JP6705104B2

JP6705104B2 - レンズ装置、撮像装置、及び移動体

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Publication number: JP6705104B2
Application number: JP2018090266A
Authority: JP
Inventors: 本庄　謙一; 謙一本庄; 高志小山
Original assignee: SZ DJI Technology Co Ltd
Current assignee: SZ DJI Technology Co Ltd
Priority date: 2018-05-08
Filing date: 2018-05-08
Publication date: 2020-06-03
Anticipated expiration: 2038-05-08
Also published as: JP2019197118A

Description

本発明は、レンズ装置、撮像装置、及び移動体に関する。

特許文献１には、ズームレンズを駆動するモータと、フォーカスレンズを駆動するモータとを備えるレンズ駆動装置が開示されている。
特許文献１実用新案登録２５９８７５８号公報

フォーカスレンズなどのレンズを、ギア機構を利用して駆動する場合、ギア間でバックラッシュが生じる可能性がある。

本発明の一態様に係るレンズ装置は、レンズを備えてよい。レンズ装置は、レンズの光軸の方向にレンズを駆動させるカム環を備えてよい。レンズ装置は、第１電動機及び第２電動機を備えてよい。レンズ装置は、第１電動機により駆動される第１ギアを備えてよい。レンズ装置は、第２電動機により駆動される第２ギアを備えてよい。レンズ装置は、第１ギア及び第２ギアにかみ合ってカム環に動力を伝達する第３ギアを備えてよい。レンズ装置は、第１ギアが有する第１歯の一方の歯面が、第３ギアが有する第３歯の一方の歯面と接触し、かつ、第２ギアが有する第２歯の一方の歯面が、第３ギアが有する第３歯の他方の歯面と接触した第１状態を維持するように、第１電動機及び第２電動機の回転を制御する制御部を備えてよい。

制御部は、第３ギアが第１方向に回転してカム環に動力を伝達する場合、及び第３ギアが第２方向に回転してカム環に動力を伝達する場合のそれぞれで、第１状態を維持するように、第１電動機及び第２電動機の回転を制御してよい。

第１電動機の設計上の電気的特性と、第２電動機の設計上の電気的特性とは、同一でよい。制御部は、第３ギアが第１方向に回転してカム環に動力を伝達する場合、第２電動機より第１電動機に、より大きい電力を電源から供給させ、第３ギアが第２方向に回転してカム環に動力を伝達する場合、第１電動機より第２電動機に、より大きい電力を電源から供給させることで、第１状態を維持してよい。

制御部は、第１方向に回転している第３ギアを停止させる場合、第２電動機の回転を停止させた後に第１電動機の回転を停止させ、第２方向に回転している第３ギアを停止させる場合、第１電動機の回転を停止させた後に第２電動機の回転を停止させてよい。

制御部は、レンズの駆動条件が予め定められた条件を満たす場合、第１状態を維持するように、第１電動機及び第２電動機の回転を制御し、レンズの駆動条件が予め定められた条件を満たさない場合、第１状態を維持させずに、第１電動機及び第２電動機の回転を制御してよい。

制御部は、レンズを光軸方向に移動させる距離が予め定められた閾値以下である場合、第１状態を維持するように、第１電動機及び第２電動機の回転を制御してよい。

第１電動機及び第２電動機は、ＤＣモータでよい。

カム環が第３ギアを有してよい。

レンズはフォーカスレンズでよい。

制御部は、マニュアルフォーカスモードでレンズを駆動させる場合、第１状態を維持するように、第１電動機及び第２電動機の回転を制御してよい。

本発明の一態様に係る撮像装置は、上記レンズ装置を備えてよい。撮像装置は、レンズ装置により結像された光を撮像する撮像部を備えてよい。

本発明の一態様に係る移動体は、上記撮像装置を備えて移動する移動体でよい。

本発明の一態様によれば、レンズをギア機構を利用して駆動する場合に生じるギア間でのバックラッシュを抑制できる。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

本実施形態に係る撮像装置の機能ブロックの一例を示す図である。ギア部のギア構成の一例を示す図である。第１ギアと第３ギアとがかみ合う部分の拡大図を示す図である。第２ギアと第３ギアとがかみ合う部分の拡大図を示す図である。コントラストの評価値とフォーカスレンズのレンズ位置との関係の一例を示す図である。フォーカスレンズの動作モードの切り替え手順の一例を示すフローチャートである。ぼけ量とレンズ位置との関係を示す曲線の一例を示す図である。ぼけ量に基づいてオブジェクトまでの距離を算出する手順の一例を示す図である。オブジェクトの位置、レンズの位置、及び焦点距離との関係について説明するための図である。ぼけ量とレンズ位置との関係を示す曲線の一例を示す図である。フォーカスレンズの動作モードの切り替え手順の一例を示すフローチャートである。無人航空機及び遠隔操作装置の外観の一例を示す図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

特許請求の範囲、明細書、図面、及び要約書には、著作権による保護の対象となる事項が含まれる。著作権者は、これらの書類の何人による複製に対しても、特許庁のファイルまたはレコードに表示される通りであれば異議を唱えない。ただし、それ以外の場合、一切の著作権を留保する。

図１は、本実施形態に係る撮像装置１００の機能ブロックの一例を示す。撮像装置１００は、レンズ装置２００と撮像部１０２とを備える。

撮像部１０２は、イメージセンサ１２０、撮像制御部１１０、メモリ１３０、及び電源１４０を有する。レンズ装置２００は、複数のレンズ２１０、複数のレンズ保持枠２１２、レンズ制御部２２０、メモリ２２２、第１電動機２３１、第２電動機２３２、ギア部２４０、カム環２６０、及び検出部２８０を有する。

イメージセンサ１２０は、ＣＣＤまたはＣＭＯＳにより構成されてよい。イメージセンサ１２０は、複数のレンズ２１０を介して結像された光学像の画像データを撮像制御部１１０に出力する。撮像制御部１１０は、ＣＰＵまたはＭＰＵなどのマイクロプロセッサ、ＭＣＵなどのマイクロコントローラなどにより構成されてよい。撮像制御部１１０は、ユーザからの操作部を介した撮像装置１００の動作命令に応じて、撮像装置１００を制御してよい。メモリ１３０は、コンピュータ可読可能な記録媒体でよく、ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、及びＵＳＢメモリなどのフラッシュメモリの少なくとも１つを含んでよい。メモリ１３０は、撮像制御部１１０がイメージセンサ１２０などを制御するのに必要なプログラム等を格納する。メモリ１３０は、撮像装置１００の筐体の内部に設けられてよい。メモリ１３０は、撮像装置１００の筐体から取り外し可能に設けられてよい。電源１４０は、撮像部１０２及びレンズ装置２００のそれぞれに電力を供給する。電源１４０は、バッテリでよい。

レンズ装置２００は、撮像部１０２に対して着脱可能に設けられる交換レンズでよい。レンズ保持枠２１２は、レンズ２１０を保持する。レンズ保持枠２１２に設けられたピン２１４が、カム環２６０のカム溝に係合される。カム環２６０が回転することで、カム溝に沿ってピン２１４が移動し、レンズ保持枠２１２と共にレンズ２１０が光軸方向に移動する。複数のレンズ２１０は、ズームレンズ、バリフォーカルレンズ、及びフォーカスレンズとして機能してよい。複数のレンズ２１０の少なくとも一部または全部は、光軸に沿って移動可能に配置される。撮像装置１００は、ズームレンズ用のカム環と、フォーカスレンズ用のカム環とをそれぞれ有してよい。

ギア部２４０は、第１電動機２３１及び第２電動機２３２の動力をカム環２６０に伝達する。カム環２６０は、ギア部２４０を介して第１電動機２３１及び第２電動機２３２から伝達された動力を受けて、光軸を中心に回転する。第１電動機２３１及び第２電動機２３２は、ＤＣモータでよい。第１電動機２３１及び第２電動機２３２は、ブラシ付きＤＣモータ、またはブラシレスＤＣモータでよい。第１電動機２３１の設計上の電気的特性と、第２電動機２３２の設計上の電気的特性とは、同一でよい。第１電動機２３１の型式と第２電動機２３２の型式とは同一でよい。すなわち、第１電動機２３１と第２電動機２３２とは同一の種類でよい。

第１電動機２３１及び第２電動機２３２は、ギア部２４０を介してカム環２６０に動力を伝達し、カム環２６０を回転させる。検出部２８０は、第１電動機２３１及び第２電動機２３２の少なくとも一方の回転数を検出する。検出部２８０は、例えばフォトインタラプタを含んでよい。

レンズ制御部２２０は、検出部２８０により検出される回転数に基づいて第１電動機２３１及び第２電動機２３２のそれぞれに供給する電力を制御する。レンズ制御部２２０は、撮像部１０２からのレンズ制御命令に従って、第１電動機２３１及び第２電動機２３２を駆動して、ギア部２４０及びカム環２６０を介して１または複数のレンズ２１０を光軸方向に沿って移動させる。レンズ制御命令は、例えば、ズーム制御命令、及びフォーカス制御命令である。レンズ制御部２２０は、レンズ２１０の少なくとも１つを光軸に沿って移動させることで、ズーム動作及びフォーカス動作の少なくとも一方を実行する。

レンズ制御部２２０は、例えばマニュアルフォーカスモードで動作する場合、レンズ装置２００が備える操作環のユーザによる操作量及び操作方向に応じて、フォーカスレンズを光軸に沿って移動させることで、フォーカス動作を実行してよい。

レンズ制御部２２０は、例えば動画撮影時のオートフォーカス動作を実行する場合、カム環２６０を第１の方向及び第２の方向に微小に往復回転させるように第１電動機２３１及び第２電動機２３２を制御する。レンズ制御部２２０は、フォーカスレンズを微小に往復駆動させることで、ウォブリング動作を実行する。ここで、ウォブリング動作は、フォーカスレンズを光軸に沿って微小振動させながらコントラスト値などの画像のぼけ度合いを示す評価値を算出し、次に光軸に沿って移動させるべき方向を決定しながら徐々に合焦状態に近づける動作をいう。レンズ制御部２２０は、制御部に一例である。レンズ制御部２２０は、撮像部１０２からのオートフォーカス命令に従って、ウォブリング動作を実行する。

メモリ２２２は、複数のレンズ２１０の制御値を記憶する。メモリ２２２は、ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、及びＵＳＢメモリなどのフラッシュメモリの少なくとも１つを含んでよい。

光学性能を向上させるために、レンズ２１０の大型化が要求される場合がある。例えば、レンズ装置２００が、いわゆる中判カメラなどで用いられるレンズ装置である場合、レンズ装置２００が備えるレンズ２１０が大型化する場合がある。このように、レンズ２１０が大型化すると、レンズ２１０が重くなる場合がある。例えば、比較的重いフォーカスレンズをウォブリング動作で微小に往復駆動させるためには、電動機は、比較的大きなトルクを発生させる必要がある。

大型の１または複数のレンズ２１０を駆動するために必要なトルクを１つの電動機で発生させる場合、電動機が大型化する場合がある。電動機が大型化すると、レンズ２１０を収容する鏡筒のサイズも大型化する。そこで、本実施形態に係るレンズ装置２００によれば、２つの第１電動機２３１及び２３２を利用して、カム環２６０を駆動させる。これにより、１つの電動機で発生させる必要があるトルクは抑制されるので、電動機の大型化を抑制できる。

また、２つの電動機でトルクを発生させると、１つの電動機でトルクを発生させるよりも、合計のトルクが大きくなる。トルクが大きくなると、ギア部２４０の減速比を小さくできる。つまり、電動機の大型化を抑制しつつ、ギア部２４０を構成するギアの枚数を減らすことができる。ギアの枚数が減ることで、エネルギー損失を抑制できる。また、ギアの枚数が減ることで、ギア部２４０のノイズを減らすことができる。さらに、ギアの枚数が減ることで、バックラッシュの影響を低減できる。

上記のように、２つの第１電動機２３１及び第２電動機２３２を利用して、カム環２６０を駆動させることで、バックラッシュの影響は低減できる。しかしながら、ギア間には少なからずバックラッシュが発生する。そこで、本実施形態では、さらにバックラッシュの低減を図る。

図２Ａは、ギア部２４０のギア構成の一例を示す図である。ギア部２４０は、第１電動機２３１の駆動軸２３３に連結された第１ギア２４１を含む。ギア部２４０は、第２電動機２３２の駆動軸２３４に連結された第２ギア２４２を含む。第１ギア２４１及び第２ギア２４２は、平ギアでよい。ギア部２４０は、第１ギア２４１及び第２ギア２４２にかみ合う第３ギア２７０を含む。カム環２６０が、第３ギア２７０を有してよい。第３ギア２７０は、カム環２６０の外周面上に設けられてよい。図２Ａに示すギア部２４０の構成は、一例に過ぎない。第１ギア２４１及び第２ギア２４２にかみ合う第３ギア２７０を２段ギアで構成してよい。ギア部２４０は、２段ギアの第３ギア２７０からの動力をカム環２６０に伝達する少なくとも１つのギアをさらに有してもよい。

第１ギア２４１は、外周面上に複数の第１歯２４３を有する。第１歯２４３は、一方の歯面２４４と、一方の歯面２４４と反対側の他方の歯面２４５とを有する。第２ギア２４２は、外周面上に複数の第２歯２４７を有する。第２歯２４７は、一方の歯面２４８と、一方の歯面２４８と反対側の他方の歯面２４９とを有する。第３ギア２７０は、外周面上に複数の第３歯２７２を有する。第３歯２７２は、一方の歯面２７５と、一方の歯面２７５と反対側の他方の歯面２７４とを有する。

図２Ｂは、第１ギア２４１と第３ギア２７０とのかみ合う部分の拡大図を示す。図２Ｃは、第２ギア２４２と第３ギア２７０とのかみ合う部分の拡大図を示す。

レンズ制御部２２０は、第１電動機２３１及び第２電動機２３２の回転を制御することで、上記のように構成されたギア部２４０の駆動を制御する。レンズ制御部２２０は、ギア間のバックラッシュを低減すべく、第１ギア２４１が有する第１歯２４３の一方の歯面２４４が、第３ギア２７０が有する第３歯２７２の一方の歯面２４４と接触し、かつ、第２ギア２４２が有する第２歯２４７の一方の歯面２４８が、第３ギア２７０が有する第３歯２７２の他方の歯面２７４と接触した第１状態を維持するように、第１電動機２３１及び第２電動機２３２の回転を制御する。

レンズ制御部２２０は、第３ギア２７０が第１方向２５０（反時計回り）に回転してカム環２６０に動力を伝達する場合、及び第３ギア２７０が第１方向２５０と反対側の第２方向２５４（時計回り）に回転してカム環２６０に動力を伝達する場合のそれぞれで、第１状態を維持するように、第１電動機２３１及び第２電動機２３２の回転を制御する。レンズ制御部２２０は、第３ギア２７０を第１方向２５０に回転させてカム環２６０に動力を伝達させる場合、第１状態を維持するように、第１電動機２３１及び第２電動機２３２を第３方向２５２（時計回り）に回転させる。レンズ制御部２２０は、第３ギア２７０を第２方向２５４に回転させてカム環２６０に動力を伝達させる場合、第１状態を維持するように、第１電動機２３１及び第２電動機２３２を第４方向２５６（反時計回り）に回転させる。

レンズ制御部２２０は、第３ギア２７０が第１方向２５０に回転してカム環２６０に動力を伝達する場合、第２電動機２３２より第１電動機２３１に、より大きい電力を電源１４０から供給させることで、第１状態を維持してよい。さらに、レンズ制御部２２０は、第３ギア２７０が第２方向２５４に回転してカム環２６０に動力を伝達する場合、第１電動機２３１より第２電動機２３２に、より大きい電力を電源１４０から供給させることで、第１状態を維持してよい。

レンズ制御部２２０は、第１方向２５０に回転している第３ギア２７０を停止させる場合、第２電動機２３２の回転を停止させた後に第１電動機２３１の回転を停止させてよい。レンズ制御部２２０は、第２方向２５４に回転している第３ギア２７０を停止させる場合、第１電動機２３１の回転を停止させた後に第２電動機２３２の回転を停止させてよい。

以上のように、レンズ制御部２２０が、第１状態を維持するように、第１電動機２３１及び第２電動機２３２の回転を制御することで、第３ギア２７０を第１方向２５０及び第２方向２５４のそれぞれに回転を開始する場合に、バックラッシュが生じることを防止できる。

レンズ制御部２２０は、第３ギア２７０が第１方向２５０に回転してカム環２６０に動力を伝達する場合、第２電動機２３２に電力を供給せず、第１電動機２３１のみに電源１４０から電力を供給させることで、第１状態を維持してよい。レンズ制御部２２０は、第３ギア２７０が第２方向２５４に回転してカム環２６０に動力を伝達する場合、第１電動機２３１に電力を供給せず、第１電動機２３２のみに電源１４０から電力を供給させることで、第１状態を維持してよい。

レンズ制御部２２０は、第３ギア２７０が第１方向２５０に回転してカム環２６０に動力を伝達する場合、第２歯２４７の一方の歯面２４８が、第３歯２７２の他方の歯面２７４と接触した状態を維持できる程度に、第２電動機２３２に電力を供給し、第３ギア２７０が第１方向２５０に所望の回転速度で回転できる程度に、第１電動機２３１に電力を供給してよい。レンズ制御部２２０は、第３ギア２７０が第２方向２５４に回転してカム環２６０に動力を伝達する場合、第１歯２４３の一方の歯面２４４が、第３歯２７２の一方の歯面２７５と接触した状態を維持できる程度に、第１電動機２３１に電力を供給し、第３ギア２７０が第２方向２５４に所望の回転速度で回転できる程度に、第２電動機２３２に電力を供給してよい。

レンズ制御部２２０が、第１状態を維持しながら、第１電動機２３１及び第２電動機２３２の回転を制御する場合、ギア間のバックラッシュが低減するので、レンズ２１０のレンズ位置を精度よく調整できる。一方、第１電動機２３１及び第２電動機２３２の一方のみで第３ギア２７０を駆動させているので、第１電動機２３１及び第２電動機２３２の両方で第３ギア２７０を駆動させる場合よりも、第３ギア２７０の回転速度を上げることが難しく、レンズ２１０の移動に時間がかかる可能性がある。レンズ２１０の駆動条件によっては、レンズ２１０のレンズ位置の精度よりもレンズ２１０を移動させる時間を短縮することが好ましい場合がある。

そこで、レンズ制御部２２０は、レンズ２１０の駆動条件が予め定められた条件を満たす場合、第１状態を維持するように、第１電動機２３１及び第２電動機２３２の回転を制御し、レンズ２１０の駆動条件が予め定められた条件を満たさない場合、第１状態を維持させずに、第１電動機２３１及び第２電動機２３２の回転を制御する。レンズ制御部２２０は、レンズ２１０の駆動条件が予め定められた条件を満たさない場合、第１電動機２３１及び第２電動機２３２の両方の動力で第１ギア２４１及び第２ギア２４２を介して第３ギア２７０を回転させるべく、第１電動機２３１及び第２電動機２３２の回転を制御してよい。

レンズ制御部２２０は、レンズ２１０の駆動条件が予め定められた条件を満たすか否かで、レンズ２１０のレンズ位置の精度を優先する位置制御モードと、レンズ２１０を移動させるパワーを優先するパワー優先モードとを切り替えてよい。レンズ制御部２２０は、位置制御モードにおいて、第１状態を維持するように、第１電動機２３１及び第２電動機２３２の回転を制御してよい。レンズ制御部２２０は、パワー優先モードにおいて、第１状態を維持させずに、第１電動機２３１及び第２電動機２３２の回転を制御してよい。レンズ制御部２２０は、パワー優先モードにおいて、第１電動機２３１及び第２電動機２３２の両方の動力で第１ギア２４１及び第２ギア２４２を介して第３ギア２７０を回転させるべく、第１電動機２３１及び第２電動機２３２の回転を制御してよい。すなわち、レンズ制御部２２０は、パワー優先モードにおいて、第１電動機２３１及び第２電動機２３２に同時に同一の大きさの電力を供給して、第１電動機２３１及び第２電動機２３２の回転を制御してよい。

パワー優先モードにおいて、レンズ制御部２２０は、第１ギア２４１の第１歯２４３の一方の歯面２４４が第３ギア２７０の第３歯２７２の一方の歯面２７５と接触し、第２ギア２４２の第２歯２４７の他方の歯面２４９が第３ギア２７０の第３歯２７２の一方の歯面２７５と接触した状態で、第３ギア２７０が第１方向２５０に回転するように、第１電動機２３１及び第２電動機２３２の回転を制御してよい。レンズ制御部２２０は、第１ギア２４１の第１歯２４３の他方の歯面２４５が第３ギア２７０の第３歯２７２の他方の歯面２７４と接触し、第２ギア２４２の第２歯２４７の一方の歯面２４８が第３ギア２７０の第３歯２７２の他方の歯面２７４と接触した状態で、第３ギア２７０が第２方向２５４に回転するように、第１電動機２３１及び第２電動機２３２の回転を制御してよい。

レンズ制御部２２０が、パワー優先モードから位置制御モードに切り替わる場合も、バックラッシュが低減されることが好ましい。そこで、レンズ制御部２２０は、パワー優先モードでも、第１方向２５０に回転している第３ギア２７０を停止させる場合、第２電動機２３２の回転を停止させた後に第１電動機２３１の回転を停止させ、第２方向２５４に回転している第３ギア２７０を停止させる場合、第１電動機２３１の回転を停止させた後に第２電動機２３２の回転を停止させてよい。これにより、レンズ制御部２２０は、第３ギア２７０を停止させた際に、第１ギア２４１の第１歯２４３と第３ギア２７０の第３歯２７２との位置関係、及び第２ギア２４２の第２歯２４７と第３ギア２７０の第３歯２７２との位置関係を第１状態に戻すことができる。

レンズ制御部２２０は、レンズ２１０を光軸方向に移動させる距離が予め定められた閾値以下である場合、第１状態を維持するように、第１電動機２３１及び第２電動機２３２の回転を制御してよい。レンズ制御部２２０は、レンズ２１０の現在のレンズ位置から目標のレンズ位置までレンズ２１０を光軸方向に移動させる距離が予め定められた閾値以下である場合、第１状態を維持するように、第１電動機２３１及び第２電動機２３２の回転を制御してよい。レンズ制御部２２０は、マニュアルフォーカスモードでレンズ２１０を駆動させる場合、第１状態を維持するように、第１電動機２３１及び第２電動機２３２の回転を制御してよい。

レンズ制御部２２０は、オートフォーカスモードにおいて、コントラストＡＦを実行してよい。コントラストＡＦにおいて、レンズ制御部２２０は、レンズ２１０のレンズ位置を変化させながら、撮像部１０２により撮像される画像のコントラストの評価値を導出して、コントラスの評価値の極値に対応するレンズ位置にレンズ２１０を移動させるべく、第１電動機２３１及び第２電動機２３２の回転を制御してよい。例えば、レンズ制御部２２０は、図３に示すように、カム環２６０を一方向に回転させて、レンズ２１０のレンズ位置をレンズ位置Ｐ１、レンズ位置Ｐ２、レンズ位置Ｐ３、レンズ位置Ｐ４の順に変化させて、コントラスの評価値の極値を探索する。コントラストの評価値の極値に対応するレンズ位置Ｐ５が特定されると、レンズ制御部２２０は、カム環２６０を他方向に回転させて、レンズ２１０をレンズ位置Ｐ５に移動させる。この場合、レンズ制御部２２０は、コントラストの評価値の極値を探索できるまで、パワー優先モードで動作し、コントラストの評価値の極値を探索できた後、位置制御モードで動作してよい。これにより、レンズ制御部２２０は、レンズ２１０を高速に移動させて、コントラストの評価値の極値を比較的短時間に探索し、かつ、レンズ２１０のレンズ位置を極値に対応するレンズ位置に精度よく移動させることができる。

図４は、フォーカスレンズの動作モードの切り替え手順の一例を示すフローチャートである。

レンズ制御部２２０は、フォーカスの動作モードをパワー優先モードに設定する（Ｓ１００）。レンズ制御部２２０は、マニュアルフォーカスモードで動作するか否かを判定する（Ｓ１０２）。レンズ制御部２２０は、マニュアルフォーカスモードで動作する場合、動作モードを位置制御モードに切り替えて、第１電動機２３１及び第２電動機２３２の回転を制御する（Ｓ１１２）。

一方、レンズ制御部２２０は、コントラストＡＦモードで動作する場合、画像内から被写体が選択されたか否かを判定する（Ｓ１０４）。レンズ制御部２２０は、ユーザが画面上の所望の領域を選択した場合に、被写体が選択されたと判定してよい。被写体が選択されると、レンズ制御部２２０は、コントラストＡＦを実行する（Ｓ１０６）。レンズ制御部２２０は、パワー優先モードで第１電動機２３１及び第２電動機２３２の回転を制御して、選択された領域のコントラストの評価値が極値を超えるまで、フォーカスレンズを一方向に移動させる。レンズ制御部２２０は、コントラストの評価値の極値を超えたか否かを判定する（Ｓ１０８）。コントラストの評価値が極値を超えると、レンズ制御部２２０は、位置制御モードに切り替えて、コントラストの評価値の極値に対応するレンズ位置にフォーカスレンズを移動させるべく、第１状態を維持するように第１電動機２３１及び第２電動機２３２の回転を制御する（Ｓ１１０）。

以上の手順により、コントラストＡＦにおいて、合焦させるまでの時間を短縮しつつ、精度よくフォーカスレンズのレンズ位置を調整できる。

レンズ制御部２２０は、オートフォーカスモードにおいて、レンズと撮像面との位置関係が異なる状態で撮像された複数の画像のぼけ量に基づいて、画像内の所望の領域に焦点が合うフォーカスレンズのレンズ位置を特定するモードで動作する場合がある。このモードを、ぼけ検出オートフォーカス（ＢｏｋｅｈＤｅｔｅｃｔｉｏｎＡｕｔｏＦｏｕｃｕｓ：ＢＤＡＦ）モードと称する。

例えば、画像のぼけ量（Ｃｏｓｔ）は、ガウシアン関数を用いて次式（１）で表すことができる。式（１）において、ｘは、水平方向における画素位置を示す。σは、標準偏差値を示す。

図５は、式（１）に表される曲線の一例を示す。曲線５００の極小点５０２に対応するレンズ位置にフォーカスレンズを合わせることで、画像Ｉに含まれるオブジェクトに焦点を合わせることができる。

図６は、ＢＤＡＦモードの距離算出手順の一例を示すフローチャートである。まず、撮像装置１００で、レンズと撮像面とが第１位置関係にある状態で、１枚目の画像Ｉ_１を撮像してメモリ１３０に格納する。次いで、フォーカスレンズまたはイメージセンサ１２０の撮像面を光軸方向に移動させることで、レンズと撮像面とが第２位置関係にある状態にして、撮像装置１００で２枚目の画像Ｉ_２を撮像してメモリ１３０に格納する（Ｓ１０）。例えば、いわゆる山登りＡＦのように、合焦点を超えないようにフォーカスレンズまたはイメージセンサ１２０の撮像面を光軸方向に移動させる。フォーカスレンズまたはイメージセンサ１２０の撮像面の移動量は、例えば、１０μｍでよい。

次いで、撮像装置１００は、画像Ｉ_１を複数の領域に分割する（Ｓ１２）。画像Ｉ２内の画素ごとに特徴量を算出して、類似する特徴量を有する画素群を一つの領域として画像Ｉ_１を複数の領域に分割してよい。画像Ｉ_１のうちＡＦ処理枠に設定されている範囲の画素群を複数の領域に分割してもよい。撮像装置１００は、画像Ｉ_１の複数の領域に対応する複数の領域に画像Ｉ_２を分割する。撮像装置１００は、画像Ｉ_１の複数の領域のそれぞれのぼけ量と、画像Ｉ_２の複数の領域のそれぞれのぼけ量とに基づいて、複数の領域ごとに複数の領域のそれぞれに含まれるオブジェクトまでの距離を算出する（Ｓ１４）。

図７を参照して距離の算出手順についてさらに説明する。レンズＬ（主点）から被写体５１０（物面）までの距離をＡ、レンズＬ（主点）から被写体５１０が撮像面で結像する位置（像面）までの距離をＢ、焦点距離をＦとする。この場合、距離Ａ、距離Ｂ、及び焦点距離Ｆの関係は、レンズの公式から次式（２）で表すことができる。

焦点距離Ｆはレンズ位置で特定される。したがって、被写体５１０が撮像面で結像する距離Ｂが特定できれば、式（２）を用いて、レンズＬから被写体５１０までの距離Ａを特定することができる。

図７に示すように、撮像面上に投影された被写体５１０のぼけの大きさ（錯乱円５１２及び５１４）から被写体５１０が結像する位置を算出することで、距離Ｂを特定し、さらに距離Ａを特定することができる。つまり、ぼけの大きさ（ぼけ量）が撮像面と結像位置とに比例することを考慮して、結像位置を特定できる。

ここで、撮像面から近い像Ｉ_１からレンズＬまでの距離をＤ_１とする。像面から遠い像Ｉ_２からレンズＬまでの距離をＤ_２とする。それぞれの画像はぼけている。このときの点像分布関数（ＰｏｉｎｔＳｐｒｅａｄＦｕｎｃｔｉｏｎ）をＰＳＦ、Ｄ_１及びＤ_２における画像をそれぞれ、Ｉ_ｄ１及びＩ_ｄ２とする。この場合、例えば、像Ｉ_１は、畳み込み演算により次式（３）で表すことができる。

さらに、画像データＩ_ｄ１及びＩ_ｄ２のフーリエ変換関数をｆとして、画像Ｉ_ｄ１及びＩ_ｄ２の点像分布関数ＰＳＦ_１及びＰＳＦ_２をフーリエ変換した光学伝達関数（ＯｐｔｉｃａｌＴｒａｎｓｆｅｒＦｕｎｃｔｉｏｎ）をＯＴＦ_１及びＯＴＦ_２として、次式（４）のように比をとる。

式（４）に示す値Ｃは、画像Ｉ_ｄ１及びＩ_ｄ２のそれぞれのぼけ量の変化量、つまり、値Ｃは、画像Ｉ_ｄ１のぼけ量と画像Ｉ_ｄ２ｎのぼけ量との差に相当する。

撮像装置１００は、ＢＤＡＦモードにおいて、フォーカスレンズのレンズ位置を移動させながら、少なくとも２つのレンズ位置で撮像された画像のぼけ量から、画像内の所望の領域に焦点が合う理想のレンズ位置を特定する。このとき、例えば、図８に示すように、フォーカスレンズの理想のレンズ位置と、フォーカスレンズの現在のレンズ位置との間の距離ｋが比較的長い場合、レンズ制御部２２０が位置制御モードで第１電動機２３１及び第２電動機２３２の回転を制御すると、フォーカスレンズのレンズ位置を理想のレンズ位置まで移動させるのに比較的長い時間がかかる可能性がある。そこで、レンズ制御部２２０は、ＢＤＡＦモードにおいて、フォーカスレンズの理想のレンズ位置と、フォーカスレンズの現在のレンズ位置との間の距離ｋが予め定められた閾値より大きい場合、パワー優先モードで動作してよい。レンズ制御部２２０は、距離ｋが予め定められた閾値以下である場合、位置制御モードで動作してよい。

図９は、フォーカスレンズの動作モードの切り替え手順の一例を示すフローチャートである。

レンズ制御部２２０はフォーカスの動作モードをパワー優先モードに設定する（Ｓ２００）。レンズ制御部２２０は、マニュアルフォーカスモードで動作するか否かを判定する（Ｓ２０２）。レンズ制御部２２０は、マニュアルフォーカスモードで動作する場合、動作モードを位置制御モードに切り替えて、第１電動機２３１及び第２電動機２３２の回転を制御する（Ｓ２１２）。

一方、レンズ制御部２２０は、ＢＤＡＦモードで動作する場合、画像内から被写体が選択されたか否かを判定する（Ｓ２０４）。レンズ制御部２２０は、ユーザが画面上の所望の領域を選択した場合に、被写体が選択されたと判定してよい。被写体が選択されると、レンズ制御部２２０は、ＢＤＡＦ処理を実行する（Ｓ２０６）。レンズ制御部２２０は、パワー優先モードで第１電動機２３１及び第２電動機２３２の回転を制御して、画像のぼけ量に基づいて理想のレンズ位置を導出する。

レンズ制御部２２０がフォーカスレンズの現在のレンズ位置と理想のレンズ位置との間の距離が予め定められた閾値以下か否かを判定する（Ｓ２０８）。レンズ制御部２２０は、フォーカスレンズのレンズ位置と理想のレンズ位置との間の距離が予め定められた閾値以下になるまで、パワー優先モードで第１電動機２３１及び第２電動機２３２の回転を制御する（Ｓ２１０）。

以上の手順により、ＢＤＡＦにおいて、合焦させるまでの時間を短縮しつつ、精度よくフォーカスレンズのレンズ位置を調整できる。

上記のような撮像装置１００は、移動体に搭載されてもよい。撮像装置１００は、図１０に示すような、無人航空機（ＵＡＶ）に搭載されてもよい。ＵＡＶ１０は、ＵＡＶ本体２０、ジンバル５０、複数の撮像装置６０、及び撮像装置１００を備えてよい。ジンバル５０、及び撮像装置１００は、撮像システムの一例である。ＵＡＶ１０は、推進部により推進される移動体の一例である。移動体とは、ＵＡＶの他、空中を移動する他の航空機などの飛行体、地上を移動する車両、水上を移動する船舶等を含む概念である。

ＵＡＶ本体２０は、複数の回転翼を備える。複数の回転翼は、推進部の一例である。ＵＡＶ本体２０は、複数の回転翼の回転を制御することでＵＡＶ１０を飛行させる。ＵＡＶ本体２０は、例えば、４つの回転翼を用いてＵＡＶ１０を飛行させる。回転翼の数は、４つには限定されない。また、ＵＡＶ１０は、回転翼を有さない固定翼機でもよい。

撮像装置１００は、所望の撮像範囲に含まれる被写体を撮像する撮像用のカメラである。ジンバル５０は、撮像装置１００を回転可能に支持する。ジンバル５０は、支持機構の一例である。例えば、ジンバル５０は、撮像装置１００を、アクチュエータを用いてピッチ軸で回転可能に支持する。ジンバル５０は、撮像装置１００を、アクチュエータを用いて更にロール軸及びヨー軸のそれぞれを中心に回転可能に支持する。ジンバル５０は、ヨー軸、ピッチ軸、及びロール軸の少なくとも１つを中心に撮像装置１００を回転させることで、撮像装置１００の姿勢を変更してよい。

複数の撮像装置６０は、ＵＡＶ１０の飛行を制御するためにＵＡＶ１０の周囲を撮像するセンシング用のカメラである。２つの撮像装置６０が、ＵＡＶ１０の機首である正面に設けられてよい。更に他の２つの撮像装置６０が、ＵＡＶ１０の底面に設けられてよい。正面側の２つの撮像装置６０はペアとなり、いわゆるステレオカメラとして機能してよい。底面側の２つの撮像装置６０もペアとなり、ステレオカメラとして機能してよい。複数の撮像装置６０により撮像された画像に基づいて、ＵＡＶ１０の周囲の３次元空間データが生成されてよい。ＵＡＶ１０が備える撮像装置６０の数は４つには限定されない。ＵＡＶ１０は、少なくとも１つの撮像装置６０を備えていればよい。ＵＡＶ１０は、ＵＡＶ１０の機首、機尾、側面、底面、及び天井面のそれぞれに少なくとも１つの撮像装置６０を備えてもよい。撮像装置６０で設定できる画角は、撮像装置１００で設定できる画角より広くてよい。撮像装置６０は、単焦点レンズまたは魚眼レンズを有してもよい。

遠隔操作装置３００は、ＵＡＶ１０と通信して、ＵＡＶ１０を遠隔操作する。遠隔操作装置３００は、ＵＡＶ１０と無線で通信してよい。遠隔操作装置３００は、ＵＡＶ１０に上昇、下降、加速、減速、前進、後進、回転などのＵＡＶ１０の移動に関する各種命令を示す指示情報を送信する。指示情報は、例えば、ＵＡＶ１０の高度を上昇させる指示情報を含む。指示情報は、ＵＡＶ１０が位置すべき高度を示してよい。ＵＡＶ１０は、遠隔操作装置３００から受信した指示情報により示される高度に位置するように移動する。指示情報は、ＵＡＶ１０を上昇させる上昇命令を含んでよい。ＵＡＶ１０は、上昇命令を受け付けている間、上昇する。ＵＡＶ１０は、上昇命令を受け付けても、ＵＡＶ１０の高度が上限高度に達している場合には、上昇を制限してよい。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１０ＵＡＶ
２０ＵＡＶ本体
５０ジンバル
６０撮像装置
１００撮像装置
１０２撮像部
１１０撮像制御部
１２０イメージセンサ
１３０メモリ
１４０電源
２００レンズ装置
２１０レンズ
２１２レンズ保持枠
２１４ピン
２２０レンズ制御部
２２２メモリ
２３１第１電動機
２３２第２電動機
２３３，２３４駆動軸
２４０ギア部
２４１第１ギア
２４２第２ギア
２６０カム環
２７０第３ギア
２８０検出部
３００遠隔操作装置

Claims

フォーカスレンズと、
前記フォーカスレンズの光軸の方向に前記フォーカスレンズを駆動させるカム環と、
第１ＤＣモータ及び第２ＤＣモータと、
前記第１ＤＣモータにより駆動される第１ギアと、
前記第２ＤＣモータにより駆動される第２ギアと、
前記第１ギア及び前記第２ギアにかみ合って前記カム環に動力を伝達する第３ギアと、
前記フォーカスレンズの駆動条件が予め定められた条件を満たす場合、前記第１ギアが有する第１歯の一方の歯面が、前記第３ギアが有する第３歯の一方の歯面と接触し、かつ、前記第２ギアが有する第２歯の一方の歯面が、前記第３ギアが有する第３歯の他方の歯面と接触した第１状態を維持するように、前記第１ＤＣモータ及び前記第２ＤＣモータの回転を制御する制御部と
を備え、
前記制御部は、
前記フォーカスレンズの駆動条件が前記予め定められた条件を満たさない場合、前記第１状態を維持させずに、前記第１ＤＣモータ及び前記第２ＤＣモータの回転を制御し、
マニュアルフォーカスモードで前記フォーカスレンズを駆動させる場合、前記フォーカスレンズの駆動条件が前記予め定められた条件を満たすと判定して、前記第１状態を維持するように、前記第１ＤＣモータ及び前記第２ＤＣモータの回転を制御する、レンズ装置。
前記制御部は、前記第３ギアが第１方向に回転して前記カム環に動力を伝達する場合、及び前記第３ギアが第２方向に回転して前記カム環に動力を伝達する場合のそれぞれで、前記第１状態を維持するように、前記第１ＤＣモータ及び前記第２ＤＣモータの回転を制御する、請求項１に記載のレンズ装置。
前記第１ＤＣモータの設計上の電気的特性と、前記第２ＤＣモータの設計上の電気的特性とは、同一であり、
前記制御部は、前記第３ギアが第１方向に回転して前記カム環に動力を伝達する場合、前記第２ＤＣモータより前記第１ＤＣモータに、より大きい電力を電源から供給させ、前記第３ギアが第２方向に回転して前記カム環に動力を伝達する場合、前記第１ＤＣモータより前記第２ＤＣモータに、より大きい電力を前記電源から供給させることで、前記第１状態を維持する、請求項１または２に記載のレンズ装置。
前記制御部は、第１方向に回転している前記第３ギアを停止させる場合、前記第２ＤＣモータの回転を停止させた後に前記第１ＤＣモータの回転を停止させ、第２方向に回転している前記第３ギアを停止させる場合、前記第１ＤＣモータの回転を停止させた後に前記第２ＤＣモータの回転を停止させる、請求項１から３の何れか１つに記載のレンズ装置。
前記制御部は、前記フォーカスレンズの駆動条件が前記予め定められた条件を満たさない場合、前記第１状態を維持させずに、前記第１ＤＣモータ及び前記第２ＤＣモータに同時に同一の電力を供給することで、前記第１ＤＣモータ及び前記第２ＤＣモータの回転を制御する、請求項１から４の何れか１つに記載のレンズ装置。
前記制御部は、前記フォーカスレンズを光軸方向に移動させる距離が予め定められた閾値以下である場合、前記第１状態を維持するように、前記第１ＤＣモータ及び前記第２ＤＣモータの回転を制御する、請求項１から５の何れか１つに記載のレンズ装置。
前記制御部は、前記フォーカスレンズのレンズ位置を移動させながら、少なくとも２つのレンズ位置で撮像された画像のぼけ量に基づいて、前記距離が前記予め定められた距離以下であるか否かを判定する、請求項６に記載のレンズ装置。
前記制御部は、前記フォーカスレンズのレンズ位置を移動させながら、少なくとも２つのレンズ位置で撮像された画像の評価値に基づいて、前記フォーカスレンズの駆動条件が前記予め定められた条件を満たすか否かを判定する、請求項１から６の何れか１つに記載のレンズ装置。
前記制御部は、コントラストＡＦにおいて導出される画像のコントラストの評価値の極値を探索した場合、前記フォーカスレンズの駆動条件が前記予め定められた条件を満たすと判定する、請求項８に記載のレンズ装置。
前記カム環が前記第３ギアを有する、請求項１から９の何れか１つに記載のレンズ装置。
請求項１から１０の何れか１つに記載のレンズ装置と、
前記レンズ装置により結像された光を撮像する撮像部と
を備える撮像装置。
請求項１１に記載の撮像装置を備えて移動する移動体。