JP3789012B2 - 光電変換装置と撮像装置及びこれを用いた焦点検出装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はカメラ、ビデオ等の光電変換装置と撮像装置、及び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、エリアセンサとして多分割したときの用いかたを示す光電変換装置と、撮影画面又は観察画面上の広い範囲に渡り二次元的、連続的に撮影できる撮像装置と及びこれを用いて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１７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。
【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１８は焦点検出の原理を説明するために、図１７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１８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１８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している課題】
図１７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１９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１８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。
【０００９】
一方、センサ列１１２の蓄積制御に関しての説明図が図２０である。これは２つのセンサ列１１２−１，１１２−２に対して共通な遮光されたダーク画素１２０の出力（ＶＤ）と２つのセンサ列１１２−１，１１２−２に共通な最大値検出回路１２１の出力、即ち最大値を示す画素の出力（ＶＰ）との差が差動アンプ１２２により検出・出力され、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の終了と、蓄積容量への読みだし信号となるΦＲが蓄積制御部１２３からセンサ列１１２−１，１１２−２に送られるものである。ここで最大値ＶＰとダーク出力ＶＤとの差を取るのは、ダーク出力ＶＤを基準とし、所定のレベルＶＲに最大値ＶＰとダーク出力ＶＤとの差が到達するまで蓄積することにより、焦点検出の位相差検出処理において、十分精度が出るレベルであると判断できるためである。一方、これ以上に蓄積時間を増加すれば、出力信号が飽和して適切な検出が行えなくなる等の不具合があるので、読みだし信号となるΦＲを、［ＶＰ−ＶＤ＝ＶＲ］となる時点で、センサ列１１２−１，１１２−２に帰還する。
【００１０】
図２１は２つのセンサ列１１２−１，１１２−２の像信号の様子をダーク画素１２０の出力ＶＤを基準として示したもので、センサ列１１２−１，１１２−２のそれぞれの像信号である１像、２像に対して、共通の最大出力値（ＶＰ、図では１像側）が設定レベル（ＶＲ）となっている。焦点検出装置として用いる場合には、各センサ列１１２−１，１１２−２の内センサ画素のいずれかが設定レベルＶＲに到達した時点で、撮像を終了して、各センサの画像を比較して、焦点が合っているのか否かを検出する。
【００１１】
図２２は最大値検出回路１２１以後の回路構成の概略を示したものである。各画素出力（ｎ番目の画素出力Ｖｎ）が現時点の最大値ＶＰと比較され、ｎ番目の画素出力Ｖｎが最大値ＶＰを越えたならば、差動アンプ１３０が反転し、ＭＯＳスイッチ１３２がオンとなり、画素出力Ｖｎが電圧ホロワ１３１を介して出力され、画素出力Ｖｎが新たな最大値ＶＰとなる。このセンサ列１１２−１，１１２−２の最大値検出回路１２１の最大値ＶＰ出力は、ダーク画素出力ＶＤと差動アンプ１３３で差動増幅され、さらにコンパレータ１３４で設定レベルＶＲと比較され、差動出力が設定レベルＶＲを越えたら蓄積終了、読みだし信号ΦＲが出力されるものである。この読みだし信号ΦＲはセンサ列１１２−１，１１２−２の各画素の蓄積された電荷を読み出す信号となる。
【００１２】
一方、図２３は焦点検出領域の拡大を行った例で、撮影画面Ａに対して、検出領域Ｂが３つの領域になっている。これは図１９での検出領域に対して直交方向に３箇所検出領域を増したものである。
【００１３】
この図２３に示した焦点検出領域を増加した例を、図２４に示す。図において、複数のセンサ列対Ｃ〜Ｆを備えた光電変換素子と、それに対応した不図示の焦点検出光学系を用いることで実現される。
【００１４】
更にこの複数のセンサ列Ｃ〜Ｆに対する蓄積制御は、図２５に示した様に、それぞれのセンサ列に対して専用の蓄積制御部を設け、図２０の様なセンサ列、周辺回路の組合せをセンサ列対の数の分だけ揃えた構成となっている。図２５において、各センサ列対Ｃ〜Ｆのダーク画素出力ＶＤ１〜ＶＤ４と、各センサ列対Ｃ〜Ｆの最大値検出回路１４１〜１４４の最大値出力ＶＰ１〜ＶＰ４とはそれぞれ差動アンプ１４５〜１４８で差をとり、蓄積制御部１４９〜１５２にて所定レベルＶＲと比較され、所定電圧に至ったときに読みだし信号ΦＲ１〜ΦＲ４を出力し、各センサ列対Ｃ〜Ｆの各画素の蓄積電荷を読み出す。また蓄積制御部１４９〜１５２の共通出力は、各センサ列Ｃ〜Ｆの蓄積終了の信号を、例えばＣＰＵを含む制御系に出力し、制御系はいずれかのセンサ列が蓄積終了を検知し、その後各センサ列の各画素の出力をイメージ出力として読み出し、このイメージ出力からピントズレ量（デフォーカス量）を検出する。
【００１５】
以上は一次元のセンサ列、即ちラインセンサを用いての焦点検出装置で、検出領域は各センサ列の受光部に対応する視野となり、‘線’の組合せ以上のものではない。
【００１６】
そこで、更なる検出領域の拡張を目指した場合、必然的に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。
【００１７】
図２６はエリアセンサを用いた焦点検出装置での撮影画面Ａに対する検出領域（Ｂ）を示したもので、図１９，図２３に比較して大幅に検出領域を拡大している。
【００１８】
このエリアセンサに用いる光電変換素子は、位相差検出方式を行うならば図２７の様に２つのエリア領域が並んだエリアセンサ対Ｇとなる。
【００１９】
このエリアセンサ対Ｇに対する蓄積制御は、図２８の様に共通なダーク画素ＶＤと最大値検出回路１６１及び差動アンプ１６２と蓄積制御部１６３による全域一括の制御となる。ここで説明を簡略にするため、図２９の様な焦点検出用の像信号Ｙがエリアセンサ１７１上に結像されたとし、エリアセンサ１７１の領域を図の様にＧ〜Ｊの４領域に分割して考える。
【００２０】
図３０は図２９での４つの領域Ｇ〜Ｊの各々に対応する像信号の様子を表したものである。図からわかるように、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Ｇ，Ｉ，Ｊ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という問題点を有している。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、複数の画素を有する光電変換領域を第１の方向及び前記第１の方向に垂直な第２の方向に２次元的に配列したエリアセンサと、共通の出力部と、前記２次元的に配列した光電変換領域からの信号を順次前記共通の出力部に転送するための複数のスイッチと、前記共通の出力部から順次出力された信号に基づき、各光電変換領域の蓄積終了判定動作を順次行う共通の制御部とを有し、前記共通の制御部は、前記第１の方向及び第２の方向に２次元的に配列した光電変換領域のうち、前記第１の方向の光電変換領域のうち所定の光電変換領域のラインと前記第２の方向の光電変換領域のラインとの範囲で設定される複数の光電変換領域からの信号読み出し動作に動作制限し、当該動作制限された複数の光電変換領域からの信号に基づいて蓄積終了判定動作を行い、更に、前記信号読み出し動作を制限した複数の光電変換領域のうち、前記第２の方向に関して所定のラインの光電変換領域の蓄積終了に動作制限することを特徴とする。
【００２２】
また、本発明は、上記光電変換装置を含み、前記光電変換装置のエリアセンサの光電変換領域毎に各画素中の蓄積電荷の最大値が所定レベルに到達することを検出し、前記光電変換装置における制御部は、その検出結果に基づいて前記光電変換領域の各画素の読み出し開始を制御することを特徴とする。
【００２３】
また、本発明は、上記光電変換装置を具備する撮像装置において、前記光電変換装置のエリアセンサの光電変換領域毎に最大値を検出する最大値検出回路と、前記光電変換領域に設けられたダーク領域のダーク画素の画素信号を出力するダーク検出部と、前記光電変換領域毎に前記ダーク検出部の出力と前記最大値検出回路の出力との差を検出する差動アンプと、前記光電変換装置の制御部からの制御信号により時系列的に前記各差動アンプの出力を所定レベルと比較するコンパレータとを有し、前記コンパレータの出力により前記各光電変換領域の電荷蓄積を終了させると共に、前記各光電変換領域の画素の読み出しを開始することを特徴とする。
【００２４】
また、本発明は、上記撮像装置を含み、前記光電変換装置の各画素の蓄積信号に応じて焦点検出を行うことを特徴とする。
【００２５】
また、本発明は、上記光電変換装置を含み、前記光電変換装置の出力から撮影レンズのデフォーカス量を検出し、且つ、前記光電変換装置の各光電変換領域毎に蓄積制御を独立に行うことを特徴とする。
【００２６】
また、本発明は、上記光電変換装置を含み、前記光電変換装置の出力から撮影レンズのデフォーカス量を検出し、且つ、前記光電変換装置の制御部により各光電変換領域に対して動作制限が設定可能であることを特徴とする。
【００２７】
また、本発明は、上記光電変換装置を含み、前記光電変換装置の出力から撮影レンズのデフォーカス量を検出し、且つ、前記光電変換装置のエリアセンサは隔たった位置に複数配置されており、前記隔たったエリアセンサの蓄積制御を同時に行うことを特徴とする。
【００２８】
また、本発明は、上記光電変換装置を含み、前記光電変換装置の出力から撮影レンズのデフォーカス量を検出し、且つ、前記光電変換装置の各光電変換領域の蓄積終了信号の出力を任意に禁止可能とすることを特徴とする。
【００２９】
また、本発明は、上記光電変換装置を含み、前記光電変換装置の出力から撮影レンズのデフォーカス量を検出すると共に、前記光電変換装置の光電変換領域の蓄積制御を独立に行い、且つ、一次元単位（各ライン）に分割した光電変換領域毎に動作制限を設定し、更に、前記一次元方向とは異なる方向に分割した光電変換領域毎に蓄積終了信号の出力禁止を設定することを特徴とする。
【００３２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００３３】
［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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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、
【００３９】
【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。
【００４０】
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１８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。
【００４１】
次に、光電変換素子１１について詳しく説明する。
【００４２】
第４図は本実施形態における焦点検出領域の分布の様子を図１７で説明したカメラのファインダ１０５から見た状態で描いたものである。図４のように本実施形態では撮影画面３１の中央部分に左右１１、上下５分割の計５５領域（図中、□が１領域を表す）での焦点検出が可能である。この５５の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５５分割して用いている。
【００４３】
図５は、図３に示すエリアセンサ１１ー１，１１ー２の１つのエリアセンサについて、５５分割の様子を示した図である。図中、４１は比較上図２０の１２０で示しているダーク画素部である。本実施形態ではエリアセンサであるが、蓄積制御を分割領域毎に独立に行っているので、各分割領域に対し１つずつのダーク画素を設定している。図５ではダーク画素が検出領域外に上下方向の分割数（５）だけまとめて設置されている。従って、１１×５の各分割領域毎にダーク画素を設け、各分割領域内には２０画素が設けられた例を示しているがこの画素数は更に多数個でもよく、このようなエリアセンサによって、各分割領域毎の焦点検出を可能としている。尚、図では領域分割の様子を強調するために、分割ラインを太く描いているが、実際は通常のエリアセンサの様な均一の外観となり、全領域によって焦点検出を行う。
【００４４】
図６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５で示した各分割領域（対）毎に、図２０で説明したものと同様なセンサ領域１〜ｎと最大値検出回路部１〜ｎと差動アンプ（ＡＰ１〜ＡＰｎ）を持ち、各差動アンプ（ＡＰ１〜ＡＰｎ）の出力が、出力スイッチＡＳ１ａ〜ＡＳｎａを介してコンパレータＣＯＭの一端に入力され、共通の所定レベル（ＶＲ）に到達することでコンパレータＣＯＭの出力が反転し、この反転出力の読みだし信号ΦＲは各スイッチＡＳ１ｂ〜ＡＳｎｂを介して各センサ領域１〜ｎに蓄積動作の終了と読み出し開始を指示する。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、各分割領域毎に設けられたアナログスイッチ対ＡＳ１ａとＡＳ１ｂ、ＡＳ２ａとＡＳ２ｂ〜ＡＳｎａとＡＳｎｂを順次ＯＮして走査し、共通のコンパレータＣＯＭの読みだし信号ΦＲの反転により各分割領域の蓄積終了を各分割領域のセンサ領域１〜ｎに知らせ、全領域の蓄積終了判断を行っている。この制御回路５１の一連の走査が一巡した時点で、各センサ領域１〜ｎから画素読みだしを行ない、焦点検出動作を行う。
【００４５】
なお、本実施形態においては、位相差を検出する各焦点検出領域対に対する蓄積制御は、各分割領域毎に、図２０と同等の関係を保っている。従って、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を同時に、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、各分割領域対毎に最大値に応じた焦点検出信号を得られ、精度の高い焦点検出を可能とする。
【００４６】
又、本実施形態では焦点検出領域を５５分割しているので、上記ｎは５５となる。そして、図５の上下のライン（行）方向（５分割方向）が位相差の発生する方向であり、エリアを構成している１画素の短辺方向ともなっている。
【００４７】
［第２の実施形態］
図７は、本実施形態の焦点検出装置において、図６で示した１１×５の分割領域中、検出動作を中央３ラインに制限した場合の検出領域の様子を示した図である。動作制限を行うには図６で各分割領域毎に設けられた差動アンプＡＰｎとアナログスイッチ対ＡＳｎａ、ＡＳｎｂの動作を制御回路部５１で必要な分割領域だけ選択するために、その領域への制御信号をＯＮして、動作させればよい。図７の場合１５個の領域に対応する回路だけ動作させることとなる。
【００４８】
上記動作制限の目的は、非常な高輝度の場合の不適切な蓄積状態（いわゆる飽和状態）を回避することである。つまり、本実施形態の蓄積制御を順次走査して行っているため、蓄積終了判断が逐次行われず、適正な蓄積時間が非常に短い場合には、飽和した像信号しか得られなくなってしまい、焦点検出不可能となってしまう。そこで、動作領域を少なくすれば、一走査時間が短縮され、高輝度時でも適切な蓄積制御が可能となる。なお、全領域検出対象の時は、飽和領域だけ選択して再蓄積することとなる。しかし、もともと高輝度領域なので蓄積時間は短く、他の領域の焦点検出演算を行っている間に十分蓄積終了し、焦点調節時間全体への影響は少ない。
【００４９】
なお、本実施形態では、動作制限を行う単位は撮影画面３１に対して上下５領域（１ライン）を設定単位としている。これは、制御回路を機能的に必要十分な規模に抑えるためである。以下に説明する蓄積終了出力禁止機能を用いることで、個々の領域に対する動作制限を可能にしなくても十分その機能は満足される。
【００５０】
［第３の実施形態］
図８は、撮影画面３１に対して上下に５分割の横並びに設定した蓄積終了信号の出力制限を行う領域６１〜６５を示している。これは、横並びの焦点検出領域に対して、その蓄積終了を知らせる信号出力を同時に許可／禁止を行うためのものである。この機能と前記ライン単位の動作制限で各焦点検出領域を個々独立に動作制限するのとほぼ同等の機能が簡単に得られる。
【００５１】
本実施形態では、蓄積終了の検知用に蓄積終了出力端子ＩＮＴＥが設けてあり、この端子がカメラ全体の制御を行うマイクロコンピュータにつながっている。このＩＮＴＥ端子はいずれかの領域が蓄積終了したらそのことを伝えるものであるが、図８の５つの領域単位にその出力を禁止可能としている。
【００５２】
図９は本実施形態による出力禁止機能を説明するためのブロック図である。図において、各検出領域の蓄積終了信号ＥＮＤ１〜５５は論理和回路ＯＲ１〜ＯＲ５に入力されて論理積回路ＡＮＤ１〜５に出力され、制御信号ＩＮＨ１〜５がそれぞれＩＮＶ１〜５を介して論理積回路ＡＮＤ１〜５に入力される。論理積回路ＡＮＤ１〜５の出力は、論理和回路ＯＲ６にそれぞれ入力されて、それらの論理和が共通端子の蓄積終了出力端子ＩＮＴＥに出力される。図９では、図８に示す出力禁止領域６１〜６５に対して、制御信号ＩＮＨ１〜ＩＮＨ５が設定されている。各制御信号ＩＮＨ１〜ＩＮＨ５を設定（＝１）すると、その領域に属している各焦点検出領域からの蓄積終了信号ＥＮＤｎ（ｎ＝１〜５５）の出力が共通端子ＩＮＴＥに伝わらない構成となっている。カメラ全体の制御としては、実際に使用する領域についての蓄積終了が検知出来れば必要十分であり、過分な動作制限回路は必要ない。そこで、動作制限は最小限ライン単位で可能とし、蓄積終了出力制限を動作制限方向と直行する方向に可能な構成を採用している。
【００５３】
［第４の実施形態］
図１０は図７で行った動作制限に加えて、図９の禁止制御信号ＩＮＨ１、ＩＮＨ５を‘１’に設定して、中央９つの検出領域だけの蓄積終了信号が出力されるよう設定したものである。こうすれば、カメラ全体の制御としては、中央９つの領域だけを焦点検出領域として動作させているのとほぼ同等の状態となる。
【００５４】
［第５の実施形態］
図１１では動作制限を不連続なラインで設定し、更に蓄積終了出力許可を１つの領域（６３，ＩＮＨ３のみ＝０）とした場合の図である。こうすると、撮影領域３１に対して中央に横並びに点在した５点の検出領域での動作が可能となる。更に図１２では動作制限を１ラインとし、蓄積終了出力許可も１つの領域のみとしている。この場合、あたかも１つの焦点検出領域のみを動作させているのと同等な制御が可能となる。つまり、カメラ全体としては、一つの焦点検出領域の蓄積終了を検知したら、すぐにその焦点検出領域だけの蓄積信号を読みに行くだけとなる。
【００５５】
［第６の実施形態］
図１３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。
【００５６】
図１３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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
尚、上記図１３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。
【００７６】
［第７の実施形態］
以上の実施形態は、図３に示すように光電変換素子１１上に２つの光量分布を上下に形成し、その上下方向のずれを検出するものであった。このような構成の焦点検出装置においては、横線のような縦方向に濃淡のある被写体に対してのみ焦点検出が可能であり、縦線のような横方向に濃淡のある被写体に対しては焦点検出が出来ない。
【００７７】
この点を改善した実施形態の光学的配置図を図１４に示した。図１と異なる点は、２つのレンズ９−１，９−２からなる２次結像系９にこれと直交する方向に２つのレンズ９−３，９−４の２つのレンズを新たに配置し、それに対応した絞り８の開口８−３，８−４と光電変換素子１１上にエリアセンサ１１−３，１１−４を設けたことである。尚、図１４では煩雑さを避けるために、図１で示した絞り８の開口８−１，８−２と光電変換素子１１のエリアセンサ１１−１，１１−２及び光束１２−１，１２−２等は省略している。
【００７８】
図１５は本実施形態での絞り８の開口形状を示したものである。図中８−３，８−４が新たに加えられた開口であり、９−３，９−４はそれに対応してその後方に配置された２次結像系９を構成する２つのレンズである。
【００７９】
本実施形態では、図１５の絞り８の開口８−３，８−４は同開口８−１，８−２に比べ不図示の対物レンズの瞳の周辺の領域の光を取り入れるように、より外側に配置されている。このような構成とすることで焦点検出の際のいわゆる基線長を長くすることができ、本実施形態に新たに付け加えられた絞り８の開口８−３，８−４による焦点検出系は、明るい対物レンズに対しては焦点検出精度を高めることが可能となる。もちろん、絞り８の開口８−３，８−４が配置される中心からの位置を同開口８−１，８−２と同一とし、焦点検出精度は同等であるが縦横のどちらか一方にのみ濃淡分布がある被写体に対しても、対物レンズの明るさに関係なく、常に焦点検出を可能とする様に構成することも可能である。
【００８０】
図１６は２次結像レンズ９−３，９−４によって光量分布が形成される光電変換素子１１上のエリアセンサ１１−３，１１−４を示したものである。図からわかるように、本実施形態では左右方向に像の位相差を検出するエリアセンサ１１−３，１１−４に対応する視野領域は、上下方向に像の位相差を検出するエリアセンサ１１−１，１１−２に対応する視野領域に対して小さく設定している。これは、上下、左右両方向の歪が少ない２次光学系の実現と、光電変換素子が過剰に大きくなるのを避けるためである。
【００８１】
４つのエリアセンサ部１１ー１〜４に対する蓄積制御は、それぞれ対となるエリアセンサ部１１−１，１１−２と１１−３，１１−４の各々での共通信号（各々の各分割領域対毎の最大出力値）に基づいた蓄積制御を同時に行う。つまり、ここでは図２４で複数のラインセンサ対での考え方を、複数のエリアセンサ対に拡張すればよく、各エリアセンサ対中、複数の分割領域毎に、最大値を検出して蓄積終了信号を得ることで、広範囲の焦点検出領域による焦点検出信号を得ることができる。
【００８２】
なお、以上の各実施形態において、エリアセンサに対して、撮影レンズからの入射光を２つの視差を有する２像に分離してからそれぞれ結像しているが、所定の基線長離れた２つのレンズを介して入射する２つの像を各エリアセンサに入射してもよい。
【００８３】
【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、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の分割された複数の各領域での蓄積制御を各々独立に行い、更に前記独立蓄積制御は各領域からの制御信号を順次走査して行うことで、二次元的な領域における任意の位置の被写体に焦点を合わせることが精度良く容易にでき、しかも制御回路規模の縮小が計られ、安価な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光電変換素子の詳細を示す図である。
【図６】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７】本発明の実施形態の光電変換素子の機能を説明する図である。
【図８】本発明の実施形態の光電変換素子の機能を説明する図である。
【図９】本発明の実施形態の光電変換素子の機能を説明する図である。
【図１０】本発明の実施形態の光電変換素子の機能を説明する図である。
【図１１】本発明の実施形態の光電変換素子の機能を説明する図である。
【図１２】本発明の実施形態の光電変換素子の機能を説明する図である。
【図１３】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１４】本発明の第２の実施形態の焦点検出装置の概略構成図である。
【図１５】本発明の第２の実施形態の絞りおよび２次結像系を示す図である。
【図１６】本発明の第２の実施形態の光電変換素子を示す図である。
【図１７】従来の焦点検出装置のカメラ内配置図である。
【図１８】従来の焦点検出装置を説明する図である。
【図１９】従来の焦点検出領域の分布を示す図である。
【図２０】従来の光電変換素子及びその蓄積制御を説明する図である。
【図２１】従来の光電変換素子及びその蓄積制御を説明する図である。
【図２２】従来の光電変換素子及びその蓄積制御を説明する図である。
【図２３】従来の焦点検出領域の分布を示す図である。
【図２４】従来の光電変換素子及びその蓄積制御を説明する図である。
【図２５】従来の光電変換素子及びその蓄積制御を説明する図である。
【図２６】従来方式で焦点検出領域を二次元に拡大した場合の説明図である。
【図２７】従来方式で焦点検出領域を二次元に拡大した場合の説明図である。
【図２８】従来方式で焦点検出領域を二次元に拡大した場合の説明図である。
【図２９】従来方式で焦点検出領域を二次元に拡大した場合の説明図である。
【図３０】従来方式で焦点検出領域を二次元に拡大した場合の説明図である。
【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 カメラ内制御装置としてのマイクロコンピュータ
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、ビデオ等の光電変換装置と撮像装置、及び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、エリアセンサとして多分割したときの用いかたを示す光電変換装置と、撮影画面又は観察画面上の広い範囲に渡り二次元的、連続的に撮影できる撮像装置と及びこれを用いて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１７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。
【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１８は焦点検出の原理を説明するために、図１７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１８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１８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している課題】
図１７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１９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１８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。
【０００９】
一方、センサ列１１２の蓄積制御に関しての説明図が図２０である。これは２つのセンサ列１１２−１，１１２−２に対して共通な遮光されたダーク画素１２０の出力（ＶＤ）と２つのセンサ列１１２−１，１１２−２に共通な最大値検出回路１２１の出力、即ち最大値を示す画素の出力（ＶＰ）との差が差動アンプ１２２により検出・出力され、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の終了と、蓄積容量への読みだし信号となるΦＲが蓄積制御部１２３からセンサ列１１２−１，１１２−２に送られるものである。ここで最大値ＶＰとダーク出力ＶＤとの差を取るのは、ダーク出力ＶＤを基準とし、所定のレベルＶＲに最大値ＶＰとダーク出力ＶＤとの差が到達するまで蓄積することにより、焦点検出の位相差検出処理において、十分精度が出るレベルであると判断できるためである。一方、これ以上に蓄積時間を増加すれば、出力信号が飽和して適切な検出が行えなくなる等の不具合があるので、読みだし信号となるΦＲを、［ＶＰ−ＶＤ＝ＶＲ］となる時点で、センサ列１１２−１，１１２−２に帰還する。
【００１０】
図２１は２つのセンサ列１１２−１，１１２−２の像信号の様子をダーク画素１２０の出力ＶＤを基準として示したもので、センサ列１１２−１，１１２−２のそれぞれの像信号である１像、２像に対して、共通の最大出力値（ＶＰ、図では１像側）が設定レベル（ＶＲ）となっている。焦点検出装置として用いる場合には、各センサ列１１２−１，１１２−２の内センサ画素のいずれかが設定レベルＶＲに到達した時点で、撮像を終了して、各センサの画像を比較して、焦点が合っているのか否かを検出する。
【００１１】
図２２は最大値検出回路１２１以後の回路構成の概略を示したものである。各画素出力（ｎ番目の画素出力Ｖｎ）が現時点の最大値ＶＰと比較され、ｎ番目の画素出力Ｖｎが最大値ＶＰを越えたならば、差動アンプ１３０が反転し、ＭＯＳスイッチ１３２がオンとなり、画素出力Ｖｎが電圧ホロワ１３１を介して出力され、画素出力Ｖｎが新たな最大値ＶＰとなる。このセンサ列１１２−１，１１２−２の最大値検出回路１２１の最大値ＶＰ出力は、ダーク画素出力ＶＤと差動アンプ１３３で差動増幅され、さらにコンパレータ１３４で設定レベルＶＲと比較され、差動出力が設定レベルＶＲを越えたら蓄積終了、読みだし信号ΦＲが出力されるものである。この読みだし信号ΦＲはセンサ列１１２−１，１１２−２の各画素の蓄積された電荷を読み出す信号となる。
【００１２】
一方、図２３は焦点検出領域の拡大を行った例で、撮影画面Ａに対して、検出領域Ｂが３つの領域になっている。これは図１９での検出領域に対して直交方向に３箇所検出領域を増したものである。
【００１３】
この図２３に示した焦点検出領域を増加した例を、図２４に示す。図において、複数のセンサ列対Ｃ〜Ｆを備えた光電変換素子と、それに対応した不図示の焦点検出光学系を用いることで実現される。
【００１４】
更にこの複数のセンサ列Ｃ〜Ｆに対する蓄積制御は、図２５に示した様に、それぞれのセンサ列に対して専用の蓄積制御部を設け、図２０の様なセンサ列、周辺回路の組合せをセンサ列対の数の分だけ揃えた構成となっている。図２５において、各センサ列対Ｃ〜Ｆのダーク画素出力ＶＤ１〜ＶＤ４と、各センサ列対Ｃ〜Ｆの最大値検出回路１４１〜１４４の最大値出力ＶＰ１〜ＶＰ４とはそれぞれ差動アンプ１４５〜１４８で差をとり、蓄積制御部１４９〜１５２にて所定レベルＶＲと比較され、所定電圧に至ったときに読みだし信号ΦＲ１〜ΦＲ４を出力し、各センサ列対Ｃ〜Ｆの各画素の蓄積電荷を読み出す。また蓄積制御部１４９〜１５２の共通出力は、各センサ列Ｃ〜Ｆの蓄積終了の信号を、例えばＣＰＵを含む制御系に出力し、制御系はいずれかのセンサ列が蓄積終了を検知し、その後各センサ列の各画素の出力をイメージ出力として読み出し、このイメージ出力からピントズレ量（デフォーカス量）を検出する。
【００１５】
以上は一次元のセンサ列、即ちラインセンサを用いての焦点検出装置で、検出領域は各センサ列の受光部に対応する視野となり、‘線’の組合せ以上のものではない。
【００１６】
そこで、更なる検出領域の拡張を目指した場合、必然的に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。
【００１７】
図２６はエリアセンサを用いた焦点検出装置での撮影画面Ａに対する検出領域（Ｂ）を示したもので、図１９，図２３に比較して大幅に検出領域を拡大している。
【００１８】
このエリアセンサに用いる光電変換素子は、位相差検出方式を行うならば図２７の様に２つのエリア領域が並んだエリアセンサ対Ｇとなる。
【００１９】
このエリアセンサ対Ｇに対する蓄積制御は、図２８の様に共通なダーク画素ＶＤと最大値検出回路１６１及び差動アンプ１６２と蓄積制御部１６３による全域一括の制御となる。ここで説明を簡略にするため、図２９の様な焦点検出用の像信号Ｙがエリアセンサ１７１上に結像されたとし、エリアセンサ１７１の領域を図の様にＧ〜Ｊの４領域に分割して考える。
【００２０】
図３０は図２９での４つの領域Ｇ〜Ｊの各々に対応する像信号の様子を表したものである。図からわかるように、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Ｇ，Ｉ，Ｊ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という問題点を有している。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、複数の画素を有する光電変換領域を第１の方向及び前記第１の方向に垂直な第２の方向に２次元的に配列したエリアセンサと、共通の出力部と、前記２次元的に配列した光電変換領域からの信号を順次前記共通の出力部に転送するための複数のスイッチと、前記共通の出力部から順次出力された信号に基づき、各光電変換領域の蓄積終了判定動作を順次行う共通の制御部とを有し、前記共通の制御部は、前記第１の方向及び第２の方向に２次元的に配列した光電変換領域のうち、前記第１の方向の光電変換領域のうち所定の光電変換領域のラインと前記第２の方向の光電変換領域のラインとの範囲で設定される複数の光電変換領域からの信号読み出し動作に動作制限し、当該動作制限された複数の光電変換領域からの信号に基づいて蓄積終了判定動作を行い、更に、前記信号読み出し動作を制限した複数の光電変換領域のうち、前記第２の方向に関して所定のラインの光電変換領域の蓄積終了に動作制限することを特徴とする。
【００２２】
また、本発明は、上記光電変換装置を含み、前記光電変換装置のエリアセンサの光電変換領域毎に各画素中の蓄積電荷の最大値が所定レベルに到達することを検出し、前記光電変換装置における制御部は、その検出結果に基づいて前記光電変換領域の各画素の読み出し開始を制御することを特徴とする。
【００２３】
また、本発明は、上記光電変換装置を具備する撮像装置において、前記光電変換装置のエリアセンサの光電変換領域毎に最大値を検出する最大値検出回路と、前記光電変換領域に設けられたダーク領域のダーク画素の画素信号を出力するダーク検出部と、前記光電変換領域毎に前記ダーク検出部の出力と前記最大値検出回路の出力との差を検出する差動アンプと、前記光電変換装置の制御部からの制御信号により時系列的に前記各差動アンプの出力を所定レベルと比較するコンパレータとを有し、前記コンパレータの出力により前記各光電変換領域の電荷蓄積を終了させると共に、前記各光電変換領域の画素の読み出しを開始することを特徴とする。
【００２４】
また、本発明は、上記撮像装置を含み、前記光電変換装置の各画素の蓄積信号に応じて焦点検出を行うことを特徴とする。
【００２５】
また、本発明は、上記光電変換装置を含み、前記光電変換装置の出力から撮影レンズのデフォーカス量を検出し、且つ、前記光電変換装置の各光電変換領域毎に蓄積制御を独立に行うことを特徴とする。
【００２６】
また、本発明は、上記光電変換装置を含み、前記光電変換装置の出力から撮影レンズのデフォーカス量を検出し、且つ、前記光電変換装置の制御部により各光電変換領域に対して動作制限が設定可能であることを特徴とする。
【００２７】
また、本発明は、上記光電変換装置を含み、前記光電変換装置の出力から撮影レンズのデフォーカス量を検出し、且つ、前記光電変換装置のエリアセンサは隔たった位置に複数配置されており、前記隔たったエリアセンサの蓄積制御を同時に行うことを特徴とする。
【００２８】
また、本発明は、上記光電変換装置を含み、前記光電変換装置の出力から撮影レンズのデフォーカス量を検出し、且つ、前記光電変換装置の各光電変換領域の蓄積終了信号の出力を任意に禁止可能とすることを特徴とする。
【００２９】
また、本発明は、上記光電変換装置を含み、前記光電変換装置の出力から撮影レンズのデフォーカス量を検出すると共に、前記光電変換装置の光電変換領域の蓄積制御を独立に行い、且つ、一次元単位（各ライン）に分割した光電変換領域毎に動作制限を設定し、更に、前記一次元方向とは異なる方向に分割した光電変換領域毎に蓄積終了信号の出力禁止を設定することを特徴とする。
【００３２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００３３】
［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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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、
【００３９】
【数１】
−２０≦ ｒ ≦２０ −１＜ ｋ ≦−０.２
程度が好ましい。
【００４０】
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１８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。
【００４１】
次に、光電変換素子１１について詳しく説明する。
【００４２】
第４図は本実施形態における焦点検出領域の分布の様子を図１７で説明したカメラのファインダ１０５から見た状態で描いたものである。図４のように本実施形態では撮影画面３１の中央部分に左右１１、上下５分割の計５５領域（図中、□が１領域を表す）での焦点検出が可能である。この５５の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５５分割して用いている。
【００４３】
図５は、図３に示すエリアセンサ１１ー１，１１ー２の１つのエリアセンサについて、５５分割の様子を示した図である。図中、４１は比較上図２０の１２０で示しているダーク画素部である。本実施形態ではエリアセンサであるが、蓄積制御を分割領域毎に独立に行っているので、各分割領域に対し１つずつのダーク画素を設定している。図５ではダーク画素が検出領域外に上下方向の分割数（５）だけまとめて設置されている。従って、１１×５の各分割領域毎にダーク画素を設け、各分割領域内には２０画素が設けられた例を示しているがこの画素数は更に多数個でもよく、このようなエリアセンサによって、各分割領域毎の焦点検出を可能としている。尚、図では領域分割の様子を強調するために、分割ラインを太く描いているが、実際は通常のエリアセンサの様な均一の外観となり、全領域によって焦点検出を行う。
【００４４】
図６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５で示した各分割領域（対）毎に、図２０で説明したものと同様なセンサ領域１〜ｎと最大値検出回路部１〜ｎと差動アンプ（ＡＰ１〜ＡＰｎ）を持ち、各差動アンプ（ＡＰ１〜ＡＰｎ）の出力が、出力スイッチＡＳ１ａ〜ＡＳｎａを介してコンパレータＣＯＭの一端に入力され、共通の所定レベル（ＶＲ）に到達することでコンパレータＣＯＭの出力が反転し、この反転出力の読みだし信号ΦＲは各スイッチＡＳ１ｂ〜ＡＳｎｂを介して各センサ領域１〜ｎに蓄積動作の終了と読み出し開始を指示する。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、各分割領域毎に設けられたアナログスイッチ対ＡＳ１ａとＡＳ１ｂ、ＡＳ２ａとＡＳ２ｂ〜ＡＳｎａとＡＳｎｂを順次ＯＮして走査し、共通のコンパレータＣＯＭの読みだし信号ΦＲの反転により各分割領域の蓄積終了を各分割領域のセンサ領域１〜ｎに知らせ、全領域の蓄積終了判断を行っている。この制御回路５１の一連の走査が一巡した時点で、各センサ領域１〜ｎから画素読みだしを行ない、焦点検出動作を行う。
【００４５】
なお、本実施形態においては、位相差を検出する各焦点検出領域対に対する蓄積制御は、各分割領域毎に、図２０と同等の関係を保っている。従って、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を同時に、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、各分割領域対毎に最大値に応じた焦点検出信号を得られ、精度の高い焦点検出を可能とする。
【００４６】
又、本実施形態では焦点検出領域を５５分割しているので、上記ｎは５５となる。そして、図５の上下のライン（行）方向（５分割方向）が位相差の発生する方向であり、エリアを構成している１画素の短辺方向ともなっている。
【００４７】
［第２の実施形態］
図７は、本実施形態の焦点検出装置において、図６で示した１１×５の分割領域中、検出動作を中央３ラインに制限した場合の検出領域の様子を示した図である。動作制限を行うには図６で各分割領域毎に設けられた差動アンプＡＰｎとアナログスイッチ対ＡＳｎａ、ＡＳｎｂの動作を制御回路部５１で必要な分割領域だけ選択するために、その領域への制御信号をＯＮして、動作させればよい。図７の場合１５個の領域に対応する回路だけ動作させることとなる。
【００４８】
上記動作制限の目的は、非常な高輝度の場合の不適切な蓄積状態（いわゆる飽和状態）を回避することである。つまり、本実施形態の蓄積制御を順次走査して行っているため、蓄積終了判断が逐次行われず、適正な蓄積時間が非常に短い場合には、飽和した像信号しか得られなくなってしまい、焦点検出不可能となってしまう。そこで、動作領域を少なくすれば、一走査時間が短縮され、高輝度時でも適切な蓄積制御が可能となる。なお、全領域検出対象の時は、飽和領域だけ選択して再蓄積することとなる。しかし、もともと高輝度領域なので蓄積時間は短く、他の領域の焦点検出演算を行っている間に十分蓄積終了し、焦点調節時間全体への影響は少ない。
【００４９】
なお、本実施形態では、動作制限を行う単位は撮影画面３１に対して上下５領域（１ライン）を設定単位としている。これは、制御回路を機能的に必要十分な規模に抑えるためである。以下に説明する蓄積終了出力禁止機能を用いることで、個々の領域に対する動作制限を可能にしなくても十分その機能は満足される。
【００５０】
［第３の実施形態］
図８は、撮影画面３１に対して上下に５分割の横並びに設定した蓄積終了信号の出力制限を行う領域６１〜６５を示している。これは、横並びの焦点検出領域に対して、その蓄積終了を知らせる信号出力を同時に許可／禁止を行うためのものである。この機能と前記ライン単位の動作制限で各焦点検出領域を個々独立に動作制限するのとほぼ同等の機能が簡単に得られる。
【００５１】
本実施形態では、蓄積終了の検知用に蓄積終了出力端子ＩＮＴＥが設けてあり、この端子がカメラ全体の制御を行うマイクロコンピュータにつながっている。このＩＮＴＥ端子はいずれかの領域が蓄積終了したらそのことを伝えるものであるが、図８の５つの領域単位にその出力を禁止可能としている。
【００５２】
図９は本実施形態による出力禁止機能を説明するためのブロック図である。図において、各検出領域の蓄積終了信号ＥＮＤ１〜５５は論理和回路ＯＲ１〜ＯＲ５に入力されて論理積回路ＡＮＤ１〜５に出力され、制御信号ＩＮＨ１〜５がそれぞれＩＮＶ１〜５を介して論理積回路ＡＮＤ１〜５に入力される。論理積回路ＡＮＤ１〜５の出力は、論理和回路ＯＲ６にそれぞれ入力されて、それらの論理和が共通端子の蓄積終了出力端子ＩＮＴＥに出力される。図９では、図８に示す出力禁止領域６１〜６５に対して、制御信号ＩＮＨ１〜ＩＮＨ５が設定されている。各制御信号ＩＮＨ１〜ＩＮＨ５を設定（＝１）すると、その領域に属している各焦点検出領域からの蓄積終了信号ＥＮＤｎ（ｎ＝１〜５５）の出力が共通端子ＩＮＴＥに伝わらない構成となっている。カメラ全体の制御としては、実際に使用する領域についての蓄積終了が検知出来れば必要十分であり、過分な動作制限回路は必要ない。そこで、動作制限は最小限ライン単位で可能とし、蓄積終了出力制限を動作制限方向と直行する方向に可能な構成を採用している。
【００５３】
［第４の実施形態］
図１０は図７で行った動作制限に加えて、図９の禁止制御信号ＩＮＨ１、ＩＮＨ５を‘１’に設定して、中央９つの検出領域だけの蓄積終了信号が出力されるよう設定したものである。こうすれば、カメラ全体の制御としては、中央９つの領域だけを焦点検出領域として動作させているのとほぼ同等の状態となる。
【００５４】
［第５の実施形態］
図１１では動作制限を不連続なラインで設定し、更に蓄積終了出力許可を１つの領域（６３，ＩＮＨ３のみ＝０）とした場合の図である。こうすると、撮影領域３１に対して中央に横並びに点在した５点の検出領域での動作が可能となる。更に図１２では動作制限を１ラインとし、蓄積終了出力許可も１つの領域のみとしている。この場合、あたかも１つの焦点検出領域のみを動作させているのと同等な制御が可能となる。つまり、カメラ全体としては、一つの焦点検出領域の蓄積終了を検知したら、すぐにその焦点検出領域だけの蓄積信号を読みに行くだけとなる。
【００５５】
［第６の実施形態］
図１３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。
【００５６】
図１３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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
尚、上記図１３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。
【００７６】
［第７の実施形態］
以上の実施形態は、図３に示すように光電変換素子１１上に２つの光量分布を上下に形成し、その上下方向のずれを検出するものであった。このような構成の焦点検出装置においては、横線のような縦方向に濃淡のある被写体に対してのみ焦点検出が可能であり、縦線のような横方向に濃淡のある被写体に対しては焦点検出が出来ない。
【００７７】
この点を改善した実施形態の光学的配置図を図１４に示した。図１と異なる点は、２つのレンズ９−１，９−２からなる２次結像系９にこれと直交する方向に２つのレンズ９−３，９−４の２つのレンズを新たに配置し、それに対応した絞り８の開口８−３，８−４と光電変換素子１１上にエリアセンサ１１−３，１１−４を設けたことである。尚、図１４では煩雑さを避けるために、図１で示した絞り８の開口８−１，８−２と光電変換素子１１のエリアセンサ１１−１，１１−２及び光束１２−１，１２−２等は省略している。
【００７８】
図１５は本実施形態での絞り８の開口形状を示したものである。図中８−３，８−４が新たに加えられた開口であり、９−３，９−４はそれに対応してその後方に配置された２次結像系９を構成する２つのレンズである。
【００７９】
本実施形態では、図１５の絞り８の開口８−３，８−４は同開口８−１，８−２に比べ不図示の対物レンズの瞳の周辺の領域の光を取り入れるように、より外側に配置されている。このような構成とすることで焦点検出の際のいわゆる基線長を長くすることができ、本実施形態に新たに付け加えられた絞り８の開口８−３，８−４による焦点検出系は、明るい対物レンズに対しては焦点検出精度を高めることが可能となる。もちろん、絞り８の開口８−３，８−４が配置される中心からの位置を同開口８−１，８−２と同一とし、焦点検出精度は同等であるが縦横のどちらか一方にのみ濃淡分布がある被写体に対しても、対物レンズの明るさに関係なく、常に焦点検出を可能とする様に構成することも可能である。
【００８０】
図１６は２次結像レンズ９−３，９−４によって光量分布が形成される光電変換素子１１上のエリアセンサ１１−３，１１−４を示したものである。図からわかるように、本実施形態では左右方向に像の位相差を検出するエリアセンサ１１−３，１１−４に対応する視野領域は、上下方向に像の位相差を検出するエリアセンサ１１−１，１１−２に対応する視野領域に対して小さく設定している。これは、上下、左右両方向の歪が少ない２次光学系の実現と、光電変換素子が過剰に大きくなるのを避けるためである。
【００８１】
４つのエリアセンサ部１１ー１〜４に対する蓄積制御は、それぞれ対となるエリアセンサ部１１−１，１１−２と１１−３，１１−４の各々での共通信号（各々の各分割領域対毎の最大出力値）に基づいた蓄積制御を同時に行う。つまり、ここでは図２４で複数のラインセンサ対での考え方を、複数のエリアセンサ対に拡張すればよく、各エリアセンサ対中、複数の分割領域毎に、最大値を検出して蓄積終了信号を得ることで、広範囲の焦点検出領域による焦点検出信号を得ることができる。
【００８２】
なお、以上の各実施形態において、エリアセンサに対して、撮影レンズからの入射光を２つの視差を有する２像に分離してからそれぞれ結像しているが、所定の基線長離れた２つのレンズを介して入射する２つの像を各エリアセンサに入射してもよい。
【００８３】
【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、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の分割された複数の各領域での蓄積制御を各々独立に行い、更に前記独立蓄積制御は各領域からの制御信号を順次走査して行うことで、二次元的な領域における任意の位置の被写体に焦点を合わせることが精度良く容易にでき、しかも制御回路規模の縮小が計られ、安価な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光電変換素子の詳細を示す図である。
【図６】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７】本発明の実施形態の光電変換素子の機能を説明する図である。
【図８】本発明の実施形態の光電変換素子の機能を説明する図である。
【図９】本発明の実施形態の光電変換素子の機能を説明する図である。
【図１０】本発明の実施形態の光電変換素子の機能を説明する図である。
【図１１】本発明の実施形態の光電変換素子の機能を説明する図である。
【図１２】本発明の実施形態の光電変換素子の機能を説明する図である。
【図１３】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１４】本発明の第２の実施形態の焦点検出装置の概略構成図である。
【図１５】本発明の第２の実施形態の絞りおよび２次結像系を示す図である。
【図１６】本発明の第２の実施形態の光電変換素子を示す図である。
【図１７】従来の焦点検出装置のカメラ内配置図である。
【図１８】従来の焦点検出装置を説明する図である。
【図１９】従来の焦点検出領域の分布を示す図である。
【図２０】従来の光電変換素子及びその蓄積制御を説明する図である。
【図２１】従来の光電変換素子及びその蓄積制御を説明する図である。
【図２２】従来の光電変換素子及びその蓄積制御を説明する図である。
【図２３】従来の焦点検出領域の分布を示す図である。
【図２４】従来の光電変換素子及びその蓄積制御を説明する図である。
【図２５】従来の光電変換素子及びその蓄積制御を説明する図である。
【図２６】従来方式で焦点検出領域を二次元に拡大した場合の説明図である。
【図２７】従来方式で焦点検出領域を二次元に拡大した場合の説明図である。
【図２８】従来方式で焦点検出領域を二次元に拡大した場合の説明図である。
【図２９】従来方式で焦点検出領域を二次元に拡大した場合の説明図である。
【図３０】従来方式で焦点検出領域を二次元に拡大した場合の説明図である。
【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 カメラ内制御装置としてのマイクロコンピュータ
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 (20)
- 複数の画素を有する光電変換領域を第１の方向及び前記第１の方向に垂直な第２の方向に２次元的に配列したエリアセンサと、
共通の出力部と、
前記２次元的に配列した光電変換領域からの信号を順次前記共通の出力部に転送するための複数のスイッチと、
前記共通の出力部から順次出力された信号に基づき、各光電変換領域の蓄積終了判定動作を順次行う共通の制御部とを有し、
前記共通の制御部は、前記第１の方向及び第２の方向に２次元的に配列した光電変換領域のうち、前記第１の方向の光電変換領域のうち所定の光電変換領域のラインと前記第２の方向の光電変換領域のラインとの範囲で設定される複数の光電変換領域からの信号読み出し動作に動作制限し、当該動作制限された複数の光電変換領域からの信号に基づいて蓄積終了判定動作を行い、更に、前記信号読み出し動作を制限した複数の光電変換領域のうち、前記第２の方向に関して所定のラインの光電変換領域の蓄積終了に動作制限することを特徴とする光電変換装置。 - 前記各光電変換領域毎にその領域内の複数の画素の蓄積終了を判定するための制御信号が、少なくとも前記光電変換領域中の各画素の最大蓄積電荷量に基づいた信号であることを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
- 請求項１又は２に記載の光電変換装置を含み、前記光電変換装置のエリアセンサの光電変換領域毎に各画素中の蓄積電荷の最大値が所定レベルに到達することを検出し、前記光電変換装置における制御部は、その検出結果に基づいて前記光電変換領域の各画素の読み出し開始を制御することを特徴とする撮像装置。
- 請求項１又は２に記載の光電変換装置を具備する撮像装置において、前記光電変換装置のエリアセンサの光電変換領域毎に最大値を検出する最大値検出回路と、前記光電変換領域に設けられたダーク領域のダーク画素の画素信号を出力するダーク検出部と、前記光電変換領域毎に前記ダーク検出部の出力と前記最大値検出回路の出力との差を検出する差動アンプと、前記光電変換装置の制御部からの制御信号により時系列的に前記各差動アンプの出力を所定レベルと比較するコンパレータとを有し、前記コンパレータの出力により前記各光電変換領域の電荷蓄積を終了させると共に、前記各光電変換領域の画素の読み出しを開始することを特徴とする撮像装置。
- 請求項３又は４に記載の撮像装置を含み、前記光電変換装置の各画素の蓄積信号に応じて焦点検出を行うことを特徴とする焦点検出装置。
- 請求項１又は２に記載の光電変換装置を含み、前記光電変換装置の出力から撮影レンズのデフォーカス量を検出し、且つ、前記光電変換装置の各光電変換領域毎に蓄積制御を独立に行うことを特徴とする焦点検出装置。
- 前記光電変換領域は、一次元単位（各ライン）で分割された領域であることを特徴とする請求項６に記載の焦点検出装置。
- 前記一次元単位の方向は位相差検出方式の焦点検出の際に位相差の発生する方向であることを特徴とする請求項７に記載の焦点検出装置。
- 前記一次元単位の方向は画素の短辺方向であることを特徴とする請求項７に記載の焦点検出装置。
- 前記光電変換領域は一次元単位（各ライン）を更に分割した領域であることを特徴とする請求項７に記載の焦点検出装置。
- 前記光電変換領域に対する蓄積制御は、前記光電変換装置の制御部からの制御信号を順次走査して行うことを特徴とする請求項６に記載の焦点検出装置。
- 請求項１又は２に記載の光電変換装置を含み、前記光電変換装置の出力から撮影レンズのデフォーカス量を検出し、且つ、前記光電変換装置の制御部により各光電変換領域に対して動作制限が設定可能であることを特徴とする焦点検出装置。
- 前記光電変換領域は一次元単位（各ライン）で分割された領域であることを特徴とする請求項１２に記載の焦点検出装置。
- 前記動作制限の設定は連続した光電変換領域に対して行うことを特徴とする請求項１２に記載の焦点検出装置。
- 請求項１又は２に記載の光電変換装置を含み、前記光電変換装置の出力から撮影レンズのデフォーカス量を検出し、且つ、前記光電変換装置のエリアセンサは隔たった位置に複数配置されており、前記隔たったエリアセンサの蓄積制御を同時に行うことを特徴とする焦点検出装置。
- 前記蓄積制御は、前記隔たったエリアセンサの各光電変換領域対の共通信号に基づいて行うことを特徴とする請求項１５に記載の焦点検出装置。
- 前記共通信号は、対として用いる隔たった光電変換領域毎に共通な信号であることを特徴とする請求項１６に記載の焦点検出装置。
- 請求項１又は２に記載の光電変換装置を含み、前記光電変換装置の出力から撮影レンズのデフォーカス量を検出し、且つ、前記光電変換装置の各光電変換領域の蓄積終了信号の出力を任意に禁止可能することを特徴とする焦点検出装置。
- 請求項１又は２に記載の光電変換装置を含み、前記光電変換装置の出力から撮影レンズのデフォーカス量を検出すると共に、前記光電変換装置の光電変換領域の蓄積制御を独立に行い、且つ、一次元単位（各ライン）に分割した光電変換領域毎に動作制限を設定し、更に、前記一次元方向とは異なる方向に分割した光電変換領域毎に蓄積終了信号の出力禁止を設定することを特徴とする焦点検出装置。
- 前記一次元方向とは異なる方向が、前記一次元方向と直交し、前記分割した光電変換領域の並び方向であることを特徴とする請求項１９に記載の焦点検出装置。
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