JP2015191192A - 焦点検出装置及び方法、及び撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 シャープネスが小さい被写体に対し、焦点検出の精度を向上すること。
【解決手段】 被写体からの光束を光電変換して得られた電荷を蓄積して、焦点検出に用いる画素信号を出力する複数の画素を含む撮像手段（１０２）と、前記撮像手段において蓄積される電荷の特徴量が予め決められた蓄積停止レベルに達した場合に、前記撮像手段における電荷の蓄積を停止して、該電荷に応じた画素信号を出力するように前記撮像手段を制御する制御手段（１００、１０３、１０４、１０５、１０６）と、前記撮像手段から出力された画素信号の鮮鋭度を演算する演算手段（１００）とを有し、前記制御手段は、前記鮮鋭度が予め決められた閾値よりも小さい場合、前記蓄積停止レベルとして、予め決められたレベルよりも大きいレベルを用いる。
【選択図】 図６

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方法、及び撮像装置に関する。

従来より、被写体の焦点状態を検出し、それに応じて撮影レンズの位置を変化させることで自動的に焦点を合わせるように構成された所謂オートフォーカス（ＡＦ）機能を有するカメラ等が種々提案されている。このようなＡＦ機能を有するカメラ等では、焦点状態を検出する方法として、まず、例えば被写体像を、光電変換素子を含む複数の画素より構成された撮像素子上に結像させる。そして、その撮像素子から出力される複数の画素信号に所定の演算処理を行うことで、焦点状態を検出する（例えば、特許文献１参照）。

この方法では、高輝度の被写体から低輝度の被写体まで、様々な輝度レベルを有する被写体に対して精度の良い焦点状態の検出を行うために、撮像素子での信号読み出しの増幅率（ゲイン）と蓄積時間を適切に制御することが不可欠となる。この理由としては、複数の画素信号から構成される被写体の像信号のレベルが大きすぎると、装置で処理できる画素信号が飽和レベルを超えてしまい、結果的に像信号が実際のものと異なり、かえって精度が悪くなる場合がある。また、逆に像信号のレベルが小さすぎると、相対的にノイズが増えてしまい、これもまたかえって精度が悪くなる場合がある。

一方、カメラの自動焦点検出方式として、位相差検出方式が従来より良く知られている。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、焦点検出用の光電変換装置（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（以下、「位相差演算」と呼ぶ。）、撮影レンズの焦点状態を検出する。最近では、画面内の複数の領域の焦点状態を検出できるように、複数のラインセンサ対を配置したＡＦセンサが種々提案されている。

例えば、特許文献２には、次のような制御が開示されている。即ち、光電変換素子を複数の焦点検出領域に対応する位置にそれぞれ配置し、領域１から領域ｎを順次巡回しながらモニタすることで領域１〜ｎ毎に蓄積時間を制御し、領域毎に画素信号の読み出し時の増幅率（ゲイン）を適切に制御する。領域毎に適切な電荷蓄積制御をすることで、様々な輝度レベルを有する被写体であっても、適切なゲインでの画素信号の読み出しを可能としている。

特開平１１−１５０６８６号公報 特許第３８５４７０４号公報

特許文献１に開示された従来技術では、被写体像信号の最大値と最小値の差分であるＰＢ信号により応答性と焦点検出精度が両立する蓄積制御を行っている。そのため、被写体のＰＢ信号が十分ではあるがシャープネスが小さい苦手被写体では、焦点検出精度が悪化してしまう。

また、特許文献２に記載の光電変換素子を用いた焦点検出装置では、巡回の周期が長くなってしまい、蓄積終了タイミングが遅れてしまうことがある。他の領域の信号をモニタしている間に被写体輝度が変化し明るくなってしまうことにより、適切に蓄積停止ができずに、ＡＦセンサの出力回路やＡ／Ｄ変換器のダイナミックレンジを超える（飽和する）程度、信号を蓄積してしまうことがある。また、被写体が超高輝度であった場合、蓄積停止動作が間に合わず、画素信号が飽和してしまうことがある。これらの飽和した信号を用いて焦点検出演算をした場合、焦点検出精度が悪化してしまうことがあった。

本発明は上記問題点を鑑みてなされたものであり、シャープネスが小さい被写体に対し、焦点検出の精度を向上することを目的とする。また、高輝度被写体に対して、精度の良い焦点検出を行うことを別の目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の焦点検出装置は、被写体からの光束を光電変換して得られた電荷を蓄積して、焦点検出に用いる画素信号を出力する複数の画素を含む撮像手段と、前記撮像手段において蓄積される電荷の特徴量が予め決められた蓄積停止レベルに達した場合に、前記撮像手段における電荷の蓄積を停止して、該電荷に応じた画素信号を出力するように前記撮像手段を制御する制御手段と、前記撮像手段から出力された画素信号の鮮鋭度を演算する演算手段とを有し、前記制御手段は、前記鮮鋭度が予め決められた閾値よりも小さい場合、前記蓄積停止レベルとして、予め決められたレベルよりも大きいレベルを用いることを特徴とする。

また、本発明の別の焦点検出装置は、被写体からの光束を光電変換して得られた電荷を蓄積して、焦点検出に用いる画素信号を出力する複数の画素を含む撮像手段と、前記撮像手段において蓄積される電荷の特徴量が予め決められた蓄積停止レベルに達した場合に、前記撮像手段における電荷の蓄積を停止して、該電荷に応じた画素信号を出力するように前記撮像手段を制御する制御手段と、前記撮像手段で電荷の蓄積を開始してから、予め決められたゲイン決定タイミングで、該決定タイミングまでに蓄積された電荷の特徴量に応じて、ゲインを決定する決定手段と、前記決定手段により決定されたゲインで前記撮像手段から出力される画素信号を増幅した場合に、飽和する画素信号が有るかどうかを判定する判定手段と、前記判定手段が、飽和する画素信号が無いと判定した場合に該判定に用いたゲインを設定し、飽和する画素信号が有ると判定した場合に該判定に用いたゲインよりも小さいゲインを設定する設定手段と、前記設定手段により設定されたゲインにより前記画素信号を増幅する増幅手段とを有することを特徴とする。

本発明によれば、シャープネスが小さい被写体に対し、焦点検出の精度を向上することができる。また、超高輝度被写体に対しても、精度の良い焦点検出を行うことができる。

本発明の実施の形態にかかるカメラ本体の概略構成を示すブロック図。 カメラの光学系にかかる構成を示す図。 図２に示す光学系のうち、焦点検出光学系の詳細な構成を示す図。 実施の形態にかかるラインセンサの配置例を示す図。 実施の形態にかかるラインセンサの配置と焦点検出領域との関係を示す図。 実施の形態にかかるＡＦセンサの詳細な回路構成を示すブロック図。 蓄積時間とＰＢ信号レベル及び蓄積停止判定を説明する図。 実施の形態にかかる焦点検出動作のフローチャート。 実施の形態にかかるＡＦセンサ駆動処理のフローチャート。 実施の形態にかかるゲイン決定処理のフローチャート。 実施の形態にかかるゲインと、蓄積停止レベルと、ＰＢ信号と、ゲイン決定タイミングと、蓄積停止判定タイミングとの関係の一例を示す図。 実施の形態にかかる画素信号読み出し処理のフローチャート。 実施の形態にかかるゲインを再設定した際の画素信号の例を示す図。 ゲイン決定タイミングの決定処理のフローチャート。 被写体のシャープネスの違いを説明するための図。 被写体輝度と、ゲインと、焦点検出誤差との関係を表す図。

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、本発明の第１の実施形態にかかる焦点検出センサを備えたカメラ本体の概略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（ＣＰＵ）１００には、カメラの各種操作用のスイッチ群２１４に対する操作を検知するための信号入力回路２０４、ＣＭＯＳセンサやＣＣＤ等により構成される、画像記録用の撮像センサ（撮像素子）２０６が接続されている。また、ＡＥ（測光）センサ２０７、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（焦点検出）センサ１０１も接続されている。更に、後述する図２に示す撮影レンズ３００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等を行う。カメラの動作は、スイッチ群２１４を撮影者が操作することで決定される。スイッチ群２１４には、レリーズボタンや、焦点検出領域を選択するためのダイヤル等が含まれる。

ＡＦセンサ１０１は複数のラインセンサ対を備えており、ＣＰＵ１００によりＡＦセンサ１０１を制御することで、ラインセンサ対から互いに視差を有する対の画像信号を得ることができる。そして、得られた対の画像信号の位相差から焦点状態を検出し、撮影レンズ３００の焦点位置を制御する（焦点検出動作）。

また、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を介して撮影レンズ３００の絞り値を制御し、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、カメラの光学系の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。撮影者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。

また、ペンタプリズム３０１に入射した光束の一部は、光学フィルタ３１２と結像レンズ３１３を介してＡＥセンサ２０７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、被写体輝度を測定することができる。

また、被写体からの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。また、撮影に際しては、クイックリターンミラー３０５及びサブミラー３０６が跳ね上がって光路から退避することで、入射した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。

図２において、視野マスク３０７から二次結像レンズ３０９までの光学系及びＡＦセンサ１０１から構成される、本実施の形態の焦点検出装置による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。

焦点検出に関わる光学系の詳細な構成を図３に示す。撮影レンズ３００を通過した被写体からの光束は、図２を参照して説明したようにサブミラー３０６で反射され、撮像面と共役な面上にある視野マスク３０７の近傍に一旦結像する。なお、図３では便宜上、撮影レンズ３００を１枚のレンズにより表しているが、実際には複数のレンズにより構成されている。図３では、サブミラー３０６で反射され、折り返された光路を展開して示している。視野マスク３０７は画面内の焦点検出領域以外への余分な光を遮光するための部材である。

フィールドレンズ３１１は、絞り３０８の各開口部を撮影レンズ３００の射出瞳付近に結像する作用を有している。絞り３０８の後方には二次結像レンズ３０９が配置されており、一対２つのレンズから構成され、それぞれのレンズは絞り３０８の各開口部に対応している。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を通過した各光束は、ＡＦセンサ１０１上のラインセンサに結像する。図３では、ＡＦセンサ１０１上にラインセンサが一対のみ示されているが、後述するように複数対のラインセンサが配置されている。

次に、ＡＦセンサ１０１上のラインセンサと撮影画面内の焦点検出領域との関係について、図４及び図５を参照しながら説明する。

図４は、ＡＦセンサ１０１のラインセンサ対の配置を示す図である。ラインセンサ対１０２−１〜１０２−１１は、それぞれ一対２本のラインセンサから構成され、ラインセンサ対から得られた対の信号の位相差により焦点状態を検出する。例えば、ラインセンサ対１０２−１は、ラインセンサ１０２−１Ａとラインセンサ１０２−１Ｂとで構成される。各ラインセンサ対は二次結像レンズ３０９などの焦点検出光学系により被写体上のほぼ同じ領域（焦点検出領域）に投影され、これらのラインセンサ対から出力される２つの画像の位相差を検出することにより、焦点状態を検出することができる。

図５は、ファインダ内に表示される焦点検出領域の配置と、ＡＦセンサ１０１上のラインセンサ対によるＡＦ視野を示す図である。本第１の実施形態においては、計１１点の焦点検出領域を有しており、焦点検出領域１〜１１にラインセンサ対１０２−１〜１０２−１１がそれぞれ対応している。

次に、ＡＦセンサ１０１の詳細な回路構成を、図６のブロック図を参照して説明する。制御部１０３はＣＰＵ１００と接続され、ＣＰＵ１００からの制御コマンドに基づき、ＡＦセンサ１０１の各ブロックを制御する。制御部１０３はゲイン情報、蓄積時間情報などを記憶するための記憶回路１０９を有している。また、各種制御のためのフラグ用レジスタ、設定用レジスタ、タイマーを複数有している（不図示）。さらにＡＦセンサ１０１の蓄積停止情報、ゲイン情報、蓄積時間情報などをＣＰＵ１００へと送信する。

二次結像レンズ３０９により結像された被写体像は、ラインセンサ対１０２−１〜１０２−１１から成るラインセンサ群１０２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。ラインセンサ選択回路１０４は、ラインセンサ群１０２の複数のラインセンサ対のうち１つのラインセンサ対を選択する。そして、選択されたラインセンサ対の画素信号を、ラインセンサ対の信号の特徴量蓄積状態（ここではＰＢコントラスト）をモニタするＰＢコントラスト検出回路１０５及び出力回路１０８へと出力する機能を有する。

ＰＢコントラスト検出回路１０５は、ラインセンサ選択回路１０４により選択されたモニタ中のラインセンサ対の画素信号の中から最も大きな信号である最大値信号（Ｐｅａｋ信号）と最小値信号（Ｂｏｔｔｏｍ信号）との差分であるＰＢ信号を蓄積停止判定回路１０６へ出力する。

図７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、蓄積時間、蓄積停止判定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Ｖｃｏｍｐとを比較判定する。Ｖｃｏｍｐは後述するようにレベルを切り替えることができる。

ＰＢ信号が蓄積停止レベルＶｃｏｍｐよりも大きくなった時点で、蓄積停止判定回路１０６は制御部１０３へ蓄積停止判定信号を出力する。そして、制御部１０３は、ラインセンサ選択回路１０４により選択されたモニタ中のラインセンサ対の蓄積を停止するために、ラインセンサ群１０２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（最大蓄積時間）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、ＣＰＵ１００が蓄積停止コマンドをＡＦセンサ１０１へ送信し、制御部１０３はラインセンサ群１０２へ蓄積停止信号を出力する。

ここでは、蓄積停止判定回路１０６はＰＢ信号に基づいて蓄積停止判定するものとしたが、Ｐｅａｋ信号と不図示の遮光画素からの信号（Ｄａｒｋ信号）との差分信号であるＰＤ信号に基づいて蓄積停止判定をしてもよい。

上述したように、ラインセンサ群１０２で蓄積された画素信号は、ラインセンサ選択回路１０４を介して出力回路１０８へ出力される。ＣＰＵ１００から画素読み出しのための制御コマンドが送信され、シフトレジスタ１０７を駆動することで、出力回路１０８から１画素ずつの画素信号がＣＰＵ１００のＡ／Ｄ変換器（不図示）へ出力される。この時、出力回路１０８では、画素信号とＢｏｔｔｏｍ信号との差分信号を生成し（コントラスト成分を取り出し）、増幅するなどの処理を行っている。

また、出力回路１０８は、ＣＰＵ１００からの制御コマンドに従い、ＰＢコントラスト検出回路１０５から得られるＰｅａｋ信号、Ｂｏｔｔｏｍ信号、ＰＢ信号を出力することができる。さらに出力回路１０８は、Ｄａｒｋ信号や、画素信号、Ｐｅａｋ信号及びＢｏｔｔｏｍ信号と、Ｄａｒｋ信号との差分信号も出力することができる。

次に、本実施形態における焦点検出動作を図８に示すフローチャートを用いて説明する。Ｓ８００では、ＣＰＵ１００は、焦点検出動作に関わる各種設定を行う。例えば、ＣＰＵ１００がレンズ通信回路２０５を介して撮影レンズ３００と通信し、撮影レンズ３００の焦点距離情報などを得る。また、撮影者の操作に応じて、ＡＦセンサ１０１の最大蓄積時間の設定などもしている。

Ｓ８０１では、ＣＰＵ１００はＡＦセンサ１０１の駆動制御をする。ＡＦセンサ駆動の詳細は後述する。Ｓ８０２では、ＣＰＵ１００は、ＡＦセンサ１０１で蓄積された電荷に応じて得られる画素信号を読み出す。Ｓ８０３では、ＣＰＵ１００は、得られた画素信号が、焦点検出演算（デフォーカス演算）を行うための信頼性があるか否か、を判定する。また、複数のラインセンサ対のうち、どのラインセンサ対からの信号を用いて焦点検出演算を行うかの判定も行う。

Ｓ８０４において、ＣＰＵ１００は、得られた画素信号を用いて、撮影レンズ３００の焦点状態（デフォーカス量）を検出するための焦点検出演算を行い、デフォーカス量を算出する。Ｓ８０５において、ＣＰＵ１００は、Ｓ８０４で得られたデフォーカス量の絶対値がしきい値ｄｅｆｔｈ以下であるか否かを判定し、デフォーカス量の絶対値がしきい値ｄｅｆｔｈより小さければ（合焦していれば）、焦点検出動作を終了する。

一方、デフォーカス量の絶対値がしきい値ｄｅｆｔｈより大きければ、ＣＰＵ１００はＳ８０６へと処理を進め、得られたデフォーカス量に応じて撮影レンズ３００を駆動する。Ｓ８０７では、ＣＰＵ１００は、得られた画素信号、ゲイン情報、蓄積時間情報を用いて、ゲイン決定タイミングｔｉｍｅ＿ｇｄを設定する。Ｓ８０７で行われるｔｉｍｅ＿ｇｄの決定処理については後述する。

ゲイン決定タイミングｔｉｍｅ＿ｇｄを設定した後、ＣＰＵ１００は処理をＳ８０１へと進め、デフォーカス量の絶対値がしきい値ｄｅｆｔｈ以下となるまで（合焦するまで）Ｓ８０１〜Ｓ８０７の処理を繰り返す。

次にＳ８０１におけるＡＦセンサ駆動について詳細に説明する。図９は、Ｓ８０１におけるＡＦセンサ１０１の駆動のサブルーチンを示すフローチャートである。Ｓ９００〜Ｓ９０３は、ＡＦセンサ１０１の初期設定動作及び回路のリセット動作から蓄積開始までの動作である。Ｓ９００では、ＣＰＵ１００は制御命令をＡＦセンサ１０１へと送信し、制御部１０３は送られた制御命令に基づき、各部を設定する。

Ｓ９０１では、制御部１０３は、ラインセンサ対１０２−１〜１０２−１１の光電変換部の電荷のリセット制御や回路のリセット制御をし、電荷蓄積を開始する。Ｓ９０２では、制御部１０３はｎ＝１とし、ラインセンサ対１０２−１を、モニタを開始するラインセンサ対として設定する。Ｓ９０３では、制御部１０３は、内蔵されたタイマーｔｉｍｅｒをリセットしてからカウントを開始し、電荷蓄積開始からの経過時間（蓄積時間）の計測を開始する。

Ｓ９０４では、制御部１０３は、ラインセンサ選択回路１０４を制御し、ラインセンサ対１０２−ｎ（ｎ＝１〜１１）を選択する。このとき、ラインセンサ対１０２−ｎの信号がＰＢコントラスト検出回路１０５へ出力される。Ｓ９０５では、制御部１０３は、タイマーｔｉｍｅｒと、後述するようにして決定されたゲイン決定タイミングｔｉｍｅ＿ｇｄとを比較判定する。なお、ゲイン決定タイミングｔｉｍｅ＿ｇｄは図８に示すようにＳ８０７で行われる。そのため、焦点検出動作の１回目のルーチンでは、初期値として、後述する予め決められた時間ｔｉｍｅ＿ｇｄ１を、選択されたラインセンサ対１０２−ｎのゲイン決定タイミングｔｉｍｅ＿ｇｄとする。タイマーｔｉｍｅｒがゲイン決定タイミングｔｉｍｅ＿ｇｄに達していない場合、制御部１０３はＳ９０６へ処理を進める。一方、タイマーｔｉｍｅｒがゲイン決定タイミングｔｉｍｅ＿ｇｄに達している場合、制御部１０３はＳ９１１へ処理を進める。

Ｓ９０６では、制御部１０３は記憶回路１０９から、選択されたラインセンサ対１０２−ｎに対応するゲイン情報（ｇａｉｎ［ｎ］）を読み出し、ゲイン情報に基づき蓄積停止判定回路１０６の蓄積停止レベルＶｃｏｍｐを設定する。ゲイン情報は、タイマーｔｉｍｅｒがゲイン決定タイミングｔｉｍｅ＿ｇｄに達していた場合に、後述するＳ９１２のゲイン決定処理でラインセンサ対毎に得られる。そのため、タイマーｔｉｍｅｒがゲイン決定タイミングｔｉｍｅ＿ｇｄに達するまでは、制御部１０３は、初期設定として、ゲインｇａｉｎ［ｎ］＝５倍（×５）を選択されたラインセンサ対１０２−ｎのゲインとする。そして、蓄積停止レベルＶｃｏｍｐとして、ゲインｇａｉｎ［ｎ］＝５倍（×５）に対応する値Ｖｃｏｍｐｘ５を設定する。

Ｓ９０７では、制御部１０３は、内蔵されたタイマーｔｉｍｅｒ＿ｍｏｎｉｔｏｒをリセットしてからカウントを開始し、選択されたラインセンサ対１０２−ｎの蓄積状態をモニタするモニタ期間の経過時間の計測を開始する。Ｓ９０８において、蓄積停止判定回路１０６は選択されたラインセンサ対１０２−ｎのＰＢ信号をＳ９０６で設定された蓄積停止レベルＶｃｏｍｐと比較し、蓄積停止レベルＶｃｏｍｐに達していればＳ９１３に進み、達していなければＳ９０９に進む。

Ｓ９０９では、制御部１０３はタイマーｔｉｍｅｒ＿ｍｏｎｉｔｏｒの値と、１つのラインセンサ対をモニタするモニタ周期時間ｐｅｒｉｏｄ＿ｍｏｎｉｔｏｒを比較する。そして、タイマーｔｉｍｅｒ＿ｍｏｎｉｔｏｒがモニタ周期時間ｐｅｒｉｏｄ＿ｍｏｎｉｔｏｒに達するまで、Ｓ９０８の蓄積停止判定を繰り返す。

蓄積停止判定されないままモニタ周期時間ｐｅｒｉｏｄ＿ｍｏｎｉｔｏｒに達した場合、制御部１０３は処理をＳ９１０へと進め、次のモニタ対象ラインセンサ対を決定する（次ラインサーチ）。基本的には、ｎをインクリメントして次のモニタ対象ラインセンサ対を決定するが、当該ラインセンサ対の蓄積が終了していれば、さらにインクリメントして次のモニタ対象ラインセンサ対を決定する。また、ｎ＝１１の次は、ｎ＝１とする。

また、選択されたラインセンサ対１０２−ｎのモニタ中に、ＰＢ信号が蓄積停止レベルＶｃｏｍｐに達すると、Ｓ９１３に進んで蓄積停止処理を行う。Ｓ９１３では、制御部１０３は、ラインセンサ対１０２−ｎの蓄積停止制御と画素信号保持制御を行い、電荷蓄積時間としてタイマーｔｉｍｅｒの値を制御部１０３に内蔵された記憶回路１０９に記憶する。

そして、Ｓ９１４では、制御部１０３は全ラインセンサ対の蓄積が終了しているか否かを判定し、全ラインセンサ対の蓄積が終了していた場合、ＡＦセンサ駆動を終了する。一方、蓄積が終了していないラインセンサ対が残っている場合は、制御部１０３はＳ９１０へと処理を進め、次ラインサーチを行う。

一方、Ｓ９０５において、タイマーｔｉｍｅｒがゲイン決定タイミングｔｉｍｅ＿ｇｄに達していた場合、Ｓ９１１において、制御部１０３は、全ラインセンサ対のゲインが決定しているか否かを判定する。全ラインセンサ対のゲインが決定していなければ、全ラインセンサ対のゲインが決定するまでＳ９１２へ進んで、後述する手順によりゲイン決定処理が繰り返し行われる。

一方、全ラインセンサ対のゲインが決定している場合は、制御部１０３はＳ９０６へと処理を進める。この時点で、各ラインセンサ対に対応するゲイン情報（ｇａｉｎ［ｎ］）が記憶回路１０９に保持されている。従って、Ｓ９０６では、制御部１０３は記憶回路１０９から、選択されたラインセンサ対１０２−ｎに対応するゲイン情報（ｇａｉｎ［ｎ］）を読み出し、読み出したゲイン情報に基づいて蓄積停止判定回路１０６の蓄積停止レベルＶｃｏｍｐを設定する。Ｓ９０７以降の処理は、タイマーｔｉｍｅｒがゲイン決定タイミングｔｉｍｅ＿ｇｄに達していない場合と同様である。

次に、Ｓ９１２で行われるゲイン決定処理について図１０を参照して説明する。Ｓ１０００では、制御部１０３は蓄積停止判定回路１０６の蓄積停止レベルＶｃｏｍｐを予め決められた値Ｖｃｏｍｐｘ１０に設定する。Ｓ１００１では、制御部１０３は、蓄積停止判定回路１０６の出力に基づき、ＰＢ信号が蓄積停止レベルＶｃｏｍｐ（Ｖｃｏｍｐｘ１０）以上であれば処理をＳ１００９へと進める。そして、ラインセンサ対１０２−ｎに設定されるゲインｇａｉｎ［ｎ］を５倍（×５）とし、内蔵する記憶回路１０９へ書き込む。

ＰＢ信号が蓄積停止レベルＶｃｏｍｐ（Ｖｃｏｍｐｘ１０）より小さければ（閾値より小さければ）、Ｓ１００２に進む。そして、制御部１０３は蓄積停止判定回路１０６の蓄積停止レベルＶｃｏｍｐを、値Ｖｃｏｍｐｘ１０よりも小さい、予め決められた値Ｖｃｏｍｐｘ２０に設定する。Ｓ１００３では、制御部１０３は、蓄積停止判定回路１０６の出力に基づき、ＰＢ信号が蓄積停止レベルＶｃｏｍｐ（Ｖｃｏｍｐｘ２０）以上であれば処理をＳ１００８へと進める。そして、ラインセンサ対１０２−ｎに設定されるゲインｇａｉｎ［ｎ］を１０倍（×１０）とし、内蔵する記憶回路１０９へ書き込む。

ＰＢ信号が蓄積停止レベルＶｃｏｍｐ（Ｖｃｏｍｐｘ２０）より小さければ（閾値より小さければ）、Ｓ１００４に進む。そして、制御部１０３は蓄積停止判定回路１０６の蓄積停止レベルＶｃｏｍｐを、値Ｖｃｏｍｐｘ２０よりも小さい、予め決められた値Ｖｃｏｍｐｘ４０に設定する。Ｓ１００５では、制御部１０３は、蓄積停止判定回路１０６の出力に基づき、ＰＢ信号が蓄積停止レベルＶｃｏｍｐ（Ｖｃｏｍｐｘ４０）以上であれば処理をＳ１００７へと進める。そして、ラインセンサ対１０２−ｎに設定されるゲインｇａｉｎ［ｎ］を２０倍（×２０）とし、内蔵する記憶回路１０９へ書き込む。一方、ＰＢ信号が蓄積停止レベルＶｃｏｍｐ（Ｖｃｏｍｐｘ４０）より小さければ（閾値より小さければ）処理をＳ１００６へと進め、ラインセンサ対１０２−ｎに設定されるゲインｇａｉｎ［ｎ］を４０倍（×４０）とし、内蔵する記憶回路１０９へ書き込む。

上述したようにして、制御部１０３は、ＰＢ信号の大きさに応じて、ＶｃｏｍｐをＶｃｏｍｐｘ５、Ｖｃｏｍｐｘ１０、Ｖｃｏｍｐｘ２０、Ｖｃｏｍｐｘ４０と順に設定していく。そして、それぞれＰＢ信号との比較判定結果に基づき、ラインセンサ対１０２−ｎに設定されるゲインｇａｉｎ［ｎ］を決定し、内蔵する記憶回路１０９へ書き込む。

選択されたラインセンサ対１０２−ｎのゲインｇａｉｎ［ｎ］が決定されるとＳ９１０に進み、上述したようにして、次のモニタ対象ラインセンサ対を決定する（次ラインサーチ）。

以上のように、Ｓ９０４〜Ｓ９１４を繰り返し、全ラインセンサ対の蓄積停止処理が終了するとＡＦセンサ駆動を終了する。なお、図には明示していないが、ＣＰＵ１００から、強制蓄積停止コマンドが送信された場合、制御部１０３は、Ｓ９０５からＳ９０６へ強制的に処理を進めると共に、Ｓ９０８からＳ９１３へ強制的に処理を進め、蓄積停止処理を行う。

図１１は、図９に示す処理により設定されるゲインｇａｉｎ［ｎ］と、蓄積停止レベルＶｃｏｍｐと、ＰＢ信号と、ゲイン決定タイミングｔｉｍｅ＿ｇｄと、蓄積停止判定タイミングとの関係の一例を示す図である。図１１（ａ）に示す例では、時刻ｔｉｍｅ＿ｇｄにおいて、ＰＢ信号は蓄積停止レベルＶｃｏｍｐｘ１０とＶｃｏｍｐｘ２０の間にある。この場合、図１０のフローチャートに従って、制御部１０３は、ｇａｉｎ［ｎ］を１０倍（×１０）と判定する。図９のＳ９０６では、制御部１０３は記憶回路１０９からラインセンサ対１０２−ｎに対するゲイン情報（ｇａｉｎ［ｎ］＝×１０）を読み出し、蓄積停止判定回路１０６の蓄積停止レベルＶｃｏｍｐにＶｃｏｍｐｘ１０を設定する。

図１１（ｂ）に示す例では、時刻ｔｉｍｅ＿ｇｄにおいて、ＰＢ信号は蓄積停止レベルＶｃｏｍｐｘ４０よりも小さい。この場合、図１０のフローチャートに従って、制御部１０３は、ｇａｉｎ［ｎ］を４０倍（×４０）と判定する。図９のＳ９０６では、制御部１０３は記憶回路１０９からラインセンサ対１０２−ｎに対するゲイン情報（ｇａｉｎ［ｎ］＝×４０）を読み出し、蓄積停止判定回路１０６の蓄積停止レベルＶｃｏｍｐにＶｃｏｍｐｘ４０を設定する。

ここで、Ｖｃｏｍｐｘ５、Ｖｃｏｍｐｘ１０、Ｖｃｏｍｐｘ２０及びＶｃｏｍｐｘ４０は、次のように設定されている。即ち、出力回路１０８から画素信号をそれぞれのゲインで増幅して出力する際に、出力回路の１０８ダイナミックレンジ及び、ＣＰＵ１００のＡ／Ｄ変換器の入力ダイナミックレンジをそれぞれ超えない（飽和しない）ように蓄積停止できるレベルに設定されている。

ゲイン決定で設定されるゲインが低く、蓄積停止レベルが高いほど蓄積する信号量（Ｓ）は高くなり、得られる画素信号のＳ／Ｎは大きくなる。得られる画素信号のＳ／Ｎが高いほど、焦点検出精度は高い。

しかしながら、被写体輝度またはコントラストが低い場合、ＰＢ信号が蓄積停止レベルに達する前にＡＦセンサ１０１の最大蓄積時間を経過してしまうため、十分な信号量（Ｓ）を得ることができない。同じ信号蓄積量であるとすると、ＣＰＵ１００のＡ／Ｄ変換器の量子化誤差や、ＣＰＵ１００とＡＦセンサ１０１の実装ノイズの影響により、より高いゲインで画素信号を増幅して出力した方がＳ／Ｎが大きくなる。

従って、ゲイン決定タイミングｔｉｍｅ＿ｇｄはＳ／Ｎと蓄積時間（ＡＦセンサ駆動の応答性）などのバランスを考慮して設定される。

また、Ｓ９１２のゲイン決定処理で設定されるゲインは、Ｓ８０２で行われる画素信号読み出し駆動時にも使用される。ＣＰＵ１００から読み出しゲインを設定するための制御コマンドがない場合は、制御部１０３は、画素信号出力時にｇａｉｎ［ｎ］を記憶回路１０９から読み出し、出力回路１０８の読み出しゲインとして設定する。

次にＳ８０２で行われる画素信号読み出し処理について、図１２のフローチャートを参照して詳細に説明する。Ｓ１２００では、ＣＰＵ１００は、画素信号を読み出すラインセンサ対１０２−ｎを選択し、ＡＦセンサ１０１へラインセンサ対選択のための命令を送信する。ＡＦセンサ１０１の制御部１０３は、ラインセンサ選択回路１０４を制御し、当該ラインセンサ対１０２−ｎを選択する。

Ｓ１２０１では、ＣＰＵ１００は、選択したラインセンサ対１０２−ｎのゲイン情報及び蓄積時間情報をＡＦセンサ１０１から読み出す。ゲイン情報はＳ９１２ゲイン決定処理でラインセンサ対毎に設定された値（ｇａｉｎ［ｎ］）である。蓄積時間情報は、後述するＳ８０７のｔｉｍｅ＿ｇｄの決定処理で使用する。そして、Ｓ１２０２では、ＣＰＵ１００は、画素信号を読み出す際に用いるゲインｇａｉｎ＿ｒｄとして、ＡＦセンサ１０１から読み出したゲイン情報ｇａｉｎ［ｎ］を設定する。

Ｓ１２０３では、ＣＰＵ１００は、画素信号の特徴量を読み出す。ここでは、画素信号の特徴量は、選択されたラインセンサ対のＰＢ信号である。なお、特徴量はＰＢ信号に限定されず、選択されたラインセンサ対のＰｅａｋ信号、Ｂｏｔｔｏｍ信号としてもよい。あるいは、Ｐｅａｋ信号、Ｂｏｔｔｏｍ信号と遮光された画素（不図示）の信号（Ｄａｒｋ信号）との差分信号としてもよい。

ＣＰＵ１００はＡＦセンサ１０１に特徴量を読み出すための制御コマンドを送信する。受信したコマンドに基づき、制御部１０３はＰＢコントラスト検出回路１０５と出力回路１０８を制御し、ＡＦセンサ１０１はＰＢ信号をＣＰＵ１００に送信する。この時、ＰＢ信号自体が飽和しないように、出力回路１０８には低いゲインが設定されている。ここでは、特徴量を出力するためのゲインを２．５倍（×２．５）とする。

Ｓ１２０４では、ＣＰＵ１００は、Ｓ１２０３で読み出した特徴量に基づき、Ｓ１２０２で設定されたゲインｇａｉｎ＿ｒｄで画素信号を読み出した場合に、得られる画素信号が飽和するか否かを判定する。特徴量を出力した際のゲイン（２．５倍）と、画素信号を読み出す際のゲインｇａｉｎ＿ｒｄとの比率から、ＰＢ信号をｇａｉｎ＿ｒｄで出力した時の値に換算する。この値がＣＰＵ１００のＡ／Ｄ変換器の入力電圧上限（例えば３．２Ｖ）を超えているか否かによって飽和判定をする。ＰＢ信号の元となるＰｅａｋ信号は、ラインセンサ対の画素信号の中の最も大きな信号である最大値信号であるため、ＰＢ信号に基づいて飽和判定すれば、画素信号が飽和するか否かを判定できる。

画素信号が飽和していると判定された場合、ＣＰＵ１００はＳ１２０５へと処理を進め、飽和していないと判定された場合、ＣＰＵ１００はＳ１２０８へと処理を進める。Ｓ１２０５では、ＣＰＵ１００は読み出しゲインｇａｉｎ＿ｒｄを１／２とする。

Ｓ１２０６では、ＣＰＵ１００は読み出しゲインｇａｉｎ＿ｒｄの判定をする。ｇａｉｎ＿ｒｄがＡＦセンサ１０１で設定できる最小のゲイン（ここでは２．５倍）以下であった場合、ＣＰＵ１００はＳ１２０７へ処理を進める。一方、ｇａｉｎ＿ｒｄが×２．５（２．５倍）を超えていれば、ＣＰＵ１００はＳ１２０４へ処理を進め、フローチャートに従って飽和判定を繰り返す。

なお、Ｓ９１２のゲイン決定処理において、ゲインを２．５倍に設定しない理由は、蓄積時間の短縮のためである。２．５倍で読み出すための蓄積停止レベルＶｃｏｍｐは、Ｖｃｏｍｘ５の２倍となる。すなわち、図１１に示すように、ゲインをより低くするためには、蓄積停止判定までにかかる蓄積時間が長くなる。従って、本発明の実施形態においては、ゲイン決定処理と読み出しゲインの再設定における最小ゲインとを異ならせことにより、蓄積時間の短縮と精度の両立を実現している。

Ｓ１２０７では、ＣＰＵ１００はＳ１２０４〜Ｓ１２０６で決定された読み出しゲインｇａｉｎ＿ｒｄを設定するようにＡＦセンサ１０１へ命令を送信する。ただし、Ｓ１２０４で１度も飽和と判定されなかった場合はＳ１２０７の処理は行わない。これは、前述のとおり、ＡＦセンサ１０１は、ＣＰＵ１００から読み出しゲイン設定コマンドを送信されない場合、Ｓ９１２のゲイン決定で決定されたゲインで画素信号を増幅して出力するためである。

Ｓ１２０８では、ＣＰＵ１００はＡＦセンサ１０１に対し、選択されたラインセンサ対１０２−ｎから画素信号を読み出すための駆動制御を行う。Ｓ１２０９では、制御部１０３は全ラインセンサ対の画素信号読み出しが終了したかを判断し、終了していなければＳ１２００に戻って次のラインセンサ対を選択して上記処理を繰り返し、終了していれば、画像信号読み出し処理を終了する。

図１３（ａ）はＳ９１２のゲイン決定処理で設定されたゲイン（ｇａｉｎ［ｎ］）（例えば１０倍）で読み出した際に、画素信号が飽和している様子を示した図である。本来の被写体像（破線）は、ＣＰＵ１００の入力電圧範囲や出力回路１０８の出力電圧範囲を上限としてクリップされてしまう。

この画素信号を、Ｓ１２０４〜Ｓ１２０６で再設定されたゲインｇａｉｎ＿ｒｄ（例えば５倍）で読み出すと、図１３（ｂ）のようになり、画素信号を飽和させることなく読み出すことができる。また、ＡＦセンサ１０１の画素部などで一部の複数画素が飽和していたとしても、ＣＰＵ１００の入力電圧範囲や出力回路１０８での画素飽和を抑えることができ、焦点検出精度への影響を低減することができる。

また、画素信号を用いて飽和判定をした場合、全ての画素を読み出す必要があり処理時間が長くなってしまうが、本発明の実施形態では、画素信号を読み出す前に特徴量のみを読み出して飽和判定を行うため、読み出しにかかる時間を短くすることができる。

このようにしてＳ８０２で画素信号を読み出した後、Ｓ８０３においてＣＰＵ１００は信頼性を判定する。その際、例えば被写体コントラストを画素信号に基づいて算出し、被写体コントラストが所定の値（信頼性閾値）より小さければ信頼性が無いものと判定する。しかしながら、図１３（ｂ）に示すように、ゲインを再設定して読み出した信号は振幅が小さくなってしまい、コントラストが小さいとみなされてしまう。従って、ゲインを再設定して読み出した信号に適用する信頼性閾値は、読み出したゲイン情報や蓄積時間に基づいて、信頼性判定をするのに適した値に変更する。

次にＳ８０７で行われるゲイン決定タイミングｔｉｍｅ＿ｇｄの決定処理について、図１４を参照して詳細に説明する。Ｓ８０７では、ＣＰＵ１００は、Ｓ８０３で信頼性があると判定し、デフォーカス量算出するのに用いた画素信号に基づき、焦点検出精度と応答性の観点からゲイン決定タイミングｔｉｍｅ＿ｇｄをｔｉｍｅ＿ｇｄ１とｔｉｍｅ＿ｇｄ２のどちらにするかを決定する。なお、ｔｉｍｅ＿ｇｄ１（第１のタイミング）はｔｉｍｅ＿ｇｄ２（第２のタイミング）よりも小さい値である。

Ｓ１４００では、ＣＰＵ１００は得られた画素信号から被写体のシャープネス（鮮鋭度）を算出する。ここで、シャープネスについて、図１５を用いて詳細に説明する。図１５（ａ）及び（ｂ）は、ＣＰＵ１００がＡＦセンサ１０１から読み出した画素信号の例を表している。ここでは説明を簡素化するため、ラインセンサ対の一方から得られる像のみを示している。図１５において、横軸は画素位置、縦軸は画素信号レベルである。また、図１５（ａ）はシャープネスが高い画素信号の例、図１５（ｂ）はシャープネスが低い画素信号の例を示している。

図１５（ａ）及び（ｂ）に示す画素信号の振幅（コントラスト）は同じであるが、図１５（ａ）は信号変化が急峻であり、図１５（ｂ）は信号変化がなだらかである。従って、図１５（ａ）の方が、図１５（ｂ）よりもシャープネスが高いといえる。

前述したシャープネスを定量的に算出するために、例えば、式（１）、（２）、（３）を用いる。

式（１）は０画素目からｍ−１画素目まで、隣接した画素信号の差分の総和を示し、式（２）は０画素目からｍ−１画素目まで、隣接した画素信号の差分を二乗した値の総和を示している。式（３）は、式（１）及び（２）から求めた１次コントラストと２次コントラストの比率を示している。信号変化がなだらかであるほど、シャープネスを表す式（３）の値は小さくなる。画素信号の振幅（コントラスト）が同じであった場合、シャープネスが低い方が焦点検出精度は悪く、焦点検出誤差は大きくなる。

Ｓ１４０１では、ＣＰＵ１００は、Ｓ１４００で算出したシャープネスの値が所定値Ｓｔｈ以下であるか否かの判定を行う。シャープネスの値が所定値Ｓｔｈ以下であれば、ＣＰＵ１００はＳ１４０３へ処理を進める。一方、シャープネスの値が所定値Ｓｔｈより大きければ、ＣＰＵ１００はＳ１４０５へ処理を進め、ゲイン決定タイミングｔｉｍｅ＿ｇｄをｔｉｍｅ＿ｇｄ1とする。

Ｓ１４０２では、ＣＰＵ１００は、蓄積時間が所定時間Ｔｔｈ以下であるか否かの判定を行う。蓄積時間が、所定値Ｔｔｈ以下であれば、ＣＰＵ１００はＳ１４０３に処理を進める。一方、蓄積時間が所定値Ｔｔｈより大きければ、ＣＰＵ１００はＳ１４０５へ処理を進め、ゲイン決定タイミングｔｉｍｅ＿ｇｄをｔｉｍｅ＿ｇｄ1とする。

Ｓ１４０３では、ＣＰＵ１００は、ゲイン決定によって設定されたゲインｇａｉｎ［ｎ］が所定値Ｇｔｈ以上であるか否かの判定を行う。これは、ゲイン決定によって設定された蓄積停止レベルで判定をしていると言い換えてもよい。ｇａｉｎ［ｎ］が所定値Ｇｔｈ以上であれば、ＣＰＵ１００はＳ１４０４へ処理を進め、ゲイン決定タイミングｔｉｍｅ＿ｇｄをｔｉｍｅ＿ｇｄ２とする。一方、ゲインｇａｉｎ［ｎ］が所定値Ｇｔｈより小さければ、ＣＰＵ１００はＳ１４０５へ処理を進め、ゲイン決定タイミングｔｉｍｅ＿ｇｄをｔｉｍｅ＿ｇｄ１とする。

次に図１１（ａ）及び（ｂ）を用いて、ゲイン決定タイミングの違いによるゲイン決定の結果の違いを詳細に説明する。図１１（ｂ）に示す例では、時刻ｔｉｍｅ＿ｇｄ１において、ＰＢ信号はＶｃｏｍｐｘ４０より小さい。従って、前述した図１０のフローチャートに基づき、制御部１０３はｇａｉｎ［ｎ］を４０倍（×４０）として判定する。図９のＳ９０６では、制御部１０３は記憶回路２０９からゲイン情報（ｇａｉｎ［ｎ］＝４０倍）を読み出し、蓄積停止判定回路１０６の蓄積停止レベルＶｃｏｍｐにＶｃｏｍｐｘ４０を設定する。

一方、図１１（ａ）は時刻ｔｉｍｅ＿ｇｄ２において、ＰＢ信号はＶｃｏｍｐｘ１０とＶｃｏｍｐｘ２０の間にある。前述した図１０のフローチャートに基づき、制御部１０３はｇａｉｎ［ｎ］を１０倍（×１０）として判定する。すなわち、図１１（ａ）及び（ｂ）に示すように、ゲイン決定タイミングｔｉｍｅ＿ｇｄを長くすることで、低いゲインに設定することができる。図９のＳ９０６では、制御部１０３は記憶回路２０９からゲイン情報（ｇａｉｎ［ｎ］＝１０倍）を読み出し、蓄積停止判定回路１０６の蓄積停止レベルＶｃｏｍｐにＶｃｏｍｐｘ１０を設定する。

以上説明した処理によれば、被写体が明るい場合であっても、シャープネスが低い場合、ゲイン決定タイミングｔｉｍｅ＿ｇｄはｔｉｍｅ＿ｇｄ２に設定されるため、蓄積停止レベルＶｃｏｍｐが高くなり、より多くの電荷を蓄積することができる。従って、得られる信号のＳ／Ｎは大きくなり、精度の高い焦点検出が可能となる。

なお、図１４に示す処理において、Ｓ１４０２で蓄積時間を判定しているのは、被写体輝度または被写体コントラストが低いことに起因して算出されるシャープネスが小さくなってしまうことと区別するためである。また、Ｓ１４０３でゲインを判定することにより、シャープネスが低かったとしても、ゲインが低く判定されているならば、ゲイン決定タイミングｔｉｍｅ＿ｇｄを短いままとするようにしている。

次に、被写体輝度、ゲイン決定処理で設定されるゲイン、焦点検出誤差との関係について図１６を用いて説明する。ここでは説明を簡単にするため、画素信号は飽和しておらず、Ｓ８０２でのゲインの再設定はないものとする。

図１６（ａ）は被写体を図１５（ａ）に示すものと同じ被写体とし、ゲイン決定タイミングｔｉｍｅ＿ｇｄをｔｉｍｅ＿ｇｄ１としたときの、被写体輝度と焦点検出誤差との関係を示した図である。なお、被写体輝度の単位は、ＩＳＯ感度を１００として換算したＥＶ値としている。

前述したように、ゲイン決定タイミングｔｉｍｅ＿ｇｄで得られたゲインと被写体輝度及び被写体コントラスト（ＰＢ信号）に基づき、画素信号を読み出すゲインが設定される。被写体輝度が低いほど高いゲインが設定される。ＥＶ２より明るい輝度領域では、強制的に蓄積が停止されることはなく信号が蓄積停止レベルＶｃｏｍｐまで達しているため、ゲインが低いほど焦点検出誤差が大きい。また、ＥＶ２より暗い輝度領域では、最大蓄積時間以内に蓄積停止判定されず、強制的に蓄積が停止されるため、輝度の低下に応じて画素信号が小さくなるため焦点検出誤差は悪化する。

図１６（ｂ）は被写体を図１５（ｂ）に示すものと同じ被写体とし、ゲイン決定タイミングｔｉｍｅ＿ｇｄをｔｉｍｅ＿ｇｄ１としたときの、被写体輝度と焦点検出誤差の関係を示した図である。図１５（ｂ）は図１５（ａ）よりもシャープネスが低いため、図１６（ａ）よりも図１６（ｂ）の焦点検出誤差は大きい。

図１６（ｃ）は被写体を図１５（ｂ）に示すものと同じ被写体とし、ゲイン決定タイミングｔｉｍｅ＿ｇｄをｔｉｍｅ＿ｇｄ２としたときの、被写体輝度と焦点検出誤差の関係を示した図である。ゲイン決定タイミングｔｉｍｅ＿ｇｄが図１６（ｂ）よりも遅いため、図１６（ｂ）と比べて低いゲインが設定される。従って、ＥＶ４からＥＶ８の輝度領域では、より高い焦点検出精度が得られている。ただし、この領域での蓄積時間は長くなり、ＡＦセンサ駆動の応答性は低下する。

上記の通りの本発明の実施形態によれば、焦点検出精度が悪いシャープネスが小さい被写体と判定された場合、ゲイン決定を遅いタイミングに変更することにより、信号量を大きくする。この結果、精度の高い焦点検出を行うことができる。

また、本発明の実施形態によれば、蓄積した画素信号の特徴量を読み出し、ゲイン決定によって設定されたゲインを用いて読み出した際の飽和判定を行う。この結果に基づき、ゲインの再設定を行い、適切なゲインを設定し画素信号を読み出す。この結果、画素信号の飽和を低減することができる。

本発明の実施形態においては、Ｐｅａｋ信号とＢｏｔｔｏｍ信号の差分信号に基づいて制御しているとして説明したが、Ｂｏｔｔｏｍ信号をＤａｒｋ信号に置き換えて考えてもよい。

また、ゲイン、蓄積停止レベル、ゲイン決定タイミングとして設定可能な値の数は、上述した例に限るものではなく、適宜増減することが可能である。また、上述した例ではゲイン、電荷蓄積停止レベル、ゲイン決定タイミングを離散的な値としたが、連続的な値であっても良い。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、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
１０２ ラインセンサ群
１０２−１〜１１ ラインセンサ対
１０３ 制御部
１０４ ライン選択回路
１０５ ＰＢコントラスト検出回路
１０６ 蓄積停止判定回路
１０８ 出力回路
２０６ 撮像センサ

Claims (16)

1. 被写体からの光束を光電変換して得られた電荷を蓄積して、焦点検出に用いる画素信号を出力する複数の画素を含む撮像手段と、
   前記撮像手段において蓄積される電荷の特徴量が予め決められた蓄積停止レベルに達した場合に、前記撮像手段における電荷の蓄積を停止して、該電荷に応じた画素信号を出力するように前記撮像手段を制御する制御手段と、
   前記撮像手段から出力された画素信号の鮮鋭度を演算する演算手段とを有し、
   前記制御手段は、前記鮮鋭度が予め決められた閾値よりも小さい場合、前記蓄積停止レベルとして、予め決められたレベルよりも大きいレベルを用いることを特徴とする焦点検出装置。
2. 前記撮像手段で電荷の蓄積を開始してから、予め決められたゲイン決定タイミングで、該ゲイン決定タイミングまでに蓄積された電荷の特徴量に応じて、前記画素信号を増幅するためのゲインを決定する決定手段と、
   前記鮮鋭度に基づいて、前記ゲイン決定タイミングを設定する設定手段とを有し、
   前記設定手段は、前記鮮鋭度が予め決められた閾値よりも小さい場合、前記ゲイン決定タイミングとして、予め決められた第１のタイミングよりも長い第２のタイミングを設定し、
   前記決定手段は、前記特徴量が予め決められた閾値よりも小さい場合に、前記閾値以上の場合よりも低いゲインを決定し、
   より低いゲインに対してより高い蓄積停止レベルが対応づけられていることを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
3. 前記設定手段は、前記特徴量が予め決められた閾値よりも大きい場合、前記画素信号の電荷蓄積時間が予め決められた閾値より長い場合、及び、前記ゲインが予め決められた閾値より小さい場合の少なくともいずれか１つの条件を満たす場合に、前記第１のタイミングを設定し、前記条件をいずれも満たさない場合に前記第２のタイミングを設定することを特徴とする請求項２に記載の焦点検出装置。
4. 前記撮像手段は、複数のラインセンサ対を有し、
   前記決定手段は、前記複数のラインセンサ対のそれぞれについて前記ゲインを決定することを特徴とする請求項２または３に記載の焦点検出装置。
5. 前記決定手段により決定されたゲインで前記撮像手段から出力される画素信号を増幅した場合に、飽和する画素信号が有るかどうかを判定する判定手段と、
   前記判定手段が、飽和する画素信号が無いと判定した場合に該判定に用いたゲインを設定し、飽和する画素信号が有ると判定した場合に該判定に用いたゲインよりも小さいゲインを設定するゲイン設定手段と、
   前記ゲイン設定手段により設定されたゲインにより前記画素信号を増幅する増幅手段とを更に有し、
   前記判定手段は、前記ゲイン設定手段によりより小さいゲインが設定された場合に、該設定されたゲインで前記撮像手段から出力される画素信号を増幅した場合に、飽和する画素信号が有るかどうかを判定することを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の焦点検出装置。
6. 前記撮像手段は、複数のラインセンサ対を有し、
   前記制御手段は、前記複数のラインセンサ対のそれぞれについて前記蓄積停止レベル及び電荷の蓄積を制御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. 前記特徴量は、前記電荷の最大値と最小値との差、前記電荷の最大値または最小値、または前記電荷の最大値及び最小値と、前記複数の画素のうち遮光された画素に蓄積された電荷との差のいずれかであ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. 前記鮮鋭度は、前記複数の画素の隣接した画素信号の差分を二乗した値の総和と、前記隣接した画素信号の差分の総和との比率であることを特徴とする請求項１から請求項１乃至６のいずれか１項に記載の焦点検出装置。
9. 被写体からの光束を光電変換して得られた電荷を蓄積して、焦点検出に用いる画素信号を出力する複数の画素を含む撮像手段と、
   前記撮像手段において蓄積される電荷の特徴量が予め決められた蓄積停止レベルに達した場合に、前記撮像手段における電荷の蓄積を停止して、該電荷に応じた画素信号を出力するように前記撮像手段を制御する制御手段と、
   前記撮像手段で電荷の蓄積を開始してから、予め決められたゲイン決定タイミングで、該決定タイミングまでに蓄積された電荷の特徴量に応じて、ゲインを決定する決定手段と、
   前記決定手段により決定されたゲインで前記撮像手段から出力される画素信号を増幅した場合に、飽和する画素信号が有るかどうかを判定する判定手段と、
   前記判定手段が、飽和する画素信号が無いと判定した場合に該判定に用いたゲインを設定し、飽和する画素信号が有ると判定した場合に該判定に用いたゲインよりも小さいゲインを設定する設定手段と、
   前記設定手段により設定されたゲインにより前記画素信号を増幅する増幅手段と
   を有することを特徴とする焦点検出装置。
10. 前記撮像手段は、複数のラインセンサ対を有し、
    前記決定手段は、前記複数のラインセンサ対のそれぞれについて前記ゲインを決定し、前記設定手段は、前記複数のラインセンサ対のそれぞれについて前記ゲインを設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。
11. 前記特徴量は、前記画素信号の最大値と最小値との差、前記画素信号の最大値または最小値、または前記画素信号の最大値及び最小値と、前記複数の画素のうち遮光された画素から出力される画素信号との差のいずれかであることを特徴とする請求項９または１０に記載の焦点検出装置。
12. 前記設定手段により設定することのできるゲインの最小値を、前記決定手段により決定されるゲインの最小値よりも小さくしたことを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の焦点検出装置。
13. 前記画素信号を焦点検出演算に用いるか否かを判定する信頼性判定手段を更に有し、
    前記設定手段により、前記判定手段による判定に用いたゲインよりも小さいゲインが設定された場合に、信頼性を判定するための閾値を変更することを特徴とする請求項９乃至１２のいずれか１項に記載の焦点検出装置。
14. 被写体からの光束を光電変換して得られた電荷を蓄積して、画像記録用の画素信号を出力する複数の画素を含む撮像素子と、
    請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の焦点検出装置と
    を含むことを特徴とする撮像装置。
15. 複数の画素を含む撮像手段により、被写体からの光束を光電変換して得られた電荷を蓄積して、焦点検出に用いる画素信号を出力する撮像工程と、
    制御手段が、前記撮像工程で蓄積される電荷の特徴量が予め決められた蓄積停止レベルに達した場合に、前記撮像工程における電荷の蓄積を停止して、該電荷に応じた画素信号を出力するように前記撮像手段を制御する制御工程と、
    演算手段が、前記撮像工程で出力された画素信号の鮮鋭度を演算する演算工程とを有し、
    前記制御工程では、前記鮮鋭度が予め決められた閾値よりも小さい場合、前記蓄積停止レベルとして、予め決められたレベルよりも大きいレベルを用いることを特徴とする焦点検出方法。
16. 複数の画素を含む撮像手段により、被写体からの光束を光電変換して得られた電荷を蓄積して、焦点検出に用いる画素信号を出力する撮像工程と、
    制御手段が、前記撮像工程で蓄積される電荷の特徴量が予め決められた蓄積停止レベルに達した場合に、前記撮像工程における電荷の蓄積を停止して、該電荷に応じた画素信号を出力するように前記撮像手段を制御する制御工程と、
    決定手段が、前記撮像手段で電荷の蓄積を開始してから、予め決められたゲイン決定タイミングで、該決定タイミングまでに蓄積された電荷の特徴量に応じて、ゲインを決定する決定工程と、
    判定手段が、前記決定工程で決定されたゲインで前記撮像工程で出力される画素信号を増幅した場合に、飽和する画素信号が有るかどうかを判定する判定工程と、
    設定手段が、前記判定工程において、飽和する画素信号が無いと判定した場合に該判定に用いたゲインを設定し、飽和する画素信号が有ると判定した場合に該判定に用いたゲインよりも小さいゲインを設定する設定工程と、
    増幅手段が、前記設定工程で設定されたゲインにより前記画素信号を増幅する増幅工程と
    を有することを特徴とする焦点検出方法。

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