(57)【要約】【課題】一対の光電変換センサー列の出力経路差等に起因した出力信号の差を補正する。【解決手段】遮光画素Ａ１〜Ａ３、Ｂ１〜Ｂ３と非遮光画素Ｏ１１〜Ｏ３１、Ｏ１２〜Ｏ３２とを有する複数の光電変換素子と、複数の光電変換素子のそれぞれからの信号を独立して出力する出力回路（Ｆ１１〜Ｆ３１、Ｍ１、Ａ１、Ｔ１）、（Ｆ１２〜Ｆ３２、Ｍ２、Ａ２、Ｔ２）と、出力回路から独立して出力される信号の内、複数の光電変換素子それぞれの遮光画素Ｏ１１〜Ｏ３１、Ｏ１２〜Ｏ３２で得られる信号に基づいて、出力回路から独立して出力される信号を補正する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
遮光画素と非遮光画素とを有する複数の光電変換素子と、
前記複数の光電変換素子のそれぞれからの信号を独立して出力する出力手段と、
前記出力手段から独立して出力される前記信号の内、前記複数の光電変換素子それぞれの前記遮光画素で得られる信号に基づいて、前記出力手段から独立して出力される前記信号を補正する補正手段とを備えることを特徴とする光電変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光電変換装置と、
前記補正手段によって補正された前記信号に基づいて光学系の焦点調節状態を演算する演算手段とを備えることを特徴とする焦点検出装置。
【請求項３】
光学的黒画素と有効画素から構成され、光学系からの光束を受光する一対の光電変換画素列を有し、前記一対の光電変換画素列それぞれの出力信号を独立した出力経路を介して出力する光電変換素子と、
前記一対の光電変換画素列の前記光学的黒画素の出力信号に基づいて、前記一対の光電変換画素列の出力信号を補正する補正手段と、
前記補正手段による補正後の前記一対の光電変換画素列の出力信号に基づいて、前記光学系の焦点調節状態を演算する演算手段とを備えることを特徴とする焦点検出装置。
【請求項４】
請求項３に記載の焦点検出装置において、
前記補正手段は、前記一対の光電変換画素列の前記光学的黒画素の出力信号がほぼ等しくなるように、前記一対の光電変換画素列の内の少なくとも一方の出力信号を補正することを特徴とする焦点検出装置。
【請求項５】
請求項３に記載の焦点検出装置において、
前記補正手段は、前記一対の光電変換画素列の前記光学的黒画素の出力信号の比により、前記一対の光電変換画素列の少なくとも一方の前記出力経路に含まれる増幅器の増幅率を変更することを特徴とする焦点検出装置。
【請求項６】
請求項３〜５のいずれか１項に記載の焦点検出装置において、
前記補正手段は、前記光電変換画素列の出力信号レベルと前記光電変換画素列の飽和出力レベルとに基づいて、補正する前記光電変換画素列を決定することを特徴とする焦点検出装置。
【請求項７】
請求項２〜６のいずれか１項に記載の焦点検出装置を備えたことを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光電変換装置、焦点検出装置および撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
位相差検出方式の焦点検出装置に用いられるイメージセンサーに複数の出力端子を設け、対の被写体像を受光する対の光電変換素子列からの信号列をそれぞれ別個の出力端子から取り出し、対の信号列の読み出し時間を短縮するようにした焦点検出装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この出願の発明に関連する先行技術文献としては次のものがある。
【特許文献１】特願２００５−１６００５９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した従来の焦点検出装置では、対の信号列を別個の出力端子から読み出すことによって読み出し時間を短縮できるが、出力回路に設けられるアンプの増幅率のバラツキや出力回路の長さの違いや、チップ内の場所による暗時ノイズなどによって、対の光電変換素子列からの出力レベルが等しくても出力端子からの出力レベルに差が生じ、焦点検出誤差になるという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（１）  請求項１の発明は、遮光画素と非遮光画素とを有する複数の光電変換素子と、複数の光電変換素子のそれぞれからの信号を独立して出力する出力手段と、出力手段から独立して出力される信号の内、複数の光電変換素子それぞれの遮光画素で得られる信号に基づいて、出力手段から独立して出力される信号を補正する補正手段とを備え、これにより上記課題を解決する。
（２）  請求項２の発明は、請求項１に記載の光電変換装置と、補正手段によって補正された信号に基づいて光学系の焦点調節状態を演算する演算手段とを備える。
（３）  請求項３の発明は、光学的黒画素と有効画素から構成され、光学系からの光束を受光する一対の光電変換画素列を有し、一対の光電変換画素列それぞれの出力信号を独立した出力経路を介して出力する光電変換素子と、一対の光電変換画素列の光学的黒画素の出力信号に基づいて、一対の光電変換画素列の出力信号を補正する補正手段と、補正手段による補正後の一対の光電変換画素列の出力信号に基づいて、光学系の焦点調節状態を演算する演算手段とを備える。
（４）  請求項４の焦点検出装置は、補正手段によって、一対の光電変換画素列の光学的黒画素の出力信号がほぼ等しくなるように、一対の光電変換画素列の内の少なくとも一方の出力信号を補正するようにしたものである。
（５）  請求項５の焦点検出装置は、補正手段によって、一対の光電変換画素列の光学的黒画素の出力信号の比により、一対の光電変換画素列の少なくとも一方の出力経路に含まれる増幅器の増幅率を変更するようにしたものである。
（６）  請求項６の焦点検出装置は、補正手段によって、光電変換画素列の出力信号レベルと光電変換画素列の飽和出力レベルとに基づいて、補正する光電変換画素列を決定するようにしたものである。
（７）  請求項７発明は、請求項２〜６のいずれか１項に記載の焦点検出装置を備えた撮像装置である。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、一対の光電変換センサー列の出力経路差等に起因した出力信号の差を補正することができ、焦点検出精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本願発明の光電変換装置またはこの光電変換装置を有する焦点検出装置を一眼レフディジタルカメラに適用した一実施の形態を説明する。なお、本願発明は一眼レフディジタルカメラに限定されず、位相差検出方式の焦点検出装置を備えたあらゆる撮像装置に適用することができる。
【０００８】
図１は一実施の形態の一眼レフディジタルカメラの構成を示す。なお、本願発明と直接に関係のないカメラの機器および装置の図示と説明を省略する。一実施の形態のカメラはカメラボディ１に撮影レンズ２が装着されている。カメラボディ１にはメインミラー３およびサブミラー４、撮像素子５、焦点検出モジュール６、コントローラー７、ファインダー光学系８などが設けられている。一方、撮影レンズ２にはフォーカシングレンズ９、モーターを含むレンズ駆動機構１０などが設けられている。
【０００９】
撮影前はメインミラー３およびサブミラー４が図示のように撮影光路中に置かれ、撮影レンズ２を透過した被写体光の一部がメインミラー３を透過し、サブミラー４で反射されて焦点検出モジュール６へ導かれるとともに、被写体光の他の一部がメインミラー３で反射されてファインダー光学系８へ導かれる。一方、撮影時にはメインミラー３およびサブミラー４が撮影光路から退避され、撮影レンズ２により被写体像が撮像素子５上に結像され、撮像素子５により撮像が行われる。
【００１０】
焦点検出モジュール６は撮像素子５の撮像面と等価な所定結像面の後方に配置され、視野マスク、コンデンサーレンズ、絞りマスク、再結像レンズなどからなる焦点検出光学系１１と、光電変換素子１２とを備えている。焦点検出光学系１１の対の再結像レンズは、所定結像面に形成される撮影レンズ２の一次像を光電変換素子１２上の対の光電変換センサー列上に再結像する。光電変換素子１２は、対の光電変換センサー列上の光像を電気信号に変換し、出力回路１５を介してＡ列信号およびＢ列信号として出力する。
【００１１】
コントローラー７はＡ／Ｄ変換回路１３、マイクロコンピューターで構成される演算回路１４などを備え、光電変換素子１２から出力されるＡ列信号とＢ列信号をＡ／Ｄ変換して光像の相対的ズレ量を検出し、このズレ量に基づいて撮影レンズ２の焦点調節状態を表すデフォーカス量を演算する。
【００１２】
図２は光電変換素子１２の回路構成を示す正面図である。一実施の形態の光電変換素子１２上には、４対の光電変換センサー列(Ａ１,Ｂ１)、(Ａ２,Ｂ２)、(Ａ３,Ｂ３)、(Ａ４,Ｂ４)が配設されている。光電変換センサー列Ａ１で蓄積された信号は、フローティングディフュージョンＦ１１、マルチプレクサーＭ１およびアンプＡ１を介して端子Ｔ１から出力される。光電変換センサー列Ａ２およびＡ３で蓄積された信号も同様に出力される。一方、光電変換センサー列Ａ１と対になる光電変換センサー列Ｂ１で蓄積された信号は、フローティングディフュージョンＦ１２、マルチプレクサーＭ２およびアンプＡ２を介して端子Ｔ２から出力される。光電変換センサー列Ａ２およびＡ３と対になる光電変換センサー列Ｂ２およびＢ３で蓄積された信号も同様に出力される。
【００１３】
つまり、これらの対の光電変換センサー列(Ａ１,Ｂ１)、(Ａ２,Ｂ２)、(Ａ３,Ｂ３)の蓄積信号は、互いに異なる経路と異なる機器、すなわちフローティングディフュージョン、マルチプレクサーおよびアンプを介して別個の端子から出力される。これに対し光電変換素子１２の中央に配置された対の光電変換センサー列Ａ４とＢ４の蓄積信号は、同一のフローティングディフュージョンＦ４、マルチプレクサーＭ１およびアンプＡ１を介して端子Ｔ１から出力される。
【００１４】
次に、光電変換素子１２の各光電変換センサー列は、撮像用の有効画素の他に光学的黒画素（オプティカルブラック；ＯＰＢ）と呼ばれる暗電流補正用の遮光画素（図中のハッチング部）Ｏ１１、Ｏ１２、Ｏ２１、Ｏ２２、Ｏ３１、Ｏ３２、Ｏ４が設けられている。電荷蓄積型の光電変換素子では、光が入射しない状態でも熱的にＣＣＤ出力電圧（ノイズ）が発生し暗電流（暗時出力）が流れるため、有効画素の信号から光学的黒画素の信号を減じることによって暗電流の直流分を除去する。
【００１５】
この一実施の形態では、対の光電変換センサー列(Ａ１,Ｂ１)、(Ａ２,Ｂ２)、(Ａ３,Ｂ３)の出力信号が、異なる経路、すなわち異なる回路長と異なる機器（フローティングディフュージョン、マルチプレクサーおよびアンプ）を介して出力されることにより生じる出力信号レベルの差やセンサー列の場所ごとの暗時出力差を、対の光学的黒画素（ＯＰＢ）(Ｏ１１,Ｏ１２)、(Ｏ２１,Ｏ２２)、(Ｏ３１,Ｏ３２)の出力信号レベルの差により補正する。つまり、光学的黒画素（ＯＰＢ）Ｏ１１、Ｏ１２、Ｏ２１、Ｏ２２、Ｏ３１、Ｏ３２の出力信号レベルは、どの光電変換センサー列においても同電位になることを利用し、対の光電変換センサー列の光学的黒画素（ＯＰＢ）の出力信号レベルの差により、対の光電変換センサー列の内の一方の光電変換センサー列の出力信号レベルを補正する。
【００１６】
図３は対の光電変換センサー列Ａ１、Ｂ１の出力信号例を示す。図３(ａ)は、光電変換センサー列Ａ１からフローティングディフュージョンＦ１１、マルチプレクサーＭ１およびアンプＡ１を介して端子Ｔ１へ出力された信号列を示し、横軸は光電変換センサー列Ａ１の各画素（光学的黒画素（ＯＰＢ）Ｏ１１と有効画素）、縦軸は各画素の出力信号レベルを表す。また、図３(ｂ)は、光電変換センサー列Ｂ１からフローティングディフュージョンＦ１２、マルチプレクサーＭ２およびアンプＡ２を介して端子Ｔ２へ出力された信号列を示し、横軸は光電変換センサー列Ｂ１の各画素（光学的黒画素（ＯＰＢ）Ｏ１２と有効画素）、縦軸は各画素の出力信号レベルを表す。なお、図３においてＭＡＸは各画素の飽和出力レベルを表す。
【００１７】
図３において、光電変換センサー列Ａ１とＢ１の光学的黒画素（ＯＰＢ）Ｏ１１とＯ１２の出力信号レベルは、Ｂ１の方がＡ１よりも差（Ｏ１１−Ｏ１２）だけ小さくなっている。この光学的黒画素の出力差（Ｏ１１−Ｏ１２）は、光電変換センサー列Ａ１とＢ１の各出力経路における回路長と介在機器の動作バラツキに起因するものであり、有効画素の出力信号レベルにもこの出力差（Ｏ１１−Ｏ１２）が含まれている。したがって、光電変換センサー列Ｂ１の各有効画素の出力信号レベルを差（Ｏ１１−Ｏ１２）だけオフセットする。つまり、この場合は光電変換センサー列Ｂ１の各有効画素の出力信号レベルに差（Ｏ１１−Ｏ１２）を加算し、図３(ｂ)に破線で示すように信号列をオフセットする。
【００１８】
これにより、光電変換センサー列Ａ１とＢ１の各出力経路における回路長と介在機器の動作バラツキに起因する誤差が除去され、対の信号列の一致性が向上して像ズレ演算における誤差を低減することができる。なお、光電変換センサー列(Ａ２,Ｂ２)、(Ａ３,Ｂ３)においても同様な方法で各出力経路における回路長と介在機器の動作バラツキに起因する誤差を除去する。
【００１９】
なお、上述した補正例では、光学的黒画素の出力信号レベル差（Ｏ１１−Ｏ１２）を、光学的黒画素の出力信号レベルが低い方の光電変換センサー列の有効画素の出力信号レベルに加算して補正する例を示したが、補正方法は上記実施例に限定されず、光学的黒画素の出力信号レベルが高い方の光電変換センサー列の有効画素の出力信号レベルから光学的黒画素の出力信号レベル差を減じて補正してもよいし、光電変換センサー列の有効画素の出力信号レベルが高い方から光学的黒画素の出力信号レベル差の１／２を減じ、逆に低い方へ光学的黒画素の出力信号レベル差の１／２を加算して補正してもよい。
【００２０】
図４は一実施の形態の撮像動作を示すフローチャートである。このフローチャートにより一実施の形態の動作を説明する。レリーズボタンが半押しされることによりレリーズ半押し操作が検出されると、コントローラー７はこの撮像動作を開始する。ステップ１で測光回路（不図示）により被写体の測光を行い、被写体の輝度を検出する。続くステップ２で図５に示すサブルーチンを実行して焦点検出を行う。
【００２１】
図５のステップ１１において焦点検出モジュール６の光電変換素子１２の電荷蓄積を行い、続くステップ１２で光電変換素子１２から蓄積結果の像信号を各光電変換センサー列ごとに読み出す。ステップ１３では、対になる光電変換センサー列(Ａ１,Ｂ１)、(Ａ２,Ｂ２)、(Ａ３,Ｂ３)の光学的黒画素（ＯＰＢ）を出力の差を検出する。ステップ１４において、光学的黒画素の出力差により対の光電変換センサー列の有効画素出力をオフセットして補正する。そして、ステップ１５で補正後の対の光電変換センサー列の出力信号列に基づいて焦点検出演算を行い、撮影レンズ２のデフォーカス量を算出する。その後、図４のステップ３へリターンする。
【００２２】
焦点検出後のステップ３では、焦点検出結果のデフォーカス量に基づいてレンズ駆動機構１０によりフォーカシングレンズ９を駆動し、撮影レンズ２の焦点調節を行う。続くステップ４でレリーズボタンが全押しされることによりレリーズ操作を検出する。レリーズ操作がなされていないときはステップ５へ進み、レリーズ半押し操作が継続されているか否かを確認する。レリーズ半押し操作が継続されていないときはステップ１へ戻り上述した処理を繰り返す。レリーズ操作がなされたときはステップ６へ進み、測光結果に基づく露出演算で決定した絞りとシャッター速度により撮像を行う。撮像後のステップ７で撮像素子５から撮像信号を読み出し、画像処理後に記録媒体へ画像を記録する。
【００２３】
このように、上述した一実施の形態によれば、一対の光電変換センサー列の光学的黒画素の出力信号に基づいて一対の光電変換センサー列の出力信号を補正し、補正後の一対の光電変換センサー列の出力信号に基づいて撮影レンズの焦点調節状態を演算する、すなわち一対の光電変換センサー列の光学的黒画素の出力信号がほぼ等しくなるように、一対の光電変換センサー列の内の少なくとも一方の出力信号を補正するようにしたので、一対の光電変換センサー列の出力信号の読み出し時間を短縮しながら、一対の光電変換センサー列の出力信号の出力経路に差があっても、一対の光電変換センサー列の出力信号の差を補正することができ、焦点検出精度を向上させることができる。
【００２４】
なお、一対の光電変換センサー列の光学的黒画素の出力信号の比により、一対の光電変換センサー列の内の少なくとも一の出力経路に含まれる増幅器の増幅率を変更するようにしてもよい。これにより、一対の光電変換センサー列の出力信号の読み出し時間を短縮しながら、一対の光電変換センサー列の出力信号の差を補正することができ、焦点検出精度を向上させることができる。
【００２５】
また、光電変換センサー列の出力信号レベルと光電変換センサー列の飽和出力レベルとに基づいて、補正する光電変換画素列を決定するようにしてもよい。例えば、一対の光電変換センサー列の内の一方の光電変換センサー列の出力信号レベルが飽和出力レベルに近い場合には、その光電変換センサー列の出力信号から補正値を減算して補正するか、あるいは他方の光電変換センサー列の出力信号に補正値を加算して補正することによって、補正後の一対の光電変換センサー列の出力信号が飽和出力レベル以下の適切な値になり、焦点検出精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】一実施の形態の一眼レフデジタルカメラの構成を示す図
【図２】焦点検出用光電変換素子の正面図
【図３】一対の光電変換センサー出力の補正方法を説明する図
【図４】一実施の形態の撮像動作を示すフローチャート
【図５】一実施の形態の焦点検出動作を示すフローチャート
【符号の説明】
【００２７】
７  コントローラー
１１  焦点検出光学系
１２  光電変換素子
１４  演算回路
１５  出力回路
Ｏ１１、Ｏ１２、Ｏ２１、Ｏ２２、Ｏ３１、Ｏ３２  光学的黒画素（ＯＰＢ）
(Ａ１,Ｂ１)、(Ａ２,Ｂ２)、(Ａ３,Ｂ３)  一対の光電変換センサー列
Ａ１、Ａ２  アンプ
【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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