JP5363135B2 - レンズ装置 - Google Patents

Description

本発明はレンズ装置に係り、特にカメラ本体等の外部装置と制御コマンド等の各種信号のやり取りを行うレンズ装置に関する。

テレビカメラのカメラ本体に着脱可能に装着されるレンズ装置は、カメラ本体と電気コネクタにより接続されて、カメラ本体との間で各種信号のやり取りを行っている。カメラ本体には複数の情報をデジタルのシリアル信号として１ラインで送受信するシリアル通信機能を備えたものと（特許文献１参照）、複数の情報を種類ごとに複数のラインでＬレベルとＨレベル、あるいはアナログの信号（パラレル信号と称す）により送受信するパラレル通信機能とを備えたものとがあり、レンズ装置は、いずれのカメラ本体にも対応できるようにシリアル通信機能とパラレル通信機能の両方を備えたものが一般的に知られている。

また、シリアル通信機能を備えたカメラ本体において、全てのデータをシリアル通信で送受信するものと、パラレル通信機能も備え、一部のデータのみをシリアル通信で送受信し、その他はパラレル通信で送受信するものが知られている。

更に、レンズ装置には、ズーム、フォーカス等を遠隔操作するためのレンズ付属装置（ズームデマンド、フォーカスデマンドのコントローラ）やパーソナルコンピュータ（ＰＣ）がケーブルなどで接続され、カメラ本体と同様にそれらの装置との間で各種データの送受信を行うものが知られている。

特許第２７５６３３９号公報

ところで、上記のようなレンズ装置では、通常、カメラ本体、レンズ付属装置、ＰＣなどの外部装置から制御コマンド（指令信号）を受信した場合に、その制御コマンドに従って、アイリス、ズーム、フォーカス等の制御対象をモータ駆動で制御するようになっている。また、このとき、制御コマンドのデータ伝送をシリアル通信で行う場合、レンズ装置と外部装置との間の通信間隔はシリアル通信のプロトコルにより規定されているが、各制御対象に対する制御コマンドの通信間隔に関しては規定されていない。例えば、カメラ本体からの制御コマンドによってアイリスを位置制御する際の制御コマンドの通信間隔が２msecであったり、４８msecであったりと、カメラ本体の種類によって異なる。

一方、従来、レンズ装置では、制御コマンドの通信間隔とは関係なく、外部装置から制御コマンドが与えられるごとに、その制御コマンドに従って制御対象の制御が行われるようになっている。そのため、外部装置の種類に応じた制御コマンドの通信間隔の違いにより、ある種類の外部装置では制御対象がスムーズに動作するが、別の種類の外部装置では制御対象が断続的な動き（カクカクした動き）になったり、追従性の悪い動き（緩慢な動き）になる等の不具合が生じていた。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、レンズ装置と外部装置との間で所定の制御対象に対する制御コマンドのデータ伝送をシリアル通信で行う場合に、制御コマンドの通信間隔によらず制御対象を円滑に動作させることができるレンズ装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、請求項１に係るレンズ装置は、被写体像を結像する光学系を備えたレンズ装置であって、該光学系の所定の制御対象の設定すべき目標位置を示す制御コマンドがシリアル通信により外部装置から与えられ、前記制御対象の現在位置と前記制御コマンドが示す目標位置との差分に比例ゲインを乗じた値に基づく動作速度により前記制御対象の制御を行うレンズ装置において、前記制御コマンドの通信間隔を検出する通信間隔検出手段と、前記通信間隔検出手段により検出した通信間隔に応じて前記比例ゲインを変更し、前記制御対象の動作速度を前記通信間隔及び前記現在位置と前記目標位置との差分に応じた動作速度に変更する制御パラメータ変更手段と、を備えたことを特徴としている。

請求項２に係るレンズ装置は、請求項１に係る発明において、前記制御パラメータ変更手段は、前記制御コマンドの通信間隔に対して前記比例ゲインの最適な値を示すデータが事前にメモリに記憶され、前記制御パラメータ変更手段は、該メモリに記憶されたデータに基づいて前記比例ゲインの値を変更することを特徴としている。

請求項３に係るレンズ装置は、請求項１、又は、２に係る発明において、前記制御対象は、アイリス、ズーム、又は、フォーカスであることを特徴としている。

請求項４に係るレンズ装置は、請求項１、２、又は、３に係る発明において、前記外部装置は、カメラ本体、パーソナルコンピュータ、又は、レンズ付属品であることを特徴としている。

本発明によれば、レンズ装置と外部装置との間で所定の制御対象に対する制御コマンドのデータ伝送をシリアル通信で行う場合に、制御コマンドの通信間隔によらず制御対象を円滑に動作させることができる。

図１は、本願発明に係るレンズ装置と、所定の種類のカメラ本体とが機械的に装着されると共に電気的に接続された状態を示したブロック図である。 図２は、アイリス制御コマンドの通信間隔と駆動電圧により制御されるアイリスの位置変化との関係を比例ゲインを変えて示した図である。 図３は、レンズ装置のＣＰＵにおけるアイリス制御の処理手順を示したフローチャートである。 図４は、比例制御の比例ゲインを与える回路を例示した回路図である。 図５は、制御コマンドの通信間隔に応じて制御間隔を変更する態様の説明に使用した説明図である。 図６は、レンズ装置がカメラ本体、ＰＣ、レンズ付属品と接続可能であり、いずれかの外部装置から与えられる制御コマンドにより所定の制御対象を位置制御する場合におけるレンズ装置のＣＰＵの処理手順を示したフローチャートである。 図７は、図６におけるステップＳ２４の処理内容を示したフローチャートである。

以下、添付図面を参照して、本発明に係るレンズ装置を実施のするための形態について詳細に説明する。

図１は、本願発明に係るレンズ装置と、所定の種類のカメラ本体とが機械的に装着されると共に電気的に接続された状態を示したブロック図である。同図においてレンズ装置１０とカメラ本体１２の各々には、ＣＰＵ２０、４０が搭載されており、それらのＣＰＵ２０、４０との間では、シリアル通信とパラレル通信の何れでも各種データのやり取りを行えるようになっている。但し、パラレル通信によるデータ伝送は必ずしも行えるようになっている必要はない。

レンズ装置１０には、カメラ本体１２の撮像素子に被写体像を結像するための光学系と、光学系のアイリス、ズーム（ズームレンズ）、フォーカス（フォーカスレンズ）を電動（モータ）で制御するための制御系とを備えており、同図には、アイリス２２とその制御系のみの構成が例示されている。同図に示すようにアイリス２２は、モータ２４により開閉動作するようになっており、モータ２４は、アンプ２６及びＤ／Ａ変換器２８を介してＣＰＵ２０に接続されている。

ＣＰＵ２０からは、モータ２４に印加する駆動電圧を示すデジタル値の駆動信号が出力され、その駆動信号がＤ／Ａ変換器２８によりアナログ電圧の駆動信号に変換されてアンプ２６に入力される。そして、その駆動信号の電圧値に対応した駆動電圧がアンプ２６からモータ２４に印加されるようになっている。これにより、ＣＰＵ２０はモータ２４に印加する駆動電圧を調整してモータ２４の回転速度、即ち、アイリス２２の動作速度を制御することができるようになっている。

また、モータ２４には、アイリス２２の現在位置（開閉位置）を検出するためのポテンショメータ３０が連結されており、その出力信号（位置信号）がＡ／Ｄ変換器３２によりデジタル信号に変換されてＣＰＵ２０に読み取られるようになっている。

従って、ＣＰＵ２０は、ポテンショメータ３０からの位置信号によりアイリス２２の現在位置を検出しながら、モータ２４に印加する駆動電圧を調整してアイリス２２の動作速度を制御することにより、アイリス２２が所望の位置となるようにアイリス２２の位置制御（フォードバック制御）を行うことができるようになっている。

一方、レンズ装置１０のＣＰＵ２０には、アイリス２２の設定すべき位置（目標位置）を示すアイリス制御コマンドがシリアル通信により与えられるようになっている。ＣＰＵ２０は、そのアイリス制御コマンドに基づいてアイリス２２の目標位置を設定する。そして、その目標位置となるようにアイリス２２の位置制御を行う。

アイリス２２の位置制御について具体的に説明すると、ＣＰＵ２０において、ポテンショメータ３０により検出されるアイリス２２の現在位置を示す値（現在値）をＰ、アイリス２２の設定すべき目標位置を示す値（目標値）をＰ０、モータ２４のアンプ２６に出力する駆動信号の値（モータ２４に印加する駆動電圧と等しいものする）をＥとすると、フィードバック制御における比例制御の式（１）、
Ｅ＝Ｋｐ×（Ｐ０−Ｐ） …（１）
により、駆動電圧Ｅを算出する。但し、Ｋｐは比例ゲインを示す。ＣＰＵ２０は、カメラ本体１２からアイリス制御コマンドが与えられるごとに、その制御コマンドに従って目標値Ｐ０を設定し、駆動電圧Ｅを上式（１）により算出する。そして、その駆動電圧Ｅをモータ２４に与える。これにより、モータ２４は、アイリス２２が目標位置に近づく方向に回転すると共に、駆動電圧Ｅに応じた速度で回転し、アイリス２２が目標位置となった時点で停止する。

ところで、レンズ装置１０のＣＰＵ２０は、アイリス制御コマンドが与えられるタイミングで、上式（１）の目標値Ｐ０をアイリス制御コマンドが指示する値に更新し、上式（１）により駆動電圧Ｅを求めてモータ２４にその駆動電圧Ｅを与えるようにしている。尚、目標値Ｐ０を新たな値に更新する時間間隔を制御間隔というものとすると、本実施の形態では、アイリス制御コマンドが新たに与えられたタイミングで目標値Ｐ０を更新するため、アイリス制御コマンドの通信間隔と、制御間隔とは一致している。但し、現在値Ｐは、制御間隔よりも短い時間間隔でポテンショメータ３０からの信号により逐次更新され、この更新と共に駆動電圧Ｅが逐次算出されてモータ２４に与えられている。

一方、レンズ装置１０のＣＰＵ２０とカメラ本体１２のＣＰＵ４０との間でのシリアル通信では、上記のアイリス制御コマンド以外にも各種信号の送受信が行われるようになっている。例えば、レンズ装置１０のＣＰＵ２０からカメラ本体１２のＣＰＵ４０には、アイリス、ズーム、フォーカス等の現在位置を示す信号が送信され、カメラ本体１２のＣＰＵ４０からレンズ装置１０のＣＰＵ２０にズームやフォーカス等のアイリス以外の制御対象に対する制御コマンドが送信される。

そのため、アイリス制御コマンドは、カメラ本体１２のＣＰＵ４０からレンズ装置１０のＣＰＵ２０に、他の種類の信号の送受信を挟んで所定の時間間隔（通信間隔）で与えられるようになっている。また、アイリス制御コマンドの通信間隔は特に規定されておらず、カメラ本体１２の種類や状況によって変化する。

そのため、カメラ本体１２の種類等によって上式（１）の目標値Ｐ０を更新する制御間隔が異なり、アイリス２２の動作が円滑に行われないという場合が生じる。

そこで、ＣＰＵ２０は、カメラ本体１２の種類等によって変化するアイリス制御コマンドの通信間隔を検出し、その通信間隔に応じて上式（１）比例ゲインＫｐの値を変更している。

図２は、アイリス制御コマンドの通信間隔と上式（１）より求められる駆動電圧Ｅにより制御されるアイリス２２の位置変化との関係を比例ゲインＫｐを変えて示した図である。

同図に示すようにアイリス制御コマンドにより目標値Ａ、Ｂ、Ｃ、・・・が所定の通信間隔Ｔで与えられ、そのアイリス制御コマンドに従って上式（１）の目標値Ｐ０を順次更新し、駆動電圧Ｅを求めてモータ２４に出力するものとする。また、アイリス制御コマンドにより与えられる目標値Ａ、Ｂ、Ｃ、・・・が、アイリス２２をアナログの制御信号（目標値を示すアナログ信号）により制御するとした場合の曲線ａに沿った値であるとする。

このとき、比例ゲインＫｐの値が適正であれば、曲線ｂのようにアイリス２２の位置が滑らかな軌道を描いて変化する。

一方、比例ゲインＫｐが大きすぎる場合、曲線ｃに示すように、目標値Ｐ０を次の値に更新する前に、アイリス２２が目標位置に到達して略停止した状態となるため、アイリス２２が断続的な動作となる。

逆に、比例ゲインＫｐが小さすぎる場合、曲線ｄに示すように、アイリス２２が現在設定されている目標位置となる前に目標値Ｐ０が次の値に更新されてしまい、アイリス制御コマンドにより与えられる目標位置の変化に対して、アイリス２２が追従性の悪い動作となる。

そこで、ＣＰＵ２０は、アイリス制御コマンドの通信間隔に応じて比例ゲインＫｐを適正な値に変更し、通信間隔にかかわらずアイリス２２が円滑に動作するようにしている。

図３は、ＣＰＵ２０の上記アイリス制御の処理手順を示したフローチャートである。

レンズ装置１０のＣＰＵ２０は、カメラ本体１２のＣＰＵ４０との間でシリアル通信を開始すると、まず、アイリス制御コマンドの通信間隔を把握する（ステップＳ１０）。そして、アイリス制御コマンドの通信間隔に基づいて上式（１）の比例ゲインＫｐを適正な値に設定する（ステップＳ１２）。続いて、上式（１）により駆動電圧Ｅを算出し（ステップＳ１４）、算出した駆動電圧Ｅをモータ２４に出力する（ステップＳ１６）。

以上、上記実施の形態では、レンズ装置１０におけるアイリス制御について説明したが、図１に示したアイリス２２以外の光学系のズーム（ズームレンズ）やフォーカス（フォーカスレンズ）等の他の制御対象も、アイリス２２と同様の制御系の構成と処理により制御される。そこで、アイリス２２以外の制御対象についても、カメラ本体１２からシリアル通信により与えられる制御コマンドに従ってそれらの位置を上式（１）によりフィードバック制御する場合には、上記実施の形態と同様にその制御対象に対する制御コマンドの通信間隔に応じて比例ゲインＫｐを適正な値に変更すれば、制御対象を円滑に動作させることができる。

また、図１のようにレンズ装置１０はカメラ本体１２とシリアル通信とパラレル通信のいずれも可能であるが、カメラ本体１２が所定の制御対象に対する制御コマンドをシリアル通信ではなく、パラレル通信で行う場合もある。そこで、レンズ装置１０はパラレル通信のときの比例ゲインＫｐの値をシリアル通信の場合とは別に所有し、シリアル通信のときのみ、上記のように制御コマンドの通信間隔に応じて変更するようしてもよい。

また、上記比例ゲインＫｐの変更は、ソフト上（ＣＰＵ２０内の処理上）の変数を変更することにより行ってもよいし、回路上で変更してもよい。たとえば、図４に示すような反転増幅器の入力に上式（１）において示した目標値Ｐ０、現在値Ｐから得られる値（電圧）、−（Ｐ０−Ｐ）を入力し、反転増幅器の出力を駆動電圧Ｅとしてモータ２４に印加するものとすると、抵抗器１、抵抗器２の抵抗値をＲ１、Ｒ２として、駆動電圧Ｅは、
Ｅ＝Ｒ２／Ｒ１×（Ｐ０−Ｐ）
となる。この式と、上式（１）を比較すると、Ｒ２／Ｒ１が比例ゲインＫｐを示す。従って、抵抗器１と抵抗器２のうち少なくとも一方の抵抗値を電気的な信号（ＣＰＵ２０からの信号）により変更することにより、比例ゲインＫｐを回路上で変更することができる。

また、上記実施の形態では、駆動電圧Ｅを比例制御における上式（１）により求めるようにしたが、比例制御の他に積分制御や微分制御を加えたＰＩＤ制御における次式（２）、
Ｅ＝Ｋｐ×（Ｐ０−Ｐ）＋Ｋｉ×∫（Ｐ０−Ｐ）ｄｔ＋Ｋｄ×ｄ（Ｐ０−Ｐ）／ｄｔ …（２）
により求めるようにすることも可能である。尚、Ｋｉは積分ゲイン、Ｋｄは微分ゲインを示す。また、上式（２）の右辺第２項または右辺第３項のいずれか一方のみを右辺第１項に加えたＰＩ制御またはＰＤ制御の式により求めることも可能である。このような場合に、各制御対象に対する制御コマンドの通信間隔に応じて、制御対象が円滑に動作するように比例ゲインＫｐの他に積分ゲインＫｉや微分ゲインＫｄの値も適正な値に変更するようにしてもよい。

また、上記のように制御コマンドの通信間隔に応じて比例ゲインＫｐ、積分ゲインＫｉ、微分ゲインＫｄ等の値を変更して制御対象を円滑に動作させるようにしたが、これに限らず、制御対象の制御に関する何らかの制御パラメータを制御コマンドの通信間隔に応じて変更し、制御対象を円滑に動作させるようにするものであればよい。

例えば、上式（１）や上式（２）のように駆動電圧Ｅを求める式において、目標値Ｐ０を更新するタイミング（制御間隔）を変更する方法が考えられる。図５に示すように、通信間隔Ｔで制御コマンド（目標値Ａ、Ｂ、Ｃ、・・・）が与えられるとする。そして、このとき、通信間隔Ｔが大きすぎて制御対象の動作が断続的になるものとする。この場合、目標値Ｐ０を更新する間隔（制御間隔Ｔ′）を制御コマンドの通信間隔Ｔよりも短くすると共に、制御コマンドにより与えられた新たな目標値まで目標値Ｐ０を段階的に更新していくことが考えられる。例えば、同図のように目標値Ｂが制御コマンドにより与えられた場合に、その後、通信間隔Ｔの時間が経過するまで、目標値Ｐ０に設定する値を前の目標値Ａから新たな目標値Ｂまで（Ｂ−Ａ）／（Ｔ／Ｔ′）の値ずつ制御時間Ｔ′ごとに変更していく。このように、制御コマンドの通信間隔Ｔに応じて制御間隔Ｔ′を変更することによっても制御対象を円滑に動作させることができ、これ以外の方法でも制御コマンドの通信間隔に応じて制御対象の制御に関する制御パラメータを変更して制御対象を円滑に動作させるものであればどのような方法であってもよい。

また、上記実施の形態において、制御コマンドの通信間隔と、それに対する最適な制御パラメータの値との関係付けたテーブルを事前に作成してメモリに記憶しておき、そのテーブルを利用して通信間隔に対して最適な制御パラメータを設定するようにしてもよいし、所定の関係式により最適な制御パラメータを求めるようにしてもよい。

また、上記実施の形態において、制御パラメータの変更は、通信接続初期のみ行ってもよいし、制御コマンドの通信間隔を常時監視（検出）しておき、通信間隔が変化した場合に行うようにしてもよいし、一定時間ごとに行ってもよい。また、制御コマンドの通信間隔を把握するためのコマンドをプロトコル上に用意しておき、そのコマンドの授受完了後に行ってもよい。更に、別途パラレル通信により制御コマンドの通信間隔を把握できるような機能を持たせ、その信号により制御コマンドの通信間隔を判断して制御パラメータを変更するようにしてもよい。また、スイッチなどにより外部から制御パラメータを変更できるようにしてもよい（変数やＥＥＰＲＯＭの値を変更）。

また、レンズ装置１０とカメラ本体１２との間でシリアル通信とパラレル通信の両方が可能であり、シリアル通信の制御コマンドにより制御を行っている際にもパラレル通信により同様の制御コマンドがカメラ本体１２から送信されている場合には、シリアル通信の制御コマンドの通信間隔に関係なく、パラレル通信の制御コマンドの変化量と、シリアル通信の制御コマンドと現在位置との関係に応じて制御パラメータを変更してもよい。

また、上記実施の形態では、レンズ装置１０とカメラ本体１２との間でシリアル通信により制御コマンドが与えられる場合について説明したが、レンズ装置１０が、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）やレンズ付属品（ズームデマンドやフォーカスデマンドなどのコントローラ）とも接続可能であり、それらの外部装置からシリアル通信により与える制御コマンドに従って所定の制御対象の制御を行えるものがある。このような場合には、カメラ本体１２から制御コマンドが与えられる場合と同様に、任意の外部装置から与えられる制御コマンドの通信間隔に応じてその制御対象の制御に関する制御パラメータを適正な値に変更すればよい。

図６は、レンズ装置１０がカメラ本体、ＰＣ、レンズ付属品と接続可能であり、いずれかの外部装置から与えられる制御コマンドにより所定の制御対象を位置制御する場合におけるレンズ装置１０のＣＰＵ２０の処理手順を示したフローチャートである。

まず、ＣＰＵ２０は、制御モード管理の処理を行い、所定の制御対象に対して、カメラ本体からの与えられる制御コマンドにより位置制御を行うカメラ制御モード、ＰＣから与えられる制御コマンドにより位置制御を行うＰＣ制御モード、レンズ付属品から与えられる制御コマンドにより位置制御を行うレンズ付属品制御モードのいずれかを判断する（ステップＳ２０）。尚、制御対象の位置制御は上式（１）や上式（２）で示したようなフィードバック制御の式を用いた位置制御であるものとする。

続いて、ＣＰＵ２０は、上記ステップＳ２０の処理により、カメラ制御モードか否かを判定する（ステップＳ２２）。ＹＥＳと判定した場合には、カメラ本体から与えられる制御コマンドに基づいて目標値を設定すると共に、制御コマンドの通信間隔に基づいて最適な制御パラメータを設定する（ステップＳ２４）。

ステップＳ２２でＮＯと判定した場合には、ＰＣ制御モードか否かを判定する（ステップＳ２６）。ＹＥＳと判定した場合には、ＰＣからの制御コマンドに基づいて目標値を設定すると共に、制御コマンドの通信間隔に基づいて最適な制御パラメータを設定する（ステップＳ２８）。

ステップＳ２６でＮＯと判定した場合には、レンズ付属品制御モードと判定し、レンズ付属品からの制御コマンドに基づいて目標値を設定すると共に、制御コマンドの通信間隔に基づいて最適な制御パラメータを設定する（ステップＳ３０）。

ステップＳ２４、ステップＳ２８、又は、ステップＳ３０の処理を行うと、続いて、制御対象の現在位置を検出し、上式（１）や上式（２）のようなフィードバック制御の式により制御対象のサーボ制御を行う（ステップＳ３２）。

図７は、ステップＳ２４の処理内容を示したフローチャートである。まず、カメラ本体から与えられ制御コマンドに従って目標値を設定する（ステップＳ４０）。続いて、制御コマンドの通信間隔の情報がすでに得られたか否かを判定する（ステップＳ４２）。ＹＥＳと判定した場合には、制御パラメータをその通信間隔に応じた最適な値に設定する（ステップＳ４４）。ＮＯと判定した場合には制御パラメータをデフォルト値に設定する（ステップＳ４６）。尚、図５のステップＳ２８、ステップＳ３０の処理内容も図７のフローチャートと同様に行われる。

１０…レンズ装置、１２…カメラ本体、２０、４０…ＣＰＵ、２２…アイリス、２４…モータ、２６…アンプ、２８…Ｄ／Ａ変換器、３０…ポテンショメータ、３２…Ａ／Ｄ変換器

Claims (4)

1. 被写体像を結像する光学系を備えたレンズ装置であって、該光学系の所定の制御対象の設定すべき目標位置を示す制御コマンドがシリアル通信により外部装置から与えられ、前記制御対象の現在位置と前記制御コマンドが示す目標位置との差分に比例ゲインを乗じた値に基づく動作速度により前記制御対象の制御を行うレンズ装置において、
   前記制御コマンドの通信間隔を検出する通信間隔検出手段と、
   前記通信間隔検出手段により検出した通信間隔に応じて前記比例ゲインを変更し、前記制御対象の動作速度を前記通信間隔及び前記現在位置と前記目標位置との差分に応じた動作速度に変更する制御パラメータ変更手段と、
   を備えたことを特徴とするレンズ装置。
2. 前記制御パラメータ変更手段は、前記制御コマンドの通信間隔に対して前記比例ゲインの最適な値を示すデータが事前にメモリに記憶され、前記制御パラメータ変更手段は、該メモリに記憶されたデータに基づいて前記比例ゲインの値を変更することを特徴とする請求項１のレンズ装置。
3. 前記制御対象は、アイリス、ズーム、又は、フォーカスであることを特徴とする請求項１、又は、２のレンズ装置。
4. 前記外部装置は、カメラ本体、パーソナルコンピュータ、又は、レンズ付属品であることを特徴とする請求項１、２、又は、３のレンズ装置。

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