JP5967544B2 - レンズ鏡筒、撮像装置およびカメラ - Google Patents

レンズ鏡筒、撮像装置およびカメラ Download PDF

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Description

ここに開示された技術は、静止画または動画の撮影が可能なカメラとそれに用いられる撮像装置、レンズ鏡筒に関する。
一般的に、静止画または動画が撮影できる撮像装置は、一つのフォーカスレンズ群を駆動するフォーカスアクチュエータと、一つのズームレンズ群を駆動するズームアクチュエータにより、フォーカス動作およびズーム動作を行う。フォーカスアクチュエータおよびズームアクチュエータは、ＤＣモータやステッピングモータ、超音波モータなどが使われる。フォーカスアクチュエータおよびズームアクチュエータはエンコーダなどにより相対位置はわかるが、絶対位置がわからないので、原点検出センサが用いられる。
特許文献１は、静止画または動画の撮影できる撮像装置とレンズ鏡筒であって、ズームレンズ群は手動により駆動され、フォーカスレンズ群は一つのアクチュエータにより駆動される。アクチュエータの原点検出センサは、フォーカスレンズ群のトラッキング範囲内の中央部に配置されている。
特開２０１０−７９２５０号公報
しかし、特許文献１には、１つのアクチュエータしか用いていないため、レンズ鏡筒が大型化してしまう課題があった。
本発明の目的は、小型化可能なレンズ鏡筒、撮像装置およびカメラを提供することである。
本発明のレンズ鏡筒は、光軸に沿って移動することに伴い、ズーム倍率を可変するとともに被写体像のフォーカス状態を調整する第１及び第２ズームフォーカスレンズ群と、第１ズームフォーカスレンズ群を駆動する第１アクチュエータと、第２ズームフォーカスレンズ群を駆動する第２アクチュエータと、を備える。
本発明によれば、電源投入時やレンズ装着時のレンズ初期動作後のズーム動作や、フォーカス動作をするときのレンズ駆動時に、ヒステリシスがなくなり、ヒステリシス除去動作をする必要がないので、高速にズーム動作やフォーカス動作を行うことができる。
デジタルカメラの概略断面図 デジタルカメラの斜視図 ズーム動作、フォーカス動作における各レンズ群の位置を示す図 第４レンズ群のズーム位置、フォーカス位置におけるレンズ群の位置を示す図 第２レンズ群の初期動作を示す図 第４レンズ群の初期動作を示す図 第５レンズ群の初期動作を示す図 初期動作の一例を示すフローチャート 高速化した初期動作の一例を示すフローチャート さらに高速化した初期動作の一例を示すフローチャート 干渉検出用フォトセンサの配置のその他の実施の形態 フォトセンサの配置のその他の実施の形態
本発明の実施形態に係るレンズ鏡筒、撮像装置およびカメラについて説明する。なお、以下の実施形態は本発明の一実施形態であり、本発明はこれらの実施形態に限定されない。
［実施形態］
《１：デジタルカメラの構成》
図１はデジタルカメラ１の概略断面図である。図２はデジタルカメラ１の概略斜視図である。図１に示すように、デジタルカメラ１は、レンズ鏡筒２とカメラ本体３とを備えている。
ここで図１や図２に示すように、本実施形態では、デジタルカメラ１に対して３次元直交座標系を設定する。光学系４（後述）の光軸５はＺ軸方向と一致している。Ｘ軸方向はデジタルカメラ１での横撮り姿勢における水平方向と一致している。Ｙ軸方向はデジタルカメラ１での横撮り姿勢における鉛直方向と一致している。なお、これらの方向はデジタルカメラ１の使用状態を限定するものではない。
図１に示すように、レンズ鏡筒２は、レンズ支持機構６と絞り駆動制御部７とズームフォーカス駆動制御部８と、レンズマイコン４０と、を有している。
レンズ支持機構６は、光学系４と、レンズ群支持枠２０〜２４と、ズームフォーカスモータ２５〜２７と、レンズ群フォトセンサ２９、３１、３３と、を有している。
カメラ本体３は、ボディマイコン１５と画像表示制御部１６と、画像表示部１７とバッテリー１８と、撮像センサ１９と、を有している。
レンズマイコン４０は、ボディマイコン１５とインターフェースを介して接続され、ボディマイコン４０との間で通信を行う。
（１）光学系
光学系４は、第１レンズ群９、第２レンズ群１０、第３レンズ群１１、第４レンズ群１２、第５レンズ群１３および絞り機構１４を有している。これらのレンズ群のうち、第２レンズ群１０、第４レンズ群１２、第５レンズ群１３のそれぞれは、光軸に沿って移動することに伴い、ズーム倍率を可変するとともに被写体像のフォーカス状態を調整するズームフォーカスレンズ群の一例である。具体的には、第４レンズ群１２が「第１ズームフォーカスレンズ群」の一例であり、第２レンズ群１０が「第２ズームフォーカスレンズ群」の一例であり、第５レンズ群１３が「第３ズームフォーカスレンズ群」の一例である。
ズームフォーカスレンズ群である第２レンズ群１０、第４レンズ群１２、第５レンズ群１３のそれぞれは、光軸５上をＺ軸方向に移動することで焦点距離および撮影距離（物点撮影距離）を変更する。
（２）レンズ支持機構
レンズ支持機構６は、光学系４の各レンズ群９〜１３と絞り機構１４とを固定或いは移動可能に支持するための機構である。レンズ支持機構６は、固定枠（図示せず）と、第１レンズ群支持枠２０と、第２レンズ群支持枠２１と、第３レンズ群支持枠２２と、と第４レンズ群支持枠２３と、第５レンズ群支持枠２４と、を有している。
固定枠（図示せず）は、第１レンズ群支持枠２０と、絞り機構１４と、第２レンズ群ズームフォーカスモータ２５と、第３レンズ群支持枠２２と、第４レンズ群ズームフォーカスモータ２６と、第５レンズ群ズームフォーカスモータ２７とを支持すると共に、Ｚ軸方向に延びる６本のガイドポールを支持している。第２レンズ群ズームフォーカスモータ２５、第４レンズ群ズームフォーカスモータ２６および第５レンズ群ズームフォーカスモータ２７は例えばステッピングモータである。
なお、本実施形態において、第４レンズ群ズームフォーカスモータ２６が「第１ズームフォーカスモータ」の一例であり、第２レンズ群ズームフォーカスモータ２５が「第２ズームフォーカスモータ」の一例であり、第５レンズ群ズームフォーカスモータ２７が「第３ズームフォーカスモータ」の一例である。
第１レンズ群支持枠２０は、第１レンズ群９を支持している。
第２レンズ群支持枠２１は、第２レンズ群１０を支持し、第２レンズ群ラック２８と、第２レンズ群ラック突起２８ｂと、を有している。第２レンズ群支持枠２１にはガイドポールが挿入されており、回転しないように、廻り止めが施された状態で、第２レンズ群支持枠２１はＺ軸方向に移動可能に支持されている。第２レンズ群ラック突起２８ｂは第２レンズ群１０の原点を検出するための部分であり、第２レンズ群フォトセンサ２９の検出領域を通過可能な位置に設けられている。
第２レンズ群ズームフォーカスモータ２５は、固定枠（図示せず）に固定されており、第２レンズ群支持枠２１をＺ軸方向に駆動する。第２レンズ群ズームフォーカスモータ２５のリードスクリューは、フォーカスレンズ駆動制御部８から入力された駆動信号に基づいて回転する。第２レンズ群ズームフォーカスモータ２５で発生した回転運動は、リードスクリューおよび第２レンズ群ラック２８により第２レンズ群支持枠２１のＺ軸方向の直進運動に変換される。これによって、第２レンズ群支持枠２１がＺ軸方向に移動可能となっている。
第３レンズ群支持枠２２は、第３レンズ群１１を支持している。
第４レンズ群支持枠２３は、第４レンズ群１２を支持し、第４レンズ群ラック３０と、第４レンズ群ラック突起３０ｂと、を有している。第４レンズ群支持枠２３にはガイドポールが挿入されており、回転しないように、廻り止めが施された状態で、第４レンズ群支持枠２３はＺ軸方向に移動可能に支持されている。第４レンズ群ラック突起３０ｂは第４レンズ群１２の原点を検出するための部分であり、第４レンズ群フォトセンサ３１の検出領域を通過可能な位置に設けられている。
第４レンズ群ズームフォーカスモータ２６は、固定枠（図示せず）に固定されており、第４レンズ群支持枠２３をＺ軸方向に駆動する。第４レンズ群ズームフォーカスモータ２６のリードスクリューは、フォーカスレンズ駆動制御部８から入力された駆動信号に基づいて回転する。第４レンズ群ズームフォーカスモータ２６で発生した回転運動は、リードスクリューおよび第４レンズ群ラック３０により第４レンズ群支持枠２３のＺ軸方向の直進運動に変換される。これによって、第４レンズ群支持枠２３がＺ軸方向に移動可能となっている。
第５レンズ群支持枠２４は、第５レンズ群１３を支持し、第５レンズ群ラック３２と、第５レンズ群ラック突起３２ｂと、を有している。第５レンズ群支持枠２４はガイドポールが挿入されており、回転しないように、廻り止めが施された状態で、第５レンズ群支持枠２４はＺ軸方向に移動可能に支持されている。第５レンズ群ラック突起３２ｂは第５レンズ群１３の原点を検出するための部分であり、第５レンズ群フォトセンサ３３の検出領域を通過可能な位置に設けられている。
第５レンズ群ズームフォーカスモータ２７は、固定枠（図示せず）に固定されており、第５レンズ群支持枠２４をＺ軸方向に駆動する。第５レンズ群ズームフォーカスモータ２７のリードスクリューは、フォーカスレンズ駆動制御部８から入力された駆動信号に基づいて回転する。第５レンズ群ズームフォーカスモータ２７で発生した回転運動は、リードスクリューおよび第５レンズ群ラック３２により第５レンズ群支持枠２４のＺ軸方向の直進運動に変換される。これによって、第５レンズ群支持枠２４がＺ軸方向に移動可能となっている。
なお、第４レンズ群フォトセンサ３１が「第１原点検出部」の一例であり、第２レンズ群フォトセンサ２９が「第２原点検出部」の一例であり、第５レンズ群フォトセンサ３３が「第３原点検出部」の一例である。
（３）ズームフォーカス駆動制御部
ズームフォーカス駆動制御部８は、３個のズームフォーカスモータ２５、２６および２７の全てを同時に同じ或いは異なった駆動速度で制御することが可能である。さらに、ズームフォーカス駆動制御部８は、３個のズームフォーカスモータ２５、２６および２７のうち何れか１個或いは２個のズームフォーカスモータのみを駆動させることも可能である。各ズームフォーカスレンズ群１０、１２および１３を合焦位置へ駆動する時などは、３個のズームフォーカスモータ２５、２６および２７を同時に駆動することで、ＡＦ動作の高速化が可能となる。
また、ズームフォーカス駆動制御部８は、動画撮影などにおいて合焦位置を確認するために撮影距離を微小範囲内で前後させる、いわゆるウォブリング動作時は、各ズームフォーカスレンズ群１０、１２および１３のうちの１つ、例えば、最も軽いズームフォーカスレンズ群である第５レンズ群１３のみを駆動させる。これによって、像倍率変化と駆動音と消費電力を小さくすることができる。具体的には、ズームフォーカス駆動制御部８は、ウォブリング動作時、第５レンズ群１３のみを光軸５方向に前後に駆動するように、第５レンズ群ズームフォーカスモータ２７を制御する。
レンズマイコン４０は、レンズ鏡筒２の中枢をつかさどる制御装置である。レンズマイコン４０は、レンズ鏡筒２に搭載された各部に接続されており、レンズ鏡筒２の各種シーケンスの制御を行う。レンズマイコン４０には、ＣＰＵやメモリ４１等が搭載されており、メモリ４０に格納されたプログラムがＣＰＵに読み込まれることで、様々な機能を実現することができる。
ズームフォーカス駆動制御部８は、レンズマイコン４０により制御される。レンズマイコン４０に搭載されたメモリ４１には、レンズ鏡筒２に関する情報（レンズ情報）や被写体距離に応じたズームフォーカスレンズ群の位置情報などが格納されている。
メモリ４０は、例えば不揮発性メモリであり、電力供給が停止している状態でも記憶している情報を保持できる。
レンズマイコン４０は、被写体距離に応じたズームフォーカスレンズ群の位置情報に基づいて、ズームフォーカスモータ２５、２６および２７の制御をズームフォーカス駆動制御部８に指示する。これにより、各ズームフォーカスレンズ群がＺ軸方向に駆動される。レンズマイコン４０は、ズームフォーカスレンズ群１０、１２および１３の光軸５方向の位置を把握可能である。つまり、レンズマイコン４０は、被写体距離を把握可能である。なお、被写体距離とは、光学系４によって光学像が合焦している被写体までの距離である。具体的には、レンズマイコン４０は、第２レンズ群フォトセンサ２９の検出信号により第２レンズ群支持枠２１が原点位置にあることを認識し、その後、第２レンズ群フォーカスモータ２５の駆動量（たとえば、ステップ数）をカウントすることにより、第２レンズ群１０の光軸５方向の位置を把握する。また、レンズマイコン４０は、第４レンズ群フォトセンサ３１の検出信号により第４レンズ群支持枠２３が原点位置にあることを認識し、その後、第４レンズ群フォーカスモータ２６の駆動量（たとえば、ステップ数）をカウントすることにより、第４レンズ群１２の光軸５方向の位置を把握する。また、レンズマイコン４０は、第５レンズ群フォトセンサ３３の検出信号により第５レンズ群支持枠２４が原点位置にあることを認識し、その後、第５レンズ群フォーカスモータ２７の駆動量（たとえば、ステップ数）をカウントすることにより、第５レンズ群１３の光軸５方向の位置を把握する。
また、レンズマイコン４０は、電源スイッチ３５、シャッターボタン３４、ズームレバー３６の信号を、それぞれ受信可能である。
（４）絞り機構
絞り機構１４は、絞り駆動制御部７により、制御される。絞り機構１４では、絞り羽根（図示せず）が開方向および閉方向に駆動されることによって、開口形状が変化する。絞り羽根を駆動することで光学系４の絞り値を変更することができる。絞り駆動制御部７は、撮影距離に応じて絞り径を変更するように制御する。
（５）カメラ本体
カメラ本体３の背面には、表示部１７が設けられており、カメラ本体３の上面には、シャッターボタン３４と、電源スイッチ３５と、ズームレバー３６が設けられている。
電源スイッチ３５は、デジタルカメラ１の電源の入切を行うためのスイッチである。電源スイッチ３５により電源がオン状態になると、カメラ本体３およびレンズ鏡筒２の各部に電源が供給される。
モード切り換えダイヤル（図示せず）は、静止画撮影モード、動画撮影モードおよび再生モード等の動作モードを切り換えるためのダイヤルであり、ユーザーはモード切り換えダイヤルを回転させて動作モードを切り換えることができる。モード切り換えダイヤルにより静止画撮影モードが選択されると、動作モードは静止画撮影モードへ切り換えられ、モード切り換えダイヤルにより動画撮影モードが選択されると、動作モードは動画撮影モードへ切り換えられる。動画撮影モードでは、基本的に動画撮影が可能となる。さらに、モード切り換えダイヤルにより再生モードが選択されると、動作モードは再生モードへ切り換えられる、表示部１７には撮影画像が表示される。
シャッターボタン３４は、撮影の際にユーザーによって操作される。シャッターボタン３４が操作されると、タイミング信号がボディマイコン１５に出力される。シャッターボタン３４は、半押し操作と全押し操作を実行可能な２段式のスイッチである。ユーザーが半押し操作すると、測光処理および測距処理が開始される。シャッターボタン３４を半押しの状態でユーザーがシャッターボタン３４を全押し操作すると、タイミング信号が出力され、撮像素子１９により画像データが取得される。
ズームレバー３６は、撮影の際にユーザーによって操作される。ズームレバー３６が操作されると、その操作量がボディマイコン１５に出力される。ボディマイコン１５はその操作量に従って、ズームフォーカス駆動制御部８に指令を出力し、所望のズーム位置に移動するようにレンズ群１０、１２および１３を制御する。
（６）撮像センサ
撮像センサ１９は、光学系４により形成される光学的な像を電気的な信号に変換する、例えばＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）センサである。撮像センサ１９は、タイミング信号により駆動制御される。なお、撮像センサ１９はＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）センサでもよい。
シャッター制御部（図示せず）は、タイミング信号を受信したボディマイコン１５から出力される制御信号にしたがって、シャッターユニット１９ａ（図示せず）を動作させる。
なお、本実施形態では、オートフォーカス方式として、撮像センサ１９で生成された画像データを利用するコントラスト検出方式が採用されている。コントラスト検出方式を用いることにより、高精度なフォーカス調節が実現されている。
（７）ボディマイコン
ボディマイコン１５は、カメラ本体３の中枢を司る制御装置であり、操作情報に応じて、デジタルカメラ１の各部を制御する。具体的には、ボディマイコン１５にはＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭが搭載されており、ＲＯＭに格納されたプログラムがＣＰＵに読み込まれることで、様々な機能を実現することができる。たとえば、ボディマイコン１５は、第２レンズ群フォトセンサ２９の検出信号により第２レンズ群支持枠２１が原点位置にあることを認識することができる。
（８）画像表示部
画像表示部は、表示部１７と、画像表示制御部１６からなる。表示部１７は例えば液晶モニタである。表示部１７は、画像表示制御部１６からの命令に基づいて、撮影画像を表示する。表示部１７での表示形態としては、画像信号のみを可視画像として表示する表示形態や、画像信号と撮影時の情報とを可視画像として表示する表示形態が考えられる。
（９）バッテリー
バッテリー１８は、カメラ本体３の各部に電力を供給し、レンズ鏡筒２に電力を供給する。本実施形態ではバッテリー１８は充電池である。なお、バッテリー１８は、乾電池でもよいし、電源コードにより外部から電力供給が行われる外部電源であってもよい。
《２：デジタルカメラの動作》
デジタルカメラ１の動作について説明する。
（１）静止画撮影
ユーザーによりシャッターボタン３４が全押しされると、撮像センサ１９の測光出力に基づいて計算された絞り値に光学系４の絞り値が設定されるように、レンズマイコン４０により絞り駆動制御部７が制御される。これにより、指示された絞り値まで絞り機構１４が絞り込まれる。絞り値の指示と同時に、ボディマイコン１５は、撮像センサ１９の駆動命令とシャッターユニット１９ａの駆動命令とを送信する。これにより、撮像センサ１９の測光出力に基づいて計算されたシャッタースピードの時間だけ、シャッターユニット１９ａにより撮像センサ１９が露光される。
撮影処理が実行された後、撮影が終了すると、ボディマイコン１５は、画像信号を内部メモリおよび／またはリムーバブルメモリに記録する。さらに、ボディマイコン１５は、画像信号とともに撮影モードの情報（オートフォーカス撮影モードかマニュアルフォーカス撮影モードか）を、内部メモリおよび／またはリムーバブルメモリに記録する。
さらに、露光完了後、ボディマイコン１５は、撮像センサ１９から画像データを読み出し、画像表示制御部１６へ画像データを出力する。これにより、表示部１７へ撮影画像が表示される。
また、露光完了後、ボディマイコン１５により、シャッターユニット１９ａが初期位置にリセットされる。また、レンズマイコン４０から絞り機構１４を開放位置にリセットするよう絞り駆動制御部７に命令が下され、レンズマイコン４０から各ユニットへリセット命令が下される。リセット完了後、ボディマイコン１５は、リセット完了情報を受信した後であって、かつ、露光後の一連の処理が完了した後に、シャッターボタン３４が押されていないことを確認し、撮影シーケンスを終了する。
（２）動画撮影
デジタルカメラ１は、動画を撮影する機能も有している。動画撮影モードでは、一定の周期で撮像センサ１９により画像データが生成され、生成される画像データを利用してコントラスト検出方式によるオートフォーカスが継続的に行われる。動画撮影モードにおいて、シャッターボタン３４が押されると、動画が記録され、シャッターボタン３４が再度押されると、動画の記録が停止する。
《３：ズームポジションとフォーカスポジションによるレンズ位置》
図３は、ズーム動作およびフォーカス動作における第２レンズ群１０、第４レンズ群１２、第５レンズ群１３の位置を示す図である。横軸はレンズ位置を示し、左側が被写体方向、右側が撮像素子１９方向を示す。縦軸は、ズーム位置を示し、上側が広角端側、下側が望遠端側を示す。したがって、例えば第２レンズ群１０は、広角端から望遠端にズームした場合、レンズ位置は被写体側から撮像素子側へ単調に移動する。フォーカス位置は、∞および至近と書かれた曲線または直線で示され、例えば第２レンズ群１０は、望遠端で無限から至近までフォーカス位置を変更した場合、撮像素子側から、被写体側へ移動する。
図４は、ズーム動作およびフォーカス動作における第４レンズ群１２の位置を示す図である。左側が被写体側、右側が撮像素子１９側である。
図４（ａ）は、ズーム位置が広角端焦点距離位置（以下、「Ｗ」と略す）のフォーカス位置が無限遠撮影距離（以下、「∞」と略す）の第４レンズ群１２の位置である。図４（ｂ）は、Ｗのフォーカス位置が最至近撮影距離（以下、「近」と略す）の第４レンズ群１２の位置である。第４レンズ群１２は、ズーム位置がＷで∞から近へのフォーカス動作時には、被写体側から撮像素子１９側へ移動する。図４（ｃ）は、ズーム位置が中間焦点距離位置（以下、「Ｎ」と略す）でフォーカス位置が∞、図４（ｄ）は、ズーム位置がＮでフォーカス位置が近の第４レンズ群１２のレンズ位置を示している。図４（ｅ）は、ズーム位置が望遠端焦点距離位置（以下、「Ｔ」と略す）でフォーカス位置が∞、図４（ｆ）は、ズーム位置がＴでフォーカス位置が近の第４レンズ群１２の位置を示している。ズーム位置がＴで∞から近へのフォーカス動作時には、被写体側から撮像素子１９側へ第４レンズ群１２が移動する。
以上により、フォーカス位置が∞で、ズーム位置がＷからＮを経由してＴへ至る場合には、第４レンズ群１２のレンズ位置は、被写体側から一旦撮像素子側に移動した後にまた被写体側へ移動することを示している。
《４：原点リセットと初期位置移動》
図５は、第２レンズ群の初期動作を示す図である。
図５（ａ）は、カメラ本体の電源を入れる前の第２レンズ群１０の位置の一例を示す図である。第２レンズ群１０の初期位置は、可動範囲内の何処に存在するのかマイコン１５には不明であるため、図５（ｂ）に示すように、第２レンズ群フォトセンサ２９の方向に向かって駆動させる。次に、図５（ｃ）に示すように、第２レンズ群フォトセンサ２９まで第２レンズ群１０が移動した後も、同じ方向にラックとレンズ枠の機械的な隙間（以下、ヒステリシス）以上移動させる。その後図５（ｄ）に示すように、移動方向を反転させ、再度第２レンズ群フォトセンサ２９の位置まで移動させ、原点検出動作を完了する。
このように、一旦ヒステリシス以上の距離を行き過ぎてから反転することで、ヒステリシスを取ることができ、マイコン１５は正しいレンズ位置を知ることができる。この動作をしない場合は、レンズが反転移動した際には、マイコン１５は、正しいレンズ位置よりもヒステリシスの分だけずれた位置を認識することになる。
その後図５（ｅ）に示すように、Ｗの∞の位置に移動し、初期位置移動を終了する。
その後のレンズ群への操作は、撮影者の意思によりズーム動作かフォーカス動作を行う。現在第２レンズ群１０は、Ｗの∞の位置にあるので、図５（ｆ）のように、フォーカス動作を行った場合には、レンズ位置は移動しない。ズーム動作を行った場合には、ＷからＴ方向へ移動する。図５（ｇ）に示すように、第２レンズ群１０は、Ｗの∞位置でＴへズームした場合、被写体側から撮像素子側へ移動する。
Ｗの∞から近へのフォーカス動作によっては移動せず、かつ、Ｗの∞からＴへのズーム動作によって移動する第２レンズ群１０において、原点検出位置は、Ｗの∞の位置よりも、ズーム時にレンズが駆動する方向とは逆の方向にずれた位置に配置されている。これにより、初期位置移動後の初動時にヒステリシスが生じないため、ヒステリシスを取る動作が発生せず、高速な動作をすることができる。
原点検出位置は、初期動作完了時の位置に近いほうが初期動作にかかる時間が短くなるため好ましい。しかし、近すぎるとレンズや機構の誤差により、Ｗの∞の位置がずれる可能性もあるので、余裕を持つのが望ましくおおよそ１０ｕｍ〜５００ｕｍ程度である。
図６は、第４レンズ群１２の初期動作を示す図である。
図６（ａ）は、カメラ本体の電源を入れる前の第４レンズ群１２の位置の一例を示す図である。第４レンズ群１２の初期位置は、可動範囲内の何処に存在するのかマイコン１５には不明であるため、図６（ｂ）に示すように、第４レンズ群フォトセンサ３１の方向に向かって駆動させる。次に、図６（ｃ）に示すように、第４レンズ群フォトセンサ３１まで第４レンズ群１２が移動した後も、同じ方向にラックとレンズ枠の機械的な隙間（以下、ヒステリシス）以上移動させる。その後図６（ｄ）に示すように、移動方向を反転させ、再度第４レンズ群フォトセンサ３１の位置まで移動させ、原点検出動作を完了する。
このように、一旦ヒステリシス以上の距離を行き過ぎてから反転することで、ヒステリシスを取ることができ、マイコン１５は正しいレンズ位置を知ることができる。この動作をしない場合は、レンズが反転移動した際には、マイコン１５は、正しいレンズ位置よりもヒステリシスの分だけずれた位置を認識することになる。
その後、図６（ｅ）に示すように、Ｗの∞の位置に移動し、初期位置移動を終了する。
その後のレンズ群への操作は、撮影者の意思によりズーム動作かフォーカス動作を行う。現在第４レンズ群１２は、Ｗの∞の位置にあるので、図６（ｆ）のように、フォーカス動作を行った場合には、∞から近方向へ移動する。第４レンズ群１２は、Ｗで∞から近へのフォーカス動作にて、被写体側から撮像素子側へ移動する。図６（ｇ）に示すように、第４レンズ群１２は、Ｗの∞位置でＴへズームした場合、被写体側から撮像素子側へ移動する。
Ｗの∞から近へのフォーカス動作と、Ｗの∞からＴへのズーム動作とによって同じ方向に移動する第４レンズ群１２において、原点検出位置は、Ｗの∞の位置よりも、フォーカス時およびズーム時にレンズが駆動する方向とは逆の方向にずれた位置に配置されている。これにより、初期位置移動後の初動時にヒステリシスが生じないので、ヒス取り動作が発生せず、高速な動作をすることができる。
原点検出位置は、初期動作完了時の位置に近いほうが初期動作にかかる時間が少なくなるので、好ましいが、近すぎるとレンズや機構の誤差により、Ｗの∞の位置がずれる可能性もあるので、余裕を持つのが望ましくおおよそ１０ｕｍ〜５００ｕｍ程度である。
図７は、第５レンズ群１３の初期動作を示す図である。
図７（ａ）は、カメラ本体の電源を入れる前の第５レンズ群１３の位置の一例を示す図である。第５レンズ群１３の初期位置は、可動範囲内の何処に存在するのかマイコン１５には不明であるため、図７（ｂ）に示すように、第５レンズ群フォトセンサ３３の方向に向かって駆動させる。次に、図７（ｃ）に示すように、第５レンズ群フォトセンサ３３まで第５レンズ群１３が移動した後も、同じ方向にラックとレンズ枠の機械的な隙間（以下、ヒステリシス）以上移動させる。その後図７（ｄ）に示すように、移動方向を反転させ、再度第５レンズ群フォトセンサ３３の位置まで移動させ、原点検出動作を完了する。
このように、一旦ヒステリシス以上の距離を行き過ぎてから反転することで、ヒステリシスを取ることができ、マイコン１５は正しいレンズ位置を知ることができる。この動作をしない場合は、レンズが反転移動した際には、マイコン１５は、正しいレンズ位置よりもヒステリシスの分だけずれた位置を認識することになる。
その後、図６（ｅ）に示すように、Ｗの∞の位置に移動し、初期位置移動を終了する。
その後のレンズへの操作は、撮影者の意思によりズーム動作かフォーカス動作を行う。現在第５レンズ群１３は、Ｗの∞の位置にあるので、図７（ｆ）のように、フォーカス動作を行った場合には、∞から近方向へ移動する。第５レンズ群１３は、Ｗで∞から近へのフォーカス動作にて、被写体側から撮像素子側へ移動する。図７（ｇ）に示すように、第５レンズ群１３は、Ｗの∞位置でＴへズームした場合、撮像素子側から被写体側へ移動する。
Ｗの∞から近にフォーカス動作と、Ｗの∞からＴへのズーム動作とで逆の方向に移動する第５レンズ群１３において、原点検出位置は、Ｗの∞の位置よりも、フォーカス時にレンズが駆動する方向とは逆の方向にずれた位置に配置する。これにより、初期位置移動後のフォーカス動作時にヒステリシスが生じないので、ヒス取り動作が発生せず、高速な動作をすることができる。ズーム動作時にはヒステリシスが残るが、ズーム動作はフォーカス動作と違い、レンズ位置に対する画角変化が小さくまた、撮影者が画角を任意の位置に画像表示装置を見ながら設定するので、レンズ制御部の認識している画角と実際の画角が多少ずれていても問題とはならない。
原点検出位置は、初期動作完了時の位置に近いほうが初期動作にかかる時間が少なくなるので、好ましいが、近すぎるとレンズや機構の誤差により、Ｗの∞の位置がずれる可能性もあるので、余裕を持つのが望ましくおおよそ１０ｕｍ〜５００ｕｍ程度である。
以上のように、３つのレンズ群１０、１２および１３の原点位置を所望の位置に配置することで、初期位置移動後の動作を高速化できる。
《５：原点リセット時、初期位置移動時の動作シーケンス》
図８は、初期動作の一例を示すフローチャートである。電源Ｏｎの後、第２レンズ群１０についての原点リセット及び初期位置移動と、第４レンズ群１２についての原点リセット及び初期位置移動と、第５レンズ群１３についての原点リセット及び初期位置移動とを行い、全体の初期動作を完了するのが望ましい。これにより、図３に示すように、第４レンズ群１２の可動範囲と第５レンズ群１３の可動範囲が、光軸５上で干渉する場合でも、レンズ群同士の衝突を避けることができる。
また、図９は、高速化した初期動作の一例を示すフローチャートである。干渉する可能性のある第４レンズ群１２と第５レンズ群１３の一方のレンズ群と、干渉する可能性がない第２レンズ群１０とについて同時に原点リセット及び初期位置移動を行った後、干渉する可能性のある他方のレンズ群についての原点リセット及び初期位置移動を実施することで、高速化が図れる。
また、図１０は、さらに高速化した初期動作の一例を示すフローチャートである。レンズ群が干渉する範囲内にあるか否かを判断するためのセンサをさらに設け、干渉する可能性のあるレンズ群が、干渉する範囲を通り過ぎた後に、すべてのレンズ群を同時に駆動するとさらに原点リセット、初期位置移動が高速化できる。
図１１は、干渉検出用フォトセンサの配置の他の実施の形態である。レンズ群ラックには、原点用検出用突起とは別に、干渉が起こる範囲と同じ長さの干渉検出用突起部が配置してある。レンズ群が干渉を起こす範囲の被写体側端部の位置にあるときに、干渉検出用センサが干渉検出用突起の被写体側の端部になるように、干渉検出用突起と干渉検出用センサを配置してある。干渉検出センサは、マイコン１５と接続されている。このようにすることで、レンズ群が干渉位置にあるときには、干渉検出突起が干渉検出用センサ内にあるので、マイコン１５が、レンズ群が干渉位置にあるか否かがわかる。
本実施例では、レンズ位置と原点位置を同じ場所で説明したが、図１２はフォトセンサの配置のその他の実施の形態である。レンズ群突起は、光軸方向に伸びた形をしている。このようにすることで、原点検出フォトセンサを、レンズ群とはずらした場所に配置してもよい。
［他の実施形態］
本発明の実施形態は、前述の実施形態に限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の修正および変更が可能である。また、前述の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
（１）
前述の実施形態では、デジタルカメラは静止画および動画の撮影が可能であるが、静止画撮影のみ、あるいは、動画撮影のみ可能であってもよい。
（２）
前述の実施形態においては、デジタルカメラは、例えばデジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、カメラ付き携帯電話およびカメラ付きＰＤＡであってもよい。
（３）
前述のデジタルカメラ１はクイックリターンミラーを有していないが、従来の一眼レフカメラのようにクイックリターンミラーが搭載されていてもよい。
（４）
光学系４の構成は前述の実施形態に限定されない。例えば、第３レンズ群１１が複数のレンズから構成されていてもよいし、さらに、第６レンズ群があってもよい。また、少なくともズーム動作時およびフォーカス動作時に少なくとも３つのレンズ群を含む構成であってもよい。
（５）
前述の実施形態では、シャッターユニット１９ａを動作させることにより撮像センサ１９への露光時間を制御しているが、電子シャッターにより撮像センサ１９の露光時間を制御してもよい。
（６）
第２レンズ群ズームフォーカスモータ２５、第４レンズ群ズームフォーカスモータ２６、および第５レンズ群ズームフォーカスモータ２７は、ステッピングモータでなくても、他のアクチュエータであってもよい。たとえば、アクチュエータは、電磁モータ、ボイスコイルモータ、圧電素子を用いた振動型アクチュエータ等である。
（７）
ズームフォーカス駆動制御部８は、ウォブリング動作時、第２レンズ群１０のみを光軸５方向に前後に駆動するように、第２レンズ群ズームフォーカスモータ２５を制御してもよい。また、ズームフォーカス駆動制御部８は、ウォブリング動作時、第４レンズ群１２のみを光軸５方向に前後に駆動するように、第４レンズ群ズームフォーカスモータ２６を制御してもよい。好ましくは、ズームフォーカス駆動制御部８は、ウォブリング動作時、第５レンズ群１３のみを光軸５方向に前後に駆動するように、第５レンズ群ズームフォーカスモータ２７を制御してもよい。
（８）
絞り駆動モータは、ステッピングモータでなくても、他のアクチュエータであってもよい。たとえば、アクチュエータは、電磁モータ、ボイスコイルモータ、圧電素子を用いた振動型アクチュエータ等である。
（９） レンズ一体型カメラで説明したが、レンズ交換式カメラの場合でも同様の効果が得られる。
（１０）
本実施の形態では、原点検出装置をフォトインタラプタで説明したが、他の位置センサでも良い。具体的には、光学的、電磁的、物理的、磁気的な効果を用いた位置センサでもよい。
（１１）
上記実施形態では、光学系４は、第２レンズ群１０と第４レンズ群１２と第５レンズ群１３との３つのズームフォーカスレンズ群を備えることとしたが、これに限られるものではない。光学系４は、２つのズームフォーカスレンズ群を備えていてもよいし、また、４つ以上のズームフォーカスレンズ群を備えていてもよい。
本発明は、撮像装置等のレンズ鏡筒に好適である。
１ デジタルカメラ
２ レンズ鏡筒
３ カメラ本体
４ 光学系
５ 光軸
６ レンズ支持機構
７ 絞り駆動制御部
８ ズームフォーカス駆動制御部
９ 第１レンズ群
１０ 第２レンズ群
１１ 第３レンズ群
１２ 第４レンズ群
１３ 第５レンズ群
１４ 絞り機構（絞りの一例）
１５ マイコン
１６ 画像表示制御部
１７ 表示部
１８ バッテリー（主電源の一例）
１９ 撮像センサ（撮像素子の一例）
２０ 第１レンズ群支持枠
２１ 第２レンズ群支持枠
２２ 第３レンズ群支持枠
２３ 第４レンズ群支持枠
２４ 第５レンズ群支持枠
２５ 第２レンズ群ズームフォーカスモータ
２６ 第４レンズ群ズームフォーカスモータ
２７ 第５レンズ群ズームフォーカスモータ
２８ 第２レンズ群ラック
２９ 第２レンズ群フォトセンサ
３０ 第４レンズ群ラック
３１ 第４レンズ群フォトセンサ
３２ 第５レンズ群ラック
３３ 第５レンズ群フォトセンサ

Claims (10)

  1. 光軸に沿って移動することに伴い、焦点距離及び撮影距離をそれぞれ変更可能な第１、第２、及び第３ズームフォーカスレンズ群と、
    前記第１ズームフォーカスレンズ群を駆動する第１アクチュエータと、
    前記第２ズームフォーカスレンズ群を駆動する第２アクチュエータと、
    前記第３ズームフォーカスレンズ群を駆動する第３アクチュエータと、
    前記第１ズームフォーカスレンズ群が第１原点位置に配置されているか否かを検出する第１原点検出部と、
    前記第２ズームフォーカスレンズ群が第２原点位置に配置されているか否かを検出する第２原点検出部と、
    前記第３ズームフォーカスレンズ群が第３原点位置に配置されているか否かを検出する第３原点検出部と、
    を備え、
    前記第２ズームフォーカスレンズ群が、広角端焦点距離位置に位置する場合に前記撮影距離の変更によって移動しないときには、前記第２原点位置は、前記広角端焦点距離位置から望遠端焦点距離位置の範囲外であって、前記広角端焦点距離位置の近傍に位置し、
    前記第１ズームフォーカスレンズ群は、前記光軸方向に移動可能な範囲が前記第３ズームフォーカスレンズ群と干渉し、かつ、前記光軸方向に移動可能な範囲が前記第２ズームフォーカスレンズ群と干渉せず、
    前記第１原点検出部は、前記第２原点検出部と同時に検出開始し、
    前記第３原点検出部は、前記第１及び第２原点検出部の検出完了後に検出開始する、
    レンズ鏡筒。
  2. 光軸に沿って移動することに伴い、焦点距離及び撮影距離をそれぞれ変更可能な第１、第２、及び第３ズームフォーカスレンズ群と、
    前記第１ズームフォーカスレンズ群を駆動する第１アクチュエータと、
    前記第２ズームフォーカスレンズ群を駆動する第２アクチュエータと、
    前記第３ズームフォーカスレンズ群を駆動する第３アクチュエータと、
    前記第１ズームフォーカスレンズ群が第１原点位置に配置されているか否かを検出する第１原点検出部と、
    前記第２ズームフォーカスレンズ群が第２原点位置に配置されているか否かを検出する第２原点検出部と、
    前記第３ズームフォーカスレンズ群が第３原点位置に配置されているか否かを検出する第３原点検出部と、
    を備え、
    前記第１ズームフォーカスレンズ群が、広角端焦点距離位置における無限遠撮影距離位置に位置する場合に、前記広角端焦点距離位置から望遠端焦点距離位置への移動と、前記無限遠撮影距離位置から近接物点撮影距離位置への移動とにおいて同じ方向に移動するときには、
    前記第１原点位置は、前記第１ズームフォーカスレンズ群の前記広角端焦点距離位置から前記望遠端焦点距離位置の範囲外であって、前記広角端焦点距離位置の近傍に位置し、かつ、前記無限遠撮影距離位置から前記近接物点撮影距離位置の範囲外であって、前記無限遠撮影距離位置の近傍に位置し、
    前記第１ズームフォーカスレンズ群は、前記光軸方向に移動可能な範囲が前記第３ズームフォーカスレンズ群と干渉し、かつ、前記光軸方向に移動可能な範囲が前記第２ズームフォーカスレンズ群と干渉せず、
    前記第１原点検出部は、前記第２原点検出部と同時に検出開始し、
    前記第３原点検出部は、前記第１及び第２原点検出部の検出完了後に検出開始する、
    レンズ鏡筒。
  3. 光軸に沿って移動することに伴い、焦点距離及び撮影距離をそれぞれ変更可能な第１、第２、及び第３ズームフォーカスレンズ群と、
    前記第１ズームフォーカスレンズ群を駆動する第１アクチュエータと、
    前記第２ズームフォーカスレンズ群を駆動する第２アクチュエータと、
    前記第３ズームフォーカスレンズ群を駆動する第３アクチュエータと、
    前記第１ズームフォーカスレンズ群が第１原点位置に配置されているか否かを検出する第１原点検出部と、
    前記第２ズームフォーカスレンズ群が第２原点位置に配置されているか否かを検出する第２原点検出部と、
    前記第３ズームフォーカスレンズ群が第３原点位置に配置されているか否かを検出する第３原点検出部と、
    を備え、
    前記第３ズームフォーカスレンズ群が、広角端焦点距離位置における無限遠撮影距離位置に位置する場合に、前記広角端焦点距離位置から望遠端焦点距離位置への移動と、前記無限遠撮影距離位置から近接物点撮影距離位置への移動とにおいて異なる方向に移動するときには、
    前記第３原点位置は、前記第３ズームフォーカスレンズ群の前記無限遠撮影距離位置から前記近接物点撮影距離位置の範囲外であって、前記近接物点撮影距離位置よりも前記無限遠撮影距離位置の近傍に位置し、
    前記第１ズームフォーカスレンズ群は、前記光軸方向に移動可能な範囲が前記第３ズームフォーカスレンズ群と干渉し、かつ、前記光軸方向に移動可能な範囲が前記第２ズームフォーカスレンズ群と干渉せず、
    前記第１原点検出部は、前記第２原点検出部と同時に検出開始し、
    前記第３原点検出部は、前記第１及び第２原点検出部の検出完了後に検出開始する、
    レンズ鏡筒。
  4. 光軸に沿って移動することに伴い、焦点距離及び撮影距離をそれぞれ変更可能な第１、第２、及び第３ズームフォーカスレンズ群と、
    前記第１ズームフォーカスレンズ群を駆動する第１アクチュエータと、
    前記第２ズームフォーカスレンズ群を駆動する第２アクチュエータと、
    前記第３ズームフォーカスレンズ群を駆動する第３アクチュエータと、
    前記第１ズームフォーカスレンズ群が第１原点位置に配置されているか否かを検出する第１原点検出部と、
    前記第２ズームフォーカスレンズ群が第２原点位置に配置されているか否かを検出する第２原点検出部と、
    前記第３ズームフォーカスレンズ群が第３原点位置に配置されているか否かを検出する第３原点検出部と、
    を備え、
    前記第２ズームフォーカスレンズ群が、広角端焦点距離位置に位置する場合に前記撮影距離の変更によって移動しないときには、前記第２原点位置は、前記広角端焦点距離位置から望遠端焦点距離位置の範囲外であって、前記広角端焦点距離位置の近傍に位置し、
    前記第１ズームフォーカスレンズ群は、前記光軸方向に移動可能な範囲が前記第３ズームフォーカスレンズ群と干渉し、かつ、前記光軸方向に移動可能な範囲が前記第２ズームフォーカスレンズ群と干渉せず、
    前記第１ズームフォーカスレンズ群と前記第３ズームフォーカスレンズ群とが干渉する範囲内にあるか否かを検出する干渉位置検出部を、さらに備え、
    前記第１原点検出部は、前記第２原点検出部と同時に検出開始し、
    前記第３原点検出部は、前記干渉位置検出部により、前記第１ズームフォーカスレンズ群と前記第３ズームフォーカスレンズ群とが干渉する範囲内にないことが検出された後に検出を開始する、
    レンズ鏡筒。
  5. 光軸に沿って移動することに伴い、焦点距離及び撮影距離をそれぞれ変更可能な第１、第２、及び第３ズームフォーカスレンズ群と、
    前記第１ズームフォーカスレンズ群を駆動する第１アクチュエータと、
    前記第２ズームフォーカスレンズ群を駆動する第２アクチュエータと、
    前記第３ズームフォーカスレンズ群を駆動する第３アクチュエータと、
    前記第１ズームフォーカスレンズ群が第１原点位置に配置されているか否かを検出する第１原点検出部と、
    前記第２ズームフォーカスレンズ群が第２原点位置に配置されているか否かを検出する第２原点検出部と、
    前記第３ズームフォーカスレンズ群が第３原点位置に配置されているか否かを検出する第３原点検出部と、
    を備え、
    前記第１ズームフォーカスレンズ群が、広角端焦点距離位置における無限遠撮影距離位置に位置する場合に、前記広角端焦点距離位置から望遠端焦点距離位置への移動と、前記無限遠撮影距離位置から近接物点撮影距離位置への移動とにおいて同じ方向に移動するときには、
    前記第１原点位置は、前記第１ズームフォーカスレンズ群の前記広角端焦点距離位置から前記望遠端焦点距離位置の範囲外であって、前記広角端焦点距離位置の近傍に位置し、かつ、前記無限遠撮影距離位置から前記近接物点撮影距離位置の範囲外であって、前記無限遠撮影距離位置の近傍に位置し、
    前記第１ズームフォーカスレンズ群は、前記光軸方向に移動可能な範囲が前記第３ズームフォーカスレンズ群と干渉し、かつ、前記光軸方向に移動可能な範囲が前記第２ズームフォーカスレンズ群と干渉せず、
    前記第１ズームフォーカスレンズ群と前記第３ズームフォーカスレンズ群とが干渉する範囲内にあるか否かを検出する干渉位置検出部を、さらに備え、
    前記第１原点検出部は、前記第２原点検出部と同時に検出開始し、
    前記第３原点検出部は、前記干渉位置検出部により、前記第１ズームフォーカスレンズ群と前記第３ズームフォーカスレンズ群とが干渉する範囲内にないことが検出された後に検出を開始する、
    レンズ鏡筒。
  6. 光軸に沿って移動することに伴い、焦点距離及び撮影距離をそれぞれ変更可能な第１、第２、及び第３ズームフォーカスレンズ群と、
    前記第１ズームフォーカスレンズ群を駆動する第１アクチュエータと、
    前記第２ズームフォーカスレンズ群を駆動する第２アクチュエータと、
    前記第３ズームフォーカスレンズ群を駆動する第３アクチュエータと、
    前記第１ズームフォーカスレンズ群が第１原点位置に配置されているか否かを検出する第１原点検出部と、
    前記第２ズームフォーカスレンズ群が第２原点位置に配置されているか否かを検出する第２原点検出部と、
    前記第３ズームフォーカスレンズ群が第３原点位置に配置されているか否かを検出する第３原点検出部と、
    を備え、
    前記第３ズームフォーカスレンズ群が、広角端焦点距離位置における無限遠撮影距離位置に位置する場合に、前記広角端焦点距離位置から望遠端焦点距離位置への移動と、前記無限遠撮影距離位置から近接物点撮影距離位置への移動とにおいて異なる方向に移動するときには、
    前記第３原点位置は、前記第３ズームフォーカスレンズ群の前記無限遠撮影距離位置から前記近接物点撮影距離位置の範囲外であって、前記近接物点撮影距離位置よりも前記無限遠撮影距離位置の近傍に位置し、
    前記第１ズームフォーカスレンズ群は、前記光軸方向に移動可能な範囲が前記第３ズームフォーカスレンズ群と干渉し、かつ、前記光軸方向に移動可能な範囲が前記第２ズームフォーカスレンズ群と干渉せず、
    前記第１ズームフォーカスレンズ群と前記第３ズームフォーカスレンズ群とが干渉する範囲内にあるか否かを検出する干渉位置検出部を、さらに備え、
    前記第１原点検出部は、前記第２原点検出部と同時に検出開始し、
    前記第３原点検出部は、前記干渉位置検出部により、前記第１ズームフォーカスレンズ群と前記第３ズームフォーカスレンズ群とが干渉する範囲内にないことが検出された後に検出を開始する、
    レンズ鏡筒。
  7. 前記第１ズームフォーカスレンズ群は、前記第１原点位置に配置されていることが前記第１原点検出部によって検出された後に、前記広角端焦点距離位置における無限遠撮影距離位置へ移動する、
    請求項１〜６のいずれか１項に記載のレンズ鏡筒。
  8. 前記第１アクチュエータと、前記第２アクチュエータと、前記第３アクチュエータとは、フォーカス動作時に、前記第１ズームフォーカスレンズ群と、前記第２ズームフォーカスレンズ群と、前記第３ズームフォーカスレンズ群とをそれぞれ独立して移動させる、
    請求項１〜６のいずれか１項に記載のレンズ鏡筒。
  9. 物体の光学的な像を電気的な画像信号として出力可能な撮像装置であって、
    請求項１〜６のいずれか１項に記載のレンズ鏡筒と、
    該レンズ鏡筒により形成された光学的な像を電気的な画像信号に変換する撮像素子と、
    を備える撮像装置。
  10. 物体の光学的な像を電気的な画像信号に変換し、変換された画像信号の表示及び記憶の少なくとも一方を行うカメラであって、
    請求項１〜６のいずれか１項に記載のレンズ鏡筒と、該レンズ鏡筒により形成された光学的な像を電気的な画像信号に変換する撮像素子と、を含む撮像装置を備えるカメラ。
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