JP2009031562A - 受光素子、受光装置、焦点検出装置、カメラ - Google Patents

Abstract

【課題】一つの受光素子を複数の用途に利用する際、用途ごとに適した出力を受光素子から得ることができるようにする。
【解決手段】受光量に応じた電荷を蓄積する複数の光電変換部が配列された受光素子であって、複数の光電変換部の電荷を加算する垂直転送回路１６３、水平転送回路１６２と、垂直転送回路１６３、水平転送回路１６２によって電荷を加算する光電変換部の範囲を設定する加算範囲設定部１６４とを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、受光素子と、受光素子を備えた受光装置、焦点検出装置およびカメラとに関する。

従来、複数の画素が二次元状に配列された受光素子（エリアセンサ）を用いて被写体像を撮影するデジタルカメラが知られている。このようなデジタルカメラにおいて、低輝度な被写体からでも充分なコントラストがある信号電荷を得るために、エリアセンサで得られた信号電荷を輝度に応じて垂直方向と水平方向においてそれぞれ加算と非加算を切り替える技術が知られている（特許文献１参照）。

特開平１０−１２６６８２号公報

上記のような受光素子は、被写体像の撮影以外にも様々な用途、たとえば、受光素子で検出された被写体像の明るさに基づいてＡＥ（Automatic Exposure）処理を行うと共に、同じ受光素子を用いて検出された撮影レンズの焦点調節状態に基づいてＡＦ（Automatic Focus）処理を行う場合の制御については何ら考慮されていなかった。

請求項１の発明による受光素子は、受光量に応じた電荷を蓄積する複数の光電変換部が配列された受光素子であって、複数の光電変換部の電荷を加算する加算手段と、加算手段によって電荷を加算する光電変換部の範囲を設定する加算範囲設定手段とを備える。
請求項２の発明による受光装置は、請求項１に記載の受光素子と、異なる範囲に対応して加算された電荷を出力可能な出力手段とを備える。
請求項３の発明による焦点検出装置は、請求項１に記載の受光素子と、結像光学系を介した光を受光素子へ導く焦点検出光学系と、加算手段により加算された電荷に応じた信号に基づいて、結像光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段とを備える。
請求項４の発明は、請求項３に記載の焦点検出装置において、複数の光電変換部は、異なる分光感度特性を有し、加算手段は、範囲内の光電変換部のうち分光感度特性が同じ光電変換部の電荷を加算し、加算手段により加算された電荷を、分光感度特性の異なる光電変換部について加算する第２の加算手段をさらに備え、焦点検出手段は、第２の加算手段によって加算された電荷に応じた信号に基づいて焦点調節状態を検出するものである。
請求項５の発明は、請求項３または４に記載の焦点検出装置において、加算範囲設定手段は、複数の光電変換部のうち、結像光学系による画面内に設定された焦点検出領域に対応する光電変換部の範囲を設定するものである。
請求項６の発明は、請求項５に記載の焦点検出装置において、画面内における焦点検出領域の位置を変更可能であり、加算範囲設定手段は、焦点検出領域の位置の変更に応じて範囲を変更するものである。
請求項７の発明は、請求項３〜６のいずれか一項に記載の焦点検出装置において、加算範囲設定手段は、結像光学系の焦点距離に応じて範囲を設定するものである。
請求項８の発明によるカメラは、請求項１に記載の受光素子と、電荷に基づいて、異なる複数の制御を実行可能な制御手段とを備えたカメラであって、加算範囲設定手段は、制御手段が実行する制御の種類に応じて、範囲を設定するものである。
請求項９の発明によるカメラは、請求項１に記載の受光素子と、受光素子上に光束の像を結像する結像光学系を備えたカメラにおいて、加算範囲設定手段は、結像光学系の焦点距離に応じて範囲を設定するものである。
請求項１０の発明は、請求項８に記載のカメラにおいて、受光素子上に光束の像を結像する結像光学系を備え、制御手段は、結像光学系による像の判別処理と露出演算処理の少なくとも一方の制御、および結像光学系の焦点検出制御を行うものである。
請求項１１の発明は、請求項１０に記載のカメラにおいて、加算範囲設定手段は、制御手段が判別処理または露出演算処理を制御する場合は、複数の光電変換部がほぼ正方形状の範囲を設定するとともに、制御手段が焦点検出制御を行う場合は、長方形状の範囲を設定するものである。
請求項１２の発明は、請求項１０または１１に記載のカメラにおいて、複数の光電変換部は、異なる分光感度特性を有し、加算手段は、制御手段が判別処理または露出演算処理を制御する場合は、同じ分光感度特性を有する光電変換部の電荷を加算するものである。
請求項１３の発明は、請求項８〜１２のいずれか一項に記載のカメラにおいて、入射する光の輝度を検出する輝度検出手段をさらに備え、加算範囲設定手段は、輝度検出手段により検出された輝度に応じて範囲を設定するものである。
請求項１４の発明は、請求項９〜１３のいずれか一項に記載のカメラにおいて、加算範囲設定手段は、結像光学系による撮影距離に応じて範囲を設定するものである。
請求項１５の発明は、請求項１０〜１４のいずれか一項に記載のカメラにおいて、加算範囲設定手段は、結像光学系の焦点距離に応じて範囲を設定するものである。
請求項１６の発明によるカメラは、結像光学系を介して入射する光に応じた電荷を蓄積する複数の光電変換部が配列された受光素子と、複数の光電変換部の電荷を加算する加算手段と、電荷に基づいて結像光学系による像の第１状態と、該第１状態と異なる第２状態とを検出する検出手段と、検出手段が検出する状態に応じて加算手段が加算する光電変換部の範囲を設定する加算範囲設定手段とを備える。

本発明によれば、一つの受光素子を複数の用途に利用する際、用途ごとに適した出力を受光素子から得ることができる。

図１は、本発明の一実施の形態によるカメラの構成図である。図１に示すカメラは、レンズ部１００とカメラ本体２００とによって構成される。レンズ部１００は、撮影レンズ１、絞り２、駆動機構３、レンズデータ部４を有している。カメラ本体２００は、焦点検出装置５、ペンタプリズム６、信号処理部７、駆動モータ８、マイコン９、シャッター１１、撮像素子１２、メインミラー１３、サブミラー１４、接眼レンズ１５、エリアセンサ１６、背面モニタ１８およびファインダースクリーン１９を有している。

撮影レンズ１は、被写体像を結像するための結像光学系であり、複数のレンズによって構成される。撮影レンズ１を介してカメラ本体２００へ入射された光は、メインミラー１３において一部反射され、撮像素子１２と光学的に等価な位置に設けられたファインダースクリーン１９上に被写体像を結像する。ファインダースクリーン１９上に結像された被写体像は、ペンタプリズム６から接眼レンズ１５へと導かれる。撮影者は、この接眼レンズ１５を覗いて被写体像を視認することで、撮影前に構図を確認することができる。

また、撮影レンズ１を介してカメラ本体２００へ入射された光のうち、メインミラー１３を透過した光は、サブミラー１４において反射され、焦点検出装置５へ入力される。焦点検出装置５は、周知の瞳分割による位相差検出方式で撮影レンズ１の焦点調節状態を検出するための装置であり、エリアセンサ１６を有すると共に、焦点検出光学系を内蔵している。この焦点検出光学系により、撮影レンズ１を介した光がエリアセンサ１６へ導かれる。

エリアセンサ１６は、受光量に応じた電荷を蓄積する複数の光電変換部（画素）が二次元状に配列されている。各画素によって蓄積された電荷は、後で説明するようにして設定された範囲ごとに加算され、その加算結果に応じて、エリアセンサ１６から受光信号が出力される。こうしてエリアセンサ１６から出力された受光信号に基づいて、マイコン９は、撮影レンズ１の焦点調節状態を示すデフォーカス量を検出する。なお、エリアセンサ１６には、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）方式の受光素子や、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）などを用いることができる。また、エリアセンサ１６から出力される受光信号は、マイコン９にも入力される。

マイコン９は、エリアセンサ１６から出力される受光信号に基づいて、各種の制御を行う。たとえば、デフォーカス量を算出し、撮影レンズ１の焦点調節を行うＡＦ処理がマイコン９により行われる。また、エリアセンサ１６からの受光信号に基づいて、主要被写体の判別処理、すなわち撮影レンズ１による像の判別処理や、適正露出を算出するための露出演算処理などがマイコン９により実行される。

駆動機構３は、撮影レンズ１に含まれる焦点調節レンズやズームレンズを駆動するための機構であり、カップリング部１０を介して駆動モータ８と接続されている。マイコン９が駆動モータ８に対して駆動指令を出力すると、その駆動指令に応じて駆動モータ８が駆動され、発生した駆動力が駆動機構３へと伝えられる。これにより、駆動機構３によって焦点調節レンズやズームレンズが駆動され、撮影レンズ１のピント調節や焦点距離調節が行われる。なお、駆動モータ８をカメラ本体２００ではなくレンズ部１００に内蔵するようにしてもよい。

レンズデータ部４は、カップリング部１０を介してマイコン９と接続されている。このレンズデータ部４は、撮影レンズ１の焦点距離の調節状態を検出し、焦点距離情報をマイコン９へ出力する。なお、レンズ部１００がズームレンズでない場合、すなわち撮影レンズ１の焦点距離が固定である場合は、その焦点距離を予めレンズデータ部４に記憶させておくようにしてもよい。シャッター１１は、マイコン９が行う露出算出処理により求められた適正露出に応じて設定されるシャッター速度にしたがって、撮影時の露光時間を制御する。

カメラ本体２００において不図示のレリーズボタンが撮影者によって半押し操作されると、撮影レンズ１によってエリアセンサ１６上に結像された光束の像の出力に基づいて、マイコン９によりデフォーカス量が検出される。そして、検出されたデフォーカス量に基づいて、マイコン９により駆動モータ８に駆動指示が与えられ、撮影レンズ１のピントが調節される。その後、レリーズボタンが撮影者によって全押し操作されると、撮影が行われる。

図２は、撮影時のカメラの動作の様子を示している。図２に示すように、撮影時には、メインミラー１３およびサブミラー１４が撮影レンズ１の光路上から退避され、シャッター１１が設定されたシャッター速度の間だけ開くことにより、撮像素子１２が露光される。このとき、撮影レンズ１によって撮像素子１２上に光束の像が結像される。撮像素子１２は、エリアセンサ１６と同様に、複数の光電変換部（画素）が二次元状に配列された受光素子であり、受光量に応じた電荷を画素ごとに蓄積して、信号処理部７へ受光信号を出力する。

信号処理部７は、撮像素子１２から出力された受光信号に対してアナログ−デジタル変換処理を行うことにより、その受光信号を画像データに変換する。さらに必要に応じて所定の画像処理を行った後、マイコン９へ画像データを出力する。マイコン９は、信号処理部７から出力された画像データに基づく画像を背面モニタ１８に表示すると共に、その画像データを不図示の記録媒体に記録する。このように、撮像素子１２において得られた被写体からの光に基づく画像データを記録媒体に記録することで、被写体の撮影が行われる。撮影後は、メインミラー１３およびサブミラー１４が元の位置に戻されると共にシャッター１１が閉じて、図１の状態へと戻る。

なお、ライブビューモードと呼ばれる所定のモードがカメラ本体２００において設定されているときには、撮影時でなくても図２に示すような状態を維持して被写体からの光による画像データを連続的に取得し、被写体の動画像を背面モニタ１８に表示してもよい。このとき背面モニタ１８に表示される被写体の動画像は、スルー画と呼ばれている。スルー画の表示中にレリーズボタンが半押し操作されると、マイコン９により、撮像素子１２からの画像信号に基づくＡＦ処理が実行される。このＡＦ処理は、焦点検出装置５によって検出されるデフォーカス量を用いずに、周知のコントラスト検出方式により行われる。または、メインミラー１３およびサブミラー１４を図１の位置に戻すことにより、被写体からの光を焦点検出装置５へ導いて、エリアセンサ１６からの出力信号に基づいてマイコン９によりデフォーカス量を算出し、位相差検出方式のＡＦ処理を行うこととしてもよい。

あるいは、撮像素子１２において、瞳分割式の位相差検出を行うための焦点検出用画素を混在させ、この焦点検出用画素を用いて撮影レンズ１の射出瞳の部分領域からの光束を受光してデフォーカス量を検出することで、マイコン９によりＡＦ処理を行うようにしてもよい。このようにした場合、図２のようにミラーアップの状態のままでも位相差検出方式のＡＦ処理を行うことができる。

以上説明したように、レリーズボタンが半押し操作されたときには、マイコン９において、エリアセンサ１６を用いてＡＦ処理を行うことができる。さらに、主要被写体の判別処理および露出算出処理についても、エリアセンサ１６を用いて行うことができる。すなわち、図１の状態において、マイコン９は、エリアセンサ１６に対して設定された範囲ごとに加算された電荷に基づいて、ＡＦ処理、主要被写体判別処理、露出演算処理などを実行する。一方、ライブビューモードが設定されているときには、マイコン９において、撮像素子１２を用いてＡＦ処理、主要被写体の判別処理および露出算出処理が行われる。すなわち、図２の状態において、マイコン９は、撮像素子１２で設定された範囲ごとに加算された電荷に基づいて、ＡＦ処理、主要被写体判別処理、露出演算処理などを実行する。

次に、エリアセンサ１６の構成について説明する。図３は、ＣＣＤ方式による二次元イメージセンサを用いたエリアセンサ１６の概略的な構成図である。このエリアセンサ１６は、センサアレイ部１６１、水平転送回路１６２、垂直転送回路１６３、加算範囲設定部１６４および出力回路１６５を有している。

センサアレイ部１６１は、受光を行って電荷を蓄積する部分であり、前述のように複数の画素が二次元状に配列されている。このセンサアレイ部１６１の各画素により、所定の蓄積時間内における受光量に応じた電荷が蓄積される。垂直転送回路１６３は、センサアレイ部１６１の各画素において蓄積された電荷の量、すなわち電荷蓄積量を読み出すとともに、加算範囲設定部１４で設定された範囲の画素の電荷を加算するための回路である。また、水平転送回路１６２は、垂直転送回路１６３から転送された電荷を、加算範囲設定部１６４で設定された範囲に対応して加算し、出力回路１６５へ出力する。

加算範囲設定部１６４は、水平転送回路１６２と垂直転送回路１６３に対して、センサアレイ部１６１の電荷蓄積量を加算する範囲をそれぞれ設定する。

出力回路１６５は、水平転送回路１６２および垂直転送回路１６３によって読み出されて加算された電荷蓄積量に応じた受光信号をマイコン９へ出力する。すなわち、センサアレイ部１６１において二次元状に配列された各画素のうち、加算範囲設定部１６４により設定された範囲内にある複数の画素について、所定の蓄積時間内に蓄積された電荷を加算する。こうして加算された電荷に応じた受光信号をマイコン９に対して出力する。

以上説明したように、加算範囲設定部１６４は、電荷を加算するセンサアレイ部１６１の画素の範囲を設定する。こうして設定された範囲について、垂直転送回路１６３、水平転送回路１６２は所定の蓄積時間内に蓄積された各画素の電荷を加算し、出力回路１６５を介して受光信号をマイコン９へ出力する。なお、このとき加算範囲設定部１６４が設定する画素の範囲は、マイコン９からの指示に応じて決定される。

図４は、マイコン９が加算範囲設定部１６４に対して画素の範囲を指定する際に実行する処理の内容を示した加算モード決定フローのフローチャートである。ステップＳ１０において、マイコン９は、エリアセンサ１６の用途がＡＦ用であるか否かを判定する。ＡＦ用である場合はステップＳ２０へ進み、ＡＦ用でない場合、すなわちエリアセンサ１６を主要被写体の判別処理や露出演算処理に用いる場合は、ステップＳ６０へ進む。

ステップＳ２０において、マイコン９は、カメラ本体２００に対して入射する光の輝度に関する輝度情報を取得する。この輝度情報は、たとえば、エリアセンサ１６から出力される受光信号に基づいて、マイコン９により算出される。また、たとえばライブビューモード時などは、撮像素子１２から出力される受光信号に基づいて輝度を算出してもよい。あるいは、輝度検出用のセンサをカメラ本体２００内に設置し、このセンサからの検出信号に基づいて輝度情報を取得するようにしてもよい。

ステップＳ３０において、マイコン９は、ステップＳ２０で取得した輝度情報に基づいて、Ｙ方向すなわち垂直方向の画素加算数を決定する。このとき、輝度が低いほど画素加算数を大きくし、輝度が高いほど画素加算数を小さくする。

ステップＳ４０において、マイコン９は、撮影レンズ１の焦点距離情報を取得する。この焦点距離情報は、前述のようにレンズデータ部４から出力される。

ステップＳ５０において、マイコン９は、ステップＳ４０で取得した焦点距離情報に基づいて、Ｘ方向すなわち水平方向の画素加算数を決定する。このとき、焦点距離が短いほど画素加算数を小さくし、焦点距離が長いほど画素加算数を大きくする。たとえば、撮影レンズ１として焦点距離の短いワイドレンズが用いられている場合や、ズームレンズでワイド側に設定されている場合は、画素加算数を小さくする。反対に、ズームレンズでテレ側に設定されている場合は、画素加算数を大きくする。ステップＳ５０を実行したら、ステップＳ８０へ進む。

以上説明したステップＳ２０〜Ｓ５０の処理が実行されることにより、ＡＦ処理時、すなわちマイコン９が撮影レンズ１の焦点検出制御を行う場合は、長方形状の範囲が設定される。

一方、ステップＳ１０からステップＳ６０へ進んだ場合、ステップＳ６０において、マイコン９は、ステップＳ４０と同様に、撮影レンズ１の焦点距離情報を取得する。

ステップＳ７０において、マイコン９は、ステップＳ６０で取得した焦点距離情報に基づいて、正方形の画素加算数を決定する。すなわち、Ｘ方向（水平方向）およびＹ方向（垂直方向）の画素加算数を決定する。このとき、ステップＳ５０と同様に、焦点距離が短いほど画素加算数を小さくし、焦点距離が長いほど画素加算数を大きくする。ステップＳ７０を実行したら、ステップＳ８０へ進む。

以上説明したステップＳ６０およびＳ７０の処理が実行されることにより、マイコン９が主要被写体の判別処理または露出演算処理を行う場合は、正方形状の範囲が設定される。なお、必ずしも正確な正方形状でなくとも、ほぼ正方形状の範囲を設定すればよい。

ステップＳ８０において、マイコン９は、ステップＳ３０とＳ５０、またはステップＳ７０で決定された加算数に応じて、センサアレイ部１６１の各画素に対するデータ加算範囲を設定する。ステップＳ８０を実行したら、マイコン９は、図４のフローチャートを終了する。

上記のようにしてデータ加算範囲を設定したら、マイコン９は、加算範囲設定部１６４に対して、設定したデータ加算範囲を指示するための信号を送信する。このようにして、加算範囲設定部１６４が設定する画素の範囲がマイコン９により指定される。これにより、加算範囲設定部１６４は、マイコン９が実行する制御の種類や、入射する光の輝度、撮影レンズ１の焦点距離などに応じて、電荷を加算する画素の範囲を設定することができる。

以上説明した処理により設定される画素の範囲の例を図５〜１０に示す。図５〜７は、ＡＦ処理を行う際に、エリアセンサ１６のセンサアレイ部１６１において設定される画素範囲の例である。図５は低輝度時、図６は高輝度時、図７は焦点距離の短いワイドレンズを用いたときの画素範囲をそれぞれ示しており、いずれにも破線で囲われた長方形の範囲ａ１、ａ２、ａ３等が設定されている。このように、ＡＦ処理時には長方形状の範囲を設定することにより、適切なデフォーカス量を得るために必要な電荷の蓄積時間や読み出し時間を短縮すると共に、ＡＦ処理の分解能を向上させることができる。

一方、図８〜１０は、主要被写体の判別処理または露出演算処理を行う際に、センサアレイ部１６１において設定される画素範囲の例である。これらの図では、破線で囲われた正方形の範囲ｂ１、ｂ２、ｂ３等が設定されている。このように、主要被写体の判別処理または露出演算処理の際は、ほぼ正方形状の範囲を設定することにより、横方向すなわちＸ方向と、縦方向すなわちＹ方向とを同じ分解能で処理することができる。

なお、図５〜１０において、センサアレイ部１６１の各画素は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）またはＢ（青）のいずれかに対応する分光感度特性を有している。すなわち、センサアレイ部１６１には、画素ごとにＲ，ＧまたはＢのいずれかに対応するカラーフィルタがそれぞれ設けられている。このカラーフィルタを通過した光の強度を各画素において検出することで、撮影レンズ１により結像された被写体像の色成分ごとの光強度を検出することができる。このように、センサアレイ部１６１において、各画素は異なる分光感度特性を有している。なお、図５〜１０に示すような画素の配列は、ベイヤー配列と呼ばれる。なお、これ以外の配列としてもよい。

図５と図６の例を比較すると、低輝度時の範囲ａ１〜ａ３は、高輝度時のものよりもＹ方向の画素数が多くなるように設定されていることが分かる。すなわち、低輝度時は電荷を加算する画素の数を多くして、ＡＦ処理に必要な像の明るさが得られるようにする。このように、検出された輝度に応じて電荷を加算する範囲を設定することにより、受光信号のダイナミックレンジを向上させることができる。

また、図５と図７の例を比較すると、焦点距離が短い時すなわちワイドレンズ時は、通常よりもＸ方向の画素数が少なくなるように範囲ａ１〜ａ３が設定されていることが分かる。すなわち、焦点距離が短いときは、位相差を検出するためのラインセンサの画素幅を短くして、ＡＦ処理に必要な分解能が得られるようにする。なお、ここでいうラインセンサとは、センサアレイ部１６１に対して図５〜７のように設定される範囲の列を表している。すなわち、ラインセンサの画素幅とは、センサアレイ部１６１において画素を加算する範囲のＸ軸方向の幅のことである。

焦点距離が短い場合は、撮影レンズ１による画面内において被写体像が比較的小さくなることから、被写体像に含まれる周波数成分は高周波成分が多くなる傾向がある。したがって、上記のように撮影レンズ１の焦点距離に応じて電荷を加算する範囲を狭く設定することにより、被写体像の高周波成分の検出が可能となる。

なお、撮影レンズ１の焦点距離の代わりに、撮影レンズ１による撮影距離に応じて電荷を加算する範囲を設定するようにしてもよい。すなわち、一度ＡＦ処理を行うことによってデフォーカス量が求められると、そのデフォーカス量と撮影レンズ１の焦点距離に基づいて、カメラ本体２００から被写体までの撮影距離を求めることができる。この撮影距離に応じて電荷を加算する範囲を設定することで、より高精度なＡＦ処理を行うことができる。このとき、撮影レンズ１の焦点距離をさらに加味してもよい。

一方、図８〜１０では、Ｘ方向とＹ方向の画素数を等しくすることにより、正方形の範囲ｂ１〜ｂ３が設定されていることが分かる。この正方形の範囲ｂ１〜ｂ３の大きさは、前述のように焦点距離に応じて変更される。

図８はＲの画素、図９はＧの画素、図１０はＢの画素について、それぞれ設定された範囲内で電荷を加算する様子を示している。たとえば範囲ｂ１では、図８に示すように、太枠で囲われた合計４つのＲの画素における電荷が加算される。同様に、図９に示すように、８つのＧの画素における電荷が加算され、図１０に示すように、４つのＢの画素における電荷が加算される。範囲ｂ２、ｂ３等についても同様である。なお、Ｒ画素を含む列のＧ画素とＢ画素を含む列のＧ画素とを個別に加算するようにしてもよい。

以上説明したように、加算範囲設定部１６４は、マイコン９が実行する制御の種類に応じて、センサアレイ部１６１の各画素に対して異なる範囲を設定する。すなわち、加算範囲設定部１６４は、マイコン９が主要被写体の判別処理または露出演算処理を制御する場合は、複数の画素がほぼ正方形状の範囲を設定すると共に、マイコン９がＡＦ処理を行う場合は、長方形状の範囲を設定する。なお、このときマイコン９が主要被写体の判別処理または露出演算処理のいずれか一方のみを実行することとしてもよい。

また、垂直転送回路１６３、水平転送回路１６２は、マイコン９が主要被写体の判別処理または露出演算処理を制御する場合は、加算範囲設定部１６４によって設定された正方形状の範囲内にある画素の電荷を加算し、マイコン９がＡＦ処理を行う場合は、加算範囲設定部１６４によって設定された長方形状の範囲内にある画素の電荷を加算する。こうして加算された電荷に応じた受光信号が、設定された範囲ごとに出力回路１６５から出力される。このようにすることで、一つのエリアセンサ１６を複数の用途に利用する際、用途ごとに適した出力をエリアセンサ１６から得ることができる。

また、マイコン９が主要被写体の判別処理または露出演算処理を制御する場合は、正方形状の範囲内にあるＲ，Ｇ，Ｂそれぞれの画素について電荷を加算する。こうして同じ分光感度特性を有する各画素の電荷を加算して色情報を取得することにより、主要被写体の判別処理や露出演算処理を適切に行うことができる。たとえば、肌色や目の色、唇の色などを検出して人間の顔を抽出することで、その顔の部分を主要被写体であると判別したり、色合いに応じた露出を定めたりすることができる。

なお、マイコン９がＡＦ処理を行う場合にも、主要被写体の判別処理または露出演算処理を行う場合と同様に、同じ分光感度特性を有する各画素の電荷を加算するようにしてもよい。このようにした場合、加算された電荷を、後段の処理によって分光感度特性の異なる画素についてさらに加算し、その加算結果に基づいてＡＦ処理を行うようにする。たとえば、焦点検出装置５に第二加算回路を設け、この第二加算回路により、設定された範囲ごとに出力回路１６５から出力されたＲ，Ｇ，Ｂそれぞれの受光量に基づいて、各範囲の電荷の合計を算出し、その算出結果に応じた信号を出力する。こうして第二加算回路から出力された信号に基づいて、マイコン９はデフォーカス量を求めて撮影レンズ１の焦点調節状態を検出する。このような方法により検出されたデフォーカス量に基づいて、マイコン９はＡＦ処理を実行することができる。したがって、エリアセンサ１６において分光感度特性の異なる画素について画素を加算できない場合でも、デフォーカス量を検出することができる。

上記ではＣＣＤ方式による二次元イメージセンサを用いたエリアセンサ１６の例を説明したが、エリアセンサ１６にＣＭＯＳを用いた場合にも同様の処理を行うことができる。さらに、ＣＭＯＳを用いた場合は、加算範囲設定部１６４がアドレス指定部に対して加算範囲を設定し、アドレス指定部によって指定された画素の電荷を電圧にして加算して出力するようにする。

エリアセンサ１６ではなく撮像素子１２を用いてマイコン９がＡＦ処理、主要被写体の判別処理または露出算出処理を行う場合にも、上記と同様の方法により行うことができる。すなわち、図２のようなミラーアップ状態でＡＦ処理を行う場合は、撮像素子１２において、図５〜７に示すような長方形状の範囲を設定し、その範囲内にある画素の電荷をまとめて加算する。但し、画質に影響が出るので、この場合は後段のＡＳＩＣにより加算を行った方が良い。このようにして加算された電荷に基づいて、マイコン９はＡＦ処理を実行する。この際、コントラスト検出方式と位相差検出方式どちらのＡＦ処理を用いることとしてもよい。一方、主要被写体の判別処理や露出演算処理を行う場合は、撮像素子１２において、図８〜１０に示すような正方形状の範囲を設定し、その範囲内にあるＲ，Ｇ，Ｂそれぞれの画素について電荷を加算する。このようにして加算された電荷に基づいて、マイコン９は主要被写体の判別処理または露出演算処理を制御する。このようにすることで、一つの撮像素子１２を複数の用途に利用する際、用途ごとに適した出力を撮像素子１２から得ることができる。

次に、焦点検出装置５によりデフォーカス量を検出する方法について説明する。図１１は、焦点検出装置５における焦点検出光学系の構成を示す斜視図であり、図１２は、図１１の焦点検出光学系をｙ軸方向から見た光路図である。被写界からの光束は、撮影レンズ１の射出瞳領域１ａを通過して視野マスク２６の近傍に結像する。視野マスク２６の視野開口２６ａを通過した光束はコンデンサレンズ２２を透過し、撮影レンズの射出瞳領域１ａ、１ｂとほぼ共役な位置に配置される絞りマスク２３の絞り開口２３ａ、２３ｂおよび再結像光学系２４の再結像レンズ２４ａ、２４ｂを通過して分割され、それぞれエリアセンサ１６のセンサアレイ部１６１に設定されたラインセンサ２５上に結像する。なお、このラインセンサ２５は、ＡＦに使用する画素範囲を表している。

上記により、被写界からの光束がｘ軸方向の一対の二次像に分割される。したがって、この一対の二次像の状態を検出することは、ｘ軸方向に輝度変化のある被写体に対して撮影レンズ１の焦点調節状態を検出することになる。そして、ラインセンサ２５上に結像された一対の被写体像を光電変換することによって、撮影レンズ１の焦点調節状態を検出することができる。

つまり、撮影レンズ１が撮像面と等価な予定結像面上に鮮鋭像を結ぶ、いわゆる合焦時には、図１２（ａ）に示すように、ラインセンサ２５上の一対の被写体像が、前ピン状態と後ピン状態との間の所定の間隔Ｌ０で結像する。また、撮影レンズ１が予定結像面よりも前に鮮鋭像を結ぶ、いわゆる前ピン状態の場合には、図１２（ｂ）に示すように、ラインセンサ２５上の一対の被写体像は、合焦時の間隔Ｌ０よりも短い間隔Ｌ１で結像する。逆に、撮影レンズ１が予定結像面よりも後に鮮鋭像を結ぶ、いわゆる後ピン状態の場合には、ラインセンサ２５上の一対の被写体像は、合焦時の間隔Ｌ０よりも長い間隔Ｌ２で結像する。したがって、この一対の被写体像をラインセンサ２５で光電変換して電気信号に変え、これらの電気信号から相関演算等を行うことによって一対の被写体像の相対位置ずれ量が求まり、焦点検出領域での撮影レンズ１の焦点調節状態が検出される。

上記において、センサアレイ部１６１上には、図１２のように、一対の視野開口２６ａの像２８ａ、２８ｂが投影される。この一対の像２８ａ、２８ｂの内側にのみ、被写体像がそれぞれ結像される。したがって、主要被写体の判別処理または露出演算処理を行う場合、マイコン９は、一対の像２８ａまたは２８ｂのいずれか一方を選択し、その内側に結像された被写体像の検出結果を利用するようにする。

なお、センサアレイ部１６１において、ラインセンサ２５に相当する画素の範囲は、撮影レンズ１による画面内に設定された焦点検出領域に対応して設定される。すなわち、加算範囲設定部１６４は、センサアレイ部１６１の複数の画素のうち、撮影レンズ１による画面内に設定された焦点検出領域に対応する画素の範囲をセンサアレイ部１６１の転送回路に対して設定する。このようにして設定する画素の範囲を制限することにより、不要な電荷蓄積量の読み出しを防ぎ、短時間でＡＦ処理を行うことができる。

ここで、焦点検出領域の位置を変更可能としてもよい。その場合、加算範囲設定部１６４は、焦点検出領域の位置の変更に応じて、センサアレイ部１６１の転送回路に対して設定する画素の範囲を変更する。このようにすることで、焦点検出領域の位置が変更されても、焦点検出装置５によってデフォーカス量を正しく検出することができる。

以上説明したように、ＡＦ処理時には、マイコン９によってデフォーカス量が求められることにより、撮影レンズ１による像のピント調節状態が検出される。これに対して、主要被写体の判別処理や露出演算処理の場合は、マイコン９により、撮影レンズ１による像の形状や色合い、明るさなどの状態が検出される。こうしてマイコン９が検出する状態に応じて、加算範囲設定部１６４は、加算する画素の範囲をセンサアレイ部１６１に対して設定する。このようにしたので、一つのエリアセンサ１６を複数の用途に利用する際、各用途に適した出力をエリアセンサ１６から得ることができる。なお、撮像素子１２を用いる場合も同様である。

以上説明した実施の形態によれば、次の作用効果を奏する。
（１）エリアセンサ１６は、センサアレイ部１６１において、受光量に応じた電荷を蓄積する複数の光電変換部（画素）が配列されている。この画素のうちいずれか複数の画素の電荷を、垂直転送回路１６３、水平転送回路１６２により加算する。こうして垂直転送回路１６３、水平転送回路１６２によって電荷を加算する画素の範囲を、加算範囲設定部１６４により設定することとした。このようにしたので、一つのエリアセンサ１６を複数の用途に利用する際、用途ごとに適した出力をエリアセンサ１６から得ることができる。

（２）マイコン９は、垂直転送回路１６３、水平転送回路１６２により加算された電荷に応じてエリアセンサ１６から出力される受光信号に基づいて、撮影レンズ１の焦点調節状態を示すデフォーカス量を検出する。このようにしたので、撮影レンズ１の焦点調節を適切に行うことができる。

（３）また、マイコン９に第二加算回路を設けることとしてもよい。この場合、マイコン９は、垂直転送回路１６３、水平転送回路１６２により同じ分光感度特性を有する各画素の電荷を加算し、その加算された電荷を第二加算回路により分光感度特性の異なる画素についてさらに加算して、その加算結果に基づいてデフォーカス量を検出することができる。このようにすれば、エリアセンサ１６において分光感度特性の異なる画素について画素を加算できない場合でも、マイコン９によりデフォーカス量を検出することができる。

（４）加算範囲設定部１６４は、センサアレイ部１６１の複数の画素のうち、撮影レンズ１による画面内に設定された焦点検出領域に対応する画素の範囲をセンサアレイ部１６１に対して設定することとした。このようにしたので、不要な電荷蓄積量の読み出しを防ぎ、短時間でＡＦ処理を行うことができる。

（５）また、焦点検出領域の位置を変更可能としてもよい。その場合、加算範囲設定部１６４は、焦点検出領域の位置の変更に応じて、センサアレイ部１６１に対して設定する画素の範囲を変更する。このようにすれば、焦点検出領域の位置が変更されても、マイコン９によってデフォーカス量を正しく検出することができる。

（６）加算範囲設定部１６４は、マイコン９が実行する制御の種類、入射する光の輝度、撮影レンズ１の焦点距離、撮影レンズ１による撮影距離などに応じて、垂直転送回路１６３、水平転送回路１６２によって電荷を加算する画素の範囲をセンサアレイ部１６１に対して設定することとした。このようにしたので、状況に応じて適切な範囲を設定することができる。

（７）マイコン９は、撮影レンズ１による像の判別を行う主要被写体判別処理と露出演算処理の少なくとも一方の制御、および、撮影レンズ１の焦点検出制御のためのＡＦ処理を行う。加算範囲設定部１６４は、マイコン９が主要被写体判別処理または露出演算処理を制御する場合は、センサアレイ部１６１に対して複数の画素がほぼ正方形状の範囲を設定すると共に、マイコン９がＡＦ処理を行う場合は、センサアレイ部１６１に対して長方形状の範囲を設定することとした。このようにしたので、主要被写体判別処理または露出演算処理においては、横方向と縦方向とを同じ分解能で処理することができ、ＡＦ処理においては、電荷の蓄積時間や読み出し時間を短縮すると共に、分解能を向上させることができる。

（８）垂直転送回路１６３、水平転送回路１６２は、マイコン９が主要被写体判別処理または露出演算処理を制御する場合は、同じ分光感度特性を有する画素の電荷を加算することとした。このようにしたので、色情報を取得して主要被写体の判別処理や露出演算処理を適切に行うことができる。

（９）加算範囲設定部１６４は、焦点検出装置５が検出する撮影レンズ１による像の状態に応じて、垂直転送回路１６３、水平転送回路１６２が加算する画素の範囲をセンサアレイ部１６１に対して設定する。このようにしたので、上記と同様に、一つのエリアセンサ１６を複数の用途に利用する際、用途ごとに適した出力をエリアセンサ１６から得ることができる。

−変形例−
なお、上記の実施の形態では、マイコン９は、エリアセンサ１６または撮像素子１２を用いて撮影レンズ１からの受光量を検出し、ＡＦ処理、主要被写体の判別処理または露出算出処理を行うこととした。しかし、エリアセンサ１６または撮像素子１２の代わりに、ＥＶＦ（Electronic View Finder：電子ビューファインダ）用のセンサにより撮影レンズ１からの受光量を検出し、その検出結果に基づいてマイコン９の各処理を行うようにしてもよい。

図１３は、本変形例によるカメラの構成図である。図１３に示すカメラにおいて、カメラ本体２００には、図１のペンタプリズム６、接眼レンズ１５およびペンタプリズム６に替えて、ＥＶＦ用センサ１７とＥＶＦ光学系２０が設けられている。撮影レンズ１を介してカメラ本体２００へ入射された光のうち、メインミラー１３において反射された光は、ＥＶＦ光学系２０により、撮像素子１２と光学的に等価な位置に設けられたＥＶＦ用センサ１７上に結像される。このＥＶＦ用センサ１７により、撮影前の被写体像が撮像され、背面モニタ１８に表示される。

ＥＶＦ用センサ１７は、エリアセンサ１６や撮像素子１２と同様の構造を有している。したがって、このＥＶＦ用センサ１７において、前述のように電荷を加算する画素の範囲を設定することにより、一つのＥＶＦ用センサ１７を複数の用途に利用する際、用途ごとに適した出力をＥＶＦ用センサ１７から得ることができる。なお、ＡＦ処理を行う場合、コントラスト検出方式を用いてもよい。または、撮像素子１２の撮像画素配列中に瞳分割式の位相差検出を行うための焦点検出用画素の配列を混在させ、この焦点検出用画素を用いてデフォーカス量を検出してもよい。あるいは、ＡＦ処理については焦点検出装置５を用いて行うようにしてもよい。

以上説明した実施の形態や変形例においては、レンズ鏡筒が交換可能なカメラとして説明したが、これに限定されるものではなく、レンズ一体型のカメラであってもよい。また、撮像素子を用いたデジタルカメラに限らず、フィルムカメラに適用してもよい。

以上説明した実施の形態や変形例はあくまで一例であり、発明の特徴が損なわれない限り、本発明はこれらの内容に限定されない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様についても、本発明の範囲内に含まれる。

本発明の一実施の形態によるカメラの構成図である。 撮影時のカメラの動作の様子を示す図である。 ＣＣＤ方式による二次元イメージセンサを用いたエリアセンサの概略的な構成図である。 加算モード決定フローのフローチャートである。 低輝度時にＡＦ処理を行う際に設定される画素の範囲の例を示す図である。 高輝度時にＡＦ処理を行う際に設定される画素の範囲の例を示す図である。 ワイドレンズ使用時にＡＦ処理を行う際に設定される画素の範囲の例を示す図である。 主要被写体の判別処理または露出演算処理の際に設定される画素の範囲の例を示す図であり、Ｒの画素について電荷を加算する様子を示している。 主要被写体の判別処理または露出演算処理の際に設定される画素の範囲の例を示す図であり、Ｇの画素について電荷を加算する様子を示している。 主要被写体の判別処理または露出演算処理の際に設定される画素の範囲の例を示す図であり、Ｂの画素について電荷を加算する様子を示している。 焦点検出光学系の構成を示す斜視図である。 焦点検出光学系をｙ軸方向から見た光路図である。 本発明の変形例によるカメラの構成図である。

符号の説明

１：撮影レンズ、２：絞り、３：駆動機構、４：レンズデータ部、５：焦点検出装置、
６：ペンタプリズム、７：信号処理部、８：駆動モータ、９：マイコン、
１０：カップリング部、１１：シャッター、１２：撮像素子、１３：メインミラー、
１４：サブミラー、１５：接眼レンズ、１６：エリアセンサ、１７：ＥＶＦ用センサ、
１８：背面モニタ、１９：ファインダースクリーン、２０：ＥＶＦ光学系、
１００：レンズ部、２００：カメラ本体

Claims (16)

1. 受光量に応じた電荷を蓄積する複数の光電変換部が配列された受光素子であって、
   複数の前記光電変換部の電荷を加算する加算手段と、
   前記加算手段によって電荷を加算する前記光電変換部の範囲を設定する加算範囲設定手段とを備えることを特徴とする受光素子。
2. 請求項１に記載の受光素子と、
   異なる前記範囲に対応して加算された前記電荷を出力可能な出力手段とを備えたことを特徴とする受光装置。
3. 請求項１に記載の受光素子と、
   結像光学系を介した光を前記受光素子へ導く焦点検出光学系と、
   前記加算手段により加算された前記電荷に応じた信号に基づいて、前記結像光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段とを備えることを特徴とする焦点検出装置。
4. 請求項３に記載の焦点検出装置において、
   前記複数の光電変換部は、異なる分光感度特性を有し、
   前記加算手段は、前記範囲内の光電変換部のうち前記分光感度特性が同じ光電変換部の電荷を加算し、
   前記加算手段により加算された電荷を、前記分光感度特性の異なる光電変換部について加算する第２の加算手段をさらに備え、
   前記焦点検出手段は、前記第２の加算手段によって加算された電荷に応じた信号に基づいて前記焦点調節状態を検出することを特徴とする焦点検出装置。
5. 請求項３または４に記載の焦点検出装置において、
   前記加算範囲設定手段は、前記複数の光電変換部のうち、前記結像光学系による画面内に設定された焦点検出領域に対応する光電変換部の範囲を設定することを特徴とする焦点検出装置。
6. 請求項５に記載の焦点検出装置において、
   前記画面内における前記焦点検出領域の位置を変更可能であり、
   前記加算範囲設定手段は、前記焦点検出領域の位置の変更に応じて前記範囲を変更することを特徴とする焦点検出装置。
7. 請求項３〜６のいずれか一項に記載の焦点検出装置において、
   前記加算範囲設定手段は、前記結像光学系の焦点距離に応じて前記範囲を設定することを特徴とする焦点検出装置。
8. 請求項１に記載の受光素子と、
   前記電荷に基づいて、異なる複数の制御を実行可能な制御手段とを備えたカメラであって、
   前記加算範囲設定手段は、前記制御手段が実行する前記制御の種類に応じて、前記範囲を設定することを特徴とするカメラ。
9. 請求項１に記載の受光素子と、
   前記受光素子上に光束の像を結像する結像光学系を備えたカメラにおいて、
   前記加算範囲設定手段は、前記結像光学系の焦点距離に応じて前記範囲を設定することを特徴とするカメラ。
10. 請求項８に記載のカメラにおいて、
    前記受光素子上に光束の像を結像する結像光学系を備え、
    前記制御手段は、前記結像光学系による像の判別処理と露出演算処理の少なくとも一方の制御、および前記結像光学系の焦点検出制御を行うことを特徴とするカメラ。
11. 請求項１０に記載のカメラにおいて、
    前記加算範囲設定手段は、前記制御手段が前記判別処理または前記露出演算処理を制御する場合は、前記複数の光電変換部がほぼ正方形状の範囲を設定するとともに、前記制御手段が前記焦点検出制御を行う場合は、長方形状の範囲を設定することを特徴とするカメラ。
12. 請求項１０または１１に記載のカメラにおいて、
    前記複数の光電変換部は、異なる分光感度特性を有し、
    前記加算手段は、前記制御手段が前記判別処理または前記露出演算処理を制御する場合は、同じ分光感度特性を有する前記光電変換部の電荷を加算することを特徴とするカメラ。
13. 請求項８〜１２のいずれか一項に記載のカメラにおいて、
    入射する光の輝度を検出する輝度検出手段をさらに備え、
    前記加算範囲設定手段は、前記輝度検出手段により検出された前記輝度に応じて前記範囲を設定することを特徴とするカメラ。
14. 請求項９〜１３のいずれか一項に記載のカメラにおいて、
    前記加算範囲設定手段は、前記結像光学系による撮影距離に応じて前記範囲を設定することを特徴とするカメラ。
15. 請求項１０〜１４のいずれか一項に記載のカメラにおいて、
    前記加算範囲設定手段は、前記結像光学系の焦点距離に応じて前記範囲を設定することを特徴とするカメラ。
16. 結像光学系を介して入射する光に応じた電荷を蓄積する複数の光電変換部が配列された受光素子と、
    複数の前記光電変換部の電荷を加算する加算手段と、
    前記電荷に基づいて前記結像光学系による像の第１状態と、該第１状態と異なる第２状態とを検出する検出手段と、
    前記検出手段が検出する状態に応じて前記加算手段が加算する前記光電変換部の範囲を設定する加算範囲設定手段とを備えたことを特徴とするカメラ。

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