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技術 焦点検出装置

出願人 オリンパス株式会社
発明者 八道剛
出願日 1994年7月4日 (26年5ヶ月経過) 出願番号 1994-152239
公開日 1996年1月19日 (24年11ヶ月経過) 公開番号 1996-015602
状態 未査定
技術分野 焦点調節 自動焦点調節 自動焦点調節
主要キーワード フィルタ切り換え 蓄積制御装置 赤外側 モニタレベル 引き算器 AD変換値 カット特性 赤外線カット特性
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1996年1月19日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (13)

目的

ローコントラストや被写体が暗いときなどの焦点検出苦手な被写体に対して、スムーズで正確な合焦動作が可能な焦点検出装置を提供する。

構成

被写体光束受光され光電変換されて、上記光束の光量に応じた電荷センサ部9に蓄積される。さらに、蓄積された上記電荷に応じて信号がセンサ部9からCPU11へ出力される。そして、センサ部9の信号蓄積動作モニタ出力され、センサ部9の信号蓄積終了タイミングが、所定タイミングにおける上記モニタ出力に基づいて、CPU11により推定され、被写体輝度所定値よりも低いときに被写体に向けて焦点検出のための補助光投光制御部10により投光される。そして、補助光の投光の有無に応じてセンサ部9の信号蓄積終了タイミングの推定形態が切り換えられる。

概要

背景

従来より、被写体からの光束を受光光電変換して、その光束の光量に応じた電荷蓄積し、この蓄積された電荷を読み出すことにより焦点検出情報を得るオートフォーカス用の焦点検出装置が種々、提案されている。

例えば、本出願人より先に出願された特願平5−242761号によれば、被写体からの光束の受光によるイメージセンサの電荷の蓄積開始から終了までの蓄積動作の制御をCPU(Central Processing Unit ;CPU)によって、デジタル的に制御する手法が開示されている。

この手法を用いれば、被写体の明るさに応じた光電変換による電荷の蓄積時間の制御において、この蓄積された電荷をモニタするモニタ出力アナログ/デジタル(A/D)変換した結果からモニタ出力の傾きを求めることにより、蓄積終了時間が計算にて予測できる。これにより、センサ信号蓄積を最適に制御することができる。

また、従来、被写体が暗いとき、焦点検出装置が補助光投光して光量を補うことで被写体を照明し、測距を可能にするという手法が公知となっている。近年、上述したような手法によってセンサの焦点検出限界をさらに高くする工夫がされてきた。

概要

ローコントラストや被写体が暗いときなどの焦点検出が苦手な被写体に対して、スムーズで正確な合焦動作が可能な焦点検出装置を提供する。

被写体光束が受光され光電変換されて、上記光束の光量に応じた電荷がセンサ部9に蓄積される。さらに、蓄積された上記電荷に応じて信号がセンサ部9からCPU11へ出力される。そして、センサ部9の信号蓄積動作がモニタ出力され、センサ部9の信号蓄積終了タイミングが、所定タイミングにおける上記モニタ出力に基づいて、CPU11により推定され、被写体輝度所定値よりも低いときに被写体に向けて焦点検出のための補助光が投光制御部10により投光される。そして、補助光の投光の有無に応じてセンサ部9の信号蓄積終了タイミングの推定形態が切り換えられる。

目的

そこで、本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、センサの信号蓄積時間をデジタル制御する蓄積制御において、被写体への投光時の信号蓄積制御を的確に効率よく行うことにより、ローコントラストや被写体が暗いときなどの焦点検出が苦手な被写体に対してスムーズで正確な合焦動作が可能な焦点検出装置を提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

この技術が所属する分野

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請求項1

撮影光学系を通過した光束による被写体像受光光電変換して、上記光束の光量に応じた電荷蓄積し、蓄積された上記電荷に応じて信号を出力するセンサ手段と、該センサ手段の信号蓄積動作監視するモニタ手段と、上記センサ手段の信号蓄積終了タイミングを、所定タイミングにおける上記モニタ手段の出力に基づいて、第1及び第2のどちらか一方の推定形態にて推定する蓄積制御手段と、被写体輝度所定値よりも低いときに上記被写体に向けて焦点検出のための補助光投光する投光手段と、を具備し、上記所定タイミングにおける上記モニタ手段の出力が所定の条件のときは上記投光手段は補助光の投光を行い、上記補助光の投光の有無に応じて、上記蓄積制御手段は上記センサ手段の信号蓄積終了タイミングを上記第1及び第2のどちらか一方の推定形態にて推定することを特徴とする焦点検出装置

請求項2

上記投光手段による上記補助光の投光の有無は、上記モニタ手段の複数回の出力値に基づいて判断されることを特徴とする請求項1に記載の焦点検出装置。

請求項3

被写体輝度が所定値よりも低いときに上記被写体に向けて焦点検出のための補助光を投光する投光手段と、撮影光学系を通過した被写体光束を導き、所定面上に結像する焦点検出光学系と、上記焦点検出光学系の光路中に設けられ、それぞれ所定の分光透過特性を有する固定された第1の光学フィルタ手段と、上記光路中から退避可能な第2の光学フィルタ手段と、所定の波長域感度を有し、上記焦点検出光学系の像を受光する光電変換手段と、を具備し、上記第2の光学フィルタ手段は上記投光手段により上記補助光を投光しないときは上記焦点検出光学系の光路から退避しており、上記投光手段により上記補助光を投光するときは上記光路中に挿入されることを特徴とする焦点検出装置。

技術分野

0001

本発明は、撮影レンズを通った被写体からの光束を光軸を挟んで2つの光束に分け、上記2つの光束による2つの像のずれ量から焦点状態を求める、いわゆる、位相差式焦点検出法を用いた焦点検出装置に関するものである。

背景技術

0002

従来より、被写体からの光束を受光光電変換して、その光束の光量に応じた電荷蓄積し、この蓄積された電荷を読み出すことにより焦点検出情報を得るオートフォーカス用の焦点検出装置が種々、提案されている。

0003

例えば、本出願人より先に出願された特願平5−242761号によれば、被写体からの光束の受光によるイメージセンサの電荷の蓄積開始から終了までの蓄積動作の制御をCPU(Central Processing Unit ;CPU)によって、デジタル的に制御する手法が開示されている。

0004

この手法を用いれば、被写体の明るさに応じた光電変換による電荷の蓄積時間の制御において、この蓄積された電荷をモニタするモニタ出力アナログ/デジタル(A/D)変換した結果からモニタ出力の傾きを求めることにより、蓄積終了時間が計算にて予測できる。これにより、センサ信号蓄積を最適に制御することができる。

0005

また、従来、被写体が暗いとき、焦点検出装置が補助光投光して光量を補うことで被写体を照明し、測距を可能にするという手法が公知となっている。近年、上述したような手法によってセンサの焦点検出限界をさらに高くする工夫がされてきた。

発明が解決しようとする課題

0006

しかしながら、特願平5−242761号に記載の上記手法では、信号蓄積のデジタル制御を行うとき、蓄積途中で補助光を投光した場合、投光開始と同時に信号蓄積カーブの傾きが大きくなる場合がある。

0007

よって、この手法では信号蓄積カーブの傾きの変化に対応できないため、正しい信号蓄積制御ができなくなるという不具合が生じることがある。また、上記公知の手法では、センサから満足な信号が得られないときに補助光を投光するが、このとき被写体の明るさに依らず補助光が投光される場合がある。

0008

しかし、被写体の背景が明るくてローコントラスト、すなわち、被写体の十分なコントラストが得られない場合は、補助光を投光しても十分なコントラストが得られないため焦点検出ができないだけでなく、無駄なエネルギーと時間を浪費するという不具合が生じる。

0009

一方、被写体の背景、及び被写体自身が暗いためにローコントラストときは、補助光を投光することによって測距が可能になるが、現在、用いられている補助光は可視領域のものが多く、撮影状況によっては撮影不都合が生じる場合がある。

0010

そこで、本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、センサの信号蓄積時間をデジタル制御する蓄積制御において、被写体への投光時の信号蓄積制御を的確に効率よく行うことにより、ローコントラストや被写体が暗いときなどの焦点検出が苦手な被写体に対してスムーズで正確な合焦動作が可能な焦点検出装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0011

上記目的を達成するために、請求項1に記載の焦点検出装置は、撮影光学系を通過した光束による被写体像を受光し光電変換して、上記光束の光量に応じた電荷を蓄積し、蓄積された上記電荷に応じて信号を出力するセンサ手段と、該センサ手段の信号蓄積動作監視するモニタ手段と、上記センサ手段の信号蓄積終了タイミングを、所定タイミングにおける上記モニタ手段の出力に基づいて、第1及び第2のどちらか一方の推定形態にて推定する蓄積制御手段と、被写体輝度所定値よりも低いときに上記被写体に向けて焦点検出のための補助光を投光する投光手段とを具備し、上記所定タイミングにおける上記モニタ手段の出力が所定の条件のときは上記投光手段は補助光の投光を行い、上記補助光の投光の有無に応じて、上記蓄積制御手段は上記センサ手段の信号蓄積終了タイミングを上記第1及び第2のどちらか一方の推定形態にて推定することを特徴とする。

0012

さらに、請求項2に記載の焦点検出装置は、上記投光手段による上記補助光の投光の有無が、上記モニタ手段の複数回の出力値に基づいて判断されることを特徴とする。

0013

また、請求項3に記載の焦点検出装置は、被写体輝度が所定値よりも低いときに上記被写体に向けて焦点検出のための補助光を投光する投光手段と、撮影光学系を通過した被写体光束を導き、所定面上に結像する焦点検出光学系と、上記焦点検出光学系の光路中に設けられ、それぞれ所定の分光透過特性を有する固定された第1の光学フィルタ手段と、上記光路中から退避可能な第2の光学フィルタ手段と、所定の波長域感度を有し、上記焦点検出光学系の像を受光する光電変換手段とを具備し、上記第2の光学フィルタ手段は上記投光手段により上記補助光を投光しないときは上記焦点検出光学系の光路から退避しており、上記投光手段により上記補助光を投光するときは上記光路中に挿入されることを特徴とする。

0014

本発明の焦点検出装置は、撮影光学系を通過した光束による被写体像が受光され光電変換されて、上記光束の光量に応じた電荷がセンサ手段に蓄積される。さらに、蓄積された上記電荷に応じて信号がセンサ手段により出力される。

0015

そして、該センサ手段の信号蓄積動作がモニタ手段により監視され、上記センサ手段の信号蓄積終了タイミングが、所定タイミングにおける上記モニタ手段の出力に基づいて、蓄積制御手段により推定され、被写体輝度が所定値よりも低いときに上記被写体に向けて焦点検出のための補助光が投光手段により投光される。

0016

そして、上記所定タイミングにおける上記モニタ手段の出力が所定の条件のときは上記投光手段により補助光の投光が行われ、該補助光の投光の有無に応じて上記センサ手段の信号蓄積終了タイミングが上記蓄積制御手段により上記第1及び第2のどちらか一方の推定形態にて推定するように切り換えられる。

0017

さらに、上記投光手段による上記補助光の投光の有無が、上記モニタ手段の複数回の出力値に基づいて判断される。また、本発明の焦点検出装置は、被写体輝度が所定値よりも低いときに上記被写体に向けて焦点検出のための補助光が投光手段により投光され、また撮影光学系を通過した被写体光束が導かれて、焦点検出光学系により所定面上に結像される。

0018

また、上記焦点検出光学系の光路中に設けられ、それぞれ所定の分光透過特性を有する固定された第1の光学フィルタ手段と上記光路中から退避可能な第2の光学フィルタ手段とが、所定の波長域に感度を有しており、上記焦点検出光学系の像が光電変換手段により受光される。

0019

そして、上記第2の光学フィルタ手段は上記投光手段により上記補助光が投光されないときは上記焦点検出光学系の光路から退避しており、上記投光手段により上記補助光が投光されるときは上記光路中に挿入される。

0020

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。図1は、本発明に係る第1実施例の焦点検出装置が搭載されたカメラの断面図である。

0021

このカメラは、カメラボディ1の下部に焦点検出装置2を有している。該焦点検出装置2は、撮影光学系を通過した光束を絞り込む視野絞り3、赤外光カットする赤外カットフィルタ4、光束を集めるためのコンデンサレンズ5、光束を全反射する全反射ミラー6、光束を制限する絞りマスク7、光束を再結像するための再結像レンズ8、測距及び測光センサとその処理回路から成るセンサ部9、補助光の投光を行う投光制御部10、この焦点検出装置2の動作を制御するCPU11から構成される。

0022

なお、カメラボディ1側は、撮影レンズ12、被写体からの光束を反射または透過させるメインミラー13、ファインダ14、このメインミラー13を透過した光束を焦点検出装置2側へ反射させるサブミラー15、その他に通常カメラボディ1を構成する部材から構成される。

0023

そして、被写体からの光束は撮影レンズ12を通り、メインミラー13でファインダ14側へ反射されるとともに、上記メインミラー13を透過しサブミラー15でカメラボディ1下方へ全反射され、焦点検出装置2側へ導かれる。

0024

さらに、焦点検出装置2側へ導かれた光束は、上記焦点検出装置2内に配置された視野絞り3、赤外カットフィルタ4、コンデンサレンズ5を経て、全反射ミラー6で再び光束が曲げられ、絞りマスク7、再結像レンズ8を経てセンサ部9へ導かれる。

0025

センサ部9と投光制御部10の動作は、上記センサ部9と電気的に接続されたCPU11が行い、センサ部9の出力の処理もCPU11が行う。図2は、上記第1実施例のセンサ部9へ被写体光束を導く検出光学系の構成を説明するための図である。

0026

図2に示す検出光学系はカメラボディ1の下部に配置されており、撮影レンズ12を通り、サブミラー15で反射された光束を測距センサ9a、9b及び測光センサ9c、9dへと導くものである。

0027

まず、視野絞り3は1次結像面近傍に配置される。該視野絞り3の形状は図2に示したように測距側が矩形の開口となり、測光側が円形の開口となるような形になっている。

0028

視野絞り3の後に赤外カットフィルタ4が配置されることにより、測距、測光に不要な波長の光束がカットされる。なお、測距センサ9a、9b、及び測光センサ9c、9dの感度は比較的視感度に近いものを用いれば、測距を行うときと測光を行うときとでカット波長を変えなくても大きな問題はない。よって、本第1実施例の場合、上記赤外カットフィルタ4は後述する図11(a)に示す特性の1枚のフィルタで構成可能である。

0029

上記赤外カットフィルタ4の後方にはコンデンサレンズ5、絞りマスク7、及び、再結像レンズ8が配置され、Fナンバー規制された光束がセンサ部9上の測距センサ9a、9b、及び測光センサ9c、9dに入射する。

0030

そして、上記センサ部9に入射する光束は、撮影レンズ12の各部分12a、12b、12c、12dを通り、1次結像面を経て絞りマスク7の各開口部7a、7b、7c、7d、さらに再結像レンズ8の各レンズ部8a、8b、8c、8dを通り、センサ部9上の測距センサ9a、9b、及び測光センサ9c、9dへ各々導かれる。なお、上記a〜dはそれぞれ同一部分からの光束に対応している。

0031

図3は、上記第1実施例の焦点検出装置2のセンサ部9とCPU11の構成を示すブロック図である。上記センサ部9とCPU11は、焦点検出装置2全体の動作を制御するCPU11と、被写体からの光束を受光して焦点検出を行うための信号を出力する測距部16と、上記CPU11から指令を受けて上記測距部16の回路各部の動作を制御する制御部31と、さらに、測光を行う測光部17とから構成される。

0032

ここで、センサ部9と制御部31は一つのセンサチップ上に形成される。そして、上記CPU11は、焦点検出装置2の動作を制御し、同時に、測距部16、及び測光部17からの出力信号をアナログ/デジタル(以下A/Dと記す)変換して演算処理を行う。

0033

また、上記CPU11は、制御部31へ、モニタ出力電圧サンプルホールドする信号MON、蓄積された電荷をリセットする信号RES、電荷の蓄積を終了する信号END、チップイネーブル信号CEN、保持された電荷の読み出しを制御する信号READ、焦点検出信号の利得を制御する信号GAINを出力し、上記制御部31はこれら信号を受けて、測距部16の回路各部の動作を制御する。

0034

一対のラインセンサ32は、それぞれ被写体からの光束を受光し像信号を出力する画素から成る受光部32aと、当該ラインセンサ32の暗電流に相当する電流を出力する遮光された画素から成る遮光部32bとから構成される。なお、図3は簡略化のため、一対のラインセンサ32を一つのブロックで示しており、上記一対のラインセンサ32は図2における測距センサ9a、9bに相当する。

0035

上記受光部32aには上記像信号の出力の蓄積状態をモニタするためのピーク検出部33aが接続され、また、上記遮光部32bにはピーク検出部33bが接続されている。これらピーク検出部33a、33bによりピーク検出された出力は、引き算器34で両者の差が求められ、サンプルホールド回路35を介して出力部36へ導かれる。

0036

また、受光部32aは被写体の明るさに応じて自動的に感度が、高感度と低感度に切り換えるような構成になっている。そして、制御部31はCPU11からの信号ENDに応じて、スイッチ部37a、37bを切り換える。この切り換えは上記蓄積状態のモニタ中にはスイッチ部37aから出力されるように切り換えて、上記出力部36へ導かれた出力がCPU1のA/D変換入力部へ出力されるようにする。一方、上記電荷蓄積が終了したときには、スイッチ部37bから出力されるように切り換えて、後述するAF信号出力が測距出力AFDATAとしてCPU1のA/D変換入力部へ出力されるようにする。

0037

また、上記受光部32aは、制御部31がCPU11からの信号RESを受信するのに応じて初期化され、蓄積を開始する。受光部32aが所定量の電荷を蓄積すると、受光部32aの各画素に蓄積された電荷は蓄積終了の信号ENDに応じて、読み出し部38に送られる。なお、受光部32aからの蓄積電荷の読み出しについては、一対のラインセンサ32のうち基準部としての一方のラインセンサの出力と、参照部としての他方のラインセンサの出力とが交互に読み出される。さらに、制御部31はCPU11からの信号READに応じて、シフトレジスタ39により上記読み出し部38に保持された電荷を順次読み出す。

0038

読み出された信号は、予め設定された増幅率に基づいて増幅部41で所定の大きさの信号に増幅され、受光部32aの信号から遮光部32bの信号分が差し引かれ、AF信号出力となる。

0039

上述した動作で得られる焦点検出情報としての測距出力AFDATAに基づいて、CPU11は撮影レンズ12の駆動制御部42に対して駆動命令を出し、それに伴ってモータ42aを駆動し、撮影レンズ12を合焦位置まで駆動する。

0040

さらに、CPU11は被写体が暗いと判断したとき、投光制御部10へ補助光としての発光ダイオード(Light Emitting Diode;LED)10aの投光を許可する。この信号を受けて、上記投光制御部10はLED10aを投光する。

0041

なお、測光部17では一対の測光用フォトダイオード43a、43bのアノードカソードがそれぞれ図3に示すように接続されており、上記測光用フォトダイオード43a、43bから出力された信号は圧縮部44で信号処理された後、出力部45から、測光出力AEDATAとしてCPU1のA/D変換入力部へ出力される。この測光出力AEDATAは、上記焦点検出装置が動作状態の時は常に出力される。

0042

なお、上記測光用フォトダイオード43a、43bは図2に示した測光センサ9c、9dに相当する。図4は、上記第1実施例のセンサ部9に入射する光束のフィルム面上での視野を示す図である。測光の視野は図4(a)に示すようにフィルム中央部に円形の開口を持ち、測距の視野は図4(b)に示すようにフィルム中央部にフィルム長辺方向に長い矩形の視野を持つ。

0043

図5は、上記第1実施例の焦点検出装置2における信号蓄積制御のタイムチャートである。CPU11が焦点検出装置2の全動作を全てデジタル制御している。

0044

まず、CPU11が信号CENを“1”状態にすると、焦点検出装置2内の電源系がオンし、動作を開始する。これと同時に、測光出力AEDATAがラインに出力される(t0)。

0045

距動作は、CPU11が信号RESを“1”状態にした後、“0”状態にした時点から開始される(t1〜t2)。これにより、受光部32aにおける信号蓄積動作が開始するとCPU11は蓄積量をモニタするため、信号MONを“1”状態としたときに、測距出力AFDATAのモニタ電圧がサンプルホールドされる(t3〜t4、t5〜t6)。

0046

そして、アナログ信号出力である測距出力AFDATAと測光出力AEDATAとは、それぞれCPU11のA/D変換入力部に接続されていて、このうち測距出力AFDATAは上記サンプルホールドしている間に8ビット分解能でA/D変換される。

0047

次に、モニタ制御は後述の方法で行われ、蓄積終了時間になると、CPU11は信号ENDを“1”状態として受光部32aの蓄積量をメモリする(t7)。上記受光部32aの蓄積量の読み出しは、CPU11が信号READをクロック動作させることで、このクロックと同期して蓄積量の信号が順次出力される(t8〜t10)。

0048

なおこのとき、図示しないが受光部32aの感度は焦点検出装置2内に設けられた不図示の感度自動設定部により、信号RESが“1”状態のときに受光部32aの明るさに応じて、センサ感度が高感度と高感度時の1/8の出力になる低感度のどちらかに設定される。測距出力AFDATAは、最初にこの感度データを2クロック分出力し、その後、一対の測距センサ9a,9bの信号を交互に1クロック単位で出力する。

0049

図6は、上記第1実施例における蓄積時間と測距出力AFDATAのA/D変換値の関係を示す図である。この図6をもとに、被写体へ投光しないときのセンサの蓄積時間のモニタ制御の方法を説明する。図6に示す両対数グラフ横軸は蓄積時間を表し、縦軸はモニタ出力である測距出力AFDATAのA/D変換値を表している。

0050

光量がほぼ一定の時、モニタ出力の大きさは被写体の明るさに応じて、図6に示すように明るさと蓄積時間は比例関係にある。時刻t1でモニタ出力のA/D変換値が飽和している、即ち、このA/D変換値が255以上の時は蓄積制御は不能となる。

0051

次に、モニタ出力のA/D変換値が10から128の間に入る明るさのを考える。蓄積開始後、時刻t1にモニタ出力をA/D変換したとき、図6に示すように、上記の条件を満たすのは18EV(exposure value)から15EVまでの4段分の明るさが相当する。ここで、t2=16×t1とするとA/D変換値が上記条件を満たすとき、計算によって蓄積終了時間が予測できる。即ち、モニタ出力のオフセットをm、時刻t1でのモニタ出力のAD変換値をVt1、蓄積終了予測時間をtend 、蓄積予定モニタレベルをVend とすると、
tend =(Vend −m)/(Vt1−m)・t1、
により蓄積終了時間が計算できる。

0052

モニタ出力のA/D変換値が128を超え、255よりも小さいとき、時刻t1がA/D変換に要する時間と同レベルであるとすると、A/D変換中にモニタ出力は飽和してしまう。よって、時刻t1の時にこの条件を満たす場合は蓄積終了時間を計算した後、いったんリセットをし、前記計算時間に沿って蓄積制御を行う。

0053

なお、蓄積終了時間は本実施例では割り込み動作を行う。モニタ出力のA/D変換値が10を超え、128よりも小さいとき、上記計算によってリセットの必要なしに蓄積終了時間が制御できる。また、モニタ出力のA/D値が10よりも小さいときは、次のモニタ読み出し時間t2にて読み込んだ結果から十分判断できる明るさであり、時刻t1では蓄積終了時間の決定は行われない。

0054

なお、モニタ出力のA/D変換値が小さいなど、量子化誤差が気になるときはモニタ出力から複数回のA/D変換値を求め、平均しても良い。以上の説明と同様にして、時刻t2で被写体の明るさによる光量が8EV〜15EVの場合の蓄積制御を行い、時刻t3で被写体の明るさによる光量が4EV〜8EVの場合の蓄積制御を行う。なお、時刻t3で判断不可能なものは蓄積終了リミッタによって100msで強制終了する。

0055

ここで、時刻t2での判断可能な明るさのレンジが広いのは、この時刻に判断できる明るさに相当する条件の時にセンサ受光部の感度が低感度から高感度に切り換えられるためであり、本実施例では10EVの時に切り換わるように設定する。

0056

図7図8は、上記第1実施例のセンサ部9におけるモニタ出力の蓄積制御のフローチャートである。測距、測光動作を開始すると、まず、CPU22は蓄積終了時間tend を100msに設定する(ステップS1)。蓄積終了時間tend は、上述したように割り込み動作を行う。したがって、タイマの時刻tに設定された時間になると最優先されて蓄積動作の終了を行う。

0057

CPU22はセンサ装置に対しリセットを行い、電荷蓄積が開始される(ステップS2)。リセットと同時にタイマの時刻tを“0”に初期化する(ステップS3)。

0058

時刻t=t1になると(ステップS4)、CPU22はセンサ装置のモニタ出力をサンプルホールドし、A/D変換する(ステップS5)。このA/D変換は8ビット分解能で行われ、その出力をVとすると、Vが飽和しているかどうか、すなわち、V≧255が成立するかどうかを判断する(ステップS6)。

0059

ここで、V≧255が成立したとき、モニタは飽和しているが、このとき、モニタは上述したようにセンサ各画素の最大値からなるため、場合によっては出力信号のコントラストが判断できる場合もある。よって、蓄積終了時間tend をt1に設定し(ステップS7)、ステップS2へ戻る。そして、一旦、蓄積電荷をリセットしてから電荷の再蓄積を行う。再蓄積では蓄積終了時間tend =t1になると、割り込みが発生して蓄積を終了する。

0060

一方、ステップS6でV≧255が成立せず、Vが128以上で255よりも小さいとき(ステップS8)、蓄積終了時間tend をtcaL に設定して(ステップS9)、ステップS2へ戻る。そして、再度、蓄積電荷をリセットしてから電荷の再蓄積を行う。これは上述したV≧255が成立したときと同様の理由によるものである。

0061

一方、ステップS8で128≦V<255が成立せず、Vが10以上で128よりも小さいとき(ステップS10)、蓄積終了時間tend は上記の計算で求められる。よって、蓄積終了時間tend を計算によって求められた時間tcaL に設定する(ステップS11)。この条件のときは、時刻t1でもモニタが飽和することなく、電荷の蓄積終了動作が可能なため、蓄積終了時間tend になるまで蓄積動作を続行する(ステップS12)。

0062

蓄積予測時間になったら、CPU22は信号ENDを“1”状態とし、蓄積電荷を各画素同時に図示しないセンサ装置上の記憶部へ記憶させる(ステップS13)。

0063

その後、LED10aを投光しているときは、CPU22はその投光をオフにし(ステップS14、S15)、測距出力AFDATAによる像データを取り込み、A/D変換し測距値とする(ステップS16)。

0064

以上の処理で測距値が得られ、その後、CPU22は測光値を得るために測光出力AEDATAによる信号を取り込み、A/D変換し測光値とし(ステップS17)、本処理を終了する。

0065

一方、再び、ステップS10で10≦V<128が成立せず、Vが10よりも小さいとき、時刻t1では蓄積終了時間の判断が難しいと考え、時刻t2で判断する(ステップS18)。時刻t2になると、CPU22はモニタ出力をA/D変換する(ステップS19)。ここで、Vが10以上のときは蓄積終了時間が判断可能であり、ステップS11へ戻る。なお、時刻t2はA/D変換時間よりも十分長いため、時刻t1のときのようにVが128以上のA/D変換値でも蓄積電荷を初期化する必要はない。

0066

一方、ステップS20でVが10よりも小さいときは、次にA/D変換を行う時刻t3になるまで待機する(ステップS21)。t3になると、再び、CPU22はモニタ出力をA/D変換し(ステップS22)、Vが10以上のときは上述した時刻t2のときと同様に、ステップS12へ戻る。また、Vが10よりも小さいときは、被写体が十分に暗いと判断する(ステップS23)。

0067

このとき、CPU22はカメラがLED10aの投光を許可しているかどうかを判断して(ステップS24)、許可している場合はモニタ出力をA/D変換し(ステップS25)、LED10aをオンし(ステップS26)、被写体を照明する。ここで、LED10aの投光の許可はカメラが自動的に判断するシステムでも良いし、外部からマニュアル入力によって投光のオン、オフを選択しても良い。

0068

そして、この直後、LED10a投光時のモニタ出力を見るために時間tLEDになるまで待機する(ステップS27)。時間tLED になったら、LED10aの投光をオフし(ステップS28)、モニタ出力をA/D変換する(ステップS29)。

0069

この結果、Vが10以上であれば(ステップS30)、蓄積終了時間tend を投光時の蓄積終了時間計算式から求め、蓄積終了時間tend をここで求めた時間tcaL とし(ステップS31)、再び、LED10aの投光をオンし(ステップS33)、ステップS18へ戻る。また、Vが10より小さければ、蓄積終了時間tend をリミッタ時間tLim とし(ステップS32)、再び、LED10aの投光をオンし(ステップS33)、ステップS18へ戻る。

0070

一方、ステップS24でLED10aの投光が許可されていないときは(ステップS24)、ステップS18へ戻る。次に、上記第1実施例の焦点検出装置におけるLED10a投光時の動作について説明する。

0071

図9は、上記第1実施例におけるLED10a投光時のタイムチャートと測距出力AFDATAを示す図である。CPU22は信号RESを“1”にしセンサ装置に出力し、蓄積電荷を初期化する。その後、所定時間に信号MONを“1”にしてモニタ出力をA/D変換する。

0072

被写体が暗いとき、上述のフローチャートにて説明したように、測距出力AFDATAによる蓄積電圧ピーク値は、時間t=t3になっても初期値m(mは出力のオフセット)からあまり大きな変化は起こらない。この時刻t3でのモニタ出力のA/D変換値をV3とする。

0073

今、カメラがLED10aの投光を許可しているとき、CPU22は上記モニタ出力の読み込みが終了したら、直ちに信号LED10aを“1”にして被写体を照明する。そして、時刻t4までLED10aを投光したときに、再び、信号MONを“1”にして測距出力AFDATAをA/D変換し、このときのA/D変換値をV4とする。

0074

なお、時刻t3からt4までの時間はLED10aの発光エネルギーによって予め決めておく。そして、所定時間に電荷の蓄積を終了したいときは、LED10aの投光を時間Δtだけ停止する。特に必要のないときはLED10aの投光は、時間Δtだけ停止せず、連続投光のままでも構わない。

0075

そして、時刻t3とt4のデータから、蓄積終了時間tend は、
tend =t3−Δt+(Vend −V3)/(V4−V3)・(t4−t3)
で求めることができる。

0076

また、時刻t4でも計算不可能なレベルの出力しか得られなかったときは被写体の反射率が低いか、または、被写体が遠くて反射光が少ないときと判断して蓄積量に関わらず、リミッタ時間tLin で電荷の蓄積を終了する。

0077

次に、本発明に係る第2実施例の焦点検出装置について説明する。本第2実施例の焦点検出装置は、図2に示した第1実施例の光学系の構成のうち、図2における赤外カットフィルタ4の替わりに、図10に示すような2種類のフィルタ91、92を光軸と直交する方向に配置した構成となっている。

0078

フィルタ91側から入射した被写体からの光束は、測距光路に対して出し入れ可能なフィルタ92を通って測距光学系へと導かれる。図11は、本発明の実施例に使用する光学フィルタの分光透過特性を示す図であり、縦軸は透過率、横軸は波長を表している。

0079

図11(a)は、第1実施例で用いた赤外カットフィルタ4の分光透過特性であり、赤外線カット特性を示している。この特性のカット波長の中心波長λc は、補助光の発光波長が透過する波長領域に設定されている。

0080

図11(b)、(c)は、それぞれ本第2実施例で用いるフィルタ91、92の分光透過特性を示している。フィルタ91の分光透過特性は、図11(b)に示すように可視光と赤外光とを透過するものである。このフィルタ91は、可視光側のカット波長λc1が図11(a)に示した中心波長λc よりも短く、赤外側のカット波長λc2が中心波長λc よりも長くなるように設計されている。なお、可視光側のカット波長λc1を中心波長λc よりも短くしたのは、色収差の影響を改善するためであり、同様の理由で赤外側のカット波長λc2も赤外側に長くとっている。

0081

これにより、このフィルタ91は図11(a)に示したフィルタ4と同様に可視光での測距に用いることができ、また、さらに補助光投光時の測距にも用いることができる。よって、可視光での測距と補助光投光時の測距がフィルタの切り換えを行うことなく実施できる。

0082

また、フィルタ92の分光透過特性は、図11(c)に示すように可視光カット特性を示し、そのカット波長λc3はほぼλc2と等しい値になっている。フィルタ91とフィルタ92を重ね合わせると、赤外光のみを透過するフィルタとなり、このときに図11(e)に示すような発光特性を有する赤外発光ダイオード(IRED)を補助光として投光すると、赤外光のみを透過する。

0083

図11(d)は、センサ部の分光感度特性を示す図である。図11(d)における実線破線は、センサ部のフォトダイオードの構造の違いによる分光感度特性を示している。実線のような分光感度特性を有するセンサは可視光側に感度のピークがあり、比較的、長波長側の光による色収差の影響が生じにくい。

0084

一方、破線の分光感度特性を有するセンサは赤外光側に感度のピークがある。このタイプのセンサでは、補助光として赤外発光ダイオードの投光時においても十分な感度を有する。光学的な性能は、焦点検出装置全体の構成により決定し、例えば、収差補正の方法等でも異なる性格のものとなる。本第2実施例では赤外投光で感度が大きくとれる破線の分光感度特性を有するセンサを用いる。

0085

図12は、フィルタ91、92の切り換えの処理を示すフローチャートである。測距動作を開始すると、まずCPU11は補助光の投光許可フラLFLGを“0”にし、補助光の投光を禁止する(ステップSS1)。

0086

次に、フィルタ切り換えフラグFFLGを“0”にし、可視光カットのフィルタ92を光路から退避させる(ステップSS2)。そして、センサの蓄積動作を開始する。この動作は、図6及び図7に示した第1実施例のモニタ出力の蓄積制御で説明した動作と同一であるため、それをここに編入するものとし、その説明は省略する。(ステップSS3)。

0087

そして、センサ出力がCPU11に読み込まれると、CPU11は測距演算を行う。ここで、演算1では2像の一致度を求める相関演算を行う(ステップSS4)。

0088

演算1終了後、CPU11は被写体がローコントラストかどうかを判断し、ローコントラストでない場合、すなわち十分にコントラストがある場合は演算2を行う。この演算2では上記演算1で先に求められた相関演算の結果を用いて、補間演算信頼性の判定計算を行う(ステップSS6)。

0089

次に、CPU11は上記信頼性の判定計算にて求められた信頼性を示す信頼値SKが、判定レベル値SK0よりも小さいかどうかを判断する(ステップSS7)。その結果、信頼値SKが判定レベル値SK0よりも小さいとき、上記演算1の結果は信頼できるものとして、合焦判定を行い(ステップSS9)、本処理を終了する。

0090

一方、ステップSS7で、信頼値SKが判定レベル値SK0以上のときは、上記演算1の結果は信頼できないものとして、非合焦判定を行い(ステップSS8)、本処理を終了する。

0091

また一方、ステップSS5でローコントラストであると判断したとき、CPU11は補助光の投光許可フラグLFLGの状態を調べる(ステップSS10)。ここで、投光許可フラグLFLGが“1”のときは、被写体が暗いためにCPU11が補助光の投光許可を自動的に行い、被写体が補助光によって照明されているときである。このときはすでに投光されているにも関わらずローコントラストであるため、被写体距離が遠いか、または被写体の反射率が非常に低い場合であるとして、ステップSS8へ飛び、非合焦判定を行う。

0092

一方、ステップSS10で、投光許可フラグLFLGが“0”のときは、被写体が明るいためにローコントラストであると判断した場合である。そこで、CPU11はフィルタ切り換えフラグFFLGを“1”にして、可視光カットのフィルタ92を光路に挿入する(ステップSS11)。さらに、投光許可フラグLFLGを“1”にして、補助光の投光を許可する(ステップSS12)。

0093

そして、ステップSS3へ戻り、再びセンサ制御を行う。なお、ここでフィルタ92の移動、すなわち光路への挿入は、フィルタ切り換えフラグFFLGを“1”にした直後に行っても良いし、また、撮影レンズを所定位置まで駆動するような動作がある場合は、この撮影レンズの駆動と並行してフィルタ92の移動を行っても良い。こうすれば、フィルタ92の移動時間撮影動作に実質的な影響が及ばないようにすることができる。

0094

以上説明したように本実施例によれば、被写体が暗く、蓄積時間が長くなるときに投光を行う場合においても、蓄積時間の制御が円滑にできるので合焦動作速度を速くすることができる。

0095

また、被写体が明るくてローコントラストの条件でも赤外光投光と可視光カットフィルタの挿入とから焦点検出が可能になり、測距条件が改善される。また、被写体が暗いときの投光をフィルタの切り換えなしで赤外投光によって行うことにより、短時間に、かつ撮影状況に依らない測距動作が可能になる。

0096

また、被写体光束による電荷蓄積の最中に被写体が暗いと判断したとき、被写体に対して補助光の投光を行い、しかも上記電荷蓄積の終了時間が予測できることにより、電荷蓄積の途中で明るさが変化する場合においても正確な電荷蓄積時間の制御が可能となる。

0097

また、被写体が明るいためにローコントラストのとき、すなわち、被写体に対して十分なコントラストが取れないときに、可視光をカットして赤外光を投光することにより、焦点検出を可能とすることができ、従来よりも多くの被写体に対して焦点検出が可能になる。

0098

上実施例に基づいて、本発明を説明したが、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能である。ここで、本発明の要旨をまとめると以下のようになる。
(1)カメラから被写体に検出補助光を投光する投光手段と、上記被写体からの光束を受光部に導く光学手段と、上記光学手段で導かれた光束を受光し、光電変換する蓄積型の受光手段と、上記受光手段の蓄積量を監視するモニタ手段と、上記受光手段の蓄積終了時間を上記モニタ手段の出力に基づいて予測する蓄積予測手段と、を具備し、所定条件においては上記検出補助光を投光するように上記投光手段を制御することを特徴とする蓄積制御装置
(2) 上記蓄積予測手段は、上記投光手段からの上記検出補助光の投光の有無に応じてその予測制御方式を切り替えることを特徴とする上記(1)に記載の蓄積制御装置。
(3) 上記投光手段は、上記検出補助光の投光を予測された蓄積時間内のみ行うことを特徴とする上記(1)に記載の蓄積制御装置。
(4) カメラから被写体に投光する投光手段と、被写体からの光束を受光部に導く光学手段と、上記光学手段で導かれた光束を受光し、光電変換する蓄積型の受光手段と、上記光学手段の光路中に置かれた、異なる分光透過特性を有する複数の光学フィルタ手段と、被写体が所定の輝度条件よりも暗いと判断されたときには上記投光手段による投光を許可すると共に、上記複数の光学フィルタ手段の一部を上記光学手段の光路中に挿入する判断手段と、を具備することを特徴とする焦点検出装置。

発明の効果

0099

以上述べたように本発明によれば、センサの信号蓄積時間をデジタル制御する蓄積制御において、被写体への投光時の信号蓄積制御を的確に効率よく行うことにより、ローコントラストや被写体が暗いときなどの焦点検出が苦手な被写体に対してスムーズで正確な合焦動作が可能な焦点検出装置を提供することができる。

図面の簡単な説明

0100

図1本発明に係る第1実施例の焦点検出装置2が搭載されたカメラの断面図である。
図2第1実施例のセンサ部9へ被写体光束を導く検出光学系の構成を説明するための図である。
図3第1実施例の焦点検出装置2のセンサ部9とCPU11の構成を示すブロック図である。
図4第1実施例のセンサ部9に入射する光束のフィルム面上での視野を示す図である。
図5第1実施例の焦点検出装置2における信号蓄積制御のタイムチャートである。
図6第1実施例における蓄積時間と測距出力AFDATAのA/D変換値の関係を示す図である。
図7第1実施例のセンサ部9におけるモニタ出力の蓄積制御のフローチャートである。
図8第1実施例のセンサ部9におけるモニタ出力の蓄積制御のフローチャートである。
図9第1実施例におけるLED10a投光時のタイムチャートと測距出力AFDATAを示す図である。
図10第2実施例に用いる2種類のフィルタ91、92を示す図である。
図11第1、2実施例に用いる光学フィルタの分光透過特性を示す図である。
図12第2実施例におけるフィルタ91、92の切り換えの処理を示すフローチャートである。

--

0101

1…カメラボディ、2…焦点検出装置、3…視野絞り、4…赤外カットフィルタ、5…コンデンサレンズ、6…全反射ミラー、7…絞りマスク、7a,7b,7c,7d…絞りマスク7の各開口部、8…再結像レンズ、8a,8b,8c,8d…再結像レンズ8の各レンズ部、9…センサ部、9a,9b…測距センサ、9c,9d…測光センサ、10…投光制御部、11…CPU、12…撮影レンズ、12a,12b,12c,12d…撮影レンズ12の各部分、13…メインミラー、14…ファインダ、15…サブミラー。

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