JP6008035B2 - 光学機器 - Google Patents

Description

本発明は、光学機器に関し、より詳しくは、レンズ駆動装置を制御するレンズ位置制御装置に関する。

従来、デジタルカメラにおいて、低消費電力化に向けた多様な開発が行われている。そのひとつに、手振れ補正機構に用いられるステッピングモータにおける消費電力を抑える構成が知られている（特許文献１）。この構成では、ステッピングモータの磁極が手振れ補正後に停止した位置からより安定な位置に移動され、その後に励磁電力の供給が止められる構成である。この構成により、撮像時ふいに磁極が安定な位置に移動することによる像ブレを防ぎ、かつ、消費電力を抑える効果がある。この構成は、ステッピングモータを用いてレンズの位置を制御するオートフォーカス機構にも応用することが可能である。

特開２００６−１５８０１９号公報

しかし、上述した構成を、オートフォーカス機構へ適用する場合、磁極を電力の消費が少ない位置へ単に移動させると問題が生じる。これは、磁極の停止位置がレンズの停止位置と連動するためである。つまり、磁極の移動前に合焦していても移動後には像のぼけが生ずる可能性がある。この像のぼけは、受光画素ピッチが小さくなるにつれて著しく目立つ傾向にある。つまり、近年の、画像高解像度化のために画素数を飛躍的に増大させた撮像素子を搭載したデジタルカメラにおいては受光画素ピッチが小さいため、像のぼけは看過できない。そこで、本発明では、像のぼけが生じることがなく、かつ、電力の消費が少ない位置にレンズすなわち磁極を停止させることができる光学機器の提供を目的としている。

本発明に係る光学機器は、電力を供給されて焦点調節レンズを駆動するレンズ駆動手段と、絞りを駆動する絞り駆動手段と、焦点調節レンズを低消費電力で保持可能な位置にて停止させるとともに、焦点調節レンズによる焦点位置が焦点深度に収まるように絞りの開口量を調整する絞り駆動手段を制御する絞り駆動制御手段とを備えることを特徴とする。

レンズ駆動手段は、ハーフステップ及びマイクロステップ駆動が可能なステッピングモータを有し、駆動制御手段は、ステッピングモータが最低消費電力で焦点調節レンズを保持可能な１相駆動状態となる１相位置へ移動制御することが好ましい。

レンズとレンズを駆動するレンズ駆動手段とレンズ駆動手段を制御するＣＰＵと、ＣＰＵの演算速度を落とすことによってＣＰＵの消費電力を下げるＣＰＵ電力制御手段と、レンズ駆動手段への励磁電圧を下げることによってレンズ駆動手段の消費電力を下げる励磁制御手段とをさらに備えていても良い。

本発明に係るカメラは、カメラボディと、カメラボディに装着されるレンズ鏡筒と、レンズ鏡筒に設けられ、カメラボディから電力を供給されて焦点調節レンズを駆動するレンズ駆動手段と、絞りを駆動する絞り駆動手段と、焦点調節レンズを低消費電力で保持可能な位置にて停止させるとともに、焦点調節レンズによる焦点位置が焦点深度に収まるように絞りの開口量を調整するように絞り駆動手段を制御する絞り駆動制御手段とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、像のぼけが生じることがなく、かつ、電力の消費が少ない位置にレンズすなわち磁極を停止させることが出来る光学機器を提供することが可能となる。

本発明の実施形態を適用したカメラを表す全体図である。 本発明の実施形態を適用したカメラからレンズを外した図である。 本発明の本実施形態を適用したカメラの電気的なブロック図である。 本発明の実施形態を適用したステッピングモータの模式図である。 本発明の実施形態を適用したステッピングモータに入力される電圧を表す図である。 本発明の本実施形態におけるステッピングモータのマイクロステップ駆動時の消費電力を表したグラフである。 本発明の実施形態におけるエコモード移行時のフローチャートである。 本発明の実施形態におけるＦ値と許容レンズ移動量との関係を表すテーブルである。 本発明の本実施形態におけるステッピングモータの磁極の位相と消費電力の関係を表す図である。 本発明の本実施形態におけるステッピングモータの磁極の位相と消費電力の関係を表す図である。 本発明の実施形態におけるエコモード解除時のフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１はレンズ交換式カメラの外観を示し、図２はカメラボディ１０からレンズ鏡筒１５を外した状態を示している。このカメラシステムにおいてレンズ鏡筒１５はカメラボディ１０に対して着脱自在である。

カメラボディ１０のレンズマウント１１の内周側には、複数の電気接点１２が円弧状に配置されている。電気接点１２の下側には、撮像素子（不図示）を収容した撮像素子ユニット１３が設けられる。カメラボディ１０の電源がオン状態であるとき、撮像素子によって動画像が得られ、ライブビューとしてモニタ（不図示）に表示可能である。カメラボディ１０の上面にはシャッタボタン１４が設けられる。

図３を参照して、このレンズ交換式カメラの電気的構成を説明する。カメラボディ１０に設けられたカメラプロセッサ２０には、レンズ鏡筒１５へ電力を供給するカメラボディ側レンズ電源２２と、レンズで集められた光を電気信号に変換するイメージセンサ２４とが接続される。カメラボディ側レンズ電源２２及びイメージセンサ２４は、カメラプロセッサ２０によって制御される。

レンズ鏡筒１５に設けられたレンズＣＰＵ３０には、レンズＣＰＵ３０に電力を供給するレンズ側レンズ電源３２が接続される。また、レンズＣＰＵ３０には、ＡＦレンズ(焦点調節レンズ)３４の位置を制御するＡＦモータ３６（レンズ駆動手段）及びＡＦモータ３６へ電圧を制御するモータドライバ３８が接続される。ＡＦモータ３６及びモータドライバ３８は共に、レンズＣＰＵ３０に制御され電力を供給される。また、レンズ位置センサ４０はＡＦレンズ３４に接続され、ＡＦレンズ３４の位置をレンズＣＰＵ３０へ伝達する。絞りモータ４２は、レンズＣＰＵ３０に接続されて制御され、減速駆動機構４３（絞り駆動制御手段）を介して絞り４４を駆動制御して絞り値を調整する。

カメラプロセッサ２０とレンズＣＰＵ３０とは電気接点１２（図２参照）によって接続されて通信可能である。また、カメラボディ側レンズ電源２２とレンズ側レンズ電源３２とは電気接点１２によって接続されて、レンズ側レンズ電源３２はカメラボディ側レンズ電源２２から電力を供給される。

図４は、ＡＦモータ３６に備えられるステッピングモータ５０の模式図である。図５は、固定子であるコイルＡ〜Ｄに印加される電圧と、回転子である磁極６０の位相との関係表した図である。図５の横軸は磁極６０の位相を表し、縦軸は電圧を表す。図４及び図５を参照して、ステッピングモータ５０が、マイクロステップ駆動されるときの動作を説明する。簡単のため、磁極６０はＳ極とし、各コイルＡ〜Ｄは励磁電圧が印加されるとＮ極になるものとする。

図４の状態（１）及び図５の状態（１）において、コイルＤにのみ最大の励磁電圧が印加されることにより、コイルＤはＮ極となり、Ｓ極である磁極６０はコイルＤに引き寄せられて初期位置（初期位相）に停止する。次に、状態（２）において、励磁電圧は、コイルＡに最大の３８％、コイルＤに最大の９２％印加される。このとき磁極６０は、コイルＡとコイルＤとの間で、コイルＤに近い位置に引き寄せられて停止する。状態（３）において、励磁電圧は、コイルＡに最大の７０％、コイルＤに最大の７０％印加される。このとき磁極６０は、コイルＡとコイルＤとの中間位置に引き寄せられて停止する。状態（４）において、励磁電圧は、コイルＡに最大の９２％、コイルＤに最大の３８％印加される。このとき磁極６０は、コイルＡとコイルＤとの間で、コイルＡに近い位置に引き寄せられて停止する。状態（５）において、コイルＡにのみ最大の励磁電圧が印加されると、磁極６０はコイルＡに引き寄せられて停止する。このように、磁極６０の位置は、コイルＡとコイルＤに印加される励磁電圧の比率に関係する。磁極６０は、状態（１）〜（５）の段階を経て初期位置から９０度回転する。

図６は、磁極６０の位相と消費電力の関係を表したグラフである。横軸は、磁極６０の位相を表し、縦軸は、ステッピングモータ５０の消費電力を、１相駆動状態で消費する電力に対する比率（消費電力比）として表している。図６における状態（１）（５）（９）（１３）は、図４及び図５の同符号と同じ状態を指す。

すなわち、図６の状態（１）ではコイルＤにのみ励磁電圧が印加され磁極６０は初期位置に停止される（図４参照）。状態（５）ではコイルＡのみに励磁電圧が印加されて磁極６０は初期位置から９０度回転した位置に停止される。状態（９）ではコイルＢのみに励磁電圧が印加されて磁極６０は初期位置から１８０度回転した位置に停止される。状態（１３）ではコイルＣのみに励磁電圧が印加されて磁極６０は初期位置から２７０度回転した位置に停止される。状態（１）（５）（９）（１３）では、４つのコイルのうち１つのコイルにのみ励磁電圧が印加される。ここでは、これらの状態を１相駆動状態と呼ぶ。１相駆動状態では、他の状態と比較して消費電力が最少となる。また、この１相駆動状態となるときの、磁極６０の位置及びＡＦレンズ３４の光軸方向に沿った離散的なレンズ位置を１相位置ということにする。

図７は、通常モードから消費電力が少ないエコモードへの移行処理を表す。一定時間、例えば１０秒程度、カメラボディ１０（図１参照）及びレンズ鏡筒１５が操作されないとき、エコモードへの移行が開始される。エコモードとは、カメラボディ１０及びレンズ鏡筒１５における消費電力が低い状態を指す。ステップＳ０１、Ｓ１０はカメラボディ側でのエコモードへの移行処理であり、ステップＳ０２〜Ｓ０９は、レンズ鏡筒１５でのエコモードへの移行処理である。

ステップＳ０１において、カメラボディ１０の消費電力を下げるために、カメラプロセッサ２０の演算速度が落とされ、フレームレート及びモニタの輝度が落とされる。ステップＳ０２において、絞り４４（図１参照）の位置すなわち絞りこみ量（開度）がレンズ鏡筒１５内に備えられたメモリ（図示せず）へ記録される。次のステップＳ０３において、ＡＦレンズ３４の光軸方向位置がメモリへ記録される。

次に、ステップＳ０４において、後述するように、現在の合焦位置からのＡＦレンズ３４の許容レンズ移動量とＦ値（絞り値）との関係が記録された図８に示すテーブルを参照することにより、像のぼけが小さくなるような絞り値が決定される。すなわちＡＦレンズ３４の移動による焦点位置が焦点深度内に収まる絞り値を設定する。そして、ステップＳ０５において、設定された絞り値となるように減速駆動機構４３を介して絞り４４が駆動される。なお、絞りモータ４２は、絞り駆動が完了した後に通電が遮断されるが、減速駆動機構４３の減速比は比較的大きいため、絞り４４が動くことはなく、設定された絞り値が正しく維持される。

ＡＦレンズ３４は、磁極６０の回転によって、光軸方向に移動される。つまり、ＡＦレンズ３４の許容移動量（焦点深度）は、磁極６０の許容回転角度Ｚとして表すことが出来る。図９、図１０は、磁極６０の位相と消費電力との関係を表している。図９の横軸は、磁極６０の位相、縦軸はステッピングモータ５０の消費電力を表す。また、焦点深度、すなわち、ＡＦレンズ３４の許容移動量は、磁極６０の回転角度に換算されて許容回転角度Ｚとして横軸上に図示されている。

図９において、ステップＳ０４における判断時に、磁極６０が位置Ｘにあり、合焦状態であると仮定する。許容回転角度Ｚは、１相位置である０度及び９０度を含まない。したがって、現在の絞り値で、磁極６０が１相位置である０度及び９０度へ移動されると、すなわち、現在の絞り値でＡＦレンズ３４が１相位置へ移動されると、像のぼけは認識できる程度に大きくなる。

このとき、図８に示すテーブルが参照されることにより、ＡＦレンズ３４の許容移動量から換算された磁極６０における許容回転角度Ｚが現在の停止位置Ｘから最も近い１相位置を含むようにＦ値、すなわち、絞りの開口量が調整され設定される（絞り駆動手段）。設定後の許容回転角度Ｚは、図１０に示すように、位置Ｘから最も近い１相位置である位置Ｙすなわち９０度を含む。換言すれば、Ｆ値がより大きく設定されることにより、焦点深度は設定前よりも深くなり、ＡＦレンズ３４の許容移動量が増加されるので、磁極６０を設定前よりも大きく回転させることができる。

ステップＳ０６において、磁極６０は位置Ｙへ移動される。位置Ｙでは、ＡＦモータ３６が、結像面が焦点深度に収まる位置にＡＦレンズ３４を停止させ、かつ、１相駆動する状態である。このように、ステップＳ０４、Ｓ０６では、Ｆ値を調整するとともに１相位置にＡＦレンズ３４を停止させることが出来る（レンズ位置制御手段）。このとき、モニタには像のぼけが認識できない程度に小さい画像が映し出されつつ、消費電力が最小限に抑えられる。

このときの磁極６０の位置すなわちＡＦレンズ３４の位置は、レンズ位置センサ４０によって検知されてレンズＣＰＵ３０へ伝達される（図３参照）。レンズＣＰＵ３０において、最少消費電力状態にあることが認識されると、ステップＳ０７において、励磁電圧が下げられる。励磁電圧は、レンズＣＰＵ３０からモータドライバ３８へ電圧制御信号が伝達されると、モータドライバ３８によって下げられる（励磁制御手段）。これにより、磁極６０は最低限の静止トルクを維持しつつ低消費電力の状態で停止される。

その後、ステップＳ０８において、レンズＣＰＵ３０の演算速度が下げられる。レンズＣＰＵ３０の演算速度を落とすことによってレンズＣＰＵ３０の消費電力を下げることが可能となる（ＣＰＵ電力制御手段）。そして、ステップＳ０９において、エコモードへの移行が完了する。

レンズ鏡筒１５においてエコモードへの移行が完了した後の一定時間、カメラボディ１０及びレンズ鏡筒１５が操作されないとき、ステップＳ１０において、モニタの電源が落とされる。モニタの電源が落とされることによって、さらに消費電力が削減される。

以上のように、ステップＳ０１〜Ｓ１０の処理によって、像のぼけが生じることがなく、かつ、電力の消費が少ない位置にＡＦレンズ３４すなわち磁極６０を停止させることが出来る。

図１１において、エコモードが解除される処理を表す。ステップＳ２０において、カメラボディ１０（図１参照）又はレンズ鏡筒１５が操作されると、エコモードの解除動作が開始される。カメラプロセッサ２０の演算速度が元に戻され、フレームレート及びモニタの輝度が元に戻される。ステップＳ２１において、レンズＣＰＵ３０は通常状態の演算速度に戻されるとともに、ＡＦモータ３６への励磁電圧は通常状態に戻される。

ステップＳ２２において、絞り４４は、ステップＳ０２において記録された位置へ戻される。ステップＳ２３において、ステップＳ０３において記録されたＡＦレンズ３４の位置へ戻される。ステップＳ２０からステップＳ２３において、ＡＦレンズ３４及び絞り４４は通常モード時の状態に戻される。ステップＳ２４において、カメラボディ１０及びレンズ鏡筒１５は通常モードに復帰する。

なお、この機構は、本実施形態にかかるデジタルカメラだけではなく、電子双眼鏡等の合焦が必要な光学機器に適用可能である。また、ステッピングモータは、ハーフステップ及びマイクロステップ駆動等が行えて、コイルを備えるモータであれば、種類は問わない。本実施形態のステッピングモータでは、１６ステップで３６０度回転するが、ステップ数は任意である。さらに、図７のステップＳ０７において、モータドライバ３８に電圧を制御する機能が備えられていない場合は、レンズＣＰＵ３０からＡＦモータ３６への供給電圧を下げることにより励磁電圧が下げられる。

上記実施形態においては、本発明をデジタルカメラに適用した例を説明したが、これに限らず、オートフォーカス機能付望遠鏡や双眼鏡などの焦点調整レンズを具備する光学機器にも適用できる。

１０ カメラボディ
１５ レンズ鏡筒
３０ レンズＣＰＵ
３２ レンズ側レンズ電源
３４ ＡＦレンズ
３６ ＡＦモータ（レンズ駆動手段）
３８ モータドライバ（励磁制御手段）
４０ レンズ位置センサ
４２ 絞りモータ（絞り駆動手段）
４３ 減速駆動機構（絞り駆動制御手段）
４４ 絞り
５０ ステッピングモータ
Ｓ０４〜Ｓ０６ レンズ位置制御装置（レンズ位置制御手段）
Ｙ 位置（１相位置）
Ｚ 許容回転角度

Claims (4)

1. 電力を供給されるステッピングモータで焦点調節レンズを駆動するレンズ駆動手段と、
   絞りを駆動する絞り駆動手段と、
   前記焦点調節レンズを低消費電力で保持可能な１相位置に停止させて消費電力を制御するレンズ位置制御手段と、
   前記焦点調節レンズによる焦点位置が焦点深度に収まるように前記絞りの開口量を調整する前記絞り駆動手段を制御する絞り駆動制御手段とを備え、
   前記１相位置は、前記ステッピングモータが低消費電力で前記焦点調節レンズを保持可能な１相駆動状態となる位置であって、
   前記低消費電力の制御開始時、前記絞り駆動手段が前記絞りの開口量を元の開口量から調整したのちに、前記レンズ駆動手段が前記焦点調節レンズを元の位置から前記１相位置へ移動させることを特徴とする光学機器。
2. 前記低消費電力の制御終了時、前記絞り駆動手段が前記絞りの開口量を前記低消費電力の制御開始前の開口量に戻したのちに、前記レンズ駆動手段が前記焦点調節レンズを前記低消費電力の制御開始前の位置へ移動させることを特徴とする請求項１に記載の光学機器。
3. 前記レンズ駆動手段を制御するＣＰＵと、
   前記低消費電力の制御開始時、前記ＣＰＵの演算速度を落とすことによって前記ＣＰＵの消費電力を下げるＣＰＵ電力制御手段と、
   前記低消費電力の制御開始時、前記レンズ駆動手段への励磁電圧を下げることによって前記レンズ駆動手段の消費電力を下げる励磁制御手段と
   をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の光学機器。
4. カメラボディと、
   前記カメラボディに装着されるレンズ鏡筒と、
   前記レンズ鏡筒に設けられ、前記カメラボディから電力を供給されるステッピングモータで焦点調節レンズを駆動するレンズ駆動手段と、
   絞りを駆動する絞り駆動手段と、
   前記焦点調節レンズを低消費電力で保持可能な１相位置に停止させて消費電力を制御するレンズ位置制御手段と、
   前記焦点調節レンズによる焦点位置が焦点深度に収まるように前記絞りの開口量を調整する前記絞り駆動手段を制御する絞り駆動制御手段とを備え、
   前記１相位置は、前記ステッピングモータが低消費電力で前記焦点調節レンズを保持可能な１相駆動状態となる位置であって、
   前記低消費電力の制御開始時、前記絞り駆動手段が前記絞りの開口量を元の開口量から調整したのちに、前記レンズ駆動手段が前記焦点調節レンズを元の位置から前記１相位置へ移動させることを特徴とするカメラ。
   

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