JP6232841B2 - 光学装置、撮像装置および駆動方法 - Google Patents

Description

本発明は、光学装置、撮像装置および駆動方法に関する。

ユーザの操作意図を判定して動作内容を切り換える撮像装置がある（特許文献１参照）。
［特許文献１］ 特開２０１０−１２８００６号公報

ユーザの操作量に対して生じる装置の動作量に違和感が残る場合がある。

本発明の第一態様においては、光学系の光軸方向に移動して光学系の特性を変化させる第一光学部材と、ユーザにより操作された場合に、操作量に応じた信号を発生する操作部材と、信号が発生した時点の光学系の特性に応じて、操作部材による単位操作量当たりの第一光学部材の移動量である単位移動量を算出する算出部と、信号が発生した場合に、信号と単位移動量とに基づいて第一光学部材を移動させる駆動部と、前記単位移動量がユーザにより変更操作可能な変更手段とを備える光学装置が提供される。

本発明の第二態様においては、上記光学装置を備える撮像装置が提供される。

本発明の第三態様においては、光学装置における光学系の光軸方向に移動して光学系の特性を変化させる第一光学部材を移動させる駆動方法であって、ユーザにより操作部材が操作された場合に、操作量に応じた信号を発生する段階と、信号が発生した時点の光学系の特性に応じて、操作部材による単位操作量当たりの第一光学部材の移動量である単位移動量を算出する算出する段階と、信号が発生した場合に、信号と単位移動量とに基づいて第一光学部材を移動させる段階と、前記単位移動量をユーザが変更する段階とを備える駆動方法が提供される。

上記発明の概要は、この発明の必要な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また発明となり得る。

撮像システム１００の模式的断面図である。 制御系４００のブロック図である。 制御系４００の動作手順を示す流れ図である。 制御系４００の動作手順を示す流れ図である。 変倍レンズと合焦レンズとの位置関係を示すグラフである。 操作角度と１パルス当たりの分解能との関係を示す表である。 操作角度と１パルス当たりの分解能との関係を示すグラフである。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明する。下記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。下記の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。

図１は、撮像システム１００の模式的断面図である。撮像システム１００は、レンズユニット２００とカメラボディ３００とを備える。撮像システム１００は撮像装置の一例であり、レンズユニット２００は光学装置の一例である。

なお、説明を簡潔にする目的で、下記の説明においては、カメラボディ３００に装着したレンズユニット２００に対して物体側を、撮像システム１００の前側または先側と記載する。また、レンズユニット２００に対して物体から遠い側を、撮像システム１００における後側または背面側と記載する。

レンズユニット２００は、固定筒２０１、繰り出し筒２１４および移動筒２０２を含むレンズ鏡筒を有する。また、レンズユニット２００は、レンズ鏡筒の内部において光軸Ｘに沿って配置された第一レンズ群２１０、第二レンズ群２２０、第三レンズ群２３０、第四レンズ群２４０および第五レンズ群２５０により形成された光学系を備える。

レンズユニット２００において、固定筒２０１は、後端にレンズ側マウント部２６０を有する。レンズ側マウント部２６０は、カメラボディ３００前面に設けられたボディ側マウント部３６０結合できる。これにより、固定筒２０１はカメラボディ３００に対して固定される。

レンズ側マウント部２６０およびボディ側マウント部３６０の結合は、予め定められた操作で解除できる。これにより、カメラボディ３００は、同じ規格のレンズ側マウント部２６０を有する他のレンズユニット２００と組み合わせて、光学的特性の異なる撮像システム１００を形成できる。

レンズユニット２００において、繰り出し筒２１４は、固定筒２０１に対して光軸Ｘと平行な方向に移動可能に、固定筒２０１から支持される。繰り出し筒２１４は、カム筒２１７により駆動されて、固定筒２０１に対して光軸Ｘ方向に移動する。

カム筒２１７は、直流モータ２１８に回転駆動される駆動ギヤ２１９で駆動される。繰り出し筒２１４が固定筒２０１の前方に繰り出された場合は、レンズユニット２００の全長が長くなる。また、繰り出し筒２１４が後方に移動した場合は、繰り出し筒２１４と固定筒２０１とが重なって、レンズユニット２００の全長が短縮される。これにより、レンズユニット２００の携帯の便宜が図られる。

移動筒２０２は、固定筒２０１に対して、光軸Ｘと平行な方向に移動可能に配される。移動筒２０２は、固定筒２０１の内部で移動し、固定筒２０１の前方まで繰り出されることはない。

また、レンズユニット２００は、固定筒２０１の外周に配された変倍操作環２０３および合焦操作環２０５と、固定筒２０１の内側に配された変倍エンコーダ２０４および合焦エンコーダ２０６とを備える。変倍操作環２０３および合焦操作環２０５は、それぞれ、光軸Ｘを回転軸として、固定筒２０１の周面に沿って回転する。

変倍エンコーダ２０４は、変倍操作環２０３の回転量に応じた数の電気信号であるパルスを発生する。また、合焦エンコーダ２０６は、合焦操作環２０５の回転量に応じた数のパルス信号を発生する。これにより、変倍操作環２０３および合焦操作環２０５に対するユーザの操作量に対応した電気信号が発生する。

レンズユニット２００において、第一レンズ群２１０は、繰り出し筒２１４前端に支持されたレンズ保持枠２１２に保持される。繰り出し筒２１４は、直流モータ２１８により回転駆動されるカム筒２１７に駆動されて、固定筒２０１に対して進退する。第一レンズ群２１０は、繰り出し筒２１４と共に、固定筒２０１に対して進退する。繰り出し筒２１４が固定筒２０１に対して前進した場合、第一レンズ群２１０の背後には、第二レンズ群２２０が光軸Ｘ方向に移動する空間が形成される。

第二レンズ群２２０は、レンズ保持枠２２２に保持される。レンズ保持枠２２２は、光軸Ｘと平行に配された案内軸２２６から摺動可能に支持され、光軸Ｘと平行に移動する。また、レンズ保持枠２２２は、リードスクリュー２２９により並進駆動される。リードスクリュー２２９は、ステッピングモータ２２８に回転駆動される。

第三レンズ群２３０を保持するレンズ保持枠２３２は、移動筒２０２の前端に固定される。第五レンズ群２５０を保持するレンズ保持枠２５２は、移動筒２０２の後端に固定される。よって、移動筒２０２が移動する場合、第三レンズ群２３０および第五レンズ群２５０は、一定の間隔を保ちつつ移動筒２０２と共に光軸Ｘ方向に移動する。

なお、第三レンズ群２３０は、防振レンズ２３４を含む。防振レンズ２３４を保持するレンズ保持枠２３６は、ユーザの手振れ等に起因する像ぶれを補償すべく、光軸Ｘに対して交差する方向に、防振レンズ２３４を変位させる。

第四レンズ群２４０は、第三レンズ群２３０および第五レンズ群２５０の間で、移動筒２０２の内側に配されたレンズ保持枠２４２に保持される。第四レンズ群２４０は、移動筒２０２が移動する場合は、移動筒２０２、第三レンズ群２３０および第五レンズ群２５０と共に、固定筒２０１に対して移動する。また、第四レンズ群２４０は、ボイスコイル２４６、永久磁石２８２およびヨーク２８４を含んで形成されたボイスコイルモータ２８０により並進駆動されて、第三レンズ群２３０および第五レンズ群２５０に対して移動する。

ボイスコイル２４６は、レンズ保持枠２４２から、第四レンズ群２４０の径方向に延伸された延伸部２４４に固定される。永久磁石２８２およびヨーク２８４は、移動筒２０２の内側に、長手方向が光軸Ｘと平行になる向きに配される。これにより、ボイスコイルモータ２８０は、ボイスコイル２４６に駆動電流を供給した場合に、レンズ保持枠２４２を光軸Ｘ方向に移動させる駆動力を発生する。ボイスコイルモータ２８０は動作音が低く、動画撮影において特に好ましい。

なお、レンズユニット２００において、ボイスコイルモータ２８０は、光軸Ｘに対して対称に一対設けられる。一対のボイスコイルモータ２８０は、互いに同期してレンズ保持枠２４２を駆動する。これにより、ボイスコイルモータ２８０がレンズ保持枠２４２を駆動する場合に、レンズ保持枠２４２を光軸Ｘに対して傾ける力が生じ難い。

上記の様なレンズユニット２００の光学系においては、ユーザにより操作された変倍操作環２０３の回転量に応じて、直流モータ２１８、ステッピングモータ２２８およびボイスコイルモータ２８０のうちの少なくともひとつが駆動され、例えば、第二レンズ群２２０と、第三レンズ群２３０、第四レンズ群２４０および第五レンズ群２５０を含む移動筒２０２とを移動させる。これにより、レンズユニット２００の光学系全体の倍率が変化する。このように、光学系の倍率の変化に関与するレンズ群を、以降、「変倍レンズ」と記載する。

また、レンズユニット２００の光学系においては、ユーザにより操作された合焦操作環２０５の回転量に応じてボイスコイルモータ２８０が駆動され、第四レンズ群２４０を移動させる。これにより、レンズユニット２００の光学系全体の合焦位置が変化する。このように、光学系の合焦に関与するレンズ群を、以降、「合焦レンズ」と記載する。また、レンズユニット２００の下部のレンズ側マウント部２６０に近い側の位置に設けられた単位移動量（分解能）切替スイッチ４２９については後述する。

カメラボディ３００は、ボディ側マウント部３６０の後方に配されたミラーユニット３７０を備える。ミラーユニット３７０の下方には合焦光学系３８０が、ミラーユニット３７０の上方にはフォーカシングスクリーン３５２が、それぞれ配される。

更に、フォーカシングスクリーン３５２の更に上方にはペンタプリズム３５４が、ペンタプリズム３５４の後方にはファインダ光学系３５６が、それぞれ配される。ファインダ光学系３５６の後端は、ファインダ３５０としてカメラボディ３００の背面に露出する。

ミラーユニット３７０の後方には、シャッタユニット３１０、ローパスフィルタ３３２、撮像素子３３０、基板３２０および表示部３４０が順次配される。液晶表示板等により形成される表示部３４０は、カメラボディ３００の背面に表われる。基板３２０には、制御部３２２および画像処理部３２４が実装される。

ミラーユニット３７０は、メインミラー３７１およびサブミラー３７４を含む。メインミラー３７１は、メインミラー回動軸３７３により軸支されたメインミラー保持部３７２に保持される。

サブミラー３７４は、サブミラー回動軸３７６により軸支されたサブミラー保持部３７５に保持される。サブミラー回動軸３７６は、メインミラー保持部３７２に配される。よって、メインミラー保持部３７２が回動した場合、サブミラー保持部３７５もメインミラー保持部３７２と共に変位する。

メインミラー保持部３７２の前端が降下した場合、メインミラー３７１は、レンズユニット２００からミラーユニット３７０に入射した入射光束の光路と交差する観察位置にある。メインミラー保持部３７２の前端が上昇した場合、メインミラー３７１は、入射光束の光路を避けた撮影位置にある。

メインミラー３７１が観察位置にある場合、入射光束は、メインミラー３７１に反射されて、図中上方のフォーカシングスクリーン３５２に導かれる。フォーカシングスクリーン３５２は、撮像素子３３０の撮像面と光学的に共役な位置に配され、レンズユニット２００の光学系が形成した像を可視化する。

フォーカシングスクリーン３５２上に形成された像は、ペンタプリズム３５４およびファインダ光学系３５６を通じてファインダ３５０からユーザにより観察される。ペンタプリズム３５４を通じて観察される像は正立正像となる。

ペンタプリズム３５４に入射した入射光束の一部は、ファインダ光学系３５６の上方に配された測光センサ３９０に受光される。これにより、測光センサ３９０は、被写体輝度を検出する。制御部３２２は、撮像システム１００による撮影条件を算出する場合に、測光センサ３９０が検出した被写体輝度を参照する。

また、メインミラー３７１は、入射光束の一部を透過するハーフミラー領域を有する。メインミラー３７１が観察位置にある場合にハーフミラー領域を透過した入射光束の一部は、サブミラー３７４に反射されて、合焦光学系３８０に導かれる。合焦光学系３８０は、焦点検出センサ３８２によりレンズユニット２００の光学系のデフォーカス量を検出する制御部３２２は、検出されたデフォーカス量を算出して、レンズユニット２００の光学系を合焦させる場合に移動させるレンズの目標位置を決定する。

メインミラー３７１が撮影位置にある場合、入射光束は、ミラーユニット３７０内を直進する。これにより、入射光束はミラーユニット３７０の後方に到達し、シャッタユニット３１０が開放されている場合は、ローパスフィルタ３３２を通じて撮像素子３３０に到達する。

上記のようなレンズユニット２００およびカメラボディ３００を備える撮像システム１００においてレリーズボタンが半押しされると、例えば、焦点検出センサ３８２および測光センサ３９０が有効になり、被写体像を適切な撮影条件で撮影できる状態になる。更に、レリーズボタンが全押しされると、メインミラー３７１およびサブミラー３７４が退避位置に移動して、シャッタユニット３１０が開く。

これにより、レンズユニット２００から入射した入射光束は、ローパスフィルタ３３２を通過して撮像素子３３０に入射する。撮像素子３３０は、入射光束により形成された像を電気信号に変換して、画像ファイルとして記録する。

上記のようなレンズユニット２００を用いた撮像システム１００においてレンズユニット２００の倍率を変化させた場合、変倍レンズの移動に伴って、当該光学系の合焦位置も併せて変化する。また、そのような合焦位置の変化は、撮影距離、即ち、光学系を合焦させる対象である被写体から撮像素子３３０までの距離に応じて異なる。

図２は、レンズユニット２００において合焦レンズの移動を制御する制御系４００のブロック図である。制御系４００は、変倍操作環２０３および合焦操作環２０５からの操作を受け付けると共に、合焦サーボ開始指令４０６を受けて合焦レンズの移動を制御する。

変倍操作環２０３は、レンズユニット２００の倍率を変更しようとするユーザにより操作される。変倍操作環２０３が操作されると、変倍エンコーダ２０４が検出した変倍操作環２０３の回転量に応じてステッピングモータ２２８等が動作して、変倍レンズ４０２が移動する。これにより、レンズユニット２００の倍率は、変倍操作環２０３の操作量に応じて変化する。

変倍レンズ４０２の移動量は、変倍レンズ位置センサ４０３に検出される。検出された変倍レンズの位置は、レンズユニット２００に設定された倍率を示す情報として、合焦レンズ目標位置算出部４１１に参照される。

合焦レンズ初期撮影距離記憶部４０７は、合焦サーボ開始指令４０６を受け付けた場合に、記憶していた初期撮影距離を送出する。また、制御系４００において合焦レンズ撮影距離記憶部４０９は、合焦レンズ撮影距離算出部４０８が算出した撮影距離の値を保持する。これら、合焦レンズの初期撮影距離または動作中の撮影距離は、切り換え部４１０を通じて、合焦レンズ目標位置算出部４１１から択一的に参照される。

合焦操作環２０５は、ユーザ自身がレンズユニット２００を合焦させる場合に操作される。また、合焦操作環２０５は、撮像システム１００がレンズユニット２００を自動的に合焦させるオートフォーカス機能の出力を受け付けてもよい。合焦操作環２０５に対するユーザの操作量は、合焦レンズの移動量を決定するパラメータのひとつとして、合焦エンコーダ２０６を通じて合焦レンズ目標位置算出部４１１から参照される。

合焦レンズ目標位置算出部４１１の出力は、合焦レンズリミッタ４１６に入力される。合焦レンズリミッタ４１６は、合焦レンズの移動範囲を、合焦レンズの移動によりレンズユニット２００の光学系を合焦させることができる有効範囲に制限する。

また、合焦レンズリミッタ４１６の入力には、分解能制御部４１４の出力も加算される。ここで、分解能は、合焦エンコーダ２０６における１カウント当たりの距離分解能、即ち、合焦エンコーダ２０６が出力するパルス信号の１パルスに対応する合焦レンズの単位移動量を意味する。分解能制御部４１４は、合焦エンコーダ２０６の１カウントと合焦レンズの分解能との関係を格納した分解能テーブル４１５を参照して、出力する分解能の値を決定する。

また、分解能制御部４１４は、レンズユニット２００に設けられた単位移動量（分解能）切替スイッチ４２９の信号を受けて別の分解能テーブルの選択を行うことができる。すなわち、分解能テーブル４１５としては、複数のテーブルが記憶されており、単位移動量（分解能）切替スイッチ４２９の操作により、テーブルを切り替えることができる。

レンズ位置保持部４１７は、合焦レンズに対する移動制御が実行されていない場合に、合焦レンズの位置をそのときの位置に保持する。これら、合焦レンズリミッタ４１６およびレンズ位置保持部４１７の出力は、切り換え部４１８を通じて、位置制御部４１９から択一的に参照される。

位置制御部４１９は、目標位置に向かって合焦レンズを移動させるＰＩＤ制御を実行する。よって、レンズ位置保持部４１７の出力を受けた場合、位置制御部４１９は、合焦レンズ自体の位置を目標位置として移動制御をする。これにより、合焦レンズは、そのときの位置を保持し続ける。

また、位置制御部４１９は、合焦レンズリミッタ４１６の出力を受けた場合は、合焦レンズを目標位置に向かって移動させる。目標位置は、合焦操作環２０５を通じたユーザの指示か、合焦レンズ目標位置算出部４１１を通じたズームトラッキングの指示かに応じて決定される。

位置制御部４１９の出力は、駆動部４２０を通じてアクチュエータ４２２を駆動する。ここで、これにより、合焦レンズは目標位置に向かって移動する。なお、アクチュエータ４２２は、例えば、図１に示したボイスコイルモータ２８０である。

なお、駆動部４２０の出力は、過電流検出部４２１にも入力される。過電流検出部４２１は、駆動部４２０の出力電流が過剰な場合に、異常を検出したものとして、例えば駆動部４２０の出力を遮断する。これにより、アクチュエータ４２２は、過電流から保護される。

また、合焦レンズ位置算出部４２３は、位置検出センサ４２７からの出力に基づいてアクチュエータ４２２に駆動された合焦レンズの位置を算出する。算出された位置情報である合焦レンズ位置４２４は、合焦レンズを帰還制御する場合に参照される。位置検出センサ４２７は、レンズ保持枠２４２の近傍に設けられ、レンズ保持枠２４２（すなわち合焦レンズである第四レンズ群２４０）の光軸方向の位置を検出するものであり、磁気式あるいは光学式のエンコーダ等で構成される。

図３は、制御系４００において実行される制御のメインフローを示す流れ図である。合焦レンズの移動に関する制御は、撮像システム１００の電源が投入された直後から開始される（ステップＳ１０１）。

制御系４００は、リソースの初期化、自己診断等の立ち上げ処理により制御系４００の各部が正常に動作していることを確認した後、合焦レンズに対する合焦サーボの開始シーケンスを実行する（ステップＳ１０２）。こうして、合焦レンズは制御系の位置制御下におかれる。ここで、合焦レンズは、図１に示した撮像システム１００における第四レンズ群２４０のように、レンズユニット２００の光学系の合焦に関与する光学部材全般を指す。

次に、制御系４００は、移動指令に対して合焦レンズを目標位置に移動させる合焦レンズ位置制御シーケンスの実行を開始する（ステップＳ１０３）これにより、制御系４００は、合焦レンズを移動させる。

次いで、制御系４００は、合焦サーボを終了させる指令が発生しているか否かを調べる（ステップＳ１０４）。合焦サーボの終了指令が発生していない場合（ステップＳ１０４：ＮＯ）、制御系４００は、合焦レンズ位置制御シーケンスを継続する（ステップＳ１０３）。

ステップＳ１０４において、以上検出等により合焦サーボを終了させる指令が発生していることが検出された場合（ステップＳ１０４：ＹＥＳ）、制御系４００は、合焦サーボの終了シーケンスを実行する（ステップＳ１０５）。こうして、合焦レンズに対する制御のメインフローは完結する（ステップＳ１０６）。換言すれば、異常検出、電源遮断等による合焦サーボ終了の指令がない限り、制御系４００は、合焦レンズに対する合焦レンズ位置制御シーケンスを繰り返す。

図４は、図３に示したメインフローにおける合焦サーボ開始シーケンス（ステップＳ１０２）の内容を詳細に示す流れ図である。合焦サーボのシーケンスが開始されると、制御系４００は、まず、合焦レンズの現在位置を取得する（ステップＳ２０１）。合焦レンズの現在位置は、レンズユニット２００に設けられたエンコーダ等から取得できる。

次に、制御系４００は、合焦レンズの目標位置として、取得した現在位置を設定する（ステップＳ２０２）。これにより、合焦レンズの現在位置が初期値として設定される。更に、制御系４００は、位置制御ループを有効にする（ステップＳ２０３）。

合焦レンズの位置に対する位置制御ループには時間を要するので、制御系４００は、有効にした位置制御ループが安定したか否かを調べ（ステップＳ２０４）、安定するまで次の手順を待機させる（ステップＳ２０４：ＮＯ）。位置制御ループが安定すると（ステップＳ２０４：ＹＥＳ）、合焦レンズの位置が、検出された現在位置に固定される。

次に、制御系４００は、合焦レンズの位置に対応する撮影距離を算出する（ステップＳ２０５）。次いで、算出された撮影距離に対応する合焦レンズの位置が、有効範囲に含まれているか否かを調べる（ステップＳ２０６）。ここで、有効範囲とは、レンズユニット２００に設定された倍率に応じて、合焦レンズが光学系を合焦させ得る位置にあるか否かを意味する。

合焦レンズが有効範囲外に位置する場合（ステップＳ２０６：ＮＯ）、制御系４００は、合焦レンズが有効範囲に接近する方向に目標位置を定め（ステップＳ２０７）、当該目標位置に向かって合焦レンズを移動させる（ステップＳ２０８）。次いで、制御系４００は、手順をステップＳ２０４に戻し、合焦レンズに対する位置制御ループが安定したか否かを再び調べる。

更に、制御系４００は、位置制御ループが安定すると（ステップＳ２０４：ＹＥＳ）、合焦レンズの位置に対応する撮影距離を算出して（ステップＳ２０５）。合焦レンズの位置が有効範囲に含まれているか否かを調べる（ステップＳ２０６）。こうして、合焦レンズの位置が有効範囲に入るまで、ステップＳ２０４からステップＳ２０７までの手順が繰り返される。

合焦レンズが有効範囲内に位置する場合（ステップＳ２０６：ＹＥＳ）、制御系４００は、合焦レンズが有効範囲の外に移動することを制限すべくリミッタを有効にする（ステップＳ２０９）。こうして、合焦レンズに対する移動制御を実行し得る状態になり、合焦サーボの開始シーケンスは終了する（ステップＳ２１０）。

こうして合焦サーボ開始シーケンスが終了したレンズユニット２００は、変倍操作環２０３、合焦操作環２０５等に対する操作を待ち受ける。また、変倍操作環２０３が操作された場合には変倍レンズが移動して光学系の倍率が変化し、合焦操作環２０５が操作された場合には合焦レンズが移動して光学系が合焦する。

図５は、レンズユニット２００の光学系における変倍レンズの位置と合焦レンズの位置との関係を示すグラフである。図２に示す曲線は、変倍レンズを移動させて光学系の倍率を変化させた場合に、被写体に対する合焦状態を維持する合焦レンズの位置を示す。複数の曲線Ｃ１〜Ｃ４は、レンズユニット２００を合焦させる被写体が異なる撮影距離に位置している場合をそれぞれ示す。

変倍レンズは前述のように、複数のレンズ群で構成されるが、そのうち合焦レンズを除くその他のレンズ群の相対位置関係は、レンズ焦点距離に応じて一意に決まっている。その中の代表的なレンズ群の位置を表したものが「変倍レンズの位置」ということになる。その相対位置関係を前述した直流モータ２１８、ステッピングモータ２２８によって制御する。

図示のような光学特性を有する光学系を備えたレンズユニット２００において、例えば、変倍レンズの位置が広角寄りの位置Ａにある場合に、合焦すべき被写体までの撮影距離をＣ１からＣ４まで変化させるには、合焦レンズを、それぞれ移動距離ａ１、ａ２、ａ３で移動させる。

また、レンズユニット２００において、変倍レンズの位置が標準付近の位置Ｂにある場合、合焦すべき被写体までの撮影距離をＣ１からＣ４まで変化させるには、合焦レンズを、それぞれ移動距離ｂ１、ｂ２、ｂ３で移動させる。ここで、変倍レンズの移動距離ａ１、ａ２、ａ３、ｂ１、ｂ２、ｂ３に着目すると、変倍レンズが位置Ａにある場合と位置Ｂにある場合とでは、撮影距離を同じようにＣ１からＣ４まで変化させる場合であっても、合焦レンズの移動距離は異なっていることが判る。

図６は、レンズユニット２００における、変倍操作環２０３の操作角度と、合焦レンズの移動に関する分解能との関係を示し、制御系４００の分解能テーブル４１５の内容の一例を示す。レンズユニット２００において、分解能制御部４１４が指示する合焦レンズの分解能は、変倍操作環２０３の回転角度、即ち、レンズユニット２００の光学系に設定された倍率に応じて変化する。

より具体的には、変倍操作環２０３の回転角度が小さく、変倍レンズが広角寄りに位置する場合は、１パルス当たりの分解能の値が小さい。また、変倍操作環２０３の回転角度が大きく、変倍レンズが望遠寄りに位置する場合は、１パルス当たりの分解能の値が大きい。

図７は、上記のような操作角度と分解能の関係を視覚化したグラフである。図示のように、レンズユニット２００においては、光学系が広角寄りの状態で合焦操作環２０５を回転させた場合は、合焦レンズの１パルスあたりの移動量が小さく、撮影距離を高精度に合わせやすい。また、光学系が望遠寄りの状態で合焦操作環２０５を回転させた場合は、合焦レンズの１パルスあたりの移動量が大きく、光学系が合焦する位置まで合焦レンズを素早く移動させることができる。
合焦レンズの移動量が大きい望遠寄りの場合は、単位移動量切替スイッチ４２９を入れ、単位移動量の小さいテーブル参照し、細かい合焦動作が可能になる。

上記のような分解能の配分は、例えば、下記のようにして決定できる。まず、合焦レンズを、撮影距離の至近側から無限遠側まで移動させる場合の合焦操作環２０５の操作角度、即ち、総操作角度を決定する。これにより、合焦操作環２０５の操作により合焦エンコーダ２０６がカウントする総パルス数が決まる。

次に、変倍レンズの全移動範囲を、例えばｎ等分する。ｎ等分された範囲の各々は有限の幅を有するので、範囲毎にそれぞれの代表値を選択する。次に、代表値の各々について、合焦レンズの有効な移動範囲を算出する。

こうして得られた合焦レンズの移動範囲の各々を、上記した合焦エンコーダ２０６の総パルス数で除することにより合焦レンズの分解能が決定される。決定された分解能は、例えば、分解能テーブル４１５に格納して制御系４００に実装することにより分解能制御部４１４に参照させることができる。

なお、合焦レンズの分解能の制御は、上記のように、分解能の値を格納したテーブルを参照させる構造に限られない。例えば、合焦エンコーダ２０６が出力するパルス信号を信号処理により逓倍化して、合焦操作環２０５の操作量に対して発生するパルス信号の数を変化させてもよい。

このように、合焦操作環２０５の操作量に応じた信号に基づいて合焦レンズを駆動する場合に、条件に応じて分解能を変化させることにより、操作感を向上させることができる。即ち、上記の例では、レンズユニット２００の倍率が変化しても、至近距離と無限距離との間で合焦レンズを移動させるのに要する合焦操作環の回転角度を一定にすることができる。

なお、上記の例では、変倍操作環２０３の回転角度が大きくなるにつれて分解能の値が単純に大きくなるようにした。しかしながら、図５に示したように、最望遠端では、合焦レンズの総移動量は却って減少する。よって、分解能の値は、最望遠端において再び減少するように設定してもよい。

また、分解能の値が大きくなると、合焦レンズを迅速に移動させることができる点では好ましいが、合焦レンズの高精度な位置合わせが望まれる場合もある。そこで、本実施形態のように、分解能の値を小さく切り換えるための単位移動量（分解能）切替スイッチ４２９を設けて、ユーザの指示に応じて分解能を変更することは非常に有効である。なお、合焦レンズの分解の値が非常に小さくなるように切り換える場合は、変倍レンズの位置信号の処理にヒステリシスを与えたり、一定の時間変倍レンズ位置信号の更新を止めたりすることにより、合焦レンズ位置のチャタリングを抑制できる。

更に、上記の例では、レンズユニット２００の倍率の変化に応じて分解能を変化させる構造としたが、例えば、レンズユニット２００に設定された絞り値に応じて合焦操作環２０５の分解能が変化するようにしてもよい。即ち、レンズユニット２００で絞りが閉じられた場合、光学系が合焦する範囲を意味する被写界深度は狭くなる。このため、光学系を合焦させる位置が制限される。そこで、絞りの状態を示すＦ値が小さくなるにつれて合焦レンズの分解能の値が小さくなるようにして、被写界深度が浅い場合に合焦レンズの高精度な位置合わせを容易にしてもよい。

また、上記の例では、交換可能なレンズユニット２００を備えた撮像システム１００について説明したが、クイックリターンミラーを備えていないレンズ交換式の撮像装置であっても上記の構造を適用できる。また、レンズユニット２００とカメラボディ３００が一体に形成され、レンズユニット２００を交換できないカメラにおいても上記の構造を適用できる。更に、顕微鏡、双眼鏡、測量器等、アクチュエータで駆動するレンズを備えた他の光学装置においても、上記の構造を適用できる場合がある。また更に、レンズユニット２００は、倍率が変化する変倍レンズであったが、撮影倍率が固定されたレンズユニット２００においても上記の構造を適用できる。

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。

１００ 撮像システム、２００ レンズユニット、２０１ 固定筒、２０２ 移動筒、２０３ 変倍操作環、２０４ 変倍エンコーダ、２０５ 合焦操作環、２０６ 合焦エンコーダ、２１０ 第一レンズ群、２１２、２２２、２３２、２３６、２４２、２５２ レンズ保持枠、２１４ 繰り出し筒、２１７ カム筒、２１８ 直流モータ、２１９ 駆動ギヤ、２２０ 第二レンズ群、２２６ 案内軸、２２８ ステッピングモータ、２２９ リードスクリュー、２３０ 第三レンズ群、２３４ 防振レンズ、２４０ 第四レンズ群、２４４ 延伸部、２４６ ボイスコイル、２５０ 第五レンズ群、２６０ レンズ側マウント部、２８０ ボイスコイルモータ、２８２ 永久磁石、２８４ ヨーク、３００ カメラボディ、３１０ シャッタユニット、３２０ 基板、３２２ 制御部、３２４ 画像処理部、３３０ 撮像素子、３３２ ローパスフィルタ、３４０ 表示部、３５０ ファインダ、３５２ フォーカシングスクリーン、３５４ ペンタプリズム、３５６ ファインダ光学系、３６０ ボディ側マウント部、３７０ ミラーユニット、３７１ メインミラー、３７２ メインミラー保持部、３７３ メインミラー回動軸、３７４ サブミラー、３７５ サブミラー保持部、３７６ サブミラー回動軸、３８０ 合焦光学系、３８２ 焦点検出センサ、３９０ 測光センサ、４００ 制御系、４０２ 変倍レンズ、４０３ 変倍レンズ位置センサ、４０６ 合焦サーボ開始指令、４０７ レンズ初期撮影距離記憶部、４０８ 合焦レンズ撮影距離算出部、４０９ 合焦レンズ撮影距離記憶部、４１０、４１８ 切り換え部、４１１ 合焦レンズ目標位置算出部、４１４ 分解能制御部、４１５ 分解能テーブル、４１６ 合焦レンズリミッタ、４１７ レンズ位置保持部、４１９ 位置制御部、４２０ 駆動部、４２１ 過電流検出部、４２２ アクチュエータ、４２３ 合焦レンズ位置算出部、４２４ 合焦レンズ位置、４２７ 位置検出センサ、４２９ 単位移動量（分解能）切替スイッチ

Claims (11)

1. 光学系の光軸方向に移動して前記光学系の合焦距離を変化させる第一光学部材と、
   ユーザにより操作されると信号を発生する操作部材と、
   前記光学系のＦ値に応じて、前記操作部材による単位操作量当たりの前記第一光学部材の移動量である単位移動量を算出する算出部と、
   前記ユーザにより操作されると、前記信号と前記単位移動量とに基づいて前記第一光学部材を移動させる駆動部と、
   前記単位移動量が変更操作可能な変更手段と
   を備える光学装置。
2. 前記変更手段は、前記光学系のＦ値が小さいほど前記単位移動量を小さくする請求項１に記載の光学装置。
3. 前記算出部は、前記操作部材からの信号が発生して前記第一光学部材が移動する前の前記光学系の合焦距離に応じて前記単位移動量を算出する請求項１または請求項２に記載の光学装置。
4. 前記操作部材は、前記光学系の光軸周りに回転可能な環状の部材であり、前記ユーザにより操作されると操作角度を発生する請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の光学装置。
5. 前記算出部は、前記合焦距離を前記単位移動量に関係付けて格納したテーブルを有し、前記テーブルを参照して前記単位移動量を算出する請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の光学装置。
6. 前記算出部は、前記Ｆ値を前記単位移動量に関係付けて格納したテーブルを有し、前記テーブルを参照して前記単位移動量を算出する請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の光学装置。
7. 前記光学系は、前記光軸に沿って移動して前記光学系の焦点距離を変化させる第二光学部材を更に備え、
   前記算出部は、前記光学系の焦点距離に応じて前記単位移動量を算出する
   請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の光学装置。
8. 前記算出部は、前記第一光学部材が前記単位移動量を移動した後の前記第一光学部材の位置が、前記光学系の最短合焦距を超える位置である場合に、前記単位移動量の値を零にする請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載の光学装置。
9. 請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載の光学装置を備える撮像装置。
10. 光学装置における光学系の光軸方向に移動して前記光学系の合焦距離を変化させる第一光学部材を移動させる駆動方法であって、
    ユーザにより操作部材が操作されると信号を発生する段階と、
    前記光学系のＦ値に応じて、前記操作部材による単位操作量当たりの前記第一光学部材の移動量である単位移動量を算出する算出する段階と、
    前記ユーザにより操作されると、前記信号と前記単位移動量とに基づいて前記第一光学部材を移動させる段階と、
    前記単位移動量が変更される段階とを備える駆動方法。
11. 光学系の光軸方向に移動して前記光学系の合焦距離を変化させる第一光学部材と、
    ユーザにより操作されると信号を発生する操作部材と、
    前記第一光学部材を移動させる駆動部と、
    を備えるレンズユニットが着脱可能なカメラボディであって、
    前記光学系のＦ値に応じて、前記操作部材による単位操作量当たりの前記第一光学部材の移動量である単位移動量を算出し、前記信号と前記単位移動量とに基づいて前記第一光学部材の移動量を算出する算出部と、
    前記単位移動量を変更可能な変更手段と、
    を備えるカメラボディ。

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