(57)【要約】【課題】測光出力を補正するために最小限の情報を用いて、簡易な構成で精度の良い補正が可能なカメラシステムを提供すること。【解決手段】撮影系を有する交換レンズがカメラ本体に着脱可能なカメラシステムにおいて、少なくとも撮影レンズの周辺光量、焦点距離、開放Ｆ値、射出瞳距離に関する情報を記憶する記憶手段と、前記情報を用いて撮影レンズの射出瞳形状を算出する演算手段を有することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮影系を有する交換レンズがカメラ本体に着脱可能なカメラシステムにおいて、
少なくとも撮影レンズの周辺光量、開放Ｆ値、射出瞳距離に関する情報を記憶する記憶手段と、
前記情報を用いて撮影レンズの光束形状を算出する演算手段を有することを特徴とするカメラシステム。
【請求項２】
前記撮影系を通過した光束を受光する受光手段と、
被写体の輝度分布と前記受光手段で得られる信号に基づく被写体像の照度分布とのずれを補正する補正手段とを有することを特徴とする請求項１に記載のカメラシステム。
【請求項３】
前記撮影レンズの光束形状を算出する演算手段は、光束形状が楕円型であると類推して演算することを特徴とする請求項１に記載のカメラシステム。
【請求項４】
前記補正手段は、前記記憶手段に記憶されている情報と、前記演算手段による演算結果を用いて補正を行なうことを特徴とする請求項１に記載のカメラシステム。
【請求項５】
カメラ本体に関する情報を記憶している記憶手段を有することを特徴とする請求項１に記載のカメラシステム。
【請求項６】
前記記憶手段は、焦点板に設けられているレンズの焦点距離、焦点板の拡散特性、焦点板と前記受光手段との間の光学系に関する情報を記憶していることを特徴とする請求項５に記載の記憶手段。
【請求項７】
前記カメラシステムは、前記カメラ本体に関する情報を記憶している記憶手段の情報を用いて補正を行なうことを特徴とする補正手段を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交換レンズ及びカメラ本体及びカメラシステムに関し、特に撮影系(撮影光学系)を透過した被写体像に基づく光束(以下「被写体光」と称す。) をカメラ本体内に備えた測光用の受光素子で検出し、前記受光素子から得られる出力信号を利用して被写体の輝度情報を簡易な構成で精度よく検出するようにしたものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、カメラの測光装置としては様々なものが提案されている。例えば交換可能な交換レンズを使用する一眼レフカメラにおいては、被写体の輝度情報を得るために撮影系を透過した光束そのものを使用するＴＴＬ測光方式が一般的に用いられている。
【０００３】
即ち、一眼レフカメラにおけるＴＴＬ測光方式における測光では、まず予定焦点面上に結像するべく撮影系を透過した被写体光を、予定焦点面と光学的に等価な位置に配置した測光用の受光素子面上に結像させる。そしてこの受光素子から得られる出力信号を利用して被写体の輝度情報を算出するようにして、ここで算出された被写体の輝度情報をカメラの露光量の決定に使用する構成とするのが一般的であった。
【０００４】
図１２は従来の一般的な一眼レフカメラの要部概略図である。同図において２１１は交換レンズ、２１２はカメラ本体である。同図に示されるように一眼レフカメラにおいては、撮影光学系２０１を透過した被写体光は、クイックリターンミラー２０２によって上方へ反射される。反射された被写体光が、撮像素子が配置される予定焦点面２０３と等価な位置に焦点面を持った焦点板２０４上に結像される構成となっている。
【０００５】
同図における焦点板２０４は、その一方の面が予定焦点面２０３と光学的に等価となるように配置された拡散面となっており、前記焦点板２０４を透過した光束を用いてこの面上における被写体像の結像状態を観察可能としている。また焦点板２０４のもう一方の面は集光作用を持つ面（集光面）となっており、撮影光学系２０１の射出瞳から射出した光束を概ね観察者の瞳に集光させる作用をもっている。
【０００６】
そして焦点板２０４の焦点面に形成された被写体像は、ペンタプリズム２０５と接眼レンズ２０６によって構成されるファインダー光学系によって、正立正像にされた上で拡大されて観察者の瞳位置２０７から観察されるように構成されている。
【０００７】
また同図においてペンタプリズム２０５の射出面の後方には、ファインダー光学系の光軸上に配置された接眼レンズ２０６と測光光学系（測光手段）が配置されている。測光手段は機械的及び光学的な干渉を避けるためにファインダー光軸から離れた位置に測光用の測光レンズ２０８と受光素子２０９によって構成される測光光学系（測光手段）が配置されている。
【０００８】
同図においては焦点板２０４の焦点面上に形成され、前記焦点板２０４を透過する被写体光の一部を測光レンズ２０８によって受光素子２０９面上に再結像させ、該受光素子２０９から得られる出力信号を用いて被写体の輝度分布の測光を行う構成としている。
【０００９】
上述した如く焦点板２０４には、撮影系２０１の射出瞳から射出した光束を概ね観察者の瞳位置２０７に集光させる作用を持った集光面と、被写体像の結像状態を観察可能とする拡散面とが形成されている。そのため、測光レンズ２０８に入射する被写体光は、拡散面の特性や撮影系２０１の射出瞳の位置や径によって大きく変化することになる。
【００１０】
以上説明したような一般的な一眼レフカメラの測光装置では、上記のような光学配置となっているため、被写体の輝度情報を算出するために、測光用の受光素子２０９の出力に対して撮影系２０１の特性に応じた様々な補正を加えることが必要となっていた。特に被写界を複数の領域に分割して領域毎の輝度情報を出力する分割測光装置では、正確な輝度情報の出力には、この補正技術が肝要である。
【００１１】
最も一般的な一眼レフカメラの従来例として、内蔵測光装置はファインダー観察状態に被写体輝度の測光を行うことを想定したカメラで、被写界の中央部付近の輝度情報を平均的に測光するものを挙げることができる。このような従来例の一眼レフカメラにおいて、撮影系の焦点距離、開放Ｆ値、射出瞳の位置の情報に基づいて測光用の受光素子の出力（以下、「測光出力」とも称す。）を補正するという技術は以前より一般的に実施されていた。
【００１２】
しかし、焦点距離、開放Ｆ値、射出瞳の位置の情報の他、撮影系には交換レンズごとに固有の射出瞳の形状がある。そのため精度よく測光出力の補正を行うためには、この射出瞳形状についても考慮する必要があり、それを考慮する方法が種々提案されている（特許文献１、２参照）。
【００１３】
特許文献１には、撮影系内に交換レンズの焦点距離、開放Ｆ値、射出瞳距離、そして撮影系から予定結像面の各像高へ入射する光束の入射角の分布に関する情報を保持し、それらの情報を適切に組み合わせて測光出力を補正するカメラシステムが開示されている。
【００１４】
特許文献２には、交換レンズの焦点距離、開放Ｆ値、射出瞳距離に加え、交換レンズに対応して設定される３個の開口の情報を保持し、その開口の情報から射出瞳形状を演算により生成するＴＴＬ測光装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００５−３５２１３７号公報
【特許文献２】特開平６−２１４２８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、上述の特許文献１に開示された従来技術では、カメラシステムが全像高における射出瞳形状の情報を保持することに等しく、カメラシステムが保持すべきデータ容量が膨大になってしまう。
【００１７】
また、上述の特許文献２に開示された従来技術では、全像高で同じ開口の情報を用いて射出瞳形状を演算することになるが、交換レンズの光束を制限する開口位置が像高ごとに異なる様な交換レンズを考えた場合、正確に射出瞳形状を演算できない。また、像高ごとの正確な開口情報を正確に保持すると、交換レンズが持つデータ容量が増加する。
【００１８】
そこで、本発明は、測光出力を補正するために最小限の情報を用いて、簡易な構成で精度の良い補正が可能なカメラシステム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】
【００１９】
上記の目的を達成するために、本発明に係るカメラシステムは、
撮影系を有する交換レンズがカメラ本体に着脱可能なカメラシステムにおいて、少なくとも撮影レンズの周辺光量、開放Ｆ値、射出瞳距離に関する情報を記憶する記憶手段と、前記情報を用いて撮影レンズの光束形状を算出する演算手段を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、カメラシステムが測光出力を補正するために最小限の情報を用いて、簡易な構成を持ち、かつ精度よく被写体光の輝度情報を演算可能となる。演算した輝度情報を元に適切な露出を設定することで良好なる画像を出力することができる交換レンズ及びカメラ本体及びカメラシステムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】カメラシステム（撮像装置）の要部概略図
【図２】撮影レンズの通過による光束形状変化の概略図
【図３】周辺光束と中心光束の形状比較の概略図
【図４】図３の光束形状の略形状を示した概略図
【図５】カメラ本体２の測光光学系の要部断面図
【図６】測光出力補正のフローチャート
【図７】直接光と拡散光の関係の概略図
【図８】測光レンズに入る光束計算の概略図
【図９】カメラシステム（撮像装置）の要部概略図
【図１０】位相差焦点検出装置９１の概略図
【図１１】位相差焦点検出器の絞り面に入る光束計算の概略図
【図１２】一般的な一眼レフカメラの要部概略図
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【００２３】
図１は本発明の実施例１のカメラシステム（撮像装置）の要部概略図である。本実施例のカメラシステムはレンズ交換式のデジタルカメラに有効である。
【００２４】
同図において、２はカメラ本体、１はカメラ本体２に装着交換可能な交換レンズ（撮影レンズ本体）である。１１は交換レンズ１を構成する撮影系(撮影光学系)であり、被写体像を撮像素子１３面上に光学的に結像させている。１２はクイックリターンミラー（ＱＲミラー）、１３は撮影系１１の予定焦点面に配置された撮像素子であり、例えばＣＣＤ等より成っている。１４は焦点板、１５は像反転手段としてのペンタプリズム、１６は接眼レンズ、１７は観察者の瞳位置、１８は測光レンズ、１９は測光用の受光素子（受光手段）である。
【００２５】
３はレンズマイコンであり、交換レンズ１の各機能を駆動制御している。またレンズマイコン３は撮影系１１の周辺光量に関する情報を記憶するレンズ情報記憶手段（例えばＲＯＭ等）を有している。４はカメラマイコンであり、カメラ本体２の各部材の駆動を制御している。またカメラマイコン４は受光手段１９からの信号に対して、レンズマイコン３内のレンズ情報手段からの情報を用いることによって被写体の輝度分布と被写体像の照度分布のずれを補正する補正手段を有している。
【００２６】
本実施例ではレンズ情報手段からの各情報を利用することによって、補正手段が測光用の受光素子１９の出力信号を適切に補正し、被写体の輝度情報を精度良く得られるようにしている。同図に示される一眼レフカメラにおいては、撮影系１１を透過した被写体光は、クイックリターンミラー１２が撮影光路内から退避した状態において予定焦点面上に撮像面を配置した撮像素子１３面上に結像される構成となっている。
【００２７】
一方、クイックリターンミラー１２が同図に示されるように撮影光路中に配置される状態では、被写体光は予定焦点面と光学的に等価となるように配置された焦点板１４上に結像される構成となっている。
【００２８】
焦点板１４は、同図に示されるように略平板状に構成され、その一方の面は撮影系１１の予定焦点面と光学的に等価となるように配置された拡散面となっており、焦点板１４を透過した光束を用いてこの面上における被写体像の結像状態を観察可能としている。また焦点板１４のもう一方の面は集光作用を持つ面(集光面)となっており、撮影系１１の射出瞳から射出した光束を概ね観察者の瞳位置１７に集光させる作用をもっている。
【００２９】
そして焦点板１４の焦点面に形成された被写体像は、ペンタプリズム１５と接眼レンズ１６によって構成されるファインダー光学系によって、正立正像にされた上で拡大されて観察者の瞳位置１７から観察されるように構成されている。また同図においてペンタプリズム１５の射出面の後方には、ファインダー光学系の光軸上に配置された接眼レンズ１６と測光光学系（測光手段）が配置されている。測光手段は機械的及び光学的な干渉を避けるためにファインダー光軸から離れた位置に測光用の測光レンズ１８と受光素子１９によって構成される測光光学系（測光手段）が配置されている。
【００３０】
同図においては焦点板１４の焦点面上に形成され、前記焦点板１４を透過する被写体光の一部を測光レンズ１８によって受光素子１９面上に再結像させ、前記受光素子１９から得られる出力信号を用いて被写体の輝度分布の測光を行う構成としている。
【００３１】
上述の様に焦点板１４には、撮影系１１の射出瞳から射出した光束を概ね観察者の瞳位置１７に集光させる作用を持った集光面と、被写体像の結像状態を観察可能とする拡散面とが形成されている。そのため、測光レンズ１８に入射する被写体光は、撮影系１１の射出瞳の位置や形状によって大きく変化する。
【００３２】
［実施例１］
以下、図２を参照して、撮影レンズ出射後の光束形状（射出瞳形状）を算出する方法について説明する。
【００３３】
図２は撮影レンズ入射前の光束形状と、出射後の光束形状の関係を示した概略図である。
【００３４】
２１は撮影レンズ入射前の撮像面の中心位置に結像する光束形状（以下、中心光束形状とする）、２２は撮影レンズ入射前の撮像面の周辺位置に結像する光束形状（以下、周辺光束形状とする）である。また、２３は撮影レンズ出射後の中心光束形状、２４は撮影レンズ出射後の周辺光束形状を示す。図２のように、中心光束の形状は円形となるが、周辺光束形状は通常円形ではなく、かつ撮影レンズ入射前の光束形状と出射後の光束形状は異なるものになる。
【００３５】
今撮影レンズの透過率のことを考えないとすれば、光線逆進の原理から撮影レンズ入射前と出射後の光量は一定であり、即ち周辺光量の関係は変化しない。ここで周辺光量Ｅは開口効率Ｖ、歪曲による影響率Ｄ、中心光束を０度としたときの周辺光束の撮影レンズ入射角度をωとすると、次のように表すことが出来る。
【００３６】
【数１】
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【００３７】
図２のような光路を想定した場合、撮影レンズ入射前と出射後で周辺光量は一定となることから、以下の等式が成り立つ。Ｖ１、Ｄ１、ω１はそれぞれ図２の左側から撮影レンズを通過したときの開口効率、歪曲による影響率、入射角度であり、Ｖ２、ω２は右側から撮影レンズを通過させた（光線を逆追跡した）ときの値を表す。
【００３８】
開口効率とは、撮影レンズ入射前にある基準面で光束を観察したときの、中心光束と周辺光束との面積比のことであり、従ってここでのＶ１は撮影レンズ入射前の周辺光束と中心光束との面積比、Ｖ２は撮影レンズ出射後の周辺光束と中心光束の面積比を表す。また歪曲による影響率は撮影レンズ入射前後の比を表した値であり、式（２）を考える上ではＤ２を考慮する必要はない。
【００３９】
ω２は予定結像面から射出瞳までの距離によって決まる値であるため、結局式（２）より、ある像高における周辺光量値と射出瞳距離が既知ならば撮影レンズ出射後の中心光束と周辺光束の面積比に相当するＶ２が求められる。中心光束については撮影レンズの開放Ｆ値によってのみで光束形状を求めることが出来るため、ここで求めた撮影レンズ出射後の周辺光束の面積比によって、撮影レンズ出射後の任意の面において周辺部を通過する光束の面積を求められる。ただしこの場合、光束の位置を求めるためにある像高における射出瞳距離は、光束の重心位置を示した値である必要がある。
【００４０】
また撮影形の中心光束と周辺光束の形状は通常、撮影レンズ固有の口径食により異なる。図３は撮影レンズ通過後の任意の面で光束を観察したときの形状を示した概念図であり、（Ａ）が中心光束３１、（Ｂ）が周辺光束３２を示す。撮影レンズ通過後の周辺光束形状は、このように楕円形に近い形状となる。
【００４１】
これまでの検討で光束の重心を通る光線の位置、光束の面積、光束の略形状が既知であるので、撮影レンズ通過後の周辺光束は例えば図４のように楕円形状として類推することができる。（Ａ）、（Ｂ）は図３と対応した光束であり、光束の周回する実線が楕円形状として形状を類推した場合の形状と位置を表す。このとき、中心光束の直径を２Ｒとすると、短径を２Ｖ２Ｒとすれば、面積比と光束の略形状を反映した周辺光束を算出することが可能である。このように考慮することで、面積比から実際の光束形状に近い形で光束形状、即ち撮影レンズの射出瞳形状を類推して算出することが出来る。
【００４２】
ここで、算出した射出瞳形状を測光出力補正に利用する方法について説明する。
【００４３】
図５は本実施例における測光光学系の要部断面図である。
【００４４】
同図に示されるように、撮影レンズ１１を通過した光束は焦点板１４に結像し、拡散を受けてからペンタプリズム１５を通過する。その拡散光を観察者の瞳位置１７と測光レンズ１８から観察するが、測光レンズは観察者へ向かう光束を遮らないよう、光軸からθr傾いた位置に配置されている。このとき、θtは焦点板から見た測光レンズの角度範囲である。測光センサーに結像する光束は測光レンズに入射しなければならず、測光レンズに入射する光束を知るためには測光レンズ面５１における拡散を受けない直接光の振る舞いを知っておく必要がある。
【００４５】
測光出力補正のためには、撮像面と測光センサーの光量比の関係が分かっていなければならない。撮影レンズの情報が既知であるならば、撮像面上の分布は既知であるため、その時点の測光センサー面５１上の光量分布を求めることで光量比の対応関係が求められる。
【００４６】
本実施例における測光補正の処理手順を図６に示す。
【００４７】
図６において、ステップｓ１では、カメラ本体が撮影レンズの開放Ｆ値と各像高における射出瞳の距離情報とを取得する。この測光出力補正において、射出瞳形状を直接は用いない。式（２）によって撮影レンズの射出瞳形状求めたが、撮影レンズ通過後にさらに別の光学系を通過した場合は、その光学系を通過した後の位置、角度ω２を用いて光束形状を計算する必要がある。そのため、測光出力補正に用いることを考えるならば、ここでは測光レンズ面５１で観察したときの直接光の光束の位置、入射角度が必要である。
【００４８】
そこでステップｓ２では、まずレンズの射出瞳の距離情報を用いることで焦点板への光束の入射角度を得る。その情報を元に、焦点板の集光面の焦点距離と、ペンタプリズムなどファインダーの光路情報を元に光束の追跡を行うことで、測光レンズ面５１における、光束通過位置と入射角度の情報を算出する。ここで得られた入射角度を式（２）のω２に適用することで、測光レンズ面５１で観察したときの撮影レンズ中心光束と周辺光束の面積比が得られる。
【００４９】
ステップｓ３では、測光レンズ面５１で観察したときの撮影レンズ中心光束の形状と、式（２）を用いて中心光束と周辺光束形状の形状を類推し、計算する。中心光束はＦ値と、ファインダー光路の情報のみから求められるため、その中心光束形状とステップｓ２で求めた周辺光束の面積比から、測光レンズ面５１で観察したときの周辺光束形状を図４（Ｂ）のような略形状で類推する。
【００５０】
ステップｓ１からｓ３において、焦点板で拡散を受けない直接光の計算を行なったが、ステップｓ４においては、ステップｓ３で得られた測光レンズ面５１で観察したときの光束形状から、焦点板の拡散面により拡散を受けた場合の拡散光を求める。拡散光は図７のように考える。
【００５１】
図７は焦点板に入射する直接光７１と、焦点板から出射される拡散光束７２の関係の概略図である。（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ直接光の範囲の違う場合の拡散光を示しており、拡散光は直接光の光束幅に依存して求められる。この拡散光はｓ３によって得られた光束形状からシステム内で計算を行うことで算出可能である。
【００５２】
しかし、直接光と拡散光の関係は一定の関数で表現が可能なため、光束形状の幅に応じて、予め複数の光束幅に対応した拡散光の関数をカメラ本体が保持しておくことで計算を簡素化できる。
【００５３】
次にステップｓ５において、測光レンズに入射する光量を求める。
【００５４】
図８は拡散光束７２と測光レンズ１８を示しており、θrとθtは図５と同様の値を示している。
【００５５】
測光センサーで受光する光量は測光レンズを通過した光量に等しいものであるので、測光レンズに重なる範囲内の拡散光の関数の積分値を算出することで測光センサー上での光量が求められる。今拡散光の関数をＰＦ（θ）とすると、測光レンズ面における入射光量は
【００５６】
【数２】
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【００５７】
として計算することが出来る。このθ１とθ２はそれぞれ図５の縦方向、奥行き方向の角度を示す変数となっている。
【００５８】
以上のステップｓ１からステップｓ５において、ある条件の撮影系における測光センサー上の光量分布を求めることが出来た。これにより撮像面と測光センサー上の光量比が求まるので、ステップｓ６における測光出力補正値の算出を行うことが可能となる。
【００５９】
［実施例２］
上記実施例では算出した撮影レンズ光束を用いて測光出力の補正を行った。しかし本発明の用途はこれに限らず、撮影レンズ光束の形状を必要とする系に組み込んで利用してもよい。例えばカメラの自動焦点検出装置において、焦点検出素子への光束の到達範囲を知ることで、ケラレ補正を行なうことも出来る。
【００６０】
図９は本実施例におけるカメラシステムの要部概略図である。
【００６１】
一般的な一眼レフカメラにおいては、焦点検出のために位相差焦点検出器が組み込まれており、その焦点検出ユニット９１はサブミラー９２で反射された光束をカメラ本体下部で受光する場合が多い。図１０は位相差焦点検出器９１の概略図である。サブミラーで反射された撮影レンズ光束の一時結像面１０１、フィールドレンズ１０２、絞り面１０３を通過して、二次結像レンズ１０４によって焦点検出素子１０５に結像させている。
【００６２】
このような位相差焦点検出器において、絞り面１０３へ入射する光束を求めることで二次結像レンズ内に入る光量を効率よく算出できる。図１１が位相差検出器の絞り面でみた光束形状であり、この計算においても式（２）の適用が可能である。この場合のω２は焦点検出素子への入射角度となるが、これは実施例１の場合と同様に射出瞳の距離情報と焦点検出ユニットの光路情報によって算出できる。これらの計算によって焦点検出素子上での撮影レンズ光束形状が求められるため、位相差焦点検出装置において、絞り面へ入射する撮影レンズ光束、即ち焦点検出素子上に到達する光量を算出することが可能となる。
【００６３】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【符号の説明】
【００６４】
１  交換レンズ、２  カメラ本体、３  レンズマイコン、４  カメラマイコン、
１１  撮影系、１２  ＱＲミラー、１３  撮像素子、１４  焦点板、
１５  ペンタプリズム、１６  接眼レンズ、１７  観察者の瞳位置、１８  測光レンズ、
１９  測光用の受光素子、３１  撮影レンズの中心光束、３２  撮影レンズの周辺光束
【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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