JP3890134B2 - 対物レンズ、撮像装置及びこれらを有した撮影システム - Google Patents
対物レンズ、撮像装置及びこれらを有した撮影システム Download PDFInfo
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は写真用カメラ、ビデオカメラ等の撮影装置、または種々の観察装置に適用できる自動焦点検出装置により、焦点検出を行なう際に好適な対物レンズ(撮影レンズ)、撮像装置及びこれらを有した撮影システムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より対物レンズを通過した光束を利用した受光型の焦点検出方式に所謂像ずれ方式と呼ばれる方式がある。この像ずれ方式は例えば特開昭59−107311号公報や特開昭59−107313号公報等で提案されている。
【0003】
図14は焦点検出装置が組み込まれた従来のカメラの要部ブロック図である。図中101は撮影を行うための対物レンズ、102は回動可能な半透過性の主ミラー、103は焦点板、104はペンタプリズム、105は接眼レンズ、106はサブミラー、107はフィルム、108は焦点検出装置をそれぞれ示している。
【0004】
この図において、不図示の被写体からの光の一部は対物レンズ101を透過後、主ミラー102により上方に反射され、焦点板103上に被写体像を形成する。焦点板103上に形成された被写体像はペンタプリズム104による複数回の反射を経て接眼レンズ105を介して撮影者又は観察者によって視認される。
【0005】
一方、対物レンズ101から主ミラー102に到達した光束のうちの他の一部は半透過性の主ミラー102を透過し、サブミラー106により下方に反射され焦点検出手段108に導かれる。
【0006】
図15は図14に示す焦点検出手段108における焦点検出の原理を説明するための説明図である。同図は図14における対物レンズ101と焦点検出装置108のみを取り出し、主要な構成を展開して示している。
【0007】
図15の焦点検出装置108内において、109は対物レンズ101の予定焦点面即ちフィルム面と共役な面付近に配置された視野マスク、110は同じく予定焦点面の付近に配置されたフィールドレンズ、111は2つのレンズ111−1、111−2からなる2次結像系、112は2つのレンズ111−1、111−2に対応してその後方に配置された2つのセンサ列112−1、112−2を含む光電変換素子、113は2つのレンズ111−1、111−2に対応して配置された2つの開口部113−1、113−2を有する絞り、114は分割された2つの領域114−1、114−2を含む対物レンズ101の射出瞳をそれぞれ示している。
【0008】
尚、フィールドレンズ110は、絞り113の開口部113−1,113−2を対物レンズ101の射出瞳114の領域114−1,114−2の近傍に結像する作用を有しており、各領域114−1,114−2を透過した光束115−1、115−2が2つのセンサ列112−1,112−2にそれぞれ被写体像に関する光量分布を形成するようになっている。
【0009】
図15に示す焦点検出手段の焦点検出原理は一般的に位相差検出方式と呼ばれているもので、対物レンズ101の結像点が予定焦点面の前側、即ち対物レンズ101側にある場合には2つのセンサ列112−1,112−2上にそれぞれ形成される被写体像に関する光量分布が互いに近づいた状態となり、逆に対物レンズ101の結像点が予定焦点面の後側、即ち対物レンズ101と反対側にある場合には2つのセンサ列112−1,112−2上にそれぞれ形成される被写体像に関する光量分布が互いに離れた状態となる。
【0010】
しかも2つのセンサ列112−1,112−2上に形成される被写体像に関する光量分布のずれ量は対物レンズ101のディーフォーカス量即ち焦点はずれ量とある関数関係にあるのでそのずれ量を適当な演算手段で算出すると、対物レンズ101の焦点はずれの方向と量を検出することができる。
【0011】
図15に示す焦点検出手段は対物レンズ101により観察又は撮影される範囲の中央の1つの領域に存在する物体に対してのみ焦点検出が可能である。これに対し、観察又は撮影される範囲の中央以外に存在する物体に対しても焦点検出が可能な焦点検出装置が本出願人によって、例えば特開平7−159684号公報で開示されている。
【0012】
図16は同公報で開示されている、光学系の構成を示す概略図である。図中、116は視野マスクであり、中央に十字形の開口部116−1、両側の周辺部に縦長の開口部116−2、116−3を有している。117はフィールドレンズであり、視野マスクの3つの開口116−1、116−2、116−3に対応して、3つの部分117−1、117−2、117−3から成っている。118は絞りであり、中央部には上下左右に1対ずつ計4つの開口118−1a、118−1b、118−1c、118−1dを有する中央開口部118−1が、また左右の周辺部分には1対2つの開口118−2a、118−2b及び118−3a、118−3bを有する周辺開口部118−2、118−3がそれぞれ設けられている。
【0013】
前記フィールドレンズ117の各領域117−1、117−2、117−3はそれぞれこれらの開口部118−1、118−2、118−3を不図示の対物レンズの射出瞳付近に結像する作用を有している。119は4対計8つのレンズ119−1a、119−1b、119−1c、119−1d、119−2a、119−2b、119−3a、119−3bから成る2次結像系を一体化した光学部材であり、絞り118の各開口に対して、その後方に配置されている。
【0014】
120は4対計8つのセンサ列120−1a、120−1b、120−1c、120−1d,120−2a、120−2b、120−3a、120−3bから成る光電変換素子であり、各2次結像系のレンズに対応してその像を受光するように配置されている。
【0015】
図17は光電変換素子120上に形成される被写体像の状態を示したものである。121−1a、121−1b、121−1c、121−1dは視野マスク116の中央の開口部116−1及びフィールドレンズ117の中央部117−1を透過した光束が絞りの開口118−1a、118−1b、118−1c、118−1dで規制された後、その後方の2次結像系119のレンズ119−1a、119−1b、119−1c、119−1dによって光電変換素子120上に形成される像領域をそれぞれ示している。
【0016】
また121−2a、121−2bは視野マスク116の周辺の開口部116−2及びフィールドレンズ117の周辺部117−2を透過した光束が絞り118の開口118−2a、118−2bによって規制された後、その後方の2次結像系119のレンズ119−2a、119−2bによって光電変換素子120上に形成される像領域を示している。
【0017】
同様に121−3a、121−3bは視野マスク116の周辺の開口部116−3及びフィールドレンズ117の周辺部117−3を透過した光束が絞り118の開口118−3a、118−3bによって規制された後、その後方の2次結像系119のレンズ119−3a、119−3bによって光電変換素子120上に形成される像領域を示している。
【0018】
図16に示す焦点検出手段の焦点検出原理は図15に示すものと同様で、対をなすセンサの列方向の被写体像の相対位置を検出するものであるが、以上で示すような構成をとることにより、不図示の対物レンズにより観察又は撮影される範囲の中心付近だけでなく、視野マスクの周辺の開口部116−2、116−3に対応する位置にある物体に対しても焦点検出を行うことができる。
【0019】
尚、本焦点検出手段によれば、上記中央付近においては光量分布が上下又は左右の一方向にのみ変化するような物体に対しても焦点検出を行うことが可能である。
【0020】
これらの焦点検出手段を一眼レフカメラのような撮影レンズが交換可能なカメラに用いる場合、直接得られる焦点はずれ量に関する焦点状態検出信号に基づいてレンズの制御を行うと、適正な焦点状態を得られないことがある。その主な理由としては、観察又は撮影される像を形成する対物レンズの光束と焦点検出手段が取り込む光束が一般には異なることがあげられる。また、位相差検出方式の焦点検出手段においては、本来縦(光軸)方向の収差量によって決定されるべき焦点位置或いは焦点はずれ量を横方向の収差に関連した像のずれに変換して求めているため、対物レンズに収差がある場合には、収差補正の状態によってその両者に差が生ずることが考えられる。
【0021】
こうした問題を解決するために、各対物レンズに固有の補正値Cを用いて、例えば焦点はずれ量を表す焦点検出信号Dを
DC =D−C ‥‥‥(1)
により補正するための補正手段を設け、得られた補正焦点検出信号DC に基づいてレンズの制御を行うものも知られている。
【0022】
【発明が解決しようとする課題】
前記の対物レンズに固有の補正値Cは対物レンズの特性と焦点検出装置の特性の両方に依存する値であるため、特定の焦点検出装置に対応する補正値を対物レンズ或いはカメラに持たせ、補正する撮影システムはこれと異なる焦点検出装置に対しては正常に機能しない。
【0023】
即ち焦点検出装置として焦点検出装置が取り込む光束や焦点検出を行う領域の位置や数が異なるものが存在する場合には、それぞれの焦点検出装置に固有の補正値を対物レンズまたはカメラ本体が記憶手段に保持し補正することが必要であり、記憶手段として膨大な記憶容量を必要とする。
【0024】
また、上記のような補正値を持ち、予め決められた複数の焦点検出装置に対して機能するシステムが既に存在する場合には、これとは取り込む光束や焦点検出を行う領域の位置や数が異なる焦点検出装置をこのシステムに付加し、正常に機能させることは困難である。
【0025】
本発明はこうした問題を解決し、取り込む光束や焦点検出を行う領域の位置や数が異なる任意の焦点検出装置に適用でき適切な補正が行え、大きな記憶容量を必要とせず、精度の良い焦点検出信号の補正を得て、高精度な焦点検出が可能な対物レンズ、撮像装置及びこれらを有した撮影システムの提供を目的とする。
【0026】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明の撮影システムは、
複数の焦点検出領域において位相差検出方式による焦点検出を行う焦点検出手段を備える撮像装置と、該撮像装置に対して交換可能に装着され、撮影光学系の少なくとも一部を移動させて焦点調節を行う焦点調節手段を備える撮影レンズと、を有する撮影システムにおいて、
前記撮影レンズは、予定結像面の位置座標と、該位置座標に対応する物点からの光束が前記撮影光学系の射出瞳面上を通過する位置座標とにより定まる光線の前記予定結像面上への到達位置情報を記憶する記憶手段を有し、
前記撮像装置は、前記記憶手段に記憶された到達位置情報を前記射出瞳面上の各焦点検出領域に対応する範囲で積分することによって得られる、前記予定結像面上における前記物点からの光束のずれ量に基づいて、前記焦点検出手段の検出結果を補正する補正値を算出する演算手段を有し、
前記焦点調節手段は、前記補正値により補正された前記焦点検出手段の検出結果に基づいて焦点調節を行うことを特徴としている。
【0027】
請求項2の発明は、請求項1の発明において、
前記射出瞳面における各焦点検出領域に対応する範囲が前記撮影レンズの射出瞳に含まれない場合、前記焦点検出手段による焦点検出動作を中止することを特徴としている。
【0028】
請求項3の発明の撮影システムは、
複数の焦点検出領域において位相差検出方式による焦点検出を行う焦点検出手段を備える撮像装置と、該撮像装置に対して交換可能に装着され、撮影光学系の少なくとも一部を移動させて焦点調節を行う焦点調節手段を備える撮影レンズと、を有する撮影システムにおいて、
前記撮影レンズは、予定結像面上の位置座標と、該位置座標に対応する物点からの光束が該予定結像面より該撮影光学系側に予め設定された仮想面上を通過する位置座標と、によって定まる光線の前記予定結像面上への到達位置情報を記憶する記憶手段を有し、
前記撮像装置は、前記記憶手段に記憶された到達位置情報を、前記仮想面上の各焦点検出領域に対応する範囲で積分することによって得られる、前記予定結像面上における前記物点からの光束のずれ量に基づいて、前記焦点検出手段の検出結果を補正する補正値を算出する演算手段を有し、
前記焦点調節手段は、前記補正値により補正された前記焦点検出手段の検出結果に基づいて焦点調節を行うことを特徴としている。
【0029】
請求項4の発明は、請求項3の発明において、
前記仮想面上における各焦点検出領域に対応する範囲が前記撮影レンズの射出瞳に含まれない場合、前記焦点検出手段による焦点検出動作を中止することを特徴としている。
【0030】
請求項5の発明の撮影レンズは、
複数の焦点検出領域において位相差検出方式による焦点検出を行う焦点検出手段を備える撮像装置に対して交換可能に装着され、撮影光学系の少なくとも一部を移動させて焦点調節を行う焦点調節手段を備える撮影レンズにおいて、
前記撮影レンズは、予定結像面の位置座標と、該位置座標に対応する物点からの光束が前記撮影光学系の射出瞳面上を通過する位置座標とにより定まる光線の前記予定結像面上への到達位置情報を記憶する記憶手段を有し、
前記焦点調節手段は、前記記憶手段に記憶された到達位置情報を前記射出瞳面上の各焦点検出領域に対応する範囲で積分することによって得られる、前記予定結像面上における前記物点からの光束のずれ量に基づいて算出された補正値により補正された前記焦点検出手段の検出結果に基づいて焦点調節を行うことを特徴としている。
【0031】
請求項6の発明の撮影レンズは、
複数の焦点検出領域において位相差検出方式による焦点検出を行う焦点検出手段を備える撮像装置に対して交換可能に装着され、撮影光学系の少なくとも一部を移動させて焦点調節を行う焦点調節手段を備える撮影レンズにおいて、
前記撮影レンズは、予定結像面上の位置座標と、該位置座標に対応する物点からの光束が該予定結像面より該撮影光学系側に予め設定された仮想面上を通過する位置座標と、によって定まる光線の前記予定結像面上への到達位置情報を記憶する記憶手段を有し、
前記焦点調節手段は、前記記憶手段に記憶された到達位置情報を前記仮想面上の各焦点検出領域に対応する範囲で積分することによって得られる、前記予定結像面上における前記物点からの光束のずれ量に基づいて算出された補正値により補正された前記焦点検出手段の検出結果に基づいて焦点調節を行うことを特徴としている。
【0032】
請求項7の発明の撮像装置は、
撮影光学系の少なくとも一部を移動させて焦点調節を行う焦点調節手段を備える撮影レンズが交換可能に装着され、複数の焦点検出領域において位相差検出方式による焦点検出を行う焦点検出手段を備える撮像装置において、
前記撮像装置は、予定結像面の位置座標と、該位置座標に対応する物点からの光束が前記撮影光学系の射出瞳面上を通過する位置座標とにより定まる光線の前記予定結像面上への到達位置情報を、前記射出瞳面上の各焦点検出領域に対応する範囲で積分することによって得られる、前記予定結像面上における前記物点からの光束のずれ量に基づき、前記焦点検出手段の検出結果を補正する補正値を算出する演算手段を有し、
該補正値により補正された前記焦点検出手段の検出結果に基づいて前記焦点調節手段による焦点調節を行わせることを特徴としている。
【0033】
請求項8の発明の撮像装置は、
撮影光学系の少なくとも一部を移動させて焦点調節を行う焦点調節手段を備える撮影レンズが交換可能に装着され、複数の焦点検出領域において位相差検出方式による焦点検出を行う焦点検出手段を備える撮像装置において、
前記撮像装置は、予定結像面の位置座標と、該位置座標に対応する物点からの光束が該予定結像面より該撮影光学系側に予め設定された仮想面上を通過する位置座標と、によって定まる光線の前記予定結像面上への到達位置情報を、前記仮想面上の各焦点検出領域に対応する範囲で積分することによって得られる、前記予定結像面上における前記物点からの光束のずれ量に基づき、前記焦点検出手段の検出結果を補正する補正値を算出する演算手段を有し、
該補正値により補正された前記焦点検出手段の検出結果に基づいて前記焦点調節手段による焦点調節を行わせることを特徴とする撮像装置。
【0050】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の実施形態1の要部ブロック図であり、焦点検出装置を含む撮影装置(「撮像装置」ともいう。)の動作を説明するための概念図である。図中1は撮影レンズであり、内部には、1つまたは複数のレンズ群から構成され、そのすべて、もしくは一部を移動させることで焦点距離を変化させることが可能である撮影光学系2、撮影光学系2を構成するレンズのすべて、もしくは一部を移動させ、撮影光学系2の焦点状態を調整するための駆動手段(焦点調整手段)3、ROMのような記憶手段4及びそれらを制御するためのレンズ制御手段5を含んでいる。
【0051】
一方、6はカメラ(カメラ本体)であり、内部には主ミラー7、物体像が形成されている焦点板8、像反転用のペンタプリズム9、そして接眼レンズ10を有し、これらの各要素はファインダー系を構成している。さらにサブミラー11、ROMのような情報を記憶する記憶手段4’、焦点検出手段12、演算手段(補正値演算手段)13、カメラ制御手段(補正演算手段)14、撮影媒体としてのフィルム(感光体)15を含んでいる。撮影レンズ1及びカメラ本体6は接点16を有し、互いに装着された状態では撮影レンズ1の予定結像面と撮影媒体15とは一致し、又接点16を介して各種情報の通信や電源の供給が行われる。
【0052】
図2は図1の焦点検出手段12に係る要素の詳細な構成の説明図である。図中17は撮影レンズの光軸、18は図1の感光面15と等価なフィルム、19は撮影光学系2の光軸17上に配置された、図1の主ミラー7と等価な半透過性の主ミラー、20は同様に撮影光学系2の光軸17上に斜めに配置され、図1のサブミラー11の機能を有する第1の反射鏡、21は第1の反射鏡20によるフィルム18に共役な近軸的結像面、22は第2の反射鏡、23は赤外カットフィルター、24は絞りであり、2つの開口24−1、24−2を有している。
【0053】
25は2次結像系であり、絞り24の2つの開口24−1、24−2に対応して配置された2つのレンズ25−1、25−2を有している。36は第3の反射鏡、26は光電変換素子(センサー)であって2つのエリアセンサ26−1、26−2を有している。
【0054】
ここで、第1の反射鏡20は曲率を有し、絞り24の2つの開口24−1、24−2を撮影光学系2の射出瞳付近に投影する収束性のパワー(屈折力)を持っている。また第1の反射鏡20は必要な領域のみが光を反射するようにアルミや銀等の金属膜が蒸着されていて、焦点検出を行う範囲を制限する視野マスクの働きを兼ねている。他の第2,第3反射鏡22、36においても光電変換素子上に入射する迷光を減少させるため、必要最低限の領域のみが蒸着されている。各反射鏡の反射面として機能しない領域に光吸収性の塗料等を塗布するのが良い。
【0055】
図3は図2の絞り24の平面図である。絞り24は、横長の2つの開口24−1、24−2を開口幅の狭い方向に並べた構成となっている。図中点線で示されているのは、絞り24の開口24−1、24−2に対応してその後方に配置されている2次結像系25の各レンズ25−1、25−2である。
【0056】
図4は図2の光電変換素子26の平面図である。図2で示した2つのエリアセンサ26−1、26−2はこの図に示すように2次元的に画素を配列したエリアセンサを2つ並べたものである。
【0057】
以上の各要素を有する図2の構成において、撮影光学系2からの光束27−1、27−2は主ミラー19のハーフミラー面を透過後、第1の反射鏡20により、ほぼ主ミラー19の傾きに沿った方向に反射され、第2の反射鏡22により再び方向を変えた後、赤外カットフィルター23を介し、絞り24の2つの開口24−1、24−2を経て、2次結像系25の各レンズ25−1、25−2により集光され、第3の反射鏡36を介して光電変換素子26のエリアセンサ26−1、26−2上にそれぞれ到達する。
【0058】
図中の光束27−1、27−2はフィルム18の中央に結像する光束を示したものであるが、他の位置に結像する光束についても同様の経路を経て、光電変換素子26に達し、全体として、フィルム18上の所定の2次元領域に対応する被写体像に関する2つの光量分布が光電変換素子26の各エリアセンサ26−1、26−2上に形成される。
【0059】
本実施形態においては2次結像系25の第1面を凹面形状とすることで、2次結像系25に入射する光が無理に屈折されることがないような構成とし、光電変換素子26の2次元領域の広い範囲にわたって良好で一様な結像性能を確保している。尚、第1の反射鏡20は、撮影に際し、主ミラー19と同様に撮影光路外に退避されるものである。
【0060】
図1における焦点検出手段12は、このようにして得られた2つの被写体像に関する光量分布に対して、周知の焦点検出方法と同様の検出原理に基づき、被写体像の分離方向、即ち図4に示す2つのエリアセンサ26−1、26−2の上下方向の相対的位置関係をエリアセンサ26−1、26−2の各位置で算出することで撮影レンズ1の焦点状態を検出し、その結果を焦点はずれ量Dとして出力する。
【0061】
以上の焦点検出手段12によるとエリアセンサ26に対応するフィルム18の領域即ち焦点検出領域内のほぼ任意の点において焦点状態の検出を行うことが可能となる。また図5に示すような焦点検出可能領域28内の矩形で示される離散的な特定の位置においてのみ焦点検出を可能とすることもできる。この場合には、例えば図5に示す矩形パターンを有する液晶表示素子等を図1の焦点板8の付近に設け、駆動制御することで、ファインダーで焦点検出可能な領域や焦点合わせが完了した領域の表示が行える。
【0062】
前述した通り、センサ26上に形成された2つの像の相対的位置関係から求めた焦点状態を表す焦点はずれ量をそのまま用い、撮影レンズを制御すると誤差が生じ正確な焦点合わせが行えないため、各位置で求められた焦点はずれ量を各位置に応じた補正値で補正することが必要である。次にその理由を説明する。
【0063】
図6は図1の撮影レンズ1の射出瞳面40と図1のフィルム15の面に一致する撮影レンズ或いはカメラの予定結像面41を示したものである。また42は予定結像面41上の焦点検出手段12の視野中心の1つである点P から見たときの射出瞳の形状(口径蝕)である。即ち図6の射出瞳42内を透過した光により予定結像面41上の点 Pに物体像が形成され、この像情報を焦点検出手段12が受光し予定結像面41上の点P の焦点状態を検出することになる。
【0064】
但し、一般に焦点検出手段12として前述したような位相差方式を採用した場合は、焦点検出手段が受光するのは図6の射出瞳42内のすべての光ではなく、その一部の領域43、44を透過したもののみである。図6の領域43、44は図15の絞り113や図16の絞り118、又は図2の絞り24の一対の開口の図15のフィールドレンズ110、図16のフィールドレンズ117、または同様の機能を持つ図2の第1の反射鏡20による射出瞳面40への投影像に相当する。
【0065】
これら領域43、44が図6の射出瞳42に一致せず、焦点検出手段12がすべての撮影光束を取り込んでいないことが焦点検出手段で検出された結果を補正する必要がある第1の理由である。
【0066】
また、図7は撮影レンズの焦点合わせが完了した時の、図6の射出瞳40の各領域42、43、44を透過した光束の予定結像面41上の点P での結像状態とその後方に配置される焦点検出手段45を模式的に示した断面図である。図中46、47、48は射出瞳の各領域42、43、44を透過する光束、49はフィールドレンズまたはこれと同等の機能を果たす光学素子、50は2つの開口50−1、50−2を有する絞り、51は2つのレンズ51−1、51−2を有する2次結像系、52は2つのセンサ52−1,52−2を有する光電変換素子をそれぞれ表している。
【0067】
図8は図7の予定結像面41上の点P 付近を拡大して描いた図であり、図7と同一のものには同一の符号が付されている。図8において、図7の射出瞳42を透過した光束46は撮影レンズの残存収差のため焦点が合った状態であっても点P を中心としてある有限の大きさSを有している。また射出瞳40上の領域43、44を透過した光束47、48により予定結像面41上に形成される像の中心Q 、 Rは、同様に収差の影響を受けて点P に一致せず、図の紙面内においてそれぞれΔY1 ,ΔY2 だけ変位している。図7の焦点検出手段45はこれら予定結像面41上の点Q 、R を2次結像系51により光電変換素子52上に結像し、その相対的な位置を検出して点P での焦点状態を検出するため、上記の変位量ΔY1 ,ΔY2 が0(零)でなく、また撮影レンズにより異なると、焦点検出結果が変化し正確な焦点合わせが行えなくなる。これが焦点検出手段で検出された結果を補正する必要がある第2の理由である。
【0068】
本発明ではこうした補正を必要とする理由に鑑み、複数種の撮影レンズと異なる焦点検出手段を搭載した複数のカメラの任意の組み合わせに対して精度の良い補正を以下のように実現している。
【0069】
図9は図6と同様の図であり、予定結像面41上の点P に関する撮影レンズの射出瞳面40上の射出瞳42の形状を示したものである。ここで撮影レンズは点P が指定された時、それに対応する物体から射出し、射出瞳面40上の点U を通る光線が到達する予定結像面上の位置V の情報(到達位置情報)を図1の記憶手段4上に保持している。具体的には予定結像面41上に定義された座標系x,yに対して点P の座標を(x,y)、同様に射出瞳面40上に定義された座標系ζ,ηに対して点U の座標を(ζ,η)とする時、これに対応する位置V の予定結像面上の座標系x,yに対する座標値(x’,y’)を撮影レンズ1が記憶手段4に保持し、必要に応じ外部に出力可能となっている。但し、撮影レンズの瞳外の領域に対応する座標値(x’,y’)を出力するよう外部から要求された場合は、その値が存在しないことを示す情報(エラー信号)が出力される。保持するデータとしては座標値(x’,y’)そのものである必要はなく、
x’=x’(P,U)=x’(x,y;ζ,η) ‥‥‥(2)
y’=y’(P,U)=y’(x,y;ζ,η) ‥‥‥(3)
に対して
Δx=Δx(P,U)=Δx(x,y;ζ,η)=x’−x‥‥(4)
Δy=Δy(P,U)=Δy(x,y;ζ,η)=y’−y‥‥(5)
で求められるに座標値の差(Δx,Δy)であってもよい。また撮影レンズ1の記憶手段4は予定結像面41から射出瞳面40までの距離に関する情報(射出瞳位置情報)を同時に保持している。
【0070】
図10は図6、図9と同様の図であり、予定結像面41上の点P に関する焦点検出手段の入射瞳面40’上の1対の瞳形状43’、44’を示したものである。カメラ側ではこれらの瞳形状43’,44に関する情報(入射瞳情報)を図1のカメラ6内の記憶手段4’に保持している。
【0071】
またカメラ側では図8の予定結像面上41の点P に対する同平面内における変位量ΔY1、ΔY2からそれに対応する各光電変換素子上での変位量Δy’1 ,Δy’2 を求めることが可能となっている。例えば図7において点P 付近での2次結像系51の結像倍率をβ(P)とすると微小な変位量に対しては
Δy’1 =β1 (P)・ΔY1 ‥‥‥(6)
Δy’2 =β2 (P)・ΔY2 ‥‥‥(7)
が成り立つ。これらの演算に必要な情報も図1のカメラ6内の記憶手段4’に保持されている。2次結像系51の歪曲が大きい場合は精度を高めるために結像倍率β1 ,β2 をそれぞれΔY1 ,ΔY2 に依存する係数としてもよい。以上では図7の焦点検出手段を例にした関係で紙面上下方向の変位についてのみ説明したが焦点検出手段の構成によってはこれと直交する紙面に垂直方向の変位についても同様に演算が行われる。
【0072】
以上の撮影レンズ1およびカメラ6の構成において、カメラ6が予定結像面41上の点P で焦点検出する場合、まず図1のカメラ6側のカメラ制御手段(補正演算手段)14は接点16を介して撮影レンズ1の記憶手段4に保持されている射出瞳情報を受信し、これを利用し、カメラ6の記憶手段4’に保持されている点P に関する焦点検出手段の瞳形状43’、44’の情報を撮影レンズ1の射出瞳面40上での投影像(図6の領域43、44に相当)の領域に関する情報T1 、T2 に変換する。
【0073】
次いで撮影レンズ1の記憶手段4に保持されている点P に関する予定結像面上41でのずれ情報Δyを受信し、以下の演算を順次行う。
【0074】
【数1】
ここで式(8)、(9)のΔy(P;ζ,η)は式(5)に示した変位量である。但し撮影レンズ1が保持しているデータが式(3)で示すy’である場合はあらかじめ式(5)によりΔy(P;ζ,η)が求められる。また積分範囲T1 ,T2 は図6の撮影レンズの射出瞳面40上に変換された焦点検出手段の入射瞳43、44の領域である。
【0075】
但し、前述したように、カメラ6側からの読み出し要求に対して積分範囲T1 ,T2 内の座標値(ζ,η)に対応したΔy(P;ζ,η)を撮影レンズ1の記憶手段4が保持していない場合はエラー信号が出され、焦点検出動作が中止されるとともに、その旨図1のカメラ6のファインダー系内に表示される。この状態は図6の射出瞳面40上の射出瞳42が小さくなるか、焦点検出手段の絞りの投影像43、44が大きくなる等して図11に示すように射出瞳42”が絞りの投影像43”、44”を完全に包含せず、焦点検出手段が焦点検出するために必要な光束が取り込めない場合に相当する。
【0076】
式(10),(11)のβ1 (P),β2 (P)は図7の点P における2次結像系51のレンズ51−1、51−2の結像倍率、式(12)のΔy0 ’(P)は焦点検出手段の基準位相差で、焦点検出手段の調整方法により決まる値である。焦点検出手段が無収差かほとんど収差のない撮影レンズを用い、焦点が合った状態での2つの像の基準位相差を設定した場合、Δy0 ’(P)は0(零)となるが、ある程度の残存収差を有する撮影レンズを用い基準位相差を設定すると有限の値を持つ。
【0077】
また式(13)のkは焦点検出手段の2つのセンサ52−1,52−2上に形成される光量分布の相対的な位相差を予定結像面上での焦点はずれ量に変換するための係数である。
【0078】
以上の演算で求められた補正値Cにより焦点検出手段が出力する焦点検出信号Dを式(1)にしたがって補正し、得られた補正焦点検出信号DC に基づいて撮影レンズ1の制御を行うことで精度のよい焦点検出及び焦点調節が実現される。
【0079】
これまでの説明では撮影レンズが保持しているのは予定結像面上に到達する光線の位置に関する情報x’,y’,Δx,Δy等であったが、これに限定されるものではなく、例えば射出瞳面40上の点U から出射する光線の方向余弦の情報を保持してもよい。この場合は、射出瞳位置の情報を用い予定結像面41上の光線の到達する位置が補正値の演算に先立って計算される。
【0080】
図12は本発明の実施形態2の一部分の要部説明図である。図中53は予定結像面41から所定距離Lだけ離れた位置(予定結像面41より撮影光学系2側の位置)に設定された仮想面である。実施形態1においては撮影レンズが図9に示す射出瞳面40上での情報を、カメラが図10に示す焦点検出手段の入射瞳面40’での情報をそれぞれ保持していたが、本実施形態では双方が予定結像面から予め決められた共通の距離Lに設定された仮想面53に投影された瞳または絞りの投影像の情報54、55、56を保持するようにしたものである。実施形態1では補正値を求める際に、図10の領域43’、44’を図9の射出瞳面40上の情報に一旦変換する必要があったが、本実施形態のようにすることでこうした変換をする必要がなくなり、より高速な演算が可能となる。また撮影レンズは射出瞳位置情報を持つ必要もなくなる。
【0081】
距離Lの値としては使用する撮影レンズの標準的な射出瞳の距離とするのがよいが、一般的に10mmから200mm程度に設定するのが望ましい。
【0082】
尚、演算手段(補正値演算手段)13は当該焦点検出手段が焦点検出を行う予定結像面上での位置に関する情報と、焦点検出する際に利用する光線が到達する仮想面上での位置に関する情報とにより補正値を求めている。
【0083】
又、カメラ制御手段(補正演算手段)14は補正値演算手段13により求められた補正値により焦点検出手段の焦点検出結果を補正している。又、焦点検出手段は焦点検出する際に利用する光線が到達する仮想面上での位置に関する情報を前記物体からの光線が到達する仮想面上での位置に関する情報として用いて焦点検出を行っている。
【0084】
図13は本発明の実施形態3の一部分の要部説明図である。同図において、図12と同一のものには同一の符号が付されている。図において仮想面53上には仮想的な縦横の格子57が描かれていて、同面を2次元的に分割している。分割された各部分領域には順番に1、2、‥‥m×nと番号が付され、番号を指定することにより各部分領域を特定することができるようになっている。
【0085】
ここでm,nはそれぞれ縦横の領域の分割数である。 本実施例では仮想面53上の位置を指定する際にその面に定義された座標系に対する座標値ではなく各部分領域の番号を用いている。従って実施形態で示した式(2)〜(5)における(ζ,η)は、その座標即ち点U が含まれる領域の番号iでおきかえられ、それぞれ以下のようになる。
【0086】
x’=x’(P,U)=x’(x,y;i) ‥‥‥(14)
y’=y’(P,U)=y’(x,y;i) ‥‥‥(15)
Δx=Δx(P,U)=Δx(x,y;i)=x’−x ‥‥‥(16)
Δy=Δy(P,U)=Δy(x,y;i)=y’−y ‥‥‥(17)
即ち図13の格子57で分割された各部分領域内では上記x’,y’,Δx,Δyが一定であると見なすことになり、これに伴い式(8)、(9)式の積分は以下のように和に置き換えられる。
【0087】
【数2】
ここでΔSは部分領域の面積である。また和をとる範囲i1 ,i2 は図13の領域55、56内に含まれる部分領域の番号である。
【0088】
本実施形態によると撮影レンズ1は図13の領域54に相当する部分領域の番号と当該部分領域に関するx’,y’またはΔx,Δyを記憶手段4に保持し、カメラ本体6は図13の領域55、56に相当する部分領域の番号を記憶手段4’に保持し、上記演算を行うことになる。従って保持すべき情報量を大幅に削減することが可能となるとともに演算時間を短縮する効果を有する。
【0089】
本実施形態では分割された部分領域に順番に番号を付したがこれ以外の方法として縦横の分割に対応して2次元の番号i,jにより各部分領域を特定するようにしてもよい。また各部分領域の形状も正方形、長方形、或いは放射状で合ってもよい。
【0090】
さらに、図13の仮想面50だけでなく、予定結像面41も2次元的な部分領域に分割し各領域を指定するための指標を設定し、これまでの式に示された点P の代わりにその指標を用いてもよい。
【0091】
【発明の効果】
本発明によれば以上のように各要素を設定することによって、対物レンズ及び撮像装置がそれぞれ固有の特性を表す情報を保持し、必要に応じそれらによる演算処理を行うことで焦点検出手段の検出結果を補正することが可能となり、焦点検出を行う予定結像面上での位置や、焦点検出の際に取り込む光束が異なる複数の焦点検出手段が存在してもそれに応じた適正な補正が実現でき、精度の良い焦点検出信号の補正を得て、高精度な焦点検出が可能な撮影システムを達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態1の構成を示す図
【図2】本発明の実施形態1が適用される焦点検出手段の構成を示す図
【図3】本発明の実施形態1が適用される焦点検出手段の絞りを示す図
【図4】本発明の実施形態1が適用される焦点検出手段の光電変換素子を示す図
【図5】本発明の実施形態1が適用される焦点検出手段の焦点検出領域を示す図
【図6】本発明の実施形態1の対物レンズの射出瞳上での光束の説明図
【図7】本発明の実施形態1の焦点検出の要部断面図
【図8】本発明の実施形態1の予定結像面近傍の拡大説明図
【図9】本発明の実施形態1の対物レンズの射出瞳上での光束の説明図
【図10】本発明の実施形態1の焦点検出手段の入射瞳上での光束の説明図
【図11】本発明の実施形態1の対物レンズの射出瞳上での光束の説明図
【図12】本発明の実施形態2の構成を示す図
【図13】本発明の実施形態3の構成を示す図
【図14】焦点検出装置を有するカメラの従来例を示す図
【図15】焦点検出装置の第1の従来例を示す図
【図16】焦点検出装置の第2の従来例を示す図
【図17】焦点検出装置の第2の従来例における光電変換素子を示す図
【符号の説明】
1 撮影レンズ
2 撮影光学系,対物レンズ
3 焦点調節手段
4,4’ 記憶装置
5 レンズ制御手段
6 カメラ
7 主ミラー
8 焦点板
9 ペンタプリズム
10 接眼レンズ
11 サブミラー
12 焦点検出手段
13 演算手段
14 カメラ制御手段
15 フィルム
16 接点
17 撮影レンズの光軸
18 フィルム
19 主ミラー
20 第1の反射鏡
21 結像面
22 第2の反射鏡
23 赤外カットフィルター
24 絞り
25 2次結像系
26 光電変換素子
27 撮影レンズからの光束
28 焦点検出可能領域
29 矩形パターン
36 第3の反射鏡
40 射出瞳面
40’ 入射瞳面
41 予定結像面
42,42’ 射出瞳
43,44 絞りの投影像
43’,44’ 入射瞳
43”,44” 絞りの投影像
45 焦点検出手段
46,47,48 射出瞳を透過する光束
49 フィールドレンズ
50 絞り
51 2次結像系
52 光電変換素子
53 仮想面
54,55,56 瞳又は絞りの投影像
101 対物レンズ
102 主ミラー
103 焦点板
104 ペンタプリズム
105 接眼レンズ
106 サブミラー
107 フィルム
108 焦点検出装置
109 視野マスク
110 フィールドレンズ
111 2次結像系
112 光電変換素子
113 絞り
114 対物レンズの射出瞳
115 光束
116 視野マスク
117 フィールドレンズ
118 絞り
119 光学部材
120 光電変換素子
121 光電変換素子上の像
Claims (8)
- 複数の焦点検出領域において位相差検出方式による焦点検出を行う焦点検出手段を備える撮像装置と、該撮像装置に対して交換可能に装着され、撮影光学系の少なくとも一部を移動させて焦点調節を行う焦点調節手段を備える撮影レンズと、を有する撮影システムにおいて、
前記撮影レンズは、予定結像面の位置座標と、該位置座標に対応する物点からの光束が前記撮影光学系の射出瞳面上を通過する位置座標とにより定まる光線の前記予定結像面上への到達位置情報を記憶する記憶手段を有し、
前記撮像装置は、前記記憶手段に記憶された到達位置情報を前記射出瞳面上の各焦点検出領域に対応する範囲で積分することによって得られる、前記予定結像面上における前記物点からの光束のずれ量に基づいて、前記焦点検出手段の検出結果を補正する補正値を算出する演算手段を有し、
前記焦点調節手段は、前記補正値により補正された前記焦点検出手段の検出結果に基づいて焦点調節を行うことを特徴とする撮影システム。 - 前記射出瞳面における各焦点検出領域に対応する範囲が前記撮影レンズの射出瞳に含まれない場合、前記焦点検出手段による焦点検出動作を中止することを特徴とする請求項1に記載の撮影システム。
- 複数の焦点検出領域において位相差検出方式による焦点検出を行う焦点検出手段を備える撮像装置と、該撮像装置に対して交換可能に装着され、撮影光学系の少なくとも一部を移動させて焦点調節を行う焦点調節手段を備える撮影レンズと、を有する撮影システムにおいて、
前記撮影レンズは、予定結像面上の位置座標と、該位置座標に対応する物点からの光束が該予定結像面より該撮影光学系側に予め設定された仮想面上を通過する位置座標と、によって定まる光線の前記予定結像面上への到達位置情報を記憶する記憶手段を有し、
前記撮像装置は、前記記憶手段に記憶された到達位置情報を、前記仮想面上の各焦点検出領域に対応する範囲で積分することによって得られる、前記予定結像面上における前記物点からの光束のずれ量に基づいて、前記焦点検出手段の検出結果を補正する補正値を算出する演算手段を有し、
前記焦点調節手段は、前記補正値により補正された前記焦点検出手段の検出結果に基づいて焦点調節を行うことを特徴とする撮影システム。 - 前記仮想面上における各焦点検出領域に対応する範囲が前記撮影レンズの射出瞳に含まれない場合、前記焦点検出手段による焦点検出動作を中止することを特徴とする請求項3に記載の撮影システム。
- 複数の焦点検出領域において位相差検出方式による焦点検出を行う焦点検出手段を備える撮像装置に対して交換可能に装着され、撮影光学系の少なくとも一部を移動させて焦点調節を行う焦点調節手段を備える撮影レンズにおいて、
前記撮影レンズは、予定結像面の位置座標と、該位置座標に対応する物点からの光束が前記撮影光学系の射出瞳面上を通過する位置座標とにより定まる光線の前記予定結像面上への到達位置情報を記憶する記憶手段を有し、
前記焦点調節手段は、前記記憶手段に記憶された到達位置情報を前記射出瞳面上の各焦点検出領域に対応する範囲で積分することによって得られる、前記予定結像面上における前記物点からの光束のずれ量に基づいて算出された補正値により補正された前記焦点検出手段の検出結果に基づいて焦点調節を行うことを特徴とする撮影レンズ。 - 複数の焦点検出領域において位相差検出方式による焦点検出を行う焦点検出手段を備え る撮像装置に対して交換可能に装着され、撮影光学系の少なくとも一部を移動させて焦点調節を行う焦点調節手段を備える撮影レンズにおいて、
前記撮影レンズは、予定結像面上の位置座標と、該位置座標に対応する物点からの光束が該予定結像面より該撮影光学系側に予め設定された仮想面上を通過する位置座標と、によって定まる光線の前記予定結像面上への到達位置情報を記憶する記憶手段を有し、
前記焦点調節手段は、前記記憶手段に記憶された到達位置情報を前記仮想面上の各焦点検出領域に対応する範囲で積分することによって得られる、前記予定結像面上における前記物点からの光束のずれ量に基づいて算出された補正値により補正された前記焦点検出手段の検出結果に基づいて焦点調節を行うことを特徴とする撮影レンズ。 - 撮影光学系の少なくとも一部を移動させて焦点調節を行う焦点調節手段を備える撮影レンズが交換可能に装着され、複数の焦点検出領域において位相差検出方式による焦点検出を行う焦点検出手段を備える撮像装置において、
前記撮像装置は、予定結像面の位置座標と、該位置座標に対応する物点からの光束が前記撮影光学系の射出瞳面上を通過する位置座標とにより定まる光線の前記予定結像面上への到達位置情報を、前記射出瞳面上の各焦点検出領域に対応する範囲で積分することによって得られる、前記予定結像面上における前記物点からの光束のずれ量に基づき、前記焦点検出手段の検出結果を補正する補正値を算出する演算手段を有し、
該補正値により補正された前記焦点検出手段の検出結果に基づいて前記焦点調節手段による焦点調節を行わせることを特徴とする撮像装置。 - 撮影光学系の少なくとも一部を移動させて焦点調節を行う焦点調節手段を備える撮影レンズが交換可能に装着され、複数の焦点検出領域において位相差検出方式による焦点検出を行う焦点検出手段を備える撮像装置において、
前記撮像装置は、予定結像面の位置座標と、該位置座標に対応する物点からの光束が該予定結像面より該撮影光学系側に予め設定された仮想面上を通過する位置座標と、によって定まる光線の前記予定結像面上への到達位置情報を、前記仮想面上の各焦点検出領域に対応する範囲で積分することによって得られる、前記予定結像面上における前記物点からの光束のずれ量に基づき、前記焦点検出手段の検出結果を補正する補正値を算出する演算手段を有し、
該補正値により補正された前記焦点検出手段の検出結果に基づいて前記焦点調節手段による焦点調節を行わせることを特徴とする撮像装置。
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