JP2009258718A - カメラシステム並びにカメラボディ及び交換レンズ - Google Patents

Abstract

【課題】動画像撮像の際のコントラスト方式のオートフォーカス動作の精度を向上できるレンズ交換式のカメラシステムを提供する。
【解決手段】ボディ制御手段１４０は、生成したタイミング信号を交換レンズ２００に通知し、駆動情報信号をレンズコントローラ２４０に通知する。レンズ制御手段２４０は、ボディ制御手段１４０から取得した駆動情報信号とタイミング信号に応じて、フォーカスモータ２３３を制御する。駆動情報信号には、フォーカスレンズの駆動開始から駆動終了までの動作時間の情報が含まれる。
【選択図】図１

Description

本発明は、レンズ交換式のカメラシステムに関し、特に、動画像撮像におけるコントラスト方式のオートフォーカス動作が可能なカメラシステムに関する。

特許文献１は、位相差検出方式とコントラスト方式とを併用するオートフォーカス制御について開示している。特許文献１に開示する撮像装置は、コントラスト方式により得られた合焦情報に基づいて、位相差検出方式で求めた合焦制御情報を補正する。すなわち、高速性に優れた位相差検出方式での検出精度の不十分さを補うための補正情報を、高精度で合焦判定が可能なコントラスト検出を用いて得られた、合焦状態を示す情報に基づいて求めている。これにより、位相差検出方式による、ハイブリッド方式等に比べてより高速で、かつ十分に高い精度での合焦制御を可能としている。

特開２００３−２９５０４７号公報

以上のように、特許文献１は、レンズ交換式のカメラシステムの合焦精度の向上について開示している。しかしながら、特許文献１は、コントラスト方式により得られた合焦情報に基づいて、位相差検出方式で求めた合焦制御情報を補正することにより、位相差検出方式の合焦精度を向上させるという発明を開示するのであって、コントラスト方式により得られる合焦情報そのものの精度を向上させることについては開示していない。

本発明は、動画像撮像におけるコントラスト方式のオートフォーカス動作の精度を向上できるレンズ交換式のカメラシステムを提供することを目的とする。

本発明に係るカメラシステムは、交換レンズとカメラボディを含む。交換レンズは、光軸方向に進退することにより、被写体像のフォーカス状態を変化させるフォーカスレンズと、フォーカスレンズを駆動するための駆動手段と、カメラボディからの制御に応じて、交換レンズの動作を制御するレンズ制御手段とを備える。カメラボディは、交換レンズを介して形成された被写体像を所定のフレームレートで撮像し、画像データを生成する撮像手段と、所定のタイミング信号を生成し、交換レンズに送信するタイミング信号生成手段と、フォーカスレンズの駆動開始から駆動終了までの動作時間に関する情報を含む駆動情報信号を送信する駆動信号送信手段と、カメラボディの動作を制御するボディ制御手段とを備える。ボディ制御手段は、タイミング信号及び駆動情報信号を交換レンズに送信するように制御を行う。レンズ制御手段は、カメラボディから受信した駆動情報信号とタイミング信号に基づきフォーカスレンズの駆動を制御する。

本発明に係るカメラボディは、光軸方向に進退することにより、被写体像のフォーカス状態を変化させるフォーカスレンズを有する交換レンズがマウント可能なカメラボディである。カメラボディは、交換レンズを介して形成された被写体像を所定のフレームレートで撮像し、画像データを生成する撮像手段と、所定のタイミング信号を生成し、交換レンズに送信するタイミング信号生成手段と、フォーカスレンズの駆動開始から駆動終了までの動作時間に関する情報を含む駆動情報信号を送信する駆動信号送信手段と、カメラボディの動作を制御するボディ制御手段とを備える。ボディ制御手段は、タイミング信号及び駆動情報信号を交換レンズに送信するように制御を行う。

本発明に係る交換レンズは、カメラボディに対して脱着可能な交換レンズである。交換レンズは、光軸方向に進退することにより、被写体像のフォーカス状態を変化させるフォーカスレンズと、フォーカスレンズを駆動するための駆動手段と、カメラボディからの制御に応じて交換レンズの動作を制御するレンズ制御手段とを備える。レンズ制御手段は、カメラボディから、タイミング信号と、フォーカスレンズの駆動開始から駆動終了までの動作時間に関する情報を含む駆動情報信号とを受信する。レンズ制御手段は、カメラボディから受信した駆動情報信号に基づき、フォーカスレンズの駆動を制御する。

本発明によれば、カメラボディから交換レンズへ、フォーカスレンズの駆動開始から駆動終了までの動作時間に関する情報を含む駆動情報信号を送信する。交換レンズは駆動情報信号を取得することでフォーカスレンズの動作時間に関する情報を認識することができる。このため、フォーカスレンズの駆動制御が比較的容易となる。その結果、レンズ交換式のカメラシステムにおける、動画像撮像の際のコントラスト方式のオートフォーカス動作の精度を向上できる。

（実施の形態１）
１−１．構成
１−１−１．概要
図１は、本発明の実施の形態に係るカメラシステムの構成を示すブロック図である。カメラシステム１は、カメラボディ１００とそれに着脱可能な交換レンズ２００とから構成される。カメラシステム１は、ＣＣＤイメージセンサ１１０で生成された画像データに基づいて、コントラスト方式のオートフォーカス動作が可能である。

１−１−２．カメラボディの構成
カメラボディ１００は、ＣＣＤイメージセンサ１１０と液晶モニタ１２０とカメラコントローラ１４０とボディマウント１５０と電源１６０とカードスロット１７０とを備える。

カメラコントローラ１４０は、レリーズ釦１３０等の操作部材からの指示に応じて、ＣＣＤイメージセンサ１１０等の構成要素を制御することでカメラシステム１全体の動作を制御する。カメラコントローラ１４０は、垂直同期信号をタイミング発生器１１２に送信する。これと並行して、カメラコントローラ１４０は、露光同期信号を生成する。カメラコントローラ１４０は、生成した露光同期信号を、ボディマウント１５０及びレンズマウント２５０を介して、レンズコントローラ２４０に周期的に送信する。カメラコントローラ１４０は、制御動作や画像処理動作の際に、ＤＲＡＭ１４１をワークメモリとして使用する。

ＣＣＤイメージセンサ１１０は、交換レンズ２００を介して入射される被写体像を撮像して画像データを生成する。要するに、ＣＣＤイメージセンサ１１０は、所定のタイミングで露光することにより、被写体像を撮像し、画像データを生成する。生成された画像データは、ＡＤコンバータ１１１でデジタル化される。デジタル化された画像データは、カメラコントローラ１４０により所定の画像処理が施される。所定の画像処理とは、例えば、ガンマ補正処理、ホワイトバランス補正処理、キズ補正処理、ＹＣ変換処理、電子ズーム処理、ＪＰＥＧ圧縮処理である。

ＣＣＤイメージセンサ１１０は、タイミング発生器１１２により制御されるタイミングで動作する。ＣＣＤイメージセンサ１１０の動作としては、静止画像の撮像動作、スルー画像の撮像動作等である。スルー画像は、主に動画像であり、ユーザが静止画像の撮像のための構図を決めるために液晶モニタ１２０に表示される。

液晶モニタ１２０は、カメラコントローラ１４０で画像処理された表示用画像データが示す画像を表示する。液晶モニタ１２０は、動画像も静止画像も選択的に表示可能である。

カードスロット１７０は、メモリーカード１７１を装着可能であり、カメラコントローラ１４０からの制御に基づいて、メモリーカード１７１を制御する。メモリーカード１７１は、カメラコントローラ１４０の画像処理により生成された画像データを格納可能である。例えば、メモリーカード１７１はＪＰＥＧ画像ファイルを格納できる。また、メモリーカード１７１に格納された画像データ又は画像ファイルは読み出し可能であり、メモリーカード１７１から読み出された画像データ又は画像ファイルは、カメラコントローラ１４０により画像処理される。例えば、カメラコントローラ１４０は、メモリーカード１７１から取得した画像データ又は画像ファイルを伸張して表示用画像データを生成する。

電源１６０は、カメラシステム１で消費するための電力を供給する。電源１６０は、例えば、乾電池であってもよいし、充電池であってもよい。または、電源１６０は、電源コードを介して外部からカメラシステム１に電力を供給してもよい。

ボディマウント１５０は、交換レンズ２００のレンズマウント２５０と機械的及び電気的に接続可能である。ボディマウント１５０は、レンズマウント２５０を介して、交換レンズ２００との間で、データを送受信可能である。ボディマウント１５０は、カメラコントローラ１４０から受信した露光同期信号を、レンズマウント２５０を介してレンズコントローラ２４０に送信する。また、カメラコントローラ１４０から受信したその他の制御信号を、レンズマウント２５０を介してレンズコントローラ２４０に送信する。また、ボディマウント１５０は、レンズマウント２５０を介してレンズコントローラ２４０から受信した信号をカメラコントローラ１４０に送信する。また、ボディマウント１５０は、電源１６０から受けた電力を、レンズマウント２５０を介して交換レンズ２００全体に供給する。

１−１−３．交換レンズの構成
交換レンズ２００は、光学系とレンズコントローラ２４０とレンズマウント２５０とを備える。光学系はズームレンズ２１０、ＯＩＳレンズ２２０、フォーカスレンズ２３０を含む。

ズームレンズ２１０は、光学系で形成される被写体像の倍率を変化させるためのレンズである。ズームレンズ２１０は、１枚又は複数枚のレンズで構成される。駆動機構２１１は、使用者が操作可能なズームリング等を含み、使用者による操作をズームレンズ２１０に伝え、ズームレンズ２１０を光学系の光軸方向に沿って移動させる。検出器２１２は、駆動機構２１１における駆動量を検出する。レンズコントローラ２４０は、この検出器２１２における検出結果を取得することにより、光学系におけるズーム倍率を把握することができる。

ＯＩＳレンズ２２０は、交換レンズ２００の光学系で形成される被写体像のぶれを補正するためのレンズである。ＯＩＳレンズ２２０は、カメラシステム１のぶれを相殺する方向に移動することにより、ＣＣＤイメージセンサ１１０上の被写体像のぶれを小さくする。ＯＩＳレンズ２２０は１枚又は複数枚のレンズで構成される。アクチュエータ２２１は、ＯＩＳ用ＩＣ２２３からの制御を受けて、光学系の光軸に垂直な面内でＯＩＳレンズ２２０を駆動する。アクチュエータ２２１は、例えば、マグネットと平板コイルとで実現可能である。位置検出センサ２２２は、光学系の光軸に垂直な面内におけるＯＩＳレンズ２２０の位置を検出するセンサである。位置検出センサ２２２は、例えば、マグネットとホール素子で実現可能である。ＯＩＳ用ＩＣ２２３は、位置検出センサ２２２の検出結果及びジャイロセンサ等のぶれ検出器の検出結果に基づいて、アクチュエータ２２１を制御する。ＯＩＳ用ＩＣ２２３は、レンズコントローラ２４０から、ぶれ検出器の検出結果を得る。また、ＯＩＳ用ＩＣ２２３は、レンズコントローラ２４０に対して、光学的像ぶれ補正処理の状態を示す信号を送信する。

フォーカスレンズ２３０は、光学系でＣＣＤイメージセンサ１１０上に形成される被写体像のフォーカス状態を変化させるためのレンズである。フォーカスレンズ２３０は、１枚又は複数枚のレンズで構成される。

フォーカスモータ２３３は、レンズコントローラ２４０の制御に基づいて、フォーカスレンズ２３０が光学系の光軸に沿って進退するよう駆動する。これにより、光学系を介してＣＣＤイメージセンサ１１０上に形成される被写体像のフォーカス状態を変化させることができる。本実施の形態では、フォーカスモータ２３３として、ＤＣモータを用いることができる。但し、本発明は、これに限定されず、ステッピングモータやサーボモータ、超音波モータなどによっても実現できる。

第１エンコーダ２３１及び第２エンコーダ２３２は回転体とフォトカプラで構成される従来の光学式エンコーダであり、フォーカスモータ２３３の回転を検出する。レンズコントローラ２４０は内部に備えたカウンタ２４３により、第１及び第２のエンコーダ２３１、２３２からの検出信号をカウントする。第１エンコーダ２３１と第２エンコーダ２３２の検出信号は位相がずれている。そのため、第１エンコーダ２３１の検出信号と第２のエンコーダ２３２の検出信号を組み合わせてカウントすることで、フォーカスモータ２３３の回転方向を検出できる。レンズコントローラ２４０はカウンタ２４３の値からフォーカスレンズの移動量または位置を把握できる。

レンズコントローラ２４０は、第１制御モード又は第２制御モードでフォーカスモータ２３３を制御する。第１制御モードでは、レンズコントローラ２４０は、第１エンコーダ２３１からの検出信号のみを用いてフォーカスモータ２３３を制御する。第１制御モードでは、第１エンコーダ２３１からの検出信号のみを用いるため、フォーカスモータ２３３の回転方向は検出できない。一方、第２制御モードでは、レンズコントローラ２４０は、第１エンコーダ２３１及び第２エンコーダ２３２を用いて、フォーカスモータ２３３を制御する。第２制御モードでは、レンズコントローラ２４０は、フォーカスレンズ２３０の駆動方向も検出できる。

レンズコントローラ２４０は、カメラコントローラ１４０からの制御信号に基づいて、ＯＩＳ用ＩＣ２２３やフォーカスモータ２３３などを制御することで交換レンズ２００全体を制御する。また、レンズコントローラ２４０は、検出器２１２、ＯＩＳ用ＩＣ２２３、第１エンコーダ２３１、第２エンコーダ２３２などから信号を受信して、カメラコントローラ１４０に送信する。レンズコントローラ２４０とカメラコントローラ１４０間のデータの送受信はレンズマウント２５０及びボディマウント１５０を介して行われる。レンズコントローラ２４０は、制御の際、ＤＲＡＭ２４１をワークメモリとして使用する。また、フラッシュメモリ２４２は、レンズコントローラ２４０の制御の際に使用するプログラムやパラメータを保存する。

１−１−４．本発明の構成との対応関係
フォーカスモータ２３３は、本発明の駆動手段の一例である。レンズコントローラ２４０は、本発明のレンズ制御部の一例である。ＣＣＤイメージセンサ１１０は、本発明の撮像手段の一例である。カメラコントローラ１４０及びボディマウント１５０からなる構成は、本発明のタイミング信号通知手段の一例である。カメラコントローラ１４０及びボディマウント１５０からなる構成は、本発明の駆動信号通知手段の一例である。カメラコントローラ１４０は、本発明のボディ制御部の一例である。

１−２．動作
１−２−１．撮像準備動作
まず、カメラシステム１における撮像準備のための動作を説明する。図２は、カメラシステム１の撮像準備動作における信号送受信を示した図である。

カメラボディ１００に交換レンズ２００を装着した状態で、使用者が、カメラボディ１００の電源をＯＮすると、電源１６０は、ボディマウント１５０及びレンズマウント２５０を介して、交換レンズ２００に電力を供給する（Ｓ１１）。次に、カメラコントローラ１４０は、レンズコントローラ２４０に対して、交換レンズ２００の認証情報を要求する（Ｓ１２）。ここで、交換レンズ２００の認証情報には、交換レンズ２００が装着されているか否かに関する情報及びアクセサリーが装着されているか否かに関する情報が含まれる。レンズコントローラ２４０は、カメラコントローラ１４０からのレンズ認証要求に応答する（Ｓ１３）。

次に、カメラコントローラ１４０は、レンズコントローラ２４０に対して、初期化動作を実施するよう要求する（Ｓ１４）。これを受けて、レンズコントローラ２４０は、絞りのリセット、ＯＩＳレンズ２２０のリセット等の初期化動作を行う。そして、レンズコントローラ２４０は、カメラコントローラ１４０に対して、レンズ初期化動作が完了した旨を返信する（Ｓ１５）。

次に、カメラコントローラ１４０は、レンズコントローラ２４０に対して、レンズデータを要求する（Ｓ１６）。レンズデータはフラッシュメモリ２４２に格納されている。レンズコントローラ２４０はフラッシュメモリ２４２からレンズデータを読み出して、カメラコントローラ１４０に返信する（Ｓ１７）。ここで、レンズデータとは、レンズ名称、Ｆナンバー、焦点距離等の交換レンズ２００特有の特性値である。

カメラコントローラ１４０が、カメラボディ１００に装着されている交換レンズ２００のレンズデータを把握すると、撮像可能な状態になる。この状態では、カメラコントローラ１４０は、レンズコントローラ２４０に対して、交換レンズ２００の状態を示すレンズ状態データを定期的に要求する（Ｓ１８）。レンズ状態データは、例えば、ズームレンズ２１０によるズーム倍率情報、フォーカスレンズ２３０の位置情報、絞り値情報などを含む。この要求に応えて、レンズコントローラ２４０は、カメラコントローラ１４０に対して、要求されたレンズ状態データを返信する（Ｓ１９）。

また、この状態では、カメラシステム１は、ＣＣＤイメージセンサ１１０で生成した画像データが示す画像をスルー画像として液晶モニタ１２０に表示する制御モードで動作し得る。この制御モードを「ライブビューモード」という。ライブビューモードでは、動画のスルー画像が液晶モニタ１２０に表示されるので、使用者は、液晶モニタ１２０を見ながら静止画像を撮像するための構図を決めることができる。ライブビューモードにおけるオートフォーカス動作の方式としては、コントラスト方式が一般的に用いられる。これは、ライブビューモードでは、定常的に、ＣＣＤイメージセンサ１１０で画像データを生成しているので、その画像データを用いたコントラスト方式のオートフォーカス動作をするのが容易だからである。

コントラスト方式のオートフォーカス動作を行う際には、カメラコントローラ１４０は、レンズコントローラ２４０に対して、コントラストＡＦ用データを要求する（Ｓ２０）。コントラストＡＦ用データは、コントラスト方式のオートフォーカス動作の際に必要なデータであり、例えば、フォーカス駆動速度、フォーカスシフト量、像倍率、コントラストＡＦ可否情報などを含む。

１−２−２．動画撮像におけるコントラスト方式のオートフォーカス動作
次に、撮像準備が完了したカメラシステム１における動画撮像の際のウォブリング制御によるオートフォーカス動作について説明する。ここでは、コントラスト方式のオートフォーカス動作（以下「コントラストＡＦ動作」という）について説明する。

図３は、本実施形態のカメラシステム１によるコントラストＡＦ動作時のフォーカスレンズの動きを説明した図である。同図に示すように、合焦位置から離れた位置からレンズを移動させていくと、画像のコントラスト値は合焦位置に近づくほど高くなり、合焦位置で最大となる。本実施形態のコントラストＡＦ動作においては、フォーカスレンズを移動させながら、露光同期信号に同期したタイミングで画像を撮像し、かつ、その時点のフォーカスレンズの位置情報を取得する。そして撮像した各画像についてコントラスト値を求め、コントラスト値が最大となるフォーカスレンズの位置を求め、その位置を合焦位置とする。図３に示すように、合焦位置から離れた位置から合焦位置へ向かってフォーカスレンズを移動させた場合に得られるコントラスト値の軌跡が山の形状を示すことから、以下の説明において、合焦位置から離れた位置から合焦位置へ向かってフォーカスレンズを移動させる動作を「山登り」という。

静止画撮像の場合、最終的に合焦状態で撮像された画像を静止画として用いるため、フォーカスレンズを比較的広い範囲移動させながらコントラスト値の最大点を求めることで焦点位置を決定しても特に問題ない。しかし、動画撮像の場合、フォーカスレンズを広い範囲移動させると、焦点がぼけた動画像が得られ、画質が低下する。よって、一般的には動画撮像時には、ウォブリング制御が行われる。

図４を参照し、ウォブリング制御を説明する。ウォブリング制御では、フォーカスレンズ２３０が微小距離だけ周期的に進退するよう制御される。フォーカスレンズ２３０の移動距離が微小距離であるため、動画像において画質の変化が目立たず、画質の劣化を防止できる。例えば、図４（ａ）に示すように、フォーカスレンズ２３０が位置（１）にある場合、ウォブリング制御により、フォーカスレンズ２３０は位置（１）から位置（２）へ移動し、その後、位置（２）から位置（３）へ移動する。そして、各位置（１）〜（３）で画像のコントラスト値を求め、合焦位置がある方向を決定する。例えば、図４（ａ）の場合、コントラスト値は、フォーカスレンズ２３０を位置（１）から位置（２）へ移動したときに下がり、位置（１）から位置（３）へ移動したときに上昇している。このことから、位置（１）から見て位置（３）の方向に合焦位置があると推定できる。よって、次に、フォーカスレンズ２３０を位置（１）から位置（３）に向かう方向に移動させれば良いことが認識できる。図４（ｂ）は、横軸に時間を、縦軸にフォーカスレンズ２３０の位置をとった場合の、図４（ａ）に示すようにフォーカスレンズ２３０を移動させたときのレンズ位置の時間変化を示した図である。

図５は、カメラステム１における動画像撮像の際のウォブリング制御によるオートフォーカス動作を説明するためのタイミングチャートである。なお、本実施の形態では、「動画像」というときは、スルー画像用の動画撮像であってもよいし、メモリーカード１７１への記録用の動画撮像であってもよい。図５の例では、カメラコントローラ１４０はライブビューモードで動作しているとする。

カメラコントローラ１４０は、図５（ａ）に示すように、垂直同期信号（ＶＤ）を定期的に生成する。また、カメラコントローラ１４０は、図５（ｃ）に示すように、所定の時点から、垂直同期信号に基づいて露光同期信号を生成する。カメラコントローラ１４０は、垂直同期信号を基準にして、露光開始タイミングと露光終了タイミングとを予め把握しているために、露光同期信号を生成することができる。露光同期信号は撮像素子の露光期間を示す。カメラコントローラ１４０は、垂直同期信号をタイミング発生器１１２に出力するとともに、露光同期信号をレンズコントローラ２４０に出力する。レンズコントローラ２４０は、露光同期信号に同期してフォーカスレンズ２３０の駆動を制御する。この動作の詳細は後述する。

タイミング発生器１１２は、垂直同期信号に基づいて、電子シャッタ駆動信号（図５（ｂ）参照）を定期的に生成し、電子シャッタ駆動信号とＣＣＤイメージセンサ１１０の読み出し信号とに基づいて、ＣＣＤイメージセンサ１１０を駆動する。

なお、本実施の形態では、ＣＣＤイメージセンサ１１０の読み出し信号として垂直同期信号を用いる。しかしながら、読み出し信号として、垂直同期信号以外の信号を用いることもできる。つまり、読み出し信号は、垂直同期信号と位相がずれていてもよく、垂直同期信号と同様の周期で変化する信号であればよい。例えば、読み出し信号は、タイミング発生器１１２により、垂直同期信号に基づいて定期的に生成することができる。

ＣＣＤイメージセンサ１１０は、読み出し信号に応じて、ＣＣＤイメージセンサ１１０内に多数存在する光電変換素子（図示省略）で生成された画素データを垂直転送部（図示省略）に読み出す。

また、ＣＣＤイメージセンサ１１０は、電子シャッタ駆動信号に応じて電子シャッタ動作を行う。電子シャッタ動作により不要電荷を外部に掃き出すことができる。

ＣＣＤイメージセンサ１１０は、電子シャッタ駆動信号により電荷を掃き出し、読み出し信号により画素データを垂直転送部に読み出すので、一群の電子シャッタ駆動信号の最後の信号から垂直同期信号までの期間、スルー画像用の画像データのために露光動作を行うことになる。露光同期信号はこの露光期間を示す信号であって、最後の電子シャッタ駆動信号の立ち上がりで立ち上がり、垂直同期信号の立ち上がりで立ち下がる信号である（図５（ｃ）参照）。

１−２−２−１ 処理フロー
図６のフローチャートを参照して、実施の形態１のカメラシステム１におけるコントラストＡＦ動作のフローを説明する。

使用者が動画撮像モードを選択すると、カメラコントローラ１４０は、レンズコントローラ２４０へ駆動情報信号を送信する（Ｓ３０、図５の時刻ｔ１）。駆動情報信号は、ウォブリング制御の開始を指示する信号であり、かつ、ウォブリング制御に関する以下の情報を含む。
１）フォーカスレンズの駆動を開始してから終了させるまでの時間（以下「動作時間」という。）
２）フォーカスレンズの移動方向に関する情報
３）フォーカスレンズの駆動開始からの移動量に関する情報
なお、駆動情報信号は必ずしもこのような構成である必要はない。例えば、駆動情報信号は、フォーカスレンズの動作時間に関する情報だけを含んでも良い。または、駆動情報信号は、フォーカスレンズの動作時間に関する情報と、フォーカスレンズの移動方向に関する情報とだけを含むようにしてもよい。

レンズコントローラ２４０は、駆動情報信号を受信すると、カメラコントローラ１４０から露光同期信号（立ち下がりエッジ）を受信したか否かを判断する（Ｓ３１）。

露光同期信号（立ち下がりエッジ）を受信したと判断すると、レンズコントローラ２４０は、フォーカスモータ２３３を制御しフォーカスレンズ２３０を移動させ始める（Ｓ３２、図５の時刻ｔ２）。このとき、フォーカスモータ２３３は、駆動情報信号が示すフォーカスレンズの移動方向に、駆動情報信号が示すフォーカスレンズの移動量だけ、フォーカスレンズ２３０を移動させる。交換レンズ２００（レンズコントローラ２４０）は、駆動情報信号から、ウォブリング制御における、フォーカスレンズ２３０の移動方向、フォーカスレンズ２３０の移動量、動作時間に関する情報を認識することができ、これにより、ウォブリング制御におけるフォーカスレンズ２３０の駆動制御が容易となる。なお、フォーカスレンズ２３０は、フォーカスレンズ２３０の駆動開始から、駆動情報信号で示された動作時間内において、均等または略均等な所定の速度で移動するように制御される。

フォーカスレンズ２３０の移動開始後、レンズコントローラ２４０は、フォーカスレンズ２３０の移動開始時点からの経過時間が、ウォブリング制御の動作時間を超えたか否かを判断する（Ｓ３３）。本例では、動作時間は、撮像している動画像の１フレームに要する時間に設定される。従って、動作時間は、撮像している動画像のフレームレートによって決まる。例えば、撮像している動画像のフレームレートが６０フレーム／秒であれば、動作時間は１／６０秒となる。本実施の形態においては、撮像している動画像のフレームレートが一定である限り、動作時間は一定となる。このように、動作時間は常に一定となるため、レンズの制御が比較的容易となる。なお、カメラコントローラ１４０は、動作時間を、交換レンズ２２０において制御可能なフォーカスレンズ２３０の駆動時間の最小値よりも小さい値に設定してはいけない。交換レンズ２２０において制御ができないからである。

本実施の形態においては、動作時間は、撮像している動画像の１フレームに要する時間としているが、動作時間は、２フレームまたは３フレームに要する時間、すなわち、１フレームに要する時間の整数倍であってもよい。フレーム単位で駆動時間の上限を設定することで、フォーカスレンズ２３０の駆動と停止をフレーム単位で行うことが可能となる。また、フレーム単位でフォーカスレンズ２３０の駆動と停止を制御すれば、オートフォーカスでの評価用の画像を露光している際には、フォーカスレンズ２３０を停止しておくことができる。

経過時間が動作時間を超えていない場合、レンズコントローラ２４０は、フォーカスレンズ２３０が所定量だけ移動したか否かを判断する（Ｓ３４）。ここで、所定量とは、駆動情報信号が示すフォーカスレンズ２３０の移動量である。

所定量だけ移動していないと判断すると、レンズコントローラ２４０は、再度ステップＳ３３に戻り、経過時間が動作時間を超えたか否かを判断する。

所定量だけ移動したと判断すると、レンズコントローラ２４０は、フォーカスモータ２３３に対して、フォーカスレンズ２３０の駆動を停止させ（Ｓ３５）、続いて、フォーカスレンズの駆動開始からの経過時間が動作時間を超えているか否かを判断する（Ｓ３６）。

経過時間が動作時間を超えていると判断すると、カメラコントローラ１４０は、ＣＣＤイメージセンサ１１０から取得した画像データに基づいてオートフォーカス動作用の評価値（以下「ＡＦ評価値」という）を算出する（Ｓ３８）。この際、ＡＦ評価値を算出するための画像データは、数フレーム前に生成された画像データであって、フォーカスレンズ２３０が停止していたフレームにおいて生成された画像データである。ＡＦ評価値の算出方法として、例えば、ＣＣＤイメージセンサ１１０で生成された画像データから輝度信号を求め、輝度信号の画面内における高周波成分を積算することでＡＦ評価値を求める方法が知られている。これにより、フォーカスレンズ２３０が停止しているレンズ位置におけるＡＦ評価値を求めることができる。

一方、ステップＳ３３において、経過時間が動作時間を超えたと判断すると、レンズコントローラ２４０は、フォーカスモータ２３３を制御してフォーカスレンズ２３０の駆動を停止させる（Ｓ３７、図５の時刻ｔ３）。従って、経過時間が動作時間を超えた場合には、たとえ、駆動情報信号が示す移動量をフォーカスレンズ２３０が移動していない場合であっても、フォーカスレンズ２３０の駆動を強制的に停止させることとなる。動作時間はフレームに要する時間に設定しているため、これにより、フォーカスレンズ２３０の駆動をフレーム単位で制御することができる。なお、経過時間が動作時間を超え、フォーカスレンズ２３０が指示された移動量を移動できなかった場合、レンズコントローラ２４０は、フォーカスレンズ２３０が指示された移動量を移動できなかったことを示す所定のフラグ（以下「フォーカス駆動未達フラグ」という。）を「１」に設定する。フォーカス駆動未達フラグはＤＲＡＭ１４１に格納される。カメラコントローラ１４０は、フォーカス駆動未達フラグを参照することで、フォーカスレンズ２３０が指示された移動量を移動できなかったことを認識できる。

フォーカスレンズ２３０の駆動停止（Ｓ３７）後、カメラコントローラ１４０は、ＣＣＤイメージセンサ１１０から取得した画像データに基づいてＡＦ評価値を算出する（Ｓ３８）。この算出したＡＦ評価値はフォーカスレンズ２３０の位置情報と対応付けて、ＤＲＡＭ１４１に保存される。図５においては、時刻ｔ３と時刻ｔ５の間において、ＡＦ評価値が算出される。

ＡＦ評価値算出後、カメラコントローラ１４０は、ＤＲＡＭ１４１にＡＦ評価値が所定数格納されたか否かを判断する（Ｓ３９）。所定数は本例では３とするが、２以上であればよい。

ＤＲＡＭ１４１に所定数（３個）のＡＦ評価値が格納されていないと判断すると、カメラコントローラ１４０は、再びレンズコントローラ２４０に駆動情報信号を送信し、前述のようにフォーカスレンズ２３０の移動／停止及びＡＦ評価値の算出（Ｓ３０〜Ｓ３９）を繰り返す。

ＤＲＡＭ１４１に所定数（３個）のＡＦ評価値が格納されていると判断すると、カメラコントローラ１４０は、ＤＲＡＭ１４１に格納されている所定個数のＡＦ評価値からフォーカスレンズ２３０の駆動方法を決定する（Ｓ４０）。ここで、駆動方法とは、フォーカスレンズ２３０の移動方向や移動量などである。

フォーカスレンズ２３０の駆動方法を決定すると、カメラコントローラ１４０は、再びレンズコントローラ２４０に駆動情報信号を発信し、同様の処理を繰り返す（Ｓ３０〜Ｓ４０）。ここで、駆動情報信号は、決定されたフォーカスレンズ２３０の駆動方法に関する情報を含む。

動画撮像時にこのようなウォブリング制御によるオートフォーカス動作を行うことにより、本実施の形態にかかるカメラシステム１は、簡単なレンズ制御で、常にある程度の合焦状態を維持することができる。

（他の実施形態）
以上により、本発明の実施の形態として、実施の形態１を説明した。しかし、本発明は、これらには限定されない。そこで、本発明の他の実施の形態を本欄にまとめて説明する。

本発明の実施の形態１では、第２制御モードとして、第１エンコーダ２３１及び第２エンコーダ２３２を用いる制御モードを例示した。しかし、第２制御モードはこれには限定されない。例えば、第２制御モードにおいて、１つのエンコーダと線状の位置検出センサとを用いてもよい。線状の位置検出センサとは、例えば、フォーカスレンズ２３０の駆動範囲と同じ長さの線状の抵抗体と、その抵抗体の上を接触しつつ、フォーカスレンズ２３０の駆動と連動して移動する接触子とによって実現できる位置センサである。要するに、第２制御モードは、第１制御モードに比べて、レンズコントローラ２４０が意図しないフォーカスレンズ２３０の駆動方向の反転について相対的に位置検出精度が優れる制御モードであればよい。また、必ずしも第１制御モードを設ける必要はなく、第２制御モードだけでもよい。

本発明の実施の形態１では、ズームレンズ２１０及びＯＩＳレンズ２２０を有する構成を例示したが、これらは、本発明に必須の構成ではない。すなわち、ズーム機能を有することのない単焦点レンズを装着したカメラシステムにも本発明は適用可能であるし、手振れ補正機能を有することのない交換レンズを装着したカメラシステムにも本発明は適用可能である。

本発明の実施の形態１では、可動ミラーを備えないカメラボディを例示したが、本発明はこれには限定されない。例えば、カメラボディ内に可動ミラーを備えてもよいし、被写体像を分けるためのプリズムを備えてもよい。また、カメラボディ内ではなく、アダプター内に可動ミラーを備える構成でもよい。

本発明の実施の形態１では、フォーカスレンズ２３０の位置を直接検出せず、フォーカスモータ２３３の回転軸の回転角を検出することにより、間接的に検出した。このように、本発明においては、フォーカスレンズ２３０の位置を直接的に検出してもよいし、フォーカスレンズ２３０に連動する機構部材の位置を検出することによって間接的に検出してもよい。要するに、結果として、フォーカスレンズの位置を特定できればよい。

本発明の実施の形態１では、位相差検出センサを搭載しないカメラシステムを例示した。しかし、カメラシステムは、位相差検出センサを搭載して、位相差方式のオートフォーカス動作とコントラスト方式のオートフォーカス動作を選択的に実行できるようにしてもよい。この場合、コントラスト方式のオートフォーカス動作を実行しているときに、本発明は適用可能である。

本発明の実施の形態１では、撮像素子として、ＣＣＤイメージセンサ１１０を例示したが、本発明はこれに限定されない。撮像素子は、ＣＭＯＳイメージセンサやＮＭＯＳイメージセンサで構成してもよい。これにより、さらに消費電力やノイズを低減することが可能となる。

前述のように、ＭＯＳイメージセンサは、ＣＣＤイメージセンサとは異なり、撮像面の領域に応じて露光タイミングが異なる。すなわち、撮像面の上部より下部の方が、より露光タイミングが遅れる。従って、図７（ｂ）に示すように、ＭＯＳイメージセンサによる１フレームの露光は１垂直同期期間（以下「１ＶＤ期間」という。）内には完了しない。従って、１ＶＤ期間ごとにフォーカスレンズの停止とフォーカスレンズの駆動を繰り返したとしても、ＡＦ評価値を算出するためのフレームの露光をしている間に、フォーカスレンズが移動してしまい、適切なＡＦ評価値が得られないという問題が生じ得る。

本発明の実施の形態１では、カメラボディ１００から交換レンズ２００に対してフォーカスレンズ２３０の動作時間を送信しており、この構成により、前述のＭＯＳイメージセンサに起因する問題も解消できる。例えば、図７（ａ）に示すように１ＶＤ期間の長さをａとし、図７（ｂ）に示すように１フレームの露光に要する時間が１．５ａであるとする。露光同期信号を、図７（ｃ）に示すように、露光期間の終了時に立ち上がるような信号に設定する。この場合、カメラコントローラ１４０は、０．５ａを示す動作時間を交換レンズ２００に送信する。これにより、図７に示すように、カメラコントローラ１４０は、露光同期信号に同期して時刻t11からt12の期間（すなわち０．５ａの期間）のみレンズを駆動し、その後１．５ａの期間はレンズを停止させることができ、１フレームの露光に要する１．５ａの期間の停止期間を確保できる。この構成により、ＡＦ評価値を算出するためのフレームを撮像する期間（図７では、１．５ａの期間）は、フォーカスレンズを停止させ、それ以外のタイミングでフォーカスレンズを微小進退させることが可能となる。その結果、ＡＦ評価値を算出するためのフレームの露光をしている間、フォーカスレンズを停止でき、レンズ停止時に撮像された画像に基づき適切なＡＦ評価値を得ることが可能となる。

なお、露光同期信号として垂直同期信号（図８（ａ）参照）を用いてウォブリング制御動作時のレンズ駆動を行っても良い。この場合は、図８（ｃ）に示すように、露光同期信号に対する遅延時間ｄを設定し、遅延時間ｄに関する情報を駆動情報信号に含めてレンズコントローラ２４０に送信する。レンズコントローラ２４０は、露光同期信号が与えるタイミングから遅延時間ｄだけ遅延させたタイミングでレンズ駆動動作を開始する。

また、撮像素子がＣＣＤイメージセンサの場合も、露光同期信号に対する遅延時間に関する情報を駆動情報信号に含めてレンズコントローラ２４０に送信し、レンズコントローラ２４０が、露光同期信号が与えるタイミングから遅延時間だけ遅延させたタイミングでレンズ駆動動作を開始するようにしてもよい。これは、例えば、応答性の悪いレンズを使用する場合に利点がある。すなわち、応答性の悪いレンズを使用した場合のウォブリング制御時において、レンズ駆動の開始タイミングをレンズの応答性に応じて所定時間だけ遅延させることで、レンズが適切な位置に移動したタイミングでの露光が可能になる。

本発明は、レンズ交換式のカメラシステムに適用できる。具体的には、デジタルスチルカメラやムービーなどに適用可能である。

カメラシステム１の構成を示すブロック図 カメラシステム１の撮像準備動作を説明するための図 コントラスト方式のオートフォーカス動作を説明するための図 ウォブリング制御動作を説明するための図 ウォブリング制御動作を説明するためのタイミングチャート ウォブリング制御動作を説明するためのフローチャート 撮像素子としてＭＯＳイメージセンサを用いたカメラシステムにおけるウォブリング制御動作を説明するための図 撮像素子としてＭＯＳイメージセンサを用いたカメラシステムにおけるウォブリング制御動作を説明するための図（露光同期信号として垂直同期信号を用いた場合）

１ カメラシステム
１００ カメラボディ
１１０ ＣＣＤイメージセンサ
１１２ タイミング発生器
１３０ レリーズ釦
１４０ カメラコントローラ
２００ 交換レンズ
２３０ フォーカスレンズ
２３１ 第1エンコーダ
２３２ 第2エンコーダ
２３３ フォーカスモータ
２４０ レンズコントローラ

Claims (19)

1. 交換レンズとカメラボディを含むカメラシステムであって、
   前記交換レンズは、
   光軸方向に進退することにより、被写体像のフォーカス状態を変化させるフォーカスレンズと、
   前記フォーカスレンズを駆動するための駆動手段と、
   前記カメラボディからの制御に応じて、前記交換レンズの動作を制御するレンズ制御手段とを備え、
   前記カメラボディは、
   前記交換レンズを介して形成された被写体像を所定のフレームレートで撮像し、画像データを生成する撮像手段と、
   所定のタイミング信号を生成し、前記交換レンズに送信するタイミング信号生成手段と、
   前記フォーカスレンズの駆動開始から駆動終了までの動作時間に関する情報を含む駆動情報信号を送信する駆動信号送信手段と、
   前記カメラボディの動作を制御するボディ制御手段とを備え、
   前記ボディ制御手段は、前記タイミング信号及び前記駆動情報信号を前記交換レンズに送信するように制御を行い、
   前記レンズ制御手段は、前記カメラボディから受信した駆動情報信号と前記タイミング信号に基づき前記フォーカスレンズの駆動を制御する、
   カメラシステム。
2. 前記駆動情報信号は前記フォーカスレンズの移動量に関する情報を含み、
   前記レンズ制御手段は、前記フォーカスレンズを前記動作時間内において前記移動量だけ移動させるように制御を行う、請求項１に記載のカメラシステム。
3. 前記駆動情報信号は前記フォーカスレンズの移動量に関する情報を含み、
   前記レンズ制御手段は、前記フォーカスレンズを、前記動作時間内に前記移動量だけ移動できなかったときは、前記動作時間経過時に前記フォーカスレンズの駆動を停止させる、請求項１に記載のカメラシステム。
4. 前記レンズ制御手段は、前記フォーカスレンズを前記動作時間内に前記移動量だけ移動できなかったときに所定のフラグ情報を設定する、請求項３に記載のカメラシステム。
5. 前記レンズ制御手段は、前記動作時間内において前記フォーカスレンズを略均等な速度で駆動する、請求項１に記載のカメラシステム。
6. 前記ボディ制御手段は、前記動作時間を、前記交換レンズにおけるフォーカスレンズの駆動可能速度の最小値以上の値に設定する、請求項１に記載のカメラシステム。
7. 前記レンズ制御手段は、前記カメラボディから受信した駆動情報信号と前記タイミング信号に基づき、前記フォーカスレンズを所定の周期で進退駆動させるウォブリング動作を制御する、請求項１に記載のカメラシステム。
8. 駆動信号送信手段は、前記フレームレートに対応するフレーム間隔と相関のある時間間隔で、前記駆動情報信号を前記交換レンズに送信する、請求項１に記載のカメラシステム。
9. 前記駆動情報信号は遅延時間に関する情報をさらに含み、
   前記レンズ制御手段は、前記タイミング信号が与えるタイミングを前記遅延時間だけ遅延させたタイミングに基づき前記フォーカスレンズの駆動を制御する、請求項１に記載のカメラシステム。
10. 前記タイミング信号送信手段は、前記撮像手段による露光のタイミングと相関のあるタイミングで前記タイミング信号を生成する、請求項１に記載のカメラシステム。
11. 前記カメラボディは、前記画像データに基づいてオートフォーカス用の評価値を算出する算出手段をさらに備え、
    前記ボディ制御手段は、前記算出手段により算出された評価値に応じて、前記駆動情報信号を制御する、請求項１に記載のカメラシステム。
12. 光軸方向に進退することにより、被写体像のフォーカス状態を変化させるフォーカスレンズを有する交換レンズがマウント可能なカメラボディであって、
    前記交換レンズを介して形成された被写体像を所定のフレームレートで撮像し、画像データを生成する撮像手段と、
    所定のタイミング信号を生成し、前記交換レンズに送信するタイミング信号生成手段と、
    前記フォーカスレンズの駆動開始から駆動終了までの動作時間に関する情報を含む駆動情報信号を送信する駆動信号送信手段と、
    前記カメラボディの動作を制御するボディ制御手段とを備え、
    前記ボディ制御手段は、前記タイミング信号及び前記駆動情報信号を前記交換レンズに送信するように制御を行う、
    カメラボディ。
13. 前記駆動情報信号は、前記タイミング信号に対する遅延時間に関する情報をさらに含む、請求項１２に記載のカメラボディ。
14. カメラボディに対して脱着可能な交換レンズであって、
    光軸方向に進退することにより、被写体像のフォーカス状態を変化させるフォーカスレンズと、
    前記フォーカスレンズを駆動するための駆動手段と、
    前記カメラボディからの制御に応じて、前記交換レンズの動作を制御するレンズ制御手段とを備え、
    前記レンズ制御手段は、前記カメラボディから、タイミング信号と、前記フォーカスレンズの駆動開始から駆動終了までの動作時間に関する情報を含む駆動情報信号とを受信し、
    前記レンズ制御手段は、前記カメラボディから受信した駆動情報信号とタイミング信号に基づき、前記フォーカスレンズの駆動を制御する、
    交換レンズ。
15. 前記駆動情報信号は前記フォーカスレンズの移動量に関する情報を含み、
    前記レンズ制御手段は、前記フォーカスレンズを前記動作時間内において前記移動量だけ移動させるように制御を行う、請求項１４に記載の交換レンズ。
16. 前記駆動情報信号は前記フォーカスレンズの移動量に関する情報を含み、
    前記レンズ制御手段は、前記フォーカスレンズを、前記動作時間内に前記移動量だけ移動できなかったときは、前記動作時間経過時に前記フォーカスレンズの駆動を停止させる、請求項１４に記載の交換レンズ。
17. 前記レンズ制御手段は、前記フォーカスレンズを前記動作時間内に前記移動量だけ移動できなかったときに所定のフラグ情報を設定する、請求項１４に記載の交換レンズ。
18. 前記レンズ制御手段は、前記動作時間内において前記フォーカスレンズを略均等な速度で駆動する、請求項１４に記載の交換レンズ。
19. 前記駆動情報信号は遅延時間に関する情報をさらに含み、
    前記レンズ制御手段は、前記タイミング信号が与えるタイミングを前記遅延時間だけ遅延させたタイミングに基づき前記フォーカスレンズの駆動を制御する、請求項１４に記載の交換レンズ。

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