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
【０００１】
【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
【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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