JPH04147206A - 焦点検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、たとえばカメラにおいて、撮影レンズの合焦
点を検出する位相差方式の焦点検出装置に関する。

［従来の技術］ 従来、たとえばカメラにおいて、撮影レンズを通過した
被写体からの光束を瞳分割した後、固体撮像素子で受光
し、これにより得られた２つの被写体像のずれ量から撮
影レンズの合焦点を検出する方式が位相差方式として知
られており、焦点検出装置に多く用いられている。

このような位相差方式の焦点検出装置では、合焦点を検
出する精度は、瞳分割された光束を受光する固体撮像素
子の受光面の画素ピッチ（配列ピッチ）をＰ、焦点検出
光学系の重心光束をＦＣ１光学系の縮小倍率をβとする
と、Ｐ−ＦＣ／βで与えられる。

さて、かかる位相差方式の焦点検出装置において、合焦
点を検出する精度をより向上させるには、固体撮像素子
の受光面の画素ピッチを小さくすればよいことが知られ
ている。

しかしながら、固体撮像素子の受光面の画素ピッチを小
さくすると、各画素の受光面積か減るため１回の積分動
作に要する時間が長くなり、したがって、焦点検圧に要
する時間が長くなってしまうという課題があった。また
、低輝度限界か高くなるため、被写体の輝度の小さいと
きには、合焦点を検圧することができない場合かあった
。

そこで、このような課題を解決する焦点検出装置として
、受光面の画素ピッチの小さい固体撮像素子と受光面の
画素ピッチの大きい固体撮像素子とを両方備えた焦点検
出装置が、特開昭６４−８０９２０号公報によって技術
開示されている。

かかる焦点検出装置によれば、受光面の画素ピッチの小
さい固体撮像素子、すなわち合焦点を検出する精度は低
いか積分時間は短くて済む固体撮像素子と、受光面の画
素ピッチの大きい固体撮像素子、すなわち合焦点を検出
する精度は高いが積分時間は長くなる固体撮像素子とを
選択的に使用することにより、上述の課題を解決するも
のである。

［発明か解決しようとする課題］ しかし、特開昭６４−８０９２０号公報に開示されてい
る焦点検出装置では、２種類の固体撮像素子（受光面の
画素ピッチの小さい固体撮像素子と受光面の画素ピッチ
の大きい固体撮像素子）の配置された位置にずれかある
ため、受光面の画素ピッチの小さい固体撮像素子と受光
面の画素ピッチの大きい固体撮像素子とて被写体像の同
し部分の位相差を検出することはできない。したかって
、どちらの固体撮像素子か選択されるかによって焦点検
出を行なう対象か異なることとなり、撮影者の意図どお
りの焦点検出を行なうことができない場合があった。ま
た、２種類の固体撮像素子を備えているため、光学系の
設計および調整が複雑になってしまい、コストアップの
原因となっていた。

その他、合焦点を検出する精度を向上させる方法として
は、補間演算を行なう方法や、ＦＣ／βを制御すること
で精度を落とすことなくデフォーカス量を確保する方法
なども知られているが、いづれの方法も、それだけでは
充分な効果を得ることはできなかった。

そこで、本発明は、固体撮像素子や光学系を複雑にせず
に、高精度の焦点検出を短時間で行なうことができ、ま
た、焦点検出を行なう対象を正確に設定することができ
、かつ、安硼に実現できる焦点検出装置を提供すること
を目的とする。

〔課題をＭ’？決するための手段］ 本発明は、撮影レンズを通過した被写体光束を導く光学
系と、一対の固体撮像素子列からなり、前記光学系によ
り導かれる前記被写体光束を受光する受光手段と、この
受光手段上に結像する２つの像間のずれ量を求めるずれ
検出手段とを有する焦点検出装置において、前記固体撮
像素子列のうち少なくとも中央における所定領域の素子
の個々の出力信号を得る第１の手段と、前記所定領域の
素子のうち隣接する所定数の素子の各出力信号を加算し
た出力信号を得る第２の手段と、高精度の合焦検出を行
なう場合は前記第１の手段の出力を選択し、広いデフォ
ーカス範囲の検出を行なう場合は前記第２の手段の出力
を選択し、前記ずれ検出手段に入力する選択手段とを具
備している。

［作用］ 本発明の焦点検出装置では、受光手段に配列された固体
撮像素子列の配列ピッチを、デフォーカス量が大きいと
きに被写体像が投影される部分とデフォーカス量か小さ
いときに被写体像が投影される部分とで異なる値とし、
それぞれの場合に応じて焦点検出のための演算を行なう
ことにより、高精度の焦点検出を短時間で行なうもので
ある。

［実施例コ 以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

まず、本発明の第１の実施例について説明する。

第１図は、本実施例に係る焦点検出装置を概略的に示す
構成図である。図において、１は撮影レンズ、２はハー
フミラ−２３は焦点検出光学系、４はフィルム、５Ａ、
５Ｂは一対の固体撮像素子列、６は処理部である。すな
わち、撮影レンズ１を通過した被写体からの光束は、）
＼−フミラー２で焦点検出系へ達する光束とファインダ
系へ達する光束とに分離される。焦点検出系へ達した光
束は焦点検出光学系３で瞳分割され、それぞれ一対の固
体撮像素子列５Ａ、５Ｂの各受光面に結像される。

これにより得られた２つの被写体像は、それぞれ一対の
固体撮像素子列５Ａ、５Ｂで光電変換され、この光電変
換によって得られた２種類の映像信号は、それぞれ処理
部６に送られる。処理部６では、入力される２種類の映
像信号を用い、後述するようなアルゴリズムに基づき２
像の相関を計算することにより合焦点を検出する。

第２図は、焦点検出光学系３の構成を概略的に示す構成
図である。図において、７はコンデンサレンズ、８Ａ、
８Ｂはセパレータレンズであり、コンデンサレンズ７は
フィルム４と光学的に等価な面に配置されている。すな
わち、コンデンサレンズ７を通過した光束は、セパレー
タレンズ８Ａ。

８Ｂへ導かれ、瞳分割される。これにより、上述のよう
に、セパレータレンズ８Ａを通過した光束とセパレータ
レンズ８Ｂを通過した光束は、それぞれ一対の固体撮像
素子列５Ａ、５Ｂの受光面に結像される。

第３図は、一対の固体撮像素子列５Ａ、５Ｂの画素構成
例を示す概略図である。図において、Ａ１〜ＡＨおよび
８１〜８ｍは、それぞれ固体撮像素子によって構成され
る画素である。本実施例では、画素Ａ、−Ａ、およびＡ
　ｎ＋１〜Ａ　Ｂ　　（Ａ　２と総称する）の画素ピッ
チ（配列ピンチ）をＰｏ％画素Ａ、。、〜Ａｎ　（Ａ、
と総称する）の画素ピッチをＰ。／２とする。また、同
様に、画素Ｂ１〜Ｂ、およびＢ　ｎ４１〜Ｂ、（Ｂ２と
総称する）の画素ピッチをＰ。、画素Ｂ３．１〜Ｂｏ　
（Ｂ、と総称する）の画素ピッチをＰｏ／２とする。す
なわち、Ａ１およびＢ１は、Ａ２およびＢ２と比べて画
素ピッチが１／２であり、したがって、各画素の受光面
の面積も１／２である。画素ピッチがＰｏ／２の部分の
長さは、合焦付近とその周辺での焦点検出を行なうこと
ができるように、設計条件に応じて適宜決定される。本
実施例では、この長さを、たとえば合焦時の結像位置を
中心に±３０ｍｍの繰出し方向の検出能力が得られるよ
うに設定することとする。このように設定すれば、たと
えば焦点距離が１００ｍｍ程度のレンズを使用しても、
実用上、不都合はない。

なお、デフォーカス量が大きいときは、画素ピッチがＰ
ｏの部分で検出が行なわれるため検出ピッチは粗くなり
、フィルム面換算での検出可能な分解能は低下する。し
かし、デフォーカス量が大きいときは、結像する像のＭ
ＴＦ　（周波数伝達関数）が劣化し、像がはけているた
め、ピッチの細かい画素を用いて検出を行なっても無意
味であり、処理部６の負担も大きくなる。したがって、
デフォーカス量が大きいときに使用される画素は、ピッ
チが粗いほうが好都合である。

また、固体撮像素子列５Ａ、５Ｂから処理部６への映像
信号の転送路は１本で構成される。この転送路の転送容
量は、画素ピッチがＰ。の画素、すなわち受光面の面積
が大きい方の画素の条件に合わせて決定すればよい。

また、固体撮像素子列５Ａ、５Ｂには、各画素の積分時
に蓄積電荷が飽和することを防止するための判定手段が
設けられる。判定手段としては、ピッチがＰ。の画素の
判定を行なうものと、ピッチがＰ。／２の画素の判定を
行なうものとを別々に設けることが望ましい。一般に、
電荷が蓄積される速さは、受光面の面積によって異なる
からである。たとえば、画素を構成する固体撮像素子の
電気容量が受光面の面積に依存しないものと仮定すると
、電荷が蓄積される速さは受光面の面積に比例する。し
たがって、ピッチかＰ　ｏ　／　２の画素の受光面の面
積はピッチかＰｏの画素の受光面の面積の１／２である
から、ピッチがＰｏ／２の画素に電荷が蓄積される速さ
は、ピッチがＰＯの画素の１／２となる。このため、ピ
ッチかＰｏ／２の画素の積分終了までに要する時間は、
ピッチがＰＯの画素の積分終了までに要する時間の２倍
となる。

第４図は、ピッチがＰｏ／２の画素に電荷か蓄積される
速さと、ピッチかＰｏの画素に電荷が蓄積される速さと
を比較するためのグラフであり、縦軸は画素を構成する
固体撮像素子の出力電圧Ｖ、横軸は積分時間ｔである。

受光される光量か同しである場合、ピッチがＰ。／２の
画素の積分終了までに要する時間（出力電圧が■ｏに達
するまでの時間）ｔ、と、ピッチがＰ。の画素の積分終
了までに要する時間ｔ２との間には、ｔｌ−２・ｔ２の
関係か成り立つ。したがって、ピッチがＰ。の画素の判
定を行なう際の判定レベルは、ピッチかＰ。／２の画素
の判定を行なう際の判定レベルの２倍とする。

以下、第１の実施例の動作について第５図に示すフロー
チャートを参照して説明する。まず、外部信号、たとえ
ばレリーズスイッチのオン信号により、積分を開始する
。続いて、焦点検出のための処理を行なうか、本実施例
では、まず、Ａ１およびＢ１についての処理、すなわち
合焦付近の処理を行なう。合焦付近の方かレンズ駆動な
とに要する時間が短いので、全体としての処理時間はデ
フォーカス時よりも短くなり、高速に合焦判定かできる
。しかし、実際には合焦付近の方かファインダ上で目視
される像も鮮明となり、速写性を要求される場合か多い
。上述のように、本実施例では、デフォーカス検出能力
を±３０ｍｍとしたので、合焦付近でも充分なデフォー
カスを有する場合がある。したかって、いわゆる「大は
け」時よりも合焦付近の判断を優先して行なうようにな
っている。

合焦付近についての焦点検出のだめの処理としては、ま
ず、Ａ、およびＢ、（画素ａ　１．１〜ａ　ｎおよびｂ
ｌ、１〜ｂ、）側のモニタ制御手段によって積分制御を
行ない、積分終了と同時に映像信号の読出しく処理部６
への転送）を行なう（Ｓ〕）。このとき、ＡＩ　、Ｂｌ
以外の部分は飽和レベルに達している確率が高く、情報
として使用できない場合が多い。したがって、転送され
る画素情報のうち必要となるＡ、、Ｂ、以外の情報は処
理も記憶も行なわず、そのまま捨ててしまってもよい。

次に、Ａ、、Ｂ、からの画素情報を用いて、２像間隔を
求めるだめの相関演算を行なう（Ｂ２）。

続いて、この相関演算により合焦点が検出できたか否か
の判断を行なう（Ｂ３）。この判断の結果、合焦点が検
出できた場合は、被写体像のコントラストにより、得ら
れた合焦点に信頼性があるか否かを判断する（Ｂ４）。

この判断の結果、信頼性があると判断されたときは、得
られた合焦点まで撮影レンズ１を駆動させ（Ｂ５）、１
回の焦点検出動作を終了する。一方、信頼性がないと判
断されたときは、補助光積分を行なう（Ｂ６）。これは
、コントラストによる判断で信頼性かないとされる原因
のひとつとして、コントラストか低すぎる場合があるか
らである。なお、補助光積分によってもコントラストに
信頼性かないと判断された場合は、非合焦であると判断
する。

一方、ステップＳ３で合焦点か検出できなかったと判断
された場合は、さらにデフォーカスしている可能性かあ
るので、Ａ２およびＢ２側のモニタ制御手段を用いて、
再度、積分を行なう（Ｓ　１０）。このとき、測距系の
視野が小さい場合には、あらかじめ合焦付近の演算によ
って確認がされているため、Ａ、、Ｂ、に相当する位置
には被写体像は存在しない。したかって、このとき行な
うデフォーカス演算にＡ、、Ｂ、の情報を用いなくても
よい（Ｓｌｌ）。このデフォーカス演算の結果、像すれ
量か得られ（合焦点か検出でき）、かつ、コントラスト
による判定で信頼性かあると判断されたときは（Ｓ１２
）、撮影レンズ１を駆動して合焦点付近へ移動させる（
５１３）。

その後、合焦付近で高精度の制御を行なうために、再度
、ＡＩ＋　　Ｂｌのモニタ制御手段により積分を行ない
（Ｓ１４）、合焦点を検出する。

次に、本発明の第２の実施例について説明する。

本実施例の構成は、第１図ないし第３図に示した第１の
実施例の構成と同一である。本実施例は、焦点検出時に
先にデフォーカス演算を行ない、その後で合焦付近の演
算を行なう点て、第１の実施例と異なる。このようにし
て焦点検出を行なうことにより、第１の実施例に比べて
焦点検出の処理を簡単にすることができる。

以下、第２の実施例の動作について第６図に示すフロー
チャートを参照して説明する。まず、Ａｌ側の積分制御
により積分を開始し、被写体の像ずれ情報を得る（Ｓ　
２１）。次に、デフォーカス演算を行ない（Ｓ２２）、
像ずれ量がＡ１の範囲にあるか否かを判断する（５２３
）。このとき、Ａ１の各画素の出力信号の信号量は、Ａ
２の各画素の出力信号の信号量に比べ、１／２程度しか
ないので、２画素を１単位として扱う。すなわち、出力
信号を２画素ごとにそれぞれ加算する。この加算により
、Ａ１の画素ピッチはＡ２の画素ピッチと等しくなり、
信号量をほぼ等価であるとして扱うことかできる。

また、画素の開口形状もほぼ同じになるので、画素ピッ
チをＰｏにして構成した場合と同様に扱うことができ、
処理を簡単にすることができる。

なお、本実施例では、Ａ１の出力信号の加算はデジタル
的に行なうものとするが、読出時の固体撮像素子の駆動
や処理系でのサンプルホールドなどによってＡ／Ｄ変換
の前に処理してしまう方法もある。

ステップ５２３で、像ずれ量がＡ１の範囲にあると判断
された場合は、ステップＳ２１で読出した情報（各画素
の出力信号）を用いて合焦付近の演算を行なう（Ｓ　２
４）。その後、得られた合焦点まで撮影レンズ１を駆動
しく５２５）、焦点検出動作を終了する。一方、像ずれ
量がＡ１の範囲にないと判断された場合は、得られたデ
フォーカス量に基づいて撮影レンズ１を駆動しく５２６
）、合焦付近の状態で再度Ａ２のモニタ制御手段により
積分を行ない（Ｓ２７）、合焦点を検出する。

次に、本発明の第３の実施例について説明する。

本実施例は、第１の実施例と固体撮像素子列５Ａ。

５Ｂの画素構成が異なる。すなわち、第７図に示すよう
に、本実施例では、固体撮像素子列５Ａ。

５Ｂの各画素ピッチを全てＰ。／２としている。

そして、固体撮像素子列５Ａ、５Ｂには、第１の実施例
の場合と同様、中央付近と周辺部とに別々のモニタＭＡ
、ＭＢ、ＭＣが設けられており、各モニタＭＡ、ＭＢ、
ＭＣは固体撮像素子列５Ａ。

５Ｂのどの部分の情報を使用するかによって選択、重み
付けがされる。たとえば、モニタＭＢでは１画素ごとに
出力信号を使用し、モニタＭＡおよびＭＣでは複数画素
ごとに出力信号を加算して映像信号として使用すること
により、第１の実施例あるいは第２の実施例の場合と同
様の作用、効果を得ることができる。

すなわち、たとえば固体撮像素子列５Ａ、５Ｂの中央付
近、すなわち合焦付近の情報が欲しいときには、モニタ
ＭＢの出力を基に積分制御を行なう。このとき、出力さ
れる映像信号は、第８図に示したクロックパルスφ１に
同期して順次出力される。また、中央付近の情報以外の
情報か必要な場合は、第８図に示したシフトレジスタク
ロックパルスφ１、φ２を高速にして時間を短縮しても
よい。その後、中央部でクロックパルスφ１、φ２を通
常の速度として情報を出力する。

次に、固体撮像素子列５Ａ、５Ｂの周辺部、すなわちデ
フォーカス時の情報が欲しい場合には、モニタの判定レ
ベルを出力信号を加算する画素数の逆数倍した値に設定
する。積分終了後、出力信号はアナログ的に加算されて
読出される。このとき、第８図に示した出力部リセット
クロックパルスφＯＲ２は、出力信号を加算する画素数
と一致する値ごとにオンされる。たとえば、出力信号を
３画素づつ加算する場合には、第８図に示すように、３
画素分の出力信号を読出すたびにリセットを行なう。こ
のとき、出力信号の電荷量は３画素分になるが、積分時
間を加算を行なわないときの１／３とすることにより、
出力信号の飽和を防止することができる。

なお、信号の読出しに要する時間を短縮するために、シ
フトレジスタクロックパルスφ１、φ２を高速（たとえ
ば３倍）にしてもよい。また、画素の圧力信号を加算す
る方法としては、加算を行なう各画素（ここでは３画素
）のサンプルホールドを行なった後、加算器を用いてア
ナログ的に加算する方法や、全ての情報をＡ／Ｄ変換し
た後にデジタル的に加算する方法などが考えられる。た
だし、Ａ／Ｄ変換後にデジタル的に加算する場合は、Ａ
／Ｄ変換を行なう際の処理速度などに気をつけなければ
ならない。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明によれば、受光手段に配列さ
れた固体撮像素子列の配列ピッチを、デフォーカス量か
大きいときに被写体像が投影される部分とデフォーカス
量が小さいときに被写体像が投影される部分とて異なる
値とし、それぞれの場合に応して焦点検出のだめの演算
を行なうことにより、固体撮像素子や光学系を複雑にせ
ずに、高精度の焦点検出を短時間で行なうことかでき、
また、焦点検出を行なう対象を正確に設定することがで
き、かつ、安価に実現できる焦点検出装置を提供できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図は本発明の第コの実施例を説明する
ためのもので、第１図は焦点検出装置を概略的に示す構
成図、第２図は焦点検出光学系を概略的に示す構成図、
第３図は固体撮像素「列の画素構成例を示す概略図、第
４図は画素ピッチか大きい場合と小さい場合との電荷か
蓄積される速さを比較するだめのグラフ、第５図は焦点
検出動作を説明するフローチャート、第６図は本発明の
第２の実施例に係る焦点検出動作を説明するフローチャ
ート、第７図および第８図は本発明の第３の実施例を説
明するためのもので、第７図は固体撮像素子列の画素構
成例を示す概略図、第８図は固体撮像素子列の画素出力
の読出しタイミングを説明するためのタイミングチャー
トである。 １・・・撮影レンズ、２　ハーフミラ−１３・焦点検出
光学系、４・・フィルム、５Ａ、５Ｂ・固体撮像素子列
、６・処理部。 出願人代理人　弁理士　坪井　　淳 第１図 Ｂ 第２図 第３図 第６図 第７図 第８図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）撮影レンズを通過した被写体光束を導く光学系と
   、一対の固体撮像素子列からなり、前記光学系により導
   かれる前記被写体光束を受光する受光手段と、この受光
   手段上に結像する２つの像間のずれ量を求めるずれ検出
   手段とを有する焦点検出装置において、 前記固体撮像素子列のうち少なくとも中央における所定
   領域の素子の個々の出力信号を得る第１の手段と、 前記所定領域の素子のうち隣接する所定数の素子の各出
   力信号を加算した出力信号を得る第２の手段と、 高精度の合焦検出を行なう場合は前記第１の手段の出力
   を選択し、広いデフォーカス範囲の検出を行なう場合は
   前記第２の手段の出力を選択し、前記ずれ検出手段に入
   力する選択手段と を具備したことことを特徴とする焦点検出装置。
2. （２）前記固体撮像素子列の周辺領域における配列ピッ
   チは、前記中央領域における配列ピッチの整数倍であり
   、かつ前記周辺領域における素子は個々に出力信号が得
   られることを特徴とする請求項１記載の焦点検出装置。
3. （３）前記固体撮像素子列の周辺領域における配列ピッ
   チは、前記中央領域における配列ピッチと同一であり、
   かつ前記周辺領域における素子は隣接する所定数の素子
   の各出力信号を加算した出力信号が得られることを特徴
   とする請求項１記載の焦点検出装置。