JP6018331B1 - レンズ装置、撮像システム、移動体、及び制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】より簡素な構造によりレンズを含む物体系の重心の位置の変化を抑制することが望まれている。【解決手段】レンズ装置は、１又は複数のレンズと、１又は複数のレンズの光軸方向に移動可能な移動部材と、１又は複数のレンズを光軸方向に移動させるとともに、１又は複数のレンズを含む物体系の重心の移動方向の反対方向に移動部材を移動させる物理的構造体とを備える。レンズ装置は、１又は複数のレンズを保持するレンズ保持部材をさらに備えてよい。物理的構造体は、レンズ保持部材及び移動部材の一方に設けられたカム部を有してよい。物理的構造体は、レンズ保持部材及び移動部材の他方に設けられ、カム部のカム面に沿って移動することによりレンズ保持部材と移動部材とを相対的に移動させるフォロア部を有してよい。【選択図】図２

Description

本発明は、レンズ装置、撮像システム、移動体、及び制御方法に関する。

特許文献１には、ズーム操作又はフォーカス操作によるレンズの移動方向の反対方向に補助バランスウェイトを移動させるカメラスタビライザが開示されている。特許文献２には、ズームレンズのズーム動作と連動してウェイトを移動させて重量バランスを得る重量バランス調整構造が開示されている。
特許文献１ 特開平０８−０２２０６８号公報
特許文献２ 特開２０１０−３９３５０号公報

レンズを含む物体系の重心の位置の変化を、より簡素な構造で抑制することが望まれている。

一態様によれば、レンズ装置は、１又は複数のレンズと、１又は複数のレンズの光軸方向に移動可能な移動部材と、１又は複数のレンズを光軸方向に移動させるとともに、１又は複数のレンズを含む物体系の重心の移動方向の反対方向に移動部材を移動させる物理的構造体とを備える。

レンズ装置は、１又は複数のレンズを保持するレンズ保持部材をさらに備えてよい。物理的構造体は、レンズ保持部材及び移動部材の一方に設けられたカム部を有してよい。物理的構造体は、レンズ保持部材及び移動部材の他方に設けられ、カム部のカム面に沿って移動することによりレンズ保持部材と移動部材とを相対的に移動させるフォロア部を有してよい。

移動部材は、カム環でよい。

レンズ装置は、１又は複数のレンズを保持するレンズ保持部材をさらに備えてよい。物理的構造体は、中間構造体を有してよい。物理的構造体は、レンズ保持部材及び中間構造体の一方に設けられた第１カム部を有してよい。物理的構造体は、レンズ保持部材及び中間構造体の他方に設けられ、第１カム部のカム面に沿って移動することによりレンズ保持部材と中間構造体とを相対的に移動させる第１フォロア部を有してよい。物理的構造体は、中間構造体及び移動部材の一方に設けられた第２カム部を有してよい。物理的構造体は、中間構造体及び移動部材の他方に設けられ、第２カム部のカム面に沿って移動することにより中間構造体と移動部材とを相対的に移動させる第２フォロア部を有してよい。

中間構造体は、カム環でよい。

移動部材は、１又は複数のレンズより比重が大きな材料でもよい。

移動部材は、金属でもよい。

レンズ装置は、１又は複数のレンズのうちの一部のレンズとともに移動し、１又は複数のレンズを通過する光量を調整する光量調整機構をさらに備えてよい。物理的構造体は、光量調整機構をさらに含む物体系の重心の移動方向の反対方向に移動部材を移動させてよい。

光量調整機構は、開口径が変更可能な絞りを有してよい。光量調整機構は、絞りを駆動して開口径を変更するアクチュエータを有してよい。

レンズ装置は、１又は複数のレンズの移動に連動して、物理的構造体と別の機構により移動される他のレンズをさらに備えてよい。物理的構造体は、他のレンズをさらに含む物体系の重心の移動方向の反対方向に移動部材を移動させてよい。

一態様によれば、撮像システムは、レンズ装置と、レンズ装置によって結像された光を撮像する撮像装置とを備える。

撮像システムは、レンズ装置及び撮像装置を回転可能に保持するジンバルをさらに備えてよい。

ジンバルは、レンズ装置及び撮像装置を、レンズ装置及び撮像装置を含む物体系の重心から予め定められた距離の範囲内を通る回転軸で回転可能に保持してよい。

ジンバルは、レンズ装置及び撮像装置を、レンズ装置及び撮像装置を含む物体系の重心を通る回転軸で回転可能に保持してよい。

一態様によれば、移動体は、撮像システムを備えて移動する。

一態様によれば、制御方法は、１又は複数のレンズと、１又は複数のレンズの光軸方向に移動可能な移動部材とを備えるレンズ装置の制御方法であって、物理的構造体によって、１又は複数のレンズを光軸方向に移動させるとともに、１又は複数のレンズを含む物体系の重心の移動方向の反対方向に移動部材を移動させる段階を備える。

上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。これらの特徴群のサブコンビネーションも、発明となりうる。

ＵＡＶの外観の一例を示す図である。 ＵＡＶの機能ブロックの一例を示す図である。 ワイド端における複数のレンズの配置の一例を示す図である。 テレ端における複数のレンズの配置の一例を示す図である。 撮像装置及びレンズ装置の外観の一例を示す斜視図である。 撮像装置及びレンズ装置の筐体の内部の様子の一例を示す斜視図である。 カム環の斜視図の一例を示す図である。 固定筒の斜視図の一例を示す図である。 カム環回転角度と撮像素子の結像面からの距離との関係の一例を示す図である。 カム環回転角度とワイド位置からの距離との関係の一例を示す図である。 カム環回転角度とワイド位置からの距離に質量をかけた物理量との関係の一例を示す図である。 撮像装置及びレンズ装置の姿勢の一例を示す図である。 撮像装置及びレンズ装置の姿勢の一例を示す図である。 撮像装置及びレンズ装置の姿勢の一例を示す図である。 ＵＡＶの機能ブロックの他の例を示す図である。 ワイド端における複数のレンズの配置の他の例を示す図である。 カム環回転角度と撮像素子の結像面からの距離との関係の他の例を示す図である。 カム環回転角度とワイド位置からの距離との関係の他の例を示す図である。 カム環回転角度とワイド位置からの距離に質量をかけた物理量との関係の他の例を示す図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。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。

特許請求の範囲、明細書、図面、及び要約書には、著作権による保護の対象となる事項が含まれる。著作権者は、これらの書類の何人による複製に対しても、特許庁のファイルまたはレコードに表示される通りであれば異議を唱えない。ただし、それ以外の場合、一切の著作権を留保する。

図１は、ＵＡＶ１００の外観の一例を示す。無人航空機（ＵＡＶ）１００は、ＵＡＶ本体１０１、ジンバル１１０、撮像装置１４０、及びレンズ装置１６０を備える。ジンバル１１０、撮像装置１４０、及びレンズ装置１６０は、撮像システムの一例である。ＵＡＶ１００は、撮像システムを備えて移動する移動体の一例である。移動体とは、ＵＡＶの他、空中を移動する他の航空機、地上を移動する車両、水上を移動する船舶等を含む概念である。

ＵＡＶ本体１０１は、複数の回転翼を備える。ＵＡＶ本体１０１は、複数の回転翼の回転を制御することでＵＡＶ１００を飛行させる。ＵＡＶ本体１０１は、例えば、４つの回転翼を用いてＵＡＶ１００を飛行させる。回転翼の数は、４つには限定されない。ＵＡＶ１００は、回転翼を有さない固定翼機でもよい。

ジンバル１１０は、撮像装置１４０及びレンズ装置１６０を回転可能に保持する。ジンバル１１０は、撮像装置１４０及びレンズ装置１６０を、撮像装置１４０及びレンズ装置１６０を含む物体系の重心を通る回転軸で回転可能に保持する。例えば、ジンバル１１０は、撮像装置１４０及びレンズ装置１６０を、撮像装置１４０及びレンズ装置１６０を含む物体系の重心を通るピッチ軸で回転可能に保持する。ジンバル１１０は、撮像装置１４０及びレンズ装置１６０を、さらにロール軸及びヨー軸のそれぞれを中心に回転可能に保持する。ジンバル１１０は、撮像装置１４０を保持してもよし、レンズ装置１６０を保持してもよい。レンズ装置１６０は撮像装置１４０を含んでもよい。この場合、レンズ装置１６０と撮像装置１４０を合わせてレンズ本体となる。

撮像装置１４０は、レンズ装置１６０を介して結像された光学像の画像データを生成して記録する。レンズ装置１６０は、撮像装置１４０と一体的に設けられてよい。レンズ装置１６０は、いわゆる交換レンズでよく、撮像装置１４０に対して着脱可能に設けられてよい。

図２は、ＵＡＶ１００の機能ブロックの一例を示す。ＵＡＶ１００は、通信インタフェース１０２、ＵＡＶ制御部１０４、メモリ１０６、ジンバル１１０、撮像装置１４０、及びレンズ装置１６０を備える。

通信インタフェース１０２は、外部の送信機と通信する。通信インタフェース１０２は、遠隔の送信機から各種の命令を受信する。ＵＡＶ制御部１０４は、送信機から受信した命令に従って、ＵＡＶ１００の飛行を制御する。ＵＡＶ制御部１０４は、ジンバル１１０、撮像装置１４０、及びレンズ装置１６０を制御する。ＵＡＶ制御部１０４は、ＣＰＵ又はＭＰＵなどのマイクロプロセッサ、ＭＣＵなどのマイクロコントローラなどにより構成されてよい。メモリ１０６は、ＵＡＶ制御部１０４がジンバル１１０、撮像装置１４０、及びレンズ装置１６０を制御するのに必要なプログラムなどを格納する。メモリ１０６は、コンピュータ可読可能な記録媒体でよく、ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、及びＵＳＢメモリなどのフラッシュメモリの少なくとも１つを含んでよい。メモリ１０６は、ＵＡＶ１００の筐体に設けられてよい。ＵＡＶ１００の筐体から取り外し可能に設けられてよい。

撮像装置１４０は、撮像制御部１４２、撮像素子１４４、及びメモリ１４６を有する。撮像装置１４０は、レンズ装置１６０によって結像された光を撮像する。撮像素子１４４は、レンズ装置１６０を介して結像された光学像の画像データを生成して、撮像制御部１４２に出力する。撮像素子１４４は、ＣＣＤ又はＣＭＯＳにより構成されてよい。撮像制御部１４２は、撮像素子１４４から出力された画像データをメモリ１４６に格納する。撮像制御部１４２は、画像データをＵＡＶ制御部１０４を介してメモリ１０６に出力して格納してもよい。撮像制御部１４２は、ＵＡＶ制御部１０４からの撮像装置１４０及びレンズ装置１６０の動作命令に応じて、撮像装置１４０及びレンズ装置１６０を制御する。撮像制御部１４２は、ＣＰＵ又はＭＰＵなどのマイクロプロセッサ、ＭＣＵなどのマイクロコントローラなどにより構成されてよい。メモリ１４６は、コンピュータ可読可能な記録媒体でよく、ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、及びＵＳＢメモリなどのフラッシュメモリの少なくとも１つを含んでよい。メモリ１４６は、撮像装置１４０の筐体の内部に設けられてよい。撮像装置１４０の筐体から取り外し可能に設けられてよい。

レンズ装置１６０は、メモリ１６１、レンズ制御部１６２、駆動機構１６４、移動部材２００、物理的構造体２１０、複数のレンズ保持部材２３０、複数のレンズ１７０、光量調整機構１８０、レンズ１９０、レンズ保持部材１９２、及び駆動機構１９４を有する。複数のレンズ１７０の少なくとも一部又は全部は、光軸に沿って移動可能に配置される。複数のレンズ１７０は、複数のレンズ群から構成されてよい。複数のレンズ１７０は、ズームレンズとして機能してもよい。複数のレンズ１７０は、バリフォーカルレンズとして機能してもよい。

レンズ１９０の少なくとも一部又は全部は、光軸に沿って移動可能に配置される。レンズ１９０は、複数のレンズ群から構成されてよい。レンズ１９０は、フォーカスレンズとして機能してもよい。

メモリ１６１は、駆動機構１６４を介して動作する複数のレンズ１７０の制御値、及び駆動機構１６４とは別の駆動機構１９４を介して動作するレンズ１９０の制御値などを格納する。レンズ装置１６０は、少なくとも１つのレンズ１７０及びレンズ１９０を有すればよい。レンズ装置１６０は、レンズ装置１６０の光学設計に応じた任意の数のレンズを備えてよい。

レンズ制御部１６２は、撮像制御部１４２からのレンズ動作命令に従って、メモリ１６１に格納された制御値に基づいて駆動機構１６４を駆動して、複数のレンズ１７０を光軸方向に移動させる。レンズ制御部１６２は、さらに、メモリ１６１に格納された他の制御値に基づいて駆動機構１９４を駆動して、レンズ１９０を光軸方向に移動させる。レンズ制御部１６２は、複数のレンズ１７０の光軸方向への移動に連動させてレンズ１９０を光軸方向に移動させることにより、焦点距離を調整する。レンズ制御部１６２は、さらに、複数のレンズ１７０の光軸方向への移動とは独立してレンズ１９０を光軸方向に移動させることにより、焦点距離を調整してよい。

レンズ保持部材２３０は、レンズ１７０を保持する。レンズ保持部材２３０は、１又は複数のレンズ１７０を保持してよい。レンズ保持部材２３０は、１又は複数のレンズ１７０を保持した状態で、光軸に沿って移動する。レンズ保持部材２３０は、鏡筒内に光軸に沿って移動可能に配置されてよい。レンズ保持部材１９２は、レンズ１９０を保持する。レンズ保持部材１９２は、１又は複数のレンズ１９０を保持してよい。レンズ保持部材１９２は、１又は複数のレンズ１９０を保持した状態で、光軸に沿って移動する。レンズ保持部材１９２は、鏡筒内に光軸に沿って移動可能に配置されてよい。

光量調整機構１８０は、１又は複数のレンズ１７０のうちの一部のレンズとともに移動し、１又は複数のレンズ１７０を通過する光量を調整する。光量調整機構１８０は、開口径が変更可能な絞りと、絞りを駆動して開口径を変更するアクチュエータとを有する。

移動部材２００は、１又は複数のレンズ１７０を含む物体系の重心の位置の変化を抑制する部材である。移動部材２００は、１又は複数のレンズ１７０の光軸方向への移動によるレンズ装置１６０の重心の位置の変化を抑制する。移動部材２００は、１又は複数のレンズ１７０の光軸方向に移動可能である。移動部材２００は、１又は複数のレンズ１７０の光軸方向と平行に移動可能でよい。移動部材２００は、１又は複数のレンズ１７０を含む物体系の重心の移動方向の反対方向に移動する。移動部材２００は、駆動機構１６４から供給される動力を利用して光軸方向に移動してよい。移動部材２００は、レンズ装置１６０の重心の位置の変化を抑制可能な部材であれば任意の材料で構成されてよい。移動部材２００は、１又は複数のレンズ１７０より比重が大きな材料でよい。移動部材２００は、金属でよい。移動部材２００は、例えば、カム環である。移動部材２００は、レンズでもよいし、レンズ装置１６０の重心の位置を抑制するためだけに用いられる単なる重りでもよい。移動部材２００は、レンズ装置１６０の鏡筒内に配置されてもよいし、鏡筒外に配置されてもよい。

移動部材２００の移動量は、移動要素の移動量及び移動要素の質量に基づいて定められてよい。移動要素は、レンズ装置１６０に設けられ、ズーム動作時に移動する要素である。移動要素は、ズーム動作時に光軸方向に移動してよい。移動要素は、１又は複数のレンズ１７０、レンズ１９０、光量調整機構１８０、カム環、直進案内環などを含む。移動部材２００の移動量は、移動部材２００の基準位置からの距離を示す。移動要素の移動量は、移動要素の基準位置からの距離を示す。移動部材２００および移動要素のそれぞれの基準位置は、レンズ装置１６０のワイド端における移動部材２００及び移動要素のそれぞれの位置でよい。移動部材２００の基準位置からの距離は、移動要素の基準位置からの距離と移動要素の質量とをかけた物理量の総和を移動部材２００の質量で割った値が、予め定められた値以下となるように、設定されてよい。移動部材２００の基準位置からの距離は、１又は複数のレンズ１７０のそれぞれの基準位置からの距離と１又は複数のレンズ１７０のそれぞれの質量とをかけたそれぞれの物理量の総和を、移動部材２００の質量で割った値が予め定められた値以下となるように、設定されてよい。

物理的構造体２１０は、光軸方向に１又は複数のレンズ１７０を移動させるとともに、１又は複数のレンズ１７０を含む物体系の重心の移動方向の反対方向に移動部材２００を移動させる。物理的構造体２１０は、光量調整機構１８０をさらに含む物体系の重心の移動方向の反対方向に移動部材２００を移動させてよい。物理的構造体２１０は、レンズ１９０をさらに含む物体系の重心の移動方向の反対方向に移動部材２００を移動させてよい。物理的構造体２１０は、１又は複数のレンズ１７０を含む物体系の重心の移動方向の反対方向の成分が移動部材２００の移動方向に少なくとも含まれるように、移動部材２００を移動させればよい。

物理的構造体２１０は、移動部材２００及びレンズ保持部材２３０と物理的に連係している。物理的構造体２１０は、例えば、移動部材２００が光軸方向の一方に移動する場合に、レンズ保持部材２３０を光軸方向の他方に移動させる。物理的構造体２１０は、移動部材２００の回転及び光軸方向の一方への移動により生じる力を、レンズ保持部材２３０に物理的に伝達し、レンズ保持部材２３０を光軸方向の他方に移動させてよい。

物理的構造体２１０は、カム部及びフォロア部を有してよい。カム部は、レンズ保持部材２３０及び移動部材２００の一方に設けられてよい。フォロア部は、レンズ保持部材２３０及び移動部材２００の他方に設けられてよい。移動部材２００の回転及び光軸方向の一方への移動により生じる力が、カム部及びフォロア部を介してレンズ保持部材２３０に物理的に伝達される。フォロア部が、カム部のカム面に沿って移動することによりレンズ保持部材２３０と移動部材２００とを相対的に移動させる。

上記の構成により、移動部材２００は、物理的構造体２１０を介して、１又は複数のレンズ１７０の移動に伴うレンズ装置１６０の重心の位置の変化を抑制する方向に移動する。レンズ装置１６０のズーム動作によるレンズ装置１６０の重心の位置の変化が抑制されることにより、レンズ装置１６０のズーム動作によるジンバル１１０のピッチ軸に対する駆動トルクの変化を抑制できる。さらに言えば、レンズ装置１６０のズーム動作によるＵＡＶ１００の全体の重心の位置の変化が抑制され、ＵＡＶ１００のより安定した飛行を実現できる。

図３Ａは、レンズ装置１６０のワイド端における複数のレンズの配置の一例を示す。図３Ｂは、レンズ装置１６０のテレ端における複数のレンズの配置の一例を示す。図２に示される複数のレンズ１７０のそれぞれは、第１レンズ群１７２、第２レンズ群１７４、及び第３レンズ群１７６のいずれかに分類される。図２に示されるレンズ１９０は、第４レンズ群１９１に分類される。第１レンズ群１７２のレンズは、光軸方向に移動しない。第２レンズ群１７４及び第３レンズ群１７６のレンズは、光軸方向に移動する。第２レンズ群１７４のレンズの間には、絞り１８２が配置されている。絞り１８２は、第２レンズ群１７４のレンズの移動に連動して光軸方向に移動する。第４レンズ群１９１のレンズは、第２レンズ群１７４及び第３レンズ群１７６の光軸方向への移動に合わせて、光軸方向に移動する。

図４は、ジンバル１１０に支持された状態の撮像装置１４０及びレンズ装置１６０の外観の一例を示す斜視図である。図５は、ジンバル１１０に支持された状態の撮像装置１４０及びレンズ装置１６０の筐体の内部の様子の一例を示す斜視図である。ジンバル１１０は、ピッチ軸を中心に撮像装置１４０及びレンズ装置１６０を回転させるピッチ軸回転機構１１２を有する。ジンバル１１０は、ロール軸及びヨー軸を中心に撮像装置１４０及びレンズ装置１６０を回転させるロール軸回転機構１１４及びヨー軸回転機構１１６をさらに有する。

図６は、カム環２０２の外観の斜視図の一例を示す。図７は、固定筒２３２の外観の斜視図の一例を示す。固定筒２３２は、撮像素子１４４などの電子回路が設けられる基台１６８に固定されている。固定筒２３２は、第１レンズ群１７２のレンズを保持する。カム環２０２は、固定筒２３２の外周側に、回転可能にかつ光軸方向に移動可能に配置される。カム環２０２の一端の外周の一部にギア２０４が形成されている。ギア２０４は、ギア１６６と噛み合う。ギア１６６は、駆動モータ１６５により回転する。駆動モータ１６５からの動力がギア１６６を介してギア２０４に伝達されて、カム環２０２が回転しながら固定筒２３２の外周に沿って光軸方向に移動する。

図７に示すように、固定筒２３２の外周面にはカム環支持ピン２３４が設けられている。カム環支持ピン２３４は、カム環２０２の光軸方向への移動を案内する。固定筒２３２には、直進案内溝２３６が形成されている。直進案内溝２３６は、第２レンズ群カムピン２２０及び第３レンズ群カムピン２２２の光軸方向への移動を案内する。第２レンズ群カムピン２２０は、第２レンズ群１７４のレンズ１７０を保持するレンズ保持部材２３０に設けられている。第３レンズ群カムピン２２２は、第３レンズ群１７６のレンズ１７０を保持するレンズ保持部材２３０に設けられている。

図６に示すように、カム環２０２には、カム環支持ピン２３４と係合するカム環用カム溝２１２が形成されている。カム環用カム溝２１２がカム環支持ピン２３４に案内されることで、カム環２０２は回転しながら光軸方向に移動する。例えば、カム環２０２は、矢印１３０の方向に回転しながら矢印１３２の方向に移動する。カム環２０２には、さらに、第２レンズ群カムピン２２０と係合する第２レンズ群用カム溝２１４、及び第３レンズ群カムピン２２２と係合する第３レンズ群用カム溝２１６が形成されている。カム環２０２の回転及び光軸方向への移動に伴い、第２レンズ群カムピン２２０が第２レンズ群用カム溝２１４に沿って直進案内溝２３６内を移動する。これにより、第２レンズ群１７４のレンズが光軸方向に移動する。カム環２０２の回転及び光軸方向への移動に伴い、第３レンズ群カムピン２２２が第３レンズ群用カム溝２１６に沿って直進案内溝２３６内を移動する。これにより、第３レンズ群１７６のレンズが光軸方向に移動する。

カム環２０２は、移動部材２００の一例である。直進案内溝２３６、カム環用カム溝２１２、第２レンズ群用カム溝２１４、及び第３レンズ群用カム溝２１６がカム部の一例である。直進案内溝２３６、カム環用カム溝２１２、第２レンズ群用カム溝２１４、及び第３レンズ群用カム溝２１６のそれぞれの側面が、カム部のカム面の一例である。カム環支持ピン２３４、第２レンズ群カムピン２２０、及び第３レンズ群カムピン２２２は、フォロア部の一例である。

カム環２０２が、第２レンズ群１７４のレンズ及び第３レンズ群１７６のレンズを含む物体系の重心の移動方向と反対方向に移動する。さらに言えば、カム環２０２が、第２レンズ群１７４のレンズ、第３レンズ群１７６のレンズ、第４レンズ群１９１のレンズ、並びに絞り１８２及びアクチュエータを有する光量調整機構１８０を含む物体系の重心の移動方向と反対方向に移動する。これにより、レンズ装置１６０の重心の位置の変化を抑制できる。

図８は、カム環回転角度と撮像素子１４４の結像面からの距離との関係の一例を示す。カム環回転角度とは、レンズ装置１６０のワイド端におけるカム環２０２の回転角度を基準角度（０度）とした場合に、カム環２０２の基準角度からの回転角度である。撮像素子１４４の結像面からの距離とは、撮像素子１４４の結像面から各レンズ群までの距離である。図８には、レンズ装置１６０をワイド端からテレ端まで変化させた場合における、撮像素子１４４の結像面から各レンズ群までの距離の変化の様子が示されている。

図９は、カム環回転角度とワイド位置からの距離との関係の一例を示す。ワイド位置とは、レンズ装置１６０のワイド端における各レンズ群及びカム環２０２の位置である。テレ位置とは、レンズ装置１６０のテレ端における各レンズ群及びカム環２０２の位置である。図９には、レンズ装置１６０をワイド端からテレ端まで変化させた場合における、各レンズ群及びカム環２０２のワイド位置からの距離の変化の様子が示されている。

図１０は、カム回転角度とワイド位置からの距離に質量をかけた物理量（ｇ・ｍｍ）との関係の一例を示す。以下、ワイド位置からの距離に質量をかけた物理量を物理量Ａ_ｘと称する。カム環２０２は、第２レンズ群１７４、第３レンズ群１７６、及び第４レンズ群１９１を含む物体系の重心の位置の変化を抑制する方向に移動する。カム環２０２のワイド位置からの距離は、第２レンズ群１７４の物理量Ａ_２、第３レンズ群１７６の物理量Ａ_３、及び第４レンズ群の物理量Ａ_４の総和をカム環２０２の質量で割った値が予め定められた値以下となるように、設定されてよい。これにより、第１レンズ群１７２、第２レンズ群１７４、第３レンズ群１７６、第４レンズ群１９１、及びカム環２０２を含む物体系（合計）の重心の位置の変化は、レンズ装置１６０のワイド端からテレ端まで抑制される。カム環２０２のワイド位置からの距離は、第２レンズ群１７４の物理量Ａ_２、第３レンズ群１７６の物理量Ａ_３、及び第４レンズ群の物理量Ａ_４の総和をカム環２０２の質量で割った値を打ち消すように、設定されてよい。これにより、当該物体系の重心の位置をワイド端からテレ端まで変化させなくできる。第２レンズ群１７４の物理量Ａ_２のパラメータである第２レンズ群１７４の質量は、絞り１８２の質量を含んでよい。

第１レンズ群１７２の物理量Ａ_１、第２レンズ群１７４の物理量Ａ_２、第３レンズ群１７６の物理量Ａ_３、第４レンズ群の物理量Ａ_４、及びカム環２０２の物理量Ａ_Ｃの合計を物理量Ａ_ｘの合計ΣＡとする。図１０に示す例では、カム環２０２は、レンズ装置１６０をワイド端からテレ端まで変化させる間に、物理量Ａ_ｘの合計ΣＡが常にゼロになるように移動する。しかし、カム環２０２は、必ずしも物理量Ａ_ｘの合計ΣＡが常にゼロになるように移動する必要はない。これは、例えば設計等の制約によりカム環２０２の溝の駆動領域が制約されるからである。このような場合、例えば、レンズ装置１６０をワイド端からテレ端まで変化させた場合における物理量Ａ_ｘの合計ΣＡの最大値が、カム環２０２による重心の位置の変化の抑制がない場合の３分の１以下となるように、カム環２０２は移動してもよい。

レンズ装置１６０をワイド端からテレ端まで変化させた場合における、レンズ装置１６０の重心の位置の変化の幅Ｗが、カム環２０２による重心の位置の変化の抑制がない場合の１０％未満になるように、カム環２０２は移動してもよい。レンズ装置１６０の光軸を水平に保つために必要なジンバル１１０のピッチ軸に対する駆動トルクをＣ（Ｎ・ｍｍ）とする。レンズ装置１６０をワイド端からテレ端まで変化させた場合における駆動トルクＣの最大値が、カム環２０２による重心の位置の変化の抑制がない場合の１０％未満になるように、カム環２０２は移動してもよい。

以上の通り、カム環２０２の光軸方向への移動により、ズーム動作によるレンズ装置１６０の重心の位置の変化が抑制されている。ジンバル１１０は、撮像装置１４０及びレンズ装置１６０を、撮像装置１４０及びレンズ装置１６０を含む物体系の重心を通るピッチ軸で回転可能に保持することが好ましい。ジンバル１１０は、図１１Ａ、図１１Ｂ、及び図１１Ｃに示すように、撮像装置１４０及びレンズ装置１６０をピッチ軸を中心に回転させて、様々な姿勢で保持できる。そして、様々な姿勢でレンズ装置１６０はズーム動作する。しかし、ズーム動作によりレンズ装置１６０の重心の位置は変化しない。したがって、撮像装置１４０及びレンズ装置１６０を含む物体系の重心の位置をピッチ軸上に設定しておけば、様々な姿勢でレンズ装置１６０がズーム動作しても、撮像装置１４０及びレンズ装置１６０を含む物体系の重心の位置をピッチ軸上に維持できる。よって、レンズ装置１６０のズーム位置の違いにより、ピッチ軸回転機構１１２の駆動トルクが変化しない。

ジンバル１１０のピッチ軸は、必ずしも撮像装置１４０及びレンズ装置１６０を含む物体系の重心を通らなくてもよい。ジンバル１１０のピッチ軸は、撮像装置１４０及びレンズ装置１６０を含む物体系の重心に対して予め定められた範囲内に位置するように設定されてよい。例えば、予め定められた範囲は、図１１Ａに示されるような、物体系の重心から物体系の全長（Ｈ）の４分の１の距離（Ｈ／４）までの範囲であってよい。

図１２は、ＵＡＶ１００の機能ブロックの他の例を示す。図１２に示されるＵＡＶ１００の構造、機能、及び動作は、以下に説明するものを除き、図２に示されるＵＡＶ１００の構造、機能、及び動作と同一であってよい。

物理的構造体２１０は、中間構造体２５０を有する。駆動機構１６４は、中間構造体２５０に動力を伝達する。中間構造体２５０は、駆動機構１６４からの動力を受けて動作する。中間構造体２５０がカム環の場合には、中間構造体２５０は、駆動機構１６４からの動力を受けて光軸を中心に回転する。物理的構造体２１０は、中間構造体２５０が動作することにより生じる力を、物理的に移動部材２００及びレンズ保持部材２３０に伝達する。

中間構造体２５０は、物理的構造体２１０を介して移動部材２００及びレンズ保持部材２３０と物理的に連係している。例えば、物理的構造体２１０は、中間構造体２５０からの力を移動部材２００に伝達し、移動部材２００を光軸方向の一方に移動させる。さらに、物理的構造体２１０は、中間構造体２５０からの力をレンズ保持部材２３０にも伝達してレンズ保持部材２３０を光軸方向の他方に移動させる。

物理的構造体２１０は、第１カム部、第１フォロア部、第２カム部、及び第２フォロア部をさらに有する。第１カム部は、レンズ保持部材２３０及び中間構造体２５０の一方に設けられる。第１フォロア部は、レンズ保持部材２３０及び中間構造体２５０の他方に設けられ、第１カム部のカム面に沿って移動することによりレンズ保持部材２３０と中間構造体２５０とを相対的に移動させる。第２カム部は、中間構造体２５０及び移動部材２００の一方に設けられる。第２フォロア部は、中間構造体２５０及び移動部材２００の他方に設けられ、第２カム部のカム面に沿って移動することにより中間構造体２５０と移動部材２００とを相対的に移動させる。

例えば、中間構造体２５０がカム環の場合、中間構造体２５０の外周側に中空筒状の移動部材２００を中間構造体２５０に対して光軸方向に移動可能に配置する。中間構造体２５０の外周には第２フォロア部としてカムピンを設ける。移動部材２００の内側面には、第２カム部としてカムピンと係合するカム溝を形成する。ズーム動作による中間構造体２５０の回転に応じて、中間構造体２５０のカムピンが移動部材２００のカム溝内を案内される。これにより、移動部材２００がズーム動作によるレンズ装置１６０の重心の位置の変化が抑制される方向に移動する。

以上の通り、物理的構造体２１０から伝達された力を受けて、移動部材２００は、１又は複数のレンズ１７０を含む物体系の重心の移動方向と反対方向に移動する。これにより、より簡素な構造により、１又は複数のレンズ１７０を含む物体系の重心の位置の変化を抑制することができる。

図１３は、レンズ装置１６０のワイド端における複数のレンズの配置の他の例を示す。図２に示される複数のレンズ１７０のそれぞれは、第１レンズ群３００、及び第２レンズ群３１０のいずれかに分類される。図２に示されるレンズ１９０は、第３レンズ群３２０に分類される。第１レンズ群３００、第２レンズ群３１０、及び第３レンズ群３２０のレンズは、光軸方向に移動する。第１レンズ群３００と第２レンズ群３１０との間には、絞り１８２が配置されている。絞り１８２は、第２レンズ群１７４のレンズの移動に連動して光軸方向に移動する。第４レンズ群１９１のレンズは、第１レンズ群３００及び第２レンズ群３１０の光軸方向への移動に合わせて、光軸方向に移動する。

図１４は、カム環回転角度と撮像素子１４４の結像面からの距離との関係の他の例を示す。図１４は、図１３に示すレンズ配置の場合のカム環回転角度と撮像素子１４４の結像面からの距離との関係を示す。図１４には、レンズ装置１６０をワイド端からテレ端まで変化させた場合における、撮像素子１４４の結像面から各レンズ群までの距離の変化の様子が示されている。

図１５は、カム環回転角度とワイド位置からの距離との関係の他の例を示す。図１５は、図１３に示すレンズ配置の場合のカム環回転角度とワイド位置からの距離との関係を示す。図１５には、レンズ装置１６０をワイド端からテレ端まで変化させた場合における、各レンズ群及びカム環２０２のワイド位置からの距離の変化の様子が示されている。

図１６は、カム回転角度とワイド位置からの距離に質量をかけた物理量（ｇ・ｍｍ）との関係の他の例を示す。カム環２０２は、第１レンズ群３００、第２レンズ群３１０、及び第３レンズ群３２０を含む物体系の重心の位置の変化を抑制する方向に移動する。これにより、第１レンズ群３００、第２レンズ群３１０、第３レンズ群３２０、及びカム環２０２を含む物体系（合計）の重心の位置の変化は、レンズ装置１６０のワイド端からテレ端まで抑制されている。カム環２０２のワイド位置からの距離は、第１レンズ群３００の物理量Ａ_１、第２レンズ群３１０の物理量Ａ_２、及び第３レンズ群３２０の物理量Ａ_３の総和をカム環２０２の質量で割った値が予め定められた値以下となるように、設定されてよい。これにより、第１レンズ群３００、第２レンズ群３１０、第３レンズ群３２０、及びカム環２０２を含む物体系（合計）の重心の位置の変化は、レンズ装置１６０のワイド端からテレ端まで抑制されている。カム環２０２のワイド位置からの距離は、第１レンズ群３００の物理量Ａ_１、第２レンズ群３１０の物理量Ａ_２、及び第３レンズ群３２０の物理量Ａ_３の総和をカム環２０２の質量で割った値を、打ち消すように設定されてよい。第２レンズ群３１０の物理量Ａ_２のパラメータである第２レンズ群３１０の質量は、絞り１８２の質量を含んでよい。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現可能である。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１００ ＵＡＶ
１０１ ＵＡＶ本体
１０２ 通信インタフェース
１０４ ＵＡＶ制御部
１０６ メモリ
１１０ ジンバル
１１２ ピッチ軸回転機構
１１４ ロール軸回転機構
１１６ ヨー軸回転機構
１４０ 撮像装置
１４２ 撮像制御部
１４４ 撮像素子
１４６ メモリ
１６０ レンズ装置
１６１ メモリ
１６２ レンズ制御部
１６４ 駆動機構
１６６ ギア
１６８ 基台
１７０ レンズ
１７２ 第１レンズ群
１７４ 第２レンズ群
１７６ 第３レンズ群
１８０ 光量調整機構
１９０ レンズ
１９２ レンズ保持部材
１９４ 駆動機構
２００ 移動部材
２０２ カム環
２０４ ギア
２１０ 物理的構造体
２１２ カム環用カム溝
２１４ 第２レンズ群用カム溝
２１６ 第３レンズ群用カム溝
２２０ 第２レンズ群カムピン
２２２ 第３レンズ群カムピン
２３０ レンズ保持部材
２３２ 固定筒
２３４ カム環支持ピン
２３６ 直進案内溝
２５０ 中間構造体

Claims (14)

1. １又は複数のレンズと、
   前記１又は複数のレンズの光軸方向に移動可能な移動部材と、
   前記１又は複数のレンズを保持するレンズ保持部材と、
   前記１又は複数のレンズを前記光軸方向に移動させるとともに、前記１又は複数のレンズを含む物体系の重心の移動方向の反対方向に前記移動部材を移動させる物理的構造体と
   を備え、
   前記物理的構造体は、
   前記レンズ保持部材及び前記移動部材の一方に設けられたカム部と、
   前記レンズ保持部材及び前記移動部材の他方に設けられ、前記カム部のカム面に沿って移動することにより前記レンズ保持部材と前記移動部材とを相対的に移動させるフォロア部と
   を有するレンズ装置。
2. 前記移動部材は、カム環である、請求項１に記載のレンズ装置。
3. 前記移動部材は、前記１又は複数のレンズより比重が大きな材料である、請求項１又は２に記載のレンズ装置。
4. 前記移動部材は、金属である、請求項１から３のいずれか１つに記載のレンズ装置。
5. 前記１又は複数のレンズのうちの一部のレンズとともに移動し、前記１又は複数のレンズを通過する光量を調整する光量調整機構
   をさらに備え、
   前記物理的構造体は、前記光量調整機構をさらに含む物体系の重心の移動方向の反対方向に前記移動部材を移動させる、請求項１から４のいずれか１つに記載のレンズ装置。
6. 前記光量調整機構は、
   開口径が変更可能な絞りと、
   前記絞りを駆動して前記開口径を変更するアクチュエータと
   を有する、請求項５に記載のレンズ装置。
7. 前記１又は複数のレンズの移動に連動して、前記物理的構造体とは別の機構により移動される他のレンズ
   をさらに備え、
   前記物理的構造体は、前記他のレンズをさらに含む物体系の重心の移動方向の反対方向に前記移動部材を移動させる、請求項１から６のいずれか１つに記載のレンズ装置。
8. 請求項１から７のいずれか１つに記載のレンズ装置と、
   前記レンズ装置によって結像された光を撮像する撮像装置と
   を備える撮像システム。
9. 前記レンズ装置及び前記撮像装置の少なくとも１つを保持するジンバルをさらに備える請求項８に記載の撮像システム。
10. 前記ジンバルは、前記レンズ装置及び前記撮像装置を、前記レンズ装置及び前記撮像装置を含む物体系の重心から予め定められた距離の範囲内を通る回転軸で回転可能に保持する、請求項９に記載の撮像システム。
11. 前記ジンバルは、前記レンズ装置及び前記撮像装置の少なくとも１つを、前記レンズ装置及び前記撮像装置を含む物体系の重心を通る回転軸で回転可能に保持する、請求項１０に記載の撮像システム。
12. 請求項１０又は１１に記載の撮像システムを備えて移動する移動体。
13. 前記移動体は無人航空機である、請求項１２に記載の移動体。
14. １又は複数のレンズと、前記１又は複数のレンズの光軸方向に移動可能な移動部材と、前記１又は複数のレンズを保持するレンズ保持部材とを備えるレンズ装置の制御方法であって、
    前記レンズ保持部材及び前記移動部材の一方に設けられたカム部と、前記レンズ保持部材及び前記移動部材の他方に設けられ、前記カム部のカム面に沿って移動することにより前記レンズ保持部材と前記移動部材とを相対的に移動させるフォロア部とを有する物理的構造体によって、前記１又は複数のレンズを前記光軸方向に移動させるとともに、前記１又は複数のレンズを含む物体系の重心の移動方向の反対方向に前記移動部材を移動させる段階
    を備える制御方法。

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