(57)【要約】【課題】測距演算に適した露光量に対応した信号を生成することができる。【解決手段】第１画素列ＰＤＡ＿ｂ１は、光電変換素子を含む複数の画素ＰＤ＿ｂ（１）〜ＰＤ＿ｂ（２ｋ−１）を備える。第２画素列ＰＤＡ＿ｂ２は、光電変換素子を含む複数の画素ＰＤ＿ｂ（２）〜ＰＤ＿ｂ（２ｋ）を備える。制御部３００は、第１画素列ＰＤＡ＿ｂ１の露光量と第２画素列ＰＤＡ＿ｂ２の露光量とが異なるように、第１画素列ＰＤＡ＿ｂ１の露光量と第２画素列ＰＤＡ＿ｂ２の露光量とを制御し、この露光量に基づいた信号を第１画素列ＰＤＡ＿ｂ１と第２画素列ＰＤＡ＿ｂ２とが出力するように制御する。【選択図】図２
2010286533.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換素子を含む複数の画素を配列した第１の画素列と、
光電変換素子を含む複数の画素を配列した第２の画素列と、
前記第１の画素列の露光量と前記第２の画素列の露光量とが異なるように前記第１の画素列の露光量と前記第２の画素列の露光量とを制御し、当該露光量に基づいた信号を前記第１の画素列と前記第２の画素列とが出力するように制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする信号生成装置。
【請求項２】
前記第１の画素列に含まれる前記複数の画素は、第１の方向に直線状に配置され、
前記第２の画素列に含まれる前記複数の画素は、前記第１の方向に直線状に配置され、かつ、前記第１の画素列に対して、前記第１の方向に垂直な第２の方向にずらして配置されている
ことを特徴とする請求項１に記載の信号生成装置。
【請求項３】
前記第１の画素列に含まれる各画素の大きさ及び前記第２の方向における中心位置と前記第２の画素列に含まれる各画素の大きさ及び前記第２の方向における中心位置は同一であり、
前記第１の画素列に含まれる第１の画素に対応する前記信号の出力タイミングと前記第１の画素に隣接する前記第１の画素列に含まれる第２の画素に対応する前記信号の出力タイミングとの間に、対応する前記信号の出力タイミングがくる前記第２の画素列に含まれる画素を第３の画素としたとき、
前記第３の画素の中心位置と前記第１の画素の中心位置及び前記第２の画素の中心位置との前記第１の方向における距離が、前記第１の画素列又は前記第２の画素列に配置された各画素の画素ピッチ以下になるよう、前記第１の画素、前記第２の画素及び前記第３の画素が配置されており、
前記制御部は、前記第１の画素列の露光量と前記第２の画素列の露光量とが異なるように、前記第１の画素列の露光量と前記第２の画素列の露光量とを制御する第１の動作モードと、前記第１の画素列の露光量と前記第２の画素列の露光量とが略同一となるように、前記第１の画素列の露光量と前記第２の画素列の露光量とを制御する第２の動作モードとのいずれかで動作する
ことを特徴とする請求項２に記載の信号生成装置。
【請求項４】
光電変換素子を含む複数の画素を配列した第１の画素列と、
光電変換素子を含む複数の画素を配列した第２の画素列と、
前記第１の画素列の露光量と前記第２の画素列の露光量とが異なるように前記第１の画素列の露光量と前記第２の画素列の露光量とを制御し、当該露光量に基づいた信号を前記第１の画素列と前記第２の画素列とが出力するように制御する制御部と、
撮像素子と、
前記撮像素子に被写体像を結像する撮像光学系と、
前記第１の画素列が出力した前記信号と前記第２の画素列が出力した前記信号とを電圧信号に変換する信号処理部と、
前記第１の画素列が出力した前記信号を前記信号処理部が変換した前記電圧信号と、前記第２の画素列が出力した前記信号を前記信号処理部が変換した前記電圧信号とのうち、測距演算に適した露光量に対応した前記電圧信号を用いて前記撮像光学系の焦点位置を算出する演算部と、
前記算出部が算出した前記焦点位置に基づいて、前記撮像光学系の少なくとも一部を駆動する光学系駆動部と、
を備えたことを特徴とする撮像装置。
【請求項５】
前記演算部は、前記第１の画素列が出力した前記信号を前記信号処理部が変換した前記電圧信号と、前記第２の画素列が出力した前記信号を前記信号処理部が変換した前記電圧信号とを、前記信号処理部の最大出力値に基づいた閾値と比較し、比較した結果に基づいて、前記撮像光学系の焦点距離の算出に用いる前記電圧信号を決定する
ことを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測距演算用の信号を生成する信号生成装置に関する。また、本発明は、信号生成装置を備えた撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
位相差検出方式のオートフォーカスイメージセンサにおいて、画素の露光量を制御する技術として、位相差検出方式で用いる基準部の画素列の近傍と、参照部の画素列の近傍それぞれに、画素列の長さとほぼ同じ長さの平均光量検知画素を配置する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この技術について図６を参照して説明する。基準部１７の画素列１３−１の近傍に平均光量検知画素１４−１が配置されている。また、参照部１８の画素列１３−２の近傍に平均光量検知画素１４−２が配置されている。平均光量検知画素１４−１は、画素列１３−１に蓄積された電荷量の略平均値に相当する信号を信号制御部１６に出力する。また、平均光量検知画素１４−２は、画素列１３−２に蓄積された電荷量の略平均値に相当する信号を信号制御部１６に出力する。
【０００４】
信号制御部１６は、平均光量検知画素１４−１，１４−２が出力した信号のうち、信号変動量が多い方、すなわち露光量が多い方の信号が所望の基準電圧に達した時点で、画素列１３−１，１３−２の露光を停止する。続いて、信号制御部１６は、画素列１３−１，１３−２の電荷信号をＣＣＤ１１−１，１１−２（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ、電荷結合素子）に転送するように、制御電極１５−１，１５−２を制御する。
【０００５】
ＣＣＤ１１−１，１１−２に転送された電荷は、画素列電荷検出器１２−１，１２−２によって電圧信号に変換される。この電圧信号に基づいて、図示せぬ信号処理回路が測距演算を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１４１５５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
画素列を構成する画素の内、１つでも信号が飽和してしまうと測距演算を行うことができない。これを防ぐために、基準電圧を少ない露光量に対応した値に設定し、画素列の露光量を少なくすることが考えられる。しかしながら、基準電圧を少ない露光量に対応した値に設定した場合、画素列は、蓄積した電荷信号が十分な電荷量に達していないにも関わらず電荷信号を出力する。そのため、画素列は、測距演算に適した露光量の信号を出力することができないという問題がある。
【０００８】
本発明は上述の課題を解決するためになされたものであり、測距演算に適した露光量に対応した信号を出力することができる信号生成装置を提供することを目的とする。また、本発明は、測距演算に適した露光量に対応した信号を用いて測距演算を行うことができる撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、光電変換素子を含む複数の画素を配列した第１の画素列と、光電変換素子を含む複数の画素を配列した第２の画素列と、前記第１の画素列の露光量と前記第２の画素列の露光量とが異なるように前記第１の画素列の露光量と前記第２の画素列の露光量とを制御し、当該露光量に基づいた信号を前記第１の画素列と前記第２の画素列とが出力するように制御する制御部と、を備えたことを特徴とする信号生成装置である。
【００１０】
また、本発明の信号生成装置において、前記第１の画素列に含まれる前記複数の画素は、第１の方向に直線状に配置され、前記第２の画素列に含まれる前記複数の画素は、前記第１の方向に直線状に配置され、かつ、前記第１の画素列に対して、前記第１の方向に垂直な第２の方向にずらして配置されていることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の信号生成装置において、前記第１の画素列に含まれる各画素の大きさ及び前記第２の方向における中心位置と前記第２の画素列に含まれる各画素の大きさ及び前記第２の方向における中心位置は同一であり、前記第１の画素列に含まれる第１の画素に対応する前記信号の出力タイミングと前記第１の画素に隣接する前記第１の画素列に含まれる第２の画素に対応する前記信号の出力タイミングとの間に、対応する前記信号の出力タイミングがくる前記第２の画素列に含まれる画素を第３の画素としたとき、前記第３の画素の中心位置と前記第１の画素の中心位置及び前記第２の画素の中心位置との前記第１の方向における距離が、前記第１の画素列又は前記第２の画素列に配置された各画素の画素ピッチ以下になるよう、前記第１の画素、前記第２の画素及び前記第３の画素が配置されており、前記制御部は、前記第１の画素列の露光量と前記第２の画素列の露光量とが異なるように、前記第１の画素列の露光量と前記第２の画素列の露光量とを制御する第１の動作モードと、前記第１の画素列の露光量と前記第２の画素列の露光量とが略同一となるように、前記第１の画素列の露光量と前記第２の画素列の露光量とを制御する第２の動作モードとのいずれかで動作することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、光電変換素子を含む複数の画素を配列した第１の画素列と、光電変換素子を含む複数の画素を配列した第２の画素列と、前記第１の画素列の露光量と前記第２の画素列の露光量とが異なるように前記第１の画素列の露光量と前記第２の画素列の露光量とを制御し、当該露光量に基づいた信号を前記第１の画素列と前記第２の画素列とが出力するように制御する制御部と、撮像素子と、前記撮像素子に被写体像を結像する撮像光学系と、前記第１の画素列が出力した前記信号と前記第２の画素列が出力した前記信号とを電圧信号に変換する信号処理部と、前記第１の画素列が出力した前記信号を前記信号処理部が変換した前記電圧信号と、前記第２の画素列が出力した前記信号を前記信号処理部が変換した前記電圧信号とのうち、測距演算に適した露光量に対応した前記電圧信号を用いて前記撮像光学系の焦点位置を算出する演算部と、前記算出部が算出した前記焦点位置に基づいて、前記撮像光学系の少なくとも一部を駆動する光学系駆動部と、を備えたことを特徴とする撮像装置である。
【００１３】
また、本発明の撮像装置において、前記演算部は、前記第１の画素列が出力した前記信号を前記信号処理部が変換した前記電圧信号と、前記第２の画素列が出力した前記信号を前記信号処理部が変換した前記電圧信号とを、前記信号処理部の最大出力値に基づいた閾値と比較し、比較した結果に基づいて、前記撮像光学系の焦点距離の算出に用いる前記電圧信号を決定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の信号生成装置によれば、測距演算に適した露光量に対応した信号を生成することができる。また、本発明の撮像装置によれば、測距演算に適した露光量に対応した信号を用いて測距演算を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態における撮像装置の構成を示したブロック図である。
【図２】本実施形態における光電変換装置の構成を示した構成図である。
【図３】本実施形態の第１の動作モードにおける光電変換装置の各部の動作タイミングを示したタイミングチャートである。
【図４】本実施形態の第１の動作モードにおいて、アナログ処理回路が出力する画素列群出力の出力値を示したグラフである。
【図５】本実施形態の第２の動作モードにおける光電変換装置の各部の動作タイミングを示したタイミングチャートである。
【図６】従来例におけるオートフォーカスイメージセンサの構成を示した構成図である。
【図７】被写体像と、光電変換装置の基準画素列群および参照画素列群が像を捉える領域とを示した参考図である。
【図８】焦点位置検出の概念を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照し、本発明の一実施形態について説明する。
＜撮像装置および光学系の構成＞
図１は、本実施形態に係る撮像装置ＣＡＭの構成を示すブロック図である。図１に示す撮像装置ＣＡＭは、撮像光学系ＭＯと、ファインダーＦＤと、焦点位置検出装置ＡＦＭと、光学系駆動部ＯＤと、設定ボタンＢＴとを有する。
【００１７】
はじめに、撮像光学系ＭＯについて説明する。撮像光学系ＭＯは、被写体像を結像し、結像された被写体像を撮影する。この撮像光学系ＭＯは、交換が可能な撮影レンズＯＬと、メインミラーＭＭと、サブミラーＳＭと、撮像素子ＩＭＧとを有する。
【００１８】
撮影レンズＯＬは、被写体に関する光束を結像させるための光学系である。この撮影レンズＯＬは、光学系駆動部ＯＤによって図１に示す光軸方向に自在に駆動される。撮影レンズＯＬが光軸方向に移動することにより、撮影レンズＯＬの焦点位置が移動する。
【００１９】
メインミラーＭＭは、撮影レンズＯＬと撮像素子ＩＭＧとの間に位置する。このメインミラーＭＭの中央部はハーフミラーである。メインミラーＭＭは、撮影レンズＯＬの光軸上の位置にあるときに、撮影レンズＯＬを通過した被写体像に対応した光束の一部をファインダーＦＤの方向に反射し、一部を透過する。
【００２０】
サブミラーＳＭは、メインミラーＭＭの中央部（ハーフミラーの部分）の背面に位置する。サブミラーＳＭは、メインミラーＭＭを透過した光束を焦点位置検出装置ＡＦＭの方向に反射する。メインミラーＭＭとサブミラーＳＭとは、撮影レンズＯＬの光軸上の位置と撮影レンズＯＬの光軸上から退避する位置とに自由に移動できる。なお、サブミラーＳＭは、測距動作に用いられるものであるが、ここでは説明のために、サブミラーＳＭは撮像光学系ＭＯを構成する一部位であると位置付けている。
【００２１】
撮像素子ＩＭＧは、メインミラーＭＭとサブミラーＳＭとが撮影レンズＯＬの光軸上から退避する位置にあるときに、撮影レンズＯＬを介して結像される被写体像を電気信号に変換する。撮像装置ＣＡＭは、この撮像素子ＩＭＧで得られた電気信号に基づいて被写体像に基づく画像を表示したり、記録したりすることができる。
【００２２】
次に、ファインダーＦＤについて説明する。ファインダーＦＤは、撮影者が被写体像を確認するために用いられる。ファインダーＦＤは、ペンタプリズムＰＲＩＳＭと、ＡＥ（Ａｕｔｏ  Ｅｘｐｏｓｕｒｅ、自動露光）センサＡＥＭと、接眼レンズＥＬとを有する。
【００２３】
ペンタプリズムＰＲＩＳＭは、メインミラーＭＭで反射された光束に基づいた被写体像を正立像とする。ＡＥセンサＡＥＭは、ペンタプリズムＰＲＩＳＭから出射される光束の一部を受光し、受光した光束から被写体の明るさを検出する。接眼レンズＥＬは、ペンタプリズムＰＲＩＳＭから出射される光束を、ファインダーＦＤを覗いている撮影者の目に結像させる。
【００２４】
次に、焦点位置検出装置ＡＦＭについて説明する。焦点位置検出装置ＡＦＭは、被写体像までの距離を測定する。焦点位置検出装置ＡＦＭは、光学部ＯＭと、光電変換装置１０００（信号生成装置）と、演算装置ＣＰＵ（演算部）とを有する。
【００２５】
光学部ＯＭは、コンデンサレンズＣＬと、固定ミラーＦＭと、セパレータレンズＳＬとを有する。コンデンサレンズＣＬは、撮像等価面１０１（撮影レンズＯＬを通過してサブミラーＳＭで反射された光束が１次結像する、撮像素子ＩＭＧと光学的に等価な位置にあたる面）の近傍に位置する。コンデンサレンズＣＬは、撮像等価面１０１上に結像されて得られた被写体像を集光する。固定ミラーＦＭは、コンデンサレンズＣＬで集光された光束を光電変換装置１０００の方向に反射する。セパレータレンズＳＬは、図示せぬセパレータ絞りを備え、固定ミラーＦＭが反射した光束を２つに分割する。
【００２６】
光電変換装置１０００は、基準画素列群２００＿ｂと、参照画素列群２００＿ｒと、図示せぬ制御部とを有し、セパレータレンズＳＬが２つに分割した光束に基づく被写体像を電気信号に変換して演算装置ＣＰＵに出力する。基準画素列群２００＿ｂと参照画素列群２００＿ｒとは、セパレータレンズＳＬが分割した２つの光束それぞれの結像点に位置する。光電変換装置１０００の詳細については後述する。
【００２７】
演算装置ＣＰＵは、光電変換装置１０００から入力された電気信号を用いて、位相差検出方式により、撮影レンズＯＬの焦点位置に関する情報である焦点ずれ量を求める。位相差検出方式については後述する。
【００２８】
次に、光学系駆動部ＯＤについて説明する。光学系駆動部ＯＤは、撮影レンズＯＬを図１に示す光軸方向に自在に移動させる。光学系駆動部ＯＤは、レンズ駆動信号生成部ＭＧと、モータドライバＭＤとを有する。レンズ駆動信号生成部ＭＧは、演算装置ＣＰＵが演算した撮影レンズＯＬの焦点ずれ量に基づいて、撮影レンズＯＬの焦点を合焦とするために撮影レンズＯＬを移動させる量を示す信号を生成する。モータドライバＭＤは、レンズ駆動信号生成部ＭＧが生成した信号に基づいて、撮影レンズＯＬを光軸方向に移動させる。
【００２９】
次に、設定ボタンＢＴについて説明する。設定ボタンＢＴは、撮影者が撮像装置ＣＡＭの動作状態を設定するために用いる各種の設定ボタンである。
【００３０】
次に、撮像装置ＣＡＭの動作のうち、電源投入後などの撮像装置ＣＡＭの動作開始時から、撮影者の操作によって撮影の実行が指示されるまでの動作について説明する。
【００３１】
撮影の実行が指示されるまでの間、メインミラーＭＭとサブミラーＳＭとは図１に示した撮影レンズＯＬの光軸上に位置する。このとき、撮影レンズＯＬにより導かれた被写体像に関する光束の一部はメインミラーＭＭで反射されてペンタプリズムＰＲＩＳＭに導かれる。ペンタプリズムＰＲＩＳＭを通過した光束の一部はＡＥセンサＡＥＭに導かれる。また、ペンタプリズムＰＲＩＳＭを通過した光束の残りは、接眼レンズＥＬに導かれ、撮影者の目に像を結ぶ。
【００３２】
ＡＥセンサＡＥＭは、受光した光束から被写体の明るさを検出し、被写体の明るさに関する情報を生成する。続いて、ＡＥセンサＡＥＭは、生成した被写体の明るさに関する情報を演算装置ＣＰＵに出力する。この被写体の明るさに関する情報は、撮像素子ＩＭＧの露出量の制御のために用いられるほか、焦点位置検出装置ＡＦＭの制御にも用いられる。
【００３３】
また、メインミラーＭＭを透過した光束はサブミラーＳＭに達し、サブミラーＳＭは、この光束を反射する。サブミラーＳＭが反射した光束は撮像等価面１０１上に結像する。コンデンサレンズＣＬは、撮像等価面１０１上に結像されて得られた被写体像を集光する。固定ミラーＦＭは、コンデンサレンズＣＬで集光された光束を光電変換装置１０００の方向に反射する。セパレータレンズＳＬは、固定ミラーＦＭが反射した光束を２つに分割し、集光する。セパレータレンズＳＬが集光した２つの光束は光電変換装置１０００に入射する。
【００３４】
次に、撮像装置ＣＡＭの動作のうち、撮影者の操作によって撮影の実行が指示された後の動作について説明する。
【００３５】
撮影者により設定ボタンＢＴを介して撮影の実行が指示されると、演算装置ＣＰＵは、光電変換装置１０００にコマンドＣＭＤを出力する。信号生成装置１０００は、コマンドＣＭＤが入力されると被写体像を電気信号に変換する動作を開始する。信号生成装置１０００は、基準画素列群２００＿ｂが検出した被写体像を示す電気信号である画素列群出力Ｖｏｕｔ＿ｂと、参照画素列群２００＿ｒが検出した被写体像を示す電気信号である画素列群出力Ｖｏｕｔ＿ｒとを演算装置ＣＰＵに出力する。信号生成装置１０００の詳細については後述する。
【００３６】
演算装置ＣＰＵは、画素列群出力Ｖｏｕｔ＿ｂと画素列群出力Ｖｏｕｔ＿ｒとを用いて、位相差検出方式により撮影レンズＯＬの焦点ずれ量を計算する。位相差検出方式については後述する。続いて、演算装置ＣＰＵは、算出した焦点ずれ量をレンズ駆動信号生成部ＭＧに出力する。レンズ駆動信号生成部ＭＧは、入力された焦点ずれ量に基づいて撮影レンズＯＬの駆動量を示す信号を生成し、モータドライバＭＤに出力する。モータドライバＭＤは、入力された信号に基づいて、撮影レンズＯＬを合焦する位置に移動させる。
【００３７】
撮影レンズＯＬが合焦する位置に移動した後、撮像装置ＣＡＭは撮影を行う。撮影時には、メインミラーＭＭとサブミラーＳＭとは撮影レンズＯＬの光軸上から退避する位置に移動する。この状態では撮影レンズＯＬが導いた被写体像は、撮像素子ＩＭＧ上に結像する。この状態で撮像素子ＩＭＧが動作することで、撮像装置ＣＡＭは被写体像を画像として取り込むことができる。
【００３８】
＜位相差検出方式＞
次に、図７と図８とを参照して、位相差検出方式について説明する。図７は、被写体像７ａと、光電変換装置１０００の基準画素列群２００＿ｂおよび参照画素列群２００＿ｒが像を捉える領域７ｂとを示している。
【００３９】
図８は、図７に示した領域７ｂの被写体像情報を用いて、撮影レンズＯＬの焦点位置検出の概念を説明するための図である。なお、図１と共通の構成部位には同じ名称を当てている。同図では、撮影レンズＯＬと、焦点位置検出装置ＡＦＭを構成するコンデンサレンズＣＬと、セパレータ絞りと、セパレータレンズＳＬと、信号生成装置１０００を構成する基準画素列群２００＿ｂおよび参照画素列群２００＿ｒと、撮像等価面１０１のみを示している。また、図８（ａ）、（ｂ）は撮影レンズＯＬが合焦している時の状態を示している。また、図８（ｃ）、（ｄ）は撮影レンズＯＬが前ピンの時の状態を示している。また、図８（ｅ）、（ｆ）は撮影レンズＯＬが後ピンの時の状態を示している。
【００４０】
図示するように、撮像等価面１０１上に結像した光束は、コンデンサレンズＣＬで集光された後、セパレータ絞りとセパレータレンズＳＬにより分割される。すなわち、図８（ａ）、（ｃ）、（ｅ）に示すように、撮影レンズＯＬの上側を通った被写体像は光電変換装置１０００の下側に配された参照画素列群２００＿ｒ上に再結像する。同様に、撮影レンズＯＬの下側を通った被写体像は光電変換装置１０００の上側に配された基準画素列群２００＿ｂ上に再結像する。
【００４１】
ここで、参照画素列群２００＿ｒに再結像した被写体像と基準画素列群２００＿ｂに再結像した被写体像との間隔（２像間隔）は撮影レンズＯＬの焦点位置によって変化する。例えば、撮影レンズＯＬの合焦時の２像間隔がＺ０であるとすると、撮影レンズＯＬが前ピンの時には２像間隔がＺ０より小さくなり、後ピンの時には２像間隔がＺ０より大きくなる。２像間隔の変化は撮影レンズＯＬの焦点ずれ量（デフォーカス量）にほぼ比例する。したがって、２像間隔を検出することにより、撮影レンズＯＬの焦点ずれ量および焦点ずれ方向を算出することができる。この焦点ずれ量が無くなるように撮影レンズＯＬの移動量を求め、この移動量に従って撮影レンズＯＬを移動させることで撮影レンズＯＬを合焦状態とすることができる。
【００４２】
＜光電変換装置の構成＞
次に、図２を参照して光電変換装置１０００について詳細に説明する。図２は光電変換装置１０００の構成を示した図である。図２に示すように、光電変換装置１０００は、基準画素列群２００＿ｂと、参照画素列群２００＿ｒと、制御部３００とを有している。基準画素列群２００＿ｂと参照画素列群２００＿ｒとは第１の方向（一次元方向、図２の例では左から右に向かう水平方向）に沿って所定の間隔だけ離れて配置されている。
【００４３】
基準画素列群２００＿ｂは、第１画素列ＰＤＡ＿ｂ１（第１の画素列）と第１電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿ｂ１との組と、第２画素列ＰＤＡ＿ｂ２（第２の画素列）と第２電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿ｂ２との組と、基準モニタセンサＭＰＤ＿ｂと、アナログ処理回路４００＿ｂ（信号処理部）とを有している。
【００４４】
第１画素列ＰＤＡ＿ｂ１はｋ個の画素ＰＤ＿ｂ（１）〜ＰＤ＿ｂ（２ｋ−１）を備えている（ｋは２以上である任意の整数）。画素ＰＤ＿ｂ（１）〜ＰＤ＿ｂ（２ｋ−１）は、光電変換素子を含む。第１画素列ＰＤＡ＿ｂ１に含まれる画素ＰＤ＿ｂ（１）〜ＰＤ＿ｂ（２ｋ−１）は、第１の方向に、画素ＰＤ＿ｂ（１）、画素ＰＤ＿ｂ（３）、・・・、画素ＰＤ＿ｂ（２ｋ−１）の順に並んでいる。
【００４５】
画素ＰＤ＿ｂ（１）〜ＰＤ＿ｂ（２ｋ−１）は、光束を受光し、受光した光束の光量に応じた電荷を光電変換によって生成し蓄積する。また、画素ＰＤ＿ｂ（１）〜ＰＤ＿ｂ（２ｋ−１）は、蓄積した電荷を第１電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿ｂ１に転送する。
【００４６】
画素ＰＤ＿ｂ（１）〜ＰＤ＿ｂ（２ｋ−１）の画素ピッチはｐであり、画素幅はｗである。図２に示す例では、画素ピッチは、画素ＰＤ＿ｂ（１）〜ＰＤ＿ｂ（２ｋ−１）の第１の方向の長さである。画素幅は、画素ＰＤ＿ｂ（１）〜ＰＤ＿ｂ（２ｋ−１）の第２の方向（図２の例では下から上に向かう垂直方向）の長さである。また、画素ＰＤ＿ｂ（１）〜ＰＤ＿ｂ（２ｋ−１）の画素ピッチｐの中央の位置を通り、第２の方向と平行な直線が示す位置を、画素ＰＤ＿ｂ（１）〜ＰＤ＿ｂ（２ｋ−１）の中心位置（第２の方向における中心位置、第２の方向にみたときの中心位置）とする。
【００４７】
なお、画素ＰＤ＿ｂ（１）〜ＰＤ＿ｂ（２ｋ−１）の感度は、画素ＰＤ＿ｂ（１）〜ＰＤ＿ｂ（２ｋ−１）の面積ｐ×ｗに比例する。また、画素ＰＤ＿ｂ（１）〜ＰＤ＿ｂ（２ｋ−１）が蓄積することが可能な電荷量も、画素ＰＤ＿ｂ（１）〜ＰＤ＿ｂ（２ｋ−１）の面積ｐ×ｗに比例する。従って、画素ＰＤ＿ｂ（１）〜ＰＤ＿ｂ（２ｋ−１）に照射される光の強さと、露光時間とが一定であれば、画素が蓄積する電荷量が一定となる。画素ＰＤ＿ｂ（１）〜ＰＤ＿ｂ（２ｋ−１）以外の画素についても同様である。
【００４８】
第１電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿ｂ１は、第１画素列ＰＤＡ＿ｂ１に隣接して設けられ、画素ＰＤ＿ｂ（１）〜ＰＤ＿ｂ（２ｋ−１）から転送された電荷を、画素ＰＤ＿ｂ（１）が蓄積した電荷、画素ＰＤ＿ｂ（３）が蓄積した電荷、・・・、ＰＤ＿ｂ（２ｋ−１）が蓄積した電荷の順にアナログ処理回路４００＿ｂに転送する。
【００４９】
第２画素列ＰＤＡ＿ｂ２はｋ個の画素ＰＤ＿ｂ（２）〜ＰＤ＿ｂ（２ｋ）を備えている。画素ＰＤ＿ｂ（２）〜ＰＤ＿ｂ（２ｋ）は、光電変換素子を含む。第２画素列ＰＤＡ＿ｂ２に含まれる画素ＰＤ＿ｂ（２）〜ＰＤ＿ｂ（２ｋ）は、第１の方向（図２の例では左から右に向かう水平方向）に、画素ＰＤ＿ｂ（２）、画素ＰＤ＿ｂ（４）、・・・、画素ＰＤ＿ｂ（２ｋ）の順に並んでいる。
【００５０】
画素ＰＤ＿ｂ（２）〜ＰＤ＿ｂ（２ｋ）は、光束を受光し、受光した光束の光量に応じた電荷を光電変換によって生成し蓄積する。画素ＰＤ＿ｂ（２）〜ＰＤ＿ｂ（２ｋ）の画素ピッチはｐであり、画素幅はｗである。また、画素ＰＤ＿ｂ（２）〜ＰＤ＿ｂ（２ｋ）の画素ピッチｐの中央の位置を通り、第２の方向と平行な直線が示す位置を、画素ＰＤ＿ｂ（２）〜ＰＤ＿ｂ（２ｋ）の中心位置（第２の方向における中心位置、第２の方向にみたときの中心位置）とする。なお、各画素の大きさが同一であるため、画素ＰＤ＿ｂ（１）〜ＰＤ＿ｂ（２ｋ−１）および画素ＰＤ＿ｂ（２）〜ＰＤ＿ｂ（２ｋ）の中心位置は、各画素内での相対的な位置としては同一の位置となる。
【００５１】
また、画素ＰＤ＿ｂ（２）〜ＰＤ＿ｂ（２ｋ）は、蓄積した電荷を第２電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿ｂ２に転送する。
【００５２】
第２電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿ｂ２は、第２画素列ＰＤＡ＿ｂ２に隣接して設けられ、画素ＰＤ＿ｂ（２）〜ＰＤ＿ｂ（２ｋ）から転送された電荷を、画素ＰＤ＿ｂ（２）が蓄積した電荷、画素ＰＤ＿ｂ（４）が蓄積した電荷、・・・、画素ＰＤ＿ｂ（２ｋ）が蓄積した電荷の順にアナログ処理回路４００＿ｂに転送する。
【００５３】
アナログ処理回路４００＿ｂは、第１電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿ｂ１と第２電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿ｂ２との一端に接続されている。アナログ処理回路４００＿ｂは、第１電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿ｂ１と第２電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿ｂ２とから転送された電荷を電圧信号に変換し、画素列群出力Ｖｏｕｔ＿ｂとして演算装置ＣＰＵに出力する。
【００５４】
基準モニタセンサＭＰＤ＿ｂは、第１画素列ＰＤＡ＿ｂ１と第２画素列ＰＤＡ＿ｂ２との間に配置されている。基準モニタセンサＭＰＤ＿ｂは、第１画素列ＰＤＡ＿ｂ１の画素ＰＤ＿ｂ（１）〜ＰＤ＿ｂ（２ｋ−１）と、第２画素列ＰＤＡ＿ｂ２の画素ＰＤ＿ｂ（２）〜ＰＤ＿ｂ（２ｋ）との各々が蓄積した電荷量をモニタするためのものである。基準モニタセンサＭＰＤ＿ｂは、画素ＰＤ＿ｂ（１）〜ＰＤ＿ｂ（２ｋ−１），ＰＤ＿ｂ（２）〜ＰＤ＿ｂ（２ｋ）各々が蓄積した電荷の略平均値にあたる電荷を蓄積し、その蓄積電荷量に応じた基準モニタ信号Ｖｍ＿ｂを制御部３００に出力する。
【００５５】
また、第１画素列ＰＤＡ＿ｂ１と第１電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿ｂ１の組と、第２画素列ＰＤＡ＿ｂ２と第２電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿ｂ２の組とは、互いに重ならないように第２の方向にずらして配置されている。また、第１画素列ＰＤＡ＿ｂ１と第１電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿ｂ１の組は、第２画素列ＰＤＡ＿ｂ２と第２電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿ｂ２との組に対して、画素ＰＤ＿ｂ（１）〜ＰＤ＿ｂ（２ｋ−１），ＰＤ＿ｂ（２）〜ＰＤ＿ｂ（２ｋ）の画素ピッチｐの１／２の幅ｐ／２だけ第１の方向にずらして配置されている。具体的には、画素ＰＤ＿ｂ（１）の中心位置（第１の画素の中心位置）と、画素ＰＤ＿ｂ（２）の中心位置（第２の画素の中心位置）との第１の方向におけるずらし幅ｘが、ｘ＝２／ｐとなるように、第１画素列ＰＤＡ＿ｂ１と第１電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿ｂ１の組と、第２画素列ＰＤＡ＿ｂ２と第２電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿ｂ２の組とは配置されている。
【００５６】
例えば、第１画素列ＰＤＡ＿ｂ１に含まれる画素ＰＤ＿ｂ（１）〜ＰＤ＿ｂ（２ｋ−１）のうちいずれか１つの画素を第１の画素とし、この画素に隣接する画素を第２の画素とする。また、第１の画素が信号を出力するタイミングと、第２の画素が信号を出力するタイミングとの間に、対応する信号の出力タイミングがくる第２画素列ＰＤＡ＿ｂ２に含まれる画素ＰＤ＿ｂ（２）〜ＰＤ＿ｂ（２ｋ）のうちいずれか１つの画素を第３の画素とする。このときに、第３の画素の中心位置と第１の画素の中心位置及び第２の画素の中心位置との第１の方向における距離が、第１画素列ＰＤＡ＿ｂ１に含まれる画素ＰＤ＿ｂ（１）〜ＰＤ＿ｂ（２ｋ−１）又は第２画素列ＰＤＡ＿ｂ２に含まれる画素ＰＤ＿ｂ（２）〜ＰＤ＿ｂ（２ｋ）の画素ピッチｐの１／２の幅ｐ／２になるよう、第１の画素、第２の画素及び第３の画素は配置されている。
【００５７】
参照画素列群２００＿ｒは、第１画素列ＰＤＡ＿ｒ１と第１電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿ｒ１との組と、第２画素列ＰＤＡ＿ｒ２と第２電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿ｒ２との組と、基準モニタセンサＭＰＤ＿ｒと、アナログ処理回路４００＿ｒとを有している。
【００５８】
第１画素列ＰＤＡ＿ｒ１はｋ個の画素ＰＤ＿ｒ（１）〜ＰＤ＿ｒ（２ｋ−１）を備えている。画素ＰＤ＿ｒ（１）〜ＰＤ＿ｒ（２ｋ−１）は、光電変換素子を含む。第１画素列ＰＤＡ＿ｒ１に含まれる画素ＰＤ＿ｒ（１）〜ＰＤ＿ｒ（２ｋ−１）は、第１の方向に、画素ＰＤ＿ｒ（１）、画素ＰＤ＿ｒ（３）、・・・、画素ＰＤ＿ｒ（２ｋ−１）の順に並んでいる。
【００５９】
画素ＰＤ＿ｒ（１）〜ＰＤ＿ｒ（２ｋ−１）は、光束を受光し、受光した光束の光量に応じた電荷を光電変換によって生成し蓄積する。画素ＰＤ＿ｒ（１）〜ＰＤ＿ｒ（２ｋ−１）の画素ピッチはｐであり、画素幅はｗである。また、画素ＰＤ＿ｒ（１）〜ＰＤ＿ｒ（２ｋ−１）は、蓄積した電荷を第１電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿ｒ１に転送する。
【００６０】
第１電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿ｒ１は、第１画素列ＰＤＡ＿ｒ１に隣接して設けられ、画素ＰＤ＿ｒ（１）〜ＰＤ＿ｒ（２ｋ−１）から転送された電荷を、画素ＰＤ＿ｒ（２ｋ−１）が蓄積した電荷、・・・、画素ＰＤ＿ｒ（３）が蓄積した電荷、画素ＰＤ＿ｒ（１）が蓄積した電荷の順にアナログ処理回路４００＿ｒに転送する。
【００６１】
第２画素列ＰＤＡ＿ｒ２はｋ個の画素ＰＤ＿ｒ（２）〜ＰＤ＿ｒ（２ｋ）を備えている。画素ＰＤ＿ｒ（２）〜ＰＤ＿ｒ（２ｋ）は、光電変換素子を含む。第２画素列ＰＤＡ＿ｒ２に含まれる画素ＰＤ＿ｒ（２）〜ＰＤ＿ｒ（２ｋ）は、第１の方向に、画素ＰＤ＿ｒ（２）、画素ＰＤ＿ｒ（４）、・・・、画素ＰＤ＿ｒ（２ｋ）の順に並んでいる。
【００６２】
画素ＰＤ＿ｒ（２）〜ＰＤ＿ｒ（２ｋ）は、光束を受光し、受光した光束の光量に応じた電荷を光電変換によって生成し蓄積する。画素ＰＤ＿ｒ（２）〜ＰＤ＿ｒ（２ｋ）の画素ピッチはｐであり、画素幅はｗである。また、画素ＰＤ＿ｒ（２）〜ＰＤ＿ｒ（２ｋ）は、蓄積した電荷を第２電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿ｒ２に転送する。
【００６３】
第２電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿ｒ２は、第２画素列ＰＤＡ＿ｒ２に隣接して設けられ、画素ＰＤ＿ｒ（２）〜ＰＤ＿ｒ（２ｋ）から転送された電荷を、画素ＰＤ＿ｒ（２ｋ）が蓄積した電荷、・・・、画素ＰＤ＿ｒ（４）が蓄積した電荷、画素ＰＤ＿ｒ（２）が蓄積した電荷の順にアナログ処理回路４００＿ｒに転送する。
【００６４】
アナログ処理回路４００＿ｒは、第１電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿ｒ１と第２電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿ｒ２との一端に接続している。アナログ処理回路４００＿ｒは、第１電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿ｒ１と第２電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿ｒ２とから転送された電荷を電圧信号に変換し、画素列群出力Ｖｏｕｔ＿ｒとして演算装置ＣＰＵに出力する。
【００６５】
参照モニタセンサＭＰＤ＿ｒは、第１画素列ＰＤＡ＿ｒ１と第２画素列ＰＤＡ＿ｒ２との間に配置されている。参照モニタセンサＭＰＤ＿ｒは、第１画素列ＰＤＡ＿ｒ１の画素ＰＤ＿ｒ（１）〜ＰＤ＿ｒ（２ｋ−１）と、第２画素列ＰＤＡ＿ｒ２の画素ＰＤ＿ｒ（２）〜ＰＤ＿ｒ（２ｋ）との各々が蓄積した電荷量をモニタするためのものである。参照モニタセンサＭＰＤ＿ｒは、画素ＰＤ＿ｒ（１）〜ＰＤ＿ｒ（２ｋ−１），ＰＤ＿ｒ（２）〜ＰＤ＿ｒ（２ｋ）各々が蓄積した電荷の略平均値にあたる電荷を蓄積し、その蓄積電荷量に応じた参照モニタ信号Ｖｍ＿ｒを制御部３００に出力する。
【００６６】
また、第１画素列ＰＤＡ＿ｒ１と第１電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿ｒ１の組と、第２画素列ＰＤＡ＿ｒ２と第２電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿ｒ２の組とは、互いに重ならないように第２の方向にずらして配置されている。また、第１画素列ＰＤＡ＿ｒ１と第１電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿ｒ１の組は、第２画素列ＰＤＡ＿ｒ２と第２電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿ｒ２との組に対して、画素ＰＤ＿ｒ（１）〜ＰＤ＿ｒ（２ｋ−１），ＰＤ＿ｒ（２）〜ＰＤ＿ｒ（２ｋ）の画素ピッチｐの１／２の幅だけ第１の方向にずらして配置されている。具体的には、画素ＰＤ＿ｒ（１）の中心位置（第１の画素の中心位置）と、画素ＰＤ＿ｒ（２）の中心位置（第２の画素の中心位置）との第１の方向におけるずらし幅ｘが、本実施例においてｘ＝ｐ／２となるように、第１画素列ＰＤＡ＿ｒ１と第１電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿ｒ１の組と、第２画素列ＰＤＡ＿ｒ２と第２電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿ｒ２の組とは配置されている。
【００６７】
制御部３００は、基準画素列群２００＿ｂと参照画素列群２００＿ｒとの制御を行う。基準画素列群２００＿ｂと参照画素列群２００＿ｒとを制御するために、制御部３００が基準画素列群２００＿ｂと参照画素列群２００＿ｒとの各部に出力する信号について説明する。
【００６８】
制御部３００は、第１ゲート信号ＴＧ１を生成し、第１画素列ＰＤＡ＿ｂ１，ＰＤＡ＿ｒ１に出力する。また、制御部３００は、第２ゲート信号ＴＧ２を生成し、第２画素列ＰＤＡ＿ｂ２，ＰＤＡ＿ｒ２に出力する。第１ゲート信号ＴＧ１と第２ゲート信号ＴＧ２との値は、「Ｌ」と「Ｈ」のうちいずれかの値である。
【００６９】
第１画素列ＰＤＡ＿ｂ１，ＰＤＡ＿ｒ１と第２画素列ＰＤＡ＿ｂ２、ＰＤＡ＿ｒ２とは、入力された第１ゲート信号ＴＧ１または第２ゲート信号ＴＧ２の値が「Ｌ」の場合、受光した光束の光量に応じて生成された電荷を蓄積する。第１画素列ＰＤＡ＿ｂ１，ＰＤＡ＿ｒ１は、入力された第１ゲート信号ＴＧ１の値が「Ｈ」の場合、電荷の蓄積を停止し、これまでに画素ＰＤ＿ｂ（１）〜ＰＤ＿ｂ（２ｋ−１），ＰＤ＿ｒ（１）〜ＰＤ＿ｒ（２ｋ−１）の各々が蓄積した電荷を第１電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿ｂ１，ＴＲＡＮＳ＿ｒ１に一括して転送する。第２画素列ＰＤＡ＿ｂ２，ＰＤＡ＿ｒ２は、入力された第２ゲート信号ＴＧ２が「Ｈ」の場合、電荷の蓄積を停止し、これまでに画素ＰＤ＿ｂ（２）〜ＰＤ＿ｂ（２ｋ），ＰＤ＿ｒ（２）〜ＰＤ＿ｒ（２ｋ）の各々が蓄積した電荷を第２電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿ｂ２，ＴＲＡＮＳ＿ｒ２に一括して転送する。
【００７０】
また、制御部３００は、第１転送信号φ１を生成し、第１電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿ｂ１，ＴＲＡＮＳ＿ｒ１に出力する。また、制御部３００は、第２転送信号φ２を生成し、第２電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿ｂ２，ＴＲＡＮＳ＿ｒ２に出力する。第１転送信号φ１と第２転送信号φ２との値は、「Ｌ」と「Ｈ」のうちいずれかの値である。
【００７１】
第１電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿ｂ１は、入力された第１転送信号φ１の値が「Ｌ」から「Ｈ」に変化するタイミングに同期して、画素ＰＤ＿ｂ（１）〜ＰＤ＿ｂ（２ｋ−１）から一括して転送された電荷を、画素ＰＤ＿ｂ（１）が蓄積した電荷、画素ＰＤ＿ｂ（３）が蓄積した電荷、・・・、ＰＤ＿ｂ（２ｋ−１）が蓄積した電荷の順にアナログ処理回路４００＿ｂに順次転送する。
【００７２】
第１電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿ｒ１は、入力された第１転送信号φ１の値が「Ｌ」から「Ｈ」に変化するタイミングに同期して、画素ＰＤ＿ｒ（１）〜ＰＤ＿ｒ（２ｋ−１）から一括して転送された電荷を、画素ＰＤ＿ｒ（２ｋ−１）が蓄積した電荷、・・・、画素ＰＤ＿ｒ（３）が蓄積した電荷、画素ＰＤ＿ｒ（１）が蓄積した電荷の順にアナログ処理回路４００＿ｒに順次転送する。
【００７３】
第２電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿ｂ２は、入力された第２転送信号φ２の値が「Ｌ」から「Ｈ」に変化するタイミングに同期して、画素ＰＤ＿ｂ（２）〜ＰＤ＿ｂ（２ｋ）から一括して転送された電荷を、画素ＰＤ＿ｂ（２）が蓄積した電荷、画素ＰＤ＿ｂ（４）が蓄積した電荷、・・・、画素ＰＤ＿ｂ（２ｋ）が蓄積した電荷の順にアナログ処理回路４００＿ｂに順次転送する。
【００７４】
第２電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿ｒ２は、入力された第２転送信号φ２の値が「Ｌ」から「Ｈ」に変化するタイミングに同期して、画素ＰＤ＿ｒ（２）〜ＰＤ＿ｒ（２ｋ）から一括して転送された電荷を、画素ＰＤ＿ｒ（２ｋ）が蓄積した電荷、・・・、画素ＰＤ＿ｒ（４）が蓄積した電荷、画素ＰＤ＿ｒ（２）が蓄積した電荷の順にアナログ処理回路４００＿ｒに順次転送する。
【００７５】
また、制御部３００は、基準モニタリセット信号φｒｍ＿ｂを生成し、基準モニタセンサＭＰＤ＿ｂに出力する。また、制御部３００は、参照モニタリセット信号φｒｍ＿ｒを生成し、参照モニタセンサＭＰＤ＿ｒに出力する。基準モニタリセット信号φｒｍ＿ｂと参照モニタリセット信号φｒｍ＿ｒとの値は、「Ｌ」と「Ｈ」のうちいずれかの値である。
【００７６】
基準モニタセンサＭＰＤ＿ｂは、入力された基準モニタリセット信号φｒｍ＿ｂの値が「Ｌ」の場合、受光した光束の光量に応じた電荷ＱＭ＿ｂを生成し、蓄積する。また、基準モニタセンサＭＰＤ＿ｂは、入力された基準モニタリセット信号φｒｍ＿ｂが「Ｌ」の場合、図示せぬモニタ電荷−電圧変換アンプにより、蓄積した電荷ＱＭ＿ｂを基準モニタ信号Ｖｍ＿ｂに変換し、制御部３００に出力する。基準モニタセンサＭＰＤ＿ｂは、入力された基準モニタリセット信号φｒｍ＿ｂの値が「Ｈ」の場合、蓄積した電荷ＱＭ＿ｂを解放（リセット）する。
【００７７】
参照モニタセンサＭＰＤ＿ｒは、入力された参照モニタリセット信号φｒｍ＿ｒの値が「Ｌ」の場合、受光した光束の光量に応じた電荷ＱＭ＿ｒを生成し、蓄積する。また、参照モニタセンサＭＰＤ＿ｒは、入力された参照モニタリセット信号φｒｍ＿ｒの値が「Ｌ」の場合、図示せぬモニタ電荷−電圧変換アンプにより、蓄積した電荷ＱＭ＿ｒを参照モニタ信号Ｖｍ＿ｒに変換し、制御部３００に出力する。参照モニタセンサＭＰＤ＿ｒは、入力された参照モニタリセット信号φｒｍ＿ｒの値が「Ｈ」の場合、蓄積した電荷ＱＭ＿ｒを解放する。
【００７８】
なお、これまでの説明では、基準画素列群２００＿ｂが備える各部と参照画素列群２００＿ｒが備える各部とを区別するために、基準画素列群２００＿ｂが備える各部の符号にはｂの指標を付し、参照画素列群２００＿ｒが備える各部の符号にはｒの指標を付している。また、基準画素列群２００＿ｂが備える各部が入出力する信号と、参照画素列群２００＿ｒが備える各部が入出力する信号とを区別するために、基準画素列群２００＿ｂが備える各部が入出力する信号の符号にはｂの指標を付し、参照画素列群２００＿ｒが備える各部が入出力する信号の符号にはｒの指標を付している。
【００７９】
本実施形態において、光電変換装置１０００が動作する際には、基準画素列群２００＿ｂと参照画素列群２００＿ｒとは対になって動作する。そのため、以降の説明にて基準画素列群２００＿ｂと参照画素列群２００＿ｒとの両方に関するものを表す符号には、ｂおよびｒの指標を付さずに表す。
【００８０】
例えば、基準画素列群２００＿ｂと参照画素列群２００＿ｒとの両方を表す場合は、画素列群２００と表す。また、基準画素列群２００＿ｂが備える第１画素列ＰＤＡ＿ｂ１と参照画素列群２００＿ｒが備える第１画素列ＰＤＡ＿ｒ１との両方を表す場合は、第１画素列ＰＤＡ＿１と表す。また、基準画素列群２００＿ｂにおける第２画素列ＰＤＡ＿ｂ２と参照画素列群２００＿ｒが備える第２画素列ＰＤＡ＿ｒ２との両方を示す場合は、第２画素列ＰＤＡ＿２と表す。
【００８１】
また、基準画素列群２００＿ｂが備える第１電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿ｂ１と参照画素列群２００＿ｒが備える第１電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿ｒ１との両方を表す場合は、第１電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿１と表す。また、基準画素列群２００＿ｂが備える第２電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿ｂ２と参照画素列群２００＿ｒが備える第２電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿ｒ２との両方を表す場合は、第２電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿２と表す。また、基準画素列群２００＿ｂが備える基準モニタセンサＭＰＤ＿ｂと参照画素列群２００＿ｒが備える参照モニタセンサＭＰＤ＿ｒとの両方を示す場合は、モニタセンサＭＰＤと表す。また、基準画素列群２００＿ｂが備えるアナログ処理回路４００＿ｂと参照画素列群２００＿ｒが備えるアナログ処理回路４００＿ｒとの両方を表す場合は、アナログ処理回路４００と表す。
【００８２】
また、基準モニタリセット信号φｒｍ＿ｂと参照モニタリセット信号φｒｍ＿ｒとの両方を表す場合は、モニタリセット信号φｒｍと表す。
【００８３】
＜光電変換装置の動作＞
次に、光電変換装置１０００の動作について説明する。光電変換装置１０００は、第１の動作モードと、第２の動作モードとの２つの異なる動作モードで動作する。
【００８４】
（第１の動作モード）
図３は、第１の動作モードにおける光電変換装置１０００の各部の動作タイミングを示すタイミングチャートである。
【００８５】
図示するタイミングチャートは、第１画素列ＰＤＡ＿１の動作モードを示すタイミングチャート５０１を含む。また、制御部３００がモニタリセット信号φｒｍを出力するタイミングを示すタイミングチャート５０２を含む。また、制御部３００が第１ゲート信号ＴＧ１を出力するタイミングを示すタイミングチャート５０３を含む。また、モニタセンサＭＰＤがモニタ信号Ｖｍを出力するタイミングを示すタイミングチャート５０４を含む。また、第１電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿ｂ１と第２電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿ｂ２とが転送した電荷に基づいて、アナログ処理回路４００＿ｂが出力する画素列群出力Ｖｏｕｔ＿ｂのタイミングを示すタイミングチャート５０５を含む。また、制御部３００が第１転送信号φ１を出力するタイミングを示すタイミングチャート５０６を含む。また、制御部３００が第２転送信号φ２を出力するタイミングを示すタイミングチャート５０７を含む。また、第１電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿ｒ１と第２電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿ｒ２とが転送した電荷に基づいて、アナログ処理回路４００＿ｒが出力する画素列群出力Ｖｏｕｔ＿ｒのタイミングを示すタイミングチャート５０８を含む。また、制御部３００が第２ゲート信号ＴＧ２を出力するタイミングを示すタイミングチャート５０９を含む。また、第２画素列ＰＤＡ＿２の動作モードを示すタイミングチャート５１０を含む。
【００８６】
以下、光電変換装置１０００が第１の動作モードで動作するまでの撮像装置ＣＡＭの動作について説明する。撮影者が設定ボタンＢＴを操作して第１の動作モードを選択すると、設定ボタンＢＴはその旨を示す情報を演算装置ＣＰＵに出力する。この出力を受けて、演算装置ＣＰＵは、ＡＥセンサＡＥＭから測距対象の被写体に関する明るさの情報を取得する。
【００８７】
演算装置ＣＰＵは、ＡＥセンサＡＥＭから取得した被写体に関する明るさの情報に含まれる被写体のコントラスト情報に基づいて、第１画素列ＰＤＡ＿１の露光量を決定するための蓄積終了電圧Ｖｔｈ１と、第２画素列ＰＤＡ＿２の露光量を決定するための蓄積終了電圧Ｖｔｈ２とを決定する。蓄積終了電圧Ｖｔｈ１と、蓄積終了電圧Ｖｔｈ２の差は、被写体の特定の部分のみが極端に明るい場合に、特に大きく設定される。蓄電終了電圧Ｖｔｈ１と第１画素列ＰＤＡ＿１の露光量との関係および、蓄電終了電圧Ｖｔｈ２と第２画素列ＰＤＡ＿２の露光量との関係については後述する。
【００８８】
続いて、演算装置ＣＰＵは蓄電終了電圧Ｖｔｈ１，Ｖｔｈ２を光電変換装置１０００に出力する。続いて、演算装置ＣＰＵは光電変換装置１０００を第１の動作モードで動作するように、コマンドＣＭＤを光電変換装置１０００に出力する。これにより、光電変換装置１０００は、第１の動作モードで動作する。
【００８９】
以下、第１の動作モードで動作するように制御された光電変換装置１０００の動作について説明する。なお、第１画素列ＰＤＡ＿１と第１電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿１との組を第１組とし、第２画素列ＰＤＡ＿２と第２電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿２との組を第２組とし、各組の動作毎に分けて説明する。
【００９０】
はじめに第１組の動作について説明する。第１組は、蓄積モードと、読み出しモードの２つの動作モードに従って動作する。以下、蓄積モードと読み出しモードの切り替え方法と、各モードでの第１組の動作について説明する。
【００９１】
制御部３００は、第１の動作モードで動作するためのコマンドＣＭＤが演算装置ＣＰＵより入力されると、第１組を蓄積モードで動作させる。第１組を蓄積モードで動作させるため、制御部３００は、モニタリセット信号φｒｍをモニタセンサＭＰＤに出力し、第１ゲート信号ＴＧ１を第１画素列ＰＤＡ＿１に出力する。このとき、制御部３００は、タイミングチャート５０２，５０３に示すとおり、モニタリセット信号φｒｍと第１ゲート信号ＴＧ１とを同じタイミングで「Ｌ」、「Ｈ」、「Ｌ」の順に出力する。
【００９２】
モニタセンサＭＰＤは、入力されたモニタリセット信号φｒｍが「Ｈ」の期間では、蓄積している不要電荷を吐き出す。また、モニタセンサＭＰＤは、入力されたモニタリセット信号φｒｍが「Ｌ」となったタイミングから、受光した光量に応じた電荷の蓄積を開始する。
【００９３】
第１画素列ＰＤＡ＿１は、入力された第１ゲート信号ＴＧ１が「Ｈ」の期間では、蓄積している電荷を第１電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿１に転送する。また、第１画素列ＰＤＡ＿１は、入力された第１ゲート信号ＴＧ１が「Ｌ」となったタイミングから、受光した光量に応じた電荷の蓄積を開始する。
【００９４】
ここで、第１組が蓄積モードで動作している間、第１画素列ＰＤＡ＿１は蓄積している電荷を転送しない。また、第１組が蓄積モードで動作している間、モニタセンサＭＰＤは、第１画素列ＰＤＡ＿１の個々の画素に蓄積される電荷量の平均値に相当する電荷を蓄積する。モニタセンサＭＰＤが蓄積する電荷をモニタ電荷ＱＭ（ｔ）とする（ｔは時刻）。
【００９５】
また、モニタセンサＭＰＤは、モニタ電荷に応じた電圧信号であるモニタ信号Ｖｍ（ｔ）を（１）式を用いて算出し、制御部３００に出力する。また、Ｖｔｈ１とＶｍ（０）とＶｍ＿ｒｅｆとは（２）式の関係を有しているものとする。
【００９６】
【数１】
2010286533.tif 000003
【００９７】
なお、Ｖｍ＿ｒｅｆは所定の基準電圧である。また、Ｃは、モニタ電荷ＱＭ（ｔ）を電圧信号に変換する際の変換係数である。
【００９８】
モニタセンサＭＰＤが出力するモニタ信号Ｖｍ（ｔ）の大きさは、タイミングチャート５０４に示すとおりである。
【００９９】
上述したとおり、入力されたモニタリセット信号φｒｍが「Ｈ」の期間に、モニタセンサＭＰＤは蓄積するモニタ電荷ＱＭ（ｔ）を解放する。この時には、基準モニタセンサＭＰＤは制御部３００に基準電圧Ｖｍ＿ｒｅｆを出力する。また、モニタセンサＭＰＤが蓄積するモニタ電荷ＱＭ＿ｂ（ｔ）は時間の経過とともに増えていくため、（１）式に示したとおり、基準モニタセンサＭＰＤが出力するモニタ信号Ｖｍ（ｔ）は、時間の経過とともに低下する。すなわち、モニタセンサＭＰＤと第１画素列ＰＤＡ＿１とが蓄積する電荷が増えるほど、モニタセンサＭＰＤが出力するモニタ信号Ｖｍ（ｔ）は低下する。
【０１００】
続いて、制御部３００は、入力されたモニタ信号Ｖｍ（ｔ）と蓄積終了電圧Ｖｔｈ１との大小関係を比較し続け、この結果に基づいて、第１画素列ＰＤＡ＿１が電荷の蓄積を終了する時点を決定する。電荷の蓄積を終了する時点は、蓄積モードを終了する時点でもあり、読み出しモードを開始する時点でもある。
【０１０１】
具体的には、制御部３００は、モニタ信号Ｖｍ（ｔ）と蓄積終了電圧Ｖｔｈ１とが同じ値となった時点を、第１画素列ＰＤＡ＿１が電荷の蓄積を終了する時点である、すなわち蓄積モードを終了する時点であり、読み出しモードを開始する時点であると決定する。
【０１０２】
モニタ信号Ｖｍ（ｔ）が蓄積終了電圧Ｖｔｈ１より大きい間、制御部３００は、第１組を蓄積モードで動作させるために、第１ゲート信号ＴＧ１を「Ｌ」のまま変化させず出力する。また、モニタ信号Ｖｍ（ｔ）が蓄積終了電圧Ｖｔｈ１と同じ値となった時点で、制御部３００は、第１組を読み出しモードで動作させるために、第１ゲート信号ＴＧ１を「Ｈ」「Ｌ」の順に出力する。第１ゲート信号ＴＧ１として「Ｈ」が入力された第１画素列ＰＤＡ＿１は、画素ＰＤ＿（１）〜ＰＤ＿（２ｋ−１）の各々が蓄積した電荷を第１電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿１に一括して転送する。
【０１０３】
これにより、蓄電終了電圧Ｖｔｈ１の値によって、第１画素列ＰＤＡ＿１が蓄積する電荷の量を制御することができる。例えば、蓄電終了電圧Ｖｔｈ１の値が大きいほど、第１画素列ＰＤＡ＿１が蓄積する電荷量が少なくなる。また、蓄電終了電圧Ｖｔｈ１の値が小さいほど、第１画素列ＰＤＡ＿１が蓄積する電荷量が多くなる。すなわち、蓄電終了電圧Ｖｔｈ１の値が大きいほど、第１画素列ＰＤＡ＿１の露光量が少なくなる。また、蓄電終了電圧Ｖｔｈ１の値が小さいほど、第１画素列ＰＤＡ＿１の露光量が多くなる。
【０１０４】
なお、第１組を蓄積モードで動作させる際に、制御部３００は、第１転送信号φを「Ｌ」「Ｈ」「Ｌ」「Ｈ」・・・の方形波として出力する。制御部３００がこの出力を行っている期間を、第１転送信号φが「有効」の期間とする。第１転送信号φの出力タイミングはタイミングチャート５０６に示すとおりである。
【０１０５】
この方形波が入力された第１電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿１は、「Ｌ」から「Ｈ」に変化するタイミングに同期して、第１画素列ＰＤＡ＿１から転送された電荷をアナログ処理回路４００に順次転送する。アナログ処理回路４００は、転送された電荷を電圧信号に変換し、画素列群出力Ｖｏｕｔとして演算装置ＣＰＵに出力する。これにより、第１電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿１は不要な電荷を外部に転送することができる。また、演算装置ＣＰＵは、このときに入力された画素列群出力Ｖｏｕｔを無効画素データとして扱い、測距演算には用いない。
【０１０６】
制御部３００は、第１画素列ＰＤＡ＿１が電荷の蓄積を終了する時点であると判断した場合、すなわち読み出しモードを開始する時点と判断した場合、第１組を読み出しモードで動作させる。第１組を読み出しモードで動作させるため、制御部３００は、第１電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿１に出力していた第１転送信号φを「Ｌ」のまま変化させずに出力する。制御部３００がこの出力を行っている期間を、第１転送信号φが「無効」の期間とする。
【０１０７】
続いて、制御部３００は、第１ゲート信号ＴＧ１を「Ｈ」「Ｌ」の順に変化して出力する。第１画素列ＰＤＡ＿１は、入力された第１ゲート信号ＴＧ１が「Ｌ」から「Ｈ」となった時点で、画素ＰＤ＿ｂ（１）〜ＰＤ＿ｂ（２ｋ−１）の各々が蓄積した電荷を第１電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿１に一括して転送する。
【０１０８】
続いて、制御部３００は、第１転送信号φを「有効」とする。第１電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿１は、入力された第１転送信号φ１が「Ｌ」から「Ｈ」に変化するタイミングで、画素ＰＤ＿（１）〜ＰＤ＿（２ｋ−１）の各々から転送された電荷をアナログ処理回路４００に順次転送する。
【０１０９】
本実施形態では、第１電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿ｂ１は、画素ＰＤ＿ｂ（１）から転送された電荷、画素ＰＤ＿ｂ（３）から転送された電荷、・・・、画素ＰＤ＿ｂ（２ｋ−１）から転送された電荷の順にアナログ処理回路４００＿ｂに転送する。また、第１電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿ｒ１は、画素ＰＤ＿ｒ（２ｋ−１）から転送された電荷、・・・、画素ＰＤ＿ｒ（３）から転送された電荷、画素ＰＤ＿（１）から転送された電荷の順にアナログ処理回路４００＿ｒに転送する。
【０１１０】
一方、アナログ処理回路４００は、第１電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿１から転送された電荷を、転送された順に電圧信号に変換し、画素列群出力Ｖｏｕｔとして演算装置ＣＰＵに出力する。演算装置ＣＰＵは、入力された画素列群出力Ｖｏｕｔを自身が備える記憶部に記憶する。
【０１１１】
続いて、アナログ処理回路４００が、画素ＰＤ＿（１）〜ＰＤ＿（２ｋ−１）の全てに対応する画素列群出力Ｖｏｕｔを出力した後、制御部３００は、第１組を読み出しモードで動作させる処理を終了する。
【０１１２】
続いて、演算装置ＣＰＵは、入力された画素列群出力Ｖｏｕｔに基づいて測距演算を行う。以下、第１組から入力された画素列群出力Ｖｏｕｔに基づいた測距演算の方法について説明する。
【０１１３】
なお、測距演算は、基準列画素群２００＿ｂと参照列画素群２００＿ｒとが出力する信号に基づいて行うため、基準画素列群２００＿ｂが備える各部と参照画素列群２００＿ｒが備える各部とを区別するために、基準画素列群２００＿ｂが備える各部の符号にはｂの指標を付し、参照画素列群２００＿ｒが備える各部の符号にはｒの指標を付して説明する。また、基準画素列群２００＿ｂが備える各部が入出力する信号と、参照画素列群２００＿ｒが備える各部が入出力する信号とを区別するために、基準画素列群２００＿ｂが備える各部が入出力する信号の符号にはｂの指標を付し、参照画素列群２００＿ｒが備える各部が入出力する信号の符号にはｒの指標を付している。
【０１１４】
画素列群出力Ｖｏｕｔ＿ｂは、第１画素列ＰＤＡ＿ｂ１が蓄積した電荷に基づいた出力である画素出力Ｓ＿ｂ［１］、・・・、画素出力Ｓ＿ｂ［ｎ］、・・・、画素出力Ｓ＿ｂ［２ｋ−１］より構成される信号である（ｎは１≦ｎ≦２ｋ-１の任意の奇数）。ここで、画素出力Ｓ＿ｂ［ｎ］は、第１画素列ＰＤＡ＿ｂ１の画素ＰＤ＿ｂ（ｎ）が蓄積した電荷量に基づいた電気信号を示す。また、画素列群出力Ｖｏｕｔ＿ｒは、第１画素列ＰＤＡ＿ｒ１が蓄積した電荷に基づいた出力である画素出力Ｓ＿ｒ［１］、・・・、画素出力Ｓ＿ｒ［ｎ］、・・・、Ｓ＿ｒ［２ｋ−１］より構成される信号である。ここで画素出力Ｓ＿ｒ［ｎ］は、第１画素列ＰＤＡ＿ｒ１の画素ＰＤ＿ｒ（ｎ）が蓄積した電荷量に基づいた電気信号を示す。なお、画素ＰＤ（２ｋ−１）は、２ｋ−１番目（例えば、図２において、第１画素列ＰＤＡ＿１が備える画素のうち、最も左端の画素ＰＤ＿（１）を１番目とする）の画素であることを示している。
【０１１５】
なお、アナログ処理回路４００＿ｂが画素出力Ｓ＿ｂ［１］〜画素出力Ｓ＿ｂ［２ｋ−１］を出力するタイミングは、タイミングチャート５０５に示すとおりである。また、アナログ処理回路４００＿ｒが画素出力Ｓ＿ｒ［ｎ］を出力するタイミングは、タイミングチャート５０８に示すとおりである。
【０１１６】
演算装置ＣＰＵは、基準画素列群２００＿ｂの第１画素列ＰＤＡ＿ｂ１に対応した画素出力Ｓ＿ｂ［１］、画素出力Ｓ＿ｂ［３］、・・・、画素出力Ｓ＿ｂ［ｎ］、・・・、Ｓ＿ｂ［２ｋ−１］の組と、参照画素列群２００＿ｒの第１画素列ＰＤＡ＿ｒ１に対応した画素出力Ｓ＿ｒ［１］、画素出力Ｓ＿ｒ［３］、・・・、画素出力Ｓ＿ｒ［ｎ］、・・・、Ｓ＿ｒ［２ｋ−１］の組との差が最小となるシフト量より、焦点ずれ量を求める。具体的には、演算装置ＣＰＵは、（３）式を用いて、相関度ＳＸ１［ｊ］が最小値となるｊの値をシフト量として求める。
【０１１７】
【数２】
2010286533.tif 000004
【０１１８】
ただし、ｊは−（２ｋ-１）/２≦ｊ≦（２ｋ-１）/２を満たす整数である。
【０１１９】
例えば、（３）式においてＳＸ１［ｊ］が最小値となるｊが負の場合、撮影レンズＯＬは図８（ｅ）および（ｆ）で示した後ピンの状態である。また、（３）式でＳＸ１［ｊ］が最小値となるｊが正の場合、撮影レンズＯＬは図８（ｃ）および（ｄ）で示した前ピンの状態である。
【０１２０】
なお、本実施形態では、演算装置ＣＰＵは、第１画素列ＰＤＡ＿ｂ１の各画素ＰＤ＿ｂ（ｎ）が蓄積した電荷に対応する画素出力Ｓ＿ｂ［ｎ］を画素出力Ｓ＿ｂ［１］、画素出力Ｓ＿ｂ［３］、・・・、画素出力Ｓ＿ｂ［２ｋ−１］の順に入力を受け付ける。また、演算装置ＣＰＵは、第１画素列ＰＤＡ＿ｒ１の各画素ＰＤ＿ｒ（ｎ）が蓄積した電荷に対応する画素出力Ｓ＿ｒ［２ｋ−１］、・・・、画素出力Ｓ＿ｒ［３］、画素出力Ｓ＿ｒ［１］の順に入力を受け付ける。
【０１２１】
すなわち、演算装置ＣＰＵには、第１画素列ＰＤＡ＿ｂ１に関しては、左端の画素が蓄積した電荷に対応する画素出力から右端の画素が蓄積した電荷に対応する画素出力の順に入力され、第１画素列ＰＤＡ＿ｒ１に関しては、右端の画素が蓄積した電荷に対応する画素出力から左端の画素が蓄積した電荷に対応する画素出力の順に入力される。よって、演算装置ＣＰＵに入力される画素出力の順は、第１画素列ＰＤＡ＿ｂ１が備える画素が蓄積した電荷に対応する画素出力と、第１画素列ＰＤＡ＿ｒ１が備える画素が蓄積した電荷に対応する画素出力とで逆順となる。従って、演算装置ＣＰＵは、演算に必要な画素列群出力Ｖｏｕｔの画素出力を全て受け付けて記憶部に記憶した後に、適宜演算に必要な情報を記憶部から読み出して（３）式の演算を行う。
【０１２２】
次に、第２組の動作について説明する。第１組と同様に、第２組も、蓄積モードと、読み出しモードの２つの動作モードに従って動作する。第２画素列ＰＤＡ＿２は第１画素列ＰＤＡ＿１と同様の動作を行う。また、第２電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿２は第１電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿１と同様の動作を行う。
【０１２３】
また、第２ゲート信号ＴＧ２は、第１ゲート信号ＴＧ１と同様の信号である。但し、タイミングチャート５０７に示すとおり、第２転送信号φ２は第１転送信号φ１と逆位相の信号である。そのため、第２電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿２は、第１電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿１とは異なるタイミングで、第２画素列ＰＤＡ＿２が蓄積した電荷をアナログ処理回路４００に転送することができる。これにより、アナログ処理回路４００は、第１組と第２組とから転送された電荷を異なるものとして処理を行うことができる。
【０１２４】
また、第１の動作モードでは、第１画素列が蓄積する電荷の量と、第２画素列が蓄積する電荷の量とを異なる量とするために、第１組が蓄積モードを終了するタイミングと、第２組が蓄積モードを終了するタイミングとを異なるタイミングとする。すなわち、蓄積終了電圧を異なる電圧とする。具体的には、制御部３００は、入力されたモニタ信号Ｖｍ（ｔ）と蓄積終了電圧Ｖｔｈ２との大小関係を比較し続け、この結果に基づいて、第２画素列ＰＤＡ＿２が電荷の蓄積を終了する時点を決定する。なお、蓄積終了電圧Ｖｔｈ２は、蓄積終了電圧Ｖｔｈ１より小さい値である。
【０１２５】
モニタ信号Ｖｍ（ｔ）が蓄積終了電圧Ｖｔｈ２より大きい間、制御部３００は、第２組を蓄積モードで動作させるために、第２ゲート信号ＴＧ２を「Ｌ」のまま変化させず出力する。また、モニタ信号Ｖｍ（ｔ）が蓄積終了電圧Ｖｔｈ２と同じ値となった時点で、制御部３００は、第２組を読み出しモードで動作させるために、第２ゲート信号ＴＧ２を「Ｈ」「Ｌ」の順に出力する。第２ゲート信号ＴＧ２として「Ｈ」が入力された第２画素列ＰＤＡ＿２は、画素ＰＤ＿（２）〜ＰＤ＿（２ｋ）の各々が蓄積した電荷を第２電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿２に一括して転送する。
【０１２６】
これにより、蓄電終了電圧Ｖｔｈ２の値によって、第２画素列ＰＤＡ＿２が蓄積する電荷の量を制御することができる。また、蓄積終了電圧Ｖｔｈ２は、蓄積終了電圧Ｖｔｈ１より小さい値である。そのため、第１画素列ＰＤＡ＿１の露光量より、第２画素列ＰＤＡ＿２の露光量の方が多くなる。
【０１２７】
なお、第２組を蓄積モードで動作させる際に、制御部３００は、第２転送信号φ２を「Ｈ」「Ｌ」「Ｈ」「Ｌ」・・・の方形波として出力する。制御部３００がこの出力を行っている期間を、第２転送信号φ２が「有効」の期間とする。この方形波が入力された第２電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿２は、「Ｌ」から「Ｈ」に変化するタイミングに同期して、第２画素列ＰＤＡ＿２から転送された電荷をアナログ処理回路４００に順次転送する。アナログ処理回路４００は、転送された電荷を電圧信号に変換し、画素列群出力Ｖｏｕｔとして演算装置ＣＰＵに出力する。これにより、第２電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿２は不要な電荷を外部に転送することができる。また、演算装置ＣＰＵは、このときに入力された画素列群出力Ｖｏｕｔを無効画素データとして扱い、測距演算には用いない。
【０１２８】
制御部３００は、第２画素列ＰＤＡ＿２が電荷の蓄積を終了する時点であると判断した場合、すなわち読み出しモードを開始する時点と判断した場合、第２組を読み出しモードで動作させる。第２組を読み出しモードで動作させるため、制御部３００は、第２電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿２に出力していた第２転送信号φ２を「Ｈ」のまま変化させずに出力する。制御部３００がこの出力を行っている期間を、第２転送信号φ２が「無効」の期間とする。
【０１２９】
続いて、制御部３００は、第２ゲート信号ＴＧ２を「Ｈ」「Ｌ」の順に変化して出力する。第２画素列ＰＤＡ＿２は、入力された第２ゲート信号ＴＧ２が「Ｌ」から「Ｈ」となった時点で、画素ＰＤ＿（２）〜ＰＤ＿（２ｋ）の各々が蓄積した電荷を第２電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿２に一括して転送する。
【０１３０】
続いて、制御部３００は、第２転送信号φ２を「有効」とする。第２電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿２は、入力された第２転送信号φ２が「Ｌ」から「Ｈ」に変化するタイミングで、画素ＰＤ＿（２）〜ＰＤ＿（２ｋ）の各々から転送された電荷をアナログ処理回路４００に順次転送する。
【０１３１】
本実施形態では、第２電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿ｂ２は、画素ＰＤ＿ｂ（２）から転送された電荷、画素ＰＤ＿ｂ（４）から転送された電荷、・・・、画素ＰＤ＿ｂ（２ｋ）から転送された電荷の順にアナログ処理回路４００＿ｂに転送する。また、第２電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿ｒ２は、画素ＰＤ＿ｒ（２ｋ）から転送された電荷、・・・、画素ＰＤ＿ｒ（４）から転送された電荷、画素ＰＤ＿ｒ（２）から転送された電荷の順にアナログ処理回路４００＿ｒに転送する。
【０１３２】
一方、アナログ処理回路４００は、第２電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿２から転送された電荷を、転送された順に電圧信号に変換し、画素列群出力Ｖｏｕｔとして演算装置ＣＰＵに出力する。演算装置ＣＰＵは、入力された画素列群出力Ｖｏｕｔを自身が備える記憶部に記憶する。
【０１３３】
続いて、アナログ処理回路４００が、画素ＰＤ＿（２）〜ＰＤ＿（２ｋ）の全てに対応する画素列群出力Ｖｏｕｔを出力した後、制御部３００は、第２組を読み出しモードで動作させる処理を終了する。
【０１３４】
続いて、演算装置ＣＰＵは、入力された画素列群出力Ｖｏｕｔに基づいて測距演算を行う。以下、第２組から入力された画素列群出力Ｖｏｕｔに基づいた測距演算の方法について説明する。
【０１３５】
画素列群出力Ｖｏｕｔ＿ｂは、第２画素列ＰＤＡ＿ｂ２が蓄積した電荷に基づいた出力である画素出力Ｓ＿ｂ［２］、画素出力Ｓ＿ｂ［４］、・・・、Ｓ＿ｂ［ｍ］、・・・、Ｓ＿ｂ［２ｋ］を出力する（ｍは２≦ｍ≦２ｋの任意の偶数）。ここで、画素出力Ｓ＿ｂ［ｍ］は、第２画素列ＰＤＡ＿ｂ２の画素ＰＤ＿ｂ（ｍ）が蓄積した電荷量に基づいた電気信号を示す。また、画素列群出力Ｖｏｕｔ＿ｒは、第２画素列ＰＤＡ＿ｒ２が蓄積した電荷に基づいた出力である画素出力Ｓ＿ｒ［２］、画素出力Ｓ＿ｒ［４］、・・・、Ｓ＿ｒ［ｍ］、・・・、Ｓ＿ｒ［２ｋ］を出力する。ここで、画素出力Ｓ＿ｒ［ｍ］は、第２画素列ＰＤＡ＿ｒ２の画素ＰＤ＿ｒ（ｍ）が蓄積した電荷量に基づいた電気信号を示す。なお、画素ＰＤ（２ｋ）は、２ｋ番目（例えば、図２において、第２画素列ＰＤＡ＿２が備える画素のうち、最も左端の画素ＰＤ＿（２）を２番目とする）の画素であることを示している。
【０１３６】
演算装置ＣＰＵは、基準画素列群２００＿ｂの第２画素列ＰＤＡ＿ｂ２に対応した画素出力Ｓ＿ｂ［２］、画素出力Ｓ＿ｂ［４］、・・・、Ｓ＿ｂ［ｍ］、・・・、Ｓ＿ｂ［２ｋ］の組と、参照画素列群２００＿ｒの第２画素列ＰＤＡ＿ｒ１に対応した画素出力Ｓ＿ｒ［２］、画素出力Ｓ＿ｒ［４］、・・・、Ｓ＿ｒ［ｍ］、・・・、Ｓ＿ｒ［２ｋ］の組との差が最小となるシフト量より、焦点ずれ量を求める。具体的には、演算装置ＣＰＵは、（４）式を用いて、相関度ＳＸ２［ｊ］が最小値となるｊの値をシフト量として求める。
【０１３７】
【数３】
2010286533.tif 000005
【０１３８】
ただし、ｊは−ｋ≦ｊ≦ｋを満たす整数である。
【０１３９】
例えば、（４）式においてＳＸ２［ｊ］が最小値となるｊが負の場合、撮影レンズＯＬは図８（ｅ）および（ｆ）で示した後ピンの状態である。また、（４）式でＳＸ２［ｊ］が最小値となるｊが正の場合、撮影レンズＯＬは図８（ｃ）および（ｄ）で示した前ピンの状態である。
【０１４０】
なお、本実施形態では、演算装置ＣＰＵは、第２画素列ＰＤＡ＿ｂ２の各画素ＰＤ＿ｂが蓄積した電荷に対応する画素出力Ｓ＿ｂ［２］、画素出力Ｓ＿ｂ［４］、・・・、画素出力Ｓ＿ｂ［２ｋ］の順に入力を受け付ける。また、演算装置ＣＰＵは、第２画素列ＰＤＡ＿ｒ２の各画素ＰＤ＿ｒが蓄積した電荷に対応する画素出力Ｓ＿ｒ［２ｋ］、・・・、画素出力Ｓ＿ｒ［４］、画素出力Ｓ＿ｒ［２］の順に入力を受け付ける。
【０１４１】
すなわち、演算装置ＣＰＵには、第２画素列ＰＤＡ＿ｂ２に関しては、左端の画素が蓄積した電荷に対応する画素出力から右端の画素が蓄積した電荷に対応する画素出力の順に入力され、第２画素列ＰＤＡ＿ｒ２に関しては、右端の画素が蓄積した電荷に対応する画素出力から左端の画素が蓄積した電荷に対応する画素出力の順に入力される。よって、演算装置ＣＰＵに入力される画素出力の順は、第２画素列ＰＤＡ＿ｂ２が備える画素が蓄積した電荷に対応する画素出力と、第２画素列ＰＤＡ＿ｒ２が備える画素が蓄積した電荷に対応する画素出力の組とで逆順となる。従って、演算装置ＣＰＵは、演算に必要な画素列群出力Ｖｏｕｔの画素出力の組の入力を受け付けて記憶部に記憶した後に、適宜演算に必要な情報を記憶部から読み出して（４）式の演算を行う。
【０１４２】
上述したとおり、演算装置ＣＰＵは、第１組の画素列群出力Ｖｏｕｔと、第２組の画素列群出力Ｖｏｕｔとの２種類の画素列群出力Ｖｏｕｔに基づいた測距演算を行うことができる。次に、２種類の画素列群出力Ｖｏｕｔのうち、測距演算に用いる画素列群出力Ｖｏｕｔを選択する方法について説明する。
【０１４３】
図４は、第１の動作モードにおいて、アナログ処理回路４００が出力する画素列群出力Ｖｏｕｔの出力値を示したグラフである。グラフには、第１組の第１画素列ＰＤＡ＿１が蓄積した電荷に基づいた画素列群出力Ｖｏｕｔを示した曲線４０１と、第２組の第２画素列ＰＤＡ＿２が蓄積した電荷に基づいた画素列群出力Ｖｏｕｔを示した曲線４０２とが示されている。図示する例では、曲線４０２は、曲線４０１よりも振幅が大きい。また、グラフには、アナログ処理回路４００が出力することができる上限の出力電圧を示した直線４０３と、アナログ処理回路４００が出力することができる下限の出力電圧を示した直線４０４とが示されている。
【０１４４】
グラフの横軸は、画素ＰＤ＿ｋの番号ｋである。グラフの縦軸は、画素列群出力Ｖｏｕｔの出力電圧値であり、グラフの上方がより高い出力電圧値を示す。なお、基準画素列群２００＿ｂと、参照画素列群２００＿ｒとは、セパレータレンズＳＬにより分割された互いに共役な２つの光束が結像する位置に各々設置されている。そのため、第１画素列ＰＤＡ＿ｒ１の出力と第１画素列ＰＤＡ＿ｂ１の出力とは共役である。また、第２画素列ＰＤＡ＿ｒ２の出力と第２画素列ＰＤＡ＿ｂ２の出力とは共役である。したがって、以降の説明では第１画素列ＰＤＡ＿ｂ１と、第２画素列ＰＤＡ＿ｂ２の出力について説明する。
【０１４５】
図４に示した例では、第２画素列ＰＤＡ＿ｂ２のｙ番目の画素ＰＤ＿ｂ（ｙ）が蓄積した電荷に対応する画素出力Ｓ＿ｂ［ｙ］は、アナログ処理回路４００＿ｂが出力することができる上限の出力電圧を超えている（ただし、２≦ｙ≦２ｋである任意の整数）。これにより、アナログ処理回路４００＿ｂは、画素ＰＤ＿ｂ（ｙ）が蓄積した電荷に対応する画素出力として、アナログ処理回路４００＿ｂが出力することができる上限の出力電圧を出力する。すなわち、アナログ処理回路４００＿ｂは、直線４０３が示す出力電圧を出力する。そのため、演算装置ＣＰＵが、第２画素列ＰＤＡ＿ｂ２の画素ＰＤ＿ｂ（ｙ）が蓄積した電荷に基づいて演算した測距演算結果、すなわち、第２組の画素列群出力Ｖｏｕｔに基づいて算出した測距演算結果は、実際の合焦位置と誤差が大きい。従って、演算装置ＣＰＵは、測距演算に用いる出力として、第１組の画素列群出力Ｖｏｕｔを選択する。
【０１４６】
また、図４に示した例とは異なる例としては、第１組の第１画素列ＰＤＡ＿１が蓄積した電荷に基づいた画素列群出力Ｖｏｕｔを示した曲線４０１の振幅と、第２組の第２画素列ＰＤＡ＿２が蓄積した電荷に基づいた画素列群出力Ｖｏｕｔを示した曲線４０２の振幅とが、アナログ処理回路４００＿ｂの出力の出力電圧の上限を超えない例がある。
【０１４７】
この場合、第１組の第１画素列ＰＤＡ＿１が蓄積した電荷に基づいた画素列群出力Ｖｏｕｔを示した曲線４０１の振幅と、第２組の第２画素列ＰＤＡ＿２が蓄積した電荷に基づいた画素列群出力Ｖｏｕｔを示した曲線４０２の振幅とのうち、振幅が大きい第２組の画素列群出力Ｖｏｕｔに基づいた測距演算結果の方が、振幅が小さい第１組の画素列群出力Ｖｏｕｔに基づいた測距演算結果よりも高い精度を得ることができる。従って、演算装置ＣＰＵは、測距演算に用いる出力として、第２組の画素列群出力Ｖｏｕｔを選択する。
【０１４８】
これらの選択方法としては、例えば以下の方法がある。アナログ処理回路４００＿ｂの最大出力電圧を閾値とする。演算装置ＣＰＵは、第１組の第１画素列ＰＤＡ＿１が蓄積した電荷に基づいた画素列群出力Ｖｏｕｔと、第２組の第２画素列ＰＤＡ＿２が蓄積した電荷に基づいた画素列群出力Ｖｏｕｔとを、閾値と比較する。演算装置ＣＰＵは、第１組の第１画素列ＰＤＡ＿１が蓄積した電荷に基づいた画素列群出力Ｖｏｕｔと、第２組の第２画素列ＰＤＡ＿２が蓄積した電荷に基づいた画素列群出力Ｖｏｕｔとのうち、閾値に達しておらず、かつ、出力値がより大きい画素列群出力Ｖｏｕｔを、測距演算に用いる出力として選択する。
【０１４９】
上述したとおり、第１の動作モードでは、光電変換装置１０００は、露光量が異なる第１画素列ＰＤＡ＿１の出力に基づいた画素列群出力Ｖｏｕｔと、第２画素列ＰＤＡ＿２との出力に基づいた画素列群出力Ｖｏｕｔとを生成することができる。撮像装置ＣＡＭは、光電変換装置１０００が生成した２種類の画素列群出力Ｖｏｕｔのうち、測距演算に適した露光量に対応した信号を用いて測距演算を行うことができる。これにより、撮像装置ＣＡＭは、より高い測距精度を実現することができる。例えば、明るい場所での撮像では、第１画素列ＰＤＡ＿１の出力に基づいた測距演算結果を用い、暗い場所での撮像では、第２画素列ＰＤＡ＿２の出力に基づいた測距演算結果を用いることで、より高い測距精度を実現することができる。
【０１５０】
（第２の動作モード）
次に第２の動作モードについて説明する。図５は、第２の動作モードにおける光電変換装置１０００の各部の動作タイミングを示すタイミングチャートである。
【０１５１】
図示するタイミングチャートは、第１画素列ＰＤＡ＿１と第２画素列ＰＤＡ＿２との動作モードを示すタイミングチャート６０１を含む。また、制御部３００がモニタリセット信号φｒｍを出力するタイミングを示すタイミングチャート６０２を含む。また、制御部３００が第１ゲート信号ＴＧ１を出力するタイミングを示すタイミングチャート６０３を含む。また、モニタセンサＭＰＤがモニタ信号Ｖｍを出力するタイミングを示すタイミングチャート６０４を含む。また、第１電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿ｂ１と第２電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿ｂ２とが転送した電荷に基づいて、アナログ処理回路４００＿ｂが出力する画素列群出力Ｖｏｕｔ＿ｂのタイミングを示すタイミングチャート６０５を含む。また、制御部３００が第１転送信号φ１を出力するタイミングを示すタイミングチャート６０６を含む。また、制御部３００が第２転送信号φ２を出力するタイミングを示すタイミングチャート６０７を含む。また、第１電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿ｒ１と第２電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿ｒ２とが転送した電荷に基づいて、アナログ処理回路４００＿ｒが出力する画素列群出力Ｖｏｕｔ＿ｒのタイミングを示すタイミングチャート６０８を含む。また、制御部３００が第２ゲート信号ＴＧ２を出力するタイミングを示すタイミングチャート６０９を含む。
【０１５２】
次に、光電変換装置１０００が第２の動作モードで動作するまでの撮像装置ＣＡＭの動作について説明する。撮影者が設定ボタンＢＴを操作して第２の動作モードを選択すると、設定ボタンＢＴはその旨を示す情報を演算装置ＣＰＵに出力する。この出力を受けて、演算装置ＣＰＵは、ＡＥセンサＡＥＭから測距対象の被写体に関する明るさの情報を取得する。
【０１５３】
演算装置ＣＰＵは、ＡＥセンサＡＥＭから取得した被写体に関する明るさの情報に含まれる被写体のコントラスト情報に基づいて、第１画素列ＰＤＡ＿１の露光量と、第２画素列ＰＤＡ＿２の露光量とを決定するための蓄積終了電圧Ｖｔｈ３を決定する。蓄電終了電圧Ｖｔｈ３と、第１画素列ＰＤＡ＿１の露光量および第２画素列ＰＤＡ＿２の露光量との関係については後述する。
【０１５４】
続いて、演算装置ＣＰＵは蓄電終了電圧Ｖｔｈ３を光電変換装置１０００に出力する。続いて、演算装置ＣＰＵは光電変換装置１０００を第２の動作モードで動作するように、コマンドＣＭＤを光電変換装置１０００の制御部３００に出力する。これにより、光電変換装置１０００は、第２の動作モードで動作する。
【０１５５】
以下、第２の動作モードで動作するように制御された光電変換装置１０００の動作について説明する。なお、第２の動作モードでは、第１画素列ＰＤＡ＿１と第１電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿１との組である第１組と、第２画素列ＰＤＡ＿２と第２電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿２との組である第２組とは、同時に処理を行う。
【０１５６】
第１組と第２組とは、蓄積モードと、読み出しモードの２つの動作モードに従って動作する。以下、蓄積モードと読み出しモードの切り替え方法と、各モードでの第１組と第２組との動作について説明する。
【０１５７】
制御部３００は、第２の動作モードで動作するためのコマンドＣＭＤが入力されると、第１組と第２組とを蓄積モードで動作させる。第１組と第２組とを蓄積モードで動作させるため、制御部３００は、モニタリセット信号φｒｍをモニタセンサＭＰＤに出力し、第１ゲート信号ＴＧ１を第１画素列ＰＤＡ＿１に出力し、第２ゲート信号ＴＧ２を第２画素列ＰＤＡ＿２に出力する。このとき、制御部３００は、タイミングチャート６０２，６０３に示すとおり、モニタリセット信号φｒｍと第１ゲート信号ＴＧ１と第２ゲート信号ＴＧ２とを同じタイミングで「Ｌ」、「Ｈ」、「Ｌ」の順に出力する。
【０１５８】
モニタセンサＭＰＤは、入力されたモニタリセット信号φｒｍが「Ｈ」の期間では、蓄積している不要電荷を吐き出す。また、モニタセンサＭＰＤは、入力されたモニタリセット信号φｒｍが「Ｌ」となったタイミングから、受光した光量に応じた電荷の蓄積を開始する。
【０１５９】
第１画素列ＰＤＡ＿１は、入力された第１ゲート信号ＴＧ１が「Ｈ」の期間では、蓄積している電荷を第１電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿１に転送する。また、第１画素列ＰＤＡ＿１は、入力された第１ゲート信号ＴＧ１が「Ｌ」となったタイミングから、受光した光量に応じた電荷の蓄積を開始する。第２画素列ＰＤＡ＿２は、入力された第２ゲート信号ＴＧ２が「Ｈ」の期間では、蓄積している電荷を第２電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿２に転送する。また、第２画素列ＰＤＡ＿２は、入力された第２ゲート信号ＴＧ２が「Ｌ」となったタイミングから、受光した光量に応じた電荷の蓄積を開始する。
【０１６０】
ここで、第１組が蓄積モードで動作している間、第１画素列ＰＤＡ＿１は蓄積している電荷を転送しない。また、第２組が蓄積モードで動作している間、第２画素列ＰＤＡ＿２は蓄積している電荷を転送しない。また、第１組と第２組とが蓄積モードで動作している間、モニタセンサＭＰＤは、第１画素列ＰＤＡ＿１と第２画素列ＰＤＡ＿２との個々の画素に蓄積される電荷量の平均値に相当する電荷を蓄積する。モニタセンサＭＰＤが蓄積する電荷をモニタ電荷ＱＭ（ｔ）とする（ｔは時刻）。
【０１６１】
また、モニタセンサＭＰＤは、先述した（１）式を用いてモニタ電荷に応じた電圧信号であるモニタ信号Ｖｍ（ｔ）を算出し、制御部３００に出力する。また、Ｖｔｈ３とＶｍ（０）とＶｍ＿ｒｅｆとは（５）式の関係を有しているものとする。
【０１６２】
【数４】
2010286533.tif 000006
【０１６３】
モニタセンサＭＰＤが出力するモニタ信号Ｖｍ（ｔ）の大きさは、タイミングチャート６０４に示すとおりである。また、モニタセンサＭＰＤが出力するモニタ信号Ｖｍ（ｔ）と、第１画素列ＰＤＡ＿１と第２画素列ＰＤＡ＿２との関係は、第１の動作例と同様の関係である。
【０１６４】
続いて、制御部３００は、入力されたモニタ信号Ｖｍ（ｔ）と蓄積終了電圧Ｖｔｈ３との大小関係を比較し続け、この結果に基づいて、第１画素列ＰＤＡ＿１と第２画素列ＰＤＡ＿２とが電荷の蓄積を終了する時点を決定する。電荷の蓄積を終了する時点は、蓄積モードを終了する時点でもあり、読み出しモードを開始する時点でもある。
【０１６５】
具体的には、制御部３００は、モニタ信号Ｖｍ（ｔ）と蓄積終了電圧Ｖｔｈ３とが同じ値となった時点を、第１画素列ＰＤＡ＿１と第２画素列ＰＤＡ＿２とが電荷の蓄積を終了する時点である、すなわち蓄積モードを終了する時点であり、読み出しモードを開始する時点であると決定する。
【０１６６】
モニタ信号Ｖｍ（ｔ）が蓄積終了電圧Ｖｔｈ３より大きい間、制御部３００は、第１組と第２組とを蓄積モードで動作させるために、第１ゲート信号ＴＧ１と第２ゲート信号ＴＧ２とを「Ｌ」のまま変化させず出力する。また、モニタ信号Ｖｍ（ｔ）が蓄積終了電圧Ｖｔｈ３と同じ値となった時点で、制御部３００は、第１組と第２組とを読み出しモードで動作させるために、第１ゲート信号ＴＧ１と第２ゲート信号ＴＧ２とを「Ｈ」「Ｌ」の順に同じタイミングで出力する。第１ゲート信号ＴＧ１として「Ｈ」が入力された第１画素列ＰＤＡ＿１は、画素ＰＤ＿（１）〜ＰＤ＿（２ｋ−１）の各々が蓄積した電荷を第１電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿１に一括して転送する。また、第２ゲート信号ＴＧ２として「Ｈ」が入力された第２画素列ＰＤＡ＿２は、画素ＰＤ＿（２）〜ＰＤ＿（２ｋ）の各々が蓄積した電荷を第２電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿２に一括して転送する。
【０１６７】
これにより、蓄電終了電圧Ｖｔｈ３の値によって、第１画素列ＰＤＡ＿１と第２画素列ＰＤＡ＿２とが蓄積する電荷の量を制御することができる。例えば、蓄電終了電圧Ｖｔｈ３の値が大きいほど、第１画素列ＰＤＡ＿１と第２画素列ＰＤＡ＿２とが蓄積する電荷量が少なくなる。また、蓄電終了電圧Ｖｔｈ３の値が小さいほど、第１画素列ＰＤＡ＿１と第２画素列ＰＤＡ＿２とが蓄積する電荷量が多くなる。すなわち、蓄電終了電圧Ｖｔｈ３の値が大きいほど、第１画素列ＰＤＡ＿１と第２画素列ＰＤＡ＿２との露光量が少なくなる。また、蓄電終了電圧Ｖｔｈ３の値が小さいほど、第１画素列ＰＤＡ＿１と第２画素列ＰＤＡ＿２との露光量が多くなる。
【０１６８】
なお、第１組と第２組とを蓄積モードで動作させる際に、制御部３００は、第１転送信号φ１を「Ｌ」「Ｈ」「Ｌ」「Ｈ」・・・の方形波として出力する。また、制御部３００は、第２転送信号φ２を「Ｈ」「Ｌ」「Ｈ」「Ｌ」・・・の方形波として出力する。制御部３００がこの出力を行っている期間を、第１転送信号φ１と第２転送信号φ２とが「有効」の期間とする。第１転送信号φ１の出力タイミングはタイミングチャート６０６に示すとおりである。また、第２転送信号φ２の出力タイミングはタイミングチャート６０７に示すとおりである。
【０１６９】
タイミングチャート６０６とタイミングチャート６０７とに示すとおり、第２転送信号φ２は第１転送信号φ１と逆位相の信号である。そのため、第１電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿１と第２電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿２とは、互いに異なるタイミングで、転送された電荷をアナログ処理回路４００に順次転送することができる。これにより、アナログ処理回路４００は、第１組と第２組とから順次転送された電荷を異なるものとして処理を行うことができる。
【０１７０】
第１転送信号φ１が入力された第１電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿１は、第１転送信号φ１が「Ｌ」から「Ｈ」に変化するタイミングに同期して、第１画素列ＰＤＡ＿１から転送された電荷をアナログ処理回路４００に順次転送する。また、第２転送信号φ２が入力された第２電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿２は、第２転送信号φ２が「Ｌ」から「Ｈ」に変化するタイミングに同期して、第２画素列ＰＤＡ＿２から転送された電荷をアナログ処理回路４００に順次転送する。また、アナログ処理回路４００は、転送された電荷を電圧信号に変換し、画素列群出力Ｖｏｕｔとして演算装置ＣＰＵに出力する。これにより、第１電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿１と第２電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿２とは不要な電荷を外部に転送することができる。また、演算装置ＣＰＵは、このときに入力された画素列群出力Ｖｏｕｔを無効画素データとして扱い、測距演算には用いない。
【０１７１】
制御部３００は、第１画素列ＰＤＡ＿１と第２画素列ＰＤＡ＿２とが電荷の蓄積を終了する時点であると判断した場合、すなわち読み出しモードを開始する時点と判断した場合、第１組と第２組とを読み出しモードで動作させる。第１組を読み出しモードで動作させるため、制御部３００は、第１電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿１に出力していた第１転送信号φ１を「Ｌ」のまま変化させずに出力する。また、第２組を読み出しモードで動作させるため、制御部３００は、第２電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿２に出力していた第２転送信号φ２を「Ｈ」のまま変化させずに出力する。制御部３００がこれら出力を行っている期間を、第１転送信号φ１と第２転送信号φ２が「無効」の期間とする。
【０１７２】
続いて、制御部３００は、第１ゲート信号ＴＧ１と第２ゲート信号ＴＧ２とを「Ｈ」「Ｌ」の順に変化して出力する。第１画素列ＰＤＡ＿１は、入力された第１ゲート信号ＴＧ１が「Ｌ」から「Ｈ」となった時点で、画素ＰＤ＿ｂ（１）〜ＰＤ＿ｂ（２ｋ−１）の各々が蓄積した電荷を第１電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿１に一括して転送する。また、第２画素列ＰＤＡ＿２は、入力された第２ゲート信号ＴＧ２が「Ｌ」から「Ｈ」となった時点で、画素ＰＤ＿ｂ（２）〜ＰＤ＿ｂ（２ｋ）の各々が蓄積した電荷を第２電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿２に一括して転送する。
【０１７３】
続いて、制御部３００は、第１転送信号φ１と、第２転送信号φ２とを「有効」とする。第１電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿１は、入力された第１転送信号φ１が「Ｌ」から「Ｈ」に変化するタイミングで、画素ＰＤ＿（１）〜ＰＤ＿（２ｋ−１）の各々から転送された電荷をアナログ処理回路４００に順次転送する。第２電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿２は、入力された第２転送信号φ２が「Ｌ」から「Ｈ」に変化するタイミングで、画素ＰＤ＿（２）〜ＰＤ＿（２ｋ）の各々から転送された電荷をアナログ処理回路４００に順次転送する。
【０１７４】
本実施形態では、第１電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿ｂ１は、画素ＰＤ＿ｂ（１）から転送された電荷、画素ＰＤ＿ｂ（３）から転送された電荷、・・・、画素ＰＤ＿ｂ（２ｋ−１）から転送された電荷の順にアナログ処理回路４００＿ｂに転送する。また、第１電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿ｒ１は、画素ＰＤ＿ｒ（２ｋ−１）から転送された電荷、・・・、画素ＰＤ＿ｒ（３）から転送された電荷、画素ＰＤ＿ｒ（１）から転送された電荷の順にアナログ処理回路４００＿ｒに転送する。
【０１７５】
また、第２電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿ｂ２は、画素ＰＤ＿ｂ（２）から転送された電荷、画素ＰＤ＿ｂ（４）から転送された電荷、・・・、画素ＰＤ＿ｂ（２ｋ）から転送された電荷の順にアナログ処理回路４００＿ｂに転送する。また、第２電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿ｒ２は、画素ＰＤ＿ｒ（２ｋ）から転送された電荷、・・・、画素ＰＤ＿ｒ（４）から転送された電荷、画素ＰＤ＿ｒ（２）から転送された電荷の順にアナログ処理回路４００＿ｒに転送する。
【０１７６】
一方、アナログ処理回路４００は、第１電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿１と第２電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿２とから転送された電荷を、転送された順に電圧信号に変換し、画素列群出力Ｖｏｕｔとして演算装置ＣＰＵに出力する。演算装置ＣＰＵは、入力された画素列群出力Ｖｏｕｔを自身が備える記憶部に記憶する。
【０１７７】
続いて、アナログ処理回路４００が、画素ＰＤ＿（１）〜ＰＤ＿（２ｋ−１）と画素ＰＤ＿（２）〜ＰＤ＿（２ｋ）の全てに対応する画素列群出力Ｖｏｕｔを出力した後、制御部３００は、第１組と第２組とを読み出しモードで動作させる処理を終了する。
【０１７８】
続いて、演算装置ＣＰＵは、入力された画素列群出力Ｖｏｕｔに基づいて測距演算を行う。以下、第１組と第２組とから入力された画素列群出力Ｖｏｕｔに基づいた測距演算の方法について説明する。
【０１７９】
第２の動作モードにおいては、第１画素列ＰＤＡ＿１の露光量と第２画素列ＰＤＡ＿２の露光量とが同じため、第１画素列ＰＤＡ＿１の出力と第２画素列ＰＤＡ＿２の出力とを１つの画素列の出力として扱うことができる。これにより、演算装置ＣＰＵは、基準画素列群２００＿ｂが備える第１組と第２組との出力である画素列群出力Ｖｏｕｔ＿ｂと、参照画素列群２００＿ｒが備える第１組と第２組との出力である画素列群出力Ｖｏｕｔ＿ｒとに基づいて測距演算を行うことができる。
【０１８０】
画素列群出力Ｖｏｕｔ＿ｂは、第１画素列ＰＤＡ＿ｂ１が蓄積した電荷に基づいた出力である画素出力Ｓ＿ｂ［１］、・・・、画素出力Ｓ＿ｂ［ｎ］、・・・、Ｓ＿ｂ［２ｋ−１］より構成される画素出力の組と、第２画素列ＰＤＡ＿ｂ２が蓄積した電荷に基づいた出力である画素出力Ｓ＿ｂ［２］、・・・、画素出力Ｓ＿ｂ［ｍ］、・・・、Ｓ＿ｂ［２ｋ］より構成される画素出力の組とを含む信号を出力する。なお、アナログ処理回路４００＿ｂが画素出力Ｓ＿ｂ［１］、・・・、画素出力Ｓ＿ｂ［ｎ］、・・・、Ｓ＿ｂ［２ｋ−１］より構成される画素出力の組と、画素出力Ｓ＿ｂ［２］、・・・、画素出力Ｓ＿ｂ［ｍ］、・・・、Ｓ＿ｂ［２ｋ］より構成される画素出力の組とを出力するタイミングはタイミングチャート６０５に示すとおりである。
【０１８１】
また、画素列群出力Ｖｏｕｔ＿ｒは、第１画素列ＰＤＡ＿ｒ１が蓄積した電荷に基づいた出力である画素出力Ｓ＿ｒ［１］、・・・、画素出力Ｓ＿ｒ［ｎ］、・・・、Ｓ＿ｒ［２ｋ−１］より構成される画素出力の組と、第２画素列ＰＤＡ＿ｒ２が蓄積した電荷に基づいた出力である画素出力Ｓ＿ｒ［２］、・・・、画素出力Ｓ＿ｒ［ｍ］、・・・、Ｓ＿ｒ［２ｋ］より構成される画素出力の組とを含む信号を出力する。なお、アナログ処理回路４００＿ｒが画素出力Ｓ＿ｒ［１］、・・・、画素出力Ｓ＿ｒ［ｎ］、・・・、Ｓ＿ｒ［２ｋ−１］より構成される画素出力の組と、画素出力Ｓ＿ｒ［２］、・・・、画素出力Ｓ＿ｒ［ｍ］、・・・、Ｓ＿ｒ［２ｋ］より構成される画素出力の組とを出力するタイミングはタイミングチャート６０８に示すとおりである。
【０１８２】
演算装置ＣＰＵは、第１画素列ＰＤＡ＿ｂ１に対応した画素出力Ｓ＿ｂ［１］、・・・、画素出力Ｓ＿ｂ［ｎ］、・・・、Ｓ＿ｂ［２ｋ−１］の組と、第１画素列ＰＤＡ＿ｒ１に対応した画素出力Ｓ＿ｒ［１］、・・・、画素出力Ｓ＿ｒ［ｎ］、・・・、Ｓ＿ｒ［２ｋ−１］の組との差、および、第２画素列ＰＤＡ＿ｂ２に対応した画素出力Ｓ＿ｂ［２］、・・・、画素出力Ｓ＿ｂ［ｍ］、・・・、Ｓ＿ｂ［２ｋ］の組と、第２画素列ＰＤＡ＿ｒ２に対応したベ画素出力Ｓ＿ｒ［２］、・・・、画素出力Ｓ＿ｒ［ｍ］、・・・、Ｓ＿ｒ［２ｋ］の組との差が最小となるシフト量より、焦点ずれ量を求める。具体的には、演算装置ＣＰＵは、（６）式を用いて、相関度ＳＸ［ｊ］が最小値となるｊの値をシフト量として求める。
【０１８３】
【数５】
2010286533.tif 000007
【０１８４】
ただし、ｊは−ｋ≦ｊ≦ｋを満たす整数である。
【０１８５】
第１のモードと同様に、例えば、（６）式においてＳＸ［ｊ］が最小値となるｊが負の場合、撮影レンズＯＬは図８（ｅ）および（ｆ）で示した後ピンの状態である。また、（６）式でＳＸ［ｊ］が最小値となるｊが正の場合、撮影レンズＯＬは図８（ｃ）および（ｄ）で示した前ピンの状態である。
【０１８６】
なお、画素が出力する信号のＳ／Ｎ（Ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  Ｎｏｉｓｅ  ｒａｔｉｏ、信号対雑音比）は、画素の面積、すなわち画素ピッチｐ×画素幅Ｗが大きいほど高い。本実施形態の光電変換装置１０００は、第１画素列ＰＤＡ＿１と第２画素列ＰＤＡ＿２を備えている。また、第１画素列ＰＤＡ＿ｂ１と第１電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿ｂ１の組と、第２画素列ＰＤＡ＿ｂ２と第２電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿ｂ２の組とは、互いに重ならないように第２の方向にずらして配置されている。また、第１画素列ＰＤＡ＿ｂ１と第１電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿ｂ１の組は、第２画素列ＰＤＡ＿ｂ２と第２電荷転送部ＴＲＡＮＳ＿ｂ２との組に対して、画素ＰＤ＿ｂ（１）〜ＰＤ＿ｂ（２ｋ−１），ＰＤ＿ｂ（２）〜ＰＤ＿ｂ（２ｋ）の画素ピッチｐの１／２の幅だけ第１の方向にずらして配置されている。
【０１８７】
第２の動作モードで動作した光電変換装置１０００の出力である、第１画素列ＰＤＡ＿１の出力に基づいた画素列群出力Ｖｏｕｔと、第２画素列ＰＤＡ＿ｂ２の出力に基づいた画素列群出力Ｖｏｕｔとを合成することにより、画素の面積を大きくした場合の出力と同様の出力を得ることができる。よって、基準画素列群２００＿ｂと参照画素列群２００＿ｒとに結像された光像の実質的な解像度を高めることが出来る。
【０１８８】
すなわち、本実施形態の光電変換装置１０００は、第２の動作モードで動作する場合、基準画素列群２００＿ｂと参照画素列群２００＿ｒとに結像された光像の実質的な解像度を向上させることができ、より高いＳ／Ｎの信号を出力できる。これにより、撮像装置ＣＡＭは、焦点位置の検出分解能を高めることができる。
【０１８９】
上述したとおり、本実施形態によれば、光電変換装置１０００は、第１画素列ＰＤＡ＿１と第２画素列ＰＤＡ＿２の露光量を任意の異なる量とすることで、露光量が異なる第１画素列ＰＤＡ＿１の出力に基づいた画素列群出力Ｖｏｕｔと第２画素列ＰＤＡ＿２の出力に基づいた画素列群出力Ｖｏｕｔとを生成することができる。これにより、光電変換装置１０００は、被写体の明るさやコントラストなどが異なる場合においても、測距演算に適した露光量に対応した信号を生成することができる。
【０１９０】
また、光電変換装置１０００において、第１画素列ＰＤＡ＿１と第２画素列ＰＤＡ＿２とを近傍に配置することで、複雑な光学系を設けることなく、測距演算に適した露光量に対応した信号を生成することができる。
【０１９１】
また、光電変換装置１０００は、制御部３００の制御により、第１画素列ＰＤＡ＿１と第２画素列ＰＤＡ＿２の露光量を略同一の量とし、露光量が略同一な第１画素列ＰＤＡ＿１の出力に基づいた信号と第２画素列ＰＤＡ＿２の出力に基づいた信号とを生成することができる。この２つの信号を合成し、より高いＳ／Ｎの信号を生成することができる。
【０１９２】
また、本実施形態の光電変換装置１０００を備えることで、撮像装置ＣＡＭは、測距演算に適した露光量に対応した信号を用いて測距演算を行うことができる。また、撮像装置ＣＡＭは、この信号を用いて測距演算を行った場合、より精度が高い測距演算を行うことができる。
【０１９３】
また、本実施形態に記載の撮像装置ＣＡＭは、撮影する環境に応じて、光電変換装置１０００を第１の動作モードと第２の動作モードとで動作させることで、より精度が高い測距演算を行うことができる。
【０１９４】
なお、本実施形態において、基準画素列群２００＿ｂが備える第１画素列ＰＤＡ＿ｂ１と第２画素列ＰＤＡ＿ｂ２との電荷蓄積量をモニタするために、基準モニタセンサＭＰＤ＿ｂが出力する基準モニタ信号Ｖｍ＿ｂを用いたが、基準モニタセンサＭＰＤ＿ｂと参照モニタセンサＭＰＤ＿ｒとは光学的に共役な位置に設置されているため、参照モニタセンサＭＰＤ＿ｒが出力する参照モニタ信号Ｖｍ＿ｒを用いてもよい。
【０１９５】
同様に、参照画素列群２００＿ｒが備える第１画素列ＰＤＡ＿ｒ１と第２画素列ＰＤＡ＿ｒ２との電荷蓄積量をモニタするために、参照モニタセンサＭＰＤ＿ｒが出力する参照モニタ信号Ｖｍ＿ｒを用いても、基準モニタセンサＭＰＤ＿ｂが出力する基準モニタ信号Ｖｍ＿ｂを用いてもよい。
【０１９６】
また、基準モニタ信号Ｖｍ＿ｂまたは参照モニタ信号Ｖｍ＿ｒの代わりに、基準モニタ信号Ｖｍ＿ｂと参照モニタ信号Ｖｍ＿ｒとの平均値を用いてもよい。
【０１９７】
また、本実施形態では、基準画素列群２００＿ｂと参照画素列群２００＿ｒとはそれぞれ第１画素列ＰＤＡ＿１と第２画素列ＰＤＡ＿２とを有している例について説明したが、基準画素列群２００＿ｂと参照画素列群２００＿ｒとは３つ以上の画素列を有していてもよい。この場合、第１の動作モードで動作する際に、各画素列に対応した閾値電圧を異なる電圧とすることで、より高い測距精度を実現することができる。また、第２の動作モードで動作する際に、各画素列の出力を合成することにより、より高い測距精度を実現することができる。
【０１９８】
また、本実施形態において、第１画素列ＰＤＡ＿１と第２画素列ＰＤＡ＿２とが、ずらし幅ｘだけ第１の方向にずれて配置されている。このずらし幅ｘは必ずしも画素ピッチｐの半分（ｐ／２）である必要はなく、０≦ｘ≦ｐの範囲で設定してもよい。なお、撮像装置ＣＡＭが第２の動作モードで動作する際の光束の結像分解能は、第１画素列ＰＤＡ＿１と第２画素列ＰＤＡ＿２とのずれ幅ｘがｘ＝ｐ／２の場合が最も高く、ｘ＝０またはｘ＝ｐに近づくにつれて低下する。
【０１９９】
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
【符号の説明】
【０２００】
ＭＯ…撮像光学系、ＦＤ…ファインダー、ＡＦＭ…焦点位置検出装置、ＯＤ…光学系駆動部、ＢＴ…設定ボタン、ＯＬ…撮影レンズ、ＭＭ…メインミラー、ＳＭ…サブミラー、ＩＭＧ…撮像素子、ＰＲＩＳＭ…ペンタプリズム、ＡＥＭ…ＡＥセンサ、ＥＬ…接眼レンズ、ＣＬ…コンデンサレンズ、ＦＭ…固定ミラー、ＳＬ…セパレータレンズ、ＯＭ…光学部、ＣＰＵ…演算装置、ＭＧ…レンズ駆動信号生成部、ＭＤ…モータドライバ、ＰＤＡ＿ｂ１，ＰＤＡ＿ｒ１，ＰＤＡ＿１…第１画素列、ＰＤＡ＿ｂ２，ＰＤＡ＿ｒ２，ＰＤＡ＿２…第２画素列、ＴＲＡＮＳ＿ｂ１，ＴＲＡＮＳ＿ｒ１，ＴＲＡＮＳ＿１…第１電荷転送部、ＴＲＡＮＳ＿ｂ２，ＴＲＡＮＳ＿ｒ２，ＴＲＡＮＳ＿２…第２電荷転送部、ＭＰＤ＿ｂ…基準モニタセンサ、ＭＰＤ＿ｒ…参照モニタセンサ、２００＿ｂ…基準画素列群、２００＿ｒ…参照画素列群、３００…制御部、４００＿ｂ，４００＿ｒ…アナログ処理回路、１０００…光電変換装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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