JP2014016514A - カメラシステム - Google Patents

Abstract

【課題】リードスクリューとラックによって駆動されるフォーカスレンズ群において、衝撃を受けた時の歯飛びや位置ずれが生じたときに、静止画の撮影準備状態にあるユーザーの違和感や、動画撮影中のリセット動作の記録が発生する頻度を抑えつつ、移動環のメカ的な衝突を防ぐ手段を提供する。
【解決手段】静止画の構図決定中（ＳＷ１オン時）や、動画撮影中には、リセット動作が起こり難くするように、フォーカスレンズ群位置異常検出手段と、ピント位置検出手段、ズーム位置検出手段からの情報により、フォーカスレンズの駆動方向がメカ端に対して余裕があるときは、一連の撮影シーケンス中に移動範囲を一時的に延長し、撮影シーケンス終了後、リセット動作を行う。
【選択図】図５

Description

本発明は、レンズ交換式カメラ（カメラ）に着脱可能な交換式カメラレンズ（レンズ）における、フォーカスレンズ群を保持し、リードスクリューとラックによって駆動される、移動環の駆動範囲に関する。特に、衝撃を受けた際に、リードスクリューに噛み合いするラックの歯がリードスクリューの一歯以上ずれたとき（歯飛び）や、リードスクリューが衝撃によって自転してしまうとき（位置ずれ）の、ラックに連結している移動環の駆動制御の内容に関するものである。

従来、ステッピングモータ(ＳＴＭ)のような駆動装置によって回転されるリードスクリューと、リードスクリューに噛み合うラックの組み合わせによって、ズーム（変倍）レンズ群やフォーカス（合焦）レンズ群を保持する移動環を光軸方向に駆動するカメラシステムが知られている。

これらのカメラシステムでは、リードスクリューに対して、ラックを弾性部材で付勢して使用しているが、衝撃が加わった際に、異常が生じる場合がある。

異常とは、ステッピングモータのディテントトルクよりも、衝撃の影響が強く、リードスクリューが正規の位置から回転してしまう位置ずれ、ラックがリードスクリューの本来使用している噛み合い位置からねじピッチの整数倍ずれる歯飛びといった現象を示す。

上記の問題を防止するために、噛み合っている歯のリードスクリューの対向する側に、衝撃が加わった際の受け部材となる抜け止め用の壁や歯（対向歯）を設けることが多い。

対向歯や、抜け止め用の壁を設けると、軽い衝撃が加わった際の歯飛びを防止することができる。但し、強い衝撃を受けた際に通常使用している歯（以降、本歯と称する）と対向歯との間にリードスクリューが挟まり、ＳＴＭのトルクでは復帰不可能となる喰い付きの発生や、本歯が衝撃による欠けを生ずる可能性がある。

そこで、抜け止め用の壁と本歯との距離をリードスクリューの直径以上に持たせれば、上記喰い付きが発生しないようにすることが可能である。但し、上記構成では、喰い付きは発生しないが、弾性部材による付勢力以上の衝撃が加わった際には、ラックの歯飛びが発生する懸念があり、全ての要求を満たす形状は困難である。

また、位置ずれに関しては、ステッピングモータのディテントトルクを上げることや、移動環重量の低減、ネジピッチを小さくするといった案が考えられるが、行うことによるデメリットもあり、それぞれのバランスを考えた上で設定を行っているのが現状である。

例えば、特許文献１では、フォトインタラプタによる基準位置検出手段と磁気センサ（MRセンサ）による現在位置検出手段をもち、駆動制御している。また、特許文献２ではリードスクリュー先端にロータリーエンコーダを別途備え付けて、移動環の位置情報を検出、制御に用いる方法が開示されている。

また、特許文献３では、位置ずれ時に発生するステッピングモータ励磁コイルの逆起電力によって位置ずれを検知する方法が開示されている。

特開平１１−１１００４５号公報 特許０３２４３０１９号明細書 特開２００７−０４７４４９号公報

しかしながら、上述の特許文献１、２に開示された技術では、移動環の現在位置が判別可能であるため、衝撃が加わった際の歯飛びや位置ずれが補正可能であるが、部品数増加による装置全体の大型化、コストアップに繋がる。

また、上述の特許文献３に開示された技術では、部品数増加や装置全体の大型化せずに、位置ずれを検知可能であるが、位置ずれを検知した際に初期位置検出動作（リセット動作）を行う必要がある。リセット動作を行うと、特に、静止画の撮影準備状態（レリーズスイッチボタン半押し状態）にあるユーザはファインダを覗いているため違和感を持ち、また、動画撮影時には、リセット動作が画像として記録されることとなる。

上記問題を避けるためにリセット動作を行わないと、ステッピングモータのパルスカウントによりオープン制御しているものにおいては、本来設定している電気的移動範囲を超え、移動環がメカ的にぶつかることで、衝撃音や喰い付きが発生する可能性がある。

そこで、本発明の目的は、部品数の増加を行わずとも、歯飛びや位置ずれが生じたときに、静止画の撮影準備状態にあるユーザの違和感や、動画撮影中のリセット動作の記録が発生する頻度を抑えつつ、移動環のメカ的な衝突を防ぐ手段を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明は、リードスクリューとラックによって、フォーカスレンズ群を保持する移動環を光軸方向に駆動するズームレンズ、もしくは単焦点レンズを備えるカメラシステムにおいて、前記移動環の原点位置検出手段、前記移動環の相対位置検出手段、被写体までの距離、方向の、少なくとも一方の情報を取得するピント位置検出手段、 また、ズームレンズならばズーム位置検出手段、フォーカスレンズ群の移動範囲を記憶するフォーカスレンズ群移動範囲記憶手段、移動環が制御位置からずれた際の、方向とズレ量の少なくとも一方を検出するフォーカスレンズ群位置異常検出手段、を具備し、前記フォーカスレンズ群位置異常検出手段と、ピント位置検出手段、ズーム位置検出手段からの情報により、
フォーカスレンズ群の移動範囲に補正を加えるフォーカスレンズ群移動範囲補正手段を有することを特徴とする。

本発明によれば、ラックの歯飛びや位置ずれが発生している状態であっても、撮影準備状態や動画撮影中のリセット動作を行う頻度を下げることができる。これによって、部品数の増加を行わずとも歯飛びや位置ずれが生じたときに、静止画の撮影準備状態にあるユーザの違和感や、動画撮影中のリセット動作の記録が発生する頻度を抑えつつ、移動環のメカ的な衝突を防ぐ手段を提供することが可能である。

本発明にかかわるレンズ交換式カメラに交換式カメラレンズを取り付けたときの要部ブロック図である。 本発明にかかわる交換式カメラレンズの要部断面図である。 本発明にかかわる交換式カメラレンズの３群レンズ群の分解斜視図である。 フォーカスレンズ群の移動範囲を示した模式図である。 フォーカス制御範囲に補正量を加えるときの主要動作を示すフローチャートである。

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。

図１は、本発明の実施例にかかわるレンズ鏡筒（交換式カメラレンズ）をレンズ交換式デジタル一眼レフカメラ（カメラ、撮像装置）に適用したときの要部ブロック図である。本発明に直接関係しない箇所については、省略するものとする。

図２は、レンズ光軸O（撮影光軸、以下光軸という）方向をＺ方向とし、レンズ光軸に対して直交する方向であって、撮像面６に平行な２方向のうち横方向をＸ方向、縦方向をＹ方向としている。

１はカメラボディ（以下、単にカメラという）である。２はカメラ１に着脱可能に装着された交換式カメラレンズである。まず、カメラ１の構造について説明する。図２で示した状態において、メインミラー１０１は交換レンズ２からの光束の光路上に配置され、その光束の一部を反射してファインダ光学系（１０８、１１４）に導き、かつ残りの光束を透過させる。

メインミラー１０１の背後（像側）には不図示のサブミラーが配置されており、メインミラー１０１を透過した光束を反射して第一の焦点検出手段である測距手段１０５に導く。なお、メインミラー１０１およびサブミラーはクイックリターンミラー（ＱＲ）制御手段示１０９により上記光路から一体的に退避することが可能となっている。

測距手段１０４は、いわゆる公知の位相差検出方式での焦点検出（交換レンズ２の焦点状態の検出）を行う機能を持つ。

測距手段１０４は、入射した光束を２つの光束に分割するセパレータレンズと、分割した光束で各々被写体像を再結像させる２つのレンズを有する。更に結像した２つの被写体像をそれぞれ光電変換するＣＣＤセンサ等のラインセンサ等から構成されている。なお、ラインセンサは、被写体の縦方向（Ｙ方向）と横方向（Ｘ方向）の像位置を検出するよう十字型に配置されている。

１０２はＣＣＤセンサ又はＣＭＯＳセンサといった撮像素子により構成される撮像手段であり、この撮像手段１０２の受光面（撮像面）上には交換レンズ２からの光束による物体像（像）が結像する。撮像手段１０２は、結像した被写体像を光電変換し、撮像信号を出力する。また、不図示の電子制御式フォーカルプレーンシャッタにより撮像手段１０２の露光量を制御する。

また、撮像手段１０２は、被写体像から得られた信号のコントラスト値を使用することで、第二のピント位置検出手段として、いわゆる公知のコントラスト焦点検出（コントラストAF）を行っている。

ファインダ光学系は、像反転手段としてのペンタプリズム１０８と、接眼レンズ１１４とを有している。１１２はディスプレイパネルといった表示手段であり、撮像手段１０２の信号を入力とした信号処理部であるカメラＣＰＵ１１１から出力される画像や、その他設定手段１０７での設定時や、記録装置１０５に記録された様々な撮影情報を表示する機能を持つ。

１１３はレリーズスイッチ手段であり、２段階のスイッチからなり、１段階目で（ＳＷ１オン）でいわゆる半押し状態となり、測距や防振といった動作が開始され、２段階目（ＳＷ２オン）で静止画が撮影される。レリーズスイッチ手段１１３は、本実施例では、動画撮影モード時には、動画撮影開始ボタンとしての役割も果たしている。

１０３はカメラ通信手段であり、後述するレンズ通信手段２１４と電気的に接続することで、さまざまな情報のやり取りを行う。

本実施例の交換レンズ２はズーム機能を有するズームレンズであるが、単一焦点距離の撮影レンズであっても良い。

次に、要部断面図である図２を用いて交換レンズ２（レンズ鏡筒）の構造を説明する。
２１はマウントであり、固定筒２２に固定され、レンズ通信手段２３を保持し、メカ的、電気的にカメラ１との間を接続する接続部材の役割を果たす。

２２は固定筒であり、マウント２１、案内筒２４とそれぞれ締結等の方法で固定される。

２５はズーム位置操作手段であるズーム操作環であり、ユーザが回転させることによりメカ的に連動して、後述するレンズ群の相対位置を変化させ、レンズ２の焦点距離を変化させる。

レンズのズーム位置は、ズーム位置検出手段である不図示の抵抗式リニアセンサによって検出される。

２６はフォーカス操作環であり、フォーカス操作環回転時には、フォーカス操作環内径に全周に設けられた複数の突起により、不図示の２個のフォトインタラプタが、透光・遮光により、HI-LOWの出力を繰り返し発生させる。

レンズ制御部である電気回路基板２７は前記出力によって、フォーカス操作環回転量として、フォーカスを制御する。

２４、２９はそれぞれ、案内筒、カム環であり、案内筒２４は、固定筒２２に締結等の方法で固定され、カム環２９は案内筒に対して相対回転可能に保持され、後述する１〜４群までのレンズ群をズーム操作環の回転時に連結駆動する。

３０、３１、３２、３３はそれぞれ１群レンズ群、２群レンズ群、３群レンズ群、４群レンズ群であり、案内筒２４、カム環２９にカムフォロアを用いて保持されており、前述のようにズーム操作環２５の回転に伴って光軸方向に進退し、焦点距離を変化させる。

３群レンズ群３２には、フォーカスレンズ群３４、絞りユニット３５、NDユニット３６、防振レンズユニット３７が含まれ、ズーム操作で一体に動くように保持されている。

防振レンズユニット３７は、防振駆動部（不図示）からの駆動力を受けて、光軸に対して垂直な平面内で駆動する。

絞りユニット３５、及びNDユニット３６は、レンズ制御部である電気基板２７からの命令により、絞り値、及び光量調整のために、不図示の各駆動装置によって駆動制御される。

電気回路基板２７は、レンズ制御部として、レンズ内において種々の駆動のための演算およびカメラとの情報伝達の処理を行う。

次に、交換レンズ２（レンズ鏡筒）のフォーカスレンズ群３４、及びその周辺構造である３群レンズ群３２について分解斜視図である図３を用いて説明する。

フォーカスレンズ３０１は移動環３０２に保持されており、移動環３０２はラック３０３の移動に伴って駆動される。ラック３０３は、フォーカス駆動部３０４であるステッピングモータにより回転するリードスクリューと移動環３０２を連結し、移動環３０２を光軸上に駆動させることで焦点調節を行う。

不図示の弾性部材はラック３０３をリードスクリューに付勢しており、反転時や姿勢差による移動環のガタつき、衝撃時の歯飛びの発生を抑制している。

移動環３０２は、メインガイドバー３０５、サブガイドバー３０６によって、光軸方向に平行にガイドさされつつ駆動される。

移動環３０２の位置検出は、原点位置検出手段であるリセット用フォトインタラプタの出力が、移動環３０２に設けられた遮光部により変化することによって原点位置を検出し、ＳＴＭの駆動パルス数のパルスカウントを相対位置検出手段として用いている。

レンズ制御部である電気基板２７は、各ズーム状態でのフォーカスレンズ群の移動範囲を記憶するフォーカスレンズ群移動範囲記憶手段としての役割も持っている。

また、フォーカスレンズ群３４は前記コントラストAFのために、光軸方向に微小量駆動することで、公知のウォブリング駆動を行うことが可能である。

次に、フォーカスレンズ群の移動範囲と、衝撃が加わった際等の異常発生時の制御について、模式図４を用いて説明する。

図４内のグラフが、ズーム位置が望遠端、及び広角端におけるフォーカスレンズ群の駆動範囲、もしくは制御範囲を模式的に示しており、図の右側が無限側、左側が至近側の被写体に焦点を合わせたときのフォーカスレンズ群の位置を示す。

フォーカス群の駆動制御は、基準位置であるリセット位置からのSTMのパルス数で制御しており、通常時は、駆動制御命令通りの位置に実際のフォーカスレンズ群３１が位置し、制御されている。

ＳＷ１押下状態や動画撮影状態のときに、歯飛びや位置ずれといった異常事態が発生したことを、後述するフォーカス位置異常検出手段によって検出すると、フォーカスレンズ群駆動範囲の無限側、至近側にそれぞれ補正量α、βを加算する。

補正量α、βはフォーカスレンズ群の位置ずれ方向、及びその量、ズーム位置検出手段、及びピント位置検出手段による出力を基に、レンズ制御部によって決定され、負の値を取ってもよい。

また、補正量α、βは加算することによって、フォーカスレンズ群３１の実際の位置が、図３中の無限側メカ端、至近側メカ端を超えないような値が選択される。

ＳＷ１押下状態や動画撮影状態終了後、レンズ制御部はリセット動作を行う命令を出す。

前記、フォーカス位置異常検出手段は、位置ずれ時に、ステッピングモータが回転されることにより発生する逆起電力によって、位置ずれの検出を行う。

また、フォーカスレンズ群がリセット位置を、通常駆動時に通過した際の、理想的リセット位置からのズレ量から、歯飛びや位置ずれを検出している。

次に、図５のフローチャートを用いて、実際にフォーカス制御範囲に補正量を加えるときの主要動作を説明する。

最初にＳ０１にてカメラ１の電源がオンされると、レンズ２に電源供給が開始される。
このときに、それぞれ、装着されたカメラ、レンズを認識し必要な情報の取り込みを行う。

Ｓ０２では、レリーズボタンが半押し（SW1オン）されるか、もしくは動画撮影が開始されたかどうかを判別する。

Ｓ０３では、Ｓ０２にて撮影状態に入ったと判断した場合に、オートフォーカス（ＡＦ）、測光、防振、絞りユニットとＮＤユニットの制御を開始する。

Ｓ０４では、フォーカス位置異常検出手段によって、異常が検出されるかどうかを判別し、異常が発生している場合は、Ｓ０６に、異常が発生していない場合はＳ０５に進む。

Ｓ０５では、Ｓ０４にて異常が検出されないまま、静止画撮影、もしくは動画撮影が終了したかを判断し、終了した場合は正常に撮影が終了したと判断し、Ｓ０１に戻り、撮影準備状態、もしくは撮影状態が継続中と判断した場合はＳ０４に戻る。

Ｓ０６では、フォーカス位置異常検出手段によって判断された、フォーカス位置の実際の位置と、レンズ制御装置がリセット位置からのパルスカウントによって認識している制御位置とのずれが、無限側と至近側のどちら側にずれているかを判断する。

フォーカスレンズ群の実際の位置が、制御位置に対して、無限側にずれている場合はＳ０８に、至近側にずれている場合はＳ０７に進む。

ここで補足として、Ｓ０８に進む場合は、フォーカスレンズ群の実際の位置が無限側にずれているため、もともとの制御範囲の無限端まで動かすと、フォーカスレンズ群の実際の位置は無限端を大きく超えてしまい、無限側メカ端にぶつかる可能性がある。

至近側に動かす場合は、もともとの制御範囲の至近端まで動かしてもフォーカスレンズ群の実際の位置は至近端まで行き足らずとなり、近距離の被写体に対してピントが合わなくなる。Ｓ０７に進んだ場合は、上記と反対の現象が起こりうる。

Ｓ０７では、第一、もしくは第二のピント位置検出手段によってフォーカスレンズ群が次に駆動される方向が無限側の場合、制御範囲を拡大するためＳ１０に進む。フォーカスレンズ群が次に駆動される方向が至近側あり、且つＳ０９にてフォーカス群の位置ずれ量が、ある閾値Ａ以上、もしくは判別不可能であるとした場合、メカ端にぶつかる可能性があるため、リセット動作を行う。

Ｓ０８では、Ｓ０７と逆の動作を行う。

Ｓ１０では、現在のズーム位置から、制御範囲補正量α、βを決定し、制御範囲の拡大を行う。

Ｓ１１では、ズーム位置が変化したかを判断し、ズーム位置が変化した場合は、制御範囲補正量のα、βを更新するために、Ｓ１０に戻る。

Ｓ１２では、一連の撮影準備状態、もしくは動画撮影が終了したことを判断する。

Ｓ１３では、Ｓ１２にて一連の撮影準備状態、もしくは動画撮影が終了したことを判断された後、リセット動作を行い、制御範囲補正量α、βも初期値の０に戻す。

以上の動作を行うことにより、ラックの歯飛びやＳＴＭが回転してしまい、位置ずれが発生している状態であっても、撮影準備状態や動画撮影中のリセット動作を行う頻度を下げることができる。

これによって、部品数の増加を行わずとも歯飛びや位置ずれが生じたときに、静止画の撮影準備状態にあるユーザの違和感や、動画撮影中のリセット動作の記録が発生する頻度を抑えつつ、移動環のメカ的な衝突を防ぐ手段を提供することが可能である。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

例えば、本実施例では異常検出手段として、モータの逆起電力と、リセット位置の再現性の２種類から検出したが、他にも、位置ずれや歯飛び検出用のフォトインタラプタを複数設けてもよい。他にも、レンズ、もしくはカメラに加速度センサを設けて、歯飛びや位置ずれが起こる方向や量を検出してもよい。また、フォトインタラプタの出力が現在のフォーカス位置に想定される出力が出ていない場合、すなわち、HIの出力が出ているべき位置にフォーカス位置がいるはずであるのに、LOWの出力が出ている場合に異常と検出する仕組みを取ってもよい。

また、フォーカスレンズ群の相対位置検出手段として、本実施例ではステッピングモータの制御パルスのパルスカウントを用いたが、より詳細な位置を検出できるように、MRセンサ（磁気センサ）を用いてもよい。

１ カメラ
２ レンズ
２５ ズーム操作環
２６ フォーカス操作環
２７ 電気回路基板
３０ １群レンズ群
３１ ２群レンズ群
３２ ３群レンズ群
３３ ４群レンズ群
３４ フォーカスレンズ群
３５ 絞りユニット
３６ NDユニット
３７ 防振レンズユニット
３０２ 移動環
３０３ ラック
３０４ ステッピングモータ

Claims (4)

1. リードスクリューとラックによって、
   フォーカスレンズ群を保持する移動環を光軸方向に駆動するズームレンズ、
   もしくは単焦点レンズを備えるカメラシステムにおいて、
   前記移動環の原点位置検出手段、前記移動環の相対位置検出手段、
   被写体までの距離、方向の、少なくとも一方の情報を取得するピント位置検出手段、
   また、ズームレンズならばズーム位置検出手段、
   フォーカスレンズ群の移動範囲を記憶するフォーカスレンズ群移動範囲記憶手段、
   移動環が制御位置からずれた際の、方向とズレ量の少なくとも一方を検出する
   フォーカスレンズ群位置異常検出手段、を具備し、
   前記フォーカスレンズ群位置異常検出手段と、ピント位置検出手段、ズーム位置検出手段からの情報により、
   フォーカスレンズ群の移動範囲に補正を加えるフォーカスレンズ群移動範囲補正手段を有すること、
   を特徴とするカメラシステム。
2. 前記ピント位置検出手段とは、位相差AF検出手段、もしくはコントラストAF検出手段であることを特徴とする請求項１に記載のカメラシステム。
3. 前記フォーカスレンズ群の相対位置検出手段とは、ステッピングモータ駆動時の駆動命令パルス信号であり、前記フォーカスレンズ群位置異常検出手段とは、前記相対位置検出手段と前記原点位置検出手段の位置との比較によって判断すること、もしくは、ステッピングモータに加わる逆起電力によって判断することを特徴とする請求項1に記載のカメラシステム。
4. 前記原点位置検出手段とはフォトインタラプタと遮光部材で構成されており、前記フォーカスレンズ群位置異常検出手段は、フォトインタラプタ出力電圧のHI−LOWで検出することを特徴とする請求項1に記載のカメラシステム。