JP5967916B2 - 焦点検出センサ及び焦点検出センサを用いた光学機器 - Google Patents
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Description
(第1の実施形態)
図2は、本発明の実施形態に係る焦点検出センサを用いた光学機器の一例としてのカメラの構成例を示すブロック図である。なお、図2においては、カメラの構成のうち、自動焦点検出に係る構成以外の構成については省略している。
図3は、本実施形態に係るカメラが有する光学部品とその配置例を示す図である。図3は、カメラの側方から見た光学部品の配置例を示している。なお、図3では撮像レンズ200が含まれているが、撮像レンズ200は着脱可能であってよく、カメラに必須な構成ではない。
図4は、本実施形態に係るカメラが有する焦点検出光学系の構成を模式的に示した斜視図である。なお、図4においては、説明及び理解を容易にするため、図3に示した焦点検出光学系のうちミラー及び赤外カットフィルタ207を除いた構成を示している。
ラインセンサと画面内の測距点との位置関係について、図5(a)及び(b)を用いてさらに説明する。図5(a)は焦点検出センサ101におけるラインセンサの配置例を示す図である。ラインセンサ#1〜#8はそれぞれ1対のセンサアレイから構成され、各センサアレイはセンサとしての画素が複数、一列に配置された構成を有し、各画素の出力から信号像を得ることができる。そして、1対のセンサアレイの各々から得られた信号像の位相差から、撮像レンズの焦点状態(デフォーカス量)を検出することができる。1対のセンサアレイは二次結像レンズ210などの焦点検出光学系により、視野(画面)上のほぼ同じ領域に投影され、この領域が測距点を形成する。
ファインダ画面500(視野)には、ラインセンサ#7、#8に対応する測距点503と、ラインセンサ#1〜#4に対応する測距点501と、ラインセンサ#1、#2に対応する測距点502の計3つの測距点が存在する。
図1は、本実施形態に係る焦点検出センサ101の電気的な構成例を示すブロック図である。
図1では、説明及び理解を容易にするため、図5(a)及び(b)に示したラインセンサ#1〜#8のうち、略同一位置に隣接配置される1組のラインセンサ#1及び#2についてのみ示した。しかし、同様に隣接配置される他のラインセンサの組(#3と#4,#5と#6,#7と#8)についても同様に接続されている。
ラインセンサ#2は、ラインセンサ#1におけるセンサ部601とメモリ部602に相当するセンサ部606と、転送ゲート607と、センサ部606で積分された信号電荷を読み出して記憶するメモリ部608と、シフトレジスタ609とを有する。
メモリ部608では、転送された信号電荷を画素ごとに一時的に記憶し、信号電荷を電圧に変換し、所定ゲインで電圧を増幅する。
次に、本実施形態における焦点検出センサ101の蓄積動作について、図6のフローチャートを用いて詳しく説明する。なお、ここでも、ラインセンサ#1及び#2についての蓄積動作について代表的に説明するが、他のラインセンサ#3〜#8についても同様である。
加えて、蓄積電荷のモニタ測定ラインセンサとして使用するラインセンサ#1についても、ラインセンサ#2と同じ画素数の第1像、第2像を得ることができる。
上述した焦点検出センサ101を備えたカメラの動作例について、図7のフローチャートを用いて詳しく説明する。この動作は、図2で示したカメラのスイッチSW1がONしたことにより、カメラCPU100が実行するものとする。
S301で、カメラCPU100は測光センサ106を用いて検出した測光値から被写体輝度BVを求め、被写体輝度BVを設定されたISO感度SVと加算して露出値EVを求める。そして、カメラCPU100は、例えば予め定められたプログラム線図を用いるなど公知の方法で、露出値EVに対応する絞り値AVおよびシャッタ速度TVを決定する。
・電荷蓄積期間中に電荷をセンサ部から転送して積分する構成を有する第1タイプのセンサアレイからなる第1タイプのラインセンサと、
・電荷蓄積期間中に電荷をセンサ部から転送せず、センサ部で積分する構成を有する第2タイプのセンサアレイからなる第2タイプのラインセンサと、
を、略同一位置に隣接配置した焦点検出センサとした。
第1の実施形態の焦点検出センサは、略同一位置に隣接配置した一組のラインセンサのうち一方を、蓄積電荷の監視が可能な第1タイプのラインセンサ、他方を蓄積電荷の積分をセンサ部で行う第2タイプのラインセンサとした構成であった。つまり、センサアレイ単位で積分・転送動作を異ならせていた。これに対し第2の実施形態では、センサアレイの偶数番目の画素を第1タイプの画素、奇数番目の画素を第2タイプの画素とし、画素単位で積分・転送動作を異ならせたことを特徴とする。
図8は、ラインセンサ#1を構成するセンサアレイの2画素分(奇数番目の画素、偶数番目の画素)の電気ブロックを示している。実際には各センサアレイ図8に示す2画素が連続して配置されている。また、ラインセンサ#2〜#8もラインセンサ#1と同じ構成であるため説明を省略する。
・光電変換を行い、光電変換で生じた電荷を積分することなく転送するセンサ部704、
・転送された信号電荷を積分し一時的に記憶するメモリ部705、
・偶数番目の画素のメモリ部705の電圧値のうち最大値を検出するピーク検出回路706、から構成されている。
次に、本実施形態における焦点検出センサ401の蓄積動作について、図9のフローチャートを用いて詳しく説明する。なお、ここではラインセンサ#1についての蓄積動作について代表的に説明するが、他のラインセンサ#2〜#8についても同様である。
なお、奇数番目の画素を第1タイプの画素、偶数番目の画素を第2タイプの画素としてもよいことは明らかであろう。
第2の実施形態における焦点検出センサ401を備えたカメラの動作は、図7のフローチャートを用いて説明した第1の実施形態と動作と基本的に同じでよい。ただし、本実施形態では奇数番目の画素信号と偶数番目の画素信号をメモリ部に記憶するタイミングが微小ながら異なる。従って、単純に画素信号の値を用いて像信号とした場合、隣接画素間における信号の連続性が低い像信号となる場合がある。
・電荷蓄積期間中に電荷をセンサ部から転送して積分する構成を有する第1タイプの画素と、
・電荷蓄積期間中に電荷をセンサ部から転送せず、センサ部で積分する構成を有する第2タイプの画素と、
を、交互に配置した構成とした。
第3の実施形態は、第1タイプのラインセンサと第2タイプのラインセンサを用いる点は第1の実施形態と同様であるが、第1タイプのラインセンサと第2タイプのラインセンサの配置方法が異なる。焦点検出光学系以外の構成は第1の実施形態と同じでよいため、重複する説明は省略する。
S205でカメラCPU100は、S608で算出したデフォーカス量が所望の範囲内、例えば1/4Fδ以内(F:レンズの絞り値、δ:定数(20μm))であれば合焦と判断し、処理をS207へ移行する。
・電荷蓄積期間中に電荷をセンサ部から転送して積分する構成を有する第1タイプのセンサアレイからなる第1タイプのラインセンサと、
・電荷蓄積期間中に電荷をセンサ部から転送せず、センサ部で積分する構成を有する第2タイプのセンサアレイからなる第2タイプのラインセンサと、
を同じ測距点に対応するように、かつ第1タイプのラインセンサが第2タイプのラインセンサより大きなデフォーカス量を検出できるように配置した焦点検出センサとした。
次に、本発明の第4の実施形態について説明する。上述の第1〜第3の実施形態では、ラインセンサのタイプ(第1タイプ又は第2タイプ)は固定であった。第4の実施形態では、第1タイプと第2タイプを電気的に切替え可能としたことを特徴とする。ここでは、カメラの構成やラインセンサの配置は第1の実施形態と同様とし、重複する説明は省略する。
図13は、本実施形態に係る焦点検出センサ901の構成例を示すブロック図であり、図5(a)に示したラインセンサ#1〜#8のうち、ラインセンサ#1についてのみ示している。しかし、ラインセンサ#2〜#8についても、同様の構成を有する。
図13においてセンサ部801は、図5(a)のセンサ部601と同様、ラインセンサ#1を形成する一対のセンサアレイを構成する光電変換素子群に相当する。メモリ部803は、センサ部801の各画素で光電変換された信号電荷を画素ごとに積分し、一時的に記憶する。
出力アンプ808は適切なゲインでVout端子より画素信号を出力する。
次に、本実施形態における焦点検出センサ901の蓄積動作について、図14のフローチャートを用いて詳しく説明する。なお、ここでも、ラインセンサ#1についての蓄積動作について代表的に説明するが、他のラインセンサ#2〜#8についても同様である。
S502でAFCPU800は、ラインセンサ#1の初期リセット動作を行う。AFCPU800は自身のレジスタを0クリアした後、trans_1信号、rst信号、rst_1信号を出力(信号の値を1に)し、センサ部801とメモリ部803の電荷をクリアする。
S507でAFCPU800は、ラインセンサ#1の初期リセット動作を行う。AFCPU800は自身のレジスタを0クリアした後、trans_1信号、rst信号、rst_1信号を出力(信号の値を1に)し、センサ部801とメモリ部803の電荷をクリアする。
S512では、AFCPU内の蓄積終了フラグを示すレジスタtr_1に1を設定する。
このように、本実施形態に係る焦点検出センサは、外部(例えばカメラCPU100)からの通信でAFCPU800のレジスタmodeの値を設定することで、ラインセンサの蓄積動作を第1タイプか第2タイプかに切替えることができる。
上述した焦点検出センサ901を備えたカメラの動作例について、図15のフローチャートを用いて詳しく説明する。この動作は、図2で示したカメラのスイッチSW1がONしたことにより、カメラCPU100が実行するものとする。なお、図15のフローチャートのうち、図6と同様の動作ステップについては同じ参照数字を付して説明を省略する。
S602でカメラCPU100は、被写体輝度BV>K(Kは閾値)かどうか判定し、被写体輝度BV>Kである場合はS603でAFCPU800のレジスタmodeに0を設定し、ラインセンサ#1〜#8を第1タイプに設定する。一方、カメラCPU100は、被写体輝度BV≦Kの場合はS605でAFCPU800のレジスタmodeに1を設定し、ラインセンサ#1〜#8を第2タイプに設定する。
S203〜S206および、S301〜S303の動作については、第1の実施形態で説明した図7の同番号と同様の動作であるためここでの説明を省略する。
上述の実施形態では、焦点検出センサを撮像装置の自動焦点検出に用いる例について説明したが、例えば望遠鏡、プロジェクターのように、撮像機能を持たない任意の光学機器における自動焦点検出にも好適に利用できる。
Claims (6)
- 光電変換素子を有する画素が複数、一列に配置されたセンサアレイの一対から構成されるラインセンサを有する焦点検出センサであって、
前記センサアレイに配置される複数の画素が、
電荷蓄積期間に前記光電変換素子で生成された電荷を対応するメモリ手段に転送し、該メモリ手段で前記電荷を積分する構成を有する第1タイプの画素と、
前記電荷蓄積期間に前記光電変換素子で生成された電荷は、前記電荷蓄積期間の終了までメモリ手段に転送せずに画素で積分し、前記電荷蓄積期間が終わると対応するメモリ手段に転送する第2タイプの画素と、
を有し、
前記焦点検出センサはさらに、
前記第1タイプの画素のメモリ手段での積分値が所定値に達したかどうかを検出する検出手段と、
前記ラインセンサの動作を制御する制御手段を有し、
前記制御手段は、
前記センサアレイにおける電荷蓄積期間を開始させた後、前記検出手段により前記第1タイプの画素のメモリ手段での積分値が所定値に達したことが検出されると、前記電荷蓄積期間を終了させ、前記第2タイプの画素で積分された電荷を対応するメモリ手段に転送させることを特徴とする焦点検出センサ。 - 前記焦点検出センサが、前記第1タイプの画素からなるセンサアレイの一対からなる第1タイプのラインセンサと、前記第2タイプの画素からなるセンサアレイの一対からなる第2タイプのラインセンサとを有し、
前記第1タイプのラインセンサと、前記第2タイプのラインセンサとが隣接配置されることを特徴とする請求項1記載の焦点検出センサ。 - 前記焦点検出センサが、前記第1タイプの画素からなるセンサアレイの一対からなる第1タイプのラインセンサと、前記第2タイプの画素からなるセンサアレイの一対からなる第2タイプのラインセンサとを有し、
前記第1タイプのラインセンサを構成する一対のラインセンサの中心間距離が、前記第2タイプのラインセンサを構成する一対のラインセンサの中心間距離よりも短く、かつ前記第1タイプのラインセンサと前記第2タイプのラインセンサとが、前記焦点検出センサの光学系の視野において同じ領域に投影されるように配置されることを特徴とする請求項1記載の焦点検出センサ。 - 前記ラインセンサが、前記第1タイプの画素と前記第2タイプの画素とが交互に配置されたセンサアレイの一対から構成されることを特徴とする請求項1記載の焦点検出センサ。
- 前記制御手段は、前記電荷蓄積期間において、前記第2タイプの画素のメモリ手段をリセットする信号を継続して出力することを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の焦点検出センサ。
- 撮像レンズから入射した光束を受光するように配置された請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の焦点検出センサと、
前記電荷蓄積期間が終了したラインセンサの前記第1タイプの画素のメモリ手段から信号を読み出して生成した像信号と、前記第2タイプの画素のメモリ手段から信号を読み出して生成した像信号とから前記撮像レンズのデフォーカス量を算出する算出手段と、
前記デフォーカス量に基づいて前記撮像レンズを駆動するレンズ駆動手段とを有することを特徴とする光学機器。
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