JPH05505253A - 改良型測光用多フォトダイオードアレイ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 改良型測光用多フォトダ４オードアレイ発明の技術分野 本発明は測光装置、特にパターン状に配列された複数の感光素子から成り、改善 された逆光対象物検出を行うカメラ測光器に関する。

発明の背景 今日のカメラの大部分は、光学測定を行う単一フォトダイオードセルを用いてい る。単一フォトセルは、図１に示すように、シーンの低部中心位置の平均を測定 するように配設されている。ユーザは像のこの部分におけるその対象物をフレー ムすることが多いので、これは合理的に機能し有用である。カメラ内に組み込ま れたＩＩ光器に伴う最大の問題は、それが測定するのが入射照明ではなく対象物 の輝度になることである。測光器は、入射照明に相関するように較正されなけれ ばならない。それらは、通常シーン反射性が１４％であるという仮定のもとで較 正されるが、これは常に有効な仮定とはならない。より小さい領域に対して平均 を取った場合、多セル測光器は、シーンコントラストに対してより多くの情報を 得ることとなる。このデータは、シーンを分類し、また適切な反射因子を適用す るために使用することができる。

シーンの各分節（ｓｅｇ■ｅｎｔ　）を独立的に測定するために、多フォトセル が使用され始めている。これは数多くの雑誌記事、例えば「カメラアート」１９ ８８年２月号第１３−１７頁に掲載された記事ｒＳＬＲの「多分節」測定はどの ように役立つか？」等に記載されている。使用されたパターンは、改善の余地を 残している。各パターンの内の幾つかは、図２及び図３にそれぞれ示した「リコ ー　ミライ」　（商品名）及び「ミノルタ　ダイナソクス」　（商品名）のパタ ーンのように、逆光対象物検出を改善するように構成されている。図４に示され た「キャノンＥＯＳカメラ」　（商品名）内のパターンは対象物をその前景、空 または背景に対して評価するために有用である。しかしこれら全ての場合におい て、もし対象物が小さいか遠距離に位置している場合には小さく現れてしまった り、或いはまたもし対象物が中心に配置さねていなかったり、対象物が二人の人 間であるような時には、そうしたパターンは問題となる照明を検出１．なくなる 。

米国特許第４，３２２．１４２号（発明の名称　「単一１ノンズ反射カメラ測光 及び露光制御装置」　、　発明者　カワムラ他）には、３個の測光素子を用いる ことが開示されている。第１素子は、対象物観察中に可動ミラーから反射した光 の平均測定に使用される。第２素子は、可動ミラーの面を介して投射された光か らの対象物上への点測定のために用いられる。そして、第３素子は、フィルム表 面及び／またはシャッタカーテン面からの反射対象物光を受信するよう配置され ている。上記引例特許の図４Ａ及び４Ｂには、測光素子のためのパターンが示さ れている。

他の興味ある特許として、米国特許第４，７０４．０２４号（発明の名称「カメ ラ用測光回路」　：　発明者　ラネカワ）が挙げられる。この特許には、カメラ の視野の角度の中間部における測光用の充電変換素子と、視野の角度周辺部で測 光するように配設された複数の光電変換素子と、を含む。これら各素子に対する パターンは、該特許の図７Ａ、７Ｂ、９及び１１に示されている。

また、興味を引くのは、米国特許第４，７４４．４０１、発明の名称「焦点モー ド選択に応じて可変制御される光測定装置」　、　発明者　ヤマダ他）の開示内 容である。この特許では、光センサは像面の中央部と該中央部周囲の３個の同心 部に分割されるシリコン光ダイオードを使用する。該特許の図１．３．５及び６ には、光学素子に使用されるパターンが示されている。

発明の概要 本発明には、中央領域周囲に、対称パターンに配列された複数のフォトダイオー ド（感光）素子が設けられている。中央領域を包囲する第１領域は、その中央部 の円形領域を有し４象限に分割された方杉領域から成る。次領域または第２領域 は、はぼ正方形であり、第１領域を包囲している。第２領域は、４個の等しい区 画から成る。選択回路は、各フォトダイオード中の何れかからの出力信号を選択 すると共に２個またはそれ以上のフォトダイオードの任意の組み合わせからの出 力信号を選択し、これによって測光器の応答性が、選択領域またはイメージの特 徴へ顧客化される。

以上より、本発明の主要目的は、測光器のための改良されたフォトダイオード構 成を提供することにある。

本発明の他の目的は、逆光対象物検出を改善する各感光素子の単一パターンから 成る測光器を提供することにある。

本発明の他の目的は、処理のためにフォトセルからの信号の組み合わせを選択す る選択回路に接続された多分節フォトセルを提供することにある。

本発明の他の目的は、対象パターンを有し、これによってセンサが方向性の影響 を受けない測光器を提供することにある。

本発明の他の目的は、カメラが垂直または水平に保持された時に水平領域の情報 または下方のシーンを評硼可能とするパターンを有する測光器を設けることにあ る。

本発明の更に池の目的は、カメランステム性能を改善するために自動合棋（オー トフォカス）センサに接続される測光システムを提供することにある。

本発明の他の目的は、複雑な光学系を必要とすることなく、高性能な可変焦点長 またはズームレンズを提供することにある。

本発明の上記及び他の目的は、以下の詳細説明及び各図面を参照する二とによっ て一層明らかとなろう。なお、本発明の一部を示す各図中、同等の構成要素には 同等の符号を付した。

図面の簡単な説明 図１は、低中央重み付は測光器輪郭を有する従来の感光素子を示す図である。

図２は、従来のミノルタ製６フオトダイオード測光器セルを示す。

図３は、従来のリコー製２フォトダイオードａｊ光器セルを示す。

図４は、従来のキャノン製６７オトダイオード測光器セルを示す。

図５は、本発明に係る測光器のフォトダイオード素子配列を示す。

図６は、本発明の測光器のフォトダイオード配列を示すブロック図である。

図７Ａ及び７Ｂは、多逆光対象物シーンにおいて、従来のフォトダイオード配列 と本発明のフォトダイオード配列の被覆をそれぞれ示す図である。

図８Ａ及び８Ｂは、多対象物シーンにおいて、従来のフォト・ダイオード配列と 本発明のフォトダイオード配列の被覆をそれぞれ示す図である。

好適な実施例の説明 図１〜４は、従来技術においてより効果的な測光器を提供するために使用された 種々のフォトセンサ素子構成を示す図である。本発明の光センサ素子の好適な構 成を図５に示す。フォトダイオードアレイ１０は、均一サイズの４個の７中トセ ンサ素子１４ａ〜１４ｄで満たされた長四角形領域１４により包囲された中央円 形フォトセンサ素子１２から成る。フォトセンサ素子１６ａ〜１６ｄで満たされ た第２長四角形領域１６が第１領域を包囲している。第２長四角形領域内におい て、第１長四角形領域のフォトセンサ素子は、第１長四角形領域のコーナが第２ 長四角形領域の各辺の長さを２分割する第１直角領域として構成されたダイヤモ ンドとして配置されている。各感光領域は、その表面に入射する照明を示す独立 信号を供給する。これらの信号は、導電体２０を介してマルチプレクサ４４（図 ６に示した）に接続されている。

図６は、測光回路４０を組み込んだカメラシステム３０を形成するブロック図で ある。測光回路は、フォトダイオードアレイ１０、マルチプレクサ４４、及び信 号条件化回路４６から成る。フォトダイオードアレイ１０のパターンは、図５に 示した。この構成において、フォトダイオードは非積分（ｎｏｎ−Ｉｎｔｅｇｒ ａｔｌｎｇ　）型である。即ち、それらの光子誘起電流は瞬間的にそれに入射す る光の照度を表す。アレイ１０内の各フすトダイオード素子からの光電流は、マ ルチプレクサ４４によって従来の信号条件化回路４６へ多重される。該信号条件 化回路４６は、電流−電圧変換、増幅、及び対数圧縮を行う。これらの機能は、 理想的な要件である無限入力インピーダンス、零出力、零入力バイアス電流、零 入力オフセット電圧、無限電圧ゲイン、及び高ゲイン帯域幅プロダクトをほぼ満 たす種々の従来の演算増幅器の何れかを用いることで達成できる。信号条件化回 路４６から、フォトダイオード信号はＡ／Ｄコンバータ５０によってアナログ形 態からデジタル変換され、カメラ制御ＡＳ　ＩＣ４８へ送られる。カメラ制御１ ４ｇの好適なＨｉｔとしては、内蔵型Ａ／Ｄコンバータを存するモトローラ６８ ＨＣ８００５Ｂ６等のマイクロプロセッサが挙げられる。カメラ制ａＡＳＩＣは 、自動合焦センサ３８、カメラ方向センサ３４及びカメラユーザインターフェー ス３６等の他のカメラトランスデユーサからの入力を受信する。ユーザインター フェースは、シャッタボタンのように簡単に構成でき、または予測光モードのよ うに付加特徴を組み込むこともできる。もしカメラがテレフォトまたはズームモ デルならば、撮影しているレンズ焦点長さもまたズームレンズ３２がらのカメラ 制＊ＡＳＩＣ及びズーム位置インジケータ３３によりアクセスすることができる 。

全ての測光回路は、ＡＣパワーにより駆動される光源から照度変動を除去するた めの手段を必要とする。これは、従来では信号をローパスフィルタ（図示せず） を通すことにより、あるいは照度の繰り返しサンプルを取って変動を平均化する ことによって行われていた。第１の技術は、パワーアップが安定化するのが遅く 、また、著しく異なるレベルの充電流間で切り替えが行われるときも遅くなる。

第２の技術は速いが、デジタル処理ａｔ能を必要とする。上述した＃Ｊ光回路の 構成に対しては、第２の方法が使用される。ユーザがカメラをオンして、ユーザ インターフェースを介するカメラ制ａｌＡｓＩｃは、マルチプレクサ４４に対し て、アレイ１０からの第１フオトダイオードを測光回路へ接続させる。このダイ オードからの瞬間照度は条件化され、デジタル化され、そしてメモリ（この場合 はカメラ制ａｒｃ中）に記憶される。各フォトダイオードは、多数回読みとられ 、】６゜６６７ｍ５ｅｃの６０Ｈｚ周期として平均化する。平均値は、その後測 光アルゴリズム内で使用される。この処理は、アレイ１０内で各フォトダイオー ドに対して繰り返される。Ａ／Ｄ回路５０の変換速度によって、全てまたは多く のフォトダイオードのマルチサンプルが単一の１６．６６７ｍ５ｅｃ内で達成さ れることが可能である。

一度光照度データがメモリ内に入ると、多数の周知アルゴリズムがこのフォトダ イオードパターンからの情報を利用するために適用される。たとえば、「マトリ クス」測光モードでは、全てのダイオードデータが評砺内で使用される。マトリ クス測光アルゴリズムでは、分節間の信号値の相違を演算することによってシー ン中のコントラストを決定することが一般的である。時には、最明及び最暗分節 の相対位置に応じて、また時には中央点の照度に応じて、シーンが特定タイプに 分類される。各タイプは、撮影シーンの統計的分析により派生した対応分節重み 付は因子（ｓｅｇｍｅｎｔ　ｗｅｉｇｈｔｉｎｇ　ｆａｃｔｏｒ）を有する。露 光値は、その後次式により決定される： イオード照度値である。

点測定モードでは、カメラ制御ＡＳＩＣは、マルチプレクサに対して、中央点の フォトダイオード１２のみを１１光回路へ接続させる。露光値は、その後次式に より決定される： Ｖ−ｃｌ Ｃは較正補正因子であり、■は中心フォトダイオード照度値である。

この上記フォトダイオードパターンは、多くはその空間設計によるものである。

フォトダイオードパターンは、回転対称形である。このパターンにより、任意の 測光アルゴリズムをカメラ回転に対して不感性とすることができる。これを達成 −するため、カメラ制御ＡＳＩＣ４８がカメラ方向センサ３４をチェックし、こ のセンサ３４は最も簡単な形態として、水銀スイッチとすることができる。通常 、カメラアルゴリズムは、通常カメラの水平方向に収集されるデータ用としてプ ログラムされる。もし、カメラがおそらくは水平像に対して回転されたことを方 向センサ３４が示すならば、フォトダイオードパターンの対称性を、完全に補正 することができる。この補正は、マルチプレクサ４４に対して、シーン読み出し を常に受けるメモリ位置に記憶されるシーンの上部左から分節に行われるような 順序で測光器へフォトダイオード分節を接続するように、行われる（他の分節に 対しても同様）。この補正はまた、分節読み出しを捕捉して、その後カメラ方向 に基づきそれらを記憶することによって行われる。さらに、この補正は、各分節 に対して位置タッグを割り当てることによって達成され、この結果、アルゴリズ ムは方向照度を持った固有の結論を形成することができる。

４個の最大フォトダイオード１６Ａ−１６Ｂは均等な領域であり、包囲領域を４ 分割することによって形成されている。この機構は、空の輝度に対してシーンを 解析することを可能とするものであり、重要である。著しく異なる反射因子は、 晴天条件や曇天条件に対して適用しなければならない。統計的には、フォトダイ オード素子１４Ａ−１４Ｄで満たされたダイヤモンド形領域は、空や他の不要シ ーン内容を、従来技術のパターンよりもよりよく排除する。これにより、不要な 空の影響を受けることなく、対象物の、ＩＩ定がよりよく行われることとなる。

最近では、「マルチスポット」や「マルチ対象物」自動合焦センサの採用によっ て、カメラの合焦エラーは減少している。これらのセンサは、単一スポットＡＦ が機能しない中心から外れた対象物、及び２人の間の情景を検出することができ る。フォトダイオードパターンは、自動合焦センサ出力を測光回路からの結果へ 知能接続することによって、カメラ機能を更に向上させることができる。シーン の中心に対象物が検出されたときには、中央フォトダイオード例えばフォトダイ オード１２及び１４Ａ−１４Ｄを、情景の最適露光値を定める際に強調すること ができる。中心から外れた対象物が検出された時には、対応フォトダイオード素 子位置をその代りに強調することができる。ダイヤモンド及びコーナ分節領域１ ４及び１６は、自動合焦接続を可能とする付加位置を供給することができる。

このようにして、カメラの対象物に対する露光機能が向上する。

テレフォトまたはズーム付きのカメラであれば、ユーザはレンズ焦点長を変化さ せることによって像の構成を変更させることが可能であり、情景の視野を変化さ せることができる。理想的には、シ１光器（フォトダイオードアレイ１０）はフ ィルムが持つであろうと同じ視野をもつ。ＳＬＲカメラでは、これは同一像をフ ィルム面及び測光アレイにリレーするレンズ通貫（ＴＴＬ）測光によって達成さ れる。Ｎ５ＬＲカメラでは、光に対する視野は、通常固定されている。このため に、測光にエラーが生じる可能性がある。特に、シーンの所望部分は各フォトダ イオードの内の小数にのみリレーされるものであるから、コントラスト情景の検 出は、このような環境下では困難となる。新たなパターンにおける中央点周囲の 付加分節化によって、この問題が解決される。撮像レンズ及びフォトダイオード アレイの設計において、視野及び分節化は、最大ズームまたはテレフォト位置で ダイヤモンド及び中央点がシーンを測定するように調節される。カメラ制御ＡＳ ＩＣはこのパターンを５スポツト測光器として使用して、露光決定アルゴリズム に従って処理することが可能である。ズーム位置の最大−最小間では、最外部の 分節に対する強調は、分節読み出しに適用された統計的重み付は因子をスケーリ ングすることによって対応調整することができる。このようにして、測光性能は 、電子制御可能な視野を実現することによって向上される。これは、フォトダイ オード撮像通路に対する実際のズームレンズ性能を実現することよりも容易であ る。

更に他の改良例を示すため、この新規なパターンを従来技術のパターンと比較す ることにする。図７Ａ、７Ｂ及び８Ａ、８Ｂに示した例は、フォトダイオードパ ターンが重畳された一対のシーンを示す。

新たなパターンは、特に逆光または焦光状態での検出に優れた性能を示す。これ は、−人及び多数人の場合双方に有効である。もっとも簡単な場合として、図７ Ａに、それらを検出しようとする各分節のいずれをも支配しない頭部とボディを もつ一人の人が図の中央に立った状態が描かれている。図７Ｂに示した新たなパ ターンによって、中央点下方のダイヤモンド分節がボディの強度を効果的に測定 する。図８Ａ及び８Ｂの例は、多数の対象物を示したものである。図７Ｂ及び８ Ｂのダイヤモンドパターンは、従来技術のパターンの場合よりもより頻繁に対象 物上の光強度を高精度で統計的に測定する。以上、改良されたフォトダイオード 検出アレイを開示した。

本発明の好適な実施例と考えられるものを示したが、本発明の本質的技術思想か ら逸脱することなく、多くの変更が可能であることは明らかである。添付の各請 求項は、本発明の範囲内にあるそのような変更や改良の全てを包含するものであ る。

ＦＩＧ、　２　ＦＩＧ、　３ Ｃ従来技術ノ　Ｃ従来技術ノ ＦＩＧ、５ ＦＩＧ、６ ＦＩＧ、７４ ＦＩＧ、７Ｂ ＦＩＧ、８Ａ 要約書 本発明には、中央円形領域の周囲に対称パターンに配列された複数の感光素子が 設けられている。中央領域を包囲する領域は、その中心に円形領域を有する正方 形であり、４個の均等な象限に分割されている。次の領域は長四角形であり、第 ２領域を包囲している。長四角形領域は４個の均等な区画からなり、正方形領域 の各コーナは、長四角形領域の２個の近接エツジに沿って位置している。何れか のフォトダイオードからの出力信号を選択し、或いは２個またはそれ以上のフォ トダイオードの組み合わせからの複数の出力信号を選択するための選択手段が設 けられており、これによって測光器の選択された領域または撮影されるイメージ の特徴に対する応答性を強調させることができる。

国際調査報告　６ＦＴ／１１（龜ｊ／Ｉ’ｌＯｒ、ｊに

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. １．特にカメラに適用され、シーンからの光を測定する改良されたマルチ感光素 子アレイにおいて、 少なくとも一の感光素子を有し、中央感光領域を定める中央感光手段と、中央感 光領域をほぼ包囲し、その一部が第１感光象限組を定める第１感光素子群と、 第１感光素子群をほぼ包囲し、その一部が第２感光象限組を定める第２感光素子 群と、を含み、 第１象限組が第２象限組に対して直交する方向に回転し、前記第１及び第２象限 組が中央感光領域の周囲に存在し、 前記各感光素子は、それ自体に入射する光の関数としての出力信号を発生する。
2. ２．請求項１に記載のマルチ感光素子アレイにおいて、前記中央感光素子は円形 状である。
3. ３．請求項１に記載のマルチ感光素子アレイにおいて、更に、以下のものを含む 、入力信号を受信し、受信した入力信号に応答してカメラ機能を制御するカメラ 制御手段と、 前記各感光素子からの出力信号を選択的に前記カメラ制御手段へ接続する手段と 、を含む。
4. ４．請求項３に記載のマルチ感光素子アレイにおいて、前記選択的に接続するた めの手段は、 選択的入力として、前記各感光素子からの出力信号を有するマルチプレクサと、 前記マルチプレクサにより選択された信号を前記カメラ制御手段へ供給する信号 条件手段と、を含む。
5. ５．請求項３に記載のマルチ感光素子アレイにおいて、更に、カメラの方向を示 す信号を前記カメラ制御手段へ供給して感光素子出力信号を制御するカメラ方向 感知手段を含む。
6. ６．請求項５に記載のマルチ感光素子アレイにおいて、前記方向感知手段は、水 銀スイッチを含む。
7. ７．請求項３に記載のマルチ感光素子アレイにおいて、更に、光学機構（アセン ブリー）に対して感光素子アレイを配置し、これによって前記シーン光を光学機 構からアレイによって受信させる手段と、カメラの照合（リファレンス）に対す る光学機構の位置を示す信号を前記カメラ制御手段へ供給する手段と、 各感光素子からの信号を光学機構位置信号の関数として制御する手段と、を含む 。
8. ８．請求項３に記載のマルチ感光素子アレイにおいて、更に、前記カメラ制御手 段へ自動合焦信号を供給するための自動合焦手段を含み、日動合焦信号はカメラ から対象物までの距離の関数である。
9. ９．請求項３に記載のマルチ感光素子アレイにおいて、更に、前記カメラ制御手 長へ操作者の選択した制御信号を供給するためのユーザインターフェース手段を 含む。
10. １０．請求項３に記載のマルチ感光素子アレイにおいて、前記カメラ制御手段は 、マイクロプロセッサである。
11. １１．請求項１に記載のマルチ感光素子アレイにおいて、前記第１感光素子群の 外周は、正多角形状である。
12. １２．請求項１１に記載のマルチ感光素子アレイにおいて、前記正多角形は、四 角形である。
13. １３．請求項１２に記載のマルチ感光素子アレイにおいて、前記第２感光素子群 は、カメラが水平に保持されたときに水平線に指向され、これによって前記四角 形の２個の対向コーナは水平線に対して平行である。
14. １４．請求項１１に記載のマルチ感光素子アレイにおいて、前記中央感光領域は 円形であり且つ所定の径を有し、前記第１感光素子群はその径と合致する線に対 して対称に配置されている。
15. １５．請求項１１に記載のマルチ感光素子アレイにおいて、前記第２感光素子群 の外周は、正多角形状である。
16. １６．請求項１１に記載のマルチ感光素子アレイにおいて、前記正多角形は四角 形であり、前記第２感光素子群の外周は正多角形である。