(57)【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、
それぞれ対応するモニタセンサから出力されるモニタ信号の信号レベルと閾値とを比較し、モニタ信号が閾値を超えると、対応するラインセンサの電荷蓄積を終了させるための信号を出力する複数の電荷蓄積終了検出部と、
各ラインセンサから画素信号を読み出し、増幅処理して出力する画像信号出力手段とを備え、
各電荷蓄積終了検出部が、閾値を格納するメモリと、モニタ信号と前記メモリに格納された閾値とを比較する比較器とを有し、
前記電荷蓄積終了検出部が、モニタレベル検知時間に到達すると、モニタ信号の信号レベルと閾値との比較を停止し、
停止期間中に、前記メモリに格納されていた閾値を新たな閾値に書き換え可能であることを特徴とする焦点検出装置。
【請求項２】
電荷蓄積を許容する時間の到達前に各ラインセンサの電荷蓄積終了を実現させる適正閾値が、新たに前記メモリに格納され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】
前記電荷蓄積終了検出部が、前記メモリに格納された閾値が前記比較器に入力される状態と、新たな閾値を前記メモリに格納可能な状態とを切り替える回路切替手段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】
前記電荷蓄積終了検出部が、段階的に値の異なる一連の閾値の中から閾値を選択的に設定する閾値設定部をさらに有し、
前記閾値設定部によって設定された閾値が前記メモリに格納されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の焦点検出装置。
【請求項５】
前記閾値電圧設定部が、段階的に値の異なる一連の抵抗値を閾値として選択的に出力可能なタップを有し、
前記電荷蓄積終了検出部が、前記タップから出力される閾値と前記メモリに格納される閾値との間のオフセットを補正する閾値オフセット調整部を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の焦点検出装置。
【請求項６】
前記複数のモニタセンサの黒レベルをそれぞれ検知する複数のＯＢ（Optical Black）モニタセンサをさらに有し、
各電荷蓄積終了検出部のメモリが、対応するＯＢモニタセンサから出力されるＯＢモニタ信号と、対応するモニタセンサから出力されるモニタ信号との差分を保持可能であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の焦点検出装置。
【請求項７】
前記複数のモニタセンサ各々が、それぞれ光電変換素子と画素信号読み出し回路を有し、対応するラインセンサの所定領域をモニタリングする複数の微小センサ部を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の焦点検出装置。
【請求項８】
前記メモリが、キャパシタを有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の焦点検出装置。
【請求項９】
請求項１に記載された焦点検出装置を備えた撮影装置。
【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。焦点検出装置の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。各ラインセンサは、複数のフォトダイオードを並列させた配置構成であり、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（積分時間）が調整される（例えば、特許文献１、２参照）。フォトダイオードなどの光電変換素子を備えたモニタセンサは、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する。
【０００４】
モニタセンサから出力されるモニタ信号は、ＡＧＣ回路などにおいて閾値と比較される。そして、モニタ信号が閾値を超えると、対応するラインセンサの電荷蓄積（積分）を終了させる。これにより、適正な出力範囲でラインセンサのフォトダイオードから画素信号が出力される。
【０００５】
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それぞれ独立して制御される。そのため、先に電荷蓄積の終了したラインセンサでは、一時的にキャパシタ等のメモリ部に蓄積電荷が格納される。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る。この画像信号に基づいてデフォーカス量を求める演算処理が行われる。
【０００６】
被写体輝度が低く、所定時間過ぎてもモニタ信号が閾値を超えない場合、電荷蓄積を強制的に終了させ、画素信号にゲインをかけることによってラインセンサの出力レベルを一定レベルに保つ（特許文献３参照）。そこでは、最大許容できる電荷蓄積時間（最大積分時間）までに電荷蓄積席が終了しない場合、閾値を段階的に下げながら、電荷蓄積終了時点でのモニタ信号と閾値とを比較する。
【０００７】
積分終了時点でのモニタ信号レベルに相当する閾値が決定されると、その閾値に合わせてゲイン値を設定し、ラインセンサから読み出す画素信号を増幅処理する。例えば、最大積分時間経過時のモニタ信号の出力レベルが、設定閾値の１／４〜１／２の範囲に相当する出力レベルである場合、対応するラインセンサの画素信号が２倍ゲインされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭６３−２３８７７１号公報
【特許文献２】特開２００４−２７２２３８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】
【０００９】
各モニタセンサの出力特性、暗電流特性などは個々のモニタセンサで異なり、また、設定される閾値の電圧レベルが低いと、閾値の信号レベルが安定しない。そのため、被写体輝度が低く、モニタセンサから出力されるモニタ信号の出力レベルが低い場合、モニタ信号と閾値との比較を精度よく行うことが難しい。
【００１０】
しかしながら、すべてのモニタセンサに対して同一の閾値を設定するため、モニタ信号と閾値とを比較するＡＧＣ回路などにおいて、細かな信号レベル調整（補正）を行える回路構成になっておらず、適正なゲインによって画素信号を安定出力させることができない。
【００１１】
したがって、モニタセンサを使用する焦点検出装置においては、被写体輝度が低くても、各モニタセンサのモニタ信号と閾値とを正確に検知、比較することが必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の焦点検出装置は、焦点検出装置は一眼レフ型カメラなどの撮影装置に適用可能であって、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、それぞれ対応するモニタセンサから出力されるモニタ信号の信号レベルと閾値とを比較し、モニタ信号が閾値を超えると、対応するラインセンサの電荷蓄積を終了させるための信号を出力する複数の電荷蓄積終了検出部とを備える。
【００１３】
電荷蓄積終了検出部は、例えば比較器を有するＡＧＣ回路などによって構成される。また、ラインセンサ全体をカバーするモニタセンサを配置させる場合、パターンの輝度変化を細かく検出するため、それぞれ光電変換素子と画素信号読み出し回路を有し、対応するラインセンサの所定領域をモニタリングする複数の微小センサ部によって各モニタセンサを構成してもよい。
【００１４】
本発明では、モニタセンサの数に合わせて設けられる複数の電荷蓄積終了検出部各々が、閾値を格納するメモリ（キャパシタなど）と、モニタ信号と前記メモリに格納された閾値とを比較する比較器とを備える。電荷蓄積終了検出部内部で閾値が電圧値として保持されるため、レベルの安定した閾値とモニタ信号とが常に比較される。また、オフセット、補正処理などを回路特性に合わせて確実に行うことが可能であり、閾値とモニタ信号の正確な比較に基づいた電荷蓄積時間調整が行われる。
【００１５】
さらに、各モニタセンサのモニタ信号に対して別々の閾値が設定可能であるため、測距ゾーンごとに異なる閾値設定など、電荷蓄積時間調整をラインセンサ毎、あるいはラインセンサの所定領域毎に制御することが可能であり、様々な被写体輝度パターンに対しても電荷蓄積終了タイミングが精度よく検出される。
【００１６】
画素信号のゲイン出力を一定にするためには、電荷蓄積開始から所定時間（ここでは、モニタレベル検知時間という）に到達すると、その時のモニタ信号の出力レベルに基づき、電荷蓄積を許容する時間の到達前に各ラインセンサの電荷蓄積終了を実現させる閾値（以下、適正閾値という）を設定するのが望ましい。この場合、ラインセンサ電荷蓄積の間制御回路などからのコマンドに従ってモニタ信号と閾値との比較を一度停止し、前記メモリに新たな閾値を格納（書き換え）可能なように構成するのがよい。
【００１７】
例えば、電荷蓄積終了検出部にトランジスタゲートなどによって構成する回路切替手段を設け、前記メモリに格納された閾値が前記比較器に入力される状態と、閾値を前記メモリに格納可能な状態とを切り替える。電荷蓄積開始から所定時間経過後に回路の切替を行うことが可能となり、新たな閾値をメモリに格納する間、比較器の出力が停止される。
【００１８】
迅速な閾値設定を簡易な回路構成によって実現するため、電荷蓄積終了検出部に閾値設定部を設けるのが好ましく、段階的に値の異なる一連の閾値の中から閾値を選択的に設定するのがよい。前記閾値設定部によって設定された閾値が前記メモリに格納され、比較器に入力される。
【００１９】
閾値電圧設定部を、段階的に値の異なる一連の抵抗値を閾値として選択的に出力可能なタップによって構成すると、タップ設定の閾値と実際に比較器に入力される閾値との間にずれが生じ、特に、閾値が小さくて信号レベルが低い場合にずれが顕著になる。そのため、電荷蓄積終了検出部に閾値オフセット調整部を設け、前記タップから出力される閾値と前記メモリに格納される閾値との間のオフセットを補正するのがよい。
【００２０】
複数のモニタセンサの黒レベルをそれぞれ検知する複数のＯＢ（Optical Black）モニタセンサを設けた場合、対応するＯＢモニタセンサから出力されるＯＢモニタ信号と、対応するモニタセンサから出力されるモニタ信号との間にオフセットが生じる。そのため、各電荷蓄積終了検出部のメモリが、差分を保持可能であるのが望ましい。例えば、タップなどのスイッチによって構成され、電荷蓄積開始前に差分値を比較器からの出力反転によって判断させるモニタオフセット調整部を設けるのがよい。
【発明の効果】
【００２１】
このように本発明によれば、被写体の明るさに関係なく、焦点検出用画像信号の出力を安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１の実施形態であるデジタルカメラの模式的内部構成図である。
【図２】焦点検出部の基板配置を示した図である。
【図３】焦点検出部のブロック図である。
【図４】ラインセンサ、モニタセンサ、ＡＧＣ回路の接続関係を示した図である。
【図５】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６】図５の画素信号読み出し回路の模式的な断面図である。
【図７】モニタセンサの電気回路図である。
【図８】電荷蓄積期間中のモニタ信号と閾値との関係を示した図である。
【図９】モニタセンサから出力されるモニタ信号の出力レベルと、ゲイン調整される画素信号の出力レベルとの関係を示した図である。
【図１０】ＡＧＣ検出部の内部構成を概略的に示した回路図である。
【図１１】ＡＣＧ検出部の電気回路図である。
【図１２】ＡＧＣ検出部の動作を示したタイミングチャートである。
【図１３】設定される閾値電圧と実際に出力される閾値電圧との非線形関係を示した図である。
【図１４】システムコントロール回路によって実行されるモニタ信号オフセット調整処理を示したフローチャートである。
【図１５】システムコントロール回路によって実行される焦点検出時の電荷蓄積時間制御処理を示したフローチャートである。
【図１６】ラインセンサ群に規定される測距ゾーンを示した図である。
【図１７】列回路の電気回路図である。
【図１８】画素信号読み出し動作のタイミングチャートである。
【図１９】第２の実施形態における電荷蓄積期間中のモニタ信号と閾値電圧との関係を示した図である。
【図２０】第２の実施形態におけるモニタ信号とゲイン調整される画素信号の出力レベルとの関係を示した図である。
【図２１】第２の実施形態における電荷蓄積時間制御処理を示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照しながら本実施形態について説明する。
【００２４】
図１は、第１の実施形態であるデジタルカメラの模式的内部構成図である。
【００２５】
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。
【００２６】
ＲＯＭ３６、ＲＡＭ３７、ＣＰＵ３８を含むシステムコントロール回路３０は、カメラ１０の撮影動作を制御し、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。
【００２７】
電源ボタン（図示せず）の操作によってカメラ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の方向へ導かれ、被写体像がピント板１７に形成される。ユーザーは、ファインダ窓（図示せず）を通して被写体像を視認する。撮影のためレリーズボタン（図示せず）が半押しされると、ペンタプリズム１６の傍に配置される測光ＩＣ２３が、ＴＴＬ測光方式に従い、被写体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が、位相差方式に従って合焦状態を検出する。
【００２８】
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、セパレータレンズ２７、視野マスク２９、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）に配置された視野マスク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。
【００２９】
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。
【００３０】
レリーズ半押し状態において焦点調整が行われ、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。そして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ＥＥＰＲＯＭ３９へ格納される。
【００３１】
図２は、焦点検出部の基板配置を示した図である。
【００３２】
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。焦点検出部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ＥＢＡ１、ＥＢ２はそれぞれ基板中心部を挟んで互いに対向する。
【００３３】
視野マスク２９、コンデンサーレンズ２６、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。
【００３４】
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、複数のフォトダイオード、画素信号読み出し回路（ともにここでは図示せず）を備える。
【００３５】
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は参照ラインセンサとして機能する。
【００３６】
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、電荷転送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。
【００３７】
ラインセンサ群ＥＡ１、ＥＢ１には、一連のモニタセンサＬＭＡ１〜ＬＭＡ９、ＬＭＢ１〜ＬＭＢ５がそれぞれ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、複数の微小センサ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。
【００３８】
モニタセンサＬＭＡ１〜ＬＭＡ９は、それぞれラインセンサＬＳＡ１〜ＬＳＡ９の側面に沿ってライン状に配置され、対応するラインセンサの受ける光量（光強度）と同じ光量を受け、光量に応じた信号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モニタ信号を出力する。
【００３９】
また、ラインセンサ群ＥＡ１、ＥＢ１の各モニタセンサの傍には、暗電流成分を検知するＯＢ（Optical Black）モニタセンサＯＢＡ１〜ＯＢＡ９、ＯＢＢ１〜ＯＢＢ５が配置されており、検出される暗電流成分に基づいてモニタセンサから出力されるモニタ信号が補正される。
【００４０】
ＡＧＣ回路４２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し、オートゲインコントロールによってラインセンサの積分時間を制御する。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、ラインセンサのオーバフローを防ぐように設定されている。
【００４１】
モニタ信号値が閾値を超えると、積分終了を示すモニタ信号が論理回路４４に送られる。論理回路４４は、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）を終了させるための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。
【００４２】
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ており、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、各ラインセンサの垂直シフトレジスタ、および電荷転送機能をもつ列回路４５、４６の水平シフトレジスタによって画素信号が順番に読み出されていく。これにより、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、画素信号が出力される。
【００４３】
各ラインセンサから読み出された一連の画素信号は、列回路４５、４６においてノイズ除去処理、増幅処理される。そして、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、対になっている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。
【００４４】
図３は、焦点検出部のブロック図である。図４は、ラインセンサ、モニタセンサ、ＡＧＣ回路の接続関係を示した図である。図３、図４を用いて、ラインセンサの電荷蓄積時間（積分時間）の制御について説明する。
【００４５】
なお、図３では、垂直方向に沿って延びるラインセンサ対ＬＳＡ５、ＬＳＡ１５、水平方向に沿って延びるラインセンサ対ＬＳＢ３、ＬＳＢ８と、それに応じたモニタセンサＬＭＡ５およびＬＭＢ３のみを図示し、それ以外のラインセンサ、モニタセンサは省略している。また、図４では、ラインセンサの電荷蓄積終了タイミングをわかりやすく説明のため、図２に示す実際の配置とは異なる配置でラインセンサ、モニタセンサを図示している。
【００４６】
ラインセンサＬＳＡ５は、ラインセンサ用画素信号読み出し回路ＰＳＡ５を挟んで向かい合うフォトダイオード対を上下方向に沿って並べた構成であり、ラインセンサ用画素信号読み出し回路によって各フォトダイオードから電荷が読み出される。他のラインセンサＬＳＡ１５、ＬＳＢ３、ＬＳＢ８も同様に画素信号読み出し回路ＰＳＡ１５、ＰＳＢ３、ＰＳＢ８を挟んで向かい合うフォトダイオード対を並列させた構成になっている。
【００４７】
ラインセンサＬＳＡ５の傍に配置されたモニタセンサＬＭＡ５は、フォトダイオードを有する微小センサを垂直方向に沿って複数個並べた構成であり、モニタセンサ用画素信号読み出し回路（ここでは図示せず）によって蓄積電荷が読み出される。ラインセンサＬＳＢ３の傍に配置されたモニタセンサＬＳＢ３も同様の構成になっている。
【００４８】
ＡＧＣ回路４２ＨＳは、モニタセンサＬＭＢ３から出力されるモニタ信号の電圧レベルが閾値を超えるか否かを検知し、閾値に達すると電荷蓄積（積分）終了を知らせるモニタ信号を論理回路４４に出力する。モニタリング対象となっているラインセンサＬＳＢ３の電荷蓄積時間（積分時間）は、ＡＧＣ回路４２ＨＳによって調整される。ＡＧＣ回路４２ＨＳの閾値は、ラインセンサＬＳＢ３のダイナミックレンジを考慮した値に設定されており、論理回路４４からのＶＭＳ信号によって設定される。モニタセンサＬＭＡ５をモニタリングするＡＧＣ回路４２Ｖ５も同様の構成である。
【００４９】
図４では、１つのラインセンサＬＳＢ３を図示している。対向位置にあるモニタセンサＬＭＢ３は、それぞれフォトダイオードを有する複数の微小センサから構成されており、ここでは、便宜上３つの微小センサＭ１〜Ｍ３、Ｍ４〜Ｍ６、Ｍ７〜Ｍ９から構成されるものとする。
【００５０】
上述したように、ラインセンサＬＳＢ３は、多数のフォトダイオード対を配列させた構成であり、モニタセンサＬＭＢ３の微小センサＭ１〜Ｍ９は、それぞれ割り当てられた所定数のフォトダイオードの領域についてモニタリングを行っている。
【００５１】
ここでは、３つの測距ゾーンＳＺ１〜ＳＺ３がラインセンサＬＳＢ３に対して規定されており、ＡＧＣ回路４２ＨＳは、モニタセンサＭ１〜Ｍ３、Ｍ４〜Ｍ６、Ｍ７〜Ｍ９とそれぞれ接続されるモニタセンサ群４２Ｈ３１、４２Ｈ３２、４２Ｈ３３から構成されており、測距ゾーンＳＺ１〜ＳＺ３の積分時間をそれぞれ調整する。モニタセンサ群４２Ｈ３１、４２Ｈ３２、４２Ｈ３３は、微小センサＭ１〜Ｍ３、Ｍ４〜Ｍ６、Ｍ７〜Ｍ９からの出力信号をそれぞれ検知するため、測距ゾーンＳＺ１〜ＳＺ３に合わせて３つのモニタセンサ検出部ＡＧＣ１〜ＡＧＣ３、ＡＧＣ４〜ＡＧＣ６、ＡＧＣ７〜ＡＧＣ９をそれぞれ備えている。
【００５２】
ラインセンサＬＳＢ３の測距ゾーンＳＺ１を例に挙げると、瞳分割による一対の被写体像が焦点検出部４０に投影されると、ラインセンサＬＳＡ１の測距ゾーンＳＺ１およびモニタセンサＭ１〜Ｍ３に電荷が蓄積される。３つの微小センサＭ１〜Ｍ３に入力される光量は、被写体の明るさ分布によってそれぞれ異なるため、モニタセンサ検出部ＡＧＣ１〜ＡＧＣ３が積分終了を知らせるモニタ信号を出力するタイミングは異なる。
【００５３】
例えば、モニタセンサＭ１〜Ｍ３の微小センサＭ１に強い光が入射する一方で微小センサＭ２、Ｍ３に入射する光が弱い場合、検出部ＡＧＣ１に入力するモニタ信号の電圧値が検出部ＡＧ２、ＡＧ３よりも先に閾値を超え、電荷蓄積終了を知らせるモニタ信号を論理回路４４へ出力する。
【００５４】
論理回路４４は、検出部ＡＧＣ１から終了信号を受けると、ラインセンサＬＳＢ３の測距ゾーンの電荷蓄積を終了させる。ラインセンサＬＳＢ３の測距ゾーンＳＺ１の各フォトダイオードに蓄積された電荷は、電荷蓄積容量（ここでは図示せず）に一時的に格納される。検出部ＡＧＣ２、あるいは検出部ＡＧＣ３が最も早く積分終了のモニタ信号を出力した場合も、ラインセンサＬＳＢ３の測距ゾーンＳＺ１の電荷蓄積が同様に終了する。
【００５５】
このようなラインセンサの電荷蓄積が、ラインセンサＬＳＢ３の測距ゾーンＳＺ２、ＳＺ３についても、同じように行われる。すなわち、微小センサＭ４〜Ｍ６、Ｍ７〜Ｍ９のいずれかにおいて閾値を超えるモニタ信号が出力されると、ラインセンサＬＳＢ３の測距ゾーンＳＺ２、ＳＺ３の電荷蓄積をその時点で終了する。
【００５６】
すべてのラインセンサの電荷蓄積が終了すると（あるいはその前に所定時間が経過すると）、各ラインセンサから画素信号が出力される。上下方向にあるラインセンサ群ＥＡ１、ＥＡ２（図２参照）から出力される画素信号は、列回路４６に転送される（図２、３参照）。一方、左右方向にあるラインセンサ群ＥＢ１、ＥＢ２から出力される画素信号は、列回路４５へ転送される。
【００５７】
列回路４５、４６においては、出力された画素信号に対してノイズ除去、増幅処理が画素信号に対して行われる。これにより、ラインセンサ群ＥＡ１、ＥＡ２に対する一対の被写体像に応じた画像信号は、オフセット回路６４においてオフセットされた後、出力切替回路６６を通じてシステムコントロール回路３０へ出力される。一方、ラインセンサ群ＥＢ１、ＥＢ２に対する一対の被写体像に応じた画像信号は、オフセット回路６２においてオフセットされた後、出力切替回路６８を通じてシステムコントロール回路３０へ出力される。
【００５８】
システムコントロール回路３０は、論理回路４４の動作を制御するとともに、各ＡＧＣ回路からのモニタ信号を選択的に検知する。モニタ出力選択回路５６では、システムコントロール回路３０により指定されたモニタ信号が出力され、出力切替回路６８からシステムコントロール回路３０に送られる。また、ＯＢモニタ出力選択回路５２から選択的に出力されるＯＢモニタ信号は、出力切替回路６６を介してシステムコントロール回路３０に送られる。なお、ＯＢモニタ信号、モニタ信号は、レベルシフト回路５３、５５によってそれぞれ出力信号の基準電位がシフトされる。
【００５９】
論理回路４４は、ラインセンサの電荷蓄積を終了させるとき、選択回路５８を通じて電荷蓄積終了を知らせる信号をシステムコントロール回路３０に出力する。また、すべてのラインセンサの電荷蓄積が終了すると、選択回路６０を通じて電荷蓄積終了を知らせる信号をシステムコントロール回路３０へ送る。システムコントロール回路３０は、これらのモニタ信号、終了信号に基づいて、各ラインセンサの積分時間、ＡＧＣ回路のゲインを制御する。
【００６０】
図５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６は、図５の画素信号読み出し回路の模式的な断面図である。図７は、モニタセンサの電気回路図である。
【００６１】
図５には、ラインセンサＬＳＢ３における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。
【００６２】
ラインセンサ用画素信号読み出し回路１３０ｊは、不要電荷の掃き出しをスイッチ制御するアンチブルーミングゲート（ＡＢＧ）１２１Ａ、１２１Ｂ、一時的に電荷を格納する電荷蓄積容量（ＭＥＭ）１２４Ａ、１２４Ｂ、フォトダイオード対１２０Ａｊ、１２０Ｂｊに蓄積された電荷を電荷蓄積容量１２４Ａ、１２４Ｂに転送する転送ゲート（ＴＧ）１２２Ａ、１２２Ｂを備える。
【００６３】
さらに、ラインセンサ用画素信号読み出し回路１３０ｊは、ＦＤＡ（Floating Diffusion Amplifier）に基づく電荷検出機構を備え、電荷注入されるフローティングディフュージョン（ＦＤ）１２５、電荷蓄積容量１２４Ａ、１２４Ｂの蓄積電荷を転送するフローティングディフュージョンゲート（ＦＤＧ）１２３Ａ、１２３Ｂ、リセットゲート（ＲＧ）２６、ソースフォロアアンプ１２７、および選択ゲート１２８を備える。
【００６４】
図６には、フォトダイオード１２０Ａｊ付近の焦点検出部４０の基板断面が図示されている。ｎ−ｓｕｂ基板の上にｐ型層（ｐ−ｗｅｌｌ）を形成し、その上にｐｎ接合のフォトダイオード１２０Ａｊが構成される。また、フォトダイオード１２０Ａｊの表面にｐ＋層を形成することにより、埋め込み型フォトダイオードが構成される。電荷蓄積容量１２４Ａも同様のＭＯＳ型ダイオードの構成になっている。
【００６５】
なお、フォトダイオード１２０Ａｊの上方には開口部（図示せず）が設けられており、開口部を除く部分を遮光膜で覆うことによってフォトダイオード１２０Ａｊ以外の光入射が防止されている。
【００６６】
アンチブルーミングゲート（ＡＢＧ）１２１Ａ、転送ゲート（ＴＧ）１２２Ａ、フローティングディフュージョンゲート（ＦＤＧ）１２３Ａ、リセットゲート（ＲＧ）１２４Ａは、それぞれ表面に電荷転送電極（ゲート電極）を配設したトランジスタによって構成されており、それぞれ電荷読み出しタイミングに合わせてパルス信号が入力される。
【００６７】
転送ゲート（ＴＧ）１２２Ａ、フローティングディフュージョンゲート（ＦＤＧ）１２３Ａの開閉により、電荷蓄積容量１２４Ａ、およびｎ＋層から成るフローティングディフュージョン（ＦＤ）１２５にそれぞれ電荷が転送される。また、アンチブルーミングゲート（ＡＢＧ）１２１Ａの開閉により、フォトダイオード１２０Ａｊの不要電荷が、ｎ＋層１２９を介してドレインとなる電源ＶＤＤＡに掃き出される。
【００６８】
図７には、フォトダイオード１２０Ａｊをモニタリングする微小センサ１４０ｍを示している。フォトダイオード１４２に接続されるモニタセンサ用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、さらには電荷蓄積容量（ＭＥＭ）１５３、ソースフォロアアンプ１５５を備える。
【００６９】
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、電荷蓄積１５３を介して図２、３に示したＡＧＣ回路へ随時出力される。
【００７０】
モニタ信号が閾値を超えると、フォトダイオード１２０Ａｊの電荷蓄積が終了し、蓄積電荷は転送ゲート１２２Ａ、１２２Ｂを通って電荷蓄積容量１２３Ａ、１２３Ｂに一時的に転送される。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、蓄積電荷は電荷蓄積容量１２３Ａ、１２３Ｂにそれぞれ保存される。
【００７１】
他のラインセンサ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、電荷蓄積容量１２３Ａ、１２３Ｂにそれぞれ格納されていた電荷は、別々に、または混合されてフローティングディフュージョン（ＦＤ）１２５に注入される。そして、ソースフォロアアンプ１２７によって画素信号（電圧信号）が出力される。画素信号が出力されると、リセットゲート１２６の動作によってフローティングディフュージョン１２４がリセットされる。
【００７２】
図８は、電荷蓄積期間中のモニタ信号と閾値との関係を示した図である。図９は、モニタセンサから出力されるモニタ信号の出力レベルと、ゲイン調整される画素信号の出力レベルとの関係を示した図である。図８、図９を用いて、ＡＧＣ回路の閾値設定、および画素信号に対するゲイン設定について説明する。
【００７３】
モニタセンサから出力されるモニタ信号の出力レベルは、被写体の輝度によって変化し、被写体が非常に明るいときには出力レベルがＡＧＣ回路の閾値をすぐに超える一方、非常に暗いときには電荷が十分蓄積されず、あらかじめ定められた電荷蓄積許容時間（以下、最大積分時間という）Ｔｌｉｍになっても出力レベルが閾値を超えない。図８には、被写体輝度に応じたモニタ信号の出力レベル（Ａ）〜（Ｆ）を示している。
【００７４】
（Ａ）のモニタ信号の場合、最大積分時間Ｔｌｉｍの到達前にモニタ信号があらかじめ設定されている閾値ＶＭＳを超え、対応するラインセンサの電荷蓄積が電荷軸積時間ＴＡで終了する。一方、（Ｂ）〜（Ｆ）に示すモニタ信号は、最大積分時間Ｔｌｉｍを超えても閾値ＶＭＳを超えない。これらモニタ信号によってモニタリングされるラインセンサでは、被写体の輝度が低いためにラインセンサから出力される画素信号の出力レベルが非常に小さい。そのため、ラインセンサから読み出された画素信号に対してゲインをかける。
【００７５】
閾値ＶＭＳは、ラインセンサから画素信号を適正に出力できる範囲の限界値を示す。ここで、閾値ＶＭＳに対して１／２、１／４、１／８、１／１６、１／３２倍の閾値（１／２ＶＭＳ、１／４ＶＭＳ、１／８ＶＭＳ、１／１６ＶＭＳ、ＶＭＳ／３２）を段階的に設定可能とし、最大積分時間Ｔｌｉｍにおけるモニタ信号の出力レベルと比較すると、（Ｂ）のモニタ信号は適正出力範囲の１／２〜１の範囲、（Ｃ）のモニタ信号は適正出力範囲の１／４〜１／２の範囲にある。
【００７６】
（Ｂ）のモニタ信号の場合、ＶＭＳの代わりにＶＭＳ／２を閾値として設定し、ラインセンサの画素信号のゲインを２倍に設定すれば、最大積分時間Ｔｌｉｍの前に電荷蓄積が終了するとともに、画素信号の出力レベルが適正なレベルになる。また、（Ｃ）のモニタ信号の場合、ＶＭＳ／４を閾値として設定し、ラインセンサの画素信号のゲインを４倍に設定すれば、最大積分時間前に電荷蓄積が終了するとともに画素信号の出力レベルが適正レベルになる。同様に、（Ｄ）、（Ｅ）、（Ｆ）のモニタ信号の場合、ＶＭＳ／８、ＶＭＳ／１６、ＶＭＳ／３２を閾値として設定し、８、１６、３２倍のゲインを掛けることによって、画素信号の出力レベルが適正になる。
【００７７】
本実施形態では、最大積分時間Ｔｌｉｍの到達前に電荷蓄積を終了させ、画素信号に対して適切なゲインを掛けるため、電荷蓄積を開始してから最大積分時間Ｔｌｉｍに到達する以前の所定時間Ｔｓ（以下、レベル検知時間という）に達すると、その時点でのモニタ信号の出力レベルを調べ、モニタ信号の出力レベルが適正範囲のどのレベルであるか、そして、どの閾値を設定すれば最大積分時間Ｔｌｉｍの内に電荷蓄積が終了するか判断する。ここでは、最大積分時間Ｔｌｉｍの半分の時間をレベル検知積分時間Ｔｓとしている。
【００７８】
６つの閾値ＶＭＳ〜ＶＭＳ／３２の中から１つの閾値が設定されると、画素信号はその設定された閾値に合わせてゲイン処理される。例えば、モニタ信号の出力レベルが（Ｃ）の場合、ＡＧＣ回路のＶＭＳ／４が閾値として設定される。そして、ラインセンサから読み出される画素信号に対して４倍のゲインが掛けられる。一方、モニタ信号の出力レベルが（Ａ）の場合、ＶＭＳがそのまま閾値として設定され、画素信号がそのまま出力される。
【００７９】
図９には、被写体の輝度レベルを横軸で示し、一連の閾値、ゲインに対する積分時間、画素信号の出力レベルを縦軸に示している。レベル検知時間Ｔｓ経過時に閾値を設定し直すため、被写体が暗くてモニタ信号の出力レベルが非常に小さくても、レベル検知時間Ｔｓ〜最大積分時間Ｔｌｉｍの間でラインセンサの電荷蓄積が終了する。
【００８０】
モニタ信号の出力レベルが閾値を超えるタイミングは出力レベルに応じて異なるため、蓄積電荷量も出力レベルによって異なる。その結果、蓄積電荷に応じた画素信号とゲインと掛け合わせた画素信号の出力レベルは、被写体の明るさに依らずほぼ一定Ｖｏの値に維持される。
【００８１】
なお、図４で説明したように、同じラインセンサで他のＡＧＣ検出部が先に電荷蓄積終了タイミングになると、その時点で電荷蓄積が終了する。この場合、その時点でのモニタ信号の出力レベルを閾値ＶＭＳ、１／２ＶＭＳ、・・・・と順に比較し、出力レベルに相当する閾値を決定し、その閾値に応じてゲインを決定する。
【００８２】
図１０は、ＡＧＣ検出部の内部構成を概略的に示した回路図である。図１１は、ＡＣＧ検出部の電気回路図である。ここでは、図３に示したＡＧＣ回路４２Ｖ５に設けられた１つのＡＧＣ検出部の内部構成を説明する。
【００８３】
ＡＧＣ検出部２００は、コンパレータ（比較器）２０２、引き算器２０４、メモリ容量２０６を備える。引き算器２０４は、対応するＯＢモニタセンサから出力されるＯＢモニタ信号ＯＢＭと、閾値信号ＶＭＳとの差分“ＶＭＳ−ＯＢＭ”を出力する（ただし、閾値信号（電圧）と最初に設定される閾値電圧値については、ともに“ＶＭＳ”と以下表記する）。これにより、閾値電圧の基準レベルが黒レベルに合わせてオフセット調整される。コンパレータ２０２は、基準レベルをオフセット調整させた閾値ＶＭＳ’（＝ＶＭＳ−ＯＢＭ）と、接続されている微小センサから送られてくるモニタ信号ＭＯＮとを比較する。
【００８４】
上述したように、ラインセンサの電荷蓄積開始直後は、モニタ信号ＭＯＮの出力レベルが閾値ＶＭＳ’より小さく、コンパレータ２０２はＨｉｇｈレベルの信号を出力する。そして時間経過とともにモニタ信号ＭＯＮの出力レベルが閾値ＶＭＳ’を超えると、コンパレータ２０２は反転信号を論理回路４４、システムコントロール回路３０へ出力する。メモリ容量２０６は、閾値ＶＭＳを保持するキャパシタであり、閾値ＶＭＳは必要に応じて書き換え可能である。
【００８５】
図１１では、ＡＧＣ検出部２００の内部構成をより詳細に示している。ＡＧＣ検出部２００は、閾値電圧設定部２０８、モニタ信号オフセット調整部２１０、閾値電圧オフセット調整部２１２を備え、さらに、コンパレータ２０２、メモリ容量２０６へ送る信号を切り替えるトランジスタゲート（Φａ１、Φａ２）２１２、２１４、およびモニタ信号入力を切り替えるトランジスタゲート（ΦＭＯＮ）２１６を備える。
【００８６】
閾値電圧設定部２０８は、閾値電圧を選択的に出力するタップ（スイッチ群）によって構成されており、閾値電圧設定部２０８を制御することで、いずれか一つの閾値電圧が選択的に設定される。ここでは、ＶＭＳ／６４、ＶＭＳ／３２、ＶＭＳ／１６、ＶＭＳ／８、ＶＭＳ／４、ＶＭＳ／２、ＶＭＳ、および０Ｖに相当するＶＳＭ０の閾値電圧が設定可能である。
【００８７】
モニタ信号オフセット調整部２１０は、微小センサとＯＢモニタセンサとのオフセットを調整するためのタップであり、焦点検出が行われる前にモニタ信号オフセット調整部２１０を使ったモニタ信号オフセット調整が行われる。閾値電圧オフセット調整部２１２は、閾値電圧の非線形性を補正するためのタップである。
【００８８】
まず、モニタ信号のオフセット調整について説明する。焦点検出前において、ゲート（Φａ１）２１２、ゲート（ΦＭＯＮ）２１６をＯＮ状態、ゲート（Φａ１）２１４をＯＦＦ状態に設定するとともに、閾値電圧設定部２０８では、閾値電圧ＶＭＳ０（＝０Ｖ）となる０Ａ番のスイッチを接続する。そして、モニタ信号オフセット調整部２１０の０番から３１番までの各スイッチを順番に接続させていく。
【００８９】
微小センサの信号出力位置とＯＢモニタセンサの信号出力位置は異なるため、その出力信号（電圧）の基準レベルは必ずしも一致せず、バラツキが生じる。このバラツキをなくして基準レベルを一致させるためのオフセット調整が行われる。
【００９０】
０Ａ番のスイッチが接続されると、ゲート（Φａ１）２１２がＯＦＦ状態、ゲート（Φａ２）２１４がＯＮ状態に切り替えられる。これにより、ＯＢモニタ信号とオフセットメモリ調整部２１０から送られてくる０番に応じた電圧ＶＯＦとを加算した信号と、モニタセンサからのモニタ信号がコンパレータ２０２に入力される。
【００９１】
コンパレータ２０２の出力信号が反転するまで、ゲート（Φａ１）２１２、ゲート（Φａ２）２１４を切り替えながらモニタ信号オフセット調整部２１０の各スイッチを順番に切り替えていく。コンパレータ２０２の出力信号が反転したとき、そのオフセット電圧ＶＯＦがメモリ容量２０６に保持される。このオフセット調整を、焦点検出前に各モニタセンサに対してそれぞれ実行する。
【００９２】
図１２は、ＡＧＣ検出部の動作を示したタイミングチャートである。
【００９３】
焦点検出が実行開始されると、閾値電圧設定部２０８において閾値電圧ＶＭＳの信号を出力する７Ａ番のスイッチを接続させて、閾値信号ＶＭＳを引算器２０６へ入力させる。そして、ゲート（Φａ１）２１２をＯＦＦ状態、ゲート（Φａ２）２１４をＯＮ状態、ゲート（ＭＯＮ）２１６をＯＮ状態にすることによって、モニタ信号ＭＯＮの出力レベルと、ＯＢモニタ信号を差し引いた閾値電圧ＶＭＳ’（＝ＶＭＳ−ＯＢＭ）とをコンパレータ２０２において比較する。
【００９４】
上述したように、レベル検知期間Ｔｓに達すると、モニタ信号の出力レベルと閾値電圧とを比較するように回路が切り替えられる。ゲート（Φａ１）２１２をＯＮ状態、ゲート（Φａ２）２１４をＯＦＦ状態にし、また、ゲート（ＭＯＮ）２１６をＯＦＦ状態にすることにより、コンパレータ２０２ではモニタ信号と閾値との比較が一端停止される。
【００９５】
この期間（リフレッシュ期間）、新たに設定する閾値電圧がメモリ容量２０６に格納可能であり、閾値電圧設定部２０８では、閾値電圧がＶＭＳからＶＭＳ／２に切り替えられる。そして、コンパレータ２０２では、（ＶＭＳ／２−ＯＢＭ）とモニタ信号ＭＯＮとがコンパレータ２０２において比較される。ただし、モニタ信号とＯＢモニタ信号のオフセット電圧ＶＯＦはメモリ容量２０６に保持され続けている。
【００９６】
コンパレータ２０２から反転信号が出力されるまで、閾値電圧がＶＭＳ／２〜ＶＭＳ／６４へ順に切り替えられる。コンパレータ２０２から反転信号が出力されると、そのとき設定されていた閾値電圧が新たな閾値電圧として設定される。
【００９７】
そして、再びゲート（Φａ１）２１２をＯＦＦ状態、ゲート（Φａ２）２１４をＯＮ状態に切り替える。コンパレータ２０２では、新たに設定された閾値電圧とＯＢモニタ信号との差分（ＶＭＳ−ＯＢＭ）がモニタ信号ＭＯＮと比較される。そして、コンパレータ２０２から反転信号が出力されると、電荷蓄積を終了する。
【００９８】
図１３は、設定される閾値電圧と実際に出力される閾値電圧との非線形関係を示した図である。図１３に示すように、閾値電圧が低く設定されると、引算器２０４に入力する電圧がずれて線形性を維持できない。これは、タップ回路の特性に起因する。そのため、図１１に示す閾値電圧オフセット調整部２１２によって、補正分に応じた電圧をコンパレータ２０２に入力させる。
【００９９】
閾値電圧オフセット調整部２１２では、０Ｂ〜７Ｂのスイッチを切り替えることによって出力電圧が切り替わる。閾値電圧のオフセット値は、あらかじめ実験により定められており、閾値電圧設定部２８において閾値電圧が設定されると、その閾値電圧に応じたオフセット電圧を出力するスイッチが接続される。
【０１００】
図１４は、システムコントロール回路３０によって実行されるモニタ信号オフセット調整処理を示したフローチャートである。
【０１０１】
上述したように、閾値電圧ＶＭＳ０＝０Ｖを設定し、モニタ信号オフセット調整部２１０のスイッチを順番に接続させ、モニタ信号とＯＢモニタ信号の出力信号レベルを比較する（Ｓ１０１〜Ｓ１０５）。そして、コンパレータ２０２が反転信号を出力すると、そのときのスイッチ接続によって出力される電圧をオフセット電圧ＶＯＦとして設定する（Ｓ１０６〜Ｓ１０８）。
【０１０２】
図１５は、システムコントロール回路によって実行される焦点検出時の電荷蓄積時間制御処理を示したフローチャートである。
【０１０３】
閾値電圧ＶＭＳが設定された状態で電荷蓄積が開始される。レベル検知時間Ｔｓに到達するまでにモニタ信号の出力レベルが閾値電圧ＶＭＳを超えていない場合、信号の比較を一度停止し、閾値電圧とそのレベル検知時間Ｔｓでのモニタ信号の出力レベルＶｍｏｎとが比較される（Ｓ２０１〜Ｓ２０８）。なお、後述するように、同じ測距ゾーンのＡＧＣ検出部については、同じ閾値電圧信号ＶＭＳが設定される。
【０１０４】
出力レベルＶｍｏｎが閾値電圧より大きいとき、その閾値電圧を新たに設定するとともに、その閾値電圧に応じたゲインを設定する。そして、再びモニタ信号の出力レベルをモニタリングする（Ｓ２０８〜Ｓ２１４）。モニタ信号の出力レベルが閾値電圧を超えると、ラインセンサの電荷蓄積（積分）を終了させる（Ｓ２１５〜Ｓ２１７）。そして、画素信号を読み出すとき、設定したゲインによって画素信号を増幅処理する（Ｓ２１８）。後述するように、画素信号のゲイン設定は測距ゾーンごとに切り替えて行われる。
【０１０５】
図１６は、ラインセンサ群に規定される測距ゾーンを示した図である。図１７は、列回路（図２参照）の電気回路図である。図１８は、画素信号読み出し動作のタイミングチャートである。図１６〜図１８を用いて、全画素信号を読み出すときのゲイン設定について説明する。
【０１０６】
図１６には、ラインセンサ群ＥＡ１（図２参照）を構成するラインセンサＬＳＡ１〜ＬＳＡ９に対して規定される測距ゾーンＤＡが示されている。測距ゾーンＤＡは、モニタセンサの各微小センサがモニタリングするエリア領域に相当し、各ラインセンサを横断するように測距ゾーンＤＡがラインセンサ配列方向に沿って定められる。
【０１０７】
ラインセンサ群ＥＡ１の画素信号を読み出すとき、ライセンサ配列方向（左右方向）を主走査方向として順番に画素信号を読み出す。上述したように、各ラインセンサはフォトダイオード対を上下方向に並べた構成になっており、フォトダイオード対をラインセンサ上部から下部に向けて順番にライン走査し、画素信号を読み出す。ラインセンサ群ＥＡ１の場合、ＬＳＡ１〜ＬＳＡ９までの１ライン分のフォトダイオード対から画素信号が順に読み出される。ラインセンサ群ＥＡ２も同様に画素信号が読み出される。
【０１０８】
一方、ラインセンサＬＳＢ１〜ＬＳＡＢ５から構成されるラインセンサ群ＥＢ１については、上下方向を主走査方向として画素信号が読み出される。主走査ライン上にあるフォトダイオード対の画素信号がラインセンサＬＳＢ１からＬＳＢ５に向けて順次読み出され、１ライン分の画素信号が読み出されると次のラインに走査が移る。ラインセンサ群ＥＢ１に規定される測距ゾーンＤＢは、微小センサのモニタリング対象エリアに合わせて規定される。ラインセンサ群ＥＢ２も同様の画素信号読み出しが行われる。
【０１０９】
本実施形態では、測距ゾーンＤＡ、ＤＢごとに所定の閾値電圧が設定されている。すなわち、各ラインセンサの同じ測距ゾーンにある微小センサには、同じ閾値電圧が設定される。画素信号の読み出しゲインに関しても同様であり、測距ゾーンＤＡそれぞれの閾値電圧に応じたゲイン値が定められる。このような閾値電圧に従い、画素信号を読み出す走査についても、次の測距ゾーンへ走査が移る度にゲインを設定変更する。
【０１１０】
図１７には、図５に示すフォトダイオード対１２０Ａｊ、１２０Ｂｊの画素信号読み出し回路１３０ｊと、列回路４６（図２、３参照）の一部回路を図示している。列回路４６は、クランプスイッチ（ＣＬ）３０４、容量Ｃｃ１のキャパシタ３０５、容量Ｃｃ２の可変キャパシタ３０６、増幅器（ＡＭＰｃ）３０８を備えたゲイン設定部３０２を有し、システムコントロール回路３０からの制御信号に基づいて可変キャパシタ３０６の容量が変化する。
【０１１１】
フォトダイオード１２０Ａｊ、１２０Ｂｊから読み出される画素信号のゲインは、キャパシタ３０５、可変キャパシタ３０６の容量比“Ｃｃ１／Ｃｃ２”によって定められる。ここでは、１、２、４、８、１６、３２倍のいずれかのゲインが可変キャパシタ３０６によって設定される。定められたゲイン値に従い、画素信号は増幅器３０８においてゲイン処理される。
【０１１２】
スイッチ（ΦＲ）３１２の切り替えによってリセット信号がキャパシタ３１８に保持される一方、スイッチ（ΦＳ）３１０の切り替えによって読み出された画素信号がキャパシタ３０６に保持される。そして、スイッチ（ΦＴ）３１４によって画素信号とリセット信号の差分が差動アンプ３２０に入力し、スイッチ（ΦＲＤｎ）３２１を通って画素信号が外部に出力される。差動アンプ３２０には、出力オフセット調整部３２２が接続されており、黒レベルに応じて画素信号がオフセット調整される。
【０１１３】
図１８には、列回路４６の各スイッチの切り替えタイミングが示されている。映像期間ＪＬでは、所定ライン上のフォトダイオード対の画素信号を読み出している。ここでは、各ラインセンサの一方の側のフォトダイオードから画素信号をまとめて先に読み出し、他方の側のフォトダイオードの画素信号を後から読み出す。転送期間ＪＬでは、シフトレジスタによって画素信号が画素信号読み出し回路から列回路４６へ転送される。
【０１１４】
ゲイン設定部３０２の可変キャパシタ３０６は、転送期間ＪＫの間に容量変更されるように構成されている。具体的には、走査中に測距ゾーンが切り替わる転送期間Ｑにゲインがシステムコントロール回路３０、論理回路４０によって変更される。転送期間Ｑを過ぎると次の測距ゾーンの走査が始まり、新たに設定されたゲイン値によって画素信号が増幅処理される。
【０１１５】
このように本実施形態によれば、複数のラインセンサＬＳＡ１〜ＬＳＡ９、ＬＳＡ１１〜ＬＳＡ１９、ＬＳＡＢ１〜ＬＳＡＢ５、ＬＳＡＢ６〜ＬＳＡＢ１０と複数のモニタセンサＬＭＡ１〜ＬＭＡ９、ＬＭＢ１〜ＬＭＢ５を配置したＡＦモジュール２４の焦点検出部４０において、各モニタセンサが、測距ゾーンＤＡ、ＤＢによって規定されるラインセンサの所定領域をそれぞれモニタリングする複数の微小センサから構成される。そして、各微小センサにＡＧＣ検出部が接続され、焦点検出のとき、微小センサからのモニタ信号と閾値ＶＭＳとがＡＧＣ検出部において比較される（図３、４参照）。
【０１１６】
電荷蓄積開始からレベル検知時間Ｔｓが経過すると、一度モニタ信号と閾値との比較を停止し、その時点でのモニタ信号の出力レベルを閾値ＶＭＳ〜ＶＭＳ／３２まで順に比較する。そして出力レベルに該当する閾値を新たに設定し、設定し直した閾値電圧とモニタ信号とをＡＧＣ検出部において比較する。モニタ信号が閾値を超えると、ＡＧＣ検出部は電荷蓄積を終了させる反転信号を出力し、対応するラインセンサの電荷蓄積が終了する。
【０１１７】
閾値電圧は、微小センサごと、すなわち測距ゾーンごとに設定され、ラインセンサから読み出される画素信号に対するゲインも、測距ゾーン毎に定められる。画素信号をラインセンサから読み出すとき、ラインセンサ配列方向を主走査方向としてライン走査し、測距ゾーンが次の測距ゾーンへ移るときにゲインを変更する。
【０１１８】
電荷蓄積途中で閾値を再設定するため、最大積分時間の到達前に電荷蓄積終了を迎えることが可能となり、また、電荷蓄積時間がモニタ信号の出力レベルに相当するため、従来のように一定積分時間後にゲインをかけたときに生じるような画素信号出力レベルのバラツキがなく、被写体の輝度レベルが低くても安定したゲイン出力レベルを維持した画素信号を抽出することが可能となって、精度よく焦点検出することができる。
【０１１９】
また、タップで構成される閾値電圧設定部２０８によって段階的に閾値を変えながらモニタ信号の出力レベルを判断するため、電荷蓄積中でも迅速にモニタ信号出力レベルを判別することが可能となる。
【０１２０】
さらに、閾値電圧設定、ゲイン設定が測距ゾーンごとに行われるため、様々な被写体の輝度パターンに対しても迅速にラインセンサの電荷蓄積時間を早めに調整することが可能となり、焦点検出までの時間を短縮させることができる。
【０１２１】
なお、レベル検知時間Ｔｓは任意の時間に設定可能である。また、閾値電圧もＶＭＳの１／２ｎに限定されず、段階的に大きい閾値から順番にモニタ信号と比較させるようにすればよい。
【０１２２】
一方、本実施形態では、各ＡＧＣ検出部にメモリ容量が設けられ、閾値電圧が保持される。レベル検知時間Ｔｓに到達すると、保持されていた閾値電圧がリフレッシュされ、新たな閾値電圧が保持される。
【０１２３】
ＡＧＣ検出部ごとに閾値電圧を保持するメモリを設けることで、各ＡＧＣ検出部で閾値を独自に設定可能であり、閾値電圧レベルが非常に低くてもモニタ信号との比較を正確に行い、広いダイナミックレンジで画素信号出力を安定化させることができる。特に、電荷蓄積中に閾値を再保持するため、キャパシタの容量を抑えることができる。また、測距ゾーン毎の閾値電圧設定を容易に設定可能としている。
【０１２４】
モニタ信号とＯＢモニタ信号とのオフセット電圧がモニタ信号オフセット調整部２１０において調整され、メモリ容量２０６に保持される。これにより、あらたなメモリを用意することなく閾値電圧とモニタ信号が適正に比較される。
【０１２５】
また、閾値電圧設定部２０８のタップ回路構成に起因する設定閾値と実際の出力閾値電圧との非線形性に対し、閾値電圧オフセット調整部２１２において補正される。これにより、低い閾値電圧の場合でも正確な出力電圧となってモニタ信号と比較される。
【０１２６】
次に、図１９〜図２１を用いて、第２の実施形態であるデジタルカメラについて説明する。第２の実施形態では、２回に渡ってモニタ信号の出力レベルを検出し、閾値を２回設定する。それ以外の構成については、第１の実施形態と実質的に同じである。
【０１２７】
図１９は、第２の実施形態における電荷蓄積期間中のモニタ信号と閾値電圧との関係を示した図である。図２０は、第２の実施形態におけるモニタ信号とゲイン調整される画素信号の出力レベルとの関係を示した図である。
【０１２８】
第２の実施形態では、２つのレベル検知時間Ｔｍ、Ｔｓが設定されており、それぞれ最大積分時間Ｔｌｉｍの１／４、１／２に相当する。電荷蓄積開始から第１のレベル検知時間Ｔｍが経過すると、３つの閾値ＶＭＳ／２、ＶＭＳ／４、ＶＭＳ／８とモニタ信号とが比較される。
【０１２９】
（Ａ）のモニタ信号の場合、第２のレベル検知時間Ｔｓ（＝Ｔｌｉｍ／２）が経過する前に出力レベルが閾値ＶＭＳ／２を超える。そのため、閾値ＶＭＳ／／２を新たな閾値として設定することによって、レベル検知時間Ｔｓが経過する前にラインセンサの電荷蓄積を終了させルことが可能であり、この場合、画素信号読み出しのとき２倍のゲインをかければよい。（Ｂ）のモニタ信号の場合、レベル検知時間Ｔｓが経過する前に出力レベルが閾値ＶＭＳ／４を超えることから、閾値ＶＭＳ／４が新たな閾値として設定される。
【０１３０】
一方、（Ｃ）〜（Ｆ）のモニタ信号の場合、出力レベルが閾値ＶＭＳ／８以下であることしか明らかになっておらず、どの閾値を再設定すればレベル検知時間Ｔｓ前に電荷蓄積を終了させることができるかこの時点で判断できない。そのため、２回目のレベル検知時間Ｔｓが経過するときに残りの閾値とモニタ信号とを比較する。
【０１３１】
レベル検知時間Ｔｓでは、第１の実施形態と同様、モニタ信号とすべての閾値とを比較し、出力レベルに応じて新たな閾値電圧が設定される。これにより、最大積分時間Ｔｌｉｍまでにモニタ信号が閾値電圧に到達し、対応するラインセンサの電荷蓄積が終了する。図２０に示すように、画素信号の出力レベルは、どの被写体の明るさに対しても安定する。なお、なお、レベル検知時間としてＴｓ＝Ｔｌｉｍ／４に設定してもよい。
【０１３２】
図２１は、第２の実施形態における電荷蓄積時間制御処理を示したフローチャートである。
【０１３３】
電荷蓄積開始後に第１のレベル検知積分時間Ｔｍが経過すると、モニタ信号と閾値電圧との比較を停止し、その時点でのモニタ信号出力レベルＶｍｏｎと３つの閾値電圧ＶＭＳ／２、ＶＭＳ／４、ＶＭＳ／８とが比較される。モニタ信号出力レベルがＶＭＳ／８より上であれば、ラインセンサの電荷蓄積終了を実現させる閾値電圧に設定され、それに合わせてゲインが設定される（Ｓ３０１〜Ｓ３１３）。
【０１３４】
一方、モニタ信号出力レベルＶｍｏｎが閾値電圧ＶＭＳ／８以下の場合、閾値電圧ＶＭＳ／８を設定し、モニタ信号出力レベルＶｍｏｎと閾値電圧ＶＳＭ／８との比較が開始される（Ｓ３１０〜Ｓ３１２）。そして、レベル検知時間Ｔｓに到達すると、モニタ信号出力レベルＶｏｍと閾値電圧ＶＭＳ／２〜Ｖｍｓ／３２とが比較される（Ｓ３１６〜Ｓ３２１）そして、電荷蓄積を終了させる閾値電圧が設定される（Ｓ３２２〜Ｓ３２５）。すべてのラインセンサの電荷蓄積が終了すると、設定されたゲインで画素信号が読み出される（Ｓ３２６〜Ｓ３２９）。
【０１３５】
このように第２の実施形態では、最大積分時間到達前に２回のレベル検知時間を設定し、閾値再設定を２回行う。これにより、比較的モニタ信号出力レベルが大きい場合、ラインセンサの電荷蓄積時間をさらに早めることが可能となり、モニタ信号出力レベルの低い残りのモニタセンサ、微小センサに対してのみ電荷蓄積時間調整をするだけで済む。なお、最大積分時間までのレベル検知回数は２回に限定されず、さらなる回数を設定してもよい。
【０１３６】
第１、第２の実施形態では、ラインセンサを測距ゾーンに従って領域分割し、測距ゾーンに合わせて複数の微小センサを配置させたモニタセンサを構成しているが、閾値を電荷蓄積中に再設定する制御処理だけを考慮すれば、測距ゾーンごとにモニタセンサを分けず、  各ＡＧＣ回路にメモリを設けず、同じ閾値を設定してもよい。
【０１３７】
また、各ＡＧＣ検出部にメモリ容量を設ける構成だけを考慮すれば、閾値再設定の制御処理を行わず、従来のように最大積分時間経過後の閾値とモニタ信号との比較を行う構成にしてもよい。
【０１３８】
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】
【０１３９】
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）
３０  システムコントロール回路（電荷蓄積時間制御手段）
４０  焦点検出部（画像信号出力手段）
４２  ＡＧＣ回路（電荷蓄積終了検出部、電荷蓄積時間制御手段）
４４  論理回路（電荷蓄積時間制御手段）
１２０Ａｊ、１２０Ｂｊ  フォトダイオード（光電変換素子）
１３０ｊ  ラインセンサ用画素信号読み出し回路
１４０ｍ  微小センサ（モニタセンサ）
２００  ＡＧＣ検出部（電荷蓄積終了検出部）
２０２  コンパレータ（比較器）
２０４  引算器
２０６  メモリ容量（メモリ）
２０８  閾値電圧設定部
２１０  モニタ信号オフセット調整部
２１２  閾値電圧オフセット調整部
３０２  ゲイン設定部
ＬＳＡ１〜ＬＳＡ９  ラインセンサ
ＬＭＡ１〜ＬＡＭ９  モニタセンサ
Ｍ１〜Ｍ３  微小センサ
ＡＧＣ１〜ＡＧＣ９  ＡＧＣ検出部
ＶＭＳ  閾値（閾値電圧、適正閾値）
Ｖｍｏｎ  モニタ信号出力レベル
ＶＯＦ  オフセット閾値電圧
Ｔｍ  レベル検知時間
Ｔｌｉｍ  最大積分時間（電荷蓄積許容時間）
ＰＳＡ５  ラインセンサ用画素信号読み出し回路
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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