JP2019128549A - 焦点検出装置および焦点検出装置を備えた光学機器 - Google Patents

Abstract

【課題】ゴースト光による焦点検出精度の低下を防止できる焦点検出装置および焦点検出装置を備えた光学機器を提供する。【解決手段】焦点検出装置２０７は、外部にあるフォーカスレンズ１０１からの測距光束を多孔絞り３０２で４分割した後、二次結像レンズユニット３０３で４つの被写体像として結像し、被写体像のそれぞれの焦点検出センサ４００で光電変換された光量分布の相対的な位置関係から制御部がフォーカスレンズ１０１の合焦状態の検出を行う。焦点検出センサ４００には、視野マスク３００で決定された像視野の範囲にある結像領域４０１Ａ〜Ｄとその周辺にあるゴースト検出領域４０２Ａ〜Ｄが設けられており、外部の絞り１０５を用いてゴースト検出領域４０２Ａ〜Ｄから得た出力からゴースト光の発生が検出されなくなるまで焦点検出センサ４００に入射する光束を段階的に制限する。【選択図】図１５

Description

本発明は、焦点検出装置および焦点検出装置を備えた光学機器に関し、特に自動焦点検出が可能な焦点検出装置および焦点検出装置を備えた光学機器に関する。

一眼レフカメラには、交換レンズ内の撮影光学系を通った光によって形成された複数の像信号の位相差から撮影光学系の焦点状態（デフォーカス値）を検出する位相差検出方式による焦点検出装置が搭載されていることが多い。このような位相差検出方式による焦点検出装置の内部には、焦点検出センサ、及び焦点検出センサに被写体像を結像させるための位相差検出専用の二次結像光学系が設けられている。このため、焦点検出装置内に含まれる構造物による反射などによって発生する不要光（以下、「ゴースト光」という。）が二次結像光学系を介して焦点検出センサに入射することにより、焦点検出の精度が低下してしまうという問題を有している。

例えば特許文献１では、焦点検出装置で得られた被写体像から撮影光源の位置を検出したときに、その検出された撮影光源の位置と記憶手段に予め記憶される撮影光源の位置に応じたゴースト光の情報に基づきゴースト光の補正を行う技術が開示されている。また、特許文献２では、撮像素子で得られた被写体像内の輝度情報からゴースト光の発生を予測し、その予測されるゴースト光の発生態様に基づき生成された情報でゴースト光の補正を行う技術が開示されている。

特開２００６−１８４３２１号公報 特開２００６−１２９０８４号公報

しかしながら、上述の特許文献１、２に開示された従来技術では、撮影光源の位置や被写体像内の輝度情報に応じて発生するゴースト光の位置、強度を予め把握しておかねばならない。その一方、ゴースト光の位置、強度は、撮影レンズや被写体との距離によっても変化するため、使用する撮影レンズ、被写体距離毎に把握しておかねばならない。また、高輝度被写体が必ずゴースト光を発生させるとは限らないため、被写体像中の高輝度体すべてに対して正確にゴースト光の発生を予測する必要がある。そのため、被写体像の分析、処理に多くの時間を費やすこととなる。さらに、ゴースト光が撮像素子や焦点検出センサの被写体像の結像する領域外に存在する場合もあるため、このような場合は、上述の特許文献１、２に開示された従来技術ではゴースト光の補正が困難である。

係る事情に鑑み、本発明の目的は、ゴースト光による焦点検出精度の低下を防止できる焦点検出装置および焦点検出装置を備えた光学機器を提供することにある。

本発明の請求項１に係る焦点検出装置は、外部にあるフォーカスレンズからの測距光束を複数の領域に分割する分割部、前記分割された測距光束のそれぞれを複数の被写体像として結像する二次結像レンズ、及び前記複数の被写体像のそれぞれの光量分布を光電変換する光電変換部を有するセンサと、前記センサに結像する像視野を決定する決定手段と、前記光電変換された光量分布の相対的な位置関係から前記フォーカスレンズの合焦状態の検出を行う制御部を有する焦点検出装置であって、前記センサには、前記決定手段により決定された前記像視野の範囲にある第一センサ領域と、前記第一センサ領域の周辺にある第二センサ領域が設けられ、前記第二センサ領域から得た出力からゴースト光の発生を検出する検出手段と、前記検出手段により前記ゴースト光の発生が検出されなくなるまで前記センサに入射する光束を段階的に制限する制限手段とを備えることを特徴とする。

本発明の請求項４に係る光学機器は、前記焦点検出装置、前記フォーカスレンズ、及び前記フォーカスレンズを透過する光束を調整するための絞りを備え、前記絞りは、前記制限手段による制御により前記センサに入射する光束を段階的に制限することを特徴とする。

本発明によれば、ゴースト光による焦点検出精度の低下を防止できる。

実施例１に係る焦点検出装置を備えた光学機器としての撮像装置の概略構成を示すブロック図である。 図１における焦点検出装置の概略断面図である。 図２における視野マスクの平面図である。 図２における多孔絞りの平面図である。 図２における二次結像レンズユニットを焦点検出センサ側から見た図である。 焦点検出センサを二次結像レンズユニット側から見た図である。 焦点検出センサの測距光束を示す概念図である。 撮像装置の測距動作を説明するための被写体の図である。 焦点検出センサ上に結像する被写体像を示す図である。 図９における各焦点検出ラインのセンサ出力波形を示す図である。 焦点検出センサにゴースト光を生じさせる光線が入射する光路を示す概略図である。 焦点検出センサ上に生じる各ゴースト光の位置関係を示す図である。 図１２における焦点検出ラインおよびゴースト検出ラインのセンサ出力波形を示す図である。 実施例１に係る焦点調節処理の手順を示すフローチャートである。 図１２の各ゴースト光が生じなくなるまで図１１の状態から絞りを駆動した時の、撮影レンズの瞳外を通過した光線の光路を示す概略図である。

以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明するが、この発明は以下の実施の形態に限定されない。また、この発明の実施の形態は発明の好ましい形態を示すものであり、発明の範囲を限定するものではない。

（実施例１）
図１は、実施例１に係る焦点検出装置を備えた光学機器としての撮像装置の概略構成を示すブロック図である。

実施例１の撮像装置２００は一眼レフカメラであり、図１に示すように、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ていてもよい。

不図示の被写体からの光束は、撮影レンズ１００内の撮影光学系（フォーカスレンズ１０１を含む）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、撮影光軸ＯＡ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ＯＡ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の位置にあるときには、被写体からの光束の一部がメインミラー２０１のハーフミラーとなっている中央部を透過する。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、測距光束として撮影光軸ＯＡ’上にある焦点検出装置２０７（焦点検出手段）に導かれる。焦点検出装置２０７の詳細な構成については後述する。

一方、メインミラー２０１が第１の位置にあるときに、メインミラー２０１で反射された被写体からの光束は、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にて結像した後に透過した光（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、撮影者はこれを観察することができる。

また、メインミラー２０１が第２の位置にあるときには、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軸ＯＡから退避する。撮影レンズ１００の撮影光学系を透過した光束は、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１００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。

カメラ制御部２１０は撮像装置２００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（制御部）であり、ＣＰＵやＭＰＵ等により構成される。また、カメラ制御部２１０は電気接点ユニット１０４を介して撮影レンズ１００内のレンズ制御部１０３と通信を行う。

レンズ制御部１０３は、カメラ制御部２１０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。レンズ駆動機構１０２は、ステッピングモータや超音波モータを駆動源として有する。更に、レンズ制御部１０３は、カメラ制御部２１０からの信号に応じて、撮影レンズ１００を透過する光束を調整するための絞り１０５の駆動を行う絞り駆動機構１０６を制御する。絞り駆動機構１０６は、ステッピングモータなどを駆動源として有する。

カメラ制御部２１０には、記憶装置であるＥＥＰＲＯＭ２１１が接続されている。ＥＥＰＲＯＭ２１１には、撮像装置２００を制御する上で調整が必要なパラメータや、撮像装置２００の個体識別を行うためのカメラＩＤ（識別）情報、基準レンズを用いて予め調整された、撮影に関するパラメータの工場調整値等が記憶されている。

表示部２１２は、撮像素子２０９により撮像された画像データや、撮影者が設定する項目などを表示する装置であり、一般にはカラー液晶表示素子を用いて構成される。

さらに、カメラ制御部２１０には、撮影者による撮像装置２００への操作を検出する操作検出部２１３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合焦動作開始ボタンなどの操作部材に対する撮影者の操作を検出する。また、撮影に関する設定も操作部材を介して行い、設定はＥＥＰＲＯＭ２１１に保存される。

一方、撮影レンズ１００のレンズ制御部１０３には、撮影レンズ１００の焦点距離や開放絞り値等の性能情報、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）情報を記憶する記憶装置（不図示）が設けられている。またこの記憶装置は、カメラ制御部２１０から通信により受け取った情報も記憶する。なお、性能情報及びレンズＩＤ情報は、撮像装置２００に撮影レンズ１００が装着された時に行われる初期通信によりレンズ制御部１０３からカメラ制御部２１０に送信され、カメラ制御部２１０はこれらをＥＥＰＲＯＭ２１１に記憶させる。

尚、撮像装置２００はミラーレスカメラであってもよい。この場合、メインミラー２０１、ピント板２０３、ペンタダハプリズム２０４、接眼レンズ２０５は、撮像装置２００から除かれる。また、サブミラー２０２はＡＦ（自動焦点検出）モードにおいてのみ図１に示す位置に移動し、それ以外のモードにおいては撮影光路ＯＡ外に退避する。

図２〜７を参照しつつ、実施例１の焦点検出装置２０７の構成について説明する。

図２は、図１における焦点検出装置２０７の概略断面図である。不図示であるが、図２の左端には、撮像素子２０９と共役な一次結像面Ｐ（撮影レンズ１００の予定結像面）が存在する。すなわち焦点検出装置２０７には、一次結像面Ｐから順に、視野マスク３００、フィールドレンズ３０１、多孔絞り３０２、二次結像レンズユニット３０３、焦点検出センサ４００が配設されている。

図３は、視野マスク３００の平面図であり、図４は、多孔絞り３０２の平面図である。いずれも一次結像面Ｐ側から見た図である。

また、図５は、二次結像レンズユニット３０３を焦点検出センサ４００側から見た図であり、図６は、焦点検出センサ４００を二次結像レンズユニット３０３側から見た図である。

視野マスク３００は薄板状の部品であり、中央に開口３００Ａが設けられている。開口３００Ａの形状が焦点検出センサ４００に結像する像視野を決定する。

フィールドレンズ３０１は凸レンズであり、視野マスク３００の近傍に設けられる。フィールドレンズ３０１は多孔絞り３０２の像を撮影レンズ１００の射出瞳近傍に結像させる役割をもつ。

多孔絞り３０２は薄板状の部品であり、４か所に開口３０２Ａ〜Ｄが設けられている。開口３０２Ａ〜Ｄはフィールドレンズ３０１を介して入射する、焦点検出装置２０７の外部にあるフォーカスレンズ１０１からの測距光束を分割するものである（分割部）。本実施例では、開口３０２Ａと開口３０２Ｂが測距光束をＹ方向に、開口３０２Ｃと開口３０２ＤがＸ方向に分割する。

二次結像レンズユニット３０３は略板状の部品であり、その焦点検出センサ４００と対向する面には図２に示すように複数の凸レンズ形状を備える。これらの凸レンズ形状をそれぞれ二次結像レンズ３０３Ａ〜Ｄと呼称する。実施例１では４つの二次結像レンズ３０３Ａ〜Ｄが、多孔絞り３０２の開口３０２Ａ〜Ｄに対応するように配置されている。二次結像レンズ３０３Ａ〜Ｄは、撮影レンズ１００によって結像された一次結像面Ｐ上の被写体像を、焦点検出センサ４００上に再結像させる。多孔絞り３０２の開口３０２Ａを通過した測距光束は二次結像レンズ３０３Ａにより、焦点検出センサ４００上に被写体像として結像する。多孔絞り３０２の開口３０２Ｂ〜Ｄを通過した測距光束も同様に、二次結像レンズ３０３Ｂ〜Ｄにより、焦点検出センサ４００上に被写体像を結像させる。

焦点検出センサ４００は、二次結像レンズ３０３Ａ〜Ｄにより結像された被写体像を画素毎に光電変換して画像を生成し、電気信号を出力する（光電変換部）。焦点検出センサ４００は、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の光電変換素子により構成されており、光電変換素子（画素）が、二次元アレイ状に配置されている。実施例１では、焦点検出センサ４００の画素は被写体像が結像する範囲より広い範囲に配設されている。具体的には、焦点検出センサ４００の画素は、視野マスク３００による被写体像が形成される範囲にある結像領域（第一センサ領域）４０１Ａ〜Ｄ、及び各結像領域４０１Ａ〜Ｄの周辺にあるゴースト検出領域（第二センサ領域）４０２Ａ〜Ｄに配設される。結像領域４０１Ａと、ゴースト検出領域４０２Ａは、同一のセンサアレイで構成される。結像領域４０１Ｂ〜Ｄ、ゴースト検出領域４０２Ｂ〜Ｄについても同様である。多孔絞り３０２の開口３０２Ａを通過した光束は、二次結像レンズ３０３Ａにより、焦点検出センサ４００の結像領域４０１Ａの範囲に結像する。結像領域４０１Ｂ〜Ｄも同様に多孔絞り３０２の開口３０２Ｂ〜Ｄ、二次結像レンズ３０３Ｂ〜Ｄに対応する。

なお、焦点検出センサ４００の画素形態は結像領域４０１の周辺にゴースト検出領域４０２が設けられるような構成であれば、実施例１のような構成に限定されない。例えばラインセンサを複数組み合わせて配置しても良い。

図７は、焦点検出センサ４００の測距光束を示す概念図である。被写体ＯＢＪからの測距光束ＬＡは、撮影レンズ１００の瞳ＥＰＡを通過して一次結像面Ｐで結像している。その後、二次結像レンズ３０３Ａにより、焦点検出センサ４００の結像領域４０１Ａの範囲に再結像する。同様に測距光束ＬＢ〜Ｄは、撮影レンズ１００の瞳ＥＰＢ〜Ｄを通過して一次結像面Ｐで結像している。その後、二次結像レンズ３０３Ｂ〜Ｄにより、焦点検出センサ４００の結像領域４０１Ｂ〜Ｄの範囲に再結像する。

撮像装置２００のような一眼レフカメラは、様々な焦点距離や開放Ｆ値の撮像光学系を有する交換レンズを撮影レンズ１００として装着可能である。そのため焦点検出センサ４００は撮像装置２００用の全ての交換レンズで焦点検出ができるように、開放Ｆ値の大きい交換レンズ（例えばＦ５．６）に対応するように構成されている。実施例１においても、焦点検出センサ４００が焦点検出に用いる測距光束ＬＡ〜ＤはＦ５．６光束となるように構成されている。図７に示すように、撮影レンズ１００の絞り１０５の絞り値のデフォルト設定は開放Ｆ値であるＦ１．４であり、Ｆ１．４光束が通過するように構成されている。よって、測距光束ＬＡ〜Ｄが通過する瞳ＥＰＡ〜ＤはＦ５．６光束の内側に収まっている。

実施例１の焦点検出装置２０７では、不図示の制御部が公知の二次結像位相差検出による焦点検出方式により、デフォーカス値の算出、すなわち、フォーカスレンズ１０１の合焦状態の検出（焦点検出）を行う。撮像装置２００および撮影レンズ１００を用いて、被写体を撮影するために焦点検出した場合を例として、焦点検出の原理と焦点調節の動作について図８〜１０を参照しつつ説明する。

図８は、撮像装置２００の測距動作を説明するための被写体の図であり、撮影レンズ１００が装着された撮像装置２００により撮影される被写体を示している。撮影範囲が図８の実線で示した範囲であり、焦点検出範囲５００，５００’は撮影者が焦点検出の対象として選択した範囲（所謂、ＡＦ測距点）である。また、破線で示した範囲３００Ｂは、視野マスク３００の開口３００Ａで規定される視野範囲を示しており、焦点検出センサ４００には範囲３００Ｂで規定される範囲で被写体像が結像する。

図９は、焦点検出センサ４００上に結像する被写体像を示す図である。視野マスク３００の開口３００Ａで規定された範囲３００Ｂの被写体像は、多孔絞り３０２の開口３０２Ａ〜Ｄと二次結像レンズ３０３Ａ〜Ｄによって、４つの像に分割される。この結果、焦点検出センサ４００上の結像領域４０１Ａ〜Ｄには、それぞれ図９のように被写体像が結像する。

撮影者が撮像装置２００の操作部材を操作して、図８の焦点検出範囲５００の箇所に対して焦点検出動作の開始を指示すると、焦点検出、すなわちデフォーカス値の算出を開始する。具体的には、多孔絞り３０２の開口３０２Ａ〜Ｄと二次結像レンズ３０３Ａ〜Ｄによって像が分割された方向（以下、「相関方向」という）に関する相対的な位置関係を調べ、その位置関係からデフォーカス値を算出する。

以下、図９の結像領域４０１Ａ〜Ｄ中の、選択された焦点検出範囲５００に対応する位置にある画素をそれぞれ焦点検出ライン４０１Ａ―１，４０１Ｂ―１，４０１Ｃ−１，４０１Ｄ−１と呼称する。各焦点検出ライン４０１Ａ―１，４０１Ｂ―１，４０１Ｃ−１，４０１Ｄ−１は相関方向と同じ方向に配置される。焦点検出ライン４０１Ａ−１と焦点検出ライン４０１Ｂ−１はＹ方向が、焦点検出ライン４０１Ｃ−１と焦点検出ライン４０１Ｄ−１はＸ方向が相関方向である。

図１０は、図９における各焦点検出ライン４０１Ａ―１，４０１Ｂ―１，４０１Ｃ−１，４０１Ｄ−１におけるセンサ出力波形を示す図である。図１０のグラフの横軸は画素の位置であり図９中の矢印で示した向きの順に並べたものである。縦軸は光量を示している。

図１０における実線で示す波形は焦点のずれが無い、デフォーカス値がゼロの状態のセンサ出力波形であり、破線で示す波形は焦点がずれた状態のセンサ出力波形である。これは一次結像面Ｐ上の像の焦点位置がずれると、瞳分割された焦点検出センサ４００上に結像する像がそれぞれ相関方向で反対向きに移動するためである。

焦点がずれている場合に出力される図１０（ａ），（ｂ）の破線で示す二つのセンサ出力波形は、所定の画素数だけ移動させれば一致させることが可能である。同様に、焦点がずれている場合に出力される図１０（ｃ），（ｄ）の破線で示す二つのセンサ出力波形は、所定の画素数だけ移動させれば一致させることが可能である。

この所定の画素数を算出することを相関演算と呼ぶ。一般に相関演算は二つのセンサ出力波形の共通領域（和集合、積集合）を相関量として取り扱い、相関量が最小となるような所定の画素数を算出する。また、焦点検出装置２０７の光学系の特性が既知であるならば、この算出された所定の画素数を、一次結像面Ｐの移動量、すなわちデフォーカス値へ換算することができる。なお相関演算の方法はこの例に限定されず、例えば二つのセンサ出力波形の非共通領域（排他論理和に相当）を相関量としてもよい。

相関方向がＹ方向のセンサ出力波形（図１０（ａ），（ｂ））を用いた相関演算結果と、相関方向がＸ方向のセンサ出力波形（図１０（ｃ），（ｄ））を用いた相関演算結果のうち、いずれの結果に基づいてデフォーカス値を決定するかは波形信頼性判定による。センサ出力波形の信頼性判定は公知の技術であり、より信頼性が高いと判断されたセンサ出力波形を用いて算出されたデフォーカス値を採用する。図１０の例であれば、Ｘ方向を相関方向とする図１０（ｃ），（ｄ）に示すセンサ出力波形に対してＹ方向を相関方向とする図１０（ａ），（ｂ）に示すセンサ出力波形は、波形の頂点位置や変曲点が明瞭であることから、波形信頼性が高いと判断される。従って、Ｙ方向を相関方向とするセンサ出力波形を用いて算出されたデフォーカス値がここでは採用される。

以上、実施例１では得られたセンサ出力波形をそのまま用いて相関演算する例を説明したが、本発明はこの例に限らない。例えば、同一の相関方向の焦点検出ラインからの信号強度のレベル差の影響を受け難くするフィルタ処理や、特定の周波数成分を増幅させたり減衰させたりするフィルタ処理を行った後、相関演算しても良い。

デフォーカス値が得られれば、それに基づいてデフォーカス値をゼロとするべく撮影レンズ１００のフォーカスレンズ１０１を駆動させることで、被写体像のピント合わせが完了する。なお、信頼性判定の過程は通常撮影者は認識せず、撮像装置２００およびそのカメラ制御部２１０にて自動で処理される。

図１１〜１３を参照しつつ、焦点検出装置２０７において、ゴースト光が発生する原因とその影響について説明する。ゴースト光は視野マスク３００で規定され、焦点検出センサ４００上で結像する測距光束ＬＡ〜Ｄとは異なる光路で焦点検出センサ４００へと入射する光線である。図２では焦点検出装置２０７の主たる構成要素のみを示してその構造を説明したが、実際は焦点検出装置２０７の光学系を折り曲げるための反射ミラーや構成要素を保持するための部材など、反射源となりうる部材を多く含む。

図１１は、焦点検出センサ４００にゴースト光を生じさせる光線４０３が入射する光路を示す概略図である。測距光束ＬＡ〜Ｂは、実際にはサブミラー２０２で反射して光路が折れ曲がっているが、ここでは図を簡略化してある。

不図示の被写体ＯＢＪからの測距光束ＬＡ〜Ｂは、撮影レンズ１００の瞳ＥＰＡ〜Ｂを通過し、一次結像面Ｐで被写体像を結像する。その後、視野マスク３００、フィールドレンズ３０１、多孔絞り３０２（図１１において不図示）、二次結像レンズユニット３０３を経由して焦点検出センサ４００に被写体像を再結像する。

一方、撮影レンズ１００の瞳外を通過した光線４０３は、デフォルト設定である開放Ｆ値（Ｆ１．４）に設定される絞り１０５や、視野マスク３００などで遮られることなく焦点検出装置２０７の内部に入射し、内部構造物６００で反射する。その後、その反射した光線４０３は、多孔絞り３０２、二次結像レンズユニット３０３を経由して焦点検出センサ４００へと入射する。このため、焦点検出センサ４００上では、多孔絞り３０２の開口３０２Ａ〜Ｄ、及び二次結像レンズ３０３Ａ〜Ｄに対応した、光線４０３の４つの入射位置に後述する図１２に示すゴースト光４０３Ａ〜Ｄが生じる。

図１２は、焦点検出センサ４００上に生じる各ゴースト光４０３Ａ〜Ｄの位置関係を示す図である。実施例１では、これらのゴースト光４０３Ａ〜Ｄのうち、ゴースト光４０３Ａ，４０３Ｂ，４０３Ｃはゴースト検出領域４０２Ｃに入射し、ゴースト光４０３Ｄは、結像領域４０１Ａに入射している。

この状況において、撮影者が図８に示す焦点検出範囲５００’を設定した場合、結像領域４０１Ａ，Ｂ内の対応位置に焦点検出ライン４０１Ａ−２，４０１Ｂ−２が設けられる。またゴースト光４０３Ａ〜Ｃに対応した位置にゴースト検出ライン４０２Ｃ−１〜３が設けられる。

図１３は、図１２における焦点検出ライン４０１Ａ−２，４０１Ｂ−２およびゴースト検出ライン４０２Ｃ−１〜３のセンサ出力波形を示す図である。図１２に示すように焦点検出ライン４０１Ｂ−２にはゴースト光が入射していないため、図１３（ｂ）に示す焦点検出ライン４０１Ｂ−２におけるセンサ出力波形は被写体像の光量分布となる。また、図１２に示すようにゴースト検出ライン４０２Ｃ−１〜３には被写体像は結像されないため、図１３（ｃ）に示すゴースト検出ライン４０２Ｃ−１〜３におけるセンサ出力波形はそれぞれゴースト光４０３Ａ〜Ｃの光量分布となる。ゴースト光４０３Ａ〜Ｄは、いずれも光線４０３が反射した内部構造物６００から焦点検出センサ４００までに透過する部材は同一であるため、概ね同一の強度となる。

一方、図１２に示すように焦点検出ライン４０１Ａ−２には被写体像の上にゴースト光４０３Ｄが入射しているため、図１３（ａ）に示す焦点検出ライン４０１Ａ−２におけるセンサ出力波形は被写体像の正確な光量分布とならない。そのため、焦点検出ライン４０１Ａ−２，４０１Ｂ−２の二つのセンサ出力波形に基づいて相関演算を行うと、正確なデフォーカス値が得られず、被写体像に精度の高いピント合わせを行うことができない。

そこで本発明では、ゴースト光４０３Ｄによる誤測距を防止するため、焦点検出センサ４００の結像領域４０１Ａ〜Ｄの周囲に、ゴースト検出領域４０２Ａ〜Ｄを設けている。焦点検出センサ４００の結像領域４０１Ａ〜Ｄ以外の領域は、ゴースト光が発生しなければ、光線が入射することのない領域である。従って、ゴースト検出領域４０２Ａ〜Ｄに光線が入射している場合は、結像領域４０１の何処かにゴースト光が入射している可能性があると判断できる。

実施例１においては、光線４０３が内部構造物６００で反射することにより、焦点検出範囲５００’にゴースト光が発生しているが、一例であってこの条件に限定される訳ではない。特に撮影時の光源の位置が変わると、撮影レンズ１００から射出する光束の角度が変わるため、瞳外からの光線４０３が内部構造物６００に当たらなくなり、ゴースト光が発生しなくなる。即ち、焦点検出範囲５００’には必ずゴースト光が発生するという訳ではない。すなわち、同一焦点検出範囲でも、撮影時の光源の位置、撮影レンズ１００の内部構成など様々な条件により、ゴースト光が発生したりしなかったりする。

以下、図１４〜１５を参照しつつ、本発明における焦点調節処理の手順を説明する。なお、この焦点調節処理はカメラ制御部２１０にて行ってもよいし、焦点検出装置２０７が備える制御部により行ってもよい。

図１４は、実施例１に係る焦点調節処理の手順を示すフローチャートである。

ステップＳ７０１では、測距動作を開始する。これは撮影者が撮像装置２００の特定の釦を操作し、その操作を操作検出部２１３が検出することで行われる。本実施例では、撮影者による焦点検出範囲５００’の設定操作が操作検出部２１３により検出される。

ステップＳ７０２では、絞り１０５の絞り値である変数ＦＮｏに撮影レンズ１００の開放Ｆ値を設定する。本実施例では、変数ＦＮｏの値として１．４が設定される。

ステップＳ７０３では、ゴースト検出領域４０２Ａ〜Ｄの光量蓄積を行い、出力を取得する。

ステップＳ７０４では、ステップＳ７０３で取得したゴースト検出領域４０２Ａ〜Ｄの出力から、ゴースト光の発生を検出する。前述の通り、ゴースト検出領域４０２Ａ〜Ｄはゴースト光が発生しなければ光線が入射することのない領域であるため、ゴースト検出領域４０２Ａ〜Ｄのいずれかから出力が得られた場合はゴースト光の発生を検出しステップＳ７０５へ進む。この際、発生したゴースト光（図１２の例ではゴースト光４０３Ａ〜Ｃ）に対応した位置にゴースト検出ライン（図１２の例ではゴースト検出ライン４０２Ｃ−１〜３）が設けられる。一方、出力が得られない場合はゴースト光の発生は検出されないため、ステップＳ７０９へ進む。

ステップＳ７０５では、変数ＦＮｏがＦ５．６未満であるか否かを判定する。Ｆ５．６未満であればステップＳ７０６へ進む。前述の通り、実施例１においては焦点検出センサ４００が焦点検出に用いる測距光束ＬＡ〜ＤはＦ５．６光束となるように構成されている。すなわち、絞り１０５の絞り値を測距光束ＬＡ〜Ｄの大きさを規定するＦ値であるＦ５．６以上にすると測距光束ＬＡ〜Ｄにケラレが発生してしまい、精度の高い測距ができなくなる可能性がある。そのため絞り１０５の絞り値をＦ５．６以上絞らないようにする。

ステップＳ７０６では、絞り１０５を１段分駆動する。ここでは絞り１０５の駆動を１段毎としたが、段階的に絞り１０５を駆動することにより、焦点検出センサ４００に入射する光束を段階的に制限する構成であれば、この段数に限定されない。

ステップＳ７０７では、変数ＦＮｏを１段分カウントアップし、ステップＳ７０３に戻り、撮影レンズ１００を前回より１段絞った状態でゴースト光の検出を行う。

以下、ステップＳ７０３〜Ｓ７０７について、図１５を用いて具体的に説明する。

図１５は、図１２の各ゴースト光４０３Ａ〜Ｄが生じなくなるまで図１１の状態から絞り１０５を駆動した時の、撮影レンズ１００の瞳外を通過した光線４０３の光路を示す概略図である。

図１１では、撮影レンズ１００の瞳外を通過した光線４０３が焦点検出センサ４００へ入射し、図１２に示すゴースト光４０３Ａ〜Ｄを生じさせる。このような状況の場合、ステップＳ７０４でゴースト光の発生が検出される。撮影レンズ１００の絞り１０５の初期値は開放Ｆ値（Ｆ１．４）であり、焦点検出に用いる測距光束ＬＡ〜Ｄの大きさを規定するＦ値であるＦ５．６未満であるので（ステップＳ７０５でＹＥＳ）、ステップＳ７０６に進む。その後、絞り１０５を段階的に絞るたびに（ステップＳ７０６，Ｓ７０７）、ゴースト検出領域４０２Ａ〜Ｄからの出力が得られなくなったか、すなわち、ゴースト光の発生が検出されなくなったかを確認する（ステップＳ７０３，Ｓ７０４）。尚、ステップＳ７０３の処理は、ゴースト検出ラインが設定された後は、その設定されたゴースト検出ラインの出力から、ゴースト光の発生の有無が判定される。実施例１においては図１５で示すように、絞り１０５の絞り値をＦ４．０（開放Ｆ値から３段分）まで絞った場合に光線４０３は絞り１０５に遮られ、焦点検出センサ４００のゴースト検出ライン４０２Ｃ−１〜３に入射しなくなる。即ちステップＳ７０３〜Ｓ７０７を３回繰り返し、４回目のステップＳ７０４でゴースト光の発生が検出されなくなる。この場合、ステップＳ７０９に進む。

図１４に戻り、一方、絞り１０５の絞り値をＦ５．６まで絞ってもゴースト光の発生が検出される場合（ステップＳ７０４で有り、ステップＳ７０５でＮＯ）、これ以上絞り１０５を絞ると誤測距の可能性が高くなる。この場合、ステップＳ７０８に進み、現在の撮影者の設定（焦点検出範囲５００’の位置）では「測距できない」状況であることを示す測距ＮＧメッセージを表示部２１２に表示して（通知手段）、本処理を終了する。

ステップＳ７０９では、ステップＳ７０４でゴースト光の発生が検出されなくなったことを受けて、結像領域４０１の光量蓄積を行い、出力を取得する。より具体的には、ステップＳ７０１で選択された焦点検出範囲５００’の結像領域４０１Ａ，Ｂ内の対応位置に設けられた、焦点検出ライン４０１Ａ−２，４０１Ｂ−２におけるセンサ出力波形を取得する。

ステップＳ７１０では、ステップＳ７０９で取得した結像領域４０１の出力、より具体的にはステップＳ７０９で取得したセンサ出力波形から、相関演算を行い、デフォーカス値を算出する。

ステップＳ７１１では、ステップＳ７１０で算出したデフォーカス値に基づいてフォーカスレンズ１０１の駆動を行い、被写体像のピント合わせが完了した後、本処理を終了する。

以上のように実施例１の構成では、ゴースト光が発生しなければ光線が入射することのないゴースト検出領域４０２の出力から、ゴースト光を検出する。それにより、被写体像の影響を受けずに、精度良くゴースト光の検出が可能になる。また撮影レンズ１００の絞り１０５を絞ることにより、発生したゴースト光が無くせるか否かをリアルタイムに確認可能となる。この結果、ゴースト光発生時に絞り１０５をコントロールすることにより、ゴースト光を無くし、ゴースト光に影響されない精度の高い測距を行うことができる。

前述したように、ゴースト光の発生には撮影時の光源の位置の影響があるため、図１４におけるゴースト光の発生の有無の検出とゴースト光発生時の対処を撮像装置２００による撮影時に実行する。これにより、現実に即した精度の高い測距を行うことができる。

また実施例１においては、撮影者が設定した焦点検出範囲に基づき、焦点検出センサ４００における４つの焦点検出ラインが設けられるがかかる構成に限定されない。例えば、結像領域４０１Ａ〜Ｄのそれぞれに対応する複数の領域を設けておき、その中から撮像装置２００が自動的に選択した領域を、４つの焦点検出ラインとして設定するようにしてもよい。この場合、例えば、ゴースト検出ラインのセンサ出力波形からゴースト光の光量分布を取得し、センサ出力波形として、かかるゴースト光の光量分布を含まず、被写体像のみの光量分布が得られる領域を焦点検出ラインとして選択するようにしてもよい。この場合、撮影レンズ１００の絞り１０５を初期値である開放Ｆ値（Ｆ１．４）のまま精度の高い測距を行うことが可能となる。一方、この場合においても撮影レンズ１００の絞り１０５をゴースト光の発生がなくなるまで絞ることにより、全結像領域４０１Ａ〜Ｄでゴースト光が発生しないようにした後、波形信頼性判定などにより使用する焦点検出範囲を選択するようにしてもよい。この結果、ゴースト光に影響されない精度の高い測距を行うことができる。

また、実施例１においては、ゴースト光の発生をなくすべく、撮影レンズ１００の絞り１０５を段階的に絞る構成としたが、焦点検出センサ４００に入射する光束を制限できる構成であれば、実施例１の構成に限定されない。例えば、視野マスク３００や多孔絞り３０２の開口値を変動可能とし、焦点検出センサ４００に入射する光束を制限するようにしてもよい。

１００ 撮影レンズ
１０１ フォーカスレンズ
１０５ 絞り
２００ 撮像装置
２０７ 焦点検出装置
２１０ カメラ制御部
３００ 視野マスク
３０２ 多孔絞り
３０３ 二次結像レンズユニット
４００ 焦点検出センサ
４０１ 結像領域
４０２ ゴースト検出領域

Claims (6)

1. 外部にあるフォーカスレンズからの測距光束を複数の領域に分割する分割部、前記分割された測距光束のそれぞれを複数の被写体像として結像する二次結像レンズ、及び前記複数の被写体像のそれぞれの光量分布を光電変換する光電変換部を有するセンサと、前記センサに結像する像視野を決定する決定手段と、前記光電変換された光量分布の相対的な位置関係から前記フォーカスレンズの合焦状態の検出を行う制御部を有する焦点検出装置であって、
   前記センサには、前記決定手段により決定された前記像視野の範囲にある第一センサ領域と、前記第一センサ領域の周辺にある第二センサ領域が設けられ、
   前記第二センサ領域から得た出力からゴースト光の発生を検出する検出手段と、
   前記検出手段により前記ゴースト光の発生が検出されなくなるまで前記センサに入射する光束を段階的に制限する制限手段とを備えることを特徴とする焦点検出装置。
2. 前記第一センサ領域と、前記第二センサ領域は、同一のセンサアレイで構成されることを特徴とする請求項１記載の焦点検出装置。
3. 前記検出手段により前記ゴースト光の発生が検出されなくなる前に、前記制限手段により前記センサに入射する光束が前記測距光束よりも制限された場合、測距できない状況であることを通知する通知手段を更に備えることを特徴とする請求項１又は２記載の焦点検出装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の前記焦点検出装置、前記フォーカスレンズ、及び前記フォーカスレンズを透過する光束を調整するための絞りを備え、
   前記絞りは、前記制限手段による制御により前記センサに入射する光束を段階的に制限することを特徴とする光学機器。
5. 撮像装置であることを特徴する請求項４記載の光学機器。
6. 前記撮像装置による撮影時に、前記検出手段による前記ゴースト光の発生の検出及び前記制限手段による前記センサに入射する光束の段階的な制限が実行されることを特徴とする請求項５記載の光学機器。

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