JP6604372B2 - レンズ鏡筒および撮影装置 - Google Patents

Description

本発明は、レンズ鏡筒および撮影装置に関する。

フィードバック制御によりレンズ駆動を制御する場合、移動開始時に静止摩擦から動摩擦に変わる際の急激な負荷変動や、温度変化などによる制御対象の変化により、目標とする位置や速度に対して偏差が大きくなることがあり、位置決め精度が悪化してしまう。

下記の特許文献１では、フォーカスレンズホルダと摺動可能に嵌合し、フォーカスレンズを光軸方向に案内するガイドバーを、周方向に回転あるいは光軸方向に振動することにより、レンズを駆動する際にかかる摩擦負荷が常に動摩擦状態となるようにすることで摩擦負荷の変化を抑えている。

しかし、このような従来技術では、ガイドバーの駆動装置が必要となるため、コストアップとサイズ・重量の増大が予想され、さらに摩擦以外の制御対象の変化に対して課題が残る。

特開2012-203019号公報

本発明の目的は、目標位置に向けてのレンズの素早く正確な移動を可能とするレンズ鏡筒および撮影装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の第１の観点に係るレンズ鏡筒は、
撮影光学系（１０２，１０４，１０６，１５２，１０８）と、
前記撮影光学系を構成するレンズ群の少なくとも一部（１５２）を保持するレンズホルダ（１５４）を所定方向に移動させる駆動部（１０）と、
前記駆動部に制御信号を送り前記駆動部を制御する制御部（３０）とを有するレンズ鏡筒であって、
前記制御部（３０）が、
フィードバック制御を行うための第１操作量を出力する第１操作量出力部（１８）と、
前記レンズホルダを所定位置に保持するために必要な第２操作量を出力する第２操作量出力部（２０）と、
前記第１操作量および第２操作量の内のいずれかを選択する操作量選択部（１６）と、を有する。

第２操作量出力部（２０）は、前記レンズホルダ（１５４）を一定位置に保持していた第１の時刻における操作量を、前記第２操作量として記憶する記憶部を有してもよい。

前記第１の時刻（ｔ０）が、
現在の第２の時刻（ｔ１，ｔ２）よりも前の時刻であり、
前記第１の時刻から前記第２の時刻までの時間が所定時間（α）以上である場合には、前記操作量選択部（１６）では、前記第２操作量ではなく、前記第１操作量を選択するように構成してもよい。

前記第１の時刻（ｔ０）における前記レンズ鏡筒（１００）の第１姿勢情報と、
現在の第２の時刻（ｔ１，ｔ２）における前記レンズ鏡筒の第２姿勢情報との差が所定値以上である場合には、前記操作量選択部（１６）では、前記第２操作量ではなく、前記第１操作量を選択するように構成してもよい。

本発明の第２の観点に係るレンズ鏡筒は、

撮影光学系（１０２，１０４，１０６，１５２，１０８）と、
前記撮影光学系を構成するレンズ群の少なくとも一部（１５２）を保持するレンズホルダ（１５４）を所定方向に移動させる駆動部（１０）と、
前記駆動部に制御信号を送り前記駆動部を制御する制御部（３０）とを有するレンズ鏡筒であって、
前記制御部（３０）が、
フィードバック制御を行うための第１操作量を出力する第１操作量出力部（１８）と、
前記レンズホルダの姿勢データから、前記レンズホルダを所定位置に保持するために必要な第２操作量（図１０）を出力する第２操作量出力部（２０）と、
前記第１操作量および第２操作量の内のいずれかを選択する操作量選択部（１６）と、を有する。

前記操作量選択部（１６）では、前記撮影光学系による被写界深度が所定範囲内であるタイミング（ｔ２）で、第１操作量および第２操作量の内のいずれかを選択するようにしてもよい。

前記駆動部により前記レンズ群をオートフォーカス駆動する際に、
前記レンズ群を初期位置に戻す初期駆動の時と、前記レンズ群をサーチ動作させるサーチ駆動の時とでは、前記操作量選択部は、前記第１操作量のみを選択し、
前記レンズ群を前記サーチ動作で検出した合焦位置に移動させる合焦動作の時に、前記操作量選択部では、前記第１操作量および第２操作量の内のいずれかを選択するようにしてもよい。

前記操作量選択部では、前記第１操作量と第２操作量とを比較した結果に基づき、前記第１操作量および第２操作量の内のいずれかを選択するようにしてもよい。

本発明に係る撮影装置（３００）は、
撮影光学系（１０２，１０４，１０６，１５２，１０８）と、
前記撮影光学系を構成するレンズ群の少なくとも一部（１５２）を保持するレンズホルダ（１５４）を所定方向に移動させる駆動部と、
前記駆動部に制御信号を送り前記駆動部を制御する制御部（３０，４０）とを有する撮影装置であって、
前記制御部（３０，４０）が、
フィードバック制御を行うための第１操作量を出力する第１操作量出力部（１８）と、
前記レンズホルダを所定位置に保持するために必要な第２操作量を出力する第２操作量出力部（２０）と、
前記第１操作量および第２操作量の内のいずれかを選択する操作量選択部（１６）と、を有する。

なお、上述の説明では、本発明をわかりやすく説明するために、実施形態を示す図面の符号に対応付けて説明したが、本発明は、これに限定されるものでない。後述の実施形態の構成を適宜改良してもよく、また、少なくとも一部を他の構成に代替させてもよい。更に、その配置について特に限定のない構成要件は、実施形態で開示した配置に限らず、その機能を達成できる位置に配置することができる。

図１は本発明の一実施形態に係るカメラ（撮影装置）の概略図である。 図２（ａ）は、図１に示すカメラのオートフォーカス部の正面図であり、図２（ｂ）は、図１に示すカメラのオートフォーカス部の拡大断面図である。 図３は図２に示すオートフォーカス部の斜視図である。 図４は図１に示すカメラの制御ブロック図における制御の一例を示すフローチャート図である。 図５は制御の他の例を示すフローチャート図である。 図６は制御のさらに他の例を示すフローチャート図である。 図７は制御のさらにまた他の例を示すフローチャート図である。 図８（Ａ）および図８（Ｂ）は制御のさらに他の例を示すフローチャート図である。 図９は制御のさらに他の例を示すフローチャート図である。 図１０は図９に示す第２操作量を求めるための姿勢と保持力との関係を示すグラフである。 図１１（Ａ）は本発明の一実施形態に係るカメラの目標位置と実際のレンズ位置との関係を示すタイムチャート、図１１（Ｂ）は目標速度と実際のレンズ速度との関係を示すタイムチャート、図１１（Ｃ）は操作量のタイムチャートである。 図１２（Ａ）はたとえば図１２（Ａ）よりも移動距離が短い場合におけるカメラの目標位置と実際のレンズ位置との関係を示すタイムチャート、図１２（Ｂ）は目標速度と実際のレンズ速度との関係を示すタイムチャート、図１２（Ｃ）は操作量のタイムチャートである。 図１３（Ａ）は本発明の他の実施形態に係るカメラの目標位置と実際のレンズ位置との関係を示すタイムチャート、図１３（Ｂ）は目標速度と実際のレンズ速度との関係を示すタイムチャート、図１３（Ｃ）は操作量のタイムチャートである。

以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき説明する。
第１実施形態

図１に示す本発明の一実施形態に係る撮影装置としてのカメラ３００は、レンズ鏡筒１００とカメラ本体２００とを有する。なお、以下の実施形態では、レンズ鏡筒１００がカメラ本体２００に着脱自在に取り付けられるレンズ交換式の一眼レフカメラを例に説明するが、本実施形態はこれに限定されない。例えば、レンズ鏡筒とカメラ本体とが一体であるコンパクトカメラやカメラ付きモバイル機器であっても良い。

レンズ鏡筒１００には、光軸Ｌに沿って被写体側から、第１レンズ部１０２、第２レンズ部１０４、第３レンズ部１０６、第４レンズ部としてのフォーカスレンズ部１５０、第５レンズ部１０８の順に配置されており、被写体側からの光をカメラ本体２００の撮像部（不図示）に導く。第１レンズ部１０２、第２レンズ部１０４、第３レンズ部１０６、フォーカスレンズ部１５０、第５レンズ部１０８は、光軸Ｌに対して平行方向または垂直方向に移動し、ズーム調整、フォーカス調整、ブレ補正等を行う。

以下の説明では、光軸Ｌと平行な軸をＺ軸とし、このＺ軸に垂直な平面をＸ軸とＹ軸を含む面とする。Ｘ軸とＹ軸とは、相互に垂直である。

図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、フォーカスレンズ部１５０は、レンズホルダ１５４に保持されたフォーカスレンズ群１５２を有する。フォーカスレンズ群１５２は、Ｘ−Ｙ平面上で、レンズホルダ１５４の略中心に配置される。

図２（ａ）に示すように、レンズホルダ１５４には、周方向に沿って時計回りに、第１ＶＣＭ１５６、第１ガイド部１７２、第２ＶＣＭ１６４、第２ガイド部１７４の順に配置されている。第１ＶＣＭ１５６と第１ガイド部１７２と第２ＶＣＭ１６４と第２ガイド部１７４とは、周方向にほぼ等しい角度で配置される。

第１ＶＣＭ１５６および第２ＶＣＭ１６４は、フォーカスレンズ群１５２の略中心を含むＹ軸方向の両側に配置される。フォーカスレンズ群１５２の略中心から第１ＶＣＭ１５６までの距離と、フォーカスレンズ群１５２の略中心から第２ＶＣＭ１６４までの距離とは同程度である。

第１ＶＣＭ１５６および第２ＶＣＭ１６４は、電磁アクチュエータであり、図２（ｂ）に示すように、レンズホルダ１５４は、第１ＶＣＭ１５６および第２ＶＣＭ１６４により、光軸Ｌに沿って相対移動可能である。

第１ガイド部１７２および第２ガイド部１７４は、フォーカスレンズ群１５２の略中心を含むＸ軸方向の両側に配置される。フォーカスレンズ群１５２の略中心から第１ガイド部１７２までの距離と、フォーカスレンズ群１５２の略中心から第２ガイド部１７４までの距離とは同程度である。

図３に示すように、第１ガイド部１７２は、Ｚ軸方向に伸びる第１ガイドバー１７６に摺動可能に保持され、第２ガイド部１７４は、光軸Ｌ方向に伸びる第２ガイドバー１７８に摺動可能に保持される。

第１ガイド部１７２は、軸受け部を持ち、軸受け部に第１ガイドバー１７６を挿入させることで、光軸Ｌ方向に平行な第１ガイドバー１７６に沿って、第１ガイド部１７２をスムーズに摺動させるようになっている。

第２ガイド部１７４は、図２（ａ）に示すように、Ｘ軸方向に細長に形成された長穴を有する。第２ガイドバー１７８は、光軸Ｌ方向に沿ってスムーズに摺動し且つＸ軸方向に遊びを持つように第２ガイド部１７４の長穴に嵌合される。

第２ガイドバー１７８を、Ｘ軸方向に遊びを持たせて、第２ガイド部１７４に嵌合させているので、レンズホルダ１５４を光軸Ｌに沿ってスムーズに移動させることができる。また、レンズホルダ１５４が光軸Ｌ方向に沿って移動する間、第２ガイド部１７４は、レンズホルダ１５４が光軸Lに対して回転することを防止することができる。

図３に示すように、レンズホルダ１５４には、第１ガイド部１７２と第１ＶＣＭ１５６との間に位置で、半径方向の外方に突出する突起１８０が形成されている。突起１８０は、レンズホルダ１５４と共に光軸Ｌ方向に移動し、たとえば突起１８０の位置を検出センサ１８２が検出するようになっている。すなわち、検出センサ１８２は、たとえば、レンズホルダ１５４の位置座標を検出する測距センサ等で構成される。

図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、第１ＶＣＭ１５６は、第１駆動用コイル１５８、第１駆動用磁石１６０、第１ヨーク１６２を有する。第１ヨーク１６２は、図２（ｂ）に示す断面においてＵ字形状であり、Ｘ−Ｚ平面に平行な外側ヨーク部１６２Ａおよび内側ヨーク部１６２Ｂを有する。これらの外側ヨーク部１６２Ａと内側ヨーク部１６２Ｂとは、光軸Ｌ方向の一方の端部において、結合部１６２Ｃで一体的に結合してある。これらの外側ヨーク部１６２Ａおよび内側ヨーク部１６２Ｂの他方の端部は、レンズ鏡筒１００の固定部１１０に取り付けられる。

第１駆動用磁石１６０は、第１ヨーク１６２に覆われるようにして配置されて、第１ヨーク１６２の外側ヨーク部１６２Ａの内側に、ネジ止め、接着あるいはその他の方法で固定される。第１駆動用磁石１６０は、Ｙ軸に沿って着磁されており、第１ヨーク１６２とともにＹ軸に沿って磁界を発生する磁気回路を構成する。

第１駆動用コイル１５８は、レンズホルダ１５４に取り付けられており、第１駆動用磁石１６０と第１ヨーク１６２との間に発生する磁界と垂直な方向に電流が流れるように配置されている。すなわち、第１駆動用磁石１６０と第１ヨーク１６２とで構成される磁気回路が、第１ヨーク１６２内に配置された第１駆動用コイル１５８に対してＹ軸方向に磁界を発生させるので、第１駆動用コイル１５８は、Ｙ軸に垂直なＸ軸に沿って電流が流れるように配置される。

第１駆動用コイル１５８に電流を流すことにより第１駆動用コイル１５８に生じるローレンツ力を受けて、レンズホルダ１５４が駆動され、フォーカスレンズ群１５２が光軸Ｌ（Ｚ軸）に沿って移動する。

第２ＶＣＭ１６４は、第２駆動用コイル１６６、第２駆動用磁石１６８、第２ヨーク１７０を有する。第２ＶＣＭ１６４は、上述の第１ＶＣＭ１５６の構成と同様なので、その説明を省略する。

次に、図１に基づき、フォーカスレンズ部１５０を光軸Ｌに沿って移動させるための制御ブロック図について説明する。本実施形態では、レンズ鏡筒１００には、レンズ側制御部３０が具備してあり、カメラ本体２００には、ボディ側制御部４０が具備してあり、通信部４４を通して、制御部３０および４０間でデータ通信を行う。

図１に示す駆動部１０は、図２および図３を用いて上述した第１ＶＣＭ１５６の第１駆動用コイル１５８と、第２ＶＣＭ１６４の第２駆動用コイル１６６に対応する。駆動部１０は、制御部３０のドライバ１４により制御される。ドライバ１４は、操作量選択部１６にて選択される操作量のデータに基づき、駆動部１０を制御し、フォーカスレンズ部１５０を光軸方向の所定位置に移動させてフォーカシング動作を行わせる。

操作量選択部１６は、位置検出部１２、第１操作量出力部１８、第２操作量出力部２０および姿勢センサ２２からのデータを必要に応じて受け取り、所定の条件を判断して、ドライバ１４に、必要な操作量データを送る。位置検出部１２は、たとえば図３に示す検出センサ１８２であり、Ｚ軸方向に移動するレンズホルダ１５４のＺ軸方向位置を検出可能になっている。位置検出部１２により検出されたレンズホルダ１５４のＺ軸方向位置に関するデータは、第１操作量出力部１８に入力されると共に、必要に応じて、操作量選択部１６に入力される。

第１操作量出力部１８では、たとえばボディ側制御部４０から出されたレンズ移動指令データと、位置検出部１２からの位置データに基づき、フィードバック制御データである第１操作量データを生成して操作量選択部１６に出力する。第１操作量データとは、フィードバック制御に基づき、ドライバ１４を用いて駆動部１０を制御するためのデータであり、たとえば図１１（Ｃ）、図１２（Ｃ）および図１３（Ｃ）に示すような実線波形のデータであり、駆動部１０に加える電流量、電力、あるいは駆動用デューティと考えることができる。

第１操作量データは、図１１（Ａ）、図１２（Ａ）および図１３（Ａ）に示すレンズ（レンズホルダ１５４）の目標位置と、実際のレンズ（レンズホルダ１５４）の位置（実レンズ位置）とに応じて、時間の径化と共に変動するドライバ１４への指令データである。また、第１操作量データは、図１１（Ｂ）、図１２（Ｂ）および図１３（Ｂ）に示すレンズ（レンズホルダ１５４）の目標速度と、実際のレンズ（レンズホルダ１５４）の速度とに応じて、時間の径化と共に変動するドライバ１４への指令データであるということもできる。

なお、第１操作量出力部１８にて行われるフィードバック制御の種類は、特に限定されず、速度偏差を利用したフィードック制御、位置偏差を利用したフィードバック制御のいずれでもよく、また、ＰＩＤ制御にも限定されない。

第２操作量出力部２０では、ボディ側制御部４０からの指令データ、あるいは第１操作量出力部１８からの目標位置と実レンズ位置との乖離データ、あるいは姿勢センサ２２，４２からのカメラ姿勢データなどに基づき、第２操作量データを生成して、操作量選択部１６に出力する。第２操作量出力部２０では、第１操作量出力部１８が行っているフィードック制御とは異なる制御を行う。

第２操作量データは、レンズホルダ１５４をＺ軸方向の所定位置に固定保持するために、ドライバ１４から駆動部１０に出力する駆動信号であり、カメラ１００の姿勢や、環境温度、レンズ鏡筒の内部構造などにより変化するデータである。たとえばカメラ３００のレンズ鏡筒１００を鉛直方向の真上や真下に向ける場合にレンズホルダ１５４をＺ軸方向の所定位置に停止して保持させる場合には、レンズホルダ１５４およびレンズ群１５２の重力に反する力が駆動部１０に作用するように、ドライバ１４から駆動部１０に操作量データを出力する必要がある。そのときに必要となる操作量データを、本実施形態では、第２操作量データと称している。

なお、第２操作量データが環境温度により変化する理由としては、たとえば、図３に示すガイド部１７２および２７４などに用いる軸受けのグリースなどが温度変化で粘性が変化して、レンズホルダ１５４を所定位置に保持するための保持力が変化するためなどが考えられる。さらに、第２操作量データがレンズ鏡筒の内部構造により変化する理由としては、たとえば、レンズホルダ１５４に対して常にスプリング力が作用している場合などが考えられる。

なお、本実施形態では、図１に示す姿勢センサ２２，４２としては、カメラ３００（レンズ鏡筒１００およびカメラ本体２００含む）の姿勢を検出できるものであれば特に限定されず、たとえばジャイロセンサ、加速度センサなどで構成される。また、図１では、レンズ側制御部３０の内部を、ドライバ１４、操作量選択部１６、第１操作量出力部１８および第２操作量出力部２０のみで構成してあるが、レンズ側制御部３０は、その他の制御ブロックを有していてもよい。また、ドライバ１４、操作量選択部１６、第１操作量出力部１８および第２操作量出力部２０は、それぞれ制御回路として図示してあるが、必ずしも制御回路である必要はなく、後述するフローチャートの制御を行うプログラムであっても良い。

次に、図４に示すフローチャートに基づき、図１に示す制御部３０の動作の一例について説明する。たとえば図４に示すように、制御がスタートすると、ステップＳ１にて、図１に示すレンズホルダ１５４のＺ軸方向位置を、位置検出部１２により検出する。より具体的には、図１に示すボディ側制御部４０から指令データが通信部４４を介してレンズ側制御部３０に入ると、制御部３０では、たとえば図１１（Ａ）または図１２（Ａ）に示すレンズのＺ軸方向の目標位置に対して、実際のレンズの位置（以下、実レンズ位置とも称する）が、どの程度離れているかを検出する。

次に、図４に示すステップＳ２では、実レンズ位置が所定の条件を満足するかを、図１に示す操作量選択部１６または第１操作量出力部１８が判断する。本実施形態では、図４に示すステップＳ２では、図１１（Ａ）または図１２（Ａ）に示す実レンズ位置が、目標位置に既に到達したか否かを判断する。目標位置に既に到達していれば、図４に示すステップＳ６に行き、超えていなければ、ステップＳ３〜ステップＳ５に行き、通常のフィードバック制御を繰り返す。

すなわち、ステップＳ３では、たとえば図１に示す第１操作量出力部１８が、図１１（Ｂ）または図１２（Ｂ）に示す速度偏差を利用したフィードック制御を行うために、図１１（Ｃ）または図１２（Ｃ）に示す第１操作量のデータを成形し、図１に示す操作量選択部１６に出力する。

図４に示すステップＳ４では、図１に示す操作量選択部１６が、第１操作量のデータを選択し、図４に示すステップＳ５では、その第１操作量のデータをドライバ１４に出力し、ドライバ１４は、その第１操作量のデータに基づく制御信号にて駆動部１０を駆動する。ステップＳ２において、条件が満足されるまでは、ステップＳ１〜ステップＳ５が繰り返されてフィードバック制御が行われる。

図４に示すステップＳ２において、条件が満足、たとえば図１１（Ａ）または図１２（Ａ）に示す実レンズ位置が、目標位置に到達した場合には、図１に示す第２操作量出力部２０が第２操作量のデータを生成して、操作量選択部１６に出力する。第２操作量出力部２０における第２操作量のデータの生成は、たとえばレンズ保持力の推定により行う。

レンズ保持力の推定方法は、特に限定されないが、カメラ３００の環境温度、レンズ鏡筒１００の内部構造、カメラ３００の使用年数、カメラの姿勢等のデータから、第２操作量出力部２０が演算して推定してもよい。あるいは、後述するように、現時点から所定時間αの前に、レンズホルダを停止保持するために要した実際の保持力に相当する操作量のデータを、メモリなどの記憶手段に記憶しておき、その操作量のデータを、現時点での保持力として推定してもよい。

第２操作量のデータとして用いられる推定保持力は、図１に示すレンズホルダ１５４をＺ軸方向に停止して保持するために必要な保持力であり、図１１（Ｃ）および図１２（Ｃ）に示すように、静止摩擦を考慮した保持力の範囲β内における所定値（時間によらない一定値）であり、レンズホルダに作用する力が釣り合う操作量β１に近い値であるが、それとは必ずしも一致しなくともよい。なお、レンズホルダに作用する力が釣り合う操作量β１とは、たとえばレンズ鏡筒１００の光軸が水平であれば、理想的には、０に近い値であり、操作量が０でも、レンズホルダは、Ｚ軸方向に移動せずに停止する。

いずれにしても、図１に示す第２操作量出力部２０は、推定された保持力を、第２操作量データとして操作量選択部１６に出力する（ステップＳ６）。操作量選択部１６では、ステップＳ２での条件を満足していることを条件として、第１操作量データではなく、第２操作量データを、ドライバ１４に出力する（ステップＳ６）。その切り替えのタイミングｔ１は、本実施形態では、図１１および図１２に示すように、実レンズ位置が目標位置に到達した時点であり、そのタイミングｔ１以降では、フィードバック制御ではなく、予め決められた第２操作量のデータに基づく制御が行われる。

本実施形態に係るレンズ鏡筒１００およびカメラ３００では、図１に示す制御部３０または制御部４０が、第１操作量出力部１８と、第２操作量出力部２０と、操作量選択部１６と、を有する。そのため、本実施形態では、図１１および図１２に示すように、実レンズ位置が目標位置に到達するなどの所定のタイミングｔ１で、図１に示すドライバ１４から駆動部１０に出力される制御操作量を、第１操作量から第２操作量に切り替えることができる。

第１操作量は、前述したように、フィードバック制御に基づき時間と共に変化する制御量であり、図１１および図１２に示すように、タイミングｔ１後にも、第１操作量による制御（従来の制御）を行うと、図１１および図１２に示すｔ１後の点線で示すように、レンズ位置が目標位置を大きくオーバーシュートする可能性がある。

なお、図１１の例では、図１に示す駆動部１０によるレンズホルダ１５４の駆動力が弱くなった場合などに起こりうる駆動波形を示している。温度などの環境変化や製品ばらつき等により駆動力が想定よりも弱くなると、加減速時の速度偏差が大きくなり、従来では、図１１のタイミングｔ１後の点線で示すように、レンズ位置が目標位置からオーバーシュートする可能性が高かった。これに対して、本実施形態では、実線で示すように、第１操作量から第２操作量に切り替えるために、オーバーシュートする可能性が低くなり、短時間でレンズ位置を目標とする位置に近づけることが可能になる。

また、図１２の例では、レンズホルダ１５４を短い距離の移動時、あるいは摺動面悪化による静止摩擦の増大により、レンズ速度が、目標速度を大きくオーバーシュートした場合の駆動波形である。この場合、レンズ速度が目標速度に収束する前のタイミングｔ１にて、レンズ位置が目標位置に到達してしまうので、レンズ位置が目標位置からオーバーシュートする可能性が高かった。

これに対して、本実施形態では、実線で示すように、タイミングｔ１にて第１操作量から第２操作量に切り替えるために、オーバーシュートする可能性が低くなり、短時間でレンズ位置を目標とする位置に近づけることが可能になる。すなわち、本実施形態では、レンズホルダ１５４の移動中に目標位置を行き過ぎてしまうと判断したタイミングｔ１にて、操作量をフィードバック制御演算値（第１操作量）ではなく、推定した可動部保持力相当（第２操作量）に設定することで、より素早くレンズホルダ１５４を、目標位置またはその極近傍に停止させることができる。

本実施形態では、図１１および図１２のいずれのレンズ駆動波形例においても、レンズホルダ１５４の移動中における減速の途中において、フィードバック制御である第１操作量から、推定された保持力に基づく第２操作量に切替ったことで、従来よりも速く停止でき、レンズ位置の行き過ぎ量を抑えることができる。すなわち、本実施形態では、目標位置に向けてのレンズの素早く正確な移動が可能となる。
第２実施形態

本実施形態に係るレンズ鏡筒およびカメラは、第１実施形態に係るレンズ鏡筒１００およびカメラ３００に対して、以下に述べる部分が相違するのみであり、その他の構成は、第１実施形態と同様であり、同様な作用効果を奏する。

本実施形態では、図１に示す第１操作量出力部１８、第２操作量出力部２０または操作量選択部１６を用いて行われる第１操作量から第２操作量への切り替えのタイミングを、図１３に示すタイミングｔ２で行っている。

図１３に示す実施形態では、実レンズ位置が目標位置に到達した時点で第１操作量から第２操作量に切り替えるのではなく、その前のタイミングｔ２にて、図１に示す操作量選択部１６が、第１操作量から第２操作量に切り替える。

操作量選択部１６による切り替えのタイミング（あるいは切り替えが必要か否かを判断するタイミング）ｔ２は、少なくとも実レンズ位置が目標位置に到達する前が好ましく、目標速度が減速される途中、あるいは減速後のタイミングである。具体的には、たとえば以下のようにして、タイミングｔ２が決定される。

図１に示すレンズホルダ１５４をＺ軸方向に移動させてオートフォーカシング動作を行わせるには、たとえばコントラストＡＦ、位相ＡＦ、あるいはその他のＡＦ方式がある。いずれにしても、レンズホルダ１５４を移動させて停止させることから、ＡＦの方式によらず、本発明の構成を適用することができる。

たとえばコントラストＡＦの場合には、レンズ群１５２を初期位置に戻す初期駆動の動作（無い場合もあり得る）と、レンズ群１５２をサーチ動作させるサーチ駆動動作と、レンズ群１５２をサーチ動作で検出した合焦位置に移動させる合焦動作とを有する場合がある。初期駆動の動作とサーチ動作の場合には、レンズ群１５２を正確に停止させる必要がないことから、前述した第１操作量のみの制御を行い、合焦動作時にのみ、図１に示す操作量選択部１６では、第１操作量および第２操作量の内のいずれかを選択するようにしてもよい。

本実施形態では、合焦動作時におけるレンズホルダ１５４の移動減速の途中あるいは移動減速後に、以下に示すタイミングｔ２にて、第１操作量から第２操作量に切り替わる。前述したサーチ動作にて合焦位置が判明すると、たとえば図１に示す制御部４０または制御部３０は、図１３（Ａ）に示す目標位置を設定し、レンズホルダ１５４の現在位置から目標位置まで移動させるための目標速度を、図１３（Ｂ）に示すように設定する。合焦動作では、移動距離が短いことから、実際のレンズ速度は、図１３（Ｂ）に示すように、目標速度を超えやすい。

本実施形態では、目標位置に対応する焦点深度（被写界深度）の範囲γを、いずれかの制御部３０，４０にて演算し、その範囲γの下限位置（目標位置の手前）、あるいは目標位置から焦点深度γの下限位置までの間のいずれかに対応する位置に、レンズ位置が到達した場合をタイミングｔ２として検知し、そのタイミングｔ２で、図１に示す選択部１６が切り替えの判断を行う。

従来、レンズホルダ１５４を短い距離で移動させる時には、図１３（Ｂ）に示すように、レンズ速度が、目標速度を大きくオーバーシュートすることになり、図１３（Ａ）の点線で示すように、目標位置を大きくオーバーシュートしてしまう。

これに対して、本実施形態では、実線で示すように、タイミングｔ２にて第１操作量から第２操作量に切り替えるために、オーバーシュートする可能性が低くなり、短時間でレンズ位置を目標とする位置に近づけることが可能になる。すなわち、本実施形態では、目標位置に対応する焦点深度（被写界深度）の範囲γの下限位置に対応するタイミングｔ２にて、操作量をフィードバック制御演算値（第１操作量）ではなく、推定した可動部保持力相当（第２操作量）に設定することで、より素早くレンズホルダ１５４を、目標位置またはその極近傍に停止させることができる。
第３実施形態

本実施形態に係るレンズ鏡筒およびカメラは、第１実施形態または第２実施形態に係るレンズ鏡筒１００およびカメラ３００に対して、以下に述べる部分が相違するのみであり、その他の構成は、第１実施形態または第２実施形態と同様であり、同様な作用効果を奏する。

本実施形態では、図１に示す制御部３０，４０が、図５〜図７に示すフローチャートの制御を行う。図５に示すように、制御がスタートすると、ステップＳ１１では、図１に示す第１操作量出力部１８が、フィードバック制御に基づき第１操作量を演算する。

次に、図５に示すステップＳ１２では、たとえば図１に示す位置検出部１２から検出された位置データから、制御部３０または制御部４０は、レンズホルダ１５４の速度を検出する。ステップＳ１２における速度の検出は、位置検出部１２以外のセンサで行ってもよい。

次に図５に示すステップＳ１３では、ステップＳ１２で検出された速度に基づき、制御部３０または４０が、レンズホルダ１５４のＺ軸方向の速度が０であるか否かを判断する。速度が０である場合には、ステップＳ１４へと進み、図１では図示が省略してある記憶部としてのメモリ（制御部３０の内部）に記憶してある第２操作量を更新して、ステップＳ１５にて、そのタイミングの現時点ｔ０をメモリに保存する。その後に、ステップＳ１６にて、制御部３０または４０は、第２操作量の設定を可にするフラグを立ててメモリに記憶しておく。

たとえば図１１〜図１３において、レンズホルダ１５４を目標位置に移動させる前の状態のいずれかのタイミングｔ０にて、現在速度が０と判断された場合には、そのタイミングｔ０での第１操作量のデータを、ステップＳ１４にて、その後のタイミングｔ１またはｔ２にて使用する第２操作量のデータとして、メモリに保存する。タイミングｔ０での第１操作量のデータは、速度０での保持力と推定することができるからである。また、ステップＳ１５では、速度０におけるタイミング（時刻）ｔ０をメモリに記憶する。

なお、ステップＳ１３にて、現在速度が０で無い場合には、保持力の推定ができないので、その場合には、制御部３０または４０は、第２操作量の出力不可のフラグを立ててメモリに記憶しておく。

その後、図６に示すステップＳ２１では、図４に示すステップＳ１の位置検出と同様な位置検出を行う。次に、ステップＳ２２では、図４に示すステップＳ２における判断と同様な判断を行う。ただし、判断のタイミングは、図１１および図１２に示すタイミングｔ１に限らず、図１３に示すタイミングｔ２でもよい。

たとえば図１１および図１２に示すタイミングｔ１にて、レンズ位置が目標位置に到達したと判断された場合には、図６に示すステップＳ２２からステップＳ２６へ行き、そうで無い場合には、ステップＳ２３に行く。あるいは、図１３に示すタイミングｔ２において、レンズ位置が焦点深度の範囲γの下限位置と目標位置との間に到達したと判断された場合には、図６に示すステップＳ２２からステップＳ２６へ行き、そうで無い場合には、ステップＳ２３に行く。

ステップＳ２６では、図５に示すステップＳ１６またはステップＳ１７にてメモリ記憶されたフラグを読み込み、第２操作量の出力が可か不可かを判断する。判断する主体は、特に限定されないが、たとえば図１に示す操作量選択部１６である。ステップＳ２６で第２操作量の出力が可であると判断された場合には、ステップＳ２７にて、図１に示す操作量選択部１６が第２操作量出力部２０から、メモリに記憶してある推定保持力としての第２操作力のデータを受け取り、ステップＳ２５にて、ドライバ１４に向けて、第２操作量を出力する。第２操作量を出力するのは、図１１〜図１３において、タイミングｔ１またはｔ２以降である。

図６に示すステップＳ２６にて、第２操作量の出力が不可と判断された場合には、タイミングｔ１またはｔ２以降であっても、第２操作量は選択されずに、ステップＳ２３〜ステップＳ２５における第１操作量に基づくフィードバック制御が行われる。ステップＳ２３〜ステップＳ２５は、図４に示すステップＳ３〜ステップＳ５と同様なので、その説明は省略する。

図７は、第３実施形態のさらに変形例である。ステップＳ３１においては、現在時刻、すなわち、図１１〜図１３に示すタイミングｔ１またはｔ２が、ｔ０＋αよりも小さいか否かを、図１に示す制御部３０または４０が判断する。αは、図１１〜図１３に示す時刻ｔ０からの所定の経過時間を示し、特に限定されないが、好ましくは０．０１〜２秒の範囲内、たとえば１秒に設定される。

現在の時刻ｔ１またはｔ２が、図５に示すステップＳ１４にて更新した第２操作量の設定時間ｔ０に対して、所定の経過時間α以上に時間が経過している場合には、メモリに保存してある第２操作量（推定保持力）のデータは古くなっていると考えられる。その場合には、図７に示すステップＳ３１からステップＳ３７に行く。ステップＳ３７では、図５に示すステップＳ１７と同様な動作が行われる。

なお、所定時間α以上も経過して、古くなってしまった第２操作量（推定保持力）のデータに基づき、タイミングｔ１またはｔ２以降の制御を行うと、正確にレンズホルダを停止させることが困難になる可能性があるからである。たとえばタイミングｔ０の時点で、レンズ鏡筒１００の光軸が水平である場合における水平推定保持力と、タイミングｔ１またはｔ２の時点でレンズ鏡筒１００の光軸が垂直である場合における垂直推定保持力とは、全く異なる。このような観点から、所定時間αが決定され、所定時間α以内であれば、保持力が変化しないであろうと考えられる範囲で決定される。

図７に示すステップＳ３２〜Ｓ３６，Ｓ３８およびＳ３９は、図６に示すステップＳ２１〜Ｓ２７と同様なので、その説明は省略する。

ところで、本実施形態では、ステップＳ１３において、レンズの停止状態の判断について、現在速度がゼロである場合を停止状態としたが、その他の方法により停止状態を判断しても良い。たとえば、現時刻のレンズ位置と前時刻のレンズ位置のずれが所定量以下である場合を停止状態と判断しても良い。
第４実施形態

本実施形態に係るレンズ鏡筒およびカメラは、第１〜第３実施形態に係るレンズ鏡筒１００およびカメラ３００に対して、以下に述べる部分が相違するのみであり、その他の構成は、第１〜第３実施形態と同様であり、同様な作用効果を奏する。

本実施形態では、図１に示す制御部３０，４０が、図８（Ａ）および図８（Ｂ）に示すフローチャートの制御を行う。図８（Ａ）に示すように、制御がスタートすると、ステップＳ４１〜Ｓ４４，Ｓ４７が行われる。これらのステップＳ４１〜Ｓ４４，Ｓ４７は、図５に示すステップＳ１１〜Ｓ１４，Ｓ１７と同様なので、その説明は省略する。

本実施形態では、図８（Ａ）に示すステップＳ４４の次に、ステップＳ４５が行われる。ステップＳ４５では、図１に示す制御部３０または４０が、姿勢センサ２２または４２に基づき、レンズ鏡筒１００またはカメラ本体２００の姿勢を検出して、その時点での姿勢データＡ１を、メモリに保存する。姿勢データＡ１を保存するタイミングは、たとえば図１１〜図１３に示すタイミングｔ０である。また、姿勢情報としては、たとえばレンズ鏡筒１００の光軸Ｌが水平に対して、何度傾斜しているかなどである。次に、図８（Ａ）に示すステップＳ４６では、図５に示すステップＳ１６と同様な動作を行う。

次に、図８（Ｂ）に示すステップＳ５０では、図１に示す制御部３０，４０が姿勢センサ２２，４０を用いて、現在の姿勢情報を取得し、その時点での姿勢データＡ２を、メモリに保存する。次に、ステップＳ５１では、姿勢データＡ１から姿勢データＡ２を引いた姿勢差の絶対値が、所定の許容範囲Ａｔｈ内であるか否かを制御部３０（または４０、以下同様）が判断する。

姿勢差の絶対値が許容範囲Ａｔｈ内である場合には、ステップＳ５２へ行き、そうでない場合には、ステップＳ５７へ行く。ステップＳ５７は、図７に示すステップＳ３７と同様なので、その説明は省略する。また、図８（Ｂ）に示すステップＳ５２〜Ｓ５６，Ｓ５８およびＳ５９は、図７に示すステップＳ３２〜Ｓ３６，Ｓ３８およびＳ３９と同様なので、その説明は省略する。

本実施形態では、図１１〜図１３に示すタイミングｔ１またはｔ２において、姿勢差の絶対値が許容範囲Ａｔｈ内である場合には、タイミングｔ０にて更新された第２操作力を、タイミングｔ１またはｔ２以降の保持力として推定しても問題ないと判断し、第２操作量に基づく制御に切り替える。許容範囲Ａｔｈの具体的な数字は、特に限定されず、０〜１０度の角度の範囲内で決定してもよい。
第５実施形態

本実施形態に係るレンズ鏡筒およびカメラは、第１〜第４実施形態に係るレンズ鏡筒１００およびカメラ３００に対して、以下に述べる部分が相違するのみであり、その他の構成は、第１〜第４実施形態と同様であり、同様な作用効果を奏する。

本実施形態では、図１に示す制御部３０，４０が、図９に示すフローチャートの制御を行う。図９に示すように、制御がスタートすると、ステップＳ６１〜Ｓ６２が行われる。これらのステップＳ６１〜Ｓ６２は、図４に示すステップＳ１〜Ｓ２または図６に示すステップＳ２１〜Ｓ２２と同様なので、その説明は省略する。

図９に示すステップＳ６２において、条件を満足する場合には、ステップＳ６６に行き、条件を満足しない場合には、ステップＳ６３に行く。ステップＳ６３〜ステップＳ６５は、図４に示すステップＳ３〜Ｓ５または図６に示すステップＳ２３〜Ｓ２５と同様なので、その説明は省略する。

ステップＳ６６では、図１に示す制御部３０，４０が姿勢センサ２２，４２に基づき姿勢情報を取得する。ステップＳ６７では、ステップＳ６７にて取得した姿勢情報に基づき、たとえば図１に示す第２操作量出力部２０が第２操作量を演算して生成する。第２操作量の演算（保持力の推定）に際しては、たとえば図１０に示す演算式（メモリに保存してある）を利用して計算により求める。

図１０に示すUh、Uvu、Uvdはそれぞれ光軸水平、光軸垂直真上、光軸垂直真下の姿勢の時の保持力であり、各姿勢における実測値、あるいは図１に示すレンズ群１５２およびレンズホルダ１５４の可動部重量や付勢力などの設計値からそれとつり合う力を計算して求める。その他の姿勢における保持力Ustopは、姿勢情報An（角度deg）が、０deg超〜９０deg未満の場合、UhとUvuとAnからなる関数(Uvu-Uh)*SIN(An)+Uhにより求め、姿勢情報Anが−９０deg超〜０deg未満の場合、UhとUvdとAnからなる関数(Uvd-Uh)*SIN(An)+Uhにより求める。保持力Uh、Uvu、Uvdは、それぞれ１つ値に限らず、状態の変化に応じて複数の値を持っても良い。状態の変化としては、例えばレンズ群１５２やその他の移動可能なレンズの位置、また温度変化や撮影地などの違いによる駆動力や付勢力、摩擦力、重力加速度などの変化が考えられる。

ステップＳ６７では、予めメモリに記憶してある図１０に示すような演算式を用いて、たとえば図１１〜図１３に示すタイミングｔ１，ｔ２での姿勢データから、保持力Ｕｓｔｏｐの推定を行い、その値を、第２操作量として、図１に示す第２操作量出力部２０が操作量選択部１６に出力する。ステップＳ６８では、図４に示すステップＳ７、あるいは図６に示すステップＳ２７等と同様な動作が行われる。

本実施形態では、図１１〜図１３に示すタイミングｔ０において、第２操作量の更新を行う必要がないと共に、そのタイミングｔ０においての姿勢データとタイミングｔ１，ｔ２との間の姿勢データの差異も検出する必要がない。また、タイミングｔ０からｔ１またはｔ２までの時間も計測する必要がない。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変することができる。

たとえば、上述した実施形態において、タイミングｔ１またはｔ２において、図１に示す操作量選択部１６が、第１操作量が第２操作量よりも小さいことが判明した場合には、操作量選択部１６は、第２操作量を選択することなく、第１操作量が継続して選択して、第１操作量により、ドライバ１４が駆動部１０を制御するようにしてもよい。

また、上述した実施形態では、レンズ群を保持するレンズホルダを光軸Ｌ方向に移動させるオートフォーカスについて説明したが、それに限定されず、レンズ群を光軸に移動させるその他の構造、あるいはレンズ群を光軸と垂直方向に移動させるブレ補正装置などにも応用することが可能である。さらにまた、レンズ鏡筒またはカメラ本体の内部において、レンズ群以外の部品を高速で移動させて停止させるその他の構造にも本発明を応用することが可能である。

１０… 駆動部
１２… 位置検出部
１４… ドライバ
１６… 操作量選択部
１８… 第１操作量出力部
２０… 第２操作量出力部
２２，４２… 姿勢センサ
３０… レンズ側制御部
４０… ボディ側制御部
４４… 通信部
１００… レンズ鏡筒
１１０… 固定部
１５０… フォーカスレンズ部
１５２… フォーカスレンズ群
１５４… レンズホルダ
１５６… 第１ＶＣＭ
１５８… 第１駆動用コイル
１６０… 第１駆動用磁石
１６２… 第１ヨーク
１６４… 第２ＶＣＭ
１６６… 第２駆動用コイル
１６８… 第２駆動用磁石
１７０… 第２ヨーク
１７２… 第１ガイド部
１７４… 第２ガイド部
１７６… ガイドバー
１７８… ガイドバー
１８０… 突起
１８２… 検出センサ
２００… カメラ本体
３００… カメラ

Claims (13)

1. 撮影光学系と、
   前記撮影光学系を構成するレンズ群の少なくとも一部を保持するレンズホルダを所定方向に移動させる駆動部と、
   前記駆動部に制御信号を送り前記駆動部を制御する制御部とを有するレンズ鏡筒であって、
   前記制御部が、
   フィードバック制御を行うための第１操作量を出力する第１操作量出力部と、
   前記レンズホルダを所定位置に保持するために必要な第２操作量を出力する第２操作量出力部と、
   前記第１操作量および第２操作量の内のいずれかを選択する操作量選択部と、
   前記レンズホルダを一定位置に保持していた第１の時刻における操作量を、前記第２操作量として記憶する記憶部と、を有し、
   前記操作量選択部は、前記第１の時刻から所定時間以上経過すると、前記第２操作量ではなく前記第１操作量を選択するレンズ鏡筒。
2. 前記記憶部は、前記第１の時刻における前記レンズ鏡筒の第１姿勢情報を記憶し、
   前記操作量選択部は、第１姿勢情報との差が所定値以上であると、前記第２操作量ではなく前記第１操作量を選択する請求項１に記載のレンズ鏡筒。
3. 前記記憶部は、速度がゼロと判断された際の操作量を、前記第２操作量として記憶する請求項１または２に記載のレンズ鏡筒。
4. 撮影光学系と、
   前記撮影光学系を構成するレンズ群の少なくとも一部を保持するレンズホルダを所定方向に移動させる駆動部と、
   前記駆動部に制御信号を送り前記駆動部を制御する制御部とを有するレンズ鏡筒であって、
   前記制御部が、
   フィードバック制御を行うための第１操作量を出力する第１操作量出力部と、
   前記レンズホルダの姿勢データから、前記レンズホルダを所定位置に保持するために必要な第２操作量を出力する第２操作量出力部と、
   前記第１操作量および第２操作量の内のいずれかを選択する操作量選択部と、
   前記第２操作量が出力された際の第１の時刻を記憶する記憶部と、を有し、
   前記操作量選択部は、前記第１の時刻から所定時間以上経過すると、前記第２操作量ではなく前記第１操作量を選択するレンズ鏡筒。
5. 前記操作量選択部では、目標位置に対応する被写界深度の範囲の下限位置、あるいは前記目標位置から前記下限位置までの間の所定の位置に前記レンズホルダが到達したタイミングで、第１操作量ではなく第２操作量を選択する請求項１〜４のいずれかに記載のレンズ鏡筒。
6. 前記駆動部により前記レンズホルダをオートフォーカス駆動する際に、
   前記レンズ群を初期位置に戻す初期駆動の時と、前記レンズ群をサーチ動作させるサーチ駆動の時とでは、前記操作量選択部は、前記第１操作量のみを選択し、
   前記レンズ群を前記サーチ動作で検出した合焦位置に移動させる合焦動作の時に、前記操作量選択部では、前記第１操作量および第２操作量の内のいずれかを選択することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のレンズ鏡筒。
7. 前記操作量選択部では、前記第１操作量と第２操作量とを比較した結果に基づき、前記第１操作量および第２操作量の内のいずれかを選択することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のレンズ鏡筒。
8. 前記第１操作量は、前記レンズホルダの目標位置または前記レンズホルダの目標速度の少なくとも一方と、前記レンズホルダの実位置とに基づく請求項１〜７のいずれかに記載のレンズ鏡筒。
9. 前記制御部は、前記第１操作量に基づいて前記レンズホルダを移動させるときに前記レンズホルダの移動速度が目標速度を超えることを許容する請求項１〜８のいずれかに記載のレンズ鏡筒。
10. 前記操作量選択部は、前記レンズホルダが目標位置を超える前に、前記第２操作量を選択する請求項１〜９のいずれかに記載のレンズ鏡筒。
11. 前記操作量選択部は、目標位置と実位置とに基づいて、前記第１操作量または前記第２操作量のいずれかを選択する請求項１〜１０のいずれかに記載のレンズ鏡筒。
12. 前記操作量選択部は、前記レンズホルダの目標位置に対応する焦点深度を考慮して、前記第１操作量または第２操作量のいずれかを選択する請求項１〜１１のいずれかに記載のレンズ鏡筒。
13. 請求項１〜１２のいずれか一項に記載のレンズ鏡筒を備える撮像装置。

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