JP2010145495A - カメラシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 山登りAFにおける反転時の不安定さを排する（ハンチング防止）。
【解決手段】 カメラシステムは山登り方式の合焦制御手段と、駆動系のバックラッシュ量を出力する第１の出力手段と、駆動系の慣性（イナーシャ）に起因するオーバーラン量を出力する第２の出力手段を備える。前記合焦制御手段は、合焦評価値のピーク値を検出した位置から必ず前記バックラッシュ量と前記オーバーラン量を足した値以上行き過ぎさせ、その後反転して前記ピーク値を検出した位置までフォーカスレンズを移動させるように制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、自動焦点調節装置を有する光学機器に関するものである。

オートフォーカス一眼レフカメラでは、TTL(Through The Lens)位相差オートフォーカス（以下位相差AFという）等の合焦機構が一般的に用いられている。これに対し、ビデオカメラ等では撮像素子から得られる信号の高周波成分によりコントラスト検知を行う山登りオートフォーカス（以下山登りAFという）が用いられている。

２つのオートフォーカス方式を比較すると次のような特徴がある。位相差ＡＦは、合焦位置までの移動量が分かるため高速な焦点調節を可能とするが、一眼レフカメラの構造上ミラーが光路から退避（ミラーアップ）すると焦点調節が行えない。これに対し、山登りＡＦでは撮像素子の信号を用いて焦点検出を行うため、ミラーアップ後の焦点調節が可能だが、合焦位置を知るためにはフォーカスレンズを動かしながら合焦評価値を比較し、ピーク値を探す必要がある。また、山登りＡＦの原理上ピークを通り過ぎてからピークへ戻るという焦点調節の仕方であるため、バックラッシュの比較的大きい駆動系を有するレンズにおいては反転時に以下の問題が生じる。すなわち、ピークからの行き過ぎ量が少ない場合には、駆動命令がバックラッシュ内で吸収されレンズが全く移動しなかったり、それとは逆にバックラッシュ分で加速した後にレンズが駆動され、目標位置よりも行き過ぎたりする問題がある。このように、駆動系の持つバックラッシュやガタによる負荷変動、慣性（イナーシャ）が原因で目標位置よりも行き過ぎたり行き足らなかったりする等、反転時の挙動が不安定となる場合があった。

そのため、反転時の不安定さを排する（いわゆるハンチング防止の）様々な方法が従来開示されている。例えば、特許文献１では、反転時には少なくともレンズ駆動系のバックラッシュ量だけ目標位置よりも行き過ぎさせてから同量後戻りさせる方法が開示されている。また、特許文献２では反転時には反転前のレンズ移動速度よりも低速度でレンズを移動させて目標位置に接近させるという方法が開示されている。さらに、特許文献３では、反転時のバックラッシュ補正が過剰であると判断した場合には再度の反転時に補正を行わないという手法が開示されている。
特開平01-280712号公報 特開平05-264889号公報 特開2001-305419号公報

特許文献１で開示されている方法を使うと駆動系のガタを片寄せすることができるのでバックラッシュの影響を小さくすることが出来る。ただし、山登りＡＦではピーク位置を通り過ぎて初めて目標位置（合焦位置）を見つけられるため、特許文献１の方法を適用すると合焦までの時間が遅くなる。というのは、ピーク位置を通り過ぎてから反転し、さらに目標位置をバックラッシュ分通り過ぎて、同量後戻りする焦点調節動作となるためである。また、特許文献２で開示されている方法では、反転時の駆動速度を遅くすることでイナーシャの影響を小さく出来るが、その分合焦時間が遅くなるという課題がある。特許文献３で開示されている方法では、反転後合焦位置へ向かう際の目標位置からの行き過ぎ量を少なく出来るもののガタによる負荷変動やイナーシャの影響を小さくすることにはつながらない。

実際、交換レンズの種類によって駆動系の持つバックラッシュ量やイナーシャは異なるため、ピーク位置からの最適な行き過ぎ量は各交換レンズで異なる。さらには駆動機構の配置、例えばフォーカス位置やズーム位置によってもバックラッシュ量は異なるため、行き過ぎ量はそれらに応じて制御される必要がある。

そこで、本発明は少なくとも山登り検出方式の合焦制御手段を有するカメラシステムにおいて、反転時の不安定さを排した高精度な自動焦点調節を可能とすることを目的とする。

上記の目的を達成するために、一つの観点として本発明のカメラシステムは、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、駆動系のバックラッシュ量に関する情報を出力する第１の出力手段を備える。さらに、駆動系の慣性に起因するオーバーラン量に関する情報を出力する第２の出力手段と、撮像素子から得られる信号から合焦評価信号を生成する信号処理手段と、前記信号処理手段の出力に応じて合焦動作を制御する合焦制御手段を有する。上記のようなカメラシステムにおいて前記合焦制御手段は前記合焦評価信号のピーク値を検出した位置から必ず前記第１の出力手段から出力されるバックラッシュ量と前記第２の出力手段から出力されるオーバーラン量を足した値以上行き過ぎさせる。その後反転して前記ピーク値を検出した位置までフォーカスレンズを移動させるように制御することを特徴とする。

本発明によれば、山登りＡＦ時、合焦評価値のピーク位置からバックラッシュとイナーシャを考慮した値以上行き過ぎさせ、その後反転してピーク位置へ駆動させるため、ガタによる負荷変動の影響を減らし、反転時の不安定さを排することが出来る。本発明は、バックラッシュ量の比較的大きいレンズにおける反転時の不安定さを排するだけでなく、バックラッシュ量の小さいレンズにおいては行き過ぎ量を小さくすることで合焦時間の短縮化を図ることが出来る。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施例を表すレンズ交換式デジタル一眼レフカメラの断面図である。ここでは、レンズ光軸（撮影光軸）ＡＸＬの方向をＺ方向とし、上記レンズ光軸ＡＸＬに対して直交する方向であって、撮像面に平行な２方向のうち横方向をＸ方向、縦方向をＹ方向とする。

１はカメラボディ（以下、単にカメラという）、２はカメラ１に装着された交換レンズ、３はメインミラーである。図１で示された状態において、メインミラー３は交換レンズ２からの光束の光路上に配置され、その光束の一部を反射してファインダ光学系（７、８）に導き、かつ残りの光束を透過させる。メインミラー３の背後にはサブミラー４が配置されており、メインミラー３を透過した光束を反射して焦点検出ユニット５に導く。なお、メインミラー３およびサブミラー４は不図示の駆動機構により上記光路から退避することが可能である。

位相差方式の焦点検出ユニット５はＡＦセンサを有し、いわゆる位相差検出方式での焦点検出（交換レンズ２の焦点状態の検出）を行う機能を持つ。ＡＦセンサは、入射した光束を２つに分割するコンデンサレンズと、各分割光束を再結像させる２つのセパレータレンズと、結像した２つの被写体像をそれぞれ光電変換するＣＣＤセンサ等のラインセンサから構成される。なお、ラインセンサは、被写体の縦方向（Ｙ方向）と横方向（Ｘ方向）の像位置を検出するよう十字型に配置されている。

６はＣＣＤセンサ又はＣＭＯＳセンサにより構成される撮像素子であり、この撮像素子６の受光面（撮像面）上には交換レンズ２からの光束が結像する。撮像素子６は、結像した被写体像を光電変換し、撮像信号を出力する。また、不図示の電子制御式フォーカルプレーンシャッタにより撮像素子６の露光量を制御する。

なお、上記の構造上、メインミラー３およびサブミラー４が光路から退避している場合には、位相差検出方式による焦点検出（位相差ＡＦ）は行えない。この場合には、撮像素子６の信号を入力とした不図示の信号処理部から出力されるコントラスト情報の履歴を判断して焦点調節を行う、いわゆる山登り検出方式の焦点調節（山登りＡＦ）が行われる。なお、不図示の焦点検出手段選択部により、位相差ＡＦと山登りＡＦの切り換えを行うことが出来る。

ファインダ光学系は、ペンタプリズム７と、接眼レンズ８とにより構成されている。

交換レンズ２において、被写体側から順に、１１は第１レンズユニット、１２はフォーカスレンズとしての第２レンズユニット、１３は変倍レンズとしての第３レンズユニット、１４は第４レンズユニットである。また、第３および第４レンズユニット１３、１４の間には絞りユニット１５が配置されており、交換レンズ２内を通過してカメラ１側に至る光量を調節する。なお、上記レンズユニット１１〜１４および絞りユニット１５により撮影光学系が構成される。

第２レンズユニット（フォーカスレンズ）１２は、ＡＦモータ１６からの駆動力を受けて光軸ＡＸＬ上を移動し、焦点調節を行う。

第３レンズユニット（変倍レンズ）１３は、撮影者による操作力が不図示の伝達機構により伝達されることによってレンズ光軸ＡＸＬ上を移動し、変倍を行う。

１７はディスプレイパネルであり、撮像素子６の信号を入力とした不図示の信号処理部から出力される画像やその他様々な撮影情報を表示する機能を持つ。

図２は、図１に示したレンズ交換式デジタル一眼レフカメラシステムの電気回路構成を示すブロック図である。

この図において、１００はカメラ１側の電気回路（以下、カメラ側電気回路という）、２００は交換レンズ２側の電気回路（以下、レンズ側電気回路という）である。

カメラ側電気回路において、１０１はマイクロコンピュータで構成されるカメラＣＰＵである。カメラＣＰＵ１０１は、カメラ１側の各構成部の動作を制御するとともに、カメラ接点１０２および交換レンズ２側（以下、単にレンズ２側という）のレンズ接点２０２を介して交換レンズ２に設けられたレンズＣＰＵ２０１との通信を行う。レンズ２側に通信される情報としては、フォーカスレンズ１２の駆動情報等が含まれ、また、レンズ２側から受信する信号として、フォーカス位置、ズーム位置情報等が含まれる。

カメラ接点１０２は、レンズ２側に信号を伝達する信号伝達接点、交換レンズ２に電源を供給する電源用接点を含む。

１０３は外部から操作可能な電源スイッチであり、カメラＣＰＵ１０１を立ち上げてシステム内の各アクチュエータやセンサ等への電源供給およびシステムの動作を可能な状態とするためのスイッチである。

１０４は焦点検出手段選択部であり、位相差検出方式もしくは山登り検出方式による焦点検出手段を切り換える機能を有する。前記焦点検出手段選択部１０４の選択に応じてメインミラー３、サブミラー４およびシャッタの配置が切り替わる。すなわち、山登り検出方式による焦点検出を選択した場合、メインミラー３およびサブミラー４が光路上から退避、さらにはシャッタの開放動作を行い、撮像素子に被写体からの光が届く状態となる。これに対し、位相差検出方式を選択した場合には、メインミラー３およびサブミラー４が光路上にあり、シャッタは閉じた状態となる。

１０５は外部から操作可能な２段ストローク式のレリーズスイッチであり、第１ストロークスイッチ（ＳＷ１）と第２ストロークスイッチ（ＳＷ２）を有する。レリーズスイッチ１０５からの信号は、カメラＣＰＵ１０１に入力される。カメラＣＰＵ１０１は、第１ストロークスイッチ（ＳＷ１）からのＯＮ信号の入力に応じて、撮影準備状態に入る。なお、ＳＷ１、ＳＷ２からのＯＮ信号の入力に対するカメラＣＰＵ１０１等の処理は前記焦点検出手段選択部１０４の選択で異なるため、以下ではそれらを別々に説明する。

前記焦点検出手段選択部１０４において位相差検出方式が選択されている場合、ＳＷ１からのＯＮ信号が入力されると、測光部１０６による被写体輝度の測定、および焦点検出部１０７による位相差検出方式での焦点検出を開始させる。カメラＣＰＵ１０１は、測光結果に基づいて絞りユニット１５の絞り値や撮像素子６の露光量（シャッタ秒時）等を演算する。また、カメラＣＰＵ１０１は、焦点状態の検出結果である焦点検出情報（デフォーカス量およびデフォーカス方向）に基づいて、撮影対象となる被写体に対して焦点を合わせるために必要なフォーカスレンズ１２の駆動量および駆動方向を決定する。駆動量および駆動方向の情報は、レンズＣＰＵ２０１に送信される。レンズＣＰＵ２０１は、レンズ２内の各構成部の動作を制御する。さらに、第２ストロークスイッチ（ＳＷ２）からのＯＮ信号が入力されると、カメラＣＰＵ１０１は、レンズＣＰＵ２０１に対して絞り駆動命令を送信し、絞りユニット１５を先に演算した絞り値に設定させる。また、カメラＣＰＵ１０１は、露光部１１０に露光開始命令を送信し、ミラー３、４の退避（アップ）動作およびシャッタの開放動作を行わせ、撮像素子６を含む撮像部１１１にて、被写体像の光電変換、すなわち撮影を行わせる。

前記焦点検出手段選択部１０４において山登り検出方式が選択されている場合、ＳＷ１からのＯＮ信号が入力されると、信号処理部１１２は撮像素子６の出力信号を処理し、画像のコントラスト情報を取り出す。合焦評価部１１３はフォーカスレンズ１２を動かした時の信号処理部から得られるコントラスト情報の履歴を判断し合焦位置を判別する。具体的な判別方法について以下に説明する。合焦評価部１１３は、フォーカスレンズ１２を駆動させた時の合焦評価値の変化から、評価値が大きくなる方向にレンズを駆動させ、評価値がピークをとる位置を合焦位置と判断する。合焦位置が判断された時点では既にピーク位置を通り過ぎているので、駆動方向を反転させて前記ピーク位置へフォーカスレンズ１２を移動させる。なお、後述する反転開始判別手段２０６で反転開始と判断されない限りは、レンズの駆動方向を反転させない。すなわち、反転開始と判断された後に初めて駆動方向を反転させて評価値が最大となる位置（合焦位置）へ移動させる制御を行う。

さらに、第２ストロークスイッチ（ＳＷ２）からのＯＮ信号が入力されると、カメラＣＰＵ１０１は、レンズＣＰＵ２０１に対して絞り駆動命令を送信し、絞りユニット１５を先に演算した絞り値に設定させる。また、カメラＣＰＵ１０１は、露光部１１０に露光開始命令を送信し、一旦シャッタを閉じた後に開放動作を行い、撮像素子６を含む撮像部１１１にて被写体像の光電変換、すなわち撮影を行う。

撮像部１１１（撮像素子６）からの撮像信号は、信号処理部１１２にてデジタル変換され、さらに各種補正処理が施されて画像信号として出力される。画像信号（データ）は、画像記録部１１４において、フラッシュメモリ等の半導体メモリ、磁気ディスク、光ディスク等の記録媒体に記録保存される。

なお、前記焦点検出手段選択部１０４において山登り検出方式が選択されている場合にはディスプレイパネル１７により撮像素子６で取得した画像をリアルタイムに表示させることが出来る。

レンズ接点２０２は、カメラ１側との信号のやり取りを行う信号伝達接点と、カメラ１側から電源供給を受ける電源用接点とを含む。

２０３は、バックラッシュ量出力手段であり、後述するフォーカス位置、ズーム位置検出部２０９から得られたフォーカス、ズーム位置に応じたバックラッシュ量を予め値の設定されたテーブルから読み出して出力する。

２０４はオーバーラン量出力手段であり、後述するフォーカス位置、ズーム位置検出部２０９から得られたフォーカス、ズーム位置あるいはレンズの駆動速度に応じたオーバーラン量を予め値の設定されたテーブルから読み出して出力する。

２０５はフォーカスレンズ１２の行き過ぎ量演算手段であり、合焦評価部１１３で判断された合焦評価値がピークをとった位置から現在の位置までの差を出力する。

２０６は反転開始判別手段であり、以下の条件が成り立つ場合に限り反転開始信号を出力する。

バックラッシュ量出力手段２０３の出力 Ｂ
オーバーラン量出力手段２０４の出力 Ｃ
行き過ぎ量演算手段２０５の出力 Ｄ
としたとき、
Ｄ＞Ｂ＋Ｃ または Ｄ＝Ｂ＋Ｃ
２０７は合焦駆動部であり、カメラＣＰＵ１０１から送信されたフォーカスレンズ１２の駆動量および駆動方向の情報に応じてＡＦモータ１６を駆動することによってフォーカスレンズ１２の駆動を行う。

２０８は絞り駆動部であり、カメラＣＰＵ１０１からの絞り駆動命令を受けたレンズＣＰＵ２０１により制御され、図１に示した絞りユニット１５を命令により指定された絞り値に相当する開口状態に動作させる。

２０９はフォーカス位置、ズーム位置検出部であり、第２レンズユニット（フォーカスレンズ）１２の位置を検出する第１検出部と、変倍レンズである第３レンズユニット１３の位置を検出する第２検出部により構成されている。

次に、図３のフローチャートを用いて、図２に示したシステムの主要動作を山登り検出方式に限定して説明する。まず、カメラ側電気回路１００における電源スイッチ１０３がＯＮされると、レンズ側電気回路２００に電源供給が開始され、カメラＣＰＵ１０１とレンズＣＰＵ２０１との間の通信が開始される（ステップ〈図にはＳと記す〉１００１）。ステップ１００１ではＳＷ１のＯＮ信号が発生した後の１回目の焦点調節かどうかを判別する焦点調節回数フラグnおよび合焦評価値のピーク値を保存する変数Amaxの初期化が行われる。

次に、カメラＣＰＵ１０１は、レリーズスイッチ１０５におけるＳＷ１のＯＮ信号が発生しているか否かを判別する（ステップ１００２）。ＯＮ信号が発生しているときはステップ１００３へ進み、そうでない場合はステップ１００１に戻る。ステップ１００３において、カメラＣＰＵ１０１は焦点調節回数フラグnが0であるかを判別する。焦点調節回数フラグnが0、すなわちＳＷ１のＯＮ後１回目の焦点調節を行う時はステップ１００４へ、n=0でないときはステップ１０１９へと進む。

ステップ１００４において、合焦評価部１１３はフォーカスレンズ１２の駆動方向を設定する。具体的な方法を以下に説明する。まず、フォーカスレンズ１２を予め定められた方向（例えば至近方向）に駆動させ、信号処理部１１２から出力される合焦評価値を駆動前と後で比較する。駆動後の合焦評価値の方が大きいか等しい場合には、駆動方向を予め定められた方向と同じ方向に設定する。一方、駆動後の合焦評価値の方が小さい場合には、駆動方向を前記予め定められた方向と反対の方向に設定する。

ステップ１００５において合焦評価部１１３は信号処理部１１２からの合焦評価値Ａを取り込む。

次に、合焦評価部１１３はステップ１００５で取り込んだ合焦評価値ＡとＡmaxに保存されているピーク値を比較する（ステップ１００６）。合焦評価値Ａがピーク値Ａmaxよりも小さければステップ１０１０に進み、大きいか等しい場合にはステップ１００７へ進む。

ステップ１００７ではフォーカスレンズ１２が端に達したかを判断し、達していなければステップ１００８へ進み、端に達した場合にはステップ１０１７へ進む。

ステップ１００８では、直前のステップ１００５で取り込んだ合焦評価値Ａをピーク値としてＡmaxに記憶し、予め定められた移動量だけ前回の駆動方向と同じ方向にフォーカスレンズ１２を駆動させる。

取得した合焦評価値Ａがピーク値Ａmaxよりも小さくなるまでステップ１００５から１００９までを繰り返す（山を登る状態に相当）。ステップ１００６において、取得した合焦評価値Ａがピーク値Ａmaxよりも小さくなった場合（山を登りきった状態）にはステップ１０１０へ進む。ステップ１０１０ではフォーカス位置、ズーム位置検出部２０９によりフォーカス位置、ズーム位置の検出を行う。これらの値から現在のレンズ配置におけるバックラッシュ量Bをバックラッシュ出力手段２０３から取得する（ステップ１０１１）。さらに、イナーシャによるフォーカスレンズ１２のオーバーラン量Cをオーバーラン量出力手段２０４から取得する（ステップ１０１２）。ステップ１０１３では行き過ぎ量演算手段２０５によりピーク位置からの行き過ぎ量Dが演算される。ステップ１０１４において、反転開始判別手段２０６は前記バックラッシュ量Ｂと前記イナーシャによるオーバーラン量Ｃを足した値と前記行き過ぎ量Ｄを比較する。前記ピーク位置からの行き過ぎ量Ｄの方が大きいか等しい場合にはステップ１０１５へ進み、小さい場合にはステップ１００７へと進む。ステップ１０１５では合焦評価値がAmaxの位置へフォーカスレンズ１２を駆動し、目標位置における合焦評価値をピーク評価値Amaxとして記憶させる（ステップ１０１６）。

ステップ１０１８では、焦点調節回数フラグnが1に設定される。次に、ステップ１０１９では、レリーズボタン１０５の第２ストローク操作によってＳＷ２からのＯＮ信号が入力されたか否かを判別し、ＯＮ信号が入力されるまでステップ１００２からステップ１０１９を繰り返す。ＳＷ２からのＯＮ信号が入力されると、ステップ１０２０へと進む。

ステップ１０２０では、カメラＣＰＵ１０１は撮像素子６の露光動作を行い、ステップ１０２１において、カメラＣＰＵ１０１は、撮影画像データを記録媒体に記録して、ステップ１００１に戻る。

なお、ステップ１００７においてフォーカスレンズ１２が端に達した場合には、ステップ１０１７へ進みサーチＮＧとして処理される。また、ステップ１００３において焦点調節回数フラグnが0以外、すなわちＳＷ１ＯＮ後に既に山登りAFを行ったと判断された場合には、ステップ１０１９へ進み、ＳＷ１がＯＦＦになるまでレンズの駆動は行わない。

カメラＣＰＵ１０１およびレンズＣＰＵ２０１は、電源スイッチ１０３がＯＦＦされるまで上記一連の動作を繰り返する。電源スイッチ１０３がＯＦＦされると、カメラＣＰＵ１０１とレンズＣＰＵ２０１間の通信を終了し、レンズ側電気回路２００への電源供給も終了する。

なお、実施例ではメインミラーとサブミラーが光路から退避するか否かにより焦点検出手段を切り換えていたが本発明はそれに限定されない。例えば、ハーフミラーを用いて位相差ＡＦと山登りＡＦを常に切り換えることが出来るカメラシステムに対しても適用することができる。

また、本実施例において山登りＡＦを行う際には撮像素子からの信号をリアルタイムでディスプレイパネルに表示する方法について説明したが、本発明はそれに限定されない。例えば、ファインダ内に液晶パネルを配置して撮像素子からの画像をファインダで見られるようにしてもよい。

さらに、本実施例は、レンズ交換式デジタル一眼レフカメラについて説明したが、本発明は、レンズ一体側のデジタルカメラ、さらにはビデオカメラにも適用することができる。

本発明の実施例であるレンズ交換式デジタル一眼レフカメラを示す断面図。 上記カメラシステムの電気回路構成を示すブロック図。 上記カメラシステムにおける主要動作を示すフローチャート。

符号の説明

１ カメラボディ
２ 交換レンズ
３ メインミラー
４ サブミラー
５ 位相差方式の焦点検出ユニット
６ 撮像素子
７ ペンタプリズム
８ 接眼レンズ
１１ 第１レンズユニット
１２ 第２レンズユニット（フォーカスレンズ）
１３ 第３レンズユニット（変倍レンズ）
１４ 第４レンズユニット
１５ 絞りユニット
１６ ＡＦモータ
１７ ディスプレイパネル

Claims (1)

1. 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、駆動系のバックラッシュ量に関する情報を出力する第１の出力手段と、駆動系の慣性に起因するオーバーラン量に関する情報を出力する第２の出力手段と、撮像素子から得られる信号から合焦評価信号を生成する信号処理手段と、前記信号処理手段の出力に応じて合焦動作を制御する合焦制御手段と、を備えたカメラシステムにおいて、
   前記合焦制御手段は前記合焦評価信号のピーク値を検出した位置から必ず前記第１の出力手段から出力されるバックラッシュ量と前記第２の出力手段から出力されるオーバーラン量を足した値以上行き過ぎさせ、
   その後反転して前記ピーク値を検出した位置までフォーカスレンズを移動させるように制御することを特徴とするカメラシステム。

Images