JP4208536B2 - 焦点検出装置、それを有する撮像装置、及び撮影レンズ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、焦点検出装置及びそれを有する撮像装置に関し、例えば撮像素子を用いてカラー画像信号を形成することのできる撮像装置に交換可能な撮影光学系（撮影レンズ）を装着して使用する一眼レフタイプのカメラに好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、撮影レンズの合焦状態を検出する焦点検出装置が種々と提案されている。このうち一眼レフレックスカメラに搭載する位相差検出方式の焦点検出装置は、検出精度がよい為従来より種々提案されている。最も一般的となっている構成は、一眼レフレックスの回動ミラーをハーフミラーとして、この回動ミラーを透過した光束を第２の反射鏡によってカメラのミラーボックス下部方向に反射させ、撮影光学系の予定焦点面と略共役となる位置に設けた集光レンズを介し、集光レンズからの光束を２次結像光学系に導くようにし、２次結像面上に配置した受光素子上に被写体像を再結像させている。そしてこの２次結像光学系をその入射瞳が撮影光学系の射出瞳の異なる部分に対応するように２つを１組(１対)として設け、１組の被写体像を形成するようにして、これらの被写体像の相対的な位置ずれ量を計測することによって撮影光学系の焦点位置（合焦状態）を検出している。
【０００３】
この方式を用いた焦点検出装置において、その焦点検出精度を向上させることを目的とするものも種々と提案されている。例えばCCD等の受光素子の分光感度と一般的な撮影フィルムの分光感度の相違を低減させるため、焦点検出装置の光路中に所定の波長域より短波長の被写体光、及び長波長の被写体光を遮断させる機能を持った感度補正カットフィルターを配置した構成が知られている(例えば特許文献１)。
【０００４】
又低輝度被写体の焦点検出に際して、近赤外域に大半の分光エネルギー持った補助光を被写体に投光するようにして、その反射光によって焦点検出精度を向上させるとき、補助光の投光時と通常時で焦点検出用の受光素子の分光感度を変更するべくフィルターを切り替えること、そして補助光の投光時には焦点検出に使用する被写体光の分光エネルギー分布が近赤外域の特定波長域に限られるようになるため、白色光源下での焦点検出結果とは異なる検出結果を出力する可能性がある。これは主として装着された撮影光学系の焦点位置が通常の白色光源下と、このような特定波長域の分光エネルギーを持った照明光源下とで異なることによって発生するものであって、撮影光学系の色収差の補正状況によって変化することになる。このような問題点を解決するために、このような補助光を投光して焦点検出を行うという状況下では、これらの撮影光学系の色収差に関する焦点検出量のずれに相当する情報を予めレンズの記憶部内に格納しておき、カメラの焦点検出に際して、適宜このずれを補正するような構成が知られている(特許文献２)。
【０００５】
又、焦点検出装置の受光素子面の近傍に被写体の色温度を検出するべく所定のフィルター手段を持ったセンサー部を配置すること、そして被写体の色温度情報を出力することによってレンズ内に予め記憶された色温度毎の焦点補正情報を用いることによって高精度の焦点検出を実現する構成が知られている(特許文献３)。
【特許文献１】
特開平９−２１８３４４号公報
【特許文献２】
特公平８−３５７５号公報
【特許文献３】
特許第２６６６２７４号
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
一眼レフレックスカメラにおいて上記従来例のような焦点検出装置の構成では、カメラの画像記録手段として銀塩フィルムを使用することを想定しており、また特に太陽光源等の白色光源下でモノクロフィルムを使用することを想定して撮影するという状況を想定しているのが一般的であって、このような光源下での撮影に際して所定の空間周波数で最適な焦点調節状態が得られるように構成していた。このような構成では被写体を照明する光源の色温度や被写体そのものの色によっては、撮影レンズの色収差の分だけ焦点位置がずれるという問題を含んでいた。
【０００７】
特に被写体が低輝度のときや撮影対象とする被写体が低いコントラストである場合などでは、被写体にコントラストを付加すべくカメラ側から補助光を投光してその反射光を受光して焦点調節状態を検出する構成も一般的に実施されている。このような構成では被写体を照明する補助光の波長に対する撮影光学系の色収差に関わる情報の授受を行って焦点検出誤差を補正するようにしている。この場合でもやはり、白色光源下で最適となる焦点調節状態に焦点位置を調節しており、被写体そのものの色によっては焦点位置がずれるという問題を含んでいた。
【０００８】
また、焦点検出用の受光素子の近傍に色温度検出用の受光部を配置することによって被写体を照明する光源の色温度を検出し、色温度によって変化する撮影光学系の最適焦点位置を補正する方法は色温度が異なるもののやはり白色の被写体を想定した焦点調節を行うことを想定したものであって、被写体そのものの色によって焦点位置がずれてしまうという課題がある。
【０００９】
本発明の第１の目的は、被写体そのものの色（分光特性）によって最適な焦点位置が変化することに着目し、被写体の色ごとに綿密な焦点調節を行い、このとき同時に被写体を照明する光源の分光特性の相違によって発生する焦点位置のずれをも同時に解決し、高精度の焦点検出ができる焦点検出装置及びそれを有する撮像装置の提供にある。
【００１０】
一方、画像記録手段として撮像素子を使用するカメラにおいては、焦点検出は撮像素子からの出力信号そのものを読み出し、被写体像の先鋭度を評価して行う構成のものが多く、撮影画像そのものを使用するために焦点調節の精度が高いという利点があった。しかしながら、一眼レフレックスタイプのカメラにこのような構成を搭載しようとすると、光学ファインダーとは共存させることが難しいという問題が発生し、これを解決するためにハーフミラー等の光路分割部材を配置する場合には光量が低下するという問題を発生させている。この他、撮像素子を常時露光している状態とせざるを得ないため、ノイズ除去等の高精細画像の形成には不向きとなる。また、このような焦点調節装置では、撮像素子から被写体のコントラスト情報は得られるものの、この情報だけでは最適焦点位置へ撮影光学系を焦点調節するための焦点調節方向の情報や焦点調節駆動量を算出することができないため、例えば微少量の焦点調節駆動を行ってコントラスト情報の比較を行う等の動作が必要となって、焦点調節に時間がかかるという問題があった。
【００１１】
本発明の第２の目的は、光学ファインダーを併用できる電子ビューファインダー（ＥＶＦ）を有する一眼レフレックスタイプのカメラにおいて、焦点調節を迅速に実現することのできる位相差方式の焦点検出装置を改良して、被写体そのものの色や被写体を照明する光源の分光特性の影響を極力排除して、高精度の焦点調節ができる焦点検出装置及びそれを有する撮像装置の提供にある。
【００１２】
本発明の第３の目的は、所定の分光感度を持ったフィルターを使用するカラー撮像素子を画像記録手段として使用する場合に好適となる焦点検出装置及びそれを有する撮像装置の提供にある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の焦点検出装置は、撮影レンズの像側に設けた光学手段と、該光学手段により該撮影レンズの瞳の異なる領域を通過した光束を用いて被写体像に関する対の光量分布が形成される受光素子とを有し、該対の光量分布の相対的な位置関係を該受光素子からの信号により求め、該受光素子からの信号を用いて該撮影レンズの合焦状態を求める焦点検出装置であって、該受光素子は、互いに異なる分光特性で被写体像に関する光量分布を検出する互いに対となる受光部を複数組有し、該受光素子より、焦点検出を行う被写体の色に関する輝度信号を得て、該輝度信号を利用して焦点検出を行うことを特徴としている。
【００１４】
請求項２の発明の焦点検出装置は、撮影レンズの像側に設けた光学手段と、該光学手段により該撮影レンズの瞳の異なる領域を通過した光束を用いて被写体像に関する対の光量分布が形成される受光素子とを有し、該対の光量分布の相対的な位置関係を該受光素子からの信号により求め、該受光素子からの信号を用いて該撮影レンズの合焦状態を求める焦点検出装置であって、該受光素子は、互いに異なる分光特性で被写体像に関する光量分布を検出する互いに対となる受光部を３つ以上有していることを特徴としている。
【００１５】
請求項３の発明の撮像装置は、撮影レンズの像側に設けた光学手段と、該光学手段により該撮影レンズの瞳の異なる領域を通過した光束を用いて被写体像に関する対の光量分布が形成される受光素子とを有し、該対の光量分布の相対的な位置関係を該受光素子からの信号により求め、該受光素子からの信号を用いて該撮影レンズの合焦状態を求める焦点検出装置であって、該受光素子は、互いに異なる分光特性で被写体像に関する光量分布を検出する互いに対となる受光部を複数組有する焦点検出装置と、該撮影レンズによって形成される被写体像を電気信号に変換し、画像情報を得る撮像素子とを有し、該撮像素子は該受光素子が有する対の受光部の数と同数の分光特性で被写体像を撮像しており、該撮像素子の各分光特性は、該受光素子の各受光部が被写体像に関する光量分布を検出するときの分光特性と略同一であることを特徴としている。
【００１６】
請求項４の発明の撮影レンズは、撮影レンズの像側に設けた光学手段と、該光学手段により該撮影レンズの瞳の異なる領域を通過した光束を用いて被写体像に関する対の光量分布が形成される受光素子とを有し、該対の光量分布の相対的な位置関係を該受光素子からの信号により求め、該受光素子からの信号を用いて該撮影レンズの合焦状態を求める焦点検出装置であって、該受光素子は、互いに異なる分光特性で被写体像に関する光量分布を検出する互いに対となる受光部を複数組有する焦点検出装置と、該撮影レンズによって形成される被写体像を電気信号に変換し、画像情報を得る撮像素子とを有する撮像装置に着脱可能な撮影レンズであって、少なくとも該受光素子の各受光部が被写体像に関する光量分布を検出するための分光特性を含み、該受光素子が有する対の受光部の数と同数以上の分光特性に対応する焦点位置に関する情報を予め記憶した記憶部を有することを特徴としている。
【００１７】
請求項５の発明は請求項１又は２の発明において、受光素子の光入射側には、対の受光部毎に互いに分光特性が異なるフィルター部材が設けられていることを特徴としている。
【００１８】
請求項６の発明は請求項１の発明において、前記複数組の対の受光部のうち１以上の対の受光部からの出力信号を用いて焦点検出を行っていることを特徴としている。
【００１９】
請求項７の発明のカメラシステムは、請求項３の撮像装置と、該撮像装置に着脱可能な撮影レンズとを有することを特徴としている。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の焦点検出装置を一眼レフ用のデジタルカメラに適用したときの実施形態１の要部概略図である。図２は図１の一部分の光路を展開した説明図である。
【００２３】
図１、図２においてＬＢは交換可能なレンズ本体、ＣＢはカメラ本体(撮像装置)である。１は交換可能（着脱可能）なレンズ本体ＬＢに収納された撮影レンズ、２はＱＲミラー（クイックリターンミラー）、３は焦点検出用の反射鏡、４は集光レンズ、５は視野絞り、６は赤外カットフィルター、７は開口絞り、８は２次結像レンズであり１対のレンズを１以上含んでいる。９は焦点検出用の受光手段である。各部材３〜９は焦点検出装置の一要素を構成している。又、部材４、７、８は２次像を形成する光学手段の一要素を構成している。１０は焦点板、１１は正立像形成用の光学部材でありペンタダハプリズムより成っている。１２は接眼レンズである。各部材１０〜１２はファインダー系の一要素を構成している。１３は光学フィルター、１４は被写体像を電気信号に変換し、画像情報を得る撮像素子である。尚フィルム用カメラのときはフィルムである。２１はカメラ本体ＣＢ側の各種演算を行うＣＰＵ、２２はレンズ本体ＬＢ側の各種のレンズ情報を記憶している記憶装置（記憶部）、２３はレンズ駆動用のモーターである。
【００２４】
次に焦点検出について説明する。焦点検出の原理は、例えば特開平７−１５９６８４号公報に開示している方法と同じである。被写体からの光束は撮影レンズ１を通過した後、撮影レンズ１の像側に配置され、ハーフミラーより構成されたＱＲミラー２を透過し、焦点検出用の反射鏡３で反射された後に集光レンズ４に入射する。このとき撮影レンズ１による被写体像は集光レンズ４の近傍に形成される。その後、光束は集光レンズ４によって集光され視野絞り５で通過光量が制限された後２次結像レンズ８の方向に集光され、赤外カットフィルター６によって可視光成分だけを選択的に透過させ開口絞り７により制限された後に、２次結像レンズ８に入射する。そして２次結像レンズ８によって焦点検出用の受光手段９の上に被写体像を再結像させる構成となっている。
【００２５】
ここで焦点検出用の受光手段９には、撮影レンズ１の予定焦点面近傍に配置された視野絞り５と、２次結像レンズ８の開口近傍に配置された開口絞り７によって光束を制限され、撮影画面の特定領域に関し、撮影レンズ１の射出瞳の一対となる特定領域１ａを通過した光束のみが抽出されて結像される。実施形態１の焦点検出装置ではこのようにして焦点検出用の受光手段９上に形成された一対の被写体像の相対位置ずれ情報をＣＰＵ２１で算出し、ＣＰＵ２１からの信号に基づいて、モータ２３でフォーカスレンズを駆動することによって焦点検出を行う。
【００２６】
一方、撮影レンズ１によって形成される被写体像のうちＱＲミラー２によって反射された光束は、撮像素子１４と光学的に共役な位置に配置された焦点板１０の焦点面上に結像され、この焦点面を拡散透過した被写体像は正立像形成用の光学部材１１によって正立像となった後に接眼レンズ１２によって拡大して観察可能となるように構成されている。
【００２７】
そして、ＣＰＵ２１による焦点検出結果に基づいて記憶装置２２、モータ２３等で焦点調節が行われた後、撮影に際しては、ＱＲミラー２、及び焦点検出用の反射鏡３は撮影レンズ１の光路外に回動して退避し、被写体像は赤外カットフィルターを含む光学フィルター１３を介して撮像素子１４上に結像され画像信号を記録するように構成している。
【００２８】
ここでカメラ本体側の演算用ＣＰＵ２１は、焦点検出用の受光手段９からの出力信号と、レンズ情報の記憶装置２２に記憶されたレンズ情報、特に撮影レンズ１の最良焦点位置と焦点検出装置が出力する焦点位置との撮影レンズ１の色収差等に基づくずれに関する情報を用いて撮影レンズ１の焦点調節のための駆動量を算出し、レンズ駆動用のモーター２３に算出された信号を伝達してフォーカスレンズを駆動して焦点調節を行うように構成している。
【００２９】
また本実施例においては、撮影レンズ１の最良焦点位置と焦点検出装置が出力する焦点位置との撮影レンズ１の色収差等に基づくずれに関する情報は、さらに、昼光色に相当する比較的広い波長域の分光エネルギー分布を持った白色被写体に対する第１のずれ情報と、人間の目に青い被写体として認識される比較的狭い波長域の分光エネルギーを持った特定色被写体に対する第２のずれ情報と、人間の目に緑色の被写体として認識される比較的狭い波長域の分光エネルギーを持った特定色被写体に対する第３のずれ情報と、人間の目に赤い被写体として認識される比較的狭い波長域の分光エネルギーを持った特定色被写体に対する第４のずれ情報の少なくとも４種類のずれ情報をレンズ情報の記憶装置２２に予め記憶していて、後述する焦点検出装置の出力に応じてこれらのずれ情報を適宜選択して使用することによって焦点調節を行うように構成している。
【００３０】
次に図２に示した焦点検出用の光学系の展開図に基づいて、焦点検出装置の特徴について説明する。図２において、７１、７２は図１の開口絞り７の一対の開口部、８１、８２は図１の２次結像レンズ８の一対のレンズ部、９１、９２は図１の焦点検出用の受光手段９の一対の受光素子を表している。図２に示すように実施形態１の焦点検出装置は、撮影レンズ１の射出瞳の一部１ａを通過した光束を用いて焦点検出用の受光素子９１、９２にそれぞれ像を２次結像させる構成としている。そしてこれら一対の受光素子９１、９２上に形成される被写体像の相対的な位置ずれを算出して撮影レンズ１の焦点位置に関する情報を算出している。
【００３１】
図３は、実施形態１の焦点検出用の受光手段９とその近傍の詳細図である。図３（Ａ）は、受光素子９１の詳細形状、図３（Ｂ）は受光素子９２の詳細形状を表している。１対の受光素子９１、及び９２はそれぞれ３つの受光部９１Ｂ、９１Ｇ、９１Ｒと、９２Ｂ、９２Ｇ、９２Ｒに分割されていて三対の画像信号（光量分布）を出力可能に構成されている。受光部９１Ｂと９２Ｂで一対の受光部を形成している。同様に受光部９１Ｇと９２Ｇ、受光部９１Ｒと９２Ｒで１対の受光部を形成している。これらの受光部の上（光入射側）には各受光部対毎（受光部毎）に異なる分光特性を持ったカラーフィルターＢ、Ｇ、Ｒが配されている。受光部９１Ｂと９２Ｂはその受光部上に主として４５０ｎｍから５００ｎｍの波長領域で透過率が高い傾向を持った第１のカラーフィルターＢを配しており、受光部９１Ｇと９２Ｇはその受光部上に主
として５００ｎｍから５５０ｎｍの波長領域で透過率が高い傾向を持った第２のカラーフィルターＧを配しており、受光部９１Ｒと９２Ｒはその受光部上に主として５５０ｎｍより長い波長領域で透過率が高い傾向を持った第３のカラーフィルターＲを配している。
【００３２】
図６は、カラーフィルターＢ、Ｇ、Ｒの分光特性の説明図である。同図において、１１１は第１のカラーフィルターＢ、１１２は第２のカラーフィルターＧ、１１３は第３のカラーフィルターＲの分光特性を表している。実施形態１の焦点検出用の受光手段９からの出力信号は、赤外カットフィルター６、受光手段９そのものの分光感度、及び上記のような透過率特性を持ったカラーフィルターの特性を組合せることによって総合的な分光特性は図７のような分光感度曲線を持つことになる。
【００３３】
受光部９１Ｂ、９２Ｂからは人間が青色に感じる第１の分光感度を持った信号を出力し、受光部９１Ｇ、９２Ｇからは人間が緑色に感じる第２の分光感度を持った信号を出力し、受光部９１Ｒ、９２Ｒからは人間が赤色に感じる第３の分光感度を持った信号を出力する。図７において、曲線１２１は第１の分光感度、曲線１２２は第２の分光感度、曲線１２３は第３の分光感度にそれぞれ対応している。なお、ここで構成する３つの分光感度は、図５に示される人間が観察者となる場合のスペクトル３刺激値に類似するようにしている。このように実施形態１の焦点検出用の３つの分光感度に対応する受光部は人間の目に類似するように構成している。
【００３４】
図４は、図３に示した焦点検出用の受光手段９からの各々の出力信号の例を示す説明図である。図４（Ａ）は、受光素子９１の３つの受光部９１Ｂ、９１Ｇ、９１Ｒからの出力信号、図４（Ｂ）は受光素子９２の３つの受光部９２Ｂ、９２Ｇ、９２Ｒからの出力信号を表している。図４の横軸は図３に示される受光素子９１、９２の位置に対応し、縦軸は出力信号の強度（被写体像の輝度）に対応する。
【００３５】
また、図４において、（ａ）、（ｂ）はそれぞれ図３の受光部９１Ｂ、９２Ｂに対応する人間が青色に感じる第１の分光感度を持った信号出力、（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ図３の受光部９１Ｇ、９２Ｇに対応する人間が緑色に感じる第２の分光感度を持った信号出力、（ｅ）、（ｆ）はそれぞれ図３の受光部９１Ｒ、９２Ｒに対応する人間が赤色に感じる第３の分光感度を持った信号出力を同一の信号増幅率で増幅した場合を想定したの出力信号の例を示している。図４に示される被写体像では、人間が赤色に感じる第３の分光感度を持った信号出力が、この他の２つの分光感度を持った信号出力と比べて相対的にその強度が強いことを示しており、被写体像そのものの分光反射率のうち人間が赤色に感じる波長域の反射率が相対的に高いか、あるいは被写体を照明する照明光源の分光エネルギーのうち人間が赤色に感じる波長域のエネルギーが強いという条件下にあるということを示している。
【００３６】
このような場合には、受光部９１Ｂ、９２Ｂ、及び受光部９１Ｇ、９２Ｇからの出力信号は除外して受光部９１Ｒ、受光部９２Ｒからの出力信号のみを用いて各々の受光素子に形成される被写体像のずれ量を算出して撮影レンズ１の焦点すれ量を算出するものとする。また、このとき撮影レンズ１の最良焦点位置としては、上述の人間が赤色に感じる第３の分光感度に対応する最良焦点位置が選択され、上述のレンズ情報の記憶装置２２から、撮影レンズ１の最良焦点位置と焦点検出装置が出力する焦点位置との撮影レンズ１の色収差等に基づくずれに関する情報として、人間の目に赤い被写体として認識される比較的狭い波長域の分光エネルギーを持った特定色被写体に対する第４のずれ情報が選択的に使用されることによって、このような波長域のエネルギーの強い被写体に対して最適な焦点位置に焦点調節を行うようにしている。
【００３７】
このように焦点検出用の被写体の色に関する輝度信号を焦点検出の際に利用して被写体の色がどのようなものであっても高い焦点検出精度を得ている。
【００３８】
実施形態１において、被写体像を形成する撮像素子１４には、焦点検出用の受光手段９の受光部９１Ｂ、９２Ｂ、受光部９１Ｇ、９２Ｇ、及び受光部９１Ｒ、９２Ｒの上に形成したカラーフィルターＢ、Ｇ、Ｒを含む総合の分光特性とほぼ同等の分光特性を持ったカラーフィルターをモザイク状に配置してカラー画像を形成する構成としている。即ち各受光部の分光特性と同じ状態としている。
【００３９】
また、図１に示す光学フィルター１３には、図１の赤外カットフィルター７とほぼ同等の分光透過率特性を持った赤外光成分を除外する赤外カットフィルターが含まれており、撮像素子１４そのものの分光感度との組合せによって、撮影画像の色信号も焦点調節用の受光部からの出力信号とほぼ同等の分光感度を持った、人間が青色に感じる第１の分光感度を持った信号と、人間が緑色に感じる第２の分光感度を持った信号と、人間が赤色に感じる第３の分光感度を持った信号を出力するように構成している。このため撮像素子１４から出力される３つの色信号に対応する分光感度は、図７に示される焦点検出用の受光手段９に入射する光束の総合的な分光感度とほぼ同等となる。なお、光学フィルター１３は、この他に撮像素子１４上に形成されるカラーフィルターがモザイク状であって、色信号の欠落を補間によって補うために発生する偽色信号を低減させる光学ローパスフィルターの機能を具備するものとなっている。
【００４０】
撮像素子１４から出力される画像は、これら３つの分光感度を持った色信号を適切な強度比で混合して形成されるため、図４に示したように焦点検出領域の信号出力の強度に偏りがある場合には、特に実施形態１によって高精度の焦点調節が可能となる。
【００４１】
上記説明では、図４に示したように３つの分光感度に対応する三対の焦点検出信号のうちの一対の信号強度が他の二対の信号強度に対して強い場合について説明したが、現実の被写体では、これらの三対の信号が様々な強度比を持った信号として検出されるのが一般的である。このような場合に焦点調節量の算出に際して、３種類の焦点調節量を算出しておいて受光信号の強度比に応じて加算平均してその結果に応じて焦点調節を行うとか、最も強度の強い受光信号に対応する焦点調節を行う等、最適焦点位置の検出アルゴリズムとしては種々な方法が適用可能である。
【００４２】
以上のように実施形態１では、受光手段は少なくとも３つの異なる分光特性を有するフィルター部材を隣接させて配置し、撮影光学系の射出瞳の異なる一対の位置から分光特性の異なる少なくとも三対の被写体像を形成して焦点検出対象被写体の色に相当する信号と焦点ずれ量に対応する信号を出力している。この為実施形態１によれば被写体を照明する光源の色温度が想定した光源と大きく異なる場合や被写体そのものの色が赤や青を多く含む場合などであっても焦点検出装置そのものの色収差、及び撮影レンズの色収差の分だけ焦点位置がずれるという問題がなくなる。又実施形態１の焦点検出装置によれば、従来の一般的な焦点検出装置の分光感度が広波長域に及んでいることに起因する焦点検出誤差、例えば焦点検出装置そのもの、及び撮影レンズの色収差の影響を少なくするように分光感度を狭波長域に限定して焦点検出を行うことが可能となり、これらの色収差の影響による焦点検出精度の低下を防止することが可能となる。
【００４３】
又、実施形態１の撮像装置における撮像素子は３つの異なる分光特性を有するフィルター部材を所定の配列で具備し、各々の分光特性に応じた色信号を出力するようにし、かつ焦点検出装置から出力される複数の焦点ずれ量のうち、３つの焦点ずれ量に対応する分光特性を撮像装置の撮像素子が出力する３つの色信号に対応する分光特性を略一致させるように構成して、焦点検出精度を高めている。
【００４４】
この他、最近撮像用の記録媒体として撮像素子を使用するカメラが普及してきており、特に人間が観測者となる場合の３刺激値に対応した色信号を出力する原色カラーフィルターを具備したカラー撮像素子を使用するカメラが普及してきており、このような撮像素子を使用するカメラで撮像した画像のコントラストはここで出力される色信号毎に決定される。実施形態１によれば、焦点検出に使用する信号の分光感度を撮像装置の色信号の持つ分光感度と極力合致させているため、コントラストの高い良好なる画像が容易に得られる。
【００４５】
また、実施形態１では、交換可能に構成され、撮影光学系の特性に応じた種々の情報を記憶する情報記憶部材（記憶部）（記憶装置）を有し、カメラに装着した際に前記情報をカメラに伝達するように構成し、前記情報には、少なくとも３つの異なる分光特性に対応した焦点位置情報が含まれていて、該焦点位置情報と焦点検出装置からの出力される色に相当する信号と焦点ずれ量に対応する信号を用いている。この為比較的狭波長域の分光感度を持った画像信号を出力することができ、焦点検出精度を向上させることが可能となる。又撮影レンズを交換可能に構成した一眼レフレックスタイプのカメラにおいては、これらの狭波長域の光に対する撮影レンズの最良焦点位置と焦点検出装置から出力される一対の像（光量分布）のずれ量から算出される焦点ずれ量が撮影レンズ毎に異なるという場合が多々発生するが、実施形態１によれば焦点調節装置から算出される焦点位置と撮影レンズの最良焦点位置の差を比較的狭波長域の分光特性に対応するべく、少なくとも３つの焦点位置情報、あるいは焦点位置のずれ情報を記憶手段に予め記憶し、これらの情報を適宜使用することによって、被写体そのものの色や被写体を照明する光源の分光特性の影響を極力排除することができるカメラシステムを構築することができる。
【００４６】
実施形態１の焦点検出用の受光手段９の受光部は、撮像素子１４のカラーフィルターとほぼ同等の分光感度を持った三対の色信号を出力するように構成したが、この他にも様々な構成が適用できる。
【００４７】
例えば、図１の赤外カットフィルター６をこの部分から撤去することを前提に、受光手段９上に近赤外域の所定の波長域のみに感度を有する受光部を設け、被写体が低照度状態の場合にこの波長域の光を使用して焦点検出を行うことも考えられる。特に、被写体にたいしてこの波長域の補助照明光を投光して焦点検出を行う場合には特に有効となる。もちろん、このようなカメラシステムを構築するに際しては、この波長域の光について焦点検出結果と最適焦点位置のずれを補正するための情報をレンズ内の記憶装置に格納しておく。この場合には焦点検出に使用する光の分光感度に対応する撮影結果とはならないため、例えば所定の白色照明光源で被写体を照明することを想定した最良焦点位置と近赤外域の波長を使用する焦点検出結果のずれに関する情報を記憶するように構成しておくことが必要となる。
【００４８】
この他、特に被写体が低照度のときの焦点検出に際して、図３に示したような構成の焦点検出用の受光部を形成した上で、特に低照度下の場合には、受光部９１Ｂと９１Ｇと９１Ｒ、及び受光部９２Ｂ、９２Ｇ、９２Ｒのそれぞれの加算信号を焦点検出用の信号として出力可能に構成しても良い。この場合には、焦点検出結果と最適焦点位置のずれを補正するための情報も例えば加算する等の演算で対応することが必要になるが、低照度下の対応手段として有効となる。
【００４９】
この他実施形態１において、２次結像レンズを複数個と、対の受光素子９１、９２を複数用いて、撮影レンズの合焦状態を撮影視野内の複数の領域で求めるようにしても良い。
【００５０】
【発明の効果】
本発明によれば被写体の色ごとに綿密な焦点調節を行い、このとき同時に被写体を照明する光源の分光特性の相違によって発生する焦点位置のずれをも同時に解決し、高精度の焦点検出ができる焦点検出装置及びそれを有する撮像装置を達成することができる。
【００５１】
この他本発明によれば被写体そのものの色や被写体を照明する光源の分光特性の影響を極力排除して、高精度の焦点調節ができる焦点検出装置及びそれを有する撮像装置を達成することができる。
【００５２】
この他本発明によれば所定の分光感度を持ったフィルターを使用するカラー撮像素子を画像記録手段として使用する場合に特に好適な焦点検出装置を達成することができる。
【００５３】
この他本発明によれば同時にレンズ交換可能な一眼レフレックスカメラとしてより高精度の焦点調節を可能とするカメラシステムを構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の一眼レフレックスカメラの要部断面図
【図２】 本発明の実施形態１の焦点検出装置の光学系の展開図
【図３】 本発明の実施形態１の焦点検出装置の受光部の詳細図
【図４】 本発明の実施形態１の焦点検出装置の受光部からの出力信号の説明図
【図５】 人間の目のスペクトル３刺激値に対応する分光感度の説明図
【図６】 本発明の実施形態１の焦点検出用の受光部上のカラーフィルターの分光感度の説明図
【図７】 本発明の実施形態１の焦点検出用の受光手段の分光感度の説明図
【符号の説明】
１ 撮影レンズ
２ ＱＲミラー
３ 焦点検出用の反射鏡
４ 集光レンズ
５ 視野絞り
６ 赤外カットフィルター
７ 開口絞り
８ ２次結像レンズ
９ 焦点検出用の受光素子
１０ 焦点板
１１ 正立像形成用の光学部材
１２ 接眼レンズ
１３ 光学フィルター
１４ 被写体像を形成する撮像素子
２１ カメラの演算用ＣＰＵ
２２ レンズ情報の記憶装置
２３ レンズ駆動用のモーター
【発明の属する技術分野】
本発明は、焦点検出装置及びそれを有する撮像装置に関し、例えば撮像素子を用いてカラー画像信号を形成することのできる撮像装置に交換可能な撮影光学系（撮影レンズ）を装着して使用する一眼レフタイプのカメラに好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、撮影レンズの合焦状態を検出する焦点検出装置が種々と提案されている。このうち一眼レフレックスカメラに搭載する位相差検出方式の焦点検出装置は、検出精度がよい為従来より種々提案されている。最も一般的となっている構成は、一眼レフレックスの回動ミラーをハーフミラーとして、この回動ミラーを透過した光束を第２の反射鏡によってカメラのミラーボックス下部方向に反射させ、撮影光学系の予定焦点面と略共役となる位置に設けた集光レンズを介し、集光レンズからの光束を２次結像光学系に導くようにし、２次結像面上に配置した受光素子上に被写体像を再結像させている。そしてこの２次結像光学系をその入射瞳が撮影光学系の射出瞳の異なる部分に対応するように２つを１組(１対)として設け、１組の被写体像を形成するようにして、これらの被写体像の相対的な位置ずれ量を計測することによって撮影光学系の焦点位置（合焦状態）を検出している。
【０００３】
この方式を用いた焦点検出装置において、その焦点検出精度を向上させることを目的とするものも種々と提案されている。例えばCCD等の受光素子の分光感度と一般的な撮影フィルムの分光感度の相違を低減させるため、焦点検出装置の光路中に所定の波長域より短波長の被写体光、及び長波長の被写体光を遮断させる機能を持った感度補正カットフィルターを配置した構成が知られている(例えば特許文献１)。
【０００４】
又低輝度被写体の焦点検出に際して、近赤外域に大半の分光エネルギー持った補助光を被写体に投光するようにして、その反射光によって焦点検出精度を向上させるとき、補助光の投光時と通常時で焦点検出用の受光素子の分光感度を変更するべくフィルターを切り替えること、そして補助光の投光時には焦点検出に使用する被写体光の分光エネルギー分布が近赤外域の特定波長域に限られるようになるため、白色光源下での焦点検出結果とは異なる検出結果を出力する可能性がある。これは主として装着された撮影光学系の焦点位置が通常の白色光源下と、このような特定波長域の分光エネルギーを持った照明光源下とで異なることによって発生するものであって、撮影光学系の色収差の補正状況によって変化することになる。このような問題点を解決するために、このような補助光を投光して焦点検出を行うという状況下では、これらの撮影光学系の色収差に関する焦点検出量のずれに相当する情報を予めレンズの記憶部内に格納しておき、カメラの焦点検出に際して、適宜このずれを補正するような構成が知られている(特許文献２)。
【０００５】
又、焦点検出装置の受光素子面の近傍に被写体の色温度を検出するべく所定のフィルター手段を持ったセンサー部を配置すること、そして被写体の色温度情報を出力することによってレンズ内に予め記憶された色温度毎の焦点補正情報を用いることによって高精度の焦点検出を実現する構成が知られている(特許文献３)。
【特許文献１】
特開平９−２１８３４４号公報
【特許文献２】
特公平８−３５７５号公報
【特許文献３】
特許第２６６６２７４号
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
一眼レフレックスカメラにおいて上記従来例のような焦点検出装置の構成では、カメラの画像記録手段として銀塩フィルムを使用することを想定しており、また特に太陽光源等の白色光源下でモノクロフィルムを使用することを想定して撮影するという状況を想定しているのが一般的であって、このような光源下での撮影に際して所定の空間周波数で最適な焦点調節状態が得られるように構成していた。このような構成では被写体を照明する光源の色温度や被写体そのものの色によっては、撮影レンズの色収差の分だけ焦点位置がずれるという問題を含んでいた。
【０００７】
特に被写体が低輝度のときや撮影対象とする被写体が低いコントラストである場合などでは、被写体にコントラストを付加すべくカメラ側から補助光を投光してその反射光を受光して焦点調節状態を検出する構成も一般的に実施されている。このような構成では被写体を照明する補助光の波長に対する撮影光学系の色収差に関わる情報の授受を行って焦点検出誤差を補正するようにしている。この場合でもやはり、白色光源下で最適となる焦点調節状態に焦点位置を調節しており、被写体そのものの色によっては焦点位置がずれるという問題を含んでいた。
【０００８】
また、焦点検出用の受光素子の近傍に色温度検出用の受光部を配置することによって被写体を照明する光源の色温度を検出し、色温度によって変化する撮影光学系の最適焦点位置を補正する方法は色温度が異なるもののやはり白色の被写体を想定した焦点調節を行うことを想定したものであって、被写体そのものの色によって焦点位置がずれてしまうという課題がある。
【０００９】
本発明の第１の目的は、被写体そのものの色（分光特性）によって最適な焦点位置が変化することに着目し、被写体の色ごとに綿密な焦点調節を行い、このとき同時に被写体を照明する光源の分光特性の相違によって発生する焦点位置のずれをも同時に解決し、高精度の焦点検出ができる焦点検出装置及びそれを有する撮像装置の提供にある。
【００１０】
一方、画像記録手段として撮像素子を使用するカメラにおいては、焦点検出は撮像素子からの出力信号そのものを読み出し、被写体像の先鋭度を評価して行う構成のものが多く、撮影画像そのものを使用するために焦点調節の精度が高いという利点があった。しかしながら、一眼レフレックスタイプのカメラにこのような構成を搭載しようとすると、光学ファインダーとは共存させることが難しいという問題が発生し、これを解決するためにハーフミラー等の光路分割部材を配置する場合には光量が低下するという問題を発生させている。この他、撮像素子を常時露光している状態とせざるを得ないため、ノイズ除去等の高精細画像の形成には不向きとなる。また、このような焦点調節装置では、撮像素子から被写体のコントラスト情報は得られるものの、この情報だけでは最適焦点位置へ撮影光学系を焦点調節するための焦点調節方向の情報や焦点調節駆動量を算出することができないため、例えば微少量の焦点調節駆動を行ってコントラスト情報の比較を行う等の動作が必要となって、焦点調節に時間がかかるという問題があった。
【００１１】
本発明の第２の目的は、光学ファインダーを併用できる電子ビューファインダー（ＥＶＦ）を有する一眼レフレックスタイプのカメラにおいて、焦点調節を迅速に実現することのできる位相差方式の焦点検出装置を改良して、被写体そのものの色や被写体を照明する光源の分光特性の影響を極力排除して、高精度の焦点調節ができる焦点検出装置及びそれを有する撮像装置の提供にある。
【００１２】
本発明の第３の目的は、所定の分光感度を持ったフィルターを使用するカラー撮像素子を画像記録手段として使用する場合に好適となる焦点検出装置及びそれを有する撮像装置の提供にある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の焦点検出装置は、撮影レンズの像側に設けた光学手段と、該光学手段により該撮影レンズの瞳の異なる領域を通過した光束を用いて被写体像に関する対の光量分布が形成される受光素子とを有し、該対の光量分布の相対的な位置関係を該受光素子からの信号により求め、該受光素子からの信号を用いて該撮影レンズの合焦状態を求める焦点検出装置であって、該受光素子は、互いに異なる分光特性で被写体像に関する光量分布を検出する互いに対となる受光部を複数組有し、該受光素子より、焦点検出を行う被写体の色に関する輝度信号を得て、該輝度信号を利用して焦点検出を行うことを特徴としている。
【００１４】
請求項２の発明の焦点検出装置は、撮影レンズの像側に設けた光学手段と、該光学手段により該撮影レンズの瞳の異なる領域を通過した光束を用いて被写体像に関する対の光量分布が形成される受光素子とを有し、該対の光量分布の相対的な位置関係を該受光素子からの信号により求め、該受光素子からの信号を用いて該撮影レンズの合焦状態を求める焦点検出装置であって、該受光素子は、互いに異なる分光特性で被写体像に関する光量分布を検出する互いに対となる受光部を３つ以上有していることを特徴としている。
【００１５】
請求項３の発明の撮像装置は、撮影レンズの像側に設けた光学手段と、該光学手段により該撮影レンズの瞳の異なる領域を通過した光束を用いて被写体像に関する対の光量分布が形成される受光素子とを有し、該対の光量分布の相対的な位置関係を該受光素子からの信号により求め、該受光素子からの信号を用いて該撮影レンズの合焦状態を求める焦点検出装置であって、該受光素子は、互いに異なる分光特性で被写体像に関する光量分布を検出する互いに対となる受光部を複数組有する焦点検出装置と、該撮影レンズによって形成される被写体像を電気信号に変換し、画像情報を得る撮像素子とを有し、該撮像素子は該受光素子が有する対の受光部の数と同数の分光特性で被写体像を撮像しており、該撮像素子の各分光特性は、該受光素子の各受光部が被写体像に関する光量分布を検出するときの分光特性と略同一であることを特徴としている。
【００１６】
請求項４の発明の撮影レンズは、撮影レンズの像側に設けた光学手段と、該光学手段により該撮影レンズの瞳の異なる領域を通過した光束を用いて被写体像に関する対の光量分布が形成される受光素子とを有し、該対の光量分布の相対的な位置関係を該受光素子からの信号により求め、該受光素子からの信号を用いて該撮影レンズの合焦状態を求める焦点検出装置であって、該受光素子は、互いに異なる分光特性で被写体像に関する光量分布を検出する互いに対となる受光部を複数組有する焦点検出装置と、該撮影レンズによって形成される被写体像を電気信号に変換し、画像情報を得る撮像素子とを有する撮像装置に着脱可能な撮影レンズであって、少なくとも該受光素子の各受光部が被写体像に関する光量分布を検出するための分光特性を含み、該受光素子が有する対の受光部の数と同数以上の分光特性に対応する焦点位置に関する情報を予め記憶した記憶部を有することを特徴としている。
【００１７】
請求項５の発明は請求項１又は２の発明において、受光素子の光入射側には、対の受光部毎に互いに分光特性が異なるフィルター部材が設けられていることを特徴としている。
【００１８】
請求項６の発明は請求項１の発明において、前記複数組の対の受光部のうち１以上の対の受光部からの出力信号を用いて焦点検出を行っていることを特徴としている。
【００１９】
請求項７の発明のカメラシステムは、請求項３の撮像装置と、該撮像装置に着脱可能な撮影レンズとを有することを特徴としている。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の焦点検出装置を一眼レフ用のデジタルカメラに適用したときの実施形態１の要部概略図である。図２は図１の一部分の光路を展開した説明図である。
【００２３】
図１、図２においてＬＢは交換可能なレンズ本体、ＣＢはカメラ本体(撮像装置)である。１は交換可能（着脱可能）なレンズ本体ＬＢに収納された撮影レンズ、２はＱＲミラー（クイックリターンミラー）、３は焦点検出用の反射鏡、４は集光レンズ、５は視野絞り、６は赤外カットフィルター、７は開口絞り、８は２次結像レンズであり１対のレンズを１以上含んでいる。９は焦点検出用の受光手段である。各部材３〜９は焦点検出装置の一要素を構成している。又、部材４、７、８は２次像を形成する光学手段の一要素を構成している。１０は焦点板、１１は正立像形成用の光学部材でありペンタダハプリズムより成っている。１２は接眼レンズである。各部材１０〜１２はファインダー系の一要素を構成している。１３は光学フィルター、１４は被写体像を電気信号に変換し、画像情報を得る撮像素子である。尚フィルム用カメラのときはフィルムである。２１はカメラ本体ＣＢ側の各種演算を行うＣＰＵ、２２はレンズ本体ＬＢ側の各種のレンズ情報を記憶している記憶装置（記憶部）、２３はレンズ駆動用のモーターである。
【００２４】
次に焦点検出について説明する。焦点検出の原理は、例えば特開平７−１５９６８４号公報に開示している方法と同じである。被写体からの光束は撮影レンズ１を通過した後、撮影レンズ１の像側に配置され、ハーフミラーより構成されたＱＲミラー２を透過し、焦点検出用の反射鏡３で反射された後に集光レンズ４に入射する。このとき撮影レンズ１による被写体像は集光レンズ４の近傍に形成される。その後、光束は集光レンズ４によって集光され視野絞り５で通過光量が制限された後２次結像レンズ８の方向に集光され、赤外カットフィルター６によって可視光成分だけを選択的に透過させ開口絞り７により制限された後に、２次結像レンズ８に入射する。そして２次結像レンズ８によって焦点検出用の受光手段９の上に被写体像を再結像させる構成となっている。
【００２５】
ここで焦点検出用の受光手段９には、撮影レンズ１の予定焦点面近傍に配置された視野絞り５と、２次結像レンズ８の開口近傍に配置された開口絞り７によって光束を制限され、撮影画面の特定領域に関し、撮影レンズ１の射出瞳の一対となる特定領域１ａを通過した光束のみが抽出されて結像される。実施形態１の焦点検出装置ではこのようにして焦点検出用の受光手段９上に形成された一対の被写体像の相対位置ずれ情報をＣＰＵ２１で算出し、ＣＰＵ２１からの信号に基づいて、モータ２３でフォーカスレンズを駆動することによって焦点検出を行う。
【００２６】
一方、撮影レンズ１によって形成される被写体像のうちＱＲミラー２によって反射された光束は、撮像素子１４と光学的に共役な位置に配置された焦点板１０の焦点面上に結像され、この焦点面を拡散透過した被写体像は正立像形成用の光学部材１１によって正立像となった後に接眼レンズ１２によって拡大して観察可能となるように構成されている。
【００２７】
そして、ＣＰＵ２１による焦点検出結果に基づいて記憶装置２２、モータ２３等で焦点調節が行われた後、撮影に際しては、ＱＲミラー２、及び焦点検出用の反射鏡３は撮影レンズ１の光路外に回動して退避し、被写体像は赤外カットフィルターを含む光学フィルター１３を介して撮像素子１４上に結像され画像信号を記録するように構成している。
【００２８】
ここでカメラ本体側の演算用ＣＰＵ２１は、焦点検出用の受光手段９からの出力信号と、レンズ情報の記憶装置２２に記憶されたレンズ情報、特に撮影レンズ１の最良焦点位置と焦点検出装置が出力する焦点位置との撮影レンズ１の色収差等に基づくずれに関する情報を用いて撮影レンズ１の焦点調節のための駆動量を算出し、レンズ駆動用のモーター２３に算出された信号を伝達してフォーカスレンズを駆動して焦点調節を行うように構成している。
【００２９】
また本実施例においては、撮影レンズ１の最良焦点位置と焦点検出装置が出力する焦点位置との撮影レンズ１の色収差等に基づくずれに関する情報は、さらに、昼光色に相当する比較的広い波長域の分光エネルギー分布を持った白色被写体に対する第１のずれ情報と、人間の目に青い被写体として認識される比較的狭い波長域の分光エネルギーを持った特定色被写体に対する第２のずれ情報と、人間の目に緑色の被写体として認識される比較的狭い波長域の分光エネルギーを持った特定色被写体に対する第３のずれ情報と、人間の目に赤い被写体として認識される比較的狭い波長域の分光エネルギーを持った特定色被写体に対する第４のずれ情報の少なくとも４種類のずれ情報をレンズ情報の記憶装置２２に予め記憶していて、後述する焦点検出装置の出力に応じてこれらのずれ情報を適宜選択して使用することによって焦点調節を行うように構成している。
【００３０】
次に図２に示した焦点検出用の光学系の展開図に基づいて、焦点検出装置の特徴について説明する。図２において、７１、７２は図１の開口絞り７の一対の開口部、８１、８２は図１の２次結像レンズ８の一対のレンズ部、９１、９２は図１の焦点検出用の受光手段９の一対の受光素子を表している。図２に示すように実施形態１の焦点検出装置は、撮影レンズ１の射出瞳の一部１ａを通過した光束を用いて焦点検出用の受光素子９１、９２にそれぞれ像を２次結像させる構成としている。そしてこれら一対の受光素子９１、９２上に形成される被写体像の相対的な位置ずれを算出して撮影レンズ１の焦点位置に関する情報を算出している。
【００３１】
図３は、実施形態１の焦点検出用の受光手段９とその近傍の詳細図である。図３（Ａ）は、受光素子９１の詳細形状、図３（Ｂ）は受光素子９２の詳細形状を表している。１対の受光素子９１、及び９２はそれぞれ３つの受光部９１Ｂ、９１Ｇ、９１Ｒと、９２Ｂ、９２Ｇ、９２Ｒに分割されていて三対の画像信号（光量分布）を出力可能に構成されている。受光部９１Ｂと９２Ｂで一対の受光部を形成している。同様に受光部９１Ｇと９２Ｇ、受光部９１Ｒと９２Ｒで１対の受光部を形成している。これらの受光部の上（光入射側）には各受光部対毎（受光部毎）に異なる分光特性を持ったカラーフィルターＢ、Ｇ、Ｒが配されている。受光部９１Ｂと９２Ｂはその受光部上に主として４５０ｎｍから５００ｎｍの波長領域で透過率が高い傾向を持った第１のカラーフィルターＢを配しており、受光部９１Ｇと９２Ｇはその受光部上に主
として５００ｎｍから５５０ｎｍの波長領域で透過率が高い傾向を持った第２のカラーフィルターＧを配しており、受光部９１Ｒと９２Ｒはその受光部上に主として５５０ｎｍより長い波長領域で透過率が高い傾向を持った第３のカラーフィルターＲを配している。
【００３２】
図６は、カラーフィルターＢ、Ｇ、Ｒの分光特性の説明図である。同図において、１１１は第１のカラーフィルターＢ、１１２は第２のカラーフィルターＧ、１１３は第３のカラーフィルターＲの分光特性を表している。実施形態１の焦点検出用の受光手段９からの出力信号は、赤外カットフィルター６、受光手段９そのものの分光感度、及び上記のような透過率特性を持ったカラーフィルターの特性を組合せることによって総合的な分光特性は図７のような分光感度曲線を持つことになる。
【００３３】
受光部９１Ｂ、９２Ｂからは人間が青色に感じる第１の分光感度を持った信号を出力し、受光部９１Ｇ、９２Ｇからは人間が緑色に感じる第２の分光感度を持った信号を出力し、受光部９１Ｒ、９２Ｒからは人間が赤色に感じる第３の分光感度を持った信号を出力する。図７において、曲線１２１は第１の分光感度、曲線１２２は第２の分光感度、曲線１２３は第３の分光感度にそれぞれ対応している。なお、ここで構成する３つの分光感度は、図５に示される人間が観察者となる場合のスペクトル３刺激値に類似するようにしている。このように実施形態１の焦点検出用の３つの分光感度に対応する受光部は人間の目に類似するように構成している。
【００３４】
図４は、図３に示した焦点検出用の受光手段９からの各々の出力信号の例を示す説明図である。図４（Ａ）は、受光素子９１の３つの受光部９１Ｂ、９１Ｇ、９１Ｒからの出力信号、図４（Ｂ）は受光素子９２の３つの受光部９２Ｂ、９２Ｇ、９２Ｒからの出力信号を表している。図４の横軸は図３に示される受光素子９１、９２の位置に対応し、縦軸は出力信号の強度（被写体像の輝度）に対応する。
【００３５】
また、図４において、（ａ）、（ｂ）はそれぞれ図３の受光部９１Ｂ、９２Ｂに対応する人間が青色に感じる第１の分光感度を持った信号出力、（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ図３の受光部９１Ｇ、９２Ｇに対応する人間が緑色に感じる第２の分光感度を持った信号出力、（ｅ）、（ｆ）はそれぞれ図３の受光部９１Ｒ、９２Ｒに対応する人間が赤色に感じる第３の分光感度を持った信号出力を同一の信号増幅率で増幅した場合を想定したの出力信号の例を示している。図４に示される被写体像では、人間が赤色に感じる第３の分光感度を持った信号出力が、この他の２つの分光感度を持った信号出力と比べて相対的にその強度が強いことを示しており、被写体像そのものの分光反射率のうち人間が赤色に感じる波長域の反射率が相対的に高いか、あるいは被写体を照明する照明光源の分光エネルギーのうち人間が赤色に感じる波長域のエネルギーが強いという条件下にあるということを示している。
【００３６】
このような場合には、受光部９１Ｂ、９２Ｂ、及び受光部９１Ｇ、９２Ｇからの出力信号は除外して受光部９１Ｒ、受光部９２Ｒからの出力信号のみを用いて各々の受光素子に形成される被写体像のずれ量を算出して撮影レンズ１の焦点すれ量を算出するものとする。また、このとき撮影レンズ１の最良焦点位置としては、上述の人間が赤色に感じる第３の分光感度に対応する最良焦点位置が選択され、上述のレンズ情報の記憶装置２２から、撮影レンズ１の最良焦点位置と焦点検出装置が出力する焦点位置との撮影レンズ１の色収差等に基づくずれに関する情報として、人間の目に赤い被写体として認識される比較的狭い波長域の分光エネルギーを持った特定色被写体に対する第４のずれ情報が選択的に使用されることによって、このような波長域のエネルギーの強い被写体に対して最適な焦点位置に焦点調節を行うようにしている。
【００３７】
このように焦点検出用の被写体の色に関する輝度信号を焦点検出の際に利用して被写体の色がどのようなものであっても高い焦点検出精度を得ている。
【００３８】
実施形態１において、被写体像を形成する撮像素子１４には、焦点検出用の受光手段９の受光部９１Ｂ、９２Ｂ、受光部９１Ｇ、９２Ｇ、及び受光部９１Ｒ、９２Ｒの上に形成したカラーフィルターＢ、Ｇ、Ｒを含む総合の分光特性とほぼ同等の分光特性を持ったカラーフィルターをモザイク状に配置してカラー画像を形成する構成としている。即ち各受光部の分光特性と同じ状態としている。
【００３９】
また、図１に示す光学フィルター１３には、図１の赤外カットフィルター７とほぼ同等の分光透過率特性を持った赤外光成分を除外する赤外カットフィルターが含まれており、撮像素子１４そのものの分光感度との組合せによって、撮影画像の色信号も焦点調節用の受光部からの出力信号とほぼ同等の分光感度を持った、人間が青色に感じる第１の分光感度を持った信号と、人間が緑色に感じる第２の分光感度を持った信号と、人間が赤色に感じる第３の分光感度を持った信号を出力するように構成している。このため撮像素子１４から出力される３つの色信号に対応する分光感度は、図７に示される焦点検出用の受光手段９に入射する光束の総合的な分光感度とほぼ同等となる。なお、光学フィルター１３は、この他に撮像素子１４上に形成されるカラーフィルターがモザイク状であって、色信号の欠落を補間によって補うために発生する偽色信号を低減させる光学ローパスフィルターの機能を具備するものとなっている。
【００４０】
撮像素子１４から出力される画像は、これら３つの分光感度を持った色信号を適切な強度比で混合して形成されるため、図４に示したように焦点検出領域の信号出力の強度に偏りがある場合には、特に実施形態１によって高精度の焦点調節が可能となる。
【００４１】
上記説明では、図４に示したように３つの分光感度に対応する三対の焦点検出信号のうちの一対の信号強度が他の二対の信号強度に対して強い場合について説明したが、現実の被写体では、これらの三対の信号が様々な強度比を持った信号として検出されるのが一般的である。このような場合に焦点調節量の算出に際して、３種類の焦点調節量を算出しておいて受光信号の強度比に応じて加算平均してその結果に応じて焦点調節を行うとか、最も強度の強い受光信号に対応する焦点調節を行う等、最適焦点位置の検出アルゴリズムとしては種々な方法が適用可能である。
【００４２】
以上のように実施形態１では、受光手段は少なくとも３つの異なる分光特性を有するフィルター部材を隣接させて配置し、撮影光学系の射出瞳の異なる一対の位置から分光特性の異なる少なくとも三対の被写体像を形成して焦点検出対象被写体の色に相当する信号と焦点ずれ量に対応する信号を出力している。この為実施形態１によれば被写体を照明する光源の色温度が想定した光源と大きく異なる場合や被写体そのものの色が赤や青を多く含む場合などであっても焦点検出装置そのものの色収差、及び撮影レンズの色収差の分だけ焦点位置がずれるという問題がなくなる。又実施形態１の焦点検出装置によれば、従来の一般的な焦点検出装置の分光感度が広波長域に及んでいることに起因する焦点検出誤差、例えば焦点検出装置そのもの、及び撮影レンズの色収差の影響を少なくするように分光感度を狭波長域に限定して焦点検出を行うことが可能となり、これらの色収差の影響による焦点検出精度の低下を防止することが可能となる。
【００４３】
又、実施形態１の撮像装置における撮像素子は３つの異なる分光特性を有するフィルター部材を所定の配列で具備し、各々の分光特性に応じた色信号を出力するようにし、かつ焦点検出装置から出力される複数の焦点ずれ量のうち、３つの焦点ずれ量に対応する分光特性を撮像装置の撮像素子が出力する３つの色信号に対応する分光特性を略一致させるように構成して、焦点検出精度を高めている。
【００４４】
この他、最近撮像用の記録媒体として撮像素子を使用するカメラが普及してきており、特に人間が観測者となる場合の３刺激値に対応した色信号を出力する原色カラーフィルターを具備したカラー撮像素子を使用するカメラが普及してきており、このような撮像素子を使用するカメラで撮像した画像のコントラストはここで出力される色信号毎に決定される。実施形態１によれば、焦点検出に使用する信号の分光感度を撮像装置の色信号の持つ分光感度と極力合致させているため、コントラストの高い良好なる画像が容易に得られる。
【００４５】
また、実施形態１では、交換可能に構成され、撮影光学系の特性に応じた種々の情報を記憶する情報記憶部材（記憶部）（記憶装置）を有し、カメラに装着した際に前記情報をカメラに伝達するように構成し、前記情報には、少なくとも３つの異なる分光特性に対応した焦点位置情報が含まれていて、該焦点位置情報と焦点検出装置からの出力される色に相当する信号と焦点ずれ量に対応する信号を用いている。この為比較的狭波長域の分光感度を持った画像信号を出力することができ、焦点検出精度を向上させることが可能となる。又撮影レンズを交換可能に構成した一眼レフレックスタイプのカメラにおいては、これらの狭波長域の光に対する撮影レンズの最良焦点位置と焦点検出装置から出力される一対の像（光量分布）のずれ量から算出される焦点ずれ量が撮影レンズ毎に異なるという場合が多々発生するが、実施形態１によれば焦点調節装置から算出される焦点位置と撮影レンズの最良焦点位置の差を比較的狭波長域の分光特性に対応するべく、少なくとも３つの焦点位置情報、あるいは焦点位置のずれ情報を記憶手段に予め記憶し、これらの情報を適宜使用することによって、被写体そのものの色や被写体を照明する光源の分光特性の影響を極力排除することができるカメラシステムを構築することができる。
【００４６】
実施形態１の焦点検出用の受光手段９の受光部は、撮像素子１４のカラーフィルターとほぼ同等の分光感度を持った三対の色信号を出力するように構成したが、この他にも様々な構成が適用できる。
【００４７】
例えば、図１の赤外カットフィルター６をこの部分から撤去することを前提に、受光手段９上に近赤外域の所定の波長域のみに感度を有する受光部を設け、被写体が低照度状態の場合にこの波長域の光を使用して焦点検出を行うことも考えられる。特に、被写体にたいしてこの波長域の補助照明光を投光して焦点検出を行う場合には特に有効となる。もちろん、このようなカメラシステムを構築するに際しては、この波長域の光について焦点検出結果と最適焦点位置のずれを補正するための情報をレンズ内の記憶装置に格納しておく。この場合には焦点検出に使用する光の分光感度に対応する撮影結果とはならないため、例えば所定の白色照明光源で被写体を照明することを想定した最良焦点位置と近赤外域の波長を使用する焦点検出結果のずれに関する情報を記憶するように構成しておくことが必要となる。
【００４８】
この他、特に被写体が低照度のときの焦点検出に際して、図３に示したような構成の焦点検出用の受光部を形成した上で、特に低照度下の場合には、受光部９１Ｂと９１Ｇと９１Ｒ、及び受光部９２Ｂ、９２Ｇ、９２Ｒのそれぞれの加算信号を焦点検出用の信号として出力可能に構成しても良い。この場合には、焦点検出結果と最適焦点位置のずれを補正するための情報も例えば加算する等の演算で対応することが必要になるが、低照度下の対応手段として有効となる。
【００４９】
この他実施形態１において、２次結像レンズを複数個と、対の受光素子９１、９２を複数用いて、撮影レンズの合焦状態を撮影視野内の複数の領域で求めるようにしても良い。
【００５０】
【発明の効果】
本発明によれば被写体の色ごとに綿密な焦点調節を行い、このとき同時に被写体を照明する光源の分光特性の相違によって発生する焦点位置のずれをも同時に解決し、高精度の焦点検出ができる焦点検出装置及びそれを有する撮像装置を達成することができる。
【００５１】
この他本発明によれば被写体そのものの色や被写体を照明する光源の分光特性の影響を極力排除して、高精度の焦点調節ができる焦点検出装置及びそれを有する撮像装置を達成することができる。
【００５２】
この他本発明によれば所定の分光感度を持ったフィルターを使用するカラー撮像素子を画像記録手段として使用する場合に特に好適な焦点検出装置を達成することができる。
【００５３】
この他本発明によれば同時にレンズ交換可能な一眼レフレックスカメラとしてより高精度の焦点調節を可能とするカメラシステムを構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の一眼レフレックスカメラの要部断面図
【図２】 本発明の実施形態１の焦点検出装置の光学系の展開図
【図３】 本発明の実施形態１の焦点検出装置の受光部の詳細図
【図４】 本発明の実施形態１の焦点検出装置の受光部からの出力信号の説明図
【図５】 人間の目のスペクトル３刺激値に対応する分光感度の説明図
【図６】 本発明の実施形態１の焦点検出用の受光部上のカラーフィルターの分光感度の説明図
【図７】 本発明の実施形態１の焦点検出用の受光手段の分光感度の説明図
【符号の説明】
１ 撮影レンズ
２ ＱＲミラー
３ 焦点検出用の反射鏡
４ 集光レンズ
５ 視野絞り
６ 赤外カットフィルター
７ 開口絞り
８ ２次結像レンズ
９ 焦点検出用の受光素子
１０ 焦点板
１１ 正立像形成用の光学部材
１２ 接眼レンズ
１３ 光学フィルター
１４ 被写体像を形成する撮像素子
２１ カメラの演算用ＣＰＵ
２２ レンズ情報の記憶装置
２３ レンズ駆動用のモーター
Claims (7)
- 撮影レンズの像側に設けた光学手段と、該光学手段により該撮影レンズの瞳の異なる領域を通過した光束を用いて被写体像に関する対の光量分布が形成される受光素子とを有し、該対の光量分布の相対的な位置関係を該受光素子からの信号により求め、該受光素子からの信号を用いて該撮影レンズの合焦状態を求める焦点検出装置であって、該受光素子は、互いに異なる分光特性で被写体像に関する光量分布を検出する互いに対となる受光部を複数組有し、該受光素子より、焦点検出を行う被写体の色に関する輝度信号を得て、該輝度信号を利用して焦点検出を行うことを特徴とする焦点検出装置。
- 撮影レンズの像側に設けた光学手段と、該光学手段により該撮影レンズの瞳の異なる領域を通過した光束を用いて被写体像に関する対の光量分布が形成される受光素子とを有し、該対の光量分布の相対的な位置関係を該受光素子からの信号により求め、該受光素子からの信号を用いて該撮影レンズの合焦状態を求める焦点検出装置であって、該受光素子は、互いに異なる分光特性で被写体像に関する光量分布を検出する互いに対となる受光部を３つ以上有していることを特徴とする焦点検出装置。
- 撮影レンズの像側に設けた光学手段と、該光学手段により該撮影レンズの瞳の異なる領域を通過した光束を用いて被写体像に関する対の光量分布が形成される受光素子とを有し、該対の光量分布の相対的な位置関係を該受光素子からの信号により求め、該受光素子からの信号を用いて該撮影レンズの合焦状態を求める焦点検出装置であって、該受光素子は、互いに異なる分光特性で被写体像に関する光量分布を検出する互いに対となる受光部を複数組有する焦点検出装置と、該撮影レンズによって形成される被写体像を電気信号に変換し、画像情報を得る撮像素子とを有し、該撮像素子は該受光素子が有する対の受光部の数と同数の分光特性で被写体像を撮像しており、該撮像素子の各分光特性は、該受光素子の各受光部が被写体像に関する光量分布を検出するときの分光特性と略同一であることを特徴とする撮像装置。
- 撮影レンズの像側に設けた光学手段と、該光学手段により該撮影レンズの瞳の異なる領域を通過した光束を用いて被写体像に関する対の光量分布が形成される受光素子とを有し、該対の光量分布の相対的な位置関係を該受光素子からの信号により求め、該受光素子からの信号を用いて該撮影レンズの合焦状態を求める焦点検出装置であって、該受光素子は、互いに異なる分光特性で被写体像に関する光量分布を検出する互いに対となる受光部を複数組有する焦点検出装置と、該撮影レンズによって形成される被写体像を電気信号に変換し、画像情報を得る撮像素子とを有する撮像装置に着脱可能な撮影レンズであって、少なくとも該受光素子の各受光部が被写体像に関する光量分布を検出するための分光特性を含み、該受光素子が有する対の受光部の数と同数以上の分光特性に対応する焦点位置に関する情報を予め記憶した記憶部を有することを特徴とする撮影レンズ。
- 前記受光素子の光入射側には、対の受光部毎に互いに分光特性が異なるフィルター部材が設けられていることを特徴とする請求項１又は２の焦点検出装置。
- 前記複数組の対の受光部のうち１以上の対の受光部からの出力信号を用いて焦点検出を行っていることを特徴とする請求項１の焦点検出装置。
- 請求項３の撮像装置と、該撮像装置に着脱可能な撮影レンズとを有することを特徴とするカメラシステム。
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