JP5602774B2 - 撮像装置およびその制御方法、レンズユニットおよびその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、レンズユニットを交換可能な撮像装置に関するものである。

近年、カメラの自動焦点調節方式として、被写体像を光電変換して得られた映像信号より画面の鮮鋭度を表すＴＶＡＦ評価値を取得し、それが最大となるようにフォーカスレンズ位置を制御して焦点調節を行う方式（以下、ＴＶＡＦ方式）が主流である。

ＴＶＡＦ方式のＴＶＡＦ評価値としては、一般にある帯域のバンドパスフィルタ−により抽出された映像信号の高周波成分のレベルを用いて生成している。これは、通常の被写体像を撮影した場合、図２に示すように焦点が合ってくるにしたがってＴＶＡＦ評価値は大きくなり、そのレベルが最大になる点が合焦位置となるからである。

ＴＶＡＦ方式のレンズ制御として、図３に示すようにフォーカスレンズを微小に至近／無限に駆動した時のＴＶＡＦ評価値の変化から合焦方向を検出する動作（以後、ウォブリング動作）が知られている。ＴＶＡＦ評価値は映像信号から生成されるため、ウォブリング動作は撮像素子の垂直同期信号に同期させることが必要になる。

特許文献１には、カメラユニットでＴＶＡＦ評価値を生成し、レンズユニットに通信で受け渡して、レンズユニットがＴＶＡＦ制御を行う交換レンズ式カメラシステムについて開示されている。この特許文献１において、撮像素子の垂直同期信号に同期して、カメラユニットと、レンズユニットで固定長のパケットシリアル通信を行うように構成された交換レンズ式カメラシステムが提案されている。

特開平１１―１２５８６０号公報

一方、カメラユニットでＴＶＡＦ制御を行う場合、カメラユニット内でＴＶＡＦ評価値に基づいてフォーカスレンズの制御命令を生成し、該制御命令をレンズユニットに送信する。この場合、特許文献１のように垂直同期信号に同期して１回の固定長のパケットシリアル通信を行うようにすると、図４に示すようになる。図４では、従来の１垂直同期間に１回の固定長パケットシリアル通信で、レンズユニットからカメラユニットにレンズ位置に関する情報を、カメラユニットからレンズユニットにレンズの制御命令を通信する。したがって、カメラユニットは垂直同期期間にレンズユニットから取得したレンズ位置情報に基づいてＡＦ制御を行い、次の垂直同期期間における通信でレンズ制御命令を出すことになる。そのため、レンズユニットから取得したレンズ位置情報に基づいて速やかにレンズ制御命令を出すことができず、制御周期に遅れ（ＡＦの応答遅れ）が生じてしまうという課題がある。さらに、レンズユニットが備える絞りの制御もカメラユニットからの指示に基づいて行う場合、絞り制御命令を生成するためのＡＥ制御の負荷により、ＡＦの応答性が悪くなる可能性がある。

上記課題に鑑みて、本発明は、ＴＶＡＦ制御を撮像装置側で行う場合でも、応答性の良いＡＦが可能な撮像装置、レンズユニットおよびそれらの制御方法を提供することを目的とする。

本発明の一側面としての撮像装置は、絞り及びフォーカスレンズを含む撮像光学系を備えたレンズユニットを着脱可能な撮像装置であって、垂直同期信号に同期して電荷蓄積を行い、撮像信号を生成する撮像手段と、装着されたレンズユニット内の前記絞り及び前記フォーカスレンズの制御情報をそれぞれ生成するとともに、当該レンズユニットと通信を行う制御手段と、を有し、前記制御手段は、垂直同期信号に同期して前記レンズユニットと通信可能であって、垂直同期信号に同期して第１通信を行い、その後、第２通信を、次の垂直同期信号に同期する第１通信の前に行い、前記第１通信と前記第２通信は、固定長で所定の情報を通信するパケット通信であって、前記制御手段は、前記第１通信において、前記レンズユニットから前記絞り及び前記フォーカスレンズについての情報を含む第１の情報を受信し、前記第１通信で受信した当該第１の情報を用いて生成した前記フォーカスレンズの制御情報を、続く前記第２通信で前記レンズユニットに送信し、前記第１通信で受信した当該第１の情報を用いて生成した前記絞りの制御情報を、次の前記第１通信で前記レンズユニットに送信することを特徴とする。

本発明の他の側面としてのレンズユニットは、垂直同期信号に同期して電荷蓄積を行い撮像信号を生成する撮像手段を備えた撮像装置に装着可能なレンズユニットであって、絞り及びフォーカスレンズを含む撮像光学系と、装着された撮像装置と通信し、当該撮像装置から受信した情報に基づいて、前記絞り及び前記フォーカスレンズの駆動を制御するレンズ制御手段と、を有し、前記レンズ制御手段は、前記撮像装置から通知される垂直同期信号に同期して前記撮像装置と通信可能であって、垂直同期信号に同期して第１通信を行い、その後、第２通信を、次の垂直同期信号に同期する第１通信の前に行い、前記第１通信と前記第２通信は、固定長で所定の情報を通信するパケット通信であって、前記レンズ制御手段は、前記第１通信において、前記絞り及び前記フォーカスレンズについての情報を含む第１の情報を前記撮像装置に送信し、前記第１通信で送信した当該第１の情報を用いて生成された前記フォーカスレンズの制御情報を、続く前記第２通信で前記撮像装置から受信し、前記第１通信で送信した当該第１の情報を用いて生成された前記絞りの制御情報を、次の前記第１通信で前記撮像装置から受信することを特徴とする。

本発明の他の側面としての撮像装置の制御方法は、絞り及びフォーカスレンズを含む撮像光学系を備えたレンズユニットを着脱可能な撮像装置の制御方法であって、垂直同期信号に同期して電荷蓄積を行い、撮像信号を生成するステップと、装着されたレンズユニット内の前記絞り及び前記フォーカスレンズの制御情報をそれぞれ生成するステップと、前記レンズユニットと通信を行うステップと、を有し、垂直同期信号に同期して前記レンズユニットと通信可能であって、垂直同期信号に同期して第１通信を行い、その後、第２通信を、次の垂直同期信号に同期する第１通信の前に行い、前記第１通信と前記第２通信は、固定長で所定の情報を通信するパケット通信であって、前記第１通信において、前記レンズユニットから前記絞り及び前記フォーカスレンズについての情報を含む第１の情報を受信し、前記第１通信で受信した当該第１の情報を用いて生成した前記フォーカスレンズの制御情報を、続く前記第２通信で前記レンズユニットに送信し、前記第１通信で受信した当該第１の情報を用いて生成した前記絞りの制御情報を、次の前記第１通信で前記レンズユニットに送信することを特徴とする。
本発明の他の側面としてのレンズユニットの制御方法は、垂直同期信号に同期して電荷蓄積を行い撮像信号を生成する撮像手段を備えた撮像装置に装着可能で、絞り及びフォーカスレンズを含む撮像光学系を有するレンズユニットの制御方法であって、装着された撮像装置と通信するステップと、前記撮像装置から受信した情報に基づいて、前記絞り及び前記フォーカスレンズの駆動を制御するステップと、を有し、前記撮像装置から通知される垂直同期信号に同期して前記撮像装置と通信可能であって、垂直同期信号に同期して第１通信を行い、その後、第２通信を、次の垂直同期信号に同期する第１通信の前に行い、前記第１通信と前記第２通信は、固定長で所定の情報を通信するパケット通信であって、前記第１通信において、前記絞り及び前記フォーカスレンズについての情報を含む第１の情報を前記撮像装置に送信し、前記第１通信で送信した当該第１の情報を用いて生成された前記フォーカスレンズの制御情報を、続く前記第２通信で前記撮像装置から受信し、前記第１通信で送信した当該第１の情報を用いて生成された前記絞りの制御情報を、次の前記第１通信で前記撮像装置から受信することを特徴とする。

本発明によれば、ＴＶＡＦ制御を撮像装置側で行う場合でも、応答性の良いＡＦが可能な撮像装置、レンズユニットおよびそれらの制御方法を提供することができる。

本発明の実施形態であるレンズユニット及びカメラユニットの構成を説明する図である。 ＴＶＡＦ評価値とフォーカスレンズ位置の関係を説明する図である。 ＴＶＡＦのウォブリングを説明する図である。 従来のレンズユニットとカメラユニットの通信での制御遅れを説明する図である。 本発明の実施形態のＴＶＡＦのフローチャートである。 本発明の実施形態の微小駆動のフローチャートである。 本発明の実施形態の微小駆動を説明する図である。 本発明の実施形態のＣＭＯＳセンサの蓄積タイミングを説明する図である。 本発明の実施形態のカメラマイコンとレンズマイコンの処理のタイミングチャートである。 本発明の実施形態のシリアル通信を説明する図である。 本発明の実施形態の通信データ内容である。 一般的なコマンド通信を説明する図である。 本発明の実施形態の山登り駆動のフローチャートである。 本発明の実施形態の山登り駆動を説明する図である。

以下、図面を参照し、本発明の実施例について説明する。図１は、本発明の実施例のカメラシステムの構成を示す図である。

同図において、アクセサリとしてのレンズユニット１１７（以下、単にレンズとも言う）は、カメラユニット１１８（以下、単にカメラ、ビデオカメラ、撮像装置とも言う）に対して着脱可能に構成される。カメラユニット１１８はレンズユニット１１７を装着可能である。レンズユニット１１７とカメラユニット１１８は、いわゆる交換レンズシステムを構成している。

図１において、レンズユニット１１７は、その内部に撮影光学系１０１〜１０５を有している。本実施例において、第１のレンズ群１０１および第３のレンズ群１０４は固定されている。第２のレンズ群１０２は、変倍用のレンズ群（以下、変倍レンズと称す）である。また絞り１０３は、撮像素子１０６に入射する光量を調節する。また第４のレンズ群１０５は、焦点調節機能と変倍による焦点面の移動を補正するコンペ機能とを兼ね備えたレンズ群（以下フォーカスレンズと称す）である。なお、レンズユニット１１７が有する上記の撮影光学系の構成は一例であり、これに限定されない。被写体からの光は、該撮影光学系１０１〜１０５を通って、カメラユニット１１８内のＣＭＯＳセンサ等の撮像素子１０６へと結像される。

カメラユニット１１８内の撮像素子１０６は、ＣＭＯＳセンサなどにより構成される光電変換素子である。撮像素子１０６は、被写体像を光電変換して撮像信号を生成し、該撮像信号は増幅器１０７で最適なレベルに増幅された後、カメラ信号処理回路１０８へと入力される。

カメラ信号処理回路１０８は、増幅器１０７からの出力信号に対して各種の画像処理を施し、映像信号を生成する。また、カメラ信号処理回路１０８は、映像信号の輝度信号の積分値をＡＥ評価値として生成する。ＡＥ評価値は、後述のカメラマイコン１１６に出力される。モニタ１０９はＬＣＤ等により構成され、カメラ信号処理回路１０８からの映像信号を表示する。記録部１１０は、カメラ信号処理回路１０８からの映像信号を半導体メモリ等の記録媒体に記録する。

ＴＶＡＦゲート１１３は、増幅器１０７からの全画素の出力信号のうち、焦点検出に用いられる領域の信号のみを通す。ＴＶＡＦ信号処理回路１１４は、ＴＶＡＦゲート１１３を通過した信号から高周波成分を抽出してＴＶＡＦ評価値を生成する。ＴＶＡＦ評価値は、カメラマイコン１１６に出力される。ＴＶＡＦ評価値は、撮像素子１０６からの出力信号に基づいて生成される映像の鮮鋭度（コントラスト状態）を表すものであるが、鮮鋭度は撮像光学系の焦点状態によって変化するので、結果的に図２のように撮像光学系の焦点状態を表す信号となる。

制御手段としてのカメラマイコン１１６は、ビデオカメラ全体の動作の制御を司るとともに、撮像画面に対して所定の割合でＴＶＡＦ枠を設定するようにＴＶＡＦゲート１１３を制御する。また、ＴＶＡＦ信号処理回路１１４から取得したＴＶＡＦ評価値に基づいてＴＶＡＦ制御を行い、所望のフォーカスレンズ駆動命令をレンズマイコン１１５に送信する。また、カメラ信号処理回路１０８から取得したＡＥ評価値に基づいてＡＥ制御を行い、所望の絞り駆動命令をレンズマイコン１１５に送信する。このように、カメラマイコン１１６とレンズマイコン１１５は互いに通信可能に構成される。

レンズユニット１１７内のズーム駆動源（ズーム駆動手段）１１１は、変倍レンズ１０２を駆動させるための駆動源である。フォーカス駆動源（フォーカス駆動手段）１１２は、第１の光学部材としてのフォーカスレンズ１０５を駆動させるための駆動源（第１の駆動手段）である。ズーム駆動源１１１及びフォーカス駆動源１１２は、ステッピングモータ、ＤＣモータ、振動型モータ及びボイスコイルモータ等のアクチュエータにより構成される。また、レンズユニット１１７内の絞り駆動源（絞り駆動手段）１１９は、第２の光学部材としての絞り１０３を駆動させるための駆動源（第２の駆動手段）である。

制御手段としてのレンズマイコン１１５は、カメラマイコン１１６からフォーカスレンズ１０５の駆動命令を受け取り、この命令に基づいてフォーカス駆動源１１２で、フォーカスレンズ１０５を光軸方向に駆動させて焦点合わせを行う。また、カメラマイコン１１６から絞り１０３の駆動命令を受け取り、この命令に基づいて絞り駆動源１１９で、絞り１０３を駆動させて撮像光学系を通過する光の量を調整する。

また、カメラマイコン１１６とレンズマイコン１１５との間でデータの通信を行う。撮像素子１０６は、信号生成回路１２０から出力される垂直同期信号の周期である垂直同期期間の所定期間において電荷蓄積を行う。カメラマイコン１１６は、垂直同期信号をレンズマイコン１１５に通知し、後述するように、カメラマイコン１１６とレンズマイコン１１５はこの垂直同期信号のタイミングに基づいて通信を行う。

次に、カメラユニット１１８内のカメラマイコン１１６で行われるＴＶＡＦ制御について、図５以降の図を用いて説明する。このＴＶＡＦ制御は、カメラマイコン１１６内に格納されたコンピュータプログラムに従って実行される。

Ｓｔｅｐ５０１は処理の開始を示している。Ｓｔｅｐ５０２で微小駆動動作を行い、合焦か、合焦でないならどちらの方向に合焦点があるかを判別する。細かい動作の説明は図６で説明する。

Ｓｔｅｐ５０３においては、Ｓｔｅｐ５０２で合焦判定できたかどうか判別し、合焦判別できた場合はＳｔｅｐ５０８へ進み合焦停止・再起動判定処理を行い、合焦判定できていない場合はＳｔｅｐ５０４へ進む。

Ｓｔｅｐ５０４においては、Ｓｔｅｐ５０２で方向判別できたかどうか判別し、方向判別できた場合はＳｔｅｐ５０５へ進み山登り駆動する。Ｓｔｅｐ５０４で方向判定できていない時は、Ｓｔｅｐ５０２に戻る。

Ｓｔｅｐ５０５においては、Ｓｔｅｐ５０２で判別した方向に、所定の速度でフォーカスレンズ１０５を山登り駆動し、ＴＶＡＦ評価値とレンズから取得したフォーカスレンズ位置の関係づけで、ＴＶＡＦ評価値がピークとなるフォーカスレンズ位置を探す。細かい動作の説明は図１３で説明する。

Ｓｔｅｐ５０６では、山登り駆動動作中のＴＶＡＦ評価値がピークのフォーカスレンズ位置にフォーカスレンズ１０５を戻すようにレンズに通信する。

Ｓｔｅｐ５０７においては、レンズと通信してフォーカスレンズ位置を取得して、ＴＶＡＦ評価値がピークのフォーカスレンズ位置に戻ったかどうか判別する。ピークのフォーカスレンズ位置に戻っている場合はＳｔｅｐ５０２へ戻り再び微小駆動動作をおこない、ピークのフォーカスレンズ位置に戻っていない場合はＳｔｅｐ５０６へ戻りピークのフォーカスレンズ位置に戻す動作を継続する。

次に、Ｓｔｅｐ５０８からの合焦停止・再起動判定処理について説明する。

Ｓｔｅｐ５０８ではＴＶＡＦ評価値を取得する。

Ｓｔｅｐ５０９では合焦判定されたフォーカスレンズ位置へフォーカスレンズ１０５を移動するようにレンズに通信する。

Ｓｔｅｐ５１０ではレンズと通信してフォーカスレンズ位置を取得して合焦フォーカスレンズ位置へ移動したかどうかを判別し、移動していればＳｔｅｐ５１１へ進み、移動していなければＳｔｅｐ５０８へ戻る。

Ｓｔｅｐ５１１では合焦フォーカスレンズ位置（合焦点）におけるＴＶＡＦ評価値を保持する。

Ｓｔｅｐ５１２では新たなＴＶＡＦ評価値を取得する。

Ｓｔｅｐ５１３では、Ｓｔｅｐ５１１で保持したＴＶＡＦ評価値とＳｔｅｐ５１２で取得した最新のＴＶＡＦ評価値とを比較しＴＶＡＦ評価値の変動が大きいか判定する。ＴＶＡＦ評価値が大きく変動していれば被写体が変わったものとして、Ｓｔｅｐ５０２へ進み微小駆動動作を再開し、ＴＶＡＦ評価値が変動していなければＳｔｅｐ５１２へ戻る。

次に、微小駆動動作について図６で説明する。

Ｓｔｅｐ６０１は、処理の開始を示している。

Ｓｔｅｐ６０２では、通信タイミングを合わせるため、垂直同期タイミングを待つ。

Ｓｔｅｐ６０３では、レンズマイコン１１５とフォーカスレンズ位置を含む固定長パケット通信を行う。

Ｓｔｅｐ６０４では、駆動周期、駆動ディレイ時間を求める。本実施例では駆動周期２Ｖ、駆動ディレイ時間１／２Ｖとなる。

Ｓｔｅｐ６０５では、現在のＭｏｄｅが０か判別し、０であればＳｔｅｐ６０６へ進み後述の至近側のフォーカスレンズ位置における処理を行い、そうでなければＳｔｅｐ６１１へ進む。
＜至近側のフォーカスレンズ位置における処理＞
Ｓｔｅｐ６０６でＴＶＡＦ評価値を無限側（無限側にフォーカスレンズがいる時に蓄積したセンサ出力に基づく）ＴＶＡＦ評価値として保存する。

Ｓｔｅｐ６０７では、Ｍｏｄｅを加算（４以上になった場合は０に戻す）して、Ｓｔｅｐ６０８へ進む。
＜共通の処理＞
Ｓｔｅｐ６０８においては、所定回数連続して合焦方向と判断される方向が同一であればＳｔｅｐ６２７へ進み、そうでなければＳｔｅｐ６０９へ進む。

Ｓｔｅｐ６０９においては、所定回数フォーカスレンズが同一エリアで往復を繰り返していればＳｔｅｐ６２８へ進み、所定回数フォーカスレンズが同一エリアで往復を繰り返していなければＳｔｅｐ６１０へ進む。

Ｓｔｅｐ６１０では、レンズマイコン１１５と駆動命令を含む固定長パケット通信を行い、Ｓｔｅｐ６０２へ戻る。

Ｓｔｅｐ６２７では方向判別できたとして、Ｓｔｅｐ６３０へ進み処理を終了し山登り駆動へ移行する。

Ｓｔｅｐ６２８においては、これまでの所定期間のフォーカスレンズ位置の平均位置を合焦点として演算する。Ｓｔｅｐ６２９では合焦判定できたとして、Ｓｔｅｐ６３０へ進み処理を終了し合焦停止・再起動判定へ移行する。

Ｓｔｅｐ６１１では、現在のＭｏｄｅが１か判別し、１であればＳｔｅｐ６１２へ進み後述のフォーカスレンズ１０５を無限方向に駆動する処理を行い、そうでなければＳｔｅｐ６１８へ進む。
＜フォーカスレンズを無限に駆動する処理＞
Ｓｔｅｐ６１２では、振動振幅、中心移動振幅が演算される。ここでは詳しく述べないが焦点深度を基準に、深度が浅い時は振幅を小さく、深度が深いときは振幅を大きくするのが一般的である。

Ｓｔｅｐ６１３では、前述のＭｏｄｅ＝０における無限側ＴＶＡＦ評価値と後述のＭｏｄｅ＝２における至近側ＴＶＡＦ評価値を比較する。無限側ＴＶＡＦ評価値が至近側ＴＶＡＦ評価値よりも大きければＳｔｅｐ６１４へ進み、無限側ＴＶＡＦ評価値が至近側ＴＶＡＦ評価値よりも小さければＳｔｅｐ６１５へ進む。

Ｓｔｅｐ６１４では、駆動振幅を、
駆動振幅 ＝ 振動振幅 ＋ 中心移動振幅
とする。

Ｓｔｅｐ６１５では、駆動振幅を、
駆動振幅 ＝ 振動振幅
とする。

Ｓｔｅｐ６１６では無限方向へＳｔｅｐ６１４あるいはＳｔｅｐ６１５で決められた振幅で駆動することを決定する。

Ｓｔｅｐ６１７では、Ｍｏｄｅを加算（４以上になった場合は０に戻す）して、Ｓｔｅｐ６０８へ進む。Ｓｔｅｐ６０８以降は前述の通りである。

Ｓｔｅｐ６１８では、現在のＭｏｄｅが２か判別し、２であればＳｔｅｐ６１９へ進み後述の無限側のフォーカスレンズ位置における処理を行い、そうでなければＳｔｅｐ６２１へ進む。
＜無限側のフォーカスレンズ位置における処理＞
Ｓｔｅｐ６１９でＴＶＡＦ評価値を至近側（至近側にフォーカスレンズがいる時に蓄積したセンサ出力に基づく）ＴＶＡＦ評価値として保存する。

Ｓｔｅｐ６２０でＭｏｄｅを加算（４以上になった場合は０に戻す）して、Ｓｔｅｐ６０８へ進む。Ｓｔｅｐ６０８以降は前述の通りである。
＜フォーカスレンズを至近に駆動する処理＞
Ｓｔｅｐ６２１では、振動振幅、中心移動振幅が演算される。ここでは詳しく述べないが焦点深度を基準に、深度が浅い時は振幅を小さく、深度が深いときは振幅を大きくするのが一般的である。

Ｓｔｅｐ６２２では、前述のＭｏｄｅ＝０における無限側ＴＶＡＦ評価値と前述のＭｏｄｅ＝２における至近側ＴＶＡＦ評価値を比較し、至近側ＴＶＡＦ評価値が無限側ＴＶＡＦ評価値よりも大きければＳｔｅｐ６２３へ進む。また、至近側ＴＶＡＦ評価値が無限側ＴＶＡＦ評価値よりも小さければＳｔｅｐ６２４へ進む。

Ｓｔｅｐ６２３では、駆動振幅を、
駆動振幅 ＝ 振動振幅 ＋ 中心移動振幅
とする。

Ｓｔｅｐ６２４では、駆動振幅を、
駆動振幅 ＝ 振動振幅
とする。

Ｓｔｅｐ６２５では至近方向へＳｔｅｐ６２３あるいはＳｔｅｐ６２４で決められた振幅で駆動することを決定する。

Ｓｔｅｐ６２６では、Ｍｏｄｅを加算（４以上になった場合は０に戻す）して、Ｓｔｅｐ６０８へ進む。Ｓｔｅｐ６０８以降は前述の通りである。

上記フォーカスレンズ動作の時間経過を示したのが図７である。ここで横軸は時間で、最上部にある下に凸の周期は映像信号の垂直同期信号、その下のひし形はＣＭＯＳセンサの蓄積時間、その下のＥＶｘはそのタイミングで得られるＴＶＡＦ評価値、一番下はフォーカスレンズ位置である。ここでＣＭＯＳセンサの駆動について図８で説明する。図８の左は撮像面と走査ラインを示している。図８の右は、各走査ラインごとの蓄積時間、転送時間を示している。ＣＭＯＳセンサは、ローリングシャッターと言って各走査ラインごとにシャッタを切る方式であるため、画面の上部と下部で、図のように蓄積時間、転送時間が異なる。この蓄積時間を表したのが図７のひし形である。

図６にあるようにフォーカスレンズ１０５を至近、無限と動かしながらＴＶＡＦ評価値を監視し合焦方向にフォーカスレンズ１０５を駆動させる。しかしながら、フォーカスレンズ１０５が至近／無限側に位置している間にＣＭＯＳセンサに蓄積された映像信号からＴＶＡＦ評価値を得る必要がある。そこでフォーカスレンズ１０５を駆動するタイミングをＣＭＯＳセンサの蓄積時間に合わせないとならない。ＣＭＯＳセンサの蓄積時間の全ての時間において至近／無限側に位置している訳ではないが、ＴＶＡＦ枠は、撮像画面に対して小さく設定されるのでＴＶＡＦ枠内の走査ラインの蓄積には十分である。ここで蓄積時間３の間にＣＭＯＳセンサに蓄積された電荷に対するＴＶＡＦ評価値ＥＶ３が時刻Ｔ３でレンズマイコン１１５に通信され、蓄積時間５の間にＣＭＯＳセンサに蓄積された電荷に対するＴＶＡＦ評価値ＥＶ５が時刻Ｔ５で取り込まれる。時刻Ｔ６では、ＴＶＡＦ評価値ＥＶ３、ＥＶ５を比較し、ＥＶ５＞ＥＶ３であれば振動中心を移動し、一方ＥＶ３＞ＥＶ５であれば振動中心を移動しない。このようにして、合焦方向の判別と合焦の判定を行っている。

次に、図９について説明する。横軸は時間で、１垂直同期期間内のカメラマイコン１１６の処理と、レンズマイコン１１５の処理を示したものである。まず、垂直同期信号の出力直後に第一の固定長シリアルパケット通信（第１通信）を行い、カメラマイコン１１６は、レンズマイコン１１５からレンズユニット内の情報（例えば、フォーカスレンズ位置、絞り位置を含むデータ）を受信する。また、カメラマイコン１１６は、ＡＥ制御に関するデータとして、この第１通信でレンズマイコン１１５から絞り位置データを受信するとともに、絞りの制御データ（駆動命令）などを送信する。なお、図示していないが、レンズマイコン１１５では、この第１通信で得た絞りの制御データに基づいて、第１通信後から次の第１通信までの間（１垂直同期期間内）に絞り駆動制御を行う。この第１通信や後述の第２通信は図１０のように双方向のシリアル通信で行う。クロックは撮像素子の垂直同期を持っているカメラマイコン１１６が出力し、レンズマイコン１１５はカメラからの第１通信の始めのクロックで内部の処理を開始することで垂直同期に合わせて処理を実行する。なお、本実施例では垂直同期信号の出力直後に第１通信を行うようにしたが、これに限らず、垂直同期信号の出力に同期して第１通信を開始すればよい。例えば、垂直同期信号の出力から所定時間後に第１通信を開始するようにしてもよい。

次に、第１通信を行った後で、カメラマイコン１１６はＴＶＡＦ評価値（及びＡＥ評価値）を取得し、ＴＶＡＦ制御を行い、次のフォーカスレンズ駆動命令（制御情報）を生成する。そして、ＴＶＡＦ制御が終わり次第、第二の固定長シリアルパケット通信（第２通信）で、カメラマイコン１１６は、レンズマイコン１１５に上記のフォーカスレンズ駆動命令を含むデータを送信する。エラーなどで所定時間内にＡＦ制御が終わらない場合は、所定時間経過後に第２通信を行う。この場合、前回の送信データを保持する。レンズマイコン１１５は、フォーカスレンズ駆動命令を受け取った後で、図６に示したフォーカス駆動目標位置を演算する。次に駆動ディレイ時間に基づいて待ったあと、レンズ駆動処理（フォーカスレンズ駆動制御）を行い実際にレンズを駆動する。

カメラマイコン１１６は第２通信を行った後で、ＡＥ制御を行い、次の絞り駆動命令（制御情報）を生成する。ここで、カメラマイコン１１６は、第２通信を行った後でＡＥ制御を行うため、ＡＥ制御はＡＦ制御に比べフィードバックが遅れることになる。これは、ＡＦ制御の応答性をＡＥ制御の応答性より優先しているためである。特にライブビュー画像を表示した状態での撮影や動画撮影において、画面上で明るさが急に変化して見えるのを防ぐため、カメラマイコン１１６は、絞り１０３をゆっくり動かすよう制御する。その一方で、ＡＦ制御は速やかに行うことが望ましい。もしＡＥ制御をＡＦ制御と同じタイミング（第１通信の後）で行うと、その分第２通信でフォーカス駆動命令を送るのが遅れてしまう。そこで、本実施例では、ＡＦ制御の応答性を優先するために第１通信の後でＡＦ制御を行い、画面上で明るさが急に変化して見えないようゆっくり制御するＡＥ制御は第２通信後に行う。

カメラマイコン１１６とレンズマイコン１１５間の通信内容を示したのが、図１１である。ここでは、本発明で使われているデータのみを示す。
第１通信では、
レンズマイコン→カメラマイコン
絞り位置
フォーカスレンズ位置
カメラマイコン→レンズマイコン
絞り目標位置
絞り駆動スピード
第２通信では、
カメラマイコン→レンズマイコン
フォーカス目標位置
フォーカス駆動速度
ディレイ時間
を含むデータが通信される。これ以外に通信の内容を示すヘッダデータ、通信が確実に行われたか確認するためのチェックサムデータも通信される。なお、第１通信で通信するコマンド数ｍは、第２通信で通信するコマンド数より多くなっている。

ＡＥ制御については、第１通信でレンズマイコン１１５からカメラマイコン１１６へ絞り位置を送信し、この絞り位置に基づいて、第２通信の後でカメラマイコン１１６はＡＥ制御を行う。そして、カメラマイコン１１６は、次の垂直同期期間の第１通信で、絞り目標位置と絞り駆動スピードを含む絞り駆動情報をレンズマイコン１１５に送信する。

一方、ＡＦ制御については、第１通信でレンズマイコン１１５からカメラマイコン１１６へフォーカスレンズ位置を送信し、このフォーカスレンズ位置に基づいて、第１通信後にカメラマイコン１１６はＡＦ制御を行う。そして、ＡＦ制御が終了したら第２通信を行い、カメラマイコン１１６は、フォーカス目標位置、フォーカス駆動速度、ディレイ時間を含むフォーカスレンズ駆動情報をレンズマイコン１１５に送信する。なお、垂直同期信号の出力から所定時間内にＡＦ処理が終わらない場合でも、当該所定時間が経過したら第２通信を行う。この場合の第２通信では、前回の第２通信でカメラマイコン１１６からレンズマイコン１１５へ送信したデータが保持される（すなわち、カメラマイコン１１６は前回の第２の通信と対応する情報をレンズマイコン１１５に送信する）。

このように垂直同期とタイミングを合わせてフォーカスレンズ１０５を駆動するため、図９のように垂直同期で固定長の通信を行い、レンズユニット１１７もその周期に同期して一定のディレイをつけてフォーカスレンズ１０５の駆動を管理するようにしている。このように通信のタイミングが重視されるシステムにおいては、通信時のディレイを無くすことが望ましい。そのため、所定のタイミングで通信する内容を決めておき、実動作においては予め通信する内容を所定のタイミングまでに用意することで通信時のディレイを無くすことができる。

これに対してライブビューを行わずに静止画撮影する際などに使われるコマンド通信は、いつどの内容を通信するかは決まっていない。このコマンド通信では、図１２のように、カメラマイコン１１６からの通信で、コマンドとして、レンズマイコン１１５にデータの要求や光学部材の制御指示を行う。レンズマイコン１１５では、そのコマンドを受け取った後で、コマンドを解析してから動作を開始したり、カメラに返すデータを用意するようになっている。これでは、レンズマイコン１１５は、コマンドを解析することによって初めて、カメラからの指示が分かるので、遅れが生じたりする。なお、コマンド通信の場合には、周期性を伴わない通信において、比較的に有利な場面がある。すなわち、周期に依らず、任意のタイミングにおいて、コマンドをカメラマイコン１１６からレンズマイコン１１５へ送信できる点である。

本実施例のカメラシステムにおいては、垂直同期信号と同期させて固定長で通信する通信方式とコマンド通信方式とを切り替えることが可能になっている。

次に、山登り駆動動作について図１３を用いて説明する。

Ｓｔｅｐ１３０１は処理の開始を示している。

Ｓｔｅｐ１３０２では、通信タイミングを合わせるため、垂直同期タイミングを待つ。

Ｓｔｅｐ１３０３ではレンズマイコン１１５と通信しフォーカスレンズ位置を取得する。

Ｓｔｅｐ１３０４では山登り駆動スピードを求める。ここでは詳しく述べないが、焦点深度を基準に、深度が浅い時は小さく、深度が深いときは大きくするのが一般的である。これによりボケの変化量が略一定となり、見た目の違和感が無くなる。

Ｓｔｅｐ１３０５においては、ＴＶＡＦ評価値が前回のＴＶＡＦ評価値より所定量小さいどうか判別して、小さくなければＳｔｅｐ１３０６へ進み、小さければＳｔｅｐ１３１２へ進む。ここで、所定量とはＴＶＡＦ評価値のＳ／Ｎを考慮して決められる値であり、被写体固定、フォーカスレンズ一定でのＴＶＡＦ評価値の変動幅以上の値とする。そうしないと、ＴＶＡＦ評価値の変動の影響を受け正しい方向に山登り駆動できない。

Ｓｔｅｐ１３０６ではフォーカスレンズ１０５が無限端に達しているかどうか判定する。無限端とは設計上決められたフォーカスレンズストロークの最も無限寄りの位置である。無限端に達していればＳｔｅｐ１３０７へ進む。達していなければＳｔｅｐ１３０８へ進む。

Ｓｔｅｐ１３０８ではフォーカスレンズ１０５が至近端に達しているかどうか判定する。至近端とは設計上決められたフォーカスレンズストロークの最も至近寄りの位置である。至近端に達していればＳｔｅｐ１３０９へ進む。達していなければＳｔｅｐ１３１０へ進む。

Ｓｔｅｐ１３０７、１３０９ではそれぞれ反転した端を記憶するフラグをセットしてＳｔｅｐ１３１４へ進み、フォーカスレンズ１０５を逆方向に反転して山登り駆動を続ける。

Ｓｔｅｐ１３１０では前回の順方向にＳｔｅｐ１３０４で決定した速度でフォーカスレンズ１０５を山登り駆動を決定する。Ｓｔｅｐ１３１１では、Ｓｔｅｐ１３１０、Ｓｔｅｐ１３１４で決定した通信データをレンズマイコン１１５に通信する。その後、Ｓｔｅｐ１３０２へ戻り処理を続ける。

Ｓｔｅｐ１３１２においては、ＴＶＡＦ評価値がピークを越えて減っていなければＳｔｅｐ１３１３へ進み、ＴＶＡＦ評価値がピークを越えて減っていればＳｔｅｐ１３１５へ進み山登り駆動を終了し、Ｓｔｅｐ１３１６へ進み処理を終了し微小駆動動作へ移行する。

Ｓｔｅｐ１３１３では、所定回数連続して減少しているか判別し、連続して減少していればＳｔｅｐ１３１４へ進み、連続して減少していなければＳｔｅｐ１３１０へ進む。

Ｓｔｅｐ１３１０では前回の順方向にＳｔｅｐ１３０４で決定した速度でフォーカスレンズ１０５を山登り駆動を決定する。Ｓｔｅｐ１３１１では、Ｓｔｅｐ１３１０で決定した通信データをレンズマイコン１１５に通信する。その後、Ｓｔｅｐ１３０２へ戻り処理を続ける。

Ｓｔｅｐ１３１４では、前回と逆方向にＳｔｅｐ１３０４で決定した速度でフォーカスレンズ１０５を山登り駆動を決定する。Ｓｔｅｐ１３１１では、Ｓｔｅｐ１３１０で決定した通信データをレンズマイコン１１５に通信する。その後、Ｓｔｅｐ１３０２へ戻り処理を続ける。

上記山登り駆動動作時のフォーカスレンズ１０５の動きを示したのが、図１４である。ここで、Ａはピークを越えて減少しているので合焦点があるとして山登り駆動動作を終了し、微小駆動動作に移行する。一方、Ｂはピークが無く減少しているので方向を間違えたものとして反転し、山登り駆動動作を続ける。

以上説明したように、再起動判定 → 微小駆動 → 山登り駆動 → 微小駆動 → 再起動判定を繰り返しながらフォーカスレンズ１０５を移動させＴＶＡＦ評価値を常に最大にするようにカメラマイコン１１６は制御していて、合焦状態を維持する。

本発明によれば、交換レンズシステムにおいて、一定周期（１垂直同期間）に少なくとも２種類の固定長のパケット通信（第１通信及び第２通信）を分けて行っている。換言すれば、垂直同期信号の出力周期である垂直同期期間において、第１通信と第２通信とを分割して行っている。また、第１通信と第２通信との間の時間でカメラはＡＦ制御を行い、該ＡＦ制御直後の第２通信でフォーカスレンズ駆動命令をレンズに送信している。このように、カメラは最新のレンズ位置情報に基づいてＡＦ制御を行い、速やかにレンズ制御命令を出すことが可能となる。これにより、制御周期の遅れを無くし、ＡＦの応答遅れを解消することができる。

なお、本実施例では、アクセサリとして、フォーカスレンズと絞りを備えたレンズユニットについての例を説明したが、これに限るものではない。例えば、他のアクセサリとして、少なくとも２つの光学部材を有し、カメラに着脱可能なストロボ装置であってもよい。

本発明は、ビデオカメラあるいは一眼レフカメラなどの交換レンズシステムに好適に利用できる。

１０３ 絞り
１０５ フォーカスレンズ
１０６ 撮像素子
１１２ フォーカス駆動源
１１５ レンズマイコン
１１６ カメラマイコン
１１７ レンズユニット
１１８ カメラユニット
１１９ 絞り駆動源

Claims (18)

1. 絞り及びフォーカスレンズを含む撮像光学系を備えたレンズユニットを着脱可能な撮像装置であって、
   垂直同期信号に同期して電荷蓄積を行い、撮像信号を生成する撮像手段と、
   装着されたレンズユニット内の前記絞り及び前記フォーカスレンズの制御情報をそれぞれ生成するとともに、当該レンズユニットと通信を行う制御手段と、を有し、
   前記制御手段は、垂直同期信号に同期して前記レンズユニットと通信可能であって、垂直同期信号に同期して第１通信を行い、その後、第２通信を、次の垂直同期信号に同期する第１通信の前に行い、
   前記第１通信と前記第２通信は、固定長で所定の情報を通信するパケット通信であって、
   前記制御手段は、前記第１通信において、前記レンズユニットから前記絞り及び前記フォーカスレンズについての情報を含む第１の情報を受信し、前記第１通信で受信した当該第１の情報を用いて生成した前記フォーカスレンズの制御情報を、続く前記第２通信で前記レンズユニットに送信し、前記第１通信で受信した当該第１の情報を用いて生成した前記絞りの制御情報を、次の前記第１通信で前記レンズユニットに送信することを特徴とする撮像装置。
2. 前記制御手段は、前記第１通信の後で、当該第１通信で前記レンズユニットから受信した前記第１の情報を用いて前記フォーカスレンズの制御情報を生成し、続く前記第２通信で当該フォーカスレンズの制御情報を前記レンズユニットに送信することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記制御手段は、前記第１通信で前記レンズユニットから受信した前記第１の情報を用いて、前記絞りの制御情報より前記フォーカスレンズの制御情報を優先して生成することを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
4. 前記制御手段は、前記第１通信で前記レンズユニットから受信した前記第１の情報を用いて、当該第１通信に続く前記第２通信の後で前記絞りの制御情報を生成することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像装置。
5. 前記第１の情報は、前記絞り及び前記フォーカスレンズの位置についての情報を含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撮像装置。
6. 前記第２通信で前記レンズユニットに送信される前記フォーカスレンズの制御情報は、前記垂直同期信号の出力に同期した所定のタイミングから前記フォーカスレンズの駆動を開始するまでの時間についての情報を含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の撮像装置。
7. 前記制御手段は、前記フォーカスレンズを光軸方向に振動させるウォブリング制御を行う際に、前記第１通信で前記フォーカスレンズの位置についての情報を含む前記第１の情報を前記レンズユニットから受信し、当該第１の情報を用いて生成した前記フォーカスレンズの制御情報を、続く前記第２通信で前記レンズユニットに送信することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の撮像装置。
8. 前記制御手段は、所定時間内に前記フォーカスレンズの制御情報の生成が終わらない場合、前回送信した前記フォーカスレンズの制御情報に基づいて、前記第２通信で前記レンズユニットにデータを送信することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の撮像装置。
9. 前記第１通信で通信する情報のコマンド数は、前記第２通信で通信する情報のコマンド数より多いことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の撮像装置。
10. 垂直同期信号に同期して電荷蓄積を行い撮像信号を生成する撮像手段を備えた撮像装置に装着可能なレンズユニットであって、
    絞り及びフォーカスレンズを含む撮像光学系と、
    装着された撮像装置と通信し、当該撮像装置から受信した情報に基づいて、前記絞り及び前記フォーカスレンズの駆動を制御するレンズ制御手段と、を有し、
    前記レンズ制御手段は、前記撮像装置から通知される垂直同期信号に同期して前記撮像装置と通信可能であって、垂直同期信号に同期して第１通信を行い、その後、第２通信を、次の垂直同期信号に同期する第１通信の前に行い、
    前記第１通信と前記第２通信は、固定長で所定の情報を通信するパケット通信であって、
    前記レンズ制御手段は、前記第１通信において、前記絞り及び前記フォーカスレンズについての情報を含む第１の情報を前記撮像装置に送信し、前記第１通信で送信した当該第１の情報を用いて生成された前記フォーカスレンズの制御情報を、続く前記第２通信で前記撮像装置から受信し、前記第１通信で送信した当該第１の情報を用いて生成された前記絞りの制御情報を、次の前記第１通信で前記撮像装置から受信することを特徴とするレンズユニット。
11. 前記第１の情報は、前記絞り及び前記フォーカスレンズの位置についての情報を含むことを特徴とする請求項１０に記載のレンズユニット。
12. 前記レンズ制御手段は、前記第２通信で前記撮像装置から受信した情報に基づいて、前記フォーカスレンズの駆動を制御することを特徴とする請求項１０又は１１に記載のレンズユニット。
13. 前記レンズ制御手段は、前記第１通信で前記撮像装置から受信した情報に基づいて、前記絞りの駆動を制御することを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載のレンズユニット。
14. 前記第２通信で前記撮像装置から受信する前記フォーカスレンズの制御情報は、前記垂直同期信号の出力に同期した所定のタイミングから前記フォーカスレンズの駆動を開始するまでの時間についての情報を含むことを特徴とする請求項１０乃至１３のいずれか１項に記載のレンズユニット。
15. 前記レンズ制御手段は、前記フォーカスレンズを光軸方向に振動させるウォブリング制御を行う際に、前記第１通信で前記フォーカスレンズの位置についての情報を含む前記第１の情報を前記撮像装置に送信し、当該第１の情報を用いて生成された前記フォーカスレンズの制御情報を、続く前記第２通信で前記撮像装置から受信することを特徴とする請求項１０乃至１４のいずれか１項に記載のレンズユニット。
16. 前記第１通信で通信する情報のコマンド数は、前記第２通信で通信する情報のコマンド数より多いことを特徴とする請求項１０乃至１５のいずれか１項に記載のレンズユニット。
17. 絞り及びフォーカスレンズを含む撮像光学系を備えたレンズユニットを着脱可能な撮像装置の制御方法であって、
    垂直同期信号に同期して電荷蓄積を行い、撮像信号を生成するステップと、
    装着されたレンズユニット内の前記絞り及び前記フォーカスレンズの制御情報をそれぞれ生成するステップと、
    前記レンズユニットと通信を行うステップと、を有し、
    垂直同期信号に同期して前記レンズユニットと通信可能であって、垂直同期信号に同期して第１通信を行い、その後、第２通信を、次の垂直同期信号に同期する第１通信の前に行い、
    前記第１通信と前記第２通信は、固定長で所定の情報を通信するパケット通信であって、
    前記第１通信において、前記レンズユニットから前記絞り及び前記フォーカスレンズについての情報を含む第１の情報を受信し、前記第１通信で受信した当該第１の情報を用いて生成した前記フォーカスレンズの制御情報を、続く前記第２通信で前記レンズユニットに送信し、前記第１通信で受信した当該第１の情報を用いて生成した前記絞りの制御情報を、次の前記第１通信で前記レンズユニットに送信することを特徴とする撮像装置の制御方法。
18. 垂直同期信号に同期して電荷蓄積を行い撮像信号を生成する撮像手段を備えた撮像装置に装着可能で、絞り及びフォーカスレンズを含む撮像光学系を有するレンズユニットの制御方法であって、
    装着された撮像装置と通信するステップと、
    前記撮像装置から受信した情報に基づいて、前記絞り及び前記フォーカスレンズの駆動を制御するステップと、を有し、
    前記撮像装置から通知される垂直同期信号に同期して前記撮像装置と通信可能であって、垂直同期信号に同期して第１通信を行い、その後、第２通信を、次の垂直同期信号に同期する第１通信の前に行い、
    前記第１通信と前記第２通信は、固定長で所定の情報を通信するパケット通信であって、
    前記第１通信において、前記絞り及び前記フォーカスレンズについての情報を含む第１の情報を前記撮像装置に送信し、前記第１通信で送信した当該第１の情報を用いて生成された前記フォーカスレンズの制御情報を、続く前記第２通信で前記撮像装置から受信し、前記第１通信で送信した当該第１の情報を用いて生成された前記絞りの制御情報を、次の前記第１通信で前記撮像装置から受信することを特徴とするレンズユニットの制御方法。