JP2007333801A - Focus detecting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えばカメラの焦点検出装置に関するものである。 The present invention relates to a focus detection apparatus for a camera, for example.
従来、カメラの焦点検出装置に関して、例えば特許文献1によれば、光電変換素子としてCCDを用いた場合に、CCDに発生する暗電流を補正することで低輝度時の焦点検出精度を向上させる方法が開示されている。
Conventionally, regarding a camera focus detection device, for example, according to
また、特許文献2によれば、光電変換素子としてMOS型光電変換素子を用いた場合の、2種類の固定パターンノイズを補正することで焦点検出精度を向上させる方法が開示されている。特許文献2において、補正される一つの固定パターンノイズは、光電変換素子の蓄積時間に関係なく発生する出力信号のばらつき(ノイズ)であり、他の一つの固定ノイズパターンは、素子の暗電流によって発生し、蓄積時間によって増加するノイズである。いずれの固定パターンノイズも、MOS型光電変換素子自身に起因するノイズである。
ところで、カメラの焦点検出方式に関して、撮影レンズを通過した光束を一対の光電変換素子上に導き、その出力に対して焦点検出演算を行うことで撮影レンズのデフォーカス量を検出するTTL位相差自動焦点検出(AF)方式は、一般に、一眼レフレックスカメラにおいて多く採用されている。また、最近の一眼レフフレックスカメラは撮影領域内の複数の焦点検出領域で焦点検出或いは測距を行うことも一般的となっている。このような複数の焦点検出領域を持つマルチAF方式の焦点検出装置或いは測距装置に使用される光電変換素子列は、複数の焦点検出領域毎に配設される。ここで、焦点検出すべき領域毎に被写体の輝度が異なるため、一つの蓄積時間で光電変換素子列を共通に制御してしまうと、適正な蓄積時間で制御できない光電変換素子列が発生してしまうが、適正な蓄積時間でないと焦点検出を正確に実施できないことから、光電変換素子列毎に独立して蓄積制御が行われる。 By the way, regarding the focus detection method of a camera, a TTL phase difference automatic that detects the defocus amount of the photographing lens by guiding the light flux that has passed through the photographing lens onto a pair of photoelectric conversion elements and performing focus detection calculation on the output thereof. In general, the focus detection (AF) method is widely used in single-lens reflex cameras. In addition, recent single-lens reflex cameras generally perform focus detection or distance measurement in a plurality of focus detection areas in a shooting area. A photoelectric conversion element array used in such a multi-AF focus detection apparatus or distance measuring apparatus having a plurality of focus detection areas is provided for each of the plurality of focus detection areas. Here, since the brightness of the subject differs for each region where focus detection is to be performed, if the photoelectric conversion element arrays are controlled in common in one accumulation time, a photoelectric conversion element array that cannot be controlled in an appropriate accumulation time occurs. However, since focus detection cannot be performed accurately unless the accumulation time is appropriate, accumulation control is performed independently for each photoelectric conversion element array.
ところが、光電変換素子列の蓄積時間が同一でないため、光電変換素子列の出力をA/D変換器でA/D変換する際に不都合が生ずる。すなわち、光電変換素子列毎にA/D変換器を備えれば、光電変換素子列の蓄積動作が終了した時点で直ちにA/D変換器による変換動作を行わせることができるものの、焦点検出領域が多くなってくると、必要とするA/D変器の数も増え,回路規模の増加を招くこととなる。一方、複数の光電変換素子列に対して1〜2個のA/D変換器で対処しようとすると、蓄積動作が終了した光電変換素子列の出力電荷を一時的に保持する電荷保持部が必要となる。或いは、全ての焦点検出領域についての光電変換素子列から得られた出力を後段の演算部にまとめて一気に出力させるために、CCDの構造上、光電変換素子列の出力電荷を一時的に電荷保持部に保持させることは、CCDチップ構成を簡単化させるためにも重要である。 However, since the accumulation times of the photoelectric conversion element arrays are not the same, inconvenience occurs when the output of the photoelectric conversion element array is A / D converted by the A / D converter. That is, if an A / D converter is provided for each photoelectric conversion element array, the conversion operation by the A / D converter can be performed immediately after the accumulation operation of the photoelectric conversion element array is completed. As the number increases, the number of required A / D transformers also increases, leading to an increase in circuit scale. On the other hand, if one or two A / D converters are used for a plurality of photoelectric conversion element arrays, a charge holding unit that temporarily holds the output charges of the photoelectric conversion element arrays that have completed the accumulation operation is required. It becomes. Alternatively, the output obtained from the photoelectric conversion element array for all the focus detection regions is temporarily stored in the operation unit of the subsequent stage so that the output charge of the photoelectric conversion element array is temporarily held due to the structure of the CCD. It is important to hold it in the part in order to simplify the CCD chip configuration.
ここで、光電変換素子列の出力電荷を一時的に保持する電荷保持部においても、独自に暗電流ノイズが発生し、保持している光電変換素子列の出力電荷にノイズが重畳されてしまい、焦点検出精度、特に低輝度時の焦点検出精度を劣化させてしまう。したがって、特許文献1に示されるように、光電変換素子列の蓄積時間に起因する暗電流によるノイズの影響を除去しても、低輝度時の焦点検出精度を向上させるのに不十分である。また、特許文献2は、CMOSセンサに特化した技術であり、CCDチップに伴う上記課題の解決策とはならない。
Here, even in the charge holding unit that temporarily holds the output charge of the photoelectric conversion element array, dark current noise is independently generated, and the noise is superimposed on the output charge of the held photoelectric conversion element array, The focus detection accuracy, particularly the focus detection accuracy at low luminance, is deteriorated. Therefore, as shown in
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、光電変換素子の出力電荷を一時的に保持する電荷保持部を備えるマルチAF方式において、より正確な焦点検出が可能で、低輝度時の焦点検出精度を一層向上させることができる焦点検出装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and in a multi-AF method including a charge holding unit that temporarily holds the output charge of a photoelectric conversion element, more accurate focus detection is possible, and at low luminance. An object of the present invention is to provide a focus detection apparatus capable of further improving the focus detection accuracy.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る焦点検出装置は、複数の焦点検出領域に対応した複数の光電変換素子列と、該光電変換素子列からの出力をデジタル値に変換する変換部と、前記光電変換素子列毎に設けられ、該光電変換素子列の蓄積動作が終了し前記変換部の動作が開始されるまで前記光電変換素子列の出力電荷を一時的に保持する電荷保持部と、前記光電変換素子列による蓄積時間に依存して発生する固定パターンノイズに対する第一の補正値と、前記電荷保持部での電荷保持時間に依存して発生する固定パターンノイズに対する第二の補正値とを個別に算出し、これら第一、および第二の補正値を用いて補正された前記デジタル値に基づき焦点検出領域毎の焦点情報を演算する演算手段と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, a focus detection apparatus according to the present invention includes a plurality of photoelectric conversion element arrays corresponding to a plurality of focus detection regions, and outputs from the photoelectric conversion element arrays as digital values. A conversion unit that converts the output of the photoelectric conversion element array into a photoelectric conversion element array, and temporarily stores the output charge of the photoelectric conversion element array until the accumulation operation of the photoelectric conversion element array ends and the operation of the conversion unit starts. The charge holding unit to hold, the first correction value for the fixed pattern noise generated depending on the accumulation time by the photoelectric conversion element array, and the fixed pattern noise generated depending on the charge holding time in the charge holding unit A second correction value for the first and second calculation values, and calculation means for calculating focus information for each focus detection area based on the digital values corrected using the first and second correction values. That And butterflies.
また、本発明に係る焦点検出装置は、複数の焦点検出領域に対応した複数の光電変換素子列と、該光電変換素子列からの出力をデジタル値に変換する変換部と、前記光電変換素子列毎に設けられ、該光電変換素子列の蓄積動作が終了し前記変換部の動作が開始されるまで前記光電変換素子列の出力電荷を一時的に保持する電荷保持部と、所定の条件において前記光電変換素子列で発生する第一の固定パターンノイズと前記電荷保持部で発生する第二の固定パターンノイズとを記憶した記憶部と、前記デジタル値に基づき焦点検出領域毎の焦点情報を演算する演算手段と、を備え、前記演算手段は、焦点情報を演算する際に、前記光電変換素子列の蓄積動作の時間と前記記憶部に記憶された該光電変換素子列の第一の固定パターンノイズとに基づき第一の補正値を演算し、前記光電変換素子列の出力電荷が前記電荷保持部に保持されていた時間と前記記憶部に記憶された該光電変換素子列に対応する第二の固定パターンノイズとに基づき第二の補正値を演算し、前記光電変換素子列の出力である前記デジタル値に対してこれら第一、および第二の補正値に基づき補正を行った後に、焦点情報を演算することを特徴とする。 The focus detection device according to the present invention includes a plurality of photoelectric conversion element arrays corresponding to a plurality of focus detection areas, a conversion unit that converts an output from the photoelectric conversion element array into a digital value, and the photoelectric conversion element array. A charge holding unit that temporarily holds the output charge of the photoelectric conversion element array until the accumulation operation of the photoelectric conversion element array ends and the operation of the conversion unit starts, and A storage unit that stores the first fixed pattern noise generated in the photoelectric conversion element array and the second fixed pattern noise generated in the charge holding unit, and calculates focus information for each focus detection region based on the digital value. Calculating means, and when calculating the focus information, the calculating means stores the time of accumulation operation of the photoelectric conversion element array and the first fixed pattern noise of the photoelectric conversion element array stored in the storage unit. And based A first correction value is calculated, and a second fixed pattern corresponding to the time that the output charge of the photoelectric conversion element array is held in the charge holding unit and the photoelectric conversion element row stored in the storage unit The second correction value is calculated based on the noise, and the focus information is calculated after correcting the digital value that is the output of the photoelectric conversion element array based on the first and second correction values. It is characterized by doing.
また、本発明に係る焦点検出装置は、複数の焦点検出領域に対応した複数の光電変換素子列と、該光電変換素子列の蓄積動作を各々制御する蓄積制御手段と、前記光電変換素子列毎に設けられ、該光電変換素子の蓄積動作が終了するとその出力電荷を一時的に保持する電荷保持部と、前記光電変換素子列による蓄積時間と前記電荷保持部に前記光電変換素子列の出力電荷が保持されていた電荷保持時間とを計測する時間計測手段と、前記電荷保持部からの出力をデジタル値に変換する変換部と、所定の条件において測定されて前記各光電変換素子列で発生する第一の固定パターンノイズと前記各電荷保持部で発生する第二の固定パターンノイズとを記憶した記憶部と、前記デジタル値に基づき焦点検出領域毎の焦点情報を演算する演算手段と、を備え、前記演算手段は、所望の焦点検出領域の焦点情報を演算する際に、対応する前記光電変換素子列の蓄積時間と前記記憶部に記憶された該光電変換素子列の第一の固定パターンノイズとに基づき第一の補正値を演算し、対応する前記電荷保持部の電荷保持時間と前記記憶部に記憶された該光電変換素子列に対応する前記電荷保持部の第二の固定パターンノイズとに基づき第二の補正値を演算し、前記光電変換素子列の出力である前記デジタル値に対してこれら第一、および第二の補正値に基づき補正を行った後に、焦点情報を演算することを特徴とする。 In addition, the focus detection apparatus according to the present invention includes a plurality of photoelectric conversion element arrays corresponding to a plurality of focus detection areas, an accumulation control unit that controls accumulation operations of the photoelectric conversion element arrays, and the photoelectric conversion element arrays. And a charge holding section that temporarily holds the output charge when the accumulation operation of the photoelectric conversion element is completed, an accumulation time by the photoelectric conversion element array, and an output charge of the photoelectric conversion element array in the charge holding section A time measuring means for measuring the charge holding time in which the charge is held, a conversion unit for converting the output from the charge holding unit into a digital value, and measurement is performed under a predetermined condition and is generated in each photoelectric conversion element array A storage unit that stores the first fixed pattern noise and the second fixed pattern noise generated in each of the charge holding units; and a calculation unit that calculates focus information for each focus detection region based on the digital value. And the calculation means calculates the focus information of the desired focus detection region, and stores the corresponding photoelectric conversion element array storage time and the first fixed of the photoelectric conversion element array stored in the storage unit. A first correction value is calculated based on the pattern noise, and the charge holding time of the corresponding charge holding unit and the second fixed pattern of the charge holding unit corresponding to the photoelectric conversion element array stored in the storage unit The second correction value is calculated based on the noise, and the focus information is calculated after correcting the digital value that is the output of the photoelectric conversion element array based on the first and second correction values. It is characterized by doing.
また、本発明に係る焦点検出装置は、上記発明において、前記光電変換素子列の雰囲気温度を検出する温度検出部をさらに備え、前記演算手段は、前記温度検出部で検出された温度出力を含めて前記第一、および第二の補正値の演算を行うことを特徴とする。 The focus detection apparatus according to the present invention further includes a temperature detection unit that detects an ambient temperature of the photoelectric conversion element array in the above invention, and the calculation unit includes a temperature output detected by the temperature detection unit. And calculating the first and second correction values.
また、本発明に係る焦点検出装置は、上記発明において、前記光電変換素子列の出力を増幅する増幅器をさらに備え、前記演算手段は、前記増幅器の増幅度を含めて前記第一、および第二の補正値の演算を行うことを特徴とする。 The focus detection apparatus according to the present invention further includes an amplifier that amplifies an output of the photoelectric conversion element array in the above invention, and the calculation means includes the first and second amplifiers including the amplification degree of the amplifier. The correction value is calculated.
本発明に係る焦点検出装置によれば、光電変換素子列そのものの蓄積時間に依存して発生する固定パターンノイズに対する第一の補正値とともに、光電変換素子列の出力電荷を一時的に保持する電荷保持部の電荷保持時間に依存して発生する固定パターンノイズに対する第二の補正値を算出し、光電変換素子列からの出力を変換部で変換したデジタル値に基づき焦点情報を演算する上で、これら第一、および第二の補正値を用いて補正されたデジタル値を用いるようにしたので、電荷保持部を必須とするマルチAF方式において発生し得る暗時ノイズを全て相殺して焦点情報を演算することができ、より正確な焦点検出が可能で、低輝度時の焦点検出精度を一層向上させることができるという効果を奏する。 According to the focus detection apparatus of the present invention, together with the first correction value for the fixed pattern noise generated depending on the accumulation time of the photoelectric conversion element array itself, the charge that temporarily holds the output charge of the photoelectric conversion element array In calculating the second correction value for the fixed pattern noise generated depending on the charge holding time of the holding unit, and calculating the focus information based on the digital value obtained by converting the output from the photoelectric conversion element array by the conversion unit, Since the digital value corrected using the first and second correction values is used, all the dark noise that can be generated in the multi-AF method that requires the charge holding unit is canceled, and the focus information is obtained. It is possible to calculate, more accurate focus detection is possible, and there is an effect that the focus detection accuracy at low luminance can be further improved.
以下に添付図面を参照して、本発明に係る焦点検出装置の好適な実施の形態について説明する。本発明は、本実施の形態に限らず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば、種々の変形が可能である。 Exemplary embodiments of a focus detection apparatus according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. The present invention is not limited to this embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
図1は、本実施の形態のマルチAF方式の焦点検出装置が適用されるカメラシステムのAF周りの構成例を示す概略機構を含むブロック図である。ここでは、TTL位相差AF方式を一眼レフフレックスカメラに適用した場合の例を示している。10はカメラ本体(図示せず)に着脱交換自在にマウントされる交換レンズであり、撮影レンズ11を内蔵している。この撮影レンズ11をモータドライバ12により光軸方向に駆動することにより合焦状態が得られる。また、交換レンズ10中には、カメラ本体側からデフォーカス量を受信して撮影レンズ11の駆動量を演算し、その駆動量だけモータドライバ12を介して撮影レンズ11を駆動制御するレンズCPU13が設けられている。
FIG. 1 is a block diagram including a schematic mechanism showing an example of a configuration around an AF of a camera system to which the multi-AF type focus detection apparatus of the present embodiment is applied. Here, an example in which the TTL phase difference AF method is applied to a single-lens reflex camera is shown.
一方、カメラ本体内においては、撮影レンズ11の光軸上に位置させてメインミラー14が設けられている。このメインミラー14は、可動ミラー構成とされており、AF時は図示のようにダウンした位置に位置しており、撮影レンズ11を透過した光束をファインダ光学系16とAF光学系19とに分割し、被写体の撮影時には上方へアップ退避して、撮影レンズ11を透過した全光束を撮像素子24へ導く。ここで、ファインダ光学系16は、周知のように、ペンタプリズム等の光学素子からなり、その前段には、ファインダ用スクリーン15が配置され、後段には撮影者が覗くファインダ接眼レンズ17が配置されている。また、メインミラー14の光軸方向背後にはこのメインミラー14がダウン位置に位置している時にメインミラー14を透過した光束をAF光学系19側に全反射するサブミラー18が設けられている。このサブミラー18は、メインミラー14がアップ退避している時には、撮像素子24への光束を遮らない位置に一緒にアップ退避する。
On the other hand, in the camera body, a main mirror 14 is provided on the optical axis of the taking
また、メインミラー14により分割され、AF光学系19を経た光束を、内部の一対の光電変換素子列に入射して焦点検出のための信号を発生するAFセンサ20が設けられている。このAFセンサ20は、詳細は後述するが、一対の光電変換素子列を複数の焦点検出領域毎に持つマルチAFセンサが用いられている。
In addition, an
さらに、カメラ本体内には、AF関係の制御を含む各部の制御処理や画像処理を司るシステムコントローラとして機能するマイクロコンピュータ(CPU)21が設けられている。このマイクロコンピュータ(CPU)21は、レンズCPU13からは演算に先立って演算に必要なレンズデータが送信されており、レンズCPU13に対してはAF演算結果であるデフォーカス量を送信する。AFセンサ20とマイクロコンピュータ(CPU)21との間には、このマイクロコンピュータ(CPU)21により制御され、AFセンサ20の制御を司るASIC構成のAFコントローラ22が設けられている。
Further, a microcomputer (CPU) 21 that functions as a system controller that controls each part including AF-related control and image processing is provided in the camera body. The microcomputer (CPU) 21 transmits lens data necessary for the calculation prior to the calculation from the
なお、図1において、撮像素子24としては2次元CCDデバイスが用いられているが、銀塩カメラの場合であればフィルムが相当する。この撮像素子24の前面にはフォーカルプレーンシャッタ23が設けられている。
In FIG. 1, a two-dimensional CCD device is used as the image sensor 24, but a film corresponds to a silver salt camera. A
次に、AF光学系19とAFセンサ20の構成例について説明する。図2は、AFセンサ20を含めてAF光学系19の原理的な構成例を示す概略構成図である。AF光学系19は、公知のTTL位相差AF光学系の構成であるので、簡単に説明する。撮影レンズ11が合焦状態にあるときには撮影レンズ11を透過した光束は、AF光学系19前面の仮想面である撮像等価面31で合焦し、コンデンサレンズ32で集光・分割されて一対のセパレータ絞り33で光束が絞られ、一対のセパレータレンズ34でAFセンサ20内の一対の光電変換素子列であるセンサアレイ35A,35B上に結像される。ここで、一対のセンサアレイ35A,35Bの結像間隔を測定することによって撮影レンズ11のデフォーカス量を測定する公知のTTL位相差AF方式が構築される。
Next, configuration examples of the AF
図3は、マルチ構成のAFセンサ20の配置例として撮影画面25上の測距点配置を示す概略正面図である。本実施の形態1のAFセンサ20は、例えば、P1〜P11で示す22ライン11点の測距点(焦点検出領域)を持つマルチAFセンサへの適用例を示し、それぞれ横ライン用の水平センサ列と縦ライン用の垂直センサ列との組合せとして設定されている。ここで、測距点P1〜P3は上段に配置され、測距点P4〜P8は中段に配置され、測距点P9〜P11は下段に配置されている。また、測距点P4は縦1列目に配置され、測距点P1,P5,P9は縦2列目に配置され、測距点P2,P6,P10は縦3列目に配置され、測距点P3,P7,P11は縦4列目に配置され、測距点P8は縦5列目に配置されている。
FIG. 3 is a schematic front view showing an arrangement of distance measuring points on the photographing
図4は、図3に示すような測距点P1〜P11に対応するAFセンサ20のセンサチップ26上での配置例を示す概略正面図である。センサチップ26は、基準部用と参照部用とが一対のセンサアレイ35A,35Bに相当して対をなすものであり、上段、中段、下段の横ライン用の基準部水平センサ列41UA,41CA,41DAと、上段、中段、下段の横ライン用の参照部水平センサ列41UB,41CB,41DB、並びに、縦1列目〜縦5列目の縦ライン用の基準部垂直センサ列411A〜415Aと、縦1列目〜縦5列目の縦ライン用の参照部垂直センサ列411B〜415Bとからなる。例えば図3中に示した測距点P1に対応するセンサチップは、図4に示すセンサボード26上では、太線およびP1を付して示すように、基準部水平センサ列41UA,および参照部水平センサ列41UBの左側、および、基準部垂直センサ列412A,および参照部垂直センサ列412Bに割り当てられている。
FIG. 4 is a schematic front view showing an arrangement example of the
ここで、各センサ列の1ライン分の構成例について、図4中の吹出し部分を参照して説明する。該吹出し部分は、例えば参照部水平センサ列41CBの1ライン分を拡大して示すものである。参照部水平センサ列41CBは、1ライン分がn個、ここでは縦1列目〜縦5列目分の5個のアイランド(ISLAND)n=1〜5に分割され、それぞれのアイランドn=1〜5用に順に割り当てられている(なお、AFセンサ20全体でのアイランド数はN=11とする)。ここで、アイランドとは、図3に示した測距点に対応する複数の画素列であり、参照部水平センサ列41CBの場合であれば、それぞれ測距点P4〜P8に対応する。同一のアイランド内の画素については、同一の蓄積時間となるように制御される。また、センサ列は通常1アイランド当り1ラインの構成とされているが、本実施の形態では、精度向上のため、k=1,2で示すように、1アイランド当り2ラインのセンサ列を1/2ピッチずらして千鳥配置させた構成とされている(実際には、図5に示すように、ライン間にモニタPDが介在されている)。このような千鳥配置された2ライン分のセンサ列のそれぞれにおいて相関演算を行い、像ずれ量を算出し、2つの像ずれ量の平均値をとることにより、センサノイズ(主にショットノイズ)を1/(√2)倍に低減することができるとともに、1画素周期で現れる誤差量を削減することもできる。参照部水平センサ列41CB以外の他のセンサ列も同様に各ラインが複数のアイランドに分割され、かつ、2ライン分の千鳥配置構成とされている。
Here, a configuration example for one line of each sensor row will be described with reference to a blowing portion in FIG.該吹out moieties are those showing the enlarged one line, for example, reference unit
次に、AFセンサ20内におけるセンサ回路の構成例について図5を参照して説明する。図5は、AFセンサ20内のセンサ回路の構成例を示すブロック図である。図5では、例えば、対をなす横ライン用の基準部水平センサ列41UA、参照部水平センサ列41UB部分の構成を詳細に示している。例えば、測距点P1〜P3(アイランドn=1〜3)用となる参照部水平センサ列41UBを例に挙げて説明すると、該センサ列は、モニタPD(フォトダイオード)411と、光電変換素子列となるPD部412と、転送スイッチ部413と、電荷保持部となるST部414と、転送スイッチ部415と、電荷転送出力用のCCD部416とからなり、図4中の吹出し部分に示した構成に従い、モニタPD411を挟んでk=1,k=2の2ライン分が設けられている。
Next, a configuration example of the sensor circuit in the
ここで、モニタPD411は、各アイランド(測距点)のPD部412の蓄積時間を制御するためのモニタ動作を行うものであり、同一アイランド(測距点)内の画素については同一の蓄積時間となるように制御するため、アイランド(測距点)単位で設けられている。参照部水平センサ列41UBの場合であれば、測距点P1〜P3(アイランドn=1〜3)用であり、3個のモニタPD411が設けられている。
Here, the monitor PD 411 performs a monitoring operation for controlling the accumulation time of the
また、PD部412は、図6に示すように、画素単位で複数のPD(フォトダイオード)412a,412b,…を備え、受光量に応じた電荷を蓄積する。転送スイッチ部413は、図7に示すように、モニタPD411の出力に基づき各アイランドnのPD部412の蓄積終了タイミングで発生するパルス信号TG1nが入力された場合に、同一アイランド内のPD部412の各PD412a,412b,…に蓄積されている出力電荷を対応するアイランド用のST部414に移動させる。ST部414は、対応するPD部412の蓄積動作が終了し、後述するA/D変換器の動作が開始されるまでPD部412の出力電荷を一時的に保持する。ST部414に保持された電荷は、図6および図7に示すように、転送スイッチ部415に対して転送出力を指示するパルス信号TG2nが入力されると、CCD部416に一気に出力され、クロック信号φ1,φ2に従うタイミングでFDA(フローティング・ディフュージョン・アンプ)42UBに出力される。
Further, as shown in FIG. 6, the
ここで、PD部412の不要電荷のリセットは、転送スイッチ部415に対してパルス信号TG1nを出力し、不要電荷をST部414に掃き出させることにより行われる。また、ST部414の不要電荷のリセットは、ST部414に対するリセット信号φRSをHレベルにすることにより実行される。すなわち、リセット信号φRSは、図7に示すように、蓄積動作開始前から常時オン(Hレベル)にすることで、ST部414の電荷を掃き出させておき、蓄積動作開始時にはオフ(Lレベル)とする。
Here, the unnecessary charge of the
他のセンサ列の構成も同様であり、それぞれのセンサ列のモニタPD部411の出力信号は、マルチプレクサ(MUX)46を介して蓄積制御手段である積分時間制御回路47に入力されており、この積分時間制御回路47から各アイランド対応の転送スイッチ部413に対してパルス信号TG1nが出力される。
The configuration of other sensor arrays is the same, and the output signal of the monitor PD unit 411 of each sensor array is input to an integration time control circuit 47 which is an accumulation control means via a multiplexer (MUX) 46. A pulse signal TG1 n is output from the integration time control circuit 47 to the
また、CCD部416からFDA42に出力された信号は、CDS(相関二重サンプリング)回路43によりアンプ雑音やリセット雑音の除去処理を経た後、増幅度(ゲイン)が1倍、2倍、4倍、8倍の如く可変で、読出し時の増幅度を設定するためのアンプ(増幅器)44により増幅される。アンプ44で増幅された出力信号は、基準部系、参照部系それぞれの出力選択部45による選択処理を経て、それぞれの出力端子Vout1,Vout2からAFコントローラ22に対して出力されるように構成されている。
The signal output from the
なお、暗電流補正用の温度検出部となる温度センサ46は、センサチップ26上の適宜箇所に配置されている。センサチップ26の雰囲気温度を検出する温度センサ46としては、PD部412等と同様の温度特性を示すフォトダイオードが用いられ、一方の出力選択部45に接続されることで、CCD出力用アナログ出力信号線を用いてAFコントローラ22側に出力するように構成されている。
The
図8は、AFコントローラ22の構成例を示す概略ブロック図である。AFコントローラ22は、マイクロコンピュータ(CPU)21による制御の下にAFセンサ20の動作制御を行うシーケンサ51を備える他、A/D変換器52、データメモリ53、AF演算部54、タイマ55、レジスタ56、およびフラッシュROM57等を備える。A/D変換器52は、AFセンサ20側から出力されるCCD出力や温度センサ46の出力をデジタルデータに変換するためのもので、本実施の形態では、例えば基準部用出力端子Vout1、参照用出力端子Vout2に対応させて2個のA/D変換器を備えている。データメモリ53は、A/D変換器52によりA/D変換されたデータを記憶し、焦点情報の演算等に供する。
FIG. 8 is a schematic block diagram illustrating a configuration example of the
時間計測手段となるタイマ55は、蓄積動作が開始されたら経過時間を計数し、AFセンサ20からアイランド毎の蓄積終了信号を受け取った時のタイマ計数値をアイランド毎にレジスタ56内に保持させる。これにより、AFコントローラ22は、レジスタ56に保持されたアイランド毎の蓄積終了時のタイマ計数値を用いることにより、アイランド毎のPD部412、ST部414の暗出力時の蓄積時間、電荷保持時間を算出する。
The
ここで、アイランド毎のPD部412の蓄積終了判定は、モニタPD411の出力に基づき行われる。モニタPD411に対するリセット信号φRMは、全てのアイランドのモニタPDに共通であり,リセット信号φRMを図9に示すように、HレベルからLレベルに切換えることでモニタPD411がリセットされる。そして、モニタPD411の出力が予め設定されたTG1生成用の閾値電圧VTH以下になった時点でパルス信号tg1を積分時間制御回路47に対して出力して蓄積動作を終了する。積分時間制御回路47はこのパルス信号tg1に基づき対応するアイランドの転送スイッチ部413に対してパルス信号TG1を出力する。
Here, the accumulation end determination of the
すなわち、PD部412に対する蓄積動作の開始は、図7に示すように、全アイランド1〜Nについて同一タイミングで行い、モニタPD411の出力が設定された一定値以上になったら、センサ回路中の積分時間制御回路47による制御で自動的に積分を終了する。もっとも、モニタPD411の出力が一定値以上とならなくても、センサ回路中で予め設定された最大積分時間に到達したことが検出されたら、自動的に積分動作を終了する。或いは、AFコントローラ22内においても、タイマ55によって、最大蓄積時間に到達したことが検出された場合には、AFセンサ20に対して読出しコマンドを発行し、蓄積動作を強制的に終了させる。蓄積動作が終了すると、対応するアイランドの蓄積終了信号(パルス信号TG1N)が積分時間制御回路47から出力される。この蓄積終了信号(パルス信号TG1N)が蓄積動作開始からどのくらいの時間がかかって出力されたかをタイマ55で検出することにより蓄積時間が求まる。ここで、各アイランドのPD部412およびST部414で暗電流が発生する時間は、各アイランドの蓄積時間とCCD部415による電荷転送開始タイミングとによるものであり、AFコントローラ22内で各信号が発生したタイミングをタイマ55で計時することで、暗電流発生時間を把握することができる。
That is, the accumulation operation for the
演算手段となるAF演算部54は、A/D変換器52によりA/D変換されデータメモリ53に蓄積されたCCD出力であるデジタル値に基づきTTL位相差方式に従い相関演算を行い測距点P1〜P11毎の焦点情報を演算する。この演算に際して、CCD出力は、センサ回路中のCDS回路44により熱雑音により発生するノイズ(kTcノイズ)やアンプノイズはほぼ低減されているが、CCD出力中には暗電流によるノイズ成分が含まれているので、暗電流ノイズ成分をオフセット補正による削除する必要がある。
An
ここで、暗電流は、PD部412自身だけでなく、PD部412の出力電荷を一時的に保持する電荷保持部414においても発生し、かつ、図7等に示すように、PD部412での蓄積時間と電荷保持部414での電荷保持時間とが異なるので、それぞれで発生する暗電流成分を個別に算出して補正する必要がある。特に、図10に示すように、PD部暗電流よりもST部暗電流の方の影響が大きく支配的となる。
Here, the dark current is generated not only in the
そこで、本実施の形態のAF演算部54では、PD部412による蓄積時間に依存して発生する固定パターンノイズである暗電流ノイズに対する第一の補正値と、ST部で414の電荷保持時間に依存して発生する固定パターンノイズである暗電流ノイズに対する第二の補正値とを個別に算出し、これら第一、および第二の補正値を用いて補正されたデジタル値に基づきアイランド毎の焦点情報を演算する。
Therefore, in the
この補正処理を行うため、本実施の形態では、工場出荷時点で予め所定の条件において測定されてPD部412で発生する第一の固定パターンノイズFPN1とST部414で発生する第二の固定パターンノイズFPN2とをアイランド毎(測距点毎)にフラッシュROM57に記憶しておき、AF演算部54では、所望のアイランド(測距点)の焦点情報を演算する際に、対応するPD部412の蓄積時間とフラッシュROM57に記憶された該PD部412の第一の固定パターンノイズFPN1とに基づき第一の補正値(黒データ(PD部))を演算し、また、対応するST部414の電荷保持時間とフラッシュROM57に記憶されたST部414の第二の固定パターンノイズFPN2とに基づき第二の補正値(黒データ(ST部))を演算し、CCD出力であるデジタル値に対してこれら第一、および第二の補正値(黒データ(PD部))+(黒データ(ST部))に基づき補正を行った後に、焦点情報を演算する。
In order to perform this correction processing, in this embodiment, the first fixed pattern noise FPN1 generated in the
ここで、第一の固定パターンノイズFPN1、第二の固定パターンノイズFPN2の取得について、図11ないし図13を参照して説明する。図11は、固定パターンノイズデータ取得の処理手順を示す概略フローチャートであり、図12は、第二の固定パターンノイズFPN2データ取得時の波形例を示すタイミングチャートであり、図13は、第一の固定パターンノイズFPN1データ取得時の波形例を示すタイミングチャートである。 Here, acquisition of the first fixed pattern noise FPN1 and the second fixed pattern noise FPN2 will be described with reference to FIGS. FIG. 11 is a schematic flowchart showing a processing procedure for acquiring fixed pattern noise data, FIG. 12 is a timing chart showing an example of a waveform when acquiring the second fixed pattern noise FPN2 data, and FIG. It is a timing chart which shows the example of a waveform at the time of fixed pattern noise FPN1 data acquisition.
この処理は、CPU21およびAFコントローラ22をテストモードで立ち上げることにより実行される。概略的には、工場にて、暗黒中でのCCDセンサ出力データを出力することで、一定時間経過後のPD部412およびST部414の暗出力データを取得し、そのデータを不揮発性のフラッシュROM57に書き込む。まず、PD部412の蓄積時間を0msec、ST部414の電荷保持時間を300msec、アンプ44のゲインを8倍に設定した状態で、ST部414の暗出力データを取得する(ステップS101)。ここで、ST部414の電荷保持時間300msecは、他の誤差要因を減らせるように実使用環境で出力が飽和しない範囲での最大時間の一例として設定されたものである。このステップS101の処理においては、図12に示すように各アイランド1〜NのPD部412は、蓄積時間0msecのため蓄積開始直後に蓄積終了となる。
This process is executed by starting up the
そして、蓄積開始から300msec経過した時点で、パルス信号TG2をオンさせることで、CCD部416による転送を開始させる(ステップS102)。この時、アイランド毎の転送が終了するとともに順にパルス信号TG21〜TG2Nが出力され、同時には転送出力させることができないため、アイランド毎にCCD転送開始タイミング、したがってST部414毎の電荷保持時間が+α(最大で、例えば3msec)のずれを生ずるので、取得データの電荷保持時間のずれ量分を補正する処理を行う(ステップS103)。すなわち、設定された電荷保持時間300msecからずれるα分の誤差量を300msecで正規化する処理を行う。そして、ずれ量分が補正されたアイランド毎のST部414の取得データである電荷保持時間を第二の固定パターンノイズFPN2(工場基準値)としてフラッシュROM57に書き込む(ステップS104)。
Then, when 300 msec has elapsed from the start of accumulation, the pulse signal TG2 is turned on to start transfer by the CCD unit 416 (step S102). At this time, since the transfer for each island is completed and the pulse signals TG2 1 to TG2 N are sequentially output and cannot be transferred at the same time, the CCD transfer start timing for each island, and hence the charge holding time for each
次いで、PD部412の蓄積時間を300msec、ST部414の電荷保持時間を300msec、アンプ44のゲインを8倍に設定した状態で、PD部412の暗出力データを取得する(ステップS105)。そして、蓄積開始から300msec経過した時点で、パルス信号TG11〜TG1NをオンさせてPD部412の蓄積動作を終了させるとともに、パルス信号TG2をオンさせることで、CCD部416による転送を開始させる(ステップS106)。この時、アイランド毎の転送が終了するとともに順にパルス信号TG21〜TG2Nが出力され、同時には転送出力させることができないため、アイランド毎にCCD転送開始タイミング、したがってST部414毎の電荷保持時間が+α(最大で、例えば3msec)のずれを生ずるので、PD部412のみの暗電流データを算出するとともに、電荷保持時間のずれ量分を補正する処理を行う(ステップS107)。すなわち、
PD部暗電流(i)=(PD部+ST部)暗電流(i)−ST部暗電流(i)
としてPD部412の暗電流データを算出する。ここで、iは画素位置を示し、ST部暗電流(i)の値は前述の処理で既に求められた値である。そして、ST部部分のずれ量分が補正されたアイランド毎のPD部412の取得データである蓄積時間を第一の固定パターンノイズFPN1(工場基準値)としてフラッシュROM57に書き込む(ステップS108)。
Next, the dark output data of the
PD part dark current (i) = (PD part + ST part) Dark current (i) -ST part dark current (i)
As described above, dark current data of the
AF演算部54では、タイマ55等を用いて計測されたアイランド毎のPD部412の蓄積時間(今回)、ST部414の電荷保持時間(今回)、並びに温度センサ46から取得した温度(今回)と、アンプ44の設定ゲインとに基づき、画素毎のオフセット補正値(i)を、
オフセット補正値(i)
=第一の補正値+第二の補正値=黒データ(PD部)(i)+黒データ(ST部)(i)
黒データ(PD部)(i)
=工場基準値(i)×{蓄積時間(今回)/蓄積時間(工場)}
×2^{(温度(今回)−温度(工場))/8℃}×設定ゲイン
=FPN1(i)×(蓄積時間(今回)/300msec)
×2^{(温度(今回)−温度(工場))/8℃}×設定ゲイン
黒データ(ST部)(i)
=工場基準値(i)×{電荷保持時間(今回)/電荷保持時間(工場)}
×2^{(温度(今回)−温度(工場))/8℃}×設定ゲイン
=FPN2(i)×(電荷保持時間(今回)/300msec)
×2^{(温度(今回)−温度(工場))/8℃}×設定ゲイン
に基づいて算出する。2^{(温度(今回)−温度(工場))/8℃}なる演算を行うのは、8℃毎に2倍になるためである。また、アンプ44の設定ゲインを乗算するのは、設定ゲインの値に応じて暗電流値が変動するためである。
In the
Offset correction value (i)
= First correction value + second correction value = black data (PD portion) (i) + black data (ST portion) (i)
Black data (PD part) (i)
= Factory standard value (i) x {accumulation time (current) / accumulation time (factory)}
× 2 ^ {(Temperature (current) -Temperature (factory)) / 8 ° C} × Setting gain = FPN1 (i) × (Accumulation time (current) / 300 msec)
× 2 ^ {(Temperature (current) -Temperature (factory)) / 8 ℃} × Set gain Black data (ST section) (i)
= Factory reference value (i) × {charge retention time (current) / charge retention time (factory)}
× 2 ^ {(Temperature (current) -Temperature (factory)) / 8 ° C} × Setting gain = FPN2 (i) × (Charge holding time (current) / 300 msec)
* 2 ^ {(Temperature (current) -Temperature (factory)) / 8 [deg.] C. * Calculated based on the set gain. 2 ^ {(Temperature (current) -Temperature (factory)) / 8 ° C.} is performed because the calculation is doubled every 8 ° C. The reason why the setting gain of the
そして、AF演算部54は、CCDデータとしてA/D変換器52から得られたデジタル値である補正前の値(i)に対して、このオフセット補正値(i)による補正を施すことにより、
補正後の値(i)=補正前の値(i)−オフセット補正値(i)
を用いて、以降の相関演算等の焦点情報の演算処理を行う。
The
Value after correction (i) = Value before correction (i) −Offset correction value (i)
Is used to perform processing for calculating focus information such as subsequent correlation calculation.
図14は、CPU21制御により実行される暗電流補正を伴う焦点検出・焦点補正動作例を示す概略フローチャートである。まず、最初のレリーズに伴い(ステップS201;Yes)、各PD部412に対する蓄積動作を開始させる(ステップS202)。そして、モニタPD411による監視の下に蓄積終了アイランドが発生したら、対象となる該アイランドのPD部412の蓄積時間(今回)をタイマ55により検出する(ステップS203)。すなわち、蓄積時間(今回)は図7に示すPD部412の暗出力発生時間である。この処理を全てのアイランドについて蓄積終了となるまで繰返す(ステップS204)。
FIG. 14 is a schematic flowchart showing an example of focus detection / focus correction operation with dark current correction executed by the
次いで、パルス信号TG21〜TG2Nを順次出力することで、CCD部416による転送を開始するが(ステップS206)、転送開始に先立ち、ST部414での暗出力発生時間を電荷保持時間(今回)としてタイマ55により計測し、FA演算部54でオフセット補正値(i)を算出する(ステップS205)。そして、FA演算部54では、算出されたオフセット補正値(i)を用いてデジタル値のオフセット補正を行い(ステップS207)、オフセット補正されたデジタル値を用いて照度補正を行った後(ステップS208)、TTL位相差方式に従い相関演算を行い(ステップS209)、焦点情報としてデフォーカス量を算出する(ステップS210)。算出されたデフォーカス量に応じて採用する測距点を選択し(ステップS211)、その測距点のデフォーカス量をCPU21によってレンズCPU13に対して出力することにより、レンズCPU13がモータドライバ12を制御してフォーカスレンズ11を合焦状態にレンズ駆動する(ステップS212)。これにより、撮像可能となり、撮像動作へ移行する。
Next, by sequentially outputting the pulse signals TG2 1 to TG2 N , transfer by the
44 アンプ
46 温度センサ
47 積分時間制御回路
52 A/D変換器
54 AF演算部
55 タイマ
57 フラッシュROM
412 PD部(光電変換素子列)
414 ST部(電荷保持部)
P1〜P11 測距点
44
412 PD section (photoelectric conversion element array)
414 ST part (charge holding part)
P 1 ~P 11 distance measuring point
Claims (5)
該光電変換素子列からの出力をデジタル値に変換する変換部と、
前記光電変換素子列毎に設けられ、該光電変換素子列の蓄積動作が終了し前記変換部の動作が開始されるまで前記光電変換素子列の出力電荷を一時的に保持する電荷保持部と、
前記光電変換素子列による蓄積時間に依存して発生する固定パターンノイズに対する第一の補正値と、前記電荷保持部での電荷保持時間に依存して発生する固定パターンノイズに対する第二の補正値とを個別に算出し、これら第一、および第二の補正値を用いて補正された前記デジタル値に基づき焦点検出領域毎の焦点情報を演算する演算手段と、
を備えることを特徴とする焦点検出装置。 A plurality of photoelectric conversion element arrays corresponding to a plurality of focus detection areas;
A conversion unit that converts an output from the photoelectric conversion element array into a digital value;
A charge holding unit that is provided for each photoelectric conversion element row, temporarily holds the output charge of the photoelectric conversion element row until the accumulation operation of the photoelectric conversion element row is finished and the operation of the conversion unit is started;
A first correction value for fixed pattern noise generated depending on the accumulation time by the photoelectric conversion element array, and a second correction value for fixed pattern noise generated depending on the charge holding time in the charge holding unit; Calculating means for calculating focus information for each focus detection region based on the digital values corrected using the first and second correction values,
A focus detection apparatus comprising:
該光電変換素子列からの出力をデジタル値に変換する変換部と、
前記光電変換素子列毎に設けられ、該光電変換素子列の蓄積動作が終了し前記変換部の動作が開始されるまで前記光電変換素子列の出力電荷を一時的に保持する電荷保持部と、
所定の条件において前記光電変換素子列で発生する第一の固定パターンノイズと前記電荷保持部で発生する第二の固定パターンノイズとを記憶した記憶部と、
前記デジタル値に基づき焦点検出領域毎の焦点情報を演算する演算手段と、
を備え、
前記演算手段は、
焦点情報を演算する際に、前記光電変換素子列の蓄積動作の時間と前記記憶部に記憶された該光電変換素子列の第一の固定パターンノイズとに基づき第一の補正値を演算し、前記光電変換素子列の出力電荷が前記電荷保持部に保持されていた時間と前記記憶部に記憶された該光電変換素子列に対応する第二の固定パターンノイズとに基づき第二の補正値を演算し、前記光電変換素子列の出力である前記デジタル値に対してこれら第一、および第二の補正値に基づき補正を行った後に、焦点情報を演算することを特徴とする焦点検出装置。 A plurality of photoelectric conversion element arrays corresponding to a plurality of focus detection areas;
A conversion unit that converts an output from the photoelectric conversion element array into a digital value;
A charge holding unit that is provided for each photoelectric conversion element row, temporarily holds the output charge of the photoelectric conversion element row until the accumulation operation of the photoelectric conversion element row is finished and the operation of the conversion unit is started;
A storage unit that stores first fixed pattern noise generated in the photoelectric conversion element array under a predetermined condition and second fixed pattern noise generated in the charge holding unit;
A calculation means for calculating focus information for each focus detection area based on the digital value;
With
The computing means is
When calculating the focus information, the first correction value is calculated based on the accumulation operation time of the photoelectric conversion element array and the first fixed pattern noise of the photoelectric conversion element array stored in the storage unit, Based on the time that the output charge of the photoelectric conversion element array is held in the charge holding section and the second fixed pattern noise corresponding to the photoelectric conversion element array stored in the storage section, a second correction value is obtained. A focus detection apparatus which calculates focus information after calculating and correcting the digital value which is an output of the photoelectric conversion element array based on the first and second correction values.
該光電変換素子列の蓄積動作を各々制御する蓄積制御手段と、
前記光電変換素子列毎に設けられ、該光電変換素子の蓄積動作が終了するとその出力電荷を一時的に保持する電荷保持部と、
前記光電変換素子列による蓄積時間と前記電荷保持部に前記光電変換素子列の出力電荷が保持されていた電荷保持時間とを計測する時間計測手段と、
前記電荷保持部からの出力をデジタル値に変換する変換部と、
所定の条件において測定されて前記各光電変換素子列で発生する第一の固定パターンノイズと前記各電荷保持部で発生する第二の固定パターンノイズとを記憶した記憶部と、
前記デジタル値に基づき焦点検出領域毎の焦点情報を演算する演算手段と、
を備え、
前記演算手段は、
所望の焦点検出領域の焦点情報を演算する際に、対応する前記光電変換素子列の蓄積時間と前記記憶部に記憶された該光電変換素子列の第一の固定パターンノイズとに基づき第一の補正値を演算し、対応する前記電荷保持部の電荷保持時間と前記記憶部に記憶された該光電変換素子列に対応する前記電荷保持部の第二の固定パターンノイズとに基づき第二の補正値を演算し、前記光電変換素子列の出力である前記デジタル値に対してこれら第一、および第二の補正値に基づき補正を行った後に、焦点情報を演算することを特徴とする焦点検出装置。 A plurality of photoelectric conversion element arrays corresponding to a plurality of focus detection areas;
Accumulation control means for controlling the accumulation operation of the photoelectric conversion element arrays;
A charge holding unit that is provided for each photoelectric conversion element row and temporarily holds the output charge when the accumulation operation of the photoelectric conversion element is completed;
Time measuring means for measuring an accumulation time by the photoelectric conversion element array and a charge holding time in which the output charge of the photoelectric conversion element array is held in the charge holding unit;
A conversion unit that converts an output from the charge holding unit into a digital value;
A storage unit that stores first fixed pattern noise that is measured in a predetermined condition and is generated in each photoelectric conversion element array, and second fixed pattern noise that is generated in each charge holding unit, and
A calculation means for calculating focus information for each focus detection area based on the digital value;
With
The computing means is
When calculating the focus information of a desired focus detection region, the first fixed pattern noise of the photoelectric conversion element array stored in the storage unit and the first fixed pattern noise stored in the storage unit A correction value is calculated, and a second correction is performed based on the charge holding time of the corresponding charge holding unit and the second fixed pattern noise of the charge holding unit corresponding to the photoelectric conversion element array stored in the storage unit Focus detection is performed by calculating a focus value after calculating a value and correcting the digital value that is an output of the photoelectric conversion element array based on the first and second correction values. apparatus.
前記演算手段は、前記温度検出部で検出された温度出力を含めて前記第一、および第二の補正値の演算を行うことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の焦点検出装置。 A temperature detection unit that detects an ambient temperature of the photoelectric conversion element array;
The said calculating means performs calculation of said 1st and 2nd correction value including the temperature output detected by the said temperature detection part, The Claim 1 characterized by the above-mentioned. Focus detection device.
前記演算手段は、前記増幅器の増幅度を含めて前記第一、および第二の補正値の演算を行うことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載の焦点検出装置。 An amplifier that amplifies the output of the photoelectric conversion element array;
The focus detection apparatus according to claim 1, wherein the calculation unit calculates the first and second correction values including an amplification degree of the amplifier.
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