JP6004668B2 - 光学機器およびレンズ装置 - Google Patents

Description

本発明は、絞りの駆動速度を制御する光学機器に関する。

特許文献１は、ステッピングモータによって駆動され、固定開口の内側に絞り羽根を突出させて開放径よりも小さい絞り開口径を得る絞りユニットを開示しており、絞り羽根の初期位置は固定開口の外側にある。絞り羽根の初期位置と固定開口の内周縁との間の区間を助走区間と定義すれば、開放絞り値から絞る場合には初期位置から助走区間を含めて絞り羽根を駆動することになる。また、同公報は、静止画撮影モードでは高速モードで絞りを駆動し、動画撮影モードでは低速モードで絞りを駆動する方法を開示している。

特許文献２は、ステッピングモータの励磁コイルに対し、ロータを基準位置（初期位置）に回転させるための通電条件にて通電させた後、通電条件の変更によりロータを基準位置とは異なる位置に回転させる方法を開示している。特に、動画撮影が行われる際には、励磁コイルに対してロータの目標回転位置に応じて少なくとも通電量を変更して通電を行う方法を開示している。

特開２０１２−０１３８９６号公報 特開２００１-６９７９３号公報

従来は、前述の助走区間における動画撮影時の絞り駆動に時間ロスがあるという問題があった。

本発明は、動画撮影において絞り駆動時間を短縮することが可能な光学機器を提供することを例示的な目的とする。

本発明の光学機器は、開口の大きさが固定された固定開口を有する遮光部材と、前記固定開口を通過する光の光量調節を行う絞り羽根と、前記絞り羽根を駆動させるためのモータと、前記モータの駆動を制御する制御手段と、を有する光学機器であって、前記絞り羽根により形成される開口の大きさは、前記固定開口よりも大きい第１の大きさと、前記固定開口よりも小さい第２の大きさの間で可変であり、前記絞り羽根は、前記開口の大きさが前記第１の大きさとなる第１の位置と、前記開口の大きさが前記第２の大きさとなる第２の位置の間を移動可能であり、前記開口の大きさが前記固定開口の大きさに対応する大きさとなるときの前記絞り羽根の位置を第３の位置として、前記制御手段は、前記絞り羽根が前記第１の位置から前記第３の位置へ移動するときの前記絞り羽根の最大速度が、前記絞り羽根が前記第２の位置と前記第３の位置の間を移動するときの前記絞り羽根の最大速度よりも速くなるように、前記モータを制御することを特徴とする。
本発明の他の側面としてのレンズ装置は、開口の大きさが固定された固定開口を有する遮光部材と、前記固定開口を通過する光の光量調節を行う絞り羽根と、前記絞り羽根を駆動させるためのモータと、前記モータの駆動を制御する制御手段と、を有し、撮像装置に着脱可能なレンズ装置であって、前記絞り羽根により形成される開口の大きさは、前記固定開口よりも大きい第１の大きさと、前記固定開口よりも小さい第２の大きさの間で可変であり、前記絞り羽根は、前記開口の大きさが前記第１の大きさとなる第１の位置と、前記開口の大きさが前記第２の大きさとなる第２の位置の間を移動可能であり、前記開口の大きさが前記固定開口の大きさに対応する大きさとなるときの前記絞り羽根の位置を第３の位置として、前記撮像装置の撮影モードが動画撮影モードに設定されている場合、前記制御手段は、前記絞り羽根が前記第１の位置から前記第３の位置へ移動するときの前記絞り羽根の最大速度が、前記絞り羽根が前記第２の位置と前記第３の位置の間を移動するときの前記絞り羽根の最大速度よりも速くなるように、前記モータを制御することを特徴とする。

本発明によれば、上記区間の速度を速めることによって動画撮影において絞り駆動時間を短縮することが可能な光学機器を提供することができる。

本実施形態のカメラシステムのブロック図である。 図１に示す絞りユニットの正面図である。 図１に示す絞り駆動アクチュエータ（ステッピングモータ）を駆動するための１−２相励磁駆動とマイクロステップ駆動の電圧波形図である。 図１に示す絞り駆動アクチュエータの高速モード用制御パターンと低速モード用制御パターンを示す図である。 動画撮影時の助走区間の速度制御を示す図である。 本実施形態の絞り駆動方法を示すフローチャートである。

図１は、本実施形態のカメラシステムのブロック図である。カメラシステムは、交換レンズ（レンズ装置、光学機器）２００が着脱可能に装着される一眼レフデジタルカメラとしてのカメラ本体（撮像装置）１００により構成されている。

カメラ本体１００は、撮像素子１０、画像処理回路２０、測光回路３０、焦点検出部４０、記録部５０、表示部６０、カメラマイコン（マイクロコンピュータ）７０、その他の構成要素を有する。

撮像素子１０は、撮像光学系が形成した光学像を光電変換し、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等から構成される。画像処理回路２０は、撮像素子１０の出力信号から映像信号を生成する。測光回路３０は、画像処理回路２０が生成した映像信号から輝度信号を抽出し、映像の明るさ（被写体輝度）を測定する。焦点検出部４０は、画像処理回路２０が生成した映像信号のコントラスト状態に基づいて後述する撮影光学系の焦点状態を検出する。記録部５０は、映像信号を半導体メモリ等の記録媒体に記録する。表示部６０は、映像信号を表示する。

カメラマイコン７０は上記各部の動作を制御する。また、カメラマイコン７０は、交換レンズ２００のレンズマイコン２０６と通信して交換レンズ２００の絞りユニット２０４の駆動を制御する制御手段として機能する。この場合、カメラマイコン７０は、ユーザによる不図示のシャッタボタンの第１ストローク操作（半押し）に応じて測光回路３０を用いて被写体輝度を測定し、次に、被写体輝度に基づいて絞り値と絞り速度を設定する。また、カメラマイコン７０は、被写体輝度に基づいて撮像素子１０の露光時間（シャッタ時間）も決定する。次に、カメラマイコン７０は、絞り値や絞り速度を指示情報としてレンズマイコン２０６に送信する。指令信号は、ユーザによるシャッタボタンの第２ストローク操作（全押し操作）に応じて送信されてもよい。

交換レンズ２００は、物体の光学像を撮影する撮影光学系とレンズマイコン２０６を有する。撮影光学系は、光軸方向に移動して焦点調節を行うフォーカスレンズ２０１と、光軸方向に移動して変倍を行う変倍レンズ２０２と、入射光量を調整する絞りユニット２０４と、を含む。絞りユニット２０４には、特許文献１の図２に示す構成を適用することができる。

図２は絞りユニット２０４の正面図である。同図に示すように、絞りユニット２０４は、カム板２５４と複数の絞り羽根２６１を有する。

カム板２５４は、開口径が開放径Ｄに固定された固定開口Ｆ１を中央部に有する円環形状の遮光部材である。固定開口Ｆ１によって開放径（開放絞り値）Ｄを決定する。

複数の絞り羽根２６１は、初期位置ＩＰから固定開口Ｆ１の内部に移動可能（突出可能）に構成されている遮光部材である。複数の絞り羽根２６１は、固定開口Ｆ１の内部に、開口径が開放径Ｄよりも小さく（開放絞り値より大きい絞り値）、可変の絞り開口２６２を形成する。

複数の絞り羽根２６１は、互いに一部同士が重なり合うように、絞りユニット２０４の周方向に所定間隔で配置されている。複数の絞り羽根２６１が不図示の軸周りに回動されることにより、絞り開口２６２の大きさである絞り開口径（絞り値）が変化し、絞り開口２６２を通過する入射光量が調節される。このような絞りユニット２０４は、いわゆる虹彩型の絞りユニットとも称される。

絞り駆動アクチュエータ２５０（つまりは絞り羽根２６１）の初期位置ＩＰは、図２の点線で示すように、固定開口Ｆ１の内周縁よりも外側に配置されている。本実施形態では、初期位置ＩＰと固定開口Ｆ１の内周縁の位置（絞り羽根２６１がカム板２５４の内径に一致する開放絞り位置）との間の区間を助走区間ＲＷと定義する。助走区間ＲＷは、１−２相励磁方式での４ステップの駆動量に相当する。

２１１はフォーカスレンズ２０１を光軸方向に移動させるフォーカス駆動アクチュエータであり、２１２は変倍レンズ２０２を光軸方向に移動させるズーム駆動アクチュエータである。

２５０は絞りユニット２０４を駆動する絞り駆動アクチュエータであり、ステッピングモータから構成されるが、本実施形態では特に駆動手段の種類は限定されない。絞り駆動アクチュエータには、特許文献１の図３に示す電磁回路を適用することができる。

レンズマイコン２０６は、カメラマイコン７０と通信を行いながら、フォーカス駆動アクチュエータ２１１、ズーム駆動アクチュエータ２１２および絞り駆動アクチュエータ２５０の駆動を制御する制御手段である。

レンズマイコン２０６は、カメラマイコン７０から送信される指示情報に指示される絞り値が得られるように、絞り駆動アクチュエータ２５０の駆動を制御する。また、レンズマイコン２０６は、絞り指令信号により指示される絞り速度に応じて、絞り駆動アクチュエータ２５０の駆動速度を制御する。絞り羽根が開放位置にあることは、不図示のフォトインタラプタ等の検出手段によって検出される。

カメラマイコン７０は、図３（ａ）に示す１−２相励磁駆動と図３（ｂ）に示すマイクロステップ駆動によって絞り駆動アクチュエータ２５０を駆動する。図３の縦軸のφＡはＡ相コイルの端子電圧を表し、ΦＢはＢ相コイルの端子電圧（１００％に規格化されている）を表す。図３の横軸は時間を表している。

１−２相励磁駆動は、ステッピングモータの不図示のロータをＡ相とＢ相のステータの中間位置に止めることができる。マイクロステップ駆動は、１−２相励磁よりも細かくロータの回転位置を制御して、絞りを高精度で滑らかに、かつ、静かに駆動することができ、動画撮影時の絞り制御に向いている。

絞り駆動アクチュエータ２５０は、絞り開放位置で１−２相励磁パターンと一致するように構成され、１−２相励磁の１ステップの駆動による絞り値の変化量が、１／８段となるように設定されている。さらに、励磁パターンの切り替え時間間隔（周期）を変更することにより、絞り駆動アクチュエータ２５０の駆動速度（つまり絞り羽根２６１の移動速度）を調整することができる。

例えば、絞りユニット２０４を開放絞り値から２段だけ絞る場合は、助走区間ＲＷに相当する駆動量（４ステップ）と２段の絞り込みに相当する駆動量（１６ステップ）とを合わせた２０ステップだけ絞り駆動アクチュエータ２５０を駆動する。

本実施形態では、図４に示すように、駆動に伴う騒音に対処するために、ステッピングモータを高速で駆動する高速モード用制御パターンと、ステッピングモータを低速で駆動する静音モード用制御パターンと、が設けられている。

また、カメラマイコン７０は、静止画を撮影する静止画撮影モードと、動画を撮影する動画撮影モードで動作可能である。動画撮影モードでは音声も記録されるため、撮像レンズ２００の駆動音を抑える必要がある。静止画撮影モードでは高速性を重視し、高速モード用制御パターンを用い、動画撮影モードでは静音性を重視し、静音モード用制御パターンを用いる。本実施形態では、高速モード用制御パターンを１−２相励磁駆動で駆動し、静音モード用制御パターンをマイクロステップ駆動で駆動している。

図５は、動画撮影時に初期位置ＩＰから助走区間ＲＷを経て目標絞り位置（小絞り位置）に到達するまでの時間と絞り駆動速度の関係を示す図である。縦軸は絞り駆動速度であり、横軸は時間である。

図５（ａ）は従来の絞り駆動速度制御を示しており、絞り駆動開始時刻である時刻Ｔ０から絞り駆動終了時刻である時刻Ｔ１まで絞り駆動速度である速度Ｖ１は一定である。時刻Ｔ０〜Ｔ２までの間が助走区間ＲＷに対応する。速度Ｖ１は、動画撮影時に絞り駆動による光量変化が撮影者にとって許容可能な速度のうちの最高速度に設定されており、時刻Ｔ２から動画撮影の記録が開始される。

図５（ｂ）は本実施形態の関係を示している。ここでは、絞り駆動開始時刻である時刻Ｔ０から絞り駆動終了時刻である時刻Ｔ４まで絞り駆動速度を変化させている。具体的には、時刻Ｔ０から時刻Ｔ３までは速度Ｖ２で絞りユニット２０４は駆動される。

まず、速度Ｖ２は、モータが駆動開始直後に直ちに到達可能な最高速度以下の速度である。これは、絞りの駆動音を抑える必要があるためである。もちろん、この速度は、モータが絞り羽根２６１を駆動可能な最高速度よりも遅い。一般に、モータは速度０から徐々に速度が増加するように駆動可能であるが、直ちにある速度から駆動されることもできる。そして、この直ちに到達可能な速度は一定の範囲を有する。図５（ａ）では、それを速度Ｖ１に設定していた。

しかしながら、この速度はもう少し高い速度に設定することもでき、この場合には助走区間ＲＷの駆動時間が短縮される。そこで、本実施形態では、絞り羽根２６１を従来の小絞り速度である速度Ｖ１よりも高い速度Ｖ２（Ｖ２＞Ｖ１）で駆動している。

助走区間ＲＷは撮像には関係ない区間であるが、録音には影響する。このため、速度Ｖ２は、動画撮影中の絞り駆動音を許容可能な速度（人間にとって騒音が録音されていないと感じる程度の速度）に設定される。例えば、動画撮影中に録音される駆動音が３０ｄＢ以下となる速度に設定される。「３０ｄＢ以下」は、より静穏性が要求される光学機器では２０ｄＢ以下であり、より好ましくは、１５ｄＢ以下である。駆動音をどれだけ許容できるかはマイクの性能にも関係するため、マイクの性能も考慮して絞り駆動音を許容可能な速度を設定することが好ましい。速度Ｖ２が、動画撮影中の絞り駆動音を許容可能な速度のうち最高速度であれば、効果は大きいが、最高速度であることは必ずしも必須ではない。

図５（ｂ）はこの場合を示しており、モータの種類によって、駆動開始直後に直ちに到達可能な速度はかわるため、速度Ｖ２は助走区間中に動画撮影中の絞り駆動音を許容可能な最高速度を変更してもよい。

この結果、助走区間ＲＷに対応する期間が時刻Ｔ０〜Ｔ３までであり、図５（ａ）と比較すると時間Ｔ（＝Ｔ２−Ｔ３）だけ短縮される。その後、速度Ｖ２は速度Ｖ１に変更（減少）される。この結果、絞り駆動終了時刻は時刻Ｔ４となり、図５（ａ）と比較すると、時刻Ｔ１から時間Ｔ（＝Ｔ１−Ｔ４）だけ短縮される（時刻Ｔ３〜時刻Ｔ４までの期間と時刻Ｔ２〜時刻Ｔ１までの時間は等しい）。このように、本実施形態によれば、時間Ｔ分の短縮効果を得ることができる。

なお、図５（ｂ）は時刻Ｔ０〜Ｔ３において一定であるが、時刻Ｔ０の速度Ｖ２から時刻Ｔ３の速度Ｖ１まで徐々に減少してもよい。減少の態様は、線形、階段状、曲線状など限定されない。また、助走区間の途中で速度Ｖ１になってもよい。即ち、動画撮影中に、助走区間の少なくとも一部を絞り羽根２６１が移動するときの速度が、絞り羽根２６１が開放絞り位置から固定開口Ｆ１の内部に移動するときの速度よりも速くなっていれば足りる。上述した助走区間ＲＷにおける絞り速度制御は、レンズマイコン２０６によって行われる。

図６は、本実施形態の絞り駆動方法を示すフローチャートであり、「Ｓ」はステップ（工程）を表している。図６に示す方法は、コンピュータに各ステップの機能を実行させるためのプログラムとして具現化可能であり、ここでは、レンズマイコン２０６によって実行される。

まず、カメラマイコン７０から絞り駆動指示を受けると、レンズマイコン２０６は、小絞り駆動か開放駆動かを判断し（Ｓ３０１）、開放側への駆動ならＳ３０２へ移行し、小絞り側への駆動ならＳ３０５へ移行する。

レンズマイコン２０６は、開放側への駆動である場合（Ｓ３０１のＹ）、上記検出手段の出力に基づき、絞りが開放か、絞り込まれているかを判断する（Ｓ３０２）。絞りが開放の場合（Ｓ３０２のＹ）、開放側への駆動は必要無いため処理を終了する。絞りが絞り込まれている場合（Ｓ３０２のＮ）、レンズマイコン２０６は、撮影モードが静止画撮影モードであれば（Ｓ３０３のＹ）、高速モード用制御パターンを選択する（Ｓ３０４）。一方、レンズマイコン２０６は、撮影モードが動画撮影モードであれば（Ｓ３０３のＮ）、静音モード用制御パターンを選択する（Ｓ３０５）。

次に、レンズマイコン２０６は、撮影モードによって選択された絞り駆動速度に従って目標駆動量に現在の駆動量が等しくなるまで絞りを開放側へ駆動して処理を終了する（Ｓ３０６）。また、開放側への駆動中、上記検出手段の出力を検出し、開放位置状態であったと判断した場合は、駆動量とは無関係にステップモータを初期位置まで駆動して駆動を終了する。

レンズマイコン２０６は、小絞り側への駆動である場合（Ｓ３０１のＮ）、Ｓ３０３と同様に、撮影モードが静止画撮影モードであれば（Ｓ３０７のＹ）、高速モード用制御パターンを選択する（Ｓ３０８）。そして、レンズマイコン２０６は、撮影モードによって選択された絞り駆動速度に従って目標駆動量に現在の駆動量が等しくなるまで絞りを開放側へ駆動して処理を終了する（Ｓ３０９）。

一方、レンズマイコン２０６は、撮影モードが動画撮影モードであれば（Ｓ３０７のＮ）、静音モード用制御パターンを選択し（Ｓ３１０）、絞り羽根２６１の現在位置が助走区間ＲＷにあるかどうかを判断する（Ｓ３１１）。絞り羽根２６１の現在位置が助走区間ＲＷにあれば（Ｓ３１１のＹ）、助走区間ＲＷにおいては図４（ｂ）に示す速度Ｖ２を設定して絞り込み駆動を行い（Ｓ３１２）、助走区間ＲＷが終了すると（Ｓ３１１のＮ）、図４（ｂ）に示す速度Ｖ１を設定する（Ｓ３１３）。上述したように、速度Ｖ２は、モータが駆動開始直後に直ちに到達可能な速度であり、かつ、動画撮影中の絞り駆動音を許容可能な速度のうち最高速度以下の速度である。加えて、速度Ｖ２は、動画撮影時に絞り駆動による光量変化が撮影者にとって許容可能な速度のうちの最高速度（即ち、速度Ｖ１）よりも大きい速度である。

絞り羽根２６１の現在位置が助走区間ＲＷにない場合も（Ｓ３１１のＮ）、図４（ｂ）に示す速度Ｖ１を設定する（Ｓ３１３）。Ｓ３１３の後で、レンズマイコン２０６は、撮影モードによって選択された絞り駆動速度に従って目標駆動量に現在の駆動量が等しくなるまで絞りを開放側へ駆動して処理を終了する（Ｓ３０９）。また小絞り側への駆動中、駆動可能な最大小絞り位置となった場合は、駆動量とは無関係にステップモータの初期位置まで駆動し駆動を終了する。

なお、上記各実施例では、絞りユニットが搭載された交換レンズについて説明したが、本発明は、絞りユニットを含む撮影光学系が一体に設けられたデジタルスチルカメラやビデオカメラ等の光学機器にも適用することができる。

また、本実施形態では、ステッピングモータについて説明したが、他のモータ（ＤＣモータ、ボイスコイルモータ、超音波モータ）にも適用することができる。この場合は、助走区間を検出可能な検出手段が設けられればよい。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

光学機器は、交換レンズまたはレンズ一体型のカメラに適用することができる。

２００…交換レンズ（レンズ装置、光学機器）、２０６…レンズマイコン（制御手段）、２５０…絞り駆動アクチュエータ、２５４…カム板（遮光部材）、２６１…絞り羽根、２６２…絞り開口、Ｆ１…固定開口、ＩＰ…初期位置、ＲＷ…助走区間

Claims (4)

1. 開口の大きさが固定された固定開口を有する遮光部材と、
   前記固定開口を通過する光の光量調節を行う絞り羽根と、
   前記絞り羽根を駆動させるためのモータと、
   前記モータの駆動を制御する制御手段と、
   を有する光学機器であって、
   前記絞り羽根により形成される開口の大きさは、前記固定開口よりも大きい第１の大きさと、前記固定開口よりも小さい第２の大きさの間で可変であり、
   前記絞り羽根は、前記開口の大きさが前記第１の大きさとなる第１の位置と、前記開口の大きさが前記第２の大きさとなる第２の位置の間を移動可能であり、
   前記開口の大きさが前記固定開口の大きさに対応する大きさとなるときの前記絞り羽根の位置を第３の位置として、
   前記制御手段は、前記絞り羽根が前記第１の位置から前記第３の位置へ移動するときの前記絞り羽根の最大速度が、前記絞り羽根が前記第２の位置と前記第３の位置の間を移動するときの前記絞り羽根の最大速度よりも速くなるように、前記モータを制御することを特徴とする光学機器。
2. マイクロステップ駆動により前記モータが駆動されている場合、前記制御手段は、前記絞り羽根が前記第１の位置から前記第３の位置へ移動するときの最大速度が、前記絞り羽根が前記第２の位置と前記第３の位置の間を移動するときの最大速度よりも速くなるように、前記モータを制御することを特徴とする請求項１に記載の光学機器。
3. 開口の大きさが固定された固定開口を有する遮光部材と、
   前記固定開口を通過する光の光量調節を行う絞り羽根と、
   前記絞り羽根を駆動させるためのモータと、
   前記モータの駆動を制御する制御手段と、
   を有し、撮像装置に着脱可能なレンズ装置であって、
   前記絞り羽根により形成される開口の大きさは、前記固定開口よりも大きい第１の大きさと、前記固定開口よりも小さい第２の大きさの間で可変であり、
   前記絞り羽根は、前記開口の大きさが前記第１の大きさとなる第１の位置と、前記開口の大きさが前記第２の大きさとなる第２の位置の間を移動可能であり、
   前記開口の大きさが前記固定開口の大きさに対応する大きさとなるときの前記絞り羽根の位置を第３の位置として、
   前記撮像装置の撮影モードが動画撮影モードに設定されている場合、前記制御手段は、前記絞り羽根が前記第１の位置から前記第３の位置へ移動するときの前記絞り羽根の最大速度が、前記絞り羽根が前記第２の位置と前記第３の位置の間を移動するときの前記絞り羽根の最大速度よりも速くなるように、前記モータを制御することを特徴とするレンズ装置。
4. 前記撮像装置は、撮影モードを動画撮影モードと静止画撮影モードに設定することが可能であり、
   前記撮影モードが動画撮影モードに設定されている場合、前記制御手段は、マイクロステップ駆動により前記モータを制御し、
   前記撮影モードが静止画撮影モードに設定されている場合、前記制御手段は、矩形波駆動により前記モータを制御することを特徴とする請求項３に記載のレンズ装置。