(57)【要約】【課題】  姿勢により負荷トルクが変動する光学部材の移動制御の安定性の点で有利なレンズ装置を提供すること。【解決手段】  レンズ装置（１）は、可動の光学部材（１０・１１）と、光学部材を移動するためのカム部材（１２）と、光学部材の位置を検出する位置検出部（２３）と、レンズ装置の姿勢を検出する姿勢検出部（２４）と、カム部材を駆動する駆動部（２１・２２）と、駆動部に対する指令値を生成する処理部（２５）と、を有する。当該処理部は、光学部材に関する目標値に基づいて、駆動部に対する仮指令値を生成し、上記位置と上記姿勢とに基づいて、仮指令値に対する補正値を生成し、仮指令値と補正値とに基づいて上記指令値を生成する。【選択図】  図２
2019179185.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンズ装置であって、
可動の光学部材と、
前記光学部材を移動するためのカム部材と、
前記光学部材の位置を検出する位置検出部と、
前記レンズ装置の姿勢を検出する姿勢検出部と、
前記カム部材を駆動する駆動部と、
前記駆動部に対する指令値を生成する処理部と、
を有し、
前記処理部は、
前記光学部材に関する目標値に基づいて、前記駆動部に対する仮指令値を生成し、
前記位置と前記姿勢とに基づいて、前記仮指令値に対する補正値を生成し、
前記仮指令値と前記補正値とに基づいて前記指令値を生成する、
ことを特徴とするレンズ装置。
【請求項２】
前記処理部は、前記目標値と前記位置との差に基づく比例制御により前記仮指令値を生成すること特徴とする請求項１に記載のレンズ装置。
【請求項３】
前記位置と前記姿勢とに対応する前記補正値の情報を記憶する記憶部を有し、
前記処理部は、前記記憶部に記憶された前記情報を参照して前記補正値を生成する、
こと特徴とする請求項１または請求項２に記載のレンズ装置。
【請求項４】
前記記憶部は、前記姿勢としての特定の姿勢に対応する前記補正値の情報を記憶し、
前記処理部は、前記特定の姿勢とは異なる姿勢に対応する前記補正値は、前記特定の姿勢に対応する前記補正値に基づいて生成する、
こと特徴とする請求項１ないし請求項３のうちいずれか１項に記載のレンズ装置。
【請求項５】
前記特定の姿勢に対応する前記補正値は、前記光学部材が鉛直上向きに移動する場合の前記補正値であることを請求項４に記載のレンズ装置。
【請求項６】
前記処理部は、予め定められた前記レンズ装置の姿勢において予め定められた回転速度で前記カム部材を回転している場合に得られた前記位置における前記指令値に基づいて、前記記憶部に記憶させる前記情報を生成することを特徴とする請求項３に記載のレンズ装置。
【請求項７】
前記処理部は、予め定められた前記レンズ装置の第１の姿勢において前記回転速度で前記カム部材を回転している場合に得られた前記位置における前記指令値と、予め定められた前記レンズ装置の前記第１の姿勢とは異なる第２の姿勢において前記回転速度で前記カム部材を回転している場合に得られた前記位置における前記指令値との差に基づいて、前記記憶部に記憶させる前記情報を生成することを特徴とする請求項６に記載のレンズ装置。
【請求項８】
前記処理部は、前記補正値として、前記カム部材の単位回転角あたりの前記光学部材の移動量と、前記光学部材の質量とに基づく補正値を生成することを特徴とする請求項１ないし請求項７のうちいずれか１項に記載のレンズ装置。
【請求項９】
前記光学部材は、ズーム、フォーカスおよび光量のうち少なくとも１つの調整のために可動であることを特徴とする請求項１ないし請求項８のうちいずれか１項に記載のレンズ装置。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項９のうちいずれか１項に記載のレンズ装置と、
前記レンズ装置の像面に配された撮像素子と、
を含むことを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンズ装置および撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高画質や高倍率が求められているズームレンズ装置は、ズーミングのためのレンズ群のレンズ枚数または重量が増加したり、カム環による複雑な軌跡での移動が必要となったりしている。このようなズームレンズ装置は、その姿勢差により、カム環を回転するための負荷トルクが変化する。負荷トルクが変化するカム環をアクチュエータで駆動する場合、速度むらが生じたり、位置決めを正確に行えなくなったりしうる。特許文献１は、姿勢センサで撮影装置（カメラ）の姿勢を検出し、撮影装置が傾斜しているか水平かに応じて、ステッピングモータの出力トルクを増減する撮影装置を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１８９５０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１は、撮影装置の姿勢だけに応じてモータの出力トルクを変化することを開示しているに過ぎない。そのような構成では、負荷トルクは、レンズ群の位置（カム環の回転角度）に依っても大きく変動するところ、そのような負荷トルクの変動に対しては、速度むらが生じたり、位置決めを正確に行えなくなったりしうる。本発明は、例えば、姿勢により負荷トルクが変動する光学部材の移動制御の安定性の点で有利なレンズ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一つの側面は、レンズ装置であって、
可動の光学部材と、
前記光学部材を移動するためのカム部材と、
前記光学部材の位置を検出する位置検出部と、
前記レンズ装置の姿勢を検出する姿勢検出部と、
前記カム部材を駆動する駆動部と、
前記駆動部に対する指令値を生成する処理部と、
を有し、
前記処理部は、
前記光学部材に関する目標値に基づいて、前記駆動部に対する仮指令値を生成し、
前記位置と前記姿勢とに基づいて、前記仮指令値に対する補正値を生成し、
前記仮指令値と前記補正値とに基づいて前記指令値を生成する、
ことを特徴とするレンズ装置である。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、例えば、姿勢により負荷トルクが変動する光学部材の移動制御の安定性の点で有利なレンズ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】レンズ装置の構成例を示す図
【図２】処理部の構成例を示すブロック図
【図３】カム部材の回転角に対応する光学部材の位置を例示する図
【図４】処理部の他の構成例を示すブロック図
【図５】負荷トルクを得るためのテーブルを生成する処理の流れを例示する図
【図６】撮像装置の構成例を示す図
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。なお、実施形態を説明するための全図を通して、原則として（断りのない限り）、同一の部材等には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【０００９】
〔実施形態１〕
図１は、レンズ装置の構成例を示す図である。同図において、可動の光学部材１０・１１は、その光軸の方向に移動可能であり、レンズ装置１のズームまたは焦点距離の変更のために移動する。カム部材１２（カム環ともいう）は、その軸のまわりに回転することで、光学部材１０・１１を予め決められた軌跡で光軸の方向に移動する。アクチュエータ２１は、カム部材１２を回転するためのものであり、例えばＤＣモータを含みうる。駆動回路２２は、後述の処理部２５からの指令値（指令信号）に基づいてアクチュエータ２１を駆動する。ここで、アクチュエータ２１と駆動回路２２とは、駆動部を構成する。位置検出部２３は、カム部材１２の回転角または光学部材１０・１１の位置を検出する検出部である。姿勢検出部２４は、レンズ装置１の姿勢（例えば、レンズ装置１の光軸と水平面とのなす角）を検出する検出部である。処理部２５は、位置検出部２３からの位置情報と、姿勢検出部２４からの姿勢情報と、光学部材１０・１１に対する目標値情報とに基づいて、後述のような処理（機能）により、駆動回路２２（駆動部）に対する指令信号を生成する。なお、目標値情報は、例えば、後述のユニット１００ａを含む操作装置から取得しうる。処理部２５は、ＣＰＵを含んで構成されうる。
【００１０】
ここで、処理部２５が行う当該処理について説明する。図２は、処理部の構成例を示すブロック図である。目標速度生成部５０は、後述の操作装置からの操作信号に基づいて、カム部材１２の目標速度を生成する。目標位置生成部５１は、目標速度に基づいて目標位置（目標値）を生成する。ここでは、目標速度を変位量に変換するための係数を目標速度に乗算して得られた変位量を現在の目標位置に加算し、それにより得られた値を広角端から望遠端までの範囲内の値に制限する。このようにして、目標位置（目標値）を生成する。減算器５２および増幅器５３は、比例制御のための機能を有し、目標値と制御量との差に比例ゲインを乗算して仮指令値を生成する。
【００１１】
記憶部５４は、カム部材の回転角（光学部材１０・１１の位置）とレンズ装置１の姿勢とに対応する、上記仮指令値に対する補正値の情報（テーブルデータ）を記憶する。本実施形態では、広角端から望遠端までのカム部材の回転角範囲を３０分割し、当該分割により決められた当該範囲の３１の境界において、レンズ装置１の姿勢が鉛直上向きの場合の負荷トルクの増分に相当するデータを記憶しておく。なお、「レンズ装置１の姿勢が鉛直上向き」は、「レンズ装置１の光軸と水平面とのなす角が＋９０°」とも表現するものとする。また、記憶しておくテーブルデータに係る姿勢は、鉛直上向き（＋９０°）に限定されるものではなく、特定の姿勢であればよい。このテーブルデータは、光学部材１０・１１それぞれの質量と、カム部材１２に形成されたカムの形状とに基づいて算出されうるものであり、例えば、次式を用いて算出されうる。
Ｔｔ［ｘ］＝ｋ１（ｍ１×ｄｆ１（Ｚｘ）／ｄＺ＋ｍ２×ｄｆ２（Ｚｘ）／ｄＺ）  ・・・（１）
【００１２】
ここで、Ｔｔ［ｘ］は、ｘ番目（ｘ＝０〜３０）の境界での負荷トルクの増分である。ｋ１は、括弧内の値をトルク値に変換するための係数である。Ｚｘは、ｘ番目の境界でのカム部材１２の回転角である（Ｚｘ＜Ｚｘ＋１なる関係式が満たされる）。関数ｆ１（Ｚ）およびｆ２（Ｚ）は、それぞれカム部材１２の回転角Ｚでの、光学部材１０の位置を表す関数および光学部材１１の位置を表す関数である。ｍ１およびｍ２は、それぞれ光学部材１０の質量および光学部材１１の質量である。図３は、カム部材の回転角に対応する光学部材の位置を例示する図である。すなわち、図３は、関数ｆ１（Ｚ）および関数ｆ２（Ｚ）を例示している。よって、その回転角Ｚでの微分値としてのｄｆ１（Ｚｘ）／ｄＺおよびｄｆ２（Ｚｘ）／ｄＺは、それぞれ回転角Ｚｘでの関数ｆ１（Ｚ）の傾き及び関数ｆ２（Ｚ）の傾きに相当する。当該微分値は、カム部材の単位回転角あたりの光学部材の移動量としうる。
【００１３】
補正値生成部５５は、負荷トルクの増分Ｔｔ［ｘ］と姿勢（レンズ装置１の光軸と水平面とのなす角）θとを用いて、補正値、すなわち姿勢θでの負荷トルクの増分Ｔ（Ｚ）を次の式（２）・（３）で算出しうる。
Ｔ（Ｚ）＝Ｔ１（Ｚ）×ｓｉｎθ  ・・・（２）
Ｔ１（Ｚ）＝（Ｔｔ［ｎ＋１］−Ｔｔ［ｎ］）×（Ｚ−Ｚｎ）／（Ｚｎ＋１−Ｚｎ）＋Ｔｔ［ｎ］  ・・・（３）
【００１４】
ｎは、Ｚ≧Ｚｘを満たすｘのうち最大のものであり、必ずＺｎ≦Ｚ＜Ｚｎ＋１を満たす。Ｔ１（Ｚ）は、姿勢が＋９０°の場合の回転角Ｚでの負荷トルクの増分を示し、増分Ｔｔ［ｎ＋１］および増分Ｔｔ［ｎ］から補間（ここでは線形補間）して得たものである。そして、このＴ１（Ｚ）にｓｉｎθを乗算することで、姿勢θでの負荷トルクの増分Ｔ（Ｚ）を得ている。
【００１５】
加算器５６は、補正値生成部５５で生成された補正値（負荷トルクの増分）と、減算器５２・増幅器５３で生成された仮指令値とに基づいて（ここでは、それらを加算して）、駆動回路２２（駆動部）に対する指令値を生成する。当該指令値に基づいて、駆動回路２２は、アクチュエータ２１を駆動する。
【００１６】
本実施例形態は、比例制御に基づく仮指令値に、カム部材の回転角とレンズ装置の姿勢とに従って変化する負荷トルクの増分に係る補正値を加算することにより、駆動部に対する指令値を生成している。よって、負荷トルクの増減に応じて、比例制御に係る出力自体を大きく増減する必要がないため、目標値と制御量との差としての定常偏差の変動を低減することができる。それゆえ、レンズ装置の姿勢とズーム状態（カム部材の回転角）との如何なる組合せに対しても、目標位置に対する高精度な制御が実現できる。その結果、速度むら低減したり、位置決めを正確に行ったりしうる。
【００１７】
なお、本実施形態のように負荷トルクの増分に係る補正値を加算することなく積分制御を比例制御に追加（すなわちＰＩ制御を採用）しても、定常偏差は低減できる。しかし、その場合は、応答性の点では不利となり、速度むらを十分に低減できなかったり、発振等により制御が不安定になったりしうる。また、本実施形態では、光学部材は、ズームのためのものを例示したが、レンズ装置の姿勢と光学部材の位置（カム部材の回転角）とにしたがって負荷トルクが変動するようなものであればよい。よって、光学部材は、例えば、ズーム、フォーカスおよび光量のうち少なくとも１つの調整のために可動であるものとしうる。また、本実施形態では、制御対象の光学部材が２つある場合について説明したが、制御対象の光学部材は、１つだけあっても３つ以上あってもよい。
【００１８】
以上に説明したように、本実施形態によれば、例えば、姿勢により負荷トルクが変動する光学部材の移動制御の安定性の点で有利なレンズ装置を提供することができる。
【００１９】
〔実施形態２〕
図４および図５を参照して実施形態２に係るレンズ装置を説明する。ここで、図４は、処理部の他の構成例を示すブロック図である。当該ブロック図において、実施形態１に係るブロック図と相違する点は、テーブルデータ生成部６０およびユーザ・インタフェース部７０を含む点である。テーブルデータ生成部６０は、記憶部５４に記憶すべきテーブルデータを生成または更新するための機能を有する。ユーザ・インタフェース部７０は、ユーザがレンズ装置１を使用するための入出力デバイスを含む。
【００２０】
ここで、図５は、負荷トルクの増分（補正値）を得るためのテーブルデータを生成する処理の流れを例示する図である。当該処理は、テーブルデータ生成部６０による制御にしたがってなされる。同図において、まず、ステップＳ１０１では、ユーザ・インタフェース部７０から、テーブルデータを生成する処理の開始指示があるかを判断する。当該指示があれば、ステップＳ１０２に処理が進められ、当該指示がなければ、ステップＳ１０１の処理が繰り返される。ステップ１０２では、光学部材を広角端に高速で移動するように、目標速度生成部５０に目標速度を生成させる。ステップＳ１０３では、位置検出部２３での検出に基づいて、光学部材が広角端に到達したかを判断する。光学部材が広角端に到達した場合には、ステップＳ１０４に処理が進められ、そうでない場合は、ステップＳ１０３の処理が繰り返される。ステップＳ１０４では、ユーザ・インタフェース部７０によりユーザの動作を促すことにより、姿勢検出部２４で検出された姿勢が０°を含む許容範囲（レンズ装置１の光軸が水平状態にあるとみなせる範囲）内にあるかを判断する。当該姿勢が当該許容範囲内にあれば、ステップＳ１０５に処理が進められ、そうでない場合は、ステップＳ１０４の処理が繰り返される。ステップＳ１０５では、最も広角側の計測ポイントを設定する。つづくステップＳ１０６では、目標速度生成部５０に、予め定められた低速（低回転速度）で望遠側に光学部材を移動するように、目標速度を生成させる。ここで、低速で光学部材を移動するようにする理由は、レンズ装置の姿勢に起因する負荷トルクの増分を計測するのに、速度に起因する負荷トルクの変動成分をできるだけ計測値が含まないようにするためである。ステップＳ１０７では、設定した計測ポイントに光学部材が到達したかを判断する。設定した計測ポイントに光学部材が到達した場合には、ステップＳ１０８に処理が進められ、そうでない場合は、ステップＳ１０７の処理が繰り返される。ステップＳ１０８では、当該計測ポイントに対応する、駆動部に対する指令値を記憶する。ここでは、当該指令値は、例えば、アクチュエータ２１としてのＤＣモータへの印加電圧に相当するものとしうる。当該指令値は、それには限定されず、カム部材１２の駆動トルクに相当するものであればよい。なお、厳密には、ＤＣモータへの印加電圧には、駆動トルクに係る成分の他に、速度に依存する逆起電圧に係る成分も含まれているが、本実施形態では、光学部材の低速移動により、逆起電圧に係る成分を無視しうるものとしている。
【００２１】
つづくステップＳ１０９では、次の計測ポイントを設定する。そして、ステップＳ１１０では、すべての計測ポイントでの計測が終了したかを判断し、計測が終了した場合には、ステップＳ１１１に処理が進められ、そうでない場合は、ステップＳ１０７ないしステップＳ１１０の処理が繰り返される。ステップＳ１１１では、光学部材を広角端に高速で移動するように、目標速度生成部５０に目標速度を生成させる。ステップＳ１１２では、位置検出部２３での検出に基づいて、光学部材が広角端に到達したかを判断する。光学部材が広角端に到達した場合には、ステップＳ１１３に処理が進められ、そうでない場合は、ステップＳ１１２の処理が繰り返される。ステップ１１３では、ユーザ・インタフェース部７０によりユーザの動作を促すことにより、姿勢検出部２４で検出された姿勢が４５°を含む許容範囲（レンズ装置１の光軸が水平面に対して上向きに４５°をなすとみなせる範囲）内にあるかを判断する。当該姿勢が当該許容範囲内にあれば、ステップＳ１１４に処理が進められ、そうでない場合は、ステップＳ１１３の処理が繰り返される。ステップＳ１１４ないしステップＳ１１９では、レンズ装置１の光軸が水平面に対して上向きに４５°をなすとみなせる状態で、ステップＳ１０５ないしステップＳ１１０と同様の処理を行う。なお、ステップＳ１１０では、すべての計測ポイントでの計測が終了したかを判断し、計測が終了した場合には、ステップＳ１２０に処理が進められ、そうでない場合は、ステップＳ１１６ないしステップＳ１１９の処理が繰り返される。ステップＳ１２０では、ステップＳ１０８およびステップＳ１１７それぞれで計測ポイントごとに記憶した指令値に基づき、次式を用いて、負荷トルクの増分に係るテーブルデータＴｔ［ｘ］を算出（生成）する。
Ｔｔ［ｘ］＝ｋ２（Ｘ１（Ｚｘ）−Ｘ０（Ｚｘ））  ・・・（４）
【００２２】
ここで、Ｘ０（Ｚｘ）は、ステップＳ１０８で記憶した、レンズ装置が水平状態での指令値であり、Ｘ１（Ｚｘ）は、ステップＳ１１７で記憶した、レンズ装置が上向き４５°状態での指令値である。係数ｋ２は、当該指令値の差を、レンズ装置が上向き９０°状態での負荷トルクの増分に変換するための係数である。ステップＳ１２１では、ステップＳ１２０で得られた負荷トルクの増分に係るテーブルデータＴｔ［ｘ］を記憶部５４に記憶させる。
【００２３】
実施形態１では、テーブルデータＴｔ［ｘ］は、予め算出された設計値（理論値）としたが、実施形態２では、図５を参照して以上に説明したように、計測値（実測値）としている。そのため、製造誤差等により、レンズ装置の個体ごとに、その姿勢による負荷トルクの増分が変化してしまう場合においても、より正確なテーブルデータを得ることができる。また、水平状態での負荷トルクと上向き４５°状態での負荷トルクとの差から、姿勢による負荷トルクの増分を算出しているため、摩擦等の姿勢以外の要因による負荷トルクの変化の影響を低減することができる。なお、負荷トルクの増分は、本実施形態では、水平状態での負荷トルクと上向き４５°状態での負荷トルクとの差から生成したが、それには限定されず、互いに異なる２つの姿勢での負荷トルクから生成すればよい。その場合、係数ｋ２を当該２つの姿勢に応じた値とすればよい。
【００２４】
以上に説明したように、本実施形態によれば、例えば、姿勢により負荷トルクが変動する光学部材の移動制御の安定性の点で有利なレンズ装置を提供することができる。
【００２５】
〔撮像装置等に係る実施形態〕
図６は、撮像装置の構成例を示す図である。当該撮像装置は、以上に例示したレンズ装置（ここでは１００とする）と、当該レンズ装置の像面に配された撮像素子２００ａを有するカメラ装置（撮像部）２００とを含んで構成されている。なお、レンズ装置１００は、レンズ装置１００における操作部材およびＣＰＵ（処理部）を含むユニット１００ａをレンズ装置１００のサブユニット（操作装置またはドライブユニット）として含みうる。そして、当該サブユニットは、レンズ装置の本体１００´から空間的に分離可能に構成されていてもよい。その場合、レンズ装置の本体１００´に含まれている可動の光学部材の操作（駆動の制御）を行う当該ユニット１００ａを含む操作装置（制御装置またはデマンドともいう）が構成されることになる。または、当該光学部材の駆動を行う当該ユニット（ドライブユニット）１００ａを含む駆動装置が構成されることになる。当該ドライブユニット１００ａは、さらに、モータ、その駆動回路、および光学部材の状態を検出する検出器を含みうる。また、カメラ装置２００は、光学部材に対する指令値を送信する機能を有する。その場合、当該指令値は、例えば、カメラ装置２００のサブユニットとしての（カメラ）操作装置２００ｂにより生成されうる。または、当該指令値は、例えば、カメラ装置２００のオートフォーカス機能またはオートアイリス機能等により生成されうる。操作装置２００ｂは、カメラ装置の本体２００´とは分離可能に構成されうる。また、操作装置２００ｂは、カメラ装置の本体２００´に有線または無線により通信接続されうる。また、操作装置２００ｂは、レンズ装置の物体距離に対応する指令値、レンズ装置の焦点距離またはズーミングに対応する指令値、およびレンズ装置の有効口径に対応する指令値等のうちの少なくとも１つを生成しうる。本実施形態によれば、例えば、姿勢により負荷トルクが変動する光学部材の移動制御の安定性の点で有利な撮像装置を提供することができる。
【００２６】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【符号の説明】
【００２７】
１  レンズ装置
１０、１１  光学部材
１２  カム部材
２１、２２  駆動部
２３  位置検出部
２４  姿勢検出部
２５  処理部
【図１】
2019179185.tif 000003
【図２】
2019179185.tif 000004
【図３】
2019179185.tif 000005
【図４】
2019179185.tif 000006
【図５】
2019179185.tif 000007
【図６】
2019179185.tif 000008