JP5104676B2 - 光検出装置、測光装置と、これを有する撮影装置 - Google Patents

Description

本発明は、光検出装置、測光装置と、これを有する撮影装置に関する。

従来、一眼レフカメラ等の測光装置としてＣＣＤ等のイメージセンサが使用されている。そして、従来の測光装置では、使用するＣＣＤイメージセンサにおける受光のための開口部以外の領域（本明細書中では不感帯と記す）に集光された光が入射しても受光素子に光が到達せず、測光できないと言う問題があり、これを解決するためにイメージセンサに入射する光束をぼかすことが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００６−７８８５８号公報

しかしながら、従来の測光装置では、測光光学系の軸上色収差を考慮していないため偽解像、偽色等が発生すると言う問題がある。

上記課題を解決するため、本発明は、複数色の色フィルタを有するイメージセンサと、前記イメージセンサの受光面より前方の焦点面に結像する結像レンズと、前記結像レンズの前に前記受光面における少なくとも２色光の軸上色収差を所定値以下にする回折光学素子と、を有することを特徴とする光検出装置を提供する。

また、本発明は、前記光検出装置と、前記光検出装置の出力信号に基づいて測光演算を行う演算部と、を有することを特徴とする測光装置を提供する。

また、本発明では、前記測光装置と、前記測光装置の演算結果に基づき露光制御を行う制御部と、を有することを特徴とする撮影装置を提供する。

本発明によれば、軸上色収差による偽解像、偽色等を抑制した高精度の光検出装置、測光装置と、これを有する撮影装置を提供することができる。

以下、本発明の一実施の形態にについて図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施の形態は、発明の理解の容易化のためのものに過ぎず、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲において当業者により実施可能な付加・置換等を施すことを排除することは意図していない。

図１は、実施の形態にかかる一眼レフ電子カメラを説明する図である。図１において、一眼レフ電子カメラ本体１０にレンズ１２および絞り１４を内蔵する交換レンズ１６が装着されている。

交換レンズ１６を通過してカメラ本体１０に入射した不図示の被写体からの光束は、不図示のレリーズボタンを半押しした時は、クイックリターンミラー１８より上方へ導かれてフォーカシングスクリーン２０に結像すると共に、被写体光束の一部はサブミラー２２で下方に反射されて焦点検出装置２４にも結像する。

フォーカシングスクリーン２０に結像した被写体光束はさらに、レンズ２６を介してペンタプリズム２８へ入射される。ペンタプリズム２８は、入射された被写体光束を接眼レンズ３０へ導く一方、その一部をプリズム３２へも導く。プリズム３２へ入射された光束は絞り３３および後述する回折レンズ５０Ａ（結像レンズ３４）を介して測光素子３６に入射される。なお、回折レンズ５０Ａは、後述する複層密着型回折レンズである。

レリーズボタンを全押しした時は、クイックリターンミラー１８が上方へ回動して光路から退避し、シャッタ３８が開放されて被写体光束が撮影用の撮像素子４０へ導かれる。なお、クイックリターンミラー１８が回動後シャッタ３８のシャッタ幕（不図示）が開く前は、被写体光束はシャッタ幕面で反射され、レンズ４２を介して調光用測光装置４４に入射される。

図２は、実施の形態にかかる光検出装置４４の光学系の概略構成図である。なお、図２において、レンズ２６、ペンタプリズム２８、およびプリズム３２等は、記載を省略し、回折光学素子は後述する単層回折光学素子の場合を示している。

図２において、測光素子３６は、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の２次元イメージセンサを用いる。被写体の輝度分布および色分布は測光素子３６により光電変換され、その信号を用いてＣＰＵ４８内の演算部に転送される。演算部は輝度分布や色分布を演算し、この結果は、ほかの信号の演算結果と共にＣＰＵ４８で使用される。ＣＰＵ４８は、これらの結果から最適な露光量を算出し、シャッタ３８や絞り１４を制御して撮像素子４０に被写体像を撮像させる。なお、撮像素子４０には、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の２次元イメージセンサや、銀塩フィルムが用いられる。

フォーカシングスクリーン２０からの光束は、絞り３３を通過したのち回折光学素子５０に入射する。回折光学素子５０を通過した光束は、結像レンズ３４に入射して、撮像素子３６の前方で収束したのち、撮像素子３６上に焦点ボケによる散乱円８２（図３参照）を形成する。この焦点ボケによる散乱円８２は、不感帯を生じさせないために行うものであり既知の技術である。

回折光学素子５０は、光検出装置４４の光学系の少なくとも２つの色光の色収差が所定値を下回るように形成されている。

また、回折光学素子５０は、図２に示すように、赤色光Ｒと青色光Ｂとの色収差（軸上色収差）ΔＺ（後述する）が所定値を下回る、あるいは赤色光Ｒの焦点ボケによる散乱円８２Ｒ（図３参照）と青色光Ｂの焦点ボケによる散乱円８２Ｂ（図３参照）の半径差ΔＣ（後述する）が所定値を下回るように形成されている。

図３は、測光素子３６に用いられるイメージセンサの一部を模式的に示すと共に、測光素子３６の受光面における、赤色光Ｒ、緑色光Ｇ、青色光Ｂそれぞれの散乱円８２Ｒ、８２Ｇ、８２Ｂを示している。図３（ａ）は、実施の形態にかかる回折光学素子で軸上色収差補正をした場合を、図３（ｂ）は、軸上色収差補正をしていない場合をそれぞれ示す。

図３（ａ）（ｂ）において、測光素子３６は、矩形状の画素８１が縦９列横３列のマトリクス状に並んでいる。各画素８１には赤、緑、青の色フィルタがオンチップフィルタとして形成されている。本実施の形態では、同一種類の色フィルタが縦一列に設けられた、ストライプタイプのオンチップフィルタが用いられている。

左端の縦１列の各画素８１には赤色の色フィルタ（以下ではＲフィルタと称する）が設けられており、その右側の縦一列の各画素８１には緑色の色フィルタ（以下ではＧフィルタと称する）が設けられており、さらに右側の縦一列の各画素８１には青色の色フィルタ（以下ではＢフィルタと称する）が設けられている。このように、測光素子３６には、図示左右方向にＲ、Ｇ、Ｂ、Ｒ、Ｇ、Ｂ、…のようにＲ、Ｇ、Ｂフィルタが周期的に設けられている。

回折光学素子５０を通過し結像レンズ３４で測光素子３６の前方に集光された光束が、図３（ａ）の散乱円８２Ｒ、８２Ｇ、８２Ｂで示すように、測光素子３６の色フィルタ８１Ｒ、８１Ｇ、８１Ｂを一組含むような散乱円となる位置に測光素子３６が配置されている。

光検出装置４４が、このような構成を持つことにより、被写体光に含まれるＲ光成分、Ｇ光成分およびＢ光成分の検出を精度良く行うことができる。ここで、Ｒ色フィルタが設けられている画素８１を画素８１Ｒと表し、同様に、Ｇ色フィルタが設けられている画素８１を画素８１Ｇ、Ｂ色フィルタが設けられている画素８１を画素８１Ｒと表している。

一方、光検出装置４４の光学系が大きな軸上色収差を有する場合（軸上色収差補正をしていない場合）、図２、図３（ｂ）に示すように、赤色光と青色光の軸上色収差ΔＺが大きくなると共に、図３（ａ）に比べて赤色光の散乱円８２Ｒが小さくなり青色光の散乱円８２Ｂとの半径差ΔＣが大きくなる。この結果、赤色フィルタ８１Ｒに入射する光が減少し、本来の色とは異なる色が検出されてしまう偽色、あるいは偽解像が発生する。

また、散乱円８２が大きすぎると、二箇所の青色フィルタ８１Ｂや赤色フィルタ８１Ｒに光が入射し、緑色フィルタ８１Ｇには一箇所しか光が入射しないため、偽色あるいは偽解像が発生する。

このため、実施の形態にかかる光検出装置４４では、回折光学素子５０と結像レンズ３４と測光素子３６との位置を所定の焦点ボケによる散乱円８２となるように設定している。すなわち、この散乱円８２は、画素８１Ｒ、画素８１Ｇ、および画素８１Ｂをそれぞれ１個含むものである。このように、光検出装置４４は、結像レンズ３４と測光素子３６を所定の位置関係に配置することで焦点ボケによる所定の散乱円８２を測光素子３６上に形成し、かつ結像レンズ３４の前に回折光学素子５０を配置して散乱円８２の軸上色収差を補正することで、輝度の低下、偽色、および偽解像を防止することができる。

また、実施の形態にかかる光検出装置４４の光学系では、回折光学素子５０は、以下の条件式（１）の満足するように形成されていることが望ましい。
（１） ΔＺ＜２×Ｐ
ただし、ΔＺは赤色光と青色光の軸上色収差を、Ｐは画素ピッチである色フィルタのピッチをそれぞれ示す。

条件式（１）を満足することで色収差を所定値より小さくすることができ、偽色、偽解像の発生を防止するができる。なお、発明の効果をより確実にするために、条件式（１）は、ΔＺ＜Ｐを満足することが好ましい。また、ΔＺを規定する２つの波長は、赤色光と青色光に限定されず、色フィルタを透過する波長のうち最も波長の離れた２つの波長で規定しても良い。

また、実施の形態にかかる光検出装置４４の光学系では、回折光学素子５０は、以下の条件式（２）の満足するように形成されていることが望ましい。
（２） ΔＣ＜Ｐ／２
ただし、ΔＣは測光素子３６の受光面上における散乱円半径差を、Ｐは画素ピッチである色フィルタのピッチをそれぞれ示す。

条件式（２）を満足することで散乱円半径差を所定値より小さくすることができ、偽色、偽解像の発生を防止するができる。なお、発明の効果をより確実にするために、条件式（２）は、ΔＣ＜Ｐ／４を満足することが好ましい。また、ΔＣを規定する２つの波長は、赤色光と青色光に限定されず、色フィルタを透過する波長のうち最も波長の離れた２つの波長で規定しても良い。

なお、条件式（１）のΔＺと条件式（２）のΔＣとは、次の関係式で結ばれている。
ΔＣ＝ΔＺ×ＮＡ
ただし、ＮＡは結像レンズ３４の開口数である。

次に、実施の形態の光検出装置４６に使用できる結像レンズ３４と回折光学素子５０について図面を参照しつつ説明する。図４は、回折光学素子とレンズとが別体の場合を示している。図５は、回折光学素子とレンズとが一体となった回折レンズの場合を示している。

図４（ａ）では、結像レンズ３４と回折光学素子５０は、光軸上に個別に配置されている。この場合、回折光学素子５０は、図４（ｂ）に示すような単層回折光学素子５０ａ、あるいは図４（ｃ）に示すような複層回折光学素子５０ｂを使用することができる。

単層回折光学素子５０ａ、または５０ｂを使用することにより、光検出装置４６を安価に構成することができる。

また、図５（ａ）では、結像レンズ３４と回折光学素子５０とを一体的に形成した回折レンズ５０Ａを使用することもできる。この場合、回折レンズ５０Ａは、図５（ｂ）に示すような単層密着型回折レンズ５０ｃ、あるいは図５（ｃ）に示すような複層密着型回折レンズ５０ｄを使用することができる。

回折レンズ５０Ａを使用することにより、光検出装置４６をより小型化することができ、組み立ても簡単になる。また、図４、図５の両方とも回折光学素子の効果により色別の散乱円のバラツキが７分の１に抑えられ、偽色および偽解像の発生をより良く防止することができる。

以上の述べたように、実施の形態にかかる光検出装置によれば、測光光学系に回折光学素子を配置することで、軸上色収差あるいは散乱円半径差を所定値より小さくすることができ、偽色や偽解像の発生を防止することができる。また、散乱円の変動を抑えることができ、偽色や偽解像の発生を防止することができる。また、回折光学素子として複層密着型回折レンズを使用することで、フレアを小さく抑えることができる。

実施の形態にかかる一眼レフ電子カメラを説明する図。 実施の形態にかかる光検出装置の光学系の概略構成図。 測光素子に用いられるイメージセンサの一部を模式的に示し、（ａ）は、実施の形態にかかる回折光学素子で軸上色収差補正をした場合を、（ｂ）は、軸上色収差補正をしていない場合をそれぞれ示す。 実施の形態にかかる光検出装置に用いられる回折光学系の例。 実施の形態にかかる光検出装置に用いられる回折レンズの例。

符号の説明

１０ 一眼レフ電子カメラ
１２、２６、３４、４２ レンズ
１４、３３ 絞り
１６ 交換レンズ
１８ クイックリターンミラー
２０ フォーカシングスクリーン
２２ サブミラー
２４ 焦点検出装置
２８ ペンタプリズム
３０ 接眼レンズ
３２ プリズム
３６ 測光素子
３８ シャッタ
４０ 撮像素子
４４ 調光用測光装置
４６ 光検出装置
４８ ＣＰＵ
５０ 回折光学素子
５０Ａ 回折レンズ

Claims (13)

1. 複数色の色フィルタを有するイメージセンサと、
   前記イメージセンサの受光面より前方の焦点面に結像する結像レンズと、
   前記結像レンズの前に前記受光面における少なくとも２色光の軸上色収差を所定値以下にする回折光学素子と、
   を有することを特徴とする光検出装置。
2. 前記回折光学素子は、以下の条件を満足することを特徴とする請求項１に記載の光検出装置。
   ΔＺ＜２×Ｐ
   ただし、
   ΔＺ：前記２色光の軸上色収差
   Ｐ：前記色フィルタのピッチ
3. 前記回折光学素子は、以下の条件を満足することを特徴とする請求項１に記載の光検出装置。
   ΔＣ＜Ｐ／２
   ΔＣ：前記受光面上における前記２色光の散乱円半径差
   Ｐ：前記色フィルタのピッチ
4. 前記複数の色フィルタは、赤色、緑色、青色からなり、
   前記２色光は、前記赤色光と前記青色光であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光検出装置。
5. 前記複数色の色フィルタは、同一色の列フィルタを有し、
   前記列フィルタを所定の配色パターンで当該列フィルタと直交する方向に配置したことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光検出装置。
6. 前記回折光学素子の前方に絞りを有することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の光検出装置。
7. 前記回折光学素子は、単層回折素子であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の光検出装置。
8. 前記回折光学素子は、複層回折素子であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の光検出装置。
9. 前記結像レンズと前記回折光学素子とが一体的に形成された密着型回折レンズであることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の光検出装置。
10. 前記密着型回折レンズは、単層密着型回折レンズであることを特徴とする請求項９に記載の光検出装置。
11. 前記密着型回折レンズは、複層密着型回折レンズであることを特徴とする請求項９に記載の光検出装置。
12. 請求項１から１１のいずれか１項に記載の光検出装置と、
    前記光検出装置の出力信号に基づいて測光演算を行う演算部と、
    を有することを特徴とする測光装置。
13. 請求項１２に記載の測光装置と、
    前記測光装置の演算結果に基づき露光制御を行う制御部と、
    を有することを特徴とする撮影装置。

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