JP6021544B2

JP6021544B2 - 焦点検出装置

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Publication number: JP6021544B2
Application number: JP2012207528A
Authority: JP
Inventors: 林　英俊; 英俊林; 竜彦山崎
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2012-09-20
Filing date: 2012-09-20
Publication date: 2016-11-09
Anticipated expiration: 2032-09-20
Also published as: US20140078377A1; JP2014062995A; US9137435B2

Description

本発明は焦点検出装置に関する。

撮影レンズの焦点を変化させて自動的にピントを合わせるオートフォーカスカメラが普及している。一部のカメラは、焦点検出領域に対して配置されたセンサ列ブロックからの画素信号を用いて２つの像の位相差を検出する焦点検出装置を搭載する。センサ列ブロックからの画素信号が小さい場合にはＳ／Ｎ比が低下し、精度の高い焦点検出を行えない。そこで、電荷の蓄積とともに増加する画素信号が閾値を超えたかをコンパレータを用いて判定し（以下、この判定を終了判定と呼ぶ）、閾値を超えたと判定された場合に電荷の蓄積を終了し、その状態の画素信号を用いて焦点検出が行われる。位相差検出方式の焦点検出装置には、複数の焦点検出領域のそれぞれにセンサ列ブロックを配置して、各焦点検出領域における焦点検出が可能なものもある。特許文献１は、複数のセンサ列ブロックを有する焦点検出装置において、複数のセンサ列ブロックで終了判定に用いられるコンパレータを共有してチップ面積を小さくすることを提案する。

特開平１１−１５０６８６号公報

特許文献１のように１つのコンパレータを複数のセンサ列ブロックで共有する場合に、複数のセンサ列ブロックを順次走査して終了判定を行うので、１つのセンサ列ブロックにおける終了判定が間欠的になる。その結果、実際にピークの画素信号が閾値を超えてから終了判定が行われるまでの時間が長くなり、特に入射光が高輝度の場合にセンサ列ブロックの多くの画素における画素信号がダイナミックレンジを超えてしまう。このような画素信号を用いて焦点検出を行った場合には焦点検出の精度が低下する。そこで、本発明は焦点検出の精度を向上するための技術を提供することを目的とする。

上記課題に鑑みて、本発明の第１側面では、位相差検出方式の焦点検出を行う焦点検出装置であって、位相差を検出するための複数の信号をそれぞれが生成する複数のセンサ部と、前記複数のセンサ部から判定対象のセンサ部を設定する設定部と、前記判定対象のセンサ部から順にセンサ部を選択する選択部と、前記選択部により選択されたセンサ部が生成した複数の信号が第１閾値よりも大きいピーク値を有するという終了条件を満たすかの判定を繰り返す判定部とを備え、前記焦点検出装置は、第１モードで動作した後に第２モードに移行し、前記設定部は、前記第１モードにおいて前記判定対象に含めなかったセンサ部を前記第２モードにおける前記判定対象に含め、前記設定部は、前記第１モードにおいて前記終了条件を満たすと判定されたセンサ部を、前記第２モードにおいて前記判定対象としないことを特徴とする焦点検出装置が提供される。

上記手段により、焦点検出の精度を向上するための技術が提供される。

本発明の第１実施形態の焦点検出装置の構成例を説明するブロック図。本発明の第１実施形態のセンサ部の構成例を説明するブロック図。本発明の第１実施形態の画素群の配置例を説明するレイアウト図。本発明の第１実施形態の動作例の概要を説明する図。本発明の第１実施形態の動作例の詳細を説明するフローチャート。本発明の第２実施形態の動作例の概要を説明する図。本発明の第３実施形態の焦点検出装置の構成例を説明するブロック図。本発明の第３実施形態の動作例の概要を説明する図。本発明の第３実施形態の動作例の詳細を説明するフローチャート。本発明の第４実施形態のセンサ部の構成例を説明するブロック図。本発明の第４実施形態の動作例の概要を説明する図。本発明の第４実施形態の動作例の詳細を説明するフローチャート。

添付の図面を参照しつつ本発明の実施形態について以下に説明する。様々な実施形態を通じて同様の要素には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する。また、各実施形態は適宜変更、組み合わせが可能である。以下の実施形態はカメラやビデオ等の撮影機器に搭載される焦点検出装置に関する。以下ではそれぞれ測距点に対応する複数の焦点検出領域に対して焦点検出が可能である焦点検出装置を扱うが、１つの焦点検出領域に対して複数のセンサ部が配置された焦点検出装置についても本発明を適用できる。

＜第１実施形態＞
図１のブロック図を参照して第１実施形態に係る焦点検出装置１００の構成の一例を説明する。焦点検出装置１００は複数のセンサ部１１１、１１２、１２１〜１２４、１３１、１３２を備えうる。各センサ部は複数の画素を有し、各画素に蓄積された電荷量に応じた信号を生成し、焦点検出装置１００はこの信号を用いて位相差検出方式の焦点検出を行う。焦点検出装置１００は３つの焦点検出領域について焦点検出を行い、複数のセンサ部は焦点検出領域ごとに複数のセンサグループ１１０、１２０、１３０に分けられる。例えば、センサグループ１１０に含まれる２つのセンサ部１１１（第１センサ部）及びセンサ部１１２（第２センサ部）が同一の焦点検出領域に対して配置される。他のセンサグループについても同様である。

焦点検出装置１００は選択制御部１４０とセレクタ１５０とを更に備えうる。各センサ部は複数の画素で生成された画素信号のうちのピーク値をピーク信号としてセレクタ１５０へ供給する。選択制御部１４０は制御信号selをセレクタ１５０へ供給してセレクタ１５０の動作を制御する。セレクタ１５０は制御信号selに従って、何れか１つのセンサ部から供給されたピーク信号を選択して出力する。

焦点検出装置１００はコンパレータ１６０を更に備えうる。コンパレータ１６０の非反転入力端子にはセレクタ１５０からピーク信号が供給され、コンパレータ１６０の反転入力端子には参照信号が供給される。本実施形態では、供給される参照信号の値は一定値の閾値c_lvlである。コンパレータ１６０はピーク信号と参照信号との比較結果に応じた判定信号compを出力する。本実施形態では、コンパレータ１６０は、判定信号compとして、ピーク信号の値が閾値c_lvl以上であればハイレベル（「１」）を出力し、それ以外ならばローレベル（「０」）を出力する。

焦点検出装置１００は制御部１７０を更に備えうる。制御部１７０は各センサ部等の焦点検出装置１００の構成要素の動作を制御する。例えば、制御部１７０は各センサ部へ制御信号を供給して画素への電荷の蓄積を開始する。制御部１７０の動作の詳細は後述される。

焦点検出装置１００はセレクタ１８０と焦点検出部１９０とを更に備えうる。各センサ部は画素群で生成された画素信号をセレクタ１８０へ供給する。制御部１７０は制御信号outselをセレクタ１８０へ供給してセレクタ１８０の動作を制御することによって、各センサ部から画素信号を焦点検出部１９０に順次読み出す。焦点検出部１９０はセレクタ１８０から供給された画素信号を用いて２つの像の位相差を検出する位相差検出方式の焦点検出を行う。位相差検出方式は周知の方法を用いればよいので、その説明を省略する。

図２はセンサ部２００の構成の一例を説明するブロック図である。センサ部２００は図１の焦点検出装置１００のセンサ部１１１、１１２、１２１〜１２４、１３１、１３２の何れとしても用いうる。センサ部２００は複数の画素２１０、メモリ部２２０及びピーク検出部２３０を備えうる。複数の画素２１０は画素列２０１ａ及び画素列２０１ｂに分かれて配置され、画素列２０１ａ及び画素列２０１ｂは焦点検出領域２０２を挟む位置に配置される。画素列２０１ａ及び画素列２０１ｂにおいて画素２１０は焦点検出領域２０２から遠ざかる方向に一列に配置される。画素列２０１ａからの画素信号により第１像が生成され、画素列２０１ｂからの画素信号により第２像が生成される。

画素２１０は光電変換部の一例であるフォトダイオード２１１、スイッチ２１２、アンプ２１３及びスイッチ２１４を備えうる。フォトダイオード２１１は画素２１０への入射光に応じた量の電荷を発生して蓄積する。アンプ２１３はフォトダイオード２１１に蓄積された電荷を電圧に変換し、増幅して出力する。スイッチ２１４は制御部１７０から供給される制御信号mtxに従って動作し、スイッチ２１４が導通状態（オン）の場合に、アンプ２１３から出力された電圧は画素信号pxlとして画素２１０から出力される。スイッチ２１２は制御部１７０から供給される制御信号rstに従って動作し、スイッチ２１２が導通状態（オン）の場合に、フォトダイオード２１１に蓄積された電荷がリセットされる。

メモリ部２２０はそれぞれの画素２１０に対して設けられたメモリ２２１を備えうる。メモリ２２１は画素２１０から供給された画素信号pxlを保持し、保持している値を出力する。ピーク検出部２３０は、各メモリ２２１から供給された画素信号pxlのうちの最大の値を有する画素信号をピーク信号pkとしてセレクタ１５０へ供給する。

続いて、図３を参照して焦点検出装置１００の各センサ部の画素群のレイアウトの一例を説明する。焦点検出装置１００は３つの焦点検出領域３１０、３２０、３３０を有しうる。焦点検出領域３１０に対してセンサ部１１１、１１２が配置され、焦点検出領域３２０に対してセンサ部１２１〜１２４が配置され、焦点検出領域３３０に対してセンサ部１３１、１３２が配置される。図３において、画素列１１１ａ、１１１ｂはセンサ部１１１に含まれる画素列であり、それぞれ図２の画素列２０１ａ、２０１ｂに対応する。他のセンサ部に含まれる画素列もセンサ部を示す参照符号に添え字ａ、ｂを付して表す。

焦点検出領域３１０に対して配置された２つのセンサ部１１１、１１２はそれぞれ単独で焦点検出領域３１０における焦点検出を行うことができる。図３の構成では、縦方向に延びる画素列１１１ａ、１１１ｂと画素列１１２ａ、１１２ｂとが隣接して配置され、センサ部１１１の画素２１０とセンサ部１１２の画素２１０とは半ピッチずれて配置される。そのため、センサ部１１１からの画素信号とセンサ部１１２からの画素信号との両方を用いることによって、焦点検出領域３１０における焦点検出を高い分解能で行うことができる。焦点検出領域３３０についても同様である。

焦点検出領域３２０に対して配置された４つのセンサ部１２１〜１２４はそれぞれ単独で焦点検出領域３２０における焦点検出を行うことができる。図３の構成では、横方向に延びる画素列１２１ａ、１２１ｂと画素列１２２ａ、１２２ｂとが隣接して配置され、センサ部１２１の画素２１０とセンサ部１２２の画素２１０とは半ピッチずれて配置される。また、縦方向に延びる画素列１２３ａ、１２３ｂと画素列１２４ａ、１２４ｂとが隣接して配置され、センサ部１２３の画素２１０とセンサ部１２４の画素２１０とは半ピッチずれて配置される。そのため、センサ部１２１〜１２４からの画素信号をすべて用いることによって、焦点検出領域３２０における縦方向及び横方向の焦点検出を高い分解能で行うことができる。

続いて、図４を参照して、焦点検出装置１００の動作例の概要を説明する。図４の横軸は時間を表し、図４は各時刻における各センサ部に対する動作を説明する。時刻ｔ０に、外部から、例えば焦点検出装置１００を搭載する撮像装置（不図示）のＣＰＵから焦点検出を行う指示を受けた場合に、焦点検出装置１００は初期設定を行う。本実施形態では、制御部１７０は初期設定として、すべてのセンサ部において、スイッチ２１２、２１４を導通状態に切り替える。これにより、画素２１０に蓄積されていた電荷はリセットされ、リセット時の画素信号がメモリ２２１に保持される。

時刻ｔ１に、制御部１７０は各センサ部へ供給する制御信号rstを切り替えて、各センサ部のすべての画素２１０のスイッチ２１２を非導通状態（オフ）に切り替える。これにより、画素２１０の入射光に応じて時間の経過とともに画素２１０における電荷蓄積量が増加し、画素２１０から出力される画素信号pxlも増加する。また、時刻ｔ１に、制御部１７０は信号startを選択制御部１４０に送信して電荷の蓄積を開始したことを通知する。

焦点検出装置１００は、各画素２１０における電荷蓄積を開始すると、各センサ部について、時間の経過とともに増加する画素信号が焦点検出を行うために十分な大きさであるという終了条件を満たすか否かを判定する終了判定を行う。終了条件を満たすと判定された場合に、焦点検出装置１００は、十分な大きさの画素信号を出力するセンサ部に対して画素信号の増加を停止させる終了処理を行う。終了条件を満たさないと判定された場合に、焦点検出装置１００は画素信号の増加を継続して繰り返し終了判定を行う。

本実施形態において終了判定は、コンパレータ１６０がセンサ部からのピーク信号pkと参照信号とを比較することによって行われ、ピーク信号pkが閾値c_lvl以上である場合に終了条件を満たすと判定される。すなわち、コンパレータ１６０は終了判定を行う判定部として機能する。本実施形態において終了処理は、制御部１７０が終了条件を満たしたセンサ部のすべての画素２１０のスイッチ２１４を非導通状態に切り替えることによって行われる。スイッチ２１４を非導通状態に切り替えることによって、メモリ２２１に供給される画素信号pxlの増加が停止し、メモリ２２１には終了条件を満たす画素信号が保持される。終了処理の完了後にメモリ２２１に保持されている画素信号pxlが焦点検出部１９０に読み出されて焦点検出が行われる。

焦点検出装置１００は、電荷蓄積開始とともに、一部のセンサ部１１１、１２１、１２３、１３１のみを順次走査しながら終了判定を行う第１モードでの動作を開始する。その後、焦点検出装置１００は、モード切替条件を満たす場合に、すべてのセンサ部を順次走査しながら終了判定を行う第２モードに移行して動作する。すなわち、選択制御部１４０は第１モードにおいてセンサ部１１１、１２１、１２３、１３１を判定対象として設定し、第２モードにおいてすべてのセンサ部を判定対象として設定する設定部として機能する。判定対象となるセンサ部の個数は、第１モードの方が第２モードよりも少ないので、同じセンサ部に対して終了判定が行われる間隔（終了判定が一巡するまでの期間）は、第１モードの方が第２モードよりも短くなる。第１モードの間に終了条件を満たすセンサ部へは高輝度の光が入射しているとみなせる。そのため、第１モードにおいて終了判定の間隔を短くし、実際にピークの画素信号が閾値c_lvlを超えてから終了処理が行われるまでの時間を短縮することで、画素信号がダイナミックレンジを超えて増加することを抑制できる。一方、第２モードの間に終了条件を満たすセンサ部へは通常以下の輝度の光が入射しているとみなせる。そのため、第２モードでは終了判定の間隔が長くても画素信号がダイナミックレンジを超えて増加する可能性は低い。これにより、焦点検出装置１００の焦点検出の精度が向上する。

時刻ｔ２に、選択制御部１４０はセンサ部１１１を選択し、コンパレータ１６０は選択されたセンサ部１１１に対して終了判定を行う。セレクタ１５０は判定対象のセンサ部から１つのセンサ部を選択する選択部として機能する。比較結果は判定信号compとして制御部１７０に供給される。時刻ｔ２の終了判定において、センサ部１１１は終了条件を満たさないとする。続いて、選択制御部１４０はセンサ部１２１、１２３、１３１を順に選択し、コンパレータ１６０は選択されたそれぞれのセンサ部に対して終了判定を行う。何れのセンサ部も終了条件を満たさないとする。以下では判定対象のセンサ部を１回ずつ選択して終了判定を行う処理をサイクルと呼ぶ。

時刻ｔ３に、選択制御部１４０は次のサイクルで再びセンサ部１１１を選択し、コンパレータ１６０は選択されたセンサ部１１１に対して終了判定を行う。時刻ｔ３の終了判定においても、センサ部１１１は終了条件を満たさないとする。時刻ｔ４に、時間の経過とともに増加しているセンサ部１１１からのピーク信号pkが閾値c_lvlに到達したとする。

時刻ｔ５に、選択制御部１４０は再びセンサ部１１１を選択し、コンパレータ１６０は選択されたセンサ部１１１に対して終了判定を行う。時刻ｔ５の終了判定において、センサ部１１１は終了条件を満たす。そこで、制御部１７０はセンサ部１１１に対して終了処理を行う。時刻ｔ４から時刻ｔ５までの時間が長くなると、終了条件をすでに満たしているセンサ部１１１に対する終了処理が行われるのが遅くなる。その結果、画素信号が大きくなりすぎてしまい、複数の画素において画素信号がダイナミックレンジを超え、位相差検出方式による焦点検出に誤差が生じてしまう。本実施形態では、第１モードにおいて一部のセンサ部のみに対して終了判定を行っているので、時刻ｔ４から時刻ｔ５までの時間を短縮できる。

時刻ｔ５においてセンサ部１１１が終了条件を満たすと判定された場合に、制御部１７０はセンサ部１１２に対しても終了処理を行ってもよい。センサ部１１１の画素列１１１ａ、１１１ｂとセンサ部１１２の画素列１１２ａ、１１２ｂとは隣接して配置されているため、同程度の光量を受けていると想定できる。そのため、第２モードでセンサ部１１２に対する終了判定を行ったとしても、センサ部１１２の複数の画素において画素信号がすでにダイナミックレンジを超えている場合がある。そこで、本実施形態では、センサ部１１１が終了条件を満たすと判定された場合に、センサ部１１１に隣接するセンサ部１１２についても終了処理を行う。他のセンサ部についても同様に、終了条件を満たすと判定されたセンサ部と同じ焦点検出領域に対して配置されたセンサ部にも終了処理を行ってもよい。特に、制御部１７０は、同じ焦点検出領域に対して配置されたセンサ部のうち、終了条件を満たすと判定されたセンサ部に隣接して配置されたセンサ部にも終了処理を行ってもよい。

選択制御部１４０は計時機能を有しており、第１モード開始からの経過時間を計測する。この経過時間が所定の時間を超えたと判定された場合に、選択制御部１４０は、第１モードから第２モードに移行する。すなわち、本実施形態では第１モードが開始されてからの経過時間が所定の値を超えることがモード切替条件となり、モード切替条件を満たすまで焦点検出装置１００は第１モードを継続する。本実施形態で、選択制御部１４０はサイクルの終了ごとにモード切替条件を満たすかどうかの判定（モード切替判定）を行う。他の実施形態では、選択制御部１４０は、各センサ部の終了判定ごとにモード切替判定を行ってもよい。

図４の例では時刻ｔ６に第１モード開始から所定の時間が経過したとする。時刻ｔ７に選択制御部１４０はモード切替条件を満たしたと判定するので、第２モードに移行し、第１モードでは判定対象でなかったセンサ部を判定対象に含めて終了判定を行う。ここで、すでに終了処理が行われたセンサ部１１１、１１２について終了判定を行う必要はないので、焦点検出装置はセンサ部１１１、１１２に対して更なる終了判定を行わない。従って、第２モードでは、センサ部１２１〜１２４、１３１、１３２に対して繰り返し終了判定が行われる。

時刻ｔ８に、時間の経過とともに増加しているセンサ部１２２からのピーク信号pkが閾値c_lvlに到達したとする。その後の時刻ｔ９に、選択制御部１４０はセンサ部１２２を選択し、コンパレータ１６０は選択されたセンサ部１２２に対して終了判定を行う。時刻ｔ９の終了判定において、センサ部１２２は終了条件を満たす。そこで、制御部１７０はセンサ部１２２に対して終了処理を行う。センサ部１２２への入射光量は通常の輝度以下であるとみなせるので、時刻ｔ８から時刻ｔ９までの時間が長くなっても、センサ部１２２の複数の画素において画素信号がダイナミックレンジを超える可能性は低い。第２モードでは、センサ部１２２に隣接するセンサ部１２１も独自に終了判定が行われる。そのため、センサ部１２２が終了条件を満たすと判定された場合にセンサ部１２１も終了処理を行ってもよいし、そうではなく、センサ部１２１が終了条件を満たすと判定された場合にセンサ部１２１の終了処理を行ってもよい。

続いて、図５のフローチャートを参照して、焦点検出装置１００の動作例の詳細を説明する。図５において、［］内の引数１〜８はそれぞれ、センサ部１１１、１１２、１２１〜１２４、１３１、１３２に対応する。例えば、rst[1]は、制御部１７０からセンサ部１１１のスイッチ２１２に供給される制御信号を表す。Ｓ５０１で、焦点検出装置１００は初期設定を行う。Ｓ５０１は図４の時刻ｔ０における処理と同じである。まず、制御部１７０は変数sw_cntに、外部から設定された所定の値r_t1を代入する。この所定の値r_t1は上述の時刻ｔ１から時刻ｔ６までの時間に対応し、モード切替判定に用いられる。そして、制御部１７０は、各センサ部のすべての画素２１０のスイッチ２１２に供給する制御信号rstの値を「１」にして、スイッチ２１２を導通状態に切り替える。これによって、画素２１０のフォトダイオード２１１がリセットされる。さらに、制御部１７０は、各センサ部のすべての画素２１０のスイッチ２１４に供給する制御信号mtxの値を「１」にして、スイッチ２１２を導通状態に切り替える。これにより、画素のリセット時の画素信号がメモリ２２１に保持される。さらに、制御部１７０は、センサ部の終了処理がすでに行われたか否かを示すフラグr_endを「０」に初期化する。フラグr_endはセンサ部ごとに設定可能であり、「０」の場合はセンサ部に終了処理が行われていないことを意味し、「１」の場合はセンサ部に終了処理が行われていることを意味する。

次に、Ｓ５０２で、制御部１７０は、各センサ部のすべての画素２１０のスイッチ２１２に供給する制御信号rstの値を「０」にして、スイッチ２１２を非導通状態に切り替える。これによって、画素２１０のフォトダイオード２１１における電荷の蓄積が開始される。これと同時に、制御部１７０が電荷の蓄積を開始したことを選択制御部１４０に通知し、選択制御部１４０は時間の計測を開始する。時間の計測はカウント値timerを０から始めて、任意のクロックでカウントアップすることで実現されうる。Ｓ５０２は図４の時刻ｔ１における処理と同じである。

次に、Ｓ５０３で、選択制御部１４０は変数selに「１」を代入して、センサ部１１１を選択する。変数selは現在選択されているセンサ部を表す変数である。Ｓ５０４で、選択制御部１４０は、カウント値timerが変数sw_cntを上回ったか否か、すなわちモード切替条件を満たすか否かを判定する。上回っていない場合（Ｓ５０４でＮｏ）に処理はＳ５０５へ移行し、焦点検出装置１００は第１モードで動作する。上回っている場合（Ｓ５０４でＹｅｓ）に処理はＳ５１１へ移行し、焦点検出装置１００は第２モードで動作する。

Ｓ５０５で、制御部１７０は終了判定を行う。選択制御部１４０が現在選択しているセンサ部は信号pselによって制御部１７０に通知される。まず、制御部１７０はフラグr_end[sel]の値が「０」か否かを判定する。フラグr_end[sel]の値が「１」の場合（Ｓ５０５でＮｏ）に、選択されているセンサ部に対して更に終了判定を行う必要はないので、ステップＳ５０８に移行する。フラグr_end[sel]の値が「０」の場合に、制御部１７０はコンパレータ１６０からの判定信号compが「１」か「０」かを判定する。上述のように、判定信号compは、ピーク信号の値が閾値c_lvl以上であればハイレベル「１」であり、それ以外の場合はローレベル「０」である。判定信号compが「１」の場合に、選択されたセンサ部が終了条件を満たすと判定され（Ｓ５０５でＹｅｓ）、処理はステップＳ５０６に移行する。判定信号compが「０」の場合に、選択されたセンサ部は終了条件を満たさないと判定され（Ｓ５０５でＮｏ）、処理はステップＳ５０８に移行する。

Ｓ５０６で、制御部１７０は選択されたセンサ部の終了処理を行う。制御部１７０はまず、選択されたセンサ部のすべての画素２１０のスイッチ２１４に供給する制御信号mtxの値を「０」にして、スイッチ２１４を非導通状態に切り替える。これにより、アンプ２１３とメモリ２２１とが切り離され、メモリ２２１に保持される画素信号の増加が停止する。また、制御部１７０は、スイッチ２１２を導通状態に切り替えてフォトダイオード２１１をリセットする。さらに、制御部１７０は、フラグr_end[sel]の値を「１」に変更して、選択されたセンサ部の終了処理が完了したことを記録する。次に、Ｓ５０７で、制御部１７０は選択されたセンサ部に隣接するセンサ部に対しても終了処理を行う。本実施形態では、「sel+1」で表されるセンサ部が「sel」で表されるセンサ部に隣接している。

Ｓ５０８で、選択制御部１４０は次のセンサ部を選択する。Ｓ５０８は第１モードにおける処理であるので、選択制御部１４０は、変数selに「２」を加えることによって、１つおきにセンサ部を選択する。Ｓ５０９で、sel＞8を満たす場合（Ｓ５０９でＮｏ）に、選択制御部１４０は、判定対象のセンサ部を一巡したと判定し、処理はＳ５１０へ移行する。Ｓ５０９で、sel＞8を満たさない場合（Ｓ５０９でＹｅｓ）に、処理はＳ５０５に戻って、新たに選択されたセンサ部に対して終了判定が行われる。

Ｓ５１０で、制御部１７０は、すべてのセンサ部について終了処理が完了したかを判定する。完了していないセンサ部がある場合（Ｓ５１０でＮｏ）に、処理はＳ５０４に戻り、選択制御部１４０は次のサイクルを開始する。すべてのセンサ部について終了処理が完了したと判定された場合（Ｓ５１０でＹｅｓ）に、処理はＳ５１５に移行し、焦点検出部１９０が各センサ部に保持された画素信号を用いて焦点検出を行う。

続いて、第２モードにおける焦点検出装置１００の動作を説明する。Ｓ５１１、Ｓ５１２、Ｓ５１４はそれぞれＳ５０５、Ｓ５０６、Ｓ５０９と同様であるため説明を省略する。Ｓ５１３で、選択制御部１４０は次のセンサ部を選択する。Ｓ５１３は第２モードにおける処理であるので、すべてのセンサ部から次のセンサ部が選択される。本実施形態では、変数selに「１」を加えることによって、連続してセンサ部を選択する。

＜第２実施形態＞
本実施形態に係る焦点検出装置の構成は第１実施形態に係る焦点検出装置１００と同様であり、その動作が異なる。第１実施形態では、第１モード開始から所定の時間が経過したことをモード切替条件とした。本実施形態では、何れか１つのセンサ部が終了条件を満たしたと判定されたことをモード切替条件とする。そのため、本実施形態では、選択制御部１４０は計時機能を有していなくてもよい。

図６を参照して本実施形態における焦点検出装置の動作例の概要を説明する。第１実施形態と同様の処理を行い、時刻ｔ５でセンサ部１１１が終了条件を満たすと判定される。本実施形態でも、選択制御部１４０はサイクルの終了ごとにモード切替判定を行う。そして、時刻ｔ６で、選択制御部１４０はモード切替判定を行い、時刻ｔ５においてセンサ部１１１が終了条件を満たしたと判定し、第２モードに移行する。第２モードにおける動作は第１実施形態のものと同様であるので説明を省略する。本実施形態でも、選択制御部１４０はモード切替判定を各センサ部の終了判定ごとに行ってもよい。

本実施形態においても、焦点検出装置は図５に示したフローチャートに沿って動作するが、Ｓ５０４の切替判定の動作が異なる。モード切替判定において、選択制御部１４０は、フラグr_endの少なくとも１つに「１」が設定されているか否かを判定する。この条件を満たす場合（Ｓ５０４でＹｅｓ）に、少なくとも１つのセンサ部が終了条件を満たしているので、処理はＳ５１１に移行して、焦点検出装置は第２モードで動作する。この条件を満たさない場合（Ｓ５０４でＮｏ）に、終了条件を満たすセンサ部がないので、処理はＳ５０５に移行して、焦点検出装置は第１モードで動作する。

本実施形態に係る焦点検出装置は、最初に終了条件を満たしたセンサ部が配置された焦点検出領域への入射光が高輝度であるとみなし、それ以外の焦点検出部への入射光が通常以下の輝度であるとみなしてモード切替判定を行う。本実施形態も第１実施形態と同様の効果を得られる。上述の説明では、焦点検出装置は少なくとも１つのセンサ部が終了条件を満たした場合に第２モードに移行した。しかし、切替条件に用いられるセンサ部の個数は１個に限られず、焦点検出装置は少なくとも複数個のセンサ部が終了条件を満たした場合に第２モードに移行してもよい。また、第１実施形態の切替判定と第２実施形態のモード切替判定とを組み合わせてもよい。例えば、焦点検出装置は第１実施形態のモード切替条件と第２実施形態のモード切替条件とのうちの一方を満たした場合に第２モードに移行してもよいし、これらの両方を満たした場合に第２モードに移行してもよい。

＜第３実施形態＞
図７を参照して本実施形態に係る焦点検出装置７００の構成を説明する。焦点検出装置７００はレベル切替部７１０を更に備えうる点で焦点検出装置１００と異なり、他の点は同様である。レベル切替部７１０はコンパレータ１６０に参照信号を供給し、コンパレータ１６０は第１実施形態と同様に、ピーク信号pkと参照信号とを比較する。本実施形態では、レベル切替部７１０が参照信号として閾値c_lvl（第１閾値）と閾値s_lvl（第２閾値）との何れか一方を供給する。ここで、閾値s_lvlは閾値c_lvlよりも小さい値とする。

続いて、図８を参照して、焦点検出装置７００の動作例の概要を説明する。図８の下図の横軸は時間を表し、この図は各時刻における各センサ部に対する動作を説明する。また、図８の上図はセンサ部１１１、１２１、１３１に着目して、各時刻におけるピーク信号の値をグラフにしたものである。本実施形態では、切替条件として、第１モード開始からの経過時間に加えて、ピーク信号の増加率を用いる。

第１実施形態と同様にして、制御部１７０は時刻ｔ０で初期設定を行い、時刻ｔ１で電荷の蓄積を開始し、焦点検出装置７００は第１モードで動作する。第１モードで、選択制御部１４０はセンサ部１１１、１２１、１２３、１３１を順次走査して選択する。本実施形態の第１モードにおいて、コンパレータ１６０は終了条件を満たすか否かの判定（終了判定）の前に、レベル切替条件を満たすか否かの判定（レベル切替判定）を行う。ここで、終了条件は第１実施形態と同様にピーク信号が閾値c_lvlを上回ることである。また、レベル切替条件は、ピーク信号pkが閾値s_lvlを上回ることである。第１モード開始から所定の時間が経過する前にレベル切替条件満たしたセンサ部のピーク信号は一定以上の増加率で増加しているとみなされる。そこで、このようなセンサ部が終了条件を満たし、終了処理が行われるまで、焦点検出装置７００は第１モードを継続する。

時刻ｔ２に、選択制御部１４０はセンサ部１１１を選択し、コンパレータ１６０は選択されたセンサ部１１１に対してレベル切替判定を行う。時刻ｔ２のレベル切替判定において、センサ部１１１はレベル切替条件を満たさないとする。続いて、選択制御部１４０はセンサ部１２１、１２３、１３１を順に選択し、コンパレータ１６０は選択されたそれぞれのセンサ部に対してレベル切替判定を行う。何れのセンサ部もレベル切替条件を満たさないとする。

時刻ｔ３に、時間の経過とともに増加しているセンサ部１１１からのピーク信号pkが閾値s_lvlに到達したとする。時刻ｔ４に、選択制御部１４０は再びセンサ部１１１を選択し、コンパレータ１６０は選択されたセンサ部１１１に対してレベル切替判定を行う。時刻ｔ４のレベル切替判定において、センサ部１１１はレベル切替条件を満たす。すなわち、センサ部１１１には高輝度の光が入射しているとみなされる。レベル切替条件を満たすと判定された場合に、制御部１７０はレベル切替部からコンパレータ１６０に供給される参照信号のレベルを閾値c_lvlに切り替える。そして、コンパレータ１６０は現在選択されているセンサ部１１１に対して時刻ｔ４で終了判定を行う。時刻ｔ４の終了判定において、センサ部１１１は終了条件を満たさないとする。時刻ｔ４より後にセンサ部１１１が選択された場合には、レベル切替判定を行うことなく終了判定を行う。

時刻ｔ５に、時間の経過とともに増加しているセンサ部１１１からのピーク信号pkが閾値c_lvlに到達したとする。時刻ｔ６に、選択制御部１４０はセンサ部１３１を選択し、コンパレータ１６０は選択されたセンサ部１１１に対してレベル切替判定を行う。時刻ｔ６におけるセンサ部１３１のピーク信号は閾値s_lvlを超えているので、時刻ｔ４においてセンサ部１１１に行われた処理と同じ処理がセンサ部１３１に行われる。時刻ｔ７の終了判定において、センサ部１１１は終了条件を満たす。そこで、制御部１７０はセンサ部１１１に対して終了処理を行う。第１実施形態と同様に、制御部１７０はセンサ部１１２に対しても終了処理を行う。これ以降の処理において、焦点検出装置はすでに終了処理が完了しているセンサ部１１１、１１２に対して終了判定を行わない。

時刻ｔ７に第１モード開始から所定の時間が経過したとする。その後、サイクルが終了した時刻ｔ９で、選択制御部１４０はモード切替判定を行う。時刻ｔ９の時点で、センサ部１１１及びセンサ部１３１がレベル切替条件を満たしていると判定されている。センサ部１１１はすでに終了処理が行われているが、センサ部１３１はまだ終了処理が行われていない。そのため、焦点検出装置７００が第２モードに移行すると、センサ部１３１において複数の画素の画素信号がダイナミックレンジを超える恐れがある。そこで、焦点検出装置７００は第１モードを継続する。

時刻ｔ１０の終了判定において、センサ部１３１は終了条件を満たす。そこで、制御部１７０はセンサ部１３１に対して終了処理を行う。制御部１７０はセンサ部１３２に対しても終了処理を行う。これ以降の処理において、焦点検出装置はすでに終了処理が完了しているセンサ部１３１、１３２に対して終了判定を行わない。

時刻ｔ１１で、選択制御部１４０は再びモード切替判定を行う。時刻ｔ１１の時点で、センサ部１１１及びセンサ部１３１の両方ともに対して終了処理を完了しているので、モード切替条件を満たす。そこで、焦点検出装置７００は第２モードに移行する。第２モードにおける焦点検出装置７００の動作は第１実施形態の焦点検出装置１００と同様である。第２モードでコンパレータ１６０はレベル切替判定を行わずに、終了判定を行う。センサ部１１１、１１２、１３１、１３２に対してはすでに終了処理が行われているので、焦点検出装置７００は残りのセンサ部１２１〜１２４からセンサ部を順次選択して終了判定を行う。

続いて、図９のフローチャートを参照して、焦点検出装置７００の動作例の詳細を説明する。第１実施形態の焦点検出装置１００と同様のステップは同じ参照符号を付して重複する説明を省略する。Ｓ５０１の初期設定で、第１実施形態の初期設定に追加して、制御部１７０は、レベル切替部７１０がコンパレータ１６０へ供給する参照信号のレベルを示すフラグlvl_swを「０」に初期化する。フラグlvl_swはセンサ部ごとに設定可能であり、「０」の場合は参照信号のレベルがs_lvlであることを意味し、「１」の場合は参照信号のレベルがc_lvlであることを意味する。

Ｓ５０４で、制御部１７０はモード切替判定を行う。第１モード開始から所定の時間が経過していなければ（Ｓ５０４でＮｏ）、処理はＳ９０１へ移行し、焦点検出装置７００は第１モードで動作する。第１モード開始から所定の時間が経過しており、レベル切替条件を満たしているセンサ部が存在し、そのセンサ部に終了処理が行われていない場合にも（Ｓ５０４でＮｏ）、処理はＳ９０１へ移行し、焦点検出装置７００は第１モードで動作する。第１モード開始から所定の時間が経過しており、レベル切替条件を満たしているセンサ部が存在しない場合、又はレベル切替条件を満たしているセンサ部に終了処理が行われている場合に（Ｓ５０４でＹｅｓ）、処理はＳ５１１へ移行する。

Ｓ９０１で、制御部１７０はレベル切替判定を行う。選択されたセンサ部に対してすでに終了処理が行われている場合（Ｓ９０１でＮｏ）に、処理はＳ５０５に移行する。この場合に、Ｓ５０５の終了判定でもＮｏとなり、Ｓ５０８で次のセンサ部が選択される。選択されたセンサ部に対して終了処理が行われていないが、レベル切替処理がすでに行われている場合（Ｓ９０１でＮｏ）にも、処理はＳ５０５に移行する。この場合に、Ｓ５０５で終了判定が行われる。選択されたセンサ部に対して終了処理及びレベル切替処理のどちらも行われていない場合、選択されたセンサ部がレベル切替条件を満たすならば（Ｓ９０１でＹｅｓ）処理はＳ９０２に移行し、満たさないならば（Ｓ９０２でＮｏ）処理はＳ５０５に移行する。Ｓ５０５に移行する場合に、選択されたセンサ部は終了条件も満たさないので、Ｓ５０８で次のセンサ部が選択される。Ｓ９０２で、制御部１７０はレベル切替処理を行い、レベル切替部７１０からコンパレータ１６０へ供給される参照信号のレベルをs_lvlからc_lvlに切り替える。その後、引き続いて、Ｓ５０５で、現在選択されているセンサ部に対して終了判定が行われる。

＜第４実施形態＞
本実施形態に係る焦点検出装置の構成は第１実施形態に係る焦点検出装置１００と同様であり、センサ部１１１、１１２、１２１〜１２４、１３１、１３２が図１０に示すセンサ部１０００である点で異なる。センサ部１０００の画素１０１０は、センサ部２００の画素２１０とはスイッチ１０１１を更に有する点で異なる。スイッチ１０１１は制御部１７０から供給される制御信号ptxに従って動作し、スイッチ１０１１が導通状態（オン）の場合に、フォトダイオード２１１とアンプ２１３とが電気的に接続される。スイッチ１０１１が非導通状態（オフ）の場合に、フォトダイオード２１１とアンプ２１３とが電気的に切断される。スイッチ１０１１が非導通状態の場合に、フォトダイオード２１１で発生するノイズがアンプ２１３で増幅され蓄積されるのを防止できる。これにより、長時間の蓄積を必要とする低輝度な入射光に対してノイズを低減することができ、焦点検出の精度を向上できる。

続いて、図１１を用いて本実施形態の焦点検出装置の動作例の概要を説明する。図１１の横軸は時間を表し、図１１は各時刻における各センサ部に対する動作を説明する。本実施形態の焦点検出装置も上述の実施形態と同様に、電荷蓄積開始後に第１モードで動作し、その後、モード切替条件が満たされる場合に、第２モードに移行する。本実施形態のモード切替条件として第１実施形態のモード切替条件を用いるが、第２実施形態や第３実施形態のモード切替条件を用いてもよい。

上述の何れの実施形態とも異なり、本実施形態では、第１モード及び第２モードの両方で、センサ部１１１、１２１、１２３、１３１を判定対象とし、選択制御部１４０は他のセンサ部１１２、１２２、１２４、１３２を選択しない。その代わりに、第１モードと第２モードとでは、選択されたセンサ部が終了条件を満たす場合に、このセンサ部に隣接して配置されたセンサ部の処理が異なる。

時刻ｔ０に、焦点検出装置は第１実施形態と同様の初期設定を行う。本実施形態で制御部１７０は更に、初期設定として、すべてのセンサ部の各画素のスイッチ１０１１を導通状態にする。時刻ｔ１に、制御部１７０は各センサ部へ供給する制御信号rstを切り替えて、各センサ部のすべての画素２１０のスイッチ２１２を非導通状態（オフ）に切り替える。また、制御部１７０は、判定対象でないセンサ部１１２、１２２、１２４、１３２の各画素のスイッチ１０１１を非導通状態にする。制御部１７０は、判定対象のセンサ部１１１、１２１、１２３、１３１の各画素のスイッチ１０１１の導通状態を維持する。これにより、判定対象のセンサ部の画素２１０の入射光に応じて時間の経過とともに画素２１０における電荷蓄積量が増加し、画素２１０から出力される画素信号pxlも増加する。一方、判定対象でないセンサ部では、フォトダイオード２１１において電荷が発生して蓄積するが、画素信号は変化しない。また、時刻ｔ１に、制御部１７０は信号startを選択制御部１４０に送信して電荷の蓄積を開始したことを通知する。

電荷蓄積開始後に、焦点検出装置は第１実施形態と同様に、第１モードにおいて、判定対象のセンサ部から順次センサ部を選択して終了判定を行う。時刻ｔ２で、センサ部１１１が終了条件を満たし、センサ部１１１に対して第１実施形態と同様の終了処理が行われる。センサ部１１１は以降の処理では終了判定が行われない。センサ部１１１が終了条件を満たした場合に、制御部１７０は、時刻ｔ３で、センサ部１１１に隣接するセンサ部１１２の各画素のスイッチ２１２を導通状態に切り替えた後、スイッチ１０１１を導通状態に切り替える。これにより、フォトダイオード２１１に蓄積した電荷はアンプ２１３へ転送することなくリセットされる。したがって、焦点検出部１９０は、焦点検出領域３１０に対して、センサ部１１１からの画素信号のみを用いて焦点検出を行うことになる。

時刻ｔ４で第１モード開始から所定の時間が経過し、時刻ｔ５でモード切替条件を満たすと判定した場合に、焦点検出装置は第２モードに移行する。時刻ｔ６で、センサ部１２１が終了条件を満たし、センサ部１２１に対して第１実施形態と同様の終了処理が行われる。センサ部１２１に対して以降の処理で終了判定は行われない。センサ部１２１が終了条件を満たした場合に、制御部１７０は、時刻ｔ７で、センサ部１１１に隣接するセンサ部１１２の各画素のスイッチ１０１１を導通状態に切り替える。そして、フォトダイオード２１１に蓄積した電荷をアンプ２１３へ転送した後に、スイッチ２１４を非導通状態に切り替える。その後、制御部１７０はスイッチ２１２を導通状態に切り替えて、フォトダイオード２１１をリセットする。したがって、焦点検出部１９０は、焦点検出領域３２０に対して、センサ部１２１からの画素信号とセンサ部１２２からの画素信号との両方を用いて焦点検出を行うことになる。このように、本実施形態の焦点検出装置は、第１モードにおいて、センサ部１１２の電荷転送を行わず、リセット処理のみを行うことで、巡回速度を早くする。また、第２モードではセンサ部１２２の転送処理を行うことで、センサ部１２２から焦点検出のための画素信号を得ることができる。これにより、焦点検出装置の焦点検出の精度が向上する。

続いて、図１２のフローチャートを参照して、本実施形態の焦点検出装置の動作例の詳細を説明する。第１実施形態の焦点検出装置１００と同様のステップは同じ参照符号を付して重複する説明を省略する。Ｓ５０２の蓄積開始処理で、制御部１７０は、判定対象でないセンサ部の各画素に対して、スイッチ２１２とスイッチ１０１１とを同時に非導通状態に切り替える。

制御部１７０は、第１モードにおいて上述のように終了条件を満たすと判定されたセンサ部に対してＳ５０６で終了処理を行った後、Ｓ１００１でこのセンサ部に隣接するセンサ部のリセット処理を行う。このリセット処理では、フォトダイオード２１１に蓄積した電荷の転送は行われない。

制御部１７０は、第２モードにおいて上述のように終了条件を満たすと判定されたセンサ部に対してＳ５１２で終了処理を行った後、Ｓ１００２でこのセンサ部に隣接するセンサ部の電荷転送処理を行う。具体的には、制御部１７０はスイッチ１０１１を導通状態に切り替えた後、完全に電荷が転送された後に、スイッチ２１４を非導通状態に切り替えて、メモリ２２１に画素信号を保持させる。その後、制御部１７０はスイッチ２１２を導通状態に切り替えてフォトダイオード２１１をリセットする。

以上の各実施形態では、３つの焦点検出領域について焦点検出を行ったが、焦点検出領域の個数はこれに限定されない。例えば、１つの焦点検出領域に対して複数のセンサ部が配置されてもよいし、複数の焦点検出領域のそれぞれに対して１つ以上のセンサ部が配置されてもよい。本発明は、複数のセンサ部を備える焦点検出装置に適用可能である。上述の第１実施形態から第３実施形態では、第２モードにおいて、すべてのセンサ部が判定対象となったが、本発明はこれに限られない。本発明は、第１モードにおける画素群の巡回速度が第２モードにおける画素群の巡回速度よりも速ければ効果を奏する。

Claims

位相差検出方式の焦点検出を行う焦点検出装置であって、
位相差を検出するための複数の信号をそれぞれが生成する複数のセンサ部と、
前記複数のセンサ部から判定対象のセンサ部を設定する設定部と、
前記判定対象のセンサ部から順にセンサ部を選択する選択部と、
前記選択部により選択されたセンサ部が生成した複数の信号が第１閾値よりも大きいピーク値を有するという終了条件を満たすかの判定を繰り返す判定部とを備え、
前記焦点検出装置は、第１モードで動作した後に第２モードに移行し、
前記設定部は、前記第１モードにおいて前記判定対象に含めなかったセンサ部を前記第２モードにおける前記判定対象に含め、
前記設定部は、前記第１モードにおいて前記終了条件を満たすと判定されたセンサ部を、前記第２モードにおいて前記判定対象としないことを特徴とする焦点検出装置。
位相差検出方式の焦点検出を行う焦点検出装置であって、
位相差を検出するための複数の信号をそれぞれが生成する複数のセンサ部と、
前記複数のセンサ部から判定対象のセンサ部を設定する設定部と、
前記判定対象のセンサ部から順にセンサ部を選択する選択部と、
前記選択部により選択されたセンサ部が生成した複数の信号が第１閾値よりも大きいピーク値を有するという終了条件を満たすかの判定を繰り返す判定部とを備え、
前記焦点検出装置は、第１モードで動作した後に第２モードに移行し、
前記設定部は、前記第１モードにおいて前記判定対象に含めなかったセンサ部を前記第２モードにおける前記判定対象に含め、
前記複数のセンサ部は、同一の焦点検出領域に対して割り当てられた第１センサ部及び第２センサ部を含み、
前記設定部は、前記第１モードにおける前記判定対象に前記第１センサ部を含めるが、前記第２センサ部を含めないことを特徴とする焦点検出装置。
位相差検出方式の焦点検出を行う焦点検出装置であって、
位相差を検出するための複数の信号をそれぞれが生成する複数のセンサ部と、
前記複数のセンサ部から判定対象のセンサ部を設定する設定部と、
前記判定対象のセンサ部から順にセンサ部を選択する選択部と、
前記選択部により選択されたセンサ部が生成した複数の信号が第１閾値よりも大きいピーク値を有するという終了条件を満たすかの判定を繰り返す判定部と、
前記終了条件を満たす信号を用いて焦点検出を行う検出部とを備え、
前記焦点検出装置は、第１モードで動作した後に第２モードに移行し、
前記複数のセンサ部は、同一の焦点検出領域に対して割り当てられた第１センサ部及び第２センサ部を含み、
前記検出部は、前記第１センサ部が生成した複数の信号が前記第１モードにおいて前記終了条件を満たすと判定された場合に、前記第２センサ部からの信号を用いず前記第１センサ部からの信号を用いて前記同一の焦点検出領域について焦点検出を行い、前記第１センサ部が生成した複数の信号が前記第２モードにおいて前記終了条件を満たすと判定された場合に、前記第１センサ部からの信号と前記第２センサ部からの信号とを用いて前記同一の焦点検出領域について焦点検出を行うことを特徴とする焦点検出装置。
前記第１センサ部と前記第２センサ部とは隣接して配置されることを特徴とする請求項２又は３に記載の焦点検出装置。
前記焦点検出装置は、前記第１モードの開始から所定の時間が経過するまで前記第１モードを継続することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の焦点検出装置。
前記焦点検出装置は、前記判定対象の何れかのセンサ部が前記終了条件を満たすまで前記第１モードを継続することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の焦点検出装置。
前記判定部は、前記選択されたセンサ部が生成する複数の信号が、前記第１閾値よりも小さな第２閾値よりも大きいピーク値を有するというレベル切替条件を満たすかの判定を更に行い、
前記焦点検出装置は、前記第１モードにおける前記判定対象のセンサ部のうち、前記第１モードの開始から所定の時間が経過するまでに前記レベル切替条件を満たすと判定されたセンサ部が、その後に前記終了条件を満たすまで前記第１モードを継続することを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の焦点検出装置。
前記設定部は、前記第１モードにおいて前記終了条件を満たすと判定されたセンサ部を、前記第２モードにおいて前記判定対象としないことを特徴とする請求項２乃至７の何れか１項に記載の焦点検出装置。