(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て焦点調節状態演算を行う焦点検出装置の提供。【解決手段】検出エリア２８２，２８５，２８８内の被写体光束を、ファインダスクリーン２１ａの近傍に配設されたフィルタ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、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。高分子分散型液晶から成る集光光学素子１４の各検出エリア２８２，２８５，２８８にはホログラムが形成されており、各検出エリア２８２，２８５，２８８の被写体光束は回折作用により光電変換素子１３へと集光される。この回折機能は印加電界を制御することによってオンオフすることができる。【選択図】        図１０
2004294725.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮影光学系を介した被写体光束を観察するためのファインダ光学系における前記撮影光学系の予定結像面と光学的に等価な位置の近傍に配設され、前記撮影光学系を介して入射する被写体光束を所定空間周波数の透過特性で変調する変調状態と、入射する被写体光束を透過する透過状態とに変換可能な空間変調光学フィルタと、
前記空間変調光学フィルタを通る前記撮影光学系の光軸から所定角度傾いた方向に配設され、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、
前記変調状態における被写体光束を前記光電変換素子の検出面へと導き、前記透過状態における被写体光束を前記ファインダ光学系へと導く光学素子と、
前記変調状態における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し、
前記光学素子は、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へと導くことを特徴とする焦点検出装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の焦点検出装置において、
前記光学素子は印加される電界に応じて光学異方性が変化する素子であって、
前記光学素子への印加電界を制御して、前記変調状態における被写体光束を前記光電変換素子の検出面へと導かせ、前記透過状態における被写体光束をファインダ光学系へと導かせる光学素子制御手段を設けたことを特徴とする焦点検出装置。
【請求項４】
請求項３に記載の焦点検出装置において、
前記光学素子は、等方性ポリマーの層と光学異方性を有する液晶の層とが規則的に配設されて回折格子として機能し、電界印加時における前記液晶および前記等方性ポリマーの被写体光束に対する屈折率とがほぼ等しい高分子分散型液晶であることを特徴とする焦点検出装置。
【請求項５】
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、
撮影光学系を介した被写体光束を観察するためのファインダ光学系における前記撮影光学系の予定結像面と光学的に等価な位置の近傍に配設され、等方性ポリマーの層と光学異方性を有する液晶の層とからなり前記被写体光束を前記光電変換素子に集光する回折部を少なくとも焦点検出エリアに有し、かつ、電界印加時における前記液晶および前記等方性ポリマーの前記被写体光束に対する屈折率とがほぼ等しい高分子分散型液晶パネルと、
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させる電界の、前記高分子分散型液晶パネルの焦点検出エリアへの印加をオンオフする液晶パネル制御手段と、
前記焦点検出エリアへの印加電界がオンのときに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たことを特徴とする焦点検出装置。
【請求項６】
請求項５に記載の焦点検出装置において、
前記高分子分散型液晶パネルよりも被写体側に配設され、入射する被写体光束を所定空間周波数の透過特性で変調する変調状態と、入射する被写体光束を透過する透過状態とに変換可能な空間変調光学フィルタをさらに備え、
前記液晶パネル制御手段は、前記透過状態では前記焦点検出エリアへの印加電界をオンとし、前記変調状態では前記焦点検出エリアへ印加電界をオフとすることを特徴とする焦点検出装置。
【請求項７】
請求項５または６に記載の焦点検出装置において、
前記液晶パネル制御手段は、前記透過状態のときに前記高分子分散型液晶パネルの焦点検出エリア全体に電界を印加する制御モードを有し、
前記高分子分散型液晶パネルの焦点検出エリアへの印加電界がオフであって前記制御モードの場合に、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設けたことを特徴とする焦点検出装置。
【請求項８】
請求項４〜７のいずれかに記載の焦点検出装置において、
回折格子として機能する前記等方性ポリマーの層および前記液晶の層は、垂直入射する平行光と光電変換素子の位置に集光する光束との干渉により形成されたホログラムであることを特徴とする焦点検出装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の焦点検出装置において、
前記撮影光学系の予定結像面と光学的に等価な位置が、カメラの焦点板の配設位置であることを特徴とする焦点検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一眼レフカメラ、特に、一眼レフ式のデジタルカメラ等に用いられる焦点検出装置に関する。
【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、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、ファインダスクリーン等の予定結像面と光学的に等価な面に結像された像を直接検出して、コントラスト方式により焦点調節状態演算を行う焦点検出装置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の発明による焦点検出装置は、撮影光学系を介した被写体光束を観察するためのファインダ光学系における撮影光学系の予定結像面と光学的に等価な位置の近傍に配設され、撮影光学系を介して入射する被写体光束を所定空間周波数の透過特性で変調する変調状態と、入射する被写体光束を透過する透過状態とに変換可能な空間変調光学フィルタと、空間変調光学フィルタを通る撮影光学系の光軸から所定角度傾いた方向に配設され、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、変調状態における被写体光束を光電変換素子の検出面へと導き、透過状態における被写体光束をファインダ光学系へと導く光学素子と、変調状態における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に記載の焦点検出装置において、空間変調光学フィルタは、撮影光学系によって規定される撮影画面内の複数の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し、光学素子は、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へと導くものである。
請求項３の発明は、請求項１または２に記載の焦点検出装置において、光学素子は印加される電界に応じて光学異方性が変化する素子であって、光学素子への印加電界を制御して、変調状態における被写体光束を光電変換素子の検出面へと導かせ、透過状態における被写体光束をファインダ光学系へと導かせる光学素子制御手段を設けたものである。
請求項４の発明は、請求項３に記載の焦点検出装置において、光学素子は、等方性ポリマーの層と光学異方性を有する液晶の層とが規則的に配設されて回折格子として機能し、電界印加時における液晶および等方性ポリマーの被写体光束に対する屈折率とがほぼ等しい高分子分散型液晶であることを特徴とする。
請求項５の発明による焦点検出装置は、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、撮影光学系を介した被写体光束を観察するためのファインダ光学系における撮影光学系の予定結像面と光学的に等価な位置の近傍に配設され、等方性ポリマーの層と光学異方性を有する液晶の層とからなり被写体光束を光電変換素子に集光する回折部を少なくとも焦点検出エリアに有し、かつ、電界印加時における液晶および等方性ポリマーの被写体光束に対する屈折率とがほぼ等しい高分子分散型液晶パネルと、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させる電界の、高分子分散型液晶パネルの焦点検出エリアへの印加をオンオフする液晶パネル制御手段と、焦点検出エリアへの印加電界がオンのときに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たことを特徴とする。
請求項６の発明は、請求項５に記載の焦点検出装置において、高分子分散型液晶パネルよりも被写体側に配設され、入射する被写体光束を所定空間周波数の透過特性で変調する変調状態と、入射する被写体光束を透過する透過状態とに変換可能な空間変調光学フィルタをさらに備え、液晶パネル制御手段は、透過状態では焦点検出エリアへの印加電界をオンとし、変調状態では焦点検出エリアへ印加電界をオフとするものである。
請求項７の発明は、請求項５または６に記載の焦点検出装置において、液晶パネル制御手段は、透過状態のときに前記高分子分散型液晶パネルの焦点検出エリア全体に電界を印加する制御モードを有し、高分子分散型液晶パネルの焦点検出エリアへの印加電界がオフであって制御モードの場合に、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設けたものである。
請求項８の発明は、請求項４〜７のいずれかに記載の焦点検出装置において、回折格子として機能する等方性ポリマーの層および液晶の層は、垂直入射する平行光と光電変換素子の位置に集光する光束との干渉により形成されたホログラムであることを特徴とする。
請求項９の発明は、請求項１〜８のいずれかに記載の焦点検出装置において、撮影光学系の予定結像面と光学的に等価な位置が、カメラの焦点板の配設位置であることを特徴とする。
【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。
−第１の実施の形態−
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、撮影光学系４の予定結像面に配置された撮像素子１１と光学的に等価な面に配置されている。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な面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】
《集光光学素子の説明》
集光光学素子１４は光学異方性を有する液晶と透明な等方性ポリマーとで構成される回折格子であり、液晶への印加電圧を制御することによって屈折力を有する状態と単に透明な状態とを切り換えることができる、スイッチング可能な回折格子である。図４は集光光学素子１４の断面図であり、図３の検出エリア２８５の部分のＩＩ−ＩＩ断面を示したものである。
【００１９】
図４において１４１，１４２はガラス基板であって、ガラス基板１４１，１４２の互いに対向している面には透明導電膜１４３，１４４による電極パターンが形成されている。本実施の形態では、各検出エリア２８１〜２８９（図３参照）に電圧を印加する電極と、検出エリア以外の領域に電圧を印加する電極とが形成されている。透明導電膜１４３が形成されたガラス基板１４１と透明電極１４４が形成されたガラス基板１４２との間には、高分子ポリマー１４５ａに液晶粒子１４５ｂを分散した高分子分散液晶材１４５が挟持されている。
【００２０】
高分子分散液晶材１４５の検出エリア２８５を除く領域では、高分子ポリマー１４５ａ中に液晶粒子１４５ｂが均一に分散している。一方、検出エリア２８５に対応する領域では液晶粒子１４５ｂの密度の高い層１４６と液晶粒子１４５ｂの密度の低い層１４７とが交互に現れる層状構造となっている。この層状構造は干渉縞の周期構造を有しており、検出エリア２８５に対応する部分は体積型のホログラムを構成している。
【００２１】
図５〜図８は検出エリアに形成されたホログラムの動作を説明する図である。図５，６は高分子分散液晶材１４５の断面を模式的に示したものであり、図７，８は被写体光束の進行方向を示す図である。図５，７では、検出エリア２８５の電極には電圧を印加せず、その他の領域の電極に電圧を印加した状態を示している。一方、図６，８では、検出エリア２８５の電極にも電圧を印加している。
【００２２】
図５，６において１４８は液晶粒子１４５ｂ内の液晶分子を表している。液晶分子１４８は２つの屈折率、すなわち、屈折率楕円体の長径に相当する常屈折率ｎｏと、屈折率楕円体の短径に相当する異常屈折率ｎｅとを有している。高分子分散液晶材１４５においては、常屈折率ｎｏおよび異常屈折率ｎｅの一方が等方性高分子ポリマー１４５ａの屈折率ｎｐと等しくなるように設定されている。
【００２３】
図５に示す状態では、電極に電圧が印加されていない検出エリア２８５においては、液晶粒子１４５ｂ内の液晶分子１４８はランダムに配向しているので、高分子分散液晶材１４５に入射した光は散乱される。その結果、層１４６と層１４７とから成る部分、すなわち、高分子分散液晶材１４５の検出エリア２８５の領域は回折格子として機能する。そのため、図７に示すように検出エリア２８５に入射した被写体光束Ｌａは層１４６，１４７から成る回折格子により回折されて、光電変換素子１３に集光される。
【００２４】
一方、図５の検出エリア２８５以外の領域には電圧が印加されているので、図示上下方向の電界が発生し、液晶分子１４８は電界方向に配向している。本実施の形態では、配向したときの液晶の屈折率と高分子ポリマー１４５ａの屈折率とを等しくなるように設定することにより、電圧が印加された領域では高分子分散液晶材１４５が透明状態となるようにしている。そのため、図７に示すように、検出エリア２８５以外の領域に入射した光束Ｌｂは透明状態の高分子分散液晶材１４５を回折作用を受けずに透過し、ペンタプリズム７（図１参照）および接眼レンズ８を介してファインダ接眼窓９へと導かれる。
【００２５】
図６に示す状態では検出エリア２８５の電極にも電圧が印加されているので、層１４６内の液晶分子１４８も電界方向（図示上下方向）に配向している。その結果、図８に示すように高分子分散液晶材１４５に入射した光束Ｌａ，Ｌｂは回折作用を受けずに透過し、全てがペンタプリズム７および接眼レンズ８を介してファインダ接眼窓９へと導かれる。
【００２６】
上述した集光光学素子１４の動作をまとめると以下のようになる。
（ａ）焦点検出動作を行わないときには、集光光学素子１４の全領域を透過状態とする。そのため、フィルタＦ１，Ｆ２を透過した被写体光束は全てファインダ光学系へと導かれる。
（ｂ）検出エリア２８５で焦点検出を行う場合には、検出エリア２８５の印加電圧をオフにする。その結果、検出エリア２８５を透過する被写体光束のみが偏向されて光電変換素子１３に集光される。その他の領域の被写体光束は、偏向されずにファインダ光学系へと導かれる。
【００２７】
なお、上述した集光光学素子１４では、検出エリア２８１〜２８９のみに層１４６，１４７を形成したが、検出エリア２８１〜２８９以外の領域には常に電圧が印加されて透明状態とされるので、集光光学素子１４の全体に層１４６，１４７を形成するようにしても良い。この場合も、電極への印加電圧がオフとされた検出エリアのみが回折作用を有することになる。
【００２８】
図９は集光光学素子１４の作成方法を図示したものである。まず、液晶と光硬化性モノマーとを混合してモノマー中に液晶を分散させる。次に、この混合液を透明導電膜１４３，１４４が形成された一対のガラス基板１４１，１４２の隙間に挟み込み、試料３００を作成する。試料３００の表面には、検出エリア２８１〜２８９に対応した開口３０１ａを有するマスク３０１が形成される。この試料３００を図９のように配置する。
【００２９】
図９において３０２は光束３０４を出射する点光源であり、３０３は参照光として用いられる平行光束である。光の進行方向を逆にたどれば、光束３０４は点光源３０２の位置に集光する光と同じであり、平行光束３０３は試料３００から垂直に出射される光と同じである。試料３００と点光源３０２との相対的位置関係は、図１に示す集光光学素子１４と光電変換素子１３との位置関係と同一であって、点光源３０２は光電変換素子１３の検出面と同一位置に配置されている。一方、平行光束３０３は試料３００に垂直に入射する。光束３０４および平行光束３０３には、レーザ光のような可干渉性の光が用いられる。
【００３０】
マスク３０１が形成された試料３００に光束３０４と平行光束３０３とを照射すると、試料３００のマスク３０１に覆われていない領域には、２つの光束３０３，３０４による干渉縞が形成される。モノマーと液晶の混合液中において干渉により光強度が強くなっている部分では、モノマーの光重合が充分に進んでポリマーの密度が高くなる。逆に、光強度が弱い部分では、光強度が強い部分にモノマーが引き寄せられる分だけ液晶の方の密度が高くなる。このようにして、図４に示すような液晶密度の低い層１４７と液晶密度の高い層１４６とから成るホログラムが高分子分散液晶材１４５内に形成される。これらの層１４６，１４７の層構造は干渉縞の構造と同一になっている。
【００３１】
なお、マスク３０１を用いないで、高分子分散液晶材１４５の全領域にホログラムを形成しても良い。
【００３２】
《ＡＦシステム》
図１０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１０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。
【００３３】
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。
【００３４】
フィルタＦ１，Ｆ２の検出エリア２８１〜２８９（図３参照）を透過した被写体光束は、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。上述したように、検出エリア２８１〜２８９に形成された電極への印加電圧をオンオフすることによって、集光光学素子１４の集光機能（回折機能）をオンオフすることができる。それらのオンオフ制御は素子制御部３７によって行われる。
【００３５】
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および素子制御部３７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。
【００３６】
《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。
【００３７】
以下では、図１１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１１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）
【００３８】
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）
【００３９】
図１２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。
【００４０】
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１３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１３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）
【００４１】
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。
【００４２】
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１２のｘ−Ｉ平面上にプロットすると、それらのデータは図１２の曲線Ｌ１と同一プロファイルを有する曲線となる。
【００４３】
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。
【００４４】
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１４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。
【００４５】
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。
【００４６】
（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。
【００４７】
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１５（ａ）に示すような表示とする。フィルタＦ１は、検出エリア２８５も含めて全ての領域を透過状態とする。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以外の領域は透過状態とする。また、フィルタＦ１の位置における空間周波数成分を取得する場合には、図１５（ｂ）に示すようにフィルタＦ１は図１５（ａ）のフィルタＦ２の表示状態とし、フィルタＦ２は図１５（ａ）のフィルタＦ１の表示状態とする。
【００４８】
図１５（ａ）および図１５（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。
【００４９】
図１１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１５（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１５（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）
【００５０】
図１６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１６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。
【００５１】
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。
【００５２】
《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１７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１７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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
図１７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。
【００５６】
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）
【００５７】
「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、集光光学素子１４の中央に設けられた検出エリア２８５の測光を行う場合には、各フィルタＦ１，Ｆ２の全領域を透過状態とし、集光光学素子１４の検出エリア２８５の印加電圧をオフ状態とする。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。集光光学素子１４の検出エリア２８５以外の領域は電圧を印加して透過状態としておく。
【００５８】
この場合、検出エリア２８５の被写体光束のみが光電変換素子１３に集光される。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、フィルタＦ１，Ｆ２については全領域を透過状態とし、集光光学素子１４については測光を行う検出エリアのみの印加電圧をオフ状態とする。
【００５９】
従来、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。
【００６０】
また、集光光学素子１４の各検出エリア２８１〜２８９について順に印加電圧をオフ状態とすれば、各検出エリア毎の測光値が得られる。さらに、集光光学素子１４の全領域を透過状態とすれば、全画面平均の測光を行うことができる。なお、光電変換素子１３を測光センサおよび測距センサに兼用して用いる場合には、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。
【００６１】
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。
【００６２】
「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１８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。
【００６３】
図１８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１８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。
【００６４】
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１９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。
【００６５】
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。
【００６６】
「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。
【００６７】
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。
（７）集光光学素子１４は印加電圧のオンオフを制御することにより、焦点検出に必要な検出エリアだけの被写体光束を光電変換素子１３に導き、その他の領域の被写体光束はファインダ光学系へと導かれる。そのため、ファインダを観察している撮影者に違和感をほとんど与えることがない。さらに、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、検出エリア２８１〜２８９のホログラムで波長５４０ｎｍ付近の光を回折するようにすれば、焦点検出をしている検出エリアが暗く観察されるのを避けることが可能となる。
【００６８】
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２７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。
【００６９】
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２８のように偏光板５１，５２を設ける必要がある。
【００７０】
−第２の実施の形態−
図２０は本発明による第２の実施の形態を示す図であり、図１０と同様にＡＦシステムを説明するブロック図である。なお、第１の実施の形態と同様の部分には同一符号を付し、以下では異なる部分を中心に説明する。図２０において、６０は液晶光学部材であり、フィルタＦ１およびフィルタ１２を有している。後述するように、本実施の形態おけるフィルタＦ１２は、図１０のフィルタ２および集光光学素子１４の機能を兼ね備えている。フィルタＦ１とファインダスクリーン２１ａとの間隔はｄ１に設定され、フィルタＦ１とフィルタＦ１２との間隔はｄ２に設定されている。フィルタＦ１２の動作はフィルタ制御部６１により制御される。
【００７１】
図２１は液晶光学部材６０の断面図であり、図２２は液晶光学部材６０の平面図である。フィルタＦ１の構成は第１の実施の形態と全く同様である。一方、フィルタＦ１２は、第１の実施の形態におけるフィルタＦ２の液晶２５を高分子分散液晶材１４５で置き換えた構成となっている。
【００７２】
《フィルタ動作の説明》
次に、ＡＦを行う際のフィルタＦ１，Ｆ１２の動作について説明する。本実施の形態でも、検出エリア２８５の被写体光束に基づいてＡＦを行う場合について説明する。図２３，２４フィルタＦ１，Ｆ１２の動作を説明する図であり、それぞれ図２２のＩＶ−ＩＶ断面を模式的に示したものである。上述した第１の実施の形態では、フィルタＦ２に縞パターンを形成したときの検出値と、フィルタＦ１に縞パターンを形成したときの検出値とから結像位置を演算した。第２の実施の形態では、フィルタＦ１２に縞パターンを形成したときの検出値と、フィルタＦ１に縞パターンを形成したときの検出値とから結像位置を演算する。
【００７３】
図２３は、フィルタＦ１２の検出エリア２８５に縞パターンを形成し、フィルタＦ１の検出エリア２８５を透過状態とした場合のＩＶ−ＩＶ断面図である。フィルタＦ１，Ｆ１２の検出エリア２８５以外の領域は、電極に電圧が印加されて透過状態とされる。フィルタＦ１の液晶２４においては、高分子ポリマー２４ａ中に液晶粒子２４ｂが均一に分散している。液晶粒子２４ｂ内には液晶分子２４０が多数含まれている。
【００７４】
図２３に示す透明導電膜２６ａ，２６ｂ，２７ａ，２７ｂにおいて、斜線を施した部分には電圧が印加されており、斜線が施されていない部分には電圧が印加されていない。フィルタＦ１の場合には液晶２４の全領域にわたって電圧が印加されており、液晶粒子２４ｂ内の液晶分子２４０は電界方向（図示上下方向）に配向している。そのため、フィルタＦ１は検出領域２８５も含めた全領域が透過状態となっており、入射した被写体光束はフィルタＦ１を透過してフィルタＦ１２に入射する。
【００７５】
フィルタＦ１２の場合、検出エリア２８５以外の領域は上述したように全領域に電圧が印加されて透過状態となっているが、検出エリア２８５内においては、電圧が印加されていない電極パターン領域２７１と電圧が印加されている電極パターン２７２とが縞パターンを形成している。そのため、電極パターン２７２によって挟まれた領域の液晶粒子１４５ｂに関しては、液晶分子１４８が電界方向に配向している。一方、電極パターン２７１により挟まれた領域の液晶粒子１４５ｂでは、液晶分子１４８の方向はランダムになっている。
【００７６】
その結果、検出エリア２８５の電極パターン２７２の部分に入射した縞状の被写体光束６７のみがフィルタＦ１２を透過する。この被写体光束６７は、回折格子パターンを構成する層１４６，１４７の回折作用によって偏向され、光電変換素子１３（不図示）に集光される。また、被写体光束６７は電極パターン２７１，２７２が形成する縞パターンにより変調を受けた光であって、縞パターンの空間波長に対する空間周波数成分になっている。そのため、第１の実施の形態でフィルタＦ２に縞パターンを形成した場合と同様の焦点調節情報を得ることができる。
【００７７】
このようにして、フィルタＦ１２の位置における空間周波数成分が得られたならば、次いで、図２４に示すようにフィルタＦ１の検出エリア２８５に縞パターンを形成して、フィルタＦ１の位置における空間周波数成分を取得する。このとき、フィルタＦ１２については、検出エリア２８５の電極パターン２７１，２７２には電圧を印加せず、その他の領域に関しては図２３と同様に電圧を印加する。そのため、検出エリア２８５以外の領域においては、フィルタＦ１からフィルタＦ１２に入射した被写体光束は回折等を受けることなくフィルタＦ１２を透過する。
【００７８】
一方、フィルタＦ１２の検出エリア２８５内においては、液晶分子１４８がランダムに配向する。そのため、フィルタＦ１で変調されてからフィルタＦ１２に入射した被写体光束は、層１４６と層１４７との効果によって回折される。その結果、検出エリア２８５の被写体光束６８は偏向されて、光電変換素子１３に集光される。
【００７９】
《測光について》
第２の実施の形態において、光電変換素子１３の検出値を用いて測光を行う場合、例えば、検出エリア２８５の被写体光で測光を行う場合について説明する。フィルタＦ１については、全体領域に電圧を印加してフィルタＦ１の全体を透過状態（透明状態）にする。フィルタＦ１２については、図２４に示す状態と同様に検出エリア２８５には電圧を印加せず、検出エリア２８５以外の領域には電圧を印加する。その結果、検出エリア２８５を透過した被写体光のみが光電変換素子１３に集光される。
【００８０】
なお、フィルタＦ１については、検出エリア２８５のみを透過状態にして測光を行っても良い。この場合、測光時にファインダが暗くなるという欠点があるが、検出エリア２８５以外の光の影響を除去することができる。
【００８１】
［変形例］
図２５，２６は上述した第２の実施の形態の変形例を示す図である。この変形例におけるフィルタＦ１１は、フィルタＦ１の液晶２４に代えて高分子分散液晶材１４５を用いたものである。この場合、フィルタＦ１１とフィルタＦ１２とは全く同一の構成となる。
【００８２】
フィルタ１２の位置における高周波成分を検出する場合には、図２５に示すフィルタＦ１２の印加電圧の状態を図２３のフィルタＦ１２と全く同様にする。そのため、電圧が印加されていない電極パターン２７１で挟まれた領域においては、液晶分子１４８の配向はランダムになっている。一方、電圧が印加されている電極パターン２７２で挟まれた領域においては、液晶分子１４８は電界方向（図示上下方向）に配向している。
【００８３】
また、フィルタＦ１１に関しては、検出エリア２８５内の電極パターンにも、検出エリア２８５以外の電極パターンにもそれぞれ電圧を印加する。そのため、フィルタＦ１１は全領域が透過状態となっており、フィルタＦ１１に入射した被写体光束はフィルタＦ１１を透過してフィルタＦ１２に入射する。フィルタＦ１２の検出エリア２８５においては、上述したように層１４６および１４７に縞パターンが形成されるため、図２３の場合と同じように縞パターンの透過部分から出射される被写体光束６７は回折作用を受けて、光電変換素子１３の方向に偏向される。
【００８４】
一方、図２６は、フィルタＦ１１の位置における高周波成分を検出する場合を示したものである。フィルタＦ１２に関しては、検出エリア２８５内の電極パターン２７１，２７２および検出エリア２８５以外の領域の電極の全てに電圧を印加して、全領域を透過状態とする。また、フィルタＦ１１に関しては、検出エリア２８５では、電極パターン２４１には電圧を印加せず、電極パターン２４２には電圧を印加する。検出エリア２８５以外の領域には電圧を印加して透過状態とする。
【００８５】
その結果、検出エリア２８５に入射した被写体光束は、検出エリア２８５に形成された縞パターンの透過部分、すなわち、電極パターン２４２に入射した被写体光６８のみがフィルタＦ１１を透過する。この被写体光束６８は層１４６，１４７により回折作用を受けて、光電変換素子１３（不図示）方向に偏向される。その偏向された被写体光束６９は、全領域が透過状態となっているフィルタＦ１２を透過して光電変換素子１３に集光される。
【００８６】
上述したように、第２の実施の形態では、上述した第１の実施の形態と同様の効果を奏することができ、さらに次のような利点を有している。すなわち、フィルタＦ１２やフィルタＦ１１が集光光学素子１４の機能も兼ねているため、第１の実施の形態のようにフィルタＦ１，Ｆ２に加えて集光光学素子１４を別に設ける必要がなく、部品点数を削減することができる。
【００８７】
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，Ｆ１１，Ｆ１２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を、集光光学素子１４は光学素子を、素子制御部３７は光学素子制御手段を、層１４６，１４７から成る部分は回折部を、フィルタＦ１２は高分子分散型液晶パネルを、フィルタ制御部３１，３２，６１は液晶パネル制御手段を、演算部３４ａは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、本発明による焦点検出装置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。
【００８８】
【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、その変調された被写体光束のみ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を行うため、実際に観察している被写体像について焦点検出を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるカメラの第１の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】集光光学素子１４の断面図であり、図３のＩＩ−ＩＩ断面を示したものである。
【図５】ホログラムの動作を説明する図であり、検出エリア２８５の電極に電圧を印加しない場合の高分子分散液晶材１４５の断面の一部を模式的に示したものである。
【図６】ホログラムの動作を説明する図であり、検出エリア２８５の電極に電圧を印加した場合の高分子分散液晶材１４５の断面の一部を模式的に示したものである。
【図７】検出エリア２８５の電極に電圧を印加しない場合の被写体光束の進行方向を説明する図である。
【図８】検出エリア２８５の電極に電圧を印加した場合の被写体光束の進行方向を説明する図である。
【図９】集光光学素子１４の作成方法を示す図である。
【図１０】カメラ１のＡＦシステムを説明するブロック図である。
【図１１】デフォーカス量ｘを説明する図である。
【図１２】デフォーカス量ｘに対するＩの変化を示す図である。
【図１３】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１４】矩形波表示の一例を示す図である。
【図１５】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１６】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１７】異なる空間波長Ｒに対する光強度Ｉを示す図である。
【図１８】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１９】三点内挿演算を説明する図である。
【図２０】第２の実施の形態のカメラのＡＦシステムを説明するブロック図である。
【図２１】液晶光学部材６０の断面図である。
【図２２】液晶光学部材６０の平面図である。
【図２３】フィルタＦ１２の検出エリア２８５に縞パターンを形成し、フィルタＦ１の検出エリア２８５を透過状態とした場合のＩＶ−ＩＶ断面図である。
【図２４】フィルタＦ１の検出エリア２８５に縞パターンを形成した場合のＩＶ−ＩＶ断面図である。
【図２５】フィルタＦ１２の位置における高周波成分取得時のＩＶ−ＩＶ断面図である。
【図２６】フィルタＦ１１の位置における高周波成分取得時のＩＶ−ＩＶ断面図である。
【図２７】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２８】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
６，６０  液晶光学部材
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
２４ａ，１４５ａ  高分子ポリマー
２４ｂ，１４５ｂ  液晶粒子
３１，３２，６１  フィルタ制御部
３３  レンズ駆動装置
３７  素子制御部
１４５  高分子分散液晶材
１４６，１４７  層
１４８，２４０  液晶分子
２８１〜２８９  検出エリア
Ｆ１，Ｆ２，Ｆ１１，Ｆ１２  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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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