッピングモータの駆動に関する詳細な説明であるが、レンズ制御回路204についても同様に構成されているので、同様の制御が可能である。
図7は、動画撮影動作を説明するフローチャートである。S101でカメラの電源が投入されると、システムコントローラ120にプログラムがロードされ、カメラ動作に必要な初期化処理、及び各制御パラメータの初期化が行われる。このときカメラ本体100に撮影レンズユニット200が装着されている場合、光学系制御部207からレンズのID(識別情報)と各種レンズ情報がカメラ本体100のシステムコントローラ120に通知される。このレンズ情報には、絞り駆動がマイクロステップ駆動に対応しているか否かを判定するためのフラグ情報が含まれ、後述するように、動作モードの切替に使用される。
S103では動画記録動作が開始する。撮像素子112から連続的に取得して読み出した画像信号は、カメラの筐体背面等に設置された液晶ディスプレイ等の表示部にて逐次に表示され、記録媒体401に画像データが記録される。
ここで、動画記録時の動作に関し説明する。撮像素子112の露光動作が行われた後、撮像素子112内の各画素の蓄積電荷が画像信号として読み出される。この読み出し動作は、制御パルス垂直同期信号VD、及び水平同期信号HDに同期して行われる。VD信号は、撮像の1フレームを表す信号である。例えば1/30秒ごとにシステムコントローラ120からのコマンドを受けて、タイミングパルス発生回路114が撮像素子112へ信号を送る。また、HD信号は、撮像素子112の水平同期信号である。1フレームの期間に水平ラインのライン数に応じた数のパルスが所定間隔で送出され、水平ラインの制御が行われる。また、HD信号に同期して、設定された電荷蓄積時間となるように水平ライン毎に画素リセットが行われる。VD信号やHD信号により、蓄積読み出しが実行されると、VD信号の送出タイミングに従って、次フレームの蓄積動作が開始される。また、読み出された画像信号は、画像データコントローラ115へ転送され、欠陥画素補正等の処理が行われ、画像処理を経てカメラ背面等に設置した表示部の画像表示回路118へ送られる。また、動画記録に関しては、同様にして読み出した信号に画像処理が施された後、記録媒体401へ送られて画像データが逐次に記録される。なお、これらは公知の技術であり、よってそれ以上の詳細な説明は省略する。
先ずS201では、前記S104で求めた測光値(Bv値)に基づき、動画露出が所定の輝度レベルとなるようにカメラの制御Bv値が算出される。ここでBv値とは、下式[数1]で与えられる輝度を表す指標値であり、その指標値が表す明るさの被写体が適正な露出レベルとなるTv,Av,Svの組み合わせによって一意に決まる値である。Tvはシャッタ速度に相当し、Avは絞り値に相当し、Svは感度に相当する。また、制御Bv値については、カメラを制御するTv、Av、Svの組み合わせによって求まる設定値とする。
S205では、システムコントローラ120から光学系制御部207に対し、S203で求めた絞り値となるように絞り駆動要求が行われる。その際、ステッピングモータの駆動方式としては、上記で説明した1相励磁駆動が選択され、ステッピングモータのロータとステータの磁極は常に対向する位置で停止される。
S205、S206の後、S207に進む。ここではS203で求めた電荷蓄積時間、及びゲインが得られるように、タイミングパルス発生回路114、A/Dコンバータ113、画像データコントローラ115が設定され、動画の露出制御が行われ、上記した一連の処理が終了する。
S210では、前記第1プログラム線図に従って露出制御値が決定される。図10(b)は、マイクロステップ駆動に対応した撮影レンズユニット用のプログラム線図を例示し、これにより、カメラを制御する、電荷蓄積時間、絞り、及びゲイン値が決定される。第1プログラム線図の特徴としては、所定の輝度範囲内(図中のEv10からEv16参照)において、電荷蓄積時間、及びゲインの設定が固定されており、絞り値の変更によって露出が制御される。また、このとき絞りはマイクロステップ駆動により駆動されるため、記録される動画の露出のちらつき、急激な深度変化、記録時の絞り駆動音等が抑制される。一方、上述したようにマイクロステップ駆動では、ロータがステータの隣り合う磁極の中間位置に停止する可能性があるため、この状態でステッピングモータの通電を断つとロータが安定する位置まで回転してしまう。
S213では、撮影レンズユニット200からステータス情報を得て、ステッピングモータへの通電の如何をシステムコントローラ120が判定する。ステッピングモータの電流が遮断されている場合、S207へ進み、通電状態の場合、S214へ進む。
S216では、上記不安定位相から最もロータの回転角が少ない安定位相になるように、システムコントローラ120から光学系制御部207に対してマイクロステップ駆動が要求される。この処理により、動画の露出が安定し、絞りの駆動が発生しない場合には、ステッピングモータのロータの位置は安定位相へと誘導される。そしてS215、S207へと進む。
本実施形態では、1相励磁駆動の場合にステッピングモータの通電を断ってもロータが回転しない位相としたが、これ限らず、2相励磁駆動の際に通電を断ってもロータが回転しない位相とした構成にしてもよい。
以上に述べた通り、本実施形態では、カメラ本体に装着された撮影レンズユニットに応じて、ステッピングモータの制御方法、及び通電制御方法を切り替える。これにより、良好な動画の露出制御を実現できると共に、各動作モードに従って最適な電流制御が可能となり、撮像装置の省電力化を実現できる。
110 シャッタチャージ・ミラー駆動機構
111 シャッタ制御回路
112 撮像素子
114 タイミングパルス発生回路
120 システムコントローラ
200 撮影レンズユニット
201 撮影レンズ
202 絞り
205 絞り駆動機構
206 絞り制御回路
207 光学系制御部
210 接点群
250 ロータ
252,254 コイル
Claims (8)
- レンズ群及び絞りを有するレンズ部と、複数のコイルの励磁によって前記絞りを駆動するステッピングモータと、該ステッピングモータを制御する制御手段を備えた撮像装置であって、
絞り値、撮像素子の電荷蓄積時間又はゲインを変更することにより、動画撮影時の露出を制御する露出制御手段と、
前記複数のコイルに供給する電流を遮断した際に前記絞りの位置変化量が所定量以上であるか否かを判定する判定手段と、を備え、
前記制御手段は、前記レンズ部の種類に応じて前記ステッピングモータの駆動に係る動作モードを切り替え、前記複数のコイルへの電流を遮断した際にロータの位置が保持されない位相を使用する第1動作モードでは、前記露出制御手段の出力及び前記判定手段の判定結果に基づいて前記絞りの停止位置を制御し、また前記複数のコイルへの電流を遮断した際にロータの位置が保持される位相のみを使用する第2動作モードでは、前記露出制御手段の出力に基づいて絞り制御を行うことを特徴とする撮像装置。 - 前記露出制御手段は、前記判定手段によって前記絞りの位置変化量が所定量未満であると判定された場合、絞りの位置を変更せず、前記電荷蓄積時間又はゲインを変更して露出補正を行うことを特徴とする、請求項1に記載の撮像装置。
- 前記制御手段は、前記判定手段によって前記絞りの位置変化量が所定量以上であると判定された場合、絞りの位置を変更することを特徴とする、請求項1又は2に記載の撮像装置。
- 前記露出制御手段は、前記第1動作モードにて、電荷蓄積時間を固定して絞り値を変化させる露出制御を含む第1プログラム線図を選択し、また前記第2動作モードにて、絞り値を固定して電荷蓄積時間を変化させる露出制御を含む第2プログラム線図を選択することを特徴とする、請求項1から3のいずれか1項に記載の撮像装置。
- 前記制御手段は、前記第1動作モードにて前記ステッピングモータのマイクロステップ駆動を行い、前記第2動作モードにて前記ステッピングモータの1相励磁駆動を行うことを特徴とする、請求項4に記載の撮像装置。
- 前記露出制御手段は、前記レンズ部が前記マイクロステップ駆動に対応した絞り駆動機構を有すると判定した場合、前記第1動作モードにて前記第1プログラム線図を選択し、前記レンズ部が前記マイクロステップ駆動に対応した絞り駆動機構を有していないと判定した場合、前記第2動作モードにて前記第2プログラム線図を選択することを特徴とする、請求項5に記載の撮像装置。
- 前記制御手段は、前記第1動作モードにて、前記判定手段により前記絞りの位置変化量が所定量未満であると判定された場合、前記ステッピングモータの停止位置を制御した後、前記複数のコイルへの電流を遮断し、また前記第2動作モードにて、前記判定手段により、前記絞りの位置変化量が所定量未満であると判定された場合、前記複数のコイルへの電流を遮断することを特徴とする、請求項6に記載の撮像装置。
- レンズ群及び絞りを有するレンズ部と、複数のコイルの励磁によって前記絞りを駆動するステッピングモータと、該ステッピングモータを制御する制御手段を備えた撮像装置の制御方法であって、
絞り値、撮像素子の電荷蓄積時間又はゲインを変更することにより、動画撮影時の露出を制御する露出制御ステップと、
前記複数のコイルに供給する電流を遮断した際に前記絞りの位置変化量が所定量以上であるか否かを判定する判定ステップと、
前記レンズ部の種類に応じて前記ステッピングモータの駆動に係る動作モードを切り替え、前記複数のコイルへの電流を遮断した際にロータの位置が保持されない位相を使用する第1動作モードでは、前記露出制御ステップでの設定値及び前記判定ステップでの判定結果に基づいて前記絞りの停止位置を制御し、また前記複数のコイルへの電流を遮断した際にロータの位置が保持される位相のみを使用する第2動作モードでは、前記露出制御ステップでの設定値に基づいて絞り制御を行うステップと、を有することを特徴とする撮像装置の制御方法。
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