JP6071656B2 - 焦点検出装置及び方法、及び撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、焦点検出装置及び方法、及び焦点検出装置を搭載した撮像装置に関する。

従来、カメラの自動焦点検出方式として、位相差検出方式が一般的に良く知られている。位相差検出方式では、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、焦点検出用の光電変換装置（ＡＦセンサ）の一対のラインセンサ上に結像させる。そして、一対のラインセンサで光電変換して得られた一対の被写体像の相対位置を演算することで（以下、「位相差演算」と呼ぶ。）、撮影レンズの焦点状態を検出する。最近では、画面内の複数のポイント（以下、「ＡＦ枠」と呼ぶ。）の焦点状態を検出できるように、複数のラインセンサを配置したＡＦセンサが種々提案されている。

例えば、光電変換素子をＡＦ枠の領域に分割し、領域１から領域ｎを順次巡回しながら領域１〜ｎ毎に蓄積時間を制御し、領域毎に画素信号の読み出し時の増幅率（ゲイン）を適切に制御する技術が特許文献１（図１）に開示されている。領域ごとに適切な電荷蓄積動作することで、様々な輝度レベルを有する被写体であっても、適切なゲインでの画素信号の読み出しを可能としている。

特許第３８５４７０４号明細書

しかしながら、特許文献１に記載の光電変換装置を用いた焦点検出装置では、領域を巡回する周期が長くなってしまい、蓄積終了タイミングが遅れてしまうことがある。特に、被写体が超高輝度である場合に、ある領域の信号を巡回している間に別の領域の信号が所定値を越えてしまい、結果として、その別の領域の像信号が光電変換素子やＡＤ変換器のダイナミックレンジを超え、焦点検出精度が悪化してしまうことがあった。

本発明は上記問題点を鑑みてなされたものであり、超高輝度の被写体に対しても、精度の良い焦点検出を行うことを可能にすることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の焦点検出装置は、入射する被写体からの光束を光電変換して得られた電荷を蓄積して、互いに視差を有する対の画像信号をそれぞれ出力する複数のセンサ部と、前記複数のセンサ部を巡回しながらモニタし、該モニタ中のセンサ部から出力される前記対の画像信号の特徴量信号を検出する特徴量検出手段と、前記特徴量検出手段により検出された前記特徴量信号が、予め決められた蓄積停止レベルより大きい場合に、前記モニタ中のセンサ部の電荷蓄積を停止する電荷蓄積停止処理を行う制御手段と、前記電荷蓄積を停止したセンサ部から読み出された一対の画像信号に基づいて、焦点状態を検出する焦点検出手段とを有し、前記制御手段は、前記電荷蓄積停止処理を行った際の前記特徴量信号が飽和検知レベル以上の場合に、前記モニタ中のセンサ部に蓄積された電荷をリセットして電荷の再蓄積動作を行い、該再蓄積動作後に得られる前記特徴量信号が前記蓄積停止レベルに達して前記モニタ中のセンサ部の電荷蓄積を停止するか、または、予め決められた単独モニタ期間が経過するまで、前記モニタ中のセンサ部のモニタを継続する、単独モニタ処理を行うように制御する。

本発明によれば、超高輝度の被写体に対しても、精度の良い焦点検出を行うことを可能にすることができる。

本発明の実施の形態にかかるＡＦセンサの詳細な回路構成を示すブロック図。 本発明の実施の形態にかかるカメラ本体の概略構成を示すブロック図。 カメラの光学系にかかる構成を示す図。 図３に示す光学系のうち、焦点検出光学系の詳細な構成を示す図。 実施の形態にかかるラインセンサの配置を示す図。 実施の形態にかかるラインセンサの配置とＡＦ枠との関係を示す図。 蓄積時間とＰｅａｋ信号レベル及び蓄積停止レベルと飽和検知レベルを示す図。 第１の実施形態におけるＡＦセンサ動作のフローチャート。 第１の実施形態における単独モニタ処理の一例を説明するためのタイムチャート。 第１の実施形態における被写体輝度が異なる場合の単独モニタ処理の一例を説明するためのタイムチャート。 第２の実施形態におけるＡＦセンサ動作のフローチャート。 第１の実施形態の単独モニタ処理の問題点を説明するためのタイムチャート。 第２の実施形態における再蓄積開始タイミングについて説明するための図。 第２の実施形態における単独モニタ処理の一例を説明するためのタイムチャート。 第２の実施形態における被写体輝度が異なる場合の単独モニタ処理の一例を説明するためのタイムチャート。 第２の実施形態における複数の異なる被写体輝度に対するＡＦセンサの動作時間を説明するための図。

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。

＜第１の実施形態＞
図２は、本発明の第１の実施形態にかかるＡＦセンサを備えたカメラ本体の概略構成を示すブロック図である。

カメラ用マイクロコンピュータ（ＣＰＵ）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、ＣＭＯＳセンサやＣＣＤ等により構成される撮像センサ（撮像素子）２０６、ＡＥセンサ２０７が接続されている。また、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も接続されている。また、後述する図３に示す撮影レンズ３００とはレンズ通信回路２０５を介して信号２１５の伝送がなされ、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はラインセンサ対を備えており、ＣＰＵ１００によりＡＦセンサ１０１を制御することで、ラインセンサ対から得られる、互いに視差を有する対の画像信号の位相差から焦点状態を検出し、撮影レンズ３００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３００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３００の絞り値を制御し、シャッタ制御回路２０８を介してマグネット２１８ａ、２１８ｂの通電時間を調節することでシャッタスピードを制御し、さらに撮像センサ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ためのプログラムを格納したＲＯＭ、変数を記憶するためのＲＡＭ、種々の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３を参照して、カメラの光学系の構成について説明する。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上に被写体像として結像される。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を介して観察することができる。また、被写体からの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上に結像される。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ができる。また、撮影に際しては、クイックリターンミラー３０５及びサブミラー３０６が跳ね上がって光路から退避することで、入射した全光束は撮像センサ２０６上に結像され、被写体像の露光が行われる。

図３において、視野マスク３０７から二次結像レンズ３０９までの光学系及びＡＦセンサ１０１から構成される、本実施の形態の焦点検出装置による焦点検出方式は周知の位相差検出方式である。そして、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４に示す。撮影レンズ３００（図４では便宜上、１枚のレンズにより表している）を通過した被写体からの光束は、図３を参照して説明したようにサブミラー３０６で反射され、撮像面と共役な面上にある視野マスク３０７の近傍に一旦結像する。図４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（または「ＡＦ枠」と記す。）以外へ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上のラインセンサに結像する。図４では、ＡＦセンサ１０１上にラインセンサが一対のみ示されているが、後述するように複数対のラインセンサが配置されている。

次に、ＡＦセンサ１０１上のラインセンサと撮影画面内のＡＦ枠との関係について、図５及び図６を参照しながら説明する。

図５は、ＡＦセンサ１０１上のラインセンサ対の配置を示す図である。ラインセンサ対１０２−１〜１０２−５は、それぞれ一対２本のラインセンサから構成され、ラインセンサ対から得られた対の信号の位相差により焦点状態を検出する。各ラインセンサ対は二次結像レンズ３０９などの焦点検出光学系により被写体上のほぼ同じ領域（ＡＦ領域）に投影され、これらのラインセンサ対から出力される２つの画像の位相差を検出することにより、焦点状態を検出することができる。

図６は、ファインダ内に表示されるＡＦ枠の配置と、ＡＦセンサ１０１上の各ラインセンサ対によるＡＦ視野を示す図である。本第１の実施形態においては、計５点のＡＦ枠を有しており、ＡＦ枠１〜ＡＦ枠５にラインセンサ対１０２−１〜１０２−５がそれぞれ対応している。

次に、ＡＦセンサ１０１の詳細な回路構成を図１のブロック図を参照して説明する。制御部１０３はＣＰＵ１００と接続され、ＣＰＵ１００からの通信コマンドに基づき、ＡＦセンサ１０１の各ブロックを制御する。また、各種制御のためのフラグ用レジスタ、設定用レジスタ、記憶回路、タイマーを複数有している（不図示）。さらにＡＦセンサ１０１の蓄積停止情報、蓄積時間情報などをＣＰＵ１００へと送信する。

二次結像レンズ３０９により結像された被写体像は、ラインセンサ対１０２−１〜１０２−５から成るラインセンサ群１０２で光電変換され、電荷として蓄積される。蓄積された電荷は、増幅回路により電圧として出力される。ラインセンサ選択回路１０４は、ラインセンサ群１０２の複数のラインセンサ対のうち１つのラインセンサ対を選択する。そして、選択したラインセンサ対の信号を、ラインセンサ対の信号の特徴量（ここでは最大値）をモニタする最大値検出回路１０５（特徴量検出手段）及び出力回路１０８へと出力する機能を有する。

最大値検出回路１０５は、ラインセンサ選択回路１０４により選択されたモニタ中のラインセンサ対の画素信号のうち、最も大きな信号である最大値信号（Ｐｅａｋ信号）を蓄積停止判定回路１０６と飽和検知回路１０９へ出力する。Ｐｅａｋ信号は、画素信号の特徴量を示す特徴量信号の１つである。一方、シフトレジスタ１０７を駆動することで、出力回路１０８から１画素ずつ画素信号をＣＰＵ１００へ出力する。

図７は、最大値検出回路１０５からの出力信号であるＰｅａｋ信号の信号量、蓄積時間、蓄積停止判定、飽和検知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Ｐｅａｋ信号は増加していく。蓄積停止判定回路１０６は、Ｐｅａｋ信号と蓄積停止レベルＶｒｅｆとを比較判定する。蓄積停止レベルＶｒｅｆは、モニタ中のラインセンサ対の信号レベルが、ラインセンサ対の光電変換部や不図示の増幅器、出力回路等の各部の入出力許容範囲を超えることの無いように設定されている。Ｐｅａｋ信号が蓄積停止レベルＶｒｅｆよりも大きくなった時点で、蓄積停止判定回路１０６は制御部１０３へ蓄積停止判定信号を出力する。

ラインセンサ対の信号の最小値検出回路（不図示）と最大値検出回路１０５と減算回路（不図示）を用いて、特徴量として被写体のコントラスト（差分信号）を検出するコントラスト検出回路（特徴量検出手段）を構成してもよい。その場合、ここから得られるコントラスト信号を用いて蓄積停止判定を行ってもよい。この場合も蓄積停止判定回路１０６において、所定の蓄積停止レベルと比較判定する。蓄積停止レベルは、例えば、出力回路１０８で増幅された信号が、ＣＰＵ１００の入力許容範囲を超えることの無いように設定される。また、特徴量信号として、Ｐｅａｋ信号とコントラスト信号の両方を検出して蓄積停止を判定してもよい。

そして、制御部１０３は、ラインセンサ選択回路１０４により選択されたモニタ中のラインセンサ対の蓄積を停止するために、ラインセンサ群１０２へ蓄積停止信号を出力する。さらに、ＣＰＵ１００へ蓄積終了信号と蓄積終了したライン情報を出力する（電荷蓄積停止処理）。また、Ｐｅａｋ信号が所定の時間内（最大蓄積時間）に目標値に達しなかった場合は、強制的に蓄積を停止するために、ＣＰＵ１００が蓄積停止コマンドをＡＦセンサ１０１へ送信し、制御部１０３はラインセンサ群１０２へ蓄積停止信号を出力する。

飽和検知回路１０９では、Ｐｅａｋ信号が飽和検知レベル以上であると検知した場合、制御部１０３へ飽和検知信号を出力する。飽和検知レベルは、蓄積停止レベルよりも高く設定されており、ラインセンサ対の信号レベルが、ラインセンサ対の光電変換部や不図示の増幅器、出力回路等のいずれか一つでも入出力許容範囲を超えている恐れがある場合に検知できるように設定されている。飽和検知をした場合は、後述するフローチャートに基づき、制御部１０３によってＡＦセンサ１０１の動作が制御される。

上述したように、ラインセンサ群１０２で蓄積された画素信号は、ラインセンサ選択回路１０４を介して出力回路１０８へ出力される。ＣＰＵ１００から画素読み出しのための制御コマンドが送信され、シフトレジスタ１０７を駆動することで、出力回路１０８から１画素ずつの画素信号としてＣＰＵ１００のＡ／Ｄ変換器（不図示）へ出力する。この時、出力回路１０８では、画素信号からコントラスト成分を取り出し、増幅するなどの処理を行っている。

以上のように構成された焦点検出装置の動作を、図８のフローチャートと、図９及び図１０に基づいて詳細に説明する。ここでは、ラインセンサ対１０２−３に投影される被写体像のみが明るく、ラインセンサ対１０２−３以外のラインセンサ対に投影される被写体像は十分暗いものとする。また、すべてのラインセンサ（ラインセンサ対１０２−１〜１０２−５）を蓄積許可するものとする。

Ｓ８００〜Ｓ８０３は、ＡＦセンサ１０１の初期設定動作及び回路のリセット動作から蓄積開始までの動作である。Ｓ８００では、ＣＰＵ１００からのコマンドに基づき、ＡＦセンサ１０１における各種の設定を行う。なお、ここで行われる設定は、各ラインセンサ対の蓄積を許可するかどうかの設定（蓄積許可設定）を含む。

Ｓ８０１では、すべてのラインセンサ対の光電変換部の電荷をリセットし、電荷蓄積を開始する。ここで、Ｓ８００において蓄積許可設定されていないラインセンサ対１０２−ｎ（ｎ＝１〜５）は、蓄積開始後も光電変換部がリセット電位に固定されたままであり、対応する蓄積終了フラグｅｎｄ［ｎ］（ｎ＝１〜５）が１に設定される。なお、蓄積終了フラグｅｎｄ［ｎ］（ｎ＝１〜５）については後述する。

Ｓ８０２では、Ｓ８００において蓄積許可設定されたラインセンサ対のうち、ラインセンサ番号の最も小さいものをモニタ開始ラインセンサとして設定する。ここでは、すべてのラインセンサ対が蓄積許可されているものとして、ｎ＝１としてラインセンサ対１０２−１からモニタを開始する。モニタを開始する際、Ｓ８０３において制御部１０３に内蔵されたタイマーｔｉｍｅｒをリセットしてからカウントを開始し、電荷蓄積の経過時間の計測を開始する。

Ｓ８０４〜Ｓ８１１は、各ラインセンサ対を予め決められた周期で巡回しながら選択してモニタする巡回モニタ動作である。Ｓ８０４では、制御部１０３に内蔵されたタイマーｔｉｍｅｒ＿ｍｏｎｉｔｏｒをリセットしてからカウントを開始し、モニタ期間の経過時間の計測を開始する。Ｓ８０５では、ラインセンサ選択回路１０４により、いずれかのラインセンサ対１０２−ｎ（ｎ＝１〜５）が選択され、モニタ中のラインセンサ対１０２−ｎの信号が最大値検出回路１０５へ出力される。

Ｓ８０６では、蓄積停止判定回路１０６において、最大値検出回路１０５から出力されたモニタ中のラインセンサ対１０２−ｎのＰｅａｋ信号に基づき、蓄積停止判定をする。Ｓ８０７では、タイマーｔｉｍｅｒ＿ｍｏｎｉｔｏｒの値と、１つのラインセンサ対のモニタ周期時間ｐｅｒｉｏｄ＿ｍｏｎｉｔｏｒとを比較し、モニタ期間がモニタ周期時間に達したか否かを判定する。Ｓ８０６とＳ８０７を繰り返し、モニタ期間がモニタ周期時間に達する前に蓄積停止判定がされた場合はＳ８１２へと進む。蓄積停止判定がされないままモニタ期間がモニタ周期時間に達した場合はモニタ期間を終了し、Ｓ８０８へと進んで次にモニタするラインセンサ対を決定する動作へ移行する。

Ｓ８０８〜Ｓ８１１では、次にモニタするラインセンサ対を決定する。Ｓ８０８では、ｎが最大値（ここでは５）であるか判定し、ｎが最大値であれば、Ｓ８０１でｎを１に初期化し、最大値でなければ、Ｓ８０９でｎをインクリメントする。Ｓ８１１では次のモニタ対象候補のラインセンサ対の蓄積終了フラグｅｎｄ［ｎ］に基づき、当該ラインセンサ対が蓄積を終了しているか判定する。蓄積終了フラグｅｎｄ［ｎ］＝１であれば、当該ライセンサ対の蓄積は終了している。

蓄積が終了している場合はＳ８０８に戻り、さらに次のラインセンサ対について判定をする。一方、蓄積が終了していない場合はＳ８０４に戻り、当該ラインセンサ対のモニタ動作を開始する。

上述したＳ８０４〜Ｓ８１１のモニタ動作の一例を、図９を用いて具体的に説明する。モニタ１巡回目では、すべてのラインセンサ対が蓄積停止判定されることなく、Ｓ８０４〜Ｓ８１１が繰り返され、ラインセンサ対１０２−１〜１０２−５をモニタ周期時間ｐｅｒｉｏｄ＿ｍｏｎｉｔｏｒずつ順次モニタしていく。図９において、ラインセンサＰｅａｋ信号の実線部分は、ラインセンサ対１０２−３を選択してモニタしている期間であり、破線部分は、ラインセンサ対１０２−３以外を選択してモニタしている期間である。ラインセンサ対１０２−５のモニタが終了すると、ラインセンサ対１０２−１を再びモニタする。

図８に戻り、Ｓ８０６においてモニタ期間中に蓄積停止判定がされた場合、Ｓ８１２へ進み、蓄積停止処理をする。Ｓ８１２ではラインセンサ対１０２−ｎの蓄積を停止して画素信号を保持し、更に、蓄積時間としてタイマーｔｉｍｅｒの値を、制御部１０３に内蔵された記憶部ｔｉｍｅ＿ａｃｃ［ｎ］に記憶する。再蓄積後の停止判定であった場合は、再リセットからの経過時間ｔｉｍｅｒ＿ｒｅａｃｃを記憶する。なお、ｔｉｍｅｒ＿ｒｅａｃｃについては後述する。

Ｓ８１３では、飽和検知回路１０９において、最大値検出回路１０５から出力されたラインセンサ対１０２−ｎの最大値信号（Ｐｅａｋ信号）に基づき、飽和検知をする。飽和を検知した場合はＳ８１６へと進み、飽和を検知しなかった場合はＳ８１４へと進む。

Ｓ８１４では、蓄積終了フラグｅｎｄ［ｎ］＝１とし、ラインセンサ対１０２−ｎの蓄積が終了したことを記憶する。Ｓ８１５では、全ラインセンサ対の蓄積終了判定を行う。蓄積終了フラグｅｎｄ［ｎ］（ｎ＝１〜５）がすべて１であれば、全ラインセンサ対の蓄積が終了したものと判定して、ＡＦセンサ動作を終了する。一方、蓄積終了フラグｅｎｄ［ｎ］（ｎ＝１〜５）のいずれか一つでも１でなければ、蓄積が終了していないラインセンサ対が残っていると判定してＳ８０８へと進み、ＡＦセンサ動作を継続する。

Ｓ８１３で飽和を検知した場合はＳ８１６へと進み、飽和の無い信号を得るために、Ｓ８１６〜Ｓ８２１において再リセット及び再蓄積のための処理（単独モニタ処理）を行う。Ｓ８１６では、ラインセンサ対１０２−ｎの再蓄積時に、ラインセンサ対１０２−ｎのみを単独でモニタする期間を計算する。ここでは、単独モニタ期間ｐｅｒｉｏｄ＿ｒｅａｃｃ［ｎ］の計算の一例として、下記のように計算する。
ｐｅｒｉｏｄ＿ｒｅａｃｃ［ｎ］＝ｔｉｍｅ＿ａｃｃ［ｎ］＋α，
（ｎ＝１〜５）
ここでは、単独モニタ期間ｐｅｒｉｏｄ＿ｒｅａｃｃ［ｎ］を、前回飽和した際の蓄積時間ｔｉｍｅ＿ａｃｃに任意の余裕時間αを付加したものとしている。

被写体の位置や輝度が、飽和した際の蓄積時と同じであれば、単独モニタ期間ｐｅｒｉｏｄ＿ｒｅａｃｃ［ｎ］以内にラインセンサｎのＰｅａｋ信号は、蓄積停止レベルＶｒｅｆに達するはずである。これに停止制御誤差なども考慮して、余裕時間αを付加している。例えば、余裕時間αはモニタ時間ｐｅｒｉｏｄ＿ｍｏｎｉｔｏｒである。このように単独モニタ期間ｐｅｒｉｏｄ＿ｒｅａｃｃ［ｎ］を設けることによって、ラインセンサ上に投影された像の、被写体の移動や輝度変化による光量低下に起因する、単独モニタ期間の増大を防止することができる。

Ｓ８１７では飽和を検知したラインセンサ対１０２−ｎのみのリセット動作を行い（再リセット）、Ｓ８１８でタイマーｔｉｍｅｒ＿ｒｅａｃｃ［ｎ］をスタートさせ、Ｓ８１９へと進み、ラインセンサ対１０２−ｎの再蓄積動作を行う。従って、タイマーｔｉｍｅｒ＿ｒｅａｃｃ［ｎ］は、ラインセンサ対１０２−ｎの再蓄積時間を測定している。

Ｓ８１９では、Ｓ８０６と同様に蓄積停止判定をする。蓄積停止判定回路１０６で停止判定されなければ、Ｓ８２０へ移行する。Ｓ８２０では、再蓄積時間ｔｉｍｅｒ＿ｒｅａｃｃ［ｎ］の値とＳ８１１で計算された単独モニタ期間ｐｅｒｉｏｄ＿ｒｅａｃｃ［ｎ］とを比較し、再蓄積時間が単独モニタ期間に達したか否かを判定する。

Ｓ８１９とＳ８２０を繰り返し、再蓄積時間が単独モニタ期間ｐｅｒｉｏｄ＿ｒｅａｃｃ［ｎ］に達する前に蓄積停止判定がされた場合はＳ８２１へと進んで蓄積停止処理を行う。蓄積停止判定がされないまま再蓄積時間が単独モニタ期間に達した場合はＳ８０８へと進み、単独モニタ期間を終了する。

Ｓ８２１では、ラインセンサ対１０２−ｎの蓄積を停止して画素信号を保持し、蓄積時間としてタイマーｔｉｍｅｒ＿ｒｅａｃｃ［ｎ］の値を、制御部１０３に内蔵された記憶部ｔｉｍｅ＿ａｃｃ［ｎ］に記憶する。

Ｓ８０４〜Ｓ８２１の再蓄積動作を含むＡＦセンサの動作について、図９、図１０を用いて具体的に説明する。図９において、モニタ２巡回目に入り、再びラインセンサ対１０２−１〜１０２−３を順次モニタしていく。ラインセンサ対１０２−３の２巡回目では、ラインセンサ対１０２−３のＰｅａｋ信号が、蓄積停止レベルＶｒｅｆに達しているため、蓄積停止処理をする（Ｓ８１２）。

次にラインセンサ１０２−３のＰｅａｋ信号が飽和検知レベルＶｓａｔ以上のため飽和していると判定する（Ｓ８１３でＹＥＳ）。次に単独モニタ期間ｐｅｒｉｏｄ＿ｒｅａｃｃ［３］を計算する（Ｓ８１６）。その後、ラインセンサ対１０２−３の再蓄積動作を行う（Ｓ８１７、Ｓ８１８）。

再蓄積動作後は、ラインセンサ対１０２−３のみをモニタする単独モニタ期間である（Ｓ８１９、Ｓ８２０）。図９では、この期間中に蓄積停止処理（Ｓ８２１）がなされ、蓄積終了フラグｅｎｄ［ｎ］＝１としている。

図１０では、被写体の移動や輝度変化により、単独モニタ期間中に蓄積停止判定がされなかった場合（再蓄積開始以降）を示している。図１０に示すように、単独モニタ期間中に蓄積停止判定がされなかった場合は、単独モニタ期間が終了するまでラインセンサ対１０２−３のモニタを続け、通常の巡回動作に移行する。このとき、蓄積終了フラグｅｎｄ［ｎ］＝１は設定されないため、ラインセンサ対１０２−３も含めた巡回動作となる。

これらの動作を繰り返し、全ラインセンサ対の蓄積終了フラグｅｎｄ［ｎ］（ｎ＝１〜５）がすべて１となったらＡＦセンサ動作を終了する。ＣＰＵ１００は適宜ラインセンサ対の信号を読み出し、この信号を用いて焦点検出演算を行う。

なお、図には明示していないが、ＣＰＵ１００から、強制蓄積停止コマンドが送信された場合、Ｓ８０６ではＳ８１２へ強制的に移行して停止処理を行い、Ｓ８１３ではＳ８１４へ強制的に移行し、蓄積終了フラグｅｎｄ［ｎ］＝１とする。なお、単独モニタ期間中にＣＰＵ１００から強制蓄積停止コマンドが送信された場合も、Ｓ８１９からＳ８２１へ強制的に移行して停止処理を行う。

上記の通り本第１の実施形態によれば、飽和したラインセンサ対のみを再リセットして再蓄積し、さらにそのラインセンサ対のみをモニタする単独モニタ期間を設けて蓄積制御する。この結果、投影された被写体が暗い複数のラインセンサ対の蓄積を並列に行ったまま、投影された被写体が超高輝度であるラインセンサ対の信号も飽和させることなく蓄積することができる。このようにして得られた信号を用いることで、複数のＡＦ枠に投影された幅広い輝度範囲の被写体の焦点状態を検出することができる。

＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。なお、第２の実施形態におけるカメラの構成は、第１の実施形態において図１〜図６を参照して説明したものと同様であるので、ここでは説明を省略する。以下、図１１を参照して、本発明の第２の実施形態による焦点検出装置の動作フローについて説明する。なお、上述した図８と同様の処理には同じステップ番号を付して、適宜説明を省略する。

Ｓ８００〜Ｓ８１１では、図８で説明した処理と同様に、ラインセンサ対１０２−１〜１０２−５を順次モニタする処理を行う。Ｓ８１１で、次のモニタ対象候補のラインセンサ対の蓄積終了フラグｅｎｄ［ｎ］＝１ではないと判断されると、Ｓ１１１２に進む。Ｓ１１１２では、後述する飽和フラグｓａｔ［ｎ］に基づき、次のモニタ対象候補のラインセンサが、飽和検知後の再蓄積の待機中であるか否かを判定する。飽和フラグｓａｔ［ｎ］＝１であれば、当該ラインセンサ対は再蓄積の待機中である。当該ラインセンサが再蓄積待機中でなければＳ８０４に戻って、巡回モニタ動作を継続する。

一方、ｓａｔ［ｎ］＝１で当該ラインセンサ対１０２−ｎが再蓄積待機中であれば、Ｓ１１２０へと進み、当該時刻が再蓄積タイミングであるか否かの判定をする。Ｓ１１２０では、Ｓ８０３でスタートしたｔｉｍｅｒが示す時刻と、後述するＳ１１１９で計算された再蓄積タイミングｔｉｍｅ＿ｒｅｓｔａｒｔとを比較判定する。

ｔｉｍｅｒ＜ｔｉｍｅ＿ｒｅｓｔａｒｔであればＳ８０８へ戻り、さらに次のラインセンサ対についてモニタ対象か否かの判定を行う。なお、再蓄積タイミングとＳ１１２１〜Ｓ１１２７で行われる再蓄積動作については後述する。

一方、Ｓ８０６で停止判定がされた後に行われるＳ８１２〜Ｓ８１５の処理は、図８と同様である。Ｓ８１３において飽和検知回路１０９により飽和が検知されると、

Ｓ１１１７に進む。Ｓ１１１７では、飽和フラグｓａｔ［ｎ］＝１とし、ラインセンサ対１０２−ｎが飽和しているとして記憶し、Ｓ１１１８へと進む。Ｓ１１１８では、Ｓ８１６と同様に、ラインセンサ対１０２−ｎの再蓄積時に、ラインセンサ対１０２−ｎのみを単独でモニタする期間を計算する。Ｓ１１１９では、ラインセンサ対１０２−ｎの再リセット、再蓄積を行うタイミングｔｉｍｅ＿ｒｅｓｔａｒｔ［ｎ］を決定する。
ここで、再蓄積タイミングｔｉｍｅ＿ｒｅｓｔａｒｔ［ｎ］について説明する。第１の実施形態では、飽和したラインセンサの再リセット及び再蓄積動作は、飽和を検知した直後に行われる。この場合、単独モニタ期間中にはその他のラインセンサ対のモニタ動作は行われず、飽和してしまう可能性がある。この結果、ラインセンサ対を１つずつ蓄積させていくような動作になってしまい、ＡＦセンサの動作応答性が悪化してしまう場合がある。

図１２に、第１の実施形態で説明した処理により起こり得る上記問題点を説明する具体例を示す。ここでは、ラインセンサ対１０２−１〜１０２−３の蓄積が許可されているものとする。

モニタ２巡回目においてラインセンサ対１０２−１の飽和を検知し、すぐにラインセンサ対１０２−１の再リセット及び再蓄積動作をする。図１２に示す例では、ラインセンサ対１０２−２が、ラインセンサ対１０２−１の単独モニタ期間中に飽和してしまっている。ここで、図８のフローチャートに従い、ラインセンサ対１０２−１の再蓄積終了後、ラインセンサ対１０２−２の再リセット及び再蓄積動作をした場合に、さらに、ラインセンサ対１０２−３がラインセンサ対１０２−２の単独モニタ期間中に飽和してしまう。この例では、ＡＦセンサ１０１の動作終了までに、ラインセンサ対１０２−３の信号レベルが蓄積停止判定レベルＶｒｅｆ以上になるまでの動作を２回行っており、時間を無駄にしてしまっている。

従って、第２の実施形態では、飽和検知されたラインセンサ対をすぐには再蓄積制御せず、待機状態とする。この後、飽和したラインセンサ対の単独モニタ期間中に他のラインセンサ対が飽和しないようなタイミングで、当該ラインセンサ対の再リセット及び再蓄積動作を行うように制御することにより、第１の実施形態の動作に対しＡＦセンサの動作が短縮できる。この効果の具体例は後述する。

ここでは、Ｓ１１１９で求める再蓄積時タイミングｔｉｍｅ＿ｒｅｓｔａｒｔ［ｎ］（待機時間）の計算の一例として、下記のように計算する。
ｔｉｍｅ＿ｒｅｓｔａｒｔ［ｎ］
＝ｐｅｒｉｏｄ＿ｒｅａｃｃ［ｎ］×Ｖｒｅｆ／（Ｖｓａｔ−Ｖｒｅｆ）＋β

ここで、図１３を用いて、上記式の第一項について説明する。上記式の関係を図で表すと、図１３（ａ）のようになる。この図において、ｍ≠ｎである。ラインセンサ対１０２−ｍに投影された被写体輝度は、ラインセンサ対１０２−ｎの単独モニタ期間ｐｅｒｉｏｄ＿ｒｅａｃｃ［ｎ］の間に、Ｖｓａｔ−Ｖｒｅｆだけ、ラインセンサ対１０２−ｍのＰｅａｋ信号を成長させる明るさである。

図１３（ｂ）のように、ラインセンサ対１０２−ｍに投影された被写体輝度が、図１３（ａ）における被写体輝度より明るければ、ｔｉｍｅ＿ｒｅｓｔａｒｔ［ｎ］までに蓄積が停止するため、単独モニタ期間中に飽和することはない。

反対に、図１３（ｃ）のように、ラインセンサ対１０２−ｍに投影された被写体輝度が、図１３（ａ）における被写体輝度より暗い場合、次のことが言える。即ち、ラインセンサ対１０２−ｎの単独モニタ期間ｐｅｒｉｏｄ＿ｒｅａｃｃ［ｎ］の間、モニタされなくても、飽和検知レベルＶｓａｔに達することはなく、ラインセンサ対１０２−ｍのモニタ時に飽和していない信号レベルで蓄積停止判定がされる。

ここでは、複数のラインセンサ対のモニタ期間も考慮し、上記式の第一項で計算された値に、任意の余裕時間βを付加している。例えば余裕時間βは、下記のように計算される。
β＝ｐｅｒｉｏｄ＿ｍｏｎｉｔｏｒ × ｌ
ここでｌは、再蓄積タイミングを求めるタイミングにおいて、蓄積が終了していないライセンサ対の数である。すなわち、単独モニタ期間に加え、通常の巡回動作中のモニタ期間に飽和してしまわないようにしている。

再蓄積タイミングを求めるタイミングにおいて、他のラインセンサ対（ラインセンサ対１０２−ｉ）が再蓄積の待機中である場合は、ラインセンサ対１０２−ｉの単独モニタ期間も考慮して、再蓄積タイミングを決定する。再蓄積の待機中のラインセンサ対が複数ある場合も同様である。

再蓄積タイミングｔｉｍｅ＿ｒｅｓｔａｒｔ［ｎ］を求めるその他の例として、ラインセンサ対１０２−ｎ以外のすべてのラインセンサ対の信号モニタ情報を用いることもできる。例えば、再蓄積タイミングを求めるタイミングにおいて、蓄積停止判定レベルＶｒｅｆを段階的に下げていきながら、全てのラインセンサ対を巡回モニタしていくことで、全てのラインセンサ対の信号レベル（被写体輝度情報）の程度を確認することができる。この情報を用いて再蓄積タイミングｔｉｍｅ＿ｒｅｓｔａｒｔ［ｎ］を決定する。

Ｓ１１１９でラインセンサ対１０２−ｎの再蓄積タイミングｔｉｍｅ＿ｒｅｓｔａｒｔ［ｎ］を決定した後、ラインセンサ対１０２−ｎは再蓄積待機状態となり、処理はＳ８０８へと進み、次のモニタ対象ラインセンサ対を決定し、巡回モニタ動作を継続する。

巡回モニタ動作を繰り返す中で、Ｓ１１１２において、次のモニタ対象候補のラインセンサ対１０２−ｎが再蓄積待機中と判定された場合（ｓａｔ［ｎ］＝１）、前述のようにＳ１１２０に進む。そして、その時刻が当該ラインセンサ対の再蓄積タイミングであるかを判定する。

経過時刻を示すタイマーｔｉｍｅｒが再蓄積タイミングｔｉｍｅ＿ｒｅｓｔａｒｔ［ｎ］を過ぎていれば、再蓄積タイミングであるためＳ１１２１へと進み、再蓄積動作を実行する。

Ｓ１１２１〜Ｓ１１２５は、図８のＳ８１７〜Ｓ８２１とそれぞれ同様の再蓄積動作である。単独モニタ期間中に蓄積停止判定がされなかった場合（Ｓ１１２４でＹＥＳ）は、単独モニタ期間を終了し、Ｓ１１２８において飽和フラグｓａｔ［ｎ］＝０とし、通常の巡回動作に移行する。

一方、単独モニタ期間中に蓄積停止判定がされた場合（Ｓ１１２３でＹＥＳ）は、単独モニタ期間を終了し、Ｓ１１２５〜Ｓ１１２７の停止処理をする。ここでは、図８のＳ８２１、Ｓ８１４、Ｓ８１５とそれぞれ同様の処理を行う。

なお、図には明示していないが、全てのラインセンサ対が、飽和判定され再リセットの待機状態か、蓄積終了しているか、のどちらかである場合は、再リセットタイミングに達していない場合でも待機状態のラインセンサ対の再リセット動作及び再蓄積動作を行う。待機状態のラインセンサ対が複数ある場合は、それぞれの単独モニタ期間などから求められる信号モニタ情報からそれぞれのラインセンサ対の再リセットタイミングを決定する。

また、ＣＰＵ１００から、強制蓄積停止コマンドが送信された場合、Ｓ８０６ではＳ８１２へ強制的に移行して停止処理を行い、Ｓ８１３ではＳ８１４へ強制的に移行し、蓄積終了フラグｅｎｄ［ｎ］＝１とする。なお、単独モニタ期間中にＣＰＵ１００から強制蓄積停止コマンドが送信された場合も、Ｓ１１２３からＳ１１２５へ強制的に移行して停止処理を行う。

上述した図１１のフローチャートに従ったＡＦセンサ１０１の動作の一例を図１４、図１５を用いて具体的に説明する。

ここでは、ラインセンサ対１０２−３に投影される被写体像のみが明るく、ラインセンサ対１０２−３以外のラインセンサ対に投影される被写体像は十分暗いものとする。

モニタ２巡回目のラインセンサ対１０２−３の蓄積停止処理までは、図９と同様である。次にラインセンサ対１０２−３のＰｅａｋ信号が飽和判定レベルＶｓａｔを超えているため飽和していると判定（Ｓ８１３）し、飽和フラグｓａｔ［３］＝１とする（Ｓ１１１７）。次に単独モニタ期間ｐｅｒｉｏｄ＿ｒｅａｃｃ［３］を計算する（Ｓ１１１８）。さらに、再蓄積開始タイミングｔｉｍｅ＿ｒｅｓｔａｒｔ［３］を決定する（Ｓ１１１９）。

その後、ラインセンサ１０２−３は再蓄積待機状態となり、図１１のフローチャートに従い、ラインセンサ対１０２−４、ラインセンサ対１０２−５の２巡回目のモニタをする。

３巡回目以降のモニタ動作では、ラインセンサ対１０２−３のモニタ動作は、経過時間が再蓄積開始タイミングｔｉｍｅ＿ｒｅｓｔａｒｔ［３］に達するまで実施されない。そして、ラインセンサ対１０２−１、ラインセンサ対１０２−２、ラインセンサ対１０２−４、ラインセンサ対１０２−５を巡回してモニタする。

時間が経過し、ｔ１の時点で、再蓄積開始タイミングｔｉｍｅ＿ｒｅｓｔａｒｔ［３］を超えているため（Ｓ１１２０）、ラインセンサ対１０２−３の再蓄積動作を行う（Ｓ１１２１、Ｓ１１２２）。再蓄積動作後は、ラインセンサ対１０２−３のみをモニタする単独モニタ期間である（Ｓ１１２３、Ｓ１１２４）。図１４では、この期間中に蓄積停止処理がされ、蓄積終了フラグｅｎｄ［ｎ］＝１としている（Ｓ１１２５、Ｓ１１２６）。

図１５では、被写体の移動や輝度変化により、単独モニタ期間中に蓄積停止判定がされなかった場合（再蓄積開始以降）を示している。図１５に示すように、単独モニタ期間中に蓄積停止判定がされなかった場合は、単独モニタ期間を終了し、通常の巡回動作に移行する。このとき、蓄積終了フラグｅｎｄ［ｎ］＝１は設定されないため、ラインセンサ対１０２−３も含めた巡回動作となる。

これらの動作を繰り返し、全ラインセンサ対の蓄積終了フラグｅｎｄ［ｎ］（ｎ＝１〜５）がすべて１となったらＡＦセンサ動作を終了する。ＣＰＵ１００は適宜ラインセンサ対の信号を読み出し、この信号を用いて焦点検出演算を行う。

図１６を用いて、第１の実施形態の動作に対する第２の実施形態の動作の効果を説明する。図１６では、図１２と同様にラインセンサ対１０２−１〜１０２−３の蓄積を許可する設定をしているものとする。それぞれのラインセンサ対に投影された被写体輝度も図１２と同じである。

図１６では、図１２のようなラインセンサ対１０２−１の再リセットをすぐには開始せず、待機している。この待機期間の間に、ラインセンサ対１０２−２及び１０２−３は飽和することなく蓄積停止処理されている。この後、ラインセンサ対１０２−１以外のラインセンサは蓄積が停止しているため、再リセットタイミングに達していないが、ラインセンサ対１０２−１の再リセット及び再蓄積動作をする。

ＡＦセンサ１０１の動作時間は、ラインセンサ対１０２−３の信号レベルを蓄積停止判定レベルＶｒｅｆ以上になるまでの時間に、ラインセンサ対１０２−１の信号レベルを蓄積停止判定レベルＶｒｅｆ以上になるまでの時間を加えた程度となる。このように、図１２の例に対し、動作時間が短縮されている。

上記の通り本第２の実施形態によれば、飽和したラインセンサ対の単独モニタ期間中に他のラインが飽和しないようなタイミングで、当該ラインセンサ対の再リセット及び再蓄積動作を行うように制御する。この結果、ＡＦセンサの動作応答性を保ったまま、投影された被写体が超高輝度であるラインセンサ対の信号も飽和させることなく蓄積することができる。

なお、上記実施形態では、ラインセンサ対が５つある場合について説明したが、ラインセンサ対の数は、これに限られるものではない。

また、上記実施形態では、２つのラインセンサを用いて位相差のある１対の信号を出力する構成を示したが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、１つの長いラインセンサに、異なる射出瞳を通過した２つの像を結像させるように構成してもよい。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

Claims (12)

1. 入射する被写体からの光束を光電変換して得られた電荷を蓄積して、互いに視差を有する対の画像信号をそれぞれ出力する複数のセンサ部と、
   前記複数のセンサ部を巡回しながらモニタし、該モニタ中のセンサ部から出力される前記対の画像信号の特徴量信号を検出する特徴量検出手段と、
   前記特徴量検出手段により検出された前記特徴量信号が、予め決められた蓄積停止レベルより大きい場合に、前記モニタ中のセンサ部の電荷蓄積を停止する電荷蓄積停止処理を行う制御手段と、
   前記電荷蓄積を停止したセンサ部から読み出された一対の画像信号に基づいて、焦点状態を検出する焦点検出手段と
   を有し、
   前記制御手段は、前記電荷蓄積停止処理を行った際の前記特徴量信号が飽和検知レベル以上の場合に、前記モニタ中のセンサ部に蓄積された電荷をリセットして電荷の再蓄積動作を行い、該再蓄積動作後に得られる前記特徴量信号が前記蓄積停止レベルに達して前記モニタ中のセンサ部の電荷蓄積を停止するか、または、予め決められた単独モニタ期間が経過するまで、前記モニタ中のセンサ部のモニタを継続する、単独モニタ処理を行うように制御することを特徴とする焦点検出装置。
2. 前記特徴量検出手段は前記複数のセンサ部を予め決められた時間ずつ巡回しながらモニタし、前記制御手段は、前記特徴量信号が前記飽和検知レベル以上の場合に、前記単独モニタ処理の間、前記巡回を停止するように制御することを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
3. 前記単独モニタ期間は、前記複数のセンサ部の電荷蓄積を開始してから、前記特徴量信号が前記飽和検知レベル以上の場合に前記制御手段によって前記電荷蓄積停止処理が行われるまでの時間に、任意の余裕時間を付加した時間であることを特徴とする請求項２に記載の焦点検出装置。
4. 前記特徴量検出手段は、前記モニタ中のセンサ部から出力される対の画像信号の最大値を検出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の焦点検出装置。
5. 前記特徴量検出手段は、前記モニタ中のセンサ部から出力される対の画像信号の最大値と最小値との差分信号を検出することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の焦点検出装置。
6. 前記制御手段は、前記特徴量信号が前記飽和検知レベル以上であることが検出されるとすぐに前記単独モニタ処理を実行することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の焦点検出装置。
7. 前記制御手段は、前記特徴量信号が前記飽和検知レベル以上の場合、前記複数のセンサ部の蓄積を開始してから、前記モニタ中のセンサ部に前記単独モニタ処理を実行するまでの待機時間を求め、前記待機時間が経過した後のセンサ部を巡回してモニタするときに、前記単独モニタ処理を実行することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の焦点検出装置。
8. 前記待機時間は、前記単独モニタ期間中に前記モニタ中のセンサ部を除くセンサ部が飽和しないように求められた時間であることを特徴とする請求項７に記載の焦点検出装置。
9. 前記待機時間は、前記単独モニタ期間を、前記飽和検知レベルと前記蓄積停止レベルとの差に対する前記蓄積停止レベルの比で乗じた期間に、任意の余裕時間を付加した時間であることを特徴とする請求項８に記載の焦点検出装置。
10. 前記複数のセンサ部それぞれについて、電荷の蓄積を許可するかどうかを設定する許可手段を更に有し、
    前記特徴量検出手段は、前記許可手段により許可されたセンサ部のうち、前記電荷蓄積を停止したセンサ部を除くセンサ部を巡回してモニタすることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の焦点検出装置。
11. 入射した被写体からの光束を光電変換して、画像を構成する画像信号を出力する撮像手段と、
    請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の焦点検出装置と
    を有することを特徴とする撮像装置。
12. 入射する被写体からの光束を光電変換して得られた電荷を蓄積して、互いに視差を有する対の画像信号をそれぞれ出力する複数のセンサ部を巡回しながらモニタし、該モニタ中のセンサ部から出力される前記対の画像信号の特徴量信号を検出する特徴量検出工程と、
    前記特徴量検出工程により検出された前記特徴量信号が、予め決められた蓄積停止レベルより大きい場合に、前記モニタ中のラインセンサの電荷蓄積を停止する電荷蓄積停止処理を行う蓄積停止工程と、
    前記電荷蓄積停止処理を行った際の前記特徴量信号が飽和検知レベル以上の場合に、前記モニタ中のセンサ部に蓄積された電荷をリセットして電荷の再蓄積動作を行い、該再蓄積動作後に得られる前記特徴量信号が前記蓄積停止レベルに達して前記モニタ中のセンサ部の電荷蓄積を停止するか、または、予め決められた単独モニタ期間が経過するまで、前記モニタ中のセンサ部のモニタを継続する、単独モニタ処理を行う単独モニタ工程と、
    前記電荷蓄積を停止したセンサ部から読み出された一対の画像信号に基づいて、焦点状態を検出する焦点検出工程と
    を有することを特徴とする焦点検出方法。

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