JP2014016449A - 焦点調節装置、撮像装置および撮像装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 高速のデフォーカス検出が要求されるシーンであっても、要求されないシーンであっても、最適なデフォーカス量検出を行う。
【解決手段】 受光する一対のラインセンサを複数対配置して構成された焦点検出センサと、複数対のラインセンサに対して、各一対のラインセンサごとに感度を設定する感度設定手段と、複数対のラインセンサの内のどのラインセンサの信号を用いるかを選択する選択手段と、第一の動作モードと第二の動作モードとを切り替える動作モード設定手段とを有し、第一の動作モードは、複数対のラインセンサをそれぞれ異なる感度に設定して同時に信号蓄積を行うモード（Ｓ８０１−８０５）であり、第二の動作モードは、複数対のラインセンサを同じ感度に設定し、複数回の信号蓄積を回毎に異なる感度で行うモード（Ｓ８０６−８１４）である。
【選択図】 図９

Description

本発明は、デジタルカメラ等に用いられる焦点調節装置、撮像装置および撮像装置の制御方法に関するものである。

従来、カメラの自動焦点調節装置として、位相差検出方式というもの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、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、撮影レンズのデフォーカス量を検出し、これに基づいて撮影レンズの駆動を行う。

この種の自動焦点調節装置を有するカメラで連続撮影を行う場合の種々の技術が特許文献などに開示されている。

例えば、特許文献１には、撮影駒間におけるラインセンサの信号蓄積時間が長くなると高速連続撮影ができないので、連続撮影時には、高い感度のセンサを優先的に動作させて蓄積時間を短縮させる技術が開示されている。

特開平６−１８６４７３号公報

しかしながら、上述の特許文献１に開示された技術では、被写体の輝度が超高輝度の場合、センサは光ショットノイズの影響を強く受け、良好なＳＮ比が得られない。ＡＦセンサ回路はノイズも含めた蓄積信号を信号増幅回路で増幅するため、ノイズも一緒に増幅されることになり、その出力はＳＮ比の悪いものとなってしまう。

（発明の目的）
本発明の目的は、高速のデフォーカス検出が要求されるシーンであっても、要求されないシーンであっても、最適なデフォーカス量検出を行うことのできる焦点調節装置、撮像装置および撮像装置の制御方法を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の焦点調節装置は、被写体像を結像させるための撮影レンズの異なる瞳領域を通過した光をそれぞれ受光する一対のラインセンサを、複数対配置して構成された焦点検出センサと、前記複数対のラインセンサに対して、各一対のラインセンサごとに感度を設定する感度設定手段と、前記複数対のラインセンサの内のどのラインセンサの信号を用いるかを選択する選択手段と、前記選択手段により選択されたラインセンサの信号を用いて、デフォーカス量を検出するデフォーカス量検出手段と、前記検出されたデフォーカス量に基づいて前記撮影レンズを駆動するレンズ駆動手段とを有する焦点調節装置において、第一の動作モードと第二の動作モードとを切り替える動作モード設定手段を有し、前記第一の動作モードが、前記複数対のラインセンサをそれぞれ異なる感度に設定して同時に信号蓄積を行うモードであり、前記第二の動作モードが、前記複数対のラインセンサを同じ感度に設定し、複数回の信号蓄積を回毎に異なる感度で行うモードであることを特徴とするものである。

本発明によれば、高速のデフォーカス検出が要求されるシーンであっても、要求されないシーンであっても、最適なデフォーカス量検出を行うことができる。

本発明の実施例に係るデジタルカメラの構成図である。 実施例における光学系の構成図である。 実施例におけるラインセンサの配置とＡＦ枠を示す図である。 実施例のＡＦセンサの構成を示す図である。 実施例におけるＰＢ信号と蓄積時間の制御方法を説明する図である。 実施例におけるラインセンサを構成する画素の回路図である。 図６の回路の動作を示すタイミングチャートである。 輝度を一定にした場合の蓄積時間と出力電圧を示す図である。 実施例における焦点調節動作のフローチャートである。 実施例における信頼性判定のフローチャートである。 実施例におけるデフォーカス検出演算のフローチャートである。 被写体の輝度とＳＮ比の関係を示した図である。 信頼性判定を説明するための図である。 像一致度を説明するための図である。 移動被写体撮影における撮影レンズの像面位置予測とレンズ駆動を説明するための図である。

本発明を実施するための形態は、以下の実施例に記載される通りである。

図１は、本発明の実施例に係る撮像装置としてのデジタルカメラの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（以下ＣＰＵと記載する）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、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、撮影レンズ３００（図２参照）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、ラインセンサで得られた被写体のコントラスト分布から、デフォーカス量を検出し、撮影レンズ３００（図２参照）の焦点位置を制御する。

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を介して絞り値の制御、レンズ駆動の制御、レンズ情報の取得をする。またシャッタ制御回路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２を参照して、デジタルカメラの光学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。デジタル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。撮影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（焦点検出センサ）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。撮影に際しては、クイックリターンミラー３０５が跳ね上がり、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。

本実施例における焦点検出ユニット（図２において、視野マスク３０７から二次結像レンズ３０９までの光学系およびＡＦセンサ１０１から構成される）での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。

ここで、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３（ａ）〜図３（ｃ）を参照しながら説明する。

図３（ａ）は、ＡＦセンサ１０１のラインセンサの配置を示す図である。ラインセンサ１０２−１ａ、１０２−２ａは、ラインセンサ１０２−１ａ，１０２−２ａが相対的に互いに１／２画素だけ位置がずれるように並行に隣接して配されている（千鳥配列されている）。また、ラインセンサ１０２−１ｂ、１０２−２ｂは、同様にラインセンサ１０２−１ｂ，１０２−２ｂが相対的に互いに１／２画素だけ位置がずれるように並行に隣接して配されている（千鳥配列されている）。ラインセンサ１０２−１ａと１０２−１ｂ、ラインセンサ１０２−２ａと１０２−２ｂは、それぞれ二次結像レンズ３０９により対の関係になっており、ラインセンサ１０２−１、１０２−２を構成する。ラインセンサ１０２−１、１０２−２は、撮影レンズ３００の異なる瞳領域を通過した光を受光する一対のラインセンサであり、これらの一対のラインセンサから出力される２つの画像の位相差を検出することにより、デフォーカス量が検出される。同様に、ラインセンサ１０２−３と１０２−４、ラインセンサ１０２−５と１０２−６も千鳥配列されている。すなわち、ラインセンサの長手方向に互いにずれた二対のラインセンサが複数対配置されている。

図３（ｂ）には、ラインセンサ１０２−１ａとラインセンサ１０２−２ａの配置の例が示されている。ここでは、説明を分かりやすくするために、それぞれ５個の画素から構成されるものとしている。ラインセンサ１０２−１ａはフォトダイオード（受光部）６０−Ｕ１〜６０−Ｕ５から構成され、ラインセンサ１０２−２ａはフォトダイオード（受光部）６０−Ｌ１〜６０−Ｌ５から構成される。フォトダイオード６０−Ｕ１〜６０−Ｕ５、フォトダイオード６０−Ｌ１〜６０−Ｌ５は同一の画素ピッチで配されている。なお、後述するように、画素はフォトダイオードの他に、スイッチ、容量、増幅回路を含んでいる。しかし、図３（ｂ）ではスイッチ、容量、増幅回路は省略されており、フォトダイオードと素子分離領域６１のみを示している。スイッチ、容量、増幅回路は遮光層６２に設けられ、それぞれフォトダイオード形成領域に隣接して形成されている。

図３（ｃ）は、ファインダ４００内に表示されるＡＦ枠の配置と、ＡＦセンサ１０１上のラインセンサによるＡＦ視野４０４を示す図である。ＡＦ枠４０１にラインセンサ１０２−１とラインセンサ１０２−２を、ＡＦ枠４０２にラインセンサ１０２−３とラインセンサ１０２−４を、ＡＦ枠４０３にラインセンサ１０２−５とラインセンサ１０２−６をそれぞれ配置している。１点のＡＦ枠に、互いに近接した２組のラインセンサを配置し、画素ピッチを等価的に半分にする（千鳥配置する）ことで、高周波の被写体に対する焦点検出精度を向上させることができる。

ＡＦセンサ１０１の詳細な回路構成を、図４のブロック図を参照して説明する。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１０２ａ、１０２ｂ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。また、ラインセンサ１０２ａ、１０２ｂは、ライン毎に感度設定回路１０３を持っている。ライン選択回路１０４は、ラインセンサ１０２ａ、１０２ｂの複数のラインのうち１ラインを選択する。そして、ラインセンサの蓄積信号を後述するＰＢコントラスト検出回路へと送信する機能を持っている。

ＰＢコントラスト検出回路１０５は、ライン選択回路１０４により選択されたラインの画素信号で最も大きな信号（以下、Ｐｅａｋ信号と記す）と、最も小さな信号（以下、Ｂｏｔｔｏｍ信号と記す）を検出する。そして、Ｐｅａｋ信号とＢｏｔｔｏｍ信号の差分信号（以下、ＰＢ信号と記す）を蓄積停止判定回路１０６へ出力する。

図５は、ＰＢコントラスト検出回路１０５からの出力信号であるＰＢ信号の信号量と蓄積時間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ＰＢ信号は増加していく。蓄積停止判定回路１０６は、ＰＢ信号と蓄積停止レベルとを比較判定する。ＰＢ信号が蓄積停止レベルよりも大きくなった時点で、ライン選択回路１０４で選択されたラインの画素の蓄積を停止するために、ラインセンサ１０２ａ，１０２ｂ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。また、ＰＢ信号が所定の時間内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、ラインセンサ１０２ａ，１０２ｂへ蓄積停止信号を出力する。

ラインセンサ１０２ａ，１０２ｂで蓄積された画素信号は、ＣＰＵ１００によりシフトレジスタ１０７を駆動することで、１画素ずつの画素信号として出力回路１０８へ出力される。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い、ＣＰＵ１００のＡ／Ｄ変換器（不図示）へ出力する。

ラインセンサを構成する画素の具体的な回路図を図６に示す。図６において、ラインセンサはセンサ画素回路部とノイズ除去回路部で構成される。センサ画素回路部はフォトダイオードＰＤ、容量ＣＬ、ＣＰＤ、ＣＳ、電流源１、電流源２、ＭＯＳトランジスタＭ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５、スイッチＳＷＲＥＳ、ＳＷＳＥＮＳ、ＳＷＣＨで構成される。ノイズ除去回路部は容量ＣＣＬＡＭＰ、増幅回路ＡＭＰ１、スイッチＳＷＰＴＳ１、ＳＷＰＴＳ２、ＳＷＰＴＮ１、ＳＷＰＴＮ２、ＳＷＣＬＡＭＰ、ＳＷＰＨｎで構成される。電圧ＶＲＥＳはリセット電位であり、電圧ＶＣＬＡＭＰはクランプ電位である。出力ＶＯＵＴはライン選択回路１０４に接続されている。容量ＣＰＤは、フォトダイオード、ＭＯＳトランジスタ、スイッチ、配線等で生ずる寄生容量である。スイッチＳＷＲＥＳ、ＳＷＳＥＮＳ、ＳＷＣＨ、ＳＷＰＴＳ１、ＳＷＰＴＳ２、ＳＷＰＴＮ１、ＳＷＰＴＮ２、ＳＷＣＬＡＭＰ、ＳＷＰＨｎはそれぞれ信号φＲＥＳ、φＳＥＮＳ、φＣＨ、φＰＴＳ１、φＰＴＳ２、φＰＴＮ１、φＰＴＮ２、φＣＬＡＭＰ、φＰＨｎでそれぞれオン／オフ制御される。

上記回路の動作について図７のタイミングチャートを用いて説明する。まずφＳＥＮＳにより感度を設定する。φＳＥＮＳがロウレベルの時、ＳＷＳＥＮＳはオフとなり、トランジスタＭ１には容量ＣＰＤのみが接続され、センサは高感度に設定される。φＳＥＮＳがハイレベルの時、ＳＷＳＥＮＳはオンとなり、トランジスタＭ１には容量ＣＰＤ、ＣＬが接続され、センサは低感度に設定される。以降では低感度に設定した場合の動作を説明する。

スイッチＳＷＲＥＳ、ＳＷＣＨ、ＳＷＰＴＮ１、ＳＷＰＴＮ２、ＳＷＣＬＡＭＰをオンして、容量ＣＬ、ＣＳ、ＣＣＬＡＭＰをリセットする。その後（画素リセット後）、スイッチＳＷＲＥＳ、ＳＷＰＴＮ２、ＳＷＰＴＮ１を順次オフする。このとき、センサ画素回路部のオフセット電圧をＶＯＳ１、増幅回路ＡＭＰ１のオフセット電圧をＶＯＳ２、スイッチＳＷＲＥＳをオフすることによって生じるノイズ電圧をＶＮ１とする。すると、容量ＣＣＬＡＭＰには、
ＶＣＰ＝（ＶＲＥＳ＋ＶＯＳ１＋ＶＯＳ２＋ＶＮ１）−ＶＣＬＡＭＰ
に相当する電荷が充電され、ノイズが記憶される。さらにＳＷＰＴＳ１をオンして容量ＣＣＬＡＭＰと増幅回路ＡＭＰ１を接続し、その後、ＳＷＣＬＡＭＰをオフしてノイズ記憶動作を終了する。

次にスイッチＳＷＰＴＳ２、ＳＷＰＨｎをオンして信号蓄積を開始する。蓄積信号をＳとすると、センサ画素回路部の出力ＶＳＥＮＳは下記式で表わされる。
ＶＳＥＮＳ＝ＶＲＥＳ＋ＶＯＳ１＋ＶＮ１＋Ｓ
さらに、増幅回路ＡＭＰ１の入力ＶＩＮは、前述した容量ＣＣＬＡＭＰに記憶されたノイズ電圧が引かれ、下記式であらわされる。
ＶＩＮ＝ＶＳＥＮＳ−ＶＣＰ＝Ｓ−ＶＯＳ２＋ＶＣＬＡＭＰ
したがって、センサ出力ＶＯＵＴは下記式で表わされる。
ＶＯＵＴ＝ＶＩＮ＋ＶＯＳ２＝Ｓ＋ＶＣＬＡＭＰ

以上の様にノイズ除去回路部により信号出力時に蓄積信号からノイズを除去し、精度の高いＰＢコントラスト検出が可能となる。

蓄積終了時にはスイッチＳＷＣＨをオフし、容量ＣＳに電荷を保持する。

信号読み出し時は、ライン選択回路１０４により読み出しされるラインセンサが選択され、シフトレジスタ１０７からの信号により、ＳＷＰＨｎが順次オンしていき、信号が出力回路１０８に出力される。このとき、信号蓄積時と同様に、ノイズ除去回路部によりノイズが除去された蓄積信号が得られる。

図８に輝度一定としたときの、蓄積時間と出力電圧の関係を示す。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出力電圧は増加していく。高感度に設定されたランセンサの出力電圧の傾きは、低感度に設定されたラインセンサの出力電圧の傾きに対して大きくなる。

以上のように構成された焦点調節装置の動作を、図９のフローチャートに基づいて詳細に説明する。

本実施例では、連続撮影モードが設定され、移動被写体の連続撮影時に適したサーボ制御が設定されているものとする。サーボ制御時は、図１５に示すように、連続撮影中にも連続してデフォーカス量検出を行い、レンズ駆動量の更新をしている。さらには、過去複数回の検出デフォーカス量と撮影レンズの駆動量から求められる像面位置の変化を、時刻による所定の関数となみし、その関数を統計的手法により求めることで撮影レンズの予測駆動を行っている。すなわち、図１５の点Ａで露光動作したとすると、次回の焦点調節時のデフォーカス量に動体予測補正量を加えたレンズ駆動を次回露光前までに完了することで、最後の焦点調節から露光が開始されるまでのレリーズタイムラグ間の被写体の移動を見越して合焦させることができる。

スイッチ群２１４の操作により焦点調節の開始信号を受信したら、ＣＰＵ１００からＡＦセンサ１０１を制御することで焦点調節動作を開始する。ここでは、例えば図３（ｃ）に示すＡＦ枠４０１が選択されているものとする。

ステップＳ８００では、設定されている連続撮影速度を判定する。連続撮影速度がデジタルカメラ内に記憶された所定量より速ければ、１コマ撮影に付き、ＡＦ枠４０１に対応しているラインセンサをそれぞれ異なる感度に設定して同時に信号蓄積を行う第一の動作モード（ステップＳ８０１〜Ｓ８０５）を実行する。

ステップＳ８０１では、ラインセンサ１０２−１を高感度に設定し、ラインセンサ１０２−２を低感度に設定する。

次のステップＳ８０２では、ＣＰＵ１００によりＡＦセンサ１０１を制御し、ラインセンサ１０２−１、ラインセンサ１０２−２による信号蓄積動作を同時に開始する。そして、次のステップＳ８０３にて、蓄積停止判定動作を行う。ＣＰＵ１００はＡＦセンサ１０１から出力される蓄積停止信号の検出を行う。そして、蓄積停止信号が検出されるまでステップＳ８０３の動作を繰り返し、蓄積停止信号が検出された場合は、ステップＳ８０４の信号読み出し動作へ進む。ステップＳ８０４では、画素信号の読出し動作を行う。ステップＳ８０５では、読みだされた画素信号の信頼性判定を行う。

信頼性判定工程のフローチャートを図１０にしめす。信頼性判定は被写体のコントラストと輝度情報から画素信号の信頼性判定を行い、その判定結果に基づいて、ラインセンサを選択する。ここで、画素信号の信頼性判定について説明する。図１２に被写体の輝度とＡＦセンサ出力のＳＮ比との関係を示す。

図１２（ａ）は被写体のコントラストが、所定の値Ｃｔｈより高い場合の図である。被写体の輝度が高い場合、ＰＢ信号が一定になるように蓄積制御されるので、ＳＮ比は一定の値となる。この輝度範囲では、光ショットノイズが支配的となる。低感度に設定されたラインセンサは、高感度に設定されたラインセンサよりも画素部のダイナミックレンジが大きいので、ＳＮ比が一定となる輝度が高く、さらに光ショットノイズの影響も小さい。このため、高感度に設定されたラインセンサよりも高輝度でのＳＮ比が大きい。ここで、ラインセンサのＳＮ比が、低感度センサ＞高感度センサになる輝度をＬ１とする。

被写体の輝度が低い場合、ラインセンサのＰＢ信号量は所定の蓄積時間内では蓄積停止レベルに至らず、蓄積は強制的に停止される。蓄積が強制的に停止される輝度以下では、ＡＦセンサ出力のＳＮ比は急激に劣化する。これは、信号量が少なくなるのに対し、暗電流によるノイズ、回路で発生するノイズなどが変わらないためである。高感度に設定されたラインセンサは、蓄積が強制停止となる輝度が低く、低感度に設定されたラインセンサよりも低輝度でのＳＮ比は大きい。ここで、ラインセンサのＳＮ比が、高感度センサ＞低感度センサとなる輝度をＬ２とする。

被写体の輝度がＬ１とＬ２の中間である場合、低感度に設定されたラインセンサと、高感度に設定されたラインセンサのＳＮ比は同程度であり、輝度が高くなるにつれて向上する。

図１２（ｂ）は被写体のコントラストが、所定の値Ｃｔｈ以下の場合の図である。被写体のコントラストが低い場合、ラインセンサからの信号は被写体のコントラスト成分であるため振幅が小さい。このため、高輝度時の光ショットノイズや、低輝度時の暗電流や回路に起因するノイズなどの影響を強く受けやすく、ＳＮ比が全体的に悪くなる。また、高輝度時のラインセンサのＳＮ比が、低輝度センサ＞高輝度センサになる輝度をＬ３とすると、Ｌ１＞Ｌ３となる。一方、低輝度時のラインセンサのＳＮ比が、高感度センサ＞低感度センサになる輝度をＬ４とすると、Ｌ２＜Ｌ４となる。

図１３に被写体のコントラストと輝度、ラインセンサの感度、デフォーカス検出の演算精度の関係を示す。被写体のコントラストが低い場合、各種ノイズの影響が大きくなり、それぞれの感度設定で信頼性の高いデフォーカス検出演算のできる輝度範囲が狭くなる。

以上のように、第一の動作モード（Ｓ８０１〜Ｓ８０５）のときは、前回の撮影駒に対しての露光終了から今回の撮影駒に対する露光開始までの間に、信号蓄積を少なくとも１回以上行う。

図１０において、ステップＳ９００では、ＣＰＵ１００は読みだされた信号を基に、被写体のコントラストが所定のしきい値より大きいか判定する。ここでしきい値はＣｔｈである。被写体のコントラストがＣｔｈより大きい場合、ステップＳ９０１で被写体の輝度を判定する。被写体の輝度は読みだされた信号と蓄積時間によって計算される。または、ＡＥセンサ２０７の測定結果を用いてもよい。ステップＳ９０１で輝度がＬ１より高い場合、ステップＳ９０２に進み、低感度に設定されたラインセンサ１０２−２の信号を選択する。輝度がＬ２より低い場合、ステップＳ９０３に進み、高感度に設定されたラインセンサ１０２−１の信号を選択する。輝度がＬ１以下、Ｌ２以上であった場合、ステップＳ９０４に進み、ラインセンサ１０２−１とラインセンサ１０２−２の信号を加算した値を画素信号とする。

ステップＳ９００で被写体のコントラストがＣｔｈ以下と判定された場合、ステップＳ９０５で被写体の輝度を判定する。ステップＳ９０５で輝度がＬ３より高い場合、ステップＳ９０６に進み、低感度に設定されたラインセンサ１０２−２の信号を選択する。輝度がＬ４より低い場合、ステップＳ９０７に進み、高感度に設定されたラインセンサ１０２−１の信号を選択する。輝度がＬ３以下、Ｌ４以上であった場合、ステップＳ９０８に進み、ラインセンサ１０２−１とラインセンサ１０２−２を加算した値を画素信号とする。

ステップＳ９０２−Ｓ９０４、Ｓ９０６−Ｓ９０８を実行するＣＰＵ１００は、選択手段を構成する。

図９に戻り、ステップＳ８００で、連続撮影速度がカメラ内に記憶された所定量より遅ければ、１コマ撮影に付き、ＡＦ枠４０１に対応しているラインセンサをそれぞれ低感度に設定して信号蓄積を行い、さらにラインセンサを高感度に設定してもう一度信号蓄積を行う第二の動作モード（ステップＳ８０６〜Ｓ８１４）を実行する。つまり、第二の動作モードは、複数対のラインセンサを同じ感度に設定し、複数回の信号蓄積を回毎に異なる感度で行うモードである。

図９においては、ステップＳ８００を実行するＣＰＵ１００は、動作モード設定手段に相当する。

ステップＳ８０６では、ラインセンサ１０２−１、１０２−２を低感度に設定する。

次のステップＳ８０７では、ＣＰＵ１００によりＡＦセンサ１０１を制御し、ラインセンサ１０２−１、ラインセンサ１０２−２による信号蓄積動作を開始する。そして、次のステップＳ８０８にて、蓄積停止判定動作を行う。ＣＰＵ１００はＡＦセンサ１０１から出力される蓄積停止信号の検出を行う。そして、蓄積停止信号が検出されるまでステップＳ８０８の動作を繰り返し、蓄積停止信号が検出された場合は、ステップＳ８０９の信号読み出し動作へ進む。

さらにステップＳ８１０では、ラインセンサ１０２−１、１０２−２を高感度に設定する。

次のステップＳ８１１では、ＣＰＵ１００によりＡＦセンサ１０１を制御し、ラインセンサ１０２−１、ラインセンサ１０２−２による信号蓄積動作を開始する。そして、次のステップＳ８１２にて、蓄積停止判定動作を行う。ＣＰＵ１００はＡＦセンサ１０１から出力される蓄積停止信号の検出を行う。そして、蓄積停止信号が検出されるまでステップＳ８１２の動作を繰り返し、蓄積停止信号が検出された場合は、ステップＳ８１３の信号読み出し動作へ進む。

ステップＳ８１４では、ステップＳ８０９、Ｓ８１３で読み出された画素信号の信頼性判定を行う。

信頼性判定は図１０のフローチャートに従う。ステップＳ９０２およびＳ９０６に進み、低感度ラインが選択される判定がされた場合は、Ｓ８０９で読みだされたラインセンサ１０２−１、１０２−２の信号を加算した値を画素信号とする。ステップＳ９０３およびＳ９０７に進み、高感度ラインが選択される判定がされた場合は、Ｓ８１３で読みだされたラインセンサ１０２−１、１０２−２の信号を加算した値を画素信号とする。ステップＳ９０４およびＳ９０８に進み、低感度ラインと高感度ラインの両方が選択される判定がされた場合は、Ｓ８０９で読みだされたラインセンサ１０２−１、１０２−２の信号とＳ８１３で読みだされたラインセンサ１０２−１、１０２−２の信号を加算した値を画素信号とする。

以上のように、第二の動作モード（Ｓ８０６−Ｓ８１４）のときは、前回の撮影駒に対しての露光終了から今回の撮影駒に対する露光開始までの間に、異なる感度での信号蓄積をそれぞれ少なくとも各１回以上行う。

ステップＳ８１５では信頼性判定の結果に基づき、読みだされた画素信号を用いてデフォーカス検出の演算を行う。

デフォーカス検出の演算ついて、図１１のフローチャートを用いて説明する。

まず、ステップＳ１００１でレンズ位置の取得を行う。

続くステップＳ１００２においては、撮影レンズから自動焦点調節に必要な敏感度、ベストピント補正値、１パルスあたりのデフォーカス量等の光学情報の取得を行う。これらはＣＰＵ１００から撮影レンズへ通信することによって行われる。

次のステップＳ１００３においては、相関演算を施すことにより像ずれ量を計算し、デフォーカス量Ｄを求める。デフォーカス量と実際のレンズ駆動量は非線形の関係にあり、デフォーカス量に応じた関数で近似するのが一般的である。また実際の繰り出しで扱う量は、長さではなく撮影レンズへの駆動波形であるところのフォーカスパルス数Ｐである。

ＣＰＵ１００は、上記ステップＳ１００２にてフォーカスパルス数Ｐへの変換に必要な光学情報を取得しているので、ステップＳ１００３にて上記のようにデフォーカス量Ｄの演算を行い、次のステップＳ１００４において、レンズ駆動量であるフォーカスパルス数Ｐへの変換を行う。合焦に必要なレンズ駆動量（フォーカスパルス数Ｐ）はこのようにして求められ、続くステップＳ１００５においては、像面位置とその検出時刻をＣＰＵ１００の記憶回路へ記憶し、次のステップＳ１００６において、動体予測量のフォーカスパルス数の補正を行う。これは、上記ステップＳ１００１において取得したレンズ位置を原点として、ＣＰＵ１００の記憶装置に記憶されている過去複数回の検出デフォーカス量と撮影レンズの駆動量から求められる像面位置の変化を、時刻による所定の関数とみなし、その関数を統計的手法により求めることで、最後の焦点検出から露光が開始されるまでのレリーズタイムラグ間の被写体の移動を見越したレンズ駆動量を求めることで補正が行われる。

図９に戻り、ステップＳ８１６ではデフォーカス検出の演算の結果に基づき、レンズ駆動を行い、自動焦点調節を終了する。

本実施例では、被写体のコントラストを判定するしきい値を１個としたが、複数個としてもよい。この場合、それぞれのしきい値について、その後の輝度判定を行う。また、輝度は蓄積時間から計算して求めてもよい。あるいは、被写体のコントラストを判定するしきい値は、演算式により決定され、可変としてもよい。また、ラインセンサ対のそれぞれのセンサの出力信号の像一致度から信頼性判定をしてもよい。図１４（ａ）の波形はラインセンサ対の像一致度が大きく、信頼性が高い。図１４（ｂ）の波形はノイズの影響等でラインセンサ対の像一致度が小さく、信頼性が低い。

以上のように、本実施例では、連続撮影速度によって焦点調節の動作を切り替える。

撮影速度が速い場合は１駒撮影に割り当てられる時間が短くなるため、焦点調節に使用できる時間も少なくなり、感度を切り替えて二回の信号蓄積を行うことができない。また、前フレームの結果を用いて感度を設定し、信号蓄積を一回行うとすると、被写体の輝度が撮影駒間に変化した場合に、適切でない感度で焦点調節を行ってしまう。本実施例では、１個のＡＦ枠に対応する二対のラインセンサをそれぞれ異なる感度に設定することにより、一回の信号蓄積でも、被写体の輝度に適した感度を用いて焦点調節を行うことができる。さらに、被写体の輝度が中輝度の場合は、二対のラインセンサの信号を加算してデフォーカス演算を行うため、より高い精度での焦点検出が可能である。また、被写体の輝度が低輝度、あるいは高輝度であり、一対のラインセンサの信号のみを用いたとしても、高いサンプリングレートで焦点調節をしているため、被写体移動の予測精度が高く、十分な精度の焦点調節が可能である。

撮影速度が遅い場合は１駒撮影に割り当てられる時間が長くなるため、焦点調節に使用できる時間も多くなり、感度を切り替えて二回の信号蓄積を行うことができる。

本実施形態では、二対のラインセンサでの信号蓄積を低感度と高感度で一回ずつ行うことにより、高い精度の焦点調節を幅広い輝度範囲で行うことができる。さらに撮影駒間の信号蓄積を、設定された撮影速度を損なわない回数、感度を交互に切り替えて行ってもよい。このことにより、高いサンプリングレートでの焦点調節が可能となり、被写体移動の予測精度が高く、より高精度の焦点調節が可能である。

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

１００ ＣＰＵ
１０１ ＡＦセンサ
２０６ 撮像センサ
１０２−１ ラインセンサ
１０２−２ ラインセンサ
１０３ 感度設定回路

Claims (10)

1. 被写体像を結像させるための撮影レンズの異なる瞳領域を通過した光をそれぞれ受光する一対のラインセンサを、複数対配置して構成された焦点検出センサと、
   前記複数対のラインセンサに対して、各一対のラインセンサごとに感度を設定する感度設定手段と、
   前記複数対のラインセンサの内のどのラインセンサの信号を用いるかを選択する選択手段と、
   前記選択手段により選択されたラインセンサの信号を用いて、デフォーカス量を検出するデフォーカス量検出手段と、
   前記検出されたデフォーカス量に基づいて前記撮影レンズを駆動するレンズ駆動手段とを有する焦点調節装置において、
   第一の動作モードと第二の動作モードとを切り替える動作モード設定手段を有し、
   前記第一の動作モードは、前記複数対のラインセンサをそれぞれ異なる感度に設定して同時に信号蓄積を行うモードであり、
   前記第二の動作モードは、前記複数対のラインセンサを同じ感度に設定し、複数回の信号蓄積を回毎に異なる感度で行うモードであることを特徴とする焦点調節装置。
2. 前記焦点検出センサにおいて、前記複数対のラインセンサが互いに隣接して配置されていることを特徴とする請求項１に記載の焦点調節装置。
3. 連続撮影中には、前記動作モード設定手段は、連続撮影速度に応じて前記第一の動作モードと第二の動作モードとを切り替え、
   前記第一の動作モードのときは、前回の撮影駒に対しての露光終了から今回の撮影駒に対する露光開始までの間に、信号蓄積を少なくとも１回以上行い、
   前記第二の動作モードのときは、前回の撮影駒に対しての露光終了から今回の撮影駒に対する露光開始までの間に、異なる感度での信号蓄積をそれぞれ少なくとも各１回以上行うことを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の焦点調節装置。
4. 前記動作モード設定手段は、連続撮影速度が所定の速度よりも速い場合は、前記第一の動作モードに設定し、連続撮影速度が所定の速度よりも遅い場合は前記第二の動作モードに設定することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の焦点調節装置。
5. 前記選択手段は、前記ラインセンサの信号の信頼性を判定し、その判定結果に基づいて、前記複数対のラインセンサの内のどのラインセンサの信号を用いてデフォーカス量検出を行うかを選択することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の焦点調節装置。
6. 前記選択手段は、前記ラインセンサの信号の信頼性を、輝度、コントラスト、ラインセンサ対の像一致度、蓄積時間の少なくとも１つの情報から判定し、その判定結果に基づいて、前記複数対のラインセンサの内のどのラインセンサの信号を用いてデフォーカス量検出を行うかを選択することを特徴とする請求項５に記載の焦点調節装置。
7. 前記複数対のラインセンサの内の互いに隣接する二対のラインセンサは、該ラインセンサの長手方向に互いにずらして配置されていることを特徴とする請求項２に記載の焦点調節装置。
8. 前記感度設定手段は、前記ラインセンサにより光電変換された電荷を蓄積する容量を切り替えることにより、前記ラインセンサの感度を設定することを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の焦点調節装置。
9. 請求項１ないし８のいずれか１項に記載の焦点調節装置を有することを特徴とする撮像装置。
10. 被写体像を結像させるための撮影レンズの異なる瞳領域を通過した光をそれぞれ受光する一対のラインセンサを、複数対配置して構成された焦点検出センサと、前記複数対のラインセンサの内のどのラインセンサの信号を用いるかを選択する選択手段と、前記選択手段により選択されたラインセンサの信号を用いて、デフォーカス量を検出するデフォーカス量検出手段と、前記検出されたでフォーカス量に基づいて前記撮影レンズを駆動するレンズ駆動手段とを有する撮像装置の制御方法であって、
    第一の動作モードと第二の動作モードとを切り替える動作モード設定ステップと、
    前記複数対のラインセンサに対して、各一対のラインセンサごとに感度を設定する感度設定ステップとを有し、
    前記動作モード設定ステップにて前記第一の動作モードに切り替えられたときには、前記複数対のラインセンサをそれぞれ異なる感度に設定して同時に信号蓄積を行い、
    前記動作モード設定ステップにて前記第二の動作モードに切り替えられたときには、前記複数対のラインセンサを同じ感度に設定し、複数回の信号蓄積を回毎に異なる感度で行うことを特徴とする撮像装置の制御方法。

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