(57)【要約】【課題】焦点検出装置ごとに最適な変換係数を設定する。【解決手段】撮影光学系の異なる領域を通過した少なくとも一対の光束を受光し、該光束による一対の被写体像の光強度分布に応じた一対の信号列を出力する光電変換手段１と、光電変換手段１から出力される一対の信号列の相対的な位置ずれ量を検出する位置ずれ量検出手段２と、所定の変換係数を用いて相対的な位置ずれ量を撮影光学系のデフオーカス量に変換する変換手段２とからなる焦点検出装置を備えたカメラに適用され、撮影光学系が合焦状態にある時の基準ずれ量に対する変換係数を算出する変換係数算出手段と、変換係数を記憶する変換係数記憶手段７とを備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮影光学系の異なる領域を通過した少なくとも一対の光束を受光し、該光束による一対の被写体像の光強度分布に応じた一対の信号列を出力する光電変換手段と、
前記光電変換手段から出力される一対の信号列の相対的な位置ずれ量を検出する位置ずれ量検出手段と、
所定の変換係数を用いて前記相対的な位置ずれ量を前記撮影光学系のデフオーカス量に変換する変換手段とからなる焦点検出装置を備えたカメラにおいて、
前記撮影光学系が合焦状態にある時の基準ずれ量に対する前記変換係数を算出する変換係数算出手段と、
前記変換係数を記憶する変換係数記憶手段とを備えることを特徴とする焦点検出装置を備えたカメラ。
【請求項２】
請求項１に記載の焦点検出装置を備えたカメラにおいて、
前記変換係数算出手段は、前記焦点検出装置とは独立して設けられていることを特徴とする焦点検出装置を備えたカメラ。
【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を備えたカメラにおいて、
前記光電変換手段は、前記撮影光学系の異なる領域を通過した少なくとも一対の光束を再結像光学系を介して受光することを特徴とする焦点検出装置を備えたカメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮影レンズの焦点調節状態を検出する焦点検出装置を備えたカメラに関する。
【背景技術】
【０００２】
位相差検出方式の焦点検出装置が知られている。図６により、位相差検出方式の焦点検出装置を説明する。
撮影レンズ１００の領域１０１を通って入射した光束は、視野マスク２００、フィールドレンズ３００、絞り開口部４０１および再結像レンズ５０１を通り、イメージセンサーアレイ６００のＡ列上に結像する。イメージセンサーアレイ６００のＡ列は複数の光電変換画素からなり、被写体像の光強度分布に応じた信号列を出力する。同様に、撮影レンズ１００の領域１０２を通って入射した光束は、視野マスク２００、フィールドレンズ３００、絞り開口部４０２および再結像レンズ５０２を通り、イメージセンサーアレイ６００のＢ列上に結像する。イメージセンサーアレイ６００のＢ列も複数の光電変換画素からなり、被写体像の光強度分布に応じた信号列を出力する。
【０００３】
イメージセンサーアレイ６００のＡ列、Ｂ列上に結像した一対の被写体像は、撮影レンズ１００が予定焦点面よりも前に被写体の鮮鋭像を結ぶ、いわゆる前ピン状態では互いに近づき、逆に予定焦点面よりも後に被写体の鮮鋭像を結ぶ、いわゆる後ピン状態では互いに遠ざかる。また、ちょうど予定焦点面に被写体の鮮鋭像を結ぶいわゆる合焦時には、イメージセンサーアレイ６００のＡ列、Ｂ列上の一対の被写体像は所定の間隔に位置する。したがって、イメージセンサーアレイ６００上の一対の被写体像をイメージセンサーアレイ６００のＡ列、Ｂ列で光電変換し、これらの信号を演算処理して一対の被写体像の位置ずれ量を求めることにより、撮影レンズ１００の予定焦点面に対する焦点調節状態、ここでは合焦状態から離れている量とその方向（以後、デフォーカス量と呼ぶ）を求めることができる。
【０００４】
これらの視野マスク２００、フィールドレンズ３００、絞り開口部４０１、４０２、再結像レンズ５０１、５０２、イメージセンサーアレイ６００は、プラスチック材料を用いて成形されたハウジングに装着され、カメラの場合にはボディの底部に組み込まれる。以下、視野マスク２００、フィールドレンズ３００、絞り開口部４０１、４０２、再結像レンズ５０１、５０２、イメージセンサーアレイ６００がハウジングに装着されたものを焦点検出モジュールと呼ぶ。
【０００５】
イメージセンサーアレイ６００のＡ列、Ｂ列はそれぞれ複数の光電変換画素からなり、一対の出力信号列ａ［１］，．．．，ａ［ｎ］、ｂ［１］，．．．ｂ［ｎ］を出力する。そして、この一対の出力信号列を用いて例えば特許文献１に開示されている焦点検出演算を実行し、位置ずれ量Ｌｓを算出する。さらに、位置ずれ量Ｌｓから（１）式によりデフォーカス量ＤＦを算出する。
ＤＦ＝Ｋｆ・（Ｌｓ−ＺＬ）  ・・・（１）
（１）式において、Ｋｆは図６に示す光学系およびイメージセンサーアレイ６００の光電変換画素のピッチ幅によって定まる、位置ずれ量Ｌｓからデフォーカス量ＤＦへの変換係数である。ＺＬは撮影レンズ１００が合焦状態にある時の位置ずれ量であり、焦点検出モジュールをカメラに組み込む時に生じる製造誤差などに起因して発生する。したがって、この位置ずれ量ＺＬは焦点検出装置ごとに異なる。そこで、従来の焦点検出装置では、製造時に合焦時の位置ずれ量ＺＬを測定してＥＥＰＲＯＭなどの記憶媒体に記憶し、（１）式の焦点検出演算時に用いるようにしている。
【０００６】
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】特開昭６０−０３７５１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、デフォーカス量ＤＦと位置ずれ量との関係は実際には線形ではなく、図４に示すように非線形となっている。
図４において、横軸が位置ずれ量Ｌｓを表わし、縦軸がデフォーカス量ＤＦを表わす。曲線（イ）は合焦時の位置ずれ量ＺＬが正の場合の特性を示し、曲線（ロ）は合焦時の位置ずれ量ＺＬが０の場合の特性を示し、曲線（ハ）は合焦時の位置ずれ量ＺＬが負の場合の特性を示す。
【０００８】
このように、位置ずれ量Ｌｓとデフォーカス量ＤＦとの関係が非線形であるため、（１）式で求めたデフォーカス量ＤＦを（２）式によって補正する必要がある。
ＤＦ＝ＤＦ／｛１＋ＤＦ／Ｐｏ｝  ・・・（２）
この（２）式と実質的に同一な演算式が特開昭５７−１６５８０６号公報に開示されている。（２）式において、Ｐｏは開口部４０１、４０２のフィールドレンズ３００による共役面と予定焦点面との距離であり、通常１００ｍｍ程度に設計する。
【０００９】
変換係数Ｋｆは図４に示す曲線の接線の傾きであり、合焦状態（デフォーカス量ＤＦ＝０）における曲線の接線の傾き、すなわち図４の特性曲線（イ）〜（ハ）とデフォーカス量ＤＦ＝０の直線との交点における接線の傾きが、合焦点の近傍において位置ずれ量からデフォーカス量へ正確に変換するための最適な変換係数Ｋｆとなる。合焦時の位置ずれ量ＺＬと最適な変換係数Ｋｆとの関係を図５に示す。
【００１０】
上述したように、合焦時の位置ずれ量ＺＬは焦点検出装置ごとに異なるが、焦点検出装置ごとの位置ずれ量ＺＬのバラツキが小さい場合には、変換係数Ｋｆを固定値としてもよい。逆に、位置ずれ量ＺＬのバラツキが大きい場合には、焦点検出装置ごとに適切な変換係数Ｋｆを設定しなければならない。
本発明の目的は、焦点検出装置ごとに最適な変換係数を設定して焦点検出精度を向上させた焦点検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
（１）  請求項１の発明は、撮影光学系の異なる領域を通過した少なくとも一対の光束を受光し、該光束による一対の被写体像の光強度分布に応じた一対の信号列を出力する光電変換手段と、光電変換手段から出力される一対の信号列の相対的な位置ずれ量を検出する位置ずれ量検出手段と、所定の変換係数を用いて相対的な位置ずれ量を撮影光学系のデフオーカス量に変換する変換手段とからなる焦点検出装置を備えたカメラに適用され、撮影光学系が合焦状態にある時の基準ずれ量に対する変換係数を算出する変換係数算出手段と、変換係数を記憶する変換係数記憶手段とを備える。
（２）  請求項２の焦点検出装置を備えたカメラは、変換係数算出手段が焦点検出装置とは独立して設けられている。
（３）  請求項３の焦点検出装置を備えたカメラは、光電変換手段によって、撮影光学系の異なる領域を通過した少なくとも一対の光束を再結像光学系を介して受光する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、合焦時の基準ずれ量に基づく変換係数を求め、記憶するようにしたので、個々の焦点検出装置ごとに最適な変換係数を設定することができ、焦点検出精度を向上させることができる。
また、本発明によれば、変換係数算出手段は焦点検出装置内にはなく独立しているので、焦点検出装置内で変換係数を算出する必要がなく、演算の規模を縮小することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
−発明の第１の実施の形態−
焦点検出装置の製造時に測定した合焦時の位置ずれ量ＺＬを焦点検出装置内のメモリに記憶しておき、その合焦時の位置ずれ量ＺＬに基づいて最適な変換係数Ｋｆを設定する第１の実施の形態を説明する。
【００１４】
図１に第１の実施の形態の構成を示す。
焦点検出モジュール１は、上述した図６に示す視野マスク２００、フィールドレンズ３００、絞り開口部４０１、４０２、再結像レンズ５０１、５０２、イメージセンサーアレイ６００を備える。焦点検出演算部２は、位置ずれ量Ｌｓを検出し、デフォーカス量ＤＦを演算する。
【００１５】
ここで、例えば特開昭６０−３７５１３号公報に開示されている位置ずれ量Ｌｓの検出方法を説明する。
図８（ａ）、（ｂ）に示すように、焦点検出モジュール１に装着されたイメージセンサーアレイ６００のＡ列、Ｂ列は、一対の信号列ａ［１］，．．．，ａ［ｎ］、ｂ［１］，．．．ｂ［ｎ］を出力する。そして、この一対の出力信号列の内の所定範囲のデータを相対的に所定のデータ分Ｌずつシフトしながら相関演算を行う。最大シフト量をｌｍａｘとすると、Ｌの範囲は−ｌｍａｘからｌｍａｘとなる。具体的には相関量Ｃ［Ｌ］を（３）式により算出する。
Ｃ［Ｌ］＝Σ｜ａ［ｉ＋Ｌ］−ｂ［ｉ］｜，
Ｌ＝-lmax,...,-2,-1,0,1,2,...,lmax  ・・・（３）
（３）式において、Σはｉ＝ｋ〜ｒの総和演算を示し、Ｌはデータ列のシフト量を示す整数である。
【００１６】
（３）式の初項ｋと最終項ｒは、例えば（４）式に示すようにシフト量Ｌに依存して変化させる。
Ｌ≧０の時；  ｋ＝ｋ０＋ＩＮＴ｛−Ｌ／２｝，
ｒ＝ｒ０＋ＩＮＴ｛−Ｌ／２｝，
Ｌ＜０の時；  ｋ＝ｋ０＋ＩＮＴ｛（−Ｌ＋１）／２｝，
ｒ＝ｒ０＋ＩＮＴ｛（−Ｌ＋１）／２｝  ・・・（４）
（４）式において、ｋ０とｒ０はシフト量Ｌが０の時の初項と最終項である。
【００１７】
（４）式によって初項ｋと最終項ｒを変化させた時の、（３）式におけるＡ列、Ｂ列の信号の差分の絶対値を算出する組み合わせと、差分の絶対値を加算する演算範囲を図９に示す。このように、シフト量Ｌの変化にともなって、Ａ列、Ｂ列の相関演算に使用する範囲が互いに逆方向にずれていく。初項ｋと最終項ｒをシフト量Ｌに関わらず一定とする方法もあり、この場合は一方の列の相関演算に使用する範囲は常に一定となり、他方の列のみがずれる。そして、位置ずれ量は一対のデータが一致したときのシフト量Ｌとなるので、こうして得られた相関量Ｃ［Ｌ］の中で極小値となる相関量を与えるシフト量を検出する。
【００１８】
ところで、相関量Ｃ［Ｌ］は図８（ｃ）に示すように離散的な値であり、検出可能な位置ずれ量の最小単位はイメージセンサーアレイ６００のＡ列、Ｂ列の光電変換画素のピッチ幅によって制限されてしまう。そこで、離散的な相関量Ｃ［Ｌ］に基づいて補間演算を行うことによって真の極小値Ｃｅｘを算出し、綿密な焦点検出を行う。これは、図７に示すように極小値である相関量Ｃ［Ｌｅ］とその両側のシフト量での相関量Ｃ［Ｌｅ＋１］、Ｃ［Ｌｅ−１］を用いて真の極小値Ｃｅｘとこれを与える位置ずれ量Ｌｓを（５）式、（６）式により算出するものである。
ＤL＝（Ｃ［Ｌｅ−１］−Ｃ［Ｌｅ＋１］）／２，
Ｃex＝Ｃ［Ｌｅ］−｜ＤL｜，
Ｅ＝ＭＡＸ｛Ｃ［Ｌｅ＋１］−Ｃ［Ｌｅ］，Ｃ［Ｌｅ−１］−Ｃ［Ｌｅ］｝  ・・・（５）
Ｌｓ＝Ｌｅ＋ＤL／Ｅ  ・・・（６）
（５）式において、ＭＡＸ｛Ｃａ，Ｃｂ｝はＣａとＣｂの内の大なる方を選択することを表わす。
【００１９】
こうして得られた位置ずれ量Ｌｓが、真に位置ずれ量を示しているのか、ノイズなどによる相関量の揺らぎによるものなのかを判定する必要があり、(７)式に示す条件を満たした時、位置ずれ量Ｌｓは信頼ありとする。
Ｅ＞Ｅ１  ＆  Ｃｅｘ／Ｅ＜Ｇ１  ・・・（７）
（７）式におけるＥ１とＧ１は所定のしきい値である。数値Ｅは相関量の変化の様子を示し、被写体のコントラストに依存する値であり、値が大きいほどコントラストが高く信頼性が高いことになる。Ｃｅｘは一対のデータが最も一致した時の差分であり本来は０となる。しかしながら、ノイズの影響、さらには領域１０１と領域１０２とで視差が生じているために、一対の被写体像に微妙な差が生じて０とはならない。そして、ノイズや被写体像の差の影響は被写体のコントラストが高いほど小さいので、一対のデータの一致度を表す数値としてはＣｅｘ／Ｅを用いる。当然ながら、Ｃｅｘ／Ｅが０に近いほど一対のデータの一致度が高く信頼性が高いことになる。
なお、数値Ｅの代わりに一対のデータの一方に関するコントラストを算出し、これを用いて信頼性判定を行う場合もある。そして、信頼性ありと判定されると上記(１)式と（２）式によってデフォーカス量ＤＦを算出する。
【００２０】
基準ずれ量記憶部３は、製造時に測定された合焦時の位置ずれ量ＺＬを記憶するメモリである。焦点検出モジュール１をカメラに組み込んでから合焦時の位置ずれ量ＺＬを測定し、基準ずれ量記憶部３に記憶する。合焦時の位置ずれ量ＺＬは、焦点検出演算部２へ出力されて（１）式の焦点検出演算に用いられる。
【００２１】
なお、合焦時の位置ずれ量ＺＬのカメラごとのバラツキが所定の位置ずれ量ｚｂを中心とした比較的狭い範囲に収まっている場合には、位置ずれ量ＺＬに対する変換係数Ｋｆの変化を一次直線に近似することができ、この場合は上記テーブルが必要なく、変換係数Ｋｆは（８）式により算出される。
Ｋｆ＝ｋｂ＋ａｋ・（ＺＬ−ｚｂ）  ・・・（８）
ここで、ｋｂは位置ずれ量が上記所定値ｚｂの時に最適な変換係数、ａｋは近似直線の傾きとする。
このようにして設定された変換係数Ｋｆは上記焦点検出演算部２へ出力され、（１）式の焦点検出演算に用いられる。
【００２２】
このように、焦点検出モジュールをカメラに搭載する際の誤差などに起因した合焦時の位置ずれ量ＺＬのバラツキが大きい場合でも、適切な変換係数Ｋｆを設定することができる。
また、カメラの電源をオンした時に変換係数Ｋｆを上記のように設定し、カメラの電源がオフになるまで変換係数Ｋｆを保持し続けるようにしてもよく、（１）式によりデフォーカス量ＤＦを算出する際において、デフォーカス量ＤＦを算出しようとするその度ごとの直前に、変換係数Ｋｆを上記のように設定するようにしてもよい。これらの場合、前者は、カメラの電源が入っている間だけ変換係数Ｋｆを保持すればよく、常に変換係数Ｋｆを記憶しておく必要がないし、デフォーカス量ＤＦを算出しようとする度に変換係数Ｋｆを設定する必要がなく、デフォーカス量ＤＦの算出を早くすることができる。後者は、変換係数Ｋｆを記憶または保持する必要がなく、ＥＥＰＲＯＭなどの記憶媒体の容量を増やす必要がなくなる。
【００２３】
−発明の第２の実施の形態−
所定の位置ずれ量ｚｃにおける基準変換係数ｋｃに対する補正量Ｈｃを記憶し、この補正量Ｈｃを用いて基準変換係数ｋｃを補正して変換係数Ｋｆとして設定するようにした、第２の実施の形態を説明する。
【００２４】
図２に第２の実施の形態の構成を示す。なお、焦点検出モジュール１、焦点検出演算部２、基準ずれ量記憶部３は、図１に示す第１の実施の形態と同様であり、それらの説明は省略する。
製造時に測定した合焦時の位置ずれ量ＺＬに基づいて基準変換係数ｋｃに施す補正量Ｈｃを製造時に算出し、補正量記憶部５に記憶する。
【００２５】
図５により補正量Ｈｃの設定方法について説明する。
まず、図５に示す合焦時の位置ずれ量ＺＬに対する変換係数Ｋｆの曲線から、合焦時の位置ずれ量ＺＬに適した変換係数ＫＬを得る。そして、補正量Ｈｃを（９）式により算出する。
Ｈｃ＝ＫＬ−ｋｃ  ・・・（９）
ここで、ｋｃは所定の位置ずれ量ｚｃにおける変換係数である。
【００２６】
変換係数補正部６は、補正量記憶部５に記憶された補正量Ｈｃに基づいて、（１）式の焦点検出演算に用いる変換係数Ｋｆを（１０）式により算出する。
Ｋｆ＝ｋｃ＋Ｈｃ  ・・・（１０）
このようにして設定された変換係数Ｋｆは、焦点検出演算部２へ出力され、（１）式の焦点検出演算に用いられる。
【００２７】
また、補正量Ｈｃを製造時に算出する補正量算出手段は、焦点検出装置内にあるのではなく、焦点検出装置とは別の例えば調整装置内などにあってもよく、この場合焦点検出装置内に合焦時の位置ずれ量ＺＬと変換係数Ｋｆの関係を示す曲線の数ポイントをテーブルとして記憶する必要がなく、焦点検出に関する演算の規模や、焦点検出装置内のＥＥＰＲＯＭなどの記憶媒体の容量を縮小することができる。さらに、補正量Ｈｃを記憶することにより、変換係数Ｋｆそのものを記憶するより記憶する情報量が少なくてよい。
【００２８】
さらにまた、カメラの電源をオンした時に（１０）式により変換係数Ｋｆを算出し、カメラの電源がオフになるまで変換係数Ｋｆを保持し続けるようにしてもよいし、（１）式によりデフオーカス量ＤＦを算出する際において、デフオーカス量ＤＦを算出しようとするその度ごとの直前に、（１０）式により変換係数Ｋｆを算出するようにしてもよい。これらの場合、前者は、カメラの電源が入っている間だけ変換係数Ｋｆを保持すればよく、常に変換係数Ｋｆを記憶しておく必要がないし、デフオーカス量ＤＦを算出しようとする度に変換係数Ｋｆを算出する必要がなく、デフオーカス量ＤＦの算出を早くすることができる。後者は、変換係数Ｋｆを記憶または保持する必要がなく、ＥＥＰＲＯＭなどの記憶媒体の容量を増やす必要がなくなる。
【００２９】
上記第２の実施の形態では差の形で補正量を算出し、加算により補正を行う例を示したが、例えば比の形で補正量を算出し、乗算により補正を行うようにしてもよい。
【００３０】
位置ずれ量と変換係数の関係を示す曲線（図５の曲線）は、単純な関数式で表すことができないため、このようにすることにより、曲線の多くの点を記憶する必要がなく、したがってカメラ内に多くの記憶容量を必要としないとともに、変換係数Ｋｆの算出の演算時間を短縮することができる。
【００３１】
−発明の第３の実施の形態−
焦点検出装置の製造時に測定した合焦時の位置ずれ量ＺＬに基づいて適切な変換係数Ｋｆを求め、この変換係数Ｋｆを記憶する、第３の実施の形態を説明する。
【００３２】
図３に第３の実施の形態の構成を示す。なお、焦点検出モジュール１、焦点検出演算部２および基準ずれ量記憶部３は、図１に示す第１の実施の形態と同様であり、説明を省略する。
変換係数記憶部７は、製造時に測定した合焦時の位置ずれ量ＺＬに適した変換係数Ｋｆを、図５に示す合焦時の位置ずれ量ＺＬに対する変換係数Ｋｆの曲線から製造時に求め、記憶する。
【００３３】
また、変換係数Ｋｆを製造時に算出する変換係数算出手段は、焦点検出装置内にあるのではなく、焦点検出装置とは別の例えば調整装置内などにあってもよく、この場合焦点検出装置内に合焦時の位置ずれ量ＺＬと変換係数Ｋｆの関係を示す曲線の数ポイントをテーブルとして記憶する必要がなく、焦点検出に関する演算の規模や、焦点検出装置内のＥＥＰＲＯＭなどの記憶媒体の容量を縮小することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】第１の実施の形態の構成を示す図
【図２】第２の実施の形態の構成を示す図
【図３】第３の実施の形態の構成を示す図
【図４】イメージセンサーアレイ上の被写体像の位置ずれ量Ｌｓに対するデフォーカス量ＤＦの関係を示す図
【図５】合焦時の位置ずれ量ＺＬと変換係数Ｋｆとの関係を示す図
【図６】焦点検出光学系とイメージセンサーアレイを示す図
【図７】シフト量Ｌに対する相関量Ｃ［Ｌ］の関係を示す図
【図８】イメージセンサーアレイの出力信号列と、シフト量Ｌに対する相関量Ｃ［Ｌ］の関係を示す図
【図９】相関演算を説明するための図
【符号の説明】
【００３５】
１；焦点検出モジュール、２；焦点検出演算部、３；基準ずれ量記憶部、７；変換係数記憶部、１００；撮影レンズ、２００；視野マスク、３００；フィールドレンズ、４０１，４０２；絞り開口部、５０１，５０２；再結像レンズ、６００；イメージセンサーアレイ
【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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