JP4756722B2

JP4756722B2 - 光学装置

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Publication number: JP4756722B2
Application number: JP13709499A
Authority: JP
Inventors: 良一鈴木
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-05-18
Filing date: 1999-05-18
Publication date: 2011-08-24
Anticipated expiration: 2019-05-18
Also published as: US20030001529A1; JP2000329996A; US6608455B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学装置に関し、特に、焦点調整動作を行う振動型モーターを内蔵したレンズと、該レンズが装着され、前記振動型モーターへ電力を供給するとともに焦点検出情報を提供する装置本体とから成る光学装置に関する。
【０００２】
上記の光学装置は、例えば、振動型モーターを交換レンズに内蔵した一眼レフカメラである。
【０００３】
【従来の技術】
従来、銀塩フィルムを用いるカメラの中でも、特に一眼レフカメラはレンズが交換でき、その交換レンズとしては種々の焦点距離のものが生産されている。
【０００４】
その交換レンズには、フォーカスレンズを内蔵のモーターにより駆動して自動的に調整することのできるフォーカス自動制御レンズがあり、カメラ本体で作成される焦点検出情報に基づいて該モーターが駆動される。このモーターとしてＤＣモーターが使用されていたが、近年、これに代わって振動型モーターが広く用いられるようになってきている。
【０００５】
この振動型モーターは低回転数領域まで高いトルクを維持することができるので、減速ギアが不要であり、小型化が可能になることや、また清音化が図れる等、多くの特徴を持っている。
【０００６】
振動型モーターでは、内蔵する電気−機械エネルギー変換素子に、位相の異なる複数の周波信号を基に生成された駆動電圧を印加して進行波を発生させ、これによって回転体を回転させることが行われる。周波信号の周波数（これを「駆動周波数」という）を、振動型モーターの共振周波数よりも高い周波数から、該共振周波数へ向けて掃引させることによって振動型モーターの加速が行われる。
【０００７】
ところで近年、特に焦点距離３００ｍｍ以上の超望遠交換レンズにおいて、フォーカス調整用モーターの駆動速度の高速化が強く要求されている。これは、このような超望遠レンズが陸上競技等のスポーツ撮影に多く用いられているが、競技者の速い動きにも忠実に追従することができるフォーカス制御が強く求められている為である。
【０００８】
振動型モーターを高速で駆動するには、単に前記駆動周波数の掃引速度を早くする方法もあるが、この場合は駆動周波数の掃引速度に振動型モーター自体の特性がついていけないでギクシャクした動きになってしまう問題がある。
【０００９】
その他の方法として、振動型モーターに印加する駆動電圧を高くする方法もある。振動型モーターに印加する駆動電圧を２倍にした時の回転数Ｎ及び振動型モーターの消費電力Ｐを、駆動周波数ｆを横軸にとって示したグラフを図１に示す。
【００１０】
図１中、Ｎｘ及びＰｘは通常の駆動電圧値における回転数及び消費電力を示す曲線であり、Ｎｙ及びＰｙは駆動電圧を２倍にした場合の回転数及び消費電力を示す曲線である。
【００１１】
回転数を示す図１（Ｂ）から明らかなように、駆動電圧を２倍にすると、同じ駆動周波数でも回転数が２倍近くになっていることがわかる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、消費電力を示す図１（Ａ）から分かるように、駆動電圧を２倍にすると、振動型モーターの消費電力も２倍近くになってしまう。
【００１３】
一眼レフカメラにおいて、交換レンズはカメラ本体の電池から電力が供給されるので（交換レンズに電池は別設されていない）交換レンズ自身で使用できる電力にはおのずと制限がある。
【００１４】
図１に示すように、振動型モーターの駆動電圧を上げ、更に駆動周波数をｆ１まで下げて振動型モーターの回転数をＮ３まで上げると、その消費電力はＰ３となり、その結果、カメラ本体側の電池の電圧が低下し、その為にカメラ本体側の種々のアクチュエーターが適切に動作しなくなり、カメラの誤動作を生じさせる可能性がある。
【００１５】
以上のように、振動型モーターを高速で駆動するために、単に振動型モーターの駆動電圧を上げて回転数を上げるのでは、カメラシステムとして大きな問題を発生させてしまうという問題点があった。
【００１６】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであって、高速なフォーカス動作ができ、且つ電力消費を抑えて、光学装置上の電池を使用する他の装置に及ぼす影響を減らすようにした光学装置を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明によれば、フォーカスレンズと、前記フォーカスレンズを駆動する振動型モーターと、該振動型モーターに、電圧に応じた振幅を持ち且つ位相が互いに異なる複数の交番駆動電圧を供給して前記振動型モーターの駆動周波数を、該振動型モーターの共振周波数よりも高い周波数から該共振周波数へ向けて掃引させることによって前記振動型モーターを加速させる駆動回路と、該駆動回路を制御する制御手段と、を有する光学装置であって、前記フォーカスレンズの駆動量が所定値よりも小さい第１の駆動時に、前記制御手段は、前記駆動回路を介して、前記フォーカスレンズの駆動量が前記所定値よりも大きい第２の駆動時に前記振動型モーターへ供給する第２の駆動電圧よりも大きい第１の駆動電圧を前記振動型モーターへ供給することを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００２０】
（第１の実施の形態）
図２は、本発明の第１の実施形態に係るカメラ本体及び交換レンズに設けられた制御回路の構成を示す回路図である。
【００２１】
図中１０はカメラ本体に収納された電源電池、９はカメラ本体側のマイクロコンピュータ（以下「マイコン」と呼ぶ）、２１はシャッター釦（２段ストロークになっている）の第１ストロークでオンするスイッチ、８はマイコン９により制御される電力供給用のトランジスタである。
【００２２】
１１は交換レンズ側の全体回路を制御するマイクロコンピュータ（以下「マイコン」と呼ぶ）である。
【００２３】
カメラ本体には端子ａ〜ｆが設けられる。端子ａは電池１０のプラス端子、端子ｂは電力供給端子、端子ｃはカメラ本体のマイコン９から交換レンズのマイコン１１へのデータ転送用の端子、端子ｄは交換レンズのマイコン１１からカメラ本体のマイコン９へのデータ転送用の端子、端子ｅはデータ転送時の同期用クロックの転送用端子、端子ｆは電池１０のマイナス端子である。
【００２４】
端子ａ'〜ｆ'は、端子ａ〜ｆに対応する交換レンズ側の端子であり、交換レンズをカメラ本体に装着すると、対応する各端子が互いに接続される。
【００２５】
１２はＤＣ／ＤＣコンバーター制御用のコントロール回路であり、マイコン１１のＩ／Ｏ出力により制御される。
【００２６】
ＤＣ／ＤＣコンバーターは昇圧回路であり、コイル１３、スイッチング用のＦＥＴトランジスター１４、フィードバック用の抵抗１５、電流逆流防止用のダイオード１６、整流用のコンデンサー１７及び分圧用の抵抗１８，１９，２０で構成される。
【００２７】
ＦＥＴ１４のゲートはコントロール回路１２より制御される。また、ＦＥＴ１４とフィードバック用の抵抗１５の接続点はコントロール回路１２に接続されており、所謂電流フィードバック型のＤＣ／ＤＣコンバーターを構成している。ダイオード１６は整流用のコンデンサ１７から電池１０への電流の逆流を防止するためのダイオードである。
【００２８】
ＤＣ／ＤＣコンバーター出力電圧Ｖoutは、後述の駆動回路２４へ送られるとともに、分圧用抵抗１８，１９，２０で分圧されて、分圧抵抗１８と分圧抵抗１９の接続点（ｘ点）、または分圧抵抗１９と分圧抵抗２０の接続点（ｙ点）からコントロール回路１２へフィードバックされる。コントロール回路１２は、マイコン１１の指令により、ｘ点の電圧及びｙ点の電圧のうち１つを選択し、選択した電圧に応じて、ＤＣ／ＤＣコンバーターの出力電圧値Ｖoutを制御する。
【００２９】
２２はＤ／Ａコンバーターであり、マイコン１１の出力ポートから出力される駆動周波数を示すデジタルデータをアナログ電圧に変換する。２３はこのＤ／Ａコンバーターに接続されたＶＣＯ（電圧−周波数変換器）であり、入力アナログ電圧に応じた周波数を持った矩形波を発生する。
【００３０】
２４は振動型モーターを駆動するための駆動回路であり、ＤＣ／ＤＣコンバーターの出力電圧Ｖoutを電源とし、ＶＣＯ２３の出力端子及びマイコン１１の出力ポートが接続される。２５は振動型モーターであり、駆動回路２４から送られれる位相差９０度のＡ相及びＢ相の駆動電圧により駆動される。
【００３１】
この振動型モーター２５からは振動型モーター自体の駆動状況を示すＳ相信号が出力され、そのＳ相信号が位相判別回路２９を介してマイコン１１の入力ポートに入力される。
【００３２】
交換レンズは振動型モーター２５により駆動されるが、振動型モーター２５の駆動メカニズムは、よく知られたものであるので説明を省略する。
【００３３】
２６は、振動型モーター２５の回転と連動して回転するパルス板であり、このパルス板２６の回転運動はフォトインターラプター２７により検出される。フォトインターラプター２７の検出出力は波形整形回路２８を介してレンズ側のマイコン１１の入力ポートに入力される。
【００３４】
以上のように構成された制御回路の動作を、図３を参照して説明する。
【００３５】
図３は、制御回路の動作を示すフローチャートである。以下、ステップ番号（Ｓ）に沿って説明する。
【００３６】
Ｓ０１：カメラ本体側のシャッター釦が第１ストローク分だけ押されると、スイッチ２１がオンし、カメラ本体側の不図示の焦点検出回路が動作を開始する。更に、スイッチ２１のオンにより、カメラ本体側のマイコン９が電力供給用のトランジスタ８をオンにするので、端子ｂ及び端子ｂ'を介してレンズ側のマイコン１１及びコントロール回路１２への電力供給が開始される。
【００３７】
Ｓ０２：前記焦点検出回路による焦点検出動作により得られた撮影レンズのデフォーカス情報は、カメラ本体のマイコン９より端子ｃと端子ｃ'を介してレンズ側のマイコン１１へ転送される。デフォーカス情報は、焦点のずれ度合を示す情報である。
【００３８】
Ｓ０３：レンズ側のマイコン１１はこのデフォーカス情報を基に、交換レンズの駆動量を算出する。そして、算出された駆動量を基に小駆動となるか否かの判断を行う。小駆動になると判断された場合は、ステップＳ０４へ進み、小駆動にはならないと判断された場合は、ステップＳ０７へ進む。なお、小駆動とは、交換レンズの駆動量が所定値より小さい駆動をいう。
【００３９】
Ｓ０４：小駆動と判断した場合は、マイコン１１はＤＣ／ＤＣコンバーターのコントロール回路１２に、前記ｙ点の分圧電圧をフィードバック電圧として選択させる。この結果、振動型モーターの駆動電圧が高い電圧に設定される。これについては、後に詳しく説明する。
【００４０】
Ｓ０５：レンズ側のマイコン１１は、振動型モーター２５の駆動周波数を示すデジタルデータを最初大きな値に設定し、Ｄ／Ａコンバーター２２に送る。その後、マイコン１１はそのデジタルデータを徐々に小さな値に変化させる。するとＶＣＯ２３の入力アナログ電圧は高い値から除々に低下していくので、ＶＣＯ２３から出力する矩形波の周波数（駆動周波数）ｆは高い周波数から低い周波数側に掃引されていく。この矩形波を基に振動型モーターの駆動回路２４が位相差９０度のＡ相及びＢ相の駆動電圧を生成する。かくして、図１から分かるように、駆動周波数の低下に伴って、振動型モーターの回転数は徐々に上昇していく。なお図３において、振動型モーターを「ＵＳＭ」と略記する。
【００４１】
Ｓ０６：レンズ側のマイコン１１は、駆動周波数ｆが所定周波数ｆ２（図１参照）より大きい間は、上記のデジタルデータを小さな値に変化させ続け、駆動周波数ｆが所定周波数ｆ２以下になるとステップＳ１０へ進む。
【００４２】
Ｓ０７：ステップＳ０３においてマイコン１１は、交換レンズの駆動が小駆動ではないと判断した場合、ＤＣ／ＤＣコンバーターのコントロール回路１２に、前記ｘ点の分圧電圧をフィードバック電圧として選択させる。この結果、振動型モーターの駆動電圧が低い電圧に設定される。これについては、後に詳しく説明する。
【００４３】
Ｓ０８：ステップＳ０５と同じように、振動型モーターの加速動作が行われる。
【００４４】
Ｓ０９：レンズ側のマイコン１１は、駆動周波数ｆが所定周波数ｆ１（ｆ１＜ｆ２、図１参照）より大きい間は、上記のデジタルデータを小さな値に変化させ続け、駆動周波数ｆが所定周波数ｆ１以下になるとステップＳ１０へ進む。
【００４５】
Ｓ１０：レンズ側のマイコン１１は、Ｄ／Ａコンバーター２２へ出力するデジタルデータをその時の値に固定して駆動周波数の掃引を停止し、振動型モーター２５を定速運動させる。
【００４６】
Ｓ１１：振動型モーター２５の回転に応じて発生したパルス信号が波形整形回路２８からマイコン１１の入力ポートに入力される。このパルス信号の入力数がマイコン１１でカウントされ、カウント値が第１の所定値に達するまで、マイコン１１は振動型モーター２５に定速運動をさせるが、第１の所定値に達すると、ステップＳ１２へ進む。
【００４７】
Ｓ１２：交換レンズ駆動が目標駆動位置に近づいたとして、マイコン１１は振動型モーター２５に減速運動を始めさせる。つまり、マイコン１１はＤ／Ａコンバーター２２へ送るデジタルデータが表す駆動周波数を徐々に増加させる。これにより、ＶＣＯ２３への入力アナログ電圧が上昇するので、ＶＣＯ出力の矩形波の周波数が高い周波数側に掃引されていき、振動型モーター２５に印加される駆動電圧の周波数も高い周波数側に掃引されていく。よって、図１に示すように振動型モーター２５の回転数が低下し、減速運動が行われる。
【００４８】
Ｓ１３：マイコン１１でカウントされたパルス数が第２の所定値（第２の所定値＞第１の所定値）に達するまで、マイコン１１は振動型モーター２５に減速運動をさせるが、第２の所定値に達すると、ステップＳ１４へ進む。
【００４９】
Ｓ１４：交換レンズ駆動が目標駆動位置に達したとして、マイコン１１は振動型モーター２５の駆動を停止させる。つまり、マイコン１１はＤ／Ａコンバーター２２へ送るデジタルデータが表す駆動周波数を急激に上昇させて、振動型モーター２５に印加される駆動電圧の周波数を、振動型モーター２５が回転停止になる高い周波数に急激に変える。
【００５０】
ここで、分圧抵抗１８，１９，２０の抵抗値を各々、Ｒ１８，Ｒ１９，Ｒ２０とする。また、ＤＣ／ＤＣコンバーターのコントロール回路１２内の基準電圧値をＶｒ（不図示）とすると、コントロール回路１２でフィードバック電圧としてｘ点の分圧電圧が選択されている場合は、ＤＣ／ＤＣコンバーターの出力電圧Ｖoutは次の式で表される。
【００５１】
Ｖout＝Ｖｒ＊（Ｒ１８＋Ｒ１９＋Ｒ２０）／（Ｒ１９＋Ｒ２０）
また、フィードバック電圧としてｙ点の分圧電圧が選択されている場合は、ＤＣ／ＤＣコンバーターの出力電圧Ｖoutは次の式で表される。
【００５２】
Ｖout＝Ｖｒ＊（Ｒ１８＋Ｒ１９＋Ｒ２０）／Ｒ２０
このように、フィードバック電圧としてｙ点が選択された場合の方が、ｘ点が選択された場合より、出力電圧Ｖoutが高くなり、したがって振動型モーター２５の駆動電圧が高くなる。
【００５３】
Ｒ１９＝Ｒ２０と設定すればｙ点を選択時にｘ点選択時の２倍の駆動電圧が得られる。
【００５４】
ステップＳ０３，Ｓ０４から分かるように、交換レンズの小駆動時はｙ点が選択されるのであるから、駆動電圧が高く設定され、図１（Ｂ）に示す曲線Ｎｙが適用される。したがって、交換レンズの小駆動時には、高い回転数が得られる。また、交換レンズの小駆動時以外のときには、低い回転数により、交換レンズでの電力消費が抑制される。
【００５５】
交換レンズの小駆動時は、振動型モーター２５を余り回転数を上げずに短時間だけ駆動するので、駆動電圧の周波数は高い領域でのみ使用されることになる。よって、図１（Ａ）において駆動周波数を、例えばｆ２までしか下げない駆動になるので、駆動電圧を例えば２倍にしても振動型モーター２５の消費電力はＰ２までしか上がらないことになる。但し駆動電圧を２倍にしているので、図１（Ｂ）に示すように、回転数はＮ２まで達する。これは、通常の駆動電圧で駆動周波数をｆ１まで下げた時と略同じ回転数となる。
【００５６】
よって、交換レンズの小駆動時及びそれ以外の駆動時のいずれの場合でも、消費電力はＰ２を超えることがなく、従来のような消費電力オーバーによるカメラシステム内の他装置の誤動作の問題を発生させずに、しかも、交換レンズの小駆動時には高速駆動が可能になるものである。
【００５７】
スポーツ撮影時の連写追随性が要求されるシーンでは、交換レンズの小駆動動作を頻繁に用いるので、本発明のように、小駆動時にフォーカス速度が上げられることは、追随性に対してより大きな効果をもたらす。また、本発明のように、小駆動時のみ振動型モーター２５の駆動電圧を上げる特徴は、カメラ全体システムに悪影響を与えることなく、カメラシステムの信頼性を高めることが可能となる。
【００５８】
（第２の実施の形態）
次に第２の実施の形態を説明する。
【００５９】
第２の実施形態の構成は、基本的に第１の実施形態の構成と同じであるので、第２の実施形態の説明においては、第１の実施形態の構成を流用し、異なる構成部分だけを説明する。
【００６０】
図４は、第２の実施形態に係る交換レンズに設けられた制御回路の構成を示す回路図である。図４では、図２に示す制御回路と異なる部分を主に示し、同一構成部分には同一の符号を付すとともに、参照符号２２〜２８の構成部分及びカメラ本体側の構成部分の図示を省略している。
【００６１】
第２の実施形態では、振動型モーターの駆動電圧値を切り替える部分が第１の実施形態と異なっている。
【００６２】
ＤＣ／ＤＣコンバーターのコントロール回路１２には２つの基準電圧Ｖｒ１，Ｖｒ２（Ｖｒ１＞Ｖｒ２）が入力される。ＤＣ／ＤＣコンバーターの出力電圧Ｖoutは、抵抗３０と抵抗３１とで分圧され、コントロール回路１２にフィードバックされている。ここで抵抗３０，３１の抵抗値を各々、Ｒ３０，Ｒ３１とする。
【００６３】
第１の実施形態と同じように、コントロール回路１２はレンズ側のマイコン１１が演算する交換レンズの駆動量に応じて基準電圧Ｖｒ１又は基準電圧Ｖｒ２を選択する。つまり、交換レンズの駆動量が所定値より小さい小駆動時には、基準電圧としてＶｒ１を選択し、よってＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧Ｖoutは
Ｖout＝Ｖｒ１＊（Ｒ３０＋Ｒ３１）／Ｒ３１
となる。交換レンズの駆動量が所定値以上である大駆動時には、基準電圧としてＶｒ２を選択し、ＤＣ／ＤＣコンバーターの出力電圧Ｖoutは
Ｖout＝Ｖｒ２＊（Ｒ３０＋Ｒ３１）／Ｒ３１
となり、出力電圧Ｖoutは小駆動時よりも低くなる。
【００６４】
制御回路の他の動作は第１の実施形態と同じである。
【００６５】
かくして、第２の実施形態でも、高速なフォーカス動作ができ、且つ電力消費を抑えることが可能となる。
【００６６】
なお、本発明を、複数の機器から構成されるシステムに適用しても、あるいは１つの機器からなる装置に適用してもよい。
【００６７】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、交換レンズの小駆動時のみ振動型モーターの駆動電圧を上げるようにしたので、消費電力のオーバーによるカメラシステム上の問題を発生させることなく、フォーカス動作の高速化が実現し、特にスポーツ撮影時の連写追随性に大きな効果をもたらすものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】振動型モーターに印加する駆動電圧を２倍にした時の回転数Ｎ及び振動型モーターの消費電力Ｐを、駆動周波数ｆを横軸にとって示したグラフを示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るカメラ本体及び交換レンズに設けられた制御回路の構成を示す回路図である。
【図３】制御回路の動作を示すフローチャートである。
【図４】第２の実施形態に係る交換レンズに設けられた制御回路の構成を示す回路図である。
【符号の説明】
９カメラ本体側のマイクロコンピュータ（マイコン）
１０電源電池
１１交換レンズ側のマイクロコンピュータ（マイコン、演算手段、電源電圧選択手段）
１２コントロール回路（電源電圧選択手段）
１３〜２０ＤＣ／ＤＣコンバーター（電源部）
１８，１９，２０分圧用抵抗
２２Ｄ／Ａコンバーター
２３ＶＣＯ（電圧−周波数変換器）
２４駆動回路
２５振動型モーター
２６パルス板
２７フォトインターラプター
２８波形整形回路
２９位相判別回路
ａ〜ｆカメラ本体側の端子
ａ'〜ｆ' 交換レンズ側の端子
Ｖout ＤＣ／ＤＣコンバーター出力電圧

Claims

フォーカスレンズと、前記フォーカスレンズを駆動する振動型モーターと、該振動型モーターに、電圧に応じた振幅を持ち且つ位相が互いに異なる複数の交番駆動電圧を供給して前記振動型モーターの駆動周波数を、該振動型モーターの共振周波数よりも高い周波数から該共振周波数へ向けて掃引させることによって前記振動型モーターを加速させる駆動回路と、該駆動回路を制御する制御手段と、を有する光学装置であって、
前記フォーカスレンズの駆動量が所定値よりも小さい第１の駆動時に、前記制御手段は、前記駆動回路を介して、前記フォーカスレンズの駆動量が前記所定値よりも大きい第２の駆動時に前記振動型モーターへ供給する第２の駆動電圧よりも大きい第１の駆動電圧を前記振動型モーターへ供給することを特徴とする光学装置。