JP2006071741A - 焦点検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高速性、低輝度限界性能を低下することなくカラー情報を取得する。
【解決手段】本発明の一態様に係る焦点検出装置は、撮影レンズを通った被写体光束を結像する結像面近傍に設けられた、光束を制限する視野マスク１０１と、上記撮影レンズの異なる瞳を通り上記視野マスクを通った光束から一対の像を複数組再結像する再結像光学系１０３，１０５と、上記再結像光学系１０３，１０５を通して被写体光束を受光するための受光素子列を近接した位置に複数列備えたＣＣＤ１０６ａ乃至１０６ｄと、上記再結像光学系１０３，１０５を通して入射した光束の少なくとも一対の光束を複数の波長域に色分離する色分離手段としての回折格子１０４を有する。
【選択図】 図１１

Description

本発明は、カメラ等に採用され得る焦点検出装置に関する。

従来、カメラの焦点検出装置に関しては種々の提案がなされている。例えば、特許文献１では、感度の異なるセンサ列の対を平行に２列配置する技術が開示されているが、一方のセンサ対が通常照明時用であり、他方のセンサ対が補助光用である。

一方、特許文献２では、一対の受光センサの前段に光学フィルタを有する技術が開示されており、位相差方式においてカラー情報の取得を行っている。
特開平０９−１２１３０８号公報 特開２００２−９０６１９号公報

しかしながら、精度の維持の観点から、上記特許文献１に開示された技術のように分光感度の異なるセンサを平行に配置すると、複数列並べた分だけ視野マスクの開口を大きくする必要があり、視野マスク開口を大きくすると、その分だけ収差の影響を受け易くなってしまう。また、通常、ＡＦセンサは、感度向上のために幅広センサを使用する。この幅広センサは、例えば１画素辺り２０μｍ×２００μｍであり、人物の顔を画面一杯に撮影すると幅寸法は被写体の目の大きさと同じ程度になる。この幅広センサを、対象とする分光感度の数分だけ平行に並べると測距幅が広くなりすぎ、主要被写体の広範囲の部分が測距対象となってしまう。従って、撮影者の思い通りにピントを合わせることが困難になる。

一方、高速性の維持の観点から、特許文献２により開示された方式は、フィルタの分光透過率特性を時系列で順次切り替えることによりカラー画像データを取得するものであることから、複数フレームの画像データを取得することでカラー情報を取得する必要が生じ、その結果、カラー情報の取得に長時間を要すると共に、取得時間差を生じる。

本発明の目的とするところは、高速性、低輝度限界性能を低下させることなくカラー情報を取得し、主要被写体検出等の精度を向上させることにある。

上記目的を達成するために、本発明の第１の態様では、撮影光学系の結像面近傍に設けられた視野マスクと、上記撮影光学系の異なる瞳を通り上記視野マスクを通った光束から一対の像を再結像する再結像光学系と、上記再結像光学系を通して入射した一対の光束を複数の波長域に色分離する色分離手段と、上記色分離された各光束を受光するための受光素子列を近接して複数列備えた受光手段とを有することを特徴とする焦点検出装置が提供される。

本発明の第２の態様では、上記第１の態様において、上記受光手段で受光して得た各色分離された信号を加算可能になされた加算手段を更に有することを特徴とする焦点検出装置が提供される。

本発明の第３の態様では、上記第１の態様において、上記色分離手段は、上記視野マスクと上記受光手段との間に配置された回折格子からなることを更に特徴とする焦点検出装置が提供される。

本発明の第４の態様では、上記第１の態様において、上記色分離手段は、上記視野マスクと上記受光手段との間に配置されたプリズムを有することを更に特徴とする焦点検出装置が提供される。

本発明の第５の態様では、上記第３の態様において、上記視野マスクと上記回折格子との間にコリメート光学系を配置することを更に特徴とする焦点検出装置が提供される。

本発明の第６の態様では、上記第１の態様において、上記色毎の受光出力の基準となる一対の光束で形成されるそれぞれの像間隔の上記色分離手段による誤差を補正する補正値を予め記憶する記憶手段を更に有することを特徴とする焦点検出装置が提供される。

本発明の第７の態様では、上記第１の態様において、上記加算手段は、上記受光手段で受光した被写体輝度が低輝度の場合に複数の受光素子列の受光素子で受光した色分離された信号を加算することを更に特徴とする焦点検出装置が提供される。

本発明の第８の態様では、上記第１の態様において、上記各色データを用いて主要被写体を検出する主要被写体検出手段を更に有することを特徴とする焦点検出装置が提供される。

本発明の第９の態様では、上記第１の態様において、上記色分離手段は、上記複数組の再結像光学系のそれぞれに対応して色分離するように配置されることを更に特徴とする焦点検出装置が提供される。

本発明の第１０の態様では、上記第１の態様において、被写体の分光感度を上記受光手段または上記受光手段とは別に設けられた測光センサの出力として得られた色情報から取得することを更に特徴とする焦点検出装置が提供される。

本発明の第１１の態様では、撮影光学系の結像面近傍に設けられた、光束を制限する視野マスクと、上記撮影光学系の異なる瞳を通り上記視野マスクを通った光束から一対の像を再結像する再結像光学系と、上記再結像光学系を通して入射した一対の光束の各々の被写体像を受光すると共に、略同一の受光部から入射した光束を複数の波長に色分離して複数出力するようになされた受光手段とを有することを特徴とする焦点検出装置が提供される。

本発明の第１２の態様では、上記第１１の態様において、上記色分離された各光束を上記受光手段で受光して得た各色分離された信号を加算可能になされた加算手段を更に有することを特徴とする焦点検出装置が提供される。

本発明の第１３の態様では、上記第１１の態様において、上記受光手段は、入射面から基板の深さ方向に複数の分光感度特性を有するフォトダイオード構造を有することを更に特徴とする焦点検出装置が提供される。

本発明の第１４の態様では、上記第１３の態様において、上記複数の分光感度には可視光と赤外光の分光感度が含まれることを更に特徴とする焦点検出装置が提供される。

本発明の第１５の態様では、上記第１１の態様において、上記受光手段及び色分離光学系を、複数の方向に対して配置することを更に特徴とする焦点検出装置が提供される。

本発明の第１６の態様では、上記第１１の態様において、上記色毎の受光出力の基準となる一対の光束で形成されるそれぞれの像間隔の上記色分離手段による誤差を補正する補正値を予め記憶する記憶手段を更に有することを特徴とする焦点検出装置が提供される。

本発明の第１７の態様では、上記第１１の態様において、上記加算手段は、上記受光手段で受光した被写体輝度が低輝度の場合に複数の受光素子列の受光素子で受光した信号のそれぞれ対応する受光部の信号を加算することを更に特徴とする焦点検出装置が提供される。

本発明の第１８の態様では、上記第１１の態様において、上記各色データを用いて主要被写体を検出する主要被写体検出手段を更に有することを更に特徴とする焦点検出装置が提供される。

本発明の第１９の態様では、上記第１の態様において、色情報により上記撮影レンズにて発生する色収差を補正する補正手段を更に有することを特徴とする焦点検出装置が提供される。

本発明の第２０の態様では、上記第１９の態様において、上記補正手段は、上記再結像光学系の補正を上記色情報に基づいて行うことを更に特徴とする焦点検出装置が提供される。

本発明の第２１の態様では、上記第１９の態様において、上記補正手段は、被写体輝度及び撮影光学系に含まれるフォーカスレンズのズーム量を基にして補正量を算出し、当該補正量に基づいて補正することを更に特徴とする焦点検出装置が提供される。

本発明によれば、高速性、低輝度限界性能を低下させることなくカラー情報を取得し、主要被写体検出等の精度を向上させ、ひいては測距精度を向上させる焦点検出装置を提供することができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

図１には、本発明の一実施の形態に係る焦点検出装置を採用したカメラの構成を示し説明する。図１はレンズ交換式の一眼レフレクスカメラを想定して図示したものであり、当該一眼レフレクスカメラは、交換レンズ１とカメラボディ１０からなる。

先ず、交換レンズ１は、カメラボディ１０の前面に設けられた不図示のカメラマウントを介してカメラボディ１０に着脱自在に構成されている。

この交換レンズ１の内部には、フォーカスレンズ２と、レンズ駆動部３と、レンズＣＰＵ４とが設けられている。フォーカスレンズ２は、撮影光学系に含まれる焦点調節用のレンズであり、レンズ駆動部３内の図示しないモータによってその光軸方向（図１の矢印Ａ方向）に駆動される。実際の撮影光学系は複数のレンズから構成されているが、図１ではフォーカスレンズ２のみを図示している。レンズ駆動部３は、モータとその駆動回路（モータドライバ）とから構成されている。レンズＣＰＵ４は、レンズ駆動部３の制御等を行う制御回路である。このレンズＣＰＵ４は、通信コネクタ５を介してカメラボディ１０内のＡＦ演算ＭＰＵ２１と通信可能に構成されており、レンズＣＰＵ４からＡＦ演算ＭＰＵ２１に、レンズＣＰＵ４に予め記憶されたフォーカスレンズの製造ばらつき情報やフォーカスレンズの収差情報等のレンズ情報が通信される。

一方、カメラボディ１０は、以下のように構成されている。

即ち、交換レンズ１内のフォーカスレンズ２を介してカメラボディ１０内に入射した不図示の被写体からの光束は、メインミラー１１で反射されて、フォーカシングスクリーン１２、ペンタプリズム１３を介して接眼レンズ１４に至る。これにより、不図示の被写体の状態を観察することができる。ここで、メインミラー１１はハーフミラーになっており、メインミラー１１がダウン位置（図示の位置）にあるときには、ハーフミラー部を一部の光束が透過して、メインミラー１１に設置されたサブミラー１５で反射される。メインミラー１１がアップ位置にある時には、サブミラー１５は折り畳まれるようになっている。また、メインミラー１１の後方には、撮影光学系を通過した被写体像を光電変換するための撮像素子１６が配置されている。即ち、メインミラー１１がアップ位置にある場合には、フォーカスレンズ２を通った光束が、撮像素子１６に結像して光電変換される。サブミラー１５で反射された光束は、自動焦点検出を行うためのＡＦ光学系（コンデンサレンズ１７、全反射ミラー１８、セパレータレンズ１９などから構成される）に導かれ、このＡＦ光学系を通過して、主要被写体検出手段の一部をなすＡＦセンサ２０に導かれる。更に、ＡＦセンサ２０に光束が入射した後、この入射光束が電気信号に変換される。この電気信号出力（センサ出力）がゲートアレイ（ＧＡ）２２に入力される。ゲートアレイ２２では、入力されたセンサ出力がデジタルのセンサデータに変換される。このセンサデータは、ＡＦ演算ＭＰＵ２１に入力されて、後のＡＦ演算に利用される。被写体の分光感度は、ＡＦセンサ２０又は不図示の測光センサから取得してもよい。

次に、ＡＦ光学系及びＡＦセンサ２０について更に詳しく説明する。

図２（ａ）は、図１のカメラで用いられるＡＦ光学系の２次結像系を模式的に示した図である。図２（ａ）に示すように、ＡＦ光学系は、コンデンサレンズ１７と、全反射ミラー１８と、再結像光学系としてのセパレータレンズ１９とから構成されている。

ここで、図２（ａ）の破線は１次結像面を示し、図２（ａ）の一点鎖線はＡＦ光学系の光路を示している。また、セパレータレンズ１９の後方にはＡＦセンサ２０が配置されている。ここで、本実施の形態におけるＡＦセンサ２０は、撮影画面の横方向を検出視野とする第１のセンサ列としての横線検出センサ列２０ａ，２０ｂと撮影画面の縦方向を検出視野とする第２のセンサ列としての縦線検出センサ列２０ｃ，２０ｄとの２対のセンサ列から構成されている。

図２（ｂ）はフォーカスレンズからＡＦセンサに至る光束の様子を、図２（ａ）の側面からみたときの様子として図示したものである。ここで、図２（ｂ）では全反射ミラー１８の図示を省略している。また光束については撮影画面の横方向に関する焦点状態を検出するための横線検出光束のみを図示し、横線検出光束と直交する縦線検出光束については図示を省略している。なお、以下の説明は横線検出光束を対象としているが、縦線検出光束の場合も同様の説明が適用可能である。図２（ｂ）において、フォーカスレンズ２の異なる射出瞳２ａ，２ｂを通過した１対の横線検出光束は、上記サブミラー１５で反射された後、コンデンサレンズ１７に入射してそれぞれ集光される。ここで、集光された１対の横線検出光束が全反射ミラー１８において反射された後、不図示の視野絞りを介してセパレータレンズ１９ａ，１９ｂに入射する。そして、これらセパレータレンズ１９ａ，１９ｂにそれぞれ入射した横線検出光束が、横線検出センサ列２０ａ，２０ｂを構成するラインセンサの特定領域に結像する。

ここで、ＡＦセンサ２０は、上記した測距点の焦点状態を検出するために図３のようなセンサ配置になっている。即ち、横線検出センサ列２０ａ、２０ｂは、それぞれ５列のラインセンサ（３１ａ〜３５ａ、３１ｂ〜３５ｂ）から構成されている。ここで、これら５列のラインセンサはそれぞれ平行にかつ等間隔で並べて配置されている。また、縦線検出センサ列２０ｃ、２０ｄは、それぞれ、３行のラインセンサ（３６ｃ〜３８ｃ、３６ｄ〜３８ｄ）から構成されている。ここで、これら３行のラインセンサはそれぞれ平行にかつ等間隔で並べて配置されている。このように本一実施形態では、測距点が等間隔で配置されているので、ラインセンサを等間隔に配置してＡＦセンサを構成することができる。このため、ＡＦセンサの出力を読み出すための図示しない読み出し回路等の配置が容易である。焦点状態の検出手法には、例えば相関演算を用いた手法がある。

この相関演算を用いた手法について以下に簡単に説明する。

相関演算を行うのに先立って、まず、ＡＦ演算ＭＰＵ２１は、ゲートアレイ２２から入力されたセンサデータを図示しない内部のＲＡＭに記憶させる。次に、各ラインセンサを構成するフォトダイオード出力の不均一性を補正する補正データを用いてＲＡＭに記憶させたセンサデータを補正する。ここでの補正データは、例えば均一輝度面を観察したときのセンサデータのばらつきを補正するようなデータを用いればよい。

センサデータの補正が終了した後、相関演算が行われる。ここで、相関演算とは、対をなすセンサ列間における検出光束の入射位置のずれ量を算出する演算である。即ち、相関演算においては、対をなすセンサ列間でセンサデータの比較（相関値の算出演算）が行われ、この比較の結果、相関値が最も小さくなるようなずれ量が算出される。

このずれ量に基づいて被写体距離やフォーカスレンズ２を駆動する際のデフォーカス量が算出される。上記相関演算の結果として算出されたずれ量の信頼性が低い場合には、誤ったデフォーカス量が算出されるおそれがあるので、デフォーカス量の算出を行うのに先立ってセンサデータの信頼性を判定しておくことが好ましい。このような信頼性の判定としては、例えばセンサデータが所定レベル以上大きく、かつ上記演算された相関値が所定値よりも小さい場合に信頼性が高いと判定するようにすればよい。このような信頼性の判定結果に基づいて、ＡＦ演算ＭＰＵ２１は信頼性の高いセンサデータを出力する測距点の中から、例えば最至近距離の点を選択してデフォーカス量の算出を行う。

ユーザによる測距点の選択は、例えば図７（ｂ）に示すようにしてカメラ背面に配置された測距点選択手段としての十字キー６４によって行えるようにする。このように、ユーザが測距点を選択できるようにすれば、よりユーザの好みに即した焦点状態検出を行うことができる。デフォーカス量が算出された後は、算出されたデフォーカス量がレンズＣＰＵ４に送信される。この送信されたデフォーカス量に基づいてレンズＣＰＵ４がレンズ駆動部３を制御することにより、フォーカスレンズ２のフォーカス駆動が行われることになる。尚、最至近選択をするための測距点は図４に示されるように１５点の測距点のうちの一つを選択する。

ここで、センサ回路の構成は図５に示される通りである。すなわち、各ラインセンサ５１ａ，５１ｂは画素加算回路５２ａ，５２ｂ、アンプ５３、スイッチ５４を介してＣＤＳ回路５５に接続されている。画素加算回路５２ａ，５２ｂは色分離された各光束を受光して上記受光としてのラインセンサ５１ａ，５１ｂで受光して得た色分離された信号を加算可能にするものである。そして、ＣＤＳ回路５５は、クランプ回路５６、読出アンプ５７、ＧＡ内のＡ／Ｄ変換器５８を介してＡＦ演算ＭＰＵ２１に接続されている。これらのうち、ラインセンサから読出アンプ５７までがセンサ回路を構成し、Ａ／Ｄ変換器５８がＧＡ２２に相当する。低輝度時は全ての光の電荷を画素加算回路５２ａ，５２ｂで加算することでノイズの問題を解消することができる。

以下、本発明の一実施の形態に係るカメラの焦点検出装置を採用したカメラにおけるＡＦ演算ＭＰＵ２１による処理を詳細に説明する。ＡＦ演算ＭＰＵ２１は補正手段としての役割も担う。

ＡＦセンサ２０の制御は、ＡＦ演算ＭＰＵ２１が行う。

より具体的には、ＡＦ演算ＭＰＵ２１は、以下の処理を行う。

即ち、ＡＦ演算ＭＰＵ２１は、各測距点のセンサデータを読み出し、Ａ／Ｄ変換した後に、不図示のメモリに記憶する。そして、低輝度時は、全センサ列の出力を加算して感度向上（ノイズ低減）を図る。低輝度時よりは輝度が高く全画素独立に扱うには輝度が足りないときは、青、緑センサ列の出力を画素加算、赤、赤外センサ列の出力を画素加算し、感度を向上しながら、且つ色収差補正も行う。そして、高輝度時においては、画素加算せずに、それぞれのセンサ列の画素データをそのまま出力する。

続いて、公知の手法により、各センサデータに対して輝度補正をかけ、補正されたセンサデータにより相関演算を行い、各センサデータの信頼性を判定する。

次に、ＡＦ演算ＭＰＵ２１は、測距点選択を行う。

測距点配置は図６に示される通りである。

測光エリア６１と周辺測光エリア６２とに領域が分けられており、当該測光エリア６１の中の各測距点６０に対応して測光センサが存在する。

測距点自動選択の場合、自動選択は図７（ａ）に示されるモード選択ダイヤル６３の状態により異なる。即ち、ポートレートモード時（肌色被写体検出）には、信頼性のあるセンサデータの内、肌色と検出できた測距点のうちの最至近測距点を選択する。この肌色検出方法としては、公知の手法を採用することができる。そして、その他のモード時（最至近選択）には、信頼性のあるセンサデータの内、最至近（即ち、最もデフォーカス量が大きい）測距点を選択する。一方、測距点手動選択の場合、手動選択時は図７（ｂ）に示されるカメラ背面の十字ボタン６４により測距点を選択することになる。

次に、ＡＦ演算ＭＰＵ２１は、デフォーカス量の算出を行う。

このデフォーカス量の算出においては以下の補正処理が必要である。

・温度補正
・ＣＣＤ撮像面ずれ量補正（１次結像面以降の撮像面とのずれ）
・レンズ２像間隔ずれ量補正（撮影レンズのばらつきの補正）
・被写体輝度分光補正及び球面収差補正
演算に必要な調整値等は、交換レンズ１のレンズＣＰＵ４との通信によってＡＦ演算ＭＰＵ２１により取得される。レンズＣＰＵ４は、デフォーカス量からフォーカスレンズ駆動量を演算し、フォーカスレンズ２を合焦位置まで駆動する。

以下、上記デフォーカス量の補正について順に説明する。

先ず、温度補正について説明する。

温度が高くなると検出２像間隔が大きく検出されるので、デフォーカス量が実際よりも大きく検出される。逆に、温度が低くなると検出２像間隔が小さく検出されるので、デフォーカス量が実際よりも小さく検出される。補正するデフォーカス量と温度は略リニアである。よって、以下の補正式により温度補正を行う。

温度補正後のデフォーカス量＝デフォーカス量−Δｄｆ
（補正デフォーカス量Δｄｆ＝（現在の温度−調整時の温度）×定数）
次に、ＣＣＤ撮像面ずれ量補正について説明する。

ＣＣＤ撮像面ずれ量とは、ＣＣＤ最適位置とＡＦ最適位置の差の補正であり、以下の式により算出することができる。

撮像面ずれ量補正後デフォーカス量
＝温度補正後デフォーカス量＋ＣＣＤオフセット量
次に、レンズ２像間隔ずれ量補正について説明する。こンズ２像間隔ずれ量とは、レンズ内データに格納された理想的な交換レンズに対する個体バラツキによるピント位置のずれを補正するデータである。即ち、レンズ２像間隔調整機により調整された補正データであって、各アイランド毎の基準２像間隔の補正であり、以下の式により算出することができる。

レンズ２像間隔ずれ量補正後デフォーカス量
＝撮像面ずれ量補正後デフォーカス量−レンズ２像間隔ずれ補正量
次に、被写体分光特性補正及び球面収差補正について説明する。

先ず、補正の流れを説明する。

球面収差補正とは、撮影レンズにおける各レンズ位置において、検出デフォーカス量の無限基準の差と、各焦点距離において、検出デフォーカス量のワイド基準の差を一度に補正するものである。２像間隔調整が、ワイド無限位置で調整しているために、レンズ位置と焦点距離によるデフォーカス量の補正をする。被写体分光特性補正とは、撮影レンズ（１次結像系）及びＡＦ光学系（２次結像系）色収差の補正である。この実施の形態では、これら２つの補正を同時に行う。

続いて、被写体輝度分光補正について更に詳細に説明する。

従来、光源検出センサにより、光源を検出することで、デフォーカス量の補正を行っていた。例えば、４種類の光源「調整光源Ａ」「調整光源Ｂ」「太陽光」「蛍光灯」に分類し、図８の通り蛍光灯光源補正値を求める。しかし、本来、この補正は、被写体色に合わせて補正すべきである。光源検知センサは、撮影画面全体を大まかにモニタしているが、測距点毎に収差補正を行うことで、より正確な補正が可能となる。

この実施の形態では、測距点毎に被写体の色を検出し、被写体輝度の分光比率が、ＩＲ：Ｒ：Ｇ：Ｂ＝２：１：１：０．５の場合、この分光比率と同一の割合で重み付けし、デフォーカス量の補正を行う。これにより、被写体の測距を正確に行うことができる。

被写体輝度の分光比率は、ＡＦセンサ２０によって求めることもできるし、不図示の測光センサによって色情報を求めることもできる。また、測光センサは、ＡＦセンサ２０より大雑把に色情報を把握するので、主被写体の抽出に向いているが、収差補正に関してはＡＦセンサ２０による分光比率を検出した方が補正精度は高い。

ここで、図９は半導体基盤上の異なる深さに受光素子を複数配置した一般的なセンサ回路の一例を示す図であるが、本実施の形態で採用するセンサ回路は、赤外検出にも対応すべく図１０に示されるような構成となっている。即ち、受光手段として受光素子を複数配置したセンサ回路は、光軸方向に複数の分光感度特性を有するフォトダイオード構造となっている。このように、本実施の形態では、複数の分光感度として可視光と赤外光の分光感度のそれぞれを有する受光素子を複数配設したセンサ回路を採用する。

より詳細には、例えば半導体基盤上の異なる深さに受光素子を複数配置したセンサ回路は、青色をチップ表面から０．２ｕｍ、緑色を０．８ｕｍ、赤色を２．８ｕｍの深さで検出している。更に、最も深い部分で赤外検出を行っている。本補正により、センサ受光面の深さ方向の補正も同時に行う。このような構成によれば、画素列を深さ方向に並行に並べることができるので、ファインダを覗いたときに、測距点の幅が広がるといった欠点を排除することが可能となる。

続いて、補正演算について、画素加算なし時、２画素加算時、４画素加算時の各場合において、被写体分光特性補正後デフォーカス量をいかに求めるのかをまとめる。

・画素加算なし時
被写体分光特性補正後デフォーカス量
＝撮像面ずれ量補正後デフォーカス量
−（Δｄｓ１_IR(obj,zoom)×Ｓ_IR＋Δｄｓ１_R(obj,zoom)×Ｓ_R
＋Δｄｓ１_G(obj,zoom)×Ｓ_G ＋Δｄｓ１_B(obj,zoom)×Ｓ_B）
−（Δｄｓ２_IR(island)×Ｓ_IR＋Δｄｓ２_R(island)×Ｓ_R
＋Δｄｓ２_G(island)×Ｓ_G ＋Δｄｓ２_B(island)×Ｓ_B)
この式において、Δｄｓ１_IR(obj,zoom)は各焦点距離における赤外色被写体の撮影レンズ球面収差補正値、Ｓ_IRは被写体の赤外色の割合、Δｄｓ１_R(obj,zoom)は各焦点距離における赤色被写体の撮影レンズ球面収差補正値、Ｓ_R は被写体の赤色の割合、Δｄｓ１_G(obj,zoom)は各焦点距離における緑色被写体の撮影レンズ球面収差補正値、Ｓ_G は被写体の緑色の割合、Δｄｓ１_B(obj,zoom)は各焦点距離における青色被写体の撮影レンズ球面収差補正値、Ｓ_B は被写体の青色の割合、obj は被写体距離、zoomはズーム量、Δｄｓ２_IR(island)は赤外色被写体のＡＦ光学系（２次結像系）における収差補正値＆撮像素子の受光部深さ誤差、Δｄｓ２_R(island)は赤色被写体のＡＦ光学系（２次結像系）における収差補正値＆撮像素子の受光部深さ誤差、Δｄｓ２_G(island)は緑色被写体のＡＦ光学系（２次結像系）における収差補正値＆撮像素子の受光部深さ誤差、Δｄｓ２_B(island)は青色被写体のＡＦ光学系（２次結像系）における収差補正値＆撮像素子の受光部深さ誤差、（island）はアイランド、Δｄｓ１_IR(obj,zoom)、Δｄｓ１_R(obj,zoom)、Δｄｓ１_G(obj,zoom)、Δｄｓ１_B(obj,zoom)は、１次結像系の収差補正量であり、交換レンズ式の場合レンズ側にて保持するデータ、Δｄｓ２_IR、Δｄｓ２_R 、Δｄｓ２_G 、Δｄｓ２_B は、２次結像系の収差補正量であり、ボディ側に保持するデータ、である。

・２画素加算時
被写体分光特性補正後デフォーカス量
＝撮像面ずれ量補正後デフォーカス量
−｛Δｄｓ１_IR(obj,zoom)＋Δｄｓ１_R(obj,zoom)｝×Ｓ_R+IR／２
＋｛Δｄｓ１_G(obj,zoom)＋Δｄｓ１_B(obj,zoom)｝×Ｓ_B+G ／２
−｛Δｄｓ２_IR(island)＋Δｄｓ２_R(island)｝×Ｓ_R+IR／２
＋｛Δｄｓ２_G(island)＋Δｄｓ２_B(island)｝×Ｓ_B+G ／２
この式において、Ｓ_R+IRは被写体の赤外＋赤色の割合、Ｓ_B+G は被写体の青＋緑色の割合である。

・４画素加算時
被写体分光特性補正後デフォーカス量
＝撮像面ずれ量補正後デフォーカス量
−（Δｄｓ１_IR(obj,zoom)×Ｓ_IR＋Δｄｓ１_R(obj,zoom)×Ｓ_R
＋Δｄｓ１_G(obj,zoom)×Ｓ_G ＋Δｄｓ１_B(obj,zoom)×Ｓ_B）
−（Δｄｓ２_IR(island)×Ｓ_IR＋Δｄｓ２_R(island)×Ｓ_R
＋Δｄｓ２_G(island)×Ｓ_G ＋Δｄｓ２_B(island)×Ｓ_B)
この式において、Ｓ_IRは光源検出センサにより得られた光源における標準反射板の赤外色の割合、Ｓ_R は光源検出センサにより得られた光源における標準反射板の赤外色の割合、 Ｓ_G は光源検出センサにより得られた光源における標準反射板の赤外色の割合、Ｓ_B は光源検出センサにより得られた光源における標準反射板の赤外色の割合、である。

ここで、図１１乃至図１４を参照して、本実施の形態の改良例を説明する。

この改良例は、所謂２次結像系の光束を分光することで、カラー情報を取得する。

即ち、図１１に示される構成では、視野マスク１０１の開口部を通過した光の光路上にはコンデンサ光学系１０２、コリメータ光学系１０３、回折格子１０４、セパレータ光学系１０５、受光素子１０６ａ〜１０６ｄが配設されている。すなわち、コンデンサ光学系１０２とセパレータ光学系１０５との間に回折格子１０４が介在されている。受光素子１０６ａ〜１０６ｄとしては、赤外用ＣＣＤ、赤用ＣＣＤ、緑用ＣＣＤ、青用ＣＣＤが受光面が平行となるように配設されている。このようにセパレータ光学系１０５の被写体側手前に回折格子１０４を配設することで、光を並行に分光し、受光素子１０６ａ〜１０６ｄを並行に配設し、それらによりカラー情報を取得する構成となっている。

このように回折格子１０４を使う場合、コリメータ光学系１０３により光束を並行にするのが一般的であるが、当該コリメータ光学系１０３を用いなくてもいい。その場合の構成例は図１２に示されるとおりである。この例では、回折格子１０４の被写体側手前にセパレータ光学系１０５が配設されることで、受光素子１０６ａ〜１０６ｄを並行に配設し、それらによりカラー情報を取得する構成が実現される。

すなわち、一般に、回折格子１０４による分光は、コリメートされた光束に対して行うものである。しかしながら、これは、分光解析等高精度な分光を行う場合のみ、このようにする必要があるのであり、３，４色程度に分光するのであれば、コリメートせず、収束光においても分光することは可能である。より分解の精度を上げるために、分光感度の異なるセンサ列を配置してもよいことは勿論である。

上記回折格子１０４の構成例は図１３に示されるとおりである。すなわち、回折格子１０４は、水平検出用回折格子１５０（水平方向に回折）、垂直検出用回折格子１５１（垂直方向に回折）からなる。ただし、この構成には限定されない。

一方、プリズムにより分光を行う構成例は図１４に示される通りである。

この図１４では、受光素子１０６ａ〜１０６ｄとセパレータ光学系１０５との間にプリズム１０７が介在されており、当該プリズム１０７の作用により、受光素子１０６ａ〜１０６ｄを並行に配設し、それらによりカラー情報を取得する構成が実現される。

以上のほか、１次結像系において光学フィルタを切り替えてカラー画像を取得する手法も採用し得るが、この手法ではカラー情報を取得するために複数のフレームの画像を取得する必要があるので、上述した手法に比して高速性は低下する。

尚、上記セパレータ光学系１０５は請求項に記載の再結像光学系に相当し、回折格子１０４またはプリズム１０７は、請求項記載の色分離手段に相当するが、これら関係には限定されない。尚、この実施の形態では、色毎の受光出力の基準となる一対の光束で形成されるそれぞれの像間隔の上記色分離手段としての回折格子１０４による誤差を補正する補正を予めメモリ等に記憶するようにしてもよい。また、色分離手段としての回折格子１０４は、複数組のセパレータ光学系１０５が配設される場合には、それに対応して色分離するように配置してもよいことは勿論である。

最後に、図１５を参照して、本発明の一実施の形態に係る焦点検出装置を搭載したカメラの電気回路構成について説明する。
図１５において、カメラの所定位置には上記フォーカスレンズを含むズームレンズ系２０１が配設されている。このズームレンズ系２０１は、上記フォーカスレンズを含む撮影光学系を１つのレンズで代表して図示したものである。このズームレンズ系２０１はレンズ駆動制御回路２０３の制御の下、レンズ駆動機構２０２によって駆動される。レンズ駆動制御回路２０３はレンズＣＰＵ２０４によって制御される。

ズームレンズ系２０１の入射光の光路上にはＣＣＤ等の撮像素子２０５が配設されている。この撮像素子２０５の出力は、撮像回路２０６、Ａ／Ｄ変換回路２０７を介してバスライン２０８に接続されている。バスライン２０８には、システムコントローラ２０９とＡＦ演算ＭＰＵ２１１が接続され、ＡＦ演算ＭＰＵ２１１にはゲートアレイ２１０が接続されている。また、ゲートアレイ２１０にはＡＦセンサ２１２が接続されている。

更に、バスライン２０８には、各種の制御プログラムや各種データ処理用の情報等を記憶したＲＯＭ２１３、データの一時記憶用のＲＡＭ２１４、ドライブコントローラ２１５及びメディアドライブ２１６を介してディスク状又はカード状の記録媒体２１７が接続され、外部Ｉ／Ｆ部２１８を介して外部入出力端子２１９が接続され、ビデオエンコーダー２２０を介してビデオ出力端子２２１が接続され、ビデオエンコーダー及びＬＣＤドライバ２２２を介してＬＣＤ表示部２２３が接続されている。

また、システムコントローラ２０９はカメラ全体の制御を司るものであり、レンズＣＰＵ２０４と通信可能に構成されている。更に、システムコントローラ２０９は、操作部ドライバ２２４を介してモード設定などのカメラに対して各指示の入力を行う操作部の操作状態を検出するためのダイヤル部２２５及びスイッチ部２２６、各部に電源を供給する電源部２２７とも接続されている。電源部２２７には、外部からの電源供給を受けるための外部電源入力端子２２８が設けられている。更に、システムコントローラ２０９は閃光発光を行うためのストロボ発光部２２９にも接続されている。ここで、操作部には、上記十字キーや撮影開始するためのレリーズボタン等が含まれている。

このような構成において、ＡＦセンサ２１２からのセンサ出力がゲートアレイ２１０でデジタルデータに変換される。そして、ＡＦ演算ＭＰＵ２１１において上記したようなＡＦ演算が行われてデフォーカス量が算出され、算出されたデフォーカス量に基づいてレンズＣＰＵ２０４によってレンズ駆動制御回路２０３が制御されて、レンズ駆動機構２０２を介してズームレンズ系２０１内の図示しないフォーカスレンズのフォーカス駆動が行われる。また、図示しない被写体の像がズームレンズ系２０１を介して撮像素子２０５に結像すると、この被写体像が光電変換された撮像信号として撮像素子２０５から出力される。この撮像信号が、後段の撮像回路２０６において処理され、更に、Ａ／Ｄ変換回路２０７においてデジタルの画像データに変換される。このデジタル画像データが、バスライン２０８を介してシステムコントローラ２０９に入力される。システムコントローラ２０９では、入力された画像データのＪＰＥＧ圧縮伸張処理等の各種信号処理等が行われる。

ここで、システムコントローラ２０９による信号処理の際やＡＦ演算ＭＰＵ２１１におけるＡＦ演算の際には、一時的記憶用としてＲＡＭ２１４が用いられる。

また、画像データ等の記録用のディスク状又はカード状の記録媒体２１７がメディアドライブ２１６に装着されると、当該記録媒体２１７に画像データが記録され、或いは画像データが読み込まれることになる。このとき、ドライブコントローラ２１５により、メディアドライブ２１６の動作が制御される。記録媒体２１７から画像データが読み込まれた場合には、読み込まれた画像データがバスライン２０８を介してシステムコントローラ２０９に送られ、上記したのと同様の信号処理がなされる。

また、パソコン等の周辺機器は、外部入出力端子（例えばＵＳＢ端子）２１９、外部Ｉ／Ｆ部２１８を介してバスライン２０８に接続される。

周辺機器の保持する画像データ等は、外部入出力端子２１９、外部Ｉ／Ｆ部２１８を介して取り込まれ、ドライブコントローラ２１５の制御の下、メディアドライブ２１６が駆動され、記録媒体２１７に記録されるようになっている。更に、ビデオエンコーダー２２０では、Ａ／Ｄ変換回路２０７でＡ／Ｄ変換された画像信号、又は記録媒体２１７から読み出されシステムコントローラ２０９でＪＰＥＧ伸長処理された画像信号がエンコードされ、ＬＣＤ表示部２２３において所定の表示がなされる。このとき、ＬＣＤドライバ２２２によりＬＣＤ表示部２２３が駆動される。更に、このカメラでは、ビデオ出力端子２２１を介して映像信号の外部出力も可能となっている。

以上詳述したように、本発明の一実施の形態によれば、高速性、低輝度限界性能を低下することなく、カラー情報を取得することができる。その結果、カラー情報を取得しない従来方式に比して、主要被写体の抽出、色収差の補正が容易となる。また、本実施の形態では、光学部材により視野マスク開口を通過した光束を分光するので、カラー情報を取得しない場合と同じ大きさの視野マスク開口とすることが可能であることから、収差の影響を受けにくく、精度の維持が可能である。従来技術のように複数フレームの画像を取得する必要がない為、カラー情報を取得しない場合と同等の高速性を実現できる。これに加えて、被写体が低輝度の場合、各画素列同士の電荷を加算することで、カラー情報を取得しない方式と同等の低輝度限界性能を発揮することが可能である。

本発明の一実施形態に係る焦点検出装置を採用したカメラの構成図である。 （ａ）は、図１のカメラで用いられるＡＦ光学系の２次結像系を模式的に示した図、（ｂ）はフォーカスレンズからＡＦセンサに至る光束の様子を図２（ａ）の側面からみたときの様子を示す図である。 ＡＦセンサ２０のセンサ配置を示す図である。 測距点の配置を示す図である。 センサ回路の構成を示す図である。 測距点の配置を示す図である。 （ａ）はカメラのモード選択ダイヤル６３の配置を示す図、（ｂ）は十字ボタン６４の配置を示す図である。 光源と蛍光灯デフォーカス量との差分との関係を示す図である。 半導体基盤上の異なる深さに受光素子を複数配置した一般的なセンサ回路の一例を示す図である。 本発明の一実施の形態が採用するセンサ回路の構成を示す図である。 本発明の一実施の形態に係る焦点検出装置を採用したカメラの改良例の再結像光学系等の構成を示す図である。 本発明の一実施の形態に係る焦点検出装置を採用したカメラの改良例の再結像光学系等の構成を示す図である。 回折格子１４の構成例を示す図である。 本発明の一実施の形態に係る焦点検出装置を採用したカメラの改良例の再結像光学系等の構成を示す図である。 本発明の一実施の形態に係る焦点検出装置を搭載したカメラの電気回路構成を示す図である。

符号の説明

１・・・交換レンズ、２・・・フォーカスレンズ、３・・・レンズ駆動部、４・・・レンズＣＰＵ、５・・・通信コネクタ、１０・・・カメラボディ、１１・・・メインミラー、１２・・・フォーカシングスクリーン、１３・・・ペンタプリズム、１４・・・接眼レンズ、１５・・・サブミラー、１６・・・撮像素子、１７・・・コンデンサレンズ、１８・・・全反射ミラー、１９・・・セパレータレンズ、２０・・・ＡＦセンサ、２１・・・ＡＦ演算ＭＰＵ、２２・・・ゲートアレイ。

Claims (21)

1. 撮影光学系の結像面近傍に設けられた視野マスクと、
   上記撮影光学系の異なる瞳を通り上記視野マスクを通った光束から一対の像を再結像する再結像光学系と、
   上記再結像光学系を通して入射した一対の光束を複数の波長域に色分離する色分離手段と、
   上記色分離された各光束を受光するための受光素子列を近接して複数列備えた受光手段と、
   を有することを特徴とする焦点検出装置。
2. 上記受光手段で受光して得た各色分離された信号を加算可能になされた加算手段を更に有することを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
3. 上記色分離手段は、上記視野マスクと上記受光手段との間に配置された回折格子からなることを更に特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
4. 上記色分離手段は、上記視野マスクと上記受光手段との間に配置されたプリズムを有することを更に特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
5. 上記視野マスクと上記回折格子との間にコリメート光学系を配置することを更に特徴とする請求項３に記載の焦点検出装置。
6. 上記色毎の受光出力の基準となる一対の光束で形成されるそれぞれの像間隔の上記色分離手段による誤差を補正する補正値を予め記憶する記憶手段を更に有することを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
7. 上記加算手段は、上記受光手段で受光した被写体輝度が低輝度の場合に複数の受光素子列の受光素子で受光した色分離された信号を加算することを更に特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
8. 上記各色データを用いて主要被写体を検出する主要被写体検出手段を更に有することを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
9. 上記色分離手段は、上記複数組の再結像光学系のそれぞれに対応して色分離するように配置されることを更に特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
10. 被写体の分光感度を上記受光手段または上記受光手段とは別に設けられた測光センサの出力として得られた色情報から取得することを更に特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
11. 撮影光学系の結像面近傍に設けられた、光束を制限する視野マスクと、
    上記撮影光学系の異なる瞳を通り上記視野マスクを通った光束から一対の像を再結像する再結像光学系と、
    上記再結像光学系を通して入射した一対の光束の各々の被写体像を受光すると共に、略同一の受光部から入射した光束を複数の波長に色分離して複数出力するようになされた受光手段と、
    を有することを特徴とする焦点検出装置。
12. 上記色分離された各光束を上記受光手段で受光して得た各色分離された信号を加算可能になされた加算手段を更に有することを特徴とする請求項１１に記載の焦点検出装置。
13. 上記受光手段は、入射面から基板の深さ方向に複数の分光感度特性を有するフォトダイオード構造を有することを更に特徴とする請求項１１に記載の焦点検出装置。
14. 上記複数の分光感度には可視光と赤外光の分光感度が含まれることを更に特徴とする請求項１３に記載の焦点検出装置。
15. 上記受光手段及び色分離光学系を、複数の方向に対して配置することを更に特徴とする請求項１１に記載の焦点検出装置。
16. 上記色毎の受光出力の基準となる一対の光束で形成されるそれぞれの像間隔の上記色分離手段による誤差を補正する補正値を予め記憶する記憶手段を更に有することを特徴とする請求項１１に記載の焦点検出装置。
17. 上記加算手段は、上記受光手段で受光した被写体輝度が低輝度の場合に複数の受光素子列の受光素子で受光した信号のそれぞれ対応する受光部の信号を加算することを更に特徴とする請求項１１に記載の焦点検出装置。
18. 上記各色データを用いて主要被写体を検出する主要被写体検出手段を更に有することを更に特徴とする請求項１１に記載の焦点検出装置。
19. 色情報により上記撮影レンズにて発生する色収差を補正する補正手段を更に有することを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
20. 上記補正手段は、上記再結像光学系の補正を上記色情報に基づいて行うことを更に特徴とする請求項１９に記載の焦点検出装置。
21. 上記補正手段は、被写体輝度及び撮影光学系に含まれるフォーカスレンズのズーム量を基にして補正量を算出し、当該補正量に基づいて補正することを更に特徴とする請求項１９に記載の焦点検出装置。

Images