(57)【要約】【課題】空間変調光学フィルタを用いることによりファインダスクリーンに結像された像を直接検出し、コントラスト方式によりＡＦを行うカメラの提供。【解決手段】ファインダスクリーン２１ａの近傍に液晶を用いた空間変調光学フィルタであるフィルタＦ１，Ｆ２を配設し、検出エリア２８１〜２８９内の被写体光束をフィルタＦ１，Ｆ２で変調する。この変調は被写体光束をフィルタＦ１，Ｆ２の位置でフーリエ変換するものであって、この変調された光束を光電変換素子１３で検出したときの出力信号は、被写体光束の高周波成分に相当するものになっている。そのため、光電変換素子１３の出力に基づいて、コントラスト方式によるＡＦを行うことが可能となる。【選択図】        図５
2004294724.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮影光学系の予定結像面と光学的に等価な位置であって焦点板が配置された位置の近傍に配設され、所定空間周波数の透過特性を有して前記撮影光学系による被写体光束を変調する空間変調光学フィルタと、
検出した光の光量に応じた信号を出力する光電変換素子と、
前記空間変調光学フィルタで変調された被写体光束を前記光電変換素子の検出面に集光する集光光学素子と、
前記変調された被写体光束を受光した前記光電変換素子から出力される信号に基づいて撮影光学系の焦点調節状態を演算する焦点調節状態演算手段とを備えることを特徴とするカメラ。
【請求項２】
請求項１に記載のカメラにおいて、
前記空間変調光学フィルタは、前記撮影光学系によって規定される撮影画面内の複数の部分領域の内の少なくとも一つの領域を通過する光束を変調することを特徴とするカメラ。
【請求項３】
請求項１または２に記載のカメラにおいて、
前記空間変調光学フィルタを前記撮影光学系の光軸方向に沿って複数設け、
前記空間変調光学フィルタによる光束の変調およびその変調光束の前記光電変換素子による検出を、各空間変調光学フィルタのそれぞれに対して行わせる光束変調制御部を備え、
前記焦点調節状態演算手段は、前記複数の空間変調光学フィルタのそれぞれに対して得られる前記光電変換素子の出力信号に基づいて前記撮影光学系の焦点調節状態を演算することを特徴とするカメラ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のカメラにおいて、
前記焦点調節状態演算手段は前記光電変換素子で検出される変調光束の光量を演算し、
前記撮影光学系のフォーカスレンズを移動させて、前記焦点調節状態演算手段で演算された光量が最大となるフォーカスレンズ位置を合焦目標位置として合焦動作を行うオートフォーカス制御手段を設けたことを特徴とするカメラ。
【請求項５】
請求項３に記載のカメラにおいて、
前記焦点調節状態演算手段は前記光電変換素子で検出される変調光束の光量を演算し、
前記焦点調節状態演算手段の演算結果に基づいて前記光電変換素子で検出される変調光束の光量が最大となるフォーカスレンズ位置を算出するＡＦ演算部と、
前記ＡＦ演算部で算出されたフォーカスレンズ位置に前記撮影光学系のフォーカスレンズを移動させるオートフォーカス制御手段とを備えることを特徴とするカメラ。
【請求項６】
請求項３〜５のいずれかに記載のカメラにおいて、
前記空間変調光学フィルタを透過型の液晶表示パネルで構成し、前記液晶表示パネルに所定空間周波数の透過特性を有する表示パターンを表示して前記被写体光束の変調を行うことを特徴とするカメラ。
【請求項７】
請求項６に記載のカメラにおいて、
前記光束変調制御部は、前記所定空間周波数の透過特性を有する表示パターンを表示する第１の表示状態と、前記被写体光束を透過する第２の表示状態とに制御可能であって、
前記第２の表示状態において前記光電変換素子から出力される信号に基づいて前記被写体光束の測光演算を行う測光演算部を備えたことを特徴とするカメラ。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載のカメラにおいて、
前記空間変調光学フィルタの空間周波数を可変としたことを特徴とするカメラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一眼レフカメラ、特に、一眼レフ式のデジタルカメラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、カメラのＡＦ（自動焦点）システムとしては、一眼レフレックスカメラであれば位相差方式が、コンパクトカメラであれば外光赤外線アクティブ方式が、また、デジタルコンパクトカメラであればコントラスト方式が一般的に用いられている。これらは、カメラのタイプによってほぼ決まっていた。
【０００３】
そのため、デジタルコンパクトカメラでは画像撮影用の撮像素子により得られる画像信号を利用してＡＦを行っているが、一眼レフ式のデジタルカメラにおいては撮像面の前面にメインミラーがあるため常に撮像素子で画像を得ることはできず、撮像素子とは別にＡＦセンサを設けて位相差方式によりＡＦを行っているのが一般的である（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
位相差方式においては、対物レンズに仮想的に置かれた２つの瞳を通過する光束の視差をＣＣＤ等の受光素子で検出するものであり、その検出結果に基づいて合焦位置までの像面距離とレンズ駆動距離とを算出している。そのため、速写性に優れている。また、外光式では自ら光を出射しているので、暗闇のなかでも被写体までの距離を認識することができる。コントラスト方式の場合には、撮像された画像データを利用しているので特別な機構を必要とせず、また、直接受光面の状況をモニターしているので調節ずれの心配がないという利点がある。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−２０３９１５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、一眼レフカメラに用いられている位相差方式では、ＡＦ検出装置をカメラ内に配設するため、コンパクト性の点で問題があった。また、直接受光面の状況をモニターしているわけではないので、調節ずれの心配があった。
【０００７】
本発明は、空間変調光学フィルタを用いることにより焦点板に結像された像を直接検出し、コントラスト方式によりＡＦを行うカメラを提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明によるカメラは、
撮影光学系の予定結像面と光学的に等価な位置であって焦点板が配置された位置の近傍に配設され、所定空間周波数の透過特性を有して撮影光学系による被写体光束を変調する空間変調光学フィルタと、検出した光の光量に応じた信号を出力する光電変換素子と、空間変調光学フィルタで変調された被写体光束を光電変換素子の検出面に集光する集光光学素子と、変調された被写体光束を受光した光電変換素子から出力される信号に基づいて撮影光学系の焦点調節状態を演算する焦点調節状態演算手段とを備えることを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１に記載のカメラにおいて、撮影光学系によって規定される撮影画面内の複数の部分領域の内の少なくとも一つの領域を通過する光束をそれぞれ変調するものである。
請求項３の発明は、請求項１または２に記載のカメラにおいて、空間変調光学フィルタを撮影光学系の光軸方向に沿って複数設け、空間変調光学フィルタによる光束の変調およびその変調光束の光電変換素子による検出を、各空間変調光学フィルタのそれぞれに対してに行わせる光束変調制御部を備え、焦点調節状態演算手段は、複数の空間変調光学フィルタのそれぞれに対して得られる光電変換素子の出力信号に基づいて撮影光学系の焦点調節状態を演算するものである。
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載のカメラにおいて、焦点調節状態演算手段は光電変換素子で検出される変調光束の光量を演算し、撮影光学系のフォーカスレンズを移動させて、焦点調節状態演算手段で演算された光量が最大となるフォーカスレンズ位置を合焦目標位置として合焦動作を行うオートフォーカス制御手段を設けたものである。
請求項５の発明は、請求項３に記載のカメラにおいて、焦点調節状態演算手段は光電変換素子で検出される変調光束の光量を演算し、焦点調節状態演算手段の演算結果に基づいて光電変換素子で検出される変調光束の光量が最大となるフォーカスレンズ位置を算出するＡＦ演算部と、ＡＦ演算部で算出されたフォーカスレンズ位置に撮影光学系のフォーカスレンズを移動させるオートフォーカス制御手段とを備える。
請求項６の発明は、請求項３〜５のいずれかに記載のカメラにおいて、空間変調光学フィルタを透過型の液晶表示パネルで構成し、液晶表示パネルに所定空間周波数の透過特性を有する表示パターンを表示して被写体光束の変調を行うようにしたものである。
請求項７の発明は、請求項６に記載のカメラにおいて、光束変調制御部は、所定空間周波数の透過特性を有する表示パターンを表示する第１の表示状態と、被写体光束を透過する第２の表示状態とに制御可能であって、第２の表示状態において光電変換素子から出力される信号に基づいて被写体光束の測光演算を行う測光演算部を備えたものである。
請求項８の発明は、請求項１〜７のいずれかに記載のカメラにおいて、空間変調光学フィルタの空間周波数を可変としたものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明によるカメラの一実施の形態を説明する図であり、一眼レフデジタルカメラの概略構成を示す断面図である。カメラ１のレンズマウント２にはレンズ鏡筒３が装着される。レンズ鏡筒３に設けられた撮影光学系４を通った被写体光は、クイックリターンミラー５により反射されて液晶光学部材６上に結像される。液晶光学部材６は、それぞれ撮影光学系４の予定結像面（本カメラでは撮像素子１１が配置される）と光学的に等価な位置であって焦点板が配置される位置の近傍に配置されている。撮像素子１１は２次元型の撮像デバイスであり、このような撮像デバイスにはＣＣＤ型、ＭＯＳ型、ＣＩＤ型など様々な形態がある。
【００１０】
液晶光学部材６はファインダスクリーン（焦点板）を兼ねており、液晶光学部材６上に結像された被写体像は、ペンタプリズム７および接眼レンズ８を介してファインダ接眼窓９から観察することができる。また、ペンタプリズム７に導かれた光の一部は、測光センサ１０に導かれる。クイックリターンミラー５と撮像素子１１との間にはシャッタ１５が配設されている。
【００１１】
撮影光学系４によって規定される撮影画面内に設定されたフォーカスエリアを通過した光束は、液晶光学部材６の上部に設けられた集光光学素子１４によって光電変換素子１３に集光される。光電変換素子１３は、ペンタプリズム７においてファインダ光束の反射に使用されない面、いわゆる第１面に設けられている。光電変換素子１３にはフォトダイオードやＣｄＳ等が用いられ、集光光学素子１４によって集光された光の光量を検出することができる。
【００１２】
図２は液晶光学部材６の断面図であり、図示下方から被写体光が入射する。２１〜２３は透明基板であって、例えば、ガラス基板が用いられる。透明基板２１の下面２１ａにはファインダスクリーンが形成されている。本実施の形態では、ファインダスクリーン２１ａと撮像素子１１（図１参照）の撮像面とが撮影光学系４に対して光学的に等価となるような位置に配置されるように構成されている。
【００１３】
２６ａ，２６ｂ，２７ａ，２７ｂは、透明基板２１，２２，２３の互いに対向する面に形成された透明導電膜（ＩＴＯ）であって、それぞれ所定の電極パターンを形成している。透明導電膜２６ａと透明導電膜２６ｂとの間には液晶２４が、透明導電膜２７ａと透明導電膜２７ｂとの間には液晶２５がそれぞれ封入されている。透明基板２３の上面側には集光光学素子１４が貼り付けられている。
【００１４】
本実施の形態では、液晶２４，２５にはＮＣＡＰ型液晶やＰＮ型液晶のような高分子分散型液晶が用いられている。ＮＣＡＰ型の高分子分散型液晶は液晶の微小粒子が等方性の高分子ポリマー中に分散した状態となっている。電圧を印加すると個々の微小粒子中の液晶分子は電界方向に配列するので、液晶の常屈折率を高分子ポリマーの屈折率とを等しく設定しておけば、入射光は散乱されずに透明状態となる。
【００１５】
一方、電圧を印加しない状態では液晶分子の配列はランダムになり、入射光が散乱されて非透明状態となる。配列の程度は電圧の大きさに依存しており、印加電圧を制御することにより透明状態や半透明状態とすることができる。なお、液晶２４および２５は所定の間隔ｄ２に設定されており、液晶２４とファインダスクリーン２１ａとの間隔はｄ１に設定されている。
【００１６】
図３は液晶光学部材６の平面図であり、ＡＦの際のフォーカスエリアを示す図である。図３に示す例では、フォーカスエリアとして縦横３つずつ合計９つの矩形状検出エリア２８１〜２８９が設けられている。本実施の形態では、検出エリア２８１〜２８９における透明導電膜２６ａ，２６ｂ，２７ａ，２７ｂの電極パターンは、ドットマトリックスパターンとなっている。
【００１７】
検出エリア２８１〜２８９内の電極パターンの印加電圧を制御することによって、エリア内全体の液晶を透明状態や不透明状態にしたり、図３に示すように透明・不透明の縦縞が交互に並んだ縞パターンを液晶２４，２５によって形成することができる。縞パターンの繰り返し周期である空間周波数については、１種類に限らず複数種類を形成することができるようになっており、横縞のパターンを形成することも可能である。なお、検出エリア２８１〜２８９の電極パターンについては、ドットマトリックスパターンではなくて縞状の電極パターンであっても良い。
【００１８】
集光光学素子１４は、検出エリア２８１〜２８９内においてのみ屈折力を有する光学素子であり、例えば、図３の破線で示すように、光軸から偏心したレンズ２９の検出エリア２８１〜２８９に相当する部分のレンズ面が集光光学素子１４の対応する検出エリア２８１〜２８９にそれぞれ形成されている。図４は図３のＩＩ−ＩＩ断面とレンズ２９の対応する断面を示したものである。２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃは、レンズ２９における検出エリア２８２，２８５，２８８に対応する部分の面を示している。集光光学素子１４の各検出エリア２８２，２８５，２８８には、面２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃと同一な面１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃがそれぞれ形成されている。なお、集光光学素子１４としては、偏心したレンズ２９の面２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃを形成する方法の他に、ホログラム等の回折格子で構成しても良い。
【００１９】
《ＡＦシステム》
図５は、カメラ１のＡＦシステムを説明するブロック図である。図５では、液晶光学部材６に設けられている透明基板２１〜２３（図２参照）を省略して示した。また、液晶光学部材６の液晶２４，２５は被写体光をフーリエ変換するフィルタとして機能するものであり、液晶２４およびその状態を変える透明導電膜２６ａ，２６ｂでフィルタＦ１が構成され、液晶２５および透明導電膜２７ａ，２７ｂでフィルタＦ２が構成される。透明導電膜２６ａ，２６ｂの印加電圧はフィルタ制御部３１により制御され、透明導電膜２７ａ，２７ｂの印加電圧はフィルタ制御部３２により制御される。
【００２０】
上述したように液晶光学部材６のファインダスクリーン２１ａは撮影光学系４の予定結像面と光学的に等価な位置に配置されており、図１の撮像素子１１上にピントの合った被写体像が結像されると、ファインダスクリーン２１ａにもピントの合った被写体像が結像される。３３は撮影光学系４のフォーカスレンズ（不図示）を駆動制御するレンズ駆動装置である。レンズ駆動装置３３により撮影光学系４のフォーカスレンズを駆動すると、結像位置が図示左右方向に移動する。レンズ駆動装置３３および上述したフィルタ制御部３１，３２はカメラ１の制御装置３４によって制御される。
【００２１】
フィルタＦ１，Ｆ２の検出エリア２８１〜２８９（図３参照）を透過した光は、集光光学素子１４によって光電変換素子１３の検出面に集光される。光電変換素子１３の出力はアンプ３５により増幅された後に、Ａ／Ｄコンバータ３６によりデジタル信号に変化されて制御装置３４に入力される。制御装置３４の演算部３４ａでは、入力された信号に基づいて撮影光学系４の焦点調節状態が演算される。制御装置３４は、フィルタ制御部３１，３２を制御するとともにレンズ駆動装置３３を制御してオートフォーカス動作を行わせる。
【００２２】
《焦点調節動作の説明》
（空間周波数成分の取得について）
本実施の形態では、フィルタＦ１，２に後述するような縞パターンを表示することにより高周波領域の空間周波数成分を取得し、その空間周波数成分がピークとなるレンズ位置に撮影光学系４のフォーカスレンズを移動することにより焦点調節を行う。最初に、フィルタＦ１，２による空間周波数成分の取得について説明する。
【００２３】
図６に示すように、フィルタＦ２の右側の位置ｘに撮影光学系４の焦点４０がある場合について考える。図６ではフィルタＦ１，Ｆ２を示しているが、ここでは、フィルタＦ２のみがある場合について考察する。位置ｘでの被写体像のボケ具合は、焦点４０を頂点とする円錐４１をフィルタＦ２が切断する面の直径ｒで表現することができる。光軸と円錐の母線とのなす角をθとすると、直径ｒは次式（１）のように表される。
【数１】
ｒ＝２ｘｔａｎθ    …（１）
【００２４】
この系でｔａｎθはレンズのＦ値（＝焦点距離／口径）の逆数と１／２との積であるので、ぼけ具合であるｒは次式（２）で表せる。このｒは一次フィルタの減衰の波長と考えることができる。従って、ぼけ効果によって生じる被写体像の空間波長Ｒでの減衰ｆは次式（３）のように表される。次式（４）のＩはｆの絶対値を取ったものであり、波長Ｒの空間周波数成分のデフォーカス量ｘによる減衰を表している。このＩは光電変換素子１３により検出される光の強度に対応する量である。以下では、Ｉのことを光強度と呼ぶことにする。
【数２】
ｒ＝ｘ／Ｆ                        …（２）
ｆ＝１／｛１＋ｉ（ｘ／ＲＦ）｝    …（３）
Ｉ＝１／｛１＋（ｘ／ＲＦ）２｝１／２  …（４）
【００２５】
図７の曲線Ｌ１はデフォーカス量ｘに対するＩの変化を示したものである。ｘ＝０では、すなわち、フィルタＦ２が焦点位置４０にある場合にはＩ＝１で、ｘの絶対値が大きくなるほどＩは小さくなる。式（４）は、波長Ｒの空間周波数成分の減衰がデフォーカス量ｘによって規定されていることを示している。このことは、光軸上の所定位置における所定波長Ｒの空間周波数成分が分かれば、デフォーカス量ｘを推定できることを示唆している。
【００２６】
所定位置における波長Ｒの空間周波数成分を調べるには、その位置で光束をフーリエ変換してやれば良い。ところで、フィルタＦ２の検出エリア２８１〜２８９（図３参照）に図８に示すようなｃｏｓ波の透過率を有する濃淡縞を表示すると、このフィルタＦ２を透過した光束はフーリエｃｏｓ変換を受けることになる。図８に示す濃淡縞の空間波長をＲとすれば、光電変換素子１３に向かう光束の強度は下記の式（５）とすることができる。式（５）におけるθは空間波長がＲのときの空間周波数であり、Ｉθは波長Ｒ（すなわち空間周波数θ）の空間周波数成分を表している。
【数３】
Ｉθ＝Ｉ０∫ｆ（ｘ）ｃｏｓθｄｘ    …（５）
【００２７】
なお、Ｉ０は光学系も含めたフィルタＦ２の透過率を表す係数である。また、フィルタＦ２にフーリエｓｉｎ波に相当する透過率の濃淡縞パターンを表示すれば、フーリエｓｉｎ変換に相当するＩθが得られる。焦点位置算出の際には、いずれの変換を用いても良い。
【００２８】
このようにフィルタＦ２で変調された光束を光電変換素子１３で受光すると、光電変換素子１３の出力はハード的にフーリエ変換された強度になる。濃淡縞パターンの波長Ｒを変更すると、波長Ｒに応じたフーリエ変換が行われることになる。そのため、種々の位置ｘに対して測定された出力を図７のｘ−Ｉ平面上にプロットすると、それらのデータは図７の曲線Ｌ１と同一プロファイルを有する曲線となる。
【００２９】
このことは、曲線Ｌ１がピークとなる位置ｘ＝０で被写体像のコントラストが一番高くなり、ピントが合っていることを意味している。そのため、曲線Ｌ１のピーク位置がファインダスクリーン２１ａと一致するようなレンズ位置にフォーカスレンズを移動すれば良い。
【００３０】
上述した例では、フィルタＦ２の検出エリア２８１〜２８９に単一のｃｏｓ波またはｓｉｎ波を表示したが、透過・不透過を交互に表示する矩形波であっても良い。図９は矩形波表示の一例を示す図であり、全透過の縦縞領域４２と全遮光の縦縞領域４３とを左右方向に交互に繰り返し表示したものである。単一のｓｉｎ波やｃｏｓ波に比べて、矩形波は理想的とはいえないものの問題なく実用に供することができる。また、液晶でグラデーション表示する場合の難しさを考えると、表示の単純さからｓｉｎ波やｃｏｓ波よりも扱いやすいと言える。
【００３１】
なお、被写体に横方向のコントラスト変化がほとんど無い場合には、縦縞パターンを用いると光電変換素子１３の出力値が非常に小さくなるので、そのような場合には、横縞パターンを形成するようにすれば良い。また、縞パターンは縦縞、横縞に限らず斜め方向に傾いた縞パターンであっても良い。斜めの縞パターンの場合には、被写体に縦方向および横方向のコントラストのいずれにも対応することができる。
【００３２】
（焦点調節動作）
次いで、フィルタＦ１，Ｆ２を用いて空間周波数成分を取得する際のフィルタＦ１，Ｆ２の表示について説明する。図３に示したように、本実施の形態のカメラでは、撮影領域中の９つの検出エリア２８１〜２８９のそれぞれにおける焦点調節情報、すなわち空間周波数成分を取得することができる。ここでは、中央の検出エリア２８５で得られる空間周波数成分に基づいて焦点調節を行う場合について説明する。他の検出エリアについては、検出エリア２８５と全く同様に考えれば良い。
【００３３】
フィルタＦ２の位置における空間周波数成分を取得する際には、フィルタＦ１，Ｆ２を図１０（ａ）に示すような表示とする。フィルタＦ１は、検出エリア２８５を全透過状態とし、検出エリア２８５以外の領域を全遮光状態とする。一方、フィルタＦ２については、検出エリア２８５に所定空間周波数の縞パターンを表示し、検出エリア２８５以外の領域を全遮光状態とする。
【００３４】
次に、フィルタＦ１の位置における空間周波数成分を取得するために、フィルタＦ１，Ｆ２を図１０（ｂ）に示すような表示とする。すなわち、図１０（ａ）のフィルタＦ１およびＦ２の表示を互いに交換した状態にする。なお、検出エリア２８５以外の領域については、フィルタＦ１，Ｆ２の少なくともいずれか一方が全遮光状態であれば良く、他方は全遮光状態でなくても（例えば、全透過状態）良い。しかし、検出エリア２８５以外の領域の光束を効率よく遮断するためには、フィルタＦ１およびＦ２の両方について全遮光状態とするのが望ましい。
【００３５】
図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示す２つの表示状態のそれぞれに対して光電変換素子１３の出力値を取得することにより、同一被写体像に関して光軸上の異なる位置における２種類のデータを得ることができる。本実施の形態では、ファインダスクリーン２１ａを予定結像面と光学的に等価な位置と一致させ、ファインダスクリーン２１ａから距離ｄ１の位置にフィルタＦ１を、距離ｄ１＋ｄ２の位置にフィルタＦ２をそれぞれ配置している。
【００３６】
図６に示すように焦点４０からファインダスクリーン２１ａまでの距離をｙとすると、焦点４０からフィルタＦ１，Ｆ２までの距離はそれぞれｙ−ｄ１，ｙ−（ｄ１＋ｄ２）となる。そのため、図１０（ａ）に示す状態で検出される光強度Ｚａは次式（６）で表され、図１０（ｂ）に示す表示状態で検出される光強度Ｚｂは次式（７）で表される。なお、式（６）、（７）においてａは光束に減衰がない場合に観測される光強度を表している。これらの式（６）、（７）から位置ｙおよび光強度ａを算出することができる。ただし、Ｚａ＝Ｚｂとなった場合には、フィルタＦ１，Ｆ２は焦点を挟んで焦点位置から等距離にあると考えられるので、それらの中間位置ｙ−ｄ１に焦点があるものとする。
【数４】
Ｚａ＝ａ／｛１＋（（ｙ−ｄ１）／ＲＦ）２｝１／２        …（６）
Ｚｂ＝ａ／｛１＋（（ｙ−ｄ１−ｄ２）／ＲＦ）２｝１／２  …（７）
【００３７】
図１１は、ファインダスクリーン２１ａの距離ｙに関する光強度曲線Ｚを示す図である。光強度ＺａおよびＺｂは、曲線Ｚ上の点Ｐ１１，Ｐ１２における光強度である。図１１に示す例では、撮影光学系４の結像位置はファインダスクリーン２１ａから距離ｙ’の位置にあって、ピントがずれている。この場合、フォーカスレンズ位置をレンズ駆動装置３３により変更して、結像位置をファインダスクリーン２１ａ方向に距離ｙ’だけ移動させれば合焦状態となる。
【００３８】
なお、焦点検出動作時以外は検出エリア２８１〜２８９を含め液晶２４，２５は全透過状態とされるが、合焦後に、ＡＦに用いた検出エリアを所定時間遮光状態とすることにより、被写体のどこに合焦しているかをファインダから視認できるようにしても良い。
【００３９】
《フィルタパターンについて》
上述した式（４）によれば、光強度ＩはフィルタＦ１，Ｆ２の空間波長Ｒ（または空間周波数）に依存している。図１２の曲線Ｌ１１〜Ｌ１３は、異なる空間波長Ｒに対する光強度Ｉを示したものである。曲線Ｌ１１は波長Ｒ１に関する光強度を表しており、曲線Ｌ１２は波長Ｒ２＝Ｒ１／２の光強度を、曲線Ｌ１３は波長Ｒ３＝Ｒ１／４の光強度を表している。図１２から分かるように、縞パターンの波長Ｒを小さくするほど曲線のピーク形状が鋭くなる。
【００４０】
そのため、焦点位置がフィルタＦ１，Ｆ２に近い場合には、焦点位置付近における変化の大きい曲線Ｌ１３の方が算出精度が高くなる。逆に、焦点位置がフィルタＦ１，Ｆ２から離れている場合には、得られるデータは曲線Ｌ１１〜Ｌ１３の裾野付近の値になるので、裾野付近の変化が比較的大きく、かつ出力の大きな曲線Ｌ１１の方が焦点位置が算出しやすい。
【００４１】
すなわち、デフォーカス量ｘが大きい場合には濃淡縞フィルタパターンの波長Ｒを大きくし、デフォーカス量ｘが小さい場合に波長Ｒを小さくして精度の高い焦点位置演算を行うようにする。例えば、焦点調節動作において、最初に波長Ｒを大きくして粗調整をし、その後、波長Ｒを小さくして微調整を行うようにしても良い。また、得られた出力値が算出に必要な基準値よりも小さい場合には、波長Ｒをより大きくしてデータを取り直せば良い。
【００４２】
図１１に示したように、フィルタＦ１，Ｆ２に順に縞パターンを形成することにより、同一被写体に対して位置ｙ−ｄ１およびｙ−ｄ１−ｄ２に関する２つの空間周波数成分が得られる。ところで、比較すべき光強度Ｉは同一画像に対する強度であるので、データ取得中は被写体が静止していることが好ましい。しかしながら、実際には被写体が画面内で動いてしまう可能性が、すなわち位相がずれる可能性が大きい。このような場合には、フーリエ変換の実部（ｃｏｓ変換）または虚部（ｓｉｎ変換）のどちらかを採用するのではなく、その両方から絶対値を取ってやればこのような位相のずれにも対応できる。
【００４３】
具体的には、画面中心に対して偶関数（ｃｏｓ）のフィルタパターンを表示したときのデータＺＣＯＳと、奇関数（ｓｉｎ）のフィルタパターンを表示したときのデータＺＳＩＮとを用いて、次式（８）のように絶対値Ｚをとってやれば良い。通常は実部のみを対象とすれば十分であるが、より精密な測定を行うためにはこのような具関数の縞と奇関数の縞とを表示して、絶対値Ｚを用いて焦点位置を算出すれば良い。そうすることによって、ブレにも強い焦点検出を行うことができる。
【数５】
Ｚ＝（Ｚ２ＣＯＳ＋Ｚ２ＳＩＮ）１／２    …（８）
【００４４】
「変形例１」
《測光について》
ところで、図１に示したカメラでは、測光センサ１０を設けて測光を行うようにしているが、光電変換素子１３の検出値を利用して測光を行うことも可能である。例えば、画面中央の検出エリア２８５の測光を行う場合には、図１３に示すように各フィルタＦ１，Ｆ２の検出エリア２８５のみを全透過状態とし、その他の領域は遮光状態とする。検出エリア２８５内を全透過にして検出される光強度はフーリエ変換の０次項すなわち直流成分であり、検出エリア２８５によって規定される光強度である。他の検出エリアの測光を行う場合も検出エリア２８５の場合と全く同様であり、測光を行う検出エリアのみを全透過状態とすれば良い。
【００４５】
測光センサ１０を用いて測光を行う場合、受光素子として用いられるフォトダイオードの出力をそのまま絶対値として採用しているため、暗電流の影響が避けられず精度上の制約となっていた。一方、上述したようにフィルタＦ１，Ｆ２を用いて測光を行う場合には、フィルタＦ１，Ｆ２を全遮光状態とすることによって暗状態を作り出すことができるので、全透過と全遮光との差を取ることにより実効的な光強度だけを測定することができる。その結果、精度の高い測光を行うことができる。なお、フィルタＦ１，Ｆ２の全ての領域を全透過状態とすれば、全画面平均の測光を行うことができる。
【００４６】
このように光電変換素子１３が測光センサおよび測距センサを兼用している場合には、図１の測光センサ１０の位置に光電変換素子１３を配置しても良い。集光光学素子１４による光束の偏向が小さくて済むので、ファインダで観察する被写体像が暗くなるのを抑制することができる。
【００４７】
上述した実施の形態では液晶層とそれを挟んで設けられた一対の透明導電膜とで構成されるフィルタを２つ用いているが、３つ以上用いても、１つであっても良い。ただし、フィルタを１つしか用いない場合には、式（６），（７）のような式が１つしか得られないので、計算により焦点位置を算出することはできない。そのため、フィルタを１つ用いる場合には、下記変形例２のように「山登り方式」と呼ばれる方法によってオートフォーカス動作を行えば良い。なお、フィルタが１つの場合には、検出エリアに他の領域の光束が入り込むようなことはないので、検出エリア以外の領域を遮光状態（暗黒状態）としなくても良い。
【００４８】
「変形例２」
《山登りオートフォーカスの説明》
撮影光学系４のフォーカスレンズをその移動可能範囲の全域に移動させると、図１４の曲線Ｌ２０で示すような強度Ｉが光電変換素子１３によって検出される。ＡＦ動作開始時のフォーカスレンズ位置がＢ１であった場合には強度Ｉ１が検出される。「山登り方式」においては、フォーカスレンズを所定距離移動させる度に強度Ｉを検出して記憶しておき、検出された強度Ｉと既に記憶されている強度Ｉと比較して、強度Ｉが増加する方向にフォーカスレンズを移動させる。
【００４９】
図１４に示す例では、レンズ位置をＢ１からＢ２，Ｂ３，Ｂ４のように移動させる。フォーカスレンズをレンズ位置Ｂ５からレンズ位置Ｂ６に移動させて強度Ｉを検出すると、レンズ位置Ｂ６での強度はレンズ位置Ｂ５で検出された強度よりも小さいことが分かる。図１４からも分かるように、強度Ｉの変化が増加から減少に転じたことからフォーカスレンズがピーク位置Ｐを通過したことを認識することができる。そこで、フォーカスレンズを逆方向に移動させてピーク位置Ｐに位置決めする。
【００５０】
検出された強度Ｉに基づくピーク位置の求め方としては、例えば、三点内挿演算がある。図１５は三点内挿演算を説明する図であり、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の順に強度データが得られた場合を示している。この場合、強度ＩはデータＰ２を境に増加から減少へと転じている。
【００５１】
そこで、データＰ３が取得されたならば、まず、点Ｐ２および点Ｐ３を通る直線Ｌ３１を求める。次に、この直線Ｌ３１の傾きを−Ｋとしたとき、傾きがＫで点Ｐ１を通る直線Ｌ３２を算出する。そして、直線Ｌ３１と直線Ｌ３２との交点Ａを求める。交点Ａの座標はレンズ位置と強度とで表され、この交点Ａのレンズ位置Ｃにフォーカスレンズを移動することにより、撮像素子１１（図１参照）上にピントの合った被写体像が結像される。
【００５２】
「山登り方式」の場合にも、強度変化が小さい領域（曲線Ｌ２０の裾の付近）では波長Ｒを大きくし、強度変化が大きくなったなら波長Ｒを小さくするように縞パターンの空間波長Ｒを変更しても良い。なお、変形例２ではフィルタが１つの場合について説明したが、フィルタを複数有するものに「山登り方式」を適用しても良い。
【００５３】
上述したように、本実施の形態では以下のような利点を有している。
（１）一眼レフカメラのフォーカススクリーンが配設されていた位置に液晶光学部材６を配設することにより、実際に観察しているファインダ像の合焦状態を直接評価することができる。
（２）フィルタを複数使用する場合には、焦点位置（結像位置）を計算で求めることができるので、フォーカスレンズを素早く合焦位置に移動させることができる。すなわち、直接結像面をモニタするコントラスト方式でありながら、位相差方式と同等の速写性を実現することができる。
（３）被写体光束からの空間周波数成分の抽出を液晶光学部材６および光電変換素子１３によりハード的に行っているので、従来のコントラスト方式のＡＦ機構に比べて演算負荷を軽減することができる。
（４）合焦状態を評価する検出エリアを、コストアップを招くことなくかつ容易に、画面上の任意の位置に多数配置させることができる。
（５）上述した実施の形態では予め設定された位置に検出エリアを形成したが、ドットマトリックス方式の液晶フィルタの場合には、被写体やその位置に応じて検出エリアを画面内で自由に移動させることが可能である。
（６）液晶光学部材６および光電変換素子１３によって焦点検出と測光とを行わせることができ、部品点数およびコストの削減をすることができる。
【００５４】
図２に示した液晶光学部材６では透明基板２１の下面にファインダスクリーン２１ａを形成したが、図１６に示すように液晶光学部材６とファインダスクリーン５０とを別々に用意しても良い。また、液晶２４，２５に高分子分散型液晶を用いた場合には、印加電圧の大きさを調整することにより磨りガラスのような半透明状態にすることができる。そのため、ファインダスクリーン２１ａ，５０を設ける代わりに、液晶２４，２５のいずれかを半透明状態にしてファインダスクリーンとしても良い。
【００５５】
さらに、液晶２４，２５の検出エリア２８１〜２８９以外の領域に種々のマークや記号を表示して、ファインダ内表示として利用することもできる。なお、上述した実施の形態ではフィルタＦ１，Ｆ２の液晶２４，２５に高分子分散型液晶を用いたが、高分子分散型に限らず種々の液晶を用いることができる。例えば、ＴＮ液晶やＳＴＮ液晶を用いる場合には、図１７のように偏光板５１，５２を設ける必要がある。
【００５６】
また、集光光学素子１４については、図４に示すように偏心した球面レンズ２９の曲面の一部を各検出エリア２８１〜２８９に割り振る方法の他に、ホログラムで構成する方法もある。ＡＦ測定光を例えば波長５４０ｎｍ付近の単色光で行うような場合、ホログラムを用いれば集光光学素子１４の厚さをかなり薄くすることができる。
【００５７】
以上説明した実施の形態と特許請求の範囲の要素との対応において、フィルタＦ１，Ｆ２は空間変調光学フィルタを、制御装置３４は焦点調節状態演算手段およびオートフォーカス制御手段を、フィルタ制御部３１，３２は光束変調制御部を、演算部３４ａはＡＦ演算部および測光演算部をそれぞれ構成する。なお、上述した実施の形態ではデジタルカメラを例に説明したが、本発明は銀塩フィルムを使用する一眼レフカメラにも適用することができる。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ファインダスクリーンの近傍に配設された空間変調光学フィルタで被写体光束を変調し、その変調光を集光光学素子により光電変換素子に集光して検出することにより、被写体光束の空間周波数に関する高周波成分を取得することができる。そして、光電変換素子から出力信号に基づいて焦点調節状態演算やオートフォーカス動作を行うため、実際に観察している被写体像の状態と同一状態の被写体像を撮影することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるカメラの一実施の形態を説明する図である。
【図２】液晶光学部材６の断面図である。
【図３】液晶光学部材６の平面図であり、検出エリア２８１〜２８９を示す図である。
【図４】図３のＩＩ−ＩＩ断面とレンズ２９の断面を示したものである。
【図５】カメラ１のＡＦシステムを説明するブロック図である。
【図６】デフォーカス量ｘを説明する図である。
【図７】デフォーカス量ｘに対するＩの変化を示す図である。
【図８】ｃｏｓ波の透過率を有する濃淡縞パターンを示す図である。
【図９】矩形波表示の一例を示す図である。
【図１０】焦点状態検出時のフィルタＦ１，Ｆ２の表示例を示す図であり、（ａ）はフィルタＦ２に縞パターンを表示する場合、（ｂ）はフィルタＦ１に縞パターンを表示する場合である。
【図１１】ファインダスクリーン２１ａの距離ｙに関する光強度曲線Ｚを示す図である。
【図１２】異なる空間波長Ｒに対する光強度Ｉを示す図である。
【図１３】測光時におけるフィルタＦ１，Ｆ２の表示例を示す図である。
【図１４】山登り方式におけるフォーカスレンズの移動パターンを示す図である。
【図１５】三点内挿演算を説明する図である。
【図１６】別個に形成されたファインダスクリーン５０を有する液晶光学部材６の断面を示す図である。
【図１７】フィルタＦ１，Ｆ２にＴＮ液晶やＳＴＮ液晶を用いた場合の液晶光学部材６の断面を示す図である。
【符号の説明】
１  カメラ
４  撮影光学系
５  クイックリターンミラー
６  液晶光学部材
７  ペンタプリズム
１０  測光センサ
１１  撮像素子
１３  光電変換素子
１４  集光光学素子
２１ａ，５０  ファインダスクリーン
２４，２５  液晶
３１，３２  フィルタ制御部
３３  レンズ駆動装置
３４  制御装置
３４ａ  演算部
２８１〜２８９  検出エリア
Ｆ１，Ｆ２  フィルタ
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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