JP2006292981A - 光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】位相差方式などの焦点検出装置により同一距離の被写体の焦点検出を行った場合に、撮影レンズの色収差の要因で同一距離の被写体であっても焦点検出結果に差（ずれ）が生じることを防止する。
【解決手段】レンズを通過した対象物光を受光して焦点検出情報を算出する演算手段１５，１１と、対象物の輝度を検出する測光手段１１，１０５と、分光透過率が可変なフィルタ手段１０７と、前記測光手段により前記分光透過率が異なる状態で検出された前記対象物のそれぞれの輝度に基づいて、前記焦点検出情報を補正する補正手段１１と、を有することを特徴とする光学装置を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば位相差方式により焦点検出を行う機能を有する焦点検出装置や焦点調節装置、もしくはこれらの装置を具備するカメラ等の光学装置に関するものである。

図７に示すような位相差方式の焦点検出装置により同一距離の被写体の焦点検出を行った場合、図８に示すように、撮影レンズの色収差の要因で同一距離の被写体であっても焦点検出結果に差（ずれ）が生じることが知られている。

ここで、各種光源により発生する焦点検出結果のずれについて説明する。

光源の分光として代表的な例を図９に示す。図９において、Ａ２は白熱電球系のＡ光源の分光特性、Ｂ２は太陽光の分光特性、Ｃ２は蛍光灯の分光特性である。Ｄ２については後述する。前述したように、撮影レンズの色収差の要因で焦点検出結果にずれが生じる例を図８に示している。例えば、光源の分光が６００ｎｍ単波長であった場合、図８に示す６００ｎｍでは、色収差による焦点検出結果のずれは０である。それに対して、夫々の光源の分光が単波長であった場合、５００ｎｍでは−０．１ｍｍ、逆に７００ｎｍでは０．１５ｍｍのずれを生じる。

そして、図９に示したような、Ａ光源Ａ２の分光特性、太陽光Ｂ２、蛍光灯Ｃ２では夫々の光源の波長毎の強度（透過率が高いほど、強度が大きい）と、図８に示す波長毎の焦点検出結果を乗じた結果と、その和が光源の差によるずれとなる。図８の縦軸の正の値は前側ピント、負の値は後側ピントとなる。Ａ光源Ａ２は７００ｎｍ付近の光強度が大きいのに対して、太陽光Ｂ２では７００ｎｍの光強度が若干減少し、５５０ｎｍが増加している。よって、太陽光Ｂ２はＡ光源Ａ２より後側ピント傾向になる。また、蛍光灯Ｃ２は６５０ｎｍ以上の光強度は殆ど無くなり、図８に示す波長毎の、焦点検出結果の負の値側の波長領域に殆どの光が占められている。よって、蛍光灯Ｃ２での焦点検出結果は更に後側ピントとなる。

上記のような焦点検出にずれを生じる装置に対して、従来、被写体像を結像する一対の結像光学系と、上記結像光学系のそれぞれの結像面に配置された受光手段と、その一対の受光手段のそれぞれに結像した被写体像の位置関係から、撮影レンズの焦点調節情報を出力する出力手段と、焦点調節情報に基づいて、撮影レンズを駆動する駆動手段を具備する自動焦点調節装置において、上記受光手段とは別に設けられていて、上記被写体光束の可視光領域と赤外光領域にそれぞれ主感度を有する第１及び第２の測光手段と、上記第１及び第２の測光手段のそれぞれの測光値に応じて、上記焦点調節情報を補正する補正手段と、を具備し、合焦精度を向上させることができる自動焦点調節装置が提案（特許文献１）されている。
特開２０００−２９２６８２号公報

しかしながら、上記特許文献１においては、第１及び第２の測光手段により測光を行うため、測光位置のずれを生ずる虞があり、これにより正確な検出結果が得られないという課題を有していた。

（発明の目的）
本発明の目的は、撮影レンズの色収差の要因で被写体ごとに焦点検出結果にずれが生じる場合であっても、精度の良い焦点検出情報もしくは焦点調節情報を得ることができる光学装置を提供するものである。

上記目的を達成するために、本発明の光学装置は、レンズを通過した対象物光を受光して焦点検出情報を算出する演算手段と、対象物の輝度を検出する測光手段と、分光透過率が可変なフィルタ手段と、前記測光手段により前記分光透過率が異なる状態で検出された前記対象物のそれぞれの輝度に基づいて、前記焦点検出情報を補正する補正手段と、を有することを特徴としている。

また、上記目的を達成するために、本発明の光学装置は、レンズを通過した対象物光を受光して焦点検出を行い、該焦点検出の結果に基づいて焦点調節情報を算出する演算手段と、対象物の輝度を検出する測光手段と、分光透過率が可変なフィルタ手段と、前記測光手段により前記分光透過率が異なる状態で検出された前記対象物のそれぞれの輝度に基づいて、前記焦点調節情報を補正する補正手段と、前記補正された焦点調節情報に基づいて前記レンズを駆動するレンズ駆動手段と、を有することを特徴としている。

また、上記目的を達成するために、本発明の光学装置は、レンズを通過した対象物光を受光して複数の焦点検出位置にて焦点検出情報を算出する演算手段と、前記複数の焦点検出位置に対応した複数の測光位置にて対象物の輝度を検出する測光手段と、前記複数の測光位置での分光透過率が可変なフィルタ手段と、前記測光手段により前記分光透過率が異なる状態で検出された前記対象物のそれぞれの輝度に基づいて、前記焦点検出情報を補正する補正手段と、を有することを特徴としている。

また、上記目的を達成するために、本発明の光学装置は、レンズを通過した対象物光を受光して複数の焦点検出位置にて焦点検出を行い、該焦点検出の結果に基づいて焦点調節情報を算出する演算手段と、前記複数の焦点検出位置に対応した複数の測光位置にて対象物の輝度を検出する測光手段と、前記複数の測光位置での分光透過率が可変なフィルタ手段と、前記測光手段により前記分光透過率が異なる状態で検出された前記対象物のそれぞれの輝度に基づいて、前記焦点調節情報を補正する補正手段と、前記補正された焦点調節情報に基づいて前記レンズを駆動するレンズ駆動手段と、を有することを特徴としている。

本発明によれば、精度の良い焦点検出情報もしくは焦点調節情報を得ることができる光学装置を提供できるものである。

本発明を実施するための最良の形態は、以下に記載の実施例に示す通りである。

図１は本発明の一実施例に係わるカメラの構成図であり、カメラボディ１には種々の撮影レンズ２が装着可能であり、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となるように設けられている。

撮影レンズ２の撮影光学系２１を通過した光束は、カメラボディ１内の中央部に位置するハーフミラーで構成されたメインミラー５を通り、サブミラー６により反射され、ＡＦ反射ミラー１２、ＩＲカット（赤外カット）フィルタ１３、メガネレンズ１４を介して、ＡＦイメージセンサ１５に導かれる。ＡＦイメージセンサ１５はマイコン１１からの種々のクロック及び制御信号を受けて信号の蓄積制御を行い、マイコン１１は、ＡＦイメージセンサ１５により光電変換され、蓄積されたデータをとり込み、位相差方式による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の焦点調節状態に関する情報を得る。

撮影レンズ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。

上記ＡＦイメージセンサ１５は複数の焦点検出位置（以下、ＡＦ（オートフォーカス）ポイントと記す）を有しており、このＡＦイメージセンサ１５をファインダ視野上に図示したものが図２であり、１５Ａ〜１５Ｇがファインダ視野内におけるＡＦポイントである。

図１に戻り、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、光源駆動部３３から成り、光源駆動部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により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、被写体が暗くて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１５にて焦点検出可能となり、その検出データがマイコン１１により処理され、焦点検出状態が求められる。

ペンタプリズム１０３、ファインダ光学系１０４は、撮影レンズ２の撮影光学系２１を通過した光束を、カメラボディ１内の中央部に位置するハーフミラーで構成したメインミラー５によりファインダ１００に導く。また、測光センサ１０５は、ペンタプリズム１０３より導かれた光束を、分光透過率の可変する機能を有するエレクトロクロミック１０７、測光レンズ１０６を介して受光する。測光センサ１０５は前述のＡＦイメージセンサ１５と同様に複数の測光検出位置（以下、測光ポイントと記す）を有しており、測光センサ１０５をファインダ上に図示すると、該測光ポイントは図２の１０５Ａ〜１０５Ｇを含む四角枠で示すように３５分割されて配置されている。

上記エレクトロクロミック１０７は、印加電圧によって分光透過率特性が可変なフィルタであって、ＥＣ（エレクトロクロミック）駆動部１０８によって電圧が印加され、分光特性が変化する。このエレクトロクロミック１０７の分光透過率特性は、印加電圧０Ｖの時、所謂ＯＦＦ時は図３のＡ１に示すようになっており、４００ｎｍ〜８００ｎｍまで全域７０％〜９０％の透過率を有する。それに対して所定の電圧を印加すると、Ｃ１に示すように４００ｎｍでは約７０％、５００ｎｍでは約８５％、６００ｎｍでは約５０％、７００ｎｍでは約１０％程度となる。このように印加電圧に応じて分光特性を変化させることができる。また、Ｂ１は、ＩＲカットフィルタ１３の分光特性であり、７５０ｎｍ以上の長波長側をカットするフィルタである。

前述したように、図９は各種の光源の分光特性を示す図であり、Ａ２は白熱電球系のＡ光源、Ｂ２は晴天時の昼間の太陽光、Ｃ２は昼光色系の蛍光灯、Ｄ２は６９０ｎｍにピーク強度を持つ補助光装置３内の光源３２からの補助光の分光特性である。

ここで、上記エレクトロクロミック１０７を用いて、位相差方式の焦点検出および焦点調節を行う際の動作、つまりＡＦ動作について、図４のフローチャートを用いて説明する。

まず、ステップＳ１０１では、マイコン１１から制御信号を受けて位相差方式による焦点検出を開始し、ここで求めた相関演算をもとに図２に示す１５Ａ〜１５ＧのＡＦポイントから焦点検出アルゴリズムで例えば複数のＡＦポイントの中の近距離優先のＡＦポイント、或いは任意に選択されたＡＦポイントを選択し、そのＡＦポイントでの焦点検出結果が所定のＡＦ信頼性を得られているかをステップＳ１０８にて判定する。この結果、所定のＡＦ信頼性得られていたらステップＳ１０８からステップＳ１０１に戻り、焦点検出が完了したとして、ステップＳ１０１からステップＳ１０２に進む。

ステップＳ１０２へ進むと、マイコン１１より制御信号を受けてＥＣ駆動部１０８を介するエレクトロクロミック１０７への印加電圧を０Ｖとし、該エレクトロクロミック１０７を図３のＡ１の略透過状態にする。そして、次のステップＳ１０３にて、可視光と赤外光を含めた測光を測光センサ１０５にて行う。この測光は、上記ステップＳ１０１にて焦点検出時に選択したＡＦポイントに合致した測光ポイントにより行う。例えば、上記ステップＳ１０１にて、図２に示すファインダ視野の中心のＡＦポイント１５Ｃが選択されて焦点検出が行われた場合は、１０５Ｃの測光ポイントで測光を行う。また、ＡＦポイント１５ＡのＡＦポイントで焦点検出が行われた場合は、１０５Ａの測光ポイントにて測光を行う。

次のステップＳ１０４では、マイコン１１より制御信号を受けてＥＣ駆動部１０８を介してエレクトロクロミック１０７に１．５Ｖの電圧を印加し、該エレクトロクロミック１０７を、赤外領域をカットする図３のＣ１の透過分光特性にする。そして、次のステップＳ１０５にて、上記ステップＳ１０３と同様に、上記ステップＳ１０１にて焦点検出時に選択したＡＦポイントに合致した測光ポイントにて測光を行う。

次のステップＳ１０６では、レンズの駆動補正が必要か否かの判定を行う。この判定は、上記ステップＳ１０３で行ったエレクトロクロミック１０７が略透過状態での測光と、上記ステップＳ１０５で行ったエレクトロクロミック１０７が赤外領域をカットした状態での測光との比較結果から、光源を検出することにより行うものである。

ここで、光源が蛍光灯であった場合は、図５に示すような分光特性となる。図５において、ａ１は、図９のＣ２に示す蛍光灯の分光特性に対して図３のＡ１を乗じた、エレクトロクロミック１０７が略透過状態での測光時の分光であり、ｂ１は、図９のＣ２に示す蛍光灯の分光特性に対して図３のＣ１を乗じた、エレクトロクロミック１０７が赤外領域をカットして行った測光時の分光である。図５のａ１，ｂ１の夫々の分光特性を積分した結果が夫々の蛍光灯下での測光結果となる。この波形から判るように、蛍光灯下においては、赤の波長６００ｎｍの付近に分光の差が生じている。しかし、ａ１，ｂ１の夫々の分光特性を積分した場合、結果としては「ａ１：ｂ１＝１．３：１．０」程度になる。

これに対して白熱電球系のＡ光源では、図６に示すような波長毎の光強度となる。図６において、ａ２は、図９のＡ２に示すＡ光源の分光特性に対して図３のＡ１を乗じた、エレクトロクロミック１０７が略透過状態での測光時の分光であり、ｂ２は、図９のＡ２に示すＡ光源の分光特性に対して図３のＣ１を乗じた、エレクトロクロミック１０７が赤外領域をカットして行った測光時の分光である。図６のａ２，ｂ２の夫々の分光特性を積分した結果が夫々のＡ光源下での測光結果となる。この波形から判るように、Ａ光源下においては、赤の波長６００ｎｍの付近からＩＲカットフィルタ１３のカット波長７５０ｎｍまで分光に大きく差が生じている。ａ２，ｂ２の夫々の分光特性を積分した場合の結果は、「ａ２：ｂ２＝２．３：１．０」程度になる。

このように蛍光灯とＡ光源では、エレクトロクロミック１０７のＯＮ／ＯＦＦ時の夫々の測光結果から、差が小さい時は“蛍光灯”下、差が大きい時は“Ａ光源”下であることが判る。

図４のフローに戻り、ここで、例えば焦点検出時の基準光源が“Ａ光源”と設定して焦点検出のアルゴリズムで調整されていた場合、「ａ２：ｂ２＝２．３：１．０」であれば補正（ステップＳ１０７で実行されるレンズ補正２）は行わず、ステップＳ１０６からステップＳ１１４へ進み、相関演算の結果をもとにレンズ駆動を行い、ＡＦシーケンスを終了する。

一方、「ａ２：ｂ２」の比が「２．０：１．０」程度の差となってきたら、基準光源に対してＩＲ光成分の割合が低くなって来たものとして、レンズ駆動の補正が必要と判定してステップＳ１０６からステップＳ１０７のレンズ補正２に進み、撮影レンズ２の駆動補正量の算出を行う。このレンズ補正２では、上記ステップＳ１０６で「可視光＋ＩＲ成分：可視光」の比率（輝度差）と、撮影レンズ２内のレンズ情報出力部２２に有する、図８に示すような色収差情報、或いは簡略化した補助光を使用した時のピント補正量等の情報から、ステップＳ１１４でのレンズ駆動に際してのレンズ駆動の補正量を算出する。

例えば、Ａ光源に対して蛍光灯で６０μｍずれる情報を撮影レンズ２が持っている場合である時、Ａ光源「ａ２：ｂ２＝２．３：１．０」の場合、輝度差としては約１．２段差である。この際はレンズ駆動の補正は必要ない。よって、補正量は０μｍとなる。これに対して、蛍光灯であった場合は「ａ１：ｂ１＝１．３：１．０」で、輝度差は約０．３８段となる。この際はレンズ駆動の補正量は６０μｍとなる。また、輝度差がＡ光源と蛍光灯の輝度差の中間の０．７８段であった場合は、レンズ駆動の補正量は３０μｍを補正量として算出する。

このように、「蛍光灯での光＋ＩＲ成分：可視光」の比率（輝度差）を蛍光灯でずれる焦点検出差を１００％として、「Ａ光源の光＋ＩＲ成分：可視光」の比率（輝度差）を蛍光灯でずれる焦点検出差を０％として、検出した輝度差に応じて、蛍光灯でずれる焦点検出差から補正量を算出する。そして、ステップＳ１１４へ進み、補正算出結果と相関演算の結果をもとにレンズ駆動を行い、ＡＦシーケンスを終了する。

また、上記ステップＳ１０８にて所定のＡＦ信頼性を得られず、上記ステップＳ１０１で位相差による焦点検出が終了できない場合は、ステップＳ１０８からステップＳ１０９に進み、マイコン１１による制御信号を補助光装置３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。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。よって、ＡＦイメージセンサ１５に入射する入射光の分光特性は、図９のＤ２に示す分光特性にほぼ等しい分光特性となる。即ち、約６９０ｎｍのピーク波長により相関演算を行う。

次のステップＳ１１０，Ｓ１１１では、上記ステップＳ１０１と同様に、所定のＡＦ信頼性が得られているかを判定する。そして所定のＡＦ信頼性が得られていたら、ステップＳ１１０からステップＳ１１２に進み、６９０ｎｍで相関演算が行われたことによる撮影レンズ２の駆動補正量を算出する。撮影レンズ２の駆動補正量の算出は、該撮影レンズ２のレンズ情報出力部２２が持つ赤外収差情報をマイコン１１が読み出し、その情報をもとに駆動補正量を算出する。そして、次のステップＳ１１４にて、相関演算の結果とレンズの駆動補正量をもとにレンズ駆動を行い、ＡＦシーケンスを終了する。

しかし、上記ステップＳ１１１にて所定のＡＦ信頼性が得られず、上記ステップＳ１１０で位相差による焦点検出が終了できない場合、ステップＳ１１１からステップＳ１１３に進み、焦点検出が不能フラグのＡＦＮＧを出して、ＡＦシーケンスを終了する。

上記の実施例によれば、一つの測光センサ１０５の光路上に、分光透過率を変更可能なエレクトロクロミック１０７を配置し、該エレクトロクロミック１０７の分光透過率を変更して同じ検出位置にてそれぞれ輝度を検出するようにしているので、従来のように測光位置のずれを生じることはなく、精度の良い比較ができ、即ち精度の良い補正が可能となる。その結果、適正な焦点調節情報を算出でき、撮影レンズ２の合焦位置への制御性が向上する。

以上、本発明の実施例を説明してきたが、フィルタの波長の構成は、本実施例のＩＲカット７５０ｎｍに限るものではなく、ＡＦイメージセンサ１５までに至る光学系の分光特性に応じて設定すれば良い。

また、本実施例においては、位相差方式による焦点検出後に、光源検出の測光を行うシーケンスとしていたが、位相差方式による焦点検出中に、同時に光源検出の測光を行っても良い。

また、本実施例においては、分光透過率を可変するものとして、エレクトロクロミック１０７を例示しているが、これに限定されず、電気的に分光透過率を可変なものであれば何でも良い。例えば、液晶手段が考えられる。

また、本実施例においては、焦点検出情報に基づいて算出されるレンズ駆動量に、分光透過率を変更して得られる補正量を加えるようにしているが、焦点検出情報に前記補正量を加えるようにしても良い。

また、本実施例においては、ＡＦポイント及び該ＡＦポイントに合致する位置に複数の測光ポイントを有する構成を例示しているが、一つのＡＦポイント及び該ＡＦポイントに合致する位置に一つの測光ポイントを有する構成であっても良い。

本発明の一実施例に係わるカメラを示す構成図である。 図１のカメラにおいてファインダ視野内におけるＡＦポイントと測光ポイントを示した図である。 図１のカメラに係わるフィルタの透過分光特性図である。 図１のカメラにおいて焦点検出及び焦点調節に係わる動作を示すフローチャートである。 図１のカメラにおいてエレクトロクロミックＯＮ時のＡＦイメージセンサ入射光の分光特性図である。 図１のカメラにおいてエレクトロクロミックＯＦＦ時のＡＦイメージセンサ入射光の分光特性図である。 一般的な位相差方式の焦点検出装置の構成図である。 撮影レンズの色収差による焦点検出ずれを示す図である。 各種光源の分光特性図である。

符号の説明

１ カメラボディ
２ 撮影レンズ
３ 補助光装置
１１ マイコン
１５ ＡＦイメージセンサ
２１ 撮影光学系
３１ 投光光学系
３１ 光源
３３ 補助光装置
１０１ シャッタ
１０２ 撮像素子
１０５ 測光センサ
１０７ エレクトロクロミック
１０８ エレクトロクロミック駆動部
１５Ａ〜１５Ｇ ＡＦポイント

Claims (8)

1. レンズを通過した対象物光を受光して焦点検出情報を算出する演算手段と、
   対象物の輝度を検出する測光手段と、
   分光透過率が可変なフィルタ手段と、
   前記測光手段により前記分光透過率が異なる状態で検出された前記対象物のそれぞれの輝度に基づいて、前記焦点検出情報を補正する補正手段と、
   を有することを特徴とする光学装置。
2. レンズを通過した対象物光を受光して焦点検出を行い、該焦点検出の結果に基づいて焦点調節情報を算出する演算手段と、
   対象物の輝度を検出する測光手段と、
   分光透過率が可変なフィルタ手段と、
   前記測光手段により前記分光透過率が異なる状態で検出された前記対象物のそれぞれの輝度に基づいて、前記焦点調節情報を補正する補正手段と、
   前記補正された焦点調節情報に基づいて前記レンズを駆動するレンズ駆動手段と、
   を有することを特徴とする光学装置。
3. レンズを通過した対象物光を受光して複数の焦点検出位置にて焦点検出情報を算出する演算手段と、
   前記複数の焦点検出位置に対応した複数の測光位置にて対象物の輝度を検出する測光手段と、
   前記複数の測光位置での分光透過率が可変なフィルタ手段と、
   前記測光手段により前記分光透過率が異なる状態で検出された前記対象物のそれぞれの輝度に基づいて、前記焦点検出情報を補正する補正手段と、
   を有することを特徴とする光学装置。
4. レンズを通過した対象物光を受光して複数の焦点検出位置にて焦点検出を行い、該焦点検出の結果に基づいて焦点調節情報を算出する演算手段と、
   前記複数の焦点検出位置に対応した複数の測光位置にて対象物の輝度を検出する測光手段と、
   前記複数の測光位置での分光透過率が可変なフィルタ手段と、
   前記測光手段により前記分光透過率が異なる状態で検出された前記対象物のそれぞれの輝度に基づいて、前記焦点調節情報を補正する補正手段と、
   前記補正された焦点調節情報に基づいて前記レンズを駆動するレンズ駆動手段と、
   を有することを特徴とする光学装置。
5. 前記フィルタ手段は、電気的に分光透過率が可変であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光学装置。
6. 前記測光手段は、前記フィルタ手段の分光透過率が異なる状態で前記対象物のそれぞれの輝度を検出することにより、赤外光を含まない可視光と、赤外光を含む可視光を検出することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光学装置。
7. 前記フィルタ手段は、分光透過率が可変なエレクトロクロミック又は液晶で構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の光学装置。
8. 前記補正手段は、前記分光透過率が異なる状態で検出された前記対象物の輝度の比率に基づいて、前記補正の量を決定することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光学装置。

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