JP4839731B2 - フォーカス光学系の移動制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、アクチュエータなどで移動される物体の移動量検出装置に関する。

フォトエンコーダを用いて物体の移動量を検出する技術が知られている（特許文献１参照）。特許文献１には、カメラ等の撮影光学系の移動量を検出するエンコーダ装置が開示されている。

特開平５−２１５９５１号公報

特許文献１に記載の技術では、駆動モータの回動にともなって変化する信号が粗信号用と密信号用とで２系統必要とされ、そのためのフォトインタラプタが複数設けられている。

（１）請求項１に記載のフォーカス光学系の移動制御装置は、フォーカス光学系の移動量を示す所定のパルス数を算出するフォーカス演算手段と、前記フォーカス光学系の移動に応じて、強弱を繰り返すアナログ信号を生成するアナログ信号生成手段と、前記アナログ信号を二値化してパルス整形信号を生成するパルス信号生成手段と、前記パルス整形信号が前記所定のパルス数から１を減じた値に達するまでは、前記パルス整形信号の計数値に基づいて前記フォーカス光学系の移動量を算出し、前記パルス整形信号が前記値に達した後は、前記アナログ信号を用いて前記フォーカス光学系の移動量を算出する移動量算出手段と、を備えることを特徴とする。
（２）請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のフォーカス光学系の移動制御装置において、前記移動量算出手段は前記アナログ信号の電圧をディジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器を含み、前記アナログ信号の信号値に基づく場合は、前記Ａ／Ｄ変換器によるディジタル電圧値を用いて前記可動物体の移動量を算出することを特徴とする。
（３）請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載のフォーカス光学系の移動制御装置において、前記アナログ信号生成手段はフォトエンコーダを含み、前記フォトエンコーダには受光光を緩やかに増減させる透過スリットもしくは反射パターンが形成されていることを特徴とする。
（４）請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のフォーカス光学系の移動制御装置において、前記アナログ信号生成手段はフォトエンコーダを含み、前記フォトエンコーダには菱形形状の透過スリットもしくは反射パターンが形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、１系統の信号から高精度に移動量を検出することができる。

以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。図１は、本発明の一実施の形態による移動量検出装置を備えたレンズ鏡筒１００の電気回路を説明するブロック図である。本実施形態の移動量検出装置は、撮影装置に装着されている撮影レンズ内に構成されるフォーカス光学系の移動量を検出する。図１において、レンズ鏡筒１００がカメラボディ２００のレンズマウント（不図示）に装着されている。

レンズ鏡筒１００は筐体８内に電気回路を有し、カメラボディ２００は筐体７内に電気回路を有する。レンズ鏡筒１００がカメラボディ２００に装着されると、レンズ鏡筒１００側の電気回路とカメラボディ２００側の電気回路とが電気接点６−１〜６−６を介して接続される。また、筐体８および筐体７が不図示のレンズマウントを介して電気的に導通する。

レンズ鏡筒１００の電気回路は、レンズＣＰＵ９と、外部操作スイッチ群１０と、電源回路１１と、ＡＦモータ制御回路１２と、フォトインタラプタ１３と、ＡＦモータ１４と、コンパレータ１５と、抵抗器Ｒとを含む。

カメラボディ２００の電気回路は、電源回路２と、ボディＣＰＵ３と、外部操作スイッチ群４と、給電スイッチ５と、ダイオードＤ１およびＤ２とを含む。電池１は、電源としてカメラボディ２００内に装填される。

≪カメラボディ≫
カメラボディ２００に装填された電池１は、カメラボディ２００およびレンズ鏡筒１００に給電する。電源回路２はボディＣＰＵ３から送信される信号(CTL)に応じてオン／オフされ、オン時に入力端子(IN)から入力される電池１からの電圧を出力端子(OUT)へ出力する。これにより、電源回路２のオン時に電池１からの電圧がダイオードＤ２を介してボディＣＰＵ３へ、電気接点６−２を介して回路電源としてレンズＣＰＵ９へ、それぞれ供給される。電池１からの電圧はダイオードＤ１を介する経路でもボディＣＰＵ３へ供給されるように構成されるため、ボディＣＰＵ３は電池１が装填された時点で起動する。電池１の負極は、電気接点６−６を介してカメラボディ２００およびレンズ鏡筒１００間で接続される。

給電スイッチ５はボディＣＰＵ３から送信される給電指示に応じてオン／オフされる。これにより、給電スイッチ５のオン時に電池１からの電圧がパワー電源として、電気接点６−１を介してレンズ鏡筒１００側の電源回路１１およびＡＦモータ１４へそれぞれ印加される。

外部操作スイッチ群４は半押しスイッチ、全押しスイッチなどを含み、各スイッチ操作に対応する操作信号をボディＣＰＵ３へ出力する。半押しスイッチは、不図示のシャッターボタンの押下量に連動してオン／オフし、押下量が半押し操作量に達するとオンし、半押し操作量に達しない場合にオフする。全押しスイッチは、シャッターボタンの押下量が半押し操作量より大きな全押し操作量に達するとオンし、全押し操作量に達しない場合にオフする。

ボディＣＰＵ３は、半押しスイッチがオンされると周知の露出演算、周知のオートフォーカス（ＡＦ）演算を行い、全押しスイッチがオンされると撮影制御を開始する。ボディＣＰＵ３はさらに、ＡＦ演算後にレンズＣＰＵ９との間で通信を行う。レンズＣＰＵ９との間の通信ラインは、ハンドシェイクライン、DATAラインおよびCLKラインで構成され、各ラインはそれぞれ電気接点６−３、６−４および６−５を介してレンズＣＰＵ９と接続される。ボディＣＰＵ３がレンズＣＰＵ９へ送信する内容は、ＡＦ演算によって算出したフォーカス光学系の移動量、移動方向、および移動開始指示である。

≪レンズ鏡筒≫
電源回路１１はレンズＣＰＵ９から送信される信号(CTL)に応じてオン／オフされ、オン時に入力端子(IN)から入力されるパワー電源を出力端子(OUT)へ出力する。これにより、電源回路１１のオン時にＡＦモータ制御回路１２へパワー電源が供給される。

レンズＣＰＵ９は、カメラボディ２００から回路電源が供給されると起動する。レンズＣＰＵ９は、ボディＣＰＵ３との間で通信を行う他、フォーカス光学系を駆動するＡＦモータ１４の回転を制御する。具体的には、ボディＣＰＵ３から送信されるデータに応じてＡＦモータ制御回路１２へＡＦモータ１４の駆動方向および駆動開始を指示するとともに、フォトインタラプタ１３から出力される信号を用いてフォーカス光学系の移動量を検出する。レンズＣＰＵ９は、検出されるフォーカス光学系の移動量がボディＣＰＵ３から指示された移動量に合致するようにフォーカス光学系を駆動制御する。フォーカス光学系が移動されることによって主要被写体に合焦し、不図示の感光部材上に主要被写体の尖鋭像が結ばれる。

ＡＦモータ制御回路１２は、レンズＣＰＵ９のOUTPUT端子から出力される指示に応じて駆動電圧を発生し、この駆動電圧をＡＦモータ１４へ印加する。フォトインタラプタ１３は、ＡＦモータ１４の回転に伴って強弱を繰り返すアナログ信号（図１の例ではフォトインタラプタ１３内のトランジスタから流れるエミッタ電流）を生成する。抵抗器Ｒはエミッタ電流を電圧信号に変換する。このアナログ電圧信号は、レンズＣＰＵ９のA/D変換入力端子へ入力される。

アナログ電圧信号はさらに、コンパレータ１５の非反転入力端子（比較端子）にも入力される。コンパレータ１５の反転入力端子（基準端子）には、レンズＣＰＵ９のD/A出力端子から出力される所定電圧の基準信号が入力されている。これにより、コンパレータ１５はアナログ電圧信号を二値化した矩形電圧信号をレンズＣＰＵ９の入力端子(INPUT)へ出力する。なお、D/A出力端子から出力される信号電圧は、矩形電圧信号のdutyを約５０％にパルス整形するように調節される。レンズＣＰＵ９は、温度等の環境条件の変化に起因してフォトインタラプタ１３からのエミッタ電流が変化する場合でも、上記dutyを約５０％に保つように温度補償を行う。

外部操作スイッチ群１０はマニュアルフォーカススイッチやフォーカス制限スイッチなどを含み、各スイッチ操作に対応する操作信号をレンズＣＰＵ９へ出力する。マニュアルフォーカススイッチは、撮影者が手操作でフォーカス調節を行う場合に操作されるスイッチであり、フォーカス制限スイッチは、ＡＦ動作の対象とする被写体距離に応じて操作されるスイッチである。

図２は、レンズ鏡筒１００のＡＦ駆動機構を説明する図である。ＡＦモータ１４が回転すると、駆動力がギヤ群を構成する減速ギヤ２３およびセグメントギヤ２２を介してカム２０へ伝達される。カム２０が回転運動を光軸方向（図２において左右方向）の直線運動に変換することにより、フォーカス光学系２１が光軸方向に進退駆動され、レンズ鏡筒１００のフォーカス調節が行われる。

一方、ＡＦモータ１４の駆動力はギヤ群を構成する増速ギヤ２５〜２７を介してディスク板２９へも伝達される。これにより、ディスク板２９はＡＦモータ１４より速い速度で回転する。

図３はディスク板２９の拡大図である。ディスク板２９は中心Ｏを回転中心とする円盤状に構成され、菱形状のスリット開口２９ｓが設けられている。図３に例示したスリット開口２９ｓは１つであるが、実際は中心Ｏの同心円上に所定間隔で複数配設される。フォトインタラプタ１３は、ディスク板２９の一方の面から光を照射し、ディスク板２９の他方の面に通過する光を受光する。照射光がスリット開口２９ｓを通過した場合はフォトインタラプタ１３のエミッタ電流（図１）が増加し、照射光がスリット開口２９ｓを通過しない場合にはエミッタ電流が減少する。

図４は、ディスク板２９の回転にともなう受光光量の変化を表すエミッタ電流波形を例示する図である。図４において、横軸は時間を表し、縦軸は振幅を表す。レンズＣＰＵ９は、このように増減を繰り返すアナログ信号をA/D変換することにより、アナログ信号を離散データとして検出する。図４において黒丸は、レンズＣＰＵ９がA/D変換によって取得するサンプリングデータを表す。スリット開口２９ｓを菱形状に構成したことにより、アナログ信号波形が擬似正弦波形となり、時間当たりの信号変化がなだらかになる。すなわち、透過状態→遮蔽状態、遮蔽状態→透過状態へ移行する際の受光量の変化が緩やかになる。この場合、透過状態および遮蔽状態のそれぞれにおけるサンプリングデータの変化量Δｘが大きくなり、後述する図５の場合に比べて大きな検出分解能が得られる。

図５は、図４の波形と比較するために、ディスク板２９のスリット形状が長方形の場合のエミッタ電流波形を例示する図である。スリット開口が長方形の場合、透過状態→遮蔽状態、遮蔽状態→透過状態へ移行する際の受光量の変化が急峻になる。この場合、レンズＣＰＵ９がA/D変換によって取得するサンプリングデータは、透過状態および遮蔽状態のそれぞれにおいて変化量Δｘが小さくなってしまい、図４の場合と異なり、必要な検出分解能が得られない。

（レンズＣＰＵによる移動量検出処理）
レンズＣＰＵ９によって行われるフォーカス光学系の移動量検出処理の流れについて、図６のフローチャートを参照して説明する。図６による処理は、ボディＣＰＵ３からフォーカス光学系の移動量、移動方向、および移動開始指示を受信すると起動する。

図６のステップＳ１において、レンズＣＰＵ９は、ＡＦモータ制御回路１２へＡＦモータ１４の回転方向および電圧印加開始を指示してステップＳ２へ進む。ステップＳ２において、レンズＣＰＵ９は、ＡＦモータ１４の回転速度が所定速度以下か否かを判定する。レンズＣＰＵ９は入力端子(INPUT)へ入力される矩形信号数（パルス数）を計数し、単位時間当たりの計数値（周波数）が所定数以下の場合にステップＳ２を肯定判定してステップＳ３へ進む。一方、単位時間当たりの計数値（周波数）が所定数を超える場合にはステップＳ２を否定判定してステップＳ６へ進む。たとえば、ＡＦモータ１４の最高速回転時にカウントされる計数値の１／２以下の場合に低速とみなし、最高速回転時にカウントされる計数値の１／２を超えれば高速とみなす。

ステップＳ３において、レンズＣＰＵ９は、アナログ信号（A/D変換データ）を用いて移動量検出を行うようにしてステップＳ４へ進む。図４の例ではアナログ信号１周期（＝１パルス周期）につき８つのA/D変換データが得られるので、フォーカス光学系の移動量を約１／８パルス単位で精度よく検出できる。１パルスを移動量１μｍに対応させるように構成した場合、約１／８μｍ単位の検出分解能が得られる。

ステップＳ４において、レンズＣＰＵ９は、フォーカス光学系の移動量が必要量に達したか否かを判定する。レンズＣＰＵ９は、ボディＣＰＵ３から指示された必要量に達した場合にステップＳ４を肯定判定してステップＳ５へ進み、必要量に達していない場合にはステップＳ４を否定判定し、当該判定処理を繰り返す。

ステップＳ５へ進む場合は、検出したフォーカス光学系の移動量がボディＣＰＵ３から指示された移動量に合致する場合である。ステップＳ５において、レンズＣＰＵ９は、ＡＦモータ制御回路１２へ電圧印加終了を指示して図６による処理を終了する。

次に、ステップＳ２で否定判断された場合は、ステップＳ６において、レンズＣＰＵ９は、パルス信号を用いて移動量検出を行うようにしてステップＳ７へ進む。これにより、１周期／１パルスで構成されるパルス列の計数値に基づいて、フォーカス光学系の移動量を１パルス単位で高速で検出する。

ステップＳ７において、レンズＣＰＵ９は、フォーカス光学系の移動量を示すパルス数が所定数に達したか否かを判定する。レンズＣＰＵ９は、計数値が所定数（たとえば、(必要数)−１）に達した場合にステップＳ７を肯定判定してステップＳ３へ進み、所定数に達していない場合にはステップＳ７を否定判定し、当該判定処理を繰り返す。「必要数」は、ボディＣＰＵ３から指示された必要量に対応するパルス数である。ステップＳ３へ進む場合は、ＡＦモータ制御回路１２へ減速を指示してからステップＳ３へ進み、ステップＳ３でアナログ信号（A/D変換データ）を用いた移動量検出を行う。

以上説明した実施形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）レンズＣＰＵ９は、フォーカス光学系の移動速度をディスク板２９上に形成されたスリット開口２９ｓを通過した光の受光光量の変化から検出し、検出した速度に応じて異なる方式でフォーカス光学系の移動量検出を行う。低速時は受光光量の変化を示すアナログ信号（フォトインタラプタ１３から出力される信号）を用いて高精度に移動量検出を行い、高速時は上記アナログ信号をコンパレータ１５で二値化したパルス整形信号を用いて高速に検出する。フォトインタラプタ１３から出力される１系統の信号から移動量を検出できるので、フォトインタラプタ１３を２系統必要とするシステムに比べて小型で低コストである。

（２）フォーカス光学系の移動量を示すパルス数が（(必要数)−１）に達する前（ステップＳ７を否定判定）は移動量を高速で検出し、残りの１パルスに相当する移動量をアナログ信号（A/D変換データ）を用いて高精度に検出する（ステップＳ７を肯定判定→ステップＳ３）ようにしたので、常に高精度の検出を行う場合に比べてレンズＣＰＵ９の負担を軽減できる。さらに、高速検出時はレンズＣＰＵ９による検出速度に合わせてフォーカス光学系の移動速度を遅くする必要がないため、パルス数が（(必要数)−１）に達するまではフォーカス光学系を速く移動させることができる。

（３）スリット開口２９ｓの形状を菱形にしたので、フォトインタラプタ１３から出力されるアナログ信号（A/D変換データ）を擬似正弦波形にすることができる。これにより、透過状態および遮蔽状態のそれぞれにおけるサンプリングデータの変化量Δｘが大きくなり、スリット形状を長方形にする場合に比べて大きな検出分解能が得られる。さらに、スリット口径を小さくする場合に比べてフォトインタラプタ１３から大きなアナログ信号が出力されるので、Ｓ／Ｎ比も向上する。

以上の説明では、回転する移動物体の移動量を検出する例を説明したが、直線方向に移動する移動物体の移動量検出にも本発明を適用できる。

フォトインタラプタ１３の代わりにフォトリフレクタを用いてもよい。この場合には、ディスク板に菱形形状の反射パターンを蒸着（もしくは印刷）し、フォトリフレクタがパターンで反射された光を受光するように構成する。

スリット開口（反射パターン）の形状は菱形に限らず、楕円形状に構成してもよい。

フォーカス光学系の移動量検出を行う場合、カメラの撮影光学系の他に、望遠鏡の観察光学系に含まれるフォーカス光学系の移動量検出を行うこともできる。

以上の説明はあくまで一例であり、発明を解釈する上で、上記の実施形態の構成要素と本発明の構成要素との対応関係に何ら限定されるものではない。

本発明の一実施の形態による移動量検出装置を備えたレンズ鏡筒の電気回路を説明するブロック図である。 レンズ鏡筒のＡＦ駆動機構を説明する図である。 ディスク板の拡大図である。 本実施形態によるエミッタ電流波形を例示する図である。 スリット形状を長方形にする場合のエミッタ電流波形を例示する図である。 レンズＣＰＵによって行われる移動量検出処理の流れについて説明するフローチャートである。

符号の説明

３…ボディＣＰＵ
９…レンズＣＰＵ
１２…ＡＦモータ制御回路
１３…フォトインタラプタ
１４…ＡＦモータ
１５…コンパレータ
２１…フォーカス光学系
２９…ディスク板
２９ｓ…スリット開口

Claims (4)

1. フォーカス光学系の移動量を示す所定のパルス数を算出するフォーカス演算手段と、
   前記フォーカス光学系の移動に応じて、強弱を繰り返すアナログ信号を生成するアナログ信号生成手段と、
   前記アナログ信号を二値化してパルス整形信号を生成するパルス信号生成手段と、
   前記パルス整形信号が前記所定のパルス数から１を減じた値に達するまでは、前記パルス整形信号の計数値に基づいて前記フォーカス光学系の移動量を算出し、前記パルス整形信号が前記値に達した後は、前記アナログ信号を用いて前記フォーカス光学系の移動量を算出する移動量算出手段と、
   を備えることを特徴とするフォーカス光学系の移動制御装置。
2. 請求項１に記載のフォーカス光学系の移動制御装置において、
   前記移動量算出手段は前記アナログ信号の電圧をディジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器を含み、前記アナログ信号の信号値に基づく場合は、前記Ａ／Ｄ変換器によるディジタル電圧値を用いて前記可動物体の移動量を算出することを特徴とするフォーカス光学系の移動制御装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載のフォーカス光学系の移動制御装置において、
   前記アナログ信号生成手段はフォトエンコーダを含み、
   前記フォトエンコーダには受光光を緩やかに増減させる透過スリットもしくは反射パターンが形成されていることを特徴とするフォーカス光学系の移動制御装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のフォーカス光学系の移動制御装置において、
   前記アナログ信号生成手段はフォトエンコーダを含み、
   前記フォトエンコーダには菱形形状の透過スリットもしくは反射パターンが形成されていることを特徴とするフォーカス光学系の移動制御装置。
   

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