JP2017227686A - Focus detector - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a focus detector that accurately performs focus detection of object images.SOLUTION: In a digital camera 10 in which phase difference type AF processing is executed by a distance measurement sensor 40 where monitor sensors are arranged near reference line sensors, a light receiving surface 40S of the distance measurement sensor 40 that comprises a backside irradiation type imaging element is provided with the line sensors L1-L3 and the monitor sensors LM1-LM4 which are disposed adjacent to each other. The line sensors include photodiodes (AF pixels) having staggered arrangements, while each of the monitor sensors monitors photodiode arrays (AF pixel arrays) adjacent to each other in the line sensors adjacent to each other.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、撮像装置に搭載される焦点検出装置に関し、特に、ラインセンサおよびモニタセンサの配置構成に関する。   The present invention relates to a focus detection device mounted on an imaging device, and more particularly to an arrangement configuration of a line sensor and a monitor sensor.

一眼レフ型カメラなどでは、自動焦点調節(AF)機構として位相差方式の焦点検出センサが搭載されており、焦点検出用センサでは、測距点に合わせて複数のラインセンサが配置されている。各ラインセンサは、フォトダイオードを対にして千鳥配列させた構成であり、ラインセンサ側面に沿ってモニタセンサが配置される(例えば、特許文献1参照)。   A single-lens reflex camera or the like is equipped with a phase difference type focus detection sensor as an automatic focus adjustment (AF) mechanism. In the focus detection sensor, a plurality of line sensors are arranged in accordance with distance measuring points. Each line sensor has a configuration in which photodiodes are paired in a staggered arrangement, and monitor sensors are arranged along the side surface of the line sensor (see, for example, Patent Document 1).

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、ラインセンサのフォトダイオードがダイナミックレンジを超える光を受光してオーバフローするのを防ぐため、モニタリング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し、モニタ信号を出力する。   Monitor sensors equipped with photodiodes and other photoelectric conversion elements prevent the line sensor photodiodes from receiving light that exceeds the dynamic range and overflowing, so that the light intensity (light intensity) of the photodiodes being monitored Is detected in real time and a monitor signal is output.

モニタ信号が所定の閾値を超えると、モニタリング対象のラインセンサの電荷蓄積(積分)が終了し、蓄積電荷が一時的にメモリ等に格納される。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、デフォーカス量を求める演算処理が行われる。   When the monitor signal exceeds a predetermined threshold value, the charge accumulation (integration) of the line sensor to be monitored is terminated, and the accumulated charge is temporarily stored in a memory or the like. When the charge accumulation of all the line sensors is completed, a series of pixel signals are output as the image signal of the subject image, and calculation processing for obtaining the defocus amount is performed.

特開2011−22457号公報JP 2011-22457 A

モニタセンサは、ラインセンサの一方の側面にしか配置されていない。そのため、モニタセンサから離れた(隣接していない)列に沿って並ぶフォトダイオードでは、受光量がモニタセンサの受光量と相違し、モニタセンサの光量検出誤差が大きくなる。その結果、信号飽和などによってそのラインの画素信号が焦点検出用に使用できず、焦点検出精度が低下する。   The monitor sensor is disposed only on one side of the line sensor. For this reason, in the photodiodes lined up along a row away from (not adjacent to) the monitor sensor, the received light amount is different from the received light amount of the monitor sensor, and the light amount detection error of the monitor sensor becomes large. As a result, the pixel signal of the line cannot be used for focus detection due to signal saturation or the like, and the focus detection accuracy is lowered.

したがって、複数のフォトダイオードを対にして並べたラインセンサを用いて焦点検出を行う場合、ラインセンサの信号飽和を抑えるようにモニタセンサを配置することが求められる。   Therefore, when focus detection is performed using a line sensor in which a plurality of photodiodes are arranged in pairs, it is required to arrange a monitor sensor so as to suppress signal saturation of the line sensor.

本発明の焦点検出装置は、カメラなどの撮像装置に適用可能であり、焦点検出用に設けられた複数のラインセンサと、複数のラインセンサそれぞれの長手方向側面に沿って配置される複数のモニタセンサとを備え、各ラインセンサは、列になってラインセンサ長手方向に並ぶ複数の光電変換素子を有する。例えば、複数の光電変換素子は千鳥配列にすることが可能である。また、複数のラインセンサと複数のモニタセンサを、裏面照射型固体撮像素子によって構成される測距センサに配置させてもよい。   The focus detection apparatus of the present invention can be applied to an imaging apparatus such as a camera, and includes a plurality of line sensors provided for focus detection and a plurality of monitors arranged along the longitudinal side surfaces of each of the plurality of line sensors. Each line sensor has a plurality of photoelectric conversion elements arranged in a line in the longitudinal direction of the line sensor. For example, the plurality of photoelectric conversion elements can be arranged in a staggered arrangement. In addition, a plurality of line sensors and a plurality of monitor sensors may be arranged in a distance measuring sensor constituted by a backside illumination type solid-state imaging device.

本発明では、各ラインセンサの長手方向側面の両側に、モニタセンサが配置されており、各モニタセンサが、隣り合う光電変換素子列をモニタリングする。ここで、モニタセンサとラインセンサは、交互に連続して隣接配置してもよく、ラインセンサ間に間隔を空けてもよい。   In the present invention, monitor sensors are disposed on both sides of the longitudinal side surface of each line sensor, and each monitor sensor monitors adjacent photoelectric conversion element arrays. Here, the monitor sensor and the line sensor may be alternately arranged adjacent to each other, and an interval may be provided between the line sensors.

複数のラインセンサと複数のモニタセンサとが隣り合うように交互に並んで配置することが可能であり、各モニタセンサは、両隣りのラインセンサの光電変換素子列をモニタリングするように構成することができる。すなわち、異なるラインセンサでモニタセンサを共有化することができる。   A plurality of line sensors and a plurality of monitor sensors can be arranged alternately so as to be adjacent to each other, and each monitor sensor is configured to monitor a photoelectric conversion element array of both adjacent line sensors. Can do. That is, the monitor sensor can be shared by different line sensors.

各ラインセンサにおいて光電変換素子が千鳥配列になっている場合、隣り合うラインセンサ間において、モニタセンサを挟んで向かい合う光電変換素子列が千鳥配列とすることが可能である。   When the photoelectric conversion elements are arranged in a staggered arrangement in each line sensor, the photoelectric conversion element arrays facing each other with the monitor sensor sandwiched between adjacent line sensors can be arranged in a staggered arrangement.

例えば、ラインセンサ両側のモニタセンサの出力信号のうち一方の出力信号が閾値を超えると、そのラインセンサの露光を終了させる第1露光時間制御部を設けることが可能である。あるいは、隣り合うラインセンサの間に配置されたモニタセンサの出力信号が閾値を超えると、その隣り合うラインセンサ間においてモニタセンサを挟んで向かい合う光電変換素子列の露光を終了させる第2露光時間制御部を設けることが可能である。   For example, it is possible to provide a first exposure time control unit that terminates exposure of a line sensor when one of the output signals of the monitor sensors on both sides of the line sensor exceeds a threshold value. Alternatively, when the output signal of the monitor sensor arranged between the adjacent line sensors exceeds the threshold value, the second exposure time control for ending the exposure of the photoelectric conversion element arrays facing each other with the monitor sensor sandwiched between the adjacent line sensors. It is possible to provide a part.

また、ユーザなどによって第1露光時間制御部による露光時間制御と第2露光時間制御部による露光時間制御とを切り替えることも可能であり、例えば、AF処理時、第1露光時間制御部による露光時間制御と第2露光時間制御部による露光時間制御とを続けて実行し、測距演算を行ってもよい。   It is also possible for the user to switch between exposure time control by the first exposure time control unit and exposure time control by the second exposure time control unit. For example, during AF processing, the exposure time by the first exposure time control unit The distance measurement calculation may be performed by continuously executing the control and the exposure time control by the second exposure time control unit.

このように本発明によれば、焦点検出装置において、精度よく被写体像の焦点検出を行うことができる。   Thus, according to the present invention, the focus detection of the subject image can be accurately performed in the focus detection device.

第1の実施形態であるデジタルカメラのブロック図である。It is a block diagram of the digital camera which is 1st Embodiment. 測距センサにおけるラインセンサおよびモニタセンサの配置を部分的に示した図である。It is the figure which showed partially arrangement | positioning of the line sensor and monitor sensor in a ranging sensor. 図2の一部を拡大して示した配置図である。FIG. 3 is an arrangement view showing a part of FIG. 2 in an enlarged manner. ラインセンサの画素構造を示した図である。It is the figure which showed the pixel structure of the line sensor. ラインセンサの画素回路図である。It is a pixel circuit diagram of a line sensor. モニタセンサの画素構造を示した図である。It is the figure which showed the pixel structure of the monitor sensor. モニタセンサの画素回路図である。It is a pixel circuit diagram of a monitor sensor. ラインセンサに対する電荷蓄積時間制御の回路構成を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the circuit structure of the charge accumulation time control with respect to a line sensor. 電荷蓄積時間制御のタイミングチャートである。It is a timing chart of charge accumulation time control. 第2の実施形態におけるラインセンサの電荷蓄積時間制御の回路構成を一部示した図である。It is a figure showing a part of circuit composition of charge accumulation time control of a line sensor in a 2nd embodiment. 第2の実施形態における電荷蓄積時間制御のタイミングチャートである。10 is a timing chart of charge accumulation time control in the second embodiment. 測距モード設定のフローチャートである。It is a flowchart of ranging mode setting. 測距演算処理のフローチャートである。It is a flowchart of a ranging calculation process.

以下では、図面を参照して本実施形態である焦点検出装置について説明する。   Below, the focus detection apparatus which is this embodiment is demonstrated with reference to drawings.

図1は、第1の実施形態であるデジタルカメラのブロック図である。   FIG. 1 is a block diagram of a digital camera according to the first embodiment.

デジタルカメラ10は、ここでは一眼レフ型デジタルカメラとして構成されており、交換レンズ20がカメラ本体30に対して着脱自在に装着されている。カメラCPUを備えたシステムコントロール回路48は、ROM、RAM、通信インターフェイス回路など(いずれも図示せず)などを備え、各種回路を制御して撮影動作、画像記録処理などカメラ全体の動作を制御する。なお、動作制御プログラムは、ROMにあらかじめ格納されている。操作スイッチ群38は、電源ボタン、レリーズボタン、モードダイヤル、選択ボタン(いずれも図示せず)などに対する入力操作を検出する。   Here, the digital camera 10 is configured as a single-lens reflex digital camera, and the interchangeable lens 20 is detachably attached to the camera body 30. A system control circuit 48 including a camera CPU includes a ROM, a RAM, a communication interface circuit (not shown) and the like, and controls various circuits to control operations of the entire camera such as photographing operation and image recording processing. . The operation control program is stored in advance in the ROM. The operation switch group 38 detects an input operation to a power button, a release button, a mode dial, a selection button (all not shown), and the like.

撮影光学系22を通った光は、可動ミラー15によって光学ファインダ(図示せず)の方向へ導かれ、ユーザはファインダ窓(図示せず)を通じて被写体像を視認する。一方、撮影光学系22を通った光の一部は、可動ミラー15を透過し、可動ミラー15の後方に設けられたサブミラー17によって可動ミラー15下方に配置されるAFモジュール24に導かれる。   The light passing through the photographic optical system 22 is guided toward the optical finder (not shown) by the movable mirror 15, and the user visually recognizes the subject image through the finder window (not shown). On the other hand, part of the light passing through the photographing optical system 22 is transmitted through the movable mirror 15 and guided to the AF module 24 disposed below the movable mirror 15 by the sub mirror 17 provided behind the movable mirror 15.

AFモジュール24は、コンデンサーレンズ、セパレータレンズ、視野マスク(いずれも図示せず)とともに、赤外線カットフィルタ24A、測距センサ40を備え、視野マスクによって分割された被写体像は、セパレータレンズによって測距センサ40の受光面に再結像される。   The AF module 24 includes an infrared cut filter 24A and a distance sensor 40 together with a condenser lens, a separator lens, and a field mask (not shown), and the subject image divided by the field mask is separated by the separator lens. Re-imaged on 40 light-receiving surfaces.

レリーズボタンが半押しされると、光学ファインダ内に配置される測光センサ19が、赤外線カットフィルタ19Aを経由して入射した光に基づいて被写体の明るさを検出する。それとともに、AFモジュール24は、測距センサ40の受光面に投影された被写体像の画像信号を出力する。   When the release button is pressed halfway, the photometric sensor 19 arranged in the optical viewfinder detects the brightness of the subject based on the light incident via the infrared cut filter 19A. At the same time, the AF module 24 outputs an image signal of the subject image projected on the light receiving surface of the distance measuring sensor 40.

システムコントロール回路48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。交換レンズ20内のレンズCPU28は、カメラ本体30内のレンズ制御回路56と通信し、レンズ駆動機構26を制御して撮影光学系22内のフォーカシングレンズをシフトさせる。   The system control circuit 48 performs defocus amount and focus adjustment based on the image signal sent from the AF module 24. The lens CPU 28 in the interchangeable lens 20 communicates with the lens control circuit 56 in the camera body 30 and controls the lens driving mechanism 26 to shift the focusing lens in the photographing optical system 22.

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48は、露出値(シャッタースピード、絞り値、感度など)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、露出制御が行わる。可動ミラー15、絞り23、およびシャッタ31の動作によって被写体像が撮像センサ32に形成され、1フレーム分の画像信号が撮像センサ32から出力される。   When focus adjustment is performed in the release half-pressed state and the brightness of the subject is detected, the system control circuit 48 calculates and determines an exposure value (shutter speed, aperture value, sensitivity, etc.). When the release button is fully pressed, exposure control is performed. A subject image is formed on the image sensor 32 by the operations of the movable mirror 15, the diaphragm 23, and the shutter 31, and an image signal for one frame is output from the image sensor 32.

撮像センサ32は、ここではCMOSイメージセンサとA/D変換回路などの周辺回路によって構成されており、M×Nの受光画素が受光面上に配置されている。また、ベイヤー配列などによってカラーフィルタアレイがオンチップで形成されている。撮像センサ駆動回路36は、撮像センサ32を駆動して画素信号を読み出し、デジタル変換した後システムコントロール回路48へ送信する。   Here, the imaging sensor 32 includes a CMOS image sensor and peripheral circuits such as an A / D conversion circuit, and M × N light receiving pixels are arranged on the light receiving surface. Further, a color filter array is formed on-chip by a Bayer array or the like. The imaging sensor drive circuit 36 drives the imaging sensor 32 to read out pixel signals, converts them to digital, and transmits them to the system control circuit 48.

画像処理回路34は、読み出された1フレーム分の画素信号に対して色変換処理、γ補正処理などを施し、デジタル画像データを生成する。生成された画像データは、圧縮処理された後、あるいは非圧縮状態で画像メモリ35へ格納される。再生モードが選択されると、所定の記録画像がLCDなどで構成される表示器37に再生表示される。また、表示器37では、プレビュー画像、撮影後の確認画像、モード情報などが表示される。   The image processing circuit 34 performs color conversion processing, γ correction processing, and the like on the read pixel signal for one frame to generate digital image data. The generated image data is stored in the image memory 35 after being compressed or in an uncompressed state. When the reproduction mode is selected, a predetermined recorded image is reproduced and displayed on the display device 37 constituted by an LCD or the like. The display 37 displays a preview image, a confirmation image after shooting, mode information, and the like.

図2は、測距センサ40におけるラインセンサおよびモニタセンサの配置を部分的に示した図である。図3は、図2の一部を拡大して示した配置図である。図2、3を用いて、ラインセンサおよびモニタセンサの配置について説明する。   FIG. 2 is a diagram partially showing the arrangement of the line sensor and the monitor sensor in the distance measuring sensor 40. FIG. 3 is an enlarged layout view showing a part of FIG. The arrangement of the line sensor and the monitor sensor will be described with reference to FIGS.

測距センサ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ており、裏面照射型撮像センサとして構成されている。測距センサ40の受光面40Sには、あらかじめ設定されている複数の測距点に合わせて複数のラインセンサ群が配置されている(図2ではラインセンサ群の配置は図示せず)。具体的には、被写体像の縦方向に沿った基板上下方向に沿って、基板中心を挟んで互いに対向する複数のラインセンサ群と、被写体像の横方向に沿った基板左右方向に沿って、基板中心を挟んで互いに対向する複数のラインセンサ群とが設置されている。   The distance measuring sensor 40 is constituted by an integrated substrate on which a plurality of CMOS type line sensors are arranged, and is configured as a backside illumination type imaging sensor. On the light receiving surface 40S of the distance measuring sensor 40, a plurality of line sensor groups are arranged in accordance with a plurality of preset distance measuring points (the arrangement of the line sensor groups is not shown in FIG. 2). Specifically, a plurality of line sensor groups facing each other across the center of the substrate along the vertical direction of the substrate along the vertical direction of the subject image, and along the horizontal direction of the substrate along the horizontal direction of the subject image, A plurality of line sensor groups facing each other across the center of the substrate are installed.

同一ライン上に沿って互いに対向するラインセンサの一方は基準ラインセンサ、他方は参照ラインセンサとして機能する。AFモジュール24のセパレータレンズは、瞳分割によって2組の被写体像対を形成し、縦方向、横方向それぞれに、一対の被写体像をそれぞれ結像させる。これにより、基板中心を間に挟んで対向する基準ラインセンサ、参照ラインセンサに像が形成される。図2では、基板横方向に沿って参照ラインセンサと向かい合う基準ラインセンサL1〜L3を示している。   One of the line sensors facing each other along the same line functions as a reference line sensor, and the other functions as a reference line sensor. The separator lens of the AF module 24 forms two sets of subject image pairs by pupil division, and forms a pair of subject images in the vertical direction and the horizontal direction, respectively. As a result, an image is formed on the reference line sensor and the reference line sensor facing each other with the substrate center in between. In FIG. 2, reference line sensors L <b> 1 to L <b> 3 facing the reference line sensor along the substrate lateral direction are shown.

ランセンサL1は、複数のフォトダイオードPDの2列構造であり、基板縦方向に細長いフォトダイオードPDを対にし、その長手方向に垂直な基板横方向に千鳥配列させた構成になっている。ラインセンサL2、L3についても、同様にフォトダイオードPDの千鳥配列となっている(以下では、必要に応じてフォトダイオードPDを「AF画素40P」と表し、また、各ラインセンサのフォトダイオード列を「AL1、AL2」と表す)。   The run sensor L1 has a two-row structure of a plurality of photodiodes PD, and has a configuration in which elongated photodiodes PD are paired in the vertical direction of the substrate and are staggered in the horizontal direction of the substrate perpendicular to the longitudinal direction. Similarly, the line sensors L2 and L3 also have a staggered arrangement of photodiodes PD (hereinafter, the photodiodes PD are referred to as “AF pixels 40P” as necessary, and the photodiode arrays of the respective line sensors are also represented. Represented as “AL1, AL2”).

ラインセンサL1、L2、L3の長手方向側面の両側には、それぞれ、モニタセンサLM1、LM2、LM3、LM4が隣り合うように配置されており、ラインセンサL1、L2、L3とモニタセンサLM1、LM2、LM3、LM4は、実質的に隙間なく交互に並ぶ密な配置になっている。モニタセンサLM1は、細長い複数の微小センサLMA1〜LMA4をラインセンサ長手方向に沿って並べ、ラインセンサ側面全体に対向配置させた構成になっている。他のモニタセンサも同様の構成になっている。   Monitor sensors LM1, LM2, LM3, and LM4 are arranged adjacent to both sides of the longitudinal side surfaces of the line sensors L1, L2, and L3, respectively, and the line sensors L1, L2, and L3 and the monitor sensors LM1 and LM2 are adjacent to each other. , LM3 and LM4 have a dense arrangement that is arranged alternately with substantially no gap. The monitor sensor LM1 has a configuration in which a plurality of elongated microsensors LMA1 to LMA4 are arranged along the longitudinal direction of the line sensor and arranged to face the entire side surface of the line sensor. Other monitor sensors have the same configuration.

ラインセンサL1は、フォトダイオード列AL1とフォトダイオード列AL2から成り、フォトダイオード列AL1は隣接するモニタセンサLM1、フォトダイオード列AL2は隣接するモニタセンサLM2によって露光時間の調整が施される。モニタセンサLM1の場合、微小センサLMA1〜LMA4が、ラインセンサL1の向かい合うフォトダイオード列AL1に対し、モニタリングを行う。   The line sensor L1 includes a photodiode array AL1 and a photodiode array AL2. The exposure time of the photodiode array AL1 is adjusted by the adjacent monitor sensor LM1, and the photodiode array AL2 is adjusted by the adjacent monitor sensor LM2. In the case of the monitor sensor LM1, the micro sensors LMA1 to LMA4 monitor the photodiode array AL1 facing the line sensor L1.

図3では、図2に示したラインセンサL1のエリアEAに属するフォトダイオードおよびそのエリアEAの両側にある微小センサLMA4、LMB4を示している。微小センサLMA4は、エリアEAの中でフォトダイオード列AL1に属するフォトダイオードをモニタリングし、微小センサLMB4は、フォトダイオード列AL2に属するフォトダイオードをモニタリングする。   FIG. 3 shows the photodiodes belonging to the area EA of the line sensor L1 shown in FIG. 2 and the minute sensors LMA4 and LMB4 on both sides of the area EA. The minute sensor LMA4 monitors the photodiodes belonging to the photodiode row AL1 in the area EA, and the minute sensor LMB4 monitors the photodiodes belonging to the photodiode row AL2.

一方、モニタセンサLM2は、ラインセンサL1とは反対側のラインセンサL2のフォトダイオード列AL1に対しても、モニタセンサとして機能する。すなわち、ラインセンサL2のフォトダイオード列AL1、AL2は、それぞれモニタセンサLM2、LM3によってモニタリングされる。同様に、ラインセンサL3のフォトダイオード列AL1、AL2は、それぞれモニタセンサLM3、LM4によってモニタリングされる。   On the other hand, the monitor sensor LM2 also functions as a monitor sensor for the photodiode array AL1 of the line sensor L2 opposite to the line sensor L1. That is, the photodiode arrays AL1 and AL2 of the line sensor L2 are monitored by the monitor sensors LM2 and LM3, respectively. Similarly, the photodiode arrays AL1 and AL2 of the line sensor L3 are monitored by the monitor sensors LM3 and LM4, respectively.

さらに、各ラインセンサがフォトダイオードPDの千鳥配列になっているのに加え、隣り合うラインセンサ間においても千鳥配列を採用している。例えば、モニタセンサLM2を挟んで隣り合うラインセンサL1のフォトダイオード列AL2とラインセンサL2のフォトダイオード列AL1は、千鳥配列となるように配置されている。すなわち、長手方向幅の半分だけ互いにずれている。   Furthermore, in addition to the staggered arrangement of the photodiodes PD, each line sensor employs a staggered arrangement between adjacent line sensors. For example, the photodiode array AL2 of the line sensor L1 and the photodiode array AL1 of the line sensor L2 that are adjacent to each other with the monitor sensor LM2 interposed therebetween are arranged in a staggered arrangement. That is, they are offset from each other by half the longitudinal width.

図4は、ラインセンサの画素構造を示した図である。図5は、ラインセンサの画素回路図である。ただし、図4では、カメラ本体10における配置とはその裏表の向きを逆にして描いている。   FIG. 4 is a diagram illustrating a pixel structure of the line sensor. FIG. 5 is a pixel circuit diagram of the line sensor. However, in FIG. 4, the orientation of the front and back of the arrangement in the camera body 10 is reversed.

図4では、ラインセンサの一部画素の構造について、断面側から見た部分と、表面側から見た部分とを示している。ラインセンサを構成する各AF画素40Pは、フォトダイオードPDと画素信号読み出し回路140によって構成されている。画素信号読み出し回路140は、トランジスタで構成されるアンチブルーミングゲートABG、転送ゲートTG、フローティングディフュージョンゲートFDGを備える。   FIG. 4 shows a part of the structure of some pixels of the line sensor viewed from the cross-sectional side and a part viewed from the front side. Each AF pixel 40P constituting the line sensor includes a photodiode PD and a pixel signal readout circuit 140. The pixel signal readout circuit 140 includes an anti-blooming gate ABG composed of transistors, a transfer gate TG, and a floating diffusion gate FDG.

さらに画素信号読み出し回路140は、一時的な電荷保存用キャパシタMEM、電荷−電圧変換を行うフローティングディフュージョンFD、リセットゲートRG、そしてソースフォロアアンプSF、選択ゲートSEL(図5参照)を備えている。また、電気的および光学的クロストロークを低減するため、素子分離領域DTIが形成されている。なお、暗電流削減のためp+領域を広く形成しているが、そのように構成しなくてもよい。   Further, the pixel signal readout circuit 140 includes a temporary charge storage capacitor MEM, a floating diffusion FD that performs charge-voltage conversion, a reset gate RG, a source follower amplifier SF, and a selection gate SEL (see FIG. 5). In addition, an element isolation region DTI is formed in order to reduce electrical and optical cross strokes. Note that the p + region is widely formed to reduce the dark current, but it is not necessary to form such a configuration.

図6は、モニタセンサの画素構造を示した図である。図7は、モニタセンサの画素回路図である。   FIG. 6 is a diagram illustrating a pixel structure of the monitor sensor. FIG. 7 is a pixel circuit diagram of the monitor sensor.

ラインセンサと同様、微小センサLMA1は、フォトダイオードMPDおよび画素信号読み出し回路240とを備え、画素信号読み出し回路240は、トランジスタで構成されるアンチブルーミングゲートABG、転送ゲートTG、フローティングディフュージョンFD、リセットゲートRG、そしてソースフォロアアンプSF、選択ゲートSELを備えている。   Similar to the line sensor, the micro sensor LMA1 includes a photodiode MPD and a pixel signal readout circuit 240. The pixel signal readout circuit 240 includes an anti-blooming gate ABG, a transfer gate TG, a floating diffusion FD, and a reset gate that are formed of transistors. RG, source follower amplifier SF, and select gate SEL are provided.

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MPDでは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、フォトダイオードMPDに生じる信号電荷は、フローティングディフュージョンFDで電荷電圧変換され、ソースフォロアアンプSFおよび選択トランジスタSElを介してモニタ信号が随時出力される。   When light from the subject reaches the line sensor, a signal charge (pixel signal) is generated by photoelectric conversion in the photodiode MPD, and the charge is accumulated according to the amount of light. On the other hand, the signal charge generated in the photodiode MPD is subjected to charge-voltage conversion by the floating diffusion FD, and a monitor signal is output as needed through the source follower amplifier SF and the selection transistor SE1.

図8は、ラインセンサに対する電荷蓄積時間制御の回路構成を模式的に示した図である。図9は、電荷蓄積時間制御のタイミングチャートである。図8、9を用いて、電荷蓄積時間の制御について説明する。ここでは、ラインセンサL2の両側に配置されたモニタセンサLM2、LM3の微小センサLMB2、LMC2によってモニタリング対象となるエリアEBのAF画素40Pを対象として説明する。   FIG. 8 is a diagram schematically showing a circuit configuration of charge accumulation time control for the line sensor. FIG. 9 is a timing chart of charge accumulation time control. The charge accumulation time control will be described with reference to FIGS. Here, the AF pixel 40P in the area EB to be monitored by the minute sensors LMB2 and LMC2 of the monitor sensors LM2 and LM3 arranged on both sides of the line sensor L2 will be described.

AF処理が実行開始されると、ラインセンサL2の各AF画素40PのアンチブルーミングゲートABGがLowになるとともに、微小センサLMB2、LMC2のアンチブルーミングゲートABGがLowに切り替えられ、電荷蓄積(積分)が開始される。電荷蓄積が開始されると、微小センサLMB2、LMC2の出力となるモニタ信号が第1露光時間制御部RC1により基準電圧と比較される。   When the AF process is started, the anti-blooming gate ABG of each AF pixel 40P of the line sensor L2 becomes Low, and the anti-blooming gates ABG of the micro sensors LMB2 and LMC2 are switched to Low, and charge accumulation (integration) is performed. Be started. When charge accumulation is started, monitor signals that are output from the micro sensors LMB2 and LMC2 are compared with a reference voltage by the first exposure time control unit RC1.

そして、どちらか一方のモニタ信号が基準電圧に達すると、エリアEBのAF画素40Pに対して電荷転送パルスTGSが生成される。これにより、モニタリング対象であるAF画素の光電荷が一度に電荷保持部MEMに転送され、積分が終了する。図9では、微小センサLMB2が微小センサLMC2よりも先に時刻t2で積分終了している。   When one of the monitor signals reaches the reference voltage, a charge transfer pulse TGS is generated for the AF pixel 40P in the area EB. As a result, the photocharges of the AF pixels to be monitored are transferred to the charge holding unit MEM at one time, and the integration ends. In FIG. 9, the integration of the minute sensor LMB2 is completed at time t2 before the minute sensor LMC2.

このとき、転送ゲートTGがON状態となり、パルス信号が画素列AL1、AL2のモニタリング対象となるAF画素に対して出力される。その結果、蓄積電荷が電荷保持部MEMに転送される。そして、微小センサLMB2、LMC2およびモニタリング対象AF画素について、ABG信号がHighに切り替えられて積分が終了する。   At this time, the transfer gate TG is turned on, and a pulse signal is output to the AF pixels to be monitored in the pixel columns AL1 and AL2. As a result, the accumulated charge is transferred to the charge holding unit MEM. Then, the ABG signal is switched to High for the minute sensors LMB2 and LMC2 and the monitoring target AF pixel, and the integration ends.

すべてのラインセンサについて積分が終了すると、蓄積電荷が読み出される。蓄積電荷を読み出すとき、ラインセンサL2を構成するフォトダイオード列AL1、AL2について、千鳥配列に応じて交互に電荷を読み出すことも可能であり、あるいは、フォトダイオード列AL1、AL2独立して読み出すことも可能である。   When integration is completed for all the line sensors, the accumulated charge is read out. When reading out the accumulated charge, it is possible to alternately read out the charges from the photodiode arrays AL1 and AL2 constituting the line sensor L2 in accordance with the staggered arrangement, or to read out the photodiode arrays AL1 and AL2 independently. Is possible.

一方、モニタセンサLM2は、ラインセンサL1のフォトダイオード列AL2に対してもモニタリングを行う。モニタセンサLM2の各微小センサは、モニタセンサLM1の対向する微小センサとの間で図8に示す論理回路を設けている。モニタセンサLM3など他のモニタセンサも、両隣のフォトダイオード列に対してモニタリングを行う。   On the other hand, the monitor sensor LM2 also monitors the photodiode array AL2 of the line sensor L1. Each minute sensor of the monitor sensor LM2 is provided with the logic circuit shown in FIG. 8 between the minute sensors facing the monitor sensor LM1. Other monitor sensors such as the monitor sensor LM3 also monitor the adjacent photodiode rows.

このように第1の実施形態によれば、基準ラインセンサの傍にモニタセンサを配置した測距センサ40により位相差式AF処理を実行するデジタルカメラ10において、裏面照射型撮像素子で構成される測距センサ40の受光面40Sには、ラインセンサL1〜L3とモニタセンサLM1〜LM4が交互に隣接配置されている。ラインセンサは千鳥配列のフォトダイオード(AF画素)で構成される一方、各モニタセンサは、両隣のラインセンサの中で隣り合うフォトダイオード列(AF画素列)をモニタリングする。   As described above, according to the first embodiment, the digital camera 10 that performs the phase-difference AF processing by the distance measuring sensor 40 having the monitor sensor disposed beside the reference line sensor is configured by the backside illumination type imaging device. Line sensors L1 to L3 and monitor sensors LM1 to LM4 are alternately arranged adjacent to the light receiving surface 40S of the distance measuring sensor 40. While the line sensor is composed of staggered photodiodes (AF pixels), each monitor sensor monitors adjacent photodiode rows (AF pixel rows) among the two adjacent line sensors.

ラインセンサの長手方向側面両側にモニタセンサが配置され、モニタセンサが隣り合うAF画素をモニタリングするため、モニタセンサ受光量とラインセンサ受光量との差が抑えられ、適切なタイミングでラインセンサの積分終了を実行可能となり、ラインセンサの信号飽和を抑えることができる。   Monitor sensors are arranged on both sides in the longitudinal direction of the line sensor, and the monitor sensor monitors adjacent AF pixels. Therefore, the difference between the received light amount of the monitor sensor and the received light amount of the line sensor is suppressed, and integration of the line sensor is performed at an appropriate timing. Termination can be executed, and signal saturation of the line sensor can be suppressed.

また、ラインセンサ間隔を詰めて密に配置することによって、モニタセンサが両隣のラインセンサに対してモニタリングを行う、すなわちラインセンサがモニタセンサを供給化することが可能である。これにより、不感領域に起因する測距誤差を抑えることができる。特に、裏面照射型撮像素子によって測距センサ40を構成することにより、読み出し回路を受光面に配置する必要がなく、より一層ラインセンサとモニタセンサを密接配置することができる。   Further, by closely arranging the line sensor intervals, the monitor sensor can monitor the adjacent line sensors, that is, the line sensor can supply the monitor sensor. Thereby, the ranging error resulting from the insensitive area can be suppressed. In particular, by forming the distance measuring sensor 40 with the backside illumination type image sensor, it is not necessary to arrange the readout circuit on the light receiving surface, and the line sensor and the monitor sensor can be arranged more closely.

次に、図10、11を用いて、第2の実施形態について説明する。第2の実施形態では、モニタセンサの両隣のフォトダイオード列がモニタリング対象となる。それ以外の構成については、実質的に第1の実施形態と同じである。   Next, a second embodiment will be described with reference to FIGS. In the second embodiment, the photodiode rows on both sides of the monitor sensor are to be monitored. Other configurations are substantially the same as those in the first embodiment.

図10は、第2の実施形態におけるラインセンサの電荷蓄積時間制御の回路構成を一部示した図である。図11は、第2の実施形態における電荷蓄積時間制御のタイミングチャートである。   FIG. 10 is a diagram partially showing a circuit configuration of charge accumulation time control of the line sensor according to the second embodiment. FIG. 11 is a timing chart of charge accumulation time control in the second embodiment.

各モニタセンサは、両隣のラインセンサの中で隣接するフォトダイオード列をモニタリング対象とする。例えばモニタセンサLM2の微小センサLMB2は、ラインセンサL1、L2に跨るエリアECのAF画素40Pをモニタリング対象としている。したがって、第2の実施形態では、測距点が、基板縦方向、すなわちフォトダイオード列に垂直な方向に沿ってフォトダイオード長手方向長さ分だけ第1の実施形態の測距点に対しシフトし、第1の実施形態と異なる新たな測距点が規定される。   Each monitor sensor targets an adjacent photodiode row in both adjacent line sensors. For example, the minute sensor LMB2 of the monitor sensor LM2 targets the AF pixel 40P in the area EC straddling the line sensors L1 and L2. Therefore, in the second embodiment, the distance measurement point is shifted from the distance measurement point of the first embodiment by the length in the photodiode longitudinal direction along the vertical direction of the substrate, that is, the direction perpendicular to the photodiode row. A new distance measuring point different from the first embodiment is defined.

AF処理が実行開始されると、モニタセンサ、ラインセンサのアンチブルーミングゲートABGがLow状態となって、モニタセンサおよびラインセンサに対して電荷蓄積(積分)が開始される。積分開始後、微小センサLMB2の出力値が基準電圧に到達すると、第2露光時間制御部RC2によりエリアECのAF画素に対して電荷転送パルス信号が生成される。   When the AF process is started, the anti-blooming gate ABG of the monitor sensor and the line sensor is in a low state, and charge accumulation (integration) is started for the monitor sensor and the line sensor. When the output value of the minute sensor LMB2 reaches the reference voltage after the start of integration, a charge transfer pulse signal is generated for the AF pixels in the area EC by the second exposure time controller RC2.

該当するAF画素のタイミングジェネレータパルスが出力されることになり、フォトダイオードの蓄積電荷が電荷保持部MEMに転送される。そして、微小センサLMB2のアンチブルーミングゲートABG、フォトダイオード列AL1側のAF画素のアンチブルーミングゲートABG、フォトダイオード列AL2側のAF画素のアンチブルーミングゲートABGがHighに切り替わり、電荷蓄積が終了する。   The timing generator pulse of the corresponding AF pixel is output, and the charge accumulated in the photodiode is transferred to the charge holding unit MEM. Then, the anti-blooming gate ABG of the micro sensor LMB2, the anti-blooming gate ABG of the AF pixel on the photodiode row AL1 side, and the anti-blooming gate ABG of the AF pixel on the photodiode row AL2 are switched to High, and the charge accumulation ends.

このように第2の実施形態によれば、モニタセンサを間に挟んで隣り合うラインセンサ間において、モニタセンサ傍にあるフォトダイオード列をモニタセンサがモニタリングし、電荷蓄積時間を制御する。異なるラインセンサ間で電荷蓄積時間を制御することにより、第1の実施形態とは異なる測距点で測距することが可能となる。また、異なるラインセンサ間でフォトダイオード列を千鳥配列としているため、第1の実施形態と同様に精度ある測距を行うことができる。   As described above, according to the second embodiment, the monitor sensor monitors the photodiode array adjacent to the monitor sensor between the adjacent line sensors with the monitor sensor interposed therebetween, and controls the charge accumulation time. By controlling the charge accumulation time between different line sensors, it becomes possible to perform distance measurement at a distance measuring point different from that of the first embodiment. In addition, since the photodiode arrays are arranged in a staggered pattern between different line sensors, accurate ranging can be performed as in the first embodiment.

次に、図12を用いて、第3の実施形態について説明する。第3の実施形態では、第1の実施形態におけるモニタセンサのラインセンサ電荷蓄積制御(以下、通常測距モードという)と、第2の実施形態におけるモニタセンサのラインセンサ電荷蓄積制御(以下、ライン間測距モードという)を、ユーザが選択可能な構成になっている。   Next, a third embodiment will be described with reference to FIG. In the third embodiment, the line sensor charge accumulation control of the monitor sensor in the first embodiment (hereinafter referred to as a normal ranging mode) and the line sensor charge accumulation control of the monitor sensor in the second embodiment (hereinafter referred to as a line). The distance measurement mode is selectable by the user.

図12は、測距モード設定のフローチャートである。   FIG. 12 is a flowchart for setting the ranging mode.

ユーザは、モード画面などによって測距モードを選択可能である。ユーザによって通常測距モードが選択された場合、通常測距モードが設定される(S101、S102、S103)。一方、ライン間測距モードが選択された場合、ライン間測距モードが設定される(S101、S102、S104)。   The user can select the distance measurement mode on the mode screen or the like. When the normal ranging mode is selected by the user, the normal ranging mode is set (S101, S102, S103). On the other hand, when the inter-line ranging mode is selected, the inter-line ranging mode is set (S101, S102, S104).

このように第3の実施形態によれば、測距点の異なる2つの測距モードをユーザが選択可能であり、様々な測距を行うことができる。   As described above, according to the third embodiment, the user can select two distance measurement modes having different distance measurement points, and various distance measurements can be performed.

次に、図13を用いて、第4の実施形態について説明する。第4の実施形態では、オペレータの選択により、通常測距モードとライン間測距モードの両方を実行する。   Next, a fourth embodiment will be described with reference to FIG. In the fourth embodiment, both the normal distance measurement mode and the inter-line distance measurement mode are executed by the operator's selection.

図13は、第4の実施形態における測距演算処理のフローチャートである。   FIG. 13 is a flowchart of the ranging calculation process in the fourth embodiment.

ステップS201では、オペレータの入力操作によって、ライン間測距モードが設定されている場合、ライン間測距モードの実行を設定する。そうでない場合、ライン間測距モードの非実行を設定する。   In step S201, when the inter-line ranging mode is set by the operator's input operation, execution of the inter-line ranging mode is set. Otherwise, the non-execution of the inter-line ranging mode is set.

まず、通常測距モードによって、通常測距モードに基づいたAF処理が実行される(S202、S203)。そしてライン間測距モードの実行が設定されている場合、ライン間測距モードに従ってAF処理が実行される(S204〜S206)。一方、ライン間測距モードの非実行が設定されていた場合(S204)、そのまま終了する。   First, in the normal distance measurement mode, AF processing based on the normal distance measurement mode is executed (S202, S203). If execution of the inter-line ranging mode is set, AF processing is executed according to the inter-line ranging mode (S204 to S206). On the other hand, when the non-execution of the inter-line distance measurement mode is set (S204), the process ends as it is.

このように第4の実施形態によれば、ライン間測距モードが設定された場合、通常測距モードによる測距とライン間測距モードによる測距を合わせて実行することにより、数多くの測距点でピント位置を検出することが可能となる。   As described above, according to the fourth embodiment, when the inter-line distance measurement mode is set, the distance measurement in the normal distance measurement mode and the distance measurement in the inter-line distance measurement mode are performed together to perform a number of distance measurement. The focus position can be detected at the distance point.

ラインセンサはフォトダイオードを千鳥配列せずに並べてもよい。また、モニタセンサも複数の微小センサを用いずに1つのモニタセンサでラインセンサをモニタリングしてもよい。また、裏面照射型撮像素子を用いずにラインセンサおよびモニタセンサを配置してもよく、1つのラインセンサ両側にモニタセンサを配置し、ラインセンサ間の間隔を空けるようにしてもよい。   In the line sensor, photodiodes may be arranged without staggered arrangement. Further, the line sensor may be monitored by one monitor sensor without using a plurality of minute sensors. Further, the line sensor and the monitor sensor may be arranged without using the back-illuminated image sensor, or the monitor sensors may be arranged on both sides of one line sensor so as to leave an interval between the line sensors.

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)
40 測距センサ
48 システムコントロール回路(第1露光時間制御部、第2露光時間制御部)
RC1 第1露光時間制御部
RC2 第2露光時間制御部
L1〜L4 ラインセンサ
LM1〜LM4 モニタセンサ
10 SLR digital camera 24 AF module (focus detection device)
40 Distance sensor 48 System control circuit (first exposure time control unit, second exposure time control unit)
RC1 1st exposure time control part RC2 2nd exposure time control part L1-L4 Line sensor LM1-LM4 Monitor sensor

Claims (9)

焦点検出用に設けられた複数のラインセンサと、
前記複数のラインセンサそれぞれの長手方向側面に沿って配置される複数のモニタセンサとを備え、
各ラインセンサが、列になってラインセンサ長手方向に並ぶ複数の光電変換素子を有し、
各ラインセンサの長手方向側面の両側に、モニタセンサが配置されていて、
各モニタセンサが、隣り合う光電変換素子列をモニタリングすることを特徴とする焦点検出装置。
A plurality of line sensors provided for focus detection;
A plurality of monitor sensors arranged along the longitudinal side of each of the plurality of line sensors;
Each line sensor has a plurality of photoelectric conversion elements arranged in a line in the longitudinal direction of the line sensor,
Monitor sensors are arranged on both sides of the longitudinal side of each line sensor,
A focus detection device, wherein each monitor sensor monitors adjacent photoelectric conversion element arrays.
前記複数のラインセンサと前記複数のモニタセンサとが、隣り合うように交互に並んで配置されていて、
各モニタセンサは、両隣りの光電変換素子列をモニタリングすることを特徴とする請求項1に記載の焦点検出装置。
The plurality of line sensors and the plurality of monitor sensors are alternately arranged to be adjacent to each other,
The focus detection apparatus according to claim 1, wherein each monitor sensor monitors both adjacent photoelectric conversion element arrays.
各ラインセンサにおいて、前記複数の光電変換素子が千鳥配列になっており、さらに、
隣り合うラインセンサ間において、モニタセンサを挟んで向かい合う光電変換素子列が千鳥配列となっていることを特徴とする請求項1又は2に記載の焦点検出装置。
In each line sensor, the plurality of photoelectric conversion elements are in a staggered arrangement,
The focus detection apparatus according to claim 1, wherein between adjacent line sensors, photoelectric conversion element arrays facing each other with a monitor sensor interposed therebetween are in a staggered arrangement.
ラインセンサ両側のモニタセンサの出力信号のうち一方の出力信号が閾値を超えると、そのラインセンサの露光を終了させる第1露光時間制御部をさらに備え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。   4. The apparatus according to claim 1, further comprising a first exposure time control unit that terminates exposure of the line sensor when one of the output signals of the monitor sensors on both sides of the line sensor exceeds a threshold value. A focus detection apparatus according to claim 1. 隣り合うラインセンサの間に配置されたモニタセンサの出力信号が閾値を超えると、その隣り合うラインセンサ間においてモニタセンサを挟んで向かい合う光電変換素子列の露光を終了させる第2露光時間制御部をさらに備え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。   A second exposure time control unit that terminates the exposure of the photoelectric conversion element arrays facing each other with the monitor sensor sandwiched between the adjacent line sensors when the output signal of the monitor sensor disposed between the adjacent line sensors exceeds the threshold value; The focus detection apparatus according to claim 1, further comprising: ラインセンサ両側のモニタセンサの出力信号のうち一方の出力信号が閾値を超えると、そのラインセンサの露光を終了させる第1露光時間制御部と、隣り合うラインセンサの間に配置されたモニタセンサの出力信号が閾値を超えると、その隣り合うラインセンサ間においてモニタセンサを挟んで向かい合う光電変換素子列の露光を終了させる第2露光時間制御部とを備え、
前記第1露光時間制御部による露光時間制御と前記第2露光時間制御部による露光時間制御とを切り替え可能であ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。
When one of the output signals of the monitor sensors on both sides of the line sensor exceeds a threshold value, the first exposure time control unit for terminating the exposure of the line sensor and the monitor sensor disposed between the adjacent line sensors. A second exposure time control unit that terminates exposure of the photoelectric conversion element arrays facing each other across the monitor sensor between the adjacent line sensors when the output signal exceeds a threshold;
4. The focus detection apparatus according to claim 1, wherein the exposure time control by the first exposure time control unit and the exposure time control by the second exposure time control unit can be switched. 5.
AF処理時、前記第1露光時間制御部による露光時間制御と前記第2露光時間制御部による露光時間制御とを続けて実行し、測距演算を行うことを特徴とする請求項6に記載の焦点検出装置。   The distance measurement calculation is performed according to claim 6, wherein during AF processing, the exposure time control by the first exposure time control unit and the exposure time control by the second exposure time control unit are continuously executed to perform distance measurement calculation. Focus detection device. 前記複数のラインセンサと前記複数のモニタセンサが、裏面照射型固体撮像素子によって構成される測距センサに配置されてい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。   The focus detection apparatus according to claim 1, wherein the plurality of line sensors and the plurality of monitor sensors are arranged in a distance measuring sensor configured by a back-illuminated solid-state imaging device. . 請求項1乃至8のいずれか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。

An imaging apparatus comprising the focus detection apparatus according to claim 1.

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