JP2010009009A - 撮像システム並びにカメラ本体及び交換レンズ - Google Patents

Abstract

【課題】高精度なオートフォーカス制御を行うことができる撮像システム及びカメラ本体を提供する。
【解決手段】撮像システムは、フォーカスレンズを含む交換レンズ（１００）と、カメラ本体（２００）とを含む。カメラ本体（２００）は、フォーカスレンズの駆動開始タイミングの基準を与える基準信号と、基準信号に対する遅延時間を示す遅延時間情報とを、交換レンズに送信する本体制御手段（２０３）を備える。交換レンズ（１００）は、本体制御手段から受信した基準信号と遅延時間情報に基づいて、基準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フォーカスレンズを駆動制御するレンズ制御手段（１０５）を備える。遅延時間は、例えば、撮像素子の所定領域の露光タイミングがフォーカスレンズのウォブリング動作の停止期間中になるように設定される。
【選択図】図１

Description

本発明は、交換レンズとカメラ本体から構成される撮像システム、並びに撮像システムに使用可能なカメラ本体及び交換レンズに関し、特に、交換レンズに含まれるフォーカスレンズの駆動制御に関する。

正確で高速なオートフォーカス制御を行う自動フォーカス方法に関する技術として、特許文献１に開示のものがある。特許文献１に開示の方法によれば、ウォブリング制御部が、画面内の所定領域の中央の画素を露光している期間の中心タイミングが、ニア側停止動作の期間とファー側停止動作の期間の略中心のタイミングとなるように、ウォブリング制御信号を生成している。これにより、ウォブリング動作のタイミングと、焦点評価値を検出する画素の露光タイミングとの関係を最適にして、正確で高速なオートフォーカス制御を実現している。

特開２００６−４７９５４号公報

交換レンズとカメラ本体から構成される撮像システムにおいても、高精度なオートフォーカス制御を行う技術が要望される。しかしながら、交換レンズとカメラ本体から構成される撮像システムにおいては、交換レンズとカメラ本体間の通信が周期的に発生するため、ウォブリング制御信号をカメラ本体から交換レンズへ任意のタイミングで送信することができない。このため、特許文献１に記載の技術を、交換レンズとカメラ本体から構成される撮像システムに対して適用することはできない。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、高精度なオートフォーカス制御を行うことができる撮像システム及びカメラ本体を提供する。

本発明の第１の態様において、交換レンズとカメラ本体とを含む撮像システムが提供される。交換レンズは、光軸方向に進退可能なフォーカスレンズを含み、被写体の光学画像を生成する光学系と、第一の通信手段と、フォーカスレンズを駆動制御するレンズ制御手段とを備える。カメラ本体は、第一の通信手段と通信可能な第二の通信手段と、光学画像から画像信号を生成する撮像素子と、第二の通信手段と第一の通信手段を介して、フォーカスレンズの駆動開始タイミングの基準を与える基準信号と、基準信号に対する遅延時間を示す遅延時間情報とを、レンズ制御手段に送信する本体制御手段とを備える。レンズ制御手段は、本体制御手段から受信した基準信号と遅延時間情報に基づいて、基準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フォーカスレンズを駆動制御する。

本発明の第２の態様において、フォーカスレンズ及び第一の通信手段を有する交換レンズがマウント可能なカメラ本体が提供される。カメラ本体は、第一の通信手段と通信可能な第二の通信手段と、交換レンズにより形成された光学画像から画像信号を生成する撮像素子と、第二の通信手段と第一の通信手段を介して、フォーカスレンズの駆動開始タイミングを与える基準信号と、基準信号に対する遅延時間を示す遅延時間情報とを、交換レンズに送信する本体制御手段とを備える。

本発明の第３の態様において、カメラ本体にマウント可能な交換レンズが提供される。交換レンズは、光軸方向に進退可能なフォーカスレンズを含み、被写体の光学画像を生成する光学系と、第一の通信手段と、フォーカスレンズを駆動制御するレンズ制御手段とを備える。レンズ制御手段は、カメラ本体から、フォーカスレンズの駆動開始タイミングの基準を与える基準信号と、基準信号に対する遅延時間を示す遅延時間情報とを受信し、基準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フォーカスレンズを駆動制御する。

本発明によれば、カメラ本体が基準信号と基準信号に対する遅延時間を示す情報とを交換レンズに送信し、交換レンズが、受信した基準信号と遅延時間を示す情報とに基づいてフォーカスレンズを駆動制御する。このため、撮像素子の所望の領域の露光タイミングとフォーカスレンズのウォブリング動作の停止期間中のタイミングとを略一致させることが可能となり、高精度なオートフォーカス制御を行うことができる。また、基準信号を、交換レンズとカメラ本体間で通信処理が行われていない期間に、カメラ本体から交換レンズに送信することで、通信処理の終了を待たずに、意図したタイミングでフォーカスレンズの駆動制御が可能となり、高精度なオートフォーカス制御を実現できる。

（第１の実施の形態）
１．構成
図１及び図２は第１の実施の形態における撮像システムの構成図である。図１と図２はそれぞれ、ファインダビューモードとライブビューモードにおける撮像システムの構成を示す（各モードについては後述）。撮像システムは、交換レンズ１００とカメラ本体２００とから構成され、交換レンズ１００はカメラ本体２００における所定の位置に着脱可能である。

１−１．カメラ本体
カメラ本体２００は、第二の通信部２０１、撮像素子２０２、本体制御部２０３、ペンタプリズム２０４、接眼レンズ２０５、焦点板２０６、メインミラー２０７、サブミラー２０８、シャッタ２０９、画像表示用液晶ユニット（以下、「ＬＣＤ」と称する。）２１０、焦点検出ユニット２１１、及び第二の端子２１２を有する。

本体制御部２０３は、マイコンと、カメラ本体２００内の各部を制御する制御回路と、各種信号処理を行う信号処理回路とを一体化したＬＳＩである。本体制御部２０３は、カメラ本体２００における各種シーケンスを制御する。本体制御部２０３は、カメラ本体２００内の各部を動作制御するとともに、第二の通信部２０１と第一の通信部１０６を介して、レンズ制御部１０５に対して制御信号を出力する。本体制御部２０３は、撮像素子２０２の動作を制御することができる。本体制御部２０３は、撮像素子２０２から出力される画像信号をデジタル信号である画像データに変換するとともに、ホワイトバランス制御などの各種信号処理を行うことができる。本体制御部２０３は、各種信号処理により得られた画像データをＬＣＤ２１０に出力することができる。本体制御部２０３は、シャッタ２０９、メインミラー２０７、サブミラー２０８等のメカニズムを駆動制御することができる。また、本体制御部２０３は、第二の端子２１２と第一の端子１０７を介して、レンズ制御部１０５に対して同期信号を出力する。

なお、本体制御部２０３は、マイコンと、カメラ本体２００内の各部を制御する制御回路と、各種信号処理を行う信号処理回路とを一体化したＬＳＩであるとしたが、複数のＬＳＩで構成されていてもよい。カメラ本体２００は、使用者が撮影動作を指示するためのレリーズボタンや、撮影動作によって得られた画像データを記憶する記憶手段等を有するが、図１及び図２では省略している。

焦点検出ユニット２１１は、サブミラー２０８で反射した光学的画像を撮像し、光学的画像の合焦状態を検出することができる。焦点検出ユニット２１１は、ＣＣＤイメージセンサ等の撮像素子で構成され、本実施の形態ではラインセンサで構成されている。焦点検出ユニット２１１による焦点検出は、位相差検出方式による焦点検出と呼ばれる。

ＬＣＤ２１０は、本体制御部２０３で生成された表示用の画像データに基づく画像を表示することができる。なお、本実施の形態では液晶ディスプレイで構成したが、有機ＥＬディスプレイ等各種表示素子で構成してもよい。

撮像素子２０２は、交換レンズ１００を介して入射する光学的画像を画像信号に変換して出力することができる。撮像素子２０２は、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサで構成することができる。撮像素子２０２の出力する画像信号のコントラストから、光学的画像の合焦状態を検出することができる。撮像素子２０２の出力する画像信号のコントラストによる焦点検出は、コントラスト検出方式による焦点検出と呼ばれる。

シャッタ２０９は、撮像素子２０２の撮像面に対向する位置に配され、交換レンズ１００側から撮像素子２０２に入射する光学的画像を通過または遮断することができる。

サブミラー２０８は、交換レンズ１００側から入射する光学的画像を焦点検出ユニット２１１側へ反射する。サブミラー２０８は、図１に示すように光軸Ｌ上に位置する状態と、図２に示すように光軸Ｌから退避した状態とをとることができる。

メインミラー２０７は、ハーフミラーで構成され、交換レンズ１００側から入射する光学的画像を焦点板２０６側へ反射することができるとともに、サブミラー２０８側へ透過することができる。メインミラー２０７は、図１に示すように光軸Ｌ上に位置する状態と、図２に示すように光軸Ｌから退避した状態とをとることができる。

焦点板２０６は、メインミラー２０７を反射した光学的画像を結像する。ペンタプリズム２０４は、焦点板２０６で結像した光学的画像を内部で反射し、接眼レンズ２０５側へ導く。光学ファインダは、本実施の形態では焦点板２０６、ペンタプリズム２０４、及び接眼レンズ２０５によって構成され、使用者は接眼レンズ２０５の外側から光学的画像を視認することができる。

本実施の形態ではファインダビューモードとライブビューモードとを切り換えることができる。ここで、ライブビューモードとは、交換レンズ１００に入射する光学的画像がカメラ本体２００内で画像データに変換され、その画像データをＬＣＤ２１０に表示することができるモードである。ファインダビューモードとは、交換レンズ１００に入射する光学的画像を、使用者が接眼レンズ２０５を介して視認することができるモードである。以下の説明では、ライブビューモードを「ＬＶモード」と称し、ファインダビューモードを「ファインダモード」と称する。

１−２．交換レンズ
交換レンズ１００は、対物レンズ１０１、ズームレンズ１０２、絞りユニット１０３、フォーカスレンズ１０４、レンズ制御部１０５、第一の通信部１０６及び第一の端子１０７を有する。

レンズ制御部１０５は、マイコンと、交換レンズ１００内の各部を制御する制御回路とを一体化したＬＳＩである。レンズ制御部１０５は、第一の通信部１０６と第二の通信部２０１を介して、本体制御部２０３から出力された制御信号に基づき、ズームレンズ１０２、絞りユニット１０３及びフォーカスレンズ１０４を制御することができる。レンズ制御部１０５は、本体制御部２０３から出力された制御信号に基づき、フォーカスレンズ１０４を光軸Ｌ方向へ移動させる。また、レンズ制御部１０５は、本体制御部２０３から送られた基準信号と基準信号に対する位相を示す情報とに基づき、フォーカスレンズ１０４のウォブリング動作を制御する。

なお、レンズ制御部１０５は、マイコンと、交換レンズ１００内の各部を制御する制御回路とを一体化したＬＳＩであるとしたが、複数のＬＳＩで構成されていてもよい。交換レンズ１００は、ぶれを検出する機構や交換レンズ１００に固有の情報を記憶した記憶手段等を有するが、図１及び図２では省略している。

フォーカスレンズ１０４は、フォーカスモータ（図示せず）などの駆動手段により光軸Ｌ方向へ移動可能に配されている。

２．動作
ファインダモードでは、焦点検出ユニット２１１が検出した光学的画像の合焦状態に基づいて、フォーカスレンズ１０４を一時に移動させる（位相差検出方式）。一方、ＬＶモードでは、撮像素子２０２が出力する画像信号のコントラストから検出した光学的画像の合焦状態に基づいて、フォーカスレンズ１０４を徐々に移動させる（コントラスト検出方式）。以下、ＬＶモードの動作について説明する。

２−１．コントラスト検出方式
図３は、コントラスト検出による焦点検出の説明図である。横軸は、フォーカスレンズ１０４の光軸Ｌ上の位置である。縦軸は、撮像素子２０２が出力する画像信号のコントラストから検出した、光学的画像の合焦状態である。フォーカスレンズ１０４の光軸Ｌ上の位置が合焦位置に近づくにつれて合焦状態がよくなる。合焦状態がピークとなるフォーカスレンズ１０４の光軸Ｌ上の位置が合焦位置となる。

２−２．ウォブリング動作
フォーカスレンズ１０４の光軸Ｌ上の位置を合焦位置に移動させるため、フォーカスレンズ１０４を光軸Ｌ上で微小振動させる。微小振動させたレンズ位置での合焦状態の変化から、合焦位置が現在のフォーカスレンズ１０４の光軸Ｌ上の位置に対してどちらの向きにあるのかを判断して、フォーカスレンズ１０４の光軸Ｌ上の位置を合焦位置に徐々に移動させる。このような動作は「ウォブリング動作」と呼ばれる。

図４は、ウォブリング動作中のフォーカスレンズ１０４の光軸Ｌ上の位置変化を示す図である。図４（ａ）は、ウォブリング動作中の微小振動させたフォーカスレンズ１０４の光軸Ｌ上の位置を示し、図４（ｂ）は時刻Ｔ１からＴ７における合焦状態を示す。

時刻Ｔ１で、フォーカスレンズ１０４を現在位置よりもファー側に移動させ、時刻Ｔ２で、フォーカスレンズ１０４をニア側に移動させている。時刻Ｔ１でフォーカスレンズ１０４がファーよりにあった時の方が、時刻Ｔ２でフォーカスレンズ１０４がニアよりにあった時よりも合焦状態がよい。よって、合焦位置はフォーカスレンズ１０４の現在位置よりもファー側にあることがわかる。従って、時刻Ｔ３では、フォーカスレンズ１０４をさらにファー側に移動させる。時刻Ｔ３でフォーカスレンズ１０４がファーよりにあった時の方が、時刻Ｔ１でフォーカスレンズ１０４がファーよりにあった時よりも合焦状態がよいので、合焦位置はフォーカスレンズ１０４の現在位置よりもさらにファー側にあると推定される。従って、時刻Ｔ５では、フォーカスレンズ１０４をさらにファー側に移動させる。時刻Ｔ５でフォーカスレンズ１０４がファーよりにあった時の方が、時刻Ｔ３でフォーカスレンズ１０４がファーよりにあった時よりも合焦状態がよいので、合焦位置はフォーカスレンズ１０４の現在位置よりもさらにファー側にあると推定される。従って、時刻Ｔ７では、フォーカスレンズ１０４をさらにファー側に移動させる。しかし、時刻Ｔ５でフォーカスレンズ１０４がファーよりにあった時の方が、時刻Ｔ７でフォーカスレンズ１０４がファーよりにあった時よりも合焦状態がよいので、合焦位置はフォーカスレンズ１０４の現在位置よりもニア側にあるとことがわかる。このような動作によって、合焦位置は時刻Ｔ５においてフォーカスレンズ１０４があった位置であることがわかる。

２−３．動作シーケンス
図５は、ウォブリング動作中の動作シーケンスを示す図である。横軸は、時間軸であり、左から右へ時間が経過する。「垂直同期信号」、「露光」、「ＡＦ処理」は、カメラ本体２００内の動作である。「遅延タイマ」と「フォーカス位置」は、交換レンズ１００内の動作である。「通信」と「同期信号」は、カメラ本体２００と交換レンズ１００の間で行なわれる通信や信号である。

「垂直同期信号」は、撮像素子２０２による光学的画像の取り込み動作の基準となる信号であり、撮像素子２０２は、垂直同期信号の立ち上りから光学的画像の取り込みを開始する。

「露光」は、撮像素子２０２の露光及び光学的画像の取り込み動作を表している。本実施形態では、撮像素子２０２をＣＭＯＳイメージセンサで構成している。ＣＣＤイメージセンサはセンサの受光面全体を同タイミングで同時露光する。これに対して、ＣＭＯＳイメージセンサは、画像のライン毎に順次露光し、信号を取り込んでいく。このため、画像信号が取り込まれるタイミングがライン毎に異なり、よって、横軸に時間軸をとると、画像領域と露光タイミングの関係は図５に示すように平行四辺形で表される。

「ＡＦ処理」は、ＣＭＯＳイメージセンサ２０２から出力された画像信号に基づき、フィルタリング処理など行うコントラスト検出方式のオートフォーカス処理であり、次のウォブリング動作の条件や合焦位置を算出する。

「通信」は、カメラ本体２００の第二の通信部２０１と交換レンズ１００の第一の通信部１０６の間で行われる、通信データの送受信、送信データの準備、受信データの処理等を表わしている。通信データには、カメラ本体２００から交換レンズ１００へ送信されるフォーカスレンズ１０４の動作指令や、交換レンズ１００からカメラ本体２００に送信されるフォーカスレンズ１０４の位置情報等の、カメラ本体２００からのコマンドやそれに対する交換レンズ１００からの応答が含まれる。動作指令として、ウォブリング動作を行うために、交換レンズ１００が同期信号を受信してからウォブリング動作を開始するまでの遅延時間や、ウォブリング動作におけるフォーカスレンズ１０４の移動量等の条件が、カメラ本体２００から交換レンズ１００へ送信される。なお、同期信号は、本発明の基準信号の一例であり、遅延時間は、本発明の基準信号に対する位相を示す情報の一例である。

送信データの準備には、以下の処理が含まれる。
１）コマンドに応答した返信データの準備。例えば、レンズ状態確認コマンドに応じて、モータ位置やズームレンズ位置等のセンサをチェックし、データを検出する。再送要求の場合は、再送要求データを準備する。
２）通信プロトコルに従った送信データ（セット）を作成し、メモリに格納する。
３）送信データを送信レジスタにセットし、送信を開始する。
４）前データの送信が終了した場合、次の送信データをセットする（送信を迅速に行うには、すぐに次のデータをセットする必要があり、この処理は優先度が高い）。

受信データの処理には、以下の処理が含まれる。
１）受信レジスタ（ハードウエア）からデータを取り出してメモリに格納する。（データの取り出しは次の受信データがセットされる前に完了する必要があり、この処理は優先度が高い）
２）受信データ（セット）をチェックする（通信プロトコルに従ったデータであるか否かチェック）。不正なデータ（エラー）の場合は、再送要求する。
３）データ解析し、コマンド内容を取り出す。
４）コマンドに従った処理を行う。例えば、フォーカスモータ駆動コマンドなら、指令位置などのモータ制御データを作成する。

「同期信号」は、ウォブリング動作の開始タイミングの基準となる信号であり、カメラ本体２００の本体制御部２０３から、交換レンズ１００のレンズ制御部１０５へ出力される。同期信号は、通信処理時間の変動を考慮して、必ず、交換レンズ１００の通信処理の終了後に出力するように、カメラ本体２００から、垂直同期信号から一定時間経過後のタイミングで出力される。

「遅延タイマ」は、交換レンズ１００が同期信号を受信してからウォブリング動作を開始するまでの遅延時間をカウントする遅延タイマのタイマカウントの変化を表している。遅延タイマはレンズ制御部１０５に内蔵されている。遅延タイマで計測される遅延時間に関する情報は、ウォブリング動作条件としてカメラ本体２００から交換レンズ１００へ送信される。

「フォーカス位置」は、所定の条件でウォブリング動作をした時のフォーカスレンズ１０４の位置を示す。図５では、初期位置から正負方向にウォブリング動作している様子が示されている。なお、図５では、フォーカスレンズ１０４のウォブリング動作の停止期間の中心が、撮像素子２０２の露光中心（画像の領域の中心が露光されるタイミング）に略一致するように（図５の上矢印参照）、遅延タイマの遅延時間が設定される。遅延時間の設定については後述する。

ウォブリング動作を行う場合の動作シーケンスを説明する。まず、交換レンズ１００のフォーカスレンズ１０４位置や制御状態を取得するために、交換レンズ１００からカメラ本体２００へ必要な情報を送信する。次に、遅延時間や移動量などのウォブリング動作条件を含む動作指令をカメラ本体２００から交換レンズ１００に送信する。交換レンズ１００は、動作指令から遅延時間や移動量を求め、必要なウォブリング動作に必要なソフト設定を行う（通信1）。

通信終了後、カメラ本体２００は、所定のタイミングでウォブリング動作のタイミングの基準となる同期信号を交換レンズ１００に出力する（同期信号１）。同期信号が入力されると、交換レンズ１００は、遅延時間をカウントするために遅延タイマを起動する（タイマ１）。カメラ本体２００は、垂直同期信号の立ち上りタイミングで光学的画像の取り込みを開始する（露光１）。遅延タイマがカメラ本体２００から指定された遅延時間だけカウントすると、フォーカスレンズ１０４は、ウォブリング動作を開始する（ウォブリング１）。このような制御により、ウォブリング動作の停止期間が露光中心と略一致する（図５の上矢印参照）。１回分の光学的画像の取り込みが終了すると、ＡＦ処理を行い（ＡＦ処理１）、次のウォブリング動作の条件を算出する。算出したウォブリング動作条件を含む動作指令が、カメラ本体２００から交換レンズ１００に再び送信される（通信４）。以上が１回分のウォブリング動作のシーケンスである。ウォブリング動作を連続して行う場合は、それぞれの処理が所定のタイミングで連続的に実行される。

ここで遅延時間について説明する。遅延時間は、ウォブリング動作におけるフォーカスレンズ１０４の停止期間の中心が、コントラストの検出が行われる画像領域が露光される期間の中心と略一致するように設定される。これは、フォーカスレンズ１０４を停止させた状態で撮像された画像から合焦状態を求めないと、正確な合焦状態が得られないからである。図５の例では、画像の中央の領域から合焦状態が検出されるとしている。よって、画像の中央の領域に対応する露光タイミング（図５に示す平行四辺形のハッチングされた部分）の中心に、フォーカスレンズ１０４の停止期間の中心が略一致するように遅延時間が設定されている。

フォーカスレンズ１０４の停止期間は一定の値に設定され、例えば、１フレーム期間の２分の１の時間（例えば8.8 msec）に設定される。本体制御部２０３は、露光タイミングを把握していることから、画像のどの領域がどのタイミングで露光されるかを把握できる。よって、本体制御部２０３は、ウォブリング動作の停止期間が所望の画像領域の露光期間と略一致するよう遅延時間を設定することができる。

図６は、図５の場合よりも露光時間を短くした場合のウォブリング動作時の動作シーケンスを示す図である。垂直同期信号の発生タイミングは図５の場合と同じであるが、撮影光量が大きいため露光時間が短くなっている。遅延タイマの遅延時間が、ウォブリング動作の停止期間が画像の中央領域の露光期間と略一致するよう設定される。図６の場合、画像の中央領域の露光期間が、図５の場合に比べて時間的に前方にシフトするため、遅延時間は、図５の場合よりもより小さい値に設定される。

図７は、フレーム毎に画像の露光時間が異なる場合のウォブリング動作時の動作シーケンスを示す図である。露光２１、２２、２３の中心のタイミングはそれぞれ異なるため、露光２１、２２、２３に対する遅延時間（タイマ２１、２２、２３）もそれぞれ異なった値に設定されている。露光２１に対する遅延時間（タイマ２１）のカウントが終了したときに、露光２１に対するウォブリング動作（ウォブリング２１）が開始される。その後、露光２２に対する遅延時間（タイマ２２）のカウントが終了するが、そのカウント終了タイミングはウォブリング２１の動作終了前であるため、露光２２に対するウォブリング動作は開始されず、ウォブリング２１の動作が継続される。その後、ウォブリング２１の動作は終了するが、その時点で遅延タイマは起動していないので、次の遅延タイマ（露光２３に対する遅延時間をカウントするタイマ２３）のカウント終了を待って、次のウォブリング動作が開始される。このため、調整期間２２が設けられる。その後、露光２３に対する遅延時間（タイマ２３）がカウントを終了した時点で、露光２３に対するウォブリング動作（ウォブリング２３）が開始される。ウォブリング２３の終了後、露光２４に対する遅延時間（タイマ２４）のカウント終了を待って、露光２４に対するウォブリング動作（ウォブリング２４）が開始される。

また、合焦状態を検出する画像の領域（以下「ＡＦ枠」という。）は必ずしも固定されている必要はない。例えば、撮像システムが被写体の顔を検出する機能を有する場合、ＡＦ枠は顔が検出された画像領域に設定されてもよい。この場合、ＡＦ枠は移動する可能性がある。例えば、図８に示すように、被写体人物の顔の位置が中央から下方に移動した場合、ＡＦ枠も位置Ｘから位置Ｘ’に移動する。このＡＦ枠の移動にともない、ウォブリングの停止期間を動的に変化させる必要がある。図９にＡＦ枠が移動した場合のウォブリング動作時の動作シーケンスを示す。図９において、露光３１は、図８に示すように中央位置に設定されたＡＦ枠Ｘに対応する画像領域の露光を示し、露光３２は、下方位置に設定されたＡＦ枠Ｘ’に対応する画像領域の露光を示す。ＡＦ枠Ｘ’は画像の中央よりも下方に位置するため、ＡＦ枠Ｘ’に対応する画像領域は、露光開始時点を基準として、画像の中央に位置するＡＦ枠Ｘに対応する画像領域よりも遅れたタイミングで露光される。このため、ＡＦ枠Ｘ’に対応する露光３２に対する遅延時間（タイマ３２）は、ＡＦ枠Ｘに対応する露光３１に対する遅延時間（タイマ３１）よりも大きな値に設定されている。

図１０は交換レンズ１００のレンズ制御部１０５で実行される処理を示した図である。

「通信処理」は、レンズ制御部１０５で行う通信データの処理を示す。第一の通信部１０６は、カメラ本体２００の第二の通信部２０１との間で、例えば、シリアル同期通信等の通信プロトコルに従って通信データの送受信を行う。第一の通信部１０６との送受信データのやり取り、送信データの準備、及び受信データの処理は、レンズ制御部１０５で行う。

「同期信号」は、カメラ本体２００の本体制御部２０３から交換レンズ１００のレンズ制御部１０５へ出力される、ウォブリング動作の開始タイミングの基準となる信号を示す。

「タイマ起動処理」は、同期信号を受信した時、遅延タイマのカウントを開始する処理である。

「遅延タイマ」は、交換レンズ１００が同期信号を受信した後、ウォブリング動作開始までの遅延時間をカウントする遅延タイマのタイマカウントの変化を表している。

「フォーカス駆動」は、フォーカスレンズ１０４を駆動するフォーカスモータを動作させる処理を示す。

ここで、遅延タイマのカウントやフォーカス駆動はハードウエアによって行われる。一方、通信処理やタイマ起動処理は、送信データの準備及び受信データの処理、遅延時間の設定等があるので、レンズ制御部１０５のマイコンのソフトウエアで行なう必要がある。各処理は、外部からの要求で起動する必要があるので、マイコンの割込み機能を使用し、要求時に即処理を実行できるようにする。特に、第一の通信部１０６とレンズ制御部１０５の間の通信データのやり取りは、通信データの１バイト毎に通信データを入出力する必要があるので、レンズ制御部１０５のマイコンの割込み処理は頻繁に発生する。

図１０を参照し、ウォブリング動作を行う場合のレンズ制御部１０５の動作シーケンスを説明する。

交換レンズ１００とカメラ本体２００の間で通信を行なうために、通信処理を行う（Ｓ１）。通信終了（Ｓ１）の後、所定のタイミングでウォブリング動作のタイミングの基準となる同期信号が、カメラ本体２００から交換レンズ１００に送信される（Ｖ１）。交換レンズ１００が同期信号を受信すると、割込み機能によってタイマ起動処理が起動され、カメラ本体２００から指示された遅延時間を遅延タイマにセットし、遅延タイマを起動する（Ｔ１）。遅延タイマは、カウントアップしていき、カウント値が設定された遅延時間に達した時（Ｃ１）、フォーカス駆動を開始する。フォーカス駆動によりフォーカスモータが動作し、フォーカスレンズ１０４が所定のウォブリング動作を行う（Ｄ１）。

以上が１回分のウォブリング動作時のレンズ制御部１０５の動作シーケンスである。ウォブリング動作を連続して行う場合は、それぞれの処理が所定のタイミングで連続的に実行される。カメラ本体２００は、通信処理（Ｓ１、Ｓ２、…）の終了後に同期信号（Ｖ１、Ｖ２、…）を送信することで、タイマ起動処理は、処理待ち時間なく、即処理が実行できる（Ｔ１、Ｔ２、…）。このように、レンズ制御部１０５のマイコンで実行する割込み処理の実行タイミングを制御して、通信処理とタイマ起動処理が同時発生しないようにすれば処理待ちが発生することがなく、要求されたタイミングで処理を実行することができる。

ここで、レンズ制御部１０５のマイコンで実行する割込み処理の実行タイミングが制御されず、割込み処理が同時発生した場合について説明する。

図１１は、通信処理とタイマ起動処理が同時発生した場合のシーケンス図である。ここでは、マイコンの処理の優先順位として、通信処理の方がタイマ起動処理よりも優先順位が高く設定されている。これは、通信処理は、カメラ本体２００と行う作業であるので、規定の通信時間以内に送受信の処理を完了する必要があるためである。

通信処理中にタイマ起動処理が発生した場合、タイマ起動処理の実行は即許可されない。タイマ起動処理は、所定の待ち時間だけ実行を待つ。この待ち時間は、通信処理の規定時間やソフトウエア処理の構造により異なる。例えば、通信処理の一部が終了するまでであったり、通信処理全体が終了するまでであったりする。このため、タイマ起動処理が遅れ、その後の、遅延タイマのカウント終了タイミング、フォーカス駆動開始タイミングが遅れる。

なお、図１１において、タイマ起動処理、遅延タイマ及びフォーカス駆動については、説明の便宜上「処理待ちなし」と「処理待ちあり」の２つの場合を示している。「処理待ちなし」は、タイマ起動処理の待ち時間が発生せずに各処理や動作を実行した場合である。「処理待ちあり」は、タイマ起動処理の待ち時間が発生して各処理や動作が遅れた場合である。「処理待ちなし」のシーケンスは、説明の便宜上の理想的なシーケンスを示したものであり、実際に動作する場合は「処理待ちあり」のシーケンスに従った動作となり得る。

図１１を参照して、割込み処理が同時発生した場合のレンズ制御部１０５の動作シーケンスを具体的に説明する。

交換レンズ１００とカメラ本体２００の間で通信を行なうために、通信処理を行う（Ｓ１１）。通信処理を行っている間に、所定のタイミングでウォブリング動作のタイミングの基準となる同期信号がカメラ本体２００から交換レンズ１００に送信される（Ｖ１１）。交換レンズ１００が同期信号を受信すると、割込み機能でタイマ起動処理の起動要求が発生する。もし、通信処理が実行中でなければ、タイマ起動処理は即実行される（Ｔ１１）。しかしながら、通信処理（Ｓ１１）が実行中であるため、タイマ起動処理の実行は即許可されない。従って、処理待ち時間後にタイマ起動処理が実行される（Ｔ２１）。遅延タイマは、タイマ起動時間の処理待ちがない場合はＣ１１のタイミングで動作するが、処理待ち時間の発生によりＣ２１のタイミングで動作する。フォーカス駆動は、タイマ起動時間の処理待ちがない場合はＤ１１のタイミングで動作するが、処理待ち時間の発生によりＤ２１のタイミングで動作する。このように、フォーカス駆動はカメラ本体２００から要求されたタイミングで動作しないため、指示されたウォブリング動作ができず、ＡＦ処理の焦点検出性能が低下し、合焦位置に誤差が発生したり、合焦不能となったりする。また、通信処理によるタイマ起動処理の待ち時間は、通信処理の状況によって変動することから、Ｄ２１、Ｄ２２、Ｄ２３のように遅れ時間は一定とならず。このため、フォーカスモータの駆動が一定周期でなく不安定となり、モータ駆動時に異音が発生する。

このように、レンズ制御部１０５のマイコンで実行する割込み処理の実行タイミングを制御して、特に、割込み処理などの即実行が要求される処理が同時発生しないようにすれば、通信処理とタイマ起動処理が要求されたタイミングで即実行できるため、カメラ本体２００から指定した所定のウォブリング動作が実行できる。従って、ＡＦ処理の焦点検出性能を高精度に維持することができる。

図１２を参照し、通信処理時間が変化する場合のレンズ制御部１０５の動作シーケンスを説明する。

図１２は、通信処理時間が変化する場合の、交換レンズ１００のレンズ制御部１０５内のマイコンで実行される処理を示す図である。通信データ量が変化するような通信を行なう場合、通信処理に要する時間が変化するため通信処理の終了タイミングが不定となる。そこで、同期信号は、通信処理の完了後にカメラ本体２００から交換レンズ１００に送信される。カメラ本体２００の垂直同期信号は所定の周期で発生するので、撮像素子２０２の光学的画像の取り込みも所定のタイミングで開始する。そこで、カメラ本体２００から交換レンズ１００に指示される同期信号入力後のウォブリング動作開始までの遅延時間は、通信処理の終了タイミングに合わせたものになり、可変となる。

図１２において、交換レンズ１００とカメラ本体２００の間で通信を行なうために、通信処理を行う（Ｓ３1）。通信終了後、ウォブリング動作のタイミングの基準となる同期信号がカメラ本体２００から交換レンズ１００に送信される（Ｖ３１）。交換レンズ１００が同期信号を受信すると、割込み機能によってタイマ起動処理が起動され、カメラ本体２００から指示された遅延時間を遅延タイマにセットし、遅延タイマを起動する（Ｔ３１）。遅延タイマは、カウントアップしていき、カウント値が設定された遅延時間に達した時、フォーカス駆動を開始する（Ｃ３１）。フォーカス駆動によりフォーカスモータが動作し、フォーカスレンズ１０４が所定のウォブリング動作を行う（Ｄ３１）。

以上が１回分のウォブリング動作時のレンズ制御部１０５の動作シーケンスである。ウォブリング動作を連続して行う場合は、それぞれの処理が所定のタイミングで連続的に実行される。通信処理時間は通信データ量によりＳ３１、Ｓ３２、Ｓ３３、Ｓ３４のように変化しているため、遅延タイマのカウント時間もＣ３１、Ｃ３２、Ｃ３３のように、各通信処理終了タイミングに合わせたものになる。これにより、フォーカス駆動は、カメラ本体２００から要望されるタイミングで実行される。このように、カメラ本体２００は通信処理（Ｓ３１、Ｓ３２、…）の終了後に同期信号（Ｖ３１、Ｖ３２、…）を出力することで、通信データ量が変化した場合でもタイマ起動処理は待ち時間がなく、即実行される。すなわち、通信処理を行っていない期間に同期信号を出力し、通信処理とタイマ起動処理を要求されたタイミングで実行できるようにすることで、カメラ本体２００から指定した所定のウォブリング動作が実行でき、ＡＦ処理の焦点検出性能を高精度に維持することができる。

３．まとめ
本実施形態の撮像システムによれば、カメラ本体２００から交換レンズ１００へ送信される動作指令において、基準信号（同期信号）からの遅延時間に関する情報等を含めている。これにより、交換レンズ１００側でのウォブリング動作における種々の設定が容易となる。

また、本実施形態の撮像システムによれば、図１０等に示すように、同期信号（Ｖ１、Ｖ２、…）の送信タイミングを、同期信号（Ｖ１、Ｖ２、…）と通信処理（Ｓ１、Ｓ２、…）とが重ならないよう制御する。これにより、通信処理時間と同期信号のタイミングが重なったときに生じ得る処理待ちに起因するウォブリング動作開始タイミングのずれを防止でき、意図したタイミングで精度よくウォブリング動作を開始させることが可能となる。

（第２の実施の形態）
第１の実施の形態では、本体制御部２０３がレンズ制御部１０５に送信する遅延時間（基準信号に対する位相を示す情報）について特に制限を設けていなかった。しかし、基準信号に対する遅延時間が短すぎたり、長すぎたりすると、レンズ制御部１０５が正常にフォーカスレンズ１０４を動作制御することができない場合がある。本実施形態では、このような課題を解消する撮像システムを提供する。

図１３に、第２の実施の形態の撮像システムの構成図を示す。図１に示した第１の実施の形態の撮像システムの構成との差異は、交換レンズ１００が記憶部１０８を有する点である。その他の構成は、図１と同じである。なお、第２の実施の形態の撮像システムも、ファインダビューモードとライブビューモードとを有する。

記憶部１０８は、交換レンズ１００の特性情報を記憶する手段であり、フラッシュメモリなどの記憶素子で構成される。交換レンズ１００の特性情報は、遅延時間の許容範囲を示す許容情報を含む。許容情報は、遅延時間の最大値及び／または遅延時間の最小値を含む。本体制御部２０３は、第二の通信部２０１と第一の通信部１０６を介して、レンズ制御部１０５に対して、記憶部１０８に記憶された交換レンズ１００の特性情報を送信するよう要求する。レンズ制御部１０５は、記憶部１０８から交換レンズ１００の特性情報を読み出して、第一の通信部１０６と第二の通信部２０１を介して、本体制御部２０３に送信する。本体制御部２０３は、受信した交換レンズ１００の特性情報のうち、遅延時間の許容範囲を示す許容情報に基づいて、交換レンズ１００が許容する遅延時間をレンズ制御部１０５に送信する。本体制御部２０３が、レンズ制御部１０５に対して、記憶部１０８に記憶された交換レンズ１００の特性情報を送信するよう要求するタイミングは、撮像システムの起動時でもよいし、交換レンズ１００の装着を検出した時でもよい。

受信した遅延時間が、交換レンズ１００が許容する遅延時間の最小値よりも短い場合、レンズ制御部１０５は、基準信号及び遅延時間情報に基づいてフォーカスレンズ１０４を駆動することができない。また、受信した遅延時間が、交換レンズ１００が許容する遅延時間の最大値よりも長い場合、レンズ制御部１０５の内蔵タイマがオーバーフローしてしまうなどの原因により、レンズ制御部１０５は、基準信号及び遅延時間情報に基づいてフォーカスレンズ１０４を正常に駆動することができない。したがって、本体制御部２０３が、交換レンズ１００の記憶部１０８に格納された遅延情報の許容範囲を示す情報を取得し、その許容範囲内の遅延時間を示す情報をレンズ制御部１０５に送信することにより、交換レンズ１００の誤動作を防止することができる。

なお、第２の実施の形態では、記憶部１０８を独立した記憶素子としたが、記憶部１０８の構成はこれに限られない。例えば、レンズ制御部１０５が記憶部１０８の機能を内蔵する構成でもよい。

（その他の実施の形態）
上記の実施の形態では、基準信号に対する位相を示す情報として、同期信号入力後、ウォブリング動作を開始するまでの遅延時間を使用したが、本発明はこれに限定されるものではない。基準信号に対する位相を示す情報として、ウォブリング動作の停止までの遅延時間を使用してもよいし、ウォブリング動作の停止時間の略中心までの遅延時間を使用してもよい。これらの場合は、レンズ制御部１０５がウォブリング動作を開始するまでの時間を算出して遅延タイマに設定するので、本体制御部２０３は、フォーカスレンズ１０４がウォブリング動作の停止位置まで移動する時間やウォブリング動作の停止時間の略中心までの時間を考慮する必要がなく、フォーカスレンズ１０４の動作が遅かったり速かったりする様々な種類の交換レンズに容易に対応することができる。

また、上記の実施の形態では、フォーカスレンズ１０４を台形波駆動したが、フォーカスレンズ１０４を正弦波駆動または三角波駆動しても、本発明の思想を同様に適用することができる。正弦波駆動または三角波駆動の場合、波形のピークが画像の中心部の露光タイミングに略一致するように遅延時間を設定すればよい。

また、上記の実施の形態では、メインミラー２０７とサブミラー２０８を有し、交換レンズ１００に入射する光学的画像を、使用者が接眼レンズ２０５を介して視認することができるファインダモードを備える構成について説明した。しかし、上記の実施の形態の説明からも明らかなように、本発明はＬＶモードのみを備える撮像システムにも適用することができる。すなわち、メインミラー２０７、サブミラー２０８、ペンタプリズム２０４、接眼レンズ２０５、焦点板２０６、焦点検出ユニット２１１を有さず、撮影者がＬＣＤ２１０に表示された被写体を視認して撮影を行う撮像システムにも適用することができる。

また、図６等において、１回のウォブリング動作（ウォブリング１、２、…）は、フォーカスレンズ１０４の一方向（ファー側又はニア側）への移動のみを含んでいたいが、フォーカスレンズ１０４の双方向（ファー側及びニア側）への移動を含んでもよい。

本発明は、撮像システムにおいて、撮像素子の露光中心タイミングをフォーカスレンズのウォブリング動作の略停止期間中とすることで、高精度なオートフォーカス制御を行うことを可能とする。よって、本発明は、交換レンズ式一眼レフデジタルカメラシステムやデジタルカメラ本体に有用である。

本発明は、特定の実施形態について説明されてきたが、当業者にとっては他の多くの変形例、修正、他の利用が明らかである。それゆえ、本発明は、ここでの特定の開示に限定されず、添付の請求の範囲によってのみ限定され得る。なお、本出願は日本国特許出願、特願２００８−０８２７９３号（２００８年３月２７日提出）に関連し、それらの内容は参照することにより本文中に組み入れられる。

ファインダビューモードにおける第１の実施の形態の撮像システムの構成図 ライブビューモードにおける第１の実施の形態の撮像システムの構成図 コントラスト検出方式（山登り方式）による焦点検出の説明図 ウォブリング動作中のフォーカスレンズの光軸Ｌ上の位置変化を示す図 露光時間が長い場合のウォブリング動作中の動作シーケンスを示す図 露光時間が短い場合のウォブリング動作中の動作シーケンスを示す図 露光時間の変化により遅延時間が変化した場合の動作シーケンス図 ＡＦ枠の移動を説明した図 ＡＦ枠の位置の変化により遅延時間が変化した場合の動作シーケンス図 レンズ制御部で実行される処理を示す図 通信処理とタイマ起動処理が同時発生した場合のシーケンスを示す図 通信処理時間が変化する場合のレンズ制御部で実行される処理を示す図 第２の実施の形態の撮像システムの構成図

１００ 交換レンズ
１０１ 対物レンズ
１０２ ズームレンズ
１０３ 絞りユニット
１０４ フォーカスレンズ
１０５ レンズ制御部
１０６ 第一の通信部
１０７ 第一の端子
２００ カメラ本体
２０１ 第二の通信部
２０２ 撮像素子
２０３ 本体制御部
２０４ ペンタプリズム
２０５ 接眼レンズ
２０６ 焦点板
２０７ メインミラー
２０８ サブミラー
２０９ シャッタ
２１０ 画像表示ユニット
２１１ 焦点検出ユニット
２１２ 第二の端子

Claims (10)

1. 交換レンズとカメラ本体とを含む撮像システムであって、
   前記交換レンズは、
   光軸方向に進退可能なフォーカスレンズを含み、被写体の光学画像を生成する光学系と、
   第一の通信手段と、
   前記フォーカスレンズを駆動制御するレンズ制御手段とを備え、
   前記カメラ本体は、
   前記第一の通信手段と通信可能な第二の通信手段と、
   前記光学画像から画像信号を生成する撮像素子と、
   前記第二の通信手段と前記第一の通信手段を介して、前記フォーカスレンズの駆動開始タイミングの基準を与える基準信号と、前記基準信号に対する遅延時間を示す遅延時間情報とを、前記レンズ制御手段に送信する本体制御手段とを備え、
   前記レンズ制御手段は、前記本体制御手段から受信した前記基準信号と遅延時間情報に基づいて、前記基準信号が与えるタイミングから前記遅延時間だけ遅延させたタイミングで前記フォーカスレンズを駆動制御する、
   ことを特徴とする撮像システム。
2. 前記交換レンズは、前記遅延時間の許容範囲を示す許容情報を記憶する記憶手段をさらに有し、
   前記本体制御手段は、前記第二の通信手段と前記第一の通信手段を介して、前記記憶手段に記憶された前記許容情報を取得する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の撮像システム。
3. 前記許容情報は、前記遅延時間の最大値及び／または前記遅延時間の最小値を含む、
   ことを特徴とする請求項２に記載の撮像システム。
4. 前記基準信号は、前記撮像素子の垂直同期信号である、ことを特徴とする請求項１に記載の撮像システム。
5. 前記基準信号は、前記撮像素子の垂直同期信号を所定の時間だけ遅延させた信号である、ことを特徴とする請求項１に記載の撮像システム。
6. 前記基準信号は、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の開始タイミングの基準を与える信号である、ことを特徴とする請求項１に記載の撮像システム。
7. 前記遅延時間は、前記撮像素子の所定領域の露光タイミングが前記フォーカスレンズのウォブリング動作の略停止期間中になるように設定される、ことを特徴とする請求項６に記載の撮像システム。
8. 前記本体制御手段は、前記第一の通信手段と前記第二の通信手段の間で前記基準信号以外の所定信号の通信及び前記通信に関する処理が行われていない期間に、前記基準信号を前記レンズ制御手段に送信する、ことを特徴とする請求項１に記載の撮像システム。
9. フォーカスレンズ及び第一の通信手段を有する交換レンズがマウント可能なカメラ本体であって、
   前記第一の通信手段と通信可能な第二の通信手段と、
   前記交換レンズにより形成された光学画像から画像信号を生成する撮像素子と、
   前記第二の通信手段と前記第一の通信手段を介して、前記フォーカスレンズの駆動開始タイミングを与える基準信号と、前記基準信号に対する遅延時間を示す遅延時間情報とを、前記交換レンズに送信する本体制御手段と
   を備えたことを特徴とするカメラ本体。
10. カメラ本体にマウント可能な交換レンズであって、
    光軸方向に進退可能なフォーカスレンズを含み、被写体の光学画像を生成する光学系と、
    第一の通信手段と、
    前記フォーカスレンズを駆動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、前記カメラ本体から、前記フォーカスレンズの駆動開始タイミングの基準を与える基準信号と、前記基準信号に対する遅延時間を示す遅延時間情報とを受信し、前記基準信号が与えるタイミングから前記遅延時間だけ遅延させたタイミングで前記フォーカスレンズを駆動制御する、
    ことを特徴とする交換レンズ。

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