JP4585802B2 - レンズ装置および撮像システム及び交換レンズシステム - Google Patents

Description

本発明は、レンズを有するレンズ装置及び、撮像装置とから構成されるビデオカメラやデジタルカメラ等の撮像システム及び、交換レンズシステムに関するものである。

リニアモータをレンズの駆動に用いたレンズ装置及び撮像システムの初期動動作としてはリニアアクチュエータの原点検出方法としてレンズのメカ端に衝突させ原点位置検出を行なう方法として例えば特許番号３１７７９３１等が提案されている。
特許番号３１７７９３１号公報

近年、レンズ装置及び撮像システム及び交換レンズシステムにおいては、撮影素子の高画素化や高画質化が進むと共にレンズ装置および撮像システムの全体性能の向上が要求され、レンズの位置制御についてはフォーカスの高速化、高性能化が常に課題とされているためフォーカスには広くリニアアクチュエータを用いられることが多くなってきた。リニアアクチュエータは従来のＤＣモータやステッピングモータと比較し、高速駆動が可能だからである。

しかしながらリニアアクチュエータの制御性はメカ的な摩擦と密接な関係を持っており、その摩擦を安定化させ、制御特性を安定化させるために一般的にグリースといった粘性の物質が使われる。このグリースはリニアアクチュエータの駆動範囲全体にわたって均一である事が望ましいが、環境や経時、保管姿勢などにより必ずしも均一である保証が無い。従って、位置によって摩擦が異なり、例えば均一状態と比較しグリースが溜まっていたりするようなときは摩擦が大きく、停止しやすい一方駆動時、起動しにくい。逆にグリースが少なく摩擦が小さい場合、駆動時、起動は行いやすいが、停止の際にオーバーシュートしやすく、発振するといった課題がある。

従って、レンズ装置及び撮像システムが機能をしているときにこのような状態であると、フォーカスの起動、停止精度が悪く、また、オーバーシュート目立ちや、合焦しないばかりか、ボケ止まってしまったり、いつまでも停止しないで行ったり来たりするような現象が起こりかねない。

また、交換レンズシステムにおけるリニアアクチュエータを用いた場合、同様な課題を有している。

更に、レンズ装置及び撮像システム及び交換レンズシステムにおいては電源投入からの高速起動により撮影機会をできるだけ損失したくないという課題もある。

上記の課題を解決するために本発明の撮像システムでは、焦点調節を行うフォーカスレンズと、該フォーカスレンズを駆動するリニアアクチュエータと、前記フォーカスレンズの位置を制御する制御手段と、を有し、該制御手段は前記フォーカスレンズとは異なる機能の初期動作終了の検出を行っている間に前記フォーカスレンズを前記フォーカスレンズの駆動範囲全体で動作させることを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、リニアアクチュエータの制御性と密接な関係を持っている摩擦を安定化させ、環境や経時、保管姿勢などにより必ずしも均一である保証が無い駆動範囲において、均一状態と比較し摩擦が大きい場合は停止しやすい一方、駆動しにくく、逆に摩擦が小さい場合、駆動しやすいが、停止の際にオーバーシュートしやすいといった課題を初期動作終了時間を伸ばさずに行う事を実現できる。

（第１実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係る撮像装置の概略構成を示すブロック図である。図１において、１は光学系であり、４つのレンズ群よりなる４群構成のリアフォーカスズームレンズ（以下、ＲＦＺレンズと称する）により構成されている。すなわち、ＲＦＺレンズ１は、固定レンズ群である第１レンズ群（以下、前玉と称する）１０１、移動レンズ群であり変倍機能を有する第２のレンズ（以下、バリエータと称する）１０２、固定レンズ群である第３のレンズ群（以下、アフォーカルと称する）１０３、および移動レンズ群でありフォーカス機能と、変倍動作に伴う結像面位置の変動を補正するコンペンセータとしての機能を有する第４のレンズ群（以下、フォーカスコンペレンズと称する）により構成されている。

２はＣＣＤ等の光電変換素子、３は光電変換素子２への入射光量を調節するための絞り、４は絞り３の開口度を変化させるための絞り駆動部、５は絞り３の位置を検出する絞り位置検出部、６は絞り位置検出部５の出力信号に基づいて絞り３の開口度（絞り量）を検出する検出回路、７は本撮像装置による撮像動作を統括的に制御する制御部である。

なお、制御部７は、マイクロコンピュータにより構成され、図示省略したＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを有している。ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶された制御プログラムに従って、ＲＡＭをワークエリア等として利用しながら、バリエータ１０２、フォーカスコンペレンズ１０４の移動制御等の各種動作を制御する。

８はズームレンズ１０２を移動させる為のステッピングモータで、モータドライバ１０より駆動される。ズームレンズ９は電源投入時位置検出の為の初期動作を行なう。フォーカスレンズ１０４を移動させるためのリニアアクチュエータで、ドライバ１１により駆動され、１７の例えばＭＲ素子などを用いた位置検出手段及び検出回路１８により位置を検出する。このフォーカスレンズも電源投入時位置検出の為の初期動作が行なわれる。１２は光電変換素子２の出力信号を増幅させるアンプ、１３は増幅された信号をＮＴＳＣ映像信号等の映像信号に変換するプロセス回路で制御手段７に有るＡＦ制御手段１４でＡＦを行なうためのＡＦ信号も出力する。この映像信号を利用した自動合焦方式としては、山登り方式など各種の方式が提案されている（特開昭６２―１０３６１６号公報等）。

本実施例の目的はリニアアクチュエータの駆動特性をできるだけ良い状態で制御できるようにレンズ装置及び撮像システムにおける初期動作中にその高速駆動性に着目し、前記装置およびシステムのリニアアクチュエータ以外の電源投入直後から起動、機能するまでの初期動作の間にリニアアクチュエータの駆動を行い、また、継続することで、リニアアクチュエータに使われるグリースの粘性をリニアアクチュエータ駆動範囲全体にわたりならしめ、均一な駆動特性を実現させることに有る。

リニアアクチュエータの制御性はメカ的な摩擦と密接な関係を持っており、その摩擦を安定化させ、制御特性を安定化させるために一般的にグリースといった粘性の物質が使われる。このグリースはリニアアクチュエータの駆動範囲全体にわたって均一である事が望ましいが、環境や経時、保管姿勢などにより必ずしも均一である保証が無い。従って、位置によって摩擦が異なり、均一状態と比較し摩擦が大きいような場合は停止しやすい一方、駆動しにくく、逆に摩擦が小さい場合、駆動しやすいが、停止の際にオーバーシュートしやすいといった課題がある。

図２はグリースが均一である場合とない場合のリニアアクチュエータの駆動特性のばらつきをパルス応答特性で表したものである。

図中Ａは良好な状態、Ｂはグリースが多いまたはたまり気味な状態、Ｃはグリースが不足または抜け気味な状態のときを表している。

ａは駆動、停止命令に対してスムーズに追従するのに対して、ｂは駆動命令に対して反応時間がかかるだけでなく、駆動位置に対しての停止位置が誤差、偏差を持っている。また、ｃは駆動命令に対する応答性は良いものの、停止するまでオーバーシュートを繰り返し、また、目標とする停止位置までの時間が多くかかってしまっている。

このように、環境や経時、保管姿勢などにより駆動範囲の部分的にはｂやｃのような状態になることは容易に想像でき、常にリニアアクチュエータの駆動範囲全体に渡って図２のａのように良好なグリースの状態でいることは考えにくい。

従って、レンズ装置及び撮像装置が機能をしているときにこのような状態であると、ｂの場合ＡＦの起動、停止精度が悪く、また、ｃではオーバーシュートが目立ったり、またはいずれも合焦しないばかりか、ボケ止まってしまったり、いつまでも停止しないで行ったり来たりするような現象が起こりかねない。

そこで、できるだけ図２ａの状態にしてからレンズ装置及び撮像システムを機能させるために電源投入直後の初期動作中に行いたい。また、なおかつ、電源投入時からの初期動作時間を伸ばさない為に、本実施例ではリニアアクチュエータは他の初期動作の終了の検出が行なわれるまでの間での駆動を行い、できるだけ粘性を均一にしようとするものである。

図３にフローを示す。

３０１において、電源が投入されると、３０２においてレンズ装置及び撮像システムにおいて各種初期動作が必要な機能、例えばズームレンズ、ＣＣＤ、フォーカスレンズの初期動作をスタートさせる。３０３においてフォーカスの原点位置検出の終了を判定し、未だの場合継続し、終了していたら３０４において他の初期動作の終了状態を検出する。終了していないものがあれば３０５においてフォーカス駆動を行なう。この際駆動は駆動範囲全体を往復したりすると好ましい。３０５に戻り他の検出可能な初期動作が全て終了していたら、３０６においてフォーカス駆動を停止し、フォーカス初期動作が終了する。

このように本実施例によれば、リニアアクチュエータの駆動範囲にわたり均一ならしめるグリースの粘性を初期動作終了時間を極力伸ばさずに実現できる。

また、本実施形態ではズームをステッピングモータ、フォーカスをリニアモータとしたが、これをズームをリニアモータ、フォーカスをステッピングモータとしてもよく、フォーカス、ズームいずれかがリニアアクチュエータを使用していれば、本実施形態の目的とする効果を得ることができることは言うまでも無い。

更に、フォーカス、ズームいずれもリニアアクチュエータを使用している場合は、やはりフォーカス、ズームそれぞれの原点確認動作後、それら以外の初期動作が終了していないときは本実施形態同様にそれぞれ駆動を行い、終了を検出してからフォーカス、ズームそれぞれの初期動作を終了させればよいことは容易に想像できるものである。

（第２実施形態）
図４は本発明の第２の実施形態に係る撮像装置の概略構成を示すブロック図で、交換レンズシステムである。図１において、１は光学系であり、４つのレンズ群よりなる４群構成のリアフォーカスズームレンズ（以下、ＲＦＺレンズと称する）により構成されている。すなわち、ＲＦＺレンズ１は、固定レンズ群である第１レンズ群（以下、前玉と称する）１０１、移動レンズ群であり変倍機能を有する第２のレンズ（以下、バリエータと称する）１０２、固定レンズ群である第３のレンズ群（以下、アフォーカルと称する）１０３、および移動レンズ群でありフォーカス機能と、変倍動作に伴う結像面位置の変動を補正するコンペンセータとしての機能を有する第４のレンズ群（以下、フォーカスコンペレンズと称する）により構成されている。

２はＣＣＤ等の光電変換素子、３は光電変換素子２への入射光量を調節するための絞り、４は絞り３の開口度を変化させるための絞り駆動部、５は絞り３の位置を検出する絞り位置検出部、６は絞り位置検出部５の出力信号に基づいて絞り３の開口度（絞り量）を検出する検出回路、７は本撮像装置による撮像動作を統括的に制御する制御部である。

なお、制御部７は、マイクロコンピュータにより構成され、図示省略したＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを有している。ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶された制御プログラムに従って、ＲＡＭをワークエリア等として利用しながら、バリエータ１０２、フォーカスコンペレンズ１０４の移動制御等の各種動作を制御する。

カメラユニットのカメラ制御手段１７はＡＦのための合焦信号を生成するプロセス回路１３の出力および、絞り動作のための出力などをカメラ接点１８及びレンズ接点１９を介し、レンズユニット制御手段７に通信を行う。レンズユニット制御手段７はその情報からＡＦや絞りの動作を行い、ズーム位置フォーカス位置、絞り位置等をカメラユニット制御手段に通信で送るなど、それぞれの制御手段は送受信が可能である。

カメラ制御手段１７は撮像素子２や図示しない記録部の初期動作の終了、あるいはカメラユニットが出画可能であることをレンズ制御手段７に通信で送る機能を有している。カメラ制御手段１７はまた、レンズ手段７からの初期動作終了情報、あるいは出画許可情報を得て、カメラ画像の出画を行なうものである。

本実施形態の目的は第１の実施形態と同様で、構成が交換レンズシステムである場合の実施形態を説明するものである。

図５にレンズ制御手段７の制御フローを示す。

５０１において、電源が投入されると、５０２において各種初期動作が必要な機能、例えばズームレンズ、ＣＣＤ、フォーカスレンズの初期動作をスタートさせる。５０３においてフォーカスの原点位置検出の終了を判定し、未だの場合継続し、終了していたら５０４においてレンズ制御手段７とカメラ制御手段１７で通信を行い、５０５においてレンズユニットの他の初期動作の終了及びカメラの初期動作終了情報から初期動作終了状態を検出する。終了していないものがあれば５０６においてフォーカス駆動を行なう。この際駆動は駆動範囲全体を往復したりすると好ましい。５０４に戻り５０５において検出可能な初期動作が全て終了していたら、５０７においてフォーカス駆動を停止し、フォーカス初期動作を終了させ、５０８においてレンズ制御手段はカメラに制御手段に初期動作終了情報を送信する。

また、本実施形態ではズームをステッピングモータ、フォーカスをリニアモータとしたが、これをズームをリニアモータ、フォーカスをステッピングモータとしてもよく、フォーカス、ズームいずれかがリニアアクチュエータを使用していれば、本実施形態の目的とする効果を得ることができることは言うまでも無い。

更に、フォーカス、ズームいずれもリニアアクチュエータを使用している場合は、やはりフォーカス、ズームそれぞれの原点確認動作後、それら以外の初期動作が終了していないときは本実施形態同様にそれぞれ駆動を行い、終了を検出してからフォーカス、ズームそれぞれの初期動作を終了させればよいことは容易に想像できるものである。

第１の実施例を示す。 第１の実施例の説明のための図。 第１の実施例の説明のためのフローチャート。 第２の実施例の説明のための図。 第２の実施例の説明のためのフローチャート。

Claims (5)

1. 焦点調節を行うフォーカスレンズと、該フォーカスレンズを駆動するリニアアクチュエータと、前記フォーカスレンズの位置を制御する制御手段と、を有し、
   該制御手段は前記フォーカスレンズとは異なる機能の初期動作終了の検出を行っている間に前記フォーカスレンズを前記フォーカスレンズの駆動範囲全体で動作させることを特徴とする撮像システム。
2. 焦点調節を行うフォーカスレンズと、前記フォーカスレンズを駆動するリニアアクチュエータと、焦点倍率を変更するズームレンズと、前記ズームレンズを駆動するズーム駆動手段と、前記フォーカスレンズとズームレンズの駆動制御を行うレンズ制御手段と、を有する交換レンズと、
   前記レンズと通信を行うカメラ制御手段と、撮像素子と、を有するカメラユニットと、を有する交換レンズ式撮像システムであって、
   前記レンズ制御手段は、少なくともズームの初期動作の終了を検出し、且つ前記カメラ制御手段からのカメラ初期動作終了情報の検出を通信により得るまでの間に、前記フォーカスレンズを前記フォーカスレンズの駆動範囲全体で動作させることを特徴とする交換レンズ式撮像システム。
3. 焦点調節を行うフォーカスレンズと、焦点倍率を変更するズームレンズと、前記フォーカスレンズまたは前記ズームレンズのうち一方を駆動するリニアアクチュエータと、前記フォーカスレンズと前記ズームレンズの位置を制御する制御手段と、を有し、
   前記制御手段は、前記フォーカスレンズまたは前記ズームレンズのうち他方の初期動作終了の検出を行うまでの間に、前記フォーカスレンズまたは前記ズームレンズのうち一方をその駆動範囲全体で動作させることを特徴とする撮像システム。
4. 焦点調節を行うフォーカスレンズと、該フォーカスレンズを駆動するリニアアクチュエータと、前記リニアアクチュエータに塗られたグリースと、前記フォーカスレンズの位置を制御する制御手段と、を有し、
   該制御手段はフォーカスレンズとは異なる機能の初期動作終了の検出を行っている間に、前記グリースが前記フォーカスレンズの駆動範囲全体に行き渡るように前記リニアアクチュエータの駆動を行うことを特徴とする撮像システム。
5. 前記制御手段は、前記フォーカスレンズとは異なる機能の初期動作終了の検出を行っている間に前記フォーカスレンズを前記フォーカスレンズの駆動範囲全体で往復動作させることを特徴とする請求項４に記載の撮像システム。

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