JP5087077B2 - オートフォーカス機能を有する交換レンズカメラシステム - Google Patents

Description

本発明は、電子的に画像を記録可能なカメラシステムに関する。より具体的には、本発明は、撮像素子から得られる特定帯域の映像信号のコントラストをオートフォーカスの評価値として利用し、コントラストが最大となる位置すなわちコントラストピーク位置を合焦位置としてオートフォーカス動作を行うコントラスト方式オートフォーカス機能を備え、かつレンズ交換可能としているオートフォーカス機能を有する交換レンズカメラシステムに関する。

従来から、オートフォーカス（以下「ＡＦ」と記述する。）の一方式としてコントラスト方式が知られている。コントラスト方式は、特に民生用ビデオカメラ用途及びコンパクトデジタルスチルカメラ用途においてレンズ交換の出来ないカメラに多く採用されている。その理由は、コントラスト方式は、メカ調整精度の誤差（残存メカ誤差）に起因するＡＦズレが原理的に発生しないためである。なお、従来の一眼レフ交換レンズカメラにて多く使われている位相差方式ではメカ精度或いはメカ調整精度の誤差（残存誤差）に起因するＡＦズレが発生し得る。

カメラボディの撮像素子画素数がカメラユニット仕様によって異なると、ＡＦ評価周波数もカメラユニット毎に異なる。コントラスト方式ＡＦの問題点として、レンズユニットの光学性能において球面収差がある程度存在している場合、空間周波数が異なるとピーク位置が異なる位置になるという現象が知られている。すなわちＡＦ評価周波数と球面収差量の組み合わせが変わるとＡＦ位置と最良合焦位置の関係が変わってしまい、ＡＦ性能が保証されにくくなる。この理由から、交換レンズカメラシステムにおいてはコントラス方式ＡＦの採用率は低かった。

このような状況において、特許文献１は、ビデオカメラ用途に関する交換レンズカメラシステム対応のコントラスト方式ＡＦシステムの技術を提案している。特許文献１は、レンズユニットとカメラボディをデータ通信させることによってピント情報とピント位置情報をカメラボディからレンズユニットに送信を行い、レンズユニット側でＡＦ制御を行う技術を開示している。
特開２００４−２５８０８８号公報

コントラスト方式ＡＦでは、唯一、レンズユニットに球面収差が残存している場合、ＡＦ評価周波数の高低によってコントラストピーク位置が異なってしまうという現象が存在する。すなわち同じレンズユニットであってもカメラボディが異なってＡＦ評価周波数が異なる状態でコントラスト方式ＡＦを行った場合、ＡＦ結果としてのピント位置が異なってしまうという問題が存在する。特許文献１の技術では、この問題は依然残されている。

本発明は上記課題を解決すべくなされたものであり、その目的は、コントラスト方式ＡＦ交換レンズシステムカメラにおいて、レンズの残存球面収差量の異なる複数種類の交換レンズ群と、ＡＦ評価周波数の異なる複数種類のカメラ群をどのように組み合わせても、最良合焦位置での撮影を可能とするＡＦ性能を実現することにある。

本発明によるカメラシステムは、互いに着脱可能なレンズユニットおよびカメラボディを有する。前記レンズユニットは、被写体像を結像させる光学系と、前記光学系の少なくとも一部を連続的に駆動して被写体距離を変化させることにより、フォーカシング動作を行うフォーカシング機構と、前記フォーカシング動作に応じて撮影パラメータを取得する第１演算部と、映像のコントラストに基づいて焦点位置を補正する際に用いられる基準データを記憶した記憶部であって、前記基準データは、コントラスト測定に利用される２以上のＡＦ想定周波数の各々と複数の撮影パラメータとの組み合わせに応じて規定されている、記憶部とを備えている。前記カメラボディは、前記被写体像を受けて、前記被写体像に対応する映像の信号を出力する撮像素子と、前記フォーカシング動作中に、予め定められた固有のＡＦ評価周波数に基づいて前記映像のコントラストを測定し、前記コントラストが最大になったときにおける撮影パラメータおよび前記基準データに基づいて、補正値を算出する第２演算部とを備えている。前記フォーカシング機構は前記補正値に応じて、前記焦点位置を変化させる。

前記基準データは、前記映像に対して定められる複数の領域の各々と、前記２以上のＡＦ想定周波数の各々と、前記複数の撮影パラメータとの組み合わせによって規定されていてもよい。

前記基準データは、前記映像の中央部の領域を少なくとも含む複数の領域の各々と、前記２以上のＡＦ想定周波数の各々と、前記複数の撮影パラメータとの組み合わせによって規定されていてもよい。

前記カメラボディ固有のＡＦ評価周波数が、前記基準データに規定された前記２以上のＡＦ想定周波数のいずれとも異なるときは、前記第２演算部は、予め定められた固有のＡＦ評価周波数に基づいて前記映像のコントラストを測定し、前記２以上のＡＦ想定周波数のうちから前記カメラボディ固有のＡＦ評価周波数に最も近いＡＦ想定周波数を特定し、前記基準データのうち、特定された前記ＡＦ想定周波数に対応する基準データを用いて補正値を算出してもよい。

前記カメラボディ固有のＡＦ評価周波数が、前記基準データに規定された前記２以上のＡＦ想定周波数のいずれとも異なるときは、前記第２演算部は、予め定められた固有のＡＦ評価周波数に基づいて前記映像のコントラストを測定し、前記２以上のＡＦ想定周波数の少なくとも２つのＡＦ想定周波数を特定し、前記基準データのうち、特定された前記少なくとも２つのＡＦ想定周波数に対応する基準データを用いて補間演算を行って補正値を算出してもよい。

前記基準データは、前記フォーカシング動作が行われるときのＦ値を前記撮影パラメータとして、前記２以上のＡＦ想定周波数の各々と複数の撮影パラメータとの組み合わせが、Ｆ値毎に２個以上規定されていてもよい。

前記基準データは、開放Ｆ値に対応して規定されており、前記フォーカシング動作が行われるときのＦ値が開放Ｆ値ではないときは、前記第２演算部は、前記Ｆ値と、予め特定されている補正値が０のときのＦ値と、開放Ｆ値におけるコントラストが最大になった位置と最良合焦位置との差に対応するデータとに基づいて、前記Ｆ値におけるコントラストが最大になった位置と最良合焦位置との差を補正するための補正値を算出してもよい。

前記フォーカシング動作が行われるときのＦ値が所定値よりも大きいときは、前記第２演算部は、補正量０に対応する補正値を算出してもよい。

前記基準データは、少なくとも２．５本／ｍｍ、１０本／ｍｍおよび４０本／ｍｍのＡＦ想定周波数の各々と複数の撮影パラメータとの組み合わせに応じて規定されていてもよい。

前記光学系はレンズを含んでおり、前記フォーカシング機構は、駆動パルスの数に応じた距離だけ前記レンズの位置を移動させ、前記基準データおよび前記補正値は、前記駆動パルスの数で特定されてもよい。

前記基準データは、コントラストが最大になった位置と最良合焦位置との差に対応するデータであってもよい。

本発明によれば、フォーカシング動作中に、予め定められた固有のＡＦ評価周波数に基づいて映像のコントラストを測定し、コントラストが最大になったときにおける撮影パラメータおよび基準データに基づいて、補正値を算出する。基準データは、映像のコントラストに基づいて焦点位置を補正する際に用いられるものであり、コントラスト測定に利用される複数種類のＡＦ想定周波数の各々と複数の撮影パラメータとの組み合わせに応じて規定されており、かつ、コントラストが最大になった位置と最良合焦位置との差に対応するデータである。これにより、コントラスト方式のＡＦ交換レンズカメラシステムにおいて、レンズユニットとカメラボディとを種々組み合わせても、最良合焦位置で撮影を行うことができる。たとえば、基準データとして、種々の撮影パラメータ（複数の焦点距離、複数の被写体距離）ごとの補正量を設けることにより、レンズの残存球面収差量の異なる複数種類の交換レンズ群と、ＡＦ評価周波数の異なる複数種類のカメラ群をどのように組み合わせても、最良合焦位置で撮影を行うことができる。

以下、添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。

図１は、本実施形態による交換レンズカメラシステム１００の構成を示す。

図１に示す交換レンズカメラシステム１００（以下、「カメラシステム１００」と記述する。）は、互いに着脱自在に連結されるカメラボディ１およびレンズユニット２によって構成されている。カメラボディ１およびレンズユニット２は、各々に備えられている連結装置１３０および２３０にて着脱自在に連結される。連結時には、カメラボディ１の通信用接点１４０とレンズユニット２の通信用接点２４０とが接触して、カメラボディ１およびレンズユニット２が通信可能な状態になる。

カメラボディ１は、撮像素子１０１と、信号処理回路１０２と、演算回路１０３と、シャッター１０５と、光学ファインダー装置１１０と、システム制御用マイコン１２０と、液晶モニタ１２１と、メモリカードリーダ／ライタ１２２と、操作部１２３と、メモリ１２４とを備えている。

撮像素子１０１は、レンズユニット２によって光学的に結像された被写体像を受けて、電気信号を出力する。電気信号は、被写体像を構成する赤（Ｒ）、緑（Ｇ）および青（Ｂ）の色成分の量に応じた信号（色信号）である。信号処理回路１０２は、撮像素子１０１によって変換された電気信号をデジタル信号に変換し、更に階調変換処理、ホワイトバランス処理などの画像信号処理を行う。

演算回路１０３は、後に詳述するコントラスト方式のＡＦ制御のための演算を行う。

シャッター１０５は、閉じられるまでの時間に応じて撮像素子１０１に入射する光３の量を調整する。

光学ファインダー装置１１０は、撮影前に使用者が構図を決定するために利用する。

メモリ１２４は、システム制御用マイコン１２０から送られたデータを記憶し、システム制御用マイコン１２０から要求されたデータを出力する。

システム制御用マイコン１２０は、カメラボディ１内の各構成要素を含む、レンズユニット２も加えたカメラシステム１００全体の動作を制御する。システム制御用マイコン１２０は、メモリ１２４に記憶された制御用データを読み出すことができる。また、システム制御用マイコン１２０および後述するレンズ制御用マイコン２２０は、互いに通信するための通信機能を有している。システム制御用マイコン１２０はレンズ制御用マイコン２２０からＡＦ補正用データ（図６）および距離領域データ（図９）を受け取り、メモリ１２４に格納する。

液晶モニタ１２１は、カメラシステム１００の各種設定値や、撮影前の画像および／または撮影された画像を表示する液晶表示装置である。メモリカードリーダ／ライタ１２２（以下「リーダ／ライタ１２２」と記述する。）は、処理が終了した後の画像データをメモリカードに格納し、メモリカードに格納された画像データを読み出すことができる。なお、記録媒体として、カメラボディ１から取り外し可能な、フラッシュＲＯＭを備えた半導体メモリカードを想定しているが、これは一例である。他の例として記録媒体は光ディスク、磁気ディスク、磁気テープであってもよい。または、カメラボディ１に内蔵された半導体メモリ（たとえばフラッシュＲＯＭ）であってもよい。

レンズユニット２は、光学的結像のためのレンズ光学系およびそれらを制御するための機構を備えている。具体的には、レンズユニット２は、フォーカシング用レンズ群２０１と、フォーカシング機構＋アクチュエータ２０２と、絞り２０５と、ズーム用レンズ群２１０と、ズームエンコーダ２１１と、レンズ制御用マイコン２２０と、メモリ２２１とを備えている。

フォーカシング用レンズ群２０１は、光軸に平行な方向に移動してフォーカシングを行う。フォーカシング機構＋アクチュエータ２０２は、フォーカシング用レンズ群２０１の位置を読み取り、その位置を目的位置へ移動させる。絞り２０５は、光量を開口によって調整する。

ズーム用レンズ群２１０は、光軸に平行な方向に移動して被写体像の拡大および縮小（ズーミング）を行う。ズームエンコーダ２１１はズーム状態を読み取る。

レンズ制御用マイコン２２０は、メモリ２２１から必要なデータを読み出して前述各装置を含めてレンズユニット２全体を制御する。メモリ２２１は、レンズ制御用マイコン２２０がレンズユニット２全体の動作を制御するための制御用データに加えて、後に詳述するＡＦ補正用データ（図６）および距離領域データ（図９）を記憶している。

上述のカメラシステム１００はカメラボディ側の操作部１２３を介して行われる使用者の操作に応じて動作する。

次に、カメラシステム１００において行われるコントラスト方式のＡＦ制御を説明する。

図２は、液晶モニタ１２１に表示された５つのＡＦ枠３１、３２ａ、３２ｂ、３３ａ、３３ｂを示している。本明細書においては、５つのＡＦ枠の位置関係に鑑みて、ＡＦ枠３１を「ＡＦ中央枠」、ＡＦ枠３２ａおよび３２ｂを「ＡＦ上下枠」、ＡＦ枠３３ａおよび３３ｂを「ＡＦ左右枠」と呼ぶ。なお、ＡＦ枠の数および配置は一例であり、適宜変更してもよい。また、ＡＦ枠は液晶モニタ１２１上に設定されているとしたが、これは理解の便宜のための一例である。液晶モニタ１２１上に表示されることは必須ではない。たとえば液晶モニタ１２１の表示領域に対応する画像領域において、ＡＦ枠を規定すればよい。

本実施形態によるカメラボディ１の演算回路１０３は、ＡＦ動作時、図２に示す各ＡＦ枠のコントラストを計測する。そして、たとえばＡＦ中央枠（ＡＦ枠３１）において、コントラストが最大になった位置、換言すれば、測定されたコントラスト曲線がピークになった位置を特定する。なお、従来のカメラシステムでは、このピーク位置を最良合焦位置として撮影を行っているが、本実施形態においては、その位置を補正することにより、画面中央部についても画面周辺部についても最適なコントラストを得られる位置を最良合焦位置としている。本実施形態による補正処理は後に詳述する。

次に、図３を参照しながら、コントラストの測定について説明する。

図３は、カメラボディ１固有のＡＦ評価周波数を説明する図である。

コントラストの測定は、フォーカシング用レンズ群２０１が駆動されることにより、焦点位置が連続的に変化している間に行われる。たとえば演算回路１０３は、焦点位置が連続的に変化している間、ＡＦ中央枠（ＡＦ枠３１）の画像からＡＦ評価周波数帯域の値を次々と求める。この値は、ＡＦ評価値または検波値とも呼ばれ、いわゆるコントラスト値に相当する。それらのうちの最大値をコントラストのピークとして特定する。

なお、コントラスト値は以下の式によって求められる。
コントラスト値＝（最大光度−最小光度）／（最大光度＋最小光度）

ここで、「ＡＦ評価周波数」とは、カメラボディ１固有の値であり、コントラスト計測のために使用される周波数帯域を代表する重心周波数である。ＡＦ評価周波数ｎ本／ｍｍとは、１ｍｍ幅の範囲内に黒および白のラインがｎ組現れることを意味する。これは、たとえば黒ラインが１ｍｍ幅の範囲内にｎ本現れると言い換えることもできる。カメラボディ１に応じてｎの値が定められている。

図３（ａ）に示すとおり、ＡＦ評価周波数が１本／ｍｍのときは、１ｍｍ幅の範囲内に黒ラインｂ１が１本現れている。一方、図３（ｂ）に示すようにＡＦ評価周波数が２本／ｍｍのときは、１ｍｍ幅の範囲内には２本の黒ラインｂ１およびｂ２が現れている。そして図３（ｃ）に示すようにＡＦ評価周波数が１０本／ｍｍのときは、１ｍｍ幅の範囲内には１０本の黒ラインｂ１〜ｂ１０が現れている。ＡＦ評価周波数を低くすればＡＦ評価周波数帯域の値は大きくなるため、コントラストのピークは高くなる。一方、ＡＦ評価周波数を高くすればＡＦ評価周波数帯域の値は小さくなるため、コントラストのピークは低くなる。

コントラストのピークは、どの位置のＡＦ枠を用いるかによって変化する。図４は、ＡＦ評価周波数を２０本／ｍｍとしたときの、ＡＦ枠の位置に応じたコントラストのピーク位置Ｐ_20aおよびＰ_20bと、最良合焦位置Ｐ_focusとの関係を示す。

「画面中央」として、ＡＦ中央枠（ＡＦ枠３１）を用いて検出したコントラスト曲線を示し、「画面周辺」として、ＡＦ上下枠（ＡＦ枠３２ａおよび３２ｂ）またはＡＦ左右枠（ＡＦ枠３３ａおよび３３ｂ）を用いて検出したコントラスト曲線を示す。図から明らかなように、ピーク位置Ｐ_20aおよびＰ_20bは一致していない。そして、ピーク位置Ｐ_20aおよびＰ_20bはいずれも、最良合焦位置Ｐ_focusとは異なっている。なお、「画面周辺」とは、例えば０．７像高の位置でありＡＦ上限枠位置や左右枠位置のピーク（Ｐ_20b）とは異なっている点に留意されたい。

なお、「最良合焦位置Ｐ_focus」とは、ＡＦ評価周波数を２０本／ｍｍとしたときに、画面中央部についても画面周辺部についてもバランスよくコントラストを得られる位置、換言すれば画面中央（Ｐ_20a）および画面周辺（Ｐ_20b）のどちらにも必要十分なレベルで合焦しているとみなせる位置として本実施形態において定義したものである。

最良合焦位置の定義については、上述した位置の他にも種々考えられる。たとえば、画面中央部のＡＦ評価周波数のピーク位置、画面周辺部の像面湾曲を考慮して画面全体が最適となるように前述画面中央部のＡＦ評価周波数のピーク位置から特定量だけシフトした位置である。

なお、コントラストのピークは、レンズユニット２のレンズに存在する球面収差によっても変化する。図５（ａ）および（ｂ）は、３種類のＡＦ評価周波数に対応するコントラストの各ピーク位置と球面収差との関係を示す。図５（ｂ）に示すような球面収差（アンダー補正）を持つレンズの周波数依存コントラストピーク位置は図５（ａ）に示すような傾向があることが知られている。なお、レンズに球面収差が存在しない場合、すなわち図５（ｂ）の球面収差を示す形状がｙ軸に平行な直線として表される場合には、コントラストピーク位置はＡＦ評価周波数に依存せず、どのＡＦ評価周波数であってもコントラストピーク位置は一致する。

再び図４を参照する。本実施形態によるカメラシステム１００は、最良合焦位置Ｐ_focusに焦点が来るようフォーカシング用レンズ群２０１の駆動量を補正する。そのため、まずフォーカシング用レンズ群２０１を駆動して、あるＡＦ枠についてコントラストが最大となった位置（たとえば図４のピーク位置Ｐ_20a、Ｐ_20b）を求め、その後、フォーカシング用レンズ群２０１の駆動量を補正する。

たとえば、ＡＦ中央枠（ＡＦ枠３１）を用いてコントラストのピークを検出した場合には、検出されたピーク位置Ｐ_20aがＰ_focusの位置に来るよう、フォーカシング用レンズ群２０１の駆動量を補正する。または、ＡＦ上下枠（ＡＦ枠３２ａおよび３２ｂ）またはＡＦ左右枠（ＡＦ枠３３ａおよび３３ｂ）を用いて検出したコントラストのピークを検出した場合には、検出されたピーク位置Ｐ_20bがＰ_focusの位置に来るよう、フォーカシング用レンズ群２０１の駆動量を補正する。

駆動量をどの程度補正すべきかは、コントラストのピークが検出されたＡＦ枠、ＡＦ評価周波数、焦点距離ｆ、被写体までの距離等に応じて変動する。しかしながら、それらのすべての組み合わせを規定した補正用データを用意することは現実的ではない。

そこで、本実施形態においては、ＡＦ枠、焦点距離、ＡＦ評価周波数、被写体までの距離のそれぞれについて、複数の代表値の組み合わせを規定した補正の基準となるデータ（以下「ＡＦ補正用データ」と称する。）を設けることとした。

図６は、データ仕様の一例として、Ｆ３．５、焦点距離ｆ１４〜５０ｍｍについてのＡＦ補正用データフォーマットの一例を示す。最至近距離は５００ｍｍとしている。このＡＦ補正用データはレンズユニット２固有の値として、メモリ２２１（図１）に記憶されている。なお先に説明した「ＡＦ評価周波数」という語はカメラボディ１に応じて定まる値であるため、混乱を避ける目的で図６では「ＡＦ想定周波数」と呼んでいる。

図６に示すＡＦ補正用データは、ＡＦ想定周波数として４０本／ｍｍ、１０本／ｍｍ、２．５本／ｍｍの３種類の周波数に対応している。そしてそのＡＦ想定周波数の各々が、さらに複数の撮影パラメータで分類され、その撮影パラメータごとに値が記述されている。焦点距離すなわちズーム状態はｆ１４、ｆ２５、ｆ５０の３種類、被写体距離については、３ｍ、１ｍ、０．６ｍの３種類、ＡＦ枠については、ＡＦ中央枠、ＡＦ上下枠およびＡＦ左右枠、の３箇所に分類されている。その結果、ＡＦ補正用データは合計８１個のデータから構成されている。

なお、Ｆ値に対応するデータを加えることも可能であるが、本明細書では加えていない。例えば絞りの開口が小さくなるほどＡＦ補正用データ値は小さくなり、ＡＦ補正しなくても良くなることが知られている。そこで、本実施形態においてはＦ８においてレンズユニット２におけるＡＦ補正用データ値が０になることが予め分かっているとする。いま、開放Ｆ値とＦ８との間のＦ値に対応するＡＦ補正用データを後述する内挿補間演算により算出する方法を採るとする。すると、データ値「０」は記憶する必要はないため、開放Ｆ値のＡＦ補正用データのみ記憶すれば十分であり、Ｆ値に対応するデータは特に必要ではない。

ＡＦ補正用データに記述されている値ａ−ｚ、Ａ−Ｚ、ａａ−ａｚ、ａＡ−ａＣは、フォーカシング用レンズ群２０１の少なくとも一部のレンズを駆動するための、フォーカシング機構＋アクチュエータ２０２（特にアクチュエータ）に印加されるパルス数（またはパルス値）にて表されている。このパルス数を用いてフォーカシング用レンズ群２０１を駆動すれば、ＡＦ想定周波数にてコントラストピークを検出した場合のピーク位置から実際の最良合焦位置Ｐ_focusまでの距離だけ、焦点位置を移動させることができる。それにより、最良合焦位置Ｐ_focusに一致するように焦点位置を移動させることができる。すなわちこのパルス数は、ＡＦ動作によるピーク検出後に実際に駆動する位置への焦点シフト量に対応するデータである。以下、図７を参照しながらより詳しく説明する。

図７は、４種類のＡＦ想定周波数毎のコントラスト曲線を示す。このうち、ＡＦ想定周波数４０本／ｍｍ、１０本／ｍｍ、２．５本／ｍｍの３種類が、図６のＡＦ補正用データとして採用されている。

図７に示すデータは、ＡＦ中央枠（ＡＦ枠３１）において測定したものであり、そのときの焦点距離ｆは１４ｍｍ、被写体までの距離は３ｍである。図７にはまた、最良合焦位置Ｐ_focusの位置も示されている。なお、図７では、ＡＦ想定周波数に対応するコントラストピーク位置は、ＡＦ想定周波数に対応する添え字を用いて表している。たとえばＡＦ想定周波数４０本／ｍｍに対応するコントラストピーク位置は「Ｐ₄₀」と表す。

各ＡＦ想定周波数のコントラストピーク位置に着目する。最良合焦位置Ｐ_focusを基準とすると、Ｐ２．５は左方向にａｃずれており、Ｐ２０は右方向にＢ、Ｐ４０は右方向にａだけずれている。したがって、このずれ量を解消する方向および距離だけ、それぞれのピーク位置からフォーカシング用レンズ群２０１を駆動させれば、焦点位置を最良合焦位置Ｐ_focusに移動させることができる。ＡＦ枠、焦点距離ｆ、ＡＦ想定周波数などを組み合わせた上述の条件下で焦点位置を最良合焦位置Ｐ_focusに移動させるために必要な駆動パルスに対応する値が、図６に記載されている。

上述のとおり、レンズユニット２と組み合わされるカメラボディ１は、固有のＡＦ評価周波数を有している。そのため、そのＡＦ評価周波数が図６に記述されたＡＦ想定周波数とは異なる場合がある。また、撮影条件によっては、焦点距離および被写体までの距離も異なる。そこで本実施形態においては、レンズユニット２の演算回路１０３は、ＡＦ補正用データを内挿補間演算により算出する。これにより、各カメラボディの、各撮影条件に適合するＡＦ補正用データを算出することができ、それにより、焦点位置を最良合焦位置Ｐ_focusに移動させることができる。

次に、図８を参照しながら、カメラシステム１００において行われるＡＦ動作を説明する。

図８は、本実施形態によるカメラシステム１００のＡＦ処理の手順を示す。本実施形態においては、図４に示す処理は、レンズユニット２のレンズ制御用マイコン２２０およびカメラボディ１のシステム制御用マイコン１２０が連携して行うとして説明する。

まず、レンズユニット２の仕様（１）、カメラボディ１の仕様（２）およびレンズ状態条件（３）は以下のとおりとし、当該条件下でシャッターが切られて撮影が行われたとする。
（１）レンズユニット２の仕様：Ｆ３．５、焦点距離ｆ１４〜５０ｍｍ、最至近距離５００ｍｍ、フォーカスストロークの遠側端から最至近側端までの対応パルスは１３００パルス
（２）カメラボディ１の仕様：撮像素子１０１の画素数３１３６×２３５２＝７３７５８７２画素、画素ピッチ５．６μｍ、撮像サイズ１７．５６１６ｍｍ×１３．１７１２ｍｍ、対角２１．９５２ｍｍ、ＡＦ評価周波数５本／ｍｍ、映像信号からＡＦ評価周波数の帯域を抽出してコントラストのピーク検出を行う。
（３）レンズ状態条件：Ｆ３．５（開放）、ズーム状態（焦点距離）ｆ１４ｍｍ、被写体までの撮影距離３ｍ

撮影前において、レンズユニット２とカメラボディ１が連結され、カメラボディ１がパワーオンされたときには、システム制御用マイコン１２０およびレンズ制御用マイコン２２０は、レンズユニット側通信用接点２４０およびカメラボディ側通信用接点１４０を介して互いに通信し、初期処理を行っているとする。初期処理として、たとえばレンズ制御用マイコン２２０は、メモリ２２１内に記憶されている図６に示すＡＦ補正用データおよび後述する図９に記載された距離領域データを一括して、カメラボディ１内のシステム制御用マイコン１２０に送信する。システム制御用マイコン１２０は受け取ったデータを、メモリ１２４に格納する。その後、シャッター半押しが行われると、ステップＳ１１からの処理、すなわちＡＦ動作が開始される。

ステップＳ１１において、レンズユニット２のフォーカシング機構＋アクチュエータ２０２は、フォーカシング動作を行う。この動作は、カメラボディ１のシステム制御用マイコン１２０からレンズユニット２に対して与えられた、ピーク検出のためのフォーカスレンズスキャン駆動指示に基づいている。フォーカシング機構＋アクチュエータ２０２はフォーカシング用レンズ群２０１の位置パルスデータを読み取り、レンズ制御マイコンを介してカメラボディ１内のシステム制御マイコンに転送しながらフォーカシング用レンズ群２０１のスキャン駆動を行う。

ステップＳ１２において、演算回路１０３は、フォーカシング動作の結果得られたパラメータ、ここではコントラストのピーク値を検出したＡＦ枠、ピーク値になるまでにフォーカシング動作に要したパルス値および焦点距離ｆを特定する。

たとえば、画面中央に位置する中央枠３１内にてピーク値が検出されたとする。レンズ制御用マイコン２２０は、そのピーク値が検出されるまでにフォーカシング動作に要したパルス値（たとえば３７０パルス）を把握しており、そのパルス値の情報をシステム制御用マイコン１２０に送る。すると演算回路１０３はシステム制御用マイコン１２０を介してパルス値の情報を受け取る。焦点距離ｆについても、レンズ制御用マイコン２２０は、ズーム用レンズ群２１０の状態に基づいて１４ｍｍであることを特定することができる。よって、焦点距離ｆの情報もまた、そのまま演算回路１０３に送られる。

次に、ステップＳ１３において、演算回路１０３は、特定されたパルス値、焦点距離ｆおよび予め設けられた距離領域データに基づいて被写体までの距離を特定する。

図９は、距離領域データの一例を示す。図９によれば、演算回路１０３は、図７に示す被写体距離３ｍ、１ｍ、０．６ｍの各々に対応するフォーカスパルス範囲のデータを算出することができる。たとえば焦点距離ｆ１４ｍｍにおいて、演算回路１０３は、無限位置パルス（２４０パルス）から１．５ｍ位置パルス（５００パルス）までを、３ｍデータに対応するパルス範囲であるとして認識し、１．５ｍ位置パルス（５００パルス）から０．７５ｍ位置パルス（９５０パルス）までを１ｍデータに対応するパルス範囲であるとして認識し、０．７５ｍ位置パルス（９５０パルス）から最至近距離パルス（１２００パルス）までを０．６ｍデータに対応するパルス範囲として認識する。なお、本実施形態においては、遠側端〜最至近側端フォーカス駆動量に対応するパルスは１３００であるとする。すなわち遠側端を０パルス、最至近側端を１３００パルスとしている。

上述のとおり、本実施形態では、焦点距離ｆ１４ｍｍ、フォーカシング動作に要したパルス値が３７０パルスであるとしている。３７０パルスは無限位置パルス２４０パルスと１．５ｍ位置パルス５００パルスとの間であるため、演算回路１０３は、その被写体は３ｍ距離領域に存在していたと認識する。

ピーク位置パルスが検出されるとシステム制御用マイコン１２０はレンズ制御用マイコン２２０に指示してスキャン動作を中止させ、スキャン駆動をスタートした側へヒステリシスよりも大きい量だけフォーカシング用レンズ群２０１を一旦戻して停止させる。

再び図８を参照する。ステップＳ１４において、演算回路１０３は、コントラストのピーク値を検出したＡＦ枠、焦点距離ｆ、カメラボディのＡＦ評価周波数、被写体までの距離および予め設けられたＡＦ補正用データを用いて補間演算を行い、補正パルス値を算出する。

カメラボディ１の仕様（２）において示したように、カメラボディ１のＡＦ評価周波数は５本／ｍｍである。一方、ＡＦ補正用データ（図６）にはＡＦ想定周波数として５本／ｍｍは規定されていない。そこで、演算回路１０３は、５本／ｍｍを間に含むＡＦ想定周波数２．５本／ｍｍおよび１０本／ｍｍのデータを利用して補間演算を行うことにより、ＡＦ想定周波数５本／ｍｍのデータを求める。

これまでに特定されたコントラストのピーク値を検出したＡＦ枠がＡＦ中央枠であること、焦点距離ｆ１４ｍｍおよび被写体までの距離３ｍによれば、必要とされるＡＦ補正用データは、ＡＦ想定周波数１０本／ｍｍ、被写体距離３ｍ、ＡＦ中央枠、焦点距離ｆ１４のデータ値Ｂと、ＡＦ想定周波数２．５本／ｍｍ、被写体距離３ｍ、ＡＦ中央枠、焦点距離ｆ１４のデータ値ａｃの２つである。この２つのデータを利用して内挿補間近似演算を行う。たとえば直線補間を行うとすると、２点（ｘ，ｙ）＝（２．５，ａｃ）および（１０，Ｂ）を結ぶ直線上の、ｘ＝５におけるｙ座標値を求めればよく、（Ｂ−ａｃ）（５−２．５）／７．５＋ａｃとして算出することができる。

なお内挿補間として、一次関数による補間（直線補間）のほか、最小２乗近似による補間、３次補間、ラグランジュ補間、スプライン補間、Ｓｉｎｃ関数による補間、Ｌａｎｃｚｏｓ補間（ランツォシュ補間）などを行ってもよい。

上述の処理の結果、必要なＡＦ想定周波数５本／ｍｍ、被写体距離３ｍ、焦点距離ｆ１４ｍｍのパルス値（「補正パルス値」と呼ぶ。）が算出される。

なお、撮影条件によっては、レンズユニット２の焦点距離がｆ１４、ｆ２５、ｆ５０の間に位置し、データが存在しないこともある。そのときは、演算回路１０３は、レンズユニット２からのズーム位置情報によって存在しているデータを利用して内挿補間近似演算を行い、補正パルス値を算出すればよい。

次に、ステップＳ１５において、演算回路１０３が、算出した補正パルス値およびコントラストのピーク値に対応するパルス値をシステム制御用マイコン１２０に送ると、システム制御用マイコン１２０はそれらをレンズ制御用マイコン２２０に送る。フォーカシング機構＋アクチュエータ２０２は、それらの値に基づいてフォーカシング用レンズ群２０１を駆動し、フォーカシング動作を行う。フォーカシング動作の結果、焦点は最良合焦位置Ｐ_focusに移動する。そしてＡＦ動作が終了する。

以上のように、本実施形態によれば、コントラスト方式ＡＦ交換レンズカメラシステム１００において、レンズの残存球面収差量の異なる複数種類の交換レンズ群と、ＡＦ評価周波数の異なる複数種類のカメラ群とをどのように組み合わせても、最良合焦位置におけるＡＦが可能になる。

なお、上述の説明においては、図９に示す距離領域データは、図６に示すＡＦ補正値と同様に一括してシステム制御用マイコン１２０に送られるとしたが、一括して送られなくてもよい。たとえばレンズユニット２内の演算回路１０３またはシステム制御用マイコン１２０において内挿補間近似演算を行わせた後、現在のズームポジションにおける、無限位置パルス、１．５ｍ位置パルス、０．７５ｍ位置パルス、最至近距離パルス、の４個のデータのみを送信してもよい。

また、上述の説明においては、図９に示す距離領域データによって決定されるパルス範囲内であれば、フォーカシング動作に要したパルス値がその範囲内のどの値であっても、図６に示される１個の値を適用していた。しかしながら、領域の中央をそれぞれ３ｍパルス位置、１ｍパルス位置、０．６ｍパルス位置として、その位置に図６のデータを対応させ、その間は内挿補間演算を行ってＡＦ補正値を算出してもよい。この方法によれば、距離依存ＡＦ補正値の精度の向上を図ることができる。

ここで、フォーカシング用レンズ群２０１およびズーム用レンズ群２１０を含むレンズ光学系は、本発明の光学系の一例である。フォーカシング用レンズ群２０１、フォーカシング用レンズ群２０１の位置読取と目的位置への移動を行うフォーカシング機構＋アクチュエータ２０２は、本発明のフォーカシング機構の１例である。

マイコン１２０および２２０は、ＡＦ用補正データを演算する演算部の一例である。さらに、システム制御用マイコン１２０において、信号処理回路１０２および演算回路１０３の処理を行わせることもできる。システム制御用マイコン１２０、信号処理回路１０２および補正演算回路１０３は、１つの演算回路として実装することが可能であり、この演算回路もまた演算部の一例である。連結装置２３０は、本発明の連結手段の１例である。記憶手段に記憶される２以上のＡＦ想定周波数に対応するコントラストピーク位置と実際の最良合焦位置との距離についてのデータ群は、即値であってもよいし、再現可能なデータ変換を施したデータであってもよい。

ＡＦ枠対応については、画面中央部対応のＡＦ中央枠のみであってもよい。２以上の想定ＡＦ評価周波数に対応するコントラストピーク位置と実際の最良合焦位置との距離についてのデータ群を利用する演算算出は２以上のデータの内、カメラボディ固有のＡＦ評価周波数に最も近いＡＦ想定周波数に対応するデータを選択決定するようにしてもよい。２以上の想定ＡＦ評価周波数に対応するコントラストピーク位置と実際の最良合焦位置との距離についてのデータ群は、ＡＦを実施する場合のＦ値に対応するようにＦ値毎に２個以上設けてもよい。

また、フォーカシング動作が行われるときのＦ値が所定値よりも大きいときは、演算回路１０３は、補正を行わないよう、補正量０に対応する補正値を算出してもよい。

本実施形態においては、内挿補間演算によって補正パルス値を求めた。しかしながら、内挿補間演算は補間演算の一例であり、外挿補間演算を行ってもよい。ＡＦ想定周波数または焦点距離ｆを求めようとするとき、それぞれについて少なくとも２つのＡＦ補正用データを予め設けておけば、内挿補間演算および外挿補間演算を組み合わせて目的とするデータを得ることが可能である。

一方、補間演算を行わない方法も考えられる。たとえば演算回路１０３は、ＡＦ評価周波数に最も近い想定ＡＦ周波数を特定し、特定したＡＦ想定周波数に対応するＡＦ補正用データを採用して補正パルス値を求めてもよい。

また、図８に示すカメラシステム１００の処理のうち、カメラボディ１の処理は、主として演算回路１０３およびシステム制御用マイコン１２０が連携して動作することによって実現されるとして説明した。しかしながら、システム制御用マイコン１２０または演算回路１０３のいずれか一方のみが当該処理を行ってもよい。たとえばシステム制御用マイコン１２０が処理を行う場合には、メモリ１２４に予め格納されていたソフトウェアをシステム制御用マイコン１２０が実行するよう構成してもよい。この構成によれば、図８の処理に対応するレンズユニット２と接続可能なカメラボディであれば、後にソフトウェア更新が行われることにより、上述した図８の処理をレンズユニット２とともに実現できるようになる。

本発明は、レンズの残存球面収差量の異なる複数種類の交換レンズ群と、ＡＦ評価周波数の異なる複数種類のカメラ群からなるコントラスト方式ＡＦ交換レンズカメラシステムにおいて、適用が可能であり、ライブビューモードを備えたデジタル一眼レフカメラシステムに特に適している。

本発明の実施形態による交換レンズカメラシステム１００の構成を示す図である。 液晶モニタ１２１に表示された５つのＡＦ枠３１、３２ａ、３２ｂ、３３ａ、３３ｂを示す図である。 カメラボディ１固有のＡＦ評価周波数を説明する図である。 ＡＦ評価周波数を２０本／ｍｍとしたときの、ＡＦ枠の位置に応じたコントラストのピーク位置Ｐ_20aおよびＰ_20bと、最良合焦位置Ｐ_focusとの関係を示す図である。 （ａ）および（ｂ）は、３種類のＡＦ評価周波数に対応するコントラストの各ピーク位置と球面収差との関係を示す図である。 データ仕様の一例として、Ｆ３．５、焦点距離ｆ１４〜５０ｍｍについてのＡＦ補正用データフォーマットの一例を示す図である。 ４種類のＡＦ想定周波数毎のコントラスト曲線を示す図である。 本実施形態によるカメラシステム１００のＡＦ処理の手順を示すフローチャートである。 距離領域データの一例を示す図である。

１ カメラボディ
２ レンズユニット
１００ カメラシステム
１０１ 撮像素子
１０２ 信号処理回路
１０３ 演算回路
１０５ シャッター
１１０ 光学ファインダー装置
１２４、２２１ メモリ
１２０ システム制御用マイコン
１２１ 液晶モニタ
１２２ リーダ／ライタ
１２３ 操作部
１３０ カメラボディ側連結装置
１４０ カメラボディ側通信用接点
２０１ フォーカシング用レンズ群
２０２ フォーカシング機構＋アクチュエータ
２０５ 絞り装置
２１０ ズーム用レンズ群
２１１ ズームエンコーダ
２２０ レンズ制御用マイコン
２３０ レンズユニット側連結装置
２４０ レンズユニット側通信用接点

Claims (11)

1. 互いに着脱可能なレンズユニットおよびカメラボディを有するカメラシステムであって、
   前記レンズユニットは、
   被写体像を結像させる光学系と、
   前記光学系の少なくとも一部を連続的に駆動して被写体距離を変化させることにより、フォーカシング動作を行うフォーカシング機構と、
   前記フォーカシング動作に応じて撮影パラメータを取得する第１演算部と、
   映像のコントラストに基づいて焦点位置を補正する際に用いられる基準データを記憶した記憶部であって、前記基準データは、コントラスト測定に利用される２以上のＡＦ想定周波数の各々と複数の撮影パラメータとの組み合わせに応じて規定されている、記憶部と
   を備えており、
   前記カメラボディは、
   前記被写体像を受けて、前記被写体像に対応する映像の信号を出力する撮像素子と、
   前記フォーカシング動作中に、予め定められた固有のＡＦ評価周波数に基づいて前記映像のコントラストを測定し、前記コントラストが最大になったときにおける撮影パラメータおよび前記基準データに基づいて、補正値を算出する第２演算部と
   を備えており、前記フォーカシング機構は前記補正値に応じて、前記焦点位置を変化させる、カメラシステム。
2. 前記基準データは、前記映像に対して定められる複数の領域の各々と、前記２以上のＡＦ想定周波数の各々と、前記複数の撮影パラメータとの組み合わせによって規定されている、請求項１に記載のカメラシステム。
3. 前記基準データは、前記映像の中央部の領域を少なくとも含む複数の領域の各々と、前記２以上のＡＦ想定周波数の各々と、前記複数の撮影パラメータとの組み合わせによって規定されている、請求項２に記載のカメラシステム。
4. 前記カメラボディ固有のＡＦ評価周波数が、前記基準データに規定された前記２以上のＡＦ想定周波数のいずれとも異なるときは、
   前記第２演算部は、予め定められた固有のＡＦ評価周波数に基づいて前記映像のコントラストを測定し、前記２以上のＡＦ想定周波数のうちから前記カメラボディ固有のＡＦ評価周波数に最も近いＡＦ想定周波数を特定し、前記基準データのうち、特定された前記ＡＦ想定周波数に対応する基準データを用いて補正値を算出する、請求項３に記載のカメラシステム。
5. 前記カメラボディ固有のＡＦ評価周波数が、前記基準データに規定された前記２以上のＡＦ想定周波数のいずれとも異なるときは、
   前記第２演算部は、予め定められた固有のＡＦ評価周波数に基づいて前記映像のコントラストを測定し、前記２以上のＡＦ想定周波数の少なくとも２つのＡＦ想定周波数を特定し、前記基準データのうち、特定された前記少なくとも２つのＡＦ想定周波数に対応する基準データを用いて補間演算を行って補正値を算出する、請求項３に記載のカメラシステム。
6. 前記基準データは、前記フォーカシング動作が行われるときのＦ値を前記撮影パラメータとして、前記２以上のＡＦ想定周波数の各々と複数の撮影パラメータとの組み合わせが、Ｆ値毎に２個以上規定されている、請求項１に記載のカメラシステム。
7. 前記基準データは、開放Ｆ値に対応して規定されており、
   前記フォーカシング動作が行われるときのＦ値が開放Ｆ値ではないときは、前記第２演算部は、前記Ｆ値と、予め特定されている補正値が０のときのＦ値と、開放Ｆ値におけるコントラストが最大になった位置と最良合焦位置との差に対応するデータとに基づいて、前記Ｆ値におけるコントラストが最大になった位置と最良合焦位置との差を補正するための補正値を算出する、請求項１に記載のカメラシステム。
8. 前記フォーカシング動作が行われるときのＦ値が所定値よりも大きいときは、前記第２演算部は、補正量０に対応する補正値を算出する、請求項１に記載のカメラシステム。
9. 前記基準データは、少なくとも２．５本／ｍｍ、１０本／ｍｍおよび４０本／ｍｍのＡＦ想定周波数の各々と複数の撮影パラメータとの組み合わせに応じて規定されている、請求項１に記載のカメラシステム。
10. 前記光学系はレンズを含んでおり、
    前記フォーカシング機構は、駆動パルスの数に応じた距離だけ前記レンズの位置を移動させ、
    前記基準データおよび前記補正値は、前記駆動パルスの数で特定される、請求項１に記載のカメラシステム。
11. 前記基準データは、コントラストが最大になった位置と最良合焦位置との差に対応するデータである、請求項１に記載のカメラシステム。

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