焦点検出装置
【課題】ラインセンサをオーバフローさせることなく、精度よく被写体の焦点検出を行う。
【解決手段】それぞれ複数のフォトダイオード対１２０Ａｊ、１２０Ｂｊを並列させたラインセンサの側に、微小センサ部１４０ｍを並列させたモニタセンサを配置する。各微小センサ部１４０ｍは、フォトダイオードによって構成される光電変換部１４２と、光電変換によって光電変換部１４２に生じる画素信号を出力するモニタセンサ用画素信号読み出し回路１４４とを備える。光電変換部１４２の長手方向に沿った中央部１４２Ｘを切欠状に形成し、切欠部分１４２Ｘに信号読み出し回路１４４を収める。
【解決手段】それぞれ複数のフォトダイオード対１２０Ａｊ、１２０Ｂｊを並列させたラインセンサの側に、微小センサ部１４０ｍを並列させたモニタセンサを配置する。各微小センサ部１４０ｍは、フォトダイオードによって構成される光電変換部１４２と、光電変換によって光電変換部１４２に生じる画素信号を出力するモニタセンサ用画素信号読み出し回路１４４とを備える。光電変換部１４２の長手方向に沿った中央部１４２Ｘを切欠状に形成し、切欠部分１４２Ｘに信号読み出し回路１４４を収める。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一眼レフ型カメラなどの撮影装置に搭載される焦点検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一眼レフ型カメラでは、自動焦点調節（ＡＦ）機構として位相差方式の焦点検出装置が搭載されている。焦点検出装置は、コンデンサーレンズ、セパレータレンズを含む結像光学系を備え、結像光学系によって被写体像が投影されるエリアには、ラインセンサをそれぞれ並列させた複数のラインセンサ群が２つ１組となって２次元的に配置されている（例えば、特許文献１参照）。各ラインセンサは、複数のフォトダイオードを対にして並列させた構成であり（例えば特許文献２参照）、各フォトダイオードに生じる信号電荷は画素信号として読み出される。
【０００３】
通常、ラインセンサは電荷蓄積型センサであり、ラインセンサの傍に配置されるモニタセンサによって電荷蓄積時間が調整される（特許文献３参照）。また、ラインセンサの各フォトダイオードの受ける光量は被写体の明るさ分布によって異なるため、ラインセンサの電荷蓄積時間はフォトダイオード毎に独立制御されている。
【０００４】
光電変換素子（フォトダイオードなど）を備えたモニタセンサは、ラインセンサのフォトダイオードがダイナミックレンジを超える光を受光してオーバフローするのを防ぐため、モニタ対象となっているフォトダイオードの光強度（光量）をリアルタイムで検出し、画素信号読み出し回路によってモニタ信号を出力する。
【０００５】
モニタ信号が所定の閾値を超えると、対応するラインセンサの電荷蓄積（積分）が終了し、蓄積電荷が一時的にメモリ等に格納される。すべてのラインセンサの電荷蓄積が終了すると、一連の画素信号が被写体像の画像信号として出力され、デフォーカス量を求める演算処理が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−２０５６９４号公報
【特許文献２】特開２００５−３００８４４号公報
【特許文献３】特開２００６−１４５７９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
モニタセンサの光電変換部は、モニタリング対象となるラインセンサと同じ強度の光を受光する必要があり、ラインセンサの受ける光量と同等になる必要がある。そのため、モニタリング対象となるラインセンサの長手方向全体をカバーするようにモニタセンサの光電変換部の長さを確保しなければならない。
【０００８】
しかしながら、モニタセンサの光電変換部を長くすると、受光位置と信号読み出し回路との距離が長くなり、受光してから信号読み出し回路から出力するまでに時間がかかる。そのため、被写体からの光が急激に変化すると、その変化を瞬時にモニタリングすることが出来ない。例えば、モニタセンサの光電変換部の両端部付近にのみ強い光が急激に当たると、モニタ信号が出力するまでの間に同等の光を受けたラインセンサが電荷蓄積によってオーバフローしてしまう。その結果、正確な被写体像の画像信号を出力できない。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の焦点検出装置は、モニタセンサは、輝度分布に関係なく被写体の明るさを瞬時に、かつ精度よく検出することが可能な焦点検出装置であり、被写体像の投影領域に並ぶ複数のラインセンサと、複数のラインセンサの側（そば）にそれぞれ配置され、それぞれ対応するラインセンサの受光量をモニタリングする複数のモニタセンサと、複数のラインセンサに蓄積された電荷に基づいて被写体像の画像信号を出力する画像信号出力手段とを備える。カメラなどの撮影装置に使用される場合、例えば、複数のラインセンサ群がクロス状に配置される。
【００１０】
例えばラインセンサは、複数の光電変換素子（ＣＭＯＳセンサなど）によって構成され、ラインセンサ光電変換部を対にして長手方向に沿って並列させればよい。一方、各モニタセンサは、少なくとも１つのモニタ光電変換部（フォトダイオードなど）と、モニタ光電変換部に生じる電荷を画素信号として出力する少なくとも１つの画素信号読み出し回路とを備える。モニタセンサは、ラインセンサのどちらの側にあってもよい。画素信号読み出し回路は、信号電荷を電圧信号に変換、増幅処理などして信号出力を行えばよい。
【００１１】
被写体の明るさ分布を細かく検出するためには、ラインセンサの光電変換部を所定数ずつまとめてモニタリングするのがよく、各モニタセンサは、それぞれ所定数のラインセンサ光電変換部と対向するようにラインセンサ長手方向に沿って並列した複数の微小センサ部を備えるのがよい。この場合、各微小センサ部が、モニタ光電変換部と画素信号読み出し回路を備える。
【００１２】
本発明では、モニタ光電変換部が、対応するラインセンサのモニタリング対象エリア全体と向かい合う長さを有し、対象となるラインセンサのエリア全体を長手方向に沿ってカバーするように構成されている。そして、画素信号読み出し回路が、モニタ光電変換部の両端部からの距離がほぼ等しい位置に配置される。すなわち、モニタ光電変換部の中央部を通る横断ラインに沿って画素信号読み出し回路が配置される。例えばモニタ光電変換部よりもサイズが小さく、ラインセンサ長手方向に沿ってモニタ光電変換部よりも短い。
【００１３】
モニタセンサ光電変換部が対象となるラインセンサのエリアと全面的に対向するため、対象エリアに入射する光の輝度分布に関係なく、モニタセンサは同等の輝度分布の光を受光する。その一方で、モニタ光電変換部の左側、右側における受光位置と画素信号読み出し回路の距離は対称的となり、バランスがとれている。そのため、モニタ光電変換部が長くなっても、光電変換部の端部において受光してもモニタ信号読み出し時間が短くなり、応答性のよいモニタセンサが実現される。
【００１４】
数多くの測距エリアを設けるには、できるだけラインセンサを投影領域に配設し、ラインセンサ間のピッチを短くするのが望ましい。そのため、モニタセンサのモニタ光電変換部の中央部に切欠部分を形成し、モニタセンサの画素信号読み出し回路をモニタ光電変換部の切欠部分に収容するのが望ましい。モニタセンサのサイズは、モニタ光電変換部の幅によって定められる。すなわち、画素信号読み出し回路のサイズに関係なくモニタセンサのサイズが定められ、ラインセンサ間のピッチを出来る限り短くすることができる。
【００１５】
本発明の他の局面における焦点検出装置は、被写体像の投影領域に並ぶ複数のラインセンサそれぞれの側に並列する複数のモニタ光電変換部と、モニタ光電変換部に生じる電荷を画素信号として出力する複数の画素信号読み出し回路とを備え、モニタ光電変換部が、対応するラインセンサのモニタリング対象エリア全体と向かい合う長さを有し、画素信号読み出し回路が、モニタ光電変換部よりもサイズが小さく、モニタ光電変換部の両端部からの距離がほぼ等しい位置に配置されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
このように本発明によれば、ラインセンサをオーバフローさせることなく、精度よく被写体の焦点検出を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１の実施形態である一眼レフ型デジタルカメラの模式的内部構成図である。
【図２】焦点検出部のブロック図である。
【図３】１つのラインセンサおよびそれに応じたモニタセンサの拡大配置図である。
【図４】ラインセンサ用画素信号読み出し回路の電気回路図である。
【図５】モニタセンサ用画素信号読み出し回路の電気回路図である。
【図６】ラインセンサ用画素信号読み出し回路の配線図である。
【図７】第２の実施形態におけるラインセンサとモニタセンサの配置図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下では、図面を参照して本実施形態であるデジタルカメラについて説明する。
【００１９】
図１は、第１の実施形態である一眼レフ型デジタルカメラの模式的内部構成図である。
【００２０】
一眼レフ型デジタルカメラ１０は、本体１２と、本体１２に着脱自在な交換レンズ１４とを備え、本体１２内部には、ペンタゴナルダハプリズム（以下、ペンタプリズムという）１６、クイックリターンミラー１８、フォーカルプレーンシャッタ２０、ＣＣＤなどの撮像素子２２が設けられている。
【００２１】
ペンタプリズム１６の傍に配置される測光ＩＣ２３は、ＴＴＬ測光方式に従い、クイックリターンミラー１８上方に配置されるピント板１７によって形成される被写体像の明るさを検出する。また、クイックリターンミラー１８の下方に配置されるＡＦモジュール２４は、位相差方式に従って合焦状態を検出する。
【００２２】
ＲＯＭ３６、ＲＡＭ３７、ＣＰＵ３８を含むシステムコントロール回路３０はカメラ動作を制御し、周辺制御回路３２、表示部３３、ＡＦモジュール２４、測光ＩＣ２３、ＥＥＰＲＯＭ３９等に制御信号を出力する。周辺制御回路３２は、フォーカルプレーンシャッタ２０、絞り（図示せず）、撮像素子２２など露光機構を制御し、また、レンズメモリ１３からレンズ情報を取得する。
【００２３】
カメラ１０がＯＮ状態になると、撮影可能な撮影モードに設定される。撮影光学系１５を通った光は、クイックリターンミラー１８によってペンタプリズム１６へ導かれ、ユーザーはファインダ（図示せず）を通して被写体を視認する。撮影のためレリーズボタン（図示せず）が半押しされると、測光ＩＣ２３は被写体の明るさを検出し、ＡＦモジュール２４は合焦状態を検出する。
【００２４】
撮影光学系１５を通った光の一部は、クイックリターンミラー１８を透過し、サブミラー１９によってＡＦモジュール２４に導かれる。ＡＦモジュール２４は、コンデンサーレンズ２６、セパレータマスク２９、セパレータレンズ２７、焦点検出部４０を備え、撮像面（撮像素子２２の受光面）と等価な位置（共役面）に配置されたセパレータマスク２９によって分割された被写体像は、セパレータレンズ２７によって焦点検出部４０に再結像される。焦点検出部４０は、対になって投影された被写体像の画像信号を出力する。
【００２５】
システムコントロール回路３０は、ＡＦモジュール２４から送られてくる画像信号に基づき、デフォーカス量および焦点調節を行う。すなわち、ＡＦモジュール２４によって検出されるデフォーカス量およびピントずれの方向に従い、ＡＦモータドライバ３４へ制御信号を出力する。ＡＦモータ３５は、ＡＦモータドライバ３４からの駆動信号に基づき、撮影光学系１５内のフォーカシングレンズをシフトさせる。合焦状態に達するまで一連の焦点検出、レンズ駆動が行われる。
【００２６】
レリーズボタン半押し状態において焦点調節が行われ、被写体の明るさが検出されると、システムコントロール回路３０は、露出値、すなわちシャッタースピードおよび絞り値を演算、決定する。レリーズボタンが全押しされると、一連の記録動作処理が実行される。すなわち、クイックリターンミラー１８、絞り、およびシャッタ２０の動作によって被写体像が撮像素子２２に形成され、１フレーム分の画像信号が撮像素子２２から信号処理回路２５へ出力される。信号処理回路２５ではデジタル画像データが生成され、画像データが図示しないメモリーカード等の記録媒体へ格納される。
【００２７】
図２は、焦点検出部のブロック図である。
【００２８】
焦点検出部４０は、ＣＭＯＳ型ラインセンサを複数配設させた一体型基板によって構成される。焦点検出デバイス４０の表面には、被写体像の縦方向に沿った基板上下方向にラインセンサ群ＥＡ１、ＥＡ２が設置され、被写体像の横方向に沿った基板左右方向にラインセンサ群ＥＢ１、ＥＢ２が設置されている。ラインセンサ群ＥＡ１、ＥＡ２、およびＥＢ１、ＥＢ２はそれぞれ基板中心部を挟んで互いに対向する。
【００２９】
コンデンサーレンズ２６、セパレータマスク２９、セパレータレンズ２７を含む結像光学系は、瞳分割によって被写体像を２組の被写体像対を形成し、ラインセンサ群ＥＡ１、ＥＡ２の配置された投影領域、およびラインセンサ群ＥＢ１、ＥＢ２の配置された投影領域に対し、一対の被写体像をそれぞれ結像させる。
【００３０】
各ラインセンサ群は、所定間隔で左右もしくは上下方向に並ぶ複数のラインセンサによって構成され、ラインセンサ群ＥＡ１、ＥＡ２のラインセンサは左右方向に沿って並列し、ラインセンサ群ＥＢ１、ＥＢ２のラインセンサは上下方向に沿って並列している。各ラインセンサは、１次元配列させた複数の光電変換素子（ここではフォトダイオード）によって構成されている。
【００３１】
ラインセンサ群ＥＡ１は、９つのラインセンサＬＳＡ１〜ＬＳＡ９によって構成されており、基準ラインセンサとして機能する。一方、ラインセンサ群ＥＡ２を構成するラインセンサＬＳＡ１１〜ＬＳＡ１９は、参照ラインセンサとして機能する。同様に、ラインセンサ群ＥＢ１を構成するラインセンサＬＳＢ１〜ＬＳＢ５は基準センサ、ラインセンサ群ＥＢ２を構成するラインセンサＬＳＢ６〜ＬＳＢ１０が参照ラインセンサとして機能する。
【００３２】
ラインセンサ群ＥＡ１、ＥＢ１には、それぞれ一連のモニタセンサＬＭＡ１〜ＬＭＡ９、ＬＭＢ１〜ＬＭＢ５が対応するラインセンサの側に配置されている。モニタセンサＬＭＡ１〜ＬＭＡ９、ＬＭＢ１〜ＬＭＢ５は、複数のセンサ部をラインセンサに沿って並列させた構成であり、対応するラインセンサの領域を複数のエリアに分割してモニタリングする。
【００３３】
モニタセンサＬＭＡ１〜ＬＭＡ９は、それぞれラインセンサＬＳＡ１〜ＬＳＡ９の側面、長手方向に沿ってライン状に配置され、受光量（光強度）をモニタ信号として出力する。モニタセンサＬＭＢ１〜ＬＭＢ５も、ラインセンサＬＳＢ１〜ＬＳＢ５の受光量をモニタリングするためにモニタ信号を出力する。
【００３４】
また、ラインセンサ群ＥＡ１のＬＳＡ１〜ＬＳＡ９、ラインセンサ群ＥＢ１のラインセンサＬＳＢ１〜ＬＳＢ５の側には、画素信号読出し用の垂直シフトレジスタＶＳＲ１〜ＶＳＲ９、ＶＳＳ１〜ＶＳＳ５が設置されており、ラインセンサ群ＥＡ２、ＥＢ２の各ラインセンサに対しても、垂直シフトレジスタＶＳＲ１１〜ＶＳＲ１９、ＶＳＳ６〜ＶＳＳ１０が同様に配置されている。さらに、ラインセンサ群ＥＡ１、ＥＢ１の各モニタセンサの傍には、黒レベルを検知するためのモニタセンサ（図示せず）が配置される。
【００３５】
ＡＧＣ回路４２Ａ〜４２Ｃは、各モニタセンサから逐次出力されるモニタ信号値を閾値と比較する。閾値は、焦点検出に必要な光量が対象となるラインセンサに入射しているか否かを判断する指標値であり、ラインセンサのダイナミックレンジオーバーを防止するように設定されている。
【００３６】
モニタ信号値が閾値を超えると、焦点検出に必要な光量がラインセンサに入射しているため、対応するラインセンサ、すなわちモニタリング対象となっているラインセンサの電荷蓄積（積分）を終了させる制御信号を出力する。ラインセンサに制御信号が送信されると、電荷蓄積が終了するとともに、一時的に電荷がラインセンサ内で格納される。
【００３７】
ラインセンサの電荷蓄積時間は、ライセンサのモニタリング対象エリア毎に独立制御され、被写体の光強度分布に応じて各ラインセンサの電荷蓄積時間が調整される。すべてのラインセンサの電荷蓄積が終了すると、各ラインセンサの画素信号読み出し回路（ここでは図示せず）において蓄積電荷が電圧変換、増幅処理され、画素信号が生成される。
【００３８】
焦点検出部４０では、各ラインセンサに生成される一連の画素信号が出力される。すなわち、各ラインセンサの傍に配置された垂直シフトレジスタＶＳＲ１〜ＶＳＲ９、ＶＳＲ１１〜ＶＳＲ１９、ＶＳＳ１〜ＶＳＳ５、ＶＳＳ６〜ＶＳＳ１０および水平シフトレジスタ４５、４６により、生成される一連の画素信号が出力回路４０Ａに転送される。
【００３９】
出力回路に送られた一連の画素信号は、被写体像の画像信号としてシステムコントロール回路３０へ送られる。システムコントロール回路３０では、対のラインセンサ群の画像信号に基づいて位相差が検出され、デフォーカス量が求められる。
【００４０】
論理回路４４は、ＡＧＣ回路４２Ａ〜４２Ｃ、垂直シフトレジスタＶＳＲ１〜ＶＳＲ９、ＶＳＲ１１〜ＶＳＲ１９、ＶＳＳ１〜ＶＳＳ５、ＶＳＳ６〜ＶＳＳ１０および水平シフトレジスタ４５、４６を制御し、モニタ信号に対する閾値を設定するとともに、モニタセンサの黒レベルに基づいたオフセット値を設定する。
【００４１】
図３は、１つのラインセンサおよびそれに応じたモニタセンサの拡大配置図である。図３を用いて、ラインセンサ、およびモニタセンサの構成について説明する。
【００４２】
図３には、図２に示したラインセンサＬＳＢ３およびモニタセンサＬＭＢ３の一部構成を詳細に示している。ラインセンサＬＳＢ３は、複数のフォトダイオードを対にして並列させたセンサであり、一対のフォトダイオード１２０Ａｊ（ｊ＝１、２、・・・）、１２０ＢｊがラインセンサＬＳＢ３の長手方向に沿って千鳥格子状に並んでいる。
【００４３】
モニタセンサＬＭＢ３は、ラインセンサＬＳＢ３の上段側において所定間隔離れた場所に配設されており、モニタセンサＬＭＢ３の両側には配線部１７０、１８０が設けられている。一方、ラインセンサＬＳＢ３の下段側には、配線部１８５を挟んで垂直シフトレジスタ１９０が設けられている。
【００４４】
対になって並列するフォトダイオード１２０Ａｊ、１２０Ｂｊは、その長手方向をラインセンサ群ＥＢ１のラインセンサ配列方向ＪＫに向けて配置されており、上段側のフォトダイオード１２０Ａｊ、下段側のフォトダイオード１２０Ｂｊは、信号出力線、制御線などを含む配線回路部１５０を間に挟んで対向している。
【００４５】
配線回路部１５０には、フォトダイオード対１２０Ａｊ、１２０Ｂｊからそれぞれ信号電荷を読み出し、画素信号を出力するラインセンサ用画素信号出力回路１３０ｊが設けられている。ラインセンサ用画素信号出力回路１３０ｊは、ラインセンサ長手方向に沿って配設され、ラインセンサ全体の画素信号が配線回路部１５０を介して出力される。
【００４６】
モニタセンサＬＭＢ３は複数のセンサ部分１４０ｍ（ｍ＝１、２、・・）に分割されており（以下では、各分割部分を微小センサ部という）、その長手方向をラインセンサＬＳＢ３の長手方向に平行させて並んでいる。各微小センサ部１４０ｍは、それぞれ所定数のフォトダイオード対をモニタリングするように構成されている。ここでは、８対のフォトダイオードをモニタリング対象エリアとしている。
【００４７】
微小センサ部１４０ｍは、フォトダイオードなどによって構成される光電変換部１４２と、光電変換部１４２において生じる信号電荷を画素信号として出力するモニタセンサ用画素信号読み出し回路１４４とを備える。光電変換部１４２は、その端部１４２Ｓが切欠状に形成されており、切欠部分１４２Ｓに画素信号読み出し回路１４４が収められる。
【００４８】
ここでは、微小センサ部１４０ｍが矩形状に形成されるように、モニタセンサ用画素信号読み出し回路１４４のサイズに合わせて切欠部分１４２Ｓの形状が定められている。これにより、微小センサ部１４０ｍの幅１４０Ｚに合わせて規定されるバー状のモニタセンサ配置エリアＭＤに微小センサ部１４０ｍが並列する。
【００４９】
各微小センサ部１４０ｍの光電変換部１４２は、モニタリング対象であるエリア、すなわち８対のフォトダイオード全体をカバーする側部１４２Ｔを有し、側部１４２Ｔは、８対のフォトダイオードに対向する長さＷを有する。すなわち、切欠部分１４２Ｓに配設されるモニタセンサ用画素信号読み出し回路１４４とラインセンサＬＳＢ３との間には、光電変換部１４２の幅広部分が形成され、モニタセンサ用画素信号読み出し回路１４４はラインセンサＬＳＢ３の反対側に位置する。
【００５０】
このため、微小センサ部１４０ｍは、対象となる８対のフォトダイオードのエリアに入射する光とほぼ同等の光を受光し、そのエリアの光量分布は、微小センサ部１４０ｍの光電変換部１４２が受ける光量分布とほぼ等しくなる。
【００５１】
上述したように焦点検出部４０は一体型ＩＣ基板であり、ＭＯＳ型ラインセンサの両側にモニタセンサ、垂直シフトレジスタをそれぞれ配設しながら回路基板が構成されている。垂直シフトレジスタが配置されるロジック部ＬＳと、フォトダイオード、微小センサ部が配設される画素部ＰＳが交互に形成され、ロジック部ＬＳと画素部ＰＳとの間に、配線が設けられる分離部ＤＳが介在する。
【００５２】
図４は、ラインセンサ用画素信号読み出し回路の電気回路図である。図５は、モニタセンサ用画素信号読み出し回路の電気回路図である。図６は、ラインセンサ用画素信号読み出し回路の配線図である。図４〜図６を用いてラインセンサ、モニタセンサの画素信号読み出し回路構成についてそれぞれ説明する。
【００５３】
図４では、ラインセンサＬＳＢ３の一組のフォトダイオード対１２０Ａｊ、１２０Ｂｊおよびそれに接続されるラインセンサ用画素信号読み出し回路１３０ｊに関する回路構成を示している。フォトダイオード対１２０Ａｊ、１２０Ｂｊは、ともにラインセンサ用画素信号読み出し回路１３０ｊと接続されている。
【００５４】
ラインセンサ用画素信号読み出し回路１３０ｊは、トランジスタで構成されるアンチブルーミングゲート（ＡＢＧ）１２１Ａ、１２１Ｂ、転送ゲート（ＴＧ）１２２Ａ、１２２Ｂ、フローティングディフュージョンゲート（ＦＤ）１２３Ａ、１２３Ｂを備える。
【００５５】
さらに、ラインセンサ用画素信号読み出し回路１３０ｊは、一時的な電荷保存用キャパシタ（ＭＥＭ）１２４Ａ、１２４Ｂ、電荷−電圧変換を行うフローティングディフュージョンキャパシタ（ＣＦＤ）１２５、リセットゲート（ＲＧ）２６、ソースフォロアアンプ１２７、選択ゲート１２８を設けた共有回路部分１３３を備える。
【００５６】
共有回路部分１３３は、フォトダイオード１２０Ａｊ、１２０Ｂｊの画素信号出力において共有化された回路であり、フォトダイオード１２０Ａｊ、１２０Ｂｊに生じる信号電荷は、それぞれ第１回路部分１３１、第２回路部分１３２を経て共有回路部分１３３に送られる。図６には、画素信号読み出し回路１３０の配線パターンが模式的に図示されている。
【００５７】
一方、図５に示すモニタセンサの微小センサ部１４０ｍでは、フォトダイオードである光電変換部１４２がモニタセンサ用画素信号読み出し回路１４４に接続されている。画素信号読み出し回路１４４は、アンチブルーミングゲート（ＡＢＧ）１５１、転送ゲート（ＴＧ）１５２、リセットゲート（ＲＧ）１５４を備え、さらに、キャパシタ（ＭＥＭ）１５３、ソースフォロアアンプ１５５を備える。
【００５８】
被写体からの光がラインセンサに到達すると、フォトダイオード１２０Ａｊ、１２０Ｂｊの光電変換によって信号電荷（画素信号）が生じ、光量に応じて電荷が蓄積されていく。一方、モニタセンサ１４０ｍの光電変換部１４２に生じる信号電荷は、キャパシタ１５３で電荷電圧変換され、ソースフォロアアンプ１５５を介して図２に示したＡＧＣ回路へ随時出力される。
【００５９】
モニタリング対象である８対のフォトダイオードにダイナミックレンジを超える光が入射するのを防ぐため、ＡＧＣ回路は微小センサ部１４０ｍの画素信号（モニタ信号）と閾値とを比較する。モニタ信号が閾値を超えるまで信号電荷は蓄積される。
【００６０】
画素信号（モニタ信号）が閾値を超えると、モニタリング対象であった８対のフォトダイオードにおける電荷蓄積が終了し、蓄積電荷は転送ゲート１２２Ａ、１２２Ｂを通ってキャパシタ１２４Ａ、１２４Ｂに転送される。他のフォトダイオード対の電荷蓄積がすべて終了するまで蓄積電荷はキャパシタ１２４Ａ、１２４Ｂにそれぞれ一時的に保存される。
【００６１】
すべてのフォトダイオード対の電荷蓄積が終了すると、フォトダイオード１２０Ａｊ、１２０Ｂｊにおいて生じ、別々に保存された蓄積電荷は、キャパシタ１２５、すなわちフローティングディフュージョンに別々にまたは同時に転送される。これにより、信号電荷が電圧信号に変換される。そして、ソースフォロアアンプ１２７によって増幅処理された後、画素信号（電圧信号）が出力される。
【００６２】
このように本実施形態によれば、それぞれ複数のフォトダイオード対１２０Ａｊ、１２０Ｂｊを並列させたラインセンサ群をクロス状に配置し、一方のラインセンサ群にあるラインセンサの側にモニタセンサを配置させる。各モニタセンサは、ラインセンサを分割してモニタリングするため、複数の微小センサ部１４０ｍから構成され、微小センサ部１４０ｍは８つのフォトダイオード対をモニタリング対象として画素信号（モニタ信号）を出力する。このように１つのラインセンサをエリア分割し、複数のセンサでモニタリングすることにより、ラインセンサとほぼ同等の光を受けることが出来る。また、被写体の明るさを平均化せず、細かく検出することが可能となる。
【００６３】
微小センサ部１４０ｍは、光電変換部１４２と、画素信号を生成、出力するモニタセンサ用画素信号読み出し回路１４４とを備え、光電変換部１４２の側部１４２Ｔは、モニタリング対象である８つのフォトダイオード対を全体的にカバー、すなわち８つのフォトダイオード対と全面的に対向する長さＷをもつ。一方、光電変換部１４２の端部１４２Ｓは切欠状に形成され、その切欠部分にモニタセンサ用画素信号読み出し回路１４４が収納される。
【００６４】
微小センサ部１４０ｍは矩形状に構成されるため、微小センサ部１４０ｍの幅Ｚは光電変換部１４２の幅によって定められる。すなわち、モニタセンサ用画素信号読み出し回路１４４に影響されることなく微小センサ部１４０ｍの幅Ｚが規定される。これにより、各微小センサ部１４０ｍがその幅Ｚが光電変換部１４２の幅と同じバー状のモニタセンサエリアＭＤ内に配列可能となる。
【００６５】
ロジック部ＬＳと画素部ＰＳとの間にある分離部ＤＳには、ロジック回路、フォトダイオードどちらも配置することができず、画素信号読み出し回路を配設することができない。そのため、画素信号読み出し回路が光電変換部の幅Ｚを超えて外側に配置されると、モニタセンサの配置されるエリアＭＤもその分幅を広げる必要がある。このようなモニタセンサの構成は、ラインセンサ間のピッチを拡大し、配列するラインセンサの数を制限する。
【００６６】
しかしながら、本実施形態では、画素信号読み出し回路が微小センサ部のエリア内に収められているため、モニタセンサエリアの幅をミニマムに設定することができ、画素部ＰＳ（図４参照）の幅が抑えられる。そのため、ラインセンサ間のピッチを短くし、結像光学系によって規定される投影領域に出来るだけ多くのラインセンサを並べることが可能となる。
【００６７】
一方、本実施形態によれば、ラインセンサの各フォトダイオード対１２０Ａｊ、１２０Ｂｊの画素信号を生成、出力するラインセンサ用画素信号読み出し回路１３０ｊは、フォトダイオード対１２０Ａｊ、１２０Ｂｊの間に配置されている。そして、ラインセンサ用画素信号読み出し回路１３０ｊは共有回路部分１３３においてフォトダイオード１２０Ａｊ、１２０Ｂｊの蓄積電荷がそれぞれ電圧に変換されてそれぞれの画素信号として出力される。またはそれぞれの蓄積電荷が混合され、２つのフォトダイオードの混合画素信号として出力される。
【００６８】
ラインセンサ両側に画素信号読み出し回路を別々配置する代わりに、２列に並ぶフォトダイオード対の対向スペースに配置されているため、制御信号線、画素信号出力線などの配線スペースをまとめることができ、ラインセンサ間のピッチを短くすることができる。また、対であるフォトダイオードの画素信号を混合出力することができるため、被写体像の輝度が低い場合にも感度を上げることができ、精度よく焦点検出を行える。
【００６９】
次に、図７を用いて、第２の実施形態について説明する。第２の実施形態では、モニタセンサ用画素信号読み出し回路が光電変換部の中央部に配置されている。それ以外の構成については、第１の実施形態と同じである。
【００７０】
図７は、第２の実施形態におけるラインセンサとモニタセンサの配置図である。
【００７１】
各微小センサ部１４０は、フォトダイオードによって構成される光電変換部１４２と、光電変換によって光電変換部１４２に生じる画素信号を出力するモニタセンサ用画素信号読み出し回路１４４とを備える。光電変換部１４２は、その長手方向に沿った中央部１４２Ｘが切欠状に形成されており、切欠部分１４２Ｘに信号読み出し回路１４４が収められる。そのため、画素信号読み出し回路１４４は、光電変換部１４２の両端から等距離に位置に配置される。
【００７２】
このように本実施形態によれば、画素信号読み出し回路１４４が、光電変換部１４２の中央部１４２Ｘを横断するラインＸに沿って配置されている。光電変換部１４２の両端部から画素信号読み出し回路１４４までの距離が等しく、画素信号読み出し回路１４４を中心部として光電変換部１４２が対称的になるため、光電変換部１４２の入射光位置によって画素信号出力時間に偏りが生じない。
【００７３】
そのため、モニタセンサの端部に光が入射するような撮影条件においても、すばやく画素信号、モニタ信号を出力し、ほぼ同等の光が入射しているラインセンサのフォトダイオードがオーバフローするのを未然に防ぐ。
【００７４】
第１の実施形態では、モニタセンサが切欠状の微小センサ部による構成だけでもよく、ラインセンサ用画素信号読み出し回路をフォトダイオード対の間に配置せず、ラインセンサ両側に配置するように構成してもよい。この場合、ラインセンサをＭＯＳ型ではなくＣＣＤラインセンサを配置可能である。また、画素信号読み出し回路がフォトダイオード対の間に配置されるだけの構成でもよい。
【００７５】
第２の実施形態においては、光電変換部１４２の切欠部分１４２Ｘを設けることなく矩形状に形成し、その矩形形状の中央部に対向する位置に画素信号読み出し回路を配置してもよい。すなわち、光電変換部１４２の両端からほぼ等距離にある位置に画素信号読み出し回路を配置すればよい。
【００７６】
測距については、多点測距、あるいは画面中心部のみ測距するように構成してもよく、ラインセンサ数、ラインセンサ群の数、および、ラインセンサの配列方向は任意である。また、一眼レフ型カメラ以外のカメラに適用してもよく、携帯電話などカメラ機能を備えた撮影装置に適用してもよい。
【符号の説明】
【００７７】
１０ 一眼レフ型デジタルカメラ
２４ ＡＦモジュール（焦点検出装置）
４０ 焦点検出部（画像信号出力手段）
１２０Ａｊ、１２０Ｂｊ フォトダイオード対（光電変換素子対）
１３０ｊ ラインセンサ用画素信号読み出し回路（画素信号読み出し回路）
１３１ 第１回路部分
１３２ 第２回路部分
１３３ 共有回路部分
１４０ｍ 微小センサ部（モニタセンサ）
１４０Ｓ 光電変換部の端部
１４２ 光電変換部（モニタ光電変換部）
１４２Ｔ 光電変換部の側部
１４２Ｓ 光電変換部の端部
１４２Ｘ 光電変換部の中央部（切欠部分）
１４４ モニタセンサ用画素信号読み出し回路（画素信号読み出し回路）
ＬＭＡ１〜ＬＭＡ９ モニタセンサ
ＬＭＢ１〜ＬＭＢ５ モニタセンサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一眼レフ型カメラなどの撮影装置に搭載される焦点検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一眼レフ型カメラでは、自動焦点調節（ＡＦ）機構として位相差方式の焦点検出装置が搭載されている。焦点検出装置は、コンデンサーレンズ、セパレータレンズを含む結像光学系を備え、結像光学系によって被写体像が投影されるエリアには、ラインセンサをそれぞれ並列させた複数のラインセンサ群が２つ１組となって２次元的に配置されている（例えば、特許文献１参照）。各ラインセンサは、複数のフォトダイオードを対にして並列させた構成であり（例えば特許文献２参照）、各フォトダイオードに生じる信号電荷は画素信号として読み出される。
【０００３】
通常、ラインセンサは電荷蓄積型センサであり、ラインセンサの傍に配置されるモニタセンサによって電荷蓄積時間が調整される（特許文献３参照）。また、ラインセンサの各フォトダイオードの受ける光量は被写体の明るさ分布によって異なるため、ラインセンサの電荷蓄積時間はフォトダイオード毎に独立制御されている。
【０００４】
光電変換素子（フォトダイオードなど）を備えたモニタセンサは、ラインセンサのフォトダイオードがダイナミックレンジを超える光を受光してオーバフローするのを防ぐため、モニタ対象となっているフォトダイオードの光強度（光量）をリアルタイムで検出し、画素信号読み出し回路によってモニタ信号を出力する。
【０００５】
モニタ信号が所定の閾値を超えると、対応するラインセンサの電荷蓄積（積分）が終了し、蓄積電荷が一時的にメモリ等に格納される。すべてのラインセンサの電荷蓄積が終了すると、一連の画素信号が被写体像の画像信号として出力され、デフォーカス量を求める演算処理が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−２０５６９４号公報
【特許文献２】特開２００５−３００８４４号公報
【特許文献３】特開２００６−１４５７９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
モニタセンサの光電変換部は、モニタリング対象となるラインセンサと同じ強度の光を受光する必要があり、ラインセンサの受ける光量と同等になる必要がある。そのため、モニタリング対象となるラインセンサの長手方向全体をカバーするようにモニタセンサの光電変換部の長さを確保しなければならない。
【０００８】
しかしながら、モニタセンサの光電変換部を長くすると、受光位置と信号読み出し回路との距離が長くなり、受光してから信号読み出し回路から出力するまでに時間がかかる。そのため、被写体からの光が急激に変化すると、その変化を瞬時にモニタリングすることが出来ない。例えば、モニタセンサの光電変換部の両端部付近にのみ強い光が急激に当たると、モニタ信号が出力するまでの間に同等の光を受けたラインセンサが電荷蓄積によってオーバフローしてしまう。その結果、正確な被写体像の画像信号を出力できない。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の焦点検出装置は、モニタセンサは、輝度分布に関係なく被写体の明るさを瞬時に、かつ精度よく検出することが可能な焦点検出装置であり、被写体像の投影領域に並ぶ複数のラインセンサと、複数のラインセンサの側（そば）にそれぞれ配置され、それぞれ対応するラインセンサの受光量をモニタリングする複数のモニタセンサと、複数のラインセンサに蓄積された電荷に基づいて被写体像の画像信号を出力する画像信号出力手段とを備える。カメラなどの撮影装置に使用される場合、例えば、複数のラインセンサ群がクロス状に配置される。
【００１０】
例えばラインセンサは、複数の光電変換素子（ＣＭＯＳセンサなど）によって構成され、ラインセンサ光電変換部を対にして長手方向に沿って並列させればよい。一方、各モニタセンサは、少なくとも１つのモニタ光電変換部（フォトダイオードなど）と、モニタ光電変換部に生じる電荷を画素信号として出力する少なくとも１つの画素信号読み出し回路とを備える。モニタセンサは、ラインセンサのどちらの側にあってもよい。画素信号読み出し回路は、信号電荷を電圧信号に変換、増幅処理などして信号出力を行えばよい。
【００１１】
被写体の明るさ分布を細かく検出するためには、ラインセンサの光電変換部を所定数ずつまとめてモニタリングするのがよく、各モニタセンサは、それぞれ所定数のラインセンサ光電変換部と対向するようにラインセンサ長手方向に沿って並列した複数の微小センサ部を備えるのがよい。この場合、各微小センサ部が、モニタ光電変換部と画素信号読み出し回路を備える。
【００１２】
本発明では、モニタ光電変換部が、対応するラインセンサのモニタリング対象エリア全体と向かい合う長さを有し、対象となるラインセンサのエリア全体を長手方向に沿ってカバーするように構成されている。そして、画素信号読み出し回路が、モニタ光電変換部の両端部からの距離がほぼ等しい位置に配置される。すなわち、モニタ光電変換部の中央部を通る横断ラインに沿って画素信号読み出し回路が配置される。例えばモニタ光電変換部よりもサイズが小さく、ラインセンサ長手方向に沿ってモニタ光電変換部よりも短い。
【００１３】
モニタセンサ光電変換部が対象となるラインセンサのエリアと全面的に対向するため、対象エリアに入射する光の輝度分布に関係なく、モニタセンサは同等の輝度分布の光を受光する。その一方で、モニタ光電変換部の左側、右側における受光位置と画素信号読み出し回路の距離は対称的となり、バランスがとれている。そのため、モニタ光電変換部が長くなっても、光電変換部の端部において受光してもモニタ信号読み出し時間が短くなり、応答性のよいモニタセンサが実現される。
【００１４】
数多くの測距エリアを設けるには、できるだけラインセンサを投影領域に配設し、ラインセンサ間のピッチを短くするのが望ましい。そのため、モニタセンサのモニタ光電変換部の中央部に切欠部分を形成し、モニタセンサの画素信号読み出し回路をモニタ光電変換部の切欠部分に収容するのが望ましい。モニタセンサのサイズは、モニタ光電変換部の幅によって定められる。すなわち、画素信号読み出し回路のサイズに関係なくモニタセンサのサイズが定められ、ラインセンサ間のピッチを出来る限り短くすることができる。
【００１５】
本発明の他の局面における焦点検出装置は、被写体像の投影領域に並ぶ複数のラインセンサそれぞれの側に並列する複数のモニタ光電変換部と、モニタ光電変換部に生じる電荷を画素信号として出力する複数の画素信号読み出し回路とを備え、モニタ光電変換部が、対応するラインセンサのモニタリング対象エリア全体と向かい合う長さを有し、画素信号読み出し回路が、モニタ光電変換部よりもサイズが小さく、モニタ光電変換部の両端部からの距離がほぼ等しい位置に配置されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
このように本発明によれば、ラインセンサをオーバフローさせることなく、精度よく被写体の焦点検出を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１の実施形態である一眼レフ型デジタルカメラの模式的内部構成図である。
【図２】焦点検出部のブロック図である。
【図３】１つのラインセンサおよびそれに応じたモニタセンサの拡大配置図である。
【図４】ラインセンサ用画素信号読み出し回路の電気回路図である。
【図５】モニタセンサ用画素信号読み出し回路の電気回路図である。
【図６】ラインセンサ用画素信号読み出し回路の配線図である。
【図７】第２の実施形態におけるラインセンサとモニタセンサの配置図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下では、図面を参照して本実施形態であるデジタルカメラについて説明する。
【００１９】
図１は、第１の実施形態である一眼レフ型デジタルカメラの模式的内部構成図である。
【００２０】
一眼レフ型デジタルカメラ１０は、本体１２と、本体１２に着脱自在な交換レンズ１４とを備え、本体１２内部には、ペンタゴナルダハプリズム（以下、ペンタプリズムという）１６、クイックリターンミラー１８、フォーカルプレーンシャッタ２０、ＣＣＤなどの撮像素子２２が設けられている。
【００２１】
ペンタプリズム１６の傍に配置される測光ＩＣ２３は、ＴＴＬ測光方式に従い、クイックリターンミラー１８上方に配置されるピント板１７によって形成される被写体像の明るさを検出する。また、クイックリターンミラー１８の下方に配置されるＡＦモジュール２４は、位相差方式に従って合焦状態を検出する。
【００２２】
ＲＯＭ３６、ＲＡＭ３７、ＣＰＵ３８を含むシステムコントロール回路３０はカメラ動作を制御し、周辺制御回路３２、表示部３３、ＡＦモジュール２４、測光ＩＣ２３、ＥＥＰＲＯＭ３９等に制御信号を出力する。周辺制御回路３２は、フォーカルプレーンシャッタ２０、絞り（図示せず）、撮像素子２２など露光機構を制御し、また、レンズメモリ１３からレンズ情報を取得する。
【００２３】
カメラ１０がＯＮ状態になると、撮影可能な撮影モードに設定される。撮影光学系１５を通った光は、クイックリターンミラー１８によってペンタプリズム１６へ導かれ、ユーザーはファインダ（図示せず）を通して被写体を視認する。撮影のためレリーズボタン（図示せず）が半押しされると、測光ＩＣ２３は被写体の明るさを検出し、ＡＦモジュール２４は合焦状態を検出する。
【００２４】
撮影光学系１５を通った光の一部は、クイックリターンミラー１８を透過し、サブミラー１９によってＡＦモジュール２４に導かれる。ＡＦモジュール２４は、コンデンサーレンズ２６、セパレータマスク２９、セパレータレンズ２７、焦点検出部４０を備え、撮像面（撮像素子２２の受光面）と等価な位置（共役面）に配置されたセパレータマスク２９によって分割された被写体像は、セパレータレンズ２７によって焦点検出部４０に再結像される。焦点検出部４０は、対になって投影された被写体像の画像信号を出力する。
【００２５】
システムコントロール回路３０は、ＡＦモジュール２４から送られてくる画像信号に基づき、デフォーカス量および焦点調節を行う。すなわち、ＡＦモジュール２４によって検出されるデフォーカス量およびピントずれの方向に従い、ＡＦモータドライバ３４へ制御信号を出力する。ＡＦモータ３５は、ＡＦモータドライバ３４からの駆動信号に基づき、撮影光学系１５内のフォーカシングレンズをシフトさせる。合焦状態に達するまで一連の焦点検出、レンズ駆動が行われる。
【００２６】
レリーズボタン半押し状態において焦点調節が行われ、被写体の明るさが検出されると、システムコントロール回路３０は、露出値、すなわちシャッタースピードおよび絞り値を演算、決定する。レリーズボタンが全押しされると、一連の記録動作処理が実行される。すなわち、クイックリターンミラー１８、絞り、およびシャッタ２０の動作によって被写体像が撮像素子２２に形成され、１フレーム分の画像信号が撮像素子２２から信号処理回路２５へ出力される。信号処理回路２５ではデジタル画像データが生成され、画像データが図示しないメモリーカード等の記録媒体へ格納される。
【００２７】
図２は、焦点検出部のブロック図である。
【００２８】
焦点検出部４０は、ＣＭＯＳ型ラインセンサを複数配設させた一体型基板によって構成される。焦点検出デバイス４０の表面には、被写体像の縦方向に沿った基板上下方向にラインセンサ群ＥＡ１、ＥＡ２が設置され、被写体像の横方向に沿った基板左右方向にラインセンサ群ＥＢ１、ＥＢ２が設置されている。ラインセンサ群ＥＡ１、ＥＡ２、およびＥＢ１、ＥＢ２はそれぞれ基板中心部を挟んで互いに対向する。
【００２９】
コンデンサーレンズ２６、セパレータマスク２９、セパレータレンズ２７を含む結像光学系は、瞳分割によって被写体像を２組の被写体像対を形成し、ラインセンサ群ＥＡ１、ＥＡ２の配置された投影領域、およびラインセンサ群ＥＢ１、ＥＢ２の配置された投影領域に対し、一対の被写体像をそれぞれ結像させる。
【００３０】
各ラインセンサ群は、所定間隔で左右もしくは上下方向に並ぶ複数のラインセンサによって構成され、ラインセンサ群ＥＡ１、ＥＡ２のラインセンサは左右方向に沿って並列し、ラインセンサ群ＥＢ１、ＥＢ２のラインセンサは上下方向に沿って並列している。各ラインセンサは、１次元配列させた複数の光電変換素子（ここではフォトダイオード）によって構成されている。
【００３１】
ラインセンサ群ＥＡ１は、９つのラインセンサＬＳＡ１〜ＬＳＡ９によって構成されており、基準ラインセンサとして機能する。一方、ラインセンサ群ＥＡ２を構成するラインセンサＬＳＡ１１〜ＬＳＡ１９は、参照ラインセンサとして機能する。同様に、ラインセンサ群ＥＢ１を構成するラインセンサＬＳＢ１〜ＬＳＢ５は基準センサ、ラインセンサ群ＥＢ２を構成するラインセンサＬＳＢ６〜ＬＳＢ１０が参照ラインセンサとして機能する。
【００３２】
ラインセンサ群ＥＡ１、ＥＢ１には、それぞれ一連のモニタセンサＬＭＡ１〜ＬＭＡ９、ＬＭＢ１〜ＬＭＢ５が対応するラインセンサの側に配置されている。モニタセンサＬＭＡ１〜ＬＭＡ９、ＬＭＢ１〜ＬＭＢ５は、複数のセンサ部をラインセンサに沿って並列させた構成であり、対応するラインセンサの領域を複数のエリアに分割してモニタリングする。
【００３３】
モニタセンサＬＭＡ１〜ＬＭＡ９は、それぞれラインセンサＬＳＡ１〜ＬＳＡ９の側面、長手方向に沿ってライン状に配置され、受光量（光強度）をモニタ信号として出力する。モニタセンサＬＭＢ１〜ＬＭＢ５も、ラインセンサＬＳＢ１〜ＬＳＢ５の受光量をモニタリングするためにモニタ信号を出力する。
【００３４】
また、ラインセンサ群ＥＡ１のＬＳＡ１〜ＬＳＡ９、ラインセンサ群ＥＢ１のラインセンサＬＳＢ１〜ＬＳＢ５の側には、画素信号読出し用の垂直シフトレジスタＶＳＲ１〜ＶＳＲ９、ＶＳＳ１〜ＶＳＳ５が設置されており、ラインセンサ群ＥＡ２、ＥＢ２の各ラインセンサに対しても、垂直シフトレジスタＶＳＲ１１〜ＶＳＲ１９、ＶＳＳ６〜ＶＳＳ１０が同様に配置されている。さらに、ラインセンサ群ＥＡ１、ＥＢ１の各モニタセンサの傍には、黒レベルを検知するためのモニタセンサ（図示せず）が配置される。
【００３５】
ＡＧＣ回路４２Ａ〜４２Ｃは、各モニタセンサから逐次出力されるモニタ信号値を閾値と比較する。閾値は、焦点検出に必要な光量が対象となるラインセンサに入射しているか否かを判断する指標値であり、ラインセンサのダイナミックレンジオーバーを防止するように設定されている。
【００３６】
モニタ信号値が閾値を超えると、焦点検出に必要な光量がラインセンサに入射しているため、対応するラインセンサ、すなわちモニタリング対象となっているラインセンサの電荷蓄積（積分）を終了させる制御信号を出力する。ラインセンサに制御信号が送信されると、電荷蓄積が終了するとともに、一時的に電荷がラインセンサ内で格納される。
【００３７】
ラインセンサの電荷蓄積時間は、ライセンサのモニタリング対象エリア毎に独立制御され、被写体の光強度分布に応じて各ラインセンサの電荷蓄積時間が調整される。すべてのラインセンサの電荷蓄積が終了すると、各ラインセンサの画素信号読み出し回路（ここでは図示せず）において蓄積電荷が電圧変換、増幅処理され、画素信号が生成される。
【００３８】
焦点検出部４０では、各ラインセンサに生成される一連の画素信号が出力される。すなわち、各ラインセンサの傍に配置された垂直シフトレジスタＶＳＲ１〜ＶＳＲ９、ＶＳＲ１１〜ＶＳＲ１９、ＶＳＳ１〜ＶＳＳ５、ＶＳＳ６〜ＶＳＳ１０および水平シフトレジスタ４５、４６により、生成される一連の画素信号が出力回路４０Ａに転送される。
【００３９】
出力回路に送られた一連の画素信号は、被写体像の画像信号としてシステムコントロール回路３０へ送られる。システムコントロール回路３０では、対のラインセンサ群の画像信号に基づいて位相差が検出され、デフォーカス量が求められる。
【００４０】
論理回路４４は、ＡＧＣ回路４２Ａ〜４２Ｃ、垂直シフトレジスタＶＳＲ１〜ＶＳＲ９、ＶＳＲ１１〜ＶＳＲ１９、ＶＳＳ１〜ＶＳＳ５、ＶＳＳ６〜ＶＳＳ１０および水平シフトレジスタ４５、４６を制御し、モニタ信号に対する閾値を設定するとともに、モニタセンサの黒レベルに基づいたオフセット値を設定する。
【００４１】
図３は、１つのラインセンサおよびそれに応じたモニタセンサの拡大配置図である。図３を用いて、ラインセンサ、およびモニタセンサの構成について説明する。
【００４２】
図３には、図２に示したラインセンサＬＳＢ３およびモニタセンサＬＭＢ３の一部構成を詳細に示している。ラインセンサＬＳＢ３は、複数のフォトダイオードを対にして並列させたセンサであり、一対のフォトダイオード１２０Ａｊ（ｊ＝１、２、・・・）、１２０ＢｊがラインセンサＬＳＢ３の長手方向に沿って千鳥格子状に並んでいる。
【００４３】
モニタセンサＬＭＢ３は、ラインセンサＬＳＢ３の上段側において所定間隔離れた場所に配設されており、モニタセンサＬＭＢ３の両側には配線部１７０、１８０が設けられている。一方、ラインセンサＬＳＢ３の下段側には、配線部１８５を挟んで垂直シフトレジスタ１９０が設けられている。
【００４４】
対になって並列するフォトダイオード１２０Ａｊ、１２０Ｂｊは、その長手方向をラインセンサ群ＥＢ１のラインセンサ配列方向ＪＫに向けて配置されており、上段側のフォトダイオード１２０Ａｊ、下段側のフォトダイオード１２０Ｂｊは、信号出力線、制御線などを含む配線回路部１５０を間に挟んで対向している。
【００４５】
配線回路部１５０には、フォトダイオード対１２０Ａｊ、１２０Ｂｊからそれぞれ信号電荷を読み出し、画素信号を出力するラインセンサ用画素信号出力回路１３０ｊが設けられている。ラインセンサ用画素信号出力回路１３０ｊは、ラインセンサ長手方向に沿って配設され、ラインセンサ全体の画素信号が配線回路部１５０を介して出力される。
【００４６】
モニタセンサＬＭＢ３は複数のセンサ部分１４０ｍ（ｍ＝１、２、・・）に分割されており（以下では、各分割部分を微小センサ部という）、その長手方向をラインセンサＬＳＢ３の長手方向に平行させて並んでいる。各微小センサ部１４０ｍは、それぞれ所定数のフォトダイオード対をモニタリングするように構成されている。ここでは、８対のフォトダイオードをモニタリング対象エリアとしている。
【００４７】
微小センサ部１４０ｍは、フォトダイオードなどによって構成される光電変換部１４２と、光電変換部１４２において生じる信号電荷を画素信号として出力するモニタセンサ用画素信号読み出し回路１４４とを備える。光電変換部１４２は、その端部１４２Ｓが切欠状に形成されており、切欠部分１４２Ｓに画素信号読み出し回路１４４が収められる。
【００４８】
ここでは、微小センサ部１４０ｍが矩形状に形成されるように、モニタセンサ用画素信号読み出し回路１４４のサイズに合わせて切欠部分１４２Ｓの形状が定められている。これにより、微小センサ部１４０ｍの幅１４０Ｚに合わせて規定されるバー状のモニタセンサ配置エリアＭＤに微小センサ部１４０ｍが並列する。
【００４９】
各微小センサ部１４０ｍの光電変換部１４２は、モニタリング対象であるエリア、すなわち８対のフォトダイオード全体をカバーする側部１４２Ｔを有し、側部１４２Ｔは、８対のフォトダイオードに対向する長さＷを有する。すなわち、切欠部分１４２Ｓに配設されるモニタセンサ用画素信号読み出し回路１４４とラインセンサＬＳＢ３との間には、光電変換部１４２の幅広部分が形成され、モニタセンサ用画素信号読み出し回路１４４はラインセンサＬＳＢ３の反対側に位置する。
【００５０】
このため、微小センサ部１４０ｍは、対象となる８対のフォトダイオードのエリアに入射する光とほぼ同等の光を受光し、そのエリアの光量分布は、微小センサ部１４０ｍの光電変換部１４２が受ける光量分布とほぼ等しくなる。
【００５１】
上述したように焦点検出部４０は一体型ＩＣ基板であり、ＭＯＳ型ラインセンサの両側にモニタセンサ、垂直シフトレジスタをそれぞれ配設しながら回路基板が構成されている。垂直シフトレジスタが配置されるロジック部ＬＳと、フォトダイオード、微小センサ部が配設される画素部ＰＳが交互に形成され、ロジック部ＬＳと画素部ＰＳとの間に、配線が設けられる分離部ＤＳが介在する。
【００５２】
図４は、ラインセンサ用画素信号読み出し回路の電気回路図である。図５は、モニタセンサ用画素信号読み出し回路の電気回路図である。図６は、ラインセンサ用画素信号読み出し回路の配線図である。図４〜図６を用いてラインセンサ、モニタセンサの画素信号読み出し回路構成についてそれぞれ説明する。
【００５３】
図４では、ラインセンサＬＳＢ３の一組のフォトダイオード対１２０Ａｊ、１２０Ｂｊおよびそれに接続されるラインセンサ用画素信号読み出し回路１３０ｊに関する回路構成を示している。フォトダイオード対１２０Ａｊ、１２０Ｂｊは、ともにラインセンサ用画素信号読み出し回路１３０ｊと接続されている。
【００５４】
ラインセンサ用画素信号読み出し回路１３０ｊは、トランジスタで構成されるアンチブルーミングゲート（ＡＢＧ）１２１Ａ、１２１Ｂ、転送ゲート（ＴＧ）１２２Ａ、１２２Ｂ、フローティングディフュージョンゲート（ＦＤ）１２３Ａ、１２３Ｂを備える。
【００５５】
さらに、ラインセンサ用画素信号読み出し回路１３０ｊは、一時的な電荷保存用キャパシタ（ＭＥＭ）１２４Ａ、１２４Ｂ、電荷−電圧変換を行うフローティングディフュージョンキャパシタ（ＣＦＤ）１２５、リセットゲート（ＲＧ）２６、ソースフォロアアンプ１２７、選択ゲート１２８を設けた共有回路部分１３３を備える。
【００５６】
共有回路部分１３３は、フォトダイオード１２０Ａｊ、１２０Ｂｊの画素信号出力において共有化された回路であり、フォトダイオード１２０Ａｊ、１２０Ｂｊに生じる信号電荷は、それぞれ第１回路部分１３１、第２回路部分１３２を経て共有回路部分１３３に送られる。図６には、画素信号読み出し回路１３０の配線パターンが模式的に図示されている。
【００５７】
一方、図５に示すモニタセンサの微小センサ部１４０ｍでは、フォトダイオードである光電変換部１４２がモニタセンサ用画素信号読み出し回路１４４に接続されている。画素信号読み出し回路１４４は、アンチブルーミングゲート（ＡＢＧ）１５１、転送ゲート（ＴＧ）１５２、リセットゲート（ＲＧ）１５４を備え、さらに、キャパシタ（ＭＥＭ）１５３、ソースフォロアアンプ１５５を備える。
【００５８】
被写体からの光がラインセンサに到達すると、フォトダイオード１２０Ａｊ、１２０Ｂｊの光電変換によって信号電荷（画素信号）が生じ、光量に応じて電荷が蓄積されていく。一方、モニタセンサ１４０ｍの光電変換部１４２に生じる信号電荷は、キャパシタ１５３で電荷電圧変換され、ソースフォロアアンプ１５５を介して図２に示したＡＧＣ回路へ随時出力される。
【００５９】
モニタリング対象である８対のフォトダイオードにダイナミックレンジを超える光が入射するのを防ぐため、ＡＧＣ回路は微小センサ部１４０ｍの画素信号（モニタ信号）と閾値とを比較する。モニタ信号が閾値を超えるまで信号電荷は蓄積される。
【００６０】
画素信号（モニタ信号）が閾値を超えると、モニタリング対象であった８対のフォトダイオードにおける電荷蓄積が終了し、蓄積電荷は転送ゲート１２２Ａ、１２２Ｂを通ってキャパシタ１２４Ａ、１２４Ｂに転送される。他のフォトダイオード対の電荷蓄積がすべて終了するまで蓄積電荷はキャパシタ１２４Ａ、１２４Ｂにそれぞれ一時的に保存される。
【００６１】
すべてのフォトダイオード対の電荷蓄積が終了すると、フォトダイオード１２０Ａｊ、１２０Ｂｊにおいて生じ、別々に保存された蓄積電荷は、キャパシタ１２５、すなわちフローティングディフュージョンに別々にまたは同時に転送される。これにより、信号電荷が電圧信号に変換される。そして、ソースフォロアアンプ１２７によって増幅処理された後、画素信号（電圧信号）が出力される。
【００６２】
このように本実施形態によれば、それぞれ複数のフォトダイオード対１２０Ａｊ、１２０Ｂｊを並列させたラインセンサ群をクロス状に配置し、一方のラインセンサ群にあるラインセンサの側にモニタセンサを配置させる。各モニタセンサは、ラインセンサを分割してモニタリングするため、複数の微小センサ部１４０ｍから構成され、微小センサ部１４０ｍは８つのフォトダイオード対をモニタリング対象として画素信号（モニタ信号）を出力する。このように１つのラインセンサをエリア分割し、複数のセンサでモニタリングすることにより、ラインセンサとほぼ同等の光を受けることが出来る。また、被写体の明るさを平均化せず、細かく検出することが可能となる。
【００６３】
微小センサ部１４０ｍは、光電変換部１４２と、画素信号を生成、出力するモニタセンサ用画素信号読み出し回路１４４とを備え、光電変換部１４２の側部１４２Ｔは、モニタリング対象である８つのフォトダイオード対を全体的にカバー、すなわち８つのフォトダイオード対と全面的に対向する長さＷをもつ。一方、光電変換部１４２の端部１４２Ｓは切欠状に形成され、その切欠部分にモニタセンサ用画素信号読み出し回路１４４が収納される。
【００６４】
微小センサ部１４０ｍは矩形状に構成されるため、微小センサ部１４０ｍの幅Ｚは光電変換部１４２の幅によって定められる。すなわち、モニタセンサ用画素信号読み出し回路１４４に影響されることなく微小センサ部１４０ｍの幅Ｚが規定される。これにより、各微小センサ部１４０ｍがその幅Ｚが光電変換部１４２の幅と同じバー状のモニタセンサエリアＭＤ内に配列可能となる。
【００６５】
ロジック部ＬＳと画素部ＰＳとの間にある分離部ＤＳには、ロジック回路、フォトダイオードどちらも配置することができず、画素信号読み出し回路を配設することができない。そのため、画素信号読み出し回路が光電変換部の幅Ｚを超えて外側に配置されると、モニタセンサの配置されるエリアＭＤもその分幅を広げる必要がある。このようなモニタセンサの構成は、ラインセンサ間のピッチを拡大し、配列するラインセンサの数を制限する。
【００６６】
しかしながら、本実施形態では、画素信号読み出し回路が微小センサ部のエリア内に収められているため、モニタセンサエリアの幅をミニマムに設定することができ、画素部ＰＳ（図４参照）の幅が抑えられる。そのため、ラインセンサ間のピッチを短くし、結像光学系によって規定される投影領域に出来るだけ多くのラインセンサを並べることが可能となる。
【００６７】
一方、本実施形態によれば、ラインセンサの各フォトダイオード対１２０Ａｊ、１２０Ｂｊの画素信号を生成、出力するラインセンサ用画素信号読み出し回路１３０ｊは、フォトダイオード対１２０Ａｊ、１２０Ｂｊの間に配置されている。そして、ラインセンサ用画素信号読み出し回路１３０ｊは共有回路部分１３３においてフォトダイオード１２０Ａｊ、１２０Ｂｊの蓄積電荷がそれぞれ電圧に変換されてそれぞれの画素信号として出力される。またはそれぞれの蓄積電荷が混合され、２つのフォトダイオードの混合画素信号として出力される。
【００６８】
ラインセンサ両側に画素信号読み出し回路を別々配置する代わりに、２列に並ぶフォトダイオード対の対向スペースに配置されているため、制御信号線、画素信号出力線などの配線スペースをまとめることができ、ラインセンサ間のピッチを短くすることができる。また、対であるフォトダイオードの画素信号を混合出力することができるため、被写体像の輝度が低い場合にも感度を上げることができ、精度よく焦点検出を行える。
【００６９】
次に、図７を用いて、第２の実施形態について説明する。第２の実施形態では、モニタセンサ用画素信号読み出し回路が光電変換部の中央部に配置されている。それ以外の構成については、第１の実施形態と同じである。
【００７０】
図７は、第２の実施形態におけるラインセンサとモニタセンサの配置図である。
【００７１】
各微小センサ部１４０は、フォトダイオードによって構成される光電変換部１４２と、光電変換によって光電変換部１４２に生じる画素信号を出力するモニタセンサ用画素信号読み出し回路１４４とを備える。光電変換部１４２は、その長手方向に沿った中央部１４２Ｘが切欠状に形成されており、切欠部分１４２Ｘに信号読み出し回路１４４が収められる。そのため、画素信号読み出し回路１４４は、光電変換部１４２の両端から等距離に位置に配置される。
【００７２】
このように本実施形態によれば、画素信号読み出し回路１４４が、光電変換部１４２の中央部１４２Ｘを横断するラインＸに沿って配置されている。光電変換部１４２の両端部から画素信号読み出し回路１４４までの距離が等しく、画素信号読み出し回路１４４を中心部として光電変換部１４２が対称的になるため、光電変換部１４２の入射光位置によって画素信号出力時間に偏りが生じない。
【００７３】
そのため、モニタセンサの端部に光が入射するような撮影条件においても、すばやく画素信号、モニタ信号を出力し、ほぼ同等の光が入射しているラインセンサのフォトダイオードがオーバフローするのを未然に防ぐ。
【００７４】
第１の実施形態では、モニタセンサが切欠状の微小センサ部による構成だけでもよく、ラインセンサ用画素信号読み出し回路をフォトダイオード対の間に配置せず、ラインセンサ両側に配置するように構成してもよい。この場合、ラインセンサをＭＯＳ型ではなくＣＣＤラインセンサを配置可能である。また、画素信号読み出し回路がフォトダイオード対の間に配置されるだけの構成でもよい。
【００７５】
第２の実施形態においては、光電変換部１４２の切欠部分１４２Ｘを設けることなく矩形状に形成し、その矩形形状の中央部に対向する位置に画素信号読み出し回路を配置してもよい。すなわち、光電変換部１４２の両端からほぼ等距離にある位置に画素信号読み出し回路を配置すればよい。
【００７６】
測距については、多点測距、あるいは画面中心部のみ測距するように構成してもよく、ラインセンサ数、ラインセンサ群の数、および、ラインセンサの配列方向は任意である。また、一眼レフ型カメラ以外のカメラに適用してもよく、携帯電話などカメラ機能を備えた撮影装置に適用してもよい。
【符号の説明】
【００７７】
１０ 一眼レフ型デジタルカメラ
２４ ＡＦモジュール（焦点検出装置）
４０ 焦点検出部（画像信号出力手段）
１２０Ａｊ、１２０Ｂｊ フォトダイオード対（光電変換素子対）
１３０ｊ ラインセンサ用画素信号読み出し回路（画素信号読み出し回路）
１３１ 第１回路部分
１３２ 第２回路部分
１３３ 共有回路部分
１４０ｍ 微小センサ部（モニタセンサ）
１４０Ｓ 光電変換部の端部
１４２ 光電変換部（モニタ光電変換部）
１４２Ｔ 光電変換部の側部
１４２Ｓ 光電変換部の端部
１４２Ｘ 光電変換部の中央部（切欠部分）
１４４ モニタセンサ用画素信号読み出し回路（画素信号読み出し回路）
ＬＭＡ１〜ＬＭＡ９ モニタセンサ
ＬＭＢ１〜ＬＭＢ５ モニタセンサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体像の投影領域に並ぶ複数のラインセンサと、
前記複数のラインセンサの側（そば）にそれぞれ配置され、それぞれ対応するラインセンサの受光量をモニタリングする複数のモニタセンサと、
前記複数のラインセンサに蓄積された電荷に基づいて被写体像の画像信号を出力する画像信号出力手段とを備え、
各モニタセンサが、少なくとも１つのモニタ光電変換部と、前記光電変換部に生じる電荷を画素信号として出力する少なくとも１つの画素信号読み出し回路とを備え、
前記モニタ光電変換部が、対応するラインセンサのモニタリング対象エリア全体と向かい合う長さを有し、
前記画素信号読み出し回路が、前記モニタ光電変換部の両端部からの距離がほぼ等しい位置に配置されることを特徴とする焦点検出装置。
【請求項２】
前記モニタ光電変換部の中央部が切欠状に形成され、切欠部分に前記画素信号読み出し回路が収まることを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
【請求項３】
各ラインセンサが、並列した複数のラインセンサ光電変換部を有し、
各モニタセンサが、それぞれ所定数のラインセンサ光電変換部と対向するようにラインセンサ長手方向に沿って並列した複数の微小センサ部を有し、
各微小センサ部が、前記モニタ光電変換部と前記画素信号読み出し回路を有することを特徴とする請求項１乃至２のいずれかに記載の焦点検出装置。
【請求項４】
請求項１に記載された焦点検出装置を備えた撮影装置。
【請求項１】
被写体像の投影領域に並ぶ複数のラインセンサと、
前記複数のラインセンサの側（そば）にそれぞれ配置され、それぞれ対応するラインセンサの受光量をモニタリングする複数のモニタセンサと、
前記複数のラインセンサに蓄積された電荷に基づいて被写体像の画像信号を出力する画像信号出力手段とを備え、
各モニタセンサが、少なくとも１つのモニタ光電変換部と、前記光電変換部に生じる電荷を画素信号として出力する少なくとも１つの画素信号読み出し回路とを備え、
前記モニタ光電変換部が、対応するラインセンサのモニタリング対象エリア全体と向かい合う長さを有し、
前記画素信号読み出し回路が、前記モニタ光電変換部の両端部からの距離がほぼ等しい位置に配置されることを特徴とする焦点検出装置。
【請求項２】
前記モニタ光電変換部の中央部が切欠状に形成され、切欠部分に前記画素信号読み出し回路が収まることを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
【請求項３】
各ラインセンサが、並列した複数のラインセンサ光電変換部を有し、
各モニタセンサが、それぞれ所定数のラインセンサ光電変換部と対向するようにラインセンサ長手方向に沿って並列した複数の微小センサ部を有し、
各微小センサ部が、前記モニタ光電変換部と前記画素信号読み出し回路を有することを特徴とする請求項１乃至２のいずれかに記載の焦点検出装置。
【請求項４】
請求項１に記載された焦点検出装置を備えた撮影装置。
【図１】
【図２】
【図４】
【図５】
【図３】
【図６】
【図７】
【図２】
【図４】
【図５】
【図３】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−２２４５８（Ｐ２０１１−２２４５８Ａ）
【公開日】平成２３年２月３日（２０１１．２．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１６８８０１（Ｐ２００９−１６８８０１）
【出願日】平成２１年７月１７日（２００９．７．１７）
【出願人】（０００１１３２６３）ＨＯＹＡ株式会社 (3,820)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月３日（２０１１．２．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月１７日（２００９．７．１７）
【出願人】（０００１１３２６３）ＨＯＹＡ株式会社 (3,820)
【Ｆターム（参考）】
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