JP3977184B2

JP3977184B2 - 光学装置および撮像装置

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Publication number: JP3977184B2
Application number: JP2002213015A
Authority: JP
Inventors: 英和中村
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-07-22
Filing date: 2002-07-22
Publication date: 2007-09-19
Anticipated expiration: 2022-07-22
Also published as: US6831793B2; US20040022532A1; JP2004054056A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レンズ等の光学素子を駆動制御する光学装置に関し、さらに詳しくは磁気センサを用いて手動操作手段の操作を検出して光学素子の駆動を制御する光学装置、さらにはビデオカメラやデジタルスチルカメラ等の撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ビデオカメラやデジタルスチルカメラに、変倍光学素子や合焦光学素子の駆動ユニットに対して駆動指示を与えるマニュアル操作リングが設けられている場合がある。この場合、マニュアル操作リングの操作量や操作方向を検出し、その検出結果に応じて駆動ユニット、つまりは光学素子を駆動制御する。
【０００３】
そして、このようなマニュアル操作リングによる光学素子の駆動制御方式としては、例えば、異なる磁極が交互に着磁された磁気スケールとこの磁気スケールに対向配置された磁気センサとがマニュアル操作リングの操作に伴って相対移動するように構成し、磁気センサから出力された信号の周期的変化（パルス）の回数（カウント値）に基づいて駆動ユニットを制御するものがある。
【０００４】
図６には、磁気（ＭＲ）センサを用いたパルスカウントによる制御方式の従来例を示す。図中の２０ａ，２０ｂはそれぞれ、磁気スケールに対して移動するＭＲセンサからのＡ相、Ｂ相の出力信号、２０ｃは制御回路の基準電位である。
【０００５】
制御回路は、マニュアル操作リングの操作に応じてＭＲセンサから出力された出力信号２０ａ，２０ｂを、２０ｄ（Ａ相），２０ｅ（Ｂ相）のようにデジタル（パルス）変換し、パルス信号２０ｄ，２０ｅと基準電位２０ｃとのクロスポイント２０ｅをカウントしてそのカウント値に基づいて駆動ユニットの制御を行なう。
【０００６】
また、ＭＲセンサの出力信号を中間位置で任意に分割して行う制御方式の従来例を図７に示す。図中の２０ａ，２０ｂはそれぞれ、磁気スケールに対して移動するＭＲセンサからのＡ相，Ｂ相の出力信号、２０ｃは制御回路の基準電位である。
【０００７】
制御回路は、ＭＲセンサからの出力信号２０ａ，２０ｂのうちリニアリティーが良好な部分２０ｈ（２０ｆはリニアリティー上限閾値、２０ｇはリニアリティー下限閾値）を抜き出し、この部分２０ｈを例えば２０や５０など任意の分割数で分割する。そして、マニュアル操作リングの操作時に得られた信号値に基づいて駆動ユニットの制御を行う。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
変倍光学系や合焦光学系の停止位置の分解能を向上させるためには、マニュアル操作リングの回転位置の検出分解能を向上させる必要がある。ここで、ＭＲセンサを用いたパルスカウント制御方式では、マニュアル操作リングの回転位置の分解能はＭＲセンサにおける検出用マグネットのピッチで決定してしまう。このため、該回転位置の分解能の向上を図るためにはマグネットのピッチを小さくしなければならない。
【０００９】
しかしながら、マグネットのピッチを小さくするには加工上の限界があり、現状よりもさらにピッチを小さくしていくことは困難である。このため、マニュアル操作リングの回転位置の分解能を飛躍的に向上させることは難しい。なお、マニュアル操作リングと磁気スケールとの間にギアを数段設けることにより、メカ的に分解能を上げる方法も考えられるが、これでは装置の大型化につながる。
【００１０】
一方、ＭＲセンサの出力信号を中間分割して行う制御方式では、分解能は向上するが、制御回路の処理が複雑化され、処理速度が遅くなってしまう。しかも、ユーザーが高速でマニュアル操作リングを回転させる場合は、光学素子の停止位置分解能の細分化は問題とせず、光学素子を所望の位置付近に高速で移動させる目的がほとんどである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明の光学装置は、光学素子を駆動する駆動ユニットと、光学素子の駆動を手動操作により指示するための操作手段と、操作手段の操作に伴い相対移動する磁気スケールおよび磁気センサと、磁気スケールおよび磁気センサの相対移動により磁気センサから出力された信号に基づいて駆動ユニットを制御する制御手段とを有する。そして、制御手段に、磁気センサから出力された信号の変化が操作手段の所定速度以上の高速での操作を表すときは、磁気センサから出力された信号の周期的変化の回数に基づいて駆動ユニットを制御させ、操作手段の上記所定速度よりも低速での操作を表すときは、磁気センサから出力された信号の値（例えば、磁気センサから出力された信号を中間分割して得られた値）に基づいて駆動ユニットを制御させるようにする。
【００１２】
ここで、磁気スケールは、異なる磁極が着磁された領域を交互に有し、例えば、操作手段の操作に応じて回転するものとする。そして、磁気センサを、磁気スケールの一部に対向させて配置し、磁気スケールの回転に応じた磁気変化に対応して値が周期的に変化する電気信号を出力するものとする。
【００１３】
これにより、操作手段が高速で操作された場合に、磁気センサから出力された信号の値に基づいた駆動ユニットの制御を行うことがなく、制御手段の処理負担を軽減することが可能となる。一方、操作手段が低速で操作された場合には、磁気センサから出力された信号の値に基づいた駆動ユニットの制御を行うことで、光学素子の停止位置分解能を向上させることが可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１には、本発明の実施形態であるレンズ装置の構成を示している。このレンズ装置は、物体（被写体）側から順に、凸，凹，凸，凸の光学パワーを有する４つのレンズ群を持ち、ビデオカメラやデジタルスチルカメラ等の撮像装置の撮影レンズ部を構成する。
【００１５】
図１において、Ｌ１は固定された第１レンズ群、Ｌ２は光軸方向に移動することにより変倍作用を行なう第２レンズ群、Ｌ３は固定された第３レンズ群、Ｌ４は光軸方向に移動することにより合焦作用を行なう第４レンズ群である。
【００１６】
１は第１レンズ群Ｌ１を保持する固定鏡筒、２は第２レンズ群Ｌ２を保持する２群移動枠、３は第３レンズ群Ｌ３を保持する３群保持枠、４は第４レンズ群Ｌ４を保持する４群移動枠、５はＣＣＤやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子（図４に４５で示す）が取り付けられる後部鏡筒である。
【００１７】
固定鏡筒１と後部鏡筒５は、２本のガイドバー７，８を位置決め固定する。２群移動枠２はガイドバー７，８により光軸方向に移動可能に支持されている。また、３群保持枠３と後部鏡筒５は、２本のガイドバー９，１０を位置決め固定する。
【００１８】
４群移動枠４はガイドバー９，１０により光軸方向に移動可能に支持されている。また、３群保持枠３はビス３ａによって後部鏡筒５に位置め固定されている。
【００１９】
６は撮影光学系の開口径を変化させる絞りユニットであり、６枚の絞り羽根を開閉移動させて開口径を変化させる、いわゆる虹彩型絞りである。この絞りユニット６は、ビス６ａにより後部鏡筒５に固定される。
【００２０】
固定鏡筒１は後部鏡筒５に対して位置決めされた上で、ビス１ａにより後部鏡筒５に固定される。
【００２１】
１２は４群移動枠４を光軸方向に駆動する合焦駆動ユニットであるスッテピングモータユニットであり、その出力軸に一体形成されたリードスクリュー１２ａを有する。リードスクリュー１２ａには、４群移動枠４に取り付けられたラック４ａが噛み合っている。このため、スッテピングモータユニット１２が回転すると、リードスクリュー１２ａとラック４ａとの噛合作用によって４群移動枠４がガイドバー９，１０によってガイドされながら光軸方向に駆動される。
【００２２】
また、４群移動枠４、ガイドバー１０、ラック４ａおよびリードスクリュー１２ａは、ネジリコイルバネ４ｂの付勢力によってそれぞれの間のガタつきが片寄せ除去されている。
【００２３】
１３は２群移動枠２を光軸方向に駆動する変倍駆動ユニットであるスッテピングモータユニットであり、その出力軸に一体形成されたリードスクリュー１３ａを有する。リードスクリュー１３ａには、２群移動枠２に取り付けられたラック２ａが噛み合っている。このため、スッテピングモータユニット１３が回転すると、リードスクリュー１３ａとラック２ａとの噛合作用によって２群移動枠２がガイドバー７，８によってガイドされながら光軸方向に駆動される。
【００２４】
また、２群移動枠２、ガイドバー８、ラック２ａおよびリードスクリュー１３ａは、ネジリコイルバネ２ｂの付勢力によってそれぞれの間のガタつきが片寄せ除去されている。
【００２５】
これらステッピングモータユニット１２，１３はそれぞれ後部鏡筒５にビス（図示せず）で固定されている。
【００２６】
１４はフォトインタラプタからなるフォーカスリセットスイッチであり、光軸方向に移動する４群移動枠４に形成された遮光部（図示せず）が発光部と受光部との間に出入りすることで生成される遮光状態と透光状態とに応じた電気信号を出力する。これにより、後述するＣＰＵは第４レンズ群Ｌ４が基準位置に位置しているか否かを検出することができる。フォーカスリセットスイッチ１４は基板１４ａを介してビス１４ｂにより後部鏡筒５に固定されている。
【００２７】
１５はフォトインタラプタからなるズームリセットスイッチであり、光軸方向に移動する２群移動枠２に形成された遮光部２ｃが発光部と受光部との間に出入りすることで生成される遮光状態と透光状態とに応じた電気信号を出力する。これにより、後述するＣＰＵは第２レンズ群Ｌ２が基準位置に位置しているか否かを検出することができる。ズームリセットスイッチ１５は基板１５ａを介してビス１５ｂにより後部鏡筒５に固定されている。
【００２８】
２７および２８はそれぞれマニュアルフォーカスリングおよびマニュアルズームリング（いずれも操作手段）である。マニュアルフォーカスリング２７およびマニュアルズームリング２８はそれぞれ、中間鏡筒２９の外周に回転可能に取り付けられている。
【００２９】
図２および図３には、本実施形態において、マニュアルフォーカスリング２７およびマニュアルズームリング２８の操作量および操作方向を検出するために用いられているＭＲユニットの構成を示している。図２はＭＲユニット周辺の側面断面図、図３は図２中の矢印Ａ方向から見たＭＲユニット周辺の正面図である。
【００３０】
これらの図において、マニュアルフォーカスリング２７は中間鏡筒２９と前側押え鏡筒３１の外周に取り付けられており、さらに中間鏡筒２９と前側押え鏡筒３１とに挟まれることによって、回転可能な最小限のクリアランス以上の光軸方向移動が阻止されている。
【００３１】
また、マニュアルズームリング２８は中間鏡筒２９と後側押え鏡筒３０の外周に取り付けられており、さらに中間鏡筒２９と後側押え鏡筒３０とに挟まれることによって、回転可能な最小限のクリアランス以上の光軸方向移動が阻止されている。
【００３２】
３３はマニュアルフォーカスリング２７を手動操作する際の滑りを防止するためのゴムリング、３４はマニュアルズームリング２８を手動操作する際の滑りを防止するためのゴムリングである。
【００３３】
マニュアルフォーカスリング用およびマニュアルズームリング用のＭＲユニットは互いに同様の構成を有している。
【００３４】
ＭＲユニットは、円盤状の磁気スケール２１と、この磁気スケール２１の外周の一部に所定間隔をあけて対向配置されたＭＲセンサ（マニュアルフォーカスリング用ＭＲセンサ２２Ｆおよびマニュアルズームリング用ＭＲセンサ２２Ｚ）とを有して構成されている。磁気スケール２１の中心には軸部材２５が圧入又は接着により磁気スケール２１と一体回転可能に取り付けられており、軸部材２５は横Ｕ字形状のケーシング部材２３に設けられた前側軸受２４および後側軸受３５によって回転可能に支持されている。なお、ケーシング部材２３は中間鏡筒２９に固定されている。また、軸部材２５にはギヤ部材２６が圧入又は接着によって軸部材２５と一体回転可能に取り付けられている。
【００３５】
マニュアルフォーカスリング２７およびマニュアルズームリング２８の内周にはそれぞれ、内歯ギア部２７ａ，２８ａが形成されており、これら内歯ギア部２７ａ，２８ａにはギヤ部材２６が噛み合っている。このため、マニュアルフォーカスリング２７又はマニュアルズームリング２８が回転すると、該回転した側のＭＲユニットのギア部材２６が回転し、その回転が軸部材２５を介して磁気スケール２１に伝達され、磁気スケール２１が回転する。
【００３６】
これにより、磁気スケール２１がＭＲセンサに対して回転移動し（磁気スケール２１とＭＲセンサとの相対移動が発生し）、ＭＲセンサからは、図６に示したような、Ａ相，Ｂ相の信号（２０ａ，２０ｂ）が出力される。
【００３７】
図４には、本実施形態のレンズ装置を搭載した撮像装置の電気回路の構成を示している。
【００３８】
４０は制御手段としてのＣＰＵであり、撮像装置全体の制御を司る。また、ＣＰＵ４０は、ＭＲセンサ２２Ｆ，２２Ｚから出力された信号を取り込んで該出力信号の演算処理を行なう。４５は前述したＣＣＤ等の撮像素子であり、レンズ群Ｌ１〜Ｌ４によって形成された被写体の光学像を光電変換する。撮像素子４５からの出力信号は不図示の画像処理回路に送られ、各種処理が施されて画像情報とされた後、不図示の記録部において半導体メモリ等の記録媒体に記録される。
【００３９】
ここで、ＣＰＵ４０におけるＭＲセンサ２２Ｆ，２２Ｚからの出力信号の処理動作について図５に示すフローチャートを用いて説明する。
【００４０】
まず、ステップ（図ではＳと略す）１では、ＭＲセンサからの出力信号（図６における２０ａ，２０ｂ）を取り込む。ここでいう出力信号とは、ＭＲセンサ２２Ｆ，２２Ｚのうち操作されたマニュアルフォーカスリング２７又はマニュアルズームリング２８に対応するＭＲセンサからの出力信号である。そして、該出力信号を図６に示す２０ｄ，２０ｅのようにパルス変換する。
【００４１】
次に、ステップ２では、ＭＲセンサから所定時間内に１パルス（数パルスでもよい）分の信号が出力されたか否かを判別する。１パルス分の信号が出力されたとき、すなわちマニュアルフォーカスリング２７又はマニュアルズームリング２８が上記所定時間内にＭＲセンサから１パルスが出力される速度（所定速度）以上の高速で操作されたときはステップ３に進み、１パルス分の信号が出力されないとき、すなわちマニュアルフォーカスリング２７又はマニュアルズームリング２８が上記所定速度よりも低速で操作されたときはステップ５に進む。
【００４２】
ステップ３では、ＭＲセンサからの出力信号が変換されて得られたパルス（デジタル信号）の数をカウントする。そして、ステップ４では、パルスカウント値に基づいて、フォーカス駆動用のステッピングモータユニット１２（つまりは第４レンズ群Ｌ４）又はズーム駆動用のステッピングモータユニット１３（つまりは第２レンズ群Ｌ２）の駆動制御を行う。
【００４３】
具体的には、ＣＰＵ４０は、パルスカウント値に１パルスあたりの所定のモータ駆動量又はレンズ駆動量を乗算し、算出された目標駆動量に対応する回転量だけステッピングモータユニットを回転駆動する。なおこの際、ＣＰＵ４０は、図４に示すドライバ回路４２，４３に駆動信号を送り、ドライバ回路４２，４３が該駆動信号に基づいてステッピングモータユニット１２，１３を駆動する。
【００４４】
これにより、第４レンズ群Ｌ４又第２レンズ群Ｌ２は、マニュアルフォーカスリング２７又はマニュアルズームリング２８の高速操作に対応した高速度で駆動される。そして、ステップ７に進む。
【００４５】
一方、ステップ５では、ＭＲセンサからの出力信号（アナログ信号）のうちリニア部分（図７に示す２０ｈの部分）を所定の分割数で分割（すなわち、中間分割）する。そして、ステップ６に進み、その時点で得られているＭＲセンサ出力のアナログ値に基づいて、フォーカス駆動用のステッピングモータユニット１２又はズーム駆動用のステッピングモータユニット１３の駆動制御を行う。
【００４６】
具体的には、ＣＰＵ４０は、得られたアナログ値に単位アナログ値あたりの所定のモータ駆動量又はレンズ駆動量を乗算し、算出された目標駆動量に対応する回転量だけステッピングモータユニットを回転駆動する。なおこの際、ＣＰＵ４０は、図４に示すドライバ回路４２，４３に駆動信号を送り、ドライバ回路４２，４３が該駆動信号に基づいてステッピングモータユニット１２，１３を駆動する。
【００４７】
これにより、第４レンズ群Ｌ４又第２レンズ群Ｌ２は、マニュアルフォーカスリング２７又はマニュアルズームリング２８の低速操作に対応した低速、かつ高位置分解能で駆動される。そして、ステップ７に進む。
【００４８】
ステップ７では、さらにＭＲセンサからの出力信号があるか否かを判別し、ＭＲセンサ出力があるときにはステップ２に戻り、ＭＲセンサ出力がないときにはステップ８に進んで、変倍又はフォーカス駆動制御を終了する。
【００４９】
なお、本実施形態では、ＭＲセンサから所定時間内に１パルス（又は数パルス）分の信号が出力されたか否かをもってマニュアルフォーカスリング又はマニュアルズームリングが高速で操作されたか否かを判別する場合について説明したが、マニュアルフォーカスリング又はマニュアルズームリングが高速で操作されたか否かを判別する方法は他の方法でもかまわない。
【００５０】
また、本実施形態では、ステッピングモータの目標駆動量を演算により求める場合について説明したが、パルスカウント値又はアナログ値に対応した目標駆動量をマップデータとしてメモリに記憶しておき、そこから目標駆動量を読み出すようにしてもよい。
【００５１】
さらに、本実施形態では、マニュアルフォーカスリングおよびマニュアルズームリングの操作によって磁気スケールが、固定されたＭＲセンサに対して回転する場合について説明したが、本発明では、マニュアルフォーカスリングおよびマニュアルズームリングの操作によってＭＲセンサが、固定された磁気スケールに対して移動するような構成を採ってもかまわない。
【００５２】
また、本実施形態では、凸凹凸凸の４群構成の変倍光学系を有するレンズ装置について説明したが、本発明はこれ以外の光学系構成を持つレンズ装置にも適用することができる。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、操作手段が高速で操作された場合には、磁気センサから出力された信号の値に基づいた駆動ユニットの制御は行わないので、光学素子の高速駆動ができるとともに、制御手段の処理負担を軽減することができる。一方、操作手段が低速で操作された場合には、磁気センサから出力された信号の値に基づいた駆動ユニットの制御を行うので、光学素子の停止位置分解能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態であるレンズ装置の分解斜視図である。
【図２】図１に示したレンズ装置におけるＭＲユニット周辺の断面図である。
【図３】図１に示したレンズ装置におけるＭＲユニット周辺の正面図である。
【図４】図１に示したレンズ装置を搭載した撮像装置の電気回路のブロック図である。
【図５】図１に示したレンズ装置を搭載した撮像装置のＣＰＵの処理動作を示したフローチャートである。
【図６】ＭＲセンサの出力信号とパルス変換を説明するための図である。
【図７】ＭＲセンサの出力信号の中間分割を説明するための図である。
【符号の説明】
１固定鏡筒
２２群移動枠
３３群保持枠
４４群移動枠
５後部鏡筒
６絞りユニット
１２，１３ステッピングモータユニット
２１磁気スケール
２２Ｆマニュアルフォーカスリング用のＭＲセンサ
２２Ｚマニュアルズームリング用のＭＲセンサ
２７マニュアルフォーカスリング
２８マニュアルズームリング
４０ＣＰＵ
４５撮像素子

Claims

光学素子を駆動する駆動ユニットと、
前記光学素子の駆動を手動操作により指示するための操作手段と、
前記操作手段の操作に伴い相対移動する磁気スケールおよび磁気センサと、
前記磁気スケールおよび磁気センサの相対移動により前記磁気センサから出力された信号に基づいて前記駆動ユニットを制御する制御手段とを有し、
前記制御手段は、前記磁気センサから出力された信号の変化が前記操作手段の所定速度以上の高速での操作を表すときは、前記磁気センサから出力された信号の周期的変化の回数に基づいて前記駆動ユニットを制御し、前記操作手段の前記所定速度よりも低速での操作を表すときは、前記磁気センサから出力された信号の値に基づいて前記駆動ユニットを制御することを特徴とする光学装置。
前記制御手段は、前記磁気センサから出力された信号の変化が前記操作手段の前記所定速度よりも低速での操作を表すときは、前記磁気センサから出力された信号を中間分割して得られた値に基づいて前記駆動ユニット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。
前記光学素子が変倍光学系を構成するものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学装置。
前記光学素子が合焦光学系を構成するものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学装置。
請求項１から４のいずれかに記載の光学装置と、この光学装置により形成される光学像を撮像する撮像手段とを有することを特徴とする撮像装置。