(57)【要約】【目的】被写体に応じて光電荷の積分制御を行うことにより、どのような被写体に対しても適切な積分制御を行うことができる光センサ回路を提供する。【構成】光センサアレイ１に対しピーク検出回路１および平均値検出回路２の二つのモニタ出力回路を設ける。ピーク検出回路の出力Ｖｐｅａｋに対し１つの判定レベルを、平均値検出回路の出力Ｖａｖｅに対し二つの判定レベルをそれぞれ設けて比較し、その結果により被写体を判別し、判別結果に応じて光電荷の積分制御を行う。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光電変換素子からの受光量に応じて発生する電荷を素子ごとに接続されている電荷電圧変換回路により積分して電圧に変換する光センサ回路において、前記複数の光電変換素子のなかで最も受光量の大きい光電変換素子に発生する電荷を前記電荷電圧変換回路により変換した電圧をピーク出力として検出して出力する回路と、前記複数の光電変換素子からの受光量に応じて発生する電荷を素子ごとに接続されている電荷変換回路により変換された前記電圧の平均値を平均値出力として検出して出力する回路と、前記ピーク出力および前記平均値出力に対する複数の判定値を備え、該複数の判定値と前記ピーク出力および前記平均値出力と比較した結果により、前記積分を制御することを特徴とする光センサ回路。
【請求項２】
前記複数の判定値が、ピーク出力を判定するためのピーク判定値、平均値出力を判定するための第１の判定値である平均値判定１レベル、および平均値出力を判定するための第２の判定値であり前記電荷電圧変換回路により変換された電圧の初期値と前記平均値判定レベルの間にある平均値判定２レベルであることを特徴とする請求項１記載の光センサ回路。
【請求項３】
前記ピーク出力が前記ピーク判定レベルと等しくなったときに、前記平均値出力が前記平均値判定２レベルを越えていると前記積分を終了させることを特徴とする請求項２記載の光センサ回路。
【請求項４】
前記ピーク出力が前記ピーク判定レベルと等しくなったときに、前記平均値出力が前記平均値判定２レベルと前記初期値の間にあると、前記平均値出力が前記平均値判定１レベルに達するまで前記積分を継続することを特徴とする請求項２または３に記載の光センサ回路。
【請求項５】
前記ピーク出力が前記ピーク判定レベルに達する前に前記平均値出力が前記平均値判定１レベルに達すると、前記ピーク出力が前記ピーク判定レベルに達するまで前記積分を継続することを特徴とする請求項２ないし４のいずれかひとつに記載の光センサ回路。
【請求項６】
少なくとも前記ピーク出力が前記ピーク判定レベルに達するか、もしくは前記平均値出力が前記平均値判定１レベルに達するまでは前記積分を行うことを特徴とする請求項２記載の光センサ回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばカメラ等の自動焦点装置に用いられる、複数の電荷蓄積型の光電変換素子を備えた光センサ回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
カメラ等の自動焦点装置や測光装置のセンサでは、電荷蓄積型の光電変換素子を備えた光センサ回路をアレイ状またはマルチアレイ状に並べたものを使用し、その素子面に被写体像をレンズを介して結像させている。これらの光センサ回路では、映像データをえるため光電荷を一定時間積分する。その積分時間を決めるため、各光センサ回路の中で最も受光量の多い、すなわち最も出力の大きい光センサ回路のデータに相当するデータをモニタ出力している。一般的には、このようなモニタ出力をピーク出力と呼んでいる。このようなセンサ回路の従来技術としては、例えば本願出願人の先願に係る光センサ回路（特許文献１参照）などが知られている。
【０００３】
図４に従来のピーク出力をモニタ出力とするセンサ回路を示す。この回路は光を検知するフォトダイオード１１１〜１１ｎ、オペアンプ１２１〜１２ｎと積分容量１３１〜１３ｎからなる積分回路、積分回路をリセットするスイッチ１４１〜１４ｎ、オペアンプ１２１〜１２ｎの出力Ｖ１〜Ｖｎをゲートに入力し、ドレインをＧＮＤに接続したＰ型トランジスタ１５１〜１５ｎ、前述のピークをモニタする回路用の定電流源１６０から構成されている。このピークをモニタするための回路は、各オペアンプ１２１〜１２ｎの出力Ｖ１〜Ｖｎをそれぞれトランジスタ１５１〜１５ｎによって構成されるソースフォロア回路に入力し、その各出力を接続したものと等価である。
【０００４】
次に、本回路の動作を説明する。動作の初期としてスイッチ１４１〜１４ｎをＯＮさせる。すると各光センサ回路のオペアンプ１２１〜１２ｎの出力Ｖ１〜ＶｎはＶＲＥＦとなり、また、モニタ出力Ｖｐｅａｋは（ＶＲＥＦ＋Ｐ型トランジスタのＶｔｈ値）にほぼ近い値となる。その後、スイッチ１４１〜１４ｎを一斉に０ＦＦさせると、フォトダイオード１１１〜１１ｎで発生した光電荷はそれぞれ積分容量１３１〜１３ｎに積分されオペアンプ１２１〜１２ｎの出力Ｖ１〜Ｖｎはそれぞれそのフォトダイオード１１１〜１１ｎが受光した光量に応じて下降する。すると、モニタ出力Ｖｐｅａｋはオペアンプ１２１〜１２ｎの出力Ｖ１〜Ｖｎの最大値（この場合最も下降している出力）に追従して下降する。
【０００５】
また、積分時間を決めるためにピーク出力ではなく各光センサ回路出力の平均値を用いるものも知られている。
図５に従来の平均値出力をモニタ出力とするセンサ回路を示す。Ｖ１〜Ｖｎは図４に示すオペアンプ１２１〜１２ｎの出力で、Ｖ１〜Ｖｎを発生させるフォトダイオード１１１〜１１ｎ、オペアンプ１２１〜１２ｎと積分容量１３１〜１３ｎからなる積分回路、積分回路をリセットするスイッチ１４１〜１４ｎの構成は図４と同じであるため、図５には図示しない。本回路は、反転入力部に基準電圧ＶＲＥＦが接続されたオペアンプ１９０、一端がそれぞれオペアンプ１２１〜１２ｎの出力信号Ｖ１〜Ｖｎに接続され他端が共通に接続されてオペアンプ１９０の反転入力部に接続されている容量１８１〜１８ｎおよびスイッチ１７１〜１７ｎ、一端がオペアンプ１９０の反転入力部に接続され他端がオペアンプ１９０の出力部に接続された容量１９１およびスイッチ１９２、正転入力部に基準電圧ＶＲＥＦが接続されたオペアンプ１９３、一端がオペアンプ１９０の出力部に接続され他端がオペアンプ１９３の反転入力部に接続された抵抗１９４、一端がオペアンプ１９３の反転入力部に接続され他端がオペアンプ１９３の出力部に接続された抵抗１９５から構成されている。容量１８１〜１８ｎの容量値は全て同じＣである。また、容量１９２の容量値はＣのｎ倍であるｎＣである。ここで、オペアンプ１９３および抵抗１９４、１９５は反転増幅器を構成している。抵抗１９４と１９５の抵抗値はともにＲで等しいため、ＶＲＥＦを動作点として入力信号の大きさを変えずに反転するものとなっている。
【０００６】
次に、本回路の動作を説明する。オペアンプ１９０の反転入力部の電位は正転入力部とイマジナリショートの状態となっていて常にＶＲＥＦである。動作の初期としてスイッチ１９２を図４のスイッチ１４１〜１４ｎと同じタイミングでＯＮさせる。すると、オペアンプ１９０の入出力レベルがともにＶＲＥＦに初期化され、容量１９２の電荷Ｑ０はゼロに初期化される。この時点では各光センサ回路のオペアンプ１２１〜１２ｎの出力Ｖ１〜ＶｎもＶＲＥＦに初期化されているため、容量１８１〜１８ｎの電荷Ｑ１〜Ｑｎもゼロに初期化される。また、オペアンプ１９３および抵抗１９４、１９５で構成される反転増幅器への正反入力がともにＶＲＥＦであるため、モニタ出力ＶａｖｅもＶＲＥＦとなる。初期化の後に、スイッチ１９２をスイッチ１４１〜１４ｎと同じタイミングでＯＦＦし、センサ動作を開始する。Ｖ１〜ＶｎはＶＲＥＦを起点として下降していく信号であるため、容量１８１〜１８ｎのオペアンプ１９０への入力側には電荷＋Ｑ１〜＋Ｑｎが、Ｖ１〜Ｖｎ側には電荷−Ｑ１〜−Ｑｎが誘起される。ここで電荷Ｑｉの値は、
【０００７】
【数１】
Ｑｉ＝Ｃ（ＶＲＥＦ−Ｖｉ）　　・・・　（１）
となる。容量１８１〜１８ｎ，１９２，オペアンプ１９０の正転入力を結ぶラインのインピーダンスは無限大であるから、容量１９１には容量１８１〜１８ｎの電荷に応じてＱ０が誘起される。すなわちＱ０の値は、
【０００８】
【数２】
Ｑ０＝Ｑ１＋・・・＋Ｑｎ　　　・・・　（２）
となる。これより、オペアンプ１９０の出力電圧Ｖ０は、
【０００９】
【数３】
Ｖ０＝ＶＲＥＦ＋Ｑ０／ｎＣ　　　・・・　（３）
となり、オペアンプ１９３および抵抗１９４、１９５で構成される反転増幅器によりモニタ出力Ｖａｖｅは
【００１０】
【数４】
Ｖ０＝ＶＲＥＦ−Ｑ０／ｎＣ　　　・・・　（３）
となる。（３）式に（１）（２）式を代入すると、
【００１１】
【数５】
Ｖａｖｅ＝（Ｖ１＋・・・＋Ｖｎ）／ｎ　　　・・・　（４）
となり、ＶａｖｅによりＶ１〜Ｖｎの平均値を求めることができる。
【００１２】
【特許文献１】
特開平１０−３１８８３５号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上で示した二つの従来の技術には、いずれも積分結果に課題がある被写体が存在する。課題の説明の前に、まず図６に基づきかかるアレイ状センサの出力の表示について説明する。図６において横軸は各センサのセンサ番号で、信号Ｖ１，・・・，Ｖｉ，・・・，Ｖｎの添え字ｉに対応するものである。縦軸は各センサの出力信号Ｖ１〜Ｖｎで単位は電圧（Ｖ）である。図中に示す折れ線グラフが全センサの出力を示し、厳密には連続ではなく各センサに対応した離散的なグラフとなるが、簡単のために連続なものとして示してある。各センサ出力は上で説明したようにＶＲＥＦを初期値として時間とともに下降していくため、全センサ中で最も積分が進んだセンサ、すなわち最も強い光が照射されたセンサ、の出力は図６のグラフの最小値であり、初期値ＶＲＥＦとこの値の差をＶｍａｘとする。また、全センサ中で最も積分が遅れたセンサ、すなわち照射された光が最も弱いセンサ、の出力は図６のグラフの最大値であり、初期値ＶＲＥＦとこの値の差をＶｍｉｎとする。ＶｍａｘとＶｍｉｎの比は、全センサに与えられる被写体像中の最も高輝度な点と最も低輝度な点の比であり、被写体のコントラストを表すものである。
【００１４】
図７は低コントラスト被写体のセンサ出力の例であり、ＶｍａｘとＶｍｉｎの比は小さなものとなっている。図８は高コントラスト被写体のセンサ出力の例であり、ＶｍａｘとＶｍｉｎ比は大きなものとなっている。なお、図６〜８はモニタ出力としてピーク出力を用い、全センサ中の最大出力Ｖｍａｘがピーク判定レベルに達して積分終了と判断されたときのセンサ出力を示している。
ピーク出力をモニタ信号として使う場合、被写体像中に点光源など非常に輝度の高い点がある場合はその高輝度点でピーク判定されてしまい、高輝度点以外の部分に対しては積分時間が不足となり、得られる信号が低コントラストなものになってしまう。図９にその例を示す。このように高輝度点以外のセンサ出力が小さくそのダイナミックレンジも小さなものになってしまい、この信号から得られる情報量も小さなものになってしまうという課題がある。このような被写体に対しては、図１０に示すように平均値をモニタ出力に用いる方が、高輝度点以外のセンサに対して適当な積分時間を与えて、得られる情報も大きなものになる。なお、図１０および図１１はモニタ出力として平均値出力を用い、全センサの平均値Ｖａｖｅが平均値判定レベルに達して積分終了と判断されたときのセンサ出力を示している。しかしながら、平均値をモニタ出力として用いる場合はその判定レベルをＶＲＥＦとＧＮＤ（接地レベル）の中間点にする必要があり、通常の低コントラスト被写体に対しては図１１に示すように積分時間が不十分になってしまう。なお平均値に対する具体的な判定レベルとしては、全積分レンジ（ＶＲＥＦ〜ＧＮＤ）の２／５〜１／２程度のところに設定するのが一般的である。このような被写体に対してはピーク出力をモニタ信号に適用するのが適切で、より長い積分を行うために図７に示すようにコントラストを拡大してより情報量の大きい信号を得ることができる。
【００１５】
このように従来技術では、適切な積分制御を行えない被写体が必ず存在し、当該の被写体に対しては最適な検出をすることができないという問題点があった。さらに、被写体に対する判断を行っていないため、これ以上の制御をしたくてもできないという課題があった。
そこで、本発明は上記課題を解決するためになされたものである、その目的は被写体の判別を行い、どのような被写体に対しても適切な積分制御を行い最適な検出を行うことのできる光センサ回路を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
そこで上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、複数の光電変換素子からの受光量に応じて発生する電荷を素子ごとに接続されている電荷電圧変換回路により積分して電圧に変換する光センサ回路において、前記複数の光電変換素子のなかで最も受光量の大きい光電変換素子に発生する電荷を前記電荷電圧変換回路により変換した電圧をピーク出力として検出して出力する回路と、前記複数の光電変換素子からの受光量に応じて発生する電荷を素子ごとに接続されている電荷変換回路により変換された前記電圧の平均値を平均値出力として検出して出力する回路と、前記ピーク出力および前記平均値出力に対する複数の判定値を備え、該複数の判定値と前記ピーク出力および前記平均値出力と比較した結果により、前記積分を制御することを特徴とする。
【００１７】
請求項２に係る発明は、前記複数の判定値が、ピーク出力を判定するためのピーク判定値、平均値出力を判定するための第１の判定値である平均値判定１レベル、および平均値出力を判定するための第２の判定値であり前記電荷電圧変換回路により変換された電圧の初期値と前記平均値判定レベルの間にある平均値判定２レベルであることを特徴とする。
請求項３に係る発明は、前記ピーク出力が前記ピーク判定レベルと等しくなったときに、前記平均値出力が前記平均値判定２レベルを越えていると前記積分を終了させることを特徴とする。
【００１８】
請求項４に係る発明は前記ピーク出力が前記ピーク判定レベルと等しくなったときに、前記平均値出力が前記平均値判定２レベルと前記初期値の間にあると、前記平均値出力が前記平均値判定１レベルに達するまで前記積分を継続することを特徴とする。
請求項５に係る発明は、前記ピーク出力が前記ピーク判定レベルに達する前に前記平均値出力が前記平均値判定１レベルに達すると、前記ピーク出力が前記ピーク判定レベルに達するまで前記積分を継続することを特徴とする。
請求項６に係る発明は、少なくとも前記ピーク出力が前記ピーク判定レベルに達するか、もしくは前記平均値出力が前記平均値判定１レベルに達するまでは前記積分を行うことを特徴とする
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
【００２０】
【実施例】
図１は、本発明の実施形態の全体構成を示す回路ブロック図である。光センサアレイ１のモニタ回路としてピーク検出回路２と平均値検出回路３の二つを用いる。積分終了判定回路４は、ピーク検出回路２の出力Ｖｐｅａｋとピーク判定レベルとを、平均値検出回路３の出力Ｖａｖｅと平均値判定１レベルおよび平均値判定２レベルとをそれぞれ比較する。光センサアレイ１およびピーク検出回路２の構成は図４に示したものと同じである。また、平均値検出回路３の構成は図５に示したものと同じである。積分終了判定回路はコンパレータ（もしくはＡＤコンバータ）とマイクロプロセッサーを用いて構成すれば良く、具体的回路は省略する。ピーク判定レベル，平均値判定１レベルおよび平均値判定２レベルの大きさとしてはＧＮＤレベルを基準として、ＶＲＥＦに対しそれぞれ１／１０〜２／１０，４／１０〜５／１０，８／１０〜９／１０程度とすれば良い。一例としてＶＲＥＦ＝２．５Ｖとすれば、ピーク判定レベルは０．２５〜０．５Ｖ、平均値判定１レベルは１．０〜１．２５Ｖ、平均値判定レベルは２．０〜２．２５Ｖ程度が好適となる。
【００２１】
図２に、被写体の判別および積分制御の動作フローを示す。Ｓ１で積分を開始し、Ｓ２でピーク出力がピーク判定レベルに達しているかを判別する。ピーク出力がピーク判定レベルに達する（Ｖｐｅａｋ≦ピーク判定レベル）とＳ３で平均値出力が平均値判定２レベルに達しているかが判別される。平均値出力が平均値判定２レベルに達していない場合（Ｖａｖｅ＞平均値判定２レベル）はピーク値が他のセンサの出力に対し突出しているので、背景に点光源などの高輝度ポイントがある被写体と判断する。この場合、ピーク出力がピーク判定レベルに達した時点で積分を終了すると高輝度点以外の情報をもっているセンサの積分が不足するので、さらに積分を続けるために平均値出力により積分を制御する。すなわち、Ｓ４，Ｓ５により積分を継続して平均値出力が平均値判定１レベルに達したとき（Ｖａｖｅ≦平均値判定１レベル）に積分を終了する。Ｓ３で平均値出力が平均値判定２レベルに達している場合（Ｖａｖｅ≦平均値判定２レベル）は通常の被写体と判断して、そのまま積分を終了する。
【００２２】
Ｓ２でピーク出力がピーク判定レベルに達していない場合（Ｖｐｅａｋ＞ピーク判定レベル）は、次にＳ６で平均値出力が平均値判定レベルに達しているかを判別する。平均値出力が平均値判定レベルに達していない場合（Ｖａｖｅ＞平均値判定１レベル）は、積分不足と判断してＳ１に戻り積分を続ける。平均値出力が平均値判定１レベルに達している場合は（Ｖａｖｅ≦平均値判定１レベル）、平均値が所定レベルに達しているのににもかかわらずピーク値が大きくないため、低コントラスト被写体と判断する。この場合、平均値出力が平均値判定１レベルに達した時点で積分を終了せずに、積分を継続してコントラストを拡大してより大きい情報を得るために、ピーク出力により積分を制御する。この場合は、Ｓ７，Ｓ８により積分を継続してピーク出力がピーク判定レベルに達したときに（Ｖｐｅａｋ≦ピーク判定レベル）に積分を終了する。
【００２３】
図３に各種被写体の積分の様子を示す。なお図３において、横軸は時間を縦軸は電圧をそれぞれ示す。
図３（ａ）は低コントラストではない通常のコントラストを有しかつ背景に点光源など高輝度点が存在しない一般的な被写体の例であり、図２においてはＳ０，Ｓ１，Ｓ２，（Ｓ６，Ｓ１，）Ｓ３，Ｓ９という経過をたどったものである。この場合、従来技術と同様に、最終的にはＶｐｅａｋがピーク判定レベルに達した時点で動作を終了している。積分終了直前までＳ６の判定を続けていてかつＳ３の判定も実施した結果，Ｖａｖｅの最終値は平均値判定１レベルと平均値判定２レベルの中間となる。
【００２４】
図３（ｂ）は背景に点光源など高輝度点が存在する被写体の例であり、図２において、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６という経過をたどったものである。最終的にはＶａｖｅが平均値判定１レベルに達した時点で動作を終了している。積分が終了する前にＳ２で既にＶｐｅａｋがピーク判定レベルに達しているので、Ｖｐｅａｋの最終値はＧＮＤレベルに飽和したものになる。
図３（ｃ）は低コントラストの被写体の例であり、図２おいてＳ１，Ｓ２，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８，Ｓ９という経過をたどったものである。最終的にはＶｐｅａｋがピーク判定レベルに達した時点で動作を終了している。Ｓ６で既にＶａｖｅが平均値判定１レベルに達しているので、Ｖａｖｅの最終値は平均値判定１レベルとピーク判定レベルの中間となる。
【００２５】
図３（ｂ）（ｃ）に示すように、従来技術では積分制御方式に応じて課題となっていた被写体に対し、ひとつの光センサ回路で最適な積分制御が実施できる。
なお、上の説明では積分が進むとその出力が初期値より下がっていくタイプの光センサを例としたが、逆に出力が初期値より上がっていくタイプの光センサでも良い。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、センサのピーク出力および平均値出力の二つの信号と複数の判定レベルを比較して総合的に被写体の状況を判断することにより、被写体状況に応じた最適な積分制御が実施でき、従来技術では避け得なかった苦手被写体のない光センサ回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の全体構成を示す回路ブロック図である。
【図２】被写体の判別および積分制御の動作フロー示す図である。
【図３】被写体の積分の様子を示す図である。
【図４】ピーク出力をモニタ出力とするセンサ回路の回路図である。
【図５】平均値出力をモニタ出力とするセンサ回路の回路図である。
【図６】センサ出力の表示について説明するための図である。
【図７】低コントラスト被写体のセンサ出力を示す図である。
【図８】高コントラスト被写体のセンサ出力を示す図である。
【図９】高輝度点のある被写体をピーク出力で積分制御した場合のセンサ出力を示す図である。
【図１０】高輝度点のある被写体を平均値出力で積分制御した場合のセンサ出力を示す図である。
【図１１】低コントラスト被写体を平均値出力で積分制御した場合のセンサ出力を示す図である。
【符号の説明】
１　　　　　　　光センサアレイ
２　　　　　　　ピーク検出回路
３　　　　　　　平均値検出回路
４　　　　　　　積分終了判定回路
１１１〜１１ｎ　フォトダイオード
１２１〜１２ｎ　オペアンプ
１３１〜１３ｎ　積分容量
１４１〜１４ｎ　スイッチ
１５１〜１５ｎ　ｐ型トランジスタ
１８１〜１８ｎ　容量
１９０，１９３　オペアンプ
１９２　　　　　スイッチ
１９４，１９５　抵抗
【図１】
2004138566.tif 000003
【図２】
2004138566.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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