JP4649974B2

JP4649974B2 - 焦点検出装置、カメラ

Info

Publication number: JP4649974B2
Application number: JP2004364174A
Authority: JP
Inventors: 正光小澤; 重之内山
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2004-12-16
Filing date: 2004-12-16
Publication date: 2011-03-16
Anticipated expiration: 2024-12-16
Also published as: JP2006171393A; US7701502B2; US20060133790A1

Description

本発明は、オートフォーカスカメラに用いられる焦点検出装置に関する。

撮影画面内に設けられた焦点検出領域内の被写体像を検出することにより、撮影レンズの焦点調節を行うオートフォーカスカメラが知られている。このようなオートフォーカスカメラにおいて位相差検出方式と呼ばれる方法が用いられている。位相差検出方式では、次のようにして焦点調節が行われる。撮影レンズを通して入射され、撮影画面内の焦点検出領域を通過した光束により、撮影レンズによる撮影光学系とは別の焦点検出光学系を用いて、一対の被写体像を形成する。そして、この一対の被写体像の光強度に応じた電荷量を、一対のイメージセンサアレイによって構成される受光部において蓄積し、蓄積された電荷量に応じた電気信号に変換する。このとき、変換後の電気信号（被写体像信号）が適切な強度で出力されるように、電荷量を蓄積する際の蓄積時間を制御する。こうして得られた被写体像信号のコントラスト（以下、単にコントラストという）に応じたそれぞれの受光部における被写体像の像位置の相対的なずれ量に基づいて、撮影光学系の予定焦点面に対するデフォーカス量を算出する。このようにして算出されるデフォーカス量に応じてフォーカシングレンズを駆動することにより、撮影光学系の合焦を達成する。

上記のような位相差検出方式のオートフォーカスカメラに用いられる焦点検出装置において、複数の焦点検出領域を撮影画面内に設定し、各焦点検出領域に対応して設けられた複数の受光部について、個別に蓄積時間を制御するものが知られている（特許文献１）。

特開平４−１７９９３９号公報

特許文献１に開示される焦点検出装置では、受光部ごとに個別に蓄積時間を制御しているため、焦点検出領域の数が増えるほど、蓄積時間を制御するための蓄積制御手段の回路規模が大きくなってしまい、装置の大型化やコストアップにつながるという問題がある。

請求項１に記載の焦点検出装置は、撮影画面内に互いに平行になるように少なくとも３つ以上設定された一方向に延在する焦点検出領域のそれぞれに対応して設けられ、被写体像の光強度に応じて蓄積される電荷量に応じた信号列を出力する少なくとも３つ以上の光電変換素子列と、被写界からの光束のうち、前記各焦点検出領域にそれぞれ対応する範囲の光束による被写体像を前記各光電変換素子列上にそれぞれ結像する光学系と、前記各光電変換素子列における電荷蓄積時間をそれぞれ制御する蓄積制御手段と、前記各光電変換素子列よりそれぞれ出力される信号列に基づいて、撮影レンズの焦点調節状態を検出する焦点検出手段とを備え、前記蓄積制御手段は、前記焦点検出領域のうち互いに隣り合わない複数の焦点検出領域にそれぞれ対応する複数の光電変換素子列に対する前記電荷蓄積時間を共通に制御すると共に、前記光電変換素子列の前記電荷量が飽和する場合に、前記蓄積の時間を短くして再度の蓄積時間制御をすることを特徴とする。

本発明によれば、撮影画面内に少なくとも３つ以上設定された焦点検出領域のうち、互いに隣り合わない少なくとも２つ以上の焦点検出領域にそれぞれ対応する少なくとも２つ以上の光電変換素子列における蓄積を、蓄積制御手段において共通に制御することとした。このようにしたので、焦点検出領域の数が増えても、蓄積制御手段の回路規模が大きくなるのを避けることができる。

図１に本発明の一実施形態による焦点検出装置を適用したカメラを示す。この焦点検出装置は、位相差検出方式によって、一眼レフタイプのカメラ１００に取り付けられた撮影レンズ１の焦点調節状態を検出するものである。なお、カメラ１００は、周知のとおりレリーズ信号に応じて撮影動作部１０１が動作して、フィルム撮像装置に被写体像を記録するものである。撮影レンズ１を通過した被写界からの光束が焦点検出光学系２に入射されると、その被写界からの光束のうち、撮影画面内に設定された三つの焦点検出領域にそれぞれ対応する範囲の光束により、三対の被写体像がイメージセンサアレイモジュール３においてそれぞれ結像される。このとき対をなす被写体像同士は、撮影レンズ１の異なる位置を通過した光束によって結像される。なお、イメージセンサアレイモジュール３の構成については後で説明する。

イメージセンサアレイモジュール３は、結像された三対の被写体像の光強度分布をそれぞれ示す３種類の信号列を焦点検出部４に出力する。焦点検出部４は、その信号列に基づいて三対の被写体像それぞれの像ずれ量を算出することにより、撮影レンズ１の焦点調節状態を示すデフォーカス量を各焦点検出領域ごとに求める。そして、求められたデフォーカス量のうちのいずれか、たとえば最も手前側に位置している被写体像についてのデフォーカス量を選択し、そのデフォーカス量に応じてレンズ駆動部５へ駆動指令信号を出力する。レンズ駆動部５は、その駆動指令信号に基づいて撮影レンズ１を駆動させ、撮影レンズ１の焦点調節を行う。

イメージセンサアレイモジュール３の構成を図２に示す。イメージセンサアレイモジュール３は、三つの光電変換素子列３１、３２おび３３と、蓄積制御回路TC1およびTC2を有している。光電変換素子列３１には、一対のイメージセンサアレイSV1AおよびSV1Bと、転送部RV1が備えられている。同様に、光電変換素子列３２には一対のイメージセンサアレイSV2AおよびSV2Bと転送部RV2が備えられており、光電変換素子列３３には一対のイメージセンサアレイSV3AおよびSV3Bと転送部RV3が備えられている。

図３に示すように、撮影画面内には三つの焦点検出領域AV1、AV2およびAV3が設定されている。図２の光電変換素子列３１〜３３は、この図３の焦点検出領域AV1〜AV3のそれぞれに対応して設けられている。焦点検出領域AV1には光電変換素子列３１が対応し、焦点検出領域AV2には光電変換素子列３２が、焦点検出領域AV3には光電変換素子列３３がそれぞれ対応している。

光電変換素子列３１において、一対のイメージセンサアレイSV1AおよびSV1B上には、焦点検出領域AV1に対応する範囲の光束による一対の被写体像が焦点検出光学系２によって結像される。イメージセンサアレイSV1AとSV1Bは、複数のイメージセンサ（光電変換素子）を連ねてそれぞれ構成されており、そのイメージセンサごとに被写体像の光強度に応じた電荷量を蓄積する。同様に、イメージセンサアレイSV2AとSV2B、およびイメージセンサアレイSV3AとSV3Bも、イメージセンサごとに被写体像の光強度に応じた電荷量を蓄積する。

各イメージセンサアレイにおける蓄積は、蓄積制御回路TC1およびTC2によって制御される。蓄積制御回路TC1は、イメージセンサアレイSV1AとSV1B、およびイメージセンサアレイSV3AとSV3Bをそれぞれ蓄積制御し、蓄積制御回路TC2は、イメージセンサアレイSV2AとSV2Bを蓄積制御する。この蓄積制御により、蓄積開始と終了のタイミングを制御し、蓄積時間内に蓄積された電荷量を各イメージセンサアレイから転送部RV1、RV2およびRV3にそれぞれ出力する。なお蓄積制御回路TC1〜TC3は、後で説明するような処理を実行するためのマイクロプロセッサ類などによって構成されている。

転送部RV1〜RV3は、各イメージセンサアレイから出力された電荷量を信号列に変換して焦点検出部４にそれぞれ出力する。以上説明したようにして、光電変換素子列３１〜３３において、焦点検出光学系２により結像された三対の被写体像の光強度に応じて電荷量をそれぞれ蓄積し、蓄積された電荷量に応じた信号列をそれぞれ出力する。

ここで上記のように蓄積制御回路TC1は、光電変換素子列３１のイメージセンサアレイSV1AおよびSV1Bと、光電変換素子列３３のイメージセンサアレイSV3AおよびSV3Bとを共通に蓄積制御している。前述したように、光電変換素子列３１は図３の焦点検出領域AV1に対応しており、光電変換素子列３３は焦点検出領域AV3に対応している。すなわち、撮影画面内に設定された三つの焦点検出領域AV1、AV2およびAV3のうち、互いに隣り合わない二つの焦点検出領域AV1およびAV3にそれぞれ対応する二つの光電変換素子列３１および３３における蓄積を、一つの蓄積制御回路TC1によって共通に制御する。

上記のように、二つの光電変換素子列３１と３３における蓄積を一つの蓄積制御回路TC1によって共通に制御すると、個別に制御する場合に比べて、焦点検出領域の数、すなわち光電変換素子列の数が増えても、イメージセンサアレイモジュール３の回路規模が大きくなるのを避けることができる。

さらに、共通に蓄積制御される二つの光電変換素子列３１と３３は、互いに隣り合わない二つの焦点検出領域AV1とAV3にそれぞれ対応している。そのため、隣り合う焦点検出領域同士を共通に蓄積制御した場合と比べて、被写体像の輝度に対して蓄積時間が適切でなかった場合に、素早く適切な蓄積時間とすることができる可能性が高くなる。この点について、以下に例を挙げて詳しく説明する。

たとえば、焦点検出領域AV1とAV2の範囲に輝度の高い部分を有する被写体像が入力された場合を考える。このような高輝度部分を含む焦点検出領域AV1、AV2に対応する光電変換素子列３１および３２では、高輝度部分の出力信号が飽和するために被写体像の光強度分布が正しく表されず、正しいデフォーカス量を算出できないことがある。その場合は、光電変換素子列３１、３２における蓄積時間を短くして再び蓄積制御を行い、デフォーカス量を算出する。このように、出力信号が飽和した光電変換素子列については、飽和せずに正しいデフォーカス量を算出できるようになるまで、蓄積時間を変えながら蓄積制御を繰り返す。

上記のようにして蓄積時間を変えながら蓄積制御を繰り返す際に、隣り合う焦点検出領域AV1とAV2に対応する光電変換素子列３１と３２を共通に蓄積制御した場合は、光電変換素子列二つ分の蓄積電荷量を読み出して出力信号が飽和しているか否かを判断しなければならない。しかし本実施形態のように、互いに隣り合わない焦点検出領域AV1とAV3に対応する光電変換素子列３１と３３を共通に蓄積制御し、焦点検出領域AV2に対応する光電変換素子列３２を単独で蓄積制御した場合は、光電変換素子列３２については、光電変換素子列一つ分の蓄積電荷量を読み出して出力信号が飽和しているか否かを判断すればよい。したがって、前者の場合と比べて光電変換素子列３２における飽和判断時間が短くなり、素早く適切な蓄積時間とすることができる。

なお上記の説明において、互いに隣り合わない焦点検出領域AV1とAV3に高輝度部分が含まれ、その間にある焦点検出領域AV2に高輝度部分が含まれていなければ、逆に前者のように隣り合う焦点検出領域の光電変換素子列を共通に蓄積制御した方が、後者すなわち本実施形態のように隣り合わない焦点検出領域の光電変換素子列を共通に蓄積制御する場合に比べて、飽和判断時間を短くすることができる。しかし、被写体像において高輝度部分はまとまって存在していることが多いため、本実施形態のようにすることで、より多くの被写体像について素早く適切な蓄積時間とすることができる。

イメージセンサアレイモジュール３において実行される処理のフローチャートを図４に示す。（ａ）は蓄積制御回路TC1において実行される処理であり、（ｂ）は蓄積制御回路TC2において実行される処理である。初めに（ａ）の方から説明する。ステップＳ１１では、焦点検出領域AV1およびAV3の蓄積時間を決定する。ステップＳ１２では、ステップＳ１１において蓄積時間を決定した焦点検出領域AV1およびAV3にそれぞれ対応する、一対のイメージセンサアレイSV1AおよびSV1Bと、一対のイメージセンサアレイSV3AおよびSV3Bとの蓄積開始および終了時刻を決定する。ステップＳ１３では、ステップＳ１２で決定した蓄積終了時刻にタイマをセットし、各イメージセンサアレイに対して蓄積をスタートさせる。

ステップＳ１４では、ステップＳ１３でセットしたタイマに基づいて、各イメージセンサアレイの蓄積を終了するか否かを判定する。終了すると判定した場合のみ、次のステップＳ１５へ進む。ステップＳ１５では、蓄積時間内に一対のイメージセンサアレイSV1AおよびSV1Bにそれぞれ蓄積された電荷量を転送部RV1に出力する。これにより、転送部RV1において電荷量が信号列に変換され、蓄積された電荷量に応じた信号列が光電変換素子列３１から焦点検出部４に出力される。

ステップＳ１６では、ステップＳ１５と同様に、蓄積時間内に一対のイメージセンサアレイSV3AおよびSV3Bにそれぞれ蓄積された電荷量を転送部RV3に出力する。これにより、転送部RV3において電荷量が信号列に変換され、蓄積された電荷量に応じた信号列が光電変換素子列３３から焦点検出部４に出力される。ステップＳ１６を実行したら、図４（ａ）の処理を終了する。こうして出力された信号列に基づいて、焦点検出部４において焦点検出領域AV1およびAV3におけるデフォーカス量が算出される。さらに、焦点検出部４においてデフォーカス量が正しく算出されなかった場合は、蓄積時間を変えて上記の各ステップの処理が繰り返される。

次に、蓄積制御回路TC2において実行される（ｂ）の処理フローについて説明する。ステップＳ２１では、焦点検出領域AV2の蓄積時間を決定する。ステップＳ２２では、ステップＳ２１において蓄積時間を決定した焦点検出領域AV2に対応する一対のイメージセンサアレイSV2AおよびSV2Bの蓄積開始および終了時刻を決定する。ステップＳ２３では、ステップＳ２２で決定した蓄積終了時刻にタイマをセットし、イメージセンサアレイSV2AおよびSV2Bに対して蓄積をスタートさせる。

ステップＳ２４では、ステップＳ２３でセットしたタイマに基づいて、イメージセンサアレイSV2AおよびSV2Bの蓄積を終了するか否かを判定する。終了すると判定した場合のみ、次のステップＳ２５へ進む。ステップＳ２５では、蓄積時間内に一対のイメージセンサアレイSV2AおよびSV2Bに蓄積された電荷量を転送部RV2に出力する。これにより、転送部RV2において電荷量が信号列に変換され、蓄積された電荷量に応じた信号列が光電変換素子列３２から焦点検出部４に出力される。ステップＳ２５を実行したら、図４（ｂ）の処理を終了する。こうして出力された信号列に基づいて、焦点検出部４において焦点検出領域AV2における像ずれ量が算出される。さらに、焦点検出部４においてデフォーカス量が正しく算出されなかった場合は、蓄積時間を変えて上記の各ステップの処理が繰り返される。

以上説明した実施の形態によれば、撮影画面内に設定された３つの焦点検出領域AV1、AV2およびAV3のうち、互いに隣り合わない２つの焦点検出領域AV1とAV3にそれぞれ対応する２つの光電変換素子列３１と３３における蓄積を、１つの蓄積制御回路TC1によって共通に制御することとした。このようにしたので、焦点検出領域の数が増えても、イメージセンサアレイモジュール３の回路規模が大きくなるのを避けることができる。さらに、被写体像の輝度に対して蓄積時間が適切でなかった場合に、素早く適切な蓄積時間とすることができる可能性が高くなる。

なお、上記実施の形態では撮影画面内に３つの焦点検出領域AV1、AV2およびAV3を設定し、そのうち互いに隣り合わない２つの焦点検出領域AV1とAV3にそれぞれ対応する２つの光電変換素子列３１と３３における蓄積を、１つの蓄積制御回路TC1によって共通に制御する例を説明した。しかし、必ずしもこのようにする必要はない。たとえば図５に示すように、撮影画面内に９つの焦点検出領域LV1、LV2、LV3、CV1、CV2、CV3、RV1、RV2およびRV3を設定した場合には、これらの焦点検出領域のうち互いに隣り合わない複数の焦点検出領域にそれぞれ対応する複数の光電変換素子列における蓄積を、１つの蓄積制御回路によって共通に制御することができる。

たとえば、焦点検出領域LV1、CV1およびRV1にそれぞれ対応する３つの光電変換素子列を、１つの蓄積制御回路によって制御する。同様にして、別の１つの蓄積制御回路によって、焦点検出領域LV2、CV2およびRV2にそれぞれ対応する３つの光電変換素子列を制御し、さらに別の１つの蓄積制御回路によって、焦点検出領域LV3、CV3およびRV3にそれぞれ対応する３つの光電変換素子列を制御する。このように、撮影画面内に少なくとも３つ以上の焦点検出領域を設定し、そのうち互いに隣り合わない少なくとも２つ以上の焦点検出領域にそれぞれ対応する少なくとも２つ以上の光電変換素子列における蓄積を共通に制御することにより、上記の実施の形態で説明したのと同様の作用効果を奏することができる。

上記実施の形態では、焦点検出光学系２を用いて、光電変換素子列に備えられた一対のイメージセンサアレイ上に焦点検出用の一対の被写体像を結像させ、位相差検出方式によって焦点検出を行う例について説明した。しかし、被写界からの光束のうち焦点検出領域に対応する範囲の光束による被写体像を光電変換素子列上に結像させ、その光電変換素子列において被写体像の光強度に応じて電荷量を蓄積して、蓄積された電荷量に応じて出力される信号列に基づいて撮影レンズの焦点調節状態を検出するものである限り、本発明を適用することができる。たとえば、撮像用の撮像素子を用いて、焦点検出領域に対応する画素上に結像される被写体像の光強度に応じた電荷量を蓄積して、その電荷量に応じて出力される信号列に基づいて撮影レンズの焦点調節状態を検出するようなものについても、適用可能である。

また、上記の実施の形態では複数の光電変換素子列を１つの蓄積制御回路によって共通に蓄積制御する例として、その蓄積時間および蓄積開始と終了のタイミングを共通にする例を説明した。しかし、本発明はこの内容に限定されず、様々な蓄積制御について適用できる。たとえば、蓄積時間のみを共通に制御してもよい。あるいは、光電変換素子列において電荷量を蓄積する画素を指定するような場合には、その指定内容を共通とするようにしてもよい。

本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も、本発明の範囲内に含まれる。

本発明の一実施形態を適用したカメラの構成を示す図である。イメージセンサアレイモジュールの構成を示す図である。撮影画面内に設定された３つの焦点検出領域を示す図である。イメージセンサアレイモジュールにおいて実行される処理のフローチャートである。撮影画面内に設定された９つの焦点検出領域を示す図である。

符号の説明

１：撮影レンズ
２：焦点検出光学系
３：イメージセンサアレイモジュール
４：焦点検出部

Claims

撮影画面内に互いに平行になるように少なくとも３つ以上設定された一方向に延在する焦点検出領域のそれぞれに対応して設けられ、被写体像の光強度に応じて蓄積される電荷量に応じた信号列を出力する少なくとも３つ以上の光電変換素子列と、
被写界からの光束のうち、前記各焦点検出領域にそれぞれ対応する範囲の光束による被写体像を前記各光電変換素子列上にそれぞれ結像する光学系と、
前記各光電変換素子列における電荷蓄積時間をそれぞれ制御する蓄積制御手段と、
前記各光電変換素子列よりそれぞれ出力される信号列に基づいて、撮影レンズの焦点調節状態を検出する焦点検出手段とを備え、
前記蓄積制御手段は、前記焦点検出領域のうち互いに隣り合わない複数の焦点検出領域にそれぞれ対応する複数の光電変換素子列に対する前記電荷蓄積時間を共通に制御すると共に、前記光電変換素子列の前記電荷量が飽和する場合に、前記蓄積の時間を短くして再度の蓄積時間制御をすることを特徴とする焦点検出装置。
請求項１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。