JP5743459B2 - 撮像装置およびレンズユニット - Google Patents

Description

本発明は、撮像装置に関する。

撮像装置において、コントラスト方式のオートフォーカス（ＡＦ：自動焦点調節）時にレンズを光軸方向に微小移動（ウォブリング）することによって合焦位置がある方向を判別することは知られている。撮像素子がＣＭＯＳセンサの場合にはローリング読み出しが行われ、電荷蓄積中はレンズを停止して読み出し中にレンズを移動させる。特許文献１は、レンズ駆動期間と、焦点調節の対象の領域であるＡＦ領域（ＡＦ枠）の電荷蓄積期間とを比較した結果に基づいてレンズ駆動期間を変更する方法を提案している。

特開２００８−１１１９９５号公報

ＡＦ領域の設定には１点ＡＦ、多点ＡＦ、顔ＡＦなどがある。１点ＡＦはＡＦ領域が任意の一点に設定される。あるいは、画面の狭小領域に設定された場合も１点ＡＦとみなすことができる。多点ＡＦでは、ＡＦ領域が、画面の広範囲に亘る全ＡＦ点に設定されたり、頻繁に切り替わるＡＦ点に設定されたりする。顔ＡＦでは、顔検出結果に応じてＡＦ領域が切り替わる。そして、多点ＡＦや顔ＡＦではＡＦ領域が変更される頻度が高いが、このたびに、特許文献１の方法では、レンズ駆動期間の開始や終了のタイミングをレンズ駆動手段へ指示する必要が生じるため、高速通信という高コストな通信環境を整えなければならない。

そこで、本発明は、ウォブリング時にレンズ駆動手段との通信量を抑えることが可能な撮像装置を提供することを例示的な目的とする。

本発明の一側面の撮像装置は、撮影光学系と当該撮影光学系を駆動する駆動手段を有するレンズユニットが着脱可能な撮像装置であって、電荷の蓄積と読み出しを画素の行の単位の走査で行う撮像素子と、焦点調節の対象の領域が固定される第１モードまたは前記領域が変動する第２モードを設定する設定手段と、前記レンズユニットと前記撮影光学系を前記駆動手段を介して移動させる通信を行うとともに、前記撮影光学系を光軸方向にウォブリングさせる際の前記撮影光学系の駆動を停止させる駆動停止期間の情報と、垂直同期信号に対応する情報及び前記領域の位置に基づく前記垂直同期信号から前記領域の電荷蓄積を開始するまでの遅延時間情報と、を前記レンズユニットに通信することで、前記レンズユニット側で、前記駆動停止期間の情報と前記遅延時間情報とに基づいて、前記撮影光学系のウォブリングのレンズ駆動開始タイミングを設定させる通信手段と、前記ウォブリングの際に前記撮影光学系の駆動が停止される期間に前記撮像素子に電荷蓄積された信号に基づいて合焦位置がある方向に前記撮影光学系を移動させる自動焦点調節手段と、前記駆動停止期間を、前記第２モードが設定された場合は前記第１モードが設定された場合よりも長くする制御手段とを有することを特徴とする。
また、本発明の他の一側面としてのレンズユニットは、撮像装置に着脱可能なレンズユニットであって、撮影光学系と、前記撮影光学系を駆動する駆動手段と、前記撮像装置に設けられた通信手段と、前記撮影光学系を前記駆動手段を介して移動させる通信を行うとともに、前記通信手段から送られてくる、前記撮影光学系を光軸方向にウォブリングさせる際の前記撮影光学系の駆動を停止させる駆動停止期間の情報と、垂直同期信号に対応する情報及び焦点調節の対象の領域の位置に基づく前記垂直同期信号から前記領域の電荷蓄積を開始するまでの遅延時間情報と、に基づいて、前記撮影光学系のウォブリングのレンズ駆動開始タイミングを設定する制御手段と、を有し、前記制御手段は、前記レンズ駆動開始タイミングを前記垂直同期信号に対応する情報の通知に伴って設定し、前記駆動停止期間は、前記撮像装置に設けられた前記領域が固定される第１モードまたは前記領域が変動する第２モードを設定する設定手段により、前記第２モードが設定された場合よりも前記第１モードが設定された場合の方が長いことを特徴とする。

本発明によれば、ウォブリング時にレンズ駆動手段との通信量を抑えることが可能な撮像装置を提供することができる。

電荷蓄積とウォブリングのタイミングチャートである。（実施例１） 電荷蓄積とウォブリングのタイミングチャートである。（実施例２） 本実施例の撮像装置のブロック図である。

図３は、本実施例の撮像装置の構成を示すブロック図であり、破線は光軸を表している。本実施例の撮像装置は、レンズ交換型のデジタル一眼レフカメラであるが、デジタルビデオカメラなど撮像装置の種類は限定されない。

また、撮像装置は、撮影光学系を光軸方向に微小移動させるウォブリングを行うことによって合焦位置（コントラストのピーク位置）がある合焦方向を判別する自動焦点調節機能（ＡＦ機能）を有する。

撮像装置は、本体１００と、本体１００に交換可能（着脱可能）に構成されるレンズユニット（交換レンズ）１５０を有する。本体１００とレンズユニット１５０の機械的な着脱は、本体１００のマウントとレンズユニット１５０のマウントを介してなされる。また、本体１００とレンズユニット１５０の電気的な接続および切断は、本体１００のコネクタとレンズユニット１５０のコネクタを介してなされる。

本体１００は、サブミラー１０５と、焦点検出回路１０７、撮像素子１１０、信号処理回路１２０、表示手段１２４、被写体検出手段１２６、ライブビュー設定手段１２８、カメラマイコン（制御部）１３０、メモリ１４０、その他の部材を有する。

サブミラー１０５は、不図示の主ミラーと共に光軸上に配置され、光路上に退避可能に配置される。図３は、非撮影時の状態を示している。この状態では、主ミラーは入射光束の一部を不図示の光学ファインダに反射し、一部をサブミラー１０５に透過し、サブミラー１０５は焦点検出回路１０７に入射光束を反射する。また、撮影時には主ミラーとサブミラー１０５は、光路から退避し、入射光束を撮像素子１１０に導く。

焦点検出回路１０７は、サブミラー１０５で反射された光束を内部に配置された光電変換を行うセンサで受光する。デフォーカス量は、このセンサの出力を演算することによって位相差方式を利用して求められる。カメラマイコン１３０は演算結果を評価してレンズマイコン１６０に指示し、フォーカスレンズを所定量移動する。

撮像素子（イメージセンサ）１１０は、撮影光学系が形成した光学像を電気信号（画像データ）に変換し、電荷の蓄積と読み出しを画素の行または列の単位の走査で行う（即ち、ローリングを行う）撮像素子であり、例えば、ＣＭＯＳセンサから構成される。即ち、撮像素子１１０においては、一行だけが同じ時間で蓄積を行い、別の行は時間的に遅れて蓄積が行われ、別の行の蓄積中に蓄積が終了した行の読み出しを行う。撮像素子１１０から画像データはＡＧＣ／ＡＤ回路を経て信号処理回路１２０に入力される。

信号処理回路１２０は、撮像素子１１０とカメラマイコン１３０に接続され、撮像素子１１０からのデジタル化された画像データに、フィルタ処理、色変換処理、ガンマ処理圧縮処理を含む処理を施し、カメラマイコン１３０へ送信する。信号処理回路１２０で表示用の画像として処理された画像データは表示手段駆動回路１２２に送られて電子ビューファインダなどの表示手段１２４に画像として表示される。

被写体検出手段１２６は、一定の条件を満足する被写体（顔など）を検出する。被写体検出手段１２６を顔検出手段として機能させると、顔ＡＦを行うことができる。

設定手段１２８は、モードダイヤルや各種の操作部材を含み、撮像素子１１０から画像データを連続的に出力して表示手段１２４に画像データを連続的に表示するライブビューモードを設定する。また、設定手段１２８は、顔検出を被写体検出手段１２６で行う顔ＡＦのモードを設定することもできる。更には、設定手段１２８は、１点ＡＦのモードと多点ＡＦのモードを設定することもできる。

また、撮像装置は、焦点調節の対象の領域であるＡＦ領域が固定されるとみなすことができる（即ち、ＡＦ領域の変動が小さい）第１モードと、ＡＦ領域が複数あってＡＦ領域が変動する（または、ＡＦ領域の変動が大きい）第２モードと、を有する。第１モードは、例えば、１点ＡＦや狭小領域のＡＦのモードである。第２モードは、例えば、多点ＡＦや顔検出を被写体検出手段１２６で行う顔ＡＦのモードである。

カメラマイコン１３０は、撮像素子１１０、信号処理回路１２０に接続されると共に、不図示のコネクタを介してレンズユニット１５０のレンズマイコン１６０に接続されているマイクロコンピュータ（ＣＰＵ、プロセッサ、制御手段）である。カメラマイコン１３０は、ウォブリングを含むＡＦ制御や画像処理制御を行う。このため、カメラマイコン１３０は、撮影光学系を光軸方向にウォブリングすることによって合焦位置がある方向を判別する自動焦点調節手段としても機能する。

メモリ１４０は、コントラストＡＦ時に必要な情報を保持する。

上述したように、レンズユニットが交換可能に構成された撮像装置は、ウォブリング時の本体とレンズユニットの間の通信量を抑える効果を有する。

ウォブリングでは、無限側の位置にレンズを微小駆動した後で、まずそこでフォーカスレンズを停止し、撮像素子１１０から画像を取り込む。次に、至近側の位置にフォーカスレンズを微小駆動した後で、レンズを停止し、撮像素子１１０から画像を取り込む。

合焦方向を判別した後は、カメラマイコン１３０は合焦方向に撮影光学系のフォーカスレンズを移動させてコントラスト方式のＡＦを行う。即ち、カメラマイコン１３０はフォーカスレンズによって形成される焦点位置と撮像素子の相対位置を変化させる走査を行いながら撮像素子が出力する画像データのコントラスト（ＡＦ評価値）のピーク位置を検出してＡＦを行う。

レンズユニット１５０は、被写体の光学像を形成する撮影光学系１５２、撮影光学系１５２のフォーカスレンズを光軸方向に移動する駆動回路（駆動手段）１５５、レンズマイコン１６０を有する。

撮影光学系１５２は、被写体の光学像を撮像素子１１０に集光させる複数枚のレンズを有する。複数枚のレンズの一部は、焦点調節時に光軸方向に移動されるフォーカスレンズを含む。

駆動回路１５５は、ＤＣモータやステッピングモータを有し、レンズマイコン１６０の制御によって撮影光学系１５２のフォーカスレンズを光軸方向に移動する。

レンズマイコン１６０は、カメラマイコン１３０と電気的に接続され、撮影動作に必要な情報の交換を行う。レンズマイコン１６０とカメラマイコン１３０との接続は双方向データ通信を行うためのデータ線ＤＬとカメラマイコン１３０からレンズマイコン１６０へ出力される垂直同期信号ＶＤからなる（通信手段）。

コントラストＡＦにおいては、現在位置からコントラスト値のピーク位置（合焦位置）までフォーカスレンズを移動するが、フォーカスレンズの現在位置から合焦位置がある方向を判別するためにフォーカスレンズを光軸方向に沿って前後にウォブリングする。

このようにして、カメラマイコン１３０はフォーカスレンズをその現在位置から前側と後側に移動し、それぞれの位置におけるコントラスト値（ＡＦ評価値）を信号処理回路１２０から取得してメモリ１４０に格納する。その後、カメラマイコン１３０は、メモリ１４０に格納されたＡＦ評価値を比較することによってＡＦ評価値が増加する方向を合焦位置がある方向であると判定する。その後、カメラマイコン１３０は、合焦位置がある方向にフォーカスレンズを移動する。

ウォブリング時には、主ミラーとサブミラー１０５は光路から退避して光束は撮像素子１１０に導かれ、不図示のシャッターを開放状態とし、撮像素子１１０からローリング読み出し方式にて連続的に画像を読み出す。また、カメラマイコン１３０は、フォーカスレンズを前後に駆動するための命令をレンズマイコン１６０に送信する。レンズマイコン１６０はこの命令をうけて、駆動回路１５５にフォーカスレンズを駆動させるための出力信号を発する。

以下、ウォブリング時のカメラマイコン１３０とレンズマイコン１６０の動作について説明する。この動作フロー（自動焦点調節方法）は、コンピュータに機能を実現するためのプログラムとしてメモリ１４０に格納されている。

ライブビューを開始すると、カメラマイコン１３０は、レンズマイコン１６０から撮影光学系１５２のＩＤ、フォーカス敏感度、絞り設定などの情報を取得する。次に、カメラマイコン１３０は、取得したフォーカス敏感度と絞り設定からウォブリング幅を設定し、レンズＩＤとウォブリング幅からウォブリング時間を決定する。

次に、カメラマイコン１３０は、ＡＦ領域の種別を判断する。１点ＡＦの場合にはＡＦ領域の変更頻度が低いので、カメラマイコン１３０はコントラスト評価周期を２フレームに設定する（あるいはレンズ駆動停止期間を小さく設定する）。一方、多点ＡＦや顔ＡＦなどの場合にはＡＦ領域の変更頻度が高いので、カメラマイコン１３０はコントラスト評価周期を３フレームに設定する（あるいはレンズ駆動停止期間を大きく設定する）。

なお、「２フレーム」や「３フレーム」は単なる例示であり、ＡＦ領域の変更頻度が低い場合のコントラスト評価周期がＡＦ領域の変更頻度が高い場合のコントラスト評価周期よりも小さければ足りる。また、ＡＦ領域の変更頻度が低い場合のレンズ駆動停止期間がＡＦ領域の変更頻度が高い場合のレンズ駆動停止期間よりも短ければ足りる。

続いて、カメラマイコン１３０はＡＦ領域に基づいて垂直同期信号ＶＤからＡＦ領域の電荷蓄積を開始するまでの遅延時間Ｔ１を算出する。次に、カメラマイコン１３０は、ウォブリングの命令があると、レンズマイコン１６０にＶＤの通知を開始し、ウォブリング幅、ウォブリング時間、Ｔ１、ＡＦ領域の電荷蓄積期間（駆動停止時間Ｔ２）、ＡＦ評価開始タイミングをレンズマイコン１６０に通知する。

一方、レンズマイコン１６０は、垂直同期信号ＶＤの通知が開始されると、ウォブリング幅、ウォブリング時間、Ｔ１、ＡＦ領域の電荷蓄積期間、ＡＦ評価開始タイミングに基づいてレンズ駆動開始タイミング（駆動許可期間Ｔ３の開始のタイミング）を設定する。次に、レンズマイコン１６０は撮影光学系１５２のフォーカスレンズを駆動するように駆動回路１５５を制御する。

図１は、電荷蓄積とウォブリングのタイミングチャートである。図１（ａ）は、画面の狭小領域のコントラスト検出（または１点ＡＦ）を行う場合、即ち、ＡＦ領域の変更頻度が低い場合を示している。図１（ｂ）は、画面の全領域のコントラスト検出（または多点ＡＦ）を行う場合、即ち、ＡＦ領域の変更頻度が高い場合を示している。

垂直同期信号ＶＤの周期にあわせて電荷の蓄積と読み出しが行われる。遅延時間Ｔ１は、垂直同期信号ＶＤからＡＦ領域の電荷蓄積が開始されるまでの時間である。レンズマイコン１６０は垂直同期信号ＶＤと遅延時間Ｔ１からレンズ駆動を行う期間と停止すべき期間を計算し、図１（ａ）で示すようにフォーカスレンズを駆動させるように駆動回路１５５を制御する。

駆動停止期間Ｔ２は、レンズ駆動が至近側の位置で停止している期間であり、この期間に電荷の蓄積と読み出しとコントラスト評価値の計算が行われる。駆動許可期間Ｔ３は、ウォブリングのためにレンズが至近側から無限側に移動する期間であり、この期間はレンズ移動中での蓄積動作を行うためコントラスト評価値の計算は行われない。駆動停止期間Ｔ４は、レンズ駆動が無限側の位置で停止している期間であり、この期間に電荷の蓄積と読み出しとコントラスト評価値の計算が行われる。Ｔ１〜Ｔ５はデータとしてカメラマイコン１３０からレンズマイコン１６０へと送信される。

図１（ａ）では、垂直同期信号ＶＤの周期の４周期にて１サイクルのウォブリングが行われる。即ち、コントラスト評価は２フレームに１回行われる。その後、コントラスト評価値の結果によりレンズマイコン１６０はより合焦方向にフォーカスレンズを駆動させるように駆動回路１５５に命令する。

図１（ｂ）は、期間駆動停止期間Ｔ２とＴ４が図１（ａ）よりも長い点が図１（ａ）と異なる。これはローリング読み出し方式では全領域に近い部分の蓄積時間が画面上部と画面下部が重なりながら少しずつずれているからである。図１（ｂ）では、垂直同期信号ＶＤの周期の６周期にて１サイクルのウォブリングが行われる。即ち、コントラスト評価は３フレームに１回行われる。

レンズマイコン１６０はＴ１〜Ｔ５の情報をカメラマイコン１３０から受信し、レンズの駆動期間と停止期間のタイミングを変えることで全領域のコントラスト検出を行うことができる。このように、図１（ｂ）のように、ＡＦ領域が頻繁に変化する場合でも、図１（ｂ）で示す駆動方法を予め選択しておけばレンズ駆動期間の開始や終了のタイミングを駆動回路１５５へ伝えずに済み、通信量を抑えることができる。

図２は、図１においてシャッター速度が速い場合の電荷蓄積とウォブリングのタイミングチャートである。即ち、図２（ａ）は、画面の狭小領域のコントラスト検出を行う場合（即ち、ＡＦ領域の変更頻度が低い場合）であって撮像素子１１０の蓄積時間が短い場合を示している。図２（ｂ）は、画面の全領域のコントラスト検出を行う場合（即ち、ＡＦ領域の変更頻度が高い場合）であって撮像素子１１０の蓄積時間が短い場合を示している。

図２（ａ）では垂直同期信号ＶＤの周期の２周期にて１サイクルのウォブリング動作が行われ、図２（ｂ）では垂直同期信号ＶＤの周期の４周期にて１サイクルのウォブリング動作が行われている。

レンズマイコン１６０はＴ１〜Ｔ５の情報をカメラマイコン１３０から受信し、レンズの駆動期間と停止期間のタイミングを変えることで全領域のコントラスト検出を行うことができる。本実施例でも、図２（ｂ）のように、ＡＦ領域が頻繁に変化する場合でも、図２（ｂ）で示す駆動方法を予め選択しておけばレンズ駆動期間の開始や終了のタイミングを駆動回路１５５へ伝えずに済み、通信量を抑えることができる。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

撮像装置は被写体を撮像する用途に適用することができる。

１１０ 撮像素子
１２０ 信号処理回路
１２８ 設定手段
１３０ カメラマイコン
１５０ レンズユニット
１５２ 撮影光学系
１５５ 駆動回路（駆動手段）

Claims (6)

1. 撮影光学系と当該撮影光学系を駆動する駆動手段を有するレンズユニットが着脱可能な撮像装置であって、
   電荷の蓄積と読み出しを画素の行の単位の走査で行う撮像素子と、
   焦点調節の対象の領域が固定される第１モードまたは前記領域が変動する第２モードを設定する設定手段と、
   前記レンズユニットと前記撮影光学系を前記駆動手段を介して移動させる通信を行うとともに、前記撮影光学系を光軸方向にウォブリングさせる際の前記撮影光学系の駆動を停止させる駆動停止期間の情報と、垂直同期信号に対応する情報及び前記領域の位置に基づく前記垂直同期信号から前記領域の電荷蓄積を開始するまでの遅延時間情報と、を前記レンズユニットに通信することで、前記レンズユニット側で、前記駆動停止期間の情報と前記遅延時間情報とに基づいて、前記撮影光学系のウォブリングのレンズ駆動開始タイミングを設定させる通信手段と、
   前記ウォブリングの際に前記撮影光学系の駆動が停止される期間に前記撮像素子に電荷蓄積された信号に基づいて合焦位置がある方向に前記撮影光学系を移動させる自動焦点調節手段と、
   前記駆動停止期間を、前記第２モードが設定された場合は前記第１モードが設定された場合よりも長くする制御手段とを有することを特徴とする撮像装置。
2. 前記第１モードは、１点ＡＦのモード又は狭小領域のＡＦのモードであることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記第２モードは、多点ＡＦのモード又は顔検出を行う顔ＡＦのモードであることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
4. 前記自動焦点調節手段は、前記撮影光学系を光軸方向にウォブリングさせ、当該ウォブリングの際に前記撮影光学系の駆動が停止される期間に前記撮像素子に電荷蓄積された信号に基づいて合焦位置がある方向に前記撮影光学系を移動させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像装置。
5. 前記自動焦点調節手段は、前記制御手段によって設定された前記駆動停止期間の情報を前記レンズユニットに送信し、前記駆動手段による駆動の開始と終了のタイミングを前記レンズユニットに送信しないことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撮像装置。
6. 撮像装置に着脱可能なレンズユニットであって、
   撮影光学系と、
   前記撮影光学系を駆動する駆動手段と、
   前記撮像装置に設けられた通信手段と、前記撮影光学系を前記駆動手段を介して移動させる通信を行うとともに、前記通信手段から送られてくる、前記撮影光学系を光軸方向にウォブリングさせる際の前記撮影光学系の駆動を停止させる駆動停止期間の情報と、垂直同期信号に対応する情報及び焦点調節の対象の領域の位置に基づく前記垂直同期信号から前記領域の電荷蓄積を開始するまでの遅延時間情報と、に基づいて、前記撮影光学系のウォブリングのレンズ駆動開始タイミングを設定する制御手段と、
   を有し、
   前記制御手段は、前記レンズ駆動開始タイミングを前記垂直同期信号に対応する情報の通知に伴って設定し、
   前記駆動停止期間は、前記撮像装置に設けられた前記領域が固定される第１モードまたは前記領域が変動する第２モードを設定する設定手段により、前記第２モードが設定された場合よりも前記第１モードが設定された場合の方が長いことを特徴とするレンズユニット。