JP4140069B2 - Focus detection device - Google Patents

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【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、カメラ，ディジタルスチルカメラ，ビデオカメラ等に搭載される焦点検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、焦点検出装置においては、撮影光学系を介して入射する、１つ又は複数の経路を通った入射光の、光量分布状態に基づいて、焦点の状態を検出する。
入射光量分布を検出するために、撮影光学系を介して入射する被写体像の一部分が、受光装置に導かれる。受光装置としては、通常、１つ又は２つの１次元イメージセンサが用いられる。
【０００３】
焦点の状態を検出する方法には、いくつかの種類がある。例えば、検出される光量分布のコントラストに基づいて、焦点の状態を検出できる。
最も実用的な焦点検出方法では、撮影光学系の互いに異なる位置を通って入射する２組の光束の光量分布を、２組の１次元イメージセンサでそれぞれ検出する。そして、検出された２組の光量分布の位相差（位置の差）に基づいて、焦点の状態を検出する。
【０００４】
しかし、何れの方法を用いる場合でも、焦点の状態を正確に検出するためには、検出される光量分布のコントラスト、すなわち、位置の違いによる明るさの変化が、ある程度大きくなければならない。
ところで、実際に用いられる受光装置は、一般に、ＣＣＤなどの電荷蓄積型のイメージセンサである。従って、受光装置に入射する光束の光量が小さすぎると、受光装置が出力する信号のレベルが小さくなり、ノイズなどの影響により、出力信号のレベル変化、即ちコントラストが小さくなる。
【０００５】
逆に、受光装置に入射する光束の光量が大きすぎると、受光装置の内部に蓄積される電荷量が許容量を越えて、電荷のオーバーフローが生じるので、この場合には、光量分布が正確に検出できない。
そこで、従来より、受光装置の電荷蓄積時間を調整し、前記電荷蓄積時間内に受光装置に入射する光束の光量、即ち蓄積電荷量を適正に制御することが、試みられている。
【０００６】
例えば、特開平２−１１３２１５号公報の技術では、過去の実績に基づいて、受光装置の電荷蓄積時間を決定する。即ち、受光装置の出力レベルの目標値Ｌｒを予め定め、前回制御時の電荷蓄積時間をＴ０、前回制御時の受光装置の出力レベルをＬ０とする場合、電荷蓄積時間Ｔ１は、次式により決定される。
Ｔ１＝Ｔ０・Ｌｒ／Ｌ０ ・・・（１）
また、特開昭５７−６４７１１号公報の技術では、ホトダイオードを光量モニタ用として、受光装置の近傍に設ける。そして、前記ホトダイオードから出力される電荷の蓄積量を、予め定めた閾値と比較する。この比較結果により、受光装置の電荷蓄積の終了を制御する。つまり、モニタ光量が一定になるように、受光装置の電荷蓄積時間が制御される。
【０００７】
また、特開平８−７５９９４号公報の技術では、合焦するまでは証券検出する度に、受光装置の電荷蓄積時間を制御し、一旦、合焦すると、受光装置の電荷蓄積時間を固定するように制御する。そして、被写体の輝度が低下するなどして焦点検出が不可能となる状態が所定回数連続するまでは、一旦決めた電荷蓄積時間を変更しない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような、従来の受光装置の電荷蓄積時間制御については、それぞれ一長一短がある。例えば、特開昭５７−６４７１１号公報に開示されたように、ホトダイオードの出力に基づいて電荷蓄積を制御する場合には、次のような不具合が生じる。
【０００９】
即ち、被写体が移動物体の場合、背景の輝度はその時の条件に応じて異なる。この影響で、蓄積時間が変動し、主要被写体に対して適した蓄積時間にならず、適切な出力が得られない。あるいは、主要被写体の背後に移動物体があり、背景の輝度が変化した場合にも、同様の不具合が生じる。
また、特開平８−７５９９４号公報に開示されたように、合焦状態で、電荷蓄積時間を固定すると、次のように、不具合が生じる可能性がある。
【００１０】
移動する被写体を撮影する場合に、日向から日陰に被写体が移動すると、被写体の明るさが低下するので、電荷蓄積時間が一定であると、受光装置の蓄積電荷量が低下し、焦点状態の検出ができなくなる。
合焦状態になった後でも、焦点状態を検出できないときに、被写体の移動によって、カメラと被写体との距離が変化すると、焦点がずれるので合焦状態で撮影ができない。
【００１１】
しかし、特開平８−７５９９４号公報に開示されているように、合焦状態で、電荷蓄積時間を固定することにより、好ましい結果が得られる場合も多い。
本発明は、より多くの様々な条件下において、焦点状態の検出を可能にすることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１の焦点検出装置は、撮影光学系を介して入射する光の強度に応じて発生する電荷を蓄積し、第１の電荷蓄積時間中に蓄積された電荷量に応じた信号を出力する第１の受光手段と、前記撮影光学系を介して入射する光の強度に応じて発生する電荷を蓄積し、第２の電荷蓄積時間中に蓄積された電荷量に応じた信号を出力する第２の受光手段と、前記第１の受光手段に入射する光の強度に基づいて前記第１の受光手段の前記第１の電荷蓄積時間を決定するとともに、前記第２の受光手段に過去に入射した光の強度に関する情報に基づいて前記第２の受光手段の前記第２の電荷蓄積時間を決定することにより、前記入射する光の強度の変化に対する前記第１および第２の受光手段の応答速度を変え、前記第１の電荷蓄積時間と前記第２の電荷蓄積時間によってそれぞれ前記第１の受光手段と前記第２の受光手段を並行して蓄積制御する蓄積制御手段と、前記撮影光学系の焦点状態を、前記第１の受光手段と第２の受光手段との少なくとも一方が出力する信号に基づいて検出する焦点検出手段とを設けたことを特徴とする。
【００１３】
請求項２は、請求項１記載の焦点検出装置において、前記蓄積制御手段は、前記第２の受光手段によって、過去に得られた複数の前記光の強度に関する情報に基づいて、前記第２の電荷蓄積時間を決定することを特徴とする。
請求項３は、請求項１記載の焦点検出装置において、前記蓄積制御手段は、過去の第１時点において前記第１の受光手段によって得られた前記光の強度に基づいて、前記第１の電荷蓄積時間を決定するとともに、前記第１時点より過去の第２時点において前記第２の受光手段によって得られた前記光の強度に基づいて、前記第２の電荷蓄積時間を決定することを特徴とする。
【００１４】
請求項４は、請求項１記載の焦点検出装置において、前記蓄積制御手段は、互いに異なる時点に、前記第１の受光手段によって得られた前記光の強度に関する複数のＮ個の情報に基づいて、前記第１の電荷蓄積時間を決定するとともに、互いに異なる時点に、前記第２の受光手段によって得られた前記光の強度に関するＮとは異なる数の複数の情報に基づいて、前記第２の電荷蓄積時間を決定することを特徴とする。
【００１５】
請求項５は、請求項１記載の焦点検出装置において、入射光の強度を検出する光量検出手段を、前記第１の受光手段の近傍に設け、前記蓄積制御手段が、前記光量検出手段の出力に基づいて前記第１の電荷蓄積時間を決定することを特徴とする。
請求項６は、請求項１記載の焦点検出装置において、検出される焦点の状態が、予め定めた目標範囲内になると、前記蓄積制御手段が、前記第２の電荷蓄積時間の更新を停止することを特徴とする。
【００１７】
請求項７は、請求項１記載の焦点検出装置において、前記第１の受光手段が検出する像の領域と、前記第２の受光手段が検出する像の領域とが互いに近接した状態で、前記第１の受光手段と前記第２の受光手段を配置したことを特徴とする。
請求項８は、請求項１記載の焦点検出装置において、前記第１の受光手段が検出する像の領域と、前記第２の受光手段が検出する像の領域とが部分的に重なった状態で、前記第１の受光手段と前記第２の受光手段を配置したことを特徴とする。
【００１８】
請求項９は、請求項１記載の焦点検出装置において、前記第１の受光手段が検出する像の領域の軸方向と、前記第２の受光手段が検出する像の領域の軸方向とが互いにほぼ直交する状態で、前記第１の受光手段と前記第２の受光手段を配置したことを特徴とする。
請求項１０は、請求項１記載の焦点検出装置において、前記第１の受光手段の信号から求められる第１のデフォーカス量の信頼度と、前記第２の受光手段の信号から求められる第２のデフォーカス量の信頼度を識別する、信頼度識別手段を設け、前記焦点検出手段が、前記第１のデフォーカス量の信頼度と第２のデフォーカス量の信頼度に基づいて、前記撮影光学系の焦点状態を検出することを特徴とする。
【００１９】
請求項１１は、請求項１記載の焦点検出装置において、前記第１の電荷蓄積時間を決定する処理と前記第２の電荷蓄積時間を決定する処理との組み合わせを、複数の中から選択的に切り替えるスイッチ手段を設けたことを特徴とする。
【００２０】
（作用）
（請求項１）
撮影光学系を介して入射する光束は、第１の受光手段と第２の受光手段にそれぞれ入射する。焦点検出手段は、前記第１の受光手段と第２の受光手段の少なくとも一方が出力する信号に基づいて、前記撮影光学系の焦点状態を検出する。
【００２１】
本発明では、第１の受光手段と第２の受光手段の電荷蓄積時間が、互いに独立に制御される。第１の受光手段の蓄積電荷量に影響を及ぼす第１の電荷蓄積時間と、第２の受光手段の蓄積電荷量に影響を及ぼす第２の電荷蓄積時間は、蓄積制御手段により決定される。
つまり、第１の受光手段の蓄積電荷量が適正になるように、第１の電荷蓄積時間が制御され、第２の受光手段の蓄積電荷量が適正になるように、第２の電荷蓄積時間が制御される。
【００２２】
前記第１の電荷蓄積時間は、前記第１の受光手段に入射する光の強度に基づいて決定され、前記第２の電荷蓄積時間は、前記第２の受光手段に過去に入射した光の強度に関する情報に基づいて決定される。従って、被写体の明るさの変化に対する応答速度については、第１の電荷蓄積時間は比較的速く、第２の電荷蓄積時間は比較的遅い。
【００２３】
被写体の明るさの変化に対する電荷蓄積時間の応答性は、状況に応じて、速い方が良い場合と遅い方が良い場合がある。
例えば、被写体の日向から日陰への移動、あるいは日陰から日向への移動によって、被写体の明るさが変化する場合には、合焦後であっても、被写体の明るさの変化に速く追従しないと、光量分布を示す信号のレベル低下、あるいは信号の飽和によって、焦点検出ができなくなる。
【００２４】
しかし、例えば目的とする被写体の近傍を、被写体よりも明るい障害物が通り過ぎるような場合には、少なくとも合焦後は、障害物に反応しない方が良い。
また、例えば、背景に比べて明るさの大きい被写体の移動が速く、被写体が焦点検出領域に入ったり出たりを繰り返すような場合には、電荷蓄積時間の応答が速い方が良い場合もあるし、遅い方が良い場合もある。
【００２５】
本発明では、被写体の明るさの変化に対する応答速度が、第１の電荷蓄積時間は比較的速く、第２の電荷蓄積時間は比較的遅いので、様々な状況において、第１の電荷蓄積時間と第２の電荷蓄積時間の少なくとも一方は、適切な状態に定められる。
つまり、第１の受光手段の蓄積電荷量と第２の受光手段の蓄積電荷量の何れか一方は適正になるので、焦点検出手段は、前記第１の受光手段と第２の受光手段の少なくとも一方が出力する信号に基づいて、常に前記撮影光学系の焦点状態を検出できる。
【００２６】
（請求項２）
前記第２の電荷蓄積時間が、前記第２の受光手段によって過去に得られた、複数の前記光の強度に関する情報に基づいて決定される。つまり、平均化された光の強度に基づいて、前記第２の電荷蓄積時間が決定される。
従って、変化の速い前記光の強度変化には追従しないように、前記第２の電荷蓄積時間が制御される。これにより、例えば、被写体の近傍を通り過ぎる高輝度障害物などの影響を受けにくくなる。
【００２７】
（請求項３）
前記第１の電荷蓄積時間が、過去の第１時点において前記第１の受光手段によって得られた前記光の強度に基づいて決定され、前記第２の電荷蓄積時間が、前記第１時点より過去の第２時点において前記第２の受光手段によって得られた前記光の強度に基づいて決定される。
【００２８】
つまり、前記第１の電荷蓄積時間と前記第２の電荷蓄積時間が、互いに異なる時点で検出された光の強度に基づいて決定される。
従って、前記第１時点と第２時点の間に、被写体の輝度に大きな変化が生じた場合、前記第２の受光手段の蓄積電荷量は、変化前の輝度に基づいて制御され、前記第１の受光手段の蓄積電荷量は、変化後の輝度に基づいて制御される。このため、前記第１の受光手段及び第２の受光手段の少なくとも一方は、蓄積電荷量が適正に制御される。
【００２９】
つまり、被写体の輝度が大きく変動する場合であっても、前記第１の受光手段及び第２の受光手段の少なくとも一方の出力する信号に基づいて、焦点の状態を検出できる。
（請求項４）
前記第１の電荷蓄積時間は、互いに異なる時点に、前記第１の受光手段によって得られた前記光の強度に関する複数のＮ個の情報に基づいて決定される。また、前記第２の電荷蓄積時間は、互いに異なる時点に、前記第２の受光手段によって得られた前記光の強度に関するＮとは異なる数の複数の情報に基づいて決定される。
【００３０】
つまり、前記第１の電荷蓄積時間及び前記第２の電荷蓄積時間は、何れも光の強度に関する複数の情報を平均化した実績値に基づいて決定される。但し、前記第１の電荷蓄積時間を決定する実績値の平均化期間と前記第２の電荷蓄積時間を決定する実績値の平均化期間は異なる。
従って、被写体の明るさの変化に対する応答速度が、第１の電荷蓄積時間は比較的速く、第２の電荷蓄積時間は比較的遅くなる。
【００３１】
（請求項５）
この発明では、入射光の強度を検出する光量検出手段の出力に基づいて、前記第１の電荷蓄積時間が決定される。これにより、第１の電荷蓄積時間よりも短い周期で、被写体の明るさが変動する場合でも、それに追従するように、第１の電荷蓄積時間を制御できる。
【００３２】
（請求項６）
この発明では、検出される焦点の状態が、予め定めた目標範囲内になると、前記第２の電荷蓄積時間が固定される。従って、例えば被写体の近傍を高輝度障害物が通過する場合でも、合焦後は、被写体の輝度に基づいて第２の受光手段の蓄積電荷量が決定される。
【００３４】
（請求項７）
前記第１の受光手段が検出する像の領域と、前記第２の受光手段が検出する像の領域とが互いに近接している。
【００３５】
従って、前記第１の受光手段の出力信号と前記第２の受光手段の出力信号とを切り替えて、焦点の状態を検出しても、検出される焦点の状態が大きく変動することがない。
（請求項８）
前記第１の受光手段が検出する像の領域と、前記第２の受光手段が検出する像の領域とが部分的に重なっている。
【００３６】
従って、前記第１の受光手段の出力信号と前記第２の受光手段の出力信号とを切り替えて、焦点の状態を検出しても、検出される焦点の状態が大きく変動することがない。
【００３７】
（請求項９）
前記第１の受光手段及び前記第２の受光手段は、それらが検出する領域の軸方向が、互いにほぼ直交する状態で配置されている。従って、水平方向のみに輝度変化のある被写体と、垂直方向にのみ輝度変化のある被写体の何れであっても、前記第１の受光手段及び前記第２の受光手段の何れか一方の出力に基づいて、焦点の状態を検出できる。
【００３８】
（請求項１０）
信頼度識別手段は、前記第１の受光手段の信号から求められる第１のデフォーカス量の信頼度と、前記第２の受光手段の信号から求められる第２のデフォーカス量の信頼度を識別する。前記焦点検出手段は、前記第１のデフォーカス量の信頼度と第２のデフォーカス量の信頼度に基づいて、前記撮影光学系の焦点状態を検出する。これによって、検出される焦点の状態の信頼度を、より高めることができる。
【００３９】
（請求項１１）
前記第１の電荷蓄積時間を決定する処理と前記第２の電荷蓄積時間を決定する処理との組み合わせとしては、様々なものが考えられる。しかし、最良の組み合わせは、被写体の種別や状況に応じて変わる。この発明では、スイッチ手段により、前記第１の電荷蓄積時間を決定する処理と前記第２の電荷蓄積時間を決定する処理との組み合わせを、複数の中から選択的に切り替えることができる。
【００４０】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
この形態の焦点検出装置の構成と動作を、図１，図２，図３，図４，図５，図６，図７，図８，図９，図１０，図１１，図１２，図１３，図１４，図１５，図１６，図１７及び図１８に示す。
【００４１】
図１は、焦点検出装置の光学系の構成を示す分解斜視図である。図２は、図１の光学系を備える焦点検出装置の電気回路を示すブロック図である。図３は、図２の焦点検出装置における主要な信号タイミングの例を示すタイミングチャートである。
【００４２】
図４は、図２の制御ユニット３０の動作の概略を示すフローチャートである。図５は、図４のステップＳ４の詳細を示すフローチャートである。図６は、図４のステップＳ５の詳細を示すフローチャートである。
図７は、図５のステップＳ２３の詳細を示すフローチャートである。図８は、図５のステップＳ２４の詳細を示すフローチャートである。図９は、図５のステップＳ２５の詳細を示すフローチャートである。
【００４３】
図１０は、図６のステップＳ２８の詳細を示すフローチャートである。図１１は、図６のステップＳ２９の詳細を示すフローチャートである。図１２は、図４のステップＳ１２の詳細を示すフローチャートである。
図１３は、図１２のステップＳ７０及びＳ７１の詳細を示すフローチャートである。図１４は、互いに異なる経路を通る光を検出して得た２つの１次元画像信号Ｖａ，Ｖｂの分布を示すグラフである。図１５は、２つの１次元画像信号Ｖａ，Ｖｂの相関量を示すグラフである。
【００４４】
図１６は、図１５の一部分の詳細を示すグラフである。図１７は、撮影画面中の焦点検出領域を示す正面図である。また、図１８は、相関量を算出する際に参照される、２つの１次元画像信号Ｖａ，Ｖｂの画素の組み合わせを示す模式図である。
【００４６】
まず、焦点検出装置の光学系について説明する。図１に示すように、撮影レンズ５１の光軸上には、視野マスク５２，フィールドレンズ５３，絞り５４，再結像レンズ５５及び検出基板５６が配置されている。
視野マスク５２は、その中央部に、十字形の開口部５２ａを有している。視野マスク５２は、撮影レンズ５１の予定焦点面の近傍に配置されている。視野マスク５２は、撮影レンズ５１によって結像する、被写体の空中像を規制する。
【００４７】
絞り５４は、４つの開口部５４ａ，５４ｂ，５４ｃ及び５４ｄを有している。これらの開口部５４ａ，５４ｂ，５４ｃ及び５４ｄは、それぞれ、フィールドレンズ５３によって、領域５１ａ，５１ｂ，５１ｃ及び５１ｄとして、撮影レンズ５１上に投影される。
再結像レンズ５５は、絞り５４の開口部５４ａ，５４ｂ，５４ｃ及び５４ｄに対応する位置にそれぞれ配置された、４つのレンズ５５ａを備えている。再結像レンズ５５は、視野マスク５２の開口部５２ａを通る像を、検出基板５６上に結像する。
【００４８】
検出基板５６上には、４つのイメージセンサ１１，１２，２１及び２２と、センサＭａ及びＭｂが設置されている。イメージセンサ１１，１２，２１及び２２は、何れも、多数の受光部が１列に配列された１次元撮像ユニットである。
２つのイメージセンサ１１及び１２は、受光部の配列方向がＸ軸方向に向くように配置されている。残りの２つのイメージセンサ２１及び２２は、受光部の配列方向がＹ軸方向に向くように配置されている。
【００４９】
イメージセンサ１１，１２，２１及び２２は、ＣＣＤ素子で構成されている。従って、イメージセンサ１１，１２，２１及び２２の出力には、制御される蓄積時間の間に各受光部で蓄積される電荷量、即ち受光量に応じた電気信号が、各受光部の画素信号として得られる。
センサＭａ及びＭｂは、何れも、単一のホトダイオードを内蔵した受光素子である。また、センサＭａ及びＭｂの受光部は、細長く形成してある。
【００５０】
センサＭａは、その受光部の長手方向をＸ軸方向に向けて、イメージセンサ１１の近傍に配置してある。従って、センサＭａは、イメージセンサ１１における多数の受光部の、平均的な受光量を検出できる。
センサＭｂは、その受光部の長手方向をＹ軸方向に向けて、イメージセンサ２１の近傍に配置してある。従って、センサＭｂは、イメージセンサ２１における多数の受光部の、平均的な受光量を検出できる。
【００５１】
撮影レンズ５１の領域５１ａを通過する入射光は、視野マスク５２，フィールドレンズ５３，絞り５４の開口部５４ａ及び再結像レンズ５５の１つのレンズ５５ａを介して、イメージセンサ１１の受光面に結像する。
同様に、撮影レンズ５１の領域５１ｂ，５１ｃ及び５１ｄを通過する入射光は、それぞれ、イメージセンサ２１，１２及び２２の受光面に結像する。
【００５２】
イメージセンサ１１で検出される像と、イメージセンサ１２で検出される像との相対的な位置ずれ量Ｌｓは、撮影レンズ５１を通った光の結像位置が、予定焦点面と一致する場合（合焦時）には、所定値になる。
【００５３】
また、位置ずれ量Ｌｓは、撮影レンズ５１を通った光の結像位置が、予定焦点面より前にある場合（前ピン時）には、前記所定値より小さくなり、予定焦点面より後ろにある場合（後ピン時）には大きくなる。
従って、イメージセンサ１１及び１２で検出される像に基づいて、撮影レンズ５１の焦点の状態を検出できる。但し、イメージセンサ１１及び１２の検出範囲内において、被写体からの像の明るさの変化（コントラスト）が、Ｘ軸方向に関して十分になければならない。
【００５４】
上記と同様に、イメージセンサ２１及び２２で検出される像に基づいて、撮影レンズ５１の焦点の状態を検出できる。但し、イメージセンサ２１及び２２の検出範囲内において、被写体からの像の明るさの変化（コントラスト）が、Ｙ軸方向に関して十分になければならない。
この例では、Ｘ軸方向に配置されたイメージセンサ１１及び１２と、Ｙ軸方向に配置されたイメージセンサ２１及び２２が備わっているので、被写体がＸ軸とＹ軸の少なくとも一方の方向に対してコントラストを有する場合には、焦点の検出が可能である。
【００５５】
イメージセンサ１１及び１２が検出する水平方向の領域Ａｈと、イメージセンサ２１及び２２が検出する垂直方向の領域Ａｖは、図１７に示すように、撮影画面のほぼ中央部に位置している。また、領域Ａｈと領域Ａｖは、互いに一部分が重なるように配置してある。
なお、図１においては、焦点検出に関係のある部分のみが示されている。例えば、カメラの場合には、被写体からの光束は、撮影レンズ５１を通った後、所定のファインダー光学系又はフィルム面に結像される。撮影レンズ５１を通った光束の一部分のみが、図１に示すような焦点検出用光学系を通って、イメージセンサ１１，１２，２１及び２２に結像される。
【００５６】
また、図示しないが、焦点位置の調節のために、撮影レンズ５１には、それを光軸方向に移動する駆動装置が連結される。
次に、図２を参照して、焦点検出装置の電気回路について説明する。この例では、イメージセンサ１１及び１２及びセンサＭａを検出ユニットＵ１とし、イメージセンサ２１及び２２とセンサＭｂを検出ユニットＵ２として、これらを区分してある。
【００５７】
検出ユニットＵ１とＵ２を区分したのは、イメージセンサ１１，１２の蓄積時間Ｔ１と、イメージセンサ２１，２２の蓄積時間Ｔ２を独立に制御するためである。
イメージセンサ１１，１２，２１及び２２は、多数の受光部の各々について、外部からの信号によって制御される蓄積時間の間、受光強度に応じて発生する電荷を蓄積する。蓄積される電荷量は、蓄積時間の間の総受光量に相当する。
【００５８】
被写体からの入射光の強度が小さすぎる（暗い）場合には、各受光部に蓄積される電荷量が小さくなるので、ノイズの影響が大きくなり、得られる信号レベルの画素間のコントラストが小さくなる。しかし、蓄積時間を長くすれば、蓄積される電荷量が増大し、信号レベルのコントラストも改善される。
また、被写体からの入射光の強度が大きすぎる場合には、各受光部に蓄積される電荷量が許容量を越えるので、正確な受光量が検出できなくなる。しかし、蓄積時間を短くすれば、蓄積される電荷量が許容量を越えるのを回避できる。
【００５９】
従って、様々な条件の下で焦点の検出を可能にするには、蓄積時間を適正に制御する必要がある。蓄積時間を決定する方法としては、様々な方法が考えられる。しかし、何れの方法で蓄積時間を決定する場合でも、ある種の条件の下では、不具合が生じる可能性がある。
そこで、この例では、イメージセンサ１１，１２の蓄積時間Ｔ１と、イメージセンサ２１，２２の蓄積時間Ｔ２が、互いに異なる方法で決定される。そして、イメージセンサ１１，１２の蓄積時間Ｔ１と、イメージセンサ２１，２２の蓄積時間Ｔ２が互いに独立に制御される。
【００６０】
従って、様々な条件の下で、検出ユニットＵ１を構成するイメージセンサ１１，１２の蓄積電荷量と、検出ユニットＵ２を構成するイメージセンサ２１，２２の蓄積電荷量の少なくとも一方は、適正に制御される可能性が高い。
つまり、検出ユニットＵ１，Ｕ２の一方で光量分布が検出できなくても、他方で検出した光量分布に基づいて、焦点の検出が可能である。
【００６１】
図２に示すように、この焦点検出装置には、検出ユニットＵ１，Ｕ２，タイミング制御回路１３，２３，サンプリング回路１４，２４，光量検出回路１５，２５，Ａ／Ｄ変換回路１６，２６，比較回路１７，２７，制御ユニット３０，焦点検出スイッチ４０及びモードスイッチＳＷが備わっている。
検出ユニットＵ１のイメージセンサ１１，１２は、タイミング制御回路１３が出力する信号（複数）３１によって制御される。信号３１には、図３に示す蓄積制御信号，画素転送信号及びリセット信号が含まれている。
【００６２】
イメージセンサ１１，１２の各受光部は、入射光の明るさに応じて発生する電荷を、蓄積制御信号が高レベルの期間、即ち図３の蓄積時間Ｔ１の間、蓄積する。従って、各受光部の蓄積電荷量は、入射光量と蓄積時間Ｔ１によって定まる。
蓄積制御が終了した後で、画素転送信号及びリセット信号を与えると、イメージセンサ１１，１２は、各受光部の蓄積電荷量に相当するアナログ画素信号を、１画素ずつ順次に出力する。出力されるアナログ画素信号群は、イメージセンサ１１，１２に入射した光束の光量分布を示す。
【００６３】
イメージセンサ１１，１２が出力するアナログ画素信号は、サンプリング回路１４によって、画素毎にサンプリングされる。サンプリングされたイメージセンサ１１，１２のアナログ画素信号は、それぞれ、Ａ／Ｄ変換回路１６に入力され、画素毎に、明るさが複数ピットで表現されたディジタル画素信号に変換される。このディジタル画素信号は、制御ユニット３０に入力される。
【００６４】
センサＭａは、イメージセンサ１１，１２と同様に、入射光の明るさに応じて電荷を発生する。センサＭａが発生する電荷は、光量検出回路１５に蓄積される。光量検出回路１５は、蓄積電荷量に比例する信号を出力する。
光量検出回路１５の蓄積電荷量は、タイミング制御回路１３が出力する信号３１によって、前記蓄積時間Ｔ１の開始時に、リセットされる。つまり、光量検出回路１５の蓄積電荷量は、イメージセンサ１１，１２が蓄積時間Ｔ１中に受光した光量に相当する。
【００６５】
比較回路１７は、光量検出回路１５が検出した蓄積電荷量と、予め定めた閾値電圧Ｖｘとを比較する。比較回路１７の比較結果は、２値信号３４として、タイミング制御回路１３に印加される。
タイミング制御回路１３が出力する蓄積制御信号の蓄積時間Ｔ１は、基本的に、制御ユニット３０が出力する信号３３によって決定される。但し、信号３３の制御により、比較回路１７が出力する２値信号３４によって、蓄積時間Ｔ１を決定することもできる。
【００６６】
比較回路１７が出力する２値信号３４で、蓄積時間Ｔ１を制御する場合には、センサＭａの受光光量が閾値電圧Ｖｘに相当する所定光量に達した時に、蓄積時間Ｔ１が終了し、タイミング制御回路１３の出力する蓄積制御信号が、高レベルから低レベルに変化する。
検出ユニットＵ２のイメージセンサ２１，２２は、タイミング制御回路２３が出力する信号（複数）３５によって制御される。信号３５には、図３に示す蓄積制御信号，画素転送信号及びリセット信号が含まれている。
【００６７】
イメージセンサ２１，２２の各受光部は、入射光の明るさに応じて発生する電荷を、蓄積制御信号が高レベルの期間、即ち図３の蓄積時間Ｔ２の間、蓄積する。従って、各受光部の蓄積電荷量は、入射光量と蓄積時間Ｔ２によって定まる。
蓄積制御が終了した後で、画素転送信号及びリセット信号を与えると、イメージセンサ２１，２２は、各受光部の蓄積電荷量に相当するアナログ画素信号を、１画素ずつ順次に出力する。出力されるアナログ画素信号群は、イメージセンサ２１，２２に入射した光束の光量分布を示す。
【００６８】
イメージセンサ２１，２２が出力するアナログ画素信号は、サンプリング回路２４によって、画素毎にサンプリングされる。サンプリングされたイメージセンサ２１，２２のアナログ画素信号は、それぞれ、Ａ／Ｄ変換回路２６に入力され、画素毎に、明るさが複数ピットで表現されたディジタル画素信号に変換される。このディジタル画素信号は、制御ユニット３０に入力される。
【００６９】
センサＭｂは、イメージセンサ２１，２２と同様に、入射光の明るさに応じて電荷を発生する。センサＭｂが発生する電荷は、光量検出回路２５に蓄積される。光量検出回路２５は、蓄積電荷量に比例する信号を出力する。
光量検出回路２５の蓄積電荷量は、タイミング制御回路２３が出力する信号３５によって、前記蓄積時間Ｔ２の開始時に、リセットされる。つまり、光量検出回路２５の蓄積電荷量は、イメージセンサ２１，２２が蓄積時間Ｔ２中に受光した光量に相当する。
【００７０】
比較回路２７は、光量検出回路２５が検出した蓄積電荷量と、予め定めた閾値電圧Ｖｘとを比較する。比較回路２７の比較結果は、２値信号３８として、タイミング制御回路２３に印加される。
タイミング制御回路２３が出力する蓄積制御信号の蓄積時間Ｔ２は、基本的に、制御ユニット３０が出力する信号３７によって決定される。但し、信号３７の制御により、比較回路２７が出力する２値信号３８によって、蓄積時間Ｔ２を決定することもできる。
【００７１】
比較回路２７が出力する２値信号３８で、蓄積時間Ｔ２を制御する場合には、センサＭｂの受光光量が閾値電圧Ｖｘに相当する所定光量に達した時に、蓄積時間Ｔ２が終了し、タイミング制御回路２３の出力する蓄積制御信号が、高レベルから低レベルに変化する。
【００７２】
制御ユニット３０に接続されたモードスイッチＳＷは、６つの接点を有している。手操作でモードスイッチＳＷを切り替えることにより、モード１，モード２，モード３，モード４，モード５及びモード６の何れかを選択できる。これらのモードは、前記蓄積時間Ｔ１，Ｔ２の決定処理の組み合わせの種別を示す。
制御ユニット３０に接続された焦点検出スイッチ４０は、焦点検出動作のオン／オフを切り替えるために備わっている。
【００７３】
制御ユニット３０は、ＲＯＭ，ＲＡＭ，タイマなどを含むマイクロコンピュータを内蔵している。また、撮影レンズ５１の位置を光軸に沿って移動する駆動回路や表示回路も内蔵している。
制御ユニット３０のマイクロコンピュータによって実行される、処理の概略を図４に示す。図４に示す各処理ステップの内容について、以下に説明する。装置（カメラなど）の主電源が投入されると、最初にステップＳ１を実行する。
【００７４】
ステップＳ１では、装置全体の初期化を実行する。例えば、撮影レンズ駆動用のモータを停止し、表示をクリアし、内部メモリの内容をクリアする。また、内部メモリ上に割り当てたカウンタＣＮＴに、１をプリセットする。
ステップＳ２では、焦点検出スイッチ４０の状態を調べ、焦点検出指示のオン／オフを識別する。焦点検出スイッチ４０がオフの場合、ステップＳ１，Ｓ２を繰り返す。焦点検出スイッチ４０がオンなら、次のステップＳ３に進む。
【００７５】
ステップＳ３では、モードスイッチＳＷの状態を読み取って、現在のモードを調べる。
ステップＳ４では、イメージセンサ１１，１２の蓄積時間Ｔ１を決定するための処理を実行する。この処理の詳細は、図５に示されている。図５の内容については、後で説明する。
【００７６】
ステップＳ５では、イメージセンサ２１，２２の蓄積時間Ｔ２を決定するための処理を実行する。この処理の詳細は、図６に示されている。図６の内容については、後で説明する。
ステップＳ６では、イメージセンサ１１，１２，２１及び２２の各々が電荷蓄積を開始するように制御する。即ち、信号３３を操作して、タイミング制御回路１３及び２３を制御し、図３に示す蓄積制御信号を低レベルから高レベルに切り替える。電荷蓄積を開始してからの経過時間を計数するように、内部タイマをセットする。
【００７７】
ステップＳ７では、内部タイマの計数値を調べて、電荷蓄積を開始してからの経過時間がＴ１，Ｔ２の何れかに到達したか否かを調べる。経過時間がＴ１又はＴ２の時には、ステップＳ８に進む。
ステップＳ８では、イメージセンサ１１，１２，２１及び２２に対する電荷蓄積の終了制御を実施する。即ち、内部タイマの計数値が、蓄積時間Ｔ１と一致する場合には、信号３３を操作して、タイミング制御回路１３を制御し、イメージセンサ１１及び１２に印加される蓄積制御信号を、高レベルから低レベルに切り替える。
【００７８】
また、内部タイマの計数値が、蓄積時間Ｔ２と一致する場合には、信号３７を操作して、タイミング制御回路２３を制御し、イメージセンサ２１及び２２に印加される蓄積制御信号を、高レベルから低レベルに切り替える。
なお、比較回路１７の２値信号３４による蓄積時間制御を優先する動作モードでは、タイミング制御回路１３に対するステップＳ８の動作は無効である。同様に、比較回路２７の２値信号３８による蓄積時間制御を優先する動作モードでは、タイミング制御回路２３に対するステップＳ８の動作は無効である。
【００７９】
ステップＳ９では、イメージセンサ１１及び１２に対する蓄積終了制御と、イメージセンサ２１及び２２に対する蓄積終了制御が共に完了したか否かを調べる。内部タイマの計数値が、Ｔ１，Ｔ２の何れよりも大きい場合には、蓄積終了制御が完了しているので、ステップＳ１０に進む。
【００８０】
ステップＳ１０では、イメージセンサ１１の各受光部に蓄積された信号，イメージセンサ１２の各受光部に蓄積された信号，イメージセンサ２１の各受光部に蓄積された信号及びイメージセンサ２２の各受光部に蓄積された信号を、それぞれ順次に読み取る。
即ち、制御ユニット３０は、信号３３を操作してタイミング制御回路１３を制御し、図３に示す画素転送信号及びリセット信号をイメージセンサ１１及び１２に与える。また、サンプリング信号をサンプリング回路１４に与え、Ａ／Ｄ変換開始信号をＡ／Ｄ変換回路１６に与える。
【００８１】
この制御によって、イメージセンサ１１及び１２の各受光部から読み出される信号は、１画素ずつ順次に、サンプリング回路１４及びＡ／Ｄ変換回路１６を介して、ディジタル画素信号に変換される。Ａ／Ｄ変換が終了する度に、変換されたディジタル画素信号は、制御ユニット３０に読み取られる。
また、制御ユニット３０は、信号３７を操作してタイミング制御回路２３を制御し、図３に示す画素転送信号及びリセット信号をイメージセンサ２１及び２２に与える。また、サンプリング信号をサンプリング回路２４に与え、Ａ／Ｄ変換開始信号をＡ／Ｄ変換回路２６に与える。
【００８２】
この制御によって、イメージセンサ２１及び２２の各受光部から読み出される信号は、１画素ずつ順次に、サンプリング回路２４及びＡ／Ｄ変換回路２６を介して、ディジタル画素信号に変換される。Ａ／Ｄ変換が終了する度に、変換されたディジタル画素信号は、制御ユニット３０に読み取られる。
制御ユニット３０は、イメージセンサ１１，１２，２１及び２２から読み取ったディジタル画素信号列を、内部メモリ上の予め定めた領域に記憶する。
【００８３】
ステップＳ１１では、上記ステップＳ１０の処理によって内部メモリ上に記憶された、ディジタル画素信号列のデータを参照し、最大値Ｖｍ１，Ｖｍ２を検出する。
【００８４】
最大値Ｖｍ１は、イメージセンサ１１及び１２から得られたディジタル画素信号列の中で、明るさが最大の画素の値（信号レベル）である。また、最大値Ｖｍ２は、イメージセンサ２１及び２２から得られたディジタル画素信号列の中で、明るさが最大の画素の値である。
最大値Ｖｍ１は、イメージセンサ１１及び１２の蓄積電荷量（実績）の基準として利用される。また、最大値Ｖｍ２は、イメージセンサ２１及び２２の蓄積電荷量の基準として利用される。
【００８５】
ステップＳ１２では、上記ステップＳ１０の処理によって内部メモリ上に記憶された、ディジタル画素信号列のデータに基づいて、焦点検出処理を実行する。また、カウンタＣＮＴの値は、ステップＳ１２を実行する毎に更新される。この焦点検出処理の詳細は、図１２に示されている。これについては、後で詳細に説明する。
【００８６】
ステップＳ１３では、ステップＳ１２で検出された焦点の状態に基づいて、合焦でなければ、合焦位置に近づくように、撮影レンズ５１を移動する。また、合焦か否かに応じて、合焦表示のオン／オフを制御する。
焦点検出スイッチ４０がオンの時には、上記ステップＳ２〜Ｓ１３の処理が繰り返し実行される。
【００８７】
ステップＳ４の「蓄積時間Ｔ１決定」処理では、図５に示すように、モードスイッチＳＷによって選択されたモードに応じた処理が実行される。即ち、モード１又はモード２の場合には、ステップＳ２０を通ってステップＳ２３が実行される。
モード３又はモード４の場合には、ステップＳ２０，Ｓ２１を通って、ステップＳ２４が実行される。モード５又はモード６の場合には、ステップＳ２０，Ｓ２１，Ｓ２２を通って、ステップＳ２５が実行される。
【００８８】
ステップＳ２３の「時間決定Ａ１」，ステップＳ２４の「時間決定Ａ２」及びステップＳ２５の「時間決定Ａ３」は、いずれも蓄積時間Ｔ１を決定するための処理である。つまり、モードスイッチＳＷによって選択されるモードの違いに応じて、蓄積時間Ｔ１を決定する処理の内容が変更される。
ステップＳ２３の「時間決定Ａ１」，ステップＳ２４の「時間決定Ａ２」及びステップＳ２５の「時間決定Ａ３」の処理の内容は、それぞれ、図７，図８及び図９に示されている。
【００８９】
図７に示すように、「時間決定Ａ１」の処理では、ステップＳ３１が実行される。このステップＳ３１では、センサＭａの出力に応じて蓄積時間Ｔ１を決定する。つまり、制御ユニット３０は、タイミング制御回路１３に与える信号３３を制御して、比較回路１７が出力する２値信号３４の制御を優先させる。
従って、この場合には、イメージセンサ１１及び１２の蓄積終了タイミングは、２値信号３４によって制御される。即ち、蓄積時間Ｔ１は、センサＭａの実際の受光光量と、閾値電圧Ｖｘにより定まる。
【００９０】
また、制御ユニット３０は、２値信号３４のレベルが切り替わるタイミングを検出して、実際の蓄積時間Ｔ１を把握する。この蓄積時間Ｔ１は、実績情報Ｔｐ１として、内部メモリに記憶される。
一方、「時間決定Ａ２」の処理では、初回を除き、図８に示すステップＳ３３によって、蓄積時間Ｔ１が決定される。即ち、蓄積時間Ｔ１は次式により決定される。
【００９１】
Ｔ１＝Ｔｐ１・Ｌｒ／Ｖｍ１ ・・・（２）
Ｔｐ１：前回制御時の蓄積時間Ｔ１（実績値）
Ｌｒ：イメージセンサ１１，１２の画素信号の目標レベル
Ｖｍ１：ステップＳ１１で得られる最大値
この処理では、実際のイメージセンサ１１，１２の電荷蓄積量（実績）に基づいて蓄積時間Ｔ１が決定されるので、より高い精度で蓄積時間Ｔ１を制御できる。被写体の明るさの変化に対する蓄積時間Ｔ１の応答速度については、ステップＳ３１と比べると、１制御周期だけ遅くなる。
【００９２】
なお、初回の制御では、実績情報Ｔｐ１及び最大値Ｖｍ１が存在しないので、ステップＳ３３の計算を実行できない。従って、カウンタＣＮＴが１の場合には、ステップＳ３２を通ってステップＳ３４に進む。
ステップＳ３４の内容は、前記ステップＳ３１と同一である。つまり、センサＭａの出力に応じて蓄積時間Ｔ１を決定する。
【００９３】
次に、「時間決定Ａ３」の処理について、図９を参照して説明する。カウンタＣＮＴが１の場合、即ち初回は、計算に必要な情報が存在しないので、ステップＳ５０からＳ５７に進む。この場合には、前記ステップＳ３１と同様に、センサＭａの出力に応じて蓄積時間Ｔ１を決定する。
初回以外は、ステップＳ５０からＳ５１に進む。図９の処理においては、過去Ｎ回の互いに異なる時点における蓄積時間Ｔ１を記憶するために、Ｎ個のメモリＰＴ[１]〜ＰＴ[Ｎ]を使用する。メモリＰＴ[１]には最も新しい蓄積時間Ｔ１を記憶し、メモリＰＴ[Ｎ]には最も古い蓄積時間Ｔ１を記憶する。
【００９４】
新しい蓄積時間Ｔ１を記憶する領域を確保するために、ステップＳ５１では、メモリＰＴ[ｉ]のデータをＰＴ[ｉ＋１]に転送する（ｉ＝Ｎ−１，Ｎ−２，・・・３，２，１）。これによって、最も古いメモリＰＴ[Ｎ]のデータは更新され、メモリＰＴ[１]〜ＰＴ[Ｎ−１]のデータは位置がシフトされる。
ステップＳ５２では、前記第２式を用いて計算を実施して蓄積時間Ｔ１を求める。つまり、前回の実績である蓄積時間Ｔｐ１及び最大値Ｖｍ１と、目標レベルＬｒに基づいて、蓄積時間Ｔ１を求める。求めた蓄積時間Ｔ１は、メモリＰＴ[１]に記憶する。
【００９５】
ステップＳ５３では、カウンタＣＮＴの値を定数Ｎと比較する。つまり、Ｎ個の実績情報がメモリＰＴ[１]〜ＰＴ[Ｎ]上に揃ったか否かを識別する。カウンタＣＮＴの値が定数Ｎを越えている場合には、ステップＳ５５に進み、そうでなければステップＳ５４に進む。
【００９６】
ステップＳ５４では、Ｎ個の実績情報が揃っていないので、カウンタＣＮＴの値から１を引いた値を、有効な実績情報の数として、レジスタＳに記憶する。
ステップＳ５５では、Ｎ個の実績情報が揃っているので、カウンタＣＮＴの値を、有効な実績情報の数として、レジスタＳに記憶する。
ステップＳ５６では、メモリＰＴ[１]〜ＰＴ[Ｎ]上の蓄積時間Ｔ１の実績情報のうち有効なデータについて、それらの平均値を、今回の蓄積時間Ｔ１として計算する。この蓄積時間Ｔ１は、実績情報Ｔｐ１としてメモリに記憶する。
【００９７】
つまり、「時間決定Ａ３」の処理では、制御周期のＮ倍に相当する計算期間の平均値として、蓄積時間Ｔ１が決定される。定数Ｎは、例えば、前記計算期間が１００ｍsec〜２００ｍsecになるように、２〜４程度に定められる。
図４のステップＳ５の「蓄積時間Ｔ２決定」処理では、図６に示すように、モードスイッチＳＷによって選択されたモードに応じた処理が実行される。即ち、モード１，３又は５の場合には、ステップＳ２６を通ってステップＳ２８が実行される。モード２，４又は６の場合には、ステップＳ２６，Ｓ２７を通って、ステップＳ２９が実行される。
【００９８】
ステップＳ２８の「時間決定Ｂ１」及びステップＳ２９の「時間決定Ｂ２」は、いずれも蓄積時間Ｔ２を決定するための処理である。つまり、モードスイッチＳＷによって選択されるモードの違いに応じて、蓄積時間Ｔ２を決定する処理の内容が変更される。
従って、モード１の場合には、「時間決定Ａ１」と「時間決定Ｂ１」の組み合わせが選択される。モード２の場合には、「時間決定Ａ１」と「時間決定Ｂ２」の組み合わせが選択される。モード３の場合には、「時間決定Ａ２」と「時間決定Ｂ１」の組み合わせが選択される。
【００９９】
モード４の場合には、「時間決定Ａ２」と「時間決定Ｂ２」の組み合わせが選択される。モード５の場合には、「時間決定Ａ３」と「時間決定Ｂ１」の組み合わせが選択される。モード６の場合には、「時間決定Ａ３」と「時間決定Ｂ２」の組み合わせが選択される。
ステップＳ２８の「時間決定Ｂ１」及びステップＳ２９の「時間決定Ｂ２」の処理の内容は、それぞれ、図１０及び図１１に示されている。
【０１００】
次に、「時間決定Ｂ１」の処理について、図１０を参照して説明する。カウンタＣＮＴが１の場合、即ち初回は、計算に必要な情報が存在しないので、ステップＳ４０からＳ４８に進む。
ステップＳ４８では、センサＭｂの出力に応じて蓄積時間Ｔ２を決定する。つまり、制御ユニット３０は、タイミング制御回路２３に与える信号３７を制御して、比較回路２７が出力する２値信号３８の制御を優先させる。
【０１０１】
従って、この場合には、イメージセンサ２１及び２２の蓄積終了タイミングは、２値信号３８によって制御される。即ち、蓄積時間Ｔ２は、センサＭｂの実際の受光光量と、閾値電圧Ｖｘにより定まる。
また、制御ユニット３０は、２値信号３８のレベルが切り替わるタイミングを検出して、実際の蓄積時間Ｔ２を把握する。この蓄積時間Ｔ２は、実績情報Ｔｐ２として、内部メモリに記憶される。
【０１０２】
カウンタＣＮＴが１の場合には、まだ焦点の状態が検出されていないので、ステップＳ４９では、合焦フラグＦｉｎをクリアする。
カウンタＣＮＴが１でなければ、ステップＳ４０からＳ４１に進む。ステップＳ４１では、最終デフォーカス量ＤｆＬが、予め定めた所定範囲内にあるか否かを識別する。つまり、合焦状態か否かを識別する。最終デフォーカス量ＤｆＬは、ステップＳ１２の「焦点検出処理」で得られる。
【０１０３】
焦点検出が不可能な状態では、最終デフォーカス量ＤｆＬに有効な値がセットされない。その場合には、最終デフォーカス量ＤｆＬが範囲外、即ち合焦でないとみなす。
合焦状態でなければ、ステップＳ４１からＳ４２に進む。合焦状態ならステップＳ４１からＳ４６に進む。
【０１０４】
ステップＳ４２では、合焦フラグＦｉｎの状態を調べる。合焦が検出された後でなければ、合焦フラグＦｉｎはクリアされているので、ステップＳ４２からＳ４５に進む。合焦フラグＦｉｎがセットされている場合には、ステップＳ４２からＳ４３に進む。
ステップＳ４３では、内部タイマで計数される時間Ｔｄを、予め定めた閾値Ｔthと比較する。時間Ｔｄは、合焦状態が検出されなくなってからの経過時間を示す。時間Ｔｄが閾値Ｔthより大きい場合には、ステップＳ４３からＳ４４に進む。時間Ｔｄが閾値Ｔth以内なら、蓄積時間Ｔ２を更新せずに、図１０の処理を終了する。
【０１０５】
ステップＳ４４では、時間Ｔｄが閾値Ｔthより大きいので、合焦フラグＦｉｎをクリアする。
ステップＳ４５では、次式に基づいて蓄積時間Ｔ２を決定する。
Ｔ２＝Ｔｐ２・Ｌｒ／Ｖｍ２ ・・・（３）
Ｔｐ２：前回制御時の蓄積時間Ｔ２（実績値）
Ｌｒ：イメージセンサ２１，２２の画素信号の目標レベル
Ｖｍ２：ステップＳ１１で得られる最大値
また、ステップＳ４５では、求めた蓄積時間Ｔ２を、実績情報Ｔｐ２として記憶する。
【０１０６】
ステップＳ４６では、最終デフォーカス量ＤｆＬが所定範囲内なので、合焦フラグＦｉｎをセットする。
ステップＳ４７では、合焦状態が検出されているので、時間Ｔｄを計数するタイマの計数値をクリアする。
【０１０７】
図１０の処理においては、合焦状態では、ステップＳ４５を実行しないので、蓄積時間Ｔ２の更新が停止する。つまり、蓄積時間Ｔ２は、非合焦から合焦状態に変化したときの、過去の蓄積時間（実績値）Ｔ２に固定される。
また、最終デフォーカス量ＤｆＬが所定範囲を外れても、合焦フラグＦｉｎが１である間は、ステップＳ４５を実行しないので、蓄積時間Ｔ２は変化しない。但し、非合焦になってからの経過時間が閾値Ｔthを越えると、ステップＳ４３からＳ４４に進み、合焦フラグＦｉｎがクリアされるので、次のステップＳ４５で、蓄積時間Ｔ２が更新される。
【０１０８】
次に、「時間決定Ｂ２」の処理について、図１１を参照して説明する。カウンタＣＮＴが１の場合、即ち初回は、計算に必要な情報が存在しないので、ステップＳ６０からＳ６７に進む。
ステップＳ６７では、上記ステップＳ４８と同様に、センサＭｂの出力に応じて蓄積時間Ｔ２を決定する。つまり、制御ユニット３０は、タイミング制御回路２３に与える信号３７を制御して、比較回路２７が出力する２値信号３８の制御を優先させる。
【０１０９】
カウンタＣＮＴが１でなければ、ステップＳ６０からＳ６１に進む。図１１の処理においては、過去Ｋ回の互いに異なる時点における蓄積時間Ｔ２を記憶するために、Ｋ個のメモリＰＴ２[１]〜ＰＴ２[Ｋ]を使用する。メモリＰＴ２[１]には最も新しい蓄積時間Ｔ２を記憶し、メモリＰＴ２[Ｋ]には最も古い蓄積時間Ｔ２を記憶する。
【０１１０】
新しい蓄積時間Ｔ２を記憶する領域を確保するために、ステップＳ６１では、メモリＰＴ２[ｉ]のデータをＰＴ２[ｉ＋１]に転送する（ｉ＝Ｋ−１，Ｋ−２，・・・３，２，１）。これによって、最も古いメモリＰＴ[Ｋ]のデータは更新され、メモリＰＴ[１]〜ＰＴ[Ｋ−１]のデータは位置がシフトされる。
ステップＳ６２では、前記第３式を用いて計算を実施して蓄積時間Ｔ２を求める。つまり、前回の実績である蓄積時間Ｔｐ２及び最大値Ｖｍ２と、目標レベルＬｒに基づいて、蓄積時間Ｔ２を求める。求めた蓄積時間Ｔ２は、メモリＰＴ２[１]に記憶する。
【０１１１】
ステップＳ６３では、カウンタＣＮＴの値を定数Ｋと比較する。つまり、Ｋ個の実績情報がメモリＰＴ２[１]〜ＰＴ２[Ｋ]上に揃ったか否かを識別する。カウンタＣＮＴの値が定数Ｋを越えている場合には、ステップＳ６５に進み、そうでなければステップＳ６４に進む。
ステップＳ６４では、Ｋ個の実績情報が揃っていないので、カウンタＣＮＴの値から１を引いた値を、有効な実績情報の数として、レジスタＳに記憶する。
【０１１２】
ステップＳ６５では、Ｋ個の実績情報が揃っているので、カウンタＣＮＴの値を、有効な実績情報の数として、レジスタＳに記憶する。
ステップＳ６６では、メモリＰＴ２[１]〜ＰＴ２[Ｋ]上の蓄積時間Ｔ２の実績情報のうち有効なデータについて、それらの平均値を、今回の蓄積時間Ｔ２として計算する。この蓄積時間Ｔ２は、実績情報Ｔｐ２としてメモリに記憶する。
【０１１３】
つまり、「時間決定Ｂ２」の処理では、制御周期のＫ倍に相当する計算期間の平均値として、蓄積時間Ｔ２が決定される。定数Ｋは、例えば、前記計算期間が７００ｍsec程度になるように、５〜１４に定められる。
モードスイッチＳＷによってモード６が選択された場合には、図９に示す「時間決定Ａ３」処理によって蓄積時間Ｔ１が決定され、図１１に示す「時間決定Ｂ２」処理によって蓄積時間Ｔ２が決定される。
【０１１４】
「時間決定Ａ３」と「時間決定Ｂ２」は、いずれも過去の互いに異なる時点で得られた複数の実績情報の平均に基づいて、蓄積時間Ｔ１又はＴ２を決定する。しかし、「時間決定Ａ３」の定数Ｎと「時間決定Ｂ２」の定数Ｋの値は互いに異なる。
従って、被写体の明るさの変化に対する応答特性も、蓄積時間Ｔ１と蓄積時間Ｔ２とで異なる。つまり、蓄積時間Ｔ１の応答は比較的速く、蓄積時間Ｔ２の応答は比較的遅い。
【０１１５】
モードスイッチＳＷによって、モード１，モード２，モード３，モード４，モード５及びモード６のいずれを選択する場合であっても、蓄積時間Ｔ１を決定する処理と、蓄積時間Ｔ２を決定する処理とが互いに異なる。
このため、被写体の明るさの変化に対して、蓄積時間Ｔ１の応答は比較的速く、蓄積時間Ｔ２の応答は比較的遅くなる。従って、イメージセンサ１１及び１２の電荷蓄積状態とイメージセンサ２１及び２２の電荷蓄積状態は、互いに異なる。
【０１１６】
次に、図１２に示す「焦点検出処理」の各ステップについて説明する。
ステップＳ６９では、カウンタＣＮＴの値に１を加算してＣＮＴを更新する。なお、カウンタＣＮＴの値が所定の上限値に達すると、ステップＳ６９の処理は省略される。
ステップＳ７０では、イメージセンサ１１及び１２によって得られたディジタル画素信号列に基づいて、デフォーカス量ＤＦ１を算出する。デフォーカス量は、合焦状態に対する撮影レンズ５１の位置ずれ量及び方向を意味する。ステップＳ７０の処理の詳細は、図１３に示されている。
【０１１７】
図１３のステップＳ８０では、イメージセンサ１１によって得られた画素信号列Ｖａとイメージセンサ１２によって得られた画素信号列Ｖｂとの相関量Ｃ[Ｌ]を求める。
イメージセンサ１１の画素信号列Ｖａとイメージセンサ１２の画素信号列Ｖｂは、例えば、図１４に示すように、それぞれが被写体からの入射光の強度分布を示す。
【０１１８】
画素信号列Ｖａ，Ｖｂを、図１４に示す所定距離Ｌｓだけ横軸方向に相対的にずらすと、画素信号列Ｖａ，Ｖｂの相関は非常に大きくなる。また、画素信号列Ｖａ，Ｖｂの相関量Ｃ[Ｌ]は、図１５に示すように、画素信号列Ｖａ，Ｖｂの相対シフト量Ｌに応じて変化する。
【０１１９】
デフォーカス量は、図１４に示す距離Ｌｓ、即ち、図１５に示す相関量Ｃ[Ｌ]が最小になるシフト量Ｌから求められる。
ステップＳ８０においては、イメージセンサ１１によって得られた画素信号列Ｖａの（ｉ＋Ｌ）番目の位置の画素データ（ａ[ｉ＋Ｌ]）とイメージセンサ１２によって得られた画素信号列Ｖｂのｉ番目の位置の画素データ（ｂ[ｉ]）との差分を計算する。この差分の絶対値を、ｋからｒまでの範囲のｉについて加算し、総和を相関量Ｃ[Ｌ]として求める。
【０１２０】
シフト量Ｌは、−ＬmaxからＬmaxの範囲で順次に変更し、各々のシフト量Ｌについて相関量Ｃ[Ｌ]をそれぞれ求める。Ｌmaxは、予め定められる最大シフト量である。
ステップＳ８０のｉの範囲を定めるｋ，ｒは、各々次のように、シフト量Ｌに応じて決定される。
【０１２１】
Ｌ≧０の場合：
ｋ＝ｋ０＋ＩＮＴ（−Ｌ／２） ・・・（４）
ｒ＝ｒ０＋ＩＮＴ（−Ｌ／２） ・・・（５）
Ｌ＜０の場合：
ｋ＝ｋ０＋ＩＮＴ（−(Ｌ＋１)／２） ・・・（６）
ｒ＝ｒ０＋ＩＮＴ（−(Ｌ＋１)／２） ・・・（７）
但し、ｋ０及びｒ０は、それぞれシフト量Ｌが０の場合のｋ及びｒである。また、ＩＮＴ（）は、括弧内の数値の絶対値を示す。
【０１２２】
ステップＳ８０において、相関を調べる画素の組み合わせの範囲は、例えば図１８に示すように、シフト量Ｌに応じて変化する。
ステップＳ８０の処理によって、図１５に示すように、相関量Ｃ[Ｌ]とシフト量Ｌの関係が求められる。図１５に示すように、相関量Ｃ[Ｌ]は離散的な値である。従って、相関量Ｃ[Ｌ]が最小になるシフト量から、直接デフォーカス量を求める場合には、画素ピッチが大きいと、正確なデフォーカス量が得られない。
【０１２３】
より正確なデフォーカス量を求めるために、ステップＳ８１，Ｓ８２，Ｓ８３及びＳ８４の処理が実施される。
ステップＳ８１では、まず、図１６に示すように、相関量Ｃ[Ｌ]が最小になるシフト量Ｌｅを求める。そして、シフト量Ｌｅに隣接する２つの位置の相関量（Ｃ[Ｌ−１]）と（Ｃ[Ｌ＋１]）との差分の半分を、ＤＬとして得る。
【０１２４】
ステップＳ８２では、相関量Ｃ[Ｌ]の最小値であるＣ[Ｌｅ]から、ステップＳ８１で求めたＤＬの絶対値を減算した結果を、相関量の真の極小値Ｃexとして求める。
ステップＳ８３では、相関量Ｃ[Ｌ]の特性の傾きＥを次式により求める。
Ｅ＝Ｍａｘ（Ｃ[Le+1]−Ｃ[Le]，Ｃ[Le-1]−Ｃ[Le]） ・・・（８）
なお、Ｍａｘ（）は、括弧内の複数要素のうち、値が大きい方を選択することを意味する。
【０１２５】
ステップＳ８４では、前記Ｌｅ，ＤＬ，Ｅに基づいて、画素信号列Ｖａ，Ｖｂの相関量Ｃ[Ｌ]が最小になる正確なシフト量Ｌｓを、次式により求める。
Ｌｓ＝Ｌｅ＋ＤＬ／Ｅ ・・・（９）
ステップＳ８５では、イメージセンサ１１及び１２によって得られたデフォーカス量ＤＦ１を次式によって求める。
【０１２６】
ＤＦ１＝Ｋｆ・Ｌｓ ・・・（１０）
ここで、Ｋｆは、図１に示す光学系の特性と、イメージセンサ１１及び１２の画素ピッチの大きさによって定まる定数である。
ステップＳ８５で得られたデフォーカス量ＤＦ１は、ノイズ等によって相関量に生じた揺らぎの影響を受けている可能性もある。そこで、次のステップＳ８６及びＳ８７で、デフォーカス量ＤＦ１の信頼度を調べる。
【０１２７】
ステップＳ８６では、ステップＳ８３で求めた相関量の傾きＥを、予め定めた閾値Ｅ１と比較する。傾きＥは、イメージセンサ１１及び１２によって得られた画素信号列のコントラストに依存する。即ち、傾きＥが大きいほど、コントラストが大きく、信頼度が高いと考えられる。
傾きＥが閾値Ｅ１より大きい場合には、信頼度が高いとみなし、ステップＳ８７に進む。傾きＥが閾値Ｅ１以下なら、ステップＳ８９に進む。
【０１２８】
ステップＳ８７では、ステップＳ８２で求めた極小値ＣexとステップＳ８３で求めた傾きＥを用いて、係数（Ｃex／Ｅ）を計算する。この係数を予め定めた閾値Ｇ１とを比較する。
極小値Ｃexは、理想的には０になる。しかし実際には、ノイズの影響や、撮影レンズ５１の領域の違いによって生じる視差の影響を受けるので、極小値Ｃexは０より大きくなる。また、ノイズや視差の影響は、被写体のコントラストが高いほど小さくなる。そこで、係数（Ｃex／Ｅ）を用いて信頼度を調べる。
【０１２９】
そこで、係数（Ｃex／Ｅ）が閾値Ｇ１より小さい場合には、信頼度が高いとみなし、ステップＳ８８に進む。係数（Ｃex／Ｅ）が閾値Ｇ１以上なら、ステップＳ８９に進む。
なお、イメージセンサ１１及び１２の何れか一方により得られる、画素信号列のコントラストに基づいて、信頼度を識別することもできる。
【０１３０】
ステップＳ８８では、ステップＳ８５で得られたデフォーカス量ＤＦ１の信頼度が高いとみなし、信頼度フラグＦＧ１をセットする。
ステップＳ８９では、ステップＳ８５で得られたデフォーカス量ＤＦ１の信頼度が低いとみなし、信頼度フラグＦＧ１をクリアする。
図１２のステップＳ７１では、イメージセンサ２１及び２２によって得られたディジタル画素信号列に基づいて、デフォーカス量ＤＦ２を算出する。この処理の内容は、次の点を除き、図１３の処理と同様である。
【０１３１】
ステップＳ８０で処理される画素信号列（ａ[ｉ＋Ｌ]，ｂ[ｉ]）は、イメージセンサ２１及び２２によって得られたデータに変更される。ステップＳ８５で算出されるデフォーカス量は、ＤＦ２として保存される。ステップＳ８８及びＳ８９の信頼度フラグＦＧ１の代わりに、信頼度フラグＦＧ２が操作される。
ステップＳ７２では、前記信頼度フラグＦＧ１の状態を調べて、デフォーカス量ＤＦ１の信頼度を識別する。即ち、信頼度フラグＦＧ１がセットされている場合には、デフォーカス量ＤＦ１の信頼度が高いので、ステップＳ７３に進む。信頼度フラグＦＧ１がクリアされている場合には、デフォーカス量ＤＦ１の信頼度が低いので、ステップＳ７７に進む。
【０１３２】
ステップＳ７３では、前記信頼度フラグＦＧ２の状態を調べて、デフォーカス量ＤＦ２の信頼度を識別する。即ち、信頼度フラグＦＧ２がセットされている場合には、デフォーカス量ＤＦ２の信頼度が高いので、ステップＳ７５に進む。信頼度フラグＦＧ２がクリアされている場合には、デフォーカス量ＤＦ２の信頼度が低いので、ステップＳ７４に進む。
【０１３３】
ステップＳ７４では、デフォーカス量ＤＦ２よりもデフォーカス量ＤＦ１の方が信頼度が高いので、デフォーカス量ＤＦ１を最終デフォーカス量ＤｆＬとして保存する。
ステップＳ７５では、デフォーカス量ＤＦ１とデフォーカス量ＤＦ２を比較する。この場合には、信頼度フラグＦＧ１，ＦＧ２が共にセットされているので、デフォーカス量ＤＦ１とデフォーカス量ＤＦ２は、いずれも信頼度が高い。しかし、この例では、ＤＦ１，ＤＦ２の何れか小さい方が、より信頼度が高いとみなす。つまり、ＤＦ１，ＤＦ２のうち、合焦状態により近い方を選択する。
【０１３４】
デフォーカス量ＤＦ１がデフォーカス量ＤＦ２より小さい場合には、ステップＳ７４に進む。デフォーカス量ＤＦ１がデフォーカス量ＤＦ２以上の場合には、ステップＳ７６に進む。
【０１３５】
ステップＳ７６では、デフォーカス量ＤＦ１よりもデフォーカス量ＤＦ２の方が信頼度が高いので、デフォーカス量ＤＦ２を最終デフォーカス量ＤｆＬとして保存する。
ステップＳ７７では、前記信頼度フラグＦＧ２の状態を調べて、デフォーカス量ＤＦ２の信頼度を識別する。即ち、信頼度フラグＦＧ２がセットされている場合には、デフォーカス量ＤＦ２の信頼度が高いので、ステップＳ７６に進む。信頼度フラグＦＧ２がクリアされている場合には、デフォーカス量ＤＦ２の信頼度が低いので、ステップＳ７８に進む。
【０１３６】
ステップＳ７８では、デフォーカス量ＤＦ１，ＤＦ２共に、信頼度が低いので、最終デフォーカス量ＤｆＬに無効データを記憶する。
（第２の実施の形態）
この形態における焦点検出装置の、光学系の構成を図１９に示す。また、撮影画面中の焦点検出領域を図２０に示す。図示しない部分の構成及び動作については、前記第１の実施の形態と同様である。また、図１９において、第１の実施の形態と同一の要素には、同一の符号を付けてある。
【０１３７】
図１９を参照して説明する。第１の実施の形態と同様に、撮影レンズ５１の光軸上には、視野マスク５２Ｂ，フィールドレンズ５３，絞り５４Ｂ，再結像レンズ５５Ｂ及び検出基板５６Ｂが配置されている。
視野マスク５２Ｂ，絞り５４Ｂ及び再結像レンズ５５Ｂは、開口部の形状や位置が、第１の実施の形態の対応する要素と多少異なっている。
【０１３８】
検出基板５６Ｂ上の４つのイメージセンサ１１，１２，２１及び２２は、配置が第１の実施の形態と異なっている。即ち、第１組のイメージセンサ１１，１２と第２組のイメージセンサ２１，２２は、受光部の並び方向が共に水平方向（Ｘ方向）に向けてある。また、２つのイメージセンサ１１及び１２は、互いに近い位置に、上下に並べて配置してある。
【０１３９】
このため、第１組のイメージセンサ１１，１２の検出対象となる領域Ａ１と、第２組のイメージセンサ２１，２２の検出対象となる領域Ａ２は、図２０に示すように、互いに近接しているが、上下に多少ずれた位置に配置される。
また、受光光量を検出するために１つのセンサＭａだけを、イメージセンサ１１の近傍に配置してある。第２組のイメージセンサ２１，２２の受光光量も、センサＭａによって検出される。
【０１４０】
なお、第１及び第２の実施の形態では、イメージセンサ１１，１２，２１及び２２の受光光量を検出するために、センサＭａ，Ｍｂを設けているが、センサＭａ，Ｍｂの代わりに特別な光量測定装置を用いても良い。
また、前記モード１及びモード２を使用しない場合には、センサＭａ，Ｍｂの設置を省略しても良い。その場合、実績情報が存在しないとき、つまりカウンタＣＮＴが１の時には、予め定めた定数を蓄積時間Ｔ１，Ｔ２としてセットすれば良い。
【０１４１】
上記第１の実施の形態では、複数の蓄積時間設定モードを備えて、何れかのモードを選択する機能を設けてある。しかし本発明は、これに限定されず、少なくとも１つのモードを有していればよい。
【０１４２】
【発明の効果】
（請求項１）
本発明では、被写体の明るさの変化に対する応答速度が、第１の電荷蓄積時間は比較的速く、第２の電荷蓄積時間は比較的遅いので、様々な状況において、第１の電荷蓄積時間と第２の電荷蓄積時間の少なくとも一方は、適切な状態に定められる。
【０１４３】
従って、第１の受光手段の蓄積電荷量と第２の受光手段の蓄積電荷量の何れか一方は適正になり、焦点検出手段は、前記第１の受光手段と第２の受光手段の少なくとも一方が出力する信号に基づいて、常に前記撮影光学系の焦点状態を正しく検出できる可能性が高い。
（請求項２）
本発明では、変化の速い前記光の強度変化には追従しないように、前記第２の電荷蓄積時間が制御される。従って、例えば、被写体の近傍を通り過ぎる高輝度障害物などの影響を受けにくくなる。
【０１４４】
（請求項３）
本発明では、前記第１時点と第２時点の間に、被写体の輝度に大きな変化が生じた場合、前記第２の受光手段の蓄積電荷量は、変化前の輝度に基づいて制御され、前記第１の受光手段の蓄積電荷量は、変化後の輝度に基づいて制御される。このため、前記第１の受光手段及び第２の受光手段の少なくとも一方は、蓄積電荷量が適正に制御される。
【０１４５】
従って、被写体の輝度が大きく変動する場合であっても、前記第１の受光手段及び第２の受光手段の少なくとも一方の出力する信号に基づいて、焦点の状態を正しく検出できる可能性が高い。
（請求項４）
被写体の明るさの変化に対する応答速度が、第１の電荷蓄積時間は比較的速く、第２の電荷蓄積時間は比較的遅くなる。従って、様々な状況において、前記第１の受光手段及び第２の受光手段の少なくとも一方の蓄積電荷量が適正になる。
【０１４６】
（請求項５）
この発明では、第１の電荷蓄積時間よりも短い周期で、被写体の明るさが変動する場合でも、それに追従するように、第１の電荷蓄積時間を制御できる。従って、前記第１の受光手段の蓄積電荷量が適正になる可能性が高い。
（請求項６）
この発明では、例えば被写体の近傍を高輝度障害物が通過する場合でも、合焦後は、被写体の輝度に基づいて第２の受光手段の蓄積電荷量が決定される。従って、前記第２の受光手段の蓄積電荷量が適正になる可能性が高い。
【０１４７】
（請求項７）
本発明では、前記第１の受光手段の出力信号と前記第２の受光手段の出力信号とを切り替えて、焦点の状態を検出しても、検出される焦点の状態が大きく変動することがない。
【０１４８】
（請求項８）
本発明では、前記第１の受光手段の出力信号と前記第２の受光手段の出力信号とを切り替えて、焦点の状態を検出しても、検出される焦点の状態が大きく変動することがない。
（請求項９）
本発明では、水平方向のみに輝度変化のある被写体と、垂直方向にのみ輝度変化のある被写体の何れであっても、前記第１の受光手段及び前記第２の受光手段の何れか一方の出力に基づいて、焦点の状態を検出できる。
【０１４９】
（請求項１０）
本発明では、前記焦点検出手段が、第１のデフォーカス量の信頼度と第２のデフォーカス量の信頼度に基づいて、撮影光学系の焦点状態を検出するので、検出される焦点の状態の信頼度を、より高めることができる。
（請求項１１）
本発明では、スイッチ手段により、前記第１の電荷蓄積時間を決定する処理と前記第２の電荷蓄積時間を決定する処理との組み合わせを、複数の中から選択的に切り替えることができる。従って、様々な状況において、第１の受光手段の蓄積電荷量と第２の受光手段の蓄積電荷量が適正に制御される。
【図面の簡単な説明】
【図１】焦点検出装置の光学系の構成を示す分解斜視図である。
【図２】図１の光学系を備える焦点検出装置の電気回路を示すブロック図である。
【図３】図２の焦点検出装置における主要な信号タイミングの例を示すタイミングチャートである。
【図４】図２の制御ユニット３０の動作の概略を示すフローチャートである。
【図５】図４のステップＳ４の詳細を示すフローチャートである。
【図６】図４のステップＳ５の詳細を示すフローチャートである。
【図７】図５のステップＳ２３の詳細を示すフローチャートである。
【図８】図５のステップＳ２４の詳細を示すフローチャートである。
【図９】図５のステップＳ２５の詳細を示すフローチャートである。
【図１０】図６のステップＳ２８の詳細を示すフローチャートである。
【図１１】図６のステップＳ２９の詳細を示すフローチャートである。
【図１２】図４のステップＳ１２の詳細を示すフローチャートである。
【図１３】図１２のステップＳ７０及びＳ７１の詳細を示すフローチャートである。
【図１４】互いに異なる経路を通る光を検出して得た２つの１次元画像信号Ｖａ，Ｖｂの分布を示すグラフである。
【図１５】２つの１次元画像信号Ｖａ，Ｖｂの相関量を示すグラフである。
【図１６】図１５の一部分の詳細を示すグラフである。
【図１７】撮影画面中の焦点検出領域を示す正面図である。
【図１８】相関量を算出する際に参照される、２つの１次元画像信号Ｖａ，Ｖｂの画素の組み合わせを示す模式図である。
【図１９】第２の実施の形態における焦点検出装置の、光学系を示す平面図である。
【図２０】第２の実施の形態における撮影画面中の焦点検出領域を示す正面図である。
【符号の説明】
１１，１２，２１，２２ イメージセンサ
１３，２３ タイミング制御回路
１４，２４ サンプリング回路
１５，２５ 光量検出回路
１６，２６ Ａ／Ｄ変換回路
１７，２７ 比較回路
３０ 制御ユニット
３１，３２，３３，３４，３５，３６，３７，３８ 信号線
４０ 焦点検出スイッチ
５１ 撮影レンズ
５２，５２Ｂ 視野マスク
５３ フィールドレンズ
５４，５４Ｂ 絞り
５５，５５Ｂ 再結像レンズ
５６，５６Ｂ 検出基板
Ｍａ，Ｍｂ センサ
ＳＷ モードスイッチ
Ｕ１，Ｕ２ 検出ユニット[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a focus detection device mounted on, for example, a camera, a digital still camera, a video camera, or the like.
[0002]
[Prior art]
In general, in a focus detection apparatus, a focus state is detected based on a light amount distribution state of incident light incident through a photographing optical system and passing through one or a plurality of paths.
In order to detect the incident light amount distribution, a part of the subject image incident through the photographing optical system is guided to the light receiving device. As the light receiving device, one or two one-dimensional image sensors are usually used.
[0003]
There are several types of methods for detecting the focus state. For example, the focus state can be detected based on the contrast of the detected light amount distribution.
In the most practical focus detection method, the light quantity distributions of two sets of light beams incident through different positions of the photographing optical system are detected by two sets of one-dimensional image sensors. Then, the focus state is detected based on the phase difference (positional difference) between the two detected light quantity distributions.
[0004]
However, regardless of which method is used, in order to accurately detect the focus state, the contrast of the detected light amount distribution, that is, the change in brightness due to the difference in position must be large to some extent.
Incidentally, a light receiving device that is actually used is generally a charge storage type image sensor such as a CCD. Therefore, if the amount of the light beam incident on the light receiving device is too small, the level of the signal output from the light receiving device becomes small, and the level change of the output signal, that is, the contrast becomes small due to the influence of noise or the like.
[0005]
On the other hand, if the amount of light incident on the light receiving device is too large, the amount of charge accumulated inside the light receiving device exceeds the allowable amount, resulting in an overflow of the charge. It cannot be detected.
Therefore, conventionally, attempts have been made to adjust the charge accumulation time of the light receiving device and appropriately control the amount of light beam incident on the light receiving device, that is, the accumulated charge amount within the charge accumulation time.
[0006]
For example, in the technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2-113215, the charge accumulation time of the light receiving device is determined based on past results. That is, when the target value Lr of the output level of the light receiving device is determined in advance, the charge accumulation time at the previous control is T0, and the output level of the light receiving device at the previous control is L0, the charge accumulation time T1 is determined by the following equation: Is done.
T1 = T0 · Lr / L0 (1)
In the technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 57-64711, a photodiode is provided in the vicinity of the light receiving device for monitoring the amount of light. Then, the amount of charge accumulated from the photodiode is compared with a predetermined threshold value. The end of charge accumulation in the light receiving device is controlled based on this comparison result. That is, the charge accumulation time of the light receiving device is controlled so that the monitor light amount becomes constant.
[0007]
In the technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-75994, the charge accumulation time of the light receiving device is controlled every time securities are detected until focusing is performed, and once focused, the charge accumulation time of the light receiving device is fixed. To control. Then, the predetermined charge accumulation time is not changed until a state where focus detection is impossible due to a decrease in luminance of the subject continues for a predetermined number of times.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
The charge storage time control of the conventional light receiving device as described above has advantages and disadvantages. For example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 57-64711, when charge accumulation is controlled based on the output of a photodiode, the following problems occur.
[0009]
That is, when the subject is a moving object, the brightness of the background varies depending on the conditions at that time. Due to this influence, the accumulation time varies, the accumulation time is not suitable for the main subject, and an appropriate output cannot be obtained. Alternatively, a similar problem occurs when there is a moving object behind the main subject and the background brightness changes.
Further, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 8-75994, if the charge accumulation time is fixed in a focused state, the following problems may occur.
[0010]
When shooting a moving subject, if the subject moves from the sun to the shade, the brightness of the subject will decrease, so if the charge accumulation time is constant, the amount of accumulated charge in the light receiving device will decrease and the focus state will be detected. Can not be.
Even if the focus state cannot be detected even after the in-focus state is reached, if the distance between the camera and the subject changes due to the movement of the subject, the focus is shifted, so that shooting cannot be performed in the in-focus state.
[0011]
However, as disclosed in JP-A-8-75994, in many cases, a favorable result can be obtained by fixing the charge accumulation time in a focused state.
The present invention aims to enable detection of the focus state under a greater variety of conditions.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The focus detection apparatus according to claim 1 accumulates charges generated according to the intensity of light incident through the photographing optical system, and outputs a signal corresponding to the amount of charges accumulated during the first charge accumulation time. The first light receiving means and a charge generated according to the intensity of light incident through the photographing optical system are accumulated, and a signal corresponding to the amount of charge accumulated during the second charge accumulation time is output. Two light receiving means; Information on the intensity of the light incident on the second light receiving means in the past while determining the first charge accumulation time of the first light receiving means based on the intensity of the light incident on the first light receiving means. By determining the second charge accumulation time of the second light receiving means based on the above, the response speed of the first and second light receiving means with respect to the change in the intensity of the incident light is changed, and the first charge receiving time is changed. Accumulation control means for controlling accumulation of the first light receiving means and the second light receiving means in parallel according to the charge accumulation time and the second charge accumulation time, respectively. The focus state of the photographic optical system is determined based on the first light receiving means and the second light receiving means When Focus detection means for detecting based on a signal output from at least one of And It is provided.
[0013]
According to a second aspect of the present invention, in the focus detection apparatus according to the first aspect, the accumulation control unit is configured to use the second light receiving unit based on information on the plurality of light intensities obtained in the past. The charge accumulation time is determined.
According to a third aspect of the present invention, in the focus detection apparatus according to the first aspect, the accumulation control unit is configured to perform the first charge based on the intensity of the light obtained by the first light receiving unit at a first past time point. An accumulation time is determined, and the second charge accumulation time is determined based on the intensity of the light obtained by the second light receiving means at a second time point past the first time point. To do.
[0014]
According to a fourth aspect of the present invention, in the focus detection apparatus according to the first aspect, the accumulation control unit is based on a plurality of pieces of N pieces of information regarding the intensity of the light obtained by the first light receiving unit at different time points. , Determining the first charge accumulation time and, based on a plurality of pieces of information different from N regarding the intensity of the light obtained by the second light receiving means at different time points, The charge accumulation time is determined.
[0015]
According to a fifth aspect of the present invention, in the focus detection apparatus according to the first aspect, a light amount detection unit for detecting the intensity of incident light is provided in the vicinity of the first light receiving unit, and the accumulation control unit outputs the output of the light amount detection unit. The first charge accumulation time is determined based on the above.
According to a sixth aspect of the present invention, in the focus detection apparatus according to the first aspect, when the detected focus state is within a predetermined target range, the accumulation control unit stops updating the second charge accumulation time. It is characterized by that.
[0017]
Claim 7 The focus detection apparatus according to claim 1, wherein an image area detected by the first light receiving unit and an image area detected by the second light receiving unit are close to each other. A light receiving means and the second light receiving means are arranged.
Claim 8 The focus detection apparatus according to claim 1, wherein the image region detected by the first light receiving unit and the image region detected by the second light receiving unit partially overlap each other. One light receiving means and the second light receiving means are arranged.
[0018]
Claim 9 2. The focus detection apparatus according to claim 1, wherein the axial direction of the image area detected by the first light receiving means and the axial direction of the image area detected by the second light receiving means are substantially orthogonal to each other. In the state, the first light receiving means and the second light receiving means are arranged.
Claim 10 The focus detection apparatus according to claim 1, wherein the reliability of the first defocus amount obtained from the signal of the first light receiving means and the second defocus obtained from the signal of the second light receiving means. A reliability identifying means for identifying the reliability of the amount, wherein the focus detection means is configured to detect the reliability of the first defocus amount and the reliability of the second defocus amount based on the reliability of the first defocus amount; The focus state is detected.
[0019]
Claim 11 2. The focus detection apparatus according to claim 1, wherein the switch means selectively switches the combination of the process for determining the first charge accumulation time and the process for determining the second charge accumulation time from among a plurality. Is provided.
[0020]
(Function)
(Claim 1)
Light beams incident through the photographing optical system are incident on the first light receiving unit and the second light receiving unit, respectively. The focus detection unit detects a focus state of the photographing optical system based on a signal output from at least one of the first light receiving unit and the second light receiving unit.
[0021]
In the present invention, the charge accumulation times of the first light receiving means and the second light receiving means are controlled independently of each other. The first charge accumulation time that affects the accumulated charge amount of the first light receiving means and the second charge accumulation time that affects the accumulated charge amount of the second light receiving means are determined by the accumulation control means.
That is, the first charge accumulation time is controlled so that the accumulated charge amount of the first light receiving means becomes appropriate, and the second charge accumulation time is set so that the accumulated charge amount of the second light receiving means becomes appropriate. Is controlled.
[0022]
The first charge accumulation time is determined based on the intensity of light incident on the first light receiving means, and the second charge accumulation time is the intensity of light incident on the second light receiving means in the past. To be determined based on information about. Accordingly, with respect to the response speed to changes in the brightness of the subject, the first charge accumulation time is relatively fast, and the second charge accumulation time is relatively slow.
[0023]
The responsiveness of the charge accumulation time with respect to the change in the brightness of the subject may be faster or better depending on the situation.
For example, if the subject's brightness changes due to movement of the subject from the sun to the shade, or from the shade to the sun, it is necessary to follow the change in the subject's brightness quickly even after focusing. The focus cannot be detected due to a decrease in the level of the signal indicating the light amount distribution or saturation of the signal.
[0024]
However, for example, when an obstacle brighter than the subject passes near the target subject, it is better not to react to the obstacle at least after focusing.
In addition, for example, when a subject whose brightness is large compared to the background moves fast and the subject repeatedly enters and exits the focus detection region, it may be better to have a quick charge accumulation time response. In some cases, slower is better.
[0025]
In the present invention, the response speed to the change in brightness of the subject is relatively fast in the first charge accumulation time and relatively slow in the second charge accumulation time. At least one of the second charge accumulation times is set to an appropriate state.
That is, since either one of the accumulated charge amount of the first light receiving means and the accumulated charge amount of the second light receiving means is appropriate, the focus detecting means is at least one of the first light receiving means and the second light receiving means. The focus state of the photographing optical system can always be detected on the basis of a signal output from one of them.
[0026]
(Claim 2)
The second charge accumulation time is determined based on a plurality of pieces of information on the light intensities obtained in the past by the second light receiving means. That is, the second charge accumulation time is determined based on the averaged light intensity.
Accordingly, the second charge accumulation time is controlled so as not to follow the light intensity change that changes quickly. Thereby, for example, it becomes difficult to be affected by a high-luminance obstacle passing through the vicinity of the subject.
[0027]
(Claim 3)
The first charge accumulation time is determined based on the intensity of the light obtained by the first light receiving means at a first past time point, and the second charge accumulation time is past the first time point. Is determined based on the intensity of the light obtained by the second light receiving means at the second time point.
[0028]
That is, the first charge accumulation time and the second charge accumulation time are determined based on the intensity of light detected at different points in time.
Therefore, when a large change occurs in the luminance of the subject between the first time point and the second time point, the accumulated charge amount of the second light receiving means is controlled based on the luminance before the change, and the first The accumulated charge amount of the light receiving means is controlled based on the luminance after the change. For this reason, at least one of the first light receiving means and the second light receiving means is appropriately controlled in the amount of accumulated charges.
[0029]
That is, even when the luminance of the subject fluctuates greatly, the focus state can be detected based on the signal output from at least one of the first light receiving means and the second light receiving means.
(Claim 4)
The first charge accumulation time is determined based on a plurality of pieces of N information related to the light intensity obtained by the first light receiving means at different time points. The second charge accumulation time is determined based on a plurality of pieces of information different from N relating to the intensity of the light obtained by the second light receiving means at different time points.
[0030]
That is, the first charge accumulation time and the second charge accumulation time are both determined based on the actual values obtained by averaging a plurality of pieces of information regarding the light intensity. However, the actual value averaging period for determining the first charge accumulation time differs from the actual value averaging period for determining the second charge accumulation time.
Accordingly, the response speed with respect to the change in brightness of the subject is relatively fast in the first charge accumulation time and relatively slow in the second charge accumulation time.
[0031]
(Claim 5)
In the present invention, the first charge accumulation time is determined based on the output of the light amount detection means for detecting the intensity of incident light. Thereby, even when the brightness of the subject fluctuates at a cycle shorter than the first charge accumulation time, the first charge accumulation time can be controlled so as to follow it.
[0032]
(Claim 6)
In the present invention, when the detected focus state falls within a predetermined target range, the second charge accumulation time is fixed. Therefore, for example, even when a high-luminance obstacle passes in the vicinity of the subject, the accumulated charge amount of the second light receiving means is determined based on the luminance of the subject after focusing.
[0034]
( Claim 7 )
The area of the image detected by the first light receiving means and the area of the image detected by the second light receiving means are close to each other.
[0035]
Accordingly, even if the focus state is detected by switching the output signal of the first light receiving means and the output signal of the second light receiving means, the detected focus state does not vary greatly.
(Claims 8 )
The area of the image detected by the first light receiving means and the area of the image detected by the second light receiving means partially overlap.
[0036]
Accordingly, even if the focus state is detected by switching the output signal of the first light receiving means and the output signal of the second light receiving means, the detected focus state does not vary greatly.
[0037]
(Claims 9 )
The first light receiving means and the second light receiving means are arranged in a state where the axial directions of the areas detected by them are substantially orthogonal to each other. Accordingly, based on the output of one of the first light receiving means and the second light receiving means, whether the subject has a luminance change only in the horizontal direction or the subject has a luminance change only in the vertical direction. Thus, the focus state can be detected.
[0038]
(Claims 10 )
The reliability identifying means identifies the reliability of the first defocus amount obtained from the signal of the first light receiving means and the reliability of the second defocus amount obtained from the signal of the second light receiving means. To do. The focus detection unit detects a focus state of the photographing optical system based on the reliability of the first defocus amount and the reliability of the second defocus amount. Thereby, the reliability of the detected focus state can be further increased.
[0039]
(Claims 11 )
Various combinations of the process for determining the first charge accumulation time and the process for determining the second charge accumulation time are conceivable. However, the best combination varies depending on the type and situation of the subject. In the present invention, the combination of the process for determining the first charge accumulation time and the process for determining the second charge accumulation time can be selectively switched from a plurality by the switch means.
[0040]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First embodiment)
The configuration and operation of the focus detection apparatus of this embodiment are shown in FIGS. 1, 2, 3, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, and 13. 14, FIG. 15, FIG. 16, FIG. 17 and FIG.
[0041]
FIG. 1 is an exploded perspective view showing the configuration of the optical system of the focus detection apparatus. FIG. 2 is a block diagram illustrating an electric circuit of a focus detection apparatus including the optical system of FIG. FIG. 3 is a timing chart showing an example of main signal timings in the focus detection apparatus of FIG.
[0042]
FIG. 4 is a flowchart showing an outline of the operation of the control unit 30 of FIG. FIG. 5 is a flowchart showing details of step S4 in FIG. FIG. 6 is a flowchart showing details of step S5 in FIG.
FIG. 7 is a flowchart showing details of step S23 in FIG. FIG. 8 is a flowchart showing details of step S24 in FIG. FIG. 9 is a flowchart showing details of step S25 in FIG.
[0043]
FIG. 10 is a flowchart showing details of step S28 in FIG. FIG. 11 is a flowchart showing details of step S29 in FIG. FIG. 12 is a flowchart showing details of step S12 of FIG.
FIG. 13 is a flowchart showing details of steps S70 and S71 in FIG. FIG. 14 is a graph showing the distribution of two one-dimensional image signals Va and Vb obtained by detecting light passing through different paths. FIG. 15 is a graph showing the amount of correlation between two one-dimensional image signals Va and Vb.
[0044]
FIG. 16 is a graph showing details of a part of FIG. FIG. 17 is a front view showing a focus detection area in the shooting screen. FIG. 18 is a schematic diagram showing a combination of pixels of two one-dimensional image signals Va and Vb that are referred to when calculating the correlation amount. .
[0046]
First, the optical system of the focus detection apparatus will be described. As shown in FIG. 1, a field mask 52, a field lens 53, a diaphragm 54, a re-imaging lens 55, and a detection substrate 56 are arranged on the optical axis of the photographing lens 51.
The field mask 52 has a cross-shaped opening 52a at the center thereof. The field mask 52 is disposed in the vicinity of the planned focal plane of the photographic lens 51. The field mask 52 regulates the aerial image of the subject formed by the photographing lens 51.
[0047]
The diaphragm 54 has four openings 54a, 54b, 54c and 54d. These openings 54a, 54b, 54c, and 54d are projected onto the photographing lens 51 as regions 51a, 51b, 51c, and 51d by the field lens 53, respectively.
The re-imaging lens 55 includes four lenses 55a disposed at positions corresponding to the openings 54a, 54b, 54c and 54d of the stop 54, respectively. The re-imaging lens 55 forms an image passing through the opening 52 a of the field mask 52 on the detection substrate 56.
[0048]
On the detection substrate 56, four image sensors 11, 12, 21, and 22 and sensors Ma and Mb are installed. Each of the image sensors 11, 12, 21, and 22 is a one-dimensional imaging unit in which a large number of light receiving units are arranged in a row.
The two image sensors 11 and 12 are arranged so that the arrangement direction of the light receiving parts is directed in the X-axis direction. The remaining two image sensors 21 and 22 are arranged such that the arrangement direction of the light receiving parts is directed in the Y-axis direction.
[0049]
The image sensors 11, 12, 21, and 22 are composed of CCD elements. Accordingly, the output of the image sensors 11, 12, 21, and 22 includes an electric signal corresponding to the amount of charge accumulated in each light receiving unit during the controlled accumulation time, that is, an electric signal corresponding to the amount of received light. As obtained.
Each of the sensors Ma and Mb is a light receiving element containing a single photodiode. The light receiving portions of the sensors Ma and Mb are formed to be elongated.
[0050]
The sensor Ma is arranged in the vicinity of the image sensor 11 with the longitudinal direction of the light receiving portion directed in the X-axis direction. Therefore, the sensor Ma can detect the average amount of light received by a large number of light receiving units in the image sensor 11.
The sensor Mb is disposed in the vicinity of the image sensor 21 with the longitudinal direction of the light receiving portion directed in the Y-axis direction. Therefore, the sensor Mb can detect the average amount of light received by a large number of light receiving units in the image sensor 21.
[0051]
Incident light that passes through the region 51 a of the photographic lens 51 is coupled to the light receiving surface of the image sensor 11 through the field mask 52, the field lens 53, the aperture 54 a of the stop 54, and one lens 55 a of the re-imaging lens 55. Image.
Similarly, incident light that passes through the areas 51b, 51c, and 51d of the photographing lens 51 forms an image on the light receiving surfaces of the image sensors 21, 12, and 22, respectively.
[0052]
The relative positional shift amount Ls between the image detected by the image sensor 11 and the image detected by the image sensor 12 is determined when the imaging position of the light passing through the photographing lens 51 coincides with the planned focal plane ( At the time of focusing, it becomes a predetermined value.
[0053]
Further, the positional deviation amount Ls becomes smaller than the predetermined value when the image forming position of the light passing through the photographing lens 51 is in front of the planned focal plane (during the front pin), and is behind the planned focal plane. In some cases (at the time of rear pin), it becomes large.
Therefore, the focus state of the photographic lens 51 can be detected based on the images detected by the image sensors 11 and 12. However, within the detection range of the image sensors 11 and 12, the brightness change (contrast) of the image from the subject must be sufficient with respect to the X-axis direction.
[0054]
Similarly to the above, the focus state of the photographing lens 51 can be detected based on the images detected by the image sensors 21 and 22. However, within the detection range of the image sensors 21 and 22, the brightness change (contrast) of the image from the subject must be sufficient with respect to the Y-axis direction.
In this example, since the image sensors 11 and 12 arranged in the X-axis direction and the image sensors 21 and 22 arranged in the Y-axis direction are provided, the subject can move in at least one of the X-axis and Y-axis directions. Therefore, the focus can be detected.
[0055]
As shown in FIG. 17, the horizontal area Ah detected by the image sensors 11 and 12 and the vertical area Av detected by the image sensors 21 and 22 are located substantially at the center of the photographing screen. In addition, the area Ah and the area Av are arranged so as to partially overlap each other.
In FIG. 1, only the portion related to focus detection is shown. For example, in the case of a camera, a light beam from a subject passes through the photographing lens 51 and then forms an image on a predetermined finder optical system or film surface. Only a part of the light beam passing through the photographing lens 51 is focused on the image sensors 11, 12, 21 and 22 through the focus detection optical system as shown in FIG.
[0056]
In addition, although not shown in the drawing, a drive device that moves the photographic lens 51 in the optical axis direction is connected to the photographing lens 51 in order to adjust the focal position.
Next, an electric circuit of the focus detection apparatus will be described with reference to FIG. In this example, the image sensors 11 and 12 and the sensor Ma are set as the detection unit U1, and the image sensors 21 and 22 and the sensor Mb are set as the detection unit U2, and these are divided.
[0057]
The reason why the detection units U1 and U2 are divided is to control the accumulation time T1 of the image sensors 11 and 12 and the accumulation time T2 of the image sensors 21 and 22 independently.
The image sensors 11, 12, 21, and 22 accumulate charges generated according to the received light intensity for each of a large number of light receiving units during an accumulation time controlled by an external signal. The amount of charge accumulated corresponds to the total amount of light received during the accumulation time.
[0058]
When the intensity of the incident light from the subject is too small (dark), the amount of charge accumulated in each light receiving unit is small, so that the influence of noise is large and the contrast between pixels of the obtained signal level is small. . However, if the accumulation time is lengthened, the amount of accumulated charges increases and the signal level contrast is also improved.
In addition, when the intensity of incident light from the subject is too high, the amount of charge accumulated in each light receiving unit exceeds the allowable amount, so that an accurate amount of received light cannot be detected. However, if the accumulation time is shortened, it is possible to avoid the accumulated charge amount from exceeding the allowable amount.
[0059]
Therefore, in order to be able to detect the focus under various conditions, it is necessary to appropriately control the accumulation time. Various methods are conceivable as a method for determining the accumulation time. However, even when the accumulation time is determined by any method, there is a possibility that a problem occurs under certain conditions.
Therefore, in this example, the accumulation time T1 of the image sensors 11 and 12 and the accumulation time T2 of the image sensors 21 and 22 are determined by different methods. The accumulation time T1 of the image sensors 11 and 12 and the accumulation time T2 of the image sensors 21 and 22 are controlled independently of each other.
[0060]
Therefore, under various conditions, at least one of the accumulated charge amount of the image sensors 11 and 12 constituting the detection unit U1 and the accumulated charge amount of the image sensors 21 and 22 constituting the detection unit U2 is appropriately controlled. There is a high possibility.
That is, even if the light quantity distribution cannot be detected by one of the detection units U1 and U2, the focus can be detected based on the light quantity distribution detected by the other.
[0061]
As shown in FIG. 2, this focus detection device includes detection units U1, U2, timing control circuits 13, 23, sampling circuits 14, 24, light quantity detection circuits 15, 25, A / D conversion circuits 16, 26, and comparison. Circuits 17 and 27, a control unit 30, a focus detection switch 40, and a mode switch SW are provided.
The image sensors 11 and 12 of the detection unit U1 are controlled by a signal (plurality) 31 output from the timing control circuit 13. The signal 31 includes the accumulation control signal, the pixel transfer signal, and the reset signal shown in FIG.
[0062]
Each light receiving unit of the image sensors 11 and 12 accumulates the electric charge generated according to the brightness of the incident light during a period when the accumulation control signal is at a high level, that is, during the accumulation time T1 in FIG. Therefore, the accumulated charge amount of each light receiving unit is determined by the incident light amount and the accumulation time T1.
When the pixel transfer signal and the reset signal are given after the accumulation control is finished, the image sensors 11 and 12 sequentially output an analog pixel signal corresponding to the accumulated charge amount of each light receiving unit one pixel at a time. The output analog pixel signal group indicates the light amount distribution of the light beams incident on the image sensors 11 and 12.
[0063]
The analog pixel signals output from the image sensors 11 and 12 are sampled for each pixel by the sampling circuit 14. The sampled analog pixel signals of the image sensors 11 and 12 are respectively input to the A / D conversion circuit 16 and converted into digital pixel signals in which the brightness is expressed by a plurality of pits for each pixel. This digital pixel signal is input to the control unit 30.
[0064]
Similar to the image sensors 11 and 12, the sensor Ma generates electric charges according to the brightness of incident light. The electric charge generated by the sensor Ma is accumulated in the light amount detection circuit 15. The light amount detection circuit 15 outputs a signal proportional to the amount of accumulated charge.
The accumulated charge amount of the light quantity detection circuit 15 is reset by the signal 31 output from the timing control circuit 13 at the start of the accumulation time T1. That is, the accumulated charge amount of the light amount detection circuit 15 corresponds to the light amount received by the image sensors 11 and 12 during the accumulation time T1.
[0065]
The comparison circuit 17 compares the accumulated charge amount detected by the light amount detection circuit 15 with a predetermined threshold voltage Vx. The comparison result of the comparison circuit 17 is applied to the timing control circuit 13 as a binary signal 34.
The accumulation time T1 of the accumulation control signal output from the timing control circuit 13 is basically determined by the signal 33 output from the control unit 30. However, the accumulation time T1 can also be determined by the binary signal 34 output from the comparison circuit 17 under the control of the signal 33.
[0066]
In the case where the accumulation time T1 is controlled by the binary signal 34 output from the comparison circuit 17, the accumulation time T1 ends when the received light amount of the sensor Ma reaches a predetermined light amount corresponding to the threshold voltage Vx. The accumulation control signal output from the circuit 13 changes from a high level to a low level.
The image sensors 21 and 22 of the detection unit U2 are controlled by a signal (plurality) 35 output from the timing control circuit 23. The signal 35 includes the accumulation control signal, the pixel transfer signal, and the reset signal shown in FIG.
[0067]
Each light receiving unit of the image sensors 21 and 22 accumulates electric charges generated according to the brightness of incident light during a period when the accumulation control signal is at a high level, that is, during the accumulation time T2 in FIG. Therefore, the accumulated charge amount of each light receiving unit is determined by the incident light amount and the accumulation time T2.
When the pixel transfer signal and the reset signal are given after the accumulation control is completed, the image sensors 21 and 22 sequentially output analog pixel signals corresponding to the accumulated charge amount of each light receiving unit one by one. The output analog pixel signal group indicates a light amount distribution of a light beam incident on the image sensors 21 and 22.
[0068]
The analog pixel signals output from the image sensors 21 and 22 are sampled for each pixel by the sampling circuit 24. The sampled analog pixel signals of the image sensors 21 and 22 are respectively input to the A / D conversion circuit 26 and converted into digital pixel signals in which the brightness is expressed by a plurality of pits for each pixel. This digital pixel signal is input to the control unit 30.
[0069]
Similar to the image sensors 21 and 22, the sensor Mb generates electric charges according to the brightness of incident light. The electric charge generated by the sensor Mb is accumulated in the light amount detection circuit 25. The light amount detection circuit 25 outputs a signal proportional to the amount of accumulated charge.
The accumulated charge amount of the light amount detection circuit 25 is reset by the signal 35 output from the timing control circuit 23 at the start of the accumulation time T2. That is, the accumulated charge amount of the light amount detection circuit 25 corresponds to the light amount received by the image sensors 21 and 22 during the accumulation time T2.
[0070]
The comparison circuit 27 compares the accumulated charge amount detected by the light amount detection circuit 25 with a predetermined threshold voltage Vx. The comparison result of the comparison circuit 27 is applied to the timing control circuit 23 as a binary signal 38.
The accumulation time T2 of the accumulation control signal output from the timing control circuit 23 is basically determined by the signal 37 output from the control unit 30. However, the accumulation time T2 can be determined by the binary signal 38 output from the comparison circuit 27 under the control of the signal 37.
[0071]
When the accumulation time T2 is controlled by the binary signal 38 output from the comparison circuit 27, the accumulation time T2 ends when the received light amount of the sensor Mb reaches a predetermined light amount corresponding to the threshold voltage Vx, and timing control is performed. The accumulation control signal output from the circuit 23 changes from a high level to a low level.
[0072]
The mode switch SW connected to the control unit 30 has six contacts. By manually switching the mode switch SW, it is possible to select any one of mode 1, mode 2, mode 3, mode 4, mode 5 and mode 6. These modes indicate the types of combinations of the determination processes for the accumulation times T1 and T2.
The focus detection switch 40 connected to the control unit 30 is provided for switching on / off of the focus detection operation.
[0073]
The control unit 30 includes a microcomputer including a ROM, a RAM, a timer, and the like. Further, a drive circuit and a display circuit for moving the position of the photographing lens 51 along the optical axis are also incorporated.
An outline of the processing executed by the microcomputer of the control unit 30 is shown in FIG. The contents of each processing step shown in FIG. 4 will be described below. When the main power supply of the apparatus (camera or the like) is turned on, step S1 is first executed.
[0074]
In step S1, initialization of the entire apparatus is executed. For example, the photographing lens driving motor is stopped, the display is cleared, and the contents of the internal memory are cleared. Also, 1 is preset to the counter CNT allocated on the internal memory.
In step S2, the state of the focus detection switch 40 is checked to identify whether the focus detection instruction is on or off. If the focus detection switch 40 is off, steps S1 and S2 are repeated. If the focus detection switch 40 is on, the process proceeds to the next step S3.
[0075]
In step S3, the state of the mode switch SW is read to check the current mode.
In step S4, a process for determining the accumulation time T1 of the image sensors 11 and 12 is executed. Details of this processing are shown in FIG. The contents of FIG. 5 will be described later.
[0076]
In step S5, processing for determining the accumulation time T2 of the image sensors 21, 22 is executed. Details of this process are shown in FIG. The contents of FIG. 6 will be described later.
In step S6, each of the image sensors 11, 12, 21, and 22 is controlled to start charge accumulation. That is, the signal 33 is operated to control the timing control circuits 13 and 23 to switch the accumulation control signal shown in FIG. 3 from the low level to the high level. An internal timer is set to count the elapsed time since the start of charge accumulation.
[0077]
In step S7, the count value of the internal timer is checked to check whether the elapsed time from the start of charge accumulation has reached either T1 or T2. When the elapsed time is T1 or T2, the process proceeds to step S8.
In step S8, charge accumulation end control for the image sensors 11, 12, 21, and 22 is performed. That is, when the count value of the internal timer coincides with the accumulation time T1, the signal 33 is operated to control the timing control circuit 13, and the accumulation control signal applied to the image sensors 11 and 12 is set to the high level. To low level.
[0078]
When the count value of the internal timer coincides with the accumulation time T2, the signal 37 is operated to control the timing control circuit 23, and the accumulation control signal applied to the image sensors 21 and 22 is set to the high level. To low level.
Note that in the operation mode in which the accumulation time control by the binary signal 34 of the comparison circuit 17 is prioritized, the operation of step S8 for the timing control circuit 13 is invalid. Similarly, in the operation mode in which the accumulation time control by the binary signal 38 of the comparison circuit 27 is prioritized, the operation in step S8 for the timing control circuit 23 is invalid.
[0079]
In step S9, it is checked whether or not the accumulation end control for the image sensors 11 and 12 and the accumulation end control for the image sensors 21 and 22 are both completed. If the count value of the internal timer is larger than both T1 and T2, the accumulation end control is completed, and the process proceeds to step S10.
[0080]
In step S <b> 10, signals accumulated in each light receiving unit of the image sensor 11, signals accumulated in each light receiving unit of the image sensor 12, signals accumulated in each light receiving unit of the image sensor 21, and each light receiving unit of the image sensor 22. The signals accumulated in are sequentially read.
That is, the control unit 30 operates the signal 33 to control the timing control circuit 13 and provides the pixel transfer signal and the reset signal shown in FIG. The sampling signal is supplied to the sampling circuit 14 and the A / D conversion start signal is supplied to the A / D conversion circuit 16.
[0081]
By this control, signals read from the light receiving portions of the image sensors 11 and 12 are converted into digital pixel signals sequentially through the sampling circuit 14 and the A / D conversion circuit 16 pixel by pixel. Each time the A / D conversion is completed, the converted digital pixel signal is read by the control unit 30.
Further, the control unit 30 operates the signal 37 to control the timing control circuit 23 and provides the image transfer signals 21 and 22 with the pixel transfer signal and the reset signal shown in FIG. The sampling signal is supplied to the sampling circuit 24 and the A / D conversion start signal is supplied to the A / D conversion circuit 26.
[0082]
By this control, signals read from the light receiving units of the image sensors 21 and 22 are converted into digital pixel signals sequentially through the sampling circuit 24 and the A / D conversion circuit 26 one pixel at a time. Each time the A / D conversion is completed, the converted digital pixel signal is read by the control unit 30.
The control unit 30 stores the digital pixel signal sequence read from the image sensors 11, 12, 21, and 22 in a predetermined area on the internal memory.
[0083]
In step S11, the maximum values Vm1 and Vm2 are detected by referring to the data of the digital pixel signal sequence stored in the internal memory by the processing in step S10.
[0084]
The maximum value Vm1 is the value (signal level) of the pixel having the maximum brightness in the digital pixel signal sequence obtained from the image sensors 11 and 12. The maximum value Vm2 is the value of the pixel having the maximum brightness in the digital pixel signal sequence obtained from the image sensors 21 and 22.
The maximum value Vm1 is used as a reference for the accumulated charge amount (actual result) of the image sensors 11 and 12. In addition, the maximum value Vm2 is used as a reference for the accumulated charge amount of the image sensors 21 and 22.
[0085]
In step S12, focus detection processing is executed based on the digital pixel signal sequence data stored in the internal memory by the processing in step S10. Further, the value of the counter CNT is updated every time Step S12 is executed. Details of the focus detection process are shown in FIG. This will be described in detail later.
[0086]
In step S13, based on the focus state detected in step S12, if the subject is not in focus, the photographing lens 51 is moved so as to approach the in-focus position. Further, on / off of the focus display is controlled according to whether or not the focus is achieved.
When the focus detection switch 40 is on, the processes in steps S2 to S13 are repeatedly executed.
[0087]
In the “accumulation time T1 determination” process in step S4, as shown in FIG. 5, a process corresponding to the mode selected by the mode switch SW is executed. That is, in the case of mode 1 or mode 2, step S23 is executed through step S20.
In the case of mode 3 or mode 4, step S24 is executed through steps S20 and S21. In the case of mode 5 or mode 6, step S25 is executed through steps S20, S21, and S22.
[0088]
“Time determination A1” in step S23, “time determination A2” in step S24, and “time determination A3” in step S25 are all processes for determining the accumulation time T1. That is, the content of the process for determining the accumulation time T1 is changed according to the mode selected by the mode switch SW.
The contents of “time determination A1” in step S23, “time determination A2” in step S24, and “time determination A3” in step S25 are shown in FIGS. 7, 8, and 9, respectively.
[0089]
As shown in FIG. 7, in the process of “time determination A1”, step S31 is executed. In step S31, the accumulation time T1 is determined according to the output of the sensor Ma. That is, the control unit 30 controls the signal 33 given to the timing control circuit 13 and gives priority to the control of the binary signal 34 output from the comparison circuit 17.
Therefore, in this case, the accumulation end timing of the image sensors 11 and 12 is controlled by the binary signal 34. That is, the accumulation time T1 is determined by the actual amount of light received by the sensor Ma and the threshold voltage Vx.
[0090]
Further, the control unit 30 detects the timing at which the level of the binary signal 34 is switched, and grasps the actual accumulation time T1. This accumulation time T1 is stored in the internal memory as performance information Tp1.
On the other hand, in the process of “time determination A2”, the accumulation time T1 is determined by step S33 shown in FIG. 8 except for the first time. That is, the accumulation time T1 is determined by the following equation.
[0091]
T1 = Tp1 · Lr / Vm1 (2)
Tp1: Accumulation time T1 at the previous control (actual value)
Lr: target level of the pixel signals of the image sensors 11 and 12
Vm1: Maximum value obtained in step S11
In this process, since the accumulation time T1 is determined based on the actual charge accumulation amount (actual result) of the image sensors 11, 12, the accumulation time T1 can be controlled with higher accuracy. The response speed of the accumulation time T1 with respect to the change in the brightness of the subject is delayed by one control cycle compared to step S31.
[0092]
In the initial control, since the record information Tp1 and the maximum value Vm1 do not exist, the calculation in step S33 cannot be executed. Therefore, when the counter CNT is 1, the process proceeds to step S34 through step S32.
The contents of step S34 are the same as those of step S31. That is, the accumulation time T1 is determined according to the output of the sensor Ma.
[0093]
Next, the process of “time determination A3” will be described with reference to FIG. When the counter CNT is 1, that is, for the first time, there is no information necessary for the calculation, so the process proceeds from step S50 to S57. In this case, the accumulation time T1 is determined according to the output of the sensor Ma as in step S31.
Except for the first time, the process proceeds from step S50 to S51. In the processing of FIG. 9, N memories PT [1] to PT [N] are used to store the accumulation times T1 at the past N times different from each other. The latest storage time T1 is stored in the memory PT [1], and the oldest storage time T1 is stored in the memory PT [N].
[0094]
In order to secure an area for storing the new accumulation time T1, in step S51, the data in the memory PT [i] is transferred to PT [i + 1] (i = N−1, N−2,..., 3, 2). , 1). As a result, the data in the oldest memory PT [N] is updated, and the positions of the data in the memories PT [1] to PT [N-1] are shifted.
In step S52, calculation is performed using the second equation to obtain the accumulation time T1. That is, the accumulation time T1 is obtained based on the accumulation time Tp1 and the maximum value Vm1 that are the previous results and the target level Lr. The obtained accumulation time T1 is stored in the memory PT [1].
[0095]
In step S53, the value of the counter CNT is compared with a constant N. That is, it is identified whether or not N pieces of record information are arranged on the memories PT [1] to PT [N]. If the value of the counter CNT exceeds the constant N, the process proceeds to step S55, and if not, the process proceeds to step S54.
[0096]
In step S54, since N pieces of record information are not prepared, a value obtained by subtracting 1 from the value of the counter CNT is stored in the register S as the number of pieces of effective record information.
In step S55, since N pieces of record information are prepared, the value of the counter CNT is stored in the register S as the number of valid record information.
In step S56, the average value of valid data among the past information of the accumulation time T1 on the memories PT [1] to PT [N] is calculated as the current accumulation time T1. This accumulation time T1 is stored in the memory as performance information Tp1.
[0097]
That is, in the process of “time determination A3”, the accumulation time T1 is determined as an average value of calculation periods corresponding to N times the control cycle. The constant N is set to about 2 to 4 so that the calculation period is 100 msec to 200 msec, for example.
In the “accumulation time T2 determination” process in step S5 of FIG. 4, as shown in FIG. 6, a process corresponding to the mode selected by the mode switch SW is executed. That is, in the case of mode 1, 3 or 5, step S28 is executed through step S26. In the case of mode 2, 4 or 6, step S29 is executed through steps S26 and S27.
[0098]
“Time determination B1” in step S28 and “time determination B2” in step S29 are both processes for determining the accumulation time T2. That is, the content of the process for determining the accumulation time T2 is changed according to the mode selected by the mode switch SW.
Therefore, in the case of mode 1, the combination of “time determination A1” and “time determination B1” is selected. In the case of mode 2, a combination of “time determination A1” and “time determination B2” is selected. In the case of mode 3, a combination of “time determination A2” and “time determination B1” is selected.
[0099]
In the case of mode 4, a combination of “time determination A2” and “time determination B2” is selected. In the case of mode 5, the combination of “time determination A3” and “time determination B1” is selected. In the case of mode 6, the combination of “time determination A3” and “time determination B2” is selected.
The contents of the “time determination B1” in step S28 and the “time determination B2” in step S29 are shown in FIGS. 10 and 11, respectively.
[0100]
Next, the process of “time determination B1” will be described with reference to FIG. When the counter CNT is 1, that is, for the first time, there is no information necessary for calculation, so the process proceeds from step S40 to S48.
In step S48, the accumulation time T2 is determined according to the output of the sensor Mb. That is, the control unit 30 controls the signal 37 given to the timing control circuit 23 to give priority to the control of the binary signal 38 output from the comparison circuit 27.
[0101]
Therefore, in this case, the accumulation end timing of the image sensors 21 and 22 is controlled by the binary signal 38. That is, the accumulation time T2 is determined by the actual amount of light received by the sensor Mb and the threshold voltage Vx.
Further, the control unit 30 detects the timing at which the level of the binary signal 38 switches, and grasps the actual accumulation time T2. This accumulation time T2 is stored in the internal memory as performance information Tp2.
[0102]
When the counter CNT is 1, since the focus state has not been detected yet, the focus flag Fin is cleared in step S49.
If the counter CNT is not 1, the process proceeds from step S40 to S41. In step S41, it is identified whether or not the final defocus amount DfL is within a predetermined range. That is, it is identified whether or not it is in focus. The final defocus amount DfL is obtained by the “focus detection process” in step S12.
[0103]
In a state where focus detection is impossible, an effective value is not set for the final defocus amount DfL. In that case, the final defocus amount DfL is considered to be out of range, that is, not in focus.
If not in focus, the process proceeds from step S41 to S42. If in focus, the process proceeds from step S41 to S46.
[0104]
In step S42, the state of the focus flag Fin is checked. If the focus is not detected, the focus flag Fin is cleared, and the process proceeds from step S42 to S45. If the focus flag Fin is set, the process proceeds from step S42 to S43.
In step S43, the time Td counted by the internal timer is compared with a predetermined threshold Tth. The time Td indicates an elapsed time after the in-focus state is no longer detected. If the time Td is greater than the threshold value Tth, the process proceeds from step S43 to S44. If the time Td is within the threshold Tth, the processing of FIG. 10 is terminated without updating the accumulation time T2.
[0105]
In step S44, since the time Td is larger than the threshold value Tth, the focusing flag Fin is cleared.
In step S45, the accumulation time T2 is determined based on the following equation.
T2 = Tp2 · Lr / Vm2 (3)
Tp2: Accumulation time T2 at the previous control (actual value)
Lr: target level of the pixel signals of the image sensors 21 and 22
Vm2: maximum value obtained in step S11
In step S45, the obtained accumulation time T2 is stored as performance information Tp2.
[0106]
In step S46, since the final defocus amount DfL is within the predetermined range, the focus flag Fin is set.
In step S47, since the in-focus state is detected, the count value of the timer that counts the time Td is cleared.
[0107]
In the process of FIG. 10, since the step S45 is not executed in the focused state, the update of the accumulation time T2 is stopped. That is, the accumulation time T2 is fixed to the past accumulation time (actual value) T2 when the in-focus state is changed to the in-focus state.
Even if the final defocus amount DfL is out of the predetermined range, while the focus flag Fin is 1, step S45 is not executed, so the accumulation time T2 does not change. However, if the elapsed time from the out-of-focus state exceeds the threshold value Tth, the process proceeds from step S43 to S44, and the focus flag Fin is cleared. Therefore, in the next step S45, the accumulation time T2 is updated.
[0108]
Next, the process of “time determination B2” will be described with reference to FIG. When the counter CNT is 1, that is, for the first time, there is no information necessary for calculation, so the process proceeds from step S60 to S67.
In step S67, as in step S48, the accumulation time T2 is determined according to the output of the sensor Mb. That is, the control unit 30 controls the signal 37 given to the timing control circuit 23 to give priority to the control of the binary signal 38 output from the comparison circuit 27.
[0109]
If the counter CNT is not 1, the process proceeds from step S60 to S61. In the process of FIG. 11, K memories PT2 [1] to PT2 [K] are used to store the accumulation times T2 at different points in the past K times. The latest storage time T2 is stored in the memory PT2 [1], and the oldest storage time T2 is stored in the memory PT2 [K].
[0110]
In order to secure an area for storing the new accumulation time T2, in step S61, the data in the memory PT2 [i] is transferred to PT2 [i + 1] (i = K-1, K-2,..., 3, 2). , 1). As a result, the data in the oldest memory PT [K] is updated, and the positions of the data in the memories PT [1] to PT [K-1] are shifted.
In step S62, calculation is performed using the third equation to obtain the accumulation time T2. That is, the accumulation time T2 is obtained based on the accumulation time Tp2 and the maximum value Vm2 that are the previous results and the target level Lr. The obtained accumulation time T2 is stored in the memory PT2 [1].
[0111]
In step S63, the value of the counter CNT is compared with a constant K. That is, it is identified whether or not K pieces of record information are arranged on the memories PT2 [1] to PT2 [K]. If the value of the counter CNT exceeds the constant K, the process proceeds to step S65, and if not, the process proceeds to step S64.
In step S64, since K pieces of record information are not prepared, a value obtained by subtracting 1 from the value of the counter CNT is stored in the register S as the number of valid record information.
[0112]
In step S65, since K pieces of track record information are prepared, the value of the counter CNT is stored in the register S as the number of valid track record information.
In step S66, the average value of valid data among the record information of the accumulation time T2 on the memories PT2 [1] to PT2 [K] is calculated as the current accumulation time T2. This accumulation time T2 is stored in the memory as performance information Tp2.
[0113]
That is, in the “time determination B2” process, the accumulation time T2 is determined as an average value of calculation periods corresponding to K times the control period. For example, the constant K is set to 5 to 14 so that the calculation period is about 700 msec.
When mode 6 is selected by the mode switch SW, the accumulation time T1 is determined by the “time determination A3” process shown in FIG. 9, and the accumulation time T2 is determined by the “time determination B2” process shown in FIG. .
[0114]
In both “time determination A3” and “time determination B2”, the accumulation time T1 or T2 is determined based on the average of a plurality of pieces of performance information obtained at different points in the past. However, the values of the constant N of “time determination A3” and the constant K of “time determination B2” are different from each other.
Therefore, the response characteristics with respect to changes in the brightness of the subject also differ between the accumulation time T1 and the accumulation time T2. That is, the response of the accumulation time T1 is relatively fast and the response of the accumulation time T2 is relatively slow.
[0115]
Regardless of whether mode 1, mode 2, mode 3, mode 4, mode 5 or mode 6 is selected by mode switch SW, processing for determining accumulation time T1, and processing for determining accumulation time T2 Are different from each other.
For this reason, the response of the accumulation time T1 is relatively fast and the response of the accumulation time T2 is relatively slow with respect to changes in the brightness of the subject. Therefore, the charge accumulation state of the image sensors 11 and 12 and the charge accumulation state of the image sensors 21 and 22 are different from each other.
[0116]
Next, each step of the “focus detection process” shown in FIG. 12 will be described.
In step S69, 1 is added to the value of the counter CNT to update the CNT. When the value of the counter CNT reaches a predetermined upper limit value, the process of step S69 is omitted.
In step S70, the defocus amount DF1 is calculated based on the digital pixel signal sequence obtained by the image sensors 11 and 12. The defocus amount means the amount of displacement and the direction of the photographing lens 51 with respect to the focused state. Details of the processing in step S70 are shown in FIG.
[0117]
In step S80 in FIG. 13, a correlation amount C [L] between the pixel signal sequence Va obtained by the image sensor 11 and the pixel signal sequence Vb obtained by the image sensor 12 is obtained.
For example, as shown in FIG. 14, the pixel signal string Va of the image sensor 11 and the pixel signal string Vb of the image sensor 12 each indicate the intensity distribution of incident light from the subject.
[0118]
When the pixel signal strings Va and Vb are relatively shifted in the horizontal axis direction by a predetermined distance Ls shown in FIG. 14, the correlation between the pixel signal strings Va and Vb becomes very large. Further, as shown in FIG. 15, the correlation amount C [L] of the pixel signal sequences Va and Vb changes according to the relative shift amount L of the pixel signal sequences Va and Vb.
[0119]
The defocus amount is obtained from the distance Ls shown in FIG. 14, that is, the shift amount L that minimizes the correlation amount C [L] shown in FIG.
In step S80, the pixel data (a [i + L]) at the (i + L) th position of the pixel signal string Va obtained by the image sensor 11 and the i-th position of the pixel signal string Vb obtained by the image sensor 12 are displayed. The difference from the pixel data (b [i]) is calculated. The absolute value of this difference is added for i in the range from k to r, and the sum is obtained as the correlation amount C [L].
[0120]
The shift amount L is sequentially changed in the range of -Lmax to Lmax, and the correlation amount C [L] is obtained for each shift amount L. Lmax is a predetermined maximum shift amount.
K and r that define the range of i in step S80 are determined according to the shift amount L as follows.
[0121]
If L ≧ 0:
k = k0 + INT (-L / 2) (4)
r = r0 + INT (−L / 2) (5)
If L <0:
k = k0 + INT (-(L + 1) / 2) (6)
r = r0 + INT (-(L + 1) / 2) (7)
However, k0 and r0 are k and r when the shift amount L is 0, respectively. INT () indicates the absolute value of the numerical value in parentheses.
[0122]
In step S80, the range of pixel combinations to be examined for correlation changes in accordance with the shift amount L as shown in FIG.
By the processing in step S80, as shown in FIG. 15, the relationship between the correlation amount C [L] and the shift amount L is obtained. As shown in FIG. 15, the correlation amount C [L] is a discrete value. Accordingly, when the defocus amount is directly obtained from the shift amount that minimizes the correlation amount C [L], an accurate defocus amount cannot be obtained if the pixel pitch is large.
[0123]
In order to obtain a more accurate defocus amount, steps S81, S82, S83, and S84 are performed.
In step S81, first, as shown in FIG. 16, a shift amount Le that minimizes the correlation amount C [L] is obtained. Then, half of the difference between the correlation amounts (C [L−1]) and (C [L + 1]) at two positions adjacent to the shift amount Le is obtained as DL.
[0124]
In step S82, the result obtained by subtracting the absolute value of DL obtained in step S81 from C [Le], which is the minimum value of the correlation amount C [L], is obtained as the true minimum value Cex of the correlation amount.
In step S83, the slope E of the characteristic of the correlation amount C [L] is obtained by the following equation.
E = Max (C [Le + 1] -C [Le], C [Le-1] -C [Le]) (8)
Note that Max () means that a larger value is selected from a plurality of elements in parentheses.
[0125]
In step S84, based on Le, DL, and E, an accurate shift amount Ls that minimizes the correlation amount C [L] of the pixel signal sequences Va and Vb is obtained by the following equation.
Ls = Le + DL / E (9)
In step S85, the defocus amount DF1 obtained by the image sensors 11 and 12 is obtained by the following equation.
[0126]
DF1 = Kf · Ls (10)
Here, Kf is a constant determined by the characteristics of the optical system shown in FIG. 1 and the pixel pitch of the image sensors 11 and 12.
The defocus amount DF1 obtained in step S85 may be affected by fluctuations that occur in the correlation amount due to noise or the like. Therefore, the reliability of the defocus amount DF1 is checked in the next steps S86 and S87.
[0127]
In step S86, the correlation amount gradient E obtained in step S83 is compared with a predetermined threshold value E1. The inclination E depends on the contrast of the pixel signal sequence obtained by the image sensors 11 and 12. That is, it is considered that the greater the slope E, the greater the contrast and the higher the reliability.
When the slope E is larger than the threshold value E1, it is considered that the reliability is high, and the process proceeds to step S87. If the slope E is equal to or less than the threshold value E1, the process proceeds to step S89.
[0128]
In step S87, a coefficient (Cex / E) is calculated using the minimum value Cex obtained in step S82 and the slope E obtained in step S83. This coefficient is compared with a predetermined threshold value G1.
The minimum value Cex is ideally 0. However, in actuality, the minimum value Cex is greater than 0 because of the influence of noise and the influence of parallax caused by the difference in the area of the photographing lens 51. In addition, the influence of noise and parallax decreases as the contrast of the subject increases. Therefore, the reliability is examined using the coefficient (Cex / E).
[0129]
Therefore, when the coefficient (Cex / E) is smaller than the threshold value G1, it is considered that the reliability is high, and the process proceeds to step S88. If the coefficient (Cex / E) is greater than or equal to the threshold value G1, the process proceeds to step S89.
The reliability can also be identified based on the contrast of the pixel signal sequence obtained by either one of the image sensors 11 and 12.
[0130]
In step S88, the reliability of the defocus amount DF1 obtained in step S85 is considered high, and the reliability flag FG1 is set.
In step S89, it is regarded that the reliability of the defocus amount DF1 obtained in step S85 is low, and the reliability flag FG1 is cleared.
In step S71 of FIG. 12, the defocus amount DF2 is calculated based on the digital pixel signal sequence obtained by the image sensors 21 and 22. The contents of this process are the same as the process of FIG. 13 except for the following points.
[0131]
The pixel signal sequence (a [i + L], b [i]) processed in step S80 is changed to the data obtained by the image sensors 21 and 22. The defocus amount calculated in step S85 is stored as DF2. Instead of the reliability flag FG1 in steps S88 and S89, the reliability flag FG2 is operated.
In step S72, the state of the reliability flag FG1 is checked to identify the reliability of the defocus amount DF1. That is, when the reliability flag FG1 is set, since the reliability of the defocus amount DF1 is high, the process proceeds to step S73. If the reliability flag FG1 is cleared, since the reliability of the defocus amount DF1 is low, the process proceeds to step S77.
[0132]
In step S73, the state of the reliability flag FG2 is checked to identify the reliability of the defocus amount DF2. That is, when the reliability flag FG2 is set, since the reliability of the defocus amount DF2 is high, the process proceeds to step S75. If the reliability flag FG2 is cleared, since the reliability of the defocus amount DF2 is low, the process proceeds to step S74.
[0133]
In step S74, since the defocus amount DF1 is more reliable than the defocus amount DF2, the defocus amount DF1 is stored as the final defocus amount DfL.
In step S75, the defocus amount DF1 is compared with the defocus amount DF2. In this case, since the reliability flags FG1 and FG2 are both set, the defocus amount DF1 and the defocus amount DF2 are both highly reliable. However, in this example, the smaller one of DF1 and DF2 is considered to have higher reliability. That is, of DF1 and DF2, the one closer to the in-focus state is selected.
[0134]
If the defocus amount DF1 is smaller than the defocus amount DF2, the process proceeds to step S74. If the defocus amount DF1 is greater than or equal to the defocus amount DF2, the process proceeds to step S76.
[0135]
In step S76, since the defocus amount DF2 has higher reliability than the defocus amount DF1, the defocus amount DF2 is stored as the final defocus amount DfL.
In step S77, the state of the reliability flag FG2 is checked to identify the reliability of the defocus amount DF2. That is, when the reliability flag FG2 is set, since the reliability of the defocus amount DF2 is high, the process proceeds to step S76. If the reliability flag FG2 is cleared, since the reliability of the defocus amount DF2 is low, the process proceeds to step S78.
[0136]
In step S78, since the defocus amounts DF1 and DF2 are low in reliability, invalid data is stored in the final defocus amount DfL.
(Second Embodiment)
FIG. 19 shows the configuration of the optical system of the focus detection apparatus in this embodiment. FIG. 20 shows a focus detection area in the shooting screen. . The configuration and operation of parts not shown are the same as those in the first embodiment. In FIG. 19, the same elements as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals.
[0137]
This will be described with reference to FIG. Similar to the first embodiment, a field mask 52B, a field lens 53, a stop 54B, a re-imaging lens 55B, and a detection substrate 56B are arranged on the optical axis of the photographing lens 51.
The field mask 52B, the stop 54B, and the re-imaging lens 55B are slightly different from the corresponding elements in the first embodiment in the shape and position of the opening.
[0138]
The arrangement of the four image sensors 11, 12, 21, and 22 on the detection board 56B is different from that of the first embodiment. That is, in the first set of image sensors 11 and 12 and the second set of image sensors 21 and 22, the arrangement direction of the light receiving portions is both directed in the horizontal direction (X direction). The two image sensors 11 and 12 are arranged side by side at positions close to each other.
[0139]
Therefore, the area A1 to be detected by the first set of image sensors 11 and 12 and the area A2 to be detected by the second set of image sensors 21 and 22 are close to each other as shown in FIG. However, it is arranged at a position slightly shifted up and down.
Further, only one sensor Ma is disposed in the vicinity of the image sensor 11 in order to detect the amount of received light. The amount of light received by the second set of image sensors 21 and 22 is also detected by the sensor Ma.
[0140]
In the first and second embodiments, the sensors Ma and Mb are provided in order to detect the amount of light received by the image sensors 11, 12, 21 and 22, but special sensors are used instead of the sensors Ma and Mb. A light quantity measuring device may be used.
Further, when the mode 1 and the mode 2 are not used, the installation of the sensors Ma and Mb may be omitted. In this case, when there is no record information, that is, when the counter CNT is 1, predetermined constants may be set as the accumulation times T1 and T2.
[0141]
In the first embodiment, a plurality of accumulation time setting modes are provided, and a function for selecting one of the modes is provided. However, the present invention is not limited to this, as long as it has at least one mode.
[0142]
【The invention's effect】
(Claim 1)
In the present invention, the response speed to the change in brightness of the subject is relatively fast in the first charge accumulation time and relatively slow in the second charge accumulation time. At least one of the second charge accumulation times is set to an appropriate state.
[0143]
Therefore, one of the accumulated charge amount of the first light receiving means and the accumulated charge amount of the second light receiving means is appropriate, and the focus detecting means is at least one of the first light receiving means and the second light receiving means. There is a high possibility that the focus state of the photographing optical system can always be correctly detected on the basis of the signal output from.
(Claim 2)
In the present invention, the second charge accumulation time is controlled so as not to follow the light intensity change that changes quickly. Therefore, for example, it becomes difficult to be affected by a high-luminance obstacle passing through the vicinity of the subject.
[0144]
(Claim 3)
In the present invention, when a large change occurs in the luminance of the subject between the first time point and the second time point, the accumulated charge amount of the second light receiving means is controlled based on the luminance before the change, The accumulated charge amount of the first light receiving means is controlled based on the luminance after the change. For this reason, at least one of the first light receiving means and the second light receiving means is appropriately controlled in the amount of accumulated charges.
[0145]
Therefore, even if the luminance of the subject fluctuates greatly, there is a high possibility that the focus state can be correctly detected based on the signal output from at least one of the first light receiving means and the second light receiving means.
(Claim 4)
The response speed with respect to the change in brightness of the subject is relatively fast in the first charge accumulation time and relatively slow in the second charge accumulation time. Accordingly, in various situations, the accumulated charge amount of at least one of the first light receiving unit and the second light receiving unit is appropriate.
[0146]
(Claim 5)
In the present invention, the first charge accumulation time can be controlled so as to follow even when the brightness of the subject fluctuates at a cycle shorter than the first charge accumulation time. Therefore, there is a high possibility that the accumulated charge amount of the first light receiving means becomes appropriate.
(Claim 6)
In the present invention, for example, even when a high-luminance obstacle passes in the vicinity of the subject, the accumulated charge amount of the second light receiving means is determined based on the luminance of the subject after focusing. Therefore, there is a high possibility that the accumulated charge amount of the second light receiving means is appropriate.
[0147]
( Claim 7 )
In the present invention, even if the focus state is detected by switching the output signal of the first light receiving means and the output signal of the second light receiving means, the detected focus state does not vary greatly. .
[0148]
(Claims 8 )
In the present invention, even if the focus state is detected by switching the output signal of the first light receiving means and the output signal of the second light receiving means, the detected focus state does not vary greatly. .
(Claims 9 )
In the present invention, the output of either the first light-receiving means or the second light-receiving means, regardless of whether the subject has a luminance change only in the horizontal direction or the subject has a luminance change only in the vertical direction. Based on this, the state of the focus can be detected.
[0149]
(Claims 10 )
In the present invention, the focus detection unit detects the focus state of the photographing optical system based on the reliability of the first defocus amount and the reliability of the second defocus amount. The reliability of can be further increased.
(Claims 11 )
In the present invention, the combination of the process for determining the first charge accumulation time and the process for determining the second charge accumulation time can be selectively switched from among a plurality by the switch means. Therefore, in various situations, the accumulated charge amount of the first light receiving means and the accumulated charge amount of the second light receiving means are appropriately controlled.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view showing a configuration of an optical system of a focus detection apparatus.
FIG. 2 is a block diagram showing an electric circuit of a focus detection apparatus including the optical system of FIG.
FIG. 3 is a timing chart showing an example of main signal timings in the focus detection apparatus of FIG. 2;
4 is a flowchart showing an outline of the operation of the control unit 30 of FIG.
FIG. 5 is a flowchart showing details of step S4 in FIG. 4;
6 is a flowchart showing details of step S5 in FIG.
FIG. 7 is a flowchart showing details of step S23 in FIG. 5;
FIG. 8 is a flowchart showing details of step S24 in FIG.
FIG. 9 is a flowchart showing details of step S25 in FIG.
FIG. 10 is a flowchart showing details of step S28 in FIG. 6;
FIG. 11 is a flowchart showing details of step S29 in FIG. 6;
FIG. 12 is a flowchart showing details of step S12 in FIG. 4;
13 is a flowchart showing details of steps S70 and S71 in FIG.
FIG. 14 is a graph showing the distribution of two one-dimensional image signals Va and Vb obtained by detecting light passing through different paths.
FIG. 15 is a graph showing a correlation amount between two one-dimensional image signals Va and Vb.
FIG. 16 is a graph showing details of a part of FIG. 15;
FIG. 17 is a front view showing a focus detection area in a photographing screen.
FIG. 18 is a schematic diagram illustrating a combination of pixels of two one-dimensional image signals Va and Vb that are referred to when calculating the correlation amount.
FIG. 19 is a plan view showing an optical system of a focus detection apparatus according to a second embodiment.
FIG. 20 is a front view showing a focus detection area in a shooting screen according to the second embodiment.
[Explanation of symbols]
11, 12, 21, 22 Image sensor
13, 23 Timing control circuit
14,24 Sampling circuit
15, 25 Light quantity detection circuit
16, 26 A / D conversion circuit
17, 27 Comparison circuit
30 Control unit
31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38 Signal lines
40 Focus detection switch
51 Photo lens
52,52B Field mask
53 Field Lens
54,54B Aperture
55,55B Re-imaging lens
56, 56B detection board
Ma, Mb sensor
SW mode switch
U1, U2 detection unit

Claims (11)

撮影光学系を介して入射する光の強度に応じて発生する電荷を蓄積し、第１の電荷蓄積時間中に蓄積された電荷量に応じた信号を出力する第１の受光手段と、
前記撮影光学系を介して入射する光の強度に応じて発生する電荷を蓄積し、第２の電荷蓄積時間中に蓄積された電荷量に応じた信号を出力する第２の受光手段と、
前記第１の受光手段に入射する光の強度に基づいて前記第１の受光手段の前記第１の電荷蓄積時間を決定するとともに、前記第２の受光手段に過去に入射した光の強度に関する情報に基づいて前記第２の受光手段の前記第２の電荷蓄積時間を決定することにより、前記入射する光の強度の変化に対する前記第１および第２の受光手段の応答速度を変え、前記第１の電荷蓄積時間と前記第２の電荷蓄積時間によってそれぞれ前記第１の受光手段と前記第２の受光手段を並行して蓄積制御する蓄積制御手段と、
前記撮影光学系の焦点状態を、前記第１の受光手段と第２の受光手段との少なくとも一方が出力する信号に基づいて検出する焦点検出手段と
を設けたことを特徴とする焦点検出装置。First light receiving means for accumulating charges generated according to the intensity of light incident through the photographing optical system and outputting a signal corresponding to the amount of charges accumulated during the first charge accumulation time;
A second light receiving means for accumulating charges generated according to the intensity of light incident through the photographing optical system and outputting a signal corresponding to the amount of charges accumulated during the second charge accumulation time;
Information on the intensity of the light incident on the second light receiving means in the past while determining the first charge accumulation time of the first light receiving means based on the intensity of the light incident on the first light receiving means. By determining the second charge accumulation time of the second light receiving means based on the above, the response speed of the first and second light receiving means with respect to the change in the intensity of the incident light is changed, and the first charge receiving time is changed. Accumulation control means for controlling accumulation of the first light receiving means and the second light receiving means in parallel according to the charge accumulation time and the second charge accumulation time, respectively.
The focus state of the photographing optical system, and the focus detection means for detecting, based on at least signal one of which outputs of said first light receiving means and the second light receiving means
Focus detection device, characterized in that the provided. 請求項１記載の焦点検出装置において、前記蓄積制御手段は、前記第２の受光手段によって、過去に得られた複数の前記光の強度に関する情報に基づいて、前記第２の電荷蓄積時間を決定することを特徴とする焦点検出装置。  2. The focus detection apparatus according to claim 1, wherein the accumulation control unit determines the second charge accumulation time based on information on the plurality of light intensities obtained in the past by the second light receiving unit. A focus detection device. 請求項１記載の焦点検出装置において、前記蓄積制御手段は、過去の第１時点において前記第１の受光手段によって得られた前記光の強度に基づいて、前記第１の電荷蓄積時間を決定するとともに、前記第１時点より過去の第２時点において前記第２の受光手段によって得られた前記光の強度に基づいて、前記第２の電荷蓄積時間を決定することを特徴とする焦点検出装置。  2. The focus detection apparatus according to claim 1, wherein the accumulation control unit determines the first charge accumulation time based on the intensity of the light obtained by the first light receiving unit at a first past time point. In addition, the focus detection apparatus determines the second charge accumulation time based on the intensity of the light obtained by the second light receiving unit at a second time point before the first time point. 請求項１記載の焦点検出装置において、前記蓄積制御手段は、互いに異なる時点に、前記第１の受光手段によって得られた前記光の強度に関する複数のＮ個の情報に基づいて、前記第１の電荷蓄積時間を決定するとともに、互いに異なる時点に、前記第２の受光手段によって得られた前記光の強度に関するＮとは異なる数の複数の情報に基づいて、前記第２の電荷蓄積時間を決定することを特徴とする焦点検出装置。  2. The focus detection apparatus according to claim 1, wherein the accumulation control unit is configured to perform the first control based on a plurality of pieces of N information related to the light intensity obtained by the first light receiving unit at different times. The charge accumulation time is determined, and the second charge accumulation time is determined at different time points based on a plurality of pieces of information different from N regarding the light intensity obtained by the second light receiving means. A focus detection device. 請求項１記載の焦点検出装置において、入射光の強度を検出する光量検出手段を、前記第１の受光手段の近傍に設け、前記蓄積制御手段が、前記光量検出手段の出力に基づいて前記第１の電荷蓄積時間を決定することを特徴とする焦点検出装置。  2. The focus detection apparatus according to claim 1, wherein a light amount detecting means for detecting the intensity of incident light is provided in the vicinity of the first light receiving means, and the accumulation control means is configured to output the first light based on an output of the light amount detecting means. 1. A focus detection apparatus, wherein a charge accumulation time of 1 is determined. 請求項１記載の焦点検出装置において、検出される焦点の状態が、予め定めた目標範囲内になると、前記蓄積制御手段が、前記第２の電荷蓄積時間の更新を停止することを特徴とする焦点検出装置。  2. The focus detection apparatus according to claim 1, wherein the accumulation control means stops updating the second charge accumulation time when the detected focus state falls within a predetermined target range. Focus detection device. 請求項１記載の焦点検出装置において、前記第１の受光手段が検出する像の領域と、前記第２の受光手段が検出する像の領域とが互いに近接した状態で、前記第１の受光手段と前記第２の受光手段を配置したことを特徴とする焦点検出装置。  2. The focus detection apparatus according to claim 1, wherein an image area detected by the first light receiving means and an image area detected by the second light receiving means are close to each other. And a focus detection apparatus, wherein the second light receiving means is arranged. 請求項１記載の焦点検出装置において、前記第１の受光手段が検出する像の領域と、前記第２の受光手段が検出する像の領域とが部分的に重なった状態で、前記第１の受光手段と前記第２の受光手段を配置したことを特徴とする焦点検出装置。  2. The focus detection apparatus according to claim 1, wherein an area of an image detected by the first light receiving unit and an area of an image detected by the second light receiving unit partially overlap each other. A focus detection apparatus comprising a light receiving means and the second light receiving means. 請求項１記載の焦点検出装置において、前記第１の受光手段が検出する像の領域の軸方向と、前記第２の受光手段が検出する像の領域の軸方向とが互いにほぼ直交する状態で、前記第１の受光手段と前記第２の受光手段を配置したことを特徴とする焦点検出装置。  2. The focus detection apparatus according to claim 1, wherein the axial direction of the image area detected by the first light receiving means and the axial direction of the image area detected by the second light receiving means are substantially orthogonal to each other. A focus detection apparatus comprising the first light receiving means and the second light receiving means. 請求項１記載の焦点検出装置において、前記第１の受光手段の信号から求められる第１のデフォーカス量の信頼度と、前記第２の受光手段の信号から求められる第２のデフォーカス量の信頼度を識別する、信頼度識別手段を設け、前記焦点検出手段が、前記第１のデフォーカス量の信頼度と第２のデフォーカス量の信頼度に基づいて、前記撮影光学系の焦点状態を検出することを特徴とする焦点検出装置。  2. The focus detection apparatus according to claim 1, wherein the reliability of the first defocus amount obtained from the signal from the first light receiving means and the second defocus amount obtained from the signal from the second light receiving means. Confidence level identification means is provided for identifying the reliability level, and the focus detection means determines the focus state of the photographing optical system based on the reliability of the first defocus amount and the reliability of the second defocus amount. A focus detection apparatus for detecting 請求項１記載の焦点検出装置において、前記第１の電荷蓄積時間を決定する処理と前記第２の電荷蓄積時間を決定する処理との組み合わせを、複数の中から選択的に切り替えるスイッチ手段を設けたことを特徴とする焦点検出装置。  2. The focus detection apparatus according to claim 1, further comprising switch means for selectively switching a combination of a process for determining the first charge accumulation time and a process for determining the second charge accumulation time from a plurality. A focus detection apparatus characterized by that.
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