(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電荷蓄積型光電変換素子を有し、被写体からの光を受光して光電変換を行う電荷蓄積型光電変換素子アレイであって、前記複数の光電変換素子の内の一部に被写体からの光を遮光した素子を含む電荷蓄積型光電変換素子アレイと、
前記各光電変換素子に蓄積された電荷を時系列的に転送し、時系列信号として出力する転送レジスタと、
前記転送レジスタにより転送された時系列信号の内の前記遮光素子に対応する信号をサンプルホールドするサンプルホールド回路と、
前記サンプルホールド回路にサンプルホールドされた信号により、前記時系列信号の内の非遮光素子に対応する信号を補正する補正回路と、
前記補正回路により補正された時系列信号に応じて前記電荷蓄積型光電変換素子アレイの電荷蓄積時間を制御する蓄積時間制御回路とを備えた光電変換装置において、
前記補正回路の出力の飽和電圧に関する所定値を記憶する記憶回路を備え、
前記蓄積時間制御回路は、前記時系列信号の内の前記遮光素子に対応する信号の電圧と、前記記憶回路に記憶されている前記飽和電圧に関する所定値とに基づいて電荷蓄積電圧の目標値を決定し、前記補正回路により補正された時系列信号の出力電圧が前記目標値となるように電荷蓄積時間を制御す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において、
前記飽和電圧に関する所定値は、前記転送レジスタと前記補正回路の最大出力電圧に応じて予め設定されることを特徴とする光電変換装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の光電変換装置において、
前記蓄積時間制御回路は、繰り返し出力される前記時系列信号に基づいて前記電荷蓄積時間を制御するとともに、次回の前記時系列信号のピーク値が前記目標値となるように、前回の電荷蓄積時間から次回の電荷蓄積時間を求めることを特徴とする光電変換装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の光電変換装置を内蔵する自動焦点調節カメラであって、
前記光電変換装置の前記補正回路により補正された時系列信号に基づいて撮影レンズの焦点調節状態を検出する焦点検出手段と、
前記焦点検出手段により検出された焦点調節状態により前記撮影レンズを駆動するレンズ駆動手段とを備えることを特徴とする光電変換装置を内蔵する自動焦点調節カメラ。
【請求項５】
複数の電荷蓄積型光電変換素子を有し、被写体からの光を受光して光電変換を行う電荷蓄積型光電変換素子アレイであって、前記複数の光電変換素子の内の一部に被写体からの光を遮光した素子を含む電荷蓄積型光電変換素子アレイと、
前記各光電変換素子に蓄積された電荷を時系列的に転送し、時系列信号として出力する転送レジスタと、
前記転送レジスタから出力される時系列信号を増幅するアンプと、
前記アンプにより増幅された時系列信号の内の前記遮光素子に対応する信号をサンプルホールドするサンプルホールド回路と、
前記サンプルホールド回路にサンプルホールドされた信号により、前記アンプにより増幅された時系列信号の内の非遮光素子に対応する信号を補正する補正回路と、
前記補正回路により補正された時系列信号に応じて前記電荷蓄積型光電変換素子アレイの電荷蓄積時間を制御する蓄積時間制御回路とを備えた光電変換装置において、
前記補正回路の出力の飽和電圧に関する所定値を記憶する記憶回路を備え、
前記蓄積時間制御回路は、前記アンプにより増幅された時系列信号の内の前記遮光素子に対応する信号の電圧と、前記記憶回路に記憶されている前記飽和電圧に関する所定値とに基づいて前記アンプの増幅率に応じた電荷蓄積電圧の目標値を決定し、前記補正回路により補正された時系列信号の出力電圧が前記目標値となるように電荷蓄積時間を制御することを特徴とする光電変換装置。
【請求項６】
請求項５に記載の光電変換装置において、
前記飽和電圧に関する所定値は、前記転送レジスタと前記アンプと前記補正回路の最大出力電圧に応じて予め設定されることを特徴とする光電変換装置。
【請求項７】
請求項５または請求項６に記載の光電変換装置を内蔵する自動焦点調節カメラであって、
前記光電変換装置の前記補正回路により補正された時系列信号に基づいて撮影レンズの焦点調節状態を検出する焦点検出手段と、
前記焦点検出手段により検出された焦点調節状態により前記撮影レンズを駆動するレンズ駆動手段とを備えることを特徴とする光電変換装置を内蔵した自動焦点調節カメラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光電変換装置および光電変化装置を内蔵する自動焦点調節カメラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
被写体像の光強度分布に応じた電気信号を出力する光電変換装置が知られている。この従来の光電変換装置は、被写体からの光を受けて光電変換を行い、発生した電荷を蓄積する光電変換素子（画素）が多数配列した電荷蓄積型光電変換素子アレイであり、その一部の光電変換素子が遮光された電荷蓄積型光電変換素子アレイと、電荷蓄積型光電変換素子アレイに蓄積された電荷を動作クロックに応じてシリアルに転送し、時系列信号として出力する転送レジスタ（ＣＣＤアナログシフトレジスタ）と、時系列信号のうち遮光された光電変換素子（遮光画素）に対応する信号をサンプルホールドするサンプルホールド回路と、遮光されていない光電変換素子（有効画素）に対応する時系列信号からサンプルホールドされた遮光光電変換素子の信号を差し引くことにより、有効画素で発生する暗電流成分を補正して出力する暗電流補正回路と、補正された有効画素の出力信号の特性（ピーク値、平均値、コントラスト値）に応じて電荷蓄積型光電変換素子アレイの電荷蓄積時間を制御する蓄積時間制御回路とを備えている。
【０００３】
図７は従来の光電変換装置の構成を示す。
図において、ＰＤ１，ＰＤ２は遮光画素、ＰＥ１，ＰＥ２・・・ＰＥｎは有効画素であり、全体として電荷蓄積型光電変換素子アレイを構成している。有効画素、遮光画素は全く同じ構造のフォトダイオードにより構成されており、相違点は光入射部が遮光されているか否かである。したがって、遮光画素と有効画素で発生する暗電流に起因する電荷は同量である。
【０００４】
ＯＶＤは電荷蓄積型光電変換素子アレイに沿って設けられたオーバーフロードレイン、ＯＶＧはオーバーフロードレインＯＶＤと電荷蓄積型光電変換素子アレイの間に設けられたオーバーフローゲートであり、電荷蓄積型光電変換素子アレイの非電荷蓄積中はオーバーフローゲートＯＶＧを開いて電荷蓄積型光電変換素子アレイで発生する電荷をオーバーフロードレインＯＶＤに捨てる。
【０００５】
ＳＲはＣＣＤアナログ転送レジスタ、ＳＧは電荷蓄積型光電変換素子アレイと転送レジスタＳＲの間に設けられた転送ゲートであり、電荷蓄積型光電変換素子アレイの電荷蓄積が終了すると、転送ゲートＳＧを開いて電荷蓄積型光電変換素子アレイに蓄積された電荷を転送レジスタＳＲに転送し、以後、電荷は転送レジスタＳＲにより右方向にシリアルに転送されてＣＣＤＲとして出力される。
【０００６】
ＡＭＰは、転送レジスタＳＲからの信号を増幅して信号ＣＣＤＲとして出力するアンプである。ＳＨは、アンプＡＭＰの出力ＣＣＤＲを所定のサンプルパルスＳＨＰに応じてサンプルホールドして出力するサンプルホールド回路である。ＣＭＰは、アンプＡＭＰの出力ＣＣＤＲをサンプルホールド回路ＳＨの出力に応じて補正し、補正出力ＣＣＤＣとして出力する補正回路である。なお、補正回路の構成は差分回路でもクランプ回路でも構わない。
【０００７】
ＤＲＶは駆動回路であって、転送レジスタＳＲに２相の動作クロックＣＬＫ１、ＣＬＫ２を供給する。また、電荷蓄積の開始、終了の制御に伴いオーバーフローゲートＯＶＧを制御するための制御信号ＯＧＰを供給する。また、電荷蓄積終了の制御に伴い転送ゲートＳＧを制御するための制御信号ＳＧＰを供給する。また、信号ＣＣＤＲの遮光画素に対応する部分をサンプルホールドするためのサンプルホールドパルスＳＨＰをサンプルホールド回路に供給する。
【０００８】
ＡＧＣＣは、遮光画素に対応する信号ＣＣＤＣと暗電流成分が補正された有効画素に対応する信号ＣＣＤＣを受けて電荷蓄積型光電変換素子アレイの蓄積時間の制御を行う蓄積時間制御回路であり、蓄積時間の開始、終了の指示を駆動回路ＤＲＶに供給する。
【０００９】
暗電流成分が補正された信号ＣＣＤＣは蓄積時間制御回路ＡＧＣＣの他に不図示の自動焦点調節回路に供給される。
【００１０】
上述の構成からなる光電変換装置の動作を図８のタイミングチャートに沿って説明する。
転送クロックＳＲへは動作クロックＣＬＫ１，ＣＬＫ２が供給され、転送レジスタＳＲは常時転送動作を行っている。時刻ｔ１からｔ２までが電荷蓄積型光電変換素子アレイの電荷蓄積時間であり、この蓄積時間は蓄積時間制御回路ＡＧＣＣにより決定される。時刻ｔ１まで制御信号ＯＧＰはＨｉでオーバーフローゲートＯＶＧは開いているので、電荷蓄積型光電変換素子アレイで発生した電荷は電荷蓄積型光電変換素子アレイに蓄積されずに、オーバーフロードレインＯＶＤに捨てられている。
【００１１】
時刻ｔ１に蓄積時間制御回路ＡＧＣＣが蓄積開始の指示信号ＳＴＲを駆動回路ＤＲＶに供給すると、駆動回路ＤＲＶは制御信号ＯＧＰをＬｏｗにしてオーバーフローゲートＯＶＧを閉め、電荷蓄積型光電変換素子アレイでの電荷蓄積を開始させる。また、蓄積時間制御回路ＡＧＣＣは駆動回路ＤＲＶより供給される動作クロックＣＬＫ１のパルス数をカウントし、カウントしたパルス数が蓄積時間に相当するパルス数ＴＣに達したら蓄積終了の指示信号ＳＴＰを駆動回路ＤＲＶに供給する。駆動回路ＤＲＶは蓄積終了の指示信号ＳＴＰを供給されると制御信号ＳＧＰをＨｉにして転送ゲートＳＧを開け、電荷蓄積型光電変換素子アレイで蓄積された電荷を転送レジスタＳＲに転送させる。時刻ｔ２から所定時間経過した時刻ｔ３において、駆動回路ＤＲＶはＳＧＰをＬｏｗにして転送ゲートＳＧを閉めるとともに、制御信号ＯＧＰをＨｉにしてオーバーフローゲートＯＶＧを開け、電荷蓄積型光電変換素子アレイで発生する電荷を再びオーバーフロードレインＯＶＤに捨て始める。
【００１２】
一方、転送レジスタＳＲにより転送された電荷は電圧に変換され、アンプＡＭＰにより増幅されて信号ＣＣＤＲとして時刻ｔ４より発生する。時刻ｔ４では、遮光画素ＰＤ１で発生した暗電流に相当した信号が現れる。時刻ｔ４以降、クロックサイクルごとに順次、遮光画素ＰＤ２、有効画素ＰＥ１，ＰＥ２・・・ＰＥｎで蓄積された電荷量に相当する信号が時系列的な信号として現れる。遮光画素ＰＤ２の蓄積電荷量に相当する信号が信号ＣＣＤＲに現れる時刻ｔ５に、駆動回路ＤＲＶはサンプルホールドパルスＳＨＰを発生し、サンプルホールド回路ＳＨは信号ＣＣＤＲに現れる遮光画素ＰＤ２の蓄積電荷量に相当する信号部分をサンプルホールドする。補正回路ＣＭＰは、有効画素ＰＥ１の蓄積電荷量に相当する信号が信号ＣＣＤＲに現れる時刻ｔ６までは信号ＣＣＤＲをそのまま補正された信号ＣＣＤＣとして出力しており、時刻ｔ６以降は信号ＣＣＤＲをサンプルホールド回路ＳＨにサンプルホールドされた遮光画素ＰＤ２の蓄積電荷量に相当する信号分だけ補正して信号ＣＣＤＣとして出力する。
【００１３】
また、上記光電変換装置を焦点検出用のイメージセンサーとして利用し、そのイメージセンサーの出力信号に応じて撮影光学系の焦点調節状態を検出し、検出された焦点調節状態に応じて撮影光学系を合焦点へ駆動する自動焦点調節カメラが知られている。
この焦点調節状態の検出において、検出の可否や得られた検出結果の信頼性などは被写体の光輝度分布であるコントラストの高さに大きく依存している。したがって、被写体のコントラストを最適にイメージセンサー出力に反映させる必要がある。例えば図９（ａ）のような絵を見た場合に、図９（ｃ）のような出力になるのが望ましい。ここで、Ｖｓａｔは光電変換素子の飽和電圧を示す。しかし、蓄積時間が短いと図９（ｂ）のようにコントラストが低くなってしまう。逆に、蓄積時間が長いと図９（ｄ）のように本来あるべきコントラストがなくなってしまったりする。それゆえ、適当な大きさの画像出力を得る必要があり、そのために適当な蓄積時間で電荷蓄積しなければならない。
【００１４】
適当な蓄積時間を求めるために、前回の蓄積動作における蓄積時間とイメージセンサーの画像出力に基づいて、次回の蓄積動作における出力のピーク値等が適当な値になるような蓄積時間を算出する方法がある。例えば図９（ｂ）のような出力が得られ、その時の蓄積時間がＴｂ、ピーク出力がＶｂであったとする。この場合は、次回の蓄積動作において図９（ｃ）のような適当な出力を得るには、蓄積時間をＴｃ＝（Ｖｃ／Ｖｂ）×Ｔｂとすればよい。ここで、Ｖｃは次回の蓄積動作における目標ピーク出力値（以後ＡＧＣ目標値と呼ぶ）であり、予め飽和状態を作り出して、その時のイメージセンサー出力をＶｓａｔとして式Ｖｃ＝Ａ×ＶｓａｔよりＶｃを算出してからカメラ内部に記憶しておく。Ａは１未満の正の実数であり、このＡの大きさで画像出力の「適当な大きさ」が決定する。Ａが小さいと常に画像出力のコントラストが低くなってしまい、逆に大きいと被写体の明るさが少し明るく変化しただけですぐに画像出力が飽和してしまう。この方法を以後ＡＧＣ（Ａｕｔｏ  Ｇａｉｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌ）と略す。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の光電変換装置および光電変換装置を内蔵した自動焦点調節カメラでは、次のような欠点がある。
蓄積された電荷量が多過ぎる場合に出力は飽和するが、その飽和電圧は画素で発生する暗電流成分の大きさによって変化する。これを、図７、図１０、図１１により説明する。
今、転送レジスタＳＲは画素の電荷蓄積容量いっぱいの電荷を４．０Ｖに変換して出力するものとする。つまり、画素ＰＥｎのダイナミックレンジは４．０Ｖと考えることができる。また、アンプＡＭＰは増幅率が１倍と４倍の２通り有り、ダイナミックレンジは５．５Ｖであるとする。増幅率が１倍の時を「Ｇａｉｎ（ゲイン）がＬｏｗ」と呼び、４倍の時を「ＧａｉｎがＨｉ」と呼ぶ。さらに補正回路ＣＭＰのダイナミックレンジは４．０Ｖとする。
【００１６】
図１０、図１１は、出力電圧と回路の各部分のダイナミックレンジとの関係の概念図である。ダイナミックレンジを容器の大きさに例え、出力電圧を容器に貯まる物質に例える。電圧が高いほど容器の下の方から物質が貯まり、容器が一杯になることで飽和に達する。
まず、ゲインＬｏｗの場合について説明する。図１０（ａ−１）に示すように、有効画素には１．２Ｖ分の電荷が蓄積され、転送レジスタＳＲから出力されたとする。１．２Ｖの内、光成分が０．８Ｖ、暗電流成分が０．４Ｖであったとする。アンプＡＭＰによって１倍に増幅されるので、信号ＣＣＤＲは、図１０（ａ−２）に示すように光成分０．８Ｖと暗電流成分０．４Ｖの合計１．２Ｖとなって変わらない。さらに、補正回路ＣＭＰによって暗電流成分が補正され、信号ＣＣＤＣは図１０（ａ−３）に示すように光成分のみの０．８Ｖになる。
【００１７】
次に、図１０（ｂ−１）に示すように、暗電流成分は変わらずに有効画素に蓄積された電荷が飽和したとする。つまり、光成分は４．０Ｖ−０．４Ｖ＝３．６Ｖまでしか蓄積されない。これがアンプＡＭＰで１倍に増幅され、図１０（ｂ−２）に示すようになった後、補正回路ＣＭＰによって図１０（ｂ−３）に示すように信号ＣＣＤＣが３．６Ｖになる。この３．６Ｖが、暗電流成分が０．４Ｖの時のイメージセンサーから得られる出力の飽和電圧である。
【００１８】
今度は、図１０（ｃ−１）に示すように、暗電流成分が０．８Ｖの時に有効画素に蓄積された電荷が飽和したとする。光成分は４．０Ｖ−０．８Ｖ＝３．２Ｖとなり、アンプＡＭＰと補正回路ＣＭＰを通った後は、図１０（ｃ−３）に示すように信号ＣＣＤＣが３．２Ｖになる。つまり暗電流成分が０．８Ｖの時のイメージセンサーから得られる出力の飽和電圧は３．２Ｖであって、図１０（ｂ−３）の飽和電圧３．６Ｖに対して暗電流の増加分の０．４Ｖだけ低下してしまう。
【００１９】
次に、ゲインがＨｉの場合について説明する。
図１１（ｄ−１）に示すように、１．１Ｖ分の電荷が蓄積され、転送レジスタＳＲから出力されたとする。１．１Ｖの内、光成分が０．８Ｖ、暗電流成分が０．３Ｖであったとすると、アンプＡＭＰによってそれぞれ４倍に増幅されるので、信号ＣＣＤＲは図１１（ｄ−２）に示すように光成分３．２Ｖと暗電流成分１．２Ｖの合計４．４Ｖとなる。さらに、補正回路ＣＭＰによって暗電流成分が補正されて、信号ＣＣＤＣは図１１（ｄ−３）に示すように光成分のみ３．２Ｖになる。
【００２０】
図１１（ｅ−１）に示すように、暗電流成分は変らずに光成分だけが１．０Ｖに増加したとすると、アンプＡＭＰでは図１１（ｅ−２）に示すように光成分が４倍の４．０Ｖになり、暗電流成分との合計が５．２Ｖになる。アンプＡＭＰのダイナミックレンジは５．５Ｖなのでこの時点ではまだ飽和は起きない。しかし、補正回路ＣＭＰを通った後は、図１１（ｅ−３）に示すように信号ＣＣＤＣはダイナミックレンジいっぱいの４．０Ｖになって飽和する。図１１（ｅ−１）に示すように暗電流成分が０．３Ｖそのままで、光成分が１．０Ｖ以上に増加した場合はアンプＡＭＰで先に飽和するか、補正回路ＣＭＰで飽和するかのどちらかであり、いずれの場合も得られるイメージセンサー出力の飽和電圧は４．０Ｖである。
【００２１】
図１１（ｆ−１）に示すように暗電流成分が０．３５Ｖに増加し、光成分が１．０Ｖだとすると、暗電流成分はアンプＡＭＰ部で１．４Ｖに増幅され、光成分は４．０Ｖに増幅される。合計は５．４Ｖだから図１１（ｆ−２）に示すようにアンプＡＭＰ部では飽和せず、図１１（ｆ−３）に示すように補正回路ＣＭＰ部で光成分４．０Ｖが飽和する。
【００２２】
最後に、図１１（ｇ−１）に示すように暗電流成分が０．５Ｖに増加し、光成分が１．０Ｖだとすると、暗電流成分はアンプＡＭＰ部で２．０Ｖに増幅され、光成分は４．０Ｖに増幅される。しかし、合計が６．０Ｖとなって図１１（ｇ−２）に示すようにアンプＡＭＰのダイナミックレンジを越えてしまうので、飽和して光成分は５．５−２．０＝３．５Ｖに減少してしまう。そして、図１１（ｇ−３）に示すように補正回路ＣＭＰを通った後の信号ＣＣＤＣは３．５Ｖで飽和していることになる。
【００２３】
このように、ゲインＨｉの場合には、ＡＭＰ部での暗電流成分Ｖｄｒｋが、アンプＡＭＰのダイナミックレンジ（５．５Ｖ）と補正回路ＣＭＰのダイナミックレンジ（４Ｖ）の差１．５Ｖ以下の範囲で増減しても、補正回路ＣＭＰの飽和電圧Ｖｓａｔは変らない。ところが、暗電流成分Ｖｄｒｋが前記差１．５Ｖを越えると、差１．５Ｖを越えた分だけ補正回路ＣＭＰの飽和電圧Ｖｓａｔが減少する。
【００２４】
つまり、アンプＡＭＰまたは補正回路ＣＭＰにおいて飽和が発生した場合に、補正回路ＣＭＰの出力の飽和電圧Ｖｓａｔは暗電流成分Ｖｄｒｋに応じて減少する。図１１に示すモデルの場合には、暗電流成分Ｖｄｒｋと飽和電圧Ｖｓａｔの関係は次のようになる。
ゲインがＬｏの場合には、
【数１】
Ｖｓａｔ＋Ｖｄｒｋ≦所定値１
また、ゲインＨｉ、且つＶｄｒｋ≦１．５Ｖの場合には、
【数２】
Ｖｓａｔ≦所定値２
さらに、ゲインＨｉ、且つＶｄｒｋ＞１．５Ｖの場合には、
【数３】
Ｖｓａｔ＋（Ｖｄｒｋ−１．５）≦所定値２
【００２５】
つまり、予め飽和状態を作り出してある量の暗電流成分が発生している状態でＶｓａｔから求めたＶｃを記憶した後で、暗電流成分が大きくなり飽和電圧が小さくなった場合には、ＡＧＣの上記計算式Ｖｃ＝Ａ×Ｖｓａｔの係数Ａが実質的に大きくなったことになり、上述したように被写体の明るさが少し明るく変化しただけですぐに画像出力が飽和してしまう。さらに、極端に暗電流成分が増加してＶｓａｔ＜Ｖｃとなった場合には、単純に上述したようなＡＧＣの手法で制御を行うと、電荷量を増やすために蓄積時間を延ばすので、ますます暗電流成分が増えてしまう。また、有効画素の電荷が過飽和によって溢れて遮光画素に混入し、見かけ上増加した暗電流成分により補正した出力はさらに小さくなる、いわゆるオーバーフロー状態となって悪循環に陥ってしまう。
【００２６】
本発明の目的は、暗電流の変動に起因する飽和電圧の変動を考慮して最適な出力が得られるような電荷蓄積時間を設定することにある。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
（１）  請求項１の発明は、複数の電荷蓄積型光電変換素子を有し、被写体からの光を受光して光電変換を行う電荷蓄積型光電変換素子アレイであって、複数の光電変換素子の内の一部に被写体からの光を遮光した素子を含む電荷蓄積型光電変換素子アレイと、各光電変換素子に蓄積された電荷を時系列的に転送し、時系列信号として出力する転送レジスタと、転送レジスタにより転送された時系列信号の内の遮光素子に対応する信号をサンプルホールドするサンプルホールド回路と、サンプルホールド回路にサンプルホールドされた信号により、時系列信号の内の非遮光素子に対応する信号を補正する補正回路と、補正回路により補正された時系列信号に応じて電荷蓄積型光電変換素子アレイの電荷蓄積時間を制御する蓄積時間制御回路とを備えた光電変換装置に適用される。
そして、補正回路の出力の飽和電圧に関する所定値を記憶する記憶回路を備え、蓄積時間制御回路は、時系列信号の内の前記遮光素子に対応する信号の電圧と、記憶回路に記憶されている飽和電圧に関する所定値とに基づいて電荷蓄積電圧の目標値を決定し、補正回路により補正された時系列信号の出力電圧が前記目標値となるように電荷蓄積時間を制御する。
（２）  請求項２の光電変換装置は、転送レジスタと補正回路の最大出力電圧に応じて飽和電圧に関する所定値を予め設定するようにしたものである。
（３）  請求項３の光電変換装置は、蓄積時間制御回路によって、繰り返し出力される時系列信号に基づいて電荷蓄積時間を制御するとともに、次回の時系列信号のピーク値が目標値となるように、前回の電荷蓄積時間から次回の電荷蓄積時間を求めるようにしたものである。
（４）  請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光電変換装置を内蔵する自動焦点調節カメラであって、光電変換装置の補正回路により補正された時系列信号に基づいて撮影レンズの焦点調節状態を検出する焦点検出手段と、焦点検出手段により検出された焦点調節状態により撮影レンズを駆動するレンズ駆動手段とを備える。
（５）  請求項５の発明は、複数の電荷蓄積型光電変換素子を有し、被写体からの光を受光して光電変換を行う電荷蓄積型光電変換素子アレイであって、複数の光電変換素子の内の一部に被写体からの光を遮光した素子を含む電荷蓄積型光電変換素子アレイと、各光電変換素子に蓄積された電荷を時系列的に転送し、時系列信号として出力する転送レジスタと、転送レジスタから出力される時系列信号を増幅するアンプと、アンプにより増幅された時系列信号の内の遮光素子に対応する信号をサンプルホールドするサンプルホールド回路と、サンプルホールド回路にサンプルホールドされた信号により、アンプにより増幅された時系列信号の内の非遮光素子に対応する信号を補正する補正回路と、補正回路により補正された時系列信号に応じて電荷蓄積型光電変換素子アレイの電荷蓄積時間を制御する蓄積時間制御回路とを備えた光電変換装置に適用される。
そして、補正回路の出力の飽和電圧に関する所定値を記憶する記憶回路を備え、蓄積時間制御回路は、アンプにより増幅された時系列信号の内の遮光素子に対応する信号の電圧と、記憶回路に記憶されている飽和電圧に関する所定値とに基づいてアンプの増幅率に応じた電荷蓄積電圧の目標値を決定し、補正回路により補正された時系列信号の出力電圧が目標値となるように電荷蓄積時間を制御する。
（６）  請求項６の光電変換装置は、飽和電圧に関する所定値を、転送レジスタとアンプと補正回路の最大出力電圧に応じて予め設定するようにしたものである。
（７） 請求項７の発明は、請求項５または請求項６に記載の光電変換装置を内蔵する自動焦点調節カメラであって、光電変換装置の補正回路により補正された時系列信号に基づいて撮影レンズの焦点調節状態を検出する焦点検出手段と、焦点検出手段により検出された焦点調節状態により撮影レンズを駆動するレンズ駆動手段とを備える。
【００２８】
【発明の実施の形態】
撮影画面内の複数の領域について焦点検出を行う多点測距方式が知られているが、その場合、カメラは複数のイメージセンサーを持つことになる。それらのイメージセンサーが互いに異なる性能（画素面積、感度など）を持つ場合はもちろん、同じ場合でも製造上の性能のばらつきなどがあることを考えると、上述した記憶すべき所定値はイメージセンサーごとに求める方がよい。以下の実施例では多点測距方式のカメラにおいて、イメージセンサーごとに記憶すべき所定値を求めた上で、最適な蓄積時間を求める。
【００２９】
図１は一実施形態の構成を示す図であり、図２はイメージセンサー部の構成を示す。さらに、図３はイメージセンサー１〜８の多点測距方式における撮影画面上の焦点検出領域を示す。
図３に示す各焦点検出領域１〜８からの光束は、図１の対物レンズ１と焦点検出光学系２を通ってイメージセンサー群３へ導かれ、イメージセンサー１〜８上に結像される。イメージセンサー群３は、焦点検出領域切り替え部８からの信号に基づいて、選択された焦点検出領域に対応するイメージセンサーの出力を演算部４に出力する。演算部４はイメージセンサー群３からの選択された焦点検出領域に対応するイメージセンサーの出力に基づいて焦点検出演算を行い、対物レンズ１のデフォーカス量を算出する。駆動制御部６は、デフォーカス量に基づいてモーター７を駆動し、対物レンズ１を合焦駆動する。
【００３０】
また、演算部４は、イメージセンサー群３からの選択された焦点検出領域に対応するイメージセンサーの出力と、焦点検出領域切り替え部８からの信号と、記憶部５からの選択された焦点検出領域に対応するイメージセンサーに関する情報に基づいて、焦点検出動作用のＡＧＣ動作を行う。つまり、次回の焦点検出動作における選択されたイメージセンサーの蓄積時間と、アンプＡＭＰの増幅率に関するデータとを算出する。そして、このデータに基づいて選択された焦点検出領域に対応するイメージセンサーを駆動制御し、アンプＡＭＰの増幅率を切り替える。
【００３１】
なお、図２に示す各機器は図７に示す各機器と同様であり、説明を省略する。この実施形態では、図７の蓄積時間制御回路ＡＧＣＣの機能は演算部４により達成され、補正回路ＣＭＰの出力ＣＣＤＣは演算部４へ出力され、電荷蓄積制御と焦点検出演算に用いられる。演算部４は駆動回路ＤＲＶを制御してイメージセンサーの電荷蓄積を行なう。
【００３２】
次に、図４〜図６は一実施形態の動作を示すフローチャートであり、これらの図により一実施形態の動作を説明する。
まず、図４により製造過程における所定値の記憶動作を説明する。
カメラを所定の一様な照度、常温の環境下に置く。常温においてアンプＡＭＰゲインＨｉ時の暗電流成分は１．５Ｖ以下であるとする。また、予め前記所定の照度下での各イメージセンサーが飽和する蓄積時間を求めておき、ゲインＬｏｗ時の蓄積時間をＴＬ（Ａｒｅａ）、ゲインＨｉ時をＴＨ（Ａｒｅａ）に代入しておく。ここで、Ａｒｅａは選択された焦点検出領域およびその領域に対応するイメージセンサーの番号である。
【００３３】
まず＃１０１で、全イメージセンサーのアンプＡＭＰのゲインをＬｏｗにする。続く＃１０２で、Ａｒｅａを１に初期化してイメージセンサー１を選択する。＃１０３で上述したように予め求めておいた飽和する蓄積時間ＴＬ（Ａｒｅａ）をＴに代入し、＃１０４ではゲインＬｏｗ、蓄積時間Ｔをもって選択されたイメージセンサーの電荷蓄積を実行する。＃１０５では得られたイメージセンサー出力からＳｔｈＬ（Ａｒｅａ）を求める。ここで、ピーク出力は有効画素中の最大出力、ＯＰＢ（ＯＰｔｉｃａｌ  Ｂｌａｃｋ）は遮光画素出力である。ＳｔｈＬは数式１の所定値１に相当する。そして、＃１０６から＃１０７へ進み、Ａｒｅａをインクリメントしてイメージセンサー２を選択し、＃１０３以降の動作を繰り返す。
【００３４】
イメージセンサー８まで上記処理を終了したら＃１０６から＃１０８へ進み、ゲインをＨｉに切り替えて＃１０９でふたたびＡｒｅａを１に初期化する。＃１１０でゲインＨｉ時の飽和する蓄積時間ＴＨ（Ａｒｅａ）をＴに代入し、＃１１０ではゲインＨｉ、蓄積時間Ｔをもって選択されたイメージセンサーの電荷蓄積を実行する。＃１１１では得られたイメージセンサーのピーク出力のみからＳｔｈＨ（Ａｒｅａ）を求める。ＳｔｈＨは数式２および数式３の所定値２に相当する。ゲインＬｏｗと同様に以上の動作をイメージセンサー８まで繰り返し、全て終了したら＃１１３から＃１１５へ進んで得られたＳｔｈＬ、ＳｔｈＨを全て記憶部５に記憶する。
【００３５】
次に、図５、図６によりカメラの通常使用時の動作を説明する。
焦点検出領域切り替え部８で希望の焦点検出領域を選択した上で、不図示のレリーズボタンを半押しすると、図５、図６に示す焦点検出動作が開始される。まず＃２０１では、焦点検出領域切り替え部８からの信号に基づいて、選択された焦点検出領域の番号をＡｒｅａに代入する。以降、アンプＡＭＰゲインの切り替えや蓄積時間の設定は全て＃２０１で選択されたイメージセンサーに対して行うものとする。＃２０２では電荷蓄積動作のパラメータに初期値を与える。ここではゲインをＬｏｗ、蓄積時間をＴ０とする。Ｔ０はイメージセンサーごとに設定してもよい。
【００３６】
＃２０３ではそのパラメータに基づいて選択されたイメージセンサーに蓄積動作を行わせ、イメージセンサーの出力を演算部４に取り込む。そして、取り込んだイメージセンサー出力中の複数の光電変換素子の出力の内のピーク出力をＰｋに代入しておく。＃２０５では取り込んだイメージセンサーの出力に基づいて焦点検出演算を行って対物レンズ１のデフォーカス量を求め、＃２０６でデフォーカス量に基づいて対物レンズ１のレンズ駆動を行う。レンズ駆動中またはレンズ駆動終了後に演算部４はＡＧＣ動作に入る。
【００３７】
＃２０７以降のＡＧＣ動作では、まずカメラ使用時の飽和電圧Ｖｓａｔを求める。ゲインがＬｏｗならば＃２１０へ、ゲインＨｉかつカメラ使用時の暗電流成分ＯＰＢ≦１．５Ｖならば＃２１１へ、ゲインＨｉかつＯＰＢ＞１．５Ｖならば＃２０９へそれぞれ進む。＃２１０では、図４で記憶した数式１の所定値１であるＳｔｈＬとカメラ使用時のＯＰＢ出力からＶｓａｔが求められる。＃２１１では、数式２の所定値２であるＳｔｈＨがそのままＶｓａｔになる。＃２０９では、数式３の所定値２であるＳｔｈＨとカメラ使用時のＯＰＢ出力からＶｓａｔが求められる。
【００３８】
以上のようにしてＶｓａｔが求められたら＊１を通って＃２１２へ進み、＃２０３で得られたイメージセンサー出力が飽和しているかどうかを判定する。飽和している場合は＃２１５へ進んで各パラメータを所定値に設定する。例えば感度の低いゲインＬｏｗを設定し、蓄積時間を小さい値Ｔ１に設定して非常に明るい被写体の場合でも次回の蓄積動作では飽和しないようにする。この所定値はイメージセンサーごとに設定してもよい。その後、＊２から＃２０３へ戻り、次回の蓄積動作を行う。
【００３９】
＃２１２で飽和していない場合は＃２１３へ進み、現在のＶｓａｔからＡＧＣ目標値Ｖｃを算出する。Ｖｃを求めたら、＃２１４でピーク出力ＰｋとＶｃとの差が△Ｖｃ以下かどうかを判定する。ここで、△Ｖｃは許容範囲を示す所定値である。つまり、ピーク出力が適正レベルかどうかを判定する。所定値以下ならば現在のイメージセンサー出力は適正レベルであり、蓄積動作のパラメータを変更する必要はないので、そのまま＊２から＃２０３へ戻り、次回の蓄積動作を行う。＃２１４で適正レベルでないと判定された場合は＃２１６へ進み、次回のイメージセンサー出力のピーク値がＡＧＣ目標値Ｖｃになるように今回の蓄積時間から次回の蓄積時間を求める。
【００４０】
ここで、焦点検出動作の応答性を遅くしないために蓄積時間がある程度長くなった場合はアンプＡＭＰゲインをＬｏｗからＨｉへ切り替えて蓄積時間の短縮を図る。また、一般に増幅率が上がるとノイズも増幅されてＳ／Ｎが悪くなるが、これを避けるために蓄積時間がある程度短くなった場合はアンプＡＭＰゲインをＨｉからＬｏｗへ切り替える。この処理を＃２１７以降で行う。
【００４１】
まず、ゲインＬｏｗならば＃２１８へ進み、＃２１６で求めた蓄積時間Ｔが所定時間Ｔ２より長いかどうかを判定する。短ければ応答性は悪くないのでそのまま＊２を通って＃２０３へ戻り、次回の蓄積動作を行う。長ければ応答性が悪くなるので＃２１９でゲインをＨｉに切り替え、＃２２０で増幅率の増加分、蓄積時間を短縮する。ここでαはゲインＬｏｗの増幅率、βはゲインＨｉの増幅率である。＃２１７でゲインＨｉならば＃２２１へ進み、＃２１６で求めた蓄積時間Ｔが所定時間Ｔ３より短いかどうかを判定する。長ければ、ゲインをＬｏｗにするとさらに蓄積時間が延びて応答性が悪くなるのでゲインを切り替えることなく、そのまま＊２から＃２０３へ戻り、次回の蓄積動作を行う。短ければゲインをＬｏｗにし、蓄積時間が延びてもさほど応答性が悪くなる訳ではないので、Ｓ／Ｎをよくするために＃２２２でゲインをＬｏｗに切り替え、＃２２３で増幅率の減少分、蓄積時間を延ばす。ここでＴ２、Ｔ３はイメージセンサー毎に設定してもよい。
【００４２】
以上のようにして次回の蓄積動作に最適のアンプＡＭＰゲインと蓄積時間を求めたら＊２から＃２０３へ戻り、次回の蓄積動作を行う。
【００４３】
以上の発明の実施の形態の構成において、遮光画素ＰＤ１，ＰＤ２と有効画素ＰＥ１〜ＰＥｎを有する電荷蓄積型光電変換素子アレイが電荷蓄積型光電変換素子アレイを、転送レジスタＳＲが転送レジスタを、アンプＡＭＰがアンプを、サンプルホールド回路ＳＨがサンプルホールド回路を、補正回路ＣＭＰが補正回路を、演算部４が蓄積時間制御回路および焦点検出手段を、記憶部５が記憶回路を、駆動制御部６およびモータ７がレンズ駆動手段を、対物レンズ１が撮影レンズをそれぞれ構成する。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、蓄積された電荷の暗電流成分が増加して飽和電圧が低下した場合でも、被写体の明るさが少し明るく変化しただけですぐに画像出力が飽和してしまったり、補正後の有効画素の出力が減少して蓄積時間制御回路がさらに蓄積時間を延ばすような悪循環に陥ることなく、暗電流の変動を考慮した出力が飽和しない最適な蓄積時間で電荷蓄積型光電変換素子アレイを制御できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  一実施形態の構成を示す図である。
【図２】  一実施形態のイメージセンサーの構成を示す図である。
【図３】  一実施形態の焦点検出領域を示す図である。
【図４】  製造過程における所定値の記憶動作を示すフローチャートである。
【図５】  カメラの通常使用時の動作を示すフローチャートである。
【図６】  図５に続く、カメラの通常使用時の動作を示すフローチャートである。
【図７】  イメージセンサーの構成を示す図である。
【図８】  イメージセンサーの動作を示すタイムチャートである。
【図９】  イメージセンサーの電荷蓄積時間を変えた場合の出力を示す図である。
【図１０】  出力信号の増幅率が１の場合のイメージセンサーの各部の電圧を示す図である。
【図１１】  出力信号の増幅率が４の場合のイメージセンサーの各部の電圧を示す図である。
【符号の説明】
１  対物レンズ
２  焦点検出光学系
３  イメージセンサー群
４  演算部
５  記憶部
６  駆動制御部
７  モーター
８  焦点検出領域切り替え部
【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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