JP4642547B2

JP4642547B2 - 焦点検出装置

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Publication number: JP4642547B2
Application number: JP2005143684A
Authority: JP
Inventors: 哲央菊地
Original assignee: Olympus Imaging Corp
Current assignee: Olympus Imaging Corp
Priority date: 2005-05-17
Filing date: 2005-05-17
Publication date: 2011-03-02
Anticipated expiration: 2025-05-17
Also published as: JP2006322970A

Description

本発明は、焦点検出装置に関し、特に撮影画面内における複数の測距点の焦点状態を検出可能な焦点検出装置に関する。

撮影画面に対し複数の測距点を配置することで、撮影画面内の複数の点に対する焦点状態検出を行うことができるカメラの焦点検出装置が種々提案されている。例えば、特許文献１は、位相差方式における５点測距を実現した例である。

また、特許文献２では、撮影画面内の水平方向の焦点検出領域に対応する水平センサ列対と、撮影画面内の垂直方向の焦点検出領域に対応する垂直センサ列対とを用いることにより、位相差方式における多点測距と焦点検出の精度の向上とを実現している。
特開平５−１００１５９号公報特開平９−１８４９６５号公報

近年、更なる多点測距及び広視野化の実現のため、測距点の数は、増加の一途をたどっている。また、高精度の焦点検出を実現するためには、全測距点において、水平方向の焦点検出と垂直方向の焦点検出とを行う必要がある。ここで、特許文献１の手法は、黄金分割や３等分割を得るための測距点配置であり、水平方向の焦点検出と垂直方向の焦点検出を行っているのは、中央の測距点のみである。また、特許文献２の手法は、水平センサ列と垂直センサ列の射出瞳における被写体光束の位置が異なっており、水平センサ列のほうが垂直センサ列に比べて焦点検出精度が高い。しかしながら、水平センサ列は、撮影画面内の中央付近の焦点状態のみを検出するものである。

これらに対し、更なる広視野化を行う場合には、焦点検出装置に設けられたＡＦ光学系における２次結像系の光路長が増大する。この理由を以下に説明する。

例えば、図１７のような２３点の測距点の焦点状態を水平センサ列と垂直センサ列とを用いて検出するためのＡＦセンサのセンサ列の配置は図１８に示すものとなる。図１８のようなセンサ列の配置において、視野マスクの開口部の形状を図１９のような矩形とした場合には、図１８の破線枠の範囲（水平方向ｌｓ横、垂直方向ｌｓ縦の範囲）に視野マスクの開口部を通過した被写体光束が照射される。ここで、広視野を実現するためには、視野マスクの開口部を通過した被写体光束がセンサ面上に到達する範囲（即ち、図１８の破線枠の範囲）を広くする必要がある。ここで、図１８の破線枠の範囲を広げる場合、水平センサ列同士と垂直センサ列同士において迷光が発生しないようにするためには、合焦時の２像間隔である基準２像間隔値（図１８の水平方向ｌｚ横及び垂直方向ｌｚ縦）を長くする必要がある。

図２０は、ＡＦ光学系の２次結像系を模式的に示した図である。基準２像間隔値ｌｚは、コンデンサレンズ１１７から射出される被写体光束の射出角度θによってほぼ決定される。また、コンデンサレンズ１１７から射出される被写体光束の射出角度θは、被写体光束が撮影レンズを通過するときの射出瞳位置における被写体光束の位置ｌｐと撮影レンズとＡＦ光学系の１次結像面との距離（光路長）Ｌｔとでほぼ決定される。ここで、被写体光束の瞳位置ｌｐと光路長Ｌｔとは、交換レンズの設計時に確定される値であり、交換レンズの製造後は変更できるものではない。したがって、位置ｌｐと光路長Ｌｔを変更することによって角度θを変更することはできない。なお、ＡＦ光学系の構成によっては、例えばコンデンサレンズ１１７のパワーにより角度θを微小に変更することができる。しかしながら、被写体光束は図２０に示すようにコンデンサレンズ１１７の近軸上を通過するため、ほとんど被写体光束の屈折は起こらない。したがって、角度θを大きく変更することは不可能である。即ち、基準２像間隔値ｌｚを長くするためには、２次結像系の光路長Ｌを長くするしかない。

このように、２次結像系の光路長Ｌは、基準２像間隔値によりほぼ決定されるので、焦点検出装置の小型化のためには、基準２像間隔値を低減する必要がある。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、広視野化を実現しつつ、基準２像間隔値を低減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。

上記の目的を達成するために、本発明の第１の態様による焦点検出装置は、撮影画面内の複数の測距点における被写体の焦点状態を検出する焦点検出装置において、上記撮影画面の略水平方向の焦点検出領域に対応する複数対の第１のセンサ列と、上記撮影画面の略垂直方向の焦点検出領域に対応する複数対の第２のセンサ列とを含む焦点検出用センサと、撮影光学系の１次結像面上に設けられ、上記撮影光学系を通過した被写体光束の上記焦点検出用センサへの照射範囲を規制する略六角形状の開口部を有する視野マスクと、を具備し、上記視野マスクにより規制される上記第１のセンサ列に対応する略六角形状の照射範囲と、上記第２のセンサ列に対応する略六角形状の照射範囲とを、略六角形状の照射範囲の六角形に対応する辺のうちの、撮影画面の略水平方向及び略垂直方向に対応しない辺と、撮影画面の略水平方向または略垂直方向に対応する辺とでなる頂点同士が近接するように構成し、上記第１のセンサ列及び第２のセンサ列は、上記視野マスクの開口部の形状で規制される略六角形状の照射範囲内に対応して上記焦点検出用センサにそれぞれ配置されることを特徴とする。

この第１の態様によれば、広視野化を実現しつつ、基準２像間隔値を低減することができる。

本発明によれば、広視野化を実現しつつ、基準２像間隔値を低減することができる焦点検出装置を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る焦点検出装置を有するカメラにおける、焦点状態検出動作に関する構成について示した図である。ここで、図１はレンズ交換式の一眼レフレクスカメラを想定して図示したものである。即ち、図１のカメラは、交換レンズ１０１とカメラボディ１１０とから構成されている。

交換レンズ１０１は、カメラボディ１１０の前面に設けられた図示しないカメラマウントを介してカメラボディ１１０に着脱自在に構成されている。この交換レンズ１０１の内部には、フォーカスレンズ１０２と、レンズ駆動部１０３と、レンズＣＰＵ１０４とが設けられている。

撮影レンズとしてのフォーカスレンズ１０２は、撮影光学系に含まれる焦点調節用のレンズであり、レンズ駆動部１０３内の図示しないモータによってその光軸方向（図１の矢印方向）に駆動される。ここで、実際の撮影光学系は複数のレンズから構成されているが、図１ではフォーカスレンズ１０２のみを図示している。レンズ駆動部１０３は、モータとその駆動回路（モータドライバ）とから構成されている。レンズＣＰＵ１０４は、レンズ駆動部１０３の制御などを行う制御回路である。このレンズＣＰＵ１０４は、通信コネクタ１０５を介してカメラボディ１１０内のＡＦコントローラ１２２と通信可能に構成されている。レンズＣＰＵ１０４からＡＦコントローラ１２２へは、例えばレンズＣＰＵ１０４に予め記憶された、フォーカスレンズの製造ばらつき情報やフォーカスレンズの収差情報などのレンズデータが通信される。

また、カメラボディ１１０は、以下のように構成されている。
メインミラー１１１は、回動可能に構成され、その中央部がハーフミラーで構成されたミラーである。メインミラー１１１がダウン位置（図示の位置）にあるときには、交換レンズ１０１内のフォーカスレンズ１０２を介してカメラボディ１１０内に入射した図示しない被写体からの光束の一部が、メインミラー１１１で反射されて、フォーカシングスクリーン１１２、ペンタプリズム１１３を介して接眼レンズ１１４に至る。これにより、図示しない被写体の状態を観察することができる。

また、メインミラー１１１に入射した光束の一部はハーフミラー部を透過して、メインミラー１１１の背面に設置されたサブミラー１１５で反射されて自動焦点検出（ＡＦ）を行うためのＡＦ光学系に導かれる。ＡＦ光学系は、視野マスク１１６と、コンデンサレンズ１１７と、全反射ミラー１１８と、セパレータ絞り１１９と、セパレータレンズ１２０とから構成されている。また、ＡＦ光学系の後方には、ＡＦセンサ１２１が配置されている。

図２は、図１のカメラで用いられるＡＦ光学系の２次結像系を模式的に示した図である。サブミラー１１５で反射された光束は１次結像面上に結像される。この１次結像面上に、視野マスク１１６が配置されている。視野マスク１１６では、入射した光束のＡＦセンサ１２１への照射範囲が規制される。この視野マスク１１６については後で詳しく説明する。

視野マスク１１６を介して入射した被写体の光束は、コンデンサレンズ１１７において集光され、全反射ミラー１１８で反射された後、図示しないセパレータ絞りにおいて瞳分割される。セパレータ絞りで瞳分割された被写体の光束は、セパレータレンズ１２０によって集光されてＡＦ光学系の後方に配置された焦点検出用センサとしてのＡＦセンサ１２１の所定領域に入射する。このＡＦセンサ１２１については後で詳しく説明する。

ＡＦセンサ１２１においては、被写体からの光束が光電変換によってアナログの電気信号に変換される。ＡＦセンサ１２１の出力は、ＡＦコントローラ１２２に入力される。ＡＦコントローラ１２２では、デフォーカス量の演算が行われる。このＡＦコントローラ１２２の動作制御はシステムコントローラ１２３によって行われる。

また、ＡＦコントローラ１２２で得られたデフォーカス量はレンズＣＰＵ１０４に通信される。レンズＣＰＵ１０４では、通信されたデフォーカス量に基づいてフォーカスレンズ１０２を駆動するためのモータの駆動量が演算される。このモータの駆動量に基づいてレンズ駆動部１０３を介してフォーカスレンズ１０２が合焦駆動される。

また、図１において、メインミラー１１１がフォーカスレンズ１０２の光路上から退避するアップ位置にある時には、フォーカスレンズ１０２を介して入射した被写体からの光束が撮像素子１２４に結像して光電変換される。これによって得られた信号がシステムコントローラ１２３に入力されて所定の画像処理が施される。

次に、ＡＦセンサについて説明する。図３は、本発明の一実施形態に係る焦点検出装置におけるＡＦセンサのセンサ列配置について示した図である。図３に示すＡＦセンサは、撮影画面の水平方向に沿って配置された水平方向基準部センサ列Ａ２００ａ及び水平方向参照部センサ列Ｂ２００ｂからなる第１のセンサ列としての水平方向センサ列と、撮影画面の垂直方向に沿って配置された垂直方向基準部センサ列Ｃ２００ｃ及び垂直方向参照部センサ列Ｄ２００ｄからなる第２のセンサ列としての垂直方向センサ列とから構成されている。ここで、第１のセンサ列を構成する水平方向基準部センサ列Ａ２００ａ及び水平方向参照部センサ列Ｂ２００ｂはそれぞれ、ｎ＝１〜１９の１９個のアイランドから構成されている。このアイランドは、撮影画面内の各測距点に対応するセンサ領域である。各アイランドは、数１０程度の画素が横並びに配置されたラインセンサを、画素の並び方向と垂直な方向に３列有している。また、後述するように、この３列のラインセンサは、精度向上のために互いに１／２画素分ずつずらして配置されている（図１０）。また、第２のセンサ列を構成する垂直方向基準部センサ列Ｃ２００ｃ及び垂直方向参照部センサ列Ｄ２００ｄはそれぞれ、ｎ＝２０〜３８の１９個のアイランドから構成されている。ここで、図３のセンサ列は図１８に対して撮影画面の４隅を検出するための４隅のアイランドが除外されており、これによって生じた空き部分だけ、各センサ列を撮影画面中央部方向によせて配置するようにして、基準２像間隔値（ｌｚ横とｌｚ縦）を短くするようにしている。なお、ｌｓ横とｌｓ縦の長さは、図１８と変わらない。これは、水平方向センサ列対に入射する被写体光束がフォーカスレンズ１０２を通過するときの射出瞳径と垂直方向センサ対に入射する被写体光束がフォーカスレンズ１０２を通過するときの射出瞳径とが等しくなることを意味している。

図４（ａ）及び図４（ｂ）は、図３のセンサ列配置で焦点検出可能な測距点の配置について示した図である。

まず、図４（ａ）は、撮影画面の４隅近傍を除く１９点を測距点とする例である。ここで、撮影画面の４隅近傍の測距点は、実際の写真撮影時には余り必要とされない点であり、これらの測距点を除外しても、実際の写真撮影においては余り影響がないと考えられる。なお、図４（ａ）の例では１９点の全ての焦点状態を水平方向センサ列と垂直方向センサ列の両方のセンサ列を用いて検出することができる。

また、図４（ｂ）は撮影画面の４隅近傍に対応する測距点を除外する点は図４（ａ）と同様であるが、その分だけ撮影画面上端及び下端の測距点を撮影画面中央付近に集めることによって多点測距（例では２５点）を行うようにしている。ただし、水平方向センサ列と垂直方向センサ列とは、ともにアイランドの数が１９個なので、図４（ｂ）に示す一部の測距点の焦点状態は水平方向センサ列のアイランド若しくは垂直方向センサ列のアイランドの何れか一方のみで検出する。

ここで、図３では、４つのセンサ列をそれぞれ撮影画面の中央方向に近づけているので、視野マスク１１６の開口部形状を従来のような矩形とすると、迷光が発生してしまうおそれがある。そこで、本一実施形態では、視野マスク１１６の開口部を通過した被写体光束の照射範囲が図３の破線枠で示した形状になるように視野マスク１１６の開口部の形状を決定している。即ち、本一実施形態では、図３の破線枠で示した形状と略一致するような、図５（ａ）に示す開口部１１６ａを有する視野マスク１１６を用いる。

なお、図４（ａ）の測距点の場合には、図５（ａ）に示したような形状の他に、図５（ｂ）に示すような略六角形状の開口部１１６ｂを有する視野マスク１１６を用いても良いし、図５（ｃ）に示すような略楕円形状の開口部１１６ｃを有する視野マスク１１６を用いても良い。これは、ＡＦセンサ面上における被写体像は、２次結像系の収差などによりボケがあるので、視野マスクの開口部形状をアイランドの形状と同一とする必要がないためである。

また、セパレータ絞り１１９の開口部１１９ａの形状は、図６のような矩形で良い。これは、セパレータ絞り１１９が不要な被写体光束がセパレータレンズ１２０に入射することを防止するための機能を持つだけであり、視野マスク１１６の開口部の形状と一致させる必要がないためである。ただし、セパレータ絞り１１９の配置位置により、開口部の位置や大きさは適宜決定する必要がある。

図７は、本発明の一実施形態に係る焦点検出装置における２像間隔値と光路長との関係と従来例の２像間隔値と光路長との関係を比較して示す図である。ここで、図７の関係は、水平方向センサ列と垂直方向センサ列ともに共通の関係となる。以上説明したようなセンサ列配置、視野マスクを用いることによって、基準部のセンサ列と参照部のセンサ列とを参照符号１２１ｂで示した状態から参照符号１２１ａで示した状態まで近づけることができる。これにより、ｌｓの値を変えずに２像間隔値を例えば図７のｌｚ_２からｌｚ_１まで短くすることができる。この場合には、広視野を維持しつつ、２次結像系の光路長をＬ２からＬ１まで短くすることができる。例えば、図３の例に示すセンサ列配置では、図１８の例よりも約９％光路長を短縮することが可能である。

図８は、図３の水平方向基準部センサ列Ａ２００ａと水平方向参照部センサ列Ｂ２００ｂの一部（それぞれ５個のアイランドからなる）のセンサ回路構成について示す図である。ここで、図８に示すｎは図３のｎに対応している。なお、図３において、図８に示す部分以外のセンサ回路は、アイランドの番号が異なる以外は図８の回路構成と同じものである。

図８に示すように、本一実施形態では１つのアイランド当たり３つのラインセンサ２０１〜２０３が平行に配置されている。また、３つのラインセンサは、図１０に示すように、ラインセンサ２０２を他のラインセンサよりも１／２画素分ずらして配置するようにしている。このように各アイランドにおける３つのラインセンサを千鳥状に配置することにより、焦点検出の精度を向上させることができる。また、図８に示すように、ラインセンサ２０２とラインセンサ２０３との間には、モニタ用のフォトダイオード部２０４が配置されている。

また、図８において、各アイランドには、複数のフォトダイオードから構成されるフォトダイオード部２０１−１が設けられている。各フォトダイオードは、画素を構成するものであり、フォトダイオード部２０１−１では、各フォトダイオードに入射した被写体の光束の光量に応じた電荷が得られる。フォトダイオード部２０１−１で得られた光電荷は電荷蓄積部２０１−２に蓄積される。

ここで、電荷蓄積部２０１−２の電荷蓄積量は、モニタ用のフォトダイオード部２０４によってモニタされている。このモニタ用のフォトダイオード部２０４の出力は、積分時間制御回路２０９に出力される。積分時間制御回路２０９は、モニタ用のフォトダイオード部２０４の出力が所定の閾値以上になったか否かを判定して、モニタ用のフォトダイオード部２０４の出力が閾値以上になった場合に電荷蓄積（積分動作）を終了させる。また、モニタ用のフォトダイオード部２０４の出力が閾値以上でなくとも所定の積分時間を計時した場合にも電荷蓄積を終了させる。なお、電荷蓄積を終了させるための閾値や積分時間は変更可能である。

電荷蓄積が終了すると、電荷蓄積部２０１−２の後段に接続された転送スイッチ２０１−３が閉じられて電荷蓄積部２０１−２に蓄積された光電荷が電荷転送路２０５に転送される。

電荷転送路２０５においてはシフトパルスが印加される毎に、光電荷が１画素ずつ電荷・電圧変換アンプ２０６に転送されて電圧信号に変換される。電荷・電圧変換アンプ２０６において変換された電圧信号は増幅回路（図ではＡＭＰと示している）２０７において所定の増幅率（例えば、１倍、２倍、４倍、８倍の何れかが選択される）で増幅された後、出力選択回路２０８に入力される。

出力選択回路２０８においては、画素単位で入力されてきた電圧信号が温度センサ２１０で検出された温度に基づいて温度補償され、これによって得られた出力電圧ＶＮが後段のＡＦコントローラ１２２に出力される。

次に、デフォーカス量の演算手法について説明する。まず、デフォーカス量の演算に先立って相関演算が行われる。この相関演算は、アイランドを複数の相関演算枠に分割して行う。図９に相関演算枠の分割の概念図を示す。ここで、図９（ａ）は水平方向センサ列内のアイランドにおける分割の様子を示し、図９（ｂ）は垂直方向センサ列内のアイランドにおける分割の様子を示している。図９（ａ）及び図９（ｂ）の例では、１つのアイランドを中央相関演算枠３０１、右相関演算枠３０２、及び左相関演算枠３０３の３つに分割している。このように分割して相関演算を行う理由は、１つのアイランド内に複数の遠近混在した被写体の光束が入射した場合でも正しく相関演算を行えるようにするためである。

また、上述したように本一実施形態では、各アイランドを、３つのラインセンサ２０１〜２０３を千鳥状に配置して構成している。このような場合、隣り合う２ライン（ラインセンサ２０１とラインセンサ２０２、ラインセンサ２０２とラインセンサ２０３）を１組として考えることができる。

１組のラインセンサにおける同一相関演算枠内に被写体の同一部位からの光束が入射している場合には、該１組のラインセンサを１つのラインセンサと見なすことができる。この場合には、１画素毎交互にセンサデータを読み出して相関演算を行うようにする。以後、このような演算の手法を千鳥演算と称することにする。

図１０は、千鳥演算を行う場合のセンサデータの読み出し順の考え方について示した図である。千鳥演算を行う場合には、まずラインセンサ２０１とラインセンサ２０２を１つのラインセンサと見なして１画素毎交互にセンサデータの読み出しを行う。図１０の場合では、画素１、画素２、画素４、画素５…画素１１、画素１３、画素１４…の順で読み出しを行う。ラインセンサ２０１とラインセンサ２０２の組のセンサデータを読み出した後は、ラインセンサ２０２とラインセンサ２０３を１つのラインセンサと見なして１画素毎交互にセンサデータの読み出しを行う。図１０の場合では、画素２、画素３、画素５、画素６…画素１２、画素１４、画素１５…の順で読み出しを行う。

また、１組のラインセンサにおける同一相関演算枠内に被写体の同一部位からの光束が入射していない場合には、該１組のラインセンサを１つのラインセンサと見なすことができないので、ラインセンサ２０１〜ラインセンサ２０３をそれぞれ別のラインセンサとしてセンサデータの読み出しを行う。図１０の場合では、画素１、画素４、画素７、画素１０、画素１３…の順で読み出しを行う。その後、同様にしてラインセンサ２０２、ラインセンサ２０３のセンサデータの読み出しを行う。

図１１は、千鳥ラインセンサのセンサデータ処理の手順について示すフローチャートである。この処理は、ＡＦコントローラ１２２内部及びシステムコントローラ１２３内部で行われる。

図１１の処理においては、図３のｎ番目のアイランドを構成する３つのラインセンサのライン番号を示すパラメータｋに１をセットする（ステップＳ１）。即ち、ｋは１〜３をとるパラメータであり、本一実施形態の例では、ｋ＝１がラインセンサ２０１、ｋ＝２がラインセンサ２０２、ｋ＝３がラインセンサ２０３に対応する。

ｋに１をセットした後、被写体に類似性があるか又は被写体距離が異なっているか否かを示すパラメータＮＧを０にリセットする（ステップＳ２）。次に、隣り合う１組のラインセンサ（ｋ番目のラインセンサとｋ＋１番目のラインセンサ初回はラインセンサ２０１とラインセンサ２０２となる）のセンサデータに類似性があるか否かを判定する（ステップＳ３）。この類似性の判定は、各相関演算枠内において、隣り合う１組のラインセンサ同士で相関演算を行い、この相関演算の結果、最大の相関が成り立つ相関値の信頼性を判定することにより行う。ここで、相関演算は、

の式において、シフト量−４〜＋４の範囲における相関値Ｆの最小値を求めれば良い。なお、（式１）のＤ_ｋ（ｉ）はｋ番目のラインセンサのセンサデータであり、Ｄ_ｋ＋１（ｉ）はｋ＋１番目のラインセンサのセンサデータである。

例えば、ｋ番目のラインセンサのセンサデータが図１２（ａ）の参照符号４０１−１に示すものであり、ｋ＋１番目のラインセンサのセンサデータが図１２（ａ）の参照符号４０１−２に示すものである場合には、シフト量が＋１のときに（式１）で演算される相関値Ｆが最小となる。このとき、図１２（ｂ）に示す相関量が最も高くなる。

また、信頼性は、被写体が高コントラストであり、また繰り返しパターンでなく、かつ（式１）の最小値が所定の閾値よりも小さい場合に、信頼性が高く、隣り合う１組のラインセンサのセンサデータには類似性があると判定される。

ステップＳ３の判定において、隣り合う１組のラインセンサのセンサデータに類似性がある場合には、ステップＳ３をステップＳ４に分岐して、隣り合う１組のラインセンサのそれぞれで得られた２像間隔値が同一であるか否かを判定する（ステップＳ４）。このために、ｋ番目のラインセンサとｋ＋１でそれぞれ個別に２像間隔値を演算する。この２像間隔値は、上記（式１）と同様の相関演算を基準部のアイランドと参照部のアイランドとの間で行ったときに最大相関が得られるシフト量から求めることができる。即ち、

の式において最大相関が得られるシフト量（（式２）の相関値Ｆが最小となるシフト量）を求めればよい。なお、（式２）の場合にはシフト量の範囲を相関演算枠の範囲内とする。また、（式２）のＤＬ（ｉ）は基準部のアイランドのセンサデータであり、ＤＲ（ｉ）は参照部のアイランドのセンサデータである。

２像間隔値をラインセンサ毎に求めた後、ｋ番目のラインセンサで得られた２像間隔値とｋ＋１番目のラインセンサで得られた２像間隔値とが同一であるか否かを判定する。この判定は、まずｋ番目のラインセンサで得られた２像間隔値とｋ＋１番目のラインセンサで得られた２像間隔値の平均値を演算し、この平均値とラインセンサ毎に求めたそれぞれの２像間隔値との差分が、所定の閾値よりも小さいか否かを判定することにより行う。

ステップＳ４の判定において、２像間隔値が同一である場合には、ステップＳ４をステップＳ５に分岐して、ｋ番目のラインセンサのセンサデータとｋ＋１番目のラインセンサのセンサデータとを合成して基準部と参照部との間で相関演算を行い、合成の２像間隔値を算出する（ステップＳ５）。このセンサデータの合成は、図１３に示すようにしてステップＳ１の類似性判定の際に得られたシフト量分だけ一方のセンサデータをずらして合成することにより行う。このように合成を行うことにより、見かけ上の画素ピッチを合成前の１／２にすることができる。なお、相関演算の後には、ステップＳ３の手法と同様にして信頼性を判定するようにすることが好ましい。

また、ステップＳ３の判定において隣り合う１組のラインセンサのセンサデータに類似性がない場合又はステップＳ４の判定において隣り合う１組のラインセンサでそれぞれ得られた２像間隔値が同一でない場合には、ステップＳ６に分岐して、ＮＧに１を加えた後（ステップＳ６）、ステップＳ４の判定のときと同様にしてｋ番目のラインセンサとｋ＋１番目のラインセンサのそれぞれで２像間隔値を算出する（ステップＳ７）。この場合も相関演算の後には、ステップＳ３の手法と同様にして信頼性を判定するようにすることが好ましい。ただし、ステップＳ７の信頼性判定における所定閾値は、ステップＳ５の信頼性判定における所定閾値よりも小さいものを用いるようにする。

以上の処理の後にｋに１を加え（ステップＳ８）、ｋが３になったか否か、即ち全ラインについて処理が終了したか否かを判定する（ステップＳ９）。ステップＳ９の判定において、ｋが３でない場合には、ステップＳ３に戻り、次の隣り合う１組のラインセンサ（つまりラインセンサ２０２とラインセンサ２０３）についてステップＳ３〜ステップＳ７の処理を行う。一方、ステップＳ９の判定において、ｋが３である場合には、ステップＳ９をステップＳ１０に分岐して、ＮＧが０であるか否かを判定する（ステップＳ１０）。

ステップＳ１０の判定においてＮＧが０である場合には、ラインセンサ２０１とラインセンサ２０２、ラインセンサ２０２とラインセンサ２０３の両方の組で千鳥演算が行われている場合である。この場合には、２回の演算によって求められた２つの合成の２像間隔値を信頼性で加重加算平均して最終的な２像間隔値を求める（ステップＳ１１）。つまり、

の演算を行う。なお、ステップＳ１１の演算は、加重加算平均ではなく、２つの合成の２像間隔値を単に平均するだけでも良い。加重加算平均を行うか単なる加算平均を行うかはシステムコントローラ１２３において決定される。

このように組となるラインセンサのセンサデータを合成して２像間隔値を求め、更に、２つの合成の２像間隔値を平均化することにより、１ラインのみで２像間隔値を求めたときに比べて２倍の精度向上を実現できる。

また、ステップＳ１０の判定においてＮＧが０でない場合には、ラインセンサ２０１とラインセンサ２０２、ラインセンサ２０２とラインセンサ２０３の少なくとも何れか一方の組で千鳥演算が行われていない。この場合には、ラインセンサ２０１〜ラインセンサ２０３の中で最至近を示す被写体の光束が入射したラインセンサで求められた２像間隔値を最終的な２像間隔値とする（ステップＳ１２）。

以上のような処理により、２像間隔値を求めることができる。２像間隔値が求められた後は、デフォーカス量を演算する。

まず、相関演算枠の選択を行う。ここでは、求められた２像間隔値の信頼性が高く、かつ複数ラインセンサで同一被写体を受光している相関演算枠を優先的に選択するようにする。このような相関演算枠を選択することにより、より高精度に焦点状態を検出することができる。

相関演算枠を選択した後、測距点の選択を行う。この測距点の選択は測距点の選択モードに応じて行われる。例えば、測距点選択モードがシングルポイントモードの場合には、撮影者によって指定された１点の２像間隔値を使用する。また、測距点選択モードがマルチモードの場合には、全測距点の中で信頼性の高いセンサデータを出力する測距点を選択し、更に選択された測距点の中で最至近の測距点を選択して、この測距点における２像間隔値をデフォーカス量の算出に使用する。ここで、最至近として選択された測距点の２像間隔値とほぼ同一な２像間隔値を持つ測距点が複数存在する場合には、これらの測距点の像は同一の被写体の像であると見なして、同一の２像間隔値を持つ複数の測距点の２像間隔値の平均値をデフォーカス量の算出に使用する。

このような測距点の選択の結果、得られた２像間隔値から、光学的に算出されたデフォーカス係数により、デフォーカス量を算出する。このようにして得られたデフォーカス量に対し、温度によるばらつきや、製造時のボディばらつき、製造時のフォーカスレンズのばらつきなどによるデフォーカス量の誤差の補正を行って、最終的なデフォーカス量を演算する。

デフォーカス量が算出された後は、算出されたデフォーカス量がレンズＣＰＵ１０４に送信される。この送信されたデフォーカス量に基づいてレンズＣＰＵ１０４によってレンズ駆動部１０３が制御されることにより、フォーカスレンズ１０２の合焦駆動が行われる。

次に、本一実施形態に係る焦点検出装置を搭載したカメラの電気回路構成について図１４を参照して説明する。
図１４は、本一実施形態に係る焦点検出装置を有するカメラの全体的な電気回路構成を示すブロック構成図である。なお、図１４は交換レンズとカメラボディとを区別せずに図示したものである。

図１４において、カメラの所定位置には上記フォーカスレンズを含むズームレンズ系５０１が配設されている。このズームレンズ系５０１は、上記フォーカスレンズを含む撮影光学系を１つのレンズによって代表して図示したものである。このズームレンズ系５０１はレンズ駆動部５０２によって駆動される。レンズ駆動部５０２はレンズＣＰＵ５０３によって制御される。

ズームレンズ系５０１の入射光の光路上にはＣＣＤ等の撮像素子５０４が配設されている。この撮像素子５０４は、撮像回路５０５、Ａ／Ｄコンバータ５０６を介してバスライン５０７に接続されている。バスライン５０７には、システムコントローラ５０８とＡＦコントローラ５０９が接続されている。また、ＡＦコントローラ５０９にはＡＦセンサ５１０が接続されている。更に、バスライン５０７には、各種の制御プログラムや各種データ処理用の情報等を記憶したＲＯＭ５１１、データの一時記憶用のＲＡＭ５１２、ドライブコントローラ５１３及びメディアドライブ５１４を介してディスク状又はカード状の記録媒体５１５が接続され、外部Ｉ／Ｆ部５１６を介して外部入出力端子５１７が接続され、ビデオエンコーダ５１８を介してビデオ出力端子５１９が接続され、ビデオエンコーダ５１８及びＬＣＤドライバ５２０を介してＬＣＤ表示部５２１が接続されている。

また、システムコントローラ５０８はカメラ全体の制御を司るものであり、レンズＣＰＵ５０３と通信可能に構成されている。更に、システムコントローラ５０８は、操作部ドライバ５２２を介してモード設定などのカメラに対して各指示の入力を行う操作部の操作状態を検出するためのダイヤル部５２３及びスイッチ部５２４、各部に電源を供給する電源部５２５とも接続されている。

また、電源部５２５には、外部からの電源供給を受けるための外部電源入力端子５２６が設けられている。更に、システムコントローラ５０８には閃光発光を行うためのストロボ発光部５２７が接続されている。

このような構成において、ＡＦセンサ５１０からのセンサ出力がＡＦコントローラ５０９に入力されると、ＡＦコントローラ５０９において上記したような各種演算が行われてデフォーカス量が算出され、算出されたデフォーカス量に基づいてレンズＣＰＵ５０３を介してレンズ駆動部５０２が制御されて、ズームレンズ系５０１内のフォーカスレンズのフォーカス駆動が行われる。

また、図示しない被写体の像がズームレンズ系５０１を介して撮像素子５０４に結像すると、この被写体像が光電変換された撮像信号として撮像素子５０４から出力される。この撮像信号が、後段の撮像回路５０５において処理され、更に、Ａ／Ｄコンバータ５０６においてデジタルの画像データに変換される。このデジタル画像データが、バスライン５０７を介してシステムコントローラ５０８に入力される。システムコントローラ５０８では、入力された画像データのＪＰＥＧ圧縮伸張処理等の各種信号処理等が行われる。ここで、システムコントローラ５０８による信号処理の際やＡＦコントローラ５０９におけるＡＦ演算の際には、各種データの一時的記憶用としてＲＡＭ５１２が用いられる。

また、画像データ等の記録用のディスク状又はカード状の記録媒体５１５がメディアドライブ５１４に装着されると、当該記録媒体５１５に画像データが記録され、或いは画像データが読み込まれることになる。このとき、ドライブコントローラ５１３により、メディアドライブ５１４の動作が制御される。記録媒体５１５から画像データが読み込まれた場合には、読み込まれた画像データがバスライン５０７を介してシステムコントローラ５０８に送られ、上記したのと同様の信号処理がなされる。

また、パソコン等の周辺機器は、外部入出力端子（例えばＵＳＢ端子）５１７、外部Ｉ／Ｆ部５１６を介してバスライン５０７に接続される。周辺機器の保持する画像データ等は、外部入出力端子５１７、外部Ｉ／Ｆ部５１６を介して取り込まれ、ドライブコントローラ５１３の制御の下、メディアドライブ５１４が駆動され、記録媒体５１５に記録されるようになっている。

更に、ビデオエンコーダ５１８では、Ａ／Ｄコンバータ５０６でＡ／Ｄ変換された画像信号、又は記録媒体５１５から読み出されシステムコントローラ５０８でＪＰＥＧ伸長処理された画像信号がエンコードされ、ＬＣＤ表示部５２１において所定の表示がなされる。このとき、ＬＣＤドライバ５２０によりＬＣＤ表示部５２１が駆動される。更に、このカメラでは、ビデオ出力端子５１９を介して映像信号の外部出力も可能となっている。

以上説明したように本一実施形態によれば、撮影に余り利用されない測距点に対応する撮影画面の４隅近傍の測距点を除外し、その空き分だけセンサ列を撮影画面の中央方向によせて配置することで、広視野を維持しつつ２像間隔値を短くすることができる。これにより、２次光学系の光路長を短くすることができ、焦点検出装置を小型化することができる。

以上実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。例えば、上記した実施形態では千鳥ラインセンサのラインセンサ数を３つとしているが、この数を増やしても良い。

また、測距点の配置の仕方も図４に示したものに限るものではない。例えば、測距点を図１５に示す９点とした場合には、図３のｎ＝１、ｎ＝３、ｎ＝４、ｎ＝７、ｎ＝８、ｎ＝１２、ｎ＝１３、ｎ＝１６、ｎ＝１７、ｎ＝１９と、ｎ＝２０、ｎ＝２１、ｎ＝２２、ｎ＝２３、ｎ＝２５、ｎ＝３３、ｎ＝３５、ｎ＝３６、ｎ＝３７、ｎ＝３８のアイランドを除外するようにし、また視野マスクの開口部の形状を図１６に示すような略菱形形状とすれば良い。このようにすれば、視野は狭くなるが更なる光路長の短縮を実現することができる。

さらに、上記した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適当な組合せにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。

本発明の一実施形態に係る焦点検出装置を有するカメラにおける、焦点状態検出動作に関する構成について示した図である。図１のカメラで用いられるＡＦ光学系の２次結像系を模式的に示した図である。本発明の一実施形態に係る焦点検出装置としてのＡＦセンサのセンサ列配置の例を示す図である。図３のＡＦセンサの検出する測距点について示した図である。視野マスクの開口部の形状について示す図である。セパレータ絞りの開口部の形状について示す図である。本発明の一実施形態の２像間隔値と光路長との関係と従来例の２像間隔値と光路長との関係の比較図である。図３の水平方向基準部センサ列と水平方向参照部センサ列の一部のセンサ回路構成について示す図である。相関演算枠の分割の概念図である。センサデータの読み出し順の考え方について示した図である。千鳥ラインセンサのセンサデータ処理の手順について示すフローチャートである。相関演算について説明するための図である。センサデータの合成について説明するための図である。本発明の一実施形態に係る焦点検出装置を有するカメラの全体的な電気回路構成を示すブロック構成図である。本発明の一実施形態の変形例における測距点配置について示す図である。本発明の一実施形態の変形例における視野マスクの開口部の形状について示す図である。従来例における測距点配置について示す図である。従来例におけるセンサ列配置について示す図である。従来例における視野マスクの開口部の形状について示す図である。従来例の２像間隔値と光路長との関係について示す図である。

符号の説明

１０１…交換レンズ、１０２…フォーカスレンズ、１０３…レンズ駆動部、１０４…レンズＣＰＵ、１０５…通信コネクタ、１１０…カメラボディ、１１１…メインミラー、１１２…フォーカシングスクリーン、１１３…ペンタプリズム、１１４…接眼レンズ、１１５…サブミラー、１１６…視野マスク、１１６ａ〜１１６ｃ…開口部、１１７…コンデンサレンズ、１１８…全反射ミラー、１１９…セパレータ絞り、１２０…セパレータレンズ、１２１…ＡＦセンサ、１２２…ＡＦコントローラ、１２３…システムコントローラ、１２４…撮像素子

Claims

撮影画面内の複数の測距点における被写体の焦点状態を検出する焦点検出装置において、
上記撮影画面の略水平方向の焦点検出領域に対応する複数対の第１のセンサ列と、上記撮影画面の略垂直方向の焦点検出領域に対応する複数対の第２のセンサ列とを含む焦点検出用センサと、
撮影光学系の１次結像面上に設けられ、上記撮影光学系を通過した被写体光束の上記焦点検出用センサへの照射範囲を規制する略六角形状の開口部を有する視野マスクと、
を具備し、
上記視野マスクにより規制される上記第１のセンサ列に対応する略六角形状の照射範囲と、上記第２のセンサ列に対応する略六角形状の照射範囲とを、略六角形状の照射範囲の六角形に対応する辺のうちの、撮影画面の略水平方向及び略垂直方向に対応しない辺と、撮影画面の略水平方向または略垂直方向に対応する辺とでなる頂点同士が近接するように構成し、
上記第１のセンサ列及び第２のセンサ列は、上記視野マスクの開口部の形状で規制される略六角形状の照射範囲内に対応して上記焦点検出用センサにそれぞれ配置されることを特徴とする焦点検出装置。
上記第１のセンサ列の照射範囲に対応する被写体光束が上記撮影光学系を通過するときの射出瞳径は、上記第２のセンサ列の照射範囲に対応する被写体光束が上記撮影光学系を通過するときの射出瞳径に等しいことを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
上記撮影画面内の複数の測距点は、上記撮影画面の４隅近傍に配置されていないことを特徴とする請求項１又は２に記載の焦点検出装置。