(57)【要約】【課題】色成分毎の測光を行う際に偽色の発生を抑制して誤測光を防止する。【解決手段】光検出装置は、複数色の色フィルタＲ，Ｇ，Ｂを有する測光素子８と、測光素子８に入射する光を分光する回折格子６とを備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数色の色フィルタを有するイメージセンサと、
前記イメージセンサに入射する光を分光する分光素子とを備えたことを特徴とする光検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光検出装置において、
前記複数色の色フィルタは、同一色の色フィルタから成るフィルタ列を所定の配色パターンで前記フィルタ列と直交する方向に配列させたストライプタイプのフィルタを構成することを特徴とする光検出装置。
【請求項３】
請求項２に記載の光検出装置において、
前記分光素子は、異なる色フィルタに対応する波長の光が前記フィルタ列の配列方向に分離されるように、その分光特性が設定されていることを特徴とする光検出装置。
【請求項４】
請求項３に記載の光検出装置において、
前記分光素子は、前記異なる色フィルタから成るフィルタ列の間隔に応じた分光特性を有することを特徴とする光検出装置。
【請求項５】
請求項４に記載の光検出装置において、
前記イメージセンサ上における前記複数色の色フィルタに対応した各画素列の配列間隔を、前記分光素子の分光特性に応じて設定することを特徴とする光検出装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の光検出装置において、
前記分光素子に分光プリズムを用いたことを特徴とする光検出装置。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の光検出装置において、
前記分光素子に回折格子を用いたことを特徴とする光検出装置。
【請求項８】
請求項７に記載の光検出装置において、
前記回折格子は、ブレーズド回折格子であることを特徴とする光検出装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の光検出装置において、
前記イメージセンサへと光を導く光学系に、前記分光素子を一体に設けたことを特徴とする光検出装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の光検出装置と、
前記イメージセンサの出力信号に基づいて測光演算を行う演算部とを備えたことを特徴とする測光装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の測光装置と、
前記測光演算に基づいて露出制御を行う制御部とを備えたことを特徴とするカメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被写体光を複数の色成分毎に分解して測光を行う光検出装置、測光装置、および、その測光装置を備えたカメラに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、複数の色フィルタが設けられた２次元イメージセンサを用いて被写体光を受光し、複数の色成分毎に測光および測色を行う測光装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。２次元イメージセンサの各画素にはそれぞれ対応する色フィルタが設けられており、フィルタを透過する色成分のみが画素によって検出される。
【０００３】
【特許文献１】特許第３３２１９３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の装置では、点光源などの小さな物体であって、センサ上に結像される物体像の大きさが画素の大きさ程度であった場合、その物体像がどの色フィルタが設けられた画素上に結像されるかによって、測光される物体の色が異なる偽色が発生してしまい、正しい測光値や測色値が得られないという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１の発明による光検出装置は、複数色の色フィルタを有するイメージセンサと、
イメージセンサに入射する光を分光する分光素子とを備えたことを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１に記載の光検出装置において、複数色の色フィルタは、同一色の色フィルタから成るフィルタ列を所定の配色パターンで前記フィルタ列と直交する方向に配列させたストライプタイプのフィルタを構成するものである。
請求項３の発明は、請求項２に記載の光検出装置において、分光素子の分光特性が、異なる色フィルタに対応する波長の光がフィルタ列の配列方向に分離されるように設定されているものである。
請求項４の発明は、請求項３に記載の光検出装置において、分光素子が、異なる色フィルタから成るフィルタ列の間隔に応じた分光特性を有するものである。
請求項５の発明は、請求項４に記載の光検出装置において、イメージセンサ上における複数色の色フィルタに対応した各画素列の配列間隔を、分光素子の分光特性に応じて設定するようにしたものである。
請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の光検出装置において、分光素子に分光プリズムを用いたものである。
請求項７の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の光検出装置において、分光素子に回折格子を用いたものである。
請求項８の発明は、請求項７に記載の光検出装置において、ブレーズド回折格子を用いたものである。
請求項９の発明は、請求項１〜８のいずれか一項に記載の光検出装置において、イメージセンサへと光を導く光学系に、分光素子を一体に設けたものである。
請求項１０の発明による測光装置は、請求項１〜９のいずれか一項に記載の光検出装置と、イメージセンサの出力信号に基づいて測光演算を行う演算部とを備えたことを特徴とする。
請求項１１の発明によるカメラは、請求項１０に記載の測光装置と、測光演算に基づいて露出制御を行う制御部とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、イメージセンサに入射する光を分光する分光素子を設けたことにより、偽色の発生を抑制し、精度の高い測光測色演算が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。
−第１の実施の形態−
図１は、本発明による測光装置が組み込まれたカメラの第１の実施の形態を示す概略構成図である。不図示の被写体からの光は、撮影レンズ１を通過した後に、一部が反射ミラー２によって反射されてフォーカシングスクリーン３上に結像される。フォーカシングスクリーン３上に結像された被写体像は、ペンタプリズム４および接眼レンズ５を経て撮影者に観察される。
【０００８】
また、接眼光学系の光軸から外れた位置には測光素子８が設けられており、フォーカシングスクリーン３上の被写体像は、測光用再結像レンズ７により測光素子８上に再結像される。測光用再結像レンズ７の前方近傍には分光素子として回折格子６が配設されており、後述するように分光された被写体光が測光素子８上に結像される。
【０００９】
測光素子８には、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の２次元イメージセンサが用いられる。被写体の輝度分布は測光素子８により光電変換され、その情報はＣＰＵ等で構成される制御部１１に転送される。制御部１１は、測光素子８からの測光情報に基づいて最適な露光量を演算し、その演算結果に基づいてシャッタ９および絞り１２を制御して撮像素子１０による撮像を行わせる。撮像素子１０としては、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の２次元イメージセンサや銀塩フィルムが用いられる。
【００１０】
図２は、測光素子８に用いられる２次元イメージセンサを模式的に示した図であり、矩形状の画素８１が縦６列横２４列のマトリクス状に並んでいる。各画素８１には赤、緑、青の色フィルタがオンチップフィルタとして形成されている。本実施の形態では、同一種類の色フィルタが縦一列に設けられた、ストライプタイプのオンチップフィルタが用いられている。
【００１１】
左端の縦１列の各画素８１には青色の色フィルタ（以下ではＢフィルタと称する）が設けられており、その右側の縦一列の各画素８１には緑色の色フィルタ（以下ではＧフィルタと称する）が設けられており、さらに右側の縦一列の各画素８１には赤色の色フィルタ（以下ではＲフィルタと称する）が設けられている。このように、測光素子８には、図示左右方向にＢ，Ｇ，Ｒ，Ｂ，Ｇ，Ｒ，…のようにＲ，Ｇ，Ｂフィルタが周期的に設けられている。
【００１２】
図３は、測光素子８の各画素８１の分光感度を示す図であり、縦軸は感度、横軸は波長である。Ｂ，Ｇ，Ｒで示す各曲線はＢフィルタ，Ｇフィルタ，Ｒフィルタが設けられた画素８１の感度を示しており、それぞれ波長450nm、550nm、650nmに感度のピークがある。ところで、図２の円８２で示すようにある程度の大きさを有する被写体像の場合には、その被写体像領域８２内にＢフィルタ，ＧフィルタおよびＲフィルタを有する画素８１が多数含まれる。そのため、被写体光に含まれるＢ光成分，Ｇ光成分およびＲ光成分のレベル検出を精度良く行うことができる。以下では、Ｂフィルタが設けられている画素８１をＢ画素８１Ｂと表し、同様に、Ｇフィルタが設けられている画素８１をＧ画素８１Ｇ、Ｒフィルタが設けられている画素８１をＲ画素８１Ｒと表すことにする。
【００１３】
一方、入射光束が円８３で示すような点光源の場合には、円８３内の光束はほとんどＲフィルタを有する１つの画素８１Ｒにしか入射しない。そのため、光源光が白色光であってもＲ光成分しか検出されず、赤色の光源であると誤って認識してしまう偽色が発生することになる。本実施の形態では、このような偽色の発生を防止するために、図１に示すように分光素子６を設けた。
【００１４】
《分光素子６の説明》
次に、分光素子６の作用について詳細に説明する。図１に示す実施形態では、分光素子６としてブレーズド回折格子を用いており、回折格子６による回折作用を説明する。なお、回折格子６のブレーズドの角度は、測光に最も寄与する波長λｇ＝550nmで回折効率が高くなるように設定すれば良い。
【００１５】
図４は、本実施の形態における回折格子６による回折を説明する図である。回折格子６の溝は、紙面に垂直な方向に形成されている。一方、測光素子８においても、Ｒ，Ｇ，Ｂフィルタの各ラインは紙面に垂直な方向に延在するように形成されており、図示上下方向にＢ，Ｇ，Ｒ，Ｂ，Ｇ，Ｒ，…と各ラインが並んでいる。
【００１６】
光線Ｗｃはフォーカシングスクリーン３の中央部分から出射された光を示し、光線Ｗｕはフォーカシングスクリーン３の周辺部から出射された光を示している。回折格子６は、光線Ｗｃの入射角がα＝０となるように配置されている。各光線Ｗｃ，Ｗｕは、回折の式（１）に従ってそれぞれ回折される。式（１）において、αは入射角であり、βは回折角である。また、λは光の波長、ｄは回折格子６の溝間隔、ｍは回折の次数である。
ｄ・（sinα±sinβ）＝ｍλ      …（１）
【００１７】
回折角βは波長λと入射角αに依存し、光線ＷｃおよびＷｕのＧ光成分Ｇｃ，Ｇｕ、Ｂ光成分Ｂｃ，Ｂｕ、Ｒ光成分Ｒｃ，Ｒｕは、図４に示すように回折される。測光素子８は、光線Ｗｃの回折光Ｂｃ，Ｇｃ，Ｒｃが撮像面左右方向の中央部分にほぼ垂直に入射するように配置されている。なお、レンズ７は、光軸と回折光Ｇｃとが同一となるように配設されている。
【００１８】
回折光Ｂｃ，Ｇｃ，Ｒｃのピーク波長λｂ，λｇ，λｒはそれぞれλｂ＝450nm、λｇ＝550nm、λｒ＝650nmであるため、対応する回折角βｂ，βｇ，βｒの間にはβｂ＜βｇ＜βｒなる関係が成立している。入射角α≠０であるＷｕの場合の回折光Ｂｕ，Ｇｕ，Ｒｕにも、同様の関係がある。本実施形態ではＲＧＢの画素のピーク波長が１００ｎｍの等間隔としたので、回折角もほぼ等間隔となり、画素の配置も等間隔としている。画素の間隔は、使用するＲＧＢフィルターの各ピーク波長の回折角に応じて最適に設定するのが望ましい。
【００１９】
図５は、溝間隔ｄの設定方法を説明する図である。ここでは、光線Ｗｃの回折光Ｇｃが中央部に設けられたＧ画素８１Ｇに入射するように測光素子８を配置する。すなわち、回折光Ｇｃの回折角βｇはｄ・sinβｇ＝λｇが成り立っているので（ただし、ｍ＝１）、測光素子８の法線は回折格子６の法線に対して角度βｇだけ傾けて配置される。レンズ７の主点と結像位置までの距離はＬである。さらに、回折光Ｇｃは測光素子８の中央部に入射するので、測光素子８は、その中央部が光線Ｗｃの延長線上から図示下方にｘ１＝Ｌ・sinβｇ≒Ｌ・λｇ／ｄだけずらして配置される。なお、βは小さいのでsinβ≒tanβとした。同様に、Ｒ成分の回折光の入射位置はｘ２＝Lsinβｒ≒Ｌ・λｒ／ｄとなる。
【００２０】
Ｇ画素８１ＧとＲ画素８１Ｒとの画素間隔をＰとすると、Ｐ＝ｘ２−ｘ１≒Ｌ（λｒ−λｇ）／ｄとなる。従って、溝間隔ｄはｄ＝Ｌ（λｒ−λｇ）／Ｐとなる。画素８１Ｇと画素８１Ｂに関しても同様である。本実施形態ではλｒ−λｇとλｇ−λｂは同じなので画素間隔は等間隔でよい。
【００２１】
ところで、式（１）に示すように、回折角βは波長λだけでなく入射角αにも依存するので、Ｇ光成分に対するＲ光成分およびＢ光成分の分離角度は、測光素子８の中央付近と周辺部とでは異なることになる。本実施形態では画素の配列は等間隔としているが、より高精度に偽色を補正する場合には、入射角αに応じてＧ画素８１Ｇに対するＲ画素８１ＲおよびＢ画素８１Ｂの間隔を設定するのが好ましい。なお、このような入射角αの影響を小さく抑えるためには、回折光６に入射する光の角度がなるべく小さくなるように光学系を設計するのが好ましい。
【００２２】
このように、回折格子６を設けて、回折光Ｂｃ，Ｂｕを画素８１Ｂに、回折光Ｇｃ，Ｇｕを画素８１Ｇに、回折光Ｒｃ，Ｒｕを画素８１Ｒに入射させるようにしたので、点光源のように画素程度の大きさの被写体であっても、偽色の発生を防止することができる。図２の円８４Ｂ，８４Ｇ，８４Ｒは一つの点光源の回折光を示しており、回折光８４ＧがＧ画素８１Ｇに入射している場合、回折光８４ＲはＲ画素８１Ｒに入射し、回折光８４ＢはＢ画素８１Ｂに入射する。
【００２３】
［変形例］
なお、図１に示す実施の形態では、別体で形成された回折格子６を測光光学系に追加するような構成としたが、図６に示す変形例では、回折格子６を測光光学系に設けられた光学素子に一体に形成するようにした。図６（ａ）は図１と同様の構成図であるが、ペンタプリズム４からの光束を直角プリズム６２を用いてカメラ上方に反射して、水平に配置された測光素子８に入射させるような構成としている。
【００２４】
図６（ｂ）は、直角プリズム６２、レンズ７および測光素子８をカメラ前方から見た図である。直角プリズム６２の出射面には回折格子６と同様の回折格子６００が形成されており、上述した回折格子６と同様の光学的機能を有している。そのため、図１に示したカメラの場合と同様に、偽色の発生を防止することができる。
【００２５】
−第２の実施の形態−
図７は、本発明によるカメラの第２の実施の形態を示す図であり、上述した図４と同様の図である。上述した回折格子６を用いる実施の形態では、１次光の回折効率が大きくなるように、Ｇ光成分の波長λｇに合わせて溝間隔ｄやブレーズドの角度を設定した。そのため、Ｒ光成分やＢ光成分に関しては、他の次数の回折光も出てくる可能性がある。１次以外の回折光は回折角が異なるため、フレア等の発生要因となる。
【００２６】
そこで、第２の実施の形態では、分光素子としてプリズム６１をレンズ７の前方に配設するようにした。プリズム６１の頂角および配置は、測光素子８の画素８１Ｒ，８１Ｇ，８１Ｂの間隔より必要とされる分散の大きさに応じて決定される。プリズム６１の場合、回折格子６のように高次光が発生しないので、フレアの発生を防止することができる。なお、プリズム６１を用いた場合、測光素子８上におけるＲ光成分Ｒｃ、Ｇ光成分ＧｃおよびＢ光成分Ｂｃの入射位置は等間隔にならない。そのため、図２の画素８１Ｒ，８１Ｇ，８１Ｂの間隔はプリズム６１の分光特性に応じて設定するのが好ましい。
【００２７】
上述した第１および第２の実施の形態では、以下のような作用効果を奏する。
（１）複数色の色フィルタ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）を有するイメージセンサ（測光素子８）に入射する光を分光素子である回折格子６で分光するようにしたので、偽色の発生を抑制することができる。分光素子として、回折格子６に代えて分光プリズム６１を用いることにより、フレアの発生を防止することができる。また、回折格子６をブレーズド回折格子とすることにより、フレアの発生を低減することができる。
（２）また、分光素子（回折格子６００）を光学系（直角プリズム６２）に一体に設けることにより、回折格子を設けたことによる光学系の大型化を防止できる。
（３）色フィルタ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）の配置間隔を、分光素子（回折格子６）の分光特性に応じて設定するこことにより、例えば、各色光が対応する色フィルタにより精度良く入射するように不等間隔に配置することで、偽色抑制の効果を向上させることができる。
（４）このような分光素子が設けられた測光装置を備え、その測光装置の検出結果に基づいて制御部１１により露出制御やホワイトバランス制御を行うことで、安定した濃度で色再現性に優れた画像を得ることが可能なカメラを提供することができる。
【００２８】
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く、例えば、ブレーズド回折格子やプリズム以外の分光素子を用いても良い。また、本発明の測光装置は、カメラに限らず種々の撮影装置に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明による測光装置が組み込まれたカメラの第１の実施の形態を示す概略構成図である。
【図２】測光素子８に用いられる２次元イメージセンサを模式的に示した図である。
【図３】測光素子８の各画素８１の分光感度を示す図である。
【図４】回折格子６による回折を説明する図である。
【図５】溝間隔ｄの設定方法を説明する図である。
【図６】変形例を示す図であり、（ａ）はカメラの構成を示す図、（ｂ）は直角プリズム６２、レンズ７および測光素子８をカメラ前方から見た図である。
【図７】本発明によるカメラの第２の実施の形態を示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
１：撮影レンズ、３：フォーカシングスクリーン、４：ペンタプリズム、６：回折格子、７：測光用再結像レンズ、８：測光素子、１０：撮像素子、１１：制御部
【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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