JP2014078011A - Focus detection device - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to a focus detection apparatus mounted on a photographing apparatus such as a single-lens reflex camera.
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。焦点検出装置は、コンデンサーレンズ、セパレータレンズを含む結像光学系を備え、結像光学系によって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(例えば、特許文献1参照)。各ラインセンサは、複数のフォトダイオードを対にして並列させた構成であり(例えば特許文献2参照)、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。 A single-lens reflex camera is equipped with a phase difference type focus detection device as an automatic focus adjustment (AF) mechanism. The focus detection apparatus includes an imaging optical system including a condenser lens and a separator lens. In an area where a subject image is projected by the imaging optical system, a plurality of line sensor groups each having line sensors arranged in parallel are two. A set is arranged two-dimensionally (see, for example, Patent Document 1). Each line sensor has a configuration in which a plurality of photodiodes are arranged in parallel (for example, see Patent Document 2), and signal charges generated in each photodiode are read out as pixel signals.
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が調整される(特許文献3参照)。また、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フォトダイオード毎に独立制御されている。 Usually, the line sensor is a charge accumulation type sensor, and the charge accumulation time is adjusted by a monitor sensor arranged beside the line sensor (see Patent Document 3). Further, since the amount of light received by each photodiode of the line sensor varies depending on the brightness distribution of the subject, the charge accumulation time of the line sensor is controlled independently for each photodiode.
光電変換素子(フォトダイオードなど)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、画素信号読み出し回路によってモニタ信号を出力する。 Monitor sensors equipped with photoelectric conversion elements (photodiodes, etc.) are designed to prevent the photodiodes in the line sensor from receiving light that exceeds the dynamic range and overflowing. ) In real time, and a monitor signal is output by the pixel signal readout circuit.
モニタ信号が所定の閾値を超えると、対応する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 corresponding line sensor ends, 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.
モニタセンサの光電変換部は、モニタリング対象となるラインセンサと同じ強度の光を受光する必要があり、ラインセンサの受ける光量とほぼ同等になる必要がある。そのため、モニタリング対象となるラインセンサの長手方向全体をカバーするようにモニタセンサの光電変換部の長さを確保しなければならない。また、モニタセンサの感度を上げるためには、光電変換部の幅を広げて光電変換部のサイズを全体的に拡大する必要性がある。 The photoelectric conversion unit of the monitor sensor needs to receive light having the same intensity as that of the line sensor to be monitored, and needs to be approximately equal to the amount of light received by the line sensor. Therefore, it is necessary to secure the length of the photoelectric conversion unit of the monitor sensor so as to cover the entire longitudinal direction of the line sensor to be monitored. In addition, in order to increase the sensitivity of the monitor sensor, it is necessary to widen the width of the photoelectric conversion unit and increase the size of the photoelectric conversion unit as a whole.
しかしながら、モニタセンサの光電変換部のサイズを大きくすると、その分だけモニタセンサの画素信号読み出し回路をラインセンサ配列方向に沿って外側の位置に配置しなければならず、画素信号読み出し回路の配設がラインセンサ間のピッチを拡大させる。被写体像に対し多くの測距ポイントを確保するためには、結像光学系によって規定される投影領域内にできるだけ多くのラインセンサを並べる必要があるが、ラインセンサ間のピッチ拡大は、配置するラインセンサ数の制限を招く。 However, when the size of the photoelectric conversion unit of the monitor sensor is increased, the pixel signal readout circuit of the monitor sensor must be arranged at an outer position along the line sensor arrangement direction, and the arrangement of the pixel signal readout circuit is increased accordingly. Increases the pitch between line sensors. In order to secure many distance measuring points for the subject image, it is necessary to arrange as many line sensors as possible in the projection area defined by the imaging optical system. This will limit the number of line sensors.
本発明の焦点検出装置は、測距エリアを数多く確保しながらモニタセンサが対象となるラインセンサとほぼ同等の光を受光し、精度よくモニタリングすることが可能な焦点検出装置であり、被写体像の投影領域に並ぶ複数のラインセンサと、複数のラインセンサの側(そば)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、複数のラインセンサに蓄積された電荷に基づいて被写体像の画像信号を出力する画像信号出力手段とを備える。カメラなどの撮影装置に使用される場合、例えば、複数のラインセンサ群がクロス状に配置される。 The focus detection apparatus of the present invention is a focus detection apparatus that can receive a light almost equal to a target line sensor and monitor with high accuracy while ensuring a large number of distance measurement areas. A plurality of line sensors arranged in the projection area, a plurality of monitor sensors arranged on the side (side) of the plurality of line sensors, respectively, for monitoring the received light amount of the corresponding line sensors, and charges accumulated in the plurality of line sensors And an image signal output means for outputting an image signal of the subject image. When used in a photographing apparatus such as a camera, for example, a plurality of line sensor groups are arranged in a cross shape.
例えばラインセンサは、複数の光電変換素子によって構成され、ラインセンサ光電変換部を対にして長手方向に沿って並列させればよい。一方、各モニタセンサは、少なくとも1つのモニタ光電変換部(フォトダイオードなど)と、モニタ光電変換部に生じる電荷を画素信号として出力する少なくとも1つの画素信号読み出し回路とを備える。モニタセンサは、ラインセンサのどちらの側にあってもよい。画素信号読み出し回路は、信号電荷を電圧信号に変換、増幅処理などして信号出力を行えばよい。 For example, the line sensor is configured by a plurality of photoelectric conversion elements, and the line sensor photoelectric conversion units may be paired and arranged in parallel along the longitudinal direction. On the other hand, each monitor sensor includes at least one monitor photoelectric conversion unit (such as a photodiode) and at least one pixel signal readout circuit that outputs charges generated in the monitor photoelectric conversion unit as pixel signals. The monitor sensor may be on either side of the line sensor. The pixel signal readout circuit may perform signal output by converting signal charge into a voltage signal, amplification processing, and the like.
被写体の明るさ分布を細かく検出するためには、ラインセンサの光電変換部を所定数ずつまとめてモニタリングするのがよく、各モニタセンサは、それぞれ所定数のラインセンサ光電変換部と対向するようにラインセンサ長手方向に沿って並列した複数の微小センサ部を備えるのがよい。この場合、各微小センサ部が、モニタ光電変換部と画素信号読み出し回路を備える。 In order to detect the brightness distribution of the subject in detail, it is preferable to monitor a predetermined number of photoelectric conversion units of the line sensor collectively, and each monitor sensor faces a predetermined number of line sensor photoelectric conversion units. It is preferable to provide a plurality of minute sensor units arranged in parallel along the longitudinal direction of the line sensor. In this case, each minute sensor unit includes a monitor photoelectric conversion unit and a pixel signal readout circuit.
本発明では、各ラインセンサが、並列した複数のラインセンサ光電変換部を有し、前記モニタ光電変換部が、モニタリング対象となる所定数のラインセンサ光電変換部と向かい合うラインセンサ長手方向に沿った長さを有する。そして、モニタ光電変換部の一部が切欠状に形成され、切欠部分に画素信号読み出し回路が収まるように構成されている。 In the present invention, each line sensor has a plurality of line sensor photoelectric conversion units arranged in parallel, and the monitor photoelectric conversion unit is along the longitudinal direction of the line sensor facing a predetermined number of line sensor photoelectric conversion units to be monitored. Have a length. A part of the monitor photoelectric conversion unit is formed in a cutout shape, and the pixel signal readout circuit is configured to fit in the cutout portion.
モニタセンサ光電変換部が対象となるラインセンサ光電変換部に対向するため、対象エリアに入射する光の輝度分布に関係なく、モニタセンサはほぼ同等の輝度分布の光を受光する。 Since the monitor sensor photoelectric conversion unit faces the target line sensor photoelectric conversion unit, the monitor sensor receives light having substantially the same luminance distribution regardless of the luminance distribution of light incident on the target area.
その一方で、モニタセンサの画素信号読み出し回路がモニタ光電変換部の切欠部分に収容されるため、モニタセンサのサイズは、モニタ光電変換部の幅によって定められる。すなわち、画素信号読み出し回路のサイズに関係なくモニタセンサのサイズが定められ、ラインセンサ間のピッチを拡大することなく、精度よくラインセンサの受光量をモニタリングすることができる。 On the other hand, since the pixel signal readout circuit of the monitor sensor is accommodated in the cutout portion of the monitor photoelectric conversion unit, the size of the monitor sensor is determined by the width of the monitor photoelectric conversion unit. That is, the size of the monitor sensor is determined regardless of the size of the pixel signal readout circuit, and the amount of light received by the line sensor can be accurately monitored without increasing the pitch between the line sensors.
IC基板等にラインセンサ、モニタセンサを配設する場合、製造工程を容易にすることを考慮し、モニタ光電変換部の端部を切欠状にするのが望ましい。この場合、モニタ光電変換部の切欠部分が、前記ラインセンサと面する側とは逆側、すなわち、切欠部分とラインセンサとの間にモニタ光電変換部の幅広部分が形成される。 In the case where a line sensor and a monitor sensor are provided on an IC substrate or the like, it is desirable to make the end portion of the monitor photoelectric conversion portion into a notch shape in consideration of facilitating the manufacturing process. In this case, the notch portion of the monitor photoelectric conversion portion is opposite to the side facing the line sensor, that is, the wide portion of the monitor photoelectric conversion portion is formed between the notch portion and the line sensor.
本発明の他の局面における焦点検出装置は、被写体像の投影領域に並ぶ複数のラインセンサと、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、複数のラインセンサに蓄積された電荷に基づいて被写体像の画像信号を出力する画像信号出力手段とを備え、各モニタセンサが、少なくとも1つのモニタ光電変換部と、モニタ光電変換部に生じる電荷を画素信号として出力する少なくとも1つの信号読み出し回路とを備え、各ラインセンサが、並列した複数のラインセンサ光電変換部を有し、モニタ光電変換部が、モニタリング対象となる所定数のラインセンサ光電変換部と向かい合うようにラインセンサ長手方向に沿って配置されており、モニタ光電変換部の一部が切欠状に形成され、切欠部分に画素信号読み出し回路が収まる。 A focus detection apparatus according to another aspect of the present invention includes a plurality of line sensors arranged in a projection area of a subject image, and a plurality of monitors that are arranged on the side of the plurality of line sensors and monitor the light reception amounts of the corresponding line sensors. A sensor and image signal output means for outputting an image signal of a subject image based on charges accumulated in a plurality of line sensors, and each monitor sensor includes at least one monitor photoelectric conversion unit and a monitor photoelectric conversion unit. At least one signal readout circuit for outputting the generated charges as pixel signals, each line sensor having a plurality of line sensor photoelectric conversion units arranged in parallel, and the monitor photoelectric conversion unit is a predetermined number of lines to be monitored It is arranged along the longitudinal direction of the line sensor so as to face the sensor photoelectric conversion unit. There are formed in the cut shape, the pixel signal readout circuit fits the cutout portion.
このように本発明によれば、多くの測距ゾーンを設置し、被写体像の任意のエリアを精度よく焦点検出を行うことができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to install a large number of distance measuring zones and perform focus detection with high accuracy in any area of a subject image.
以下では、図面を参照して本実施形態であるデジタルカメラについて説明する。図1は、第1の実施形態である一眼レフ型デジタルカメラの模式的内部構成図である。 Below, the digital camera which is this embodiment is demonstrated with reference to drawings. FIG. 1 is a schematic internal configuration diagram of a single-lens reflex digital camera according to the first embodiment.
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。
The single-lens reflex
ペンタプリズム16の傍に配置される測光IC23は、TTL測光方式に従い、クイックリターンミラー18上方に配置されるピント板17によって形成される被写体像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は、位相差方式に従って合焦状態を検出する。
The photometry IC 23 arranged near the
ROM36、RAM37、CPU38を含むシステムコントロール回路30はカメラ動作を制御し、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。
A system control circuit 30 including a
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へ導かれ、ユーザーはファインダ(図示せず)を通して被写体を視認する。撮影のためレリーズボタン(図示せず)が半押しされると、測光IC23は被写体の明るさを検出し、AFモジュール24は合焦状態を検出する。
When the
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、セパレータマスク29、セパレータレンズ27、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)に配置されたセパレータマスク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。
A part of the light passing through the photographing
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。
The system control circuit 30 performs defocus amount and focus adjustment based on the image signal sent from the
レリーズボタン半押し状態において焦点調節が行われ、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。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、画像データが図示しないメモリーカード等の記録媒体へ格納される。
When focus adjustment is performed in the state where the release button is half-pressed and the brightness of the subject is detected, the system control circuit 30 calculates and determines an exposure value, that is, a shutter speed and an aperture value. When the release button is fully pressed, a series of recording operation processing is executed. That is, the subject image is formed on the
図2は、焦点検出部のブロック図である。 FIG. 2 is a block diagram of the focus detection unit.
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。焦点検出デバイス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EB1、EB2はそれぞれ基板中心部を挟んで互いに対向する。
The
コンデンサーレンズ26、セパレータマスク29、セパレータレンズ27を含む結像光学系は、瞳分割によって被写体像を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。
The imaging optical system including the
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、1次元配列させた複数の光電変換素子(ここではフォトダイオード)によって構成されている。 Each line sensor group is composed of a plurality of line sensors arranged in the left-right or up-down direction at predetermined intervals, and the line sensors in the line sensor groups EA1, EA2 are arranged in parallel in the left-right direction, and the line sensors in the line sensor groups EB1, EB2 Are in parallel along the vertical direction. Each line sensor is composed of a plurality of photoelectric conversion elements (here, photodiodes) arranged one-dimensionally.
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が参照ラインセンサとして機能する。 The line sensor group EA1 includes nine line sensors LSA1 to LSA9, and functions as a reference line sensor. On the other hand, the line sensors LSA11 to LSA19 constituting the line sensor group EA2 function as reference line sensors. Similarly, the line sensors LSB1 to LSB5 constituting the line sensor group EB1 function as reference sensors, and the line sensors LSB6 to LSB10 constituting the line sensor group EB2 function as reference line sensors.
ラインセンサ群EA1、EB1には、それぞれ一連のモニタセンサLMA1〜LMA9、LMB1〜LMB5が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、複数のセンサ部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。 In the line sensor groups EA1 and EB1, a series of monitor sensors LMA1 to LMA9 and LMB1 to LMB5 are arranged on the corresponding line sensor side. The monitor sensors LMA1 to LMA9 and LMB1 to LMB5 have a configuration in which a plurality of sensor units are arranged in parallel along the line sensor, and the corresponding line sensor region is divided into a plurality of areas for monitoring.
モニタセンサLMA1〜LMA9は、それぞれラインセンサLSA1〜LSA9の側面、長手方向に沿ってライン状に配置され、受光量(光強度)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にモニタ信号を出力する。 The monitor sensors LMA1 to LMA9 are arranged in a line along the side surfaces and the longitudinal direction of the line sensors LSA1 to LSA9, respectively, and output the amount of received light (light intensity) as a monitor signal. Monitor sensors LMB1 to LMB5 also output monitor signals to monitor the amount of light received by line sensors LSB1 to LSB5.
また、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、画素信号読出し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。さらに、ラインセンサ群EA1、EB1の各モニタセンサの傍には、黒レベルを検知するためのモニタセンサ(図示せず)が配置される。 Further, vertical shift registers VSR1 to VSR9 and VSS1 to VSS5 for reading pixel signals are provided on the side of the line sensors LSA1 to LSA9 of the line sensor group EA1 and the line sensors LSB1 to LSB5 of the line sensor group EB1. The vertical shift registers VSR11 to VSR19 and VSS6 to VSS10 are similarly arranged for the line sensors EA2 and EB2. Further, a monitor sensor (not shown) for detecting the black level is arranged beside each monitor sensor of the line sensor groups EA1 and EB1.
AGC回路42A〜42C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、ラインセンサのダイナミックレンジオーバーを防止するように設定されている。
The
モニタ信号値が閾値を超えると、焦点検出に必要な光量がラインセンサに入射しているため、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。 When the monitor signal value exceeds the threshold, the amount of light necessary for focus detection is incident on the line sensor, so the control signal that terminates the charge accumulation (integration) of the corresponding line sensor, that is, the line sensor being monitored Is output. When the control signal is transmitted to the line sensor, the charge accumulation ends and the charge is temporarily stored in the line sensor.
ラインセンサの電荷蓄積時間は、ラインセンサのモニタリング対象エリア毎に独立制御され、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、画素信号が生成される。 The charge accumulation time of the line sensor is independently controlled for each monitoring target area of the line sensor, and the charge accumulation time of each line sensor is adjusted according to the light intensity distribution of the subject. When the charge accumulation of all the line sensors is completed, the accumulated charge is subjected to voltage conversion and amplification processing in a pixel signal readout circuit (not shown here) of each line sensor, and a pixel signal is generated.
焦点検出部40では、各ラインセンサに生成される一連の画素信号が出力される。すなわち、各ラインセンサの傍に配置された垂直シフトレジスタVSR1〜VSR9、VSR11〜VSR19、VSS1〜VSS5、VSS6〜VSS10および水平シフトレジスタ45、46により、生成される一連の画素信号が出力回路40Aに転送される。
The
出力回路に送られた一連の画素信号は、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、対の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。 A series of pixel signals sent to the output circuit is sent to the system control circuit 30 as an image signal of the subject image. In the system control circuit 30, the phase difference is detected based on the image signal of the pair of line sensor groups, and the defocus amount is obtained.
論理回路44は、AGC回路42A〜42C、垂直シフトレジスタVSR1〜VSR9、VSR11〜VSR19、VSS1〜VSS5、VSS6〜VSS10および水平シフトレジスタ45、46を制御し、モニタ信号に対する閾値を設定するとともに、モニタセンサの黒レベルに基づいたオフセット値を設定する。
The
図3は、1つのラインセンサおよびそれに応じたモニタセンサの拡大配置図である。図3を用いて、ラインセンサ、およびモニタセンサの構成について説明する。 FIG. 3 is an enlarged layout view of one line sensor and a monitor sensor corresponding thereto. The configuration of the line sensor and the monitor sensor will be described with reference to FIG.
図3には、図2に示したラインセンサLSB3およびモニタセンサLMB3の一部構成を詳細に示している。ラインセンサLSB3は、複数のフォトダイオードを対にして並列させたセンサであり、一対のフォトダイオード120Aj(j=1、2、・・・)、120BjがラインセンサLSB3の長手方向に沿って千鳥格子状に並んでいる。 FIG. 3 shows in detail a partial configuration of the line sensor LSB3 and the monitor sensor LMB3 shown in FIG. The line sensor LSB3 is a sensor in which a plurality of photodiodes are arranged in parallel, and the pair of photodiodes 120Aj (j = 1, 2,...) And 120Bj are staggered along the longitudinal direction of the line sensor LSB3. It is lined up like a child.
モニタセンサLMB3は、ラインセンサLSB3の上段側において所定間隔離れた場所に配設されており、モニタセンサLMB3の両側には配線部170、180が設けられている。一方、ラインセンサLSB3の下段側には、配線部185を挟んで垂直シフトレジスタ190が設けられている。
The monitor sensor LMB3 is disposed at a predetermined distance on the upper side of the line sensor LSB3, and
対になって並列するフォトダイオード120Aj、120Bjは、その長手方向をラインセンサ群EB1のラインセンサ配列方向JKに向けて配置されており、上段側のフォトダイオード120Aj、下段側のフォトダイオード120Bjは、信号出力線、制御線などを含む配線回路部150を間に挟んで対向している。
The photodiodes 120Aj and 120Bj arranged in parallel with each other are arranged with the longitudinal direction thereof directed toward the line sensor array direction JK of the line sensor group EB1, and the upper photodiode 120Aj and the lower photodiode 120Bj are The
配線回路部150には、フォトダイオード対120Aj、120Bjからそれぞれ信号電荷を読み出し、画素信号を出力するラインセンサ用画素信号出力回路130jが設けられている。ラインセンサ用画素信号出力回路130jは、ラインセンサ長手方向に沿って配設され、ラインセンサ全体の画素信号が配線回路部150を介して出力される。
The
モニタセンサLMB3は複数のセンサ部分140m(m=1、2、・・)に分割されており(以下では、各分割部分を微小センサ部という)、その長手方向をラインセンサLSB3の長手方向に平行させて並んでいる。各微小センサ部140mは、それぞれ所定数のフォトダイオード対をモニタリングするように構成されている。ここでは、8対のフォトダイオードをモニタリング対象エリアとしている。
The monitor sensor LMB3 is divided into a plurality of
微小センサ部140mは、フォトダイオードなどによって構成される光電変換部142と、光電変換部142において生じる信号電荷を画素信号として出力するモニタセンサ用画素信号読み出し回路144とを備える。光電変換部142は、その端部142Sが切欠状に形成されており、切欠部分142Sに画素信号読み出し回路144が収められる。
The
ここでは、微小センサ部140mが矩形状に形成されるように、モニタセンサ用画素信号読み出し回路144のサイズに合わせて切欠部分142Sの形状が定められている。これにより、微小センサ部140mの幅140Zに合わせて規定されるバー状のモニタセンサ配置エリアMDに微小センサ部140mが並列する。
Here, the shape of the notch portion 142S is determined in accordance with the size of the monitor sensor pixel
各微小センサ部140mの光電変換部142は、モニタリング対象であるエリア、すなわち8対のフォトダイオード全体をカバーする側部142Tを有し、側部142Tは、8対のフォトダイオードに対向する長さWを有する。すなわち、切欠部分142Sに配設されるモニタセンサ用画素信号読み出し回路144とラインセンサLSB3との間には、光電変換部142の幅広部分が形成され、モニタセンサ用画素信号読み出し回路144はラインセンサLSB3の反対側に位置する。
The
このため、微小センサ部140mは、対象となる8対のフォトダイオードのエリアに入射する光とほぼ同等の光を受光し、そのエリアの光量分布は、微小センサ部140mの光電変換部142が受ける光量分布とほぼ等しくなる。
For this reason, the
上述したように焦点検出部40は一体型IC基板であり、MOS型ラインセンサの両側にモニタセンサ、垂直シフトレジスタをそれぞれ配設しながら回路基板が構成されている。垂直シフトレジスタが配置されるロジック部LSと、フォトダイオード、微小センサ部が配設される画素部PSが交互に形成され、ロジック部LSと画素部PSとの間に、配線が設けられる分離部DSが介在する。
As described above, the
図4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5は、モニタ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、ラインセンサ用画素信号読み出し回路の配線図である。図4〜図6を用いてラインセンサ、モニタセンサの画素信号読み出し回路構成についてそれぞれ説明する。 FIG. 4 is an electric circuit diagram of the line sensor pixel signal readout circuit. FIG. 5 is an electric circuit diagram of the monitor sensor pixel signal readout circuit. FIG. 6 is a wiring diagram of the pixel signal readout circuit for line sensors. The pixel signal readout circuit configurations of the line sensor and the monitor sensor will be described with reference to FIGS.
図4では、ラインセンサLSB3の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。
FIG. 4 shows a circuit configuration related to a pair of photodiode pairs 120Aj and 120Bj of the line sensor LSB3 and a line sensor pixel
ラインセンサ用画素信号読み出し回路130j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)121A、121B、転送ゲート(TG)122A、122B、フローティングディフュージョンゲート(FD)123A、123Bを備える。
The line sensor pixel
さらに、ラインセンサ用画素信号読み出し回路130jは、一時的な電荷保存用キャパシタ(MEM)124A、124B、電荷−電圧変換を行うフローティングディフュージョンキャパシタ(CFD)125、リセットゲート(RG)26、ソースフォロアアンプ127、選択ゲート128を設けた共有回路部分133を備える。
Further, the line sensor pixel
共有回路部分133は、フォトダイオード120Aj、120Bjの画素信号出力において共有化された回路であり、フォトダイオード120Aj、120Bjに生じる信号電荷は、それぞれ第1回路部分131、第2回路部分132を経て共有回路部分133に送られる。図6には、画素信号読み出し回路130の配線パターンが模式的に図示されている。
The shared circuit portion 133 is a circuit shared in the pixel signal output of the photodiodes 120Aj and 120Bj, and signal charges generated in the photodiodes 120Aj and 120Bj are shared through the
一方、図5に示すモニタセンサの微小センサ部140mでは、フォトダイオードである光電変換部142がモニタセンサ用画素信号読み出し回路144に接続されている。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を備え、さらに、キャパシタ(MEM)153、ソースフォロアアンプ155を備える。
On the other hand, in the
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、キャパシタ153で電荷電圧変換され、ソースフォロアアンプ155を介して図2に示したAGC回路へ随時出力される。
When light from the subject reaches the line sensor, a signal charge (pixel signal) is generated by photoelectric conversion of the photodiodes 120Aj and 120Bj, and the charge is accumulated according to the amount of light. On the other hand, the signal charge generated in the
モニタリング対象である8対のフォトダイオードにダイナミックレンジを超える光が入射するのを防ぐため、AGC回路は微小センサ部140mの画素信号(モニタ信号)と閾値とを比較する。モニタ信号が閾値を超えるまで信号電荷は蓄積される。
In order to prevent light exceeding the dynamic range from entering the eight pairs of photodiodes to be monitored, the AGC circuit compares the pixel signal (monitor signal) of the
画素信号(モニタ信号)が閾値を超えると、モニタリング対象であった8対のフォトダイオードにおける電荷蓄積が終了し、蓄積電荷は転送ゲート122A、122Bを通ってキャパシタ124A、124B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キャパシタ124A、124Bにそれぞれ一時的に保存される。
When the pixel signal (monitor signal) exceeds the threshold value, the charge accumulation in the eight pairs of photodiodes to be monitored is terminated, and the accumulated charge is transferred to the
すべてのフォトダイオード対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、別々に保存された蓄積電荷は、キャパシタ125、すなわちフローティングディフュージョンに別々にまたは同時に転送される。これにより、信号電荷が電圧信号に変換される。そして、ソースフォロアアンプ127によって増幅処理された後、画素信号(電圧信号)が出力される。
When the charge accumulation of all the photodiode pairs is completed, the accumulated charges generated in the photodiodes 120Aj and 120Bj and stored separately are transferred to the
このように本実施形態によれば、それぞれ複数のフォトダイオード対120Aj、120Bjを並列させたラインセンサ群をクロス状に配置し、一方のラインセンサ群にあるラインセンサの側にモニタセンサを配置させる。各モニタセンサは、ラインセンサを分割してモニタリングするため、複数の微小センサ部140mから構成され、微小センサ部140mは8つのフォトダイオード対をモニタリング対象として画素信号(モニタ信号)を出力する。このように1つのラインセンサをエリア分割し、複数のセンサでモニタリングすることにより、ラインセンサとほぼ同等の光を受けることが出来る。また、被写体の明るさを平均化せず、細かく検出することが可能となる。
As described above, according to the present embodiment, the line sensor group in which the plurality of photodiode pairs 120Aj and 120Bj are arranged in parallel is arranged in a cross shape, and the monitor sensor is arranged on the side of the line sensor in one line sensor group. . Each monitor sensor is composed of a plurality of
微小センサ部140mは、光電変換部142と、画素信号を生成、出力するモニタセンサ用画素信号読み出し回路144とを備え、光電変換部142の側部142Tは、モニタリング対象である8つのフォトダイオード対を全体的にカバー、すなわち8つのフォトダイオード対と全面的に対向する長さWをもつ。一方、光電変換部142の端部142Sは切欠状に形成され、その切欠部分にモニタセンサ用画素信号読み出し回路144が収納される。
The
微小センサ部140mは矩形状に構成されるため、微小センサ部140mの幅Zは光電変換部142の幅によって定められる。すなわち、モニタセンサ用画素信号読み出し回路144に影響されることなく微小センサ部140mの幅Zが規定される。これにより、各微小センサ部140mがその幅Zが光電変換部142の幅と同じバー状のモニタセンサエリアMD内に配列可能となる。
Since the
ロジック部LSと画素部PSとの間にある分離部DSには、ロジック回路、フォトダイオードどちらも配置することができず、画素信号読み出し回路を配設することができない。そのため、画素信号読み出し回路が光電変換部の幅Zを超えて外側に配置されると、モニタセンサの配置されるエリアMDもその分幅を広げる必要がある。このようなモニタセンサの構成は、ラインセンサ間のピッチを拡大し、配列するラインセンサの数を制限する。 In the separation unit DS between the logic unit LS and the pixel unit PS, neither a logic circuit nor a photodiode can be arranged, and a pixel signal readout circuit cannot be arranged. Therefore, if the pixel signal readout circuit is disposed outside the width Z of the photoelectric conversion unit, the area MD in which the monitor sensor is disposed needs to be widened accordingly. Such a monitor sensor configuration enlarges the pitch between line sensors and limits the number of line sensors arranged.
しかしながら、本実施形態では、画素信号読み出し回路が微小センサ部のエリア内に収められているため、モニタセンサエリアの幅をミニマムに設定することができ、画素部PS(図4参照)の幅が抑えられる。そのため、ラインセンサ間のピッチを短くし、結像光学系によって規定される投影領域に出来るだけ多くのラインセンサを並べることが可能となる。 However, in this embodiment, since the pixel signal readout circuit is housed in the area of the minute sensor unit, the width of the monitor sensor area can be set to the minimum, and the width of the pixel unit PS (see FIG. 4) is reduced. It can be suppressed. Therefore, the pitch between the line sensors can be shortened, and as many line sensors as possible can be arranged in the projection area defined by the imaging optical system.
一方、本実施形態によれば、ラインセンサの各フォトダイオード対120Aj、120Bjの画素信号を生成、出力するラインセンサ用画素信号読み出し回路130jは、フォトダイオード対120Aj、120Bjの間に配置されている。そして、ラインセンサ用画素信号読み出し回路130jは共有回路部分133においてフォトダイオード120Aj、120Bjの蓄積電荷がそれぞれ電圧に変換されてそれぞれの画素信号として出力される。またはそれぞれの蓄積電荷が混合され、2つのフォトダイオードの混合画素信号として出力される。
On the other hand, according to the present embodiment, the line sensor pixel
ラインセンサ両側に画素信号読み出し回路を別々配置する代わりに、2列に並ぶフォトダイオード対の対向スペースに配置されているため、制御信号線、画素信号出力線などの配線スペースをまとめることができ、ラインセンサ間のピッチを短くすることができる。また、対であるフォトダイオードの画素信号を混合出力することができるため、被写体像の輝度が低い場合にも感度を上げることができ、精度よく焦点検出を行える。 Instead of separately arranging the pixel signal readout circuits on both sides of the line sensor, it is arranged in the opposing space of the two pairs of photodiodes arranged in a row, so that the wiring space such as the control signal line and the pixel signal output line can be integrated, The pitch between line sensors can be shortened. In addition, since pixel signals of a pair of photodiodes can be mixed and output, sensitivity can be increased even when the luminance of the subject image is low, and focus detection can be performed with high accuracy.
次に、図7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、モニタセンサ用画素信号読み出し回路が光電変換部の中央部に配置されている。それ以外の構成については、第1の実施形態と同じである。 Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. In the second embodiment, the monitor sensor pixel signal readout circuit is arranged at the center of the photoelectric conversion unit. About another structure, it is the same as 1st Embodiment.
図7は、第2の実施形態におけるラインセンサとモニタセンサの配置図である。 FIG. 7 is a layout diagram of the line sensor and the monitor sensor in the second embodiment.
各微小センサ部140は、フォトダイオードによって構成される光電変換部142と、光電変換によって光電変換部142に生じる画素信号を出力するモニタセンサ用画素信号読み出し回路144とを備える。光電変換部142は、その長手方向に沿った中央部142Xが切欠状に形成されており、切欠部分142Xに信号読み出し回路144が収められる。そのため、画素信号読み出し回路144は、光電変換部142の両端から等距離に位置に配置される。
Each micro sensor unit 140 includes a
このように本実施形態によれば、画素信号読み出し回路144が、光電変換部142の中央部142Xを横断するラインXに沿って配置されている。光電変換部142の両端部から画素信号読み出し回路144までの距離が等しく、画素信号読み出し回路144を中心部として光電変換部142が対称的になるため、光電変換部142の入射光位置によって画素信号出力時間に偏りが生じない。
As described above, according to the present embodiment, the pixel
そのため、モニタセンサの端部に光が入射するような撮影条件においても、すばやく画素信号、モニタ信号を出力し、ほぼ同等の光が入射しているラインセンサのフォトダイオードがオーバフローするのを未然に防ぐ。 Therefore, even under shooting conditions where light is incident on the end of the monitor sensor, the pixel signal and the monitor signal are output quickly, so that the photodiode of the line sensor where almost the same light is incident will overflow. prevent.
第1の実施形態では、モニタセンサが切欠状の微小センサ部による構成だけでもよく、ラインセンサ用画素信号読み出し回路をフォトダイオード対の間に配置せず、ラインセンサ両側に配置するように構成してもよい。この場合、ラインセンサをMOS型ではなくCCDラインセンサを配置可能である。また、画素信号読み出し回路がフォトダイオード対の間に配置されるだけの構成でもよい。 In the first embodiment, the monitor sensor may be configured only by a cut-out minute sensor unit, and the line sensor pixel signal readout circuit is not disposed between the photodiode pair, but is disposed on both sides of the line sensor. May be. In this case, a CCD line sensor can be arranged instead of the MOS type line sensor. Further, the pixel signal readout circuit may be simply arranged between the photodiode pair.
第2の実施形態においては、光電変換部142の切欠部分142Sを設けることなく矩形状に形成し、その矩形形状の中央部に対向する位置に画素信号読み出し回路を配置してもよい。すなわち、光電変換部142の両端からほぼ等距離にある位置に画素信号読み出し回路を配置すればよい。
In the second embodiment, the
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。 The distance measurement may be configured to measure multiple points or only the center of the screen, and the number of line sensors, the number of line sensor groups, and the arrangement direction of the line sensors are arbitrary. Further, the present invention may be applied to a camera other than a single-lens reflex camera, or may be applied to a photographing apparatus having a camera function such as a mobile phone.
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 焦点検出部(画像信号出力手段)
120Aj、120Bj フォトダイオード対(光電変換素子対)
130j ラインセンサ用画素信号読み出し回路(画素信号読み出し回路)
131 第1回路部分
132 第2回路部分
133 共有回路部分
140m 微小センサ部(モニタセンサ)
140S 光電変換部の端部
142 光電変換部(モニタ光電変換部)
142S 光電変換部の端部
142T 光電変換部の側部
144 モニタセンサ用画素信号読み出し回路(画素信号読み出し回路)
LMA1〜LMA9 モニタセンサ
LMB1〜LMB5 モニタセンサ
10 SLR
40 Focus detection unit (image signal output means)
120Aj, 120Bj Photodiode pair (photoelectric conversion element pair)
130j Pixel signal readout circuit for line sensor (pixel signal readout circuit)
131
140S End of
142S End of
LMA1 to LMA9 monitor sensor LMB1 to LMB5 monitor sensor
Claims (6)
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、
前記複数のラインセンサに蓄積された電荷に基づいて被写体像の画像信号を出力する画像信号出力手段とを備え、
各モニタセンサが、少なくとも1つのモニタ光電変換部と、前記モニタ光電変換部に生じる電荷を画素信号として出力する少なくとも1つの信号読み出し回路とを備え、
各ラインセンサが、並列した複数のラインセンサ光電変換部を有し、
前記モニタ光電変換部が、モニタリング対象となる所定数のラインセンサ光電変換部と向かい合うラインセンサ長手方向に沿った長さを有し、
前記モニタ光電変換部の一部が切欠状に形成され、切欠部分に前記画素信号読み出し回路が収まることを特徴とする焦点検出装置。 A plurality of line sensors arranged in the projection area of the subject image;
A plurality of monitor sensors arranged on the side of the plurality of line sensors, respectively, for monitoring the amount of light received by the corresponding line sensors;
Image signal output means for outputting an image signal of a subject image based on charges accumulated in the plurality of line sensors,
Each monitor sensor includes at least one monitor photoelectric conversion unit, and at least one signal readout circuit that outputs a charge generated in the monitor photoelectric conversion unit as a pixel signal,
Each line sensor has a plurality of line sensor photoelectric conversion units in parallel,
The monitor photoelectric conversion unit has a length along the longitudinal direction of the line sensor facing a predetermined number of line sensor photoelectric conversion units to be monitored,
A focus detection device, wherein a part of the monitor photoelectric conversion unit is formed in a cutout shape, and the pixel signal readout circuit is accommodated in the cutout portion.
各微小センサ部が、前記モニタ光電変換部と前記画素信号読み出し回路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。 Each monitor sensor has a plurality of minute sensor units arranged in parallel along the longitudinal direction of the line sensor so as to face a predetermined number of line sensor photoelectric conversion units,
4. The focus detection apparatus according to claim 1, wherein each minute sensor unit includes the monitor photoelectric conversion unit and the pixel signal readout circuit. 5.
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、
前記複数のラインセンサに蓄積された電荷に基づいて被写体像の画像信号を出力する画像信号出力手段とを備え、
各モニタセンサが、少なくとも1つのモニタ光電変換部と、前記モニタ光電変換部に生じる電荷を画素信号として出力する少なくとも1つの信号読み出し回路とを備え、
各ラインセンサが、並列した複数のラインセンサ光電変換部を有し、
前記モニタ光電変換部が、モニタリング対象となる所定数のラインセンサ光電変換部と向かい合うようにラインセンサ長手方向に沿って配置されており、
前記モニタ光電変換部の一部が切欠状に形成され、切欠部分に前記画素信号読み出し回路が収まることを特徴とする焦点検出装置。 A plurality of line sensors arranged in the projection area of the subject image;
A plurality of monitor sensors arranged on the side of the plurality of line sensors, respectively, for monitoring the amount of light received by the corresponding line sensors;
Image signal output means for outputting an image signal of a subject image based on charges accumulated in the plurality of line sensors,
Each monitor sensor includes at least one monitor photoelectric conversion unit, and at least one signal readout circuit that outputs a charge generated in the monitor photoelectric conversion unit as a pixel signal,
Each line sensor has a plurality of line sensor photoelectric conversion units in parallel,
The monitor photoelectric conversion unit is arranged along the longitudinal direction of the line sensor so as to face a predetermined number of line sensor photoelectric conversion units to be monitored,
A focus detection device, wherein a part of the monitor photoelectric conversion unit is formed in a cutout shape, and the pixel signal readout circuit is accommodated in the cutout portion.
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