JP2010175808A - 焦点検出装置 - Google Patents

Abstract

【目的】光源の色温度による焦点検出位置の変化（誤差）を小さくする焦点検出装置を簡易な構成で得る。
【構成】撮影レンズの予定焦点面の後方に配置されたコンデンサレンズと、このコンデンサレンズの後方に該コンデンサレンズの子午面に関する対称位置に配置された対をなすセパレータレンズと、この対をなすセパレータレンズの入射側に配置された対をなす開口絞りを有するセパレータマスクと、上記予定焦点面上の被写体像を、上記対をなすセパレータレンズによってそれぞれ再結像させる対をなす焦点検出センサとを備え、この対となる像の相対的位置ずれを検出して焦点位置を検出する焦点検出装置において、上記焦点検出センサにより検出した焦点位置を、被写体の色温度に応じて補正するための色温度検出受光素子を、上記コンデンサレンズを透過した光であって、上記絞り開口を通る光以外の光が入射する位置に配置した。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば一眼レフカメラに用いられる焦点検出装置に関する。

従来から、一眼レフカメラ等の焦点検出装置としては、撮影レンズの射出瞳の異なる部分を通過した光束をそれぞれ焦点検出光学系の再結像レンズ系（コンデンサレンズ及びセパレータレンズ）により一対の焦点検出センサ（ラインセンサ）上に結像させ、この一対の焦点検出センサの出力信号の関係に基づいて撮影レンズの合焦状態を検出する構成が知られている。このような焦点検出装置においては、一対の焦点検出センサ上の第１及び第２の像の間隔が所定長のときに合焦、所定長よりも短いときには撮像面より物体側に焦点を結ぶ前ピン、所定長よりも長いときには撮像面より奥側に焦点を結ぶ後ピンと判定され（位相差検出方式）、合焦位置からのピントずれの量はデフォーカス量として出力される。

このような焦点検出装置の焦点検出センサには可視光領域及び主として長波長側の可視光領域以外の波長に対して感度を有する受光素子が用いられることがある。このような装置では、撮影レンズの色収差によって、異なる波長の光に対して異なった焦点検出をしてしまう。特に可視光領域以外の波長の色収差は可視光領域に比べ大きいため、例えば、被写体をタングステンランプ等の色温度の低い光源で照明したときと、同じ被写体を昼光や螢光灯等の色温度の高い光源で照明したときとでは、レンズの色収差によって異なった焦点検出が行なわれる。特に、長焦点距離を有する撮影レンズではこの色収差が大きい。従って一眼レフカメラに長焦点の交換レンズを装着し、この長焦点レンズを介して入射した被写体光を前記のような焦点検出センサによって光電変換し、その光電出力によって焦点を検出すると、色収差による焦点検出誤差が著しく大きくなる。

通常はこのような焦点検出誤差を少なくするべく、長波長側の可視光領域以外の波長をカットするフィルタが挿入されるが、低輝度時に用いる補助投光は、被写体が人物である場合人物にまぶしさを感じさせないよう近赤外の波長域が利用されるため、この近赤外波長域は透過させるようなフィルタ特性となる。そこで特公平8-3575号公報（特許文献１）では、近赤外側の波長をカットし可視光のみを透過するフィルタをさらに備え、いずれか一方を光路中に切り替えて挿入する方法が提案されている。

また近赤外波長域を透過させることで生じるレンズの色収差によって異なった焦点検出が行なわれることを補正する従来例としては、特公平1-45883号公報（特許文献２）に記載されているものがある。これは被写体からの光束のうち可視光による光電信号と、近赤外光による光電信号を個別に取り出す受光手段を同一基板に形成し、入射する全ての波長の光により検出される合焦位置に対する所望の波長の光による合焦位置までの補正値を前記個別に取り出した光電信号に基づいて定めるようにしている。

特許第2666274号公報（特許文献３）には、焦点検出装置の焦点検出のための受光素子面の近傍に被写体の色温度を検出するべく所定のフィルタ手段を持ったセンサ部を焦点検出センサと同一の基板上に配置すること、そして被写体の色温度情報を出力することによってレンズ内に予め記憶された色温度毎の焦点補正情報を用いることによって高精度の焦点検出を実現する構成が示されている。

さらに、特公平3-73847号（特許文献４）では可視光及び可視光以外の光に対して感度を有する焦点検出部での色温度による検出誤差を焦点検出部と別体に設けられた色温度測定手段の出力を用いて補正するようにしている。

特公平8-3575号公報 特公平1-45883号公報 特許第2666274号公報 特公平3-73847号公報

しかしながら、特許文献１のように機械的な切り替え手段を設けると、焦点検出装置が大型化し、駆動部分の信頼性も問題となる。特許文献２のように焦点検出センサと近赤外光を検出するセンサを同一基板上に配置する場合、近赤外光のみを受光するセンサの配置が問題となる。焦点検出センサと近赤外光受光センサは被写体の異なる部分から来る光をそれぞれ受光するため、被写体の構造（近赤外光反射率）によっては全く異なる光を受光することになり、適切な補正ができない可能性がある。また近年、焦点検出点の多点化、さらにエリア化が進み、焦点検出センサが基板上に細密配置され、近赤外光のみを受光するセンサの配置が困難になってきている。特許文献３や４のように、焦点検出部と別体に色温度測定手段を設ける場合は途中で別体に設けた色温度測定手段へ分岐する分岐部分を余計に設ける必要があり、よってファインダ側や焦点検出部側へ導く光量が減ってしまうという問題がある。

本発明は、従来の焦点検出装置についての以上の問題意識に基づき、光源の色温度による焦点検出位置の変化（誤差）を小さくする焦点検出装置を簡易な構成で得ることを目的とする。

本発明は、焦点検出部に入射した光束のうち、今まで利用されていなかった光束を受光し、その情報を用いて光源の色温度による焦点位置変化を補正するものである。よってファインダや焦点検出センサに導く光量を維持できる。

かかる着眼点に基づきなされた本発明は、撮影レンズの予定焦点面の後方に配置されたコンデンサレンズと、このコンデンサレンズの後方に該コンデンサレンズの子午面に関する対称位置に配置された対をなすセパレータレンズと、この対をなすセパレータレンズの入射側に配置された対をなす開口絞りを有するセパレータマスクと、上記予定焦点面上の被写体像を、上記対をなすセパレータレンズによってそれぞれ再結像させる対をなす焦点検出センサとを備え、この対となる像の相対的位置ずれを検出して焦点位置を検出する焦点検出装置において、上記焦点検出センサにより検出した焦点位置を被写体の色温度に応じて補正するための色温度検出受光素子を、上記コンデンサレンズを透過した光であって、上記絞り開口を通る光以外の光が入射する位置に配置したことに特徴を有する。

色温度検出受光素子は、セパレータマスクの前方に、上記開口絞りとは位置を異ならせて配置するのが好ましい。この構成は、構造が簡単である。
本発明の焦点検出装置にあっては、セパレータマスクの前方に、上記開口絞りとは位置を異ならせて、光束を偏向させる光束偏向部材を配置し、この光束偏向部材の光学的な後方に、上記色温度検出受光素子が配置することもできる。この構成によれば、色温度検出受光素子の配置位置の自由度が高くなる。

さらに本発明の焦点検出装置において、セパレータマスクは、上記開口絞りとは別に、上記色温度検出受光素子に対して光を与える検出開口を備えてもよい。また、セパレータマスク後方に、検出開口を透過した光を偏向させて上記色温度検出受光素子に与える光束偏向部材を設けることもできる。この構成によれば、色温度検出受光素子を焦点検出センサとは別個に設けることが可能になる。上記光束偏向部材を、セパレータレンズを一体に成形したレンズ基板に一体に形成してもよい。部品点数が減り、組立が容易になる。

さらに本発明の焦点検出装置では、セパレータレンズを一体に成形したレンズ基板の後方に、上記検出開口及びレンズ基板を透過した光を偏向させて上記色温度検出受光素子に与える光束偏向部材が配置する構成としてもよい。

実際的には、上記色温度検出受光素子は、異なる波長域の光の光量を検出する複数の受光素子を含む。例えば、色温度検出受光素として、異なる波長域の光の光量を検出する複数の受光素子が備えられる。複数の受光素子が検出する波長域は、焦点検出を行うセンサが受光する波長域によって異なるが、補助投光で用いられる波長を近赤外域とする場合は、可視光センサと補助投光で用いられる波長を含む近赤外センサを備えることが好ましい。光束偏向部材を備えた発明では、透過光束を異なる波長域の光束に分光する分光フィルタが備えられており、色温度検出受光素子として、この分光フィルタによって分光された異なる波長域の光束を受光する複数の受光素子が備えられる。複数の受光素子は、可視光センサと前記可視光センサの検出長波域より長波長域を検出するセンサを含む。

また、近赤外光及び可視光を受光するセンサは、焦点検出センサと別体に設けることで、焦点検出点のエリア化を妨げることなく、焦点検出センサが捉える被写体を含むよう近赤外光及び可視光を受光するセンサの捕らえる被写体範囲を設定でき、被写体の構造に影響されにくい補正が可能となる。

本発明によれば、光源の色温度による焦点検出位置の変化（誤差）を小さくする焦点検出装置を簡易な構成で得ることができる。

本発明による焦点検出装置の第１の実施形態を示す光学構成斜視図である。 図１の平面図である。 図１、図２の第１の実施形態の正面図（光軸方向から見た図）である。 同第１の実施形態のラインセンサの正面図である。 本発明による焦点検出装置の第２の実施形態を示す光学構成斜視図である。 図５の平面図である。 図５、図６の第２の実施形態の正面図（光軸方向から見た図）である。 本発明による焦点検出装置の第３の実施形態を示す光学構成斜視図である。 図８の平面図である。 図８、図９の第３の実施形態の正面図（光軸方向から見た図）である。 本発明による焦点検出装置の第４の実施形態を示す光学構成斜視図である。 図１１の平面図である。 図１１、図１２の第４の実施形態の正面図（光軸方向から見た図）である。 異なる光源の波長特性をグラフで説明する図である。 撮影レンズに色収差と異なる光源による焦点検出位置との関係をグラフで説明する図である。

図１ないし図４は、本発明による焦点検出装置の第１の実施形態を示している。一眼レフカメラの撮影レンズを透過した光束は、周知のように、メインミラー（半透過ミラー）で一部が反射され残部が透過する。反射された光束はファインダに導かれ、透過した光束は、メインミラー後方の第二ミラーで下方へ反射されて焦点検出部に導かれ、その予定焦点面に結像する。図１と図２は、この予定焦点面（一次結像面）１１以降の光学系（焦点検出部）を示している。予定焦点面１１の後方には、コンデンサレンズ１２、セパレータマスク１３、セパレータレンズ基板（セパレータレンズ群）１４及び焦点検出センサ（ラインセンサ群）１５が順に配置されている。セパレータレンズ基板１４は、コンデンサレンズ１２の子午面に関する対称位置に配置された複数対（図示例では２対）のセパレータレンズ１４ａ（１４ｂ）を備えており、セパレータマスク１３には、２対のセパレータレンズ１４ａ（１４ｂ）に対応する２対の開口絞り１３ａ（１３ｂ）が形成されている。対をなす開口絞り１３ａ（１３ｂ）及びセパレータレンズ１４ａ（１４ｂ）の対の数と位置は、測距位置数及び上述の縦線検出、横線検出に応じて定められるもので、その対の数は問わない。図３と図４はセパレータマスク１３と焦点検出センサ１５の正面形状を示している。

焦点検出センサ１５は、セパレータレンズ１４ａ（１４ｂ）（開口絞り１３ａ（１３ｂ））の対に対応するラインセンサ１５ａと１５ｂを有しており、撮影レンズによって予定焦点面１１上に結像される被写体像が、コンデンサレンズ１２及びセパレータレンズ基板１４の各セパレータレンズ１４ａ（１４ｂ）によって、この対をなすラインセンサ１５ａ、１５ｂ上に再結像される。

焦点検出回路１６（図２）は、ラインセンサ１５ａと１５ｂ上に再結像された被写体像の相対的位置ずれを検出して焦点位置（デフォーカス量）を検出し、このデフォーカス量に基づき、撮影レンズの焦点調節レンズ群を駆動する駆動系のパルス数が演算され、焦点調節レンズ群が合焦位置に移動する。このような焦点検出装置は、周知である。

本実施形態は、以上の基本構造を有する焦点検出装置において、セパレータマスク１３の前面に、開口絞り１３ａ及び１３ｂとは位置を異ならせて、可視光センサ２１と赤外光センサ２２とを配置している。開口絞り１３ａ、１３ｂ、可視光センサ２１及び赤外光センサ２２は全て、コンデンサレンズ１２を透過した光束径１２φ（図２、図３参照）の中に位置している。可視光センサ２１と赤外光センサ２２は、セパレータマスク１３の外から中に延びる配線基板２１ａ、２２ａ上に実装されている。

可視光センサ２１と赤外光センサ２２は、焦点検出に利用されている光束と同一の光束中から、可視光と近赤外光の光量を検出し、色温度検出回路１７によってそれらの光量から被写体光の色温度（波長分布、可視光と近赤外光の光量比）を検出し、その検出結果によって、焦点検出回路１６が焦点位置情報を補正する。

この色温度検出及び焦点位置情報の補正方法の実施例について、図１４及び図１５を参照して説明する。図１４に、代表的な３つの光源である太陽光、白熱電球及び蛍光灯の波長特性を示した。図１４において、縦軸は光エネルギー、横軸は波長である。可視光センサ２１及び赤外光センサ２２の波長による感度特性がフラットな場合、図１４の可視光領域及び可視光領域よりも長波長領域（近赤外）の光量がそれぞれの積分値（グラフの面積）として二つの可視光センサ２１及び赤外光センサ２２により測光される。このとき代表的な３つの光源における光量比、
長波長領域のエネルギー／可視光領域及エネルギー
は概略以下のような値になる。
蛍光灯；0％
太陽光；40％
白熱電球；90％
これらの光量比から光源を推定し、撮影レンズの色収差に対応させて焦点位置のズレ量を計算し、補正値を掛けることにより、光源が異なることによる焦点位置のずれを補正できる。

図１５は撮影レンズの色収差を示す一例である。図１５において、縦軸はデフォーカス量、横軸は波長である。イメージセンサーは通常、可視光領域のみに感度を持つ為、焦点検出も通常、可視光領域の合焦位置が基準となる。蛍光灯のように可視光領域のみに光エネルギーを持つ光源下での焦点検出においては、撮影レンズの長波長領域の色収差の影響を受けない為、補正の必要はない。一方、太陽光や白熱電球の場合は長波長領域まで光のエネルギーがある為、この領域の撮影レンズの大きなプラス方向の色収差の影響を受け、イメージセンサー上で最適な合焦位置からプラス方向（撮影レンズから遠ざかる方向）にデフォーカスしてしまう。このときのデフォーカス量は撮影レンズが持つ色収差と光源の波長特性（長波長領域のエネルギー／可視光領域及エネルギー）により決まる。撮影レンズが持つ色収差の情報は、撮影レンズ内のメモリーに予め持たせることが可能である。例えば補助投光波長におけるデフォーカス補正量などが利用できる。そして先の可視光センサ２１及び赤外光センサ２２の情報と合わせて計算することで、適切な補正量が算出可能である。例えば図１５の条件の場合は、
太陽光の補正量＝0.3×補助投光補正量
白熱電球補正量＝0.6×補助投光補正量
とすることで算出可能である。

このように、本実施形態では、被写体の色温度（可視光と近赤外光の光量比）を検出するために、セパレータマスク１３の近傍（直前）に可視光センサ２１と赤外光センサ２２を配置している。この可視光センサ２１と赤外光センサ２２の位置は、セパレータマスク１３に到達した光のうち複数の開口対１３ａ、１３ｂを通過する光束以外の光束を利用するものであるから、焦点検出装置への悪影響は全くない。しかも、被写体の焦点検出エリア全体の光を一様にセンサへ取り込むことができる。そして、従来セパレータマスク１３によって遮断されていた光束は、開口絞り１３ａと１３ｂを通過して焦点検出に利用される光束よりずっと多く、しかも比較的広い範囲に及んでいる。これはコンデンサレンズ１２を介して撮影レンズの射出瞳とセパレータマスク１３面が略共役関係にあり、撮影レンズの射出瞳を縮小して投影しているからである。また、焦点検出に利用している撮影レンズの射出瞳はレンズによって異なるため、その分の余裕を取るため、焦点検出部に入射し、セパレータマスクに到達する撮影レンズの瞳径は焦点検出に利用される範囲より広い範囲が確保される。

図５ないし図７は、本発明による焦点検出装置の第２の実施形態を示している。この実施形態では、セパレータマスク１３の前面に、開口絞り１３ａと１３ｂを避けて、コンデンサレンズ１２を透過した光束をコンデンサレンズ１２光軸と直交する方向に偏向させる光束偏向部材（分光プリズム）２３を配置している。光束偏向部材２３の上端部（光束入射部）には、光路を９０゜屈曲（偏向）させる反射面２３ａが形成されており、光束偏向部材２３の下端部（光束出射部）に、分光フィルタ２３ｂが形成されている。分光フィルタ２３ｂは、入射光束を可視光領域の光束と赤外光領域の光束とに分け、可視光領域の光束を可視光センサ２１に入射させ、赤外光領域の光束を赤外光センサ２２に入射させる。

図８ないし図１０は、本発明による焦点検出装置の第３の実施形態を示している。この実施形態では、セパレータマスク１３に、開口絞り１３ａと１３ｂとは位置を異ならせて、一対の光量検出開口１３ｃと１３ｄを形成し、セパレータレンズ基板１４に、この光量検出開口１３ｃと１３ｄを通過した光束を、コンデンサレンズ１２光軸と直交する方向に偏向させる光束偏向面（反射面）１４ｃと１４ｄを形成している。セパレータレンズ基板１４は、セパレータレンズ１４ａと１４ｂ以外は形状に自由度があり、光束偏向面１４ｃと１４ｄを形成しても焦点検出部としての機能には影響がない。セパレータレンズ基板１４の下方には、この光束偏向面１４ｃと１４ｄで反射し、セパレータレンズ基板１４内を透過した光束が入射する可視光センサ２１と赤外光センサ２２が設けられている。

図１１ないし図１３は、本発明による焦点検出装置の第４の実施形態を示している。この実施形態では、第３の実施形態の二つの光量検出開口１３ｃと１３ｄに代えて、一つの光量検出開口１３ｃを形成し、セパレータレンズ基板１４には、光束偏向面１４ｃと１４ｄを形成するのに代えて、光量検出開口１３ｃに対応する単一の光束通過穴１４ｆを形成している。そして、セパレータレンズ基板１４の後に、第２の実施形態における光束偏向部材２３、可視光センサ２１及び赤外光センサ２２を配置している。すなわち、光量検出開口１３ｃ及び光束通過穴１４ｆを通過した光束は、光束偏向部材２３の反射面２３ａで偏向された後光束偏向部材２３内を通過し、分光フィルタ２３ｂで分光されて、可視光センサ２１と赤外光センサ２２に入射する。第２ないし第４の実施形態において、第１の実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付している。

本発明は、ＴＴＬパッシブ方式の焦点検出装置、例えば一眼レフカメラのＴＴＬ位相差方式の焦点検出及び焦点調節装置に利用することができる。

１１ 予定焦点面
１２ コンデンサレンズ
１３ セパレータマスク
１３ａ １３ｂ 開口絞り
１３ｃ １３ｄ 光量検出開口
１４ セパレータレンズ基板
１４ａ １４ｂ セパレータレンズ
１４ｃ １４ｄ 光束偏向面
１４ｆ 光束通過穴
１５ 焦点検出センサ
１５ａ １５ｂ ラインセンサ
１６ 焦点検出回路
１７ 色温度検出回路
２１ 可視光センサ
２２ 赤外光センサ
２１ａ ２２ａ 配線基板
２３ 光束偏向部材
２３ａ 反射面
２３ｂ 分光フィルタ

Claims (10)

1. 撮影レンズの予定焦点面の後方に配置されたコンデンサレンズと、このコンデンサレンズの後方に配置された対をなすセパレータレンズと、この対をなすセパレータレンズの入射側に配置された対をなす開口絞りを有するセパレータマスクと、上記予定焦点面上の被写体像を、上記対をなすセパレータレンズによってそれぞれ再結像させる焦点検出センサとを備え、この対となる像の相対的位置ずれを検出して焦点位置を検出する焦点検出装置において、
   上記焦点検出センサにより検出した焦点位置を被写体の色温度に応じて補正するための色温度検出受光素子を、上記コンデンサレンズを透過した光であって、上記セパレータマスクの絞り開口を通る光以外の光が入射する位置に配置したことを特徴とする焦点検出装置。
2. 請求項１記載の焦点検出装置において、上記色温度検出受光素子は、セパレータマスクの前方に、上記開口絞りとは位置を異ならせて配置されている焦点検出装置。
3. 請求項１記載の焦点検出装置において、上記セパレータマスクの前方に、上記開口絞りとは位置を異ならせて、光束を偏向させる光束偏向部材が配置されており、この光束偏向部材の光学的な後方に、上記色温度検出受光素子が配置されている焦点検出装置。
4. 請求項１記載の焦点検出装置において、上記セパレータマスクは、上記開口絞りとは別に、上記色温度検出受光素子に対して光を与える検出開口を備えている焦点検出装置。
5. 請求項４記載の焦点検出装置において、セパレータマスク後方に、検出開口を透過した光を偏向させて上記色温度検出受光素子に与える光束偏向部材が配置されている焦点検出装置。
6. 請求項５記載の焦点検出装置において、上記光束偏向部材は、セパレータレンズを一体に成形したレンズ基板に一体に形成されている焦点検出装置。
7. 請求項４記載の焦点検出装置において、上記セパレータレンズを一体に成形したレンズ基板の後方に、上記検出開口及びレンズ基板を透過した光を偏向させて上記色温度検出受光素子に与える光束偏向部材が配置されている焦点検出装置。
8. 請求項１ないし７のいずれか１項記載の焦点検出装置において、上記色温度検出受光素子は、異なる波長域の光の光量を検出する複数の受光素子からなる焦点検出装置。
9. 請求項３、５又は７記載の焦点検出装置において、上記光束偏向部材は一つで、透過光束を異なる波長域の光束に分光する分光フィルタが備えられており、上記色温度検出受光素子は、この分光フィルタによって分光された異なる波長域の光束を受光する複数の受光素子からなる焦点検出装置。
10. 請求項８又は９記載の焦点検出装置において、上記複数の受光素子は、可視光センサと前記可視光センサの検出長波域より長波長域を検出するセンサを含んでいる焦点検出装置。

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