JP2791044B2 - レンズ交換可能なカメラ及びレンズユニット及びカメラシステム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、レンズ交換の可能なカメラ及びレンズユニ
ット及びカメラシステムに関するものである。

〔従来の技術〕

近年、ビデオカメラを始めとする映像機器の普及は目
覚ましく、たとえばビデオカメラの分野においても機能
の拡大をはかる目的で、レンズを交換可能にした交換レ
ンズシステムが民生用機器においても提案されている。

一方、ビデオカメラには自動焦点調節装置を始めとす
る多くの機能が備えられている。

たとえば自動焦点調節装置を例にし、その動作原理に
ついて説明する。

ビデオカメラでは、映像信号の高周波成分により撮影
画面の精細度を検出し、その精細度（高周波成分）が最
大によるようにレンズの位置制御を行うことにより、カ
メラを合焦状態に自動制御する方式が知られている。具
体的には、被写体像のエツジでは映像信号が急激に変化
し、映像信号の高周波成分が増加する。そして、この高
周波成分が増すほど、その被写体像について合焦状態に
近いことになる。また、この場合に合焦状態から非合焦
状態になった場合にフオーカスモーターを動かす方向を
判断する為にレンズ、又は撮像部分にたとえば圧電素子
をとりつけ、その圧電素子に微小な振動を加えることに
より焦点変調を行い、その振動の位相と映像信号の高周
波成分の変化の位相が同相（前ピン）が逆相（後ピン）
かを判断し、フオーカスモーターの駆動方向を決定する
方式も又知られている（通称変調法と称されている）。

そして、このようなビデオカメラに交換レンズシステ
ムを適用した場合、上述の自動焦点調節装置を始めとす
る各機能は従来の装置と同様に動作可能にする必要があ
るため、交換レンズ化に際しては、レンズ側で行われる
機能及びこれに関する処理、カメラ側で行われる機能及
びこれに関する処理の制御、特にタイミングの制御を考
慮しなければならない。

〔発明の解決しようとする問題点〕

しかしながら、現状のビデオカメラシステムを交換レ
ンズ化する場合、たとえば自動焦点調節装置において
は、レンズ側のフオーカシングレンズを微小振動する位
相とカメラ側でその位相と同位相で合焦度を表す信号の
変化を検出する必要がある等、レンズ側とカメラ側と特
定の位相，タイミング関係を確保した状態で動作させな
ければならない処理が存在し、単にレンズを着脱式にす
ると、これらの処理を正確に行うことができなくなると
いった問題が生じる。

これを解決すべく、各機能をレンズ側とカメラ側に分
割して配さず、赤外線等の投射光の反射を受光素子で受
け、三角測量方式を利用することにより焦点調節を行う
所謂アクテイブ方式、あるいはレンズを介して入射され
た入射光を専用センサに受光させ、同様の考え方で焦点
調節を行う所謂TTL方式等の自動焦点調節装置をレンズ
側、またはカメラ側に完結した形で備える方法がある。
しかしこの方法では交換レンズ化を大幅に制限し、且つ
レンズ，カメラ側とも構成，制御に無駄が多く、レンズ
交換の特長を生かすことができない。

またレンズ側の機能とカメラ側の機能の実現に必要な
データの数だけ信号ラインを設けることが考えられる
が、共通信号接続が増え、例えば接続信号系が決定され
ており（物理的に）信号数の増加が制限をうける様な場
合には実現が困難であった。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上述した交換レンズ化に伴う問題点を解決す
ることを目的としてなされたもので、その特徴とすると
ころは、カメラ本体に対してレンズユニットを着脱可能
で、前記カメラ本体側より前記レンズユニット側へと送
信される制御情報にしたがって、前記レンズユニット側
に設けられた駆動手段を駆動制御する交換レンズシステ
ムにおいて、前記カメラ本体側において前記制御情報を
生成するカメラ側制御手段と、前記レンズユニット側に
おいて、前記カメラ側より供給される前記制御情報に基
づいて前記駆動手段を駆動するレンズ側制御手段と、前
記カメラ本体と前記レンズユニットとの間で前記制御情
報の通信を行うとともに、前記カメラ側制御手段によっ
て生成される前記制御情報の位相と、前記レンズ側制御
手段による前記駆動手段の駆動状態の変化の位相を、互
いに同期させる所定の基準信号を前記カメラ本体と前記
レンズユニットとの間で通信する通信制御手段とを備え
たカメラシステムにある。

また本発明の他の特徴は、レンズユニットを着脱可能
で、前記レンズユニット側へと制御情報を送信すること
により、前記レンズユニット側に設けられた駆動手段を
駆動制御する交換レンズ式カメラであって、前記制御情
報を生成するカメラ側制御手段と、前記レンズユニット
との間で前記制御情報の通信を行うとともに、前記カメ
ラ側制御手段によって生成される前記制御情報の位相
と、前記レンズユニット側の前記駆動手段の前記制御情
報に基づく駆動状態の変化の位相を、互いに同期させる
べく、所定の基準信号を前記レンズユニットとの間で通
信する通信制御手段とを備えたレンズ交換可能なカメラ
にある。

また本発明の特徴は、カメラ本体に対して着脱可能な
レンズユニットであって、前記カメラ側より受信した制
御情報に基づいて駆動される駆動手段と、前記カメラ本
体との間で前記制御情報の通信を行い、前記カメラ本体
側より供給された前記制御情報に基づいて、前記駆動手
段を駆動するとともに、前記制御情報の位相と前記駆動
手段の駆動状態の変化の位相を同期させるため、前記カ
メラ本体との間で所定の基準信号を通信する制御手段と
を備えたレンズユニットにある。

〔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図は本発明のレンズ交換可能なカメラをビデオカ
メラに適用した場合について説明する。

第１図において、１はレンズユニツト,2はカメラユニ
ツトであり、一点鎖線で示すマウンン部Ｍで分離可能な
ものである。

両者が組み合わされた場合、機構的にはレンズの光軸
と撮像素子の光軸が一致する様に配慮されており、電気
的には101で示す電源ライン,102で示すアース（GND）ラ
イン,103で示すチツプセレクト信号（以下CSと称す）ラ
イン,104で示すシリアルクロツク信号（以下SCLKと称
す）ライン,105で示すシリアルデータ信号（以下DATAと
称す）ラインの５本の信号ラインで接続され各種情報の
通信が行われる。201は光軸方向に移動して焦点調節を
行うフオーカス用のレンズであり、焦点変調するための
圧電素子202が取り付けられている。203はフオーカスレ
ンズを動作させるフオーカスレンズ駆動用のモーターで
あり、204はその駆動回路である。205は圧電素子202を
駆動する為の駆動回路である。

又206はモーター駆動回路204,圧電素子202の駆動回路
205の制御を始めとするレンズ側の動作の全体を制御す
るマイクロコンピュータ（以下レンズ側マイコンと称
す）であって、ライン103のCS信号，ライン104のSCLK信
号，ライン105のDATA信号により、カメラ側から例えば
モーター駆動用の信号を受けとり、実際のモーター駆動
回路204に指令を行う。なお、レンズ側のマイコン206は
自動焦点調節の処理のみならず、例えばズームやアイリ
ス等の処理も同時に行う場合があるが、本図では説明の
簡略の為に省略し、自動焦点調節の処理について説明す
る。また207はフオーカスレンズ201の移動位置を検出す
るエンコーダである。

301はカメラ側のCCD等の撮像素子,302は撮像素子301
より得られた電気信号を所定のレベルに増幅する増幅回
路,303は増幅回路302より出力された映像信号をうけ所
定の信号処理を行って標準TV信号（ビデオ信号）として
出力するプロセス回路,305はこのビデオ信号より垂直同
期信号（以下Ｖ−Syncと称す）を分離する為の同期分離
回路であり、そのＶ−Syncはカメラ側の動作を制御する
後述するカメラ側マイクロコンピュータ308に供給され
る。

304は増幅回路302より出力された映像信号中より、合
焦度を検出するのに必要な所定の高周波成分を抽出する
ためのバンドパスフイルタである。尚バンドパスフイル
タより出力された高周波成分は、フオーカスレンズ201
が圧電素子202によって光軸方向に微小振動されること
によって光路変調されているので、その焦点変調の周波
数成分を含んでいる。

306はバンドパスフイルタ304を通過した信号を検波し
て、そのピーク値を検出するピーク検波回路で、１フイ
ールド周期でバンドパスフイルタ304を通過した高周波
成分をサンプルホールドし、そのピークレベルを出力す
る。307はピーク検波回路306の出力をA/D変換してカメ
ラ側マイクロコンピユータ308へ合焦情報309として供給
するA/D変換器である。

カメラ側マイクロコンピュータ（以下カメラ側マイコ
ンと称す）308は、合焦情報309を用い合焦判断を行い、
フオーカスモーターを動作させる量，方向を演算し、レ
ンズ側マイコン206に向け、シリアルデータとしてデー
タ信号用ライン105を用いて通信する。なお、カメラ側
マイコン308はフオーカスの処理のみならず、例えばズ
ームやアイリス等の処理も同時に行う場合があるが、本
図では説明の簡略の為に省略してある。

カメラ側とレンズ側の通信は、例えばカメラ側からレ
ンズ側に対してはフオーカスモーター203の駆動量，方
向等が送られ、レンズ側からカメラ側には、例えばエン
コーダ207によって検出されたフオーカスモーターの位
置，実際の駆動量等が送られる。この通信は周期的に行
われ、その繰り返し周期は、ビデオ信号を対象とする信
号処理にもとづく動作が行われる為、映像のＶ−Sync信
号に同期している事が望ましい。すなわち、フイールド
周期で画面が変化するため、自動焦点調節動作もこのフ
イールド周期で検出，制御が行われるからである。その
為、カメラ側マイコン308には同期分離回路305より出力
されるＶ−Sync信号が入力されている。

したがって、レンズ201により撮像素子301の撮像面に
被写体像が形成され該撮像素子301によってそれが電気
信号に変換され増幅回路302を介してカメラプロセス回
路303、及びバンドパスフイルタ304に加えられる。バン
ドパスフイルタ304は電気信号の高周波成分のみを通過
させ、ピーク検出器306,A/D変換器307を通じて合焦情報
309としてカメラ側マイコン308にそのピーク値が与えら
れる。カメラ側マイコン308は、今回の合焦情報を１サ
ンプル期間前の（１フイールド前）の合焦情報と比較す
る事により合焦状態か否かを判定し、フオーカスモータ
ーを駆動すべきデータ（動作量，動作方向）をレンズ側
マイコン206にシリアルデータライン103,104,105を通じ
て供給する。レンズ側マイコン206はカメラ側マイコン3
08より与えられたデータをもとに、モーター駆動回路20
4に対し指令を出し、その情報により、フオーカスモー
ター203が動作し、フオーカスレンズ201が移動される。
この場合にフオーカスモーター203の駆動方向をすばや
く判断する為に圧電素子202を用いてフオーカスレンズ2
01を微小振動する所謂変調法が用いられている。第２図
は圧電素子を用いた場合の変調法の動作原理を示す。圧
電素子を微少振幅で振動させた場合この振動周波数で映
像信号が変調され、後ピン，合焦，前ピンのそれぞれの
位置において、映像信号のレベルが微少振幅で振動し、
圧電素子の振動と焦点変調信号の位相が同相であるのか
逆相であるのかによって前ピン，後ピンを判定できる訳
である。そして通常のカメラレンズ一体型カメラでは、
カメラ側マイコン（合焦情報を受ける）308とレンズ側
マイコン（圧電素子を振動させる）206が同一マイコン
で行われ、その位相関係は単純であるが、本願の第１図
に示すように、レンズとカメラを着脱可能とした交換レ
ンズシステムの場合には、レンズ側のレンズ駆動系とカ
メラ側の検出系とを分離すると、レンズ側では所定の位
相で圧電素子202を駆動してフオーカスレンズ201を振動
させ、カメラ側ではフオーカスレンズの振動周期に応じ
て映像信号中の高周波成分の変化量を検出することによ
って、第２図に示すような合焦情報を得なければならな
い。

すなわちこの変調法は、合焦，非合焦の判定だけでな
く、非合焦の場合ボケの方向すなわち前ピンか後ピンか
の情報をも得ることができるため、有効な方法である
が、フオーカスレンズの振動位相（焦点変調位相）、す
なわちフオーカスレンズ201が前ピン側に移動したとき
と後ピン側に移動したとき及び移動中心に位置している
ときとで、撮像素子301の出力映像信号中の高周波成分
のピーク値の変化を見て合焦判定を行っているため、現
在のフオーカスレンズ201の位相を常にカメラ側マイク
ロコンピユータ308において知る必要がある。

しかしながら、レンズとカメラを別体にすると、レン
ズ側におけるフオーカシングレンズ201の振動の位相
と、カメラ側の検出の位相関係が決定されない為に、正
確な合焦情報を得ることができず、合焦判定を行えない
ばかりか、各種制御を効率よく行うことができない。本
願はこの点を以下のように解決している。

すなわち、レンズ側における圧電素子202の振動の位
相と、カメラ側において圧電素子202の振動にもとづく
映像信号中の高周波成分の変化を検出する位相とをタイ
ミング的に同期させるため、カメラ側よりタイミング信
号をレンズ側に供給する手段を用いている。

これによって、レンズ側の焦点変調と、カメラ側にお
ける焦点変調位相のタイミングに応じた高周波成分のレ
ベル検出を常に一致したタイミングで行うことができ、
レンズ側とカメラ側とで、互いに所定の位相関係を確保
したまま別個に制御することができる。

第３図は本発明におけるレンズ側とカメラ側との制御
タイミングを示すタイミングチヤートである。

カメラ側マイコン308は、同期分離回路305より与えら
れるVsync信号に同期して、CS信号を出力する。同時に
カメラ側マイコン308内部のタイムリフアレンスカウン
タをイニシヤライズ（クリア）する。このカウンタはVs
ync信号の次の立ち上りが来るまでカウントアツプされ
続けている。CS信号はカメラ−レンズ間の通信が終了す
るまで出力されている。レンズ側マイコン206はCS信号
の入力により通信用データの受信の準備を行うと同時に
内部のタイムリフアレンスカウンタをイニシヤライズ
（クリア）する。このカウンタはCS信号の立ち上り、す
なわち実質的にVsync信号の立上りがくるまでカウント
アツプされ続けている。

レンズ側マイコン206は、その内部のタイムリフアレ
ンスカウンタのカウント値に応じて圧電素子202の駆動
タイミング、すなわち振動の周期を制御する。カウント
値は時間に応答しているから、カウント値に応じて圧電
素子202の駆動方向、すなわちフオーカスレンズ201の駆
動方向を制御することにより、レンズの振動周期，位相
を設定することができる。

一方、カメラ側マイコン308では、その内部のリフア
レンスのカウンタのカウント値に応じて圧電素子202が
今どちらの位相で振られているか、すなわちフオーカス
レンズ201が前ピン方向に振られているか、後ピン方向
に振られているかが判断され、そのときの合焦情報309
がどのような意味（すなわち合焦か非合焦か、非合焦な
ら前ピンか後ピンか）を持つかが判定され、フオーカス
レンズ駆動用のモータ203の駆動方向が決定される。

そしてカメラ側マイコン308のタイムリフアレンスカ
ウンタは、Vsync信号の立上りでカウントを開始し、レ
ンズ側マイコン206のタイムリフアレンスカウンタは、
カメラ側よりVsyncの立上りタイミングで出力されるCS
信号の立上りに同期してカウントを開始するので、レン
ズ側とカメラ側のタイムリフアレンスカウンタのカウン
ト動作は全く同一タイミングで行われる。

したがって、レンズ側のカウント値あるいはレンズ側
のフオーカスレンズの位相をカメラ側へと別途に送信し
なくても、レンズ側とカメラ側とでずれを生じることな
く、それぞれレンズの振動動作の制御とその振動位相の
検出を行うことができる。

これによって、レンズユニツトとカメラユニツトを着
脱自在に構成し、その組み合せが種々考えられるシステ
ムでも、レンズ側とカメラ側とで常に制御，検出位相の
タイミングの一致した自動焦点調節を行うことができ
る。

これによって、レンズユニツト内のフオーカシングレ
ンズ201の圧電素子202による変動位置の情報を直接カメ
ラ側マイコン308に送信して取り込まなくても、カメラ
側ではフオーカシングレンズ201の駆動位相を正確に検
出することができる。

また、レンズユニツトとカメラユニツトとの間はタイ
ミング信号の通信だけでよく、汎用性を向上する意味で
も有効である。

尚、上述方式は通信のCS信号のスタート位置のみを規
定する事であり、実際の通信処理（SCLK,DATAが出力さ
れるタイミング）を規定するものではなく、通信作業に
悪影響を及ぼす事もない。

尚、上述の実施例において、例えばフオーカスモータ
ーにパルスモーター等を用いフオーカシングレンズの動
作に加え、微少にモーターを前後にふり、圧電素子202
を省くこともできるが、その場合にも、そのモーター20
3を振る位相関係は、本発明による方法をとる必要があ
る。

又、本実施例は通信手段としてクロツク同期式につい
て説明を述べたが、非同期式通信（UART等）の場合にお
いても、そのスタートビツトをVsyncに同期させるとい
う手段により、レンズ側カメラ側の制御を同期して行う
ことが可能となる。

尚、上述の実施例では、レンズ側とカメラ側との間の
通信により、自動焦点調節動作におけるレンズ側での駆
動（変調周期，位相）及びカメラ本体側におけるレンズ
移動周期，位相の検出を互いに同期して且つレンズとカ
メラの異なる位置において行い得るようにした場合につ
いて説明したが、自動焦点調節に限ることはなく、レン
ズ側とカメラ側とで互いに同期するタイミングあるいは
位相で別個に、且つリアルタイムに駆動制御する必要の
あるものなら、どのようなものでも本発明を適用するこ
とができる。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明におけるレンズ交換可能な
カメラによれば、レンズ側とカメラ側とでそれぞれ互い
に特定の位相関係を保った状態で行わなければならない
処理を、共通のタイミング信号の通信のみで確実に行い
得るように構成したので、レンズ側とカメラ側とに分か
れている機能，処理をレンズ側またはカメラ側にまとめ
てレンズ交換の自由度を失わせることがなく、且つデー
タ通信用の信号ラインの数を増加させることなく必要最
小限でよく、レンズ，カメラ側の処理の特定位相関係を
容易に得ることができる。すなわちレンズ側，カメラ側
それぞれにおける制御を分担させて負担を軽減するとと
もに、レンズ，カメラ間の電気接点等を削減して交換レ
ンズ化を容易とし、信頼性を向上することができる等、
交換レンズ化においてきわめて有効である。

【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一実
施例を示すブロツク図、 第２図は本発明の実施例で用いられる自動焦点調節装置
の一例の動作を説明するための特性図、 第３図は本発明のカメラシステムの制御動作を示すタイ
ミングチヤートである。

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】カメラ本体に対してレンズユニットを着脱
   可能で、前記カメラ本体側より前記レンズユニット側へ
   と送信される制御情報にしたがって、前記レンズユニッ
   ト側に設けられた駆動手段を駆動制御する交換レンズシ
   ステムにおいて、 前記カメラ本体側において前記制御情報を生成するカメ
   ラ側制御手段と、 前記レンズユニット側において、前記カメラ側より供給
   される前記制御情報に基づいて前記駆動手段を駆動する
   レンズ側制御手段と、 前記カメラ本体と前記レンズユニットとの間で前記制御
   情報の通信を行うとともに、前記カメラ側制御手段によ
   って生成される前記制御情報の位相と、前記レンズ側制
   御手段による前記駆動手段の駆動状態の変化の位相を、
   互いに同期させる所定の基準信号を前記カメラ本体と前
   記レンズユニットとの間で通信する通信制御手段と、 を備えたことを特徴とするカメラシステム。
2. 【請求項２】レンズユニットを着脱可能で、前記レンズ
   ユニット側へと制御情報を送信することにより、前記レ
   ンズユニット側に設けられた駆動手段を駆動制御する交
   換レンズ式カメラであって、 前記制御情報を生成するカメラ側制御手段と、 前記レンズユニットとの間で前記制御情報の通信を行う
   とともに、前記カメラ側制御手段によって生成される前
   記制御情報の位相と、前記レンズユニット側の前記駆動
   手段の前記制御情報に基づく駆動状態の変化の位相を、
   互いに同期させるべく、所定の基準信号を前記レンズユ
   ニットとの間で通信する通信制御手段と、 を備えたことを特徴とするレンズ交換可能なカメラ。
3. 【請求項３】カメラ本体に対して着脱可能なレンズユニ
   ットであって、 前記カメラ側より受信した制御情報に基づいて駆動され
   る駆動手段と， 前記カメラ本体との間で前記制御情報の通信を行い、前
   記カメラ本体側より供給された前記制御情報に基づい
   て、前記駆動手段を駆動するとともに、前記制御情報の
   位相と前記駆動手段の駆動状態の変化の位相を同期させ
   るため、前記カメラ本体との間で所定の基準信号を通信
   する制御手段と、 を備えたことを特徴とするレンズユニット。
4. 【請求項４】請求項１において、前記レンズ側制御手段
   によって行われる処理は、前記駆動手段を駆動して所定
   の周期で焦点変調する処理であり、前記カメラ側制御手
   段によって行われる処理は、前記焦点変調の位相を判断
   するための処理であり、前記通信制御手段は前記各処理
   の位相を同期させる基準信号を通信するように構成され
   ていることを特徴とするカメラシステム。