JP2015034893A - レンズ鏡筒および撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】撮影画像を不自然に変化させることなくフォーカス光学系の原点位置検出を行うレンズ鏡筒を提供する。
【解決手段】焦点距離に応じて変化する焦点位置を調整するフォーカス光学系ＬＦと、フォーカス光学系ＬＦを光軸方向に駆動するフォーカスアクチュエータ１０７と、フォーカス光学系ＬＦの原点位置を検出する原点位置検出手段１０８と、フォーカス光学系ＬＦの原点位置に対する相対的な位置を、上記検出された原点位置と、フォーカスアクチュエータ１０７による駆動信号とに基づいて算出するレンズ制御部１０１とを備えるレンズ鏡筒を設ける。そして、原点位置検出手段１０８は、フォーカス光学系ＬＦの駆動範囲のうち、全ての焦点距離において共通に使用する共通駆動範囲内に配置される。
【選択図】図１

Description

本発明は、レンズ鏡筒および撮像装置に関する。

焦点距離を変更するズーム光学系と、焦点位置合わせを行うフォーカス光学系とを備えるレンズ鏡筒が提案されている。特に近年、動画対応に好適なレンズ鏡筒として、焦点距離を変更した場合に焦点位置が変化するバリフォーカルタイプのレンズ鏡筒が提案されている。バリフォーカルタイプのレンズ鏡筒では、焦点距離に対応してフォーカス光学系を駆動する必要がある。したがって、このレンズ鏡筒は、フォーカス光学系をフォーカスアクチュエータで駆動し、フォーカス光学系の原点位置を検出するための原点位置検出手段を備える。

また、このレンズ鏡筒は、フォーカスアクチュエータと原点位置検出手段の情報から現在のフォーカス光学系の位置を算出するフォーカス位置算出手段を備える。レンズ鏡筒は、焦点距離が変更された場合には、レンズ鏡筒内部に格納されたフォーカス位置情報に基づきフォーカス光学系を駆動する。したがって、焦点距離が変更された場合でも、焦点位置変化のないレンズ鏡筒を実現することが可能となる。

特許文献１は、原点位置検出手段がフォーカス光学系の全ての駆動範囲の中心に配置されたレンズ鏡筒を開示している。

特開２０１０−７９２５０号公報

特許文献１が開示するレンズ鏡筒では、原点位置検出手段は、フォーカス光学系の全ての駆動範囲の中心にあるので、焦点距離によっては、最至近距離から無限遠までの被写体距離に対応したフォーカス光学系の駆動範囲の外側に原点位置検出手段が配置される。したがって、このレンズ鏡筒では、原点位置の検出時において、上記駆動範囲の外側までフォーカス光学系を駆動することとなり、光学ファインダやモニタなどで観察される画像が不自然に変化してしまう。

また、フォーカス光学系の位置精度を高めるためには、フォーカス光学系が原点位置検出手段を通過する度に原点位置情報の更新を行うことが望ましい。しかし、特許文献１が開示するレンズ鏡筒では、焦点距離によっては、原点位置出し動作を実行しない限りフォーカス光学系が原点位置検出手段を通過することがないので、フォーカス光学系の位置精度を高めることが困難である。

本発明は、撮影画像を不自然に変化させることなくフォーカス光学系の原点位置検出を可能とするレンズ鏡筒の提供を目的とする。

本発明の一実施形態のレンズ鏡筒は、焦点距離に応じて変化する焦点位置を調整するレンズと、前記レンズを光軸方向に駆動する駆動手段と、前記レンズの原点位置を検出する原点位置検出手段と、前記レンズの前記原点位置に対する相対的な位置を、前記原点位置検出手段によって検出された原点位置と、前記駆動手段による駆動信号とに基づいて算出する算出手段とを備える。前記原点位置検出手段は、前記レンズの駆動範囲のうち、全ての焦点距離において共通に使用する共通駆動範囲内に配置される。

本発明のレンズ鏡筒によれば、撮影画像を不自然に変化させることなくフォーカス光学系の原点位置検出を行うことが可能となる。したがって、高品位な原点位置出しができる。

本実施形態の撮像装置の構成例を示す図である。 レンズ鏡筒の光学系を説明する断面図の一例である。 焦点距離とフォーカス光学系ＬＦの位置の関係を示すグラフである。 フォーカス光学系ＬＦまわりのメカ構成を説明する図である。 焦点検出処理において焦点検出不能となった場合のサーチ動作の一例を説明するフローチャートである。

（実施例１）
図１は、本実施形態の撮像装置の構成例を示す図である。図１に示す撮像装置は、交換レンズ方式のカメラであって、本実施形態のレンズ鏡筒を着脱可能に構成されている。この撮像装置は、カメラ部とレンズ部とを備える。レンズ部はレンズ鏡筒に設けられる。図１の点線から右側がカメラ部、点線から左側がレンズ部である。カメラ部とレンズ部とは、不図示のマウント機構によって交換可能に連結されている。

レンズ制御部１０１は、レンズ鏡筒全体の制御を行う。レンズ入出力部１０２は、カメラ部とデータの入出力を行う。カメラ制御部１５１は、カメラ全体の制御を行う。また、カメラ入出力部１５２は、レンズ部とデータの入出力を行う。レンズ入出力部１０２とカメラ入出力部１５２とは接続されており、各種データのやり取りが可能である。

レンズ鏡筒の構成について説明する。ＬＺは、ズーム光学系を示す。ズーム光学系ＬＺは、ズーム操作で移動する複数のレンズを有する。ＬＦは、フォーカス光学系を示す。フォーカス光学系ＬＦは、焦点位置を調節する複数のレンズを有する。焦点位置は、ズーム操作によって変化し、フォーカス光学系ＬＦが有するレンズは、当該変化する焦点位置を調節する。フォーカス光学系ＬＦは、焦点合わせのために、光軸方向に移動可能に保持される。

ズーム操作部材１０３は、撮影者がズーム操作するために用いる部材である。ズーム操作部材１０３は、メカ機構によりズーム光学系ＬＺに連結されている。したがって、撮影者が操作した量と時間でダイレクトにズーム光学系ＬＺが移動し、焦点距離を変更することができる。

ズーム位置検知部１０４は、メカ機構によりズーム操作部材１０３に連結されており、現在の焦点距離（ズーム位置）とズーム操作部材１０３を操作した量や方向、速度を検知することができる。ズーム位置検知部１０４は、検知した情報をレンズ制御部１０１に出力する。

フォーカス操作部材１０５は、撮影者がフォーカス操作するために用いる部材である。フォーカス操作部材１０５は、メカ機構等により直接フォーカス光学系ＬＦには連結されておらず、後述するフォーカス操作量検知部１０６とフォーカスアクチュエータ１０７を介してフォーカス光学系ＬＦを駆動する。

フォーカス操作量検知部１０６は、撮影者によるフォーカス操作部材１０５を用いたフォーカス操作の量と方向、速度などを検知する。フォーカス操作量検知部１０６は、検知した情報をレンズ制御部１０１に出力する。

フォーカスアクチュエータ１０７は、フォーカス光学系ＬＦを駆動するアクチュエータである。フォーカスアクチュエータ１０７とフォーカス光学系ＬＦとは、メカ機構により連結されている。本実施例では、フォーカスアクチュエータ１０７は、微細なステップ単位での駆動が可能なステッピングモータである。モータの回転軸に一体的に設けたスクリューネジにフォーカス光学系ＬＦを保持する鏡筒をラックを用いて係合させ、ネジ送りによりフォーカス光学系ＬＦを駆動する。

原点位置検出手段１０８は、フォーカス光学系ＬＦの原点位置を検出する。この例では、原点位置検出手段１０８は、レンズ鏡筒内の固定部に配置されたフォトインタラプタを有する。フォーカス光学系ＬＦの移動に伴って、フォトインタラプタからの光が移動部（フォーカス光学系ＬＦ）に配置された遮光板によって遮られることによって、原点位置検出手段１０８が原点位置を検出する。後述する原点位置検出手段１０８の配置位置とは、フォトインタラプタの配置位置を意味する。なお、フォーカスアクチュエータ１０７としてはステッピングモータを採用している。

レンズ制御部１０１は、フォーカス光学系ＬＦの位置検出を以下のようにして実行する。レンズ制御部１０１は、電源投入時やリセット時に原点位置検出手段１０８により原点位置情報を得て、その後ステッピングモータの駆動パルスをインクリメント方式でカウントすることにより位置検出を行う。このように、フォーカスアクチュエータ１０７と原点位置検出手段１０８の情報からフォーカス光学系ＬＦの位置を算出するプログラムがレンズ制御部１０１に格納されている。すなわち、レンズ制御部１０１は、フォーカス光学系ＬＦ（レンズ）の原点位置に対する相対的な位置を、原点位置検出手段１０８によって検出された原点位置と、ステッピングモータによる駆動信号とに基づいて算出する。

次に、カメラ部の構成について説明する。撮像手段１５３は、レンズ部を通過した光束を受光して光電変換し、画像信号を出力する。カメラ制御部１５１は、撮像手段１５３が出力した画像信号を用いて、撮影画像を形成したり、レンズ鏡筒の焦点位置合わせをしたりする。

図２は、レンズ鏡筒の光学系を説明する断面図の一例である。図２は、レンズ鏡筒が広角端にある状態を示す。Ｌ１は正の屈折力を有する第１レンズ群である。Ｌ２は負の屈折力を有する第２レンズ群である。Ｌ３は正の屈折力を有する第３レンズ群である。Ｌ４は正の屈折力を有する第４レンズ群である。Ｌ５は負の屈折力を有する第５レンズ群である。Ｌ６は正の屈折力を有する第６レンズ群である。ＳＰは第３レンズ群近傍に設けられた絞りである。第６レンズの右側には、不図示の撮像手段１５３が配置されている。

望遠端へのズームに際しては、レンズ制御部１０１が、第１レンズ群Ｌ１、第３レンズ群Ｌ３を図中左側に移動させ、第４レンズ群Ｌ４と第５レンズ群Ｌ５と第６レンズ群Ｌ６を一体に図中左側へ移動させる。これによりズームが可能となる。すなわち、図１中のズーム光学系ＬＺが第１レンズ群Ｌ１、第３レンズ群Ｌ３、第４レンズ群Ｌ４、第５レンズ群Ｌ５、第６レンズ群Ｌ６に対応している。なお、ズームに伴い焦点位置が変化するので、この焦点位置を一定に保つように第５レンズ群Ｌ５を単独で移動させる必要がある。詳細は後述する。

無限遠物体から至近距離物体へのフォーカスに際しては、レンズ制御部１０１が、第５レンズ群Ｌ５を図中左側の像面側へ移動させる。すなわち、図１におけるフォーカス光学系ＬＦが第５レンズ群Ｌ５に対応している。なお、本実施例のレンズ鏡筒は、図２に示すようにリアフォーカス構成を用いているため、高倍ズームにしてもフォーカス光学系ＬＦ（第５レンズ群Ｌ５）を小型化することができる。また、本実施例のレンズ鏡筒は、フォーカス光学系ＬＦを小型化できるので、安価で小型のアクチュエータを用いて動画撮影用のウォブリング動作と静止画撮影用の高速駆動の両立が可能となる。

図３は、焦点距離とフォーカス光学系ＬＦの位置の関係を示すグラフである。図３において、横軸は、ズーム操作によって変更する焦点距離を示す。原点側が広角端で図中右側が望遠端となる。縦軸は、フォーカス光学系ＬＦ（第５レンズ群Ｌ５）の位置を示す。原点側が物体側を示し、図中上側が像面側に対応する。なお、縦軸は、焦点位置を合わせる被写体距離と置き換えることも可能である。

符号３０１は、無限遠物体のフォーカス光学系ＬＦの移動軌跡を示す。符号３０２は、最至近距離物体のフォーカス光学系ＬＦの移動軌跡を示す。符号３０３は、中間距離物体のフォーカス光学系ＬＦの移動軌跡を示す。

横軸上の符号３０４は焦点距離の広角端を示し、符号３０５は望遠端を示す。したがって、広角端３０４から望遠端３０５までが、本レンズ鏡筒で変更可能な焦点距離の範囲である。

縦軸上の符号３０６はフォーカス光学系ＬＦの物体側の端位置を示し、符号３０７は像面側の端位置を示す。したがって、端位置３０６から端位置３０７までが、フォーカス光学系ＬＦの駆動範囲となる。なお、端位置３０６と端位置３０７は、光学設計上から決まる端位置であり、実際の駆動限界を決めるメカ端については、各種調整や誤差による変動を考慮し、より外側に配置される。

広角端３０４から望遠端３０５への焦点距離変更に際しては、第４レンズ群Ｌ４、第５レンズ群Ｌ５、第６レンズ群Ｌ６は一体で移動する。このとき、第５レンズ群Ｌ５（フォーカス光学系ＬＦ）は、焦点距離変更による焦点位置変化に対して撮像面での焦点位置を一定に保つために、図３のグラフで示す軌跡に沿って移動する。被写体が無限遠物体の場合は、フォーカス光学系ＬＦは、軌跡３０１に沿って移動する。したがって、フォーカス光学系ＬＦは、図中縦軸上の位置３０８から端位置３０６に移動することとなり移動量は小さい。

一方、被写体が最至近距離物体の場合は、フォーカス光学系ＬＦは、軌跡３０２に沿って移動する。したがって、フォーカス光学系ＬＦは、図中縦軸上の位置３０９から端位置３０７に移動することとなり、移動量が大きい。このように、広角端３０４から望遠端３０５への焦点距離変更において、無限遠物体より至近側物体の方がフォーカス光学系ＬＦを大きく移動させる必要があることが分かる。そして、ズーム操作に伴う焦点距離変更においても、図３に示す軌跡に沿ってフォーカス光学系ＬＦの移動を行うことで、撮像面に対する焦点位置を一定に保つことが可能となる。

ここで、フォーカス光学系ＬＦの位置３０８から位置３０９の間は、広角端３０４から望遠端３０５までの全ての焦点距離範囲において共通に使用する共通駆動範囲となっている。したがって、本実施例では、位置３０８から位置３０９までの共通駆動範囲内に原点位置検出手段１０８を配置する。図３では２点鎖線で示す位置３１０に原点位置検出手段１０８を配置する。原点位置検出手段１０８を共通駆動範囲内に配置することで、原点位置検出時において、全ての焦点距離で最至近距離から無限遠までの被写体距離に対応したフォーカス光学系の駆動範囲内で駆動することとなる。したがって、光学ファインダやモニタなどで観察される画像が不自然に変化することがない。

この例では、位置３０８から位置３０９までの共通駆動範囲内の中でも、端位置３０６から端位置３０７までの駆動範囲の中心である位置３１１に近い側に原点位置検出手段１０８を配置している。これにより、全ての焦点距離および全ての被写体距離において、フォーカス光学系ＬＦが、原点位置検出手段１０８を通過する確率が高くなり、通過する度に原点位置検出を行うようにすることで、より高精度なフォーカス位置算出を行うことが可能となる。

図４は、フォーカス光学系ＬＦまわりのメカ構成を説明する図である。
符号４０１はフォーカス光学系ＬＦを示す。レンズ保持部材４０２は、フォーカス光学系ＬＦを保持する。レンズ保持部材４０２は、上側に原点位置検出を行うための遮光部材４０２ａ、下側にスクリューネジ部と係合するラック部４０２ｂを備える。また、レンズ保持部材４０２は、上下の穴部を通した２本のガイドバー４０３により保持され、図中左右方向に移動可能に保持される。

図４中のフォーカスアクチュエータ１０７は、ステッピングモータである。ステッピングモータ１０７は、回転軸に直結したスクリューネジ部４０４ａと、このスクリューネジ部４０４ａを回転可能に保持するための保持板４０４ｂを備える。

構造部材４０５は、レンズ保持部材４０２の外側に配置され、ガイドバー４０３などを保持する。構造部材４０５は、上側に原点位置検出手段１０８に対応するフォトインタラプタ４０６を備える。

図４に示す構成で、ステッピングモータ１０７が回転駆動されると同時にスクリューネジ部４０４ａも回転する。そして、スクリューネジ部４０４ａに係合したラック部４０２ｂを介してレンズ保持部材４０２がネジ送り機構により図中左右方向に移動する。このとき、フォトインタラプタ４０６の発光部と受光部の間を遮光部材４０２ａが通過し、光を遮るのを受光部で検出することにより原点位置検出が行われる。すなわち、フォトインタラプタ４０６は、レンズとともに移動する遮光部材４０２ａが当該フォトインタラプタ４０６を通過することにより、原点位置を検出する。

本実施例によれば、撮影画像が不自然に変化することなくフォーカス光学系の原点位置出しができるので、高品位な原点位置出しが可能となる。

（実施例２）
実施例２は、実施例１のレンズ鏡筒を採用した場合において、焦点検出時において焦点検出不能となった場合の動作に関する。なお、光学系やメカ構成については、実施例１と同様であるので、説明を省略する。

図５は、焦点検出処理において焦点検出不能となった場合のサーチ動作の一例を説明するフローチャートである。このサーチ動作を実現するプログラムは、レンズ制御部１０１もしくはカメラ制御部１５１に動作プログラムとして格納されており、レンズ制御部１０１もしくはカメラ制御部１５１が、この動作プログラムを実行することで、サーチ動作が行われる。

まず、カメラ制御部１５１が、撮像手段１５３が出力した画像信号を用いて焦点検出処理を実行する。カメラ制御部１５１が、公知の位相差方式の焦点検出処理を実行してもよい。焦点検出処理において、焦点検出不能となった場合、ステップＳ５０１の処理が開始される。

ステップＳ５０１において、レンズ制御部１０１が、フォーカスアクチュエータ１０７と原点位置検出手段１０８の情報に基づいて、フォーカス光学系ＬＦの位置を算出する。次に、ステップＳ５０２において、レンズ制御部１０１が、現在のフォーカス光学系ＬＦの位置に対して、原点位置検出手段１０８が無限遠側もしくは至近側のどちらに配置されているかを判断する。そして、レンズ制御部１０１が、原点位置検出手段１０８が無限遠側に配置されていると判断した場合は、処理がステップＳ５０３に進み、至近側と判断された場合にはステップＳ５０４に進む。

ステップＳ５０３では、レンズ制御部１０１が、現在のフォーカス光学系ＬＦの位置からのサーチ方向を無限遠側に設定する。一方、ステップＳ５０４では、レンズ制御部１０１が、現在のフォーカス光学系ＬＦの位置からのサーチ方向を至近側に設定する。次に、ステップＳ５０５では、レンズ制御部１０１が、ステップＳ５０３およびステップＳ５０４で設定した方向を初回のサーチ方向としてサーチ駆動を行う。

図５を参照して説明したサーチ動作を行うことで、初回のサーチ動作で、フォーカス光学系ＬＦが、必ず原点位置検出手段１０８を通過することとなる。そして、フォーカス光学系ＬＦが原点位置検出手段１０８を通過する毎に、原点位置検出手段１０８が原点位置を検出するようにすれば、フォーカス光学系ＬＦの位置精度を高めることが可能となる。特にサーチ動作は、フォーカス光学系ＬＦを広範囲に駆動させる動作であるので、原点位置検出を行うことができる可能性が高い。一方、時間短縮のために、サーチ動作中に焦点検出可能な状況となった場合には、サーチ動作を停止する必要がある。本実施例によれば、サーチ動作中に、より高い確率で原点位置検出を行うことが可能である。

（その他の実施例）
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。この場合、そのプログラム、及び該プログラムを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。

１０１ レンズ制御部
１０８ 原点位置検出手段
１５１ カメラ制御部

Claims (7)

1. 焦点距離に応じて変化する焦点位置を調整するレンズと、
   前記レンズを光軸方向に駆動する駆動手段と、
   前記レンズの原点位置を検出する原点位置検出手段と、
   前記レンズの前記原点位置に対する相対的な位置を、前記原点位置検出手段によって検出された原点位置と、前記駆動手段による駆動信号とに基づいて算出する算出手段とを備え、
   前記原点位置検出手段は、前記レンズの駆動範囲のうち、全ての焦点距離において共通に使用する共通駆動範囲内に配置されることを特徴とするレンズ鏡筒。
2. 前記原点位置検出手段は、前記共通駆動範囲のうち、前記駆動範囲の中心に近い側に配置されることを特徴とする請求項１に記載のレンズ鏡筒。
3. 前記原点位置検出手段は、前記レンズが前記原点位置検出手段を通過する度に、前記原点位置を検出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレンズ鏡筒。
4. 前記原点位置検出手段は、前記レンズ鏡筒内の固定部に配置されたフォトインタラプタを有し、
   前記フォトインタラプタは、前記レンズとともに移動する遮光部材が当該フォトインタラプタを通過することにより、前記原点位置を検出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のレンズ鏡筒。
5. 前記遮光部材は、前記レンズを保持する保持部に設けられていることを特徴とする請求項４に記載のレンズ鏡筒。
6. 焦点検出ができない場合に、前記駆動手段は、前記算出手段によって算出された前記レンズの位置から前記原点位置検出手段に向かう方向を、初回のサーチ方向に設定して前記レンズをサーチ駆動する
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のレンズ鏡筒。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載のレンズ鏡筒を備える撮像装置。

Images