(57)【要約】【課題】複数のイメージセンサーを制御する場合に、無駄にゲインを上げてノイズを増やし、焦点検出精度を劣化させないようにする。【解決手段】被写界の複数の焦点検出領域のそれぞれに対応する複数のイメージセンサーと、複数の焦点検出領域の中から対物レンズの焦点検出演算を行う領域を選択する領域選択部と、複数のゲインＧ１〜Ｇ４を有し、各イメージセンサーの出力を増幅するアンプと、領域選択部の選択領域に対応するイメージセンサーから出力され、アンプで増幅された信号に基づいて対物レンズの焦点検出演算を行う演算部と、各イメージセンサーから出力され、アンプで増幅された信号に基づいて、次回の電荷蓄積時の各イメージセンサーの電荷蓄積時間とアンプのゲインを設定する演算部とを備え、演算部によって、領域選択部の選択領域以外の焦点検出領域に対応するイメージセンサーの電荷蓄積時間が、領域選択部による選択領域に対応するイメージセンサーの電荷蓄積時間以下となるゲインの内の最小のゲインを設定する。【選択図】　図５
2004109569.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写界の複数の焦点検出領域のそれぞれに対応する複数の電荷蓄積型光電変換手段と、
前記複数の焦点検出領域の中から撮影光学系の焦点検出演算を行う領域を選択する領域選択手段と、
複数の増幅率を有し、前記各光電変換手段の出力を増幅する増幅手段と、
前記領域選択手段の選択領域に対応する前記光電変換手段から出力され、前記増幅手段で増幅された信号に基づいて前記撮影光学系の焦点検出演算を行う焦点検出演算手段と、
前記各光電変換手段から出力され、前記増幅手段で増幅された信号に基づいて、次回の電荷蓄積時の前記各光電変換手段の電荷蓄積時間と前記増幅手段の増幅率を設定する制御パラメーター設定手段とを備え、
前記制御パラメーター設定手段は、前記領域選択手段の選択領域以外の前記焦点検出領域に対応する前記光電変換手段の電荷蓄積時間が、前記領域選択手段による選択領域に対応する前記光電変換手段の電荷蓄積時間以下となる前記増幅率の内の最小の増幅率を設定することを特徴とする焦点検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はカメラの焦点検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
焦点検出光学系により結像された被写体像を電荷蓄積型イメージセンサーで受光し、イメージセンサー出力を演算処理して撮影光学系の予定焦点面に対する被写体像面のデフォーカス量を検出し、このデフォーカス量に応じてフォーカシングレンズを駆動することによって撮影光学系を合焦させる自動焦点調節装置が知られている。
【０００３】
この自動焦点調節装置において、デフォーカス量検出の可否や、得られたデフォーカス量の信頼性などは、被写体の光輝度分布であるコントラストの高さに大きく依存している。したがって、被写体のコントラストを最適にイメージセンサー出力に反映させる必要がある。
【０００４】
イメージセンサーの制御パラメーターには蓄積時間と出力アンプの増幅率（以下、ゲインという）がある。最適な出力を得るためには、被写体が暗い場合は蓄積時間を長くするか、またはゲインを大きくすればよいし、被写体が明るい場合は蓄積時間を短くするか、またはゲインを小さくすればよい。ところが、蓄積時間を長くすると焦点検出動作の応答速度が遅くなり、また、ゲインを大きくするとノイズが増えるために焦点検出結果の精度が劣化するという欠点がある。
【０００５】
イメージセンサーの制御パラメーターを決めるためには、この点を考慮して例えば次のようにする。被写体が明るい状態から暗い状態へ徐々に変化した場合を考える。制御パラメーターは始め蓄積時間が短く、ゲインが小さくなっているが、被写体が暗くなるにつれて徐々に蓄積時間を長くしていく。蓄積時間が所定時間よりも長くなったら、つまりある程度応答速度が遅くなったらゲインを大きい方へ切り替える。ゲインを大きくしたらその分、蓄積時間を短くできるので、応答が速くなる。被写体がさらに暗くなるにつれて蓄積時間を徐々に長くしていき、また所定時間よりも長くなったらさらにゲインを大きくする。
【０００６】
また、撮影画面内の複数の領域において焦点検出が可能な多点測距方式の焦点検出装置が知られている。この種の焦点検出装置は、例えば図６に示すような複数の焦点検出領域を持っている。この明細書では、多点測距方式において、複数の焦点検出領域の中から優先的に焦点検出動作を行う対象として選択された領域（選択領域）を優先領域と呼び、その他の領域を非優先領域と呼ぶ。複数の焦点検出領域の中から優先領域、つまり主要な被写体を捉えている焦点検出領域を選択する方法は、ユーザーによる手動選択と焦点検出装置による自動選択の大きく２つに分けられる。例えばユーザーによる手動選択の場合は、ユーザーが手動選択部材により選択した焦点検出領域に対応するイメージセンサーの出力に基づいて焦点検出演算を行い、その焦点検出結果に基づいてレンズ駆動を行う。そして、繰り返し焦点検出動作を行い、優先領域から主要被写体が外れたと判定された場合は、他の非優先領域に対応するイメージセンサーの出力に基づいて焦点検出演算を行う。その焦点検出結果から非優先領域が主要被写体を捉えていると判定された場合は、その焦点検出結果に基づいてレンズ駆動を行う。
【０００７】
イメージセンサーを駆動制御するときは、複数のイメージセンサーを順番に制御したのでは焦点検出装置全体としての応答が遅くなってしまうので、なるべく同時に制御することによって全体としての応答性を速くすることができる。したがって、焦点検出装置としての応答性は複数のイメージセンサーの内の一番長い蓄積時間で決まる。
【０００８】
この出願の発明に関連する先行技術文献としては次のものがある。
【特許文献１】
特開平０９−３１１２６９号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
図５により、従来の焦点検出装置の問題点について説明する。図５は両対数グラフであり、横軸は被写体輝度を、縦軸は蓄積時間をそれぞれ表す。ゲインＧ１〜Ｇ４の直線は、それぞれのゲインで最適なイメージセンサー出力が得られる被写体輝度と蓄積時間との関係を表している。ゲインＧ１が最も小さく、ゲインＧ４が最も大きい。実線は焦点検出に使用する範囲で、破線は応答が遅くなるか、ノイズが増えるために使用しない範囲である。実線で表す使用範囲にはヒステリシスを設けてある。真っ暗な場合は蓄積時間をいくら長くしても出力は得られないので、蓄積時間の上限を最長蓄積時間Ｔ０とする。また、焦点検出装置のハードウエアの制約により最短蓄積時間Ｔ４が決まる。
【００１０】
今、優先領域の被写体輝度がＢＶ１で非優先領域の被写体輝度がＢＶ２とする。優先領域に対応したイメージセンサーの制御パラメーターはゲインがＧ４で、蓄積時間がＴ１である。一方、非優先領域に対応したイメージセンサーの制御パラメーターはゲインがＧ３で、蓄積時間がＴ２である。非優先領域に対応するイメージセンサーは、ゲインＧ１を選択していれば蓄積時間はＴ３になるが、応答性を考慮して上述したようにＧ３を選択した。しかし、焦点検出装置全体としての応答は蓄積時間Ｔ１とＴ２の長い方、つまりＴ１によって決まる。したがって、非優先領域に対応するイメージセンサーでは無駄にゲインを上げてノイズを増やし、結果として精度を劣化させることになってしまう。
【００１１】
本発明の目的は、複数のイメージセンサーを制御する場合に、無駄にゲインを上げてノイズを増やし、焦点検出精度を劣化させないようにすることにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本願発明のカメラは、被写界の複数の焦点検出領域のそれぞれに対応する複数の電荷蓄積型光電変換手段と、前記複数の焦点検出領域の中から撮影光学系の焦点検出演算を行う領域を選択する領域選択手段と、複数の増幅率を有し、前記各光電変換手段の出力を増幅する増幅手段と、前記領域選択手段の選択領域に対応する前記光電変換手段から出力され、前記増幅手段で増幅された信号に基づいて前記撮影光学系の焦点検出演算を行う焦点検出演算手段と、前記各光電変換手段から出力され、前記増幅手段で増幅された信号に基づいて、次回の電荷蓄積時の前記各光電変換手段の電荷蓄積時間と前記増幅手段の増幅率を設定する制御パラメーター設定手段とを備え、前記制御パラメーター設定手段は、前記領域選択手段の選択領域以外の前記焦点検出領域に対応する前記光電変換手段の電荷蓄積時間が、前記領域選択手段による選択領域に対応する前記光電変換手段の電荷蓄積時間以下となる前記増幅率の内の最小の増幅率を設定する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１に一実施の形態の構成を示す。ユーザーは領域選択部１０によって複数の焦点検出領域から優先領域を選択する。複数の焦点検出領域内の被写体からの光束は対物レンズ１、焦点検出光学系２を通って各焦点検出領域に対応したイメージセンサー上に結像される。イメージセンサー群３の出力はアンプ４で増幅された後、Ａ／Ｄ変換部５でＡ／Ｄ変換されて演算部６に入力される。
【００１４】
演算部６はイメージセンサー群３と領域選択部１０の出力に基づいて各イメージセンサーの制御パラメーターを演算し、さらに対物レンズ１のデフォーカス量を演算する。イメージセンサー駆動制御部７は演算部６の出力に基づいて、イメージセンサー群３を駆動制御する。レンズ駆動制御部８は演算部６から出力されたデフォーカス量に基づいてモーター９を駆動し、対物レンズ１を合焦駆動する。なお、複数の焦点検出領域は撮影画面中に図６に示すように配置されている。
【００１５】
次に、図２〜図４に示すフローチャートにより一実施の形態の動作を説明する。なお、被写体輝度に対するイメージセンサーの蓄積時間とゲインの関係は上述した図５に示すものと同様であり、説明を省略する。レリーズボタン（不図示）を半押しすると図２に示す焦点検出動作が開始される。まず、ステップ１０１で演算部６は各イメージセンサーの制御パラメーターに初期値を与える。例えばイメージセンサー群３のすべてのイメージセンサー（以下、全列という）に対し、ゲインを図５に示す最小ゲインＧ１に、蓄積時間を図５に示す最短蓄積時間Ｔ４にする。
【００１６】
次に、ステップ１０２で演算部６は制御パラメーターをイメージセンサー駆動制御部７に与える。そして、イメージセンサー駆動制御部７は与えられた制御パラメーターに基づいてイメージセンサー群３の各イメージセンサーを蓄積制御する。蓄積終了後、ステップ１０３で演算部６は領域選択部１０によって選択された優先領域を焦点検出演算の対象領域に設定する。今、領域選択部１０によって図６の中央領域Ｅ１が選択されているとする。したがって、この場合の対象領域はＥ１である。
【００１７】
ステップ１０４で演算部６は対象領域Ｅ１に対応したイメージセンサーのデータを読み出し、続くステップ１０５でデータのピーク値を検出する。さらにステップ１０６で演算部６は焦点検出演算を行う。ステップ１０７で焦点検出演算結果が信頼性のない場合はステップ１１２へ進み、演算部６は非優先領域の内の一つを焦点検出演算の対象領域に設定する。このとき、所定の順序で設定してもよいし、任意の順序で設定してもよい。今、領域Ｅ４が設定されたとしてステップ１０４へ戻る。
【００１８】
ステップ１０７で対象領域の焦点検出演算結果の信頼性があると判定された場合はステップ１０８へ進み、レンズ駆動制御部８は演算部６から入力された値に基づいてモーター９を駆動し、対物レンズ１を合焦駆動する。そして、演算部６はステップ１０９でまだ読み出しをしていないイメージセンサーのデータを読み出し、ステップ１１０でイメージセンサー群３の各イメージセンサー（以下、各列という）のデータのピーク値を検出する。そして、ステップ１１１で図３に示す全列制御パラメーター算出サブルーチンを実行し、次回の蓄積制御のための制御パラメーターを算出してステップ１０２へ戻る。
【００１９】
次に、全列制御パラメーター算出サブルーチンの概要を説明する。まず、優先領域に対応するイメージセンサーの制御パラメーターを算出し、次に非優先領域の制御パラメーターを算出する。その際に、非優先領域の蓄積時間は優先領域の蓄積時間よりも長くならないように制御する。これは、例えば優先領域が主要被写体を捉えており、焦点検出演算結果の信頼性があり、かつ明るくて対応するイメージセンサーの蓄積時間が短いのに対し、非優先領域が暗くて対応するイメージセンサーの蓄積時間が長い場合、非優先領域のイメージセンサー出力で焦点検出演算を行わないのにも拘わらず、焦点検出装置全体としての応答性が無駄に遅くなってしまうことになり、そのような不具合を避けるためである。
【００２０】
図３により、全列制御パラメーターの算出動作を説明する。まず、ステップ２０１で演算部６は制御パラメーター算出の対象領域を優先領域Ｅ１に設定する。そして、ステップ２０２ヘ進み、図４に示す各列制御パラメーター算出サブルーチンを実行して優先領域に対応したイメージセンサーの制御パラメーターを算出する。さらに、ステップ２０３では優先領域の確定蓄積時間を制限時間に設定する。確定蓄積時間については後述する。次に、ステップ２０４で、演算部６は制御パラメーター算出の対象領域を非優先領域の内の一つに設定する。設定の順序は任意で構わない。そして、ステップ２０５で図４に示す各列制御パラメーター算出サブルーチンを実行し、設定した領域に対応するイメージセンサーの制御パラメーターを算出する。全列の制御パラメーターの算出が終了するまでステップ２０４、２０５を繰り返し、終了したら図３のステップ１１１へリターンする。
【００２１】
各列制御パラメーター算出サブルーチンの動作を説明する前に、図７により最適蓄積時間の算出方法について説明する。自動焦点調節の方法において、デフォーカス量検出の可否や、デフォーカス量の信頼性などは被写体の光輝度分布であるコントラストの高さに大きく依存している。したがって、被写体のコントラストを最適にイメージセンサー出力に反映させる必要がある。例えば図７（ａ）に示すような絵を見た場合に、図７（ｃ）に示すような出力になるのが望ましい。ここで、Ｖｓａｔは光電変換素子の飽和レベルを示す。しかし、蓄積時間が短いと図７（ｂ）に示すようにコントラストが低くなってしまう。逆に、蓄積時間が長いと図７（ｄ）に示すように本来あるべきコントラストがなくなることがある。したがって、適当な大きさの画像出力を得る必要があり、そのために適当な蓄積時間で電荷蓄積を行わなければならない。
【００２２】
この適当な蓄積時間を求めるために、今回の蓄積動作における蓄積時間とイメージセンサーの画像出力とに基づいて、次回の蓄積動作における出力のピーク値が適当な値になるような蓄積時間を算出する方法がある。例えば今回、図７（ｂ）に示すようなイメージセンサーの画像出力が得られ、そのときの蓄積時間がＴｂ、ピーク値がＶｂであったとする。この場合は次回の蓄積動作において図７（ｃ）に示すような適当な出力を得るには、蓄積時間を次のように算出すればよい。
【数１】
Ｔｃ＝（Ｖｃ／Ｖｂ）×Ｔｂ
ここで、Ｖｃは目標値でＶｃ＝Ａ×Ｖｓａｔ、Ａは１未満の正の実数であり、このＡの大きさで画像出力の「適当な大きさ」が決定する。Ａが小さいと常に画像出力のコントラストが低くなってしまい、逆に大きいと被写体の明るさが少し明るく変化しただけですぐに画像出力が飽和してしまう。以下、この方法をＡＧＣ（Ａｕｔｏ　Ｇａｉｎ　Ｃｏｎｔｒｏｌ）と略す。ただし、図７（ｄ）に示すような出力が得られた場合は、次回の蓄積時間を今回の蓄積時間の何分の一にして良いのかが不明なので、所定分の一にするしかない。ここで、以上の画像出力の大きさには暗電流などのノイズ成分はふくまれていないものとする。
【００２３】
ところで、被写体輝度が一定でもゲインが異なると蓄積時間も異なるので、計算を単純にするために上記数式１による蓄積時間算出の際には図５に示す最小ゲインＧ１に設定した場合の蓄積時間に換算して考える。これを仮蓄積時間と呼び、実際に制御する際の蓄積時間を確定蓄積時間と呼ぶことにする。例えばＧ１とＧ２とではゲインが２倍違うとし、あるときに仮蓄積時間がＴＬで、ゲインＧ２が選択されたとする。そうすると、確定蓄積時間ＴＩは以下の式で求められる。
【数２】
ＴＩ＝ＴＬ／２
このように、まず今回の仮蓄積時間から次回の最適な仮蓄積時間を求めて、その仮蓄積時間の長さに応じてゲインを選択し、最後に仮蓄積時間とゲインから確定蓄積時間を算出する。
【００２４】
次に、図４により各列制御パラメーター算出動作を説明する。まず、ステップ３０１で演算部６は短縮判定を行う。検出したピーク値がＶｓａｔに達していたらイメージセンサー出力は図７（ｄ）に示すように飽和しているのでステップ３０２からステップ３０４へ進み、蓄積時間を短縮する。例えば次回の仮蓄積時間は今回の仮蓄積時間の１／２にする。短縮が不要であればステップ３０３へ進み、数式１のＡＧＣにより次回の最適な仮蓄積時間を求める。
【００２５】
制御パラメーター算出対象領域が優先領域ならばステップ３０５からステップ３０６へ進み、ゲインを選択する。ここでは、図５に示すゲインと確定蓄積時間との関係をゲインと仮蓄積時間との関係に変換し、この関係に基づいてゲインを選択する。例えばＧ１とＧ２とではゲインが２倍違うとし、図５のＧ２の使用する確定蓄積時間の範囲がＴＩ１〜ＴＩ２だとすると、この範囲を仮蓄積時間に変換するとＴＩ１×２〜ＴＩ２×２となる。優先領域Ｅ１の被写体輝度がＢＶ１ならばゲインＧ４が選択されるはずである。制御パラメーター算出対象領域が非優先領域ならばステップ３０５からステップ３０７へ進み、ゲインをＧ１に設定する。
【００２６】
次に、ステップ３０８へ進み、数式２により確定蓄積時間を求める。このとき、求めた確定蓄積時間が最短蓄積時間Ｔ４よりも短ければ、確定蓄積時間＝最短蓄積時間Ｔ４とする。また、確定蓄積時間が最長蓄積時間Ｔ０よりも長ければ、確定蓄積時間＝最長蓄積時間Ｔ０とする。そして、制御パラメーター算出対象領域が非優先領域ならばステップ３０９からステップ３１０へ進み、求めた確定蓄積時間が制限時間よりも長いか否かを判定する。長ければステップ３１１でゲインを１段大きくしてステップ３０８へ戻り、再度確定蓄積時間の算出を行う。
【００２７】
こうして非優先領域に対応する確定蓄積時間が制限時間以内になるまでゲインを大きくしていく。ステップ３０７で非優先領域の次回ゲインをいったんＧ１に設定することによって、例えば非優先域Ｅ４の被写体輝度がＢＶ２ならば選択されるゲインは従来のＧ３ではなくてＧ１のままで済む。ステップ３１０で、もし最大ゲインにしても制限時間よりも長い場合は次回確定蓄積時間を制限時間と同じに設定する。
【００２８】
このように一実施の形態では、被写界の複数の焦点検出領域のそれぞれに対応する複数のイメージセンサー（イメージセンサー群３）と、複数の焦点検出領域の中から対物レンズ１の焦点検出演算を行う領域を選択する領域選択部１０と、複数のゲイン（増幅率）Ｇ１〜Ｇ４を有し、各イメージセンサーの出力を増幅するアンプ４と、領域選択部１０の選択領域に対応するイメージセンサーから出力され、アンプ４で増幅された信号に基づいて対物レンズ１０の焦点検出演算を行う演算部６と、各イメージセンサーから出力され、アンプ４で増幅された信号に基づいて、次回の電荷蓄積時の各イメージセンサーの電荷蓄積時間とアンプ４のゲインを設定する演算部６とを備え、演算部６によって、領域選択部１０の選択領域（優先領域）以外の焦点検出領域（非優先領域）に対応するイメージセンサーの電荷蓄積時間が、領域選択部１０による選択領域に対応するイメージセンサーの電荷蓄積時間以下となるゲインの内の最小のゲインを設定するようにした。これにより、複数のイメージセンサーを制御する場合に、無駄にゲインを上げてノイズを増やし、焦点検出精度を劣化させないようにすることができる。
【００２９】
特許請求の範囲の構成要素と一実施の形態の構成要素との対応関係は次の通りである。すなわち、イメージセンサー群３のイメージセンサーが電荷蓄積型光電変換手段を、対物レンズ１が撮影光学系を、領域選択部１０が領域選択手段を、アンプ４が増幅手段を、演算部６が焦点検出演算手段および制御パラメーター設定手段をそれぞれ構成する。なお、本発明の特徴的な機能を損なわない限り、各構成要素は上記構成に限定されるものではない。
【００３０】
なお、上述した一実施の形態では４種類のゲインＧ１〜Ｇ４を例に上げて説明したが、ゲインの種類は上述した一実施の形態に限定されない。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、複数の光電変換手段を制御する際に、無駄に増幅率を上げてノイズを増やし、焦点検出精度が劣化するのを避けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施の形態の構成を示す図である。
【図２】一実施の形態のメインルーチンを示すフローチャートである。
【図３】全列制御パラメーター算出サブルーチンを示すフローチャートである。
【図４】各列制御パラメーター算出サブルーチンを示すフローチャートである。
【図５】輝度と最適な確定蓄積時間の関係を説明するための図である。
【図６】多点測距方式を説明するための図である。
【図７】ＡＧＣを説明するための図である。
【符号の説明】
１　対物レンズ
２　焦点検出光学系
３　イメージセンサー群
４　アンプ
５　Ａ／Ｄ変換部
６　演算部
７　イメージセンサー駆動制御部
８　レンズ駆動制御部
９　モーター
１０　領域選択部
【図１】
2004109569.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2004109569.tif 000007
【図６】
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【図７】
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