JP2007034195A - カメラ - Google Patents

Abstract

【課題】二重像合致式距離計をデジタルカメラに組み込むことで被写体までの距離を正確に知りＡＦのスピードを向上させることを目的とする。
【解決手段】撮像素子上の像の情報により像のコントラストが高くなるようにしてピント位置を求めるオートフォーカスデジタルカメラは、少なくても１組の凸レンズと凹レンズからなるズーム光学系と、ズーム光学系の光軸上にビームスプリッターと、このビームスプリッターから所定の基線長だけ離れた位置に、フォーカス操作部材の操作により微小角度回転する参照ミラーを設けたズーム対応距離計を組み込んだファインダを有し、該ズーム距離計の参照ミラーの微小回転を検知するエンコーダとこのエンコーダの出力に応じ、撮影レンズの測距範囲を限定する制御回路を有することを特徴とするカメラ。
【選択図】 図１

Description

本発明はカメラに関し、撮像サイズが小さく画像のボケ具合の観察では正確なピント合わせの位置の確認が難しいデジタルカメラに使用する、二重像合致式距離計に関する。

銀塩カメラから、デジタルカメラに移行するに当たり、大きく変化したのは画像サイズの小型化、換言すると使用レンズの短焦点距離化である。

このことによって、被写界深度は深くなり、ＡＦはラフで良いという変化が起こった。

しかし反面画像からのピント位置探しは難しくなったといえる。

しかし、デジタルカメラの進歩は著しく高画素化、高倍率ズームレンズ組み込み等が行われ、楽になったはずのＡＦが、高精度化を要求され、従来の銀塩カメラ以上の精度が要求されるようになって来た。求められる精度とＡＦスピードアップという相反する要求が発生し、写したい被写体のゾーン入力選択といった方法も採用されている。

銀塩カメラの時代よりピント合わせの代表的方法は、（マット面での）結像した像のコントラストのピークを求める方法と、基線長だけ離れた画像を光学的に合成する２重像合致方式である。

二重像合致式の距離計は、適当な基線長、あるいは接眼倍率を選択することで、比較的簡単に被写体までの距離を求めることができ、特に焦点距離の短い撮影レンズと組み合わせて使用すると有効であった。

ＡＦを前提とし、確認しずらいピントの位置を、撮影者が目で確認できるように二重像合致式の距離計を利用したものに特許文献１がある。この発明は二重像合致式の距離計の参照ミラーを、カメラ（撮影レンズ）のＡＦの結果で制御して動かし、ＡＦの結果が、撮影者の意図と同じであるか否かをファインダに表示し手いる。確認手段として二重像合致式の距離計を使用している。

本発明は、二重像合致式の距離計を、撮影者が写したい被写体までの距離を、カメラに入力する、入力手段として活用するものである。
特開平１０−１９７９４０号公報（第４頁 図１）

デジタルカメラは結像する画像が小さく、被写界深度も深いことから、ピントの合う範囲が広く正確なピント合わせの確認を、カメラ付設の液晶モニター等で確認することが難しい。したがって手動でピント合わせする機能は、大型の撮像素子を搭載する高級カメラを除くと、一般的とはなっていない。そこで、ピント合わせは、ＡＦ方式で行うのが一般的となっている。その結果、意図した位置にピントを合わせる、所謂マニュアル操作でピントを合わせるカメラを手軽に使用することはなかった。

そしてデジタルカメラ発展の初期段階では、組み込まれるレンズの焦点距離の短いものが多く、被写界深度が深いこともあり比較的短い時間でＡＦを行うことができた。けれども時代とともに高倍率のズームレンズが組み込まれるようになりＡＦに必用な時間が、幾何学級数的に増加しはじめている。

ＡＦの進歩ゆえに、ＴＴＬでありながらピント合わせの確認が難しいゆえ、撮影者が撮影者の意思で被写体までの距離を決定せず、ひたすらＡＦでピントが合うまでシャッターレリーズを待ち、時にはシャッターチャンスを逃してしまう結果となっていた。

ＡＦにはピント板の像のコントラストを見て合焦を判断する方法のほかに、基線距離計、あるいは二重像合致式距離計を使用する方式がある。二重像合致式の距離計は、適当な基線長、あるいは接眼倍率を選択することで、比較的簡単に被写体までの距離を求めることができ、特に焦点距離の短い撮影レンズと組み合わせて使用すると有効であった。

また、レンジファインダーカメラの華やかなりし頃のカメラの中には、ほぼ平行な二つのミラーで構成する測距光学系の後方に、変倍光学系を配置し分解能を高め、長焦点距離の撮影レンズに対応できるようにした変倍式レンジファインダーを組み込んだものも存在した。

デジタルカメラのようにＡＦを前提とし、確認しずらいピントの位置を、撮影者が目で確認できるように二重像合致式の距離計を利用したものが特許文献１がある。この発明は二重像合致式の距離計の参照ミラーを、カメラ（撮影レンズ）のＡＦの結果で制御して動かし、ＡＦの結果が、撮影者の意図と同じであるか否かを表示する確認手段として使用している。

本発明は、二重像合致式の距離計を撮影者が写したい被写体までの距離を、カメラに入力する、入力手段として活用するものである。

本発明の、二重像合致式の距離計が、写したい距離の入力手段で、距離の決定手段ではないのは撮像素子のピッチの微細化等で必要とされるピント精度が鏡筒内の部分的な温度の変化等の要素で刻々と変化し、それに対応するためには、撮像素子上の画像情報から直前にピント情報を得る必要があるからである。また写したい被写体距離の情報を必要とするのは、高精度にピント位置を探すには、探索範囲を限定し、短時間に、小さなピントのピークでも、ピークとして正確に見つけ出すためである。

本発明は、撮像素子上の像の情報により像のコントラストが高くなるようにしてピント位置を求めるオートフォーカスデジタルカメラに使用するもので、ピントの確認の難しい短焦点領域を含む被写体距離入力手段として、適切な基線長と接眼倍率に設定した２重像合致式の距離計を使用することで被写体までの距離を簡略な手法でカメラに入力できるようにしている。

また、ズームファインダー光学系の光軸上にビームスプリッターと、このビームスプリッターから所定の基線長だけ離れた位置に、ビームスプリッターとほぼ平行で、フォーカス操作部材の操作により微小角度回転する参照ミラーを設けたズーム対応距離計をレイアウトすることで、撮影レンズのズームに合わせ、ファインダも変倍し、接眼倍率が上がるように構成している。こうすることで、ズームにより長焦点を選ぶと距離計の精度もそれに合わせて向上するようになり、ズームの高倍率化に対応できるシステムとなっている。こうして撮影者がフォーカス操作部材の操作をおこない、写したい距離を選択すると、微小角度回転する参照ミラーの微小回転を検知するエンコーダに出力が発生しカメラの制御回路にエンコーダの出力に応じた撮影レンズの測距範囲の情報が発生する。

本発明のカメラでは、従来と同じＡＦでの手軽な撮影も、特に焦点距離の短いスナップ撮影を行うときは必用である。したがってフォーカス操作部材の操作によって変化する微小回転を検知するエンコーダの入力を無効にする切り替えスイッチが必要となり、そのときは二重像のずれた画像は無用の物となるため、スイッチ切換の操作に連動し参照ミラーからの光路を機械的に遮断し参照像を消す必要が発生する。

なお、さらに詳細に説明すれば、本発明は下記の構成によって前記課題を解決できた。

（１）撮像素子上の像の情報により像のコントラストが高くなるようにしてピント位置を求めるオートフォーカスデジタルカメラは、少なくても１組の凸レンズと凹レンズからなるズーム光学系と、ズーム光学系の光軸上にビームスプリッターと、このビームスプリッターから所定の基線長だけ離れた位置に、フォーカス操作部材の操作により微小角度回転する参照ミラーを設けたズーム対応距離計を組み込んだファインダを有し、該ズーム距離計の参照ミラーの微小回転を検知するエンコーダとこのエンコーダの出力に応じ、撮影レンズの測距範囲を限定する制御回路を有することを特徴とするカメラ。

本発明は、撮影レンズの焦点距離が短くなっても精度が落ちないよう、基線長とファインダ倍率で精度が決まる２重像合致式の距離計を設け、撮影者が、正確な距離（ゾーン）の入力を行うことで、ＡＦスピードを上げるとともに、微妙なコントラストのピークでもピークと判定し正確なピントでの撮影を可能としている。

また２重像合致式の距離計をズーム実像ファインダの前方に配することで長焦点で、より正確な距離（ゾーン）の入力が必要なとき、それに見合って精度が上がった正確な距離（ゾーン）情報が出せるように構成している。

現在デジタルカメラに求められる測距精度は、従来の銀塩カメラで求められた精度のレベルではなくなって来ている。本発明は、精度の高いズームレンジファインダーでゾーン設定し、その後高精度のＡＦで短時間にピントピークを見つけ、シャッターチャンスを逃がさないように構成したものである。

以下、実施例について説明する。

図１は本発明の実施例である。

まず測距の光学系から説明する。

１は凹レンズによって構成されるズームファインダーの対物レンズ、２は凸レンズによって構成されるズームファインダーの対物レンズで、図示しない撮影レンズの鏡筒のズーム操作に連動しズームファインダーの対物レンズ１は往復動作、ズームファインダーの対物レンズ２はワイドからテレに向かって繰り出し動作を行う。３はファインダのコンデンサレンズで光の方向を換える。４は正立光学系の１部のプリズムＡでこのプリズムＡ４の後方に実像が結像する。５はプリズムＢで、やはり正立光学系の１部を構成している。６は接眼レンズで、プリズムＡ４の後方の実像を見るルーペとなっている。

７はビームスプリッターでハーフミラー等で構成されている。８はファインダ保護硝子である。

９は参照ミラーで、ビームスプリッター７とほぼ平行な位置を中心に回転可能である。被写体Ｏとビームスプリッター７とファインダ光軸の交点Ａと、参照ミラー９の所定の位置Ｂの関係で、二重像合致操作が行われる。二重像合致は、ファインダ光軸を通る光がビームスプリッター７のＡを通過し被写体Ｏに当たると同時に、やはりファインダ光軸を通る光がビームスプリッター７のＡで反射し、参照ミラー９の所定の位置Ｂで再度反射し被写体Ｏに当たるよう参照ミラー９の角度が微調整されることで実現する。

被写体Ｏが無限の位置にあるとき、ビームスプリッター７と参照ミラー９の角度は平行となり、またビームスプリッター７を通過する光ＯＡと、参照ミラー９で反射する光ＯＢが平行になる。

１０は参照ミラー保護硝子である。

ＡＢは必ずしもファインダ光軸と直角である必用はなく、ビームスプリッター７の出っ張りを少なくするため、ビームスプリッター７とファインダ光軸の交点Ａで反射した光が、ズームファインダーの対物レンズＡ１に蹴られない程度に鋭角に反射するように構成しても良い。

次に参照ミラー９の角度の微調整について説明する。

参照ミラー９は、参照ミラー９の所定の位置Ｂを中心に回転するよう参照ミラー保持レバー１１に貼り付けられている。参照ミラー保持レバー１１は設計上は、参照ミラー９の所定の位置Ｂと同一となる参照ミラー保持レバー軸１１ａを中心に回転可能で、保持レバー付勢バネ１２で付勢されフォロア１１ｂが距離入力リング１３に設けた距離カム１３ａに押し当てられている。

距離カム１３ａによって押し出され、参照ミラー保持レバー１１が反時計方向に回転すると、ビームスプリッター７を通過する光ＯＡと、参照ミラー９で反射する光ＯＢが、より近い距離で合致することになる。Ｂでの反射角度から、三角測量の原理でＯＡの距離を割り出している。

次に、土台となるデジタルカメラの撮影系の説明を行う。

１４撮影レンズ１群、１５は撮影レンズ２群で図示しない撮影レンズの鏡筒のズーム操作に連動し、それぞれ、光軸方向の移動を行いズーム／変倍を行う。１６はフォーカスレンズ、１７は撮像素子で、撮像素子１７の画像情報を制御回路１８に送り画像のコントラストが最大になるようフォーカスレンズ駆動機構１９を動かしピント合わせを行う。

ピント合わせは、所定の領域をフォーカスレンズ１６を動かしながら、撮像素子１７から断続的に画像情報を取り入れコントラストが高くなるピークを求め、その位置を合焦点位置としている。

したがって、フォーカスレンズ１６を動かす領域が広いほど、画像情報を取り入れるインターバルが短いほど、コントラストが高くなるピーク値を求めるのに時間がかかり、特に高倍率ズームレンズのテレ側の焦点距離では、フォーカスレンズ１６を動かす必用のある範囲が、数ミリメートルとなり、極端に長い時間をかけないと、完全な測距ができないという状況になっている。

次が本発明のメインとなる二重像合致式ファインダの参照ミラー９の回転角度を検出するエンコーダ１９を使用するゾーン入力である。

参照ミラー保持レバー１１はエンコーダ１９に連結しており、参照ミラー保持レバー１１の回転角に応じた電気信号が、制御回路１８に伝わるようになっている。参照ミラー保持レバー１１の回転角はファインダや撮影レンズのズーム状態には無関係で、ただ被写体Ｏまでの距離だけで決まっている。

そして、ズームして高倍率の状況になると。接眼倍率が上がることで、二重像合致の読み取り制度が向上し、被写体Ｏまでの距離はより正確に距離入力リング１３で設定されるようになる。

図示しないズームポジションの情報にあわせテレにズームすればするだけ、より狭い範囲でフォーカスレンズ１６を動かす用に制御回路１８が命令しコントラストが高くなる小さなピーク値も見逃さず、かつ狭い範囲を動かすので短時間で狙った被写体のピント位置を探すことができる。

次に本発明をキャンセルする機構である。

正確で、短時間でピントが合うといっても、距離入力リング１３をいちいち操作するのはめんどくさい、あるいは短い焦点距離のワイド側で使用するという場合のスイッチで、距離入力リング非差動スイッチ２０があり、このスイッチを右にシフトすると、距離入力リング非差動信号発生器２１から信号が発生し、制御回路１８が、エンコーダ１９からの信号を無視し、従来のＡＦカメラの作動状態に戻る。また、距離入力リング非差動スイッチ２０にリンクする、参照光路遮光板２２が、ビームスプリッター７と参照ミラー９の間の光路をさえぎり、ファインダの中の二重像を消すように構成している。

続いて、本発明実施例におけるカメラの撮影から被写体への合焦までの流れを図５のフローチャートを使って説明する。

まず、最初に撮影者はファインダ越しにあたかも二重にブレているように見える二つの被写体像を合致させる為にマニュアル操作で参照ミラーを回転させる（Ｓ１）。

二重像が合致すると、回転角を検出するエンコーダによって、二重像が合致するまでに参照ミラーがどの位回転したかを検出する（Ｓ２）。
次に参照ミラーの回転角に応じた電気信号が制御回路に伝わることで、被写体までの距離を算出する（Ｓ３）。

すると、被写体までの距離を基にして、フォーカスレンズが被写体を合焦するために駆動を開始する（Ｓ４）。

フォーカスレンズは、被写体までの距離によって算出されたレンズ位置周辺のコントラストの検出を開始する（Ｓ５）。

本発明の実施例においては、ズーム時に二重像合致式によってフォーカスレンズの測距範囲が限定されているので、測距位置の周辺まではコントラスト検出をすることなくレンズを駆動させることによって、コントラスト検出時のスピードよりも速いスピードでレンズを駆動させ、合焦予測位置まで従来よりも早いスピードでたどり着くことが出来る。

そして、コントラストが最大になった位置を合焦位置として、フォーカスレンズが駆動を停止するのである（Ｓ６）。

図２は本発明の別の実施例で、ズームファインダーの対物レンズＡを２つに分割し、固定凹レンズ２３で光路を広げ、元の対物レンズＡに相当する可動凹レンズ２４のパワーを落とし移動距離を増やすことで、図１の本発明の実施例と同じ効果を得、ビームスプリッターの容積を小さくしている。共役凹レンズ２５は、固定凹レンズ２３と共役な凹レンズである。

図３は本発明の第３の実施例で距離計を実像式にしたものである。この実施例では距離計を実像式とするためにビームスプリッター７を、補助ミラー２６とビームスプリッター２７の左右反転光学系とし、参照ミラー９を上下反転のダハミラー２８に変更している。そして縁がくっきりした参照画像を得るため、第一の凸レンズ２９と、第一の凸レンズ２９の焦点の位置に距離計マスク３０を設け、更に距離計マスク３０の位置に、ダハミラー２８から来た光が結像するように、第一の凸レンズ２９と同じ焦点距離の、第二の凸レンズ３１を設けている。

このように構成することで参照像は一度距離計マスク３０の位置に結像することになり、くっきりとした参照画像が得られる。補助ミラー２６とビームスプリッター２７の左右反転光学系と、上下反転のダハミラー２８による上下反転光学系は、第二のコリメータレンズ３１で結像させることで上下、左右が反転する参照像を正立させ、元に戻すためのものである。

構成上補助ミラー２６と、ダハミラー２８はお互いの位置を交換可能である。ただし、交換しようとするとダハミラー２８の入射面と出射面は鈍角になり、スペース的には若干の不利が生じるが、参照系の可動部分を軽量化することができる。

図４は、図３と同様に距離計を実像式にしたものである。

実施例３と同様に、距離計を実像式とする為に、ビームスプリッター７を補助ミラー２６とビームスプリッター２７の左右反転光学系とし、参照ミラーを上下反転のダハミラーとしている。

本実施例は、図４のように、光線をダハミラー２８で上下反転させ、一度ビームスプリッター２７を透過した光線が、補助ミラー２６で反射することで左右を反転させることで参照像を正立させて、元に戻すのである。

本発明の実施例を示す図 本発明の別の実施例を示す図 本発明の別の実施例を示す図 本発明の別の実施例を示す図 本発明実施例におけるカメラの撮影から被写体への合焦までの流れのフローチャート

符号の説明

１ ズームファインダーの対物レンズＡ
２ ズームファインダーの対物レンズＢ
３ ファインダのコンデンサレンズ
４ プリズムＡ
５ プリズムＢ
６ 接眼レンズ
７ ビームスプリッター
８ ファインダ保護硝子
９ 参照ミラー
１０ 参照ミラー保護硝子
１１ 参照ミラー保持レバー
１１ａ 参照ミラー保持レバー軸
１２ 保持レバー付勢バネ
１３ 距離入力リング
１４ 撮影レンズ１群
１５ 撮影レンズ２群
１６ フォーカスレンズ
１７ 撮像素子
１８ 制御回路
１９ エンコーダ
２０ 距離入力リング非差動スイッチ
２１ 距離入力リング非差動信号発生器
２２ 参照光路遮光板
２３ 固定凹レンズ
２４ 可動凹レンズ
２５ 共役凹レンズ
２６ 補助ミラー
２７ ビームスプリッター
２８ ダハミラー
２９ 第一の凸レンズ
３０ 距離計マスク
３１ 第二の凸レンズ
Ｏ 被写体
Ａ ビームスプリッター７とファインダ光軸の交点
Ｂ 参照ミラー９の所定の位置

Claims (6)

1. 撮像素子上の像の情報により像のコントラストが高くなるようにしてピント位置を求めるオートフォーカスデジタルカメラは、少なくても１組の凸レンズと凹レンズからなるズーム光学系と、ズーム光学系の光軸上にビームスプリッターと、このビームスプリッターから所定の基線長だけ離れた位置に、フォーカス操作部材の操作により微小角度回転する参照ミラーを設けたズーム対応距離計を組み込んだファインダを有し、該ズーム距離計の参照ミラーの微小回転を検知するエンコーダとこのエンコーダの出力に応じ、撮影レンズの測距範囲を限定する制御回路を有することを特徴とするカメラ。
2. 請求項１記載のカメラにおいて、フォーカス操作部材の操作によって変化する微小回転を検知するエンコーダの入力を無効にする切り替え手段を有することを特徴とするカメラ。
3. 請求項２記載のカメラにおいて、エンコーダの入力を無効にする切り替え手段の操作に連動し参照ミラーからの光路が機械的に遮断されることを特徴とするカメラ。
4. 請求項１記載のカメラにおいて、前記ビームスプリッターと前記参照ミラーが平行に設けられていることを特徴とすることを特徴とするカメラ。
5. 請求項１記載のカメラにおいて、前記ビームスプリッターと前記参照ミラーが非平行に設けられていることを特徴とすることを特徴とするカメラ。
6. 請求項１記載のカメラにおいて、前記測距範囲までは撮影レンズの駆動スピードが測距範囲でのスピードよりも速いことを特徴とすることを特徴とするカメラ。

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