JP2004046132A - 自動焦点調節装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】合焦点を高速に求めることができると共に本体が大型化することのない自動焦点調節装置を提供することである。
【解決手段】光学部２によって被写体１からの光が光電変換素子等のイメージャから成る受光部３に導かれ、この受光部３で上記被写体１がデジタル画像として撮像される。光学部２の光路中で上記受光部３の受光面直前の位置と上記光学部２の光路外の位置との間には、移動可能なスプリットイメージプリズム４が配置される。そして、上記スプリットイメージプリズム４を通過した光線に基く映像信号のズレ量が制御部９で検出されて、当該ズレ量に基いて光学部２の焦点調節が行われる。
【選択図】 図１
【解決手段】光学部２によって被写体１からの光が光電変換素子等のイメージャから成る受光部３に導かれ、この受光部３で上記被写体１がデジタル画像として撮像される。光学部２の光路中で上記受光部３の受光面直前の位置と上記光学部２の光路外の位置との間には、移動可能なスプリットイメージプリズム４が配置される。そして、上記スプリットイメージプリズム４を通過した光線に基く映像信号のズレ量が制御部９で検出されて、当該ズレ量に基いて光学部２の焦点調節が行われる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は自動焦点調節装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
デジタルカメラは、撮影レンズを介して映像信号を電気的に検出できる撮像素子を有している。そして、デジタルカメラに於いては、この撮像素子から出力される映像信号の輝度情報を用いて、それが正しいピントになるようにピント合わせを行う技術が広く知られている。
【０００３】
これは、撮影レンズを微調整して、像のコントラストが良好になるレンズ位置を求める技術であり、コントラストが高くなる位置に向った制御をするため、一般に鮮鋭度検出方式ＡＦ（コントラスト方式）と称されている。
【０００４】
一方、銀塩カメラの一眼レフレックスカメラに於いては、ＴＴＬ（Ｔｈｒｏｕｇｈ Ｔｈｅ Ｌｅｎｓ）位相差方式によるＡＦが一般的に採用されている。撮影レンズを介して取り込まれた被写体からの光束が、可動ミラーより反射されてフィルムの等価面（一次結像面）上に導かれる（一次結像）。そして、上記フィルムの等価面に設置されたレンズにより二次結像されて、ＡＦ用のセンサに上記光束が導かれ二次結像面となる。この二次結像面の位置を測距しながら一次結像面上のレンズを移動させることにより、一次結像面上で合焦位置となるように制御するのがＴＴＬ位相差方式によるＡＦである。
【０００５】
加えて、上記二次結像光学系の光束をセパレータレンズを用いて２つに分離（瞳分割）してラインセンサ上に導き、予め定められた規定値とのズレを比較することによって合焦位置を求めるのがＴＴＬ位相差方式によるＡＦである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したコントラスト方式のＡＦは、ＡＦ用のセンサを撮像用のセンサと兼用できる点からカメラ本体の小型化に有利であるが、像のコントラストが良好になる方向に撮影レンズを移動させて合焦位置を求めるため、一度のセンシングでは焦点調節の調節量と調節方向を検出することができない。そのため、撮影レンズを動かすための時間が必要であり、カメラ技術で称されるレリーズタイムラグが長くなってしまうという課題を有していた。
【０００７】
一方、ＴＴＬ位相差方式のＡＦは、規定値とのズレから合焦位置を求めるだけであるので、瞬時に合焦位置を求めることができる、すなわちレリーズタイムラグを短くすることができるものであった。しかしながら、被写体からの光束の一部を抽出して瞳分割し、更に再結像させるための二次結像光学系が必要であるので、部品点数が多くなってコストアップにつながると共に、カメラ本体自体も大型化してしまうという課題を有していた。
【０００８】
この発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、合焦点を高速に求めることができる自動焦点調節装置を提供することを目的とする。また、本体が大型化することのない自動焦点調節装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
すなわち第１の発明は、被写体をデジタル画像として撮像するための受光手段と、上記受光手段へと被写体からの光を導くための光学手段と、上記光学手段の光路中で上記受光手段の受光面直前の位置と上記光学手段の光路外の位置との間で可動なスプリットイメージプリズムと、上記スプリットイメージプリズムを通過した光線に基く映像信号のズレ量を検出し、当該ズレ量に基いて上記光学手段の焦点調節を行う制御手段と、を具備することを特徴とする。
【００１０】
また、第２の発明は、被写体をデジタル画像として撮像するための受光手段と、上記受光手段へと被写体からの光を導くための光学手段と、上記受光手段の受光面直前で上記光学手段の光路外の位置に設置されたスプリットイメージプリズムと、上記光学手段の光路中に出し入れ可能で被写体からの光束の一部を上記スプリットイメージプリズムヘと導く偏向手段と、上記スプリットイメージプリズムを通過した光線に基く映像信号のズレ量を検出し、当該ズレ量に基いて上記光学手段の焦点調節を行う制御手段と、を具備することを特徴とする。
【００１１】
第１の発明による自動焦点調節装置にあっては、光学手段によって被写体からの光が受光手段に導かれ、この受光手段で上記被写体がデジタル画像として撮像される。上記光学手段の光路中で上記受光手段の受光面直前の位置と上記光学手段の光路外の位置との間には、移動可能なスプリットイメージプリズムが配置される。そして、上記スプリットイメージプリズムを通過した光線に基く映像信号のズレ量が制御手段で検出されて、当該ズレ量に基いて上記光学手段の焦点調節が行われる。
【００１２】
第２の発明による自動焦点調節装置にあっては、光学手段によって被写体からの光が受光手段に導かれ、この受光手段で上記被写体がデジタル画像として撮像される。上記受光手段の受光面直前で上記光学手段の光路外の位置には、スプリットイメージプリズムが設置される。更に、上記光学手段の光路中に出し入れ可能な偏向手段によって、被写体からの光束の一部が上記スプリットイメージプリズムヘと導かれる。そして、上記スプリットイメージプリズムを通過した光線に基く映像信号のズレ量が制御手段で検出され、当該ズレ量に基いて上記光学手段の焦点調節が行われる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態を説明する。
【００１４】
図１はこの発明の第１の実施の形態の構成を示すもので、自動焦点調節装置の基本構成を示したブロック図である。
【００１５】
図１に於いて、被写体１からの撮影光束は、光学部２を介してＣＣＤやＭＯＳ等の光電変換素子を有する撮像素子の受光部３に導かれる。この受光部３の前面部には、スプリットイメージプリズム４が設置されている。上記受光部３及び上記光学部２は、それぞれ第１の駆動部６及び第２の駆動部７を介して、制御部９により駆動制御されている。
【００１６】
更に、上記スプリットイメージプリズム４は、第３の駆動部８を介して制御部９により駆動制御されることによって、図示矢印Ａ方向に移動される。すなわち、制御部９及び第３の駆動部８によって、スプリットイメージプリズム４は受光部３面上から挿脱される。
【００１７】
尚、上記第１の駆動部６は画像信号処理系の駆動手段で構成され、第２及び第３の駆動部７及び８は機構系の駆動手段で構成される。
【００１８】
図２は、スプリットイメージプリズム４の構成を示す外観斜視図である。
【００１９】
図２に示されるように、スプリットイメージプリズム４は、２つの互いに反対方向に傾斜した半円形のくさび形プリズムを、上下或いは斜めに配置して構成されたものである。
【００２０】
図３は、受光部３上のスプリットイメージプリズム４の位置を示した上面図である。
【００２１】
受光部３は複数個の有効画素１３を有しており、ＡＦ時には上記スプリットイメージプリズム４が図示矢印Ａ１ 方向に移動されて、有効画素１３の略中央に配置される。そして、撮像時は図示矢印Ａ２ 方向にスプリットイメージプリズム４が移動されて、受光部３の外へ配置される。これにより、撮像時に被写体からの光束を遮ることはない。
【００２２】
図４乃至図６は、スプリットイメージプリズムと焦点状態との関係を示した図である。このスプリットイメージプリズムと焦点状態との関係は、（株）写真工業出版社の「カメラ技術ハンドブック」（１９７９年７月１５日発行、鈴木愛三著）の第１０８頁乃至第１１１頁に詳細に記載されているので、ここではその構成を基にして原理を簡単に説明する。
【００２３】
スプリットイメージプリズムは、撮影レンズ１６の光軸上に位置する２つのくさび形プリズムの交点がピント面であり、プリズムの境界部で像がずれる典型的な上下像合致式でのものである。
【００２４】
図４（ａ）は合焦時のスプリットイメージプリズムと被写体の像の状態を説明する図、（ｂ）は（ａ）の状態に於ける被写体の像の見え方の例を示した図である。
【００２５】
撮影レンズ１６により線状の被写体の像が、スプリットイメージプリズム４の上下２つのくさび形プリズムの交線上Ｏに結んでいるため、上下２つのくさび形プリズムとも全く同じ位置０′（Ｏ″）に像ができる。このとき、接眼レンズ１７を介してユーザの眼１８には、図４（ｂ）に示されるように、上下の線（被写体の像）が１本の線のように見えることになる。
【００２６】
図５（ａ）は線状の被写体の像がスプリットイメージプリズムより前方に結んだ（前ピン）場合のスプリットイメージプリズムと被写体の像の状態を説明する図、（ｂ）は（ａ）の状態に於ける被写体の像の見え方の例を示した図である。
【００２７】
この場合、上下のくさび形プりズムにより互いに逆方向に光が屈折され、像はＯ′、Ｏ″のように左右に分かれて見える。
【００２８】
更に、図６（ａ）は線状の被写体の像がスプリットイメージプリズムより後方に結んだ（後ピン）場合のスプリットイメージプリズムと被写体の像の状態を説明する図、（ｂ）は（ａ）の状態に於ける被写体の像の見え方の例を示した図である。
【００２９】
この場合、図５に示される像とは逆方向に像がずれる。
【００３０】
尚、図５（ａ）に於いて、αはスプリットイメージプリズム４のくさび角、ｆｅ は接眼レンズ１７の焦点距離、Δｐ は最小のピンぼけ量、δｐ は像の分離量である。
【００３１】
このように、スプリットイメージプリズムでは、前ピンと後ピンで上下像のずれ方が異なり、像のズレが少なくなる方向に撮影レンズの回転方向を通常合わせてある。
【００３２】
図７は、第１の実施の形態での焦点ズレと映像信号のズレの関係を示したもので、（ａ）は上面図、（ｂ）は検出される焦点ズレ量（デフォーカス量）とオフセット量を示した側面図である。
【００３３】
いま、上述したコントラスト方式で、受光部３の受光面に焦点調節されたものとする。そして、この合焦状態で受光部３の受光面の直前にスプリットイメージプリズム４が挿入されて、結像位置が受光面３ａから現在の受光面１９の位置にずれたとする。
【００３４】
このとき、スプリットイメージプリズム４が挿入されたことによる映像信号のズレ量が検出されれば、この映像信号のズレ量がデフォーカス量のオフセット分（スプリットイメージプリズム面４ａと受光面３ａ間の距離）に相当する。したがって、これを調整値とすれば、正確に焦点調節が可能である。このオフセット分は、例えば光学ローパスフィルタ、撮像素子の保護ガラス、スプリットイメージプリズムの移動に必要な隙間、等により生じる。
【００３５】
上記調整値に従って、横方向にずれた像１４（図６（ｂ）参照）を一本の線状の像（図４（ｂ）参照）にするべく、すなわち合焦するように撮影レンズ１６が駆動される。ここで、スプリットイメージプリズムのくさび角は、光学部２の絞りに対応して受光部３に入射する入射光を適切に検出でき、また、焦点調節に要求される検出精度を満たすように設定される。
【００３６】
図８は、映像信号のズレ量を検出するために映像信号から処理する信号のみを抽出する例について示すもので、（ａ）は横方向に配列された複数の画素から成る有効画素上のスプリットイメージプリズム上の後ピンの像を示した図、（ｂ）は（ａ）の各画素が白黒（すなわち、色フィルタ無し）の場合の画素出力の例を示した図、（ｃ）は（ａ）の各画素がＲＧＢ原色のベイヤー配列の画素出力の例を示した図、（ｄ）は（ａ）の各画素がＲＧＢ原色のベイヤー配列の画素出力の他の例を示した図である。
【００３７】
尚、図中のＲ、Ｇ、Ｂは、それぞれ赤、緑、青の色フィルタを有するセンサを表しているものとする。
【００３８】
また、本実施の形態では、被写体をデジタル画像として撮像するための撮像素子の各画素を、横方向、すなわち水平方向に配列された画素のセンサから成るセンサアレイを複数本、縦方向、すなわち垂直方向に並べられたセンサとみなしている。
【００３９】
図８（ａ）に示されるように、２次元配列された有効画素１３が白黒の複数のセンサアレイで構成されている場合、映像信号がずれている部分は、横方向に隣接した２本のセンサアレイによって、例えば図８（ｂ）に示されるように表される。この場合、図示ズレ量を有する上下の像が抽出され、映像信号のズレ量について位相差演算が行われて、像の合焦位置が求められる。
【００４０】
図８（ａ）に示される有効画素１３がカラーの複数のセンサアレイで構成されている場合、映像信号がずれている像１４は、横方向に配列された２本のセンサアレイによって、例えば図８（ｃ）及び（ｄ）に示されるように表される。すなわち、ＲＧＢ原色のベイヤー配列のセンサアレイ出力は、例えば同じ配色のセンサアレイが一列おきに配置されているため、上下の像を比較するためには一列おきに配列された同じ配色のセンサアレイ同士が用いられる。そして、図８（ｃ）及び（ｄ）に示される映像信号のズレ量について位相差演算が行われて、像の合焦位置が求められる。
【００４１】
尚、スプリットイメージプリズム４のスプリット位置が有効画素１３上のどの位置に設定されるかは、組み立て誤差や駆動誤差が原因となり一定ではない。したがって、複数列の上下の映像信号を抽出して、映像信号のズレ量が検出できたそのズレ量に基いて焦点調節が行われるようになっている。
【００４２】
次に、図９及び図１０を参照して、この発明の第１の実施の形態に於ける焦点調節の動作について説明する。
【００４３】
図９は有効画素中の検出エリアを示した図、図１０は第１の実施の形態に於ける焦点調節の動作について説明するフローチャートである。尚、この動作は制御部９によって制御される。
【００４４】
焦点調節動作に入ると、先ずステップＳ１にて、有効画素１３中の検出エリア２０の水平方向である先頭座標ｘが取得される。それと同時に、ステップＳ２にて上記検出エリア２０の垂直方向である先頭座標ｙが取得される。
【００４５】
次いで、ステップＳ３にて、図９に示される検出エリア２０の水平方向である幅ｗが取得される。更に、ステップＳ４にて、上記検出エリア２０の垂直方向である高さ４ｈが取得される。そして、ステップＳ５にて、有効画素１３中のセンサアレイの最初のラインを表す０がｎにセットされる。
【００４６】
ステップＳ６では、ｙ＋２ｎ行目のｘからｘ＋ｗまでの画像データが取得される。続いて、ステップＳ７にて、ｙ＋２（ｎ＋１）行目のｘからｘ＋ｗまでの画像データが取得される。これにより、検出エリア２０内の偶数行に於ける第１行目と第２行目の画像データが取得される。そして、ステップＳ８にて、上記ステップＳ６及びＳ７で取得された画像データから位相差演算が行われ、その結果が図示されない記憶部の記憶領域Ｆ（２ｎ）に書き込まれる。
【００４７】
また、ステップＳ９では、ｙ＋２ｎ＋１行目のｘからｘ＋ｗまでの画像データが取得される。続いて、ステップＳ１０にて、ｙ＋２（ｎ＋１）＋１行目のｘからｘ＋ｗまでの画像データが取得される。これにより、検出エリア２０内の奇数行に於ける第１行目と第２行目の画像データが取得される。そして、ステップＳ１１にて、上記ステップＳ９及びＳ１０で取得された画像データから位相差演算が行われ、その結果が上記記憶部の記憶領域Ｆ（２ｎ＋１）に書き込まれる。
【００４８】
次いで、ステップＳ１２にてｎの値がインクリメントされた後、ステップＳ１３に於いてｎの値が判定される。上記ステップＳ６、Ｓ７、Ｓ９、Ｓ１０で偶数行及び奇数行についてそれぞれ２行ずつ、合わせて４行の画像データが取得されているので、４つの行に対して高さｈに達したかどうかを判定すれば、検出エリア２０内の全ての行（高さ４ｈ）について判定することになる。したがって、このステップＳ１３に於いてｎ＝ｈとなるまで、上記ステップＳ６〜Ｓ１３が繰り返される。
【００４９】
そして、検出エリア２０内の画像データが全て得られたならば、ステップＳ１４に移行して、Ｆ（０）〜Ｆ（２ｈ）の中から０にならないＦ（＊）が抽出される。ここで、所定量以下であれば０とされる。但し、所定量とは、ノイズレベルに基いて予め定められた値である。Ｆ（＊）＝０となる部分はスプリットイメージプリズム上で分離されない像の部分であり、Ｆ（＊）＝０となる部分が上記像が分離されるスプリット位置になる。
【００５０】
したがって、ステップＳ１５にて、上記ステップＳ１４で抽出されたＦ（＊）の値に基いて、レンズの駆動方向と駆動量が算出される。ステップＳ１６では、ここで算出された駆動方向及び駆動量に従って撮影レンズが駆動されて、焦点調節が実行される。
【００５１】
図１１は、映像信号の斜め成分による誤差を説明するための図である。
【００５２】
図７及び図８では、スプリットイメージプリズム４のスプリット部を挟んだ上下のみで映像信号のズレが生じ、その他にはズレが生じない場合の、基本的な像ズレについて説明した。しかしながら、実際には、スプリットイメージプリズム４のスプリット部を挟んだ上下のみで映像信号のズレが生じ、その他にはズレが生じない等といったことはほとんどない。したがって、上記スプリット部を挟んで斜めに像ズレが生じている場合の例について、図１１及び図１２を参照して説明する。
【００５３】
図１２は、映像信号の斜め成分による誤差を考慮した焦点調節の動作について説明するフローチャートである。尚、この動作は制御部９によって制御される。
【００５４】
焦点調節動作に入ると、先ずステップＳ２１にて、有効画素１３中の検出エリア２０の水平方向である先頭座標ｘが取得される。同時に、ステップＳ２２にて上記検出エリア２０の垂直方向である先頭座標ｙが取得される。
【００５５】
次いで、ステップＳ２３にて、図９に示される検出エリア２０の水平方向である幅ｗが取得される。更に、ステップＳ２４にて、上記検出エリア２０の垂直方向である高さ４ｈが取得される。そして、ステップＳ２５にて、有効画素１３中のセンサアレイの最初のラインを表す０がｎにセットされる。
【００５６】
ステップＳ２６では、ｙ＋２ｎ行目のｘからｘ＋ｗまでの画像データが取得される。続いて、ステップＳ２７にて、ｙ＋２（ｎ＋１）行目のｘからｘ＋ｗまでの画像データが取得される。これにより、検出エリア２０内の偶数行に於ける第１行目と第２行目の画像データが取得される。そして、ステップＳ２８にて、上記ステップＳ２６及びＳ２７で取得された画像データから位相差演算が行われ、その結果が図示されない記憶部の記憶領域Ｆ（２ｎ）に書き込まれる。
【００５７】
また、ステップＳ２９では、ｙ＋２ｎ＋１行目のｘからｘ＋ｗまでの画像データが取得される。続いて、ステップＳ３０にて、ｙ＋２（ｎ＋１）＋１行目のｘからｘ＋ｗまでの画像データが取得される。これにより、検出エリア２０内の奇数行に於ける第１行目と第２行目の画像データが取得される。そして、ステップＳ３１にて、上記ステップＳ２９及びＳ３０で取得された画像データから位相差演算が行われ、その結果が上記記憶部の記憶領域Ｆ（２ｎ＋１）に書き込まれる。
【００５８】
次いで、ステップＳ３２にてｎの値がインクリメントされた後、ステップＳ３３に於いてｎの値が判定される。上記ステップＳ２６、Ｓ２７、Ｓ２９、Ｓ３０で偶数行及び奇数行についてそれぞれ２行ずつ、合わせて４行の画像データが取得されているので、４つの行に対して高さｈに達したかどうかを判定すれば、検出エリア２０内の全ての行（高さ４ｈ）について判定することになる。したがって、このステップＳ３３に於いてｎ＝ｈとなるまで、上記ステップＳ２６〜Ｓ３３が繰り返される。
【００５９】
そして、検出エリア２０内の画像データが全て得られたならば、ステップＳ３４に移行して、Ｆ（０）〜Ｆ（２ｈ）の中から最大値と最小値とが抽出される。次いで、ステップＳ３５では、上記ステップＳ３４で得られた最大値と最小値の中間値が算出される。
【００６０】
更に、ステップＳ３６では、上記Ｆ（０）〜Ｆ（２ｈ）中の中間値以上の値の平均値が得られて、上記記憶部の記憶領域Ｆに書き込まれる。そして、ステップＳ３７にて、上記Ｆ（０）〜Ｆ（２ｈ）中の中間値未満の値の平均値が得られて、上記記憶部の記憶領域ΔＦに書き込まれる。
【００６１】
ステップＳ３８では、上記ステップＳ３６及びＳ３７で得られた２つの平均値の差（Ｆ−ΔＦ）の値に基いて、レンズの駆動方向と駆動量が算出される。これにより、ステップＳ３９にて、算出された駆動方向及び駆動量に従って撮影レンズが駆動され、焦点調節が実行される。
【００６２】
次に、スプリットイメージプリズムの回転誤差を考慮した焦点調節の動作について説明する。
【００６３】
上述したように、スプリットイメージプリズム４は第３の駆動部８によって、受光部３上に挿脱可能とされている。ここで、スプリットイメージプリズム４は、受光部３の有効画素１３上に必ずしも正確に配置されるとは限らない。
【００６４】
図１３は、こうしたスプリットイメージプリズムの回転誤差を説明するための図である。
【００６５】
組み立て誤差により、受光部の画素列の方向とスプリットイメージプリズムのスプリット方向に誤差が生じた場合に、この対策が行われる。
【００６６】
いま、図１３（ａ）に示されるように、スプリットイメージプリズム４のスプリット部が２本の像１４に対して斜めになっている場合、隣接するセンサアレイの映像信号の成分は、実際には像１４はずれているにもかかわらず、図１３（ｂ）に示されるように、あたかも３本の像信号が得られてズレがないような信号であると誤解してしまう虞れがある。
【００６７】
そのため、所定のライン、この場合２ライン隔てた２つのセンサアレイの映像信号の成分を取得するようにする。図１３（ｃ）は、こうして得られた映像信号の成分を表したもので、左右にずれていることがわかる。
【００６８】
次に、図１４のフローチャートを参照して、スプリットイメージプリズムの回転誤差を考慮した焦点調節の動作について説明する。尚、この動作は制御部９によって制御される。
【００６９】
焦点調節動作に入ると、先ずステップＳ４１にて、有効画素１３中の検出エリア２０の水平方向である先頭座標ｘが取得される。同時に、ステップＳ４２にて上記検出エリア２０の垂直方向である先頭座標ｙが取得される。更に、ステップＳ４３にて、図９に示される検出エリア２０の水平方向である幅ｗが取得される。
【００７０】
そして、ステップＳ４４にて、機構系（第３の駆動部８）の誤差対策であるオフセット量ｋが取得される。但し、このオフセット量ｋは偶数であるものとする。また、ステップＳ４５では、上記検出エリア２０の垂直方向である高さ４ｈ＋ｋが取得される。更に、ステップＳ４６にて、有効画素１３中のセンサアレイの最初のラインを表す０がｎにセットされる。
【００７１】
次に、ステップＳ４７にて、ｙ＋２ｎ行目のｘからｘ＋ｗまでの画像データが取得される。続いて、ステップＳ４８にてｙ＋２（ｎ＋１）＋ｋ行目のｘからｘ＋ｗまでの画像データが取得される。これにより、検出エリア２０内の偶数行に於ける画像データが取得される。そして、ステップＳ４９にて、上記ステップＳ４７及びＳ４８で取得された画像データから位相差演算が行われ、その結果が図示されない記憶部の記憶領域Ｆ（２ｎ）に書き込まれる。
【００７２】
また、ステップＳ５０では、ｙ＋２ｎ＋１行目のｘからｘ＋ｗまでの画像データが取得される。続いて、ステップＳ５１にて、ｙ＋２（ｎ＋１）＋１＋ｋ行目のｘからｘ＋ｗまでの画像データが取得される。これにより、検出エリア２０内の奇数行に於ける画像データが取得される。そして、ステップＳ５２にて、上記ステップＳ５０及びＳ５１で取得された画像データから位相差演算が行われ、その結果が上記記憶部の記憶領域Ｆ（２ｎ＋１）に書き込まれる。
【００７３】
次いで、ステップＳ５３にてｎの値がインクリメントされた後、ステップＳ５４に於いてｎの値が判定される。上記ステップＳ４７、Ｓ４８、Ｓ５０、Ｓ５１で偶数行及び奇数行についてそれぞれ２行ずつ、合わせて４行の画像データが取得されているので、４つの行に対して高さｈに達したかどうかを判定すれば、検出エリア２０内の全ての行（高さ４ｈ）について判定することになる。したがって、このステップＳ５４に於いてｎ＝ｈとなるまで、上記ステップＳ４７〜Ｓ５４が繰り返される。
【００７４】
そして、検出エリア２０内の画像データが全て得られたならば、ステップＳ５５に移行して、Ｆ（０）〜Ｆ（２ｈ）の中から０にならないＦ（＊）が抽出される。続いて、ステップＳ５６では、上記ステップＳ５５で抽出されたＦ（＊）の値に基いて、レンズの駆動方向と駆動量が算出される。
【００７５】
尚、Ｆ（＊）は、所定量以下であれば０とされる。但し、所定量とは、ノイズレベルに基いて予め定められた値であ里、且つ演算エラーが発生したものに関しては除外される。
【００７６】
こうして算出された駆動方向及び駆動量に従って、ステップＳ５７にて撮影レンズが駆動されて、焦点調節が実行される。
【００７７】
また、図示されないが、焦点ズレ量（デフォーカス量）があまり大きいと、映像信号が鮮明に得られず、映像信号のズレ量を検出することが不可能になる場合がある。この場合、以下のような対策を行うようにすればよい。１つはコントラスト方式（山登り方式）や位相差方式では一般的であり、公知の技術であるレンズスキャンを行うものである。もう１つは、焦点ズレ量（デフォーカス量）が大きくても映像信号が鮮明に得られるように光学系を絞って検出することである。
【００７８】
尚、上記図１に於いては、スプリットイメージプリズムを矢印Ａ方向に移動しているが、これに限らず、受光部３に対して挿脱されるように移動してもよい。
【００７９】
次に、この発明の第２の実施の形態について説明する。
【００８０】
上述した第１の実施の形態では、スプリットイメージプリズム４を第１の駆動部６によって受光部３の受光面上に挿脱可能に配置していたが、この第２の実施の形態では偏向手段によってＡＦ時と撮像時の光路を切り換えるようにしている。
【００８１】
図１５はこの発明の第２の実施の形態の構成を示すもので、自動焦点調節装置の基本構成を示したブロック図である。
【００８２】
図１５に於いて、被写体１からの撮影光束は、光学部２及び偏向部１１を介して受光部３に導かれる。上記受光部３及び上記光学部２は、それぞれ第１の駆動部６及び第２の駆動部７を介して、制御部９により駆動制御されている。
【００８３】
上記光学部２と受光部３の間には、光路を切り換えることが可能な偏向部１１が配置される。この辺後部１１は、第３の駆動部３を介して制御部９によって制御されるもので、ＡＦ時には光路中に挿入され、撮像時には該光路外に退避される。
【００８４】
図１６は、受光部３上のスプリットイメージプリズム４の位置を示した上面図である。
【００８５】
受光部３は複数個の有効画素１３を有しており、ＡＦ時には偏向部１１が光路中に配置されることによって、被写体からの光束はスプリットイメージプリズム４が配置されている側に偏向される。一方、撮像時には偏向部１１は退避するので、被写体からの光束は有効画素１３に導かれる。
【００８６】
このように、ＡＦ時の使用受光エリアと撮像時の使用受光エリアは異なっている。画素の並ぶ方向（縦または横）の何れかの方向とスプリットイメージプリズムのスプリット方向は略等しいものとする。
【００８７】
尚、各実施の形態のスプリットイメージプリズムは、同様の機能を有する光学部材であればこれに限定されるものではない。
【００８８】
また、図１６に於いて、有効画素の間は無効画素（ＯＢ（＝Ｏｐｔｉｃａｌ Ｂｌａｃｋ）画素）となるが、これは無くても良い。
【００８９】
更に、この第２の実施の形態に関しては、図示されないが、オフセット量は偏向部１１の有無に起因する光路長の差となる。
【００９０】
また、調整値に関しては、コントラスト方式とスプリットイメージプリズムを用いた時とで、光学部の駆動量の差としても良い。
【００９１】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、合焦点を高速に求めることができると共に本体が大型化することのない自動焦点調節装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施の形態の構成を示すもので、自動焦点調節装置の基本構成を示したブロック図である。
【図２】スプリットイメージプリズム４の構成を示す外観斜視図である。
【図３】受光部３上のスプリットイメージプリズム４の位置を示した上面図である。
【図４】スプリットイメージプリズムと焦点状態との関係を示したもので、（ａ）は合焦時のスプリットイメージプリズムと被写体の像の状態を説明する図、（ｂ）は（ａ）の状態に於ける被写体の像の見え方の例を示した図である。
【図５】スプリットイメージプリズムと焦点状態との関係を示したもので、（ａ）は線状の被写体の像がスプリットイメージプリズムより前方に結んだ（前ピン）場合のスプリットイメージプリズムと被写体の像の状態を説明する図、（ｂ）は（ａ）の状態に於ける被写体の像の見え方の例を示した図である。
【図６】スプリットイメージプリズムと焦点状態との関係を示したもので、（ａ）は線状の被写体の像がスプリットイメージプリズムより後方に結んだ（後ピン）場合のスプリットイメージプリズムと被写体の像の状態を説明する図、（ｂ）は（ａ）の状態に於ける被写体の像の見え方の例を示した図である。
【図７】焦点ズレと映像信号のズレの関係を示したもので、（ａ）は上面図、（ｂ）は検出される焦点ズレ量（デフォーカス量）とオフセット量を示した側面図である。
【図８】映像信号のズレ量を検出するために映像信号から処理する信号のみを抽出する例について示すもので、（ａ）は横方向に配列された複数のセンサアレイから成る有効画素上のスプリットイメージプリズム上の後ピンの像を示した図、（ｂ）は（ａ）のセンサアレイが白黒の場合のセンサアレイ出力の例を示した図、（ｃ）は（ａ）のセンサアレイがＲＧＢ原色のベイヤー配列のセンサアレイ出力の例を示した図、（ｄ）は（ａ）のセンサアレイがＲＧＢ原色のベイヤー配列のセンサアレイ出力の他の例を示した図である。
【図９】この発明の第１の実施の形態に於ける焦点調節の動作について説明するもので、有効画素中の検出エリアを示した図である。
【図１０】この発明の第１の実施の形態に於ける焦点調節の動作について説明するフローチャートである。
【図１１】映像信号の斜め成分による誤差を説明するための図である。
【図１２】映像信号の斜め成分による誤差を考慮した焦点調節の動作について説明するフローチャートである。
【図１３】スプリットイメージプリズムの回転誤差を説明するための図である。
【図１４】スプリットイメージプリズムの回転誤差を考慮した焦点調節の動作について説明するフローチャートである。
【図１５】この発明の第２の実施の形態の構成を示すもので、自動焦点調節装置の基本構成を示したブロック図である。
【図１６】第２の実施の形態に於ける受光部３上のスプリットイメージプリズム４の位置を示した上面図である。
【符号の説明】
１…被写体、２…光学部、３…受光部、４…スプリットイメージプリズム、６…第１の駆動部、７…第２の駆動部、８…第３の駆動部、９…制御部、１３…有効画素、１６…撮影レンズ、１７…接眼レンズ、１８…眼、２０…検出エリア。
【発明の属する技術分野】
この発明は自動焦点調節装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
デジタルカメラは、撮影レンズを介して映像信号を電気的に検出できる撮像素子を有している。そして、デジタルカメラに於いては、この撮像素子から出力される映像信号の輝度情報を用いて、それが正しいピントになるようにピント合わせを行う技術が広く知られている。
【０００３】
これは、撮影レンズを微調整して、像のコントラストが良好になるレンズ位置を求める技術であり、コントラストが高くなる位置に向った制御をするため、一般に鮮鋭度検出方式ＡＦ（コントラスト方式）と称されている。
【０００４】
一方、銀塩カメラの一眼レフレックスカメラに於いては、ＴＴＬ（Ｔｈｒｏｕｇｈ Ｔｈｅ Ｌｅｎｓ）位相差方式によるＡＦが一般的に採用されている。撮影レンズを介して取り込まれた被写体からの光束が、可動ミラーより反射されてフィルムの等価面（一次結像面）上に導かれる（一次結像）。そして、上記フィルムの等価面に設置されたレンズにより二次結像されて、ＡＦ用のセンサに上記光束が導かれ二次結像面となる。この二次結像面の位置を測距しながら一次結像面上のレンズを移動させることにより、一次結像面上で合焦位置となるように制御するのがＴＴＬ位相差方式によるＡＦである。
【０００５】
加えて、上記二次結像光学系の光束をセパレータレンズを用いて２つに分離（瞳分割）してラインセンサ上に導き、予め定められた規定値とのズレを比較することによって合焦位置を求めるのがＴＴＬ位相差方式によるＡＦである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したコントラスト方式のＡＦは、ＡＦ用のセンサを撮像用のセンサと兼用できる点からカメラ本体の小型化に有利であるが、像のコントラストが良好になる方向に撮影レンズを移動させて合焦位置を求めるため、一度のセンシングでは焦点調節の調節量と調節方向を検出することができない。そのため、撮影レンズを動かすための時間が必要であり、カメラ技術で称されるレリーズタイムラグが長くなってしまうという課題を有していた。
【０００７】
一方、ＴＴＬ位相差方式のＡＦは、規定値とのズレから合焦位置を求めるだけであるので、瞬時に合焦位置を求めることができる、すなわちレリーズタイムラグを短くすることができるものであった。しかしながら、被写体からの光束の一部を抽出して瞳分割し、更に再結像させるための二次結像光学系が必要であるので、部品点数が多くなってコストアップにつながると共に、カメラ本体自体も大型化してしまうという課題を有していた。
【０００８】
この発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、合焦点を高速に求めることができる自動焦点調節装置を提供することを目的とする。また、本体が大型化することのない自動焦点調節装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
すなわち第１の発明は、被写体をデジタル画像として撮像するための受光手段と、上記受光手段へと被写体からの光を導くための光学手段と、上記光学手段の光路中で上記受光手段の受光面直前の位置と上記光学手段の光路外の位置との間で可動なスプリットイメージプリズムと、上記スプリットイメージプリズムを通過した光線に基く映像信号のズレ量を検出し、当該ズレ量に基いて上記光学手段の焦点調節を行う制御手段と、を具備することを特徴とする。
【００１０】
また、第２の発明は、被写体をデジタル画像として撮像するための受光手段と、上記受光手段へと被写体からの光を導くための光学手段と、上記受光手段の受光面直前で上記光学手段の光路外の位置に設置されたスプリットイメージプリズムと、上記光学手段の光路中に出し入れ可能で被写体からの光束の一部を上記スプリットイメージプリズムヘと導く偏向手段と、上記スプリットイメージプリズムを通過した光線に基く映像信号のズレ量を検出し、当該ズレ量に基いて上記光学手段の焦点調節を行う制御手段と、を具備することを特徴とする。
【００１１】
第１の発明による自動焦点調節装置にあっては、光学手段によって被写体からの光が受光手段に導かれ、この受光手段で上記被写体がデジタル画像として撮像される。上記光学手段の光路中で上記受光手段の受光面直前の位置と上記光学手段の光路外の位置との間には、移動可能なスプリットイメージプリズムが配置される。そして、上記スプリットイメージプリズムを通過した光線に基く映像信号のズレ量が制御手段で検出されて、当該ズレ量に基いて上記光学手段の焦点調節が行われる。
【００１２】
第２の発明による自動焦点調節装置にあっては、光学手段によって被写体からの光が受光手段に導かれ、この受光手段で上記被写体がデジタル画像として撮像される。上記受光手段の受光面直前で上記光学手段の光路外の位置には、スプリットイメージプリズムが設置される。更に、上記光学手段の光路中に出し入れ可能な偏向手段によって、被写体からの光束の一部が上記スプリットイメージプリズムヘと導かれる。そして、上記スプリットイメージプリズムを通過した光線に基く映像信号のズレ量が制御手段で検出され、当該ズレ量に基いて上記光学手段の焦点調節が行われる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態を説明する。
【００１４】
図１はこの発明の第１の実施の形態の構成を示すもので、自動焦点調節装置の基本構成を示したブロック図である。
【００１５】
図１に於いて、被写体１からの撮影光束は、光学部２を介してＣＣＤやＭＯＳ等の光電変換素子を有する撮像素子の受光部３に導かれる。この受光部３の前面部には、スプリットイメージプリズム４が設置されている。上記受光部３及び上記光学部２は、それぞれ第１の駆動部６及び第２の駆動部７を介して、制御部９により駆動制御されている。
【００１６】
更に、上記スプリットイメージプリズム４は、第３の駆動部８を介して制御部９により駆動制御されることによって、図示矢印Ａ方向に移動される。すなわち、制御部９及び第３の駆動部８によって、スプリットイメージプリズム４は受光部３面上から挿脱される。
【００１７】
尚、上記第１の駆動部６は画像信号処理系の駆動手段で構成され、第２及び第３の駆動部７及び８は機構系の駆動手段で構成される。
【００１８】
図２は、スプリットイメージプリズム４の構成を示す外観斜視図である。
【００１９】
図２に示されるように、スプリットイメージプリズム４は、２つの互いに反対方向に傾斜した半円形のくさび形プリズムを、上下或いは斜めに配置して構成されたものである。
【００２０】
図３は、受光部３上のスプリットイメージプリズム４の位置を示した上面図である。
【００２１】
受光部３は複数個の有効画素１３を有しており、ＡＦ時には上記スプリットイメージプリズム４が図示矢印Ａ１ 方向に移動されて、有効画素１３の略中央に配置される。そして、撮像時は図示矢印Ａ２ 方向にスプリットイメージプリズム４が移動されて、受光部３の外へ配置される。これにより、撮像時に被写体からの光束を遮ることはない。
【００２２】
図４乃至図６は、スプリットイメージプリズムと焦点状態との関係を示した図である。このスプリットイメージプリズムと焦点状態との関係は、（株）写真工業出版社の「カメラ技術ハンドブック」（１９７９年７月１５日発行、鈴木愛三著）の第１０８頁乃至第１１１頁に詳細に記載されているので、ここではその構成を基にして原理を簡単に説明する。
【００２３】
スプリットイメージプリズムは、撮影レンズ１６の光軸上に位置する２つのくさび形プリズムの交点がピント面であり、プリズムの境界部で像がずれる典型的な上下像合致式でのものである。
【００２４】
図４（ａ）は合焦時のスプリットイメージプリズムと被写体の像の状態を説明する図、（ｂ）は（ａ）の状態に於ける被写体の像の見え方の例を示した図である。
【００２５】
撮影レンズ１６により線状の被写体の像が、スプリットイメージプリズム４の上下２つのくさび形プリズムの交線上Ｏに結んでいるため、上下２つのくさび形プリズムとも全く同じ位置０′（Ｏ″）に像ができる。このとき、接眼レンズ１７を介してユーザの眼１８には、図４（ｂ）に示されるように、上下の線（被写体の像）が１本の線のように見えることになる。
【００２６】
図５（ａ）は線状の被写体の像がスプリットイメージプリズムより前方に結んだ（前ピン）場合のスプリットイメージプリズムと被写体の像の状態を説明する図、（ｂ）は（ａ）の状態に於ける被写体の像の見え方の例を示した図である。
【００２７】
この場合、上下のくさび形プりズムにより互いに逆方向に光が屈折され、像はＯ′、Ｏ″のように左右に分かれて見える。
【００２８】
更に、図６（ａ）は線状の被写体の像がスプリットイメージプリズムより後方に結んだ（後ピン）場合のスプリットイメージプリズムと被写体の像の状態を説明する図、（ｂ）は（ａ）の状態に於ける被写体の像の見え方の例を示した図である。
【００２９】
この場合、図５に示される像とは逆方向に像がずれる。
【００３０】
尚、図５（ａ）に於いて、αはスプリットイメージプリズム４のくさび角、ｆｅ は接眼レンズ１７の焦点距離、Δｐ は最小のピンぼけ量、δｐ は像の分離量である。
【００３１】
このように、スプリットイメージプリズムでは、前ピンと後ピンで上下像のずれ方が異なり、像のズレが少なくなる方向に撮影レンズの回転方向を通常合わせてある。
【００３２】
図７は、第１の実施の形態での焦点ズレと映像信号のズレの関係を示したもので、（ａ）は上面図、（ｂ）は検出される焦点ズレ量（デフォーカス量）とオフセット量を示した側面図である。
【００３３】
いま、上述したコントラスト方式で、受光部３の受光面に焦点調節されたものとする。そして、この合焦状態で受光部３の受光面の直前にスプリットイメージプリズム４が挿入されて、結像位置が受光面３ａから現在の受光面１９の位置にずれたとする。
【００３４】
このとき、スプリットイメージプリズム４が挿入されたことによる映像信号のズレ量が検出されれば、この映像信号のズレ量がデフォーカス量のオフセット分（スプリットイメージプリズム面４ａと受光面３ａ間の距離）に相当する。したがって、これを調整値とすれば、正確に焦点調節が可能である。このオフセット分は、例えば光学ローパスフィルタ、撮像素子の保護ガラス、スプリットイメージプリズムの移動に必要な隙間、等により生じる。
【００３５】
上記調整値に従って、横方向にずれた像１４（図６（ｂ）参照）を一本の線状の像（図４（ｂ）参照）にするべく、すなわち合焦するように撮影レンズ１６が駆動される。ここで、スプリットイメージプリズムのくさび角は、光学部２の絞りに対応して受光部３に入射する入射光を適切に検出でき、また、焦点調節に要求される検出精度を満たすように設定される。
【００３６】
図８は、映像信号のズレ量を検出するために映像信号から処理する信号のみを抽出する例について示すもので、（ａ）は横方向に配列された複数の画素から成る有効画素上のスプリットイメージプリズム上の後ピンの像を示した図、（ｂ）は（ａ）の各画素が白黒（すなわち、色フィルタ無し）の場合の画素出力の例を示した図、（ｃ）は（ａ）の各画素がＲＧＢ原色のベイヤー配列の画素出力の例を示した図、（ｄ）は（ａ）の各画素がＲＧＢ原色のベイヤー配列の画素出力の他の例を示した図である。
【００３７】
尚、図中のＲ、Ｇ、Ｂは、それぞれ赤、緑、青の色フィルタを有するセンサを表しているものとする。
【００３８】
また、本実施の形態では、被写体をデジタル画像として撮像するための撮像素子の各画素を、横方向、すなわち水平方向に配列された画素のセンサから成るセンサアレイを複数本、縦方向、すなわち垂直方向に並べられたセンサとみなしている。
【００３９】
図８（ａ）に示されるように、２次元配列された有効画素１３が白黒の複数のセンサアレイで構成されている場合、映像信号がずれている部分は、横方向に隣接した２本のセンサアレイによって、例えば図８（ｂ）に示されるように表される。この場合、図示ズレ量を有する上下の像が抽出され、映像信号のズレ量について位相差演算が行われて、像の合焦位置が求められる。
【００４０】
図８（ａ）に示される有効画素１３がカラーの複数のセンサアレイで構成されている場合、映像信号がずれている像１４は、横方向に配列された２本のセンサアレイによって、例えば図８（ｃ）及び（ｄ）に示されるように表される。すなわち、ＲＧＢ原色のベイヤー配列のセンサアレイ出力は、例えば同じ配色のセンサアレイが一列おきに配置されているため、上下の像を比較するためには一列おきに配列された同じ配色のセンサアレイ同士が用いられる。そして、図８（ｃ）及び（ｄ）に示される映像信号のズレ量について位相差演算が行われて、像の合焦位置が求められる。
【００４１】
尚、スプリットイメージプリズム４のスプリット位置が有効画素１３上のどの位置に設定されるかは、組み立て誤差や駆動誤差が原因となり一定ではない。したがって、複数列の上下の映像信号を抽出して、映像信号のズレ量が検出できたそのズレ量に基いて焦点調節が行われるようになっている。
【００４２】
次に、図９及び図１０を参照して、この発明の第１の実施の形態に於ける焦点調節の動作について説明する。
【００４３】
図９は有効画素中の検出エリアを示した図、図１０は第１の実施の形態に於ける焦点調節の動作について説明するフローチャートである。尚、この動作は制御部９によって制御される。
【００４４】
焦点調節動作に入ると、先ずステップＳ１にて、有効画素１３中の検出エリア２０の水平方向である先頭座標ｘが取得される。それと同時に、ステップＳ２にて上記検出エリア２０の垂直方向である先頭座標ｙが取得される。
【００４５】
次いで、ステップＳ３にて、図９に示される検出エリア２０の水平方向である幅ｗが取得される。更に、ステップＳ４にて、上記検出エリア２０の垂直方向である高さ４ｈが取得される。そして、ステップＳ５にて、有効画素１３中のセンサアレイの最初のラインを表す０がｎにセットされる。
【００４６】
ステップＳ６では、ｙ＋２ｎ行目のｘからｘ＋ｗまでの画像データが取得される。続いて、ステップＳ７にて、ｙ＋２（ｎ＋１）行目のｘからｘ＋ｗまでの画像データが取得される。これにより、検出エリア２０内の偶数行に於ける第１行目と第２行目の画像データが取得される。そして、ステップＳ８にて、上記ステップＳ６及びＳ７で取得された画像データから位相差演算が行われ、その結果が図示されない記憶部の記憶領域Ｆ（２ｎ）に書き込まれる。
【００４７】
また、ステップＳ９では、ｙ＋２ｎ＋１行目のｘからｘ＋ｗまでの画像データが取得される。続いて、ステップＳ１０にて、ｙ＋２（ｎ＋１）＋１行目のｘからｘ＋ｗまでの画像データが取得される。これにより、検出エリア２０内の奇数行に於ける第１行目と第２行目の画像データが取得される。そして、ステップＳ１１にて、上記ステップＳ９及びＳ１０で取得された画像データから位相差演算が行われ、その結果が上記記憶部の記憶領域Ｆ（２ｎ＋１）に書き込まれる。
【００４８】
次いで、ステップＳ１２にてｎの値がインクリメントされた後、ステップＳ１３に於いてｎの値が判定される。上記ステップＳ６、Ｓ７、Ｓ９、Ｓ１０で偶数行及び奇数行についてそれぞれ２行ずつ、合わせて４行の画像データが取得されているので、４つの行に対して高さｈに達したかどうかを判定すれば、検出エリア２０内の全ての行（高さ４ｈ）について判定することになる。したがって、このステップＳ１３に於いてｎ＝ｈとなるまで、上記ステップＳ６〜Ｓ１３が繰り返される。
【００４９】
そして、検出エリア２０内の画像データが全て得られたならば、ステップＳ１４に移行して、Ｆ（０）〜Ｆ（２ｈ）の中から０にならないＦ（＊）が抽出される。ここで、所定量以下であれば０とされる。但し、所定量とは、ノイズレベルに基いて予め定められた値である。Ｆ（＊）＝０となる部分はスプリットイメージプリズム上で分離されない像の部分であり、Ｆ（＊）＝０となる部分が上記像が分離されるスプリット位置になる。
【００５０】
したがって、ステップＳ１５にて、上記ステップＳ１４で抽出されたＦ（＊）の値に基いて、レンズの駆動方向と駆動量が算出される。ステップＳ１６では、ここで算出された駆動方向及び駆動量に従って撮影レンズが駆動されて、焦点調節が実行される。
【００５１】
図１１は、映像信号の斜め成分による誤差を説明するための図である。
【００５２】
図７及び図８では、スプリットイメージプリズム４のスプリット部を挟んだ上下のみで映像信号のズレが生じ、その他にはズレが生じない場合の、基本的な像ズレについて説明した。しかしながら、実際には、スプリットイメージプリズム４のスプリット部を挟んだ上下のみで映像信号のズレが生じ、その他にはズレが生じない等といったことはほとんどない。したがって、上記スプリット部を挟んで斜めに像ズレが生じている場合の例について、図１１及び図１２を参照して説明する。
【００５３】
図１２は、映像信号の斜め成分による誤差を考慮した焦点調節の動作について説明するフローチャートである。尚、この動作は制御部９によって制御される。
【００５４】
焦点調節動作に入ると、先ずステップＳ２１にて、有効画素１３中の検出エリア２０の水平方向である先頭座標ｘが取得される。同時に、ステップＳ２２にて上記検出エリア２０の垂直方向である先頭座標ｙが取得される。
【００５５】
次いで、ステップＳ２３にて、図９に示される検出エリア２０の水平方向である幅ｗが取得される。更に、ステップＳ２４にて、上記検出エリア２０の垂直方向である高さ４ｈが取得される。そして、ステップＳ２５にて、有効画素１３中のセンサアレイの最初のラインを表す０がｎにセットされる。
【００５６】
ステップＳ２６では、ｙ＋２ｎ行目のｘからｘ＋ｗまでの画像データが取得される。続いて、ステップＳ２７にて、ｙ＋２（ｎ＋１）行目のｘからｘ＋ｗまでの画像データが取得される。これにより、検出エリア２０内の偶数行に於ける第１行目と第２行目の画像データが取得される。そして、ステップＳ２８にて、上記ステップＳ２６及びＳ２７で取得された画像データから位相差演算が行われ、その結果が図示されない記憶部の記憶領域Ｆ（２ｎ）に書き込まれる。
【００５７】
また、ステップＳ２９では、ｙ＋２ｎ＋１行目のｘからｘ＋ｗまでの画像データが取得される。続いて、ステップＳ３０にて、ｙ＋２（ｎ＋１）＋１行目のｘからｘ＋ｗまでの画像データが取得される。これにより、検出エリア２０内の奇数行に於ける第１行目と第２行目の画像データが取得される。そして、ステップＳ３１にて、上記ステップＳ２９及びＳ３０で取得された画像データから位相差演算が行われ、その結果が上記記憶部の記憶領域Ｆ（２ｎ＋１）に書き込まれる。
【００５８】
次いで、ステップＳ３２にてｎの値がインクリメントされた後、ステップＳ３３に於いてｎの値が判定される。上記ステップＳ２６、Ｓ２７、Ｓ２９、Ｓ３０で偶数行及び奇数行についてそれぞれ２行ずつ、合わせて４行の画像データが取得されているので、４つの行に対して高さｈに達したかどうかを判定すれば、検出エリア２０内の全ての行（高さ４ｈ）について判定することになる。したがって、このステップＳ３３に於いてｎ＝ｈとなるまで、上記ステップＳ２６〜Ｓ３３が繰り返される。
【００５９】
そして、検出エリア２０内の画像データが全て得られたならば、ステップＳ３４に移行して、Ｆ（０）〜Ｆ（２ｈ）の中から最大値と最小値とが抽出される。次いで、ステップＳ３５では、上記ステップＳ３４で得られた最大値と最小値の中間値が算出される。
【００６０】
更に、ステップＳ３６では、上記Ｆ（０）〜Ｆ（２ｈ）中の中間値以上の値の平均値が得られて、上記記憶部の記憶領域Ｆに書き込まれる。そして、ステップＳ３７にて、上記Ｆ（０）〜Ｆ（２ｈ）中の中間値未満の値の平均値が得られて、上記記憶部の記憶領域ΔＦに書き込まれる。
【００６１】
ステップＳ３８では、上記ステップＳ３６及びＳ３７で得られた２つの平均値の差（Ｆ−ΔＦ）の値に基いて、レンズの駆動方向と駆動量が算出される。これにより、ステップＳ３９にて、算出された駆動方向及び駆動量に従って撮影レンズが駆動され、焦点調節が実行される。
【００６２】
次に、スプリットイメージプリズムの回転誤差を考慮した焦点調節の動作について説明する。
【００６３】
上述したように、スプリットイメージプリズム４は第３の駆動部８によって、受光部３上に挿脱可能とされている。ここで、スプリットイメージプリズム４は、受光部３の有効画素１３上に必ずしも正確に配置されるとは限らない。
【００６４】
図１３は、こうしたスプリットイメージプリズムの回転誤差を説明するための図である。
【００６５】
組み立て誤差により、受光部の画素列の方向とスプリットイメージプリズムのスプリット方向に誤差が生じた場合に、この対策が行われる。
【００６６】
いま、図１３（ａ）に示されるように、スプリットイメージプリズム４のスプリット部が２本の像１４に対して斜めになっている場合、隣接するセンサアレイの映像信号の成分は、実際には像１４はずれているにもかかわらず、図１３（ｂ）に示されるように、あたかも３本の像信号が得られてズレがないような信号であると誤解してしまう虞れがある。
【００６７】
そのため、所定のライン、この場合２ライン隔てた２つのセンサアレイの映像信号の成分を取得するようにする。図１３（ｃ）は、こうして得られた映像信号の成分を表したもので、左右にずれていることがわかる。
【００６８】
次に、図１４のフローチャートを参照して、スプリットイメージプリズムの回転誤差を考慮した焦点調節の動作について説明する。尚、この動作は制御部９によって制御される。
【００６９】
焦点調節動作に入ると、先ずステップＳ４１にて、有効画素１３中の検出エリア２０の水平方向である先頭座標ｘが取得される。同時に、ステップＳ４２にて上記検出エリア２０の垂直方向である先頭座標ｙが取得される。更に、ステップＳ４３にて、図９に示される検出エリア２０の水平方向である幅ｗが取得される。
【００７０】
そして、ステップＳ４４にて、機構系（第３の駆動部８）の誤差対策であるオフセット量ｋが取得される。但し、このオフセット量ｋは偶数であるものとする。また、ステップＳ４５では、上記検出エリア２０の垂直方向である高さ４ｈ＋ｋが取得される。更に、ステップＳ４６にて、有効画素１３中のセンサアレイの最初のラインを表す０がｎにセットされる。
【００７１】
次に、ステップＳ４７にて、ｙ＋２ｎ行目のｘからｘ＋ｗまでの画像データが取得される。続いて、ステップＳ４８にてｙ＋２（ｎ＋１）＋ｋ行目のｘからｘ＋ｗまでの画像データが取得される。これにより、検出エリア２０内の偶数行に於ける画像データが取得される。そして、ステップＳ４９にて、上記ステップＳ４７及びＳ４８で取得された画像データから位相差演算が行われ、その結果が図示されない記憶部の記憶領域Ｆ（２ｎ）に書き込まれる。
【００７２】
また、ステップＳ５０では、ｙ＋２ｎ＋１行目のｘからｘ＋ｗまでの画像データが取得される。続いて、ステップＳ５１にて、ｙ＋２（ｎ＋１）＋１＋ｋ行目のｘからｘ＋ｗまでの画像データが取得される。これにより、検出エリア２０内の奇数行に於ける画像データが取得される。そして、ステップＳ５２にて、上記ステップＳ５０及びＳ５１で取得された画像データから位相差演算が行われ、その結果が上記記憶部の記憶領域Ｆ（２ｎ＋１）に書き込まれる。
【００７３】
次いで、ステップＳ５３にてｎの値がインクリメントされた後、ステップＳ５４に於いてｎの値が判定される。上記ステップＳ４７、Ｓ４８、Ｓ５０、Ｓ５１で偶数行及び奇数行についてそれぞれ２行ずつ、合わせて４行の画像データが取得されているので、４つの行に対して高さｈに達したかどうかを判定すれば、検出エリア２０内の全ての行（高さ４ｈ）について判定することになる。したがって、このステップＳ５４に於いてｎ＝ｈとなるまで、上記ステップＳ４７〜Ｓ５４が繰り返される。
【００７４】
そして、検出エリア２０内の画像データが全て得られたならば、ステップＳ５５に移行して、Ｆ（０）〜Ｆ（２ｈ）の中から０にならないＦ（＊）が抽出される。続いて、ステップＳ５６では、上記ステップＳ５５で抽出されたＦ（＊）の値に基いて、レンズの駆動方向と駆動量が算出される。
【００７５】
尚、Ｆ（＊）は、所定量以下であれば０とされる。但し、所定量とは、ノイズレベルに基いて予め定められた値であ里、且つ演算エラーが発生したものに関しては除外される。
【００７６】
こうして算出された駆動方向及び駆動量に従って、ステップＳ５７にて撮影レンズが駆動されて、焦点調節が実行される。
【００７７】
また、図示されないが、焦点ズレ量（デフォーカス量）があまり大きいと、映像信号が鮮明に得られず、映像信号のズレ量を検出することが不可能になる場合がある。この場合、以下のような対策を行うようにすればよい。１つはコントラスト方式（山登り方式）や位相差方式では一般的であり、公知の技術であるレンズスキャンを行うものである。もう１つは、焦点ズレ量（デフォーカス量）が大きくても映像信号が鮮明に得られるように光学系を絞って検出することである。
【００７８】
尚、上記図１に於いては、スプリットイメージプリズムを矢印Ａ方向に移動しているが、これに限らず、受光部３に対して挿脱されるように移動してもよい。
【００７９】
次に、この発明の第２の実施の形態について説明する。
【００８０】
上述した第１の実施の形態では、スプリットイメージプリズム４を第１の駆動部６によって受光部３の受光面上に挿脱可能に配置していたが、この第２の実施の形態では偏向手段によってＡＦ時と撮像時の光路を切り換えるようにしている。
【００８１】
図１５はこの発明の第２の実施の形態の構成を示すもので、自動焦点調節装置の基本構成を示したブロック図である。
【００８２】
図１５に於いて、被写体１からの撮影光束は、光学部２及び偏向部１１を介して受光部３に導かれる。上記受光部３及び上記光学部２は、それぞれ第１の駆動部６及び第２の駆動部７を介して、制御部９により駆動制御されている。
【００８３】
上記光学部２と受光部３の間には、光路を切り換えることが可能な偏向部１１が配置される。この辺後部１１は、第３の駆動部３を介して制御部９によって制御されるもので、ＡＦ時には光路中に挿入され、撮像時には該光路外に退避される。
【００８４】
図１６は、受光部３上のスプリットイメージプリズム４の位置を示した上面図である。
【００８５】
受光部３は複数個の有効画素１３を有しており、ＡＦ時には偏向部１１が光路中に配置されることによって、被写体からの光束はスプリットイメージプリズム４が配置されている側に偏向される。一方、撮像時には偏向部１１は退避するので、被写体からの光束は有効画素１３に導かれる。
【００８６】
このように、ＡＦ時の使用受光エリアと撮像時の使用受光エリアは異なっている。画素の並ぶ方向（縦または横）の何れかの方向とスプリットイメージプリズムのスプリット方向は略等しいものとする。
【００８７】
尚、各実施の形態のスプリットイメージプリズムは、同様の機能を有する光学部材であればこれに限定されるものではない。
【００８８】
また、図１６に於いて、有効画素の間は無効画素（ＯＢ（＝Ｏｐｔｉｃａｌ Ｂｌａｃｋ）画素）となるが、これは無くても良い。
【００８９】
更に、この第２の実施の形態に関しては、図示されないが、オフセット量は偏向部１１の有無に起因する光路長の差となる。
【００９０】
また、調整値に関しては、コントラスト方式とスプリットイメージプリズムを用いた時とで、光学部の駆動量の差としても良い。
【００９１】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、合焦点を高速に求めることができると共に本体が大型化することのない自動焦点調節装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施の形態の構成を示すもので、自動焦点調節装置の基本構成を示したブロック図である。
【図２】スプリットイメージプリズム４の構成を示す外観斜視図である。
【図３】受光部３上のスプリットイメージプリズム４の位置を示した上面図である。
【図４】スプリットイメージプリズムと焦点状態との関係を示したもので、（ａ）は合焦時のスプリットイメージプリズムと被写体の像の状態を説明する図、（ｂ）は（ａ）の状態に於ける被写体の像の見え方の例を示した図である。
【図５】スプリットイメージプリズムと焦点状態との関係を示したもので、（ａ）は線状の被写体の像がスプリットイメージプリズムより前方に結んだ（前ピン）場合のスプリットイメージプリズムと被写体の像の状態を説明する図、（ｂ）は（ａ）の状態に於ける被写体の像の見え方の例を示した図である。
【図６】スプリットイメージプリズムと焦点状態との関係を示したもので、（ａ）は線状の被写体の像がスプリットイメージプリズムより後方に結んだ（後ピン）場合のスプリットイメージプリズムと被写体の像の状態を説明する図、（ｂ）は（ａ）の状態に於ける被写体の像の見え方の例を示した図である。
【図７】焦点ズレと映像信号のズレの関係を示したもので、（ａ）は上面図、（ｂ）は検出される焦点ズレ量（デフォーカス量）とオフセット量を示した側面図である。
【図８】映像信号のズレ量を検出するために映像信号から処理する信号のみを抽出する例について示すもので、（ａ）は横方向に配列された複数のセンサアレイから成る有効画素上のスプリットイメージプリズム上の後ピンの像を示した図、（ｂ）は（ａ）のセンサアレイが白黒の場合のセンサアレイ出力の例を示した図、（ｃ）は（ａ）のセンサアレイがＲＧＢ原色のベイヤー配列のセンサアレイ出力の例を示した図、（ｄ）は（ａ）のセンサアレイがＲＧＢ原色のベイヤー配列のセンサアレイ出力の他の例を示した図である。
【図９】この発明の第１の実施の形態に於ける焦点調節の動作について説明するもので、有効画素中の検出エリアを示した図である。
【図１０】この発明の第１の実施の形態に於ける焦点調節の動作について説明するフローチャートである。
【図１１】映像信号の斜め成分による誤差を説明するための図である。
【図１２】映像信号の斜め成分による誤差を考慮した焦点調節の動作について説明するフローチャートである。
【図１３】スプリットイメージプリズムの回転誤差を説明するための図である。
【図１４】スプリットイメージプリズムの回転誤差を考慮した焦点調節の動作について説明するフローチャートである。
【図１５】この発明の第２の実施の形態の構成を示すもので、自動焦点調節装置の基本構成を示したブロック図である。
【図１６】第２の実施の形態に於ける受光部３上のスプリットイメージプリズム４の位置を示した上面図である。
【符号の説明】
１…被写体、２…光学部、３…受光部、４…スプリットイメージプリズム、６…第１の駆動部、７…第２の駆動部、８…第３の駆動部、９…制御部、１３…有効画素、１６…撮影レンズ、１７…接眼レンズ、１８…眼、２０…検出エリア。
Claims (7)
- 被写体をデジタル画像として撮像するための受光手段と、
上記受光手段へと被写体からの光を導くための光学手段と、
上記光学手段の光路中で上記受光手段の受光面直前の位置と上記光学手段の光路外の位置との間で可動なスプリットイメージプリズムと、
上記スプリットイメージプリズムを通過した光線に基く映像信号のズレ量を検出し、当該ズレ量に基いて上記光学手段の焦点調節を行う制御手段と、
を具備することを特徴とする自動焦点調節装置。 - 被写体をデジタル画像として撮像するための受光手段と、
上記受光手段へと被写体からの光を導くための光学手段と、
上記受光手段の受光面直前で上記光学手段の光路外の位置に設置されたスプリットイメージプリズムと、
上記光学手段の光路中に出し入れ可能で被写体からの光束の一部を上記スプリットイメージプリズムヘと導く偏向手段と、
上記スプリットイメージプリズムを通過した光線に基く映像信号のズレ量を検出し、当該ズレ量に基いて上記光学手段の焦点調節を行う制御手段と、
を具備することを特徴とする自動焦点調節装置。 - 上記スプリットイメージプリズムのスプリット方向と平行な上記受光手段の受光素子列を上下で１セットとして、複数セットについての上記映像信号のズレ量を検出し、当該複数のズレ量に基いて上記光学手段の焦点調節を行うことを特徴とする請求項２に記載の自動焦点調節装置。
- 上記複数の映像信号のズレ量の全てが予め定められた範囲に納まるように上記光学手段の焦点調節を行うことを特徴とする請求項３に記載の自動焦点調節装置。
- 上記予め定められた範囲は、上記スプリットイメージプリズムを通過しない光線に基く上記受光手段の映像信号を用いてコントラスト方式で上記光学手段の焦点調節を行った後、上記スプリットイメージプリズムを通過した光線に基く上記複数の映像信号のズレ量の平均値であって、この値を調整値として記憶保存するための記憶手段を具備することを特徴とする請求項４に記載の自動焦点調節装置。
- 上記スプリットイメージプリズムのスプリット方向と平行な上記受光手段の受光素子列を予め定められた間隔を隔てた２列を１セットとして、複数セットについての上記映像信号のズレ量を検出し、当該複数のズレ量に基いて上記光学手段の焦点調節を行うことを特徴とする請求項１に記載の自動焦点調節装置。
- 上記スプリットイメージプリズムのスプリット方向と平行な上記受光手段の受光素子列を予め定められた間隔を隔てた２列を１セットとして、複数セットについての上記映像信号のズレ量を検出し、当該複数のズレ量に基いて上記光学手段の焦点調節を行うことを特徴とする請求項２に記載の自動焦点調節装置。
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