JP5809390B2 - 測距・測光装置及び撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、被測定対象物までの距離を測距すると共に被測定対象の明るさを測光するための測距・測光装置、及び該測距・測光装置を備えたデジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等の撮像装置に関する。

外測式の測距装置と測光装置を備えたデジタルスチルカメラ（以下、「デジタルカメラ」という）等では、カメラ本体のコンパクト化（小型化）等を図るために、測距装置と測光装置を一体化して一つのユニット構成としたものが従来より知られている（例えば、特許文献１参照）。

前記特許文献１の測距・測光装置では、１チップ上に、複数の対を成す測距用ラインセンサと、該対を成す測距用ラインセンサの間に配置された複数の測光用センサとを有している。

ところで、前記特許文献１のような外測式の測距・測光装置を備えたデジタルカメラでは、画面全体に対して各測距用ラインセンサが配置されている中央の左右方向の３点の測距領域しか測距できない。このため、例えば、主被写体が前記各測距領域外である画面の左上付近にある場合には、主被写体に対して正確に測距できない。更に、各測光用センサによる測光領域も、前記中央の左右方向の３点の測距領域付近に対応しているので、例えば、主被写体が前記各測光領域外である画面の左上付近にある場合には、主被写体に対して正確に測光できない。

そこで、本発明は、被測定対象が任意の位置にある場合でも正確な測距及び測光を行うことができる測距・測光装置及び撮像装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために請求項１に記載の測距・測光装置は、所定の間隔を設けて配置された一対の測距用センサと、前記各測距用センサの間に配置された測光用センサと、前記各測距用センサ上にそれぞれ測距対象物像を結像させる一対の測距用レンズと、前記測光用センサ上に前記測距対象物像を結像させる測光用レンズと、前記各測距用センサから出力される各信号に基づいて測距対象物までの距離を算出する距離算出手段と、前記測光用センサから出力される信号に基づいて測距対象物の輝度を算出する輝度算出手段を備えた測距・測光装置において、前記一対の測距用センサ及び前記測光用センサは、同一サイズで同一画素数を有する２次元センサであり、撮像素子基板の表面に一体に形成されてなる、一列に並んだ隣接する少なくとも３つの撮像素子であり、前記一対の測距用撮像素子の間に位置するようにして前記測光用センサが設けられており、前記距離算出手段は、前記各測距用センサからそれぞれ出力される前記測距対象物像に対応した画素出力信号に基づいて、前記各測距用センサの特定の画素上にそれぞれ結像した前記測距対象物像間の視差を算出することで、前記測距対象物までの距離を算出することを特徴としている。

請求項２に記載の測距・測光装置は、前記各測距用センサの間に複数の前記測光用センサを配置すると共に、前記各測光用センサ上に前記測距対象物像をそれぞれ結像させる複数の測光用レンズを配置し、前記各測光用レンズは、それぞれ画角が異なるように形成されていることを特徴としている。

請求項３に記載の撮像装置は、撮影レンズ系を通して撮像素子上に被写体像を結像させ、前記撮像素子から出力される被写体像に応じた画素出力信号に基づいて画像データが生成される撮像装置において、前記撮像装置は、被写体までの距離及び被写体の輝度を測定するための外測式の測距・測光装置を搭載しており、前記測距・測光装置が、請求項１又は２に記載の測距・測光装置であることを特徴としている。

請求項４に記載の撮像装置は、測距時において、前記各測距用センサの全画素画面のうちの複数に分割した画素領域からの画素出力信号が前記距離算出手段に出力されることを特徴としている。

請求項５に記載の撮像装置は、前記撮影レンズ系は光学ズーム機能を有しており、前記撮影レンズ系を望遠側にズームして撮影する場合、測距時において、前記各測距用センサの全画素画面のうちの前記望遠側にズームした撮影領域に対応する画素領域又は該画素領域内の一部の画素領域からの画素出力信号が前記距離算出手段に出力されることを特徴としている。

請求項６に記載の撮像装置は、前記撮像素子上に結像した被写体像に応じて出力される画素信号に基づいて、被写体までの距離を算出する距離算出手段を更に備えており、該距離算出手段で算出される被写体までの距離情報と、前記測距・測光装置で算出される被写体までの距離情報の両方、又はいずれか選択した一方の距離情報に基づいて、前記撮影レンズ系の合焦動作が行われることを特徴としている。

本発明に係る測距・測光装置及び撮像装置によれば、２次元センサからなる一対の測距用センサとその間に配置した測光用センサの全画素面から出力される画素出力信号に基づいて、測距対象物（被写体）が任意の位置にあっても、測距対象物（被写体）の測距及び測光を精度よく行うことができる。

本発明の実施形態１に係る測距・測光装置を備えた撮像装置の一例としてのデジタルカメラを示す正面図。 実施形態１におけるデジタルカメラのシステム構成の概要を示すブロック図。 実施形態１における測距・測光装置を示す概略側断面図。 実施形態１における測距・測光装置の一対の測距用撮像素子及び測光用撮像素子を示す平面図。 測距・測光装置による測距原理を説明するための概略図。 半導体ウェハ上に形成された複数の撮像素子を示す平面図。 実施形態２におけるデジタルカメラのシステム構成の概要を示すブロック図。 （ａ）は、広角側にズームした場合の撮影画像の一例を示す図、（ｂ）は、望遠側にズームした場合の撮影画像の一例を示す図。 （ａ）は、実施形態２における測距・測光装置の一対の測距用レンズ及び３つの画角の異なる測光用レンズを示す側面図、（ｂ）は、測距・測光装置の一対の測距用撮像素子及びその間に配置した３つの測光用撮像素子を示す側面図。 （ａ）は、実施形態２における測距・測光装置の各測距用撮像素子の画素面に設定された５つの測距枠領域を示す図、（ｂ）は、撮影レンズ系２の撮影画角を望遠側に設定した場合における、各測距用撮像素子の全画素面のうちの中央付近に設定された測距対象領域を示す図。

以下、本発明を図示の実施形態に基づいて説明する。

〈実施形態１〉
図１は、本発明の実施形態１に係る測距・測光装置を備えた撮像装置の一例としてのデジタルカメラを示す正面図、図２は、図１に示したデジタルカメラのシステム構成の概要を示すブロック図、図３は、測距・測光装置を示す概略側断面図である。

（デジタルカメラの外観構成）
図１に示すように、本実施形態に係るデジタルカメラ１の正面（前面）側には、撮影レンズ系２、測距・測光装置３の前面側のレンズアレイ４等が配置されている。レンズアレイ４の表面には、所定の間隔で左右に配置した第１、第２の測距用レンズ５ａ，５ｂと、第１、第２の測距用レンズ５ａ，５ｂの間に配置した測光用レンズ６が一体に形成されている（測距・測光装置３の詳細については後述する）。撮影レンズ系２と第１、第２の測距用レンズ５ａ，５ｂ、測光用レンズ６の各光軸は平行である。

（デジタルカメラ１のシステム構成）
図２に示すように、このデジタルカメラ１は、複数のレンズ群を有する撮影レンズ系２、シャッタ機能を有する絞りユニット１０、撮影レンズ系２を通して入射される被写体像が受光面上に結像する固体撮像素子としてのＣＣＤイメージセンサ１１、ＣＣＤイメージセンサ１１の各画素から出力される撮像信号（電気信号）を取り込み、表示や記録が可能な画像データに変換処理する信号処理部１２、操作部（レリーズボタン７、撮影モード切換ボタン８（図１参照）等）１３からの操作入力情報に基づき、ＲＯＭ（不図示）に記憶された制御プログラムに基づいてデジタルカメラ１全体のシステム制御等を行う制御部１４、信号処理部１２で生成された画像データを表示する液晶モニタ（ＬＣＤ）１５、撮影レンズ系２のフォーカスレンズ群を駆動するフォーカスレンズ駆動部１６、絞りユニット１０を駆動する絞りユニット駆動部１７、及び被写体までの距離を測距する共に被写体の輝度（明るさ）を測光する外測式の前記測距・測光装置３等を備えている。画像処理部１２で生成された画像データは、着脱自在なメモリカード１８に記録される。

（測距・測光装置３の構成）
図３、図４に示すように、測距・測光装置３は、前面側（図３の上側）が開口した筐体２０と、この筐体２０の前面側に前記第１、第２の測距用レンズ５ａ，５ｂと測光用レンズ６が一列（デジタルカメラ１の左右方向）に一体に形成された透明樹脂材からなる長方形状のレンズアレイ４と、レンズアレイ４と対向する筐体２０内の背面側（図３の下側）に配置された薄板状の撮像素子基板２１と、撮像素子基板２１上に配置された平面状（２次元状）の測距用撮像素子２２ａ，２２ｂ及び測光用撮像素子２３と、撮像素子基板２１の背面に配置された回路基板２４を備えている。

平面状の一対の測距用撮像素子２２ａ，２２ｂは、第１、第２の測距用レンズ５ａ，５ｂとそれぞれ対向するようにして配置され、測距用撮像素子２２ａ，２２ｂ間に位置する平面状の測光用撮像素子２３は、測光用レンズ６と対向するようにして配置されている。測距用撮像素子２２ａ，２２ｂと測光用撮像素子２３の平面状の各受光面は同じサイズで、同一画素数を有している。また、測光用撮像素子２３の両側と測距用撮像素子２２ａ，２２ｂとの間には、所定の隙間が設けられている。

撮像素子基板２１上の測距用撮像素子２２ａ，２２ｂと測光用撮像素子２３は、半導体ウェハ上に周知の半導体プロセスによって一体に形成されたＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子であり、多数の受光素子（画素）が格子状に配列されている（測距用撮像素子２２ａ，２２ｂと測光用撮像素子２３の詳細については後述する）。

第１、第２の測距用レンズ５ａ，５ｂと測光用レンズ６の各光軸は平行であり、測距用撮像素子２２ａ，２２ｂと測光用撮像素子２３の各受光面の対角中心と前記各レンズ（第１、第２の測距用レンズ５ａ，５ｂ、測光用レンズ６）の光軸が略一致するように位置決めされている。

第１、第２の測距用レンズ５ａ，５ｂは、該第１、第２の測距用レンズ５ａ，５ｂに入射する被写体光が測距用撮像素子２２ａ，２２ｂ表面に結像するような焦点距離を有している。また、測光用レンズ６は、該測光用レンズ６に入射する被写体光が測光用撮像素子２３表面に結像するような焦点距離を有している。

また、第１、第２の測距用レンズ５ａ，５ｂと測光用レンズ６の各画角が、撮影レンズ系２の画角と略同じになるように構成されている。これにより、測距・測光装置３は、ＣＣＤイメージセンサ１１の全受光面（撮像領域）に対応した画面全体の測距及び測光を行うことができる。

回路基板２４には、測距用演算部２５、測光用演算部２６等が設けられており、測距用演算部２５は、測距用撮像素子２２ａ，２２ｂの各画素から出力される画素出力信号を取り込み、測距用撮像素子２２ａ，２２ｂにそれぞれ結像された被写体像間のずれ（視差）を算出して、被写体までの距離を算出する。また、測光用演算部２６は、測光用撮像素子２３の各画素から出力される画素出力信号を取り込み、被写体の輝度を算出する。

測距用演算部２５、測光用演算部２６で算出された距離情報と輝度情報は制御部１４に出力される。制御部１４は、入力された距離情報に基づいて被写体に合焦するようにフォーカスレンズ駆動部１６に駆動制御信号を出力すると共に、入力された輝度情報に基づいて適正露出となるように絞りユニット駆動部１７に駆動制御信号を出力する。

ここで、測距・測光装置３による測距原理について簡単に説明する。

図５に示すように、第１の測距用レンズ５ａを通して得られた被写体像ａ１と第２の測距用レンズ５ｂを通して得られた被写体像ａ２は、被写体Ａ上の同一点が視差△だけずれて測距用撮像素子２２ａ，２２ｂ表面にそれぞれ結像し、複数の受光素子（画素）で受光されて電気信号に変換される。なお、図５では、第１、第２の測距用レンズ５ａ，５ｂと測距用撮像素子２２ａ，２２ｂ間に配置される測光用レンズ６と測光用撮像素子２３は省略している。

そして、前記視差を△、第１、第２の測距用レンズ５ａ，５ｂの光軸間の距離（基線長）をＤ、第１、第２の測距用レンズ５ａ，５ｂと被写体Ａ間の距離をＬ、第１、第２の測距用レンズ５ａ，５ｂの焦点距離をｆとし、Ｌ≫ｆであるときは、下記の式（１）が成り立つ。

Ｌ＝Ｄ・ｆ／△ …式（１）

よって、Ｄとｆは既知であるので、測距用演算回路２５により、測距用撮像素子２２ａ，２２ｂの画素（受光素子）からそれぞれ出力される画素出力信号から周知の算出方法で前記視差△を算出することで、第１、第２の測距用レンズ５ａ，５ｂと被写体間の距離Ｌを算出することができる。

なお、第１、第２の測距用レンズ５ａ，５ｂの光軸間の距離（基線長）Ｄが短すぎると、視差△が小さくなって被写体までの距離Ｌを精度よく算出できなくなる。

（測距・測光装置３による測距及び測光動作）
次に、前記デジタルカメラ１で被写体を撮影する際における、測距・測光装置３による測距及び測光動作を説明する。

撮影者が電源スイッチＯＮ時にレリーズボタン７を押圧操作すると、半押位置で制御部１４から測距・測光装置３に測距及び測光開始指令信号が出力される。そして、第１、第２の測距用レンズ５ａ，５ｂに入射する被写体光が測距用撮像素子２２ａ，２２ｂ表面にそれぞれ結像され、かつ測光用レンズ６に入射する被写体光が測光用撮像素子２３表面にそれぞれ結像される。そして、測距用演算部２５は、上記したように測距用撮像素子２２ａ，２２ｂの全画素から出力される画素出力信号を取り込み、測距用撮像素子２２ａ，２２ｂにそれぞれ結像された被写体像間のずれ（視差）を算出して、被写体までの距離を算出する。この際、測光用演算部２６は、測光用撮像素子２３の各画素から出力される画素出力信号を取り込み、画素出力の大きさに基づいて被写体の輝度を算出する。算出された被写体までの距離情報と被写体の輝度情報は、制御部１４に出力される。

そして、制御部１４は、入力された距離情報に基づいてフォーカスレンズ駆動部１６を駆動制御して、撮影レンズ系２のフォーカスレンズ群を合焦位置に移動させて、被写体像をＣＣＤイメージセンサ１１の受光面に結像させる。

更に、制御部１４は、入力された輝度情報に基づいて絞りユニット駆動部１７を駆動制御して、被写体に対して適正な露光量となるように絞りユニット１０の開放状態（絞り値）と、ＣＣＤイメージセンサ１１の電子シャッタ回数等を設定する。

そして、レリーズボタン７が全押操作されると、合焦状態でかつ適正な露光条件（ＣＣＤイメージセンサ１１の電子シャッタ回数、絞りユニット１０の絞り値等）で被写体を撮像する。そして、信号処理部１２は、ＣＣＤイメージセンサ１１の各画素から出力される撮像信号を取り込み、表示や記録が可能な画像データに変換処理する。信号処理部１２で生成された画像データは、液晶モニタ（ＬＣＤ）１５に画像として表示したり、メモリカード１８に記録される。

このように、本実施形態の測距・測光装置３を備えたデジタルカメラ１によれば、測距・測光装置３は、平面状の測距用撮像素子２２ａ，２２ｂと測光用撮像素子２３の全画素面から出力される画素出力信号に基づいて、画面全体にわたる広範囲な測距及び測光を精度良く行うことができる。よって、被写体が画面内のどの位置にあっても被写体までの距離と被写体の輝度を精度よく測定することができるので、高品位な画像を得ることができる。

次に、前記した測距・測光装置３の測距用撮像素子２２ａ，２２ｂと測光用撮像素子２３の詳細について説明する。

撮像素子基板２１上の一対の測距用撮像素子２２ａ，２２ｂと測光用撮像素子２３は、半導体ウェハ上に周知の半導体プロセスによって一体に形成され、マスクを用いて画素のパターニングが行われており、この場合には、測距用撮像素子２２ａ，２２ｂと測光用撮像素子２３の画素マトリックスが平行であるようなパターンをもつマスクを用いる。また、半導体ウェハ表面は平面であるため、測距用撮像素子２２ａ，２２ｂと測光用撮像素子２３の法線も必然的に平行となる。これにより、各測距用撮像素子２２ａ，２２ｂの受光面は角度ずれなく配置され、精度よく測距を行うことが可能となる。

また、本実施形態で用いられる測距・測光装置３の測距用撮像素子２２ａ，２２ｂと測光用撮像素子２３のサイズは、デジタルカメラ１の被写体撮像用に使用されるＣＣＤイメージセンサ１１の撮像素子のサイズに比べて大幅に小さい。このため、前記測距・測光装置３の測距用撮像素子２２ａ，２２ｂと測光用撮像素子２３として、例えば、携帯電話機等に一般に搭載されているカメラモジュールの撮像素子を用いることができる。

また、携帯電話機のカメラモジュール用の撮像素子は、大量生産されているのでコスト面でも有利であり、特に安価なものはＶＧＡ（６４０×４８０画素）サイズの撮像素子である。このＶＧＡサイズの撮像素子は１／１０インチ程度のサイズである。

よって、図６に示すように、周知の半導体プロセスで半導体ウェハ３０上に形成された前記ＶＧＡサイズの複数の撮像素子３１から一列に並んだ隣接する３つの撮像素子（例えば、斜線で示した３つの撮像素子）を切り出すことで、図４に示したような、一対の測距用撮像素子２２ａ，２２ｂとその間に位置する測光用撮像素子２３が表面に一体に形成された撮像素子基板２１を、容易にかつ低コストで得ることができる。これにより、測距・測光装置３の低コスト化を図ることができる。

更に、測距・測光装置３に用いる測距用撮像素子２２ａ，２２ｂとその間に位置する測光用撮像素子２３をそれぞれ個別に位置決めして撮像素子基板２１上に実装する等の工程が不要となるので、測距用撮像素子２２ａ，２２ｂとその間に位置する測光用撮像素子２３を、撮像素子基板２１上に長期にわたって精度よく位置決めされた状態を保持することができ、長期にわたって高精度な測距が可能となる。

〈実施形態２〉
図７は、本発明の実施形態２に係る測距・測光装置を備えた撮像装置の一例としてのデジタルカメラのシステム構成の概要を示すブロック図である。

図７に示すように、本実施形態のデジタルカメラ１ａは、撮影レンズ系２にズームレンズ群を有しているのでズームレンズ駆動部１９を備え、更に、制御部１４内には、ＣＣＤイメージセンサ１１から取り込まれる撮像信号からオートフォーカス制御を行うオートフォーカス制御部（以下、「ＡＦ制御部」という）１４ａを備えている。デジタルカメラ１ａの測距・測光装置３ａを除く他の構成は、図２に示した実施形態１と同様であり、重複する説明は省略する（本実施形態における測距・測光装置３ａの詳細については後述する）。

本実施形態では、撮影レンズ系２にズームレンズ群を有しているので、例えば、２８〜３００ｍｍの（３５ｍｍ判換算）の光学高倍ズーム機能を備えている場合、図８（ａ），（ｂ）に示すように、最広角側（図８（ａ））と最望遠側（図８（ｂ））では撮影画角（撮影範囲）が大きく異なる。なお、図８（ａ），（ｂ）では、中央の２人の人物が被写体である。

このように、光学高倍ズーム機能を備えているデジタルカメラ１ａの場合、最広角側と最望遠側では撮影時の画角が大きく変化する。このため、実施形態１のように測距・測光装置３の測光用レンズと測光用撮像素子が一組の場合、測光用レンズの画角を、例えば最広角側の撮影画角に設定していると、最望遠側にズームして撮影する際においては、最望遠側にズームした撮影時の撮影画角の方が大幅に小さい画角となる。よって、この撮影時の撮影画角の外に明るい光源等があると、測光用レンズの画角は最広角側の撮影画角に設定されているので、この光源の明るさも考慮して測光を行うことになり、撮影時の撮影画角内の被写体に対して適切な測光を行えないことがある。

そこで、本実施形態の測距・測光装置３ａは、図９（ａ），（ｂ）に示すように、レンズアレイ４上の両側に形成した一対の第１、第２の測距用レンズ５ａ，５ｂの間に、画角の異なる３つの測光用レンズ６ａ，６ｂ，６ｃを一列に形成し、かつ第１、第２の各測距用レンズ５ａ，５ｂ、各測光用レンズ６ａ，６ｂ，６ｃとそれぞれ対向するようにして一対の測距用撮像素子２２ａ，２２ｂと３つの測光用撮像素子２３ａ，２３ｂ，２３ｃが撮像素子基板２１上に形成されている。なお、各測距用撮像素子２２ａ，２２ｂと３つの測光用撮像素子２３ａ，２３ｂ，２３ｃは、全て同一サイズで、同一画素数を有している。他の構成は実施形態１の測距・測光装置と同様である。

なお、本実施形態においても、図６に示したように、周知の半導体プロセスで半導体ウェハ３０上に形成された前記ＶＧＡサイズの複数の撮像素子３１から一列に並んだ隣接する５つの撮像素子を切り出すことで、図９（ｂ）に示したような、一対の測距用撮像素子２２ａ，２２ｂとその間に位置する３つの測光用撮像素子２３ａ，２３ｂ，２３ｃが表面に一体に形成された撮像素子基板２１を、容易にかつ低コストで得ることができる。

本実施形態では、撮影レンズ系２が２８〜３００ｍｍ（３５ｍｍ判換算）の光学高倍ズーム機能を備えている場合、例えば、測光用レンズ６ａの画角θ１は１５０ｍｍ（３５ｍｍ判換算）程度相当、測光用レンズ６ｂの画角θ２は２８ｍｍ（３５ｍｍ判換算）程度相当、測光用レンズ６ｃの画角θ３は３００ｍｍ（３５ｍｍ判換算）程度相当にそれぞれ設定されたレンズ構成である。なお、本実施形態では、一対の第１、第２の測距用レンズ５ａ，５ｂの画角は２８ｍｍ（３５ｍｍ判換算）程度相当に設定されている。

（測距・測光装置３ａによる測光動作）
次に、前記デジタルカメラ１ａで被写体を撮影する際における、測距・測光装置３ａによる測光動作を説明する。

本実施形態の測距・測光装置３ａは、測光画角の異なる３組の各測光用レンズ６ａ，６ｂ，６ｃと各測光用撮像素子２３ａ，２３ｂ，２３ｃを備えているので、撮影者のズーム操作によってデジタルカメラ１ａの撮影レンズ系２の撮影画角を変化させると、測光用演算部（不図示）は、制御部１４から入力される撮影画角情報に応じて、３組の各測光用レンズ６ａ，６ｂ，６ｃと各測光用撮像素子２３ａ，２３ｂ，２３ｃのうちから適切な測光画角の組を選択して、その組の測光用撮像素子から出力される画素出力信号を取り込む。

例えば、撮影レンズ系２の撮影画角を広角側（例えば、２８ｍｍ（３５ｍｍ判換算）付近）に設定した場合、測光用演算部（不図示）は、制御部１４から入力される撮影画角情報に応じて、画角が２８ｍｍ（３５ｍｍ判換算）程度相当である測光用レンズ６ａと組み合わされている測光用撮像素子２３ａからの画素出力信号を取り込み、画素出力の大きさに基づいて被写体の輝度を算出する。

また、撮影レンズ系２の撮影画角を望遠側（例えば、３００ｍｍ（３５ｍｍ判換算）付近）に設定した場合、測光用演算部（不図示）は、制御部１４から入力される撮影画角情報に応じて、画角が３００ｍｍ（３５ｍｍ判換算）程度相当である測光用レンズ６ｃと組み合わされている測光用撮像素子２３ｃからの画素出力信号を取り込み、画素出力の大きさに基づいて被写体の輝度を算出する。

同様に、撮影レンズ系２の撮影画角を最広角と最望遠間の中間付近（例えば、１５０ｍｍ（３５ｍｍ判換算）付近）に設定した場合、測光用演算部（不図示）は、制御部１４から入力される撮影画角情報に応じて、画角が１５０ｍｍ（３５ｍｍ判換算）程度相当である測光用レンズ６ｂと組み合わされている測光用撮像素子２３ｂからの画素出力信号を取り込み、画素出力の大きさに基づいて被写体の輝度を算出する。

そして、撮影レンズ系２の撮影画角に応じて算出された被写体の適切な輝度情報は、制御部１４に出力される。そして、制御部１４は、入力された輝度情報に基づいて絞りユニット駆動部１７を駆動制御して、被写体に対して適正な露光量となるように絞りユニット１０の開放状態（絞り値）と、ＣＣＤイメージセンサ１１の電子シャッタ回数等を設定する。

このように、本実施形態では、ズーム操作によって撮影レンズ系２の撮影画角を変化させた場合に、測光画角の異なる３組の各測光用レンズ６ａ，６ｂ，６ｃと各測光用撮像素子２３ａ，２３ｂ，２３ｃのうちから最適な画角を有する１組の測光用レンズと測光用撮像素子を選択して測光を行うことができるので、撮影時の撮影レンズ系２の撮影画角にかかわらず精度のよい測光を行うことができる。

（測距・測光装置３ａによる測距動作）
次に、前記デジタルカメラ１ａで被写体を撮影する際における、測距・測光装置３ａによる測距動作を説明する。

前記実施形態１では、平面状の一対の測距用撮像素子の全画素から出力される画素出力信号に基づいて測距を行う構成であったが、本実施形態では、平面状の一対の測距用撮像素子の全画素のうちの予め設定した画素領域のみから出力される画素出力信号に基づいて測距を行う構成にした。

即ち、図１０（ａ）に示すように、一対の各測距用撮像素子２２ａ，２２ｂの全画素面に対して、左右方向に所定幅を有する５つの測距枠領域３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅ（斜線で示した範囲）を上下方向に所定間隔で設定し、各測距枠領域３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅから出力される画素出力信号に基づいて測距を行うようにした。

更に、本実施形態では、撮影レンズ系２のズーム操作による撮影画角の変化に応じて、各測距用撮像素子２２ａ，２２ｂの全画素面のうちから所定範囲の測距領域を設定可能に構成されている。

即ち、例えば、撮影レンズ系２の撮影画角を広角側（例えば、２８ｍｍ（３５ｍｍ判換算）付近）に設定した場合、測距対象領域は、図１０（ａ）に示した各測距用撮像素子２２ａ，２２ｂの全画素面となる。この場合には、５つの測距枠領域３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅからそれぞれ出力される画素出力信号に基づいて測距を行う。

また、撮影レンズ系２の撮影画角を望遠側（例えば、３００ｍｍ（３５ｍｍ判換算）付近）に設定した場合、測距対象領域は、図１０（ｂ）に示した各測距用撮像素子２２ａ，２２ｂの全画素面のうちの中央付近の狭い範囲Ｃ（点線で示した枠）となる。この場合には、中央付近の狭い範囲Ｃ（点線で示した枠）にある１つの測距枠領域３２ｃから出力される画素出力信号に基づいて測距を行う。

なお、撮影レンズ系２の撮影画角を最広角と最望遠間の中間付近に設定した場合、測距対象領域は、図１０（ａ）に示した各測距用撮像素子２２ａ，２２ｂの全画素面と図１０（ｂ）に示した中央付近の狭い範囲Ｃとの間の領域である。この場合には、５つの測距枠領域３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅのうちの撮影レンズ系２の撮影画角に対応している複数の測距枠領域からそれぞれ出力される画素出力信号に基づいて測距を行う。

よって、本実施形態では、図１０（ａ）に示したように、撮影レンズ系２の撮影画角を広角側（例えば、２８ｍｍ（３５ｍｍ判換算）付近）に設定した場合、測距用演算部２５は、このときの撮影画角に対応した５つの測距枠領域３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅからそれぞれ出力される画素出力信号を取り込んで被写体像間のずれ（視差）を算出して、被写体までの距離を算出する。

また、図１０（ｂ）に示したように、撮影レンズ系２の撮影画角を望遠側（例えば、３００ｍｍ（３５ｍｍ判換算）付近）に設定した場合、測距用演算部２５は、このときの撮影画角に対応した中央の測距枠領域３２ｃの測距範囲（斜線で示した範囲）から出力される画素出力信号を取り込んで被写体像間のずれ（視差）を算出して、被写体までの距離を算出する。

そして、制御部１４は、測距用演算部２５から入力された距離情報に基づいてフォーカスレンズ駆動部１６を駆動制御して、撮影レンズ系２のフォーカスレンズ群を合焦位置に移動させて、被写体像をＣＣＤイメージセンサ１１の受光面に結像させる。

このように、本実施形態では、ズーム操作によって撮影レンズ系２の撮影画角を変化させた場合に、予め設定した５つの測距枠領域３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅのうちから撮影レンズ系２の撮影画角に応じて選択した１つあるいは２つ以上の測距枠領域から出力される画素出力信号に基づいて測距を行う構成である。これにより、各測距用撮像素子２２ａ，２２ｂの全画素面から出力される画素出力信号に基づいて測距を行うこと場合に比べて、演算量を大幅に減らすことができるので、測距演算処理の高速化を図ることができる。

特に、図１０（ｂ）に示したように、撮影レンズ系２の撮影画角を最望遠側にズームした場合は、中央の測距枠領域３２ｃの測距範囲（斜線で示した範囲）だけを測距することにより、演算量を更に減らすことができるので、測距演算処理をより高速化できる。この結果、撮影レンズ系２のズーム倍率を高くして望遠側で撮影する場合の方が、撮影レンズ系２のズーム倍率を小さくして広角側で撮影する場合よりも演算量が少なくなる。よって、レンズ繰り出し量が大きい（ズーム倍率が高い）望遠側での撮影時おいても、高速なフォーカス制御が可能となる。

（ＡＦ制御部１４ａによる合焦動作（オートフォーカス動作））
本実施形態のデジタルカメラ１ａは、外側式の前記測距・測光装置３ａの他に、制御部１４内にＣＣＤイメージセンサ１１から取り込まれる撮像信号から自動合焦制御を行うＡＦ制御部１４ａを備えている。

ＡＦ制御部１４ａは、ＣＣＤイメージセンサ１１から出力される撮像信号を信号処理部１２を介して取り込み、取り込まれた撮像信号からＡＦ（自動合焦）評価値を算出する。

このＡＦ評価値は、例えば高周波成分抽出フィルタの出力積分値や、近接画素の輝度差の積分値によって算出される。合焦状態にあるときは、被写体のエッジ部分がはっきりとしているため、高周波成分が一番高くなる。これを利用して、ＡＦ動作時（合焦検出動作時）には、撮影レンズ系２の各フォーカス位置におけるＡＦ評価値を取得して、その極大になる点を合焦検出位置としてＡＦ動作が実行される。

即ち、レリーズボタン７（図１参照）が押圧（半押）操作されると、ＡＦ制御部１４ａからフォーカスレンズ駆動部１６への駆動指令により撮影レンズ系２のフォーカスレンズ群が光軸方向へ移動し、例えば、いわゆる山登りＡＦと称されるコントラスト評価方式のＡＦ動作が実行される。ＡＦ（合焦）対象範囲が無限から至近までの全領域であった場合、撮影レンズ系２のフォーカスレンズ群は、至近から無限、又は無限から至近までの間の各フォーカス位置に移動し、各フォーカス位置における前記ＡＦ評価値が極大になる点を合焦位置としてフォーカスレンズ群を合焦位置に移動させ、合焦させる。

このように、本実施形態のデジタルカメラ１ａは、外側式の測距・測光装置３ａの他に、ＣＣＤイメージセンサ１１から取り込まれる撮像信号から自動合焦制御を行うＡＦ制御部１４ａを備えているので、前記した測距・測光装置３ａで得られた距離情報に基づいた合焦動作と、ＡＦ制御部１４ａによる前記した合焦動作を同時に実行することにより、被写体に対して素早くかつ精度よくピント合わせすることができる。

即ち、前記したＡＦ制御部１４ａによる合焦動作では、例えば、レンズ繰り出し量が大きい（ズーム倍率が高い）望遠側での撮影時等の場合には撮影レンズ系２のフォーカスレンズ群の移動量も増加し、合焦するまでに時間を要することがある。

これに対して、本実施形態では、最初に測距・測光装置３ａで得られた距離情報に基づいて撮影レンズ系２のフォーカスレンズ群を合焦位置付近まで素早く移動させた後に、ＡＦ制御部１４ａによる前記合焦動作により撮影レンズ系２のフォーカスレンズ群を合焦位置に移動させることで、ＡＦ制御部１４ａによる合焦動作時におけるフォーカスレンズ群の移動範囲を小さくできる。これにより、被写体に対して素早くかつ精度よくピント合わせすることができるので、シャッターチャンスを逃すことなく撮影を行うことができる。

なお、操作部１３による切替え操作によって、測距・測光装置３ａで得られた距離情報に基づいた合焦動作とＡＦ制御部１４ａによる合焦動作のいずれか一方を選択して、選択した一方（例えば、測距・測光装置３ａ側）で合焦動作を行うようにすることもできる。

前記各実施形態では、本発明に係る測距・測光装置をデジタルカメラに適用した例であったが、これ以外にも、例えば、デジタルビデオカメラ、車載搭載用カメラ、携帯機器搭載用カメラ、監視用カメラなどに、測距及び測光を行う測距・測光装置として搭載することが可能である。

１、１ａ デジタルタカメラ（撮像装置）
２ 撮影レンズ系
３、３ａ 測距・測光装置
５ａ 第１の測距用レンズ
５ｂ 第２の測距用レンズ
６、６ａ，６ｂ，６ｃ 測光用レンズ
１１ ＣＣＤイメージセンサ
１２ 信号処理部
１４ 制御部
１４ａ ＡＦ制御部
２２ａ，２２ｂ 測距用撮像素子
２３、２３ａ，２３ｂ，２３ｃ 測光用撮像素子

特許第３９５８０５５号公報

Claims (6)

1. 所定の間隔を設けて配置された一対の測距用センサと、前記各測距用センサの間に配置された測光用センサと、前記各測距用センサ上にそれぞれ測距対象物像を結像させる一対の測距用レンズと、前記測光用センサ上に前記測距対象物像を結像させる測光用レンズと、前記各測距用センサから出力される各信号に基づいて測距対象物までの距離を算出する距離算出手段と、前記測光用センサから出力される信号に基づいて測距対象物の輝度を算出する輝度算出手段を備えた測距・測光装置において、
   前記一対の測距用センサ及び前記測光用センサは、同一サイズで同一画素数を有する２次元センサであり、撮像素子基板の表面に一体に形成されてなる、一列に並んだ隣接する少なくとも３つの撮像素子であり、
   前記一対の測距用撮像素子の間に位置するようにして前記測光用センサが設けられており、
   前記距離算出手段は、前記各測距用センサからそれぞれ出力される前記測距対象物像に対応した画素出力信号に基づいて、前記各測距用センサの特定の画素上にそれぞれ結像した前記測距対象物像間の視差を算出することで、前記測距対象物までの距離を算出することを特徴とする測距・測光装置。
2. 前記各測距用センサの間に複数の前記測光用センサを配置すると共に、前記各測光用センサ上に前記測距対象物像をそれぞれ結像させる複数の測光用レンズを配置し、
   前記各測光用レンズは、それぞれ画角が異なるように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の測距・測光装置。
3. 撮影レンズ系を通して撮像素子上に被写体像を結像させ、前記撮像素子から出力される被写体像に応じた画素出力信号に基づいて画像データが生成される撮像装置において、
   前記撮像装置は、被写体までの距離及び被写体の輝度を測定するための外測式の測距・測光装置を搭載しており、前記測距・測光装置が、請求項１又は２に記載の測距・測光装置であることを特徴とする撮像装置。
4. 測距時において、前記各測距用センサの全画素画面のうちの複数に分割した画素領域からの画素出力信号が前記距離算出手段に出力されることを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
5. 前記撮影レンズ系は、光学ズーム機能を有しており、
   前記撮影レンズ系を望遠側にズームして撮影する場合、測距時において、前記各測距用センサの全画素画面のうちの前記望遠側にズームした撮影領域に対応する画素領域又は該画素領域内の一部の画素領域からの画素出力信号が前記距離算出手段に出力されることを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
6. 前記撮像素子上に結像した被写体像に応じて出力される画素信号に基づいて、被写体までの距離を算出する距離算出手段を更に備えており、
   該距離算出手段で算出される被写体までの距離情報と、前記測距・測光装置で算出される被写体までの距離情報の両方、又はいずれか選択した一方の距離情報に基づいて、前記撮影レンズ系の合焦動作が行われることを特徴とする請求項３乃至５のいずれか一項に記載の撮像装置。