JP5963523B2 - レンズ装置、撮像システム、撮像装置および制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、レンズ装置、撮像システム、撮像装置および制御方法に関する。

レンズ交換式の一眼レフカメラにおける自動焦点調節（オートフォーカス；ＡＦ）の合焦精度は、交換レンズの状態に依存する。例えば、交換レンズのＦ値が大きい場合には焦点検出ユニットに入射する光量が低下するため、焦点検出ユニットの検出結果の信頼性が低下する。そこで、特許文献１は交換レンズの開放Ｆ値がカメラの焦点検出可能Ｆ値よりも大きい場合には、交換レンズはカメラに対してＡＦ制御を禁止する信号を送信することを提案している。

特開平４−１７７２１０号公報

焦点検出ユニットが検出したデフォーカス量が大きい場合には、そのデフォーカス量から算出された駆動量だけフォーカスレンズを駆動している間に、焦点検出ユニットは再度デフォーカス量を検出し、駆動量を算出する。しかし、高速で駆動量を算出しようとすると、合焦精度が低下する場合があった。

本発明は、高速かつ高精度に自動焦点調節を行うことが可能なレンズ装置、撮像システム、撮像装置、制御方法を提供することを例示的な目的とする。

本発明のレンズ装置は、撮像装置に着脱可能であり、前記撮像装置と通信可能なレンズ装置であって、焦点調節に際して移動するフォーカスレンズと、前記フォーカスレンズを駆動する駆動手段と、前記フォーカスレンズの位置を検出する位置検出手段と、検出された合焦位置に向けて前記フォーカスレンズが前記駆動手段により駆動され、かつ、前記フォーカスレンズが無限側の端と至近側の端の間に位置していないことが前記位置検出手段により検出された場合に、前記撮像装置における焦点検出動作を禁止することを示す信号を前記撮像装置に送信する制御手段を有することを特徴とする。

本発明によれば、高速かつ高精度に自動焦点調節を行うことが可能なレンズ装置、撮像システム、撮像装置および制御方法を提供することができる。

本実施形態におけるカメラシステムのブロック図である。 図１に示す交換レンズのフォーカス敏感度とフォーカスレンズの駆動パターンを示す概略図である。 自動焦点調節における図１に示すカメラ本体の動作を表すフローチャートである。 図３に示すＳ３０２における図１に示す交換レンズの動作を表すフローチャートである。

図１は本実施形態に係る交換レンズ（レンズ装置、光学機器）と、該交換レンズが着脱可能に装着されるカメラ本体（撮像装置本体、光学機器）から構成される（一眼レフ）カメラシステム（撮像システム、光学機器）のブロック図である。カメラシステム１は、交換レンズ２とカメラ本体３から構成される。

カメラ本体３内には、カメラＣＰＵ３０、制御系電源３１、駆動系電源３２、通信ユニット３３、レンズ装着検出部３４、焦点検出ユニット３５が設けられている。カメラ本体３は交換レンズ２と機械的かつ電気的に不図示のマウントを介して接続され、カメラ本体３は交換レンズ２と通信をすることができると共に電源（電力）も供給することができる。

カメラＣＰＵ３０は、カメラ本体３の各部と接続され、これらの部材を制御するカメラマイコン（カメラ制御手段）であり、内部にはＲＡＭ，ＲＯＭ，ＥＥＰＲＯＭ等のメモリ（記憶手段）を内蔵している。カメラＣＰＵ３０は交換レンズ２のレンズＣＰＵ２０と通信することができる。カメラＣＰＵ３０は、カメラ本体３に設けられた不図示のレリーズスイッチの半押し（ＳＷ１）によって焦点検出ユニット３５による焦点検出を行う。またそれと共に、焦点検出結果に基いて交換レンズ２に自動焦点調節（オートフォーカス；ＡＦ）のためにフォーカスレンズを駆動する駆動命令を送信する。

制御系電源３１は、焦点検出ユニット３５や不図示の測光部等の電力消費量が比較的少なく安定した出力電圧を必要とする制御系回路に電力を供給する。駆動系電源３２は、制御系電源３１の電圧、電力を検出し、交換レンズ２や不図示のシャッタ制御部等の電力消費量が比較的多い駆動系回路に電力を供給する。通信ユニット３３は、後述のレンズＣＰＵ２０と通信を行うための複数の通信端子を有し、焦点検出情報や測光情報、ＩＤ情報等を送受信する。レンズ装着検出部３４は、交換レンズ２が装着されたことを検出する。

焦点検出ユニット３５は、交換レンズ２からの光束を用いて被写体までのデフォーカス量を検出する、いわゆる位相差検出型の焦点検出手段である。本実施例の焦点検出ユニット３５は、被写体からの光束を不図示のメインミラーとサブミラーによって分岐した光を利用して２つの被写体像の位相差を検出する内測方式を使用する。但し、焦点検出手段は交換レンズ２を通らない光を利用する外測方式によって位相差を検出したり、不図示の撮像素子に設けられた複数の焦点検出用画素や各画素の複数の光電変換部を通じて位相差を検出したりしてもよい。撮像素子は、交換レンズ２に設けられた撮像光学系が形成した光学像を光電変換する光電変換手段である。

交換レンズ２内には、レンズＣＰＵ２０、フォーカスレンズ２１、フォーカスレンズ駆動回路２２、絞りユニット２３、絞り駆動回路２４、通信ユニット２５、フォーカスレンズ位置検出部２６が設けられている。

レンズＣＰＵ２０は、交換レンズ２内のすべての制御を司るレンズマイコン（レンズ制御手段）であり、内部にはＲＡＭ，ＲＯＭ，ＥＥＰＲＯＭ等のメモリ（記憶手段）を内蔵している。これらのメモリには後述するＡＦの方法も保存される。

フォーカスレンズ２１は、１のレンズまたは複数のレンズ群から構成され、被写体の光学像を構成する撮像光学系を構成する。フォーカスレンズ２１は、ＡＦの際に図１の矢印で示すように、撮像光学系の光軸方向に移動されて焦点調節を行う。フォーカスレンズ駆動回路２２は、レンズＣＰＵ２０からの命令に従ってフォーカスレンズ２１を光軸に沿って駆動させる駆動手段である。

絞りユニット２３は、複数の絞り羽根を有し、開口径を変更することによって入射光量を調節する。絞り駆動回路２４は、レンズＣＰＵ２０からの命令に従って絞りユニット２３を駆動させることでＦ値を制御する。通信ユニット２５は、カメラ本体３と通信を行うための複数の通信端子を有し、焦点検出情報や測光情報、ＩＤ情報等を送受信する。フォーカスレンズ位置検出部２６は、フォーカスレンズ２１の位置を検出する位置検出手段であり、その検出結果はレンズＣＰＵ２０によって管理されている。

一般的にカメラの焦点検出ユニット３５によって検出されたデフォーカス量は、フォーカス敏感度を用いてフォーカスレンズ２１の駆動量に換算され、その換算された値に従ってフォーカスレンズ２１が駆動される。なお、フォーカス敏感度は、フォーカスレンズ２１の駆動量とピント面の移動量（デフォーカス量）の比である。

光学設計にもよるが、フォーカス敏感度はフォーカスレンズ２１の位置やズームレンズの位置によって異なり、その値は焦点検出ユニット３５によって検出されたデフォーカス量の多項式である以下の数式によって近似されている。

ｄ＝Ｓ・ｘ＝（Ｓ_０＋Ｓ_１ｄ＋Ｓ_２ｄ^２＋Ｓ_３ｄ^３＋・・・）・ｘ （１）
ここで、ｄは焦点検出ユニット３５によって検出されたデフォーカス量、ｘはフォーカスレンズ２１の駆動量、Ｓはフォーカス敏感度、Ｓ_ｉ（ｉ＝０、１、２、・・・）は現在のズーム位置・フォーカス位置における敏感度近似式の各次数の係数である。フォーカス敏感度Ｓの近似精度が低い場合、デフォーカス量ｄから換算されたフォーカスレンズ２１の駆動量ｘの誤差が大きくなり、ピント精度が低下する。数式１による近似式は、より高次の項まで近似式を拡張することでその近似性は向上する。しかし、次数を増やすことによって係数データが膨大になることや、カメラ本体３がフォーカスレンズ２１の駆動量ｘを算出する際の演算が複雑になり、演算時間が長くなるという問題があるため、次数は２次や３次までとするのが現実的である。この場合、デフォーカス量ｄが大きいほど高次の項の影響が大きくなるため、近似式をある有限の項までに制限した場合、デフォーカス量ｄが大きいほど近似式の誤差は大きくなる。

ＡＦ制御では、デフォーカス量が小さい場合には１回の焦点検出結果に従ってフォーカスレンズ２１を駆動し、ＡＦを終了する。しかし、デフォーカス量が大きい場合には１回目の焦点検出結果に従ってフォーカスレンズ２１を駆動している間に再度焦点検出動作を行い、フォーカスレンズ２１の駆動量を補正する（所謂オーバーラップ駆動）。

図２は、交換レンズ２のフォーカスレンズ２１の位置（横軸）によるフォーカス敏感度Ｓ（縦軸）の変化と、フォーカスレンズ２１の駆動パターンＡ〜Ｃの一例を示した図である。駆動パターンＡ〜Ｃの矢印の長さは数式１のフォーカスレンズ２１の駆動量ｘに対応する。

所定の範囲Ａでは、フォーカス敏感度Ｓが急激に変化しており、デフォーカス量ｄが大きい場合、数式１によるフォーカス敏感度Ｓの近似精度が低い。フォーカス敏感度Ｓの値に誤差が生じると、数式１で算出したフォーカスレンズ２１の駆動量ｘにも誤差が生じ、本来の合焦位置とは異なる位置に駆動してしまう。

領域Ａは通常、光学的な無限（至近）位置よりもさらに無限（至近）側に設けられた無限（至近）端余裕域（超無限領域または超至近領域）であるため、ＡＦで使用されることは少ない。しかし、周囲の温度変化によってピント位置が変化した場合や、マニュアルフォーカスによってフォーカスレンズ２１が機械的に移動されられた場合には、無限（至近）端余裕域からＡＦ制御が始まる場合がある。

一方、範囲Ｂでは、フォーカス敏感度Ｓの変化は緩やかであり、数式１による近似精度が高い。

フォーカスレンズ２１が範囲Ａの始点Ｐａに位置しているときに焦点検出ユニット３５が検出したデフォーカス量ｄに基づいてフォーカスレンズ２１の駆動量ｘを算出した場合を考える。デフォーカス量ｄが小さい場合には焦点検出動作は１回のみ実行され、またフォーカス敏感度Ｓの誤差が小さいため合焦に至る（Ａ）。

しかし、デフォーカス量ｄが大きい場合には上述したオーバーラップ駆動を行う。この再焦点検出動作が範囲Ａで行われた場合には数式１によるフォーカス敏感度Ｓの近似精度が低いため、合焦に至らないことがある（Ｃ）。

本実施形態では、図２の範囲ＡとＢの境界位置（範囲Ａの終端または範囲Ｂの始端）は光学的な無限端、範囲Ｂの終端は光学的な至近端である。そして、範囲Ａの始端は無限端によりも無限側にある超無限端である。本実施形態では、後述するように、所定の範囲における焦点検出を禁止しているが、その所定の範囲は範囲Ａであり、超無限領域（無限端余裕域）である。光学設計によっては、至近端よりも至近側にある超至近領域が範囲Ｂの右側に設けられる。そして、所定の領域は超至近領域（至近端余裕域）であってもよい。なお、フォーカス敏感度を基準として、その変化率が閾値よりも大きい範囲を所定の範囲に設定してもよい。

なお、フォーカス敏感度Ｓの近似精度は近似式の次数を大きくすることで向上させることができるが、一方で次数が大きいとデータ量が膨大になり、フォーカスレンズの駆動量ｘを算出するための演算が複雑になるため処理時間が長くなってしまう。

範囲Ｂで行われた場合には数式１によるフォーカス敏感度Ｓの近似精度が高いため、合焦に至る。そこで、本実施形態では、フォーカスレンズ２１の位置がフォーカス敏感度Ｓの誤差が大きい領域である場合には、範囲Ａにおける再焦点検出動作を禁止し、フォーカス敏感度Ｓの誤差が小さい領域で再焦点検出動作を許可する。そして、フォーカスレンズ２１の位置がフォーカス敏感度Ｓの誤差が大きい領域である場合には、範囲Ｂにおける再焦点検出動作を許容する（Ｂ）。これによって、本実施形態は本来の合焦位置とは異なる位置に駆動してしまうことを防ぐことができる。

フォーカスレンズ２１が範囲Ａ内を駆動している間、交換レンズ２はカメラ本体３に焦点検出動作を禁止する信号を送信することで、カメラ本体３は再焦点検出動作を行わない。その後、フォーカスレンズ２１が範囲Ｂ内に移動したところで交換レンズ２から焦点検出動作を許可する信号を送信することで、カメラ本体３は再焦点検出動作を行う。範囲Ｂでは数式１によるフォーカス敏感度Ｓの誤差が小さいので、算出されたフォーカスレンズ２１の駆動量ｘも正確であり、本来の合焦位置に駆動することができる。

次に図３、４を参照して、ＡＦを行う際のカメラ本体３および交換レンズ２の動作を説明する。図３は、ＡＦを行う際のカメラＣＰＵ３０の動作の流れを示すフローチャートの一例である。なお、図中、「Ｓ」はステップ（工程）の略であり、「Ｙ」はＹｅｓ（はい）、「Ｎ」はＮｏ（いいえ）の略である。また、図３に示す制御方法はコンピュータが各ステップを実行するプログラムとして具現化可能である。これは、図４でも同様である。

Ｓ３０１ではユーザー操作などによってＡＦの開始要求が発生したか否かを判断する。ＡＦの開始要求があった場合にはＳ３０２に進み、ＡＦの開始要求がなかった場合にはオートフォーカス処理の開始要求があるまで待機する。

Ｓ３０２では、図４に示すフローによって交換レンズ２が焦点検出可能な状態であるか否かを確認する。Ｓ３０３では、焦点検出が可能でなければＳ３０１に戻り、焦点検出が可能であればＳ３０４に移行する。より具体的には、確認処理は通信ユニット３３を使用したデータ通信によって交換レンズ２から受信した焦点検出可否情報の内容によって行われる。焦点検出可否情報の内容が「焦点検出許可」であった場合にはＳ３０４に進み、焦点検出可否情報の内容が「焦点検出禁止」であった場合には、再度Ｓ３０１に戻る。

Ｓ３０４では、焦点検出ユニット３５を用いて焦点検出動作を実行し、デフォーカス量ｄを検出する。Ｓ３０５では、Ｓ３０４で検出したデフォーカス量ｄと現在のフォーカスレンズ２１の位置における敏感度近似式の係数Ｓ_i（ｉ＝０、１、２）を用いて、数式１よりフォーカス敏感度Ｓを算出し、Ｓ３０６では、フォーカスレンズ２１の駆動量ｘに換算する。Ｓ３０７では、Ｓ３０６で算出したフォーカスレンズ２１の駆動量ｘに従い、交換レンズ２に対してフォーカスレンズ駆動命令を発行し、フォーカスレンズ２１を駆動する。

Ｓ３０８では、ＡＦが完了したか否かを判定し、完了している場合には終了し、完了していない場合にはＳ３０１に戻る。ＡＦが完了しているか否かは、例えば、デフォーカス量ｄと焦点検出回数から判断する。デフォーカス量ｄが所定の値以下の場合には焦点検出回数は１回で完了とし、デフォーカス量ｄが所定の値以上の場合には焦点検出回数は２回で完了とする。

図４は、Ｓ３０２における交換レンズ２のレンズＣＰＵ２０が実行する制御方法の動作フローを示している。

Ｓ４０１では、フォーカスレンズ２１の位置を確認する。フォーカスレンズ２１の位置はフォーカスレンズ位置検出部２６によって検出される。

Ｓ４０２ではフォーカスレンズ２１が駆動中か否かを判定する。フォーカスレンズ２１が駆動中の場合にはＳ４０３に進む。一方、フォーカスレンズ２１が停止中の場合にはＳ４０５に進み、焦点検出禁止フラグをクリアする。

Ｓ４０３では、Ｓ４０１で検出したフォーカスレンズ２１の位置が焦点検出禁止領域であるか否かを確認する。焦点検出禁止領域とはフォーカス敏感度Ｓの誤差が大きくなる領域であり、図２に示す範囲Ａに相当する。フォーカスレンズ２１の位置が焦点検出禁止領域である場合にはＳ４０４に進み、焦点検出禁止フラグをセット（設定）する。フォーカスレンズ２１の位置が焦点検出禁止領域でない場合には（即ち、図２に示す範囲Ｂに有る場合には）Ｓ４０５に進み、焦点検出禁止フラグをクリア（除去）する。

Ｓ４０６では、Ｓ４０４およびＳ４０５で設定した焦点検出禁止フラグの状態を焦点検出可否情報としてカメラ本体３に送信する。焦点検出可否情報は、焦点検出禁止フラグがセットされている場合には「焦点検出禁止」、焦点検出禁止フラグがクリアされている場合には「焦点検出許可」となる。なお、カメラ本体３による焦点検出の許可は焦点検出を禁止する信号を送信しないこと、焦点検出を許容する信号を送信することのどちらであってもよい。

本実施形態によれば、データ量やカメラでの演算時間を増加させることなく、フォーカス敏感度に誤差が生じやすい領域からフォーカスレンズの駆動を行った場合でも、非合焦の発生を抑制することができる。

本実施形態では、交換レンズ２とカメラ本体３が着脱可能であるが、レンズ一体型の撮像装置（光学機器）にも本発明を適用することができる。この場合、撮像装置のＣＰＵ（制御手段）は、フォーカスレンズが駆動中であり、かつ、フォーカスレンズが上記所定の範囲にある場合には焦点検出を禁止するステップを有する制御方法を実行する。

以上、本実施形態について説明したが、本発明は本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。

本発明のレンズ装置と撮像システムは、一眼レフカメラシステムに適用可能である。本発明の撮像装置はレンズ一体型のカメラに適用可能である。

２…交換レンズ、３…カメラ本体、２０…レンズＣＰＵ（制御手段）、２１…フォーカスレンズ、２２…フォーカス駆動回路（駆動手段）、２６…フォーカスレンズ位置検出手段

Claims (6)

1. 撮像装置に着脱可能であり、前記撮像装置と通信可能なレンズ装置であって、焦点調節に際して移動するフォーカスレンズと、
   前記フォーカスレンズを駆動する駆動手段と、
   前記フォーカスレンズの位置を検出する位置検出手段と、
   検出された合焦位置に向けて前記フォーカスレンズが前記駆動手段により駆動され、かつ、前記フォーカスレンズが無限側の端と至近側の端の間に位置していないことが前記位置検出手段により検出された場合に、前記撮像装置における焦点検出動作を禁止することを示す信号を前記撮像装置に送信する制御手段を有することを特徴とするレンズ装置。
2. 前記フォーカスレンズの駆動が終了した場合、または、前記フォーカスレンズが前記無限側の端と前記至近側の端の間に位置することが前記位置検出手段により検出された場合、前記制御手段は、前記撮像装置における焦点検出動作を許可することを示す信号を前記撮像装置に送信すること特徴とする請求項１に記載のレンズ装置。
3. 撮像装置と、該撮像装置に着脱可能であり、前記撮像装置と通信可能なレンズ装置を含む撮像システムであって、
   前記レンズ装置は、
   焦点調節に際して移動するフォーカスレンズと、
   前記フォーカスレンズを駆動する駆動手段と、
   前記フォーカスレンズの位置を検出する位置検出手段と、
   検出された合焦位置に向けて前記フォーカスレンズが前記駆動手段により駆動され、かつ、前記フォーカスレンズが無限側の端と至近側の端の間に位置していないことが前記位置検出手段により検出された場合に、焦点検出動作を禁止することを示す信号を前記撮像装置に送信するレンズ制御手段を有し、
   前記撮像装置は、
   焦点検出動作を行う焦点検出手段と、
   前記レンズ制御手段から焦点検出動作を禁止することを示す信号を受信しているときは、前記焦点検出手段による焦点検出動作を禁止するカメラ制御手段を有することを特徴とする撮像システム。
4. 焦点調節に際して移動するフォーカスレンズと、
   前記フォーカスレンズを駆動する駆動手段と、
   前記フォーカスレンズの位置を検出する位置検出手段と、
   焦点検出動作を行う焦点検出手段と、
   検出された合焦位置に向けて前記フォーカスレンズが前記駆動手段により駆動され、かつ、前記フォーカスレンズが無限側の端と至近側の端の間に位置していないことが前記位置検出手段により検出された場合に、前記焦点検出手段による焦点検出動作を禁止する制御手段を有することを特徴とする撮像装置。
5. 撮像装置に着脱可能で、前記撮像装置と通信可能であり、焦点調節に際して移動するフォーカスレンズを有するレンズ装置の制御方法であって、
   前記フォーカスレンズが駆動されているか否かを検出するステップと、
   前記フォーカスレンズの位置を検出するステップと、
   検出された合焦位置に向けて前記フォーカスレンズが駆動されており、かつ、前記フォーカスレンズが無限側の端と至近側の端の間に位置していない場合に、前記撮像装置における焦点検出動作を禁止することを示す信号を前記撮像装置に送信するステップを有することを特徴とするレンズ装置の制御方法。
6. 焦点調節に際して移動するフォーカスレンズを有し、焦点検出動作を実行可能な撮像装置の制御方法であって、
   前記フォーカスレンズが駆動されているか否かを検出するステップと、
   前記フォーカスレンズの位置を検出するステップと、
   検出された合焦位置に向けて前記フォーカスレンズが駆動されており、かつ、前記フォーカスレンズが無限側の端と至近側の端の間に位置していない場合に、焦点検出動作を禁止するステップを有することを特徴とする撮像装置の制御方法。