JP2006119434A - カメラ及びカメラシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 環境、経時に伴うＡＦ光学系の光軸ずれによる焦点検出誤差を補正した、高精度の焦点検出を可能としてカメラを提供する。
【解決手段】 受光センサ(１２)と、撮影光学系からの光束を前記受光センサに導く焦点検出光学系（８）と、前記受光センサからの信号を用いて前記撮影光学系のフォーカス制御を行う制御手段（２３）とを有し、前記制御手段は、前記焦点検出光学系と前記受光センサとの光学的なずれ量を検出し、該ずれ量に基づいて前記フォーカス制御に関わる処理を行うことを特徴とするカメラ。
【選択図】 図５

Description

本発明は、撮影光学系からの光束を受光センサに導く焦点検出光学系を有するカメラに関する。

対物レンズを通過した光束を利用した受光型の焦点検出方式として位相差検出方式が提案されている。

図９は、非露光状態における、従来の位相差検出方式を用いた焦点検出装置の光学系の概略図である。同図において、１０１はカメラ本体に着脱可能な撮影レンズである。１０２はハーフミラーとしての主ミラー、１０３は焦点板、１０４はペンタプリズム、１０５は接眼レンズ、１０６はサブミラー、１０７は撮像素子、１０８は焦点検出ユニットであり、これらはそれぞれカメラ本体に内蔵される。

図１０は焦点検出ユニット１０８と撮影レンズ１０１の関係を示した図である。
同図において、１０９は撮像素子１０７の撮像面に対して共役な予定焦点面の近傍に配置された視野マスク、１１０はフィールドレンズ、１１１は２つのレンズ１１１ａ，１１１ｂからなる２次結像系、１１２は２つのレンズ１１１ａ，１１１ｂに対応してそれらの後方に配置された２つのラインセンサ１１２ａ，１１２ｂを含む光電変換素子である。

１１３は２つのレンズ１１１ａ，１１１ｂに対応してそれらの前方に配置された２つの開口部１１３ａ，１１３ｂを有する絞り、１１４は分割された２つの領域１１４ａ，１１４ｂを含む撮影レンズ１０１の射出瞳をそれぞれ示している。

そして、射出瞳１１４の各領域１１４ａ，１１４ｂを透過した光束１１５ａ，１１５ｂはそれぞれ、２つのラインセンサ１１２ａ，１１２ｂの受光面に被写体像に関する光量分布を形成するようになっている。

図１０に示す焦点検出は、位相差検出方式（像ずれ方式）と呼ばれており、撮影レンズ１０１の結像点が予定焦点面の前側、即ち撮影レンズ１０１側にある場合には２つのラインセンサ１１２ａ，１１２ｂの受光面にそれぞれ形成される被写体像に関する光量分布（ピーク）が互いに近づいた状態となり、逆に撮影レンズ１０１の結像点が予定焦点面の後側、即ち撮影レンズ１０１と反対側にある場合には２つのラインセンサ１１２ａ，１１２ｂ上にそれぞれ形成される被写体像に関する光量分布が互いに離れた状態となる。

しかも２つのラインセンサ１１２ａ，１１２ｂ上に形成される被写体像に関する光量分布のずれ量は、撮影レンズ１０１のデフォーカス量、即ち焦点はずれ量に対して所定の関数関係を有しており、その焦点はずれ量を演算処理することにより、撮影レンズ１０１の焦点はずれの方向及び量を検出することができる。

このような焦点検出方式においては、実際に量産されている交換レンズの様に残存球面収差や面くせによる球面収差の変形（球面収差のくせ）に対し焦点検出光学系の軸がずれた場合に焦点検出誤差を生ずることが判った。

図１１は、カメラの調整済みの状態であり、焦点検出光学系の軸は、対物レンズの光軸と一致している。交換レンズには図１１（ｂ）に示すように、多少の残存球面収差や球面収差のくせが存在する。図１１（ｂ）では対物レンズの瞳のプラスマイナス両方向に対して球面収差を表現してある。

この状態で焦点検出装置のピントは調整されるが、対物レンズの瞳の１１４ａ及び１１４ｂの位置の収差に対応するピント位置にピント調整される。

次に図１２に示すように経時変化や環境変化により焦点検出光学系の軸がずれた場合には、焦点検出光学系が取り込んでいる対物レンズの瞳の位置は図１２の１１４ｃ及び１１４ｄの位置になり、瞳のこの位置の収差に対応するピント位置にピントがずれる。特に図１２の（ｂ）様にレンズ中央部に球面収差のくせがある場合にはわずかな軸ずれでも敏感に焦点検出誤差を生ずる。

従来、シャッターを多数回切った時に焦点検出光学系を構成する光学部材であるサブミラーが位置決めピンの磨耗等で位置ずれを生じ焦点検出光学系が焦点検出誤差を生ずるという欠点を、シャッター回数に応じた値だけ電気的に補正する方向に変移せしめピントズレ量を補正する方法が知られている。（例えば、特許文献１）
特許第３３１３９４８号明細書

上記従来例の、シャッター回数に応じた値だけ電気的に補正する方向に変移せしめ、ピントズレ量を補正する方法は、磨耗量を予測してシャッター回数に応じてピントを補正している為誤差を伴うという欠点があった。また、予測外の焦点検出誤差には対応不可能であった。

また、上記従来例は磨耗による焦点検出光学系の光軸方向の変位を補正するもので、焦点検出光学系軸ずれにより瞳の異なった位置からの光束で焦点検出することによる焦点検出ずれを補正するという考えはなく、残存球面収差や面くせによる球面収差の変形（球面収差のくせ）に対し焦点検出光学系の軸がずれた場合の補正には対応できなかった。

上記課題を解決するために、本願発明のカメラは、一つの観点として、受光センサと、撮影光学系からの光束を前記受光センサに導く焦点検出光学系と、前記受光センサからの信号を用いて前記撮影光学系のフォーカス制御を行う制御手段とを有し、前記制御手段は、前記焦点検出光学系と前記受光センサとの光学的なずれ量を検出し、該ずれ量に基づいて前記フォーカス制御に関わる処理を行うことを特徴とする。

本発明によれば、環境、経時変化に伴って発生する焦点検出誤差を補正して、高精度な焦点検出を可能としたカメラを提供することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施例について説明する。

（実施例１）
図１は、本発明の実施例１であるカメラシステムの光軸方向断面図であり、図２はカメラシステムの機能ブロック図である。これらの図において５０はカメラ６０に対して着脱可能に装着される交換レンズであり、この交換レンズ５０には対物レンズ１（交換レンズ）が組み込まれている。この対物レンズ１には、光軸方向に進退移動して、被写体に対する焦点を調節するフォーカスレンズ１ａ（図２参照）が含まれている。なお、本実施例のカメラシステムは、交換レンズ５０及びカメラ６０により構成される。

２はハーフミラーとしての主ミラーであり、３は主ミラー２に対して回動可能に取り付けられたサブミラーであり、主ミラー２及びサブミラー３によってカメラのミラーユニット２４が構成される。このミラーユニット２４は、図１の被写体観察時において、撮影光路内の光路内位置（第１の位置）に斜設されており、撮影動作が開始されると、撮影光路外の光路外位置（第２の位置）に退避する。

４は焦点板であり、この焦点板４には主ミラー２によってカメラ上方に反射された光により被写体像が形成される。５はペンタプリズムであり、焦点板４に形成された被写体像を正逆反転する。

６は接眼レンズであり、カメラ使用者はこの接眼レンズ６を介して、ペンタプリズム５から導かれた被写体像を観察することができる。７は対物レンズ１を透過して入射した光を光電変換し、撮像信号として出力する撮像素子（例えば、ＣＣＤセンサ、ＣＭＯＳセンサ）である。８はカメラの下部に配置された焦点検出ユニットであるが、詳細な説明は後述する。

２３はカメラ全体の制御を司るカメラ制御回路であり、２５は交換レンズ全体の制御回路を司るレンズ制御回路であり、これらの制御回路２３、２５は、通信ユニット２２を介して通信可能となっている。

２１はレンズ内部メモリであり、このレンズ内部メモリ２１には、後述する軸ずれ補正量が記憶されている。２６は絞り１４を駆動し、絞り開口面積を変化させる絞り駆動ユニットであり、レンズ制御回路２５によって駆動制御される。２７はフォーカスレンズ１ａを光軸方向に駆動するフォーカスレンズ駆動ユニットであり、レンズ制御回路２５によって駆動制御される。

次に、図１を用いて対物レンズ１に入射した光の挙動について説明する。不図示の被写体から入射し、対物レンズ１を透過した光束は、主ミラー２によってその一部がカメラ上方に反射され、残りが透過する。

主ミラー２によって、カメラ上方に反射された光は、焦点板４上に被写体像を形成し、この焦点板４上に形成された被写体像は、ペンタプリズム５によって正逆反転され、接眼レンズ６を介して撮影者に視認される。

他方、主ミラー２を透過した光は、サブミラー３によりカメラ下方に反射され焦点検出ユニット８に導かれる。

次に、図３を参照して、焦点検出ユニット８の構成を説明する。同図において、１９は撮像素子７の撮像面に対して共役な予定焦点面の近傍に配置された視野マスク、１０はフィールドレンズ、１１は２つのレンズ１１ａ，１１ｂからなる２次結像系、１２は２つのレンズ１１ａ，１１ｂに対応してそれらの後方に配置された２つのラインセンサ１２ａ，１２ｂを含む光電変換素子である。

１３は２つのレンズ１１ａ，１１ｂに対応してそれらの前方に配置された２つの開口部１３ａ，１３ｂを有する絞り、１４は分割された２つの領域１４ａ，１４ｂを含む撮影レンズ１の射出瞳をそれぞれ示している。

射出瞳１４の各領域１４ａ，１４ｂを透過した光束１５ａ，１５ｂはそれぞれ、２つのラインセンサ１２ａ，１２ｂの受光面に被写体像に関する光量分布を形成するようになっている。そして、これら一対のラインセンサ１２ａ、１２ｂ上に結像した２像のずれから、撮影光学系のピントずれ量（焦点調節状態）であるデフォーカス量を検出することができる。この焦点検出方式を位相差検出方式という。

本実施例では、交換レンズごとにあらかじめ焦点検出光学系の軸ずれ量に応じた焦点検出誤差量、ずなわち、例えば、基準カメラを用いてカメラの種類ごとに測定した複数の焦点検出誤差量を測定しておき、これを軸ずれベストピント（以下、「ＢＰ」と略す）値として交換レンズ５０内のレンズ内部メモリ２１に記憶させている。

次に、図３及び図４を用いて位相差検出方式を用いた焦点検出光学系の軸ずれの検出方法について説明する。

図３では焦点検出光学系の軸ずれがなく、焦点検出光学系の軸と瞳中心が一致しており、ほぼ均一な被写体を物体に選び、対物レンズ１の絞り１４を駆動して絞り開口径を変化させながら、ラインセンサ１２ａ，１２ｂの各中央部から出力される出力信号を測定していく。

図３のように焦点検出光学系の軸ずれがなく、焦点検出光学系の軸と瞳中心が一致している場合には、光束１５ａ，１５ｂはそれぞれ逆側からであるが同じ様にけられるので、図３（ｂ）に示すように１２ａ，１２ｂの出力は絞り値に対しほぼ同じように変化する。

一方、図４の様に焦点検出光学系の軸が上方にずれて、対物レンズ１の瞳の少し上側に対応している場合には、ほぼ均一な被写体を物体に選び、対物レンズの絞り１４を駆動して絞り開口径を変化させながら、ラインセンサ１２ａ、１２ｂのそれぞれ中央位置の画素の出力を測定していく。

図４（ａ）の様に光束１５ａが１５ｂより早くけられるので、図４（ｂ）に示すように１２ａに比べ１２ｂの出力は絞り値に対し早く低下する。

このように、ほぼ均一被写体を物体に選び、対物レンズ１の絞り１４を光軸直行方向に駆動しながら、ラインセンサ１２ａ，１２ｂの各中央部からの出力信号を測定していくと、その出力の変化から軸ずれの有無、軸ずれの方向及び軸ずれ量を検出することができる。

すなわち、光束１５ａ，１５ｂが同じ様にけられ１２ａ，１２ｂの出力が絞り値に対しほぼ同じように変化する場合は、焦点検出光学系の軸ずれがない。一方、光束１５ａが１５ｂより早くけられ、ラインセンサ１２ａに比べラインセンサ１２ｂの出力が絞り値に対し早く低下する場合には、焦点検出光学系の軸が上方にずれていることになり、光束１５ｂが光束１５ａより早くけられラインセンサ１２ｂに比べラインセンサ１２ａの出力が絞り値に対し早く低下する場合には、焦点検出光学系の軸が下方にずれていることになる。

このようにして検出した軸ずれ量を用い、上記レンズ内部メモリ２１に記憶されている軸ずれＢＰ値をカメラとの接点２２を介してカメラ側に伝達し、カメラ制御回路２３で軸ずれ補正量（例えば、デフォーカス量の補正量、フォーカスレンズ駆動量の補正量）を算出し、受光センサからの出力に基づいて算出したフォーカスレンズ駆動量を補正する。

次に、焦点検出光学系の軸ずれを検知し、検知結果から軸ずれＢＰ値を求める制御手順について図５を用いて説明する。なお、本実施例では、説明を分かり易くするため、カメラ制御回路２３の動作フローとレンズ制御回路２５の動作フローとを一緒にして示しているが、これらは実際には別々のプログラムとして動作するものである。

カメラ側では、まず焦点検出光学系の軸ずれを検出し、調整する調整モードに設定されているかどうか判別する（ステップＳ１１）。調整モードに設定されている場合には、絞り１４の絞り動作を要求する信号を、通信ユニット２２を介して交換レンズ５０に送信する（ステップＳ１２）。そして、ラインセンサ１２ａ，１２ｂの中央部から出力されるセンサ出力をモニタし（ステップＳ１３）、その出力の変化から軸ずれの有無を判別する（ステップＳ１４）。

そして、軸ずれがあった場合には、通信ユニット２２を介して交換レンズ５０にＢＰ値信号の送信を要求する（ステップＳ１５）。続いて、交換レンズ５０から送信されたＢＰ値信号を受信したかどうかを判別し（ステップＳ１６）、受信した場合には軸ずれ補正量を算出する（ステップＳ１７）。

最後に、この算出した補正量を用いてフォーカスレンズ１ａの駆動量を補正する（ステップＳ１８）。これにより、交換レンズ５０ごとにフォーカスレンズ１ａの駆動量を高精度に補正することができる。

レンズ側では、まずカメラ６０から絞り１４の動作を要求する信号が入力されたかどうかを判別し（ステップＳ２１）、該信号が入力された場合には、絞り駆動ユニット２６を駆動して、絞り１４を光軸直交方向に順次移動させる（ステップＳ２２）。

そして、この絞り込み動作が終了したかどうか判別し（ステップＳ２３）、終了した場合には、さらにカメラ側からＢＰ値の送信要求があったかどうかを判別する（ステップＳ２４）。ＢＰ値の送信要求があった場合には、レンズ内部メモリ２１からＢＰ値を読み出し、通信ユニット２２を介してカメラ側に送信する（ステップＳ２５）。

なお、上述の実施例では、軸ずれ補正量を軸ずれＢＰ値を用いて算出したが、ＢＰ値を用いずに、軸ずれ量とセンサ出力とから算出するようにしてもよい。
（実施例２）
図６及び図７を用いて、本発明の実施例２であるカメラシステムの概略構成について説明する。ここで、図６は本実施例のカメラシステムの光軸方向断面図であり、図７（ａ）は受光部の拡大図であり、図７（ｂ）はサブミラーの位置調整機構を示したカメラの光軸方向断面図である。なお、実施例１と同一の構成要素は、同一符号を付して詳細な説明を省略する。

これらの図において、対物レンズ１から入射した光のうち主ミラー２を透過した光は、サブミラー３（ミラー部材）によりカメラ下方に反射され焦点検出ユニット８に導かれる。

４１は、不図示のミラーボックスに支持され、光軸直交方向に延びる軸周りに偏芯回転する偏芯ピン４１（駆動手段）である。この偏芯ピン４１は、撮影光路内に配置されるサブミラー６に対して当接しており、ピン駆動ユニット４２によって駆動される。このピン駆動ユニット４２は、カメラ制御回路２３によって駆動制御される。

上述の構成によれば、ピン駆動ユニット４２を駆動することにより、偏芯ピン４１が偏芯回転するため、偏芯ピン４１に当接するサブミラー３の撮影光路内における光路内位置を変化させることができる。

本実施例おいて、焦点検出光学系の軸ずれの検出は、カメラ内に設けられたＬＥＤ等からなる投光系３１を用いて行う。すなわち、投光系３１から発せられた光を、反射ミラー８１、サブミラー６等の焦点検出光学系を構成する光学部材において反射させ、受光ユニット３２で受光する構成になっている。本実施例では、投光系３１及び受光ユニット３２により、焦点検出光学系の軸ずれの検出ユニットを構成している。

受光ユニット３２は４分割センサ３２１によって構成されており、受光ユニット３２の受光面に形成されたスポット光３５の位置ずれを、４分割センサ３２１から出力される各出力信号を比較することにより測定する。

次に、焦点検出光学系の軸ずれを検知し、検知結果から軸ずれＢＰ値を求める制御手順について図８を用いて説明する。

カメラ側では、まず焦点検出光学系の軸ずれを検出し、調整モードに設定されているかどうか判別する（ステップＳ３１）。調整モードに設定されている場合には、軸ずれ検出ユニットを動作させる。すなわち、投光系３１から発せられた光を、サブミラー６、反射ミラー８１を介して、受光ユニット３２の４分割センサ３２１で受光する。そして、各４分割センサ３２１から出力されるセンサ出力をモニタし（ステップＳ３２）、その出力の変化から軸ずれの有無を判別する（ステップＳ３４）。

そして、軸ずれがあった場合には、軸ずれの状態に応じてサブミラー３の角度を補正するために、偏芯ピン４１の駆動量を補正する（ステップＳ３５）。

また、再調整モードが選択された時に上述の軸ずれ補正を行なうことにより、再調整の精度を向上させることができる。この際、軸ずれ補正を行なってから焦点検出ピント位置の再調整を行なうことにより、再調整の精度を向上させることができる。

また、焦点検出光学系の光路長変化を測定する手段を有し、その測定値に基づき焦点検出光学系の光路長変化を補正する補正手段を設けても良い。この補正手段としては、実施例１のごとく、光路長変化に応じたＢＰ値を用いて焦点検出制御を行う方法や、実施例２のごとく、サブミラー３の位置を変えて、物理的に光路長を変化させる機構などが考えられる。光路長変化に応じたＢＰ値は、例えば、光路長変化の測定値及び焦点検出光学系の光路長変化に対する焦点検出誤差の関係式等に基づいて求められる。

本実施例のカメラシステムはデジタル一眼レフカメラを例として説明したが、本願発明はフィルム一眼レフカメラ、ビデオカメラ等の他のカメラシステムに対しても適用することができる。

さらに、カメラ前面に設けられたマウント部にレーザーダイオード等小型の発光素子を取り付け、焦点検出ユニットの光電変換素子の出力に基づき、軸ずれの検知を行なうことも可能である。

上述の実施例によれば、シャッター回数によるフォーカス光学系の光軸ずれを修正するかフォーカスピントを修正することができるので、複数の交換レンズに対しフォーカス精度を常に高精度に保つことができる。

さらに、交換レンズの性能が理想レンズでなくてもフォーカス光学系の軸ずれが生じたときに対応できるので交換レンズ、及びフォーカス光学系の信頼性に関わる構造を簡単にすることができる。

実施例１のカメラシステムの光軸方向断面図 実施例１及び２のカメラシステムの機能ブロック図 実施例１の焦点検出ユニットの軸ずれ検出方法を示した図 実施例１の焦点検出ユニットの軸ずれ検出方法を示した図 実施例１の軸ずれ補正動作の制御手順を示したフローチャート 実施例２のカメラシステムの光軸方向断面図 焦点検出ユニットの拡大図 実施例２の軸ずれBP値を求める制御手順を示したフローチャート 従来例の焦点検出ユニットを有する一眼レフカメラを示した図 従来例の焦点検出ユニットを示した図 従来例の焦点検出ユニットの軸ずれによる焦点検出誤差を示す図 従来例の焦点検出ユニットの軸ずれによる焦点検出誤差を示す図

符号の説明

１ 対物レンズ
２ 主ミラー
３ サブミラー
４ 焦点板
５ ペンタプリズム
６ 接眼レンズ
７ 撮像素子
８ 焦点検出ユニット
１４ 絞り
２１ レンズ内部メモリ
２２ 通信ユニット
２３ カメラ制御回路
２５ レンズ制御回路
２６ 絞り駆動ユニット
２７ フォーカスレンズ駆動ユニット
５０ 交換レンズ
６０ カメラ

Claims (8)

1. 受光センサと、
   撮影光学系からの光束を前記受光センサに導く焦点検出光学系と、
   前記受光センサからの信号を用いて前記撮影光学系のフォーカス制御を行う制御手段とを有し、
   前記制御手段は、前記焦点検出光学系と前記受光センサとの光学的なずれ量を検出し、該ずれ量に基づいて前記フォーカス制御に関わる処理を行うことを特徴とするカメラ。
2. 前記撮影光学系は、光量を調節する絞りを有し、
   前記制御手段は、前記絞りを動作させながら前記受光センサからの出力をモニタし、該出力の変化に基づいて前記ずれ量を検出することを特徴とする請求項１に記載のカメラ。
3. 前記焦点検出光学系に入射する光を発する発光素子と、
   前記焦点検出光学系から射出した前記光を受光する受光素子とを有し、
   前記制御手段は、前記受光素子における前記光の受光位置に基づいて、前記ずれ量を検出することを特徴とする請求項１に記載のカメラ。
4. 前記制御手段は、前記ずれ量と前記受光センサからの信号とを用いて前記フォーカス制御のための演算を行うことを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載のカメラ。
5. 該カメラは、前記ずれ量に応じた前記フォーカス制御のための情報を記憶したレンズ装置の装着が可能であり、
   前記制御手段は、前記レンズ装置から、検出した前記ずれ量に対応する前記情報を取得し、該情報と前記受光センサからの信号とを用いて前記演算を行うことを特徴とする請求項４に記載のカメラ。
6. 前記焦点検出光学系を構成する光学部材を駆動する駆動手段を有し、
   前記制御手段は、前記処理により前記駆動手段を動作させることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載のカメラ。
7. 前記光学部材は、撮影光路上に配置される第１の位置と該撮影光路外に配置される第２の位置との間で移動可能なミラー部材であり、
   前記駆動手段は、前記第１の位置を変更するよう動作することを特徴とする請求項６に記載のカメラ。
8. 請求項１から７のいずれか１つに記載のカメラと、
   該カメラに装着される交換レンズ装置とを有することを特徴とするカメラシステム。

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