JP2537270B2 - レンズ交換可能なカメラ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ビデオカメラ等に用いて好適な交換レンズ
システムに係わり特にイメージセンサー等の撮像手段か
ら得られる映像信号を用いた焦点調節手段を備えたレン
ズ交換可能なカメラに関するものである。

〔従来の技術〕

近年、ビデオカメラ等の普及にともない、その機能を
拡大すべく交換レンズ化が注目されている。ビデオカメ
ラの交換レンズシステムの現状は自動焦点調節機能を備
えていないか、又はレンズ内に自動焦点調節装置がすべ
て収納されたレンズ内完結型の自動焦点調節システムで
あり、撮像手段からの映像信号を用いたシステムはなか
った。ここでいうレンズ内完結型というのは、レンズユ
ニツトが給電されればレンズユニツト内の構成のみで自
動焦点調節可能なシステムを指す。たとえば、投光素子
と受光素子を備え三角測量の原理で測距を行う赤外線ア
クテイブ自動焦点調節システムや、被写体からの光線を
CCDラインセンサーなどの自動焦点調節用の専用センサ
ーで受けて、やはり三角測量の原理で焦点を合わせる、
通常パツシブズレ検知システムなどである。

ところで、こういった自動焦点調節システムで交換レ
ンズシステムを構成すると、個々のレンズに自動焦点調
節システムを持たせることとなり、コスト面、サイズ
面、重量面、デザイン面等多くの点で不利なシステムと
なる。この点映像信号を利用した自動焦点調節装置の場
合を考えると、その回路部分はカメラ内に設置すること
ができ、レンズ側には単にフオーカシング用のアクチユ
エーターのみ備わっていればよく、前述の不利な点を解
決することができる。

ところで、映像信号を利用した自動焦点調節システム
においては、合焦・非合焦の判定及び非合焦時の前ピン
・後ピンの判定を行うために焦点変調という手法がよく
用いられている。第２図にその基本原理を示す。横軸は
フオーカシング用アクチユエータの位置、縦軸に映像信
号中の高周波成分の量を示すもので、図のように高周波
成分の量は合焦点Ａを頂点とした山形となる。合焦時、
アクチユエータを光軸方向に微小振幅、振動させた時に
は、映像信号中の高周波成分の変動量はごくわずかであ
り、合焦と判定できる。前ピンの場合は図の様に高周波
成分に変動が認められ、かつ、その変動信号は焦点変調
周波数と同一周波数で、且つ同相である。逆に後ピンの
場合は前ピン時の逆相となる。これらの情報により自動
焦点調節を行っている。

〔発明の解決しようとする問題点〕

一方、交換レンズシステムの場合、同一レンズが種々
のカメラと組合わされる（その逆もある）。撮像手段と
しては主にCCDエリアセンサーやMOSエリアセンサー等の
撮像素子が用いられるが、それぞれのセンサーにより露
光のための蓄積時間と垂直ブランキング（以下Ｖブラン
キングと称す）の位相が異なっているため、常に一定で
行っていると、使用するセンサーによって正常に動作し
ない。したがってセンサー毎に変える必要がある。

さらには、近年広く実用化されている高速電子シヤツ
ター作動時の蓄積時間の変化もセンサー毎に異なるた
め、これらの位相に応じて、自動焦点調節用の焦点変調
の位相を変える必要がある。又、フオーカシングを行う
エリア（測距領域）を手動あるいは自動で変える（すな
わち映像信号中より測距領域に相当する部分をサンプリ
ングするゲートパルスのタイミング、幅等を可変する）
場合にも、センサーの方式によっては焦点変調の位相を
変える必要がある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上述したように、交換レンズシステムを実現
するにあたって生じる問題点を解決し、任意のレンズと
カメラの組合せ時においても、常に最適な焦点変調指令
をカメラ側からレンズ側へと供給可能な交換レンズシス
テムを可能とすることを目的とするもので、その特徴と
するところは、撮像手段により得られる映像信号を利用
した自動焦点調節装置を備えたレンズ交換可能なカメラ
システムであって、カメラ側で設定された電子シヤツタ
のシヤツタ速度に応じてレンズ側の焦点変調手段の特性
を制御する信号をカメラ側からレンズへ通信する手段と
を備えたレンズ交換可能なカメラにある。

〔実施例〕

以下、本発明におけるレンズ交換可能なカメラを各図
を参照しながらその一実施例について詳述する。

第１図は本発明によるビデオカメラの交換レンズシス
テムの概念図である。１はカメラユニツトに対して着脱
可能なレンズユニツト、２は焦点調節には用いられない
レンズ群、３は自動焦点調節を行うためのフオーカシン
グレンズ又はレンズ群、４は自動焦点調節および焦点変
調用アクチユエータ、５は後述するカメラ側と情報の交
換を行うためのレンズ内インタフエース回路、６はレン
ズ側コネクタ、７はレンズマウントである。11はレンズ
ユニツト１を着脱可能なビデオカメラ又はカムコーダ
ー、12はカメラマウント、13はカメラ側コネクタ、14は
イメージセンサー、15はイメージセンサー14より出力さ
れた映像信号に所定の信号処理を施して、たとえば規格
化されたテレビジヨン信号に変換するビデオカメラ信号
処理回路、16は映像信号を利用した焦点検出回路、17は
レンズ側との情報通信のためのカメラ内インタフエース
回路、18は焦点調節以外の各種制御を行うレンズ制御回
路である。

次に、第４図を用いてイメージセンサー14の蓄積時
間、イメージセンサー14の垂直ブランキングパルス（VB
LKパルスと以後略称する）、フオーカシングエリア（測
距領域）、焦点変調波形の関係について説明する。同図
はフイールド周期1/60 secのNTSC方式において、アクチ
ユエータ４によるフオーカシングレンズ３の振動周期す
なわち変調周期を1/30 secにとった場合を例にして示し
ている。一方、シヤツタは撮像素子の蓄積時間を制御す
ることによって構成され、通常のシヤツタ速度、即ち、
蓄積時間は1/60 secである。焦点変調はあるフイールド
の蓄積時にプラス、その次のフイールドの蓄積時には移
動方向を反転してマイナスの位相となるよう、VBLKパル
スとの位相関係が制御されている。第３図はビデオカメ
ラの電子ビユーフアインダーの撮影画面21と、その中の
フオーカシングエリア22を示してある。ここでは第３図
に示すようにフオーカシングエリア22は画面21中央に、
たとえば撮影画面の1/4の面積に設定した場合を示して
いる。フオーカシングエリア22をこのように小さく設定
する理由は、第３図に示すように、一般的に画面中央に
あると期待されている。主要被写体にのみ焦点を合わ
せ、画面周辺の像すなわち被写体に対して背景となる部
分の悪影響を取除くためである。フオーカシングエリア
は手動によって、大きさ、画面内の位置を変えることが
できるが、さらに、何らかの手段によって主要被写体を
自動的に検知して、これを追尾させるようにすることも
できる。

アクチユエータ４によってフオーカシングレンズ３を
振動する周期すなわち焦点変調の周期は第４図ではフイ
ールド周期の1/2にしたが、一般には1/n（ｎ＝2,4,6,
…）とすることができる。

ここで、焦点変調波形の周期をフイールド周期の偶数
分の１にする理由は、焦点調節制御のためのサンプリン
グ（測距領域内に相当する映像信号のサンプリング）を
フイールド周期で行い、各フイールドにおける情報を比
較することによって行っているので、焦点変調波形が前
ピン側にあるときと後ピン側にあるときとでサンプリン
グ回数とそのタイミングを同じく設定しないと効率よく
合焦度（ボケ量）を検出することができないからであ
る。

次に、第５図〜第12図を用いて代表的なイメージセン
サーにおける通常シヤツタ速度（1/60 sec）と高速シヤ
ツタ速度（たとえば、1/120 sec）の場合のシヤツタ動
作に関連する信号の位相関係について説明する。

第５図はインターライン型CCDであり、Ｖブランキン
グ期間中に発生される読出しパルスにより、撮像面上の
複数の画素31a,31b,…及び32a,…等に蓄積された電荷が
それぞれ垂直転送部31V,32V,…に同時に転送される。さ
らにＶブランキング期間が終了すると垂直転送パルスに
より垂直転送部の信号が１ライン分ずつ出力レジスタ41
に転送され、出力パルスにより１画素分の信号ずつ出力
される。第７図はインタライン型CCDの通常シヤツタ時
の動作タイミングを表わす図である。同図（ａ）は焦点
変調波形であり、焦点変調周期T_Mは に設定され、この周期で焦点信号が変動している場合を
示している。同図（ｂ）はVBLKパルス、同図（ｃ）は前
述の読出しパルス、同図（ｄ）は同じく垂直転送パルス
である。同図（ｅ）はリセツトパルスで、通常シヤツタ
の場合は読出しが終ると同時に発生し、即座に次の蓄積
が開始される。同図（ｆ）は蓄積時間である。このよう
にインタライン型CCDの場合は、イメージセンサーの全
画素に対して同一のタイミングで蓄積が行われる。従っ
て、焦点変調波形の位相は変調振幅が最大になる時、蓄
積時間の中央となるような位相関係となるように制御す
ればよい。

第８図は第５図のインタライン型CCDを高速シヤツタ
（1/120 sec）のモードで動作させた時のタイミングを
表わす図である。第７図と異なるのはリセツトパルスの
タイミングであり、同図（ｆ）に示す蓄積時間が同図
（ｅ）のリセツトパルスと同図（ｃ）の読出しパルスの
間の期間となる。ここでVBLKパルスを基準として焦点変
調波形の位相が０゜すなわち振動範囲の中心位置となる
迄の時間を1/T_X sec、高速シヤツタの蓄積時間を1/T_S s
ecとすると、第８図の各タイミング関係より、 ここでT_Mは変調周期（1/sec）、T_Vはフイールド周期
（1/sec）である。前述のように、 である。

ｎ＝2,4,6の場合についてT_S（1/sec）と1/T_X msecを
式から算出し、各データをプロツトした特性曲線を第10
図に示す。ｎ＝２の場合、通常シヤツタではVBLKパルス
から変調波形の０゜位相までの時間 で、 となる。一方、ｎ＝４にすると、ｎ＝２のときに比べ
て、1/T_Xが変調波形の位相０゜の位置に対して8.3msec
マイナス分となる。ｎ＝６の場合はｎ＝４に比べてさら
に8.3msecマイナス側となる。

第６図はMOS型センサーであり画素、51a,52a,53a,…5
1b,…の順に、水平走査回路61、垂直走査回路62によ
り、２次元平面のアドレスを指定して各画素の信号を読
出す。第９図がそのタイミングを表わす図である。同図
中点線は通常シヤツタ（1/60 sec）、実線は高速シヤツ
タ（1/120 sec）の場合をそれぞれ示すものである。同
図（ｃ）の読出しパルスが上記の水平及び垂直方向の２
次元アドレスに相当する。ここでは、画面中央よりやや
下の画素すなわち１フイールド期間の後半の読出しを示
している。通常シヤツタの時は、同図（ｃ）の読出しパ
ルスの直後に同図（ｄ）のリセツトパルスが発生して光
電変換部の電荷をクリアし、次の蓄積が開始されるよう
になっており、蓄積時間1/T_Sは同図（ｅ）に点線で示し
たタイミングとなる。この時、焦点変調波形の最大振幅
が蓄積期間1/T_Sの中央になるような位相関係で焦点変調
が行われる。

次に1/120 secの高速シヤツタの場合は同図（ｄ）の
リセツトパルスが実線のように２つの読出しパルスの中
央にくる。そしてVBLKパルスを基準として焦点変調波形
の位相が０゜となる迄の時間を1/T_X sec、高速シヤツタ
の蓄積時間を1/T_S sec、VBLKパルスを基準として読出し
パルス発生迄の時間を1/T_P secとすると、第９図のタイ
ミング関係より、 となる。

変調周期 として、画面中央の画素に対する。ｎ＝2,4,6の時のT_S
（1/sec）と1/T_X msecの関係を第11図に示す。第10図の
CCDの場合に比べて、1/T_Xがマイナス方向に8.5msecシフ
トしていることがわかる。次に、ｎ＝２に固定して上
部、中央部、下部の画素に対するT_S（1/sec）と1/T_X ms
ecの関係を第12図に示す。中央部の画素に比べて上部画
素の蓄積時間1/T_Xのタイミングは、マイナス方向に8.3m
secシフトしており、下部画素のそれはプラス方向に8.3
msecシフトしている。このようにMOS型センサーの場合
は画素の画面上における上下方向の位置により蓄積時間
のタイミンが異なるため、フオーカスエリアを画面上、
上下に動かすと、それに伴って焦点変調波形すなわちア
クチユエータ４の振動の位相を変える必要がある。な
お、フオーカスエリアはイメージセンサーがCCDでも、M
OSでも、VBLKパルスを基準にして、蓄積時間と無関係に
ゲートパルスを設定すればよい。

第13図は本発明による交換レンズシステムをより具体
化したブロツク図である。第１図と同じ要素には同一番
号を付してある。71は絞り駆動ユニツト、72は絞り値
（Ｆナンバー）検知用エンコーダー、91は画面上にフオ
ーカシングエリアを作るためのゲート回路、92はイメー
ジセンサー14の出力映像信号から合焦度に関連する高周
波成分を抽出するハイパスフイルタである。このハイパ
スフイルタ92を通過した信号は、フオーカシングレンズ
がアクチユエータ４によって光軸方向に振動されて焦点
変調されているので、その焦点変調周波数の成分を含ん
でいる（この振動周波数で振幅変調されている）。93は
ハイパスフイルタ92の出力信号を焦点変調周波数で同期
検定し、その焦点変調周波数成分の振幅及び位相を出力
する検波回路、94は検波回路93の出力信号の１フイール
ド期間内におけるピーク値を検出するためのピークホー
ルド回路、95はA/D変換回路、96は１フイールド期間内
におけるピークホールド回路94の出力信号の振幅及び位
相から、第２図の原理にもとづいて合焦判定、ボケ量、
ボケ方向（前ピン，後ピン）等の情報を演算するととも
に、他のシステム全体を統括的に制御するためのマイク
ロプロセツサ、97は電子シヤツタのシヤツタ速度を設定
するシヤツタ設定回路、98はフオーカシングエリアを設
定する指令を出すエリア設定回路である。

そしてマイクロプロセツサ96より出力される合焦判
定、ボケ量、ボケ方向等の情報及び焦点変調周波数の制
御指令情報はカメラ側インタフエース17、マウントコネ
クタ13,6、レンズ側インタフエース５を介してレンズ側
へと供給され、フオーカシングレンズ３を合焦位置へと
移動するとともに、アクチユエータ４を制御してフオー
カシングレンズ３を光軸方向に指定された所定の周期で
振動させ、光路変調を行うようになっている。

次に第14図のフローチヤートにより本発明の動作を説
明する。システムがスタートすると、マイクロプロセツ
サ96はシヤツタ設定回路97で設定された信号からT_Sを算
出する（Step1）。次に、エリア設定回路98で設定され
たフオーカシング内に相当する映像信号をゲート回路91
によってサンプリングし、その信号からVBLKパルスを基
準とした読出しパルス発生の周期T_Pを算出する（Step
2）。

次いで、絞り値検知用エンコーダ72の信号をマウント
コネクタ6,13及びインタフエース5,17を介してカメラ側
マイクロプロセツサ96へと供給する（Step4）。すなわ
ち絞り値（Ｆナンバー）によって敏感度が変化するた
め、絞り値に比例して焦点変調信号の振幅も変化させる
必要があるからである。この焦点変調の制御は、カメラ
側マイクロプロセツサ96よりインタフエース17、コネク
タ13,6、インタフエース25を介してレンズ側のアクチユ
エータ４に制御指令が伝送されて行われる。ところで、
焦点変調アクチユエータ４の最大駆動速度は、一般に有
限であるため絞り値が極端に大きい場合は焦点変調周期
T_Mを小さくしないとスルーレートが不足することがあ
る。このためレンズユニツト１からカメラ側に絞り値等
の光学系情報よりもとめた変調用アクチユエータ４の最
大駆動速度を送信している。そしてカメラ側マイクロプ
ロセツサ96は絞り値最大駆動速度から最適な焦点変調周
期T_Mを決定する（Step4）。次に使用されているイメー
ジセンサーのタイプ（CCD型かMOS型か）に応じて前述の
（１）式あるいは（２）式のいずれかを用いて、VBLKパ
ルスを基準として焦点変調波形の位相が０゜となるまで
の期間の周期、タイミングT_Xを算出する（Step5）。そ
してカメラ側からレンズ側へとT_X,T_Mの情報を送信する
（Step6）。レンズ側ではこれらの情報にもとづいてア
クチユエータ４を駆動制御しフオーカシングレンズ４の
変調周期及び振幅等を制御する（Step7）。

以後この制御動作を繰り返し行う。

ところで、焦点変調アクチユエータ４は駆動するレン
ズの重量の違いなどのためにレンズの種類が変ると、そ
の機械的な位相遅れ量が異なる。これを補償するため
に、カメラ側からレンズ側へVBLKパルスとほぼ同時刻に
発生するタイミング信号、たとえばビデオカメラ信号処
理回路から得られるＶドライブパルスを送り、レンズユ
ニツト１内のインタフエース５は、このタイミング信号
を基準にして変調アクチユエータの駆動位相、周波数の
制御を行うように構成されている。

第13図でビデオカメラ信号処理回路15からマイクロプ
ロセツサ96がＶドライブパルス（V_D）を取り込んでいる
のは１つにはこの理由のためであり、また別の理由とし
ては、Ｈドライブパルス（V_H）と共に画面上にフオーカ
スエリアを作り出すゲート回路91を制御するための基準
信号とするためである。尚、ＶドライブパルスはVBLKパ
ルスの頭に同期して発生される。

第13図で焦点変調アクチユエータ４は変調すなわちレ
ンズの振動とフオーカシングを兼用してもよいし、変調
のみ行ってもよい。又、電子シヤツタの動作について
は、ここに説明したもの以外のものであっても何等支障
はない。カメラとレンズ間の信号の通信はコネクタを通
してシリアルに通信されるが、複数コネクタによるパラ
レル通信であってもよい。

即ち、上述した本発明によれば、電子シヤツタのシヤ
ツタ速度、レンズ側の絞りの絞り値（Ｆナンバー）、フ
オーカシングエリア（測距領域）の画面上における位置
等の各種情報をカメラ側マイクロプロセツサで演算して
レンズ側の焦点変調アクチユエータの変調位相、周波数
等を最適値に設定するための制御情報をレンズ，カメラ
間の通信手段によってレンズ側へと送信しているため、
レンズユニツトとカメラユニツトがどのような組み合せ
となっても、常に自動焦点調節手段を最適制御すること
ができる。

〔発明の効果〕

以上のように、レンズユニツト内に焦点変調アクチユ
エータを備えた交換レンズ（本実施例ではリアフオーカ
スレンズ）をカメラユニツトに取り付けた場合、焦点変
調アクチユエータの変調位相、周波数等の特性を電子シ
ヤツタのシヤツタ速度，測距視野位置，絞り値（Ｆナン
バー）等を検知して演算して得た制御情報をレンズ側へ
と送信することにより、常に最適制御することができ
る。

すなわち、ビデオカメラの交換レンズ化においては、
常にカメラ側で自動焦点調節装置の最適制御特性を演算
し、これをレンズ側へと供給して制御しているので、レ
ンズとカメラとの組み合わせのパターンにかかわらず、
全く同様に操作、制御することができ、操作者はレンズ
とカメラの組み合せパターンを変更するごとに種々の設
定操作を行う必要もなく、操作性が格段に向上するとと
もに、常に正確で高精度の自動焦点調節装置を交換レン
ズシステムに実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明におけるレンズ交換可能なカメラの基本
原理を示すブロツク図、 第２図は自動焦点調節方式の一方式である変調法の動作
原理を説明するための図、 第３図は画面上のフオーカシングエリア（測距領域）を
示す図、 第４図は垂直ブランキングパルスと焦点変調波形の関係
を示す図、 第５図はインターライン型CCD型イメージセンサーの動
作を説明するための図、 第６図はMOS型イメージセンサーの動作を説明するため
の図、 第７図，第８図はCCD型イメージセンサーを用いたカメ
ラシステムにおいて、電子シヤツタのシヤツタ速度の変
化にもとづく焦点変調手段の制御を説明するための図、 第９図はMOS型イメージセンサーを用いたカメラシステ
ムにおいて、電子シヤツタのシヤツタ速度の変化にもと
づく焦点変調手段の制御を説明するための図、 第10図はCCD型イメージセンサーを用いたカメラシステ
ムにおいて、焦点変調手段の変調周波数をパラメータと
した位相とシヤツタの蓄積時間の関係を示す特性図、 第11図はMOS型イメージセンサーを用いたカメラシステ
ムにおいて、焦点変調手段の変調周波数をパラメータと
した位相とシヤツタの蓄積時間の関係を示す特性図、 第12図はMOS型イメージセンサーを用いたカメラシステ
ムにおいて、フオーカシングエリアの位置をパラメータ
とした焦点変調手段の位相とシヤツタの蓄積時間の関係
を示す特性図、 第13図は第１図に示す本発明におけるレンズ交換可能な
カメラを具体化したブロツク図、 第14図は本発明の制御動作を説明するためのフローチヤ
ートである。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】撮像手段より得られる映像信号を利用した
   自動焦点調節装置を備えたレンズ交換可能なカメラシス
   テムであって、カメラ側で設定された電子シヤツタのシ
   ヤツタ速度に応じてレンズ側の焦点変調手段の特性を制
   御する信号をカメラ側からレンズへ通信する手段とを備
   えたことを特徴とするレンズ交換可能なカメラ。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第（１）項において、前記
   焦点変調手段は、前記電子シヤツタのシヤツタ速度に応
   じてその変調の位相を制御されることを特徴とするレン
   ズ交換可能なカメラ。