JP5979902B2 - カメラ及びカメラシステム - Google Patents

Description

本発明は、カメラおよびカメラシステムに関する。

特許文献１は、撮影レンズのイメージサイズの情報に基づいて合焦許容幅を設定するカメラシステムを開示している。特許文献１の発明によれば、小さなイメージサイズに対応した交換レンズが取り付けられた場合には合焦許容幅を厳しくすることによってイメージサイズに応じた許容錯乱円径に対応した合焦精度を得ることができる。

特開２００３−４３３３７号公報

特許文献１では、同じイメージサイズを持ったレンズでは同じ合焦許容幅を設定するが、交換レンズのフォーカスレンズの位置決め精度によっても許容錯乱円径が異なり、その結果、合焦許容幅も異なる。従って、特許文献１では、位相差方式を利用して高精度な自動焦点調節が行えない場合がある。

本発明は、位相差方式で高精度な自動焦点調節を行うことが可能なカメラおよびカメラシステムを提供することを例示的な目的とする。

本発明の一側面としてのカメラは、フォーカスレンズを有する交換レンズが着脱可能であり、前記交換レンズと通信可能なカメラであって、一対の被写体像の像信号の位相差に基づいてデフォーカス量を算出する焦点検出手段と、前記デフォーカス量に基づいて、前記フォーカスレンズの位置が合焦範囲内にあるか否かを判定して合焦動作を制御する制御手段を有し、前記制御手段は、前記交換レンズが対応可能な許容錯乱円径に関する情報と開放Ｆ値に関する情報を前記交換レンズとの通信によって取得し、前記許容錯乱円径に関する情報に基づいて前記フォーカスレンズの位置制御を第１の精度で行う第１の交換レンズが装着されたと判断された場合、前記制御手段は、合焦範囲を第１の合焦範囲に設定し、前記許容錯乱円径に関する情報に基づいて前記フォーカスレンズの位置制御を前記第１の精度よりも低い第２の精度で行う第２の交換レンズが装着されたと判断された場合、前記制御手段は、合焦範囲を前記第１の合焦範囲よりも広い第２の合焦範囲に設定することを特徴とする。

本発明によれば、位相差方式で高精度な焦点調節を行うことが可能なカメラおよびカメラシステムを提供することができる。

本実施形態の自動焦点調節動作を示すフローチャートである。 図１の変形例のフローチャートである。 本実施形態のカメラシステムの構成を示すブロック図である。

図３は、本実施形態のカメラシステムの構成を示すブロック図である。カメラシステムは、カメラ本体（撮像装置）１００と、カメラ本体１００に着脱可能に装着される交換レンズ（レンズ装置）２００と、を有する。なお、カメラ本体１００には複数の種類の交換レンズ、例えば、第１のフォーカスレンズを有する第１の交換レンズや、第１のフォーカスレンズよりも位置決め精度が低い第２のフォーカスレンズを有する第２の交換レンズ、が装着可能である。

カメラ本体１００と交換レンズ２００は不図示のマウントによって機械的に結合されると共に、図１に丸印で示す接点を介して電気的に通信可能に接続されている。なお、通信の態様は電気のみに限定されず、光通信など他の手段を利用してもよい。また、後述するように、接点を介してカメラ本体１００から交換レンズ２００に電源が供給される。

本実施形態のカメラ本体１００は、電気回路部１０５、メインミラー１１１、サブミラー１１２、ファインダ光学系１１３、ファインダ１１４を有する一眼レフデジタルカメラ（撮像装置）として構成されている。但し、デジタルビデオカメラやミラーレスカメラなど他の撮像装置であってもよい。

メインミラー１１１とサブミラー１１２は、図１のように光路に挿入されたミラーダウン状態と、光路から退避した不図示のミラーアップ状態との間で移動可能に構成されている。メインミラー１１１は、例えば、ハーフミラーから構成され、ミラーダウン状態では入射光の一部をファインダ光学系１１３に反射して物体をファインダ１１４で観察可能にし、残りの入射光を透過する。メインミラー１１１を透過した入射光は、サブミラー１１２によって反射される。一方、ミラーアップ状態では、入射光は後述する撮像素子１０３に到達する。

電気回路部１０５は、測光部１０１、シャッター１０２、撮像素子１０３、表示手段１０４、通信手段１０７、カメラマイコン１０８、メモリ１０９、電源１１０を有する。

測光部１０１は入射光量を測定する。シャッター１０２は開閉することによって撮像素子１０３を適当な時間露光する。撮像素子１０３は、交換レンズ２００の撮影光学系が形成した光学像を光電変換する光電変換素子であり、ＣＭＯＳセンサやＣＣＤセンサから構成される。表示手段１０４はカメラの各種情報を表示する。

焦点検出部１０６は、サブミラー１１２からの光を受光して撮像面上から、一対の被写体像の像信号のずれ（位相差）からデフォーカス量を算出する位相差方式を利用した焦点検出手段である。本実施形態の位相差方式は、撮影光学系を経た光を利用した内測系であるが、専用のセンサを用いて撮影光学系を経た光を用いた外測系であってもよい。

通信手段１０７は、カメラマイコン１０８と交換レンズ２００のレンズマイコン２１０との通信を両者の間の接点を介して可能にする。通信プロトコルは一般的な３線式のクロック同期式等を用いればよい。カメラマイコン１０８は、通信によって、交換レンズ２００の情報（例えば、識別情報、開放Ｆ値など）を取得すると共に、交換レンズ２００が対応可能な許容錯乱円径δを取得する。δは従来通信されなかった情報である。撮影光学系のδと開放Ｆ値の情報はδの情報と開放Ｆ値の情報の別個の情報であってもよいし、δと開放Ｆ値の積の情報であってもよい（なお、Ｆ値は更に別個に送信される）。また、通信において、カメラマイコン１０８はレンズマイコン２０１に初期化命令、フォーカスユニット２０４やその他の撮影光学系の光学素子の駆動を行う。

カメラマイコン（マイクロコンピュータ）１０８は、カメラ本体１００の内部の各構成要素の動作を制御する制御手段である。カメラマイコン１０８は、焦点検出部１０６からの検出結果であるデフォーカス量が合焦許容幅（合焦範囲）にあるかどうか（即ち、合焦位置であるかどうか）を判断する自動焦点調節手段としても機能する。カメラマイコン１０８は、デフォーカス量が合焦範囲になければフォーカスレンズ２０４を駆動して自動焦点調節（ＡＦ）を行い、デフォーカス量が合焦範囲にあればＡＦを終了する。本実施形態によれば、後述するように、焦点検出部１０６の検出結果を利用して高精度に合焦判定を行うことができる。

カメラマイコン１０８は、合焦許容幅を開放Ｆ値とδ値に基づいて両者の積から±Ｆδ／２として取得（算出）してもよいし、δをメモリ１０９の情報を利用して取得してもよい。

また、カメラマイコン１０８は、所謂コントラスト方式を利用した焦点検出手段、合焦制御手段として機能することもできる。コントラスト方式の焦点検出手段は撮像素子１０３の出力からコントラスト値（ＡＦ評価値）を取得し、合焦制御手段はコントラス値のピーク位置にフォーカス駆動部２０８を制御してフォーカスレンズ２０４を移動させる。この場合、カメラマイコン１０８は、位相差方式の焦点検出結果に基づいてフォーカスレンズ２０４を合焦位置に移動し、次いで、コントラスト方式の焦点検出結果に基づいてフォーカスレンズ２０４を合焦位置に高精度に位置決めする。そして、本実施形態によれば、位相差方式の焦点検出結果に基づいて合焦位置と判断された位置は実際の焦点位置に従来よりも近いので、コントラスト方式によって合焦位置が得られるまでの時間が短縮される。

メモリ１０９はＲＯＭやＲＡＭなどから構成され、カメラマイコン１０８が使用する情報、カメラマイコン１０８が動作するプログラム、カメラマイコン１０８が交換レンズ２００から取得した情報を格納する。

上述したように、カメラマイコン１０８はレンズマイコン２１０からδを取得してもよいが、メモリ１０９に交換レンズ２００の識別情報とδを関連付けたテーブルを予め格納しておいてもよい。この場合、カメラマイコン１０８は、交換レンズ２００の識別情報と開放Ｆ値の情報を通信によって取得し、取得した識別情報とメモリに格納されたテーブルから許容錯乱円径を取得する。そして、カメラマイコン１０８は、取得した許容錯乱円径と開放Ｆ値に基づいて合焦許容幅を設定する。メモリ１０９は、この他、撮影された画像や映像を保存する。

電源１１０は、カメラシステム全体を動作させる。即ち、電源１１０からの電力はカメラ本体１００と交換レンズ２００との間の接点を介してカメラ本体１００から交換レンズ２００に供給される。

交換レンズ２００は、複数の光学レンズユニットにより構成される撮影光学系を有し、撮影光学系は物体（被写体）の光学像を形成する。撮影光学系は、フォーカスレンズ２０４、ズームレンズ２０５、絞り２０６などを有する。また、フォーカスレンズ２０４、ズームレンズ２０５等は実際には複数のレンズから構成されてユニット化されている。

フォーカスレンズ２０４はフォーカス駆動部２０８によって光軸の方向に移動されて焦点調節を行い、フォーカス位置検出用ブラシ２０１によって位置検出がなされる。また、エンコーダ２０７は、フォーカスレンズ２０４の位置をフォーカスブラシ２０１よりも高精度に検出する。エンコーダ２０７の分解能は、撮像素子１０３によって決定されるピントの許容錯乱円径δで決定され、高い合焦精度が要求される交換レンズ２００では分解能が高く構成されている。

ズームレンズ（変倍レンズ）２０５は、光軸方向に移動されて焦点距離を変更し、ズーム位置検出用ブラシ２０２によって位置検出がなされる。絞り２０６は、絞り駆動部２０９によって開閉駆動され、カメラ本体１００の撮像素子１０３に入射する光量を調節する。絞り２０６は、絞り開放検知スイッチ２０３によって開放位置にあるか否かが検出される。

２１３はオートフォーカスとマニュアルフォーカスを切り替えるＡ／Ｍスイッチである。２１２は交換レンズ２００内の電気回路部である。電気回路部２１２は、交換レンズ内の制御を行い、且つフォーカスレンズ２０４の駆動を制御する制御手段であるレンズマイコン２１０、カメラマイコン１０８との間で通信を行うための通信手段２１１を備えている。なお、カメラ本体２との通信に使用されるプロトコルやデータを格納するＲＯＭ、および、ＲＡＭ等の不図示のメモリも設けられている。

図１は、カメラマイコン１０８のＡＦ動作を説明するためのフローチャートである。図１において、「Ｓ」はステップの略であり、図１に示すフローチャートはコンピュータに各ステップの機能を実行させるプログラムとして具現化可能である。これは、後述する図２についても当てはまる。

まず、交換レンズ２００がカメラ本体１００に装着されると、カメラマイコン１０８は通信手段１０７を介して初期通信を行い（Ｓ１）、交換レンズ２００が対応可能な許容錯乱円径δに関する情報を取得する。交換レンズ２００が対応可能な許容錯乱円径δに関する情報は、交換レンズ２００が撮像素子用であるか、フィルム用であるか、具体的に対応可能なδやＦδの値、あるいはメモリ１０９にテーブルがある場合には識別情報などを取得する。なお、カメラマイコン２００は、具体的に対応可能なδの値を得た場合にそれを合焦許容幅の算出に直接使用せずに、一定範囲にあるδに対しては代表値をδとして用いてもよい。

次に、カメラマイコン１０８は、交換レンズ２００がδ＝１０μｍに対応しているかどうか（交換レンズ１がフィルムの使用を前提として設計されたものなのかＣＭＯＳ等の撮像素子の使用を前提として設計されたものなのか）を判定する（Ｓ２）。

なお、交換レンズ２００がδ＝１０μｍに対応している場合とは、一般には、エンコーダ２０７の分解能が高く、フォーカスレンズ２０４を保持および駆動する機構にガタがなく機械的な精度が高く、かつ、レンズマイコン２１０の演算処理能力が高い場合である。

フォーカスレンズ２０４を駆動、保持する機構にガタがあれば、正確な駆動を行ったとしても、フォーカスレンズ２０４の位置はガタ分だけずれてしまうため、この場合は従来のフィルム用のδ値が適している。また、エンコーダ２０７の分解能が高く、メカの保持精度もガタがなく高い場合でも、レンズマイコン２１０の処理能力が低い場合には、正確な位置に止めることが出来なくなってしまうため、フィルム用のδ値が適している。

カメラ本体と交換レンズからなるカメラシステムにおいては、感光部材としてフィルムを用いるカメラ本体と、光電変換素子である撮像素子を用いるカメラ本体に、共通の交換レンズを装着して撮像することが可能となっている。カメラ本体では、グレード、価格、用途に応じて撮像素子の画面サイズや画素サイズを任意に設定することができる。撮像素子の画面サイズが異なると、引き伸ばし倍率の差から要求される合焦精度が変化する。

一方、フィルムの使用を前提に設計された交換レンズでは、フォーカスレンズの位置制御がフィルムでの許容錯乱円径を満足するように設計されており、より小さな許容錯乱円径への対応ができない。そこで、位相差方式の焦点検出で合焦判定に用いる（即ち、デフォーカス量が比較される）合焦許容幅は、フィルムの使用を前提に設計された交換レンズのものがカメラ本体に予め設定されていた。つまり、従来のカメラ本体に設定されていた合焦許容幅は実際に装着された交換レンズには無関係のものであり、撮像素子の使用を前提として設計された交換レンズの場合には、撮像素子の能力を十分に発揮できない場合があった。本実施形態では、この値を実際に装着された交換レンズに応じて変更可能としている。

例えば、Ｓ２の判定では、撮像素子に対応している場合は「１」、非対応の場合は「０」とした１ｂｉｔの情報とする。フィルムの使用を前提として設計された過去の交換レンズにおいては、必ず「０」となっているｂｉｔにこの情報を割り付ければ、新たにｂｉｔ数を増やすことなく情報を追加することができる。

カメラマイコン１０８は、δが１０μｍに対応している場合には（Ｓ２のＹＥＳ）、δ＝１０μｍを使用して合焦許容幅を設定し（Ｓ３）、対応していなければ（Ｓ２のＮＯ）、δ＝３５μｍを使用して合焦許容幅を設定する（Ｓ４）。上述したように、合焦許容幅は±Ｆδ／２で表されるが、更に係数が乗算されたり、補正値が加減されたりしてもよい。

次に、カメラマイコン１０８は、焦点検出部１０８の出力からデフォーカス量を算出し（Ｓ５）、それが上述した合焦許容幅内にあれば（Ｓ６のＹＥＳ）、処理を終了し、合焦許容幅外であれば（Ｓ６のＮＯ）フォーカスレンズ２０４を駆動する（Ｓ７）。なお、デフォーカス量の算出は、焦点検出部１０８の出力（像信号）に対して相関演算等の既知の方法を適用することができる。また、Ｓ７では、Ｓ７の後はＳ５に戻る。

Ｓ７では、カメラマイコン１０８は、フォーカスレンズ１０９の駆動量を算出し、通信手段１０７を介して送信する。レンズマイコン２１０は、この情報を通信手段２１１を介して取得し、フォーカス駆動部２０８に駆動信号を出力する。フォーカスレンズ２０４の駆動開始後に、レンズマイコン２１０は、受信した目標駆動量だけ駆動するように、エンコーダ２０７の出力からフォーカスレンズ２０４の駆動速度、駆動残量を算出し、フィードバック制御を行う。レンズマイコン２１０は、駆動残量が０に近づくにつれて駆動速度を除々に遅くして目標駆動量に達した時点でフォーカスレンズ２０４の駆動を停止する。

本実施形態によれば、フォーカスレンズの位置決め精度に応じて、カメラ本体側が合焦判定に用いる合焦許容幅を変更する。これにより、カメラマイコン１０８は、合焦許容幅として、第１のフォーカスレンズを有する第１の交換レンズ（第１の光学機器）が装着された場合には第１の合焦範囲を使用する。また、カメラマイコン１０８は、合焦許容幅として、第１のフォーカスレンズよりも位置決め精度が低い第２のフォーカスレンズを有する第２の交換レンズ（第２の光学機器）が装着された場合には第１の合焦範囲よりも広い第２の合焦範囲を使用する。フォーカスレンズの位置制御の精度が高い前記交換レンズが装着された場合には、Ｓ６の合焦判定において、より狭い合焦許容幅が使用されてより小さいデフォーカス量のみしか許容されなくなる結果、位相差方式の焦点検出精度が向上する。

図１では、Ｓ２でＹＥＳの場合にδ=１０μｍを適用し、ＮＯの場合に３５μｍを適用しているが、これに限定されず、図２に示すように、３つ以上（図２では３つ）に場合分けしてもよい。図２において、図１と同一の参照符号は同一のステップを表している。図２は、図１のフローチャートの変形例であり、以下、図１との相違点のみを説明する。

Ｓ１の後で、カメラマイコン１０８は、新交換レンズかどうかを判断する（Ｓ８）。「新交換レンズ」とは、交換レンズが対応可能なδが従来の３５μｍよりも小さい交換レンズをいう。カメラマイコン１０８は、レンズマイコン２１０がそのようなδを送信するか、レンズマイコン２１０から送信された識別情報をメモリ１０９のテーブルを参照した結果からＳ８の判断を行う。レンズマイコン２１０がδ値を送信する場合、専用のコマンドを設けて１バイト情報を通信し、単位はμｍとすれば許容錯乱円径δの１〜２５５μｍを表現できることとなり、十分な分解能とレンジを実現することができる。なお、このコマンドは新交換レンズのみが送信できるように構成する。

新交換レンズであれば（Ｓ８のＹＥＳ）、カメラマイコン１０８は、δ≦１０ｕｍの条件を満たしているか否かの判定を行い（Ｓ９）、満たしていれば（Ｓ９のＹＥＳ）、Ｓ３に移行する。一方、カメラマイコン１０８は、δ≦１０ｕｍの条件を満たしていなければ（Ｓ９のＮＯ）、δ≦２０ｕｍの条件を満たしているか否かの判定を行い（Ｓ１０）、満たしていれば（Ｓ９のＹＥＳ）、δ＝２０μｍを使用して合焦許容幅を設定する（Ｓ１１）。δ≦２０ｕｍの条件を満たしていない場合（Ｓ１０のＮＯ）、あるいは新交換レンズではない場合には（Ｓ８のＮＯ）、Ｓ４に移行する。

図２は、図１よりも細かく合焦許容幅の設定することを可能にしている。なお、必要があれば、カメラ本体側の撮影解像度の情報も加味して合焦許容幅の設定を変更するようにしてもよい。例えば、フォーカスレンズ２０４がδ＝１０μｍに対応していても、カメラ側の撮影解像度の設定がδ＝２０μｍで十分な解像度が得られる場合にはδ＝２０μｍを使用して合焦許容幅を設定する。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

本発明は、カメラ本体、およびカメラ本体と交換レンズから構成されるカメラシステムに適用することができる。

１００…カメラ本体、１０８…カメラマイコン（制御手段）、２００…交換レンズ、２０４…フォーカスレンズ

Claims (4)

1. フォーカスレンズを有する交換レンズが着脱可能であり、前記交換レンズと通信可能なカメラであって、
   一対の被写体像の像信号の位相差に基づいてデフォーカス量を算出する焦点検出手段と、
   前記デフォーカス量に基づいて、前記フォーカスレンズの位置が合焦範囲内にあるか否かを判定して合焦動作を制御する制御手段を有し、
   前記制御手段は、前記交換レンズが対応可能な許容錯乱円径に関する情報と開放Ｆ値に関する情報を前記交換レンズとの通信によって取得し、
   前記許容錯乱円径に関する情報に基づいて前記フォーカスレンズの位置制御を第１の精度で行う第１の交換レンズが装着されたと判断された場合、前記制御手段は、合焦範囲を第１の合焦範囲に設定し、
   前記許容錯乱円径に関する情報に基づいて前記フォーカスレンズの位置制御を前記第１の精度よりも低い第２の精度で行う第２の交換レンズが装着されたと判断された場合、前記制御手段は、合焦範囲を前記第１の合焦範囲よりも広い第２の合焦範囲に設定することを特徴とするカメラ。
2. フォーカスレンズを有する交換レンズが着脱可能であり、前記交換レンズと通信可能なカメラであって、
   一対の被写体像の像信号の位相差に基づいてデフォーカス量を算出する焦点検出手段と、
   前記デフォーカス量に基づいて、前記フォーカスレンズの位置が合焦範囲内にあるか否かを判定して合焦動作を制御する制御手段と、
   前記交換レンズの識別情報と前記交換レンズが対応可能な許容錯乱円径に関する情報を関連付けるデータを格納するメモリを有し、
   前記制御手段は、前記識別情報と前記交換レンズの開放Ｆ値に関する情報を前記交換レンズとの通信によって取得し、前記識別情報と前記データから前記許容錯乱円径に関する情報を取得し、
   前記許容錯乱円径に関する情報に基づいて前記フォーカスレンズの位置制御を第１の精度で行う第１の交換レンズが装着されたと判断された場合、前記制御手段は、合焦範囲を第１の合焦範囲に設定し、
   前記許容錯乱円径に関する情報に基づいて前記フォーカスレンズの位置制御を前記第１の精度よりも低い第２の精度で行う第２の交換レンズが装着されたと判断された場合、前記制御手段は、合焦範囲を前記第１の合焦範囲よりも広い第２の合焦範囲に設定することを特徴とするカメラ。
3. フォーカスレンズを有する交換レンズと、該交換レンズが着脱可能であり、前記交換レンズと通信可能なカメラ本体とを含むカメラシステムであって、
   前記カメラ本体は、
   一対の被写体像の像信号の位相差に基づいて算出されたデフォーカス量を算出する焦点検出手段と、
   前記デフォーカス量に基づいて、前記フォーカスレンズの位置が合焦範囲内にあるか否かを判定して合焦動作を制御する制御手段を有し、
   前記制御手段は、前記交換レンズが対応可能な許容錯乱円径に関する情報と開放Ｆ値に関する情報を前記交換レンズとの通信によって取得し、
   前記許容錯乱円径に関する情報に基づいて前記フォーカスレンズの位置制御を第１の精度で行う第１の交換レンズが装着されたと判断された場合、前記制御手段は、合焦範囲を第１の合焦範囲に設定し、
   前記許容錯乱円径に関する情報に基づいて前記フォーカスレンズの位置制御を前記第１の精度よりも低い第２の精度で行う第２の交換レンズが装着されたと判断された場合、前記制御手段は、合焦範囲を前記第１の合焦範囲よりも広い第２の合焦範囲に設定することを特徴とするカメラシステム。
4. フォーカスレンズを有する交換レンズと、該交換レンズが着脱可能であり、前記交換レンズと通信可能なカメラ本体とを含むカメラシステムであって、
   前記カメラ本体は、
   一対の被写体像の像信号の位相差に基づいて算出されたデフォーカス量を算出する焦点検出手段と、
   前記デフォーカス量に基づいて、前記フォーカスレンズの位置が合焦範囲内にあるか否かを判定して合焦動作を制御する制御手段と、
   前記交換レンズの識別情報と前記交換レンズが対応可能な許容錯乱円径に関する情報を関連付けるデータを格納するメモリを有し、
   前記制御手段は、前記識別情報と前記交換レンズの開放Ｆ値に関する情報を前記交換レンズとの通信によって取得し、前記識別情報と前記データから前記許容錯乱円径に関する情報を取得し、
   前記許容錯乱円径に関する情報に基づいて前記フォーカスレンズの位置制御を第１の精度で行う第１の交換レンズが装着されたと判断された場合、前記制御手段は、合焦範囲を第１の合焦範囲に設定し、
   前記許容錯乱円径に関する情報に基づいて前記フォーカスレンズの位置制御を前記第１の精度よりも低い第２の精度で行う第２の交換レンズが装着されたと判断された場合、前記制御手段は、合焦範囲を前記第１の合焦範囲よりも広い第２の合焦範囲に設定することを特徴とするカメラシステム。