JP5382650B2 - レンズ鏡筒および撮像装置 - Google Patents
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Description
交換レンズユニットには、高倍率なズームレンズ系が採用されている場合がある。望遠のズームレンズ系は、望遠端の焦点距離が長いため、光学全長(最も物体側のレンズ面の頂点から像面までの距離)も長くなりやすい。そのため、望遠ズームレンズ系のフォーカシングは最も物体側の第1レンズ群を移動させる方式が一般的である。
そこで、リニアアクチュエータを用いて、最も像面側に配置されたフォーカスレンズ群を駆動する交換レンズユニットが提案されている(例えば、特許文献1を参照)。
つまり、従来のレンズ鏡筒では、オートフォーカスの高速化と小型化とを両立するのは困難である。
ここで、レンズ鏡筒には、カメラ本体と一体型のレンズ鏡筒の他に、交換レンズ式の撮像装置に用いられる交換レンズユニットも含まれる。撮像装置には、カメラ本体とレンズ鏡筒とが一体の撮像装置の他に、交換レンズ式の撮像装置も含まれる。撮像装置としては、例えばデジタルスチルカメラ、交換レンズ式のデジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、カメラ付き携帯電話およびカメラ付きPDA(Personal Digital Assistant)が考えられる。また、撮像装置には、静止画のみ撮影可能な装置、動画のみ撮影可能な装置、静止画および動画が撮影可能な装置が含まれ得る。
<デジタルカメラの概要>
図1〜図12を用いて、デジタルカメラ1について説明する。図1はデジタルカメラ1の概略構成図である。図1に示すように、デジタルカメラ1(撮像装置の一例)は、交換レンズ式のデジタルカメラであり、主に、カメラ本体3と、カメラ本体3に取り外し可能に装着された交換レンズユニット2(レンズ鏡筒の一例)と、を備えている。交換レンズユニット2は、レンズマウント95を介して、カメラ本体3の前面に設けられたボディーマウント4に装着されている。
なお、本実施形態では、デジタルカメラ1に対して3次元直交座標系を設定する。光学系L(後述)の光軸AZ(光軸中心線の一例)はZ軸方向(光軸方向の一例)と一致している。X軸方向はデジタルカメラ1での縦撮り姿勢における水平方向と一致している。Y軸方向はデジタルカメラ1での横撮り姿勢における鉛直方向と一致している。また、以下の説明において、「前」とは、デジタルカメラ1の被写体側(Z軸方向正側)を、「後」とは、デジタルカメラ1の被写体側と反対側(ユーザー側、Z軸方向負側)を意味する。
図1に示すように、交換レンズユニット2は、光学系Lと、光学系Lを支持するレンズ支持機構71と、フォーカス調節ユニット72と、絞り調節ユニット73と、振れ補正ユニット74と、レンズマイコン40(駆動制御部の一例)と、を有している。
光学系Lは、被写体の光学像を形成するためのズームレンズ系であり、主に4つのレンズ群から構成されている。具体的には図5〜図8に示すように、光学系Lは、正の屈折力を有する第1レンズ群G1と、負の屈折力を有する第2レンズ群G2と、負の屈折力を有する第3レンズ群G3と、正の屈折力を有する第4レンズ群G4(第1レンズ素子の一例)と、負の屈折力を有する第5レンズ群G5(フォーカスレンズの一例)と、正の屈折力を有する第6レンズ群G6(第2レンズ素子の一例、レンズ素子の一例)と、を有している。第1レンズ群G1〜第6レンズ群G6は、それぞれ単一のレンズから構成されている。
また、無限遠合焦状態から近接合焦状態へのフォーカシング時には、第5レンズ群G5が光軸AZに沿って被写体側へと移動する。
さらに、デジタルカメラ1の動きに起因する光学像の振れを抑制するために、第3レンズ群G3が光軸AZと直交する2方向に移動する。
レンズ支持機構71は、光学系Lを移動可能に支持するための機構であり、レンズマウント95と、固定枠50と、カム筒51と、第1ホルダー52と、第1レンズ群支持枠53と、第2レンズ群支持枠54と、第3レンズ群支持枠56と、第4レンズ群支持枠57(第1レンズ支持枠の一例)と、第5レンズ群支持枠58(フォーカスレンズ支持枠の一例)と、第6レンズ群支持枠59(第2レンズ支持枠の一例、レンズ支持枠の一例)と、ズームリングユニット83(ズーム機構の一例)と、フォーカスリングユニット88と、を有している。
レンズマウント本体95aは固定枠50の像面側の端部に固定されている。レンズマウント本体95aには、遮光枠60と、レンズマウント接点91と、電気基板94と、が固定されている。遮光枠60は、撮像センサ11に不要光が入射するのを防止するための部材であり、レンズマウント本体95aの内側であって第6レンズ群G6の像面側に配置されている。レンズマウント接点91および電気基板94については後述する。
ズームリングユニット83は、リングベース86と、ズームリング84(ズーム操作部の一例)と、ズームリング84の回転位置を検出するリニアポジションセンサ87と、を有している。ズームリング84の回転位置とは、ズームリング84の回転方向の位置を意味しており、ある基準位置からのズームリング84の回転角度ということもできる。
フォーカス調節ユニット72は、フォーカスモータ64(フォーカスアクチュエータの一例、アクチュエータの一例)と、フォーカス駆動制御部41と、フォトセンサ67(原点検出部の一例)と、を有している。フォーカスモータ64は、第6レンズ群ユニット77(より詳細には、第6レンズ群支持枠59)に固定されており、第6レンズ群ユニット77に対してフォーカスレンズユニット75をZ軸方向に駆動する。第6レンズ群ユニット77に対するフォーカスレンズユニット75の駆動は、フォーカスモータ64のみにより行われる。言い換えると、フォーカスモータ64がフォーカスレンズユニット75を駆動していない状態(例えば、フォーカスモータ64に電力が供給されていない状態)では、第6レンズ群ユニット77に対してフォーカスレンズユニット75を移動させることはできない。この場合、フォーカスレンズユニット75は第6レンズ群ユニット77と一体でZ軸方向に移動する。
ステッピングモータ64dは、モータ本体64s(アクチュエータ本体の一例)と、モータ本体64sからZ軸方向正側(被写体側)に突出した駆動シャフト64aと、を有している。駆動シャフト64aのZ軸方向負側(像面側)の端部にモータ本体64sが設けられているとも言える。モータ本体64sは、ステータを有しており、第6レンズ群G6の外周側に配置されている。駆動シャフト64aにはリードスクリュ64bが一体形成されている。リードスクリュ64bは、モータ本体64sのZ軸方向正側に配置されており、ラック66と噛み合っている。
磁気センサ64gは、2相式の磁気抵抗効果型センサであり、強磁性薄膜を有するMR素子により構成されている。このMR素子は、センサマグネット64fのN極からS極までの着磁ピッチの1/4間隔で駆動方向に設けられている。MR素子に流す電流の向きがセンサマグネット64fの着磁方向と垂直になる方向に、磁気センサ64gはセンサマグネット64fに対して配置されている。
レンズマイコン40は、信号処理回路により処理された角度および電気位相のカウンタ値に基づいて、駆動シャフト64aの角度情報および電気位相角情報を算出する。レンズマイコン40は、算出された角度情報および電気位相角情報により、駆動指令値を計算する。フォーカス駆動制御部41は、この駆動指令値に応じて駆動電流をフォーカスモータ64に流し、フォーカスモータ64を駆動制御する。
さらには、エンコーダ64eにより常に駆動シャフト64aの回転角度を管理するため、従来のステッピングモータで問題となっている脱調が発生しない。よって、このエンコーダ付きステッピングモータをフォーカスモータ64として採用することにより、通常のステッピングモータでの最高スピードが800pps程度のところ、約4倍の3000pps以上の高速化を達成することが可能となる。
フォーカスモータ64で発生した駆動シャフト64aの回転運動は、ラック66によりフォーカスレンズユニット75のZ軸方向の直進運動に変換される。これにより、第6レンズ群ユニット77に対してフォーカスレンズユニット75がZ軸方向に移動可能となる。
トラッキングテーブルとは、焦点距離が変化しても焦点が合う被写体距離が実質的に一定に保たれるフォーカスレンズユニット75の位置(より詳細には、第6レンズ群ユニット77に対するフォーカスレンズユニット75の位置)を示す情報である。被写体距離が実質的に一定とは、被写体距離の変化量が所定の被写界深度内に収まることを意味している。電子トラッキングについては後述する。
絞り調節ユニット73は、第3レンズ群支持枠56に固定された絞りユニット62と、絞りユニット62を駆動する絞り駆動モータ(図示せず)と、絞り駆動モータを制御する絞り駆動制御部42と、を有している。絞り駆動モータは、例えばステッピングモータである。絞り駆動モータは、絞り駆動制御部42から入力される駆動信号に基づいて駆動される。絞り駆動モータで発生した駆動力により、絞り羽根62aが開方向および閉方向に駆動される。絞り羽根62aを駆動することで光学系Lの絞り値を変更することができる。
振れ補正ユニット74は、交換レンズユニット2およびカメラ本体3の動きに起因する光学像の振れを抑制するためのユニットであり、電磁アクチュエータ46と、位置検出センサ47と、振れ補正用マイコン48と、を有している。
電磁アクチュエータ46は補正レンズ支持枠55を光軸AZに直交する方向に駆動する。具体的には、電磁アクチュエータ46は、例えばマグネット(図示せず)とコイル(図示せず)とを有している。例えば、コイルは補正レンズ支持枠55に設けられており、マグネットは第3レンズ群支持枠56に固定されている。
なお、被写体像の振れを抑制する方法として、撮像センサ11から出力される画像データに基づいて画像に表れる振れを補正する電子式振れ補正を適用してもよい。また、光学像の振れを抑制する方法として、撮像センサ11を光軸AZと直交する2方向に駆動するセンサシフト方式を適用してもよい。
レンズマイコン40は、CPU(図示せず)、ROM(図示せず)およびメモリ40aを有しており、ROMに格納されているプログラムがCPUに読み込まれることで、様々な機能を実現し得る。例えば、レンズマイコン40は、フォトセンサ67の検出信号によりフォーカスレンズユニット75が原点位置にあることを認識することができる。
図1〜図4(B)を用いてカメラ本体3の概略構成について説明する。図1〜図4(B)に示すように、カメラ本体3は、筐体3aと、ボディーマウント4と、操作ユニット39と、画像取得部35と、画像表示部36と、ファインダ部38と、ボディーマイコン10と、バッテリー22と、を有している。
筐体3aは、カメラ本体3の外装部を構成している。図4(A)および図4(B)に示すように、筐体3aの前面には、ボディーマウント4が設けられており、筐体3aの背面および上面には、操作ユニット39が設けられている。具体的には、筐体3aの背面には、表示部20と、電源スイッチ25と、モード切り換えダイヤル26と、十字操作キー27と、メニュー設定ボタン28と、設定ボタン29と、撮影モード切り換えボタン34と、動画撮影操作ボタン24が設けられている。筐体3aの上面には、シャッターボタン30が設けられている。
ボディーマウント4は、交換レンズユニット2のレンズマウント95が装着される部分であり、レンズマウント接点91と電気的に接続可能なボディー側接点(図示せず)を有している。ボディーマウント4およびレンズマウント95を介して、カメラ本体3は交換レンズユニット2とデータの送受信が可能である。例えば、ボディーマイコン10(後述)は、ボディーマウント4およびレンズマウント95を介して露光同期信号などの制御信号をレンズマイコン40に送信する。
図4(A)および図4(B)に示すように、操作ユニット39は、ユーザーが操作情報を入力するための各種操作部材を有している。例えば、電源スイッチ25は、デジタルカメラ1あるいはカメラ本体3の電源の入切を行うためのスイッチである。電源スイッチ25により電源がオン状態になると、カメラ本体3および交換レンズユニット2の各部に電源が供給される。
メニュー設定ボタン28はデジタルカメラ1の各種動作を設定するためのボタンである。設定ボタン29は各種メニューの実行を確定するためのボタンである。
画像取得部35は主に、光電変換を行うCCD(Charge Coupled Device)などの撮像センサ11(撮像素子の一例)と、撮像センサ11の露光状態を調節するシャッターユニット33と、ボディーマイコン10からの制御信号に基づいてシャッターユニット33の駆動を制御するシャッター制御部31と、撮像センサ11の動作を制御する撮像センサ駆動制御部12と、を有している。
シャッター制御部31は、タイミング信号を受信したボディーマイコン10から出力される制御信号にしたがって、シャッター駆動アクチュエータ32を駆動し、シャッターユニット33を動作させる。
なお、本実施形態では、オートフォーカス方式として、撮像センサ11で生成された画像データを利用するコントラスト検出方式が採用されている。コントラスト検出方式を用いることにより、高精度なフォーカス調節を実現することができる。
ボディーマイコン10は、カメラ本体3の中枢を司る制御装置であり、操作ユニット39に入力された操作情報に応じて、デジタルカメラ1の各部を制御する。具体的には、ボディーマイコン10にはCPU、ROM、RAMが搭載されており、ROMに格納されたプログラムがCPUに読み込まれることで、ボディーマイコン10は様々な機能を実現することができる。例えば、ボディーマイコン10は、交換レンズユニット2がカメラ本体3に装着されたことを検知する機能、あるいは交換レンズユニット2から焦点距離情報などのデジタルカメラ1を制御する上で必要な情報を取得する機能を有している。
撮像センサ11から出力された画像信号は、アナログ信号処理部13から、A/D変換部14、デジタル信号処理部15、バッファメモリ16および画像圧縮部17へと、順次送られて処理される。アナログ信号処理部13は、撮像センサ11から出力される画像信号にガンマ処理等のアナログ信号処理を施す。A/D変換部14は、アナログ信号処理部13から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換する。デジタル信号処理部15は、A/D変換部14によりデジタル信号に変換された画像信号に対してノイズ除去や輪郭強調等のデジタル信号処理を施す。バッファメモリ16は、RAM(Random Access Memory)であり、画像信号を一旦記憶する。バッファメモリ16に記憶された画像信号は、画像圧縮部17から画像記録部18へと、順次送られて処理される。バッファメモリ16に記憶された画像信号は、画像記録制御部19の命令により読み出されて、画像圧縮部17に送信される。画像圧縮部17に送信された画像信号のデータは、画像記録制御部19の命令に従って画像信号に圧縮処理される。画像信号は、この圧縮処理により、元のデータより小さなデータサイズになる。画像信号の圧縮方法として、例えば1フレームの画像信号毎に圧縮するJPEG(Joint Photographic Experts Group)方式が用いられる。その後、圧縮された画像信号は、画像記録制御部19により画像記録部18に記録される。ここで、動画を記録する場合、複数の画像信号をそれぞれ1フレームの画像信号毎に圧縮するJPEG方式を用いることもでき、また、複数のフレームの画像信号をまとめて圧縮するH.264/AVC方式を用いることもできる。
画像表示部36は、表示部20と、画像表示制御部21と、を有している。表示部20は例えば液晶モニタである。表示部20は、画像表示制御部21からの命令に基づいて、画像記録部18あるいはバッファメモリ16に記録された画像信号を可視画像として表示する。表示部20での表示形態としては、画像信号のみを可視画像として表示する表示形態や、画像信号と撮影時の情報とを可視画像として表示する表示形態が考えられる。
ファインダ部38は、撮像センサ11により取得された画像を表示する液晶ファインダ8と、筐体3aの背面に設けられたファインダ接眼窓9と、を有している。ユーザーは、ファインダ接眼窓9を覗くことで液晶ファインダ8に表示された画像を視認することができる。
バッテリー22は、カメラ本体3の各部に電力を供給し、さらにレンズマウント95を介して交換レンズユニット2に電力を供給する。本実施形態ではバッテリー22は充電池である。なお、バッテリー22は、乾電池でもよいし、電源コードにより外部から電力供給が行われる外部電源であってもよい。
デジタルカメラ1では、被写体距離を実質的に一定に保ちつつ焦点距離が変更できるようにするために、フォーカス調節ユニット72により電子トラッキングが行われる。具体的には図12に示すように、電子トラッキングを行うために、トラッキングテーブル100を含むトラッキング情報がメモリ40aに格納されている。このトラッキングテーブル100は、ズームリング84の回転位置とフォーカスレンズユニット75の第6レンズ群ユニット77に対するZ軸方向の位置との関係を示している。例えば、被写体距離が0.3m、1.0mおよび無限遠(∞)に対応する3つのトラッキングテーブル100がメモリ40aに格納されている。
ズームリング84の回転位置(回転方向の位置)はリニアポジションセンサ87により検出することができる。この検出結果およびトラッキングテーブル100に基づいて、レンズマイコン40は、第6レンズ群ユニット77に対するフォーカスレンズユニット75のZ軸方向の位置を決定することができる。
このトラッキングテーブル100は広角端および望遠端の間に変曲点を有していない。変曲点とは、ズームリング84が広角端から望遠端まで操作される間にフォーカスレンズユニット75の駆動方向が変わる点である。つまり、レンズマイコン40は、ズームリングユニット83により撮像センサ11に対して第6レンズ群ユニット77が一方向に駆動されている場合には、フォーカスレンズユニット75が第6レンズ群ユニット77に対して一方向に駆動されるようにフォーカスモータ64を制御する。
第6レンズ群ユニット77に対するフォーカスレンズユニット75の原点位置Dは、フォトセンサ67により検出され、図12では一点鎖線で示されている。本実施形態では、原点位置Dは、無限遠のトラッキングテーブル100におけるフォーカスレンズユニット75の第3移動範囲E(第1位置E1および第2位置E2の間)の中央に位置している。第1位置E1は、無限遠のトラッキングテーブル100において広角端に対応するフォーカスレンズユニット75の位置である。第2位置E2は、無限遠のトラッキングテーブル100において望遠端に対応するフォーカスレンズユニット75の位置である。
なお、無限遠のトラッキングテーブル100を基準に原点位置Dを決定しているのは、ユーザーがデジタルカメラ1の電源を入れて被写体を撮影する際に、無限遠の位置にある被写体を撮影する確率が高いためである。
図13および図14を用いて、レンズマウント95の詳細について説明する。図13は撮像センサ11側から見た場合のレンズマウント接点91および電気基板94周辺の概略斜視図である。図14は撮像センサ11側から見た場合のレンズマウント接点91および電気基板94周辺の概略平面図である。図13は、広角端の状態を示しており、例えば図5および図6に示す状態に対応している。
レンズマウント接点91は、ボディーマウント4に設けられたボディーマウント接点(図示せず)と電気的に接続可能であり、複数の電気接点91a(本実施形態では、11個の電気接点91a)と、電気接点91aを支持する接点支持枠91bと、フレキシブルプリントケーブル96と、コネクタ96aと、を有している。
図13および図14に示すように、Z軸方向から見た場合に、レンズマウント接点91は、第6レンズ群G6に対してフォーカスモータ64と反対側に配置されている。より詳細には、レンズマウント接点91の中心Cを通り第6レンズ群G6の光軸AZに直交する線を第1仮想線Pとした場合、フォーカスモータ64は、第1仮想線Pおよび光軸AZに直交する第2仮想線M1に対してレンズマウント接点91と反対側に配置されている。つまり、図13および図14では、第2仮想線M1よりも上側の範囲Mにフォーカスモータ64は配置されている。
このように、第6レンズ群G6に対してレンズマウント接点91がフォーカスモータ64と反対側に配置されているため、フォーカスモータ64をレンズマウント接点91から離れた位置に配置することができる。これにより、フォーカスモータ64のエンコーダ64eがレンズマウント接点91で発生するノイズの影響を受けにくくなり、エンコーダ64eでの検出精度の低下を抑制できる。
このように、電気基板94が環状ではなく概ねC字形状を有しているため、フォーカスモータ64のZ軸方向の移動範囲内に電気基板94を配置しても、フォーカスモータ64が電気基板94と接触しない。このため、交換レンズユニット2の小型化を図ることができる。
デジタルカメラ1の動作について説明する。
このデジタルカメラ1は、2つの撮影モードを有している。具体的には、デジタルカメラ1は、ユーザーがファインダ接眼窓9で被写体を観察するファインダ撮影モードと、ユーザーが表示部20で被写体を観察するモニタ撮影モードと、を有している。
ファインダ撮影モードでは、例えば画像表示制御部21が液晶ファインダ8を駆動する。この結果、液晶ファインダ8には、撮像センサ11により取得された被写体の画像(いわゆるスルー画像)が表示される。
次に、ユーザーがズーム操作を行う際の交換レンズユニット2の動作を説明する。
ユーザーによりズームリング84が回転操作されると、ズームリング84とともにカム筒51が回転する。カム筒51が光軸AZ周りに回転すると、第1ホルダー52は、カム筒51の第1カム溝51bに案内され、固定枠50に対してZ軸方向に直進する。また、第2レンズ群支持枠54、第3レンズ群支持枠56、第4レンズ群ユニット78および第6レンズ群ユニット77も、カム筒51の第2カム溝51c、第3カム溝51d、第4カム溝51eおよび第5カム溝51fに案内され、固定枠50に対してZ軸方向に直進する。よって、ズームリング84を回転操作することにより、交換レンズユニット2の状態を、図5および図6に示す広角端の状態から図7および図8に示す望遠端の状態まで変化させることができる。これにより、ズームリング84の回転位置を調節することで、所望のズーム位置にて被写体を撮影することが可能となる。
続いて、レンズマイコン40は、ズームリング84の現在の回転角度とズームリング84の回転速度とから、所定時間経過後のズームリング84の回転位置を予測し、選択されたトラッキングテーブル100に基づいて、予測したズームリング84の回転位置に対応するフォーカスレンズユニット75のZ軸方向の位置を目標位置として求める。所定時間経過後にフォーカスレンズユニット75がこの目標位置に位置するように、レンズマイコン40はフォーカス駆動制御部41を介してフォーカスモータ64を駆動する。これにより、フォーカスレンズユニット75が他のレンズ群の移動に追従するように駆動され、被写体距離が一定に保たれる。
とりわけ、フォーカスレンズユニット75およびフォーカスモータ64が第6レンズ群ユニット77と一体でZ軸方向に移動するようになっているため、ユーザーによりズームリング84が素早く操作された場合でも、フォーカスレンズユニット75を第6レンズ群ユニット77と一体で移動させることができる。したがって、変倍動作の前後で被写体距離を実質的に一定に保ちたい場合に、フォーカスモータ64は、撮像センサ11に対して第5レンズ群G5が移動すべき距離から撮像センサ11に対して第6レンズ群G6がカム機構により移動する距離を差し引いた距離だけ、第5レンズ群G5を移動させればよい。これにより、ユーザーによるズームリング84の高速操作への対応が容易となる。
次に、デジタルカメラ1のフォーカス動作について説明する。デジタルカメラ1は、オートフォーカス撮影モードおよびマニュアルフォーカス撮影モードの2つのフォーカスモードを有している。デジタルカメラ1の操作を行うユーザーは、カメラ本体3に設けられたフォーカス撮影モード設定ボタン(図示せず)により、フォーカスモードを選択することができる。
なお、コントラスト検出方式によるフォーカシングは、撮像センサ11で実時間の画像データを生成できるモニタ撮影モード(いわゆる、ライブビューモード)で動作し得る。なぜなら、ライブビューモードでは、定常的に、撮像センサ11で画像データを生成しており、その画像データを用いたコントラスト検出方式のオートフォーカス動作をするのが容易だからである。
ユーザーによりフォーカスリング89が回転操作されると、フォーカスリング角度検出部90は、フォーカスリング89の回転角度を検出し、その回転角度に応じた信号を出力する。フォーカス駆動制御部41は、フォーカスリング角度検出部90から信号を受信可能であり、フォーカスモータ64へ信号を送信可能である。フォーカス駆動制御部41は、判断した結果をレンズマイコン40へ送信する。フォーカス駆動制御部41は、レンズマイコン40からの制御信号に基づいてフォーカスモータ64を駆動する。より詳細には、レンズマイコン40は、フォーカスリング回転角度信に基づいて、フォーカスモータ64を駆動する駆動信号を生成する。駆動信号によりフォーカスモータ64のリードスクリュ64bが回転すると、リードスクリュ64bと噛み合うラック66を介してフォーカスレンズユニット75がZ軸方向に移動する。図5および図6に示す広角端の状態では、被写体距離は無限遠であるが、被写体距離が近くなるにしたがって、フォーカスレンズユニット75は、Z軸方向負側へ移動する。同様に、図7および図8に示す望遠端の状態では、被写体距離は無限遠であるが、被写体距離が短くなるにしたがって、フォーカスレンズユニット75は、Z軸方向負側に移動する。広角端の場合に比べ、この場合のフォーカスレンズユニット75の移動量は多くなる。
ユーザーによりシャッターボタン30が全押しされると、撮像センサ11の測光出力に基づいて計算された絞り値に光学系Lの絞り値が設定されるように、ボディーマイコン10からレンズマイコン40へ命令が送信される。そして、レンズマイコン40により絞り駆動制御部42が制御され、指示された絞り値まで絞りユニット62を絞り込む。絞り値の指示と同時に、撮像センサ駆動制御部12から撮像センサ11へ駆動命令が送信され、シャッターユニット33の駆動命令が送信される。撮像センサ11の測光出力に基づいて計算されたシャッタースピードの時間だけ、シャッターユニット33により撮像センサ11が露光される。
ボディーマイコン10は、撮影処理を実行し、撮影が終了すると、画像記録制御部19に制御信号を送信する。画像記録部18は、画像記録制御部19の命令に基づいて、画像信号を内部メモリおよび/またはリムーバブルメモリに記録する。画像記録部18は、画像記録制御部19の命令に基づいて、画像信号とともに撮影モードの情報(オートフォーカス撮影モードかマニュアルフォーカス撮影モードか)を、内部メモリおよび/またはリムーバブルメモリに記録する。
また、露光終了後、ボディーマイコン10により、シャッターユニット33が初期位置にリセットされる。また、ボディーマイコン10からレンズマイコン40へ絞りユニット62を開放位置にリセットするよう絞り駆動制御部42に命令が下され、レンズマイコン40から各ユニットへリセット命令が下される。リセット完了後、レンズマイコン40は、ボディーマイコン10にリセット完了を伝える。ボディーマイコン10は、レンズマイコン40からリセット完了情報を受信した後であって、かつ、露光後の一連の処理が完了した後に、シャッターボタン30が押されていないことを確認し、撮影シーケンスを終了する。
デジタルカメラ1は、動画を撮影する機能も有している。動画撮影モードでは、一定の周期で撮像センサ11により画像データが生成され、生成される画像データを利用してコントラスト検出方式によるオートフォーカスが継続的に行われる。動画撮影モードにおいて、シャッターボタン30が押される、あるいは動画撮影操作ボタン24が押されると、画像記録部18に動画が記録され、シャッターボタン30、あるいは動画撮影操作ボタン24が再度押されると、画像記録部18での動画の記録が停止する。
以上に説明したデジタルカメラ1の光学系の配置に関する特徴は以下の通りである。
(1)
このデジタルカメラ1では、フォーカスレンズユニット75が第6レンズ群ユニット77とともにZ軸方向(光軸AZに平行な方向)に移動するため、撮像センサ11に対する第6レンズ群ユニット77の移動量の分だけ、フォーカスレンズユニット75を撮像センサ11に対して移動させることができる。これにより、フォーカスレンズユニット75の前後に大きなスペースを確保しなくても、フォーカスレンズユニット75の駆動量を大きく確保できる。つまり、交換レンズユニット2の小型化が可能となる。
このように、この交換レンズユニット2では、オートフォーカスの高速化と小型化とを両立することができる。
第6レンズ群ユニット77が光学系の中で最も像面側に配置されているため、フォーカスレンズユニット75は第6レンズ群ユニット77の物体側に配置されることになる。このため、例えばレンズ鏡筒が取り外されている状態で、ユーザーがフォーカスレンズユニット75に触れることができなくなる。これにより、ユーザーがフォーカスレンズユニット75に触れて、フォーカスレンズユニット75の取付精度が狂うのを防止できる。
また、このレンズ鏡筒では、レンズ保護用の保護ガラスを撮像センサ11側に装着する必要がなくなるため、保護ガラスによる光の反射を防止でき、ゴーストあるいはフレアが発生するのを防止できる。
図7および図8に示すように、第4レンズ群ユニット78は、撮像センサ11を基準とする第1移動範囲F4で光軸方向に移動可能であり、フォーカスレンズユニット75は、撮像センサ11を基準とする第2移動範囲F5で光軸方向に移動可能である。第2移動範囲F5が第1移動範囲F4と重なり合っているため、光学系LのZ軸方向の寸法を短縮することができ、交換レンズユニット2の小型化が可能となる。
図5および図7に示すように、駆動シャフト64aがモータ本体64sから被写体側(Z軸方向正側)に突出しているため、駆動シャフト64aよりも大きいステッピングモータ64dが第4レンズ群ユニット78に干渉するのを防止できる。これにより、フォーカスモータ64と第4レンズ群ユニット78とを近づけて配置することができ、交換レンズユニット2をさらに小型化することができる。
第6レンズ群G6の半径方向外側にステッピングモータ64dが配置されているため、ステッピングモータ64dが第6レンズ群ユニット77からZ軸方向に大きく突出するのを抑制できる。これにより、交換レンズユニット2をさらに小型化することができる。
デジタルカメラ1のレンズマウント95に関する特徴は以下の通りである。
(1)
このデジタルカメラ1では、Z軸方向から見た場合に、レンズマウント接点91が第6レンズ群G6に対してフォーカスモータ64と反対側に配置されている。具体的には図13および図14に示すように、レンズマウント接点91の中心を通り第6レンズ群G6の光軸AZに直交する線を第1仮想線Pとした場合、フォーカスモータ64は、第1仮想線Pと光軸AZとに直交する第2仮想線M1に対してレンズマウント接点91と反対側に(範囲M内に)配置されている。これにより、フォーカスモータ64をレンズマウント接点91から離れた位置に配置することができ、フォーカスモータ64のエンコーダ64eがレンズマウント接点91で発生するノイズの影響を受けにくくなり、エンコーダ64eでの検出精度の低下を抑制できる。
第6レンズ群G6の光軸AZを基準にレンズマウント接点91と点対称な位置にフォーカスモータ64が配置されている。具体的には図13および図14に示すように、Z軸方向から見た場合に、フォーカスモータ64が第3仮想線N1および第4仮想線N2の間の範囲N内に配置されている。このため、フォーカスモータ64をレンズマウント接点91から確実に離れた位置に配置することができ、フォーカスモータ64のエンコーダ64eがレンズマウント接点91で発生するノイズの影響を受けにくくなる。
Z軸方向から見た場合に、フォーカスモータ64が第1仮想線と重なり合っているため、フォーカスモータ64をレンズマウント接点91から離れた位置に確実に配置することができ、フォーカスモータ64のエンコーダ64eがレンズマウント接点91で発生するノイズの影響を受けにくくなる。
電気基板94はフォーカスモータ64に対応する部分が切り欠かれているため、フォーカスモータ64の移動範囲内に電気基板94を配置しても、フォーカスモータ64が電気基板94と接触しない。このため、交換レンズユニット2の小型化を図ることができる。
(5)
レンズマウント接点91に対してフォーカスモータ64の反対側にコネクタ96aが配置されているため、コネクタ96aから離れた位置にフォーカスモータ64を配置することができる。コネクタ96aはレンズマウント接点91と同様にノイズの発生源となり得る。このため、フォーカスモータ64がコネクタ96aで発生するノイズの影響を受けにくくなり、エンコーダ64eでの検出精度の低下を防止できる。
デジタルカメラ1の電子トラッキングに関する特徴は以下の通りである。
(1)
図12に示すように、このデジタルカメラ1では、トラッキングテーブル100が広角端および望遠端の間に変曲点を有していない。つまり、ズームリングユニット83により第4レンズ群ユニット78に対して第6レンズ群ユニット77が一方向に駆動されている場合には、フォーカスレンズユニット75が第6レンズ群ユニット77に対して一方向に駆動される。このため、ズームリングユニット83により第6レンズ群ユニット77が一方向に駆動されている間は、第6レンズ群ユニット77に対するフォーカスレンズユニット75の移動方向が途中で変わらない。これにより、フォーカスレンズユニット75の駆動速度が途中で低下せず、フォーカスレンズユニット75の駆動速度を高めることができる。つまり、ズームリングユニット83の素早い操作にフォーカスモータ64の制御を追従させることができる。
無限遠のトラッキングテーブル100において、広角端に対応するフォーカスレンズユニット75の第1位置E1と望遠端に対応するフォーカスレンズユニット75の第2位置E2との中央に原点位置Dが配置されているため、原点位置Dを基準にフォーカスレンズユニット75を駆動する際に、各位置に比較的素早くフォーカスレンズユニット75を移動させることができる。これにより、デジタルカメラ1の状態を撮影可能状態に円滑に移行させることができる。
特に、ユーザーがデジタルカメラ1の電源を入れて被写体を撮影する際には、無限遠の位置にある被写体を撮影する確率が高いため、無限遠のトラッキングテーブル100の中央に原点位置Dを配置することで、デジタルカメラ1の状態をより円滑に撮影可能状態に移行させることができる。
本発明の実施形態は、前述の実施形態に限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の修正および変更が可能である。また、前述の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
前述の実施形態では、デジタルカメラは静止画および動画の撮影が可能であるが、静止画撮影のみ、あるいは、動画撮影のみ可能であってもよい。
(2)
デジタルカメラ1は、例えばデジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、カメラ付き携帯電話およびカメラ付きPDAであってもよい。
前述のデジタルカメラ1はクイックリターンミラーを有していないが、従来の一眼レフカメラのようにクイックリターンミラーが搭載されていてもよい。
(4)
光学系Lの構成は前述の実施形態に限定されない。例えば、第1レンズ群G1〜第6レンズ群G6がそれぞれ複数のレンズから構成されていてもよい。
前述の実施形態では、シャッターユニット33を動作させることにより撮像センサ11への露光時間を制御しているが、電子シャッターにより撮像センサ11の露光時間を制御してもよい。
(6)
前述の実施形態では、レンズマイコン40により電子トラッキングが行われるが、ボディーマイコン10からレンズマイコン40に命令が送信され、その命令に基づいて電子トラッキングの制御が行われてもよい。
トラッキングテーブル100において、広角端に対応するフォーカスレンズユニット75の第1位置E1と望遠端に対応するフォーカスレンズユニット75の第2位置E2との中央に原点位置Dが配置されている。しかし、デジタルカメラ1の状態を撮影可能状態に円滑に移行することができれば、原点位置Dの位置が第1位置E1と第2位置E2との間の中央から若干ずれていてもよい。つまり、原点位置Dは第1位置E1および第2位置E2の間の概ね中央であればよい。
2 交換レンズユニット(レンズ鏡筒の一例)
3 カメラ本体
3a 筐体
4 ボディーマウント
10 ボディーマイコン
11 撮像センサ(撮像素子の一例)
12 撮像センサ駆動制御部
40 レンズマイコン(駆動制御部の一例)
50 固定枠
51 カム筒
57 第4レンズ群支持枠(第1レンズ支持枠の一例)
58 第5レンズ群支持枠(フォーカスレンズ支持枠の一例)
59 第6レンズ群支持枠(第2レンズ支持枠の一例、レンズ支持枠の一例)
64 フォーカスモータ(フォーカスアクチュエータの一例、アクチュエータの一例)
64a 駆動シャフト
64b リードスクリュ
64d ステッピングモータ
64e エンコーダ(検出部の一例)
64s モータ本体(アクチュエータ本体の一例)
67 フォトセンサ(原点検出部の一例)
75 フォーカスレンズユニット
77 第6レンズ群ユニット(第2レンズユニットの一例)
78 第4レンズ群ユニット(第1レンズユニットの一例)
83 ズームリングユニット(ズーム機構の一例)
84 ズームリング(ズーム操作部の一例)
87 リニアポジションセンサ
88 フォーカスリングユニット
89 フォーカスリング
90 フォーカスリング角度検出部
95 レンズマウント
95a レンズマウント本体
91 レンズマウント接点(電気接点部の一例)
91a 電気接点
96 フレキシブルプリントケーブル
96a コネクタ
L 光学系
G1 第1レンズ群
G2 第2レンズ群
G3 第3レンズ群
G4 第4レンズ群(第1レンズ素子の一例)
G5 第5レンズ群(フォーカスレンズの一例)
G6 第6レンズ群(第2レンズ素子の一例、レンズ素子の一例)
P 第1仮想線
M1 第2仮想線
N1 第3仮想線
N2 第4仮想線
C レンズマウント接点の中心
Claims (5)
- 被写体の光学像を撮像素子に結像するためにカメラ本体と着脱可能なレンズ鏡筒であって、
第1レンズ素子と、前記第1レンズ素子を支持する第1レンズ支持枠と、を有する第1レンズユニットと、
前記第1レンズ素子に対して光軸方向に相対移動することで焦点距離を変化させるための第2レンズ素子と、前記第2レンズ素子を支持する第2レンズ支持枠と、を有する第2レンズユニットと、
前記第2レンズ素子に対して前記光軸方向に移動することで前記光学像のフォーカス状態を変化させるためのフォーカスレンズと、前記第2レンズユニットのみにより前記光軸方向に移動可能に支持され前記フォーカスレンズを支持するフォーカスレンズ支持枠と、を有するフォーカスレンズユニットと、
前記第1レンズユニットおよび前記第2レンズユニットを前記光軸方向に相対移動させるための機構であって、ユーザーにより操作されるズーム操作部を有し、前記ズーム操作部に入力された操作力を、前記第1レンズユニットおよび前記第2レンズユニットのうち少なくとも一方に機械的に伝達するズーム機構と、
前記第2レンズユニットに固定され、電力を利用して前記第2レンズユニットに対して前記フォーカスレンズユニットを前記光軸方向に駆動するフォーカスアクチュエータと、を備え、
前記第2レンズ素子は、前記第1レンズ素子、前記第2レンズ素子、および前記フォーカスレンズが含まれる光学系の中で、最も像面側に配置されている、
レンズ鏡筒。 - 前記第1レンズユニットは、前記撮像素子を基準とする第1移動範囲で前記光軸方向に移動可能であり、
前記フォーカスレンズユニットは、前記撮像素子を基準とする第2移動範囲で前記光軸方向に移動可能であり、
前記第2移動範囲は、前記第1移動範囲と重なり合っている、
請求項1に記載のレンズ鏡筒。 - 前記フォーカスアクチュエータは、駆動力を発生するためのアクチュエータ本体と、前記駆動力を前記フォーカスレンズユニットに伝達するための駆動シャフトと、を有しており、
前記駆動シャフトは、前記アクチュエータ本体から前記被写体側に突出している、
請求項1又は2に記載のレンズ鏡筒。 - 前記アクチュエータ本体は、前記第2レンズ素子の半径方向外側に配置されている、
請求項3に記載のレンズ鏡筒。 - 請求項1から4のいずれかに記載のレンズ鏡筒と、
前記撮像素子を有するカメラ本体と、
を備えた撮像装置。
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