JP2015082012A - 焦点検出装置及び撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】１つの蓄積時間を元に複数の焦点検出領域の蓄積制御を行う場合に、可能な限り多くの焦点検出領域において、適切な蓄積時間を設定できる焦点検出装置を提供する。【解決手段】焦点検出装置は、複数の焦点検出領域を含む焦点検出範囲が複数配置され、前記複数の焦点検出領域において、被写体像を電荷として検出する焦点検出用センサ１５と、焦点検出用センサ１５の各々の焦点検出領域で検出された電荷を所定の蓄積時間及びゲインで制御された信号データとして出力する検出手段３１と、前記複数の焦点検出領域の前回設定された前記蓄積時間を元に、前記複数の焦点検出領域の各々の飽和時間を算出する飽和時間算出手段３１と、各々の前記焦点検出領域の飽和時間に基づいて、前記焦点検出範囲の主な輝度分布となる飽和レベル範囲を特定し、当該飽和レベル範囲に応じて、前記検出手段における前記蓄積時間を設定する蓄積時間制御手段３１と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、焦点検出装置及び撮像装置に関する。

従来、複数の焦点検出領域の各々の輝度に応じて、焦点検出領域をグループ分けし、同じグループに属する焦点検出領域の数が最も多いグループの輝度に基づいて、ラインセンサから読み出した電荷（信号）のゲインを決定するように構成された焦点検出装置が提案されている（特許文献１参照）。

特開２０１２−６３４４９号公報

上記特許文献１の焦点検出装置において、高輝度側のグループに基づいてゲインが決定された場合、そのグループの焦点検出領域では、十分な出力レベルの信号データが得られる。しかし、それ以外のグループの焦点検出領域では、ラインセンサの飽和レベルよりも大幅に低い出力レベルとなるため、被写体のコントラストが低い場合には、適切な出力レベルの信号データが得られなくなる。

本発明の目的は、適切な蓄積時間を設定することができる焦点検出装置及び撮像装置を提供することにある。

本発明は、以下のような解決手段により前記課題を解決する。
請求項１に記載の発明は、撮像領域に複数の焦点検出領域を含む焦点検出範囲が複数配置され、前記複数の焦点検出領域において、被写体像の輝度を電荷として検出する焦点検出用センサと、前記焦点検出用センサの各々の前記焦点検出領域で検出された電荷を、所定の蓄積時間及びゲインにより制御された信号データとして出力する検出手段と、前記複数の焦点検出領域の前回設定された前記蓄積時間に基づいて、前記複数の焦点検出領域の各々の飽和時間を算出する飽和時間算出手段と、前記飽和時間算出手段で算出された、各々の前記焦点検出領域の飽和時間に基づいて、前記焦点検出範囲の主な輝度分布となる飽和レベル範囲を特定し、当該飽和レベル範囲に応じて、前記検出手段における前記蓄積時間を設定する蓄積時間制御手段と、を備えることを特徴とする焦点検出装置である。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の焦点検出装置において、前記蓄積時間制御手段は、予め設定された複数の飽和レベル範囲のうち、前記焦点検出領域の飽和時間に応じた飽和時間割合が最も多く含まれる飽和レベル範囲を、前記焦点検出範囲の主な輝度分布となる飽和レベル範囲として特定することを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の焦点検出装置において、前記蓄積時間制御手段は、前記焦点検出領域の飽和時間割合が最も多く含まれる飽和レベル範囲が複数存在する場合には、より高輝度側の飽和レベル範囲を選択することを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の焦点検出装置において、前記飽和レベル範囲の上限値は、前記焦点検出用センサの飽和レベル以下であることを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の焦点検出装置において、前記飽和レベル範囲の下限値は、前記焦点検出用センサのノイズレベル以上であること、を特徴とする。
請求項６に記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の焦点検出装置において、前記飽和レベル範囲は、前記飽和時間算出手段で算出された、各々の前記焦点検出領域の飽和時間に応じた飽和時間割合において、最短の飽和時間割合と最長の飽和時間割合との中間域であること、を特徴とする。
請求項７に記載の発明は、請求項１から６のいずれか１項に記載の焦点検出装置において、前記飽和レベル範囲は、前記検出手段に設定されたゲインに応じて変更されることを特徴とする。
請求項８に記載の発明は、請求項１から７のいずれか１項に記載の焦点検出装置を備える撮像装置である。
なお、上記構成は、適宜改良してもよく、また、少なくとも一部を他の構成物に代替してもよい。

本発明によれば、適切な蓄積時間を設定することができる焦点検出装置及び撮像装置を提供することができる。

第１実施形態におけるカメラ１の概略構成図である。 位相差ＡＦ検出部１５における位相差ＡＦ検出領域１５１の構成を示す概念図である。 各列のＡＦエリアに対応して配置されたラインセンサＳ１〜Ｓ７を示す概念図である。 制御装置３０において、カメラ１のＡＦ動作を行う場合の処理手順を示すフローチャートである。 第１実施形態のＡＦ−ＣＣＤ制御部３１によるＡＦセンサ制御の処理手順を示すフローチャートである。 第１実施形態のＡＦ−ＣＣＤ制御部３１によるＡＦセンサ制御の処理手順を示すフローチャートである。 第２実施形態のＡＦ−ＣＣＤ制御部３１ＡによるＡＦセンサ制御の処理手順を示すフローチャートである。 第２実施形態のＡＦ−ＣＣＤ制御部３１ＡによるＡＦセンサ制御の処理手順を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明に係る焦点検出装置及び撮像装置の実施形態について説明する。ここでは、本発明に係る焦点検出装置を、撮像装置としてのカメラ１に適用した実施形態について説明する。

［第１実施形態］
まず、第１実施形態のカメラ１について説明する。図１は、第１実施形態におけるカメラ１の概略構成図である。

図１に示すように、カメラ１は、カメラ本体１０と、このカメラ本体１０に着脱可能に構成された撮像レンズ２０と、を備える。本実施形態のカメラ１は、いわゆるデジタル一眼レフカメラである。

カメラ本体１０は、撮像素子１１と、クイックリターンミラー１２Ａと、サブミラー１２Ｂと、ファインダー光学系１３と、測光部１４と、焦点検出用センサ及び検出手段としての位相差ＡＦ検出部１５と、操作部材１６と、制御装置３０と、を備える。

撮像素子１１は、被写体光から変換された電荷を、電荷信号として出力するＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子により構成される。撮像素子１１には、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）の各色に対応する画素が所定の配列パターンで配置されている。撮像素子１１は、撮像レンズ２０の結像光学系による結像面の画像情報を撮像し、各画素に対応する色情報や輝度情報に応じた画像信号として制御装置３０に出力する。

クイックリターンミラー１２Ａは、カメラ１内において、２つの異なる位置に移動可能に構成された反射部材である。すなわち、クイックリターンミラー１２Ａは、撮像レンズ２０の結像光学系から撮像素子１１に至る光路中に介在する作用位置（図１参照）と、光路中に介在しない退避位置との間を移動可能に構成されている。クイックリターンミラー１２Ａは、作用位置において、入射光束をファインダー光学系１３（ファインダースクリーン１３Ａ）へ反射する。クイックリターンミラー１２Ａの一部には、入射光束の一部を透過する半透過領域が形成されている。

サブミラー１２Ｂは、クイックリターンミラー１２Ａの背面側に設けられた反射部材である。サブミラー１２Ｂは、作用位置に移動したクイックリターンミラー１２Ａにおいて、クイックリターンミラー１２Ａの半透過領域を透過した入射光束を、位相差ＡＦ検出部１５に向けて反射させる。

ファインダー光学系１３は、ファインダースクリーン１３Ａと、ペンタプリズム１３Ｂと、接眼レンズ１３Ｃと、を備える。

ファインダースクリーン１３Ａは、撮像素子１１と光学的に等価な位置に設けられている。ファインダースクリーン１３Ａには、クイックリターンミラー１２Ａにより導かれた入射光束が結像する。ペンタプリズム１３Ｂ及び接眼レンズ１３Ｃは、ファインダースクリーン１３Ａ上に結像した被写体像を、撮影者が正立像として視認可能とするための光学系である。

測光部１４は、測光用レンズ１４Ａと、測光センサ１４Ｂと、を備える。測光用レンズ１４Ａは、ペンタプリズム１３Ｂを介したファインダースクリーン１３Ａに結像した被写体像を測光センサ１４Ｂに導く。測光センサ１４Ｂは、撮像素子１１と同様に、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）の各色に対応する画素が所定の配列パターンで配置され、レンズ光学系により結像される結像面の画像情報を撮像する。

そして測光センサ１４Ｂは、各画素に対応する色情報や輝度情報に応じた測光信号を制御装置３０へ出力する。制御装置３０は、測光センサ１４Ｂからの測光信号に基づいて結像面の明るさを検出し、露出を決定する。

操作部材１６は、カメラ１の操作を行うための図示しない各種スイッチ類により構成される。例えば、操作部材１６には、カメラ１の動作モードを選択するためのモード選択スイッチ、ＡＦエリア（後述）を選択するためのエリア選択スイッチ、焦点調節（ＡＦ）の開始及び撮影を指示するためのレリーズボタン等が含まれる。

位相差ＡＦ検出部１５は、焦点検出用センサとしてのラインセンサＳ１〜Ｓ７（後述）を備える。ラインセンサＳ１〜Ｓ７には、クイックリターンミラー１２Ａの半透過領域を透過し、サブミラー１２Ｂで反射した入射光束が入射する。また、位相差ＡＦ検出部１５は、検出手段の機能として、ラインセンサＳ１〜Ｓ７で検出された電荷を、予め設定された蓄積時間及びゲインにより制御された信号データとしてＡＦ−ＣＣＤ制御部３１に出力する。

図２は、位相差ＡＦ検出部１５における位相差ＡＦ検出領域１５１の構成を示す概念図である。図２に示すように、位相差ＡＦ検出領域１５１には、撮像領域１５２の所定位置に、焦点検出領域としてのＡＦエリア（測距領域）１５３が複数設けられている。本実施形態では、縦方向に配置された５つのＡＦエリア１５３により、１つの焦点検出範囲（列）が構成されている。この焦点検出範囲は、７列配置されており、合計で３５点のＡＦエリア１５３が配置されている。以下、図２に示すＡＦエリア１５３を、適宜に「ＡＦエリア」ともいう。

図３は、各列のＡＦエリアに対応して配置されたラインセンサＳ１〜Ｓ７（以下、総称して「ラインセンサＳ」ともいう）を示す概念図である。ラインセンサＳ１〜Ｓ７は、各列の焦点検出範囲に対応するように配置されている。

また、図２において、破線で示す各領域Ａ〜Ｅは、焦点検出領域の縦方向の位置を示すものである。各ＡＦエリア１５３は、ラインセンサＳの番号（１〜７）と領域の符号（Ａ〜Ｅ）により表すことができる。例えば、位相差ＡＦ検出領域１５１の中央にあるＡＦエリア１５３は、「Ｃ１」となる。

ラインセンサＳは、被写体光の強さに応じた電荷信号を出力する複数の光電変換素子を、ライン状に配置した電荷蓄積型の光電変換素子アレイ（ＣＣＤラインセンサ等）である。ラインセンサＳは、各ＡＦエリアと対応する領域に、１つの光電変換素子が配置されている。撮像レンズ２０（図１参照）の異なる領域を通過して２つに分けられた（一対の）光束は、絞りマスク（不図示）により２つに分けられ後、一対の被写体像がラインセンサＳの対応する領域に再結像される。そして、ラインセンサＳは、結像した被写体像の輝度を電荷として検出する。すなわち、ラインセンサＳは、一対の被写体像の輝度に比例した電荷を、設定された蓄積時間に亘って蓄積する。これにより、ラインセンサＳからは、一対の被写体像の輝度に対応した電荷信号が出力される。ラインセンサＳから出力された電荷信号は、アンプ回路（不図示）において、予め設定されたゲインで増幅された後、Ａ／Ｄ変換部（不図示）において、デジタルの信号データに変換される。信号データの出力レベルは、電荷信号のピーク値×ゲインで表される。

制御装置３０は、ＣＰＵやメモリ等（不図示）により構成され、当該カメラ１の動作を統合的に制御する。また、制御装置３０は、測光センサ１４Ｂからの測光信号に基づいて結像面の明るさを検出し、露出を決定する。

更に、制御装置３０は、焦点調節（ＡＦ）に関連する機能部として、図１に示すように、ＡＦ−ＣＣＤ制御部３１と、デフォーカス演算部３２と、フォーカスエリア位置決定部３３と、レンズ駆動量演算部３４と、レンズ駆動制御部３５と、背景領域・顔領域抽出部３６と、を備える。

ＡＦ−ＣＣＤ制御部３１は、位相差ＡＦ検出部１５から信号データを読み出し、デフォーカス演算部３２へ出力する。位相差ＡＦ検出部１５のラインセンサＳにおける電荷の蓄積時間、及びアンプ回路のゲインは、ＡＦ−ＣＣＤ制御部３１により設定される。

ＡＦ−ＣＣＤ制御部３１は、飽和時間算出手段の機能として、制御対象となるＡＦエリアの前回設定された蓄積時間に基づいて、制御対象となるＡＦエリアの各々の飽和時間を算出する。

ＡＦ−ＣＣＤ制御部３１は、蓄積時間制御手段の機能として、上記制御において算出した、各々のＡＦエリアの飽和時間に基づいて、焦点検出範囲の主な輝度分布となる飽和レベル範囲（後述）を特定し、当該飽和レベル範囲に応じて、蓄積制御における蓄積時間を設定する。

なお、ＡＦ−ＣＣＤ制御部３１の各制御については、後述する。本実施形態において、位相差ＡＦ検出部１５及びＡＦ−ＣＣＤ制御部３１は、本発明に係る焦点検出装置を構成する。

デフォーカス演算部３２は、ＡＦ−ＣＣＤ制御部３１から出力された信号データに基づいて、撮像レンズ２０の焦点調節状態（ピントのずれ量）を表すデフォーカス量を算出する。

フォーカスエリア位置決定部３３は、デフォーカス演算部３２により算出されたデフォーカス量に基づいて、撮像レンズ２０を最終的に合焦させるＡＦエリア１５３を決定する。

レンズ駆動量演算部３４は、使用者又はフォーカスエリア位置決定部３３により決定されたＡＦエリアに対応して、デフォーカス演算部３２により算出されたデフォーカス量に基づいて、撮像レンズ２０が有する焦点調節レンズ（レンズ群Ｌ２）の駆動量を演算する。

ここでは、焦点調節レンズ（レンズ群Ｌ２）の駆動位置の目標となるレンズ目標位置を演算することにより、レンズ駆動量の演算を行う。レンズ目標位置は、デフォーカス量がほぼ０となる焦点調節レンズ（レンズ群Ｌ２）の位置に相当する。

レンズ駆動制御部３５は、レンズ駆動量演算部３４により演算されたレンズ駆動量、すなわち焦点調節レンズ（レンズ群Ｌ２）に対するレンズ目標位置に基づいて、撮像レンズ２０のレンズ駆動用モータ２２へ駆動制御信号を出力する。この駆動制御信号に応じて、レンズ駆動用モータ２２が焦点調節レンズ（レンズ群Ｌ２）を駆動して、レンズ目標位置へ移動させることにより、焦点調節が行われる。

背景領域・顔領域抽出部３６は、ＡＦ−ＣＣＤ制御部３１より出力された信号データに基づいて、撮像領域１５２から背景領域となる高輝度部を抽出する。また、背景領域・顔領域抽出部３６は、ＡＦ−ＣＣＤ制御部３１より出力された信号データから、パターンマッチング等の手法により顔領域を抽出する。

撮像レンズ２０は、鏡筒２１の内部に、結像光学系を構成する複数のレンズ群Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３と、レンズ駆動用モータ２２と、を備える。レンズ群Ｌ２は、光軸ＯＡ方向に移動して結像位置を調節可能な焦点調節レンズである。レンズ群Ｌ２は、レンズ駆動用モータ２２により、光軸ＯＡ方向に沿って被写体側又は撮像素子１１側に移動可能に構成されている。レンズ駆動用モータ２２の駆動は、カメラ本体１０側に設けられた制御装置３０により制御される。

次に、上記のように構成されたカメラ１において、ＡＦ動作を行う場合の処理手順について説明する。図４は、制御装置３０において、カメラ１のＡＦ動作を行う場合の処理手順を示すフローチャートである。このフローチャートの処理は、使用者がレリーズボタン（操作部材１６）の半押し等の操作を行い、カメラ１に対してＡＦ駆動を指示することにより開始される。

図４に示すステップＳ１０１において、ＡＦ−ＣＣＤ制御部３１は、ＡＦセンサ制御として、位相差ＡＦ検出部１５（ラインセンサＳ）において電荷の蓄積制御を実行させる。この蓄積制御により得られた信号データは、位相差ＡＦ検出部１５からＡＦ−ＣＣＤ制御部３１を介してデフォーカス演算部３２に出力される。

ステップＳ１０２において、デフォーカス演算部３２は、ＡＦ−ＣＣＤ制御部３１から出力された信号データに基づいて、相関演算により像ズレ量を求め、デフォーカス量を算出する。

ステップＳ１０３において、フォーカスエリア位置決定部３３は、ＡＦエリア位置決定のルーチン（不図示）を実行する。
ステップＳ１０４において、レンズ駆動量演算部３４は、レンズ駆動量演算のルーチン（不図示）を実行する。

ステップＳ１０５において、レンズ駆動制御部３５は、ステップＳ１０４におけるレンズ駆動量演算部３４のレンズ駆動量演算の結果に従い、撮像レンズ２０のレンズ駆動用モータ２２へ駆動制御信号を出力する。

次に、図４のステップＳ１０１におけるＡＦセンサ制御（サブルーチン）について説明する。図５及び図６は、ＡＦ−ＣＣＤ制御部３１によるＡＦセンサ制御の処理手順を示すフローチャートである。図５及び図６に示すフローチャートの処理は、ラインセンサＳ１〜Ｓ７の各々について実行される。ここでは、任意のラインセンサＳの処理として説明する。

図５に示すステップＳ２０１において、ＡＦ−ＣＣＤ制御部３１は、ラインセンサＳが起動済みか否かを判定する。このステップＳ２０１において、ＡＦ−ＣＣＤ制御部３１の判定が「ＹＥＳ」であれば、処理はステップＳ２０３へ移行する。また、ステップＳ２０１において、ＡＦ−ＣＣＤ制御部３１の判定が「ＮＯ」であれば、処理はステップＳ２０２へ移行する。

ステップＳ２０２において、ＡＦ−ＣＣＤ制御部３１は、初期化等の起動処理を実行する。
ステップＳ２０３において、ＡＦ−ＣＣＤ制御部３１は、制御対象となるＡＦエリアの前回設定された蓄積時間に基づいて、制御対象となるＡＦエリアの各々の飽和時間を算出する

なお、予め、背景エリアの除外モードが設定されている場合には、ステップＳ２０３の前処理として、背景領域・顔領域抽出部３６（図１参照）において、制御対象外となるＡＦエリア（焦点検出領域）を設定する処理を実行する。すなわち、背景領域・顔領域抽出部３６は、撮像領域１５２（図２参照）から背景領域となる高輝度部が存在する場合には、対応するＡＦエリアを制御対象外として除外し、残りのＡＦエリアを制御対象とする。

ステップＳ２０４において、ＡＦ−ＣＣＤ制御部３１は、飽和時間が最短となるＡＦエリアを最高輝度のＡＦエリアとし、その飽和時間の割合Ｈｂ％に対して、他のＡＦエリアにおける飽和時間の割合（以下、「飽和時間割合」ともいう）を算出する。そして、ＡＦ−ＣＣＤ制御部３１は、算出した飽和時間割合（％）が、予め設定された飽和時間割合Ｈｂｍｉｎ（％）〜Ｈｂｍａｘ（％）の範囲（以下、「飽和レベル範囲」ともいう）に入るエリア数をカウントする。

ここで、下記の表１を参照しながら説明する。表１では、ラインセンサＳ１（図３参照）に対応する焦点検出範囲において、対応するＡＦエリア（焦点検出領域）をＡ１，Ｂ１，Ｃ１，Ｄ１，Ｅ１で表している。

表１に示すように、ラインセンサＳ１に対応する焦点検出範囲において、飽和時間が最短となるＡＦエリア（最高輝度のＡＦエリア）は、Ｂ１（５ｍｓ）となる。ここで、Ｂ１における飽和時間の割合Ｈｂ％を８５％（５ｍｓ×０．８５＝４．２５ｍｓ）とすると、他のＡＦエリアにおける飽和時間割合（８５％の４．２５ｍｓを基準としたときの割合）は、１５．２％〜５３．１％となる。そして、最高輝度のＡＦエリアに対して設定された飽和レベル範囲を、２５％（Ｈｂｍｉｎ）〜８５％（Ｈｂｍａｘ）とすると、この飽和レベル範囲に入るエリア数は、Ａ１，Ｂ１，Ｃ１の３エリアとなる。

本実施形態において、最高輝度のＡＦエリアに対して設定された飽和レベル範囲の上限値（Ｈｂｍａｘ）は、オーバーフローの影響を少なくするため、ラインセンサＳの飽和レベル（１００％）以下に設定される。本実施形態では、Ｈｂｍａｘを８５％に設定した例を示す。

ステップＳ２０５において、ＡＦ−ＣＣＤ制御部３１は、飽和時間が最長となるＡＦエリアを最低輝度のＡＦエリアとし、その飽和時間の割合Ｈｄ％に対して、他のＡＦエリアにおける飽和時間割合（％）を算出する。そして、ＡＦ−ＣＣＤ制御部３１は、算出した飽和時間割合（％）が、予め設定された飽和時間割合Ｈｄｍｉｎ（％）〜Ｈｄｍａｘ（％）の飽和レベル範囲に入るＡＦエリアの数をカウントする。

表１に示すように、ラインセンサＳ１に対応する焦点検出範囲において、飽和時間が最長となるＡＦエリア（最低輝度のＡＦエリア）は、Ｅ１（２８ｍｓ）となる。ここで、Ｅ１における飽和時間の割合Ｈｄ％を２５％（２８ｍｓ×０．２５＝７ｍｓ）とすると、他のＡＦエリアにおける飽和時間割合（２５％の７ｍｓを基準としたときの割合）は、３５．０％〜１４０．０％となる。そして、最低輝度のＡＦエリアに対して設定された飽和レベル範囲を、２５％（Ｈｄｍｉｎ）〜１００％（Ｈｄｍａｘ）とすると、この飽和レベル範囲に入るエリア数は、Ａ１，Ｃ１，Ｄ１，Ｅ１の４エリアとなる。

本実施形態において、最低輝度のＡＦエリアに対して設定された飽和レベル範囲の下限値（Ｈｄｍｉｎ）は、ノイズの影響を少なくするため、焦点検出用センサとしてのラインセンサＳのノイズレベル以上に設定される。本実施形態では、Ｈｄｍｉｎを２５％に設定した例を示す。

ステップＳ２０６において、ＡＦ−ＣＣＤ制御部３１は、飽和時間の中間域（最短の飽和時間と最長の飽和時間との中間域）となるＡＦエリアを中間輝度のＡＦエリアとし、その飽和時間の割合Ｈｃ％に対して、他のＡＦエリアにおける飽和時間割合（％）を算出する。そして、ＡＦ−ＣＣＤ制御部３１は、算出した飽和時間割合（％）が、予め設定された飽和時間割合Ｈｃｍｉｎ（％）〜Ｈｃｍａｘ（％）の飽和レベル範囲に入るＡＦエリアの数をカウントする。

表１に示すように、ラインセンサＳ１に対応する焦点検出範囲において、飽和時間の中間域となるＡＦエリアは、Ｃ１（１２ｍｓ）となる。ここで、Ｃ１における飽和時間の割合Ｈｃ％を５０％（１２ｍｓ×０．５＝６ｍｓ）とすると、他のＡＦエリアにおける飽和時間割合（５０％の６ｍｓを基準としたときの割合）は、２１．４％〜１２０．０％となる。そして、中間輝度のＡＦエリアに対して設定された飽和レベル範囲を、２５％（Ｈｃｍｉｎ）〜１００％（Ｈｃｍａｘ）とすると、この飽和レベル範囲に入るエリア数は、Ａ１，Ｃ１，Ｄ１，の３エリアとなる。

図６に示すステップＳ２０７において、ＡＦ−ＣＣＤ制御部３１は、上記３つの飽和レベル範囲のうち、ＡＦエリア（Ａ１，Ｂ１，Ｃ１，Ｄ１，Ｅ１）の飽和時間割合が最も多く含まれる飽和レベル範囲（最もカウント数の飽和レベル範囲）を、ラインセンサＳ１に対応する焦点検出範囲の主な輝度分布となる飽和レベル範囲として特定する。そして、ＡＦ−ＣＣＤ制御部３１は、特定した飽和レベル範囲の基準となる飽和時間を、今回の制御における蓄積時間として設定する。

本実施形態において、３つの飽和レベル範囲のうち、ＡＦエリア（Ａ１，Ｂ１，Ｃ１，Ｄ１，Ｅ１）の飽和時間割合が最も多く含まれる飽和レベル範囲は、エリア数４の最低輝度のＡＦエリアに対応したＨｄｍｉｎ（％）〜Ｈｄｍａｘ（％）となる。そのため、ＡＦ−ＣＣＤ制御部３１は、最低輝度のＡＦエリアに対応したＨｄｍｉｎ（％）〜Ｈｄｍａｘ（％）の飽和レベル範囲を、ラインセンサＳ１に対応する焦点検出範囲の主な輝度分布となる飽和レベル範囲として特定する。そして、ＡＦ−ＣＣＤ制御部３１は、特定した飽和レベル範囲の基準となる飽和時間７ｍｓ（表１参照）を、今回の制御における蓄積時間として設定する。

なお、ＡＦ−ＣＣＤ制御部３１は、ステップＳ２０７において、３つの飽和レベル範囲のうち、ＡＦエリアの最も多く含まれる飽和レベル範囲が複数存在する場合には、より高輝度側の飽和レベル範囲を選択する。例えば、ＡＦエリアの最も多く含まれる飽和レベル範囲として、最高輝度のＡＦエリアに対応したＨｄｍｉｎ（％）〜Ｈｄｍａｘ（％）の飽和レベル範囲と、中間輝度のＡＦエリアに対応したＨｃｍｉｎ（％）〜Ｈｃｍａｘ（％）の飽和レベル範囲とがあったとする。この場合、ＡＦ−ＣＣＤ制御部３１は、より高輝度側の飽和レベル範囲となる、最高輝度のＡＦエリアに対応したＨｄｍｉｎ（％）〜Ｈｄｍａｘ（％）の飽和レベル範囲を選択する。

図６に示すステップＳ２０８において、ＡＦ−ＣＣＤ制御部３１は、位相差ＡＦ検出部１５のラインセンサＳについて、前回の蓄積制御の結果を元にゲインを設定する。ここでは、出力する信号データのノイズを少なくするため、出来るだけ低いゲインを設定することが望ましい。但し、連写撮影時等において、蓄積時間に制限がある場合には、蓄積時間の上限値に応じてゲインを設定する。

ステップＳ２０９において、ＡＦ−ＣＣＤ制御部３１は、ステップＳ２０８で設定したゲインに合わせて、ステップＳ２０７で設定した蓄積時間を再設定する。
ステップＳ２１０において、ＡＦ−ＣＣＤ制御部３１は、ステップＳ２０９で再設定した蓄積時間に従い、ラインセンサＳの蓄積制御を行う。この蓄積制御では、設定された蓄積時間に応じて、ラインセンサＳに電荷が蓄積される。ラインセンサＳに蓄積された電荷は、電荷信号としてアンプ回路に転送され、予め設定されたゲインで増幅される。アンプ回路で増幅された電荷信号は、更にＡ／Ｄ変換部によりデジタルの信号データに変換される。

ステップＳ２１１において、ＡＦ−ＣＣＤ制御部３１は、位相差ＡＦ検出部１５から出力された信号データを読み出し、感度不均一補正等の補正処理を行い、デフォーカス演算部３２へ出力する。
本サブルーチンの終了後、ＡＦ−ＣＣＤ制御部３１の処理は、図４に示すメインルーチンのステップＳ１０２に移行する。

上述した第１実施形態の焦点検出装置によれば、以下のような効果を奏する。
第１実施形態の焦点検出装置では、各々のＡＦエリアの飽和時間に基づいて、焦点検出範囲の主な輝度分布となる飽和レベル範囲を特定し、当該飽和レベル範囲に応じて、蓄積制御における蓄積時間が設定される。これによれば、各焦点検出範囲の可能な限り多くの焦点検出領域において、オーバーフローやノイズの影響の少ない蓄積時間を設定することができる。従って、第１実施形態の焦点検出装置によれば、１つの蓄積時間を元に複数の焦点検出領域の蓄積制御を行う場合に、可能な限り多くの焦点検出領域において、適切な蓄積時間を設定することができる。

また、第１実施形態の焦点検出装置では、予め設定された複数の飽和レベル範囲のうち、ＡＦエリアの飽和時間割合が最も多く含まれる飽和レベル範囲が、焦点検出範囲の主な輝度分布となる飽和レベル範囲として特定される。これによれば、撮影画像の輝度分布に最も適した飽和レベル範囲を特定することができる。従って、第１実施形態の焦点検出装置によれば、各焦点検出範囲において、オーバーフローやノイズの影響の少ない、より適切な蓄積時間を設定することができる。

また、第１実施形態の焦点検出装置では、複数の飽和レベル範囲のうち、ＡＦエリアの最も多く含まれる飽和レベル範囲が複数存在する場合には、より高輝度側の飽和レベル範囲が選択される。従って、第１実施形態の焦点検出装置によれば、可能な限り多くの焦点検出領域において、オーバーフローを抑制しつつ、より出力レベルの高い信号データを得ることができる。

［第２実施形態］
次に、第２実施形態のカメラ１Ａについて説明する。第２実施形態におけるカメラ１Ａの基本的な構成は、第１実施形態のカメラ１（図１参照）と同じであるため、説明を省略する。

第２実施形態のＡＦ−ＣＣＤ制御部３１Ａ（図１参照）は、高輝度、低輝度及び中間輝度の飽和レベル範囲を、設定されるゲインに応じて変更する。具体的には、ＡＦ−ＣＣＤ制御部３１Ａは、各ＡＦエリアのゲインを仮設定し、その仮設定したゲインがＨｉｇｈになるＡＦエリアが１つでもあれば、各飽和レベル範囲の下限値が高くなるように変更する。その他の処理については、第１実施形態と同じであるため、説明を省略する。

図７及び図８は、第２実施形態のＡＦ−ＣＣＤ制御部３１ＡによるＡＦセンサ制御の処理手順を示すフローチャートである。図７に示すステップＳ３０１〜Ｓ３０３の処理は、図５に示すステップＳ２０１〜Ｓ２０３の処理に対応する。また、図８に示すステップＳ３０７〜Ｓ３１４の処理は、図５に示すステップＳ２０４〜Ｓ２０６、及び図６に示すステップＳ２０７〜Ｓ２１１の処理に対応する。以下、本実施形態に特徴的な処理として、図７に示すステップＳ３０４〜Ｓ３０６を主に説明し、上述した第１実施形態の処理と重複する処理についての説明を省略する。

図７に示すステップＳ３０４において、ＡＦ−ＣＣＤ制御部３１Ａは、ステップＳ３０３において算出した、制御対象となるＡＦエリアの各々の飽和時間に基づいて、各々のＡＦエリアのゲインを仮設定する。この仮設定では、前回設定されたゲインと蓄積時間とに基づいて、どの程度のゲインを設定すれば、信号データを適切に制御可能かを見積もった上で設定する。本実施形態では、位相差ＡＦ検出部１５のアンプ回路（不図示）において、Ｌｏｗ、Ｍｉｄｄｌｅ（＞Ｌｏｗ）、及びＨｉｇｈ（＞Ｍｉｄｄｌｅ）の３段階にゲインが設定できるものとする。

ステップＳ３０５において、ＡＦ−ＣＣＤ制御部３１Ａは、仮設定したゲインがＨｉｇｈとなるＡＦエリアが有るか否かを判定する。このステップＳ３０５において、ＡＦ−ＣＣＤ制御部３１の判定が「ＹＥＳ」であれば、処理はステップＳ３０６へ移行する。また、ステップＳ３０５において、ＡＦ−ＣＣＤ制御部３１の判定が「ＮＯ」であれば、処理はステップＳ３０７（図８参照）へ移行する。

ステップＳ３０６において、ＡＦ−ＣＣＤ制御部３１Ａは、後のステップＳ３０７〜Ｓ３０９の処理（図５のステップＳ２０４〜Ｓ２０６に対応）で用いられる飽和レベル範囲の下限値が高くなるように変更する。本実施形態において、ＡＦ−ＣＣＤ制御部３１Ａは、Ｈｂｍｉｎ、Ｈｄｍｉｎ、及びＨｃｍｉｎを、２５％から３５％に変更する。また、ステップ３０６では、飽和時間が最長となるＡＦエリアにおける飽和時間の割合Ｈｄ％を、２５％から３５％に変更する。

上記ステップＳ３０６において、飽和レベル範囲の下限値を変更した場合、図８に示すように、ステップＳ３０７における飽和レベル範囲は、３５％（Ｈｂｍｉｎ）〜８５％（Ｈｂｍａｘ）となる。また、ステップＳ３０８における飽和レベル範囲は、３５％（Ｈｄｍｉｎ）〜１００％（Ｈｄｍａｘ）となる。ステップ３０８における飽和レベル範囲は、飽和時間の割合３５％を基準として算出される。更に、ステップＳ３０９における飽和レベル範囲は、３５％（Ｈｃｍｉｎ）〜１００％（Ｈｃｍａｘ）となる。なお、ステップＳ３０５の判定でＮＯとなり、ステップＳ３０６の処理をスキップした場合、ステップＳ３０７〜Ｓ３０９の飽和レベル範囲の下限値は、２５％（第１実施形態での設定値）のままとなる。

ここで、第２実施形態における蓄積時間の設定について、下記の表２を参照しながら説明する。表２に示すＡＦエリア（Ａ１〜Ｅ１）は、表１（第１実施形態）と同じくラインセンサＳ１に対応する焦点検出範囲を示す。

表２に示すように、ラインセンサＳ１に対応する焦点検出範囲において、飽和時間が最短となるＡＦエリア（最高輝度のＡＦエリア）は、Ｂ１（２ｍｓ）となる。ここで、Ｂ１における飽和時間の割合Ｈｂ％は８５％（２ｍｓ×０．８５＝１．７ｍｓ）となるため、他のＡＦエリアにおける飽和時間割合（８５％の１．７ｍｓを基準としたときの割合）は、３．４％〜８５．０％となる。そして、最高輝度のＡＦエリアに対して設定された飽和レベル範囲を、３５％（Ｈｂｍｉｎ）〜８５％（Ｈｂｍａｘ）とすると、この飽和レベル範囲に入るエリア数は、Ｂ１の１エリアとなる。

また、表２に示すように、ラインセンサＳ１に対応する焦点検出範囲において、飽和時間が最長となるＡＦエリア（最低輝度のＡＦエリア）は、Ｅ１（５０ｍｓ）となる。ここで、Ｅ１における飽和時間の割合Ｈｄ％は３５％（５０ｍｓ×０．３５＝１７．５ｍｓ）となるため、他のＡＦエリアにおける飽和時間割合（３５％の１７．５ｍｓを基準としたときの割合）は、３５．０％〜８７５．０％となる。そして、最低輝度のＡＦエリアに対して設定された飽和レベル範囲を、３５％（Ｈｄｍｉｎ）〜１００％（Ｈｄｍａｘ）とすると、この飽和レベル範囲に入るエリア数は、Ｃ１，Ｄ１，Ｅ１の３エリアとなる。

また、表２に示すように、ラインセンサＳ１に対応する焦点検出範囲において、飽和時間の中間域となるＡＦエリアは、Ｃ１（１８ｍｓ）となる。ここで、Ｃ１における飽和時間の割合Ｈｃ％は５０％（１８ｍｓ×０．５＝９ｍｓ）となるため、他のＡＦエリアにおける飽和時間割合（５０％の９ｍｓを基準としたときの割合）は、１８．０％〜４５０．０％となる。そして、中間輝度のＡＦエリアに対して設定された飽和レベル範囲を、３５％（Ｈｃｍｉｎ）〜１００％（Ｈｃｍａｘ）とすると、この飽和レベル範囲に入るエリア数は、Ａ１，Ｃ１，Ｄ１の３エリアとなる。

本実施形態では、３つの飽和レベル範囲のうち、ＡＦエリア（Ａ１，Ｂ１，Ｃ１，Ｄ１，Ｅ１）の飽和時間割合が最も多く含まれる飽和レベル範囲は、エリア数３の最低輝度のＡＦエリアに対応したＨｄｍｉｎ（％）〜Ｈｄｍａｘ（％）、及び同じくエリア数３の中間輝度のＡＦエリアに対応したＨｃｍｉｎ（％）〜Ｈｃｍａｘ（％）となる。このように、ＡＦエリアの最も多く含まれる飽和レベル範囲が複数存在する場合には、より高輝度側の飽和レベル範囲が選択される。そのため、ＡＦ−ＣＣＤ制御部３１Ａは、中間輝度のＡＦエリアに対応したＨｃｍｉｎ（％）〜Ｈｃｍａｘ（％）の飽和レベル範囲を、ラインセンサＳ１に対応する焦点検出範囲の主な輝度分布となる飽和レベル範囲として特定する。そして、ＡＦ−ＣＣＤ制御部３１Ａは、特定した飽和レベル範囲の基準となる飽和時間９ｍｓ（表２参照）を、今回の制御における蓄積時間として設定する。

上述した第２実施形態の焦点検出装置によれば、以下のような効果を奏する。
第２実施形態の焦点検出装置では、仮設定したゲインがＨｉｇｈになるＡＦエリアが１つでもあれば、各飽和レベル範囲の下限値が高くなるように変更される。一般に、被写体の輝度が極端に低い場合、蓄積時間が長くなるため、設定された蓄積時間に収まらないことがある。そこで、仮設定したゲインがＨｉｇｈになるＡＦエリアが存在する場合、すなわち輝度の極端に低いＡＦエリアが存在する場合には、各飽和レベル範囲の下限値を高くすることにより、高輝度側の飽和レベル範囲に入るＡＦエリアの数に比べて、低輝度又は中間域の飽和レベル範囲に入るＡＦエリアの数が多くなるため、低輝度又は中間域の飽和レベル範囲に対応する蓄積時間が設定される。従って、第２実施形態の焦点検出装置によれば、１つの蓄積時間を元に複数の焦点検出領域の蓄積制御を行う場合に、撮影画像に暗い被写体が含まれていても、可能な限り多くの焦点検出領域において、適切な蓄積時間を設定することができる。

［変形形態］
以上説明した実施形態に限定されることなく、本発明は以下に示すような種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明の範囲内である。

図６に示すステップＳ２０７において、ＡＦエリア（Ａ１，Ｂ１，Ｃ１，Ｄ１，Ｅ１）に、顔検出エリアや優先すべきエリア（以下、総称して「優先エリア」ともいう）が含まれている場合には、これら優先エリアのエリア数をカウントし、図５に示すステップＳ２０４＞Ｓ２０５＞Ｓ２０６の優先順位に基づいて、最もカウント数の多い飽和レベル範囲を選択してもよい。

上記のような優先エリアが設定されるモードにおいて、これら優先エリアがカウントされない場合、そのラインセンサでは、優先エリアがカウントされた他のラインセンサで設定された蓄積時間を採用する。このように、優先エリアが設定されるモードでの蓄積時間は、算出された飽和時間×０．５とする等、オーバーフローを起こしにくい時間を設定することが好ましい。

また、上記実施形態及び変形形態は適宜に組み合わせて用いることができるが、各実施形態の構成は図示と説明により明らかであるため、詳細な説明を省略する。更に、本発明は以上説明した実施形態により限定されることはない。

１，１Ａ：カメラ、１０：カメラ本体、１１：撮像素子、１５：位相差ＡＦ検出部、２０：撮像レンズ、３０：制御装置、３１，３１Ａ：ＡＦ−ＣＣＤ制御部、３２：デフォーカス演算部、３３：フォーカスエリア位置決定部、３４：レンズ駆動量演算部、３５：レンズ駆動制御部、３６：背景領域・顔領域抽出部

Claims (8)

1. 撮像領域に複数の焦点検出領域を含む焦点検出範囲が複数配置され、前記複数の焦点検出領域において、被写体像の輝度を電荷として検出する焦点検出用センサと、
   前記焦点検出用センサの各々の前記焦点検出領域で検出された電荷を、所定の蓄積時間及びゲインにより制御された信号データとして出力する検出手段と、
   前記複数の焦点検出領域の前回設定された前記蓄積時間に基づいて、前記複数の焦点検出領域の各々の飽和時間を算出する飽和時間算出手段と、
   前記飽和時間算出手段で算出された、各々の前記焦点検出領域の飽和時間に基づいて、前記焦点検出範囲の主な輝度分布となる飽和レベル範囲を特定し、当該飽和レベル範囲に応じて、前記検出手段における前記蓄積時間を設定する蓄積時間制御手段と、
   を備えることを特徴とする焦点検出装置。
2. 請求項１に記載の焦点検出装置において、
   前記蓄積時間制御手段は、予め設定された複数の飽和レベル範囲のうち、前記焦点検出領域の飽和時間に応じた飽和時間割合が最も多く含まれる飽和レベル範囲を、前記焦点検出範囲の主な輝度分布となる飽和レベル範囲として特定すること、
   を特徴とする焦点検出装置。
3. 請求項２に記載の焦点検出装置において、
   前記蓄積時間制御手段は、前記焦点検出領域の飽和時間割合が最も多く含まれる飽和レベル範囲が複数存在する場合には、より高輝度側の飽和レベル範囲を選択すること、
   を特徴とする焦点検出装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の焦点検出装置において、
   前記飽和レベル範囲の上限値は、前記焦点検出用センサの飽和レベル以下であること、
   を特徴とする焦点検出装置。
5. 請求項１から３のいずれか１項に記載の焦点検出装置において、
   前記飽和レベル範囲の下限値は、前記焦点検出用センサのノイズレベル以上であること、を特徴とする焦点検出装置。
6. 請求項１から３のいずれか１項に記載の焦点検出装置において、
   前記飽和レベル範囲は、前記飽和時間算出手段で算出された、各々の前記焦点検出領域の飽和時間に応じた飽和時間割合において、最短の飽和時間割合と最長の飽和時間割合との中間域であること、を特徴とする焦点検出装置。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の焦点検出装置において、
   前記飽和レベル範囲は、前記検出手段に設定されたゲインに応じて変更されること、
   を特徴とする焦点検出装置。
8. 請求項１から７のいずれか１項に記載の焦点検出装置を備える撮像装置。

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