JPH0265474A - レンズ交換可能なカメラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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−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、レンズユニット
が給電されればレンズユニッ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ィ
ブ自動焦点調節システムや、被写体からの光線をＣＯＤ
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、通称
パッ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ォーカシング用のアクチュエー
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・
後ビンの判定を行うために焦点変調という手法がよく用
いられる。第２図にその基本原理を示す。横軸はフォー
カシング用アクチュエータの位置、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０合焦時、アクチ
ュ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
変動が詔められ、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。逆に後ビンの場合は
前ビン時の逆相となる。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ャッタ
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、フォ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、富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ャッタのシ
ャッ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はカメラユニットに対して着脱可
能なレンズユニット、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ォーカシング
レンズ又はレンズ群、４は自動焦点調節および焦点変調
用アクチュエータ、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ェース回路、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
ユニット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、１
４はイメージセンサ−１５はイメージセンサ−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ョ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
タフェース回路、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−１４の蓄積時間
、イメージセンサ−１４の垂直ブランキングパルス（Ｖ
ＢＬＫパルスと以後略称する）、フォーカシングエリア
（測距領域）、焦点変調波形の関係について説明する。

同図はフィールド周Ｍ　−Ｓ　ｅ　ｃのＮＴＳＣ方式に
おいて、アクチュエータ４によるフォーカシングレンズ
３の娠勤周期すなわち変調周期を□ｓｅｃにとフた場合
を例にして示している。一方、シャッタは撮像素子の蓄
積時間を制御することによって構成され、通常のシャッ
タ速度、即ち、蓄積時間は□ｓｅｃである。焦点変調は
あるフィールドの蓄積時にプラス、その次のフィールド
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ューファインダーの撮影
画面２１と、その中のフォーカシングエリア２２を示し
である。ここでは第３図に示すようにフォーカシングエ
リア２２は画面２１中夫に、たとえば撮影画面の−の面
積に設定した場合を示している。フォーカシングエリア
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。

フォ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。

アクチュエータ４によってフォーカシングレンズ３を振
動する周期すなわち焦点変調の周期は第４図ではフィー
ルド周期の−にしたが、一般には−（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ィ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
ィールド周期で行い、各フィ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、焦点変調波形が前ビ
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−における通常シャッタ速度（□５ｅｃ）と高速シャ
ッタ速度（たとえば、１２０ｓｅｅ）の場合のシャッタ
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、■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、３２
Ｖ、・・・に同時に転送される。

ざらに■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の通常シャ
ッ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）はリセットパルス
で、通常シャッ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−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を高速シャッタ
（５ｅｅ）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ットパルスのタイ
ミングであり、同図（ｆ）に示す蓄積時間が同図（ｅ）
のリセットパルスと同図（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Ｏｏすなわち振動範囲の中心位置となる迄
の時間を□ｓｅｃ、高速シャッタの蓄積ｘ 時間を□ｓｅｅとすると、第８図の各タイミンＴ。

グ関係より、 各データをプロットした特性曲線を第１０図に示す、ｎ
＝２の場合、通常シャッタではＶＢＬＫ調波形の位相０
°の位置に対して８．３ｍ５ｅｃマイナス側となる。ｎ
−６の場合はｎ＝４に比べてさらに８．３ｍ５ｅｃマイ
ナス側となる。

第６図はＭＯ３型センサーであり画素、５１ａ、５２ａ
、５３ａ、”−５１ｂ、”−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。

−ＴＶ　　（ｎ＝２．４．６−）である。ＴＶ＝６０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フイ一ルド期間
の後半の読出しを示している０通常シャッタの時は、同
図（Ｃ）の読出しパルスの直後に同図（ｄ）のリセット
パルスが発生して光電変換部の電荷をクリアし、次の蓄
積が同図（ｅ）に点線で示したタイミングとなる。この
中央になるような位相関係で焦点変調が行われる。

（ｄ）のリセッ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。モしてＶＢＬＫパルスを基準として
焦点変調波形の位相が０°となる迄となる。

として、画面中央の画素に対する。ｎ＝２．４゜を第１
１図に示す。第１０図のＣＣＤの場合に比フトしている
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。

示す。中央部の画素に比べて上部画素の蓄積時間ｍ５ｅ
ｃシフトしており、下部画素のそれはプラス方向に８．
３ｍ５ｅｃシフトしている。このようにＭＯ５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、フォーカスエリアを
画面上、上下に動かすと、それに伴って焦点変調波形す
なわち第９図のタイミング関係より、 アクチュエータ４の振動の位相を変える必要がある。な
お、フォーカスエリアはイメージセンサ−がＣＣＤでも
、ＭＯＳ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
化したブロック図である。第１図と同じ要素には同一番
号を付しである。７１は絞り駆動ユニット、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
フォ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−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バイパスフィルタである。

このバイパスフィルタ９２を通過した信号は、フォーカ
シングレンズがアクチュエータ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はバイパスフィルタ９２の出力信号を焦点
変調周波数で同期検波し、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フイ一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フイ一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（前ビン、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ッサ、９７は電
子シャッタのシャッタ速度を設定するシャッタ設定回路
、９８はフォ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ッサ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ェース１７、マウントコネ
クタ１３，６、レンズ側インタフェース５を介してレン
ズ側へと供給され、フォーカシングレンズ３を合焦位置
へと移動するとともに、アクチュエータ４を制御してフ
ォーカシングレンズ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りている。

次に第１４図のフローチャートにより本発明の詳細な説
明する。システムがスタートすると、マイクロプロセッ
サ９６はシャッタ設定回路９７で設定された信号からＴ
、を算出する（Ｓｔｅｐｌ）。次に、エリア設定回路９
８で設定されたフォ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
、を算出する（Ｓｔｅｐ２）。

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及びインタフェース５．１７を介して
カメラ側マイクロプロセッサ９６へと供給する（Ｓｔｅ
ｐ４）。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ッサ９６よりインタフェ
ース１７、コネクタ１３，６．インクフェース２５を介
してレンズ側のアクチュエータ４に制御指令が伝送され
て行われる。ところで、焦点変調アクチュエータ４の最
大駆動速度は、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ＴＭ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ット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
アクチュエータ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ッサ９６は絞り値最大駆動速
度から最適な焦点変調周期Ｔイを決定する（Ｓｔｅｐ４
）。次に使用されているイメージセンサ−のタイプ（Ｃ
ＣＤ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Ｏｏとなるまでの期間の周期
、タイミング丁χを算出する（Ｓｔｅｐ５）、そしてカ
メラ側からレンズ側へとＴＸ、ＴＭ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ュエータ
４を駆動制御しフォーカシングレンズ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、焦点変調アクチュエータ４は駆動するレンズ
の１三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Ｖ　Ｂ　Ｌ　Ｋ　ハルスとほぼ
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、
レンズユニット１内のインタフェース５は、このタイミ
ング信号を基準にして変調アクチュエータの駆動位相、
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
プロセッサ９６が■ドライブパルス（ＶＯ）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（ＶＨ）と共に画面上に
フォ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、■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ュエータ４は変調すなわちレ
ンズの振動とフォ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、電子シャッ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回答支障は
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、電子シャッタのシャッ
タ速度、レンズ側の絞りの絞り値（Ｆナンバー）、フォ
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ッサで演算してレ
ンズ側の焦点変調アクチュエータの変調位相、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
ンズユニットとカメラユニッ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、レンズユニット内に焦点変調アクチュエ
ータを備えた交換レンズ（本実施例ではリアフォーカス
レンズ）をカメラユニットに取り付けた場合、焦点変調
アクチュエータの変調位相、周波数等の特性を電子シャ
ッタのシャッタ速度、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
原理を示すブロック図、 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図は画面上のフォーカシングエリア（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−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−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−を用いたカ
メラシステムにおいて、電子シャッタのシャッタ速度の
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−を用いたカメラシス
テムにおいて、電子シャッタのシャッタ速度の変化にも
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−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
タとした位相とシャッタの蓄積時間の関係を示す特性図
、 第１１図はＭＯ５型イメージセンサ−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
タとした位相とシャッタの蓄積時間の関係を示す特性図
、 第１２図はＭＯ３型イメージセンサ−を用いたカメラシ
ステムにおいて、フォ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ャッタの蓄積時間の
関係を示す特性図、第１３図（す第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ック図
、第１４図は本発明の制御動作を説明するためのフロー
チャートである。 特許出願人　　キャノン株式会社 ′舅　Ｉ　Ｖ ７６４、、、そ梗出已珀 １７：インタフェース １８：　レンス゛各１１ギ呻日工４ 前　金　ｄ σ 、　　ビ　　ラ゛ 撫　５　Ｖ 第　６７ ｑｔ＞匂此＆〆・又−−ｉｉｒ−−−−−ｍ−ｔｕｒｒ
−−−・（す＞ｇ才酔司５晶旨 六 ん 番１吟問 第　ｑ　区 ｍＯ５型イメージでシ寸−め〉ち令） Ｔ門、１ｊ、東変調周罰 丁： フ仁ルド周判 り８．１婦ｖｆ間 ’／ｒｐ：　　ｖＦ３Ｌバパルズ１．１ビしてノ形み肚
ヮに、レス発生よ吻誘閏。 ｒｊろシ、て′ａθぞ「間 ！／ｒＳ″１婦Ｍ間 ＶＴｓ　ｓｎ　ｔ３’！−聞

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （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ャッタのシャッタ
   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. （２）特許請求の範囲第（１）項において、前記焦点変
   調手段は、前記電子シャッタのシャッタ速度に応じてそ
   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。