JP2006154654A - 測距装置を有するカメラ - Google Patents

Abstract

【課題】各画素列から画素出力を合成する場合に、常に適正な相関演算結果を得ることで測距精度を向上する。
【解決手段】ＡＦセンサを構成するセンサ列を複数のセンサ画素を配列した３本の画素列で構成する。そして、１本目と２本目の画素列の検出に類似性があり、同一デフォーカス量のときには各画素列の信号を合成して相関演算し像ずれ量を算出する。また、２本目と３本目の画素列の検出に類似性があり、同一デフォーカス量のときには各画素列の信号を合成して相関演算し像ずれ量を算出する。このときの各画素列信号の合成は、２つの画素列間で最大相関が成り立つ相関値を求め、この相関値からシフト量を求め、このシフト量に従って一方の画素列信号をシフトしてから各画素列信号を１画素ずつ交互に取り出して合成する。そして、合成した画素出力に基づいて測距を行う。
【選択図】図８

Description

本発明は、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測距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。

測距精度を向上させるには、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画素列を２本使用し、この２本の画素列を、平行に、かつ、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て１つのラインセンサを構成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

このようにセンサの千鳥配置によって見かけ上の画素ピッチを小さくしたものにおいて、さらに千鳥配置した各画素列から画素出力を１画素ずつ順次交互に取り出して合成し相関演算することで、測距精度を√２倍向上することができる。しかし、各画素列から画素出力を合成する場合、被写体像の傾きや位置によっては基準画素列と参照画素列の出力波形が異なる場合がり、このため適正な相関演算結果が得られず合成の効果が得られないという問題があった。
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、各画素列から画素出力を合成する場合に、常に適正な相関演算結果が得られ、測距精度を向上できる測距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測距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測距装置を有するカメラにおいて、被写体像を形成する撮影光学系と、複数のセンサ画素を配列してなる画素列を複数ライン有するセンサ列と、このセンサ列の各画素列の画素出力を隣接する画素列間で相対的に所定画素分シフトさせる画素シフト手段と、この画素シフト手段にてシフトした後の各画素列の画素出力を合成する合成手段と、この合成手段にて合成した画素出力に基づいて被写体の焦点状態又は被写体までの距離を算出する演算手段とを具備する。

この一態様によれば、複数のセンサ画素からなる画素列を複数ライン、隣接する画素列を互いにずらして千鳥配置し、撮影画面内の測距点における被写体の輝度値を検出するセンサ列に対して、このセンサ列の各画素列の画素出力を隣接する画素列間で相対的に所定画素分シフトさせ、シフトした後の各画素列の画素出力を合成する。これにより、適正な相関演算結果が得られ、測距精度を高めることができる。

また、他の態様による測距装置を有するカメラは、さらに、センサ列の画素列間で画素出力に類似性があるか否かを判定する類似性判定手段を設け、画素シフト手段は、類似性判定手段が類似性を判定したときに画素列間で最大相関が得られる画素数分、画素をシフトさせる。これにより、より適正な相関演算結果が得られ、測距精度を高めることができる。

また、他の態様による測距装置を有するカメラは、センサ列を少なくとも左右又は上下に１対配置し、この１対のセンサ列の一方のセンサ列の画素列を基準画素列、他方のセンサ列の画素列を参照画素列とし、合成手段は、基準画素列と参照画素列とで同一のシフト量が得られない場合には合成を禁止する。これにより、合成時には常に適正な相関演算結果が得られ、合成時の測距精度を確実に高めることができる。

本発明によれば、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ものにおいて、各画素列から画素出力を合成する場合に、常に適正な相関演算結果が得られ、測距精度を向上できる測距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、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測距装置を有するカメラにおける、測距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データが送信される。

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内に入射した被写体（図示せず）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、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の(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の(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の(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の(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の(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、前記横線検出センサ列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個の測距点Ｘにおける焦点状態を検出するもので、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６に示すように、複数ラインの画素列、例えば、３ラインの画素列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に対して画素列１４２を図中右側に１／２画素ピッチずらし、画素列１４２に対して画素列１４３を図中左側に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、各センサ列を測距点に対応させてそれぞれ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、となっている。

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５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Ｘ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Ｘ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の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に記憶し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、相関演算を行う。ここでの相関演算は、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を行い、この比較の結果、相関値が最も小さくなるような像ずれ量を算出する。そして、算出した像ずれ量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を算出する。
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、２像間隔、即ち、像ずれ量を算出する。そして、算出した複数の像ずれ量を信頼性で加重加算平均する。
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、最至近を示す１つの画素列を選択して像ずれ量を算出する。

このような演算処理を行うことで、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演算手段を構成するＡＦ演算ＡＳＩＣ１２１によって行われる。画素列番号をｋ、類似性なし又は被写体距離が異なることを判定したときインクリメントされるカウンタをＮＧとすると、先ず、ステップＳ１にて、画素列番号ｋ＝１にし、ステップＳ２にて、カウンタＮＧ＝０にする。

そして、ステップＳ３にて、ｋラインと（ｋ＋１）ラインで類似性を有するかを判定する（類似性判定手段）。ここでは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Ｓ３にて類似性があると判定した時には、さらに、ステップＳ４にて、ｋラインで像ずれ量に基づいて算出したデフォーカス量と（ｋ＋１）ラインで像ずれ量に基づいて算出したデフォーカス量が同一であるかを判定する。すなわち、ｋラインと（ｋ＋１）ラインは被写体の同一部位を検出しているか否かを判定する。そして、デフォーカス量が同一であることを判定したときには、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定し、ステップＳ５にて、ｋラインと（ｋ＋１）ラインの信号を合成する（合成手段）。そして、相関演算し合成像ずれ量を算出する（演算手段）。

また、ステップＳ３にて、ｋラインと（ｋ＋１）ラインで類似性がないと判定するか、ステップＳ３にて類似性ありと判定してもステップＳ４にてｋラインと（ｋ＋１）ラインのデフォーカス量が同一でないと判定したときには、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定し、ステップＳ６にて、カウンタＮＧを＋１インクリメントする。そして、ステップＳ７にて、ｋラインの画素信号と（ｋ＋１）ラインの画素信号を個々に相関演算し像ずれ量を算出する（演算手段）。

像ずれ量の算出を終了すると、ステップＳ８にてｋの値に１を加算し、ステップＳ９にてｋ＝３になったかを判定する。ここではｋ＝２でｋ＝３になっていないので、ステップＳ３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、同様に処理を行い、ステップＳ５又はＳ７にて像ずれ量の算出が終了し、ステップＳ８にてｋの値に１を加算する。今度はｋ＝３になるので、ステップＳ９にてｋ＝３を判定し、ステップＳ１０の判定に移行する。

ステップＳ１０にて、カウンタＮＧ＝０か否かを判定する。そして、ＮＧ＝０であれば、ステップＳ１１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一連の処理を終了する。相関演算の結果として算出された像ずれ量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Ｓ１１の処理は信頼性判定にて信頼性が高いと判定した結果に基づいて行われる。そして、加重加算平均に基づいて算出した最終ずれ量により撮影光学系の合焦動作を行うことになる。

また、ステップＳ１０にて、ＮＧ＝０でないことを判定すると、ステップＳ１２にて、最至近を示す画素列の像ずれ量を採用する。すなわち、ＮＧ＝０でないということは、画素列間で類似性がないと判定されたか、同一デフォーカス量でないと判定された場合であり、このような場合には最至近を示す画素列の画素出力を採用して一連の処理を終了する。そして、最至近を示す画素列の画素出力に基づいて算出した像ずれ量により撮影光学系の合焦動作を行うことになる。

図８の相関演算処理におけるステップＳ３での類似性の判定はｋライン画素列と（ｋ＋１）ライン画素列との２ライン同士にて相関演算を行い、ラインセンサが同一被写体を検出しているか判定することで行う。すなわち、図９に示すように、ｋライン画素列と（ｋ＋１）ライン画素列が図中斜線で示すように被写体検出を行っているとすると、ｋライン画素列からの出力信号ｓ1と（ｋ＋１）ライン画素列からの信号出力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、最大相関が成り立つ相関値Ｆを求める。そして、最大相関が得られる画素数分、画素をシフトさせるようなシフト量を求める。

また、ステップＳ４での同一デフォーカス量の判定は、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定する。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定する。

また、ステップＳ５におけるｋライン画素列と（ｋ＋１）ライン画素列の信号合成は、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、図１０の(a)に示すように、ｋライン画素列と（ｋ＋１）ライン画素列が図中斜線で示すように被写体検出を行っているとすると、ｋライン画素列からの出力信号ｓ1と（ｋ＋１）ライン画素列からの信号出力ｓ2が図に示すようになり、それを合成すると、合成信号ｓ3が得られる。この合成信号ｓ3の波形は被写体の一定の傾き量を反映しない波形になっている。この波形を使用すると基準画素列と参照画素列とで波形が異なる場合が生じ、適正な相関演算結果が得られなくなる。

そこで、ｋライン画素列の信号出力を、例えば１画素分図中左へシフトする（画素シフト手段）。これにより、ｋライン画素列による被写体検出が図１０の(b)に示すように変化し、このときのｋライン画素列からの出力信号ｓ1（シフト）は図に示すようになり、この信号出力ｓ1（シフト）と（ｋ＋１）ライン画素列の信号出力ｓ2を合成することで被写体の一定の傾き量を反映した階段状の合成信号ｓ3（シフト）の波形が得られる。この波形を使用すると基準画素列と参照画素列とで波形が異なる場合が生じることなく、適正な相関演算結果が得られ、合成の効果が得られる。

前記ステップＳ１１における最終像ずれ量の算出は、ステップＳ５にて、ｋラインの画素列と（ｋ＋１）ラインの画素列の画素信号の合成処理を行っているので、算出する最終像ずれ量Ｒ（合成）は、画素列１４１の画素信号と画素列１４２の画素信号の合成によって求めた合成像ずれ量をＰ12、画素列１４２の画素信号と画素列１４３の画素信号の合成によって求めた合成像ずれ量をＰ23、画素列１４１の画素信号と画素列１４２の画素信号との信頼性をＱ12、画素列１４２の画素信号と画素列１４３の画素信号との信頼性をＱ23とすると、
Ｒ（合成）＝｛（Ｐ12×Ｑ12）＋（Ｐ23×Ｑ23）｝／（Ｑ12＋Ｑ23）
によって求める。

なお、ステップＳ１１では、ｋライン画素列と（ｋ＋１）ライン画素列の画素信号の合成処理を行った信号に基づく最終像ずれ量の算出を行ったが、ｋライン画素列と（ｋ＋１）ライン画素列の画素信号を合成せずに最終像ずれ量を算出してもよい。この場合の最終像ずれ量Ｒ（非合成）は、画素列１４１の画素信号によって求めた像ずれ量をＰ1、画素列１４２の画素信号によって求めた像ずれ量をＰ2、画素列１４３の画素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。

また、場合によっては、最終像ずれ量を、信頼性を加味しないで算出してもよい。この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、合成処理を伴う最終像ずれ量Ｒ（合成）は、
Ｒ（合成）＝（Ｐ12＋Ｐ23）／２
によって求め、また、合成処理を伴わない最終像ずれ量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。

信頼性の判定は信頼性判定手段を設け、この信頼性判定手段が各画素列１４１，１４２，１４３の画素出力に基づく相関演算結果から測距データの信頼性を判定する。例えば、一例として、像ずれ量を得たときの最大相関値を信頼性として用いた場合について述べる。

信頼性判定における閾値は、センサ列が同一の被写体を受光し、かつ、被写体との距離が同一のときには、信頼性判定の閾値をそれ以外の場合よりも小さくする。これは各画素列が被写体を受光して得た画素出力に類似性があり、かつ同一の被写体距離を検出しているときには信頼性の判定を容易にすることであり、合成／平均化したブロックの像ずれ量を採用しやすくすることになる。なお、被写体との距離はデフォーカス量として見ることができる。
なお、信頼性判定の閾値を小さくする条件としては、類似性と同一の被写体距離の両方を満足したときのみでなく、何れか一方を満足したときに行うようにしてもよい。

最大相関を示したときの相関量をＦmin(k)とすると、相関量Ｆmin(k)は、
Ｆmin(k)＝Σ|ＤＬ(i)−ＤＲ(i)|
で表される。なお、kは画素列番号である。
センサ列が同一の被写体を受光し、かつ、被写体との距離が同一のときは、（Ｆmin(1,2)＜閾値１）で、かつ、（Ｆmin(2,3)＜閾値１）のとき、信頼性ありと判定する。なお、Ｆmin(k,k’)は、合成時の最大相関量を示している。
それ以外は、（Ｆmin(1)＜閾値２）で、かつ、（Ｆmin(2)＜閾値２）で、かつ、（Ｆmin(3)＜閾値２）のとき、信頼性ありと判定する。なお、閾値１と閾値２との関係は、閾値１＜閾値２である。

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測距点を使用する。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を抽出し、その中で更に、最至近の測距点を選択する。その後、カメラの設定状況によって第１処理又は第２処理を選択的に行う。

第１処理は、１点にて測距する場合で、最至近として選択された測距点の像ずれ量を使用して行う。また、第２処理は、複数測距点にて測距する場合で、最至近として選択された測距点の像ずれ量とほぼ同一な像ずれ量を持つ測距点が複数存在する場合は、それらの測距点の像を同一被写体と見なし、同一像ずれ量を持つ複数測距点の像ずれ量の平均値を使用して行う。

そして、測距点における像ずれ量に基づいてデフォーカス量の算出が行われる。すなわち、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を算出する。そして、算出したデフォーカス量に対し、温度補正、製造時のボディばらつきの補正、製造時のフォーカスレンズのばらつきの補正などを行って最終的なデフォーカス量を決定する。
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測距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測距装置は、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によって構成されている。

そして、例えば、画素列１４１と画素列１４２との画素出力に類似性があることを判定し、さらに、画素列１４１と画素列１４２との画素出力が同一の被写体距離を示す、すなわち、同一のデフォーカス量を示していることを判定すると、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１画素ずつ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する。このとき、各画素列１４１，１４２からの画素信号間において最大相関が成り立つ相関値Ｆを求め、最大相関が得られる画素数分、例えば画素列１４１の画素をシフトさせて合成を行う。

また、画素列１４２と画素列１４３との画素出力に類似性があることを判定し、さらに、画素列１４２と画素列１４３との画素出力が同一の被写体距離を示す、すなわち、同一のデフォーカス量を示していることを判定すると、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１画素ずつ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する。このときも各画素列１４２，１４３からの画素信号間において最大相関が成り立つ相関値Ｆを求め、最大相関が得られる画素数分、例えば画素列１４２の画素をシフトさせて合成を行う。

このような合成を行うことで常に適正な相関演算結果が得られる。そして、算出した２つの合成像ずれ量から最終の像ずれ量Ｒ（合成）を、信頼性Ｑを加味して、Ｒ（合成）＝｛（Ｐ12×Ｑ12）＋（Ｐ23×Ｑ23）｝／（Ｑ12＋Ｑ23）の演算によって求める。
こうして算出した最終の像ずれ量に基づいてデフォーカス量を算出してフォーカスレンズ１１１の合焦駆動を行う。これにより、被写体の焦点状態又は被写体までの距離を正確に検出できて測距精度を向上でき、合焦性能を向上できる。

また、画素列１４１と画素列１４２との画素出力に類似性がないと判定した場合や、類似性ありと判定しても画素列１４１と画素列１４２との画素出力が同一のデフォーカス量を示していない判定したときには、画素列１４１と画素列１４２の画素信号を合成せずに個々に取り出して相関演算を行って像ずれ量を算出する。これは、画素列１４２と画素列１４３との画素出力に類似性がないと判定した場合や、類似性ありと判定しても画素列１４２と画素列１４３との画素出力が同一のデフォーカス量を示していない判定したときにおいても同様である。そして、この場合の最終の像ずれ量は最至近を示す画素列の像ずれ量を使用することになる。

また、ステップＳ１１においては、複数の像ずれ量を信頼性で加重加算平均して最終の像ずれ量を算出したが、信頼性を加味せずに、最終の像ずれ量Ｒ（合成）を、Ｒ（合成）＝（Ｐ12＋Ｐ23）／２の単なる平均化演算によって求めてもよく、このようにしても各画素列の被写体検出状態に応じて適切な演算処理を行って被写体の焦点状態又は被写体までの距離を正確に検出でき、合焦性能を向上できる。

なお、図８の相関演算処理では、ステップＳ３にて画素列間で類似性があることを判定し、ステップＳ４にて画素列間のデフォーカス量が同一であることを判定したときに、ステップＳ５にてｋラインと（ｋ＋１）ラインの信号を合成する処理を行ったが、ステップＳ３による類似性の判定前に、相関値Ｆ＝Σ|ＤＬ(i)−ＤＲ(i)|、の式から最大相関が成り立つ相関値Ｆを求めることで基準画素列と参照画素列の最大相関が得られるシフト量を求め、基準画素列と参照画素列とで同一のシフト量が得られない場合にはステップＳの合成処理を行わずに、ステップＳ７の画素列毎の演算処理を行うようにしてもよい。
このようにすれば、基準画素列と参照画素列とで適正な相関演算結果が得られない場合に合成を行わないので、合成時には常に適正な相関演算結果が得られることになり、合成時の測距精度を高めることができる。

なお、前述した実施の形態は、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る。

また、３本の画素列を互いに１／３画素ピッチずらして千鳥配置したセンサ列や４本の画素列を互いに１／４画素ピッチずらして千鳥配置したセンサ列等を使用してもよい。
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。
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測距装置を有するカメラにおける測距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図で、(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定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、(a)はｋライン画素列の信号をシフトせずに合成した場合の図であり、(b)はｋライン画素列の信号をシフトして合成した場合の図である。 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。

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 (5)

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測距装置を有するカメラにおいて、
   被写体像を形成する撮影光学系と、
   複数のセンサ画素を配列してなる画素列を複数ライン有するセンサ列と、
   このセンサ列の各画素列の画素出力を隣接する画素列間で相対的に所定画素分シフトさせる画素シフト手段と、
   この画素シフト手段にてシフトした後の各画素列の画素出力を合成する合成手段と、
   この合成手段にて合成した画素出力に基づいて被写体の焦点状態又は被写体までの距離を算出する演算手段と、
   を具備することを特徴とする測距装置を有するカメラ。
2. 前記合成手段は、各画素列の画素出力を１画素ずつ順次交互に取り出して合成することを特徴とする請求項１に記載の測距装置を有するカメラ。
3. さらに、前記センサ列の画素列間で画素出力に類似性があるか否かを判定する類似性判定手段を設け、
   前記画素シフト手段は、前記類似性判定手段が類似性を判定したときに画素列間で最大相関が得られる画素数分、画素をシフトさせることを特徴とする請求項１又は２に記載の測距装置を有するカメラ。
4. 前記センサ列を少なくとも左右又は上下に１対配置し、この１対のセンサ列の一方のセンサ列の画素列を基準画素列、他方のセンサ列の画素列を参照画素列とし、
   前記合成手段は、前記基準画素列と前記参照画素列とで同一のシフト量が得られない場合には合成を禁止することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１に記載の測距装置を有するカメラ。
5. 前記センサ列は、隣接する画素列を互いに１／２画素ピッチずらして千鳥配置したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１記載の測距装置を有するカメラ。

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