(57)【要約】【課題】色温度センサがAF用センサの蓄積前の固定パターンノイズを除去する補正動作の影響を受けないようにする。【解決手段】位相差検出により焦点検出用信号を出力する第一のセンサ113と、分光感度が互いに異なる複数の画素を持つ第二のセンサ110を同一基板上に配置した焦点検出装置において、第一のセンサ113の固定パターンノイズを除去する補正動作終了後に第二のセンサ110の蓄積を開始する。第二のセンサ110の蓄積開始タイミングは、第一のセンサ113の補正動作開始タイミングをカウンタで遅延させる。又は第二のセンサ110の蓄積開始タイミングは、第一のセンサ113の補正動作完了と同期している。第一のセンサ113の補正動作による電源電圧変動の影響を小さくすることができ、第二のセンサ110は安定した蓄積動作を行うことができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
位相差検出により焦点検出用信号を出力する第一のセンサと、分光感度が互いに異なる複数の画素を持つ第二のセンサを同一基板上に配置した焦点検出装置において、前記第一のセンサの固定パターンノイズを除去する補正動作終了後に前記第二のセンサの蓄積を開始することを特徴とする焦点検出装置。
【請求項２】
前記第二のセンサの蓄積開始タイミングは、前記第一のセンサの補正動作開始タイミングをカウンタで遅延させたもの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。
【請求項３】
前記第二のセンサの蓄積開始タイミングは、前記第一のセンサの補正動作完了と同期してい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】
前記第一のセンサの補正動作期間を通じて、前記第一のセンサの最大信号出力端子又は最小信号出力端子とスイッチを介して接続されるソースフォロワ回路の電流源がオン、オフ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５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の焦点検出装置を搭載したカメラシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一眼レフカメラなどに用いられるオートフォーカス用の焦点検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
オートフォーカス用の焦点検出装置として、目標物の輝度情報を光センサで受光し、電気処理によって焦点位置を検出するパッシブ方式がある。そのうちの位相差検出方式は、２組の受光素子における輝度信号の横ズレを検出する方式である。
【０００３】
一眼レフカメラで用いられている位相差検出方式のオートフォーカス（以下AF）において、被写体光源の色温度によって焦点検出位置が異なるという問題がある。これはレンズの色収差が原因である。この問題を解決した焦点検出装置の例が、特許文献１に開示されている。
【０００４】
この装置は、焦点検出用AFセンサと色温度センサが有り、色温度センサの出力を基にしてAFセンサの出力を補正する補正手段を有する。AFセンサのフォトセンサアレイと色温度センサの一対のフォトダイオードは、AFセンサモジュール内に隣接して配置されている。
【０００５】
一方、特許文献２に開示されているように、AFの高速化を図るために、AFセンサの蓄積制御をセンサ出力の最大値と最小値の差を検出して行った焦点検出装置がある。これは、より正確な制御を行うために、最大値と最小値を検出するそれぞれの出力用アンプの固定パターンを取り除いて、AF用信号蓄積動作前に補正動作を行うオフセットキャンセルモードを有する。
【特許文献１】特開昭６３−１６８６１３号公報
【特許文献２】特開２０００−１８０７０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の装置では、AFの補正動作が色温度センサに及ぼす影響について示されていない。
【０００７】
近年のAFセンサは測距点の多点化に伴って画素数が増加している。その結果、特許文献２に示されるようなAFセンサの補正動作（オフセットキャンセル動作）を行うと、それによる集積回路の電源電圧変動が大きくなり、電源電圧変動が他の回路動作に与える影響を無視できなくなっている。AFセンサと同一基板上に混載される色温度センサも例外ではなく、AFセンサの補正動作の影響で、色温度センサの蓄積レベルが電源電圧変動によって振られることで、正しい蓄積が行えない問題が発生している。
【０００８】
一方、電源電圧変動を低減する方法として、一般的にノイズ源の回路をウェル分離する方法が用いられる。しかし、ウェル分離で色温度センサの振られを抑えることは容易ではない。なぜなら、ファインダ上の色温度センサ領域がAFセンサの測距領域をカバーするために、色温度センサの画素とAFセンサの画素は近接して配置されている。つまり色温度センサの画素とAFセンサの画素間をウェル分離する十分なスペースを確保できないことがある。また、カメラ小型化の要請から、センサパッケージのピン数を安易に増やすことができないので、別電源用のピンを設けることが困難である。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、色温度センサ出力を用いた高精度なＡＦ動作を行う際、ＡＦ用センサについてオフセットキャンセル動作を行っても、その影響を受けず正確な色温度センサ出力を得ることである。その結果、高精度なAF動作を実現可能な焦点検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するため、本発明の焦点検出装置は、位相差検出により焦点検出用信号を出力する第一のセンサと、分光感度が互いに異なる複数の画素を持つ第二のセンサを同一基板上に配置した焦点検出装置において、前記第一のセンサの固定パターンノイズを除去する補正動作終了後に前記第二のセンサの蓄積を開始することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、第一のセンサであるAFセンサの固定パターンノイズを除去する補正動作終了後に第二のセンサである色温度センサの蓄積を開始している。これにより、AFセンサの補正動作による電源電圧変動の影響を小さくすることができるため、色温度センサは安定した蓄積動作を行うことができる。その結果、異なる色温度を有する被写体光源の判別が可能になり、判別情報を基に焦点調節情報を補正することで高精度な焦点検出が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００１３】
いずれの実施形態も、従来技術と同様に、焦点検出装置における色温度センサはAFセンサの色収差補正用である。また、AFセンサと色温度センサは同一基板上に配置されている。
【００１４】
［実施形態１］
図１は、本発明の実施形態１を示す回路ブロック図である。
【００１５】
101はシリアル通信クロック入力端子、102はシリアル通信イネーブル信号入力端子、103はシリアル通信データ入力端子である。104はシリアル通信I/O回路、105は入力信号を一定期間遅延させて出力するカウンタ回路、106はロジック回路のマスタークロックを生成する発振回路、107は色温度センサ用タイミング生成回路（以下TG）、108はAFセンサ用TGである。これらは、ロジックブロック109を構成する。
【００１６】
110は図４に記載している、分光感度が異なる複数の画素を持つ第二のセンサとしての色温度センサ、111はサンプルホールド回路、112はゲイン回路である。113は図３に記載している、位相差検出により焦点検出用信号を出力する第一のセンサとしてのAFセンサである。114は自動利得制御（AGC）回路、115はゲイン回路である。116は出力マルチプレクサ、117はアナログ信号出力端子、120は色温度センサ強制蓄積終了信号、121はAFセンサ補正動作開始信号、122はAFセンサ強制蓄積終了信号、123はメインクロックである。
【００１７】
124は色温度センサ蓄積開始信号、125は色温度センサ蓄積完了信号である。126は色温度センサ110とサンプルホールド回路111とゲイン回路112の駆動信号、127はAFセンサ蓄積完了信号、128はAFセンサ113とAGC回路114とゲイン回路115の駆動信号である。
【００１８】
130は色温度センサ積分信号、131はサンプルホールド信号、132は色温度センサ出力信号、133はAFセンサ最大信号と最小信号、134はAFセンサ最大信号と最小信号とビット信号、135はAFセンサ出力信号、136はアナログ出力信号である。
【００１９】
駆動信号126と128は複数の制御信号を示している。駆動信号126は色温度センサ110の蓄積開始と蓄積終了のタイミング、サンプルホールド回路111のサンプルホールドのタイミング、ゲイン回路112の読み出しタイミングを伝達する。駆動信号128はAFセンサ113の補正動作と蓄積中の最大最小出力と蓄積終了と信号読み出しのタイミング、AGC回路114のAGCタイミング、ゲイン回路115の読み出しタイミングを伝達する。
【００２０】
図３は、本発明の実施形態１におけるAFセンサの回路図である。
【００２１】
図３により、第一のセンサであるAFセンサの回路を説明する。
【００２２】
図では２つの画素しか記載していないが、実際には位相差検出を行うために、数十個の画素アレイで１つのAFラインを形成して、１つの測距点に対応している。近年では測距点数の増加に伴い、画素アレイの総数が数千個に達している。
【００２３】
301はフォトダイオードリセット電圧（VRES）、302はフォトダイオードリセットスイッチ（SW_RESET）、303はフォトダイオードである。304は電流源（IBIAS0）、305は蓄積制御スイッチ（SW_CHG）、306は蓄積信号を保持する容量（C_CHG）である。
【００２４】
307はノイズ記録スイッチ1（SW_N1）、308はノイズ記録スイッチ2（SW_N2）である。309は信号出力スイッチ1（SW_S1）、310は信号出力スイッチ2（SW_S2）、311は各画素の固定パターンノイズを保持する容量（C_CLAMP）、312はクランプスイッチ（SW_CLAMP）、313はクランプ電圧（VGR）である。
【００２５】
314はソースフォロワ回路の電流源（IBIAS1）、315は最小信号出力時とビット出力時にオンする最小信号出力及び画素選択スイッチ（SW_PH）、316は最小信号出力端子である。317はソースフォロワ回路の電流源（IBIAS2）、318は最大信号出力端子、319は最大信号出力スイッチ（SW_PAGC）である。図３の各スイッチと電流源はAFセンサ用TG 108と接続され、それによって駆動される。また、最小信号出力端子316と最大信号出力端子318はAGC回路114及びゲイン回路115に接続される。
【００２６】
図４は、本発明の実施形態１における色温度センサの回路図である。
【００２７】
図４により、第二のセンサである色温度センサの回路を説明する。
【００２８】
401はフォトダイオードリセット電圧（VRST）、402と403は分光の異なる画素であり、例えば402は赤カラーフィルタを形成したフォトダイオード（R画素）、403は赤カラーフィルタを形成していないフォトダイオード（W画素）である。
【００２９】
404は積分回路リセットスイッチ（SW1）、405は積分アンプのオフセットを除去するためにリセット期間中、積分容量の片側を基準電圧に固定するスイッチ（SW2）、406はスイッチ405と同様のオフセット除去用スイッチ（SW3）である。407は色温度センサのゲインを決める積分容量（C_INT）、408はオペアンプ、409は蓄積終了電圧（VCOMP）、410はオペアンプ408の出力と蓄積終了電圧（VCOMP） 409を比較するコンパレータである。
【００３０】
図４の各スイッチは色温度センサ用TG 107と接続され、それによって駆動される。コンパレータ410の出力は色温度センサ蓄積完了信号125を通じて色温度センサ用TG 107に接続される。R画素とW画素の積分アンプの出力は、色温度センサ積分信号130を通じてサンプルホールド回路111でサンプルホールドされる。
【００３１】
図５は、本発明の実施形態１におけるAFセンサと色温度センサの補正動作及び蓄積開始時の駆動タイミングを示した図である。
【００３２】
図中の記号は上記の各スイッチ、電流源、容量の蓄積電圧、コンパレータの入力電圧を示している。
【００３３】
以下、AFセンサと色温度センサの動作シーケンスを説明する。
【００３４】
図１の101、102、103の各端子に外部からAF補正動作開始のシリアル信号が入力される。I/O回路104はこれを受けて、AF補正動作開始信号121を出力する。AFセンサ用TG 108はこの信号を受けて電流源（IBIAS1） 314、（IBIAS2） 317をオンする。電流源（IBIAS0） 304は常時オンである。電流源（IBIAS1）314、（IBIAS2）317がオンしてスイッチ（SW_RESET） 302、（SW_N1）307、（SW_N2）308がオフされる。このとき、フォトダイオードのリセットノイズ、差動段のオフセット、各スイッチのkTCノイズを含んだ信号が容量（C_CHG）306に書き込まれる。これらのノイズは、各画素でノイズ値が異なるので、画素アレイでは固定パターンノイズとして現れる。
【００３５】
この固定パターンノイズ情報が容量（C_CHG）306に書き込まれると、電流源（IBIAS1） 314、（IBIAS2）317がオフされる。次いで、スイッチ（SW_S1） 309、（SW_CLAMP） 312、（SW_S2）310が順次動作し、容量（C_CHG）306に書き込まれたノイズを引き算して、画素と読み出し回路の固定パターンノイズを除去して光信号を出力する状態が整う。この一連の動作を補正動作と呼ぶ。補正動作期間中、集積回路内で数千個の電流源（IBIAS1 314 とIBIAS2 317）が、一斉にオンオフ動作を行う。
【００３６】
従来の駆動方式では、このオンオフ動作により、集積回路の電源電圧が変動して、集積回路上の他の回路に影響を及ぼすことが問題となっていた。補正動作以外にも電流源がオンオフ動作する期間として信号読み出し時が挙げられる。しかし、本発明においては、オンオフ動作する電流源は信号を読み出すラインに限られる。よって電流源のオンオフ動作による電源電圧変動量は補正動作時より小さく、色温度センサに及ぼす影響も小さい。
【００３７】
スイッチ（SW_S2） 310がオンした後、スイッチ（SW_PH ）315、（SW_PAGC） 319がオンされて、画素アレイの出力が互いにショートされる。このショートされた配線を１つの電流源で駆動することで、画素アレイの最大値と最小値が検出される。最大値と最小値はAGC回路114に入力されて、最大値と最小値の差分を基に自動利得制御（AGC）が行われる。AGC回路114は蓄積完了信号127をAFセンサ用TG 108に出力して、ここからAFセンサ113に蓄積終了信号を出力して蓄積動作が終了する。また、外部からシリアル通信を行うことで、色温度センサ強制蓄積終了信号120とAFセンサ強制蓄積終了信号122が出力されてAFセンサと色温度センサの蓄積を強制的に終了することも可能である。AFセンサの読み出しは、図３には記載されていないがシフトレジスタによって各画素のSW_PH 315が順次オンし、最小信号出力端子316からゲイン回路115へビット信号が出力される。ゲイン回路115で適切なゲインが印加される。
【００３８】
次に色温度センサのシーケンスを説明する。AF補正動作開始信号121はカウンタ回路105で遅延されてから色温度センサ用TG 107に入力される。このカウンタ回路105はAFの補正動作と同じか、補正動作終了からマスタークロック数クロック分延長した期間の遅延量を持つ。色温度センサ用TG 107はカウンタ回路105で遅延された色温度センサ蓄積開始信号124を受けてスイッチ（SW1）404、（SW2）405、（SW3）406を順次駆動する。オペアンプ408の出力がリセット電圧（VREST）401から変化して、蓄積終了電圧（VCOMP）409に達した時点でコンパレータ410が動作して、蓄積完了を色温度センサ用TG 107に伝える。ここから蓄積終了信号が出力され、スイッチ（SW1）404、（SW2）405、（SW3）406はリセット状態に戻り、サンプルホールド回路111は蓄積信号をホールドする。ホールドされた信号はゲイン回路112によってゲインが印加される。
【００３９】
ゲインが印加された色温度センサ出力信号132とAFセンサ出力信号135は、出力マルチプレクサ116でマルチプレクスされて、アナログ信号出力端子117から出力される。
【００４０】
従来の駆動方式では、I/O回路104の補正動作開始信号をカウンタ回路105で遅延させずに色温度センサ用TG 107に入力していた。このため、AFの補正動作、特に電流源（IBIAS1）314、（IBIAS2）317のオンオフ動作によってオペアンプ408の出力電圧、つまりコンパレータ410の入力電圧が変動する。変動した信号が蓄積終了電圧（VCOMP）409を超えると、コンパレータ410は蓄積が完了したと誤認識して、ロジックブロック109に蓄積完了信号を送ってしまう。その結果、サンプルホールド回路111には変動した信号がホールドされて、光信号とは異なる信号が出力されるという問題が発生していた。
【００４１】
本発明では、AFの補正動作終了後に色温度センサの蓄積を開始する。本実施形態では、I/O回路104の補正動作開始信号をカウンタ回路105で遅延させて、AFの補正動作が終了してから色温度センサのリセットを解除して色温度センサの蓄積を開始する。それにより、AF補正動作による電源電圧変動が色温度センサの蓄積動作に及ぼす影響を小さくすることができる。この結果、色温度センサから光電流に応じた安定した出力を得ることができる。
【００４２】
［実施形態２］
図２は、本発明の実施形態２の回路ブロック図である。
【００４３】
図中の番号は図１と同じである。
【００４４】
実施形態１との違いは、色温度センサの蓄積開始信号124をAFセンサ用TG 108から出力している点である。AFセンサ用TG 108からAFセンサ113に入力される信号のうち、AFの補正動作が終了してから動作する信号（例えばSW_S2）を色温度センサの蓄積開始信号とする。すなわち、AFの補正動作終了後に色温度センサの蓄積を開始する点について、色温度センサの蓄積開始タイミングを、AFセンサの補正動作完了と同期させている。
【００４５】
こうすることで、カウンタ回路を用いることなく実施形態１と同様の効果を得ることができる。
【００４６】
［実施形態３］
図６は、本発明の実施形態１及び実施形態２のAFセンサ、色温度センサを搭載した焦点検出装置に用いる集積回路である。
【００４７】
図６において、601は109と同様のロジックブロックで、複数のAFセンサと複数の色温度センサに対応している。602は数十個の画素アレイからなるAFセンサL1A、603はAFセンサL1Bで、AFセンサL1A 602と共に1つの測距点に対応している。604はAFセンサL23A、605はAFセンサL24B、606はAFセンサブロック、607は色温度センサ、608はサンプルホールド回路、609はゲインアンプ、610は色温度センサユニット、611は色温度センサブロックである。
【００４８】
612はAGC回路1、613はAGC回路2、614はAGC回路3、615はAGC回路4であり、23対のAFセンサの最大最小信号を612〜615に時分割で送信して、各AGCが順次蓄積制御することでAGC回路の数を削減している。616は参照電圧電流生成回路、617は温度計回路、618はAFゲイン回路、619は出力マルチプレクサ、620はアナログ回路ブロックである。
【００４９】
621は焦点検出装置に用いる集積回路、622は101〜103のシリアル通信端子、623は基準電圧出力端子、624は外部温度計用ダイオード接続端子、625はアナログ信号出力端子である。
【００５０】
図では結線情報を示していないが、ロジックブロック601は外部シリアル通信によってAFセンサブロック606、色温度センサブロック611、アナログ回路ブロック620の各ブロックの回路を制御する。AFセンサブロック606の信号は612〜615の各AGC回路で蓄積制御され、蓄積完了信号がロジックブロック601に伝達される。また、AFセンサブロック606の信号はAFゲイン回路618でゲイン印加され、色温度センサブロック611の信号を含めて出力マルチプレクサ619を通してアナログ信号出力端子625から取り出される。参照電圧電流生成回路616で生成される参照電圧と参照電流は、601，606，611，620の各ブロックに供給される。一部の信号はシリアル通信端子622あるいは出力マルチプレクサ619を通してアナログ信号出力端子625から取り出すことができる。
【００５１】
［実施形態４］
図７は、本発明の実施形態４を示すカメラシステムの構成図である。
【００５２】
本発明の焦点検出装置をデジタルカメラに組み込んだシステムである。
【００５３】
701は後述するレンズのプロテクトとメインスイッチとを兼ねるバリア、702は被写体の光学像を固体撮像素子に結像するレンズ、703はレンズを通過した光量を調整するための絞りである。704はレンズで結像された被写体を画像信号として取り込む固体撮像装置、705は実施形態１又は実施形態２に記載のAFセンサと色温度センサ又は実施形態３の集積回路を搭載した焦点検出装置である。
【００５４】
706は固体撮像素子や焦点検出装置から出力される信号を信号処理する撮像信号処理装置、707は撮像信号処理回路から出力された信号をアナログデジタル変換するA/D変換器である。708はA/D変換器より出力された画像データに対して各種の補正あるいはデータの圧縮を行う信号処理部である。
【００５５】
709は画像データを一時記憶するためのメモリ部、710は外部コンピュータなどと通信するための外部I/F回路、711は信号処理部などに各種タイミング信号を出力するタイミング発生部である。712は各種演算とカメラ全体を制御する全体制・御演算部、713は記録媒体制御I/F部、714は記録媒体に記録しまたは読み出しを行うための半導体メモリなどの着脱可能な記録媒体、715は外部コンピュータである。
【００５６】
次に、上記のデジタルカメラの撮影時の動作について説明する。
【００５７】
バリア701がオープンされるとメイン電源がオンされ、次にコントロール系の電源がオンされ、さらにA/D変換器707などの撮像系回路の電源がオンされる。次いで、焦点検出装置705から出力された信号をもとに、全体制御・演算部712は前記したような位相差検出により被写体までの距離を演算する。その後、レンズ702を駆動して合焦しているか否かを判断し、合焦していないと判断したときには、再びレンズ702を駆動してオートフォーカス制御を行う。
【００５８】
次いで、合焦が確認された後に本露光が始まる。露光が終了すると、固体撮像装置704から出力された画像信号はA/D変換器707でアナログデジタル変換され、信号処理部708を通り全体制御・演算によりメモリ部709に書き込まれる。その後、メモリ部709に蓄積されたデータは全体制御・演算部712の制御により記録媒体制御I/F部713を通り着脱可能な記録媒体714に記録される。また、外部I/F部710を通り直接コンピュータなどに入力してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の実施形態１を示す回路ブロック図
【図２】本発明の実施形態２を示す回路ブロック図
【図３】本発明の実施形態１を示すAFセンサの回路図
【図４】本発明の実施形態１を示す色温度センサの回路図
【図５】本発明の実施形態１を示す駆動タイミングの図
【図６】本発明の実施形態３を示す焦点検出集積回路の構成図
【図７】本発明の実施形態４を示すカメラシステムの構成図
【符号の説明】
【００６０】
105…カウンタ回路
106…発振回路
107…色温度センサ用TG
108…ＡＦセンサ用TG
110…色温度センサ（第二のセンサ）
113…AFセンサ（第一のセンサ）
112,115…ゲイン回路
121…ＡＦ補正動作開始信号
124…色温度センサ蓄積開始信号
303…フォトダイオード
306…蓄積信号を保持する容量
311…固定パターンノイズを保持する容量
316…最小信号出力端子
318…最大信号出力端子
402…フォトダイオード（R画素）
403…フォトダイオード（W画素）
410…コンパレータ
411…色温度センサ
601…ロジックブロック
611…色温度センサブロック
620…アナログ回路ブロック
【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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