JP4736230B2

JP4736230B2 - Focus detection device, camera and image sensor system

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Publication number: JP4736230B2
Application number: JP2001129672A
Authority: JP
Inventors: 英彦青柳
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2000-04-26
Filing date: 2001-04-26
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2021-04-26
Also published as: JP2002014280A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光電変換素子を使用するカメラやビデオなどの焦点検出装置に関する。また本発明は、カメラやビデオなどに使用されるイメージセンサシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、焦点検出光学系によって結像された被写体像を電荷蓄積型のイメージセンサで受光し、イメージセンサ出力を演算処理して撮影光学系の予定焦点面に対する被写体像面のデフォーカス量を検出し、このデフォーカス量に応じてフォーカシングレンズを駆動することにより撮影光学系を合焦させる自動焦点調節装置を搭載したカメラが知られている。この自動焦点調節装置では、デフォーカス量検出の可否や得られたデフォーカス量の信頼性などは、被写体の光輝度分布であるコントラストの高さに大きく依存している。したがって、被写体のコントラストを最適にイメージセンサ出力に反映させる必要がある。
【０００３】
そこで従来から、ＡＧＣ（Auto Gain Control）と呼ばれる方式が知られている。このＡＧＣ方式では、前回の蓄積動作における蓄積時間とイメージセンサの画像出力に基づいて次回の蓄積動作における出力のピーク値などが適当な値になるような蓄積時間を算出する。
【０００４】
また従来から、焦点検出動作の応答性を遅くしないために、イメージセンサ出力のゲイン（増幅率）を可変としたものも知られている。これは、蓄積時間が所定時間以上になった場合に増幅率を高くして蓄積時間の短縮を図るものである。一般に増幅率が上がるとノイズも増幅されてＳ／Ｎが悪くなるが、これを避けるために蓄積時間が所定時間以下になった場合は増幅率を低くする。つまり応答性とＳ／Ｎはトレードオフの関係にあり、被写体の明るさに応じて適切な増幅率を選択する必要がある。
【０００５】
図９を用いて増幅率の切替の説明をする。図９は底が２の両対数グラフである。以下、これを増幅率切替直線と呼ぶ。アンプはＬｏとＨｉの２つの増幅率を持ち、グラフは被写体の明るさとその時の最適な蓄積時間の関係を示している。太線は増幅率ＬｏおよびＨｉを使用する範囲を表している。増幅率Ｌｏで最適なイメージセンサ出力を得るためには蓄積時間が所定時間Ｔｌ以上必要な場合は、増幅率をＨｉに切り替えて、蓄積時間を短縮する。逆に増幅率Ｈｉで蓄積時間がＴｈ以下でないと最適なイメージセンサ出力が得られない場合は、増幅率をＬｏに切り替えて、蓄積時間を長くする。これらの切替にはヒステリシスを設けてある。
【０００６】
ある時点で「増幅率Ｌｏかつ蓄積時間Ｔａ」（点Ａ）で最適なイメージセンサ出力が得られたとする。つぎに被写体の明るさがｎからｎ−１に１つ小さくなった、すなわち光量が半分になったとすると、最適な蓄積時間を得るためには蓄積時間の対数値をＴａからＴａ＋１に１つ大きくする、すなわち蓄積時間を２倍にする。つまり「増幅率Ｌｏかつ蓄積時間Ｔｂ（＝Ｔａ＋１）」（点Ｂ）になる。さらに被写体の明るさが半分になったとすると、最適な蓄積時間を得るためには蓄積時間をさらに２倍にする。つまり「増幅率Ｌｏかつ蓄積時間Ｔｃ（＝Ｔａ＋２）」（点Ｃ）。しかしＴｃ＞Ｔｌなので増幅率をＬｏからＨｉに切り替える。Ｌｏに対するＨｉの増幅率が２倍とすると蓄積時間は半分に短縮するので結局「増幅率Ｈｉかつ蓄積時間Ｔｄ（＝Ｔｃ−１＝Ｔｂ）」（点Ｄ）になる。
【０００７】
つぎに今度は被写体の明るさが２倍になったとする。増幅率は前回の増幅率を維持しようとするからＨｉのままであり、最適な蓄積時間を得るためには蓄積時間を半分にする。つまり、「増幅率Ｈｉかつ蓄積時間Ｔｅ（＝Ｔｄ−１＝Ｔａ）」（点Ｅ）になる。さらに被写体の明るさが２倍になったとすると、最適な蓄積時間を得るためには蓄積時間をさらに半分にする。つまり「増幅率Ｈｉかつ蓄積時間Ｔｆ（＝Ｔｄ−２＝Ｔａ−１）」（点Ｆ）。しかし、Ｔｆ＜Ｔｈなので増幅率をＨｉからＬｏに切り替える。増幅率が半分になるので蓄積時間は２倍に延長される。結局「増幅率Ｌｏかつ蓄積時間Ｔａ（Ｔｄ＋１）」（点Ａ）になる。
【０００８】
以上のようにして、前回の蓄積動作における蓄積時間と増幅率とピーク値と増幅率切替直線に基づいて次回の蓄積動作における蓄積時間と増幅率が求められる。すなわち、焦点検出の際に設定される今回の増幅率は過去の増幅率の履歴で設定される。
【０００９】
ところで、近年撮影画面中に複数の自動焦点検出エリアを持つマルチエリアＡＦが知られている。マルチエリアＡＦは、各エリアからの被写体光束を受光する複数のラインセンサ（複数の画素が一列に並んだ光電変換素子であり、イメージセンサとも呼ぶ）を持ち、各センサの出力に基づいて対応するエリアのデフォーカス量を求める。たとえば、撮影者が手動選択した選択エリアに対して、対応するセンサの出力に基づいてデフォーカス量演算を行い、その結果に基づいてレンズ駆動をする。もしデフォーカス量の演算が検出できない場合は他のエリアに対して同様にデフォーカス量の演算を行う。
【００１０】
このようなマルチエリアＡＦではイメージセンサの蓄積時間やデフォーカス量の演算の量が増えるためにＡＦ動作の所要時間が増えてしまう。そこで、たとえば特開平９−３１１２６９号公報には、ＡＧＣにおいて所要時間を短縮する方法が開示されている。これは、各エリアの電荷蓄積を独立に並行して行って全エリアの電荷蓄積を短時間に行うものである。またマルチエリアＡＦでは、複数のエリアの中から１つのエリアを選択するが、この選択エリアに対応するイメージセンサを優先的に扱う。たとえば、非選択エリアに対応するイメージセンサの蓄積時間を選択エリアに対応するイメージセンサの蓄積時間によって制限する。非選択エリアに対応するイメージセンサの蓄積時間が選択エリアに対応するイメージセンサの蓄積時間よりも長い場合は、非選択エリアのアンプの増幅率を上げて、全体の蓄積時間を短くする。
【００１１】
さらに、たとえば、特開平７−１４６４３４号公報あるいは特開平６−２６５７７４号公報には、スキャン中や追尾中など、主要被写体が静止している時よりもＡＦ動作の応答速度が求められる場合、選択エリアも非選択エリアもアンプの増幅率を上げて蓄積時間を短くする方式が開示されている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上述したＡＧＣを行うマルチエリアＡＦにおいて、全体の電荷蓄積時間を短縮する目的で非選択エリアの蓄積時間を選択エリアの蓄積時間で制限するイメージセンサシステムでは次のような問題がある。
【００１３】
以下では３つのエリア１〜３が設定され、増幅率がＬｏとＨｉの２段階切換として図４を参照して説明する。今、マルチエリアＡＦの複数のエリアのうちのエリア１が選択エリア、エリア２とエリア３が非選択エリアであったとする。そして非選択エリアであるエリア２は「増幅率Ｌｏかつ蓄積時間Ｔｂ」（図９の点Ｂ）で最適出力が得られるはずとする。しかし選択エリアであるエリア１の蓄積時間がＴｘだったならば、エリア２の蓄積時間はＴｘで制限を受けるので、増幅率をＨｉに切り替えて蓄積時間をＴｘよりも短いＴａ（図９の点Ｅ）にしなければならない。その結果、エリア２のイメージセンサ出力のＳ／Ｎは劣化してしまう。その後、撮影者が選択エリアをエリア１からエリア２に切り替えた場合、エリア２の次回の焦点検出動作時の蓄積時間はエリア１の蓄積時間Ｔｘで制限を受けないが、増幅率は、前回の焦点検出動作においてＨｉを選択したという履歴と図９のヒステリシスに基づいて決められる。つまり「増幅率Ｈｉかつ蓄積時間Ｔａ」（図９の点Ｅ）を維持する。このため、エリア２の蓄積時間はエリア１の蓄積時間Ｔｘで制限を受けなければ点Ｂに対応する蓄積時間Ｔｂであったのに、前回のエリア１の選択によって一時的に蓄積時間Ｔｘで制限されてＴａとなるため、不必要にＳ／Ｎの悪い出力を得ることになってしまう。
【００１４】
また、従来の焦点検出装置では、スキャン中や追尾中など応答速度が求められる場合には増幅率を高くするが、主要被写体が静止していると判断された時など通常の場合へ切り替えた時も、本来なら可能である低い増幅率を使用できず、不必要に高い増幅率を選択することになってＳ／Ｎの悪い出力を使用せざるを得ない。
【００１５】
本発明の目的は、光電変換素子の増幅率を変更する際に過去の履歴に引きずられて不必要にＳ／Ｎ比が悪化することを抑制した焦点検出装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、イメージセンサシステムの増幅率を変更する際に過去の履歴に引きずられて不必要にＳ／Ｎ比が悪化することを抑制できるイメージセンサシステムを提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
（１）請求項１の焦点検出装置は、光学系による撮影画面内に設定された複数の焦点検出領域に対応した被写体像を受光して画像信号を蓄積して出力する光電変換素子と、前記複数の焦点検出領域のいずれかを選択する領域選択手段と、前記光電変換素子の出力に対する増幅率の履歴に基づいて、前記光電変換素子の出力に対する今回の増幅率を設定する増幅率設定手段と、前記領域選択手段によって選択された焦点検出領域に対応する光電変換素子からの画像信号を、前記増幅率設定手段で設定された増幅率で増幅する増幅手段と、前記増幅手段により増幅された画像信号に基づいて前記光電変換素子における蓄積時間を算出する蓄積時間設定手段と、前記増幅された画像信号に基づいて前記光学系の焦点調節に関する情報を演算する演算手段とを備え、前記増幅率設定手段は、前記領域選択手段により前記焦点検出領域が切換えられたとき、前記増幅率の履歴をリセットして前回の増幅率より低い増幅率に設定することを特徴とする。
（２）請求項２の発明は、請求項１に記載の焦点検出装置において、増幅率設定手段は、領域選択手段によって選択された焦点検出領域に対応する光電変換素子の蓄積時間を制限時間として、領域選択手段によって選択されなかった焦点検出領域に対応する光電変換素子の出力に対する増幅率を設定することを特徴とする。
（３）請求項３の焦点検出装置は、光学系による撮影画面内に設定された複数の焦点検出領域に対応した被写体像を受光して画像信号を蓄積して出力する光電変換素子と、前記複数の焦点検出領域のいずれかを選択する領域選択手段と、前記光電変換素子の出力に対する増幅率の履歴に基づいて、前記光電変換素子の出力に対する今回の増幅率を設定する増幅率設定手段と、前記領域選択手段によって選択された焦点検出領域に対応する光電変換素子からの画像信号を、前記増幅率設定手段で設定された増幅率で増幅する増幅手段と、前記増幅手段により増幅された画像信号に基づいて前記光電変換素子における蓄積時間を算出する蓄積時間設定手段と、前記増幅された画像信号に基づいて前記光学系の焦点調節に関する情報を演算する演算手段と、前記焦点調節の情報に基づいて前記光学系を駆動する通常駆動モードと、前記焦点調節の情報に基づいて被写体の移動速度を演算し、未来の被写体位置を予測して前記光学系を駆動する追尾モードと、焦点調節中に、前記焦点調節の情報に基づいて焦点検出が完了したか否かを判定し、完了していないと判定されたときに前記光学系をスキャン駆動するスキャンモードとの少なくとも３つのモードの間でモードを切換えるモード切換手段とを備え、前記増幅率設定手段は、前記モード切換手段により前記モードが切換えられたとき、前記増幅率の履歴をリセットして前回の増幅率より低い増幅率に設定することを特徴とする。
（４）請求項４の発明は、請求項３に記載の焦点検出装置において、増幅率設定手段は、追尾モードと通常駆動モードとの間、およびスキャンモードと通常駆動モードとの間の少なくとも一方でモードが切り替わるとき、履歴をリセットして前回の増幅率より低い増幅率に設定することを特徴とする。
（５）請求項５の発明は、請求項３に記載の焦点検出装置において、増幅率設定手段は、追尾モードとスキャンモードとの間でモードが切り替わるとき、履歴をリセットして前回の増幅率より低い増幅率に設定することを特徴とする．
（６）請求項６のカメラは、請求項１〜５のいずれかに記載の焦点検出装置を備えたことを特徴とする。
（７）請求項７のイメージセンサシステムは、被写体からの光束を受光して画像信号を蓄積して出力するイメージセンサと、前記イメージセンサの出力に対する増幅率の履歴に基づいて今回の増幅率を設定する増幅率設定手段と、前記イメージセンサからの画像信号を、前記増幅率設定手段で設定された増幅率で増幅する増幅手段と、前記増幅手段により増幅された画像信号に基づいて前記光電変換素子における蓄積時間を算出する蓄積時間設定手段と、前記イメージセンサの駆動モードを切換える駆動モード切換手段とを備え、前記増幅率設定手段は、前記駆動モード切換手段により前記イメージセンサの駆動モードが切換えられたとき、前記増幅率の履歴をリセットして前回の増幅率より低い増幅率に設定することを特徴とする。
【００１７】
【作用】
本発明では、光電変換素子やイメージセンサからの画像信号の増幅率を過去の増幅率の履歴に基づいて設定する。しかしこの場合、今回の焦点検出に際して、過去の履歴によって設定される増幅率では、本来適正である増幅率よりも蓄積時間が短くなってＳ／Ｎ比が悪化するような条件下では、過去の履歴をリセットして今回の増幅率を設定する。焦点検出領域が切換わるときや、応答性の高い駆動モードである追尾モードやスキャンモードから応答性が要求されない非駆動モードへ切換わるときなどに、履歴をリセットして今回の増幅率を設定する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明による焦点検出装置の一実施の形態の構成を示すブロック図である。被写体からの光束は対物レンズ１および焦点検出光学系２を通ってイメージセンサ群３の自動焦点検出エリアに対応したイメージセンサ上に結像される。複数のイメージセンサの出力のなかから、読み出したいイメージセンサの画像出力が出力切替部４で切り替えられ、第１アンプ５と第２アンプ６を通って増幅され、Ａ／Ｄ変換部７でＡ／Ｄ変換された後、演算部８に入力される。演算部８では、このＡ／Ｄ変換部７のデータに基づいて焦点検出演算を行い、対物レンズ１のデフォーカス量を算出する。駆動制御部１０はデフォーカス量に基づいてモーター１１を駆動し、対物レンズ１を合焦駆動する。また演算部８は焦点検出演算に用いたデータに基づいてＡＧＣ動作を行う。つまり、次回のイメージセンサの蓄積時間と、第１アンプ５と第２アンプ６の増幅率に関するデータを算出してセンサ制御部９へ出力する。そしてセンサ制御部９はこのデータに基づいてイメージセンサ群３を駆動制御し、出力切替部４を制御し、第１アンプ５と第２アンプ５の増幅率を切り替える。ここではイメージセンサ群３と出力切替部４と第１アンプ５と第２アンプ６とセンサ制御部９は１つのセンサチップ１２上に形成されているとする。なお、図１において、１３はエリア選択スイッチであり、この選択スイッチ１３により、後述するように複数のエリア１〜３のいずれかを手動で選択する。１４はレリーズスイッチであり、半押しでオンする半押しスイッチと全押しでオンする全押しスイッチとを有する。半押しスイッチがオンすると焦点検出が行われ、全押しスイッチがオンされると撮影が行われる。
【００１９】
ここで、ＡＧＣについて説明する。たとえば図２（ａ）のようなコントラストの被写体がイメージセンサ上に結像した場合、図２（ｃ）のような最適出力Ｖｃになるのが望ましい。ここでＶｓａｔは光電変換素子の飽和レベルを示す。しかし蓄積時間が短いと、図２（ｂ）のように出力Ｖｂとなりコントラストが低くなってしまう。逆に蓄積時間が長いと、図２（ｄ）のように出力Ｖｓａｔとなり、本来あるべきコントラストがなくなってしまったりする。それゆえ、適当な大きさの画像出力を得る必要があり、そのために適当な蓄積時間で電荷蓄積しなければならない。
【００２０】
この適当な蓄積時間を求めるために、前回の蓄積動作における蓄積時間とイメージセンサの画像出力に基づいて、次回の蓄積動作における出力のピーク値が適当な値になるような蓄積時間を算出する。たとえば、図２（ｂ）のような出力Ｖｂが得られ、その時の蓄積時間がＴｂ、ピーク出力がＶｂであったとする。この場合は次回の蓄積動作において、図２（ｃ）のような最適出力Ｖｃを得るには、蓄積時間Ｔｃを
Ｔｃ＝（Ｖｃ／Ｖｂ）×Ｔｂ・・・（１）
とすればよい。
【００２１】
（１）式において、Ｖｃは目標値でＶｃ＝Ａ×Ｖｓａｔ、Ａは１未満の正の実数であり、このＡの大きさで画像出力の「適当な大きさ」が決定する。Ａが小さいと常に画像出力のコントラストが低くなってしまい、逆に大きいと、被写体の明るさが少し明るく変化しただけですぐに画像出力が飽和してしまう。ただし、以上の画像出力の大きさには暗電流などのノイズ成分は含まれていないものとする。この方法がＡＧＣである。
【００２２】
この実施の形態の焦点検出度装置では、図１の第１アンプ５と第２アンプ６により図３に示すように、増幅率が４段階に切換えられる。すなわち、増幅率ＬＬ、ＨＬ，ＬＨ、ＨＨである。ここで、第１のアンプ５のＬＬに対するＨＬの増幅率は２倍、第２のアンプ６のＬＨに対するＨＨの増幅率を４倍とする。
【００２３】
第１および第２アンプ５，６の増幅率の組合せは、増幅率ＬＬを１倍とすると、増幅率ＨＬは２倍、増幅率ＬＨは４倍、増幅率ＨＨは８倍となる。たとえば、増幅率ＬＬを使用するのは蓄積時間がＴ１以上Ｔ２以下で最適な蓄積時間が得られる場合であり、同様に、増幅率ＨＬの場合はＴ３以上Ｔ４以下、増幅率ＬＨの場合はＴ５以上Ｔ６以下、そして増幅率ＨＨの場合はＴ７以上Ｔ８以下である。Ｔ１はイメージセンサの制御可能な最短蓄積時間である。また、Ｔ８は焦点検出動作がむやみに長くなるの避けるために設定した最長蓄積時間である。
【００２４】
さらに、この実施の形態の焦点検出度装置は、撮影画面中に複数の自動焦点検出エリアを持つマルチエリアＡＦ装置であり、ここでは、図４に示すように撮影領域の中央と左右に３つの自動焦点検出エリアＡ１〜Ａ３を有する。マルチエリアＡＦ装置は、各エリアからの被写体光束を受光する複数のラインセンサを有し、各センサの出力に基づいて対応するエリアのデフォーカス量を求める。たとえば、撮影者が手動選択した選択エリアに対して、対応するセンサの出力に基づいてデフォーカス量演算を行い、その結果に基づいてレンズ駆動をする。デフォーカス量の演算が検出できない場合は他のエリアに対して同様にデフォーカス量の演算を行う。なお、図１で示したイメージセンサ群３は、たとえばエリア１〜３のそれぞれに独立した３対のイメージセンサを備えるようにすることができる。
【００２５】
このようなマルチエリアＡＦ装置では、各エリアに相当する各イメージセンサの電荷蓄積を独立に並行して行って全エリアの電荷蓄積を短時間に行うようにしている。さらに選択エリアに対応するイメージセンサを優先的に扱う。たとえば、非選択エリアに対応するイメージセンサの蓄積時間を選択エリアに対応するイメージセンサの蓄積時間によって制限し、非選択エリアに対応するイメージセンサの蓄積時間が選択エリアに対応するイメージセンサの蓄積時間よりも長い場合は、非選択エリアのアンプの増幅率を上げて蓄積時間を短くする。
【００２６】
次に本実施の形態の焦点検出動作およびＡＧＣ動作の方法を図５〜図７のフローチャートに基づいて説明する。
【００２７】
図５は焦点検出動作のメインルーチンのフローチャートである。レリーズボタン１３を半押しすると図５に示す焦点検出動作が開始される。ステップ＃１０１では、イメージセンサ群３の各イメージセンサごとに、電荷蓄積動作のパラメータに初期値を与える。たとえば増幅率をＬＬ、蓄積時間をＴ１に設定する。各パラメータが決定したらセンサ制御部９はそのパラメータに基づいて、ステップ＃１０２でイメージセンサ群３の全イメージセンサに電荷蓄積動作を行わせる。全イメージセンサの電荷蓄積動作が終了したらステップ＃１０３に進み、選択エリアに対応するイメージセンサの蓄積電荷を読み出す。
【００２８】
選択エリアは図１に示したエリア選択スイッチ１３によって撮影者が任意に選択する。センサ制御部９は出力切替部４を制御して選択エリアに対応するイメージセンサの出力を読み出す。イメージセンサの出力は出力切替部４を通り、第１アンプ５で増幅され、その出力はさらに第２アンプ６で増幅される。演算部８は、上述したように増幅された信号をＡ／Ｄ変換部７でＡ／Ｄ変換させてから取り込む。またＡＧＣ用に、イメージセンサ中の複数の光電変換素子における出力のうちのピーク出力を求めて変数Ｖに代入しておく。
【００２９】
次にステップ＃１０４において、演算部８は取り込んだイメージセンサの出力に基づいて焦点検出演算を行い、対物レンズ１のデフォーカス量を求める。そしてステップ＃１０５で演算部８は求めたデフォーカス量を採用するか否か、すなわちデフォーカス量に基づいてレンズ駆動を行うか否かを判断する。採用しない場合は、他のエリアに対応するイメージセンサの出力に基づいて焦点検出演算を行うことになる。したがって、ステップ＃１０６を通ってステップ＃１０７に進み、次のエリアに対応するイメージセンサ３の蓄積電荷を読み出す。そしてＡＧＣのために、イメージセンサ中の複数の光電変換素子の出力の中からピーク出力を求め、これを変数Ｖに代入しておく。この変数Ｖはイメージセンサごとに設定する。
【００３０】
複数の非選択エリアのなかのどのエリアに対応したイメージセンサについて蓄積電荷を読み出しを行うかについては、手動選択方式以外、種々の方式がある。たとえば、複数のエリアの中で最も被写体が至近にあるエリアを選択するように、アルゴリズムを用意してもよい。
【００３１】
全エリアについて焦点検出演算を行ったにもかかわらず、どのエリアのデフォーカス量も採用にされなかった場合、レンズ駆動は行わずにステップ＃１０６からステップ＃１１０へ進む。なお、いずれのエリアでもデフォーカス量が採用できない場合に、後述するように、フォーカシングレンズをスキャン駆動してもよい。ステップ＃１０５で、あるエリアに対応したデフォーカス量が採用された場合は、ステップ＃１０８に進んでデフォーカス量に基づいてレンズ駆動を行う。次にステップ＃１０９では、読み出しが行われていないイメージセンサがある場合、そのイメージセンサの蓄積電荷を読み出す。そしてＡＧＣのために、イメージセンサアレイ中の複数の光電変換素子の出力の中からピーク出力を求め、これを変数Ｖに代入しておく。こうして全てのイメージセンサの蓄積電荷が読み出され、ピーク値が求められたらステップ＃１１０へ進み、パラメータ算出サブルーチン１へと進む。パラメータ算出サブルーチン１では、各イメージセンサごとに増幅率と蓄積時間を求める。そしてステップ＃１０２へ戻って次回の電荷蓄積動作を行う。
【００３２】
図６はパラメータ算出サブルーチン１のフローチャートである。前半のステップ＃２０１〜＃２０２で選択エリアに対応するイメージセンサのパラメータを算出し、その蓄積時間を制限時間に設定してから、後半のステップ＃２０４〜＃２０５で非選択エリアに対応するイメージセンサのパラメータを算出する。
【００３３】
ステップ＃２０１において、選択エリアを被算出エリアとして設定する。次にステップ＃２０２では、被算出エリアの前回の蓄積動作時の増幅率、蓄積時間、ピーク値を読み出してパラメータ算出サブルーチン２へ進む。パラメータ算出サブルーチン２の詳細は図７に示す。パラメータ算出サブルーチン２でパラメータを算出すると、ステップ＃２０３へ進み、ステップ＃２０２で求めた選択エリアに対応するイメージセンサの次回の蓄積動作時の蓄積時間を制限時間ＴＬ３として設定する。そして、ステップ＃２０４へ進み、複数の非選択エリアのなかのいずれか１つを被算出エリアとして設定する。次にステップ＃２０５では、被算出エリアの前回の蓄積動作時の増幅率、蓄積時間、ピーク値を読み出してパラメータ算出サブルーチン２へ進む。パラメータ算出サブルーチン２においてパラメータを算出すると、ステップ＃２０６へ進み、全エリアのパラメータ算出が終了したか否かを判定する。終了していない場合は、未算出の選択エリアのなかの１つのエリアを被算出エリアとして設定する。ステップ＃２０６において、全エリアのパラメータ算出が終了したと判定されると、図６のパラメータ算出サブルーチン１を終了して図５のメインルーチンへリターンする。
【００３４】
図７はパラメータ算出サブルーチン２のフローチャートである。ここで、Ｇｎは増幅率の識別番号であり、Ｇｎ＝０ならばＬＬ、Ｇｎ＝１ならばＨＬ、Ｇｎ＝２ならばＬＨ、Ｇｎ＝３ならばＨＨが選択されることを表す。またＧ（Ｇｎ）はＧｎにおける増幅率でＧ（０）＝１倍、Ｇ（１）＝２倍、Ｇ（２）＝４倍、Ｇ（３）＝８倍とする。
【００３５】
ステップ＃３０１でピーク出力Ｖが飽和レベルＶｓａｔに達したか否かを判定する。達していたならばステップ＃３０２で蓄積時間を半分にする。達していなければ、ステップ＃３０３で上記式（１）に基づいて最適な蓄積時間を求める。次にステップ＃３０４で増幅率の履歴をリセットをするか否かを判別する。選択エリアが切り替わった直後は履歴をリセットする。
【００３６】
履歴をリセットする場合はステップ＃３０５へ進み、次式（２）により蓄積時間を延長する。
Ｔ＝｛Ｇ（Ｇｎ）／Ｇ（０）｝×Ｔ（２）
そして、ステップ＃３０６で増幅率番号Ｇ（ｎ）を０すなわち増幅率をＬＬに設定する。増幅率を低くした分蓄積時間が延びるので、次回の蓄積動作では最適な出力が得られるはずである。ステップ＃３０６が終了したら、またはステップ＃３０４で履歴のリセットをしない場合はステップ＃３０７へ進み、増幅率に応じた下限の制限時間ＴＬ１（Ｇｎ）と上限の制限時間ＴＬ２（Ｇｎ）を設定する。図３に基づいて説明すると、たとえばＴＬ１（１）は、増幅率ＨＬにおける使用範囲の下限制限時間Ｔ３であり、ＴＬ２（１）は、増幅率ＨＬにおける使用範囲の上限制限時間Ｔ４である。またたとえば、ＴＬ２（２）ならば、増幅率ＬＨにおける使用範囲の上限なのでＴ６である。
【００３７】
次にステップ＃３０８に進む。蓄積時間Ｔが制限時間下限ＴＬ１より短い場合はＳ／Ｎを良くするために増幅率を下げて蓄積時間を延ばす。すなわち、まずステップ＃３１１へ進み、増幅率番号がＧｎ＝０か否か、すなわち増幅率がＬＬか否かを判定する。Ｇｎ＝０ならば増幅率はそれよりも下げられないので、ステップ＃３１２へ進んで蓄積時間Ｔを制限時間下限ＴＬ１＝Ｔ１に設定する。つまり最短蓄積時間Ｔ１に設定されることになる。ステップ＃３１１でＧｎ＝０で無いと判定されると、ステップ＃３１３ヘ進み、次式（３）により蓄積時間を２倍に延長する。
Ｔ＝｛Ｇ（Ｇｎ）／Ｇ（Ｇｎ−１）｝×Ｔ（３）
また、ステップ＃３１４へと進んで増幅率を１段下げる。ステップ＃３１３では増幅率の減少分だけ蓄積時間Ｔが長くなる。そしてステップ＃３０７へ戻って再度、新たに求めた蓄積時間が１段下げた増幅率の使用範囲に含まれているか否かを判定する。
【００３８】
ステップ＃３０８で蓄積時間Ｔが制限時間下限ＴＬ１より長いと判定されると、ステップ＃３０９へ進む。ステップ＃３０９において蓄積時間Ｔが制限時間上限ＴＬ２より長いと判定されると、応答性を良くするために増幅率を上げて蓄積時間を短縮する。すなわち、ステップ＃３１５へ進み、増幅率番号がＧｎ＝３か否か、すなわち増幅率ＨＨか否かを判定する。Ｇｎ＝３ならば増幅率はそれよりも上げられないのでステップ＃３１６へ進んで蓄積時間Ｔを制限時間上限ＴＬ２＝Ｔ８に設定する。つまり最長蓄積時間Ｔ８に設定されることになる。ステップ＃３１５でＧｎ＝３でないと判定されると、ステップ＃３１７ヘ進み、次式（４）により蓄積時間を１／２倍に短縮する。
Ｔ＝｛Ｇ（Ｇｎ）／Ｇ（Ｇｎ＋１）｝×Ｔ（４）
また、ステップ＃３１８へと進んで増幅率を１段上げる。ステップ＃３１７では増幅率の増加分だけ蓄積時間Ｔが短くなる。そしてステップ＃３０７へ戻って再度、新たに求めた蓄積時間が１段下げた増幅率の使用範囲に含まれているか否かを判定する
【００３９】
こうして求めた蓄積時間Ｔが、選択された増幅率の制限時間下限ＴＬ１と上限ＴＬ２の範囲内に収まると、ステップ＃３０９からステップ＃３１０へ進む。被算出エリアが選択エリアならば、そのままパラメータの算出を終了してパラメータ算出サブルーチン１へリターンする。一方、被算出エリアが非選択エリアでかつ、蓄積時間Ｔが、選択エリアに対応するイメージセンサの次回の蓄積動作時の蓄積時間ＴＬ３よりも長い場合は、ＴをＴＬ３で制限する。すなわち、ステップ＃３１９へ進み、増幅率番号がＧｎ＝３か否か、すなわち増幅率ＨＨか否かを判定する。Ｇｎ＝３ならば増幅率はそれよりも上げられないので、ステップ＃３２０へ進んで蓄積時間Ｔを制限時間ＴＬ３に設定する。ステップ＃３１９でＧｎ＝３でないと判定されると、ステップ＃３２１ヘ進み、次式（５）により蓄積時間を１／２倍に短縮する。
Ｔ＝｛Ｇ（Ｇｎ）／Ｇ（Ｇｎ＋１）｝×Ｔ（５）
また、ステップ＃３２２へと進んで増幅率を１段上げる。ステップ＃３２１では増幅率の増加分だけ蓄積時間Ｔが短くなる。そしてそしてパラメータの算出を終了してパラメータ算出サブルーチン１へリターンする。
【００４０】
このようにこの実施の形態の焦点検出装置によれば、手動エリア選択スイッチ１３によりエリアが切換わると、ステップ＃３０４において履歴リセットと判定されてステップ＃３０５で蓄積時間を延長するとともにもっとも低い増幅率ＬＬを選択するようにした。したがって、選択エリアの蓄積時間よりも非選択エリアの蓄積時間が長く、非選択エリアの蓄積時間が選択エリアの蓄積時間で制限されて大きな増幅率が設定された場合でも、エリアが切換わったときに、Ｓ／Ｎ比が低下することがない。
【００４１】
以上では、エリア切換時に履歴をリセットするものとした。本発明は、スキャン中や追尾中など、主要被写体が静止している時よりもＡＦ動作の応答速度が求められるカメラにも適用することができる。すなわち、たとえば通常の場合は図３のような増幅率切替直線に基づいてアンプの増幅率の切替を行う。そして、スキャン中や追尾中は、図８のような増幅率切替直線に基づいてアンプの増幅率の切替を行う。被写体の明るさが同じ場合、図８のほうが図３よりも高い増幅率を選択するので蓄積時間が短くなり、応答が早くなる。そして、スキャン中や追尾中など応答速度が求められる場合、つまり図８のような増幅率切替直線を使用する場合から、主要被写体が静止していると判断された時など通常の場合つまり図３のような増幅率切替直線を使用する場合へ切り替えた直後は履歴をリセットする。すなわち、焦点調節動作の応答速度が要求される駆動モードと、焦点調節動作の応答速度が要求されない駆動モードとの間でモードが切り替わるときに、増幅率、すなわちゲインの履歴をリセットする。とくに、上述したように焦点調節動作の応答速度が要求されない通常の駆動モードへ切り替わるときに履歴をリセットすることが好ましい。
【００４２】
なお、通常の駆動モードとは、焦点調節の情報に基づいて光学系を駆動するモードであるが、焦点検出動作中に光学系を駆動しないいわゆる間欠駆動モード、および、レンズ駆動中にもＣＣＤの電荷蓄積と焦点検出演算を行ういわゆるオーバラップサーボモードを含むモードである。
さらに、追尾モードとスキャンモードとの間でモードが切り替わるとき、履歴をリセットして今回の増幅率を設定するようにしてもよい。
【００４３】
なお、上述したスキャン動作とは、複数のエリアのすべてについてのデフォーカス量が大きすぎて正常な焦点検出が得られない場合に、フォーカシングレンズをスキャンして正常なデフォーカス量を算出しようとするモードである。もちろん、選択エリアのデフォーカス量が正常でないときにスキャン駆動するようにしてもよい。また追尾モードは、半押し状態で選択エリア内でのデフォーカス量が徐々に遠距離から近距離あるいはその逆に変化する場合、移動被写体であると判定して全押し時の被写体の位置、すなわち未来の被写体の位置を予測するモードである。スキャンモードや追尾モードでは応答性が要求されるので、増幅率が高くされる。そのため、これらのモードから通常のモードに切り換わったときに、増幅率の履歴をリセットして、低い増幅率を使用してＳ／Ｎ比が低下することを防止するものである。
【００４４】
イメージセンサの駆動モードを図３と図８の間で切換える駆動モード切換方式を採用する場合には、駆動モードが切換えられたときに、増幅率の履歴をリセットして、増幅率を低くすれば、過去の増幅率の履歴に引きずられてＳ／Ｎ比が低下することが抑制される。また以上では、スチルカメラに搭載した焦点調節装置として説明したが、本発明は、ビデオカメラやその他の電子機器に搭載する焦点検出装置以外にも使用されるイメージセンサシステムに適用できる。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば次のような作用効果を奏することができる。すなわち、画像信号の増幅率を変更する際に過去の増幅率の履歴に引きずられて不必要にＳ／Ｎ比が悪化することを抑制できる。換言すると、不必要に高い増幅率を選択することなく常に最適な増幅率を選択できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図２】ＡＧＣを説明する図である。
【図３】４種類の増幅率の切替を説明する図である。
【図４】マルチエリアＡＦを説明する図である。
【図５】実施の形態のメインルーチンの一例を説明するフローチャートである。
【図６】実施の形態のパラメータ算出サブルーチン１を説明するフローチャートである。
【図７】実施の形態のパラメータ算出サブルーチン２を説明するフローチャートである。
【図８】スキャン中や追尾中に使用される応答性の高い４種類の増幅率の切替を説明する図である。
【図９】２種類の増幅率の切替を説明する図である。
【符号の説明】
２：焦点検出光学系３：イメージセンサ群
４：出力切換部５：第１アンプ
６：第２アンプ８：演算部
９：センサ制御部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a focus detection apparatus such as a camera or a video using a photoelectric conversion element. The present invention also relates to an image sensor system used for cameras and videos.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, the subject image formed by the focus detection optical system is received by a charge storage type image sensor, and the image sensor output is processed to detect the defocus amount of the subject image plane relative to the planned focal plane of the photographic optical system. A camera equipped with an automatic focusing device that focuses a photographing optical system by driving a focusing lens in accordance with the defocus amount is known. In this automatic focus adjustment apparatus, whether or not the defocus amount can be detected, the reliability of the obtained defocus amount, and the like largely depend on the contrast height that is the light luminance distribution of the subject. Therefore, it is necessary to optimally reflect the contrast of the subject in the image sensor output.
[0003]
Therefore, a method called AGC (Auto Gain Control) has been conventionally known. In this AGC method, the accumulation time is calculated such that the peak value of the output in the next accumulation operation becomes an appropriate value based on the accumulation time in the previous accumulation operation and the image output of the image sensor.
[0004]
Conventionally, it is also known that the gain (amplification factor) of the image sensor output is variable in order not to slow down the responsiveness of the focus detection operation. This is intended to shorten the accumulation time by increasing the amplification factor when the accumulation time exceeds a predetermined time. In general, when the amplification factor increases, noise is also amplified and the S / N deteriorates. To avoid this, the amplification factor is lowered when the accumulation time is less than a predetermined time. That is, responsiveness and S / N are in a trade-off relationship, and it is necessary to select an appropriate amplification factor according to the brightness of the subject.
[0005]
The switching of the amplification factor will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a log-log graph with a base of 2. Hereinafter, this is referred to as an amplification factor switching straight line. The amplifier has two amplification factors, Lo and Hi, and the graph shows the relationship between the brightness of the subject and the optimum accumulation time at that time. The thick line represents the range where the amplification factors Lo and Hi are used. In order to obtain an optimum image sensor output at the amplification factor Lo, if the accumulation time is longer than the predetermined time Tl, the amplification factor is switched to Hi to shorten the accumulation time. On the other hand, if the optimum image sensor output cannot be obtained unless the accumulation time is equal to or less than Th at the amplification factor Hi, the accumulation time is lengthened by switching the amplification factor to Lo. Hysteresis is provided for these switching operations.
[0006]
It is assumed that an optimum image sensor output is obtained at a certain time with “amplification rate Lo and accumulation time Ta” (point A). Next, assuming that the brightness of the subject has decreased by one from n to n-1, that is, the amount of light has been halved, the logarithmic value of the storage time is increased by one from Ta to Ta + 1 in order to obtain the optimal storage time. That is, the accumulation time is doubled. That is, “amplification factor Lo and accumulation time Tb (= Ta + 1)” (point B). Further, if the brightness of the subject is halved, the accumulation time is further doubled in order to obtain the optimum accumulation time. That is, “amplification rate Lo and accumulation time Tc (= Ta + 2)” (point C). However, since Tc> Tl, the amplification factor is switched from Lo to Hi. If the amplification factor of Hi with respect to Lo is doubled, the accumulation time is reduced to half, so that eventually the amplification factor Hi and the accumulation time Td (= Tc-1 = Tb) is obtained (point D).
[0007]
Now assume that the brightness of the subject has doubled. The amplification factor remains Hi because it tries to maintain the previous amplification factor, and in order to obtain the optimum accumulation time, the accumulation time is halved. That is, “amplification factor Hi and accumulation time Te (= Td−1 = Ta)” (point E). If the brightness of the subject is doubled, the accumulation time is further halved in order to obtain the optimum accumulation time. That is, “amplification factor Hi and accumulation time Tf (= Td−2 = Ta−1)” (point F). However, since Tf <Th, the amplification factor is switched from Hi to Lo. Since the amplification factor is halved, the accumulation time is extended by a factor of two. Eventually, “amplification rate Lo and accumulation time Ta (Td + 1)” (point A) is obtained.
[0008]
As described above, the accumulation time and amplification factor in the next accumulation operation are obtained based on the accumulation time, amplification factor, peak value, and amplification factor switching line in the previous accumulation operation. That is, the current amplification factor set at the time of focus detection is set in the past amplification factor history.
[0009]
By the way, in recent years, multi-area AF having a plurality of automatic focus detection areas in a shooting screen is known. The multi-area AF has a plurality of line sensors (photoelectric conversion elements in which a plurality of pixels are arranged in a line, also referred to as an image sensor) that receives a subject luminous flux from each area, and responds based on the output of each sensor. Find the defocus amount of the area. For example, the defocus amount calculation is performed based on the output of the corresponding sensor for the selection area manually selected by the photographer, and the lens is driven based on the result. If the defocus amount calculation cannot be detected, the defocus amount is similarly calculated for other areas.
[0010]
In such multi-area AF, the amount of time required for the AF operation increases because the accumulation time of the image sensor and the amount of calculation of the defocus amount increase. Thus, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 9-311269 discloses a method for reducing the required time in AGC. In this method, charge accumulation in each area is performed independently and in parallel, and charge accumulation in all areas is performed in a short time. In multi-area AF, one area is selected from a plurality of areas, and an image sensor corresponding to the selected area is preferentially handled. For example, the accumulation time of the image sensor corresponding to the non-selected area is limited by the accumulation time of the image sensor corresponding to the selected area. When the accumulation time of the image sensor corresponding to the non-selected area is longer than the accumulation time of the image sensor corresponding to the selected area, the amplification factor of the amplifier in the non-selected area is increased to shorten the entire accumulation time.
[0011]
Further, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-146434 or Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-265774, when the response speed of the AF operation is required more than when the main subject is stationary, such as during scanning or tracking, it is selected. A method for shortening the accumulation time by increasing the amplification factor of the amplifier in both the area and the non-selected area is disclosed.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
In the multi-area AF that performs AGC as described above, the image sensor system that limits the accumulation time of the non-selected area with the accumulation time of the selected area for the purpose of shortening the overall charge accumulation time has the following problems.
[0013]
In the following, three areas 1 to 3 are set, and the amplification factor will be described with reference to FIG. 4 as two-stage switching between Lo and Hi. Now, assume that area 1 of the plurality of areas of multi-area AF is a selected area, and areas 2 and 3 are non-selected areas. In the area 2 which is a non-selected area, it is assumed that an optimum output should be obtained with “amplification factor Lo and accumulation time Tb” (point B in FIG. 9). However, if the accumulation time of area 1 which is the selected area is Tx, the accumulation time of area 2 is limited by Tx. Therefore, the amplification time is switched to Hi and the accumulation time is shorter than Tx (point in FIG. 9). E) must be done. As a result, the S / N of the image sensor output in area 2 deteriorates. Thereafter, when the photographer switches the selected area from area 1 to area 2, the accumulation time during the next focus detection operation in area 2 is not limited by the accumulation time Tx in area 1, but the amplification factor is This is determined based on the history of selecting Hi in the focus detection operation and the hysteresis of FIG. That is, “amplification factor Hi and accumulation time Ta” (point E in FIG. 9) is maintained. For this reason, if the storage time of area 2 is the storage time Tb corresponding to point B unless restricted by the storage time Tx of area 1, it is temporarily limited by the storage time Tx by the previous selection of area 1. Therefore, since Ta is obtained, an output having a poor S / N is unnecessarily obtained.
[0014]
Also, with conventional focus detection devices, the amplification factor is increased when response speed is required such as during scanning or tracking, but when switching to the normal case such as when the main subject is determined to be stationary However, it is impossible to use a low amplification factor that is originally possible, and an unnecessarily high amplification factor is selected, and an output having a poor S / N must be used.
[0015]
An object of the present invention is to provide a focus detection apparatus that suppresses unnecessary deterioration of the S / N ratio due to past history when changing the amplification factor of a photoelectric conversion element.
Another object of the present invention is to provide an image sensor system capable of suppressing an unnecessary deterioration of the S / N ratio due to a past history when changing the amplification factor of the image sensor system.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
(1) The focus detection apparatus according to claim 1 receives a subject image corresponding to a plurality of focus detection areas set in a photographing screen by an optical system and outputs an image signal. Accumulate A current amplification factor for the output of the photoelectric conversion element based on a photoelectric conversion element to output, a region selection means for selecting one of the plurality of focus detection areas, and a history of the amplification factor for the output of the photoelectric conversion element Amplifying means for amplifying an image signal from the photoelectric conversion element corresponding to the focus detection area selected by the area selecting means at an amplification factor set by the amplification ratio setting means; Accumulation time setting means for calculating an accumulation time in the photoelectric conversion element based on the image signal amplified by the amplification means; Computing means for computing information related to the focus adjustment of the optical system based on the amplified image signal, and the amplification factor setting means, when the focus detection area is switched by the area selection means, the amplification Reset the rate history Lower gain than previous gain It is characterized by setting.
(2) The invention according to claim 2 is the focus detection apparatus according to claim 1. , The amplification factor setting means uses the accumulation time of the photoelectric conversion element corresponding to the focus detection area selected by the area selection means as a time limit, and outputs the photoelectric conversion element corresponding to the focus detection area not selected by the area selection means. An amplification factor is set.
(3) A focus detection apparatus according to a third aspect of the present invention receives a subject image corresponding to a plurality of focus detection areas set in a photographing screen by an optical system and outputs an image signal. Accumulate A current amplification factor for the output of the photoelectric conversion element based on a photoelectric conversion element to output, a region selection means for selecting one of the plurality of focus detection areas, and a history of the amplification factor for the output of the photoelectric conversion element Amplifying means for amplifying an image signal from the photoelectric conversion element corresponding to the focus detection area selected by the area selecting means at an amplification factor set by the amplification ratio setting means; Accumulation time setting means for calculating an accumulation time in the photoelectric conversion element based on the image signal amplified by the amplification means; Based on calculation means for calculating information related to the focus adjustment of the optical system based on the amplified image signal, a normal drive mode for driving the optical system based on the information on the focus adjustment, and information on the focus adjustment. To calculate the movement speed of the subject, predict the future subject position and drive the optical system, and determine whether focus detection is completed based on the focus adjustment information during focus adjustment And a mode switching means for switching the mode between at least three modes including a scan mode for scanning the optical system when it is determined that the optical system is not completed, and the amplification factor setting means includes the mode switching When the mode is switched by means, the history of the amplification factor is reset. Lower gain than previous gain It is characterized by setting.
(4) According to a fourth aspect of the present invention, in the focus detection apparatus according to the third aspect, the amplification factor setting means is at least one of the tracking mode and the normal driving mode, and the scan mode and the normal driving mode. When the mode changes with, reset the history. Lower gain than previous gain It is characterized by setting.
(5) The invention of claim 5 is the focus detection apparatus according to claim 3, wherein the amplification factor setting means resets the history when the mode is switched between the tracking mode and the scan mode. Lower gain than previous gain It is characterized by setting.
(6) A camera according to a sixth aspect includes the focus detection device according to any one of the first to fifth aspects.
(7) The image sensor system according to claim 7 receives the light beam from the subject and outputs an image signal. Accumulate The output image sensor, the amplification factor setting means for setting the current amplification factor based on the history of the amplification factor with respect to the output of the image sensor, and the image signal from the image sensor are set by the amplification factor setting unit. Amplifying means for amplifying at an amplification factor; Accumulation time setting means for calculating an accumulation time in the photoelectric conversion element based on the image signal amplified by the amplification means; Drive mode switching means for switching the drive mode of the image sensor, and the gain setting means resets the gain history when the drive mode of the image sensor is switched by the drive mode switching means. Lower gain than previous gain It is characterized by setting.
[0017]
[Action]
In the present invention, the amplification factor of the image signal from the photoelectric conversion element or the image sensor is set based on the past amplification factor history. However, in this case, in the current focus detection, with the amplification factor set by the past history, under the condition that the accumulation time is shorter than the originally appropriate amplification factor and the S / N ratio deteriorates, Reset the history and set the current gain. Reset the history and set the current amplification factor when the focus detection area is switched, or when switching from the tracking mode, which is a highly responsive driving mode, to the non-driving mode where responsiveness is not required. .
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an embodiment of a focus detection apparatus according to the present invention. The light beam from the subject passes through the objective lens 1 and the focus detection optical system 2 and forms an image on the image sensor corresponding to the automatic focus detection area of the image sensor group 3. Among the outputs of the plurality of image sensors, the image output of the image sensor to be read is switched by the output switching unit 4, amplified through the first amplifier 5 and the second amplifier 6, and A / D conversion unit 7 performs the A / D conversion. After being D-converted, it is input to the calculation unit 8. The calculation unit 8 performs focus detection calculation based on the data of the A / D conversion unit 7 and calculates the defocus amount of the objective lens 1. The drive control unit 10 drives the motor 11 based on the defocus amount, and drives the objective lens 1 to focus. The calculation unit 8 performs an AGC operation based on the data used for the focus detection calculation. That is, data relating to the accumulation time of the next image sensor and the amplification factors of the first amplifier 5 and the second amplifier 6 are calculated and output to the sensor control unit 9. The sensor control unit 9 controls driving of the image sensor group 3 based on this data, controls the output switching unit 4, and switches the amplification factors of the first amplifier 5 and the second amplifier 5. Here, it is assumed that the image sensor group 3, the output switching unit 4, the first amplifier 5, the second amplifier 6, and the sensor control unit 9 are formed on one sensor chip 12. In FIG. 1, reference numeral 13 denotes an area selection switch, and the selection switch 13 manually selects any one of a plurality of areas 1 to 3 as will be described later. Reference numeral 14 denotes a release switch, which includes a half-press switch that is turned on by half-press and a full-press switch that is turned on by full-press. Focus detection is performed when the half-push switch is turned on, and shooting is performed when the full-push switch is turned on.
[0019]
Here, AGC will be described. For example, when an object having a contrast as shown in FIG. 2A forms an image on the image sensor, it is desirable that the optimum output Vc as shown in FIG. Here, Vsat indicates the saturation level of the photoelectric conversion element. However, if the accumulation time is short, the output becomes Vb as shown in FIG. On the other hand, if the storage time is long, the output Vsat becomes as shown in FIG. Therefore, it is necessary to obtain an image output of an appropriate size, and for this purpose, electric charges must be accumulated with an appropriate accumulation time.
[0020]
In order to obtain the appropriate accumulation time, an accumulation time is calculated based on the accumulation time in the previous accumulation operation and the image output of the image sensor so that the peak value of the output in the next accumulation operation becomes an appropriate value. For example, assume that an output Vb as shown in FIG. 2B is obtained, the accumulation time at that time is Tb, and the peak output is Vb. In this case, in the next accumulation operation, in order to obtain the optimum output Vc as shown in FIG.
Tc = (Vc / Vb) × Tb (1)
And it is sufficient.
[0021]
In the equation (1), Vc is a target value and Vc = A × Vsat, and A is a positive real number less than 1, and the “appropriate size” of the image output is determined by the size of A. When A is small, the contrast of the image output is always low, and when it is large, the image output is saturated immediately even if the brightness of the subject is slightly changed. However, it is assumed that the above image output size does not include noise components such as dark current. This method is AGC.
[0022]
In the focus detection apparatus of this embodiment, the amplification factor is switched in four stages as shown in FIG. 3 by the first amplifier 5 and the second amplifier 6 of FIG. That is, the amplification factors LL, HL, LH, and HH. Here, the amplification factor of HL with respect to LL of the first amplifier 5 is doubled, and the amplification factor of HH with respect to LH of the second amplifier 6 is four times.
[0023]
As for the combination of the amplification factors of the first and second amplifiers 5 and 6, when the amplification factor LL is 1, the amplification factor HL is doubled, the amplification factor LH is four times, and the amplification factor HH is eight. For example, the amplification factor LL is used when the optimum accumulation time is obtained when the accumulation time is T1 or more and T2 or less. Similarly, the amplification factor HL is T3 or more and T4 or less, and the amplification factor LH is T5. In the case of T6 or less and the amplification factor HH, it is T7 or more and T8 or less. T1 is the shortest accumulation time that can be controlled by the image sensor. T8 is the longest accumulation time set to avoid the focus detection operation from becoming unnecessarily long.
[0024]
Furthermore, the focus detection degree device of this embodiment is a multi-area AF device having a plurality of automatic focus detection areas in a shooting screen. Here, as shown in FIG. It has automatic focus detection areas A1 to A3. The multi-area AF apparatus has a plurality of line sensors that receive subject light flux from each area, and obtains the defocus amount of the corresponding area based on the output of each sensor. For example, the defocus amount calculation is performed based on the output of the corresponding sensor for the selection area manually selected by the photographer, and the lens is driven based on the result. If the defocus amount calculation cannot be detected, the defocus amount is calculated in the same manner for other areas. The image sensor group 3 shown in FIG. 1 can include, for example, three independent image sensors in each of the areas 1 to 3.
[0025]
In such a multi-area AF apparatus, charge accumulation of each image sensor corresponding to each area is performed independently and in parallel, and charge accumulation in all areas is performed in a short time. Furthermore, the image sensor corresponding to the selected area is preferentially handled. For example, the accumulation time of the image sensor corresponding to the non-selected area is limited by the accumulation time of the image sensor corresponding to the selected area, and the accumulation time of the image sensor corresponding to the non-selected area is the accumulation time of the image sensor corresponding to the selected area. Is longer, the amplification time of the amplifier in the non-selected area is increased to shorten the accumulation time.
[0026]
Next, the focus detection operation and AGC operation method of the present embodiment will be described with reference to the flowcharts of FIGS.
[0027]
FIG. 5 is a flowchart of the main routine of the focus detection operation. When the release button 13 is pressed halfway, the focus detection operation shown in FIG. 5 is started. In step # 101, an initial value is given to the charge accumulation operation parameter for each image sensor in the image sensor group 3. For example, the amplification factor is set to LL and the accumulation time is set to T1. When each parameter is determined, the sensor control unit 9 causes all image sensors in the image sensor group 3 to perform a charge accumulation operation in step # 102 based on the parameter. When the charge accumulation operation of all the image sensors is completed, the process proceeds to step # 103, and the accumulated charge of the image sensor corresponding to the selected area is read.
[0028]
The selection area is arbitrarily selected by the photographer using the area selection switch 13 shown in FIG. The sensor control unit 9 controls the output switching unit 4 to read the output of the image sensor corresponding to the selected area. The output of the image sensor passes through the output switching unit 4 and is amplified by the first amplifier 5, and the output is further amplified by the second amplifier 6. The arithmetic unit 8 takes in the signal amplified as described above after A / D conversion by the A / D conversion unit 7. For AGC, the peak output of the outputs from the plurality of photoelectric conversion elements in the image sensor is obtained and substituted for the variable V.
[0029]
Next, in step # 104, the calculation unit 8 performs focus detection calculation based on the captured output of the image sensor, and obtains the defocus amount of the objective lens 1. In step # 105, the calculation unit 8 determines whether to use the obtained defocus amount, that is, whether to perform lens driving based on the defocus amount. When not employed, focus detection calculation is performed based on the output of the image sensor corresponding to another area. Accordingly, the process proceeds to step # 107 through step # 106, and the accumulated charge of the image sensor 3 corresponding to the next area is read. For AGC, a peak output is obtained from the outputs of a plurality of photoelectric conversion elements in the image sensor, and this is substituted for the variable V. This variable V is set for each image sensor.
[0030]
There are various methods other than the manual selection method as to which the stored charge is read out from the image sensor corresponding to which of the plurality of non-selected areas. For example, an algorithm may be prepared so as to select an area where the subject is closest to the plurality of areas.
[0031]
If the focus detection calculation is performed for all the areas but the defocus amount of any area is not adopted, the process proceeds from step # 106 to step # 110 without performing lens driving. If the defocus amount cannot be adopted in any area, the focusing lens may be scan-driven as will be described later. If a defocus amount corresponding to a certain area is adopted in step # 105, the process proceeds to step # 108 to drive the lens based on the defocus amount. Next, in step # 109, when there is an image sensor that has not been read out, the accumulated charge of the image sensor is read out. For AGC, a peak output is obtained from the outputs of a plurality of photoelectric conversion elements in the image sensor array, and this is substituted for the variable V. When the accumulated charges of all the image sensors are read out and the peak value is obtained in this way, the process proceeds to step # 110, and the process proceeds to the parameter calculation subroutine 1. In the parameter calculation subroutine 1, an amplification factor and an accumulation time are obtained for each image sensor. Then, returning to step # 102, the next charge accumulation operation is performed.
[0032]
FIG. 6 is a flowchart of the parameter calculation subroutine 1. The image sensor parameters corresponding to the selected area are calculated in steps # 201 to # 202 in the first half, and the accumulation time is set as the time limit. Then, the image corresponding to the non-selected area in steps # 204 to # 205 in the second half. Calculate sensor parameters.
[0033]
In step # 201, the selected area is set as the calculation area. Next, in step # 202, the amplification factor, accumulation time, and peak value during the previous accumulation operation of the area to be calculated are read, and the process proceeds to the parameter calculation subroutine 2. Details of the parameter calculation subroutine 2 are shown in FIG. When the parameter is calculated in the parameter calculation subroutine 2, the process proceeds to step # 203, and the accumulation time at the next accumulation operation of the image sensor corresponding to the selected area obtained in step # 202 is set as the time limit TL3. Then, the process proceeds to step # 204, and any one of a plurality of non-selected areas is set as a calculation target area. Next, in step # 205, the amplification factor, accumulation time, and peak value during the previous accumulation operation of the area to be calculated are read, and the process proceeds to the parameter calculation subroutine 2. When the parameters are calculated in the parameter calculation subroutine 2, the process proceeds to step # 206 to determine whether or not the parameter calculation for all areas has been completed. If not completed, one area of the uncalculated selection areas is set as the calculated area. If it is determined in step # 206 that the parameter calculation for all areas has been completed, the parameter calculation subroutine 1 in FIG. 6 is terminated and the process returns to the main routine in FIG.
[0034]
FIG. 7 is a flowchart of the parameter calculation subroutine 2. Here, Gn is an identification number of the amplification factor. When Gn = 0, LL is selected. When Gn = 1, HL is selected. When Gn = 2, LH is selected. When Gn = 3, HH is selected. G (Gn) is an amplification factor in Gn, and G (0) = 1 times, G (1) = 2 times, G (2) = 4 times, and G (3) = 8 times.
[0035]
In step # 301, it is determined whether or not the peak output V has reached the saturation level Vsat. If so, the accumulation time is halved in step # 302. If not, the optimum accumulation time is obtained based on the above equation (1) in step # 303. In step # 304, it is determined whether or not to reset the gain history. The history is reset immediately after the selection area is switched.
[0036]
When the history is reset, the process proceeds to step # 305, and the accumulation time is extended by the following equation (2).
T = {G (Gn) / G (0)} × T (2)
In step # 306, the amplification factor number G (n) is set to 0, that is, the amplification factor is set to LL. Since the accumulation time is extended by lowering the amplification factor, an optimum output should be obtained in the next accumulation operation. When step # 306 is completed or when history is not reset in step # 304, the process proceeds to step # 307, where a lower limit time limit TL1 (Gn) and an upper limit time limit TL2 (Gn) are set according to the amplification factor. . Referring to FIG. 3, for example, TL1 (1) is the lower limit time limit T3 of the use range at the gain HL, and TL2 (1) is the upper limit time limit T4 of the use range at the gain HL. For example, TL2 (2) is T6 because it is the upper limit of the use range in the amplification factor LH.
[0037]
Next, the process proceeds to step # 308. When the accumulation time T is shorter than the time limit lower limit TL1, in order to improve the S / N, the amplification time is lowered and the accumulation time is extended. That is, first, the process proceeds to step # 311 to determine whether the amplification factor number is Gn = 0, that is, whether the amplification factor is LL. If Gn = 0, the amplification factor cannot be lowered further, so the process proceeds to step # 312, and the accumulation time T is set to the limit time lower limit TL1 = T1. That is, the shortest accumulation time T1 is set. If it is determined in step # 311 that Gn = 0 is not satisfied, the process proceeds to step # 313, and the accumulation time is extended by a factor of two according to the following equation (3).
T = {G (Gn) / G (Gn-1)} * T (3)
Moreover, it progresses to step # 314 and reduces an amplification factor one step. In step # 313, the accumulation time T is increased by the decrease in the amplification factor. Then, returning to step # 307, it is determined again whether or not the newly obtained accumulation time is included in the use range of the amplification factor lowered by one step.
[0038]
If it is determined in step # 308 that the accumulation time T is longer than the time limit lower limit TL1, the process proceeds to step # 309. If it is determined in step # 309 that the accumulation time T is longer than the upper limit time limit TL2, the amplification time is increased to shorten the accumulation time in order to improve responsiveness. That is, the process proceeds to step # 315, and it is determined whether the amplification factor number is Gn = 3, that is, whether the amplification factor is HH. If Gn = 3, the gain cannot be increased further, so the routine proceeds to step # 316, where the accumulation time T is set to the upper limit time limit TL2 = T8. That is, the longest accumulation time T8 is set. If it is determined in step # 315 that Gn = 3 is not satisfied, the process proceeds to step # 317, and the accumulation time is shortened by a factor of 2 by the following equation (4).
T = {G (Gn) / G (Gn + 1)} × T (4)
Further, the process proceeds to step # 318 to increase the amplification factor by one level. In step # 317, the accumulation time T is shortened by the increase in amplification factor. Then, returning to step # 307, it is determined again whether or not the newly obtained accumulation time is included in the use range of the gain reduced by one step.
[0039]
When the accumulation time T thus obtained falls within the range between the time limit lower limit TL1 and the upper limit TL2 of the selected amplification factor, the process proceeds from step # 309 to step # 310. If the area to be calculated is a selection area, the calculation of parameters is terminated as it is, and the process returns to the parameter calculation subroutine 1. On the other hand, when the area to be calculated is a non-selected area and the accumulation time T is longer than the accumulation time TL3 at the next accumulation operation of the image sensor corresponding to the selected area, T is limited to TL3. That is, the process proceeds to step # 319, and it is determined whether the amplification factor number is Gn = 3, that is, whether the amplification factor is HH. If Gn = 3, the gain cannot be increased further, so the process proceeds to step # 320 and the accumulation time T is set to the time limit TL3. If it is determined in step # 319 that Gn = 3 is not satisfied, the process proceeds to step # 321, and the accumulation time is shortened to ½ by the following equation (5).
T = {G (Gn) / G (Gn + 1)} × T (5)
Further, the process proceeds to step # 322 to increase the amplification factor by one level. In step # 321, the accumulation time T is shortened by the increase in the amplification factor. Then, the parameter calculation is completed and the process returns to the parameter calculation subroutine 1.
[0040]
As described above, according to the focus detection apparatus of this embodiment, when the area is switched by the manual area selection switch 13, it is determined that the history is reset in step # 304, the accumulation time is extended and the lowest amplification is performed in step # 305. The rate LL was selected. Therefore, even when the storage time of the non-selected area is longer than the storage time of the selected area and the storage time of the non-selected area is limited by the storage time of the selected area and a large amplification factor is set, In addition, the S / N ratio does not decrease.
[0041]
In the above, the history is reset when the area is switched. The present invention can also be applied to a camera in which the response speed of the AF operation is required more than when the main subject is stationary, such as during scanning or tracking. That is, for example, in the normal case, the amplification factor of the amplifier is switched based on the amplification factor switching straight line as shown in FIG. During scanning and tracking, the amplification factor of the amplifier is switched based on the amplification factor switching straight line as shown in FIG. When the brightness of the subject is the same, FIG. 8 selects a higher amplification factor than FIG. 3, so the accumulation time becomes shorter and the response becomes faster. When a response speed is required such as during scanning or tracking, that is, when an amplification factor switching straight line as shown in FIG. 8 is used, when it is determined that the main subject is stationary, such as in a normal case, FIG. Immediately after switching to the case of using an amplification factor switching straight line like this, the history is reset. That is, when the mode is switched between a drive mode in which the response speed of the focus adjustment operation is required and a drive mode in which the response speed of the focus adjustment operation is not required, the amplification factor, that is, the gain history is reset. In particular, as described above, it is preferable to reset the history when switching to the normal drive mode in which the response speed of the focus adjustment operation is not required.
[0042]
The normal drive mode is a mode in which the optical system is driven based on the focus adjustment information, but the so-called intermittent drive mode in which the optical system is not driven during the focus detection operation, and the CCD is also driven during the lens drive. This mode includes a so-called overlap servo mode that performs charge accumulation and focus detection calculation.
Further, when the mode is switched between the tracking mode and the scan mode, the history may be reset to set the current amplification factor.
[0043]
Note that the above-described scanning operation is to calculate the normal defocus amount by scanning the focusing lens when the defocus amount for all of the plurality of areas is too large to obtain normal focus detection. Mode. Of course, scan driving may be performed when the defocus amount of the selected area is not normal. In the tracking mode, when the defocus amount in the selected area gradually changes from a long distance to a short distance or vice versa in a half-pressed state, it is determined as a moving subject, that is, the position of the subject when fully pressed, i.e. In this mode, the position of a future subject is predicted. In the scan mode and the tracking mode, since responsiveness is required, the amplification factor is increased. Therefore, when the mode is switched from these modes to the normal mode, the history of the amplification factor is reset to prevent the S / N ratio from being lowered by using a low amplification factor.
[0044]
When the drive mode switching method for switching the image sensor drive mode between FIG. 3 and FIG. 8 is adopted, when the drive mode is switched, the gain history is reset to lower the gain. It is suppressed that the S / N ratio is lowered due to the past gain history. In the above description, the focus adjustment device mounted on a still camera has been described. However, the present invention can be applied to an image sensor system used in addition to a focus detection device mounted on a video camera or other electronic device.
[0045]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the following operational effects can be obtained. That is, when changing the amplification factor of the image signal, it is possible to suppress the S / N ratio from being unnecessarily deteriorated by being dragged by the history of the past amplification factor. In other words, the optimum amplification factor can always be selected without selecting an unnecessarily high amplification factor.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an embodiment.
FIG. 2 is a diagram illustrating AGC.
FIG. 3 is a diagram illustrating switching of four types of amplification factors.
FIG. 4 is a diagram for explaining multi-area AF.
FIG. 5 is a flowchart illustrating an example of a main routine according to the embodiment.
FIG. 6 is a flowchart illustrating a parameter calculation subroutine 1 according to the embodiment.
FIG. 7 is a flowchart illustrating a parameter calculation subroutine 2 according to the embodiment.
FIG. 8 is a diagram illustrating switching of four types of amplification factors with high responsiveness used during scanning and tracking.
FIG. 9 is a diagram illustrating switching between two types of amplification factors.
[Explanation of symbols]
2: Focus detection optical system 3: Image sensor group
4: Output switching unit 5: First amplifier
6: Second amplifier 8: Calculation unit
9: Sensor control unit

Claims

A photoelectric conversion element that receives a subject image corresponding to a plurality of focus detection areas set in a photographing screen by an optical system, accumulates and outputs an image signal, and
Area selecting means for selecting any of the plurality of focus detection areas;
An amplification factor setting means for setting the current amplification factor for the output of the photoelectric conversion element based on the history of the amplification factor for the output of the photoelectric conversion element;
Amplifying means for amplifying the image signal from the photoelectric conversion element corresponding to the focus detection area selected by the area selecting means at an amplification factor set by the amplification factor setting means;
Accumulation time setting means for calculating an accumulation time in the photoelectric conversion element based on the image signal amplified by the amplification means;
Computation means for computing information relating to focus adjustment of the optical system based on the amplified image signal,
The amplification factor setting means, when the focus detection area is switched by the area selection means, resets the history of the amplification factor and sets the amplification factor lower than the previous amplification factor. .

The focus detection apparatus according to claim 1,
The amplification factor setting means uses the accumulation time of the photoelectric conversion element corresponding to the focus detection area selected by the area selection means as a time limit, and the photoelectric conversion element corresponding to the focus detection area not selected by the area selection means A focus detection apparatus that sets an amplification factor for the output of the lens.

A photoelectric conversion element that receives a subject image corresponding to a plurality of focus detection areas set in a photographing screen by an optical system, accumulates and outputs an image signal, and
Area selecting means for selecting any of the plurality of focus detection areas;
An amplification factor setting means for setting the current amplification factor for the output of the photoelectric conversion element based on the history of the amplification factor for the output of the photoelectric conversion element;
Amplifying means for amplifying the image signal from the photoelectric conversion element corresponding to the focus detection area selected by the area selecting means at an amplification factor set by the amplification factor setting means;
Accumulation time setting means for calculating an accumulation time in the photoelectric conversion element based on the image signal amplified by the amplification means;
A computing means for computing information relating to focus adjustment of the optical system based on the amplified image signal;
A normal drive mode for driving the optical system based on the focus adjustment information, and a tracking for driving the optical system by calculating a moving speed of the subject based on the focus adjustment information and predicting a future subject position. And at least a scan mode that determines whether or not focus detection is completed based on the focus adjustment information during focus adjustment and scans the optical system when it is determined that focus detection is not completed. Mode switching means for switching the mode between the three modes,
The amplification factor setting unit, when the mode is switched by the mode switching unit, resets the amplification factor history and sets the amplification factor lower than the previous amplification factor .

The focus detection apparatus according to claim 3,
The amplification factor setting means resets the history and resets the previous amplification factor when the mode is switched between the tracking mode and the normal drive mode and at least one of the scan mode and the normal drive mode. A focus detection apparatus characterized in that a lower amplification factor is set.

The focus detection apparatus according to claim 3,
The focus detection apparatus according to claim 1, wherein when the mode is switched between the tracking mode and the scan mode, the gain setting unit resets the history and sets the gain to a lower gain than the previous gain .

A camera comprising the focus detection device according to claim 1.

An image sensor that receives a luminous flux from a subject and accumulates and outputs an image signal; and
Amplification factor setting means for setting the current amplification factor based on the amplification factor history for the output of the image sensor;
Amplifying means for amplifying the image signal from the image sensor at an amplification factor set by the amplification factor setting means;
Accumulation time setting means for calculating an accumulation time in the photoelectric conversion element based on the image signal amplified by the amplification means;
Drive mode switching means for switching the drive mode of the image sensor;
The amplification factor setting means, when the drive mode of the image sensor is switched by the drive mode switching means, resets the history of the amplification factor and sets the amplification factor lower than the previous amplification factor. Image sensor system.