(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学系による撮影画面内に設定された複数の焦点検出領域に対応した被写体像を受光して画像信号を蓄積して出力する光電変換素子と、
前記複数の焦点検出領域のいずれかを選択する領域選択手段と、
前記光電変換素子の出力に対する増幅率の履歴に基づいて、前記光電変換素子の出力に対する今回の増幅率を設定する増幅率設定手段と、
前記領域選択手段によって選択された焦点検出領域に対応する光電変換素子からの画像信号を、前記増幅率設定手段で設定された増幅率で増幅する増幅手段と、
前記増幅手段により増幅された画像信号に基づいて前記光電変換素子における蓄積時間を算出する蓄積時間設定手段と、
前記増幅された画像信号に基づいて前記光学系の焦点調節に関する情報を演算する演算手段とを備え、
前記増幅率設定手段は、前記領域選択手段により前記焦点検出領域が切換えられたとき、前記増幅率の履歴をリセットして前回の増幅率より低い増幅率に設定することを特徴とする焦点検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の焦点検出装置において、
前記増幅率設定手段は、前記領域選択手段によって選択された焦点検出領域に対応する光電変換素子の蓄積時間を制限時間として、前記領域選択手段によって選択されなかった焦点検出領域に対応する光電変換素子の出力に対する増幅率を設定することを特徴とする焦点検出装置。
【請求項３】
光学系による撮影画面内に設定された複数の焦点検出領域に対応した被写体像を受光して画像信号を蓄積して出力する光電変換素子と、
前記複数の焦点検出領域のいずれかを選択する領域選択手段と、
前記光電変換素子の出力に対する増幅率の履歴に基づいて、前記光電変換素子の出力に対する今回の増幅率を設定する増幅率設定手段と、
前記領域選択手段によって選択された焦点検出領域に対応する光電変換素子からの画像信号を、前記増幅率設定手段で設定された増幅率で増幅する増幅手段と、
前記増幅手段により増幅された画像信号に基づいて前記光電変換素子における蓄積時間を算出する蓄積時間設定手段と、
前記増幅された画像信号に基づいて前記光学系の焦点調節に関する情報を演算する演算手段と、
前記焦点調節の情報に基づいて前記光学系を駆動する通常駆動モードと、前記焦点調節の情報に基づいて被写体の移動速度を演算し、未来の被写体位置を予測して前記光学系を駆動する追尾モードと、焦点調節中に、前記焦点調節の情報に基づいて焦点検出が完了したか否かを判定し、完了していないと判定されたときに前記光学系をスキャン駆動するスキャンモードとの少なくとも３つのモードの間でモードを切換えるモード切換手段とを備え、
前記増幅率設定手段は、前記モード切換手段により前記モードが切換えられたとき、前記増幅率の履歴をリセットして前回の増幅率より低い増幅率に設定することを特徴とする焦点検出装置。
【請求項４】
請求項３に記載の焦点検出装置において、
前記増幅率設定手段は、前記追尾モードと前記通常駆動モードとの間、および前記スキャンモードと前記通常駆動モードとの間の少なくとも一方でモードが切り替わるとき、前記履歴をリセットして前回の増幅率より低い増幅率に設定することを特徴とする焦点検出装置。
【請求項５】
請求項３に記載の焦点検出装置において、
前記増幅率設定手段は、前記追尾モードと前記スキャンモードとの間でモードが切り替わるとき、前記履歴をリセットして前回の増幅率より低い増幅率に設定することを特徴とする焦点検出装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の焦点検出装置を備えたことを特徴とするカメラ。
【請求項７】
被写体からの光束を受光して画像信号を蓄積して出力するイメージセンサと、
前記イメージセンサの出力に対する増幅率の履歴に基づいて今回の増幅率を設定する増幅率設定手段と、
前記イメージセンサからの画像信号を、前記増幅率設定手段で設定された増幅率で増幅する増幅手段と、
前記増幅手段により増幅された画像信号に基づいて前記光電変換素子における蓄積時間を算出する蓄積時間設定手段と、
前記イメージセンサの駆動モードを切換える駆動モード切換手段とを備え、
前記増幅率設定手段は、前記駆動モード切換手段により前記イメージセンサの駆動モードが切換えられたとき、前記増幅率の履歴をリセットして前回の増幅率より低い増幅率に設定することを特徴とするイメージセンサシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光電変換素子を使用するカメラやビデオなどの焦点検出装置に関する。また本発明は、カメラやビデオなどに使用されるイメージセンサシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、焦点検出光学系によって結像された被写体像を電荷蓄積型のイメージセンサで受光し、イメージセンサ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り撮影光学系を合焦させる自動焦点調節装置を搭載したカメラが知られている。この自動焦点調節装置では、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出力に反映させる必要がある。
【０００３】
そこで従来から、ＡＧＣ（Auto  Gain  Control）と呼ばれる方式が知られている。このＡＧＣ方式では、前回の蓄積動作における蓄積時間とイメージセンサの画像出力に基づいて次回の蓄積動作における出力のピーク値などが適当な値になるような蓄積時間を算出する。
【０００４】
また従来から、焦点検出動作の応答性を遅くしないために、イメージセンサ出力のゲイン（増幅率）を可変としたものも知られている。これは、蓄積時間が所定時間以上になった場合に増幅率を高くして蓄積時間の短縮を図るものである。一般に増幅率が上がるとノイズも増幅されてＳ／Ｎが悪くなるが、これを避けるために蓄積時間が所定時間以下になった場合は増幅率を低くする。つまり応答性とＳ／Ｎはトレードオフの関係にあり、被写体の明るさに応じて適切な増幅率を選択する必要がある。
【０００５】
図９を用いて増幅率の切替の説明をする。図９は底が２の両対数グラフである。以下、これを増幅率切替直線と呼ぶ。アンプはＬｏとＨｉの２つの増幅率を持ち、グラフは被写体の明るさとその時の最適な蓄積時間の関係を示している。太線は増幅率ＬｏおよびＨｉを使用する範囲を表している。増幅率Ｌｏで最適なイメージセンサ出力を得るためには蓄積時間が所定時間Ｔｌ以上必要な場合は、増幅率をＨｉに切り替えて、蓄積時間を短縮する。逆に増幅率Ｈｉで蓄積時間がＴｈ以下でないと最適なイメージセンサ出力が得られない場合は、増幅率をＬｏに切り替えて、蓄積時間を長くする。これらの切替にはヒステリシスを設けてある。
【０００６】
ある時点で「増幅率Ｌｏかつ蓄積時間Ｔａ」（点Ａ）で最適なイメージセンサ出力が得られたとする。つぎに被写体の明るさがｎからｎ−１に１つ小さくなった、すなわち光量が半分になったとすると、最適な蓄積時間を得るためには蓄積時間の対数値をＴａからＴａ＋１に１つ大きくする、すなわち蓄積時間を２倍にする。つまり「増幅率Ｌｏかつ蓄積時間Ｔｂ（＝Ｔａ＋１）」（点Ｂ）になる。さらに被写体の明るさが半分になったとすると、最適な蓄積時間を得るためには蓄積時間をさらに２倍にする。つまり「増幅率Ｌｏかつ蓄積時間Ｔｃ（＝Ｔａ＋２）」（点Ｃ）。しかしＴｃ＞Ｔｌなので増幅率をＬｏからＨｉに切り替える。Ｌｏに対するＨｉの増幅率が２倍とすると蓄積時間は半分に短縮するので結局「増幅率Ｈｉかつ蓄積時間Ｔｄ（＝Ｔｃ−１＝Ｔｂ）」（点Ｄ）になる。
【０００７】
つぎに今度は被写体の明るさが２倍になったとする。増幅率は前回の増幅率を維持しようとするからＨｉのままであり、最適な蓄積時間を得るためには蓄積時間を半分にする。つまり、「増幅率Ｈｉかつ蓄積時間Ｔｅ（＝Ｔｄ−１＝Ｔａ）」（点Ｅ）になる。さらに被写体の明るさが２倍になったとすると、最適な蓄積時間を得るためには蓄積時間をさらに半分にする。つまり「増幅率Ｈｉかつ蓄積時間Ｔｆ（＝Ｔｄ−２＝Ｔａ−１）」（点Ｆ）。しかし、Ｔｆ＜Ｔｈなので増幅率をＨｉからＬｏに切り替える。増幅率が半分になるので蓄積時間は２倍に延長される。結局「増幅率Ｌｏかつ蓄積時間Ｔａ（Ｔｄ＋１）」（点Ａ）になる。
【０００８】
以上のようにして、前回の蓄積動作における蓄積時間と増幅率とピーク値と増幅率切替直線に基づいて次回の蓄積動作における蓄積時間と増幅率が求められる。すなわち、焦点検出の際に設定される今回の増幅率は過去の増幅率の履歴で設定される。
【０００９】
ところで、近年撮影画面中に複数の自動焦点検出エリアを持つマルチエリアＡＦが知られている。マルチエリアＡＦは、各エリアからの被写体光束を受光する複数のラインセンサ（複数の画素が一列に並んだ光電変換素子であり、イメージセンサとも呼ぶ）を持ち、各センサの出力に基づいて対応するエリアのデフォーカス量を求める。たとえば、撮影者が手動選択した選択エリアに対して、対応するセンサの出力に基づいてデフォーカス量演算を行い、その結果に基づいてレンズ駆動をする。もしデフォーカス量の演算が検出できない場合は他のエリアに対して同様にデフォーカス量の演算を行う。
【００１０】
このようなマルチエリアＡＦではイメージセンサの蓄積時間やデフォーカス量の演算の量が増えるためにＡＦ動作の所要時間が増えてしまう。そこで、たとえば特開平９−３１１２６９号公報には、ＡＧＣにおいて所要時間を短縮する方法が開示されている。これは、各エリアの電荷蓄積を独立に並行して行って全エリアの電荷蓄積を短時間に行うものである。またマルチエリアＡＦでは、複数のエリアの中から１つのエリアを選択するが、この選択エリアに対応するイメージセンサを優先的に扱う。たとえば、非選択エリアに対応するイメージセンサの蓄積時間を選択エリアに対応するイメージセンサの蓄積時間によって制限する。非選択エリアに対応するイメージセンサの蓄積時間が選択エリアに対応するイメージセンサの蓄積時間よりも長い場合は、非選択エリアのアンプの増幅率を上げて、全体の蓄積時間を短くする。
【００１１】
さらに、たとえば、特開平７−１４６４３４号公報あるいは特開平６−２６５７７４号公報には、スキャン中や追尾中など、主要被写体が静止している時よりもＡＦ動作の応答速度が求められる場合、選択エリアも非選択エリアもアンプの増幅率を上げて蓄積時間を短くする方式が開示されている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上述したＡＧＣを行うマルチエリアＡＦにおいて、全体の電荷蓄積時間を短縮する目的で非選択エリアの蓄積時間を選択エリアの蓄積時間で制限するイメージセンサシステムでは次のような問題がある。
【００１３】
以下では３つのエリア１〜３が設定され、増幅率がＬｏとＨｉの２段階切換として図４を参照して説明する。今、マルチエリアＡＦの複数のエリアのうちのエリア１が選択エリア、エリア２とエリア３が非選択エリアであったとする。そして非選択エリアであるエリア２は「増幅率Ｌｏかつ蓄積時間Ｔｂ」（図９の点Ｂ）で最適出力が得られるはずとする。しかし選択エリアであるエリア１の蓄積時間がＴｘだったならば、エリア２の蓄積時間はＴｘで制限を受けるので、増幅率をＨｉに切り替えて蓄積時間をＴｘよりも短いＴａ（図９の点Ｅ）にしなければならない。その結果、エリア２のイメージセンサ出力のＳ／Ｎは劣化してしまう。その後、撮影者が選択エリアをエリア１からエリア２に切り替えた場合、エリア２の次回の焦点検出動作時の蓄積時間はエリア１の蓄積時間Ｔｘで制限を受けないが、増幅率は、前回の焦点検出動作においてＨｉを選択したという履歴と図９のヒステリシスに基づいて決められる。つまり「増幅率Ｈｉかつ蓄積時間Ｔａ」（図９の点Ｅ）を維持する。このため、エリア２の蓄積時間はエリア１の蓄積時間Ｔｘで制限を受けなければ点Ｂに対応する蓄積時間Ｔｂであったのに、前回のエリア１の選択によって一時的に蓄積時間Ｔｘで制限されてＴａとなるため、不必要にＳ／Ｎの悪い出力を得ることになってしまう。
【００１４】
また、従来の焦点検出装置では、スキャン中や追尾中など応答速度が求められる場合には増幅率を高くするが、主要被写体が静止していると判断された時など通常の場合へ切り替えた時も、本来なら可能である低い増幅率を使用できず、不必要に高い増幅率を選択することになってＳ／Ｎの悪い出力を使用せざるを得ない。
【００１５】
本発明の目的は、光電変換素子の増幅率を変更する際に過去の履歴に引きずられて不必要にＳ／Ｎ比が悪化することを抑制した焦点検出装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、イメージセンサシステムの増幅率を変更する際に過去の履歴に引きずられて不必要にＳ／Ｎ比が悪化することを抑制できるイメージセンサシステムを提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
（１）請求項１の焦点検出装置は、光学系による撮影画面内に設定された複数の焦点検出領域に対応した被写体像を受光して画像信号を蓄積して出力する光電変換素子と、前記複数の焦点検出領域のいずれかを選択する領域選択手段と、前記光電変換素子の出力に対する増幅率の履歴に基づいて、前記光電変換素子の出力に対する今回の増幅率を設定する増幅率設定手段と、前記領域選択手段によって選択された焦点検出領域に対応する光電変換素子からの画像信号を、前記増幅率設定手段で設定された増幅率で増幅する増幅手段と、前記増幅手段により増幅された画像信号に基づいて前記光電変換素子における蓄積時間を算出する蓄積時間設定手段と、前記増幅された画像信号に基づいて前記光学系の焦点調節に関する情報を演算する演算手段とを備え、前記増幅率設定手段は、前記領域選択手段により前記焦点検出領域が切換えられたとき、前記増幅率の履歴をリセットして前回の増幅率より低い増幅率に設定することを特徴とする。
（２）請求項２の発明は、請求項１に記載の焦点検出装置において、増幅率設定手段は、領域選択手段によって選択された焦点検出領域に対応する光電変換素子の蓄積時間を制限時間として、領域選択手段によって選択されなかった焦点検出領域に対応する光電変換素子の出力に対する増幅率を設定することを特徴とする。
（３）請求項３の焦点検出装置は、光学系による撮影画面内に設定された複数の焦点検出領域に対応した被写体像を受光して画像信号を蓄積して出力する光電変換素子と、前記複数の焦点検出領域のいずれかを選択する領域選択手段と、前記光電変換素子の出力に対する増幅率の履歴に基づいて、前記光電変換素子の出力に対する今回の増幅率を設定する増幅率設定手段と、前記領域選択手段によって選択された焦点検出領域に対応する光電変換素子からの画像信号を、前記増幅率設定手段で設定された増幅率で増幅する増幅手段と、前記増幅手段により増幅された画像信号に基づいて前記光電変換素子における蓄積時間を算出する蓄積時間設定手段と、前記増幅された画像信号に基づいて前記光学系の焦点調節に関する情報を演算する演算手段と、前記焦点調節の情報に基づいて前記光学系を駆動する通常駆動モードと、前記焦点調節の情報に基づいて被写体の移動速度を演算し、未来の被写体位置を予測して前記光学系を駆動する追尾モードと、焦点調節中に、前記焦点調節の情報に基づいて焦点検出が完了したか否かを判定し、完了していないと判定されたときに前記光学系をスキャン駆動するスキャンモードとの少なくとも３つのモードの間でモードを切換えるモード切換手段とを備え、前記増幅率設定手段は、前記モード切換手段により前記モードが切換えられたとき、前記増幅率の履歴をリセットして前回の増幅率より低い増幅率に設定することを特徴とする。
（４）請求項４の発明は、請求項３に記載の焦点検出装置において、増幅率設定手段は、追尾モードと通常駆動モードとの間、およびスキャンモードと通常駆動モードとの間の少なくとも一方でモードが切り替わるとき、履歴をリセットして前回の増幅率より低い増幅率に設定することを特徴とする。
（５）請求項５の発明は、請求項３に記載の焦点検出装置において、増幅率設定手段は、追尾モードとスキャンモードとの間でモードが切り替わるとき、履歴をリセットして前回の増幅率より低い増幅率に設定することを特徴とする．
（６）請求項６のカメラは、請求項１〜５のいずれかに記載の焦点検出装置を備えたことを特徴とする。
（７）請求項７のイメージセンサシステムは、被写体からの光束を受光して画像信号を蓄積して出力するイメージセンサと、前記イメージセンサの出力に対する増幅率の履歴に基づいて今回の増幅率を設定する増幅率設定手段と、前記イメージセンサからの画像信号を、前記増幅率設定手段で設定された増幅率で増幅する増幅手段と、前記増幅手段により増幅された画像信号に基づいて前記光電変換素子における蓄積時間を算出する蓄積時間設定手段と、前記イメージセンサの駆動モードを切換える駆動モード切換手段とを備え、前記増幅率設定手段は、前記駆動モード切換手段により前記イメージセンサの駆動モードが切換えられたとき、前記増幅率の履歴をリセットして前回の増幅率より低い増幅率に設定することを特徴とする。
【００１７】
【作用】
本発明では、光電変換素子やイメージセンサからの画像信号の増幅率を過去の増幅率の履歴に基づいて設定する。しかしこの場合、今回の焦点検出に際して、過去の履歴によって設定される増幅率では、本来適正である増幅率よりも蓄積時間が短くなってＳ／Ｎ比が悪化するような条件下では、過去の履歴をリセットして今回の増幅率を設定する。焦点検出領域が切換わるときや、応答性の高い駆動モードである追尾モードやスキャンモードから応答性が要求されない非駆動モードへ切換わるときなどに、履歴をリセットして今回の増幅率を設定する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明による焦点検出装置の一実施の形態の構成を示すブロック図である。被写体からの光束は対物レンズ１および焦点検出光学系２を通ってイメージセンサ群３の自動焦点検出エリアに対応したイメージセンサ上に結像される。複数のイメージセンサの出力のなかから、読み出したいイメージセンサの画像出力が出力切替部４で切り替えられ、第１アンプ５と第２アンプ６を通って増幅され、Ａ／Ｄ変換部７でＡ／Ｄ変換された後、演算部８に入力される。演算部８では、このＡ／Ｄ変換部７のデータに基づいて焦点検出演算を行い、対物レンズ１のデフォーカス量を算出する。駆動制御部１０はデフォーカス量に基づいてモーター１１を駆動し、対物レンズ１を合焦駆動する。また演算部８は焦点検出演算に用いたデータに基づいてＡＧＣ動作を行う。つまり、次回のイメージセンサの蓄積時間と、第１アンプ５と第２アンプ６の増幅率に関するデータを算出してセンサ制御部９へ出力する。そしてセンサ制御部９はこのデータに基づいてイメージセンサ群３を駆動制御し、出力切替部４を制御し、第１アンプ５と第２アンプ５の増幅率を切り替える。ここではイメージセンサ群３と出力切替部４と第１アンプ５と第２アンプ６とセンサ制御部９は１つのセンサチップ１２上に形成されているとする。なお、図１において、１３はエリア選択スイッチであり、この選択スイッチ１３により、後述するように複数のエリア１〜３のいずれかを手動で選択する。１４はレリーズスイッチであり、半押しでオンする半押しスイッチと全押しでオンする全押しスイッチとを有する。半押しスイッチがオンすると焦点検出が行われ、全押しスイッチがオンされると撮影が行われる。
【００１９】
ここで、ＡＧＣについて説明する。たとえば図２（ａ）のようなコントラストの被写体がイメージセンサ上に結像した場合、図２（ｃ）のような最適出力Ｖｃ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２（ｂ）のように出力Ｖｂとなり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２（ｄ）のように出力Ｖｓａｔとなり、本来あるべきコントラストがなくなってしまったりする。それゆえ、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しなければならない。
【００２０】
この適当な蓄積時間を求めるために、前回の蓄積動作における蓄積時間とイメージセンサの画像出力に基づいて、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。たとえば、図２（ｂ）のような出力Ｖｂが得られ、その時の蓄積時間がＴｂ、ピーク出力が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２（ｃ）のような最適出力Ｖｃを得るには、蓄積時間Ｔｃを
Ｔｃ＝（Ｖｃ／Ｖｂ）×Ｔｂ・・・（１）
とすればよい。
【００２１】
（１）式において、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。ただし、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含まれていないものとする。この方法がＡＧＣである。
【００２２】
この実施の形態の焦点検出度装置では、図１の第１アンプ５と第２アンプ６により図３に示すように、増幅率が４段階に切換えられる。すなわち、増幅率ＬＬ、ＨＬ，ＬＨ、ＨＨである。ここで、第１のアンプ５のＬＬに対するＨＬの増幅率は２倍、第２のアンプ６のＬＨに対するＨＨの増幅率を４倍とする。
【００２３】
第１および第２アンプ５，６の増幅率の組合せは、増幅率ＬＬを１倍とすると、増幅率ＨＬは２倍、増幅率ＬＨは４倍、増幅率ＨＨは８倍となる。たとえば、増幅率ＬＬを使用するのは蓄積時間がＴ１以上Ｔ２以下で最適な蓄積時間が得られる場合であり、同様に、増幅率ＨＬの場合はＴ３以上Ｔ４以下、増幅率ＬＨの場合はＴ５以上Ｔ６以下、そして増幅率ＨＨの場合はＴ７以上Ｔ８以下である。Ｔ１はイメージセンサの制御可能な最短蓄積時間である。また、Ｔ８は焦点検出動作がむやみに長くなるの避けるために設定した最長蓄積時間である。
【００２４】
さらに、この実施の形態の焦点検出度装置は、撮影画面中に複数の自動焦点検出エリアを持つマルチエリアＡＦ装置であり、ここでは、図４に示すように撮影領域の中央と左右に３つの自動焦点検出エリアＡ１〜Ａ３を有する。マルチエリアＡＦ装置は、各エリアからの被写体光束を受光する複数のラインセンサを有し、各センサの出力に基づいて対応するエリアのデフォーカス量を求める。たとえば、撮影者が手動選択した選択エリアに対して、対応するセンサの出力に基づいてデフォーカス量演算を行い、その結果に基づいてレンズ駆動をする。デフォーカス量の演算が検出できない場合は他のエリアに対して同様にデフォーカス量の演算を行う。なお、図１で示したイメージセンサ群３は、たとえばエリア１〜３のそれぞれに独立した３対のイメージセンサを備えるようにすることができる。
【００２５】
このようなマルチエリアＡＦ装置では、各エリアに相当する各イメージセンサの電荷蓄積を独立に並行して行って全エリアの電荷蓄積を短時間に行うようにしている。さらに選択エリアに対応するイメージセンサを優先的に扱う。たとえば、非選択エリアに対応するイメージセンサの蓄積時間を選択エリアに対応するイメージセンサの蓄積時間によって制限し、非選択エリアに対応するイメージセンサの蓄積時間が選択エリアに対応するイメージセンサの蓄積時間よりも長い場合は、非選択エリアのアンプの増幅率を上げて蓄積時間を短くする。
【００２６】
次に本実施の形態の焦点検出動作およびＡＧＣ動作の方法を図５〜図７のフローチャートに基づいて説明する。
【００２７】
図５は焦点検出動作のメインルーチンのフローチャートである。レリーズボタン１３を半押しすると図５に示す焦点検出動作が開始される。ステップ＃１０１では、イメージセンサ群３の各イメージセンサごとに、電荷蓄積動作のパラメータに初期値を与える。たとえば増幅率をＬＬ、蓄積時間をＴ１に設定する。各パラメータが決定したらセンサ制御部９はそのパラメータに基づいて、ステップ＃１０２でイメージセンサ群３の全イメージセンサに電荷蓄積動作を行わせる。全イメージセンサの電荷蓄積動作が終了したらステップ＃１０３に進み、選択エリアに対応するイメージセンサの蓄積電荷を読み出す。
【００２８】
選択エリアは図１に示したエリア選択スイッチ１３によって撮影者が任意に選択する。センサ制御部９は出力切替部４を制御して選択エリアに対応するイメージセンサの出力を読み出す。イメージセンサの出力は出力切替部４を通り、第１アンプ５で増幅され、その出力はさらに第２アンプ６で増幅される。演算部８は、上述したように増幅された信号をＡ／Ｄ変換部７でＡ／Ｄ変換させてから取り込む。またＡＧＣ用に、イメージセンサ中の複数の光電変換素子における出力のうちのピーク出力を求めて変数Ｖに代入しておく。
【００２９】
次にステップ＃１０４において、演算部８は取り込んだイメージセンサの出力に基づいて焦点検出演算を行い、対物レンズ１のデフォーカス量を求める。そしてステップ＃１０５で演算部８は求めたデフォーカス量を採用するか否か、すなわちデフォーカス量に基づいてレンズ駆動を行うか否かを判断する。採用しない場合は、他のエリアに対応するイメージセンサの出力に基づいて焦点検出演算を行うことになる。したがって、ステップ＃１０６を通ってステップ＃１０７に進み、次のエリアに対応するイメージセンサ３の蓄積電荷を読み出す。そしてＡＧＣのために、イメージセンサ中の複数の光電変換素子の出力の中からピーク出力を求め、これを変数Ｖに代入しておく。この変数Ｖはイメージセンサごとに設定する。
【００３０】
複数の非選択エリアのなかのどのエリアに対応したイメージセンサについて蓄積電荷を読み出しを行うかについては、手動選択方式以外、種々の方式がある。たとえば、複数のエリアの中で最も被写体が至近にあるエリアを選択するように、アルゴリズムを用意してもよい。
【００３１】
全エリアについて焦点検出演算を行ったにもかかわらず、どのエリアのデフォーカス量も採用にされなかった場合、レンズ駆動は行わずにステップ＃１０６からステップ＃１１０へ進む。なお、いずれのエリアでもデフォーカス量が採用できない場合に、後述するように、フォーカシングレンズをスキャン駆動してもよい。ステップ＃１０５で、あるエリアに対応したデフォーカス量が採用された場合は、ステップ＃１０８に進んでデフォーカス量に基づいてレンズ駆動を行う。次にステップ＃１０９では、読み出しが行われていないイメージセンサがある場合、そのイメージセンサの蓄積電荷を読み出す。そしてＡＧＣのために、イメージセンサアレイ中の複数の光電変換素子の出力の中からピーク出力を求め、これを変数Ｖに代入しておく。こうして全てのイメージセンサの蓄積電荷が読み出され、ピーク値が求められたらステップ＃１１０へ進み、パラメータ算出サブルーチン１へと進む。パラメータ算出サブルーチン１では、各イメージセンサごとに増幅率と蓄積時間を求める。そしてステップ＃１０２へ戻って次回の電荷蓄積動作を行う。
【００３２】
図６はパラメータ算出サブルーチン１のフローチャートである。前半のステップ＃２０１〜＃２０２で選択エリアに対応するイメージセンサのパラメータを算出し、その蓄積時間を制限時間に設定してから、後半のステップ＃２０４〜＃２０５で非選択エリアに対応するイメージセンサのパラメータを算出する。
【００３３】
ステップ＃２０１において、選択エリアを被算出エリアとして設定する。次にステップ＃２０２では、被算出エリアの前回の蓄積動作時の増幅率、蓄積時間、ピーク値を読み出してパラメータ算出サブルーチン２へ進む。パラメータ算出サブルーチン２の詳細は図７に示す。パラメータ算出サブルーチン２でパラメータを算出すると、ステップ＃２０３へ進み、ステップ＃２０２で求めた選択エリアに対応するイメージセンサの次回の蓄積動作時の蓄積時間を制限時間ＴＬ３として設定する。そして、ステップ＃２０４へ進み、複数の非選択エリアのなかのいずれか１つを被算出エリアとして設定する。次にステップ＃２０５では、被算出エリアの前回の蓄積動作時の増幅率、蓄積時間、ピーク値を読み出してパラメータ算出サブルーチン２へ進む。パラメータ算出サブルーチン２においてパラメータを算出すると、ステップ＃２０６へ進み、全エリアのパラメータ算出が終了したか否かを判定する。終了していない場合は、未算出の選択エリアのなかの１つのエリアを被算出エリアとして設定する。ステップ＃２０６において、全エリアのパラメータ算出が終了したと判定されると、図６のパラメータ算出サブルーチン１を終了して図５のメインルーチンへリターンする。
【００３４】
図７はパラメータ算出サブルーチン２のフローチャートである。ここで、Ｇｎは増幅率の識別番号であり、Ｇｎ＝０ならばＬＬ、Ｇｎ＝１ならばＨＬ、Ｇｎ＝２ならばＬＨ、Ｇｎ＝３ならばＨＨが選択されることを表す。またＧ（Ｇｎ）はＧｎにおける増幅率でＧ（０）＝１倍、Ｇ（１）＝２倍、Ｇ（２）＝４倍、Ｇ（３）＝８倍とする。
【００３５】
ステップ＃３０１でピーク出力Ｖが飽和レベルＶｓａｔに達したか否かを判定する。達していたならばステップ＃３０２で蓄積時間を半分にする。達していなければ、ステップ＃３０３で上記式（１）に基づいて最適な蓄積時間を求める。次にステップ＃３０４で増幅率の履歴をリセットをするか否かを判別する。選択エリアが切り替わった直後は履歴をリセットする。
【００３６】
履歴をリセットする場合はステップ＃３０５へ進み、次式（２）により蓄積時間を延長する。
Ｔ＝｛Ｇ（Ｇｎ）／Ｇ（０）｝×Ｔ          （２）
そして、ステップ＃３０６で増幅率番号Ｇ（ｎ）を０すなわち増幅率をＬＬに設定する。増幅率を低くした分蓄積時間が延びるので、次回の蓄積動作では最適な出力が得られるはずである。ステップ＃３０６が終了したら、またはステップ＃３０４で履歴のリセットをしない場合はステップ＃３０７へ進み、増幅率に応じた下限の制限時間ＴＬ１（Ｇｎ）と上限の制限時間ＴＬ２（Ｇｎ）を設定する。図３に基づいて説明すると、たとえばＴＬ１（１）は、増幅率ＨＬにおける使用範囲の下限制限時間Ｔ３であり、ＴＬ２（１）は、増幅率ＨＬにおける使用範囲の上限制限時間Ｔ４である。またたとえば、ＴＬ２（２）ならば、増幅率ＬＨにおける使用範囲の上限なのでＴ６である。
【００３７】
次にステップ＃３０８に進む。蓄積時間Ｔが制限時間下限ＴＬ１より短い場合はＳ／Ｎを良くするために増幅率を下げて蓄積時間を延ばす。すなわち、まずステップ＃３１１へ進み、増幅率番号がＧｎ＝０か否か、すなわち増幅率がＬＬか否かを判定する。Ｇｎ＝０ならば増幅率はそれよりも下げられないので、ステップ＃３１２へ進んで蓄積時間Ｔを制限時間下限ＴＬ１＝Ｔ１に設定する。つまり最短蓄積時間Ｔ１に設定されることになる。ステップ＃３１１でＧｎ＝０で無いと判定されると、ステップ＃３１３ヘ進み、次式（３）により蓄積時間を２倍に延長する。
Ｔ＝｛Ｇ（Ｇｎ）／Ｇ（Ｇｎ−１）｝×Ｔ          （３）
また、ステップ＃３１４へと進んで増幅率を１段下げる。ステップ＃３１３では増幅率の減少分だけ蓄積時間Ｔが長くなる。そしてステップ＃３０７へ戻って再度、新たに求めた蓄積時間が１段下げた増幅率の使用範囲に含まれているか否かを判定する。
【００３８】
ステップ＃３０８で蓄積時間Ｔが制限時間下限ＴＬ１より長いと判定されると、ステップ＃３０９へ進む。ステップ＃３０９において蓄積時間Ｔが制限時間上限ＴＬ２より長いと判定されると、応答性を良くするために増幅率を上げて蓄積時間を短縮する。すなわち、ステップ＃３１５へ進み、増幅率番号がＧｎ＝３か否か、すなわち増幅率ＨＨか否かを判定する。Ｇｎ＝３ならば増幅率はそれよりも上げられないのでステップ＃３１６へ進んで蓄積時間Ｔを制限時間上限ＴＬ２＝Ｔ８に設定する。つまり最長蓄積時間Ｔ８に設定されることになる。ステップ＃３１５でＧｎ＝３でないと判定されると、ステップ＃３１７ヘ進み、次式（４）により蓄積時間を１／２倍に短縮する。
Ｔ＝｛Ｇ（Ｇｎ）／Ｇ（Ｇｎ＋１）｝×Ｔ          （４）
また、ステップ＃３１８へと進んで増幅率を１段上げる。ステップ＃３１７では増幅率の増加分だけ蓄積時間Ｔが短くなる。そしてステップ＃３０７へ戻って再度、新たに求めた蓄積時間が１段下げた増幅率の使用範囲に含まれているか否かを判定する
【００３９】
こうして求めた蓄積時間Ｔが、選択された増幅率の制限時間下限ＴＬ１と上限ＴＬ２の範囲内に収まると、ステップ＃３０９からステップ＃３１０へ進む。被算出エリアが選択エリアならば、そのままパラメータの算出を終了してパラメータ算出サブルーチン１へリターンする。一方、被算出エリアが非選択エリアでかつ、蓄積時間Ｔが、選択エリアに対応するイメージセンサの次回の蓄積動作時の蓄積時間ＴＬ３よりも長い場合は、ＴをＴＬ３で制限する。すなわち、ステップ＃３１９へ進み、増幅率番号がＧｎ＝３か否か、すなわち増幅率ＨＨか否かを判定する。Ｇｎ＝３ならば増幅率はそれよりも上げられないので、ステップ＃３２０へ進んで蓄積時間Ｔを制限時間ＴＬ３に設定する。ステップ＃３１９でＧｎ＝３でないと判定されると、ステップ＃３２１ヘ進み、次式（５）により蓄積時間を１／２倍に短縮する。
Ｔ＝｛Ｇ（Ｇｎ）／Ｇ（Ｇｎ＋１）｝×Ｔ          （５）
また、ステップ＃３２２へと進んで増幅率を１段上げる。ステップ＃３２１では増幅率の増加分だけ蓄積時間Ｔが短くなる。そしてそしてパラメータの算出を終了してパラメータ算出サブルーチン１へリターンする。
【００４０】
このようにこの実施の形態の焦点検出装置によれば、手動エリア選択スイッチ１３によりエリアが切換わると、ステップ＃３０４において履歴リセットと判定されてステップ＃３０５で蓄積時間を延長するとともにもっとも低い増幅率ＬＬを選択するようにした。したがって、選択エリアの蓄積時間よりも非選択エリアの蓄積時間が長く、非選択エリアの蓄積時間が選択エリアの蓄積時間で制限されて大きな増幅率が設定された場合でも、エリアが切換わったときに、Ｓ／Ｎ比が低下することがない。
【００４１】
以上では、エリア切換時に履歴をリセットするものとした。本発明は、スキャン中や追尾中など、主要被写体が静止している時よりもＡＦ動作の応答速度が求められるカメラにも適用することができる。すなわち、たとえば通常の場合は図３のような増幅率切替直線に基づいてアンプの増幅率の切替を行う。そして、スキャン中や追尾中は、図８のような増幅率切替直線に基づいてアンプの増幅率の切替を行う。被写体の明るさが同じ場合、図８のほうが図３よりも高い増幅率を選択するので蓄積時間が短くなり、応答が早くなる。そして、スキャン中や追尾中など応答速度が求められる場合、つまり図８のような増幅率切替直線を使用する場合から、主要被写体が静止していると判断された時など通常の場合つまり図３のような増幅率切替直線を使用する場合へ切り替えた直後は履歴をリセットする。すなわち、焦点調節動作の応答速度が要求される駆動モードと、焦点調節動作の応答速度が要求されない駆動モードとの間でモードが切り替わるときに、増幅率、すなわちゲインの履歴をリセットする。とくに、上述したように焦点調節動作の応答速度が要求されない通常の駆動モードへ切り替わるときに履歴をリセットすることが好ましい。
【００４２】
なお、通常の駆動モードとは、焦点調節の情報に基づいて光学系を駆動するモードであるが、焦点検出動作中に光学系を駆動しないいわゆる間欠駆動モード、および、レンズ駆動中にもＣＣＤの電荷蓄積と焦点検出演算を行ういわゆるオーバラップサーボモードを含むモードである。
さらに、追尾モードとスキャンモードとの間でモードが切り替わるとき、履歴をリセットして今回の増幅率を設定するようにしてもよい。
【００４３】
なお、上述したスキャン動作とは、複数のエリアのすべてについてのデフォーカス量が大きすぎて正常な焦点検出が得られない場合に、フォーカシングレンズをスキャンして正常なデフォーカス量を算出しようとするモードである。もちろん、選択エリアのデフォーカス量が正常でないときにスキャン駆動するようにしてもよい。また追尾モードは、半押し状態で選択エリア内でのデフォーカス量が徐々に遠距離から近距離あるいはその逆に変化する場合、移動被写体であると判定して全押し時の被写体の位置、すなわち未来の被写体の位置を予測するモードである。スキャンモードや追尾モードでは応答性が要求されるので、増幅率が高くされる。そのため、これらのモードから通常のモードに切り換わったときに、増幅率の履歴をリセットして、低い増幅率を使用してＳ／Ｎ比が低下することを防止するものである。
【００４４】
イメージセンサの駆動モードを図３と図８の間で切換える駆動モード切換方式を採用する場合には、駆動モードが切換えられたときに、増幅率の履歴をリセットして、増幅率を低くすれば、過去の増幅率の履歴に引きずられてＳ／Ｎ比が低下することが抑制される。また以上では、スチルカメラに搭載した焦点調節装置として説明したが、本発明は、ビデオカメラやその他の電子機器に搭載する焦点検出装置以外にも使用されるイメージセンサシステムに適用できる。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば次のような作用効果を奏することができる。すなわち、画像信号の増幅率を変更する際に過去の増幅率の履歴に引きずられて不必要にＳ／Ｎ比が悪化することを抑制できる。換言すると、不必要に高い増幅率を選択することなく常に最適な増幅率を選択できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図２】ＡＧＣを説明する図である。
【図３】  ４種類の増幅率の切替を説明する図である。
【図４】マルチエリアＡＦを説明する図である。
【図５】実施の形態のメインルーチンの一例を説明するフローチャートである。
【図６】実施の形態のパラメータ算出サブルーチン１を説明するフローチャートである。
【図７】実施の形態のパラメータ算出サブルーチン２を説明するフローチャートである。
【図８】  スキャン中や追尾中に使用される応答性の高い４種類の増幅率の切替を説明する図である。
【図９】２種類の増幅率の切替を説明する図である。
【符号の説明】
２：焦点検出光学系            ３：イメージセンサ群
４：出力切換部                ５：第１アンプ
６：第２アンプ                ８：演算部
９：センサ制御部
【図１】
0004736230.tif 000002
【図２】
0004736230.tif 000003
【図３】
0004736230.tif 000004
【図４】
0004736230.tif 000005
【図５】
0004736230.tif 000006
【図６】
0004736230.tif 000007
【図７】
0004736230.tif 000008
【図８】
0004736230.tif 000009
【図９】
0004736230.tif 000010