JP2006243350A - 自動焦点カメラ - Google Patents

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Abstract

【課題】 カメラの作動回数に伴うピント変化を適正に補正するだけでなく、カメラの使用状況を反映してより高精度な焦点調節補正を行なう。
【解決手段】 焦点検出手段と、焦点検出位置と撮影位置とを移動可能な光学手段があり計時手段と光学部材作動回数カンウト手段と作動密度算出手段を備え作動密度算出手段の結果に応じて焦点調節補正を行なうことを特徴とする。
【選択図】 図1

Description

本発明は光学系の焦点状態を検出する焦点検出手段と、焦点検出動作に関連して作動する光学部材を具備した焦点光学系とを備えた焦点検出装置及びカメラの改良に関するものである。
従来より、撮影レンズを通過した光束をファインダ光学系に導く半透過部を有する主ミラーと、主ミラーの半透過部を通過した光束を焦点検出装置に導くサブミラーを備え、焦点検出時及びファインダ観察時には主ミラー及びサブミラーが撮影光束内の定位置に静止し、撮影時には主ミラー及びサブミラーが撮影光束外へ退避できるよう移動可能に構成されたカメラが提案されている。この種のカメラにおいては、主ミラー及びサブミラーの作動回数が増加すると共に主ミラー及びサブミラーの駆動に関わる部材が摩耗し、それに伴い焦点検出時の主ミラー及びサブミラーの静止位置が変化し、焦点検出装置に導かれる光束の光路長変化により焦点検出装置で検出される合焦位置と結像面の合焦位置がずれてしまうという問題があった。
また近年カメラは撮像媒体を銀塩フィルムから電子撮像素子へと移行しつつある中で、1台のカメラで撮る平均的な撮影枚数も飛躍的に伸びていく状況にある。このような環境下でカメラに求められる耐久回数は向上させる方向であり、同時に焦点調節精度も長期間にわたって維持されなければならない。
そこで、特開平9−54243では、あらかじめ光学部材の作動積算回数と焦点検出信号補正量の関係を記憶しておき、焦点検出時にそのときの作動積算回数とあらかじめ記憶された作動積算回数と焦点検出信号補正量の関係に基づいて焦点検出信号を補正するカメラが提案されている。
図9は、前記特開平9−54243に開示されるカメラの要部を示す構成図である。図9において、101は撮影レンズ、101aは撮影レンズの光軸、102は撮影レンズ101を通過した被写体像を結像させる撮像媒体、103は撮影時には撮影光束外へ移動可能に設けられた半透過部を有する主ミラーで、撮影レンズ101を通過した光束をピント板104、ペンタプリズム105、接眼レンズ106からなるファインダ光学系へ導いている。主ミラー103の半透過部を通過した光束は、主ミラー103の動作に同期して移動可能なように構成されるサブミラー107によって下方へ反射され、一対の光電変換素子列からなるイメージセンサ、一対の2次結像レンズ、一対の開口部を有する絞り、フィールドレンズなどから構成される周知の位相差式焦点検出装置108に入射している。
ここで、位相差式焦点検出原理について、図10を用いて説明する。なお、図9と同様の記号を付した部分は、同一の役割を果たすものである。尚、同図においては、図の煩雑さをなくすため、主ミラー103及びサブミラー107を省略し、フィールドレンズ115、一対の開口部を有する絞り116、一対の2次結像レンズ117、一対の光電変換素子列などからなるイメージセンサ118を、撮影レンズの光軸101a上に展開している。光軸101a上の一点を発した光束は、撮影レンズ101を通過後、撮像媒体102上に結像し、フィールドレンズ115、絞り116、2次結像レンズ117を介して、イメージセンサ118上に一定の間隔を隔てて結像している。フィールドレンズ115は、撮影レンズ101の瞳101bと一対の2次結像レンズ117の入射瞳、即ち絞り116付近が結像するように配置されており、絞り116の一対の開口部に対応して撮影レンズ101の瞳101bを図中上下方向に分割している。このような構成で、例えば、撮影レンズ101を図中左方に繰り出して、撮影媒体102より左方に光束が結像すると、イメージセンサ118上の一対の像は、図中矢印方向に変位する。この一対の像の相対的なずれ量をイメージセンサ118で検出することで、撮影レンズ101の焦点調節を行うことが可能である。尚、撮影レンズ101を図中右方に繰り込んだ場合も同様である。また、撮影レンズ101の光軸101a以外の物点についても同様である。
以上のような原理の焦点検出装置108を用いて、撮影レンズ101の焦点検出を行う。109はカメラの各種の動作を処理、制御するマイクロコンピュータであり、内部にCPU109a、焦点検出処理動作などに関わるプログラムが格納されたROM109b、RAM109c、EEPROM109d(電気的消去可能プログラマブルROM)を具備している。110はイメージセンサ118に接続された焦点検出回路、111は前記主ミラー103を撮影光束外へ移動するためのミラー駆動手段、112はミラー駆動手段111を駆動するためのミラー駆動回路、113は撮影レンズ101の焦点調節を行う為のレンズ駆動手段、114はレンズ駆動手段113を駆動するためのレンズ駆動回路である。マイクロコンピュータ109に内蔵されたEEPROM109dには、予め実験的なデータにより主ミラー103の積算作動回数と焦点検出信号補正量の関係が記憶され、RAM109cに記憶されている現在までの主ミラー103の積算作動回数とEEPROM109dに記憶された積算作動回数と焦点検出信号補正量の関係を基に、ROM109bに格納される焦点検出処理動作に従って、焦点検出装置108、焦点検出回路110により得られる焦点検出信号を補正する。従って、主ミラー103及びサブミラー107の作動積算回数が増加した場合には、主ミラー103及びサブミラー107を移動可能に保持する部材が摩耗し、それに伴い焦点検出時の主ミラー及びサブミラーの静止位置が変化し、焦点検出光学系の光路長変化により焦点検出装置108、焦点検出回路110で検出される合焦位置と撮像媒体102上の合焦位置がずれてしまうが、そのときの主ミラー103の積算作動回数による焦点検出信号の補正を行うので、高精度の焦点検出を実現することができる。
特開平9−54243号公報
しかしながら、例えば、短期集中的に主ミラー103を作動させた場合と、適度な間隔を経て主ミラーを作動させた場合とでは、積算作動回数が同じでも、主ミラー103及びサブミラー107を保持する部材の摩耗具合や疲労度は異なり、それに伴う焦点検出信号のずれも異なることが分かっている。すなわち撮影者の使用状況によって主ミラーの積算作動回数の進み方が異なり、結果として焦点検出信号のずれ方も異なる。
上記従来例においては、主ミラー103の積算作動回数によって一律に焦点検出信号を補正してしまうため、適切な焦点検出信号補正が期待できない。
本発明の目的は、焦点検出光学系内に具備される光学部材の作動回数の増加により焦点検出光学系の光路長が変化する場合、撮影者の使用状況を反映して焦点検出装置で得られる合焦位置と結像面での合焦位置のずれを適切に補正し、高精度な自動焦点検出が可能なカメラを提供することにある。
上記目的を達成するために、請求項1に記載の本発明は、複数の光電変換素子からなる受光手段と、撮影レンズの焦点調節状態を検出する焦点検出手段と、焦点検出を行う待機位置と撮影動作を行う退避位置との間で移動可能であり、撮影レンズを通過した光束を前記受光手段上へ導く光学部材を備えたカメラで、前記受光手段へ光束を導くための前記光学部材の移動回数をカウントするカウント手段と時間経過を計時する時計手段と所定時間内の前記光学部材の移動回数から前期光学部材の動作密度を算出する動作密度算出手段と前記動作密度算出手段の算出結果に応じて前記焦点検出手段の検出結果に対する補正を行う補正手段を備えた構成とし、高精度に焦点検出に関する補正ができる。
請求項2に記載の本発明は、動作密度算出手段の算出結果が高密度動作であるほど前記焦点検出手段の検出結果に対する補正量が大きい構成とし、より正確で安定した焦点検出に関する補正ができる。
請求項3に記載の本発明は、動作密度算出手段の算出結果を導く所定時間の計時間隔は前記光学部材の移動回数が多ければ多いほど長くなる構成とし、安定して高精度な焦点検出に関する補正ができる。
以上説明したように本発明によれば、主ミラー作動密度算出手段の算出結果に応じて焦点検出手段の検出結果に対する補正を行うためカメラ使用者の使用状況を反映してより高精度に焦点調節補正をおこなうことができ、長期間の間常に高精度な焦点調節を維持することが実現できる。
(第1実施例)
以下に、本発明の第1実施例を説明する。
図1は本発明に関わるカメラの要部を示す構成図である。尚、図中従来例の図A及び図Bと同様の記号を付してある部分は、同一の役割を果たし、詳細な説明は省略する。図1において、撮影レンズ101を通過した光束は、半透過部を有する主ミラー103により図中上方に反射し、ピント板104、ペンタプリズム105、接眼レンズ106からなるファインダ光学系へ導かれる。主ミラー103の半透過部を通過した光束は、サブミラー107によって図中下方へ反射され、本発明の焦点検出手段である周知の位相差式焦点検出原理からなる焦点検出装置108に導かれる。位相差式焦点検出原理については、従来例で説明したので詳細な説明は省略する。サブミラー107により図中下方に反射された光束は、撮影レンズ101の結像面、即ち撮影媒体102と光学的共役な位置関係にある1次結像面102aで一度結像し、視野マスク1、撮影レンズ101の瞳101bと2次結像レンズの入射瞳を結像させるフィールドレンズ115を通過後、全反射ミラー2により図中左方に光路を変換する。その後、赤外線カットガラス3、一対の開口部を有する絞り116、一対の射出面を有する2次結像レンズ117を介し、本発明の受光手段である対の光電変換素子列からなるイメージセンサ118上に一対の被写体像を形成している。ここで、主ミラー103は主ミラー回転軸103aを中心に回転可能に設けられており、焦点検出時には図1に示す位置に静止し、撮影時には撮影光束外へ退避する周知のクイックリターン機構により構成されている。サブミラー107は、サブミラー回転軸103aを中心に回転可能に設けられ、主ミラー103の動作に同期して移動可能なように構成されている。また、2次結像レンズ117の入射面は、光束が無理に屈折されることがないように凹面形状とし、イメージセンサ118上の広範囲で歪みのない良好な像を得ることができる。
次に、焦点検出信号補正に関連した実際の動作について説明する。
図2は、本発明のカメラの回路構成を示すブロック図で、図中、前記図と同様の記号を付した部分は、同様の部分を示す。イメージセンサ118には焦点検出回路110が接続され、更に焦点検出回路110は処理装置であるマイクロコンピュータ109に接続されており、イメージセンサ118の受光領域指定や、光電荷の蓄積制御を行っている。マイクロコンピュータ109は、CPU(中央処理部)109a、ROM109b、RAM109c、EEPROM(電気的消去可能プログラマブルROM)を有し、ROM109bに格納されているプログラムにしたがって焦点検出動作を実行する。また、EEPROMには焦点検出光学系の光学情報などが調整工程時に予め格納されている。更に、マイクロコンピュータ109には、撮影者により操作されるレリーズボタンの第1のストロークによりONするSW1,第2のストロークによりONするSW2が接続されている。また、主ミラー103及びサブミラー107を撮影時に撮影光束外へ退避させるためのミラー駆動装置111を駆動するためのミラー駆動回路112、撮影レンズ101の不図示のフォーカスレンズを焦点検出状態に従って調節移動させるためのレンズ駆動装置113を駆動するためのレンズ駆動回路114がそれぞれマイクロコンピュータ109に接続されている。
120は主ミラー103及びサブミラー107の作動回数をカウントするカウント手段でありマイクロコンピュータ109に接続され、適宜積算されてRAM109cに記憶され必要に応じてEEPROM109dに格納されている。また後述の経時タイマーのリセットに同期して積算回数もリセットされる。
121はカメラの作動状態に関わらず経時を計るタイマーであり同じくマイクロコンピュータ109に接続されており常時起動し続けている。このタイマーは撮影者が始めて電池を投入してから経時を初めある所定時間経過の度にリセットされるとともに経時を再開している。
次に、サブミラー107の作動回数増加により静止位置が変化した場合について説明する。図3は、図1におけるサブミラー107を中心とした部分を拡大した要部拡大図である。図中、前記図と同様の記号を付した部分は、同様の部分を示し、詳細な説明は省略する。カメラの撮影動作に伴い作動する主ミラー103及びサブミラー107の積算作動回数が増加すると、これらの作動機構を構成する部材の摩耗、疲労により主ミラー103及びサブミラー107の静止位置は変化する。そこで、例えば、図2に示すように、サブミラー107の静止位置がサブミラー回転軸107aを中心に点線で示す107’のように変化した場合を考える。なお、主ミラー104の積算作動回数による静止位置の変化については、サブミラー107に比較して、焦点検出装置108に及ぼす影響は少ないためここではサブミラー107だけについて注目する。
サブミラー107の静止位置が変化しない場合、即ち初期状態においては、撮影レンズ101の光軸101aは、主ミラー103を通過後サブミラー107により図中下方に方向を変換した光軸101cとなり、焦点検出装置108に導かれる。一方、サブミラー107の静止位置が変化し図中点線で示す107’のようになった場合、撮影レンズ101の光軸101aは主ミラー103を通過後、サブミラー107’によって光路を変換され101c’となる。したがって、1次結像面102aも図中点線で示される102a’のように図中右方かつ上方にずれながら傾く。結果として焦点検出装置から得られる検出結果と本来の合焦位置との間に誤差が生じる。
このような変化の仕方は主ミラー103及びサブミラー107の作動回数だけでなく作動頻度によって異なることが分かっている。
図4にサブミラー角度変化が生じて焦点検出結果と本来の合焦位置との間に生じる誤差を主ミラー及びサブミラーの作動回数との関係で示す。
横軸に両ミラーの作動回数、縦軸にピント誤差量を表す。ここで変化の仕方が異なるA、B、C、D4種類はミラーの作動密度(所定時間内の作動回数)を異ならせたものである。
Aは作動密度が著しく低く、特に初級者等撮影枚数がなかなか増えない使われ方に相当する。Dは作動密度が著しく高く、特にプロ・ハイアマのように極端に撮影枚数が増える使われ方に相当する。B、Cは両者の中間に位置するものである。ここで示されるように作動密度が高ければ高いほどピント誤差量は大きく成長し、作動密度が低ければピント誤差量は小さな成長しかみせないことを示している。
図5は、本発明のカメラの動作を示すフローチャートである。
まず、ステップ#101で撮影者によりレリーズボタンが操作されるとSW1がONとなりステップ#102へ進む。
ステップ#102では、あらかじめ選択された少なくとも1つの焦点検出枠(不図示)に対応したイメージセンサ118の各領域において光電荷蓄積が開始され、蓄積された電荷を一対の像信号として読み出し、RAM109cに格納され、ステップ#103に進む。
ステップ#103では、像信号の信頼性が判別され、信頼性が所定条件を満たしていない場合は、焦点検出不能と判別され、ステップ#104の焦点検出不能時処理に進む。ここでの焦点検出不能時処理とはたとえばレンズ駆動を停止するだけでなく合焦出来ないことを表示や音等で撮影者に告知したりする事が一般的である。
一方、焦点検出信号の信頼性が所定条件を満たしている場合は、ステップ#105に進む。
ステップ#105では、一対の像信号に対して公知の像間隔検出処理を施すことで、合焦時の像間隔と現在の像間隔から像ずれ量が算出される。
次に、ステップ#106では、図6で説明する焦点調節補正量を前ステップ#105の像ずれ量算出結果に加え、先に選択された焦点検出枠における撮影レンズ101の真の焦点調節量が算出される。
次に、ステップ#107では、算出された焦点調節量から撮影レンズ101の不図示のフォーカスレンズの駆動量を算出し、レンズ駆動回路114を経て算出した駆動量だけレンズ駆動装置113を駆動し、撮影レンズ101の焦点調節が行われる。
次に、ステップ#108では、レンズ駆動後の焦点調節状態が合焦範囲内にあるか否かを判別し、合焦範囲内にあると判別された場合、ステップ#109へ進み、一方、合焦範囲内にないと判別された場合、ステップ#102の焦点検出処理へ戻る。
次に、ステップ#109では、レリーズボタン第2のストロークによってONするSW2が撮影者によって操作されたか否かを判別し、SW2がONの場合ステップ#111へ進み、SW2がOFFであれば#110へ進む。
ステップ#110では再度SW1のON/OFFを判別し、ONであればSW2がONされるまで待機し、SW1OFFであればスタンバイ状態に戻る。
ステップ#111では不図示の絞り駆動回路を介してレンズの絞りを絞り込むと共に、ミラー駆動回路112、ミラー駆動手段111を介して主ミラー103をアップさせる(撮影光路より退避させる)。
ステップ#112では不図示のシャッタ制御回路を介して公知のシャッタ幕の走行を制御して所望のシャッター秒時を実現し、撮影媒体102への露光を完了させる。
ステップ#113では上記の絞りを開放状態に戻し、主ミラー103をダウンさせる。(撮影光路中の待機位置に復帰する)
ステップ#114ではカウント手段120によりミラー作動回数をカウントし、記憶手段であるRAM109bに積算作動回数を記憶する。
ステップ#115ではシャッター及びミラー駆動のためのチャージ動作を行い一連の撮影動作が完了する。
図6前記ステップ#106で使用する焦点調節補正量を決定するフローチャートを示す。
ステップ#201で経時タイマーが開始される。これはカメラが撮影者の手に渡り電源を投入した時から始まるものとする。これ以後は電源を抜かれていてもバックアップ回路によりタイマーは継続されるものである。
ステップ#202は前述のカメラの一般的な撮影動作であり、前述のステップ#114で説明したミラーの作動回数カウントと作動回数積算を含んでいる。
ただし初回の経時タイマー作動中は図5で説明したステップ#106で使用する焦点調節補正量は0、もしくは工場出荷時の値(初期値)である。
次にステップ#203でミラー作動密度算出用積算回数Nを積算する。この値は初回の経時タイマー作動中はステップ#202の積算回数と同じであるが後述のように経時タイマーのリセットに同期してリセットされるものである。
ステップ#204では経時タイマーTが所定時間Tkを超えていないかを判別する。所定時間Tkを超えていなければステップ#202に戻り、通常の撮影動作を継続するが、所定時間Tkを超えたら#205に進む。
ステップ#205ではミラー作動密度を算出する。すなわちステップ#203で求められたミラー作動密度算出用積算回数Nと経時タイマーTkから所定経時時間内のミラー作動回数を演算により求める。(N/Tkである)
このとき撮影者のカメラの使用状況によりミラー作動密度(N/Tk)は異なってくる。
たとえば図4で説明したように、撮影枚数がなかなか増えない使われ方の場合小さなミラー作動密度Na/Tkとなり図4のAに相当し、極端に撮影枚数が増える使われ方の場合大きなミラー作動密度Nd/Tkとなり図4のDに相当するものになる。
次にステップ#206ではステップ#205で得られたミラー作動密度と図7に示す参照データ表から焦点調節補正量を決定するが、詳細は後述する。
ステップ#207では経時タイマーTをリセットし同時にミラー作動密度算出用積算回数Nもリセットする。
その後は経時タイマーとミラー作動密度算出用積算を再開し、通常の撮影動作を継続するが、これ以後は図5で説明したステップ#106で使用する焦点調節補正量はステップ#206で決定された値を使用する。
以下にステップ#206の焦点調節補正量決定について詳細に説明する。
図7はカメラ新品状態から30万回までのミラー作動積算回数に対応させた焦点調節補正量の表である。(単位は[mm])横軸がミラー作動積算回数であり、A,B,C,Dは前述図4で説明した撮影者の分類でありミラー作動密度で分類するものである。
横軸のミラー作動積算回数は等間隔で切り分けたものでなく、回数が多いほどその間隔は長く設定している。これはピント変化の傾向が初期ほど激しく、作動回数が増えるにつれて変化の傾向が緩やかであることに起因している。
図8は図7の焦点調節補正量をグラフ化したものである。
たとえば経時タイマーを240時間としてあるとき、前述のステップ#204で240時間を迎えていたら前述のステップ#205でミラー作動密度を求める。その結果が分類Cに相当し、またミラー作動回数1000回以下であれば、前述のステップ#206で採用する最初の焦点調節補正量は「0」となる。(表中50)
その後、ステップ#202でミラー作動積算回数が1000回を超え、かつ前述のステップ#204で計時タイマーが再度240時間を迎えた時、再度ステップ#205でミラー作動密度を求めるが、その結果がやはり分類Cに相当したとする。
そのときステップ#206で決定される焦点調節補正量は「0.004」(表中51)となる。その後もミラー作動密度の分類がCであれば分類Cの焦点調節補正量を使用すればよい。
ところがたとえば主要な撮影者が何らかの理由で別人に代わったり、もしくはもともと共有使用状態にある場合はミラー作動密度の分類が変わることが想定される。
このような状況下では、まずミラー作動密度の分類がCから撮影頻度の低いAに変わった場合は分類Aの焦点調節補正量「0」(表中52)を採用せず、分類Cの焦点調節補正量を維持するものとする。(表中51)ミラー作動密度分類がAに変わったからといってそのピント誤差量が元に戻るわけではないからである。
またミラー作動密度の分類がCからDに切り替わった場合は分類Dの焦点調節補正量を採用していくこととする。しかしながらこのときたとえばミラー作動積算回数3万回から4万回に移行するタイミングとしたら焦点調節補正量「0.010」(表中52)から「0.015」(表中53)に進むべきところ、このまま同じミラー作動積算回数を反映すると焦点調節補正量は突然「0.021」(表中54)となり過補正の可能性が高くなる。したがってこの場合はミラー作動積算回数が4万回に達していてもミラー作動積算回数3万回の焦点調節補正量「0.014」(表中55)を採用する。その後継続して分類Dであればたおてばミラー作動積算回数3万5千回に到達した時点で「0.021」(表中54)を採用していくようにする。
このようにミラー作動密度が大きい方向に切り替わる場合にはミラー作動積算回数の項を1〜2段階下に見積もる処理を加えることが妥当であり、かつミラー作動積算回数の項の切り替わり数を適宜中間値に設定していくことが必要である。
本実施例の説明の中で用いた数値はその一例を示したものであり、主ミラー及びサブミラーの支持部材の材質、可動部の材質やその構造等により様々な特性を示すため各カメラの特性に合わせた補正量を決定していく必要があるのはいうまでもない。
本発明のカメラの要部を示す構成図。 本発明のカメラの回路構成を示すブロック図。 要部拡大図。 作動回数とピント誤差量を示す図。 本発明のカメラの動作を示すフローチャート。 焦点調節補正量を決定するフローチャート。 焦点調節補正量の表。 焦点調節補正量のグラフ。 カメラの要部を示す構成図。 位相差式焦点検出原理。

Claims (3)

  1. 複数の光電変換素子からなる受光手段と、
    撮影レンズの焦点調節状態を検出する焦点検出手段と、
    焦点検出を行う待機位置と撮影動作を行う退避位置との間で移動可能であり、撮影レンズを通過した光束を前記受光手段上へ導く光学部材を備えたカメラにおいて、
    前記受光手段へ光束を導くための前記光学部材の作動回数をカウントするカウント手段と、
    時間経過を計時する時計手段と、
    所定時間内の前記光学部材の作動回数から前期光学部材の作動密度を算出する作動密度算出手段と、
    前記作動密度算出手段の算出結果に応じて前記焦点検出手段の検出結果に対する補正を行う補正手段
    を備えたことを特徴とするカメラ。
  2. 前記作動密度算出手段の算出結果が高密度であるほど前記焦点検出手段の検出結果に対する補正量が大きいことを特徴とする請求項1記載のカメラ。
  3. 前記作動密度算出手段の算出結果を導く所定時間の計時間隔は前記光学部材の作動積算回数が多いほど長くなることを特徴とする請求項1記載のカメラ。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009020363A (ja) * 2007-07-12 2009-01-29 Olympus Corp 撮像装置

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