JP5038176B2 - 光学機器 - Google Patents

Description

本発明は、操作部材の操作に応じて出力される信号に基づいて、ズームやフォーカス等の制御対象動作を制御するレンズ装置や撮像装置等の光学機器に関する。

レンズ装置や撮像装置には、ズーム、フォーカス及び絞り等の光学調節動作を、操作部材の操作に応じて電気的に制御できるものがある。この場合、操作部材の操作方向や操作量は、ＭＲ（磁気抵抗）素子等のセンサからの出力信号を用いて生成された操作部材の位置を示す信号（位置信号）の変化に基づいて検出される。

ＭＲ（磁気抵抗）素子は、操作部材の操作位置の変化に応じて、それぞれ周期的に変化する互いに位相が異なる複数相の正弦波状の信号を出力する。そして、これら各相の信号からリニアに変化する部分を取り出して内挿演算を行い、１つのリニアに変化する位置信号を作り出すことで、操作部材の位置を求めることができる。

このとき、複数相の信号の振幅や基準位置をゲイン調整やオフセット調整によって揃えることで、内挿演算により作り出される位置信号のつなぎ目の不連続性や、該位置信号の変化のリニアリティーを改善する方法が知られている（特許文献１参照）。

ただし、このようにＭＲ素子等のセンサを用いて操作部材の位置（操作方向や操作量）を検出する場合に、該光学機器を使用する温度の変化によってセンサ出力が変動するおそれがある。この場合、操作部材が操作されていなくても複数相の信号から作り出された位置信号の値が変化し、光学調節動作が行われてしまう。

これに対し、特許文献１にて開示されているように、ゲインオフセット補正を行ったり、検出された２つの相対位置データの平均をとったりすることで、温度変化に起因した光学調節動作が行われてしまうことを回避することも可能である。

ただし、操作部材が内挿時の位置信号のつなぎ目付近で停止している状態で温度変化が生じ、これに伴うセンサ出力の変動によって内挿の切り替わりが発生した場合、特許文献１にて開示された方法を用いても、位置信号に大きな変化が発生する可能性がある。この結果、操作部材が操作されていなくても光学調節動作が行われてしまう。

このような問題を解消するためには、一般に、温度変化に伴うセンサ出力の変動（位置信号の変動）を十分カバーできる大きさの閾値を設定しておく。そして、前回検出した位置信号と比較してその閾値を超えて位置信号が変化した場合に限り、操作部材が操作されたものと判断して、光学調節動作を行わせる（前回と今回の位置信号の差分を操作量とする）ようにしている。
特開２００４−６１４５９号公報

しかしながら、上記のような閾値を設定すると、たとえ操作部材が操作されることによって位置信号が変化した場合でも、その変化量が該閾値を超えない限り光学調節動作が行われない。このことは、光学調節動作の高分解能化を妨げる。

一方、閾値を小さくすると、上述したように操作部材が操作されていないにもかかわらず操作されたと判断してしまうことを繰り返すことになる。この結果、微小な光学調節動作が頻繁に行われ、見苦しい画像が撮影されてしまう。

本発明は、センサ出力（つまりは位置信号）の変化量に対する閾値を大きく設定することなく、温度変化に伴う内挿値の変動により制御対象が動作してしまうことを回避でき、かつ制御対象の動作を高分解能で制御できる光学機器を提供する。

本発明の一側面としての光学機器は、操作が可能な操作手段と、該操作手段の操作位置の変化に応じて、それぞれ周期的に変化する互いに位相が異なる複数相の信号を出力する信号出力手段と、前記複数相の信号を内挿して前記操作手段の操作位置に対応する位置情報を算出する位置検出手段と、前記位置情報を所定周期で取得し、該位置情報の変化に基づいて制御対象を動作させる制御手段と、を有し、前記制御手段は、前記位置情報が所定回数以上連続して同じ方向に変化することを条件として前記制御対象を動作させ、前記所定周期は、前記制御手段が前記制御対象の動作を制御する制御周期よりも２倍以上速いことを特徴とする。

本発明によれば、位置情報が所定回数以上連続して同じ方向に変化することを条件として制御対象を動作させるので、位置情報の変化量に対する閾値を大きくしなくても、温度変化に伴う位置情報の変動によって制御対象が動作してしまうことを回避できる。しかも、操作手段の操作を通じて制御対象の動作を高分解能で制御することができる。

以下、本発明の好ましい実施例について図面を参照しながら説明する。

図１には、本発明の実施例である光学機器（撮像装置）としてのレンズ一体型ビデオカメラ（以下、単にビデオカメラという）の構成を示している。

ビデオカメラは、いわゆるリアフォーカス式の撮像光学系を有する。被写体からの光は、固定レンズ１０２、光軸方向に移動可能な変倍レンズ（以下、ズームレンズ）１０３、光量調節動作を行うアイリス（絞り）１０４、固定レンズ１０５及び光軸方向に移動可能なフォーカスレンズ１０６を通って撮像素子１０７上に被写体像を形成する。撮像素子１０７は、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の光電変換素子であり、被写体像を電気信号に変換する。ズームレンズ１０３、アイリス１０４及びフォーカスレンズ１０６は、撮像光学系に含まれる光学調節部材である。

撮像素子１０７からの電気信号（撮像信号）は、カメラ信号処理部１０８にて信号増幅等の処理を受けて、映像信号処理部１０９に入力される。映像信号処理部１０９は、入力された撮像信号に対して色補正、ホワイトバランス等の処理を行って映像信号を生成する。映像信号は、不図示のディスプレイに表示されたり、磁気テープ、半導体メモリ、光ディスク等の記録媒体に記録されたり、外部に出力されたりする。

リアフォーカス式の撮像光学系では、ズームレンズ１０３を光軸方向に移動させて変倍を行いながら、該変動に伴う像面変動を補正するためにフォーカスレンズ１０６を移動させる必要がある。本実施例のビデオカメラでは、図３に示すズームカムデータに従って、ズームレンズ１０３とフォーカスレンズ１０６の位置関係を被写体距離に応じてマイクロコンピュータ（制御手段）１１２が制御することで行われる。

具体的には、マイクロコンピュータ１１２は、ズームレンズ位置検出部１１３とフォーカスレンズ位置検出部１１４とを用いて、ズームレンズ１０３及びフォーカスレンズ１０６の位置をそれぞれ検出する。そして、ユーザにより連続的に回転操作が可能なズーム操作リング（操作手段）１１７が操作されることに応じて、図３のズームカムデータに従う位置関係を維持しながらズームレンズ１０３とフォーカスレンズ１０６を移動させる。なお、ズームレンズ１０３とフォーカスレンズ１０６はそれぞれ、マイクロコンピュータ１１２からの駆動信号（制御信号）を受けたズームレンズ駆動部１１５とフォーカスレンズ駆動部１１６が動作することによって移動する。このズーム動作は、コンピュータズームとも呼ばれる。

また、ビデオカメラには、ズーム操作リング１１７の操作（操作方向及び操作量）を検出するために、操作量検出部（位置検出手段）１１８が設けられている。

図４には、図１に示したズーム操作リング１１７の断面を示している。ズーム操作リング１１７は、上記撮像光学系を収納した不図示のレンズ鏡筒の外周に回転可能に取り付けられた操作部４０１を有する。

ユーザがズーム操作リング１１７の操作部４０１を図中の時計回り方向に回転させると、該操作部４０１の内周に形成されたギヤ部４０２に噛み合っているギヤ４０３は、操作部４０１とは反対方向に回転する。ギヤ４０３は、操作部４０１の操作量に対してギヤ部４０２とギヤ４０３のギヤ比に応じた量だけ回転する。

図５には、操作量検出部１１８に含まれる信号出力手段としてのＭＲセンサ部２０１の具体的な構成例を示している。この図において、ギヤ４０３が回転すると、ギヤ４０３を固定している軸５０４も回転し、回転型ＭＲセンサ５０５に回転が入力される。

回転型ＭＲセンサ５０５は、図示はしないが、周方向においてＳとＮに交互に着磁され、軸５０４の回転に連動して回転する磁石ドラムと、該磁石ドラムに対してある距離だけ離れて配置された磁気抵抗とを有する。磁気抵抗に所定の電圧を与えた状態で磁石ドラムが回転することにより、すなわちズーム操作リング１１７の操作位置の変化に応じて、回転型ＭＲセンサ５０５から、それぞれ周期的に変化する互いに位相が異なる複数相の信号（検出信号）が出力される。本実施例では、２相の検出信号が出力される場合について場合する。ただし、検出信号は３相や４相等、複数相であればよい。

なお、ここでは、回転型ＭＲセンサ５０５を用いる場合について説明するが、ズーム操作リング１１７の内周にＳとＮが交互に着磁された磁石を取り付け、該磁石からある距離だけ離れた位置に磁気抵抗を配置しても同様に、複数相の検出信号を得ることができる。

図８に示すように、回転型ＭＲセンサ５０５からの２相の検出信号（Ｓ相信号及びＣ相信号）はそれぞれ、ズーム操作リング１１７の操作位置（回転量）の変化によって正弦波のように変化する。このときのＳ相信号とＣ相信号の位相差は、磁石ドラムでの着磁ピッチと該磁石ドラムに対する磁気抵抗の距離とによって決まる。本実施例では、Ｓ相信号とＣ相信号とが９０°の位相差を有する。Ｓ相信号はｓｉｎ波形を有する信号の意味であり、Ｃ相信号はｃｏｓ波形を有する信号の意味である。

図２には、操作量検出部１１８の構成を示している。操作量検出部１１８は、Ｓ相信号とＣ相信号を内挿し、ズーム操作リング１１７の操作位置に対応する位置情報を生成する。以下、操作量検出部１１８の構成及び動作をより具体的に説明する。

ＭＲセンサ２０１の出力信号（Ｓ相信号とＣ相信号）は、アンプ２０２によって適度な大きさの電気信号に増幅される。これら増幅されたＳ相信号とＣ相信号は、サンプルホールド回路２０３及びＡＤＣ２０４によって所定のサンプリングタイミングごとにアナログ信号からデジタル信号に変換される。そして、該デジタル信号は、ゲインオフセット調整部２０５にて適切なゲイン及びオフセットを有するように調整され、位相ずれ・反転信号生成部２０６に入力される。

位相ずれ・反転信号生成部２０６は、入力されたＳ相信号とＣ相信号から、該Ｓ相信号とＣ相信号に対して位相がずれた信号と反転した信号を含む８つの信号を生成する。該８つの信号は、副位置演算部２０８に送られる。

副位置演算部２０８は、入力信号に基づいて８つの信号の位相を判断し（プラスマイナスで判断）、大まかな位置(領域)としての副位置を算出する。

また、位相ずれ・反転信号生成部２０６の出力は、主位置演算部２０７にも送られる。主位置演算部２０７は、該８つの信号における直線性を有する部分の中から、位相の判断結果に基づいて適切な信号を選び、その値を主位置として算出する。

そして、主位置演算部２０７で求められた主位置と、副位置演算部２０８によって算出された副位置とを合成位置演算部２０９により合成することで、ズーム操作リング１１７の操作位置に対応する位置情報が算出される。

このようにして算出されたズーム操作リング１１７の位置情報は、制御手段としてのマイクロコンピュータ１１２に送られる。マイクロコンピュータ１１２は、所定周期で位置情報をサンプリング（検出）し、前回のサンプリングタイミングで検出した位置情報の値と今回のサンプリングタイミングで検出した位置情報の値とを比較する。今回の位置情報の値が前回の位置情報の値に対して増加したか減少したかを判別することで、ズーム操作リング１１７の操作方向を判定することができる。また、前回の位置情報の値に対する今回の位置情報の値の差分を算出することで、ズーム操作リング１１７の操作量を求めることができる。

なお、本実施例では、マイクロコンピュータ１１２とは別に操作量検出部１１８を設けた場合について説明したが、操作量検出部１１８のうちＭＲセンサ２０１を除いた構成（又は機能）をマイクロコンピュータ１１２に持たせてもよい。この場合、マイクロコンピュータ１１２は、位置検出手段及び制御手段として機能し、図６のフローチャートに示す手順によりズーム操作リング１１７の操作位置に対応する位置情報（合成位置）を生成する。この動作は、マイクロコンピュータ１１２の内部メモリに格納されたコンピュータプログラムに従って実行される。

Ｓ（ステップ）６０１では、マイクロコンピュータ１１２は、ＭＲセンサ２０１からの出力信号であるＳ相信号とＣ相信号のデジタル信号を取り込む。そして、マイクロコンピュータ１１２は、Ｓ６０３にて、Ｓ相信号（図６にはＳと記す）とＣ相信号（図６にはＣと記す）に対して適切なゲイン調整及びオフセット調整を行い、規格化する。

次に、Ｓ６０４では、マイクロコンピュータ１１２は、Ｓ相信号に対する４５°の位相進み信号ＨＳとＣ相信号に対する４５°の位相遅れ信号ＨＣを算出する。さらに、Ｓ６０６では、Ｓ相信号、Ｃ相信号、位相進み信号ＨＳ及び位相送れ信号ＨＣの反転信号を算出する。これにより上述した８つの信号が生成される。

次に、Ｓ６０７では、マイクロコンピュータ１１２は、該８つの信号の位相を判断し、該判断結果に基づいて、ズーム操作リング１１７の大まかな副位置を計算する。さらに、Ｓ６０９では、位相の判断結果に基づいて、該８つの信号から適切な信号を選択し、その値をズーム操作リング１１７の主位置として算出する。

続いてＳ６１０では、マイクロコンピュータ１１２は、算出した主位置及び副位置を合成することで、最終的にズーム操作リング１１７の操作位置に対応する位置情報（合成位置）を求める。

そして、Ｓ６１１では、マイクロコンピュータ１１２は、Ｓ６０１に戻る。以上の処理を前述した所定周期で繰り返すことで、マイクロコンピュータ１１２は、該所定周期でズーム操作リング１１７の位置情報を検出（更新）する。

ズーム操作リング１１７が操作されたときの理想的な、すなわちビデオカメラの使用環境温度や内部温度の変化に起因したＭＲセンサ２０１からの出力の変動がない場合の位置情報（合成位置）の変化を図９に示す。ズーム操作リング１１７の位置情報の算出に用いられる信号は、ズーム操作リング１１７の操作量が変化するに従って合成位置演算部２０９（又はＳ６１０）での処理によって内挿信号Ａ→Ｂ→Ｃと切り換えられる。理想的な状態では、内挿信号Ａ，Ｂ，Ｃは互いにずれることなく、つなぎ合わされる。

しかしながら、ビデオカメラの使用環境温度や内部温度の変化によってＭＲセンサ２０１からの出力が変動することにより、例えば図１０に示すように、内挿信号Ａ，Ｂのつなぎ目にずれ（ギャップ）が生じる場合がある。この場合に、ズーム操作リング１１７の操作位置がたまたま内挿信号Ａ，Ｂのつなぎ目付近にあると、ＭＲセンサ２０１からの出力の変動によって位置情報が内挿信号Ａに基づいて算出されたり、内挿信号Ｂに基づいて算出されたりして、位置情報が急激に変化する。このため、マイクロコンピュータ１１２は、ズーム操作リング１１７が操作されたと誤認識してしまう。

ここで、このような内挿信号のつなぎ目のずれ（内挿の切り替えによるずれ）に起因した位置情報の変化は、基本的に、同じ方向に連続して２回発生することはなく、増減方向のうち一方向に変化した後の次の変化は逆方向に発生する。本実施例では、この特性を利用して、ズーム操作リング１１７が操作されたとの誤認識を回避している。

図７のフローチャートには、ズーム操作リング１１７が操作されたとの誤認識を回避するためのマイクロコンピュータ１１２の動作を示す。この動作は、マイクロコンピュータ１１２の内部メモリに格納されたコンピュータプログラムに従って実行される。

Ｓ７０１で処理を開始すると、Ｓ７０２にて、マイクロコンピュータ１１２は、前述したズーム操作リング１１７の位置情報（合成位置）を算出する。これにより、ズーム操作リング１１７の現在の位置を取得する。

次に、Ｓ７０３では、マイクロコンピュータ１１２は、ズーム操作リング１１７の現在の位置と前回取得した位置との差分を算出し、該差分が規定値（閾値）よりも大きいか否かを判定する。規定値よりも大きい場合はＳ７０５に進み、規定値よりも小さい場合はＳ７０４に進む。

Ｓ７０４では、マイクロコンピュータ１１２は、動作フラグをＦａｌｓｅに設定する。そして、次のＳ７１０で、現在の位置情報を前回の位置情報に更新する。これにより、ズーム操作リング１１７は前回から操作されていないものとして扱われることになる。Ｓ７１０からはＳ７１１，Ｓ７０１を介してＳ７０２に戻り、位置情報が規定値を超えて変化するまでＳ７０４，Ｓ７１０を繰り返す。

一方、Ｓ７０５では、マイクロコンピュータ１１２は、前回の位置情報がそれよりも１回前の位置情報に対して規定値を超えて変化したか否かを確認するために、動作フラグがＴｒｕｅに設定されているか否かを判定する。動作フラグがＴｒｕｅに設定されていない場合は、Ｓ７０６に進み、今回の位置情報が前回の位置情報に対して変化した方向（今回変化方向）を記憶する。そして、動作フラグにＴｒｕｅを設定して、Ｓ７１０に進む。

また、動作フラグがＴｒｕｅに設定されている場合は、Ｓ７０７に進み、マイクロコンピュータ１１２は、今回変化方向が、前回の位置情報がそれよりも１回前の位置情報に対して変化した方向（前回変化方向）と同じか否かを判定する。今回変化方向が前回変化方向と異なる場合は、Ｓ７０８に進み、今回変化方向を記憶して、動作フラグをＴｒｕｅにし、Ｓ７１０に進む。このように、位置情報が１回のみ規定値を超えて変化しただけでは、ズーム操作リング１１７が操作されたものとしては扱わず、制御対象であるズームレンズ１０３及びフォーカスレンズ１０６の動作を禁止する。

一方、今回変化方向が前回変化方向と同じである場合、すなわち位置情報が所定回数（本実施例では２回）以上連続して同じ方向に変化した場合は、Ｓ７０９に進む。Ｓ７０９では、マイクロコンピュータ１１２は、ズームレンズ駆動部１１５及びフォーカスレンズ駆動部１１６に対し、ズーム操作リング１１７の操作方向及び操作量に応じて駆動信号を出力する。すなわち、制御対象であるズームレンズ１０３及びフォーカスレンズ１０６を動作させる。

このように、位置情報が所定回数以上連続して同じ方向に変化することを条件として、今回の位置情報の変化が温度変化に起因したＭＲセンサ２０１からの出力の変動によるものではなく、ズーム操作リング１１７が操作されたことによるものとみなす。これにより、Ｓ７０３で用いる規定値を大きくすることなく、ズーム操作リング１１７が操作されたとの誤認識を回避することができ、ユーザの意図しないズーム動作（光学調節動作）が行われてしまうことを防止できる。規定値を許される範囲で小さく設定することで、Ｓ７０９でズーム操作リング１１７の操作が有効と扱われる操作量を小さくすることができ、ズーム動作制御の分解能を高めることができる。

なお、Ｓ７０９からはＳ７１２に進み、マイクロコンピュータ１１２は、今回変化方向を記憶して、動作フラグをＴｒｕｅにし、Ｓ７１０に進む。

本実施例において、マイクロコンピュータ１１２によるズーム操作リング１１７の位置情報の検出周期（所定周期）は、例えば１ＫＨｚに設定される。これに対し、ズーム操作リング１１７の操作（位置情報の変化）に応じてズーム動作を制御する周期（制御周期）は、例えば６０Ｈｚに設定される。このように、位置情報の検出周期を位置情報に基づく制御周期の少なくとも２倍以上速くすることで、Ｓ７０７にて説明した条件でズーム動作を実行することとしても、ズーム操作リング１１７の操作に対するズーム動作遅れはほとんど生じない。

以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、実施例に対して種々の変形や変更が可能である。

例えば、上記実施例ではレンズ一体型ビデオカメラについて説明したが、本発明は、交換レンズ等の他の光学機器にも適用することができる。また、本発明は、これらの撮像を行うための光学機器だけでなく、操作部材の操作をセンサからの複数相の信号を内挿して検出することで制御対象の動作を制御する各種光学機器にも適用することができる。

また、位置情報が所定回数以上連続して同じ方向に変化するとの条件における「所定回数」は２回に限らず、３回以上としてもよい。さらに、該所定回数をユーザが任意に変更可能とするための回数変更部（回数変更手段）を設けてもよい。

また、上記実施例では、ズーム操作リングの操作に応じてズームレンズ及びフォーカスレンズの動作（ズーム動作）が行われる場合について説明したが、本発明は、絞り操作部材の操作に応じて絞り（アイリス）の動作が行われる場合にも適用することができる。

さらに、本発明は、光学調節手段を有する撮像装置や交換レンズといった光学機器に限らず、各種光学機器において制御対象の動作を操作部材の操作に応じて制御する場合に広く適用することができる。

本発明の実施例であるビデオカメラの構成を示すブロック図。 実施例における操作量検出部の構成を示すブロック図。 ズーム動作におけるズームレンズとフォーカスレンズの位置関係（カムデータ）を示す図。 実施例におけるズーム操作リングの断面図。 実施例におけるＭＲセンサを示す図。 実施例における動作を示すフローチャート。 実施例における動作を示すフローチャート。 ＭＲセンサから出力されるＳ相信号及びＣ相信号を示す図。 理想的な位置情報の変化を示す図。 温度変化によりＭＲセンサからの出力が変動した場合の位置情報の変化を示す図。

符号の説明

１０３ ズームレンズ
１０５ フォーカスレンズ
１０７ 撮像素子
１１２ マイクロコンピュータ
１１８ 操作量検出部
２０１ ＭＲセンサ

Claims (5)

1. 操作が可能な操作手段と、
   該操作手段の操作位置の変化に応じて、それぞれ周期的に変化する互いに位相が異なる複数相の信号を出力する信号出力手段と、
   前記複数相の信号を内挿して前記操作手段の操作位置に対応する位置情報を算出する位置検出手段と、
   前記位置情報を所定周期で取得し、該位置情報の変化に基づいて制御対象を動作させる制御手段と、を有し、
   前記制御手段は、前記位置情報が所定回数以上連続して同じ方向に変化することを条件として前記制御対象を動作させ、
   前記所定周期は、前記制御手段が前記制御対象の動作を制御する制御周期よりも２倍以上速いことを特徴とする光学機器。
2. 前記制御対象は、該光学機器の光学系に含まれる光学調節部材であることを特徴とする請求項１に記載の光学機器。
3. 前記操作手段は、回転操作によりズームレンズ及びフォーカスレンズを駆動させるためのズーム操作リングであり、
   前記制御対象は、ズームレンズ及びフォーカスレンズであることを特徴とする請求項１に記載の光学機器。
4. 前記操作手段は、回転操作により絞りを駆動させるための絞り操作部材であり、
   前記制御対象は、絞りであることを特徴とする請求項１に記載の光学機器。
5. 前記所定回数を変更可能な回数変更手段を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光学機器。