JP4657543B2 - 焦点検出装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮影光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
焦点検出光学系により結像された被写体像を電荷蓄積型光電変換装置（以下、イメージセンサーと呼ぶ）で受光し、イメージセンサー出力を演算処理して撮影光学系の予定焦点面に対する被写体像面のデフォーカス量を検出し、このデフォーカス量に応じて撮影レンズを駆動することにより撮影光学系を合焦させるカメラの自動焦点調節装置が知られている。
【０００３】
この種の自動焦点調節装置では、デフォーカス量検出の可否や検出結果のデフォーカス量の信頼性は、被写体の光輝度分布であるコントラストの高さに大きく依存している。したがって、被写体のコントラストを最適にイメージセンサー出力に反映させる必要がある。例えば図７(ａ)に示すような光輝度分布の被写体に対しては、図７(ｃ)に示すようなイメージセンサー出力になるのが望ましい。図７において、Ｖsatは光電変換素子の飽和電圧レベルを示す。
【０００４】
ところが、蓄積時間が短いと、図７(ｂ)に示すようにイメージセンサー出力のコントラストが低くなってしまう。逆に蓄積時間が長いと、図７(ｄ)に示すようにイメージセンサー出力の本来あるべきコントラストがなくなってしまう。したがって、適当な大きさのイメージセンサー出力を得る必要があり、そのために適当な蓄積時間で電荷蓄積を行わなければならない。
【０００５】
適当な電荷蓄積時間を求めるために、前回の電荷蓄積動作における蓄積時間とイメージセンサー出力とに基づいて、次回の電荷蓄積動作におけるイメージセンサー出力のピーク値などが適当な値になるような蓄積時間を算出する方法がある。例えば図７(ｂ)に示すようなイメージセンサー出力が得られ、そのときの蓄積時間がＴｂ、イメージセンサーピーク出力がＶｂであったとする。この場合は、次回の電荷蓄積動作において図７(ｃ)に示すような適当なイメージセンサー出力を得るには、電荷蓄積時間を
【数１】
Ｔｃ＝（Ｖｃ／Ｖｂ）・Ｔｂ
とすればよい。ここで、Ｖｃは目標値でＶｃ＝Ａ・Ｖｓａｔ、Ａは１未満の正数であり、このＡの大きさでイメージセンサー出力の”適当な大きさ”が決定する。Ａが小さいと常にイメージセンサー出力のコントラストが低くなってしまい、逆にＡが大きいと被写体の明るさが少し明るく変化しただけですぐにイメージセンサー出力が飽和してしまう。ただし、以上のイメージセンサー出力の大きさには暗電流などのノイズ成分は含まれていないものとする。この方法を以後ＡＧＣ（Auto Gain Controll）と呼ぶ。
【０００６】
ところで、こうして制御して得たイメージセンサー出力を常にすべて焦点検出演算に使用するとは限らない。例えば図８(ａ)に示すようにビル群の手前に人が立っているような撮影シーンでは、焦点検出領域３１を通過した被写体からの光束をイメージセンサーで受光した場合に、イメージセンサー出力は図８(ｂ)に示すように高周波になる。以後、このような被写体を高周波被写体と呼ぶ。なお、図８(ｂ)において、Ｖsatはイメージセンサー出力の飽和レベル、ａ１およびａ３はイメージセンサーの周辺部範囲、ａ２はイメージセンサーの中央部範囲をそれぞれ示す。このような場合には、イメージセンサー中央部の比較的狭い範囲の画素出力だけでもデフォーカス量を十分に検出できる。イメージセンサーの全範囲の画素出力を用いて焦点検出演算を行うと、背景などの周辺の被写体のデフォーカス量が大きく異なる場合に、かえって誤差を生じる原因になる。
【０００７】
しかし、図９(ａ)に示すような遠くの山並みを撮影するシーンでは、焦点検出領域３１を通過した被写体からの光束をイメージセンサーで受光した場合に、イメージセンサー出力は図９(ｂ)に示すように低周波になる。以後、このような被写体を低周波被写体と呼ぶ。なお、図９(ｂ)において、Ｖsatはイメージセンサー出力の飽和レベル、ａ１およびａ３はイメージセンサーの周辺部範囲、ａ２はイメージセンサーの中央部範囲をそれぞれ示す。低周波被写体の場合には、狭い範囲の画素出力だけでは低周波の周期の一部のデータしか得られないので、焦点検出演算ができない。このような場合には、イメージセンサーの全範囲の画素出力を用いて焦点検出演算を行う必要がある。したがって、まずイメージセンサー中央部の画素出力で焦点検出演算を行い、演算結果が得られないか、または演算結果の信頼性が低い場合に全範囲の画素出力で焦点検出演算をやり直す方法がある。なお、このような場合にはイメージセンサー中央部の画素出力を用いてＡＧＣを行う。
【０００８】
一方、被写体像をフィルムなどに露光するために、被写体からの光束のフィルム面上での照度を測定するカメラの測光装置が知られている。一般的なカメラの測光装置では、非露光時のみ撮影光学系内にミラーを挿入してフィルム等価面に設置した拡散板へ被写体からの光束を導き、拡散板で拡散された光束の一部を光電変換装置により測定して照度を測定する。なお、測光用の光電変換装置にはＳＰＤ（Silicon Photo Diode）を使用する場合が多い。
【０００９】
ところが、カメラの測光装置は一般的にファインダー部に内蔵されることが多く、カメラにファインダーを装着しないで撮影を行う場合や、測光装置を装備していないファインダーをカメラに装着した場合には、この測光機能が使えない。
【００１０】
このような問題を解決するために焦点検出用のイメージセンサー出力を測光に利用する方法が提案されている（例えば特開平６−１７５１８６号公報参照）。測光センサーは被写界の広い範囲からの光束を受光するが、焦点検出用イメージセンサーはラインセンサーであるから、被写界のごく一部の範囲からの光束を受光する。したがって、焦点検出用イメージセンサーの画素出力を測光に利用する場合には、なるべくイメージセンサーの全範囲の画素出力に基づいて測光演算をすることが望ましい。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
測光センサーにはＳＰＤ（Silicon Photo Diode）のような非蓄積型の光電変換装置が用いられる場合が多い。この非蓄積型の光電変換装置は、検出可能な輝度範囲において被写界の実際の輝度とセンサー出力とが１対１に対応している。したがって、測光センサーの出力がオーバーフローレベルに達していれば、被写体輝度が検出限界以上に明るい輝度であると認識でき、露出を最小に制御すればよい。逆に、測光センサー出力が０の場合は、被写体輝度が検出限界よりも暗い輝度であると認識でき、露出を最大に制御すればよい。
【００１２】
一方、焦点検出用イメージセンサーにはＣＣＤセンサーのような電荷蓄積型の光電変換装置が用いられる場合が多い。この電荷蓄積型の光電変換装置は、被写界の実際の輝度とイメージセンサー出力とが１対１に対応していない。被写界が暗くても電荷蓄積時間を長くすればイメージセンサー出力がオーバーフローすることもあるし、逆に被写界が明るくても電荷蓄積時間を短くするとイメージセンサー出力はほぼ０になってしまう。
【００１３】
今、図５に示すような暗い部屋の明るい窓辺に人がいる撮影シーンを考える。焦点検出領域３１を通過した被写体からの光束をイメージセンサーで受光し、イメージセンサー中央部でＡＧＣ制御を行うと、背景が高輝度のために図６(ａ)の波形のようにイメージセンサー周辺部範囲ａ１の画素出力がオーバーフローしてしまう。しかし、主要被写体に対応するイメージセンサー中央部範囲ａ２の画素出力は最適なレベルとなり、焦点検出装置はこの主要被写体に焦点を合わせることができる。
【００１４】
ところが、イメージセンサー周辺部範囲ａ１に対応する明るい背景は、例えば最適な画素出力が得られたセンサー中央部範囲ａ２に対応する主要被写体の４倍の明るさだからオーバーフローしたのか、１０倍の明るさだからオーバーフローしたのかは不明であり、このイメージセンサー周辺部範囲ａ１のオーバーフローした画素出力に基づいて測光演算を行うと、正確な輝度値が算出できない。このような場合に、イメージセンサーの全範囲ａ１〜ａ３の画素出力を用いてＡＧＣ制御を行うと、図６(ｂ)に示すようにセンサー中央部範囲ａ２に対応する主要被写体の画素出力が小さくなって、焦点検出が行えなくなってしまう。
【００１５】
本発明の目的は、焦点検出用イメージセンサーの出力を測光に利用し、イメージセンサー出力の一部がオーバーフローした場合でも最適な露出値を算出することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、複数の電荷蓄積型光電変換素子を有し、被写体像の光強度分布に応じた画像信号を出力するイメージセンサーと、被写体からの光束を前記イメージセンサーへ導き、前記イメージセンサー上に被写体像を結像させる焦点検出光学系と、前記イメージセンサーの出力信号に基づいて撮影光学系の焦点調節状態を演算する焦点検出演算手段と、前記イメージセンサーの出力信号に基づいて測光値を演算する測光演算手段とを備えた焦点検出装置に適用される。そして、前記測光演算手段は、前記イメージセンサーに含まれる複数の光電変換素子を、前記焦点検出光学系の光軸近傍の中央部と前記光軸から離れた周辺部とに範囲を分け、前記複数の光電変換素子のうち出力信号が所定値を超える光電変換素子が前記中央部になく且つ前記周辺部にある場合には、前記中央部に含まれる光電変換素子の出力信号に基づいて前記測光値を演算し、前記出力信号が前記所定値を超える光電変換素子が前記中央部にあり、前記電荷蓄積型光電変換素子の電荷蓄積時間が最短である場合には、前記中央部と前記周辺部の両範囲に含まれる光電変換素子の出力信号に基づいて測光値を演算することを特徴とするものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は一実施の形態の構成を示し、図２は一実施の形態の焦点検出領域の配置を示す。一実施の形態の焦点検出装置は、図２(ａ)に示すように、撮影画面内の中央部と左右上下の周辺部に５個の焦点検出領域２１〜２５が設定されており、各焦点検出領域２１〜２５において撮影レンズの焦点検出を行うことができる。この一実施の形態では、これらの各焦点検出領域２１〜２５に対応して図２(ｂ)に示すような一対のライン・イメージセンサーが設けられる。ライン・イメージセンサーは複数の画素（光電変換素子）が１列に配列されたイメージセンサーであり、この明細書では単にイメージセンサーと呼ぶ。図２(ｂ)に示す一対のイメージセンサーにおいて、ａ２とｂ２をセンサーの中央部範囲と呼び、ａ１，ａ３，ｂ１，ｂ３をセンサーの周辺部範囲と呼ぶ。
【００１８】
なお、この一実施の形態では複数の画素（光電変換素子）が１列に配列されたライン・イメージセンサーを例に上げて説明するが、複数の画素が二次元状に配列されたエリア・イメージセンサーに対しても本願発明を適用することができる。
【００１９】
図１において、上述した各焦点検出領域２１〜２５内の被写体からの光束は、対物レンズ１および焦点検出光学系２を通って各焦点検出領域２１〜２５に対応したイメージセンサー３ａ〜３ｅ上に結像される。各イメージセンサー３ａ〜３ｅはそれぞれ、図２(ｂ)に示すような一対のライン・イメージセンサーから構成されている。イメージセンサー群３の出力はＡ／Ｄ変換部４でＡ／Ｄ変換された後、演算部５へ送られる。
【００２０】
演算部５には焦点検出演算部６、イメージセンサー測光値演算部７および焦点検出領域自動選択部８が設けられる。焦点検出演算部６では、Ａ／Ｄ変換部４でＡ／Ｄされた各イメージセンサー３ａ〜３ｅの出力に基づいて焦点検出演算を行い、各焦点検出領域２１〜２５のデフォーカス量を算出する。イメージセンサー測光値演算部７は、各イメージセンサー３ａ〜３ｅの制御データと出力とに基づいて測光値を算出する。
【００２１】
焦点検出領域手動選択部１２は、５個の焦点検出領域２１〜２５の中から撮影者が任意の領域を選択するための操作部材である。演算部５の焦点検出領域自動選択部８は、焦点検出領域手動選択部１２により選択された焦点検出領域と焦点検出演算部６による演算結果とに基づいて、レンズ駆動の対象とすべき焦点検出領域を自動的に選択する。イメージセンサー駆動制御部９は演算部５の出力に基づいてイメージセンサー群３を駆動制御する。また、レンズ駆動制御部１０は演算部５で算出したデフォーカス量に基づいてモーター１１を駆動し、対物レンズ１を合焦駆動する。
【００２２】
測光センサー１３は不図示のカメラのファインダー部に設置され、被写体からの光束を受光し、光電変換して出力する。測光センサー１３の出力はＡ／Ｄ変換部１４でＡ／Ｄ変換された後、測光センサー測光値演算部１５へ送られる。測光センサー測光値演算部１５は、測光センサー１３の出力に基づいて測光値を算出する。また、測光センサー有無検出部１６は測光センサー１３の有無を検出し、検出結果を露出制御部１７へ送る。露出制御部１７は、イメージセンサー測光値演算部７、測光センサー測光値演算部１５および測光センサー有無検出部１６の出力に基づいて露出値を演算し、対物レンズ１の絞り（不図示）やシャッタースピードを制御する。
【００２３】
なお、演算部５の焦点検出演算部６、イメージセンサー測光値演算部７および焦点検出領域自動選択部８と、測光センサー測光値演算部１５、露出制御部１７は、単一もしくは複数のマイクロコンピューターとメモリなどの周辺部品から構成され、マイクロコンピューターのソフトウエア形態により実現される。
【００２４】
図３は焦点検出処理プログラムを示すフローチャート、図４は測光値演算サブルーチンを示すフローチャートである。これらのフローチャートにより、一実施の形態の動作を説明する。カメラのレリーズボタン（不図示）の半押し操作が行われると、一実施の形態の焦点検出装置は図２に示す焦点検出処理プログラムの実行を開始する。
【００２５】
図３のステップ１１において、演算部５はイメージセンサー駆動制御部９に対して各イメージセンサー３ａ〜３ｅの電荷蓄積時間Ｔの初期値Ｔ０などの初期データを与える。なお、電荷蓄積時間Ｔの初期値Ｔ０は適当な所定値でもよいし、被写体が明るい場合にイメージセンサー出力が飽和しないように最短蓄積時間としてもよい。ステップ１２で、イメージセンサー駆動制御部９は、与えられた蓄積時間Ｔ（初回はＴ０）にしたがってイメージセンサー群３の電荷蓄積動作を行う。
【００２６】
ステップ１３では、演算部５が焦点検出領域手動選択部１２で選択された領域のイメージセンサー出力の読み出しを要求する。撮影者が例えば図２(ａ)の焦点検出領域２１を手動選択した場合は、イメージセンサーの選択番号[ｉ]（＝３ａ〜３ｅ）は３ａとなる。イメージセンサー駆動制御部９は、演算部５の要求にしたがってイメージセンサー[ｉ]の画素データを読み出す。
【００２７】
続くステップ１４で、演算部５は、読み出されたイメージセンサー[ｉ]の出力がイメージセンサー中央部範囲ａ２、ｂ２と周辺部範囲ａ１、ａ３、ｂ１、ｂ３でオーバーフローしているか否かを確認する。なお、この明細書では、例えば図６(ａ)に示すように、イメージセンサーの光電変換素子出力が飽和レベルＶsatを超えた状態をオーバーフローと呼ぶ。例えばセンサー中央部範囲ａ２とｂ２のどちらか一方にオーバーフローしている画素があれば、センサー中央部範囲はオーバーフローしていると判断する。また、センサー周辺部範囲ａ１，ａ３，ｂ１，ｂ３のいずれかの領域にオーバーフローしている画素があれば、センサー周辺部範囲はオーバーフローしていると判断する。ステップ１５で、演算部５は、読み出したイメージセンサー出力の全範囲ａ１，ａ２，ａ３，ｂ１，ｂ２，ｂ３におけるピーク値と中央部範囲ａ２，ｂ２におけるピーク値とを検出する。この明細書では、イメージセンサー全範囲におけるピーク値を全範囲ピーク値、イメージセンサー中央部範囲におけるピーク値を中央部ピーク値と呼ぶ。
【００２８】
ステップ１６において、演算部５は、読み出したイメージセンサー[ｉ]の出力に対する焦点検出要求があるか否かを確認する。撮影者により手動選択された焦点検出領域に対応するイメージセンサー[ｉ]に対しては焦点検出演算を行う。ステップ１７で焦点検出演算部６が焦点検出演算を行い、続くステップ１８で焦点検出が可能であったか否か、さらに焦点検出結果に信頼性があるか否かを判定する。信頼性のある焦点検出結果が得られた場合は、焦点検出領域自動選択部８が焦点検出領域手動選択部１２による選択領域を自動選択領域に設定してステップ１９へ進む。ステップ１９では、レンズ駆動制御部１０が焦点検出結果に基づいてモーター１１を駆動し、対物レンズ１を合焦駆動する。一方、ステップ１８で信頼性のある焦点検出結果が得られなかった場合は、レンズ駆動を行わずにステップ２０へ進む。
【００２９】
ステップ２０では、測光センサー有無検出部１６により測光センサー１３の有無を検出する。測光センサー１３がある場合は、測光センサー１３の出力はＡ／Ｄ変換部１４でＡ／Ｄ変換され、測光センサー測光値演算部１５へ送られる。測光センサー測光値演算部１５は、演算結果の測光センサー測光値を露出制御部１７へ出力する。露出制御部１７は、測光センサー測光値に基づいて対物レンズ１の絞り（不図示）を決定するとともに、フィルムやエリア・イメージセンサーなどの画像記録部材を遮光しているシャッターのシャッター速度を決定する。一方、ステップ２０で測光センサーが無いと判定された場合はステップ２１へ進み、イメージセンサー測光値演算部７が図４に示すサブルーチンを実行し、イメージセンサー出力に基づいて測光値を演算する。この測光値演算処理については後述する。
【００３０】
ステップ２２で、すべてのイメージセンサー３ａ〜３ｅに対して上述した焦点検出処理が終了したか否かを確認し、焦点検出処理が残っているイメージセンサーがあればステップ１３へ戻り、上述した焦点検出処理を繰り返す。焦点検出処理を開始して手動選択領域の焦点検出を終了した段階では、他の焦点検出領域に対する焦点検出処理はまだ終了していないのでステップ１３へ戻る。ステップ１３〜１５において他の焦点検出領域に対応するイメージセンサー出力を読み出し、オーバーフロー、全範囲ピーク値および中央部ピーク値を検出する。
【００３１】
ステップ１６において、演算部５は読み出したイメージセンサー[ｉ]の出力に対する焦点検出要求があるか否かを確認する。ここで、手動選択した焦点検出領域で焦点検出結果が得られなければ、他の焦点検出領域で焦点検出演算を行う必要があるので焦点検出要求を行う。また、焦点検出処理を開始してから１回目の電荷蓄積制御を行った後は、手動選択した焦点検出領域で焦点検出結果が得られたら、他の焦点検出領域で焦点検出演算を行う必要はないので、他の焦点検出領域に対応したイメージセンサーに対して焦点検出要求を行わない。さらに、焦点検出処理を開始してから２回目の電荷蓄積制御を行った後は、手動選択領域が前回の焦点検出動作時と同一の被写体を捕捉しているかどうかを確認する。前回までの焦点検出動作の結果、すなわち主要被写体はカメラに対して静止しているか、またはどれくらいの速度で動いているか、レンズ駆動はどれくらいの速度で行っているかなどに基づいて予測されるデフォーカス量に近ければ、前回の焦点検出処理時と同一の被写体を捕捉していると判断できる。しかし、予測デフォーカス量と今回の演算結果のデフォーカス量とが大きく異なる場合は、捕捉したい主要被写体を焦点検出領域から外してしまったと考えられる。その場合は、他の焦点検出領域に対応したイメージセンサーに対して焦点検出要求を行う。
【００３２】
このようにして主要被写体を捕捉していると考えられる焦点検出領域が見つかったら、焦点検出領域自動選択部８がその領域を自動選択領域に設定する。焦点検出要求がある場合は前回の焦点検出処理時と同様にステップ１７へ進み、焦点検出要求がない場合はステップ２０へ進む。ステップ２０から２１において、上述したように測光センサーの有無を確認し、測光センサーがない場合はイメージセンサー出力に基づいて測光値を演算する。
【００３３】
ステップ２２ですべてのイメージセンサー３ａ〜３ｅに対する処理が終了したかどうかを確認し、すべてのイメージセンサー３ａ〜３ｅに対する処理が終了したらステップ２３へ進む。ステップ２３では、演算部５が各イメージセンサー３ａ〜３ｅごとに前回の電荷蓄積動作時の中央部ピーク値と電荷蓄積時間とに基づいて次回の電荷蓄積時間を算出する。その後、ステップ１２へ戻って次の電荷蓄積動作と焦点検出処理を行う。
【００３４】
次に、図４によりイメージセンサー測光値演算部７における測光値演算処理を説明する。ステップ２１において、焦点検出用補助光が点灯中か、あるいは電荷蓄積中に蓄積を中断するような割り込みがあったかどうかを判定し、補助光点灯中または割り込みがあった場合はステップ２２へ進む。被写体が暗くてイメージセンサー出力が十分に得られない場合、または十分な出力を得るためには長い電荷蓄積時間が必要となり焦点検出動作の応答性が悪くなるような場合には、焦点検出用補助光（不図示）を点灯して被写体を照明する。しかし、補助光点灯により照明された被写体では正確な輝度が得られないので、焦点検出用補助光が点灯中の場合はイメージセンサー出力に基づく測光値の演算を行わない。また画像記録部材への露光動作により電荷蓄積が中断された場合は、同様にイメージセンサー出力に基づく測光値の演算を行わない。ステップ２２の処理１とは測光値演算をしない、つまり何もしないでサブルーチンを終了することである。
【００３５】
一方、補助光が点灯されておらず、電荷蓄積を中断する割り込みもなかった場合はステップ２３へ進み、イメージセンサー[ｉ]の全範囲ａ１，ａ２，ａ３，ｂ１，ｂ２，ｂ３においてオーバーフロー画素が発見されたか否かを確認する。オーバーフロー画素がなかった場合はステップ２４へ進み、全範囲ピーク値をノイズレベルと比較する。全範囲ピーク値がノイズレベルよりも大きい場合はステップ２６へ進み、処理２を行う。つまり、イメージセンサー[ｉ]の全範囲でオーバーフロー画素がない場合は、全範囲の画素出力に基づいて測光値を演算する。一方、イメージセンサー[ｉ]の全範囲ピーク値がノイズレベルよりも小さい場合はステップ２５へ進み、電荷蓄積時間が最長になっているか否かを確認する。最長になっている場合には、これ以上電荷蓄積時間を長くしてもイメージセンサー出力を大きくすることはできないので、ステップ２６へ進んで測光値を演算する。逆に電荷蓄積時間が最長になっていない場合は、電荷蓄積時間をさらに長くすれば適切なイメージセンサー出力が得られる可能性があり、ステップ２７へ進んで処理１を行う。つまり、測光値を演算しない。
【００３６】
ステップ２３でオーバーフロー画素があった場合はステップ２８へ進み、イメージセンサー[ｉ]の中央部範囲ａ２，ｂ２にオーバーフロー画素があったか否かを確認する。センサー中央部範囲ａ２、ｂ２にオーバーフロー画素がなかった場合はステップ２９へ進み、中央部ピーク値をノイズレベルと比較する。中央部ピーク値がノイズレベルよりも大きい場合はステップ３１へ進み、処理３を行う。つまり、イメージセンサー[ｉ]の周辺部だけにオーバーフロー画素があった場合は、イメージセンサー[ｉ]の中央部範囲ａ２、ｂ２の画素出力に基づいて測光値を演算する。一方、中央部ピーク値がノイズレベルよりも小さい場合はステップ３０へ進み、電荷蓄積時間が最長になっているか否かを確認する。電荷蓄積時間が最長になっている場合は、これ以上電荷蓄積時間を長くしてもイメージセンサー出力を大きくすることはできないので、ステップ３１へ進んで測光値を演算する。蓄積時間が最長になっていない場合は、電荷蓄積時間をさらに長くすれば適切なイメージセンサー出力が得られる可能性があるので、ステップ２７へ進んで処理１を行う。つまり、測光値を演算しない。
【００３７】
ステップ２８でイメージセンサー[ｉ]の中央部範囲ａ２，ｂ２でオーバーフロー画素が発見された場合はステップ３２へ進み、電荷蓄積時間が最短になっているか否かを確認する。電荷蓄積時間が最短になっている場合は、これ以上電荷蓄積時間を短くしてもイメージセンサー出力を小さくすることはできないので、ステップ３３へ進んで測光値を演算する。つまり、イメージセンサー中央部範囲にオーバーフロー画素があった場合は、イメージセンサー[ｉ]の全範囲の画素出力に基づいて測光値を演算する。電荷蓄積時間が最短になっていない場合は、電荷蓄積時間をさらに短くすれば適切なイメージセンサー出力が得られる可能性があり、ステップ３４へ進んで処理１を行う。つまり、測光値を演算しない。以上のようにしてイメージセンサー出力に基づいて測光値を演算した後、図２に示す焦点検出処理プログラムへリターンする。
【００３８】
最後に、イメージセンサー出力に基づいて測光値を演算する方法を説明する。イメージセンサー[ｉ]の全範囲の画素出力に基づいて測光値を演算する場合は、全範囲の画素出力平均値を求めてＶavg[ｉ]へ代入する。また、イメージセンサー[ｉ]の中央部範囲ａ２、ｂ２の画素出力に基づいて測光値を演算する場合は、センサー中央部範囲ａ２、ｂ２の画素出力平均値を求めてＶavg[ｉ]へ代入する。さらに、このときの電荷蓄積時間をＴｘ[ｉ]、装置のオフセットをＯｆｓとすると、イメージセンサー測光値ＡＦＢＶ[ｉ]は次式により求められる。
【数２】
ＡＦＢＶ[ｉ]＝log２（Ｖavg[ｉ]／Ｔｘ[ｉ]）＋Ｏfs
【００３９】
このように、イメージセンサー３ａ〜３ｅの複数の光電変換素子の中から、イメージセンサー出力の画像信号に応じて測光値演算に用いる範囲を決定し、その範囲に含まれる光電変換素子の出力に基づいて測光値を演算するようにしたので、画像信号がオーバーフローした光電変換素子の範囲を除外することができ、焦点検出用イメージセンサーの出力を測光に利用して最適な露出値を算出することができる。
【００４０】
特許請求の範囲の構成要素と一実施の形態の構成要素との対応関係は次の通りである。すなわち、イメージセンサー３ａ〜３ｅがイメージセンサーを、焦点検出光学系２が焦点検出光学系を、焦点検出演算部６が焦点検出演算手段を、イメージセンサー測光値演算部７が測光演算手段をそれぞれ構成する。
【００４１】
なお、上述した一実施の形態では、光電変換素子出力が飽和レベルＶsatを超えた場合、つまり光電変換素子出力がオーバーフローした場合に、その光電変換素子を含む範囲を除外して測光値を演算する例を示したが、光電変換素子の飽和レベルＶsatよりも低い所定のレベルを設け、光電変換素子出力がその所定レベルを超えた場合に、その光電変換素子を含む範囲を除外して測光値を演算するようにしてもよい。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、例えば画像信号がオーバーフローした光電変換素子の範囲を除外することができ、焦点検出用イメージセンサーの出力を測光に利用して最適な露出値を算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 一実施の形態の焦点検出領域の配置と一対のライン・イメージセンサーの領域分割を示す図である。
【図２】 一実施の形態の構成を示す図である。
【図３】 一実施の形態の焦点検出処理プログラムを示すフローチャートである。
【図４】 一実施の形態の測光値演算サブルーチンを示すフローチャートである。
【図５】 暗い部屋の明るい窓辺に人がいるシーンを示す図である。
【図６】 図５に示す被写界に対してイメージセンサー中央部の画素出力を用いてＡＧＣを行った場合のイメージセンサー出力(ａ)と、イメージセンサー全範囲の画素出力を用いてＡＧＣを行った場合のイメージセンサー出力(ｂ)を示す図である。
【図７】 被写体のコントラストとイメージセンサー出力の関係を示す図である。
【図８】 ビルの手前に人が立っている場合の撮影シーン(ａ)と、そのような撮影シーンでのイメージセンサー出力(ｂ)を示す図である。
【図９】 低周波被写体(ａ)と、そのような低周波被写体のイメージセンサー出力(ｂ)を示す図である。
【符号の説明】
１ 対物レンズ
２ 焦点検出光学系
３ イメージセンサー群
３ａ〜３ｅ イメージセンサー
４ Ａ／Ｄ変換部
５ 演算部
６ 焦点検出演算部
７ イメージセンサー測光値演算部
８ 焦点検出領域自動選択部
９ イメージセンサー駆動制御部
１０ レンズ駆動制御部
１１ モーター
１２ 焦点検出領域手動選択部
１３ 測光センサー
１４ Ａ／Ｄ変換部
１５ 測光センサー測光値演算部
１６ 測光センサー有無検出部
１７ 露出制御部
２１〜２５ 焦点検出領域
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮影光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
焦点検出光学系により結像された被写体像を電荷蓄積型光電変換装置（以下、イメージセンサーと呼ぶ）で受光し、イメージセンサー出力を演算処理して撮影光学系の予定焦点面に対する被写体像面のデフォーカス量を検出し、このデフォーカス量に応じて撮影レンズを駆動することにより撮影光学系を合焦させるカメラの自動焦点調節装置が知られている。
【０００３】
この種の自動焦点調節装置では、デフォーカス量検出の可否や検出結果のデフォーカス量の信頼性は、被写体の光輝度分布であるコントラストの高さに大きく依存している。したがって、被写体のコントラストを最適にイメージセンサー出力に反映させる必要がある。例えば図７(ａ)に示すような光輝度分布の被写体に対しては、図７(ｃ)に示すようなイメージセンサー出力になるのが望ましい。図７において、Ｖsatは光電変換素子の飽和電圧レベルを示す。
【０００４】
ところが、蓄積時間が短いと、図７(ｂ)に示すようにイメージセンサー出力のコントラストが低くなってしまう。逆に蓄積時間が長いと、図７(ｄ)に示すようにイメージセンサー出力の本来あるべきコントラストがなくなってしまう。したがって、適当な大きさのイメージセンサー出力を得る必要があり、そのために適当な蓄積時間で電荷蓄積を行わなければならない。
【０００５】
適当な電荷蓄積時間を求めるために、前回の電荷蓄積動作における蓄積時間とイメージセンサー出力とに基づいて、次回の電荷蓄積動作におけるイメージセンサー出力のピーク値などが適当な値になるような蓄積時間を算出する方法がある。例えば図７(ｂ)に示すようなイメージセンサー出力が得られ、そのときの蓄積時間がＴｂ、イメージセンサーピーク出力がＶｂであったとする。この場合は、次回の電荷蓄積動作において図７(ｃ)に示すような適当なイメージセンサー出力を得るには、電荷蓄積時間を
【数１】
Ｔｃ＝（Ｖｃ／Ｖｂ）・Ｔｂ
とすればよい。ここで、Ｖｃは目標値でＶｃ＝Ａ・Ｖｓａｔ、Ａは１未満の正数であり、このＡの大きさでイメージセンサー出力の”適当な大きさ”が決定する。Ａが小さいと常にイメージセンサー出力のコントラストが低くなってしまい、逆にＡが大きいと被写体の明るさが少し明るく変化しただけですぐにイメージセンサー出力が飽和してしまう。ただし、以上のイメージセンサー出力の大きさには暗電流などのノイズ成分は含まれていないものとする。この方法を以後ＡＧＣ（Auto Gain Controll）と呼ぶ。
【０００６】
ところで、こうして制御して得たイメージセンサー出力を常にすべて焦点検出演算に使用するとは限らない。例えば図８(ａ)に示すようにビル群の手前に人が立っているような撮影シーンでは、焦点検出領域３１を通過した被写体からの光束をイメージセンサーで受光した場合に、イメージセンサー出力は図８(ｂ)に示すように高周波になる。以後、このような被写体を高周波被写体と呼ぶ。なお、図８(ｂ)において、Ｖsatはイメージセンサー出力の飽和レベル、ａ１およびａ３はイメージセンサーの周辺部範囲、ａ２はイメージセンサーの中央部範囲をそれぞれ示す。このような場合には、イメージセンサー中央部の比較的狭い範囲の画素出力だけでもデフォーカス量を十分に検出できる。イメージセンサーの全範囲の画素出力を用いて焦点検出演算を行うと、背景などの周辺の被写体のデフォーカス量が大きく異なる場合に、かえって誤差を生じる原因になる。
【０００７】
しかし、図９(ａ)に示すような遠くの山並みを撮影するシーンでは、焦点検出領域３１を通過した被写体からの光束をイメージセンサーで受光した場合に、イメージセンサー出力は図９(ｂ)に示すように低周波になる。以後、このような被写体を低周波被写体と呼ぶ。なお、図９(ｂ)において、Ｖsatはイメージセンサー出力の飽和レベル、ａ１およびａ３はイメージセンサーの周辺部範囲、ａ２はイメージセンサーの中央部範囲をそれぞれ示す。低周波被写体の場合には、狭い範囲の画素出力だけでは低周波の周期の一部のデータしか得られないので、焦点検出演算ができない。このような場合には、イメージセンサーの全範囲の画素出力を用いて焦点検出演算を行う必要がある。したがって、まずイメージセンサー中央部の画素出力で焦点検出演算を行い、演算結果が得られないか、または演算結果の信頼性が低い場合に全範囲の画素出力で焦点検出演算をやり直す方法がある。なお、このような場合にはイメージセンサー中央部の画素出力を用いてＡＧＣを行う。
【０００８】
一方、被写体像をフィルムなどに露光するために、被写体からの光束のフィルム面上での照度を測定するカメラの測光装置が知られている。一般的なカメラの測光装置では、非露光時のみ撮影光学系内にミラーを挿入してフィルム等価面に設置した拡散板へ被写体からの光束を導き、拡散板で拡散された光束の一部を光電変換装置により測定して照度を測定する。なお、測光用の光電変換装置にはＳＰＤ（Silicon Photo Diode）を使用する場合が多い。
【０００９】
ところが、カメラの測光装置は一般的にファインダー部に内蔵されることが多く、カメラにファインダーを装着しないで撮影を行う場合や、測光装置を装備していないファインダーをカメラに装着した場合には、この測光機能が使えない。
【００１０】
このような問題を解決するために焦点検出用のイメージセンサー出力を測光に利用する方法が提案されている（例えば特開平６−１７５１８６号公報参照）。測光センサーは被写界の広い範囲からの光束を受光するが、焦点検出用イメージセンサーはラインセンサーであるから、被写界のごく一部の範囲からの光束を受光する。したがって、焦点検出用イメージセンサーの画素出力を測光に利用する場合には、なるべくイメージセンサーの全範囲の画素出力に基づいて測光演算をすることが望ましい。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
測光センサーにはＳＰＤ（Silicon Photo Diode）のような非蓄積型の光電変換装置が用いられる場合が多い。この非蓄積型の光電変換装置は、検出可能な輝度範囲において被写界の実際の輝度とセンサー出力とが１対１に対応している。したがって、測光センサーの出力がオーバーフローレベルに達していれば、被写体輝度が検出限界以上に明るい輝度であると認識でき、露出を最小に制御すればよい。逆に、測光センサー出力が０の場合は、被写体輝度が検出限界よりも暗い輝度であると認識でき、露出を最大に制御すればよい。
【００１２】
一方、焦点検出用イメージセンサーにはＣＣＤセンサーのような電荷蓄積型の光電変換装置が用いられる場合が多い。この電荷蓄積型の光電変換装置は、被写界の実際の輝度とイメージセンサー出力とが１対１に対応していない。被写界が暗くても電荷蓄積時間を長くすればイメージセンサー出力がオーバーフローすることもあるし、逆に被写界が明るくても電荷蓄積時間を短くするとイメージセンサー出力はほぼ０になってしまう。
【００１３】
今、図５に示すような暗い部屋の明るい窓辺に人がいる撮影シーンを考える。焦点検出領域３１を通過した被写体からの光束をイメージセンサーで受光し、イメージセンサー中央部でＡＧＣ制御を行うと、背景が高輝度のために図６(ａ)の波形のようにイメージセンサー周辺部範囲ａ１の画素出力がオーバーフローしてしまう。しかし、主要被写体に対応するイメージセンサー中央部範囲ａ２の画素出力は最適なレベルとなり、焦点検出装置はこの主要被写体に焦点を合わせることができる。
【００１４】
ところが、イメージセンサー周辺部範囲ａ１に対応する明るい背景は、例えば最適な画素出力が得られたセンサー中央部範囲ａ２に対応する主要被写体の４倍の明るさだからオーバーフローしたのか、１０倍の明るさだからオーバーフローしたのかは不明であり、このイメージセンサー周辺部範囲ａ１のオーバーフローした画素出力に基づいて測光演算を行うと、正確な輝度値が算出できない。このような場合に、イメージセンサーの全範囲ａ１〜ａ３の画素出力を用いてＡＧＣ制御を行うと、図６(ｂ)に示すようにセンサー中央部範囲ａ２に対応する主要被写体の画素出力が小さくなって、焦点検出が行えなくなってしまう。
【００１５】
本発明の目的は、焦点検出用イメージセンサーの出力を測光に利用し、イメージセンサー出力の一部がオーバーフローした場合でも最適な露出値を算出することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、複数の電荷蓄積型光電変換素子を有し、被写体像の光強度分布に応じた画像信号を出力するイメージセンサーと、被写体からの光束を前記イメージセンサーへ導き、前記イメージセンサー上に被写体像を結像させる焦点検出光学系と、前記イメージセンサーの出力信号に基づいて撮影光学系の焦点調節状態を演算する焦点検出演算手段と、前記イメージセンサーの出力信号に基づいて測光値を演算する測光演算手段とを備えた焦点検出装置に適用される。そして、前記測光演算手段は、前記イメージセンサーに含まれる複数の光電変換素子を、前記焦点検出光学系の光軸近傍の中央部と前記光軸から離れた周辺部とに範囲を分け、前記複数の光電変換素子のうち出力信号が所定値を超える光電変換素子が前記中央部になく且つ前記周辺部にある場合には、前記中央部に含まれる光電変換素子の出力信号に基づいて前記測光値を演算し、前記出力信号が前記所定値を超える光電変換素子が前記中央部にあり、前記電荷蓄積型光電変換素子の電荷蓄積時間が最短である場合には、前記中央部と前記周辺部の両範囲に含まれる光電変換素子の出力信号に基づいて測光値を演算することを特徴とするものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は一実施の形態の構成を示し、図２は一実施の形態の焦点検出領域の配置を示す。一実施の形態の焦点検出装置は、図２(ａ)に示すように、撮影画面内の中央部と左右上下の周辺部に５個の焦点検出領域２１〜２５が設定されており、各焦点検出領域２１〜２５において撮影レンズの焦点検出を行うことができる。この一実施の形態では、これらの各焦点検出領域２１〜２５に対応して図２(ｂ)に示すような一対のライン・イメージセンサーが設けられる。ライン・イメージセンサーは複数の画素（光電変換素子）が１列に配列されたイメージセンサーであり、この明細書では単にイメージセンサーと呼ぶ。図２(ｂ)に示す一対のイメージセンサーにおいて、ａ２とｂ２をセンサーの中央部範囲と呼び、ａ１，ａ３，ｂ１，ｂ３をセンサーの周辺部範囲と呼ぶ。
【００１８】
なお、この一実施の形態では複数の画素（光電変換素子）が１列に配列されたライン・イメージセンサーを例に上げて説明するが、複数の画素が二次元状に配列されたエリア・イメージセンサーに対しても本願発明を適用することができる。
【００１９】
図１において、上述した各焦点検出領域２１〜２５内の被写体からの光束は、対物レンズ１および焦点検出光学系２を通って各焦点検出領域２１〜２５に対応したイメージセンサー３ａ〜３ｅ上に結像される。各イメージセンサー３ａ〜３ｅはそれぞれ、図２(ｂ)に示すような一対のライン・イメージセンサーから構成されている。イメージセンサー群３の出力はＡ／Ｄ変換部４でＡ／Ｄ変換された後、演算部５へ送られる。
【００２０】
演算部５には焦点検出演算部６、イメージセンサー測光値演算部７および焦点検出領域自動選択部８が設けられる。焦点検出演算部６では、Ａ／Ｄ変換部４でＡ／Ｄされた各イメージセンサー３ａ〜３ｅの出力に基づいて焦点検出演算を行い、各焦点検出領域２１〜２５のデフォーカス量を算出する。イメージセンサー測光値演算部７は、各イメージセンサー３ａ〜３ｅの制御データと出力とに基づいて測光値を算出する。
【００２１】
焦点検出領域手動選択部１２は、５個の焦点検出領域２１〜２５の中から撮影者が任意の領域を選択するための操作部材である。演算部５の焦点検出領域自動選択部８は、焦点検出領域手動選択部１２により選択された焦点検出領域と焦点検出演算部６による演算結果とに基づいて、レンズ駆動の対象とすべき焦点検出領域を自動的に選択する。イメージセンサー駆動制御部９は演算部５の出力に基づいてイメージセンサー群３を駆動制御する。また、レンズ駆動制御部１０は演算部５で算出したデフォーカス量に基づいてモーター１１を駆動し、対物レンズ１を合焦駆動する。
【００２２】
測光センサー１３は不図示のカメラのファインダー部に設置され、被写体からの光束を受光し、光電変換して出力する。測光センサー１３の出力はＡ／Ｄ変換部１４でＡ／Ｄ変換された後、測光センサー測光値演算部１５へ送られる。測光センサー測光値演算部１５は、測光センサー１３の出力に基づいて測光値を算出する。また、測光センサー有無検出部１６は測光センサー１３の有無を検出し、検出結果を露出制御部１７へ送る。露出制御部１７は、イメージセンサー測光値演算部７、測光センサー測光値演算部１５および測光センサー有無検出部１６の出力に基づいて露出値を演算し、対物レンズ１の絞り（不図示）やシャッタースピードを制御する。
【００２３】
なお、演算部５の焦点検出演算部６、イメージセンサー測光値演算部７および焦点検出領域自動選択部８と、測光センサー測光値演算部１５、露出制御部１７は、単一もしくは複数のマイクロコンピューターとメモリなどの周辺部品から構成され、マイクロコンピューターのソフトウエア形態により実現される。
【００２４】
図３は焦点検出処理プログラムを示すフローチャート、図４は測光値演算サブルーチンを示すフローチャートである。これらのフローチャートにより、一実施の形態の動作を説明する。カメラのレリーズボタン（不図示）の半押し操作が行われると、一実施の形態の焦点検出装置は図２に示す焦点検出処理プログラムの実行を開始する。
【００２５】
図３のステップ１１において、演算部５はイメージセンサー駆動制御部９に対して各イメージセンサー３ａ〜３ｅの電荷蓄積時間Ｔの初期値Ｔ０などの初期データを与える。なお、電荷蓄積時間Ｔの初期値Ｔ０は適当な所定値でもよいし、被写体が明るい場合にイメージセンサー出力が飽和しないように最短蓄積時間としてもよい。ステップ１２で、イメージセンサー駆動制御部９は、与えられた蓄積時間Ｔ（初回はＴ０）にしたがってイメージセンサー群３の電荷蓄積動作を行う。
【００２６】
ステップ１３では、演算部５が焦点検出領域手動選択部１２で選択された領域のイメージセンサー出力の読み出しを要求する。撮影者が例えば図２(ａ)の焦点検出領域２１を手動選択した場合は、イメージセンサーの選択番号[ｉ]（＝３ａ〜３ｅ）は３ａとなる。イメージセンサー駆動制御部９は、演算部５の要求にしたがってイメージセンサー[ｉ]の画素データを読み出す。
【００２７】
続くステップ１４で、演算部５は、読み出されたイメージセンサー[ｉ]の出力がイメージセンサー中央部範囲ａ２、ｂ２と周辺部範囲ａ１、ａ３、ｂ１、ｂ３でオーバーフローしているか否かを確認する。なお、この明細書では、例えば図６(ａ)に示すように、イメージセンサーの光電変換素子出力が飽和レベルＶsatを超えた状態をオーバーフローと呼ぶ。例えばセンサー中央部範囲ａ２とｂ２のどちらか一方にオーバーフローしている画素があれば、センサー中央部範囲はオーバーフローしていると判断する。また、センサー周辺部範囲ａ１，ａ３，ｂ１，ｂ３のいずれかの領域にオーバーフローしている画素があれば、センサー周辺部範囲はオーバーフローしていると判断する。ステップ１５で、演算部５は、読み出したイメージセンサー出力の全範囲ａ１，ａ２，ａ３，ｂ１，ｂ２，ｂ３におけるピーク値と中央部範囲ａ２，ｂ２におけるピーク値とを検出する。この明細書では、イメージセンサー全範囲におけるピーク値を全範囲ピーク値、イメージセンサー中央部範囲におけるピーク値を中央部ピーク値と呼ぶ。
【００２８】
ステップ１６において、演算部５は、読み出したイメージセンサー[ｉ]の出力に対する焦点検出要求があるか否かを確認する。撮影者により手動選択された焦点検出領域に対応するイメージセンサー[ｉ]に対しては焦点検出演算を行う。ステップ１７で焦点検出演算部６が焦点検出演算を行い、続くステップ１８で焦点検出が可能であったか否か、さらに焦点検出結果に信頼性があるか否かを判定する。信頼性のある焦点検出結果が得られた場合は、焦点検出領域自動選択部８が焦点検出領域手動選択部１２による選択領域を自動選択領域に設定してステップ１９へ進む。ステップ１９では、レンズ駆動制御部１０が焦点検出結果に基づいてモーター１１を駆動し、対物レンズ１を合焦駆動する。一方、ステップ１８で信頼性のある焦点検出結果が得られなかった場合は、レンズ駆動を行わずにステップ２０へ進む。
【００２９】
ステップ２０では、測光センサー有無検出部１６により測光センサー１３の有無を検出する。測光センサー１３がある場合は、測光センサー１３の出力はＡ／Ｄ変換部１４でＡ／Ｄ変換され、測光センサー測光値演算部１５へ送られる。測光センサー測光値演算部１５は、演算結果の測光センサー測光値を露出制御部１７へ出力する。露出制御部１７は、測光センサー測光値に基づいて対物レンズ１の絞り（不図示）を決定するとともに、フィルムやエリア・イメージセンサーなどの画像記録部材を遮光しているシャッターのシャッター速度を決定する。一方、ステップ２０で測光センサーが無いと判定された場合はステップ２１へ進み、イメージセンサー測光値演算部７が図４に示すサブルーチンを実行し、イメージセンサー出力に基づいて測光値を演算する。この測光値演算処理については後述する。
【００３０】
ステップ２２で、すべてのイメージセンサー３ａ〜３ｅに対して上述した焦点検出処理が終了したか否かを確認し、焦点検出処理が残っているイメージセンサーがあればステップ１３へ戻り、上述した焦点検出処理を繰り返す。焦点検出処理を開始して手動選択領域の焦点検出を終了した段階では、他の焦点検出領域に対する焦点検出処理はまだ終了していないのでステップ１３へ戻る。ステップ１３〜１５において他の焦点検出領域に対応するイメージセンサー出力を読み出し、オーバーフロー、全範囲ピーク値および中央部ピーク値を検出する。
【００３１】
ステップ１６において、演算部５は読み出したイメージセンサー[ｉ]の出力に対する焦点検出要求があるか否かを確認する。ここで、手動選択した焦点検出領域で焦点検出結果が得られなければ、他の焦点検出領域で焦点検出演算を行う必要があるので焦点検出要求を行う。また、焦点検出処理を開始してから１回目の電荷蓄積制御を行った後は、手動選択した焦点検出領域で焦点検出結果が得られたら、他の焦点検出領域で焦点検出演算を行う必要はないので、他の焦点検出領域に対応したイメージセンサーに対して焦点検出要求を行わない。さらに、焦点検出処理を開始してから２回目の電荷蓄積制御を行った後は、手動選択領域が前回の焦点検出動作時と同一の被写体を捕捉しているかどうかを確認する。前回までの焦点検出動作の結果、すなわち主要被写体はカメラに対して静止しているか、またはどれくらいの速度で動いているか、レンズ駆動はどれくらいの速度で行っているかなどに基づいて予測されるデフォーカス量に近ければ、前回の焦点検出処理時と同一の被写体を捕捉していると判断できる。しかし、予測デフォーカス量と今回の演算結果のデフォーカス量とが大きく異なる場合は、捕捉したい主要被写体を焦点検出領域から外してしまったと考えられる。その場合は、他の焦点検出領域に対応したイメージセンサーに対して焦点検出要求を行う。
【００３２】
このようにして主要被写体を捕捉していると考えられる焦点検出領域が見つかったら、焦点検出領域自動選択部８がその領域を自動選択領域に設定する。焦点検出要求がある場合は前回の焦点検出処理時と同様にステップ１７へ進み、焦点検出要求がない場合はステップ２０へ進む。ステップ２０から２１において、上述したように測光センサーの有無を確認し、測光センサーがない場合はイメージセンサー出力に基づいて測光値を演算する。
【００３３】
ステップ２２ですべてのイメージセンサー３ａ〜３ｅに対する処理が終了したかどうかを確認し、すべてのイメージセンサー３ａ〜３ｅに対する処理が終了したらステップ２３へ進む。ステップ２３では、演算部５が各イメージセンサー３ａ〜３ｅごとに前回の電荷蓄積動作時の中央部ピーク値と電荷蓄積時間とに基づいて次回の電荷蓄積時間を算出する。その後、ステップ１２へ戻って次の電荷蓄積動作と焦点検出処理を行う。
【００３４】
次に、図４によりイメージセンサー測光値演算部７における測光値演算処理を説明する。ステップ２１において、焦点検出用補助光が点灯中か、あるいは電荷蓄積中に蓄積を中断するような割り込みがあったかどうかを判定し、補助光点灯中または割り込みがあった場合はステップ２２へ進む。被写体が暗くてイメージセンサー出力が十分に得られない場合、または十分な出力を得るためには長い電荷蓄積時間が必要となり焦点検出動作の応答性が悪くなるような場合には、焦点検出用補助光（不図示）を点灯して被写体を照明する。しかし、補助光点灯により照明された被写体では正確な輝度が得られないので、焦点検出用補助光が点灯中の場合はイメージセンサー出力に基づく測光値の演算を行わない。また画像記録部材への露光動作により電荷蓄積が中断された場合は、同様にイメージセンサー出力に基づく測光値の演算を行わない。ステップ２２の処理１とは測光値演算をしない、つまり何もしないでサブルーチンを終了することである。
【００３５】
一方、補助光が点灯されておらず、電荷蓄積を中断する割り込みもなかった場合はステップ２３へ進み、イメージセンサー[ｉ]の全範囲ａ１，ａ２，ａ３，ｂ１，ｂ２，ｂ３においてオーバーフロー画素が発見されたか否かを確認する。オーバーフロー画素がなかった場合はステップ２４へ進み、全範囲ピーク値をノイズレベルと比較する。全範囲ピーク値がノイズレベルよりも大きい場合はステップ２６へ進み、処理２を行う。つまり、イメージセンサー[ｉ]の全範囲でオーバーフロー画素がない場合は、全範囲の画素出力に基づいて測光値を演算する。一方、イメージセンサー[ｉ]の全範囲ピーク値がノイズレベルよりも小さい場合はステップ２５へ進み、電荷蓄積時間が最長になっているか否かを確認する。最長になっている場合には、これ以上電荷蓄積時間を長くしてもイメージセンサー出力を大きくすることはできないので、ステップ２６へ進んで測光値を演算する。逆に電荷蓄積時間が最長になっていない場合は、電荷蓄積時間をさらに長くすれば適切なイメージセンサー出力が得られる可能性があり、ステップ２７へ進んで処理１を行う。つまり、測光値を演算しない。
【００３６】
ステップ２３でオーバーフロー画素があった場合はステップ２８へ進み、イメージセンサー[ｉ]の中央部範囲ａ２，ｂ２にオーバーフロー画素があったか否かを確認する。センサー中央部範囲ａ２、ｂ２にオーバーフロー画素がなかった場合はステップ２９へ進み、中央部ピーク値をノイズレベルと比較する。中央部ピーク値がノイズレベルよりも大きい場合はステップ３１へ進み、処理３を行う。つまり、イメージセンサー[ｉ]の周辺部だけにオーバーフロー画素があった場合は、イメージセンサー[ｉ]の中央部範囲ａ２、ｂ２の画素出力に基づいて測光値を演算する。一方、中央部ピーク値がノイズレベルよりも小さい場合はステップ３０へ進み、電荷蓄積時間が最長になっているか否かを確認する。電荷蓄積時間が最長になっている場合は、これ以上電荷蓄積時間を長くしてもイメージセンサー出力を大きくすることはできないので、ステップ３１へ進んで測光値を演算する。蓄積時間が最長になっていない場合は、電荷蓄積時間をさらに長くすれば適切なイメージセンサー出力が得られる可能性があるので、ステップ２７へ進んで処理１を行う。つまり、測光値を演算しない。
【００３７】
ステップ２８でイメージセンサー[ｉ]の中央部範囲ａ２，ｂ２でオーバーフロー画素が発見された場合はステップ３２へ進み、電荷蓄積時間が最短になっているか否かを確認する。電荷蓄積時間が最短になっている場合は、これ以上電荷蓄積時間を短くしてもイメージセンサー出力を小さくすることはできないので、ステップ３３へ進んで測光値を演算する。つまり、イメージセンサー中央部範囲にオーバーフロー画素があった場合は、イメージセンサー[ｉ]の全範囲の画素出力に基づいて測光値を演算する。電荷蓄積時間が最短になっていない場合は、電荷蓄積時間をさらに短くすれば適切なイメージセンサー出力が得られる可能性があり、ステップ３４へ進んで処理１を行う。つまり、測光値を演算しない。以上のようにしてイメージセンサー出力に基づいて測光値を演算した後、図２に示す焦点検出処理プログラムへリターンする。
【００３８】
最後に、イメージセンサー出力に基づいて測光値を演算する方法を説明する。イメージセンサー[ｉ]の全範囲の画素出力に基づいて測光値を演算する場合は、全範囲の画素出力平均値を求めてＶavg[ｉ]へ代入する。また、イメージセンサー[ｉ]の中央部範囲ａ２、ｂ２の画素出力に基づいて測光値を演算する場合は、センサー中央部範囲ａ２、ｂ２の画素出力平均値を求めてＶavg[ｉ]へ代入する。さらに、このときの電荷蓄積時間をＴｘ[ｉ]、装置のオフセットをＯｆｓとすると、イメージセンサー測光値ＡＦＢＶ[ｉ]は次式により求められる。
【数２】
ＡＦＢＶ[ｉ]＝log２（Ｖavg[ｉ]／Ｔｘ[ｉ]）＋Ｏfs
【００３９】
このように、イメージセンサー３ａ〜３ｅの複数の光電変換素子の中から、イメージセンサー出力の画像信号に応じて測光値演算に用いる範囲を決定し、その範囲に含まれる光電変換素子の出力に基づいて測光値を演算するようにしたので、画像信号がオーバーフローした光電変換素子の範囲を除外することができ、焦点検出用イメージセンサーの出力を測光に利用して最適な露出値を算出することができる。
【００４０】
特許請求の範囲の構成要素と一実施の形態の構成要素との対応関係は次の通りである。すなわち、イメージセンサー３ａ〜３ｅがイメージセンサーを、焦点検出光学系２が焦点検出光学系を、焦点検出演算部６が焦点検出演算手段を、イメージセンサー測光値演算部７が測光演算手段をそれぞれ構成する。
【００４１】
なお、上述した一実施の形態では、光電変換素子出力が飽和レベルＶsatを超えた場合、つまり光電変換素子出力がオーバーフローした場合に、その光電変換素子を含む範囲を除外して測光値を演算する例を示したが、光電変換素子の飽和レベルＶsatよりも低い所定のレベルを設け、光電変換素子出力がその所定レベルを超えた場合に、その光電変換素子を含む範囲を除外して測光値を演算するようにしてもよい。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、例えば画像信号がオーバーフローした光電変換素子の範囲を除外することができ、焦点検出用イメージセンサーの出力を測光に利用して最適な露出値を算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 一実施の形態の焦点検出領域の配置と一対のライン・イメージセンサーの領域分割を示す図である。
【図２】 一実施の形態の構成を示す図である。
【図３】 一実施の形態の焦点検出処理プログラムを示すフローチャートである。
【図４】 一実施の形態の測光値演算サブルーチンを示すフローチャートである。
【図５】 暗い部屋の明るい窓辺に人がいるシーンを示す図である。
【図６】 図５に示す被写界に対してイメージセンサー中央部の画素出力を用いてＡＧＣを行った場合のイメージセンサー出力(ａ)と、イメージセンサー全範囲の画素出力を用いてＡＧＣを行った場合のイメージセンサー出力(ｂ)を示す図である。
【図７】 被写体のコントラストとイメージセンサー出力の関係を示す図である。
【図８】 ビルの手前に人が立っている場合の撮影シーン(ａ)と、そのような撮影シーンでのイメージセンサー出力(ｂ)を示す図である。
【図９】 低周波被写体(ａ)と、そのような低周波被写体のイメージセンサー出力(ｂ)を示す図である。
【符号の説明】
１ 対物レンズ
２ 焦点検出光学系
３ イメージセンサー群
３ａ〜３ｅ イメージセンサー
４ Ａ／Ｄ変換部
５ 演算部
６ 焦点検出演算部
７ イメージセンサー測光値演算部
８ 焦点検出領域自動選択部
９ イメージセンサー駆動制御部
１０ レンズ駆動制御部
１１ モーター
１２ 焦点検出領域手動選択部
１３ 測光センサー
１４ Ａ／Ｄ変換部
１５ 測光センサー測光値演算部
１６ 測光センサー有無検出部
１７ 露出制御部
２１〜２５ 焦点検出領域
Claims (3)
- 複数の電荷蓄積型光電変換素子を有し、被写体像の光強度分布に応じた画像信号を出力するイメージセンサーと、
被写体からの光束を前記イメージセンサーへ導き、前記イメージセンサー上に被写体像を結像させる焦点検出光学系と、
前記イメージセンサーの出力信号に基づいて撮影光学系の焦点調節状態を演算する焦点検出演算手段と、
前記イメージセンサーの出力信号に基づいて測光値を演算する測光演算手段とを備えた焦点検出装置において、
前記測光演算手段は、前記イメージセンサーに含まれる複数の光電変換素子を、前記焦点検出光学系の光軸近傍の中央部と前記光軸から離れた周辺部とに範囲を分け、前記複数の光電変換素子のうち出力信号が所定値を超える光電変換素子が前記中央部になく且つ前記周辺部にある場合には、前記中央部に含まれる光電変換素子の出力信号に基づいて前記測光値を演算し、前記出力信号が前記所定値を超える光電変換素子が前記中央部にあり、前記電荷蓄積型光電変換素子の電荷蓄積時間が最短である場合には、前記中央部と前記周辺部の両範囲に含まれる光電変換素子の出力信号に基づいて測光値を演算することを特徴とする焦点検出装置。 - 請求項１に記載の焦点検出装置において、
前記測光演算手段は、前記出力信号が前記所定値を超える光電変換素子が前記中央部と前記周辺部のいずれの範囲にもない場合には、前記中央部と前記周辺部の両範囲に含まれる光電変換素子の出力信号に基づいて測光値を演算することを特徴とする焦点検出装置。 - 請求項１または２に記載の焦点検出装置において、
前記所定値を、前記イメージセンサーの光電変換素子の飽和レベルとすることを特徴とする焦点検出装置。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2001333833A JP4657543B2 (ja) | 2001-10-31 | 2001-10-31 | 焦点検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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