JP2006146081A - 測距装置及び撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 焦点検出の低輝度限界を悪化させることなく、撮影レンズの色収差により発生する焦点検出のピントずれに起因する焦点検出の検出精度を各種光源に対して向上させる。
【解決手段】 位相差検出方式により測距を行う測距装置であって、電気的に分光透過率を変更可能なエレクトロクロミック（１５）と、前記エレクトロクロミックを介して入射する被写体光を受光する１組のＡＦイメージセンサ（１３）と、前記エレクトロクロミックを介して入射する被写体光から被写体の輝度を検出するマイコン（１１）とを有し、前記マイコンにより検出された被写体の輝度が所定輝度よりも大きい場合に、小さい場合よりもより多くの長波長光が減衰するように、前記エレクトロクロミックの分光透過率を変更する。
【選択図】 図１

Description

本発明は測距装置及び当該測距装置を用いた撮像装置に関する。

従来、フィールドレンズとレンズレットアレイから成る焦点検出光学系と、その直後に配置された１対のイメージセンサと、該イメージセンサの出力を所定のアルゴリズムにより処理する手段とによって構成された焦点検出装置（例えば、特許文献１）や、フィールドレンズと１対の再結像レンズとから成る焦点検出光学系と、再結像面に配置された１対のイメージセンサと、該イメージセンサの出力を所定のアルゴリズムにより処理する手段とによって構成された焦点検出装置（例えば、特許文献２）、また、上記焦点検出装置に対して、異なる分光特性を有する第１の光学フィルタと第２の光学フィルタを切り替える手段を更に有する焦点検出装置（例えば、特許文献３）等が提案されている。

特許文献１、２に記載されたような焦点検出装置においては、従来、カメラ等の撮影光学系や焦点検出光学系の赤外収差による焦点検出精度の悪影響を除去するために、焦点検出光学系の光路中に赤外カットフィルタを設置して赤外光を除去していた。一般にこの種の赤外カットフィルタにおいては分光透過率が50％となる波長（以下、「カット波長」と呼ぶ。）は可視光領域と赤外光領域の境界の650〜700nmに取られている。このような赤外カットフィルタを使用することにより焦点検出には可視光のみを利用することになり、光学系の赤外収差の影響を受けることなく高精度な焦点検出が可能となる。

また上記のような構成の焦点検出装置に対して、特許文献３に開示された焦点検出装置では、異なる分光特性を有する第１の光学フィルタと第２の光学フィルタを切り替え手段によって切り換えることにより、外光による焦点検出時と補助光による焦点検出時の夫々について検出精度を向上させることが可能である。

特開昭５４−１５９２５９号公報 特開昭５４−１０４８５９号公報 特公平８−３５７５号公報

しかしながら、特許文献１及び２に記載の焦点検出装置においては、被写体輝度が低くなると、イメージセンサとしてＣＣＤのような電荷蓄積型素子を使用していた場合には、その電荷蓄積時間がむやみに長くなり、焦点検出装置の応答性が悪くなるという欠点があった。

また、上記のように被写体輝度が低い場合には、補助光装置により被写体を証明することも知られているが、その光源波長は、人にまぶしさを与えないことや高出力が得られること等の理由で赤外波長が選ばれてることが多い。このような場合には、焦点検出装置に前記のような赤外カットフィルタを使用すると、せっかく補助光装置により補助照明を行ってもその抽出効率が悪かったり、場合によっては補助照明の効果が全く得られないという欠点があった。

逆に低輝度時や、補助光照明時のことを重視して焦点検出光学系の光路中に配置する赤外カットフィルタのカット波長をより長波長側に伸ばし、赤外光の一部を焦点検出に利用することも考えられる。このようにすれば可視光に赤外光の光量が加えられるため、ＣＣＤ等のイメージセンサの蓄積時間も可視光のみの光量の時よりも短くて済むので焦点検出装置の応答性を上げることができると共に、低輝度時や補助光照明時でも効率良く焦点検出を行うことができる。しかし、このように赤外カットフィルタのカット波長をより長波長側に伸ばすと、通常輝度の被写体に対しては、前述したように撮影光学系や焦点検出光学系の赤外収差の影響により焦点検出精度が悪くなるという欠点を有していた。

また、特許文献３に記載の焦点検出装置に於いては、焦点検出を補助光で行うか外光で行うかに応じて、切り替え手段によって異なる分光特性を有する第１のフィルタと第２のフィルタを切り替えるため、装置が大型化するという欠点があった。また、この焦点検出装置は、補助光を使用した焦点検出時と外光による焦点検出時に対応したしたものであって、外光の各種光源に応じて焦点検出精度を向上させるものでは無かった。

本発明は上記問題点を鑑みてなされたものであり、焦点検出の低輝度限界を悪化させることなく、撮影レンズの色収差により発生する焦点検出のピントずれに起因する焦点検出の検出精度を各種光源に対して向上させることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の位相差検出方式により測距を行う測距装置は、電気的に分光透過率を変更可能なフィルタ手段と、前記フィルタ手段を介して入射する被写体光を受光する１組の撮像素子と、前記フィルタ手段を介して入射する被写体光から被写体の輝度を検出する検出手段とを有し、前記検出手段により検出された被写体の輝度が所定輝度よりも大きい場合に、小さい場合よりもより多くの長波長光が減衰するように、前記フィルタ手段の分光透過率を変更する。

また、本発明の撮像装置は、上記測距装置を有することを特徴とする。

本発明によれば、焦点検出の低輝度限界を悪化させることなく、撮影レンズの色収差により発生する焦点検出のピントずれに起因する焦点検出の検出精度を各種光源に対して向上させることができる。

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。ただし、本形態において例示される構成部品の寸法、材質、形状、それらの相対配置などは、本発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、本発明がそれらの例示に限定されるものではない。

図１は本発明の実施の形態における撮像装置の一例として、スチルカメラの概略構成を示す断面図である。同図において、１はカメラボディであり、その前面には種々のレンズユニット２が装着可能である。また、焦点検出を補助する為に被写体に光を投射する補助光装置３が内蔵あるいは着脱自在に設けられている。

カメラボディ１内には、光学部品、機械部品、電気回路およびフィルム又はＣＣＤ等の撮像素子などが収納され、フィルムを用いた写真撮影又は、光電変換素子による画像撮影を行うことができる。５はメインミラーであり、ファインダー観察状態では撮影光路内に斜設され、撮影状態では撮影光路外に退避する。また、メインミラー５はハーフミラーとなっており、撮影光路内に斜設されているときは、後述する焦点検出ユニットへ被写体からの光線の約半分を透過させる。

１０３はファインダー光路変更用のペンタプリズム、１０６はアイピースであり、撮影者はこの窓から観察することで、撮影画面を確認することができる。１０４及び１０５はファインダー観察画面内の被写体輝度を測定するためのＡＥ集光レンズ及び測光センサである。

１０１は例えばフォーカルプレーンシャッターなどのシャッター、１０２は感光部材であり、銀塩フィルム又は、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子が用いられる。６はサブミラーであり、メインミラー２と共に、ファインダー観察状態では撮影光路内に斜設され、撮影状態では撮影光路外に退避する。このサブミラー６は、斜設されたメインミラー６を透過した光線を下方に折り曲げて、後述の焦点検出ユニットの方に導くものである。

レンズユニット２の撮影光学系２１を通過した光束４は、カメラボディ１内のメインミラー５を通り、サブミラー６により反射され、ＡＦ反射ミラー１２、赤外線（ＩＲ）カットフィルタ１７、分光可変手段であるエレクトロクロミック１５、集光レンズ１６を介して、ＡＦイメージセンサ１３に導かれる。ＡＦイメージセンサ１３はマイコン１１からの種々のクロツク及び制御信号を受けて電荷蓄積制御を行い、マイコン１１は、ＡＦイメージセンサ１３により光電変換されたデータを取り込み、公知の焦点検出アルゴリズムによりこれらのデータを処理して焦点検出を行い、撮影光学系２１の焦点調整状態に関する情報を得る。

エレクトロクロミック（ＥＣ）駆動部１４はマイコン１１の指令に応じて、フィルタであるエレクトロクロミック１５を駆動する。

また、レンズユニット２内に設けられたレンズ情報送出部２２はマイコン１１に対して撮影光学系２１の赤外収差データ等の情報を出力する。

補助光装置３は、投光光学系３１、ＩＲＥＤ（近赤外発光ダイオード）等の光源３２、補助光駆動部３３から成り、補助光駆動部３３はマイコン１１の指令を受けて光源３２を発光させ、投光光学系３１を介して被写体が照明されるようになっており、例えば被写体上に特定のパターンが投影される。この補助光装置３は、被写体が暗く焦点検出が不可能である場合に、自動的にあるいは外部操作に応じて作動させられるように構成されている。この補助光装置３の作動により、暗い被写体でもＡＦイメージセンサ１３により検出されて、その検出データがマイコン１１により処理され、焦点検出状態を求めることができる。

エレクトロクロミック１５は印加電圧によって分光透過率特性が変化するフィルタである。このエレクトロクロミック１５の分光透過率特性を図２に示す。グラフＡ１は印加電圧０Ｖ、所謂ＯＦＦ時の特性を示し、400nm〜800nmの全域について60％〜80％の透過率を有する。それに対して、１Ｖの電圧を印加した場合、グラフＢ１に示すように400nmでは約40％、500nmでは約45％、600nmでは約35％、700nmでは約30％となる。更に１．５Ｖの電圧を印加した場合、グラフＣ１に示すように400nmでは約20％、500nmでは約35％、600nmでは約15％、700nmでは約10％となる。このように、印加電圧を変えることで分光特性を変化させることができる。またグラフＤ１は、ＩＲカットフィルタ１７の分光特性で、720nm以上の長波長側をカットするフィルタである。

図３は、様々な光源の分光特性を示す図で、グラフＡ２はＡ光源、グラフＢ２は太陽光（日中）、グラフＣ２は昼光色系蛍光灯、グラフＤ２は690nmにピーク強度を持つＡＦ補助光の分光特性である。

図４及び図５は、図３で示す各種光源からの光がＩＲカットフィルタ１７及びエレクトロクロミック１５を介してＡＦイメージセンサ１３に入射する時の分光特性を示す図であり、図４はエレクトロクロミック１５に１．５Ｖの電圧をかけた場合（図２のグラフＣ１に示す特性となる）、図５は電圧をかけない場合、即ち、エレクトロクロミック１５がＯＦＦの時の測定を示す。

図４において、グラフＡ３はＡ光源の分光特性、グラフＢ３は太陽光の分光特性、グラフＣ３は蛍光灯の分光特性である。この状態での夫々の光源の波長重心（波長重心は、各種光源の分光の中心波長位置）は、グラフＡ３のＡ光源では約580nm、グラフＢ３の太陽光では約570nm、グラフＣ３の蛍光灯では約530nmである。

これに対して、図５に示すように、エレクトロクロミック１５がＯＦＦ状態での夫々の光源の波長重心は、グラフＡ３のＡ光源では約630nm、グラフＢ３の太陽光では約600nm、グラフＣ３の蛍光灯では約540nmとなる。つまり、エレクトロクロミック１５がＯＦＦ状態では、Ａ光源と蛍光灯を比べると、約90nm波長重心がずれた入射光に基づいて位相差検出方式による焦点検出のための相関演算が行われることとなる。これに対して、エレクトロクロミック１５の１．５ＶでのＯＮ状態では、Ａ光源と蛍光灯では、光源の波長重心が約50nmずれた入射光に基づいて相関演算が行われることとなる。

この波長重心の違いによる、ＡＦイメージセンサ１３上に形成される被写体像のずれについて図６にて説明する。

撮影光学系２１を通過した光束は、撮影光学系の色収差の影響で、550nm程度の波長の光束４ａと、長波長側700nm程度の波長の光束４ｂとして集光レンズ１６を介して、ＡＦイメージセンサ１３に導かれる。従って、図６のように550nm程度の光束４ａでは、ＡＦイメージセンサ１３の対のセンサ１３ａ、１３ｂの中心に光束４ａの強度部がくることになる。これに対して、長波長側700nm程度の光束４ｂでは、ＡＦイメージセンサ１３の対のセンサ１３ａ、１３ｂ中心位置から内側寄りに光束４ｂの強度部がくることになる。このように、光源の波長の分光特性によって、ＡＦイメージセンサ１３上のコントラストの位置ずれが生じる。

図７は、本実施の形態における焦点検出動作を示すフローチャートである。以下、図７のフローチャートを参照して焦点検出動作について説明する。

まず、ステップＳ１０１にて、マイコン１１から制御信号を受けてＥＣ駆動部１４はエレクトロクロミック１５に１．５Ｖの電圧を印加してＯＮする。これによりエレクトロクロミック１５の分光特性は、図２のグラフＣ１に示すように500nm以上の波長の透過率が極端に減衰するものとなる。次に、ステップＳ１０２にて被写体輝度ＡＦＥＶ１の検出を行う。この被写体輝度の検出は、ＡＦイメージセンサ１３で所定時間、電荷蓄積を行って得た出力結果により行われ、検出結果はマイコン１１内のＲＡＭに記憶する。そしてステップＳ１０３で、所定輝度よりもステップＳ１０２で検出したＡＦＥＶ１が明るいか否かを判定する。この時、所定輝度として、焦点検出を行うために少なくとも必要な輝度であるか否かの判定基準となる輝度を用いる。所定輝度よりも明るければステップＳ１０４に進み、ＡＦイメージセンサ１３の電荷蓄積及びそのセンサ出力からマイコン１１による公知の位相差検出方式による焦点検出のための相関演算を行う。この時のＡＦイメージセンサ１３には、撮影光学系２１により入射し、ＩＲカットフィルタ１７及び、１．５Ｖが印加されてＯＮ状態となったエレクトロクロミック１５を介した光が入射するため、光源の差による測距結果の差を少なくすることができる。

次に、ステップＳ１０４で求めた相関演算を基にして、ステップＳ１０５にて所定のＡＦ信頼性が得られているか判定する。所定のＡＦ信頼性が得られていればステップＳ１１６に進み、相関演算の結果を基にレンズ駆動を行い、ＡＦシーケンスを終了する。

一方、ステップＳ１０５にて所定のＡＦ信頼性が得られない場合、ステップＳ１０６に進んでマイコン１１からの制御信号によりＥＣ駆動部１４から０Ｖを印加してエレクトロクロミック１５をＯＦＦする。この時のエレクトロクロミック１５の分光特性は、図２のグラフＡ１に示すようにほぼ透過状態となる。

次に、ステップＳ１１２に進み、マイコン１１による制御信号を補助光駆動部３３に出力し、補助光の光源３２をＯＮして補助光による焦点検出を行う（ステップＳ１１３）。補助光の光源３２は、約690nmの波長をピークとするIRED（近赤外発光ダイオード）等の光源である。前述の通り、エレクトロクロミック１５はＯＦＦされているのでほぼ透過状態にある。よって、ＡＦイメージセンサ１３に入射する入射光の分光特性は、図５のグラフＤ４に示す分光特性となる。即ち、約690nmのピーク波長により相関演算を行う。

ステップＳ１１４にて、ステップＳ１０５と同様に所定のＡＦ信頼性が得られているか判定する。そして所定のＡＦ信頼性が得られていれば、ステップＳ１１５に進む。ステップＳ１１５では、690nmで相関演算が行われたことによるレンズの駆動補正量を算出する。レンズの駆動補正量の算出はレンズユニット２のレンズ情報の持つ赤外収差情報をマイコン１１が読み出し、その情報を基に駆動補正量を算出する。そして、ステップＳ１１６に進んで相関演算の結果とレンズの駆動補正量を基にしてレンズ駆動を行い、ＡＦシーケンスを終了する。

一方、ステップＳ１１４にて所定のＡＦ信頼性が得られない場合、ステップＳ１１７に進みＡＦが不能であることを示すフラグＡＦＮＧフラグを出してＡＦシーケンスを終了する。

また、ステップＳ１０３で所定輝度よりもステップＳ１０２で検出したＡＦＥＶ１が低い場合にはステップＳ１０７に進み、マイコン１１からの制御信号によりＥＣ駆動部１４から０Ｖを印加してエレクトロクロミック１５をＯＦＦにし、図２のグラフＡ１に示すほぼ透過状態にする。そしてステップＳ１０８ではＡＦイメージセンサ１３に500nm以上の波長も多く含む入射光により被写体輝度ＡＦＥＶ２を検出して、マイコン１１内ＲＡＭに記憶する。この被写体輝度の検出は、ステップＳ１０２と同様にＡＦイメージセンサ１３で所定時間、電荷蓄積を行って得た出力結果により行う。なお、ステップＳ１０２とステップＳ１０８の蓄積時間は同じ時間にする。

そして、ステップＳ１０９で所定輝度よりもステップＳ１０８で検出したＡＦＥＶ２が明るいか否かを判定する。この時に用いる所定輝度は、ステップＳ１０３で用いるものと同じである。ここで所定輝度よりＡＦＥＶ２が低い場合は、ステップＳ１１２に進んで、上述した補助光による焦点検出を行う。また、明るければステップＳ１１０に進み、公知の位相差検出方式による焦点検出のための相関演算を行う。

この時のＡＦイメージセンサ１３には、撮影光学系２１を介して入射し、ＩＲカットフィルタ１７及びＯＦＦ状態のエレクトロクロミック１５を介した光が入射する。この時ＡＦイメージセンサ１３に入射する光は、光源の種類に応じて、例えば、図５に示すような分光特性を有する。

次に、ステップＳ１１１でステップＳ１０５と同様に所定のＡＦ信頼性が得られているか判定する。所定のＡＦ信頼性が得られていない場合、ステップＳ１１２に進んで、上述した補助光によるＡＦを行う。また、所定のＡＦ信頼性が得られていればステップＳ１１８に進み、ＡＦＥＶ１とＡＦＥＶ２のマイコン１１内のＲＡＭに記憶している出力の差から光源の種類を判別して、レンズユニット２の駆動補正値としてレンズ補正値２を算出する。ＡＦＥＶ１とＡＦＥＶ２の差は、光源が図３に示す分光特性を有する場合、図４に示す入射光と、図５に示す入射光の積分値の差となる。

例えば、Ａ光源と蛍光灯を例に挙げると、Ａ光源の場合、エレクトロクロミック１５に１．５Ｖを印加したＯＮ状態でのＡＦイメージセンサ１３上の入射光を10nm毎に積分すると約２．７となる。それに対して、ＯＦＦ状態でのＡＦイメージセンサ１３上の入射光10nm毎に積分すると約１４．５となり、約４．５倍、輝度差で約２．１７段の差が得られる。これに対し、蛍光灯の場合、エレクトロクロミック１５に１．５Ｖを印加したＯＮ状態でＡＦイメージセンサ１３上の入射光を10nm毎に積分すると約１．０となる。これに対して、ＯＦＦ状態でＡＦイメージセンサ１３上の入射光を10nm毎に積分すると約３．４となり、約３．４倍、輝度差で１．７７段の差が得られる。このように、500nm以上の長波長成分の多いＡ光源と、少ない蛍光灯では、エレクトロクロミック１５に１．５Ｖを印加したＯＮ状態と印加しないＯＦＦ状態での出力の違いから、光源を判別することができる。

そして、判別された光源に基づいてレンズの駆動補正量２を算出する。そしてステップＳ１１６に進み、相関演算の結果とレンズの駆動補正量２をもとにレンズ駆動を行い、ＡＦシーケンスを終了する。

なお、分光可変手段は、エレクトロクロミックに限るものでは無く、例えば液晶など、電気的に分光特性を可変なものであれば用いることが可能である。

また、上記実施の形態では、エレクトロクロミックに１．５Ｖを印加してＯＮ状態にする場合について説明したが、１．５Ｖに限るものではなく、エレクトロクロミックの特性に応じて、効果的な分光透過特性を得られるような電圧をかければよい。

また、上記実施の形態では、エレクトロクロミックのＯＮ状態またはＯＦＦ状態のいずれかによる制御を行う場合について説明したが、被写体輝度に応じて、エレクトロクロミックに印加する電圧を複数段階で制御するようにしてもよい。

本発明の実施の形態における撮像装置の概略構成を示す断面図である。 エレクトロクロミックの分光透過率特性を示す図である。 各種光源の分光特性を示す図である。 エレクトロクロミックに１．５Ｖの電圧をかけた場合にＡＦイメージセンサに入射する光の分光特性を示す図である。 エレクトロクロミックＯＦＦ時にＡＦイメージセンサに入射する光の分光特性を示す図である。 波長重心の違いによるＡＦイメージセンサ上に形成される被写体像のずれについて説明する図である。 本発明の実施の形態における焦点検出動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１：カメラボディ ２：レンズユニット ３：補助光装置 ４：光束 ５：メインミラー ６：サブミラー １１：マイコン １２：ＡＦ反射ミラー １３：ＡＦイメージセンサ １４：エレクトロクロミック駆動部 １５：エレクトロクロミック １６：集光レンズ １７：ＩＲカットフィルタ ２１：撮影光学系 ２２：レンズ情報送出部 ３１：投光光学系 ３２：光源 ３３：補助光駆動部 １０１：シャッター １０２：感光部材 １０３：ペンタプリズム １０４：ＡＥ集光レンズ １０５：測光センサ １０６：アイピース

Claims (8)

1. 位相差検出方式により測距を行う測距装置であって、
   電気的に分光透過率を変更可能なフィルタ手段と、
   前記フィルタ手段を介して入射する被写体光を受光する１組の撮像素子と、
   前記フィルタ手段を介して入射する被写体光から被写体の輝度を検出する検出手段とを有し、
   前記検出手段により検出された被写体の輝度が所定輝度よりも大きい場合に、小さい場合よりもより多くの長波長光が減衰するように、前記フィルタ手段の分光透過率を変更することを特徴とする測距装置。
2. 前記検出手段による被写体の輝度の検出は、前記フィルタ手段の分光透過率を長波長光が減衰するように変更した状態で行うことを特徴とする請求項１に記載の測距装置。
3. 前記検出手段は、前記撮像素子から出力される信号に基づいて被写体の輝度を検出することを特徴とする請求項１または２に記載の測距装置。
4. 前記検出手段は、前記フィルタ手段が少なくとも２種類の異なる分光透過率に変更されたそれぞれの状態において被写体の輝度を検出し、
   前記測距装置は前記検出手段により検出された被写体の輝度に基づいて光源を特定する手段を有し、
   特定した光源に基づいて、測距結果を調整することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の測距装置。
5. 投光手段を更に有し、
   前記検出手段により検出した輝度が前記所定輝度よりも小さい場合に、前記フィルタ手段の分光透過率を長波長光がより減衰しないように変更した状態で、前記検出手段により再度被写体の輝度を検出し、再度検出した輝度が前記所定輝度よりも小さい場合に、前記投光手段による投光をして測距を行うことを特徴とする請求項２に記載の測距装置。
6. 投光手段を更に有し、
   前記投光手段による投光をせずに測距を行った測距結果の信頼性が低い場合に、前記フィルタ手段の分光透過率を長波長光がより減衰しないように変更した状態で、前記投光手段による投光をして測距を行うことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の測距装置。
7. 前記フィルタ手段は、エレクトロクロミックまたは液晶であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の測距装置。
8. 請求項１乃至７のいずれかに記載の測距装置を有することを特徴とする撮像装置。

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