CN102062991B - 焦点检测设备 - Google Patents

Abstract

一种焦点检测设备，包括：视野掩模，其具有矩形的开口；第一焦点检测光学系统，用于在开口的长边方向或开口的短边方向上分割光束；第二焦点检测光学系统，用于在倾斜方向上分割光束；多个第一焦点检测区域，其在接收由第一焦点检测光学系统分割后的光束的摄像镜头的预期成像面上的画面内，分别在第一焦点检测光学系统的分割方向上延伸；以及多个第二焦点检测区域，其在接收由第二焦点检测光学系统分割后的光束的画面内，分别在第二焦点检测光学系统的分割方向上延伸，多个第二焦点检测区域在画面内在长边方向或短边方向上排列。

Description

焦点检测设备

技术领域

本发明涉及一种焦点检测设备。

背景技术

随着以数字照相机和摄像机为代表的摄像设备普及，针对摄像设备的高质量化和小型化的要求不断增加。更具体地，已经期望实现检测摄像设备的摄像镜头(摄像光学系统)的焦点状态的焦点检测设备的高精度化和小型化。近年来，利用TTL相位差检测方法的焦点检测设备逐渐成为主流，该TTL相位差检测方法用于基于由通过经由对摄像镜头的光瞳进行分割所获得的多个区域的光束而形成的多个光学图像之间的相对位置关系，来检测摄像镜头的焦点状态。

以上所述的这种焦点检测设备使用二次成像镜头的入射面上形成的透镜部对和出射面上形成的棱镜部对，在光接收元件阵列对上形成图像对。当摄像镜头离焦时，该图像对在作为开口对排列的方向的相关方向上移动。因此，可以提供一种可以通过在与该相关方向垂直的方向上配置多个焦点检测区域来在摄像画面内的宽的范围中检测焦点的焦点检测设备。例如，在日本特开2007-139935中，在相对于摄像画面的水平方向和垂直方向上配置多个焦点检测区域。

日本特开平11-281877说明了一种在画面的中央处设置相对于彼此形成约45°的角度的第一十字传感器和第二十字传感器的焦点位置检测设备。

与日本特开2007-139935相同，传统上已经考虑了在与作为开口对排列的方向的相关方向垂直的方向上配置多个焦点检测区域。然而，没有考虑如日本特开平11-281877所述的、在倾斜方向上配置多个焦点检测区域。

参考日本特开2007-139935，为了如日本特开平11-281877所述在倾斜方向上密集地配置多个焦点检测区域，优选在与相关方向垂直的方向上配置多个焦点检测区域。

另一方面，诸如建筑物、人造物体或眼眉等的被摄体经常在水平方向或垂直方向上存在对比度。因此，与倾斜方向相比，当焦点检测区域在水平方向或垂直方向上延伸时，更容易识别出被摄体的对比度。用于对焦点检测用的光束进行限制的视野掩模(field mask)通常具有适合于水平方向或垂直方向上的焦点检测的形状。

发明内容

在本发明中，在画面内高效地配置倾斜方向上的焦点检测区域。

根据本发明的第一方面，提供一种焦点检测设备，用于分割已经通过摄像镜头的光束，并且根据由分割后的光束形成的多个图像之间的相对位置关系来检测所述摄像镜头的焦点状态，所述焦点检测设备包括：视野掩模，其具有用于限制已经通过所述摄像镜头的光束的、矩形的开口；第一焦点检测光学系统，用于在所述开口的长边方向或所述开口的短边方向上分割由所述开口限制后的光束；第二焦点检测光学系统，用于在与所述长边方向或所述短边方向不同的倾斜方向上分割由所述开口限制后的光束；多个第一焦点检测区域，其在接收由所述第一焦点检测光学系统分割后的光束的、所述摄像镜头的预期成像面上的画面内，分别在所述第一焦点检测光学系统的分割方向上延伸；以及多个第二焦点检测区域，其在接收由所述第二焦点检测光学系统分割后的光束的所述画面内，分别在所述第二焦点检测光学系统的分割方向上延伸，其中，所述多个第二焦点检测区域在所述画面内在所述长边方向或所述短边方向上排列。

根据本发明的第二方面，提供一种焦点检测设备，用于分割已经通过摄像镜头的光束，并且根据由分割后的光束形成的多个图像之间的相对位置关系来检测所述摄像镜头的焦点状态，所述焦点检测设备包括：视野掩模，其具有用于限制已经通过所述摄像镜头的光束的、矩形的开口；第一焦点检测光学系统，用于在所述开口的第一方向或所述开口的第二方向上分割由所述开口限制后的光束；第二焦点检测光学系统，用于在与所述第一方向或所述第二方向不同的第三方向上分割由所述开口限制后的光束；多个第一焦点检测区域，其在接收由所述第一焦点检测光学系统分割后的光束的、所述摄像镜头的预期成像面上的画面内，分别在所述第一焦点检测光学系统的分割方向上延伸；以及多个第二焦点检测区域，其在接收由所述第二焦点检测光学系统分割后的光束的所述画面内，分别在所述第二焦点检测光学系统的分割方向上延伸，其中，所述多个第二焦点检测区域在所述画面内在所述第一方向或所述第二方向上排列。

通过以下参考附图对典型实施例的说明，本发明的其它特征将变得明显。

附图说明

图1是示出包括根据本发明实施例的焦点检测设备100的摄像设备的示意结构的图；

图2是示出根据本发明实施例的焦点检测设备100的结构的示意立体图；

图3是示出根据本发明实施例的焦点检测设备100的Y-Z截面图；

图4是示出焦点检测设备100中的视野掩模的示意平面图；

图5是示出焦点检测设备100中的多孔光圈的示意平面图；

图6A和6B是示出焦点检测设备100中的再成像透镜单元的示意平面图；

图7A～7E是示出焦点检测设备100中的焦点检测传感器的示意平面图；

图8A和8B是用于说明取景器视野中的焦点检测区域的图；

图9A和9B是用于说明取景器视野中的焦点检测区域的图；以及

图10是示出焦点检测设备100中的焦点检测传感器的示意平面图。

具体实施方式

将使用图1来说明包括根据本发明实施例的焦点检测设备100的摄像设备1的示意结构。

如图1所示，摄像设备1具有摄像镜头10和照相机主体。照相机主体被配置成，摄像镜头10是经由接口单元(未示出)可拆卸的。摄像设备1用作为例如单镜头反光照相机。

摄像镜头10是用于拍摄被摄体的可交换型摄像镜头，并且具有包括焦点调整透镜(未示出)的摄像光学系统。(后面要说明的)控制单元80基于利用(后面要说明的)焦点检测设备100进行的焦点检测处理的结果，通过焦点调整透镜来调整摄像镜头10的焦点(状态)。镜头筒LB以在光轴OA的方向上可移动的方式支持摄像镜头10。注意，摄像镜头10在被从照相机主体拆卸时，不是摄像设备1的组件，但是由于在焦点检测设备100检测焦点时必须将摄像镜头10安装至照相机主体，因此这里将摄像镜头10看作为摄像设备1的组件。

照相机主体具有主镜20、取景器光学系统30、辅助镜40、图像传感器50、焦点检测设备100和控制单元80。

主镜20是半透半反镜、或部分具有半反射镜面的可移动镜。主镜20反射已经通过摄像镜头10的光的一部分，并且沿着光轴OA”将反射光引导至(后面要说明的)取景器光学系统30。此外，主镜20透过已经通过摄像镜头10的光的一部分，并且沿着光轴OA将透过光引导至(后面要说明的)辅助镜40。

使用光学取景器系统30来观察要拍摄的被摄体。换言之，取景器光学系统30向用户提供与要拍摄的被摄体的图像等同的观察用的伪图像。如图1所示，取景器光学系统30具有聚焦屏32、五棱镜34和目镜透镜36。

由主镜20已经反射了的、来自摄像镜头10的光会聚在聚焦屏32附近。聚焦屏32具有粗糙面、和其上形成有取景器视野的菲涅耳(Fresnel)面。聚焦屏32使被摄体光漫射，并且将漫射后的光输出至五棱镜34。五棱镜34用作为利用多个面来反射由聚焦屏32所漫射的光、并将所反射的光引导至目镜透镜36的光路变换元件。目镜透镜36还简称为目镜。目镜透镜36被配置成，用户可以通过目镜透镜36来观察聚焦屏32上形成的取景器视野。

辅助镜40配置在主镜20的沿着光轴OA的下游侧。辅助镜40反射由主镜20已经透过的光(透过光)，并且沿着光轴OA’将反射光引导至焦点检测设备100。由辅助镜40使光轴OA’从光轴OA偏转。辅助镜40被配置为能够插入摄像光路(光轴OA)中或能够从摄像光路(光轴OA)移开。在观察取景器时，辅助镜40配置在摄像光路(光轴OA)上的预定位置处，并且在拍摄图像时，辅助镜40从摄像光路(光轴OA)移开。

图像传感器50具有多个像素规则排列的像素阵列。图像传感器50将由摄像镜头10在摄像面(像素阵列)上形成的被摄体的图像转换成图像信号。图像传感器50包括例如用于针对各像素对接收到的光进行光电转换、累积与接收到的光量相对应的电荷并读出这些电荷的区域(二维)传感器。图像传感器50可以包括例如CMOS图像传感器或CCD图像传感器。注意，从图像传感器50输出的信号在图像处理电路(未示出)中经过预定处理成为图像数据，然后将该图像数据转换成记录用的图像数据。之后，将该记录用的图像数据记录在诸如半导体存储器、光盘和磁带等的记录介质(未示出)中。

焦点检测设备100使用相位差检测方法来检测摄像镜头10的焦点状态。换言之，焦点检测设备100分割已经通过摄像镜头10且已经被辅助镜40反射的光，并且根据所分割的光束所形成的多个图像之间的相对位置关系来检测摄像镜头10的焦点状态。也就是说，焦点检测设备100基于通过形成多对图像并对各对图像进行光电转换所获得的信号，来检测摄像镜头10的焦点状态。

更具体地，如图2和3所示，焦点检测设备100沿着光轴OA’按顺序依次包括视野掩模110、场透镜111、滤波器113、多孔光圈114、再成像透镜单元(二次光学系统)115和焦点检测传感器116。

如图4所示，视野掩模110在其中央处具有用于限制已经通过摄像镜头10的光束的矩形开口110a。视野掩模110配置在摄像镜头10的预期成像面附近。

场透镜111配置在视野掩模110的沿着光轴OA’的下游侧。场透镜111包括具有光学效应的透镜部111a。在场透镜111中，透镜部111a与视野掩模110的开口110a相对应。

滤波器113遮蔽波长比近红外光的波长长的光。滤波器113适合于针对可见光检测已经经过了像差补偿的摄像镜头10的焦点，并且防止不想要的红外光入射(后面要说明的)焦点检测传感器116。

多孔光圈114包括薄板，并且以邻接滤波器113的方式配置在滤波器113的沿着光轴OA’的下游侧。如图5所示，多孔光圈114在其中央处具有在开口110a的长边方向(Y方向)上排列的1对开口114av1和114av2、以及在开口110a的短边方向(X方向)上排列的一对开口114ah1和114ah2。多孔光圈114在其中央处还具有在左斜45°方向上排列的一对开口114as1和114as2、以及在右斜45°方向上排列的一对开口114ad1和114ad2。注意，开口114a总地表示开口114av1、114av2、114ah1、114ah2、114as1、114as2、114ad1和114ad2。

再成像透镜单元115包括第一焦点检测光学系统FD1和第二焦点检测光学系统FD2。第一焦点检测光学系统FD1在开口110a的长边方向(Y方向)和开口110a的短边方向(X方向)至少之一上，分割由视野掩模110的开口110a所限制的光束。第二焦点检测光学系统FD2在以锐角(例如，45°)与垂直于光束的光轴的平面内开口110a的长边方向交叉的倾斜方向上，分割由视野掩模110的开口110a所限制的光束。再成像透镜单元115在光轴OA’的下游配置的焦点检测传感器116的多对元件阵列中的各元件阵列上，形成通过在预期成像面上对由摄像镜头10已经形成的被摄体图像进行再成像所获得的图像(二次图像)。在各对元件阵列的各元件阵列中，如后面将说明的，多个焦点检测元件在预定方向上排列。再成像透镜单元115具有与多孔光圈114所保持的4对开口相对应的棱镜部和透镜部。注意，图6A示出再成像透镜单元的入射侧，并且图6B示出再成像透镜单元的出射侧。

如图6A所示，再成像透镜单元115在入射侧上具有与多孔光圈114的开口相对应的棱镜部。再成像透镜单元115在其中央处具有在开口110a的长边方向(Y方向)上排列的一对棱镜部1151av1和1151av2、以及在开口110a的短边方向(X方向)上排列的一对棱镜部1151ah1和1151ah2。该对棱镜部1151av1和1151av2在开口110a的长边方向(Y方向)上分割由开口110a所限制的光束。该对棱镜部1151ah1和1151ah2在开口110a的短边方向(X方向)上分割由开口110a所限制的光束。即，上述的第一焦点检测光学系统FD1包括一对棱镜部1151av1和1151av2、以及一对棱镜部1151ah1和1151ah2。

再成像透镜单元115在其中央部还具有在左斜45°方向上排列的一对棱镜部1151as1和1151as2、以及在右斜45°方向上排列的一对棱镜部1151ad1和1151ad2。左斜45°方向(倾斜方向)是通过在从光轴OA’的上游向下游观看时、使开口110a的长边方向逆时针地转动45°所获得的。右斜45°方向(第二倾斜方向)是通过在从光轴OA’的上游向下游观看时、使开口110a的长边方向顺时针地转动45°所获得的，并且在与光轴OA’正交的平面内垂直于左斜45°方向。该对棱镜部1151as1和1151as2在左斜45°方向上分割由开口110a所限制的光束。该对棱镜部1151ad1和1151ad2在右斜45°方向上分割由开口110a所限制的光束。即，以上的第二焦点检测光学系统FD2包括一对棱镜部1151as1和1151as2、以及一对棱镜部1151ad1和1151ad2。

棱镜部1151a总地表示棱镜部1151av1 、1151av2、1151ah1、1151ah2、1151as1、1151as2、1151ad1和1151ad2。

如图6B所示，再成像透镜单元115在出射侧上具有与上述的棱镜部相对应的透镜部。注意，各透镜部具有球面。再成像透镜单元115在其中央处具有在开口110a的长边方向(Y方向)上排列的一对透镜部1152av1和1152av2、以及在开口110a的短边方向(X方向)上排列的一对透镜部1152ah1和1152ah2。该对透镜部1152av1和1152av2将在开口110a的长边方向(Y方向)上分割的光束引导至焦点检测传感器116。该对透镜部1152ah1和1152ah2将在开口110a的短边方向(X方向)上分割的光束引导至焦点检测传感器116。即，以上的第一焦点检测光学系统FD1包括一对透镜部1152av1和1152av2、以及一对透镜部1152ah1和1152ah2。

再成像透镜单元115在其中央处还具有在左斜45°方向上排列的一对透镜部1152as1和1152as2、以及在右斜45°方向上排列的一对透镜部1152ad1和1152ad2。该对透镜部1152as1和1152as2将在左斜45°方向上分割的光束引导至焦点检测传感器116。该对透镜部1152ad1和1152ad2将在右斜45°方向上分割的光束引导至焦点检测传感器116。即，以上的第二焦点检测光学系统FD2包括一对透镜部1152as1和1152as2、以及一对透镜部1152ad1和1152ad2。

由于图6A示出再成像透镜单元115的入射侧、并且图6B示出再成像透镜单元115的出射侧，因此通过左右反转来示出上述的透镜部。透镜部1152a总地表示透镜部1152av1、1152av2、1152ah1、1152ah2、1152as1、1152as2、1152ad1和1152ad2。

接着，将解释焦点检测设备100的焦点检测操作。注意，图6A和6B中附图标记的下标1和2表示用于在使用相位差检测方法的焦点检测设备中形成一对被摄体图像的元件。

已经通过视野掩模110的开口110a的光束(由开口110a所限制的光束)透过场透镜111的透镜部111a，然后经由滤波器113入射多孔光圈114。多孔光圈114的开口114a被配置为使用场透镜111的透镜部111a在摄像镜头110的出射光瞳附近进行逆投影。已经入射视野掩模110的开口110a的光束的一部分必定到达多孔光圈114的开口114a。

多孔光圈114的开口114av1、114av2、114ah1和114ah1被配置成内接大致相同的圆。多孔光圈114的开口114as1、114as2、114ad1和114ad2被配置成内接中心与上述内接圆的中心相同、且直径比该内接圆的直径大的大致相同的圆。利用该配置，与其它的开口114av1、114av2、114ah1和114ah1相比，亮度较高(F数较小)的摄像镜头10的光束到达开口114as1、114as2、114ad1和114ad2。

将已经通过视野掩模110的开口110a的光束(由开口110a所限制的光束)引导至在多孔光圈114的沿着光轴OA’的下游配置的再成像透镜单元115的各棱镜部和透镜部。对于具有场透镜111的透镜部111a、多孔光圈114的开口114a以及再成像透镜单元115的棱镜部1151a和透镜部1152a的焦点检测光学系统，设置视野掩模110的开口110a。

已经从再成像透镜单元115出射的光束入射位于光轴OA’的下游的焦点检测传感器116。在焦点检测传感器116上形成作为被摄体图像(光学图像)的、通过使用视野掩模110的开口110a获得的4对二次图像(即，8个图像)。

图7A是示出已经形成有被摄体图像的焦点检测传感器116的示意平面图。参考图7A，附图标记117av1～117ad2表示在摄像镜头10聚焦时、由视野掩模110的开口110a形成的光学图像。通过多孔光圈114的(图5中具有下标1和2的)各对开口的作用、以及再成像透镜单元115的(图6A中具有下标1和2的)各对棱镜部和(图6B中具有下标1和2的)各对透镜部的作用，对视野掩模110的各开口形成两个光学图像。

由第一焦点检测光学系统FD1在开口110a的长边方向(Y方向)上已经分割的一对光束形成一对光学图像117av1和117av2。由第一焦点检测光学系统FD1在开口110a的短边方向(X方向)上已经分割的一对光束形成一对光学图像117ah1和117ah2。由第二焦点检测光学系统FD2在左斜45°方向上已经分割的一对光束形成一对光学图像116as1和116as2。由第二焦点检测光学系统FD2在右斜45°方向上已经分割的一对光束形成一对光学图像116ad1和116ad2。

在一对光学图像117av1和117av2内分别配置一对元件阵列116av1和116av2。在一对元件阵列116av1和116av2中，6对焦点检测元件116av1-1～116av1-6和116av2-1～116av2-6分别在开口110a的长边方向上延伸。注意，在字符后具有相同数字的焦点检测元件是成对的。在一对元件阵列116av1和116av2的各元件阵列中，在开口110a的短边方向上排列多个焦点检测元件。这使得可以定义在摄像镜头10的期望成像面上的画面内在开口110a的短边方向上排列的、并且分别在开口110a的长边方向上延伸的多个第三焦点检测区域115av-1～115av-6(参见图8A)。

同样，在一对光学图像117ah1和117ah2内分别配置一对元件阵列116ah1和116ah2。在一对元件阵列116ah1和116ah2中，10对焦点检测元件116ah1-1～116ah1-10和116ah2-1～116ah2-10分别在开口110a的短边方向上延伸。注意，在字符后具有相同数字的焦点检测元件是成对的。在一对元件阵列116ah1和116ah2的各元件阵列中，在开口110a的长边方向上排列多个焦点检测元件。这使得可以定义在摄像镜头10的期望成像面上的画面内在开口110a的长边方向上排列的、并且分别在开口110a的短边方向上延伸的多个第四焦点检测区域115ah-1～115ah-10(参见图8A)。

即，焦点检测传感器116包括图7B和7C所示的多个第一焦点检测元件116av1-1～116av1-6、116av2-1～116av2-6、116ah1-1～116ah1-10和116ah2-1～116ah2-10。多个第一焦点检测元件接收由第一焦点检测光学系统FD1所分割的光束。各个第一焦点检测元件通过对接收到的光进行光电转换来生成焦点检测用的信号(电荷)。各个第一焦点检测元件是例如光电二极管。多个第一焦点检测元件定义分别在摄像镜头的预期成像面上的画面内分别在第一焦点检测光学系统FD1的分割方向上延伸的、并且按预定间隔排列的多个第一焦点检测区域。多个第一焦点检测区域包括多个第三焦点检测区域115av-1～115av-6、以及多个第四焦点检测区域115ah-1～115ah-10(参见图8A)。这使得可以在摄像镜头10的期望成像面上定义按近似棋盘图案延伸的多个焦点检测区域(焦点检测区域)。结果，容易在不依赖于被摄体的空间图案(的方向)的情况下提高焦点检测的处理精度。

同样，在一对光学图像117as1和117as2内分别配置一对元件阵列116as1和116as2。在一对元件阵列116as1和116as2中，10对焦点检测元件116as1-1～116as1-10和116as2-1～116as2-10分别在左斜45°方向上延伸。注意，在字符后具有相同数字的焦点检测元件是成对的。在一对元件阵列116as1和116as2的各元件阵列中，在开口110a的长边方向上排列多个焦点检测元件。这使得可以定义在摄像镜头10的期望成像面上的画面内在开口110a的长边方向上排列的、并且分别在左斜45°方向上延伸的多个第一焦点检测区域115as-1～115as-10(参见图8B)。

在一对光学图像117ad1和117ad2内分别配置一对元件阵列116ad1和116ad2。在一对元件阵列116ad1和116ad2中，10对焦点检测元件116ad1-1～116ad1-10和116ad2-1～116ad2-10分别在右斜45°方向上延伸。注意，在字符后具有相同数字的焦点检测元件是成对的。在一对元件阵列116ad1和116ad2的各元件阵列中，在开口110a的长边方向上排列多个焦点检测元件。这使得可以定义在摄像镜头10的期望成像面上的画面内在开口110a的长边方向上排列的、并且分别在右斜45°方向上延伸的多个第二焦点检测区域115ad-1～115ad-10(参见图8B)。

即，焦点检测区域116包括图7D和7E所示的多个第二焦点检测元件116as1-1～116as1-10、116as2-1～116as2-10、116ad1-1～116ad1-10和116ad2-1～116ad2-10。多个第二焦点检测元件接收由第二焦点光学系统FD2所分割的光束。各个第二焦点检测元件通过对接收到的光进行光电转换来生成焦点检测用的信号(电荷)。各个第二焦点检测元件是例如光电二极管。多个第二焦点检测元件定义分别在摄像镜头的预期成像面上的画面内分别在第二焦点检测光学系统FD2的分割方向上延伸的多个第二焦点检测区域。该多个第二焦点检测区域包括多个第一焦点检测区域115as-1～115as-10、和多个第二焦点检测区域115ad-1～115ad-10(参见图8B)。这使得可以定义在彼此交叉的左斜45°方向和右斜45°方向上延伸的、并且在开口110a的长边方向上排列的多个焦点检测区域(焦点检测区域)。通过与以上的按近似格子状延伸的多个焦点检测区域相结合使用这些焦点检测区域，更加容易在不依赖于被摄体的空间图案(的方向)的情况下提高焦点检测的处理精度。

第一焦点检测元件和第二焦点检测元件各自可以包括累积型光电转换元件。如图7B～7E所示，第一焦点检测元件和第二焦点检测元件各自几乎线性地延伸。然而，为了校正焦点检测光学系统的失真，第一焦点检测元件和第二焦点检测元件各自可以按与光学图像失真相对应的形状延伸。此外，无需分开配置一对焦点检测元件，并且可以使用焦点检测元件的线性阵列，并且在处理信号时可以将该线性阵列分割成多个组。

在焦点检测设备100中，随着实际的被摄体图像相对于预期成像面的光轴方向上的位置的变化，视野掩模110的光学图像内的被摄体在焦点检测传感器116上的光学图像彼此靠近或彼此远离。例如，如果摄像镜头10对在预期成像面的沿着光轴OA’的上游的光束进行成像，则焦点检测传感器116上形成的一对光学图像彼此靠近。可选地，如果摄像镜头10对在预期成像面的沿着光轴OA’的下游的光束进行成像，则焦点检测传感器116上形成的一对光学图像在相反方向上移动，即彼此远离。在这种情况下，通过在光学图像移动的方向上配置多个焦点检测元件来检测光学图像的移动。基于检测结果(来自焦点检测传感器116的输出)，已知的相关计算部件计算光学图像的光量分布之间的相对位置间隔。

如果可以计算一对光学图像的间隔的变化量，则还可以通过使用具有该变化量作为变量的多项式等而近似该变化量和摄像镜头10的离焦量之间的关系，来获得摄像镜头10的离焦量。这允许检测摄像镜头10的焦点(焦点状态)。换言之，计算一对光学图像的间隔使得能够针对被定义为多个焦点检测元件的预期成像面上的逆投影图像的多个焦点检测区域，检测摄像镜头10的焦点(焦点状态)。

由于一对元件阵列116av1和116av2在开口110a的长边方向上排列，因此它们适合于在开口110a的长边方向上具有对比度成分的被摄体的焦点检测。另一方面，由于一对元件阵列116ah1和116ah2在开口110a的短边方向上排列，因此它们适合于在开口110a的短边方向上具有对比度成分的被摄体的焦点检测。组合以上的元件阵列允许所谓的十字型焦点检测。这使得焦点检测结果不易受被摄体具有对比度成分的方向影响。结果，容易进行高度精确的焦点检测。

在本实施例中，如上所述，已经通过多孔光圈114的开口114av1、114av2、114ah1和114ah2的光束到达元件阵列116av1、116av2、116ah1和116ah2。与使用已经通过多孔光圈114的其它开口的光束的焦点检测相比，摄像镜头10的亮度(F数)的不利影响较小，并且较多数量的摄像镜头可以执行焦点检测。

由于一对元件阵列116as1和116as2在左斜45°方向上排列，因此它们适合于在左斜45°方向上具有对比度成分的被摄体的焦点检测。另一方面，由于一对元件阵列116ad1和116ad2在右斜45°方向上排列，因此它们适合于在右斜45°方向上具有对比度成分的被摄体的焦点检测。除了上述的十字型焦点检测以外还在倾斜方向上进行十字型焦点检测，这使得焦点检测结果不易受被摄体具有对比度成分的方向影响。结果，更容易进行高度精确的焦点检测。

在本实施例中，如上所述，已经通过多孔光圈114的开口114as1、114as2、114ad1和114ad2的光束到达元件阵列116as1、116as2、116ad1和116ad2。与使用已经通过多孔光圈114的其它开口的光束的焦点检测相比，摄像镜头10需要具有更高的亮度(更小的F数)。然而，由于一对光学图像的间隔的变化量相对于离焦量而言大，因此可以以更高的精度进行焦点检测。

参考图8A和8B，将解释取景器视野中的焦点检测区域。图8A示出在经由五棱镜34和目镜透镜36观察摄像设备1的聚焦屏32的表面时、焦点检测区域和取景器视野之间的关系。聚焦屏32配置在摄像镜头10的预期成像面附近，并且因而可被看作为预期成像面。

参考图8A和8B，附图标记151表示作为摄像范围内的正立像的取景器视野。该取景器视野与摄像范围大致相对应。摄像范围与所附权利要求书中的画面相对应。摄像设备通常被配置成，取景器视野具有长边与开口110a的短边方向平行、并且短边与开口110a的长边方向平行的大致为矩形的形状。如果焦点检测传感器116中的一对元件阵列在摄像透镜10的预期成像面上进行逆投影，则它们的逆投影图像几乎彼此一致。

图8A示出包括沿开口110a的长边方向和短边方向延伸的多个第一焦点检测区域的取景器视野。在取景器视野151中，附图标记115av-1～115ah-10表示被定义为与焦点检测传感器116的两对元件阵列(116av1、116av2、116ah1和116ah2)相对应的逆投影图像的多个第一焦点检测区域。由于焦点检测区域115av-1～115ah-10被定义为焦点检测传感器116上的焦点检测元件的逆投影图像，因此可以检测具有在开口110a的长边方向或短边方向上延伸的形状的被摄体的光量分布。

注意，焦点检测区域组115av总地表示焦点检测区域115av1～115av6。焦点检测区域组115ah总地表示焦点检测区域115ah1～115ah10。

在本实施例中，通过使两个焦点检测区域成对来计算焦点检测区域的离焦量。在这种情况下，可以通过使两个焦点检测区域各自偏移元件阵列的像素间距的一半，即，使这两个焦点检测区域偏移以具有交错配置，并且基于从这两个焦点检测区域获得的被摄体的光量分布计算光学图像的间隔，来进行更高精度的焦点检测。

给予焦点检测区域的下标av～ah与给予图7A～7E所示的焦点检测传感器116的元件阵列的下标av～ah相对应。例如，通过焦点检测元件116av1-1的逆投影来定义焦点检测区域115av-1。

在取景器视野151中，在开口110a的(由下标h表示的)短边方向上延伸的一对焦点检测区域与在开口110a的(由下标v表示的)长边方向上延伸的一对焦点检测区域的交点被定义为焦点检测点。如图8A所示，附图标记P1～P15表示焦点检测点。基于开口110a的长边方向和短边方向上的被摄体的光量分布来计算各焦点检测点处的离焦量。换言之，焦点检测点P1～P15用作为十字形的焦点检测区域中的多个交点。即，焦点检测点P1～P15用作为在开口110a的长边方向上延伸的多个第三焦点检测区域与在开口110a的短边方向上延伸的多个第四焦点检测区域的多个交点。

在本实施例中，开口110a的长边方向和短边方向上的十字形的焦点检测区域具有位于取景器视野151的中央处的5行和3列的总共15个焦点检测点。因而，可以进行与这些焦点检测区域相对应的被摄体的焦点检测。为了在各焦点检测点处进行焦点检测，使用相应的焦点检测区域(焦点检测区域)的至少一部分来计算离焦量。即，通过切割并使用来自各元件阵列的输出的至少一部分来计算光学图像的间隔。

图8B示出包括沿左斜45°方向和右斜45°方向延伸的多个第二焦点检测区域的取景器视野。在取景器视野151中，附图标记115as-1～115ad-10表示被定义为与焦点检测传感器116的两对元件阵列(116as1、116as2、116ad1、116ad2)相对应的逆投影图像的多个第二焦点检测区域。由于焦点检测区域115as-1～115ad-10被定义为焦点检测传感器116中焦点检测元件的逆投影图像，因此可以检测具有在左斜45°方向或右斜45°方向延伸的形状的被摄体的光量分布。

注意，焦点检测区域组115as总地表示焦点检测区域115as1～115as10。焦点检测区域组115ad总地表示焦点检测区域115ad1～115ad10。

在本实施例中，通过使两个焦点检测区域成对来计算这些焦点检测区域的离焦量。

给予焦点检测区域的下标as～ad与给予图7A～7E所示的焦点检测区域116的元件阵列的下标as～ad相对应。例如，通过元件阵列116as1-1的逆投影来定义焦点检测区域115as-1。

在取景器视野151中，在(由下标s表示的)右斜45°方向上延伸的一对焦点检测区域与在(由下标d表示的)左斜45°方向上延伸的一对焦点检测区域的交点被配置成与焦点检测点P6～P10中的相对应的焦点检测点一致。即，多个第三焦点检测区域与多个第四焦点检测区域的多个交点P1～P15包括多个第一焦点检测区域与多个第二焦点检测的多个交点P6～P10。基于右斜45°方向和左斜45°方向上的被摄体的光量分布来计算各焦点检测点处的离焦量。换言之，焦点检测点P6～P10用作为右斜45°方向和左斜45°方向上的十字形的焦点检测区域中的多个交点。多个焦点检测点P6～P10在画面内在开口110a的长边方向上排列。

在本实施例中，右斜45°方向和左斜45°方向上的十字形的焦点检测区域具有位于取景器视野151的中央处的5行和1列的总共5个焦点检测点。因而，可以进行与这些焦点检测区域相对应的被摄体的焦点检测。为了在各焦点检测点处进行焦点检测，使用相应的焦点检测区域(焦点检测区域)的至少一部分来计算离焦量。即，通过切割并使用来自各元件阵列的输出的至少一部分来计算光学图像的间隔。

考虑到拍摄图像时的构图，需要焦点检测设备在宽范围内具有位于被摄体可能位于的可能性高的位置处的多个焦点检测区域。还需要与各焦点检测点相对应的焦点检测区域在更多方向上延伸，并且无论被摄体的方向如何都获取光量分布。

为了满足这些要求，可以通过尽可能多地加宽图2所示的视野掩模110的开口110a来使画面变大，并且由此在更宽的范围内配置焦点检测区域。然而，在摄像范围(取景器视野151)内，当取景器视野的开口变宽时，由于焦点检测传感器116上的光学图像117av1～117ad2彼此重叠因此不能检测焦点。可以通过还设置除开口110a以外的视野掩模的开口、并按具有离与光轴OA’的交点尽可能远的位置作为中心的方式配置该开口，来避免该问题。当已经通过所设置的开口的光束通过附加设置的后阶段的焦点检测光学系统时，可以在更宽的范围内配置焦点检测区域。可选地，为了避免光学图像彼此重叠，可以延伸焦点检测光学系统的光路。然而，利用该方法，考虑到在摄像设备内配置焦点检测设备，因而难以进行小型化。

视野掩模110的开口110a的大小(尺寸)受到限制。在本实施例中，在这种限制下，如上所述，通过在画面内更加密集地配置在更多方向上延伸的焦点检测区域来满足以上要求。

现在将说明根据本实施例的多个第一焦点检测区域的其它配置。图9A和9B示出在取景器视野151中更加密集地配置十字形的焦点检测区域的示例。图9A示出在开口110a的长边方向和短边方向上的十字形的焦点检测区域的配置。图9B示出在左斜45°方向和右斜45°方向上的十字形的焦点检测区域的配置。

参考图9A，通过分别使在开口110a的长边方向和短边方向上延伸的多个第一焦点检测区域在与各个延伸方向垂直的方向上无间隙地并置来密集地配置焦点检测区域。附图标记Lv1～Lv6表示在开口110a的长边方向上延伸的焦点检测区域(第三焦点检测区域)；并且附图标记Lh1～Lh10表示在开口110a的短边方向上延伸的焦点检测区域(第四焦点检测区域)。如上所述，各焦点检测区域被定义为焦点检测元件的逆投影图像。如参考图8A和8B所述，取景器视野151的在开口110a的(由下标h表示的)短边方向上延伸的一对焦点检测区域与在开口110a的(由下标v表示的)长边方向上延伸的一对焦点检测区域的交点被定义为焦点检测点。在这种情况下，可以按二维方式(按矩阵拓扑)配置总共15个焦点检测点(图9A中的黑点)。在该例子中已经示出配置了15个焦点检测点的情况。然而，可以按相同方式在开口110a的长边方向和短边方向上的十字形的焦点检测区域中配置更多或更少的焦点检测点。

参考图9B，通过分别使在左斜45°方向和右斜45°方向上延伸的多个第一焦点检测区域在与各个延伸方向垂直的方向上无间隙地并置来密集地配置焦点检测区域。附图标记Ld1～Ld6表示在左斜45°方向上延伸的焦点检测区域；并且附图标记Ls1～Ls10表示在右斜45°方向上延伸的焦点检测区域。如上所述，各焦点检测区域被定义为焦点检测元件的逆投影图像。如参考图8A和8B所述，取景器视野151的在(由下标d表示的)左斜45°方向上延伸的一对焦点检测区域与在(由下标s表示的)右斜45°方向上延伸的一对焦点检测区域的交点被定义为焦点检测点。在这种情况下，可以在45°倾斜的矩形中配置总共15个焦点检测点(图9B中的黑点)。在该例子中已经示出配置了15个焦点检测点的情况。然而，可以按相同方式在右斜45°方向和左斜45°方向上的十字形的焦点检测区域中配置更多或更少的焦点检测点。

通常，为了选择焦点检测点，用户使用四向选择器等。考虑到该情况，与如图9B所示焦点检测区域在倾斜方向上交替排列的情况相比，在如图9A所示焦点检测区域在开口110a的长边方向和短边方向上排列的情况下，更容易选择焦点检测点。使用焦点检测区域来获取被摄体的光量分布并计算离焦量。此时，诸如人物和建筑物等的许多普通的被摄体在垂直方向或水平方向上具有明显的光量分布，即，高对比度。如上所述，考虑到在摄像范围内更宽的范围内配置焦点检测区域，可以通过垂直方向和水平方向上的直线来粗略构成视野掩模110的开口110a的形状。摄像范围通常是由水平方向和垂直方向上的直线构成的矩形。因此，当通过垂直方向和水平方向上的直线还构成视野掩模的开口的形状时，可以在没有浪费空间的情况下更加密集地配置焦点检测区域。如果如图9B所示配置第一焦点检测区域，则视野掩模的开口为45°倾斜的矩形。在这种情况下，当设置其它的视野掩模的开口时，难以实现高效的配置。

根据以上观点，优选在开口110a的长边方向和短边方向上配置十字形的焦点检测区域(多个第一焦点检测区域)。在本实施例中，如参考图8B所述，倾斜的十字形的焦点检测区域(多个第二焦点检测区域)的交点在开口110a的长边方向上排列，以与点P6～P10重叠。这使得可以在开口110a的长边方向和短边方向上的焦点检测区域的范围内高效地配置倾斜的焦点检测区域。这使得能够在宽范围的焦点检测区域内高密度地配置焦点检测点，由此同时实现更多方向上的被摄体的光量分布的检测。

尽管在本实施例中、焦点检测区域与焦点检测元件的逆投影图像一致，但焦点检测区域可以是焦点检测元件的逆投影图像的一部分。更具体地，尽管由于视野掩模的开口通常为垂直取向、因此倾斜的十字形的焦点检测区域在开口110a的长边方向上排列，但焦点检测元件的逆投影图像不限于此。可以将逆投影图像配置在由倾斜45°的边构成的矩形内，并且可以使用这些逆投影图像中的一些逆投影图像作为焦点检测区域。如图10所示，例如，倾斜的视野可以在短边方向上排列。

在本实施例中，与光分割方向是开口110a的长边方向和短边方向的第一焦点检测光学系统相比，摄像镜头10被配置为在光分割方向是倾斜45°的方向的第二焦点检测光学系统中处理较亮的(F数较小的)光束。利用该结构，多个第一焦点检测元件使用F数小于或等于摄像镜头10的第一F数的光束来进行焦点检测。另一方面，多个第二焦点检测元件使用F数小于或等于摄像镜头10的、比第一F数小的第二F数的光束来进行焦点检测。这允许更多的透镜在开口110a的长边方向和短边方向上执行十字型焦点检测。当摄像镜头10的亮度较高(F数较小)、并且光束的被摄体深度浅时，除了在开口110a的长边方向和短边方向上进行焦点检测以外，还可以在能够以更高的精度执行焦点检测的倾斜45°的方向上进行十字型焦点检测。这使得可以提高焦点检测处理的精度。

返回图1，控制单元80基于由焦点检测设备100检测到的摄像镜头10的焦点状态(离焦方向和离焦量)，控制摄像镜头10的焦点调整透镜，以调整摄像镜头10的焦点。更具体地，控制单元80基于摄像镜头10的离焦方向和离焦量来计算焦点调整透镜的驱动量，并将计算结果发送至摄像镜头侧控制单元(未示出)。摄像镜头侧控制单元基于从控制单元80获取的焦点调整透镜的驱动量，经由马达等来驱动焦点调整透镜。

以下将说明摄像设备1的操作。

在观察取景器时，由主镜20反射已经通过摄像镜头10的光，在聚焦屏32上形成图像，并且由用户经由五棱镜34和目镜透镜36来观察该图像。已经透过主镜20的光被辅助镜40反射，并且入射焦点检测设备100。如上所述，焦点检测设备100可以以高精度检测摄像镜头10的焦点状态。基于检测结果，控制单元80和摄像镜头侧控制单元(未示出)驱动摄像镜头10中包括的调焦透镜，并且获得聚焦状态。

另一方面，在拍摄图像时(在获取记录用的图像、即实际拍摄图像时)，使主镜20和辅助镜40从摄像光学路径移开，并且由图像传感器50对已经通过摄像镜头10的光进行拍摄。摄像设备1可以使用焦点检测设备100以高精度检测摄像镜头10的焦点，并且还基于检测结果来调整摄像镜头10的焦点，由此拍摄高质量图像。如上所述，焦点检测设备100可以防止其本身增大，并且保持成本低。因此，使用焦点检测设备100的摄像设备1也可以防止其本身变大，并且保持成本低。

尽管已经参考典型实施例说明了本发明，但是应该理解，本发明不限于所公开的典型实施例。所附权利要求书的范围符合最宽的解释，以包含所有这类修改以及等同结构和功能。

Claims (5)

1.一种焦点检测设备，用于分割已经通过摄像镜头的光束，并且根据由分割后的光束形成的多个图像之间的相对位置关系来检测所述摄像镜头的焦点状态，所述焦点检测设备包括：

视野掩模，其具有用于限制已经通过所述摄像镜头的光束的、矩形的开口；

第一焦点检测光学系统，用于在所述开口的长边方向或所述开口的短边方向上分割由所述开口限制后的光束；

第二焦点检测光学系统，用于在与所述长边方向或所述短边方向不同的倾斜方向上分割由所述开口限制后的光束；

多个第一焦点检测元件对，其定义多个第一焦点检测区域，所述多个第一焦点检测区域在接收由所述第一焦点检测光学系统分割后的光束的、所述摄像镜头的预期成像面上的画面内，分别在所述第一焦点检测光学系统的分割方向上延伸；以及

多个第二焦点检测元件对，其定义多个第二焦点检测区域，所述多个第二焦点检测区域在接收由所述第二焦点检测光学系统分割后的光束的所述画面内，分别在所述第二焦点检测光学系统的分割方向上延伸，

其中，所述多个第二焦点检测区域在所述画面内在所述长边方向或所述短边方向上排列。

2.根据权利要求1所述的焦点检测设备，其特征在于，

所述第二焦点检测光学系统在所述倾斜方向上分割由所述开口限制后的光束，以及

所述多个第二焦点检测区域在所述画面内在所述长边方向上排列，并且分别在所述倾斜方向上延伸。

3.根据权利要求1或2所述的焦点检测设备，其特征在于，

所述多个第二焦点检测区域的间隔比所述多个第一焦点检测区域的间隔小。

4.根据权利要求1所述的焦点检测设备，其特征在于，

所述多个第一焦点检测区域使用F数小于或等于所述摄像镜头的第一F数的光束来进行焦点检测，以及

所述多个第二焦点检测区域使用F数小于或等于所述摄像镜头的、比所述第一F数小的第二F数的光束来进行焦点检测。

5.一种焦点检测设备，用于分割已经通过摄像镜头的光束，并且根据由分割后的光束形成的多个图像之间的相对位置关系来检测所述摄像镜头的焦点状态，所述焦点检测设备包括：

视野掩模，其具有用于限制已经通过所述摄像镜头的光束的、矩形的开口；

第一焦点检测光学系统，用于在所述开口的第一方向或所述开口的第二方向上分割由所述开口限制后的光束；

第二焦点检测光学系统，用于在与所述第一方向或所述第二方向不同的第三方向上分割由所述开口限制后的光束；

多个第一焦点检测元件对，其定义多个第一焦点检测区域，所述多个第一焦点检测区域在接收由所述第一焦点检测光学系统分割后的光束的、所述摄像镜头的预期成像面上的画面内，分别在所述第一焦点检测光学系统的分割方向上延伸；以及

多个第二焦点检测元件对，其定义多个第二焦点检测区域，所述多个第二焦点检测区域在接收由所述第二焦点检测光学系统分割后的光束的所述画面内，分别在所述第二焦点检测光学系统的分割方向上延伸，

其中，所述多个第二焦点检测区域在所述画面内在所述第一方向或所述第二方向上排列。

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