(57)【要約】【課題】後段の処理回路の消費電力や回路規模の増大を抑えつつ、複数の焦点検出対から出力される電圧信号の読み出しに要する時間を短縮させることができる焦点検出装置を提供する。【解決手段】第１の方向に一次元に配置された第１の画素列と、第１の画素列と所定の間隔を持って配置された第２の画素列とを含み、第１の画素列及び第２の画素列に、瞳分割された１対の「第１の被写体像」が投影される第１の画素列対と、第２の方向に一次元に複数配置された第３の画素列と、第３の画素列と所定の間隔を持って配置された第４の画素列とを含み、第３の画素列及び第４の画素列に、瞳分割された１対の「第２の被写体像」が投影される第２の画素列対と、第１の画素列対から読み出した第１の画素信号、または第２の画素列対から読み出した第２の画素信号を排他的に出力する画素信号出力手段と、を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の方向に一次元に複数配置された第１の光電変換素子を含む第１の画素列と、前記第１の画素列と所定の間隔を持って配置され、前記第１の方向に一次元に複数配置された第２の光電変換素子を含む第２の画素列とを含み、前記第１の画素列及び前記第２の画素列に、瞳分割された１対の「第１の被写体像」が投影される第１の画素列対と、
第２の方向に一次元に複数配置された第３の光電変換素子を含む第３の画素列と、前記第３の画素列と所定の間隔を持って配置され、前記第２の方向に一次元に複数配置された第４の光電変換素子を含む第４の画素列とを含み、前記第３の画素列及び前記第４の画素列に、瞳分割された１対の「第２の被写体像」が投影される第２の画素列対と、
前記第１の画素列対から読み出した第１の画素信号、または前記第２の画素列対から読み出した第２の画素信号を排他的に出力する画素信号出力手段と、
を備えることを特徴とする焦点検出装置。
【請求項２】
前記画素信号出力手段は、
前記第１の画素信号と、前記第２の画素信号とを切り替えて出力する、
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】
前記第１の画素信号を読み出す第１の読み出し期間と、前記第２の画素信号を読み出す第２の読み出し期間とを排他的に設定し、前記第１の読み出し期間と前記第２の読み出し期間に応じて、前記画素信号出力手段の出力を制御する制御手段、
を更に備え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４】
前記画素信号出力手段から出力された画素信号を処理する信号処理手段、
を更に備え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５】
前記第１の方向と、前記第２の方向は略直角である、
ことを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焦点検出用の画素列対を複数具備する焦点検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のオートフォーカスカメラに用いられている焦点検出装置の方式の１つとして、位相差検出方式が知られている。
位相差検出方式の焦点検出装置は、焦点検出部を備えている。焦点検出部は対となる２つの画素列で構成されており、この１対の画素列は同一平面上に所定の距離だけ離れるように近接して配置されている。
位相差検出方式による焦点検出は、以下の手順で行なわれる。
まず、撮像光学系の一次結像等価面における同一点の光束が、瞳分割光学系で分割される。瞳分割光学系で分割された光束は、焦点検出部、すなわち１対（２つ）の画素列それぞれ、に入射される。１つの画素列に入射された光束から１つの被写体像が、焦点検出部の後段に備えられた信号処理回路で検出される。よって、１対の画素列に入射された光速からは１対の被写体像が検出される。検出された１対の被写体像の二像間隔値から、撮像画面内に配置された測距点における焦点状態が検出される。
【０００３】
位相差方式の焦点検出装置の中には、１つの測距点に対して複数の焦点検出部、即ち、複数対の画素列を備えるものもある。複数対の画素列を備えることで、被写体像のコントラスト検出方向を複数方向に拡張することが可能である。
しかし、画素列の対の数が増加すると、全ての画素列から出力される画素信号の総信号数も比例して増加する。
したがって、１つの測距点に対して複数の焦点検出部を備えると、焦点検出部から出力される画素信号の全てを読み出すのに必要な時間が増大してしまうという問題があった。
【０００４】
この問題に対して特許文献１に、複数の焦点検出部を備えた焦点検出装置の画素信号の読み出しに要する時間を短縮する方法が開示されている。
図８は、特許文献１で開示された従来の焦点検出装置の概略構成を示すブロック図である。また、図９は、特許文献１で開示された従来の焦点検出装置の動作を示したタイミングチャートである。
【０００５】
以下、焦点検出部における１対の画素列のことを焦点検出対と称する。
図８において、焦点検出装置は、２つの焦点検出対（焦点検出部５００ａと５００ｂの対、焦点検出部５００ｃと５００ｄの対）と、マルチプレクサ５１０と、コントローラ５２０から構成されている。また、焦点検出部５００ａ，５００ｂ，５００ｃ，５００ｄは、それぞれ、画素列５０１、電荷転送路５０２、ドライバ５０３、電荷電圧変換部５０４から構成されている。
【０００６】
特許文献１における具体的な読み出し時間の短縮方法を説明する。
画素列５０１は入射した光束に応じた光電荷を発生させるとともに、発生した光電荷を蓄積する。画素列５０１で蓄積された光電荷は、所定のタイミングで一斉に電荷転送路５０２に転送され、ドライバ５０３からの制御信号に従い、順次電荷電圧変換部５０４に転送される。電荷電圧変換部５０４は、転送されてきた光電荷を電圧信号に変換し、画素信号としてマルチプレクサ５１０に出力する。
マルチプレクサ５１０は、焦点検出部５００ａ、５００ｂ、５００ｃ、５００ｄそれぞれから上記の一連の動作により出力されてきた４つの画素信号を１回の読み出し期間中（各焦点検出部の１画素分の出力期間中）に順次出力する。
なお、１画素分の画素信号の焦点検出部５００ａ，５００ｂ，５００ｃ，５００ｄからマルチプレクサ５１０への出力タイミング（信号Φ）、焦点検出部５００ａ，５００ｂ，５００ｃ，５００ｄから出力されてきた画素信号のマルチプレクサ５１０への時分割出力タイミング（信号ＳＥＬ）は、コントローラ５２０により制御されている（図９）。
上述のとおり、特許文献１の焦点検出装置では、焦点検出部５００ａ，５００ｂ，５００ｃ，５００ｄそれぞれから出力されてくる１画素分ずつの画素信号を、マルチプレクサ５１０が１画素分の読み出し期間中に順次出力することで、複数の焦点検出対から出力される画素信号の読み出しに必要な時間を短縮している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−２８５０８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１の焦点検出装置は、１画素分の読み出し期間中に４つの焦点検出部それぞれから出力されてくる画素信号、すなわち、４画素分の画素信号を出力する。
よって、この焦点検出装置から出力される画素信号を受け取って信号処理する後段のアナログ信号処理回路やアナログ・デジタル変換回路の処理速度は、これまでに比べ４倍程度が必要となる。
しかしながら、アナログ信号処理回路やアナログ・デジタル変換回路において４倍程度の処理速度を実現するには、消費電力や回路規模が大幅に増大してしまうという問題がある。
【０００９】
また、例えば、動きのある被写体に対して常に連続的に焦点検出をし続ける動体予測モードのときなどは、蓄積、読み出しを常に繰り返して被写体を追う必要がある。しかし、従来の方式では、読み出しのときに後段の処理に大きな負担がかかり、蓄積のときに焦点検出制御を行うことができないという問題がある。
【００１０】
本発明は、上記の課題認識に基づいてなされたものであり、位相差検出方式の焦点検出装置において、後段のアナログ信号処理回路やアナログ・デジタル変換回路の消費電力や回路規模の増大を抑えつつ、複数の焦点検出対から出力される電圧信号の読み出しに要する時間を短縮させることができる焦点検出装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するため、本発明の焦点検出装置は、第１の方向に一次元に複数配置された第１の光電変換素子を含む第１の画素列と、前記第１の画素列と所定の間隔を持って配置され、前記第１の方向に一次元に複数配置された第２の光電変換素子を含む第２の画素列とを含み、前記第１の画素列及び前記第２の画素列に、瞳分割された１対の「第１の被写体像」が投影される第１の画素列対と、第２の方向に一次元に複数配置された第３の光電変換素子を含む第３の画素列と、前記第３の画素列と所定の間隔を持って配置され、前記第２の方向に一次元に複数配置された第４の光電変換素子を含む第４の画素列とを含み、前記第３の画素列及び前記第４の画素列に、瞳分割された１対の「第２の被写体像」が投影される第２の画素列対と、前記第１の画素列対から読み出した第１の画素信号、または前記第２の画素列対から読み出した第２の画素信号を排他的に出力する画素信号出力手段と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の前記画素信号出力手段は、前記第１の画素信号と、前記第２の画素信号とを切り替えて出力する、ことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の焦点検出装置は、前記第１の画素信号を読み出す第１の読み出し期間と、前記第２の画素信号を読み出す第２の読み出し期間とを排他的に設定し、前記第１の読み出し期間と前記第２の読み出し期間に応じて、前記画素信号出力手段の出力を制御する制御手段、を更に備えることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の焦点検出装置は、前記画素信号出力手段から出力された画素信号を処理する信号処理手段、を更に備えることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の焦点検出装置は、前記第１の方向と、前記第２の方向は略直角である、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、複数の焦点検出対を備えた焦点検出装置において、焦点検出対毎の画素信号を排他的に読み出すことにより、後段のアナログ信号処理回路やアナログ・デジタル変換回路の消費電力や回路規模の増大を抑えつつ、複数の焦点検出対からの画素信号の読み出しに要する時間を短縮することができる。
また、焦点検出装置からの読み出しを２回に分けて行うことができるので、後段の処理に大きな負担がかかることがなく、焦点検出の処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態による焦点検出装置を備えるカメラの概略構成を示したブロック図である。
【図２】本実施形態において、焦点検出に係わる二次結像光学系の概略構成を示したブロック図である。
【図３】本実施形態の焦点検出装置の概略構成を示したブロック図である。
【図４】本実施形態の焦点検出装置の動作モードとタイミング制御信号及び電圧信号の関係の概要を示したタイミングチャートである。
【図５】本実施形態の焦点検出装置における動作モードとタイミング制御の概要を示したタイミングチャートである。
【図６】本実施形態の焦点検出装置において蓄積時間が読み出し時間よりも短い場合における動作モードとタイミング制御の概要を示したタイミングチャートである。
【図７】本実施形態の焦点検出装置において蓄積時間が読み出し時間よりも長い場合における動作モードとタイミング制御の概要を示したタイミングチャートである。
【図８】従来の焦点検出装置の概略構成を示すブロック図である。
【図９】従来の焦点検出装置の動作を示したタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態による焦点検出装置を備える一眼レフレックス方式のカメラの概略構成、特に焦点状態検出に係わる構成を示したブロック図である。図１において、カメラは、カメラ本体１０、レンズユニット２０から構成される。また、カメラ本体１０は、メインミラー１００、サブミラー１０１、スクリーン１０２、ペンタプリズム１０３、接眼レンズ１０４、コンデンサレンズ１０５、固定ミラー１０６、瞳分割絞り１０７、瞳分割レンズ１０８、撮像素子１０９、ＡＦセンサ１１０、焦点演算部１１１、レンズ駆動信号生成部１１２、制御部１１３から構成される。また、レンズユニット２０は、フォーカスレンズ２００を含むレンズ群と、レンズ駆動部２０１とから構成される。なお、図１では、制御部１１３がＡＦセンサ１１０の外部に存在するが、制御部１１３を、ＡＦセンサ１１０の内部に構成することもできる。
【００１９】
レンズユニット２０は、カメラ本体１０の前面に設けられた図示しないカメラマウントを介してカメラ本体１０に着脱自在に取り付けられている。なお、実際の撮像光学系におけるレンズユニット２０は、複数のレンズを組み合わせて構成されることが多いが、図１においては、撮像光学系に含まれる焦点調節用のレンズであるフォーカスレンズ２００のみを示している。
【００２０】
フォーカスレンズ２００は、図示しない被写体からの光束を集光してカメラ内部に入射させるレンズ群の中で、特に被写体に合焦させるためにレンズ駆動部２０１の制御によって矢印方向に移動可能なレンズである。
【００２１】
メインミラー１００は、中央部がハーフミラーで構成されたミラーであり、フォーカスレンズ２００を含むレンズ群を介して入射する光束を反射及び透過させる。また、メインミラー１００は、図示しないミラー駆動機構により回転可能である。
カメラが撮影待機状態であるとき、メインミラー１００は、図１に示す状態で保持され、フォーカスレンズ２００を含むレンズ群を介して入射する光束の一部をスクリーン１０２の方向に反射させ、また、入射する光束の一部をサブミラー１０１の方向に透過させる。一方、カメラが撮影状態となったとき、メインミラー１００は、例えば、図１に示した状態における上端を軸として下端が上方に回転移動することで、スクリーン１０２と平行な状態となって保持される。このことにより、撮像素子１０９は、フォーカスレンズ２００を含むレンズ群を介した光束を入射する。なお、メインミラー１００とサブミラー１０１は連結して構成されており、メインミラー１００の移動に従ってサブミラー１０１も移動する。
【００２２】
撮像素子１０９は、フォーカスレンズ２００を含むレンズ群を介して入射する光束を光電変換し、光電変換によって得られた画素信号を図示しないカメラの信号処理部に出力する。カメラは、図示しない信号処理部によって信号処理された画像信号をカメラが撮影した画像として記録、または表示する。
【００２３】
スクリーン１０２は、撮像光学系の一次結像等価面上に配置され、メインミラー１００がスクリーン１０２の方向に反射した光束を被写体像として結像する。
ペンタプリズム１０３は、スクリーン１０２で結像された被写体像を正立像にして、その正立像を接眼レンズ１０４に入射させる。
接眼レンズ１０４は、入射する被写体の正立像を撮影者が視認可能な大きさに拡大する。
【００２４】
サブミラー１０１は、メインミラー１００の中央部の背面側に設けられ、メインミラー１００を透過した光束をコンデンサレンズ１０５の方向に反射させる。
コンデンサレンズ１０５は、サブミラー１０１で反射し、一次結像等価面１１４上に結像する被写体光を集光する。
固定ミラー１０６は、コンデンサレンズ１０５で集光された被写体光を瞳分割絞り１０７の方向に反射させる。
【００２５】
瞳分割絞り１０７は、固定ミラー１０６で反射した被写体光を瞳分割する。
瞳分割レンズ１０８は、瞳分割絞り１０７で瞳分割された被写体光を集光して、ＡＦセンサ１１０の所定の領域に入射させる。
【００２６】
ＡＦセンサ１１０は、カメラの測距点に対応して設けられた受光部を備える焦点検出装置である。なお、本発明の実施形態の受光部は、２つの焦点検出対（２つの画素列対、２対の画素列）から構成されている。ここで、画素列とは、配列された複数の光電変換素子（画素）のことをいう。
ＡＦセンサ１１０は、瞳分割レンズ１０８を介して入射（投影）される被写体光を光電変換し、光電変換によって得られた信号電荷をさらに電圧信号に変換して焦点演算部１１１に出力する。
制御部１１３は、ＡＦセンサ１１０の画素信号出力タイミングを制御する制御信号をＡＦセンサ１１０に出力する。
【００２７】
焦点演算部１１１は、ＡＦセンサ１１０から出力される２対の被写体像を示す画素信号が入力され、焦点検出対毎に、対となる被写体像の二像間隔値を、例えば、相関演算を用いて算出し、この二像間隔値をレンズ駆動信号生成部１１２に出力する。
レンズ駆動信号生成部１１２は、焦点演算部１１１から出力される二像間隔値から、フォーカスレンズ２００を合焦位置に移動させるためのレンズ駆動信号を生成し、レンズ駆動部２０１に出力する。
レンズ駆動部２０１は、レンズ駆動信号生成部１１２から出力されるレンズ駆動信号に従って、フォーカスレンズ２００をレンズ群の光軸方向（図１に示した矢印の方向）に移動させる。
【００２８】
次に、本実施形態の焦点検出装置を含む二次結像光学系について説明する。図２は、本実施形態による焦点検出に係わる二次結像光学系の概略構成を示したブロック図である。
なお、図２では、図１に示した固定ミラー１０６を省略している。図２に示す二次結像光学系は、コンデンサレンズ１０５、瞳分割絞り１０７、瞳分割レンズ１０８から構成される。図２では、ＡＦセンサ１１０の受光部（画素部１１０ａ／１１０ｂ、画素部１１０ｃ／１１０ｃ）に対応した瞳分割レンズ１０８を設けた構成例である。
【００２９】
一次結像等価面１１４に結像する被写体光は、コンデンサレンズ１０５によって集光されたのち、瞳分割絞り１０７によって瞳分割される。すなわち、瞳分割絞り１０７は、１つ(同一)の被写体光を、２対の被写体光として、所定の４つの領域（図２において、左右の領域と上下の領域）に分割する。
瞳分割された被写体光は、瞳分割レンズ１０８によってそれぞれ集光されたのち、ＡＦセンサ１１０の所定の領域に結像される。
【００３０】
次に、本実施形態の焦点検出装置について説明する。図３は、本実施形態の焦点検出装置の光電変換素子にＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサを用いたＡＦセンサ１１０の概略構成を示したブロック図である。図３において、ＡＦセンサ１１０は、撮像部１１１０、出力切り替え部１１２０、アナログ信号処理部１１３０、制御部１１４０から構成される。
【００３１】
撮像部１１１０は、２つの焦点検出対、すなわち、水平方向に配置された焦点検出対である水平系画素部１１１１と、垂直方向に配置された焦点検出対である垂直系画素部１１１２から構成される。撮像部１１１０において、水平系画素部１１１１は水平方向に、垂直系画素部１１１２は垂直方向に配置されているので、水平系画素部１１１１と垂直系画素部１１１２との相対的角度は、略直角である。
また、水平系画素部１１１１は、水平系基準画素部１１０ａと水平系参照画素部１１０ｂから構成され、垂直系画素部１１１２は、垂直系基準画素部１１０ｃ、垂直系参照画素部１１０ｄから構成される。
また、水平系基準画素部１１０ａ、水平系参照画素部１１０ｂ、垂直系基準画素部１１０ｃ、垂直系参照画素部１１０ｄの内部構成は、それぞれ同一の回路構成であり、受光部１１０１、ゲート部１１０２、シフトレジスタ１１０３、浮動拡散アンプ（ＦＤＡ：Ｆｌｏａｔｉｎｇ  Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）１１０４から構成される。
なお、図３において、受光部１１０１、ゲート部１１０２、シフトレジスタ１１０３、ＦＤＡ１１０４に続く符号（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）は、それぞれ、水平系基準画素部１１０ａ、水平系参照画素部１１０ｂ、垂直系基準画素部１１０ｃ、垂直系参照画素部１１０ｄの符号の最後の一文字に対応しており、それぞれ、水平系基準画素部１１０ａ、水平系参照画素部１１０ｂ、垂直系基準画素部１１０ｃ、垂直系参照画素部１１０ｄの内部に存在する回路であることを示している。
なお、水平系基準画素部１１０ａと水平系参照画素部１１０ｂ、垂直系基準画素部１１０ｃと垂直系参照画素部１１０ｄは、それぞれ所定の間隔をもって配置されている。
出力切り替え部１１２０は、セレクタスイッチ１１２１、セレクタスイッチ１１２２から構成される。
アナログ信号処理部１１３０は、アナログアンプ１１３１、アナログアンプ１１３２から構成される。
【００３２】
撮像部１１１０は、図２に示した二次結像光学系を介して入射する光信号に応じた電圧信号（画素信号）を出力切り替え部１１２０に出力する。光信号から電圧信号への変換は受光部１１０１によって行われる。
受光部１１０１は、光電変換素子（画素）を一次元に複数配置している。この光電変換素子は、入射する光束に応じて発生する光電荷を信号電荷として蓄積する。
ここで、水平系基準画素部１１０ａに配置されている光電変換素子の配置方向と水平系参照画素部１１０ｂに配置されている光電変換素子の配置方向とは略同一であり、同様に、垂直系基準画素部１１０ｃに配置されている光電変換素子の配置方向と垂直系参照画素部１１０ｄに配置されている光電変換素子の配置方向とは略同一である。
また、水平系基準画素部１１０ａと水平系参照画素部１１０ｂには、上述の瞳分割絞り１０７で（図２では左右の領域に）瞳分割された被写体光がそれぞれ投影される。同様に、垂直系基準画素部１１０ｃと垂直系参照画素部１１０ｄには、上述の瞳分割絞り１０７で（図２では上下の領域に）瞳分割された被写体光がそれぞれ投影される。
ゲート部１１０２は、制御部１１４０から出力されるゲート転送タイミング信号ＴＧ（ゲート転送タイミング信号ＴＧＨ、またはＴＧＶ）に従って、受光部１１０１に蓄積されている信号電荷をシフトレジスタ１１０３に一斉に転送する。この転送は、受光部１１０１に配置されている光電変換素子毎に行われる。
シフトレジスタ１１０３は、制御部１１４０から出力されるシフト制御信号ｐｈｉ（シフト制御信号ｐｈｉＨ、またはｐｈｉＶ）に従って、ゲート部１１０２を介して転送される信号電荷を一時的に保持し、ＦＤＡ１１０４に順次、直列（シリアル）転送する。
ＦＤＡ１１０４は、シフトレジスタ１１０３から直列転送される信号電荷を電圧信号に変換し、画素信号として出力切り替え部１１２０に出力する。
【００３３】
ここで、出力切り替え部１１２０に出力される電圧信号のうち、ＦＤＡ１１０４ａから出力される電圧信号、すなわち水平系基準画素部１１０ａの出力信号を電圧信号ＶＨＢ、ＦＤＡ１１０４ｂから出力される電圧信号、すなわち水平系参照画素部１１０ｂの出力信号を電圧信号ＶＨＲ、ＦＤＡ１１０４ｃから出力される電圧信号、すなわち垂直系基準画素部１１０ｃの出力信号を電圧信号ＶＶＢ、ＦＤＡ１１０４ｄから出力される電圧信号、すなわち垂直系参照画素部１１０ｄの出力信号を電圧信号ＶＶＲ、とする。
なお、電圧信号ＶＨＢ、電圧信号ＶＨＲ、電圧信号ＶＶＢ、電圧信号ＶＶＲをまとめて表すときは、電圧信号ＶＦＤＡとする。
【００３４】
出力切り替え部１１２０は、制御部１１４０から出力される選択信号ＳＥＬに従って、セレクタスイッチ１１２１、セレクタスイッチ１１２２の接続を切り替える。この切り替えにより、撮像部１１１０から出力される電圧信号ＶＦＤＡから選択された、電圧信号ＶＨＢ、電圧信号ＶＶＢのうちいずれか、電圧信号ＶＨＲ、電圧信号ＶＶＲのうちいずれか、が、出力切り替え部１１２０からアナログ信号処理部１１３０に出力される。
具体的には、セレクタスイッチ１１２１には、撮像部１１１０から出力される電圧信号ＶＨＢと電圧信号ＶＶＢとが入力される。そして、例えば、制御部１１４０から出力される選択信号ＳＥＬが“Ｌｏｗ”レベルのときには、電圧信号ＶＨＢが選択され、“Ｈｉｇｈ”レベルのときには電圧信号ＶＶＢが選択され、電圧信号ＶＢとして出力切り替え部１１２０からアナログ信号処理部１１３０に出力される。
同様に、セレクタスイッチ１１２２には、撮像部１１１０から出力される電圧信号ＶＨＲと電圧信号ＶＶＲとが入力される。そして、例えば、制御部１１４０から出力される選択信号ＳＥＬが“Ｌｏｗ”レベルのときには電圧信号ＶＨＲが選択され、“Ｈｉｇｈ”レベルのときには電圧信号ＶＶＲが選択され、電圧信号ＶＲとして出力切り替え部１１２０からアナログ信号処理部１１３０に出力される。
【００３５】
アナログ信号処理部１１３０は、出力切り替え部１１２０から出力されてきた電圧信号ＶＢ、ＶＲをそれぞれ演算増幅した電圧信号ＶＯＵＴＢ、ＶＯＵＴＲをＡＦセンサ１１０の出力として焦点演算部１１１に出力する。
アナログアンプ１１３１は、セレクタスイッチ１１２１から出力されてきた電圧信号ＶＢを演算増幅した電圧信号ＶＯＵＴＢをＡＦセンサ１１０の基準画素部の出力として出力する。
アナログアンプ１１３２は、セレクタスイッチ１１２２から出力されてきた電圧信号ＶＲを演算増幅した電圧信号ＶＯＵＴＲをＡＦセンサ１１０の参照画素部の出力として出力する。
【００３６】
制御部１１４０は、ＡＦセンサ１１０の動作を制御するためのゲート転送タイミング信号ＴＧＨ、ＴＧＶと、シフト制御信号ｐｈｉＨ、ｐｈｉＶと、選択信号ＳＥＬを出力する。それぞれの制御信号は“Ｈｉｇｈ”レベルと“Ｌｏｗ”レベルとを有する。
ゲート転送タイミング信号ＴＧＨは、ゲート部１１０２ａ／１１０２ｂが、受光部１１０１ａ／１１０１ｂに蓄積された信号電荷をシフトレジスタ１１０３ａ／１１０３ｂに転送するタイミングを制御するための制御信号であり、ゲート部１１０２ａ／１１０２ｂに接続されている。
ゲート転送タイミング信号ＴＧＶは、ゲート部１１０２ｃ／１１０２ｄが、受光部１１０１ｃ／１１０１ｄに蓄積された信号電荷をシフトレジスタ１１０３ｃ／１１０３ｄに転送するタイミングを制御するための制御信号であり、ゲート部１１０２ｃ／１１０２ｄに接続されている。
シフト制御信号ｐｈｉＨは、シフトレジスタ１１０３ａ／１１０３ｂが、シフトレジスタ１１０３ａ／１１０３ｂに保持されている電荷を、ＦＤＡ１１０４ａ／１１０４ｂに順次転送（出力）するタイミングを制御するための制御信号であり、シフトレジスタ１１０３ａ／１１０３ｂに接続されている。
シフト制御信号ｐｈｉＶは、シフトレジスタ１１０３ｃ／１１０３ｄが、シフトレジスタ１１０３ｃ／１１０３ｄに保持されている電荷を、ＦＤＡ１１０４ｃ／１１０４ｄに順次転送（出力）するタイミングを制御するための制御信号であり、シフトレジスタ１１０３ｃ／１１０３ｄに接続されている。
選択信号ＳＥＬは、セレクタスイッチ１１２１／１１２２が、撮像部１１１０から出力される電圧信号ＶＨＢ、ＶＨＲ、ＶＶＢ、ＶＶＲのなかからＶＨＢ又はＶＶＢ、ＶＨＲ又はＶＶＲを選択出力するために使用される制御信号であり、セレクタスイッチ１１２１／１１２２に接続されている。
【００３７】
次に、本実施形態の焦点検出装置におけるＡＦセンサ１１０内に配置された２つの焦点検出対（水平系画素部１１１１、垂直系画素部１１１２）の動作モードについて図４を用いて説明する。
なお、図４は、焦点検出対である水平系画素部１１１１、垂直系画素部１１１２、それぞれに対応する。
図４におけるシフト制御信号ｐｈｉは、水平系画素部１１１１のシフト制御信号ｐｈｉＨ、垂直系画素部１１１２のシフト制御信号ｐｈｉＶの総称である。同様に、ゲート転送タイミング信号ＴＧは、水平系画素部１１１１のゲート転送タイミング信号ＴＧＨ、垂直系画素部１１１２のゲート転送タイミング信号ＴＧＶの総称である。
図４は、焦点検出対の動作モードと、制御部１１４０から出力されるシフト制御信号ｐｈｉ、ゲート転送タイミング信号ＴＧ、及びＦＤＡ１１０４から出力される電圧信号ＶＦＤＡの関係の概要を示したタイミングチャートである。
また、設定モードとは、焦点検出対の動作モードで、光電荷の蓄積条件及び読み出し条件が設定されるモードである。蓄積モードとは、焦点検出対の動作モードで、受光部１１０１内で発生した光電荷を信号電荷として蓄積するモードである。読み出しモードとは、  焦点検出対の動作モードで、受光部１１０１内で蓄積した信号電荷を電圧信号に変換して出力するモードである。
なお、設定モード、蓄積モード、読み出しモードへの移行は、制御部１１４０によって制御される。また、設定モードにおける具体的な設定内容に関しては規定していない。
【００３８】
ＡＦセンサ１１０が動作を開始すると、まず、焦点検出対は動作モードを設定モードに移行する（タイミングｔ０）。
動作モードが設定モードに移行するタイミングで、制御部１１４０は、ゲート転送タイミング信号ＴＧを“Ｈｉｇｈ”レベルに遷移させる。この遷移により、受光部１１０１内に蓄積されていた電荷が、ゲート部１１０２を介してシフトレジスタ１１０３に転送され、受光部１１０１内には電荷が蓄積されていない状態となる。
【００３９】
設定モードにおける設定が終了すると、焦点検出対は動作モードを蓄積モードに移行する（タイミングｔ１）。
動作モードが蓄積モードに移行するタイミングで、制御部１１４０は、ゲート転送タイミング信号ＴＧを“Ｌｏｗ”レベルに遷移させる。この遷移により、受光部１１０１内で発生した光電荷は、信号電荷として受光部１１０１内に蓄積される。
【００４０】
受光部１１０１内に蓄積された光電荷の蓄積量が予め定められた量に到達する、あるいは蓄積モードへ移行したのち予め定められた時間が経過すると、制御部１１４０は、ゲート転送タイミング信号ＴＧを“Ｈｉｇｈ”レベルに遷移させる（タイミングｔ２）。
この遷移により、受光部１１０１内に蓄積された信号電荷は、ゲート部１１０２を介してシフトレジスタ１１０３に転送される。
【００４１】
受光部１１０１からシフトレジスタ１１０３への信号電荷の転送が完了すると、焦点検出対は動作モードを読み出しモードに移行する（タイミングｔ３）。
動作モードが読み出しモードに移行するタイミングで、制御部１１４０は、ゲート転送タイミング信号ＴＧを“Ｌｏｗ”レベルに遷移させる。この遷移により、読み出しモード中に受光部１１０１内で発生した光電荷はシフトレジスタ１１０３に転送されなくなる。
タイミングｔ２からタイミングｔ３の間にゲート部１１０２からシフトレジスタ１１０３に転送された信号電荷は、この読み出しモード期間中に、シフト制御信号ｐｈｉに同期して順次、ＦＤＡ１１０４に転送される。
図４では、シフト制御信号ｐｈｉの“Ｈｉｇｈ”レベルと“Ｌｏｗ”レベルが切り換わる度に、信号電荷が１画素分ずつシフトレジスタ１１０３からＦＤＡ１１０４に転送される例を示している。
ＦＤＡ１１０４は、シフトレジスタ１１０３から転送されてきた信号電荷を電圧信号に変換して、画素信号として順次出力する。
なお、読み出しモード以外の期間中（設定モード期間中及び蓄積モード期間中）にＦＤＡ１１０４から出力される画素信号、すなわち、同期間中にシフトレジスタ１１０３からＦＤＡ１１０４に転送される光電荷は、無効なものとして取扱われる。
【００４２】
受光部１１０１からシフトレジスタ１１０３に転送された全ての信号電荷が画素信号としてＦＤＡ１１０４から出力されると、焦点検出対は動作モードを再び設定モードに移行する（タイミングｔ４）。
動作モードが設定モードに移行するタイミングで、制御部１１４０は、ゲート転送タイミング信号ＴＧを“Ｈｉｇｈ”レベルに遷移させる。この遷移により、読み出しモード期間中に受光部１１０１内に蓄積された不要な光電荷は、受光部１１０１からシフトレジスタ１１０３に転送され、再び受光部１１０１内には電荷が蓄積されていない状態となる。
なお、設定モード期間中にシフトレジスタ１１０３に転送された光電荷は、上述の通り、読み出しモード以外の期間中にＦＤＡ１１０４から出力される画素信号にあたるので、無効なものとして取扱われる。
【００４３】
タイミングｔ４以降は、上述のタイミングｔ０からタイミングｔ４までの繰り返し動作となる。即ち焦点検出対は、設定モード、蓄積モード、読み出しモードを順に繰り返す。
以下、設定モードと蓄積モードとを合わせて設定蓄積モードとする。
【００４４】
次に、本実施形態の焦点検出装置における水平系画素部１１１１の動作モードと、垂直系画素部１１１２の動作モード、との関係について図５を用いて説明する。
本実施形態における設定蓄積モードの動作期間（設定蓄積モードに必要な時間）は、読み出しモードの動作期間（読み出しモードに必要な時間）と同じである。
図５は、本実施形態の焦点検出装置であるＡＦセンサ１１０の水平系画素部１１１１の動作モードである水平系動作モードと、ＡＦセンサ１１０の垂直系画素部１１１２の動作モードである垂直系動作モードと、制御部１１４０から出力される選択信号ＳＥＬとの関係を示したタイミングチャートである。なお、水平系画素部１１１１及び垂直系画素部１１１２は、図４で説明した動作モードと同様、設定モード、蓄積モード、読み出しモードを順に繰り返す。また、図５は設定蓄積モードと読み出しモードを繰り返している一部を抜き出したものである。
ここで、出力切り替え部１１２０は、選択信号ＳＥＬが“Ｌｏｗ”レベルの時には水平系画素部１１１１からの電圧信号ＶＨＢ、ＶＨＲを、選択信号ＳＥＬが“Ｈｉｇｈ”レベルの時には垂直系画素部１１１２からの電圧信号ＶＶＢ、ＶＶＲを、それぞれ選択し、アナログ信号処理部１１３０に出力するように設定されている。
【００４５】
ＡＦセンサ１１０が動作を開始すると、水平系動作モードは読み出しモードに移行し、垂直系動作モードは設定蓄積モードに移行する（タイミングｔ０）。
垂直系動作モードが設定蓄積モードに移行すると、垂直系画素部１１１２内で発生した光電荷は、信号電荷として受光部１１０１ｃ／１１０１ｄに蓄積される。
図示していないタイミングｔ０以前で蓄積された信号電荷が受光部１１０１ａ／１１０１ｂからシフトレジスタ１１０３ａ／１１０３ｂに転送され、水平系動作モードが読み出しモードに移行すると、水平系画素部１１１１のＦＤＡ１１０４ａからは電圧信号ＶＨＢが、ＦＤＡ１１０４ｂからは電圧信号ＶＨＲが出力される。
また、このモードの移行のタイミングに同期して、制御部１１４０は、選択信号ＳＥＬを“Ｌｏｗ”レベルに遷移させる。この遷移により、出力切り替え部１１２０は、水平系画素部１１１１からの電圧信号ＶＨＢ、ＶＨＲをアナログ信号処理部１１３０に出力する状態になる。
【００４６】
水平系画素部１１１１において受光部１１０１ａ／１１０１ｂからシフトレジスタ１１０３ａ／１１０３ｂへ転送したすべての信号電荷が電圧信号ＶＨＢ／ＶＨＲとして出力される（読み出しが完了する）（本実施形態では、転送が完了するタイミングは、垂直系画素部１１１２において光電荷の蓄積が終了（完了）するタイミングと同じである）と、水平系動作モードは設定蓄積モードに移行し、垂直系動作モードは読み出しモードに移行する（タイミングｔ１）。
水平系動作モードが設定蓄積モードに移行すると、水平系画素部１１１１内で発生した光電荷は、信号電荷として受光部１１０１ａ／１１０１ｂに蓄積される。
タイミングｔ０からタイミングｔ１の間で蓄積された信号電荷が受光部１１０１ｃ／１１０１ｄからシフトレジスタ１１０３ｃ／１１０３ｄに転送され、垂直系動作モードが読み出しモードに移行すると、垂直系画素部１１１２のＦＤＡ１１０４ｃからは電圧信号ＶＶＢが、ＦＤＡ１１０４ｄからは電圧信号ＶＶＲが出力される。
また、このモードの移行のタイミングに同期して、制御部１１４０は、選択信号ＳＥＬを“Ｈｉｇｈ”レベルに遷移させる。この遷移により、出力切り替え部１１２０は、垂直系画素部１１１２からの電圧信号ＶＶＢ、ＶＶＲをアナログ信号処理部１１３０に出力する状態になる。
【００４７】
垂直系画素部１１１２において受光部１１０１ｃ／１１０１ｃからシフトレジスタ１１０３ｃ／１１０３へ転送したすべての信号電荷が電圧信号ＶＶＢ／ＶＶＲとして出力される（読み出しが完了する）（本実施形態では、転送が完了するタイミングは、水平系画素部１１１１において光電荷の蓄積が終了（完了）するタイミングと同じである）と、水平系動作モードは読み出しモードに移行し、垂直系動作モードは設定蓄積モードに移行する（タイミングｔ２）。
タイミングｔ１からタイミングｔ２の間で蓄積された信号電荷が受光部１１０１ａ／１１０１ｂからシフトレジスタ１１０３ａ／１１０３ｂに転送され、水平系動作モードが読み出しモードに移行すると、水平系画素部１１１１のＦＤＡ１１０４ａからは電圧信号ＶＨＢが、ＦＤＡ１１０４ｂからは電圧信号ＶＨＲが出力される。
垂直系動作モードが設定蓄積モードに移行すると、垂直系画素部１１１２内で発生した光電荷は、信号電荷として受光部１１０１ｃ／１１０１ｄに蓄積される。
また、このモードの移行のタイミングに同期して、制御部１１４０は、選択信号ＳＥＬを“Ｈｉｇｈ”レベルに遷移させる。この遷移により、出力切り替え部１１２０は、垂直系画素部１１１２からの電圧信号ＶＶＢ、ＶＶＲをアナログ信号処理部１１３０に出力する状態になる。
タイミングｔ２以降は、上述のタイミングｔ０からタイミングｔ２までの繰り返し動作となる。
すなわち、出力切り替え部１１２０からアナログ信号処理部１１３０には、電圧信号ＶＨＢ及び電圧信号ＶＨＲと、電圧信号ＶＶＢ及び電圧信号ＶＶＲとが、交互に入力される。
【００４８】
上記に述べたとおり、制御部１１４０は、同一期間内において、水平系動作モードと垂直系動作モードとが異なる動作モード、すなわち、一方の動作モードが設定蓄積モードとなっているときは他方の動作モードを読み出しモードとし、一方の動作モードが読み出しモードとなっているときは他方の動作モードを設定蓄積モードとする制御を行う。
また、制御部１１４０は、水平系動作モードと垂直系動作モードとにおける設定蓄積モードと読み出しモードとの切り替えに同期して、選択信号ＳＥＬの出力を反転させる。
このことによって、水平系画素部１１１１からの電圧信号ＶＨＢの演算増幅出力と、垂直系画素部１１１２からの電圧信号ＶＶＢの演算増幅出力とが、アナログアンプ１１３１から交互に出力され（電圧信号ＶＯＵＴＢ）、水平系画素部１１１１からの電圧信号ＶＨＲの演算増幅出力と、垂直系画素部１１１２からの電圧信号ＶＶＲの演算増幅出力とが、アナログアンプ１１３２から交互に出力される（電圧信号ＶＯＵＴＲ）。
このように、水平系画素部１１１１からの電圧信号ＶＨＢ／電圧信号ＶＨＲと垂直系画素部１１１２からの電圧信号ＶＶＢ／電圧信号ＶＶＲとが排他的に出力され、かつ、水平系画素部１１１１からの電圧信号ＶＨＢと電圧信号ＶＨＲ、及び、垂直系画素部１１１２からの電圧信号ＶＶＢと電圧信号ＶＶＲが同じタイミングで出力されることにより、後段のアナログ信号処理回路やアナログ・デジタル変換回路の負荷を低減することができる。
この負荷の低減により、後段のアナログ信号処理回路やアナログ・デジタル変換回路は、消費電力や回路規模の増大を回避することができる。
したがって、後段のアナログ信号処理回路やアナログ・デジタル変換回路の消費電力や回路規模の増大を抑えつつ、複数の焦点検出対からの画素信号の読み出しに要する時間を短縮することができる。
【００４９】
図５では、設定蓄積モードの動作期間と読み出しモードの動作期間が同じ時間必要であるとしている。ここで、読み出しモードの動作期間は受光部１１０１の画素数と信号電荷の読み出し速度によって決まる一定の時間であるのに対し、設定蓄積モードの動作期間は受光部１１０１に入射される光束によって変化する時間である。
よって、ＡＦセンサ１１０の動作では設定蓄積モードの動作期間と読み出しモードとの動作期間が異なる場合がある。
【００５０】
次に、設定蓄積モードの動作期間と、読み出しモードの動作期間と、が異なる場合の実施形態について説明する。本実施形態において、水平系画素部１１１１の設定蓄積モードの動作期間は、垂直系画素部１１１２の設定蓄積モードの動作期間と同じとする。
図６及び図７は、本実施形態の焦点検出装置であるＡＦセンサ１１０において、水平系画素部１１１１の動作モードである水平系動作モードと、垂直系画素部１１１２の動作モードである垂直系動作モードと、制御部１１４０から出力される選択信号ＳＥＬとの関係を示したタイミングチャートである。
水平系画素部１１１１及び垂直系画素部１１１２は、図４で説明した動作モードと同様、設定モード、蓄積モード、読み出しモードを順に繰り返す。
また、図６及び図７は、設定蓄積モードと読み出しモードを繰り返している一部を抜き出したものである。
以下、設定蓄積モードの動作期間を時間ｔｉｎｔとし、読み出しモードの動作期間を時間ｔｒｅａｄとして説明する。
ここで、読み出しモードの動作期間である時間ｔｒｅａｄは、受光部１１０１に配置されている光電変換素子（画素）の数と、シフトレジスタによる信号電荷の転送速度により決定される時間であるため、同じ構成のＡＦセンサ１１０においては一定である。
【００５１】
図６は、水平系画素部１１１１及び垂直系画素部１１１２の設定蓄積モードの動作期間である時間ｔｉｎｔが、水平系画素部１１１１及び垂直系画素部１１１２の読み出しモードの動作期間である時間ｔｒｅａｄよりも短い（時間ｔｉｎｔ＜時間ｔｒｅａｄ）場合における、水平系動作モードと垂直系動作モードと制御部１１４０から出力される選択信号ＳＥＬとの関係を示したタイミングチャートである。
【００５２】
ＡＦセンサが動作を開始すると、水平系動作モード及び垂直系動作モードは、ともに設定蓄積モードに移行する（タイミングｔ０）。
水平系動作モードが設定蓄積モードに移行すると、水平系画素部１１１１内で発生した光電荷は、信号電荷として受光部１１０１ａ／１１０１ｂに蓄積される。
垂直系動作モードが設定蓄積モードに移行すると、垂直系画素部１１１２内で発生した光電荷は、信号電荷として受光部１１０１ｃ／１１０１ｄに蓄積される。
受光部１１０１内に蓄積された光電荷の蓄積量が予め定められた量に到達すると、設定蓄積モードは終了する。このとき、水平系画素部１１１１及び垂直系画素部１１１２は、それぞれ設定蓄積モードで要した時間、すなわち、時間ｔｉｎｔを図示しない記憶部に記憶する。
【００５３】
設定蓄積モードが終了すると、水平系動作モードは読み出しモードに移行する（タイミングｔ１）。
タイミングｔ０からタイミングｔ１の間で蓄積された信号電荷が受光部１１０１ａ／１１０１ｂからシフトレジスタ１１０３ａ／１１０３ｂに転送され、水平系動作モードが読み出しモードに移行すると、水平系画素部１１１１のＦＤＡ１１０４ａからは電圧信号ＶＨＢが、ＦＤＡ１１０４ｂからは電圧信号ＶＨＲが出力される。
また、この動作モードの移行のタイミングに同期して、制御部１１４０は、選択信号ＳＥＬを“Ｌｏｗ”レベルに遷移させる。
この遷移により、出力切り替え部１１２０は、水平系画素部１１１１からの電圧信号ＶＨＢ、ＶＨＲをアナログ信号処理部１１３０に出力する状態になる。また、アナログ信号処理部１１３０は、出力切り替え部１１２０から出力されてきた電圧信号ＶＨＢ、ＶＨＲを演算増幅し、それぞれ演算増幅した電圧信号ＶＯＵＴＢ、ＶＯＵＴＲをＡＦセンサ１１０の出力として焦点演算部１１１に出力する状態になる。
一方、垂直系動作モードは、水平系動作モードが読み出しモードに移行したのち所定の期間が経過するまでの間、動作を停止する。ここで、所定の期間とは、読み出しモードの動作期間である時間ｔｒｅａｄから設定蓄積モードにかかる時間ｔｉｎｔを減算した時間（時間ｔｒｅａｄ−時間ｔｉｎｔ）である。なお、この時間ｔｉｎｔは、タイミングｔ０からタイミングｔ１における設定蓄積モードが終了する際、図示しない記憶部に記憶されたものである。以降、水平系動作モード又は垂直系動作モードが動作を停止する時間を動作停止時間と呼ぶこととする。
【００５４】
垂直系動作モードは、動作停止時間が経過したのち、再び設定蓄積モードに移行する（タイミングｔ２）。
垂直系動作モードが設定蓄積モードに移行すると、垂直系画素部１１１２内で発生した光電荷は、信号電荷として受光部１１０１ｃ／１１０１ｄに蓄積される。
【００５５】
水平系画素部１１１１において受光部１１０１ａ／１１０１ｂからシフトレジスタ１１０３ａ／１１０３ｂへ転送したすべての信号電荷が電圧信号ＶＨＢ／ＶＨＲとして出力され（読み出しが完了し）、かつ、垂直系画素部１１１２において設定蓄積モードが終了する（本実施形態では、水平系画素部１１１１での転送が完了するタイミングは、垂直系画素部１１１２において光電荷の蓄積が終了するタイミングと同じである）と、垂直系動作モードは読み出しモードに移行する（タイミングｔ３）。
また、この動作モードの移行のタイミングに同期して、制御部１１４０は、選択信号ＳＥＬを“Ｈｉｇｈ”レベルに遷移させる。この遷移により、出力切り替え部１１２０は、垂直系画素部１１１２からの電圧信号ＶＶＢ、ＶＶＲをアナログ信号処理部１１３０に出力する状態になる。また、アナログ信号処理部１１３０は、出力切り替え部１１２０から出力されてきた電圧信号ＶＶＢ、ＶＶＲを演算増幅し、それぞれ演算増幅した電圧信号ＶＯＵＴＢ、ＶＯＵＴＲをＡＦセンサ１１０の出力として焦点演算部１１１に出力する状態になる。
一方、水平系動作モードは、読み出しモードが終了したタイミングから動作停止時間の間だけ動作を停止したのち、設定蓄積モードに移行する（タイミングｔ４）。
【００５６】
水平系動作モードが設定蓄積モードに移行すると、水平系画素部１１１１内で発生した光電荷は、信号電荷として受光部１１０１ａ／１１０１ｂに蓄積される。
【００５７】
垂直系画素部１１１２において受光部１１０１ｃ／１１０１ｃからシフトレジスタ１１０３ｃ／１１０３ｄへ転送したすべての信号電荷が電圧信号ＶＶＢ／ＶＶＲとして出力され（読み出しが完了し）、かつ、水平系画素部１１１１において設定蓄積モードが終了する（本実施形態では、垂直系画素部１１１２での転送が完了するタイミングは、水平系画素部１１１１において光電荷の蓄積が終了するタイミングと同じである）と、水平系動作モードは読み出しモードに移行する（タイミングｔ５）。
また、この動作モードの移行のタイミングに同期して、制御部１１４０は、選択信号ＳＥＬを“Ｌｏｗ”レベルに遷移させる。
一方、垂直系動作モードは、読み出しモードが終了したタイミングから動作停止時間の間だけ動作を停止したのち、設定蓄積モードに移行する。
タイミングｔ５以降は、上述のタイミングｔ１からタイミングｔ５までの繰り返し動作となる。
具体的には、水平系動作モードと垂直系動作モードは、「読み出しモード」と「動作停止＋設定蓄積モード」とを交互に繰り返す。
【００５８】
上記に述べたとおり、設定蓄積モードの動作期間である時間ｔｉｎｔが読み出しモードの動作期間である時間ｔｒｅａｄよりも短い（時間ｔｉｎｔ＜時間ｔｒｅａｄ）場合においては、水平系動作モード／垂直系動作モードが読み出しモードから設定蓄積モードに移行するときに動作停止時間の間停止することで、制御部１１４０が選択信号ＳＥＬを反転させるタイミングを、水平系動作モード／垂直系動作モードが動作モードを遷移させる（切り替える）タイミングに同期させている。
【００５９】
図７は、水平系画素部１１１１及び垂直系画素部１１１２の設定蓄積モードの動作期間である時間ｔｉｎｔが、水平系画素部１１１１及び垂直系画素部１１１２の読み出しモードの動作期間である時間ｔｒｅａｄよりも長い（時間ｔｉｎｔ＞時間ｔｒｅａｄ）場合における、水平系動作モードと垂直系動作モードと制御部１１４０から出力される選択信号ＳＥＬとの関係を示したタイミングチャートである。
【００６０】
ＡＦセンサが動作を開始すると、水平系動作モード及び垂直系動作モードは、ともに設定蓄積モードに移行する（タイミングｔ０）。
水平系動作モードが設定蓄積モードに移行すると、水平系画素部１１１１内で発生した光電荷は、信号電荷として受光部１１０１ａ／１１０１ｂに蓄積される。
垂直系動作モードが設定蓄積モードに移行すると、垂直系画素部１１１２内で発生した光電荷は、信号電荷として受光部１１０１ｃ／１１０１ｄに蓄積される。
受光部１１０１内に蓄積された光電荷の蓄積量が予め定められた量に到達すると、設定蓄積モードは終了する。このとき、水平系画素部１１１１及び垂直系画素部１１１２は、それぞれ設定蓄積モードで要した時間、すなわち、時間ｔｉｎｔを図示しない記憶部に記憶する。
【００６１】
設定蓄積モードが終了すると、水平系動作モードは読み出しモードに、垂直系動作モードは設定蓄積モードに、それぞれ移行する（タイミングｔ１）。
タイミングｔ０からタイミングｔ１の間で蓄積された信号電荷が受光部１１０１ａ／１１０１ｂからシフトレジスタ１１０３ａ／１１０３ｂに転送され、水平系動作モードが読み出しモードに移行すると、水平系画素部１１１１のＦＤＡ１１０４ａからは電圧信号ＶＨＢが、ＦＤＡ１１０４ｂからは電圧信号ＶＨＲが出力される。
また、この動作モードの移行のタイミングに同期して、制御部１１４０は、選択信号ＳＥＬを“Ｌｏｗ”レベルに遷移させる。
この遷移により、出力切り替え部１１２０は、水平系画素部１１１１からの電圧信号ＶＨＢ、ＶＨＲをアナログ信号処理部１１３０に出力する状態になる。また、アナログ信号処理部１１３０は、出力切り替え部１１２０から出力されてきた電圧信号ＶＨＢ、ＶＨＲを演算増幅し、それぞれ演算増幅した電圧信号ＶＯＵＴＢ、ＶＯＵＴＲをＡＦセンサ１１０の出力として焦点演算部１１１に出力する状態になる。
【００６２】
水平系画素部１１１１において受光部１１０１ａ／１１０１ｂからシフトレジスタ１１０３ａ／１１０３ｂへ転送したすべての信号電荷が電圧信号ＶＨＢ／ＶＨＲとして出力される（読み出しが完了する）と、水平系動作モードは設定蓄積モードに移行する（タイミングｔ２）。
水平系動作モードが設定蓄積モードに移行すると、水平系画素部１１１１内で発生した光電荷は、信号電荷として受光部１１０１ａ／１１０１ｂに蓄積される。
水平系画素部１１１１において光電荷の蓄積が終了し、かつ、垂直系画素部１１１２において受光部１１０１ｃ／１１０１ｄからシフトレジスタ１１０３ｃ／１１０３ｄへ転送したすべての信号電荷が電圧信号ＶＶＢ／ＶＶＲとして出力される（読み出しが完了する）（本実施形態では、水平系画素部１１１１での転送が完了するタイミングは、垂直系画素部１１１２において光電荷の蓄積が終了するタイミングと同じである）と、水平系動作モードは読み出しモードに移行する（タイミングｔ４）。
【００６３】
一方、垂直系動作モードが設定蓄積モードに移行すると、垂直系画素部１１１２内で発生した光電荷は、信号電荷として受光部１１０１ｃ／１１０１ｄに蓄積される。
垂直系画素部１１１２において光電荷の蓄積が終了し、かつ、水平系画素部１１１１において受光部１１０１ａ／１１０１ｂからシフトレジスタ１１０３ａ／１１０３ｂへ転送したすべての信号電荷が電圧信号ＶＨＢ／ＶＨＲとして出力される（読み出しが完了する）（本実施形態では、水平系画素部１１１１での転送が完了するタイミングは、垂直系画素部１１１２において光電荷の蓄積が終了するタイミングと同じである）と、垂直系動作モードは読み出しモードに移行する（タイミングｔ３）。
また、このモードの移行のタイミングに同期して、制御部１１４０は、選択信号ＳＥＬを“Ｈｉｇｈ”レベルに遷移させる。この遷移により、出力切り替え部１１２０は、垂直系画素部１１１２からの電圧信号ＶＶＢ、ＶＶＲをアナログ信号処理部１１３０に出力する状態になる。また、アナログ信号処理部１１３０は、出力切り替え部１１２０から出力されてきた電圧信号ＶＶＢ、ＶＶＲを演算増幅し、それぞれ演算増幅した電圧信号ＶＯＵＴＢ、ＶＯＵＴＲをＡＦセンサ１１０の出力として焦点演算部１１１に出力する状態になる。
【００６４】
垂直系画素部１１１２において受光部１１０１ｃ／１１０１ｃからシフトレジスタ１１０３ｃ／１１０３ｄへ転送したすべての信号電荷が電圧信号ＶＶＢ／ＶＶＲとして出力される（読み出しが完了する）と、垂直系動作モードは設定蓄積モードに移行する（タイミングｔ４）。
本実施形態では、垂直系動作モードが設定蓄積モードに移行するこのタイミングは、上述の水平系動作モードが読み出しモードに移行するタイミングと同じである（タイミングｔ４）。
また、この動作モードの移行のタイミングに同期して、制御部１１４０は、選択信号ＳＥＬを“Ｌｏｗ”レベルに遷移させる。
タイミングｔ４以降は、上述のタイミングｔ１からタイミングｔ４までの繰り返し動作となる。
具体的には、水平系動作モードと垂直系動作モードは、「読み出しモード」と「設定蓄積モード」とを交互に繰り返す。
なお、図５、図６、図７のすべてにおいて、水平系画素部１１１１の読み出しモードと垂直系画素部１１１２の読み出しモードとは排他的に設定されている。
【００６５】
上記に述べたとおり、設定蓄積モードの動作期間である時間ｔｉｎｔが読み出しモードの動作期間である時間ｔｒｅａｄよりも長い（時間ｔｉｎｔ＞時間ｔｒｅａｄ）場合においては、水平系動作モード及び垂直系動作モードは、水平系画素部１１１１及び垂直系画素部１１１２からの読み出しが完了するとすぐに設定蓄積モードに移行することで、設定蓄積モードの期間を確保し、制御部１１４０が選択信号ＳＥＬを反転させるタイミングを、水平系動作モード／垂直系動作モードが読み出しモードに遷移される（切り替えられる）タイミングに同期させている。
【００６６】
上記に述べたとおり、本発明を実施するための形態によれば、２つの焦点検出対（２つの画素列対、２対の画素列）を備えた焦点検出装置において、焦点検出対毎に動作モードをずらして制御し、撮像部からの電圧信号をセレクタスイッチで切り替えてアナログ信号処理部へ出力することで、測距範囲あるいは測距性能などのセンサ性能を維持した状態で、後段のアナログ信号処理回路やアナログ・デジタル変換回路の消費電力や回路規模を増大することなく、複数の焦点検出対からの画素信号の読み出しに要する時間を短縮することができる。
【００６７】
また、例えば、動きのある被写体に対して常に連続的に焦点検出をし続ける動体予測モードのときなどは、蓄積、読み出しを常に繰り返して、被写体を追う必要があり、従来の方式では、読み出しのときに後段の処理に大きな負担がかかり、蓄積のときに焦点検出制御が行えなかった。本発明を用いることにより、焦点検出装置からの読み出しを２回に分けて行うことができるので、後段の処理に大きな負担をかけることがなく、焦点検出の処理を行うことができる。
また、２つの焦点検出対からの画素信号の読み出しを２つの出力線に分けて行うため、後段の処理に大きな負担をかけることがなく、焦点検出の処理を行うことができる。
【００６８】
なお、本実施形態において光電荷を光電変換する光電変換素子は、ＣＣＤを用いた構成で説明したが、本発明において、光電変換素子の種類に関しては規定しない。
【００６９】
また、本実施形態においては、水平系画素部１１１１と垂直系画素部１１１２とからなる構成で説明したが、画素部の組み合わせは、この構成に限定しない。例えば、対となる画素列を同時に設定モード、蓄積モード及び読み出しモードへの移行を行い、かつ、読み出しモードへの移行を別の画素列対と排他的に行う場合には、複数の画素列対の任意の組合せに適用することができる。
【００７０】
また、本実施形態においては、基準画素部と参照画素部とにそれぞれ対応するアナログアンプを備えた構成で説明したが、さらに多くの画素列対を備えた焦点検出装置を実現する場合は、２つ以上の画素列対でアナログアンプを共有し、読み出しを分けて出力するような構成とすることもできる。
【００７１】
また、本実施形態においては、設定蓄積モードの動作期間である時間ｔｉｎｔをＡＦセンサ１１０の動作開始後、最初の設定蓄積モードのときに図示しない記憶部に記憶し、記憶した時間ｔｉｎｔに基づいて動作停止時間を求める例を説明したが、ＡＦセンサ１１０の動作開始後、２回目以降の設定蓄積モードの動作期間である時間ｔｉｎｔを図示しない記憶部に新たに記憶し、新たに記憶した時間ｔｉｎｔに基づいて動作停止時間を求めるようにすることもできる。
【００７２】
また、本実施形態においては、選択信号ＳＥＬが“Ｌｏｗ”レベルのときに水平系動作モードの読み出しを行い、選択信号ＳＥＬが“Ｈｉｇｈ”レベルのときに垂直系動作モードの読み出しを行う構成で説明したが、この状態に限定されるものではなく、選択信号ＳＥＬのレベルによって出力される水平系動作モードと垂直系動作モードとを逆にした構成とすることもできる。
【００７３】
以上、本発明の実施形態について、図面を参照して説明してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲においての種々の変更も含まれる。
【符号の説明】
【００７４】
１０・・・カメラ本体、１００・・・メインミラー、１０１・・・サブミラー、１０２・・・スクリーン、１０３・・・ペンタプリズム、１０４・・・接眼レンズ、１０５・・・コンデンサレンズ、１０６・・・固定ミラー、１０７・・・瞳分割絞り、１０８・・・瞳分割レンズ、１０９・・・撮像素子、１１０・・・ＡＦセンサ、１１１０・・・撮像部、１１１１・・・水平系画素部、１１１２・・・垂直系画素部、１１０ａ・・・水平系基準画素部、１１０ｂ・・・水平系参照画素部、１１０ｃ・・・垂直系基準画素部、１１０ｄ・・・垂直系参照画素部、１１０１，１１０１ａ，１１０１ｂ，１１０１ｃ，１１０１ｄ・・・受光部、１１０２，１１０２ａ，１１０２ｂ，１１０２ｃ，１１０２ｄ・・・ゲート部、１１０３，１１０３ａ，１１０３ｂ，１１０３ｃ，１１０３ｄ・・・シフトレジスタ、１１０４，１１０４ａ，１１０４ｂ，１１０４ｃ，１１０４ｄ・・・浮動拡散アンプ（ＦＤＡ）、１１２０・・・出力切り替え部、１１２１・・・セレクタスイッチ、１１２２・・・セレクタスイッチ、１１３０・・・アナログ信号処理部、１１３１・・・アナログアンプ、１１３２・・・アナログアンプ、１１４０・・・制御部、１１１・・・焦点演算部、１１２・・・レンズ駆動信号生成部、１１３・・・制御部、２０・・・レンズユニット、２００・・・フォーカスレンズ、２０１・・・レンズ駆動部、５００ａ，５００ｂ，５００ｃ，５００ｄ・・・焦点検出部、５０１・・・画素列、５０２・・・電荷転送路、５０３・・・ドライバ、５０４・・・電荷電圧変換部、５２０・・・コントローラ、５１０・・・マルチプレクサ
【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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【図９】
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