(57)【要約】【課題】光量調節ユニットの位置や駆動方向によらず、光量調節ユニットを安定的にかつ精度良く制御できる光量調節システムを提供する。【解決手段】光量調節システムは、光を通過させる開口の大きさを変化させる光量調節ユニット２０２と、該光量調節ユニットを駆動するアクチュエータ２３０と、光量調節ユニットの開口状態を検出する検出手段２１３と、光量調節ユニットの目標開口状態と検出手段による検出開口状態との偏差に応じた信号を生成する偏差信号生成手段２１７と、該偏差に応じた信号にオフセットを与えてアクチュエータを動作させるための駆動信号を生成する駆動信号生成手段２０３〜２０７と、駆動信号に対してローパスフィルタ処理を行うフィルタ手段２１６とを有する。フィルタ手段からの出力がオフセットとして用いられる。【選択図】図２
2008083343.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を通過させる開口の大きさを変化させる光量調節ユニットと、
該光量調節ユニットを駆動するアクチュエータと、
前記光量調節ユニットの開口状態を検出する検出手段と、
前記光量調節ユニットの目標開口状態と前記検出手段による検出開口状態との偏差に応じた信号を生成する偏差信号生成手段と、
前記偏差に応じた信号にオフセットを与えて前記アクチュエータを動作させるための駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、
前記駆動信号に対してローパスフィルタ処理を行うフィルタ手段とを有し、
前記フィルタ手段からの出力を前記オフセットとして用いることを特徴とする光量調節システム。
【請求項２】
前記光量調節ユニットは、遮光部材と、該遮光部材を前記開口の開方向及び閉方向のうち一方に付勢する付勢部材とを有することを特徴とする請求項１に記載の光量調節システム。
【請求項３】
光を通過させる開口の大きさを変化させる光量調節ユニットと、
該光量調節ユニットを駆動するアクチュエータと、
前記光量調節ユニットの開口状態を検出する検出手段と、
前記光量調節ユニットの目標開口状態と前記検出手段による検出開口状態との偏差に応じた信号を生成する偏差信号生成手段と、
前記偏差に応じた信号にオフセットを与えて前記アクチュエータを動作させるための駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、
前記偏差の方向を判別し、該判別した偏差方向に応じて前記オフセットを変更するオフセット設定手段とを有することを特徴とする光量調節システム。
【請求項４】
前記光量調節ユニットは、遮光部材と、該遮光部材を前記開口の開方向及び閉方向のうち一方に付勢する付勢部材とを有し、
前記オフセット設定手段は、前記偏差方向と前記付勢部材による前記遮光部材の付勢方向との関係に応じて前記オフセットの正負を変更することを特徴とする請求項３に記載の光量調節システム。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１つに記載の光量調節システムを有することを特徴とする光学機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カメラや交換レンズ等の光学機器に搭載される光量調節システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
光学機器に搭載される絞り（光量調節装置又は光量調節ユニット）の制御方式には、例えば図４に示す位置サーボ制御方式がある。
【０００３】
図４において、４０１は絞り制御回路であり、４０２は絞りユニットである。絞り制御回路４０１に目標位置を与えると、絞りユニット４０２の実際の位置（絞り位置）との差である偏差が求められる。該偏差を示す信号は、ＬＰＦ（Low Path Filter）４０３、ＨＰＦ（High Path Filter）４０４及びゲイン回路４０５により位相やゲインが調整される。これにより、絞りユニット４０２に合った特性に調整された制御信号が生成される。
【０００４】
制御信号には適当なオフセット（OFFSET）が加算され、加算後の値に対してリミッタ４０６により最大値と最小値の制限が加えられる。そして、制限後の制御信号はＰＷＭ回路４０７によってＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号に置き換えられる。ＰＷＭ信号は、ドライバ４０８に送られる。
【０００５】
ドライバ４０８は、ＰＷＭ信号に応じて絞りユニット４０２を駆動する絞りモータのコイル４０９に電流を流す。コイル４０９に電流が流れると、電磁誘導によって磁石４１０が動き、その動力によって絞り羽根駆動リング４１１が回動して不図示の複数の絞り羽根が開閉動作する。
【０００６】
磁石４１０の移動に伴う磁界の変化は、ホール素子４１２からの電気信号の変化として現れるため、該電気信号の変化から絞り位置を検知できる。該電気信号は、ゲイン回路４１３によって適切な値に増幅され、絞り位置信号として用いられる。該絞り位置信号は再び目標位置との差を示す偏差信号を生み出すのに使用される。この一連の繰り返しによって、絞りユニット４０２は次第に偏差が小さくなる方向に動作し、最終的には目標位置に対応した絞り位置に制御される。
【０００７】
絞りユニット４０２内では、絞り羽根駆動リング４１１を絞り羽根が閉じる方向に付勢するためのバネ４０９の付勢力が、磁石４１０や駆動リング４１１の駆動機構を介して駆動リング４１１に作用している。
【０００８】
バネ４０９は、駆動リング４１１に一定方向の力を付与することで負荷成分として働く。これにより、コイル４０９と磁石４１０によるトルクと力の均衡を取り易くし、外乱の影響を少なくすることができる。また、電源ＯＦＦ状態での絞りの位置が不用意に変化しないようにするためや不必要な光が入射しないように光を遮断する役割をも担っている。
【０００９】
ここで、絞りを動かすのに必要なトルクを考える。トルクＴは、磁石４１０とコイル４０９に流れる電流ｉに比例して発生するので、トルク係数をＫとすると、
Ｔ＝Ｋｉ
となる。
【００１０】
一方、このトルクＴは、回転体の回りにくさの程度を表す慣性モーメントと摩擦などの粘性抵抗による力とバネ４０９による力の合力と平衡する。
【００１１】
絞り位置（絞りモータの回転角）をθとすると、慣性力、粘性抵抗及びバネ４０９の付勢力はそれぞれ、時間の２回微分値、１回微分値及び０回微分値に比例する。
【００１２】
慣性モーメント及び粘性抵抗係数をそれぞれＪ，Ｄとし、バネ係数をｋとし、絞りの開方向を正の方向とすると、開方向のトルクＴｏと閉じ方向のトルクＴｃはそれぞれ、
【００１３】
【数１】
2008083343.tif 000003
【００１４】
で表される。
【００１５】
このように、バネ４０９の力による負荷は、絞りの駆動方向によって向きが変わる。また、絞り位置θに比例して大きさが変化する。実際の絞りでは、絞りの形状などによって、バネ以外の抵抗成分にも絞り位置や駆動方向によって変わる項が存在する。
【００１６】
特許文献１には、絞りモータの逆起電力を負帰還して該モータの駆動電力を生成する場合に、負帰還利得をモータの回転方向に応じて変更する技術が提案されている。
【特許文献１】特開平７−１６２７４１号公報(段落００３２、図２等)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
上述したように、絞りの位置や駆動方向によって、絞り制御に必要な駆動力、つまりは制御特性が変化する。また、温度変化や経時変化によって絞りを構成する部材に変化が生じることで、制御特性も変化する。
【００１８】
しかしながら、従来はこれらの変化に対応した制御が行われておらず、絞りの制御が不安定になったり、制御精度が低下したりしていた。
【００１９】
従来の目標位置と検出位置との偏差を用いた制御信号の生成手法では、バネにより閉方向に付勢されているため、開方向への応答速度の遅れが生じていた。さらに、絞り位置に依存する力の影響により、絞り位置によっては絞りが目標位置に到達しない、いわゆる定常偏差が生じてしまうことがあった。
【００２０】
本発明は、光量調節ユニットの位置や駆動方向によらず、光量調節ユニットを安定的にかつ精度良く制御できるようにした光量調節システムを提供することを目的の１つとしている。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明の一側面としての光量調節システムは、光を通過させる開口の大きさを変化させる光量調節ユニットと、該光量調節ユニットを駆動するアクチュエータと、光量調節ユニットの開口状態を検出する検出手段と、光量調節ユニットの目標開口状態と検出手段による検出開口状態との偏差に応じた信号を生成する偏差信号生成手段と、該偏差に応じた信号にオフセットを与えてアクチュエータを動作させるための駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、駆動信号に対してローパスフィルタ処理を行うフィルタ手段とを有する。そして、フィルタ手段からの出力をオフセットとして用いることを特徴とする。
【００２２】
また、本発明の他の側面としての光量調節システムは、光を通過させる開口の大きさを変化させる光量調節ユニットと、該光量調節ユニットを駆動するアクチュエータと、光量調節ユニットの開口状態を検出する検出手段と、光量調節ユニットの目標開口状態と検出手段による検出開口状態との偏差に応じた信号を生成する偏差信号生成手段と、該偏差に応じた信号にオフセットを与えてアクチュエータを動作させるための駆動信号を生成する駆動信号生成手段とを有する。そして、さらに該偏差の方向を判別し、該判別した偏差方向に応じてオフセットを変更するオフセット設定手段を有することを特徴とする。
【００２３】
なお、上記光量調節システムを有する光学機器も本発明の他の側面を構成する。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、駆動信号に対して該駆動信号のローパスフィルタ処理の結果をオフセットとして与える（加算する）ことで、光量調節ユニットの開口状態（位置）に依存する力が定常偏差として残ることを抑制することができる。つまり、光量調節ユニットの位置に依存する力を補正することができる。また、光量調節ユニットの位置の検出結果に対応した値をオフセットとして使用するのではなく、駆動信号のローパスフィルタ処理の結果をオフセットとして使用するので、温度変化や経時変化が生じても良好な制御精度を維持できる。
【００２５】
また、本発明によれば、光量調節ユニットの目標位置に対する偏差の方向（つまりは駆動方向）によってオフセットを変更するので、駆動方向に依存する力を補正することができる。これにより、駆動方向によって速度が変化するという問題を、サーボ内の処理によって解決することができる。
【００２６】
そして、これらの発明によれば、光量調節ユニットの開口状態や駆動方向によらず、光量調節ユニットを安定的にかつ精度良く制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
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。
【実施例１】
【００２８】
図１には、本発明の実施例であるビデオカメラ（光学機器）の構成を示している。なお、本実施例では、ビデオカメラについて説明するが、本発明は、デジタルスチルカメラや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。
【００２９】
図１において、１０１は第１固定レンズ、１０２は光軸方向に移動して変倍を行う変倍レンズ、２０２は光量調節ユニットとしての絞りユニットである。また、１０４は第２固定レンズ、１０５は変倍に伴う焦点面の移動を補正する機能とフォーカシングの機能とを兼ね備えたフォーカスコンペンセータレンズ（以下、フォーカスレンズという）である。第１固定レンズ１０１、変倍レンズ１０２、絞りユニット２０２、第２固定レンズ１０４及びフォーカスレンズ１０５により撮像光学系が構成される。
【００３０】
１０６は、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサにより構成される光電変換素子としての撮像素子である。１０７は撮像素子１０６の出力をサンプリングし、ゲイン調整するＣＤＳ／ＡＧＣ回路である。
【００３１】
１０８はカメラ信号処理回路であり、ＣＤＳ／ＡＧＣ回路１０７からの出力信号に対して各種の画像処理を施し、映像信号を生成する。１０９はＬＣＤ等により構成されるモニタであり、カメラ信号処理回路１０８からの映像信号を表示する。１１３は記録部であり、カメラ信号処理回路１０８からの映像信号を磁気テープ、光ディスク、半導体メモリ等の記録媒体に記録する。
【００３２】
１１０は変倍レンズ１０２を移動させるためのズームモータである。１１１はフォーカスレンズ１０５を移動させるためのフォーカシングモータである。また、２３０は絞りユニット２０２を駆動する絞りモータである。該絞りモータ２３０は、絞り制御回路２０１からの信号を受けて動作する。
【００３３】
ズームモータ１１０、フォーカシングモータ１１１及び絞りモータ２３０は、ステッピングモータ、ＤＣモータ、振動型モータ及びボイスコイルモータ等のアクチュエータにより構成することができる。
【００３４】
１１２はＣＤＳ／ＡＧＣ回路１０７からの全画素の出力信号のうち焦点検出に用いられる領域の信号のみを通すＡＦゲートである。
【００３５】
１１４は第１の検出手段としてのＡＦ信号処理回路である。ＡＦ信号処理回路１１４は、ＡＦゲート１１２を通過した信号から高周波成分や該高周波信号から生成した輝度差成分（ＡＦゲート１１２を通過した信号の輝度レベルの最大値と最小値の差分）等を抽出して第１の情報としてのＡＦ評価値信号を生成する。ＡＦ評価値信号は、カメラ／ＡＦマイクロコンピュータ１１５に出力される。ＡＦ評価値信号は、撮像素子１０６からの出力信号に基づいて生成される映像の鮮鋭度（コントラスト状態）を表すものであるが、鮮鋭度は撮像光学系の焦点状態によって変化するので、結果的に撮像光学系の焦点状態を表す信号となる。
【００３６】
カメラ／ＡＦマイクロコンピュータ（以下、単にマイクロコンピュータという）１１５は、ビデオカメラ全体の動作の制御を司るとともに、ＡＦ評価値信号に基づいてフォーカシングモータ１１１を制御することでフォーカス制御を行う。
【００３７】
図２には、本実施例における位置サーボ制御による絞りシステム（光量調節システム）の構成を示している。２０１及び２０２はそれぞれ図１にも示した絞り制御回路及び絞りユニットである。絞りユニット２０２は、不図示の複数の遮光部材を開閉方向に移動させることで、光を通過させる開口（絞り開口）の大きさを変化させて光量を調節する。
【００３８】
絞り制御回路２０１に目標位置を与えると、偏差信号生成部２１７により絞りユニット２０２の実際の位置との差である偏差が求められる。絞りユニット２０２の位置（以下、単に絞り位置という）とは、絞りモータ２３０の回転角若しくは不図示の絞り羽根の開閉位置を意味し、絞りユニット２０２の開口状態に対応する。
【００３９】
そして、該偏差を示す信号は、ＬＰＦ（Low Path Filter）２０３、ＨＰＦ（High Path Filter）２０４及びゲイン回路２０５により位相やゲインが調整される。これにより、絞りユニット２０２に合った特性に調整された制御信号が生成される。
【００４０】
偏差に応じた信号である制御信号には後述するオフセット（OFFSET）が加算され、加算後の値に対してリミッタ２０６により最大値と最小値の制限が加えられる。そして、制限後の制御信号はＰＷＭ回路２０７によって、駆動信号としてのＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号に置き換えられる。ＰＷＭ信号は、ドライバ２０８に送られる。なお、ＬＰＦ２０３〜ＰＷＭ回路２０７までの回路は、駆動信号生成手段を構成する。
【００４１】
ドライバ２０８は、ＰＷＭ信号に応じて絞りユニット２０２を駆動する絞りモータ２３０のコイル２０９に電流を流す。コイル２０９に電流が流れると、電磁誘導によって磁石２１１が動き、その動力によって絞り羽根駆動リング２１２が回動して不図示の複数の絞り羽根が開閉動作する。
【００４２】
磁石２１１の移動に伴う磁界の変化は、検出手段としてのホール素子２１３からの電気信号の変化として現れるため、該電気信号の変化から絞り位置を検知できる。該電気信号は、ゲイン回路２１４によって適切な値に増幅され、絞り位置信号として用いられる。該絞り位置信号は再び目標位置との差を示す偏差信号を生成するのに用いられる。この一連の繰り返しによって、絞りユニット２０２は次第に偏差が小さくなる方向に動作し、最終的には目標位置に対応した絞り位置に制御される。
【００４３】
絞りユニット２０２内では、絞り羽根駆動リング２１２を絞り羽根が閉じる方向に付勢するための付勢部材であるバネ２０９の付勢力が、磁石２１１及び駆動リング２１２の駆動機構を介して駆動リング２１２に作用している。
【００４４】
ここで、一般的にビデオカメラで使用される絞りの制御処理は、ＡＦ、防振（像振れ補正）及びズーム制御等の処理に比べて遅い。また、人間の目に余り急激な輝度変化を与えないように、目標位置の変化も緩やかで、絞りは連続的に一定方向に動作する場合が多い。このため、ＰＷＭ信号に対してＬＰＦ処理を施した信号は、絞り位置にほぼ比例する信号として用いることができる。
【００４５】
本実施例では、ＰＷＭ信号を、ＬＰＦ２１６に入力して遅れ信号を生成し、その遅れ信号を制御信号に加算するオフセットとして使用する。これにより、絞り位置に依存する力を打ち消すことができ、絞り位置に依存する力が定常偏差を生じさせる力として残ることを抑制することができる。
【００４６】
また、絞り位置をホール素子２１３の出力やコイル２０９に流している電流に基づいて検知し、その絞り位置に対して調整された値を絞り位置毎にオフセット値として記憶させるなどの処理も考えられる。しかし、このような処理では、絞りユニット２０２の経時変化や温度変化によって、記憶しておいたオフセット値が不適切なものとなってしまい、制御精度を低下させる。
【００４７】
これに対し、本実施例では、動的に変化する制御信号のＬＰＦ処理結果をオフセットとして用いるため、経時変化や温度変化にも動的に対応することができる。
【００４８】
以上のことから、本実施例によれば、絞り位置にかかわらず、安定した良好な精度で絞りユニット２０２を制御することができる。
【実施例２】
【００４９】
図３には、本発明の実施例２である絞りシステムの構成を示す。この絞りシステムも、実施例１（図１）で説明したビデオカメラ等に搭載される。
【００５０】
３０１は絞り制御回路であり、２０２は実施例１と同じ絞りユニットである。
【００５１】
絞り制御回路３０１に目標位置を与えると、偏差信号生成部３１７により絞りユニット２０２の実際の位置（絞り位置）との差である偏差が求められる。
【００５２】
そして、該偏差を示す信号は、ＬＰＦ（Low Path Filter）３０３、ＨＰＦ（High Path Filter）３０４及びゲイン回路３０５により位相やゲインが調整される。これにより、絞りユニット３０２に合った特性に調整された制御信号が生成される。
【００５３】
偏差に応じた信号制御信号には後述するオフセット（OFFSET）が加算され、加算後の値に対してリミッタ３０６により最大値と最小値の制限が加えられる。そして、制限後の制御信号はＰＷＭ回路３０７によってＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号に置き換えられる。ＰＷＭ信号は、ドライバ３０８に送られる。
【００５４】
ドライバ３０８は、ＰＷＭ信号に応じて絞りユニット２０２を駆動する絞りモータ２３０のコイル２０９に電流を流す。コイル２０９に電流が流れると、電磁誘導によって磁石２１１が動き、その動力によって絞り羽根駆動リング２１２が回動して不図示の複数の絞り羽根が開閉動作する。
【００５５】
磁石２１１の移動に伴う磁界の変化は、ホール素子２１３からの電気信号の変化として現れるため、該電気信号の変化から絞り位置を検知できる。該電気信号は、ゲイン回路２１４によって適切な値に増幅され、絞り位置信号として用いられる。該絞り位置信号は再び目標位置との差を示す偏差信号を生成するのに用いられる。この一連の繰り返しによって、絞りユニット２０２は次第に偏差が小さくなる方向に動作し、最終的には目標位置に対応した絞り位置に制御される。
【００５６】
絞りユニット２０２内では、絞り羽根駆動リング２１２を絞り羽根が閉じる方向に付勢するためのバネ２０９の付勢力が、磁石２１１及び駆動リング２１２の駆動機構を介して駆動リング２１２に作用している。
【００５７】
ここで、背景技術の欄でも説明したように、絞りの駆動方向によって絞りユニット２０２を動作させるのに必要なトルクが異なる。すなわち、絞り位置（絞りモータ２３０の回転角）をθとし、開方向のトルクをＴｏ、閉方向のトルクをＴｃとすると、
【００５８】
【数２】
2008083343.tif 000004
【００５９】
となる。
【００６０】
本実施例では、偏差の方向、すなわち偏差信号の符号（正負）を検出する制御方向判別部３１５を設けている。偏差信号が負の場合は絞りユニット２０２の駆動方向（制御方向）は開方向となり、偏差信号が正の場合は絞りユニット２０２の駆動方向は閉方向となる。そして、オフセット設定手段である制御方向判別部３１５は、制御方向が開方向である場合には、制御信号に特定のオフセットを加算し、閉方向である場合には制御信号から特定のオフセットを減算する（つまりは負のオフセットを与える）。これにより、絞りユニット２０２の駆動方向に依存する力を補正することができる。この処理により、絞りユニット２０２の制御方向によって動作速度が変化してしまう問題を、サーボ内の処理によって解消することができる。
【００６１】
なお、上述した各実施例において、絞り制御回路の動作は、マイクロコンピュータによるコンピュータプログラムに従ったデジタル演算処理により行われてもよい。
【００６２】
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこの実施例に限定されなず、請求項の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の実施例１であるビデオカメラの構成を示すブロック図。
【図２】実施例１における絞りシステムの構成及び動作を示すブロック図。
【図３】本発明の実施例２である絞りシステムの構成及び動作を示すブロック図。
【図４】従来の絞りシステムの構成及び動作を示すブロック図。
【符号の説明】
【００６４】
２０１，３０１  絞り制御回路
２０２，３０２  絞りユニット
２０３，３０３，２１６  ＬＰＦ
２０４，３０４  ＨＰＦ
２０５，３０５  ゲイン回路
２０６，３０６  リミッタ
２０７，３０７  ＰＷＭ回路
２０８，３０８  ドライバ
２３０  絞りモータ
２０９  コイル
２１０  バネ
２１１  磁石
２１３  ホール素子
【図１】
2008083343.tif 000005
【図２】
2008083343.tif 000006
【図３】
2008083343.tif 000007
【図４】
2008083343.tif 000008