JP3731392B2

JP3731392B2 - 焦点検出装置

Info

Publication number: JP3731392B2
Application number: JP20608899A
Authority: JP
Inventors: 正隆浜田
Original assignee: コニカミノルタフォトイメージング株式会社
Priority date: 1999-07-21
Filing date: 1999-07-21
Publication date: 2006-01-05
Anticipated expiration: 2019-07-21
Also published as: JP2001033687A; US6445883B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、焦点検出装置に関し、特にカメラに好適な焦点検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、被写体からの光束を複数のレンズで結像し、複数の被写体像のずれを利用してピント位置又は距離を検出する焦点検出装置が知られている。
【０００３】
多くは電荷蓄積タイプのラインセンサを用い、上記光束を結像するレンズが並んでいる方向に被写体までの距離に応じて像のずれ方が異なることを利用して、ピントのずれ又は距離を演算するものである。
【０００４】
しかし、センサがライン状であれば、被写体の位置や大きさによって検出範囲が限られる。これを改良するために、電荷蓄積タイプのエリアセンサを用い、広い範囲で被写体を検出する方法が提案されている(例えば、特開平９−３２９８１８号公報)。
【０００５】
そして、一般的な電荷蓄積タイプのエリアセンサの場合、被写体の輝度に応じてセンサの積分時間を制御するには、最初は所定時間の積分時間で設定し、読み出した後の画素データをチェックし、データがオーバーフローしていれば積分時間を短くし、逆に画素データが所定値よりも小さければ積分時間を長くするよう切り替えて、再積分を行っていた。被写体輝度が特に大きい場合や小さい場合は、この手順が繰り返される。
【０００６】
しかし、この方法では、素早い検出を必要とする焦点検出には不向きである。そこで、エリアセンサを焦点検出に利用する場合は、画素の周りに被写体輝度のモニタを置き、リアルタイムで積分時間を制御する方法が提案された(例えば、特開平１０−１２６６８１号公報)。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、被写体の全体輝度が均一である場合、上記のようにエリアセンサの周囲にモニタを配置することで積分時間が設定できるが、被写体の輝度分布が一様でない場合は、必要なデータがオーバーフローしたり、データが小さくなる。こうなれば、正しく焦点検出できない。
【０００８】
被写体の輝度分布が一様でない場合というのは、特殊条件下ではなく、ごく一般の被写体でもあり得る。例えば、人物撮影において、髪の毛の部分がエリアセンサの周囲になり、周囲にしかないモニタで積分制御すれば、中央部のセンサ部分では髪の毛の部分よりも明るい顔が入っているため、必要なデータ領域の積分時間は、適正な時間を超えて長くなってしまう。髪の毛と顔では、輝度差で３段を超える場合もあり、その場合には、積分時間およびデータの大きさは、８倍を超える差になってしまう。これは、そのまま検出誤差になる。
【０００９】
したがって、本発明が解決しようとする技術的課題は、被写体の輝度分布が一様でない場合にも検出誤差の少なくすることができる、電荷蓄積タイプのエリアセンサを用いた焦点検出装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段および作用・効果】
本発明は、上記技術的課題を解決するために、以下の構成の焦点検出装置を提供する。
【００１１】
焦点検出装置は、被写体領域からの光束を複数の結像レンズでそれぞれ別々の結像エリアに結像させる結像手段と、複数の前記結像エリアのうち一部の前記結像エリアにそれぞれ配置され、結像光をそれぞれ電荷蓄積型ライン受光素子で受光する複数のライン受光手段と、他の一部の前記結像エリアにそれぞれ配置され、結像光をそれぞれ電荷蓄積型エリア受光素子で受光する複数のエリア受光手段と、前記ライン受光手段および／又は前記エリア受光手段からの複数の被写体像データを利用して、ピント位置又は被写体までの距離を検出するタイプのものである。前記複数のライン受光手段の前記ライン受光素子の側部に、前記ライン受光手段の前記ライン受光素子および／又は前記エリア受光手段の前記エリア受光素子の電荷蓄積時間を制御するための輝度モニタ受光素子を備える。
【００１２】
上記検出装置は、例えば、一眼レフカメラでは、エリア受光手段間の結像位置のずれ（位相差）に基づき撮影レンズのピント位置を調整するために使用することができ、コンパクトカメラでは、それぞれのエリア受光手段の結像位置から三角測距の原理に基づいて被写体までの距離を測定するために使用することができる。エリア受光手段の電荷蓄積型エリア受光素子は、例えば、固体撮像素子である。
【００２３】
上記焦点検出装置の構成において、被写体領域を検出するライン受光手段のライン受光素子の側部に輝度モニタ受光素子を配置することによって、輝度モニタ受光素子が、被写体領域の中央および／又はその近傍の輝度をモニタするようにして、主被写体の輝度を少ない誤差で測定することができる。
【００２４】
したがって、被写体の輝度が一様でない場合でも、検出誤差を少なくすることができる。
【００２５】
さらに、輝度モニタ受光素子をエリア受光素子の間に配置すれば、輝度モニタを配置した部分についてエリア受光素子は被写体像データを得ることができず、エリア受光手段について、いわゆる不感帯が生じるが、上記構成においては、エリア受光素子の間に輝度モニタを配置していないので、エリア受光手段について不感帯が生じないようにすることができる。
【００２６】
ところで、上記構成では、ライン受光手段のライン受光素子とは別設の輝度モニタ受光素子を用いているが、両者を共用することも可能である。この場合、上記輝度モニタ受光素子の代わりに、前記複数のライン受光手段の前記ライン受光素子により、前記ライン受光手段の前記ライン受光素子および／又は前記エリア受光手段の前記エリア受光素子の電荷蓄積時間を制御する。
【００２７】
さらには、以下のように構成しても、上記と同様の作用・効果を奏するようにすることができる。
【００２８】
焦点検出装置は、被写体領域からの光束を２つの光束に分け、各々異なる位置に一対の被写体像として結像させる結像レンズと、該一対の被写体像を電気信号に変換する固体撮像素子とを備え、被写体までの距離又は被写体像のピントを検出するタイプのものである。焦点検出装置は、少なくとも第１および第２組の前記結像レンズおよび前記固体撮像素子を備える。第１および第２組の前記結像レンズは、被写体領域内の同一領域について、それぞれ一対の被写体像を互いに交叉する方向に結像させる。第１および第２組の前記固体撮像素子のそれぞれの受光部は、互いに交叉する方向に配置される。第１組の前記固体撮像素子の受光部は、エリア状に配列された受光素子を有する。第２組の前記固体撮像素子の受光部は、ライン状に配列された受光素子と、該受光素子又はその近傍における輝度をモニタする輝度モニタ機能部とを有する。該輝度モニタ機能部の出力により、前記第１および第２組の固体撮像素子の制御が行われる。
【００２９】
上記構成において、第１および第２の固体撮像素子の受光部を交叉する方向に配置することにより、小さい面積に効率よく配置することが可能である。
【００３０】
上記構成において、第２組の固体撮像素子の輝度モニタ機能部の受光素子は、受光部の受光素子と別設としても、兼用してもよい。
【００３１】
前者の場合、第２の前記固体撮像素子の前記受光部と前記輝度モニタ機能部とは、それぞれ別個の受光素子を有し、該各受光素子は、上記一対の被写体像の各結像中心を結ぶ線に大略沿って配置される。この場合、輝度モニタ機能部の受光素子は、一対の被写体像の一方についてのみ設けるようにしてもよい。
【００３２】
後者の場合、第２の前記固体撮像素子の前記受光部と前記被写体輝度モニタ機能部とは、共通の受光素子を有し、該受光素子は、上記一対の被写体像の各結像中心を結ぶ線に大略沿って配置される。この場合、受光素子の数は、少なくなる。
【００３３】
また、好ましくは、第１の前記結像レンズによる一対の被写体像の各結像中心間の中点に関して点対称位置に、第２組の前記結像レンズによる一対の被写体像が結像される。第２組の前記固体撮像素子の前記輝度モニタ機能部の各受光位置は、それぞれ、第１組の前記固体撮像素子の前記各受光部の略中央部分に相当する。
【００３４】
上記構成によれば、輝度モニタ機能部は、被写体領域内の検出対象である部分領域の略中央部分の輝度をモニタするので、誤差を少なくすることができる。
【００３５】
最も好ましい態様としては、第１および第２組の前記結像レンズは、被写体領域内の同一部分領域について、それぞれ被写体像を結像し、第１および第２組の前記固体撮像素子は、被写体領域内の同一領域を検出する。
【００３６】
上記構成によれば、一方向にコントラスト分布が一様であるために被写体までの距離又は被写体像のピントが検出できなくても、他の方向により検出できる可能性があり、したがって、検出確率を高めることができる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各実施形態に係る焦点検出装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３８】
まず、第１実施形態について、焦点検出装置について説明する。第１実施形態の焦点検出装置は、後述するように一眼レフカメラに用いるものである。
【００３９】
図２は、一眼レフタイプでの焦点検出装置５の配置を示す。焦点検出装置５は、カメラボディ１の下部に配置される。撮影レンズ２を通過してきた被写体からの光は、メインミラー３を通り、サブミラー４で反射し、下部の焦点検出装置５に導かれる。
【００４０】
図３は、焦点検出装置５の構造を示す。被写体光は、コンデンサレンズ６を通り、モジュールミラー７で反射し、絞りマスク８を通過し、セパレーターレンズ９を通過し、電荷蓄積型センサ１０に入射する。セパレーターレンズ９は、被写体からの光を複数像に結像する働きがある。
【００４１】
図４に、セパレーターレンズ９を示す。セパレーターレンズ９は、一体で同一透明樹脂でできているレンズ９１，９２，９３，９４を有する。レンズ９１，９２はエリア用、レンズ９３，９４はライン用のレンズである。おのおの被写体像の基準部と参照部の二つに分けて結像させる。
【００４２】
焦点検出に用いる電荷蓄積型センサ１０は、図１に示すように構成される。このセンサ１０は、ＣＣＤ型、ＭＯＳ型いずれでもよい。ここでは、ＣＣＤ型で説明する。ＣＣＤ型では、ＩＴ(インターライントランスファ）型、ＦＴ(フレームトランスファー)型、ＦＩＴ(フレームインターライントランスファー)型のいずれでもよい。
【００４３】
図において、ａ，ｂ，ｃ，ｄ部はエリアセンサ部であり、ｅ，ｆ部はラインセンサ部である。１０１ａｂ，１０１ｃｄ，１０１ｅ，１０１ｆは、電荷蓄積時間を決めるための被写体輝度を測定する輝度モニタである。１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，１０２ｄ，１０２ｅ，１０２ｆは受光部(光電変換部)であり、被写体からの光を受光し光電変換する。１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ，１０３ｄは、電荷蓄積部であり、１０２で発生した電荷を一時保持する。
【００４４】
電荷蓄積部は、ＦＴ(フレームトランスファー)型、又はＦＩＴ(フレームインターライントランスファー)型の場合に設定され、ＩＴ(インターライントランスファー)型では電荷を保持せずに読み出すため、この部分は存在しない。また、ラインセンサ部１０２ｅ，１０２ｆには電荷蓄積部が別設されていないが、１０２の受光部１０２ａ，１０２ｂ又は後述のシフトレジスタ部１０４ｅｆで保持される。
【００４５】
１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ，１０４ｄ，１０４ｅｆは、シフトレジスタ部(読み出しレジスタ)である。ａ，ｂ，ｃ，ｄのエリア部は各々別々に読み出す。１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃ，１０５ｄ，１０５ｅｆは出力ゲートであり、１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃ，１０６ｄ，１０６ｅｆは読み出し部である。電荷データは、電圧データとして読み出す。この例では、ライン部は、ｅ部とｆ部から電荷を一緒に読み出すために、１０４は一本となっている。これは、読み出し部１０６を共通で使用することで、少しでもｅ部とｆ部のデータ特性を均一にするためである。データ特性とは、読み出し部のＳＮ特性や後段での増幅特性である。
【００４６】
ライン用輝度モニタ１０１ｅと１０１ｆは、最短距離で接続されている。またエリア用輝度モニタ１０１ａｂと１０１ｃｄは、ライン受光部を迂回して接続されている。すなわち、モニタはエリア部については一つだけの働きとなり、４部分に分かれているエリアセンサ部ａ，ｂ，ｃ，ｄは、同じ積分制御が行われる。しかし、読み出し部は４つになっている。これにより、読み出し時間を早くすることができる。
【００４７】
図５は、セパレーターレンズ９により被写体像を基準部と参照部の二つに分けて結像させ、電荷蓄積型センサ１０’に投影された状態を示す。
【００４８】
なお、図５のセンサ１０’は、点ｐで４つのモニタ１０１ａｂ，１０１ｃｄ，１０１ｅ，１０１ｆを接続している点で、図１のセンサ１０と異なるが、投影状態は同じである。図１における別設モニタに関して、エリア用モニタ１０１ａｂ，１０１ｃｄ同士を接続線Ｌ１で、ライン用モニタ１０１ｅ，１０１ｆ同士を接続線Ｌ２で、それぞれ接続しているが、後述するように中央部の被写体が垂直と水平の方向の差だけで同じ被写体であるわけであるので、さらにエリア用モニタとライン用モニタを接続してまとめて制御してもよく、その場合の例が図５である。
【００４９】
レンズ９１，９２によって結像される像は、９１０，９２０の範囲に結像し、おのおの電荷蓄積型センサ１０の２組のエリアセンサ部ａ，ｂおよびｃ，ｄの受光部を全体的に覆っている。ピントが合っている場合は、この二つの像は全く同じ像となる。エリアは、水平方向の位相差(被写体像のずれ)を検出することができる。
【００５０】
一方、レンズ９３,９４によって結像される像は、９３０，９４０の範囲に結像し、おのおの電荷蓄積型センサ１０のラインセンサ部ｅ，ｆの受光部を覆っている。やはりピントが合っている場合は、この二つの像は全く同じ像となる。ラインは、垂直方向の位相差(被写体像のずれ)を検出することができる。
【００５１】
ここで、図１でも示したように、モニタ１０１ａｂ，１０１ｃｄ；１０１ｅ，１０１ｆを基準部と参照部の両方に配置している理由を説明する。
【００５２】
ピントが合っている場合は、同一被写体がセンサ上に結像されるが、ピントが合っていない場合は、像の位置がずれ、いわば別の被写体光が入射する。この別の被写体との間で大きな輝度差がない場合は、片方のモニタだけでよい。しかし、輝度差のある別被写体光が入射する場合は、基準部と参照部の像の位置ずれの影響により、輝度モニタによる積分制御が適正値にならない場合があり得る。そこで、輝度モニタ１０１ａｂ，１０１ｃｄ；１０１ｅ，１０１ｆは、両方に配置する。そして輝度モニタ１０１ａｂ，１０１ｃｄ；１０１ｅ，１０１ｆ同士を、接続線Ｌ１，Ｌ２で接続し、両方の光量の和で輝度を制御するようにする。
【００５３】
輝度モニタ１０１ａｂ，１０１ｃｄ；１０１ｅ，１０１ｆは、センサ部ａ，ｂ，ｃ，ｄ；ｅ，ｆの積分開始と同時に動作が開始され、被写体からの光をモニタし、所定値になれば、センサ部ａ，ｂ，ｃ，ｄ；ｅ，ｆの積分を打ち切る働きをする。この働きを効果的にするために、輝度モニタ１０１ａｂ，１０１ｃｄ；１０１ｅ，１０１ｆをセンサ部ａ，ｂ，ｃ，ｄ；ｅ，ｆの近くに配置し、輝度モニタ１０１ａｂ，１０１ｃｄ；１０１ｅ，１０１ｆとセンサ部ａ，ｂ，ｃ，ｄ；ｅ，ｆは、同じ被写体を見るようにする。
【００５４】
この実施形態では、エリア部のモニタ１０１ａｂ，１０１ｃｄの位置は、エリアセンサ部ａ，ｂ；ｃ，ｄの中央に置くようにする。被写体の全体輝度が均一である場合は、エリアセンサ部ａ，ｂ；ｃ，ｄの周囲にモニタを配置されていても積分時間が設定できるが、被写体の輝度分布が一様でない場合は、モニタとセンサ部の受光量の差により、必要なデータがオーバーフローしたり、データが小さくなる。こうなれば、正しく焦点検出できない。
【００５５】
被写体の輝度分布が一様でない場合というのは、特殊条件下ではなく、ごく一般の被写体でもあり得る。
【００５６】
例えば、人物撮影で、髪の毛の部分がエリアセンサの周囲になり、周囲にしかないモニタで積分制御すれば、中央部のセンサ部分では髪の毛の部分よりも明るい顔が入っているため、必要なデータ領域の積分時間は長くなってしまう。髪の毛と顔では、輝度差で３段を超える場合もあり、積分時間および、データの大きさで８倍の差になってしまう。これは、そのまま検出誤差になる。
【００５７】
図１３（ａ）に示すように、焦点検出領域６４に対し、その周囲にＬ字状にモニタ６３を配置した従来装置では、図のように人物６１の髪の毛６２がモニタ６３に重なる場合などに、上記問題が生じる。なお、６０はカメラのファインダー枠である。
【００５８】
そこで、被写体の輝度分布が一様でない場合にも検出誤差の少ない焦点検出装置を構成するため、基準部および参照部像となる画像の中央位置にモニタを配置している。
【００５９】
すなわち、図５に示したように、基準部像９１０、参照部像９２０のなかでは、エリア部のセンサを一つの部分では構成せず、複数の部分に分ける。ここでは、ａとｂ、およびｃとｄに分け、その間に輝度モニタ１０１ａｂ，１０１ｃｄを配置する。これにより、輝度モニタ１０１ａｂ，１０１ｃｄは、撮影画面のほぼ中央に配置され、撮影すべき主被写体を捕らえている確率が高いため、被写体に輝度分布があっても、適正な積分制御を行う確率が高い。また、１つの結像を上下で分割して受光することにより、各エリアセンサ部ａ，ｂ，ｃ，ｄについては規模の小さい同一回路とすることができるので、設計も容易になる。
【００６０】
この場合のモニタと被写体との関係を、図１３（ｂ）に示す。焦点検出領域６９に対し、モニタ位置が６５および６６となる。ここでは、６５がエリアセンサのモニタ、６６がラインセンサのモニタである。画面中央にある主被写体に対し、十字型に被写体輝度のモニタ６５，６６が配置されている。ここでは、横方向６５をエリアセンサ、縦方向６６をラインセンサとしているが、センサごと逆の配置、すなわち、横方向６５をラインセンサ、縦方向６６をエリアセンサにしてもよい。
【００６１】
図６は、ファィンダで被写体を見た図である。５３は視野枠、５２が被写体、５１がフォーカスフレームである。フォーカスフレーム５１は、焦点検出装置によって検出される領域を示したものである。この領域内では、図７に示すように、水平方向はＨ１からエリアセンサ部のラインの数だけ、例えば４０ラインであればＨ４０までのラインで、ピント検出ができる。図の例では、顔から胸までの領域内で水平方向のコントラストがあれば、ピント検出可能である。
【００６２】
しかし、山並みのように水平方向のコントラストがない場合のために、垂直方向のコントラストを利用してピント検出できるよう、縦方向のラインセンサ部を備える。図では、Ｖ１の場所で垂直方向の検出を行う。
【００６３】
このように、前記結像レンズと固体撮像素子を複数組持ち、これらを互いに交叉する方向に配置し、少なくとも一組の固体撮像素子の受光部はライン状に配列され、少なくとも一組の固体撮像素子の受光部はエリア状に配列されているのは、交叉配置にすることで、被写体のコントラスト分布が垂直又は水平方向にしかない場合、例えば山並みのような被写体でも、焦点検出を可能とするためである。
【００６４】
また、センサの交叉配置の一方がエリアで他方がラインであるのは、一方をエリア状検出により広範囲で被写体を捕らえたいからであるが、上記山並みのような被写体を想定した場合、他方はラインで十分カバーできる。双方エリアにすると、逆に、光学系の光路確保のために焦点距離装置が全体的に大きくなる。また、固体撮像素子そのものも大きくなり製造コストが高価になる。焦点検出確率を考えると一方の方向はライン状であっても、実用上、十分である。
【００６５】
図１８は、図１のセンサ１０とこれをコントロールするコントロール回路５０８を有するカメラの画像検出システムのデバイス構成図である。
【００６６】
エリアセンサ部ａ，ｂ，ｃ，ｄ、ラインセンサ部ｅ，ｆの出力は、測距又はピント検出に用いる。センサ部ａ，ｂ，ｃ，ｄ；ｅ，ｆのモニタ１０１ａｂ、１０２ｃｄ；１０１ｅ，１０１ｆは光電変換素子である。
【００６７】
このデバイスは、水平レジスタ１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ，１０３ｄ；１０３ｅ，１０３ｆを有する２組のエリアセンサ部ａ，ｂ；ｃ，ｄと、各組のエリアセンサ部ａ，ｂ；ｃ，ｄの中央に配置されたモニタ１０１ａｂ，１０１ｃｄ、共通の水平レジスタ１０４ｅｆを有するラインセンサ部ｅ，ｆと、それらのモニタ１０１ｅ，１０１ｆ、ＡＧＣ回路５０７、コントロール回路５０８、ゲイン可変アンプ５１０、Ｓ／Ｈ（サンプルホールド）回路５２２、クランプ回路５１１、出力選択回路５０９、温度検出回路５１２、マイクロコンピュータμＣの各メイン要素から構成されるとともに、それらの各出力バッファと、各出力スイッチを備えている。
【００６８】
すなわち、モニタ１０１ａｂ，１０１ｃｄ，１０１ｅ，１０１ｆの出力バッファ５２６，５２７，５２８と出力スイッチ５０５，５０６，５５５、水平転送レジスタ１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ，１０４ｄ，１０４ｅｆの出力バッファ１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃ，１０５ｄ，１０５ｅｆと出力スイッチ１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃ，１０６ｄ，１０６ｅｆを具備している。また、このデバイスにおいては、コントロール回路５０８をセンサ駆動部、ゲイン可変アンプ５１０、Ｓ／Ｈ回路５２２、クランプ回路５１１、出力選択回路５０９をセンサ出力処理回路部ということにする。
【００６９】
ここで、モニタ１０１ａｂ，１０１ｃｄ，１０１ｅ，１０１ｆは、それぞれ対応するセンサ部ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆの電荷蓄積時間をモニタする。水平転送レジスタ１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ，１０４ｄ，１０４ｅｆは、センサ部ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆの電荷を一時的に保持してシリアルに出力する。クランプ回路５１１は、センサ部ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆより黒基準画素（ＯＢ）の電荷が出力されるタイミングで動作し、暗電流分の電圧をある所定電圧にクランプする。出力選択回路５０９は、全ての出力に共通で、コントロール回路５０８により、センサ部ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆの出力、温度検出回路５１２の出力を選択して出力する。
【００７０】
このデバイスは、μＣを除いた前記構成部分を一つの基板上に設けたワンチップのＩＣ（集積回路）として形成されている。以下、このチップ上に形成されているデバイスを内部に、このチップ上に形成されていないデバイスを外部に形成されているということにする。
【００７１】
モニタ１０１ａｂ，１０１ｃｄ，１０１ｅ，１０１ｆから出力されるモニタ信号は、５２６，５２７，５２８と出力スイッチ５０５，５０６，５５５を介して択一的にＡＧＣ回路５０７と出力選択回路５０９に与えられる。スイッチ５０５，５０６，５５５は、それぞれＭＯＳトランジスタで形成されており、そのゲート電極にコントロール回路５０８から発生されるスイッチング信号Ｓ，Ｔ，Ｘがローレベルで印加されることによって導通する。どのスイッチが導通するかによって、ＡＧＣ回路５０７と出力選択回路５０９に与えられるモニタ信号が選択される。つまり、スイッチング信号Ｓ，Ｔ，Ｘのいずれかにより、対応するいずれかのモニタ１０１ａｂ，１０１ｃｄ，１０１ｅ＋１０１ｆのモニタ信号を選択することができる。モニタ信号の選択については後述する。
【００７２】
センサ部ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆとモニタ１０１ａｂ，１０１ｃｄ，１０１ｅ，１０１ｆでは、同時に積分が開始する。積分が開始すると、ＡＧＣ回路５０７は、入力されたモニタ信号が所定電圧になるのを監視していて、所定電圧になるとその情報をコントロール回路５０８に伝達する。コントロール回路５０８は、その情報を受信すると、センサ部ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆの積分を終了させ、外部のμＣに積分が終了したことを伝達する（以下、この積分終了を「自動終了」という）。ＡＧＣ回路５０７は、例えば前記所定電圧を基準電圧とし、前記モニタ信号を比較電圧とするコンパレータで構成することができる。
【００７３】
モニタ信号が所定時間経過後も所定電圧に達しない場合には、つまり、所定時間経過後も外部のμＣにコントロール回路８から所定電圧に達したという情報が伝達されないと、μＣはコントロール回路８にセンサ部ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆに対する積分の強制終了を指示し、強制終了が行われる。
【００７４】
積分の自動終了、強制終了のいずれの場合も、積分が終了すると出力選択回路５０９からＶＯＵＴ端子５４６を介して外部のμＣに与えられているモニタ信号を、積分終了のタイミングでμＣに内蔵されているＡ／Ｄ変換器５３２でＡ／Ｄ変換し、そのデジタル値に応じてエリアセンサの出力に施す増幅率が決定される。この増幅率がコントロール回路８に伝達され、ゲイン可変アンプ５１０に対し増幅率が設定される。ここで、積分が自動終了した場合には、増幅率は１となる。なお、自動終了の場合は、モニタ信号をＡ／Ｄ変換して増幅率を決定することなしに、増幅率を１に設定するようにしてもよい。
【００７５】
一方、積分終了後、センサ部ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆの出力は、水平転送レジスタ１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ，１０４ｄ，１０４ｅｆに転送され、出力バッファ１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃ，１０５ｄ，１０５ｅｆとスイッチ１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃ，１０６ｄ，１０６ｅｆを介してゲイン可変アンプ５１０に入力され、ここで、先に設定された増幅率で増幅される。スイッチ１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃ，１０６ｄ，１０６ｅｆは、スイッチ５０５，５０６，５５５と同様の構成で、コントロール回路５０８はスイッチング信号Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅを発生させて、ゲイン可変アンプ５１０に与えられるセンサ部ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ＋ｆの出力を選択する。
【００７６】
以上は、一眼レフカメラについて説明したが、次に、コンパクトカメラの場合の第２実施形態について、図８〜図１０を参照しながら説明する。
【００７７】
図８において、２０はカメラ本体であり、２１は測距装置である。測距装置２１は、図９のように、結像レンズ２２とセンサ２３で構成されている。コンパクトカメラの場合は、ピントを検出するのではなく、三角測量の原理で距離を検出する。被写体からの光から複数の像を結像させる結像レンズは、一眼レフカメラの場合と大きさは異なるが、図４と同様の構成である。
【００７８】
図１０は、第２実施形態の焦点検出装置のセンサ１０ａの構成である。
【００７９】
このモニタ配置は、ライン用とエリア用を水平に配置した場合である。この場合は、エリア部はｇ，ｈとｌ，ｊに分かれている。
【００８０】
基準部と参照部で相関演算を行う場合は、レンズの並び方向に画素をずらせる必要があるため、途中のモニタによって不惑帯領域ができる。しかし、図の矢印で示す各ライン方向で画素のブロック分割を行い、すなわち、基準部をｇ_L及びｈ_L、参照部をｉ_R，ｊ_Rの方向でブロック分割を行う。このようにずらし領域を限定すれば、検出は可能である。
【００８１】
なお、輝度モニタによる不惑帯領域は、各画素のピッチと同じ程度の幅、例えば１５μｍ程度の幅にすることが可能であり、実際上の問題はほとんどない。さらに、画素間のチャンネルストッパー程度の幅の数μｍに設定すれば輝度モニタの影響は、無視することができる。
【００８２】
図１１は、第３実施形態の焦点検出装置のセンサ１０ｂの構成を示す。
【００８３】
エリアセンサ部ａ，ｂ，ｃ，ｄは、それぞれに輝度モニタ１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄを持つ。すなわち、各エリア部ａ，ｂ，ｃ，ｄはそれぞれ完全に独立して読み出し制御される。一方、エリア部ａ，ｂ，ｃ，ｄの輝度モニタは、基準部と参照部が接続されている。すなわち、輝度モニタ１０１ａと１０１ｃが接続線Ｌ３により、輝度モニタ１０１ｂと１０１ｄが接続線Ｌ４により、それぞれ接続されている。それぞれは、輝度モニタ出力の和で、エリア部ａとｃが同一の監視状態で制御され、一方、ｂとｄが同一の監視状態で制御される。
【００８４】
また、ラインセンサ部ｆについては、モニタを省略している。代わりに、ラインセンサ部ｅのモニタ１０１ｅｆだけで、ラインセンサ部ｆも制御するようにする。この場合の輝度モニタの面積は、ｅとｆで各々持たせる場合と比較して２倍とする。これにより、輝度モニタの平均光量は同じとなり、センサ部の積分制御は複数モニタ時と同等になる。
【００８５】
図１２は、第４実施形態の焦点検出装置のセンサ１０ｃを示す。
【００８６】
この例では、ライン方向にだけ別設モニタを配置している。また、これもＣＣＤ型である。ａ，ｃはエリアセンサ部で、ｅ，ｆはラインセンサ部である。２０１ｅ，２０１ｆは電荷蓄積時間を決めるための被写体輝度を測定する輝度モニタである。２０２ａ，２０２ｃ，２０２ｅ，２０２ｆは、受光部(光電変換部)で被写体からの光を受光し光電変換する。２０３ａ，２０３ｃは、電荷蓄積部で２０２で発生した電荷を一時保持する。２０４ａ，２０４ｃ，２０４ｅｆは、シフトレジスタ部(読み出しレジスタ)である。ａ，ｃのエリア部は、各々別々に読み出す。２０５ａ，２０５ｃ，２０５ｅｆは出力ゲートであり、２０６ａ，２０６ｃ，２０６ｅｆは読み出し部である。電荷データは電圧データとして読み出す。
【００８７】
ここで、ライン部は、ｅ部、ｆ部から電荷を一緒に読み出すために、２０４は一本となっている。ライン用輝度モニタ２０１ｅと２０１ｆは、最短距離で接続されている。一方、エリア用輝度モニタは、ここでは省略されている。
【００８８】
これをカメラのファインダー表示では、図１３（ｃ）のようになる。ライン用輝度モニタの位置が６７である。図１３（ｄ）は、エリアとラインの位置関係を９０度回転配置した場合であり、輝度モニタの位置が６８である。
【００８９】
このタイプの制御は、図１４に示すフローに従って行う。
【００９０】
すなわち、ステップＳ１で、センサ部ａ,ｃ,ｅ,ｆで受光の積分を開始する。Ｓ２で、ライン用輝度モニタ出力が所定値になれば、４つのセンサ部ａ,ｃ,ｅ,ｆの積分を自動終了する。自動とは、電気回路構成によってのみ制御する方法である。Ｓ３で、センサ部ａ,ｃ,ｅ,ｆからの出力データを、例えばマイクロコンピュータに取り込んで、Ｓ４で各データをチェックする。
【００９１】
チェック方法はいくつかある。例えば、最大値と最小値を確認する方法や、平均データを取って確認する方法、中央値を使用する方法などがある。ここでは、例えば、センサ部ａの平均値をＡ_m、センサ部ｃの平均値をＣ_m とする。
【００９２】
Ｓ５で、Ａ_m又はＣ_mが所定値Ｍｘより大きければ、センサ部のデータがオーバーフローしている可能性があるということで、Ｓ９へ進む。ここで、ピーク値をＡ_m又はＣ_mとして、演算においてオーバーフローしない所定値をＭｘとしてチェックしてもよい。
【００９３】
Ｓ６では、Ｓ５でＡ_m又はＣ_mが所定値Ｍｎより小さければ、センサ部のデータが小さ過ぎる可能性があるということで、Ｓ８へ進む。ここも、例えば最小値Ａ_m又はＣ_mとして、演算でＳ／Ｎが落ちない所定値をＭｎとしてチェックしてもよい。
【００９４】
Ｓ９では、次回の積分時間を、現在の積分時間の１／２に設定する。Ｓ８では、次回の積分時間を現在の積分時間の２倍に設定する。
【００９５】
そして、Ｓ１０で、センサ部ａ,ｃだけ再積分を行う。Ｓ１１では、Ｓ９,Ｓ８で設定した積分時間だけ積分を行い、ソフト制御により積分強制終了する。Ｓ１２で、センサ部ａ,ｃのデータのみコントローラーに取り込み、Ｓ４へ戻る。
【００９６】
演算に適したデータが得られれば、Ｓ７で、部ａ,ｃおよびｅ,ｆのデータを使って焦点検出演算を行う。
【００９７】
図１５に、第５実施形態の焦点検出装置のセンサ１０ｄを示す。
【００９８】
センサ１０ｄは、ラインセンサ部にだけ画素モニタ機能を持つＣＭＯＳ型センサである。このタイプでは、ラインセンサ部から各画素データはスイッチングにより取り出す。各エリアセンサ部がａとｃ、ラインセンサ部がｅとｆである。エリアセンサ部の３０２ａと３０２ｃがエリア受光部であり、２０７ａ，２０７ｃがデータ読み出し線である。ラインセンサ部の３０２ｅと３０２ｆがライン受光部であり、２０７ｅｆがデータ読み出し線である。
【００９９】
輝度モニタ機能は、各画素に光電変換後の電荷を非破壊で読み出す回路を設け、いずれかの画素出力が所定値に達すれば積分を終了するように構成してある。すなわち、ラインセンサ部のピークチェックである。
【０１００】
ラインだけに設けているのは、ラインセンサであれば並列に回路を配置しやすいためである。エリアに配置すると、画素の間隔を大きくとる必要がありセンシング能力が落ちる。また、全画素に対し回路を設けると大きな規模になりすぎ、センサチップの大きさが大きくなり高コストになる。これらの問題を無くすために、ラインにだけ輝度モニタ機能を設けることになる。
【０１０１】
また、ラインに設けると、図のような配置ではエリアセンサの中央位置にモニタ機能があることになり、狙うべき被写体を捕らえているため、適切な積分時間制御ができる。
【０１０２】
このセンサに対応する結像レンズは、図４のものが使用できる。なお、この場合の被写体との関係は、図１３（ｃ）の位置関係となる。
【０１０３】
図１６と図１７に、第６実施形態の焦点検出装置のセンサ１０ｅとセパレータレンズ９ａを示す。
【０１０４】
これは、図１５のセンサと同じＣＭＯＳ型で構成し、ラインセンサ部を３組、エリアセンサ部を１組持つタイプである。輝度モニタ機能は、各ラインセンサ部に独立して持つ。中央のラインの輝度モニタ機能のみ、エリアセンサ部の制御も同時に行う。すなわち、中央のラインとエリアは図１５が配置され、その両横に独立したラインセンサ部を設けたことにもなる。ラインの数は、さらに増やすことも可能である。方向も、縦だけでなく、エリアの上下に横方向のライン配置も可能である。
【０１０５】
図１６では、中央のエリアセンサ部ａ，ｃの両横にラインセンサ部ｐ，ｑ；ｅ，ｆ；ｓ，ｔを配置するため、横方向よりも縦に画素の多い配置となる。このセンサ部に対応する結像セパレータレンズ９ａは、図１７に示すように縦方向のラインセンサ部用９３〜９８の３組６個、エリア用に９１，９２の１組２個のレンズが必要である。ライン用のレンズ９３〜９８は、各々同じ径、焦点距離を持つ。エリア用のレンズ９１，９２は、ライン用のレンズ９３〜９８より径は大きい。
【０１０６】
なお、上記各実施形態において、エリアセンサを用いた測距方法は例えば特開平９−３２９８１８号公報に、モニタ制御方法およびエリアセンサの使用方法は例えば特開平１０−１２６６８１号公報に、ピント検出演算方法は例えば特開平９−１２６７５７号公報に、それぞれ開示された公知の方法による。
【０１０７】
以上説明したように、上記各実施形態の焦点検出装置は、被写体の輝度分布が一様でない場合にも、検出誤差の少なくすることができる
【０１０８】
なお、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施可能である。
【０１０９】
例えば、本発明は、カメラ用の焦点検出装置に限らず、種々の分野の焦点検出装置に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の焦点検出装置のセンサの平面図である。
【図２】図１の検出装置を備える一眼レフカメラの構成図である。
【図３】焦点検出装置の構成図である。
【図４】図３の焦点検出装置のレンズの斜視図である。
【図５】変形例のセンサの平面図である。
【図６】ファインダーの見え方の説明図である。
【図７】焦点検出装置で検出される領域に対する走査方向の説明図である。
【図８】コンパクトカメラの構成図である。
【図９】図８のカメラが備える焦点検出装置の要部構成図である。
【図１０】第２実施形態の焦点検出装置のセンサの平面図である。
【図１１】第３実施形態の焦点検出装置のセンサの平面図である。
【図１２】第４実施形態の焦点検出装置のセンサの平面図である。
【図１３】ファインダ視野と輝度モニタとの関係を示す説明図である。
【図１４】図１２の焦点検出装置における輝度モニタ処理のフローチャートである。
【図１５】第５実施形態の焦点検出装置のセンサの平面図である。
【図１６】第６実施形態の焦点検出装置のセンサの平面図である。
【図１７】図１６の焦点検出装置で用いる結像レンズの要部平面図である。
【図１８】図１のセンサをコントロールする制御回路図である。
【符号の説明】
１カメラボディ
２撮影レンズ
３メインミラー
４サブミラー
５焦点検出装置
６コンデンサレンズ
７モジュールミラー
８絞りマスク
９セパレータレンズ
１０，１０’，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ電荷蓄積型センサ
２０カメラ本体
２１測距装置
２２レンズ
２３センサ
６０ファインダー枠
６１人物
６２髪の毛
６３モニタ位置
６４焦点検出領域
６５モニタ位置
６６モニタ位置
６７モニタ位置
６８モニタ位置
６９焦点検出領域
９１〜９８レンズ
１０１ａｂ，１０１ｃｄ，１０１ｅ，１０１ｆ輝度モニタ
１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，１０２ｄ，０２ｅ，１０２ｆ受光部
１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ，１０３ｄ電荷蓄積部
１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ，１０４ｄ，１０４ｅｆシフトレジスタ部
１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃ，１０５ｄ，１０５ｄ，１０５ｅｆ出力ゲート
１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃ，１０６ｄ，１０６ｅｆ読み出し部
２０１ｅ，２０１ｆ輝度モニタ
２０２ａ，２０２ｃ，２０２ｅ，２０２ｆ受光部
２０３ａ，２０３ｃ電荷蓄積部
２０４ａ，２０４ｃ，２０４ｅｆシフトレジスタ部
２０５ａ，２０５ｃ，２０５ｅｆ出力ゲート
２０６ａ，２０６ｃ，２０６ｅｆ読み出し部
２０７ｅｆデータ読み出し線
３０２ａ，３０２ｃエリア受光部
２０７ａ，２０７ｃデータ読み出し線
３０２ｅ，３０２ｆライン受光部
９１０，９２０，９３０，９４０結像範囲
ａ，ｂ，ｃ，ｄエリアセンサ部
ｅ，ｆラインセンサ部
ｇ，ｈ，ｉ，ｊエリアセンサ部
ｋ，ｌ，ｐ，ｑ，ｓ，ｔラインセンサ部
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４接続線

Claims

被写体領域からの光束を複数の結像レンズでそれぞれ別々の結像エリアに結像させる結像手段と、複数の前記結像エリアのうち一部の前記結像エリアにそれぞれ配置され、結像光をそれぞれ電荷蓄積型ライン受光素子で受光する複数のライン受光手段と、他の一部の前記結像エリアにそれぞれ配置され、結像光をそれぞれ電荷蓄積型エリア受光素子で受光する複数のエリア受光手段とを備え、前記ライン受光手段および／または前記エリア受光手段からの複数の被写体像データを利用して、ピント位置または被写体までの距離を検出する焦点検出装置において、
前記複数のライン受光手段の前記ライン受光素子の側部に、前記ライン受光手段の前記ライン受光素子および／又は前記エリア受光手段の前記エリア受光素子の電荷蓄積時間を制御するための輝度モニタ受光素子を備えたことを特徴とする、焦点検出装置。
上記輝度モニタ受光素子の代わりに、前記複数のライン受光手段の前記ライン受光素子により、前記ライン受光手段の前記ライン受光素子および／又は前記エリア受光手段の前記エリア受光素子の電荷蓄積時間を制御することを特徴とする、請求項１記載の焦点検出装置。
被写体領域からの光束を２つの光束に分け、各々異なる位置に一対の被写体像として結像させる結像レンズと、該一対の被写体像を電気信号に変換する固体撮像素子とを備え、被写体までの距離又は被写体像のピントを検出する焦点検出装置において、
少なくとも第１および第２組の前記結像レンズおよび前記固体撮像素子を備え、
第１および第２組の前記結像レンズは、被写体領域内の同一領域について、それぞれ一対の被写体像を互いに交叉する方向に結像させ、第１および第２組の前記固体撮像素子のそれぞれの受光部は、互いに交叉する方向に配置され、
第１組の前記固体撮像素子の受光部は、エリア状に配列された受光素子を有し、
第２組の前記固体撮像素子の受光部は、ライン状に配列された受光素子と、該受光素子又はその近傍における輝度をモニタする輝度モニタ機能部とを有し、
該輝度モニタ機能部の出力により、前記第１および第２組の固体撮像素子の制御が行われることを特徴とする、焦点検出装置。
第２の前記固体撮像素子の前記受光部と前記輝度モニタ機能部とは、それぞれ別個の受光素子を有し、該各受光素子は、上記一対の被写体像の各結像中心を結ぶ線に大略沿って配置されることを特徴とする請求項３記載の焦点検出装置。
第２の前記固体撮像素子の前記受光部と前記被写体輝度モニタ機能部とは、共通の受光素子を有し、該受光素子は、上記一対の被写体像の各結像中心を結ぶ線に大略沿って配置されることを特徴とする請求項３記載の焦点検出装置。
第１の前記結像レンズによる一対の被写体像の各結像中心間の中点に関して点対称位置に、第２組の前記結像レンズによる一対の被写体像が結像され、
第２組の前記固体撮像素子の前記輝度モニタ機能部の各受光位置は、それぞれ、第１組の前記固体撮像素子の前記各受光部の略中央部分に相当することを特徴とする請求項３記載の焦点検出装置。
第１および第２組の前記結像レンズは、被写体領域内の同一部分領域について、それぞれ被写体像を結像し、第１および第２組の前記固体撮像素子は、被写体領域内の同一領域を検出することを特徴とする、請求項３記載の焦点検出装置。