JP5624752B2 - サブミラーを備える自動焦点装置及び撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、被写体から出る光を撮像装置の自動焦点モジュールにガイドするサブミラーを備えた自動焦点装置及び撮像装置に関する。

近年、カメラのような撮像装置にユーザの便宜のために被写体の焦点を自動で調整する自動焦点機能が多く提供されている。自動焦点方式としては、撮影レンズを介して入ってくる光を利用するＴＴＬ（Trough The Lens）自動焦点方式が主に使用される。自動焦点モジュールは、コントラスト検出方式（contrast detection method）、位相差検出方式（phase difference detection method）などを用いて被写体に合焦しているかを検出する。コントラスト検出方式は、レンズを動かしながら映像一部（主に中央部分）のコントラストを継続的に計算し、コントラストが最大となったときに合焦していると判断する。コントラスト検出方式はビデオカメラ及びコンパクトデジタルカメラでよく使われる方式である。位相差検出方式は、レンズを介して入ってくる光を二分割して比較することによって合焦しているかを判断する。位相差検出方式はスプリットイメージスクリーン（split image screen）を通して手動で焦点を合わせることと類似した原理で動作する。現在販売されている多くのフィルムＳＬＲカメラ及びデジタルＳＬＲカメラは位相差検出方式を使用する。ＴＴＬ自動焦点方式では、サブミラーが使用され、撮影レンズの一部の光を接眼レンズ側に反射するメインミラーを介して入ってくる光を自動焦点モジュールにガイドする。メインミラー及びサブミラーは同時に動作することになるが、これにより、自動焦点モジュールに送られる光量は全体の入射光量の一部だけが入射されるので、低照度時に被写体に合焦させることは困難である。また、撮像領域に入ってきた光に電子的処理を行い、液晶画面を見ながら撮影できるライブビューモードにおいて位相差自動焦点合わせが必要な場合、メインミラーとサブミラーとのシャッターラグのため速度低下が生じる。

特開２００２−１３１６２２号公報 特開２００５−３１１７６４号公報 特開２００８−０２８９９８号公報

そこで、上記問題に鑑みて、本発明は、自動焦点モジュールに送られる入射光量を増やすためのメインミラーとサブミラーとの動作装置を備える撮像装置を提供することを目的とする。

本発明の別の目的は、ライブビューモードにおいて迅速な位相差自動焦点合わせが必要な場合、シャッターラグを減らすメインミラーとサブミラーとの動作装置を備える撮像装置を提供することである。

本発明にかかる自動焦点装置は、撮影レンズの焦点状態を検出する自動焦点モジュールと、メインミラーと独立的に作動して前記撮影レンズを通過した光を前記自動焦点モジュールにガイドするサブミラーと、を含む。

低照度モード時に、前記撮影レンズを通過した光は前記メインミラーを透過せず、前記サブミラーで反射され前記自動焦点モジュールにガイドされ得る。

ライブビューモード時に、前記撮影レンズを通過した光は前記メインミラーを透過せず、前記サブミラーで反射され前記自動焦点モジュールにガイドされ得る。

前記自動焦点装置は、前記光量の不足を自動で検出する光量検出センサを更に含むことができる。

前記サブミラーは少なくとも２つ以上のサブミラーが備えられ、所定モードに適したサブミラーが使用されることができる。

前記所定モードはライブビューモードとビューファインダーモードとを含み、前記サブミラーは、ライブビューモード用サブミラー及びビューファインダーモード用サブミラーを含むことができる。

前記ライブビューモード用サブミラーは、光の一部を透過させ残りを反射することができる。

前記ビューファインダーモード用サブミラーは、光の全部を反射することができる。

本発明の別の態様による撮像装置は、被写体から出る光を結像させる撮影レンズと、前記撮影レンズを通過した光の一部を透過させて残りを反射するメインミラーと、前述したような特徴を有する自動焦点装置と、を含む。

本発明の実施形態によると、サブミラーがメインミラーとは独立的に作動して自動焦点モジュールに送られる入射光量を増加させることができ、ライブビューモードにおいてシャッターラグを減らすことができる。

本発明の第１の実施形態にかかる撮像装置の構造を示す。 被写体像を感光する場合における図１に示された撮像装置の構造を示す。 自動焦点合わせの際、従来のメインミラー及びサブミラーの動作方式を概略的に示す。 被写体像を感光する場合における、従来のメインミラー及びサブミラーの動作方式を概略的に示す。 メインミラー及びサブミラーの独立的な動作構造を示す。 被写体像を感光する場合及びライブビューモードにおけるメインミラー及びサブミラーの独立的な動作構造を示す。 低照度モード及びライブビューモードにおける自動焦点合わせの際の、メインミラー及びサブミラーの独立的な動作構造を示す。 ビューファインダーモード用サブミラー及びライブビューモード用サブミラーを備えた本発明の別の実施形態を示す。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図１は、本発明の一の実施形態にかかる撮像装置１００の構造を示すものであり、図２は被写体像を感光する場合における撮像装置１００の構造を示すものである。

前記撮像装置１００は、ＤＳＬＲ（Digital Single Lens Reflex）カメラの場合である。これは説明の便宜のためであり、本発明はＤＳＬＲカメラ以外の他の撮像装置にも同様に適用される。

図１に示された撮像装置１００は、撮影レンズ１１０、絞り１１５、マウント１２０、メインミラー１３０、サブミラー１４０、自動焦点モジュール１５０（Auto Focus Module）、フォーカルプレンシャッター１６０、撮像領域１７０、フォーカシングスクリーン（focusing screen）１８０、ペンタプリズム１８５及び接眼レンズ１９０を含む。

撮影レンズ１１０は、被写体から出る光を撮像領域１７０に結像させる。図１に示されたように、撮影レンズ１１０は複数個のレンズから構成される。ＤＳＬＲカメラの場合、撮影レンズ１１０は交換可能である。

また、撮影レンズ１１０には手ぶれ補正装置（図示せず）及び自動焦点駆動部（図示せず）が含まれている。手ぶれ補正装置は、撮影時にユーザの手ぶれによる写真の画質劣化を防止するための装置である。そして、自動焦点駆動部は、自動焦点モジュール１５０から撮影レンズ１１０の焦点状態に対する情報を受信して、前記情報に従ってレンズを移動させる装置である。

一方、撮影レンズ１１０には絞り１１５が含まれている。絞り１１５は、撮影レンズ１１０を通過する光の量及び画像の深度を調節する。すなわち、絞り１１５を広げると、撮影レンズ１１０はより多くの光を通過させるためユーザはより明るい写真を撮影することができるようになる。しかし、絞り１１５を開くと口径が大きくなるため写真の被写体深度が浅くなる。一方、絞り１１５を絞ると、より少ない光が撮影レンズ１１０を通過するので、写真はより暗く撮影される。そして、絞り１１５を絞ると口径が小さくなるので、被写体深度の深い写真が得られる。

絞り１１５は、レンズの間に配置されるためレンズによって像が生じる。具体的に、絞り１１５の前側（被写体から絞りの間）に配置されたレンズによって形成される絞り１１５の虚像を入射瞳（entrance pupil）といい、絞り１１５の後側（絞りから撮像領域の間）に配置されたレンズによって形成される絞り１１５の虚像を射出瞳（exit pupil）という。特に、射出瞳は写真の明るさに主要な役割をする絞り１１５の像であるので、明るさ調節及び自動焦点機能において重要な要素となる。

マウント１２０は、撮影レンズ１１０と撮像装置１００のボティ１０１とを連結させる役割をする。また、マウント１２０は、撮像領域１７０の中心を撮影レンズ１１０の光軸と一致させる。また、マウント１２０は、撮影レンズ１１０の交換が可能となるように着脱式に形成される。

マウント１２０はレンズマウント１２３及びボディマウント１２６から構成される。レンズマウント１２３及びボディマウント１２６が噛み合った形態で連結されることにより、撮影レンズ１１０は撮像装置１００のボディ１０１に固定される。

メインミラー１３０は、撮影レンズ１１０を通過した光の一部を透過させ、残りを反射させる。メインミラー１３０で反射された光はフォーカシングスクリーン１８０に進行し、ユーザは接眼レンズ１９０を介して被写体を確認することができる。メインミラー１３０を透過した光は自動焦点モジュール１５０に進行し、自動焦点モジュール１５０が被写体の焦点状態を検出する。

サブミラー１４０は、前記メインミラー１３０と独立的に作動し、撮影レンズ１１０を通過した光を自動焦点モジュール１５０にガイドする。サブミラー１４０に対する詳細な内容は後述することにする。

自動焦点モジュール１５０は、撮影レンズ１１０の焦点状態を検出する。撮影レンズ１１０の焦点状態に対する情報は撮影レンズ１１０の自動焦点駆動部（図示せず）に伝達される。以下、説明の便宜のため、位相差検出方式を使用する自動焦点モジュール１５０を基準に説明を進めることにする。自動焦点モジュール１５０は、反射ミラー１５１、視野マスク１５２、セパレイティングレンズ１５３（separating lens）、フィルタ１５４、及び自動焦点センサ１５５を含む。

反射ミラー１５１は、自動焦点モジュール１５０に入射した光を自動焦点センサ１５５の方向に反射する。これにより、撮像装置１００の空間を効率よく利用することができる。すなわち、撮像装置１００の高さが高くなることを防止する。

視野マスク１５２は複数個の開口を含む。複数個の開口を通過した光は、セパレイティングレンズ１５３を通過して自動焦点センサ１５５上に複数個の被写体像を形成する。

フィルタ１５４は、可視光線領域以外の光をフィルタリングする。これは、可視光線以外の光によって自動焦点センサ１５５が反応し、撮影レンズ１１０の焦点状態を検出する際にエラーが発生することを防止するためのものである。このようなフィルタ１５４は、例えば、赤外線カットフィルタであっても良い。

自動焦点センサ１５５は、特定領域に配置される複数個の光電素子を含む。光電素子によって自動焦点センサ１５５上に結像された被写体像が電気的信号に変換される。このような電気的信号を使用して撮影レンズ１１０の焦点状態を確認することができる。位相差検出方式は公知技術であって容易に把握することができるため、詳細な説明は省略する。

フォーカルプレンシャッター１６０は撮像領域１７０のすぐ前に設けられ、先膜、後膜と呼ばれる２枚のブラックカーテン又は金属膜で構成される。フォーカルプレンシャッター１６０は、撮影時に先膜が開かれ撮像領域１７０が光に露出し、後膜が閉められ撮像領域１７０の光がまた遮断される形態のシャッター方式である。すなわち、フォーカルプレンシャッター１６０は、先膜と後膜との時間差を用いてシャッタースピードを調節することになる。

撮像領域１７０は、被写体像に対する感光が行われる部分である。被写体像に対する感光が行われる時には、図２に示すように、メインミラー１３０及びサブミラー１４０が光の経路上から後退する。フィルムカメラの場合、撮像領域１７０にフィルムが置かれ、デジタルカメラの場合、撮像領域１７０にイメージセンサが配列される。このようなイメージセンサは、ＣＣＤ（charge coupled devices）とＣＭＯＳ（complementary metal oxide semi-conductor）とに区分することができる。ＣＣＤは、弱い光にも敏感に反応し、イメージの品質が高いので、多くのデジタルカメラに使用される。しかし、生産工程が複雑で生産単価が高いという短所がある。一方、ＣＭＯＳは、ＣＣＤに比べて生産単価が安く、生産過程も簡単であるため、低価格デジタルカメラのセンサとしてよく使用されてきたが、最近は、画像処理技術の発達によって高画質高品質のイメージを実現可能となり、プロフェッショナル用ＤＳＬＲにも使われるようになり、多く使用されている。

フォーカシングスクリーン１８０は、マット面及びフレネル（fresnel）レンズから構成される。マット面は、撮影時の焦点面と光学的に等価の位置に配置される。従って、マット面には撮影画像と同一の画像が現れる。フレネルレンズはマット面を通過した光をまた集光させ、ユーザが接眼レンズ１９０を介して更に明るい像が見られるようにする。

ペンタプリズム１８５は、五角形形態のプリズムを意味する。ペンタプリズム１８５はフォーカシングスクリーン１８０に結像された正立逆像(上下は正しくて、左右は逆である像)を正立正像（上下左右が全部正しい像）に変換する機能をする。従って、ユーザは目で見ているものと同一形態の撮影される映像を、ビューファインダーを介して確認することができるようになる。

接眼レンズ１９０は、ユーザがフォーカシングスクリーン１８０に結像された像を確認できるように、１ｍ前方に虚像を作る。従って、ユーザは接眼レンズ１９０を介して撮影される映像を確認することができるようになる。

自動焦点モジュール１５０の安定した作動のためには、自動焦点モジュール１５０に充分な光量が入ってこなければならない。しかし、自動焦点モジュール１５０に入る光量が多すぎると、メインミラー１３０で反射され接眼レンズ１９０に向かう光量が減少してしまいユーザが被写体を鮮明にみることができない。従って、自動焦点モジュール１５０に入ってくる光量を適切に調整する必要がある。

図３Ａは、自動焦点合わせの際、従来のメインミラー２３０及びサブミラー２４０の動作方式を概略的に示した図であり、図３Ｂは、被写体像を感光する場合における、従来のメインミラー及びサブミラーの動作方式を概略的に示した図である。

図３Ａに示すように、メインミラー２３０及びサブミラー２４０が常に同時に動作する従来の撮像装置においては、メインミラー２３０を通過した光はサブミラー２４０で反射されすぐ自動焦点モジュールに入射する。従って、自動焦点モジュールに入る光量は少なくなる。また、図示されているように、メインミラー２３０及びサブミラー２４０は常に同時に動作するため、撮像領域に入ってきた光に電子的処理を行い、液晶画面を見ながら撮影できるようにするライブビューモードで自動焦点合わせをする場合、メインミラー２３０及びサブミラー２４０のシャッターラグのため速度低下が生じる。位相差自動焦点方式のライブビューは、図３Ｂのようにライブビューを実行してから、図３Ａのように自動焦点のためにミラーが下に移動し、焦点を合わせて撮影される。この方式は、自動焦点のためにミラー２３０、２４０が下に移動しなければならず、撮影するときにももう一度ミラー２３０、２４０が下に移動するようになる。すなわち、ミラー２３０、２４０及びフォーカルプレンシャッター１６０が計２回繰返して動作した後に撮影が可能となる。これにより、シャッターボタンを押してからすぐには撮影できず、一定時間後に撮影されるシャッターラグが生じ、動きの多い被写体を瞬間的に捕捉するのが困難である。たとえば、左から右に走っている人を撮影するとき、人が中央に来たときにシャッターを押したが右側の端で撮影されるようになる。また、フォーカルプレンシャッターが閉められた場合、またはミラーが下に移動した場合にはライブビューは一定時間使用不可能となる。

図４Ａ、図４Ｂ及び図４Ｃは、本発明の一実施形態にかかるメインミラー１３０及びサブミラー１４０の作動状態を示したものである。図４Ａは、メインミラー及びサブミラーが独立して動作する構造を示す図であり、図４Ｂは、被写体像を感光する場合及びライブビューモードにおけるメインミラー及びサブミラーの独立的な動作構造を示す図であり、図４Ｃは、低照度モード及びライブビューモードの自動焦点合わせの際の、メインミラー及びサブミラーの独立的な動作構造を示す図である。図４Ａ、図４Ｂ及び図４Ｃを参照して、メインミラー１３０及び前記メインミラー１３０と独立的に動作するサブミラー１４０の動作について説明する。

一般照度モードでは、メインミラー１３０及びサブミラー１４０の動作は既存の方式と同一である。すなわち、メインミラー１３０及びサブミラー１４０共に光経路上に位置し、メインミラー１３０は撮影レンズ１１０を通過した光の一部を接眼レンズ１９０側にガイドし、サブミラー１４０はメインミラーを通過した光を自動焦点モジュール１５０にガイドする。

低照度モードで撮影レンズ１１０の焦点状態を検出する場合、メインミラー１３０及びサブミラー１４０は、図４Ａのような状態から図４Ｃのような状態に変化する。すなわち、メインミラー１３０は光経路上から後退し、サブミラー１４０のみ光経路上に位置する。このような動作は、サブミラー１４０がメインミラー１３０とは独立して動作するために可能となる。図４Ｃのようにサブミラー１４０のみで撮影レンズ１１０に入射した光を自動焦点モジュール１５０に反射させる。撮影レンズ１１０に入射した光はメインミラー１３０を通過しないため、自動焦点モジュール１５０に入る光量を増加させることができる。従って、低照度モードでも自動焦点モジュール１５０が撮影レンズ１１０の焦点状態を安定して検出することができる。この場合、図４Ｃのようにメインミラー１３０が光経路から後退して自動焦点を行う短い時間の間、被写体が見られないことがある。しかし、これは極めて短い時間であるので大きな問題とはならない。

低照度モードであるかを確認するために、光量の不足を自動で検出する図示していない光量検出センサが使用されてもよい。光量検出センサが検出した光量に応じて一般照度モードであるか低照度モードであるかが決定される。これにより、メインミラー１３０及びサブミラー１４０は、一般照度モード及び低照度モードにおいて互いに異なるように動作する。

ライブビューモードでは図４Ｂのように動作し、自動焦点を行う間は図４Ｃのように動作することにより、シャッターラグを減らすことができ、かつ、迅速な自動焦点合わせが可能となることになり、高速撮影も可能となる効果がある。

ライブビューモードでは、図４Ｂのように、メインミラー１３０及びサブミラー１４０共に光経路上から後退する。ライブビューモードで撮影レンズ１１０の焦点状態を検出する場合、メインミラー１３０及びサブミラー１４０は図４Ｂのような状態から図４Ｃのような状態に変化する。すなわち、メインミラー１３０は動かずサブミラー１４０のみ光経路上に位置する。従って、シャッターラグを減らすことができ、かつ、迅速な自動焦点合わせが可能となることになり、高速撮影も可能となる効果がある。

図５は、本発明の別の実施形態であって、複数のサブミラーが備えられ各モードに適したサブミラーを使用する動作について説明する。説明の便宜のため、ビューファインダーモード用サブミラー５４０とライブビューモード用サブミラー５４１とが備えられた場合を説明する。

本発明の別の実施形態においても、複数個のサブミラー５４０、５４１はメインミラー１３０と独立的に作動する。ビューファインダーモード用サブミラー５４０及びライブビューモード用サブミラー５４１は、光経路に対して垂直の方向に移動が可能である。

ビューファインダーモードでは、ビューファインダーモード用サブミラー５４０が光経路上に位置し、ライブビューモード用サブミラー５４１は光経路上から後退する。既存のサブミラーと同様にビューファインダーモード用サブミラー５４０の反射率は１００％である。

ライブビューモードでは、ライブビューモード用サブミラー５４１が光経路上に位置し、ビューファインダーモード用サブミラー５４０は光経路上から後退する。ライブビューモード用サブミラー５４１は透過及び反射が可能な性質を有する。従って、ライブビューモード用サブミラー５４１に入射する光の一部は自動焦点モジュール１５０に入射し、残りの光はライブビューモード用サブミラー５４１を通過して撮像領域１７０に到達する。撮像領域１７０に入った光は電子的処理を通して図示していない液晶画面に表される。このようなライブビューモード用サブミラー５４１を使用する場合、撮影レンズ１１０を通過した光の一部が常に自動焦点モジュール１５０に入射するため、先述した実施形態とは異なり撮影レンズ１１０の焦点状態を検出するためにサブミラー１４０を駆動する必要がなくなる。従って、迅速な自動焦点合わせが可能となる。

自動焦点モジュール１５０の安定した動作のために、ライブビューモード用サブミラー５４１の反射率は約４０％程度であることが好ましい。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１００ 撮像装置
１１０ 撮影レンズ
１３０ メインミラー
１４０ サブミラー
１５０ 自動焦点モジュール
１５２ 視野マスク
１５３ セパレイティングレンズ
１５５ 自動焦点センサ
１７０ 撮像領域
５４０ ビューファインダーモード用サブミラー
５４１ ライブビューモード用サブミラー

Claims (7)

1. 撮影レンズの焦点状態を検出する自動焦点モジュールと、
   メインミラーと独立的に作動して前記撮影レンズを通過した光を前記自動焦点モジュールにガイドするサブミラーと、
   を含み、
   前記サブミラーは少なくとも２つ以上のサブミラーが備えられ、所定モードに適したサブミラーが使用され、
   前記所定モードはライブビューモード及びビューファインダーモードを含み、
   前記サブミラーは、ライブビューモード用サブミラー及びビューファインダーモード用サブミラーを含み、
   前記ライブビューモード用サブミラー及び前記ビューファインダーモード用サブミラーは、光経路に対して垂直な方向に移動可能であり、各サブミラーは収納の容易性のために曲げられた形状を有することを特徴とする自動焦点装置。
2. 低照度モード時に、前記撮影レンズを通過した光は前記メインミラーを透過せず、前記サブミラーで反射され前記自動焦点モジュールにガイドされることを特徴とする請求項１に記載の自動焦点装置。
3. 前記ライブビューモード時に、前記撮影レンズを通過した光は前記メインミラーを透過せず、前記サブミラーで反射され前記自動焦点モジュールにガイドされることを特徴とする請求項１に記載の自動焦点装置。
4. 光量の不足を自動で検出する光量検出センサを更に含むことを特徴とする請求項２に記載の自動焦点装置。
5. 前記ライブビューモード用サブミラーは、光の一部を透過させ残りを反射することを特徴とする請求項１に記載の自動焦点装置。
6. 前記ビューファインダーモード用サブミラーは、光の全部を反射することを特徴とする請求項５に記載の自動焦点装置。
7. 被写体から出る光を結像させる撮影レンズと、
   前記撮影レンズを通過した光の一部を透過させて残りは反射するメインミラーと、
   請求項１〜６のうちいずれか１項に記載の自動焦点装置と、
   を含むことを特徴とする撮像装置。

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