JP2013178387A - レンズ鏡筒およびカメラシステム - Google Patents

Abstract

【課題】好適な焦点調節制御が可能なレンズ鏡筒およびカメラシステムを提供する。
【解決手段】焦点調節光学系３２を光軸方向に駆動可能な駆動部３６と、焦点調節光学系３２の位置情報を取得する取得部３７と、焦点調節光学系３２の駆動範囲を制限するか否かを判断し、該判断結果に基づいて、焦点調節光学系３２の駆動範囲を制限する駆動範囲制限部３７と、カメラボディ２との間で信号の送受信を行なう送受信部３９と、駆動範囲制限部３７により焦点調節光学系３２の駆動範囲が制限された場合には、焦点調節光学系３２の駆動範囲が制限されていない場合と異なる形式で、焦点調節光学系３２の位置情報をカメラボディ２に送信するように送受信部３７を制御する制御部３７と、を備えること特徴とするレンズ鏡筒。
【選択図】 図１

Description

本発明は、レンズ鏡筒およびカメラシステムに関する。

従来より、レンズ交換式の撮像装置において、レンズ鏡筒に備えられた焦点調節光学系の位置を、エンコーダなどの位置検出装置により検出し、検出した位置をカメラボディに送信する技術が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

特開２００６−１６２４１１号公報

しかしながら、従来技術では、焦点調節光学系が機械的に駆動できる駆動範囲を基準とした、焦点調節光学系の位置をカメラボディに送信するものであるため、カメラボディは、焦点調節光学系が機械的に駆動できる駆動範囲における焦点調節光学系の位置関係を把握することはできるが、たとえば焦点調節に要する時間を短縮するために、焦点調節光学系の駆動範囲を制限した場合に、制限された駆動範囲における焦点調節光学系の位置関係を把握することができないという問題があった。

本発明が解決しようとする課題は、好適な焦点調節制御が可能なレンズ鏡筒およびカメラシステムを提供することにある。

本発明は、以下の解決手段によって上記課題を解決する。なお、以下においては、本発明の実施形態を示す図面に対応する符号を付して説明するが、この符号は本発明の理解を容易にするためだけのものであって発明を限定する趣旨ではない。

[１]本発明に係るレンズ鏡筒は、焦点調節光学系（３２）を光軸方向に駆動可能な駆動部（３６）と、前記焦点調節光学系の位置情報を取得する取得部（３７）と、前記焦点調節光学系の駆動範囲を制限する駆動範囲制限部（３７）と、カメラボディとの間で信号の送受信を行なう送受信部（３９）と、前記駆動範囲制限部により前記焦点調節光学系の駆動範囲が制限された場合には、前記焦点調節光学系の駆動範囲が制限されていない場合と異なる形式で、前記焦点調節光学系の位置情報を前記カメラボディに送信するように前記送受信部を制御する制御部（３７）と、を備えることを特徴とする。

[２] 上記焦点調節装置に係る発明において、前記取得部（３７）は、前記焦点調節光学系（３２）の位置情報として、前記光軸方向に設定されている区分の数の情報、および前記焦点調節光学系が存在する区分の情報を取得し、前記駆動範囲制限部（３７）は、前記光軸方向に設定されている区分のうち前記焦点調節光学系が駆動可能な区分を制限することで、前記焦点調節光学系の駆動範囲を制限し、前記制御部（３７）は、前記駆動範囲制限部により前記焦点調節光学系の駆動範囲が制限されている場合には、前記制限された駆動範囲に対応する区分の数を制限区分の数として算出し、前記焦点調節光学系の位置情報として、前記制限区分の数の情報と、前記制限区分における前記焦点調節光学系が存在する区分の情報とを、前記カメラボディに送信するように前記送受信部（３９）を制御するように構成することができる。

[３] 上記焦点調節装置に係る発明において、前記制御部（３７）は、前記駆動範囲制限部（３７）により前記焦点調節光学系（３２）の駆動範囲が制限されている場合には、前記焦点調節光学系の位置情報として、前記制限区分の数の情報、前記制限区分のうち至近端の区分に対応する区分番号および無限遠端の区分に対応する区分番号の少なくとも一方の情報、および前記焦点調節光学系が存在する区分に対応する区分番号の情報を、前記カメラボディ（２）に送信するように前記送受信部（３９）を制御するように構成することができる。

[４] 上記焦点調節装置に係る発明において、前記制御部（３７）は、前記駆動範囲制限部（３９）により前記焦点調節光学系（３２）の駆動範囲が制限されている場合には、前記焦点調節光学系が存在する区分番号の情報として、前記制限区分のうち至近端の区分番号および無限遠端の区分番号のいずれか一方をゼロに設定した場合における、前記焦点調節光学系が存在する区分番号の情報を、前記送受信部（３９）に送信させるように構成することができる。

[５]本発明のカメラシステムは、上記レンズ鏡筒と、カメラボディと、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、好適な焦点調節制御が可能なレンズ鏡筒およびカメラシステムを提供することができる。

図１は、本実施形態に係るカメラを示すブロック図である。 図２は、フォーカスレンズの駆動可能範囲と、エンコーダにより検出可能なフォーカスレンズの位置（区分位置）との関係を示す図である。 図３は、フォーカスレンズの駆動可能範囲が制限されている場合における、フォーカスレンズの駆動可能範囲と、エンコーダにより検出可能なフォーカスレンズの位置（区分位置）との関係を示す図である。 図４は、図１に示す撮像素子の撮像面を示す正面図である。 図５は、図４のV部を拡大して焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂの配列を模式的に示す正面図である。 図６は、撮像画素２２１の一つを拡大して示す正面図である。 図７（Ａ）は、焦点検出画素２２２ａの一つを拡大して示す正面図、図７（Ｂ）は、焦点検出画素２２２ｂの一つを拡大して示す正面図である。 図８は、撮像画素２２１の一つを拡大して示す断面図である。 図９（Ａ）は、焦点検出画素２２２ａの一つを拡大して示す断面図、図９（Ｂ）は、焦点検出画素２２２ｂの一つを拡大して示す断面図である。 図１０は、図５のX-X線に沿う断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施形態に係るデジタルカメラ１を示す要部構成図である。本実施形態のデジタルカメラ１（以下、単にカメラ１という。）は、カメラ本体２とレンズ鏡筒３から構成され、これらカメラ本体２とレンズ鏡筒３はマウント部４により着脱可能に結合されている。

レンズ鏡筒３は、カメラ本体２に着脱可能な交換レンズである。図１に示すように、レンズ鏡筒３には、レンズ３１，３２，３３、および絞り３４を含む撮影光学系が内蔵されている。

レンズ３２は、フォーカスレンズであり、光軸Ｌ１方向に移動することで、撮影光学系の焦点距離を調節可能となっている。フォーカスレンズ３２は、レンズ鏡筒３の光軸Ｌ１に沿って移動可能に設けられ、エンコーダ３５によってその位置が検出されつつフォーカスレンズ駆動モータ３６によってその位置が調節される。

このフォーカスレンズ３２の光軸Ｌ１に沿う移動機構の具体的構成は特に限定されない。一例を挙げれば、レンズ鏡筒３に固定された固定筒に回転可能に回転筒を挿入し、この回転筒の内周面にヘリコイド溝（螺旋溝）を形成するとともに、フォーカスレンズ３２を固定するレンズ枠の端部をヘリコイド溝に嵌合させる。そして、フォーカスレンズ駆動モータ３６によって回転筒を回転させることで、レンズ枠に固定されたフォーカスレンズ３２が光軸Ｌ１に沿って直進移動することになる。

上述したようにレンズ鏡筒３に対して回転筒を回転させることによりレンズ枠に固定されたフォーカスレンズ３２は光軸Ｌ１方向に直進移動するが、その駆動源としてのフォーカスレンズ駆動モータ３６がレンズ鏡筒３に設けられている。フォーカスレンズ駆動モータ３６と回転筒とは、たとえば複数の歯車からなる変速機で連結され、フォーカスレンズ駆動モータ３６の駆動軸を何れか一方向へ回転駆動すると所定のギヤ比で回転筒に伝達され、そして、回転筒が何れか一方向へ回転することで、レンズ枠に固定されたフォーカスレンズ３２が光軸Ｌ１の何れかの方向へ直進移動することになる。なお、フォーカスレンズ駆動モータ３６の駆動軸が逆方向に回転駆動すると、変速機を構成する複数の歯車も逆方向に回転し、フォーカスレンズ３２は光軸Ｌ１の逆方向へ直進移動することになる。

フォーカスレンズ３２の位置はエンコーダ３５によって検出される。既述したとおり、フォーカスレンズ３２の光軸Ｌ１方向の位置は回転筒の回転角に相関するので、たとえばレンズ鏡筒３に対する回転筒の相対的な回転角を検出すれば求めることができる。

本実施形態のエンコーダ３５としては、回転筒の回転駆動に連結された回転円板の回転をフォトインタラプタなどの光センサで検出して、回転数に応じたパルス信号を出力するものや、固定筒と回転筒の何れか一方に設けられたフレキシブルプリント配線板の表面のエンコーダパターン（電極パターン）に、何れか他方に設けられたブラシ接点を接触させ、回転筒の移動量（回転方向でも光軸方向の何れでもよい）に応じた接触位置の変化を検出回路で検出するものなどを用いることができる。

フォーカスレンズ３２は、上述した回転筒の回転によってカメラボディ側の端部（至近端ともいう）から被写体側の端部（無限端ともいう）までの間を光軸Ｌ１方向に移動することができる。

ここで、図２は、フォーカスレンズ３２が駆動可能な駆動可能範囲と、エンコーダ３５により検出可能なフォーカスレンズ３２の位置（区分位置）との関係を示す図である。本実施形態では、図２に示すように、フォーカスレンズ３２が駆動できる駆動範囲が、たとえば、Ｄ_０〜Ｄ_２０の２１の区分に分割されている。すなわち、本実施形態では、エンコーダ３５により検出可能なフォーカスレンズ３２の区分位置の数である分割区分数Ｎが２１とされており、各区分Ｄ_０〜Ｄ_２０は、無限遠端側から至近端側に向かって順に、区分番号Ｎ_Ｄが０〜２０に設定されている。すなわち、至近端の区分Ｄ_０は、区分番号Ｎ_Ｄ＝０とされ、その至近側の隣の区分Ｄ_１は、区分番号Ｎ_Ｄ＝１とされる。また、無限遠端の区分Ｄ_２０は、区分番号Ｎ_Ｄ＝２０とされ、その無限遠側の隣の区分Ｄ_１９は、区分番号Ｎ_Ｄ＝１９とされる。なお、図２においては、フォーカスレンズ３２の現在位置が、Ｄ_１１（区分番号Ｎ_Ｄ＝１１）内に位置する場面を例示している。

そして、本実施形態では、エンコーダ３５は、フォーカスレンズ３２が現在位置する区分の位置を検出し、フォーカスレンズ３２が現在位置する区分の区分番号Ｎ_Ｄ（たとえば、図２に示す例では、区分番号Ｎ_Ｄ＝１１）をレンズ制御部３７に送信する。

絞り３４は、上記撮影光学系を通過して撮像素子２２に至る光束の光量を制限するとともにボケ量を調整するために、光軸Ｌ１を中心にした開口径が調節可能に構成されている。絞り３４による開口径の調節は、たとえば自動露出モードにおいて演算された適切な開口径が、カメラ制御部２１からレンズ制御部３７を介して送出されることにより行われる。また、カメラ本体２に設けられた操作部２８によるマニュアル操作により、設定された開口径がカメラ制御部２１からレンズ制御部３７に入力される。絞り３４の開口径は図示しない絞り開口センサにより検出され、レンズ制御部３７で現在の開口径が認識される。

レンズメモリ３８は、図２に示すエンコーダ３５により検出可能なフォーカスレンズ３２の位置の情報として、分割区分数Ｎ（たとえば、図２に示す例では、分割区分数Ｎ＝２１）、無限遠端の区分番号Ｎ_Ｄ＿Ｆ（たとえば、図２に示す例では、分割区分数Ｎ_Ｄ＿Ｆ＝０）および至近端の区分番号Ｎ_Ｄ＿Ｎ（たとえば、図２に示す例では、分割区分数Ｎ_Ｄ＿Ｎ＝２０）の情報を記憶している。なお、レンズメモリ３８に記憶されている無限遠端の区分番号Ｎ_Ｄ＿Ｆおよび至近端の区分番号Ｎ_Ｄ＿Ｎは、フォーカスレンズ３２が機械的に駆動することが可能な駆動範囲における、無限遠端および至近端の区分の位置を示すものである。すなわち、後述するフォーカスレンズ３２の駆動可能範囲が制限された場合（たとえば後述する図３に示す場合）における、無限遠端および至近端の区分の位置とは異なる場合がある。

レンズ制御部３７は、エンコーダ３５から現在レンズ位置の区分番号Ｎ_Ｄ（フォーカスレンズ３２の現在位置の区分番号Ｎ_Ｄ）を受信し、受信した現在レンズ位置の区分番号Ｎ_Ｄを、レンズメモリ３８に記憶されている分割区分数Ｎ、至近端の区分番号Ｎ_Ｄ＿Ｎ、無限遠側の区分番号Ｎ_Ｄ＿Ｆとともに、フォーカスレンズ３２の位置情報として、レンズ通信部３９を介して、カメラ本体２のカメラ通信部２９へと送信し、これらの情報を、最終的に後述するカメラ制御部２１へと送信する。

また、レンズ制御部３７は、たとえばフォーカスレンズ３２の焦点調節に要する時間を短縮するために、たとえばカメラ本体２からの信号に基づいて、フォーカスレンズ３２を駆動可能な駆動可能範囲を制限（レンジリミット）する。具体的には、レンズ制御部３７は、カメラ制御部２１から駆動可能範囲を制限するための信号を受信した場合に、フォーカスレンズ３２が機械的に駆動することが可能な駆動範囲のうち、カメラ制御部２１により決定された駆動範囲のみにおいてフォーカスレンズ３２が駆動可能となるように、フォーカスレンズ３２の駆動可能範囲を制限する。たとえば、図３に示す例において、レンズ制御部３７は、フォーカスレンズ３２が機械的に駆動できるＤ_０〜Ｄ_２０の２１の区分に対応する駆動範囲のうち、Ｄ_１０〜Ｄ_１５の６の区分に対応する範囲のみにおいてフォーカスレンズ３２が駆動可能となるように、Ｄ_１０〜Ｄ_１５の６の区分に対応する範囲を駆動可能範囲として制限する。

このように、フォーカスレンズ３２が駆動可能な駆動範囲が制限されている場合、レンズ制御部３７は、制限されている駆動可能範囲に対応する区分を制限区分とし、現在レンズ位置の区分番号Ｎ_Ｄに加えて、この制限区分の数Ｎと、制限区分において至近端に位置する区分の区分番号Ｎ_Ｄ＿Ｎと、制限区分において至近端に位置する区分の無限遠側の区分番号Ｎ_Ｄ＿Ｆとを、フォーカスレンズ３２の位置情報として、レンズ通信部３９を介して、カメラ本体２に送信する。たとえば、図３に示す例では、表１に示すように、現在レンズ位置の区分番号Ｄ_ｎである１１と、制限区分の数である６と、制限区分において無限遠端に位置する区分の区分番号Ｎ_Ｄ＿Ｆである１０と、制限区分において至近端に位置する区分の区分番号Ｎ_Ｄ＿Ｎである１５とを、フォーカスレンズ３２の位置情報として、レンズ通信部３９を介して、カメラ本体２に送信する。なお、レンズ制御部３７によるフォーカスレンズ３２の位置情報の送信方法については後述する。

さらに、レンズ制御部３７は、上記データの送信に加えて、カメラ制御部２１からの指令に基づいて、フォーカスレンズ３２の駆動、絞り３４による開口径の調節などレンズ鏡筒３全体の制御を実行する。

レンズ通信部３９は、カメラ制御部２１とマウント部４に設けられた電気信号接点部４１を介して、カメラ本体２のカメラ通信部２９と、互いに信号の授受が可能に構成されている。レンズ通信部３９は、レンズ鏡筒３の通信インターフェースであり、また、カメラ通信部２９はカメラ本体２の通信インターフェースであり、レンズ鏡筒３のレンズ制御部３７と、カメラ本体２のカメラ制御部２１は、これら通信インターフェースを使用して、互いにデータ通信を実行する。なお、本実施形態においては、通信インターフェースであるレンズ通信部３９とカメラ通信部２９との間においては、ホットライン通信と、コマンドデータ通信との２種類のデータ通信が併用して実行される。そのため、構造上は、ホットライン通信を行なう通信ラインと、コマンドデータ通信を行なう通信ラインとは別個に設けられている。

ホットライン通信は、コマンドデータ通信を行なう周期よりも短い第１の所定周期（本実施形態においては、たとえば、１ミリ秒）ごとに実行される通信である。本実施形態においては、フォーカスレンズ３２の駆動指令（フォーカスレンズ３２の駆動パルス）など、レンズ鏡筒３を制御するためのデータについては、ホットライン通信によりデータの送受信が実行される。

一方、コマンドデータ通信は、ホットライン通信を行なう周期よりも長い第２の所定周期（（本実施形態においては、たとえば、１６ミリ秒）ごとに実行される通信である。本実施形態においては、上述したフォーカスレンズ３２の位置データ（分割区分数Ｎ、至近端の区分番号Ｎ_Ｄ＿Ｎ、無限遠側の区分番号Ｎ_Ｄ＿Ｆ、および現在レンズ位置の区分番号Ｎ_Ｄ）など、レンズ鏡筒３の現在の状況を示すデータについて、コマンドデータ通信によりデータの送受信が実行される。

一方、カメラ本体２には、上記撮影光学系からの光束Ｌ１を受光する撮像素子２２が、撮影光学系の予定焦点面に設けられ、その前面にシャッター２３が設けられている。撮像素子２２はＣＣＤやＣＭＯＳなどのデバイスから構成され、受光した光信号を電気信号に変換してカメラ制御部２１に送出する。カメラ制御部２１に送出された撮影画像情報は、逐次、液晶駆動回路２５に送出されて観察光学系の電子ビューファインダ（ＥＶＦ）２６に表示されるとともに、操作部２８に備えられたレリーズボタン（不図示）が全押しされた場合には、その撮影画像情報が、記録媒体であるカメラメモリ２４に記録される。なお、カメラメモリ２４は着脱可能なカード型メモリや内蔵型メモリの何れをも用いることができる。撮像素子２２の構造の詳細は後述する。

カメラ本体２には、撮像素子２２で撮像される像を観察するための観察光学系が設けられている。本実施形態の観察光学系は、液晶表示素子からなる電子ビューファインダ（ＥＶＦ）２６と、これを駆動する液晶駆動回路２５と、接眼レンズ２７とを備えている。液晶駆動回路２５は、撮像素子２２で撮像され、カメラ制御部２１へ送出された撮影画像情報を読み込み、これに基づいて電子ビューファインダ２６を駆動する。これにより、ユーザは、接眼レンズ２７を通して現在の撮影画像を観察することができる。なお、光軸Ｌ２による上記観察光学系に代えて、または、これに加えて、液晶ディスプレイをカメラ本体２の背面等に設け、この液晶ディスプレイに撮影画像を表示させることもできる。

カメラ本体２にはカメラ制御部２１が設けられている。カメラ制御部２１は、カメラ通信部２９およびレンズ通信部３９を介して、レンズ制御部３７から、フォーカスレンズ３２の位置情報（すなわち、分割区分数Ｎ、至近端の区分番号Ｎ_Ｄ＿Ｎ、無限遠側の区分番号Ｎ_Ｄ＿Ｆ、および現在レンズ位置の区分番号Ｎ_Ｄ）などの各種レンズ情報を受信するとともに、レンズ制御部３７へデフォーカス量や絞り開口径などの情報を送信する。また、カメラ制御部２１は、上述したように撮像素子２２から画素出力を読み出すとともに、読み出した画素出力について、必要に応じて所定の情報処理を施すことにより画像情報を生成し、生成した画像情報を、電子ビューファインダ２６の液晶駆動回路２５やメモリ２４に出力する。また、カメラ制御部２１は、撮像素子２２からの画像情報の補正やレンズ鏡筒３の焦点調節状態、絞り調節状態などを検出するなど、カメラ１全体の制御を司る。

また、カメラ制御部２１は、上記に加えて、撮像素子２２から読み出した画素データに基づき、位相検出方式による撮影光学系の焦点状態の検出、およびコントラスト検出方式による撮影光学系の焦点状態の検出を行う。なお、具体的な焦点状態の検出方法については、後述する。

操作部２８は、シャッターレリーズボタンなどの撮影者がカメラ１の各種動作モードを設定するための入力スイッチであり、オートフォーカスモード／マニュアルフォーカスモードの切換が行えるようになっている。この操作部２８により設定された各種モードはカメラ制御部２１へ送出され、当該カメラ制御部２１によりカメラ１全体の動作が制御される。また、シャッターレリーズボタンは、ボタンの半押しでＯＮとなる第１スイッチＳＷ１と、ボタンの全押しでＯＮとなる第２スイッチＳＷ２とを含む。

次に、本実施形態に係る撮像素子２２について説明する。

図４は、撮像素子２２の撮像面を示す正面図、図５は、図４のV部分を拡大して焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂの配列を模式的に示す正面図である。

本実施形態の撮像素子２２は、図５に示すように、複数の撮像画素２２１が、撮像面の平面上に二次元的に配列され、緑色の波長領域を透過するカラーフィルタを有する緑画素Ｇと、赤色の波長領域を透過するカラーフィルタを有する赤画素Ｒと、青色の波長領域を透過するカラーフィルタを有する青画素Ｂがいわゆるベイヤー配列（Bayer Arrangement）されたものである。すなわち、隣接する４つの画素群２２３（稠密正方格子配列）において一方の対角線上に２つの緑画素が配列され、他方の対角線上に赤画素と青画素が１つずつ配列されている。このベイヤー配列された画素群２２３を単位として、当該画素群２２３を撮像素子２２の撮像面に二次元状に繰り返し配列することで撮像素子２２が構成されている。

なお、単位画素群２２３の配列は、図示する稠密正方格子以外にも、たとえば稠密六方格子配列にすることもできる。また、カラーフィルタの構成や配列はこれに限定されることはなく、補色フィルタ（緑：Ｇ、イエロー：Ｙｅ、マゼンタ：Ｍｇ，シアン：Ｃｙ）の配列を採用することもできる。

図６は、撮像画素２２１の一つを拡大して示す正面図、図８は断面図である。一つの撮像画素２２１は、マイクロレンズ２２１１と、光電変換部２２１２と、図示しないカラーフィルタから構成され、図８の断面図に示すように、撮像素子２２の半導体回路基板２２１３の表面に光電変換部２２１２が造り込まれ、その表面にマイクロレンズ２２１１が形成されている。光電変換部２２１２は、マイクロレンズ２２１１により撮影光学系の射出瞳（たとえばＦ１．０）を通過する撮像光束を受光する形状とされ、撮像光束を受光する。

また、撮像素子２２の撮像面の中心、ならびに中心から左右対称位置の３箇所には、上述した撮像画素２２１に代えて焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂが配列された焦点検出画素列２２ａ，２２ｂ，２２ｃが設けられている。そして、図５に示すように、一つの焦点検出画素列は、複数の焦点検出画素２２２ａおよび２２２ｂが、互いに隣接して交互に、横一列（２２ａ，２２ｃ，２２ｃ）に配列されて構成されている。本実施形態においては、焦点検出画素２２２ａおよび２２２ｂは、ベイヤー配列された撮像画素２２１の緑画素Ｇと青画素Ｂとの位置にギャップを設けることなく密に配列されている。

なお、図４に示す焦点検出画素列２２ａ〜２２ｃの位置は図示する位置にのみ限定されず、何れか一箇所、二箇所にすることもでき、また、四箇所以上の位置に配置することもできる。また、実際の焦点検出に際しては、複数配置された焦点検出画素列２２ａ〜２２ｃの中から、撮影者が操作部２８を手動操作することにより所望の焦点検出画素列を、焦点検出エリアとして選択することもできる。

図７（Ａ）は、焦点検出画素２２２ａの一つを拡大して示す正面図、図９（Ａ）は、焦点検出画素２２２ａの断面図である。また、図７（Ｂ）は、焦点検出画素２２２ｂの一つを拡大して示す正面図、図９（Ｂ）は、焦点検出画素２２２ｂの断面図である。焦点検出画素２２２ａは、図７（Ａ）に示すように、マイクロレンズ２２２１ａと、半円形状の光電変換部２２２２ａとから構成され、図９（Ａ）の断面図に示すように、撮像素子２２の半導体回路基板２２１３の表面に光電変換部２２２２ａが造り込まれ、その表面にマイクロレンズ２２２１ａが形成されている。また、焦点検出画素２２２ｂは、図７（Ｂ）に示すように、マイクロレンズ２２２１ｂと、光電変換部２２２２ｂとから構成され、図９（Ｂ）の断面図に示すように、撮像素子２２の半導体回路基板２２１３の表面に光電変換部２２２２ｂが造り込まれ、その表面にマイクロレンズ２２２１ｂが形成されている。そして、これら焦点検出画素２２２ａおよび２２２ｂは、図５に示すように、互いに隣接して交互に、横一列に配列されることにより、図４に示す焦点検出画素列２２ａ〜２２ｃを構成する。

なお、焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂの光電変換部２２２２ａ，２２２２ｂは、マイクロレンズ２２２１ａ，２２２１ｂにより撮影光学系の射出瞳の所定の領域（たとえばＦ２．８）を通過する光束を受光するような形状とされる。また、焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂにはカラーフィルタは設けられておらず、その分光特性は、光電変換を行うフォトダイオードの分光特性と、図示しない赤外カットフィルタの分光特性を総合したものとなっている。ただし、撮像画素２２１と同じカラーフィルタのうちの一つ、たとえば緑フィルタを備えるように構成することもできる。

また、図７（Ａ）、図７（Ｂ）に示す焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂの光電変換部２２２２ａ，２２２２ｂは半円形状としたが、光電変換部２２２２ａ，２２２２ｂの形状はこれに限定されず、他の形状、たとえば、楕円形状、矩形状、多角形状とすることもできる。

ここで、上述した焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂの画素出力に基づいて撮影光学系の焦点状態を検出する、いわゆる位相差検出方式について説明する。

図１０は、図５のX-X線に沿う断面図であり、撮影光軸Ｌ１近傍に配置され、互いに隣接する焦点検出画素２２２ａ−１，２２２ｂ−１，２２２ａ−２，２２２ｂ−２が、射出瞳３５０の測距瞳３５１，３５２から照射される光束ＡＢ１−１，ＡＢ２−１，ＡＢ１−２，ＡＢ２−２をそれぞれ受光していることを示している。なお、図１０においては、複数の焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂのうち、撮影光軸Ｌ１近傍に位置するもののみを例示して示したが、図１０に示す焦点検出画素以外のその他の焦点検出画素についても、同様に、一対の測距瞳３５１，３５２から照射される光束をそれぞれ受光するように構成されている。

ここで、射出瞳３５０とは、撮影光学系の予定焦点面に配置された焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂのマイクロレンズ２２２１ａ，２２２１ｂの前方の距離Ｄの位置に設定された像である。距離Ｄは、マイクロレンズの曲率、屈折率、マイクロレンズと光電変換部との距離などに応じて一義的に決まる値であって、この距離Ｄを測距瞳距離と称する。また、測距瞳３５１，３５２とは、焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂのマイクロレンズ２２２１ａ，２２２１ｂにより、それぞれ投影された光電変換部２２２２ａ,２２２２ｂの像をいう。

なお、図１０において焦点検出画素２２２ａ−１，２２２ｂ−１，２２２ａ−２，２２２ｂ−２の配列方向は一対の測距瞳３５１，３５２の並び方向と一致している。

また、図１０に示すように、焦点検出画素２２２ａ−１，２２２ｂ−１，２２２ａ−２，２２２ｂ−２のマイクロレンズ２２２１ａ−１，２２２１ｂ−１，２２２１ａ−２，２２２１ｂ−２は、撮影光学系の予定焦点面近傍に配置されている。そして、マイクロレンズ２２２１ａ−１，２２２１ｂ−１，２２２１ａ−２，２２２１ｂ−２の背後に配置された各光電変換部２２２２ａ−１，２２２２ｂ−１，２２２２ａ−２，２２２２ｂ−２の形状が、各マイクロレンズ２２２１ａ−１，２２２１ｂ−１，２２２１ａ−２，２２２１ｂ−２から測距距離Ｄだけ離れた射出瞳３５０上に投影され、その投影形状は測距瞳３５１，３５２を形成する。

すなわち、測距距離Ｄにある射出瞳３５０上で、各焦点検出画素の光電変換部の投影形状（測距瞳３５１，３５２）が一致するように、各焦点検出画素におけるマイクロレンズと光電変換部の相対的位置関係が定められ、それにより各焦点検出画素における光電変換部の投影方向が決定されている。

図１０に示すように、焦点検出画素２２２ａ−１の光電変換部２２２２ａ−１は、測距瞳３５１を通過し、マイクロレンズ２２２１ａ−１に向う光束ＡＢ１−１によりマイクロレンズ２２２１ａ−１上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。同様に、焦点検出画素２２２ａ−２の光電変換部２２２２ａ−２は測距瞳３５１を通過し、マイクロレンズ２２２１ａ−２に向う光束ＡＢ１−２によりマイクロレンズ２２２１ａ−２上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。

また、焦点検出画素２２２ｂ−１の光電変換部２２２２ｂ−１は測距瞳３５２を通過し、マイクロレンズ２２２１ｂ−１に向う光束ＡＢ２−１によりマイクロレンズ２２２１ｂ−１上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。同様に、焦点検出画素２２２ｂ−２の光電変換部２２２２ｂ−２は測距瞳３５２を通過し、マイクロレンズ２２２１ｂ−２に向う光束ＡＢ２−２によりマイクロレンズ２２２１ｂ−２上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。

そして、上述した２種類の焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂを、図５に示すように直線状に複数配置し、各焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂの光電変換部２２２２ａ，２２２２ｂの出力を、測距瞳３５１と測距瞳３５２とのそれぞれに対応した出力グループにまとめることにより、測距瞳３５１と測距瞳３５２とのそれぞれを通過する焦点検出光束が焦点検出画素列上に形成する一対の像の強度分布に関するデータが得られる。そして、この強度分布データに対し、相関演算処理または位相差検出処理などの像ズレ検出演算処理を施すことにより、いわゆる位相差検出方式による像ズレ量を検出することができる。

そして、得られた像ズレ量に一対の測距瞳の重心間隔に応じた変換演算を施すことにより、予定焦点面に対する現在の焦点面（予定焦点面上のマイクロレンズアレイの位置に対応した焦点検出エリアにおける焦点面をいう。）の偏差、すなわちデフォーカス量を求めることができる。

なお、これら位相差検出方式による像ズレ量の演算と、これに基づくデフォーカス量の演算は、カメラ制御部２１により実行される。

また、カメラ制御部２１は、撮像素子２２の撮像画素２２１の出力を読み出し、読み出した画素出力に基づき、焦点評価値の演算を行う。この焦点評価値は、たとえば撮像素子２２の撮像画素２２１からの画像出力の高周波成分を、高周波透過フィルタを用いて抽出することで求めることができる。また、遮断周波数が異なる２つの高周波透過フィルタを用いて高周波成分を抽出することでも求めることができる。

そして、カメラ制御部２１は、レンズ制御部３７に駆動信号を送出してフォーカスレンズ３２を所定のサンプリング間隔(距離)で駆動させ、それぞれの位置における焦点評価値を求め、該焦点評価値が最大となるフォーカスレンズ３２の位置を合焦位置として求める、コントラスト検出方式による焦点検出を実行する。なお、この合焦位置は、たとえば、フォーカスレンズ３２を駆動させながら焦点評価値を算出した場合に、焦点評価値が、２回上昇した後、さらに、２回下降して推移した場合に、これらの焦点評価値を用いて、内挿法などの演算を行うことで求めることができる。

また、本実施形態において、カメラ制御部２１は、コントラスト検出方式による焦点検出を実行する際に、レンズ鏡筒３から受信したフォーカスレンズ３２の位置情報（すなわち、分割区分数Ｎ、至近端の区分番号Ｎ_Ｄ＿Ｎ、無限遠側の区分番号Ｎ_Ｄ＿Ｆ、および現在レンズ位置の区分番号Ｎ_Ｄ）に基づいて、焦点検出を行う。たとえば、カメラ制御部２１は、フォーカスレンズ３２が無限遠端近傍に位置する場合に、合焦位置が無限遠端近傍に存在しないものと判断した場合には、フォーカスレンズ３２を無限遠端まで駆動させずに、フォーカスレンズ３２を至近側へと駆動させることで、焦点検出に要する時間を短縮することができる。

次いで、レンズ制御部３７により実行されるフォーカスレンズ３２の位置情報の送信処理について、図３に示す場面例に基づいて詳細に説明する。

なお、図３に示す例では、フォーカスレンズ３２の駆動可能範囲が制限されている場面を例示しているが、このような場面の一例としては、たとえば、焦点調節に要する時間を短縮するために、カメラ制御部２１により、フォーカスレンズ３２の焦点調節処理を前回の焦点調節処理において検出された合焦位置の周辺で行う旨の信号が、カメラ制御部２１からレンズ制御部３７に対して送信され、この信号に基づいて、カメラ制御部３７により駆動可能範囲が制限される場面が挙げられる。

また、上記の場面に限定されず、たとえば、撮影者により花などを撮影するための接写撮影モードが選択された場合に、カメラ制御部２１からレンズ制御部３７に対して、フォーカスレンズ３２の駆動可能範囲を至近側に制限するための信号を送信することで、フォーカスレンズ３２の駆動可能範囲を至近側に制限する構成としてもよいし、あるいは、撮影者により風景などを撮影するための撮影モードが選択された場合に、カメラ制御部２１からレンズ制御部３７に対して、フォーカスレンズ３２の駆動可能範囲を無限遠側に制限するための信号を送信することで、フォーカスレンズ３２の駆動可能範囲を無限遠側に制限する構成としてもよい。また、レンズ制御部３７が駆動可能範囲を制限するか否かを判断する構成としてもよい。なお、フォーカスレンズ３２の駆動可能範囲を制限するための信号が、カメラ制御部２１からレンズ制御部３７に送信される場合、上記信号は、コマンドデータ通信によりレンズ制御部３７へと送信される。

たとえば、図３に示す場面例において、レンズ制御部３７は、カメラ制御部２１から送信された信号に基づいて、フォーカスレンズ３２が機械的に駆動できる駆動範囲（Ｄ_０〜Ｄ_２０の区分に対応する範囲）のうち、Ｄ_１０〜Ｄ_１５の６の区分に対応する範囲を駆動可能範囲として設定する。そして、レンズ制御部３７は、制限されている駆動可能範囲に対応する区分（Ｄ_１０〜Ｄ_１５の６の区分）を制限区分として設定し、この制限区分の数を６として算出する。また、レンズ制御部３７は、エンコーダ３５から現在のフォーカスレンズ３２が存在する区分の区分番号である１１を取得する。

そして、図３に示す場面例において、レンズ制御部３７は、表１に示すように、現在レンズ位置の区分番号Ｄ_ｎである１１と、制限区分の数である６と、制限区分において無限遠端に位置する区分の区分番号Ｎ_Ｄ＿Ｆである１０と、制限区分において至近端に位置する区分の区分番号Ｎ_Ｄ＿Ｎである１５とを、フォーカスレンズ３２の位置情報として、レンズ通信部３９を介して、カメラ本体２のカメラ通信部２９へと送信し、これらの情報を、最終的にカメラ制御部２１へと送信する。

これにより、レンズ制御部３７は、フォーカスレンズ３２の駆動可能範囲が制限された場合でも、フォーカスレンズ３２の駆動可能範囲におけるフォーカスレンズ３２の位置を、カメラ制御部２１に適切に把握させることができる。すなわち、図３に示す場面例において、カメラ制御部２１は、現在レンズ位置の区分番号Ｄ_ｎである１１と、制限区分の数である６と、制限区分において無限遠端に位置する区分の区分番号Ｎ_Ｄ＿Ｆである１０と、制限区分において至近端に位置する区分の区分番号Ｎ_Ｄ＿Ｎである１５とを、フォーカスレンズ３２の位置情報として受信することで、制限された駆動可能範囲におけるフォーカスレンズ３２の位置関係を特定することができ、その結果、図３に示す場面例では、フォーカスレンズ３２が無限遠端付近に位置していると判断することができる。

これに対して、従来においては、図３に示すように、フォーカスレンズ３２の駆動可能範囲が制限されている場合であっても、表２に示すように、現在のフォーカスレンズ３２が存在する区分である１１に加え、フォーカスレンズ３２が機械的に駆動可能な駆動範囲に対応する分割区分数である２１と、その無限遠端の区分番号Ｎ_Ｄ＿Ｆである０と、その至近端の区分番号Ｎ_Ｄ＿Ｎである２０とが、フォーカスレンズ３２の位置情報として送信された。そのため、カメラ制御部は、制限された駆動可能範囲におけるフォーカスレンズ３２の位置関係を把握することができず、たとえば図３に示す場面例においては、フォーカスレンズ３２が駆動範囲の中央付近に位置していると誤って判断してしまう場合があった。

そのため、従来では、フォーカスレンズ３２の焦点調節を行う際に、誤ったフォーカスレンズ３２の位置に基づいて焦点調節が行われ、これにより、焦点調節に時間がかかってしまう場合があった。これに対して、本実施形態では、フォーカスレンズ３２の駆動可能範囲が制限された場合でも、制限された駆動可能範囲におけるフォーカスレンズ３２の位置関係（たとえば図３に示す場面例においては、フォーカスレンズ３２が無限遠端近傍に位置していること）を把握することができるため、これにより、フォーカスレンズ３２の位置に基づいて焦点調節を適切に実行することができ、その結果、焦点調節に要する時間を短縮などの効果を得ることができる。なお、本実施形態において、レンズ制御部３７からカメラ制御部２１へのフォーカスレンズ位置の送信は、コマンドデータ通信で行われる。

以上のように、本実施形態では、フォーカスレンズ３２の駆動可能範囲が制限された場合に、フォーカスレンズ３２の位置情報として、制限された駆動可能範囲に対応する制限区分の数Ｎと、制限区分において無限遠端に位置する区分の区分番号Ｎ_Ｄ＿Ｆと、制限区分において至近端に位置する区分の区分番号Ｎ_Ｄ＿Ｎと、制限区分におけるフォーカスレンズ３２が存在する区分とを、フォーカスレンズ３２の位置情報として、カメラ本体２に送信する。これにより、本実施形態では、カメラ本体２に、制限された駆動可能範囲におけるフォーカスレンズ３２の位置を適切に把握させることができ、これにより、フォーカスレンズ３２の位置情報に基づいて、フォーカスレンズ３２の焦点調節などを適切に行うことができる。

なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

たとえば、上述した実施形態に加えて、分割区分数Ｎ、至近端の区分番号Ｎ_Ｄ＿Ｎ、無限遠側の区分番号Ｎ_Ｄ＿Ｆ、および現在レンズ位置の区分番号Ｎ_Ｄのデータ容量を、１バイト（２５５）以内にするため、これらのデータ容量を圧縮し、圧縮したデータを、レンズ制御部３７からカメラ制御部２１に送信する構成としてもよい。

また、上述した実施形態では、たとえば図３に示す場面例においては、現在レンズ位置の区分番号Ｄ_ｎの１１と、制限区分の数である６と、制限区分において無限遠端に位置する区分の区分番号Ｎ_Ｄ＿Ｆである１０と、制限区分において至近端に位置する区分の区分番号Ｎ_Ｄ＿Ｎである１５とを、フォーカスレンズ３２の位置情報として、カメラ本体２に送信する構成を例示したが、この構成に限定されず、たとえば、制限区分において無限遠端に位置する区分の区分番号Ｎ_Ｄ＿Ｆを０にオフセットするとともに、これに伴って、制限区分において至近端に位置する区分の区分番号Ｎ_Ｄ＿Ｎおよび現在レンズ位置の区分番号Ｄ_ｎをオフセットすることで、表３に示すように、制限区分の数である６と、制限区分において無限遠端に位置する区分に対応する０と、制限区分において至近端に位置する区分に対応する５と、現在レンズ位置の区分に対応する１とを、フォーカスレンズ３２の位置情報として、カメラ本体２に送信する構成としてもよい。この場合、カメラ本体２に送信されるデータ容量を小さくすることができるため、上述したような圧縮処理を行うことなく、フォーカスレンズ３２の位置情報をカメラ本体２に送信することができる。

さらに、上述した実施形態においては、フォーカスレンズ３２の位置データとして、分割区分数Ｎ、至近端の区分番号Ｎ_Ｄ＿Ｎ、無限遠側の区分番号Ｎ_Ｄ＿Ｆ、および現在レンズ位置の区分番号Ｎ_Ｄ（圧縮後のものも含む）をカメラ本体２のカメラ制御部２１に送信するような構成を例示したが、駆動可能範囲が無限遠側に制限されている場合には、分割区分数Ｎおよび現在レンズ位置の区分番号Ｎ_Ｄ（圧縮後のものも含む）のみを送信するような構成としてもよい。あるいは、制限された駆動可能範囲において、無限遠端に位置する区分の区分番号Ｎ_Ｄ＿Ｆと至近端に位置する区分の区分番号Ｎ_Ｄ＿Ｎ、および、現在レンズ位置の区分番号Ｎ_Ｄ（圧縮後のものも含む）のみを送信するような構成としてもよい。このように送信するデータ数を削減することで、データ送信時の通信負荷をより低減することが可能となる。また、上述した実施形態では、至近側の区分番号Ｎ_Ｄ＿Ｎおよび無限遠側の区分番号Ｎ_Ｄ＿Ｆのいずれか一方をゼロとするような構成としたが、このような構成に特に限定されるものではない。

１…デジタルカメラ
２…カメラ本体
２１…カメラ制御部
２２…撮像素子
２２１…撮像画素
２２２ａ，２２２ｂ…焦点検出画素
２９…カメラ通信部
３…レンズ鏡筒
３２…フォーカスレンズ
３６…フォーカスレンズ駆動モータ
３７…レンズ制御部
３８…レンズメモリ
３９…レンズ通信部

Claims (5)

1. 焦点調節光学系を光軸方向に駆動可能な駆動部と、
   前記焦点調節光学系の位置情報を取得する取得部と、
   前記焦点調節光学系の駆動範囲を制限する駆動範囲制限部と、
   カメラボディとの間で信号の送受信を行なう送受信部と、
   前記駆動範囲制限部により前記焦点調節光学系の駆動範囲が制限された場合には、前記焦点調節光学系の駆動範囲が制限されていない場合と異なる形式で、前記焦点調節光学系の位置情報を前記カメラボディに送信するように前記送受信部を制御する制御部と、を備えること特徴とするレンズ鏡筒。
2. 請求項１に記載のレンズ鏡筒であって、
   前記取得部は、前記焦点調節光学系の位置情報として、前記光軸方向に設定されている区分の数の情報、および前記焦点調節光学系が存在する区分の情報を取得し、
   前記駆動範囲制限部は、前記光軸方向に設定されている区分のうち前記焦点調節光学系が駆動可能な区分を制限することで、前記焦点調節光学系の駆動範囲を制限し、
   前記制御部は、前記駆動範囲制限部により前記焦点調節光学系の駆動範囲が制限されている場合には、前記制限された駆動範囲に対応する区分の数を制限区分の数として算出し、前記焦点調節光学系の位置情報として、前記制限区分の数の情報と、前記制限区分における前記焦点調節光学系が存在する区分の情報とを、前記カメラボディに送信するように前記送受信部を制御することを特徴とするレンズ鏡筒。
3. 請求項２に記載のレンズ鏡筒であって、
   前記制御部は、前記駆動範囲制限部により前記焦点調節光学系の駆動範囲が制限されている場合には、前記焦点調節光学系の位置情報として、前記制限区分の数の情報、前記制限区分のうち至近端の区分に対応する区分番号および無限遠端の区分に対応する区分番号の少なくとも一方の情報、および前記焦点調節光学系が存在する区分に対応する区分番号の情報を、前記カメラボディに送信するように前記送受信部を制御することを特徴とするレンズ鏡筒。
4. 請求項３に記載のレンズ鏡筒において、
   前記制御部は、前記駆動範囲制限部により前記焦点調節光学系の駆動範囲が制限されている場合には、前記焦点調節光学系が存在する区分番号の情報として、前記制限区分のうち至近端の区分番号および無限遠端の区分番号のいずれか一方をゼロに設定した場合における、前記焦点調節光学系が存在する区分番号の情報を、前記送受信部に送信させることを特徴とするレンズ鏡筒。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載のレンズ鏡筒と、カメラボディと、を備えることを特徴とするカメラシステム。

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