JPH03179309A - 受光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、受光装置、詳しくはカメラの焦点検出装置
等に使用される受光装置に関するものである。

［従来の技術］ カメラの合焦状態を検出するための焦点検出装置には、
従来、山登り方式等を採用した装置が提供されている。

そして、この装置により２次元の領域における測距を目
的とした焦点検出動作を行うのに、撮像素子として複数
のラインを有するもの、例えばＣＣＤエリアイメージセ
ンサが信号検出素子として用いられるが、この場合、複
数のラインからなる測距領域からの合焦点検出にはセン
サから領域内の全信号を得るまでの時間は、測距領域内
に存在するイメージセンサの画素数に依存する。

よって、画素数の多いイメージセンサを用いた場合には
、測距領域の大きさを拡大しようとすると、その測距時
間が遅くなる等の不具合があった。

また、測距の周期はＣＣＤイメージセンサを用いた場合
、測距とは不要な部分の電荷の読み出しを行わないと２
回目の測距信号が得られないため、結局、１回の測距時
間を速くしても繰り返し測距を行おうとすると、２回目
以降の測距時間は、それ程度らないという欠点もあった
。

そこで、こういった問題点を解消するために、本出願人
は先に、映像信号出力時に、水平ブランキング時間内に
水平走査線複数本分の電荷を転送してイメージセンサ内
で画素加算を行って、充電変換部に蓄積される信号電荷
を高速で読み出すようにした固体撮像装置を提案した（
特開昭６３−１６９１７９号公報参照）。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、上記従来の技術手段ではイメージセンサから
測距信号を得たいときに、加算数を多くした場合、また
は信号積分時間か限られている系で、被写体が高輝度の
場合には、センサ内での画素加算時に加算信号電荷が飽
和するという現象が生じ、測距信号が得られなくなる。

またセンサの駆動においては積分時間を制御する以外に
、上記のような飽和を抑えることはできず、被写体の明
るさに対する信号検出ダイナミックレンジが充分にとれ
ないという欠点があった。

本発明の目的は、上記従来の欠点を除去し、焦点検出動
作における測距領域のデータを効率良く読み出し、かつ
被写体の明るさによるダイナミックレンジを大きくし、
黒点検出を短時間で行うことのできる黒点検出装置にお
ける受光装置を提供するにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、第１図にその概念図が示されるように、 焦点検出信号を得る２次元の配列を有し撮影レンズを透
過した光を受光する受光手段１と、この受光手段の複数
の受光素子から光電変換された出力信号を転送する転送
手段２と、上記出力信号を所定の順序で出力する出力手
段３とを有する受光装置１０であって、 測距領域の大きさを変更するａ＋距領域変更手段４と、 上記複数の受光素子の信号を受光装置内で加算する加算
手段５と、 上記受光素子に入射する光量の大きさに応じて上記転送
手段の電荷転送部の容量を変化させる容量可変手段６と
、 上記加算手段により加算された電荷を平均化する平均化
手段７と、 を具備し、上記平均化手段により加算電荷を平均化した
のち、読み出すことを特徴とするものである。

また、本発明による受光装置１０は、測距領域以前、以
後の不要な信号電荷を高速に掃き捨てる電荷掃き捨て手
段８をも有しており、これらの各手段は制御部９．ＣＰ
ＵＩＩで゛駆動制御される。

［作　用］ 本発明の受光装置においては、被写体の低輝度時にはイ
メージセンサ内で垂直方向の信号を複数ライン分加算し
、測距領域を広げる。これによりＳ／Ｎ比を向上させ、
かつ焦点検出時間を短くする。また、被写体が比較的明
るい高輝度時に測距領域を広げた時、水平転送部の電荷
取扱い量が飽和しないように水平転送レジスタの容量を
複数のゲートを制御することで変化させる。これにより
ダイナミックレンジを確保し、被写体輝度による応答性
を改善する。また測距領域を簡易に変更することにより
狙った被写体から効果的に焦点検出動作が行えるように
なる。

［実　施　例］ 以下、図示の実施例により本発明を説明する。

第２図（Ａ）　（Ｂ）は、本発明の一実施例を示す受光
装置であって、ＣＣＤイメージエリアセンサて構成され
ていて、第２図（Ａ）はその正面図、第２図（１３）は
その垂直方向の断面図である。周知のように、垂直方向
に順次転送されてきた各画素情報を持つ電荷は、シフト
ゲートＳＧに駆動パルスφＳＧを印加することで水平転
送部へ送られる。通常の動作では１ラインの電荷がシフ
トゲートＳＧがオンしたときに水平転送部に送られ、１
ライン分の電荷が水平転送レジスタにより順次出力され
るまでは、次の１ラインの信号電荷はシフトゲートＳＧ
の手前で待機する。

よって、ｌライン毎の信号電荷は第３図に示す垂直転送
りロックパルスφＶ　、φＶ２とシフトゲートＳＧに印
加される駆動パルスφＳＧとのタイミングで、順次水平
転送部へと送られていく。

本発明の受光装置においては、第２図（１３）に示す如
く、水平転送部レジスタＨ１に、容量を堆すための補助
レジスタとしてのオーバフローゲートＯＧ　、ＯＧ２お
よびＯＧ３が連設されており、このオーバフローゲート
ＯＧ　−０Ｇ３は水平転送部の電荷取扱い量が飽和しな
いように、水平転送レジスタ内の取扱い電荷足を可変に
する機能を持っている。また、この３つのゲー１−ＯＧ
、〜ＯＧ３を同特にオンさせることにより、ライン毎に
電荷を掃き捨てることができるようになっているが、通
常動作では全てオフしている。この場合ケート○Ｇ　の
みオフし、ＯＧ２．０Ｇ３をオンしておいても構わない
。

次に、このような構造を持つ受光装置１ｏを用いたカメ
ラの焦点検出装置の一例を第４図によって説明する。交
換可能な撮影レンズ１２を透過して入射した被写体光は
、ハーフミラ−１３によって分岐され、一方の光は図示
されないシャッタの開閉により銀塩フィルムからなる記
録部１４に入射し画像を記録される。

また、分岐された他方の光は全反射ミラー１５によりリ
レーレンズ１６からなるリレー光学系を介して上記受光
装置１０に入射する。この受光装置１０は２次元のＣＣ
Ｄイメージセンサで構成されており、所定のレートで信
号を読み出す。受光装置１０から出力された画像信号は
、アンプ１７によって適正レベルに土曽幅され、複数の
バンドパスフィルタ１８を通り複数の周波数成分に分け
られた後、検波器１つで検波され、予じめ定められた領
域の画像信号から焦点検出信号を得る。

この焦点検出（ｚ号はマイクロプロセッシングユニット
（以下、ＭＰＵという）２０からなる演算部に迭られ、
その清算結果によりＭＰＵ２０はＭＤＲＶ　（駆動装置
）２１を動作させて、撮影レンズ〕２とリレーレンズ１
６の各アクチュエータ２２．２３を動作させなから合点
検出を行う。その結果に基づいて撮影レンズ１２を合焦
位置までエンコーダ２４の出力を見ながら移動させる。

合焦点の検出は２種類の帯域フィルタにより行われ、低
域側のフィルタで広いデフォーカス範囲から合焦点の存
在する位置を大まかに探し出し、その後、高域側のフィ
ルタで精度良く合焦点の検出を行う。

検出は公知の山登り方式を用いればよい。

次に、明るさが変化したときの上記焦点検出装置の動作
を説明すると、焦点検出動作中に被写体輝度が低く焦点
検出に充分なＳ／Ｎが得られない明るさになったと判断
されたときには、上記ＭＰＵ２０は上記受光装置１０に
対して、第５図に示すような駆動制御を行う。即ち、水
平転送部の転送周期に対して垂直転送部の転送周期を相
対的にｎ倍（ｎは整数）とし、垂直画素方向の電荷を水
平転送部内でｎ個加算する。この動作により検出信号の
Ｓ／Ｎは西−倍、改善されることになる。

また、上記動作を行うとき水平転送部の周期は変らない
ものとすると、信号加算による焦点検出時間の増加もな
い。よって、焦点検出時間を長くすることなく、検出に
充分なレベルの信号が得られる。

そして、上述のような動作を行わせるための制御部が第
９図に示すように構成されている。

ＭＰＵ２０は前記第４図で説明したものと同一のものが
用いられ、モードの制御と検出信号から焦点検出処理を
行う。このＭＰＵ２０に入力されるモード選定信号（Ｍ
ＳＥＬ）によりモードの指定をされたＭＰＵ２０は、人
力された露出（ＥＸＰ）データを基に積分制御部２５に
積分時間ｔ。Ｈの設定を行う。その後、積分制御部２５
はＣＣＤイメージセンサからなる前記受光装置１０の出
力信号Ｓｔをアナログ処理する信号処理部２６へ増幅率
の指定信号ＡＧＣの設定を行う。これによりセンサ１０
からの信号は適正レベルに増幅される。

更に積分制御部２５は、垂直シフトレジスタ駆動用パル
スのφＶ発発生部子７容量制御用パルスのφＯＧ発生部
２８に積分時間ｔ、□、の設定を行う。

上記φＶ発生部２７はＣＣＤのＶＣＣＤ駆動の制御を行
い、転送用クロックパルスφＶ１゜φＶ２および受光部
のフォトダイオードからＶＣＣＤへ電荷を転送する電荷
転送用パルスφＶｓを発生する。

また、水平シフトレジスタ駆動用パルスのφＨ光発生２
９は、ＨＣＣＤ駆動部で転送用クロックパルスφＨ、φ
Ｈ２およびＨＣＣＤ出力段のすセットパルスφＲを発生
する。

上記φＯＧ発生部２８は、ＨＣＣＤ近傍におがれた容量
制御電極の駆動用パルスφＯＧ１゜φＯＧ２およびφＯ
Ｇ３を発生し、またＶＣＣＤからＨＣＣＤへの電荷シフ
トを行うンフトバルスφＳＧの制御を行う。

上記ＭＰＵ２０により謂距倣域の変更や明るさの条件に
よってモードの設定が行われると、モードセット信号（
ＭＳＥＴ）は、上記φＶ発生部２７の中のＶＢＬＫ制御
部３０およびφＯＧ発生部２８の中のＯＧ制御部３１へ
送られる。上記ＶＢＬＫ制御部３０は第１１図に示され
るように、信号加算処理時の上記転送用クロックパルス
φＶ　、φＶ２および上記電荷転送用パルスφＶＳのパ
ルス数と駆動時間の変更を行うものであって、そのとき
ＯＧ制御部３１により容量制御用パルスφＯＧ　　、　
　φＯＧ２．φＯＧ３の設定と駆動パルスφＳＧの設定
を行いモードに合ったオーバフローゲートの制御をさせ
ることができる。

なお、上記φＶ発生部２７．φＯＧ発生部２８およびφ
Ｈ光発生２９には、ＭＰＵ２０から出力されるクロック
ＣＬＫを分周回路３２で分周してそれぞれ印加している
。また、上記モードの選択は上記第９図の例では、第１
０図に示すように、４種類のモード、即ち、モードＯ〜
モード３があり、モードＯが通常の１ラインずつの読み
出し動作、モード１が２ライン加算平均、モード２が３
ライン加算平均、そしてモード３が一定電荷を除去する
３ライン加算平均の各動作を設定できるようになってい
る。

次に、本発明の受光装置において、測距領域を変更する
場合について説明する。

一般に、画面に対して測距対象となる領域は、画面のほ
ぼ中央部の領域に設定される。その領域を決める条件と
しては画面縦、横方向の検出分解能、処理系の能力等が
ある。今、検出を画面中央の２ラインで行うものとする
。このとき、被写体がこのラインの占める領域に対して
充分大きい場合は、カメラに対し、相対的に縦方向、横
方向に移動しても測距領域内から外れる確立が少なく、
焦点検出動作にはあまり影響しない。ところが、被写体
が焦点検出領域に対して比較的小さい場合や形状が特に
縦方向に外れやすい形状をしている場合には、被写体に
対するカメラの相対的位置変化に対して被写体が測距領
域から外れ易くなり連続して被写体を追う場合や、カメ
ラブレに対して、繰り返しの検出が困難になる。よって
、被写体状況に応じて安定した焦点検出動作を行うため
に、測距領域を変更する手段が有効になる。

測距領域の変更手段は被写体の検出信号のコントラスト
と焦点検出カーブからＭＰＵ２０によって判断する。領
域の拡大は、第７図に示すように最初の設定、ＧＡに対
し、垂直方向上下に各２ライン２Ａ、２Ｂずつの加算を
する。この加算動作は第１１図（ａ）に示すタイミング
でゲート制御をする。シフトゲートＳＧが１回オンして
水平転送部に１ライン分の電荷が転送される。このとき
、水平転送部レジスタの下に設けられたオーバフローゲ
ート電極ＯＧ、ＯＧ２を同時にオンする。そのときの水
平転送部は第６図に示すように転送部容量が３倍になる
。この状態で３ライン分の信号をシフトゲートＳＧをオ
ンして容量が大きくなった水平転送部へ転送する。

その後、オーバフローゲートＯＧ１をオフして３ライン
を平均化した電荷量をシフトゲートＳＧとオーバフロー
ゲートＯＧ１との間、即ち、元の大きさの容量の取扱い
範囲内に収める。オーバフローゲートＯＧ１より外側の
電荷は第１１図のタイミングでオーバフローゲートＯＧ
２．０Ｇ３をオフすることで、不要電荷として掃き出す
。このタイミングは次の３ラインの電荷を水平転送部に
転送するまでの時間の間で行えばよく、充分リセット時
間がとれれば、第１１図以外のタイミングで行える。ま
た、オーバフローゲート０Ｇ２０Ｇ３のタイミングも結
果として不要電荷が掃き出されれば同期して行う必要は
ない。また、水平転送周期と垂直転送周期の相対的なタ
イミングは前述の例と同様に水平転送周期を固定して行
えば、黒点検出時間に悪影響を与えることはない。

以上の説明により、水平転送部レジスタの下の電荷をセ
ンサ内で平均化して加算を行うことかできる。この動作
は比較的被写体が高輝度のときに行われる動作であり、
それに達するまでの披写体褌度だと判定されたときは、
前回の被写体信号の積分量と積分時間と信号増幅率から
各パラメータを最適値に選ぶことにより、例えば３ライ
ン加算の場合は積分時間を１／３にする。或いは１／６
にして２倍ｊ曽幅する等により、オーバフローゲートＯ
Ｇ、ＯＧ２およびＯＧ３は通常動作として前述のような
方法でライン加算が可能である。

この領域変更時の効果は、従来の方法では制御しきれな
い明るさや駆動条件の制約に対して有効であり、検出可
能な明るさのダイナミックレンジを拡大することかでき
る。

また、上述の例では水平転送部の下のオーバフローゲー
トＯＧ、ＯＧ２およびＯＧ　ａをオン。

オフ制御するようにしたが、取扱う電荷量を更に大きく
てきるように８図に示すようにオーバフロゲートＯＧ、
ＯＧ２およびＯＧ３に印加する電圧を複数レベルに設定
し、水平転送部の容量中に、一定電荷量を引いて、それ
以上の電荷に対して平均化加算をするような構成もとる
ことができる。例えば、（ｎ−１，ｍ）番目の画素の電
荷量をＳ−１＋　ｄ　−（ｎ　１ｍ　）番目をＳ　ｏ　
十ｄ−および（ｎ＋１．ｍ）番目をＳ　ｔ　＋　ｄとす
ると、第８図に示すようなゲートの制御をしたときにオ
ーバフローゲートＯＧｌの印加電圧レベルによって他の
位置の容量より３ｄだけ大きい容量を持たせ、（ｎ−１
）ラインから（ｎ＋１）ラインまでの加算動作により、
ｍ番目の水平転送部の電荷は（Ｓ−１千Ｓｏ＋Ｓ、）　
＋３６となり、＋３ｃｒ″の電荷量はオーバフローゲー
トＯＧ１のゲート電位により他の部分より低いレベルに
蓄積されるため、平均化加算はＳ−１千Ｓ。十８１の電
荷に対して行われる。以上の動作のタイムチャートを第
１１図（ｂ）に示す。また、第８図ではオーバフローゲ
ートＯＧ２がオフしているので、以後、シフトゲートＳ
ＧおよびオーバフローゲートＯＧ１がオフしたときに水
平転送部に残る電荷量は（Ｓ−１千Ｓ。＋Ｓ、）／２の
平均化された電荷のものとなる。この例のように、ライ
ン加算数よりも少ない数の水平転送部制御電極の構造で
も平均化加算手段により、信号出力レベルを適正レベル
に制御することも可能である。以上の動作のタイムチャ
ートを第１１図（Ｃ）に示す。

次に、焦点検出動作の高速化について説明する。

前記の例では低輝度下または測距領域の拡大に伴う動作
で、垂直転送周期を通常動作よりも高速化することで焦
点検出時間を増大させないようにしたか、受光装置にエ
リアイメージセンサを用いた場合、ランダム読み出しが
可能なＭＯＳ型のセンサ以外は同一ラインを複数回読み
出す時の周期は、全画素の転送周期に依存するため、そ
の時間以上の速度での繰返し検出はできない。そこで、
焦点検出動作時は測距領域以外の信号電荷を使用しない
ことにすると、第２図に示される電極構造をとることに
より、不要部分の電荷の高速掃き出しが可能になる。

今、測距領域が（ｎ−１）ラインとｎラインの２ライン
だと仮定すると、（ｎ　−２）ラインまでの電荷の読み
出しは不要となるから、垂直転送周期を高くし、その間
、シフトゲートＳＧ、オーバフローゲートＯＧ、ＯＧ２
およびＯＧ３の各ゲ−トをオンさせて水平転送部まで転
送されてきた各ラインの電荷を掃き捨てる。その後（ｎ
　−１）ラインおよびｎラインの信号を通常動作速度で
読み出す。その後、残りのラインの電荷を前記と同様に
高速に掃き捨てる。全ライン数をＬｌラインの通常読み
出し時間Ｔ１、高速読み出しく掃き捨て）時間をＴ２と
すると、Ｔ−２Ｔ　　＋（Ｎ−２）Ｔ２の時間の間隔で
所定の領域の信号を読み出すことができる。

ここで容量の切替力について説明すると、第１２図はそ
の動作を示す簡Ｉｌｌなフローチャートである。スタン
バイ・モード中に、一定時間毎に信号の明るさに応じて
積分時間および前記指定信号ＡＧＣを選択している。あ
る時刻にモードのセットが使用者により行われると、輝
度判定ルーチンに入り、スタンバイ中に選択された最近
の積分時間ｔのデータが読み出される。この時間ｔはＡ
ＧＣ−１に換算したときに所定積分レベルに達するまで
の時間を表わすものとする。

そして、輝度による判定を３ライン加算するときの場合
で説明したのが第１３図である。輝度判定モード１は被
写体が非常に暗い場合であり、条件となる時間ｔ。はＡ
ＧＣ−１で所定積分レベルをｖｔｈとすると、信号量が
Ｖ　ｔｈ／　３となる時間を表わす。このモードでは加
算容量は×１で３ライン分の信号を加算してもｖｔｈを
超えないため、積分時間は前回の積分時間ｔのままで加
算を行う。

或いはｔ≧１０での電荷不足分に応じてＶ　ｔｈ／　３
に近くなるまで積分時間を延ばすか、またはＡＧＣを更
に高くする等の方法も考えられる。輝度判定モード３は
被写体か非常に明るい場合であり、条件となる時間ｔ１
はＶ　ｔｈ／　３て判定可能な積分制御の最短時間を表
わす。このモードでは加算容量は×３で、積分時間は前
回と同じ条件で行うため、積分制御可能で、且つ、３Ｘ
Ｖｔｈの容量の信号を加算することが可能となる。輝度
判定モード２は上記の条件の間の明るさの場合て加算容
量は×１で積分時間をｔ／３に設定する。このようにす
ることで、×１の容量内で３ラインのデータが飽和する
ことなしに処理することが可能となり、且つ、積分時間
を短縮することができる。このモードにおいても前述の
ように更に適正レベルとなるように積分時間とＡＧＣを
制御することもできる。

以上の方法により３ライン加算の場合の輝度判定を行い
、モード毎の動作を行う。第１２図において、モードＲ
ＥＡＤは前記第１０図に示すような組合せから読みとる
。以上のような方法で転送部の容量を変化させて適正な
加算動作を行うことができる。上記動作において、輝度
判定方浩は他の方法も容易に考えられ、例えば実時間モ
ニタ可能な構造をもつ素子を用いている場合は第１４図
に示すように実際の積分時における積分終了条件をもと
にして第１５図のような条件分けを行って輝度判定する
こともできる。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば、受光装置の水平転送
部の容量を変化させることができるため、該受光装置を
用いた焦点検出装置において、低輝度の被写体の焦点検
出時に、複数の受光素子の出力を一度に読み出すように
したから、Ｓ／Ｎが改善でき、また、測距領域を可変に
した場合、水平転送部の容量を可変にすることで取扱い
電荷量が堆えるため、被写体輝度レンジが拡がり、容易
に測距領域の変更に対処できるという効果が得られる。

更に、上記の機能を用いることで、測距領域以外の電荷
を高速に掃き捨てることができるため、所定の箇所の電
荷の読み出し周期が高速化でき、効率のよい測距動作が
行えるという効果も発揮される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の受光装置の概念図、第２図（Ａ）（
Ｂ）は、本発明の一実施例を示す受光装置の概略構成図
であって、第２図（Ａ）′は正面図、第２図（Ｂ）は垂
直方向の断面図、 第３図は、上記受光装置における各信号のタイムチャー
ト、 第４図は、上記受光装置を用いたカメラの焦点検出装置
の一例を示すブロック構成図、第５図は、上記焦点検出
装置における受光装置の明るさが変化したときの動作を
説明するための線図、 第６図は（ａ）　（ｂ）は、上記焦点検出装置における
受光装置の、測距領域を変更したときの動作を説明する
ための線図、 第７図は、受光面の７ＪＦＪ距頭域拡大時の一例を示す
線図、 第８図は、上記焦点検出装置における受光装置の、Ａｌ
１１距領域変更時の他の例を動作を説明するための線図
、 第９図は、上記黒点検出装置における受光装置の制御部
の一例を示すブロック構成図、第１０図は、選択モード
の種類の一例を示す線図、 第１１図（ａ）　（ｂ）　（ｃ）は、加算動作を説明す
るためのタイムチャート、 第１２図は、容量切替動作の一例を示すフロチャート、 第１３図は、上記フローチャートにおける削（度判定モ
ードの種類を示す線図、 第１４図は、上記フローチャートにおける輝度？＋１定
手段の別例を示す線図、 第１５図は、上記第１４図の輝度ｆ１１１手段における
輝度判定モードの種類を示す線図である。 １・・・・・・・・・・・・受光手段 ２・・・・・・・・・・・・転送手段 ３・・・・・・・・・・・出力手段 ４・・・・・・・・・・測距領域変更手段５・・・・・
・・・・・・加算手段 ６・・・・・・・・・・・・容量可変手段７・・・・・
・・・・・・・平均化手段１０・・・・・・・・・受光
装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）焦点検出信号を得る２次元の配列を有する受光手
   段と、この受光手段の複数の受光素子からの出力信号を
   転送する転送手段と、上記出力信号を所定の順序で出力
   する出力手段とを有する受光装置において、 測距領域の大きさを変更する測距領域変更手段と、 上記複数の受光素子の信号を受光装置内で加算する加算
   手段と、 上記受光素子に入射する光量の大きさに応じて上記転送
   手段の電荷転送部の容量を変化させる容量可変手段と、 上記加算手段により加算された電荷を平均化する平均化
   手段と、 この平均化手段により平均化された電荷を読み出す読出
   手段と、 を具備したことを特徴とする受光装置。