JP6039729B2 - 焦点検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、デジタルカメラ等の撮像装置における焦点検出技術に関するものである。

従来、カメラの自動焦点検出方式としては、位相差検出方式というものが一般的に良く知られている。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、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（以下位相差演算という）、撮影レンズのデフォーカス量を検出する。

例えば、特許文献１には、従来技術によるオートフォーカス用固体撮像装置が開示されている。図１３は特許文献１に記載のオートフォーカス用固体撮像装置を示す回路ブロック図である。ＡＧＣ回路１１０３はＡＦ回路１１０１からの最大値信号に基づいて蓄積時間制御を行い、ゲイン可変型信号増幅回路１１０６は最大値信号と最小値信号との差信号に基づいてゲイン制御を行う。また、信号増幅回路１１０６は最小値信号を基準として信号出力を行う。蓄積時間制御とゲイン制御により、センサのダイナミックレンジ向上を実現している。

特開２００３−２２２７８６号公報

しかしながら、上述の特許文献１に開示された技術では、オートフォーカス用固体撮像装置の出力端子前段で信号増幅回路によるゲイン制御を行っており、信号増幅回路前のＳＮ比が悪い場合にそれを改善することはできない。

センサの感度が低く、被写体が超低輝度の場合、精度の高い位相差演算を行うには蓄積時間を長くする必要がある。このとき、暗電流によるノイズや回路で発生するノイズが、蓄積信号に対して無視できないほど大きくなり、良好なＳＮ比が得られない。一方、センサの感度が高く、被写体が超高輝度の場合、センサは光ショットノイズの影響を強く受け、良好なＳＮ比が得られない。ＡＦセンサ回路はノイズも含めた蓄積信号を信号増幅回路で増幅するため、ノイズも一緒に増幅されることになり、その出力はＳＮ比の悪いものとなってしまう。

本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、自動焦点検出装置に用いられるＡＦセンサにおいて、より幅広い輝度範囲で良好なＳＮ比が得られるようにすることである。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係わる焦点検出装置は、被写体像を結像させるための撮影レンズの異なる瞳領域を通過した光をそれぞれ受光する一対のセンサを、複数対配置して構成された焦点検出センサと、前記複数対のセンサに対して、感度を設定する感度設定手段と、前記センサの信号の信頼性を判定し、その判定結果に基づいて前記複数対のセンサの内のどのセンサの信号を用いて焦点検出演算を行うかを選択する選択手段と、前記選択手段により選択されたセンサの信号を用いて焦点検出演算を行う演算手段と、複数回の焦点検出動作を連続して行う場合に、１回目の焦点検出動作においては、前記選択手段により選択されたセンサの信号を用いて前記演算手段が焦点検出演算を行い、２回目以降の焦点検出動作においては、前回の焦点検出動作結果に基づいて、前記感度設定手段が前記センサにより光電変換された電荷を蓄積する容量を切り替えることにより前記センサの感度を切り替え、感度を切り替えた後に前記センサの画素のリセット動作を行って信号の蓄積を行うように制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、自動焦点検出装置に用いられるＡＦセンサにおいて、より幅広い輝度範囲で良好なＳＮ比を得ることが可能となる。

本発明の第１の実施形態に係わるカメラの構成図。 第１の実施形態のカメラにおける光学系の構成図。 第１の実施形態の焦点検出装置の光学構成図。 第１の実施形態におけるラインセンサの配置と測距点を示す図。 第１の実施形態のＡＦセンサの構成を示す図。 第１の実施形態におけるＰＢ信号と蓄積時間の制御方法を説明する図。 第１の実施形態におけるラインセンサを構成する画素の回路図。 第１の実施形態における焦点検出動作のフローチャート。 被写体の輝度とＳＮ比との関係を示した図。 信頼性判定を説明するための図。 像一致度を説明するための図。 第２の実施形態における焦点検出動作のフローチャート。 従来のオートフォーカス用固体撮像装置の回路ブロック図。

以下に、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係わる撮像装置としてのデジタルカメラの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（以下ＣＰＵと記載する）１００には、カメラの各種操作用のスイッチ群２１４を検知するための信号入力回路２０４、撮像センサ（撮像素子）２０６、ＡＥセンサ２０７が接続されている。また、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センサ１０１も接続されている。また、撮影レンズ３００（図２参照）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を行う。カメラの動作はスイッチ群２１４の設定で決定される。

ＡＦセンサ１０１は、ラインセンサを備えており、ＣＰＵ１００によりＡＦセンサ１０１を制御することで、ラインセンサで得られた被写体のコントラスト分布から、デフォーカス量を検出し、撮影レンズ３００（図２参照）の焦点位置を制御する。

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、不図示の撮影レンズ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を介して絞り値を制御し、またシャッタ制御回路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。カメラのユーザー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。撮影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（焦点検出センサ）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。撮影に際しては、クイックリターンミラー３０５が跳ね上がり、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。

本実施形態における焦点検出装置（図２において、視野マスク３０７から二次結像レンズ３０９までの光学系およびＡＦセンサ１０１から構成される）での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、サブミラー３０６（図２参照）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。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（以下、測距点とも記す）以外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。また、ＡＦセンサ１０１内のラインセンサは撮影画面内の異なる被写体からの光束も結像できるように構成されている。

ここで、ＡＦセンサ１０１上のラインセンサと撮影画面内の測距点との関係について、図４（ａ）〜図４（ｃ）を参照しながら説明する。

図４（ａ）は、ＡＦセンサ１０１のラインセンサの配置を示す図である。ラインセンサ１０２−１ａ、１０２−２ａは、ラインセンサ１０２−１ａ，１０２−２ａが相対的に互いに位置がずれるように並行に隣接して配されている（千鳥配列されている）。また、ラインセンサ１０２−１ｂ、１０２−２ｂは、同様にラインセンサ１０２−１ｂ，１０２−２ｂが相対的に互いに位置がずれるように並行に隣接して配されている（千鳥配列されている）。ラインセンサ１０２−１ａと１０２−１ｂ、ラインセンサ１０２−２ａと１０２−２ｂは、それぞれ二次結像レンズ３０９により対の関係になっており、ラインセンサ１０２−１、１０２−２を構成する。ラインセンサ１０２−１、１０２−２は、撮影レンズ３００の異なる瞳領域を通過した光を受光する一対のラインセンサであり、これらの一対のラインセンサから出力される２つの画像の位相差を検出することにより、デフォーカス量が検出される。同様に、ラインセンサ１０２−３と１０２−４、ラインセンサ１０２−５と１０２−６も千鳥配列されている。すなわち、ラインセンサの長手方向に互いにずれた２対のラインセンサが複数対配置されている。

図４（ｂ）には、ラインセンサ１０２−１ａとラインセンサ１０２−２ａの配置の例が示されている。ここでは、説明を分かりやすくするために、それぞれ５個の画素から構成されるものとしている。ラインセンサ１０２−１ａはフォトダイオード（受光部）６０−Ｕ１〜６０−Ｕ５から構成され、ラインセンサ１０２−２ａはフォトダイオード（受光部）６０−Ｌ１〜６０−Ｌ５から構成される。フォトダイオード６０−Ｕ１〜６０−Ｕ５、フォトダイオード６０−Ｌ１〜６０−Ｌ５は同一の画素ピッチで配されている。なお、後述するように、画素はフォトダイオードの他に、スイッチ、容量、増幅回路を含んでいる。しかし、図４（ｂ）ではスイッチ、容量、増幅回路は省略されており、フォトダイオードと素子分離領域６１のみを示している。スイッチ、容量、増幅回路は遮光層６２に設けられ、それぞれフォトダイオード形成領域に隣接して形成されている。

図４（ｃ）は、ファインダ内に表示される測距点の配置と、ＡＦセンサ１０１上のラインセンサによるＡＦ視野を示す図である。測距点１にラインセンサ１０２−１とラインセンサ１０２−２を、測距点２にラインセンサ１０２−３とラインセンサ１０２−４を、測距点３にラインセンサ１０２−５とラインセンサ１０２−６をそれぞれ配置している。１点の測距点に、互いに近接した２組のラインセンサを配置し、画素ピッチを等価的に半分にする（千鳥配置する）ことで、高周波の被写体に対する測距精度を向上させることができる。

ＡＦセンサ１０１の詳細な回路構成を、図５のブロック図を参照して説明する。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１０２ａ、１０２ｂ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。また、ラインセンサ１０２ａ、１０２ｂは、ライン毎に感度切り替え回路１０３を持っている。ライン選択回路１０４は、ラインセンサ１０２ａ、１０２ｂの複数のラインのうち１ラインを選択する。そして、ラインセンサの蓄積信号を後述するＰＢコントラスト検出回路へと送信する機能を持っている。

ＰＢコントラスト検出回路１０５は、ライン選択回路１０４により選択されたラインの画素信号で最も大きな信号（以下、Ｐｅａｋ信号と記す）と、最も小さな信号（以下、Ｂｏｔｔｏｍ信号と記す）を検出する。そして、Ｐｅａｋ信号とＢｏｔｔｏｍ信号の差分信号（以下、ＰＢ信号と記す）を蓄積停止判定回路１０６へ出力する。

図６は、ＰＢコントラスト検出回路１０５からの出力信号であるＰＢ信号の信号量と蓄積時間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とを比較判定する。ＰＢ信号が蓄積停止レベルよりも大きくなった時点で、ライン選択回路１０４で選択されたラインの画素の蓄積を停止するために、ラインセンサ１０２ａ，１０２ｂ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、ラインセンサ１０２ａ，１０２ｂへ蓄積停止信号を出力する。

ラインセンサ１０２ａ，１０２ｂで蓄積された画素信号は、ＣＰＵ１００によりシフトレジスタ１０７を駆動することで、１画素ずつの画素信号として出力回路１０８へ出力される。出力回路１０８では、画素信号からコントラスト成分を取り出し、増幅するなどの処理を行い、ＣＰＵ１００のＡ／Ｄ変換器（不図示）へ出力する。

ラインセンサを構成する画素の具体的な回路図を図７（ａ）に示す。図７（ａ）において、ラインセンサはセンサ画素回路部とノイズ除去回路部で構成される。センサ画素回路部はフォトダイオードＰＤ、容量ＣＬ、ＣＰＤ、ＣＳ、電流源１、電流源２、ＭＯＳトランジスタＭ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５、スイッチＳＷＲＥＳ、ＳＷＳＥＮＳ、ＳＷＣＨで構成される。ノイズ除去回路部は容量ＣＣＬＡＭＰ、増幅回路ＡＭＰ１、スイッチＳＷＰＴＳ１、ＳＷＰＴＳ２、ＳＷＰＴＮ１、ＳＷＰＴＮ２、ＳＷＣＬＡＭＰ、ＳＷＰＨｎで構成される。電圧ＶＲＥＳはリセット電位であり、電圧ＶＣＬＡＭＰはクランプ電位である。出力ＶＯＵＴはライン選択回路１０４に接続されている。容量ＣＰＤは、フォトダイオード、ＭＯＳトランジスタ、スイッチ、配線等で生ずる寄生容量である。スイッチＳＷＲＥＳ、ＳＷＳＥＮＳ、ＳＷＣＨ、ＳＷＰＴＳ１、ＳＷＰＴＳ２、ＳＷＰＴＮ１、ＳＷＰＴＮ２、ＳＷＣＬＡＭＰ、ＳＷＰＨｎはそれぞれ信号φＲＥＳ、φＳＥＮＳ、φＣＨ、φＰＴＳ１、φＰＴＳ２、φＰＴＮ１、φＰＴＮ２、φＣＬＡＭＰ、φＰＨｎでそれぞれオン／オフ制御される。

上記回路の動作について図７（ｂ）のタイミングチャートを用いて説明する。まずφＳＥＮＳにより感度を設定する。φＳＥＮＳがロウレベルの時、ＳＷＳＥＮＳはオフとなりトランジスタＭ１には容量ＣＰＤのみが接続されセンサは高感度に設定される。φＳＥＮＳがハイレベルの時、ＳＷＳＥＮＳはオンとなりトランジスタＭ１には容量ＣＰＤ、ＣＬが接続されセンサは低感度に設定される。以降では低感度に設定した場合の動作を説明する。

スイッチＳＷＲＥＳ、ＳＷＣＨ、ＳＷＰＴＮ１、ＳＷＰＴＮ２、ＳＷＣＬＡＭＰをオンして、容量ＣＬ、ＣＳ、ＣＣＬＡＭＰをリセットする。その後（画素リセット後）、スイッチＳＷＲＥＳ、ＳＷＰＴＮ２、ＳＷＰＴＮ１を順次オフする。このとき、センサ画素回路部のオフセット電圧をＶＯＳ１、増幅回路ＡＭＰ１のオフセット電圧をＶＯＳ２、スイッチＳＷＳＥＮＳをオフすることによって生じるノイズ電圧をＶＮ１とする。すると、容量ＣＣＬＡＭＰには、
ＶＣＰ＝（ＶＲＥＳ＋ＶＯＳ１＋ＶＯＳ２+ＶＮ１）−ＶＣＬＡＭＰ
に相当する電荷が充電されノイズが記憶される。さらにＳＷＰＴＳ１をオンして容量ＣＣＬＡＭＰと増幅回路ＡＭＰ１を接続し、その後、ＳＷＣＬＡＭＰをオフしてノイズ記憶動作を終了する。

次にスイッチＳＷＰＴＳ２、ＳＷＰＨｎをオンして信号蓄積を開始する。蓄積信号をＳとすると、センサ画素回路部の出力ＶＳＥＮＳは下記式で表わされる。

ＶＳＥＮＳ＝ＶＲＥＳ＋ＶＯＳ１＋ＶＮ１＋Ｓ
さらに、増幅回路ＡＭＰ１の入力ＶＩＮは、前述した容量ＣＣＬＡＭＰに記憶されたノイズ電圧が引かれ、下記式であらわされる。

ＶＩＮ＝ＶＳＥＮＳ−ＶＣＰ＝Ｓ−ＶＯＳ２＋ＶＣＬＡＭＰ
したがって、センサ出力ＶＯＵＴは下記式で表わされる。

ＶＯＵＴ＝ＶＩＮ＋ＶＯＳ２＝Ｓ＋ＶＣＬＡＭＰ
以上の様にノイズ除去回路部により信号出力時に蓄積信号からノイズを除去し、精度の高いＰＢコントラスト検出が可能となる。

蓄積終了時にはスイッチＳＷＣＨをオフし、容量ＣＳに電荷を保持する。

信号読み出し時は、ライン選択回路１０４により読み出しされるラインセンサが選択され、シフトレジスタ１０７からの信号により、ＳＷＰＨｎが順次オンしていき信号が出力回路に出力される。このとき、信号蓄積時と同様に、ノイズ除去回路部によりノイズが除去された蓄積信号が得られる。

図７（ｃ）に輝度一定としたときの、蓄積時間と出力電圧の関係を示す。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出力電圧は増加していく。高感度に設定されたランセンサの出力電圧の傾きは、低感度に設定されたラインセンサの出力電圧の傾きに対して大きくなる。

以上のように構成された焦点検出装置の動作を、図８のフローチャートに基づいて詳細に説明する。スイッチ群２１４の操作により焦点検出の開始信号を受信したら、ＣＰＵ１００からＡＦセンサ１０１を制御することで焦点検出動作を開始する。ステップＳ７００では、スイッチ群２１４の操作により焦点検出を行う測距点の選択を行う。ここでは、例えば図４（ｃ）に示す測距点１を選択する。

ステップＳ７０１では、ＣＰＵ１００からＡＦセンサ１０１を制御することで、感度切り替え回路１０３によりラインセンサの感度を設定する。ここでは、ラインセンサ１０２−１を高感度に設定し、ラインセンサ１０２−２を低感度に設定する。

次のステップＳ７０２では、ＣＰＵ１００によりＡＦセンサ１０１を制御し、ラインセンサ１０２−１、ラインセンサ１０２−２による信号蓄積動作を開始する。そして、次のステップＳ７０３にて、蓄積停止判定動作を行う。ＣＰＵ１００はＡＦセンサ１０１から出力される蓄積停止信号の検出を行う。そして、蓄積停止信号が検出されるまでステップＳ７０３の動作を繰り返し、蓄積停止信号が検出された場合は、ステップＳ７０４の信号読み出し動作へ進む。ステップＳ７０４では、画素信号の読み出し動作を行う。

信頼性判定工程としてのステップＳ７０５、ステップＳ７０６、ステップＳ７０７では、被写体のコントラストと輝度情報から画素信号の信頼性判定を行い、その判定結果に基づいて、ラインセンサを切り替える。ここで、画素信号の信頼性判定について説明する。図９に被写体の輝度とＡＦセンサ出力のＳＮ比との関係を示す。

図９（ａ）は被写体のコントラストが、所定の値Ｃｔｈより高い場合の図である。被写体の輝度が高い場合、ＰＢ信号が一定になるように蓄積制御されるので、ＳＮ比は一定の値となる。この輝度範囲では、光ショットノイズが支配的となる。低感度に設定されたラインセンサは、高感度に設定されたラインセンサよりも画素部のダイナミックレンジが大きいので、ＳＮ比が一定となる輝度が高く、さらに光ショットノイズの影響も小さい。このため、高感度に設定されたラインセンサよりも高輝度でのＳＮ比が大きい。ここで、ラインセンサのＳＮ比が、低感度センサ＞高感度センサになる輝度をＬ１とする。

被写体の輝度が低い場合、ラインセンサのＰＢ信号量は所定の蓄積時間内では蓄積停止レベルに至らず、蓄積は強制的に停止される。蓄積が強制的に停止される輝度以下では、ＡＦセンサ出力のＳＮ比は急激に劣化する。これは、信号量が少なくなるのに対し、暗電流によるノイズ、回路で発生するノイズなどが変わらないためである。高感度に設定されたラインセンサは、蓄積が強制停止となる輝度が低く、低感度に設定されたラインセンサよりも低輝度でのＳＮ比は大きい。ここで、ラインセンサのＳＮ比が、高感度センサ＞低感度センサとなる輝度をＬ２とする。

被写体の輝度がＬ１とＬ２の中間である場合、低感度に設定されたラインセンサと、高感度に設定されたラインセンサのＳＮ比は同程度であり、輝度が高くなるにつれて向上する。

図９（ｂ）は被写体のコントラストが、所定の値Ｃｔｈ以下の場合の図である。被写体のコントラストが低い場合、ラインセンサからの信号は被写体のコントラスト成分であるため振幅が小さい。このため、高輝度時の光ショットノイズや、低輝度時の暗電流や回路に起因するノイズなどの影響を強く受けやすく、ＳＮ比が全体的に悪くなる。また、高輝度時のラインセンサのＳＮ比が、低輝度センサ＞高輝度センサになる輝度をＬ３とすると、Ｌ１＞Ｌ３となる。一方、低輝度時のラインセンサのＳＮ比が、高感度センサ＞低感度センサになる輝度をＬ４とすると、Ｌ２＜Ｌ４となる。

図１０に被写体のコントラストと輝度、ラインセンサの感度、焦点検出演算精度の関係を示す。被写体のコントラストが低い場合、各種ノイズの影響が大きくなり、それぞれの感度設定で信頼性の高い焦点検出演算のできる輝度範囲が狭くなる。

ステップＳ７０５では、ＣＰＵ１００は読みだされた信号を基に、被写体のコントラストが所定のしきい値より大きいか判定する。ここでしきい値はＣｔｈである。被写体のコントラストがＣｔｈより大きい場合、ステップＳ７０６で被写体の輝度を判定する。被写体の輝度は読みだされた信号と蓄積時間によって計算される。または、ＡＥセンサ２０７の測定結果を用いてもよい。ステップＳ７０６で輝度がＬ１より高い場合、ステップＳ７０８に進み、低感度に設定されたラインセンサ１０２−２の信号で焦点検出演算を行う。輝度がＬ２より低い場合、ステップＳ７０９に進み、高感度に設定されたラインセンサ１０２−１の信号で焦点検出演算を行う。輝度がＬ１以下、Ｌ２以上であった場合、ステップＳ７１０に進み、ラインセンサ１０２−１とラインセンサ１０２−２の信号を加算した値で焦点検出演算を行う。

ステップＳ７０５で被写体のコントラストがＣｔｈ以下と判定された場合、ステップＳ７０７で被写体の輝度を判定する。ステップＳ７０７で輝度がＬ３より高い場合、ステップＳ７１１に進み、低感度に設定されたラインセンサ１０２−２の信号で焦点検出演算を行う。輝度がＬ４より低い場合、ステップＳ７１２に進み、高感度に設定されたラインセンサ１０２−１の信号で焦点検出演算を行う。輝度がＬ３以下、Ｌ４以上であった場合、ステップＳ７１３に進み、ラインセンサ１０２−１とラインセンサ１０２−２を加算した値で焦点検出演算を行う。

ステップＳ７１４では、ステップＳ７０８〜ステップＳ７１３で算出したデフォーカス量に基づいて、ＣＰＵ１００は、レンズ通信回路２０５を介して撮影レンズ３００のフォーカスレンズの駆動制御を行い、一連の焦点検出動作を終了する。

本実施形態では、被写体のコントラストを判定するしきい値を１個としたが、複数個としてもよい。この場合、それぞれのしきい値について、その後の輝度判定を行う。また、輝度は蓄積時間から計算して求めてもよい。あるいは、被写体のコントラストを判定するしきい値は、演算式により決定され、可変としてもよい。また、ラインセンサ対のそれぞれのセンサの出力信号の像一致度（信号一致度）から信頼性判定をしてもよい。図１１（ａ）の波形はラインセンサ対の像一致度が大きく信頼性が高い。図１１（ｂ）の波形はノイズの影響等でラインセンサ対の像一致度が小さく信頼性が低い。

以上のように、本実施形態では、千鳥配列された２組のラインセンサを異なる感度に設定して焦点検出を行うことにより、一回の焦点検出動作で、幅広い輝度範囲の被写体に対して、適切な感度に設定されたランセンサで焦点検出することができる。また、２組のラインセンサの信号が、両方とも信頼性が高い輝度範囲では、信号を加算して、より精度の高い焦点検出を行うことができる。

（第２の実施形態）
以下、図１２を参照して、本発明の第２の実施形態における焦点検出装置の動作について説明する。図１２は、連射撮影時など、複数回連続して焦点検出動作を行う場合の２回目以降のフローチャートである。１回目の焦点検出動作は図８に示された第１の実施形態の動作と同じである。

ここでは、１回目の焦点検出動作において、測距点１が選択され、ラインセンサ１０２−１を高感度に設定し、ラインセンサ１０２−２を低感度に設定するものとする。

次に２回目の焦点検出動作について説明する。ステップＳ８００では、前回の焦点検出動作において、低感度に設定されたラインセンサの信号を用いて焦点検出演算を行ったか判定する。前回の焦点検出動作において、低感度に設定されたラインセンサ１０２−２の信号のみを用いて焦点検出演算を行っている場合は、ステップＳ８０１へ進み、ラインセンサ１０２−１とラインセンサ１０２−２をともに低感度に設定する。前回の焦点検出動作において、高感度に設定されたラインセンサ１０２−１の信号と低感度に設定されたラインセンサ１０２−２の信号を加算して焦点検出演算を行っている場合も同様に、ステップＳ８０１へ進む。そして、ラインセンサ１０２−１とラインセンサ１０２−２をともに低感度に設定する。低感度に設定することにより、光ショットノイズの影響を抑えながら、より多くの電荷を蓄積できる。前回の焦点検出動作において、高感度に設定されたラインセンサ１０２−１の信号のみを用いて焦点検出演算を行っている場合は、ステップＳ８０２へ進み、ラインセンサ１０２−１とラインセンサ１０２−２をともに高感度に設定する。

ステップＳ８０３では、ＣＰＵ１００によりＡＦセンサ１０１を制御し、ラインセンサ１０２−１、ラインセンサ１０２−２による信号蓄積動作を開始する。そして、次のステップＳ８０４にて、蓄積停止判定動作を行う。ＣＰＵ１００はＡＦセンサ１０１から出力される蓄積停止信号の検出を行う。そして、蓄積停止信号が検出されるまでステップＳ８０４の動作を繰り返し、蓄積停止信号が検出された場合は、ステップＳ８０５の信号読み出し動作へ進む。

ステップＳ８０５では、画素信号の読み出し動作を行う。ステップＳ８０６ではラインセンサ１０２−１とラインセンサ１０２−２とを加算した値で焦点検出演算を行う。この際、第１の実施形態と同様に、信号の信頼性判定を行い、演算に使用するラインセンサを切り替える。ステップＳ８０７では、ステップＳ８０６で算出したデフォーカス量に基づいて、ＣＰＵ１００は、レンズ通信回路２０５を介して撮影レンズ３００のフォーカスレンズの駆動制御を行い、一連の焦点検出動作を終了する。３回目以降の焦点検出動作は、２回目の焦点検出動作と同様に、図１２に従って行われる。

以上のように、本実施形態では、一回目の焦点検出動作では、千鳥配列された２組のラインセンサを異なる感度に設定して焦点検出を行う。そして、２回目以降は、２組のラインセンサの双方の感度を被写体に対して適切な感度に設定し、信号を加算して焦点検出を行うことで、より精度の高い焦点検出を行うことができる。

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：カメラ用マイクロコンピュータ、１０１：ＡＦセンサ、２０４：信号入力回路、２０５：レンズ通信回路、２０６：撮像センサ、２０７：ＡＥセンサ、２０８：シャッタ制御回路

Claims (9)

1. 被写体像を結像させるための撮影レンズの異なる瞳領域を通過した光をそれぞれ受光する一対のセンサを、複数対配置して構成された焦点検出センサと、
   前記複数対のセンサに対して、感度を設定する感度設定手段と、
   前記センサの信号の信頼性を判定し、その判定結果に基づいて前記複数対のセンサの内のどのセンサの信号を用いて焦点検出演算を行うかを選択する選択手段と、
   前記選択手段により選択されたセンサの信号を用いて焦点検出演算を行う演算手段と、
   複数回の焦点検出動作を連続して行う場合に、１回目の焦点検出動作においては、前記選択手段により選択されたセンサの信号を用いて前記演算手段が焦点検出演算を行い、２回目以降の焦点検出動作においては、前回の焦点検出動作結果に基づいて、前記感度設定手段が前記センサにより光電変換された電荷を蓄積する容量を切り替えることにより前記センサの感度を切り替え、感度を切り替えた後に前記センサの画素のリセット動作を行って信号の蓄積を行うように制御する制御手段と、
   を備えることを特徴とする焦点検出装置。
2. 前記選択手段は、前記センサの信号の信頼性を、輝度、コントラスト、センサ対の信号一致度、蓄積時間の少なくとも１つの情報から判定し、その判定結果に基づいて、前記複数対のセンサの内のどのセンサの信号を用いて焦点検出演算を行うかを選択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. 前記感度設定手段は、１回目の焦点検出動作では、前記複数対のセンサをそれぞれ異なる感度に設定し、２回目以降の焦点検出動作では、前記複数対のセンサの感度を同じ感度に設定することを特徴とする請求項１または２に記載の焦点検出装置。
4. 前記複数対のセンサの内の互いに隣接する２対のセンサは、該センサの長手方向に互いにずらして配置されてい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. 前記センサは、前記センサに生じるノイズを除去するノイズ除去手段を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の焦点検出装置。
6. 前記ノイズ除去手段は、画素リセット後に発生するノイズを記憶し、信号出力時に信号からノイズを除去して信号を出力することを特徴とする請求項５に記載の焦点検出装置。
7. 前記感度設定手段により高感度に設定されたセンサは、光電変換による電荷の蓄積が停止となる輝度が低感度に設定されたセンサよりも低い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. 前記感度設定手段により高感度に設定されたセンサは、低感度に設定されたセンサよりも電荷を蓄積する容量が小さい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. 前記２回目以降の焦点検出動作では、前回の焦点検出動作において焦点検出演算を行った対のセンサの感度に合わせた感度に設定することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の焦点検出装置。

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