JP2006078893A - カメラ及びそれに着脱可能な撮影レンズ及びこれらを有するカメラシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 合焦動作に時間がかからず、しかも精度の高い合焦情報を得ることができ、さらに撮影時の光量の低下や色ずれの影響が無く、高品位な画質が得られる焦点検出装置を含んだカメラ本体及びそれを用いる撮影レンズ及びこれらを有するカメラシステムを得ること。
【解決手段】 撮影レンズが着脱可能なカメラにおいて、装着される撮影レンズの光軸に対して斜めに配置され、該撮影レンズを通過した光束を反射光と透過光に分割する光路分割手段と、該光路分割手段で分割された反射光を受光素子で受光して、位相差検出方式によって該撮影レンズの合焦状態を検出する第１の焦点検出手段と、該光路分割手段で分割された透過光を撮像素子で受光して、コントラスト検出方式によって該撮影レンズの合焦状態を検出する第２の焦点検出手段と、を有し、撮影時に該光路分割手段は該撮影レンズの光路から退避すること。
【選択図】 図１

Description

本発明はカメラ及びそれに着脱可能な撮影レンズ及びこれらを有するカメラシステムに関し、特にＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子を用いて被写体像を光電変換して撮影を行う、例えばデジタル一眼レフカメラ等に好適なものである。

レンズ交換が可能なデジタル一眼レフカメラの焦点検出装置には、従来の銀塩フィルム用の一眼レフカメラと同様に、所謂位相差検出方式の焦点検出装置が主に用いられている。またビデオカメラでは、所謂コントラスト検出方式の焦点検出装置も用いられている。また位相差検出方式の焦点検出装置とコントラスト検出方式の焦点検出装置とを組み合わせて撮影レンズ（撮影光学系）の合焦制御を行うハイブリッド方式なども提案されている。

位相差検出方式の焦点検出手段は撮影レンズの瞳の異なる領域を通過した光束を用いて被写体像に関する２つの光量分布を形成する２次光学系と、該２つの光量分布の相対的な位置関係を検出する受光手段（ラインセンサー）とを用い、受光手段で得られる信号より撮影レンズの合焦状態を検出している。

この位相差検出方式では、ラインセンサー上の２つの像のずれ方向とずれ量を検出することによって予定焦点面（撮影面と共役な面）で合焦させるために必要な焦点調節レンズ（合焦レンズ）の移動方向および移動量を算出している。このような位相差検出方式では、合焦に必要な焦点調節レンズ（フォーカスレンズ）の移動方向および移動量を直接算出することができるので合焦を素早く得ることができる。

またコントラスト検出方式は、被写体像を撮像するための撮像素子から出力された信号に基づいて生成された映像信号の中から高周波成分を抽出し、この高周波成分のレベルを所定のサンプリング間隔で観察して高周波成分のレベルがピークに向かう方向に焦点調節レンズを駆動することによって、最終的に高周波成分のレベルが所定のピーク範囲に到達することをもって合焦と判定するものである。このようなコントラスト検出方式では、被写体像を撮像する撮像素子からの出力信号に基づいて得られた映像信号を用いて合焦判定を行うので被写体に対して高精度で合焦を得ることができる。

しかしながら、レンズ交換が可能なデジタル一眼レフカメラにおいて、上記位相差検出方式の焦点検出装置のみを用いた場合、合焦に至るまでの時間が短い、という利点はあるものの、十分な合焦精度が得られない恐れがある。その主な理由としては、観察または撮影される像を形成する撮像用の光束と焦点検出装置が取り込む検出用光束とが一般に異なることが挙げられる。

またコントラスト検出方式による合焦では、撮影に用いる光束を実際に合焦情報検出に用いるため、合焦精度の面で有利であるが、合焦に至るまでに時間が多くかかるという問題がある。この方式はピントのずれ量が大きければ大きいほど合焦にかかる時間は長くなる。

そこで２つの焦点検出方式を選択的に行う方法のカメラシステムが種々提案されている（特許文献１、２参照）。
特開平１０−２６７２２号公報 特開平１０−２６７２５号公報

上記特許文献１、２においては位相差検出方式によって合焦用レンズを素早くピント位置近傍に合わせた後に、コントラスト検出方式によって詳細に合焦位置を決定するといったことができる。

しかしながら特許文献１、２で用いる撮影光学系では焦点検出系と結像レンズとの間に光線分割のための光路分割素子（ビームスプリッタ）が挿入されており、そのため撮影時の光量が少なくなってしまう問題点や、色ずれによって撮影画質が劣化するといった問題点がある。

本発明は合焦にかかる時間を短縮し、高精度な合焦情報を作成することが可能で、さらに撮影画像の画質劣化の少ない焦点検出ができる焦点検出装置を含んだカメラの提供を目的とする。

本発明のカメラは、
撮影レンズが着脱可能なカメラにおいて、
装着される撮影レンズの光軸に対して斜めに配置され、撮影レンズを通過した光束を反射光と透過光に分割する光路分割手段と、その光路分割手段で分割された反射光を受光素子で受光して、位相差検出方式によって撮影レンズの合焦状態を検出する第１の焦点検出手段と、光路分割手段で分割された透過光を撮像素子で受光して、コントラスト検出方式によって撮影レンズの合焦状態を検出する第２の焦点検出手段と、を有し、撮影時に光路分割手段が撮影レンズの光路から退避することを特徴としている。

本発明の撮影レンズは、上記本発明のカメラに着脱可能なマウントを有することを特徴としている。

本発明のカメラシステムは、上記本発明のカメラと、このカメラに着脱可能な撮影レンズとを有することを特徴としている。

本発明によれば合焦動作に時間がかからず、しかも精度の高い合焦情報を得ることができ、さらに撮影時の光量の低下や色ずれの影響が無く、高品位な画質が得られる焦点検出装置を含んだカメラを実現することができる。

以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。

図１は本発明の実施例１の要部概略図である。図１の実施例１はデジタル一眼レフカメラと撮影レンズ（交換レンズ）で構成されるカメラシステム（撮像システム）を示している。このカメラシステムは、レンズ本体（撮影レンズ本体）１と、このレンズ本体１が専用マウントを介して着脱交換可能なデジタル一眼レフカメラ（撮像装置：以下、「カメラ本体」とも称す。）１１とから構成されている。

同図においてレンズ本体１内には撮影レンズとしての撮影光学系ＬＢが収納されている。撮影光学系ＬＢは複数のレンズ群から構成され、その全てもしくは一部を移動させることで焦点距離を変化させたり（ズーミングを行ったり）、フォーカス調節（合焦動作）を行ったりすることができる。

８はフォーカス駆動機構であり、レンズ本体１内に収納されており、撮影光学系ＬＢのフォーカスレンズ１ａを駆動させてフォーカス調節を行っている。

２は光路分割手段としての単一のハーフミラーより成っており、撮影光学系ＬＢの光軸Ｌに対して斜めに配置されており、撮影光学系ＬＢを通過した光束（撮影光束）を後述する第１の焦点検出手段３側（図１において下側）と、撮像素子４側との２つに分割している。またハーフミラー２は後述する図２に示すように被写体の撮影時には撮影光路外へ退避している。

３は第１の焦点検出手段（焦点検出ユニット）であり、ハーフミラー２によって導かれた光束の結像面近傍に配置されたフィールドレンズ１２、反射ミラー１３、２次結像レンズ１４、絞り１５、そして受光素子（ＣＣＤ等の固体撮像素子で構成される）１６等を有している。本実施例における第１の焦点検出手段はハーフミラー２で反射された光束（反射光）を受光素子１６で受光して、位相差検出方式により撮影光学系ＬＢの焦点状態（合焦状態）を検出している。

４は撮像素子であり、撮影光学系ＬＢが形成する被写体像を光電変換する、例えばＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子より成り、ハーフミラー２で分割された光束（透過光）を受光している。

６は第２の焦点検出手段であり、後述するように撮像素子４で得られた情報（撮像素子４の縦成分方向）を用いてコントラスト検出方式により撮影光学系ＬＢの焦点状態（合焦状態）を検出している。

５は電子ビューファインダー（ＥＶＦ）であり、撮像素子４からの映像信号を表示している。２１は接眼レンズであり、ＥＶＦ５に表示した映像を観察している。

７は補正記憶手段（補正回路・記憶回路）である。本実施例における補正記憶手段７は第２の焦点検出手段６の検出結果にハーフミラー２の色ずれを考慮した補正値を加えて合焦情報を計算する演算手段を有している。

本実施例において位相差検出方式の第１の焦点検出手段３は撮像素子４に至る光路から分岐した光束を用いているため、コントラスト検出方式の第２の焦点検出手段６による合焦位置と比べてずれが発生する。

そこで本実施例ではそのずれ量を補正記憶手段７により記憶、蓄積し、焦点検出による焦点情報を直ちに補正することも可能としている。更に撮影レンズ１ごとに補正データを記憶しておけば、撮影光学系ＬＢごとに最適な合焦情報を得ることができる。

本実施例において撮影時は、位相差検出方式の第１の焦点検出手段３によって、合焦位置近傍までレンズ（フォーカスレンズ）１ａを駆動した後、その位置から所定パルス量移動させた位置において、それぞれの位置でのコントラスト検出方式の第２の焦点検出手段による焦点検出を行い、合焦位置を検出後、補正記憶手段７による色ずれ補正を行い、フォーカス駆動機構８によりフォーカスレンズ１ａを駆動させて合焦位置に至る。

ハーフミラー等の光路分割手段２を透過して撮像素子４に入射する光束は、ハーフミラー２の材料の屈折率によって色ごとの光路が異なり、色ずれが発生することから、ハーフミラー２による色ずれ量を補正した位置を焦点位置と判断することで、色ずれによるピントずれの影響を抑えることが可能となる。

図２は本発明の実施例１の要部概略図であり、撮影時においてハーフミラー２が撮影光路Ｌ外に退避した状態を示している。尚、図２において図１に示した要素と同一要素には同符番を付している。

本実施例においては同図に示すように撮影時にハーフミラー２を撮影光路Ｌ上から退避させることによって、撮影時の光量の低下及びハーフミラー２による色ずれの影響を無くし、画質の良い撮影画像を得ている。

図３は第２の焦点検出手段６によるコントラスト検出方式の概念図である。

本実施例における第２の焦点手段６はハーフミラー２の傾きを示す法線ベクトルを含む平面と垂直に交わるＣＣＤ（撮像素子）列を用いて、このＣＣＤ列に垂直に交わるＣＣＤ列に結像した被写体のコントラストを測定し、合焦情報を算出している。

即ち、図３において横方向のＣＣＤ列で被写体像の縦方向成分のピークを測る。この状態でハーフミラー２を透過することによる被写体像の色ずれは、同図の矢印Ａ方向に生じるため観測するピーク波形における色ずれの影響は少ないと考えられる。

このようにハーフミラー２を透過して撮像素子４に入射する光束は、ハーフミラー２の材料の屈折率分、各波長ごとに光路が異なり、縦方向に色ずれが発生する。そこで被写体像の縦方向成分を焦点検出に用い、ハーフミラー２の傾きを示す法線ベクトルを含む平面と垂直に交わるＣＣＤ列で、このＣＣＤ列に垂直に交わるＣＣＤ列に結像した被写体像のコントラストを測定すれば、色ずれの影響を最小限に抑えた焦点情報を得ることができる。

図４は本実施例における２つの焦点検出手段によって焦点情報を計算するフローチャートである。

フローチャートにおいて、まずシャッターを半押しすると（ステップ４０１）、第１の焦点検出手段３で位相差検出方式による焦点検出が行われる（ステップ４０２）。この動作によって焦点位置と判断された位置へレンズ（フォーカスレンズ）を駆動し（ステップ４０３）、次に駆動した位置からレンズを所定パルス量移動させて、それぞれの位置において第２の焦点検出手段６によってコントラスト検出方式による焦点検出を行う（ステップ４０４）。

補正記憶手段７はステップ４０４によって判定された合焦位置から、ハーフミラー２の色ずれを考慮した量を補正し、その結果を合焦位置とする（ステップ４０５）。次に決定した合焦位置へレンズを駆動させ（ステップ４０６）、ハーフミラー２を撮影光路上から退避させ（ステップ４０７）、撮影を行う（ステップ４０８）。

このように本実施例によれば上記の如く撮影時は位相差検出方式で素早く合焦位置近傍にレンズ（フォーカスレンズ）を移動させ、その後コントラスト検出方式によって高精度に合焦位置を検出する。コントラスト検出の時間が短い分、素早く、しかも正確に合焦を得ることができる。また撮影時に光路分割手段２が撮影光路Ｌ上から退避することによって撮影時の光量の低下、光路分割手段２による色ずれの影響が無く、画質の良い撮影画像を得ることができる。

次に本発明の実施例２について説明する。

本実施例において前述の実施例１と異なる点は第１の焦点検出手段と第２の焦点検出手段の合焦結果の差を記憶するキャリブレーションモードを備えていることである。その他の構成及び光学的作用は実施例１と略同様であり、これにより同様な効果を得ている。

即ち、位相差検出方式の第１の焦点検出手段と、コントラスト検出方式の第２の焦点検出手段の合焦結果の違いは、ハーフミラー２による色ずれの影響を除けば、撮影光束の光路差が主であると考えられる。そこでこの２つの焦点検出結果の差を記憶、蓄積すれば、撮影時にコントラスト検出を行わなくても、位相差検出方式での焦点検出結果に記憶された差分を加え、正確な合焦位置にレンズを移動させることができ、合焦時間の短縮が可能になる。また撮影光学系を交換したときでも、撮影光学系ごとにこの補正値を記憶させておけば、撮影光学系ごとの最適なデータによって合焦情報を補正することができる。

図５は本発明の実施例２においてキャリブレーションモードで２つの焦点検出結果の差を記憶する際のフローチャートである。

フローチャートにおいて、まずキャリブレーションモードをオンにし（ステップ５０１）、シャッターを半押しし（ステップ５０２）、位相差検出方式によって焦点検出を行い、焦点位置を検出し（ステップ５０３）、レンズ（フォーカスレンズ）をその位置に駆動させる（ステップ５０４）。次にその位置からレンズを所定パルス量移動させ、それぞれの位置においてコントラスト検出方式による焦点位置を検出し（ステップ５０５）、合焦位置と判断された位置にレンズを駆動させる（ステップ５０６）。そして２つの焦点位置の差を記憶回路（補正記憶手段）７に記憶させる（ステップ５０７）。このとき撮影光学系毎にこの補正値を記憶させておけば、使用する撮影光学系ＬＢ毎に最適な補正値で合焦動作を行うことができる。

図６は本発明の実施例２において実際に撮影を行う際のフローチャートである。

フローチャートにおいて、まずシャッターを半押しすると（ステップ６０１）、位相差検出方式による焦点検出が行われ（ステップ６０２）、検出された焦点位置にレンズ（フォーカスレンズ）を駆動させる（ステップ６０３）。次に記憶回路（補正記憶手段）７に記憶された２つの焦点検出手段の補正値を加え（ステップ６０４）、その結果出された合焦位置にレンズを駆動させる（ステップ６０５）。その後ハーフミラー２が撮影光路外に退避し（ステップ６０６）、撮影を行う（ステップ６０７）。

尚、各実施例ではカメラ本体に着脱可能な撮影レンズとから構成されるカメラシステムにおいて説明したが、これに限らず、例えばカメラ本体にレンズが一体で構成されているカメラシステムに適用しても同様の作用及び効果があることは言うまでもない。

本発明の実施例１の要部概略図 本発明の実施例１の撮影時におけえる要部概略図。 本発明の実施例１の第２の焦点検出方式（コントラスト検出方式）の要部概略図 本発明の実施例１において撮影を行う際のフローチャート 本発明の実施例２においてキャリブレーションを行う際のフローチャート 本発明の実施例２において撮影を行う際のフローチャート

符号の説明

１ 撮影レンズ（交換レンズ）
ＬＢ 撮影光学系
２ 光路分割手段（ハーフミラー）
３ 第１の焦点検出手段（位相差方式）
４ 撮像素子
５ ＥＶＦ（電子ビューファインダー）
６ 第２の焦点検出手段（コントラスト方式）
７ 補正記憶手段
８ レンズ駆動手段
１１ カメラ本体
１６ 受光素子

Claims (6)

1. 撮影レンズが着脱可能なカメラにおいて、
   装着される撮影レンズの光軸に対して斜めに配置され、該撮影レンズを通過した光束を反射光と透過光に分割する光路分割手段と、該光路分割手段で分割された反射光を受光素子で受光して、位相差検出方式によって該撮影レンズの合焦状態を検出する第１の焦点検出手段と、該光路分割手段で分割された透過光を撮像素子で受光して、コントラスト検出方式によって該撮影レンズの合焦状態を検出する第２の焦点検出手段と、を有し、撮影時に該光路分割手段は該撮影レンズの光路から退避することを特徴とするカメラ本体。
2. 前記第２の焦点検出手段は、焦点位置と判定された位置から所定量移動させた場所を焦点位置と判定することを特徴とした請求項１に記載のカメラ。
3. 前記第２の焦点検出手段は、前記光路分割手段の傾きを示す法線ベクトルを含む平面と垂直に交わる撮像素子列を用いて、この撮像素子列に垂直に交わる撮像素子列に結像した被写体像のコントラストを測定し、合焦情報を算出することを特徴とする請求項１又は２に記載のカメラ。
4. 前記第１の焦点検出手段と前記第２の焦点検出手段の合焦結果の差を記憶するキャリブレーションモードを備えることを特徴とする請求項１、２又は３に記載のカメラ。
5. 装着される撮影レンズの光軸に対して斜めに配置され、該撮影レンズを通過した光束を反射光と透過光に分割する光路分割手段と、該光路分割手段で分割された反射光を受光素子で受光して、位相差検出方式によって該撮影レンズの合焦状態を検出する第１の焦点検出手段と、該光路分割手段で分割された透過光を撮像素子で受光して、コントラスト検出方式によって該撮影レンズの合焦状態を検出する第２の焦点検出手段と、を有し、撮影に該光路分割手段が該撮影レンズの光路から退避するカメラに着脱可能なマウントを有することを特徴とする撮影レンズ。
6. 撮影レンズと、
   該撮影レンズの光軸に対して斜めに配置され、該撮影レンズを通過した光束を反射光と透過光に分割する光路分割手段と、該光路分割手段で分割された反射光を受光素子で受光して、位相差検出方式によって該撮影レンズの合焦状態を検出する第１の焦点検出手段と、該光路分割手段で分割された透過光を撮像素子で受光して、コントラスト検出方式によって該撮影レンズの合焦状態を検出する第２の焦点検出手段とを有し、撮影時に該光路分割手段が該撮影レンズの光路から退避するカメラと、を有していることを特徴とするカメラシステム。