JP2021135386A

JP2021135386A - レンズ装置および撮像装置

Info

Publication number: JP2021135386A
Application number: JP2020031404A
Authority: JP
Inventors: ちなみ横関; Chinami Yokozeki
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2020-02-27
Filing date: 2020-02-27
Publication date: 2021-09-13

Abstract

【課題】光学部材に対する駆動制御の安定性の点で有利なレンズ装置を提供する。【解決手段】レンズ装置は、可動の光学部材と、前記光学部材を駆動する駆動部と、前記駆動部に対する指令を生成して前記駆動部を制御する制御部と、前記光学部材の駆動負荷としての第１駆動負荷に対して付加する第２駆動負荷を生成する生成部と、前記生成部に前記第２駆動負荷を生成させるか否かの切換えを行う切換部と、を有し、前記制御部は、前記光学部材の状態に基づいて、前記切換えの制御を行い、該制御により前記生成部に前記第２駆動負荷を生成させる場合、該制御に基づいて前記指令の変更を行う、ことを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明はレンズ装置および撮像装置に関する。

レンズ装置は、ズームレンズ群やフォーカスレンズ群等の可動光学部材を有している。また、当該光学部材は、接続されるカメラからの指令や操作部材の操作により、駆動できる。また、レンズ装置は、高画質化、高倍率化が求められ、そのために、レンズ群の重量増加や枚数増加、カム機構による複数のレンズ群の複雑な軌跡での協調駆動が必要となっている。

このようなレンズ装置は、仰俯角（姿勢；水平面に対して光軸の成す角度）や温度の変動により、レンズ群の駆動に要する負荷（駆動負荷）が変化する。駆動負荷が変化するレンズ群を電動（駆動部）で駆動する場合は、速度や位置の偏差が過大となりうる。

特許文献１は、駆動負荷が負となる場合に、図７のように、ＤＣモータにより駆動負荷を付加するレンズ装置を開示している。しかし、ＤＣモータにより駆動負荷を付加する制御は、フィードバック制御であるため、図８のように、駆動負荷の付加には遅れが生じる。その結果、レンズ群の駆動速度は、一定とならず、ムラが発生する。また、駆動負荷の相違により、レンズ群の動き出し特性や立ち上がり特性も変化するため、ユーザに違和感を与えうる。そのため、特許文献１は、駆動負荷が小さいと判断した場合に、付加する駆動負荷を増加させている。

特開２０１９−３０６５号公報

しかしながら、ＤＣモータは、駆動負荷を調整するためのＰＷＭ制御や、高周波スイッチングに対応していないものがある。そのような、駆動負荷を付加するか否かの切換えの制御しか行えないＤＣモータを用いると、付加する駆動負荷を調整できないため、ユーザに違和感を与えうる。

本発明は、例えば、光学部材に対する駆動制御の安定性の点で有利なレンズ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のレンズ装置は、可動の光学部材と、前記光学部材を駆動する駆動部と、前記駆動部に対する指令を生成して前記駆動部を制御する制御部と、前記光学部材の駆動負荷としての第１駆動負荷に対して付加する第２駆動負荷を生成する生成部と、前記生成部に前記第２駆動負荷を生成させるか否かの切換えを行う切換部と、を有し、前記制御部は、前記光学部材の状態に基づいて、前記切換えの制御を行い、該制御により前記生成部に前記第２駆動負荷を生成させる場合、該制御に基づいて前記指令の変更を行う、ことを特徴とする。

本発明によれば、例えば、光学部材に対する駆動制御の安定性の点で有利なレンズ装置を提供することができる。

実施例１におけるレンズ装置のブロック図である。実施例１における補正指令値の算出処理を示すフローチャート図である。実施例１におけるレンズ装置の駆動負荷とモータへの出力とズームレンズの位置の関係を示すグラフである。実施例２におけるレンズ装置のブロック図である。実施例２におけるオフセット量の算出処理を示すフローチャート図である。実施例２におけるオフセットテーブルである。レンズ装置の駆動負荷を示すグラフである。速度ムラが発生する際のレンズ装置の駆動負荷とモータへの出力との関係を示すグラフである。

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、本発明の実施形態にかかわる構成ブロック図である。

以下、図１〜図３を参照して、本発明の第１の実施例による、レンズ装置について説明する。図１は、本発明の実施例におけるレンズ装置のブロック図である。図１において、１はレンズ装置である。

はじめにレンズ装置１について説明する。
レンズ装置１には、ズームレンズ１００と、位置検出部１０１と、記憶部１０２と、負荷切換部１０３と、負荷モータ１０４と、指令値生成部１０５と、指令値補正部１０６と、駆動モータ１０７が構成されている。

ズームレンズ１００は、レンズ装置１の焦点距離を変更するための光軸方向に移動可能な可動光学部材である。位置検出部１０１は、ズームレンズ１００の光軸上における現在位置を検出するものであり、例えばエンコーダで構成される。

記憶部１０２には、ズームレンズ１００の位置とズームレンズ１００を駆動するために必要な駆動負荷（第１駆動負荷）の関係を示したデータ（負荷テーブル）及び、ズームレンズ１００の位置と駆動指令値を補正するためのオフセット量の関係を示したデータ（オフセットテーブル（補正テーブル））が記憶されている。

負荷切換部１０３は、位置検出部１０１からズームレンズ１００の現在位置を取得し、取得した現在位置に対する駆動負荷を記憶部１０２から取得する。また、取得した駆動負荷に基づき、負荷モータ１０４による負荷（第２駆動負荷）を可動光学部材であるズームレンズ１００の駆動に対して付与するか開放するかの負荷信号を決定する。

負荷モータ（生成部）１０４は、負荷切換部１０３からの負荷信号に基づきズームレンズ１００へ駆動負荷を付与するアクチュエータであり、例えばＤＣモータである。負荷モータ１０４は出力が変更できないモータ、すなわち、ズームレンズ１００の駆動に対して付与できる負荷は変更できず、ＰＷＭ制御もできず、ＯＮ／ＯＦＦの切換えのみができるモータとする。

指令値生成部１０５は、位置検出部１０１からズームレンズ１００の現在位置を取得し、現在位置に基づき駆動指令値を生成し、指令値補正部１０６に送信する。

指令値補正部（制御部）１０６は、位置検出部１０１からズームレンズ１００の現在位置を取得し、取得した現在位置に対するオフセット量を記憶部１０２から取得する。また、オフセット量及び、負荷切換部１０３から入力された負荷信号に基づいて指令値生成部１０５から入力された駆動指令値を補正し、駆動モータ１０７を駆動するための補正指令値を生成する。

補正指令値算出処理の詳細については後に説明する。
駆動モータ（駆動部）１０７は、ズームレンズ１００を指令値補正部１０６からの補正指令値に応じ光軸方向に移動させるためのアクチュエータであり、例えばＤＣモータである。

以上のような構成とすることで、駆動負荷が小さく不安定となるレンズ装置１の状態を検出することが可能となり、不安定とならないよう負荷を付与することが可能となる。
また、負荷に応じた補正指令値を算出することが可能となる。

以下、図２のフローチャートを参照して、第１の実施例における、駆動モータ１０７に出力する指令値を調整するための、補正指令値の算出処理について説明する。この処理は、レンズ装置１に格納されたコンピュータプログラムに従って行われる。

ステップＳ２０１では、位置検出部１０１によってズームレンズ１００の位置が検出される。
ステップＳ２０２では、記憶部１０２より、位置検出部１０１によって検出されたズームレンズ１００の現在位置に対応する駆動負荷を取得する。

ステップＳ２０３では、負荷切換部１０３にて、記憶部１０２から取得した、現在位置の駆動負荷が、閾値以下か否かを判定する。閾値以下の場合、ステップＳ２０４に進み、閾値以上の場合、ステップＳ２０６に進む。

ステップＳ２０４では、負荷切換部１０３にて、負荷モータ１０４を制御するための負荷情報（負荷信号）を「ＯＮ」に設定し、ステップＳ２０５に進む。
ステップＳ２０５では、指令値補正部１０６と位置検出部１０１から取得したズームレンズ１００の現在位置に基づき記憶部１０２からオフセット量を取得し、取得したオフセット量を駆動制御に適用するオフセット値に設定してステップＳ２０８に進む。

ステップＳ２０６では、負荷切換部１０３にて、負荷モータ１０４を制御するための負荷情報（負荷信号）を「ＯＦＦ」に設定し、ステップＳ２０７に進む。
ステップＳ２０７では、指令値補正部１０６は、０を駆動制御に適用するオフセット値に設定してステップＳ２０８に進む。

ステップＳ２０８では、指令値補正部１０６は、指令値生成部１０５から入力された駆動指令値にオフセット量を加算し、加算した結果を補正指令値とし終了する。

このように処理を行い、負荷モータ１０４とズームレンズ１００の位置により、補正指令値のオフセット量を変えることで、負荷モータ１０４による駆動負荷の変動と同時に駆動モータ１０７への出力も変わるため、速度ムラのない駆動が可能となる。

例えば、図３のようにズームを広角端から望遠端に駆動中、ズームレンズの駆動負荷が閾値以下の位置ｘになった場合、不安定な位置と判断されるため、負荷モータ１０４が「ＯＮ」となり、レンズ装置１の駆動負荷が大きくなる。同時に、記憶部１０２から取得したオフセット量分モータへの出力が上がる。

この構成により、フィードバック制御のみの場合では、駆動負荷が大きくなってからモータの出力が上がるまで遅れが発生していたが、負荷モータ１０４「ＯＮ」と同時に駆動モータへの出力が上がるため遅れは発生しないので、ズームレンズの速度は変わらず駆動可能となる。

上記に示す記憶部１０２に格納されているオフセット量とは、負荷モータ１０４を「ＯＮ」にした際の駆動負荷の変動を打ち消すための、駆動負荷の変動量相当の駆動モータ１０７への出力値である。事前に測定した値であり、ズームレンズ１００を複数の任意のズーム位置に駆動させ、負荷モータ１０４を「ＯＮ」する前後の駆動速度を測定し、「ＯＮ」した後の速度が「ＯＮ」する前の速度と同等となるように調整したものである。測定を行っていないズーム位置に対しては、線形補間を行うことで、ズーム全域をカバーすることが可能となる。

以上より、レンズ装置１の駆動負荷に応じて補正指令値を調整することができるので、負荷量が調整できないＤＣモータにおいても、速度ムラやレンズ群の動き出し特性や立ち上がり特性の変化を抑制することが可能となる。よって、ユーザに違和感を与えるという問題を解消することができる。
ゆえに、問題が解消されたことによりレンズ装置の駆動制御の安定性を向上させる事が可能となる。

本実施例によれば、レンズ装置の駆動制御の安定性向上のために、レンズ装置の駆動負荷が変化することを検知し、駆動負荷に合わせて補正指令値を動的に変更することを可能にしたレンズ操作装置を提供することができる。

上記実施の形態では、操作部材の位置を判断する位置検出部１０１は、エンコーダを用いて説明したが、必ずしもエンコーダである必要はない。位置を求めることが可能なデバイスであれば同様の効果を得ることが可能である。

また、上記実施の形態では、負荷モータをＯＦＦからＯＮした場合について記述したが、ＯＮからＯＦＦにした場合も、負荷モータをＯＮからＯＦＦしたタイミングと同時に、駆動モータ１０７の駆動指令値にオフセット量を減算することで同様の効果を得ることが可能である。

また、上記実施の形態では、制御対象をズームレンズとして説明したが、これに限定されることはない。仰俯角や温度の変動によって、駆動負荷が変化する電動駆動の可動光学部材の駆動制御に対して適用できる。例えば、仰俯角の変化によって自重による変位が発生する光学部材に対して適用することにより、同様の本発明の効果を得ることができる。

また、上記実施の形態では、オフセット量を用い駆動指令値を補正すると説明したが、必ずしもオフセット量でなくてもよい。駆動指令値を補正可能な制御係数を変更することで、同様の効果を得ることが可能である。
また、負荷モータをＯＮするか否かの閾値をユーザが設定できるようにしてもよい。

記憶部１０２には、ズームレンズ１００の位置とズームレンズ１００を駆動するために必要な負荷の関係を示したデータ（駆動負荷テーブル）が記憶されており、所定の閾値との関係を比較しながら、負荷モータ１０４のＯＮ／ＯＦＦの切換えを判断するものとして説明した。しかし、本発明はこれに限定されることはなく、ズームレンズ１００を駆動するために必要な負荷と所定の閾値との関係に基づく負荷モータ１０４のＯＮ／ＯＦＦとズームレンズ１００の位置との関係を記憶部１０２に予め記憶しておき、それに基づいて負荷モータ１０４のＯＮ／ＯＦＦを切換えるようにしてもよい。

以下、図４を参照して、本発明の第２の実施例による、レンズ装置について説明する。実施例１と同一の機能構成は、同一の符号を付け、説明は省く。

図４は、本実施例におけるレンズ装置のブロック図である。実施例１で用いた図１に、仰俯角検出部１０８が追加されている点が異なる。
仰俯角検出部１０８は、レンズ装置の仰俯角（姿勢；水平面に対して光軸の成す角度）を検出するものであり、例えば加速度センサである。

記憶部１０２は、ズームレンズ１００の位置と仰俯角と駆動負荷の関係を示した３次元のデータ（駆動負荷テーブル）及び、位置と仰俯角と駆動指令値を補正するためのオフセット量の関係を示した３次元のデータ（オフセットテーブル）が記憶されている。

負荷切換部１０３は、位置検出部１０１からズームレンズ１００の現在位置を取得する。また、仰俯角検出部１０８からズームレンズ１００の仰俯角を取得する。取得した現在位置及び仰俯角に対する駆動負荷を記憶部１０２から取得する。また、取得した駆動負荷に応じ、負荷モータ１０４による負荷を付与するか否かの負荷信号を決定する。

指令値補正部１０６は、位置検出部１０１からズームレンズ１００の現在位置を取得する。また、仰俯角検出部１０８からズームレンズ１００の仰俯角を取得する。取得した現在位置及び仰俯角に対するオフセット量を記憶部１０２から取得する。

また、オフセット量及び、負荷切換部１０３から入力された負荷信号に基づいて指令値生成部１０５から入力された駆動指令値を補正し、駆動モータ１０７を駆動するための補正指令値を生成する。
現在位置及び仰俯角に対するオフセット量の算出処理の詳細については後に説明する。

以下、図５のフローチャートを参照して、第２の実施例における、指令値補正部１０６のオフセット量算出処理について説明する。この処理は、レンズ装置１に格納されたコンピュータプログラムに従って行われる。

ステップＳ５０１では、位置検出部１０１からズームレンズ１００の現在位置を取得し、ステップＳ５０２に進む。
ステップＳ５０２では、仰俯角検出部１０８からレンズ装置１の仰俯角を取得し、ステップＳ５０３に進む。

ステップＳ５０３では、取得した現在位置が記憶部１０２のオフセットテーブル内に数値が存在するか判定する。存在する場合ステップＳ５０４に進み、存在しない場合ステップＳ５０５に進む。

ステップＳ５０４では、取得した仰俯角が記憶部１０２のオフセットテーブル内に数値が存在するか判定する。存在する場合ステップＳ５０６に進み、存在しない場合ステップＳ５０７に進む。

ステップＳ５０５では、取得した仰俯角が記憶部１０２のオフセットテーブル内に数値が存在するか判定する。存在する場合ステップＳ５０８に進み、存在しない場合ステップＳ５０９に進む。

ステップＳ５０６では、記憶部１０２のオフセットテーブル内から現在位置と仰俯角をもとにオフセット量を決定し終了する。
ステップＳ５０７では、現在位置をもとに、仰俯角の線形補間を行い、オフセット量を算出し終了する。

ステップＳ５０８では、仰俯角をもとに、現在位置の線形補間を行い、オフセット量を算出し終了する。
ステップＳ５０９では、現在位置及び仰俯角の線形補間を行い、オフセット量を算出し終了する。

このように処理を行い、ズームレンズ１００の現在位置及び仰俯角により、補正指令値のオフセット量を変えることで、負荷モータ１０４による駆動負荷の変動と同時に駆動モータ１０７への出力も変わるため、速度ムラのない駆動が可能となる。

例えば、ズームレンズの駆動全域を１００、ズーム現在位置＝９５、仰俯角＝８５°とし、記憶部１０２に図６のようなオフセットテーブルが記憶されている場合、図５のフローチャートでは、ステップＳ５０９に進み、現在位置と仰俯角の線形補間より、オフセット量は４５と算出できる。

上記実施の形態では、操作部材の位置を判断する仰俯角検出部１０８に加速度センサを用いて説明したが、必ずしも加速度センサである必要はない。仰俯角を求めることが可能なデバイスであれば同様の効果を得ることが可能である。

また、駆動負荷テーブル及びオフセットテーブルは、ズームレンズ１００の位置と仰俯角に対する関係のテーブルと記述したが、必ずしもズームレンズ１００の仰俯角でなくてもいい。位置と駆動方向、駆動速度、温度、仰俯角の少なくとも１つの情報をもつテーブルとしてもよい。

すなわち、駆動負荷テーブル及びオフセットテーブルはそれぞれ、ズームレンズ１００の位置と前記補正量との関係を示したテーブルであるが、ズームレンズ１００の駆動方向、ズームレンズ１００の駆動速度、レンズ装置の仰俯角、温度のうち少なくとも１つをパラメータとし、それによって互いに異なる複数組の情報（テーブル）としてもよい。これにより、本発明をより汎用的に適用して本発明の効果を享受することができる。

例示した実施例では、可動光学部材としてズームレンズ群への適用を例示して説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、フォーカスレンズ群、可動絞り等にも適用することができる。

本発明の駆動装置を有するレンズ装置により、本発明の効果を奏するレンズ装置を実現することができる。また、本発明の駆動装置を有するレンズ装置と、該レンズ装置によって形成された像を撮る撮像素子とを有する撮像装置によって、本発明の効果を奏する撮像装置を実現することができる。

１・・・・・・レンズ装置
１００・・・・ズームレンズ（光学部材）
１０３・・・・負荷切換部
１０４・・・・負荷モータ（生成部）
１０６・・・・指令値補正部（制御部）
１０７・・・・駆動モータ

Claims

可動の光学部材と、
前記光学部材を駆動する駆動部と、
前記駆動部に対する指令を生成して前記駆動部を制御する制御部と、
前記光学部材の駆動負荷としての第１駆動負荷に対して付加する第２駆動負荷を生成する生成部と、
前記生成部に前記第２駆動負荷を生成させるか否かの切換えを行う切換部と、を有し、
前記制御部は、前記光学部材の状態に基づいて、前記切換えの制御を行い、該制御により前記生成部に前記第２駆動負荷を生成させる場合、該制御に基づいて前記指令の変更を行う、
ことを特徴とするレンズ装置。
前記制御部は、前記状態に対応する前記第１駆動負荷に関する情報に基づいて、前記切換えの制御を行うことを特徴とする請求項１に記載のレンズ装置。
前記情報を記憶する記憶部を有することを特徴とする請求項２に記載のレンズ装置。
前記制御部は、前記第１駆動負荷が閾値以下の場合は、前記生成部に前記第２駆動負荷を生成させるように、前記切換えの制御を行うことを特徴とする請求項２または請求項３に記載のレンズ装置。
前記制御部は、前記状態に対応する前記変更の量に関する情報に基づいて、前記変更を行うことを特徴とする請求項１ないし請求項４のうちいずれか１項に記載のレンズ装置。
前記状態は、温度、前記レンズ装置の姿勢、前記光学部材の駆動方向、前記光学部材の駆動速度、前記光学部材の位置のうち少なくとも１つに関することを特徴とする請求項５に記載のレンズ装置。
前記情報は、前記光学部材の位置に対応する前記第１駆動負荷に関する情報を含むことを特徴とする請求項２ないし請求項４のうちいずれか１項に記載のレンズ装置。
前記情報は、温度、前記レンズ装置の姿勢、前記光学部材の駆動方向、前記光学部材の駆動速度のうち少なくとも１つによって互いに異なる複数組の情報を含むことを特徴とする請求項７に記載のレンズ装置。
前記姿勢を検出する検出部を有することを特徴とする請求項６または請求項８に記載のレンズ装置。
前記温度を検出する検出部を有することを特徴とする請求項６、請求項８、請求項９のうちいずれか１項に記載のレンズ装置。
前記光学部材は、フォーカスレンズ群、ズームレンズ群、絞りのうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１ないし請求項１０のうちいずれか１項に記載のレンズ装置。
請求項１ないし請求項１１のうちいずれか１項に記載のレンズ装置と、
前記レンズ装置によって形成された像を撮る撮像素子と、
を有することを特徴とする撮像装置。