JP4641502B2

JP4641502B2 - 焦点検出装置および光学機器

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Publication number: JP4641502B2
Application number: JP2006020077A
Authority: JP
Inventors: 敬一宮
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2005-02-08
Filing date: 2006-01-30
Publication date: 2011-03-02
Anticipated expiration: 2026-01-30
Also published as: JP2006251777A

Description

本発明は、複数の光電変換素子で構成されたセンサ手段を有する焦点検出装置および該焦点検出装置を具備したカメラや携帯電話等の光学機器の改良に関するものである。

従来、カメラの焦点検出装置として、撮影レンズの異なる射出瞳領域を通過した被写体からの光束を、一対のラインセンサ上に結像させ、被写体像を光電変換して得られた一対の被写体像の相対位置の変位量を求める（以下、位相差演算と記す）ことにより、被写体のデフォーカス量を検出して、これに基づいて撮影レンズの駆動を行う、いわゆる位相差検出方式の焦点検出装置が知られている（特許文献１）。

また、この種の焦点検出装置で、一対のラインセンサを複数の領域に分割して、領域毎に信号蓄積制御を行い、それぞれの領域で光電変換して得られた一対の被写体像を相関演算することで、複数の被写体に対して焦点検出を行う多点焦点検出装置についても知られている（特許文献２）。

また、位相差検出方式の焦点検出装置において、一対のラインセンサのうち、蓄積制御および位相差演算で使用する領域を変更することで、検出可能なデフォーカス量を調節することができる焦点検出装置についても知られている（特許文献３）。
特開平０９−０５４２４２号公報特開２００３−２１５４４２号公報特開昭６３−１７２２０６号公報（第８図等）

ところで、上記特許文献３に開示された焦点検出装置は、焦点検出結果と撮影レンズの最大デフォーカス量に応じて、適切な蓄積制御領域を選択することを可能にしている。しかしながら、焦点検出が不能であった場合、蓄積制御領域を変更して再度蓄積動作、演算動作を行う必要があり、焦点検出に要する時間が長くなるという課題を有していた。

また、特許文献３の焦点検出装置を、特許文献２の焦点検出装置のような、複数の被写体の焦点検出を可能とする多点焦点検出装置に適用することもできる。この場合、蓄積制御領域が狭い時は、隣接した領域が重なることはない。しかしながら、蓄積制御領域が広い時は、隣接した領域が重なってしまう。重なった領域は同時に蓄積制御できないので、領域ごとに再蓄積動作を行うことになり、焦点検出に要する時間がより長くなることになる。

（発明の目的）
本発明の第１の目的は、焦点検出結果を待つことなしに、センサ手段の複数の領域の大きさ変更することのできる焦点検出装置および光学機器を提供しようとするものである。

本発明の第２の目的は、上記第１の目的を達成すると共に、センサ手段の領域を拡大してデフォーカス状態の検出を行う必要がある場合であっても、拡大した領域での再蓄積を不要にし、その検出時間を短縮することのできる焦点検出装置および光学機器を提供しようとするものである。

本発明の第３の目的は、上記第２の目的を達成すると共に、それぞれの領域にて適切な焦点検出を行うことのできる焦点検出装置および光学機器を提供しようとするものである。

本発明の第４の目的は、上記第２の目的を達成すると共に、焦点検出対象が低輝度であっても、それぞれの領域にて適切な焦点検出を行うことのできる焦点検出装置および光学機器を提供しようとするものである。

上記第３の目的を達成するために、請求項１に記載の本発明は、フォーカスレンズを含む撮影レンズと通信を行い、当該撮影レンズにおいて生じ得る最大デフォーカス量と現在のフォーカスレンズの位置情報を検出する焦点検出装置であって、前記撮影レンズを通過する光束のうち異なる一対の光束をそれぞれ受光し光電変換して像信号を出力する対を成すセンサと、前記対を成すセンサの各中央部に前記撮影レンズの最大デフォーカス量と現在のフォーカスレンズの位置情報に基づく大きさの中央領域をそれぞれ設定し、かつ、当該中央領域の左右であって前記対を成すセンサの残りの領域に周辺領域をそれぞれ設定する設定手段と、前記設定手段により設定された前記中央領域において像信号の蓄積制御を行うとともに、前記設定手段により設定された前記周辺領域において像信号の蓄積制御を行う蓄積制御手段と、前記設定手段により設定された前記各中央領域において得られた像信号のずれ量に基づく前記中央領域のデフォーカス量と、前記設定手段により設定された前記各周辺領域において得られた像信号のずれ量に基づく前記周辺領域のデフォーカス量とを検出可能とする検出手段と、を有する焦点検出装置とするものである。

本発明によれば、焦点検出結果を待つことなしに、センサ手段の複数の領域の大きさを変更することができる焦点検出装置または光学機器を提供できるのである。

また、本発明は、センサ手段の領域を拡大してデフォーカス状態の検出を行う必要がある場合であっても、拡大した領域での再蓄積を不要にし、その検出時間を短縮することができる焦点検出装置または光学機器を提供できるものである。

また、本発明によれば、それぞれの領域にて適切な焦点検出を行うことができる焦点検出装置または光学機器を提供できるものである。

さらに、本発明によれば、焦点検出対象が低輝度であっても、それぞれの領域にて適切な焦点検出を行うことができる焦点検出装置または光学機器を提供できるものである。

本発明を実施するための最良の形態は、以下の実施例１および実施例２に記載する通りである。

図１は本発明の実施例１に係わるカメラの回路構成を示すブロック図であり、同図において、カメラ用マイクロコンピュータ（以下、ＣＰＵと記す）１００には、カメラの各種操作用のスイッチ群２１４を検知するための信号入力回路２０４、撮像センサ２０６、ＡＥセンサ２０７、シャッタマグネット２１８ａ，２１８ｂを制御するためのシャッタ制御回路２０８、ＡＦセンサ１０１が接続されている。また、後述の撮影レンズとはレンズ通信回路２０５を介して信号２１５の伝達がなされ、焦点位置や絞りの制御を行う。カメラの動作はスイッチ群２１４の設定で決定される。

ＡＦセンサ１０１には一対のラインセンサが備えられており、ＣＰＵ１００は、このＡＦセンサ１０１を制御することで、ラインセンサで得られた被写体のコントラスト分布からデフォーカス量を検出し、撮影レンズの焦点位置を制御する。また、ＣＰＵ１００は、ＡＥセンサ２０７を制御することで、被写体の輝度を検出し、撮影レンズの絞り値やシャッタスピードを決定する。そして、レンズ通信回路２０５を介して撮影レンズ側の絞り値を制御し、またシャッタ制御回路２０８を介してシャッタマグネット２１８ａ，２１８ｂの通電時間を制御してシャッタスピードを制御し、さらには撮像センサ２０６を制御することで撮影動作を行う。

ＣＰＵ１００内には、カメラ動作を制御するプログラムを格納したＲＯＭ、変数を記憶するためのＲＡＭ、諸パラメータを記憶するためのＥＥＰＲＯＭ（電気的消去、書き込み可能メモリ）などの記憶回路２０９が内蔵されている。

次に、図２により、カメラの光学系の配置関係について説明する。

撮影レンズ３００を介して入射した被写体からの光束の大部分はクイックリターンミラー３０５で上方に反射され、ファインダスクリーン３０３上に結像する。カメラのユーザーはこの像をペンタプリズム３０１、接眼レンズ３０２を介して観察する。撮影光束の一部はクイックリターンミラー３０５を透過し、後方のサブミラー３０６で下方へ曲げられて、視野マスク３０７、フィールドレンズ３１１、絞り３０８、二次結像レンズ３０９を経てＡＦセンサ１０１上に結像する。この像を光電変換して得られる像信号を処理することで、撮影レンズ３００の焦点状態を検出することできる。撮影に際しては、クイックリターンミラー３０５が跳ね上がり、全光束が撮像センサ２０６上に結像され、被写体像の露光が行われる。

本実施例１における焦点検出装置に（図２において、視野マスク３０７から二次結像レンズ３０９までおよびＡＦセンサ１０１より構成される）での焦点検出方式は周知の位相差検出方式であり、画面内の異なる複数の領域の焦点状態を検出することが可能である。

焦点検出に関わる光学系の詳細な構成を、図３に示す。撮影レンズ３００を通過した被写体からの光束は、サブミラー３０６（図２参照）で反射され、撮像面と共役な面にある視野マスク３０７の近傍に一旦結像する。図３では、サブミラー３０６で反射され、折り返された光路を展開して示している。視野マスク３０７は画面内の焦点検出領域（以下、測距点とも記す）以外の余分な光を遮光するための部材である。

フィールドレンズ３１１は、絞り３０８の各開口部を撮影レンズ３００の射出瞳付近に結像する作用を有している。絞り３０８の後方には二次結像レンズ３０９が配置されており、一対２つのレンズから構成され、それぞれのレンズは絞り３０８の各開口部に対応している。視野マスク３０７、フィールドレンズ３１１、絞り３０８、二次結像レンズ３０９を通過した各光束は、ＡＦセンサ１０１上のラインセンサ（センサアレイ）に結像する。また、ＡＦセンサ１０１内のラインセンサは撮影画面内の異なる被写体からの光束も結像できるように構成されている。

ここで、ＡＦセンサ１０１内におけるラインセンサの配置と、撮影画面内の測距点との位置関係について、図４および図５を参照しながら説明する。

図４はＡＦセンサ１０１内におけるラインセンサの配置を示す図である。ＡＦセンサ１０１内には、一対のライン状に形成されたラインセンサ１１１ａおよび１１１ｂが配置されている。

図５は、ファインダ内に表示される測距点の配置と、ＡＦセンサ１０１上のラインセンサ１１１ａ，１１１ｂによるＡＦ視野の範囲を示す図である。ＡＦ視野上には、測距点Ｌ、測距点Ｃ、測距点Ｒの３点の測距点が配置されており、各測距点に対応した３つの異なる被写体について焦点検出が可能になっている。

ＡＦセンサ１０１の詳細な回路構成を、図６のブロック図にて説明する。

上記の二次結像レンズ３０９により結像された被写体像は、ラインセンサ１１１ａ，１１１ｂで光電変換される。ラインセンサ１１１ａ，１１１ｂは複数の画素がライン状に並んで構成されおり、各画素で光電変換され電圧に変換された信号が蓄積回路１０２ａ，１０２ｂで蓄積される。領域選択回路１０３は、蓄積回路１０２ａで蓄積された信号を最大３つの領域に分割して、各領域の蓄積信号をＰＢコントラスト検出回路１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃに振り分ける機能を持っている。

ＰＢコントラスト検出回路１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃは、領域選択回路１０３により選択された範囲の画素信号で最も大きな信号（以下、Ｐｅａｋ信号と記す）と、最も小さな信号（以下、Ｂｏｔｔｏｍ信号と記す）を検出し、Ｐｅａｋ信号とＢｏｔｔｏｍ信号の差分信号（以下、ＰＢ信号と記す）を蓄積停止判定回路１０５へ出力する。ここで、ＰＢコントラスト検出回路１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃで検出されたＰＢ信号をそれぞれＰＢ１，ＰＢ２，ＰＢ３とする。

蓄積停止判定回路１０５は、ＰＢ信号ＰＢ１，ＰＢ２，ＰＢ３を目標値と比較して、目標値よりも大きくなった時点で、領域選択回路１０３で選択された範囲の画素の蓄積を停止するため、蓄積回路１０２ａ，１０２ｂへ蓄積停止信号を出力する。また、いずれかの領域で蓄積を停止した場合は、ＣＰＵ１００へ蓄積終了信号と蓄積終了した領域情報を出力する。蓄積回路１０２ａ，１０２ｂで蓄積された画素信号は、ＣＰＵ１００によりシフトレジスタ１０６を駆動することで、１画素づつの画素信号として出力回路１０７へ出力される。出力回路１０７では、画素信号を増幅するなどの処理を行い、ＣＰＵ１００のＡＤ変換器（不図示）へ出力する。

ここで、図７および図８により、ラインセンサ１１１ａ，１１１ｂを３つの領域に分割した場合の一例を説明する。

図７において、ラインセンサ１１１ａおよび１１１ｂはそれぞれ１２０画素で構成され、ラインセンサ１１１ａの１画素目の蓄積信号をＳＡ１、ｎ画素目の蓄積信号をＳＡｎとする。また、ラインセンサ１１１ｂの１画素目の蓄積信号をＳＢ１、ｎ画素目の蓄積信号をＳＢｎとする。

ここでは、領域選択回路１０３により、ＳＡ１〜ＳＡ４０の範囲の画素信号がＰＢコントラスト検出回路１０４ａへ、ＳＡ４１からＳＡ８０の範囲の蓄積信号がＰＢコントラスト検出回路１０４ｂへ、ＳＡ８１〜ＳＡ１２０の蓄積信号がＰＢコントラスト検出回路１０４ｃへ、それぞれ入力するように領域の選択（振り分け）が行われる。

図８は、ＰＢコントラスト検出回路１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃからの出力信号であるＰＢ信号ＰＢ１，ＰＢ２，ＰＢ３の信号量と蓄積時間の関係を示した図である。蓄積時間０が蓄積開始タイミングであり、時間が経過するほどＰＢ信号は増加していく。ＰＢ信号の増加割合は、各領域に存在する被写体の輝度やコントラストによりそれぞれ異なる。ＰＢ信号は蓄積停止判定回路１０５により停止レベルと比較判定されている。ＰＢ信号が停止レベル以上になるタイミングをＴ１，Ｔ２，Ｔ３とすると、Ｔ１のタイミングでは、ＰＢコントラスト検出回路１０４ａへ入力している領域ＳＡ１〜ＳＡ４０およびＳＢ１〜ＳＢ４０に対応した画素信号の蓄積を停止する。また、Ｔ２のタイミングでは、ＰＢコントラスト検出回路１０４ｂへ入力している領域ＳＡ４１〜ＳＡ８０およびＳＢ４１〜ＳＢ８０に対応した画素信号の蓄積を停止する。また、Ｔ３のタイミングでは、ＰＢコントラスト検出回路１０４ｃへ入力している領域ＳＡ８１〜ＳＡ１２０およびＳＢ８１〜ＳＢ１２０に対応した画素信号の蓄積を停止する。

このように、分割した領域ごとに、被写体像のコントラストをあらわすＰＢ信号を検出し、その信号が所定レベル以上になるまで蓄積を行うことで、各領域で最適な蓄積制御を行うことができる。

以上のように構成された焦点検出装置の動作を、図９のフローチャートに基づいて詳細に説明する。

スイッチ群２１４の操作により焦点検出の開始信号を受信したら、ＡＦセンサ１０１による焦点検出動作が開始され、まずステップＳ７０１では、レンズ通信回路２０５により撮影レンズ３００と通信を行い、装着されている撮影レンズ３００において生じ得る最大デフォーカス量と現在のフォーカスレンズ位置を検出する。次のステップＳ７０２では、上記ステップＳ７０１で検出した撮影レンズ３００の最大デフォーカス量とフォーカスレンズ位置の情報から、焦点検出の際に発生し得る最大デフォーカス量を算出する。

ここで、焦点検出の際に発生し得る最大デフォーカス量の算出方法について説明する。図１０は、レンズＡとレンズＢの各最大デフォーカスとフォーカスレンズ位置ＰおよびＰ’の位置関係を示している。この図では、レンズＡの最大デフォーカス量はレンズＢの最大デフォーカス量よりも狭い。

焦点検出において発生し得るデフォーカス量は、フォーカスレンズ位置からレンズの最大デフォーカス位置（無限端側）までの差分量、およびフォーカスレンズ位置からレンズの最大デフォーカス位置（至近端側）までの差分量のいずれか大きい方となる。

レンズＡにおいては、フォーカスレンズ位置Ｐの場合、位置Ｐから至近方向のデフォーカス限界位置までの差分量であるＡＰｍａｘが発生し得る最大デフォーカス量となる。一方、フォーカスレンズ位置Ｐ’の場合、位置Ｐ’から無限方向のデフォーカス限界位置までの差分量であるＡＰ’ｍａｘが発生し得る最大デフォーカス量となる。

レンズＢにおいては、フォーカスレンズ位置Ｐの場合、位置Ｐから至近方向のデフォーカス限界位置までの差分量であるＢＰｍａｘが発生し得る最大デフォーカス量となる。一方、フォーカスレンズ位置Ｐ’の場合、位置Ｐ’から無限方向のデフォーカス限界位置までの差分量であるＢＰ’ｍａｘが発生し得る最大デフォーカス量となる。

このように、レンズの種類やフォーカスレンズ位置により発生し得る最大デフォーカス量は異なる。

図９のフローチャートに戻り、次のステップＳ７０３では、上記ステップＳ７０２で算出した焦点検出の際に発生し得る最大デフォーカス量を基に、領域選択回路１０３による蓄積制御領域を設定する。

ここで、蓄積制御領域の設定方法を、図１１および図１２を用いて説明する。

図１１は、ラインセンサ１１１ａおよびラインセンサ１１１ｂで得られた被写体像の位相差（ずれ量）とデフォーカス量の関係を示した図である。この関係はほぼ線形で表現でき、傾きは焦点検出系の光学系により決定する。本来、得られた被写体像の位相差からデフォーカス量を演算する。逆に、ステップＳ７０２で算出した最大デフォーカス量から、被写体像の発生し得る最大位相差を演算することができる。蓄積制御領域が、最大位相差より狭い場合は、最大位相差時に被写体像が領域からはみ出し、位相差を検出することができない。したがって、蓄積制御領域は、少なくとも被写体像の最大位相差量分は必要となる。ここでは、最大位相差に所定余裕量を加算して蓄積制御領域を決定する。

図１２（ａ）は、最大デフォーカス量が小さく、最大位相差から演算した蓄積範囲がセンサアレイ長の１／３以下の場合のＬ領域、Ｃ領域、Ｒ領域を示している。Ｌ領域、Ｃ領域、Ｒ領域は、センサアレイを３等分した領域になっている（Ｃ領域はセンサアレイ長の１／３より小さくならないように制限されている）。図１２（ｂ）は、最大デフォーカス量が大きく、最大位相差から演算した蓄積範囲がセンサアレイ長の１／３より広い場合のＬ領域、Ｃ領域、Ｒ領域を示している。Ｃ領域は、最大位相差から演算した蓄積制御領域に応じてラインの１／３よりも拡大し、Ｌ領域およびＲ領域は、Ｃ領域に使用している以外の部分を使用する。前述したように領域選択回路１０３は、Ｌ領域の画素信号をＰＢコントラスト検出回路１０４ａへ、Ｃ領域の画素信号をＰＢコントラスト検出回路１０４ｂへ、Ｒ領域の画素信号をＰＢコントラスト検出回路１０４ｃへ、それぞれ振り分けるように設定する。

以上のように、撮影レンズ３００からの情報、つまり最大デフォーカス量と現在のフォーカスレンズ位置の情報から、蓄積制御を行う領域を決定する。

再び図９のフローチャートに戻り、次のステップＳ７０４では、ＣＰＵ１００によりＡＦセンサ１０１を制御し、蓄積回路１０２ａ，１０２ｂによる信号蓄積動作を開始する。そして、次のステップＳ７０５にて、上記ステップＳ７０３で設定された蓄積制御領域について蓄積停止判定動作を行う。ＣＰＵ１００はＡＦセンサ１０１から出力される蓄積停止信号の検出を行う。そして、蓄積停止信号が検出されるまでステップＳ７０５の動作を繰り返し、蓄積停止信号が検出された場合は、ステップＳ７０６の信号読み出し動作へ進む。

ステップＳ７０６では、蓄積が終了した領域の画素信号の読出し動作を行う。ＣＰＵ１００によりＡＦセンサ１０１を制御することで、蓄積が終了した領域の画素信号を順次出力させて、ＣＰＵ１００内の不図示のＡＤ変換器で画素信号をＡＤ変換していく。ここでＡＤ変換した画素信号は記憶回路２０９に記憶する。次のステップＳ７０７では、Ｌ領域、Ｃ領域、Ｒ領域の全ての領域で蓄積動作が終了し、信号読出し動作を完了しているかの判定を行う。全ての領域で読出し動作を完了している場合はステップＳ７０８に進む。一方、未だ読出し動作を完了していない領域がある場合はステップＳ７０５の蓄積終了判定動作へ戻り、以下同様の動作を繰り返す。

Ｌ領域、Ｃ領域、Ｒ領域の全ての領域についての画素信号の読出し動作を完了したとしてステップＳ７０８へ進むと、記憶回路２０９に記憶したＬ領域、Ｃ領域、Ｒ領域の各画素信号を基に相関演算を行い、それぞれの領域でのデフォーカス量を算出する。Ｌ領域はＬ測距点に、Ｃ領域はＣ測距点に、Ｒ領域はＲ測距点に、それぞれ対応した焦点検出結果が得られる。次のステップＳ７０９では、上記ステップＳ７０８で算出したデフォーカス量に基づいて、ＣＰＵ１００がレンズ通信回路２０５を介して撮影レンズ３００のフォーカスレンズの駆動制御を行い、一連の焦点検出動作を終了する。

以上の実施例１によれば、撮影レンズ３００において発生し得る最大デフォーカス量だけでなく、そのときのフォーカスレンズ位置の情報から、蓄積制御を行う領域を決定し、その決定した領域にて得られる画素信号に基づいてデフォーカス量を検出するようにしているので、従来のように蓄積制御領域を変更する場合には再蓄積動作を行う、といったことが不要になり、焦点検出時間を短縮することができる。

また、前記のようにして決定した蓄積領域の範囲を中央部の測距領域に適用し、余った画素範囲を周辺の測距領域として使用することで、検出領域が重なる（オーバーラップ）することがなく、無駄に蓄積制御範囲を広くすることなく焦点検出が行えるので、被写体の背景からの信号による焦点検出誤差（遠近競合）を防ぐことができる。また、複数の被写体についての焦点検出を行うことも可能になる。つまり、１点（画面中央のＣ領域）の大デフォーカス検出のみならず、その周辺の測距点（Ｌ領域、Ｒ領域）のデフォーカス検出も可能となる。

また、前記のようにして決定した蓄積領域の範囲を中央部の測距領域に適用した時、余った画素範囲が所定範囲よりも小さい場合は、中央部の測距領域のみでフォーカス検出するようにしても良い。すなわち、周辺の測距点（Ｌ領域、Ｒ領域）のデフォーカス検出を行わない。

上記の実施例１における焦点検出装置では、Ｃ領域を広くした場合、Ｌ領域およびＲ領域が狭くなり、デフォーカス量の検出範囲が狭くなってしまう問題を有している。そこで、この問題を解決するための技術を、本発明の実施例２として以下に説明する。

図１３は本発明の実施例２に係わるカメラの構成を示すブロック図であり、図１と同じ部分は同一符号を付してある。

ＡＦセンサ４０１は、２対のラインセンサを備えている。ＣＰＵ１００にはＡＦセンサ４０１での蓄積時間を計測するためのタイマー４００が内蔵されている。その他の構成は図１と同様であるので、その説明は省略する。

ここで、ＡＦセンサ４０１上のラインセンサと撮影画面内の測距点との関係について、図１４および図１５を参照しながら説明する。

図１４はＡＦセンサ４０１内におけるラインセンサの配置を示す図である。ＡＦセンサ４０１内には、二対のライン状に形成されたラインセンサ４１１ａ，４１１ｂ、およびラインセンサ４２１ａ，４２１ｂが配置されている。

図１５は、ファインダ内に表示される測距点の配置と、ラインセンサ４１１ａ，４１１ｂで形成されるＡＦ視野１と、ラインセンサ４２１ａ，４２１ｂで形成されるＡＦ視野２の範囲を示す図である。隣接しているＡＦ視野１，２の上には、測距点Ｌ、測距点Ｃ、測距点Ｒの３点の測距点が配置されており、各測距点に対応した三つの異なる被写体について焦点検出が可能になっている。

ＡＦセンサ４０１の詳細な回路構成を、図１６のブロック図にて説明する。二次結像レンズ２０９により結像された被写体像は、ラインセンサ４１１ａ，４１１ｂおよびラインセンサ４２１ａ，４２１ｂで光電変換される。ラインセンサ４１１ａ，４１１ｂは複数の画素がライン状に並んで構成されており、各画素で光電変換され電圧に変換された信号が蓄積回路４０２ａ，４０２ｂで蓄積される。また、ラインセンサ４２１ａ，４２１ｂは同じく複数の画素がライン状に並んで構成されており、各画素で光電変換され電圧に変換された信号が蓄積回路４０３ａ，４０３ｂで蓄積される。

領域選択回路４０４は、蓄積回路４０２ａで蓄積された信号を最大３つの領域に分割し、各範囲の蓄積信号をＰＢコントラスト検出回路４０６ａ，４０６ｂ，４０６ｃに振り分ける。また、領域選択回路４０５は、蓄積回路４０３ａで蓄積された信号を最大３つの領域に分割し、各領域の蓄積信号をＰＢコントラスト検出回路４０７ａ，４０７ｂ，４０７ｃに振り分ける。ＰＢコントラスト検出回路４０６ａ，４０６ｂ，４０６ｃおよびＰＢコントラスト検出回路４０７ａ，４０７ｂ，４０７ｃは、図６のＰＢコントラスト検出回路１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃと同じ機能を持っている。

蓄積停止判定回路４０８は、ＰＢコントラスト検出回路４０６ａ，４０６ｂ，４０６ｃから出力されるＰＢ信号に基づいて蓄積回路４０２ａ，４０２ｂへ蓄積停止信号を出力する。蓄積停止判定回路４０９は、ＰＢコントラスト検出回路４０７ａ，４０７ｂ，４０７ｃから出力されるＰＢ信号に基づいて蓄積回路４０３ａ，４０３ｂへ蓄積停止信号を出力する。蓄積回路４０２ａ，４０２ｂで蓄積された画素信号は、ＣＰＵ１００によりシフトレジスタ回路５０１を駆動することで、１画素ごとの画素信号として出力回路５０３を介して出力される。また、蓄積回路４０３ａ，４０３ｂで蓄積された画素信号は、ＣＰＵ１００によりシフトレジスタ回路５０２を駆動することで、１画素ごとの画素信号として出力回路５０３を介して出力される。出力回路５０３では、画素信号を増幅するなどの処理を行い、ＣＰＵ１００のＡＤ変換器（不図示）へ出力する。

以上のように構成された焦点検出装置の動作を、図１７のフローチャートに基づいて詳細に説明する。

スイッチ群２１４の操作により焦点検出の開始信号を受信したら、ＡＦセンサ４０１による焦点検出動作が開始され、まずステップＳ８０１では、レンズ通信回路２０５により撮影レンズ３００と通信を行い、装着されている撮影レンズ３００で生じ得る最大デフォーカス量と現在のフォーカスレンズ位置を検出する。次のステップＳ８０２では、上記ステップＳ８０１で検出した撮影レンズ３００の最大デフォーカス量とフォーカスレンズ位置の情報から、焦点検出の際に発生し得る最大デフォーカス量を算出する。続くステップＳ８０３では、ステップＳ８０２で算出した焦点検出の際に発生し得る最大デフォーカス量を基に、領域選択回路４０４，４０５による第１の蓄積制御領域を設定する。

図１８（ａ）は、最大デフォーカス量が小さく、最大位相差から演算した蓄積範囲がセンサアレイ長の１／３以下の場合の蓄積制御領域を示した図である。ラインセンサ４１１ａ，４１１ｂの蓄積制御領域であるＬ１領域、Ｃ１領域、Ｒ１領域は、ラインセンサを３等分した領域になっている。また、ラインセンサ４２１ａ，４２１ｂの蓄積制御領域であるＬ２領域、Ｃ２領域、Ｒ２領域も、ラインセンサを３等分した領域になっている。この場合は、各測距点の被写体について２つの蓄積制御領域で焦点検出が可能である。

また、図１８（ｂ）は、最大デフォーカス量が大きく、最大位相差から演算した蓄積制御範囲がラインの１／３より広い場合の蓄積制御領域を示した図である。ラインセンサ４１１ａ，４１１ｂの蓄積制御領域のうち、Ｃ１領域については、最大位相差から演算した蓄積制御領域に応じてセンサアレイ長の１／３よりも拡大し、Ｌ１領域およびＲ１領域は、Ｃ領域に使用している以外の部分を使用する。

一方、ラインセンサ４２１ａ，４２１ｂの蓄積制御領域のうち、Ｌ２領域およびＲ２領域は、最大位相差から演算した蓄積制御領域に応じてセンサアレイ長の１／３よりも拡大し、Ｃ２領域は、Ｌ２領域およびＲ２領域に使用している以外の部分を使用する。最大位相差から演算した蓄積制御領域が広い場合でも、各測距点の被写体について、少なくとも１つの蓄積制御領域で焦点検出ができる。

領域選択回路４０４は、Ｌ１領域の画素信号をＰＢコントラスト検出回路４０６ａへ、Ｃ１領域の画素信号をＰＢコントラスト検出回路４０６ｂへ、Ｒ１領域の画素信号をＰＢコントラスト検出回路４０６ｃへ振り分けるように設定し、領域選択回路４０５は、Ｌ２領域の画素信号をＰＢコントラスト検出回路４０７ａへ、Ｃ２領域の画素信号をＰＢコントラスト検出回路４０７ｂへ、Ｒ２領域の画素信号をＰＢコントラスト検出回路４０７ｃへ、それぞれ振り分けるように設定する。

以上のように、撮影レンズ３００の最大デフォーカス量と現在のフォーカスレンズ位置の情報から、蓄積制御領域を決定する。

図１７のフローチャートに戻り、次のステップＳ８０４では、ＣＰＵ１００によりＡＦセンサ４０１を制御し、蓄積回路４０２ａ，４０２ｂおよび蓄積回路４０３ａ，４０３ｂによる蓄積動作を開始する。また、タイマー４００による蓄積時間のカウントを開始する。そして、次のステップＳ８０５にて、ＣＰＵ１００により、タイマー４００による蓄積時間と予め設定してある所定時間との比較判定を行う。蓄積時間が所定時間以下であった場合にはステップＳ８０６へ進む。一方、蓄積時間が所定時間よりも長い場合には、ステップＳ８０７へ進む。

蓄積時間が所定時間以下であるとしてステップＳ８０６へ進むと、上記ステップＳ８０３で設定された蓄積制御領域について、蓄積停止判定動作を行う。ＣＰＵ１００はＡＦセンサ４０１から出力される蓄積停止信号の検出を行い、蓄積停止信号が検出された場合は、ステップＳ８０９の信号読み出し動作へ進む。一方、蓄積停止信号が検出されない場合は、ステップＳ８０５へ戻り、以下同様の動作を繰り返す。

また、蓄積時間が所定時間よりも長いとしてステップＳ８０７へ進むと、第２の蓄積制御領域の設定（再設定）を行う。ここでは、上記ステップＳ８０５で蓄積時間が所定時間より長いと判定されているので被写体は低輝度状態にある。蓄積時間が所定時間より長い場合、画素信号のノイズ成分である暗電流により焦点検出精度が低下する。そのため、図１８（ａ）のように被写体を常に２つの蓄積制御領域（Ｌ１領域とＬ２領域、Ｃ１領域とＣ２領域、Ｒ１領域とＲ２領域）で、焦点検出ができるような蓄積制御領域に再設定する。

次のステップＳ８０８では、上記ステップＳ８０７で再設定された第２の蓄積制御領域について、蓄積停止判定動作を行う。ＣＰＵ１００はＡＦセンサ４０１から出力される蓄積停止信号の検出を行い、蓄積停止信号が検出されるまでステップＳ８０８の動作を継続する。その後、蓄積停止信号が検出されると、ステップＳ８０９の信号読み出し動作へ進む。

ステップＳ８０９へ進むと、蓄積が終了した領域の画素信号の読出し動作を行う。ＣＰＵ１００によりＡＦセンサ４０１を制御することで、蓄積が終了した領域の画素信号を順次出力させて、ＣＰＵ１００内の不図示のＡＤ変換器で画素信号をＡＤ変換していく。ここでＡＤ変換した画素信号は記憶回路２０９に記憶する。次のステップＳ８１０では、Ｌ１領域、Ｃ１領域、Ｒ１領域、および、Ｌ２領域、Ｃ２領域、Ｒ２領域の全ての領域で蓄積動作が終了し、信号読出し動作を完了しているかの判定を行う。全ての領域で読出し動作を完了している場合は、ステップＳ８１１に進む。一方、未だ読出し動作を完了していない領域がある場合は、ステップＳ８０５の動作へ戻り、以下同様の動作を繰り返す。

全ての領域で読出し動作を完了したとしてステップＳ８１１へ進むと、記憶回路２０９に記憶した各領域の各画素信号を基に相関演算を行い、それぞれの領域デフォーカス量を算出する。Ｌ１領域およびＬ２領域はＬ測距点に、Ｃ１領域およびＣ２領域はＣ測距点に、Ｒ１領域およびＲ２領域はＲ測距点に、それぞれ対応した焦点検出結果が得られる。なお、上記ステップＳ８０７，Ｓ８０８を通過した場合は、２つの領域による焦点検出結果の平均処理等を行うことで焦点検出結果を得る。そして、次のステップＳ８１２にて、ＣＰＵ１００が上記ステップＳ８１１で算出したデフォーカス量（Ｌ２領域およびＲ２領域のデフォーカス量を必ず含む）に基づいて、レンズ通信回路２０５を介して撮影レンズ３００のフォーカスレンズの駆動制御を行い、一連の焦点検出動作を終了する。

以上の実施例２によれば、上記の実施例１と同じように、撮影レンズ３００において発生し得る最大デフォーカス量だけでなく、そのときのフォーカスレンズ位置の情報から、各ラインセンサの蓄積制御を行う各領域を決定し、その決定した領域にて得られる画素信号に基づいてデフォーカス量を検出するようにしているので、従来のように蓄積制御領域を変更する場合には再蓄積動作を行う、といったことが不要になり、焦点検出時間を短縮することができる。また、前記のようにして決定した蓄積領域の範囲を中央部の測距領域に適用し、余った画素範囲を周辺の測距領域として使用することで、検出領域が重なる（オーバーラップ）することがなく、無駄に蓄積制御範囲を広くすることなく焦点検出が行えるので、被写体の背景からの信号による焦点検出誤差（遠近競合）を防ぐことができる。

また、前記のようにして決定した蓄積制御領域の大きさ（範囲）を、ラインセンサ４１１ａ，４１１ｂの中央部の測距領域に適用し、ラインセンサ４２１ａ，４２１ｂの周辺の測距領域に適用するようにしているので、蓄積制御領域が広くなる場合でも、領域同士がお互いに重なることなく、複数の被写体についての焦点検出を適切に行うことができる。

さらに、被写体が低輝度状態などで蓄積時間が長くなり、画素信号のノイズ成分である暗電流により焦点検出精度が低下する場合は、図１８（ａ）のように、被写体を常に２つの同一範囲の領域（Ｌ１領域とＬ２領域、Ｃ１領域とＣ２領域、Ｒ１領域とＲ２領域）で焦点検出できるように蓄積制御領域を切り換える。そして、２つの領域による焦点検出結果の平均処理などを行うことで検出精度を向上させることができる。

本発明の実施例１に係わるカメラの回路構成を示すブロック図である。本発明の実施例１に係わるカメラの光学系配置図である。本発明の実施例１に係わるカメラに具備される位相差方式の焦点検出装置の光学構成図である。本発明の実施例１に係わる位相差方式のＡＦセンサのセンサアレイ（ラインセンサ）を示す図である。本発明の実施例１に係わる測距点とＡＦ視野の位置関係を示した図である。本発明の実施例１に係わるＡＦセンサの構成を示すブロック図である。本発明の実施例１に係わるＡＦセンサの画素の構成の一例を示す図である。本発明の実施例１に係わるＰＢ信号と蓄積時間の制御方法を説明するための図である。本発明の実施例１に係わる焦点検出装置の動作を説明するためのフローチャートである。本発明の実施例１に係わるレンズ情報から最大デフォーカス量の検出方法を説明するための図である本発明の実施例１に係わる位相差とデフォーカス位置の関係の一例を示した図である。本発明の実施例１に係わるセンサアレイにおける蓄積制御領域の分割方法を示した図である。本発明の実施例２に係わるカメラの回路構成を示すブロック図である。本発明の実施例２に係わる位相差方式のＡＦセンサのセンサアレイを示す図である。本発明の実施例２に係わる測距点とＡＦ視野の位置関係を示した図である。本発明の実施例２に係わるＡＦセンサの構成を示すブロック図である。本発明の実施例２に係わる焦点検出装置の動作を説明するためのフローチャートである。本発明の実施例２に係わるセンサアレイにおける蓄積制御領域の分割方法を示した図である。

符号の説明

１００ＣＰＵ
１０１ＡＦセンサ
１１１ａ，１１１ｂラインセンサ
１０２ａ，１０２ｂ蓄積回路
１０３領域選択回路
１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃＰＢコントラスト検出回路
１０５蓄積停止判定回路
１０６シフトレジスタ
１０７出力回路
４０１ＡＦセンサ
４１１ａ，４１１ｂラインセンサ
４２１ａ，４２１ｂラインセンサ
４０３ａ，４０３ｂ蓄積回路
４０４，４０５領域選択回路
４０６ａ，４０６ｂ，４０６ｃＰＢコントラスト検出回路
４０８，４０９蓄積停止判定回路
５０１，５０２シフトレジスタ
５０３出力回路

Claims

フォーカスレンズを含む撮影レンズと通信を行い、当該撮影レンズにおいて生じ得る最大デフォーカス量と現在のフォーカスレンズの位置情報を検出する焦点検出装置であって、
前記撮影レンズを通過する光束のうち異なる一対の光束をそれぞれ受光し光電変換して像信号を出力する対を成すセンサと、
前記対を成すセンサの各中央部に前記撮影レンズの最大デフォーカス量と現在のフォーカスレンズの位置情報に基づく大きさの中央領域をそれぞれ設定し、かつ、当該中央領域の左右であって前記対を成すセンサの残りの領域に周辺領域をそれぞれ設定する設定手段と、
前記設定手段により設定された前記中央領域において像信号の蓄積制御を行うとともに、前記設定手段により設定された前記周辺領域において像信号の蓄積制御を行う蓄積制御手段と、
前記設定手段により設定された前記各中央領域において得られた像信号のずれ量に基づく前記中央領域のデフォーカス量と、前記設定手段により設定された前記各周辺領域において得られた像信号のずれ量に基づく前記周辺領域のデフォーカス量とを検出可能とする検出手段と、
を有することを特徴とする焦点検出装置。
前記設定手段は、前記撮影レンズの最大デフォーカス量と現在のフォーカスレンズの位置情報に基づいて求められた焦点検出において発生し得るデフォーカス量から、発生し得る像信号のずれ量を演算し、当該ずれ量に基づいて前記中央領域の大きさを設定することを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
前記対を成すセンサとして、複数の画素がライン状に並んで構成された一対のラインセンサを備え、
前記各画素で光電変換された像信号が、前記一対のラインセンサの前記中央領域と前記周辺領域のそれぞれにおいて蓄積されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の焦点検出装置。
前記対を成すセンサとして、一対のラインセンサを複数備え、
前記設定手段は、前記複数の一対のラインセンサのうち一の一対のラインセンサの各中央部に前記撮影レンズの最大デフォーカス量と現在のフォーカスレンズの位置情報に基づく大きさの中央領域を設定し、当該中央領域の左右であって前記対を成すセンサの残りの領域に周辺領域を設定し、前記複数の一対のラインセンサのうち他の一対のラインセンサの左右の領域に周辺領域を設定し、当該周辺領域の残りの領域を中央領域とす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１乃至４のいずれか１項に記載された焦点検出装置を具備したことを特徴とする光学機器。