JPH11142723A

JPH11142723A - 撮像装置

Info

Publication number: JPH11142723A
Application number: JP30277497A
Authority: JP
Inventors: Masaki Higashihara; 正樹東原; Masato Ikeda; 政人池田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-11-05
Filing date: 1997-11-05
Publication date: 1999-05-28

Abstract

(57)【要約】【課題】焦点検出精度を改善する。【解決手段】２つの瞳４８ａ，４８ｂを具備する焦点
検出用絞り板４８を殺意エレンズ４０の光路に置き、遮
蔽板５２で瞳４８ａ，４８ｂを交互に隠ぺいする。これ
で得られる左像信号Ｌ及び右像信号Ｒを撮像素子４６か
ら読み出す。焦点検出動作時には、撮像素子４６の垂直
方向で中央部分のみの信号電荷のみを読み出す。被写体
に応じて演算式で時系列的な複数の像信号Ｌ１，Ｒ２，
Ｌ３・・・から位相差δを算出し、撮影レンズ４０の焦
点距離を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、撮像装置に関し、
より具体的には、デジタル・カメラ等に用いられる画像
信号から焦点を検出する焦点検出装置を具備する撮像装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、一眼レフ方式の銀塩フィルム・カ
メラ等に用いられている自動焦点調節装置には、位相差
検出方式のものが数多く用いられている。

【０００３】図２８は、従来の位相差検出方式の焦点検
出装置を有する一眼レフカメラの中央断面図を示す。撮
影レンズ１０を通過して入射した光束２６ａは、ハーフ
ミラーからなる主ミラー１２により、反射する光束２６
ｂと透過する光束２６ｅに分割される。反射した光束２
６ｂは、ピント板１４の拡散面上に被写体像を結像す
る。撮影者は、接眼レンズ１８ａ，１８ｂおよびペンタ
プリズム１６を介して、ピント板１４上の被写体像を観
察できる。

【０００４】主ミラー１２を透過した光束２６ｅは、サ
ブミラー２０によって下方向に反射され、焦点検出装置
２２（の光学系）へと導かれる。焦点検出装２２は、撮
影レンズ１０及び主ミラー２０を透過した光束２６ｅを
使用して撮影レンズ１０の銀塩フィルム２４に対する焦
点状態（デフォーカス量）を検出する。検出されたデフ
ォーカス量が所定の合焦幅より大きく、従って、非合焦
状態であると判定されると、検出されたデフォーカス量
を解消するように、図示した制御装置が、撮影レンズ１
０のフォーカス調整用レンズを駆動する。これにより、
被写体に合焦する。

【０００５】図２９を参照して、従来の焦点検出装置２
２の焦点検出原理を簡単に説明する。図２９（ａ）はピ
ントの合った状態すなわち合焦状態を示し、同（ｂ）は
前ピン状態、同（３）は後ピン状態をそれぞれ示す。図
２９（ａ）に示す合焦状態では、撮影レンズ１０の異な
る２つの瞳を透過してきた光束３４ａ，３４ｂが、一次
結像面３６で結像し、一次結像面３６上の被写体像は、
２次結像レンズ３０ａ，３０ｂによって、２つのライン
センサが配置されるセンサ面３２上に再結像する。ここ
で、フィールドレンズ２８は、撮影レンズ１０の一次結
像面３６の近傍に配置され、所定の像高を効率よくセン
サ面３２に導き、像高の増加に伴って発生する光量低下
を防止する。

【０００６】一般的に撮影レンズ１０の異なる瞳を透過
する２つの光束３４ａ，３４ｂを規定するのは、２次結
像レンズ３０ａ，３０ｂの直前又は直後に配置される絞
り（図示せず。）であり、撮影レンズ１０は、瞳分割す
る部材を具備しない。センサ面３２上での２像の相対的
な距離（位相差）をδ０とすると、δ０と実際に得られ
た位相差との差が、そのときのデフォーカス量の大きさ
と方向を示す。

【０００７】図２９（ｂ）に示す前ピン状態では、この
時点での撮影レンズ１０の一次結像面３８と合焦時の一
次結像面３６との距離ｄ１が、デフォーカス量となる。
センサ面３２上での２像の位相差δ１は合焦時の位相差
δ０よりも小さくなる。デフォーカス量ｄ１が大きくな
るほど、δ０とδ１の差も大きくなる。

【０００８】図２９（ｃ）に示す後ピン状態でも、この
時点での撮影レンズ１０の一次結像面３８と合焦時の一
次結像面３６との距離ｄ１が、デフォーカス量となる。
センサ面３２上での２像の位相差δ２は合焦時の位相差
δ０よりも大きくなる。デフォーカス量ｄ２が大きくな
るほど、δ２とδ０の差も大きくなる。

【０００９】このようにして、センサ面上に結像した２
像の位相差を検出することによって、撮影レンズ１０の
焦点状態、即ちデフォーカス量の大きさと方向を検出で
きる。このような撮影レンズの瞳分割による位相差検出
方式の焦点検出装置では、撮像素子として一次元でよい
ので、一般的にラインセンサが使用される。このような
ラインセンサの中には、像信号を生成する受光部の近傍
に各画素の受光素子の電荷量をモニタするモニタ用受光
部を設け、このモニタ用受光部の出力を使ってラインセ
ンサの電荷蓄積時間（即ち、露光時間）とラインセンサ
の各画素の出力電圧を増幅するアンプのゲインを制御す
るようにした構造のものが知られている。このようにラ
インセンサを制御することによって、像信号の出力が高
くなりすぎて飽和したり、又は像信号の出力が低くなり
すぎたりして、焦点検出精度が低下するといった問題が
発生しないようにしている。

【００１０】上記構成では、焦点検出装置２２（の光学
系）に撮影光束を導くための光学部材（主ミラー１２及
びサブミラー２０）と焦点検出装置２２（の光学系）を
配置するためのスペースを確保する必要があり、カメラ
の小型化が困難になり、価格も上昇してしまう。また、
温度変化及び／又は主ミラー１２又はサブミラー２０の
耐久性変化によってフィルム２４と焦点検出装置２２の
ラインセンサとの位置関係が相対的に変化してしまうこ
とがあり、そうすると、焦点検出精度が確実に低下して
しまう。

【００１１】これに対して、ビデオカメラ又は電子スチ
ル・カメラなどの電子撮像装置では、撮影に使用する撮
像素子の出力信号を使って焦点検出・調節を行なうの
で、焦点検出精度の劣化といった問題は生じない。但
し、撮像素子から出力される画像信号のコントラストに
より合焦点を検出する方式は、正確なデフォーカス量を
検出できず、従って、高速・高精度の焦点調節が困難で
あるという問題点がある。

【００１２】これに対しては、撮影レンズ内に２つの瞳
領域のうちどちらか１つの瞳領域を選択的に透過させる
瞳分割手段を設け、一方の瞳領域を透過した光束によっ
て得られる被写体像と他方の瞳領域を透過した光束によ
って得られる被写体像の相対的な位置の差（位相差）を
検出することより撮影レンズのデフォーカス量を検出す
る方式が提案されている。これにより、高速で高精度の
焦点調節が可能になる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来例では、
撮影用の撮像素子が焦点検出用の撮像素子を兼用するの
で、焦点検出用の画素の電荷をモニタする受光部を撮像
素子上に設けることが困難である。更には、ビデオカメ
ラのように、撮像素子の電荷蓄積時間及び撮像素子の出
力を増幅するアンプの増幅率（ゲイン）などの露光量に
関する制御を、通常の撮影動作の時と同じように機能さ
せると、次のような問題が発生する。

【００１４】第１に、焦点検出に使用するエリアの被写
体だけの高い輝度になっていると、焦点検出に使用する
領域の蓄積電荷が多くなり過ぎて像信号が飽和してしま
い、焦点検出精度を低下させてしまう。

【００１５】第２に、焦点検出に使用するエリアの被写
体だけ低い輝度になっていると、焦点検出に使用する領
域の蓄積電荷が少なくなり過ぎて、これも焦点検出精度
を低下させてしまう。

【００１６】第３に、手振れや被写体の移動によって焦
点検出中に高輝度の被写体が焦点検出エリアに入ってく
ると、後から取り込んだ像信号が飽和してしまい、焦点
検出精度を低下させてしまう。

【００１７】第４に、被写体輝度が低いときには電荷蓄
積時間が長くなり、像信号の取り込み時間間隔が長くな
るので、手振れや被写体の移動によって発生する誤差が
大きくなり、焦点検出精度が低下する。

【００１８】本発明は、このような不都合の生じない撮
像装置を提示することを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
に、本発明では、焦点検出時の電荷蓄積時間及びゲイン
を通常の撮影時の制御と異なる態様で制御をする。これ
により、像信号の飽和と信号レベルの低下を防ぎ、最適
な焦点検出用の像信号を得ることができ、これによって
焦点検出精度の低下を防止できる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態を詳細に説明する。

【００２１】図１は本発明の一実施例の光学系の斜視図
を示し、図２は、その中央断面図を示す。４０ａ，４０
ｂは撮影レンズ４０を構成するレンズであって、レンズ
４０ａは焦点調節用レンズであり、図示しないレンズ駆
動モータにより光軸方向前後に移動自在である。４２は
光学ローパスフィルタ、４４は赤外カットフィルタ、４
６は光学像を光電変換する固体撮像素子、４８は２つの
瞳４８ａ，４８ｂを具備する焦点検出用絞り板、５０は
焦点検出用絞り板４８を撮影レンズ４０の撮影光路内外
に駆動するモータ、５２は必要により焦点検出用絞り板
４８の一方の瞳４８ａ又は４８ｂを閉成する焦点検出用
遮光板、５４は焦点検出用遮光板５２を駆動するモータ
である。

【００２２】本実施例の動作を説明する前に、図３、図
４及び図５を参照して、本実施例の焦点検出原理を簡単
に説明する。

【００２３】図３は、合焦状態の光束であって、同
（ａ）は撮影状態の光束、同（ｂ）は第１の瞳（例え
ば、４８ａ）を透過する光束、同（ｃ）は第２の瞳（例
えば、４８ｂ）を透過する光束をそれぞれ示す。

【００２４】図３（ａ）では、撮影レンズ４０の撮影用
絞り４０ｃを透過した光束は、撮像素子４６の受光面上
で撮影レンズ４０の光軸４０ｄに焦点を結び、このと
き、デフォーカス量はゼロである。図３（ｂ）に示すよ
うに、撮影レンズ４０の中心から横方向にずれた位置に
瞳４８ａが置かれても、撮影レンズ４０を透過した光束
は撮像素子４６の受光面上で撮影レンズ４０の光軸４０
ｄに焦点を結ぶ。図３（ｃ）に示すように、図３（ｂ）
とは逆の位置に瞳４８ｂがある場合でも、撮影レンズ４
０を透過した光束は、撮像素子４６の受光面上で撮影レ
ンズ４０の光軸４０ｄに焦点を結ぶ。

【００２５】このように、合焦状態では、原理的に、異
なる位置の瞳を通過した光束も撮像素子４６の受光面上
の同じ位置に入射するので、２像の位相差はゼロにな
る。

【００２６】図４は、前ピント状態の光束であって、同
（ａ）は撮影状態の光束、同（ｂ）は第１の瞳（例え
ば、４８ａ）を透過する光束、同（ｃ）は第２の瞳（例
えば、４８ｂ）を透過する光束をそれぞれ示す。

【００２７】図４（ａ）に示す撮影状態では、撮影レン
ズ４０の撮影用絞り４０ｃを透過した光束は、撮像素子
４６の受光面よりｄａだけ前方で焦点を結び、デフォー
カス量ｄａの前ピント状態になっている。図４（ｂ）に
示すように、撮影レンズ４０の光軸４０ｄから上方にず
れた位置に瞳４８ａが置かれたとき、撮影レンズ４０か
ら出射する光束は撮像素子４６の受光面上で撮影レンズ
４０の光軸４０ｄよりδａ／２だけ下方に入射する。図
４（ｃ）に示すように、光軸４０ｄに対して図４（ｂ）
とは逆の位置に瞳４８ｂが置かれたとき、撮影レンズ４
０から出射する光束は撮像素子４６の受光面上で撮影レ
ンズ４０の光軸４０ｄよりδａ／２だけ上方に入射す
る。

【００２８】このように、前ピント状態では、第１の瞳
４８ａを通過してきた光束と第２の瞳４８ｂを通過して
きた光束は、撮像素子４６の受光面上ではδａの位相差
を生じることになる。

【００２９】図５は、後ピント状態の光束であって、同
（ａ）は撮影状態の光束、同（ｂ）は第１の瞳（例え
ば、４８ａ）を透過する光束、同（ｃ）は第２の瞳（例
えば、４８ｂ）を透過する光束をそれぞれ示す。

【００３０】図５（ａ）に示す撮影状態では、撮影レン
ズ４０の撮影用絞り４０ｃを透過した光束は、撮像素子
４６の受光面よりｄｂだけ後方で焦点を結び、デフォー
カス量ｄｂの後ピント状態になっている。図５（ｂ）に
示すように、撮影レンズ４０の光軸４０ｄから上方にず
れた位置に瞳４８ａが置かれたとき、撮影レンズ４０か
ら出射する光束は撮像素子４６の受光面上で撮影レンズ
４０の光軸４０ｄよりδｂ／２だけ上方に入射する。図
５（ｃ）に示すように、光軸４０ｄに対して図５（ｂ）
とは逆の位置に瞳４８ｂが置かれたとき、撮影レンズ４
０から出射する光束は撮像素子４６の受光面上で撮影レ
ンズ４０の光軸４０ｄよりδｂ／２だけ下方に入射す
る。

【００３１】このように、前ピント状態では、第１の瞳
４８ａを通過してきた光束と第２の瞳４８ｂを通過して
きた光束は、撮像素子４６の受光面上ではδｂの位相差
を生じることになる。

【００３２】第１の瞳４８ａを通過した光束による像位
置に対して第２の瞳４８ｂを通過した光束による像が上
方にある場合の位相差を正値とすると、図４の前ピント
状態のときの位相差は＋δａ、図５の後ピント状態のと
きの位相差は−δｂとなり、位相差の大きさと符号によ
ってデフォーカス量の大きさと方向を検出できる。

【００３３】図６は、本実施例の回路部の概略構成ブロ
ック図を示す。６０はＣＣＤ式固体撮像素子４６の出力
信号を増幅するアンプであり、その出力は、Ａ／Ｄ変換
器６２によりディジタル信号に変換されて、信号処理回
路６４に印加される。

【００３４】信号処理回路６４は、Ａ／Ｄ変換器６２か
らの画像データをＶＲＡＭ６６に格納し、ＶＲＡＭ６６
の記憶データを逐次更新する。ＶＲＡＭ６６に格納され
る画像データは一定周期で読み出され、Ｄ／Ａ変換器６
８によりアナログ信号に変換されてＬＣＤ駆動回路７０
に印加される。ＬＣＤ駆動回路７０はＤ／Ａ変換器６８
からのアナログ画像信号に応じて電子ビュー・ファイン
ダ（ＥＶＦ）７２の液晶表示パネルを駆動し、画像を表
示させる。これにより、撮像素子６０に入射する光学像
が、画像として表示される。

【００３５】信号処理回路６４は、バッファ・メモリ７
４を画像データ及び各種制御データの一時記憶に使用
し、撮影された画像をメモリ７６に格納する。メモリ７
６は例えば、フラッシュ・メモリ、光ディスク及び光磁
気ディスクなどからなる。

【００３６】システム制御回路８０は、操作スイッチ８
８からの指示に従い各部を制御し、ＣＣＤ駆動回路７８
を介して撮像素子６０の動作及びアンプ６０の利得を制
御する。システム制御回路８０はまた、ＬＣＤ駆動回路
８２を介して液晶表示パネル８４上ｂに設定条件及び種
々の動作情報を表示し、レンズ制御回路８６による撮影
光学系の焦点検出用絞り板４８、焦点検出用遮光板５
２、撮影用絞り及び焦点調節用レンズ４０ａの駆動を制
御する。

【００３７】図７は、焦点検出用絞り板４８および焦点
検出用遮光板５２の各状態の平面図を示す。図７（ａ）
は、焦点検出動作を行わないとき、同（ｂ）及び（ｃ）
は焦点検出動作を行なうときをそれぞれ示す。図７
（ａ）に示すように、焦点検出動作を行なわないときに
は、撮影レンズ４０の撮影用絞り４０ｃを開放にしたと
きの有効光束通過領域の外に焦点検出用絞り板４８及び
焦点検出用遮光板５２を退避させる。

【００３８】焦点検出時には、図７（ｂ）又は同（ｃ）
に示すように、モータ５０によって焦点検出用絞り板４
８を、その瞳４８ａ，４８ｂが共に撮影レンズ４０の光
路内に位置するように移動させ、その位置に保持する。
そして、モータ５４によって焦点検出用遮光板５２を駆
動して、焦点検出用絞り板４８の瞳４８ａ，４８ｂを交
互に遮光する。図７（ｂ）に示す状態で左の瞳４８ａを
通過した光束によって得られる像信号をＬ、図７（ｃ）
の状態で右の瞳４８ｂを通過した光束によって得られる
像信号をＲとする。

【００３９】図８、図９及び図１０を参照して、撮像素
子４６の駆動方法を説明する。本実施例の瞳時分割位相
差方式の焦点検出装置では、左の瞳４８ａを通過した光
束による像信号Ｌを取り込んだ後に右の瞳４８ｂを通過
した光束による像信号Ｒを取り込むが、この像信号Ｌ，
Ｒを取り込む時間間隔が短いほど、手振れなどによる被
写体像の移動に起因する焦点検出誤差を小さくすること
ができるので、出来る限りこの時間間隔を短くする必要
がある。撮影時の像信号読み出しのように撮像素子４６
の全画素の像信号を読み出すと、読み出しに要する時間
が長くなり、像信号の取り込み時間間隔が長くなってし
まう。

【００４０】そこで、本実施例では、以下のようにし
て、焦点検出時の撮像素子４６からの読み出しを高速化
した。図８は、インターライン型ＣＣＤ撮像素子の概略
平面図を示す。９０は画素に対応する受光素子、９２
は、垂直電荷転送素子、９４は水平電荷転送素子、９６
は出力部である。受光素子９０の信号電荷は、垂直電荷
転送素子９２に転送され、４相駆動パルスφＶ１，φＶ
２，φＶ３，φＶ４により水平電荷転送素子９４に順次
垂直転送される。水平電荷転送素子９４は、垂直電荷転
送素子９２から転送されてきた水平一列分の信号電荷を
二相駆動パルスφＨ１，φＨ２に応じて出力部９６に水
平転送する。出力部９６は、信号電荷を電圧信号に変換
して出力する。

【００４１】図９は、撮像素子４６の撮像面又は光電変
換面を示しており、本実施例では、その撮像面を縦方向
で領域１００，１０２，１０４に３分割し、焦点検出動
作時には、中央の細い領域１０２のみを使用する。即
ち、中央の領域１０２の信号電荷を撮影時と同じ速度で
読み出し、両側の領域１００，１０４の信号電荷は単に
高速に掃き出す。これにより、平均的な読み出し速度を
高速にできる。

【００４２】図１０は、撮像素子４６の垂直電荷転送素
子９２を４相駆動した場合の垂直同期成分のタイミング
チャートを示す。ＶＤが垂直同期信号であり、垂直ブラ
ンキング期間を低電位Ｌで示す。φＶ１，φＶ２，φＶ
３，φＶ４は、垂直電荷転送素子９２の４相駆動パルス
であり、１０６，１０８が、受光素子９０の信号電荷を
垂直電荷転送素子９２に転送する読み出しパルスであ
る。４相駆動パルスφＶ１，φＶ２，φＶ３，φＶ４の
うちパルス１１０，１１２は、それぞれ、図９の領域１
０４．１００の垂直電荷転送素子９２に転送された信号
電荷を高速で転送する高速掃き出し転送パルスであり、
通常の駆動パルスより高速の駆動パルスからなる。

【００４３】このように焦点検出に使用しない領域の信
号電荷を高速で掃き出すことによって、像信号の読み出
し動作に要する時間を短縮できる。その結果、焦点検出
精度の低下を防止でき、更に焦点検出動作を高速化でき
る。

【００４４】図１１及び図１２を参照して、２つの像信
号の位相差を相関演算によって求める方法を説明する。
図１１は、左の瞳を通過した光束によって得られる像信
号Ｌと右の瞳を通過した光束によって得られる像信号Ｒ
の一般的な位置関係を示す。図１１では、像信号Ｌと像
信号Ｒとの間に位相差δがある。像信号Ｌは各画素の信
号電荷に相当する値ｌ（１）〜ｌ（２３）からなり、像
信号Ｒも同様に値ｒ（１）〜ｒ（２３）からなる。

【００４５】相関演算に用いられる相関量Ｃ（τ）は次
式のように演算される。

【００４６】

【数１】Ｃ（τ）＝Σ ｍａｘ｛ｌ（ｉ＋６），ｒ（ｉ
＋τ＋６）｝ここで、Σはｉ＝１から１０までの累積加算であり、ｍ
ａｘ｛ｌ（ｉ＋６），ｒ（ｉ＋τ＋６）｝は、ｌ（ｉ＋
６）とｒ（ｉ＋τ＋６）のいずれか大きい方の値を選択
する演算子である。τを−６〜＋６の間で変化させる。

【００４７】図１２は、シフト量τに対する相関量Ｃ
（τ）の変化を示す。τの値が位相差δに近づくと、Ｃ
（τ）の値は小さくなる。そして、図１２の場合には、
Ｃ（τ）が極小になる位置の近傍の相関量Ｃ（３）、Ｃ
（４）及びＣ（５）を使った補間演算により、相関量が
極小となるτを算出する。得られたτが、位相差δであ
る。このようにして、像信号Ｌと像信号Ｒの位相差δを
得ることができる。相関演算を行うときのτの最大値及
び最小値（即ち、最大シフト数）並びに画素データ数
は、上記実施例に限定されるものではなく、状況に応じ
て変更できることは明らかである。

【００４８】＜対策１の説明＞図１３は、手振れによる
検出誤差を除去する第１の対策の原理を説明する図であ
り、手振れによって等速度で被写体像が左から右に移動
している状態を示す。３つの像信号Ｌ１，Ｒ２，Ｌ３を
取り込む時間間隔は同じである。実際に取り込まれる像
信号Ｌ１，Ｒ２，Ｌ３に対して、Ｒ１，Ｌ２，Ｒ３は仮
に同じタイミングで取り込みを行ったとしたときのもう
一方の像信号であり、実際には得られない像信号であ
る。

【００４９】まず、像信号Ｌ１が取り込まれてから像信
号Ｒ２が取り込まれるまでの間に、被写体像はδｍだけ
移動しているとする。像信号Ｌ１と像信号Ｒ２の位相差
δ１２は、真の位相差δ１１よりδｍだけ大きな値とな
る。即ち、

【００５０】

【数２】δ１２＝δ１１＋δｍそして、像信号Ｒ２が取り込まれてから像信号Ｌ３が取
り込まれるまでの間にも、同様に被写体像がδｍだけ移
動するが、このときは、像信号Ｌ３と像信号Ｒ２の位相
差δ２３は真の位相差δ１１よりδｍだけ小さくなる。

【００５１】

【数３】δ２３＝δ１１−δｍこの位相差δ１２，δ２３から真の位相差δ１１を求め
るには、両値を加算平均すればよい。即ち、

【００５２】

【数４】 δ＝（δ１２＋δ２３）／２＝（δ１１＋δｍ＋δ１１−δｍ）／２＝δ１１

【００５３】

【数４】のように位相差δを算出することによって、等
速度の手振れによる被写体の移動によって発生する検出
誤差を除去できる。

【００５４】像信号の取り込み時間間隔が十分に短かい
場合には、等速度の仮定が成立するので、焦点検出用遮
光板５２の駆動速度が速く、且つ撮像素子４６の電荷蓄
積時間が短いときには、非常に高い検出誤差除去効果が
得られる。

【００５５】＜対策２の説明＞図１４は、手振れによる
検出誤差を除去する第２の対策の原理を説明する図であ
り、手振れによって等加速度で被写体像が左から右に移
動している状態を示す。４つの像信号Ｌ１，Ｒ２，Ｌ
３，Ｒ４を取り込む時間間隔は同じである。実際に取り
込まれる像信号Ｌ１，Ｒ２，Ｌ３，Ｒ４に対して、Ｒ
１，Ｌ２，Ｒ３，Ｌ４は仮に同じタイミングで取り込み
を行ったとしたときのもう一方の像信号であり、実際に
は得られない像信号である。

【００５６】まず、像信号Ｌ１が取り込まれてから像信
号Ｒ２が取り込まれるまでの間に、被写体像がδｍ１だ
け移動し、像信号Ｒ２を取り込んでから像信号Ｌ３を取
り込むまでの間に被写体像はδｍ２だけ移動するものと
する。このとき、δｍ１＜δ

【００５７】ｍ２であり、このため、対策１のように像
信号Ｌ１，Ｒ２，Ｌ３から

【数４】で求めた位相差δ１は真の位相差δ１１よりδ
ｄ１だけ小さい値となる。即ち、

【００５８】

【数５】 δ１＝（δ１２＋δ２３）／２＝δ１１−δｄ１ここで、δｄ１は加速度により速度が変化することによ
って発生した誤差である。

【００５９】対策１と同様にして像信号Ｒ２，Ｌ３，Ｒ
４を使って位相差δ２を演算すると、δ２は真の位相差
δ１１よりδｄ２だけ大きな値となる。ここで、δｍ２
＜δｍ３である。

【００６０】

【数６】 δ２＝（δ２３＋δ３４）／２＝δ１１＋δｄ２ここで、被写体像が等加速度で移動していれば、δｄ１
とδｄ２は同じ大きさになる。

【００６１】

【数７】δｄ１＝δｄ２そこで、検出誤差δｄ１，δｄ２を取り除いた位相差δ
は、次式により算出される。即ち、

【００６２】

【数８】 δ＝（δ１＋δ２）／２＝（δ１１−δｄ１＋δ２＋δｄ２）／２＝δ１１

【００６３】ゆえに、真の位相差δ１１は、

【数５】、

【数６】、及び

【数８】から次式のようにして得ることができる。即
ち、

【００６４】

【数９】 δ＝（δ１２＋２δ２３＋δ３４）／４＝δ１１このように、４つの像信号Ｌ１，Ｒ２，Ｌ３，Ｒ４から
求まる位相差δ１２，δ２３，δ３４によって、等加速
度の被写体像の移動により発生する検出誤差を除去でき
る。そして、この演算式では、速度変化のある場合にも
十分な精度を得ることができるので、像信号の取り込み
時間間隔が比較的長くなっても精度良く焦点を検出でき
る。

【００６５】＜対策３の説明＞次に、５つの像信号Ｌ
１，Ｒ２，Ｌ３，Ｒ４，Ｌ５を使った対策３の位相差δ
の演算方法を説明する。これは、対策２によって得られ
る位相差を２つ演算するものであり、その演算結果を平
均化することによって検出精度を向上させる。このとき
の位相差δの演算式は、下記のようになる。即ち、

【００６６】

【数１０】 δ＝｛（δ１２＋２δ２３＋δ３４）／４＋（δ２３＋２δ３４＋δ４５）／４｝／２＝（δ１２＋３δ２３＋３δ３４＋δ４５）／８ここで、δ１２は像信号Ｌ１と像信号Ｒ２の位相差、δ
２３は像信号Ｒ２と像信号Ｌ３の位相差、δ３４は像信
号Ｌ３と像信号Ｒ４の位相差、δ４５は像信号Ｒ４と像
信号Ｌ５の位相差である。

【００６７】＜対策４の説明＞５つの像信号Ｌ１，Ｒ
２，Ｌ３，Ｒ４，Ｌ５を使った対策４の位相差δの演算
方法を説明する。これは、対策１によって得られる位相
差を３つ演算するものであり、その演算結果を平均化す
ることによって検出精度を向上させる。このときの位相
差δの演算式は、下記のようになる。即ち、

【００６８】

【数１１】 δ＝｛（δ１２＋δ２３）／２＋（δ２３＋δ３４）／２＋（δ３４＋δ ４５）／２｝／３＝（δ１２＋２δ２３＋２δ３４＋δ４５）／６ここで、δ１２は像信号Ｌ１と像信号Ｒ２の位相差、δ
２３は像信号Ｒ２と像信号Ｌ３の位相差、δ３４は像信
号Ｌ３と像信号Ｒ４の位相差、δ４５は像信号Ｒ４と像
信号Ｌ５の位相差である。

【００６９】図１５は、手振れによって発生する検出誤
差を低減させるための各種対策（対策１、対策２、対策
３及び対策４）時及び未対策時の像信号の取り込み時間
間隔と、手振れによって発生する検出誤差が同等になる
撮影レンズの焦点距離（許容できる焦点距離）の関係に
ついてシミュレーションした結果を示すグラフである。
ここで、各対策の内容は次のようになっている。即ち、未対策：δ＝δ１２対策１：δ＝（δ１２＋δ２３）／２対策２：δ＝（δ１２＋２δ２３＋δ３４）／４対策３：δ＝（δ１２＋３δ２３＋３δ３４＋δ４５）
／８対策４：δ＝（δ１２＋２δ２３＋２δ３４＋δ４５）
／６像信号の取り込み時間間隔は５ミリ秒、１０ミリ秒、１
５ミリ秒、２０ミリ秒及び３０ミリ秒である。

【００７０】図１５から、像信号の取り込み時間間隔が
短いほど許容できる焦点距離が大きくなり、像信号の数
が多いほど許容できる焦点距離が大きくなっていること
がわかる。即ち、使用する像信号の数が多い方が検出精
度が高くなる（許容できる焦点距離が大きくなる）が、
使用する像信号の数が多くなると、像信号の取り込みに
要する時間（焦点検出に要する時間）が長くなり、操作
感が悪くなってしまう。

【００７１】そこで、実際に使用されている撮影レンズ
の焦点距離と像信号の取り込み時間間隔に応じて、所定
の検出精度を得るために必要な像信号の数及び演算方法
を選択すれば、焦点検出に要する時間を効率よく短縮で
きる。例えば、像信号が同じく５つである対策３と対策
４を比較すると、像信号の取り込み時間間隔が１５ミリ
秒より短いときには対策３の方が優れているが、像信号
の取り込み時間間隔が１５ミリ秒より長いときには対策
４の方が優れている。そこで、像信号の取り込み時間間
隔が１５ミリ秒より長くなると対策４を使用することと
する。

【００７２】図１６は、撮影画面における測光エリアと
焦点検出エリアの関係を示す。１２０は撮影画面全体、
１２２は、撮影画面１２０内で、撮影時の露出演算及び
ファインダ表示用の露出演算を行なう測光エリア（又
は、測光枠）であり、撮影時は主被写体と撮影画面全体
の明るさのバランスを取らなければならないので、広い
エリアの輝度信号の平均値を使って測光を行っている。
１２４は焦点検出用測光エリア（又は測光枠）であり、
焦点検出エリア１２６を含んでこれよりも少し広いエリ
アとなっている。これは、焦点検出用に複数の像信号を
取り込む際に、手振れ等によって撮像素子上の被写体像
が移動して高輝度の被写体が焦点検出用測光エリア１２
４に入ってきても像信号が飽和しないようにするためで
あり、手振れによる移動量に相当する量だけ焦点検出エ
リア１２６より広くすれば良い。

【００７３】このように撮影画面全体１２０に対して各
エリア１２２，１２４，１２６を設定することによっ
て、像信号の飽和を防止し焦点検出精度の低下を防止し
ながら、安定した焦点検出精度を確保できる。

【００７４】フローチャートを参照して、本実施例の動
作を説明する。

【００７５】図１７は、カメラ全体の動作フローチャー
トを示す。不図示の電源スイッチがオンされ、給電が開
始されると、撮像素子４６が露光され、電荷が蓄積され
る（Ｓ１）。撮像素子４６から全信号電荷が読み出され
（Ｓ２）、撮像素子４６の出力信号はＡ／Ｄ変換器６２
によってディジタル信号に変換されて信号処理回路６４
に印加され、一旦バッファ・メモリ７４に格納される。
信号処理回路６４は、バッファ・メモリ７４に記憶され
た画像データを読み出して輝度信号と色信号を生成する
（Ｓ３）。

【００７６】信号処理回路６４は、図１６の撮影用測光
エリア１２２内の輝度信号の平均値を演算し、この平均
値（被写体輝度）、カメラの撮影モード及び露出補正情
報から撮影時の露光時間（シャッタ・スピード）及び絞
り値を演算し、メモリ７６の所定記憶領域に記憶する
（Ｓ４）。後述するレリーズ動作が実行される際に、こ
の記憶領域に記憶されているシャッタ・スピード及び絞
り値に基づいてシャッタおよび絞りが制御されることに
なる。Ｓ１〜Ｓ３で得られた画像を電子ビューファイン
ダ（ＥＶＦ）７２に表示する（Ｓ５）。

【００７７】レリーズボタンの第１ストロークの押下で
オンするスイッチＳＷ１の状態を検出し（Ｓ６）、ＳＷ
１がオフ状態であれば（Ｓ６）、焦点調節（ＡＦ）制御
用フラグ（焦点検出が可能か否かを示すフラグＡＦＮＧ
と、合焦状態か否かを示すフラグＪＦ）をリセットし
（Ｓ１３，Ｓ１４）、図１６のＡＦ用測光エリア１２４
内の被写体輝度情報に基づいて焦点検出動作時の電荷蓄
積時間及びアンプのゲインを演算し（Ｓ１５）、Ｓ１に
戻る。

【００７８】ＳＷ１がオン状態であれば（Ｓ６）、フラ
グＡＦＮＧが１か否かを判別し（Ｓ７）、ＡＦＮＧ＝
１であれば（Ｓ７）、焦点検出不能な状態となっている
ので、ＡＦ不能状態であることをＥＶＦ７２に表示した
り及び／又は警告音を出したりして撮影者にＡＦ不能状
態であることを知らせる（Ｓ１２）。そして、Ｓ１に戻
る。

【００７９】ＡＦＮＧ＝０であれば（Ｓ７）、フラグＪ
Ｆを調べる（Ｓ８）。ＪＦ＝１の場合（Ｓ８）、合焦状
態になっているので、ＥＶＦ７２に合焦表示を表示させ
（Ｓ９）、レリーズボタンの第２ストロークで閉成する
スイッチＳＷ２を調べ（Ｓ１０）、ＳＷ２がオンであれ
ば、レリーズ動作を実行して（Ｓ１１）、Ｓ１に戻り、
ＳＷ２がオフであれば、何もせずＳ１に戻る。

【００８０】ＪＦ＝０の場合（Ｓ８）、非合焦状態にあ
るので、ＡＦ用測光演算のサブルーチンを実行する。こ
のサブルーチンの詳細は後述する。ここでは、図１６の
ＡＦ用測光エリア１２４の被写体輝度情報に基づいて焦
点検出動作時の電荷蓄積時間及びアンプのゲインを算出
する。ただし、焦点検出時と異なる絞り値となっている
ので、この絞り値の差を考慮した値となることはいうま
でもない。算出後、Ｓ１に戻る。

【００８１】Ｓ１１のレリーズ動作では、Ｓ４で演算さ
れたシャッタスピード及び絞り値で撮像素子４６が露光
され、撮像素子４６の全画素の信号電荷が読み出され、
所定の信号処理の後、メモリ７６に記録される。

【００８２】Ｓ１〜Ｓ１５が繰り返し実行されている間
に、スイッチＳＷ１がオフ状態からオン状態に遷移する
と、割り込み機能によって図１８に示すサブルーチンが
実行され、焦点が調節される。まず、図７（ａ）に示す
状態にある焦点検出用絞り板４８及び焦点検出用遮光板
５２を図７（ｂ）に示すように撮影レンズの光路内に移
動させ（Ｓ２１，Ｓ２２）、焦点検出用絞り板４８の左
側の瞳４８ａを通過した光束だけが撮像素子４６上に結
像するようにする。

【００８３】Ｓ１５で算出された電荷蓄積時間だけ差ち
ゅぞ兎そし４６を露光し（Ｓ２３）、上述の高速読み出
しによってＡＦ用測光エリア１２４の部分の像信号を読
み出し、Ｓ１５で算出されたゲインで増幅する（Ｓ２
４）。読み出した信号を信号処理回路６４で処理して、
被写体の輝度信号を生成する。（Ｓ２５）。

【００８４】得られた輝度信号に基づいて、再度、ＡＦ
用測光演算を行い、焦点検出時の電荷蓄積時間及びゲイ
ンを算出する（Ｓ２６）。これは、実際に焦点検出用絞
り板４８を通過した光束を使って測光することによっ
て、より正確な測光を行うためである。

【００８５】Ｓ２６で得られた電荷蓄積時間及び撮影レ
ンズの焦点距離から、手振れによって発生する検出誤差
を所定の値より小さくするために必要な像信号の取り込
み回数を演算する（Ｓ２７）。その算出方法の詳細は、
後述する。焦点検出に必要な像信号を取り込む（Ｓ２
８）。この動作の詳細も後述する。

【００８６】像信号の取り込み動作が終了すると（Ｓ２
８）、焦点検出用絞り板４８を駆動し、焦点検出用絞り
板４８を撮影レンズ４０の光路内から退避させる（Ｓ２
９）。そして、焦点検出用遮光板５２も撮影レンズ４０
の光路内から退避させる（Ｓ３０）。これにより、焦点
検出用絞り板４８及び焦点検出用遮光板５２は、図７
（ａ）の初期状態に復帰する。

【００８７】Ｓ２８で得られた像信号の位相差を相関演
算によって求め、更にこの位相差を適切に処理すること
により、手振れによって発生する誤差を除去した位相差
δを算出する（Ｓ３１）。この演算の詳細は後述する。

【００８８】Ｓ３１の相関演算で得られた２像の一致度
を示す信頼性評価値が所定値より大きいかどうかを判断
することによって、焦点検出の精度が十分かどうかを判
別する（Ｓ３２）。焦点検出精度が不十分で焦点検出不
可能と判断されると（Ｓ３２）、焦点検出不可能を示す
フラグＡＦＮＧに１をセットしてリターンする（Ｓ３
９）。

【００８９】焦点検出精度が十分で、焦点検出可能と判
断される場合（Ｓ３２）、Ｓ３１で得られた位相差δと
焦点検出系の敏感度から、撮影レンズ４０のデフォーカ
ス量ＤＦを算出する（Ｓ３３）。算出されたデフォーカ
ス量ＤＦが所定の合焦幅より小さいかどうかにより合焦
状態か否かが判別され（Ｓ３４）、デフォーカス量が合
焦幅より小さく合焦状態と判断されると（Ｓ３４）、合
焦状態を示すフラグＪＦに１をセットして（Ｓ４０）、
呼び出し元のルーチンに戻る。

【００９０】デフォーカス量が合焦幅より大きく非合焦
状態と判断されると（Ｓ３４）、Ｓ３３で算出されたデ
フォーカス量ＤＦが小さいかどうかが判断される（Ｓ３
５）。デフォーカス量ＤＦが所定値より小さく小デフォ
ーカスであると判断されると（Ｓ３５）、合焦状態にな
ったことを示すフラグＪＦに１をセットし、合焦状態と
する（Ｓ３６）。これは、小デフォーカス時には焦点検
出誤差やレンズ駆動誤差が小さいので、この後のレンズ
駆動（Ｓ３８）で合焦状態になると予想されるからであ
り、次回の焦点検出を行うことなく合焦状態とすること
で焦点調節に要する時間を短縮できる。

【００９１】小デフォーカスでない場合（Ｓ３５）、及
び、小デフォーカスでＪＦ＝１とした後（Ｓ３６）、Ｓ
３３で算出されたデフォーカス量とフォーカス調整用レ
ンズのフォーカス敏感度からレンズ駆動量を演算し（Ｓ
３７）、得られたレンズ駆動量だけフォーカス調整用レ
ンズを駆動する（Ｓ３８）。

【００９２】このようにして、ＳＷ１がオン状態になる
と、合焦状態となるか焦点検出不能となるまで焦点調節
動作を繰り返す。以上がカメラ全体の大まかな動作の説
明である。

【００９３】図１９は、ＡＦ用測光演算のサブルーチン
のフローチャートを示す。ここでは、Ａ／Ｄ変換器６２
の出力は１０ビットであるとする。このサブルーチン
は、図１７のＳ１５及び図１８のＳ２６でコールされ
る。

【００９４】先ず、図１６のＡＦ用測光エリア１２４内
の各画素信号の最大値（Ｐｅａｋ）及び平均値（Ａｖ
ｅ）を算出し（Ｓ４１）、最大値（Ｐｅａｋ）が１０２
３より小さいか否かを判断する（Ｓ４２）。最大値が１
０２３ということは、像信号の一部が既に飽和している
ことを意味し、従って、最大値を使って、飽和しない電
荷蓄積時間及び／又はゲインを設定することはできな
い。飽和した領域が存在するときには平均値Ａｖｅを使
用する。

【００９５】Ｐｅａｋが１０２３未満のとき（Ｓ４
２）、更に、Ｐｅａｋが９２０より小さいか否かを判断
する（Ｓ４３）。Ｐｅａｋが９２０未満のときには（Ｓ
４３）、像信号の値が小さすぎるので、像信号のＰｅａ
ｋが９２０となるような電荷蓄積時間及びゲインを算出
し（Ｓ４４）、コール元に戻る。Ｓ４４の詳細は後述す
る。Ｐｅａｋが９２０以上のときには（Ｓ４３）、そ
のまま、コール元に戻る。

【００９６】Ｐｅａｋが１０２３以上のとき（Ｓ４
２）、平均値Ａｖｅが３１０より大きいか否かが判断さ
れる（Ｓ４５）。平均値Ａｖｅが３１０より大きけれ
ば、全体の像信号のレベルを下げるために、像信号の平
均値Ａｖｅが３１０となるような電荷蓄積時間及びゲイ
ンを算出し（Ｓ４６）、コール元に戻る。平均値Ａｖｅ
が３１０以下であれば、そのままコール元に戻る。

【００９７】平均値Ａｖｅを使った制御では、像信号の
一部が飽和している場合に、相関演算によって得られる
位相差の検出精度が低下する。しかし、飽和している部
分が少なければ、飽和していない部分の相関で比較的正
確な位相差が得られるので、大きな問題とはならない。

【００９８】飽和した領域をなくそうとすると、何回も
像信号を取り込みながらフィードバックしなければなら
ず、適正な像信号が得られるのに要する時間が長くなっ
てしまう。本実施例のように少し検出精度を犠牲にする
（飽和した領域があることを容認する）ことによって、
ＡＦ用測光に要する時間を短縮しつつ、必要な検出精度
を確保できる。

【００９９】このように、像信号に飽和した領域がある
ときには平均値Ａｖｅを使い、像信号に飽和した領域が
ないときにはピーク値Ｐｅａｋを使うことによって、焦
点検出に適した像信号を簡単且つ高速に得られるように
なる。

【０１００】図２０は、ＡＦ用測光制御を行うときの被
写体輝度と電荷蓄積時間及びゲインとの関係を示すプロ
グラム線図であり、図２１は、撮影用測光制御を行うと
きの被写体輝度と蓄積時間及びゲインとの関係を示すプ
ログラム線図である。焦点検出時には絞りによる光量調
整ができないので、電荷蓄積時間とアンプのゲインの変
更によって、撮像素子４６からの像信号が適正なレベル
になるように制御している。これに対して、撮影時には
絞りによって光量制御が可能になり、高輝度時には絞り
を絞って光量を低減するので、プログラム線図の傾きは
小さくなっている。

【０１０１】また、本実施例で使用する焦点検出原理で
は、像信号の取り込み時間間隔が長くなると手振れによ
る検出誤差が大きくなってしまい、正確な焦点検出がで
きなくなる。そこで、本実施例では、蓄積時間が４ミリ
秒を超えるとゲインを１倍、２倍、４倍、８倍、及び１
６倍と上げていき、電荷蓄積時間を短くすることに重点
を置いた制御をしている。そして、使用するゲインの上
限も、通常の撮影時のそれよりも大きくしてある。これ
は、ゲインを上げてノイズが大きくなっても焦点検出が
出来れば問題にならないのに対し、撮影時は画質の劣化
という基本性能の低下を引き起こすからである。同様
に、低輝度時の電荷蓄積時間の上限についても、ＡＦ用
測光の方が短くなるように制御される。

【０１０２】図２２及び図２３は、像信号の取り込み回
数を算出するサブルーチンのフローチャートを示す。こ
のサブルーチンは、図１８のＳ２７でコールされる。

【０１０３】像信号の取り込み時間間隔Ｔａを算出する
（Ｓ５１）。像信号の取り込み時間間隔Ｔａは、電荷蓄
積時間Ｔｃと焦点検出用遮光板５２の駆動時間Ｔｍの和
である。

【０１０４】Ｓ５２以降で、像信号の取り込み時間間隔
Ｔａと撮影レンズ４０の焦点距離Ｆａから像信号の取り
込み回数Ｎｃを決定する。

【０１０５】即ち、像信号の取り込み時間間隔Ｔａが５
ミリ秒より短い場合（Ｓ５２）、焦点距離Ｆａが１１ｍ
ｍより短ければ（Ｓ５３）、Ｎｃ＝２（Ｓ５４）、焦点
距離Ｆａが１１ｍｍ以上で８３ｍｍ未満であれば（Ｓ５
５）、Ｎｃ＝３（Ｓ５６）、焦点距離Ｆａが８３ｍｍ以
上で２０７ｍｍ未満であれば（Ｓ５７）、Ｎｃ＝４（Ｓ
５８）、焦点距離Ｆａが２０７ｍｍ以上であれば（Ｓ５
７）、Ｎｃ＝５とする（Ｓ５９）。

【０１０６】像信号の取り込み時間間隔Ｔａが５ミリ秒
以上で１０ミリ秒未満の場合（Ｓ６０）、焦点距離Ｆａ
が６ｍｍより短ければ（Ｓ６１）、Ｎｃ＝２（Ｓ６
２）、焦点距離Ｆａが６ｍｍ以上で２３ｍｍ未満であれ
ば（Ｓ６３）、Ｎｃ＝３（Ｓ６４）、焦点距離Ｆａが２
３ｍｍ以上で７７ｍｍ未満であれば（Ｓ６５）、Ｎｃ＝
４（Ｓ６６）、焦点距離Ｆａが７７ｍｍ以上であれば
（Ｓ６５）、Ｎｃ＝５とする（Ｓ６７）。

【０１０７】像信号の取り込み時間間隔Ｔａが１０ミリ
秒以上で１５ミリ秒未満の場合（Ｓ６８）、焦点距離Ｆ
ａが１１ｍｍより短ければ（Ｓ６９）、Ｎｃ＝３（Ｓ７
０）、焦点距離Ｆａが１１ｍｍ以上で２６ｍｍ未満であ
れば（Ｓ７１）、Ｎｃ＝４（Ｓ７２）、焦点距離Ｆａが
２６ｍｍ以上であれば（Ｓ７１）、Ｎｃ＝５とする（Ｓ
７３）。

【０１０８】像信号の取り込み時間間隔Ｔａが１５ミリ
秒以上の場合（Ｓ６８）、焦点距離Ｆａが６ｍｍより短
ければ（Ｓ７４）、Ｎｃ＝３（Ｓ７５）、焦点距離Ｆａ
が６ｍｍ以上で１２ｍｍ未満であれば（Ｓ７６）、Ｎｃ
＝４（Ｓ７７）、焦点距離Ｆａが１２ｍｍ以上であれば
（Ｓ７６）、Ｎｃ＝５とする（Ｓ７８）。

【０１０９】このようにして像信号の取り込み回数Ｎｃ
を設定したら、コール元にリターンする。

【０１１０】図２４及び図２５は、像信号取り込みサブ
ルーチンのフローチャートを示す。このサブルーチン
は、図１８のＳ２８でコールされる。

【０１１１】像信号取り込み回数Ｎｃが５の場合（Ｓ８
１）、図７（ｂ）に示す状態、即ち、焦点検出用絞り板
４８の左側の瞳４８ａを通過した光束だけが撮像素子４
６上に結像する状態で、像信号Ｌ１の信号電荷を蓄積す
る（Ｓ８２）。この時の電荷蓄積時間は、図１８のＳ２
６で算出された電荷蓄積時間である。撮像素子４６の各
画素に蓄積された信号電荷（像信号Ｌ１）は読み出さ
れ、メモリ７６（又はバッファ・メモリ７４）の所定領
域に格納される（Ｓ８３）。この時のアンプ６０のゲイ
ンは、図１８のＳ２６で算出されたゲインである。読み
出し時間の短縮のため、焦点検出に使用する画素の信号
電荷のみを通常通りに読み出し、その他の画素の信号電
荷は掃き出し転送により高速に読み出す。

【０１１２】次に、焦点検出用遮光板５２を図７（ｃ）
に示す位置に駆動する（Ｓ８４）。これによって、焦点
検出用絞り板４８の右側の瞳４８ｂを通過した光束だけ
が撮像素子４６上に結像するようになる。Ｓ８２と同様
に像信号Ｒ２の信号電荷を蓄積し（Ｓ８５）、Ｓ８３と
同様に像信号Ｒ２の信号電荷を読み出す（Ｓ８６）。

【０１１３】焦点検出用遮光板５２を図７（ｂ）に示す
位置に駆動する（Ｓ８７）。これによって焦点検出用絞
り板４８の左側の瞳４８ａを通過した光束だけが撮像素
子４６上に結像するようになる。Ｓ８２と同様に像信号
Ｌ３の信号電荷を蓄積し（Ｓ８８）、Ｓ８３と同様に像
信号Ｌ３の信号電荷を読み出す（Ｓ８９）。

【０１１４】焦点検出用遮光板５２を図７（ｃ）に示す
位置に駆動する（Ｓ９０）。これによって、焦点検出用
絞り板４８の右側の瞳４８ｂを通過した光束だけが撮像
素子４６上に結像するようになる。Ｓ８２と同様に像信
号Ｒ４の信号電荷を蓄積し（Ｓ９１）、Ｓ８３と同様に
像信号Ｒ４の信号電荷を読み出す（Ｓ９２）。

【０１１５】焦点検出用遮光板５２を図７（ｂ）に示す
位置に駆動する（Ｓ９３）。これによって焦点検出用絞
り板４８の左側の瞳４８ａを通過した光束だけが撮像素
子４６上に結像するようになる。Ｓ８２と同様に像信号
Ｌ５の信号電荷を蓄積し（Ｓ９４）、Ｓ８３と同様に像
信号Ｌ５の信号電荷を読み出す（Ｓ９５）。

【０１１６】このように、Ｎｃ＝５のときには、Ｓ８２
〜Ｓ９５により焦点検出用絞り板４８の瞳４８ａ，４８
ｂを交互に切り換えながら、５回、像信号を取り込む。

【０１１７】像信号取り込み回数Ｎｃが４の場合（Ｓ９
６）、図７（ｂ）に示す状態、即ち、焦点検出用絞り板
４８の左側の瞳４８ａを通過した光束だけが撮像素子４
６上に結像する状態で、Ｓ８２と同様に像信号Ｌ１の信
号電荷を蓄積する（Ｓ９７）。撮像素子４６の各画素に
蓄積された信号電荷（像信号Ｌ１）はＳ８３と同様に読
み出される（Ｓ９８）。

【０１１８】焦点検出用遮光板５２を図７（ｃ）に示す
位置に駆動する（Ｓ９９）。これによって、焦点検出用
絞り板４８の右側の瞳４８ｂを通過した光束だけが撮像
素子４６上に結像するようになる。Ｓ８２と同様に像信
号Ｒ２の信号電荷を蓄積し（Ｓ１００）、Ｓ８３と同様
に像信号Ｒ２の信号電荷を読み出す（Ｓ１０１）。

【０１１９】焦点検出用遮光板５２を図７（ｂ）に示す
位置に駆動する（Ｓ１０２）。これによって焦点検出用
絞り板４８の左側の瞳４８ａを通過した光束だけが撮像
素子４６上に結像するようになる。Ｓ８２と同様に像信
号Ｌ３の信号電荷を蓄積し（Ｓ１０３）、Ｓ８３と同様
に像信号Ｌ３の信号電荷を読み出す（Ｓ１０４）。

【０１２０】焦点検出用遮光板５２を図７（ｃ）に示す
位置に駆動する（Ｓ１０５）。これによって、焦点検出
用絞り板４８の右側の瞳４８ｂを通過した光束だけが撮
像素子４６上に結像するようになる。Ｓ８２と同様に像
信号Ｒ４の信号電荷を蓄積し（Ｓ１０６）、Ｓ８３と同
様に像信号Ｒ４の信号電荷を読み出す（Ｓ１０７）。

【０１２１】このように、Ｎｃ＝４のときには、Ｓ９７
〜Ｓ１０７により焦点検出用絞り板４８の瞳４８ａ，４
８ｂを交互に切り換えながら、４回、像信号を取り込
む。

【０１２２】像信号取り込み回数Ｎｃが３の場合（Ｓ１
０８）、図７（ｂ）に示す状態、即ち、焦点検出用絞り
板４８の左側の瞳４８ａを通過した光束だけが撮像素子
４６上に結像する状態で、Ｓ８２と同様に像信号Ｌ１の
信号電荷を蓄積する（Ｓ１０９）。撮像素子４６の各画
素に蓄積された信号電荷（像信号Ｌ１）はＳ８３と同様
に読み出される（Ｓ１１０）。

【０１２３】焦点検出用遮光板５２を図７（ｃ）に示す
位置に駆動する（Ｓ１１１）。これによって、焦点検出
用絞り板４８の右側の瞳４８ｂを通過した光束だけが撮
像素子４６上に結像するようになる。Ｓ８２と同様に像
信号Ｒ２の信号電荷を蓄積し（Ｓ１１２）、Ｓ８３と同
様に像信号Ｒ２の信号電荷を読み出す（Ｓ１１３）。

【０１２４】焦点検出用遮光板５２を図７（ｂ）に示す
位置に駆動する（Ｓ１１４）。これによって焦点検出用
絞り板４８の左側の瞳４８ａを通過した光束だけが撮像
素子４６上に結像するようになる。Ｓ８２と同様に像信
号Ｌ３の信号電荷を蓄積し（Ｓ１１５）、Ｓ８３と同様
に像信号Ｌ３の信号電荷を読み出す（Ｓ１１６）。

【０１２５】このように、Ｎｃ＝３のときには、Ｓ１０
９〜Ｓ１１６により焦点検出用絞り板４８の瞳４８ａ，
４８ｂを交互に切り換えながら、３回、像信号を取り込
む。

【０１２６】像信号取り込み回数Ｎｃが３でもない場
合、即ち、像信号取り込み回数Ｎｃが２の場合（Ｓ１０
８）、図７（ｂ）に示す状態、即ち、焦点検出用絞り板
４８の左側の瞳４８ａを通過した光束だけが撮像素子４
６上に結像する状態で、Ｓ８２と同様に像信号Ｌ１の信
号電荷を蓄積する（Ｓ１１７）。撮像素子４６の各画素
に蓄積された信号電荷（像信号Ｌ１）はＳ８３と同様に
読み出される（Ｓ１１８）。

【０１２７】焦点検出用遮光板５２を図７（ｃ）に示す
位置に駆動する（Ｓ１１９）。これによって、焦点検出
用絞り板４８の右側の瞳４８ｂを通過した光束だけが撮
像素子４６上に結像するようになる。Ｓ８２と同様に像
信号Ｒ２の信号電荷を蓄積し（Ｓ１２０）、Ｓ８３と同
様に像信号Ｒ２の信号電荷を読み出す（Ｓ１２１）。

【０１２８】このように、Ｎｃ＝２のときには、Ｓ１１
７〜Ｓ１２１により焦点検出用絞り板４８の瞳４８ａ，
４８ｂを交互に切り換えながら、２回、像信号を取り込
む。

【０１２９】像信号の取り込み回数Ｎｃに応じた回数だ
け像信号が取り込まれると、このサブルーチンは終了
し、コール元にリターンする。

【０１３０】図２６及び図２７は、位相差δを算出する
サブルーチンのフローチャートを示す。このサブルーチ
ンは、図１８のＳ３１でコールされる。

【０１３１】像信号の取り込み回数Ｎｃが５の場合（Ｓ
１３１）、相関演算により、像信号Ｌ１と像信号Ｒ２の
位相差δ１２、像信号Ｌ３と像信号Ｒ２の位相差δ２
３、像信号Ｌ３と像信号Ｒ４の位相差δ３４、及び像信
号Ｌ５と像信号Ｒ４の位相差δ４５を求める（Ｓ１３２
〜Ｓ１３５）。そして、像信号の取り込み時間間隔Ｔａ

【０１３２】が１５ミリ秒より大きい場合には（Ｓ１３
６）、対策４の

【数１１】を使用して手振れによって発生する検出誤差
を除去した位相差δを算出し、像信号の取り込

【０１３３】み時間間隔Ｔａが１５ミリ秒以下の場合に
は（Ｓ１３６）、対策３の

【数１０】を使って手振れによって発生する検出誤差を
除去した位相差δを算出する（Ｓ１３８）。

【０１３４】像信号の取り込み回数Ｎｃが４の場合（Ｓ
１３９）、相関演算により、像信号Ｌ１と像信号Ｒ２の
位相差δ１２、像信号Ｌ３と像信号Ｒ２の位相差δ２
３、及び像信号Ｌ３と像信号Ｒ４の位相差δ３４を求め
る（Ｓ１４０〜Ｓ１４２）。そ

【０１３５】して、対策２の

【数９】を使用して手振れによって発生する検出誤差を
除去した位相差δを算出する（Ｓ１４３）。

【０１３６】像信号の取り込み回数Ｎｃが３の場合（Ｓ
１４４）、相関演算により、像信号Ｌ１と像信号Ｒ２の
位相差δ１２及び像信号Ｌ３と像信号Ｒ２の位相差δ２
３を

【０１３７】求める（Ｓ１４５，Ｓ１４６）。そして、
対策２の

【数８】を使用して手振れによって発生する検出誤差を
除去した位相差δを算出する（Ｓ１４７）。

【０１３８】像信号の取り込み回数Ｎｃが３でも無い場
合、即ち、像信号の取り込み回数Ｎｃが２の場合（Ｓ１
４４）、相関演算により像信号Ｌ１と像信号Ｒ２の位相
差δ１２を求める（Ｓ１４８）。得られたδ１２を目的
の位相差δとする（Ｓ１４９）。

【０１３９】

【発明の効果】以上の説明から容易に理解できるよう
に、本発明によれば、撮影用の測光演算とＡＦ用測光演
算で異なる処理を行うことによって焦点検出精度の低下
を防止できる。

【０１４０】焦点検出用測光エリアを、手振れによる移
動量に相当する量だけ焦点検出エリアより広く設定し、
且つ、撮影用測光エリアより小さくする。これによっ
て、手振れ等によって焦点検出の動作中に高輝度の被写
体が焦点検出エリアに入ってきても、像信号が飽和する
のを防止でき、結果的に、相関演算時に位相差の検出精
度が低下することを防止できる。

【０１４１】焦点検出用の測光演算では、ピーク値と平
均値を適宜に組み合わせて使用することにより、像信号
のレベルを少ないサンプリング回数で適正に制御できる
ようになる。

【０１４２】焦点検出時には、電荷蓄積時間の短縮を最
優先させるような電荷蓄積時間とゲインの組み合わせに
する。これによって、手振れなどによって発生する検出
誤差を低下できる。電荷蓄積時間が短いと像信号の取り
込み回数も少なくて済むので、焦点検出に要する時間を
短縮できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の光学系の斜視図である。

【図２】本実施例の中央断面図である。

【図３】本実施例での合焦状態の光束を示す図であ
る。

【図４】本実施例での前ピント状態の光束を示す図で
ある。

【図５】本実施例での後ピント状態の光束を示す図で
ある。

【図６】本実施例の回路部の概略構成ブロック図であ
る。

【図７】焦点検出用絞り板４８及び焦点検出用遮光板
５２の各状態の平面図である。

【図８】インターライン型ＣＣＤ撮像素子４６の概略
平面図である。

【図９】撮像素子４６の撮像面又は光電変換面の画面
分割例である。

【図１０】撮像素子４６の垂直電荷転送素子９２を４
相駆動した場合の垂直同期成分のタイミングチャートで
ある。

【図１１】左の瞳を通過した光束によって得られる像
信号Ｌと右の瞳を通過した光束によって得られる像信号
Ｒの一般的な位置関係を示す図である。

【図１２】シフト量τに対する相関量Ｃ（τ）の変化
を示す図である。

【図１３】手振れによる検出誤差を除去する第１の対
策の原理説明図である。

【図１４】手振れによる検出誤差を除去する第２の対
策の原理説明図である。

【図１５】像信号の取り込み時間間隔と各種手振れ対
策の効果の関係を示すグラフである。

【図１６】撮影画面における測光エリアと焦点検出エ
リアの関係を示す図である。

【図１７】本実施例のカメラ全体の動作フローチャー
トである。

【図１８】ＳＷ１がオンになって実行されるサブルー
チンのフローチャートである。

【図１９】ＡＦ用測光演算のサブルーチンのフローチ
ャートである。

【図２０】ＡＦ用測光制御を行うときの被写体輝度と
電荷蓄積時間及びゲインとの関係を示すプログラム線図
である。

【図２１】撮影用測光制御を行うときの被写体輝度と
蓄積時間及びゲインとの関係を示すプログラム線図であ
る。

【図２２】像信号の取り込み回数を算出するサブルー
チンのフローチャートの一部である。

【図２３】像信号の取り込み回数を算出するサブルー
チンのフローチャートの一部である。

【図２４】像信号取り込みサブルーチンのフローチャ
ートの一部である。

【図２５】像信号取り込みサブルーチンのフローチャ
ートの一部である。

【図２６】位相差δを算出するサブルーチンのフロー
チャートの一部である。

【図２７】位相差δを算出するサブルーチンのフロー
チャートの一部である。

【図２８】従来の位相差検出方式の焦点検出装置を有
する一眼レフカメラの光学系の中央断面図である。

【図２９】従来の焦点検出装置２２の焦点検出原理の
説明図である。

【符号の説明】

１０：撮影レンズ１２：主ミラー１４：ピント板１６；ペンタプリズム１８ａ，１８ｂ：接眼レンズ２０：サブミラー２２：焦点検出装置（の光学系）２４：銀塩フィルム２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ，２６ｅ：光束２８：フィールドレンズ３０ａ，３０ｂ：２次結像レンズ３２：センサ面３４ａ，３４ｂ：光束３６：一次結像面４０：撮影レンズ４０ａ：焦点調節用レンズ４０ｂ：レンズ４０ｃ：撮影用絞り４０ｄ：撮影レンズ４０の光軸４２：光学ローパスフィルタ４４：赤外カットフィルタ４６：固体撮像素子４８：焦点検出用絞り板、４８ａ，４８ｂ：瞳５０：モータ５２：焦点検出用遮光板５４：モータ６０：アンプ６２：Ａ／Ｄ変換器６４：信号処理回路６６：ＶＲＡＭ６８：Ｄ／Ａ変換器７０：ＬＣＤ駆動回路７２：電子ビュー・ファインダ（ＥＶＦ）７４：バッファ・メモリ７６：メモリ７８：ＣＣＤ駆動回路８０：システム制御回路８２：ＬＣＤ駆動回路８４：液晶表示パネル８８：操作スイッチ９０：受光素子９２：垂直電荷転送素子９４：水平電荷転送素子９６：出力部１０６，１０８：読み出しパルス１２０：撮影画面全体１２２：露出演算用測光エリア（又は、測光枠）１２４：焦点検出用測光エリア（又は測光枠）１２６：焦点検出エリア

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】撮影用の撮像手段と、撮影用光学系と、
前記撮影光学系の光路内外に位置することができ、前記
撮影光学系の光路内に位置するときに、前記撮影用光学
系を通過する撮影光束を少なくとも２つの領域に時系列
的に分割し、前記撮像手段に結像させる瞳手段と、前記
瞳手段により前記撮像手段上に時系列的に結像された光
学像に対して前記撮像手段から出力される像信号の位相
差を演算し、前記撮影光学系の焦点状態を検出するする
焦点検出演算手段と、前記撮像手段の出力に応じて前記
撮像手段の出力レベルを制御する露出等制御手段と、焦
点検出動作時及び撮影動作時のそれぞれに応じて異なる
態様で前記撮像手段及び前記瞳手段を制御する撮像制御
手段とを具備することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】前記露出等制御手段は、前記撮像手段の
出力結果に基づいて前記撮像手段の電荷蓄積時間及びゲ
イン並びに前記撮影用光学系の絞りを制御する請求項１
に記載の撮像装置。
【請求項３】前記撮像制御手段は、前記焦点検出時と
前記撮像動作時では前記撮像手段の異なる領域の信号電
荷を出力させる請求項１に記載の撮像装置。
【請求項４】前記焦点検出時に読み出される前記撮像
手段の領域を、前記撮像動作時に読み出される前記撮像
手段の領域よりも小さくした請求項３に記載の撮像装
置。
【請求項５】焦点検出時に読み出される前記撮像手段
の領域を、焦点検出に使用する領域よりも大きく設定し
てある請求項３又は４に記載の撮像装置。
【請求項６】前記撮像制御手段は、前記撮像動作時に
は、前記撮像手段の出力データの平均値に基づいて前記
撮像手段を制御し、前記焦点検出時の制御は撮像手段の
出力データの平均値及びピーク値に基づいて前記撮像手
段を制御する請求項１に記載の撮像装置。
【請求項７】前記撮像制御手段は、前記撮像手段の出
力データの中に飽和したデータが含まれるときには平均
値に基づいた制御を行い、飽和したデータが含まれてい
ないときにはピーク値に基づいた制御を行う請求項６に
記載の撮像装置。
【請求項８】前記撮像制御手段は、前記焦点検出動作
時と前記撮像動作時で電荷蓄積時間とゲインの組み合わ
せが異なる請求項１に記載の撮像装置。
【請求項９】前記撮像制御手段は、前記焦点検出動作
時の電荷蓄積時間の上限値を前記撮像動作時の電荷蓄積
時間の上限値より小さくする請求項８に記載の撮像装
置。
【請求項１０】前記撮像制御手段は、前記焦点検出動
作時のゲインの上限値を前記撮像動作時のゲインの上限
値より大きくする請求項８に記載の撮像装置。
【請求項１１】前記撮像制御手段は、前記焦点検出動
作時の絞り値を固定にし、前記撮像動作時の絞り値を変
更制御する請求項２に記載の撮像装置。