(57)【要約】【課題】カメラボディーの小型化を実現しつつ、撮像画面の任意領域における測距を行う測距装置を提供することを目的とする。【解決手段】  測距装置１０は、コンデンサーレンズ１と、可変形状ミラー２と、受光素子３と、測距部７とを備えている。コンデンサーレンズ１および可変形状ミラー２は、撮像画面内の測距対象を複数の光学像として結像する。受光素子３は、複数の光学像を受光する。測距部７は、受光素子３により受光した複数の光学像の所定の基線方向の間隔に基づいて、測距対象までの距離を測定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像画面内の測距対象を複数の光学像として結像する複数の検出光学系と、
前記検出光学系による前記複数の光学像を受光する受光手段と、
前記受光手段により受光した前記複数の光学像の所定の基線方向の間隔に基づいて、前記測距対象までの距離を測定する測距手段と、
を備え、
前記複数の検出光学系は、可変形状素子を含む、
測距装置。
【請求項２】
前記撮像画面内の前記測距対象の選択を促す対象選択手段と、
選択された前記測距対象が前記受光手段上で結像するように前記可変形状素子の形状を制御する形状制御手段と、
をさらに備える、
請求項１に記載の測距装置。
【請求項３】
前記形状制御手段は、前記対象選択手段による選択に応じて、前記可変形状素子の傾きを制御する、
請求項２に記載の測距装置。
【請求項４】
前記所定の基線方向を変化させるように、前記可変形状素子の形状を制御する基線方向制御手段、
をさらに備える、
請求項１に記載の測距装置。
【請求項５】
前記基線方向制御手段は、前記複数の検出光学系が含むそれぞれの前記可変形状素子の配置を制御する、
請求項４に記載の測距装置。
【請求項６】
前記複数の検出光学系が含むそれぞれの可変形状素子は、単一の可変形状部に設けられている、
請求項１〜５のいずれか１項に記載の測距装置。
【請求項７】
前記可変形状素子は、分割された複数の反射部材を有している、
請求項１〜６のいずれか１項に記載の測距装置。
【請求項８】
撮像光学系と、
請求項１〜７のいずれか１項に記載の測距装置と、
前記測距装置による測距に応じて、前記撮像光学系を制御する撮像光学系制御手段と、
を備える、
撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一眼レフカメラなどの自動焦点調整機能を実現する測距装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の一眼レフカメラには、撮像光学系による結像位置と、フィルム面あるいはＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）やＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）などの撮像センサとの焦点ズレを検出し、自動的に焦点調整するための測距装置が搭載されている。
測距装置において多く用いられている方式には、三角測量に基づいた受動型測距方式がある。
図７を用いてその原理を説明する。撮像光学系によって所望の位置Ｐ’０に結像した被写体の像は、コンデンサーレンズ１０１、折り返しミラー１０２、そして二つの検出光学系１０３ａ，１０３ｂによって、所定の基線長ｄ’０だけ離れた二つの像として受光素子１０４上で再結像する。例えば、被写体の像が位置Ｐ’０からずれた位置Ｐ’ｓにおいて結像した場合、受光素子１０４上での二つの像の間隔はｄ’ｓとなる。このとき、基線長ｄ’ｓと、基線長ｄ’０との差から、焦点ズレＤ’ｉを計測する。
また近年、撮影者が所望する領域（例えば、撮像画面の中心領域以外）で焦点を調整するために、撮像画面の複数の領域で焦点ズレが検出できるように複数の焦点検出モジュールを搭載するカメラも知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平６−６７０８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
高精度な焦点検出モジュールを複数配置するためには、大きな空間が必要であり、カメラボディーの小型化が困難である。
また、検出光学系の配置によって基線方向が決まっているため、被写体のパターンによっては２つの検出光学系による像のズレ量の検出が困難となり測距精度が劣化するという問題がある。
そこで本発明は、カメラボディーの小型化を実現しつつ、撮像画面の任意領域における測距を行う測距装置を提供することを目的とする。また、別の本発明では、被写体のパターンに関わらず高精度で測距を行うことができる測距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】
【０００４】
第１の発明としての測距装置は、複数の検出光学系と、受光手段と、測距手段とを備えている。複数の検出光学系は、撮像画面内の測距対象を複数の光学像として結像する。受光手段は、検出光学系による複数の光学像を受光する。測距手段は、受光手段により受光した複数の光学像の所定の基線方向の間隔に基づいて、測距対象までの距離を測定する。複数の検出光学系は、可変形状素子を含む。
ここで、受光手段は、例えば、受光した光の明暗を電荷の量に光電変換する撮像デバイスなどである。また、測距手段は、例えば、受光手段が受光した光の所定の基線長に沿った方向の分布から、複数の結像のズレ量を求める。さらに、測距手段は、ズレ量と距離との関係を予め記憶しており、求められたズレ量から測距対象までの距離を測定する。なお、測距手段が測定する距離とは、測距対象までの距離そのものの値であってもよいし、測距対象までの距離に換算できる値であってもよい。また、基線方向とは、例えば、受光手段上に仮想的に設定された線（基線）に沿った方向を意味し、より詳しくは、例えば、複数の検出光学系により複数の光学像が形成される場合に、その複数の光学像を重ね合わせるための平行移動方向を意味する。
本発明では、複数の検出光学系は、可変形状素子を含む。このため、例えば、検出光学系の光軸を任意の方向に向けることができ、撮像画面内の任意の位置での測距が可能となる。さらに、例えば、検出光学系の配置によって決まる所定の基線方向を可変とすることができ、撮像対象のパターン毎に検出光学系を適切に配置し、検出感度を向上することができる。
【０００５】
第２の発明としての測距装置は、撮像画面内の測距対象の選択を促す対象選択手段と、選択された測距対象が受光手段上で結像するように可変形状素子の形状を制御する形状制御手段とをさらに備える。
対象選択手段は、例えば、撮影者に撮像画面内の位置を指定させる手段などである。形状制御手段は、例えば、撮像画面内の位置と可変形状素子の形状との関係を予め記憶しており、対象選択手段により指定された撮像画面内の位置に応じて、可変形状素子の形状を変化させる。
本発明では、撮影者の意図に応じて、撮像画面内の測距対象を選択し、測距を行うことが可能となる。さらに具体的には、撮像画面内で焦点調整する被写体を選択し、測距を行うことが可能となる。
第３の発明としての測距装置では、形状制御手段は、対象選択手段による選択に応じて、可変形状素子の傾きを制御する。
本発明では、可変形状素子の傾きを制御することにより、受光手段に結像する測距対象を変化させることが可能となる。これにより、複数の焦点検出モジュールを備えることなく、任意領域の焦点調整が可能となり、小型化が実現可能となる。
【０００６】
第４の発明としての測距装置は、所定の基線方向を変化させるように、可変形状素子の形状を制御する基線方向制御手段をさらに備える。
本発明では、検出光学系の配置によって決まる所定の基線方向を可変とすることができ、撮像対象のパターン毎に検出光学系を適切に配置し、検出感度を向上することができる。
第５の発明としての測距装置では、基線方向制御手段は、複数の検出光学系が含むそれぞれの可変形状素子の配置を制御する。
本発明では、検出光学系の配置によって決まる所定の基線方向を可変とすることができ、撮像対象のパターン毎に検出光学系を適切に配置し、検出感度を向上することができる。
第６の発明としての測距装置では、複数の検出光学系が含むそれぞれの可変形状素子は、単一の可変形状部に設けられている。
本発明では、測距装置を構成する部品点数を削減し、組立が用意でかつ小型の測距装置を提供することが可能となる。
第７の発明としての測距装置では、可変形状素子は、分割された複数の反射部材を有している。
【０００７】
本発明では、分割された複数の反射部材を制御することにより、検出光学系の特性を変化させることが可能となる。
第８の発明としての撮像装置は、撮像光学系と、第１〜第７の発明のいずれかの測距装置と、測距装置による測距に応じて、撮像光学系を制御する撮像光学系制御手段とを備える。
本発明では、第１〜第７の発明と同様の効果を奏する撮像装置を提供することが可能となる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の測距装置によれば、検出光学系の光軸を任意の方向に向けることができるので、カメラボディーの小型化を実現しつつ、撮像画面の任意領域における測距を行う測距装置を提供することが可能となる。また、検出光学系の配置によって決まる基線方向を可変とできるので、被写体のパターンに関わらず高精度で測距を行うことができる測距装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
（実施の形態１）
〈構成・作用〉
図１は、本発明の実施の形態１に係る測距装置１０の概略構成図である。
測距装置１０は、コンデンサーレンズ１と、第１ミラー部６ａおよび第２ミラー部６ｂを有する可変形状ミラー２と、受光素子３と、検出領域制御部４と、検出領域選択部５と、測距部７とを備えている。
コンデンサーレンズ１は、撮像光学系などにより結像した被写体像（１次像）を可変形状ミラー２および受光素子３に導くレンズである。
可変形状ミラー２は、図２に示すように、マトリクス状に微細に分割された複数のミラー素子２ａにより構成されている。図２Ａは、可変形状ミラー２の側面図、図２Ｂは、可変形状ミラー２の正面図を示している。各ミラー素子２ａの角度および高さは、任意に調節可能である。これにより、可変形状ミラー２の複数の領域のそれぞれが略凹面鏡を形成するように各ミラー素子２ａの角度および高さを調節することで、可変形状ミラー２には、第１ミラー部６ａと第２ミラー部６ｂとが形成されている。この第１ミラー部６ａと第２ミラー部６ｂとにより、コンデンサーレンズ１により導かれた１次像は、受光素子３上で１対の２次像として再結像する。
【００１０】
以上のコンデンサーレンズ１と第１ミラー部６ａおよび第２ミラー部６ｂとにより、複数の検出光学系が構成されている。
受光素子３（図１参照）は、受光した光の明暗を電荷の量に光電変換する撮像デバイスなどである。
測距部７は、受光素子３が受光した１対の２次像のズレ量から、１次像の結像位置のズレを測定する。これについては、詳しくは後述する。
検出領域選択部５は、撮影者に撮像画面中の任意の領域を指定させ、指定された領域を示す領域信号を検出領域制御部４に出力する。
検出領域制御部４は、検出領域選択部５から出力された領域信号を取得し、予めＲＯＭなどに記憶された、領域信号と可変形状ミラー２の各ミラー素子２ａの設定（角度および高さ）との関係に基づいて、取得した領域信号に応じて各ミラー素子２ａを制御する。
なお、検出領域選択部５は、予め設定された複数の領域（例えば、撮像画面をマトリクス状に分割した複数の領域）を撮影者に選択させ、選択された領域を示す領域信号を出力してもよい。
この検出領域制御部４の動作により、図示していない撮像光学系などにより結像した被写体像のいずれの領域に含まれる点（例えば、Ｐ０，Ｐｗ）であっても、結像位置にずれが無ければ、コンデンサーレンズ１と第１ミラー部６ａおよび第２ミラー部６ｂとによって、所定の基線長ｄ０だけ離れた１対の２次像として受光素子３上に再結像される。なお、図１では、検出領域選択部５によりＰ０を中心とする領域が選択された場合の光束と可変形状ミラー２の状態とを実線で示し、Ｐｗを中心とする領域が選択された場合の光束と可変形状ミラー２の状態とを破線で示している。
【００１１】
図３を用いて、選択された検出領域の焦点ズレを測距する動作を説明する。
撮像光学系などによって所望の位置Ｐ０に結像した被写体像は、コンデンサーレンズ１と第１ミラー部６ａおよび第２ミラー部６ｂとによって、所定の基線長ｄ０だけ離れた二つの像として受光素子３上に再結像する。一方、被写体像が所望の位置Ｐ０からずれた位置Ｐｓにおいて結像する場合、受光素子３上での１対の２次像の間隔は、所定の基線長ｄ０からずれて、ｄｓとなる。
受光素子３は、受光した２次像の明暗を電荷の量に光電変換し、電荷の量に応じた電気信号を出力する。
測距部７は、所定の基線方向に沿った電気信号の分布を導出し、１対の２次像の間隔を求める。具体的には、例えば、基線方向が受光素子３の水平方向である場合には、受光素子３からの電荷の量に応じた電気信号を受光素子３の垂直方向にそれぞれ加算する。１対の２次像を受光している部分では受光素子３が露光しており、電気信号の分布には、１対の２次像に応じた１対のピークが出現する。それぞれのピークの間隔を求めることで、受光素子３上での１対の２次像の間隔を求めることができる。
測距部７は、ＲＯＭなどに予め１対の２次像の間隔と結像位置のズレ量との関係を記憶しており、求められた１対の２次像の間隔から、結像位置のズレ量（図１では、距離Ｄｉ）を求める。
【００１２】
〈効果〉
測距装置１０は、可変形状ミラー２を備えるため、検出光学系の光軸を任意の方向に向けることができる。よって、撮像画面内任意の領域において測距が可能となる。
また、検出光学系の構成を簡易とすることができ、測距装置１０を小型に構成することが可能となる。
（実施の形態２）
〈構成・作用〉
図４は、本発明の実施の形態２に係る測距装置２０の概略構成図である。
測距装置２０は、可変形状ミラー２を制御する基線方向制御部８を備える点において特徴を有している。なお、図１に示す測距装置１０と同様の機能を実現する構成には、同様の符号を付して示し、その説明を省略する。
基線方向制御部８は、図５を用いて後述する制御ルーチンに基づいて、可変形状ミラー２を制御する。具体的には、基線方向制御部８は、ＲＯＭなどに予め記憶された基線方向と可変形状ミラー２の各ミラー素子２ａの設定（角度および高さ）との関係に基づいて、可変形状ミラー２を制御する。より詳しくは、所望の結像位置において結像した１次像が受光素子３上に１対の２次像として再結像される場合に、どのような方向に基線方向を設定しても、それぞれの基線方向に対する２次像の間隔が所定の間隔ｄ０となるように、基線方向制御部８は、可変形状ミラー２の各ミラー素子２ａを制御する。
【００１３】
図５を用いて、基線方向制御部８の制御ルーチンについてさらに詳しく説明する。
図５は、一方向に輝度分布を持つ被写体（輝度分布を矢印で示す）、可変形状ミラー２の第１ミラー部６ａおよび第２ミラー部６ｂの配置、受光素子３上の２次像、受光素子３から得られる所定の基線方向に沿った電気信号の強度分布（信号パターン）をそれぞれ模式的に示すものである。
図５Ａは、被写体の輝度分布と基線方向とが略直交している状態を示している。この場合、受光素子３から得られる電気信号の基線方向への分布は、急峻なピークを有する（ピーク間とピーク値との差が値Ｉａ）を有する。このため、精度よくピークの検出ができ、さらには、精度よく２次像の間隔（間隔ｄａ）が検出できる。さらに、この間隔ｄａと所定の間隔ｄ０との差により、結像位置のズレ量が求められる。
一方、図５Ｂは、被写体の輝度分布と基線方向とが略直交しておらず、かつ可変形状ミラー２の配置を図５Ａに示したものと同じ配置にした場合を示している。この場合、受光素子３から得られる電気信号の基線方向への分布は、急峻なピークを有さない（ピーク間とピーク値との差が値Ｉｂ）。このため、精度よくピークの検出ができず、精度よく２次像の間隔を検出することが難しい。
【００１４】
このため基線方向制御部８は、結像位置のズレ量を求める際に、受光素子３から得られる電気信号の所定の基線方向への分布が、急峻なピークを有するか否かを判定する。
具体的には、ピーク間とピーク値との差が所定の閾値よりも大きい場合（例えば、図５Ａに示す場合）には、ピークの間隔から、２次像の間隔を検出し、結像位置のズレ量を求める。
一方、ピーク間とピーク値との差が所定の閾値よりも小さい場合（例えば、図５Ｂに示す場合）には、基線方向制御部８は、以下の制御ループを実行する。すなわち、基線方向制御部８は、まず基線方向を順次変化させ、その基線方向に応じて可変形状ミラー２を制御する。同時に、基線方向制御部８は、基線方向を示す信号を測距部７に出力する。測距部７は、入力された基線方向に沿った、受光素子３から得られる電気信号の分布を順次求め、１対の２次像に対応する電気信号の分布のピーク値とそのピーク間との差（値Ｉｃ）が最大となる基線方向を探索し、値Ｉｃが最大となる時のピークの間隔（基線方向間隔）を検出する。これにより、測距部７は、２次像の基線方向間隔（間隔ｄｃ）を検出し、間隔ｄｃと所定の間隔ｄ０との差により、結像位置のズレ量を求める。
以上の制御ループによれば、被写体像の輝度分布と基線方向とが略直交するように基線方向を決定し、可変形状ミラー２を制御することが可能となる。
【００１５】
〈効果〉
測距装置２０は、可変形状ミラー２を備えるため、検出光学系の配置によって決まる基線方向を可変とできる。このため、被写体の輝度分布などに関わらず、高精度で測距を行うことが可能となる。
また、検出光学系の構成を簡易とすることができ、測距装置２０を小型に構成することが可能となる。
なお、測距装置２０が備える基線方向制御部８は、測距装置１０において備えられていてもよい。すなわち、本実施の形態で説明した動作は、実施の形態１で説明した動作と組み合わせて実現可能であり、撮像画面内任意の領域において、基線方向を変化させつつ測距を行うことが可能である。
（実施の形態３）
図６は、本発明の実施の形態３に係るカメラ３０の概略構成図である。
カメラ３０は、撮像光学系１８と、ＣＣＤ１９と、可動ミラー２１と、フォーカシングスクリーン１１と、ペンタプリズム１２と、接眼レンズ１３と、補助ミラー１４と、実施の形態１または実施の形態２で説明した測距装置１０（２０）と、撮像光学系制御部１６とを備えている。
【００１６】
撮影時に撮像光学系１８によってＣＣＤ１９の撮像面に結像される光束は、ファインダー観察時には、半透過の可動ミラー２１で一部反射され、フォーカシングスクリーン１１に結像され、ペンタプリズム１２、接眼レンズ１３によって撮影者の目へ導かれる。
可動ミラー２１を透過した光束は、補助ミラー１４によって反射され、測距装置１０（２０）の手前で空中像１７として結像する。測距装置１０（２０）は、実施の形態１または実施の形態２で説明したように動作する。例えば、測距装置１０（２０）は、撮影者が選択した領域における焦点ズレ量を検出する。焦点ズレ量は、撮像光学系制御部１６に出力され、撮像光学系制御部１６は、光束がＣＣＤ１９の撮像面に焦点ズレ無しに結像するように撮像光学系１８を制御する。
以上の構成により、画面内の任意の領域で焦点調整を行うことができるカメラ３０を提供することが可能となる。また、被写体の輝度分布などに関わらず、高精度で焦点調整を行うことができるカメラ３０を提供することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００１７】
本発明は、画面内の任意の領域における高精度な焦点調整や被写体に関わらない高精度な焦点調整が要望されている分野において、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラなどとして好適である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施の形態１に係る測距装置の概略構成図
【図２】実施の形態１に係る可変形状ミラーの構成例を説明する模式図
【図３】実施の形態１に係る測距装置の測距動作を説明する説明図
【図４】実施の形態２に係る測距装置の概略構成図
【図５】実施の形態２に係る測距装置の測距動作を説明する説明図
【図６】実施の形態３に係る撮像装置の概略構成図
【図７】従来技術に係る測距装置の概略構成図
【符号の説明】
【００１９】
１    コンデンサーレンズ
２    可変形状ミラー
３    受光素子
４    検出領域制御部
５    検出領域選択部
６ａ  第１ミラー部
６ｂ  第２ミラー部
７    測距部
８    基線方向制御部
１０    測距装置
１１    フォーカシングスクリーン
１２    ペンタプリズム
１３    接眼レンズ
１４    補助ミラー
１６    撮像光学系制御部
１７    空中像
１８    撮像光学系
１９    ＣＣＤ
２０    測距装置
２１    可動ミラー
３０    カメラ
【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】
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