JP2020020834A

JP2020020834A - 光学機器

Info

Publication number: JP2020020834A
Application number: JP2018141961A
Authority: JP
Inventors: 卓朗朝野; Takuro Asano
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2018-07-30
Filing date: 2018-07-30
Publication date: 2020-02-06

Abstract

【課題】光学部材を高速に駆動できるようにしつつ、かつ、消費電力の最大値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】光学部材と、前記光学部材を駆動する直流モータを有する光学装置において、前記直流モータのモータ駆動信号を生成する駆動回路と、外部から電源を入力する電源入力手段と、前記電源入力手段から入力した電源の電圧を駆動回路に供給する駆動回路電源電圧に変換する電源電圧変換手段と、前記直流モータのモータ電流を取得する電流取得手段と、前記駆動信号を生成するためのモータ制御信号を生成するモータ制御手段と、前記電源電圧変換手段で変換する駆動回路電源電圧を制御する電源電圧制御手段を有し、前記電源電圧制御手段は前記電流検出手段で検出した電流に応じて前記駆動電源電圧を制御することを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、光学機器に関し、光学部材を電動駆動する光学機器に関する。

近年、カメラ装置に接続されるレンズ装置では滑らかなズーム動作や、オートフォーカス動作を実現するため、レンズ装置内の光学部材を電動駆動する構成になっているものが主流となってきている。このようなレンズ装置の内、比較的光学部材が重たいレンズ装置では、駆動トルクや制御容易性のメリットから、電動駆動用のアクチュエータとして直流モータを使用する場合が多い。

しかしながら、直流モータを使用する場合には、カメラ装置から供給される電源電圧によって、駆動する速度に限界が生じてしまい、高速駆動しづらいといった問題があった。

特許文献１では、この問題を解決するため、カメラ装置から供給される電源電圧をレンズ装置内部で昇圧することで、直流モータを高速駆動している。

特開２００３−１４９５２５号公報

しかしながら、上記の特許文献１に開示された従来技術では、常に電源電圧を昇圧しており、レンズ装置の消費電力は昇圧した分だけ増加してしまう。特に電流が多く流れるケース（モータ加速時や光学部材と機構的に連動した操作リングを手でロックした場合）では、レンズ装置の消費電力は非常に大きくなる。そのため、供給できる電源電流が低いカメラ装置との互換性がとれないといった問題が生じてしまう。

そこで、本発明の目的は、光学部材を高速に駆動できるようにしつつ、かつ、消費電力の最大値を抑えることのできる光学機器を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明に係る光学装置は、光学部材と、前記光学部材を駆動する直流モータを有する光学装置において、前記直流モータのモータ駆動信号を生成する駆動回路と、外部から電源を入力する電源入力手段と、前記電源入力手段から入力した電源の電圧を駆動回路に供給する駆動回路電源電圧に変換する電源電圧変換手段と、前記直流モータのモータ電流を取得する電流取得手段と、前記駆動信号を生成するためのモータ制御信号を生成するモータ制御手段と、前記電源電圧変換手段で変換する駆動回路電源電圧を制御する電源電圧制御手段を有し、前記電源電圧制御手段は前記電流検出手段で検出した電流に応じて前記駆動電源電圧を制御することを特徴とする。

本発明によれば、光学部材を高速に駆動できるようにしつつ、かつ、消費電力の最大値を抑えることのできる光学機器の提供を実現できる。

実施例１、実施例２の構成ブロック図実施例１の電源電圧変換回路１３の構成ブロック図実施例１におけるＣＰＵ１９における全体処理のフローチャート従来技術における駆動電流と駆動回路電源電圧、消費電流の関係を示した図実施例１における駆動電流と駆動回路電源電圧、消費電流の関係を示した図実施例２の電源電圧変換回路１３の構成ブロック図実施例２におけるＣＰＵ１９における全体処理のフローチャート実施例２における駆動電流と駆動回路電源電圧の関係を示した図実施例２における駆動電流と駆動回路電源電圧、消費電流の関係を示した図実施例３の構成ブロック図実施例３におけるＣＰＵ１９における全体処理のフローチャート実施例３における駆動電流、カメラ電源電圧と駆動回路電源電圧の関係を示した図実施例４の構成ブロック図実施例４におけるＣＰＵ１９における全体処理のフローチャート

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は光軸方向に移動することで、ズームレンズ装置の焦点距離を可変させるための光学素子である。直流モータ１１は回転駆動することで、不図示のカム機構を通してズームレンズ群１０を光軸方向に駆動するためのアクチュエータである。駆動回路１２は、直流モータ１１を駆動するためのモータ駆動信号を生成するための回路であり、直流モータへの電流が所定電流値で制限されるような電流制限回路が含まれているものとする。

電源電圧変換回路１３は、カメラ装置２００から供給された電源電圧（以後、カメラ電源電圧Ｖ０と呼ぶ）を駆動回路１２の電源電圧（以後、駆動回路電源電圧Ｖｘと呼ぶ）に変換する回路である。本実施例では、図２に示すように、ＣＰＵ１９から入力された電源電圧切替信号に従って、駆動回路電源電圧Ｖｘをカメラ電源電圧Ｖ０と、昇圧回路で昇圧したＶ０よりも高い電圧Ｖ１の２種類に切り替えるものとする。ＤＡコンバータ１４はＣＰＵ１９から出力されたモータ制御データをモータ制御電圧に変換するデバイスであり、変換されたモータ制御電圧は駆動回路１２でモータ駆動信号に変換される。

電流検出回路１５は、駆動回路１２内の信号をもとに、直流モータ１１に流れる電流を検出する回路であり、検出した信号はモータ電流信号として、ＡＤコンバータ１８に出力する。位置検出器１６はズームレンズ群１０の位置を検出する検出器であり、検出した信号はズーム位置信号としてＡＤコンバータ１８に出力する。操作部材１７は、ユーザがズームレンズ群を速度操作するための操作部材で、操作部材の操作位置に応じたズーム操作速度信号をＡＤコンバータ１８に出力する。

ＡＤコンバータ１８は入力したモータ電流信号、ズーム位置信号、ズーム操作速度信号をそれぞれモータ電流データ、ズーム位置データ、ズーム操作速度データとして、デジタル信号に変換し、ＣＰＵ１９に出力する。ＣＰＵ１９は後述するソフトウェア処理によって、モータ制御データの生成、及び、電源電圧変換回路の出力電圧の切り替えを行う。
次に、ＣＰＵ１９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ＣＰＵ１９で行う全体処理のフローチャートである。

はじめに、Ｓ１０１において電流検出回路１５で検出した駆動電流Ｉｍを取得する。続いてＳ１０２で、取得した駆動電流Ｉｍが閾値Ｉｔを超えているかを判断し、超えている場合は、Ｓ１０３に進み、電源電圧変換回路１３の出力である駆動回路電源電圧Ｖｘをカメラ電源電圧Ｖ０に設定する。一方、超えていない場合には、Ｓ１０４に進み、駆動回路電源電圧Ｖｘを昇圧した電圧であるＶ１に設定する。

Ｓ１０５、Ｓ１０６では操作部材１７の操作量に応じたズーム操作速度を算出し、算出したズーム操作速度からズーム目標位置を算出する。ズーム目標位置は、ズーム操作速度を用いて所定時間後のズーム位置変化量を算出し、この変化量に前回のズーム目標位置を加算することで算出する。

Ｓ１０７、Ｓ１０８では、位置検出器１８で取得したズーム位置データと、Ｓ１０６で算出したズーム目標位置から直流モータへの印加電圧に相当するモータ制御データを生成し、デジタル信号としてＤＡコンバータ１４に送信する。

その後、再びＳ１０１に戻り、同じ処理を繰り返す。
本実施例の効果について説明する。

図４のＣ１、Ｃ２は従来技術のような直流モータの駆動電流に依存せず一律に昇圧した時の駆動電流と駆動回路電源電圧、及び、レンズ装置の消費電力の関係を示している。図４の点線Ｃ３は、駆動回路の電源電圧を昇圧しないレンズ装置の消費電力を示している。この図より、一律に昇圧してしまうと、昇圧しない時と比較して、消費電力は増大し、駆動電流が多い時には昇圧しない時の最大消費電力Ｐ０を超える場合が生じていることが分かる。この結果、最大電力供給能力がＰ０のカメラ装置との互換性がとれなくなったり、直流モータの駆動電流を低く制限しなければならなくなったりしてしまう。

一方、本実施例での駆動電流と駆動回路電源電圧、レンズ装置の消費電力の関係を図５のＣ４、Ｃ５に示す。本実施例では、駆動電流が閾値Ｉｔを超えると、駆動回路電源電圧を昇圧したＶ１から昇圧しないＶ０に切り替えている。その結果、レンズ装置の消費電力の最大値はＣ５に示すようにＰ１より小さくなる。さらに、駆動電流Ｉｍが閾値Ｉｔの時の消費電力がＰ０を下回るように閾値Ｉｔを設定することで、消費電力はＰ０を超えなくなる。従って、直流モータの駆動電流を低く制限せずに、最大電力供給能力がＰ０のカメラ装置との互換性を保つことができる。

また、駆動電流が閾値Ｉｔ以下であれば、駆動回路の電源電圧を昇圧した高い電圧に設定できるため、ズームレンズ群１０を高速駆動が可能となる。駆動電流が閾値Ｉｔより大きくなるケースは、加速時や機構的に連動した操作リングを手でロックした場合等の高速駆動が必要としない場合であり、高速駆動できなくても特に問題はない。

なお、本実施例ではズームレンズ群を駆動する例について説明したが、これに限定することなく、フォーカスレンズ群や絞り機構でも適用できる。

また、本実施例では電源電圧変換回路として、昇圧しない電源電圧と昇圧した電源電圧の切り替えを行っていたが、駆動電流が閾値以上の場合に電源電圧を高くし、駆動電流が閾値未満の場合に電源電圧を低くし、レンズ装置の消費電力を小さくすればよい。そのため、昇圧した２つの電源電圧を切り替えても良いし、片方または両方の電源電圧を降圧した電源電圧としても同じ効果が得られる。

本実施例の構成は図１に示す実施例１と同じ構成のため説明を省略する。

本実施例における電源電圧変換回路１３の説明をする。本実施例では、電源電圧変換回路１３は図６に示すように、パルス制御信号を入力する構成とし、パルス制御信号のＤＵＴＹ比に応じて、駆動回路電源電圧Ｖｘを連続的に制御できるようにしている。電源電圧変換回路１３へ入力するパルス制御信号はＣＰＵ１９で生成、出力される。

次に、ＣＰＵ１９で行うソフトウェア処理について説明する。図７は実施例２におけるＣＰＵ１９で行う全体処理のフローチャートである。

Ｓ１０１で駆動電流Ｉｍを取得した後、Ｓ１１１で駆動電流Ｉｍを用いて、電源電圧変換回路１３へ入力するパルス制御信号のＤＵＴＹ比を算出し、Ｓ１１２でこのＤＵＴＹ比に基づいてパルス制御信号の生成、出力を行う。ＤＵＴＹ比の算出は、駆動回路電源電圧Ｖｘと駆動電流Ｉｍとの関係が図８に示すような関係になるように算出する。駆動電流Ｉｍが閾値Ｉｔを超えるまでは、駆動回路電源電圧ＶｘがＶ１になるようにＤＵＴＹ比を設定し、駆動電流Ｉｍが閾値Ｉｔを超えた場合には、駆動回路電源電圧Ｖｘと駆動電流Ｉｍとの関係が反比例になるように算出する。

残りのＳ１０５〜Ｓ１０８は実施例１と同様のため、説明は省略する。
本実施例の効果について説明する。本実施例での駆動電流と駆動回路電源電圧、消費電力の関係を図９のＣ６、Ｃ７に示す。本実施例では、実施例１と同様に駆動電流に応じて、駆動回路電源電圧を可変しているため、消費電力はＰ０を超えない。しかし、実施例１とは異なり、駆動電流が閾値よりも大きい時に、駆動回路電源電圧を連続的に制御しているため、駆動回路電源電圧を高く設定することができ、直流モータをより高速駆動ができるようになる。

図１０は本実施３の構成を示したものである。実施例１と同様の構成については説明を省略する。

カメラ電源電圧検出回路２０はカメラ装置２００から供給されたカメラ電源電圧を検出する回路であり、ＡＤコンバータ１８を介して、カメラ電源電圧データとしてＣＰＵ１９に入力される。

なお、本実施例では、電源電圧変換回路１３は実施例２で示した図６のような構成とし、ＣＰＵ１９からのパルス制御信号により、出力である駆動回路電源電圧Ｖｘを連続的に制御できるものとする。

ＣＰＵ１９で行うソフトウェア処理について説明する。図１１は実施例３におけるＣＰＵ１９で行う全体処理のフローチャートである。

Ｓ１０１で駆動電流Ｉｍを取得した後、Ｓ１２１でカメラ電源電圧検出回路２０を介してカメラ電源電圧Ｖ０を取得する。続いて、Ｓ１２２で、駆動電流Ｉｍとカメラ電圧Ｖ０から電源電圧変換回路１３へ入力するパルス制御信号のＤＵＴＹ比を算出する。図１２は駆動電流Ｉｍ、カメラ電源電圧Ｖ０に対する駆動回路電源電圧Ｖｘの関係を示したテーブルであり、Ｓ１２２ではここで示された駆動回路電源電圧ＶｘになるようにＤＵＴＹ比を算出する。

本実施例での上記テーブルは、カメラ電源電圧Ｖ０を一定とすると、図８に示すように駆動回路電源電圧Ｖｘを設定し、駆動電流Ｉｍが一定とすると、カメラ電源電圧Ｖ０が高くなるにつれて駆動回路電源電圧Ｖｘが高くなるように設定する。これは、一般的に昇圧回路は入力電圧と出力電圧の差が大きくなればなるほど、昇圧効率が落ちてしまうことを考慮したためである。この昇圧効率の変化を考慮し、入力電圧であるカメラ電源電圧が低い場合には駆動回路電源電圧Ｖｘを高く昇圧しないようにして、レンズ装置の消費電力が大きくならないようにする。

Ｓ１２１、Ｓ１０５〜Ｓ１０８は実施例１または実施例２と同様のため説明は省略する。

本実施例の効果について説明する。実施例１や実施例２では、カメラ電源電圧については考慮されておらず、カメラ電源電圧が低い場合には、昇圧回路での昇圧効率が低くなり、結果として、レンズ装置の消費電力は大きくなってしまう。一方、本実施例では、駆動電流だけでなく、カメラ電源電圧を考慮して、駆動回路電源電圧を設定しているため、カメラ電源電圧が低くなっても、消費電力はあまり大きくならない。つまり、電源電圧が低いカメラ装置と接続した場合であっても、消費電力の最大値を所定値に抑えたまま、直流モータの高速駆動が可能になる。

図１３は本実施４の構成を示したものである。実施例１の構成との差異は、電流検出回路１５がないだけであるため、構成についての説明は省略する。

ＣＰＵ１９で行うソフトウェア処理について説明する。図１４は実施例３におけるＣＰＵ１９で行う全体処理のフローチャートである。

はじめにＳ１０７でズーム位置データを取得し、Ｓ１３１で前回取得したズーム位置データと今回取得したズーム位置データの差分を算出することで、ズーム速度データを算出する。Ｓ１３２では、ズーム速度データに逆起電圧変換係数をかけることにより、直流モータが回転することにより発生する逆起電圧Ｖｍを算出する。逆起電圧変換係数はあらかじめ記憶された固定値であり、直流モータの特性とズーム位置データを取得するサンプリング時間に応じて設定しておく。Ｓ１３３では、前回のサンプリングのＳ１０８で算出した直流モータ制御データに駆動電圧変換係数をかけることによりモータ駆動電圧Ｖｃを算出する。逆起電圧変換係数はあらかじめ記憶された固定値であり、駆動回路の特性に応じて設定しておく。

Ｓ１３４では、算出したモータ逆起電圧Ｖｍとモータ駆動電圧Ｖｃを用いて、以下の式で駆動電流Ｉｍを算出する。

Ｉｍ＝（Ｖｃ−Ｖｍ）／Ｒ・・・（１）
ここで用いたＲはあらかじめ記憶された固定値であり、駆動回路および直流モータに含まれる抵抗成分に相当する値である。

Ｓ１０２〜Ｓ１０６、Ｓ１０８は実施例１と同様のため説明は省略する。

本実施例では、特別に電流検出回路を用いずに、一般的なモータ制御に用いる位置検出器を用いてモータ駆動電流を算出し、算出したモータ駆動電流をもとに、駆動回路の電源電圧を切り替えている。そのため、構成が簡素化されるといった効果や、電流検出回路による電力損失を軽減するといった効果が得られる。

１０ズームレンズ群、１１直流モータ、１２駆動回路、
１３電源電圧変換回路、１５電流検出回路、１９ＣＰＵ

Claims

光学部材と、前記光学部材を駆動する直流モータを有する光学装置において、前記直流モータのモータ駆動信号を生成する駆動回路と、外部から電源を入力する電源入力手段と、前記電源入力手段から入力した電源の電圧を駆動回路に供給する駆動回路電源電圧に変換する電源電圧変換手段と、前記直流モータのモータ電流を取得する電流取得手段と、前記駆動信号を生成するためのモータ制御信号を生成するモータ制御手段と、前記電源電圧変換手段で変換する駆動回路電源電圧を制御する電源電圧制御手段を有し、前記電源電圧制御手段は前記電流検出手段で検出した電流に応じて前記駆動電源電圧を制御することを特徴とする光学装置。
前記電源電圧制御手段は、前記電流取得手段で検出したモータ電流が所定閾値未満の場合には前記駆動回路電源電圧を第１の電圧に制御し、前記電流取得手段で検出したモータ電流が所定閾値以上の場合には前記駆動回路電源電圧を第１の電圧より低い第２の電圧に制御することを特徴する請求項１に記載の光学装置。
前記電源電圧制御手段は、前記電流取得手段で検出したモータ電流が所定閾値以上の場合には、前記駆動回路電源電圧と前記電流取得手段で検出したモータ電流が反比例の関係になるように前記駆動回路電源電圧を制御することを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
前記電源入力手段で入力した電源の電圧を検出する入力電圧検出手段を有し、前記電源電圧制御手段は前記電流取得手段で検出したモータ電流と、前記入力電圧検出手段で検出した入力電圧に応じて前記駆動回路電源電圧を制御することを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
前記電源電圧制御手段は、前記電流取得手段で検出したモータ電流が同じ場合には、前記入力電圧検出手段で検出した入力電圧高くなるにつれて、前記駆動回路電源電圧を高くするように制御することを特徴とする請求項４に記載の光学装置。
前記光学部材の位置を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段で検出した位置から前記直流モータのモータ回転速度を算出するモータ回転速度算出手段を有し、前記電流取得手段は前記モータ回転速度と前記モータ制御信号に基づいて前記モータ電流を算出することを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の光学装置。