(57)【要約】【課題】異なる方式によって結像光学系の焦点調節状態を検出する複数種類の焦点検出手段を、補助光を照射して使用する場合であっても、いずれの方式でも同様に動作可能とする焦点検出装置を提供する。【解決手段】異なる方式によって結像光学系７１の焦点調節状態を検出する複数種類の焦点検出手段７２，２１，２２、３１，３２と、少なくともパターン像を含む照明光を照射可能な照明手段７８と、前記焦点検出手段の種類に応じて前記照明手段が照射する照明光を変更する制御部６０とを備える。【選択図】      図２
2008090020.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる方式によって結像光学系の焦点調節状態を検出する複数種類の焦点検出手段と、
少なくともパターン像を含む照明光を照射可能な照明手段と、
前記焦点検出手段の種類に応じて前記照明手段が照射する照明光を変更する制御部と、を備えたことを特徴とする焦点検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の焦点検出装置において、
前記照明手段は互いに独立した複数の光学系を備え、該各光学系は、前記照明光を照射する光源と、該光源からの照明光により前記パターン像を形成するパターン形成部と、該パターン形成部の前記パターン像を被写体に向けて投影する投影光学系とを備えることを特徴とする焦点検出装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の焦点検出装置において、
前記複数種類の焦点検出手段のそれぞれは、前記結像光学系による像光束を受光して得られる信号に基づいて前記焦点調節状態を検出するとともに、前記信号の読み出し方向が互いに異なることを特徴とする焦点検出装置。
【請求項４】
請求項１ないし３の何れか一項に記載の焦点検出装置において、
前記焦点検出手段は、前記結像光学系の異なる瞳領域を通過した前記光束による１対の像に基づいて前記焦点調節状態を求める位相差方式の焦点検出手段と、前記結像光学系による像に基づいて前記焦点調節状態を求めるコントラスト方式の焦点検出手段とを備え、
前記パターン像は、第一方向に延びる縞状の明暗像を有する第１パターンと該第一方向と直交する第二方向に延びる縞状の明暗像を有する第２パターンを含み、
前記制御部は前記照明手段を制御して、前記位相差方式の焦点検出手段と前記コントラスト方式の焦点検出手段の何れか一方を使用する場合には前記第１パターンを含む照明光を照射し、他方を使用する場合には前記第２パターンを含む照明光を照射することを特徴とする焦点検出装置。
【請求項５】
請求項１ないし４の何れか一項に記載の焦点検出装置において、
前記第１パターンは、その明暗像間の間隔を互いに異ならせて形成され、
前記第２パターンは、その明暗像間の間隔を前記第１パターン像の明暗像間の間隔よりも狭くして形成され、
前記位相差方式の焦点検出手段は、第１パターンを検出し、
前記コントラスト方式の焦点検出手段は、第２パターンを検出することを特徴とする焦点検出装置。
【請求項６】
請求項１ないし５の何れか一項に記載の焦点検出装置を備えてなることを特徴とするカメラ。
【請求項７】
少なくともパターン像を含む複数種類の照明光を照射可能な照明手段と、
前記焦点検出手段の種類に応じて前記照明手段が照射する照明光を変更する制御部と、を備えることを特徴とする照明光照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被写体のコントラストが低いときや暗いときなどに被写体に補助光を照射して焦点検出を行う焦点検出装置、この焦点検出装置を装備したカメラ及び被写体に照明光を照射する照明光照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動焦点検出（オートフォーカス  以下ＡＦと略記する）方式として、例えば、撮影レンズの異なる射出瞳領域を通過した被写体からの一対の光束による一対の像信号の相対変位位置を求めることにより、被写体のデフォーカス量を検出し、このデフォーカス量に基づいて撮影レンズを駆動する位相差方式のＡＦと、撮影レンズによる被写体像のコントラストに基づく焦点評価値を求め、撮影レンズを光軸方向に動かしながら焦点評価値が最も高くなる位置（合焦位置）を探し出すコントラスト方式のＡＦとを併用する、所謂ハイブリッド方式のＡＦカメラが知られている。（特許文献１）
【特許文献１】特開２００２−３２８２９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来のハイブリッド方式のＡＦカメラにおいて、被写体が暗い場合などに照明光（補助光）を照射して焦点検出しようとした場合、一方の方式のＡＦでは焦点検出が可能となるが、他方の方式のＡＦでは焦点検出が不可能になる事態が生じて、位相差方式のＡＦとコントラスト方式のＡＦとを組み合わせたハイブリッドＡＦのメリットが生かせなくなる課題があった。
【０００４】
本発明は、異なる方式によって結像光学系の焦点調節状態を検出する複数種類の焦点検出手段を、照明光を照射して使用する場合であっても、いずれの方式でも同様に動作可能とする焦点検出装置、カメラ及び照明光照射装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成する本発明の請求項１に記載の焦点検出装置は、異なる方式によって結像光学系の焦点調節状態を検出する複数種類の焦点検出手段と、少なくともパターン像を含む照明光を照射可能な照明手段と、前記焦点検出手段の種類に応じて前記照明手段が照射する照明光を変更する制御部と、を備えたことを特徴とする。
【０００６】
前記焦点検出手段としては、例えば、位相差方式とコントラスト方式とがある。前記照明手段としては、例えば、パターン形成部を照明光で照射し、投影光学系で被写体上にパターン像を投影するものがある。
【０００７】
本発明の請求項２に記載の焦点検出装置は、前記照明手段が互いに独立した複数の光学系を備え、該各光学系が、前記照明光を照射する光源と、該光源からの照明光により前記パターン像を形成するパターン形成部と、該パターン形成部の前記パターン像を被写体に向けて投影する投影光学系とを備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明の請求項３に記載の焦点検出装置は、前記複数種類の焦点検出手段のそれぞれが前記結像光学系による像光束を受光して得られる信号に基づいて前記焦点調節状態を検出するとともに、前記信号の読み出し方向が互いに異なることを特徴とする。
【０００９】
本発明の請求項４に記載の焦点検出装置は、前記焦点検出手段が、前記結像光学系の異なる瞳領域を通過した前記光束による１対の像に基づいて前記焦点調節状態を求める位相差方式の焦点検出手段と、前記結像光学系による像に基づいて前記焦点調節状態を求めるコントラスト方式の焦点検出手段とを備え、前記パターン像が、第一方向に延びる縞状の明暗像を有する第１パターンと該第一方向と直交する第二方向に延びる縞状の明暗像を有する第２パターンを含み、前記制御部が、前記照明手段を制御して、前記位相差方式の焦点検出手段と前記コントラスト方式の焦点検出手段の何れか一方を使用する場合には前記第１パターンを含む照明光を照射し、他方を使用する場合には前記第２パターンを含む照明光を照射することを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項５に記載の焦点検出装置は、前記第１パターンが、その明暗像間の間隔を互いに異ならせて形成され、前記第２パターンが、その明暗像間の間隔を前記第１パターン像の明暗像間の間隔よりも狭くして形成され、前記位相差方式の焦点検出手段が、第１パターンを検出し、前記コントラスト方式の焦点検出手段が、第２パターンを検出することを特徴とする。
【００１１】
本発明の請求項６に記載のカメラは、請求項１ないし５の何れか一項に記載の焦点検出装置を備えてなることを特徴とする。
【００１２】
本発明の請求項７に記載の照明光照射装置は、少なくともパターン像を含む複数種類の照明光を照射可能な照明手段と、前記焦点検出手段の種類に応じて前記照明手段が照射する照明光を変更する制御部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、異なる方式によって結像光学系の焦点調節状態を検出する複数種類の焦点検出手段を、照明光を用いて使用する場合であっても、いずれの焦点検出方式でも同様に動作可能とすることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下本発明の焦点検出装置、この焦点検出装置を備えたカメラ及び焦点検出装置に利用される照明光照射装置の一実施形態について図１乃至図８を参照して説明する。
【００１５】
図１は本発明の実施形態による焦点検出装置を備えたカメラの概略外観図である。カメラ７０の本体上部には、閃光発光部７７と補助光投射部７８とを備えた照明光照射装置７９が設けられている。
【００１６】
図２は本発明の実施形態による焦点検出装置を備えたカメラのブロック図である。
【００１７】
撮影光学系７１を介して入射する被写体光束は、その光軸上に斜めに配置されたクイックリターンミラー７３によってカメラ上方へ反射され、ファインダー光学系７６を介して図５〜８に示すような撮影画面ＩＦを観察可能に構成されているとともに、一部の光束が測光装置８０へ入射する。この測光装置８０は、受光した被写体光束に基づいて被写体の輝度を検出する。
【００１８】
また、被写体光束の一部はクイックリターンミラー７３を透過し、サブミラー７４によってカメラボディ底部に位置する焦点検出光学系７２を介して後述する一対のラインセンサ２１に入射する。
【００１９】
一方、カメラのレリーズボタン（不図示）などを操作することによってクイックリターンミラー７３が光軸から退避した位置（図の二点鎖線で示す位置）に回動すると、被写体光束はＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子３１上に被写体の像を結像する。
【００２０】
焦点検出装置１０は、位相差検出方式（瞳分割方式）とコントラスト検出方式の二方式の焦点検出（調節）装置を備えた、所謂ハイブリッド方式となっている。
【００２１】
位相差検出方式の焦点検出装置は、上述の焦点検出光学系７２と一対のラインセンサ２１、及び後述のデフォーカス量検出部２２から構成されている。
【００２２】
一対のラインセンサ２１は、ＣＣＤやＣＭＯＳ等で構成され、焦点検出光学系７２を介して撮影光学系７１の射出瞳面上の異なる一対の領域（測距瞳と称す）を通過した光束を受光するよう構成されている。この一対のラインセンサ２１に光学的に等価な像（センサ像）を、ファインダー光学系７６を介して観察される撮影画面に重畳して示すと、例えば図５に矩形枠で示すようになる。
【００２３】
図５に示すものは、カメラの撮影画面ＩＦの上下方向（図５のＹ方向）にセンサ像２１ａが延在するように一対のラインセンサ２１を配置する場合の例を示しており、撮影画面ＩＦ上で一対のラインセンサ２１に対応する位置を焦点検出領域１００で表示している。
【００２４】
図２に戻り、デフォーカス量検出部２２は、一対のセンサ２１から出力される一対の信号の波形のずれ量（位相差）を公知の相関演算により求めて撮影光学系７１のデフォーカス量を検出する。
【００２５】
制御部６０は、検出したデフォーカス量に基づくレンズ駆動量をレンズ駆動部７５に指示し、レンズ駆動部７５によって撮影光学系７１の焦点調節を行う。
【００２６】
一方、コントラスト検出方式の焦点調節装置を構成する演算部３２は、撮像素子３１で光電変換された被写体光束による像の信号のコントラスト情報に基づく焦点評価値を求める。
【００２７】
そして、制御部６０は、撮影光学系７１を移動しながら演算部３２で得られる焦点評価値がピークとなる位置（合焦位置）に撮影光学系７１を位置決め（焦点調節）する。
【００２８】
なお、ラインセンサ２１と撮像素子３１は、結像された像を光電変換して得られた信号の読み出し方向が撮影画面ＩＦ上で互いに異なっている。つまり、ラインセンサ２１は、結像された像を光電変換した信号を図５の矢印Ｙ方向（撮影画面ＩＦの縦方向）に読み出すのに対し、撮像素子３１は結像された像を光電変換した信号を図９の矢印Ｘ方向（撮影画面ＩＦの横方向）に読み出す。
【００２９】
図２の補助光投射部７８は、図３に示すように、光源であるＬＥＤ等の発光素子４１，５１と、この発光素子４１，５１からの光束を、それぞれレンズ４３，５３を介して所定のパターン像を含む光束とするパターン形成部４２，５２と、発光素子４１，５１を選択的に駆動する駆動回路６１とを含む。また、パターン形成部４２は、パターン像として例えば図５に示すような焦点検出領域１００の延在方向と交差する縞状のコントラストパターン（明暗像）を形成するものであり、図１に示す補助光投射窓４２ａの裏面にプリズムを配置して構成される。
【００３０】
一方、パターン形成部５２は、パターン像として例えば図９に示すような信号の読み出し方向（Ｘ方向）と交差する縞状のコントラストパターンを形成するものであり、図１に示す補助光投射窓５２ａの裏面にプリズムを配置して構成される。
【００３１】
尚、図２に示すカメラの制御部６０は、上述のように焦点検出装置１０が選択的に動作する各検出方式に応じて焦点検出（焦点調節）制御を行うとともに、発光素子４１，５１を選択的に駆動する駆動回路６１（図３参照）に制御信号を出力する。駆動回路６１は、この制御信号により発光素子４１または５１（図３参照）に電流を供給して駆動する。
【００３２】
図５および図６は、補助光投射装置から被写体上に投影したパターン像を、ファインダ光学系７６を介して観察される撮影画面に重畳して示す図である。
【００３３】
図５において、位相差検出方式による焦点検出装置の一対のラインセンサ２１は、それに等価なセンサ像２１ａが上述のように撮影画面ＩＦに対して縦方向（Ｙ方向）に延在するように設定されており、補助光投射窓４２ａから投射されるパターン像４２ｂを重畳して示している。このパターン像４２ｂは、図の横方向（Ｘ方向）に延びる幅の異なる複数の明暗像を、Ｙ方向にランダムな間隔をおいて配置した横縞の非周期パターンであり、撮影画面ＩＦ上におけるセンサ像２１ａを十分カバーできる被写体の領域に投影される。
【００３４】
図６は、位相差検出方式による焦点検出装置の一対のラインセンサを、それに等価なセンサ像２１ｂが撮影画面ＩＦの横方向に延在するように設定した場合の例を示している。この場合、図２に示すラインセンサ２１は、図５の場合とは異なり、個々のラインセンサを構成する複数の光電変換素子が撮影画面ＩＦの横方向（Ｘ方向）に対応した方向に沿うように一対設けられ、焦点検出光学系７２による射出瞳面上での測距瞳の分割方向は、図５の場合と直交する。そして、補助光投射装置７８から投射されるパターン像４２ｃは、撮影画面ＩＦに重畳した場合に、図の縦方向（Ｙ方向）に延びる幅の異なる複数の明暗像を、Ｘ方向にランダムな間隔をおいて配置した縦縞の非周期パターンであり、撮影画面ＩＦ上におけるセンサ像２１ｂを十分カバーできる被写体の領域に投影される。
【００３５】
図７および図８は、位相差検出方式による焦点検出装置の焦点検出領域に対応した一対のラインセンサを撮影画面の縦方向と横方向に混在して設定した場合の、補助光投射装置から投射されるパターンの例を示す図である。
【００３６】
撮影画面ＩＦの中央部には縦方向に延びるセンサ像２１ａと横方向に延びるセンサ像２１ｂとが十字になるようにラインセンサ２１を構成し、その左右にそれぞれ縦方向に延びるセンサ像２１ａを設定する。この場合、縦方向に伸びるセンサ像２１ａに対応するラインセンサを用いて焦点検出する際には、補助光投射装置７８は、図７に示すように、Ｘ方向に延びる幅の異なる複数の明暗像をＹ方向にランダムな間隔で配置した横縞の非周期パターン４２ｄを、３箇所のセンサ像をカバーする被写体の範囲に投影する。
【００３７】
また、横方向に延びるセンサ像２１ｂに対応するラインセンサを用いて焦点検出する際には、図８に示すように、Ｙ方向に延びる幅の異なる複数の明暗像をＸ方向にランダムな間隔で配置した縦縞の非周期パターン４２ｅを、補助光投射装置７８から投射する。
【００３８】
図９は、図１の補助光投射窓５２から出射した光束を被写体上に投影したパターン像を、ファインダ光学系７６を介して観察される撮影画面に重畳して示す図である。
【００３９】
撮影画面ＩＦ上に設定された焦点検出領域１０２は、コントラスト検出方式の焦点検出装置の焦点検出領域を示すものである。図２の演算部３２は、この撮影画面ＩＦに対応して得られる画像信号のうち、焦点検出領域１０２を包含する矩形枠で示す範囲（演算領域）１０１に対応する画像信号のコントラスト情報に基づいて焦点評価値を求めるものである。補助光投射窓５２ａから投射されるパターン像５２ｂは、図のＹ方向に延びる等幅の複数の明暗像をＸ方向に等間隔に配置した縦縞の周期パターンであり、演算領域１０１を十分カバーできる被写体の領域に投影される。なお、明暗像間の間隔を図５などに示す場合よりも密にしたのは、より多くのコントラスト情報を得ることで、精度良く焦点評価値がピークとなる位置（合焦位置）を検出できるようにするためである。
【００４０】
図２に示すカメラ７０は、撮像素子３１で得られた画像信号のコントラストが低い、あるいは測光装置８０によって被写体が低輝度であると判断される場合は、制御部６０から駆動回路６１に制御信号が出力され、動作する焦点検出方式に応じた発光素子４１または５１を点灯して補助光を被写体に向けて照射する。
【００４１】
図４は、本発明の実施の形態による焦点検出装置１０を備えたカメラの動作を示すフローチャートである。本フローチャートは、制御部６０によって制御される動作として、カメラのレリーズボタンが半押し操作された場合にスタートするが、特に上述の測光装置によって被写体が低輝度であると判断されるか、被写体が低コントラストであると判断された場合の動作を示す。
【００４２】
ステップＳ１００で、制御部６０は発光素子４１を点灯し、位相差ＡＦ用の補助光として補助光投射窓４２ａから補助光を投射する。これにより、被写体上には横縞の明暗像からなるパターン像が投影される。
【００４３】
ステップＳ１０１で、補助光が照射された被写体からの光束を撮影レンズ７１、焦点検出光学系７２等を介して一対のラインセンサ２１で受光し、デフォーカス量検出部２２でデフォーカス量を検出する。また、検出したデフォーカス量に基づいてレンズ駆動部７５に駆動信号を出力し、撮影レンズ７１を光軸方向に駆動する。
【００４４】
ステップＳ１０２で、位相差ＡＦが完了したか否かを判断し、完了するまで位相差ＡＦを続行する。尚、位相差ＡＦの完了とは、検出されるデフォーカス量が位相差ＡＦにおいて合焦したと見做せる合焦判定範囲に入った場合を言う。位相差ＡＦが完了した場合にはステップＳ１０３に移行し、完了していない場合はＳ１０１に戻って位相差ＡＦを繰り返す。
【００４５】
ステップＳ１０３で、発光素子４１を消灯し、位相差ＡＦ用の補助光をＯＦＦする。
【００４６】
ステップＳ１０４で、発光素子５１を点灯し、コントラストＡＦ用の補助光として補助光投射窓５２ａから補助光を投射する。すなわち、位相差ＡＦ用の補助光からコントラストＡＦ用の補助光に切り換えるものであり、これにより、被写体上には縦縞の明暗像からなるパターン像が投影される。
【００４７】
ステップＳ１０５で、クイックリターンミラー７３を撮影レンズの光軸上から退避させ、補助光が照射された被写体からの光束を撮影レンズ７１を介して撮像素子３１で受光する。撮像素子３１で得られた画像信号のうち、焦点検出領域に対応した範囲の画像信号のコントラスト情報に基づいて演算部３２が焦点評価値を求める。そして、撮影レンズ７１を駆動しながら求めた焦点評価値が最大となるように焦点調節する。
【００４８】
ステップＳ１０６で、コントラストＡＦが完了したか否かを判断し、完了するまでコントラストＡＦを続行する。尚、コントラストＡＦの完了とは、焦点評価値が最大となる位置に撮影レンズを焦点調節した場合を言う。コントラストＡＦが完了した場合にはステップＳ１０７に移行する。
【００４９】
ステップＳ１０７で、発光素子５１を消灯し、コントラストＡＦ用の補助光をＯＦＦする。
【００５０】
本実施形態の焦点検出装置１０によれば、被写体が低コントラストであったり、低輝度である場合に、使用するＡＦの方式によらずに補助光を照射して焦点検出（焦点調節）が可能となり、ハイブリッドＡＦとしての機能を損ねることなく使用することが可能となる。
【００５１】
本実施の形態の焦点検出装置で使用する焦点検出方式は、上記実施形態に限定されるものではない。また、撮影画面内における焦点検出領域の配置や位相差方式のラインセンサの配置（すなわちセンサ像の延在方向）も、上記実施形態に限定されるものではない。
【００５２】
上記実施の形態においては、焦点検出方式に応じて専用の補助光投射窓を介して補助光を投射するようにしたが、共通の補助光投射窓から複数種類のパターン像を含む光束を照射するようにしても良い。
【００５３】
あるいは、図５に示す場合と図6に示す場合のように同じ焦点検出方式であっても、センサ像の延在方向に応じて異なる補助光投射窓から異なるパターン像を含む光束を照射するようにしても良い。
【００５４】
さらに、パターン像として縦縞と横縞の場合を示したが、これに限定されず、例えば放射状のものであってもよい。放射状にした場合、センサの信号の読み出し方向が縦方向の場合でも横方向の場合でも使用可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の実施形態による焦点検出装置を備えたカメラの概略外観図である。
【図２】本発明の実施形態による焦点検出装置を備えたカメラのブロック図である。
【図３】補助光投射部の概略的な構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態による焦点検出装置を備えたカメラの動作を示すフローチャートである。
【図５】補助光投射装置から被写体上に投影されたパターン像を、ファインダ光学系を介して観察される撮影画面に重畳して示す図である。
【図６】補助光投射装置から被写体上に投影されたパターン像を、ファインダ光学系を介して観察される撮影画面に重畳して示す図である。
【図７】位相差検出方式による焦点検出装置の焦点検出領域に対応した一対のラインセンサを撮影画面の縦方向と横方向に混在して設定した場合の、補助光投射装置から投射されるパターンの例を示す図である。
【図８】位相差検出方式による焦点検出装置の焦点検出領域に対応した一対のラインセンサを撮影画面の縦方向と横方向に混在して設定した場合の、補助光投射装置から投射されるパターンの例を示す図である。
【図９】補助光投射装置から被写体上に投影されたパターン像を、ファインダ光学系を介して観察される撮影画面に重畳して示す図である。
【符号の説明】
【００５６】
１０          焦点検出装置
２１          ラインセンサ
２２          デフォーカス量検出部
３１          撮像素子
３２          演算部
４１，５１    発光素子
４２，５２    パターン形成部
４２ｂ〜４２ｅ，５２ｂ    パターン像
４３，５３    レンズ
６０          制御部
６１          駆動回路
７０          カメラ
７１          撮影レンズ
７２          焦点検出光学系
７８          補助光投射装置
７９          照明光照射装置
【図１】
2008090020.tif 000003
【図２】
2008090020.tif 000004
【図３】
2008090020.tif 000005
【図４】
2008090020.tif 000006
【図５】
2008090020.tif 000007
【図６】
2008090020.tif 000008
【図７】
2008090020.tif 000009
【図８】
2008090020.tif 000010
【図９】
2008090020.tif 000011