JP6378519B2 - 焦点検出装置及びその制御方法、及び、撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は自動焦点検出に用いられる焦点検出装置及びその制御方法、及び、該焦点検出装置を用いた撮像装置に関する。

従来、光電変換素子を有する焦点検出センサで検出した被写体の焦点検出状態に応じて撮像レンズの位置を調整し、自動的に被写体に合焦させるオートフォーカス（ＡＦ）機能を有する撮像装置等が知られている。さらに、焦点検出センサが有する光電変換素子の電荷蓄積時間や出力ゲインを、被写体の明るさやコントラストに応じて制御することが知られている。

例えば、特許文献１では、複数の光電変換素子（画素）からなるラインセンサを用いる焦点検出センサにおいて、ラインセンサを複数の領域に分割し、領域毎に画素信号の最大値と最小値の差（コントラスト）が目標値を超えた時点で蓄積を停止させている。

また、特許文献２には、焦点検出に使用するラインセンサ対の近傍にモニタセンサを配置し、モニタセンサからの信号によりラインセンサ対の蓄積（積分）時間を制御することが開示されている。

特開２００６−２５１７７７号公報 特開平１０−３３３０２１号公報

しかしながら、特許文献１に開示された構成では、画素で光電変換された電荷を蓄積回路へ常時転送しているため、蓄積中に蓄積回路で発生するノイズも光電変換された電荷と同様に蓄積してしまう。蓄積時間が長い場合には発生するノイズ量も増大するため、蓄積結果におけるノイズ成分の影響が無視できなくなり、焦点検出結果に誤差を生じさせる原因となるおそれがあった。

一方、特許文献２に開示された構成では、ラインセンサ対とは別に設けたモニタセンサの出力に基づいて蓄積制御を行うため、蓄積中に画素で光電変換された電荷を蓄積回路やモニタ回路へ転送する必要が無い。従って、画素での蓄積が終了するまで、蓄積回路やモニタ回路をリセットすることで、発生するノイズを軽減することができる。

しかしながら、特許文献２の構成では、ラインセンサの近傍にモニタセンサを配置する必要があるのに加え、モニタセンサで高精度の測光を行わないと適切な蓄積制御ができない。また、複数のラインセンサを配置する場合、モニタセンサがラインセンサのレイアウトを制約するとともに、高精度の測光を行うためにはモニタセンサ自体の配置にも制約がある。その結果、焦点検出センサのチップ面積が大きくなり、コストを増加させたり、焦点検出センサを用いる光学機器の小型化を妨げたりする。

本発明は上記問題点を鑑みてなされたものであり、焦点検出用に精度の良い電荷蓄積結果を簡便な構成で得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、複数の焦点検出領域に対応し、入射した光に応じて電荷を発生する複数の光電変換素子群と、前記複数の焦点検出領域のいずれかを選択する選択手段と、前記複数の光電変換素子群から転送手段を介して転送される電荷をそれぞれ保持するための複数の保持手段と、前記光電変換素子群ごとの蓄積方法を前記転送手段を制御することで、前記光電変換素子群で発生した電荷を該光電変換素子群において蓄積する第１の蓄積方法と、前記光電変換素子群で発生した電荷を前記保持手段に転送して蓄積する第２の蓄積方法とのいずれかに設定する設定手段と、前記保持手段に保持された電荷の信号レベルを、前記第２の蓄積方法に設定された前記光電変換素子群ごとにモニタするモニタ手段と、前記モニタ手段がモニタした信号レベルに基づいて前記光電変換素子群ごとの蓄積終了を制御する制御手段と、を有し、前記設定手段は、前記複数の光電変換素子群のうち、前記選択手段により選択された焦点検出領域に対応する光電変換素子群の蓄積方法を前記第１の蓄積方法に設定し、前記第１の蓄積方法に設定された光電変換素子群に隣接する光電変換素子群の蓄積方法を前記第２の蓄積方法に設定し、前記制御手段は、前記モニタ手段がモニタした前記第２の蓄積方法に設定された光電変換素子群の信号レベルに基づいて、当該光電変換素子群及び隣接する前記第１の蓄積方法に設定された光電変換素子群における電荷の蓄積終了を制御する。

本発明によれば、焦点検出用に精度の良い電荷蓄積結果を簡便な構成で得ることができる。

本発明の第１の実施形態におけるカメラの構成を示すブロック図。 第１の実施形態におけるカメラの光学部品とその配置例を示す図。 第１の実施形態にかかるラインセンサの配置と測距点との関係を示す図。 第１の実施形態に係る焦点検出センサの構成例を示すブロック図。 第１の実施形態に係る焦点検出センサの第１タイプの蓄積動作を示すフローチャート。 第１の実施形態に係る焦点検出センサの第２タイプの蓄積動作を示すフローチャート。 第１の実施形態に係る焦点検出センサを備えたカメラの動作を示すフローチャート。 第１の実施形態に係る測距点と各ラインセンサ対の蓄積タイプの対応表を示す図。 第１の実施形態に係るラインセンサ対の蓄積タイプの設定例を示す図。 第２の実施形態におけるカメラの構成を示すブロック図。 第２の実施形態に係る焦点検出センサを備えたカメラの動作を示すフローチャート。 第２の実施形態に係る測距点と各ラインセンサ対の蓄積タイプの対応表を示す図。 第２の実施形態に係るラインセンサ対の蓄積タイプの設定例を示す図。

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。ただし、本形態において例示される構成部品の寸法、形状、それらの相対配置などは、本発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、本発明がそれらの例示に限定されるものではない。

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の実施形態に係る焦点検出センサを用いた光学機器の一例として、カメラの構成を示すブロック図である。なお、図１においては、カメラの構成のうち、自動焦点検出に係る構成以外の構成については省略している。

スイッチ１０３は、不図示のレリーズボタンの操作によってＯＮ、ＯＦＦする２つのスイッチＳＷ１及びＳＷ２を有する。ここで、スイッチＳＷ１はレリーズボタンの第１ストローク（半押し）操作でＯＮし、スイッチＳＷ２はレリーズボタンの第２ストローク（全押し）操作でＯＮするものとする。スイッチＳＷ１のＯＮにより焦点検出動作を含む撮影準備動作の開始が指示され、スイッチＳＷ２のＯＮにより撮影動作の開始が指示される。

レンズ通信回路１０４は、カメラＣＰＵ１００の制御に従って不図示の撮像レンズとレンズ信号１１４を通信し、撮像レンズに含まれるフォーカスレンズや絞り等を制御する。シャッタ制御回路１０７は、カメラＣＰＵ１００の制御に従って不図示のシャッタ機構が有する電磁石１１７ａ、１１７ｂの通電時間を制御することで、シャッタの開閉を制御する。

測距点選択スイッチ１０８は、不図示の選択ボタンの操作により、撮影画面内に配置された複数の測距点（焦点検出領域）のうち任意の測距点を選択する。なお、撮影画面における測距点位置については後述する。

カメラＣＰＵ１００は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）を有し、プログラムに基づいて各部を制御することにより、カメラの全体的な動作を制御する。また、カメラＣＰＵ１００は、被写体判定部１０２を有し、測距点選択スイッチ１０８の情報から主要被写***置を判定し、焦点検出センサ１０１を制御する。

カメラＣＰＵ１００はＳＷ２がＯＮすると、測光センサ１０６を制御して被写体の輝度を検出し、被写体輝度に応じて不図示の撮像レンズの絞り値やシャッタスピード等の撮像条件を決定する。そして、カメラＣＰＵ１００はレンズ通信回路１０４とシャッタ制御回路１０７とを通じ、決定した撮像条件で撮像センサ１０５を露光する。そして、カメラＣＰＵ１００は撮像センサ１０５で蓄積された電荷を読み出し、公知の画像処理を適用することにより、撮影画像データを生成し、不図示の記録媒体に記録する一連の撮影動作を実行する。

（カメラの光学系部品配置）
図２は、本実施形態におけるカメラの光学部品とその配置例を示す図であり、カメラの側方から見た光学部品の配置例を示している。なお、図２では撮像レンズ２００を示しているが、撮像レンズ２００を備えたレンズユニットが着脱可能であってもよく、カメラと一体的に構成されていなくても構わない。

撮像レンズ２００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２０１により上方へ反射され、ファインダスクリーン２０２上に結像する。撮影者はファインダスクリーン２０２に結像した被写体像をペンタプリズム２０３及び接眼レンズ２０４を介して観察する。ファインダスクリーン２０２は、透過型液晶で構成されており、撮影に係わる各種情報を撮影画面に重ねてファインダ表示することができる。本実施形態では、撮影情報として測距点選択スイッチ１０８の操作により選択された測距点を表示する。

接眼レンズ２０４の上方には測光結像レンズ２１１と測光センサ１０６が設けられる。測光センサ１０６は、ファインダスクリーン２０２に結像した被写体像を測光結像レンズ２１１を通じて受光することで、被写体輝度を測定することができる。なお、図２における測光結像レンズ２１１と測光センサ１０６の組み合わせ及び配置は例示であり、被写体輝度が測定可能であれば、構成や配置は図２に示すものと異なっていても良い。

撮像レンズ２００から入射した光束の一部はクイックリターンミラー２０１を透過し、後方のサブミラー２０５により、下方にある焦点検出光学系に導かれる。焦点検出光学系に入射した光束は、視野マスク２０６、赤外カットフィルタ２０７、フィールドレンズ２０８、絞り２０９、二次結像レンズ２１０を経て、焦点検出センサ１０１上に結像する。結像した像を焦点検出センサ１０１で光電変換して得られる像信号の位相差に基づいて、撮像レンズ２００の焦点状態（デフォーカス量）を検出することができる。

なお、スイッチＳＷ２がＯＮになり撮影動作を行う場合、クイックリターンミラー２０１上方に回転してサブミラー２０５と共に光路から退避し、不図示のシャッタが開くことで、撮像レンズ２００から入射した被写体像の光束で撮像センサ１０５が露光される。

（ラインセンサの配置と測距点との位置関係）
焦点検出センサ１０１に含まれる複数のラインセンサと画面内の測距点との位置関係について、図３を用いて説明する。図３（ａ）は焦点検出センサ１０１におけるラインセンサの配置例を示す図である。ラインセンサ対１０１−１〜１８はそれぞれ一対のセンサアレイから構成され、各センサアレイはセンサとしての光電変換素子が複数、一列に配置された構成を有し、各画素の出力から信号像を得ることができる。そして、各センサアレイ対から得られた信号像の位相差から、撮像レンズの焦点状態（デフォーカス量）を検出することができる。センサアレイ対は二次結像レンズ２１０などの焦点検出光学系により、視野（画面）上のほぼ同じ領域に投影され、この領域が測距点を形成する。

図３（ｂ）は、図３（ａ）に示した焦点検出センサ１０１に対応する、ファインダ画面における測距点とラインセンサ対との位置関係の例を示す図である。ファインダ画面３００（視野）には、９つの測距点が横一列に並んで配置されている。測距点３０１は、ラインセンサ対１０１−１とラインセンサ対１０１−２が投影された領域により形成される。測距点３０２〜測距点３０９も同様であり、各測距点は、２つのラインセンサ対が投影された領域により形成される。

なお、図３に示すように、本実施形態では隣接するセンサアレイを半ピッチ分ずらして配置している。一般的に、被写体の空間周波数が高い場合、センサアレイの画素位置と被写体のコントラストの位相との関係により、検出されるデフォーカス量に誤差が生じる。この誤差を低減するため、半画素ピッチずらして配置した２組のセンサアレイ対で得られた２つのデフォーカス量の平均値を用いている。

なお、図３では、上下方向にシフトしたラインセンサ対を１８組配置し、９つの測距点を構成する例を示しているが、ラインセンサ対の配置はこれに限るものではない。例えば、左右方向にシフトしたり、上下方向と左右方向を組み合わせて配置しても良く、また、ラインセンサ対の数も１８組より多くても少なくても良い。

図４は、本実施形態に係る焦点検出センサ１０１の構成例を示すブロック図である。図４では、図３（ａ）に示したラインセンサ対１０１−１〜１０１−１８のうち、ラインセンサ対１０１−１についてのみ詳細に示しているが、ラインセンサ対１０１−２〜１０１−１８についても、同様の構成を有する。

焦点検出センサ１０１は、自動焦点検出用ＣＰＵ（ＡＦＣＰＵ）４００を有し、ＡＦＣＰＵ４００は各センサアレイ対の蓄積動作及び像信号の読出し動作を制御している。図４においてセンサ部４０１は、ラインセンサ対１０１−１を形成する一対のセンサアレイを構成する光電変換素子群（画素群）に相当する。ＡＦＣＰＵ４００からｒｓｔ信号が出力（すなわち、信号の値が１に）されると、センサ部４０１の各画素がリセットされる。メモリ部４０３（保持部）は、センサ部４０１の各画素で光電変換された信号電荷を画素毎に積分して一時的に記憶し、ＡＦＣＰＵ４００からｒｓｔｍ＿１信号が出力される（すなわち、信号の値が１に）されると、リセットされる。センサ部４０１とメモリ部４０３の間には転送ゲート４０２が設けられており、ＡＦＣＰＵ４００からｔｒａｎｓ＿１信号が出力（すなわち、信号の値が１に）されると、転送ゲートが開いてセンサ部４０１からメモリ部４０３に電荷が転送される。また、ピーク検出回路４０４は、メモリ部４０３に一時記憶された積分された電荷の信号レベルの最大値（ｐ−ｏｕｔ）を検出し、コンパレータ４０７に出力する。シフトレジスタ４０５は、メモリ部４０３から積分した電荷を読み出す画素を選択する。

コンパレータ４０７は、ピーク検出回路４０４で検出した、信号レベルの最大値（ｐ−ｏｕｔ）と所定の電圧ＶＲとを比較し、比較結果を示すｃｏｍｐ信号をＡＦＣＰＵ４００に出力する。ｃｏｍｐ信号はｐ−ｏｕｔ＞ＶＲであれば１、それ以外は０をとる信号である。なお、所定の電圧ＶＲは画素飽和電圧であり、ｐ−ｏｕｔ＞ＶＲで蓄積動作を終了すべきであることを示す値に設定する。

シフトレジスタ４０５は、ＡＦＣＰＵ４００からシフトパルスであるｓｈｉｆｔ信号が入力されると、メモリ部４０３の出力を画素ごとに選択する。そして、ＡＦＣＰＵ４００からのｓｅｌ＿１信号によりアナログスイッチ４０６がＯＮの間、メモリ出力を出力アンプ４０８の入力に出力する。出力アンプ４０８は適切なゲインでＶｏｕｔ端子より画素信号を出力する。

また、ＡＦＣＰＵ４００は、不図示のレジスタを有する。このレジスタは、ＡＦＣＰＵ４００が有する通信端子であるｃｓ、ｓｃｌｋ、ｍｉｓｏ、ｍｏｓｉ端子を用いたシリアル通信により、外部から読み出しや書き込み可能である。レジスタの値を外部（例えばカメラＣＰＵ１００）から設定することにより、焦点検出センサ１０１の動作を制御することができる。本実施形態において、ＡＦＣＰＵ４００は焦点検出センサ１０１の２種類の蓄積タイプを制御可能であるものとする。

(蓄積動作）
次に、本実施形態における焦点検出センサ１０１の蓄積動作について、図５および図６のフローチャートを用いて詳しく説明する。

まず、第１タイプの蓄積動作（第２の蓄積方法）を行うための制御方法を図５のフローチャートを用いて詳しく説明する。Ｓ５０１でカメラＣＰＵ１００からＡＦＣＰＵ４００のレジスタｓｔｒｔが１に設定されると、ＡＦＣＰＵ４００は焦点検出センサ１０１における蓄積動作を開始させる。

Ｓ５０２でＡＦＣＰＵ４００は、ラインセンサ対１０１−ｎの初期リセット動作を行う。ＡＦＣＰＵ４００は自身のレジスタを０にクリアした後、ｔｒａｎｓ＿ｎ信号、ｒｓｔ信号、ｒｓｔｍ＿ｎ信号を出力（すなわち、信号の値を１に）し、センサ部４０１とメモリ部４０３の電荷をクリアする。

Ｓ５０３でＡＦＣＰＵ４００は、ｒｓｔ信号、ｒｓｔｍ＿ｎ信号の出力を終了（すなわち、信号の値を０に）して、センサ部４０１とメモリ部４０３のリセットを完了させ、蓄積を開始する。なお、ＡＦＣＰＵ４００は、ｔｒａｎｓ＿ｎ信号についてはＳ５０２から継続して出力しているので、転送ゲート４０２はＯＮしており、蓄積中にセンサ部４０１で発生した信号電荷は転送ゲート４０２を通じてメモリ部４０３で蓄積され、電圧に変換される。

Ｓ５０４でＡＦＣＰＵ４００は、電荷蓄積が十分行われたか否かを、コンパレータ４０７の出力するｃｏｍｐ信号の値によって判定する。ラインセンサ対１０１−ｎの蓄積が十分であり、電荷蓄積を終了すべき場合には、ｐ−ｏｕｔ＞ＶＲとなり、コンパレータ４０７からｃｏｍｐ＝１が出力される。Ｓ５０４でｃｏｍｐ信号の値が１であれば、ＡＦＣＰＵ４００はＳ５０６以降の蓄積終了処理を実行する。一方、ｃｏｍｐ＝０が出力されている場合、ｐ−ｏｕｔ≦ＶＲで蓄積が不十分であるので、Ｓ５０５に進み、ＡＦＣＰＵ４００は、自身のレジスタｓｔｐ＿ｎの値を判定する。このレジスタｓｔｐ＿ｎの値は外部（例えば、カメラＣＰＵ１００）からＡＦＣＰＵ４００への通信により設定される。なお、第１タイプの読み出しでは、レジスタｓｔｐ＿ｎは、後述する図７のＳ７０８において蓄積時間が打ち切り時間に達した場合に１が設定されるもので、詳細は後述する。レジスタｓｔｐ＿ｎが１であればＳ５０６に進み、１でなければ、ＡＦＣＰＵ４００は、ｃｏｍｐ信号＝１となるまでＳ５０４における判定処理を継続する。

Ｓ５０６でＡＦＣＰＵ４００は、ｔｒａｎｓ＿ｎ信号の出力を終了し、転送ゲート４０２をＯＦＦする。これにより、ｔｒａｎｓ＿ｎ信号が出力されている間にメモリ部４０３に積分された蓄積電荷が記憶される。

Ｓ５０７でＡＦＣＰＵ４００は、蓄積終了フラグを示すレジスタｔｒ＿ｎに１を設定し、蓄積動作を終了する。外部（例えば、カメラＣＰＵ１００）からの通信でレジスタｔｒ＿ｎをモニタすることで、ラインセンサ対１０１−ｎの蓄積が終了したことを知ることができる。

次に、第２タイプの蓄積動作（第１の蓄積方法）を行うための制御方法を図６のフローチャートを用いて詳しく説明する。Ｓ６０１でカメラＣＰＵ１００からＡＦＣＰＵ４００のレジスタｓｔｒｔが１に設定されると、ＡＦＣＰＵ４００は焦点検出センサ１０１における蓄積動作を開始させる。

Ｓ６０２でＡＦＣＰＵ４００は、ラインセンサ対１０１−ｎの初期リセット動作を行う。ＡＦＣＰＵ４００は自身のレジスタを０にクリアした後、ｔｒａｎｓ＿ｎ信号、ｒｓｔ信号、ｒｓｔｍ＿ｎ信号を出力（すなわち、信号の値を１に）し、センサ部４０１とメモリ部４０３の電荷をクリアする。

Ｓ６０３でＡＦＣＰＵ４００は、ｔｒａｎｓ＿ｎ信号、ｒｓｔ信号の出力を終了（信号の値を０に）する。これにより、センサ部４０１のリセットが完了し、これよりセンサ部４０１で発生した蓄積電荷はセンサ部４０１で蓄積される。ここでは、ＡＦＣＰＵ４００は、ｔｒａｎｓ＿ｎ信号の出力を終了しているため転送ゲート４０２がＯＦＦしており、さらにｒｓｔｍ＿ｎ信号の出力は継続されているので、センサ部４０１における電荷蓄積中もメモリ部４０３はリセットされ続ける。

Ｓ６０４でＡＦＣＰＵ４００は、自身のレジスタｓｔｐ＿ｎの値を判定する。第２タイプの蓄積動作では、電荷蓄積中でもメモリ部４０３はリセット中のため、ｐ−ｏｕｔ＞ＶＲにはならず、ｃｏｍｐ信号によって蓄積停止を判定することはできない。そこで、外部（例えば、カメラＣＰＵ１００）からＡＦＣＰＵ４００への通信により、ＡＦＣＰＵ４００のレジスタｓｔｐ＿ｎの値を設定することで、外部から蓄積動作の終了を制御する。なお、レジスタｓｔｐ＿ｎは、後述する図７のＳ７０５またはＳ７０８において設定されるもので、詳細は後述する。ここでは、レジスタｓｔｐ＿ｎの値が１であればＡＦＣＰＵ４００は蓄積終了と判定し、Ｓ６０５以降の処理に移行する。一方、レジスタｓｔｐ＿ｎの値が０の場合、ＡＦＣＰＵ４００はレジスタｓｔｐ＿ｎの値の判定をＳ６０４で継続して実行する。

Ｓ６０５でＡＦＣＰＵ４００は、ｒｓｔｍ＿ｎ信号の出力を終了し、メモリ部４０３のリセットを完了する。その後、ＡＦＣＰＵ４００は、ｔｒａｎｓ＿ｎ信号の出力を開始して転送ゲート４０２をＯＮにし、ラインセンサ対１０１−ｎのセンサ部４０１で積分された蓄積電荷をメモリ部４０３へ転送する。電荷蓄積期間中、センサ部４０１からメモリ部４０３への電荷転送は行われず、さらに蓄積が終了して蓄積電荷が転送される直前まで、メモリ部４０３はリセットされ続けている。そのため、センサ部４０１における電荷蓄積期間中にメモリ部４０３で発生するノイズはメモリ部４０３に蓄積されない。

Ｓ６０６でＡＦＣＰＵ４００は、ｔｒａｎｓ＿ｎ信号の出力を終了し、転送ゲート４０２をＯＦＦする。これにより、Ｓ６０５で転送した電荷をメモリ部４０３に記憶する。Ｓ６０７では、ＡＦＣＰＵ４００内の蓄積終了フラグを示すレジスタｔｒ＿ｎに１を設定する。

このように、本実施形態において、ＡＦＣＰＵ４００は、２種類の異なるタイプの蓄積動作を行うことができる。さらに、外部（例えば、カメラＣＰＵ１００）からの通信でＡＦＣＰＵ４００のレジスタ値を設定することで、ラインセンサ対毎に蓄積タイプ（第１タイプか第２タイプか）に切替えることができる。

図５及び図６のフローチャートでは、任意のラインセンサ対１０１−ｎの蓄積動作の説明をしたが、ラインセンサ対１０１−１〜１８に対して同様の蓄積動作が行われる。ＡＦＣＰＵ４００は、ラインセンサ対１０１−１〜１８用のレジスタｔｒ＿１〜ｔｒ＿１８、ｓｔｐ＿１〜ｓｔｐ＿１８を有し、またラインセンサ対１０１−１〜１８用の信号線も有している。

（カメラの動作）
次に、上述した焦点検出センサ１０１を備える本第１の実施形態におけるカメラの動作について、図７のフローチャートを用いて詳しく説明する。この動作は、図１で示したカメラのスイッチＳＷ１がＯＮしたことにより、カメラＣＰＵ１００が実行する。

Ｓ７０１でカメラＣＰＵ１００は内部の被写体判定部１０２により、主要被写***置を判定する。ここでは、測距点選択スイッチ１０８の情報、つまり選択された測距点を主要被写***置と判断する。

Ｓ７０２でカメラＣＰＵ１００は、Ｓ７０１で判定した主要被写***置に基づいて、焦点検出センサ１０１のラインセンサ対１０１−１〜１８のそれぞれについて蓄積タイプ（第１タイプか第２タイプか）を決定する。そして、カメラＣＰＵ１００は、焦点検出センサ１０１のＡＦＣＰＵ４００と通信し、ＡＦＣＰＵ４００のレジスタ値を設定することで、ラインセンサ対１０１−１〜１８それぞれの蓄積タイプを設定する。

ここで蓄積タイプの決定方法について、図８を参照して詳細に説明する。図８は、主要被写***置と各ラインセンサ対１０１−ｎの蓄積タイプの対応表である。図８において、記号△と▲は第１タイプ、記号○と●は第２タイプを示す。主要被写***置である選択された測距点を形成するラインセンサ対は第２タイプ、その隣接したラインセンサ対は第１タイプに設定する。△と▲あるいは○と●以外のラインセンサ対については、蓄積制御を禁止する。

図７に戻り、Ｓ７０３でカメラＣＰＵ１００は、焦点検出センサ１０１のＡＦＣＰＵ４００と通信し、ＡＦＣＰＵ４００のレジスタｓｔｒｔに１を設定することにより、ＡＦ蓄積動作を開始させる。これにより、図５あるいは図６を参照して説明した蓄積動作を開始させる。また、カメラＣＰＵ１００は、自身の内部にある不図示のカウンタにより、蓄積時間Ｔの計測を開始する。

Ｓ７０４でカメラＣＰＵ１００は、新たに蓄積動作が終了したラインセンサ対があるか否かを、焦点検出センサ１０１のＡＦＣＰＵ４００のレジスタｔｒ＿ｎ（ｎ＝１〜１８）の値から判別する。ここでは、Ｓ７０２の動作で第１タイプに設定したラインセンサ対についてのみ蓄積終了判定する。蓄積終了したラインセンサ対があれば、Ｓ７０５へ移行する。一方、蓄積終了したラインセンサ対が無ければ、Ｓ７０７へ移行する。

Ｓ７０５でカメラＣＰＵ１００は、Ｓ７０４で判定した蓄積終了したラインセンサ対の近傍のラインセンサ対について蓄積を停止させる。ここでは、第１タイプに設定した△に対応したラインセンサ対の蓄積が終了した場合、第２タイプに設定した○に対応したラインセンサ対の蓄積を停止させる。また、第１タイプに設定した▲に対応したラインセンサ対が蓄積終了した場合、第２タイプに設定した●に対応したラインセンサ対の蓄積を停止させる。この際、カメラＣＰＵ１００は、焦点検出センサ１０１のＡＦＣＰＵ４００と通信し、ＡＦＣＰＵ４００のレジスタｓｔｐ＿ｎ（ｎ＝１〜１８）の内、蓄積停止させるラインセンサ対に対応したレジスタに１を設定することにより、ＡＦ蓄積動作を停止させる。

Ｓ７０６でカメラＣＰＵ１００は、蓄積を許可したラインセンサ対の全てについて蓄積が終了している場合は、カメラＣＰＵ１００はＳ７０９の信号読み出し動作を行う。一方、カメラＣＰＵ１００は蓄積終了していないラインセンサ対がある場合は、Ｓ７０４へ戻る。

Ｓ７０７では、カメラＣＰＵ１００は、自身のカウンタによる蓄積時間Ｔの判定を行う。蓄積時間Ｔ≧Ｔｍの場合は、焦点検出センサ１０１の蓄積時間が打切り時間Ｔｍに達しているので、Ｓ７０８に進む。一方、蓄積時間Ｔ＜Ｔｍの場合は、Ｓ７０４へ戻り蓄積動作を継続する。

Ｓ７０８でカメラＣＰＵ１００は、ＡＦＣＰＵ４００と通信し、蓄積を許可したラインセンサ対の内、蓄積を終了していないラインセンサ対に対応するＡＦＣＰＵ４００のレジスタｓｔｐ＿ｎ（ｎ＝１〜１８）に１を設定し、全ラインセンサ対の蓄積を終了させる。

Ｓ７０９でカメラＣＰＵ１００は、ＡＦＣＰＵ４００と通信し、主要被写***置の測距点を形成するラインセンサ対で得られた画素信号を読み出す。ＡＦＣＰＵ４００は、読み出し指示に応じてｓｈｉｆｔ信号を出力し、シフトレジスタ４０５を駆動して信号を読み出し、カメラＣＰＵ１００に出力する。カメラＣＰＵ１００は、焦点検出センサ１０１から出力される画素信号を順次Ａ／Ｄ変換し、不図示のＲＡＭに記憶する。

Ｓ７１０でカメラＣＰＵ１００は、Ｓ７０９で得たラインセンサ対の画素信号から、デフォーカス量を算出する。ここで、同じ測距点を構成する２組のラインセンサ対からの画素信号に基づいて得られたデフォーカス量の演算結果は、平均や重み付け平均するなどして最終結果とする。

Ｓ７１１でカメラＣＰＵ１００は、Ｓ７１０で算出したデフォーカス量が所望の範囲内、例えば１／４Ｆδ以内（Ｆ：レンズの絞り値、δ：定数（２０μｍ））であれば合焦と判断する。具体的にはカメラＣＰＵ１００は例えば、レンズの絞り値Ｆ＝２．０であれば、デフォーカス量が１０μｍ以下なら合焦と判断し、処理をＳ７１３へ移行する。

一方、デフォーカス量が１／４Ｆδより大きいならば、Ｓ７１２でカメラＣＰＵ１００は、Ｓ７１０で算出したデフォーカス量に対応するフォーカスレンズ駆動をレンズ通信回路１０４を介して撮像レンズ２００に指示する。そして、カメラＣＰＵ１００は処理をＳ７０２に戻し、合焦状態と判断されるまで前述の動作を繰り返す。

Ｓ７１３でカメラＣＰＵ１００はスイッチＳＷ２の状態を検出し、ＯＮの場合は、Ｓ７１５からの撮影動作を開始する。一方、Ｓ７１３でスイッチＳＷ２がＯＦＦの場合、カメラＣＰＵ１００はＳ７１４でスイッチＳＷ１の状態を検出する。Ｓ７１４でＳＷ１が依然としてＯＮであればカメラＣＰＵ１００はＳ７０２からの処理を繰り返し、ＳＷ１がＯＦＦになっていれば、ＡＦ動作を終了する。

Ｓ７１５で、カメラＣＰＵ１００は測光センサ１０６を用いて検出した測光値から被写体輝度ＢＶを求め、被写体輝度ＢＶを設定されたＩＳＯ感度ＳＶと加算して露出値ＥＶを求める。そして、カメラＣＰＵ１００は、例えば予め定められたプログラム線図を用いるなど公知の方法で、露出値ＥＶに対応する絞り値ＡＶおよびシャッタ速度ＴＶを決定する。カメラＣＰＵ１００は、クイックリターンミラー２０１を撮像光路から退避させると同時に、レンズ通信回路１０４を通じて撮像レンズ２００に対し、絞りを決定した絞り値ＡＶに対応する開口とするように指示する。その後、クイックリターンミラー２０１が撮像光路から完全に退避する。

Ｓ７１６で、カメラＣＰＵ１００はシャッタ制御回路１０７を介して電磁石１１７ａ、１１７ｂの通電時間よりシャッタスピードを制御し、撮像センサ１０５を露光する。Ｓ７１７でカメラＣＰＵ１００は、クイックリターンミラー２０１を撮像光路中の位置に戻し、撮影動作を終了する。なお、撮像センサ１０５で蓄積された像信号の処理（いわゆる現像処理や記録媒体への記録処理）は、公知の処理でよいため、ここでは説明を省略する。

ここで、図９を参照して具体例を説明する。図９（ａ）は、測距点選択スイッチ１０８により測距点３０３が選択された場合の、各ラインセンサ対の蓄積タイプの設定を示す。図８の対応表から、測距点３０３が選択された場合は、斜線で表したラインセンサ対１０１−５と１０１−６を第２タイプに設定する。ただし、第２タイプに設定されたラインセンサ対は、蓄積中に信号モニタができない。そこで、蓄積モニタ用として、隣接する測距点３０２、３０４を構成する一部のラインセンサ対１０１−４と１０１−７を第１タイプに設定する。第１タイプに設定されたラインセンサ対は、蓄積中に信号モニタができるため、焦点検出センサ１０１内で被写体輝度に応じて適切な蓄積制御が行える。そこで、本第１の実施形態では、ラインセンサ対１０１−４の蓄積が終了したタイミングでラインセンサ対１０１−５、ラインセンサ対１０１−７が終了したタイミングでラインセンサ対１０１−６の蓄積を終了する。

図９（ｂ）は測距点３０３から測距点３０４に移動選択された場合の各ラインセンサ対の蓄積タイプの設定を示す。図８の対応表から、測距点３０４が選択された場合は、斜線で表したラインセンサ対１０１−７と１０１−８を第２タイプに設定する。更に、蓄積モニタ用として、隣接する測距点３０３、３０５を構成する一部のラインセンサ対１０１−６と１０１−９を第１タイプに設定する。ラインセンサ対１０１−６の蓄積が終了したタイミングでラインセンサ対１０１−７、ラインセンサ対１０１−９の蓄積が終了したタイミングでラインセンサ対１０１−８の蓄積を終了する。

図９（ａ）ではラインセンサ対１０１−７の蓄積動作はモニタ用である第１タイプであったが、図９（ｂ）では焦点検出用の第２タイプに変わる。一方、図９（ａ）ではラインセンサ対１０１−６の蓄積動作は焦点検出用の第２タイプであったが、図９（ｂ）ではモニタ用の第１タイプに変わる。このように、選択された測距点に応じて、ラインセンサ対の蓄積タイプが変化する。

上記の通り本第１の実施形態によれば、電荷蓄積期間中に第１タイプのラインセンサ対で蓄積電荷を監視することができるため、電荷蓄積期間を適切に制御できるとともに、第２タイプのラインセンサ対からは質の高い像信号を得ることが可能である。特に被写体輝度が低い場合の画素信号のＳＮ比低下を抑制することができる。また、モニタ専用のラインセンサ対を配置する必要が無いので、焦点検出センサの設計が容易になる。

なお、本第１の実施形態では第２タイプに設定したラインセンサ対の蓄積を終了するタイミングについてはカメラＣＰＵ１００が制御しているが、焦点検出センサ１０１内のＡＦＣＰＵ４００が制御してもよい。

また、本第１の実施形態では、コンパレータ４０７は、ピーク検出回路４０４により検出された信号レベルの最大値（ｐ−ｏｕｔ）と所定の電圧ＶＲとを比較し、ｐ−ｏｕｔ＞ＶＲの場合にｃｏｍｐ信号として１、それ以外は０を出力する場合について説明した。しかしながら、本発明はこれに限るものではなく、例えば、メモリ部４０３に蓄積された信号レベルの最大値と最小値との差（コントラスト）を予め決められた値と比較し、超えた場合に、ｃｏｍｐ信号として１、それ以外は０を出力するようにしてもよい。

＜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。第２の実施形態では、主要被写体判定として顔情報を使用する例について説明する。なお、第１タイプと第２タイプの蓄積タイプを切替える点は第１の実施形態と同様であり、焦点検出光学系の構成についても第１の実施形態と同じでよいため、重複する説明は省略する。

図１０は、第２の実施形態に係る焦点検出センサを用いた光学機器の一例としてのカメラの構成例を示すブロック図である。なお、図１０のカメラの構成のうち、測光センサ１０９と顔検出部１１０以外は図１と同じであるため、同じ参照番号を付して説明を省略する。

測光センサ１０９は、測光や被写体認識のための被写体像を撮像するための多画素エリアセンサであり、画素部には、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の原色フィルターが設けられている。これにより、被写体像のＲＧＢ信号を出力することができる。カメラＣＰＵ１００は測光センサ１０９を制御することで、被写体の輝度を検出し、不図示の撮影レンズの絞り値やシャッタスピードを決定する。さらに、測光センサ１０９で得られた画像から被写体の輝度分布情報や色情報をＣＰＵ１００内の顔検出部１１０で処理することで、予め記憶してある人物の特徴情報から画像中に存在する主要被写***置を検出する。

（カメラの動作）
図１０に示すカメラの本第２の実施形態における動作例について、図１１のフローチャートを用いて詳しく説明する。この動作は、図１０で示したカメラのスイッチＳＷ１がＯＮしたことにより、カメラＣＰＵ１００が実行する。図１１に示す処理では、顔検出部１１０の検出結果に応じて被写体判定部１０２が主要被写***置を決定するところが、上述した図７に示す処理と異なる。なお、図７を参照して第１の実施形態で上述した処理と同様の処理には同じステップ番号を付し、適宜説明を省略する。

まず、Ｓ１１０１でカメラＣＰＵ１００内部の顔検出部１１０により画面中に存在する顔を検出し、さらに被写体判定部１０２により主要被写***置を判定する。ここでは、測光センサ１０９で得られた画像から被写体の輝度分布情報や色情報から人物の顔を検出し、その顔位置を主要被写***置とする。

Ｓ１１０２でカメラＣＰＵ１００は、Ｓ１１０１で判定した主要被写***置の情報から、焦点検出センサ１０１のラインセンサ対１０１−１〜１８のそれぞれについて蓄積タイプ（第１タイプか第２タイプか）を決定する。そして、カメラＣＰＵ１００は、焦点検出センサ１０１のＡＦＣＰＵ４００と通信し、ＡＦＣＰＵ４００のレジスタ値を設定することで、ラインセンサ対１０１−１〜１８の蓄積タイプを設定する。

ここで蓄積タイプの決定方法について、図１２で詳細に説明する。図１２は、主要被写***置と各ラインセンサ対１０１−ｎの蓄積タイプの対応表である。図１２において、記号△と▲は第１タイプ、記号○と●は第２タイプとする。図１２では、選択された測距点に対応したラインセンサ対を第２タイプに設定する。さらに、その隣接した測距点を形成する２つのラインセンサ対のうち、片方のラインセンサ対を第１タイプ、他方を第２タイプに設定する。△と▲あるいは○と●以外のラインセンサ対については、蓄積制御を禁止する。このように設定することで、主要被写体が選択された測距点位置から隣接した測距点に移動した場合でも、第２タイプに設定したラインセンサ対により像信号を取得することができる。

Ｓ１１０２で蓄積タイプを決定した後、Ｓ７０３〜Ｓ７０８では、図７を参照して説明した蓄積処理と同様にして蓄積処理を行う。

蓄積許可した全ラインセンサ対の蓄積を終了すると、Ｓ１１０９でカメラＣＰＵ１００は内部の顔検出部１１０により、再度、主要被写***置を判定する。この動作により、被写体が動いている場合などで、主要被写***置がＳ１１０１で決定した測距点位置から近傍の測距点に移動しても対応できる。

Ｓ１１１０でカメラＣＰＵ１００は、ＡＦＣＰＵ４００と通信し、Ｓ１１０９検出された主要被写***置に対応した測距点を形成するラインセンサ対のうち第２タイプに設定されたラインセンサ対で得られた画素信号を読み出す。Ｓ１１０９で検出した主要被写***置がＳ１１０１で検出した主要被写***置と異なる、つまり、隣接した測距点に移動した場合でも、第２タイプに設定したラインセンサ対が１本存在する。ＡＦＣＰＵ４００は、読み出し指示に応じてｓｈｉｆｔ信号を出力し、シフトレジスタ４０５を駆動して信号を読み出し、カメラＣＰＵ１００に出力する。カメラＣＰＵ１００は、焦点検出センサ１０１から出力される画素信号を順次Ａ／Ｄ変換し、不図示のＲＡＭに記憶する。

Ｓ１１１１でカメラＣＰＵ１００は、Ｓ１１１０で得たラインセンサ対の画素信号から、デフォーカス量を算出する。ここで、Ｓ１１１０で読出したラインセンサ対が２本ある場合は、得られたデフォーカス量の演算結果を平均や重み付け平均するなどして最終結果とする。

Ｓ７１１〜Ｓ７１７の動作については、図７を参照して第１の実施形態で説明した処理と同様であるので、ここでは説明を省略する。

ここで、図１３を参照して、顔検出位置が測距点３０６である場合のラインセンサの蓄積タイプの設定について説明する。図１３（ａ）は撮影画面例を示している。測距点３０１から測距点３０９のうち左から６番目の測距点３０６に顔が存在している。この場合のラインセンサ対と測距点の位置関係を図１３（ｂ）に示す。図１２の対応表から、斜線で表したラインセンサ対１０１−９、１０１−１１、１０１−１２、１０１−１４を第２タイプに設定する。ただし、第２タイプに設定されたラインセンサ対は、蓄積中に信号モニタができない。そこで、蓄積モニタ用として、ラインセンサ対１０１−９と１０１−１１の間のラインセンサ対１０１−１０と、ラインセンサ対１０１−１２と１０１−１４の間のラインセンサ対１０１−１３を第１タイプに設定する。第１タイプに設定されたラインセンサ対は、蓄積中に信号モニタができるため、焦点検出センサ１０１内で被写体輝度に応じて適切な蓄積制御を行うことができる。ラインセンサ対１０１−１０の蓄積が終了したタイミングで隣接するラインセンサ対１０１−９とラインセンサ対１０１−１１の蓄積を終了する。また、ラインセンサ対１０１−１３が終了したタイミングで隣接するラインセンサ対１０１−１２とラインセンサ対１０１−１４の蓄積を終了する。

以上説明したように、主要被写***置が最初に検出した測距点位置から別の測距点に移動した場合でも、像信号の検出が可能となる。

なお、第２の実施形態では、主要被写体の判定として人物の顔を用いているが、顔以外の特徴を検出してもよい。

また、上述した第１及び第２の実施形態では、焦点検出センサ１０１が複数のラインセンサ対により構成されるものとして説明したが、本発明はラインセンサに限られるものではない。例えば、複数の光電変換素子を２次元に配置した光電変換素子群を測距点に対応する位置に配した構成としてもよい。

以上説明した実施形態では、スチルカメラにおける実施形態を説明したが、本発明はこれに限るものではなく、焦点調節を行う様々な撮像装置に適用することができる。例えば、動画撮影を行うカムコーダ（ムービーカメラ）、各種検査カメラ、監視カメラ、内視鏡カメラ、ロボット用カメラ等に応用しても良い。

１００ カメラＣＰＵ
１０１ 焦点検出センサ
１０１−１〜１０１−１８ ラインセンサ
１０２ 被写体判定部
１０５ 撮像センサ
１０６ 測光センサ
１０８ 測距点選択スイッチ
１１０ 顔検出部
３０１〜３０８ 測距点
４００ ＡＦＣＰＵ
４０１ センサ部
４０３ メモリ部
４０４ ピーク検出回路

Claims (11)

1. 複数の焦点検出領域に対応し、入射した光に応じて電荷を発生する複数の光電変換素子群と、
   前記複数の焦点検出領域のいずれかを選択する選択手段と、
   前記複数の光電変換素子群から転送手段を介して転送される電荷をそれぞれ保持するための複数の保持手段と、
   前記光電変換素子群ごとの蓄積方法を前記転送手段を制御することで、前記光電変換素子群で発生した電荷を該光電変換素子群において蓄積する第１の蓄積方法と、前記光電変換素子群で発生した電荷を前記保持手段に転送して蓄積する第２の蓄積方法とのいずれかに設定する設定手段と、
   前記保持手段に保持された電荷の信号レベルを、前記第２の蓄積方法に設定された前記光電変換素子群ごとにモニタするモニタ手段と、
   前記モニタ手段がモニタした信号レベルに基づいて前記光電変換素子群ごとの蓄積終了を制御する制御手段と、を有し、
   前記設定手段は、前記複数の光電変換素子群のうち、前記選択手段により選択された焦点検出領域に対応する光電変換素子群の蓄積方法を前記第１の蓄積方法に設定し、前記第１の蓄積方法に設定された光電変換素子群に隣接する光電変換素子群の蓄積方法を前記第２の蓄積方法に設定し、
   前記制御手段は、前記モニタ手段がモニタした前記第２の蓄積方法に設定された光電変換素子群の信号レベルに基づいて、当該光電変換素子群及び隣接する前記第１の蓄積方法に設定された光電変換素子群における電荷の蓄積終了を制御することを特徴とする焦点検出装置。
2. 前記制御手段は、前記第１の蓄積方法で制御する光電変換素子群に電荷を蓄積する間、対応する前記保持手段をリセット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. 前記選択手段は、外部から前記複数の焦点検出領域のいずれかを選択する指示を受けることを特徴とする請求項１または２に記載の焦点検出装置。
4. 測光手段から得られる輝度の分布、及び、色の情報に基づいて被写体を判定する被写体判定手段を更に有し、
   前記選択手段は、前記被写体判定手段により判定された被写体を含む焦点検出領域を選択することを特徴とする請求項１または２に記載の焦点検出装置。
5. 前記焦点検出領域はそれぞれ複数の前記光電変換素子群に対応し、
   前記設定手段は、前記複数の光電変換素子群のうち、前記被写体を含む焦点検出領域に対応する前記光電変換素子群及び前記被写体を含む焦点検出領域に隣接する焦点検出領域に対応する前記光電変換素子群の一部の蓄積方法を前記第１の蓄積方法に設定し、前記隣接する焦点検出領域に対応する他の光電変換素子群の蓄積方法を前記第２の蓄積方法に設定することを特徴とする請求項４に記載の焦点検出装置。
6. 前記制御手段は、前記第１の蓄積方法及び前記第２の蓄積方法のいずれにも設定されなかった前記光電変換素子群の電荷の蓄積を禁止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. 前記選択手段により選択された焦点検出領域に対応する前記光電変換素子群から得られた電荷に応じた像信号に基づいて、焦点状態を検出する焦点検出手段を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の焦点検出装置。
8. 前記焦点検出手段は、前記像信号の位相差に基づいて焦点状態を検出することを特徴とする請求項７に記載の焦点検出装置。
9. 前記制御手段は、前記モニタ手段がモニタした前記第２の蓄積方法に設定された光電変換素子群の信号レベルが、予め決められた値を超えた場合、または、当該信号のコントラストを示す値が予め決められた値を超えた場合に、電荷の蓄積を終了させることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の焦点検出装置。
10. 撮像手段と、
    請求項１乃至９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。
11. 複数の焦点検出領域に対応し、入射した光に応じて電荷を発生する複数の光電変換素子群と、前記複数の光電変換素子群から転送手段を介して転送される電荷をそれぞれ保持するための複数の保持手段とを有する焦点検出装置の制御方法であって、
    選択手段が、前記複数の焦点検出領域のいずれかを選択する選択工程と、
    設定手段が、前記光電変換素子群ごとの蓄積方法を前記転送手段を制御することで、前記複数の光電変換素子群のうち、前記選択工程で選択された焦点検出領域に対応する光電変換素子群の蓄積方法を、該光電変換素子群で発生した電荷を該光電変換素子群において蓄積する、第１の蓄積方法に設定するとともに、前記第１の蓄積方法に設定された光電変換素子群に隣接する光電変換素子群の蓄積方法を、該光電変換素子群で発生した電荷を前記保持手段に転送して蓄積する、第２の蓄積方法に設定する設定工程と、
    モニタ手段が、前記保持手段に保持された電荷の信号レベルを、第２の蓄積方法に設定された前記光電変換素子群ごとにモニタするモニタ工程と、
    制御手段が、前記モニタ工程でモニタした前記第２の蓄積方法に設定された光電変換素子群の信号レベルに基づいて、当該光電変換素子群及び隣接する前記第１の蓄積方法に設定された光電変換素子群における電荷の蓄積終了を制御する制御工程と、
    を有することを特徴とする焦点検出装置の制御方法。

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