(57)【要約】【課題】安定した焦点検出を行う。【解決手段】光電変換素子列を有し、撮影レンズ１の焦点調節状態を示す一対の信号列を時系列的に出力する焦点検出センサー２と、焦点検出センサー２から出力される一対の信号列の相関量を演算する相関演算部３と、相関演算部３で演算された相関量を記憶する相関量格納部４と、焦点検出センサー２から出力された一対の信号列に対して相関量演算部３により演算された相関量と、相関量格納部４に記憶されている相関量とを加算して、撮影レンズ１の焦点調節状態を演算するデフォーカス量演算部６とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換素子列を有し、結像光学系の焦点調節状態を示す一対の信号列を時系列的に出力する焦点検出センサーと、
前記焦点検出センサーから出力される一対の信号列の相関量を演算する相関演算手段と、
前記相関演算手段で演算された前記相関量を記憶する相関量記憶手段と、
前記焦点検出センサーから出力された前記一対の信号列に対して前記相関量演算手段により演算された前記相関量と、前記相関量記憶手段に記憶されている相関量とを加算して、前記結像光学系の焦点調節状態を演算する焦点演算手段とを備え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、
前記焦点演算手段は、前記相関量記憶手段に記憶されている複数の相関量を加算して前記結像光学系の焦点調節状態を演算することを特徴とする焦点検出装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の焦点検出装置と、
前記焦点検出装置により演算された焦点調節状態に基づいて前記結像光学系の焦点調節を行う焦点調節手段とを備えることを特徴とする焦点調節装置。
【請求項４】
請求項３に記載の焦点調節装置と、
前記結像光学系により結像される像を撮像する撮像手段とを備えることを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焦点検出装置、焦点調節装置および撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
コントラストが低い被写体に対する焦点検出能力を高めるために、イメージセンサーの複数回の電荷蓄積データを加算して焦点検出演算を行うようにした焦点検出装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この出願の発明に関連する先行技術文献としては次のものがある。
【特許文献１】特公平８−２３６２０号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した従来の焦点検出装置では、異なる時刻にイメージセンサーから出力される電荷蓄積データを加算しているので、手ブレなどによって構図が微妙に変化することによりイメージセンサー上の被写体像が各時刻で異なる場合には、電荷蓄積データを加算してもコントラストが高くなるとは限らない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（１）  請求項１の発明は、光電変換素子列を有し、結像光学系の焦点調節状態を示す一対の信号列を時系列的に出力する焦点検出センサーと、焦点検出センサーから出力される一対の信号列の相関量を演算する相関演算手段と、相関演算手段で演算された相関量を記憶する相関量記憶手段と、焦点検出センサーから出力された一対の信号列に対して相関量演算手段により演算された相関量と、相関量記憶手段に記憶されている相関量とを加算して、結像光学系の焦点調節状態を演算する焦点演算手段とを備えることにより、上記課題を解決する。
（２）  請求項２の焦点検出装置は、焦点演算手段によって、相関量記憶手段に記憶されている複数の相関量を加算して結像光学系の焦点調節状態を演算するようにしたものである。
（３）  請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載の焦点検出装置と、この焦点検出装置により演算された焦点調節状態に基づいて結像光学系の焦点調節を行う焦点調節手段とを備えた焦点調節装置である。
（４）  請求項４の発明は、請求項３の焦点調節装置と、結像光学系により結像される像を撮像する撮像手段とを備えた撮像装置である。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、相関量どうしを加算するため、イメージセンサー上の被写体像が異なる時刻において異なっていても相関量の傾きが大きくなり、安定した焦点検出を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１は一実施の形態の焦点検出装置の構成を示す図である。なお、この一実施の形態の焦点検出装置はカメラなどに用いられ、結像光学系（撮影レンズ）の焦点調節状態を検出する。撮影レンズ１はフィルム面や撮像素子面などの予定結像面に被写体像を結像する。焦点検出センサー２は焦点検出光学系と一対のイメージセンサーアレイ（ともに不図示）を備え、撮影レンズ１の射出瞳上の一対の領域を通る一対の被写体光束を焦点検出光学系を介して一対のイメージセンサーアレイへ導き、一対のイメージセンサーアレイ上に一対の被写体像を結像させる。焦点検出センサー２の一対のイメージセンサーアレイはそれぞれ複数の光電変換素子からなり、一対の被写体像の光強度に応じた電荷蓄積を行い、一対の電荷蓄積信号を出力する。相関演算部３は、焦点検出センサー２の一対のイメージセンサーアレイの出力信号に基づいて一対の出力信号の相関量Ｈ(L)を演算する。
【０００８】
相関演算についてはすでに公知であるが、概要を説明する。一対のイメージセンサーアレイから出力される一対の信号データ列をａ(i)、ｂ(i)（ｉはデータ個数）とすると、相関量Ｈ(L)は次式により求められる。
Ｈ(L)＝Σ｜ａ(i)−ｂ(i＋L)｜  ・・・（１）
（１）式において、Σはｉが下限ｑから上限ｒまでの総和演算を表し、Ｌは一対の信号データ列のシフト量である。このシフト量Ｌは整数なので、相関量Ｈ(L)は離散的な値となる。そこで、内挿演算により相関量Ｈ(L)の真の最小値を与えるシフト量Ｌexを求める。例えば、シフト量Ｌexの両側の相関関数Ｈ(L)の傾きが等しいとして、シフト量Ｌexの近傍のシフト量Ｌ＝Ｒ−１、Ｒ、Ｒ＋１の３点における相関量Ｈ(R-1)、Ｈ(R)、Ｈ(R+1)から、相関量Ｈ(L)の最小値Ｈexとそのときのシフト量Ｌexを求める。
Ｈex＝Ｈ(R)−｜ＤＬ｜、
Ｌex＝Ｒ＋ＤＬ／Ｅ  ・・・（２）
（２）式において、パラメーターＤＬ、Ｅは次式により求められる。
ＤＬ＝０．５×｛Ｈ(R-1)−Ｈ(R+1)｝、
Ｅ＝Ｍax｛Ｈ(R-1)−Ｈ(R)、Ｈ(R+1)−Ｈ(R)｝  ・・・（３）
このようにしてシフト量Ｌexを求めた後、被写体像の結像面と予定結像面との光軸方向のズレ量、すなわちデフォーカス量ｄを次式により求める。
ｄ＝β×Ｌex  ・・・（４）
ここで、βはイメージセンサーアレイの光電変換部の配列ピッチおよび焦点検出光学系のパラメーターによって定まる値である。
【０００９】
相関量格納部４は、相関演算部３で演算された各シフト量Ｌごとの相関量Ｈ(L)を格納相関量Ｈp(L)として記憶するメモリである。相関量加算部５は、格納相関量Ｈp(L)に対して一対のイメージセンサーアレイの新しい出力信号データ列に基づいて演算された相関量Ｈ(L)を対応するシフト量ごとに加算し、加算相関量Ｈk(L)を演算する。デフォーカス量演算部６は、加算相関量Ｈk(L)を用いて上述した公知の相関演算方法により撮影レンズ１のデフォーカス量ｄを演算する。撮像部７は、ＣＣＤやＣＭＯＳなどで構成され撮影レンズ１により結像された被写体像を撮像する撮像素子の他、撮像素子駆動回路、シャッター装置などを備えている。駆動部８は、デフォーカス量演算部６により演算されるデフォーカス量に基づいてレンズ駆動用モーター９を駆動し、撮影レンズ１の焦点調節を行う。
【００１０】
図２は一実施の形態の焦点検出動作を示すフローチャートである。例えばカメラの撮影レンズの焦点検出装置として用いる場合には、カメラのシャッターボタンの半押し操作によって焦点検出動作が開始される。ステップ１において、焦点検出センサーの電荷蓄積動作のサイクル数を表す変数Ｃyを０にリセットする。Ｃy＝０の場合は相関量格納部４に格納相関量Ｈp(L)が格納されていない状態を表し、Ｃy＝１の場合は格納されている状態を表す。続くステップ２で、焦点検出センサー２の一対のイメージセンサーアレイの電荷蓄積を行い、一対の信号を電荷蓄積出力する。なお、この信号は不図示のＡ／Ｄコンバーターにより一対のデジタル信号データ列ａ(i)、ｂ(i)に変換される。
【００１１】
ステップ３で、相関演算部３により一対の信号データ列ａ(i)、ｂ(i)に基づいて相関量Ｈ(L)を演算する。ステップ４において変数Ｃyが０か否かを判別し、Ｃy＝０すなわち最初の電荷蓄積サイクルである場合はステップ５へ進む。ステップ５では相関量Ｈ(L)を格納相関量Ｈp(L)として相関量格納部４に記憶する。続くステップ６で変数Ｃy＝１とし、ステップ２へ戻って上述した処理を繰り返す。一方、ステップ４で変数Ｃy＝０でない場合、つまり２回目の電荷蓄積サイクルである場合はステップ７へ進み、相関量加算部５により格納相関量Ｈp(L)に対して今回の電荷蓄積サイクル（２回目の電荷蓄積サイクル）で演算された相関量Ｈ(L)を対応するシフト量ごとに加算し、加算相関量Ｈk(L)を演算する。続くステップ８でデフォーカス量演算部６により加算相関量Ｈk(L)を用いて撮影レンズ１のデフォーカス量ｄを演算し、ステップ１へ戻る。例えばカメラの撮影レンズの焦点検出装置として用いる場合には、カメラのシャッターボタンの半押し操作が終了するまでこの動作を繰り返す。
【００１２】
図３は一実施の形態の焦点検出装置による検出結果を示す図である。図において、破線および一点鎖線は前回と今回の電荷蓄積サイクルにおける相関量Ｈ(L)を表し、実線はそれらを加算した加算相関量Ｈp(L)を表す。上述した一実施の形態では焦点検出センサー２の２回の電荷蓄積サイクルで得た２つの相関量Ｈ(L)を対応するシフト量ごとに加算して加算相関量Ｈp(L)を演算したので、加算相関量Ｈp(L)は相関量Ｈ(L)の約２倍になっている。したがって、加算相関量Ｈp(L)は、シフト量Ｌの変化に対する相関量の変化、すなわち傾きが大きくなり、コントラストの高い被写体を捉えた場合と同等になる。つまり、この一実施の形態によれば演算されるデフォーカス量ｄの信頼性が増し、安定した焦点検出を実現できる。
【００１３】
このように、焦点検出センサーの電荷蓄積ごとに一対のイメージセンサーアレイの出力信号を記憶し、それらを加算して相関演算を行い、デフォーカス量を求める従来の焦点検出装置に比べ、一実施の形態の焦点検出装置では、焦点検出センサーの電荷蓄積ごとに相関演算を行って演算結果の相関量を記憶し、それらを加算してデフォーカス量を求めるので、複数回の電荷蓄積サイクルごとの一対のイメージセンサーアレイの出力信号を記憶する大容量のメモリが不要となり、複数回の電荷蓄積サイクルごとの相関量を記憶する小容量のメモリを設けるだけでよい。ちなみに、イメージセンサーアレイの出力信号数は２００個程度であり、一方、相関量は１１〜２０個程度であるから、相関量を格納するメモリは小容量で足りる。
【００１４】
なお、上述した一実施の形態では、焦点検出センサー２の２回の電荷蓄積サイクルで得た２つの相関量を加算して加算相関量Ｈp(L)を演算する例を示したが、もちろん３回以上の電荷蓄積サイクルで得た３つ以上の相関量を加算して加算相関量Ｈp(L)を演算してもよい。
【００１５】
また、上述した一実施の形態では、焦点検出センサーから出力された一対の信号データ列に対して相関演算された相関量Ｈ(L)と、相関量格納部４に記憶されている格納相関量Ｈp(L)とを対応するシフト量ごとに加算し、加算相関量Ｈk(L)に基づいて撮影レンズ１の焦点調節状態を演算する例を示したが、焦点検出センサー２から繰り返し出力される一対の信号データ列に基づいて相関演算部３で演算され、相関量格納部４に順次記憶された複数の格納相関量Ｈp1(L)、Ｈp2(L)、・・を対応するシフト量ごとに加算して加算相関量Ｈk(L)を演算し、加算相関量Ｈk(L)に基づいて撮影レンズ１の焦点調節状態を演算してもよい。
【００１６】
上述した一実施の形態では撮影レンズを通過した一対の被写体光束に基づいて焦点調節状態を検出するＴＴＬ方式の焦点検出装置について説明したが、本願発明は、外光測距式の焦点検出装置に対しても適用できる。
【００１７】
上述した一実施の形態の焦点検出装置は、結像光学系の焦点調節を行う焦点調節装置を始め、フィルムカメラ、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラなどのあらゆる撮像装置に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】一実施の形態の焦点検出装置の構成を示す図
【図２】一実施の形態の焦点検出装置の動作を示すフローチャート
【図３】一実施の形態の焦点検出結果を示す図
【符号の説明】
【００１９】
１  撮影レンズ
２  焦点検出センサー
３  相関演算部
４  相関量格納部
５  相関量加算部
６  デフォーカス量演算部
７  撮像部
８  駆動部
９  モーター
【図１】
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【図２】
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【図３】
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