JP2017090651A

JP2017090651A - レンズ装置及びそれを有する撮像装置

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Publication number: JP2017090651A
Application number: JP2015220224A
Authority: JP
Inventors: 卓朗朝野; Takuro Asano
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2015-11-10
Filing date: 2015-11-10
Publication date: 2017-05-25
Anticipated expiration: 2035-11-10
Also published as: JP6581472B2

Abstract

【課題】ズーム位置に応じて絞り開口径を高い追従性で制御しつつ、消費電力を抑えることのできる光学機器を提供すること。【解決手段】レンズ装置は、可変絞り部と、前記絞り部を操作する絞り操作手段と、前記絞り部を駆動するステッピングモータと、焦点距離を変更するズーム部と、前記ズーム部の位置を検出するズーム位置検出手段と、前記ズーム部の状態と前記絞り部の状態とに基づき、前記ステッピングモータの駆動電流を導出し、前記ズーム部の位置に応じて前記絞り操作手段で設定されたＦ値となるように、前記駆動電流で前記ステッピングモータを制御し、前記絞り部を駆動する制御手段と、を有することを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、レンズ装置に関し、特にズームレンズと絞りを有するレンズ装置及びそれを有する撮像装置に関する。

近年、小型化等の理由により、絞りの開口径が同じでも、ズームレンズの位置に応じてＦナンバーが変化する光学配置を採用しているズームレンズ装置がでてきている。このようなズームレンズ装置では、ズームレンズ位置に連動して絞りの開口径を変化させる必要があるが、機構的に実現しようとすると、高価で大型化してしまうという問題があった。

特許文献１では、この問題を解決するため、ズーム位置に応じて、絞りの開口径を電動で制御する光学機器を提案している。

特開２０１５−０５２７３７号公報

ズーム位置に応じて、絞りの開口径を電動で制御する場合には、高い追従性が必要となる。高い追従性を実現しようとすると、高速度や高加速度での制御が必要となるが、絞りの駆動アクチュエータにはステッピングモータを使用されることが多く、脱調する可能性が高くなる。脱調させないためには、ステッピングモータへ流す電流を高く設定しておき、大きな力を与えておく必要があるが、消費電力が高くなってしまう。

本発明の目的は、ズーム位置に応じて絞り開口径を高い追従性で制御しつつ、消費電力を抑えることのできるレンズ装置及びそれを有する撮像装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明のレンズ装置は、可変絞り部と、前記絞り部を操作する絞り操作手段と、前記絞り部を駆動するステッピングモータと、焦点距離を変更するズーム部と、前記ズーム部の位置を検出するズーム位置検出手段と、前記ズーム部の状態と前記絞り部の状態とに基づき、前記ステッピングモータの駆動電流を導出し、前記ズーム部の位置に応じて前記絞り操作手段で設定されたＦ値となるように、前記駆動電流で前記ステッピングモータを制御し、前記絞り部を駆動する制御手段と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、ズーム位置に応じて絞り開口径を高い追従性で制御しつつ、消費電力を抑えることのできるレンズ装置及びそれを有する撮像装置を提供することができる。

レンズ装置の構成ブロック図ズーム位置と絞り位置とＦナンバーの関係を示した図ＣＰＵ３０における全体処理のフローチャート絞り原点検出処理のフローチャート駆動パターンごとのＡ相絞り駆動電流Ｉａ、Ｂ相絞り駆動電流Ｉｂを示した図ズーム駆動処理のフローチャート絞り電流振幅設定処理のフローチャートズームスピードボリューム１８の位置とズーム速度係数Ｋｚの関係を示した図ズーム位置とＦナンバーと絞り連動速度係数Ｋｉの関係を示した図絞り駆動処理のフローチャート絞りの駆動位置、速度の時間変化を示した図

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、本発明を適用できるレンズ装置の構成を示したものである。

ズームレンズ群１０（ズーム部）は光軸方向に移動することで、レンズ装置の焦点距離を変更するための光学素子である。ズームリング１１はズームレンズ群１０を位置制御操作するための回転操作部材（ズーム位置操作手段）であり、回転することで機構的にズームレンズ群１０を光軸方向に動かすことができる。

ズーム位置検出器１２は、ズームリング１１の回転位置を検出するための位置検出器である。ただし、ズームリング１１の回転位置とズームレンズ群１０の位置は１対１になるように機構的に接続されているため、ズーム位置検出器１２はズームレンズ群１０の位置も検出していることになる。検出した位置信号はズーム位置としてデジタル信号に変換され、ＣＰＵ３０（制御手段）に入力される。

ズームクラッチ１３はズームモータ１４の回転とズームリング１１の回転を連結、または、切り離しするための機構で、ズームクラッチスイッチ１５にて連結と切り離しを切り替えることが可能である。連結されている状態をサーボ状態（サーボ駆動される状態）、切り離されている状態をマニュアル状態とし、どちらの状態であるかの信号はＣＰＵ３０に入力される。

ズームモータ１４はズームリング１１を電動で駆動するためのモータであり、ズームモータ駆動回路１６を介してＣＰＵ３０から制御される。ズームモータ１４はＤＣブラシモータであり、ＣＰＵ３０から印加する電圧を指令することで、所定の速度制御（ズーム速度制御）が可能になる。ズームシーソ１７は、ズームレンズ群１０を操作するための操作部材（ズーム速度操作手段）で、操作されていない場合には、中点位置に戻る機構となっている。ズームスピードボリューム１８は、ズーム操作速度を可変させるための操作部材である。ズームクラッチ１３がサーボ状態の場合のズーム速度は、ズームシーソ１７の操作位置（以下、シーソ位置と呼ぶ）と、ズームスピードボリューム１８の位置（以下、ボリューム位置と呼ぶ）に応じて後述するＣＰＵ処理によってズームレンズ群１０の駆動速度を決定する。

絞り２０は、回転することで機構的に開口径が変化し、レンズ装置を通過する光の光束を調節することができる可変絞りである。絞りステッピングモータ２１は、絞り２０を回転駆動するためのモータであり、絞りモータ駆動回路２５を介してＣＰＵ３０から制御される。なお、本実施例では絞りステッピングモータ２１は、Ａ相とＢ相の２つの駆動信号で駆動する２相のステッピングモータであるとし、駆動モードはマイクロステップ駆動とする。絞り原点センサ２２は、絞り２０が開放近傍の所定の位置であるか否かを検出するセンサであり、開放近傍の所定の位置まで回転させるとセンサがＯＮとなる。絞り２０の回転位置（以下、絞り位置と呼ぶ）は絞り原点センサ２２がＯＮとなったことをトリガーとして後述する図４の処理フローに従って絶対位置を確定し、その後はその絶対位置からの回転駆動量（変位量に相当）から位置を決定する。絞り操作リング２３（絞り操作手段）は、絞り２０とは機構的（機械的）に接続されていない、Ｆ値をマニュアル操作するための操作リングであり、操作位置（以下、絞り操作位置と呼ぶ）は絞り操作位置検出器２４で検出し、デジタル信号に変換され、ＣＰＵ３０に入力される。

ＣＰＵ３０は、後述するソフトウェア処理によって、ズームモータ１４の制御、及び、絞りステッピングモータ２１の制御を行う。

本発明のレンズ装置に、レンズ装置からの被写体光を受光する撮像素子５１を有するカメラ装置５０が接続されて、撮像装置を構成する。

なお、本実施例のレンズ装置は、絞り位置を固定したまま、ズーム位置を変更すると、光学的特性によりレンズ装置のＦナンバーが変化してしまう光学配置を有する。Ｆナンバーを維持するためには、図２に示すように、ズーム位置に応じて絞り位置（開度）を適切な位置に制御する必要があるものとする。また、絞り操作リング２３はレンズ装置のＦナンバーを指定するための操作部材であり、後述するソフトウェア処理によって絞り操作位置に対応したＦナンバーを目標として絞り２０を回転駆動する。

次に、ＣＰＵ３０で行うソフトウェア処理について説明する。図３は実施例１におけるＣＰＵ３０で行う全体処理のフローチャートである。

全体処理は４つに分かれていて、はじめにＳ１０１で絞り原点検出を行い、Ｓ１０２ではズーム駆動処理、Ｓ１０３では絞り電流振幅設定処理、Ｓ１０４では絞り駆動処理を行い、その後Ｓ１０２に戻り、Ｓ１０２〜Ｓ１０４を繰り返す。

Ｓ１０１で行う絞り原点検出処理について説明する。図４は実施例１における絞り原点検出処理のフローチャートである。

Ｓ２０１では、絞り電流振幅Ｉ０を最大値であるＩｍａｘに設定する。絞り電流振幅Ｉ０とは、図５に示すようにマイクロステップ駆動におけるＡ相絞り駆動電流Ｉａ、Ｂ相絞り駆動電流Ｉｂの正弦波の駆動パターンの振幅を示している。絞り駆動電流Ｉａ、Ｉｂは、一般的なＰＷＭ方式で制御するものとし、正方向に電圧を印加する時間と、負方向に電圧を印加する時間の割合（デューティ比）で制御する。つまり、正方向に電圧を印加する時間と負方向に電圧を印加する時間を同じにすれば、絞り駆動電流Ｉａ、Ｉｂは０となり、正方向に電圧を印加する時間が長ければ絞り駆動電流Ｉａ、Ｉｂは正の値になる。Ｓ２０２では、図５の初期駆動パターンに示すように、Ａ相絞り駆動電流Ｉａを＋Ｉｍａｘに、Ｂ相絞り駆動電流Ｉｂを０にする。

Ｓ２０３では、絞り原点センサ２２がＯＮになっているか判断し、ＯＮになっていない場合はＳ２０４に進み、図５の初期駆動パターンから図中の左側に駆動パターンを変化させることにより、絞り２０をＯＰＥＮ方向へ回転駆動する。絞り原点センサがＯＮになるまで、ＯＰＥＮ方向に回転駆動し、単位時間当たりの駆動パターンの変化量は最大とすることで、絞り２０を最高速でＯＰＥＮ側へ回転駆動する。

Ｓ２０３で絞り原点センサ２２がＯＮになると、Ｓ２０５に進み、単位時間当たりの駆動パターンの変化量を小さくし、絞り２０を低速でＯＰＥＮ側へ回転駆動する。Ｓ２０５の処理を駆動パターンが初期駆動パターンになるまで行い、初期駆動パターンになったら絞り位置を０に初期化する。

次に、Ｓ１０２で行うズーム駆動処理について説明する。図６は実施例１におけるズーム駆動処理のフローチャートである。

Ｓ３０１でズームクラッチ１３がマニュアル状態であるかどうかを判断し、マニュアル状態であった場合には、Ｓ３０２に進み、ズームモータ駆動電圧を０に設定する。一方、Ｓ３０１でズームクラッチ１３がサーボ状態（サーボ駆動される状態）であった場合には、Ｓ３０３、Ｓ３０４に進み、ズームシーソ１７からシーソ位置を、ズームスピードボリューム１８からボリューム値を取得する。Ｓ３０５では、取得したシーソ位置とボリューム位置からズームモータ駆動電圧を導出する。Ｓ３０６では、Ｓ３０２またはＳ３０５で導出したズームモータ駆動電圧を出力する。

続いて、Ｓ１０３で行う絞り電流振幅設定処理について説明する。図７は絞り電流振幅設定処理のフローチャートである。

Ｓ４０１では、ズーム位置検出器１２から取得したズーム位置に基づいて、ズームが操作されているか否か（ズーム部の状態）を判断する。ズームが操作されていればＳ４０２、Ｓ４０３に進み、ズームクラッチ１３がサーボ状態（ズーム部の状態）で、かつ、ズームシーソ１７が操作されているかを判断する。ズームクラッチ１３がサーボ状態で、かつ、ズームシーソ１７が操作されている場合には、Ｓ４０４に進み、ズームスピードボリューム１８から取得したボリューム位置に基づいてズーム速度係数Ｋｚを算出する。ズーム速度係数Ｋｚとは、絞り電流振幅を算出するための係数であり、ズーム速度による絞り電流振幅の増加割合を示す係数である。具体的には図８のようにボリューム位置によって１．０〜１．５程度変化させる。一方、Ｓ４０２、Ｓ４０３でズームクラッチ１３がマニュアル状態か、ズームシーソ１７が操作されていない場合には、Ｓ４０５に進み、ズーム速度係数Ｋｚを２．０に設定する。Ｓ４０５に進むということは、ズームが手動操作されていることを示している。ズームがサーボで駆動操作されている状態では、ズームシーソ１７の最大押し込み量でズーム駆動の最大速度は制限される。それに対して、ズームが手動で操作される場合は、ズームリング等の回転角が直接ズーム位置の変位量となるため、サーボ状態に比べて早い操作速度でズームが移動する可能性がある。従って、Ｓ４０５では手動操作された方がモータで駆動するよりも高速操作可能であると判断し、ズーム速度係数Ｋｚを高い値に設定しておく。なお、本実施例ではズームクラッチ１３がサーボ状態でも手動操作可能な構成としているため、Ｓ４０３でシーソ操作されているか動作を判断している。しかし、ズームクラッチ１３がサーボ状態で手動操作可能でないとし、Ｓ４０３の判断をなくし、ズームクラッチ１３の状態のみでＳ４０４に進むか、Ｓ４０５に進むかを判断しても良い。

続いて、Ｓ４０６でズーム位置と絞りリング位置を取得し、Ｓ４０７で取得したズーム位置と絞りリング位置から絞り連動速度係数Ｋｉを導出する。絞り連動速度係数Ｋｉとは、絞り電流振幅を導出するための係数であり、絞り連動速度による絞り電流振幅の増加割合を示す係数である。図９に示すように、Ｆナンバーを維持するためのズーム位置の変化量あたりの絞り変化量が大きいほど（ズーム位置が望遠側ほど、Ｆ値が大きいほど）、絞り連動速度係数Ｋｉを大きく設定し、本実施例では１．０〜２．０程度で設定する。

Ｓ４０８では、絞り駆動時最小電流振幅Ｉ１に、ここまで導出したズーム速度係数Ｋｚ、絞り連動速度係数Ｋｉをかけた値を絞り電流振幅Ｉ０として設定する。Ｋｚ、Ｋｉともに１以上の係数であるため、ここで導出される絞り電流振幅Ｉ０は、絞り駆動時最小電流振幅Ｉ１よりも必ず大きい値となる。

一方、Ｓ４０１でズーム操作されていない場合には、Ｓ４０９に進み、絞り操作位置検出器２４から取得した絞り操作位置に基づいて絞り操作リング２３が操作されているかどうかを判断する。絞り操作リングが操作されている場合はＳ４１０に進み、絞り電流振幅Ｉ０を絞り駆動時最小電流振幅Ｉ１に設定する。一方、絞り操作リングが操作されていない場合にはＳ４１１に進み、絞り電流振幅Ｉ０は、Ｉ１よりも小さい停止時電流振幅Ｉｍｉｎに設定する。

すなわち、図７の絞り電流振幅設定処理においては、ズーム部の状態に応じて、絞り電流振幅Ｉ０が設定され、後述するように、この絞り電流振幅によって絞りの最高駆動速度が規定される。ズーム部の状態とは、ズームが操作されているか否か、ズームクラッチがサーボ状態かマニュアル状態か、ズームシーソが操作されているか否か、等の状態である。

なお、Ｓ４０１からズーム操作なしでＳ４０９へ分岐した場合にＳ４１０またはＳ４１１で設定される絞り電流振幅Ｉ０は、Ｓ４０１からズーム操作ありでＳ４０２へ分岐した場合にＳ４０８で設定される絞り電流振幅Ｉ０よりも小さくなることはない。これは、Ｓ４０８では、絞り駆動時最小電流振幅Ｉ１に、１以上の係数Ｋｚ、Ｋｉが乗算されて絞り電流振幅Ｉ０が設定されるからである。絞り操作がない場合でズーム操作がある場合には、操作者は絞りを意図的に操作していないので、ズーム操作中に変更を意図していないＦ値が変わると違和感を与える画像となってしまう。そのため、絞り操作がない場合でズーム操作がある場合には、ズーム操作に応じてＦ値を一定に保つように、絞りを迅速に移動させる必要があり、大きい絞り電流振幅Ｉ０を設定する必要がある。また、マニュアル絞り操作の場合にはＦ値が意図的に変更されているので、絞り操作環等の操作部の動きに対して実際の絞り機構の動きに多少の追従遅れがあっても、撮像された画像に与える違和感は小さいので、絞り電流振幅Ｉ０を設定することができる。

最後に、Ｓ１０４で行う絞り駆動処理について説明する。図１０は絞り駆動処理のフローチャートである。

Ｓ５０１では、Ｓ１０３で設定した絞り電流振幅Ｉ０に基づいて、ＣＰＵ３０（最高速度導出手段）は、絞り加速度Ａと絞り最高速度Ｓｍａｘを導出する。本実施例では、絞り電流振幅Ｉ０に比例して、絞り加速度Ａと絞り最高速度Ｓｍａｘは大きくなる。Ｓ５０２、Ｓ５０３では、絞り操作位置検出器２４から絞り操作位置を、ズーム位置検出器１２からズーム位置を取得する。Ｓ５０４では、取得した絞り操作位置とズーム位置から絞り２０の目標位置である絞り目標位置を導出する。導出方法は、絞り操作位置とズーム位置の２つの入力から絞り目標位置を出力するテーブル演算を用いる。

続いて、Ｓ５０５で、現在の絞り位置と、Ｓ５０４で導出した絞り目標位置から絞り速度を導出する。このとき、Ｓ５０１で導出した絞り加速度Ａと、絞り最高速度Ｓｍａｘを用い、図１１に示すように絞り加速度Ａで加速し、絞り最高速度Ｓｍａｘで速度を制限し、絞り加速度Ａで減速して絞り目標位置に到達するように絞り速度を導出する。絞り速度の導出方法は一般的な導出方法であるため、ここでは省略する。

Ｓ５０６では、Ｓ５０５で導出した絞り速度、及び、Ｓ１０３で設定した絞り電流振幅Ｉ０を用いて、絞り駆動電流Ｉａ、Ｉｂの駆動パターンを導出、出力する。ここでの駆動パターンの算出は、まず絞り電流振幅Ｉ０により駆動パターンの電流振幅を決定し、絞り速度に応じて、単位時間当たりの駆動パターンの変化量を決定する。Ｓ５０５で導出した絞り速度がＯＰＥＮ側の場合には図５に示す駆動パターンを左側に、絞り速度がＣＬＯＳＥ側の場合には図５に示す駆動パターンを右側に変化させていく。

本実施例の効果について説明する。本実施例では図７のフローチャートに示すように、絞りステッピングモータ２１に流すＡ相、Ｂ相の駆動電流の駆動パターンの電流振幅を設定している。具体的には、Ｓ４０２〜Ｓ４０５でズーム予想最高速に相当するズーム速度係数Ｋｚを導出し、Ｓ４０６とＳ４０７でズーム移動による絞りの必要連動速度に相当する絞り連動速度係数Ｋｉを導出し、それらの２つの係数から電流振幅を導出している。つまり、ズーム移動による絞りの予想最高速に相当した電流振幅を導出している。従って、絞りの予想最高速が小さい状態では、電流振幅を小さくしているので、消費電力を低く抑えることができ、絞りの予想最高速が大きい状態では、電流振幅を大きくし、高速に絞りを駆動しても脱調しないようにすることができる。

なお、本実施例では、ズーム速度係数Ｋｚと絞り連動速度係数Ｋｉの２つから電流振幅を導出しているが、処理を簡素化して、ズーム速度係数Ｋｚと絞り連動速度係数Ｋｉのどちらかのみで電流振幅を導出しても十分効果は得られる。例えば、本実施例とは異なり、ズームの電動駆動がないレンズ装置の場合には、Ｓ４０２〜Ｓ４０５の処理は行わず、Ｋｚを２．０に固定して同様の処理を行っても本発明の効果は得られる。

１０ズームレンズ群（ズーム部）
１２ズーム位置検出器（位置検出手段）
２０絞り（可変絞り部）
２１絞りステッピングモータ
３０ＣＰＵ（最高速度導出手段、制御手段）

Claims

可変絞り部と、
前記絞り部を操作する絞り操作手段と、
前記絞り部を駆動するステッピングモータと、
焦点距離を変更するズーム部と、
前記ズーム部の位置を検出するズーム位置検出手段と、
前記ズーム部の状態と前記絞り部の状態とに基づき、前記ステッピングモータの駆動電流を導出し、前記ズーム部の位置に応じて前記絞り操作手段で設定されたＦ値となるように、前記駆動電流で前記ステッピングモータを制御し、前記絞り部を駆動する制御手段と、
を有することを特徴とするレンズ装置。
前記制御手段は、前記ズーム部の位置、前記ズーム部が手動操作されているか又はサーボ駆動されているか、前記設定されたＦ値、の少なくともいずれかに基づき前記駆動電流を導出することを特徴とする請求項１に記載のレンズ装置。
前記ズーム部が手動操作されている時の前記駆動電流は、前記ズーム部がサーボ駆動されている時の前記駆動電流より大きいことを特徴とする請求項２に記載のレンズ装置。
前記制御手段は、前記設定されたＦ値となるように、前記ズーム部の位置の変化量に対する前記絞り部の位置の変化量である連動速度係数に基づいて前記絞り部の前記駆動電流を導出する、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のレンズ装置。
前記ズーム部のサーボ駆動の速度を操作するズーム速度操作手段を有し、
前記制御手段は、前記ズーム速度操作手段によって設定される前記ズーム部の速度に基づいて前記駆動電流を導出する、ことを特徴とする請求項３に記載のレンズ装置。
前記制御手段は、前記ズーム部が移動していない場合は前記ズーム部が移動している場合に比べて小さい電流で、Ｆ値を維持するように前記ズーム部の位置に応じて前記絞り部を駆動するよう前記ステッピングモータを制御する、ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のレンズ装置。
請求項１乃至６のいずれか１項に記載のレンズ装置と、該レンズ装置から被写体光を受光する撮像素子とを有することを特徴とする撮像装置。