(57)【要約】【課題】ノイズ性能や消費電力を考慮して焦点検出センサのデータレートを低速としながら、１チャネルのＡ／Ｄコンバータで高速なサンプリングレートを実現できる焦点検出装置を提供すること。【解決手段】ＡＦセンサ１の複数の出力端子から並列的にアナログデータを出力させる。これら並列的に出力されたアナログデータは、ラッチ回路１２でラッチされた後、マルチプレクサ１３に入力されて時系列的に並べ替えられる。この時系列的に並べ替えられたアナログデータがＡ／Ｄコンバータ１５においてデジタルデータに変換される。【選択図】図１
2006285080.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮影画面内における複数の測距点の焦点状態に対応するアナログデータを並列的に出力するための複数の出力端子を有する焦点検出センサと、
上記焦点検出センサの複数の出力端子から並列的に出力されたアナログデータを時系列的に並べて出力するマルチプレクサと、
上記マルチプレクサにおいて時系列的に並べられて出力されたアナログデータをデジタルデータに変換するＡ／Ｄコンバータと、
を具備することを特徴とする焦点検出装置。
【請求項２】
上記Ａ／Ｄコンバータのサンプルレートは、上記焦点検出センサの１つの出力端子におけるデータレートをＮ倍（Ｎは２以上の整数）した値に等しいことを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
【請求項３】
上記Ｎは、上記焦点検出センサの出力端子の数に等しいことを特徴とする請求項２に記載の焦点検出装置。
【請求項４】
上記焦点検出センサの複数の出力端子と上記マルチプレクサとの間に配置され、上記焦点検出センサの複数の出力端子から並列的に出力されたアナログデータを一定のタイミングで保持するラッチ回路を含むことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１つに記載の焦点検出装置。
【請求項５】
上記焦点検出装置は、
上記焦点検出センサからなるチップと、
上記ラッチ回路と、上記マルチプレクサと、上記Ａ／Ｄコンバータとを少なくとも含んで構成されるチップと、
の２チップで構成されることを特徴とする請求項４に記載の焦点検出装置。
【請求項６】
上記一定のタイミングは、上記焦点検出センサの複数の出力端子からアナログデータが出力される周期に同期したタイミングであることを特徴とする請求項４に記載の焦点検出装置。
【請求項７】
上記Ａ／Ｄコンバータは、パイプライン型のＡ／Ｄコンバータであることを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
【請求項８】
上記焦点検出センサは、複数の基準部の画素列と上記複数の基準部の画素列に対応する複数の参照部の画素列とから構成される位相差方式の焦点検出センサであって、
上記複数の基準部の画素列から出力されて上記Ａ／Ｄコンバータにおいて変換されたデジタルデータと上記複数の参照部の画素列から出力されて上記Ａ／Ｄコンバータにおいて変換されたデジタルデータとを画素列順に記憶するメモリを更に含むことを特徴とする請求項１乃至７の何れか１つに記載の焦点検出装置。
【請求項９】
上記複数の基準部の画素列と上記複数の参照部の画素列とは、それぞれ複数のラインセンサが千鳥状に配置されて構成され、
上記画素列順は、上記千鳥状に配置された複数のラインセンサを複数組に分けそれぞれの組のラインセンサを１つのラインセンサと見なしたときの画素列順と、上記千鳥状に配置された複数のラインセンサを別々のラインセンサと見なしたときの画素列順と、を含むことを特徴とする請求項８に記載の焦点検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焦点検出装置に関し、特に撮影画面内における複数の測距点の焦点状態を検出可能な焦点検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、カメラの高性能化や高機能化に伴って、撮影画面内の多くの測距点の焦点状態を検出できる焦点検出装置に関する種々の技術が提案されている。例えば特許文献１では、４つのアイランド（基準部の画素列と参照部の画素列からなるセンサ対）から構成される焦点検出センサが示されている。これら４つのアイランドにおいてそれぞれ生成されたアナログデータ（光電変換出力）は、選択手段によりアイランド単位で順次読み出されて後段のアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータにてデジタルデータに変換される。
【特許文献１】特開平１０−３３３０２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
焦点検出センサにより検出できる測距点数の増加に伴って、Ａ／Ｄコンバータのサンプルレートの高速化が求められてきている。ここで、上記特許文献１の手法では、選択手段においてアイランド単位でアナログデータを読み出すようにしているので、
（Ａ／Ｄコンバータのサンプルレート）＝（焦点検出センサのデータ転送レート）となる。一般に焦点検出センサは、ＣＣＤにより構成される場合が多く、ＣＣＤで構成された焦点検出センサの場合には、ノイズ性能や消費電力を考慮すると、焦点検出センサのデータ転送レートは数百ＫＨｚが限界である。このため、特許文献１の手法の場合には、Ａ／Ｄコンバータのサンプルレートが数百ＫＨｚ程度に制限されることになる。
【０００４】
ところで、焦点検出センサの出力チャネル数分のＡ／Ｄコンバータを用意すれば、焦点検出センサの各画素列から出力されたアナログデータを並列的にデジタルデータに変換できるため、Ａ／Ｄコンバータのサンプルレートの高速化が実現される。しかしながら、この場合には焦点検出センサの出力チャネル数分のＡ／Ｄコンバータを用意しなければならず、その分のコストアップにつながる。
【０００５】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、ノイズ性能や消費電力を考慮して焦点検出センサのデータレートを低速としながら、１チャネルのＡ／Ｄコンバータで高速なサンプリングレートを実現できる焦点検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、撮影画面内における複数の測距点の焦点状態に対応する複数のアナログデータを並列的に出力するための複数の出力端子を有する焦点検出センサと、上記焦点検出センサの複数の出力端子から並列的に出力されたアナログデータを時系列的に並べて出力するマルチプレクサと、上記マルチプレクサにおいて時系列的に並べられて出力されたアナログデータをデジタルデータに変換するＡ／Ｄコンバータとを具備することを特徴とする。
【０００７】
この第１の態様によれば、焦点検出センサから出力されてきたアナログデータをマルチプレクサにおいて時系列的に並べた後で、デジタルデータに変換することにより、焦点検出センサのデータレートを変えずに、１チャネルのＡ／Ｄコンバータで高速なサンプリングレートを実現することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ノイズ性能や消費電力を考慮して焦点検出センサのデータレートを低速としながら、１チャネルのＡ／Ｄコンバータで高速なサンプリングレートを実現できる焦点検出装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。  
図１は、本発明の一実施形態に係る焦点検出装置における主要部の構成について示す図である。図１に示す焦点検出装置は、焦点検出センサとしてのＡＦセンサ１とＡＦコントローラ１１との２チップから構成されている。
【００１０】
ＡＦセンサ１には、撮影画面内における複数の測距点における被写体像を光電変換するための複数の画素列２−１〜２−Ｎが設けられている。これら画素列２−１〜２−Ｎにはそれぞれ、電荷・電圧変換アンプ３−１〜３−Ｎが接続されている。これら電荷・電圧変換アンプ３−１〜３−Ｎの出力端子がＡＦセンサ１の出力端子であり、これら出力端子がＡＦコントローラ１１にそれぞれ接続されている。
【００１１】
ＡＦコントローラ１１の入力段には、ＡＦセンサ１のそれぞれの出力端子が接続されるラッチ回路１２が設けられている。ラッチ回路１２の出力端子は、ＡＦセンサ１の出力端子数分設けられており、これらラッチ回路１２の出力端子はそれぞれ、マルチプレクサ１３に接続されている。マルチプレクサ１３には、ラッチ回路１２の出力端子数分のスイッチ１３−１〜１３−Ｎが設けられている。これらスイッチ１３−１〜１３−Ｎはそれぞれ、シーケンサ１４からの制御信号ｓｅｌ１〜ｓｅｌＮを受けて閉じられるように構成されている。
【００１２】
また、スイッチ１３−１〜１３−Ｎの他端は共に、マルチプレクサ１３の出力端子に接続されている。このマルチプレクサ１３の出力端子は、Ａ／Ｄコンバータ（図ではＡＤＣと記している）１５に接続されている。このＡ／Ｄコンバータ１５は、シーケンサ１４からの制御信号ａｄ−ｃｎｔを受けて動作する。また、Ａ／Ｄコンバータ１５の出力端子はメモリ１６に接続されている。Ａ／Ｄコンバータ１５から出力されたデジタルデータは、シーケンサ１４の制御された所定の順序でメモリ１６に書き込まれる。
【００１３】
次に、図１の構成の焦点検出装置の動作について説明する。図２は、図１に示す焦点検出装置の動作時のタイミングチャートである。なお、図２では、説明を簡略化するために、ＡＦセンサ１の出力端子が３個の例について示しているが、出力端子の数がＮ個の場合であっても３個の場合と同様の説明が成立する。
【００１４】
ＡＦセンサ１内部の画素列２−１〜２−３で得られた光電荷は、電荷・電圧変換アンプ３−１〜３−３においてそれぞれ電圧信号Ｖ１〜Ｖ３に変換されて、ＡＦコントローラ１１内部のラッチ回路１２に入力される。ラッチ回路１２に入力された電圧信号Ｖ１〜Ｖ３は、ＡＦセンサ１の出力周期、即ちＡＦセンサ１のそれぞれの出力端子から１画素分の電圧信号が出力されるタイミングに同期した一定のタイミングで保持される。そして、ラッチ回路１２に入力されるパルスの立下りのタイミングで電圧信号Ｖ１〜Ｖ３がマルチプレクサ１３に入力される。
【００１５】
また、ラッチ回路１２に入力されるパルスの立下りに同期してマルチプレクサ１３を構成するスイッチ１３−１〜１３−３にシーケンサ１４から制御信号ｓｅｌ１〜ｓｅｌ３が順次入力される。これによりスイッチ１３−１〜１３−３が順次閉じられて、マルチプレクサ１３からは、電圧信号Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３が時系列的にＡ／Ｄコンバータ１５に出力され、Ａ／Ｄコンバータ１５においてデジタル信号に変換される。Ａ／Ｄコンバータ１５で変換されたデジタルデータは、シーケンサ１４に制御されて、メモリ１６に書き込まれる。
【００１６】
ここで、本一実施形態では、Ａ／Ｄコンバータ１５に高速動作可能なパイプライン型のＡ／Ｄコンバータを利用する。このパイプライン型のＡ／Ｄコンバータは、１つのデータの変換が終わってから次の変換を行う従来のＡ／Ｄコンバータとは異なり、１クロックごとに順次入力データをデジタル信号に変換するものである。一般に、Ａ／Ｄ変換には数クロック分の時間がかかり、上位ビット順に処理される。この処理を並列に行うことにより、１クロックごとに入力データ取り込み、１クロックごとにデジタルデータを出力することが可能となる。
【００１７】
このように、本一実施形態では、ＡＦセンサ１の各出力端子から入力されてきたアナログデータをマルチプレクサ１３において時系列的に並べた後でＡ／Ｄコンバータ１５に入力し、Ａ／Ｄコンバータ１５において、１クロックごとに入力されてきたアナログデータを１クロック毎にデジタルデータに変換することにより、
（Ａ／Ｄコンバータのサンプルレート）＝（ＡＦセンサのデータ転送レート）×（ＡＦセンサの出力端子の数）
を実現することができる。
【００１８】
また、本一実施形態では、ラッチ回路１２やマルチプレクサ１３をＡＦセンサ１ではなく、ＡＦコントローラ１１側に設けるようにしている。これにより、ＡＦセンサ１の回路構成を簡略化できる。
【００１９】
以下、より具体的に本発明の一実施形態について説明する。図３は、図１に示した焦点検出装置を有するカメラにおける、焦点状態検出動作に関する構成について示した図である。ここで、図３はレンズ交換式の一眼レフレクスカメラを想定して図示したものである。即ち、図３のカメラは、交換レンズ１０１とカメラボディ１１０とから構成されている。
【００２０】
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。この交換レンズ１０１の内部には、フォーカスレンズ１０２と、レンズ駆動部１０３と、レンズＣＰＵ１０４とが設けられている。
【００２１】
フォーカスレンズ１０２は、撮影光学系に含まれる焦点調節用のレンズであり、レンズ駆動部１０３内の図示しないモータによってその光軸方向（図３の矢印方向）に駆動される。ここで、実際の撮影光学系は複数のレンズから構成されているが、図３ではフォーカスレンズ１０２のみを図示している。レンズ駆動部１０３は、モータとその駆動回路（モータドライバ）とから構成されている。レンズＣＰＵ１０４は、レンズ駆動部１０３の制御など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ＡＦコントローラ１２１と通信可能に構成されている。レンズＣＰＵ１０４からＡＦコントローラ１２１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などのレンズデータが通信される。
【００２２】
また、カメラボディ１１０は、以下のように構成されている。  
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がダウン位置（図示の位置）にあるときには、交換レンズ１０１内のフォーカスレンズ１０２を介してカメラボディ１１０内に入射した図示しない被写体からの光束の一部が、メインミラー１１１で反射されて、フォーカシングスクリーン１１２、ペンタプリズム１１３を介して接眼レンズ１１４に至る。これにより、図示しない被写体の状態を観察することができる。
【００２３】
また、メインミラー１１１に入射した光束の一部はハーフミラー部を透過して、メインミラー１１１の背面に設置されたサブミラー１１５で反射されて自動焦点検出（ＡＦ）を行うためのＡＦ光学系に導かれる。ＡＦ光学系は、コンデンサレンズ１１６と、全反射ミラー１１７と、セパレータ絞り１１８と、セパレータレンズ１１９とから構成されている。
【００２４】
図４は、図３のカメラで用いられるＡＦ光学系の２次結像系を模式的に示した図である。サブミラー１１５で反射された光束は１次結像面上に結像される。１次結像面上に結像された被写体の光束は、コンデンサレンズ１１６において集光され、全反射ミラー１１７で反射された後、図示しないセパレータ絞りにおいて瞳分割される。セパレータ絞りで瞳分割された被写体の光束は、セパレータレンズ１１９によって集光されてＡＦ光学系の後方に配置されたＡＦセンサ１２０の所定領域に入射する。ここで、ＡＦセンサ１２０は、例えば図５に示すような撮影画面内の複数の測距点の焦点状態を検出可能なものを想定している。このＡＦセンサ１２０については後で詳しく説明する。
【００２５】
ＡＦセンサ１２０においては、被写体からの光束が光電変換によってアナログの電気信号に変換される。ＡＦセンサ１２０の出力は、ＡＦコントローラ１２１に入力されてデフォーカス量の演算が行われる。このＡＦコントローラ１２１の動作制御はシステムコントローラ１２２によって行われる。
【００２６】
また、ＡＦコントローラ１２１で得られたデフォーカス量はレンズＣＰＵ１０４に通信される。レンズＣＰＵ１０４では、通信されたデフォーカス量に基づいてフォーカスレンズ１０２を駆動するためのモータの駆動量が演算される。このモータの駆動量に基づいてレンズ駆動部１０３を介してフォーカスレンズ１０２が合焦駆動される。
【００２７】
また、図３において、メインミラー１１１がフォーカスレンズ１０２の光路上から退避するアップ位置にある時には、フォーカスレンズ１０２を介して入射した被写体からの光束が撮像素子１２３に結像して光電変換される。これによって得られた信号がシステムコントローラ１２２に入力されて所定の画像処理が施される。
【００２８】
次に、ＡＦセンサについて説明する。図６は、図５のような２３点の測距点の焦点状態を検出するためのセンサの配置について示した図である。
【００２９】
図６に示すＡＦセンサは、撮影画面の水平方向に沿って配置された水平方向基準部センサ群１２１ａ−１及び水平方向参照部センサ群１２１ａ−２と、撮影画面の垂直方向に沿って配置された垂直方向基準部センサ群１２１ｂ−１及び垂直方向参照部センサ群１２１ｂ−２とから構成されている。なお、水平方向基準部センサ群１２１ａ−１と水平方向参照部センサ群１２１ａ−２、垂直方向基準部センサ群１２１ｂ−１と垂直方向参照部センサ群１２１ｂ−２とがそれぞれが対をなしており、それぞれのセンサ群の対で後述するデフォーカス量の演算が行われる。このような構成により、図５に示すような２３点の測距点の全ての焦点状態を水平方向センサ群と垂直方向センサ群の２対のセンサ群を用いて検出することができ、焦点検出の精度を向上させることができる。
【００３０】
ここで、水平方向基準部センサ群１２１ａ−１と水平方向参照部センサ群１２１ａ−２とは、それぞれ５個の画素列からなるラインセンサと４個の画素列からなるラインセンサとが交互に配置された２３個の画素列から構成されている。また、垂直方向基準部センサ群１２１ｂ−１と垂直方向参照部センサ群１２１ｂ−２とは、それぞれ３個の画素列からなるラインセンサと２個の画素列からなるラインセンサとが交互に配置された２３個の画素列から構成されている。
【００３１】
図７は、図６の水平方向基準部センサ群１２１ａ−１と水平方向参照部センサ群１２１ａ−２の一部（それぞれ５個の画素列からなるラインセンサ部分）のセンサ回路構成について示す図である。ここで、図７に示すｎは図６のｎに対応している。なお、図６において、図７に示す部分以外のセンサ回路は、画素列の数が異なる以外は図７の回路構成と同じものである。
【００３２】
図７に示すように、本一実施形態では１つの画素列当たり３つのラインセンサ２０１〜２０３が千鳥状に配置されている。即ち、３つのラインセンサのうち、ラインセンサ２０２を他のラインセンサよりも１／２画素分ずらして配置するようにしている。このように３つのラインセンサを千鳥状に配置することにより、焦点検出の精度を向上させることができる。また、図７に示すように、ラインセンサ２０２とラインセンサ２０３との間には、モニタ用のフォトダイオード列２０４が配置されている。
【００３３】
また、図７において、各画素列は、それぞれが画素を構成する複数のフォトダイオード２０１−１から構成されている。これら複数のフォトダイオード２０１−１では、該フォトダイオード２０１−１に入射した被写体の光束の光量に応じた光電荷が得られる。それぞれのフォトダイオード２０１−１で得られた光電荷は電荷蓄積部２０１−２に蓄積される。
【００３４】
ここで、電荷蓄積部２０１−２の電荷蓄積量は、モニタ用のフォトダイオード列２０４によってモニタされている。このモニタ用のフォトダイオード列２０４の出力は、積分時間制御回路２０９に出力される。積分時間制御回路２０９は、モニタ用のフォトダイオード列２０４の出力が所定の閾値以上になったか否かを判定して、モニタ用のフォトダイオード列２０４の出力が閾値以上になった場合に電荷蓄積（積分動作）を終了させる。また、モニタ用のフォトダイオード列２０４の出力が閾値以上でなくとも所定の積分時間を計時した場合にも電荷蓄積を終了させる。なお、電荷蓄積を終了させるための閾値や積分時間は変更可能である。
【００３５】
電荷蓄積が終了すると、電荷蓄積部２０１−２の後段に接続された転送スイッチ２０１−３が閉じられて電荷蓄積部２０１−２に蓄積された光電荷が電荷転送路２０５に転送される。
【００３６】
電荷転送路２０５においてはシフトパルスが印加される毎に、光電荷が１画素ずつ電荷・電圧変換アンプ２０６に転送されて電圧信号に変換される。電荷・電圧変換アンプ２０６において変換された電圧信号は増幅回路（図ではＡＭＰと示している）２０７において所定の増幅率（例えば、１倍、２倍、４倍、８倍の何れかが選択される）で増幅された後、出力選択回路２０８に入力される。
【００３７】
出力選択回路２０８においては、画素単位で入力されてきた電圧信号が温度センサ２１０で検出された温度に基づいて温度補償され、これによって得られた出力電圧ＶＮが後段のＡＦコントローラ１２１に出力される。
【００３８】
次に、ＡＦコントローラにおいて行われるデフォーカス量の演算について説明する。図８は、デフォーカス量の演算に関係するＡＦセンサと、ＡＦコントローラと、システムコントローラの詳細な構成について示した図である。
【００３９】
ＡＦセンサ１２０の各出力端子から並列的に出力されたアナログデータ（電圧信号）Ｖ１〜ＶＮは、ＡＦコントローラ１２１内のマルチプレクサ１２１−１において時系列的に並べられた後で、Ａ／Ｄコンバータ１２１−２において順次デジタルデータ（センサデータ）に変換される。例えば、図６の場合には出力端子が１２個あるのでＮ＝１２となる。これに対応してマルチプレクサを構成するスイッチの数も１２個となる。
【００４０】
Ａ／Ｄコンバータ１２１−２において得られたセンサデータは順次、シーケンサ１２１−３内部の照度補正部１２１−３ａに入力される。照度補正部１２１−３ａでは、ラインセンサを構成するフォトダイオードの出力のばらつきや、光学系による周辺光量落ちに起因するセンサデータの照度ばらつきが所定の補正データに基づいて補正される。この補正データは、例えば均一面の観察を行ったときのセンサデータのばらつきを補正するデータである。
【００４１】
照度補正部１２１−３ａで補正されたセンサデータは、フィルタ演算部１２１−３ｂに入力される。フィルタ演算部１２１−３ｂではセンサデータに対してエッジ強調処理などのフィルタ演算が施される。なお、フィルタ演算部１２１−３ｂのフィルタ演算を行わないようにすることもできる。
【００４２】
フィルタ演算部１２１−３ｂから出力されたセンサデータは、マッピング部１２１−３ｃに入力される。マッピング部１２１−３ｃでは、マルチプレクサ１２１−１において時系列的に並べられたセンサデータが、画素列順に並べ替えられた後、メモリ（ＲＡＭ）１２１−４に記憶される。この画素列順は、後述する２像間隔値の演算を、千鳥演算により行うか否かによって異なる順序となる。
【００４３】
メモリ１２１−４に記憶されたセンサデータは、シーケンサ１２１−３内部のコントラスト判定部１２１−３ｄ、単調判定部１２１−３ｅ、及び相関演算部１２１−３ｆによって読み出される。コントラスト判定部１２１−３ｄでは入力されたセンサデータから被写体のコントラストが所定レベル以上であるか否かが判定される。単調判定部１２１−３ｅでは被写体が単調な被写体（繰り返しパターンなど）であるか否かが判定される。更に、相関演算部１２１−３ｆでは、基準部のセンサデータと参照部のセンサデータの相関量が演算される。この相関演算については後述する。コントラスト判定部１２１−３ｄにおけるコントラスト判定結果、単調判定部１２１−３ｅにおける単調判定結果、及び相関演算部１２１−３ｆにおける相関演算結果は、メモリ１２１−４に記憶される。
【００４４】
メモリ１２１−４に記憶されたセンサデータ、コントラスト判定結果、単調判定結果、相関演算結果、システムコントローラ１２２に入力される。システムコントローラ１２２内部の最小値、極値判定部１２２−１では、最大相関となるシフト量、即ち相関演算部１２１−３ｆで演算された相関値が最小となるシフト量が判定される。信頼性判定部１２２−２では、コントラスト判定部１２１−３ｄにおけるコントラスト判定結果、単調判定部１２１−３ｅにおける単調判定結果、及び相関演算部１２１−３ｆにおける相関演算結果に基づいて、最小値、極値判定部１２２−１における判定結果の信頼性が判定される。２像間隔計算部１２２−３では、最小値、極値判定部１２２−１における判定結果に基づいて、デフォーカス量を算出するための２像間隔値が計算される。
【００４５】
次に、デフォーカス量の演算手法について説明する。
【００４６】
まず、相関演算部１２１−３ｆにおいて相関演算が行われる。この相関演算は、画素列を複数の相関演算枠に分割して行う。図９に相関演算枠の分割の概念図を示す。ここで、図９（ａ）は水平方向センサ群内の画素列における分割の様子を示し、図９（ｂ）は垂直方向センサ群内の画素列における分割の様子を示している。図９（ａ）及び図９（ｂ）の例では、１つの画素列を中央相関演算枠３０１、右相関演算枠３０２、及び左相関演算枠３０３の３つに分割している。このように分割して相関演算を行う理由は、１つの画素列内に複数の遠近混在した被写体の光束が入射した場合でも正しく相関演算を行えるようにするためである。
【００４７】
また、上述したように本一実施形態では、各画素列を、３つのラインセンサ２０１〜２０３を千鳥状に配置して構成している。このような場合、隣り合う２ライン（ラインセンサ２０１とラインセンサ２０２、ラインセンサ２０２とラインセンサ２０３）を１組として考えることができる。
【００４８】
１組のラインセンサにおける同一相関演算枠内に被写体の同一部位からの光束が入射している場合には、該１組のラインセンサを１つのラインセンサと見なすことができる。この場合には、１画素毎交互にセンサデータを読み出して相関演算を行うようにする。以後、このような演算の手法を千鳥演算と称することにする。
【００４９】
図１０は、千鳥演算を行う場合のセンサデータの読み出し順の考え方について示した図である。千鳥演算を行う場合には、まずラインセンサ２０１とラインセンサ２０２を１つのラインセンサと見なして１画素毎交互にセンサデータの読み出しを行う。図１０の場合では、画素１、画素２、画素４、画素５…画素１１、画素１３、画素１４…の順で読み出しを行う。ラインセンサ２０１とラインセンサ２０２の組のセンサデータを読み出した後は、ラインセンサ２０２とラインセンサ２０３を１つのラインセンサと見なして１画素毎交互にセンサデータの読み出しを行う。図１０の場合では、画素２、画素３、画素５、画素６…画素１２、画素１４、画素１５…の順で読み出しを行う。
【００５０】
ここで、本一実施形態では、図１０で示したような画素列順でセンサデータが読みだされるように、マルチプレクサ１２１−１において時系列的に並べられたセンサデータを、マッピング部１２１−３ｃにおいて図１０の順序に並べ替えてからメモリ１２１−４に記憶させるようにしている。図１１に、千鳥演算時におけるセンサデータのメモリ１２１−４上での配置を示す。一般に、Ａ／Ｄコンバータ１２１−２の動作は、後段の各演算部の動作に比べて遅いので、センサデータの並べ替えをＡ／Ｄ変換の実行時に行うことにより、後の演算処理の負荷を軽減することができる。なお、照度補正やフィルタ演算は、画素単位で行うことができるので、マッピング部１２１−３ｃにおけるセンサデータの並べ替えに先立って行うようにしている。
【００５１】
また、１組のラインセンサにおける同一相関演算枠内に被写体の同一部位からの光束が入射していない場合には、該１組のラインセンサを１つのラインセンサと見なすことができないので、ラインセンサ２０１〜ラインセンサ２０３をそれぞれ別のラインセンサとしてセンサデータの読み出しを行う。図１０の場合では、画素１、画素４、画素７、画素１０、画素１３…の順で読み出しを行う。その後、同様にしてラインセンサ２０２、ラインセンサ２０３のセンサデータの読み出しを行う。図１２に、非千鳥演算時におけるセンサデータのメモリ１２１−４上での配置を示す。
【００５２】
図１３は、千鳥ラインセンサのセンサデータ処理の手順について示すフローチャートである。この処理は、ＡＦコントローラ１２１内部及びシステムコントローラ１２２内部で行われる。
【００５３】
図１３の処理においては、図６のｎ番目の画素列を構成する３つのラインセンサのライン番号を示すパラメータｋに１をセットする（ステップＳ１）。即ち、ｋは１〜３をとるパラメータであり、本一実施形態の例では、ｋ＝１がラインセンサ２０１、ｋ＝２がラインセンサ２０２、ｋ＝３がラインセンサ２０３に対応する。
【００５４】
ｋに１をセットした後、被写体に類似性があるか又は被写体距離が異なっているか否かを示すパラメータＮＧを０にリセットする（ステップＳ２）。次に、隣り合う１組のラインセンサ（ｋ番目のラインセンサとｋ＋１番目のラインセンサ  初回はラインセンサ２０１とラインセンサ２０２となる）のセンサデータに類似性があるか否かを判定する（ステップＳ３）。この類似性の判定は、各相関演算枠内において、隣り合う１組のラインセンサ同士で相関演算を行い、この相関演算の結果、最大の相関が成り立つ相関値の信頼性を判定することにより行う。ここで、相関演算は、
【数１】
2006285080.tif 000003
【００５５】
の式において、シフト量−４〜＋４の範囲における相関値Ｆの最小値を求めれば良い。なお、（式１）のＤｋ（ｉ）はｋ番目のラインセンサのセンサデータであり、Ｄｋ＋１（ｉ）はｋ＋１番目のラインセンサのセンサデータである。
【００５６】
例えば、ｋ番目のラインセンサのセンサデータが図１４（ａ）の参照符号４０１−１に示すものであり、ｋ＋１番目のラインセンサのセンサデータが図１４（ａ）の参照符号４０１−２に示すものである場合には、シフト量が＋１のときに（式１）で演算される相関値Ｆが最小となる。このとき、図１４（ｂ）に示す相関量が最も高くなる。
【００５７】
また、信頼性は、コントラスト判定部１２１−３ｄのコントラスト判定結果、単調判定部１２１−３ｅの単調判定結果、（式１）において求められた最小の相関値に基づいて判定される。つまり、被写体が高コントラストであり、また繰り返しパターンでなく、かつ（式１）の最小値が所定の閾値よりも小さい場合には、信頼性が高く、隣り合う１組のラインセンサのセンサデータには類似性があると判定される。
【００５８】
ステップＳ３の判定において、隣り合う１組のラインセンサのセンサデータに類似性がある場合には、ステップＳ３をステップＳ４に分岐して、隣り合う１組のラインセンサのそれぞれで得られた２像間隔値が同一であるか否かを判定する（ステップＳ４）。このために、ｋ番目のラインセンサとｋ＋１でそれぞれ個別に２像間隔値を演算する。この２像間隔値は、上記（式１）と同様の相関演算を基準部の画素列と参照部の画素列との間で行ったときに最大相関が得られるシフト量から求めることができる。即ち、
【数２】
2006285080.tif 000004
【００５９】
の式において最大相関が得られるシフト量（（式２）の相関値Ｆが最小となるシフト量）を求めればよい。なお、（式２）の場合にはシフト量の範囲を相関演算枠の範囲内とする。また、（式２）のＤＬ（ｉ）は基準部の画素列のセンサデータであり、ＤＲ（ｉ）は参照部の画素列のセンサデータである。
【００６０】
２像間隔値をラインセンサ毎に求めた後、ｋ番目のラインセンサで得られた２像間隔値とｋ＋１番目のラインセンサで得られた２像間隔値とが同一であるか否かを判定する。この判定は、まずｋ番目のラインセンサで得られた２像間隔値とｋ＋１番目のラインセンサで得られた２像間隔値の平均値を演算し、この平均値とラインセンサ毎に求めたそれぞれの２像間隔値との差分が、所定の閾値よりも小さいか否かを判定することにより行う。
【００６１】
ステップＳ４の判定において、２像間隔値が同一である場合には、ステップＳ４をステップＳ５に分岐して、ｋ番目のラインセンサのセンサデータとｋ＋１番目のラインセンサのセンサデータとを合成して基準部と参照部との間で相関演算を行い、合成の２像間隔値を算出する（ステップＳ５）。このセンサデータの合成は、図１５に示すようにしてステップＳ１の類似性判定の際に得られたシフト量分だけ一方のセンサデータをずらして合成することにより行う。このように合成を行うことにより、見かけ上の画素ピッチを合成前の１／２にすることができる。なお、相関演算の後には、ステップＳ３の手法と同様にして信頼性を判定するようにすることが好ましい。
【００６２】
また、ステップＳ３の判定において隣り合う１組のラインセンサのセンサデータに類似性がない場合又はステップＳ４の判定において隣り合う１組のラインセンサでそれぞれ得られた２像間隔値が同一でない場合には、ステップＳ６に分岐して、ＮＧに１を加えた後（ステップＳ６）、ステップＳ４の判定のときと同様にしてｋ番目のラインセンサとｋ＋１番目のラインセンサのそれぞれで２像間隔値を算出する（ステップＳ７）。この場合も相関演算の後には、ステップＳ３の手法と同様にして信頼性を判定するようにすることが好ましい。ただし、ステップＳ７の信頼性判定における所定閾値は、ステップＳ５の信頼性判定における所定閾値よりも小さいものを用いるようにする。
【００６３】
以上の処理の後にｋに１を加え（ステップＳ８）、ｋが３になったか否か、即ち全ラインについて処理が終了したか否かを判定する（ステップＳ９）。ステップＳ９の判定において、ｋが３でない場合には、ステップＳ３に戻り、次の隣り合う１組のラインセンサ（つまりラインセンサ２０２とラインセンサ２０３）についてステップＳ３〜ステップＳ７の処理を行う。一方、ステップＳ９の判定において、ｋが３である場合には、ステップＳ９をステップＳ１０に分岐して、ＮＧが０であるか否かを判定する（ステップＳ１０）。
【００６４】
ステップＳ１０の判定においてＮＧが０である場合には、ラインセンサ２０１とラインセンサ２０２、ラインセンサ２０２とラインセンサ２０３の両方の組で千鳥演算が行われている場合である。この場合には、２回の演算によって求められた２つの合成の２像間隔値を信頼性で加重加算平均して最終的な２像間隔値を求める（ステップＳ１１）。つまり、
【数３】
2006285080.tif 000005
【００６５】
の演算を行う。なお、ステップＳ１１の演算は、加重加算平均ではなく、２つの合成の２像間隔値を単に平均するだけでも良い。加重加算平均を行うか単なる加算平均を行うかはシステムコントローラ１２２において決定される。
【００６６】
このように組となるラインセンサのセンサデータを合成して２像間隔値を求め、更に、２つの合成の２像間隔値を平均化することにより、１ラインのみで２像間隔値を求めたときに比べて２倍の精度向上を実現できる。
【００６７】
また、ステップＳ１０の判定においてＮＧが０でない場合には、ラインセンサ２０１とラインセンサ２０２、ラインセンサ２０２とラインセンサ２０３の少なくとも何れか一方の組で千鳥演算が行われていない。この場合には、ラインセンサ２０１〜ラインセンサ２０３の中で最至近を示す被写体の光束が入射したラインセンサで求められた２像間隔値を最終的な２像間隔値とする（ステップＳ１２）。
【００６８】
以上のような処理により、２像間隔値を求めることができる。２像間隔値が求められた後は、デフォーカス量を演算する。
【００６９】
まず、相関演算枠の選択を行う。ここでは、求められた２像間隔値の信頼性が高く、かつ複数ラインセンサで同一被写体を受光している相関演算枠を優先的に選択するようにする。このような相関演算枠を選択することにより、より高精度に焦点状態を検出することができる。
【００７０】
相関演算枠を選択した後、測距点の選択を行う。この測距点の選択は測距点の選択モードに応じて行われる。例えば、測距点選択モードがシングルポイントモードの場合には、撮影者によって指定された１点の２像間隔値を使用する。また、測距点選択モードがマルチモードの場合には、全測距点の中で信頼性の高いセンサデータを出力する測距点を選択し、更に選択された測距点の中で最至近の測距点を選択して、この測距点における２像間隔値をデフォーカス量の算出に使用する。ここで、最至近として選択された測距点の２像間隔値とほぼ同一な２像間隔値を持つ測距点が複数存在する場合には、これらの測距点の像は同一の被写体の像であると見なして、同一の２像間隔値を持つ複数の測距点の２像間隔値の平均値をデフォーカス量の算出に使用する。
【００７１】
このような測距点の選択の結果、得られた２像間隔値から、光学的に算出されたデフォーカス係数により、デフォーカス量を算出する。このようにして得られたデフォーカス量に対し、温度によるばらつきや、製造時のボディばらつき、製造時のフォーカスレンズのばらつきなどによるデフォーカス量の誤差の補正を行って、最終的なデフォーカス量を演算する。
【００７２】
デフォーカス量が算出された後は、算出されたデフォーカス量がレンズＣＰＵ１０４に送信される。この送信されたデフォーカス量に基づいてレンズＣＰＵ１０４によってレンズ駆動部１０３が制御されることにより、フォーカスレンズ１０２の合焦駆動が行われる。
【００７３】
次に、本一実施形態に係る焦点検出装置を搭載したカメラの電気回路構成について図１６を参照して説明する。  
図１６は、本一実施形態に係る焦点検出装置を有するカメラの全体的な電気回路構成を示すブロック構成図である。なお、図１６は交換レンズとカメラボディとを区別せずに図示したものである。
【００７４】
図１６において、カメラの所定位置には上記フォーカスレンズを含むズームレンズ系５０１が配設されている。このズームレンズ系５０１は、上記フォーカスレンズを含む撮影光学系を１つのレンズによって代表して図示したものである。このズームレンズ系５０１はレンズ駆動部５０２によって駆動される。レンズ駆動部５０２はレンズＣＰＵ５０３によって制御される。
【００７５】
ズームレンズ系５０１の入射光の光路上にはＣＣＤ等の撮像素子５０４が配設されている。この撮像素子５０４は、撮像回路５０５、Ａ／Ｄコンバータ５０６を介してバスライン５０７に接続されている。バスライン５０７には、システムコントローラ５０８とＡＦコントローラ５０９が接続されている。また、ＡＦコントローラ５０９にはＡＦセンサ５１０が接続されている。更に、バスライン５０７には、各種の制御プログラムや各種データ処理用の情報等を記憶したＲＯＭ５１１、データの一時記憶用のＲＡＭ５１２、ドライブコントローラ５１３及びメディアドライブ５１４を介してディスク状又はカード状の記録媒体５１５が接続され、外部Ｉ／Ｆ部５１６を介して外部入出力端子５１７が接続され、ビデオエンコーダ５１８を介してビデオ出力端子５１９が接続され、ビデオエンコーダ５１８及びＬＣＤドライバ５２０を介してＬＣＤ表示部５２１が接続されている。
【００７６】
また、システムコントローラ５０８はカメラ全体の制御を司るものであり、レンズＣＰＵ５０３と通信可能に構成されている。更に、システムコントローラ５０８は、操作部ドライバ５２２を介してモード設定などのカメラに対して各指示の入力を行う操作部の操作状態を検出するためのダイヤル部５２３及びスイッチ部５２４、各部に電源を供給する電源部５２５とも接続されている。
【００７７】
また、電源部５２５には、外部からの電源供給を受けるための外部電源入力端子５２６が設けられている。更に、システムコントローラ５０８には閃光発光を行うためのストロボ発光部５２７が接続されている。
【００７８】
このような構成において、ＡＦセンサ５１０からのセンサ出力がＡＦコントローラ５０９に入力されると、ＡＦコントローラ５０９において上記したような各種演算が行われてデフォーカス量が算出され、算出されたデフォーカス量に基づいてレンズＣＰＵ５０３を介してレンズ駆動部５０２が制御されて、ズームレンズ系５０１内のフォーカスレンズのフォーカス駆動が行われる。
【００７９】
また、図示しない被写体の像がズームレンズ系５０１を介して撮像素子５０４に結像すると、この被写体像が光電変換された撮像信号として撮像素子５０４から出力される。この撮像信号が、後段の撮像回路５０５において処理され、更に、Ａ／Ｄコンバータ５０６においてデジタルの画像データに変換される。このデジタル画像データが、バスライン５０７を介してシステムコントローラ５０８に入力される。システムコントローラ５０８では、入力された画像データのＪＰＥＧ圧縮伸張処理等の各種信号処理等が行われる。ここで、システムコントローラ５０８による信号処理の際やＡＦコントローラ５０９におけるＡＦ演算の際には、各種データの一時的記憶用としてＲＡＭ５１２が用いられる。
【００８０】
また、画像データ等の記録用のディスク状又はカード状の記録媒体５１５がメディアドライブ５１４に装着されると、当該記録媒体５１５に画像データが記録され、或いは画像データが読み込まれることになる。このとき、ドライブコントローラ５１３により、メディアドライブ５１４の動作が制御される。記録媒体５１５から画像データが読み込まれた場合には、読み込まれた画像データがバスライン５０７を介してシステムコントローラ５０８に送られ、上記したのと同様の信号処理がなされる。
【００８１】
また、パソコン等の周辺機器は、外部入出力端子（例えばＵＳＢ端子）５１７、外部Ｉ／Ｆ部５１６を介してバスライン５０７に接続される。周辺機器の保持する画像データ等は、外部入出力端子５１７、外部Ｉ／Ｆ部５１６を介して取り込まれ、ドライブコントローラ５１３の制御の下、メディアドライブ５１４が駆動され、記録媒体５１５に記録されるようになっている。
【００８２】
更に、ビデオエンコーダ５１８では、Ａ／Ｄコンバータ５０６でＡ／Ｄ変換された画像信号、又は記録媒体５１５から読み出されシステムコントローラ５０８でＪＰＥＧ伸長処理された画像信号がエンコードされ、ＬＣＤ表示部５２１において所定の表示がなされる。このとき、ＬＣＤドライバ５２０によりＬＣＤ表示部５２１が駆動される。更に、このカメラでは、ビデオ出力端子５１９を介して映像信号の外部出力も可能となっている。
【００８３】
以上説明したように本一実施形態によれば、ＡＦセンサから並列的に出力されてきた複数のアナログデータをマルチプレクサにおいて時系列的に並べ替えて順次デジタルデータに変換するので、ノイズ性能や消費電力を考慮して焦点検出センサのデータレートを低速としながら、１チャネルのＡ／Ｄコンバータで高速なサンプリングレートを実現できる。
【００８４】
また、並べ替えを行ったセンサデータをメモリに記憶させる際に、後の演算に適するような順序に並べ替えた後で記憶させるようにしているので、後段の演算処理における負担を軽減することもできる。
【００８５】
以上実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上記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、上記した実施形態では千鳥ラインセンサのラインセンサ数を３つとしているが、この数を増やしても良い。
【００８６】
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、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている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。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の一実施形態に係る焦点検出装置における主要部の構成について示す図である。
【図２】図１に示す焦点検出装置の動作時のタイミングチャートである。
【図３】図１に示した焦点検出装置を有するカメラにおける、焦点状態検出動作に関する構成について示した図である。
【図４】図３のカメラで用いられるＡＦ光学系の２次結像系を模式的に示した図である。
【図５】ＡＦセンサの測距点配置の例を示す図である。
【図６】図５のような２３点の測距点の焦点状態を検出するためのセンサの配置について示した図である。
【図７】図６の水平方向基準部センサ群と水平方向参照部センサ群の一部のセンサ回路構成について示す図である。
【図８】ＡＦセンサと、ＡＦコントローラと、システムコントローラの詳細な構成について示した図である。
【図９】相関演算枠の分割の概念図である。
【図１０】センサデータの読み出し順の考え方について示した図である。
【図１１】千鳥演算時におけるセンサデータのメモリ上での配置を示す図である。
【図１２】非千鳥演算時におけるセンサデータのメモリ上での配置を示す図である。
【図１３】千鳥ラインセンサのセンサデータ処理の手順について示すフローチャートである。
【図１４】相関演算について説明するための図である。
【図１５】センサデータの合成について説明するための図である。
【図１６】本発明の一実施形態に係る焦点検出装置を有するカメラの全体的な電気回路構成を示すブロック構成図である。
【符号の説明】
【００８８】
１…ＡＦセンサ、２−１〜２−Ｎ…画素列、３−１〜３−Ｎ…電荷・電圧変換アンプ、１１…ＡＦコントローラ、１２…ラッチ回路、１３…マルチプレクサ、１３−１〜１３−Ｎ…スイッチ、１４…シーケンサ、１５…Ａ／Ｄコンバータ（ＡＤＣ）、１６…メモリ
【図１】
2006285080.tif 000006
【図２】
2006285080.tif 000007
【図３】
2006285080.tif 000008
【図４】
2006285080.tif 000009
【図５】
2006285080.tif 000010
【図６】
2006285080.tif 000011
【図７】
2006285080.tif 000012
【図８】
2006285080.tif 000013
【図９】
2006285080.tif 000014
【図１０】
2006285080.tif 000015
【図１１】
2006285080.tif 000016
【図１２】
2006285080.tif 000017
【図１３】
2006285080.tif 000018
【図１４】
2006285080.tif 000019
【図１５】
2006285080.tif 000020
【図１６】
2006285080.tif 000021