JP2002014280A - 焦点検出装置およびイメージセンサシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】画像信号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
きる焦点検出装置を提供する。 【解決手段】光学系により結像された被写体像を受光し
て画像信号を出力する複数のイメージセンサ３を備え
る。イメージセンサ３からの画像信号は複数の増幅率の
中から選択された一の増幅率で増幅される。増幅された
画像信号に基づいて光学系の焦点調節を表すデフォーカ
ス量が演算される。マルチエリアＡＦ装置で選択エリア
が切換わると、選択されたエリアの増幅率は、前回選択
されたエリアの最適蓄積時間によって制限されて高くな
った増幅率よりも低くされる。すなわち、増幅率の履歴
がリセットされて今回の増幅率が設定される。

Description

【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 Co
ntrol）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Ｔ
ａ」（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Ｈ
ｉ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７−１４６４３
４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、光学系により結像された被写体像を受光して
画像信号を出力する光電変換素子であって、複数の焦点
検出領域の画像信号を出力する光電変換素子と、前記複
数の焦点検出領域の中から一の焦点検出領域を選択する
領域選択手段と、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、前記選択された一の焦点
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
ットして今回の増幅率を設定することを特徴とする。 （２）請求項２の焦点検出装置は、光学系により結像さ
れた被写体像を受光して画像信号を出力する光電変換素
子であって、複数の焦点検出領域の画像信号を出力する
光電変換素子と、前記複数の焦点検出領域の中から一の
焦点検出領域を選択する領域選択手段と、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、
前記選択された一の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
換手段により前記駆動モードから非駆動モードに切換え
られたとき、前記履歴をリセットして今回の増幅率を設
定することを特徴とする。 （３）請求項３の発明は、請求項２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／または前記スキャ
ンモードと前記通常駆動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今回の増幅率を設定
することを特徴とする。 （４）請求項４の発明は、請求項２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今回の増幅率を設定することを
特徴とする。 （５）請求項５の発明は、請求項１または２に記載の焦
点検出装置において、増幅率設定手段は、前記履歴をリ
セットして今回の増幅率を設定するとき、前回の増幅率
よりも低い増幅率に設定することを特徴とする。 （６）請求項６の発明は、被写体からの光束を受光して
画像信号を出力するイメージセンサと、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今回の増幅
率を設定することを特徴とする。 （７）請求項７の発明は、請求項５に記載の焦点検出装
置において、増幅率設定手段は、前記履歴をリセットし
て今回の増幅率を設定するとき、前回の増幅率よりも低
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１
１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Ｔ
２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Ａ
ＧＣ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＃１
０１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＃１０
６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〜＃２０
２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＃２０
２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、Ｇ
ｎ＝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＃３０
５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＝Ｔ
１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＃３１
９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＃３１
９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

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光学系により結像された被写体像を受光し
   て画像信号を出力する光電変換素子であって、複数の焦
   点検出領域の画像信号を出力する光電変換素子と、 前記複数の焦点検出領域の中から一の焦点検出領域を選
   択する領域選択手段と、 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、 前記選択された一の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
   セットして今回の増幅率を設定することを特徴とする焦
   点検出装置。
2. 【請求項２】光学系により結像された被写体像を受光し
   て画像信号を出力する光電変換素子であって、複数の焦
   点検出領域の画像信号を出力する光電変換素子と、 前記複数の焦点検出領域の中から一の焦点検出領域を選
   択する領域選択手段と、 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、 前記選択された一の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、前記履歴をリセットして今
   回の増幅率を設定することを特徴とする焦点検出装置。
3. 【請求項３】請求項２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／または前記スキャンモードと前
   記通常駆動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今回の増幅率を設定することを特
   徴とする焦点検出装置。
4. 【請求項４】請求項２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
   セットして今回の増幅率を設定することを特徴とする焦
   点検出装置。
5. 【請求項５】請求項１または２のいずれかに記載の焦点
   検出装置において、 前記増幅率設定手段は、前記履歴をリセットして今回の
   増幅率を設定するとき、前回の増幅率よりも低い増幅率
   に設定することを特徴とする焦点検出装置。
6. 【請求項６】被写体からの光束を受光して画像信号を出
   力するイメージセンサと、 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今回の増幅率を設定す
   ることを特徴とするイメージセンサシステム。
7. 【請求項７】請求項６に記載のイメージセンサシステム
   において、 前記増幅率設定手段は、前記履歴をリセットして今回の
   増幅率を設定するとき、前回の増幅率よりも低い増幅率
   に設定することを特徴とするイメージセンサシステム。