JP4943881B2 - 焦点検出装置及び撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の焦点検出エリアにおける焦点状態を検出するための焦点検出装置及びそれを備える撮像装置に関する。

オートフォーカスカメラに用いられている焦点検出装置の１つとして位相差検出方式の焦点検出装置が知られている。位相差検出方式においては、主光学系の異なる光路を通過した被写体からの光束を瞳分割光学系において分割し、該分割された光束を対をなすラインセンサ上に結像させ、これらのラインセンサにおいて検出される対をなす被写体像の２像間隔値から撮影画面内の焦点検出エリアにおける焦点状態を検出している。

また、位相差検出方式の焦点検出装置においては、撮影画面のより広い領域に位置する被写体像の検出を行うようにするために撮影画面内の複数の焦点検出エリアに対応して、複数対のラインセンサを配して被写体像の検出を行う、所謂多点測距が可能な焦点検出装置も提案されている。

ここで、このような位相差検出方式の焦点検出装置においては、ラインセンサにおける電荷蓄積をラインセンサの近傍に配置されるモニタセンサにより監視しており、該モニタセンサの出力が所定値に達したときに対応するラインセンサの蓄積動作を終了させるように制御している。また、このような蓄積制御においては、蓄積動作の限界時間を設定しておき、この限界時間に達した場合には各ラインセンサの蓄積量が所定値に達していなくとも強制的に蓄積動作を終了させることも行われている。

このような蓄積制御の場合、例えば夜景シーン等の主要被写体の輝度よりも背景被写体の輝度のほうが高いシーンでは限界時間の設定の仕方によっては主要被写体に対応する焦点検出エリアのセンサ出力が不十分な状態で蓄積動作が終了してしまうことがある。そこで、特許文献１の手法では、夜景撮影と通常撮影とで蓄積時間の制限の仕方を変更するようにしている。即ち、特許文献１においては、夜景撮影でない通常撮影の場合には予め設定されている限界時間を超えない範囲で、複数の焦点検出エリアのうちの蓄積動作が終了した箇所の蓄積時間に基づいて限界時間を設定し、夜景撮影の場合には蓄積動作が終了した箇所の蓄積時間に関係なく予め設定されている長時間の限界時間に従って蓄積動作を終了させるようにしている。
特開２００４−７００９９号公報

ここで、特許文献１では蓄積動作の限界時間を全焦点検出エリアで共通としているが、これでは不十分な場合がある。

例えば、上述した夜景シーンや逆光シーン等では１つの焦点検出エリアに明るい背景被写体と暗い主要被写体とが混在する場合が考えられる。特に、主要被写体が人物の場合には明るい背景との境界部分の焦点状態ではなく、顔部分（特に瞳部分）の焦点状態を検出できることが好ましいが、１つの焦点検出エリアに明るい背景被写体と暗い主要被写体とが混在する場合には、明るい背景被写体にラインセンサが反応してしまってモニタセンサの出力が閾値に達し、瞳部分に相当する部分のセンサ出力が不十分なまま蓄積動作が終了してしまう可能性がある。このような焦点検出エリアについては、モニタセンサの出力によらずに蓄積動作を継続する必要がある。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、簡易な構成で焦点検出エリア毎に蓄積時間の設定を行うことが可能な焦点検出装置及びそれを備える撮像装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の第１の態様による焦点検出装置は、複数の焦点検出エリアに対応して設けられた複数のラインセンサと、上記複数のラインセンサ毎に上記ラインセンサの受光量が一定量に到達したことを検出する検出器と、上記複数のラインセンサと同一チップ上に構成され、上記複数のラインセンサの蓄積動作の複数の限界時間が設定される第１の制御レジスタと、上記複数のラインセンサと同一チップ上に構成され、上記限界時間が最大蓄積動作時間であるか最小蓄積動作時間であるかを判断するための判断情報と上記複数のラインセンサと上記複数の限界時間との対応情報とが設定される第２の制御レジスタと、上記検出器の出力と上記第１の制御レジスタの設定と上記第２の制御レジスタの設定とに基づき上記ラインセンサ毎の蓄積動作の終了を制御する制御部とを具備し、上記制御部は、上記判断情報に従って上記限界時間を最大蓄積時間若しくは最小蓄積時間と判断し、上記対応情報に従って上記複数のラインセンサ個別の蓄積動作を制御し、上記限界時間が上記最大蓄積動作時間であると判断した場合に、上記検出器の出力から上記ラインセンサの蓄積動作の終了を検出しなくとも上記ラインセンサの蓄積動作時間が上記最大蓄積動作時間に達すると上記蓄積動作を終了させ、上記限界時間が上記最小蓄積動作時間であると判断した場合に、上記検出器の出力から上記ラインセンサの蓄積動作の終了を検出しても上記ラインセンサの蓄積動作時間が上記最小蓄積動作時間に達するまで上記蓄積動作を継続させることを特徴とする。

また、上記の目的を達成するために、本発明の第２の態様による撮像装置は、被写体像を撮像して画像データを得る撮像部と、上記被写体像を上記撮像部に結像させる光学系と、複数の焦点検出エリアに対応して設けられた複数のラインセンサと、上記複数のラインセンサ毎に配置され上記ラインセンサの受光量が一定量に到達したことを検出する検出器と、上記複数のラインセンサ毎の蓄積動作の限界時間が設定される制御レジスタと、上記検出器の出力と上記制御レジスタの設定とに基づき上記ラインセンサ毎の蓄積動作の終了を制御する制御部とを具備する焦点検出装置と、上記各ラインセンサの出力から上記各焦点検出エリアにおける上記光学系の焦点状態を演算する焦点状態演算部と、上記焦点状態の演算結果に従って上記光学系の焦点調整を行う焦点調整部と、上記撮像部で得られた画像データを記録する記録部とを有することを特徴とする。

本発明によれば、簡易な構成で焦点検出エリア毎に蓄積時間の設定を行うことが可能な焦点検出装置及びそれを備える撮像装置を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
［第１の実施形態］
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る撮像装置の一例としてのデジタル一眼レフレックスカメラ（以下、適宜カメラと略記する）の構成を示す図である。図１のカメラは、交換レンズ１０１とカメラボディ１１０とを有して構成されている。

交換レンズ１０１は、カメラボディ１１０の前面に設けられた図示しないカメラマウントを介してカメラボディ１１０に着脱自在に構成されている。そして、この交換レンズ１０１は、フォーカスレンズ１０２と、レンズ駆動部１０３と、レンズＣＰＵ１０４とを有して構成されている。

フォーカスレンズ１０２は、撮影光学系に含まれる焦点調整のためのレンズである。このフォーカスレンズ１０２は、レンズ駆動部１０３によってその光軸方向（図１の矢印Ａ方向）に駆動され、撮影光学系の焦点位置調整を行う。これにより、撮影光学系を通過した図示しない被写体からの光束は、カメラボディ１１０内の撮像素子１２４にピントの合った像を結ぶ。

レンズ駆動部１０３は、例えばドライバと超音波モータ等からなる駆動機構とから構成されている。そして、レンズＣＰＵ１０４からの制御信号を受けてフォーカスレンズ１０２を駆動させる。

レンズＣＰＵ１０４は、レンズ駆動部１０３の制御等を行う制御回路である。このレンズＣＰＵ１０４は、通信コネクタ１０５を介してカメラボディ１１０内のシステムコントローラ１２３と通信可能になされている。レンズＣＰＵ１０４からシステムコントローラ１２３へは、例えばレンズＣＰＵ１０４に予め記憶された、フォーカスレンズの製造ばらつき情報やフォーカスレンズの収差情報等のデフォーカス量の演算の際に用いられる各種レンズデータが送信される。

カメラボディ１１０は、メインミラー１１１と、フォーカシングスクリーン１１２、ペンタプリズム１１３、接眼レンズ１１４からなるファインダ光学系と、サブミラー１１５と、コンデンサレンズ１１６、全反射ミラー１１７、セパレータ絞り１１８、セパレータレンズ１１９からなるＡＦ光学系と、温度センサ１２０と、ＡＦセンサ１２１と、ＡＦコントローラ１２２と、システムコントローラ１２３と、撮像素子１２４と、記録部１２５とを有して構成されている。

メインミラー１１１は、回動可能に構成され、その中央部がハーフミラーで構成されたミラーである。メインミラー１１１は、ダウン位置（図示の位置）にあるときに、交換レンズ１０１を介してカメラボディ１１０内に入射する図示しない被写体からの光束の一部を反射し、一部を透過させる。フォーカシングスクリーン１１２は、メインミラー１１１で反射された光束が結像される。ペンタプリズム１１３は、フォーカシングスクリーン１１２に結像された被写体像を正立像として、接眼レンズ１１４に入射させる。接眼レンズ１１４はペンタプリズム１１３からの被写体像をユーザが観察可能なように拡大する。このようにして、図示しない被写体の状態を観察することができる。

サブミラー１１５は、メインミラー１１１のハーフミラー部の背面に設置され、メインミラー１１１のハーフミラー部を透過した光束をＡＦ光学系の方向に反射する。

ＡＦ光学系のコンデンサレンズ１１６は、サブミラー１１５で反射され、図示しない１次結像面に結像した光束を集光して全反射ミラー１１７の方向に入射させる。全反射ミラー１１７は、コンデンサレンズ１１６からの光束をＡＦセンサ１２１の側に反射させる。セパレータ絞り１１８はＡＦセンサ１２１の前面に配され、全反射ミラー１１７からの光束を瞳分割する。セパレータレンズ１１９はセパレータ絞り１１８で瞳分割された光束を集光してＡＦセンサ１２１に再結像させる。温度センサ１２０は、例えば図２に示すようにしてセパレータレンズ１１９の近傍に設置され、セパレータレンズ１１９の周辺温度を検出し、ＡＦコントローラ１２２に出力する。この温度センサ１２０は、例えばサーミスタ等の周知の温度センサを用いることができる。

ＡＦセンサ１２１は、視差をもって瞳分割され再結像された被写体像を電気信号（被写体像信号）に変換してＡＦコントローラ１２２に出力する。ここで、ＡＦセンサ１２１は、撮影画面内の複数の焦点検出エリア（測距点）における焦点状態を検出可能なように構成されている。ＡＦコントローラ１２２は、ＡＦセンサ１２１の動作制御を行うとともに、ＡＦセンサ１２１から出力される被写体像信号から、瞳分割されて得られる対をなす被写体像の２像間隔値を例えば相関演算によって算出し、該算出した２像間隔値より各測距点におけるフォーカスレンズ１０２のデフォーカス量を算出してシステムコントローラ１２３に出力する。

システムコントローラ１２３は、図１に示すカメラの動作制御を行う。例えば、システムコントローラ１２３は、フォーカスレンズ１０２の自動焦点調整（ＡＦ）時には、ＡＦコントローラ１２２からのデフォーカス量をレンズＣＰＵ１０４に送信する。レンズＣＰＵ１０４は、このデフォーカス量に基づいてフォーカスレンズ１０２の焦点調整を行う。また、システムコントローラ１２３は、撮影時には、撮像素子１２４で得られた被写体像信号に対して種々の画像処理を施した後、これによって得られる画像データを記録部１２５に記録する。

撮像素子１２４は、メインミラー１１１が図示位置から退避されたときに、撮影光学系を介して結像される被写体像を電気信号に変換する。

レリーズボタン１２６は、ＡＦ開始の指示及び撮影開始の指示をシステムコントローラ１２３に与える。このレリーズボタン１２６は半押しされることによって１ｓｔレリーズスイッチがオンしてＡＦ開始の指示をシステムコントローラ１２３に与える。また、レリーズボタン１２６が全押しされることによって２ｎｄレリーズスイッチがオンして撮影開始の指示をシステムコントローラ１２３に与える。

次に、本実施形態の要部としての焦点検出装置について説明する。図３は、図１のＡＦセンサ、ＡＦコントローラ、システムコントローラの構成の詳細を示したブロック図である。

図３において、ＡＦセンサ１２１は、画素部２０１と、アナログ処理部２０２と、デジタル処理部２０３とを有して構成されている。

画素部２０１は、ラインセンサ部２０１ａとモニタセンサ部２０１ｂとから構成されている。ラインセンサ部２０１ａは、セパレータレンズ１１９によって瞳分割される光束を受光するラインセンサが測距点に対応して複数配置されて構成され、各ラインセンサで受光した光束を電気信号（被写体像信号）に変換してアナログ処理部２０２に出力する。モニタセンサ部２０１ｂは、各ラインセンサの蓄積動作状況を監視するために各ラインセンサに対応して配置される複数のモニタセンサから構成される。各モニタセンサは、各ラインセンサで平均的に受光される光束と同等の光束を電気信号として検出してデジタル処理部２０３に出力する。

図４（ａ）は測距点配置の一例を示す図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）に示す測距点配置において焦点状態を検出するためのラインセンサ部及びモニタセンサ部の構成例を示す図である。ここで、図４（ｂ）の例は、１つの測距点が水平方向と垂直方向の２つアイランドから構成される例である。そして、１つのアイランドの焦点状態は、基準部と参照部の１対のラインセンサで検出される。例えば、図４（ａ）の測距点２ｂに着目した場合、この測距点２ｂにおける焦点状態は、基準部水平センサ１１及び参照部水平センサ１２の対と基準部垂直センサ１３及び参照部垂直センサ１４の対とによって検出される。また、各水平センサ及び垂直センサの近傍にはモニタセンサ１５が配置され、対応するラインセンサの蓄積動作状況が監視される。ここで、図４（ｂ）の例では各ラインセンサに対応してモニタセンサを設けているが、一般に同一アイランド内のラインセンサは同一の蓄積時間で蓄積制御するので、基準部と参照部の何れか一方にのみモニタセンサを設けるようにしても良い。

アナログ処理部２０２は、画素部２０１の各ラインセンサから出力される被写体像信号に対して相関二重サンプリング（ＣＤＳ）やゲイン調整等のアナログ処理を施してＡＦコントローラ１２２に出力する。

デジタル処理部２０３は、制御レジスタ２０３ａと、タイマ２０３ｂと、シーケンサ２０３ｃとから構成されている。

制御レジスタ２０３ａは測距点毎の蓄積動作の限界時間を設定するためレジスタである。ここで、蓄積動作の限界時間は測距点毎に設定されるものであり、最大蓄積時間と最小蓄積時間の２種類の中から選択可能である。最大蓄積時間が選択されている測距点に対してはモニタセンサの出力が所定値に達していなくとも最大蓄積時間が経過した時点で対応するラインセンサの蓄積動作を終了させる。一方、最小蓄積時間が選択されている測距点に対してはモニタセンサの出力が所定値に達していても最小蓄積時間が経過するまでは対応するラインセンサの蓄積動作を継続させる。なお、制御レジスタ２０３ａについては後で詳しく説明する。

タイマ２０３ｂは、制御レジスタ２０３ａに測距点毎に設定される蓄積動作の限界時間をそれぞれ計時し、それぞれの限界時間を計時したときにその旨をシーケンサ２０３ｃに通知する。シーケンサ２０３ｃは、タイマ２０３ｂの出力と画素部２０１の各モニタセンサの出力とから画素部２０１の各ラインセンサの蓄積動作制御を行う。

また、図３において、ＡＦコントローラ１２２は、シーケンサ２１１と、タイマ２１２と、蓄積時間レジスタ２１３と、ＡＤ変換器（ＡＤＣ）２１４と、メモリ２１５とを有して構成されている。

制御部としてのシーケンサ２１１は、システムコントローラ１２３からの制御信号を受けて、各測距点における蓄積動作を開始させるための蓄積開始指示信号や制御レジスタ２０３ａの設定を行うための信号等の各種制御信号をＡＦセンサ１２１に供給する。タイマ２１２は、各測距点の蓄積時間を計時する。蓄積時間レジスタ２１３は、タイマ２１２で計時される測距点毎の蓄積時間を保持する。即ち、蓄積時間レジスタ２１３は、各測距点での蓄積動作終了毎にＡＦセンサ１２１のシーケンサ２０３ｃから出力される蓄積終了タイミング信号を受けて、その時点でタイマ２１２に計時されている蓄積時間を測距点毎に保持する。

ＡＤＣ２１４はＡＦセンサ１２１のアナログ処理部２０２からアナログデータとして出力される被写体像信号をデジタル信号に変換する。メモリ２１５は、ＡＤＣ２１４からのデジタル被写体像信号を一時保持する。このメモリ２１５に保持されるデジタル被写体像信号はデフォーカス量の演算に用いられる。

次に、制御レジスタ２０３ａについて更に詳しく説明する。図５は、制御レジスタ２０３ａの構成を示す図である。ここで、図５の制御レジスタ２０３ａは、図４（ａ）に示す、測距点２ｂ、２ｃ、２ｄ、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、４ｂ、４ｃ、４ｄのそれぞれに対応した限界時間を設定できる構成を示している。

図５に示すように、制御レジスタ２０３ａは、測距点タイマリミット指定レジスタと、限界時間設定レジスタと、最大／最小選択レジスタの３種類のレジスタを有して構成されている。以下、これらレジスタについて詳細に説明する。

第２のレジスタとしての測距点タイマリミット指定レジスタは、各測距点に適用する限界時間設定レジスタの種類を指定するためのデータを保持する４ビットのレジスタである。ここで、図５の例では１つの測距点タイマリミット指定レジスタに対して２つの測距点についてのデータを保持可能である。

まず、測距点２ｂ・２ｃタイマリミット指定レジスタには、測距点２ｂと測距点２ｃのそれぞれに対してのデータが設定される。即ち、測距点２ｂ・２ｃタイマリミット指定レジスタに設定される値の上位２ビットが測距点２ｂに対応するデータを示し、下位２ビットが測距点２ｃに対応するデータを示す。

同様に、測距点２ｄ・３ａタイマリミット指定レジスタには、測距点２ｄと測距点３ａのそれぞれに対してのデータが設定される。また、測距点３ｂ・３ｃタイマリミット指定レジスタには、測距点３ｂと測距点３ｃのそれぞれに対してのデータが設定される。測距点３ｄ・３ｅタイマリミット指定レジスタには、測距点３ｄと測距点３ｅのそれぞれに対してのデータが設定される。測距点４ａ・４ｂタイマリミット指定レジスタには、測距点４ａと測距点４ｂのそれぞれに対してのデータが設定される。更に、測距点４ｃタイマリミット指定レジスタには、測距点４ｃに対してのデータが設定される。測距点の数が１１点であるので、測距点４ｃタイマリミット指定レジスタの下位２ビットは使用されない。

図６は、測距点タイマリミット指定レジスタに設定されるデータとそれによって選択される限界時間設定レジスタとの関係を示す図である。ここで、図６のｘｘは測距点の番号を示す。

図６に示すように、測距点タイマリミット指定レジスタの上位又は下位２ビットのデータを、限界時間設定レジスタ１の選択用、限界時間設定レジスタ２の選択用、限界時間設定レジスタ３の選択用に割り当てている。即ち、測距点タイマリミット指定レジスタの上位又は下位２ビットのデータが“００”の場合には限界時間設定レジスタ１が選択され、“０１”の場合には限界時間設定レジスタ２が選択され、“１０”の場合には限界時間設定レジスタ３が選択される。なお、後述するように限界時間設定レジスタは３種類のみ設けられているため、“１１”は禁止としている。限界時間設定レジスタの数が４種類であれば、“１１”も用いることになる。

第１のレジスタとしての限界時間設定レジスタは、２つの４ビットレジスタで１つの限界時間設定レジスタを構成している。図７は、限界時間設定レジスタに設定されるデータとそれによって設定される限界時間との関係を示す図である。ここで、図７のｘは限界時間設定レジスタの番号を示す。図７の例は、最小時間２ｍｓ（００００００００）から最大時間５１２ｍｓ（１１１１１１１１）まで２ｍｓ間隔で限界時間を設定できる例を示している。

最大／最小時間判断レジスタは、限界時間設定レジスタのそれぞれに設定される限界時間を蓄積時間の最大限界として使用するか、蓄積時間の最小限界として使用するかを判断するためのデータが設定される。図４の例では、限界時間設定レジスタは３種類であるため、上位３ビットのみを使用する。図８は、最大／最小時間判断レジスタに設定されるデータとそのデータに対応した設定との関係を示す図である。ここで、図８のｘは限界時間設定レジスタの番号を示す。図８に示すように、最大／最小時間判断レジスタのデータが“０”の場合に対応する限界時間設定レジスタに保持される限界時間を最大蓄積時間として扱い、“１”の場合に対応する限界時間設定レジスタに保持される限界時間を最大蓄積時間として扱う。

例えば、図４（ａ）に示す１１点の測距点のうち、周辺の測距点である測距点２ｂ、２ｃ、２ｄ、３ａ、３ｅ、４ｂ、４ｄ、４ｅの最大蓄積時間を１０ｍｓに、中央付近の測距点である測距点３ｂ、３ｃ、３ｄの最大蓄積時間を５０ｍｓにする場合について説明する。

まず、限界時間設定レジスタ１に１０ｍｓを設定するために、アドレス７に“００００”を、アドレス８に“０１００”を設定する。また、限界時間設定レジスタ２に５０ｍｓを設定するために、アドレス９に“０００１”を、アドレス１０に“１０００”を設定する。
次に、測距点タイマリミット指定レジスタにデータを設定する。上述の例の場合にはアドレス１に“００００”を、アドレス２に“００００”を、アドレス３に“０１０１”を、アドレス４に“０１００”を、アドレス５に“００００”をアドレス６に“００００”を設定する。即ち、１０ｍｓを設定する測距点に対応するビットに“００”を、５０ｍｓを設定する測距点に対応するビットに“０１”を設定する。
最後に、限界時間を最大蓄積時間として取り扱うので、アドレス１３の上位２ビットに“００”を設定する。

図５のようにして制御レジスタを構成することにより、レジスタの数を削減することが可能である。例えば、図４（ａ）に示す１１点の測距点に対し、測距点毎に限界時間を設定しようとした場合には、（限界時間設定レジスタ）８ビット×（測距点数）１１＝８８ビットが必要である。これに対し、図５のようにして制御レジスタを構成した場合には、（測距点毎のタイマリミット指定レジスタ）２４ビット＋（限界時間設定レジスタ）８ビット×３種類＝４８ビットで構成できる。このように８８ビット必要なところを４４ビットに押さえることが可能である。ＡＦセンサに用いられるラインセンサには通常ＣＣＤ用のプロセスが用いられるために、トランジスタサイズが大きくなりやすい。したがって、４０ビットの削減でもチップサイズへの影響は大きいと考えられる。

なお、制御レジスタを構成する各レジスタのビットサイズ等は図５に示したものに限るものではなく、測距点の数や限界時間の設定分解能とチップサイズとのトレードオフにより選択することが可能である。

図９は、第１の実施形態におけるＡＦ時の処理について示すフローチャートである。なお、図９では、制御レジスタ２０３ａに限界時間として最大蓄積時間を設定する例について説明する。最小蓄積時間を設定する例については、後述の第２の実施形態で説明する。

図９の処理が開始されると、まず、ＡＦコントローラ１２２は、ＡＦセンサ１２１の制御レジスタ２０３ａの初期化を行う（ステップＳ１００）。例として、各測距点に最大蓄積時間３００ｍｓを設定する場合、制御レジスタ２０３ａの設定は、まず、限界時間設定レジスタ１〜３に３００ｍｓを設定する（アドレス７、９、１１に“１００１”、アドレス８、１０、１２に“０１０１”を設定する）。次に、各測距点タイマリミット指定レジスタにおいて限界時間設定レジスタ１を示す値を設定する（アドレス１〜６に“００００”を設定する）。更に、限界時間設定レジスタ１に設定されている限界時間を最大蓄積時間して用いるように最大／最小時間判断レジスタを設定する（最大／最小時間判断レジスタの最上位ビットに“０”を設定する）。このような初期化の終了後、ＡＦコントローラ１２２は待機状態となる。

制御レジスタ２０３ａの初期化の後、システムコントローラ１２３は、ユーザによるレリーズボタン１２６の半押し操作がなされ、１ｓｔレリーズスイッチがオンされたか否かを判定している（ステップＳ１０１）。ステップＳ１０１の判定において、１ｓｔレリーズスイッチがオンされた場合に、システムコントローラ１２３はＡＦコントローラ１２２にＡＦ実行の指示を送る。これを受けて、ＡＦコントローラ１２２はＡＦセンサ１２１の各測距点の蓄積動作を開始させる（ステップＳ１０２）。

ＡＦセンサ１２１のシーケンサ２０３ｃはモニタセンサ部２０１ｂの各モニタセンサの出力とタイマ２０３ｂの出力とを監視しており、モニタセンサの出力が所定値に達するか、或いはタイマ２０３ｂによって最大蓄積時間が計時された場合に、対応する測距点の蓄積を終了させるとともに、対応する測距点の蓄積が終了した旨をＡＦコントローラ１２２に通知する。これを受けてＡＦコントローラ１２２はタイマ２１２によって計時されている蓄積時間を検出し、検出した蓄積時間を測距点毎に、蓄積時間レジスタ２１３に保持する（ステップＳ１０３）。

次に、ＡＦコントローラ１２２は、全測距点における蓄積動作が終了したか否かを判定する（ステップＳ１０４）。ステップＳ１０４の判定において、全測距点における蓄積動作が終了していない場合には、ステップＳ１０３に戻って待機する。一方、ステップＳ１０４の判定において、全測距点における蓄積動作が終了した場合に、ＡＦコントローラ１２２はＡＦセンサ１２１に被写体像信号の読み出し指示を送る。これによりＡＦセンサ１２１の各ラインセンサに蓄積された電荷が電気信号として読み出される（ステップＳ１０５）。次に、ＡＦコントローラ１２２は、ＡＦセンサ１２１から読み出される被写体像信号における暗電流成分等によるオフセットを補正する（ステップＳ１０６）。ここで、暗電流の発生時間は、各測距点におけるラインセンサの蓄積終了のタイミングとラインセンサからの電荷転送タイミングとによって決定される。これらはＡＦコントローラ１２２のタイマ２１２によって測距点毎の蓄積時間を計時することによって検出することができる。また、暗電流は温度によっても変化するのでラインセンサ周辺の温度を計測しておき、計測した温度と暗電流の発生時間とから被写体像信号における暗電流成分を求め、この暗電流成分が０となるように被写体像信号をレベルシフトする。

次に、ＡＦコントローラ１２２は、ＡＦセンサ１２１の各ラインセンサを構成するフォトダイオード出力の不均一性を補正するための照度補正を行う（ステップＳ１０７）。この補正は、例えば均一輝度面を観察したときのラインセンサの照度ばらつきから補正データを求めておき、この補正データによってそれぞれ対応する被写体像信号を補正すれば良い。

次に、ＡＦコントローラ１２２は、アイランド内の基準部と参照部とで対をなすラインセンサから出力される被写体像信号から相関演算により、２像間隔値を算出する（ステップＳ１０８）。その後、ＡＦコントローラ１２２は、相関演算結果の信頼性を判定するために、被写体像のコントラストを検出する（ステップＳ１０９）。そして、ＡＦコントローラ１２２は、被写体像のコントラストが十分高いか否かを判定することにより、相関演算結果の信頼性を判定する（ステップＳ１１０）。

ステップＳ１１０の判定において、被写体像のコントラストが低い、即ち相関演算結果の信頼性が低いと判定した場合に、ＡＦコントローラ１２２は、ＡＦセンサ１２１のアナログ処理部２０２におけるゲインを更新する、具体的にはゲインを上昇させるように指示を送る（ステップＳ１１１）。その後、ステップＳ１０２に戻り、測距点の蓄積動作を再開させる。一方、ステップＳ１１０の判定において、被写体像のコントラストが高い、即ち相関演算結果の信頼性が高いと判定した場合には、ＡＦコントローラ１２２は、現在のシーンが逆光シーンであるか否かを判定する（ステップＳ１１２）。この判定は、例えば各測距点に対応するラインセンサからそれぞれ出力される被写体像信号の輝度差が極端に大きい（例えば輝度差ＬＶ１０以上）時に逆光シーンと判定する。そして、逆光シーンの場合には暗い被写体が主要被写体であると判断する。

ステップＳ１１２の判定において、逆光シーンである場合に、ＡＦコントローラ１２２は、蓄積制御結果が適切であるか否かを判定する（ステップＳ１１３）。これは、人物等の輪郭でＡＦが行われる場合に蓄積制御結果が適切でないと判定する。このステップＳ１１３の判定手法の一例を説明する。例えば、図１０（ａ）に示すような逆光シーンにおいて、測距点３ｄと測距点３ｅとに人物が配置されている。このようなシーンにおいて、測距点３ｄのラインセンサ出力に着目すると、その出力は図１０（ｂ）に示すものとなる。即ち、センサ出力において背景部の出力に対して顔部の出力は相対的に小さくなる。このようなセンサ出力の場合には、人物の瞳ではなく、顔の輪郭付近でＡＦが行われるので蓄積制御結果が適切でないと判定する。そして、図１０（ｃ）のように顔部においてＡＦに必要なコントラストが得られるように蓄積時間を長くする。

ステップＳ１１３の判定において、蓄積制御結果が適切でない場合に、ＡＦコントローラ１２２は、対応する測距点におけるモニタセンサによる蓄積制御をオフするように指示を送るとともに、各測距点の限界時間を再設定するように指示を送る（ステップＳ１１４）。その後に、ステップＳ１０２に戻り、測距点の蓄積動作を再度行う。

この限界時間の再設定について説明する。まず、図１０（ａ）の測距点３ｄのように人物等の主要被写体部を含む測距点については主要被写体部においてＡＦに必要なコントラストが得られるように蓄積時間を長くする。即ち、この測距点については、
（必要なコントラストが得られる出力レベル）／（現在の主要被写体部の出力レベル）×（測距点（主要被写体部）における蓄積時間）
によって求められる最大蓄積時間に従って蓄積制御を行う。一方、他の測距点については、主要被写体部を含む測距点の周辺の測距点（例えば測距点３ｃ）の蓄積時間を最大蓄積時間とした蓄積制御を行う。なお、主要被写体部については最小蓄積時間に従った蓄積制御を行うようにしても良い。

ここで、ステップＳ１１２〜ステップＳ１１４の処理は、主に逆光時における人物に対するＡＦのための処理である。したがって、ポートレート撮影モード時にのみ行うようにしても良い。

また、ステップＳ１１３の判定において、蓄積制御結果が適切である場合に、ＡＦコントローラ１２２は、測距点の選択を行うとともに、選択した測距点におけるフォーカスレンズ１０２のデフォーカス量を算出する（ステップＳ１１５）。ここでの測距点の選択は、例えば、信頼性の高い測距点の中で最至近の測距点を選択するようにすれば良い。デフォーカス量の算出後、システムコントローラ１２３は、算出したデフォーカス量をレンズＣＰＵ１０４に送信する。レンズＣＰＵ１０４は、このデフォーカス量に基づいてレンズ駆動部１０３を制御することにより、フォーカスレンズ１０２の合焦駆動を行う（ステップＳ１１６）。その後は、ユーザによるレリーズボタン１２６の全押し操作を受けて撮影動作に移行する。

以上説明したように、第１の実施形態によれば、ＡＦセンサに内蔵の制御レジスタの設定を変更することにより、複数測距点を測距可能なＡＦセンサにおける各ラインセンサの蓄積時間を個別に設定することが可能である。また、限界時間を測距点タイマリミット指定レジスタと限界時間設定レジスタの組で設定することにより、制御レジスタを構成するために必要なレジスタの数を削減することが可能である。

［変形例］
以下、第１の実施形態の変形例について説明する。図９のステップＳ１においては、限界時間の初期値を各ラインセンサで同一としていたが、測距対象となる測距点が分かっている場合（撮影画面内の中央の測距点を重点的に測距する場合やユーザによって測距点が選択された場合等）では測距対象となる測距点と測距対象外の測距点とで最大蓄積時間を異ならせるようにしても良い。図１１に、測距点毎に最大蓄積時間を異ならせる処理について示す。

図１１においては、例として、初期化時に、測距対象となる測距点の最大蓄積時間を３００ｍｓに、それ以外の測距点の最大蓄積時間を５０ｍｓに設定する（ステップＳ２００）。この場合には、限界時間設定レジスタ１に３００ｍｓを、限界時間設定レジスタ２に５０ｍｓを設定し、各測距点タイマリミット指定レジスタにおいて、測距対象となる測距点を示すビットには限界時間設定レジスタ１を示す値を、その他の測距点を示すビットには限界時間設定レジスタ２を示す値を設定する。更に、限界時間設定レジスタ１及び限界時間設定レジスタ２に設定されている限界時間を最大蓄積時間して用いるように最大／最小時間判断レジスタを設定する。このような初期化の終了後、ＡＦコントローラ１２２は待機状態となる。

ここで、図１１において、ステップＳ２００以降のステップＳ２０１〜ステップＳ２１３の処理は、図９とほぼ同様であるので説明を省略する。なお、ステップＳ２１３における測距点の選択は、測距対象となる測距点が複数存在している場合に行われるものである。

以上説明した変形例によれば、測距対象となる測距点の最大蓄積時間を長くしてＡＦに必要なコントラストを得ることができるとともに、測距対象以外の測距点については最大蓄積時間を短くして蓄積時間を最小とすることができる。

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態は、各測距点に最小蓄積時間を設定する例である。なお、構成については第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。

最小蓄積時間を設定するのは、例えば測距点がユーザによって指定されている場合（自動測距点選択でない場合）である。このような場合には、図１１に示す第１の実施形態の変形例で説明したように、測距対象となる測距点の蓄積時間を長くし、測距対象以外の測距点の蓄積時間を短くすることがＡＦ時間の短縮の点で好ましいが、その分、早く蓄積が終了した測距点における暗電流が増大してしまうおそれがある。上述したように、暗電流は、ラインセンサの蓄積終了のタイミングとラインセンサからの電荷転送タイミングとによって決定されるので、測距対象となる測距点の蓄積時間を越えない範囲で測距対象以外の測距点の蓄積終了のタイミングを遅らせて暗電流の発生時間を短くする。

図１２は、第２の実施形態におけるＡＦ時の処理について示すフローチャートである。図１２の処理が開始されると、まず、ＡＦコントローラ１２２は、ＡＦセンサ１２１の制御レジスタ２０３ａの初期化を行う（ステップＳ３００）。制御レジスタ２０３ａの初期化の後、システムコントローラ１２３は、ユーザによるレリーズボタン１２６の半押し操作がなされ、１ｓｔレリーズスイッチがオンされたか否かを判定している（ステップＳ３０１）。ステップＳ３０１の判定において、１ｓｔレリーズスイッチがオンされた場合に、システムコントローラ１２３はＡＦコントローラ１２２にＡＦ実行の指示を送る。これを受けて、ＡＦコントローラ１２２はＡＦセンサ１２１の各測距点の蓄積動作を開始させる（ステップＳ３０２）。

ＡＦセンサ１２１のシーケンサ２０３ｃはモニタセンサ部２０１ｂの各モニタセンサの出力とタイマ２０３ｂの出力とを監視しており、モニタセンサの出力が所定値に達するか、或いはタイマ２０３ｂによって最大蓄積時間が計時された場合に、対応する測距点の蓄積を終了させるとともに、対応する測距点の蓄積が終了した旨をＡＦコントローラ１２２に通知する。これを受けてＡＦコントローラ１２２はタイマ２１２によって計時されている蓄積時間を検出し、検出した蓄積時間を測距点毎に、蓄積時間レジスタ２１３に保持する（ステップＳ３０３）。

次に、ＡＦコントローラ１２２は、全測距点における蓄積動作が終了したか否かを判定する（ステップＳ３０４）。ステップＳ３０４の判定において、全測距点における蓄積動作が終了していない場合には、ステップＳ３０３に戻って待機する。一方、ステップＳ３０４の判定において、全測距点における蓄積動作が終了した場合に、ＡＦコントローラ１２２は、測距対象の測距点の蓄積時間が最大蓄積時間（３００ｍｓ）に達しており、且つ測距対象でない測距点の蓄積時間の最小値が一定値（例えば５０ｍｓ）以下であるか否かを判定する（ステップＳ３０５）。ステップＳ３０６の判定において、測距対象の測距点の蓄積時間が最大蓄積時間に達しており、且つ測距対象でない測距点の蓄積時間の最小値が一定値以下である場合には、測距対象でない測距点における暗電流の発生時間が長いとして、次回の蓄積の際に、測距対象でない測距点において最小蓄積時間に基づく蓄積制御が行われるように、制御レジスタ２０３ａの値を再設定する（ステップＳ３０６）。その後に、ステップＳ３０２に戻り、測距点の蓄積動作を再度行う。

ステップＳ３０６の再設定においては、まず、限界時間設定レジスタ１に設定されている限界時間を最小蓄積時間して用いるように最大／最小時間判断レジスタを設定する（最大／最小時間判断レジスタの最上位ビットに“１”を設定する）。次に、最小蓄積時間を、もとの蓄積時間よりも長く、測距対象の測距点の蓄積時間（３００ｍｓ）よりも短くなるような範囲で設定する。なお、図１２の例では、最小蓄積時間を２５０ｍｓに設定している。更に、各測距点タイマリミット指定レジスタにおいて測距対象の測距点のビットに、限界時間設定レジスタ２（最大蓄積時間３００ｍｓが設定されている）を示す値を設定する。

ステップＳ３０５の判定において、測距対象の測距点の蓄積時間が最大蓄積時間（３００ｍｓ）に達していない、又は測距対象でない測距点の蓄積時間の最小値が一定値（例えば５０ｍｓ）を越えている場合には、ＡＦコントローラ１２２はＡＦセンサ１２１に被写体像信号の読み出し指示を送る。これによりＡＦセンサ１２１の各ラインセンサに蓄積された電荷が電気信号として読み出される（ステップＳ３０７）。これ以後のステップＳ３０８〜ステップＳ３１５の処理は図９とほぼ同様であるので説明を省略する。

以上説明したように、第２の実施形態では、暗電流発生時間が長くなる測距点に対して最小蓄積時間に基づいた蓄積制御を行うことにより、図１３に示すように測距対象でない測距点の蓄積は最小蓄積時間が経過するまで継続される。これにより、測距対象の測距点におけるコントラストを十分なものとした状態で測距対象でない測距点における暗電流の発生時間を短くすることが可能である。

以上実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。例えば、上述した各実施形態においては、蓄積時間を測距点毎に設定しているが、アイランド毎に設定するようにしても良い。

さらに、上記した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適当な組合せにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、上述したような課題を解決でき、上述したような効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。

本発明の第１の実施形態に係る撮像装置の一例としてのデジタル一眼レフレックスカメラの構成を示す図である。 ＡＦ光学系の２次結像系を模式的に示した図である。 図１のＡＦセンサ、ＡＦコントローラ、システムコントローラの構成の詳細を示したブロック図である。 図４（ａ）は測距点配置の一例を示す図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）に示す測距点配置において焦点状態を検出するためのラインセンサ部及びモニタセンサ部の構成例を示す図である。 制御レジスタの構成を示す図である。 測距点タイマリミット指定レジスタに設定されるデータとそれによって選択される限界時間設定レジスタとの関係を示す図である。 限界時間設定レジスタに設定されるデータとそれによって設定される限界時間との関係を示す図である。 最大／最小時間判断レジスタに設定されるデータとそのデータに対応した設定との関係を示す図である。 本発明の第１の実施形態におけるＡＦ時の処理について示すフローチャートである。 図１０（ａ）は逆光シーンの一例を示す図であり、図１０（ｂ）は逆光シーンにおいて最大蓄積時間を設定しない場合のＡＦセンサの出力の一例を示す図であり、図１０（ｃ）は逆光シーンにおいて最大蓄積時間を設定した場合のＡＦセンサの出力の一例を示す図である。 本発明の第１の実施形態の変形例におけるＡＦ時の処理について示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態におけるＡＦ時の処理について示すフローチャートである。 最小蓄積時間と暗電流発生時間との関係を示す図である。

符号の説明

１０１…交換レンズ、１０２…フォーカスレンズ、１０３…レンズ駆動部、１０４…レンズＣＰＵ、１１０…カメラボディ、１１１…メインミラー、１１２…フォーカシングスクリーン、１１３…ペンタプリズム、１１４…接眼レンズ、１１５…サブミラー、１１６…コンデンサレンズ、１１７…全反射ミラー、１１８…セパレータ絞り、１１９…セパレータレンズ、１２０…温度センサ、１２１…ＡＦセンサ、１２２…ＡＦコントローラ、１２３…システムコントローラ、１２４…撮像素子、１２５…記録部、１２６…レリーズボタン、２０３ａ…制御レジスタ

Claims (1)

1. 複数の焦点検出エリアに対応して設けられた複数のラインセンサと、
   上記複数のラインセンサ毎に上記ラインセンサの受光量が一定量に到達したことを検出する検出器と、
   上記複数のラインセンサと同一チップ上に構成され、上記複数のラインセンサの蓄積動作の複数の限界時間が設定される第１の制御レジスタと、
   上記複数のラインセンサと同一チップ上に構成され、上記限界時間が最大蓄積動作時間であるか最小蓄積動作時間であるかを判断するための判断情報と上記複数のラインセンサと上記複数の限界時間との対応情報とが設定される第２の制御レジスタと、
   上記検出器の出力と上記第１の制御レジスタの設定と上記第２の制御レジスタの設定とに基づき上記ラインセンサ毎の蓄積動作の終了を制御する制御部と、
   を具備し、
   上記制御部は、上記判断情報に従って上記限界時間を最大蓄積時間若しくは最小蓄積時間と判断し、上記対応情報に従って上記複数のラインセンサ個別の蓄積動作を制御し、
   上記限界時間が上記最大蓄積動作時間であると判断した場合に、上記検出器の出力から上記ラインセンサの蓄積動作の終了を検出しなくとも上記ラインセンサの蓄積動作時間が上記最大蓄積動作時間に達すると上記蓄積動作を終了させ、
   上記限界時間が上記最小蓄積動作時間であると判断した場合に、上記検出器の出力から上記ラインセンサの蓄積動作の終了を検出しても上記ラインセンサの蓄積動作時間が上記最小蓄積動作時間に達するまで上記蓄積動作を継続させる、
   ことを特徴とする焦点検出装置。

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