JP5846245B2 - 自動焦点検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、瞳分割位相差方式の自動焦点検出装置に関する。

一眼レフカメラに搭載される自動焦点検出装置は、瞳分割位相差方式の場合、瞳分割された一対の被写体像をラインセンサ上に照射し、ラインセンサ上の一対の被写体像の位相差からデフォーカスを求める構成である。具体的には、ラインセンサ上に形成された一対の被写体像の間隔が所定長のときに合焦、所定長より短いときには前ピン、所定長より長いときには後ピンと判定され、合焦位置からのピントずれの量がデフォーカス量として出力される。

この瞳分割位相差方式の焦点検出には、水平方向のコントラスト成分を有する被写体について焦点検出する縦線検出と、垂直方向のコントラスト成分を有する被写体について焦点検出する横線検出と、この縦線検出と横線検出の両方を実施するクロス型検出とが知られている。

例えば特許文献１には、クロス型の焦点検出において、垂直・水平二組の画素列の出力を足し合わせた値（合成センサ出力）から位相差を求めることで、焦点検出精度が向上する旨の記載がある。また特許文献２には、クロス型の焦点検出に用いる２対のラインセンサを平行に隣接させ且つラインセンサの並び方向を相対的にずらして配置することで、感度を落とさずに画素ピッチを狭くでき、これによって焦点検出精度が向上する旨の記載がある。

特公平７−７４８５５号公報 特開２００５−３００８４４号公報 特開平２−２７２４１０号公報 特開２００２−１７４７６６号公報

しかし、従来の縦線検出、横線検出及びクロス型検出のいずれによっても、被写体が斜め方向にコントラスト成分（輝度分布）を有している場合は、ピントずれが生じてしまう。特許文献１、２には、斜め方向のコントラスト成分を有する被写体に関する記載がなく、斜め方向のコントラスト成分を検出する斜め線検出について何ら開示していない。

斜め線検出は、縦線検出用ラインセンサまたは横線検出用ラインセンサの出力を利用して実現可能であるが、部品精度や組み立て誤差によって一対のラインセンサ上に形成される被写体像の位置がずれていると、被写体の異なる領域を焦点検出していることとなり、焦点検出精度が著しく低下してしまう問題があった。この部品精度による斜め線検出の精度低下を抑える対策方法としては、例えば特許文献３にセパレータレンズの誤差に合わせてセンサ配置を決めることが記載されているが、樹脂成形部品であるセパレータレンズのキャビティ毎にラインセンサを用意しなければならず、コストがかかる。また特許文献４には、セパレータレンズ自体の精度を上げることで斜め線検出精度を向上させることが記載されているが、部品加工精度に限界があり、かつ、ラインセンサを光学系に組み付けする際に生じる組み立て誤差の影響を補正することができない。

本発明は、以上の問題意識に基づき、低コスト及び簡単な構成で、部品精度や組み立て誤差の影響を減少させ、斜め線検出精度を高められる自動焦点検出装置を得ることを目的とする。

本発明は、二つの画素列を平行に隣接させたパラレルラインセンサを用いれば該パラレルセンサの二つの画素列の出力波形の位相差から被写体の輪郭（エッジ角度の影響度）を把握できること、及び、被写体の輪郭（エッジ角度の影響度）に応じてデフォーカス量を補正するまたはデフォーカス演算に用いる一対のラインセンサを選択することで、部品精度や組み立て誤差の影響が少なくなり、斜め線検出精度を高められることに着眼して完成されたものである。

すなわち、本発明は、被写体光束を瞳分割して一対の被写体像を異なる検出領域のラインセンサ上に投影し、該投影した一対の被写体像の位相差からデフォーカス量を求める自動焦点検出装置において、ラインセンサは、横方向に配置した縦線検出用の一対の横ラインセンサと縦方向に配置した横線検出用の一対の縦ラインセンサで構成され、各々が二つの画素列を平行に隣接させたパラレルラインセンサであって、このパラレルラインセンサの二つの画素列の出力波形の位相差から算出された前記被写体像のエッジ角度の影響度を判別する判別手段と、前記パラレルラインセンサについて予め測定により検出した誤差量から定めたエッジ角度の影響度を所定値範囲と比較し、比較結果に応じてデフォーカス演算に用いる一対のラインセンサの出力を選択する選択手段と、選択されたセンサ出力に基づいてデフォーカス演算する演算手段と、を備えたことを特徴としている。

選択手段は、前記エッジ角度の影響度を所定値範囲と比較して一対のラインセンサの焦点ずれ量が小さい方の出力を選択することが好ましい。

選択手段はまた、一対の横ラインセンサ及び一対の縦ラインセンサの両方の焦点ずれ量が所定値以内となるエッジ角度の影響度のときは、該一対の横ラインセンサと一対の縦ラインセンサの両方を選択することが好ましい。この場合、演算手段は、一対の横ラインセンサの出力を用いたデフォーカス演算結果と一対の縦ラインセンサの出力を用いたデフォーカス演算結果の平均値を算出し、この平均値をデフォーカス量として求める。

本発明によれば、二つの画素列を平行に隣接させたパラレルラインセンサを採用し、このパラレルセンサの隣接する二つの画素列の出力波形の位相差に応じてデフォーカス量を補正するまたはデフォーカス演算に用いる一対のラインセンサの出力を選択するので、センサ光学部品の部品精度や組み立て誤差があってもその影響をなくすことができ、低コスト及び簡単な構成で、斜め線検出精度を高められる自動焦点検出装置が得られる。

本発明の自動焦点検出装置を搭載した一眼レフカメラの主要構成を示すブロック図である。 ＡＦモジュールの構成を示す分解斜視図である。 ラインセンサ上に投影される被写体像を示す模式平面図であって、（Ａ）縦横ラインセンサ対の組み立て誤差がない場合、（Ｂ）縦ラインセンサ対のみ組み立て誤差がある場合、（Ｃ）縦横ラインセンサ対の両方に組み立て誤差がある場合を示している。 パラレルラインセンサの二つの画素列の出力波形を示す模式図であって、（Ａ）縦方向にエッジを有する被写体の場合、（Ｂ）斜め方向にエッジを有する被写体の場合を示している。 被写体像のエッジ角度とラインセンサの焦点ずれ量との関係を示すグラフである。 参考例の製造段階で実施される、セパレータレンズの部品精度及び縦横ラインセンサ対の組み立て誤差による焦点検出誤差を検出するフローチャートである。 図６のＳ５で実行される誤差補正情報の記憶処理の一例を示すフローチャートである。 参考例におけるＡＦ処理の一例を示すフローチャートである。 実施形態において、製造段階で実施される、セパレータレンズの部品精度及び縦横ラインセンサ対の組み立て誤差による焦点検出誤差を検出するフローチャートである。 実施形態において、縦ラインセンサ対の組み立て誤差がある場合に実施するＡＦ処理の一例を示すフローチャートである。 実施形態において、縦横ラインセンサ対の両方に組み立て誤差がある場合に実施するＡＦ処理の一例を示すフローチャートである。

図１は、本発明を一眼レフカメラの自動焦点検出装置に適用した実施形態であって、その主要構成をブロックで示した図である。このＡＦ一眼レフカメラは、自動焦点検出装置としてＡＦモジュール（自動焦点検出モジュール）６０を内蔵したカメラボディ１１と、このカメラボディ１１に着脱可能なＡＦ対応の撮影レンズ５１とを備えている。

カメラボディ１１は、カメラボディ１１および撮影レンズ５１を総括的に制御し、判別手段、選択手段、及び演算手段としても動作するボディＣＰＵ３１を備えている。一方、撮影レンズ５１は、レンズ機能を制御するレンズＣＰＵ５７を備えている。さらにカメラボディ１１は、撮影レンズ５１に搭載されたレンズＣＰＵ５７との間でレンズ情報、ＡＦレンズ駆動情報等を入出力する周辺制御回路２１を備えている。

撮影レンズ５１からカメラボディ１１内に入射した被写体光束は、大部分がメインミラー１３により、ファインダ光学系を構成するペンタプリズム１７に向かって反射され、ペンタプリズム１７で反射されてアイピースから射出する。ペンタプリズム１７から射出された被写体光束の一部は測光ＩＣ１８の受光素子に入射する。一方、メインミラー１３の中央部に形成されたハーフミラー部１４に入射した光束の一部はハーフミラー部１４を透過し、メインミラー１３の背面に設けられたサブミラー１５により下方に反射され、ＡＦモジュール６０に入射する。

測光ＩＣ１８は、受光量に応じて光電変換した電気信号を、周辺制御回路２１を介してボディＣＰＵ３１に測光信号として出力する。ボディＣＰＵ３１は、測光信号およびフィルム感度情報等に基づいて所定の露出演算を実行し、露出用の適正シャッタ速度および絞り値を算出する。そして、これらの算出したシャッタ速度および絞り値に基づいて、撮影処理の際に周辺制御回路２１は、絞り機構２２を駆動して撮影レンズ５１の絞り（図示せず）を算出した絞り値に設定し、算出したシャッタ速度に基づいて露光機構２３を駆動して露光する。

ＡＦモジュール６０は、被写体７０の焦点状態を検出して画素単位のビデオ信号をボディＣＰＵ３１に出力する。ボディＣＰＵ３１は、ＡＦモジュール６０からの入力信号に基づいてデフォーカス演算を行い、算出したデフォーカス量だけモータードライブ回路３２を介してＡＦモータ３３を駆動する。ＡＦモータ３３の回転は、ギアブロック３４により減速され、カメラボディ１１のマウント部に設けられたジョイント３５と撮影レンズ５１のマウント部に設けられたジョイント５５との接続を介して撮影レンズ５１のギアブロック５４に伝達され、ギアブロック５４を介して焦点調節光学系５６を進退移動させる。

ボディＣＰＵ３１は、制御プログラム等をメモリしたＲＯＭ３１ａ、演算用、制御用の所定のデータを一時的にメモリするＲＡＭ３１ｂ、Ａ／Ｄ変換器３１ｃ及びＤ／Ａ変換器３１ｄを内蔵している。

ボディＣＰＵ３１には、スイッチ手段として、周辺制御回路２１等への電源をオン／オフするメインスイッチＳＷＭ、レリーズボタンの半押しでオンする測光スイッチＳＷＳ、レリーズボタンの全押しでオンするレリーズスイッチＳＷＲが設けられている。

またボディＣＰＵ３１には、設定されたＡＦ、露出、撮影などのモード、シャッタ速度、絞り値などの各種撮影情報を表示する表示パネル３６と、外部不揮発性メモリ手段としてのＥＥＰＲＯＭ３８が接続されている。表示パネル３６は、通常、カメラボディ１１の外面およびファインダ視野内の２ヶ所に設けられた表示器を含む。ＥＥＰＲＯＭ３８には、カメラボディ１１特有の各種定数などがメモリされている。

カメラボディ１１には、撮像手段としてのＣＣＤイメージセンサ４５が設けられている。ＣＣＤイメージセンサ４５による撮像面と等価に、ＡＦモジュール６０による焦点検出面が設定されている。ＣＣＤイメージセンサ４５の出力信号は、ＡＦＥ（アナログフロントエンド）４６でデジタル化され、ＤＳＰ４１でＬＣＤ４２に表示可能なビデオ信号に加工される。ＤＳＰ４１は、ボディＣＰＵ３１との間で撮影に関する情報を授受する。

図２は、ＡＦモジュール６０の構成を示す分解斜視図である。ＡＦモジュール６０は、いわゆる瞳分割位相差方式のＡＦモジュールであって、撮影レンズ５１による被写体像（一次像）ｆ１が形成される予定焦点面（一次結像面）よりも後方に配置したコンデンサーレンズ６１と、コンデンサーレンズ６１により集められた被写体光束を瞳分割するセパレータマスク６２及びセパレータレンズ６３と、瞳分割された一対の被写体像（二次像）ｆ２Ｖ、ｆ２Ｈが一対の横ラインセンサ６４Ｈ及び一対の縦ラインセンサ６４Ｖ上に投影されるＣＣＤ焦点検出素子６４とを備えている。セパレータマスク６２は、セパレータレンズ６３の入射側に配置されていて、被写体光束を透過させる透過穴６２Ｖ、６２Ｈを縦方向と横方向にそれぞれ一対ずつ有している。セパレータレンズ６３は、複数のレンズを一体成形したものである。

ＣＣＤ焦点検出素子６４は、いわゆる瞳分割された一対の被写体光束をそれぞれ受光して積分する複数のラインセンサを有している。複数のラインセンサは、横方向に配置した縦線検出用の一対の横ラインセンサ６４Ｈと縦方向に配置した横線検出用の一対の縦ラインセンサ６４Ｖとで構成され、一対の横ラインセンサ６４Ｈ及び一対の縦ラインセンサ６４Ｖを構成する各ラインセンサが、二つの画素列ａ、ｂを間隔ｄで平行に隣接させたパラレル型ラインセンサ（図４）からなる。なお、このパラレル配置される二つの画素列ａ、ｂは隣接するラインセンサであればよく、従って画素列ａ、ｂを半ピッチずつずらして並べて千鳥格子のように配置しても、またはエリアセンサ配列されたセンサ列の任意の二つの画素列であってもよく、その作用に変化はない。

このＣＣＤ焦点検出素子６４には、図示されていないが、各ラインセンサの受光光量（積分値）をチェックするモニタセンサと、各ラインセンサ及びモニタセンサを駆動制御する制御回路系が備えられている。制御回路系は、モニタセンサのモニタ電圧（出力電圧）が所定の閾値に達すると、そのモニタセンサに対応するラインセンサの積分を終了させる。そして、全てのラインセンサの積分を終了させると、ラインセンサが積分した電荷を、ラインセンサ毎に画素単位で逐一電圧に変換し、画素単位のビデオ信号として、ボディＣＰＵ３１へ出力する。

図３（Ａ）〜（Ｃ）は、ＣＣＤ焦点検出素子６４の一対の横ラインセンサ６４Ｈ及び一対の縦ラインセンサ６４Ｖ上にそれぞれ投影される一対の被写体像ｆ２Ｖ、ｆ２Ｈを示す模式平面図である。

図３（Ａ）は、セパレータレンズ６３の部品精度が良好で、かつ、一対の横ラインセンサ６４Ｈ及び一対の縦ラインセンサ６４Ｖの組み立て誤差がない場合を示している。この場合、一対の横ラインセンサ６４Ｈには一対の被写体像ｆ２Ｈの同じ領域が、一対の縦ラインセンサ６４Ｖには被写体像ｆ２Ｖの同じ領域が投影される。

図３（Ｂ）は、一対の横ラインセンサ６４Ｈ及び一対の縦ラインセンサ６４Ｖの組み立て誤差はないが、一対の縦ラインセンサ６４Ｖに対するセパレータレンズ６３の部品精度が悪い場合、またはセパレータレンズ６３の部品精度は良好、一対の横ラインセンサ６４Ｈの組み立て誤差はないが、一対の縦ラインセンサ６４Ｖの組み立て誤差がある場合を示している。この場合、一対の横ラインセンサ６４Ｈ上には一対の被写体像ｆ２Ｈの同じ箇所が投影されるものの、一対の縦ラインセンサ６４Ｖ上には一対の被写体像ｆ２Ｖの異なる箇所が投影される。このままの状態でＣＣＤ焦点検出素子６４が焦点検出すると、一対の縦ラインセンサ６４Ｖは一対の被写体像ｆ２Ｖの異なる箇所を焦点検出することとなり、焦点検出精度が著しく低下してしまう。ここで、一対の縦ラインセンサ６４Ｖ上に投影された一対の被写体像ｆ２Ｖにはマイナス方向（被写体像の間隔が狭まる方向）の誤差が生じ、一対の縦ラインセンサ６４Ｖの出力に基づいて合焦させた場合は後ピンとなってしまう。

図３（Ｃ）は、セパレータレンズ６３の部品精度は良好であるが、一対の横ラインセンサ６４Ｈと一対の縦ラインセンサ６４Ｖの両方に組み立て誤差がある場合を示している。この場合、一対の横ラインセンサ６４Ｈ上に投影される一対の被写体像ｆ２Ｈにはプラス方向（被写体像の間隔が広がる方向）の誤差が生じ、一対の縦ラインセンサ６４Ｖ上に投影される一対の被写体像ｆ２Ｖにはマイナス方向（被写体像の間隔が狭まる方向）の誤差が生じる。このため、一対の横ラインセンサ６４Ｈの出力に基づいて合焦させた場合は前ピン、一対の縦ラインセンサ６４Ｖの出力に基づいて合焦させた場合は後ピンとなってしまう。

図４は、一対の横ラインセンサ６４Ｈを構成するパラレルラインセンサの二つの画素列ａ、ｂ上に投影される被写体像と、このパラレルラインセンサの出力波形Ｖａ、Ｖｂとの関係を示す模式平面図である。図４において、画素列ａ、ｂ上に投影される被写体像は塗りつぶして示してある。

被写体が縦方向にコントラスト成分（輝度分布）を有する場合は、図４（Ａ）に示されるように、上下に並ぶ二つの画素列ａ、ｂにおいて横方向の同じ位置で被写体の輪郭（エッジ）が投影されるので、該二つの画素列ａ、ｂからの出力波形Ｖａ、Ｖｂは同一となり、位相差ｐは生じない。

これに対し、被写体が斜め方向にコントラスト成分（輝度分布）を有する場合は、図４（Ｂ）に示されるように、上下に並ぶ二つの画素列ａ、ｂにおいて横方向の異なる位置に被写体像の輪郭（エッジ）が投影されるので、該二つの画素列ａ、ｂからの出力波形Ｖａ、Ｖｂに位相差ｐが生じる。画素列ａ、ｂの位相差ｐは、セパレータレンズ６３の部品精度及びセンサ組み立て誤差とは無関係に、被写体像のエッジ角度θのみによって変化する。

被写体像のエッジ角度θ（図４（Ｂ）に示すように二つの画素列ａ、ｂの並び方向と直交する方向に対する時計回り方向に測った角度）［ｄｅｇ］は、ラインセンサの画素列ａ、ｂの間隔ｄ、画素列ａ、ｂの出力波形Ｖａ、Ｖｂの位相差ｐとしたとき、横ラインセンサ６４Ｈにおいてはｔａｎθ＝ｐ／ｄにより、縦ラインセンサ６４Ｖにおいてはｔａｎ（θ−９０°）＝ｐ／ｄにより算出できる。ただし位相差ｐは、ｐ＝Ｖｂ−Ｖａによって算出され、図４（Ｂ）の例の場合、ｐの符号は正の値を取る。また縦ラインセンサ６４Ｖは横ラインセンサ６４Ｈを基準に半時計回り方向に９０°回転させた配置を取るセンサである為、ｔａｎ（θ−９０°）を用いる。なお、図４は、説明の便宜上、位相差を検出するパラレルラインセンサの二つの画素列ａ、ｂの位相差検出領域に単一のエッジが存在する場合を示している。実際の撮影時には、状況により、パラレルラインセンサの二つの画素列ａ、ｂの位相差検出領域に角度の異なる複数のエッジが混在する場合も想定される。その場合、パラレルラインセンサの二つの画素列ａ、ｂの出力波形Ｖａ、Ｖｂの位相差ｐから算出されるエッジ角度θは、これら角度の異なる複数のエッジの平均値となり、必ずしも被写体像の単一のエッジ角度と一致しない。複数のエッジが混在するときのエッジ角度θは、厳密に言えば、被写体像のエッジ角度の影響度を示す数値である。一方、パラレルラインセンサの二つの画素列ａ、ｂの出力波形Ｖａ、Ｖｂの位相差ｐと焦点検出誤差量との関係は、単一エッジであっても複数エッジの平均であっても、略一致する。位相差ｐとエッジ角度θの関係は検出するエッジの数に関係なく一義的に決定されるので、本明細書では複数エッジが混在する場合の説明を省略した。

図５は、被写体像のエッジ角度θと横ラインセンサ６４Ｈ及び縦ラインセンサ６４Ｖの焦点ずれ量（焦点検出誤差）との関係を示すグラフである。各ラインセンサの画素列ａ、ｂの並び方向に対する被写体像のずれ（焦点ずれ）はセパレータレンズ６３の部品精度やセンサ組み立て誤差により変化するので、図５のグラフでは、横ラインセンサ６４Ｈの被写体像のエッジ角度θ＝０°及び縦ラインセンサ６４Ｖの被写体像のエッジ角度θ＝１８０゜のときに生じる焦点ずれ量を“０”、横ラインセンサ６４Ｈの被写体像のエッジ角度θ＝４５°及び縦ラインセンサ６４Ｖの被写体像のエッジ角度θ＝１３５°のときに生じる焦点ずれ量を“１”として規格化してある。図５の実線が横ラインセンサ６４Ｈの焦点ずれを示し、破線が縦ラインセンサ６４Ｖの焦点ずれを示している。このように横ラインセンサ６４Ｈと縦ラインセンサ６４Ｖにおいて、被写体像のエッジ角度θの関係は、その位相が９０°シフトしたものになる。

本実施形態は、図５に示す被写体像のエッジ角度θと横ラインセンサ６４Ｈ及び縦ラインセンサ６４Ｖの焦点ずれ量との関係を利用し、被写体像のエッジ角度θに応じてデフォーカス演算に用いるラインセンサの出力を補正または選択することにより、斜め方向にコントラスト成分（輝度分布）を有する被写体についても焦点検出精度を高める。

先ず、図６〜図８を参照し、被写体像のエッジ角度θに応じてデフォーカス演算に用いるラインセンサ対の出力を補正する参考例について説明する。図６〜図８のフローチャートは、ボディＣＰＵ３１により実行される。

図６は、製造段階で実施される、セパレータレンズ６３の部品精度と一対の横ラインセンサ６４Ｈ及び一対の縦ラインセンサ６４Ｖの組み立て誤差による焦点検出誤差を検出するフローチャートである。ボディＣＰＵ３１は、先ず、所定距離に予め設置しておいた被写体７０としてのチャートをＡＦモジュール６０により焦点検出させ（Ｓ１）、チャート角度α（図３（Ｂ）、（Ｃ）参照）で、パラレルラインセンサの二つの画素列ａ、ｂの出力波形Ｖａ、Ｖｂの位相差ｐを測定し（Ｓ３）、チャート角度αにおける誤差補正情報をＥＥＰＲＯＭ３８に記憶する（Ｓ５）。チャートは、初期状態において、パラレルラインセンサの位相差から算出される被写体像のエッジ角度θ＝０°となる向き、すなわちチャート角度α＝０°で設置しておく。Ｓ３で位相差測定するパラレルラインセンサは、一対の横ラインセンサ６４Ｈ及び一対の縦ラインセンサ６４Ｖを構成するいずれのパラレルラインセンサでもよいが、後述のＳ２７でエッジ角度θの算出に用いるパラレルセンサと同一のものとする。

図７は、図６のＳ５で実行される誤差補正情報の記憶処理の一例を示すフローチャートである。この処理では、被写体像のエッジ角度θ＝０°となる向きで設置しておいたチャートをＡＦモジュール６０により焦点検出させ（Ｓ１１）、被写体像のエッジ角度θと一対の横ラインセンサ６４Ｈ及び一対の縦ラインセンサ６４Ｖの焦点ずれ量とを関連させた誤差補正情報をＥＥＰＲＯＭ３８に記憶し（Ｓ１３）、被写体像のエッジ角度θが１８０°であるか否かをチェックする（Ｓ１５）。被写体像のエッジ角度θが１８０°でなければ、被写体像のエッジ角度θを＋１°増やす方向及び回転量でチャートを回転させ（Ｓ１５；Ｎ、Ｓ１７）、Ｓ１１へ戻る。そして、被写体像のエッジ角度θが１８０°になったら、処理を終了する（Ｓ１５；Ｙ）。被写体像のエッジ角度θが１８０°になるまでＳ１１〜Ｓ１７の処理を繰り返すことにより、被写体像のエッジ角度θ（０°≦θ≦１８０°；θは正の整数）に対応する誤差補正情報が得られる。

図８は、ＡＦ処理を示すフローチャートである。ボディＣＰＵ３１は、先ず、ＣＣＤ焦点検出素子６４の一対の横ラインセンサ６４Ｈ及び一対の縦ラインセンサ６４Ｖに積分を開始させ（Ｓ２１）、いずれかのモニタセンサのモニタ電圧が所定の閾値に達したときまたは所定時間が経過したときのいずれか早いときに、一対の横ラインセンサ６４Ｈ及び一対の縦ラインセンサ６４Ｖの各々に蓄積された蓄積電荷を画素単位のビデオ信号として順に読み出し（Ｓ２３）、読み出した一対の横ラインセンサ６４Ｈ及び一対の縦ラインセンサ６４Ｖの出力の少なくとも一方を用いてデフォーカス演算する（Ｓ２５）。

続いて、Ｓ２３で読み出したパラレルラインセンサの二つの画素列の出力波形Ｖａ、Ｖｂの位相差ｐから該パラレルラインセンサ上に投影された被写体像のエッジ角度θを算出する（Ｓ２７）。ここで、エッジ角度θは、ｔａｎθ＝ｐ／ｄにより算出する。ｄは、読み出したパラレルラインセンサの二つの画素列の間隔である。Ｓ２７のエッジ角度算出に利用するパラレルラインセンサは、一対の横ラインセンサ６４Ｈ及び一対の縦ラインセンサ６４Ｖを構成するいずれのパラレルラインセンサでもよいが、前述のＳ３の位相差測定に用いたパラレルラインセンサと同一のものとする。本実施例では、一対の横ラインセンサ６４Ｈの一方のパラレルラインセンサを用いている。

続いて、算出した被写体像のエッジ角度θに対応する誤差補正情報を用いて、Ｓ２５で算出したデフォーカス量を補正する（Ｓ２９）。誤差補正情報は、上述したように製造段階（図６、図７）でＥＥＰＲＯＭ３８に記憶されているので、Ｓ２９ではエッジ角度θに対応する誤差補正情報をＥＥＰＲＯＭ３８から読み出して用いる。本実施例では、パラレルラインセンサの二つの画素列ａ、ｂの出力波形Ｖａ、Ｖｂの位相差ｐを被写体像のエッジ角度（またはエッジ角度の影響度）を示す数値θに変換して誤差補正情報を関連させているが、パラレルラインセンサの二つの画素列ａ、ｂの出力波形Ｖａ、Ｖｂの位相差ｐと直接関連させた誤差補正情報を作成し、この誤差補正情報を用いてデフォーカス補正を行ってもよい。

そして、補正後のデフォーカス量が所定の合焦幅より小さいか否かをチェックし（Ｓ３１）、デフォーカス量が所定の合焦幅より小さければ表示パネル３６に合焦ＯＫである旨を表示する（Ｓ３３）。デフォーカス量が所定の合焦幅以上であれば、このデフォーカス量に相当するパルス数を算出し（Ｓ３５）、このパルス数に達するまで、モータードライブ回路３２を介してＡＦモータ３３を駆動させ、焦点調節光学系５６を移動させる（Ｓ３７）。

なお、本実施形態ではＣＣＤ焦点検出素子６４として一対の横ラインセンサ６４と一対の縦ラインセンサ６４Ｖの両方を備えているが、上記参考例においては、必ずしも一対の横ラインセンサ６４と一対の縦ラインセンサ６４Ｖの両方を具備している必要はなく、一対のラインセンサを有していればよい。

次に、図９〜図１１を参照し、被写体像のエッジ角度θに応じてデフォーカス演算に用いるラインセンサ対の出力を選択する実施形態について説明する。図９〜図１１のフローチャートは、ボディＣＰＵ３１により実行される。

図９は、製造段階で実施される、セパレータレンズ６３の部品精度と一対の横ラインセンサ６４Ｈ及び一対の縦ラインセンサ６４Ｖの組み立て誤差による焦点検出誤差を検出するフローチャートである。ボディＣＰＵ３１は、所定距離に予め設置しておいた被写体７０としてのチャートをＡＦモジュール６０により焦点検出させ（Ｓ４１）、一対の横ラインセンサ６４Ｈ及び一対の縦ラインセンサ６４Ｖの組み立てによる誤差量を検出し（Ｓ４３）、この誤差量に応じて実行する制御プログラムを設定する（Ｓ４５）。本実施形態では、一対の縦ラインセンサ６４Ｖのみに組み立て誤差がある場合には図１０に示すＡＦ処理を実行し、一対の横ラインセンサ６４Ｈと一対の縦ラインセンサ６４Ｖの両方に組み立て誤差がある場合には図１１に示すＡＦ処理を実行するように設定する。

図１０は、一対の横ラインセンサ６４Ｈの組み立て誤差はないが、一対の縦ラインセンサ６４Ｖの組み立て誤差がある場合、すなわち、図３（Ｂ）に示すように、一対の横ラインセンサ６４Ｈ上には一対の被写体像ｆ２Ｈの同じ箇所が投影され、一対の縦ラインセンサ６４Ｖ上には一対の被写体像ｆ２Ｖの異なる箇所が投影される場合に実施するＡＦ処理の一例を示すフローチャートである。

ボディＣＰＵ３１は、先ず、ＣＣＤ焦点検出素子６４の一対の横ラインセンサ６４Ｈ及び一対の縦ラインセンサ６４Ｖに積分を開始させ（Ｓ５１）、いずれかのモニタセンサのモニタ電圧が所定の閾値に達したときまたは所定時間が経過したときのいずれか早いときに、一対の横ラインセンサ６４Ｈ及び一対の縦ラインセンサ６４Ｖの各々に蓄積された蓄積電荷を画素単位のビデオ信号として順に読み出し（Ｓ５３）、読み出した一対の横と縦ラインセンサ６４Ｈと６４Ｖの各パラレルラインセンサの二つの画素列ａ、ｂの出力波形Ｖａ，Ｖｂの位相差ｐから被写体像のエッジ角度θを算出する（Ｓ５５）。ここで、エッジ角度θはｔａｎθ＝ｐ／ｄにより算出する。本実施形態では、エッジ角度θの算出に一対の横ラインセンサ６４Ｈのうち一方のパラレルラインセンサを用い、該横ラインセンサ６４Ｈ上に投影された被写体像のエッジ角度θを算出している。Ｓ５３では一対の横ラインセンサ６４Ｈ及び一対の縦ラインセンサ６４Ｖの出力を同時に読み出しているが、Ｓ５３で一対の横ラインセンサ６４Ｈの出力を読み出し、後で一対の縦ラインセンサ６４Ｖの出力を読み出す構成として処理の高速化を図ってもよい。

続いて、算出したエッジ角度θが０°＜θ＜６０°または１２０°＜θ＜１８０°の範囲にあるか否かをチェックし（Ｓ５７）、この範囲内であれば一対の横ラインセンサ６４Ｈの出力を用いてデフォーカス演算する（Ｓ５７；Ｙ、Ｓ５９）。範囲外であれば、一対の縦ラインセンサ６４Ｖの出力を用いてデフォーカス演算する（Ｓ５７；Ｎ、Ｓ６１）。

算出したエッジ角度θが０°＜θ＜６０°または１２０°＜θ＜１８０°の範囲にある場合は、組み立て誤差の生じていない一対の横ラインセンサ６４Ｈの焦点ずれ量が図５に示される実線のように変化を生じないか、あるいは極めて変化が小さいため、一対の横ラインセンサ６４Ｈの出力をデフォーカス演算に用いることで焦点検出精度は良好に維持される。しかし、エッジ角度θが６０°≦θ≦１２０°のときは、一対の横ラインセンサ６４Ｈの出力波形の立ち上がりまたは立ち下がりが急激に減少していることから、焦点検出精度が低下し、また、位相差ｐの検出精度も低下するので、投影される被写体像が二つの画素列ａ、ｂの並び方向にずれていても、図５の破線で示した焦点ずれ量が±０．５以内におさまる一対の縦ラインセンサ６４Ｖの出力をデフォーカス演算に用いるほうが焦点検出精度を高めることができる。なお、一対の横ラインセンサ６４Ｈと一対の縦ラインセンサ６４Ｖを切り替えるエッジ角度θ（閾値）の具体的数値については、例えば個体差などによって生じる組み立て誤差の程度により、±１０°程度の範囲内で変更してもよい。

デフォーカス演算後は、算出したデフォーカス量が所定の合焦幅より小さいか否かをチェックし（Ｓ６３）、デフォーカス量が所定の合焦幅より小さければ表示パネル３６に合焦ＯＫである旨を表示する（Ｓ６３；Ｙ、Ｓ６５）。デフォーカス量が所定の合焦幅以上であれば、このデフォーカス量に相当するパルス数を算出し（Ｓ６３；Ｎ、Ｓ６７）、このパルス数に達するまで、モータードライブ回路３２を介してＡＦモータ３３を駆動させ、焦点調節光学系５６を移動させる（Ｓ６９）。

図１１は、一対の横ラインセンサ６４Ｈと一対の縦ラインセンサ６４Ｖの両方に組み立て誤差がある場合、すなわち、図３（Ｃ）に示すように、一対の横ラインセンサ６４Ｈ上に投影される一対の被写体像ｆ２Ｈにはプラス方向（被写体像の間隔が広がる方向）の誤差が生じ、一対の縦ラインセンサ６４Ｖ上に投影される一対の被写体像ｆ２Ｖにはマイナス方向（被写体像の間隔が狭まる方向）の誤差が生じている場合に実施するＡＦ処理の一例を示すフローチャートである。

図１１のＳ７１、Ｓ７３及びＳ７５の処理は、上述した図１０のＳ５１、Ｓ５３及びＳ５５の処理とほぼ同一である。ただし、図１１のＳ７５では、一対の横ラインセンサ６４Ｈ及び一対の縦ラインセンサ６４Ｖのうちいずれか一つのパラレルラインセンサに対し、該パラレルラインセンサの二つの画素列ａ、ｂの出力波形Ｖａ、Ｖｂの位相差ｐからセンサ対上に投影された被写体像のエッジ角度θを算出する。

Ｓ７５で被写体像のエッジ角度θを算出したら、エッジ角度θが０°＜θ＜３０°または１５０°＜θ＜１８０°の範囲にあるか否かをチェックする（Ｓ７７）。この範囲内であれば、一対の横ラインセンサ６４Ｈの出力を用いてデフォーカス演算を実行し、Ｓ８９へ進む（Ｓ７７；Ｙ、Ｓ７９）。一方、上記範囲外であれば（Ｓ７７；Ｎ）、一対の縦ラインセンサ６４Ｖの出力を用いてデフォーカス演算を実行し（Ｓ７９）、さらにエッジ角度θが６０°＜θ＜１２０°の範囲にあるか否かを再チェックする（Ｓ８１）。エッジ角度θが６０°＜θ＜１２０°の範囲外であれば、一対の横ラインセンサ６４Ｈの出力を用いてデフォーカス演算し、一対の縦ラインセンサ６４Ｖの出力から算出したデフォーカス量と一対の横ラインセンサ６４Ｈの出力から算出したデフォーカス量の平均値を算出し、これをデフォーカス量として求め、Ｓ８９へ進む（Ｓ８１；Ｎ、Ｓ８３、Ｓ８５）。エッジ角度θが６０°＜θ＜１２０°の範囲内であれば、そのままＳ８９へ進む。

被写体像のエッジ角度θが０°＜θ＜３０°または１５０°＜θ＜１８０°の範囲にある場合は、一対の横ラインセンサ６４Ｈの焦点ずれ量が図５に示されるように±０．５以内であるから、この一対のラインセンサ６４Ｈの出力をデフォーカス演算に用いることで焦点検出精度は良好に維持される。また、エッジ角度θが６０°＜θ＜１２０°の範囲にある場合は、一対の縦ラインセンサ６４Ｖの焦点ずれ量が図５に示されるように±０．５以内であるから、この一対の縦ラインセンサ６４Ｖの出力をデフォーカス演算に用いることで焦点検出精度は良好に維持される。また、エッジ角度θが３０°≦θ≦６０°または１２０°≦θ≦１５０°の範囲にある場合は、一対の横ラインセンサ６４Ｈと一対の縦ラインセンサ６４Ｖの焦点ずれ量の絶対値が上記二つの範囲にある場合よりも大きくなるが、焦点ずれの方向が逆向きとなり、かつ、その絶対値が比較的近い値となるので、一対の横ラインセンサ６４Ｈの出力を用いたデフォーカス演算結果と一対の縦ラインセンサ６４Ｖの出力を用いたデフォーカス演算結果の平均値をデフォーカス量として求めることで、焦点検出精度を高められる。なお、この場合も一対の横ラインセンサ６４Ｈと一対の縦ラインセンサ６４Ｖを切り替えるエッジ角度θ（閾値）の具体的数値については、例えば個体差などによって生じる組み立て誤差の程度により、±１０°程度の範囲内で変更してもよい。

そして、Ｓ８９では、Ｓ７９、Ｓ８１及びＳ８７のいずれかで算出したデフォーカス量が所定の合焦幅より小さいか否かをチェックする。算出したデフォーカス量が所定の合焦幅より小さければ表示パネル３６に合焦ＯＫである旨を表示する（Ｓ８９；Ｙ、Ｓ９１）。デフォーカス量が所定の合焦幅以上であれば、このデフォーカス量に相当するパルス数を算出し（Ｓ８９；Ｎ、Ｓ９３）、このパルス数に達するまで、モータードライブ回路３２を介してＡＦモータ３３を駆動させ、焦点調節光学系５６を移動させる（Ｓ９５）。

以上のように本実施形態では、ＣＣＤ焦点検出素子６４に設けたパラレルラインセンサ（一対の横ラインセンサ６４Ｈ及び一対の縦ラインセンサ６４Ｖ）の出力波形の位相差ｐによって被写体の輪郭（エッジ角度θ）を判別し、この判別結果に応じてデフォーカス量を補正する、または、デフォーカス演算に用いるセンサ出力を選択するので、セパレータレンズ６３の部品精度及びセンサ組み立て誤差の影響を小さくでき、斜め方向にコントラスト成分（輝度分布）を有する被写体についても良好な焦点検出精度を維持できる。具体的に本実施形態によれば、一対の横ラインセンサ６４Ｈ及び一対の縦ラインセンサ６４Ｖの両方の焦点検出のズレ量を、従来に比べ、エッジ角度θ全域でおよそ±０．５程度以下に改善できた。

以上では、被写体像のエッジ角度θに応じてデフォーカス量を補正する参考例と被写体像のエッジ角度θに応じてデフォーカス演算に用いるセンサ対の出力を選択する実施形態について説明したが、被写体像のエッジ角度θに応じてデフォーカス演算に用いるセンサ対の出力を選択し、さらに、該選択したセンサ対の出力を補正データに基づいて補正する構成としてもよい。

１１ カメラボディ
１３ メインミラー
１４ ハーフミラー部
１５ サブミラー
３１ ボディＣＰＵ（判別手段 選択手段 演算手段）
３２ モータードライブ回路
３３ ＡＦモータ
３４ ５４ ギアブロック
３５ ５５ ジョイント
３６ 表示パネル
３８ ＥＥＰＲＯＭ
５１ 撮影レンズ
５６ 焦点調節光学系
５７ レンズＣＰＵ
６０ ＡＦモジュール
６１ コンデンサーレンズ
６２ セパレータマスク
６２Ｈ ６２Ｖ 透過穴
６３ セパレータレンズ
６４ ＣＣＤ焦点検出素子
６４Ｈ 横ラインセンサ
６４Ｖ 縦ラインセンサ
７０ 被写体（チャート）
ａ ｂ 画素列
ｄ 画素列の間隔
ｆ１ 被写体像（一次像）
ｆ２Ｈ ｆ２Ｖ 被写体像（二次像）
ｐ 位相差
Ｖａ Ｖｂ 出力波形
θ 被写体像のエッジ角度
α チャートのエッジ角度

Claims (3)

1. 被写体光束を瞳分割して一対の被写体像を異なる検出領域のラインセンサ上に投影し、該投影した一対の被写体像の位相差からデフォーカス量を求める自動焦点検出装置において、
   前記ラインセンサは、横方向に配置した縦線検出用の一対の横ラインセンサと縦方向に配置した横線検出用の一対の縦ラインセンサで構成され、各々が二つの画素列を平行に隣接させたパラレルラインセンサであって、
   このパラレルラインセンサの二つの画素列の出力波形の位相差から算出された前記被写体像のエッジ角度の影響度を判別する判別手段と、
   前記パラレルラインセンサについて予め測定により検出した誤差量から定めたエッジ角度の影響度を所定値範囲と比較し、比較結果に応じてデフォーカス演算に用いる一対のラインセンサの出力を選択する選択手段と、
   選択されたセンサ出力に基づいてデフォーカス演算する演算手段と、
   を備えたことを特徴とする自動焦点検出装置。
2. 請求項１記載の自動焦点検出装置において、前記選択手段は、前記エッジ角度の影響度を所定値範囲と比較して前記一対のラインセンサの焦点ずれ量が小さい方の出力を選択する自動焦点検出装置。
3. 請求項２記載の自動焦点検出装置において、前記選択手段は、前記一対の横ラインセンサ及び前記一対の縦ラインセンサの両方の焦点ずれ量が所定値以内となるエッジ角度の影響度のとき、該一対の横ラインセンサと一対の縦ラインセンサの両方を選択し、
   前記演算手段は、前記一対の横ラインセンサの出力を用いたデフォーカス演算結果と前記一対の縦ラインセンサの出力を用いたデフォーカス演算結果の平均値を算出し、この平均値をデフォーカス量として求める自動焦点検出装置。

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