JPH11119089A - 撮像装置及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構成で高精度に自動焦点調節を実現す
る。 【解決手段】 焦点調節時には、可動ミラーユニット１
３８は撮像素子１１１の前方に置かれ、被写体ＯＢＪの
像はフォーカスレンズ１５２等を含む撮像光学系を通
じ、さらにミラー１３１〜１３４を含む光学系を通じて
撮像素子１１１に達する。このとき一対の２次結像レン
ズ１３７によって被写体像は２つになり、被写体像ＩＭ
Ａ、ＩＭＢが結像される。そこでこの２つの被写体像Ｉ
ＭＡとＩＭＢとの間隔が所定の間隔となるようにフォー
カスレンズ１５２を駆動調整する。合焦状態が得られた
ら可動ミラーユニット１３８を上方に退避させて撮像光
学系からの被写体像を直接に撮像素子１１１に結像させ
た状態で撮像を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被写体像の焦点を
合わせる自動焦点調節機能を有する撮像装置及びこの撮
像装置に用いられるコンピュータ読み取り可能な記憶媒
体に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、撮像光学系により形成された被写
体像を静止画像として撮像素子で光電変換し、メモリ等
に記録するいわゆるディジタルスチルカメラが実用化さ
れている。このディジタルスチルカメラに用いられる自
動焦点調節用の焦点検出装置として、 （１）撮像光学系の異なる瞳領域を通過して結像した光
学像を、２次結像光学系によって焦点検出センサ上に１
対の２次像として再結像させ、この１対の２次像の相対
間隔から撮像光学系の焦点状態を検出する、いわゆるＴ
ＴＬ（ThroughThe Taking Lens ）２次結像位相差検出
方式。 （２）所定の基線長だけ隔たった１対の光学系により、
焦点検出センサ上に形成された１対の被写体像の相対間
隔から被写体までの絶対距離を検出する、いわゆる三角
測量方式。 （３）撮像光学系の一部、或いは撮像素子を光軸方向に
微小振動させ、この振動に周期して撮像素子上の被写体
像の高周波成分の変動具合から撮像光学系の焦点状態を
検出する、いわゆる山登り鮮鋭度検出方式。等が実用化
されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例では以下のような欠点があった。（１）の２次結像
位相差検出方式及び（２）の三角測量方式では、撮影画
像取得用の撮像素子の他に焦点検出用の光電センサを用
いなければならず、焦点検出機構のコストアップや撮像
装置の大型化を招いていた。（３）の山登り方式では、
ピントずれ量の大きい時、すなわち大デフォーカス時に
は瞬時に合焦位置を検出することができず、ムービーカ
メラには大きな障害とはならないが、ディジタルスチル
カメラにおいては、シャッターチャンスを逃す等、使い
勝手が悪いものとなっていた。

【０００４】本発明は上記欠点を除去するためになされ
たもので、簡単な構成で高精度に自動焦点調節を行える
ようにすることを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明による撮像装置に
おいては、結像光学系を通じて得られる被写体像を光電
変換する光電変換手段と、上記結像光学系と光電変換手
段との間に移動可能に配置され、第１の位置で上記光電
変換手段上に第１の被写体像を形成し、第２の位置で上
記光電変換手段上に第２の被写体像を形成する光路切換
え手段と、上記第１の被写体像を用いて上記結像光学系
の焦点状態を検出する焦点検出手段と、上記第２の被写
体像を上記光電変換手段を用いて撮像する撮像手段とを
設けている。

【０００６】本発明によるコンピュータ読み取り可能な
記憶媒体においては、結像光学系を通じて得られる被写
体像を光電変換手段を用いて光電変換する手順と、上記
結像光学系と光電変換手段との間に移動可能に配置され
た光路切換え手段を用い、その第１の位置で上記光電変
換手段上に第１の被写体を形成し、第２の位置で上記光
電変換手段上に第２の被写体像を形成する手順と、上記
第１の被写体像を用いて上記結像光学系の焦点状態を検
出する手順と、上記第２の被写体像を撮像する手順とを
実行するためのプログラムを記憶している。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
と共に説明する。 （第１の実施の形態）図１〜図７は本発明の第１の実施
の形態に関する図である。図１は第１の実施の形態によ
る撮像装置の構成図である。本実施の形態では、撮像素
子を有するカメラボディに対して撮像光学系を有する交
換レンズが着脱可能な、いわゆる一眼レフカメラタイプ
となっている。１０１はカメラボディで、撮像のための
各種機能部と、後述する交換レンズ１５１とを結合する
不図示のマウントを有する。ＯＢＪは被写体である。１
０２はカメラ内マイクロコンピュータ（以下マイコンと
略す）で、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａ変換機能を
有する１チップマイコンである。カメラ内マイコン１０
２はＲＯＭに格納されたカメラのシーケンスプログラム
に従って、自動露出制御（ＡＥ）、自動焦点調節（Ａ
Ｆ）、撮像等のカメラの一連の動作を行う。そのために
カメラ内マイコン１０２は、カメラボディー１０１内の
周辺回路及び交換レンズ１５１と通信して各々の回路や
レンズの動作を制御する。尚、上記ＲＯＭは本発明によ
る記憶媒体を構成するものであり、半導体メモリ、光デ
ィスク、光磁気ディスク、磁気媒体等が用いられる。

【０００８】カメラボディ１０１と交換レンズ１５１と
を結合するマウント部には４組の接続端子が設けられて
いる。１０３は電源で、カメラ内各回路やアクチュエー
タへ電源電圧を供給するとともに、ラインＶＣＣを介し
て交換レンズ１５１にも電源供給する。ＤＣＬはカメラ
内マイコン１０２から後述するレンズ内マイコン１６１
へ信号を送信するライン、ＤＬＣはレンズ内マイコン１
６１からカメラ内マイコン１０２へ信号を送信するライ
ンで、この２つのラインを通じてカメラボディ１０１は
交換レンズ１５１を制御する。またカメラボディ１０
１、交換レンズ１５１のグラウンドもラインＧＮＤを介
して接続される。

【０００９】１０４はカメラボディ１０１の撮影条件の
表示機能や、撮像画像のモニタ機能を有する表示器で、
液晶パネル等で構成される。１０５は後述する撮像素子
１１１を駆動制御するドライバで、撮像素子１１１の電
荷蓄積、電荷転送ＣＤＳ（相関二重サンプリング）、Ａ
ＧＣ（オートゲインコントロール）、Ａ／Ｄ変換、γ補
正、ＡＷＢ（オートホワイトバランス）等の制御を行
う。１０６は撮影した画像の画像信号データを記録・保
存するためのメモリで、半導体メモリ、磁気ディスク、
光ディスク等が用いられる。１０７は記録画像を外部に
出力する端子で、パーソナルコンピュータやプリンタに
接続される。１１１はＣＣＤ等の撮像素子で、後述する
１５２〜１５４の撮像光学系で形成された被写体像を光
電変換する２次元の光電センサである。

【００１０】１２０はメインスイッチで、このスイッチ
がオンされるとカメラ内マイコン１０２は撮影準備に関
する所定のプログラム、すなわち測光や焦点検出等の実
行を許可する。１２１、１２２はカメラのレリーズボタ
ンに連動したスイッチで、それぞれレリーズボタンの第
１ストローク、第２ストロークの押下でオンとなる。す
なわちスイッチ１２１は撮像準備であり、このスイッチ
がオンされると測光、焦点検出、焦点調節等の撮影準備
動作が実行される。またスイッチ１２２は撮影スイッチ
で、このスイッチがオンされると撮像素子１１１に形成
された撮影画像が取得され、画像メモリ１０６に記録さ
れる。１２３はＡＦモードスイッチで、自動焦点調節モ
ードの選択を行うスイッチである。１２４は表示スイッ
チで、撮影画像のモニタ表示を指示するスイッチであ
る。

【００１１】１３０は焦点検出モジュールで、以下に示
す各光学炭素により、撮像光学系で形成された被写体像
を再結像させる。１３１は撮影光束を上方に反射させる
全反射の第１ミラー、１３２は上記光束の約７０％を透
過させ、残りの３０％右方向に反射させる半透過の第２
ミラーである。１３３は上記光束を下方向に反射させる
全反射の第３ミラー、１３４は上記光束を右方向に反射
させる全反射の第４ミラーである。

【００１２】１３５は撮像光学系の第１の予定焦点面に
置かれたフィールドレンズで、この予定焦点面には撮像
光学系による被写体ＯＢＪの１次像ＩＭ１が形成され
る。１３６は焦点検出領域を規定する視野マスクであ
る。１３７は１次像１Ｍ１を再結像させるための１対の
２次結像レンズである。この２次結像レンズ１３７の入
射瞳と後述する絞り１５５の射出瞳とは、フィールドレ
ンズ１３５により投影関係に置かれるため、撮像光学系
の異なる瞳領域を通過した光束による１対の２次像ＩＭ
Ａ及びＩＭＢが撮像素子１１１上に結像される。１３８
は可動ミラーユニットで、前述の第１ミラー１３１、第
４ミラー１３４、２次結像レンズ１３７が一体となっ
て、撮影光束の内外を進退可能に移動できる構成となっ
ている。

【００１３】１３９はクイックリターンアクチュエータ
で、上記可動ミラーユニット１３８を進退駆動させるア
クチュエータである。１４１は上記第１の予定焦点面と
共役関係にある第２の予定焦点面に置かれたフォーカシ
ングスクリーンである。このフォーカシングスクリーン
上には上記第１ミラー１３１で反射し、第２ミラー１３
２を通過した光束による第２の１次像ＩＭ２が形成され
る。１４２はペンタプリズム、１４３は接眼レンズで、
上記第２の１次像ＩＭ２を撮影者に観察可能とさせるた
めの、光学式ファインダを構成する。

【００１４】次にレンズ側の構成について説明する。１
５１はカメラボディ１０１に着脱可能な交換レンズであ
る。１５２は光軸方向の進退によりフォーカシングを行
うフォーカシングレンズ群、１５３は同じく光軸方向の
進退によりズーミングを行うズーミングレンズ群、１５
４は上記レンズ群１５２および１５３とともに所定の結
像作用をなすリレーレンズ群である。これらレンズ群１
５２、１５３、１５４を合わせて撮像光学系が構成され
る。１５５は撮像光学系の入射光束を規制する絞り、１
５６は絞り１５５を駆動するアクチュエータである。

【００１５】１６１はレンズ内マイコンで、カメラ内マ
イコン１０２と同じくＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａ
変換機能を有する１チップマイコンである。レンズ内マ
イコン１６１はカメラ内マイコン１０２から信号ライン
ＤＣＬを介して送られてくる命令に従い、後述するフォ
ーカスアクチュエータ、ズームアクチュエータ及び上述
のアクチュエータの駆動制御を行う。またレンズの各種
動作状況やレンズ固有のパラメータを信号ラインＤＬＣ
を介してカメラ内マイコン１０２へ送信する。

【００１６】１６２はフォーカシングレンズ１５２の進
退駆動を行うフォーカスアクチュエータ、１６３はフォ
ーカシングレンズ１５２の位置情報、すなわち被写体距
離情報を検知するフォーカスエンコーダである。１６４
はズーミングレンズ１５３の進退駆動を行うズームアク
チュエータ、１６５はズーミングレンズ１５３の位置情
報、すなわち焦点距離情報を検知するズームエンコーダ
である。以上の構成により交換レンズ１５１は被写体Ｏ
ＢＪの像をカメラの撮像素子１１１上に形成し、カメラ
からの制御命令に基づいてフォーカシングズーミング及
び入射光量制御を行う。

【００１７】次に撮影準備前の焦点検出時の光ＯＢＪの
結像状態について説明する。被写体ＯＢＪからの光束は
結像光学系を構成する各レンズ群１５２、１５３、１５
４及び絞り１５５を通過し、第１ミラー１３１、第２ミ
ラー１３２で反射して第１の結像面上に第１の１次像Ｉ
Ｍ１として結像される。その後、上記光束は第３ミラー
１３３で反射した後に２次結像レンズ１３７で瞳分割及
び再結像され、第４ミラー１３４で反射した後に、撮像
素子１１１の受光面上に１対の２次像ＩＭＡ、ＩＭＢと
して投影される。

【００１８】図２は撮像素子１１１における上記２次像
の結像状態を示す図である。１１２は撮像素子１１１上
の受光部で、ｍ×ｎ個の受光ピクセル及びこのピクセル
に蓄積された電荷を転送する電荷転送部（垂直転送ＣＣ
Ｄ）からなる。１１３は水平転送ＣＣＤで、受光部１１
２内の垂直転送ＣＣＤにより矢印ＴＲＶ方向に転送され
た電荷を格納し、矢印ＴＲＨ方向に転送して信号出力部
１１４から撮像信号を撮像素子ドライバ１０５に出力す
る。受光部１１２上の２つの領域ＡＲＡ、ＡＲＢは図１
の２次結像レンズ１３７により投影された視野マスク１
３６の像で、これらの領域ＡＲＡ、ＡＲＢ内には第１の
１次像ＩＭ１の２次像ＩＭＡ、ＩＭＢが形成されてい
る。そして撮像光学系が被写体ＯＢＪに対して合焦状態
にある時、これらの２像ＩＭＡ、ＩＭＢの相対間隔はＶ
₀ になっているものとする。

【００１９】図３は撮像光学系が被写体ＯＢＪに対して
合焦状態にある時の、撮像素子１１１における上記２次
像の結像状態を示す図である。この場合、１対の２次像
ＩＭＡ、ＩＭＢの相対間隔はＶ₁ （≠Ｖ₀ ）になってい
る。そこで、カメラボディ１０１の撮影準備スイッチ１
２１がオン操作されると、受光部１１２の蓄積電荷が読
み出されて、そのＡ／Ｄ変換値がカメラ内マイコン１０
２に送信される。そして公知の相関演算アルゴリズムに
従い、上記２像の相対間隔Ｖ₁ を演算し、Ｖ₀ と差、す
なわちΔＶ（＝Ｖ₁ −Ｖ₀ ）を求めることにより、焦点
検出されている被写体ＯＢＪのデフォーカス量を検出で
きる。このデフォーカス量を交換レンズ１５１に送信
し、フォーカシングレンズ１５２を駆動することによ
り、自動焦点調節動作が行われる。

【００２０】図４は、上記自動焦点調節動作が完了した
後にカメラボディ１０１の撮影スイッチ１２２がオン操
作され、撮影状態になった時のカメラの構成図である。
撮影スイッチ１２２がオンされるとクイックリターンア
クチュエータ１３９により、可動ミラーユニット１３８
が撮影光路外（同図において上方）に退避する。すると
撮像光学系による１次像ＩＭ３が撮像素子１１１上に形
成される。

【００２１】図５は上記撮影時の撮像素子１１１におけ
る被写体像の結像状態を示す図である。被写体ＯＢＪの
１次像ＩＭ３が受光部１１２上に投影されている。従っ
て、この状態では像信号を取り込み、カメラボディ１０
１の画像メモリ１０６に記録することにより撮像が行わ
れる。

【００２２】図６、図７は本発明の実施の第１の形態に
おけるカメラボディ１０１及び交換レンズ１５１におい
て、焦点検出、焦点調節及び撮影操作を行う場合のマイ
コン１０２、１６１の制御フローを示すフローチャート
である。まず、前述の図１を参照にしながら図６を用い
て、カメラ内マイコン１０２の制御フローを説明する。
カメラボディ１０１のメインスイッチ１２０がオンされ
ると、カメラ内マイコン１０２はスリープ状態から脱
し、ステップ（１０１）からステップ（１０２）へ進
む。ステップ（１０２）においては、カメラボディ１０
１内の各スイッチ１２１〜１２４の状態検知を行う。

【００２３】ステップ（１０３）では、リレーズボタン
の第１段階押下によりオンとなる撮影準備スイッチ１２
１（ＳＷ１）の状態検知を行い、このスイッチ１２１が
オフの時にはステップ（１０２）へ戻る。このスイッチ
１２１がオンになったらステップ（１０４）へ進む。ス
テップ（１０４）では交換レンズ１５１のレンズ内マイ
コン１６１に対し、レリーズ準備動作を実行する旨を通
信する。ステップ（１０５）ではレンズ内マイコン１６
１と、パラメータ通信を行う。これはレンズの開放Ｆナ
ンバー、焦点距離、フォーカシング敏感度等のレンズ固
有情報をカメラに伝達する通信である。ステップ（１０
６）では撮像素子１１１を駆動し、画像信号を取得す
る。ステップ（１０７）では上記ステップ（１０６）で
取得した画像信号の処理を行う。具体的には、画像信号
のＡ／Ｄ変換、ホワイトバランス、γ補正等の処理を行
う。ステップ（１０８）では上記ステップ（１０７）で
演算処理した画像信号から被写体輝度情報を演算し、所
定の露出制御プログラム線図に沿って、絞り１５５の絞
り込み制御値と撮像素子１１１の露光時間（電荷蓄積時
間）の演算を行う。

【００２４】ステップ（１０９）ではＡＦモードスイッ
チ１２３の設定を判別し、自動合焦（ＡＦ）モードか否
かの判定を行う。そしてＡＦモードでなければステップ
（１１２）へジャンプし、ＡＦモードであればステップ
（１１０）ヘ進む。ステップ（１１０）では図３に示し
たように、２つの２次像ＩＭＡ、ＩＭＢの相対間隔から
被写体のデフォーカス量を演算する。ステップ（１１
１）では上記ステップ（１１０）で演算したデフォーカ
ス量をレンズ内マイコン１６１に送信する。ステップ
（１１２）では撮影スイッチ１２２の状態判別を行い、
このスイッチ１２２がオフならステップ（１０２）へ戻
り、ステップ（１０２）〜ステップ（１１１）を繰り返
し実行する。ステップ（１１２）において撮影スイッチ
１２２がオンと判別されると、レリーズ操作されたと判
断して、ステップ（１２１）へ移行する。

【００２５】ステップ（１２１）ではレンズ内マイコン
１６１に対し、レリーズ動作に移る旨の通信を行う。ス
テップ（１２２）ではレンズ内マイコン１６１に対し、
ステップ（１０６）で演算した絞り制御値を送信する。
ステップ（１２３）では可動ミラーユニット１３８を図
１の撮影光路中配置から、図４の撮影光路外に退避させ
る駆動を行う。

【００２６】ステップ（１２４）では撮影のための撮像
素子の電荷蓄積・電荷転送等の制御を行う。ステップ
（１２５）では前述のステップ（１０７）と同様、上記
ステップ（１２４）で取得した画像信号の処理を行う。
具体的には、画像信号のＡ／Ｄ変換、ホワイトバラン
ス、γ補正、及び圧縮等の処理を行う。ステップ（１２
６）では上記ステップ（１２５）で演算処理した信号を
画像メモリ１０６に記録保存する。ステップ（１２７）
では退避していた可動ミラーユニット１３８を、撮影光
路内に復帰駆動する。ステップ（１２８）ではレンズ内
マイコン１６１に対し、絞り１５５の復帰命令を送信す
る。ステップ（１２９）ではステップ（１２６）で記録
した画像を表示器１０４に表示し、撮影者に対して撮影
済み画像を確認させる。以上で撮影動作が終了し、ステ
ップ（１０２）へ戻る。

【００２７】図７はレンズ内マイコン１６１の制御を示
すフローチャートである。図７において、カメラ側のメ
インスイッチ１２０のオンにより、交換レンズ側にも電
源が供給され、ステップ（１５１）からステップ（１５
２）に移る。ここではカメラからの通信を待つスリープ
状態にあり、通信が来なければステップ（１５２）にと
どまる。図６のステップ（１０４）に対応するレリーズ
準備通信をカメラ内マイコン１０２より受信すると、ス
テップ（１５２）からステップ（１５３）へ移行する。
ステップ（１５３）ではレンズ内マイコン１６１はフォ
ーカスエンコーダ１６３、ズームエンコーダ１６５の状
態検知を行いレンズが現在どのような状態にあるのかを
判断する。ステップ（１５４）では上記ステップ（１５
３）で検知したレンズ状態を基に、図６のステップ（１
０５）に対応するパラメータ通信を行う。

【００２８】ステップ（１５５）では図６のステップ
（１１１）に対応するデフォーカス量の受信を行う。ス
テップ（１５６）では上記ステップ（１５５）で受信し
たデフォーカス量と、ステップ（１５３）で検知したレ
ンズ状態とを基に、フォーカスレンズ駆動量を演算す
る。ステップ（１５７）では上記ステップ（１５６）で
演算したフォーカスレンズ駆動量を基にフォーカスレン
ズを駆動し、合焦動作させる。ステップ（１５８）で
は、図６のステップ（１２１）に対応するレリーズ割り
込みがあるか否かの判定を行う。そしてレリーズ割り込
みがなければ、ステップ（１５２）へ戻る。一方レリー
ズ割り込みが発生すると、ステップ（１５８）からステ
ップ（１７１）へ移行する。

【００２９】ステップ（１７１）ではフォーカスレンズ
の駆動を停止する。ステップ（１７２）ではカメラ内マ
イコン１０２より絞り制御値を受信する。ステップ（１
７３）では上記ステップ（１７２）で受信した絞り制御
値に従って、絞りアクチュエータ１５６を駆動する。そ
してカメラ側で撮影が行われる。カメラの撮影動作が終
了すると、ステップ（１７４）で絞り復帰命令を受信す
る。ステップ（１７５）では上記命令に従って絞りを開
放に復帰させる。以上でレンズ側の撮影動作が終了し、
ステップ（１５２）へ戻る。

【００３０】以上のフローによるカメラ及びレンズの動
作を改めて概説する。撮影準備段階では、撮影光束は図
１のごとく焦点検出光学系を介して撮像素子１１１上に
分割投影されている。そして撮影者によってメインスイ
ッチ１２０及び撮影準備スイッチ１２１がオンされる
と、カメラは図３のように、撮像素子１１１上に撮影さ
れた１対の２次像の相対間隔から被写体のデフォーカス
量を演算し、交換レンズ１５１に送信する。すると交換
レンズ１５１は上記デフォーカス量に従ってフォーカシ
ングレンズを駆動し、合焦動作が行われる。続いて撮影
スイッチ１２２がオン操作されると、図４のように、可
動ミラーユニット１３８が撮影光束外に退避し、撮像素
子１１１上には図５に示すように焦点の合った被写体像
が投影され、カメラはこの被写体像を取得し画像メモリ
１０６に記録保存する。

【００３１】上記第１の実施の形態によれば、 焦点検出用の新たな光電センサを設けることなく、か
つ撮影レンズを通過した光束を用いて焦点検出及び焦点
調節が行えるため、安価・小型・高精度の自動合焦カメ
ラを実現できる。 撮像光学系の最終レンズ群の後方に焦点検出光学モジ
ュールを配するため、バックフォーカスの長い一眼レフ
カメラタイプのディジタルスチルカメに適する。 撮影光束の一部をビームスプリッタで分割して光学フ
ァインダ系に導いているため、高品位の光学式ファイン
ダを得ることができ、被写体像の焦点状態を正確に視認
できる。という効果が得られる。

【００３２】（第２の実施の形態）上記第１の実施の形
態では、１対の２次像を撮影画面の上下方向に分割配置
していたが、以下に示す第２の実施の形態は、１対の２
次像を撮影画面の左右方向に並置し、かつ上下方向には
光軸に対してオフセットするように光学系を構成したも
のである。図８は第２の実施の形態による焦点検出光学
系の一部を展開した斜視図、図９は撮像素子１１１にお
ける上記２次像の配置状態を示す平面図である。以下、
構成及び動作について説明する。

【００３３】図８は、図１における焦点検出モジュール
１３０内の視野マスク１３６から撮像素子１１１に至る
光学系のうち、第３ミラー１３３及び第４ミラー１３４
を省略して光学系を直線状に展開し、これに本実施の形
態による変更を加えたものである。図８において、フィ
ールドレンズ１３５、視野マスク１３６と撮像素子１１
１との間には、１対の２次結像レンズ２３７が水平軸方
向、すなわち撮影画面の左右方向に配置される。そして
２つの２次結像レンズを結ぶ中心点は光軸Ｃに対して下
方向にＯＦＳだけオフセットしている。従って２次結像
レンズ２３７による視野マスク１３６の投影像は、撮像
素子１１１の受光部１１２において、下方向にオフセッ
トした領域ＡＲＣ、ＡＲＤとなる。なお、図８に示した
要素以外の各要素は図１に示した第１の実施の形態の各
要素と同一である。

【００３４】図９は、上記図８の構成における撮像素子
１１１上の像の配置を示したものである。受光部１１２
上には視野マスク１３６の像ＡＲＣ、ＡＲＤが投影さ
れ、その中には被写体ＯＢＪの２次像ＩＭＣ、ＩＭＤが
形成される。ここで、被写体が合焦状態にある時の２像
の相対間隔をＨ₀ とし、非合焦時の像間隔を測定して上
記間隔Ｈ₀ と比較すれば、被写体ＯＢＪのデフォーカス
量が検出できる。

【００３５】一方、図９において、１対の２次像投影エ
リアＡＲＣ、ＡＲＤは受光部１１２の下方向、すなわち
受光部内の垂直転送ＣＣＤの転送方向の出口に近い側に
配置されているため、受光部１１２の下半分の画像信号
を読み出せば、焦点検出が可能である。すなわち受光部
１１２の上半分の画像信号は読み出さずに捨てても構わ
ない。従って一回の焦点検出サイクルにおいて、画像信
号を読み出し時間が短縮される。なお、本実施の形態の
カメラ及び交換レンズの制御フローは、図６及び図７に
示した第１の実施の形態による制御フローと同一のため
省略する。

【００３６】上記第２の実施の形態によれば、第１の実
施の形態の効果〜のほかに、 焦点検出のための画像信号読み出し時間が短縮される
ため、焦点検出動作或いは自動焦点調節動作をより高速
化できる。という効果が得られる。

【００３７】（第３の実施の形態）上記第１及び第２の
実施の形態では、１対の２次像により焦点検出していた
が、以下に示す第３の実施の形態は、２対の２次像を形
成して焦点検出するように光学系を構成したものであ
る。図１０は第３実施の形態の焦点検出光学系の一部を
展開した斜視図、図１１は撮像素子１１１における上記
２次像の配置状態を示す平面図である。以下、構成を及
び動作について説明する。

【００３８】図１０においてフィールドレンズ１３５、
視野マスク１３６と撮像素子１１１との間には、２対の
２次結像レンズ３３７が配置される。従ってこの２次結
像レンズ３３７による視野マスク１３６の投影像は、撮
像素子１１１の受光部１１２において、４つの領域ＡＲ
Ａ、ＡＲＢ、ＡＲＣ、ＡＲＤとなる。なお、図１０に示
した要素以外の各要素は図１に示した第１の実施の形態
の各要素と同一である。

【００３９】図１１は、上記図１０の構成における撮像
素子１１１上の像の配置を示したものである。受光部１
１２上には視野マスク１３６の像ＡＲＡ、ＡＲＢ、ＡＲ
Ｃ、ＡＲＤが投影され、その中には被写体ＯＢＪの２次
像ＩＭＡ、ＩＭＢ、ＩＭＣ、ＩＭＤが形成される。ここ
で被写体が合焦状態にある時の２像ＩＭＡ、ＩＭＢの相
対間隔をＶ₀ 、他の２像ＩＭＣ、ＩＭＤの相対間隔をＨ
₀ とする。そこで非合焦時の像間を測定して上記間隔Ｖ
₀ 及びＨ₀ と比較すれば、被写体ＯＢＪのデフォーカス
量を検出できる。なお、本実施の形態のカメラ及び交換
レンズの制御フローは、図６及び図７において被写体像
のデフォーカス量を検出する演算が２組用意されている
ところが異なるが、他のステップの処理は同一であるた
め省略する。

【００４０】上記第３の実施の形態によれば、前記〜
の効果のほかに、 被写体ＯＢＪの上下及び左右後方の像ずれに基づいて
焦点検出するため、焦点検出精度をより高めることがで
きる。という効果が得られる。

【００４１】（第４の実施の形態）前記第１〜第３の実
施の形態では、焦点検出用の２次結像光学系に光束折り
曲げ用ミラーを用いていた。以下に示す第４の実施の形
態は、ミラーの代わりに縮小レンズを用いたものであ
る。図１２〜図１７は第４の実施の形態に関する図であ
る。図１２は、本実施の形態による撮像装置の構成図
で、焦点検出時の状態を示す。本実施の形態では、図１
の第１実施の形態における焦点検出モジュール１３０
が、焦点検出モジュール４３０に置き換わっている。ま
たペンタプリズム等で構成される光学式ファインダが省
略されているが、その他の部分の構成は図１と同一であ
る。以下、構成及び動作を説明する。

【００４２】図１２において、焦点検出モジュール４３
０内には縮小レンズ４３１、視野マスク４３６、フィー
ルドレンズ４３５、２次結像レンズ４３７が配置され
る。そして交換レンズ１５１の絞り１５５と２次結像レ
ンズ４３７の入射瞳はフィールドレンズ４３５により投
影関係にある。また、焦点検出モジュール４３０を投影
光束内外に進退させるクイックリターンアクチュエータ
４３９が設けられている。

【００４３】上記構成において、被写体ＯＢＪの像はレ
ンズ群１５２〜１５４及び絞り１５５で構成される撮像
光学系及び上述の縮小レンズ４３１を介して、フィール
ドレンズ４３５内の１次結像面に１次像ＩＭ４として結
像される。ただし上記ＩＭ４は、縮小レンズ４３１を介
しているために、第１の実施の形態の１次像ＩＭ１或い
はＩＭ２とは大きさが異なる。一方、上記１次像ＩＭ４
は２次結像レンズ４３７によって瞳分割及び再結像さ
れ、その２次結像画さ素子１１１上にＩＭＡ、ＩＭＢと
して投影される。

【００４４】図１３は撮像素子１１１における上記２次
結像の結像状態を示す図である。本実施の形態では、第
１実施の形態と同様に２像の相対間隔基準値Ｖ₀ に対す
る像の間隔変化により、被写体ＯＢＪのデフォーカス量
を検出する。

【００４５】図１４は焦点検出時の表示器４０４の表示
状態を示す図である。本実施の形態では、被写体を観察
する光学式ファインダがない。このため、図１３の撮像
素子１１１上に投影された１対の２次像の片方、例えば
ＩＭＢを拡大処理してＩＭＢＬとして表示器４０４に表
示し、撮影者に対して撮影領域の構図確認と焦点状態確
認とを可能にしている。

【００４６】図１５は、自動焦点調節動作が完了した後
にカメラボディ４０１の撮影スイッチ１２２がオン操作
され、撮影状態になった時のカメラの構成図である。撮
影スイッチ１２２がオンされるとクイックリターンアク
チュエータ４３９により、焦点検出モジュール４３０全
体が撮影光路外（同図において上方）に退避する。する
と撮像光学系による１次像ＩＭ３が撮像素子１１１上に
結像する。

【００４７】図１６は上記撮影時の、撮像素子１１１に
おける被写体像の結像状態を示す図である。第１の実施
の形態と同じく被写体ＯＢＪの１次像ＩＭ３が受光部１
１２上に投影されている。従って、この状態で像信号を
取り込み、カメラボディ４０１の画像メモリ１０６に記
録することにより撮像が行われる。

【００４８】図１７は本実施の形態におけるカメラ内マ
イコン４０２の制御フローを示すフローチャートであ
る。このフローチャートは図６のフローに対し、焦点検
出時のファインダ観察画像の表示動作が追加された所の
みが異なる。カメラボディ４０１のメインスイッチ１２
０及び撮影準備スイッチ１２１がオンされると、カメラ
内マイコン４０２はスリープ状態から脱し、ステップ
（４０１）からステップ（４０４）へ進む。ステップ
（４０４）では交換レンズ１５１のレンズ内マイコン１
６１に対し、レリーズ準備動作を実行する旨を通信し、
ステップ（４０５）ではレンズ内マイコン１６１と、パ
ラメータ通信を行う。

【００４９】ステップ（４０６）では撮像素子１１１を
駆動し、画像信号を取得する。ステップ（４０７）では
上記ステップ（４０６）で取得した画像信号の処理を行
う。具体的には、画像信号のＡ／Ｄ変換、ホワイトバラ
ンス、γ補正等の処理を行う。ステップ（４０８）では
表示器４０４に表示すべき像、すなわち図１３の領域Ａ
ＲＢ内の画像を拡大し、その後、この画像の中心を回転
軸として１８０度の回転処理を行う。これは撮像時に対
して焦点検出時には像の天地が逆になっているためであ
る。ステップ（４０９）では上記ステップ（４０８）で
得た観察用の画像を表示器４０４に表示する。ステップ
（４１０）では上記ステップ（４０７）で演算処理した
画像信号から被写体輝度情報を演算し、所定の露出制御
プログラム線図に従って、絞り１５５の絞り込み制御値
と撮像素子１１１の露光時間（電荷蓄積時間）の演算を
行う。ステップ（４１１）ではＡＦモードスイッチ１２
３の設定を判別し、自動合焦（ＡＦ）モードか否かの判
定を行い、ＡＦモードでなければステップ（４１４）へ
ジャンプし、ＡＦモードであればステップ（４１２）へ
進む。

【００５０】ステップ（４１２）では図１３に示したよ
うに、２つの２次像の相対間隔から被写体のデフォーカ
ス量を演算する。ステップ（４１３）では上記ステップ
（４１２）で演算したデフォーカス量をレンズ内マイコ
ン１６１に送信する。ステップ（４１４）では撮影スイ
ッチ１２２の状態判別を行い、このスイッチ１２２がオ
フならステップ（４０２）へ戻り、オンと判別される
と、レリーズ操作されたと判断してステップ（４２１）
へ移行する。ステップ（４２１）〜（４２９）のレリー
ズシーケンスは図６のステップ（１２１）〜（１２９）
の処理と同一のため説明は省略する。また交換レンズ１
５１の制御フローも図７の第１の実施の形態のフローと
同一であるため説明は省略する。

【００５１】以上のフローによるカメラ及びレンズ動作
を改めて概説する。撮影準備段階では、撮影光束は図１
２のように焦点検出モジュール４３０を介して撮像素子
１１１上に分割投影されている。そして撮影者によって
メインスイッチ１２０及び撮影準備スイッチ１２１がオ
ンされると、カメラは図１３のように撮像素子１１１上
に投影された１対の２次像のうち、片方の像を拡大処理
して図１４のように表示器４０４に表示する。ついで上
記２次像の相対間隔から被写体のデフォーカス量を演算
し、交換レンズ１５１に送信する。すると交換レンズは
上記デフォーカス量に従ってフォーカシングレンズを駆
動し、合焦動作が行われる。続いて撮影スイッチ１２２
がオン操作されると、図１５のように焦点検出モジュー
ル４３０が撮影光束外に退避し、撮像素子１１１上には
図１６に示すように焦点の合った被写体像が投影され、
カメラは該像を取得し画像メモリ１０６に記録保存す
る。

【００５２】上記第４の実施の形態によれば、前記第１
の実施の形態による効果のほかに、 焦点検出モジュール４３０において、光路折り返しミ
ラーが不要になり、このモジュールを小型・簡単に構成
できる。 焦点検出用画像をモニタ画像表示器に表示するため、
光学式ファインダが不要で機器を小型・安価に構成でき
る。という効果が得られる。

【００５３】（第５の実施の形態）上記第４の実施の形
態では、焦点検出用光学系内に縮小レンズを用いていた
が、以下に示す第５の実施の形態では、焦点検出用光学
系内に縮小レンズを用いず、代わりに撮影時にリレーレ
ンズを挿入する構成となっている。図１８、図１９は第
５の実施の形態に関する図である。図１８は本実施の形
態の撮像装置の構成図で、焦点検出時の状態を示す。本
実施の形態では図１２の焦点検出モジュール４３０が焦
点検出モジュール５３０に置き換わり、リレーレンズモ
ジュール５４０が追加されている。また交換レンズ５５
１内の結像光学系の最後部にはレンズ５３１が追加され
ている。その他の部分の構成は図１２と同一である。

【００５４】図１８において、焦点検出モジュール５３
０内には視野マスク５３６、フィールドレンズ５３５、
２次結像レンズ５３７が配置される。そして交換レンズ
５５１の絞り１５５と２次結像レンズ５３７の入射瞳は
フィールドレンズ５３５により投影関係にある。５４０
はリレーレンズモジュールで、凹レンズのリレーレンズ
５４１が内蔵されている。５３９は焦点検出モジュール
５３０とリレーレンズモジュール５４０の撮影光束内で
の位置を反転させるクイックリターンアクチュエータで
ある。

【００５５】上記構成において、被写体ＯＢＪの像は、
１５２、１５３、１５４、５３１で構成される撮像光学
系を介してフィールドレンズ５３５内の１次結像画に１
次像ＩＭ５として結像される。上記像ＩＭ５は、第４の
実施の形態の像ＩＭ４とほぼ同一になるように構成され
ている。一方、上記１次像ＩＭ５は２次結像レンズ５３
７によって瞳分割および再結像され、その２次像が撮像
素子１１１上にＩＭＡ、ＩＭＢとして投影される。この
時の投影像は図１３の場合と同一である。また表示器５
０４に表示される観察用の像も、図１４と同様になる。

【００５６】図１９は、自動焦点調節動作が完了した後
にカメラボディ５０１の撮影スイッチ１２２がオン操作
され、撮影状態になった時のカメラの構成図である。撮
影スイッチ１２２がオンされると、クイックリターンア
クチュエータ５３９により、焦点検出モジュール５３０
全体が撮影光路外（同図において上方）に待避する。そ
してその代わりにリレーレンズモジュール５４０が撮影
光路中に侵入する。すると交換レンズ５５１内の撮像光
学系及びカメラボディ５０１内のリレーレンズ５４１を
介して結像した１次像ＩＭ３が撮像素子１１１上に形成
される。この時の結像状態は図１６に示した１次像と同
一である。従って、この状態で像信号を取り込み、カメ
ラボディ５０１の画像メモリ１０６に記録することによ
り撮像が行われる。尚、本実施の形態の制御フローは第
４の実施の形態のものと同一のため省略する。

【００５７】上記第５の実施の形態によれば、前記第１
の実施の形態による効果と第４の実施の形態による
効果のほかに、 撮影時に進退するリレーレンズ５４１を用いるため、
光学設計上の自由度が増し、光学系を小型・高性能にで
きる。 焦点検出モジュール５３０の光学構成が簡素になり、
このモジュールの光学収差が低減できて焦点検出精度が
向上する。という効果が得られる。

【００５８】尚、前記第４或いは第５の実施の形態に第
２或いは第３の焦点検出光学系を適用してもよい。ま
た、前記第４或いは第５の実施の形態の焦点検出モジュ
ールの前方にハーフミラーを配置して撮影光束の一部を
取り出し、光学ファインダに導くようにしてもよい。さ
らにレンズ交換式に限定されず、レンズ一体型の撮像装
置に適用してもよい。

【００５９】

【発明の効果】以上説明したように、第１、１２の発明
によれば、１つの光電変換手段でＴＴＬの焦点検出と撮
像とを行うことができるため、焦点検出用に高価な光電
変換手段を新たに用いる必要がなく、小型・安価な撮像
装置を提供することができる。また、同一の結像光学系
を用いて焦点調節用の粗い画像と撮像用の高画質画像と
を得ることができる。

【００６０】また、第２の発明によれば、ＴＴＬ（Thro
ugh The Taking Lens ）２次結像位相差検出方式で結像
光学系の焦点状態を検出するため、焦点ずれ量が大きい
場合にも短時間で正確な焦点検出を行うことができる。
また、第３の発明によれば、小さな空間に所定の光路長
を有する焦点検出光学系を収容できるため、撮像装置を
小型化することができる。また、第４の発明によれば、
ＴＴＬの光学ファインダにより被写界の撮影領域や被写
体像の焦点状態を正確に視認できるため、撮影の失敗を
防ぐことができる。また、第５の発明によれば、小さな
空間に所定の光路長を有する焦点検出光学系を収容でき
るため、撮像装置を小型化することができると共に、広
い焦点検出範囲を得ることができる。

【００６１】また、第６の発明によれば、焦点検出動作
から撮像動作への移行を速やかに行うことができ、これ
によって短時間で焦点調節及び撮像動作を行うことがで
き、シャッターチャンスを逃すことを防ぐことができ
る。また、第７の発明によれば、光学的なファインダが
なくても焦点検出中の被写体像の焦点状態や撮像時の被
写体像を電子的な画像として視認できるため、撮影の失
敗を防ぐことができる。また、第８の発明によれば、撮
像前に投影された粗い画像でＴＴＬの焦点検出を行い、
その結果を基に自動焦点調節を短時間に高精度で行って
被写体像を合焦させることができ、その後、焦点の合っ
た高精細画像を取得することができる。

【００６２】また、第９の発明によれば、異なる光学特
性で結像された同一被写体に対する正規の被写体像と縮
小投影された被写体像との大きさを揃えて表示すること
ができ、これによって縮小画像の視認製が向上する。ま
た、第１０の発明によれば、１つの撮像手段で焦点検出
用の画像と撮像用画像の両方を簡単な構成で得ることが
できる。また、第１１の発明によれば、光電変換手段の
受光領域の一部に１成された小さな像信号のみを短時間
で読み出して第１の被写体像を取得することができると
共に、光電変換手段の受光領域の像信号全体を読み出し
て第２の被写体像を取得することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態による撮像装置にお
ける焦点検出時の構成図である。

【図２】第１の実施の形態における焦点検出の際の合焦
時の被写体像の結像を示す構成図である。

【図３】第１の実施の形態における焦点検出の際の非合
焦時の被写体像の結像を示す構成図である。

【図４】第１の実施の形態の撮像装置における撮像時の
構成図である。

【図５】第１の実施の形態における撮像時の被写体像の
結像を示す構成図である。

【図６】第１の実施の形態におけるカメラの制御フロー
図である。

【図７】第１の実施の形態におけるレンズの制御フロー
図である。

【図８】本発明の第２の実施の形態における焦点検出光
学系の一部を示す構成図である。

【図９】第２の実施の形態における焦点検出の際の合焦
時の被写体像の結像を示す構成図である。

【図１０】本発明の第３の実施の形態における焦点検出
光学系の一部を示す構成図である。

【図１１】第３の実施の形態における焦点検出の際の合
焦時の被写体像の結像を示す構成図である。

【図１２】本発明の第４の実施の形態による撮像装置に
おける焦点検出時の構成図である。

【図１３】第４の実施の形態における焦点検出の際の合
焦時の被写体像の結像を示す構成図である。

【図１４】第４の実施の形態における焦点検出時の表示
器の表示状態を説明するための構成図である。

【図１５】第４の実施の形態による撮像装置における撮
像時の構成図である。

【図１６】第４の実施の形態における撮像時の被写体像
の結像を示す構成図である。

【図１７】本発明の第４の実施の形態におけるカメラの
制御フロー図である。

【図１８】本発明の第５の実施の形態による撮像装置に
おける焦点検出時の構成図である。

【図１９】本発明の第５の実施の形態による撮像装置に
おける撮像時の構成図である。

【符号の説明】

１０１、４０１、５０１ カメラボディ １０２、４０２、５０２ カメラ内マイコン １０４、４０４、５０４ 表示器 １１１ 撮像素子 １２１ 撮影準備スイッチ １２２ 撮影スイッチ １３０、４３０、５３０ 焦点検出モジュール １３９、４３９、５３９ クイックリターンアクチュエ
ータ ５４０ リレーレンズモジュール １５１、５５１ 交換レンズ ＩＭ１、ＩＭ２、ＩＭ３、ＩＭ４、ＩＭ５ １次像 ＩＭＡ、ＩＭＢ、ＩＭＣ、ＩＭＤ ２次像

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 結像光学系を通じて得られる被写体像を
   光電変換する光電変換手段と、 上記結像光学系と光電変換手段との間に移動可能に配置
   され、第１の位置で上記光電変換手段上に第１の被写体
   像を形成し、第２の位置で上記光電変換手段上に第２の
   被写体像を形成する光路切換え手段と、 上記第１の被写体像を用いて上記結像光学系の焦点状態
   を検出する焦点検出手段と、 上記第２の被写体像を上記光電変換手段を用いて撮像す
   る撮像手段とを備えた撮像装置。
2. 【請求項２】 上記光路切換え手段は、被写体像を異な
   る瞳領域を通過させて得られる１対の光束から２次像を
   形成する２次結像位相差検出式の焦点検出光学系を含む
   ことを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
3. 【請求項３】 上記光路切換え手段は、結像光束を上記
   結像光学系と光電変換手段とを結ぶ結像光軸以外に折り
   返す第１ミラーと、折り返された光束を上記結像光軸上
   に戻す第２ミラーとを有することを特徴とする請求項１
   記載の撮像装置。
4. 【請求項４】 上記光路切換え手段は、結像光束を第１
   の方向と第２の方向に所定比で分割するビームスプリッ
   タを有するとともに、上記第２の方向に上記被写体像を
   観察するファインダ手段を有することを特徴とする請求
   項１記載の撮像装置。
5. 【請求項５】 上記光路切換え手段は、上記第１の位置
   と第２の位置とで上記結像光学系の結像パワーを異なら
   せるレンズ手段を有することを特徴とす請求項１記載の
   撮像装置。
6. 【請求項６】 レリーズ操作手段を設け、このレリーズ
   操作手段の第１の操作に応じて上記焦点検出手段を動作
   させ、第２の操作に応じて上記光路切換え手段を上記第
   １の位置から第２の位置へ切り換えることを特徴とする
   請求項１記載の撮像装置。
7. 【請求項７】 上記焦点検出時は上記第１の被写体像を
   表示し、上記撮像時は上記第２の被写体像を表示する表
   示手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の撮像装
   置。
8. 【請求項８】 上記焦点検出手段の検出結果に基づいて
   焦点調節を行うフォーカシング制御手段を設けたことを
   特徴とする請求項１記載の撮像装置。
9. 【請求項９】 上記光路切換え手段は、上記第１の位置
   で上記光電変換手段上に第１の倍率を有する上記第１の
   被写体像を形成し、上記第２の位置で上記光電変換手段
   上に第２の倍率を有する上記第２のの被写体像を形成す
   るようになされると共に、上記第１、第２の被写体像を
   選択的に表示する表示手段と、 上記表示手段に表示された第１、第２の被写体画像をほ
   ぼ同一の大きさに揃える画像倍率変更手段とを設けたこ
   とを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
10. 【請求項１０】 上記光路切換え手段は、上記第１の位
    置で上記光電変換手段上に複数の被写体を形成し、上記
    第２の位置で上記光電変換手段上に単一の被写体を形成
    するようになされていることを特徴とする請求項１記載
    の撮像装置。
11. 【請求項１１】 上記光路切換え手段は、上記第１の位
    置で上記光電変換手段の受光部の中心から変位した場所
    に上記第１の被写体像を形成し、上記第２の位置で上記
    光電変換手段の受光部の中心に上記第２の被写体像を形
    成するようになされていることを特徴とする請求項１記
    載の撮像装置。
12. 【請求項１２】 結像光学系を通じて得られる被写体像
    を光電変換手段を用いて光電変換する手順と、 上記結像光学系と光電変換手段との間に移動可能に配置
    された光路切換え手段を用い、その第１の位置で上記光
    電変換手段上に第１の被写体を形成し、第２の位置で上
    記光電変換手段上に第２の被写体像を形成する手順と、 上記第１の被写体像を用いて上記結像光学系の焦点状態
    を検出する手順と、 上記第２の被写体像を撮像する手順とを実行するための
    プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記憶
    媒体。