JP2008233888A - カメラ、撮影レンズおよびカメラシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 露出時の正確な像面位置を予測し、より精度の高い移動被写体の撮影を可能にする。
【解決手段】 撮影レンズに具備される結像位置検出手段から取得した結像位置と、デフォーカス量検出手段により検出されたデフォーカス量とから求められる像面位置および該像面位置の検出時刻とを過去複数回記憶する（＃２０２，＃２０３）記憶手段と、前記過去複数回の像面位置および検出時刻の変化から将来の像面位置の変化を予測する像面位置予測手段とを有し、前記像面位置予測手段が、前記撮影レンズに具備される絞り駆動時間予測手段から取得した予測絞り駆動時間に基づいて、露光時の像面位置を予測する（＃２０７）。
【選択図】 図３

Description

本発明は、過去複数回の像面位置とその検出時刻の変化から将来の像面位置を予測する機能を有するカメラ、この種のカメラに装着される撮影レンズおよびカメラシステムに関するものである。

従来、交換レンズ式一眼レフカメラ等のカメラシステムにおいて、撮影レンズの異なる射出瞳領域を通過した被写体からの光束を、一対のラインセンサ上に結合させ、被写体像を光電変換して得られた一対の像信号の相対位置変位量である像ずれ量を求める。そして、この像ずれ量より被写体のデフォーカス量を検出して、これに基づいて撮影レンズの駆動を行う技術が広く知られている。

またその多くは、静止する被写体のみならず、移動する被写体にレンズ駆動を追従させるサーボモードを備えている。

具体的な追従方法としては、過去に得た２点のデフォーカス量から、被写体の像面位置（被写体に合焦するであろうと予測される位置）を取得する。その被写体の像面位置とその検出時刻の差分をとり、像面位置の変化量、つまり像面速度を求めることによって、検出点から所定時間後の像面位置を予測し、撮影レンズをその位置へ駆動させるものがある。

また、過去に得た３点の被写体の像面位置とその検出時間から、２次曲線、つまり像面速度と像面速度の変化量である像面加速度を求めることによって、検出点から所定時間後の像面位置を予測するものもある。

また、本出願人においても、統計的な処理により、最適な予測関数を選択する技術が特許文献１に記載されている。
特開２００１−０２１７９４号公報

これらは、過去に得られた被写体の像面位置の時刻変化から予測関数を決定し、これを将来の時間に渡って外延して、検出点から所定時間後の像面位置を予測する方法である。そのため、予測時に推定した所定時間後の時刻と、実際にレリーズボタンが押され露光されるときの時刻がずれればずれるほど予測の精度が落ちることになる。すなわち、実際にレリーズボタンが押され、露光開始されるまでの時間（レリーズタイムラグとも記す）を正確に予測することが重要となる。

レリーズタイムラグを決定する要因は、交換レンズ式一眼レフカメラにおいては、カメラ（本体）側と交換レンズ側それぞれにある。カメラ側においては、レリーズボタンが押されてミラー退避やシャッタ駆動までに要する時間（ミラーアップ時間とも記す）であり、交換レンズ側においては、所定の露出となるように絞りを絞り込むまでに要する時間（以下、絞り駆動時間）がある。

（発明の目的）
本発明の目的は、露光時の正確な像面位置を予測し、より精度の高い移動被写体の撮影を行うことを可能するカメラ、撮影レンズおよびカメラシステムを提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、本発明は、絞りを有する撮影レンズを装着可能なカメラであって、当該カメラに装着された撮影レンズを通過した光からデフォーカス量に対応する第１の情報を検出するデフォーカス量検出手段と、前記撮影レンズに具備されるレンズ位置出力手段から結像位置に対応する第２の情報を取得する取得手段と、前記第２の情報とメモリに記憶された前記過去複数回の第１の情報の変化から結像位置の変化を予測する結像位置予測手段とを有し、前記結像位置予測手段は、前記撮影レンズに具備される絞り駆動時間予測手段から取得した絞り駆動に要する時間に対応する第３の情報も加味して、結像位置を予測するカメラとするものである。

同じく上記目的を達成するために、本発明は、カメラに装着された撮影レンズを通過した光からデフォーカス量に対応する第１の情報を検出するデフォーカス量検出ユニットを備えたカメラに装着可能な撮影レンズであって、結像位置に対応する第２の情報を検出し、装着されたカメラに対して当該第２の情報を出力する結像位置検出手段と、絞り駆動に要する時間に対応する第３の情報を装着されたカメラに対して出力する絞り駆動時間予測手段と、前記カメラに具備される前記デフォーカス量検出ユニットで算出されたデフォーカス量に基づいて結像位置を移動させるレンズ駆動手段とを有する撮影レンズとするものである。

同じく上記目的を達成するために、本発明は、本発明の上記カメラと、本発明の上記撮影レンズとから成るカメラシステムとするものである。

本発明によれば、露光時の正確な像面位置を予測し、より精度の高い移動被写体の撮影を行うことを可能するカメラ、撮影レンズまたはカメラシステムを提供できるものである。

本発明を実施するための最良の形態は、以下の一実施例に示す通りである。

図１は本発明の一実施例に係る撮影レンズ１００とカメラ２００の要部を示す構成図である。これらは、いわゆる交換レズ式一眼レフカメラと言われるものに相当し、撮影レンズ１００を装着可能なカメラ２００である。図１において、１はレンズＭＰＵ（マイクロプロセッシングユニット）、２はレンズ１０の相対的な位置をレンズ駆動ユニットのパルス信号としてカメラに対して出力するレンズ位置出力ユニット（結像位置出力ユニット）である。この点、レンズ１０には結像機能が含まれ、したがって、レンズ位置出力ユニット２は、撮影レンズ１００の結像位置に対応する情報を検出し、カメラに対して出力する機能を有する。３はモータ等のレンズ１０を駆動するためのレンズ駆動ユニット、４は絞り１１を駆動するための絞り駆動ユニットである。

レンズ位置出力ユニット２は、現在のレンズ１０の位置（結像位置）での相対的な繰り出し量を測定することができる。具体的には、レンズ位置出力ユニット２のエンコーダーがレンズ可動部の光学的変化を電位変化として出力し、これをレンズＭＰＵ１がカウントすることで測定される。

レンズＭＰＵ１はテーブル５を内蔵しており、設定絞り値の絞り駆動を行ったときの予測される絞りの駆動時間を記憶している。レンズＭＰＵ１は、予測される絞りの駆動時間をこのテーブル５から検索する。そして、検索した予測される絞り駆動時間をマウント１２を介してカメラＭＰＵ７へ通信する。これにより、設定絞り値（目標絞り値）に会わせるために絞り駆動を行ったときの予測される絞り駆動時間をカメラＭＰＵ７が取得することができる。

ここで、後述するミラー１３のミラーアップ時間は予め測定し、カメラ側にて記憶しておくことができる。一方、絞り駆動に要する時間は撮影レンズとしての交換レンズごとに異なるため、カメラ側で取得することは簡単でない。一つの方法としては、過去にその交換レンズで実際に絞ったときの絞り駆動に要した時間をカメラボディ側で記憶しておく方法である。しかし、初めてその交換レンズを付けたときには絞り駆動時間を決定できない。また、カメラ側の記憶容量も有限であるため、全ての交換レンズの各々の絞り値に対応する絞りに要する時間（絞り駆動時間）を記憶するのも容易ではない。そこで、上述のように、予測される絞りの駆動時間をテーブル５に記憶しておき、カメラＭＰＵ７へ送信するようにしている。

前記レンズＭＰＵ１、レンズ位置出力ユニット２、レンズ駆動ユニット３、絞り駆動ユニット４、テーブル５、レンズ１０及び絞り１１等によって交換式の撮影レンズが構成される。そして、この交換式の撮影レンズ１００は、図中の点線で示すようにマウント１２を介して接続され、カメラ（本体）２００と着脱可能となっている。

次に、カメラ側について説明する。６はカメラ２００に装着された撮影レンズ１００を通過した光からデフォーカス量に対応する情報を後述のように検出するデフォーカス量検出ユニットである。７はカメラＭＰＵであり、マウント１２の信号線を介してレンズＭＰＵ１と相互通信可能となっている。また、カメラＭＰＵ７は後述するＡ／Ｄ変換ユニットを内蔵している。さらに、タイマを内蔵しており、時刻や時間の測定を行うことができる。

８はカメラの諸設定（シャッタ速度、絞り値、撮影モード等）用のダイヤルユニットであり、９は撮像ユニットである。ＳＷ１はレリーズボタンの第１ストローク操作（半押し）によりオンするスイッチ、ＳＷ２はレリーズボタンの第２ストローク操作（全押し）によりオンするスイッチである。

自動焦点調節に必要となる焦点が被写体からどのくらいずれているかという量であるデフォーカス量は、デフォーカス量検出ユニット６からの出力によって計算される。具体的には、撮影レンズの光軸を挟んだ異なる２領域通過する被写体光束から形成される２つの像の像ずれ量から計算される。これら２像の光束はハーフミラーとなっているメインミラー１３を通過し、その後ろにあるサブミラー１４によって反射され、不図示の二次結像光学系によってデフォーカス量検出ユニット６に導かれる。デフォーカス量検出ユニット６はライン状の光電変換素子からなっており、この素子上に形成された被写体像を電位変化として出力する。カメラＭＰＵ７はこれら２像の信号を内蔵したＡ／Ｄ変換ユニットによって数値変化として読み出し、これに相関演算を施すことにより像ずれ量を計算し、デフォーカス量を求める。

その他、カメラ側には、ピント板１５、ペンタミラー１６、ファインダー１７、撮像素子１８等が具備されている。

次に、本発明の一実施例に係る一眼レフカメラの動作について、図２のフローチャートを用いて説明する。

ステップ＃１０１にてスイッチＳＷ１がオンされると、自動焦点調節動作が開始される。まず、ステップ＃１０２では、デフォーカス量検出を行うルーチンを実行する。デフォーカス量の検出が終了すると、次のステップ＃１０３にて、スイッチＳＷ２がオンされているかを判定する。判定の結果、スイッチＳＷ２がオンされていればステップ＃１０４へ進み、撮影のための一連の動作を行う。

まず、ステップ＃１０４にて、メインミラー１３をアップ（撮影光路外へ退避）させる。そして、次のステップ＃１０５にて、レンズＭＰＵ１へダイヤルユニット９によって既に設定されている絞り値を通信することでカメラＭＰＵ７は設定絞り値に対応する予測される絞りの駆動時間を取得する。続くステップ＃１０６では、絞り１１の絞り込みを行う。

上記のようにステップ＃１０６にて絞り駆動が開始されるか、もしくはステップ＃１０３でスイッチＳＷ２がオンされていないと判定すると、ステップ＃１０７へ進む。そして、ステップ＃１０７では、予測制御を行うルーチンを実行する．このルーチンについての詳細は図３のフローチャートを用いて後述する。この予測制御のルーチンが終了するとステップ＃１０８へ進み、レンズ１０の焦点調節のための駆動を開始する。

次のステップ＃１０９では、スイッチＳＷ１がオンされているかを判定し、オンされていればステップ＃１０２のデフォーカス量検出ルーチンへ戻り、以下スイッチＳＷ１がオフされるまで自動焦点調節のフローを繰り返す。また、オンされていないと判定されると自動焦点調節を終了する。

次に、図２のステップ＃１０７において実行される予測制御のルーチンについて、図３のフローチャートを用いて詳述する。

ステップ＃２０１より予測制御を開始し、まず、ステップ＃２０２では、デフォーカス量から、像面位置とその検出時刻の算出を行う。デフォーカス量検出ユニット６に具備される光電変換素子は像信号が得られるまでにある程度の電荷の蓄積時間が必要となる。そのため、蓄積開始時刻と蓄積終了時刻の中点をデフォーカス量の検出時刻とし、レンズＭＰＵ１と通信することで得られる相対的なレンズ１０の位置にこのデフォーカス量を加えることによって、被写体の像面位置の予測値を算出する。この被写体に結像するであろう像面位置の予測値をもって、結像位置予測を行う。

デフォーカス量の検出時刻はそのまま像面位置の検出時刻となるので、像面位置とその検出時刻の組を次のステップ＃２０３にて、カメラＭＰＵ７のメモリに記憶する。記憶するメモリのデータ構造はキュー（ｑｕｅｕｅ：待ち行列）となっており、予め定められたデータの個数までは順に格納されるが、それ以降のデータは最も古いデータの上に最新のデータを上書きされる。本実施例では、最大３組までのデータを格納できるものとする。

その後、ステップ＃２０４へ進み、カメラＭＰＵ７のメモリに記憶されたデータ数により将来の像面位置の予測が可能かどうかを判定する。本実施例では、将来の像面位置を予測する関数を、レリーズタイムラグの変数ｔとして、レリーズタイムラグ（ｔ）の２次関数「ｙ（ｔ）＝α＋βｔ＋γｔ^２」としている。決定しなければならない未知の係数はα，β，γの３つであるため、最低３組のデータがあれば十分である。

上記判定の結果、データ数が十分であればステップ＃２０５へ進み、予測のための一連の動作を行う。まず、ステップ＃２０５にて、スイッチＳＷ２がオンされているかを判定し、オンされていると判定するとステップ＃２０６へ進む。そして、図２のステップ＃１０５にて取得した予測絞り駆動時間と、カメラＭＰＵ７のメモリに記憶されているミラーアップ時間とを比較する。この結果、予測絞り駆動時間の方が長い場合にはステップ＃２０７へ進み、この時間をレリーズタイムラグとして用い、前述した関数ｙ（ｔ）により像面位置を予測し、この予測像面位置に基づいてレンズ駆動量を算出する。つまり、露光時の像面位置を予測する。一方、ミラーアップ時間の方が長い場合にはステップ＃２０８へ進み、この時間をレリーズタイムラグとして用い、前述した関数ｙ（ｔ）により像面位置を予測し、レンズ駆動量を算出する。

また、上記ステップ＃２０５にてスイッチＳＷ２がオンされていないと判定するとステップ＃２０９へ進み、像面位置の検出周期をレリーズタイムラグとして、レンズ駆動量を算出する。像面位置の検出周期は、カメラＭＰＵ７のメモリに記憶されている像面位置とその検出時刻の組の中で、最新の検出時刻とその１つ前の検出時刻の差から求める。このようにすることで、スイッチＳＷ２がオンされていない状態（すなわち、スイッチＳＷ１のオンが保持されている状態）で移動する被写体へレンズ１０を追従させているとする。この場合、次回の像面位置の検出時刻が像面位置の検出周期と同じであり、かつ像面位置を予測する関数の精度が高ければ、次回検出されるデフォーカス量はほぼ０であることが期待できる。すなわち、移動する被写体に対して、レンズ１０がそれに沿って追従していることになる。

また、上記ステップ＃２０４にてデータ数が像面位置を予測可能な数として十分でないと判定するとステップ＃２１０へ進み、デフォーカス量からそのままレンズ駆動量を算出する。

ステップ＃２０７からステップ＃２１０までのいずれかでレンズ駆動量が算出されると、ステップ＃２１１へ進み、図２のステップ＃１０７へ戻る。

上記構成においては、カメラに装着される交換式の撮影レンズから予測される絞りの駆動時間をカメラ側にて取得する。そして、この予測される絞りの駆動時間を加味して正確なレリーズタイムラグを決定する。そして、その時間に基づいて露光時の移動被写体の正確な像面位置を予測し、該予測結果に基づいてレンズ１０を駆動するようにしている。これにより、より精度の高い移動被写体の撮影が可能となる。

（本発明と実施例の対応）
上記実施例において、デフォーカス量検出ユニット６及びカメラＭＰＵ７が本発明のデフォーカス量検出手段に、カメラＭＰＵ７が結像位置と像面位置および該像面位置の検出時刻とを過去複数回記憶する記憶手段に、それぞれ相当する。また、カメラＭＰＵ７が像面位置予測手段に相当する。また、レンズＭＰＵ１およびレンズ駆動ユニット３がレンズ駆動手段に、レンズＭＰＵ１および結像位置検出ユニット２が結像位置検出手段に、レンズＭＰＵ１および予測絞り駆動時間テーブル５が絞り駆動時間予測手段に、それぞれ相当する。

（変形例）
本実施例では、予測絞り駆動時間テーブル５の予測絞り駆動時間は予め測定した固定値であるが、温度や経年変化等によって予測絞り駆動時間が変化するカメラシステムの場合には、その変化をレンズＭＰＵ１で観測して補正してもよい。具体的には、レンズＭＰＵ１で温度を観測して補正をかけたり、予測絞り駆動時間テーブル５と実際の絞り駆動時間の差を算出し、その差を記憶してそれ以降の予測絞り駆動時間に補正をかけたりしても、本発明は同様に適用可能である。また、温度をカメラＭＰＵ７で観測し、それをレンズＭＰＵ１へ伝達し、それに基づいて予測絞り駆動時間テーブルを補正しても、本発明は同様に適用可能である。

また、ミラーアップ時間は、予め測定した固定値であるが、温度や経年変化、さらにはバッテリーの状態等によって、ミラーアップ時間が変化するカメラシステムの場合には、その変化をレンズＭＰＵ１で観測して補正しても、本発明は同様に適用可能である。

また、本実施例では、レンズ駆動ユニット３や絞り駆動ユニット４の駆動源となるモータは交換式の撮影レンズ側にあるが、カメラ側にあって、カメラ側から駆動結合体をマウント１２を介して駆動しても、本発明は同様に適用可能である。

本発明の一実施例に係る一眼レフカメラの要部を示す構成図である。 本発明の一実施例に係る一眼レフカメラの動作を示すフローチャートである。 図２のステップ＃１０７で実行される予測制御の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１ レンズＭＰＵ
２ 結像位置検出ユニット
３ レンズ駆動ユニット
４ 絞り駆動ユニット
５ 予測絞り駆動時間テーブル
６ デフォーカス量検出ユニット
７ カメラＭＰＵ
８ ダイヤルユニット
９ 撮像ユニット

Claims (4)

1. 絞りを有する撮影レンズを装着可能なカメラであって、
   当該カメラに装着された撮影レンズを通過した光からデフォーカス量に対応する第１の情報を検出するデフォーカス量検出手段と、
   前記撮影レンズに具備されるレンズ位置出力手段から結像位置に対応する第２の情報を取得する取得手段と、
   前記第２の情報とメモリに記憶された前記過去複数回の第１の情報の変化から結像位置の変化を予測する結像位置予測手段とを有し、
   前記結像位置予測手段は、前記撮影レンズに具備される絞り駆動時間予測手段から取得した絞り駆動に要する時間に対応する第３の情報も加味して、結像位置を予測することを特徴とするカメラ。
2. 前記結像位置予測手段は、取得した第３の情報から絞り駆動に要する時間よりもミラーアップ時間の方が長い場合には、該ミラーアップ時間をレリーズタイムラグとして用い、結像位置を予測することを特徴とする請求項１に記載のカメラ。
3. カメラに装着された撮影レンズを通過した光からデフォーカス量に対応する第１の情報を検出するデフォーカス量検出ユニットを備えたカメラに装着可能な撮影レンズであって、
   結像位置に対応する第２の情報を検出し、装着されたカメラに対して当該第２の情報を出力する結像位置検出手段と、
   絞り駆動に要する時間に対応する第３の情報を装着されたカメラに対して出力する絞り駆動時間予測手段と、
   前記カメラに具備される前記デフォーカス量検出ユニットで算出されたデフォーカス量に基づいて結像位置を移動させるレンズ駆動手段とを有することを特徴とする撮影レンズ。
4. 請求項１または２に記載のカメラと、請求項３に記載の撮影レンズとから成ることを特徴とするカメラシステム。

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