JP6045231B2 - FOCUS ADJUSTMENT DEVICE, IMAGING DEVICE, AND IMAGING DEVICE CONTROL METHOD - Google Patents
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Description
本発明は、デジタルカメラ等に用いられる焦点調節装置、撮像装置および撮像装置の制御方法に関するものである。 The present invention relates to a focus adjustment device, an imaging device, and an imaging device control method used for a digital camera or the like.
従来、カメラの自動焦点調節装置として、位相差検出方式というものが一般的に良く知られている。位相差検出方式では、撮影レンズの異なる射出瞳領域を通過した被写体からの光束を、AFセンサの一対のラインセンサ上に結像させる。そして、一対のラインセンサで光電変換して得られた一対の被写体像の相対位置を演算することで、撮影レンズのデフォーカス量を検出し、これに基づいて撮影レンズの駆動を行う。 2. Description of the Related Art Conventionally, a phase difference detection method is generally well known as an automatic focusing device for a camera. In the phase difference detection method, a light beam from a subject that has passed through different exit pupil regions of the photographing lens is imaged on a pair of line sensors of the AF sensor. The defocus amount of the photographing lens is detected by calculating the relative position of the pair of subject images obtained by photoelectric conversion by the pair of line sensors, and the photographing lens is driven based on this.
この種の自動焦点調節装置を有するカメラで連続撮影を行う場合の種々の技術が特許文献などに開示されている。 Various techniques for performing continuous shooting with a camera having this type of automatic focus adjustment device are disclosed in patent documents and the like.
例えば、特許文献1には、撮影駒間におけるラインセンサの信号蓄積時間が長くなると高速連続撮影ができないので、連続撮影時には、高い感度のセンサを優先的に動作させて蓄積時間を短縮させる技術が開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses a technique for shortening the accumulation time by preferentially operating a high-sensitivity sensor during continuous shooting because high-speed continuous shooting cannot be performed when the signal accumulation time of the line sensor between the frames is increased. It is disclosed.
しかしながら、上述の特許文献1に開示された技術では、被写体の輝度が超高輝度の場合、センサは光ショットノイズの影響を強く受け、良好なSN比が得られない。AFセンサ回路はノイズも含めた蓄積信号を信号増幅回路で増幅するため、ノイズも一緒に増幅されることになり、その出力はSN比の悪いものとなってしまう。 However, in the technique disclosed in Patent Document 1 described above, when the luminance of the subject is extremely high, the sensor is strongly influenced by light shot noise, and a good SN ratio cannot be obtained. Since the AF sensor circuit amplifies the accumulated signal including noise by the signal amplifying circuit, the noise is also amplified together, and the output becomes a poor SN ratio.
(発明の目的)
本発明の目的は、高速のデフォーカス検出が要求されるシーンであっても、要求されないシーンであっても、最適なデフォーカス量検出を行うことのできる焦点調節装置、撮像装置および撮像装置の制御方法を提供することである。
(Object of invention)
An object of the present invention is to provide a focus adjustment device, an imaging device, and an imaging device capable of detecting an optimal defocus amount even in a scene where high-speed defocus detection is required or not. It is to provide a control method.
上記目的を達成するために、本発明の焦点調節装置は、被写体像を結像させるための撮影レンズの異なる瞳領域を通過した光をそれぞれ受光する一対のラインセンサを、複数対配置して構成された焦点検出センサと、前記複数対のラインセンサに対して、各一対のラインセンサごとに感度を設定する感度設定手段と、前記複数対のラインセンサの内のどの一対のラインセンサの信号を用いるかを選択する選択手段と、前記選択手段により選択された一対のラインセンサの信号を用いて、デフォーカス量を検出するデフォーカス量検出手段と、前記検出されたデフォーカス量に基づいて前記撮影レンズを駆動するレンズ駆動手段とを有する焦点調節装置において、第一の動作モードと第二の動作モードとを切り替える動作モード設定手段を有し、前記第一の動作モードは、前記複数対のラインセンサをそれぞれ異なる感度に設定して同時に信号蓄積を行うモードであり、前記第二の動作モードが、前記複数対のラインセンサを同じ感度に設定し、複数回の信号蓄積を回毎に異なる感度で行うモードであることを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, the focus adjustment apparatus of the present invention is configured by arranging a plurality of pairs of line sensors that respectively receive light that has passed through different pupil regions of a photographing lens for forming a subject image. A focus setting sensor, sensitivity setting means for setting the sensitivity for each pair of line sensors, and signals of which pair of line sensors of the plurality of pairs of line sensors. A selection unit that selects whether to use, a defocus amount detection unit that detects a defocus amount using signals of a pair of line sensors selected by the selection unit, and the defocus amount based on the detected defocus amount. In a focus adjustment apparatus having a lens driving means for driving a photographic lens, it has an operation mode setting means for switching between a first operation mode and a second operation mode. The first operation mode is a mode in which the multiple pairs of line sensors are set to different sensitivities and signals are accumulated simultaneously, and the second operation mode is set to the same sensitivity for the multiple pairs of line sensors. In this mode, the signal is accumulated a plurality of times with different sensitivities.
本発明によれば、高速のデフォーカス検出が要求されるシーンであっても、要求されないシーンであっても、最適なデフォーカス量検出を行うことができる。 According to the present invention, it is possible to detect the optimum defocus amount regardless of whether the scene requires high-speed defocus detection or not.
本発明を実施するための形態は、以下の実施例に記載される通りである。 The mode for carrying out the present invention is as described in the following examples.
図1は、本発明の実施例に係る撮像装置としてのデジタルカメラの構成を示すブロック図である。カメラ用マイクロコンピュータ(以下CPUと記載する)100には、カメラの各種操作用のスイッチ群214を検知するための信号入力回路204、撮像センサ(撮像素子)206、AEセンサ207が接続されている。また、シャッタマグネット218a,218bを制御するためのシャッタ制御回路208、AFセンサ101も接続されている。また、撮影レンズ300(図2参照)とはレンズ通信回路205を介して信号215の伝送がなされ、焦点位置や絞りの制御を行う。カメラの動作はスイッチ群214の設定で決定される。
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a digital camera as an imaging apparatus according to an embodiment of the present invention. A
AFセンサ101は、ラインセンサを備えており、CPU100によりAFセンサ101を制御することで、ラインセンサで得られた被写体のコントラスト分布から、デフォーカス量を検出し、撮影レンズ300(図2参照)の焦点位置を制御する。
The
CPU100はAEセンサ207を制御することで、被写体の輝度を検出し、撮影レンズ300の絞り値やシャッタスピードを決定する。そして、レンズ通信回路205を介して絞り値の制御、レンズ駆動の制御、レンズ情報の取得をする。またシャッタ制御回路208を介してマグネット218a,218bの通電時間を調節することでシャッタスピードを制御し、さらに撮像センサ206を制御することで撮影動作を行う。
The
CPU100内には、カメラ動作を制御するためのプログラムを格納したROM、変数を記憶するためのRAM、種々のパラメータを記憶するためのEEPROM(電気的消去、書き込み可能メモリ)などの記憶回路209が内蔵されている。
In the
次に、図2を参照して、デジタルカメラの光学構成について説明する。撮影レンズ300を介して入射した被写体からの光束の大部分はクイックリターンミラー305で上方に反射され、ファインダスクリーン303上に被写体像として結像される。デジタルカメラのユーザーはこの像をペンタプリズム301、接眼レンズ302を介して観察することができる。撮影光束の一部はクイックリターンミラー305を透過し、後方のサブミラー306で下方へ曲げられて、視野マスク307、フィールドレンズ311、絞り308、二次結像レンズ309を経てAFセンサ(焦点検出センサ)101上に結像される。この像を光電変換して得られる像信号を処理することで、撮影レンズ300の焦点状態を検出することができる。撮影に際しては、クイックリターンミラー305が跳ね上がり、全光束は撮像センサ206上に結像され、被写体像の露光が行われる。
Next, the optical configuration of the digital camera will be described with reference to FIG. Most of the light beam from the subject incident through the photographing lens 300 is reflected upward by the quick return mirror 305 and formed on the finder screen 303 as a subject image. The user of the digital camera can observe this image through the pentaprism 301 and the eyepiece lens 302. A part of the photographic light beam passes through the quick return mirror 305, is bent downward by the rear sub-mirror 306, passes through the field mask 307, the field lens 311, the stop 308, and the secondary imaging lens 309, and the AF sensor (focus detection sensor). ) 101 is imaged. The focus state of the photographic lens 300 can be detected by processing an image signal obtained by photoelectrically converting this image. At the time of shooting, the quick return mirror 305 jumps up, and the total luminous flux is imaged on the
本実施例における焦点検出ユニット(図2において、視野マスク307から二次結像レンズ309までの光学系およびAFセンサ101から構成される)での焦点検出方式は周知の位相差検出方式である。そして、画面内の異なる複数の領域の焦点状態を検出することが可能である。
A focus detection method in the focus detection unit (in FIG. 2, composed of an optical system from the field mask 307 to the secondary imaging lens 309 and the
ここで、AFセンサ101上のラインセンサと撮影画面内のAF枠との関係について、図3(a)〜図3(c)を参照しながら説明する。
Here, the relationship between the line sensor on the
図3(a)は、AFセンサ101のラインセンサの配置を示す図である。ラインセンサ102−1a、102−2aは、ラインセンサ102−1a,102−2aが相対的に互いに1/2画素だけ位置がずれるように並行に隣接して配されている(千鳥配列されている)。また、ラインセンサ102−1b、102−2bは、同様にラインセンサ102−1b,102−2bが相対的に互いに1/2画素だけ位置がずれるように並行に隣接して配されている(千鳥配列されている)。ラインセンサ102−1aと102−1b、ラインセンサ102−2aと102−2bは、それぞれ二次結像レンズ309により対の関係になっており、ラインセンサ102−1、102−2を構成する。ラインセンサ102−1、102−2は、撮影レンズ300の異なる瞳領域を通過した光を受光する一対のラインセンサであり、これらの一対のラインセンサから出力される2つの画像の位相差を検出することにより、デフォーカス量が検出される。同様に、ラインセンサ102−3と102−4、ラインセンサ102−5と102−6も千鳥配列されている。すなわち、ラインセンサの長手方向に互いにずれた二対のラインセンサが複数対配置されている。
FIG. 3A is a diagram illustrating the arrangement of the line sensors of the
図3(b)には、ラインセンサ102−1aとラインセンサ102−2aの配置の例が示されている。ここでは、説明を分かりやすくするために、それぞれ5個の画素から構成されるものとしている。ラインセンサ102−1aはフォトダイオード(受光部)60−U1〜60−U5から構成され、ラインセンサ102−2aはフォトダイオード(受光部)60−L1〜60−L5から構成される。フォトダイオード60−U1〜60−U5、フォトダイオード60−L1〜60−L5は同一の画素ピッチで配されている。なお、後述するように、画素はフォトダイオードの他に、スイッチ、容量、増幅回路を含んでいる。しかし、図3(b)ではスイッチ、容量、増幅回路は省略されており、フォトダイオードと素子分離領域61のみを示している。スイッチ、容量、増幅回路は遮光層62に設けられ、それぞれフォトダイオード形成領域に隣接して形成されている。 FIG. 3B shows an example of the arrangement of the line sensor 102-1a and the line sensor 102-2a. Here, in order to make the explanation easy to understand, each pixel is composed of five pixels. The line sensor 102-1a includes photodiodes (light receiving units) 60-U1 to 60-U5, and the line sensor 102-2a includes photodiodes (light receiving units) 60-L1 to 60-L5. The photodiodes 60-U1 to 60-U5 and the photodiodes 60-L1 to 60-L5 are arranged at the same pixel pitch. As will be described later, the pixel includes a switch, a capacitor, and an amplifier circuit in addition to the photodiode. However, in FIG. 3B, switches, capacitors, and amplifier circuits are omitted, and only the photodiode and the element isolation region 61 are shown. The switches, capacitors, and amplifier circuits are provided in the light shielding layer 62, and are formed adjacent to the photodiode formation region.
図3(c)は、ファインダ400内に表示されるAF枠の配置と、AFセンサ101上のラインセンサによるAF視野404を示す図である。AF枠401にラインセンサ102−1とラインセンサ102−2を、AF枠402にラインセンサ102−3とラインセンサ102−4を、AF枠403にラインセンサ102−5とラインセンサ102−6をそれぞれ配置している。1点のAF枠に、互いに近接した2組のラインセンサを配置し、画素ピッチを等価的に半分にする(千鳥配置する)ことで、高周波の被写体に対する焦点検出精度を向上させることができる。
FIG. 3C is a diagram showing the arrangement of AF frames displayed in the viewfinder 400 and the AF visual field 404 by the line sensor on the
AFセンサ101の詳細な回路構成を、図4のブロック図を参照して説明する。二次結像レンズ309により結像された被写体像は、ラインセンサ102a、102bで光電変換され、電荷として蓄積される。蓄積された電荷は、増幅回路により電圧として出力される。また、ラインセンサ102a、102bは、ライン毎に感度設定回路103を持っている。ライン選択回路104は、ラインセンサ102a、102bの複数のラインのうち1ラインを選択する。そして、ラインセンサの蓄積信号を後述するPBコントラスト検出回路へと送信する機能を持っている。
A detailed circuit configuration of the
PBコントラスト検出回路105は、ライン選択回路104により選択されたラインの画素信号で最も大きな信号(以下、Peak信号と記す)と、最も小さな信号(以下、Bottom信号と記す)を検出する。そして、Peak信号とBottom信号の差分信号(以下、PB信号と記す)を蓄積停止判定回路106へ出力する。
The PB
図5は、PBコントラスト検出回路105からの出力信号であるPB信号の信号量と蓄積時間の関係を示した図である。蓄積時間0が蓄積開始タイミングであり、時間が経過するほどPB信号は増加していく。蓄積停止判定回路106は、PB信号と蓄積停止レベルとを比較判定する。PB信号が蓄積停止レベルよりも大きくなった時点で、ライン選択回路104で選択されたラインの画素の蓄積を停止するために、ラインセンサ102a,102bへ蓄積停止信号を出力する。さらに、CPU100へ蓄積終了信号と蓄積終了したライン情報を出力する。また、PB信号が所定の時間内に目標値に達しなかった場合は、強制的に蓄積を停止するために、ラインセンサ102a,102bへ蓄積停止信号を出力する。
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the signal amount of the PB signal, which is an output signal from the PB
ラインセンサ102a,102bで蓄積された画素信号は、CPU100によりシフトレジスタ107を駆動することで、1画素ずつの画素信号として出力回路108へ出力される。出力回路108では、画素信号からコントラスト成分を取り出し、増幅するなどの処理を行い、CPU100のA/D変換器(不図示)へ出力する。
The pixel signals accumulated by the
ラインセンサを構成する画素の具体的な回路図を図6に示す。図6において、ラインセンサはセンサ画素回路部とノイズ除去回路部で構成される。センサ画素回路部はフォトダイオードPD、容量CL、CPD、CS、電流源1、電流源2、MOSトランジスタM1,M2,M3,M4,M5、スイッチSWRES、SWSENS、SWCHで構成される。ノイズ除去回路部は容量CCLAMP、増幅回路AMP1、スイッチSWPTS1、SWPTS2、SWPTN1、SWPTN2、SWCLAMP、SWPHnで構成される。電圧VRESはリセット電位であり、電圧VCLAMPはクランプ電位である。出力VOUTはライン選択回路104に接続されている。容量CPDは、フォトダイオード、MOSトランジスタ、スイッチ、配線等で生ずる寄生容量である。スイッチSWRES、SWSENS、SWCH、SWPTS1、SWPTS2、SWPTN1、SWPTN2、SWCLAMP、SWPHnはそれぞれ信号φRES、φSENS、φCH、φPTS1、φPTS2、φPTN1、φPTN2、φCLAMP、φPHnでそれぞれオン/オフ制御される。
FIG. 6 shows a specific circuit diagram of the pixels constituting the line sensor. In FIG. 6, the line sensor includes a sensor pixel circuit unit and a noise removal circuit unit. The sensor pixel circuit unit includes a photodiode PD, capacitors CL, CPD, CS, a current source 1, a current source 2, MOS transistors M1, M2, M3, M4, and M5, and switches SWRES, SWSENS, and SWCH. The noise removal circuit unit includes a capacitor CCLAMP, an amplifier circuit AMP1, and switches SWPTS1, SWPTS2, SWPTN1, SWPTN2, SWCLAMP, and SWPHn. The voltage VRES is a reset potential, and the voltage VCLAMP is a clamp potential. The output VOUT is connected to the
上記回路の動作について図7のタイミングチャートを用いて説明する。まずφSENSにより感度を設定する。φSENSがロウレベルの時、SWSENSはオフとなり、トランジスタM1には容量CPDのみが接続され、センサは高感度に設定される。φSENSがハイレベルの時、SWSENSはオンとなり、トランジスタM1には容量CPD、CLが接続され、センサは低感度に設定される。以降では低感度に設定した場合の動作を説明する。 The operation of the above circuit will be described with reference to the timing chart of FIG. First, the sensitivity is set by φSENS. When φSENS is at a low level, SWSENS is turned off, only the capacitor CPD is connected to the transistor M1, and the sensor is set to high sensitivity. When φSENS is at a high level, SWSENS is turned on, capacitors CPD and CL are connected to the transistor M1, and the sensor is set to low sensitivity. Hereinafter, the operation when the low sensitivity is set will be described.
スイッチSWRES、SWCH、SWPTN1、SWPTN2、SWCLAMPをオンして、容量CL、CS、CCLAMPをリセットする。その後(画素リセット後)、スイッチSWRES、SWPTN2、SWPTN1を順次オフする。このとき、センサ画素回路部のオフセット電圧をVOS1、増幅回路AMP1のオフセット電圧をVOS2、スイッチSWRESをオフすることによって生じるノイズ電圧をVN1とする。すると、容量CCLAMPには、
VCP=(VRES+VOS1+VOS2+VN1)−VCLAMP
に相当する電荷が充電され、ノイズが記憶される。さらにSWPTS1をオンして容量CCLAMPと増幅回路AMP1を接続し、その後、SWCLAMPをオフしてノイズ記憶動作を終了する。
The switches SWRES, SWCH, SWPTN1, SWPTN2, and SWCLAMP are turned on to reset the capacitors CL, CS, and CCLAMP. Thereafter (after pixel reset), the switches SWRES, SWPTN2, and SWPTN1 are sequentially turned off. At this time, the offset voltage of the sensor pixel circuit unit is VOS1, the offset voltage of the amplifier circuit AMP1 is VOS2, and the noise voltage generated by turning off the switch SWRES is VN1. Then, the capacity CCLAMP is
VCP = (VRES + VOS1 + VOS2 + VN1) −VCLAMP
The charge corresponding to is charged and noise is stored. Further, the SWPTS1 is turned on to connect the capacitor CCLAMP and the amplifier circuit AMP1, and then the SWCLAMP is turned off to complete the noise storing operation.
次にスイッチSWPTS2、SWPHnをオンして信号蓄積を開始する。蓄積信号をSとすると、センサ画素回路部の出力VSENSは下記式で表わされる。
VSENS=VRES+VOS1+VN1+S
さらに、増幅回路AMP1の入力VINは、前述した容量CCLAMPに記憶されたノイズ電圧が引かれ、下記式であらわされる。
VIN=VSENS−VCP=S−VOS2+VCLAMP
したがって、センサ出力VOUTは下記式で表わされる。
VOUT=VIN+VOS2=S+VCLAMP
Next, the switches SWPTS2 and SWPHn are turned on to start signal accumulation. When the accumulation signal is S, the output VSENS of the sensor pixel circuit unit is expressed by the following equation.
VSENS = VRES + VOS1 + VN1 + S
Further, the input VIN of the amplifier circuit AMP1 is subtracted by the noise voltage stored in the capacitor CCLAMP described above, and is expressed by the following equation.
VIN = VSENS−VCP = S−VOS2 + VCLAMP
Therefore, the sensor output VOUT is expressed by the following equation.
VOUT = VIN + VOS2 = S + VCLAMP
以上の様にノイズ除去回路部により信号出力時に蓄積信号からノイズを除去し、精度の高いPBコントラスト検出が可能となる。 As described above, noise can be removed from the accumulated signal at the time of signal output by the noise removal circuit unit, and highly accurate PB contrast detection can be performed.
蓄積終了時にはスイッチSWCHをオフし、容量CSに電荷を保持する。 At the end of the accumulation, the switch SWCH is turned off to hold the charge in the capacitor CS.
信号読み出し時は、ライン選択回路104により読み出しされるラインセンサが選択され、シフトレジスタ107からの信号により、SWPHnが順次オンしていき、信号が出力回路108に出力される。このとき、信号蓄積時と同様に、ノイズ除去回路部によりノイズが除去された蓄積信号が得られる。
When reading a signal, a line sensor read by the
図8に輝度一定としたときの、蓄積時間と出力電圧の関係を示す。蓄積時間0が蓄積開始タイミングであり、時間が経過するほど出力電圧は増加していく。高感度に設定されたランセンサの出力電圧の傾きは、低感度に設定されたラインセンサの出力電圧の傾きに対して大きくなる。
FIG. 8 shows the relationship between the accumulation time and the output voltage when the luminance is constant. The
以上のように構成された焦点調節装置の動作を、図9のフローチャートに基づいて詳細に説明する。 The operation of the focus adjustment apparatus configured as described above will be described in detail based on the flowchart of FIG.
本実施例では、連続撮影モードが設定され、移動被写体の連続撮影時に適したサーボ制御が設定されているものとする。サーボ制御時は、図15に示すように、連続撮影中にも連続してデフォーカス量検出を行い、レンズ駆動量の更新をしている。さらには、過去複数回の検出デフォーカス量と撮影レンズの駆動量から求められる像面位置の変化を、時刻による所定の関数となみし、その関数を統計的手法により求めることで撮影レンズの予測駆動を行っている。すなわち、図15の点Aで露光動作したとすると、次回の焦点調節時のデフォーカス量に動体予測補正量を加えたレンズ駆動を次回露光前までに完了することで、最後の焦点調節から露光が開始されるまでのレリーズタイムラグ間の被写体の移動を見越して合焦させることができる。 In this embodiment, it is assumed that the continuous shooting mode is set and servo control suitable for continuous shooting of a moving subject is set. At the time of servo control, as shown in FIG. 15, the defocus amount is continuously detected even during continuous shooting, and the lens drive amount is updated. Furthermore, the change of the image plane position obtained from the past multiple detection defocus amounts and the driving amount of the photographing lens is regarded as a predetermined function according to time, and the function is obtained by a statistical method to predict the driving of the photographing lens. It is carried out. That is, assuming that the exposure operation is performed at the point A in FIG. 15, the lens drive by adding the moving object prediction correction amount to the defocus amount at the next focus adjustment is completed before the next exposure, so that the exposure from the last focus adjustment is performed. The subject can be focused in anticipation of the movement of the subject during the release time lag until the start of.
スイッチ群214の操作により焦点調節の開始信号を受信したら、CPU100からAFセンサ101を制御することで焦点調節動作を開始する。ここでは、例えば図3(c)に示すAF枠401が選択されているものとする。
When a focus adjustment start signal is received by operating the
ステップS800では、設定されている連続撮影速度を判定する。連続撮影速度がデジタルカメラ内に記憶された所定量より速ければ、1コマ撮影に付き、AF枠401に対応しているラインセンサをそれぞれ異なる感度に設定して同時に信号蓄積を行う第一の動作モード(ステップS801〜S805)を実行する。 In step S800, the set continuous shooting speed is determined. If the continuous shooting speed is faster than the predetermined amount stored in the digital camera, the first operation for simultaneously storing signals by setting the line sensors corresponding to the AF frame 401 to different sensitivities for one frame shooting The mode (steps S801 to S805) is executed.
ステップS801では、ラインセンサ102−1を高感度に設定し、ラインセンサ102−2を低感度に設定する。 In step S801, the line sensor 102-1 is set to high sensitivity, and the line sensor 102-2 is set to low sensitivity.
次のステップS802では、CPU100によりAFセンサ101を制御し、ラインセンサ102−1、ラインセンサ102−2による信号蓄積動作を同時に開始する。そして、次のステップS803にて、蓄積停止判定動作を行う。CPU100はAFセンサ101から出力される蓄積停止信号の検出を行う。そして、蓄積停止信号が検出されるまでステップS803の動作を繰り返し、蓄積停止信号が検出された場合は、ステップS804の信号読み出し動作へ進む。ステップS804では、画素信号の読出し動作を行う。ステップS805では、読みだされた画素信号の信頼性判定を行う。
In the next step S802, the
信頼性判定工程のフローチャートを図10にしめす。信頼性判定は被写体のコントラストと輝度情報から画素信号の信頼性判定を行い、その判定結果に基づいて、ラインセンサを選択する。ここで、画素信号の信頼性判定について説明する。図12に被写体の輝度とAFセンサ出力のSN比との関係を示す。 A flowchart of the reliability determination process is shown in FIG. In the reliability determination, the reliability of the pixel signal is determined from the contrast and luminance information of the subject, and the line sensor is selected based on the determination result. Here, the reliability determination of the pixel signal will be described. FIG. 12 shows the relationship between the brightness of the subject and the SN ratio of the AF sensor output.
図12(a)は被写体のコントラストが、所定の値Cthより高い場合の図である。被写体の輝度が高い場合、PB信号が一定になるように蓄積制御されるので、SN比は一定の値となる。この輝度範囲では、光ショットノイズが支配的となる。低感度に設定されたラインセンサは、高感度に設定されたラインセンサよりも画素部のダイナミックレンジが大きいので、SN比が一定となる輝度が高く、さらに光ショットノイズの影響も小さい。このため、高感度に設定されたラインセンサよりも高輝度でのSN比が大きい。ここで、ラインセンサのSN比が、低感度センサ>高感度センサになる輝度をL1とする。 FIG. 12A is a diagram when the contrast of the subject is higher than a predetermined value Cth. When the brightness of the subject is high, accumulation control is performed so that the PB signal is constant, so the SN ratio is a constant value. In this luminance range, light shot noise is dominant. Since the line sensor set to low sensitivity has a larger dynamic range of the pixel portion than the line sensor set to high sensitivity, the luminance at which the SN ratio is constant is high, and the influence of light shot noise is also small. For this reason, the SN ratio at high luminance is larger than that of the line sensor set to high sensitivity. Here, the luminance at which the SN ratio of the line sensor is low sensitivity sensor> high sensitivity sensor is L1.
被写体の輝度が低い場合、ラインセンサのPB信号量は所定の蓄積時間内では蓄積停止レベルに至らず、蓄積は強制的に停止される。蓄積が強制的に停止される輝度以下では、AFセンサ出力のSN比は急激に劣化する。これは、信号量が少なくなるのに対し、暗電流によるノイズ、回路で発生するノイズなどが変わらないためである。高感度に設定されたラインセンサは、蓄積が強制停止となる輝度が低く、低感度に設定されたラインセンサよりも低輝度でのSN比は大きい。ここで、ラインセンサのSN比が、高感度センサ>低感度センサとなる輝度をL2とする。 When the luminance of the subject is low, the PB signal amount of the line sensor does not reach the accumulation stop level within a predetermined accumulation time, and the accumulation is forcibly stopped. Below the luminance at which the accumulation is forcibly stopped, the SN ratio of the AF sensor output deteriorates rapidly. This is because noise due to dark current, noise generated in the circuit, and the like do not change while the signal amount decreases. The line sensor set to high sensitivity has a low luminance at which accumulation is forcibly stopped, and the SN ratio at low luminance is larger than that of the line sensor set to low sensitivity. Here, the luminance at which the SN ratio of the line sensor is high sensitivity sensor> low sensitivity sensor is L2.
被写体の輝度がL1とL2の中間である場合、低感度に設定されたラインセンサと、高感度に設定されたラインセンサのSN比は同程度であり、輝度が高くなるにつれて向上する。 When the luminance of the subject is between L1 and L2, the SN ratio of the line sensor set to low sensitivity and the line sensor set to high sensitivity is approximately the same, and improves as the luminance increases.
図12(b)は被写体のコントラストが、所定の値Cth以下の場合の図である。被写体のコントラストが低い場合、ラインセンサからの信号は被写体のコントラスト成分であるため振幅が小さい。このため、高輝度時の光ショットノイズや、低輝度時の暗電流や回路に起因するノイズなどの影響を強く受けやすく、SN比が全体的に悪くなる。また、高輝度時のラインセンサのSN比が、低輝度センサ>高輝度センサになる輝度をL3とすると、L1>L3となる。一方、低輝度時のラインセンサのSN比が、高感度センサ>低感度センサになる輝度をL4とすると、L2<L4となる。 FIG. 12B is a diagram when the contrast of the subject is equal to or less than a predetermined value Cth. When the contrast of the subject is low, the signal from the line sensor is a contrast component of the subject, so the amplitude is small. For this reason, it is easily affected by light shot noise at high luminance, dark current at low luminance and noise caused by the circuit, and the SN ratio is deteriorated as a whole. In addition, when the luminance ratio of the line sensor at the time of high luminance is L3> L3> L3, the luminance becomes low luminance sensor> high luminance sensor. On the other hand, when the luminance of the line sensor at the time of low luminance is L4 where L4 is the luminance where high sensitivity sensor> low sensitivity sensor, L2 <L4.
図13に被写体のコントラストと輝度、ラインセンサの感度、デフォーカス検出の演算精度の関係を示す。被写体のコントラストが低い場合、各種ノイズの影響が大きくなり、それぞれの感度設定で信頼性の高いデフォーカス検出演算のできる輝度範囲が狭くなる。 FIG. 13 shows the relationship between the contrast and brightness of the subject, the sensitivity of the line sensor, and the calculation accuracy of defocus detection. When the contrast of the subject is low, the influence of various noises becomes large, and the luminance range in which defocus detection calculation with high reliability can be performed with each sensitivity setting becomes narrow.
以上のように、第一の動作モード(S801〜S805)のときは、前回の撮影駒に対しての露光終了から今回の撮影駒に対する露光開始までの間に、信号蓄積を少なくとも1回以上行う。 As described above, in the first operation mode (S801 to S805), signal accumulation is performed at least once during the period from the end of exposure for the previous photographic frame to the start of exposure for the current photographic frame. .
図10において、ステップS900では、CPU100は読みだされた信号を基に、被写体のコントラストが所定のしきい値より大きいか判定する。ここでしきい値はCthである。被写体のコントラストがCthより大きい場合、ステップS901で被写体の輝度を判定する。被写体の輝度は読みだされた信号と蓄積時間によって計算される。または、AEセンサ207の測定結果を用いてもよい。ステップS901で輝度がL1より高い場合、ステップS902に進み、低感度に設定されたラインセンサ102−2の信号を選択する。輝度がL2より低い場合、ステップS903に進み、高感度に設定されたラインセンサ102−1の信号を選択する。輝度がL1以下、L2以上であった場合、ステップS904に進み、ラインセンサ102−1とラインセンサ102−2の信号を加算した値を画素信号とする。
In FIG. 10, in step S900, the
ステップS900で被写体のコントラストがCth以下と判定された場合、ステップS905で被写体の輝度を判定する。ステップS905で輝度がL3より高い場合、ステップS906に進み、低感度に設定されたラインセンサ102−2の信号を選択する。輝度がL4より低い場合、ステップS907に進み、高感度に設定されたラインセンサ102−1の信号を選択する。輝度がL3以下、L4以上であった場合、ステップS908に進み、ラインセンサ102−1とラインセンサ102−2を加算した値を画素信号とする。 If it is determined in step S900 that the contrast of the subject is Cth or less, the luminance of the subject is determined in step S905. If the luminance is higher than L3 in step S905, the process proceeds to step S906, and the signal of the line sensor 102-2 set to low sensitivity is selected. If the luminance is lower than L4, the process proceeds to step S907, and the signal of the line sensor 102-1 set to high sensitivity is selected. If the luminance is not more than L3 and not less than L4, the process proceeds to step S908, and a value obtained by adding the line sensor 102-1 and the line sensor 102-2 is set as a pixel signal.
ステップS902−S904、S906−S908を実行するCPU100は、選択手段を構成する。
The
図9に戻り、ステップS800で、連続撮影速度がカメラ内に記憶された所定量より遅ければ、1コマ撮影に付き、AF枠401に対応しているラインセンサをそれぞれ低感度に設定して信号蓄積を行い、さらにラインセンサを高感度に設定してもう一度信号蓄積を行う第二の動作モード(ステップS806〜S814)を実行する。つまり、第二の動作モードは、複数対のラインセンサを同じ感度に設定し、複数回の信号蓄積を回毎に異なる感度で行うモードである。 Returning to FIG. 9, in step S800, if the continuous shooting speed is slower than the predetermined amount stored in the camera, the line sensor corresponding to the AF frame 401 is set to low sensitivity for each frame shooting and the signal is set. The second operation mode (steps S806 to S814) is performed in which accumulation is performed and the line sensor is set to high sensitivity and signal accumulation is performed again. That is, the second operation mode is a mode in which a plurality of pairs of line sensors are set to the same sensitivity and a plurality of signal accumulations are performed with different sensitivities each time.
図9においては、ステップS800を実行するCPU100は、動作モード設定手段に相当する。
In FIG. 9, the
ステップS806では、ラインセンサ102−1、102−2を低感度に設定する。 In step S806, the line sensors 102-1 and 102-2 are set to low sensitivity.
次のステップS807では、CPU100によりAFセンサ101を制御し、ラインセンサ102−1、ラインセンサ102−2による信号蓄積動作を開始する。そして、次のステップS808にて、蓄積停止判定動作を行う。CPU100はAFセンサ101から出力される蓄積停止信号の検出を行う。そして、蓄積停止信号が検出されるまでステップS808の動作を繰り返し、蓄積停止信号が検出された場合は、ステップS809の信号読み出し動作へ進む。
In the next step S807, the
さらにステップS810では、ラインセンサ102−1、102−2を高感度に設定する。 In step S810, the line sensors 102-1 and 102-2 are set to high sensitivity.
次のステップS811では、CPU100によりAFセンサ101を制御し、ラインセンサ102−1、ラインセンサ102−2による信号蓄積動作を開始する。そして、次のステップS812にて、蓄積停止判定動作を行う。CPU100はAFセンサ101から出力される蓄積停止信号の検出を行う。そして、蓄積停止信号が検出されるまでステップS812の動作を繰り返し、蓄積停止信号が検出された場合は、ステップS813の信号読み出し動作へ進む。
In the next step S811, the
ステップS814では、ステップS809、S813で読み出された画素信号の信頼性判定を行う。 In step S814, the reliability of the pixel signal read in steps S809 and S813 is determined.
信頼性判定は図10のフローチャートに従う。ステップS902およびS906に進み、低感度ラインが選択される判定がされた場合は、S809で読みだされたラインセンサ102−1、102−2の信号を加算した値を画素信号とする。ステップS903およびS907に進み、高感度ラインが選択される判定がされた場合は、S813で読みだされたラインセンサ102−1、102−2の信号を加算した値を画素信号とする。ステップS904およびS908に進み、低感度ラインと高感度ラインの両方が選択される判定がされた場合は、S809で読みだされたラインセンサ102−1、102−2の信号とS813で読みだされたラインセンサ102−1、102−2の信号を加算した値を画素信号とする。 Reliability determination follows the flowchart of FIG. In Steps S902 and S906, when it is determined that the low sensitivity line is selected, a value obtained by adding the signals of the line sensors 102-1 and 102-2 read in S809 is set as a pixel signal. In steps S903 and S907, when it is determined that a high-sensitivity line is selected, a value obtained by adding the signals of the line sensors 102-1 and 102-2 read in step S813 is set as a pixel signal. In steps S904 and S908, when it is determined that both the low sensitivity line and the high sensitivity line are selected, the signals of the line sensors 102-1 and 102-2 read out in S809 and the signals read out in S813. A value obtained by adding the signals of the line sensors 102-1 and 102-2 is defined as a pixel signal.
以上のように、第二の動作モード(S806−S814)のときは、前回の撮影駒に対しての露光終了から今回の撮影駒に対する露光開始までの間に、異なる感度での信号蓄積をそれぞれ少なくとも各1回以上行う。 As described above, in the second operation mode (S806 to S814), signal accumulation with different sensitivities is performed between the end of exposure for the previous photographic frame and the start of exposure for the current photographic frame. Perform at least once each.
ステップS815では信頼性判定の結果に基づき、読みだされた画素信号を用いてデフォーカス検出の演算を行う。 In step S815, based on the result of the reliability determination, a defocus detection calculation is performed using the read pixel signal.
デフォーカス検出の演算ついて、図11のフローチャートを用いて説明する。 The defocus detection calculation will be described with reference to the flowchart of FIG.
まず、ステップS1001でレンズ位置の取得を行う。 First, in step S1001, the lens position is acquired.
続くステップS1002においては、撮影レンズから自動焦点調節に必要な敏感度、ベストピント補正値、1パルスあたりのデフォーカス量等の光学情報の取得を行う。これらはCPU100から撮影レンズへ通信することによって行われる。
In the subsequent step S1002, optical information such as sensitivity necessary for automatic focus adjustment, best focus correction value, defocus amount per pulse, and the like is obtained from the photographing lens. These are performed by communicating from the
次のステップS1003においては、相関演算を施すことにより像ずれ量を計算し、デフォーカス量Dを求める。デフォーカス量と実際のレンズ駆動量は非線形の関係にあり、デフォーカス量に応じた関数で近似するのが一般的である。また実際の繰り出しで扱う量は、長さではなく撮影レンズへの駆動波形であるところのフォーカスパルス数Pである。 In the next step S1003, an image shift amount is calculated by performing a correlation operation, and a defocus amount D is obtained. The defocus amount and the actual lens driving amount are in a non-linear relationship, and are generally approximated by a function corresponding to the defocus amount. In addition, the amount handled in the actual payout is not the length but the focus pulse number P that is the drive waveform to the photographing lens.
CPU100は、上記ステップS1002にてフォーカスパルス数Pへの変換に必要な光学情報を取得しているので、ステップS1003にて上記のようにデフォーカス量Dの演算を行い、次のステップS1004において、レンズ駆動量であるフォーカスパルス数Pへの変換を行う。合焦に必要なレンズ駆動量(フォーカスパルス数P)はこのようにして求められ、続くステップS1005においては、像面位置とその検出時刻をCPU100の記憶回路へ記憶し、次のステップS1006において、動体予測量のフォーカスパルス数の補正を行う。これは、上記ステップS1001において取得したレンズ位置を原点として、CPU100の記憶装置に記憶されている過去複数回の検出デフォーカス量と撮影レンズの駆動量から求められる像面位置の変化を、時刻による所定の関数とみなし、その関数を統計的手法により求めることで、最後の焦点検出から露光が開始されるまでのレリーズタイムラグ間の被写体の移動を見越したレンズ駆動量を求めることで補正が行われる。
Since the
図9に戻り、ステップS816ではデフォーカス検出の演算の結果に基づき、レンズ駆動を行い、自動焦点調節を終了する。 Returning to FIG. 9, in step S816, the lens is driven based on the calculation result of the defocus detection, and the automatic focus adjustment is terminated.
本実施例では、被写体のコントラストを判定するしきい値を1個としたが、複数個としてもよい。この場合、それぞれのしきい値について、その後の輝度判定を行う。また、輝度は蓄積時間から計算して求めてもよい。あるいは、被写体のコントラストを判定するしきい値は、演算式により決定され、可変としてもよい。また、ラインセンサ対のそれぞれのセンサの出力信号の像一致度から信頼性判定をしてもよい。図14(a)の波形はラインセンサ対の像一致度が大きく、信頼性が高い。図14(b)の波形はノイズの影響等でラインセンサ対の像一致度が小さく、信頼性が低い。 In this embodiment, the threshold for determining the contrast of the subject is one, but it may be plural. In this case, subsequent luminance determination is performed for each threshold value. Further, the luminance may be obtained by calculating from the accumulation time. Alternatively, the threshold value for determining the contrast of the subject is determined by an arithmetic expression and may be variable. Further, reliability determination may be performed based on the degree of image coincidence of the output signals of the respective sensors of the line sensor pair. The waveform in FIG. 14A has a high image coincidence between the line sensor pair and high reliability. The waveform in FIG. 14B has low image coincidence due to the influence of noise and the like, and has low reliability.
以上のように、本実施例では、連続撮影速度によって焦点調節の動作を切り替える。 As described above, in this embodiment, the focus adjustment operation is switched according to the continuous shooting speed.
撮影速度が速い場合は1駒撮影に割り当てられる時間が短くなるため、焦点調節に使用できる時間も少なくなり、感度を切り替えて二回の信号蓄積を行うことができない。また、前フレームの結果を用いて感度を設定し、信号蓄積を一回行うとすると、被写体の輝度が撮影駒間に変化した場合に、適切でない感度で焦点調節を行ってしまう。本実施例では、1個のAF枠に対応する二対のラインセンサをそれぞれ異なる感度に設定することにより、一回の信号蓄積でも、被写体の輝度に適した感度を用いて焦点調節を行うことができる。さらに、被写体の輝度が中輝度の場合は、二対のラインセンサの信号を加算してデフォーカス演算を行うため、より高い精度での焦点検出が可能である。また、被写体の輝度が低輝度、あるいは高輝度であり、一対のラインセンサの信号のみを用いたとしても、高いサンプリングレートで焦点調節をしているため、被写体移動の予測精度が高く、十分な精度の焦点調節が可能である。 When the shooting speed is high, the time allocated for single frame shooting is shortened, so the time available for focus adjustment is also reduced, and the signal cannot be stored twice by switching the sensitivity. Further, if sensitivity is set using the result of the previous frame and signal accumulation is performed once, focus adjustment is performed with an inappropriate sensitivity when the luminance of the subject changes between photographing frames. In this embodiment, the two pairs of line sensors corresponding to one AF frame are set to different sensitivities so that the focus adjustment is performed using the sensitivity suitable for the luminance of the subject even in one signal accumulation. Can do. Furthermore, when the luminance of the subject is medium, the defocus calculation is performed by adding the signals of the two pairs of line sensors, so that focus detection with higher accuracy is possible. Also, even if the subject brightness is low or high and only the signals from a pair of line sensors are used, the focus adjustment is performed at a high sampling rate, so the subject movement prediction accuracy is high and sufficient. Precision focus adjustment is possible.
撮影速度が遅い場合は1駒撮影に割り当てられる時間が長くなるため、焦点調節に使用できる時間も多くなり、感度を切り替えて二回の信号蓄積を行うことができる。 When the shooting speed is slow, the time allotted for single frame shooting becomes longer, so the time available for focus adjustment also increases, and the signal can be stored twice by switching the sensitivity.
本実施形態では、二対のラインセンサでの信号蓄積を低感度と高感度で一回ずつ行うことにより、高い精度の焦点調節を幅広い輝度範囲で行うことができる。さらに撮影駒間の信号蓄積を、設定された撮影速度を損なわない回数、感度を交互に切り替えて行ってもよい。このことにより、高いサンプリングレートでの焦点調節が可能となり、被写体移動の予測精度が高く、より高精度の焦点調節が可能である。 In the present embodiment, by performing signal accumulation with two pairs of line sensors once with low sensitivity and high sensitivity, high-precision focus adjustment can be performed in a wide luminance range. Further, the signal accumulation between the photographing frames may be performed by alternately switching the number of times and the sensitivity without impairing the set photographing speed. As a result, focus adjustment at a high sampling rate is possible, prediction accuracy of subject movement is high, and higher-precision focus adjustment is possible.
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。 As mentioned above, although the preferable Example of this invention was described, this invention is not limited to these Examples, A various deformation | transformation and change are possible within the range of the summary.
100 CPU
101 AFセンサ
206 撮像センサ
102−1 ラインセンサ
102−2 ラインセンサ
103 感度設定回路
100 CPU
101
Claims (10)
前記複数対のラインセンサに対して、各一対のラインセンサごとに感度を設定する感度設定手段と、
前記複数対のラインセンサの内のどの一対のラインセンサの信号を用いるかを選択する選択手段と、
前記選択手段により選択された一対のラインセンサの信号を用いて、デフォーカス量を検出するデフォーカス量検出手段と、
前記検出されたデフォーカス量に基づいて前記撮影レンズを駆動するレンズ駆動手段とを有する焦点調節装置において、
第一の動作モードと第二の動作モードとを切り替える動作モード設定手段を有し、
前記第一の動作モードは、前記複数対のラインセンサをそれぞれ異なる感度に設定して同時に信号蓄積を行うモードであり、
前記第二の動作モードは、前記複数対のラインセンサを同じ感度に設定し、複数回の信号蓄積を回毎に異なる感度で行うモードであることを特徴とする焦点調節装置。 A focus detection sensor configured by arranging a plurality of pairs of line sensors each receiving light that has passed through different pupil regions of a photographing lens for forming a subject image; and
Sensitivity setting means for setting the sensitivity for each pair of line sensors with respect to the plurality of pairs of line sensors,
Selecting means for selecting which pair of line sensors of the plurality of pairs of line sensors to use;
Defocus amount detection means for detecting a defocus amount using signals of a pair of line sensors selected by the selection means;
In a focus adjustment device having lens driving means for driving the photographing lens based on the detected defocus amount,
Having an operation mode setting means for switching between the first operation mode and the second operation mode;
In the first operation mode, the plurality of pairs of line sensors are set to different sensitivities, and signals are accumulated simultaneously.
The focus adjustment apparatus, wherein the second operation mode is a mode in which the plurality of pairs of line sensors are set to the same sensitivity and a plurality of signal accumulations are performed with different sensitivities each time.
前記第一の動作モードのときは、前回の撮影駒に対しての露光終了から今回の撮影駒に対する露光開始までの間に、信号蓄積を少なくとも1回以上行い、
前記第二の動作モードのときは、前回の撮影駒に対しての露光終了から今回の撮影駒に対する露光開始までの間に、異なる感度での信号蓄積をそれぞれ少なくとも各1回以上行うことを特徴とする請求項1または2のいずれか1項に記載の焦点調節装置。 During continuous shooting, the operation mode setting means switches between the first operation mode and the second operation mode according to the continuous shooting speed,
In the first operation mode, signal accumulation is performed at least once during the period from the end of exposure to the previous photographing frame to the start of exposure to the current photographing frame,
In the second operation mode, signal accumulation at different sensitivities is performed at least once each from the end of exposure for the previous photographing frame to the start of exposure for the current photographing frame. The focus adjustment apparatus according to claim 1 or 2.
第一の動作モードと第二の動作モードとを切り替える動作モード設定ステップと、
前記複数対のラインセンサに対して、各一対のラインセンサごとに感度を設定する感度設定ステップとを有し、
前記動作モード設定ステップにて前記第一の動作モードに切り替えられたときには、前記複数対のラインセンサをそれぞれ異なる感度に設定して同時に信号蓄積を行い、
前記動作モード設定ステップにて前記第二の動作モードに切り替えられたときには、前記複数対のラインセンサを同じ感度に設定し、複数回の信号蓄積を回毎に異なる感度で行うことを特徴とする撮像装置の制御方法。
A focus detection sensor configured by arranging a plurality of pairs of line sensors that respectively receive light that has passed through different pupil regions of a photographic lens for forming a subject image, and among the plurality of pairs of line sensors selection means for selecting whether to use a signal of which a pair of line sensors, by using the signals of the pair of line sensors selected by said selecting means, and the defocus amount detecting means for detecting the defocus amount, is the detection a control method of an imaging device based on the defocus amount and a lens driving means for driving the photographing lens,
An operation mode setting step for switching between the first operation mode and the second operation mode;
A sensitivity setting step for setting sensitivity for each pair of line sensors with respect to the plurality of pairs of line sensors;
When switched to the first operation mode in the operation mode setting step, the plurality of pairs of line sensors are set to different sensitivities, and signals are accumulated simultaneously.
When switching to the second operation mode in the operation mode setting step, the plurality of pairs of line sensors are set to the same sensitivity, and a plurality of signal accumulations are performed with different sensitivities each time. Control method of imaging apparatus.
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