(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体像を形成する撮影光学系と、この撮影光学系によって形成された被写体像を電気的な信号に変換する撮像素子と、この撮像素子によって得られた電気的な信号から所要の映像信号を生成する信号処理手段とを備えた撮像装置であって、
開口径の異なる複数の絞り穴と前記撮影光学系の撮影光束を少なくとも二つの領域に分割する第１、第２の穴とを有する瞳分割手段と、
前記第１、第２の穴の一方を交互に遮光する遮光手段と、
前記瞳分割手段によって分割されたそれぞれ異なる領域を通過する撮影光束によって結像された光学像を前記撮像素子で変換することにより得られた電気的な信号から前記撮影光学系のピントずれ量を演算するピント演算手段と、
被写体の明るさを測定し設定された絞り値に合せて、前記瞳分割手段を回転させることによって前記開口径の異なる複数の絞り穴と前記第１、第２の穴の中から所要の穴を選択し設定する設定手段と
を備えたことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
瞳分割手段は、撮影光学系の光軸を中心に対称に設けられた２つの穴を有する遮光板を備えていることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
被写体像を形成する撮影光学系と、この撮影光学系によって形成された被写体像を電気的な信号に変換する撮像素子と、この撮像素子によって得られた電気的な信号から所要の映像信号を生成する信号処理手段とを備えた撮像装置であって、
前記撮影光学系の撮影光束を少なくとも二つの領域に分割するためと口径絞りのための、開口径の異なる複数の絞り穴を有する瞳分割手段と、
前記瞳分割手段の複数の絞り穴を前記撮影光学系の光軸と略垂直方向に移動させる移動手段と、
被写体の明るさを測定し設定された絞り値に合せて、前記移動手段により前記瞳分割手段の絞り穴を移動させることによって前記開口径の異なる複数の絞り穴の中から所要の絞り穴を選択し設定する設定手段と
前記設定手段により選択され設定された絞り穴によって分割されたそれぞれ異なる領域を通過する撮影光束によって結像された光学像を前記撮像素子で変換することにより得られた電気的な信号から前記撮影光学系のピントずれ量を演算するピント演算手段と、
を備えたことを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮像装置に関し、特にそのピント合わせ（焦点調節）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、銀塩カメラにおけるオートフォーカス（自動焦点調節）技術にはいわゆる位相差検知方式がある。図８はこの位相差検知方式の原理を示す図である。同図において、１０１は撮影レンズ、１０２は前記撮影レンズ１０１の絞り位置を示しており、１０３は前記撮影レンズ１０１の合焦面である。また１０５は撮影光束を示し、１０５ａは絞り位置１０２の領域ａを通過した光束、また１０５ｂは絞り位置１０２の領域ｂを通過した光束を示している。この図からわかるように被写体が撮影レンズ１０１によって合焦面１０３に合焦しているときは、撮影レンズ１０１の絞り位置の領域ａ，ｂを通過する光束は結像面１０３で一致する。しかし、合焦面１０３に対して１０３ａの位置では撮影レンズ１０１の絞り位置の領域ａ，ｂを通過する光束は１０３ａの位置では一致せず、撮影レンズ１０１の絞り位置の領域ａ，ｂ間の距離と、合焦面１０３と１０３ａの距離に応じて対応点位置にずれが生じてしまう。位相差検知方式はこの原理を利用して、撮影レンズ１０１の絞り位置の領域ａ，ｂの中心間の距離Ｘと前記領域ａ，ｂを通過して１０３ａの位置に結像したぞれぞれの像のずれ量Ｙと絞り面から１０３ａ迄の距離Ｌから幾何学的に撮影レンズのピントずれ量Ｚを演算するものである。例えば図８において１０３ａが撮像面であるとすると、
Ｘ：Ｙ＝Ｌ−Ｚ：Ｚ
となることがわかる。
【０００３】
一方、ビデオカメラでは撮像素子から出力された映像信号から高周波成分を取り出して、その高周波成分が最大値となるように撮影レンズの位置を変化させていく、いわゆる山登り方式が主流である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記位相差検知方式は、これまで撮影光束の一部を撮影光束外に設けられたセンサに導いていたので、そのためのセンサおよび機構などが必要で複雑であった。また前記山登り方式は、撮影レンズの結像位置を変化させながら合焦位置を探索するので時間がかかり、電子スチルカメラ等のように主に静止画を撮影する電子カメラに採用した場合、シャッタチャンスを逃してしまう恐れがあった。
【０００５】
本発明は、このような状況のもとでなされたもので、被写体へのピント合わせのために専用のセンサを必要とせず、素早いピント合わせのできる撮像装置を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明では、撮像装置を次の（１），（２），（３）のとおりに構成する。
【０００７】
（１）被写体像を形成する撮影光学系と、この撮影光学系によって形成された被写体像を電気的な信号に変換する撮像素子と、この撮像素子によって得られた電気的な信号から所要の映像信号を生成する信号処理手段とを備えた撮像装置であって、
開口径の異なる複数の絞り穴と前記撮影光学系の撮影光束を少なくとも二つの領域に分割する第１、第２の穴とを有する瞳分割手段と、
前記第１、第２の穴の一方を交互に遮光する遮光手段と、
前記瞳分割手段によって分割されたそれぞれ異なる領域を通過する撮影光束によって結像された光学像を前記撮像素子で変換することにより得られた電気的な信号から前記撮影光学系のピントずれ量を演算するピント演算手段と、
被写体の明るさを測定し設定された絞り値に合せて、前記瞳分割手段を回転させることによって前記開口径の異なる複数の絞り穴と前記第１、第２の穴の中から所要の穴を選択し設定する設定手段と
を備えた撮像装置。
（２）瞳分割手段は、撮影光学系の光軸を中心に対称に設けられた２つの穴を有する遮光板を備えている前記（１）記載の撮像装置。
（３）被写体像を形成する撮影光学系と、この撮影光学系によって形成された被写体像を電気的な信号に変換する撮像素子と、この撮像素子によって得られた電気的な信号から所要の映像信号を生成する信号処理手段とを備えた撮像装置であって、
前記撮影光学系の撮影光束を少なくとも二つの領域に分割するためと口径絞りのための、開口径の異なる複数の絞り穴を有する瞳分割手段と、
前記瞳分割手段の複数の絞り穴を前記撮影光学系の光軸と略垂直方向に移動させる移動手段と、
被写体の明るさを測定し設定された絞り値に合せて、前記移動手段により前記瞳分割手段の絞り穴を移動させることによって前記開口径の異なる複数の絞り穴の中から所要の絞り穴を選択し設定する設定手段と
前記設定手段により選択され設定された絞り穴によって分割されたそれぞれ異なる領域を通過する撮影光束によって結像された光学像を前記撮像素子で変換することにより得られた電気的な信号から前記撮影光学系のピントずれ量を演算するピント演算手段と、
を備えた撮像装置。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下本発明を“電子スチルカメラ”の実施例により詳しく説明する。なお、本発明は、電子スチルカメラに限定されるものではなく、ビデオカメラ等、被写体像を電気信号に変換する撮像素子を有する適宜の形式の撮像装置で実施することができる。
【００１１】
また、実施例は、自動合焦を行うものであるが、本発明はこれに限定されるものではなく、手動で合焦を行う際に合焦点を指示する形いわゆるフォーカスエイドの形で実施することもできる。
【００１２】
【実施例】
（第１の実施例）
図１は、本発明を実施した“電子スチルカメラ”の第１の実施例を示すブロック図である。同図において、１は撮影レンズで、１ａは撮影レンズ１の合焦位置を変更するためのピントレンズ（フォーカスレンズともいう）である。２は撮影レンズ１の絞り位置に設けられた絞り羽根（請求項の遮光板に対応）で、開口径の異なる数種類の絞り穴と絞り開口径を水平方向に二等分するための眼鏡状の穴２ａ，２ｂが設けられ、これらの絞り穴は同心円上に設けてあり、モータ３により該絞り羽根２が前記同心円の中心に回動することによってそれぞれの絞り穴が撮影レンズ１の光束中に挿入可能となっている。４は前記眼鏡状の穴２ａ，２ｂの一方を交互に遮光する遮光羽根で、モータ５によって回動可能になっている。６は撮影レンズ１によって結像された光学像を電気的な信号に変換する撮像素子である。７は操作されることによりレリーズ信号を発するレリーズボタンである。８は前記撮像素子６の出力信号から被写体の明るさを測光する測光手段である。９は前記撮像素子６の出力信号からピントずれ量を演算する測距手段である。１０は前記測距手段９で得られたピントずれ量に応じて前記ピントレンズ１ａを移動させるレンズ移動手段である。１１は撮像素子６で得られた信号を所要の形式の映像信号に変換する信号処理部である。１３は前記信号処理部１１で得られた映像信号を記憶するメモリである。１４は電子スチルカメラ全体を制御するシステムコントローラである。
【００１３】
次に動作を説明する。図２は図１の電子スチルカメラの動作を示すフローチャートである。なお、特に断らない限り動作は全てシステムコントローラ１４が行うものとする。同図において、まず電子スチルカメラの図示しない電源が投入されると（Ｓ１０１）、撮影待機状態となる（Ｓ１０２）。ここで図３は絞り羽根２と遮光羽根４の動作状態を示す図で、同図において、点線で示した円Ａは図１の撮影レンズ１の撮影光束である。そして電源投入時には絞り羽根２と遮光羽根３の位置関係は図３（ａ）の状態、即ち絞り羽根２の前記眼鏡状の穴２ａ，２ｂは撮影レンズ１の光束位置にあり、前記遮光羽根４は前記眼鏡状の穴２ａを遮光している。
【００１４】
図２に戻って、Ｓ１０２でレリーズボタン７が操作されレリーズ信号が発せられると、測光手段８により被写体の明るさが測定され、撮影時の絞り値および露光時間が設定される（Ｓ１０３）。
【００１５】
次に被写体の明るさに応じて撮像素子６に所定時間の露光を行い撮像素子の撮像面の所定エリアの信号を読み出し、第一測距信号として前記測距手段９に出力する（Ｓ１０４）。次に遮光羽根４はモータ５によって駆動され、図３（ｂ）のように絞り羽根２の前記眼鏡状の穴２ｂを遮光する（Ｓ１０５）。前記眼鏡状の穴２ｂが遮光されると、遮光羽根４の整定しているいないにかかわらず直ちに、再び撮像素子６に所定時間の露光が行われ、所定エリアの信号を読み出し、第二測距信号として前記測距手段９に出力する（Ｓ１０６）。
【００１６】
測距手段９では第一および第二測距信号が得られるとそれぞれの信号の相関を求め、それぞれの信号の位相差を求め、その位相差から撮影レンズ１のピントのずれ方向およびずれ量を演算する（Ｓ１０７）。
【００１７】
ここで前記眼鏡状の穴２ａ，２ｂの位相関係は絞り羽根２に精度良く設けられているので、図８で説明した距離Ｘの誤差は無視でき、ピントずれの精度は前記第一および第二測距信号から求められた位相差精度のみに依存することになる。そして測距手段９で演算されたピントずれ量が所定範囲内であるか否かの判定を行い（Ｓ１０８）、前記ピントずれ量が所定範囲外であった場合はレンズ移動手段１０は測距手段９によって求められたピントずれ方向およびずれ量に応じてピントレンズ１ａを移動させる（Ｓ１０９）。なおＳ１０８で撮影レンズ１のピントのずれ量が許容量以内であった場合は直ちにＳ１１０に移行する。またピントレンズ１ａの移動後はＳ１０４からＳ１０９の動作を測距手段９によって求められたピントのずれ量が許容量以内になるまで繰り返す。
【００１８】
ピントずれ量が許容範囲内になった場合は絞り羽根２はモータ３によって回動され、Ｓ１０３で定められた絞り値に設定される（Ｓ１１０）。また同時に遮光羽根３はモータ５によって駆動され、図３（ｃ）のように撮影光束Ａから退避する（Ｓ１１１）。但しＳ１０３で定められた絞り値の径が前記眼鏡状の絞り穴２ａ，２ｂと同一の径であった場合は図３（ｄ）のように前記眼鏡状の穴２ａ，２ｂの一方を遮光羽根で覆った状態で他方の絞り穴を撮影光学系の光束中心に移動させる。そして撮像素子６はＳ１０３で定められた露光時間で撮影を行い（Ｓ１１２）、撮像素子６に蓄積された電荷信号は読み出され、信号処理部１１で所要の形式の映像信号に変換された後、メモリ１３に記憶される（Ｓ１１３）。以上で１回の撮影動作を終了する。
【００１９】
以上説明したように、本実施例によれば、ピント合わせのための専用のセンサを必要とせず、素早いピント合わせができる。また測距のための眼鏡状の絞り穴と撮影時の絞り穴を一枚の絞り羽根に設けているので、それぞれの絞り穴を撮影レンズの光軸方向の絞り位置に対して理想的な位置に配置できるといった効果がある。
【００２０】
なお前記絞り羽根２の眼鏡状の穴２ａ，２ｂはできるだけ通過光量が増えるように図７のような形状にしても良い。同図において、Ｂは撮影光束で、２１，２２は前記眼鏡状の穴２ａ，２ｂに相当する眼鏡状の穴である。この場合、眼鏡状の穴を通過する光量が増えるのでより暗い被写体へもピント合わせが可能となるといったメリットがある。
【００２１】
（第２の実施例）
図４は本発明を実施した“電子スチルカメラ”の第２の実施例を示すブロック図である。なお第１の実施例と同じ機能を有するものは同一の番号を振ってあり説明も省略する。同図において、２０は撮影レンズ１の絞り位置に設けられた絞り羽根で、開口径の異なる数種類の絞り穴が同心円上に設けてあり、モータ３により該絞り羽根２０が前記同心円の中心に回動することによってそれぞれの絞り穴が撮影レンズ１の光束中に挿入可能となっている。
【００２２】
次に動作を説明する。図５は図４の電子スチルカメラの動作を示すフローチャートである。なお、特に断らない限り動作は全てシステムコントローラ１４が行うものとする。同図においてまず電子スチルカメラの図示しない電源が投入されると（Ｓ２０１）、撮影待機状態となる（Ｓ２０２）。Ｓ２０２でレリーズボタン７が操作されレリーズ信号が発せられると、測光手段８により被写体の明るさが測定され、測距および撮影時の絞り値および露光時間が設定される（Ｓ２０３）。そしてその絞り値に応じた絞り穴が撮影光学系１の光束内に挿入されるよう、絞り羽根２０がモータ３によって駆動される。
【００２３】
ここで図６はこのときの絞り羽根２０と撮影レンズ１の光束との関係を示す図で、同図において、点線で示した円Ａは図４の撮影レンズ１の撮影光束である。図６（ａ）はこのときの状態を示した図で、絞り羽根２０はＳ２０３で決定された絞り値に応じた絞り穴２０ａが、撮影レンズ１の光束中心に対して所定量偏心した位置にある。図５に戻って、次に被写体の明るさに応じて撮像素子６に所定時間の露光を行い、所定エリアの信号を読み出し、第一測距信号として前記測距手段９に出力する（Ｓ２０４）。次に絞り羽根２０はモータ３によって駆動され、図６（ｂ）のように絞り羽根２０の絞り穴２０ａを図６（ａ）の位置から撮影レンズ１の光束中心に対して対称な位置（撮影光学系の光軸に垂直方向）に移動させる（Ｓ２０５）。この後絞り羽根２０が完全に静止した後に、再び撮像素子６に所定時間の露光が行われ、所定エリアの信号を読み出し、第二測距信号として前記測距手段９に出力する（Ｓ２０６）。測距手段９では第一および第二測距信号が得られるとそれぞれの信号の相関を求め、それぞれの信号の位相差を求め、その位相差から撮影レンズ１のピントのずれ方向およびずれ量を演算する（Ｓ２０７）。そして測距手段９で演算されたピントずれ量が所定範囲内であるか否かの判定を行い（Ｓ２０８）、前記ピントずれ量が所定範囲外であった場合はレンズ移動手段１０は測距手段９によって求められたピントずれ方向およびずれ量に応じてピントレンズ１ａを移動させる（Ｓ２０９）。なおＳ２０８で撮影レンズ１のピントのずれ量が許容量以内であった場合は直ちにＳ２１０に移行する。またピントレンズ１ａの移動後はＳ２０４からＳ２０９の動作を測距手段９によって求められたピントのずれ量が許容量以内になるまで繰り返す。
【００２４】
Ｓ２０８でピントずれ量が許容範囲以内になった場合は、絞り羽根２はモータ３によって回動され、図６（ｃ）に示すように撮影レンズ１の光束中心と絞り穴２０ａの中心が一致する位置に移動される（Ｓ２１０）。そして撮像素子６はＳ２０３で定められた露光時間で撮影を行い（Ｓ２１１）、撮像素子６に蓄積された電荷信号は読み出され、信号処理部１１で所要の形式の映像信号に変換された後、メモリ１３に記憶される（Ｓ２１２）。以上で１回の撮影動作を終了する。
【００２５】
なお、Ｓ２０３で定められた絞り値の径が撮影レンズ１の開放径の半分より大きい場合は、Ｓ２０４およびＳ２０６の測距動作で用いられる絞り径は撮影レンズ１の開放径の半分より小さいものの中でもっとも大きい径のものが選択される。このときの撮像素子６への露光量の不足分は露光時間を伸ばすことで補正されるものとする。このときＳ２１１ではＳ２０３で定められた絞り値に応じた絞り径が選択されることはいうまでもない。
【００２６】
本実施例では、以上述べたように、ピント合わせのための専用のセンサを必要とせず、素早いピント合わせができ、更に、測距時においても被写体光の明るさに応じて絞り径を選択することができるのでより広範囲の明るさの被写体に対して測距ができるという効果がある。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、被写体へのピント合わせのための専用のセンサを必要とせず、素早く被写体へのピント合わせができる。
【００２８】
また請求項２記載の発明では、２つの穴の間隔を精度が良く形成でき、それによりピントずれ演算時における誤差要因を減らせるのでピントずれ演算精度を向上することができる。また前記２つの穴のうちのどちらか一方を選択的に遮光する遮光手段を設けることにより前記遮光手段の整定時間を考慮することなく前記２つの穴の遮光の切り換えができるので、その結果前記瞳分割手段の動作を素早くできる。
【００２９】
また、請求項３記載の発明では、被写体の明るさを測定し設定された絞り値に合せて、複数の絞り穴の中から所要の絞り穴を選択し、この絞り穴により分割されたそれぞれ異なる領域を通過する撮影光束によって撮影光学系のピントずれ量を演算するので、簡単な構成にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  第１の実施例の構成を示すブロック図
【図２】  第１の実施例の動作を示すフローチャート
【図３】  第１の実施例における絞り羽根と遮光羽根の動作を示す図
【図４】  第２の実施例の構成を示すブロック図
【図５】  第２の実施例の動作を示すフローチャート
【図６】  第２の実施例における絞り羽根の動作を示す図
【図７】  眼鏡状の穴の変形を示す図
【図８】  位相差検知方式の原理を示す図
【符号の説明】
１  撮影レンズ
２  絞り羽根
４  遮光羽根
６  撮像素子
９  測距手段
１１  信号処理部
１４  システムコントローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003715703.tif 000008
【図８】
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