(57)【要約】【課題】イメージセンサアレイからの出力信号に含まれるノイズの影響を抑えるようにした焦点検出装置を得る。【解決手段】演算部６は、一対の被写体像を示すイメージセンサ３による信号データに基づいて対物レンズ１のデフォーカス量を求め、レンズ駆動制御部８にモータ９を駆動させてフォーカスレンズを合焦位置へ移動させる。前回の焦点検出演算においてデフォーカス量の信頼性が無く、イメージセンサ３からの信号データのノイズ量が多くてノイズ判定閾値Ｓｔｈ２以上の場合に、次回の電荷蓄積時のアンプ４のゲインを前回のゲインより小さく設定するようにイメージセンサ駆動制御部７へコードを出力する。演算部６はさらに、アンプゲインに応じて最適な電荷蓄積時間（確定電荷蓄積時間）を算出し、この算出値で次回の電荷蓄積を行うようにイメージセンサ駆動制御部７へコードを出力する。【選択図】図１
2004317562.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対物レンズを通過した光束を受光し、受光した光の強さに応じた信号を出力する電荷蓄積型の光電変換素子と、
前記光電変換素子から出力される信号を所定の増幅率で増幅する増幅手段と、
前記増幅手段による増幅後の信号を用いて前記対物レンズの焦点調節状態を検出する焦点検出手段と、
前記増幅手段の増幅率を設定する制御パラメータ設定手段と、
前記信号のノイズ量を検出するノイズ量検出手段と、
前記ノイズ量検出手段によって検出されたノイズ量があらかじめ定められる値より多いとき、前記増幅率を小さくするように前記制御パラメータ設定手段を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。
【請求項２】
対物レンズを通過した光束を受光し、受光した光の強さに応じた信号を出力する電荷蓄積型の光電変換素子と、
前記光電変換素子から出力される信号を所定の増幅率で増幅する増幅手段と、
前記増幅手段による増幅後の信号を用いて前記対物レンズの焦点調節状態を検出する焦点検出手段と、
前記増幅手段の増幅率を設定する制御パラメータ設定手段と、
前記信号のノイズ量を検出するノイズ量検出手段と、
前記焦点検出手段によって検出されたデフォーカス量の信頼性の有無を判定する信頼性判定手段と、
前記信頼性判定手段で前記信頼性無しが判定され、前記ノイズ量検出手段によって検出されたノイズ量があらかじめ定められる値より多いとき、前記増幅率を小さくするように前記制御パラメータ設定手段を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。
【請求項３】
請求項１または２に記載の焦点検出装置において、
前記光電変換素子は、複数の画素に対応する信号をそれぞれ出力し、
前記ノイズ量検出手段は、前記光電変換素子の所定数離れた画素間で前記信号値の差分の絶対値があらかじめ定められる差分値以下となる前記絶対値の和を前記複数の画素に亘って算出することにより前記ノイズ量を検出することを特徴とする焦点検出装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載の焦点検出装置において、
前記光電変換素子は、複数の画素に対応する信号をそれぞれ出力し、
前記ノイズ量検出手段は、前記信号から高周波数成分を抽出し、前記光電変換素子の所定数離れた画素間で前記抽出後の信号値の差分の絶対値があらかじめ定められる差分値以下となる前記絶対値の和を前記複数の画素に亘って算出することにより前記ノイズ量を検出することを特徴とする焦点検出装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の焦点検出装置において、
前記制御パラメータ設定手段は、前記光電変換素子の電荷蓄積時間をさらに設定し、
前記制御手段は、前記ノイズ量検出手段で検出されるノイズ量が多いほど前記電荷蓄積時間の上限を長く変更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、カメラなどの撮影レンズの焦点調節状態を検出する焦点検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
撮影レンズを通過した光束の一部をライン状のイメージセンサアレイに導き、このイメージセンサアレイから出力される信号に基づいて撮影レンズのデフォーカス量を求める焦点検出装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。一般に、イメージセンサアレイの出力信号にはノイズが重畳し、このノイズはデフォーカス量演算に悪影響を及ぼす。そこで、特許文献１には、イメージセンサアレイの出力信号に含まれるノイズ量を検出し、検出されるノイズ量に応じてデフォーカス量演算を繰り返し行い、演算結果の平均値をデフォーカス量とする技術が記載されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−５６２１２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
デフォーカス量を平均すると、イメージセンサアレイの電荷蓄積、イメージセンサアレイからの電荷信号読出し、ノイズ量検出およびデフォーカス量算出などの一連の処理を繰り返し行う必要があり、処理時間が長くなるという問題が生じる。とくに、被写体輝度が低く、イメージセンサアレイからの出力信号レベルが低下する場合には問題になりやすい。
【０００５】
本発明は、処理時間の増加を抑えつつ光電変換素子（イメージセンサアレイなど）の出力信号に含まれるノイズの影響を抑えるようにした焦点検出装置を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明による焦点検出装置は、対物レンズを通過した光束を受光し、受光した光の強さに応じた信号を出力する電荷蓄積型の光電変換素子と、光電変換素子から出力される信号を所定の増幅率で増幅する増幅手段と、増幅手段による増幅後の信号を用いて対物レンズの焦点調節状態を検出する焦点検出手段と、増幅手段の増幅率を設定する制御パラメータ設定手段と、信号のノイズ量を検出するノイズ量検出手段と、ノイズ量検出手段によって検出されたノイズ量があらかじめ定められる値より多いとき、増幅率を小さくするように制御パラメータ設定手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
請求項２に記載の発明による焦点検出装置は、対物レンズを通過した光束を受光し、受光した光の強さに応じた信号を出力する電荷蓄積型の光電変換素子と、光電変換素子から出力される信号を所定の増幅率で増幅する増幅手段と、増幅手段による増幅後の信号を用いて対物レンズの焦点調節状態を検出する焦点検出手段と、増幅手段の増幅率を設定する制御パラメータ設定手段と、信号のノイズ量を検出するノイズ量検出手段と、焦点検出手段によって検出されたデフォーカス量の信頼性の有無を判定する信頼性判定手段と、信頼性判定手段で信頼性無しが判定され、ノイズ量検出手段によって検出されたノイズ量があらかじめ定められる値より多いとき、増幅率を小さくするように制御パラメータ設定手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
上記焦点検出装置は、複数の画素に対応する信号をそれぞれ出力するように光電変換素子を構成してもよい。この場合のノイズ量検出手段は、光電変換素子の所定数離れた画素間で信号値の差分の絶対値があらかじめ定められる差分値以下となる絶対値の和を複数の画素に亘って算出することにより、ノイズ量を検出することもできる。
また、複数の画素に対応する信号をそれぞれ出力するように光電変換素子が構成される焦点検出装置のノイズ量検出手段は、信号から高周波数成分を抽出し、光電変換素子の所定数離れた画素間で抽出後の信号値の差分の絶対値があらかじめ定められる差分値以下となる絶対値の和を複数の画素に亘って算出することにより、ノイズ量を検出することもできる。
上記制御パラメータ設定手段は、光電変換素子の電荷蓄積時間をさらに設定するように構成してもよく、この場合の制御手段は、ノイズ量検出手段で検出されるノイズ量が多いほど電荷蓄積時間の上限を長く変更することもできる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の一実施の形態によるオートフォーカスカメラの焦点検出装置を説明する機能ブロック図である。図１において、被写体からの焦点検出用光束は、対物レンズ１を通過した後、焦点検出光学系２を介してイメージセンサ３へ導かれる。イメージセンサ３は、入射光の強さに応じた信号を出力する複数の光電変換素子をライン状に並べたセンサーアレイ（たとえば、ＣＣＤラインセンサ）によって構成されている。
【０００８】
イメージセンサ３は、各光電変換素子に対応してそれぞれ電荷を蓄積し、当該蓄積電荷による信号をアンプ４へ出力する。アンプ４は、入力された信号を所定の増幅率（ゲイン）で増幅し、増幅後の信号をＡ／Ｄ変換部５へ出力する。Ａ／Ｄ変換部５は、アナログ信号をディジタルデータに変換して演算部６へ送出する。
【０００９】
演算部６は、焦点検出演算部、制御パラメータ演算部、およびノイズ量検出部を含む。焦点検出演算部は、イメージセンサ３からの信号データを用いて後述する焦点検出演算を実行し、対物レンズ１のデフォーカス量を算出する。演算部６は、デフォーカス量演算を繰り返し行い、常に最新のデフォーカス量を得るように構成されている。制御パラメータ演算部は、前回のデフォーカス量算出時の制御パラメータ、前回算出されたデフォーカス量、および前回のデフォーカス量算出時の信号データに含まれるノイズ量とに基づいて、次回のデフォーカス量算出時の制御パラメータを演算する。
【００１０】
ここで、制御パラメータは、イメージセンサ３の電荷蓄積時間、ならびにアンプ４のゲインのことをいう。ノイズ量検出部は、イメージセンサ３からの信号データに含まれるノイズ量を検出する。
【００１１】
イメージセンサ駆動制御部７は、制御パラメータ演算部による演算結果に応じてイメージセンサ３に対して電荷蓄積動作の開始、終了および電荷信号読出しなどの駆動制御を行うとともに、制御パラメータ演算部による演算結果に応じてアンプ４に対してゲイン切り換え指示を出力する。
【００１２】
レンズ駆動制御部８は、焦点検出演算部が算出したデフォーカス量に基づいてモータ９を駆動制御し、対物レンズ１が合焦状態となるように不図示のフォーカスレンズを光軸方向に進退移動させる。
【００１３】
本実施の形態による焦点検出装置は、位相差検出方式による焦点検出処理を行う。本発明は、焦点検出処理で用いられる制御パラメータの決定に特徴を有する。
【００１４】
以下、上記の焦点検出装置が行う焦点検出処理について詳細に説明する。図２は、焦点検出光学系の要部構成を示す図である。図２において、焦点検出用の光束のうち対物レンズ１００（図１において対物レンズ１）の領域１０１を介して入射した光束は、感光部材（フィルムもしくは撮像素子）等価面６００上で焦点を結んだ後、バンドパスフィルタ７００、視野マスク２００、フィールドレンズ３００、絞り開口部４０１および再結像レンズ５０１を通り、イメージセンサ８００（図１においてイメージセンサ３）のＡ列上に結像する。
【００１５】
同様に、焦点検出用の光束のうち対物レンズ１００の領域１０２を介して入射した光束は、感光部材等価面６００上で焦点を結んだ後、バンドパスフィルタ７００、視野マスク２００、フィールドレンズ３００、絞り開口部４０２および再結像レンズ５０２を通り、イメージセンサ８００のＢ列上に結像する。
【００１６】
これらイメージセンサ８００のＡ列、Ｂ列上に結像した一対の被写体像は、対物レンズ１００が予定焦点面よりも前に被写体の鮮鋭像を結ぶいわゆる前ピン状態では互いに近づき、逆に予定焦点面より後ろに被写体の鮮鋭像を結ぶいわゆる後ピン状態では互いに遠ざかる。予定焦点面において被写体の鮮鋭像を結ぶ合焦時には、イメージセンサ８００のＡ列、Ｂ列上の一対の被写体像が相対的に一致する。したがって、一対の被写体像をイメージセンサ８００のＡ列、Ｂ列のそれぞれで光電変換して電気信号に変え、一対の被写体像を示す信号を演算処理してＡ列およびＢ列間の被写体像の相対位置ズレ量を求めることにより、対物レンズ１００の焦点調節状態、すなわちデフォーカス量が得られる。
【００１７】
イメージセンサ８００のＡ列、Ｂ列用の再結像レンズ５０１、５０２による投影像は、予定焦点面近傍で重なる。投影像が重なる領域は、撮影画面における焦点検出領域に対応する。
【００１８】
演算部６は、デフォーカス量の演算処理を以下のように行う。イメージセンサ８００のＡ列およびＢ列の出力信号を、それぞれデータ列ａ［１］，ａ［２］，…，ａ［ｎ］、データ列ｂ［１］，ｂ［２］，…，ｂ［ｎ］で表すと、Ａ列の出力信号波形は図３（ａ）で、Ｂ列の出力信号波形は図３（ｂ）で、それぞれ表される。図３（ａ）、（ｂ）は、横軸が各センサの画素番号（１〜ｎ）を表し、縦軸が画素単位の出力信号を表す。デフォーカス量演算では、これら一対のデータ列のうち所定範囲のデータを相対的に所定データ数Ｌずつシフトさせながら、次式（１）により相関量Ｃ［Ｌ］の演算を行う。最大シフト数をｌｍａｘとすると、Ｌの範囲は−ｌｍａｘから＋ｌｍａｘとなる。
【数１】
2004317562.tif 000003
ただし、ｊ−ｉ＝Ｌ、Ｌ＝−ｌｍａｘ，．．．，−２，−１，０，１，２，．．．，ｌｍａｘであり、上述のごとくデータ列のシフト量に当たる整数である。
【００１９】
初項ｋと最終項ｒは、たとえば、次式（２）の如く、シフト量Ｌに依存して変化させる。
【数２】
2004317562.tif 000004
ここでｋ０、ｒ０はシフト量Ｌが０の時の初項と最終項である。
【００２０】
初項ｋおよび最終項ｒを、シフト量Ｌにかかわらず一定にするようにしてもよい。この場合には、Ａ列およびＢ列のうち一方のデータ列の相関演算に使用する範囲が常に一定となり、他方のデータ列の演算使用範囲のみがズレる。
【００２１】
相対位置ズレ量は、一対のデータ列が一致したときのシフト量Ｌとなる。演算部６は、相関量Ｃ［Ｌ］の中で極小値を与えるシフト量を検出し、このシフト量に対して所定の定数を掛けてデフォーカス量を算出する。したがって、最大シフト数ｌｍａｘが大きいほど、大きなデフォーカス量を検出できる。
【００２２】
相関量Ｃ［Ｌ］は、図３（ｃ）に示すように離散的な値をとる。すなわち、検出可能なデフォーカス量の最小単位は、イメージセンサ８００を構成する光電変換素子の画素ピッチ幅によって制限される。そこで、図３（ｃ）で示される離散的な相関量Ｃ［Ｌ］に対し、次式（３）、（４）による３点内挿演算を行って相関量カーブの極小点に対応するシフト量Ｆｍを算出する（図４）。図４においてシフト量Ｆｍは、相関量Ｃ［Ｌ］の最小点Ｃ０と点Ｃ１とを通る傾きαの直線と、点Ｃ−１を通る傾き−αの直線との交点に対応する。シフト量Ｆｍに対応する相関量の極小値Ｃｅｘは、相関量Ｃ［Ｌ］の真の極小値である。
【００２３】
【数３】
2004317562.tif 000005
ただし、Ｅはスロープである。ＭＡＸ｛Ｃａ，Ｃｂ｝は、ＣａおよびＣｂのうち大きい方を選択する演算を表す。
【数４】
Ｆｍ＝Ｌ＋ＤＬ／Ｅ                                  （４）
【００２４】
デフォーカス量ＤＦは、シフト量Ｆｍを用いて次式（５）によって算出される。
【数５】
ＤＦ＝Ｋｆ×Ｆｍ                                    （５）
ただし、Ｋｆは図２の光学系およびイメージセンサ８００の光電変換素子の画素ピッチ幅によってあらかじめ決定される定数である。
【００２５】
演算部６は、デフォーカス量ＤＦについて次式（６）を用いて信頼性判定する。
【数６】
2004317562.tif 000006
ただし、数値Ｅ１、Ｇ１はそれぞれ所定の判定閾値である。スロープＥは、その値が大きいほどコントラストが高く、デフォーカス量演算結果の信頼性が高いことを示す。相関量の極小値Ｃｅｘは、一対のデータ列が最も一致するときの差分であり、理論的に０となる。しかしながら、実際にはノイズの影響、領域１０１および領域１０２間で生じる視差に起因して一対の被写体像間に微妙な差が生じるので０にならない。そこで、Ｃｅｘ／Ｅを判定閾値Ｇ１と比較することにより、真のデフォーカス量が得られているか否かの判定を行う。Ｃｅｘ／Ｅが０に近いほど、一対のデータ列の一致度が高く、デフォーカス量演算結果の信頼性が高いことを示す。
【００２６】
演算部６は、上式（６）の両式が成立する場合に信頼性有りを判定し、少なくとも一方が成立しない場合に信頼性無しを判定する。信頼性有りの場合は、デフォーカス量ＤＦが真のデフォーカス量を示しているとみなす。信頼性無しの場合は、ノイズ等によって生じた相関量の揺らぎの影響を受けているおそれがあるとみなす。
【００２７】
なお、スロープＥの代わりに一対のデータ列の一方に関するコントラストを算出し、これを用いて信頼性判定を行ってもよい。
【００２８】
本実施の形態では、上式（１）〜上式（６）の相関演算、補間演算、および信頼性判定をまとめて焦点検出演算と呼ぶ。また、スロープＥをコントラスト情報Ｅと呼ぶことにする。演算部６は、焦点検出演算に関して信頼性有りを判定すると、デフォーカス量ＤＦに基づく対物レンズ１の駆動を行う。一般に、ノイズに起因する焦点検出演算結果のバラツキや、進退駆動したフォーカスレンズの停止精度等により、デフォーカス量ＤＦ＝０まで追い込むことは困難である。そこで、演算部６は、デフォーカス量ＤＦ＝０を基準とする所定範囲（たとえば、±７０μｍ）内に追い込めれば合焦と見なし、フォーカスレンズの進退駆動を停止する。この所定範囲（深度）は合焦ゾーンと呼ばれる。
【００２９】
演算部６で行われる焦点検出処理の流れについて、図５のフローチャートを参照して説明する。図５による処理は、たとえば、不図示のレリーズボタンが半押し操作されると起動する。図５のステップ＃１０１において、演算部６は、イメージセンサ駆動制御部７に対して制御パラメータを初期化する指示を出力する。これにより、イメージセンサ駆動制御部７は、アンプ４のゲインをあらかじめ定められているゲイン設定範囲の中で最低値に、イメージセンサ３の電荷蓄積時間をあらかじめ定められている時間設定範囲の中で最短時間に、それぞれセットする。演算部６はさらに、ゲイン強制切替フラグｆｌｇを初期値０にセットしてステップ＃１０２へ進む。ゲイン強制切替フラグｆｌｇは、アンプ４のゲインを強制的に小さく切り換える場合に１がセットされるフラグである。
【００３０】
ステップ＃１０２において、演算部６は、イメージセンサ駆動制御部７に対して蓄積開始コードを出力するとともに、不図示のタイマ回路で計時を開始してステップ＃１０３へ進む。これにより、イメージセンサ駆動制御部７が与えられたコードをデコードし、イメージセンサ３に電荷蓄積を開始させる。タイマ回路による計時時間は、次回の蓄積制御のために制御パラメータが算出されている場合は当該制御パラメータが示す電荷蓄積時間とし、算出されていない場合は制御パラメータの初期値が示す時間とする。
【００３１】
ステップ＃１０３において、演算部６は、計時時間が所定時間に達するとイメージセンサ駆動制御部７に対して蓄積終了コードを出力するとともに、タイマ回路の計時を終了してステップ＃１０４へ進む。これにより、イメージセンサ駆動制御部７が与えられたコードをデコードし、イメージセンサ３に電荷蓄積を終了させる。
【００３２】
ステップ＃１０４において、演算部６は、イメージセンサ駆動制御部７に対して、ゲイン切替コードおよび蓄積電荷読み出しコードを出力する。これにより、イメージセンサ駆動制御部７は、アンプ４にゲイン切替指示を行う。アンプ４のゲインは、次回の蓄積制御のために制御パラメータが算出されている場合は当該制御パラメータが示すゲインとし、算出されていない場合は制御パラメータの初期値が示すゲインとする。イメージセンサ駆動制御部７はさらに、与えられたコードをデコードし、イメージセンサ３から電荷信号を出力させる。この結果、増幅後の電荷信号がディジタル値に変換され、変換後のディジタル信号データが演算部６へ入力される。
【００３３】
ステップ＃１０５において、演算部６は、入力された信号データのピーク値を検出してステップ＃１０６へ進む。ステップ＃１０６において、演算部６は、入力された信号データのノイズ量を検出してステップ＃１０７へ進む。ノイズ量の検出については後述する。ステップ＃１０７において、演算部６は、入力信号データを用いて上述したようにデフォーカス量を算出し、ステップ＃１０８へ進む。ステップ＃１０８において、演算部６は、レンズ駆動制御部８に対してモータ９の駆動を指示し、ステップ＃１０９へ進む。これにより、対物レンズ１のフォーカスレンズが光軸方向に駆動される。
【００３４】
ステップ＃１０９において、演算部６は、次回の電荷蓄積制御のための制御パラメータ算出処理を行う。次回の制御パラメータ算出処理の詳細については後述する。ここで、演算部６は、上述したレリーズボタン（不図示）の半押し操作が継続される場合に、焦点検出処理を繰り返し行うように構成されている。演算部６は、フォーカスレンズ駆動後の新たなデフォーカス量算出に用いる信号データを得るために、次回の蓄積制御のための制御パラメータ算出し、ステップ＃１０２へ戻る。なお、レリーズボタン（不図示）の半押し操作が継続されない場合（半押し操作が終了、もしくは全押し操作による撮影指示が行われた場合）には、演算部６は図５による処理を終了する。
【００３５】
上述したノイズ量検出処理は、以下のように行う。演算部６は、入力された信号データから次式（７）を用いてイメージセンサ８００のＡ列に対応するデータが有する高周波数成分Ｆａ［ｉ］を抽出する。
【数７】
Ｆａ［ｉ］＝−ａ［ｉ］＋２ａ［ｉ＋ｓ］−ａ［ｉ＋２ｓ］    （７）
ただし、ｉは１から（ｎ−２ｓ）までの整数、ａ［ｉ］はイメージセンサ８００のＡ列の画素番号ｉに対応するデータ、ｎはイメージセンサ８００のＡ列の総画素数である。ｓは１〜３のいずれかの整数とする。ｓの値を小さくするほど信号の高い周波数成分が抽出される。上式（７）により、イメージセンサ８００による信号データから直流成分を含む低周波数成分が除外され、ノイズを含む高周波数成分が残る。
【００３６】
続いて演算部６は、次式（８）を用いてＡ列に対応するデータが有するノイズ量ＮｉｚＡを算出する。
【数８】
2004317562.tif 000007
ただし、ｍは１〜５のいずれかの整数とする。ｍの値を小さくするほどノイズの高い周波数成分を抽出できる。上式（８）により、データ列内のｍデータおきの信号レベル差が積算される
【００３７】
演算部６は、｜Ｆａ［ｉ］−Ｆａ［ｉ＋ｍ］｜があらかじめ用意される所定値Ｓｔｈ１より大きいと、当該項は上式（８）で加算しない。この理由は、当該項がノイズでなく被写体のコントラストを示すと考えられるからである。なお、所定値Ｓｔｈ１は、アンプ４に設定されるゲインごとに異なる値にしてもよい。
【００３８】
演算部６は、上式（７）および（８）による算出処理をイメージセンサ８００のＢ列に対応するデータについても同様に行い、Ｂ列に対応するデータが有するノイズ量ＮｉｚＢを算出する。演算部６は、ノイズ量ＮｉｚＡおよびノイズ量ＮｉｚＢのうち大きい方を電荷蓄積信号のノイズ量とする。
【００３９】
制御パラメータについて説明する。
（イメージセンサの電荷蓄積時間）
焦点検出演算で得られるデフォーカス量の信頼性は、主要被写体の輝度分布から得られる上記コントラスト情報Ｅの大きさに依存する。したがって、被写体の輝度分布を適切にイメージセンサ３の出力信号に反映させる必要がある。たとえば、図６（ａ）に示す画像による被写体像を示す一対のデータをイメージセンサ３で得る場合、Ａ列およびＢ列の出力信号波形はそれぞれ図６（ｃ）に示す波形になるのが望ましい。イメージセンサ３の出力信号レベルは蓄積された電荷量に比例するので、電荷蓄積時間を長くすると信号レベルが増加し、電荷蓄積時間を短くすると信号レベルが低下する。
【００４０】
電荷蓄積時間が短すぎる場合（電荷蓄積時間Ｔ＝Ｔｂ）は、図６（ｂ）に示す波形のように、出力信号波形のピーク値Ｖｂがイメージセンサ３の飽和信号レベルＶｓａｔの１／２以下になり、十分なコントラスト情報Ｅを得られない。電荷蓄積時間が長すぎる場合（電荷蓄積時間Ｔ＝Ｔｄ）は、図６（ｄ）に示す波形のように、出力信号波形が飽和信号レベルＶｓａｔに達してしまい、正確なコントラスト情報Ｅを得られない。そこで、図６（ｃ）に示す波形のように、出力信号波形のピーク値Ｖｃがイメージセンサ３の飽和信号レベルＶｓａｔに対して、たとえば、５０％〜７０％の範囲に収まるように、演算部６が電荷蓄積時間Ｔ＝Ｔｃを設定する。
【００４１】
演算部６は、電荷蓄積時間Ｔｃを次式（９）を用いて算出する。
【数９】
Ｔｃ＝（Ｖｃ／Ｖｂ）×Ｔｂ                  （９）
ただし、Ｖｂは前回の電荷蓄積で得られた出力信号波形のピーク値、Ｖｃは次回の電荷蓄積で得ようとする出力信号波形のピーク値（目標値）、Ｔｂは前回の電荷蓄積時の電荷蓄積時間とする。
【００４２】
（アンプのゲイン）
主要被写体の輝度が低い場合は、イメージセンサ３の出力信号波形のピーク値を目標値Ｖｃに近づけるために電荷蓄積時間Ｔｃを長くする必要がある。電荷蓄積時間Ｔｃを長くすることは、図５の焦点検出処理に要する時間の増加につながる。そこで、電荷蓄積時間Ｔｃを所定時間より長くしないように制限することによって焦点検出処理の応答性を高める（処理時間を短縮する）とともに、電荷蓄積時間の制限によって低下するイメージセンサ３の出力信号レベルをアンプ４の増幅で補うように、アンプ４のゲインを高める。
【００４３】
図７は、焦点検出を行うための主要被写体の輝度と、イメージセンサ３の電荷蓄積時間との関係を説明する図である。図７において、両対数グラフの横軸は被写体輝度ＢＶを、縦軸は電荷蓄積時間Ｔをそれぞれ表す。直線Ｇ１〜直線Ｇ４は、それぞれアンプ４のゲインがＧ１〜Ｇ４の場合の最適電荷蓄積時間を示す。ゲインの大きさは、Ｇ２＝Ｇ１×Ｒ、Ｇ３＝Ｇ２×Ｒ、Ｇ４＝Ｇ３×Ｒの関係をそれぞれ有する。
【００４４】
演算部６は、被写体輝度ＢＶが高い場合にゲインＧ１を選択する。この場合の最適電荷蓄積時間Ｔは直線Ｇ１によって示される。直線Ｇ１は、被写体輝度ＢＶの低下とともに最適電荷蓄積時間が長くなることを表している。被写体輝度ＢＶが低下してβ１になった場合、ゲインＧ１を選択している場合の電荷蓄積時間がＴｆ１を超えないように制限するため、演算部６はゲインＧ１に代えてゲインＧ２を選択する。この場合の最適電荷蓄積時間Ｔは直線Ｇ２によって示される。このとき、演算部６は電荷蓄積時間をＴｆ１からＴｆ１／Ｒに短くする。
【００４５】
同様に、被写体輝度ＢＶが低下してβ２になった場合、ゲインＧ２を選択している場合の電荷蓄積時間がＴｆ３を超えないように制限するため、演算部６はゲインＧ２に代えてゲインＧ３を選択する。この場合の最適電荷蓄積時間Ｔは直線Ｇ３によって示される。このとき、演算部６は電荷蓄積時間をＴｆ３からＴｆ３／Ｒに短くする。さらに被写体輝度ＢＶが低下してβ３になった場合、ゲインＧ３を選択している場合の電荷蓄積時間がＴｆ５を超えないように制限するため、演算部６はゲインＧ３に代えてゲインＧ４を選択する。この場合の最適電荷蓄積時間Ｔは直線Ｇ４によって示される。このとき、演算部６は電荷蓄積時間をＴｆ５からＴｆ５／Ｒに短くする。被写体輝度ＢＶが低下してβ４を下回った場合は、演算部６はゲインＧ４を保持して電荷蓄積時間もＴｆ７のままにする。Ｔｆ７は最長蓄積時間である。このように、各ゲインごとに電荷蓄積時間を制限することにより、焦点検出処理に要する時間が長くなる（応答が悪くなる）ことを防止する。
【００４６】
上記直線Ｇ１〜Ｇ４にはそれぞれヒステリシスが設けられている。ゲインＧ４を選択した状態、すなわち、最適電荷蓄積時間Ｔが直線Ｇ４によって示される状態で被写体輝度ＢＶが上昇してβ３より高いβ３’になった場合に、演算部６はゲインＧ４に代えてゲインＧ３を選択する。被写体輝度β３およびβ３’の区間がヒステリシス区間である。同様に、被写体輝度β２およびβ２’の区間、ならびに被写体輝度β１およびβ１’の区間は、それぞれヒステリシス区間である。
【００４７】
演算部６は、アンプ４のゲイン選択に先立って仮の電荷蓄積時間を算出する。演算部６が実際にピーク検出を行う出力信号は、アンプ４による増幅後の信号である。そこで、計算を簡単にするために次式（１０）を用いることにより、電荷蓄積時間をアンプ４のゲインＧ１の場合の電荷蓄積時間に換算する。換算後の電荷蓄積時間を仮の電荷蓄積時間ＴＬと呼ぶ。なお、実際の設定ゲインに対応する電荷蓄積時間を確定電荷蓄積時間と呼ぶ。
【数１０】
ＴＬ＝Ｔｆ×Ｒｎ                            （１０）
ただし、Ｔｆは換算前の電荷蓄積時間（確定電荷蓄積時間）、ｎはゲイン比であり、ｎ＝３（ゲインＧ４選択時）、ｎ＝２（ゲインＧ３選択時）、ｎ＝１（ゲインＧ２選択時）、ｎ＝０（ゲインＧ１選択時）である。
【００４８】
演算部６は、仮電荷蓄積時間ＴＬを上式（９）のＴｂに代入し、前回の電荷蓄積で得られた出力信号波形のピーク値Ｖｂを次回の電荷蓄積で目標値Ｖｃに近づけるように、次回の仮電荷蓄積時間ＴＬｃを得る。ここで、前回の出力信号波形のピーク値Ｖｂが飽和信号レベルＶｓａｔに達している場合は、仮電荷蓄積時間ＴＬｃを前回の仮電荷蓄積時間の１／２にする。
【００４９】
演算部６は、仮電荷蓄積時間ＴＬｃに応じて仮ゲインＧＬを選択する。たとえば、仮電荷蓄積時間ＴＬｃが図６においてＴｆ１〜（Ｔｆ３−Ｔｆ２＋Ｔｆ１）の場合に、仮ゲインＧＬ２とする。同様に、仮電荷蓄積時間ＴＬｃがＴｆ３〜（Ｔｆ５−Ｔｆ４＋Ｔｆ３）の場合に、仮ゲインＧＬ３とする。
【００５０】
一般に、イメージセンサ３の出力信号には、イメージセンサ３の画素を構成するフォトダイオードに流れる暗電流に起因するノイズや、イメージセンサ３からの出力信号ラインで発生するノイズなどが重畳している。これらのノイズは、アンプ４で増幅するとアンプ４のゲインに応じて大きくなる。そこで、演算部６は、増幅後の信号に含まれるノイズが所定のノイズより大きい場合に低いゲインを選択し、電荷蓄積時間を長く変更する。イメージセンサ３の暗電流に起因するノイズは電荷蓄積時間の長さに比例して増加するが、高いゲインを選択する場合に比べてノイズ増加量は少ない。
【００５１】
図８は、ノイズ量が多い場合における主要被写体の輝度と、イメージセンサ３の電荷蓄積時間との関係を説明する図である。図８において、両対数グラフの横軸は被写体輝度ＢＶを、縦軸は電荷蓄積時間Ｔをそれぞれ表す。図７と同様に、直線Ｇ１〜直線Ｇ４は、それぞれアンプ４のゲインがＧ１〜Ｇ４の場合の最適電荷蓄積時間を示す。
【００５２】
演算部６は、被写体輝度ＢＶがＢＶ４の場合に仮ゲインＧ３を選択する。この場合の仮電荷蓄積時間は直線Ｇ３上の点Ｅによって示されるＴｆ１０である。演算部６は、制御パラメータがＧ３およびＴｆ１０の場合に得られる信号に含まれるノイズ量が所定値より多いとき、次回の仮ゲインとしてＧ３に代えてＧ２を選択する。この場合の仮電荷蓄積時間は直線Ｇ２の延長線上の点Ｆによって示されるＴｆ１１である。演算部６はさらに、変更後の制御パラメータにおいて得られる信号に含まれるノイズ量が所定値より多いとき、次回の仮ゲインとしてＧ２に代えてＧ１を選択する。この場合の仮電荷蓄積時間は直線Ｇ１の延長線上の点Ｈによって示されるＴｆ１２である。
【００５３】
演算部６で行われる次回の制御パラメータ算出処理（ステップ＃１０９）の詳細について、図９のフローチャートを参照して説明する。ステップ＃２０２において、演算部６は、電荷蓄積時間を短縮するか否かの判定を行う。演算部６は、ステップ＃１０５（図５）で検出した信号データのピーク値がイメージセンサ３の飽和信号レベルＶｓａｔに達している場合にステップ＃２０２を肯定判定し、ステップ＃２０４へ進む。
【００５４】
一方、演算部６は、ステップ＃１０５（図５）で検出した信号データのピーク値がイメージセンサ３の飽和信号レベルＶｓａｔに達していない場合にステップ＃２０２を否定判定し、ステップ＃２０３へ進む。
【００５５】
ステップ＃２０３において、演算部６は、上式（９）によりイメージセンサ３の仮電荷蓄積時間を算出してステップ＃２０５へ進む。ステップ＃２０４において、演算部６は、仮電荷蓄積時間を前回の電荷蓄積時の仮電荷蓄積時間の１／２に短縮してステップ＃２０５へ進む。
【００５６】
ステップ＃２０５において、演算部６は、上述したようにアンプ４の仮ゲインを選択し、ステップ＃２０６へ進む。ステップ＃２０６において、演算部６は、ゲイン強制切替フラグｆｌｇ＝０か否かを判定する。演算部６は、ｆｌｇ＝０の場合にステップ＃２０６を肯定判定してステップ＃２０７へ進む。ステップ＃２０７へ進む場合は、前回の電荷蓄積時の制御パラメータが図７に示したように決定されている（後述するステップ＃２０８、ステップ＃２１６、ステップ＃２１８）場合である。演算部６は、ｆｌｇ＝１の場合にステップ＃２０６を否定判定してステップ＃２１４へ進む。ステップ＃２１４へ進む場合は、前回の電荷蓄積時の制御パラメータが図８に示したように決定されている（後述するステップ＃２１２）場合である。
【００５７】
ステップ＃２０７において、演算部６は、前回の焦点検出が不能か否かを判定する。演算部６は、前回の焦点検出処理で信頼性無しが判定されているとき、ステップ＃２０７を肯定判定してステップ＃２０９へ進み、信頼性有りが判定されているとき、ステップ＃２０７を否定判定してステップ＃２０８へ進む。ステップ＃２０８へ進む場合は、次回のゲインを強制的に小さくする必要がない場合である。
【００５８】
ステップ＃２０９において、演算部６は、ステップ＃１０６（図５）で検出した信号データのノイズ量があらかじめ用意される所定のノイズ判定閾値Ｓｔｈ２以上か否かを判定する。演算部６は、ノイズ量がノイズ判定閾値Ｓｔｈ２以上の場合にステップ＃２０９を肯定判定してステップ＃２１０へ進み、ノイズ量がノイズ判定閾値Ｓｔｈ２未満の場合にステップ＃２０９を否定判定し、ステップ＃２０８へ進む。ステップ＃２１０へ進む場合は、ノイズ量が大きいことに起因するＳ／Ｎ比の低下により、前回の焦点検出処理で信頼性無しが判定されたと考えられる。
【００５９】
ステップ＃２１０において、演算部６は、「次回の仮ゲイン≧前回の確定ゲイン」が成立するか否かを判定する。ここで、「確定ゲイン」は電荷蓄積時に実際にアンプ４に設定されるゲインであり、前回の確定ゲインは、前回の電荷蓄積時にアンプ４に設定されたゲインを示す。演算部６は、「次回の仮ゲイン≧前回の確定ゲイン」が成立する場合にステップ＃２１０を肯定判定してステップ＃２１１へ進み、「次回の仮ゲイン≧前回の確定ゲイン」が成立しない場合はステップ＃２１０を否定判定し、ステップ＃２０８へ進む。ステップ＃２１１へ進む場合は、次回の電荷蓄積時のゲインを前回の電荷蓄積時のゲイン以上にすると、ノイズ量増加が予想される場合である。ステップ＃２０８へ進む場合は、次回の電荷蓄積時のゲインを前回の電荷蓄積時のゲインより小さくすることによって、ノイズ量減少が見込める場合である。
【００６０】
ステップ＃２１１において、演算部６は、ゲイン強制切替フラグｆｌｇに１をセットしてステップ＃２１２へ進む。ステップ＃２１２において、演算部６は、次回の確定ゲインを前回の確定ゲインより１段小さくするようにイメージセンサ駆動制御部７へゲイン切替コードを出力し、ステップ＃２１３へ進む。なお、前回の確定ゲインが最低ゲインの場合は前回の確定ゲインと同一にする。
【００６１】
ステップ＃２１３において、演算部６は、上式（１０）のＴＬに次回の仮蓄積時間を、ｎに次回の確定ゲインによるゲイン比をそれぞれ代入することにより、次回の確定蓄積時間を得る。ゲイン比は、ｎ＝３（確定ゲインＧ４）、ｎ＝２（確定ゲインＧ３）、ｎ＝１（確定ゲインＧ２）、ｎ＝０（確定ゲインＧ１）である。演算部６は、確定蓄積時間を算出すると図９による処理を終了し、図５のステップ＃１０２へ戻る。
【００６２】
なお、算出した次回の確定蓄積時間が最短蓄積時間Ｔｆ０より短いとき、確定蓄積時間＝Ｔｆ０とする。また、算出した次回の確定蓄積時間が最長蓄積時間Ｔｆ７より長いとき、確定蓄積時間＝Ｔｆ７とする。ただし、ゲイン強制切替フラグｆｌｇに１がセットされている場合は、ゲインが強制的に小さく設定されていることからＴｆ７より長い蓄積時間を設定してもよい。たとえば、図８において強制的にゲインＧ３が設定されている場合に、Ｔｆ７より長い蓄積時間Ｔｆ１３を設定してもよい（直線Ｇ３の延長線上の点Ｋ）。
【００６３】
ステップ＃２０８において、演算部６は、次回の仮ゲインを次回の確定ゲインとして設定し、ステップ＃２１３へ進む。
【００６４】
上述したステップ＃２０６を否定判定して進むステップ＃２１４において、演算部６は、主要被写体が前回の電荷蓄積時と同一の被写体か否かを判定する。演算部６は、仮の電荷蓄積時間が前回と次回との間で２倍以上、または１／２以下の場合にステップ＃２１４を否定判定し、ステップ＃２１５へ進む。この場合は、同一の被写体と異なるとみなす。一方、演算部６は、仮の電荷蓄積時間が前回と次回との間で１／２を超えて２倍未満の場合に、ステップ＃２１４を肯定判定し、ステップ＃２１７へ進む。この場合は、同一の被写体であるとみなす。
【００６５】
ステップ＃２１５において、演算部６は、ゲイン強制切替フラグｆｌｇに０をセットしてステップ＃２１６へ進む。ステップ＃２１６において、演算部６は、次回の仮ゲインを次回の確定ゲインとして設定し、ステップ＃２１３へ進む。これにより、主要被写体が前回の電荷蓄積時と同一の被写体でない場合は、新たな被写体の輝度が高くて高いコントラストが得られる可能性があるので、ゲインの強制切替を行わない。
【００６６】
ステップ＃２１７において、演算部６は、前回の焦点検出が不能か否かを判定する。演算部６は、前回の焦点検出処理で信頼性無しが判定されているとき、ステップ＃２１７を肯定判定してステップ＃２１９へ進み、信頼性有りが判定されているとき、ステップ＃２１７を否定判定してステップ＃２１８へ進む。ステップ＃２１８へ進む場合は、次回のゲインを強制的に小さくする必要がない場合である。
【００６７】
ステップ＃２１８において、演算部６は、次回の仮ゲインを次回の確定ゲインとして設定し、ステップ＃２１３へ進む。
【００６８】
ステップ＃２１９において、演算部６は、ステップ＃１０６（図５）で検出した信号データのノイズ量があらかじめ用意される所定のノイズ判定閾値Ｓｔｈ２以上か否かを判定する。演算部６は、ノイズ量がノイズ判定閾値Ｓｔｈ２以上の場合にステップ＃２１９を肯定判定してステップ＃２１２へ進み、ノイズ量がノイズ判定閾値Ｓｔｈ２未満の場合にステップ＃２１９を否定判定し、ステップ＃２１５へ進む。ステップ＃２１５へ進む場合は、ノイズ量が大きいことに起因するＳ／Ｎ比の低下によって前回の焦点検出処理で信頼性無しが判定されたものではなく、コントラストが低いことによって信頼性無しが判定されたと考えられる。これに対してステップ＃２１２へ進む場合は、ノイズ量が大きいことに起因するＳ／Ｎ比の低下により、前回の焦点検出処理で信頼性無しが判定されたと考えられる。
【００６９】
以上説明した実施の形態についてまとめる。
（１）演算部６は、一対の被写体像を示すイメージセンサ３による信号データに基づいてデフォーカス量ＤＦを求め（ステップ＃１０７）、モータ９を駆動制御してフォーカスレンズを合焦位置へ移動させる（ステップ＃１０８）。前回の焦点検出演算においてデフォーカス量の信頼性が無く（ステップ＃２０７を肯定判定、またはステップ＃２１７を肯定判定）、イメージセンサ３からの信号データのノイズ量が多くてノイズ判定閾値Ｓｔｈ２以上の場合（ステップ＃２０９を肯定判定、またはステップ＃２１９を肯定判定）に、次回の電荷蓄積時のゲインを前回のゲインより小さく設定する（ステップ＃２１２）ようにした。これにより、アンプ４による増幅でノイズ量が増加している場合にはアンプ増幅後のノイズ量を抑えることができる。とくに、被写体輝度が低くて信号データのＳ／Ｎ比が悪い状態においてノイズを低減し、デフォーカス量の信頼性を高めることができるので、主要被写体に正しく合焦させることができる。
【００７０】
（２）アンプゲインに応じて最適な電荷蓄積時間（確定電荷蓄積時間）を算出する（ステップ＃２１３）ようにしたので、小さいゲインを選択した場合には電荷蓄積時間が長く変更される。これにより、信号データのレベル低下を抑えてＳ／Ｎ比の低下を防止し、デフォーカス量の信頼性を高めることができる。
【００７１】
（３）信号データのノイズ量ＮｉｚＡ，ＮｉｚＢは、式（７）で高周波成分を抽出した上で、式（８）によってｍデータごとの近接差分が判定閾値Ｓｔｈ１以上のものを積算して検出し、検出ノイズ量が判定閾値Ｓｔｈ２以上の場合にノイズ量が多いと判定するようにした。とくに、近接差分を判定閾値Ｓｔｈ１で判定することにより、被写体のコントラストを示す信号変化を誤ってノイズとみなすことを防止できるので、デフォーカス量の信頼性を高めることができる。
【００７２】
（４）ノイズ量が多くてアンプ４のゲインを強制的に小さく設定している場合は、最長蓄積時間Ｔｆ７より長い蓄積時間Ｔｆ１３（直線Ｇ３の延長線上の点Ｋに対応）を設定するようにした（ステップ＃２１３）ので、単に焦点検出処理の応答性を高めるだけでなく、信号データのＳ／Ｎ比の低下を抑制しているので、デフォーカス量の信頼性低下を防止できる。
【００７３】
以上の説明では、上式（７）において変数ｓに１〜３のいずれかの整数を入れるようにした。この代わりに、ｓ＝１、２、３の少なくとも２つについて算出し、これらの算出値をそれぞれ用いて高周波成分の抽出を行ってもよい。
【００７４】
また、上式（８）において変数ｍに１〜５のいずれかの整数を入れるようにした。この代わりに、ｍ＝１、２、３、４、５の少なくとも２つについて算出し、これらの算出値をそれぞれ用いてノイズ量の検出を行ってもよい。
【００７５】
演算部６がノイズ量ＮｉｚＡおよびノイズ量ＮｉｚＢのうち大きい方を電荷蓄積信号のノイズ量としたが、両者の平均値をとってノイズ量としてもよい。
【００７６】
ステップ＃２１４において、仮の電荷蓄積時間が前回と次回との間で２倍以上、または１／２以下の場合に同一被写体でないと判定するようにしたが、デフォーカス量が所定値以上変化した場合に同一被写体でないと判定してもよい。
【００７７】
ノイズＮｉｚＡについて、上式（８）の代わりに次式（１１）を用いて算出してももよい。ノイズＮｉｚＢについても同様である。
【数１１】
2004317562.tif 000008
ただし、ａ［ｉ］はイメージセンサ８００のＡ列の画素番号ｉに対応するデータ、ｎはイメージセンサ８００のＡ列の総画素数である。ｍは１〜５のいずれかの整数とする。ｓは１〜３のいずれかの整数とする。なお、｜ａ［ｉ］−ａ［ｉ＋ｍ］｜があらかじめ用意される所定値Ｓｔｈ３より大きい項は上式（１１）で加算しない。
【００７８】
オートフォーカスカメラは、電子カメラに限らず銀塩カメラであってもよい。また、一眼レフカメラでも一眼レフでないカメラであってもよい。
【００７９】
特許請求の範囲における各構成要素と、発明の実施の形態における各構成要素との対応について説明する。光電変換素子は、たとえば、イメージセンサ３（８００）によって構成される。増幅手段は、たとえば、アンプ４によって構成される。焦点検出手段、ノイズ量検出手段、制御手段および信頼性判定手段は、たとえば、演算部６によって構成される。制御パラメータ設定手段は、たとえば、演算部６およびイメージセンサ駆動制御部７によって構成される。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。
【００８０】
【発明の効果】
本発明による焦点検出装置では、電荷蓄積型の光電変換素子から出力される信号のノイズが多いとき、上記信号に対する増幅率を小さくするようにしたので、従来技術より焦点検出処理時間の増加を抑え、焦点検出処理に対するノイズの影響も抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態によるオートフォーカスカメラの焦点検出装置を説明する機能ブロック図である。
【図２】焦点検出光学系の要部構成を示す図である。
【図３】（ａ）Ａ列の出力信号波形図、（ｂ）Ｂ列の出力信号波形図、（ｃ）相関量を示す図である。
【図４】３点内挿演算を説明する図である。
【図５】焦点検出処理の流れを説明するフローチャートである。
【図６】（ａ）画像を示す図、（ｂ）電荷蓄積時間が短すぎる場合の信号波形図、（ｃ）目標とする信号波形図、（ｄ）電荷蓄積時間が長すぎる場合の信号波形図である。
【図７】主要被写体の輝度と電荷蓄積時間との関係を説明する図である。
【図８】主要被写体の輝度と電荷蓄積時間との関係を説明する図である。
【図９】次回の制御パラメータ算出処理の詳細を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
１（１００）…対物レンズ、        ２…焦点検出光学系、
３（８００）…イメージセンサ、    ４…アンプ、
５…Ａ／Ｄ変換部、                ６…演算部、
７…イメージセンサ駆動制御部、    ８…レンズ駆動制御部、
９…モータ、
【図１】
2004317562.tif 000009
【図２】
2004317562.tif 000010
【図３】
2004317562.tif 000011
【図４】
2004317562.tif 000012
【図５】
2004317562.tif 000013
【図６】
2004317562.tif 000014
【図７】
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【図８】
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【図９】
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