JP2006072215A

JP2006072215A - 焦点検出装置

Info

Publication number: JP2006072215A
Application number: JP2004258465A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Takahara; 宏明高原
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2004-09-06
Filing date: 2004-09-06
Publication date: 2006-03-16

Abstract

【課題】被写体の空間周波数に応じた焦点検出装置自体に起因するデフォーカス量検出誤差を補正する。
【解決手段】撮影レンズの焦点距離に対するデフォーカス量補正値を記憶しておき、撮影レンズの焦点距離に対応するデフォーカス量補正値を読み出して演算結果のデフォーカス量を補正する。あるいは、被写体の空間周波数に対するデフォーカス量補正値を記憶しておき、光電変換素子列の出力に基づいて被写体の空間周波数を検出し、検出した被写体の空間周波数に対応するデフォーカス量補正値を読み出して演算したデフォーカス量を補正する。
【選択図】図４

Description

本発明は、撮影レンズの焦点調節状態を検出する位相差検出方式の焦点検出装置に関する。

被写体の空間周波数を計算し、交換レンズの周波数特性に起因するデフォーカス量検出誤差を被写体の空間周波数に応じて補正するようにした焦点検出装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

この出願の発明に関連する先行技術文献としては次のものがある。
特開平０８−３２７８９３号公報

ところで、撮影レンズの異なる瞳領域を通過した一対の光束を焦点検出光学系を通して一対の光電変換素子列上へ導き、一対の光電変換素子列上に結像した一対の被写体像の相対的な間隔を検出して撮影レンズの焦点調節状態、すなわちデフォーカス量を検出する位相差検出方式の焦点検出装置では、焦点検出装置自体に起因するデフォーカス量検出誤差を有している。
上述した従来の焦点検出装置では、交換レンズに起因するデフォーカス量検出誤差は補正されるが、上述した焦点検出装置自体に起因するデフォーカス量検出誤差は補正されず、被写体の空間周波数に応じたデフォーカス量検出誤差が生じてしまうという問題がある。

（１）撮影レンズの焦点距離に対するデフォーカス量補正値を記憶しておき、撮影レンズの焦点距離に対応するデフォーカス量補正値を読み出して演算したデフォーカス量を補正する。
（２）あるいは、被写体の空間周波数に対するデフォーカス量補正値を記憶しておき、光電変換素子列の出力に基づいて被写体の空間周波数を検出し、検出した被写体の空間周波数に対応するデフォーカス量補正値を読み出して演算結果のデフォーカス量を補正する。

本発明によれば、被写体の空間周波数に応じた焦点検出装置自体に起因するデフォーカス量検出誤差を補正することができる。

本願発明を、上述した位相差検出方式の焦点検出装置を備えたＴＴＬ一眼レフ銀塩フィルムカメラに適用した一実施の形態を説明する。一実施の形態の位相差検出方式の焦点検出装置は、撮影レンズの異なる瞳領域を通過した一対の光束を焦点検出光学系を通して一対の光電変換素子列上へ導き、一対の光電変換素子列上に結像した一対の被写体像の相対的な間隔を検出し、その像間隔に基づいて所定の焦点検出演算アルゴリズムにより撮影レンズの焦点調節状態すなわちデフォーカス量を演算するものである。

なお、本願発明はＴＴＬ一眼レフカメラに限定されず、例えば撮影レンズを通さずに被写体からの一対の光束を焦点検出光学系を通して一対の光電変換素子列上へ導き、一対の光電変換素子列上に結像した一対の被写体像の相対的な間隔を検出し、その像間隔に基づいて撮影レンズのデフォーカス量を演算する焦点検出装置など、非ＴＴＬの位相差検出方式の焦点検出装置を備えたすべてのカメラに適用することができる。また、本願発明は銀塩フィルムカメラに限定されず、ＴＴＬまたは非ＴＴＬの位相差検出方式の焦点検出装置を備えたすべてのデジタルカメラに適用することができる。

図１は一実施の形態の焦点検出装置を備えたカメラの構成を示す図である。カメラ本体１には撮影レンズ２が交換可能に取り付けられる。撮影レンズ２は複数のレンズを組み合わせた撮影レンズ系３、絞り４、撮影レンズ系３を駆動する駆動機構５、レンズデータメモリ６などを備えている。なお、レンズデータメモリ６には撮影レンズ系３の焦点距離やデフォーカス量に対するレンズ駆動量などのデータなどが記憶されている。

カメラ本体１はクイックリターンミラー７、サブミラー８、シャッター９、フィルム１０、ペンタプリズム１１、接眼レンズ１２などの撮影機構と、焦点検出装置１５、マイクロコンピューター１６、カメラデータメモリ１７、レンズ駆動用モーター１８などを備えている。なお、カメラデータメモリ１７には撮影レンズ２の焦点距離に対するデフォーカス量の検出誤差補正値のデータテーブルなどが記憶されている。

カメラ本体１と撮影レンズ２との接続部にはレンズ駆動用モーター１８の回転を撮影レンズ系３の駆動機構５に伝達するためのカップリング１９と、レンズデータメモリ６からカメラ本体１のマイクロコンピューター１６へレンズデータを伝送するためのコネクター２０が設けられている。

撮影レンズ系３を透過した被写体からの光束は、その一部がクイックリターンミラー７により反射され、ペンタプリズム１１および接眼レンズ１２を介して撮影者の目に達する。一方、他の一部はクイックリターンミラー７を透過し、サブミラー８により反射されて焦点検出装置１５へ導かれる。シャッター９がレリーズされると、クイックリターンミラー７とサブミラー８が跳ね上げられて撮影光路から待避し、撮影レンズ系３を透過した被写体からの光束のすべてがフィルム１０へ導かれ、フィルム１０に被写体像を露光する。

図２は焦点検出装置１５の詳細な構成を示す斜視図である。焦点検出装置１５は、視野マスク２１、コンデンサーレンズ２２、絞りマスク２３、セパレーターレンズ２４からなる焦点検出光学系２５と、ラインセンサー（光電変換素子列）２６とを備えている。
視野マスク２１は撮影レンズ系３の予定焦点面上に配置され、光軸上の光軸を中心とした水平方向に長い矩形開口と、光軸外の光軸を中心とする左右対称位置に垂直方向に長い矩形開口とを有する。絞りマスク２３は視野マスク２１の３つの開口にそれぞれ対応する３対の開口を有し、また、セパレーターレンズ２４は視野マスク２１の３つの開口にそれぞれ対応する３対のレンズ（不図示）を備えている。さらに、ラインセンサー２６は視野マスク２１の３つの開口にそれぞれ対応する３対の光電変換素子列を備えており、ラインセンサー２６の出力はマイクロコンピューター１６へ接続される。

撮影レンズ系３の３対の領域を通過した被写体からの光束は、視野マスク２１の３個の矩形開口、コンデンサーレンズ２２、絞りマスク２３の３対の開口、セパレーターレンズ２４の３対のレンズを通り、ラインセンサー２６の３対の光電変換素子列上に導かれ、被写体像の二次像として３対のボケ像または鮮鋭像が結像される。ラインセンサー２６上に結像された３対のボケ像または鮮鋭像を電気信号に変換し、各対のボケ像または鮮鋭像の像間隔を検出することによって、撮影レンズ系３の焦点調節状態を検出することができる。

図３は焦点検出装置１５の光軸上の断面図である。図３(ａ)に示すように、一対の被写体像がフィルム面と等価な予定焦点面２７上に鮮鋭像を結ぶ合焦状態では、ラインセンサー２６上の一対の像間隔Ｌ０は所定の値をとる。また、図３(ｂ)に示すように、一対の被写体像が予定焦点面２７よりも前方に鮮鋭像を結ぶ前ピン状態では、ラインセンサー２６上の一対の像間隔Ｌ１は合焦状態の像間隔Ｌ０よりも狭くなる。逆に、図３(ｃ)に示すように、一対の被写体像が予定焦点面２７よりも後方に鮮鋭像を結ぶ後ピン状態では、ラインセンサー２６上の一対の像間隔Ｌ２は合焦状態の像間隔Ｌ０よりも広くなる。したがって、一対の像間隔Ｌをラインセンサー２６で検出し、像間隔Ｌに基づいて焦点検出演算を行って合焦位置からの撮影レンズ系３のズレ量すなわちデフォーカス量Ｄfを求めることができる。

ここで、焦点検出装置１５に入射する被写体像の周波数成分がデフォーカス量Ｄｆに与える影響を説明する。図４は、焦点検出装置１５に入射する被写体像の周波数成分に対する焦点検出結果のデフォーカス量の検出誤差を示す。焦点検出装置１５に入射する被写体像の周波数成分がある周波数以下の場合は、デフォーカス量の検出誤差はほぼ０で一定であるが、ある周波数を超えるとデフォーカス量の検出誤差は周波数が高くなるほど大きくなる。

図４に示す被写体像の周波数成分に対するデフォーカス量の検出誤差は、次のようにして測定する。まず、図５、図６に示すような種々の周波数のチャートを特殊な撮影レンズを介して予定焦点面２７に投影させる。ここで、上述したように撮影レンズ自体に起因するデフォーカス量の検出誤差があると、焦点検出装置１５のみに起因する正確なデフォーカス量の検出誤差を正しく測定できないので、被写体の空間周波数変化によるデフォーカス量の検出誤差を生じない優れた周波数特性の特殊な撮影レンズ（工具レンズ）を用いる。

このような特殊な撮影レンズを介して予定焦点面に投影したチャートの像は、予定焦点面上でピントを結ぶ合焦状態となり、デフォーカス量は０になるはずである。ところが、イメージセンサー２６の出力の像間隔Ｌに基づいて焦点検出演算を行った結果、デフォーカス量が算出された場合には、そのデフォーカス量は焦点検出装置１５のみに起因したデフォーカス量の検出誤差である。このような手順で種々の周波数のチャートを用いて焦点検出装置１５に起因するデフォーカス量の検出誤差を測定することによって、図４に示すような通常の被写体の空間周波数に対するデフォーカス量の検出誤差のデータを得ることができる。

ところで、撮影レンズ２には広角レンズ、望遠レンズ、あるいはズームレンズなど、種々の焦点距離のレンズを用いることができる。一般に、焦点距離の長い望遠レンズを用いた場合は被写体像に低周波数成分が多く含まれ、逆に焦点距離の短い広角レンズを用いた場合は被写体像に高周波数成分が多く含まれる。

そこで、撮影レンズ２の焦点距離に対する被写体像の周波数成分を測定し、図４の横軸の周波数を撮影レンズ２の焦点距離ｆ０に置き換えて撮影レンズ２の焦点距離ｆ０に対するデフォーカス量の検出誤差のデータテーブルを作成し、このデータテーブルをカメラデータメモリ１７に記憶しておく。次に、撮影レンズ２のレンズデータメモリ６から焦点距離ｆ０を読み込み、カメラデータメモリ１７のデータテーブルから撮影レンズ２の焦点距離ｆ０に対応するデフォーカス量の検出誤差を読み出す。そして、読み出した検出誤差を実際に検出したデフォーカス量Ｄｆに加算して補正し、焦点検出装置１５自体に起因するデフォーカス量の検出誤差を低減する。

もちろん、撮影レンズ２の焦点距離ｆ０に対するデフォーカス量検出誤差の連続的なデータテーブルを作成せずに、撮影レンズ２の焦点距離に応じたデフォーカス量検出誤差の補正を行うことも可能である。例えば、図６に示すような高周波チャートと図５に示すような低周波チャートを用いてデフォーカス量の検出誤差を測定し、カメラデータメモリ１７に記憶しておく。撮影レンズ２に焦点距離の短い広角レンズを用いる場合は、被写体像に高周波数成分が多く含まれることからカメラデータメモリ１７から高周波チャートを用いて測定したデフォーカス量の検出誤差を読み出し、逆に、撮影レンズ２に焦点距離の長い望遠レンズを用いる場合は、被写体像に低周波成分が多く含まれることからカメラデータメモリ１７から低周波チャートを用いて測定したデフォーカス量の検出誤差を読み出す。そして、読み出した検出誤差を実際に検出したデフォーカス量Ｄｆに加算して補正する。

図７は一実施の形態の焦点検出プログラムを示すフローチャートである。このフローチャートにより、一実施の形態の動作を説明する。
マイクロコンピューター１６は、シャッターボタン（不図示）が半押しされると、この焦点検出プログラムを実行する。ステップ１において焦点検出装置１５によりイメージセンサー出力の像間隔Ｌに基づいて焦点検出演算を行い、デフォーカス量Ｄｆを検出する。続くステップ２でレンズデータメモリ６からコネクター２０を介して撮影レンズ２の焦点距離ｆ０を読み込む。ステップ３ではカメラデータメモリ１７から撮影レンズ２の焦点距離ｆ０に対応するデフォーカス量の検出誤差を読み出す。そして、ステップ４においてデフォーカス量Ｄｆに検出誤差を加算して補正する。

その後、補正後のデフォーカス量Ｄｆ’に基づいてレンズ駆動量を算出し、レンズ駆動用モーター１８を駆動して撮影レンズ２の駆動機構５を駆動し、撮影レンズ系３を合焦させる。

このように一実施の形態によれば、撮影レンズの焦点距離に対するデフォーカス量補正値を記憶しておき、撮影レンズの焦点距離に対応するデフォーカス量補正値を読み出して演算結果のデフォーカス量を補正するようにしたので、被写体の空間周波数に応じた焦点検出装置自体に起因するデフォーカス量検出誤差を補正することができる。

《一実施の形態の変形例》
上述した一実施の形態では、撮影レンズ２の焦点距離ｆ０に対する焦点検出装置１５のデフォーカス量検出誤差のデータテーブルをカメラデータメモリ１７に記憶しておき、このデータテーブルから撮影レンズ２の焦点距離ｆ０に対応するデフォーカス量の検出誤差を読み出し、この検出誤差を実際に検出したデフォーカス量Ｄｆに加算して補正する例を示したが、被写体像の空間周波数に対するデフォーカス量検出誤差のデータテーブル（図４参照）をカメラデータメモリ１７に記憶しておくとともに、ラインセンサー（光電変換素子列）の出力に基づいて撮像画面内に設定した焦点検出領域における被写体像の空間周波数を計算し、カメラデータメモリ１７から被写体像の空間周波数に対応するデフォーカス量の検出誤差を読み出し、この検出誤差を実際に検出したデフォーカス量Ｄｆに加算して補正するようにしてもよい。なお、被写体像の空間周波数の計算方法については周知であるので、説明を省略する。

この変形例によれば、被写体の空間周波数に対するデフォーカス量補正値を記憶しておき、光電変換素子列の出力に基づいて被写体の空間周波数を検出し、検出した被写体の空間周波数に対応するデフォーカス量補正値を読み出して演算結果のデフォーカス量を補正するようにしたので、被写体の空間周波数に応じた焦点検出装置自体に起因するデフォーカス量検出誤差を補正することができる。

特許請求の範囲の構成要素と一実施の形態の構成要素との対応関係は次の通りである。すなわち、カメラデータメモリ１７が補正値記憶手段を、マイクロコンピューター１６がデフォーカス量補正手段および周波数検出手段をそれぞれ構成する。なお、本発明の特徴的な機能を損なわない限り、各構成要素は上記構成に限定されるものではない。

一実施の形態の焦点検出装置を備えたカメラの構成を示す図である。焦点検出装置の詳細な構成を示す図である。焦点検出装置の光軸上の断面図である。焦点検出装置に入射する被写体像の周波数成分に対する焦点検出結果のデフォーカス量検出誤差を示す図である。低周波チャートを示す図である。高周波チャートを示す図である。一実施の形態の焦点検出プログラムを示すフローチャートである。

符号の説明

１カメラ本体
２撮影レンズ
３撮影レンズ系
４絞り
５駆動機構
６レンズデータメモリ
１５焦点検出装置
１６マイクロコンピューター
１７カメラデータメモリ
２１視野マスク
２２コンデンサーレンズ
２３絞りマスク
２４セパレーターレンズ
２５焦点検出光学系
２６ラインセンサー
２７予定焦点面

Claims

被写体からの一対の光束を焦点検出光学系を通して一対の光電変換素子列上へ導き、一対の光電変換素子列上に結像した一対の被写体像の相対的な間隔を検出し、その像間隔に基づいて撮影レンズのデフォーカス量を演算する焦点検出装置であって、
撮影レンズの焦点距離に対するデフォーカス量補正値を記憶する補正値記憶手段と、
前記補正値記憶手段から撮影レンズの焦点距離に対応するデフォーカス量補正値を読み出し、このデフォーカス量補正値により前記演算したデフォーカス量を補正するデフォーカス量補正手段とを備えることを特徴とする焦点検出装置。
被写体からの一対の光束を焦点検出光学系を通して一対の光電変換素子列上へ導き、一対の光電変換素子列上に結像した一対の被写体像の相対的な間隔を検出し、その像間隔に基づいて撮影レンズのデフォーカス量を演算する焦点検出装置であって、
被写体の空間周波数に対するデフォーカス量補正値を記憶する補正値記憶手段と、
前記光電変換素子列の出力に基づいて被写体の空間周波数を検出する周波数検出手段と、
前記補正値記憶手段から前記周波数検出手段により検出した被写体の空間周波数に対応するデフォーカス量補正値を読み出し、このデフォーカス量補正値により前記演算結果のデフォーカス量を補正するデフォーカス量補正手段とを備えることを特徴とする焦点検出装置。