JP5289202B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、撮像装置に関するものであり、特にレンズ駆動用アクチュエータとして超音波モータを使用した録音機能を有する撮像装置に関するものである。

カメラのレンズ駆動にはさまざまなアクチュエータが使用されるが、その中のひとつに超音波モータがあげられる。超音波モータは、振動エネルギーを弾性体との摩擦により連続的な機械運動として取り出すように構成された非電磁駆動式のアクチュエータである。その振動エネルギーは、圧電素子のような電気−機械エネルギー変換素子に対して交番電圧を印加することによって高周波振動を発生させる。

超音波モータは、他のアクチュエータと比較して高トルクを実現することができるのが超音波モータの特徴である。

また、近年のデジタルカメラやデジタルビデオカメラ等の電子カメラでは、静止画撮影と動画撮影の両方の撮影モードを持つものが多くある。動画撮影時には周囲の音声や被写体の音声を画像と同時に記録することとなるが、その動画撮影の音声記録時に問題となるのが、レンズやアクチュエータの駆動音がノイズとして音声に記録されることである。

特に、超音波モータを使用したカメラの場合には、その素子振動の駆動周波数と録音サンプリング周期との折り返しによって、音声にノイズが録音されてしまうという超音波モータ特有の問題が発生することがある。

そこで、このような音声記録時にレンズの駆動音がノイズとして記録される問題点に対して従来さまざまな提案がされている。例えば、特許文献１ではレンズの駆動によって発生するノイズの周波数を観測し、それと略一致する周波数成分を音声信号から除去するフィルタを備えるものが提案されている。

特開２００５−１３０３２８号公報

しかしながら、前述の特許文献に開示された従来技術では、超音波モータのように周波数を変化させながら制御を行うアクチュエータの場合には固定周波数成分の除去では対応できずない。そのため、その周波数の変化にあわせてフィルタの特性をリアルタイムで変化させる必要があり、その処理はカメラにとって大きな負荷となってしまう。

そこで本発明では、カメラの処理負荷を増大させることなく、動画撮影時の超音波モータの駆動周波数によるノイズの録音を低減させることを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１記載の撮像装置は、レンズ駆動部を駆動させる超音波モータと、前記超音波モータの駆動を制御するモータ制御手段と、駆動周波数を変化させモータを制御する第１のモータ制御方法と、前記第１のモータ制御方法と異なる周波数域の駆動周波数でモータを制御する第２のモータ制御方法と、前記第１および第２の制御方法を切替えるモータ制御方法切替手段と、被写体もしくは周囲の音声を記録する音声記録手段と、被写体撮影時に被写体像のみを記録する第１の撮影モードと、被写体撮影時に被写体像とともに音声も記録する第２の撮影モードと、前記第１および第２の撮影モードを切替える撮影モード切替手段とを持ち、第１の撮影モード時には第１のモータ制御方法にて超音波モータを制御し、第２の撮影モード時には第２のモータ制御方法にて超音波モータを制御する。

本発明によれば、撮像装置に対しカメラの処理負荷を増大させることなく、動画撮影時の超音波モータの駆動周波数によるノイズの録音を低減させることができる。

本発明における撮像装置のシステムブロック図 本発明におけるズーム制御ブロックを示す図 本発明における、超音波モータへの印加波形を説明する図 実施例における全体フローチャート パルス幅制御方法を説明するための説明図 パルス幅制御方法を示すフローチャート 電圧振幅制御方法を説明するための説明図 電圧振幅制御方法を示すフローチャート 周波数制御方法を説明するための説明図 周波数制御方法を示すフローチャート

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態はクレームにかかる発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

＜機能構成＞
図１に本実施の形態にかかる撮像装置１の特徴的な機能構成の一例を示す。

１０は光学ブロックであり、倍率レンズ１１ａ、焦点調整レンズ１１ｂ、シャッタ１２、絞り１３などによって構成される。本実施においては、倍率レンズ１１ａのアクチュエータとして超音波モータ１４を使用し、その倍率レンズ１１ａの位置を検知するためにロータリーエコーダ１５を備えているものとする。なお、ここでは超音波モータ１４は倍率レンズ１１ａのみを動かすアクチュエータとして記載されているが、他の駆動部を動かすアクチュエータでも構わない。３０はレンズ駆動部コントローラブロックであり、光学ブロック１０における各構成部材を駆動させるための制御手段であり、ズーム制御ブロック３１、フォーカス制御ブロック３２、絞り制御ブロック３３、シャッタ制御ブロック３４などで構成されている。ズーム制御ブロック３１の詳細については後述する。

９は被写体および周辺の音声を集めるためのマイクであり、３６はそのマイク９で集めた音声をアナログ信号からデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器である。デジタル信号に変換された音声はバンドエリミネートフィルタ３７によって特定の周波数成分を除去され、適切な信号処理３８を行われた後、システムコントローラ８を経由して内部メモリ４３に記録される。これにより、被写体もしくは撮像装置の周囲の音声を記録することができる。

２１は光学像を電気信号に変換する撮像素子で、撮像制御ブロック２２によってタイミング等を制御される。２３は撮像素子２１のアナログ信号出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器であり、画像入力ブロック２４を介し内部メモリ４３に格納され、メモリ制御回路４１及びシステムコントローラ８により制御される。２５は画像処理回路であり、Ａ／Ｄ変換器２３からのデータ或いはメモリ制御回路４１からのデータに対して所定の画素補間処理や色変換処理を行う。４１はメモリ制御回路であり、Ａ／Ｄ変換器２３、画像処理回路２５、圧縮伸長回路４２、内蔵メモリ４３を制御し、記録メディア４４へのデータの記録も制御する。

２７は画像表示制御ブロックであり、６はＴＦＴ，ＬＣＤ等から成る画像表示装置である。内部メモリ４３に書き込まれた表示用の画像データは画像表示制御ブロック２７を介して画像表示装置６により表示される。４３は撮影した静止画像や動画像を格納するための内蔵メモリであり、システムコントローラ８の作業領域としても使用することも可能である。４２は画像データを圧縮伸長する圧縮・伸長回路であり、メモリ４３に格納された画像を読み込んで圧縮処理あるいは伸長処理を行い、処理を終えたデータを再びメモリ４３に書き込む。

８はシステムコントローラであり撮像装置１全体を制御する。２、３、４、および５は、システムコントローラ８の各種の動作指示を入力するための操作手段であり、スイッチやダイアル、タッチパネル等の単数あるいは複数の組み合わせで構成される。３はレリーズスイッチであり、静止画を記録するためのシャッタを動作させるトリガ信号や、動画記録をスタートやストップさせるためのトリガ信号として使用される。４はズーム操作キーであり、これにより光学レンズ１０を制御し焦点距離を操作する。

４６は電源制御ブロックであり、電源ボタン２の信号をトリガとして電源４７より撮像装置１に電源を供給する。

＜ズーム制御ブロック３１＞
続いて、図２を用いてズーム制御ブロック３１について説明する。ズーム制御ブロック３１では、倍率レンズ１１ａの位置を検出するロータリーエンコーダ１５の信号をもとに、位置検出ブロック５１と速度検出ブロック５２によって、現在の倍率レンズ１１ａの位置と駆動速度とを検出する。その検出された現在の位置・速度と、システムコントローラ８の目標速度位置設定ブロック６０によって設定された位置・速度を比較することで、超音波モータコントローラ５７によって超音波モータ１４の制御を行う。超音波コントローラ５７では複数の制御方法を持っており、これらを制御方法切替ブロック５８によって切替える。本実施形では、この制御方法の切替えはシステムコントローラ８内の撮影モード切替ブロック５９からの指令に基づいて行われる。超音波モータに印加する波形の周波数・パルス幅・電圧振幅は、超音波コントローラ５７における制御演算結果とそれぞれの設定ブロック５４、５５、５６によって設定される。そして、それぞれの設定ブロックによって設定された値に基づいて駆動波形出力ブロック５３より波形が出力される。図３はその出力波形を示すものであり、超音波モータ１４の端子Ａ＋、Ａ−、Ｂ＋，Ｂ−に対して図のような電圧矩形波を印加する。端子Ａ−の波形は端子Ａ＋の波形から２分の１周期位相をずらしたものであり、端子Ｂ＋の波形は端子Ａ＋の波形から４分の１周期位相のずらしたものである。

＜制御フロー＞
次に、図４のフローチャートを参照して本発明の制御フローについて説明する。Ｓ１０１にて、ズームキー４が操作されたかどうかを判定して倍率レンズ１１ａの停止位置を決定する。ズームキー４が操作された場合には、ズーム駆動の駆動目標位置は駆動方向の現在位置よりも先の位置に設定され（Ｓ１０２）、ズームキー４の操作が解除された場合には進行方向で最も近いズーム停止位置に目標停止位置が設定される（Ｓ１０３）。そして、Ｓ１０４にて現在のズーム位置を取得し、Ｓ１０５にて目標停止位置と比較した際に、目標停止位置に達していた場合にはＳ１０６にてズームの駆動を停止させるが、目標停止位置に達していなかった場合にはズームの駆動を行う。

ここで、本発明においては撮影モードによってズームの速度や制御方法を変更する（Ｓ１０７）。動画撮影中のズーム画角変化は滑らかな変化が要求されるため、静止画記録の場合よりもゆっくりした速度となるのが一般的である。そのためズーム駆動速度は、第２の撮影モードとしての動画撮影モード時では低速となる。また、第１の撮影モードとしての静止画撮影モードでは迅速な画角変化が要求されるため、高速なズーム駆動となる（Ｓ１０８、Ｓ１１０）。さらにその際の制御方法は、動画撮影モード時には周波数を固定して制御するパルス幅制御もしくは電圧振幅制御を第２の制御として行う。一方、静止画撮影モード時には周波数を変化させて制御する第１の制御として周波数制御を使用する（Ｓ１０９、Ｓ１１１）。それぞれの制御方法については後述する。そして、ズーム速度および制御方法が設定された後、それぞれの制御方法によってズームの駆動を開始させる（Ｓ１１２〜Ｓ１１６）。

次に、それぞれの制御方法について図５〜１０を用いて説明する。

＜動画撮影モード時に使用する第２の制御としてのパルス幅制御＞
まずは、動画撮影モード時に使用するパルス幅制御について図５、図６を用いて説明する。図５はパルス幅制御の概念を説明する図である。横軸は上中下段どの図においても駆動周波数を示しており、縦軸については、上段はモータの回転速度を、中段は消費電力を、下段は音声記録部のバンドエリミネートフィルタの特性ゲインを示している。超音波モータの場合、上段図のように高い駆動周波数から周波数を下げていくと回転速度が徐々に上がっていく傾向があり、ある周波数をピークに速度が急激に落ちるような特性をもっている。また、パルス幅と速度との関係は図５上段図にあるように、パルス幅が大きいほど周波数−速度の特性のカーブが大きくなり、パルス幅が小さいほどカーブは小さくなる。この際、電力もパルス幅大きいほど大きくなり、パルス幅が小さいほど電力も小さくなる傾向がある。パルス幅制御ではこのパルス幅と速度との関係を利用して速度制御を行う。

例えば、パルス幅を中程度としたときに、動画目標速度を実現する周波数をｆａとする。この周波数ｆａを固定した状態で、パルス幅を増減させることで速度を一定に保つように制御するのがパルス幅制御である。このとき、この駆動周波数ｆａが音声記録ブロックのバンドエリミネートフィルタのカットオフ周波数ｆｃに一致していれば、駆動周波数の振動によって発生されるノイズ音の成分はフィルタによって除去され、音声として記録されることはなくなる。図６はパルス幅制御のフローチャートである。パルス幅制御では、周波数および電圧振幅は固定であるため、最初にこれらを固定値に設定する（Ｓ２０１、２０２）。続いて、現在速度をＳ２０３にて取得し、Ｓ２０４にて目標速度との比較を行う。目標速度よりも現在速度が速かった場合にはパルス幅を小さくし、遅かった場合にはパルス幅を大きくするような制御を行う（Ｓ２０５，Ｓ２０８）。この際、パルス幅の値が設定上下限値を超えるような値となってしまった場合には上下限処理を行う（Ｓ２０７，Ｓ２１０）。ここでの処理は、上下限値にパルス幅を固定し目標速度よりも遅い速度で動作させても構わないし、エラー処理として動作を停止させ撮影者に通知しても構わない。

さらに、電圧振幅制御についても図７、図８を用いて説明する。図７にあるとおり、周波数−速度の特性カーブは電圧振幅においても、電圧振幅が大きいほど、大きくなり、電圧振幅が小さいほどカーブは小さくなる。電圧振幅制御でもパルス幅制御と同様にこの特性を利用する。図８は電圧振幅制御のフローチャートである。電圧振幅制御では周波数とパルス幅を固定する（Ｓ３０１，Ｓ３０２）。そして、現在速度と目標速度との比較から（Ｓ３０３，Ｓ３０４）、目標速度よりも現在速度が速かった場合には電圧振幅を小さくし、遅かった場合には電圧振幅を大きくするような制御を行う（Ｓ３０５，Ｓ３０８）。上下限処理についてはパルス幅制御と同様の処理とする（Ｓ３０６，Ｓ３０７，Ｓ３０９，Ｓ３１０）。これにより、パルス幅制御時と同様にバンドエリミネートフィルタのカットオフ周波数に一致した駆動周波数にて制御を行いノイズ成分の除去を行う。

＜静止画撮影モード時に使用する第１の制御としての周波数制御＞
次に、静止画撮影モード時に使用する周波数制御について図９、図１０を用いて説明する。図９にあるとおり周波数制御においてはパルス幅および電圧振幅は固定のため、周波数を変更することでこのカーブ上を遷移し超音波モータの制御を行う。静止画撮影時は動画撮影時と異なる速い速度でレンズを駆動するため、静止画時の駆動周波数は動画時の周波数とは異なり、バンドエリミネートフィルタとも異なる周波数となる。しかも、その周波数は制御に応じて変化することとなる。しかし、静止画記録時には音声の記録は行わないため問題はない。図１０は周波数制御時のフローチャートである。周波数制御では、パルス幅および電圧振幅は固定であるため、最初にこれらパルス幅や電圧振幅を固定値に設定する（Ｓ４０１、４０２）。続いて、現在速度をＳ４０３にて取得し、Ｓ４０４にて目標速度との比較を行う。その際に、目標速度よりも現在速度が速かった場合には周波数を上げ、遅かった場合には周波数を上げるような動作を行う（Ｓ４０５，Ｓ４０８）。この際、周波数の値が設定上下限値を超えるような値となってしまった場合には上下限処理を行う（Ｓ４０７，Ｓ４１０）。

このように超音波モータの制御において、録音時の超音波振動による音声ノイズを低減する低速駆動を実現することができる。これは、静止画撮影モード時は周波数制御を行うことで電力的に有利な高速駆動を実現し、動画撮影モード時は音声録音部のノイズ除去フィルタの周波数に一致する周波数に固定したパルス幅制御もしくは電圧振幅制御を行うことで達成される。

１ 撮像装置
６ 画像表示部
８ システムコントローラ
１０ 光学ブロック
１４ 超音波モータ
３１ ズーム制御ブロック
５７ 超音波モータコントローラ
５８ 制御方法切替ブロック

Claims (5)

1. レンズ駆動部を駆動させる超音波モータと、
   前記超音波モータの駆動を制御する制御手段と、
   駆動周波数を変化させモータを制御する第１の制御方法と、前記第１の制御方法と異なる周波数成分の駆動周波数でモータを制御する第２の制御方法とを切替える方法切替手段と、
   音声を記録する音声記録手段と、
   音声を記録しない第１の撮影モードと、音声も記録する第２の撮影モードとを切り替えるモード切替手段とを持ち、
   第１の撮影モードの場合には第１の制御方法にて超音波モータを制御し、第２の撮影モードの場合には第２の制御方法にて超音波モータを制御することを特徴とする撮像装置。
2. 前記音声記録手段における特定の周波数成分を音声より除去する除去手段を持ち、前記第２の制御方法において使用する周波数成分が、前記除去手段の特定の周波数成分に含まれることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
3. 前記除去手段はバンドエリミネートフィルタであることを特徴とする請求項１あるいは２記載の撮像装置。
4. 前記第２の制御方法は、パルス幅を変更することによってモータを制御する制御方法であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の撮像装置。
5. 前記第２の制御方法は、電圧振幅を変更することによってモータを制御する制御方法であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の撮像装置。

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