(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次元状に配列された複数の画素を有する第１の領域と、
前記第１の領域に対して所定方向に設けられた、２次元状に配列された複数の画素を有する第２の領域と、
前記第１の領域に結像された第１の像と、前記第２の領域に結像された第２の像との位相差に基づいて焦点検出を行う焦点検出手段とを有し、
前記第１の領域に含まれる前記所定方向に配列された複数の画素からなる第１の画素列の各々の受光部と、前記第１の領域に含まれるとともに、前記第１の画素列に隣接する前記所定方向に配列された複数の画素からなる第２の画素列の各々の受光部とは、前記所定の方向にずれて配置されており、
前記第２の領域に含まれる前記所定方向に配列された複数の画素からなる第３の画素列の各々の受光部と、前記第２の領域に含まれるとともに、前記第３の画素列に隣接する前記所定方向に配列された複数の画素からなる第４の画素列の各々の受光部とは、前記所定の方向にずれて配置されており、
前記焦点検出手段は、前記第１の領域に結像された第１の像と、前記第２の領域に結像された第２の像との位相差に基づいて焦点検出を行うために、前記第１の画素列からの信号と、前記第２の画素列からの信号との加算信号と、前記第３の画素列からの信号と、前記第４の画素列からの信号との加算信号を用いていることを特徴とする焦点検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の焦点検出装置において、前記第１の画素列と前記第２の画素列とは、１／２画素ピッチのずれであり、前記第３の画素列と前記第４の画素列とは、１／２画素ピッチのずれであることを特徴とする焦点検出装置。
【請求項３】
半透過性のミラーと、
前記ミラーを透過した光を反射する第１の反射鏡と、前記第１の反射鏡で反射した光を反射する第２の反射鏡と、
前記第２の反射鏡で反射された光を受光する、２次元状に配列された複数の画素を有する第１の領域と、
前記第２の反射鏡で反射された光を受光する、前記第１の領域に対して所定方向に設けられた、２次元状に配列された複数の画素を有する第２の領域と、
前記第１の領域に結像された第１の像と、前記第２の領域に結像された第２の像との位相差に基づいて焦点検出を行う焦点検出手段とを有し、
前記第１の領域に含まれる前記所定方向に配列された複数の画素からなる第１の画素列の各々の受光部と、前記第１の領域に含まれるとともに、前記第１の画素列に隣接する前記所定方向に配列された複数の画素からなる第２の画素列の各々の受光部とは、前記所定の方向にずれて配置されており、前記第２の領域に含まれる前記所定方向に配列された複数の画素からなる第３の画素列の各々の受光部と、前記第２の領域に含まれるとともに、前記第３の画素列に隣接する前記所定方向に配列された複数の画素からなる第４の画素列の各々の受光部とは、前記所定の方向にずれて配置されており、
前記焦点検出手段は、前記第１の領域に結像された第１の像と、前記第２の領域に結像された第２の像との位相差に基づいて焦点検出を行うために、前記第１の画素列からの信号と、前記第２の画素列からの信号との加算信号と、前記第３の画素列からの信号と、前記第４の画素列からの信号との加算信号を用いていることを特徴とするカメラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はカメラ、ビデオ等の撮影装置、又は種々の観察装置の焦点検出装置に関するものである。さらに詳しくは、撮影画面又は観察画面上の広い範囲に渡り２次元的、連続的に焦点検出を可能とする焦点検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１４は従来の焦点検出装置が組み込まれたカメラの例を示したものである。図中、１０１は対象画像を読み込み撮影を行うための対物レンズ、１０２は対物レンズ１０１からの画像光線を一部反射する半透過性の主ミラー、１０３は対物レンズ１０１の焦点位置に配置される焦点板、１０４は光線方向を変更するペンタプリズム、１０５は接眼レンズ、１０６は焦点検出時に動作するサブミラー、１０７は銀塩フィルム等のフィルム、１０８は焦点検出装置をそれぞれ示している。
【０００３】
この図において、不図示の被写体からの光は対物レンズ１０１を透過後、一部を主ミラー１０２により上方に反射され、焦点板１０３上に像を形成する。焦点板１０３上に形成された像はペンタプリズム１０４による複数回の反射を経て接眼レンズ１０５を介して観察者又は観測者によって視認される。また、主ミラー１０２を透過した光線はフィルム１０７に到達して、対象物の映像を露光して目的の画像を得ることができる。
【０００４】
一方、対物レンズ１０１から主ミラー１０２に到達した光束のうちの一部は主ミラー１０２を透過し、サブミラー１０６により下方に反射され焦点検出装置１０８に導かれる。
【０００５】
図１５は焦点検出の原理を説明するために、図１４における対物レンズ１０１と焦点検出装置１０８のみを取り出し、展開して示した図である。
【０００６】
図１５の焦点検出装置１０８内において、１０９は対物レンズ１０１の予定焦点面、即ちフィルム面と共役な面付近に配置された視野マスク、１１０は同じく予定焦点面の付近に配置されたフィールドレンズ、１１１は２つのレンズ１１１−１、１１１−２からなる２次結像系、１１２は２次結像系１１１の２つのレンズ１１１−１，１１１−２に対応してその後方に配置された２つのセンサ列１１２−１、１１２−２を含む光電変換素子、１１３は２次結像系１１１の２つのレンズ１１１−１，１１１−２に対応して配置された２つの開口部１１３−１，１１３−２を有する絞り、１１４は分割された２つの領域１１４−１，１１４−２を含む対物レンズ１０１の射出瞳をそれぞれ示している。尚、フィールドレンズ１１０は対物レンズ１０１の射出瞳１１４の領域１１４−１，１１４−２に対応して絞り１１３の開口部１１３−１，１１３−２を対物レンズ１０１の射出瞳１１４の領域１１４−１，１１４−２の近傍に結像する作用を有しており、射出瞳１１４の各領域１１４−１，１１４−２を透過した光束１１５−１，１１５−２が２つのセンサ列１１２−１，１１２−２にそれぞれ光量分布を形成するようになっている。
【０００７】
図１５に示す焦点検出装置１０８は、一般的に位相差検出方式と呼ばれているもので、対物レンズ１０１の結像点が予定焦点面の前側にある場合、即ち対物レンズ１０１側にある場合には２つのセンサ列１１２−１，１１２−２上にそれぞれ形成される光量分布が互いに近づいた状態となり、また対物レンズ１０１の結像点が予定焦点面の後側にある場合、２つのセンサ列１１２−１，１１２−２上に夫々形成される光量分布が互いに離れた状態となる。しかも２つのセンサ列１１２−１，１１２−２上にそれぞれ形成される光量分布のずれ量は対物レンズ１０１のデフォーカス量、即ち焦点はずれ量とある関数関係にあるので、そのずれ量を適当な演算手段で算出すると、対物レンズ１０１の焦点はずれの方向と量を検出することができる。この焦点はずれの方向とはずれ量に応じてレンズ系の位置を移動して、そのはずれ量をほぼ零となるように設定して、焦点検出の動作を終了する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図１４に示す従来の焦点検出装置１０８を組み込んだカメラにおいては、焦点検出領域は図１６に示す様に、撮影画面Ａに対し検出領域Ｂのごとく狭く一次元的な範囲となる。これは光電変換素子１１２中、１組のラインセンサ列１１２−１，１１２−２を用いての検出装置であることで決定される。
【０００９】
一方、センサ列１１２の蓄積制御に関しての説明図が図１７である。これは２つのセンサ列１１２−１，１１２−２に対して共通な遮光されたダーク画素１２０の出力（ＶＤ）と２つのセンサ列１１２−１，１１２−２に共通な最大値検出回路１２１の出力、即ち最大値を示す画素の出力（ＶＰ）との差が差動アンプ１２２により検出・出力され、所定のレベル（ＶＲ）に到達するまで蓄積を行い、到達時点で蓄積動作の終了と、蓄積容量への読みだし信号となるΦＲが蓄積制御部１２３からセンサ列１１２−１，１１２−２に送られるものである。ここで最大値ＶＰとダーク出力ＶＤとの差を取るのは、ダーク出力ＶＤを基準とし、所定のレベルＶＲに最大値ＶＰが到達するまで蓄積することにより、焦点検出の位相差検出処理において、十分精度が出るレベルであると判断でき、この最大値ＶＰ以上に蓄積時間を増加すれば、出力信号が飽和して適切な検出が行えなくなるので、読みだし信号となるΦＲをセンサ列１１２−１，１１２−２に帰還する。
【００１０】
図１８は２つのセンサ列１１２−１，１１２−２の像信号の様子をダーク画素１２０の出力ＶＤを基準として示したもので、センサ列１１２−１，１１２−２のそれぞれの像信号である１像、２像に対して共通の最大出力値（ＶＰ、図では１像側）が設定レベル（ＶＲ）となっている。焦点検出は各センサ列１１２−１，１１２−２の内センサ画素のいずれかが設定レベルＶＲに到達した時点で、例えば各ピーク値のセンサ画素が所定の間隔と比較して焦点の位置に対物レンズを含むレンズ系が位置するのか否かを判断し、適切な焦点位置に合わせる。
【００１１】
図１９は最大値検出回路１２１以後の回路構成の概略を示したものである。各画素出力（ｎ番目の画素出力Ｖｎ）が現時点の最大値ＶＰと比較され、ｎ番目の画素出力Ｖｎが最大値ＶＰを越えたならば、差動アンプ１３０が反転し、ＭＯＳスイッチ１３２がオンとなり、画素出力Ｖｎが電圧ホロワ１３１を介して出力され、画素出力Ｖｎが新たな最大値ＶＰとなる。このセンサ列１１２−１，１１２−２の最大値検出回路１２１の最大値ＶＰ出力は、ダーク画素出力ＶＤと差動アンプ１３３で差動増幅され、さらにコンパレータ１３４で設定レベルＶＲと比較され、差動出力が設定レベルＶＲを越えたら蓄積終了、読みだし信号ΦＲが出力されるものである。この読みだし信号ΦＲはセンサ列１１２−１，１１２−２の各画素の蓄積された電荷を読み出す信号となる。
【００１２】
一方、図２０は焦点検出領域の拡大を行った例で、撮影画面Ａに対して、検出領域Ｂが３つの領域になっている。これは図１６での検出領域に対して直交方向に３箇所検出領域を増したものである。
【００１３】
この図２０に示した焦点検出領域を増加した例を、図２１に示す。図において、複数のセンサ列対Ｃ〜Ｆを備えた光電変換素子と、それに対応した不図示の焦点検出光学系を用いることで実現される。
【００１４】
更にこの複数のセンサ列Ｃ〜Ｆに対する蓄積制御は、図２２に示した様に、それぞれのセンサ列に対して専用の蓄積制御部を設け、図２１の様なセンサ列、周辺回路の組合せをセンサ列対の数の分だけ揃えた構成となっている。図２２において、各センサ列対Ｃ〜Ｆのダーク画素出力ＶＤ１〜ＶＤ４と、各センサ列対Ｃ〜Ｆの最大値検出回路１４１〜１４４の最大値出力ＶＰ１〜ＶＰ４とはそれぞれ差動アンプ１４５〜１４８で差をとり、蓄積制御部１４９〜１５２にて所定レベルＶＲと比較され、所定電圧に至ったときに読みだし信号ΦＲ１〜ΦＲ４を出力し、各センサ列対Ｃ〜Ｆの各画素の蓄積電荷を読み出す。また蓄積制御部１４９〜１５２の共通出力は、各センサ列Ｃ〜Ｆの蓄積終了の信号を、例えばＣＰＵを含む制御系に出力し、制御系はいずれかのセンサ列が蓄積終了を検知し、その後各センサ列の各画素の出力をイメージ出力として読み出し、このイメージ出力からピントズレ量（デフォーカス量）を検出する。
【００１５】
以上は一次元のセンサ列、即ちラインセンサを用いての焦点検出装置で、検出領域は各センサ列の受光部に対応する視野となり、‘線’の組合せ以上のものではない。
【００１６】
そこで、更なる検出領域の拡張を目指した場合、必然的に二次元的に広がった受光部を有する光電変換素子、即ちエリアセンサを用いての焦点検出装置が必要となる。
【００１７】
図２６はエリアセンサを用いた焦点検出装置での撮影画面Ａに対する検出領域（Ｂ）を示したもので、図２３，図２４に比較して大幅に検出領域を拡大している。
【００１８】
このエリアセンサに用いる光電変換素子は、位相差検出方式を行うならば図２７の様に２つのエリア領域が並んだエリアセンサ対Ｇとなる。
【００１９】
このエリアセンサ対Ｇに対する蓄積制御は、図２５の様に共通なダーク画素ＶＤと最大値検出回路１６１及び差動アンプ１６２と蓄積制御部１６３による全域一括の制御となる。ここで説明を簡略にするため、図２６の様な焦点検出用の像信号Ｙがエリアセンサ１７１上に結像されたとし、エリアセンサ１７１の領域を図の様にＧ〜Ｊの４領域に分割して考える。
【００２０】
図２７は図２６での４つの領域Ｇ〜Ｊの各々に対応する像信号の様子を表したものである。図からわかるように、全域一括の制御のため、最大出力画素をその領域内に持つ分割領域Ｈに対しては適切な蓄積状態となっているが、他の分割領域Ｇ，Ｉ，Ｊに対しては不十分な結果となってしまっている。これでは、せっかく検出領域を拡張しても検出可能な領域が広がらず、エリアセンサを用いた意味がなくなってしまうという問題点を有している。
【００２１】
また、従来からラインセンサを用いた撮像装置とした場合、光電変換素子列上の物体像のかかり具合（いわゆる、「フェーズｉｎ／フェーズｏｕｔ」と称する）により発生する焦点検出ばらつきの問題があったが、２次元的なエリアセンサを用いてもこのフェーズｉｎ／フェーズｏｕｔの問題は改善されず、依然残ってしまう問題がある。
【００２２】
また、この焦点検出を行うエリアセンサ対上に結像する物体像は像が２次元に広がることで像の歪みが大きくなり、ファインダー上の焦点検出マークと実際の焦点検出位置がずれてしまったり、焦点検出の誤差の原因になる。しかし、この像の歪みを改善するためには光学的に補正をかけるための部材が新たに必要であり、技術的に困難で、かつ、構成が複雑になるなどの問題も加わり、極めて難しい問題である。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記した問題点の解決を目的としており、その要旨は次の通りである。即ち、撮影画面又は観察画面上の広い範囲に渡り２次元的、連続的に焦点検出を可能とする焦点検出装置において、受光部である連続した２次元的な広がりを有する複数の光電変換手段は、隣接する光電変換素子列は互いに物体像に対し位相がずれた関係に配置され、光電変換素子列上の物体像のかかり具合（いわゆるフェーズｉｎ／フェーズｏｕｔ）により発生する焦点検出値の検出ばらつきを改善するものとする。更に、光電変換手段は物体像の歪みに対応した２次元的な広がりを持つ形状にしたことを特徴とする。
また、本発明は、２次元状に配列された複数の画素を有する第１の領域と、前記第１の領域に対して所定方向に設けられた、２次元状に配列された複数の画素を有する第２の領域と、前記第１の領域に結像された第１の像と、前記第２の領域に結像された第２の像との位相差に基づいて焦点検出を行う焦点検出手段とを有し、前記第１の領域に含まれる前記所定方向に配列された複数の画素からなる第１の画素列の各々の受光部と、前記第１の領域に含まれるとともに、前記第１の画素列に隣接する前記所定方向に配列された複数の画素からなる第２の画素列の各々の受光部とは、前記所定の方向にずれて配置されており、前記第２の領域に含まれる前記所定方向に配列された複数の画素からなる第３の画素列の各々の受光部と、前記第２の領域に含まれるとともに、前記第３の画素列に隣接する前記所定方向に配列された複数の画素からなる第４の画素列の各々の受光部とは、前記所定の方向にずれて配置されており、前記焦点検出手段は、前記第１の領域に結像された第１の像と、前記第２の領域に結像された第２の像との位相差に基づいて焦点検出を行うために、前記第１の画素列からの信号と、前記第２の画素列からの信号との加算信号と、前記第３の画素列からの信号と、前記第４の画素列からの信号との加算信号を用いていることを特徴とする。
【００２４】
具体的には、一対の光学系が各々形成する物体像の位置を光電変換素子上に結像し、相対的に比較することによって被写体距離を検出する焦点検出装置において、前記光電変換素子は前記物体像の位置ずれが発生する方向と同一方向に１次元的に並んだ光電変換素子が前記物体像の歪みに対応して位置的にずれながら複数連結して２次元的な広がりを有するものであり、且つ隣接する光電変換素子列は前記物体像に対しお互いに位相が異なった位置に配置されることを特徴とする。また、該焦点検出装置において、前記隣接する複数の光電変換素子列の出力を用いて一つの焦点検出値を求めることを特徴とする。
【００２５】
また、本発明による焦点検出装置は、光電変換素子列を具備する一対のエリアセンサにより焦点検出信号を得る焦点検出装置において、前記エリアセンサは光学系による歪みに応じて前記光電変換素子列を配置し、前記光電変換素子列につき相隣接する光電変換素子列の各光電変換素子が検出する前記物体像の位相が異なる位置に配置され、且つ前記光電変換素子列は光電変換素子の長方形の長辺で隣接して列を形成し、前記隣接する光電変換素子列の前記光電変換素子の長方形の短辺についてずれた配置であることを特徴とする。また、該焦点検出装置において、前記光電変換素子の長方形の短辺についてずれた配置は前記短辺の１／２のずれであることを特徴とする。
また、本発明は、半透過性のミラーと、前記ミラーを透過した光を反射する第１の反射鏡と、前記第１の反射鏡で反射した光を反射する第２の反射鏡と、前記第２の反射鏡で反射された光を受光する、２次元状に配列された複数の画素を有する第１の領域と、前記第２の反射鏡で反射された光を受光する、前記第１の領域に対して所定方向に設けられた、２次元状に配列された複数の画素を有する第２の領域と、前記第１の領域に結像された第１の像と、前記第２の領域に結像された第２の像との位相差に基づいて焦点検出を行う焦点検出手段とを有し、前記第１の領域に含まれる前記所定方向に配列された複数の画素からなる第１の画素列の各々の受光部と、前記第１の領域に含まれるとともに、前記第１の画素列に隣接する前記所定方向に配列された複数の画素からなる第２の画素列の各々の受光部とは、前記所定の方向にずれて配置されており、前記第２の領域に含まれる前記所定方向に配列された複数の画素からなる第３の画素列の各々の受光部と、前記第２の領域に含まれるとともに、前記第３の画素列に隣接する前記所定方向に配列された複数の画素からなる第４の画素列の各々の受光部とは、前記所定の方向にずれて配置されており、前記焦点検出手段は、前記第１の領域に結像された第１の像と、前記第２の領域に結像された第２の像との位相差に基づいて焦点検出を行うために、前記第１の画素列からの信号と、前記第２の画素列からの信号との加算信号と、前記第３の画素列からの信号と、前記第４の画素列からの信号との加算信号を用いていることを特徴とする。
【００２６】
【発明の実施の形態】
［第１実施形態］
本発明による実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は撮影画面内の各領域での焦点検出を行うための各構成要素の光学的配置図である。図において、１は図上左側に配置された不図示の対物レンズの光軸、２は対物レンズの焦点位置に配置された銀塩系のフィルム、３は対物レンズの光軸１上に配置された半透過性の主ミラー、４は同様に対物レンズの光軸１上に斜めに配置された第１の反射鏡、５は第１の反射鏡４によるフィルム２に共役な近軸的結像面、６は焦点検出用の第２の反射鏡、７は赤外線を阻止する赤外カットフィルタ、８は２つの開口８−１，８−２を有する絞り、９は絞り８の２つの開口８−１，８−２に対応して配置された２つのレンズ９−１，９−２を有する２次結像系、１０は焦点検出用の第３の反射鏡、１１は２つのエリアセンサ１１−１，１１−２を有する光電変換素子をそれぞれ示している。
【００２７】
ここで、第１の反射鏡４は曲率を有し、絞り８の２つの開口８−１，８−２を不図示の対物レンズの射出瞳付近に投影する収束性のパワーを持っている。また第１の反射鏡４は必要な領域のみが光を反射するようにアルミや銀等の金属膜が蒸着されていて、焦点検出を行う範囲を制限する視野マスクの働きを兼ねている。他の反射鏡６，１０においても、光電変換素子１１上に入射する迷光を減少させるため、必要最小限の領域のみが蒸着されている。各反射鏡４，６，１０の反射面として機能しない領域に光吸収性の塗料等を塗布したり、遮光部材を近接して設けることも有効である。
【００２８】
図２は絞り８の平面図であり、横長の２つの開口８−１，８−２を開口幅の狭い方向に並べた構成となっている。図中点線で示されているのは、絞り８の開口８−１，８−２に対応してその後方に配置されている前記２次結像系９の各レンズ９−１，９−２である。
【００２９】
図３は光電変換素子１１の概略平面図であり、図１で示した２つのエリアセンサ１１−１，１１−２はこの図に示すように２次元的に画素を配列し、光電変換素子上結像される物体像に対応した位置に、エリアセンサを２つ並べたものである。
【００３０】
図２８は図３の一方のエリアセンサ１１−１に示すエリアセンサを従来のエリアセンサの構成で配置した図である。２３−１は２次元に広がる光電変換素子列であり、２３−２は光電変換素子列上に結像する物体像の歪みを表している。光電変換素子列２３ー１は平面的に長方形状であり、長方形状の各素子が縦横に配列されており、物体像２３ー２はレンズ系の２次、３次の歪みにより、たる形状の歪みを生じている。
【００３１】
図２８に示すように、光電変換素子上に結像する物体像が２次元的に広がることで像の歪みが大きくなり、焦点検出エリアの周辺では焦点検出の指標と実際の焦点検出位置とのずれが大きくなってしまう。また従来より問題になっている光電変換素子と物体像とのフェーズｉｎ／フェーズｏｕｔにより発生する焦点検出ばらつきの問題も２次元状のエリアセンサでは改善されてはいない。
【００３２】
図４は光電変換素子列上のフェーズｉｎ／フェーズｏｕｔを示す図であり、２０−１は光電変換素子列を１個、１個を示し、２０−２は光電変換素子列上の物体像を示している。図６は光電変換素子列上の物体像のフェーズｉｎ／フェーズｏｕｔにより発生する焦点検出ばらつきのグラフであり、図４の２０−２の物体像が矢印の方向に移動したとき、各光電変換素子ｄ，ｅ，ｆの被写体像の位置を横軸に、素子列の出力レベルを縦軸としてグラフにしたもので、光電変換素子毎の位置による焦点検出値の変化を示している。図６からわかるように、光電変換素子列上の物体像のフェーズｉｎ／フェーズｏｕｔにより発生する焦点検出値のばらつきは、光電変換素子の幅を１周期とした変化を示している。
【００３３】
フェーズｉｎ／フェーズｏｕｔにより発生する焦点検出ばらつきを改善し常に安定したデフォーカス量の検出を可能とする手段として、図５に示す様に配置する。図５では、一ラインのａ〜ｇの光電変換素子と他方の一ラインのｈ〜ｎの光電変換素子とが１／２素子分ずれた関係で配置されている。この光電変換素子列による焦点検出値を図７に示す。図７では、図６の場合の光電変換素子ａ〜ｇによる実線で示す焦点検出値の変化２６ー１に対して、光電変換素子ｈ〜ｎによる点線で示す焦点検出値の変化２６ー２とが検出され、両者を単に加算すれば２６ー３として示す零になる。光電変換素子列を互いに位相がずれた関係に配置し、隣接する複数の光電変換素子列の出力に基づいて一つの焦点検出値を求める方法があり、隣接する光電変換素子列間の位相差は光電変換素子幅の２分の１ピッチずらした関係が最も改善効果があることが理論上の実験の結果から明らかになっている。
【００３４】
しかし、隣接する光電変換素子列を互いに所定量ずらした配置にすることは以前より数多く出願されているが（例えば、特開昭５９ー１０５６０６号公報）、２次元的に広がる物体像に対しては単純に隣接する光電変換素子列を所定量ずらしただけでは、物体像に歪みがあるために隣接する光電変換素子列間で物体像との位相差が所定量とは異なってしまい、十分な改善効果が得られなくなってしまう。
【００３５】
この問題を改善した実施形態の光電変換手段を図９に示し、その一部を拡大した図を図１０に示した。２４−１は光電変換素子であり、２４−２は光電変換素子上の物体像の歪みを現している。図８は図１０の光電変換素子列の一部を拡大した図であり、光電変換素子列２７−１と隣接する光電変換素子列２７−２は斜線で示す物体像２７−３に対し位相がずれた位置に配置されている。物体像２７−３の光電変換素子列上のフェーズが光電変換素子列２７−１，２７ー２の隣接するラインで２分の１ピッチずれている。図５と異なる点は、光電変換手段は物体像の歪みに対応して隣接する複数ラインを配置し、隣接するライン間で被写体からの光束位置に対し、位相がずれた関係に構成されたことを特徴とする。
【００３６】
従って、本実施形態では隣接する光電変換素子列を被写体からの光束位置に対し互いに光電変換素子の所定ピッチ（本実施形態では２分の１ピッチ）ずらした関係に配置し、隣接する複数の光電変換素子列の出力から検出されるデフォーカス量に基づいて一つの焦点検出値を求めることで、焦点検出範囲を拡大しても、フェーズｉｎ／フェーズｏｕｔにより発生する焦点検出ばらつきの影響を防ぎ、常に安定したデフォーカス量の検出が可能となる。
【００３７】
以上の構成において、図１の不図示の撮影レンズからの光束１２−１，１２−２は主ミラー３を透過後、第１の反射鏡４により、ほぼ主ミラー３の傾きに沿った方向に反射され、第２の反射鏡６により再び方向を変えた後、赤外カットフィルタ７、絞り８の２つの開口８−１，８−２を経て、２次結像系９の各レンズ９−１，９−２により集光され、第３の反射鏡１０を介して光電変換素子１１のエリアセンサ１１−１，１１−２上にそれぞれ到達する。図中の光束１２−１，１２−２はフィルム２の中央に結像する光束を示したものであるが、他の位置に結像する光束についても同様の経路を経て、光電変換素子１１に達し、全体として、フィルム２上の所定の２次元領域に対応する２つの光量分布が光電変換素子１１の各エリアセンサ１１−１，１１−２上に形成される。
【００３８】
本実施形態において、第１の反射鏡４は、２次曲線を軸回りに回転してできる曲面の一部で構成されていて、特に回転楕円面が好適に用いられる。図１においては、第１の反射鏡４の表面形状は点２０を頂点とする楕円２１を軸２２の回りに回転してできる回転楕円面の一部からなり、その焦点は、第２の反射鏡６による絞り８の中心の像位置２３付近と、半透明の主ミラー３の透過後の光軸２４の延長上の点（不図示）の付近に設定されている。もし、光軸２４の延長上の点が対物レンズの射出瞳位置（種々の対物レンズが交換して用いられる場合にはそれらの平均的な射出瞳位置）の付近に焦点があれば、対物レンズの射出位置と２次結像系の入射位置がほぼ結像されることになり、第１の反射鏡４は理想的なフィールドレンズとしての機能を果たすことになる。図１から明らかなように、第１の反射鏡４として光学的に使用しているのは、回転楕円面の回転軸及び頂点を含まない領域である。
【００３９】
また本実施形態においては、２次結像系９の入射側の第一面を凹面形状とすることで、２次結像系９に入射する光が無理に屈折されることがないような構成とし、光電変換素子１１の２次元領域の広い範囲にわたって良好で一様な結像性能を確保している。
【００４０】
このようにして得られた２つの光量分布に対して、図１０２において説明したのと同様な原理に基づき、分離方向、即ち図３に示す２つのエリアセンサ１１−１，１１−２の上下方向の相対的位置関係を、エリアセンサ１１−１，１１−２の各位置で算出することで、対物レンズの焦点状態を２次元的に検出することができる。
【００４１】
尚、第１の反射鏡４は、銀塩フィルム２への撮影に際し、主ミラー３と同様に撮影光路外に退避されるものである。
【００４２】
次に、光電変換素子１１について詳しく説明する。図１１は本実施形態における焦点検出領域の分布の様子をカメラのファインダから見た状態で描いたものである。図のように本実施形態では撮影画面３１の中央部分に左右１１、上下５分割の計５５領域（図中、□が１領域を表す）での焦点検出が可能である。この５５の分割領域の各々に対応するように光電変換素子１１の２つのエリアセンサ１１−１，１１−２を５５分割して用いている。このファインダから見た５５分割領域は、図９において、両光電変換素子列１１ー１，１１ー２上でそれぞれ５５分割分の領域に分けられ、図１０に示す一方の光電変換素子列１１ー１も５５分割領域に分けられ、レンズ系の歪みに沿って光電変換素子列１１ー１を配置すると共に、隣接する光電変換素子を相互に１／２画素分ずらせている。このことより、エリアセンサによる焦点検出の際に発生するフェーズｉｎ／フェーズｏｕｔによる焦点検出ばらつきを大幅に削減でき、改善できる。
【００４３】
次に、エリアセンサによる焦点検出装置のうち、図１２に示す５×３の領域のエリアセンサを用いた焦点検出装置の例について説明する。図１２の□が１領域を示すカメラのファインダからみた状態の図であり、この状態に対応する光電変換素子列は図９に示すが、実際に使用するのはその中心部分に特定する５×３の領域から焦点検出信号を得るように出力処理回路を構成する。
【００４４】
［第２実施形態］
図１３は上記のごとき各焦点検出装置を備えたカメラの具体的な構成の一例を示す回路図であり、先ず各部の構成について説明する。
【００４５】
図１３において、ＰＲＳはカメラの制御装置で、例えば、内部にＣＰＵ（中央処理装置）、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａ変換機能を有する１チップのマイクロコンピュータである。マイクロコンピュータＰＲＳはＲＯＭに格納されたカメラのシーケンス・プログラムに従って、自動露出制御機能、自動焦点調節機能、フィルムの巻き上げ・巻き戻し等のカメラの一連の動作を行っている。そのために、マイクロコンピュータＰＲＳは通信用信号ＳＯ、ＳＩ、ＳＣＬＫ、通信選択信号ＣＬＣＭ、ＣＤＤＲ、ＣＩＣＣを用いて、カメラ本体内の周辺回路およびレンズ内制御装置と通信を行って、各々の回路やレンズの動作を制御する。
【００４６】
ＳＯはマイクロコンピュータＰＲＳから出力されるデータ信号、ＳＩはマイクロコンピュータＰＲＳに入力されるデータ信号、ＳＣＬＫは信号ＳＯ、ＳＩの同期クロックである。
【００４７】
ＬＣＭはレンズ通信バッファ回路であり、カメラが動作中のときにはレンズ用電源端子ＶＬに電力を供給するとともに、マイクロコンピュータＰＲＳからの選択信号ＣＬＣＭが高電位レベル（以下、‘Ｈ’と略記し、低電位レベルは‘Ｌ’と略記する）のときには、カメラとレンズ間の通信バッファとなる。
【００４８】
マイクロコンピュータＰＲＳが選択信号ＣＬＣＭを‘Ｈ’にして、同期クロックＳＣＬＫに同期して所定のデータをデータ信号ＳＯから送出すると、レンズ通信バッファ回路ＬＣＭはカメラ・レンズ間通信接点を介して、同期クロックＳＣＬＫ、データ信号ＳＯの各々のバッファ信号ＬＣＫ、ＤＣＬをレンズへ出力する。それと同時に、レンズＬＮＳからの信号ＤＬＣのバッファ信号をデータ信号ＳＩに出力し、マイクロコンピュータＰＲＳは同期クロックＳＣＬＫに同期してデータ信号ＳＩからレンズのデータを入力する。
【００４９】
ＤＤＲは各種のスイッチＳＷＳの検知および表示用回路であり、信号ＣＤＤＲが‘Ｈ’のとき選択され、データ信号ＳＯ、ＳＩ、同期クロックＳＣＬＫを用いてマイクロコンピュータＰＲＳから制御される。即ち、マイクロコンピュータＰＲＳから送られてくるデータに基づいてカメラの表示部材ＤＳＰの表示を切り替えたり、カメラの各種操作部材のオン・オフ状態を通信によってマイクロコンピュータＰＲＳに報知する。ＯＬＣはカメラ上部に位置する外部液晶表示装置であり、ＩＬＣはファインダ内部液晶表示装置である。本実施形態では、焦点検出の動作領域の設定等は、この検知および表示用回路ＤＤＲに属するスイッチＳＷＳにて行っている。
【００５０】
ＳＷ１、ＳＷ２は不図示のレリーズボタンに連動したスイッチで、レリーズボタンの第一段階の押下によりＳＷ１がオンし、引き続いて第２段階の押下でＳＷ２がオンする。マイクロコンピュータＰＲＳはＳＷ１オンで測光、自動焦点調節を行い、ＳＷ２オンをトリガとして露出制御とその後のフィルムの巻き上げを行う。
【００５１】
なお、ＳＷ２はマイクロコンピュータであるＰＲＳの「割り込み入力端子」に接続され、ＳＷ１オン時のプログラム実行中でもＳＷ２オンによって割り込みがかかり、直ちに所定の割り込みプログラムへ制御を移すことができる。
【００５２】
ＭＴＲ１はフィルム給送用、ＭＴＲ２はミラーアップ・ダウンおよびシャッタばねチャージ用のモータであり、各々の駆動回路ＭＤＲ１、ＭＤＲ２により正転、逆転の制御が行われる。マイクロコンピュータＰＲＳから駆動回路ＭＤＲ１、ＭＤＲ２に入力されている信号Ｍ１Ｆ、Ｍ１Ｒ、Ｍ２Ｆ、Ｍ２Ｒはモータ制御用の正転及び反転制御信号である。
【００５３】
ＭＧ１、ＭＧ２は各々シャッタ先幕・後幕走行開始用マグネットで、制御信号ＳＭＧ１、ＳＭＧ２、増幅トランジスタＴＲ１、ＴＲ２により通電され、マイクロコンピュータＰＲＳによりシャッタ制御が行われる。
【００５４】
なお、モーター駆動回路ＭＤＲ１、ＭＤＲ２、シャッタ制御は、本発明と直接関わりがないので、詳しい説明は省略する。
【００５５】
レンズＬＮＳ内制御回路ＬＰＲＳにバッファ信号ＬＣＫと同期して入力されるバッファ信号ＤＣＬは、カメラからレンズＬＮＳに対する命令のデータであり、命令に対するレンズＬＮＳの動作は予め決められている。レンズＬＮＳ内制御回路ＬＰＲＳは、所定の手続きに従ってその命令を解析し、焦点調節や絞り制御の動作や、出力ＤＬＣからレンズＬＮＳの各部動作状況（焦点調節光学系の駆動状況や、絞りの駆動状態等）や、各種パラメータ（開放Ｆナンバ、焦点距離、デフォーカス量対焦点調節光学系の移動量の係数、各種ピント補正量等）の出力を行う。
【００５６】
本実施形態では、ズームレンズの例を示しており、カメラから焦点調節の命令が送られた場合には、同時に送られてくる駆動量・方向に従って焦点調節用モータＬＭＴＲを信号ＬＭＦ、ＬＭＲによって駆動して、光学系を光軸方向に正逆移動させて焦点調節を行う。光学系の移動量は光学系に連動して回動するパルス板のパターンをフォトカプラーにて検出し、移動量に応じた数のパルスを出力するエンコーダ回路ＥＮＣＦのパルス信号ＳＥＮＣＦでモニタし、レンズＬＮＳ内制御回路ＬＰＲＳ内のカウンタで計数しており、レンズの前玉の所定の移動が完了した時点でレンズＬＮＳ内制御回路ＬＰＲＳ自身が信号ＬＭＦ、ＬＭＲを‘Ｌ’にしてモータＬＭＴＲを制動する。
【００５７】
このため、一旦カメラから焦点調節の命令が送られた後は、カメラの制御装置であるマイクロコンピュータＰＲＳはレンズの駆動が終了するまで、レンズ駆動に関して全く関与する必要がない。また、カメラから要求があった場合には、上記カウンタの内容をカメラに送出することも可能な構成になっている。
【００５８】
カメラから絞り制御の命令が送られた場合には、同時に送られてくる絞り段数に従って、絞り駆動用としては公知のステッピング・モータＤＭＴＲを駆動する。なお、ステッピング・モータＤＭＴＲはオープン制御が可能なため、動作をモニタするためのエンコーダを必要としない。
【００５９】
ＥＮＣＺはズーム光学系に付随したエンコーダ回路であり、レンズＬＮＳ内制御回路ＬＰＲＳはエンコーダ回路ＥＮＣＺからの信号ＳＥＮＣＺを入力してズーム位置を検出する。レンズＬＮＳ内制御回路ＬＰＲＳ内には各ズーム位置におけるレンズ・パラメータが格納されており、カメラ側のマイクロコンピュータＰＲＳから要求があった場合には、現在のズーム位置に対応したパラメータをカメラ側に送出する。
【００６０】
ＩＣＣは、光電変換素子であるＣＣＤ等から構成される焦点検出用エリアセンサ及びその駆動制御回路である焦点検出回路であり、選択信号ＣＩＣＣが‘Ｈ’のとき選択されて、データ信号ＳＯ、ＳＩ、同期信号ＳＣＬＫを用いてマイクロコンピュータＰＲＳから制御される。
【００６１】
ΦＶ、ΦＨ、ΦＲはエリアセンサ出力の読み出し、リセット信号であり、マイクロコンピュータＰＲＳから信号に基づいて焦点検出回路ＩＣＣ内の駆動回路によりセンサ制御信号が生成される。センサ出力はセンサ部からの読み出し後増幅され、出力信号ＩＭＡＧＥとしてマイクロコンピュータＰＲＳのアナログ入力端子に入力され、マイクロコンピュータＰＲＳは出力信号ＩＭＡＧＥをＡ／Ｄ変換後、そのデジタル値をＲＡＭ上の所定のアドレスへ順次格納してゆく。これらデジタル変換された信号を用いて焦点検出を行っていく。
【００６２】
ＶＲは前述した各差動アンプに共通の蓄積終了判定レベルであり、ＩＮＴＥは蓄積終了出力信号、ＩＣＬＫは焦点検出回路ＩＣＣ内の制御回路部の基準クロック信号である。
【００６３】
上述のカメラの全システム中、特に焦点検出回路ＩＣＣの動作は上述の第１実施形態で説明したように各エリアセンサによる焦点検出の動作を行ない、その結果はマイクロコンピュータＰＲＳを介してレンズＬＮＳ内制御回路ＬＰＲＳにより適切な焦点ポイントにレンズ系を移動・保持し、その後シャッターが動作することで、焦点のあった画像を取得することができる。
【００６４】
尚、上記図１３ではカメラとレンズＬＮＳが別体（レンズ交換が可能）となるもので表現されているが、本発明はカメラ・レンズ一体なるものでも何等問題なく、これ等に限定されるものではない。
【００６５】
なお、以上の実施形態において、エリアセンサに対して、撮影レンズからの入射光を２つの視差を有する２像に分離してから夫々結像しているが、所定の基線長離れた２つのレンズを介して入射する２つの像を各エリアセンサに入射してよい。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明してきた本発明によれば、撮影画面又は観察画面上の広い範囲に渡り２次元的、連続的に焦点検出をする焦点検出装置において、隣接する光電変換素子列間で互いに物体像との位相をずらした位置に配置し、隣接する複数の光電変換素子列の焦点検出情報に基づいて焦点検出を行うことによって、光電変換素子上に結像される物体像の歪みを補正する必要なく、フェーズｉｎ／フェーズｏｕｔにより発生する焦点検出ばらつきを改善し常に安定した焦点検出を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の焦点検出装置の概略構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の絞りおよび２次結像系を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の光電変換素子を示す図である。
【図４】従来の光電変換素子列上の物体像を示す図である。
【図５】本発明の光電変換素子列上の物体像を示す図である。
【図６】フェーズｉｎ／フェーズｏｕｔによる焦点検出値の変化を示す図である。
【図７】本発明の説明のためのフェーズｉｎ／フェーズｏｕｔによる焦点検出値の変化を示す図である。
【図８】被写体像の歪みと本発明のエリアセンサを拡大した一部を示す図である。
【図９】本発明による物体像の歪みと本発明の実施形態のエリアセンサ全体の素子配置を示す図である。
【図１０】本発明による物体像の歪みと本発明の実施形態のエリアセンサの素子配置を示す図である。
【図１１】本発明の実施形態の焦点検出領域の分布を示す図である。
【図１２】本発明の実施形態の光電変換素子の機能を説明する図である。
【図１３】本発明の実施形態であるカメラおよびレンズの回路図である。
【図１４】従来の焦点検出装置のカメラ内配置図である。
【図１５】従来の焦点検出装置を説明する図である。
【図１６】従来の焦点検出領域の分布を示す図である。
【図１７】従来の光電変換素子及びその蓄積制御を説明する図である。
【図１８】従来の光電変換素子及びその蓄積制御を説明する図である。
【図１９】従来の光電変換素子及びその蓄積制御を説明する図である。
【図２０】従来の焦点検出領域の分布を示す図である。
【図２１】従来の光電変換素子及びその蓄積制御を説明する図である。
【図２２】従来の光電変換素子及びその蓄積制御を説明する図である。
【図２３】従来方式で焦点検出領域を２次元に拡大した場合の説明図である。
【図２４】従来方式で焦点検出領域を２次元に拡大した場合の説明図である。
【図２５】従来方式で焦点検出領域を２次元に拡大した場合の説明図である。
【図２６】従来方式で焦点検出領域を２次元に拡大した場合の説明図である。
【図２７】従来方式で焦点検出領域を２次元に拡大した場合の説明図である。
【図２８】物体像の歪みと従来のエリアセンサの素子配置を示す図である。
【符号の説明】
１    対物レンズの光軸
２    フィルム
３    主ミラー
４    第１の反射鏡
５    結像面
６    第２の反射鏡
７    赤外カットフィルタ
８    絞り
９    ２次結像系
１０    第３の反射鏡
１１    光電変換素子
１２    光束
２４    対物レンズの光軸
３１    撮影画面領域
１０１    対物レンズ
１０２    主ミラー
１０３    焦点板
１０４    ペンタプリズム
１０５    接眼レンズ
１０６    サブミラー
１０７    フィルム
１０８    焦点検出装置
１０９    視野マスク
１１０    フィールドレンズ
１１１    ２次結像系
１１２    光電変換素子
１１３    絞り
１１４    対物レンズの射出瞳
１１５    光束
Ａ    撮影画面領域
Ｂ    焦点検出領域
マイクロコンピュータＰＲＳ    カメラ内制御装置
ＬＣＭ    レンズ通信バッファ回路
ＳＤＲ    センサ駆動回路
ＬＮＳ    レンズ
ＬマイクロコンピュータＰＲＳ    レンズ内制御回路
ＥＮＣＦ    焦点調節用レンズの移動量検出エンコーダ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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