JPH05158107A

JPH05158107A - 撮像装置用自動測光装置

Info

Publication number: JPH05158107A
Application number: JP3326201A
Authority: JP
Inventors: Takashi Mitsuida; 高三井田; Kazuhiro Kawajiri; 和廣川尻; Jun Hasegawa; 潤長谷川; Isao Taniguchi; 勇夫谷口
Original assignee: Fujifilm Microdevices Co Ltd; Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp; Fujifilm Microdevices Co Ltd
Priority date: 1991-12-10
Filing date: 1991-12-10
Publication date: 1993-06-25
Also published as: US5777675A

Abstract

(57)【要約】【目的】自動焦点合わせ機能と自動露出調整機能を備
えた撮像装置用の自動測光装置に関し、簡単な構成でき
めの細かい自動露出合わせを行なうことのできる撮像装
置用自動測光装置を提供することを目的とする。【構成】１つの半導体チップ上に所定距離を隔てて配
置され、自動焦点合わせを行なうのに適した一対のライ
ンセンサ（３１、３２）と、前記ラインセンサに蓄積さ
れた電荷量を検出し、光入射による電荷蓄積を制御する
ための積分制御信号を発生するための積分時間制御手段
（３４）と、前記積分制御信号から入射光の強度を算出
する第１の露出量検出手段（３７、４８、４９）と、前
記１つの半導体チップ上に配置された光電変換素子を含
み、入射光量検出を行なうための第２の露出量検出手段
（３３、３６、３８、４８、４９）と、前記一対のライ
ンセンサ上に、視野中央部の実質的に同一の対象物の像
を結像させるための一対のレンズ（６、７）と、前記光
電変換素子を含む半導体チップ表面上に、前記視野中央
部よりも広い範囲の光を照射するための光学系（８、
９、１０、１１）とを含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、撮像装置用の自動測光
装置に関し、特に自動焦点合わせ機能と自動露光調整機
能を備えた撮像装置用の自動測光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】通常、撮像装置においては主要被写体に
焦点を合わせると共に露出を合わせる必要がある。自動
化された撮像装置においては、焦点合わせ、露出合わせ
は一般に電子装置によって自動的に行なわれる。

【０００３】自動焦点合わせを行なうには、たとえば一
対のラインセンサ上に同一対象物の像を結像させ、その
位相ずれから対象物までの距離を推定する。この際、ラ
インセンサ上に照射する光の積分量が適切でないとＳ／
Ｎ比が悪くなったり、画像が白く抜けてしまう。このた
め、蓄積電荷量を検出する自動ゲイン制御（ＡＧＣ）回
路を設け、電荷積分時間を制御する。

【０００４】適切な電荷量を蓄積するのに必要な電荷積
分時間が判明すると、その値からラインセンサ上の照度
を知ることができる。したがって、自動焦点合わせを行
なう際、同時に自動露光合わせ用のデータを得ることが
できる。

【０００５】ところで、自動焦点合わせにおいては、主
要被写体に対し、シャープなコントラストを得るため、
自動焦点合わせの対象は視野内の中央部のみに対して行
なわれる。したがって、視野中央部の主要被写体とその
背景との照度が大きく異なる場合、自動焦点合わせから
得たデータで自動露出合わせを行なうと、主要被写体以
外の背景を無視した写真になってしまう。特に、日中シ
ンクロやスローシンクロが極めて困難になってしまう。

【０００６】一方、自動露出合わせ用の専用センサを有
する撮像装置も知られている。自動露出合わせ用の測定
は、ほぼ視野全面における照度に対して行なわれる。こ
の場合は、主要被写体が逆光を受けているような場合、
視野全体に対する露出合わせを行なうと、主要被写体に
対する露出情報が得られなくなってしまう。すなわち、
明るい背景の中に暗い主要被写体が配置されたような写
真が形成されることがある。

【０００７】前述のような欠点を防止するためには、よ
りきめの細かい自動露出を行なう必要がある。このため
には、視野内に多くの露出検出領域を配置することが必
要となる。この場合は、全体の制御が複雑になってしま
う。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
自動焦点合わせ用センサを用いて自動露出合わせを行な
うと、主要被写体以外の背景を無視した写真が形成され
てしまう。また、専用露光センサを用いる場合は、逆光
時に主要被写体に露出が合わせない写真ができたり、露
出合わせの制御が複雑になってしまう。

【０００９】本発明の目的は、簡単な構成できめの細か
い自動露出合わせを行なうことのできる撮像装置用自動
測光装置を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の撮像装置用自動
測光装置は、１つの半導体チップ上に所定距離を隔てて
配置され、自動焦点合わせを行なうのに適した一対のラ
インセンサと、前記ラインセンサに蓄積された電荷量を
検出し、光入射による電荷蓄積を制御するための積分制
御信号を発生するための積分時間制御手段と、前記積分
制御信号から入射光の強度を算出する第１の露出量検出
手段と、前記１つの半導体チップ上に配置された光電変
換素子を含み、入射光量検出を行なうための第２の露出
量検出手段と、前記一対のラインセンサ上に、視野中央
部の実質的に同一の対象物の像を結像させるための一対
のレンズと、前記光電変換素子を含む半導体チップ表面
上に、前記視野中央部よりも広い範囲の光を照射するた
めの光学系とを含む。

【００１１】

【作用】一対のラインセンサで自動焦点合わせを行なう
と共に、主要被写体に対する露出データを得、同一半導
体チップに形成された光電変換素子を用いて背景を含む
視野全体に対する露出データを得ることができる。

【００１２】両露出データを用いることにより、きめの
細かい露出情報が得られる。たとえば、主要被写体に対
する露出データと、視野全体に対する露出データを合わ
せて用いることにより、日中シンクロやスローシンクロ
を可能にすると共に、逆光時の主要被写体に対しても適
正な露出量を選択可能とする。

【００１３】

【実施例】図１に、本発明の実施例による撮像装置用自
動測光装置を示す。図１（Ａ）は概略断面図を示し、図
１（Ｂ）は半導体チップ内の配置を示す概略平面図を示
し、図１（Ｃ）は視野内の配置を示す。

【００１４】図１（Ａ）に示すように、半導体チップ１
はパッケージ基部２上に配置されており、パッケージ基
部２の上面は封止ガラス３によって封止されている。な
お、封止ガラス３には、赤外線カットフィルタが形成さ
れている。パッケージ基部２と封止ガラス３で構成され
たパッケージの上には、光学モジュール５が載置されて
いる。光学モジュール５の上面には一対の自動焦点合わ
せ（ＡＦ）用レンズ６、７が配置されており、主要被写
体の像を半導体チップ１の一対の領域上に結像する。

【００１５】また、光学モジュール５の中央部には自動
露出合わせ（ＡＥ）用光学部材であるアクリル円筒部材
８が結合されている。アクリル円筒部材８は、半導体チ
ップ１の上方まで延在している。アクリル円筒部材８
は、アクリルの屈折率で決まる入射角α以内の外部光線
が入射し、アクリル円筒部材８内で散乱され、ほぼ一様
となった光が半導体チップ１中央部上に照射される。

【００１６】なお、光学モジュール５およびパッケージ
基部２は遮光性材料で形成されている。半導体チップ１
は、図１（Ｂ）に示すような構成を有する。すなわち、
パッケージ基部２内の凹部上に半導体チップ１が収容さ
れており、その中央部には平均測光用のホトダイオード
等で形成されたＡＥセンサ１７が形成され、このＡＥセ
ンサ１７を挟むようにＡＦセンサである基準ＣＣＤ１５
および参照ＣＣＤ１６が形成されている。

【００１７】図１（Ａ）に示すＡＦレンズ６、７は、所
定距離前方にある主要被写体の像を基準ＣＣＤ１５およ
び参照ＣＣＤ１６上に結像する。また、アクリル円筒部
材８は、主要被写体よりも広い範囲における入射光を半
導体チップ１中央部のＡＥセンサ１７に照射する。

【００１８】図１（Ｃ）に示すように、視野２５内にお
いて、中央部にＡＦゾーン２６が配置され、その周囲に
ＡＥゾーン２７が配置される。すなわち、ＡＥセンサ１
７がＡＥゾーン２７の光を受け、基準ＣＣＤ１５および
参照ＣＣＤ１６が構成するＡＦセンサがＡＦゾーン２６
からの光を受ける。

【００１９】焦点合わせのためには、一対のＡＦセンサ
１５、１６は基線長離す必要があり、その間の領域は空
くことになる。したがって、この空いている領域内にＡ
Ｅセンサ１７を形成することにより、半導体チップ１を
大きくすることなく、ＡＦセンサ１５、１６によるスポ
ット測光と、ＡＥセンサ１７による平均測光とを合わせ
て行なうことも可能になる。

【００２０】図２は、本発明の他の実施例による撮像装
置用自動測光装置を示す。半導体チップ１、パッケージ
基部２、封止ガラス３、光学モジュール５、ＡＦレンズ
６、７は、図１に示す実施例と同様の部材である。光学
モジュール５の中央部には、レトロフォーカスレンズを
構成する凹レンズ９が配置されており、封止ガラス３の
対応する領域上にはレトロフォーカスレンズを構成する
他のレンズである凸レンズ１０が配置されている。凹レ
ンズ９、凸レンズ１０が構成するレトロフォーカス光学
系により、視野内の広い範囲における被写体像が半導体
チップ１中央部上に結像される。

【００２１】半導体チップ１上には、図２（Ｂ）に示す
ように、中央部に４つのＡＥセンサ１７ａ、１７ｂ、１
７ｃ、１７ｄが形成されている。すなわち、図２（Ｃ）
に示す視野２５で見ると、中央部にＡＦゾーン２６が配
置され、その周囲の４か所２７、２８、２９、３０にＡ
Ｅセンサ１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄに対応する測
定領域が配置されている。

【００２２】本実施例においては視野内の４か所におい
て、ＡＥセンサが分割測光を行なう。なお、視野内の中
央部のＡＦゾーン２６でＡＦセンサによる照度測定が行
なわれる。

【００２３】なお、凹レンズ９と凸レンズ１０でレトロ
フォーカスレンズを構成し、視野内の広い範囲における
被写体像を半導体チップ１上に結像する場合を説明した
が、レトロフォーカスレンズの代わりにセルフォックレ
ンズを用いることもできる。この場合、セルフォックレ
ンズは図１（Ａ）に示すように配置される。

【００２４】図３は、本発明の他の実施例による撮像装
置用自動測光装置を示す。図３（Ａ）に示すように、半
導体チップ１はパッケージ基部２内に収容され、パッケ
ージ基部２の上面は封止ガラス３によって封止されてい
る。また、封止ガラス３の中央部上には凸レンズ１１が
配置されている。パッケージの上面を覆うように光学モ
ジュール５ａが配置されおり、半導体チップ１の両側部
に対応する位置にＡＦレンズ６、７が配置されている。

【００２５】本実施例においては、光学モジュール５ａ
は図３（Ａ）に示すように左右の部分に分離されてお
り、中央部に光が通過できる細長い溝を形成している。
この中央部の光透過溝９ａは、図面垂直方向に延在して
おり、この領域内に入射する光は図３（Ｂ）に示すよう
に半導体チップ１の横方向に結像される。

【００２６】半導体チップ１は、図３（Ｃ）に示すよう
に図２（Ｂ）同様の構成を有する。すなわち、半導体チ
ップ１中央部に４つのＡＥセンサ１７ａ、１７ｂ、１
８、１９が配置され、その両側にＡＦセンサである基準
ＣＣＤ１５および参照ＣＣＤ１６が形成されている。

【００２７】本実施例においては、ＡＥセンサ１７ａ、
１７ｂには、図３（Ｂ）に示すように光学モジュール５
ａの中央部光透過溝９ａを通過した光が入射し、その両
側のＡＥセンサ１８、１９にはＡＦセンサ６、７を通過
した光が入射する。すなわち、ＡＦレンズ６、７はＡＦ
センサに光を供給するのみでなく、ＡＥセンサ１８、１
９にも光を供給する。

【００２８】図３（Ｄ）で示すように、視野２５内にお
いて中央部にＡＦゾーン２６が配置され、その周囲にＡ
Ｅゾーン２７、２８、２９、３０が配置されている。こ
れらのＡＥゾーンのうち、２７と２８に対しては凸レン
ズ１１が結像する光が照射し、両側のＡＥセンサ２９、
３０に対してはＡＦレンズ６、７が被写体像を形成す
る。

【００２９】なお、ＡＦセンサによる露出合わせ用測光
は、基準ＣＣＤ１５および参照ＣＣＤ１６の一方で行な
えば足りる。図４は、図１〜図３に示す光学系を用いて
測光を行なう測定回路を概略的に示す。

【００３０】積分時間制御回路３４は、積分開始信号Ｉ
ＳＴＡＲＴを発し、この信号を比較回路３５、基準部Ｃ
ＣＤ３１、光電変換回路３３、ＡＦカウンタ回路３７、
ＡＥカウンタ回路３８、参照部ＣＣＤ３２に供給する。
この信号ＩＳＴＡＲＴによってこれら各ブロックの初期
化動作が行なわれる。

【００３１】まず、基準部ＣＣＤ３１および参照部ＣＣ
Ｄ３２は、積分開始信号ＩＳＴＡＲＴによりそれ以前の
蓄積された不要電荷をクリアし、積分開始信号ＩＳＴＡ
ＲＴ入力後の信号電荷の積分を開始する。

【００３２】ＡＦカウンタ回路３７、ＡＥカウンタ回路
３８は、積分開始信号ＩＳＴＡＲＴによりカウンタを０
にクリアし、その後システムクロック信号（図示せず）
のカウントを行なう。

【００３３】また、ＡＥ回路３０中の光電変換回路３３
は、積分開始信号ＩＳＴＡＲＴによりリセット動作を行
ない、出力信号ＡＥＯＳのレベルを所定の値にプリセッ
トする。

【００３４】基準部ＣＣＤ３１は、積分開始信号ＩＳＴ
ＡＲＴ発生後、信号電荷の蓄積を行ない、蓄積された電
荷量に応じた出力ＡＦＯＳを比較回路３５に供給する。
比較回路３５は、基準部ＣＣＤ３１の出力信号ＡＦＯＳ
と基準電圧Ｖｒｅｆ１の比較を行ない、基準ＣＣＤ３１
の出力信号ＡＦＯＳが所定の電圧に達した時点で適正露
光判定信号ＡＦＣＭＰを発生する。

【００３５】この適正露光判定信号ＡＦＣＭＰは、積分
時間制御回路３４に供給され、積分時間制御回路３４は
積分終了信号ＩＥＮＤを発生する。この積分終了信号Ｉ
ＥＮＤは、基準部ＣＣＤ３１、参照部ＣＣＤ３２、ＡＦ
カウンタ回路３７に供給される。

【００３６】基準部ＣＣＤ３１および参照部ＣＣＤ３２
は積分終了信号ＩＥＮＤの入力により、光電変換電荷の
積分を終了し、各画素出力を出力選択回路４２、４３、
アンプ４４、４５を介して相関演算回路４６に供給す
る。

【００３７】相関演算回路４６は、２つのＣＣＤ３１、
３２から供給される信号電荷を用いて相関演算を行な
い、その結果をＡ／Ｄ変換回路４７を介して主制御回路
４８に供給する。この相関演算の結果は、主要被写体ま
での距離、すなわち焦点合わせを表す信号である。この
ＡＦ測定信号は、主制御回路４８からマイコン４９に供
給され、撮像装置のレンズ系を制御する。

【００３８】また、ＡＦカウンタ回路３７は、積分終了
信号ＩＥＮＤを入力すると、システムクロックのカウン
トを停止し、積分終了信号ＩＥＮＤ信号入力時のカウン
ト値を保持する。このカウント値は主制御回路４８を介
してマイコン４９に送信される。

【００３９】このカウント値は、基準部ＣＣＤ３１が受
光した積分光量が一定の値に達するまでの時間を表して
おり、積分入射光量に対応した量である。マイコン４９
は、内部に有する変換テーブルまたは変換式に基づき、
ＡＦゾーンの被写体の照度を算出する。

【００４０】ＡＥ回路３０においては、積分開始信号Ｉ
ＳＴＡＲＴ入力後、光電変換回路３３が光入射により発
生した電荷の蓄積を行ない、蓄積された電荷に比例する
出力ＡＥＯＳが比較回路３６に供給される。比較回路３
６は光電変換回路３３の出力信号ＡＥＯＳと、基準電圧
Ｖｒｅｆ２の比較を行ない、出力信号ＡＥＯＳが所定の
電圧に達した時点で露光量判定信号ＡＥＣＭＰを発生す
る。

【００４１】この露光量判定信号ＡＥＣＭＰは、ＡＥカ
ウンタ回路３８に供給され、ＡＥカウンタ回路３８のカ
ウント動作を停止させる。ＡＥカウンタ回路３８は、積
分開始信号ＩＳＴＡＲＴ発生後、露光量判定信号ＡＥＣ
ＭＰ発生までのカウント値を保持する。

【００４２】このカウント値は、ＡＥカウンタ回路３８
から主制御回路４８を介してマイコン４９へ送信され
る。このカウント値は、ＡＥ回路３０の光電変換回路３
３に入射した光量に対応した値であり、マイコン４９は
内部の変換テーブルあるいは変換式に基づき、ＡＥゾー
ンの被写体の照度を得る。

【００４３】このように、相関演算回路４６が焦点合わ
せに関する信号を形成し、ＡＦカウンタ回路３７がＡＦ
ゾーンにおける露光量に関する信号を供給し、ＡＥカウ
ンタ回路３８がＡＥゾーンにおける露光量に対応する信
号を形成する。このようにして、視野中央部におけるス
ポット測光と、ＡＥゾーンにおける入射光量測定とが行
なわれる。

【００４４】図５は、ＡＥセンサの構成例を示す。半導
体チップ１において、ｎ型半導体基板１８の表面部に、
ｐウェル１９が形成され、さらにこのｐウェル２９表面
部にｎ^-型領域２０が形成される。ｎ^-型領域２０とｐ
ウェル１９とが１つのダイオードを形成し、ｐウェル１
９とｎ型基板１８が他のダイオードを形成する。

【００４５】このような構成における深さ方向ｚに沿っ
たポテンシャル分布を、図５（Ｂ）に示す。横軸は深さ
ｚを表し、縦軸は電子に対するポテンシャルを示す。ｐ
ウェル１９においては、電子に対するポテンシャルが高
く、表面側のｎ^-型領域２０では電子に対するポテンシ
ャルが幾分低下している。また、ｎ型基板１８において
は、電子に対するポテンシャルはさらに低くなってい
る。

【００４６】半導体チップ１上面から光が入射すると、
半導体チップ内で電子・正孔対が形成される。正孔はｐ
ウェル１９に集まり、接地電位に引き出される。光入射
によって生じた電子は、ｐウェル１９およびその周辺の
空乏層においてはよりポテンシャルの低いｎ^-型領域２
０またはｎ型基板１８に向かう。ｎ型基板１８に向かっ
た電子は、正電位の電極から引き出されるが、ｎ^-型領
域２０に向かった電子はそこで蓄積される。このように
して、入射光に対応する電荷が蓄積される。

【００４７】なお、半導体チップ１表面のｎ^-型領域２
０の厚さをある程度以上薄くすると、入射する光はｎ^-
型領域２０およびその周辺においては十分吸収されず、
さらに深い位置まで入射する。ｎ^-型領域２０およびそ
の周辺の空乏層を突き抜けて入射した光が発生する電子
・正孔対は、ｎ^-型領域２０における蓄積電荷にはあま
り寄与しない。

【００４８】半導体チップ１を構成する半導体の吸収係
数は、波長が長くなるほど低くなるため、長い波長の光
ほど半導体チップ１内に深く入射する。このため、ＡＥ
センサは長波長光に対しては感度が低くなる。

【００４９】このため、図５に示すようなダイオードに
よって形成されたＡＥセンサの特性は、図６（Ａ）に示
すようになる。ホトダイオードのピーク感度が約５２０
ｎｍ程度になるようにホトダイオードの構造が選択され
ている。この場合、光感度特性は長波長側に緩やかに拡
がった形状となり、視感度と差が生じる。

【００５０】そこで、封止ガラス３上に赤外線カットフ
ィルタを形成することにより、光感度特性を補正するこ
とができる。図６（Ｂ）は、図６（Ａ）に示すホトダイ
オード特性に赤外線カットフィルタの特性を重ねた特性
を示す。赤外線カットフィルタによって赤外光に対する
感度が低下するため、ホトダイオードとフィルタの合成
感度は図に示すように視感度とほぼ一致するものとな
る。このような赤外線カットフィルタとしては、たとえ
ば約７００ｎｍ以上の赤外光をカットするものを用いれ
ばよい。

【００５１】なお、赤外線カットフィルタを封止ガラス
全面上に形成すれば、ＡＥセンサ１７に入射する光もＡ
Ｆセンサ１５、１６に入射する光もその特性が揃う。さ
らにＡＥセンサ１７とＡＦセンサ１５、１６を同一半導
体チップ上に形成するので、センサ特性も揃え易い。こ
のため、特性の揃った良好な測光装置が得られる。

【００５２】図７は、基準部ＣＣＤおよ参照部ＣＣＤが
構成するラインセンサによる自動焦点検出部の構成を概
略的に示す。この自動焦点検出装置は、離して配置した
２つのラインセンサから同一被写体を観察し、被写体を
見る角度から３角測量の原理により、被写体までの距離
を割り出す。

【００５３】図７（Ａ）は、ラインセンサ用レンズ以後
の構成例を概略的に示す。基準ラインセンサ５５、参照
ラインセンサ５６は、それぞれ基線長離された距離測定
用レンズ５３、５４に光軸を合わせて配置されている。

【００５４】被写体が無限遠にある場合は、距離測定用
レンズ５３、５４は、その被写体を基準ラインセンサ５
５、参照ラインセンサ５６のそれぞれ光軸上の領域に結
像する。被写体がカメラに近付いてくると、被写体から
距離測定用レンズ５３、５４に入射する光は、図中上下
に傾くように変化する。

【００５５】すなわち、被写体がカメラに近付くにした
がって、基準ラインセンサ５５、参照ラインセンサ５６
上に結像される画像は次第に離れる。基準ラインセンサ
５５上の画像と、参照ラインセンサ５６上の画像とがど
の程度離れているかを検出することにより、３角測量の
原理によりカメラから被写体までの距離を測定すること
ができる。この画像間の距離検出に位相差検出の手法が
用いられている。

【００５６】すなわち、参照ラインセンサ５５の各画素
からは、固定位相で画像信号Ｂ（ｋ）を読み出し、参照
ラインセンサ５６からは所定の位相差ｍを設定し、画像
信号Ｒ（ｋ＋ｍ）を読み出す。もし、これらの画像が同
一のものであれば、Ｂ（ｋ）−Ｒ（ｋ＋ｍ）は０とな
る。画像読み出し領域をｎ画素とし、両ラインセンサの
対応するｎ個の画素から読みだした画像信号についてそ
れぞれこの演算を行い、それらの和である相関度Ｈ
（ｍ）を求める。

【００５７】Ｈ（ｍ）＝Σ（ｋ＝１〜ｎ）｜Ｂ（ｋ）−Ｒ（ｋ＋ｍ）｜ …（１）ただし、Σ（ｋ＝１〜ｎ）はｋが１からｎまでの関数の
和を表す。相関度Ｈ（ｍ）は、位相ｍでの基準ラインセ
ンサ５５上での画像と、参照ラインセンサ５６上の画像
との一致の度合いを示す。

【００５８】位相ｍを順次変化させ、それぞれの場合に
ついての相関度Ｈ（ｍ）を求め、相関度曲線を描く。す
ると、相関度曲線が最小の値をとる位置が、基準ライン
センサ５５上の画像と参照ラインセンサ５６上の画像が
最も一致する位相である。この位相を検出することによ
り、カメラから被写体までの距離を測定することができ
る。

【００５９】信号処理回路５７は、ラインセンサからの
信号をアナログ量からデジタル量に変換するＡ／Ｄ変換
器５９、相関演算を行なうＣＰＵ６０、デジタル変換さ
れた画像信号を記憶する一時記憶装置であるＲＡＭ（Ra
ndom Access Memory) ６１を含む。ＲＡＭ６１に記憶さ
れた画像信号を用いて、ＣＰＵ（Central ProcessingUn
it ）６０で上述の相関度の演算を行い、相関度最小の
位相を検出する。

【００６０】図７（Ａ）に示した焦点検出装置において
は、ホトセンサに蓄積された電荷をそのまま電荷−電圧
変換して検出信号を形成し、デジタル信号に変換後ＲＡ
Ｍ６１に記憶してこの信号を読みだすことにより演算を
行なう。

【００６１】光を照射することによって蓄積した電荷を
非破壊的に読み出し、アナログ量のまま直接演算処理す
ればＲＡＭ６１を省略し、構成を簡略化することができ
る。図７（Ｂ）は、このような光センサ部の構成例を示
す。光検出部分は、ｎ^-型シリコン基板６４の表面に、
ｐ型ウェル６６を形成し、その一部にｎ⁺型領域６８を
形成してｐｎ接合６９を形成することによって構成して
いる。このｐｎ接合６９近傍に光が入射すると、電子・
正孔対が形成され、ｐｎ接合周辺の電位勾配にしたがっ
て、電子と正孔は分離され、電子は蓄積される。

【００６２】図中ｐｎ接合６９の左側に延在しているｐ
型ウェル６６の上には、絶縁されたポリシリコンのゲー
ト電極７１〜７４、７６が形成されている。ここで、ホ
トダイオードに隣接して、ゲート電極７１を備えた障壁
部が形成されており、障壁部の隣には、ゲート電極７２
を備えた蓄積部が形成されている。なお、図中破線は空
乏層を示す。

【００６３】受光部に入射された光に対応する電荷が発
生すると、ｐｎ接合６９近傍から障壁部を介して蓄積部
に電荷が蓄積される。蓄積部は、トランスファゲート電
極７３を介してゲート電極７４を備えたシフトレジスタ
部に連続しており、シフトレジスタ部はバイアス印加用
アルミニウム電極７５を上に備えたフローティングゲー
ト電極７６下の領域に連続している。

【００６４】また、ホトダイオードの右側にはオーバフ
ローゲート８１を介してｎ⁺型領域のオーバフロードレ
イン８２が形成されている。すなわち、ホトダイオード
部で入射した光に応答して電子−正孔対が形成される
と、キャリアは障壁部を越えてゲート電極７２下の蓄積
部に蓄積される。さらにトランスファゲート電極７３を
越えてシフトレジスタのゲート電極７４下に転送するこ
とができる。

【００６５】シフトレジスタ部のゲート電極７４下に蓄
積された電荷は、ゲート電極７５の電圧に依存してフロ
ーティングゲート電極７６下に転送される。フローティ
ングゲート電極７６には、転送された電荷に対応する電
荷が誘起され、この電荷量によって入射光量が非破壊的
に読みだされる。

【００６６】図７（Ｂ）に示すような光センサを用いた
場合には、スイッチトキャパシタ積分回路を用いること
により電荷をアナログ量に保ったまま式（１）の演算を
行うことができる。

【００６７】なお、ホトダイオードに入射する光量が大
きくなると、ホトダイオードおよび蓄積部で電荷を蓄積
する能力が一杯となり、電荷がオーバフローゲート８１
の下の電位障壁を越えてオーバフロードレイン８２へ入
るようになる。オーバフロードレイン８２へ電荷がオー
バフローすることを検出すると、電荷蓄積作業を終了さ
せる。

【００６８】このようなホトダイオードからのオーバフ
ローの検出を行う回路の例を、図７（Ｃ）に示す。ｐ型
領域６６とｎ型領域８２で構成されるダイオードは、図
７（Ｂ）に示すｐ型領域６６とｎ型領域６８が構成する
ホトダイオードからオーバフローする電子を受け、ｎ型
領域８２に蓄積する。

【００６９】なお、ｐ型領域６６とｎ型領域６８および
８２はダイオードを構成すると見ることもできるが、オ
ーバフローゲート８１を介して接続されたＦＥＴのソー
スとドレインと見ることもできる。このため、ｎ型領域
８２にオーバフロードレインの名を付す。

【００７０】オーバフロードレイン８２は、オペアンプ
５１の反転入力端子に接続される。また、オペアンプ５
１の非反転入力端子には参照電圧ＶＯＦＤが印加され
る。オペアンプ５１の出力端子と反転入力端子との間に
は、アナログスイッチ５２とキャパシタンス５３の並列
回路が接続される。

【００７１】ホトダイオードで電荷蓄積を開始する前
に、アナログスイッチ５２は導通され、オペアンプ５１
の反転入力端子および出力端子の電位はＶＯＦＤと同一
電位とされる。

【００７２】電荷蓄積が開始されると同時に、アナログ
スイッチ５２も非導通状態にされる。ホトダイオードに
電荷が蓄積され、オーバフローゲート下の電位障壁を通
って、オーバフロードレイン８２に電子が流れてくる
と、この電子はキャパシタンス５３に蓄えられる。オペ
アンプ５１の出力端子の電位が変化することにより、オ
ペアンプ５１の反転入力端子の電圧は非反転入力端子の
電圧ＶＯＦＤと同一に保たれる。

【００７３】このようにして、オーバフロードレイン８
２に電子が蓄積されるにしたがって、オペアンプ５１の
出力端子の電位は変化していく。このオペアンプ５１の
出力端子の電位変化を検出することにより、オーバフロ
ー、したがって電荷蓄積領域の電荷蓄積状態を検出する
ことができる。

【００７４】オーバフローを検出したときは、電荷蓄積
作業を終了させ、たとえば図７（Ｂ）の構成において蓄
積部からシフトレジスタ部に電荷を転送し、フローティ
ングゲート電極から蓄積電荷に対応する信号を読み出
す。

【００７５】図８は、半導体チップ上におけるラインセ
ンサの他の構成を示す。図５（Ａ）は１セル分の平面図
を示し、図８（Ｂ）はフローティング蓄積ゲート電極の
接続状態を示す平面図である。

【００７６】図８（Ａ）において、ホトダイオードＰＤ
は、たとえばｐ型シリコン表面に形成された薄いｎ型領
域で構成される。ホトダイオードＰＤに隣接して、不純
物濃度の低いｎ^-型領域が形成され、各領域上に電極が
形成されて所定のバイアス電圧を印加される。これによ
り、埋め込みチャネル型ＣＣＤが形成される。図中左側
にはｎ⁺型オーバフロードレインＯＦＤが形成され、ｎ
^-型領域のオーバフローゲートＯＦＧを介してホトダイ
オードＰＤに接続されている。

【００７７】ホトダイオードＰＤの隣に、電位障壁を構
成するバリアゲート領域ＢＧが形成され、蓄積領域ＳＴ
に連続する。蓄積領域ＳＴの一部は、クリアゲート領域
ＣＬＧを介して、クリアドレイン領域ＣＬＤに接続さ
れ、他方トランスファゲート領域ＴＧを介してＣＣＤ転
送部に連続する。

【００７８】ＣＣＤ転送部は４段構成の転送段Φ１、Φ
２、Φ３、Φ４を有する。このＣＣＤ転送部は、さらに
フローティングゲート領域ＦＧに連続する。フローティ
ングゲート領域は、電荷読みだし領域であり、ＣＣＤ転
送部の段Φ４の電荷を受け、その上に形成されたフロー
ティングゲートに誘起される電荷を読み出す。

【００７９】蓄積領域ＳＴの一部は、フローティング蓄
積領域ＳＴＦＧとされ、その上にフローティング蓄積ゲ
ート電極が形成される。蓄積領域ＳＴの電位は、その上
に容量結合する電極を形成することによって検出するこ
とができる。

【００８０】蓄積領域ＳＴは比較的大きな面積を占め、
その全面積上にフローティング蓄積ゲート電極を形成す
ると、その容量が大きくなり、動作速度を制限すること
になる。

【００８１】したがって、図に示すように蓄積領域ＳＴ
の大部分は固定電位とし、その一部にフローティング蓄
積ゲート電極ＳＴＦＧを形成し、その電位を検出した
り、制御電圧を印加することにすれば、より高速動作が
可能となる。フローティング蓄積電極ＳＴＦＧは、たと
えば蓄積領域の２０％程度の面積を有する。

【００８２】また、蓄積動作の初期は、狭いフローティ
ング蓄積ゲート電極ＳＴＦＧの下にのみ電荷が蓄積され
るので、蓄積電位が速やかに変化し、高い検出感度を与
える。蓄積動作の後期には、広い領域に電荷が蓄積され
るようになり、オーバーフローは生じにくい。

【００８３】光を検出する際には、まずクリアゲート領
域ＣＬＧが導通され、蓄積部ＳＴに存在する電荷をクリ
アドレインＣＬＤに抜きだす。このようにして、所定の
初期状態を設定した後、ホトダイオードＰＤに入射した
光によって発生する電荷をバリアゲートＢＧを介して蓄
積部ＳＴに蓄積する。

【００８４】フローティング蓄積ゲート電極ＳＴＦＧ
は、多数のセルに共通に接続される。この接続の対応
を、図８（Ｂ）に拡大して示す。光センサのセルは、た
とえば２種類の構成を有し、配置上２セルが１単位とな
る。

【００８５】図８（Ｂ）は、１単位となる２セル分にお
けるフローティング蓄積ゲート電極の接続部を示す。蓄
積領域の一部上に、フローティング蓄積ゲート電極９
１、９２が形成される。これらのフローティング蓄積ゲ
ート電極９１、９２は、たとえば多結晶シリコンによっ
て形成される。

【００８６】さらに、図中縦方向に延在して示すよう
な、たとえばアルミニウム等によって形成された配線８
８が作成され、フローティング蓄積ゲート電極９１、９
２を共通に接続する。配線８８は、他のセルのフローテ
ィング蓄積ゲート電極も共通に接続する。

【００８７】したがって、蓄積領域の一部ＳＴＦＧとそ
の上に形成されたフローティング蓄積ゲート電極９１、
９２は、多数のセルについて並列に接続され、１つの容
量を構成する。

【００８８】このようにして、図８に示す構成によれ
ば、非破壊的にＡＦセンサに入射した光量を測定するこ
とができる。なお、図２、図３に示すように、ＡＥセン
サが複数個ある場合は、図４に示す測定回路のＡＥ回路
３０はＡＥセンサの数だけ並列に設けられることにな
る。

【００８９】このような構成によれば、チップサイズを
大きくすることなく、ＡＦ測光とＡＥ測光とを同時に行
なうことができ、きめの細かい露光量制御を行なうこと
ができる。

【００９０】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。たとえば、
種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者
に自明であろう。

【００９１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
単一の半導体チップを用い、種々の露光量測定を行なう
ことができるため、きめの細かな露光量制御を行なうこ
とができる。

【００９２】また、ＡＥセンサとＡＦセンサとを同一半
導体チップ上に形成し、同一特性のフィルタを介して入
射光を供給することにより、特性の揃った入射光検出信
号を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による撮像装置用自動測光装置
を示す。

【図２】本発明の他の実施例による撮像装置用自動測光
装置を示す。

【図３】本発明の他の実施例による撮像装置用自動測光
装置を示す。

【図４】図１〜図３に示す光学系を用いて自動測光を行
なう測定回路を示すブロック図である。

【図５】図１〜図３示す半導体チップ内に形成されるＡ
Ｅセンサの構成例を示す。

【図６】図５に示すホトダイオードの特性を示すグラフ
である。

【図７】図１〜図３の構成におけるラインセンサの構成
例を示す。

【図８】図１〜図３の構成におけるラインセンサの構成
例を示す。

【符号の説明】

１半導体チップ２パッケージ基部３封止ガラス５光学モジュール６、７ＡＦレンズ８アクリル円筒部材１５基準ＣＣＤ１６参照ＣＣＤ１７ＡＥセンサ２５視野２６ＡＦゾーン２７ＡＥゾーン３０ＡＥ回路３１基準部ＣＣＤ３２参照部ＣＣＤ３３光電変換回路３４積分時間制御回路３５、３６比較回路３７ＡＦカウンタ回路３８ＡＥカウンタ回路４２、４３出力選択回路４４、４５アンプ４６相関演算回路４７Ａ／Ｄ変換回路４８主制御回路４９マイコン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０４Ｎ 5/235 9187−5Ｃ (72)発明者長谷川潤宮城県黒川郡大和町松坂平１丁目６番地富士フイルムマイクロデバイス株式会社内 (72)発明者谷口勇夫宮城県黒川郡大和町松坂平１丁目６番地富士フイルムマイクロデバイス株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】１つの半導体チップ上に所定距離を隔て
て配置され、自動焦点合わせを行なうのに適した一対の
ラインセンサと、前記ラインセンサに蓄積された電荷量を検出し、光入射
による電荷蓄積を制御するための積分制御信号を発生す
るための積分時間制御手段と、前記積分制御信号から入射光の強度を算出する第１の露
出量検出手段と、前記１つの半導体チップ上に配置された光電変換素子を
含み、入射光量検出を行なうための第２の露出量検出手
段と、前記一対のラインセンサ上に、視野中央部の実質的に同
一の対象物の像を結像させるための一対のレンズと、前記光電変換素子を含む半導体チップ表面上に、前記視
野中央部よりも広い範囲の光を照射するための光学系と
を含む撮像装置用自動測光装置。
【請求項２】前記光電変換素子は前記半導体チップ上
の前記一対のラインセンサ間に配置され、前記光学系は
前記一対のレンズの間に配置されている請求項１記載の
撮像装置用自動測光装置。
【請求項３】前記光電変換素子が複数個の独立した領
域を含む請求項１ないし２記載の撮像装置用自動測光装
置。
【請求項４】さらに、前記半導体チップ表面内の前記
一対のレンズの結像領域内に配置された側部光電変換素
子を含む請求項２記載の撮像装置用自動測光装置。
【請求項５】前記光学系が、透明円筒部材、レトロフ
ォーカス光学系、セルフォックレンズのいずれかを含む
請求項１〜４のいずれかに記載の撮像装置用自動測光装
置。