JP2018180136A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】焦点検出装置にて、位相差検出を行う第一の像、第二の像に加えて、被写体のデフォーカス状態によっても、被写体像が移動しない第三の像を形成することで、被写体の焦点状態によらず、被写体の状態を検出することを可能にした撮像装置を提供すること。【解決手段】撮影レンズ（１００）の射出瞳の異なる領域を通過した一対の第一の像（５４０Ａ）、第二の像（５４０Ｂ）から焦点状態を検出する焦点検出手段において、焦点検出素子（５４０）に対して投影される第一の像（５４０Ａ）、及び、第二の像（５４０Ｂ）に対して、第三の像（５４０Ｃ）が第一の像（５４０Ａ）と第二の像（５４０Ｂ）の間に投影されるように構成されていることを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は、撮像装置の焦点検出装置に関し、特に、被写体の状態を検出して焦点調節制御に反映することが可能な撮像装置に関する。

特許文献１には、センサチップ上に、一定の基線長を隔てた第一、第二のラインセンサと被写界から光を受光する第三のセンサを配置し、第一、第二の受光光学系に対して第三の受光光学系が同等以下の倍率となっていることで、第一、第二の受光素子の像を相関演算することでピントを検出し、第三の受光素子は、単一の受光素子で構成され、測光を行うものが開示されている。

特許文献２には、焦点検出装置の焦点検出用のラインセンサの間に対して、光検知センサを配置しており、対になる光検知センサの出力を比較することで、被写界の光源情報を検出しているものが開示されている。

特開２００３−１６７１８６号公報 特許４９９４８００号公報

しかしながら、上述の特許文献１に開示された従来技術では、単一のセンサチップ上に、対になるラインセンサと受光素子を形成することで、焦点検出と光量測定を同一のセンサチップ上で実施することが示されているのみであった。

また、特許文献２によると、焦点検出用のラインセンサと光検知センサがずれているため、異なった被写体の状態を検出してしまうことがあり、また、視差を持った画像を比較して算出しているため、大きく焦点が外れている状態では、対になる光検知センサが異なる被写体の検出結果を比較することとなり、検出を間違ってしまうことがあった。

そこで、本発明の目的は、焦点検出装置にて、位相差検出を行う第一の像、第二の像に加えて、第一の像、第二の像の間に第三の像を形成することで、被写体の焦点状態によらず、被写体の状態を検出することを可能にした撮像装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明に係る撮像装置は、
撮影レンズの射出瞳の異なる領域を通過した一対の第一の像、第二の像から焦点状態を検出する焦点検出手段において、焦点検出素子に対して投影される第一の像、及び、第二の像に対して、第三の像が第一の像と第二の像の間に投影されるように構成されていることを特徴とする。

本発明に係る撮像装置によれば、焦点検出手段で焦点状態を検出するため第一の像、第二の像を検出する時に、第一の像、第二の像の間に配置されている第三の像を検出することで、焦点検出と同一タイミングで被写体情報を取得することが可能となる。そして、位相差検出の検出像は限定した光束で検出しており被写界深度が深いため、デフォーカスしている状態の時点から被写体の状態を検出することが可能であり、合焦動作途中で検出した結果についても、最終合焦結果に反映することができる。

本実施例の撮像装置の概略図 撮像装置を構成する焦点検出装置 焦点検出用センサ上に形成される被写体の像

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。

以下、図１参照して、本発明の第１の実施例による、撮像装置について説明する。図１は本実施例の撮像装置の概略図である。

図１に示すように、本実施例の撮像装置２００には、撮像光学系であるところの撮影レンズ１００が不図示のマウント部のレンズ装着機構を介して着脱可能に取り付けられる。マウント部には、電気接点ユニット１０４が設けられている。撮像装置２００は、撮影レンズ１００と前記電気接点ユニット１０４を介して通信を行い、撮影レンズ１００内のフォーカスレンズ１０１を制御する。なお、図１には、撮影レンズ１００内のレンズとしてフォーカスレンズ１０１のみを示しているが、このほかに変倍レンズや固定レンズが設けられる場合がある。

不図示の被写体からの光束は、撮影レンズ１００内のフォーカスレンズ１０１を介して、撮像装置２００内のメインミラー２０１に導かれる。メインミラー２０１は、撮影光路内に光軸に対して斜めに配置されて、被写体からの光束を上方のファインダ光学系に導く第１の位置（図示した位置）と、撮影光路外に退避する第２の位置とに移動が可能である。
メインミラー２０１の中央部はハーフミラーになっており、メインミラー２０１が第１の位置にダウンしているときには、被写体からの光束の一部が該ハーフミラー部を透過する。そして、この透過した光束は、メインミラー２０１の背面側に設けられたサブミラー２０２で反射し、焦点検出手段としての焦点検出装置２０７に導かれる。

一方、メインミラー２０１で反射された光束は、撮像素子２０９と光学的に共役な位置に配置されたピント板２０３上に結像する。ピント板２０３にて拡散されてこれを透過した光（被写体像）は、ペンタダハプリズム２０４によって正立像に変換される。正立像は、接眼レンズ２０５によって拡大され、ユーザーにより観察される。

また、メインミラー２０１が第２の位置にアップした際には、サブミラー２０２もメインミラー２０１に対して折り畳まれて撮影光路外に退避し、撮影レンズ１００からの光束は、機械シャッタであるフォーカルプレーンシャッタ２０８を通過し、撮像素子２０９に至る。フォーカルプレーンシャッタ２０８は、撮像素子２０９に入射する光量を制限する。撮像素子２０９は撮影レンズ１により形成された被写体像を光電変換して画像を生成し、電気信号を出力するＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の光電変換素子により構成される。２１０はカメラにおける各種演算や各種動作の制御を行うコントローラとしてのカメラＣＰＵである。

また、本実施例の撮像装置２００は、当該撮像装置全体の制御を司るＣＰＵ２１０を有する。ＣＰＵ２１０は、後述する各回路等の動作を制御する。ＣＰＵ２１０は、電気接点ユニット１０４を介して、撮影レンズ１００内のレンズ制御回路１０３と通信を行う。レンズ制御回路１０３は、ＣＰＵ２１０からの信号に応じて、フォーカスレンズ１０１を光軸方向に駆動してピント合わせを行うレンズ駆動機構１０２を制御する。レンズ制御回路１０３は請求項１に記載の制御手段である。レンズ駆動機構１０２は、ステッピングモータを駆動源として有する。

また、ＣＰＵ２１０には、撮像装置個体の識別を行うための固有の情報であるカメラＩＤ（識別）情報や、撮影に関するパラメータの調整値等が記憶されたＥＥＰＲＯＭ（記憶手段）２１１も接続されている。表示装置２１２は、撮像素子２０９で撮像された画像データを表示したり、ユーザーが設定する項目を表示したりするための装置であり、一般にはカラーの液晶表示素子により構成される。さらに、ＣＰＵ２１０には、ユーザーが意思をカメラ２００に伝えるための操作検出部２１３と、カウンター２１４とが接続されている。

操作検出部２１３は、不図示のレリーズボタンや、選択ボタン、後述するブラケット撮影により得られた複数の画像の中から１つを選択させるボタンなどの操作を検出する。カウンター２１４は、ブラケット撮影を行う際の撮影回数をカウントするためのカウンターである。カウンター２１４の計数値リセットはＣＰＵ２１０により行われる。

一方、撮影レンズ１００において、レンズ制御回路１０３には、該撮影レンズ１００の焦点距離や開放絞り値等の性能情報、該撮影レンズ１００を識別するための固有の情報であるレンズＩＤ（識別）情報、およびＣＰＵ２１０から通信により受け取った情報を記憶するメモリ（図示せず）が設けられている。なお、性能情報およびレンズＩＤ情報は、撮像装置２００への装着時における初期通信により、ＣＰＵ２１０に送信され、ＣＰＵ２１０はこれらをＥＥＰＲＯＭ２１１に記憶させる。

図２は、本実施例の撮像装置を構成する焦点検出装置を示している。

図２において、１００は撮影レンズであり、５００は被写界の検出手段領域を制限する視野マスクであり、本実施例では一つの開口が設けられた系を示している。５１０はフイールドレンズであり、撮像光学系の射出瞳と後述する多孔絞りを結像させる役割を持っている。５２０は、多孔絞りであり、複数の開口５２０Ａから５２０Ｅが形成されている。本実施例では、焦点検出センサ上に形成される画像の数と同じ、５個の開口が形成されている。

５３０は、再結像レンズであり、複数の再結像レンズ５３０Ａから５３０Ｅが形成されており、各再結像レンズにて予定結像面に形成された像を再度、焦点検出センサ上に投影している。５４０は、再結像レンズ５３０により形成される像を検出する焦点検出素子であるところの焦点検出センサである。本発明の焦点検出センサは、二次元センサで構成されており、センサ全面に検出用の画素が配置されている。

本実施例では焦点検出センサを二次元センサにすることで、今まで駆動回路などを配置するために受光部が配置できなかった領域に画素を配置している。本実施例では、センサ全面が二次元センサとなっている例を示ししているが、検出手段領域のみを二次元センサとしても良い。本実施例では、第一の像５４０Ａから第五の像５４０Ｅまで５つの像が焦点検出センサ５４０上に形成されている。第一の像５４０Ａは、予定結像面に形成された像が、視野マスク５１０の開口を通過したのち、開口５２０Ａを通過し、再結像レンズ５３０Ａによって、焦点検出センサ５４０に形成されている。同様に、第二の像５４０Ｂから第五の像５４０Ｅについても、開口５２０Ｂから開口５４０Ｅを通過し、再結像レンズ５３０Ｂから再結像レンズ５３０Ｅによって、焦点検出センサ５４０に形成される。

本実施例において、第一の像５４０Ａと第二の像５４０Ｂは、撮影レンズ１００の異なる射出瞳領域１００Ａ、１００Ｂを通過する光束を使用して焦点検出に用いる一対の像を形成している。このため、撮像光学系の焦点状態によって、第一の像５４０Ａと第二の像５４０Ｂの像間隔が変化することとなり、焦点検出をおこなうことができる。第一の像５４０Ａと第二の像５４０Ｂは、図２において、略水平方向に像が移動することとなり、被写体の第一の方向のパターンである略垂直方向成分のパターンを検出する。

第四の像５４０Ｄと第五の像５４０Ｅに関しても、撮影レンズ１００の異なる射出瞳領域１００Ｄ、１００Ｅを通過する光束を使用しており、焦点検出に用いる一対の像を形成しており、第一の像５４０Ａと第二の像５４０Ｂに対して、略直交方向の成分を検出するように構成されている。第四の像５４０Ｄと第五の像５４０Ｅは、図２において、略垂直方向に像が移動することとなり、被写体の第二の方向のパターンである略水平方向成分のパターンを検出する。

本実施例においては、第一の像５４０Ａと第二の像５４０Ｂの方向と第四の像５４０Ｄと第五の像５４０Ｅの方向は略直交するように配置されている。第三の像５４０Ｃについては、第一の像５４０Ａと第二の像５４０Ｂの略中間になるように構成されており、撮像光学系の射出瞳領域１００Ｃを通過する撮像光軸を含む光束を用いて形成されており、撮影レンズ１００．の焦点状態の変化に対して焦点検出センサ上に形成される像の位置が変化しないように構成されている。

また、本実施例の焦点検出手段は、再結像方式の位相差検出手段であり、撮像光学系により撮像素子２０９に投影される光束に対して限られた光束を用いて検出しているため、被写界深度が深い状態となっている。このため、第三の像はデフォーカス状態の時点から、最終の被写体像を検出できるようになる。ささらに、同一の焦点検出センサ５４０にて第一の像、第二の像と同じタイミングにて第三の像を検出することになり、焦点検出と同一時点での被写体情報を取得することが可能となる。

第三の像が輝度情報のみ取得可能なセンサで構成されている場合には、被写体の黒白画像を取得することが可能であるため、各測距位置における被写体のコントラスト情報の取得、被写体の認識等を実施することが可能である。第三の像が、色情報を検出可能な場合には、さらに、被写界の光源状態、被写体の色を検出し、ピントの補正を実施することが可能となる。

図２においては、略直交方向に配置された第一の像５４０Ａから第五の像５４０Ｅの５つの像を配置した場合を示したが、斜め４５度方向等、今回の方向以外に像を配置しても良いことは言うまでもない。

図３は、焦点検出用センサ上に形成される被写体の像を示している。

図３では、焦点検出センサ５４０上に形成される像の内、第一の像５４０Ａ、第二の像５４０Ｂ、第三の像５４０Ｃに注目して説明する。焦点検出センサ５４０上に形成される像は、視野マスク５００の開口により制限されており、焦点検出センサ５４０に形成される第一の像５４０Ａ、第二の像５４０Ｂ、第三の像５４０Ｃの範囲は変化しない。

しかしながら、撮影レンズ１００を通して形成される被写体の像は、撮影レンズ１００の焦点状態により図３（ａ）から図３（ｃ）に示すように変化する。図３（ａ）は、焦点状態が後ピン状態の場合を示しており、図３（ｂ）は、焦点状態が合焦状態の場合を示しており、図３（ｃ）は、焦点状態が前ピン状態の場合を示している。図３（ａ）では、焦点状態が後ピン状態であるため、第一の像５４０Ａと第二の像５４０Ｂに形成される被写体の像の間隔が広くなっており、第三の像５４０Ｃとは異なる領域の像を検出している。

図３（ｂ）では、焦点状態が合焦状態であるため、第一の像５４０Ａと第二の像５４０Ｂに形成される被写体の像と、第三の像５４０Ｃで検出される像が同一の領域の像を検出している。図３（ｃ）では、焦点状態が前ピン状態であるため、第一の像５４０Ａと第二の像５４０Ｂに形成される被写体の像の間隔が狭くなっており、第三の像５４０Ｃとは異なる領域の像を検出している。

ここで、図３（ａ）、図３（ｂ）、図３（ｃ）において、第一の像５４０Ａと第二の像５４０Ｂは焦点状態により変化しており、図３（ｂ）の状態になることを判定することでも、焦点状態の検出を行っている。第三の像５４０Ｃに注目すると、第三の像５４０Ｃは、どれも同一の像を検出している。このことは、第三の像５４０Ｃが、撮像光学系の焦点状態によらず同一の像を検出することを示している。このため、撮像光学系がデフォーカスした状態にあっても、第三の像５４０Ｃにおいては、合焦状態と同一の像を検出することが可能となる。

図３においては、第一の像５４０Ａ、第二の像５４０Ｂ、第三の像５４０Ｃの関係について示したが、第四の像５４０Ｄ、第五の像５０４Ｅと第三の像５４０Ｃについても同様のことがいえる。

５４０ 焦点検出センサ、５４０Ａ 第一の像、５４０Ｂ 第二の像、
５４０Ｃ 第三の像

Claims (6)

1. 撮影レンズの射出瞳の異なる領域を通過した一対の第一の像、第二の像から焦点状態を検出する焦点検出手段において、
   焦点検出素子に対して投影される第一の像、及び、第二の像に対して、第三の像が第一の像と第二の像の間に投影されるように構成されていることを特徴とする撮像装置。
2. 第三の像を形成する第三の光束は、撮像光学系の光軸を通過する光束を含むように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 被写界の第一の方向のパターンを検出する一対の第一の像、第二の像に対して、第一の方向に対して直交している第二の方向のパターンを検出する第四の像、第五の像が形成されており、前記第三の像は、第四の像と第五の像の間に形成される像と共用するように構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の撮像装置。
4. 第三の像は、被写体のコントラスト、或いは、被写体を検出するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の撮像装置。
5. 第三の像は、被写界の光源状態、被写体の色を検出するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項４に記載の撮像装置。
6. 前記位相差検出素子は二次元センサ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５の何れか一項に記載の撮像装置。