可交换透镜、照相机以及照相机系统的制作方法与工艺

本发明涉及一种可交换透镜、照相机以及照相机系统。

背景技术：
直到现在，作为在捕获运动图像中所使用的自动聚焦方法，已经存在对比度自动聚焦（AF）方法，其中，在从所捕获的图像信号确定聚焦状态的同时，聚焦透镜摆动以被引导至焦点对准(in-focus)位置。如果移动具有高光学灵敏度的透镜（如聚焦透镜），则还已知的是，取决于针对焦距和F数的条件，这种移动导致图像放大倍率(magnification)的改变。因此，存在聚焦透镜摆动以使得图像放大倍率的改变明显的可能性。作为该情况的对策，日本专利申请公开No.2010-271696讨论了一种技术，其中，关联信息被存储并且基于该信息来改变摆动控制，该关联信息使关于变倍组透镜(variatorlens)的位置的信息与关于在对聚焦透镜执行摆动控制中所产生的图像放大倍率的改变速率的信息相关联。当可交换透镜安装在照相机主体上时，关联信息在初始通信中从可交换透镜发送到照相机主体，从而对于初始通信花费很长时间。

技术实现要素：
本发明针对可交换透镜、照相机以及照相机系统，其中，针对聚焦透镜的移动所导致的图像放大倍率的改变，信息在可交换透镜与照相机主体之间高效地传送，以减少初始通信所需的时间。根据本发明一方面，一种能够从照相机拆卸的可交换透镜包括：变倍组透镜，被配置为通过在光轴方向上移动来改变焦距；聚焦透镜，被配置为通过在光轴方向上移动来改变物体图像的聚焦状态；光阑，被配置为调整光量；获取单元，被配置为获取与关于变倍组透镜的位置、聚焦透镜的位置以及光阑的孔径值的信息相对应的图像放大倍率的改变量；以及透镜控制单元，被配置为将图像放大倍率的改变量发送给照相机。根据本发明另一方面，一种能够从照相机拆卸的单焦点可交换透镜，包括：聚焦透镜，被配置为通过在光轴方向上移动来改变物体图像的聚焦状态；光阑，被配置为调整光量；获取单元，被配置为获取与关于聚焦透镜的位置和光阑的孔径值的信息相对应的图像放大倍率的改变量；以及透镜控制单元，被配置为将图像放大倍率的改变量发送给照相机。根据本发明又一方面，提供一种在上面能够拆卸地安装可交换透镜并且能够与可交换透镜进行通信的照相机。可交换透镜包括：变倍组透镜，被配置为通过在光轴方向上移动来改变焦距；聚焦透镜，被配置为通过在光轴方向上移动来改变物体图像的聚焦状态；光阑，被配置为调整光量；获取单元，被配置为获取与关于变倍组透镜的位置、聚焦透镜的位置以及光阑的孔径值的信息相对应的图像放大倍率的改变量；以及透镜控制单元，被配置为将图像放大倍率的改变量发送给照相机。照相机包括照相机控制单元，被配置为向透镜控制单元发送基于从透镜控制单元接收到的图像放大倍率的改变量而被确定的针对聚焦透镜的驱动命令。从参照附图对示例性实施例的以下详细描述，本发明的其它特征和方面将变得清楚。附图说明并入说明书并且构成说明书的一部分的附图示出本发明的示例性实施例、特征和方面，并且连同说明书一起用于解释本发明的原理。图1是示出根据本发明的示例性实施例的照相机系统的框图。图2示出在照相机与透镜之间的通信及其操作的时序图。图3A和图3B示出屏幕(画面)上的图像放大倍率的改变的影响。图4A、图4B和图4C示出图像放大倍率的改变量相对于聚焦透镜位置、变倍组透镜位置以及F数的关系。图5是示出可交换透镜中所执行的流程的流程图。图6是示出照相机主体中所执行的流程的流程图。具体实施方式以下将参照附图详细描述本发明的各个示例性实施例、特征和方面。图1是示出根据本发明的示例性实施例的包括可交换透镜和照相机主体（照相机）的照相机系统的框图。以下参照图1来描述照相机系统的配置。根据本发明的示例性实施例的照相机系统包括可交换透镜100和照相机主体200。可交换透镜100可从照相机主体200拆卸。可交换透镜100和照相机主体200的安装部分彼此耦合，以将它们的各个电源管脚和通信管脚彼此连接，使得能够进行双向通信。可交换透镜100包括光学构件以及用于控制光学构件的部分。光学构件包括：变倍组透镜101，其在光轴方向上移动以改变焦距；聚焦透镜102，其在光轴方向上移动以改变物体图像的聚焦状态；光阑103，其调整光量。这些光学组件适当地调整在照相机主体200上入射的光的量，以在照相机主体200的图像传感器201上形成图像。用于控制光学构件的部分包括：透镜通信单元104，其与照相机微计算机202进行通信；和致动器（如用于移动聚焦透镜102的聚焦电动机105以及用于驱动光阑103的光阑电动机106）。对于聚焦电动机105和光阑电动机106，可以使用步进电动机。如果使用步进电动机，则对在重置操作之后所驱动的脉冲量进行计数，以检测物体的位置。对于其它致动器，分离地提供位置检测单元，以检测聚焦透镜位置和光阑位置。此外，提供用于驱动聚焦电动机105的聚焦驱动器107以及用于驱动光阑电动机106的光阑驱动器108。透镜微计算机109控制聚焦驱动器107和光阑驱动器108来适当地控制光学构件。变焦操作单元110操作变倍组透镜101以改变焦距。例如，变焦操作单元110和变倍组透镜101经由机械构件（如变焦环）一起操作，以调整变倍组透镜101的位置。提供了：包括用于检测变倍组透镜101的位置的电位计的变焦位置检测单元111；模数（AD）转换器，在透镜微计算机109中，其将变倍组透镜101的位置转换为电信号，以将变倍组透镜101的位置检测为数字信号。预先存储变倍组透镜101的位置与焦距之间的对应数据允许透镜微计算机109参考从变焦位置检测单元111输出的结果来获得焦距。预先存储聚焦透镜的位置与物体距离之间的对应数据允许透镜微计算机109根据聚焦透镜的位置获得物体距离。相似地，预先存储光阑位置与F数（孔径值）之间的对应数据允许透镜微计算机109根据光阑位置获得F数。在聚焦透镜102在变倍组和聚焦透镜的位置上移动规定量的情况下，作为存储单元的存储器112存储与图像放大倍率的改变量对应的数据。换句话说，当变倍组透镜101和聚焦透镜102位于它们各自的预定位置时，在聚焦透镜102移动预定量的情况下，存储器112存储与图像放大倍率的改变量对应的信息。例如，规定量可以取为在改变所规定的散焦量（F=1，值Δ=规定量）时聚焦透镜102的移动量。如果在将可交换透镜的光学系统的散光圈（circle-of-confusion）直径作为基准的情况下取得值Δ，则即使可交换透镜的光学系统改变，也可以相似地对值Δ进行标准化。如上所述，变倍组透镜的位置与焦距对应，聚焦透镜的位置也与物体距离对应。为此，替代变倍组透镜的位置和聚焦透镜的位置，数据可以与对应于焦距和物体距离的图像放大倍率的改变量对应。照相机主体200包括图像传感器201，其形成穿过可交换透镜100的光的图像，并且将该图像转换为电信号。通过图像传感器201转换为电信号的视频信号被发送到视频处理单元203以经受视频处理（如亮度调整、视频尺寸改变、白平衡调整以及颜色调整），用于产生适当的图像。经受视频处理单元203所进行的适当视频处理的视频信息被发送到作为输出单元的显示设备204（如液晶面板）以及由半导体存储器件、硬盘和磁带形成的记录单元205，并且显示在显示设备204上和存储在记录单元205中。经受视频处理单元203所进行的视频处理的视频数据被发送到AF单元206和自动曝光（AE）单元207。AF单元206从该视频信息提取关于对比度的数据，以生成关于聚焦评价值的信息，来确定数据在何种程度处于焦点对准状态，从而生成用于可交换透镜100的聚焦透镜102的驱动控制的信息。AE单元207从该视频信息提取关于亮度的信息，以生成关于AE评价的信息，来确定曝光是否过度，从而生成用于控制可交换透镜100的光阑103的信息。用于控制照相机主体200内部的各单元的照相机微计算机202经由照相机通信单元208与可交换透镜100的透镜通信单元104进行通信。例如，照相机主体200接收可交换透镜100内部的信息，诸如关于当前聚焦透镜位置、变倍组透镜位置和光阑的信息。照相机主体200基于上述信息以及AF单元206、AE单元207和视频处理单元203的信息来经由照相机通信单元208把用于控制每个透镜的信息发送到可交换透镜100。可交换透镜100基于所接收到的信息来控制每个透镜。以下参照图2描述可交换透镜100与照相机主体200之间的通信以及各个操作的定时。图2示出在纵坐标中布置各个操作并且在横坐标中布置时间逝去的示意操作图。在图2中，LTC（透镜到照相机）指示从可交换透镜100到照相机主体200的通信。LTC的“高”时段指示可交换透镜100将数据发送到照相机主体200的时段。相似地，CTL（照相机到透镜）指示从照相机主体200到可交换透镜100的通信。CTL的“高”时段指示照相机主体200将数据发送到可交换透镜100的时段。在第一时段中执行LTC和CTL通信。在图2中，生成AF驱动命令指示在照相机主体200中生成用于可交换透镜100的AF驱动命令的定时，通过方形来表示AF驱动命令的生成时段。相似地，AF驱动命令指示用于实际上基于从照相机主体200所接收到的AF驱动命令而驱动可交换透镜100中的聚焦透镜的处理，通过方形来表示驱动聚焦透镜的时段。用于驱动聚焦透镜的处理是指用于通过将聚焦透镜的目标位置和驱动速度发送到聚焦驱动器107来驱动聚焦透镜的准备操作。在第二时段中执行AF驱动命令的通信。第二时段长于第一时段，并且例如与第一时段的两倍同样长。在图2中，计算图像放大倍率指示计算图像放大倍率的改变量的时段，并且通过方形来表示。在图2中，聚焦透镜位置示意性地指示聚焦透镜位置是如何通过AF驱动命令所指定的聚焦透镜的驱动命令来改变的。纵坐标指示聚焦透镜的位置。根据图像传感器的存储时间而周期性地执行可交换透镜100与照相机主体200之间的通信。以下描述一系列流程。在LTC为“高”的定时（图2中的<1>），可交换透镜100通过通信将聚焦透镜位置和图像放大倍率的改变量发送到照相机主体200。照相机主体200根据由图像传感器201所获得的视频数据来计算AF评价值。在生成AF驱动命令的时段（图2中的<2>）中，基于从可交换透镜100所发送的聚焦透镜102的位置以及所计算的AF评价值，照相机主体200计算聚焦透镜移动的位置、方向、量和速度。在CTL为“高”的定时（图2中的<3>），照相机主体200将所计算的信息（位置、方向、量和速度）作为AF驱动命令发送到可交换透镜100。在AF驱动命令的时段（图2中的<4>）中，可交换透镜100接收该信息，以执行用于实际上操作聚焦透镜102的处理。在LTC中的高”的下一定时（图2中的<5>）到来之前，可交换透镜100计算在LTC中的“高”的该下一定时聚焦透镜102期望到达的位置（期望位置）。变焦位置检测单元111获得变倍组透镜的当前位置。可交换透镜100从与存储器112中先前存储的图像放大倍率的改变量相对应的数据中选择与变焦和聚焦透镜的当前位置相对应的数据。可交换透镜100使用所选择的数据以及当前F数来获得与可交换透镜100的当前F数相对应的图像放大倍率的改变量。可以通过简单地将与变焦和聚焦透镜的当前位置相对应的数据乘以当前F数或另外乘以任何系数来获得与该F数相对应的图像放大倍率的改变量。如上所述，F数与光阑的位置对应。为此，使用光阑的位置来替代F数。在LTC中的“高”的下一定时（图2中的<5>），可交换透镜100将关于聚焦透镜102的所计算的期望位置以及图像放大倍率的改变量的信息发送到照相机主体200。重复这一系列操作，以在聚焦透镜移动预定量的情况下根据可交换透镜100的当前状态而周期性地（例如，在V形周期(Vperiod)中）向照相机主体200通知关于图像放大倍率的改变量的信息。如果在图2中的时段<6>中所计算的图像放大倍率的改变量例如超过预定量值，则摆动操作所产生的视角的改变似乎不可避免地增加。为此，在此情况下，在图2中的t1的定时，照相机主体200将用于摆动聚焦透镜102的摆动AF改变为不用于摆动聚焦透镜102的非摆动AF。这允许具有很小的视角的改变的适当聚焦控制。只要使用聚焦透镜在不摆动的情况下对物体聚焦的AF系统，在光轴方向上移动聚焦透镜的同时搜索对比度峰值的AF系统或相位差AF系统就可以用作非摆动AF。以下描述图像放大倍率的改变。通常，“图像放大倍率的改变”是指当透镜的光学系统改变时所产生的图像的改变。例如，在光轴方向上移动变倍组透镜时视角的改变速率被取为图像放大倍率的改变量。如果变倍组透镜移动到“广角侧”，例如，则该视角比在变倍组透镜的移动之前的视角更扩大，如图3A所示。如果变倍组透镜移动到“望远侧”，则视角比在变倍组透镜的移动之前的视角更减小，如图3B所示。因此，图像放大倍率的改变量表示视角在光学系统改变之前以及之后改变到何种程度。图像放大倍率的改变量可以是整个屏幕的改变速率或对角线方向上的改变速率。可以通过图像的改变速率来定义基准，如果定义是相同的话。以下参照图4A、图4B和图4C来描述图像放大倍率的改变量与各个光学系统的对应性。图4A示出图像放大倍率的改变量随着聚焦透镜位置的变化，聚焦透镜位置作为横坐标以及图像放大倍率的改变量作为纵坐标。假设变倍组透镜位置和光阑位置是固定的。如图4A所示，随着聚焦透镜移动以使得物体距离从无限远侧改变到最靠近侧，图像放大倍率的改变量减少。图4B示出图像放大倍率的改变量随着变倍组透镜位置的变化，变倍组透镜位置作为横坐标以及图像放大倍率的改变量作为纵坐标。假设聚焦透镜位置和光阑位置是固定的。如图4B所示，随着变倍组透镜移动以使得焦距从广角侧改变到望远侧，图像放大倍率的改变量增加。图4C示出图像放大倍率的改变量随着F数的变化，F数作为横坐标以及图像放大倍率的改变量作为纵坐标。变倍组透镜位置是固定的，物体距离在L1、L2与L3之间区分（L1<L2<L3）。如图4C所示，随着光阑从“打开”侧减小到“关闭”侧（以增加F数），图像放大倍率的改变量增加。此外，随着物体距离减少，图像放大倍率的改变量急剧地改变。因此，随着变倍组透镜位置、聚焦透镜位置或F数改变，图像放大倍率的改变量改变。为此，可交换透镜100向照相机主体200发送针对每个F数Δ而言的图像放大倍率的改变量，其中，针对每个与变焦和聚焦透镜的当前位置相对应的散光圈直径值Δ而言的图像放大倍率的改变量的数据乘以当前有效F数。在聚焦透镜102执行摆动操作时，照相机主体200计算摆动幅度量。如果所计算的摆动幅度量是1/4F数Δ，例如，则照相机主体200计算与1/4F数Δ相对应的图像放大倍率的改变量。如果图像放大倍率的改变量大于预定值，如上所述，则AF驱动方法改变并且摆动幅度量减少以减少视角的改变。以下参照图5和图6来描述可交换透镜100和照相机主体200的操作流程。图5中的流程图示出可交换透镜100的操作。图6中的流程图示出照相机主体200的操作。以下参照图5来描述可交换透镜100的操作。在步骤S501中，可交换透镜100开始操作。在步骤S502中，可交换透镜100从照相机主体200接收AF驱动命令以控制聚焦透镜。可交换透镜100基于AF驱动命令来驱动聚焦透镜。在步骤S503中，可交换透镜100检测并且计算可交换透镜100中的光学构件的各个状态。所述各个状态是指变倍组透镜位置、聚焦透镜位置和F数。在步骤S504中，可交换透镜100基于所述各个状态来计算图像放大倍率的改变量。在步骤S505中，可交换透镜100将所计算的图像放大倍率的改变量发送到照相机主体200。这使得可交换透镜100能够向照相机主体200发送当前状态下的图像放大倍率的改变量。以下参照图6来描述照相机主体200的操作。在步骤S601中，照相机主体200开始操作。在步骤S602中，照相机主体200从可交换透镜100接收在可交换透镜100的当前状态下的图像放大倍率的改变量。在步骤S603中，照相机主体200计算摆动幅度量。在步骤S604中，照相机主体200使用在步骤S603中所计算的摆动幅度量以及在步骤S602中所获得的图像放大倍率的改变量来计算在改变摆动幅度量时所获得的图像放大倍率的改变量。在步骤S605中，照相机主体200确定在步骤S604中所计算的图像放大倍率的改变量是否大于预定值。如果该量大于所述预定值（步骤S605中的“是”），则照相机主体200确定视角受显著影响，并且处理进入步骤S606。在步骤S606中，照相机主体200将AF模式设置为非摆动AF。如果该量小于所述预定值（步骤S605中的“否”），则处理进入步骤S607。在步骤S607中，照相机主体200将AF模式设置为摆动AF。在步骤S608中，照相机主体200将AF驱动命令以在步骤S606或步骤S607中所设置的AF发送到可交换透镜100。因此，照相机主体200根据图像放大倍率的改变量来确定AF操作系统。因此，向照相机主体200周期性地发送关于根据可交换透镜100中的聚焦透镜和变倍组透镜位置的图像放大倍率的改变量的信息允许其中视角的改变较少受影响的AF驱动。可交换透镜100并非在初始通信时发送关于图像放大倍率的改变量的全部信息，而是仅当需要时发送所需的关于图像放大倍率的改变量的信息。这允许减少初始通信所需的时间。由于可交换透镜100和照相机主体200两者不需要具有相同数据，因此可以减少照相机主体200所需的存储器容量。在上述示例性实施例中，描述了可交换变倍组透镜，然而，该示例性实施例可以应用于具有固定焦距的可交换透镜（固定焦距透镜）。在此情况下，不存在变倍组透镜，以使得仅必须具有与在聚焦透镜位置处改变聚焦透镜的所规定的移动量时的图像放大倍率的改变量相对应的数据。虽然已经参照示例性实施例描述了本发明，但应理解，本发明不限于公开的示例性实施例。所附权利要求的范围将要被赋予最宽泛的解释，从而包括所有修改、等效结构以及功能。