JPH02134609A - イメージセンサ装置 - 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） 本発明はカメラ、ビデオ等の焦点検出用装置として使用
されるイメージセンサ装置に関する。特に、瞳分割式Ｔ
ＴＬ焦点検出装置等において使用され、多様な配列構造
を有す感光画素列からの信号電荷を時系ｌ１的信号出力
に変換し転送するためのイメージセンサ装置に関する。

（従来の技術） カメラ等の焦点検出装ことしては、感光画素を複数方向
に配夕号した複数方向の感光画素列からなるイメージセ
ンサ装ごを用い、各感光画素列の各々に被写体像に対応
する光像な結像させ、撮影レンズの光軸に沿った移動に
ともなう上記各感光画素列上の各被写体像に対応する光
像の相対的移動をこのイメージセンサ装置の出力より判
断し、撮影レンズの合焦位置を検出する焦点検出装置が
知られている。このような装ごては、上記のように感光
画素列を複数方向に配置したイメージセンサを用いるた
め、被写体のコントラストか一定方向しか変化しない場
合にもこの方向に関係なく撮影レンズの合焦位置を検出
することかできる。かかるイメージセンサは特開昭５９
−６０３０３で開示されたちのてあり、その構成を第４
図に示す。

この従来例は゛ト導体基板上に一体形成された集積回路
であり、４個の単位感光画素列１４〜１７を用い、フォ
トダイオード等の感光画素からなる感光画素列１４と１
５及び１６と１７をそれぞれ直交するように配列し、各
感光画素列１４〜１７に対応して設けられたシフトレジ
スタ等の電荷転送手段１８〜２１、をそれぞれ図示する
ようにシフトレジスタ等の遅延線２２゜２３を介して直
列に接続したものである。出力回路２４は電荷転送手段
１８の出力部に１つだけ設けられている。各感光画素列
１４〜１７で発生した信号電荷群Ａ〜Ｄは、第１図（ｂ
）に示すように、各単位感光画素列ごとに必要な遅延が
行われ、同一出力回路２４から直列の時系列信号として
順序正しく出力される。

この時系列信号はカメラに内蔵されたマイクロプロセッ
サ等により処理され、撮影レンズの合焦位置を検出する
ために使用される。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら上記の技術では次のような問題点があった
。感光画素列の配置や大きさはこれらの上に光像な導く
光学系の設計仕様に従って制限を受けることが多く、こ
の場合第１図と同様に遅延線を介して感光画素列を配置
し、これらの画素からの信号出力を時系列的に一列に並
べるように継ぎ合わせる事は容易てない。

例えば、第１図の感光画素列１４，１５゜１６．１７を
光学系の設計上さらに近接させるか又は離間して半導体
基板上に配置した場合には、シフトレジスタ等から成る
遅延部２２゜２３を形成するための十分なスペースが存
在するとは限らず、無理に必要な遅延星二を確保しよう
とすれば、シフトレジスタ等て構成された遅延部を複雑
に折り曲げる必要かあり、性俺劣化歩留り低下等の悪影
響かある。

以上示したように、感光画素列Ａ、Ｂ、Ｃ。

Ｄの電荷出力を時間的に重複することなく（信号処理の
都合り出力端子の数が多数になることは問題にならない
か、同時に多数の信号か出力されることには問題かある
。）増り出すためにシフトレジスタを遅延線として利用
する方法は、画素列の配置形態による制約が大きく、特
に配列の方向か複数あって、それらが空間的に分離して
いるときにはなかなかうまい継ぎ合わせの解をみつける
事ができなかった。又、シフトレジスタを遅延線として
用いるｔにより、シフトレジスタ部の構造が複雑なため
、チップ上でのシフトレジスタ部の占有面積が増大し１
歩留り低下を招くことになり、コストが上昇するとか、
シフトレジスタの屈曲部が増して件部が劣化するとか駆
動容量か増大して消費電力が増大する等の不都合が生じ
ていた。

（問題を解決するための手段） 本発明のイメージセンサ装置は、物体又は被写体につい
て撮影レンズの合焦位置を決定するため、同一の被写体
の光像が投影され、該光像の光強度に応じた信号電荷を
発生する複数の感光画素子を所定方向に配列した一対の
第１感光画素列対と、上記各感光画素子からの信号電荷
を時系列的な群をなす信号出力群として転送する第１順
次読出し手段と、上記所定方向とは異なる第２の方向に
複数の感光画素子を配列してなる第２感光画素列の対と
を備えている。さらに、上記イメージセンサ装置は、上
記第１ｍ次読出し手段の転送の間、上記第２感光画素列
対の各感光画素子からの信号電荷を一時保存するメモリ
手段と、上記メモリ手段に一時保存した信号電荷を上記
第２感光画素列対の各々の感光画素列ごとに時系列的な
群をなす信号出力群として転送する第２に次読出し手段
と、第１、第２順次読出し手段からの信号出力を時間的
に重複することなく出力させる制御部とを備えており、
上記同一被写体からの光像対の相対的なずれ量を２方向
に関して検出する。

さらに第２、第３．第４と複数の感光画素列対を設け、
メモリ手段と順次読出し手段を設けることて、３以上の
方向に関しても光像対の相対的なずれ量を時系列信号と
して検出できる。

（作用） 本発明のイメージセンサ装置においては、第２感光画素
列対の各感光画素列と順次読出し手段との間にメモリ手
段を設けることで、第１及び第２感光画素列からの信号
出力群か互いに時間的に重複することなく出力され、な
おかつメモリ手段を設けたことで従来の遅延線が不要と
なり、感光画素列を全体の形状として一列に配置する必
要もなくなり各感光画素列を任意に配置することか可ス
七となった。

（実施例） 第１図は本発明の第１の実施例であって半導体基板」二
に形成されたイメージセンサである。

撮影レンズを通過した被写体の像は、図示なき光学系に
より一対のほぼ同一の光像として第１感光画素列対ａ、
ｂの七に結像され、他方これと直交する方向に関しても
一対のほぼ同一の光像として第２感光画素列対ｃ、ｄの
上に結像される。測距又は焦点検出は前記ａ、ｂ上の、
−対の光像の相対的変位の量又はｃ、ｄ上の一対の光像
の相対的変位の量を検出する事によりなされるか、この
方法は瞳分割式ＴＴＬ焦点検出装置として公知のもので
あり、本発明とは直接の関係かないため詳細は省略する
。

本発明のイメージセンサにおいては第１図に示したよう
に、各画素列ａ、ｂ、ｃ、ｄに平行して第１．第２．第
３順次読出し′手段であるシフトレジスタ１１１，１１
２，１１３が形成されており、順次読出し手段のシフト
レジスタは各画素子からの並列の電荷信号を時系列信号
に変換し出力部０ＵＴＯ，０ＵＴＩ、０ＵＴ２から出力
する。画素列ｃ、ｄと第２順次読出し手段のシフトレジ
スタ１１２，１１３との間に設けられたメモリ手段すな
わちメモリ部１１６゜１１９は、画素夕ｌＩｃ、ｄから
の各画素子に対応した電荷信号を個々に一時保存し、所
定時間後に次段のシフトレジスタに移送するように設け
られたものである。

第１のトランスファゲート１１４，１１５゜１１８は画
素列ａ、ｂ、ｃ、ｄの各画素子に蓄えられた電荷を第１
シフトレジスタＩｌｌ又はメモリ部１１６，１１９に移
送させるために設けられたものである。メモリ部１１６
゜１１９と第２．ｔｊＳ３シフトレジスタ１１２゜１１
３の間に設けられた第２のトランスファゲート１１７，
１１０は、メモリ部の各メモリ素子に蓄えられた電荷を
第２．第３シフトレジスタ１１２，１１３に移送するた
めに設けられたものである。

入力端子ＣＬＲはすべての感光画素列ａ。

ｂ、ｃ、ｄに接続され、デジタル信号の“Ｌ′′か入力
されている期間のみ感光画素子に入射した光に応した電
荷を各感光画素子に蓄積させる。また、入力端子φ、は
、すべてのシフトレジスタに接続され、転送パルスに従
って各感光画素列ａ、ｂ、ｃ、ｄからの出力゛電荷をシ
フトレジスタ１１１，１１２，１１３ごとに順次転送す
るために使用される。

制御部１２０は、入力端子ＴＲＲに人力された信号に従
って、端子ＴＲ，ＴＲ１，ＴＲ２にデジタル信号のトリ
ガパルスを発生する。端子ＴＲに発生されたトリガパル
スは、第１トランスファゲート１１４，１１５，１１８
に同時に作用し、感光画素列ａ、ｂ、ｃ、ｄに蓄えられ
た電荷を移送させる。端子ＴＲＩと端子ＴＲ２とに発生
されたトリガパルスは、第２トランスファゲート１１７
，１１０にそれぞれ異なった時刻に作用し、メモリ部１
１６゜１１９に蓄えられた電荷をそれぞれ移送させる。

本発明のイメージセンサ装置について、第２図のタイミ
ングチャートを併用しながら作動の説明を行なう。各画
素列ａ、ｂ、ｃ、ｄは、入力端子ＣＬＲへのデジタル信
号が“Ｌ”になる時刻ｔ１において同時に蓄積を開始す
る。時刻ｔ２に制御部１２０から端子ＴＲを介してトラ
ンスファゲート１１４にパルスが加わると、画素列ａ、
ｂの信号電荷はシフトレジスタ１１１に送られ、転送パ
ルスに従い転送されて、出力部０ＵＴＯより時系列的信
号出力として図示ＰＨのごとく出力される。この同じ時
刻ｔ２に、画素列ｃ、ｄの信号電荷もそれぞれトランス
ファゲート１１５，１１８を介してメモリ部１１６，１
１９にそれぞれ排出される。

ＤＩ　１１部１２０は、第１シフトレジスタ１１１によ
る画素列ａ、ｂの電荷転送終了・の時刻ｔ３で、端子Ｔ
ＲＩにパルスを印加し、メモリ部１１６に貯えられてい
た信号電荷を第２シフトレジスタ１１２に排き出させ、
順次出力部０ＵＴＩよりＰｖｌのごとく時系列的画像信
号として出力する。

さらに制御部１２０は画素列Ｃに関する転送完了を持っ
て時刻ｔ４で端子ＴＲ２にパルスを印加し、メモリ部１
１９に貯えられていた信号電荷を第３シフトレジスタ１
１３に排き出し、順次出力部０ＵＴ２よりＰＶ２のごと
く画素列Ｃに関する画像信号として出力する。

ここで端子ＴＲに加えるパルスに対して所定時間の遅れ
をおいて端子ＴＲＩ及びＴＲ２にパルスを加える制御部
１２０はその構成を画素列と同じチップ上に形成してよ
いし、チップの外に構成してもよい。

各入力端子φ、、ＣＬＲ，ＴＲＲはカメラ内のマイクロ
プロセッサ等の外部回路に接続され、この外部回路は制
御時刻１．．１．。

ｔ’２．ｔ＊　、ｔ４を適当に設定する。

上記のような回路構成を有するイメージセンサを使用す
ることにより、各画素列ａ、ｂ。

ｃ、ｄから並列に出力される電荷信号は、出力端子０Ｕ
ＴＯ，ＯＵＴ　ｌ　、０ＵＴ２より時間的に重複するこ
となく、時系列信号として出力される。

次に第３図に第２の実施例のＭ造を示す。本実施例もや
はり複数の方向に関する像ずれを検出するためのイメー
ジセンサであるが、瞳分割式ＴＴＬ焦点検出装置に用い
る光学系の構成が異なる場合のものである。図示のごと
く、ｊｇｉ数画書画素列〜般に半導体チップ１−で分離
された形で複数方向（多くは直交する方向）に配列され
る。この実施例においては第１実施例とは画素列の配置
が異なっているが、第１実施例の第１感光画素列対であ
るａ、ｂ列か本例のｅ列に、第２感光画素列対の一方の
０列かｆ列に、第２感光画素列対の他方のｄ列がｇ列に
対応していると考えれば、回路Ｊｌｊ威及び動作手順は
全く同じになる。ただし、制御部１２０のみは省略しで
ある。勿論この実施例と異なる角度９間隔１個数の画素
列配置においても、本発明のイメージセンサの構成を適
用することが可能である。

また実施例には示さなかったが、すべての画素ターにメ
モリ部を設けることも可能である。

（発明の効果） 以上の様に本発明のイメージセンサを用いた場合、同一
半導体チップ上に分離して形成された複数の感光画素列
の出力をメモリ部により一時保存することにより、この
感光画素列からの出力を時間的に重複することなく出力
する事か可能である。シフトレジスタ等を遅延線として
用いて画素列の出力を時間的に重複する事のないよう構
成した場合に比して、シフトレジスタ全長の増大による
転送効率の低下やチップ上の占有面積の増大に伴なう歩
留りの低下がなく、さらにシフトレジスタの屈曲部が多
いと生じる性億の劣化もないため、高性能で低価格なイ
メージセンサが得られるという効果がある。

また一般に、アナログメモリ部を設けるとそれだけ構造
か複雑となるので暗電流や残像等の性能において、メモ
リ部を持たない場合に比して不利であるか、遅延用のア
ナログメモリ部をすべての画素列に設けるのではなく、
少なくとも一対の光像を検出する第１の感光画素列（第
１実施例ではａ、ｂ列、第２実施例ではｅ列）に関して
はメモリ部を設けない従来構造のままとすることで、全
画素列にアナログメモリ部を設ける場合に比しても又全
体を１つのシフトレジスタて結ぶ従来例に比しても件部
か向上する。すなわち主要検出領域をなす少くとも一対
の光像を検出する第１感光画素列ａ、ｂ、ｅに関しての
性俺劣化を防止させることが可能になる。この結果、焦
点検出装置の光学系を任意に設定しても、高精度の焦点
検出か比較的簡単な構成を有するイメージセンサにより
可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１実施例のイメージセンサ装置を
示した外部面てあり、第２図は第１図のイメージセンサ
装置のタイミングチャート図である。 第３図は、本発明の第２実施例のイメージセンサ装置を
示した外部面である。 第４図（ａ）は、同一半導体チップ上の４方向に形成さ
れた感光画素列かシフトレジスタである遅延線により接
続された構造となっているイメージセンサを示した概略
図である。 第４図（ｂ）は、上記感光画素列の入射光に対応した強
度信号かシフトレジスタにより時系列的で１重複のない
信号出力として出力されることを示した模式図である。 （主要部分の符号の説明） ａ、ｂ・・・・・・・・・・・・・・・・・・第１感光
画素列対ｃ、ｄ・・・・・・・・・・・・・・・・・・
第２感光画素列対１１１・・・・・・・・・・・・・・
・・・・第１シフトレジスタ１１２・・・・・・・・・
・・・・・・・・・第２シフトレジスタ１１３・・・・
・・・・・・・・・・・・・・第３シフトレジスタ１１
６．１１９・−・・・・アナログメモリ部１１４、　１
１５゜

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 同一物体の光像が投影され、該光像の光強度に応じた信
   号電荷を発生する複数の感光画素子を所定方向に配列し
   た一対の第１感光画素列対と、 上記各感光画素子からの信号電荷を時系列的な群をなす
   信号出力群として転送する第１順次読出し手段と、 上記所定方向とは異なる第２の方向に複数の感光画素子
   を配列してなる第２感光画素列対とを備え、投影された
   光像対の相対的なずれ量を検出するイメージセンサ装置
   であって、 上記第１順次読出し手段の転送の間、上記第２感光画素
   列対の各感光画素子からの信号電荷を一時保存するメモ
   リ手段と、 上記メモリ手段に一時保存した信号電荷を上記第２感光
   画素列対の各々の感光画素列ごとに時系列的な群をなす
   信号出力群として転送する第２順次読出し手段と、 第１順次読出し手段と、第２順次読出し手段とからの信
   号出力群を互いに時間的に重複することなく出力させる
   制御部とを備え、投影された光像対の相対的なずれ量を
   検出するイメージセンサ装置。