JP3696989B2 - 焦点検出装置とこれを用いたカメラ - Google Patents
焦点検出装置とこれを用いたカメラ Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はカメラ、ビデオ等の撮影装置、又は種々の観察装置の焦点検出装置に関するものである。さらに詳しくは、撮影画面又は観察画面上の広い範囲に渡り二次元的、連続的に焦点検出を可能とする焦点検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１２は従来の焦点検出装置が組み込まれたカメラの例を示したものである。
図中、１０１は対象画像を呼び込み撮影を行う対物レンズ、１０２は対物レンズ１０１からの画像光線を反射する半透過性の主ミラー、１０３は対物レンズ１０１の焦点位置に配置される焦点板、１０４は光線方向を変更するペンタプリズム、１０５は撮影者に対する接眼レンズ、１０６は焦点検出時に動作するサブミラー、１０７は銀塩フィルム等のフィルム、１０８は焦点検出装置をそれぞれ示している。
【０００３】
この図において、不図示の被写体からの光は対物レンズ１０１を透過後、主ミラー１０２により上方に反射され、焦点板１０３上に像を形成する。焦点板１０３上に形成された像はペンタプリズム１０４による複数回の反射を経て接眼レンズ１０５を介して撮影者又は観測者によって視認される。また、主ミラー１０２を透過した光線はフィルム１０７を露光して対象物の画像を得ることができる。
【０００４】
一方、対物レンズ１０１から主ミラー１０２に到達した光束のうちの一部は主ミラー１０２を透過し、サブミラー１０６により下方に反射され焦点検出装置１０８に導かれる。
【０００５】
図１３は焦点検出の原理を説明するために、図１２における対物レンズ１０１と焦点検出装置１０８のみを取り出し、展開して示した図である。
【０００６】
図１３の焦点検出装置１０８内において、１０９は対物レンズ１０１の予定焦点面即ちフィルム面と共役な面付近に配置された視野マスク、１１０は同じく予定焦点面の付近に配置されたフィールドレンズ、１１１は２つのレンズ１１１−１，１１１−２からなる２次結像系、１１２は２つのレンズ１１１−１，１１１−２に対応してその後方に配置された２つのセンサ列１１２−１，１１２−２を含む光電変換素子、１１３は２つのレンズ１１１−１，１１１−２に対応して配置された２つの開口部１１３−１，１１３−２を有する絞り、１１４は分割された２つの領域１１４−１，１１４−２を含む対物レンズ１０１の射出瞳をそれぞれ示している。尚、フィールドレンズ１１０は、対物レンズ１０１の射出瞳１１４の領域１１４−１，１１４−２に対応して、絞り１１３の開口部１１３−１，１１３−２の近傍に結像する作用を有しており、射出瞳１１４の各領域１１４−１，１１４−２を透過した光束１１５−１，１１５−２が２つのセンサ列１１２−１，１１２−２にそれぞれ光量分布を形成するようになっている。
【０００７】
図１３に示す焦点検出装置１０８は一般的に位相差検出方式と呼ばれているもので、対物レンズ１０１の結像点が予定焦点面の前側にある場合、即ち対物レンズ１０１側にある場合には、２つのセンサ列１１２−１，１１２−２上にそれぞれ形成される物体像に関する光量分布が互いに近づいた状態となり、また対物レンズ１０１の結像点が予定焦点面の後側にある場合、２つのセンサ列１１２−１，１１２−２上に夫々形成される光量分布が互いに離れた状態となる。しかも２つのセンサ列１１２−１，１１２−２上にそれぞれ形成される光量分布のずれ量は対物レンズ１０１のデフォーカス量即ち焦点はずれ量とある関数関係にあるので、そのずれ量を適当な演算手段で算出すると、対物レンズ１０１の焦点はずれの方向と量を検出することができる。この方向と量により測距すると共に、この方向と量に応じて、レンズ系の位置を移動して、そのずれ量をほぼ零となるように設定して、焦点検出の動作を終了する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図１２に示す従来の焦点検出装置１０８を組み込んだカメラにおいては、焦点検出領域は図１４に示す様に撮影画面Ａに対しＢに示す領域のごとく狭く一次元的な範囲となる。これは図１３に示す１組のラインセンサ列１１２−１，１１２−２を用いての検出装置であることで決定される。ここで、ラインセンサ列への結像倍率等光学的要因を同じとして考えるならば、焦点検出可能範囲（視野長や奥行き）は画素数が多いほど広く、深くなる。
【０００９】
一方、焦点検出範囲を一次元ではなく、ある広がりを持った二次元的な面とすると、より使い易い検出装置を提供できることとなる。
【００１０】
そこで、更なる検出領域の拡張を目指していくと、二次元的に広がった受光部を有する光電変換素子、即ちエリアセンサを用いての焦点検出装置が必要となる。
【００１１】
図１５はエリアセンサを用いた焦点検出装置での検出領域（Ｂ）を示したもので、図１４に比較して大幅に検出領域を拡大している。ここで用いる光電変換素子は、位相差検出方式を行うならば図１６の様に２つのエリア領域が並んだエリアセンサ対１１２ー１，１１２ー２となる。このエリアセンサ対の受光領域を複数に分割し、各々で位相差を検出することで二次元的に広がりを持った焦点検出が可能となる。
【００１２】
ところが、ここで問題となるのが、先述した検出能力と画素数の関係である。
即ち、広がった測距領域を十分に活用しようとして分割領域、つまり検出領域数を増やしてしまうと、個々の領域の画素数が減ってしまい、検出能力の不十分な装置となる。しかし、分割領域内の画素数を十分に多数として確保すると、今度は各検出領域間が広がってしまい、検出領域が点在する使用感の悪い装置となってしまう。
【００１３】
これを具体的に説明すると、図１５の検出領域（Ｂ）、即ち図１６のエリアセンサ１１２ー１，１１２ー２に対して、図１７の様な測距領域（縦方向に５領域、横方向に９領域）が設定できれば、検出領域の数の上ではほぼ問題がなくなる。しかし単純にこの領域分割（縦方向に５領域、図１８（Ａ））を行うと個々の領域の画素数が少なくなる。センサの微細化で画素数を稼ぐことは十分可能であるが、これにはより狭い開口部での高効率な光電変換の実現という別の課題が出てくる。
【００１４】
一方、分割数を減らした図１８（Ｂ）（縦方向３分割）や同図（Ｃ）（縦方向２分割）の様な領域設定では個々の分割領域の測距能力は十分となるが、検出領域数では満足出来ない。そこで、この２種の分割を併用することも考えられるが、個々の領域での像信号を最適にするためには蓄積をそれぞれの分割状態で２回行う必要がある。
【００１５】
これについて、以下に説明を行う。通常図１９の様なエリアセンサ対１１２ー１，１１２ー２に対する蓄積制御は、図２０に示した様な共通なダーク画素１２５と最大値検出回路１２２及び蓄積制御部１２４による全域一括の制御となる。
エリアセンサ対１２１の各画素出力からその最大値を出力する画素の出力値ＶPと、エリアセンサ対１１２ー１，１１２ー２（両者で１２１となる）の共通なダーク画素１２５の出力ＶDとが差動増幅器１２３に入力されて差を取り、蓄積制御部１２４に入力され、基準レベルＶRと比較され、差動増幅器１２３の出力が基準レベルＶRを越えたときに読みだし信号ΦＲを出力する。この読みだし信号φＲはエリアセンサ対１２１に入力され、エリアセンサ対１２１の各光電変換素子の蓄積終了を指示すると共に、各光電変換素子の読み出しを開始する。
【００１６】
この図２０によれば、２つのエリアセンサ部１１２ー１，１１２ー２に対して共通な遮光されたダーク画素１２５の出力と２つのエリアセンサ対１１２ー１，１１２ー２に共通な最大検出回路１２２の出力、即ち最大値を示す画素の出力との差が所定のレベルＶRに到達するまで蓄積を行い、到達時点で蓄積動作終了、読みだし信号（ΦＲ）が蓄積制御部１２４からエリアセンサ列１２１に送られるものである。
【００１７】
ここで説明を簡略にするため、図２１の様な像信号Ｙがエリアセンサ上に結像されたとし、エリアセンサ領域を図の様にＧ〜Ｊの４領域に分割して考える。
【００１８】
図２２は図２１での４つの領域各々に対応する像信号の様子を表したものである。図から分かるように、全域一括の制御のため、最大出力画素をその領域内に持つ分割領域Ｈに対しては適切な蓄積状態となっているが、他の分割領域に対しては不十分な結果となってしまっている。これでは、せっかく検出領域を２次元として拡張しても検出可能な領域が広がらず、エリアセンサを用いた意味がなくなってしまう。
【００１９】
つまり、検出領域個々の能力を最大限に引き出すには、分割した領域毎に画素数を十分確保するとともに、分割領域単位での蓄積制御も可能でなければならない。
【００２０】
しかし、このために上述の２回に分けて蓄積を行うような使い方では応答性等で満足出来ないものとなる。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記した問題点の解決を目的としており、その要旨は次の通りである。即ち、撮影画面又は観察画面上の広い範囲に渡り二次元的、連続的に焦点検出を可能とする焦点検出装置において、受光部である連続した二次元的な広がりを有する複数の光電変換手段を複数の領域に分割して設定する各焦点検出領域が撮影画面領域内でお互いに千鳥配置となることを特徴とする。
また、本発明は、撮影レンズを通過した被写体からの光束を受光する連続した二次元的な広がりを有する複数の光電変換手段と、前記光電変換手段の出力から前記撮影レンズのデフォーカス量を検出する焦点検出装置において、前記光電変換手段を複数の領域に分割して設定する各焦点検出領域が、撮影画面領域内に、互いに位相差検出方向にそれぞれ位置がずれて配置され、一つの焦点検出の視野の長さは、隣接する焦点検出の視野と位相差検出方向で重なることを特徴とする。
【００２２】
更に上記複数の光電変換手段の分割は、撮影画面の中心を含む上下、左右の領域が奇数に分割されるものとし、前記中心を含む上下、左右に線対称に分割領域を設定する。また、前記複数の焦点検出領域の配置間隔は上下と左右で非同等であることを特徴とする。前記配置間隔は、通常の使用状態で上下方向よりも左右方向が狭いことを特徴とする。前記配置間隔の広い方向は、位相差検出方式の焦点検出において位相差の発生する方向であることを特徴とする。
【００２３】
さらに、上記焦点検出装置をカメラに用い、エリアセンサを分割して最適な焦点検出領域とその配置により、正確な焦点検出信号を得ることとした。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は撮影画面内の各領域での焦点検出を行うための各構成要素の光学的配置図である。
【００２５】
［第１の実施形態］
図１は撮影画面内の各領域での焦点検出を行うための各構成要素の光学的配置図である。図において、１は図上左側に配置された不図示の対物レンズの光軸、２は対物レンズの焦点位置に配置された銀塩系のフィルム、３は対物レンズの光軸１上に配置された半透過性の主ミラー、４は同様に対物レンズの光軸１上に斜めに配置された第１の反射鏡、５は第１の反射鏡４によるフィルム２に共役な近軸的結像面、６は焦点検出用の第２の反射鏡、７は赤外線を阻止する赤外カットフィルタ、８は２つの開口８−１，８−２を有する絞り、９は絞り８の２つの開口８−１，８−２に対応して配置された２つのレンズ９−１，９−２を有する２次結像系、１０は焦点検出用の第３の反射鏡、１１は２つのエリアセンサ１１−１，１１−２を有する光電変換素子をそれぞれ示している。
【００２６】
ここで、第１の反射鏡４は曲率を有し、絞り８の２つの開口８−１，８−２を不図示の対物レンズの射出瞳付近に投影する収束性のパワーを持っている。また第１の反射鏡４は必要な領域のみが光を反射するようにアルミや銀等の金属膜が蒸着されていて、焦点検出を行う範囲を制限する視野マスクの働きを兼ねている。他の反射鏡６，１０においても、光電変換素子１１上に入射する迷光を減少させるため、必要最小限の領域のみが蒸着されている。各反射鏡４，６，１０の反射面として機能しない領域に光吸収性の塗料等を塗布したり、遮光部材を近接して設けることも有効である。
【００２７】
図２は絞り８の平面図であり、横長の２つの開口８−１，８−２を開口幅の狭い方向に並べた構成となっている。図中点線で示されているのは、絞り８の開口８−１，８−２に対応してその後方に配置されている前記２次結像系９の各レンズ９−１，９−２である。
【００２８】
図３は光電変換素子１１の概略平面図であり、図１で示した２つのエリアセンサ１１−１，１１−２は、この図に示すように２次元的に多数の画素を配列したエリアセンサを２つ並べたものである。
【００２９】
以上の構成において、図１の不図示の撮影レンズの一つの対物レンズからの光束１２−１，１２−２は主ミラー３を透過後、第１の反射鏡４により、ほぼ主ミラー３の傾きに沿った方向に反射され、第２の反射鏡６により再び方向を変えた後、赤外カットフィルタ７、絞り８の２つの開口８−１，８−２を経て、２次結像系９の各レンズ９−１，９−２により集光され、第３の反射鏡１０を介して光電変換素子１１のエリアセンサ１１−１，１１−２上にそれぞれ到達する。図中の光束１２−１，１２−２はフィルム２の中央に結像する光束を示したものであるが、他の位置に結像する光束についても同様の経路を経て、光電変換素子１１に達し、全体として、フィルム２上の所定の２次元領域に対応する２つの光量分布が光電変換素子１１の各エリアセンサ１１−１，１１−２上に形成される。
【００３０】
本実施形態において、第１の反射鏡４は、２次曲線を軸回りに回転してできる曲面の一部で構成されていて、特に回転楕円面が好適に用いられる。図１においては、第１の反射鏡４の表面形状は点２０を頂点とする楕円２１を楕円２１の軸２２の回りに回転してできる回転楕円面の一部からなり、その焦点は第２の反射鏡６による絞り８の中心の像位置２３付近と、主ミラー３透過後の光軸２４の延長上の点（不図示）の付近に設定されている。もし、対物レンズの光軸２４の延長上の点が対物レンズの射出瞳位置（種々の対物レンズが交換して用いられる場合にはそれらの平均的な射出瞳位置）の付近にあれば対物レンズの射出位置と２次結像系の入射位置がほぼ結像されることになり、第１の反射鏡４は理想的なフィールドレンズとしての機能を果たすことになる。図１から明らかなように、第１の反射鏡４として光学的に使用しているのは回転楕円面の回転軸及び頂点を含まない領域である。本実施形態の回転楕円面の具体的な形状は図１の座標軸に対して、
【００３１】
【数１】
但し、ｘ，ｙ，ｚは３軸座標であり、数１式は２次曲線を表す式であり、ｋ＝０で球面を、ｋ＝−１で放物面を、ｋ＞−１で回転楕円面となる。また、ｈ2＝ｙ2＋ｚ2であり、ｒは軸上の曲率を表す。通常のカメラと対物レンズ（撮影レンズ）を想定した場合、ｒとｋの範囲は、
−２０≦ ｒ ≦２０ −１＜ ｋ ≦−０.２
程度が好ましい。
【００３２】
また本実施形態においては、２次結像系９の第一面を凹面形状とすることで、２次結像系９に入射する光が無理に屈折されることがないような構成とし、光電変換素子１１の二次元領域の広い範囲にわたって良好で一様な結像性能を確保している。このようにして得られた２つの光量分布に対して、図１３において説明したのと同様な原理に基づき、分離方向即ち図３に示す２つのエリアセンサ１１−１，１１−２の上下方向の相対的位置関係をエリアセンサ１１−１，１１−２の各位置で算出することで、対物レンズの焦点状態を二次元的に検出することができる。尚、第１の反射鏡４は、撮影に際し、主ミラー３と同様に撮影光路外に退避されるものである。
【００３３】
図４は本実施形態における焦点検出領域の分布の様子をカメラのファインダから見た状態で描いたものである。図のように、本実施形態では撮影画面３１の中央部分に上下３分割及び２分割の検出領域を交互に配置し、全体で計２７分割領域（図中、□が１領域を表す）を千鳥状態に設定したものとなっている。
【００３４】
これにより、図１７ほどではないが二次元的な領域を扱うには必要かつ十分な領域数が確保されている。
【００３５】
又、撮影画面３１の中心には、基本的に検出領域が設定されるべきと考える。
そこで本実施形態では、図４の焦点検出領域の分布を拡大した図５に示した様に撮影画面中心（図中、■で表示）を含む上下、左右方向には奇数（３及び５）の分割領域を設定し、更に見た目にも安定して使い易くなるよう、中心に対して上下、左右に、線対称となるよう領域設定を行っている。
【００３６】
また本実施形態では、撮影画面の長辺方向に検出領域を数多く配置するために左右方向に密、上下方向に粗となる分割状態を行っている。図５で説明すると、左右、上下各方向の測距領域の配置間隔ｈ，ｖについて、ｈ＜ｖなる関係を設定している。これは撮影画面３１の上下、左右の辺の長さと、配置間隔が逆の関係であり、分割数では同じ関係となる。これにより、測距点を二次元的により密に分布させることが可能となった。
【００３７】
尚、本実施形態では、ｈ＜ｖであるが、ｖ＜２ｈでもある。２ｈとは上下方向に同じ分割状態（即ち、３分割あるいは２分割）となる左右の間隔である。
【００３８】
ｖ＞２ｈ あるいは ２ｖ＜ｈ
とすると、間のあいた配置という印象が大きくなってしまう。
【００３９】
以上の様な２７個の分割領域の各々に対応するように、光電変換素子１１の２つのエリアセンサ１１−１，１１−２をそれぞれ２７分割して用いる。
【００４０】
図６は、エリアセンサ対の１つのエリアセンサについて分割の様子を示した図である。図からわかるように、限られた画素数のセンサを縦方向に３分割及び２分割で用いることで、個々の領域に対し十分な画素数を割り当てて検出能力を高めるとともに、一度で分割形態の異なる全領域の蓄積が終了し、検出動作の応答性も良いものとなる。
【００４１】
又、図６での撮影画面の上下のライン方向（３分割及び２分割方向）が位相差の発生する方向であり、エリアセンサを構成している光電変換素子の１画素の短辺方向となっている。この光電変換素子の配置は、エリアセンサに効率よく測距点を密に配置するために大変有効である。
【００４２】
図７は本実施形態のエリアセンサ用蓄積制御回路部の概要である。図２０とは異なり、各分割領域（対）毎にセンサ領域５２ー１，５２ー２，……５２ーｎと、最大値検出回路部５３ー１，５３ー２，……５３ーｎと、差動アンプ（ＡＰ１〜ＡＰｎ）５５ー１，５５ー２，……５５ーｎと、各センサ領域毎にダーク領域５４ー１，５４ー２，……５４ーｎを持ち、各差動アンプ（ＡＰ１〜ＡＰｎ）の出力が共通の所定レベル（ＶＲ）に到達するまで蓄積を行い、到達時点で蓄積動作終了、読みだし信号（φＲ）が、各分割領域のセンサ領域５２ー１，５２ー２，……５２ーｎ毎に送られるものである。ここで、各分割領域毎の独立蓄積制御を可能にしながら回路規模の縮小を計るため、制御回路部５１が基準クロック信号ＩＣＬＫに基づいて、各分割領域毎に設けられたアナログスイッチ対ＡＳ１ａ，ＡＳ１ｂ〜ＡＳｎａ，ＡＳｎｂを順次走査し、共通のコンパレータＣＯＭ５６で、全センサ領域の蓄積終了判断を行っている。上記の各センサ領域はエリアセンサ対に対応してセンサ領域対として最大値を検出していて、各センサ領域について各光電変換素子の最大値を検出して光電荷の蓄積を終了し、その後不図示の各センサ領域の各光電変換素子の電荷量を読み出すことで、焦点検出のための所定の配置となるように撮影レンズの位置を調節する。
【００４３】
なお、上述したように、図３での光電変換素子１１の２つのエリアセンサ部１１−１，１１−２は同時に、そして各分割領域対においては、共通信号（各分割領域対毎の最大出力値）に基づいて蓄積制御が行われている。
【００４４】
又、本実施形態では焦点検出領域を２７分割しているので、上記ｎは２７となる。この２７分割は左右に５分割を加えて３７分割と、又は左右に５分割を引いて１７分割としてもよいし、上下に２分割の列と３分割の列に分割した上記実施形態に対して、上下に３分割の列と４分割の列とを対としてもよく、上記実施形態に限られない。
【００４５】
［第２の実施形態］
図８は上記のごとき各実施形態に示した各焦点検出装置を備えたカメラの具体的な構成の一例を示す回路図であり、先ず各部の構成について説明する。
【００４６】
図８において、ＰＲＳはカメラの制御装置で、例えば、内部にＣＰＵ（中央処理装置）、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａ変換機能を有する１チップのマイクロコンピュータである。マイクロコンピュータＰＲＳはＲＯＭに格納されたカメラのシーケンス・プログラムに従って、自動露出制御機能、自動焦点調節機能、フィルムの巻き上げ・巻き戻し等のカメラの一連の動作を行っている。そのために、マイクロコンピュータＰＲＳは通信用信号ＳＯ、ＳＩ、ＳＣＬＫ、通信選択信号ＣＬＣＭ、ＣＤＤＲ、ＣＩＣＣを用いて、カメラ本体内の周辺回路およびレンズ内制御装置と通信を行って、各々の回路やレンズの動作を制御する。
【００４７】
ＳＯはマイクロコンピュータＰＲＳから出力されるデータ信号、ＳＩはマイクロコンピュータＰＲＳに入力されるデータ信号、ＳＣＬＫは信号ＳＯ、ＳＩの同期クロックである。
【００４８】
ＬＣＭはレンズ通信バッファ回路であり、カメラが動作中のときにはレンズ用電源端子ＶＬに電力を供給するとともに、マイクロコンピュータＰＲＳからの選択信号ＣＬＣＭが高電位レベル（以下、‘Ｈ’と略記し、低電位レベルは‘Ｌ’と略記する）のときには、カメラとレンズ間の通信バッファとなる。
【００４９】
マイクロコンピュータＰＲＳが選択信号ＣＬＣＭを‘Ｈ’にして、同期クロックＳＣＬＫに同期して所定のデータをデータ信号ＳＯから送出すると、レンズ通信バッファ回路ＬＣＭはカメラ・レンズ間通信接点を介して、同期クロックＳＣＬＫ、データ信号ＳＯの各々のバッファ信号ＬＣＫ、ＤＣＬをレンズへ出力する。それと同時に、レンズＬＮＳからの信号ＤＬＣのバッファ信号をデータ信号ＳＩに出力し、マイクロコンピュータＰＲＳは同期クロックＳＣＬＫに同期してデータ信号ＳＩからレンズのデータを入力する。
【００５０】
ＤＤＲは各種のスイッチＳＷＳの検知および表示用回路であり、信号ＣＤＤＲが‘Ｈ’のとき選択され、データ信号ＳＯ、ＳＩ、同期クロックＳＣＬＫを用いてマイクロコンピュータＰＲＳから制御される。即ち、マイクロコンピュータＰＲＳから送られてくるデータに基づいてカメラの表示部材ＤＳＰの表示を切り替えたり、カメラの各種操作部材のオン・オフ状態を通信によってマイクロコンピュータＰＲＳに報知する。ＯＬＣはカメラ上部に位置する外部液晶表示装置であり、ＩＬＣはファインダ内部液晶表示装置である。本実施形態では、焦点検出の動作領域の設定等は、この検知および表示用回路ＤＤＲに属するスイッチＳＷＳにて行っている。
【００５１】
ＳＷ１、ＳＷ２は不図示のレリーズボタンに連動したスイッチで、レリーズボタンの第一段階の押下によりＳＷ１がオンし、引き続いて第２段階の押下でＳＷ２がオンする。マイクロコンピュータＰＲＳはＳＷ１オンで測光、自動焦点調節を行い、ＳＷ２オンをトリガとして露出制御とその後のフィルムの巻き上げを行う。
【００５２】
なお、ＳＷ２はマイクロコンピュータであるＰＲＳの「割り込み入力端子」に接続され、ＳＷ１オン時のプログラム実行中でもＳＷ２オンによって割り込みがかかり、直ちに所定の割り込みプログラムへ制御を移すことができる。
【００５３】
ＭＴＲ１はフィルム給送用、ＭＴＲ２はミラーアップ・ダウンおよびシャッタばねチャージ用のモータであり、各々の駆動回路ＭＤＲ１、ＭＤＲ２により正転、逆転の制御が行われる。マイクロコンピュータＰＲＳから駆動回路ＭＤＲ１、ＭＤＲ２に入力されている信号Ｍ１Ｆ、Ｍ１Ｒ、Ｍ２Ｆ、Ｍ２Ｒはモータ制御用の正転及び反転制御信号である。
【００５４】
ＭＧ１、ＭＧ２は各々シャッタ先幕・後幕走行開始用マグネットで、制御信号ＳＭＧ１、ＳＭＧ２、増幅トランジスタＴＲ１、ＴＲ２により通電され、マイクロコンピュータＰＲＳによりシャッタ制御が行われる。
【００５５】
なお、モーター駆動回路ＭＤＲ１、ＭＤＲ２、シャッタ制御は、本発明と直接関わりがないので、詳しい説明は省略する。
【００５６】
レンズＬＮＳ内制御回路ＬＰＲＳにバッファ信号ＬＣＫと同期して入力されるバッファ信号ＤＣＬは、カメラからレンズＬＮＳに対する命令のデータであり、命令に対するレンズＬＮＳの動作は予め決められている。レンズＬＮＳ内制御回路ＬＰＲＳは、所定の手続きに従ってその命令を解析し、焦点調節や絞り制御の動作や、出力ＤＬＣからレンズＬＮＳの各部動作状況（焦点調節光学系の駆動状況や、絞りの駆動状態等）や、各種パラメータ（開放Ｆナンバ、焦点距離、デフォーカス量対焦点調節光学系の移動量の係数、各種ピント補正量等）の出力を行う。
【００５７】
本実施形態では、ズームレンズの例を示しており、カメラから焦点調節の命令が送られた場合には、同時に送られてくる駆動量・方向に従って焦点調節用モータＬＭＴＲを信号ＬＭＦ、ＬＭＲによって駆動して、光学系を光軸方向に正逆移動させて焦点調節を行う。光学系の移動量は光学系に連動して回動するパルス板のパターンをフォトカプラーにて検出し、移動量に応じた数のパルスを出力するエンコーダ回路ＥＮＣＦのパルス信号ＳＥＮＣＦでモニタし、レンズＬＮＳ内制御回路ＬＰＲＳ内のカウンタで計数しており、焦点調節用レンズの所定の移動が完了した時点でレンズＬＮＳ内制御回路ＬＰＲＳ自身が信号ＬＭＦ、ＬＭＲを‘Ｌ’にしてモータＬＭＴＲを制動する。
【００５８】
このため、一旦カメラから焦点調節の命令が送られた後は、カメラの制御装置であるマイクロコンピュータＰＲＳはレンズの駆動が終了するまで、レンズ駆動に関して全く関与する必要がない。また、カメラから要求があった場合には、上記カウンタの内容をカメラに送出することも可能な構成になっている。
【００５９】
カメラから絞り制御の命令が送られた場合には、同時に送られてくる絞り段数に従って、絞り駆動用としては公知のステッピング・モータＤＭＴＲを駆動する。なお、ステッピング・モータＤＭＴＲはオープン制御が可能なため、動作をモニタするためのエンコーダを必要としない。
【００６０】
ＥＮＣＺはズーム光学系に付随したエンコーダ回路であり、レンズＬＮＳ内制御回路ＬＰＲＳはエンコーダ回路ＥＮＣＺからの信号ＳＥＮＣＺを入力してズーム位置を検出する。レンズＬＮＳ内制御回路ＬＰＲＳ内には各ズーム位置におけるレンズ・パラメータが格納されており、カメラ側のマイクロコンピュータＰＲＳから要求があった場合には、現在のズーム位置に対応したパラメータをカメラ側に送出する。
【００６１】
ＩＣＣは、光電変換素子であるＣＣＤ等から構成される焦点検出用エリアセンサ及びその駆動制御回路である焦点検出回路であり、選択信号ＣＩＣＣが‘Ｈ’のとき選択されて、データ信号ＳＯ、ＳＩ、同期信号ＳＣＬＫを用いてマイクロコンピュータＰＲＳから制御される。
【００６２】
ΦＶ、ΦＨ、ΦＲはエリアセンサ出力の読み出し、リセット信号であり、マイクロコンピュータＰＲＳから信号に基づいて焦点検出回路ＩＣＣ内の駆動回路によりセンサ制御信号が生成される。センサ出力はセンサ部からの読み出し後増幅され、出力信号ＩＭＡＧＥとしてマイクロコンピュータＰＲＳのアナログ入力端子に入力され、マイクロコンピュータＰＲＳは出力信号ＩＭＡＧＥをＡ／Ｄ変換後、そのデジタル値をＲＡＭ上の所定のアドレスへ順次格納してゆく。これらデジタル変換された信号を用いて焦点検出を行っていく。
【００６３】
ＶＲは前述した各差動アンプに共通の蓄積終了判定レベルであり、ＩＮＴＥは蓄積終了出力信号、ＩＣＬＫは焦点検出回路ＩＣＣ内の制御回路部の基準クロック信号である。
【００６４】
上述のカメラの全システム中、特に焦点検出回路ＩＣＣの動作は第１乃至第６の実施形態で説明したようにエリアセンサによる焦点検出の動作を行ない、その結果はマイクロコンピュータＰＲＳを介してレンズＬＮＳ内制御回路ＬＰＲＳにより適切な焦点ポイントにレンズ系を移動・保持し、その後シャッターが動作することで、焦点のあった画像を取得することができる。
【００６５】
尚、上記図８ではカメラとレンズＬＮＳが別体（レンズ交換が可能）となるもので表現されているが、本発明はカメラ・レンズ一体なるものでも何等問題なく、これ等に限定されるものではない。
【００６６】
［第３実施形態］
以上の実施形態においては、焦点検出のエリアセンサによる測距点の配置間隔をあえて上下、左右方向で非同等としている。しかし、例えばカメラにおいては縦位置撮影のように上下、左右の定義が反転する使い方もある。この場合でも違和感無く使用できるようにするには上下、左右の配置間隔を同等にすればよい。
【００６７】
この場合の測距点配置を図９に示した。ここでの先述したｈ，ｖの関係は
ｈ＝ｖ
である。
【００６８】
一方、使用するエリアセンサ等の制約から、上下、左右方向には同数の測距点を配置する場合も考えられる。この場合は、測距点の配置間隔を撮影画面の辺の長さの関係と同等にすると使い易いものとなる。図１０はその一例で、上下、左右の両方向において、撮影画面の辺の長さに対し同じ比率の測距領域の広がりを有する装置となる。図１１におけるｈとｖの関係が撮影画面の左右と上下の辺の長さの関係と同じになるわけで、今度は逆に撮影画面の設定をｈとｖの関係が良好になるようにすると良い。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明してきた本発明によれば、撮影画面又は観察画面上の広い範囲に渡り二次元的、連続的に焦点検出をする焦点検出装置において、個々の焦点検出領域の能力が最大限に引き出され、必要十分な数の検出領域が無駄無く配置され、全領域の蓄積制御が一度で可能となる。
【００７０】
また、本発明の焦点検出装置によれば、エリアセンサを焦点検出に用いる場合、エリアセンサを、最大効率で合理的に使用することができる。さらに、この焦点検出装置を撮影装置のカメラに用いることで、構成的に小型で簡易に且つ正確な高密度の焦点位置を得ることができる。従って、検出能力、操作性、更に応答性も良い検出装置の提供が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の焦点検出装置の概略構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の絞りおよび２次結像系を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の光電変換素子を示す図である。
【図４】本発明の実施形態の焦点検出領域の分布を示す図である。
【図５】本発明の実施形態の焦点検出領域の分布を説明する図である。
【図６】本発明の実施形態の光電変換素子の領域分割を説明する図である。
【図７】本発明の実施形態のエリアセンサ用蓄積制御回路部の概要を示す図である。
【図８】本発明の実施形態であるカメラおよびレンズの回路図である。
【図９】本発明の第２の実施形態の焦点検出領域の分布を説明する図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態の焦点検出領域の分布を示す図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態の焦点検出領域の分布を説明する図である。
【図１２】従来の焦点検出装置のカメラ内配置図である。
【図１３】従来の焦点検出装置を説明する図である。
【図１４】従来の焦点検出領域の分布を示す図である。
【図１５】焦点検出領域を二次元に拡大した場合を示す図である。
【図１６】焦点検出領域を二次元に拡大した場合の光電変換素子を示す図である。
【図１７】焦点検出領域が二次元の場合の理想的な測距点配置図である。
【図１８】二次元に測距点配置を行った場合の問題点の説明図である。
【図１９】二次元に測距点配置を行った場合のエリアセンサの平面図である。
【図２０】従来の二次元に測距点配置を行った場合の焦点検出装置のブロック図である。
【図２１】二次元に測距点配置を行った場合の焦点検出領域と画面の信号図である。
【図２２】二次元に測距点配置を行った場合の各領域の画素の電荷蓄積の出力図である。
【符号の説明】
１ 対物レンズの光軸
２ フィルム
３ 主ミラー
４ 第１の反射鏡
５ 結像面
６ 第２の反射鏡
７ 赤外カットフィルタ
８ 絞り
９ ２次結像系
１０ 第３の反射鏡
１１ 光電変換素子
１２ 光束
２４ 対物レンズの光軸
３１ 撮影画面領域
１０１ 対物レンズ
１０２ 主ミラー
１０３ 焦点板
１０４ ペンタプリズム
１０５ 接眼レンズ
１０６ サブミラー
１０７ フィルム
１０８ 焦点検出装置
１０９ 視野マスク
１１０ フィールドレンズ
１１１ ２次結像系
１１２ 光電変換素子
１１３ 絞り
１１４ 対物レンズの射出瞳
１１５ 光束
Ａ 撮影画面領域
Ｂ 焦点検出領域
ＰＲＳ カメラ内制御装置
ＬＣＭ レンズ通信バッファ回路
ＳＤＲ センサ駆動回路
ＬＮＳ レンズ
ＬＰＲＳ レンズ内制御回路
ＥＮＣＦ 焦点調節用レンズの移動量検出エンコーダ
【発明の属する技術分野】
本発明はカメラ、ビデオ等の撮影装置、又は種々の観察装置の焦点検出装置に関するものである。さらに詳しくは、撮影画面又は観察画面上の広い範囲に渡り二次元的、連続的に焦点検出を可能とする焦点検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１２は従来の焦点検出装置が組み込まれたカメラの例を示したものである。
図中、１０１は対象画像を呼び込み撮影を行う対物レンズ、１０２は対物レンズ１０１からの画像光線を反射する半透過性の主ミラー、１０３は対物レンズ１０１の焦点位置に配置される焦点板、１０４は光線方向を変更するペンタプリズム、１０５は撮影者に対する接眼レンズ、１０６は焦点検出時に動作するサブミラー、１０７は銀塩フィルム等のフィルム、１０８は焦点検出装置をそれぞれ示している。
【０００３】
この図において、不図示の被写体からの光は対物レンズ１０１を透過後、主ミラー１０２により上方に反射され、焦点板１０３上に像を形成する。焦点板１０３上に形成された像はペンタプリズム１０４による複数回の反射を経て接眼レンズ１０５を介して撮影者又は観測者によって視認される。また、主ミラー１０２を透過した光線はフィルム１０７を露光して対象物の画像を得ることができる。
【０００４】
一方、対物レンズ１０１から主ミラー１０２に到達した光束のうちの一部は主ミラー１０２を透過し、サブミラー１０６により下方に反射され焦点検出装置１０８に導かれる。
【０００５】
図１３は焦点検出の原理を説明するために、図１２における対物レンズ１０１と焦点検出装置１０８のみを取り出し、展開して示した図である。
【０００６】
図１３の焦点検出装置１０８内において、１０９は対物レンズ１０１の予定焦点面即ちフィルム面と共役な面付近に配置された視野マスク、１１０は同じく予定焦点面の付近に配置されたフィールドレンズ、１１１は２つのレンズ１１１−１，１１１−２からなる２次結像系、１１２は２つのレンズ１１１−１，１１１−２に対応してその後方に配置された２つのセンサ列１１２−１，１１２−２を含む光電変換素子、１１３は２つのレンズ１１１−１，１１１−２に対応して配置された２つの開口部１１３−１，１１３−２を有する絞り、１１４は分割された２つの領域１１４−１，１１４−２を含む対物レンズ１０１の射出瞳をそれぞれ示している。尚、フィールドレンズ１１０は、対物レンズ１０１の射出瞳１１４の領域１１４−１，１１４−２に対応して、絞り１１３の開口部１１３−１，１１３−２の近傍に結像する作用を有しており、射出瞳１１４の各領域１１４−１，１１４−２を透過した光束１１５−１，１１５−２が２つのセンサ列１１２−１，１１２−２にそれぞれ光量分布を形成するようになっている。
【０００７】
図１３に示す焦点検出装置１０８は一般的に位相差検出方式と呼ばれているもので、対物レンズ１０１の結像点が予定焦点面の前側にある場合、即ち対物レンズ１０１側にある場合には、２つのセンサ列１１２−１，１１２−２上にそれぞれ形成される物体像に関する光量分布が互いに近づいた状態となり、また対物レンズ１０１の結像点が予定焦点面の後側にある場合、２つのセンサ列１１２−１，１１２−２上に夫々形成される光量分布が互いに離れた状態となる。しかも２つのセンサ列１１２−１，１１２−２上にそれぞれ形成される光量分布のずれ量は対物レンズ１０１のデフォーカス量即ち焦点はずれ量とある関数関係にあるので、そのずれ量を適当な演算手段で算出すると、対物レンズ１０１の焦点はずれの方向と量を検出することができる。この方向と量により測距すると共に、この方向と量に応じて、レンズ系の位置を移動して、そのずれ量をほぼ零となるように設定して、焦点検出の動作を終了する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図１２に示す従来の焦点検出装置１０８を組み込んだカメラにおいては、焦点検出領域は図１４に示す様に撮影画面Ａに対しＢに示す領域のごとく狭く一次元的な範囲となる。これは図１３に示す１組のラインセンサ列１１２−１，１１２−２を用いての検出装置であることで決定される。ここで、ラインセンサ列への結像倍率等光学的要因を同じとして考えるならば、焦点検出可能範囲（視野長や奥行き）は画素数が多いほど広く、深くなる。
【０００９】
一方、焦点検出範囲を一次元ではなく、ある広がりを持った二次元的な面とすると、より使い易い検出装置を提供できることとなる。
【００１０】
そこで、更なる検出領域の拡張を目指していくと、二次元的に広がった受光部を有する光電変換素子、即ちエリアセンサを用いての焦点検出装置が必要となる。
【００１１】
図１５はエリアセンサを用いた焦点検出装置での検出領域（Ｂ）を示したもので、図１４に比較して大幅に検出領域を拡大している。ここで用いる光電変換素子は、位相差検出方式を行うならば図１６の様に２つのエリア領域が並んだエリアセンサ対１１２ー１，１１２ー２となる。このエリアセンサ対の受光領域を複数に分割し、各々で位相差を検出することで二次元的に広がりを持った焦点検出が可能となる。
【００１２】
ところが、ここで問題となるのが、先述した検出能力と画素数の関係である。
即ち、広がった測距領域を十分に活用しようとして分割領域、つまり検出領域数を増やしてしまうと、個々の領域の画素数が減ってしまい、検出能力の不十分な装置となる。しかし、分割領域内の画素数を十分に多数として確保すると、今度は各検出領域間が広がってしまい、検出領域が点在する使用感の悪い装置となってしまう。
【００１３】
これを具体的に説明すると、図１５の検出領域（Ｂ）、即ち図１６のエリアセンサ１１２ー１，１１２ー２に対して、図１７の様な測距領域（縦方向に５領域、横方向に９領域）が設定できれば、検出領域の数の上ではほぼ問題がなくなる。しかし単純にこの領域分割（縦方向に５領域、図１８（Ａ））を行うと個々の領域の画素数が少なくなる。センサの微細化で画素数を稼ぐことは十分可能であるが、これにはより狭い開口部での高効率な光電変換の実現という別の課題が出てくる。
【００１４】
一方、分割数を減らした図１８（Ｂ）（縦方向３分割）や同図（Ｃ）（縦方向２分割）の様な領域設定では個々の分割領域の測距能力は十分となるが、検出領域数では満足出来ない。そこで、この２種の分割を併用することも考えられるが、個々の領域での像信号を最適にするためには蓄積をそれぞれの分割状態で２回行う必要がある。
【００１５】
これについて、以下に説明を行う。通常図１９の様なエリアセンサ対１１２ー１，１１２ー２に対する蓄積制御は、図２０に示した様な共通なダーク画素１２５と最大値検出回路１２２及び蓄積制御部１２４による全域一括の制御となる。
エリアセンサ対１２１の各画素出力からその最大値を出力する画素の出力値ＶPと、エリアセンサ対１１２ー１，１１２ー２（両者で１２１となる）の共通なダーク画素１２５の出力ＶDとが差動増幅器１２３に入力されて差を取り、蓄積制御部１２４に入力され、基準レベルＶRと比較され、差動増幅器１２３の出力が基準レベルＶRを越えたときに読みだし信号ΦＲを出力する。この読みだし信号φＲはエリアセンサ対１２１に入力され、エリアセンサ対１２１の各光電変換素子の蓄積終了を指示すると共に、各光電変換素子の読み出しを開始する。
【００１６】
この図２０によれば、２つのエリアセンサ部１１２ー１，１１２ー２に対して共通な遮光されたダーク画素１２５の出力と２つのエリアセンサ対１１２ー１，１１２ー２に共通な最大検出回路１２２の出力、即ち最大値を示す画素の出力との差が所定のレベルＶRに到達するまで蓄積を行い、到達時点で蓄積動作終了、読みだし信号（ΦＲ）が蓄積制御部１２４からエリアセンサ列１２１に送られるものである。
【００１７】
ここで説明を簡略にするため、図２１の様な像信号Ｙがエリアセンサ上に結像されたとし、エリアセンサ領域を図の様にＧ〜Ｊの４領域に分割して考える。
【００１８】
図２２は図２１での４つの領域各々に対応する像信号の様子を表したものである。図から分かるように、全域一括の制御のため、最大出力画素をその領域内に持つ分割領域Ｈに対しては適切な蓄積状態となっているが、他の分割領域に対しては不十分な結果となってしまっている。これでは、せっかく検出領域を２次元として拡張しても検出可能な領域が広がらず、エリアセンサを用いた意味がなくなってしまう。
【００１９】
つまり、検出領域個々の能力を最大限に引き出すには、分割した領域毎に画素数を十分確保するとともに、分割領域単位での蓄積制御も可能でなければならない。
【００２０】
しかし、このために上述の２回に分けて蓄積を行うような使い方では応答性等で満足出来ないものとなる。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記した問題点の解決を目的としており、その要旨は次の通りである。即ち、撮影画面又は観察画面上の広い範囲に渡り二次元的、連続的に焦点検出を可能とする焦点検出装置において、受光部である連続した二次元的な広がりを有する複数の光電変換手段を複数の領域に分割して設定する各焦点検出領域が撮影画面領域内でお互いに千鳥配置となることを特徴とする。
また、本発明は、撮影レンズを通過した被写体からの光束を受光する連続した二次元的な広がりを有する複数の光電変換手段と、前記光電変換手段の出力から前記撮影レンズのデフォーカス量を検出する焦点検出装置において、前記光電変換手段を複数の領域に分割して設定する各焦点検出領域が、撮影画面領域内に、互いに位相差検出方向にそれぞれ位置がずれて配置され、一つの焦点検出の視野の長さは、隣接する焦点検出の視野と位相差検出方向で重なることを特徴とする。
【００２２】
更に上記複数の光電変換手段の分割は、撮影画面の中心を含む上下、左右の領域が奇数に分割されるものとし、前記中心を含む上下、左右に線対称に分割領域を設定する。また、前記複数の焦点検出領域の配置間隔は上下と左右で非同等であることを特徴とする。前記配置間隔は、通常の使用状態で上下方向よりも左右方向が狭いことを特徴とする。前記配置間隔の広い方向は、位相差検出方式の焦点検出において位相差の発生する方向であることを特徴とする。
【００２３】
さらに、上記焦点検出装置をカメラに用い、エリアセンサを分割して最適な焦点検出領域とその配置により、正確な焦点検出信号を得ることとした。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は撮影画面内の各領域での焦点検出を行うための各構成要素の光学的配置図である。
【００２５】
［第１の実施形態］
図１は撮影画面内の各領域での焦点検出を行うための各構成要素の光学的配置図である。図において、１は図上左側に配置された不図示の対物レンズの光軸、２は対物レンズの焦点位置に配置された銀塩系のフィルム、３は対物レンズの光軸１上に配置された半透過性の主ミラー、４は同様に対物レンズの光軸１上に斜めに配置された第１の反射鏡、５は第１の反射鏡４によるフィルム２に共役な近軸的結像面、６は焦点検出用の第２の反射鏡、７は赤外線を阻止する赤外カットフィルタ、８は２つの開口８−１，８−２を有する絞り、９は絞り８の２つの開口８−１，８−２に対応して配置された２つのレンズ９−１，９−２を有する２次結像系、１０は焦点検出用の第３の反射鏡、１１は２つのエリアセンサ１１−１，１１−２を有する光電変換素子をそれぞれ示している。
【００２６】
ここで、第１の反射鏡４は曲率を有し、絞り８の２つの開口８−１，８−２を不図示の対物レンズの射出瞳付近に投影する収束性のパワーを持っている。また第１の反射鏡４は必要な領域のみが光を反射するようにアルミや銀等の金属膜が蒸着されていて、焦点検出を行う範囲を制限する視野マスクの働きを兼ねている。他の反射鏡６，１０においても、光電変換素子１１上に入射する迷光を減少させるため、必要最小限の領域のみが蒸着されている。各反射鏡４，６，１０の反射面として機能しない領域に光吸収性の塗料等を塗布したり、遮光部材を近接して設けることも有効である。
【００２７】
図２は絞り８の平面図であり、横長の２つの開口８−１，８−２を開口幅の狭い方向に並べた構成となっている。図中点線で示されているのは、絞り８の開口８−１，８−２に対応してその後方に配置されている前記２次結像系９の各レンズ９−１，９−２である。
【００２８】
図３は光電変換素子１１の概略平面図であり、図１で示した２つのエリアセンサ１１−１，１１−２は、この図に示すように２次元的に多数の画素を配列したエリアセンサを２つ並べたものである。
【００２９】
以上の構成において、図１の不図示の撮影レンズの一つの対物レンズからの光束１２−１，１２−２は主ミラー３を透過後、第１の反射鏡４により、ほぼ主ミラー３の傾きに沿った方向に反射され、第２の反射鏡６により再び方向を変えた後、赤外カットフィルタ７、絞り８の２つの開口８−１，８−２を経て、２次結像系９の各レンズ９−１，９−２により集光され、第３の反射鏡１０を介して光電変換素子１１のエリアセンサ１１−１，１１−２上にそれぞれ到達する。図中の光束１２−１，１２−２はフィルム２の中央に結像する光束を示したものであるが、他の位置に結像する光束についても同様の経路を経て、光電変換素子１１に達し、全体として、フィルム２上の所定の２次元領域に対応する２つの光量分布が光電変換素子１１の各エリアセンサ１１−１，１１−２上に形成される。
【００３０】
本実施形態において、第１の反射鏡４は、２次曲線を軸回りに回転してできる曲面の一部で構成されていて、特に回転楕円面が好適に用いられる。図１においては、第１の反射鏡４の表面形状は点２０を頂点とする楕円２１を楕円２１の軸２２の回りに回転してできる回転楕円面の一部からなり、その焦点は第２の反射鏡６による絞り８の中心の像位置２３付近と、主ミラー３透過後の光軸２４の延長上の点（不図示）の付近に設定されている。もし、対物レンズの光軸２４の延長上の点が対物レンズの射出瞳位置（種々の対物レンズが交換して用いられる場合にはそれらの平均的な射出瞳位置）の付近にあれば対物レンズの射出位置と２次結像系の入射位置がほぼ結像されることになり、第１の反射鏡４は理想的なフィールドレンズとしての機能を果たすことになる。図１から明らかなように、第１の反射鏡４として光学的に使用しているのは回転楕円面の回転軸及び頂点を含まない領域である。本実施形態の回転楕円面の具体的な形状は図１の座標軸に対して、
【００３１】
【数１】
−２０≦ ｒ ≦２０ −１＜ ｋ ≦−０.２
程度が好ましい。
【００３２】
また本実施形態においては、２次結像系９の第一面を凹面形状とすることで、２次結像系９に入射する光が無理に屈折されることがないような構成とし、光電変換素子１１の二次元領域の広い範囲にわたって良好で一様な結像性能を確保している。このようにして得られた２つの光量分布に対して、図１３において説明したのと同様な原理に基づき、分離方向即ち図３に示す２つのエリアセンサ１１−１，１１−２の上下方向の相対的位置関係をエリアセンサ１１−１，１１−２の各位置で算出することで、対物レンズの焦点状態を二次元的に検出することができる。尚、第１の反射鏡４は、撮影に際し、主ミラー３と同様に撮影光路外に退避されるものである。
【００３３】
図４は本実施形態における焦点検出領域の分布の様子をカメラのファインダから見た状態で描いたものである。図のように、本実施形態では撮影画面３１の中央部分に上下３分割及び２分割の検出領域を交互に配置し、全体で計２７分割領域（図中、□が１領域を表す）を千鳥状態に設定したものとなっている。
【００３４】
これにより、図１７ほどではないが二次元的な領域を扱うには必要かつ十分な領域数が確保されている。
【００３５】
又、撮影画面３１の中心には、基本的に検出領域が設定されるべきと考える。
そこで本実施形態では、図４の焦点検出領域の分布を拡大した図５に示した様に撮影画面中心（図中、■で表示）を含む上下、左右方向には奇数（３及び５）の分割領域を設定し、更に見た目にも安定して使い易くなるよう、中心に対して上下、左右に、線対称となるよう領域設定を行っている。
【００３６】
また本実施形態では、撮影画面の長辺方向に検出領域を数多く配置するために左右方向に密、上下方向に粗となる分割状態を行っている。図５で説明すると、左右、上下各方向の測距領域の配置間隔ｈ，ｖについて、ｈ＜ｖなる関係を設定している。これは撮影画面３１の上下、左右の辺の長さと、配置間隔が逆の関係であり、分割数では同じ関係となる。これにより、測距点を二次元的により密に分布させることが可能となった。
【００３７】
尚、本実施形態では、ｈ＜ｖであるが、ｖ＜２ｈでもある。２ｈとは上下方向に同じ分割状態（即ち、３分割あるいは２分割）となる左右の間隔である。
【００３８】
ｖ＞２ｈ あるいは ２ｖ＜ｈ
とすると、間のあいた配置という印象が大きくなってしまう。
【００３９】
以上の様な２７個の分割領域の各々に対応するように、光電変換素子１１の２つのエリアセンサ１１−１，１１−２をそれぞれ２７分割して用いる。
【００４０】
図６は、エリアセンサ対の１つのエリアセンサについて分割の様子を示した図である。図からわかるように、限られた画素数のセンサを縦方向に３分割及び２分割で用いることで、個々の領域に対し十分な画素数を割り当てて検出能力を高めるとともに、一度で分割形態の異なる全領域の蓄積が終了し、検出動作の応答性も良いものとなる。
【００４１】
又、図６での撮影画面の上下のライン方向（３分割及び２分割方向）が位相差の発生する方向であり、エリアセンサを構成している光電変換素子の１画素の短辺方向となっている。この光電変換素子の配置は、エリアセンサに効率よく測距点を密に配置するために大変有効である。
【００４２】
図７は本実施形態のエリアセンサ用蓄積制御回路部の概要である。図２０とは異なり、各分割領域（対）毎にセンサ領域５２ー１，５２ー２，……５２ーｎと、最大値検出回路部５３ー１，５３ー２，……５３ーｎと、差動アンプ（ＡＰ１〜ＡＰｎ）５５ー１，５５ー２，……５５ーｎと、各センサ領域毎にダーク領域５４ー１，５４ー２，……５４ーｎを持ち、各差動アンプ（ＡＰ１〜ＡＰｎ）の出力が共通の所定レベル（ＶＲ）に到達するまで蓄積を行い、到達時点で蓄積動作終了、読みだし信号（φＲ）が、各分割領域のセンサ領域５２ー１，５２ー２，……５２ーｎ毎に送られるものである。ここで、各分割領域毎の独立蓄積制御を可能にしながら回路規模の縮小を計るため、制御回路部５１が基準クロック信号ＩＣＬＫに基づいて、各分割領域毎に設けられたアナログスイッチ対ＡＳ１ａ，ＡＳ１ｂ〜ＡＳｎａ，ＡＳｎｂを順次走査し、共通のコンパレータＣＯＭ５６で、全センサ領域の蓄積終了判断を行っている。上記の各センサ領域はエリアセンサ対に対応してセンサ領域対として最大値を検出していて、各センサ領域について各光電変換素子の最大値を検出して光電荷の蓄積を終了し、その後不図示の各センサ領域の各光電変換素子の電荷量を読み出すことで、焦点検出のための所定の配置となるように撮影レンズの位置を調節する。
【００４３】
なお、上述したように、図３での光電変換素子１１の２つのエリアセンサ部１１−１，１１−２は同時に、そして各分割領域対においては、共通信号（各分割領域対毎の最大出力値）に基づいて蓄積制御が行われている。
【００４４】
又、本実施形態では焦点検出領域を２７分割しているので、上記ｎは２７となる。この２７分割は左右に５分割を加えて３７分割と、又は左右に５分割を引いて１７分割としてもよいし、上下に２分割の列と３分割の列に分割した上記実施形態に対して、上下に３分割の列と４分割の列とを対としてもよく、上記実施形態に限られない。
【００４５】
［第２の実施形態］
図８は上記のごとき各実施形態に示した各焦点検出装置を備えたカメラの具体的な構成の一例を示す回路図であり、先ず各部の構成について説明する。
【００４６】
図８において、ＰＲＳはカメラの制御装置で、例えば、内部にＣＰＵ（中央処理装置）、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａ変換機能を有する１チップのマイクロコンピュータである。マイクロコンピュータＰＲＳはＲＯＭに格納されたカメラのシーケンス・プログラムに従って、自動露出制御機能、自動焦点調節機能、フィルムの巻き上げ・巻き戻し等のカメラの一連の動作を行っている。そのために、マイクロコンピュータＰＲＳは通信用信号ＳＯ、ＳＩ、ＳＣＬＫ、通信選択信号ＣＬＣＭ、ＣＤＤＲ、ＣＩＣＣを用いて、カメラ本体内の周辺回路およびレンズ内制御装置と通信を行って、各々の回路やレンズの動作を制御する。
【００４７】
ＳＯはマイクロコンピュータＰＲＳから出力されるデータ信号、ＳＩはマイクロコンピュータＰＲＳに入力されるデータ信号、ＳＣＬＫは信号ＳＯ、ＳＩの同期クロックである。
【００４８】
ＬＣＭはレンズ通信バッファ回路であり、カメラが動作中のときにはレンズ用電源端子ＶＬに電力を供給するとともに、マイクロコンピュータＰＲＳからの選択信号ＣＬＣＭが高電位レベル（以下、‘Ｈ’と略記し、低電位レベルは‘Ｌ’と略記する）のときには、カメラとレンズ間の通信バッファとなる。
【００４９】
マイクロコンピュータＰＲＳが選択信号ＣＬＣＭを‘Ｈ’にして、同期クロックＳＣＬＫに同期して所定のデータをデータ信号ＳＯから送出すると、レンズ通信バッファ回路ＬＣＭはカメラ・レンズ間通信接点を介して、同期クロックＳＣＬＫ、データ信号ＳＯの各々のバッファ信号ＬＣＫ、ＤＣＬをレンズへ出力する。それと同時に、レンズＬＮＳからの信号ＤＬＣのバッファ信号をデータ信号ＳＩに出力し、マイクロコンピュータＰＲＳは同期クロックＳＣＬＫに同期してデータ信号ＳＩからレンズのデータを入力する。
【００５０】
ＤＤＲは各種のスイッチＳＷＳの検知および表示用回路であり、信号ＣＤＤＲが‘Ｈ’のとき選択され、データ信号ＳＯ、ＳＩ、同期クロックＳＣＬＫを用いてマイクロコンピュータＰＲＳから制御される。即ち、マイクロコンピュータＰＲＳから送られてくるデータに基づいてカメラの表示部材ＤＳＰの表示を切り替えたり、カメラの各種操作部材のオン・オフ状態を通信によってマイクロコンピュータＰＲＳに報知する。ＯＬＣはカメラ上部に位置する外部液晶表示装置であり、ＩＬＣはファインダ内部液晶表示装置である。本実施形態では、焦点検出の動作領域の設定等は、この検知および表示用回路ＤＤＲに属するスイッチＳＷＳにて行っている。
【００５１】
ＳＷ１、ＳＷ２は不図示のレリーズボタンに連動したスイッチで、レリーズボタンの第一段階の押下によりＳＷ１がオンし、引き続いて第２段階の押下でＳＷ２がオンする。マイクロコンピュータＰＲＳはＳＷ１オンで測光、自動焦点調節を行い、ＳＷ２オンをトリガとして露出制御とその後のフィルムの巻き上げを行う。
【００５２】
なお、ＳＷ２はマイクロコンピュータであるＰＲＳの「割り込み入力端子」に接続され、ＳＷ１オン時のプログラム実行中でもＳＷ２オンによって割り込みがかかり、直ちに所定の割り込みプログラムへ制御を移すことができる。
【００５３】
ＭＴＲ１はフィルム給送用、ＭＴＲ２はミラーアップ・ダウンおよびシャッタばねチャージ用のモータであり、各々の駆動回路ＭＤＲ１、ＭＤＲ２により正転、逆転の制御が行われる。マイクロコンピュータＰＲＳから駆動回路ＭＤＲ１、ＭＤＲ２に入力されている信号Ｍ１Ｆ、Ｍ１Ｒ、Ｍ２Ｆ、Ｍ２Ｒはモータ制御用の正転及び反転制御信号である。
【００５４】
ＭＧ１、ＭＧ２は各々シャッタ先幕・後幕走行開始用マグネットで、制御信号ＳＭＧ１、ＳＭＧ２、増幅トランジスタＴＲ１、ＴＲ２により通電され、マイクロコンピュータＰＲＳによりシャッタ制御が行われる。
【００５５】
なお、モーター駆動回路ＭＤＲ１、ＭＤＲ２、シャッタ制御は、本発明と直接関わりがないので、詳しい説明は省略する。
【００５６】
レンズＬＮＳ内制御回路ＬＰＲＳにバッファ信号ＬＣＫと同期して入力されるバッファ信号ＤＣＬは、カメラからレンズＬＮＳに対する命令のデータであり、命令に対するレンズＬＮＳの動作は予め決められている。レンズＬＮＳ内制御回路ＬＰＲＳは、所定の手続きに従ってその命令を解析し、焦点調節や絞り制御の動作や、出力ＤＬＣからレンズＬＮＳの各部動作状況（焦点調節光学系の駆動状況や、絞りの駆動状態等）や、各種パラメータ（開放Ｆナンバ、焦点距離、デフォーカス量対焦点調節光学系の移動量の係数、各種ピント補正量等）の出力を行う。
【００５７】
本実施形態では、ズームレンズの例を示しており、カメラから焦点調節の命令が送られた場合には、同時に送られてくる駆動量・方向に従って焦点調節用モータＬＭＴＲを信号ＬＭＦ、ＬＭＲによって駆動して、光学系を光軸方向に正逆移動させて焦点調節を行う。光学系の移動量は光学系に連動して回動するパルス板のパターンをフォトカプラーにて検出し、移動量に応じた数のパルスを出力するエンコーダ回路ＥＮＣＦのパルス信号ＳＥＮＣＦでモニタし、レンズＬＮＳ内制御回路ＬＰＲＳ内のカウンタで計数しており、焦点調節用レンズの所定の移動が完了した時点でレンズＬＮＳ内制御回路ＬＰＲＳ自身が信号ＬＭＦ、ＬＭＲを‘Ｌ’にしてモータＬＭＴＲを制動する。
【００５８】
このため、一旦カメラから焦点調節の命令が送られた後は、カメラの制御装置であるマイクロコンピュータＰＲＳはレンズの駆動が終了するまで、レンズ駆動に関して全く関与する必要がない。また、カメラから要求があった場合には、上記カウンタの内容をカメラに送出することも可能な構成になっている。
【００５９】
カメラから絞り制御の命令が送られた場合には、同時に送られてくる絞り段数に従って、絞り駆動用としては公知のステッピング・モータＤＭＴＲを駆動する。なお、ステッピング・モータＤＭＴＲはオープン制御が可能なため、動作をモニタするためのエンコーダを必要としない。
【００６０】
ＥＮＣＺはズーム光学系に付随したエンコーダ回路であり、レンズＬＮＳ内制御回路ＬＰＲＳはエンコーダ回路ＥＮＣＺからの信号ＳＥＮＣＺを入力してズーム位置を検出する。レンズＬＮＳ内制御回路ＬＰＲＳ内には各ズーム位置におけるレンズ・パラメータが格納されており、カメラ側のマイクロコンピュータＰＲＳから要求があった場合には、現在のズーム位置に対応したパラメータをカメラ側に送出する。
【００６１】
ＩＣＣは、光電変換素子であるＣＣＤ等から構成される焦点検出用エリアセンサ及びその駆動制御回路である焦点検出回路であり、選択信号ＣＩＣＣが‘Ｈ’のとき選択されて、データ信号ＳＯ、ＳＩ、同期信号ＳＣＬＫを用いてマイクロコンピュータＰＲＳから制御される。
【００６２】
ΦＶ、ΦＨ、ΦＲはエリアセンサ出力の読み出し、リセット信号であり、マイクロコンピュータＰＲＳから信号に基づいて焦点検出回路ＩＣＣ内の駆動回路によりセンサ制御信号が生成される。センサ出力はセンサ部からの読み出し後増幅され、出力信号ＩＭＡＧＥとしてマイクロコンピュータＰＲＳのアナログ入力端子に入力され、マイクロコンピュータＰＲＳは出力信号ＩＭＡＧＥをＡ／Ｄ変換後、そのデジタル値をＲＡＭ上の所定のアドレスへ順次格納してゆく。これらデジタル変換された信号を用いて焦点検出を行っていく。
【００６３】
ＶＲは前述した各差動アンプに共通の蓄積終了判定レベルであり、ＩＮＴＥは蓄積終了出力信号、ＩＣＬＫは焦点検出回路ＩＣＣ内の制御回路部の基準クロック信号である。
【００６４】
上述のカメラの全システム中、特に焦点検出回路ＩＣＣの動作は第１乃至第６の実施形態で説明したようにエリアセンサによる焦点検出の動作を行ない、その結果はマイクロコンピュータＰＲＳを介してレンズＬＮＳ内制御回路ＬＰＲＳにより適切な焦点ポイントにレンズ系を移動・保持し、その後シャッターが動作することで、焦点のあった画像を取得することができる。
【００６５】
尚、上記図８ではカメラとレンズＬＮＳが別体（レンズ交換が可能）となるもので表現されているが、本発明はカメラ・レンズ一体なるものでも何等問題なく、これ等に限定されるものではない。
【００６６】
［第３実施形態］
以上の実施形態においては、焦点検出のエリアセンサによる測距点の配置間隔をあえて上下、左右方向で非同等としている。しかし、例えばカメラにおいては縦位置撮影のように上下、左右の定義が反転する使い方もある。この場合でも違和感無く使用できるようにするには上下、左右の配置間隔を同等にすればよい。
【００６７】
この場合の測距点配置を図９に示した。ここでの先述したｈ，ｖの関係は
ｈ＝ｖ
である。
【００６８】
一方、使用するエリアセンサ等の制約から、上下、左右方向には同数の測距点を配置する場合も考えられる。この場合は、測距点の配置間隔を撮影画面の辺の長さの関係と同等にすると使い易いものとなる。図１０はその一例で、上下、左右の両方向において、撮影画面の辺の長さに対し同じ比率の測距領域の広がりを有する装置となる。図１１におけるｈとｖの関係が撮影画面の左右と上下の辺の長さの関係と同じになるわけで、今度は逆に撮影画面の設定をｈとｖの関係が良好になるようにすると良い。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明してきた本発明によれば、撮影画面又は観察画面上の広い範囲に渡り二次元的、連続的に焦点検出をする焦点検出装置において、個々の焦点検出領域の能力が最大限に引き出され、必要十分な数の検出領域が無駄無く配置され、全領域の蓄積制御が一度で可能となる。
【００７０】
また、本発明の焦点検出装置によれば、エリアセンサを焦点検出に用いる場合、エリアセンサを、最大効率で合理的に使用することができる。さらに、この焦点検出装置を撮影装置のカメラに用いることで、構成的に小型で簡易に且つ正確な高密度の焦点位置を得ることができる。従って、検出能力、操作性、更に応答性も良い検出装置の提供が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の焦点検出装置の概略構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の絞りおよび２次結像系を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の光電変換素子を示す図である。
【図４】本発明の実施形態の焦点検出領域の分布を示す図である。
【図５】本発明の実施形態の焦点検出領域の分布を説明する図である。
【図６】本発明の実施形態の光電変換素子の領域分割を説明する図である。
【図７】本発明の実施形態のエリアセンサ用蓄積制御回路部の概要を示す図である。
【図８】本発明の実施形態であるカメラおよびレンズの回路図である。
【図９】本発明の第２の実施形態の焦点検出領域の分布を説明する図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態の焦点検出領域の分布を示す図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態の焦点検出領域の分布を説明する図である。
【図１２】従来の焦点検出装置のカメラ内配置図である。
【図１３】従来の焦点検出装置を説明する図である。
【図１４】従来の焦点検出領域の分布を示す図である。
【図１５】焦点検出領域を二次元に拡大した場合を示す図である。
【図１６】焦点検出領域を二次元に拡大した場合の光電変換素子を示す図である。
【図１７】焦点検出領域が二次元の場合の理想的な測距点配置図である。
【図１８】二次元に測距点配置を行った場合の問題点の説明図である。
【図１９】二次元に測距点配置を行った場合のエリアセンサの平面図である。
【図２０】従来の二次元に測距点配置を行った場合の焦点検出装置のブロック図である。
【図２１】二次元に測距点配置を行った場合の焦点検出領域と画面の信号図である。
【図２２】二次元に測距点配置を行った場合の各領域の画素の電荷蓄積の出力図である。
【符号の説明】
１ 対物レンズの光軸
２ フィルム
３ 主ミラー
４ 第１の反射鏡
５ 結像面
６ 第２の反射鏡
７ 赤外カットフィルタ
８ 絞り
９ ２次結像系
１０ 第３の反射鏡
１１ 光電変換素子
１２ 光束
２４ 対物レンズの光軸
３１ 撮影画面領域
１０１ 対物レンズ
１０２ 主ミラー
１０３ 焦点板
１０４ ペンタプリズム
１０５ 接眼レンズ
１０６ サブミラー
１０７ フィルム
１０８ 焦点検出装置
１０９ 視野マスク
１１０ フィールドレンズ
１１１ ２次結像系
１１２ 光電変換素子
１１３ 絞り
１１４ 対物レンズの射出瞳
１１５ 光束
Ａ 撮影画面領域
Ｂ 焦点検出領域
ＰＲＳ カメラ内制御装置
ＬＣＭ レンズ通信バッファ回路
ＳＤＲ センサ駆動回路
ＬＮＳ レンズ
ＬＰＲＳ レンズ内制御回路
ＥＮＣＦ 焦点調節用レンズの移動量検出エンコーダ
Claims (12)
- 撮影レンズを通過した被写体からの光束を受光する連続した二次元的な広がりを有する複数の光電変換手段と、前記光電変換手段の出力から前記撮影レンズのデフォーカス量を検出する焦点検出装置において、
前記光電変換手段を複数の領域に分割して設定する各焦点検出領域が、撮影画面領域内に、互いに位相差検出方向にそれぞれ位置がずれて配置され、一つの焦点検出の視野の長さは、隣接する焦点検出の視野と位相差検出方向で重なることを特徴とする焦点検出装置。 - 前記複数の焦点検出領域の分割数は撮影画面の中心（撮影レンズの光軸）を含む上下、左右の領域においては奇数であることを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
- 前記複数の焦点検出領域の設定位置は撮影画面の中心（撮影レンズの光軸）を含む上下、左右に線対称であることを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
- 前記複数の焦点検出領域の配置間隔は上下と左右で非同等であることを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
- 前記配置間隔は、通常の使用状態で上下方向よりも左右方向が狭いことを特徴とする請求項４に記載の焦点検出装置。
- 前記配置間隔の広い方向は、位相差検出方式の焦点検出において位相差の発生する方向であることを特徴とする請求項４に記載の焦点検出装置。
- 前記配置間隔の長さの関係が撮影画面の辺の長さの関係と反対となることを特徴とする請求項４に記載の焦点検出装置。
- 前記配置間隔の長さの関係は、上下、左右のお互いが他方の２倍を越えないことを特徴とする請求項４に記載の焦点検出装置。
- 前記複数の焦点検出領域の方向別の分割数の関係が、撮影画面の辺の長さの関係と同じとなることを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
- 前記複数の焦点検出領域の配置間隔は、上下、左右で同等であることを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
- 前記配置間隔の長さの関係が、撮影画面の辺の長さの関係と同じとなることを特徴とする請求項４に記載の焦点検出装置。
- 請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の焦点検出装置を用いたことを特徴とするカメラ。
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