JP4208887B2 - 焦点検出装置及び信号処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、焦点検出装置及び焦点検出のための信号処理方法に関する。

従来、カメラの焦点検出方法として、いわゆる位相差検出方式が知られている。位相差検出方式では、先ず、カメラの撮影レンズの異なる射出瞳位置を通過した被写体からの光束を一対のラインセンサ上に結像させる。そして、結像された１対のラインセンサ上の被写体像の相対位置の変化量を求めることにより、被写体のデフォーカス量を検出して、これに基づいて撮影レンズの駆動を行う（例えば、特許文献１参照）。

また、いわゆるコントラスト方式（または、山登り方式）による合焦方法も知られている。コントラスト方式では、カメラの撮影レンズを通過した被写体からの光束の一部をエリアセンサ上に結像させ、結像された被写体画像の尖鋭度を演算し、尖鋭度が最も高くなるようにフォーカスレンズを駆動させる（例えば、特許文献２参照）。

一方、半導体製造技術は年々向上し、これに伴って焦点検出に用いるラインセンサやエリアセンサ（以下、「焦点検出用センサ」と呼ぶ。）を構成する画素数が増えてきている。画素数の増加と共に焦点検出精度が向上する反面、焦点検出用センサからの読み出しに、より長い時間がかかるためにレリーズタイムラグが長くなってしまい、シャッターチャンスを逃すこともある。そのため、焦点検出精度を落とさずに焦点検出速度を上げるための様々な方法が提案されている（例えば、特許文献３、４参照）。

特許文献３によれば、ラインセンサの画素全てから得られる画像信号が実際の焦点検出に必ずしも必要ではないことに着目し、焦点検出に不要なラインセンサの領域の画素は、処理に時間のかかるＡ／Ｄ変換をしないようにしている。このようにすることで、高速に焦点検出を行う方法を開示している。

また、特許文献４では、マイクロプロセッシングユニット（ＭＰＵ）で行われる処理と並行してＡ／Ｄ変換処理を実行できる点に着目している。これは、ラインセンサから読み出した画像信号を用いて、ＭＰＵなどの演算回路により補正処理などの焦点検出に必要な処理を行うが、Ａ／Ｄ変換器はＭＰＵの周辺回路であるためである。Ａ／Ｄ変換中に、焦点検出する上で不可欠な別の処理であるラインセンサ像の補正処理をＭＰＵに並行して行わせることで、焦点検出全体にかかる時間を短縮することができる。

特開平０９−０５４２４２号公報 特開２００１−１３６４３７号公報 特開昭６３−１４８２１５号公報 特許３５５０５９９号

しかしながら、特許文献３に記載の方法では、デフォーカス量によって被写体像がラインセンサに結像する位置が異なると共に、被写体像の特性によって読み出さなければならない領域の範囲が異なる。そのため、焦点検出処理に必要な画素数が場合によって変わってしまう。焦点検出処理に必要な画素数が少ない場合は焦点検出時間を短縮することができるが、焦点検出処理に必要な画素数が多い場合は焦点検出時間を短縮することができない。更に、画素を読み出すためにかかる時間が一定ではなく、被写体によってレリーズタイムラグが変化してしまうため、使い勝手が悪かった。

また、特許文献４に記載の方法では、Ａ／Ｄ変換と並行して動作可能な処理はそれ程多くはなく、焦点検出にかかる時間を十分に短縮することはできなかった。

本発明は上記問題点を鑑みてなされたものであり、焦点検出にかかる時間を確実かつ十分に短縮することを第１の目的とする。

また、焦点検出に係る時間の短縮に伴って焦点検出精度が落ちないようにすることを第２の目的とする。

上記第１の目的を達成するために、本発明の焦点検出装置は、入射する光を光電変換して電荷を蓄積する光電変換手段と、
前記光電変換手段に蓄積された電荷に基づいて電気信号を複数チャンネルで出力する第１の出力手段と、前記複数チャンネルそれぞれに対して、前記光電変換手段に蓄積された電荷に基づく共有の情報を出力する第２の出力手段と、前記複数チャンネルから出力される電気信号に基づいて、位相差を検出する焦点検出手段と、前記複数チャンネルにそれぞれ対応する複数のＡ／Ｄ変換器とを有し、前記第１の出力手段は、前記第２の出力手段から出力される共有の情報を前記複数チャンネルそれぞれから前記複数のＡ／Ｄ変換器それぞれに出力し、前記焦点検出手段は、前記複数チャンネルから出力され、前記複数のＡ／Ｄ変換器によってそれぞれＡ／Ｄ変換された後の共有の情報に基づいて、Ａ／Ｄ変換後の前記電気信号を補正する補正手段を有し、前記補正手段により補正した電気信号を用いて位相差を検出する。

また、入射する光を光電変換して電荷を蓄積する光電変換手段と、前記光電変換手段に蓄積された電荷に基づいて電気信号を複数チャンネルで出力する出力手段と、前記複数チャンネルにそれぞれ対応する複数のＡ／Ｄ変換器とを有する焦点検出装置における、本発明の焦点検出のための信号処理方法は、前記複数チャンネルそれぞれに対して、前記光電変換手段に蓄積された電荷に基づく共有の情報を出力する第１の出力ステップと、前記第１の出力ステップで出力された前記共有の情報を、前記複数チャンネルから前記複数のＡ／Ｄ変換器それぞれに出力する第２の出力ステップと、前記複数チャンネルから出力され、前記複数のＡ／Ｄ変換器によってそれぞれＡ／Ｄ変換された後の前記共有の情報に基づいて、前記Ａ／Ｄ変換器それぞれから得られるＡ／Ｄ変換後の電気信号を補正する補正ステップと、前記補正された電気信号に基づいて、位相差を検出する焦点検出ステップとを有する。

本発明によれば、焦点検出にかかる時間を確実かつ十分に短縮することができる。

また、焦点検出に係る時間の短縮に伴って焦点検出精度が落ちないようにすることができる。

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。

図１は本発明の実施の形態に係る、一眼レフレックスカメラと該カメラに装着される交換レンズとによって構成されるオートフォーカスカメラシステムの概略構成を示す図であり、ここでは主に光学的な配置関係を示している。

同図において、１はカメラ本体であり、その前面にはレンズユニット１１が装着される。カメラ本体１内には、光学部品、機械部品、電気回路およびフィルム又はＣＣＤ等の撮像素子などが収納され、フィルムを用いた写真撮影又は、光電変換素子による画像撮影を行うことができる。２は主ミラーであり、ファインダー観察状態では撮影光路内に斜設され、撮影状態では撮影光路外に退避する。また、主ミラー２はハーフミラーとなっており、撮影光路内に斜設されているときは、焦点検出ユニット２６へ被写体からの光線の約半分を透過させる。焦点検出ユニット２６は、本実施の形態においてはいわゆる位相差検出方式によってレンズユニット１１の焦点調節状態を検出し、その検出結果をレンズユニット１１の焦点調節機構を制御する自動焦点調節装置へ送出する。この焦点検出ユニット２６については、詳細に後述する。

３は、ファインダー光学系を構成する、後述のレンズ１２〜１４の予定結像面に配置されたピント板であり、４はファインダー光路変更用のペンタプリズムである。５はアイピースであり、撮影者はこの窓からピント板３を観察することで、撮影画面を確認することができる。６と７はファインダー観察画面内の被写体輝度を測定するための結像レンズと測光センサである。

８はフォーカルプレーンシャッター、９は感光部材であり、銀塩フィルム又は、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子が用いられる。２５はサブミラーであり、主ミラー２とともに、ファインダー観察状態では撮影光路内に斜設され、撮影状態では撮影光路外に退避する。このサブミラー２５は、斜設された主ミラー２を透過した光線を下方に折り曲げて、焦点検出ユニット２６の方に導くものである。

１０はカメラ本体１とレンズユニット１１との通信インターフェイスとなるマウント接点群である。

１２〜１４はレンズであり、１群レンズ（以下、「フォーカシングレンズ」と呼ぶ。）１２は光軸上を前後に移動することで撮影画面のピント位置を調整する。また、２群レンズ１３は光軸上を前後に移動することでレンズユニット１１の焦点距離を変更し、撮影画面の変倍を行うものであり、１４は固定の３群レンズである。１５は絞りである。１６は駆動モータであり、自動焦点調節動作時にフォーカシングレンズ１２を光軸方向に前後移動させるフォーカス駆動モータである。１７は絞り１５の開口径を変化させるための絞り駆動モータである。１８は距離エンコーダーであり、フォーカシングレンズ１２に取り付けられたブラシ１９が摺動することで、該フォーカシングレンズ１２の位置を読み取り、被写体距離に相当する信号を発生する。詳しくは、距離エンコーダ１８とブラシ１９および後述するレンズマイクロプロセッシングユニット（ＭＰＵ）１１２は、ピント調節された後のフォーカシングレンズ１２の位置を読み取る。そして、読み取った位置よりその時の被写体距離に換算した信号（被写体距離情報）を出力する。

次に、図２を用いて、上記カメラシステムの回路構成について説明する。なお、図１と共通の構成要素には同じ符号を付している。

まず、カメラ本体１内の回路構成について説明する。

カメラマイクロプロセッシングユニット（ＭＰＵ）１００には、測光センサ７、焦点検出ユニット２６、シャッター制御回路１０７、モータ制御回路１０８および液晶表示回路１１１が接続されている。また、カメラＭＰＵ１００は、レンズユニット１１内に配置されたレンズＭＰＵ１１２とマウント接点１０を介して信号伝達を行う。

焦点検出ユニット２６は、２系統のチャンネル（ＣｈＡ、ＣｈＢ）を介して後述する焦点検出用の情報をカメラＭＰＵ１００に出力する。カメラＭＰＵ１００は、各チャンネル（ＣｈＡ、ＣｈＢ）にそれぞれ対応したＡ／Ｄ変換器Ａ３１およびＡ／Ｄ変換器Ｂ３２を内蔵し、焦点検出ユニット２６から得られる情報をそれぞれＡ／Ｄ変換し、位相差検出方式により合焦状態の検出を行う。そして、レンズＭＰＵ１１２と信号のやりとりを行うことによって、フォーカシングレンズ１２の焦点調節制御を行う。

シャッター制御回路１０７は、カメラＭＰＵ１００からの信号に従ってフォーカルプレンシャッター８を構成するシャッター先幕駆動マグネットＭＧ−１およびシャッター後幕駆動マグネットＭＧ−２の通電制御を行う。これにより、シャッター先幕および後幕を走行させ、露出動作を行う。モータ制御回路１０８は、カメラＭＰＵ１００からの信号に従ってモータＭを制御することにより、主ミラー２及びサブミラー２５のアップダウン、及びシャッターチャージなどを行う。

ＳＷ１は不図示のレリーズボタンの第１ストローク（半押し）操作でＯＮし、測光やＡＦ（自動焦点調節）などの撮影準備を開始させるスイッチである。ＳＷ２はレリーズボタンの第２ストローク（全押し）操作でＯＮし、シャッター走行、すなわち露光動作を開始させるスイッチである。スイッチＳＷ１及びＳＷ２、また、その他不図示の操作部材である、ＩＳＯ感度設定スイッチ、絞り設定スイッチ、シャッター速度設定スイッチなどの各スイッチの状態信号はカメラＭＰＵ１００が読み取る。

液晶表示回路１１１は、ファインダー内表示器２４と外部表示器２３をカメラＭＰＵ１００からの信号に従って制御する。

なお、上述の構成の他に、カメラの諸設定（シャッター速度、絞り値、撮影モード等）を切り替えるためのダイヤルスイッチ（不図示）からの出力などもカメラＭＰＵ１００に入力する。

次に、レンズユニット１１内の電気回路構成について説明する。

上述したように、カメラ本体１とレンズユニット１１とはレンズマウント接点１０を介して相互に電気的に接続される。このレンズマウント接点１０は、レンズユニット１１内のフォーカス駆動モータ１６および絞り駆動モータ１７の電源用接点である接点Ｌ０と、レンズＭＰＵ１１２の電源用接点Ｌ１と、シリアルデータ通信を行うためのクロック用接点Ｌ２とを含む。更に、カメラ本体１からレンズユニット１１へのデータ送信用接点Ｌ３と、レンズユニット１１からカメラ本体１へのデータ送信用接点Ｌ４と、モータ用電源に対するモータ用グランド接点Ｌ５とを含む。更に、レンズＭＰＵ１１２用電源に対するグランド接点Ｌ６を含む。

レンズＭＰＵ１１２は、レンズマウント接点１０を介して入力するカメラＭＰＵ１００からの信号に応じてフォーカシングレンズ１２を駆動するフォーカス駆動モータ１６および絞り１５を駆動する絞り駆動モータ１７を動作させる。これにより、レンズユニット１１の焦点調節と絞りを制御する。５０と５１は光検出器とパルス板であり、レンズＭＰＵ１１２がパルス数をカウントすることによりピント調節（合焦動作）時のフォーカシングレンズ１２の位置情報を得る。これにより、レンズユニット１１の焦点調節を行うことができる。

１８は前述した距離エンコーダーであり、ここで読み取られたフォーカシングレンズ１２の位置情報はレンズＭＰＵ１１２に入力され、ここで被写体距離情報に変換され、カメラＭＰＵ１００に伝達される。

次に、図３を参照して、焦点検出ユニット２６の構成及び、焦点検出ユニット２６とフォーカシングレンズ１２との光学的位置関係について説明する。なお、図３においては、フォーカシングレンズ１２を概念的に１枚のレンズとして表している。

焦点検出ユニット２６は、視野マスク３０７と、フィールドレンズ３１１と、絞り３０８と、二次結像レンズ３０９と、ＡＦセンサ１０１とを有する。

フォーカシングレンズ１２を通過した被写体からの光束は、図１のサブミラー２５で反射され、撮像面と共益な面にある視野マスク３０７の近傍に一旦結像する。図３では、本来サブミラー３０６で反射され折り返される光路を、展開して示している。視野マスク３０７は画面内の測距点（焦点検出領域）以外の余分な光を遮光する。

フィールドレンズ３１１は、絞り３０８の各開口部をレンズユニット１１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が配置されている。二次結像レンズ３０９は一対のレンズから構成され、各レンズは絞り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内の一対のラインセンサ（センサアレイ）上に結像する。本実施の形態のＡＦセンサ１０１には、一つの基板上に少なくとも一対の像を検出可能にラインセンサを構成している。これら一対のラインセンサから得られる視差を有する２つの画像に基づいて、公知の位相差検出方式により合焦状態を検出する。

ここで、位相差検出方式の概要を簡単に説明する。先ず、一対のラインセンサの各画素から得られる一対の画像信号値のうち、いずれか一方の画像信号値を他方の画像信号値の画素位置に対して相対的に所定量ずつずらしながら、対応する画素毎に画像信号値の差分の絶対値の合計をそれぞれ求める。そして、最も合計が小さくなるずらし量に基づいてデフォーカス量を求める。

次に、本実施の形態における焦点検出ユニット２６のＡＦセンサ１０１の構成及び動作、及び、カメラＭＰＵ１００の焦点制御に関する処理について詳しく説明する。

図４は、ＡＦセンサ１０１の概略機能構成を示すブロック図である。上述したように、ＡＦセンサ１０１は、二次結像レンズ３０９を通過した光束をそれぞれ受光して、受光量に応じた電荷を蓄積する一対の光電変換部４０、４１と、光電変換部４０、４１に蓄積された電荷を転送するための転送部４２、４３とを有する。更に、光電変換部４０、４１の出力に基づいて後述する特徴信号を生成する特徴信号生成回路４４を有する。更に、転送部４２、４３から転送された光電変換部４０、４１の出力と特徴信号生成回路４４から出力される特徴信号に基づいて、出力信号を生成する出力ユニットＡ４６及び出力ユニットＢ４７を有する。更に、出力ユニットＡ４６及び出力ユニットＢ４７から出力される信号をカメラＭＰＵ１００に出力する出力端子Ａ４８及び出力端子Ｂ４９とを有する。なお、出力ユニットＡ４６、Ｂ４７はそれぞれ、電荷信号を増幅するためのアンプを有する。

なお、本実施の形態においてＡＦセンサ１０１としての基板上に少なくとも一対の像を検出可能にラインセンサを構成してもよい。すなわち、光電変換部４０、４１を分けずに形成してもよい。また、同様に転送部４２、４３とを分けずに形成してもよい。

このように、本実施の形態におけるＡＦセンサ１０１は、光電変換部４０、４１にそれぞれ対応した複数の出力系を有する。そのため、各光電変換部４０、４１の電荷を並行して出力することができ、従来のような単一の出力系を介して読み出す場合に比べて、高速に光電変換部４０、４１に蓄積された電荷を出力することが可能である。このようにして２系統の出力系を介して読み出された電荷を、カメラＭＰＵ１００内でそれぞれの出力系に対応するＡ／Ｄ変換器Ａ３１及びＡ／Ｄ変換器Ｂ３２により変換することで、高速に合焦状態を検出することが可能になる。

２系統の出力系及びＡ／Ｄ変換器Ａ３１及びＢ３２を介して得られる画像の信号値は互いに一致することが理想的である。しかしながら、実際には２系統の出力系及びＡ／Ｄ変換器を完全に一致させることが困難であるために、アンプによりそれぞれ異なるゲインをかけたり、異なるオフセットを乗せたりする。このようにすることで、Ａ／Ｄ変換器Ａ３１及びＡ／Ｄ変換器Ｂ３２によりＡ／Ｄ変換された２つの画像の信号値はそれぞれの出力系の特性に応じた互いに異なる信号値を持つようになる。そのような信号値を用いて位相差検出方式により合焦状態の検出を行った場合、合焦時であっても２つの画像信号値間の差分合計が大きくなり、正しく合焦状態が検出できない場合も考えられる。従って、複数の出力系から出力された信号を、ゲインやオフセットを勘案して補正する必要が生じる。

以下に、本実施の形態における補正処理について説明する。

本実施の形態の特徴信号生成回路４４は、光電変換部４０、４１から出力される信号を入力する。この時点で光電変換部４０、４１から出力される信号を図５に示す。なお、以降、光電変換部４０から出力される信号により表される画像をＡ像、光電変換部４１から出力される信号により表される画像をＢ像と呼ぶ。

特徴信号生成回路４４は、得られたＡ像及びＢ像の信号に共通の最高輝度及び最低輝度を検出する。そして、検出した最高輝度及び最低輝度に基づき、特徴信号として、基準電位信号、最高輝度信号、最低輝度信号、およびオフセット信号を生成する。なお、図５に示すように、最低輝度よりも多少低い電位を基準電位として設定し、基準電位を１／１０したものをオフセット信号とする。オフセット信号を基準電位の１／１０とするのは、基準電位が最高輝度と最低輝度との電位差と比較して、かなり大きいためである。勿論、１／１０に限らず、１／４、１／２など、適宜変更してもよい。また、基準電位信号は、オフセット電位を差し引いた後の０Ｖを示す信号、最高輝度信号は、最高輝度と基準電位との電位差を示す信号、また、最低輝度信号は、最低輝度と基準電位との電位差を示す信号とする。従って、生成される基準電位信号、最高輝度信号、最低輝度信号、およびオフセット信号と最高輝度及び最低輝度は、以下の式を満たすような関係を有する。
最高輝度＝最高輝度信号＋オフセット信号×１０−基準電位信号
最低輝度＝最低輝度信号＋オフセット信号×１０−基準電位信号

このようにして生成した基準電位信号、最高輝度信号、最低輝度信号、およびオフセット信号からなる特徴信号を出力ユニットＡ４６、出力ユニットＢ４７にそれぞれ出力する。

出力ユニットＡ４６、出力ユニットＢ４７は、まず、基準電位信号、最高輝度信号、最低輝度信号、およびオフセット信号をそれぞれ出力端子Ａ４８及びＢ４９に出力する。次に、光電変換部４０、４１から得られる図５に示す信号からオフセット信号を１０倍した電位を差し引いて得られた信号を出力する。図６は、出力端子Ａ４８、Ｂ４９からそれぞれ出力される信号を示す概念図である。

このようにして出力ユニットＡ４６、Ｂ４７から出力される信号は、それぞれ異なる出力アンプを経てカメラＭＰＵ１００に入力し、更にそれぞれ異なるＡ／Ｄ変換器Ａ３１、Ａ／Ｄ変換器Ｂ３２によりデジタル信号に変換される。ここで、カメラＭＰＵ１００でデジタル信号に変換されるまでの経路では、それぞれで異なるゲインａおよびｃ、及び異なるオフセットレベルｂおよびｄがかかる。つまり、ある電位ｉが出力ユニットＡ４６、Ｂ４７にそれぞれ対応するチャンネルＣｈＡ、ＣｈＢを介して、カメラＭＰＵ１００のＡ／Ｄ変換器Ａ３１、Ｂ３２でデジタル信号に変換された場合、カメラＭＰＵ１００で得られる信号Ａ（ｉ）、Ｂ（ｉ）は、
Ａ（ｉ）＝ａ×ｉ＋ｂ …（１）
Ｂ（ｉ）＝ｃ×ｉ＋ｄ …（２）

と表すことができる。従って、チャンネルＣｈＡ、ＣｈＢを介して入力する基準電位信号は、
Ａ（基準電位信号）＝ａ×基準電位信号＋ｂ …（３）
Ｂ（基準電位信号）＝ｃ×基準電位信号＋ｄ …（４）
となる。
最低輝度信号は、
Ａ（最低輝度信号）＝ａ×最低輝度信号＋ｂ …（５）
Ｂ（最低輝度信号）＝ｃ×最低輝度信号＋ｄ …（６）
となる。
オフセット信号は、
Ａ（オフセット信号）＝ａ×オフセット信号＋ｂ …（７）
Ｂ（オフセット信号）＝ｃ×オフセット信号＋ｄ …（８）
となる。
最高輝度信号は、
Ａ（最高輝度信号）＝ａ×最高輝度信号＋ｂ …（９）
Ｂ（最高輝度信号）＝ｃ×最高輝度信号＋ｄ …（１０）
となる。図７（ａ）はチャンネルＣｈＡを介して入力した信号値をカメラＭＰＵ１００のＡ／Ｄ変換器Ａ３１によりＡ／Ｄ変換して得られる信号の例を示している。また、図７（ｂ）はチャンネルＣｈＢを介して入力した信号値をＡ／Ｄ変換器Ｂ３２によりＡ／Ｄ変換して得られる信号の例を示している。
上記式（３）、（４）、（９）、（１０）から、
ｃ／ａ＝（Ｂ（最高輝度信号）−Ｂ（基準電位信号））／（Ａ（最高輝度信号）−Ａ（基準電位信号）） …（１１）

となる。従って、カメラＭＰＵ１００で得られる信号Ａ（ｉ）、Ｂ（ｉ）から、ａとｃの比を求めることができる。なお、式（３）、（４）および式（７）、（８）から、もしくは、式（３）、（４）および式（５）、（６）からａとｃ比の求めることも勿論可能である。
ここで、式（１１）の右辺をＤで表し、ｃ／ａ＝Ｄと示し、式（１１）を、式（３）および（４）に代入して整理すると、ｂとｄには以下の関係が成り立つ。
ｄ＝Ｂ（基準電位信号）＋ｂ×Ｄ−Ａ（基準電位信号）×Ｄ …（１２）

式（１２）から、式（１）および（２）は、
Ａ（ｉ）＝ａ×ｉ＋ｂ …（１３）
Ｂ（ｉ）＝（ａ×ｉ＋ｂ）×Ｄ＋Ｂ（基準電位信号）−Ａ（基準電位信号）×Ｄ …（１４）
となる。
式（１４）から、（Ｂ（ｉ）ーＢ（基準電位信号）＋Ａ（基準電位信号）×Ｄ）／Ｄ＝（ａ×ｉ＋ｂ）であるため、
Ｂ’（ｉ）＝（Ｂ（ｉ）ーＢ（基準電位信号）＋Ａ（基準電位信号）×Ｄ）／Ｄ …（１５）

となる。このように、経路Ｂの信号Ｂ（ｉ）に対し、カメラＭＰＵ１００で得られる、経路毎に異なるゲイン及びオフセットが加わった、Ａ（基準電位信号）、Ｂ（基準電位信号）、Ａ（最高輝度信号）、Ｂ（最高輝度信号）を用いて式（１５）の演算をする。これにより、チャンネルＡから得られる信号を基準として正規化、即ち、Ｂ’（ｉ）の値を求めることができる。図８（ａ）はカメラＭＰＵ１００において経路Ａから得られる信号の例を、また、図８（ｂ）はチャンネルＢから得られる信号を正規化した信号の例を示している。
ところで、ある信号変化の相関量と式（１５）のようにある信号が１次変換された信号変化の相関量は変わらない。したがって、上記補正を行うことにより，ラインセンサ像の焦点検出量をカメラＭＰＵ１００内で等しい焦点検出量として求めることができる。すなわち、焦点検出ユニット２６内のラインセンサ像の焦点検出量とカメラＭＰＵ１００内の焦点検出量は等しい。これは、焦点検出ユニット２６内の信号変化と式（１５）のように変換されたカメラＭＰＵ１００内の信号変化は相似となるからである。逆にいうと、焦点検出ユニット２６内の信号変化をカメラ内ＭＰＵ内での信号変化として忠実に再現しなくとも，信号変化が相似であれば焦点検出に足りる。

次に、上述したようにして正規化されたＢ像の信号及びＡ像に対して、オフセット信号を１０倍した信号をそれぞれ加算して元の信号値に戻し、Ａ像及びＢ像を再現する。そして、この再現したＡ像及びＢ像の信号に基づいて、位相差検出方式による合焦状態の検出を行う。このように、２つの画像の信号を２系統の出力系を介して出力すると共に、合焦状態の検出を行う前に、上述したようにしてＢ像の画像信号をＡ像の信号を基準として正規化する。従って、焦点検出精度を落とすことなく、焦点検出速度を高めることが可能となる。

なお、上記例では、ｂとｄの関係を基準電位信号、最高輝度信号の２組の信号から連立方程式を解くことで求めた。しかしながら、例えば、基準電位信号が十分に小さいとみなせば、近似的に式（３）及び（４）は、
Ａ（基準電位信号）≒ｂ …（１６）
Ｂ（基準電位信号）≒ｄ …（１７）

となる。つまり、１組の信号のみを用いて異なる端子間で生じるオフセットレベル差を補正することができる。
さらに、基準電位信号が十分に小さいとみなせば、近似的に式（９）及び（１０）は、
Ａ（最高輝度信号）≒ａ×最高輝度信号 …（１８）
Ｂ（最高輝度信号）≒ｃ×最高輝度信号 …（１９）
ｃ／ａ≒Ｂ（最高輝度信号）／Ａ（最高輝度信号） …（２０）

となり、ａとｃの比が求まるので、１組の信号のみを用いて異なる端子間で生じるゲイン差を補正することができる。
また、Ａ／Ｄ変換の誤差を考慮して、基準電位信号、最高輝度信号、最低輝度信号、およびオフセット信号、いずれか３組以上を組み合わせて最小２乗法のような統計処理を用いて、ａ、ｂ、ｃ、ｄ間の関係を求めてもよい。また、
基準電位信号 ＝ 最低輝度信号

として特徴信号の種類を簡略化することも可能である。

（変形例）
上述した例では、Ａ像を光電変換する光電変換部４０の出力は転送部４２を介して出力ユニットＡ４６から、また、Ｂ像を光電変換する光電変換部４１の出力は転送部４３を介して出力ユニットＢ４７からカメラＭＰＵ１００へ出力された。しかしながら、光電変換部４０、４１の出力の仕方はこれに限るものではない。

例えば、図９に示すようにしてもよい。すなわち、光電変換部４０、４１の奇数番目の画素からの電荷信号を転送部４２’を介して出力ユニットＡ４６’から、また、偶数番目の画素からの電荷信号を転送部４３’を介して出力ユニットＢ４７’からカメラＭＰＵ１００へ出力ようにしてもよい。

また、出力チャンネル数も２系統に限るものではなく、例えば図１０に示すように３系統以上の複数チャンネルを介して出力するようにしても良い。なお、図１０において、４０、４１は光電変換部、４２Ｏ、４２Ｅ、４３Ｏ、４３Ｅは転送部、４６Ｏ、４６Ｅ、４７Ｏ、４７Ｅは転送部それぞれに対応する出力ユニットを示している。

更に、光電変換部を１つのラインセンサで形成してもよく、その場合、Ａ像の受光領域の画素を出力ユニットＡ４６を介して、Ｂ像の受光領域の画素を出力ユニットＢ４７を介して出力するようにしても良い。

また、１つのＡ／Ｄ変換器に２つの入力チャンネルを設けてもよい。この場合、Ａ／Ｄ変換器の内部処理として、電荷蓄積と電位比較を２つのステップに分ける。この電荷蓄積と電位比較それぞれのステップが独立して動作するようにする。このようにして、２つの入力チャンネルの信号を交互に並列実行させ変換するようにする。この場合の並行実行とは、片方のチャンネルにおいて電荷蓄積中に、他方のチャンネルにおいて電位比較を行わせるというパイプライン処理のことをいう。このパイプライン処理によって、１つのＡ／Ｄ変換器で見かけ上２つのＡ／Ｄ変換器とすることができ本実施例は同様に適用可能である。

また、上記実施の形態では、焦点検出処理として位相差検出方式による処理を行う場合について説明した。しかしながら、本発明は位相差検出方式に限るものではなく、例えば、いわゆる「コントラスト方式（または山登り方式）」などの他の方式の焦点検出方式に適用することが可能である。コントラスト方式の場合、ＡＦセンサ１０１を１対のラインセンサの代わりに、撮影する１フレーム領域の内の焦点検出領域の画像を受光可能な大きさのエリアセンサにより構成する。そして、そのエリアセンサの電荷を複数チャンネルを介して読み出し、カメラＭＰＵ１００においていずれかのチャンネルを基準として正規化する。更に、正規化後の画像信号を１枚の画像に合成し、高周波成分を検出して積分する。この動作をフォーカシングレンズ１２を所定量移動しながら繰り返し、その値が最大となる点（尖鋭度が最大となる点）を探すことで、合焦状態の検出精度を下げることなく、より高速に焦点検出処理を行うことが可能になる。

本発明の実施の形態に係る、一眼レフレックスカメラと該カメラに装着される交換レンズとによって成るカメラシステムの概略構成を示す図である。 本発明の実施の形態に係るカメラシステムの回路構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係る焦点検出ユニットの構成及び焦点検出ユニットとフォーカシングレンズとの光学位置関係を説明する図である。 本発明の実施の形態に係るＡＦセンサの概略機能構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係る一対の光電変換部から出力される信号の一例を示す図である。 本発明の実施の形態に係る一対の出力端子から出力される信号の一例を示す図である。 本発明の実施の形態に係るカメラＭＰＵで得られる正規化前の一対の信号の一例を示す図である。 本発明の実施の形態に係る正規化後の一対の信号の一例を示す図である。 本発明の実施の形態の変形例における光電変換ユニットの構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態の変形例における光電変換ユニットの別の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１ カメラ本体
１１ レンズユニット
１２ フォーカシングレンズ
２６ 焦点検出ユニット
３１ Ａ／Ｄ変換器Ａ
３２ Ａ／Ｄ変換器Ｂ
４０、４１ 光電変換部
４２、４３ 転送部
４４ 特徴信号検出回路
４６ 出力ユニットＡ
４７ 出力ユニットＢ
４８ 出力端子Ａ
４９ 出力端子Ｂ
１０１ ＡＦセンサ
１００ カメラマイクロプロセッシングユニット
１１２ レンズマイクロプロセッシングユニット

Claims (9)

1. 入射する光を光電変換して電荷を蓄積する光電変換手段と、
   前記光電変換手段に蓄積された電荷に基づいて電気信号を複数チャンネルで出力する第１の出力手段と、
   前記複数チャンネルそれぞれに対して、前記光電変換手段に蓄積された電荷に基づく共有の情報を出力する第２の出力手段と、
   前記複数チャンネルから出力される電気信号に基づいて、位相差を検出する焦点検出手段と、
   前記複数チャンネルにそれぞれ対応する複数のＡ／Ｄ変換器とを有し、
   前記第１の出力手段は、前記第２の出力手段から出力される共有の情報を前記複数チャンネルそれぞれから前記複数のＡ／Ｄ変換器それぞれに出力し、前記焦点検出手段は、前記複数チャンネルから出力され、前記複数のＡ／Ｄ変換器によってそれぞれＡ／Ｄ変換された後の共有の情報に基づいて、Ａ／Ｄ変換後の前記電気信号を補正する補正手段を有し、前記補正手段により補正した電気信号を用いて位相差を検出することを特徴とする焦点検出装置。
2. 前記第２の出力手段は、前記光電変換手段に蓄積された電荷から基準値を検出し、
   前記基準値に基づいたオフセット値を示すオフセット信号と、前記基準値を示す基準信号とを前記共有の情報として出力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. 前記第２の出力手段は、前記光電変換手段に蓄積された電荷から基準値を検出し、
   前記第２の出力手段は、前記光電変換手段に蓄積された電荷の最低値を検出し、
   前記電荷の最低値に基づいたオフセット値を示すオフセット信号と、前記基準値から前記最低値までの値を示す信号を前記共有の情報として更に出力することを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
4. 前記第２の出力手段は、前記光電変換手段に蓄積された電荷の最高値を検出し、前記共有の情報として更に出力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. 前記第１の出力手段は、前記光電変換手段に蓄積された電荷から、前記オフセット値を差し引いた電気信号を出力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. 撮影レンズの異なる射出瞳位置を通過した被写体からの１対の光束を前記光電変換手段上に１対の光学像として結合させる結像手段を更に有し、
   前記光電変換手段は前記複数のチャンネルに対応する複数の予め設定された領域を有し、当該複数の予め設定された領域は、前記１対の光束に対応する領域であって、前記焦点検出手段は位相差方式で位相差を検出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. 前記光電変換手段は、前記複数の予め設定された領域にそれぞれ対応する１対のラインセンサからなり、各ラインセンサに前記結像手段により１対の光学像をそれぞれ結像させることを特徴とする請求項６に記載の焦点検出装置。
8. 前記第１の出力手段は、前記光電変換手段に蓄積された電荷に基づいて電気信号を複数チャンネルで並行出力することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の焦点検出装置。
9. 入射する光を光電変換して電荷を蓄積する光電変換手段と、前記光電変換手段に蓄積された電荷に基づいて電気信号を複数チャンネルで出力する出力手段と、前記複数チャンネルにそれぞれ対応する複数のＡ／Ｄ変換器とを有する焦点検出装置における、焦点検出のための信号処理方法であって、
   前記複数チャンネルそれぞれに対して、前記光電変換手段に蓄積された電荷に基づく共有の情報を出力する第１の出力ステップと、
   前記第１の出力ステップで出力された共有の情報を、前記複数チャンネルから前記複数のＡ／Ｄ変換器それぞれに出力する第２の出力ステップと、
   前記複数チャンネルから出力され、前記複数のＡ／Ｄ変換器によってそれぞれＡ／Ｄ変換された後の前記共有の情報に基づいて、前記Ａ／Ｄ変換器それぞれから得られるＡ／Ｄ変換後の電気信号を補正する補正ステップと、
   前記補正された電気信号に基づいて、位相差を検出する焦点検出ステップと
   を有することを特徴とする信号処理方法。

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