JPH0618779A

JPH0618779A - 焦点自動検出装置

Info

Publication number: JPH0618779A
Application number: JP4198976A
Authority: JP
Inventors: Tadaaki Ishikawa; 忠明石川; Sadao Muramatsu; 貞雄村松; Masao Tsujimura; 正男辻村
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1992-07-03
Filing date: 1992-07-03
Publication date: 1994-01-28

Abstract

(57)【要約】【目的】写真撮影用カメラ、ビデオカメラなどの光学
機器に利用する焦点自動検出装置において、可能なるか
ぎり構成簡単にして被写体情報量を多くすると共に、一
点の焦点検出精度を向上させること。【構成】撮影レンズ１１を通った被写体光を再結像レ
ンズ１７で再結像し、この像を光電変換素子３０によっ
て光電変換し、この光電変換デ−タから焦点のズレ量と
ズレ方向を検出する焦点自動検出装置において、光電素
子列からなる複数のラインセンサ３１ａ、３１ｂを設け
た光電変換素子３０を備える。そして、上記したライン
センサ３１ａ、３１ｂを互いに接近させて平行配置す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、写真撮影用カメラ、
ビデオカメラなどの光学機器に利用するところの焦点自
動検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】焦点自動検出装置として位相差検出法が
広く知られている。図７はこの種の焦点自動検出装置を
示した原理構成図である。

【０００３】図示する如く、撮影レンズ１１を通過した
被写体からの光（被写体光）は予定焦点面近くに配置さ
れた焦点検出光学系１２により、光電変換素子１３上に
２つの像として再結像する。

【０００４】上記した焦点検出光学系１２は、長方形の
マスク孔を有する視野マスク１４、コンデンサレンズ１
５、２つの絞り孔１６ａ、１６ｂを有する絞りマスク１
６、２つのレンズ部１７ａ、１７ｂを有する再結像レン
ズ１７より構成されている。また、光電変換素子１３
は、受光素子列からなるラインセンサを備えている。

【０００５】光電変換素子１３上に再結像された２つの
像は、ピントを合わせる被写体の像が予定焦点面１８よ
り前に結像している場合（前ピン）には互いに近づき、
予定焦点面１８より後に結像している場合（後ピン）に
は互いに遠ざかる。

【０００６】予定焦点面１８に結像している場合（合
焦）には、２つの像が間隔ｄでラインセンサ上に結像す
る。なお、この間隔ｄは焦点検出光学系１２によって決
まるものである。

【０００７】この結果、光電変換素子１３のラインセン
サ上の像間隔より焦点ズレ量とそのズレ方向とを求める
ことができる。

【０００８】ラインセンサ上の像間隔は次のようにして
求められる。図８は光電変換素子１３が有するラインセ
ンサ１３ａの簡略図で、光軸１９を挾んで一方側の受光
素子列が基準部、その他方側の受光素子列が参照部とな
っている。

【０００９】また、基準部の受光素子列から領域Ａを定
め、また、参照部の受光素子列から領域Ａと同じ素子数
の領域Ｂ₁、Ｂ₂、Ｂ₃・・・・・が定めてある。

【００１０】そして、領域Ａと領域Ｂ₁、Ｂ₂、Ｂ₃・・
・・・の相関度を算出し、領域Ａの像が（センサデ−
タ）が参照部のどの領域の像（センサデ−タ）とで最も
相関性が高いかを求める。

【００１１】つまり、領域Ａと領域Ｂ₁との相関度ＳＸ₁
は次式によって求まる。

【数１】領域Ａと領域Ｂ₂、Ｂ₃・・・・・の相関度ＳＸ₂、ＳＸ₃
についても同様に求めることができる。

【００１２】領域Ａの像と各領域Ｂ₁、Ｂ₂、Ｂ₃・・・
・・の像が完全に一致したならば、上記式より分かるよ
うに、相関度ＳＸ₁、ＳＸ₂、ＳＸ₃・・・・・は零とな
るが、通常は２つの像が完全に一致しないから零にはな
らない。

【００１３】したがって、相関度ＳＸ₁、ＳＸ₂、ＳＸ₃
・・・・・の中から最小となる値の参照部の領域を一致
領域と見なしている。

【００１４】ただし、この方法では、ラインセンサ１３
ａの受光素子ピッチ以下の検出分解能を得ることができ
ないため、各領域の相関結果を用いて補間を行ない、こ
のピッチ以下の分解能を得るようになっている。

【００１５】このようにして求めた像間隔ｄｘと合焦時
の像間隔ｄとの差がラインセンサ面上での焦点ズレ量ｄ
ｆとなる。ｄｆ＝ｄｘ−ｄ・・・・・（２）この（２）式でｄｆがマイナスなら前ピン方向、プラス
なら後ピン方向となる。

【００１６】また、予定焦点面１８上での焦点ズレ量Ｄ
Ｆは、ｄｆに係数Ｋを乗じて求めることができる。ＤＦ＝ｄｆ×Ｋ・・・・・（３）係数Ｋは焦点検出光学系１２で決まる値である。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】上記したような焦点自
動検出装置では、光電変換素子１３上に２次元像として
結像する２つの像２０ａ、２０ｂの範囲が視野マスク１
４のマスク孔によって決まり、その上、これら像２０
ａ、２０ｂの内でラインセンサ１３ａに結像している非
常に狭い範囲の被写体情報によって焦点検出されること
になる。

【００１８】この結果、図９（Ａ）に一例を示す如く、
人物の顔２１を接近して撮影するような場合に、頬が検
出領域となるとコントラストが小さいために焦点検出が
不能となる。したがって、コントラストの大きい他の顔
部分が検出領域に入るように構図を変えて再度焦点検出
を行なわなければならない。これは、位相検出法による
焦点自動検出装置はコントラスト変化の少ない被写体に
対する焦点検出精度が極端に低くなる性質を有するため
である。

【００１９】このような問題を解決するため、光電変換
素子に複数のラインセンサを設けて被写体の検出範囲を
広くし、より多くの被写体情報を得るようにした焦点自
動検出装置が特開昭６３−１１９０６号公報により開示
されている。

【００２０】この公報に開示された焦点自動検出装置の
光電変換素子は、図９（Ｂ）に示したように、光軸を含
む水平位置に配置されたラインセンサ２２ａと、このラ
インセンサ２２ａの両側方で光軸を含まない垂直位置に
配置された２つのラインセンサ２２ｂ、２２ｃを備えて
いる。

【００２１】なお、これら３つのラインセンサ２２ａ〜
２２ｃはセンサ基板２３に設けられ、また、焦点検出光
学系の視野マスクと絞りマスクにはラインセンサ２２ａ
〜２２ｃに対応するマスク孔が設けられている。

【００２２】しかしながら、このような焦点自動検出装
置は、ラインセンサを単に縦横向に配置しただけである
から、１つの狭い領域の焦点検出精度を向上させるとい
う点から見れば何等効果がない。

【００２３】また、焦点検出領域が離れた位置となるた
めに、どの検出領域で焦点検出されたのか撮影者にとっ
て判り難いという欠点があり、その上、装置が大形化
し、複雑化するという問題があった。

【００２４】本願発明発明は上記した実情にかんがみ、
可能なるかぎり構成簡単にし、一点の焦点検出精度を向
上させることができる焦点自動検出装置を開発すること
を目的とする。

【００２５】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ため、本発明では、第１の発明として、撮影レンズの焦
点等価面近傍に配置され、撮影レンズを通った光から一
対の再結像を形成させる光学手段と、上記再結像の光量
分布を得るための受光素子列からなるラインセンサを有
する光電変換手段とを備え、光電変換手段の出力から一
対の再結像の相対ズレ量を演算して撮影レンズの焦点状
態を検出する焦点自動検出装置において、複数のライン
センサを有する光電変換手段を設けると共に、これらラ
インセンサを互いに接近させて平行配置する構成とした
ことを特徴とする焦点自動検出装置を提案する。

【００２６】第２の発明として、第１の発明の焦点自動
検出装置において、光電変換手段が、受光素子ピッチ幅
を半ピッチ分ずらせたラインセンサを含む構成としたこ
とを特徴とする焦点自動検出装置を提案する。

【００２７】

【作用】第１の発明の焦点自動検出装置では、一つのラ
インセンサがコントラストの小さい検出領域を捉えて
も、他のラインセンサで大きいコントラストの検出領域
を捉えるため、焦点検出が不能となるようなことがな
く、また、複数のラインセンサが接近しているので、遠
近混在する被写体の場合でも、主な被写体が２つのライ
ンセンサの検出領域に入るため、この検出領域が背景に
抜けてしまうことが起こらない。

【００２８】第２の発明の焦点自動検出装置は、複数の
ラインセンサのうち、幾つかのものが受光素子ピッチ幅
の半ピッチ分ずれているので、一画素の光電変換感度を
低下させることがなく偽信号の抑制限界を向上させるこ
とかができる。

【００２９】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面に沿って
説明する。図１は本発明に係る焦点自動検出装置を示す
原理構成図である。図示するように、撮影レンズ１１の
光軸１９上に、焦点検出光学系１２と光電変換素子３０
とが従来例同様に配置されている。

【００３０】撮影レンズ１１と焦点検出光学系１２は従
来と同構成となっており、焦点検出光学系１２が予定焦
点面の近くに配置され、視野マスク１４、コンデンサレ
ンズ１５、絞りマスク１６及び再結像レンズ１７によっ
て構成されている。

【００３１】光電変換素子３０は図２に示すように、接
近させて平行に設けた２つのラインセンサ３１ａ、３１
ｂを有している。そして、これらラインセンサ３１ａ、
３１ｂは、受光部がフォトダイオ−ドで構成されたＣＣ
Ｄ素子となっており、光を受けて電荷を蓄積する光電変
換機能を有している。

【００３２】また、ラインセンサ３１ａはモニタ回路３
２ａと電荷転送部３３ａとを備え、ラインセンサ３１ｂ
はモニタ回路３２ａと電荷転送部３３ｂとを備えてい
る。

【００３３】モニタ回路３２ａ、３２ｂは、ラインセン
サ３１ａ、３１ｂの電荷蓄積時間をコントロ−ルするた
め、電荷の蓄積量をモニタする回路である。

【００３４】電荷転送部３３ａ、３３ｂは、ラインセン
サ３１ａ、３１ｂに蓄積された電荷を一画素づつ外部に
取り出すための転送レジスタである。

【００３５】上記のように構成した光電変換素子３０に
ついては、焦点検出光学系１２で形成される２次元像の
光量分布を得る最良の位置に配置されるが、再結像レン
ズ１７によって結像された像３４ａ、３４ｂがラインセ
ンサ３１ａ、３１ｂの受光部にのみに投光すればよいの
で、これら２つのラインセンサ３１ａ、３１ｂの受光部
を包括して投光するように、視野マスク１４に設けたマ
スク孔１４ａの形状が定めてある。

【００３６】図３は上記した光電変換素子３０を制御す
る回路ブロック図で、３５はアナログ処理回路、３６は
ＣＰＵ、３７は駆動回路を示している。なお、光電変換
素子３０、アナログ処理回路３５、駆動回路３７はワン
チップ化され、焦点検出用ＩＣ（集積回路）３８となっ
ている。なお、このような制御回路は本出願人によって
既に特許出願され、特開平１−２４５７７０号として公
開されている。

【００３７】この制御回路は、モニタ回路３２ａ、３２
ｂによってラインセンサ３１ａ、３１ｂの電荷蓄積電圧
のうち最大電圧と最小電圧とを検出し、これら最大、最
小の電圧差より被写体のコントラストを判断する。

【００３８】つまり、アナログ処理回路３５は、サンプ
ルホ−ルド回路、増幅器、セレクタ回路などを備え、モ
ニタ回路３２ａ、３２ｂから送られる最大電圧信号と最
小電圧信号とをサンプリングしてＣＰＵ３６に送る。

【００３９】ＣＰＵ３６は最大、最小電圧信号の差信号
を演算し、この差信号を電荷蓄積時間信号として駆動回
路３７に送る。したがって、駆動回路３７が光電変換素
子３０の電荷蓄積を停止させる。

【００４０】このようにしてコントラストと電荷蓄積時
間がモニタされた後、アナログ処理回路３５のサンプル
ホ−ルド回路とセレクタ回路が切換えられ、また、ライ
ンセンサ３１ａ、３１ｂの電荷取り出しが行なわれる。

【００４１】つまり、電荷転送部３３ａ、３３ｂによっ
てラインセンサ３１ａ、３１ｂから一画素づつの電荷取
り出しが行なわれ、画像信号がアナログ処理回路３５の
セレクタ回路を介してＣＰＵ３６に送り込まれる。ま
た、これと同時にサンプルホ−ルド回路によってホ−ル
ドされた最小電圧信号がＣＰＵ３６に送られる。

【００４２】ＣＰＵ３６は画像信号と最小電圧信号との
差信号を演算すると共に、差信号にもとづきラインセン
サ３１ａ、３１ｂの基準部と参照部との相関度を求め測
距演算する。

【００４３】図４（Ａ）は従来例同様に人物の顔を撮影
するときの焦点検出状態を示す。この図面から分かる通
り、本実施例の焦点自動検出装置によれば、一方のライ
ンセンサ３１ｂがコントラストの小さい頬を焦点検出領
域として捉えても、他方のラインセンサ３１ａがコント
ラストの大きい目の部分を焦点検出領域として捉えるの
で、ラインセンサ３１ａの出力信号を利用して焦点検出
を行なうことができる。

【００４４】また、図４（Ｂ）に示すように、被写体が
遠近混在となっている撮影の場合でも、ラインセンサ３
１ａ、３１ｂが接近した配置となっているので、これら
ラインセンサ３１ａ、３１ｂが共に主要被写体３９を焦
点検出領域として捉え背景に抜けてしまうことがない。

【００４５】図５（Ａ）は焦点自動検出装置の検出領域
をカメラファィンダ４０内に表示させる一例を示してい
る。実際の焦点検出領域は図５（Ｂ）に点線で示したよ
うに２つの表示領域となるが、接近した表示領域となる
ので、一つの領域とみなして実線で示した枠線４１のみ
を表示すればよい。したがって、撮影者は２つの表示領
域を意識することなく撮影操作することができる。

【００４６】図６（Ａ）は他の実施例を示した光電変換
素子４２の部分的な拡大図である。この実施例の光電変
換素子４２は、上記実施例同様に接近させて平行に配置
した２つのラインセンサ４３ａ、４３ｂが同一の受光素
子ピッチとなっているが、ラインセンサ４３ａに対して
ラインセンサ４３ｂの受光素子ピッチを半ピッチ分だけ
ずらせてある。なお、図示する符号４４は視野マスク１
４のマイス孔１４ａによって決められる像を示し、ま
た、図面ではモニタ回路や電荷転送部は省略してある。

【００４７】このように構成すれば、一画素の光電変換
感度を低下させることなく、偽信号の抑制限界を向上さ
せることができる。また、空間周波数の高域成分劣化は
免れないが、解像度は受光素子ピッチを半分にした一つ
のラインセンサを設けた場合と同等となる。

【００４８】つまり、受光部がＣＣＤ素子からなるライ
ンセンサで像を捉えると言うことは、像に含まれる空間
周波数を受光素子ピッチ間隔で離散的にサンプリングす
ることであるので、ナイキスト限界を越える空間周波数
では偽信号が発生する。

【００４９】この偽信号を抑制する一手段として、空間
サンプリング周波数を高くし、ナイキスト限界を高める
方法がある。このようにすれば、ラインセンサの受光素
子ピッチを狭くすることにより、画素数が増加して解像
力が上がり精度が向上する。しかし、受光素子ピッチを
狭くするため画素面積が減少する。

【００５０】受光部がＣＣＤ素子からなるラインセンサ
は、その光電変換感度が画素面積に比例するため、上記
したように画素面積が減少したのでは信号量が減りＳ／
Ｎの低下を招くことになる。本実施例の光電変換素子４
２はこのような問題を解決している。

【００５１】焦点ズレ量とズレ方向は従来例と同様に求
めることができる。つまり、ラインセンサ４３ａ、４３
ｂの出力デ−タを交互に合成して相関度を演算する。

【００５２】ラインセンサ４３ａの基準部と参照部の出
力デ−タを、ａ₁〜ａ₁₀、ｂ₁〜ｂ₂₀、ラインセンサ４３
ｂの基準部と参照部の出力をａ'₁〜 a'₁₀、b'₁〜 b'₂₀
とすれば、相関度の演算は次式（４）、（５）のように
なる。

【数２】

【数３】なお、相関度ＳＸ₃、ＳＸ₄・・・・・についても同様に
演算する。

【００５３】以上より分かるように、２つのラインセン
サ４３ａ、４３ｂのデ−タを交互に合成して一ラインの
ように扱い、相関度ＳＸ₁、ＳＸ₂、ＳＸ₃・・・・・を
求めることができる。従来の一ラインである光電変換素
子では相関度ＳＸが画素ピッチ間隔の分解能であった
が、この実施例によれば半ピッチの分解能となる。

【００５４】したがって、演算デ−タ数は増すが、焦点
検出分解能は２倍に向上し、デ−タ補間間隔を狭くする
ことができ、この結果、焦点検出精度の高い焦点自動検
出装置の提供が可能になる。

【００５５】また、ラインセンサ４３ａ、４３ｂは必ず
しも２つに限ぎることなく、視野マスク１４の決められ
る像４５の範囲に入るようにすれば、図６（Ｂ）に示す
光電変換素子４６のように、三つのラインセンサ４７
ａ、４７ｂ、４７ｃを設けてもよいし、また、それ以上
のラインセンサ数としてもよい。

【００５６】

【発明の効果】上記した通り、本発明に係る焦点自動検
出装置では、受光素子ピッチ幅を半ピッチ分ずらせたラ
インセンサを含む光電変換素子を備えることから、Ｓ／
Ｎを低下させることなく解像度を向上させ、その上、偽
信号を抑制して検出分解能を向上させることができる。

【００５７】また、複数のラインセンサを接近させて平
行配置した光電変換素子を備えたので、従来装置では被
写体情報量の不足により焦点検出が不能であった被写体
に対しても充分に焦点検出することができると共に、装
置が大形化、複雑化しない焦点自動検出装置となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す焦点自動検出装置の原
理構成図である。

【図２】上記した焦点自動検出装置に備えた光電変換素
子を示す簡略的な正面図である。

【図３】上記した光電変換素子を制御する回路ブロック
図である。

【図４】図４は上記した焦点自動検出装置の検出状態を
示す。図４（Ａ）は人物の顔を撮影する場合の焦点検出
状態を示し、図４（Ｂ）は遠近混在の被写体を撮影する
場合の焦点検出状態を示す図である。

【図５】図５（Ａ）は上記した焦点自動検出装置の焦点
検出領域をファィンダ内に表示させる一例を示した簡略
図である。図５（Ｂ）は表示状態を拡大して示した図で
ある。

【図６】図６は他の実施例として示した光電変換素子の
部分的な拡大図である。図６（Ａ）は２つのラインセン
サを設けた例を示し、図６（Ｂ）は３つのラインセンサ
を設けた例を示す図である。

【図７】従来例として示した焦点自動検出装置の原理構
成図である。

【図８】光電変換素子の基準部と参照部との出力デ−タ
から相関度を求めるための説明図である。

【図９】図９（Ａ）は従来例の焦点自動検出装置による
焦点検出状態を示す図である。図９（Ｂ）は複数のライ
ンセンサを有する光電変換素子の従来例を示した概略図
である。

【符号の説明】

１１撮影レンズ１２焦点検出光学系１４視野マスク１５コンデンサレンズ１６絞りマスク１７再結像レンズ１９光軸３０光電変換素子３１ａ、３１ｂラインセンサ３２ａ、３２ｂモニタ回路３３ａ、３３ｂ電荷転送部４２光電変換素子４３ａ、４３ｂラインセンサ４６光電変換素子４７ａ、４７ｂ、４７ｃラインセンサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】撮影レンズの焦点等価面近傍に配置さ
れ、撮影レンズを通った光から一対の再結像を形成させ
る光学手段と、上記再結像の光量分布を得るための受光
素子列からなるラインセンサを有する光電変換手段とを
備え、光電変換手段の出力から一対の再結像の相対ズレ
量を演算して撮影レンズの焦点状態を検出する焦点自動
検出装置において、複数のラインセンサを有する光電変
換手段を設けると共に、これらラインセンサを互いに接
近させて平行配置する構成としたことを特徴とする焦点
自動検出装置。
【請求項２】光電変換手段が、受光素子ピッチ幅を半
ピッチ分ずらせたラインセンサを含むことを特徴とする
請求項（１）記載の焦点自動検出装置。