JP2006133515A - 焦点検出装置を有するカメラ - Google Patents

Abstract

【課題】焦点検出装置における測距精度を十分に向上することで撮像素子の高画素化に対応できるようにする。
【解決手段】ＡＦセンサを構成する各センサ列を、等間隔の画素ピッチで複数のセンサ画素を配列した３本の画素列を互いに１／２画素ピッチずらした千鳥配置で構成する。そして、各画素列が被写体の同一部位の光束を取得しているときには、隣接した１対の画素列の画素信号を交互に読み出して相関演算し合成像ずれ量を算出する。そして、得られる２つの合成像ずれ量を平均化して最終的な像ずれ量を算出する。また、各画素列が被写体の同一部位の光束を取得していないときには、各画素列の画素信号をそれぞれ読み出して個々に相関演算し像ずれ量を算出し、得られる３つの像ずれ量を平均化して最終的な像ずれ量を算出する。
【選択図】図８

Description

本発明は、焦点検出装置を有するカメラに関し、特に撮影画面内の複数点の焦点状態又は被写体までの距離を検出可能な焦点検出装置を有するカメラに関する。

例えば、デジタルカメラにおいては、撮像素子の高画素化が進んでおり、これに対応した測距精度の向上が要求されている。特に、これまでは解像度が低かったため撮像素子にて撮影した画像のほぼ全体を使用して写真印刷を行っていたが、今後は高画素化により解像度が向上するため、撮像素子にて撮影した画像のほぼ全体を使用して写真印刷を行うのみでなく、撮影した画像のほんの一部を拡大した写真印刷も可能になる。このため、より一層の測距精度の向上が要求されている。

測距精度を向上するには、例えば、フォトダイオード等のセンサ画素を配列したラインセンサの各センサ画素の画素ピッチを小さくすればよいことが知られている。画素ピッチを１／２にすることで測距精度は√２倍向上する。しかし、画素ピッチを小さくするためにセンサ画素の面積を小さくするとセンサノイズが大きくなるためセンサノイズを小さくする対策が必要になる。一方、センサ画素の面積を小さくすること無く画素ピッチを小さくする方法としてセンサの千鳥配置が知られている。例えば、複数のセンサ画素をライン上に配列したラインセンサを２つ使用し、この２つのラインセンサを、各センサ画素が互いに１／２画素ピッチずれるように配置したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平６−１８７７９号公報

しかしながら、特許文献１記載のものは、測距精度を√２倍に向上できるが、２ラインの限定されているため、それ以上の向上は望めなかった。
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、測距精度を十分に向上することができ、撮像素子の高画素化に対応できる焦点検出装置を有するカメラを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の一態様による焦点検出装置を有するカメラは、撮影画面内の複数の測距点における被写体の焦点状態又は被写体までの距離を検出する焦点検出装置を有するカメラにおいて、等間隔の画素ピッチで複数のセンサ画素を配列してなる画素列を３ライン以上並べて１つのセンサ列を構成し、このセンサ列を各測距点に対応して複数配置した焦点検出用センサを具備する。

この一態様によれば、画素列を３ライン以上並べて１つのセンサ列を構成したので、従来よりも測距精度を向上させることができる。

また、他の態様による焦点検出装置を有するカメラは、各センサ列を構成する画素列において、隣接する画素列を互いに１／２画素ピッチずらして配置する。これにより、測距精度をさらに向上することができる。

また、他の態様による焦点検出装置を有するカメラは、焦点検出用センサのセンサ列における各画素列の画素出力を相関演算することにより像ずれ量を算出する像ずれ量算出手段を更に設け、この像ずれ量算出手段により２つの画素列の画素出力を合成し、この合成した出力を相関演算して像ずれ量を算出する。これにより、測距精度をさらに向上することができる。

また、他の態様による焦点検出装置を有するカメラは、像ずれ量算出手段により、全ての画素列に対して２つの画素列の画素出力をそれぞれ合成するとともにこの合成した出力を相関演算して複数の合成像ずれ量を算出し、この算出した複数の合成像ずれ量を平均化して最終の像ずれ量を算出する。これにより、測距精度をさらに向上することができる。

また、他の態様による焦点検出装置を有するカメラは、像ずれ量算出手段により、全ての画素列について、画素列毎に画素出力を相関演算して複数の像ずれ量を算出し、この算出した複数の像ずれ量の平均化して最終の像ずれ量を算出する。これにより、測距精度をさらに向上することができる。

本発明によれば、測距精度を十分に向上することができ、撮像素子の高画素化に対応できる焦点検出装置を有するカメラを提供できる。

以下、本発明の一実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、焦点検出装置を有するカメラにおける、焦点検出装置について示した図で、レンズ交換式の一眼レフレックスカメラを想定して図示したものである。このカメラは、交換レンズ１１とカメラボディ１２とから構成されている。

前記交換レンズ１１は、カメラボディ１２の前面に設けられた図示しないカメラマウントを介してカメラボディ１２に着脱自在に取り付けられている。この交換レンズ１１の内部には、フォーカスレンズ１１１と、レンズ駆動部１１２と、レンズＣＰＵ１１３とが設けられている。

前記フォーカスレンズ１１１は、撮影光学系に含まれる焦点調節用のレンズであり、レンズ駆動部１１２内の図示しないモータによってその光軸方向（図１の矢印で示す方向）に駆動される。なお、実際の撮影光学系は複数のレンズから構成されているが、図１ではフォーカスレンズ１１１のみを図示している。前記レンズ駆動部１１２は、モータとその駆動回路（モータドライバ）とから構成されている。前記レンズＣＰＵ１１３は、レンズ駆動部１１２の制御などを行う制御回路である。このレンズＣＰＵ１１３は、通信コネクタ１１４を介して前記カメラボディ１２内のＡＦ演算ＡＳＩＣ１２１と通信可能に構成されている。前記レンズＣＰＵ１１３からＡＦ演算ＡＳＩＣ１２１には、レンズＣＰＵ１１３に予め記憶されている、フォーカスレンズの製造ばらつき情報やフォーカスレンズの収差情報などのレンズ情報が送信される。

前記カメラボディ１２は、以下のように構成されている。
交換レンズ１１内のフォーカスレンズ１１１を介してカメラボディ１２内に入射した図示しない被写体からの光束は、メインミラー１２２で反射されて、フォーカシングスクリーン１２３、ペンタプリズム１２４を介して接眼レンズ１２５に至る。これにより、図示しない被写体の状態を観察することができる。

前記メインミラー１２２の中央部はハーフミラーになっており、このメインミラー１２２がダウン位置（図示の位置）にあるときには、ハーフミラー部を一部の光束が透過して、メインミラー１２２に設置されたサブミラー１２６で反射される。なお、メインミラー１２２がアップ位置にある時には、サブミラー１２６は折り畳まれるようになっている。また、メインミラー１２２の後方には、撮影光学系を通過した被写体像を光電変換するための撮像素子１２７が配置されている。即ち、前記メインミラー１２２がアップ位置にある場合には、フォーカスレンズ１１１を通った光束が、撮像素子１２７に結像して光電変換される。

また、前記サブミラー１２６で反射された光束は、自動焦点検出を行うためのＡＦ光学系（コンデンサレンズ１２８、全反射ミラー１２９、セパレータレンズ１３０などから構成される）に導かれ、このＡＦ光学系を通過して、焦点検出用センサ装置としてのＡＦセンサ１３１に導かれる。そして、このＡＦセンサ１３１に光束が入射した後、この入射光束が電気信号に変換される。前記ＡＦセンサ１３１からの電気信号（センサ出力）は前記ＡＦ演算ＡＳＩＣ１２１に入力される。

前記ＡＦ演算ＡＳＩＣ１２１では、入力されたセンサ出力に基づいて後で説明するＡＦ演算が行われる。このＡＦ演算結果がシステムコントローラ１３２に入力され、このシステムコントローラ１３２によりレンズＣＰＵ１１３が制御され、このレンズＣＰＵ１１３によりレンズ駆動部１１２を介してフォーカスレンズ１１１が合焦駆動される。

次に、ＡＦ光学系及びＡＦセンサ１３１について更に詳しく説明する。
図２（ａ）は、図１のカメラで用いられるＡＦ光学系の２次結像系を模式的に示した図である。ＡＦ光学系は、コンデンサレンズ１２８と、全反射ミラー１２９と、セパレータレンズ１３０とから構成されている。なお、図２（ａ）における破線は１次結像面を示し、一点鎖線はＡＦ光学系の光路を示している。

前記セパレータレンズ１３０の後方には前記ＡＦセンサ１３１が配置されている。前記ＡＦセンサ１３１は、横線検出センサ列１３１ａ、１３１ｂと縦線検出センサ列１３１ｃ、１３１ｄによって構成されている。

図２（ｂ）はフォーカスレンズ１１１からＡＦセンサ１３１に至る光束の様子を図示したものである。図２（ｂ）では全反射ミラー１２９を省略している。また、光束については撮影画面の横方向に関する焦点状態を検出するための横線検出光束のみを図示し、横線検出光束と直交する縦線検出光束については省略している。なお、以下の説明は横線検出光束を対象としているが、縦線検出光束の場合も同様である。

図２（ｂ）において、フォーカスレンズ１１１の異なる射出瞳１１１ａ、１１１ｂを通過した１対の横線検出光束は、前記サブミラー１２６で反射された後、コンデンサレンズ１２８に入射してそれぞれ集光される。そして、集光された１対の横線検出光束が全反射ミラー１２９において反射された後、図示しない視野絞りを介してセパレータレンズ１３０ａ、１３０ｂに入射する。さらに、セパレータレンズ１３０ａ、１３０ｂにそれぞれ入射した横線検出光束が、横線検出センサ列１３１ａ，１３１ｂの特定領域に結像する。

前記ＡＦセンサ１３１は、例えば、図３に示す１５点の測距点の焦点状態を検出するために図４のようなセンサアレイ配置になっている。即ち、横線検出センサ列１３１ａ、１３１ｂは、それぞれ５本のセンサ列から構成されている。各センサ列は互いに平行にかつ等間隔で配置されている。また、縦線検出センサ列１３１ｃ、１３１ｄは、それぞれ３本のセンサ列から構成されている。各センサ列は互いに平行にかつ等間隔で配置されている。

前記ＡＦセンサ１３１を構成する各センサ列は、図５に示すように、３ライン以上の画素列、例えば、３本の画素列１４１，１４２，１４３によって構成されている。そして、各画素列１４１，１４２，１４３は、等間隔の画素ピッチで複数のセンサ画素ＳＰを配列した構成になっている。前記各画素列１４１，１４２，１４３は、互いに１／２画素ピッチずらして配置している。即ち、画素列１４１と画素列１４２を１／２画素ピッチずらし、画素列１４２と画素列１４３を１／２画素ピッチずらした、いわゆる千鳥配置になっている。そして、横線検出センサ列１３１ａ、１３１ｂ及び縦線検出センサ列１３１ｃ、１３１ｄは、全体をＮ1、Ｎ2、Ｎ3、Ｎ4、Ｎ5の５つに領域分割している。なお、１つのセンサ画素ＳＰのサイズは、例えば、１０μｍ×５０μｍになっている。

次に、前記ＡＦセンサ１３１の回路構成について述べる。この回路は、横線検出光束に対しては横線検出センサ列１３１ａ、１３１ｂの一方を基準部、他方を参照部として機能させる。また、縦線検出光束に対しては縦線検出センサ列１３１ｃ、１３１ｄの一方を基準部、他方を参照部として機能させる。なお、ここでは検出センサ列のうちの１本のセンサ列についての回路構成について説明する。

基準部のセンサ列も参照部のセンサ列も３本の画素列１４１，１４２，１４３によって構成されるのは前述した通りであるが、具体的には、図６に示すように、各画素列１４１，１４２，１４３を、センサ画素ＳＰを構成するフォトダイオードを配列したフォトダイオード列１５１と、各フォトダイオードが検知した受光出力を画素信号として蓄積する蓄積列１５２と、画素信号を転送する転送路１５３と、前記蓄積列１５２から画素信号を転送路１５３に出力する転送スイッチ列１５４によって構成している。

そして、画素列１４１と画素列１４２は互いにフォトダイオード列１５１を対向させ、外側に転送路１５３を配置し、画素列１４２と画素列１４３との間にモニタ用のフォトダイオード列１５５を配置し、そのフォトダイオード列１５５に画素列１４３のフォトダイオード列１５１を対向して配置し、この画素列１４３の転送路１５３を外側に配置している。

前記各画素列１４１，１４２，１４３の転送路１５３に出力される画素信号をＦＤＡ（Floating Diffusion Amplifier）１５６によって順次取出し、増幅回路１５７によって増幅した後、出力選択回路１５８に出力している。また、前記モニタ用のフォトダイオード列１５５が検知した受光出力をモニタ出力として前記出力選択回路１５８及び積分時間制御回路１５９に出力している。前記積分時間制御回路１５９は、モニタ出力を取り込み、その出力が一定値以上になったときセンサ回路内において自動的に積分を終了させる制御や、モニタ出力が一定値以上にならなくても最大積分時間に達したとき自動的に積分を終了させる制御を行う。なお、一定値や最大積分時間は調整可能になっている。

前記出力選択回路１５８は、各画素列１４１，１４２，１４３からの画素信号を出力させるか、モニタ出力を出力させるか選択制御する。なお、出力選択回路１５８は、温度センサ１６０の検知温度によって出力電圧を温度補償するようになっている。
このような回路構成を持つＡＦセンサ１３１の出力に基づいて測距点の焦点状態を検出することができる。このときの焦点状態の検出手法としては、例えば相関演算を用いた手法がある。この相関演算を用いた手法について説明する。

相関演算を行うのに先立って、まず、前記ＡＦ演算ＡＳＩＣ１２１は、ＡＦセンサ１３１から入力された各測距点のセンサデータ（画素信号を処理したデータ）を図示しないＲＡＭに記憶させる。次に、各センサ列１３１ａ，１３１ｂ，１３１ｃ，１３１ｄの各画素列１４１，１４２，１４３を構成するフォトダイオード出力の不均一性を補正するための補正データを用いてＲＡＭに記憶させたセンサデータを補正する。ここでの補正データは、例えば均一輝度面を観察したときのセンサデータのばらつきを補正するようなデータを用いればよい。

センサデータの補正が終了した後、相関演算が行われる。ここで、相関演算とは、対をなすセンサ列間、例えば、横線検出センサ列１３１ａと横線検出センサ列１３１ｂの各対をなすセンサ列間や縦線検出センサ列１３１ｃと縦線検出センサ列１３１ｄの各対をなすセンサ列間に入射した２像の間隔、すなわち、像ずれ量を算出する演算である。

この相関演算においては、対をなすセンサ列間でセンサデータの比較（相関値の算出演算）が行われ、この比較の結果、相関値が最も小さくなるような２像間隔が算出される。そして、算出した２像間隔に基づいて被写体距離やフォーカスレンズ１１１を駆動する際のデフォーカス量が算出される。

例えば、３本の画素列１４１，１４２，１４３からなるセンサ列において、このセンサ列が被写体の同一部位の光束を取得している場合には、隣り合う２本の画素列を合成して１組のラインセンサと考える。すなわち、画素列１４１と画素列１４２を１組のラインセンサと考え、画素列１４２と画素列１４３をもう１組のラインセンサと考える。そして、各画素列１４１，１４２，１４３のセンサ画素ＳＰに対して図７に示すように画素番号1〜15…を付したときに、１組のラインセンサについては、画素1→画素2→画素4→画素5→画素7→画素8→画素10…の順に画素を並べ替えて相関演算を行い、２像間隔、即ち、像ずれ量を算出する。また、もう１組のラインセンサについては、画素2→画素3→画素5→画素6→画素8→画素9→画素11…の順に画素を並べ替えて相関演算を行い、像ずれ量を算出する。

また、センサ列が被写体の同一部位の光束を取得していない場合には、画素列１４１，１４２，１４３を合成せずに画素列毎に相関演算を行い像ずれ量を算出する。
そして、センサ列が被写体の同一部位の光束を取得している場合においても、また、センサ列が被写体の同一部位の光束を取得していない場合においても、算出した複数の像ずれ量を信頼性で加重加算平均する。

このような操作を行うことで、センサ列が被写体の同一部位の光束を取得している場合には、２つの画素列の合成によって精度を√２倍高めることができ、また、算出した複数の像ずれ量の平均を取ることで精度をさらに√２倍高めることができ、総合的には精度を２倍に高めることができる。

各画素列１４１，１４２，１４３からなるセンサ列における相関演算処理をフローチャートで示すと、図８に示すようになる。この相関演算処理はＡＦ演算ＡＳＩＣ１２１によって行われる。画素列番号をｋとすると、先ず、ステップＳ１にて、ｋ＝１にする。そして、ステップＳ２にて、ｋラインと（ｋ＋１）ラインで類似性を有するかを判断する。この場合、ｋラインは画素列１４１に相当し、（ｋ＋１）ラインは画素列１４２に相当する。ステップＳ２にて類似性があると判断した時には、さらに、ステップＳ３にてｋラインで算出したデフォーカス量と（ｋ＋１）ラインで算出したデフォーカス量が同一であるかを判断する。そして、同一であることを判断したときには、ｋラインと（ｋ＋１）ラインは被写体の同一部位の光束を取得していると判断し、ステップＳ４にて、ｋラインと（ｋ＋１）ラインの信号を合成して相関演算し像ずれ量を算出する。

また、ステップＳ２にて、ｋラインと（ｋ＋１）ラインで類似性が無いと判断するか、ステップＳ２にて類似性ありと判断してもステップＳ３にてｋラインと（ｋ＋１）ラインのデフォーカス量が同一で無いと判断したときには、ｋラインと（ｋ＋１）ラインは被写体の同一部位の光束を取得していないと判断し、ステップＳ５にて、ｋラインの信号と（ｋ＋１）ラインの信号を個々に相関演算し像ずれ量を算出する。

像ずれ量の算出を終了すると、ステップＳ６にて、ｋの値に１を加算し、ステップＳ７にてｋ＝３になったかを判断する。ここではｋ＝２で３になっていないので、ステップＳ２に戻って同様の処理を行う。今度は、ｋラインは画素列１４２に相当し、（ｋ＋１）ラインは画素列１４３に相当する。そして、像ずれ量の算出が終了し、ステップＳ６にてｋの値に１を加算する。これにより、ｋ＝３になるので、ステップＳ７にてそれが判断され、ステップＳ８にて、算出した複数の像ずれ量を信頼性で加重加算平均して処理を終了する。

この相関演算処理におけるステップＳ２での類似性の判断は、図９に示すように、ｋラインの信号出力ｓ１と（ｋ＋１）ラインの信号出力ｓ２との間の相関値Ｆを、
Ｆ＝Σ|ＤＬ(i)−ＤＲ(i)|
の式で、シフト量を−４〜＋４として計算して求める。
また、ステップＳ３での同一デフォーカス量の判断は、隣接した画素列を合成しない状態での像ずれ量を算出し、同一の像ずれ量になっているかで判断する。具体的には、
ｍａｘ（像ずれ量−平均像ずれ量）＜閾値
であれば、同一像ずれ量になっていると判断する。

また、ステップＳ４におけるｋラインの画素列と（ｋ＋１）ラインの画素列の信号合成は、図１０に示すように、見かけ上画素ピッチが１／２になるように信号の合成処理を行う。すなわち、ｋラインの画素列の信号出力ｓ１を例えば１画素分図中左へシフトしてから（ｋ＋１）ラインの画素列の信号出力ｓ２と合成することで見かけ上画素ピッチが１／２になるように信号処理された合成信号ｓ３が得られる。

また、相関演算の結果として算出された像間隔の信頼性が低い場合には、誤ったデフォーカス量が算出されるおそれがあるので、デフォーカス量の算出を行うのに先立ってセンサデータの信頼性を判定することが好ましく、ステップＳ８の処理は予め信頼性判定手段にて信頼性が高いと判定した結果に基づく処理である。信頼性としては、被写体像のコントラスト及び相関演算における信頼性係数の一方又は両方を用いる。前記信頼性判定手段による信頼性の判定は、例えば、センサデータのコントラストが所定レベル以上大きく、かつ演算された相関値が所定値よりも小さい場合に信頼性が高いと判定する。

ステップＳ８では、複数の像ずれ量を信頼性で加重加算平均して最終像ずれ量を算出する。最終像ずれ量の算出は、ステップＳ４の処理を行ったか、ステップＳ５の処理を行ったかで演算が異なる。

前記ステップＳ４にて、ｋラインの画素列と（ｋ＋１）ラインの画素列の信号の合成処理を行って像ずれ量を算出した場合は、最終像ずれ量Ｒ（合成）は、画素列１４１の信号と画素列１４２の信号の合成によって求めた合成像ずれ量をＰ12、画素列１４２の信号と画素列１４３の信号の合成によって求めた合成像ずれ量をＰ23、画素列１４１の信号と画素列１４２の信号との信頼性をＱ12、画素列１４２の信号と画素列１４３の信号との信頼性をＱ23とすると、
Ｒ（合成）＝｛（Ｐ12×Ｑ12）＋（Ｐ23×Ｑ23）｝／（Ｑ12＋Ｑ23）
によって求める。

また、前記ステップＳ５にて、ｋラインの画素列と（ｋ＋１）ラインの画素列の信号を合成せずに像ずれ量を算出した場合は、最終像ずれ量Ｒ（非合成）は、画素列１４１の信号によって求めた像ずれ量をＰ1、画素列１４２の信号によって求めた像ずれ量をＰ2、画素列１４３の信号によって求めた像ずれ量をＰ3、画素列１４１の信頼性をＱ1、画素列１４２の信頼性をＱ2、画素列１４３の信頼性をＱ3とすると、
Ｒ（非合成）＝｛（Ｐ1×Ｑ1）＋（Ｐ2×Ｑ2）＋（Ｐ3×Ｑ3）｝／（Ｑ1＋Ｑ2＋Ｑ3）
によって求める。

なお、最終像ずれ量において信頼性を加味しない場合には算出された複数の像ずれ量の平均値によって求める。すなわち、最終像ずれ量Ｒ（合成）は、
Ｒ（合成）＝（Ｐ12＋Ｐ23）／２
によって求め、最終像ずれ量Ｒ（非合成）は、
Ｒ（非合成）＝（Ｐ1＋Ｐ2＋Ｐ3）／３
によって求める。
なお、信頼性を加味するか否かは、例えばシステムコントローラ１３２において設定すればよい。

信頼性が判定された後、カメラの測距点選択モードに応じて測距点の選択が行われる。測距点選択モードがシングルポイントモードの場合には、撮影者によって指定された１点におけるデフォーカス量が算出される。また、測距点選択モードがマルチモードの場合には、全測距点の中で信頼性の高いセンサデータを出力する測距点が選択され、更に選択された測距点の中で最至近の測距点が選択され、この選択された測距点における２像間隔がデフォーカス量の算出に使用される。ここで、最至近として選択された測距点の２像間隔とほぼ同一な２像間隔を持つ測距点が複数存在する場合には、これらの測距点の像は同一の被写体の像であると見なされ、同一の２像間隔を持つ複数の測距点の２像間隔の平均値がデフォーカス量の算出に使用される。

このような測距点の選択の結果、得られた２像間隔、即ち、像ずれ量から、光学的に算出されたデフォーカス係数により、デフォーカス量が算出される。このようにして得られたデフォーカス量に対し、温度によるばらつきや、製造時のボディばらつき、製造時のフォーカスレンズのばらつきなどによるデフォーカス量の誤差の補正がなされて、最終的なデフォーカス量が得られる。
デフォーカス量が算出された後は、算出されたデフォーカス量がレンズＣＰＵ１１３に送信される。この送信されたデフォーカス量に基づいてレンズＣＰＵ１１３がレンズ駆動部１１２を制御することにより、フォーカスレンズ１１１の合焦駆動が行われる。

また、選択された測距点はファインダ内にスーパーインポーズによって表示される。測距点選択モードがシングルポイントモードの場合には選択された測距点のみがファインダ内にスーパーインポーズされる。また、測距点選択モードがマルチモードの場合には、像ずれ量の平均値算出に使用した全ての測距点がファインダ内にスーパーインポーズされる。

図１１はこの実施の形態に係る焦点検出装置を搭載したカメラの全体的な電気回路の構成を示すブロック図である。このブロック図では交換レンズ１１とカメラボディ１２とを区別せずに図示している。
カメラの所定位置にはフォーカスレンズ１１１を含むズームレンズ系１６１が配設されている。このズームレンズ系１６１は、上記フォーカスレンズ１１１を含む撮影光学系を１つのレンズによって代表して図示したものである。このズームレンズ系１６１は前記レンズ駆動部１１２によって駆動される。レンズ駆動部１１２は前記レンズＣＰＵ１１３によって制御される。

ズームレンズ系１６１の入射光の光路上には前記撮像素子１２７が配置されている。この撮像素子１２７は、撮像回路１６２、Ａ／Ｄ変換回路１６３を介してバスライン１６４に接続されている。前記バスライン１６４には、前記システムコントローラ１３２とＡＦ演算ＡＳＩＣ１２１が接続されている。そして、前記ＡＦ演算ＡＳＩＣ１２１にはＡＦセンサ１３１が接続されている。

前記バスライン１６４には、また、各種の制御プログラムや各種データ処理用の情報等を記憶した記憶手段としてのＲＯＭ１６５、データの一時記憶用のＲＡＭ１６６、ドライブコントローラ１６７、外部Ｉ／Ｆ部１６８及びビデオエンコーダ１６９が接続されている。そして、前記ドライブコントローラ１６７にメディアドライブ１７０を介してディスク状又はカード状の記録媒体１７１が接続され、前記外部Ｉ／Ｆ部１６８に外部入出力端子１７２が接続され、前記ビデオエンコーダ１６９にビデオ出力端子１７３が接続されるとともにＬＣＤドライバ１７４を介してＬＣＤ表示部１７５が接続されている。

前記システムコントローラ１３２は、各部の制御処理や画像処理などカメラ全体の制御を司るものであり、レンズＣＰＵ１１３と通信可能に構成されている。また、前記システムコントローラ１３２には、操作部ドライバ１７６を介してモード設定などのカメラに対して各指示の入力を行う操作部の操作状態を検出するためのダイヤル部１７７やスイッチ部１７８が接続されるとともに、各部に電源を供給する電源部１７９が接続されている。前記電源部１７９には、外部からの電源供給を受けるための外部電源入力端子１８０が接続されている。
前記システムコントローラ１３２には、さらに、閃光発光を行うためのストロボ発光部１８１及び当該カメラの姿勢が縦位置であるか横位置であるかを検出するための姿勢検出センサ１８２が接続されている。

このような構成において、ＡＦセンサ１３１からのセンサ出力がＡＦ演算ＡＳＩＣ１２１に入力されると、ＡＦ演算ＡＳＩＣ１２１において前述したようなＡＦ演算が行われてデフォーカス量が算出され、この算出されたデフォーカス量に基づいてレンズＣＰＵ１１３を介してレンズ駆動部１１２が制御されて、ズームレンズ系１６１内のフォーカスレンズのフォーカス駆動が行われる。

また、被写体の像がズームレンズ系１６１を介して撮像素子１２７に結像すると、この被写体像が光電変換された撮像信号として撮像素子１２７から出力される。この撮像信号が、後段の撮像回路１６２において処理され、更に、Ａ／Ｄ変換回路１６３においてデジタルの画像データに変換される。このデジタル画像データが、バスライン１６４を介してシステムコントローラ１３２に入力される。

システムコントローラ１３２では、入力された画像データのＪＰＥＧ圧縮伸張処理等の各種信号処理等が行われる。システムコントローラ１３２による信号処理の際やＡＦ演算ＡＳＩＣ１２１におけるＡＦ演算の際には、各種データの一時的記憶用としてＲＡＭ１６６が用いられる。

また、画像データ等の記録用のディスク状又はカード状の記録媒体１７１がメディアドライブ１７０に装着されると、当該記録媒体１７１に画像データが記録され、或いは画像データが読み込まれることになる。このとき、ドライブコントローラ１６７により、メディアドライブ１７０の動作が制御される。記録媒体１７１から画像データが読み込まれた場合には、読み込まれた画像データがバスライン１６４を介してシステムコントローラ１３２に送られ、前述した撮像信号による画像データの場合と同様の信号処理がなされる。

また、パソコン等の周辺機器は、外部入出力端子（例えばＵＳＢ端子）１７２及び外部Ｉ／Ｆ部１６８を介してバスライン１６４に接続される。そして、周辺機器が保持する画像データ等は、外部入出力端子１７２及び外部Ｉ／Ｆ部１６８を介して取り込まれ、ドライブコントローラ１６７の制御の下、メディアドライブ１７０が駆動され、記録媒体１７１に記録されるようになっている。

更に、ビデオエンコーダ１６９では、Ａ／Ｄ変換回路１６３でＡ／Ｄ変換された画像信号、又は記録媒体１７１から読み出されシステムコントローラ１３２でＪＰＥＧ伸長処理された画像信号がエンコードされ、ＬＣＤ表示部１７５において所定の表示がなされる。このとき、ＬＣＤドライバ１７４によりＬＣＤ表示部１７５が駆動される。更に、このカメラでは、ビデオ出力端子１７３を介して映像信号の外部出力も可能となっている。

このように、この実施の形態における焦点検出装置は、横線検出センサ列１３１ａ、１３１ｂ及び縦線検出センサ列１３１ｃ、１３１ｄからなるＡＦセンサ１３１を使用し、横線検出センサ列１３１ａ、１３１ｂ及び縦線検出センサ列１３１ｃ、１３１ｄを構成する各センサ列はそれぞれ３本の画素列１４１，１４２，１４３によって構成され、しかも、各画素列１４１，１４２，１４３を互いに１／２画素ピッチずらした千鳥配置している。そして、画素列１４１と画素列１４２を１組のラインセンサと見なして、各画素列１４１，１４２における各センサ画素ＳＰの画素信号を交互に取り出して相関演算を行って合成の像ずれ量を算出し、また、画素列１４２と画素列１４３を１組のラインセンサと見なして、各画素列１４２，１４３における各センサ画素ＳＰの画素信号を交互に取り出して相関演算を行って合成の像ずれ量を算出している。これにより、センサ列による測距精度を√２倍に高めることができる。

さらに、算出した２つの合成像ずれ量を平均化して最終的な像ずれ量を算出しているので、測距精度を、さらに、√２倍高めることができ、最終的に測距精度を２倍（＝√２×√２）に高めることができる。そして、この最終像ずれ量に基づいてデフォーカス量を算出し、この算出したデフォーカス量に基づいてフォーカスレンズ１１１のフォーカス駆動が行われる。従って、高い精度でオートフォーカスを実現できる。

また、算出した２つの合成像ずれ量を平均化して最終像ずれ量を算出する場合に、信頼性を加味することで、相関演算の結果として算出された像間隔の信頼性が低い場合を排除することができ、デフォーカス量を正確に算出することができる。

なお、この実施の形態は、３本の画素列を互いに１／２画素ピッチずらして千鳥配置したセンサ列を使用したものについて述べたが、４本の画素列を互いに１／２画素ピッチずらして千鳥配置したセンサ列を使用したものであってもよい。この場合に隣接した１対の画素列を１組のラインセンサと見なすことで合計３本のラインセンサの組を構成でき、それぞれ合成像ずれ量を算出し、その合成像ずれ量を使用して平均化することで測距精度を、√２×√３＝√６倍に高めることができ、さらなる測定精度の向上を図ることができる。
なお、センサ列を構成する画素列の数は５本以上であってもよいのは勿論である。

また、この実施の形態は、複数の画素列を互いに１／２画素ピッチずらした千鳥配置したものについて述べたがこれに限定するものではなく、複数の画素列を、画素ピッチを合わせて配置したセンサ列を使用することもできる。すなわち、図１２に示すように、ｋラインの画素列と（ｋ＋１）ラインの画素列の画素ピッチを合わせて配置し、ｋラインの画素列の信号出力ｓ１を例えば１画素分図中左へシフトしてから（ｋ＋１）ラインの画素列の信号出力ｓ２と加算して合成することで合成信号ｓ３が得られる。そして、この合成信号ｓ３を１／２にすることで平均化した信号が得られる。このような平均化を行うことでセンサノイズを１／２に低減することができる。これにより、複数の画素列を互いに１／２画素ピッチずらした千鳥配置したものと同様に測距精度を√２倍に高めることができる。

なお、その他についても、本発明は前述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。
さらに、前述した実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適当な組合せにより種々の発明が抽出され得る。例えば、前述した実施の形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても本発明の課題を解決することができ、本発明の作用効果が得られるものである。

本発明の一実施の形態に係る焦点検出装置を有するカメラにおける焦点検出装置の構成を示す図である。 同実施の形態におけるＡＦセンサ周囲の構成を示すもので、（ａ）は図１のカメラにおけるＡＦ光学系の２次結像系について示した図であり、（ｂ）はフォーカスレンズからＡＦセンサに至る光束について示した図である。 同実施の形態における測距点を示す図である。 同実施の形態におけるＡＦセンサのセンサアレイ配置について示した図である。 同実施の形態におけるセンサ列を構成する画素列の配置を示す図である。 同実施の形態におけるセンサ列の構成及びセンサ列から信号を取出す回路構成を示す図である。 同実施の形態におけるセンサ列から画素信号を取出すときの信号順序を説明するための図である。 同実施の形態におけるセンサ列から取出した画素信号に基づく相関演算処理を示すフローチャートである。 図８の相関演算処理における類似性判断を説明するための図である。 図８の相関演算処理における信号合成を説明するための図である。 同実施の形態におけるカメラの全体的な電気回路の構成を示すブロック図である。 ＡＦセンサとして複数の画素列の画素ピッチを合わせて配置したセンサ列を使用したときの信号合成を説明するための図である。

符号の説明

１１…交換レンズ、１１１…フォーカスレンズ、１１２…レンズ駆動部、１２１…ＡＦ演算ＡＳＩＣ、１２２…メインミラー、１２６…サブミラー、１２７…撮像素子、１３１…ＡＦセンサ、１３１ａ，１３１ｂ…横線検出センサ列、１３１ｃ，１３１ｄ…縦線検出センサ列、１３２…システムコントローラ、１４１，１４２，１４３…画素列。

Claims (10)

1. 撮影画面内の複数の測距点における被写体の焦点状態又は被写体までの距離を検出する焦点検出装置を有するカメラにおいて、
   等間隔の画素ピッチで複数のセンサ画素を配列してなる画素列を３ライン以上並べて１つのセンサ列を構成し、このセンサ列を前記各測距点に対応して複数配置した焦点検出用センサを具備することを特徴とする焦点検出装置を有するカメラ。
2. センサ列は、それぞれ隣接する画素列を互いに１／２画素ピッチずらして配置したことを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置を有するカメラ。
3. センサ列は、それぞれ隣接する画素列を互いに画素ピッチを合わせて配置したことを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置を有するカメラ。
4. 前記焦点検出用センサのセンサ列における各画素列の画素出力を相関演算することにより像ずれ量を算出する像ずれ量算出手段を更に具備し、この像ずれ量算出手段は、２つの画素列の検出画素出力を合成し、この合成した出力を相関演算して像ずれ量を算出することを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置を有するカメラ。
5. ２つの画素列における画素出力の合成は、一方の画素列と他方の画素列の画素出力を交互に読み込むことによって行うことを特徴とする請求項４に記載の焦点検出装置を有するカメラ。
6. ２つの画素列における画素出力の合成は、この２つの画素列が同一部位の被写体光束を取得している場合に行うことを特徴とする請求項４又は５に記載の焦点検出装置を有するカメラ。
7. 前記焦点検出用センサのセンサ列における各画素列の画素出力を相関演算することにより像ずれ量を算出する像ずれ量算出手段を更に具備し、この像ずれ量算出手段は、全ての画素列に対して、２つの画素列の画素出力をそれぞれ合成するとともにこの合成した出力を相関演算して複数の合成像ずれ量を算出し、この算出した複数の合成像ずれ量を平均化して最終の像ずれ量を求めることを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置を有するカメラ。
8. 前記焦点検出用センサのセンサ列における各画素列の画素出力を相関演算することにより像ずれ量を算出する像ずれ量算出手段を更に具備し、この像ずれ量算出手段は、全ての画素列について、画素列毎に画素出力を相関演算して複数の像ずれ量を算出し、この算出した複数の像ずれ量を平均化して最終の像ずれ量を求めることを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置を有するカメラ。
9. 前記焦点検出用センサのセンサ列における各画素列の画素出力を相関演算することにより像ずれ量を算出する像ずれ量算出手段及び各画素列の画素出力の信頼性を判定する信頼性判定手段を更に具備し、前記像ずれ量算出手段は、前記信頼性判定手段の判定結果を加味して算出した複数の像ずれ量の平均化を行うことを特徴とする請求項７又は８に記載の焦点検出装置を有するカメラ。
10. 信頼性判定手段は、被写体像のコントラスト又は各画素列の画素出力の相関演算結果に基づいて信頼性を判定することを特徴とする請求項９に記載の焦点検出装置を有するカメラ。

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