JPH0281578A - 自動焦点調節装置及びレンズユニット及びカメラ装置 - 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、自動焦点調節装置に関するもので、特に互い
に着脱可能なレンズユニットとカメラユニットとの間で
各種制御に必要なデータの通信を行なう機能を備えたカ
メラ用いて好適なものである。

（背景技術） 近年、ビデオテープレコーダ（以下ＶＴＲと称す）を始
めとする映像機器の発展は目覚ましく、特にカメラ一体
型ＶＴＲ等においては、自動焦点調節装置が標準的に装
備されるようになっている。

このようなカメラ一体型ＶＴＲについて見ると、特にズ
ーム機構等を備えている場合、その焦点距離に応じて自
動焦点調節装置の特性が変化するため、レンズ側におい
て焦点距離情報を検出し、それに応じて焦点調節装置の
特性を制御する必要がある。一方、通常カメラ一体型Ｖ
ＴＲとカメラ側において用いられている焦点距離情報は
、広角側から望遠側までの領域に対して、そのレンズに
応じた最適の領域分割を行ない、これをエリアエンコー
ダにて検出し、焦点制御手段へと供給しているものであ
った。

以下の説明においては、テレビ信号を用いて焦点状態を
検出する自動焦点調節装置あるいは回路（以下ｒＴＶ−
ＡＦＪという）に、前記焦点距離情報を利用する場合を
例にあげて以下説明する。

第６図は、カメラ一体型ＶＴＲにおける自動焦点調節手
段を中心としたブロック図を示すものである。

同図において、被写体１よりの光は、レンズユニット２
によって撮像素子３の撮像面上に結像され、該撮像素子
によって光電変換されて撮像信号として出力される。こ
の撮像信号はカメラ信号処理回路４に供給され、テレビ
ジョン信号が発生され、加算器５により色信号と輝度信
号とが合成されて出力される。

一方、カメラ信号処理回路４より出力された輝度成分は
、自動焦点制御回路６へと供給され、該回路内において
、高域通過フィルタ６１にて、合焦時に多量に発生しや
すい高周波成分すなわち高精細信号のみが抽出され、Ａ
Ｄ変換器６２によってデジタル信号に変換され、合焦判
定回路６３に合焦判定情報として供給される。又、ボケ
の方向すなわちレンズ位置が合焦点に対して前ビンか後
ビンかを判別する為、変調信号発生回路７より発生され
たフレーム周波数（あるいはその数倍または数分の−）
の周期の信号で、駆動アンプ８を介して、バイモルフ板
等のアクチュエータ９を駆動し、撮像素子３をピント面
の前後に微少振幅で振動させる。この振動によって変調
を受けた焦点変調信号から、前ビンか後ビンかが合焦判
定回路６３にて判定される。この判定結果は、駆動アン
プ１０へ伝達され、モーター１１にて、レンズ２が合焦
位置まで移動させる。ここで、方向判別のための焦点変
調信号を得るためのレンズアクチュエータの微小振幅は
、上記レンズ光学系の焦点距離情報に応じて変化される
ようになっている。

すなわち焦点距離に応じて光学系の敏感度が変化し、敏
感度が低い場合には、焦点信号の若干の変調ではボケ量
の状態の変化は小さく、敏感度が高い状態では、わずか
な光学系の変位でも焦点信号すなわちボケ量は大きく変
化する。したがって、レンズあるいは撮像素子を光軸方
向に微笑振動焦点変調信号を得これによって前ビン、後
ビン、ボケ量を検出しようとする場合、正確なボケ量を
検出するためには、焦点距離に応じて焦点変調の振幅を
変化させる必要がある。つまり望遠側の場合には敏感度
が高いので、広角側の場合に比べて該変調振幅は小さ（
でよい。

このようなズームレンズの焦点距離に応じた処理のため
に該エリアエンコーダ１２及びエリアエンコーダパター
ン１３が設けられている。このエリアエンコータ１２は
、エリアエンコーダパターン１３を検出して、レンズの
位置が焦点距離の可変範囲を複数に分割したどの領域に
あるかを検出し、その検出値は自動焦点制御回路６へ入
力され、該入力値に応じて撮像素子３の振動の振幅を各
領域に対応して複数段階に切換λ制御すべ（駆動アンプ
８の増幅率を制御するように構成されている。

尚、上記エリアエンコーダ１２及びエリアエンコーダパ
ターン１３における領域分割の方式はいわゆるフローテ
ィング方式と呼ばれるもので、望遠端あるいは広角端よ
り所定の距離あるいは所定の比率で分割して焦点変調の
振幅を制御するための領域を段階的に設定する方式であ
り、レンズ個々に領域分割を行なっている。

以上がカメラ一体型ＶＴＲの一例を示すものである。

（発明が解決しようとする問題点） 上述の通り、現状のカメラ一体型ＶＴＲでは自動焦点調
節装置の特性をレンズの焦点距離に応じて制御する上で
特に問題は発生しない。

しかしながら、近年ＶＴＲを始めとする映像機器の発展
に伴い、従来より銀塩カメラにおいては一般的に行なわ
れい、る交換レンズ化が、ビデオカメラ、カメラ一体型
ＶＴＲにおいても進められようとしている。

そして、上述のようなＶＴＲ等において交換レンズシス
テムを適用した場合には、多種にわたるレンズ個々に焦
点距離と領域設定との関係が異なり、カメラ側制御回路
から見ると、レンズ情報の互換性を十分に確保すること
ができず、自動焦点調節を行なう上で重大な問題が発生
する。

（問題点を解決するための手段） 本発明はこれらの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、カメラユニッ
トと、該カメラユニットに着脱自在なレンズユニットと
を備え、焦点状態を表わすための焦点検出信号を形成す
る焦点信号形成手段と、前記レンズユニットの絶対焦点
距離に関する絶対焦点距離情報を出力する焦点距離情報
出力手段と、該絶対焦点距離情報を前記カメラユニット
へと送信する送信手段と、該絶対焦点距離情報にもとづ
いて前記焦点信号形成手段を制御する制御手段とを備え
ることにより、カメラユニットに組み合わせるレンズユ
ニットの種類にかかわらず、それぞれのレンズにおける
固定された分割領域に基づき、各分割領域に対応する絶
対焦点距離情報が得られるようにしたのでどのようなレ
ンズを組み合わせても基準となる共通の代表焦点距離を
得ることができ、常に最適な焦点調節動作を行なうこと
を可能とした自動焦点調節装置にある。

以下、本発明における自動焦点調節装置を各図に示す実
施例について詳述する。

（実施例） 第１図は本発明における自動焦点調節装置を交換レンズ
システムを備えたビデオカメラに適用した場合における
一実施例を示すブロック図である。

本実施例においては、カメラ側にＴＶ−ＡＦ機能を有す
る交換レンズ式カメラ一体型ＶＴＲの場合を例にして説
明する。なお、同図中、前述の第６図の先行例と同一構
成の部分については、同一の符号を付し、その説明を省
略する。

同図中央の一点鎖線で示すマウント部Ｍを境にして、右
側がカメラユニットＣ１左側がレンズユニットＲとなっ
ている。

レンズ光学系２により、撮像素子３の撮像面上に結像さ
れた被写体像は、該撮像素子３により光電変換され、撮
像信号として出力され、カメラ信号処理回路４にてテレ
ビジョン信号に変換される。このテレビジョン信号は自
動ホワイトバランス調節回路（以下ＡＷＢ回路と称す）
１４．自動焦点調節回路（以下ＡＦ回路と称す）１５．
自動露出制御回路（以下ＡＥ回路と称す）１６等の各種
の自動調節回路に供給され、各調節動作が行なわれる。

これらのＡＷＢ回路１４．ＡＦ回路１５ＡＥ回路１６等
の各種の自動調節回路からは、各制御信号が出力され、
各制御対象へと供給される。カメラ信号処理における色
バランスを調節するＡＷＢ回路より出力された制御信号
はカメラ信号処理回路４へ入力され、ＡＦ回路１５．Ａ
Ｅ回路１６から出力された制御信号Ｃ１，Ｃ２はカメラ
側マイクロコンビューク１９へ人力され、データ通信路
２６を介してレンズユニットＲへ制御信号として送信さ
れる。

又、光学系の焦点距離を設定するズームレンズを制御す
るズームスイッチ１７の発生する制御信号Ｃ３も、カメ
ラ側マイクロコンピュータ１９へ入力される。

これらの制御信号等が通信データとして、データ通信路
２６を介して、カメラユニットＣ側から、レンズユニッ
トＲ側へと伝達される。

データ通信路２６はレンズ側マイクロコンピュータ２０
へ接続され、通信データは、すべて−旦、レンズ側マイ
クロコンピュータ２０によって受信される。

カメラ側マイクロコンピュータ１９に入力された各種制
御信号Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３は、データ通信路２６を介して
レンズ側マイクロコンピュータ２０へ送信され、各制御
対象に適合した制御ｊｌｃｌ’　、Ｃ２°、Ｃ３゛に変
換される。そして、各制御量Ｃ１’、Ｃ２Ｃ５’　は、
ＡＦドライバー回路２７．ＡＥドライバー回路２６．ズ
ームドライバー回路２５へと供給され、それぞれ光学系
が制御される。

また１８は、レンズ側からの焦点距離情報に基づいて焦
点変調振幅をもとめる際、変換用データを予め格納して
おき、データ変換を容易にするためのデータ変換用ルッ
クアップテーブルである。実際の使用については、後述
する。

次に、第１図の交換レンズシステムにおける自動焦点調
節装置の動作のフローを第２図を用いて説明する。

すなわちカメラの電源をオンする（　５ｔｅｐｌ）とカ
メラ側マイクロコンピュータ１９はレンズが装着される
のを確認しく　５ｔｅｐ２）、レンズの初期データの送
信要求をデータ通信路２６を介して送信する（ｓｔｅｐ
３１　。

その後レンズ側よりレンズの種類をはじめとする各種の
初期データを受信しく　５ｔｅｐ４）、カメラ側では、
カメラ側マイクロコンピュータに上述の各種データＣ１
〜０３等を読み込み（ｓｔｅｐ５）　、これを並列−直
列変換（ｓｔｅｐ６１したデータＣＴＬをレンズ側へと
送信する（Ｓｔｅｐ７）　。

又レンズ側からの各エンコーダの検出情報等を含む各種
のデータＬＴＣを受信しく５ｔｅｐ８、その中からエン
コーダのデータを出力しながら各種制御を行う（ｓｔｅ
ｐ９）　、その後レンズが装着されていれば更にカメラ
電源がオンしているかを見て、オンであればｌフィール
ド期間経過するまで待ってデータ０１〜Ｃ３の読み込み
ステップに戻る［５ｔｅｐｌＯ〜５ｔｅｐ１２）、尚レ
ンズが外されたり、カメラ電源がオフしたりした場合に
はこのルーチンは終了する。

一方、レンズ側ではレンズを装着（ｓｔｅｐｌｏ）した
あとカメラからの初期値要求ＣＴＬを受信（ｓｔｅｐ２
　’　ｌするとレンズの初期値をＬＴＣとして送信する
（ｓｔｅｐ３　’　ｌ　、この時、初期値はレンズ側マ
イクロコンピュータ１９に接続されたＲＯＭ等から読み
出され並列−直列変換が施されて送信される。

また、レンズの状態を検出する各エンコーダ２７．２８
．２９等の検出情報をレンズ側マイクロコンピュータに
読み込み（ｓｔｅｐ４　’　）、並列−直列変換が施さ
れる（ｓｔｅｐ５　’　）。

更にデータＣＴＬを受信（ｓｔｅｐ６　’　）　ｌ、て
からデータＬ　Ｔ　Ｃｔｓｔｅｐ、７’）を送信し、更
に５ｔｅｐ４　’、５ｔｅｐ５°で用意されているデー
タＣ１〜Ｃ３等の各種情報を出力する（ｓｔｅｐ＆　’
　１．そのう＾でレンズユニットが装着されたままでカ
メラ電源がオンしていればｌフィールド期間待って再び
エンコーダの検出データの読み込みを行う（ｓｔｅｐ９
　’　、　５ｔｅｐｌＯ°、５ｔｅｐＨ’）、尚レンズ
が外されたり、カメラ電源がオフしたりした場合にはこ
のルーチンは終了する。

以上のようにして、カメラユニットとレンズユニットと
の間で各種制御情報の通信が行なわれ、これによって各
部の制御が行なわれる。

例えば、ＡＦ制御信号Ｃ１は駆動回路１０へ出力される
。ＡＦ用アクチュエーク１１は該駆動回路１０の出力に
応じて光学系２を制御し、合焦状態が得られるようその
−を調節する。

また、例えばＡＥ制御信号Ｃ２はドライバー２２へ出力
される。ＡＥ用アクチュエーター２４は該ドライバー２
２の出力に応じて、レンズ光学系２を制御し、最適絞り
値へ調節する。

また、例＾ばズーム制御信号Ｃ３はドライバー２３へ出
力される。そしてズーム用アクチュエーター２５は該ド
ライバー２３の出力に応じて光学系２を制御し、指示通
りの焦点距離へ調節する。

また、光学系２に各アクチュエータの動作状態の確認の
ため、エンコーダ２７．２８゜２９が設けられている。

焦点位置検出のためのエンコーダ２７、絞り状態検出の
ためのエンコーダー２８、ズーム操作による焦点距離情
報の検出のためのエンコーダ２９を有し、各検出情報は
、レンズ側マイクロコンピュータ２０へ送出される。

これらのエンコーダの情報は、レンズ側制御に用いられ
ると共に、必要に応じて、カメラ側マイクロコンピュー
タ１９へ伝達され、カメラ側でのＡＦ、ＡＥ等の処理に
利用される。

ここで、ズームエンコーダ（焦点距離に関するエリアエ
ンコーダ）よりの情報をＴＶ−ＡＦに利用する例を挙げ
て、レンズユニットにおける焦点領域の分割に関して説
明する。

被写体１の像が盪像素子３．カメラ信号処理回路４によ
りＴＶ信号化されて出力される一方、ＡＦ処理に必要な
焦点変調信号を得るため、変調信号発生器７．駆動回路
８．変調用アクチュエータ９の各ブロックによって擾像
素子を光軸方向に微小振動させる。これによって、盪像
素子より出力される擾像信号が焦点変調され、結局カメ
ラ信号処理回路４の出力信号は焦点変調され、その変調
周波数成分からボケ方向及びボケ量情報を得ることによ
り、ＡＰ回路１５は、合焦制御信号ｃ１を生成する。

該制御信号ＣＩは、カメラ側マイクロコンピュータ１９
へ入力され、データ通信路２６を介してレンズ側へ送出
される。

上述のようにしてカメラ側からレンズ側へデータが伝送
され、レンズ側マイクロコンピュータ２０に受信される
。

レンズ側マイクロコンピュータ２ｏは受信データを基に
カメラ側のＡＦ回路１５がら出力された制御信号を０１
を所定の制御量に変換して駆動回路１０へ送出する。

駆動回路１０はアクチュエータ１１を駆動して光学系２
を合焦状態となる位置へと調節する。その結果はＡＦエ
ンコーダー２７により検出されレンズ側マイクロコンピ
ュータ２０により常に確認されている。

焦点変調式ＴＶ−ＡＦ動作を行うためにはレンズ内（ピ
エゾ等の）アクチュエータ駆動のために、ズームレンズ
のエリアエンコーダ（３３）の情報が必要となる。この
理由については前述の通りであるが、焦点距離に応じて
敏感度が変化するため、レンズの焦点距離に応じた振幅
制御が必要だからである。

第３図は、本発明装置における、レンズの焦点距離とア
クチュエータの振動振幅との関係を本願前のフローティ
ング方式と対比して説明するための図である。横軸はレ
ンズの焦点距離を示し、同図（ａ）はフローティング方
式、同図（ｂ）は本発明の方式である。

同図（ａ）に示すように、フローティング方式では、取
り付けられたレンズの焦点距離の広角端（または望遠端
）より所定の距離あるいは所定の倍数で分割領域を割り
当てて行くものである。したがって、取り付けられたレ
ンズの焦点距離の可変範囲に対して決められた方法で分
割されるため、エンコーダの構成は単純となるが、取り
付けられるレンズによって実際の焦点距離は全く異なり
、レンズエンコーダの位置が同じであっても、その絶対
焦点距離は異なる。したがって、このエンコーダ情報を
もとにして焦点距離に影響を受ける、焦点変調用のアク
チュエータの振動振幅すなわち焦点変調信号の制御を正
確に行なうことはできない。

これに対して、同図（ｂ）に示す本願のエンコータによ
れば、如何なるレンズが取り付けられても、その絶対焦
点距離を検出し、その焦点距離そのものの情報を出力す
る。そして本願によれば、焦点変調信号の振幅を段階制
御するための焦点距離の分割領域の設定をあらかじめ決
められた焦点距離節に割り当てている。

実際の分割領域については、同図に示すように、焦点距
離分割をあらかじめ広範囲に設定しておき、この領域を
例えばＪ２のｎ乗の整数倍の間隔で分割して行く、たと
えば焦点距離ｆ＝１０（Ｊ２）　　　（ただし本出願人
の実験によれば、−２≦ｎ≦１２の範囲が適当であると
の結論を得た。）ごとに焦点距離を分割し、そのいずれ
の領域にあるかを表わす代表値をレンズ側マイクロコン
ピュータ２０に供給し、データ通信路２６を介して且つ
所定時間間隔（例えばフレーム周波数の整数倍）で、カ
メラ側へと伝送する事により、常に最適な焦点変調信号
の振幅すなわち撮像素子の振動振幅を制御することがで
き、常に安定したボケ量及びボケ方向の情報を得ること
ができる。

なお上述の焦点距離情報の送信に関して、たとえば各分
割領域ごとに番地ｏｏｏ、ｏ。

１．００２．・・・・・・を付加し、焦点距離情報とし
ては、現在の焦点距離が属する分割領域の番地の情報を
カメラ側マイクロコンピュータ１９へと送信する。

上記焦点距離に関する情報は、レンズ側からカメラ側へ
伝送されカメラ側マイクロコンピュータ１９にてアクチ
ュエータ９の制御信号に変換される。この際カメラ側マ
イクロコンピュータ１９に焦点距離の情報そのものを送
信し、そのデータをもとに焦点変調振幅を演算してもと
めてもよいが、カメラ側に第４図に示す様な、各々の分
割領域に対応した焦点変調振幅を求めるためのデータ変
換用のルックアップテーブル１８を設けておき、前述の
ように分割領域の番地情報等を入力して、このテーブル
で変換すれば、通信情報を及び演算を大幅に簡略化でき
、カメラ側マイクロコンピュータの負担を軽減すること
ができるとともに演算速度も速めることができる。

該変換テーブル１８には、各焦点距離に応じた分割領域
に対応した上記アクチュエータの振幅値等が格納されて
いる。

この様に予め対応可能な焦点距離の分割領域を設定して
おき、カメラ側にはそれらの限られた変換情報を変換テ
ーブル１８に記憶しておけば良い。

カメラ側マイクロコンピュータ１９は、該変換テーブル
１８の値を読み出して必要なデータ変換を行なう、上記
の変調型ＴＶ−ＡＦの場合は、該変換テーブル１８中の
アクチュエータに関する振幅値情報を読み出し、変調制
御信号を作成する。該変調制御信号は、カメラ側マイク
ロコンピュータ１９からアクチュエータ９の駆動回路８
へと供給され、アクチエエータ９すなわち撮像素子３の
振動振幅が制御される。

このカメラ側マイクロコンピュータ１９における上記デ
ータの変換の手順を第５図にフローチャートとして示す
、レンズ側マイクロコンピュータ２０より送られてきた
分割領域の番地データを含む各種データをカメラ側マイ
クロコンピュータ１９にて読み込み（５ｔｅｐｌ）、そ
の読み込みが完了すると、その番地データを解読し、ア
クセスする番地を設定する（ｓｔｅｐ２）　、そしてそ
の番地のデータをもとにルックアップテーブル１８と照
合する（ｓｔｅｐ３）、続いて対応する番地のデータを
呼び出して焦点変調の振幅制御信号としてカメラ側マイ
クロコンピュータ１９に読み込み（ｓｔｅｐ４）、駆動
アンプ８へと制御量の情報（振幅データ）を供給する（
ｓｔｅｐ５）−以後ＡＦ動作がオフになるまで、上述の
動作を繰り返し行なう（ｓｔｅｐ６）−これによって、
撮像素子３は、焦点変調信号の振幅がそのときの焦点距
離における敏感度に対応した値に制御される。すなわち
敏感度の低い広角側では撮像素子がわずかに振動しても
焦点信号に変化が得られないので、合焦判定に十分な振
幅の焦点変調信号が得られるよう、アクチュエータ９に
よる撮像素子の振動の振幅を太き（する、また敏感度の
高い望遠側では撮像素子３がわずかに振動しても大きな
焦点信号の変化が得られるので、アクチュエータ９の振
動の振幅を小さくして、信号波形が歪むことのないよう
に制御する。これらの制御は、具体的にはアクチュエー
タ９を駆動する駆動回路８のゲインを制御することによ
って行なうことができる。

上述のようにして、焦点変調信号が得られた後は、第６
図のカメラ一体型ＶＴＲと同様に、その焦点信号の位相
によってボケ方向を判別するとともに、擾像信号中の高
周波成分の量のピーク値にもとづいて合焦判定し、その
ピーク値が最大になるように焦点調節が実行される。

以上詳細に説明した様に、どの様な交換レンズを選択し
て組み合わせた場合でも、カメラ本体側の変更無しに、
レンズ側の焦点距離情報を絶対的に検出することによっ
て、焦点調節装置の特性の変化を補償することができる
。すなわち使用するレンズによって焦点調節装置の性能
の変化のない信頼性の高い交換レンズシステムに最適な
自動焦点調節装置を実現することができる。

（発明の効果） 本発明によれば、予め固定値で対応するレンズの焦点距
離を設定しておくので、どの様な焦点距離の交換レンズ
を組み合わせても、カメラ側の構成等を変更せずに対応
可能である。

つまり、新規設計のレンズなどにも支障無く対応出来る
という拡張性を有するシステムが構築可能で、システム
展開の可能性が飛躍的に拡大するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の全体のブロック図、第２図
は本発明の第１図の実施例の動作を説明するためのフロ
ーチャート、第３図は本発明の焦点距離領域分割の方式
を説明するための図、第４図は本発明の実施例のデータ
構成を説明するための図、第５図は本発明のデータ変換
動作を説明するためのフローチャート、第６図は本願発
明前の装置の一例を示すブロック図である。 特許出願人　　　　キャノン株式会社 Ｏ矢く＼←

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）カメラユニットと、該カメラユニットに着脱自在
   なレンズユニットとを備え、焦点状態を表わすための焦
   点検出信号を形成する焦点信号形成手段と、前記レンズ
   ユニットの絶対焦点距離に関する絶対焦点距離情報を出
   力する焦点距離情報出力手段と、該絶対焦点距離情報を
   前記カメラユニットへと送信する送信手段と、該絶対焦
   点距離情報にもとづいて前記焦点信号形成手段を制御す
   る制御手段とを備えたことを特徴とする自動焦点調節装
   置。
2. （２）前記絶対焦点距離情報は、レンズユニット側の焦
   点可変範囲を絶対的な焦点距離にもとづいて複数領域に
   分割し、その各分割領域を表わす情報であることを特徴
   とする特許請求の範囲第（１）項記載の自動焦点調節装
   置。
3. （３）焦点距離の分割を、その焦点可変範囲に対してｆ
   ＝１０（√２）のｎ乗（ただし −２≦ｎ≦１２）ごとに分割したことを特徴とする特許
   請求の範囲第（２）項記載の自動焦点調節装置。