JP3849180B2 - 焦点検出装置、及びカメラ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮影光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出装置に関し、特に、カメラのレリーズ操作を優先して、焦点検出動作を中断する焦点検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、カメラその他の光学機器には、焦点の自動調節などを行うために、焦点調節状態を検出する焦点検出装置が搭載されている。
この種の焦点検出装置は、カメラのミラーボックス下部などに配置された焦点検出光学系およびイメージセンサなどから構成される。
【０００３】
以下、焦点検出装置の動作を説明する。
まず、カメラの撮影光学系から入射された撮影光束は、ミラーボックスを介して下方に分岐され、焦点検出光学系に入射する。
焦点検出光学系は、この撮影光束を瞳分割した後に再結像させ、一組の光像を形成する。
【０００４】
イメージセンサは、この一組の光像を光電変換し、輝度パターンに応じた信号電荷を蓄積する（以下、この蓄積動作を「光電蓄積」という）。このように蓄積された信号電荷は順次転送され、画像出力として出力される。
焦点検出装置は、この画像出力に対して公知の相関演算を施し、上記した一組の光像について像間隔を算出する。この像間隔に基づいて、撮影光学系の焦点調節状態が検出される。
【０００５】
ところで、一組の光像は、被写体の輝度などに依存して、明るさが大きく変化する。このように光像の明るさが極端に変化すると、イメージセンサの出力が白側や黒側につぶれるため、光像の像間隔を適切に検出できなくなる。
そこで、イメージセンサの信号レベルが最適レベルとなるように、イメージセンサの光電蓄積時間を逐次制御する方式（「ソフトＡＧＣ方式」という）が知られている。
【０００６】
このようなソフトＡＧＣ方式では、前回のイメージセンサの信号レベルＳnow と、前回の光電蓄積時間Ｔnow との結果を用いて、次回の予定蓄積時間Ｔnextを、
Ｔnext＝Ｔnow ・Ｓtgt ／Ｓnow ・・・（１）
に基づいて決定する。
ここで、Ｓtgt は、イメージセンサの目標出力レベルを示す値であり、イメージセンサの飽和出力レベルに対して、通常５０％程度の値になるように設定される。
【０００７】
このように、式（１）に基づいて、次回の光電蓄積時間Ｔnextを逐次変更することにより、イメージセンサの平均出力レベルが、飽和出力レベルの５０％程度に保たれる。そのため、次回の蓄積時点で、被写体輝度が突発的に２倍ほど変化しても、イメージセンサの出力がつぶれることがなく、焦点調節状態を適正に検出することができる。
【０００８】
ところで、撮影者によるレリーズ操作に対して一連のレリーズ動作を速やかに開始するカメラでは、ミラーアップに伴って一組の光像が消失する。そのため、イメージセンサでは、一組の光像の光電蓄積を続行できず、焦点検出動作は必然的に中止される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このように、一連のレリーズ動作に際して、焦点検出動作が中止されるため、レリーズ直前における最新の焦点調節状態を検出することができないという問題点があった。
【００１０】
そのため、カメラ側では、レリーズ直前における最新の焦点検出結果に基づいて焦点調節を行うことができず、全般的に合焦精度が低くなるという問題点があった。
特に、被写体が暗い場合、イメージセンサの予定蓄積時間Ｔnextは長くなり、焦点調節状態の検出サイクルが一律に長くなる。このような状態では、前回の焦点検出結果がレリーズ時点においてかなり古くなるため、合焦精度が著しく低くなるという問題点があった。
【００１１】
そこで、本発明では、上述した問題点を解決するために、レリーズ時点において出来る限り最新の焦点調節状態を検出する焦点検出装置を提供することを目的とする。
また、本発明では、信頼性の低い焦点検出結果を適宜に排除することができる焦点検出装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
図１および図２は、原理ブロック図である。
請求項１に記載の発明は、カメラの撮影光学系Ｚから入射された撮影光束を瞳分割し、分割後の光束を個々に再結像して、一組の光像を形成する焦点検出光学系１と、焦点検出光学系１により形成された一組の光像を光電蓄積するイメージセンサ２と、イメージセンサ２から画像出力を取り込み、一組の光像の像間隔に基づいて撮影光学系Ｚの焦点調節状態を検出する焦点検出手段３とを備えた焦点検出装置において、イメージセンサの画像出力に基づいて撮影光学系の焦点調節状態が検出可能か否かを判定する判定手段４を備え、焦点検出手段３は、カメラのレリーズ動作に際してイメージセンサの光電蓄積を中断し、判定手段４によって検出可能と判断された場合に、中断した時点における画像出力に基づいて焦点調節状態を検出することを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、カメラの撮影光学系Ｚから入射された撮影光束を瞳分割し、分割後の光束を個々に再結像して、一組の光像を形成する焦点検出光学系１と、焦点検出光学系１により形成された一組の光像を光電蓄積するイメージセンサ２と、イメージセンサ２から画像出力を取り込み、一組の光像の像間隔に基づいて撮影光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段３とを備えた焦点検出装置において、焦点検出手段３は、カメラのレリーズ動作に応じて、イメージセンサ２が光電蓄積中であれば光電蓄積を中断し、かつ焦点検出可能であるときは、その時点におけるイメージセンサ２の画像出力に基づいて撮影光学系Ｚの焦点調節状態を検出することを特徴とする。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の焦点検出装置において、判定手段４は、イメージセンサ２の光電蓄積時間に応じて、焦点調節状態が検出可能か否かを判定することを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の焦点検出装置において、判定手段４は、イメージセンサ２の画像出力の信号レベルに応じて、焦点調節状態が検出可能か否かを判定することを特徴とする。
請求項５に記載のカメラは、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の焦点検出装置を備えたことを特徴とする。
【００１５】
（作用）
焦点検出装置では、カメラ側においてレリーズ動作が起動されると、焦点検出手段３がイメージセンサ２の光電蓄積を中断する。
次に、焦点検出手段３は、イメージセンサ２に蓄積された信号電荷を画像出力として読み出す。
【００１７】
このように読み出された画像出力は、光電蓄積された時間が予定蓄積時間Ｔnextに満たないために、イメージセンサ２の目標出力レベルＳtgt に満たない画像出力となる。
そこで、判定手段４は、このような画像出力に基づいて、焦点調節状態が検出可能か否かを判定する。
【００１８】
例えば、次のような判定が実施される。
まず、画像出力に対し相関演算（焦点検出用の相関演算でよい）を施し、一組の光像について相関の度合いを検出する。この相関の度合いが低い場合に、焦点調節状態が検出不可能と判定する。
【００１９】
このような作用により、焦点検出装置では、レリーズ直前の焦点調節状態を信頼性高く検出できる場合に限って、焦点検出が行われる。
請求項３にかかわる焦点検出装置では、判定手段４が、イメージセンサ２に蓄積された信号電荷の蓄積時間を取り込む。判定手段４は、この光電蓄積時間の長短に対応して、焦点調節状態が検出可能か否かを判定する。
【００２０】
このような作用により、請求項３の焦点検出装置では、相関演算などの複雑な演算処理を実施することなく、焦点調節状態が検出可能か否かを迅速かつ簡便に判定することができる。
請求項４にかかわる焦点検出装置では、判定手段４が、イメージセンサ２の画像出力の信号レベルを取り込む。判定手段４は、この信号レベルの大小に対応して、焦点調節状態が検出可能か否かを判定する。
【００２１】
このような作用により、請求項４の焦点検出装置では、相関演算などの複雑な演算処理を実施することなく、焦点調節状態が検出可能か否かを迅速かつ簡便に判定することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明における実施の形態を説明する。
【００２３】
（第１の実施形態）
図３は、第１の実施形態を示す図である。
図３において、カメラボディ１１のレンズマウント部には、レンズ鏡筒１２が取り付けられ、レンズ鏡筒１２の内側には、撮影光学系１３が配置される。
カメラボディ１１の内部には、撮影光学系１３の光軸に沿って、メインミラー１４，サブミラー１５，シャッタ機構１６およびフィルム１７が順に配置される。
【００２４】
上記のサブミラー１５の反射方向には、焦点検出光学系１８が配置され、焦点検出光学系１８の再結像面には、イメージセンサ１９が配置される。
イメージセンサ１９の画像出力はマイクロプロセッサ２０に接続され、マイクロプロセッサ２０の第１の駆動出力は、ドライブ回路（不図示）などを介して、ＡＦモータ２１に接続される。
【００２５】
ＡＦモータ２１の回転力は、レンズマウント部を介して、レンズ鏡筒１２内のレンズ駆動機構２２に伝達される。このレンズ駆動機構２２は、撮影光学系１３内の焦点調節ブロックを前後にカム駆動する。
このＡＦモータ２１の回転軸には、回転数を検出するエンコーダ２３が取り付けられ、エンコーダ２３のパルス出力は、マイクロプロセッサ２０に入力される。
【００２６】
また、マイクロプロセッサ２０の第２の駆動出力は、シーケンスモータ２４に接続され、シーケンスモータ２４の回転力は、シャッタ機構１６およびミラー駆動機構２５に伝達される。
マイクロプロセッサ２０の通信端子は、レンズマウント部を介して、レンズ鏡筒１２内のレンズマイコン２９と接続される。
【００２７】
その他、マイクロプロセッサ２０には、レリーズ釦２６，給送モータ２７，測光回路２８などが接続される。
【００２８】
図４は、第１の実施形態のメインルーチンを示す図である。
以下、図４に基づいて、第１の実施形態のメインルーチンを説明する。
【００２９】
マイクロプロセッサ２０は、電源投入時の初期化処理を行った後に（ステップＳ１）、カメラボディ１１のミラーダウンが完了するまで待機する（ステップＳ２）。
カメラボディ１１がミラーダウン状態になると、マイクロプロセッサ２０はレンズマイコン２９との通信を行って、焦点検出などに使用するパラメータを取り込む（ステップＳ３）。
【００３０】
この状態で、マイクロプロセッサ２０は、イメージセンサ１９の光電蓄積を開始させる（ステップＳ４）。
ここで、蓄積予定時間Ｔnextが経過すると（ステップＳ５）、マイクロプロセッサ２０は、イメージセンサ１９から画像出力を取り込む（ステップＳ６）。
マイクロプロセッサ２０は、この画像出力に対し公知の相関演算を施して、デフォーカス量を算出する（ステップＳ７）。
【００３１】
マイクロプロセッサ２０は、このデフォーカス量に比例定数を乗ずるなどして、ＡＦモータ２１の残駆動量を算出する（ステップＳ８）。
マイクロプロセッサ２０は、この残駆動量に応じてＡＦモータ２１を制御して、撮影光学系１３の焦点調節ブロックを合焦位置まで駆動する（ステップＳ９）。
次に、マイクロプロセッサ２０は、被写体の測光および露出演算などを行う（ステップＳ１０）。
【００３２】
マイクロプロセッサ２０は、上記の動作をステップＳ２に戻って繰り返す。
このようなメインルーチンの実行中に、レリーズ釦２６が押圧されると、下記の割り込み処理が発生する。
図５は、第１の実施形態における割り込み処理を示す図である。
図６は、第１の実施形態のタイミングチャートを示す図である。
【００３３】
以下、図５，図６に基づいて、上記の割り込み処理を説明する。
まず、マイクロプロセッサ２０は、イメージセンサ１９が光電蓄積中か否かを判定する（ステップＳ２１）。
イメージセンサ１９が光電蓄積中ならば、マイクロプロセッサ２０は、イメージセンサ１９の光電蓄積を強制的に終了させる（ステップＳ２２）。
【００３４】
次に、マイクロプロセッサ２０は、シーケンスモータ２４の駆動を開始して、ミラーアップなどのシーケンスを開始する（ステップＳ２３）。
上記のステップＳ２２において光電蓄積が中断されている場合（ステップＳ２４）、マイクロプロセッサ２０は、今回の光電蓄積時間が蓄積予定時間Ｔnextの所定比率（例えば、６割程度）を超えているか否かを判定する（ステップＳ２５）。
【００３５】
この所定比率は、イメージセンサ１９のＳ／Ｎなどに応じて予め設定される値である。
この判定結果により、今回の光電蓄積時間が蓄積予定時間Ｔnextの所定比率を超えると、信号電荷のＳ／Ｎは焦点検出に最低限十分な値と判断して、マイクロプロセッサ２０は、「焦点検出が可能である」と判定する。
【００３６】
一方、今回の光電蓄積時間が蓄積予定時間Ｔnextの所定比率を下回ると、信号電荷のＳ／Ｎは焦点検出に不十分な値となるので、マイクロプロセッサ２０は、「焦点検出が不可能である」と判定する。
上記の判定結果において、焦点検出が可能と判定された場合、マイクロプロセッサ２０は、下記の手順に従って、レリーズ直前の焦点検出を実行する。
【００３７】
まず、マイクロプロセッサ２０は、イメージセンサ１９の垂直転送路の信号電荷を順次転送させて、画像出力として取り込む（ステップＳ２６）。
マイクロプロセッサ２０は、この画像出力に対し公知の相関演算を施して、デフォーカス量を算出する（ステップＳ２７）。
マイクロプロセッサ２０は、このデフォーカス量から残駆動量を求めてＡＦモータ２１を駆動し、レリーズ直前の焦点調節を行う（ステップＳ２８，２９）。
【００３８】
一方、ステップＳ２５において、焦点検出が不可能と判定された場合、マイクロプロセッサ２０は、レリーズ直前の焦点検出を実行せずに、イメージセンサ１９の垂直転送路に転写された信号電荷を排出する（ステップＳ３０）。
以上の動作に続いて、マイクロプロセッサ２０は、絞り制御を実行する（ステップＳ３１）。
【００３９】
この状態で、マイクロプロセッサ２０は、ミラーアップの完了を待って（ステップＳ３２）、シャッタ機構１６を開閉し、フィルム１７を露光させる（ステップＳ３３）。
次に、マイクロプロセッサ２０は、次回のレリーズ動作に備えて、シャッタチャージおよびフィルム給送を行う（ステップＳ３４）。
【００４０】
この状態で、マイクロプロセッサ２０は、割り込み処理の戻り番地をステップＳ２に変更して、割り込み処理を終了する（ステップＳ３５）。
以上の割り込み処理により、第１の実施形態では、レリーズ操作に伴って、レリーズ直前のデフォーカス量が適切に検出される。
したがって、カメラ側では、レリーズ直前の最新のデフォーカス量に基づいて焦点調節を行うことができ、合焦精度の向上を図ることができる。
【００４１】
また、レリーズ直前までの光電蓄積時間に対応して、デフォーカス量が検出可能か否かを判定するので、レリーズ直前のデフォーカス量が検出可能か否かを適切に判定することができる。
（第２の実施形態）
図７は、第２の実施形態の割り込み処理を示す図である。
【００４２】
なお、第２の実施形態の構成は、マイクロプロセッサ２０の内部機能の一部を除いて、図３に示した構成と同一なので、構成の説明を省略する。また、第２の実施形態のメインルーチンは、図４に示したメインルーチンと同一なので、メインルーチンの説明も省略する。
【００４３】
このような第２の実施形態における動作上の特徴点は、マイクロプロセッサ２０が、画像出力の信号レベルを閾値判定することにより、焦点検出が可能か否かを判定している点である（ステップＳ４６）。
【００４４】
以上の動作により、第２の実施形態では、上述した第１の実施形態とほぼ同様の効果を得ることができる。
なお、上述した実施形態では、「光電蓄積時間」もしくは「画像出力の信号レベル」に基づいて、焦点検出の可能性を判定しているが、それに限定されるものではない。例えば、一組の光像に対して相関演算を施し、一組の光像の相関度が高い場合に、焦点検出が可能であると判定してもよい。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、焦点検出装置では、レリーズ直前の信号電荷を画像出力として読み出し、その画像出力に基づいて焦点調節状態の検出を行うので、レリーズ直前における最新の焦点調節状態を検出することができる。
【００４６】
したがって、カメラ側では、最新の焦点検出結果に基づいて焦点調節を行うことができ、合焦精度の向上を図ることができる。
特に、被写体が暗い場合、イメージセンサの予定蓄積時間Ｔnextは長くなり、焦点調節状態の検出サイクルは一律に長くなる。このような状態においても、レリーズ直前の最新の焦点検出結果を用いて焦点調節を行うことができるので、合焦精度の高い焦点調節を適切に行うことができる。
【００４７】
さらに、焦点検出装置では、レリーズ直前の焦点調節状態が検出可能か否かを判定するので、信頼性の低いレリーズ直前の焦点検出結果が適切に排除され、焦点調節を誤るなどの不具合を確実に防止することができる。
【００４８】
請求項３にかかわる焦点検出装置では、レリーズ直前における光電蓄積時間の長短に対応して、焦点調節状態が検出可能か否かを判定するので、焦点調節状態が検出可能か否かを迅速かつ簡便に判定することができる。
したがって、焦点検出演算を実施する前に、焦点調節状態が検出可能か否かを判定できるので、複雑な焦点検出演算を無駄に実施する必要がなくなる。
【００４９】
請求項４にかかわる焦点検出装置では、イメージセンサの画像出力の信号レベルに対応して、焦点調節状態が検出可能か否かを判定するので、焦点調節状態が検出可能か否かを迅速かつ簡便に判定することができる。
したがって、焦点検出演算を実施する前に、焦点調節状態が検出可能か否かを判定できるので、複雑な焦点検出演算を無駄に実施する必要がなくなる。
以上説明したように、本発明の焦点検出装置を適用したカメラは、レリーズ直前における最新の焦点調節状態を適切に検出し、高精度かつ的確な焦点調節を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 原理ブロック図である。
【図２】 原理ブロック図である。
【図３】 第１の実施形態を示す図である。
【図４】 第１の実施形態のメインルーチンを示す流れ図である。
【図５】 第１の実施形態の割り込み処理を示す図である。
【図６】 第１の実施形態のタイミングチャートを示す図である。
【図７】 第２の実施形態の割り込み処理を示す図である。

Claims (5)

1. カメラの撮影光学系から入射された撮影光束を瞳分割し、分割後の光束を個々に再結像して、一組の光像を形成する焦点検出光学系と、
   前記焦点検出光学系により形成された一組の光像を光電蓄積するイメージセンサと、
   前記イメージセンサから画像出力を取り込み、前記一組の光像の像間隔に基づいて前記撮影光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段と
   を備えた焦点検出装置において、
   前記イメージセンサの画像出力に基づいて前記撮影光学系の焦点調節状態が検出可能か否かを判定する判定手段を備え、
   前記焦点検出手段は、
   前記カメラのレリーズ動作に際して前記イメージセンサの光電蓄積を中断し、前記判定手段によって検出可能と判断された場合に、前記中断した時点における画像出力に基づいて前記焦点調節状態を検出する
   ことを特徴とする焦点検出装置。
2. カメラの撮影光学系から入射された撮影光束を瞳分割し、分割後の光束を個々に再結像して、一組の光像を形成する焦点検出光学系と、
   前記焦点検出光学系により形成された一組の光像を光電蓄積するイメージセンサと、
   前記イメージセンサから画像出力を取り込み、前記一組の光像の像間隔に基づいて前記撮影光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段と
   を備えた焦点検出装置において、
   前記焦点検出手段は、
   前記カメラのレリーズ動作に応じて、前記イメージセンサが光電蓄積中であれば光電蓄積を中断し、かつ焦点検出可能であるときは、その時点における前記イメージセンサの画像出力に基づいて前記撮影光学系の焦点調節状態を検出する
   ことを特徴とする焦点検出装置。
3. 請求項１に記載の焦点検出装置において、
   前記判定手段は、
   前記イメージセンサの光電蓄積時間に応じて、焦点調節状態が検出可能か否かを判定する
   ことを特徴とする焦点検出装置。
4. 請求項１に記載の焦点検出装置において、
   前記判定手段は、
   前記イメージセンサの画像出力の信号レベルに応じて、焦点調節状態が検出可能か否かを判定する
   ことを特徴とする焦点検出装置。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の焦点検出装置を備えたことを特徴とするカメラ。

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