JP2009109792A - オートフォーカス装置及びこれを用いるカメラ - Google Patents

Abstract

【課題】ワブリング動作を少なくしてコントラストのピークを検出する。
【解決手段】撮影レンズ１２と撮像センサ１３との間に分光素子２４を出入り自在に配す。分光素子２４は平行平板２１の前面に全反射ミラー１１を背面にハーフミラー２３をもち、全反射ミラー１１の一部にスリット２２を設けた形態である。撮影レンズ１２を透過する被写体光をスリット２２から入射させ、平行平板２１の内面反射を利用して光路長差をもつ５つの被写体光２５〜２９に分光する。各被写体光２５〜２９は結像面１３ａの垂直にずれた測距エリア３０〜３４に個別に入射する。測距エリア３０〜３４に対応する範囲の画像信号の高域周波数成分から５のコントラスト値を同時に検出する。５つのコントラスト値からコントラストのピークを割り出して撮影レンズ１２の合焦位置を特定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光路長差を用いたコントラスト方式のオートフォーカス装置及びこれを用いるカメラに関するものである。

従来、電子カメラ等のオートフォーカス制御におけるコントラストＡＦ方式は、ＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像センサから得られる画像信号から高域周波数成分の信号を抽出し、抽出した信号に基づいてコントラストの高低を評価するＡＦ評価値を求めている。

コントラストＡＦ方式としては、レンズを無限遠から至近端に連続的に移動してＡＦ評価値を検出し、ＡＦ評価値の最大値に対応する位置（合焦位置）にレンズを駆動する全スキャン方式や、ＡＦ評価値の増加する方向にレンズを所定量駆動し、ＡＦ評価値の最大値（山の頂上）を検出する山登り方式が知られている。

しかしながら、前述した方式では、レンズを光軸の前又は後方向に微小に移動しながらコントラストのピークを検出するワブリング動作を行うため、レンズを合焦位置に直に移動することができないので合焦に時間がかかり、また、焦点変動が画面上で認識されてしまう欠点がある。

そこで、ワブリング動作を行うことなくフォーカス駆動をスムーズに行うようにした光路長差方式が知られている（特許文献１）。この方式では、光分割手段を用いて被写体光を第１及び第２の被写体光に分割し、第１及び第２の被写体光を個別に撮像する２つの撮像センサを設け、２つの撮像センサまでの光路長との中間の光路長の位置が最良結像位置となるように撮影レンズの合焦位置をフォーカス制御手段が制御し、フォーカス補正手段により２つの撮像センサのうち再生用の画像を取得するための撮像センサの位置が最良結像位置となるようにフォーカス位置を補正する。
特開２００５−６２２３７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の発明では、１回の測距で光路長差のある２つのコントラスト値しか検出することができないため、コントラストのピークを検出するためには、レンズを移動させながら複数回の測距が必要になる。また、高価な撮像センサを２つも用いるため、コスト高になる。

本発明は、斯かる実情に鑑み、合焦レンズを極力移動させないでコントラストのピークを迅速に検出することができるオートフォーカス装置及びこれを用いるカメラを提供することを目的とする。また、ローコストで提供することを第２の目的とする。

本発明では、撮影レンズを通る被写体光を撮像する撮像センサと；前記撮影レンズと前記撮像センサとの間に設けられており、前記撮影レンズの光軸に対して直交する方向にずれ、かつ、前記撮影レンズから前記撮像センサの結像面までの光路長が異なる少なくとも３つの被写体光に分光する分光素子と；前記少なくとも３つの被写体光が入射する結像面の各測距エリアから得られる画像信号の高周波成分を各々検出して少なくとも３つのコントラスト値を同時に検出する少なくとも３つのコントラスト検出手段と；前記コントラスト検出手段から同時に得られる少なくとも３つのコントラスト値に基づいてコントラストのピークを割り出して前記撮影レンズの合焦位置を特定する合焦位置特定手段と；前記撮影レンズを前記合焦位置に移動するフォーカス駆動手段と；を備えたものである。

撮像センサとしては、記録用の画像を取得するためのものであってもよい。この場合には、光学素子を撮影レンズの光軸上に出入り自在に設けて、移動手段によって撮像センサで記録用の画像を取得するときには分光素子を前記光軸上から退避させ、また、オートフォーカスを行うときは前記光軸上に挿入すればよい。

分光素子としては、スリットにより一部を露呈した状態で入射面に施されたマスク層と、射出面に設けられたハーフミラー層と、前記マスク層と前記ハーフミラー層との間に設けられ前記スリットから入射する被写体光を、前記マスク層と前記ハーフミラー層との間での内面反射の数に応じて光路長差をもつ少なくとも３つの被写体光に分光する平行平板と、で構成されているものでもよい。

ところで、分光素子で分光した少なくとも３つの被写体光は、内面反射を利用して作るため、光路長の長い方の被写体光は光量が低下する。そこで、結像面に入射する少なくとも３つの被写体光の光量が同じになるように、射出面のうちの各被写体光を透過する位置でハーフミラー層の反射率を変えて設けるのが好適である。

マスク層を全面反射ミラー層で作ることで、挿入位置のときにその全面反射ミラー層で被写体光を反射させることができる。これを利用してファインダー光学系を構成してもよい。

本発明によれば、１回の測距により少なくとも３点のコントラスト値を同時に得られるから、コントラストのピークを迅速に検出することができる。

本発明を用いた電子カメラ１０の要部は、図１及び図２に示すように、一眼レフタイプの構造、すなわち、シャッタボタンの半押し操作に応答して測距と測光とを行い、全押し操作に応答して跳ね上げ式のミラー１１を跳ね上げて撮影レンズ１２を通る被写体光を撮像センサ１３で撮像する。

ミラー１１は、軸１４を中心にして挿入位置と退避位置との間で回転自在に支持されており、移動機構１５から得られる駆動により回転される。このミラー１１は、通常は挿入位置にセットされており、挿入位置では、撮影光軸１６に対して略４５度になる姿勢になり、撮影レンズ１２を通過する被写体光を上方にあるファインダー用の焦点板１７に結像させる。焦点板１７に結像する被写体光は、ペンタプリズム（又はペンタダハミラー）１８で正立の像に再結像させ、接眼レンズ１９を通して再結像した像を接眼窓２０から視認する。退避位置のときには、撮影光軸１６上から退避して撮影レンズ１２を通る被写体光を撮像センサ１３の結像面１３ａに入射させる。

ミラー１１は、平行平面板（以下「平行平板」と称す）２１の前面（入射面）に全反射コーティングを施した全反射ミラーとなっている。全反射ミラー１１には、撮影範囲内の任意の位置に設定されるフォーカスエリアに対応する位置に、細幅横長のスリット２２が形成され、入射面２１ａの一部を露呈している。また、平行平板２１の射出面（後面）２１ｂには、ハーフミラー２３がコーティングされている。

これら全反射ミラー１１、スリット２２、平行平板２１、及び、ハーフミラー２３が本発明の分光素子２４を構成しており、少なくとも３つ以上の光路長差、本実施形態では５つの光路長差をもつ被写体光に分光する。

分光素子２４は、挿入位置のときにスリット２２から内部に入射する被写体光を、入射面２１ａで屈折させ、射出面２１ｂで第１反射光と第１透過光に分岐させる。第１透過光は、射出面２１ｂで屈折して外部に出て結像面１３ａに入射する第１被写体光２５を構成する。

第１反射光は、全反射ミラー１１のコーティングにより再び入射面２１ａで内面反射して射出面２１ｂに向かい、射出面２１ｂで第２反射光と第２透過に分岐する。第２透過光は、射出面２１ｂで屈折して外部に出て結像面１３ａに入射する第２被写体光２６を構成する。第２反射光は、再び入射面２１ａで内面反射して射出面２１ｂに向かい、射出面２１ｂで第３反射光と第３透過に分岐する。第３透過光は、射出面２１ｂで屈折して外部に出て結像面１３ａに入射する第３被写体光２７を構成する。以下、同様に内面反射により光路長差の異なる５つの被写体光２５〜２９が作られる。

第１〜第５被写体光２５〜２９は、図３に示すように、結像面１３ａのうちの垂直方向にずれた５つの測距エリア３０〜３４に各々入射する。５つの測距エリア３０〜３４は、下から順に第１被写体光２５が入射する第１測距エリア３０、第２被写体光２６が入射する第２測距エリア３１、第３被写体光２７が入射する第３測距エリア３２、第４被写体光２８が入射する第４測距エリア３３、及び、第５被写体光２９が入射する第５測距エリア３４となっている。そして、各測距エリア３０〜３４が重ならないようにスリット２２の幅が決められる。よって、各測距エリア３０〜３４のサイズは、スリット２２のサイズと、そのスリットの位置（姿勢）とで決まる。また、各測距エリア３０〜３４の垂直方向の間隔は、平行平板２１の厚みと傾斜角度とによって決まる。

第１〜第５測距エリア３０〜３４は、撮影光軸１６上に仮想的に表すと、図４に示すように、撮影レンズ１２の主点から結像面１３ａまでの光路長に対して内面反射の回数に比例して徐々に長くなる光路長差をもって配置されていることになる。なお、分光素子の挿入位置の姿勢としては、４５度の傾斜に限らず、任意の傾斜角にしてもよい。また、分光素子２４としては、平行平板２１に限らず、例えば撮影レンズ１２の球面収差を補正するように湾曲した面を平行にもつ光学部材を用いてもよい。

なお、前述した分光素子２４として、平面平板２１の入射面２１ａでの内面反射を全反射ミラー１１で行わせているが、入射面２１ａでの内面反射の作用を平行平板２１の内面反射（全反射）のみで行うようにしてもよい。この場合には、マスクの作用として全反射ミラー１１を平行平板２１の前面に設ける。そして、全反射ミラー１１と平行平板２１との間に空気層を設ければよい。空気層を設ける理由は、全反射ミラー１１で内面反射する光を利用しないためである。なお、この場合も全反射ミラー１１には、被写体光をファインダー光学系に反射する作用を持たせてもよい。

電子カメラ１０は、図５に示すように、撮影レンズ１２、絞り３６、メカシャッタ３７、撮像センサ１３、アナログ・フロントエンド（ＡＦＥ）３８、デジタル信号処理回路３９、ＡＦ回路４０、ＣＰＵ４１、ＴＧ４２、Ｖドライバ４３、圧縮伸長処理回路４４、記録部４５、ＬＣＤドライバ４６、ＬＣＤ４７、ＲＯＭ４８、測光回路４９、及び、操作部５０などで構成されている。操作部５０は、シャッタボタン、ズーム操作部、再生ボタンなどを含む。ＲＯＭ４８には、各種プログラムが予め記憶されている。測光回路４９は、ファインダー光学系内に内蔵されている。メカシャッタ３７は、分光素子２４と撮像センサ１３との間に配されており、通常は閉じておりシャッタボタンの半押し操作に応答して全開され、測距用の被写体光を撮像センサ１３に入射させる。なお、撮像センサ１３としては、ＣＣＤやＣＯＭＳを用いることができる。

撮影レンズ１２は、可動のレンズ群として、ピント合わせのために撮影光軸１６方向に移動される合焦用レンズ（群）１２ａや、像倍率（焦点距離）を変更するために撮影光軸１６方向に移動される変倍用レンズ（群）１２ｂ等が配置されている。また、絞り３６は、絞り値を変更するために開閉駆動される。これらの合焦用レンズ１２ａ、変倍用レンズ１２ｂ、絞り３６は、それぞれ合焦用モータ５５、変倍用モータ５６、絞り用モータ５７に連結されている。

各モータ５５〜５７は、それぞれドライバ５８〜６０に接続されており、ＣＰＵ４１から各ドライバ５８〜６０に駆動信号が与えられると、その駆動信号に応じた電圧又は電流により各モータ５５〜５７の駆動（回転速度と回転方向）が制御される。なお、図示していないが、メカシャッタ３７に対してもモータとドライバとが接続されており、ＣＰＵ４１によって駆動が制御される。また、合焦用レンズ１２ａ、変倍用レンズ１２ｂ、絞り３６の現在位置を示す位置情報がそれぞれ位置検出器からＡ／Ｄ変換器を介してＣＰＵ４１に送られている。

ＡＦＥ３８は、ＣＤＳ（相関二重サンプリング）６２、ＡＧＣ（自動ゲイン調整アンプ）６３、Ａ／Ｄ変換器６４からなり、撮像センサ１３から得られる画像信号は、ＡＦＥ３８でデジタル化されてＡＦ回路４０と、デジタル信号処理回路６５とに送られる。ＡＧＣ６３は、ゲイン量を可変でき、ＣＰＵ４１がＡＧＣのゲイン量を設定する。タイミングジェネレータ（ＴＧ）４２は、ＡＦＥ３８、及び、Ｖドライバ４３にパルスを供給して同期駆動させる。

シャッタボタンの半押し操作に応答してＡＦ回路４０は、画像信号を受け取る。ＡＦ回路４０は、５つの測距エリア３０〜３４のコントラスト値を得るために、５つの処理回路６６〜７０を持っている。処理回路６６〜７０は、撮像センサ１３から得られた画像信号（輝度信号）からその画像のコントラストの高低を示す焦点評価値を生成する回路である。これら処理回路６６〜７０は各画像信号に対する処理内容が一致しているため以下、処理回路６６についてのみ説明する。

処理回路６６は、デジタルフィルタ７１、ゲート回路７２、及び、加算回路７３で構成されている。デジタルフィルタ７１は、画像信号から高域周波数成分の信号のみを抽出する。ゲート回路７２は、ＣＰＵ４１からゲート開信号を受け取ることで、その抽出された高域周波数成分の信号から撮影範囲内に設定される所定のフォーカスエリア、この場合第１測距エリア３０に対応する信号が抽出される。加算回路７３は、ゲート回路７２により抽出された信号を、１画像分（インターレース方式の画像信号において１フィールド分）ごとに積算する。加算回路７３の積算によって得られた信号は、フォーカスエリア内の被写体に対する合焦の程度（コントラストの高低）を示す値であり、これらの値はピーク検出器７４に読み取られる。

ピーク検出器７４は、各処理回路６６〜７０から得られる５つのコントラスト値に基づいてコントラストのピーク値を割り出す。コントラストのピーク値が５つのコントラスト値のいずれかに該当する場合はそのコントラスト値をピーク値として扱えばよい。また、例えば、得られたコントラスト値の間にピーク値がある場合には、近似値曲線やピーク関数を用いたりして補間演算を行って間にあるピーク値を算出する。このピーク値に対応する合焦位置の情報がＣＰＵ４１に送られる。ＣＰＵ４１は、レンズ位置補正手段７５をもっており、レンズ位置補正手段７５は、合焦位置の情報に基づいて結像面１３ａの位置が合焦位置になるように合焦用レンズ１２ａの位置を補正するように合焦モータ用ドライバ５８を制御する。

ＣＰＵ４１は、測光回路４９により被写体輝度の情報を抽出し、その情報に基づいて絞り３６の調節を制御する。記録用に取り込んだ画像信号は、デジタル信号処理回路６５に入力される。デジタル信号処理回路６５には、Ｙ／Ｃ処理回路、オートホワイトバランス回路、及び、画像処理回路などが設けられており、ＲＡＭ７６に１フレーム分の画像データを記録し、再度読み出しながら処理を行う。Ｙ／Ｃ処理回路は、輝度信号と色差信号とを生成する。生成した輝度信号と色差信号とは、圧縮伸長処理回路４４に送られ、ここで所定の圧縮形式にエンコードされ、エンコードした画像データは記録部４５で一つのファイル形式としてカードメモリなどの記録媒体に記録される。

再生時には、記録部４５に記録した画像が圧縮伸長処理回路４４に送られ、ここで所定の伸張形式にデコードされ、デコードした画像データがＬＣＤドライバ４６に送られ、ここでＬＣＤ表示用の駆動信号に変換される。これにより、再生画像がＬＣＤ４７に表示される。このＬＣＤ４７の画面は、電子カメラ１０の外部、例えば背面に設けられている。

ピーク検出器７４は、図６に示すように、各処理回路６６〜７０から同時に得られる５つのコントラスト値に基づいてコントラストのピーク値を割り出す。ピーク値の割り出し方法としては、例えば、５つのコントラスト値に基づいて近似値曲線を作成し、その曲線からコントラストのピーク値を算出してもよいし、ピーク関数を用いてピーク値を求めてもよい。コントラスト値は、合焦位置に近いほど、輪郭のはっきりした像が得られ、高周波成分が多くなり、コントラスト値が高くなる。測距を行う前には、合焦用レンズ１２ａを予め決めた初期位置（例えば最至近位置又は無限遠位置、あるいはこれらの間の所定位置）にセットする。ここでは、５点のコントラスト値に基づいて近似値曲線を作成してコントラストのピーク値を特定している。このピーク値に対応するデフォーカス量（Ｘｄ）は、その時点での合焦用レンズ１２ａのレンズ位置に応じた合焦位置に対して、その時点の被写体に対する合焦位置が至近方向にデフォーカス量（Ｘｄ）だけズレていることを表している。そこで、合焦用レンズ１２ａのレンズ位置に対する合焦位置がデフォーカス量（Ｘｄ）だけ至近方向に向けて移動する量を算出してその分だけ合焦用レンズ１２ａを駆動すればその時点の被写体にピントが合う。

また、移動被写体に対しては、半押し操作を継続することで、例えば図６に記載したピーク値が至近又は無限遠のいずれか一方に移動する結果になるだけであるので、ピント合わせも迅速に継続することができる。また、高速に移動している被写体に対しては、ピーク値の移動量を割り出せば所定時間経過後の合焦位置を予測することもできる。

なお、図７に示すように、コントラストのピーク値を検出することができない場合には、傾斜した略直線になる。この傾きからピークの方向、すなわち、合焦用レンズ１２ａの移動方向を判定し、その方向に所定量だけ移動して再び測距動作を行えばよい。このように１回の測距動作で５個のコントラスト値が得られるので、コントラストのピークを迅速に得ることができ、従来技術と比較して合焦用レンズを駆動する動作を極力減らすことができるので、ＡＦ動作が高速になる。

ところで、分光素子２４の射出面２１ｂでの反射率、すなわちハーフミラー２３の反射率が一定の場合には、反射を繰り返すたびに光量が減衰していく。このため、撮像センサ１３に到達する光量は、第１測距エリア３０〜第５測距エリア３４に向けて徐々に少なくなってくる。そこで、反射位置ごとに反射率を変えることで、第１〜第５被写体光２５〜２９の光量を一定するのが好適である。

例えば、図８に示すように、ハーフミラー２３のうちの第１〜第５被写体光２５〜２９を反射する反射位置Ａ〜Ｅで、第１〜第５被写体光２５〜２９の反射光量が一定になるように反射率を変える。同図に示す例では、元の光量の１／５ずつを射出させるように反射率を変えている。元の光量を「１」とすると、射出面２１ｂに対して１回目に反射する反射位置Ａでは、反射率が８０％で透過光量が０．２になる。２回目に反射する反射位置Ｂでは、反射率が７５％なので反射光量は、１×０．８×０．７５＝０．６になり、透過光量は０．８−０．６＝０．２となる。以下、順に反射光量を「０．２」に一定にすることができる。この曲線に基づいてハーフミラー２３の膜厚や多層膜構成を変えることで同図に示す曲線に基づいて反射率を徐々に変える。なお、各反射位置Ａ〜Ｅを含む範囲ごとで反射率が段階的に変化するようにしてもよい。

上記構成の作用を説明する。図９に示すように、電子カメラ１０の電源をＯＮすると、分光素子２４が挿入位置にありか否かをチェックし、挿入位置でない場合には挿入位置に移動する。この状態では、メカシャッタ３７は閉じており、撮像センサ１３には被写体光が入射していない。また、接眼窓２０からは被写体画像がピンボケになって視認されているものとする。

シャッタボタンの半押し操作を行うと、ＣＰＵ４１は、測光回路４９を作動させる。その後に、メカシャッタ３７を全開し、ＡＦ回路４０を作動させる測距動作を行う。ＣＰＵ４１は、測光回路４９から得られる被写体輝度に基づいて適正な露出になるようにメカシャッタ３７の開閉時間と絞り値とを算出する。

測距動作の前に、まず合焦用レンズ１２ａを所定位置に移動し、その後に測距動作を行う。測距動作は、第１〜第５測距エリア３０〜３４から得られる画像信号に基づいてコントラスト値を抽出し、ピーク検出器７４で５個のコントラスト値からピーク値を割り出す。１回の測距でピーク値を検出した場合には、直ちに合焦位置を割り出すことができる。そして、その合焦位置に基づいて結像面１３ａの位置が最良結像位置となるようにレンズ位置補正手段７５が合焦用レンズ１２ａの位置を補正する。なお、ピーク値を検出することができない場合には、傾きからピーク値のある方向に所定量だけ合焦用レンズ１２ａを移動して再び測距動作を実行する。なお、測距動作の前に、合焦用レンズ１２ａを所定位置に移動しなくてもよい。この場合には、その時点の位置から合焦用レンズ１２ａを移動すればよい。

シャッタボタンの全押し操作が行われると、分光素子２４を退避位置に移動するとともに、メカシャッタ３７をいったん閉じる。分光素子２４の退避位置への移動に連動して絞り３６が被写体輝度に応じた絞り開口径にセットされ、その後、メカシャッタ３７を被写体輝度に応じた時間だけ開閉する。この間に記録用の画像が撮像センサ１３で撮像される。撮像後には、メカシャッタ３７を閉じ状態に維持し、また、分光素子２４を挿入位置に移動する。この移動に連動して絞り３６が全開される。以後、前述したと同じにシャッタボタンの半押し操作に応答してピント調節が行われる。なお、シャッタボタンの半押し操作を継続することで、測距動作が繰り返し行われる。

上記実施形態では、ＴＴＬタイプのファインダー光学系を設けているが、これを省略して電子カメラ１０の背面に設けたＬＣＤ４７にスルー画を表示するようにしてもよい。この場合には、分光素子２４を常に退避位置に移動させておき、シャッタボタンの半押し操作に応答して挿入位置に移動する。この状態でＡＦ回路４０を作動して５つのコントラスト値を取り込んで合焦用レンズ１２ａのピント調節を行う。そして、ピント調節の完了に応答して分光素子２４を退避位置に移動する。その後、シャッタボタンの全押し操作に応答して記録用の画像を撮像する。この場合には、ＡＥ回路をデジタル信号処理回路６５に設け、半押し操作の直前のスルー画用の画像信号に基づいて得た被写体輝度に基づいて絞り３６を制御すればよい。また、メカシャッタ３７の動作としては、スルー画表示中に全開とし、全押し操作に連動していったん閉じてから被写体輝度に応じた時間だけ開閉し、撮像後に再び全開させればよい。なお、絞り３６とメカシャッタ３７との２つを設けているが、１つの絞り兼用のシャッタを用いてもよい。

上記実施形態では、ピント調節の完了に応答して分光素子２４を退避位置に移動させているものの、シャッタボタンの半押し操作に応答して分光素子２４を挿入位置に移動してピント調節を行うときだけスルー画が表示されなくなる。そこで、図１０に示すように、撮影レンズ８０に入射した被写体光を第１及び第２の被写体光とに分割する、例えばハーフミラーなどの光分割手段８１を設け、記録用の画像を取得するための第１の撮像センサ８２で第１の被写体光を撮像し、第２の被写体光を、第１の撮像センサ８２とは異なる位置に設けた第２の撮像センサ８３で撮像し、この第２の撮像センサ８３の前に、第２の被写体光をさらに５つの被写体光に分光する分光素子８４を設ければよい。

この構成では、第２の撮像センサ８３の５つの測距エリアからＡＦ回路８５が５つのコントラスト値を同時に得て、ＡＦ回路８５が５つのコントラスト値に基づいてコントラストのピークを割り出し、ピークに対応する合焦位置の情報を合焦コントロール回路８６に送る。合焦コントロール回路８６は、受け取った合焦位置の情報に基づいてその時点の撮影レンズ８０の位置を合焦位置になるように補正する。これによれば、第１の撮像センサ８２で常に被写体光を撮像することできので、分光素子８４を光軸に対して挿脱させる機構を必要としない。また、シャッタボタンの半押し操作に係らずに常にピント調節を行うことができるので、ピントの合った状態のスルー画像をＬＣＤなどの表示部に表示することができる。

上記各実施形態では、分光素子２４として、平行平面板を用いた構成としているが、代わりに、プリズムを接合したものを利用してもよい。また、分光素子２４としては、撮影レンズを透過した被写体光を５つの被写体光に分光しているが、本発明では５つに限らず、少なくとも３つ以上に分光するものであればよい。

また、図１で説明した実施形態では、１つの撮像センサ１３によりカラーの画像を撮像する、いわゆる単板式の電子カメラ１０として説明しているが、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）ごとの３つの撮像素子によりカラーの画像を撮像する、いわゆる３板式のカメラにも本発明を用いることができる。この場合には、光学的に等価な距離にあるＲ、Ｇ、Ｂごとの３つの撮像素子を用い、撮影レンズを通過した被写体光を色分解光学系でＲ、Ｇ、Ｂの光に分光し、色分解光学系により各色の波長に分光された被写体光を各撮像素子の撮像面に入射させる構成となる。そして、３つの撮像素子のうちのいずれか１つの結像面の前に、分光素子を設ければよい。したがって、３板式の場合には３色の被写体光のうち１つの被写体光の輝度信号を、３つの撮像素子のうちいずれか１つの撮像素子から取得すればよい。

また、一眼レフタイプのカメラは、カメラボディに対してレンズが交換自在に取り付けられる。そこで、上記各実施形態で説明した分光素子２４，８４としては、カメラボディに設けてもよいし、交換レンズ側に設けてもよい。

さらに、撮影レンズをもつ鏡筒に撮像センサを設けるとともに、その鏡筒を交換自在に取り付けるカメラボディに操作部や記録部を設け、鏡筒とカメラボディとの間で画像データや信号などの授受を高速で行うシステムが特開平８−１７２５６１号などで知られている。このようなシステムに本発明を採用してもよい。この場合には、本発明の分光素子を鏡筒に組み込めばよい。

本発明は、電子カメラにのみならず、写真用カメラやテレビカメラにも採用することができる。

本発明の概略を示す説明図であり、分光素子を挿入位置に移動した状態を示している。 分光素子を退避位置に移動した状態を示す説明図である。 ５つの被写体光を撮像する測距エリアを示す説明図である。 ５つの測距エリアまでの光路長差を概略的に示す説明図である。 電子カメラの電気的構成の概略を示すブロック図である。 １回の測距でコントラストのピークが得られる場合の焦点評価値を示すグラフである。 １回の測距でコントラストのピークが得られない場合の焦点評価値を示すグラフである。 分光素子で分光する各被写体光の光量が一定になるようにした分光素子のバック面のハーフミラーコーティングの反射率を示すグラフである。 図１で説明した電子カメラの動作を示すフォローチャート図である。 スルー画表示中にピント合わせを行うようにした他の実施形態を示す説明図である。

符号の説明

１０ 電子カメラ
１１ 全反射ミラー
１２ 撮影レンズ
１４ 軸
２２ スリット
２３ ハーフミラー
２４ 分光素子
２５〜２９ 第１〜第５被写体光
３０〜３４ 第１〜第５測距エリア
４０ ＡＦ回路

Claims (5)

1. 撮影レンズを通る被写体光を撮像する撮像センサと、
   前記撮影レンズと前記撮像センサとの間に設けられており、前記撮影レンズの光軸に対して直交する方向にずれ、かつ、前記撮影レンズから前記撮像センサの結像面までの光路長が異なる少なくとも３つの被写体光に分光する分光素子と、
   前記各被写体光が入射する結像面の各測距エリアから得られる画像信号の高周波成分を前記測距エリア毎に検出して前記測距エリア毎のコントラスト値を同時に得るコントラスト検出手段と、
   前記コントラスト検出手段から同時に得られる少なくとも３つ以上のコントラスト値に基づいてコントラストのピークを割り出して前記撮影レンズの合焦位置を特定する合焦位置特定手段と、
   前記撮影レンズを前記合焦位置に移動するフォーカス制御手段と、
   を備えたことを特徴とするオートフォーカス装置。
2. 前記撮像センサは、記録用の画像を取得するためのものであり、前記光学素子は、前記撮影レンズの光軸上に出入り自在に設けられており、前記撮像センサで記録用の画像を取得するときには前記分光素子を前記光軸上から退避させ、オートフォーカスを行うときは前記光軸上に挿入する移動手段を備えていることを特徴とする請求項１記載のオートフォーカス装置。
3. 前記分光素子は、入射面に設けられスリットにより一部を露呈した状態で残りをマスクするマスク層と、射出面に設けられたハーフミラー層と、前記マスク層と前記ハーフミラー層との間に設けられ前記スリットから入射する被写体光を前記マスク層と前記ハーフミラー層との間での内面反射の数に応じて光路長差をもつ少なくとも３つの被写体光に分光する平行平板と、で構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のオートフォーカス装置。
4. 前記ハーフミラー層は、前記結像面に入射する少なくとも３つの被写体光の光量が同じになるように、前記各被写体光を透過する位置で反射率を変えて設けられていることを特徴とする請求項３記載のオートフォーカス装置。
5. 前記請求項３に記載のオートフォーカス装置を用いるカメラにおいて、前記マスク層は、全面反射ミラー層で作られており、前記挿入位置のときに前記全面反射ミラー層で反射する被写体光を利用して撮影範囲を視認させるファインダー光学系を備えていることを特徴とするカメラ。

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