JP2019168663A - 焦点検出装置及び撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 焦点検出センサとして用いるエリアセンサの回路規模を抑制しつつ、焦点検出処理に関わる時間を短縮すること。【解決手段】 撮像光学系を介して入射した入射光を、複数の異なる方向に分割する分割手段と、前記分割手段により分割された光を受光する複数対の受光領域を含む画素領域と、該画素領域から信号を読み出す行を選択する走査手段と、を有する撮像素子と、複数対の受光領域から読み出された複数対の信号の位相差の少なくとも一つに基づいて、焦点状態を検出する焦点検出手段と、を有し、分割手段は、走査手段により選択される行に、位相差の検出方向が異なる受光領域が同時に含まれないように分割する。【選択図】 図５

Description

本発明は、焦点検出装置及び撮像装置に関する。

従来、撮像装置として、位相差検出方式の撮像装置が知られている。位相差検出方式は、被写体からの光をメガネレンズにより２つの像に分割して、それぞれの像に対応する１対の画像信号の位相差から焦点状態を検出する。

特許文献１では、縦の相関方向を持つエリアセンサと、横の相関方向を持つエリアセンサを１つのチップに配置し、エリアセンサ毎に読み出し方向を変える構成が開示されている。

特開平１０−１０４５０２号公報

しかしながら、上述の特許文献１に開示された従来技術では、結像領域ごとに読み出し方向を変える構成であるため、エリアセンサとエリアセンサの間の回路規模がどうしても大きくなってしまう。そのためセンサレイアウトに制約が生じ、センサだけでなく撮像装置自体の大きさが増大してしまう。

本発明は上記問題点を鑑みてなされたものであり、焦点検出センサとして用いるエリアセンサの回路規模を抑制しつつ、焦点検出処理に関わる時間を短縮することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の焦点検出装置は、撮像光学系を介して入射した入射光を、第１の方向に分割した一対の光と、前記第１の方向と異なる第２の方向に分割した一対の光とに分割する分割手段と、前記分割手段により前記第１の方向に分割された一対の光を受光する一対の第１の受光領域と、前記第２の方向に分割された一対の光を受光する一対の第２の受光領域と、を含む、複数の画素からなる画素領域と、該画素領域から信号を読み出す行を選択する走査手段と、を有する撮像素子と、前記一対の第１の受光領域から読み出された一対の第１の信号の位相差と、前記一対の第２の受光領域から読み出された一対の第２の信号の位相差との少なくとも一方に基づいて、焦点状態を検出する焦点検出手段と、を有し、前記分割手段は、前記走査手段により選択される行に、前記第１の受光領域と前記第２の受光領域が同時に含まれないように、分割する。

本発明によれば、焦点検出センサとして用いるエリアセンサの回路規模を抑制しつつ、焦点検出処理に関わる時間を短縮することができる。

本発明の第１の実施形態に係る撮像装置としてのカメラの概略断面図。 第１の実施形態に係る焦点検出系の構成を模式的に示した斜視図。 第１の実施形態に係る焦点検出センサの回路図。 第１の実施形態に係る焦点検出センサの駆動タイミングを示すタイミングチャート。 第１の実施形態に係る焦点検出センサのレイアウトを示す図。 第１の実施形態に係る焦点検出センサの読み出し行と読み出し時間を説明するため図。 第１の実施形態に係るファインダー画面におけるＡＦ領域を示した図。 第１の実施形態に係る撮像装置における撮像制御処理の手順を示すフローチャート。 第１の実施形態に係るＡＦ処理の手順を示すフローチャート。 第２の実施形態に係る焦点検出センサのレイアウトを示す図。 第２の実施形態に係るファインダー画面におけるＡＦ領域の関係を示した図。 第２の実施形態に係るＡＦ処理の手順を示すフローチャート。

以下、添付図面を参照して本発明を実施するため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。

図１は、本発明の実施の形態に係る撮像装置としてのカメラの概略断面図である。図１において、撮像装置１００は、カメラ本体１０１とレンズユニット１１８を備える。カメラ本体１０１は、ＣＰＵ１０２、メモリ１０３、撮像部１０４、シャッター１０５、ハーフミラー１０６、ピント板１０７、測光センサ１０８、ペンタプリズム１０９、光学ファインダー１１０、サブミラー１１１を備える。更にカメラ本体１０１は、視野マスク１１２、赤外カットフィルタ１１３、フィールドレンズ１１４、絞り１１５、二次結像レンズ１１６、及び焦点検出センサ１１７を備える。更にカメラ本体１０１は、ピント板１０７、測光センサ１０８、ペンタプリズム１０９、光学ファインダー１１０を備える。レンズユニット１１８は、ＬＰＵ１１９及びレンズ群１２０（撮像光学系）を備える。

ＣＰＵ１０２は、カメラ本体１０１における各制御を行う。メモリ１０３は、ＣＰＵ１０２に接続されたＲＡＭやＲＯＭ等のメモリであり、ＣＰＵ１０２によって実行されるプログラムや各データを格納する。

ハーフミラー１０６は、非撮影時にはレンズユニット１１８から入射した光の一部を反射させてピント板１０７に結像させる。ペンタプリズム１０９は、ピント板１０７を通過した光を測光センサ１０８及び光学ファインダー１１０に反射させる。測光センサ１０８はＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子を備え、測光演算、顔検出演算、追跡演算、及び光源検知等の被写体認識処理を行う。

また、ハーフミラー１０６は光の一部を透過させ、通過した光は後方のサブミラー１１１で下方へ曲げられて、視野マスク１１２、赤外カットフィルタ１１３、フィールドレンズ１１４、絞り１１５、二次結像レンズ１１６を経て焦点検出センサ１１７上に結像する。この像を光電変換して得られる像信号に基づいて、レンズユニット１１８の焦点状態を検出する。

一方、撮影時には、ハーフミラー１０６及びサブミラー１１１は光路から退避し、レンズユニット１１８から入射した光は、シャッター１０５を介して被写体像として撮像部１０４に入射する。シャッター１０５は、開閉駆動可能であり、非撮影時には閉じて撮像部１０４を遮光し、撮影時には開いて撮像部１０４へ光を通過させる。撮像部１０４は、赤外カットフィルタやローパスフィルタ等を含むＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子を含み、入射光の光量に応じた画像信号を出力する。

ＬＰＵ１１９はレンズユニット１１８におけるレンズ群１２０を移動させる制御を行う。例えば、ＬＰＵ１１９は、ピントのずれ量を示すデフォーカス量をＣＰＵ１０２から受信すると、該デフォーカス量に基づいてレンズ群１２０をピントが合う位置（以下、「合焦位置」という。）に移動させる。

図２は、焦点検出系の構成を模式的に示した斜視図である。なお、図２では、サブミラー１１１等により反射され、折り返された光路を展開して示している。また、便宜上、レンズ群１２０を１枚のレンズにより表している。被写体ＯＢＪからの光束２０１ａ及び２０１ｂ（入射光）は、レンズ群１２０の瞳領域３０１ａ及び３０１ｂを通過して視野マスク１１２近傍のピント面Ｐ（一次結像面）で結像する。光束２０１ａ及び２０１ｂを２次結像レンズ４０１ａ及び４０１ｂで上下（第１の方向）に分割し、焦点検出センサ１１７の結像エリア５０１ａ及び５０１ｂに再結像させ、その上下２つの被写体像を相関演算することでデフォーカス量を求める。

同様に、被写体ＯＢＪからの光束２０２ａ及び２０２ｂ（入射光）は、瞳領域３０１ａ及び３０１ｂよりもレンズ群１２０の光軸から離れた位置にある瞳領域３０２ａ及び３０２ｂを通過して視野マスク１１２近傍のピント面Ｐ（一次結像面）で結像する。光束２０２ａ及び２０２ｂを２次結像レンズ４０２ａ及び４０２ｂで左右（第２の方向）に分割し、焦点検出センサ１１７の結像エリア５０２ａ及び５０２ｂに再結像させ、その左右２つの被写体像を相関演算することでデフォーカス量を求める。

結像エリア５０２ａ及び５０２ｂは基線長が長く、焦点検出精度が高い光束２０２ａ及び２０２ｂに対応している。一方、結像エリア５０１ａ及び５０１ｂはデフォーカス量を検出可能な範囲が広い光束２０１ａ及び２０１ｂに対応している。

図３は、第１の実施形態における焦点検出センサ１１７の回路図を示す。焦点検出センサ１１７は２次元ＣＭＯＳエリアセンサであり、同図はその一部の画素３０−ｉｊ（２列×４行画素の範囲）を示したものであるが、同図に示した構成を有する画素を多数配置し、高解像度画像の取得を可能としている。なお、ｉは行を示し、ｊは列を示す。

図３において、１はＭＯＳトランジスタゲートとゲート下の空乏層からなる光電変換素子の光電変換部、２はフォトゲート、３は転送スイッチＭＯＳトランジスタ、４はリセット用ＭＯＳトランジスタ、２１はフローティングディフュージョン（ＦＤ）部である。また、５はソースフォロワアンプＭＯＳトランジスタ、６は水平選択スイッチＭＯＳトランジスタである。７はソースフォロワの負荷ＭＯＳトランジスタ、８は暗出力転送ＭＯＳトランジスタ、９は明出力転送ＭＯＳトランジスタ、１０は暗出力蓄積容量、１１は明出力蓄積容量である。１２は差動出力アンプ、１３は列ＡＤ回路、１４はデジタルフロントエンド（ＤＦＥ）回路、１５は垂直走査回路である。

次に、図４のタイミングチャートを用いて、焦点検出センサ１１７の動作を説明する。まず、垂直走査回路１５は制御パルスφＬをハイとして、垂直出力線をリセットする。また制御パルスφＲ０、φＰＧｏ０、φＰＧｅ０をハイとし、リセット用ＭＯＳトランジスタ４をオンとしてＦＤ部２１をリセットすると共に、フォトゲート２の電荷をリセットする。

時刻ｔ０において、制御パルスφＳ０をハイとし、第１、第２行目の選択スイッチＭＯＳトランジスタ６をオンさせ、第１、第２行目の画素３０−１ｊ、３０−２ｊを選択する。次に時刻ｔ１において、制御パルスφＲ０をローとし、ＦＤ部２１のリセットを止め、ＦＤ部２１をフローティング状態とし、ソースフォロワアンプＭＯＳトランジスタ５のゲート・ソース間をスルーとする。その後、時刻ｔ２からｔ３の間、制御パルスφＴＮをハイとし、ＦＤ部２１の暗電圧をソースフォロワ動作で暗出力蓄積容量１０に出力させる。

次に、第１行目の画素３０−１ｊの光電変換出力を行うため、時刻ｔ４において、第１行目の制御パルスφＴＸｏ０をハイとして転送スイッチＭＯＳトランジスタ３を導通した後、時刻ｔ５からｔ６の間、制御パルスφＰＧｏ０をローとして下げる。この時フォトゲート２の下に拡がっていたポテンシャル井戸を上げて、光発生キャリアをＦＤ部２１に完全転送させるような電圧関係が好ましい。従って完全転送が可能であれば制御パルスφＴＸはパルスではなく、ある固定電位でもかまわない。

時刻ｔ４からｔ７の間に光電変換部１からの電荷がＦＤ部２１に転送されることにより、ＦＤ部２１の電位が光に応じて変化することになる。この時、ソースフォロワアンプＭＯＳトランジスタ５がフローティング状態であるので、時刻ｔ８からｔ９の間に制御パルスφＴＳをハイとして、ＦＤ部２１の電位を明出力蓄積容量１１に出力する。この時点で第１行目の画素３０−１ｊの暗出力と光出力はそれぞれ蓄積容量１０，１１に蓄積されおり、時刻ｔ９からｔ１１の間に差動増幅器１２によって、差動出力を取れば、画素のランダムノイズ、固定パターンノイズを除去したＳ／Ｎ比の良い信号が得られる。この差動出力を列ＡＤ１３でデジタルデータに変換し、変換したデジタルデータをＤＦＥ回路１４でパルスタイミングを制御し、ＣＰＵ１０２へ出力する。

時刻ｔ８からｔ９の間に明出力蓄積容量１１に明出力を出力した後、時刻ｔ１０からｔ１１の間に制御パルスφＲ０をハイとしてリセット用ＭＯＳトランジスタ４を導通し、ＦＤ部２１を電源ＶＤＤにリセットする。第１行目のデジタルデータの出力が終わったら、第２行目の読み出しを行う。第２行目の読み出しは、制御パルスφＴＸｅ０，制御パルスφＰＧｅ０を同様に駆動させ、制御パルスφＴＮ、φＴＳに夫々ハイパルスを供給して、蓄積容量１０，１１に夫々光電荷を蓄積し、暗出力及び明出力を取り出す。以上の駆動により、第１行目、第２行目の画素３０−１ｊ，３０−２ｊの読み出しを夫々独立に行うことができる。

この後、垂直走査回路１５により、同様にして第２ｎ＋１行目，第２ｎ＋２行目（ｎ＝１，２，…）の読み出しを行えば、全画素から独立して出力を行うことができる。即ち、ｎ＝１の場合は、まず制御パルスφＳ１をハイとし、次にφＲ１をローとし、続いて制御パルスφＴＮ、φＴＸｏ１をハイとし、制御パルスφＰＧｏ１をロー、制御パルスφＴＳをハイとして、第３行目の画素３０−３ｊの画素信号を読み出す。続いて、制御パルスφＴＸｅ１，φＰＧｅ１及び上記と同様に制御パルスを印加して、第４行目の画素３０−４ｊの画素信号を読み出す。

なお、垂直走査回路１５は、ＣＰＵ１０２からの指示により任意の行を選択することができる構成となっている。

図５は、焦点検出センサ１１７における結像エリアとＯＢ画素および垂直走査回路１５の位置関係を示す。垂直走査回路１５は、結像エリア５０１ａ，５０１ｂ及び結像エリア５０２ａ，５０２ｂを含む有効画素領域５０１に対して、下側に配置し、矢印の方向（横方向、第２の方向）に読み出す行を選択して走査するように構成する。列ＡＤ１３は縦方向に配置する。なお、第１の実施形態では、有効画素領域５０１に対して右側に配置しているが、左側に配置してもよい。また、有効画素領域５０１の周辺部には、ＯＢ画素領域であるＶＯＢ６０１（第１の遮光領域）とＨＯＢ６０２（第２の遮光領域）が配置されている。ここでは、ＶＯＢ６０１画素信号の写像をＶＯＢシェーディング（縦方向）、ＨＯＢ６０２の画素信号の写像をＨＯＢシェーディング（横方向）として、結像エリアの画素信号を補正する。結像エリア５０１ａ，５０１ｂ（一対の第１の受光領域）の画素信号は、縦方向の位相差を検出するので、ＶＯＢシェーディングを用いて補正する。一方、結像エリア５０２ａ，５０２ｂ（一対の第２の受光領域）の画素信号は、横方向の位相差を検出するので、ＨＯＢシェーディングを用いて補正する。これは、位相差の検出方向（以下、「相関方向」と呼ぶ。）に対応した方向のシェーディング成分しか相関検出結果に影響しないためである。なお、図５では示していないが、斜め方向の位相差を検出する結像エリアを設ける場合には、斜め方向に対応して両方のシェーディングを用いて補正することが望ましい。

図５のように垂直走査回路１５を配置することで、いずれの行を選択しても相関方向が異なる結像エリアが同時に選択され出力されることがない。仮に、垂直走査回路が右または左側に配置され、縦方向に走査するように構成された場合は、点線で示した行で、相関方向が異なるエリアである結像エリア５０１ａと、結像エリア５０２ａ及び５０２ｂとが同時に選択されてしまう。これに対し、垂直走査回路１５である行を選択した時、行に含まれる結像エリアの相関方向が同じであれば、ＶＯＢシェーディングあるいはＨＯＢシェーディングのいずれか片方だけを補正すればよいので、補正処理を含めたＡＦ演算に関わる時間が短縮できる。なお、ＶＯＢ６０１及びＨＯＢ６０２はタングステン等の金属を用いて遮光されているが、それ以外の領域で結像エリアでない領域も遮光する構造としてもよい。この場合にはＶＯＢ６０１とＨＯＢ６０２の領域を広く確保することができる。

図６は、読み出し行を限定した場合の読み出し時間を説明する図である。図６（ａ）は、図５のように垂直走査回路１５を配置した場合の読み出し行と時間を示した図である。走査方向は横方向であるが、便宜上センサを９０度回転し、走査方向を縦に変換している。一方、図６（ｂ）は、垂直走査回路を右または左側に配置し、縦方向に走査するように構成された場合の読み出し行と時間を示した図である。図６（ａ）、図６（ｂ）は、総画素数が同じなので、ＯＢ画素領域も含めた全画素の読み出し係る時間は共にＴａである。

ここで、レンズユニット１１８の開放ＦＮｏより暗いレンズが装着された場合を想定する。図２において、レンズ群１２０の瞳領域３０１ａ及び３０１ｂは通過できるが、瞳領域３０２ａ及び３０２ｂは通過できないレンズユニット１１８が装着された場合、結像エリア５０２ａ，５０２ｂの画素信号を読み出す必要がない。すなわち、結像エリア５０１ａ，５０１ｂの被写体像を相関演算することでデフォーカス量を求めればよい。そこで、図６（ａ）の場合、読み出し行を結像エリア５０１ａ，５０１ｂとＶＯＢシェーディングに必要なＶＯＢ６０１に限定することができる。すなわち、読み出し行０からＨ１と読み出し行Ｈ２からＨ３に限定することで、読み出しに係る期間をＴ１＋（Ｔ３−Ｔ２）に短縮することができる。

一方、図６（ｂ）でも、読み出し行Ｈ４からＨ５に限定でき、読み出しに係る期間をＴ５−Ｔ４に短縮できるが、図６（ａ）と比較してより多くの行数を読み出す必要があり、短縮効果は小さくなってしまう。

以上説明したように、本第１の実施形態の垂直走査回路１５は、相関方向が異なる結像エリアが同時に選択される領域が少なくなるように配置している。更に、有効画素エリアに異なる基線長を持つ複数対の結像エリアが存在する場合、垂直走査回路１５は、基線長が短い、結像エリア対が同じ行に含むように配置している。このように焦点検出センサ１１７を構成することで、ＡＦ演算に係る時間が短縮できる。

図７にファインダー画面におけるＡＦ領域を示す。ファインダー７００の画面の中央部にＡＦ領域７０１（焦点検出領域）がある。ＡＦ領域７０１は横線コントラストを検出可能である縦方向に相関性を持つ結像エリア５０１ａ及び５０１ｂによるＡＦ領域である。さらに、ＡＦ領域７０１は、縦線コントラストを検出可能である横方向に相関性を持つ結像エリア５０２ａ及び５０２ｂによるＡＦ領域でもある。従って、縦線、横線のいずれか一方のコントラストしか持たない被写体でも、位相差を検出することができる。

図８は、図１の撮像装置１００によって実行される撮像制御処理の手順を示すフローチャートである。図８の処理は、ＣＰＵ１０２がメモリ１０３に格納されたプログラムを実行することによって行われ、撮像装置１００が起動している場合を前提とする。

図８において、まず、ＣＰＵ１０２は、撮影を指示する不図示のシャッタスイッチの半押し（以下、「ＳＷ１」という。）がユーザによって行われたか否かを示すオンオフ通知を受信する。そして、ＳＷ１がオンである場合（Ｓ１０１でＹＥＳ）、ＣＰＵ１０２は測光センサ１０８を制御してＡＥ処理を行う（Ｓ１０２）。これにより、定常光における被写体の輝度情報を含む測光値が得られる。また、ここで得られた測光値に基づいて、撮影時の絞り値やＩＳＯ感度等の露出制御値と、焦点検出センサ１１７における蓄積時間を決定する。

次いで、ＣＰＵ１０２は、焦点検出センサ１１７を制御して位相差方式のＡＦ（オートフォーカス）処理を行う（Ｓ１０３）。ＣＰＵ１０２は、ＡＦ処理により算出したデフォーカス量に基づくレンズ駆動量をＬＰＵ１１９に送信し、ＬＰＵ１１９は、受信したレンズ駆動量に基づいてレンズ群１２０を合焦位置に移動させる。なお、Ｓ１０３における処理は、図９を参照して更に説明する。

次いで、不図示のシャッタスイッチの全押し（以下、「ＳＷ２」という。）がユーザによって行われたか否かを示すオンオフ通知を受信し、ＳＷ２がオフである場合（Ｓ１０４でＮＯ）、ＣＰＵ１０２はＳ２０１の処理に戻す。一方、ＳＷ２がオンであるとき（Ｓ１０４でＹＥＳ）、ＣＰＵ１０２は本撮影を行い（Ｓ１０５）、本処理を終了する。

図９は、図８のＳ１０３におけるＡＦ処理の手順を示すフローチャートである。まず、Ｓ２０１でＣＰＵ１０２は、Ｓ１０２で、被写体の輝度情報を含む測光値に基づいて決定した蓄積時間で焦点検出センサ１１７の蓄積動作を実行する。

Ｓ２０２でＣＰＵ１０２は、結像エリア５０２ａ，５０２ｂが有効か無効かを判定する。ＣＰＵ１０２は、撮像装置１００に装着されているレンズユニット１１８のＬＰＵ１１９と通信することで、レンズの開放ＦＮｏあるいは瞳情報から、瞳領域３０２ａ及び３０２ｂの光線が通過できるか否かを判定する。瞳領域３０２ａ及び３０２ｂの光線が通過できる場合は、有効と判定してＳ２０３へ移行する。一方、瞳領域３０２ａ及び３０２ｂを光線が通過できない場合は、無効と判定してＳ２０４へ移行する。

Ｓ２０３では、ＣＰＵ１０２は、Ｓ２０２で結像エリア５０２ａ，５０２ｂが有効と判定されたので、焦点検出センサ１１７へＯＢ画素領域も含めた全画素の出力を指示し、読み出し動作を行う。

一方、Ｓ２０４では、ＣＰＵ１０２は、Ｓ２０２で結像エリア５０２ａ，５０２ｂが無効と判定されたので、焦点検出センサ１１７へ結像エリア５０１ａ，５０１ｂに限定した出力を指示し、読み出し動作を行う。限定した出力については、図６（ａ）で説明した通りである。

Ｓ２０５において、ＣＰＵ１０２は、Ｓ２０３あるいはＳ２０４で得た結像エリア毎の画素信号からデフォーカス量を算出する。ここでは、対となる結像エリアの同一行の画素出力から信号像を得る。そして、信号像の位相差から、撮像レンズの焦点状態（デフォーカス量）を検出する。各行のデフォーカス量の演算結果は、平均や重みづけ平均するなどして、各結像エリア対の最終結果とする。また、読み出し１により、結像エリア５０１ａ，５０１ｂ及び結像エリア５０２ａ，５０２ｂそれぞれについてデフォーカス量を求めた場合には、いずれかのデフォーカス量を選択する。選択方法に特に制限はないが、像信号の波形の相関性が高い、コントラストが高いといった、デフォーカス量の信頼度が高いと考えられる一方を選択することができる。または、２つのデフォーカス量を平均したり、重み付け平均してもよい。

Ｓ２０６でＣＰＵ１０２は、Ｓ２０５で算出したデフォーカス量が所望の範囲内、例えば１／４Ｆδ以内（Ｆ：レンズの絞り値、δ：定数（２０μｍ））であれば合焦と判断する。具体的には、レンズの絞り値Ｆ＝２．０であれば、デフォーカス量が１０μｍ以下ならば合焦と判断し、ＡＦ処理を終了する。

一方、Ｓ２０５で算出したデフォーカス量が１／４Ｆδより大きければ、Ｓ２０７でＣＰＵ１０２は、Ｓ２０５で求めたデフォーカス量に対応するレンズ駆動量をレンズユニット１１８に送信する。そして、ＣＰＵ１０２は処理をＳ２０１に戻し、合焦状態と判断されるまで前述の動作を繰り返す。

以上説明したように本第１の実施形態によれば、焦点検出センサにおいて相関方向が異なる結像エリアが同時に選択され出力されることがない方向に垂直走査回路を配置している。更に、レンズからの情報により、焦点検出センサ内の複数対の結像エリアの有効無効を判定している。そして、垂直走査回路で有効な結像エリアに限定して読み出し行を選択し、画素出力することで、ＡＦ制御に関わる時間を短縮することができる。

＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について、添付の図面に基づいて詳細に説明する。図１０は、第２の実施形態の焦点検出センサ２１７における、結像エリアとＯＢ画素および垂直走査回路１５の位置関係を示す。なお、焦点検出センサ２１７は、焦点検出センサ１１７に変えて用いられ、これ以外の撮像装置の構成は第１の実施形態と同じであるため、説明を省略する。

第１の実施形態における焦点検出センサ１１７は、２対の結像エリアを備え、ファインダー７００の画面の中央部にＡＦ領域７０１があった。これに対し、第２の実施形態における焦点検出センサ２１７は、６対の結像エリアを備え、画面中央部だけでなく、左右にＡＦ領域を拡大している。

焦点検出センサ２１７の中央部には、相関方向が横方向の結像エリア８０１ａ，８０１ｂと、相関方向が縦方向の結像エリア８０２ａ，８０２ｂの２対の結像エリアが配置されいてる。結像エリア８０１ａ，８０１ｂと結像エリア８０２ａ，８０２ｂの基線長は、焦点検出センサ１１７と同様の関係にあり、結像エリア８０２ａ，８０２ｂの基線長の方が長くなっている。

焦点検出センサ２１７の左右には、それぞれ中央部と同様に２つの結像エリアが配置されている。焦点検出センサ２１７の右側には、相関方向が縦方向の結像エリア８０３ａ，８０３ｂと、相関方向が横方向の結像エリア８０４ａ，８０４ｂの２対の結像エリアが配置されいてる。また、焦点検出センサ２１７の左側には、相関方向が縦方向の結像エリア８０５ａ，８０５ｂと、相関方向が横方向の結像エリア８０６ａ，８０６ｂの２対の結像エリアが配置されいてる。

垂直走査回路１５は、有効画素領域８０１，８０３，８０５に対して下側に配置し、矢印の方向（横方向）に走査する。列ＡＤ１３は縦方向に配置する。なお、図１０では有効画素領域８０１，８０３，８０５に対して右側に配置しているが、左側に配置してもよい。また、有効画素領域８０１，８０３，８０５の周辺部には、ＯＢ画素領域であるＶＯＢ８０７とＨＯＢ８１０が配置されている。更に、中央部の有効画素領域８０１と左側の有効画素領域８０５との間にはＯＢ画素領域であるＶＯＢ８０８が、また、中央部の有効画素領域８０１と右側の有効画素領域８０３の間にはＯＢ画素領域であるＶＯＢ８０９が、それぞれ配置されている。

ここでは、ＶＯＢ８０７、ＶＯＢ８０８、ＶＯＢ８０９の画素信号のそれぞれの写像をＶＯＢシェーディング（行方向）、ＨＯＢ８１０の画素信号の写像をＨＯＢシェーディング（列方向）として結像エリアの画素信号を補正する。ＶＯＢ８０７のシェーディングを基に、結像エリア８０５ａ，８０５ｂの画素信号を補正する。同様にＶＯＢ８０８のシェーディングを基に、結像エリア８０１ａ，８０１ｂの画素信号を補正する。同様にＶＯＢ８０９のシェーディングを基に、結像エリア８０３ａ，８０３ｂの画素信号を補正する。ＨＯＢ８１０のシェーディングを基に、結像エリア８０６ａ，８０６ｂ、結像エリア８０２ａ，８０２ｂ、結像エリア８０４ａ，８０４ｂ、の画素信号を補正する。

図１０のように垂直走査回路１５を配置することで、いずれの行を選択しても相関方向が異なる結像エリアが同時に選択され出力されることがない。更に、垂直走査回路１５により、途中の行から選択することで、中央部の結像エリアと右側の結像エリア、左側の結像エリアをそれぞれ限定して読み出すことができる。

図１１に、第２の実施形態におけるファインダー画面におけるＡＦ領域（焦点検出領域）の関係を示す。ファインダー７００の画面の中央部にＡＦ領域９０２、その右側にＡＦ領域９０３、左側にＡＦ領域９０１が設定されている。ＡＦ領域９０２は、結像エリア８０１ａ，８０１ｂと、結像エリア８０２ａ，８０２ｂによるＡＦ領域である。ＡＦ領域９０３は、結像エリア８０３ａ，８０３ｂと、結像エリア８０４ａ，８０４ｂによるＡＦ領域である。ＡＦ領域９０１は、結像エリア８０５ａ，８０５ｂと、結像エリア８０６ａ，８０６ｂによるＡＦ領域である。

ユーザが撮像装置１００の不図示のＡＦ選択スイッチの操作により、ＡＦ領域９０１から９０３のうち、いずれか１つ領域をＡＦ対象として任意に選択することができる。

図１２は、第２の実施形態におけるＡＦ処理の手順を示すフローチャートである。なお、第２の実施形態における撮像制御処理については、図１０に示すフローチャートと同じ動作であるため、説明は省略する。

Ｓ３０１でＣＰＵ１０２は、Ｓ１０２で決定した被写体輝度情報を含む測光値に基づいて決定した蓄積時間で焦点検出センサ２１７の蓄積動作を実行する。

Ｓ３０２及びＳ３０３では、ＣＰＵ１０２は、不図示のＡＦ選択スイッチによりＡＦ領域９０１から９０３のうち選択された領域の判定を行う。Ｓ３０２でＣＰＵ１０２は、ユーザによって行われたかＡＦ選択スイッチの状態を受信し、ＡＦ領域９０１が選択された否かを判定する。ＡＦ領域９０１が選択された場合は、Ｓ３０４へ移行する。一方、ＡＦ領域９０１以外が選択された場合は、Ｓ３０３へ移行する。

Ｓ３０３でＣＰＵ１０２は、ユーザによって行われたかＡＦ選択スイッチの状態を受信し、ＡＦ領域９０２が選択された否かを判定する。ＡＦ領域９０２が選択された場合は、Ｓ３０５へ移行する。一方、ＡＦ領域９０２が選択されていない場合は、Ｓ３０６へ移行する。

Ｓ３０４でＣＰＵ１０２は、焦点検出センサ２１７へ、結像エリア８０５ａ，８０５ｂと、結像エリア８０６ａ，８０６ｂとＶＯＢ８０７に限定した出力を指示し、読み出し動作（読み出しａ）を行う。

Ｓ３０５でＣＰＵ１０２は、焦点検出センサ２１７へ、結像エリア８０１ａと８０１ｂと、結像エリア８０２ａと８０２ｂとＶＯＢ８０８に限定した出力を指示し、読み出し動作（読み出しｂ）を行う。

Ｓ３０６でＣＰＵ１０２は、焦点検出センサ２１７へ、結像エリア８０３ａと８０３ｂと、結像エリア８０４ａと８０４ｂとＶＯＢ８０９に限定した出力を指示し、読み出し動作（読み出しｃ）を行う。

Ｓ３０７で、ＣＰＵ１０２は、Ｓ３０４からＳ３０６のいずれかで得た結像エリア毎の画素信号からデフォーカス量を算出する。そして、得られた各結像エリア毎のデフォーカス量のいずれかを選択する。選択方法に特に制限はないが、像信号の波形の相関性が高い、コントラストが高いといった、デフォーカス量の信頼度が高いと考えられる一方を選択することができる。または、２つのデフォーカス量を平均したり、重み付け平均してもよい。

Ｓ３０８で、ＣＰＵ１０２は、Ｓ３０７で算出したデフォーカス量が所望の範囲内、例えば１／４Ｆδ以内（Ｆ：レンズの絞り値、δ：定数（２０μｍ））であれば合焦と判断する。具体的には、レンズの絞り値Ｆ＝２．０であれば、デフォーカス量が１０μｍ以下なら合焦と判断し、ＡＦ処理を終了する。

一方、Ｓ３０７で算出したデフォーカス量が１／４Ｆδより大きいならば、Ｓ３０９でＣＰＵ１０２は、Ｓ３０７で求めたデフォーカス量に対応するレンズ駆動量をレンズユニット１１８に送信する。そして、ＣＰＵ１０２は処理をＳ３０１に戻し、合焦状態と判断されるまで前述の動作を繰り返す。

以上説明したように本第２の実施形態によれば、複数のＡＦ領域が同時に選択され出力されることがない方向に垂直走査回路を配置している。更に、ＡＦ領域の選択情報に基づき、焦点検出センサ内の複数の結像エリアの有効無効を判定している。そして、垂直走査回路で有効な結像エリアに限定して選択、画素出力することで、ＡＦ制御に関わる時間を短縮している。

なお、第２の実施形態においても、焦点検出センサにおいて相関方向が異なる結像エリアが同時に選択され出力されることがない方向に垂直走査回路を配置している。したがって、ＡＦ領域を限定した上で、更に第１の実施形態で説明したように、レンズ情報に基づいて読み出す結像エリアを限定してもよい。

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：撮像装置、１０１：カメラ本体、１０２：ＣＰＵ、１０３：メモリ、１０４：撮像部、１０６：ハーフミラー、１１１：サブミラー、１１２：視野マスク、１１３：赤外カットフィルタ、１１４：フィールドレンズ、１１５：絞り、１１６：二次結像レンズ、１１７，２１７：焦点検出センサ、１１８：レンズユニット、１２０：レンズ群、２０１ａ，２０１ｂ，２０２ａ，２０２ｂ：光束、３０１ａ，３０１ｂ，３０２ａ，３０２ｂ：瞳領域、４０１ａ，４０１ｂ，４０２ａ，４０２ｂ：二次結像レンズ、５０１，８０１，８０３，８０５：有効画素領域、５０１ａ，５０１ｂ，５０２ａ，５０２ｂ，８０１ａ，８０１ｂ，８０２ａ，８０２ｂ，８０３ａ，８０３ｂ，８０４ａ，８０４ｂ，８０５ａ，８０５ｂ，８０６ａ，８０６ｂ：結像エリア、６０１，８０７，８０８，８０９：ＶＯＢ、６０２，８１０：ＨＯＢ、７０１，９０１，９０２，９０３：ＡＦ領域

Claims (9)

1. 撮像光学系を介して入射した入射光を、第１の方向に分割した一対の光と、前記第１の方向と異なる第２の方向に分割した一対の光とに分割する分割手段と、
   前記分割手段により前記第１の方向に分割された一対の光を受光する一対の第１の受光領域と、前記第２の方向に分割された一対の光を受光する一対の第２の受光領域と、を含む、複数の画素からなる画素領域と、該画素領域から信号を読み出す行を選択する走査手段と、を有する撮像素子と、
   前記一対の第１の受光領域から読み出された一対の第１の信号の位相差と、前記一対の第２の受光領域から読み出された一対の第２の信号の位相差との少なくとも一方に基づいて、焦点状態を検出する焦点検出手段と、を有し、
   前記分割手段は、前記走査手段により選択される行に、前記第１の受光領域と前記第２の受光領域が同時に含まれないように、分割することを特徴とする焦点検出装置。
2. 前記撮像素子には、前記第２の方向に複数の焦点検出領域が設定され、
   前記分割手段は、前記撮像光学系を介して入射した前記複数の焦点検出領域それぞれへの入射光を、第１の方向に分割した一対の光と、前記第１の方向と異なる第２の方向に分割した一対の光とに分割することを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
3. 前記複数の焦点検出領域のいずれかを選択する選択手段を更に有し、
   前記走査手段は、前記選択された焦点検出領域から行を選択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. 前記第２の方向に分割された一対の光の基線長は、前記第１の方向に分割された一対の光の基線長よりも長く、前記走査手段は、前記第１の方向に並ぶ画素の行を選択することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の焦点検出装置。
5. 前記撮像光学系の情報を取得する取得手段を更に有し、
   前記分割手段は、前記撮像光学系の第１の瞳領域を介して入射した入射光を前記第１の方向に分割し、前記第１の瞳領域よりも前記撮像光学系の光軸から離れた位置にある第２の瞳領域を介して入射した入射光を前記第２の方向に分割し、
   前記取得した情報に基づいて、前記第２の瞳領域を介して光が入射しないと判断された場合に、前記走査手段は、前記第２の受光領域が属する行から信号を読み出さないことを特徴とする請求項４に記載の焦点検出装置。
6. 前記撮像素子は、前記画素領域の周辺部に、前記第１の方向に沿って設けられた第１の遮光領域と、前記第２の方向に沿って設けられた第２の遮光領域とを有し、
   前記走査手段は、更に、前記一対の第１の信号を補正するために、前記第１の遮光領域から信号を読み出し、前記一対の第２の信号を補正するために、前記第２の遮光領域から信号を読み出すように行を選択し、
   前記焦点検出手段は、前記一対の第１の信号を前記第１の遮光領域から読み出した信号を用いて補正し、前記一対の第２の信号を前記第２の遮光領域から読み出した信号を用いて補正し、該補正した信号を用いて位相差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。
7. 前記走査手段は、前記第２の受光領域が属する行から信号を読み出さない場合に、前記第２の遮光領域から信号を読み出さないように行を選択することを特徴する請求項６に記載の焦点検出装置。
8. 撮像光学系を介して入射した入射光を、複数の異なる方向に分割する分割手段と、
   前記分割手段により分割された光を受光する複数対の受光領域を含む画素領域と、該画素領域から信号を読み出す行を選択する走査手段と、を有する撮像素子と、
   前記複数対の受光領域から読み出された複数対の信号の位相差の少なくとも一つに基づいて、焦点状態を検出する焦点検出手段と、を有し、
   前記分割手段は、前記走査手段により選択される行に、位相差の検出方向が異なる受光領域が同時に含まれないように分割することを特徴とする焦点検出装置。
9. 撮像光学系を介して入射した入射光を光電変換して、画像信号を出力する撮像手段と、
   請求項１乃至８のいずれか１項に記載の焦点検出装置と、
   前記焦点検出装置により検出された焦点状態に基づいて、前記撮像光学系を制御する制御手段と
   を有することを特徴とする撮像装置。

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