JPS63316280A

JPS63316280A - 相関器

Info

Publication number: JPS63316280A
Application number: JP62151512A
Authority: JP
Inventors: Takashi Mitsuida; 高三井田; Nozomi Ozaki; 望尾崎
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 1987-06-19
Filing date: 1987-06-19
Publication date: 1988-12-23
Also published as: US4833636A; JPH0550032B2

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、２信号の相関値を演算する相関器に関し、特
に相関値の演算処理をアナログ信号処理にて行なう相関
器に関する。

［従来技術］一般に、２信号の相関値を求めるための演算式として次
式（１）が知られている。

Ｈ（，１り＝ Σ　ｌ　Ｂ（ｋ　）−Ｒ（ｋ−１−１）　ｌ・・・・・
・（１）ｋ＝１即ら、Ｂ（ｋ）は一方の液滴ｎ信号列、Ｒ（ｋ十ｇ−１
）は他方の被演算信号列であり、変数にの変化に応じて
順に２信号の差を求め、更にこれらの差の絶対値の総和
を求めることによって２信号の相関値Ｈ（！Ｊ）を算出
する。変数１は被演算信号Ｒ（ｋ−１−１）とＢ（ｋ）
との相対的な移動量（信号のずれ吊）を示す変数であり
、変数１を変更する毎にに＝１〜ｎについての演算を繰
り返すことによって、相関値のパターンＨ（１）、Ｈ（
２）。

・・・Ｈ＜ｆＪ　）を算出することがきる。この相関値
のパターン）−１（１）〜Ｈ（１）の変化を調べること
により２信号の位相差を検出することができる。

こうした手法は信号処理技術の分野で広く利用されるが
、具体例としてカメラの合焦状態を検出するための位相
差検出装置等に適用されており、従来の相関器を第８図
に示す位相差検出装置に適用した場合について説明する
こととする。まず構成を述べると、同図において、カメ
ラの倣形レンズ１の後方に位置するフィルム等何面２の
更に後方に、コンデンサレンズ３、セパレータレンズ４
及び位相差検出装置が順に配置され、位相差検出装置は
、セパレータレンズ４によって結像されろ１対の被写体
像を受光してこれを光電変換するＣＯＤ等のラインセン
サノ５，６と、該ラインセンサ５，６の各画素に光度分
布に応じて発生する電気信号に基づき合焦状態を判別す
る相関器７より構成されている。

ラインセンサ５，６上の結像は、被写体像がフィルム等
価面より前方に位置する前ピン状態にあっては光軸８側
に近づき、逆に後ビン状態にあっては光軸８より遠ざか
り、合焦状態では前ピンと後ピンの中間の合焦位置とな
るので、相関器７が、夫々のラインセンサ５，６より発
生した電気信号に基づき、結像の光軸８よりの位置を検
出することで合焦状態を識別することができる。

ラインセンサ５，６上の結像の位置を自動的に検出する
ために上記式（１）に基づく相関演算の手法が用いられ
ている。即ち上記式（１）に基づく演ｎによりラインセ
ンサ５，６上の１対の結像の相関値を求め、相関値が最
大（又は最小）となる時の相対移動量１を調べることに
よって２信号Ｂ　（ｋ）とＲ（ｋ−１−１）との位置ず
れ（合焦状態）を識別する。

例えば、上記式（１）のＢ（ｋ）はうインセンサ５の各
画素より得られる電気信号列、ＲＣｋ十ρ−１）はライ
ンセンサ６の各画素より１ｔ′４られる電気信号列に対
応しており、変数にはこれらの画素の配列を示すことと
なる。そして、変数ρを１ないし適宜の数まで変化させ
る毎に信号Ｂ（ｋ）、Ｒ（ｋ−１−１）について上記式
（１）の演算を行なえば、第８図に示すような相関値の
パターンＨ（１）　、　Ｈ（２）、・・・、　Ｈ（ｊ　
）が得られ、例えば、相関値Ｈ（４）が最大値となる場
合〔同図（ａ）〕に合焦状態であると予め設定しておき
、これよりずれた位置での相関値が最大となれば〔同図
（ｂ）。

（Ｃ）〕、ピントのずれとそのずれ吊を１−４までの位
相差として検出することができるようになっている。

かかる演算を行なうための従来の相関器７の構成を第７
図に示している。ラインセンサ５，６の各画素より発生
したアナログの電気信号を、Δ／Ｄ変換器９によって例
えば８ビツトのディジタルデータに変換し、マイクロコ
ンピュータ１０を介して一旦ＲＡ　Ｍ　（Ｒａｎｄａｌ
ｌｌＡｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）　１１に記憶させ、
その後これらの記憶されたディジタルデータに基づいて
上記式（１）の演算を行なうようになっている。

［発明が解決しようとする問題点］しかしながら、このような従来の相関器は、相関値の演
算をディジタル信号処理に行なっているので、高速かつ
高精度の演算を行なうためには高価な△／Ｄ変換器を必
要とする欠点がある。又、演口を行なうマイクロコンピ
ュータ等のビット数の制限に起因するまるめ誤差が生じ
て訓点精度の低下をＩＲ来したり、演算処理のためのコ
ンビュータブ１１グラム設計の負担が大ぎくなる等の問
題点があった。

［問題点を解決するための手段］本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり
、被演算信号の相関値を高速かつ１度で演節すると共に
、簡素な構成にして１個の集積回路装置に収容すること
のでさる相関器を提供することを目的とする。

この目的を達成するため本発明は、一対の被演算信号の
差の絶対値の総和を相関値として演算する相関器におい
て、印加電圧に応じてポテンシャル井戸の深さが変化す
るインプット・ソースと、ゲート層に印加される信号の
電圧に応じてポテンシャル井戸の深さが変化すると共に
該インプット・ソースとの間で電荷の授受を行なうよう
に連設された第１の電荷蓄積素子と、ゲート層に印加さ
れる電圧に応じてポテンシャル井戸の深さが変化すると
共に該インプット・ソースのフェルミレベルとの間で電
荷の授受を行なうように連設された第３の電荷蓄積素子
と、ゲート層に印加される電圧に応じてポテンシャル井
戸の深さが変化すると共に該第３の電荷蓄積素子のポテ
ンシャル井戸との間で電荷の授受を行なうように連設さ
れた第４の電荷蓄積素子と、該第２、第４の電荷蓄積素
子のポテンシャル井戸より転送される電荷を蓄積するた
めのポテンシャル井戸を形成するフローティング・ディ
フュージョンとを有し、上記第１、第３の電荷蓄積素子
のゲート層に一方の被演算信号を、他方の被演算信号を
上記第２、第４の電荷蓄積素子のゲート層に夫々に供給
した後、インプット・ソースのフェルミレベルを一時的
に第１ないし第４の電荷蓄積素子のポテンシャル井戸の
深さより相対的に浅くして予め蓄積された電荷を第１な
いし第４の電荷蓄積素子のポテンシャル井戸へ流入させ
、第２又は第４の素子のポテンシャル井戸に残留する電
荷を上記被演算信号の差の絶対値として７０−ティング
・ディフュージョンに蓄積させるように構成されたこと
を特徴とし、第１ないし第４の電荷蓄積素子のポテンシ
ャル井戸の深さによって被演算信号の差の絶対値をアナ
ログ処理にて行なうようにしたことを技術的要点とする
。

［実　施　例］以下、本発明による相関器の一実施例を図面と共に説明
する。

まず、構成を第１図及び第２図に基づいて説明する。尚
、第１図は半導体集積回路技術によって！！Ｊ造される
場合の構造を示す上面図、第２図は第１図中のＸ−Ｘ線
矢視断面図である。第１図において、斜線部分１２は半
導体基板の表面部分に形成されたアイソレーションであ
り、該アイソレーション１２によって分離された一対の
演算領域△、Ｂが形成されている。

第１の演算領域Δは半導体基板上に積層されたゲート酸
化膜層（図示せず）を介して積層され且つ長手方向に連
設されたゲート層１３．１４．１５．１６゜１７を有し
、長手方向の両端にはインプット・ソース１８と７０−
ティング・ディフュージョン１９が形成されている。第
２図において更に構造を説明すれば、ゲート層１３〜１
７はポリシリコン等で形成されると共に、相隣接するゲ
ート層の側端が若干の商量をもって重なり合うように形
成されている。

又、インプット・ソース１８とフローティング・ディフ
ュージョン１９はＰ型半導体基板の表面側に形成された
ｎ＋型不純物層から成っている。

一方、第２の演算領域Ｂも演算領域へと等しく相互に整
合された構造となっている。即ち、ゲート層２０〜２４
は演算領ｍＡのゲート層１３〜１７に対応しており、イ
ンプット・ソース２５、フローティング・ディフュージ
ョン２６は夫々フローティング・ディフュージョン１８
．１９に対応した構造となっている。

更に、インプット・ソース１８．２５はアルミニウム蒸
ｆ？　Ｔｔの配線により制御ｉＩＩ端子２７に共通接続
され、後述するプリセット信号Ｉｓが印加されるように
なっている。ゲート層１３と２１がアルミニウム蒸着や
ポリシリコン等の配線によって相互に接続され、ゲート
層１４と２０が同様に相互接続されている。そして、ゲ
ート層１４．２０は容量索子Ｃ１を介して第１の入力端
子２８に接続され、グー１〜層１３．２１は容量索子Ｃ
２を介して第２の入力端子２９に接続されている。更に
、容量索子Ｃ１，Ｃ２の夫々の出力側接点には抵抗３０
．３１と基準電圧源３２．３３から成る直流バイアス回
路が接続され、基準電圧源３２の設定電圧を変えること
によりオフセット調節を行なうことができるようになっ
ている。尚、入力端子２８．２９は上記式（１）におけ
る２信号に相当する液滴鈴信号が供給されるが、詳しく
は後述する。

次に、グー１〜層１５と２２、ゲート層１６と２３、グ
ー１〜層１７ど２４が夫々接続され、ゲートＦＪ１５．
２２にはゲート駆動信号φ　１、ゲート層１６．２３に
はゲート駆動信号φ２、ゲート層１７．２４には出力制
御信号ＯＤが印加され、これらの信号、φ　１．φ　２
．ＯＤの電圧に応じてゲート層１５〜１７．２２〜２４
の下にポテンシャル井戸を形成することによって長手方
向へ電荷を転送する電荷転送デバイス（ＣＯＤ）が構成
されている。

フローティング・ディフュージョン１９．２６はアルミ
ニウム蒸着等による配線で共通接続され、その共通接点
Ｐはリセット回路を形成するＭＯＳトランジスタ３４に
接続されると共に、ソース・ホロワ回路を形成するＭｏ
８　ｔ−ランジスタ３５を介して出力端子３６に接続さ
れている。叩らＭｏ８　ｊ−シンジスタ３４のドレイン
が接点Ｐに接続され、ソースにはりセラ［・電圧Ｖｐが
印加され、ゲートに印加されるリセット信号Ｒ８によっ
て導通するとフローティング・ディフュージョン１９．
２６の電位をリセット電圧ｖｐに設定するようになって
いる。又、ＭｏＳトランジスタ３５のソースは電源ｖＤ
Ｄが印加され、ドレインは抵抗３７を介してアースに接
続されると共に出力端子３６に接続している。

次に、かかる構成の相関器の作動を第３図ないし第５図
と共に説明する。尚、被演算信号の一方を第１の入力端
子２８に、他方の信号を第２の入力端子２９に供給し、
そして、被演算信号は予め決められたタイミングに同期
して供給されるものとする。より具体的な例を述べれば
、カメラの位相差検出装置に適用した場合には、第７図
におけろうインセンサ５に発生した信号を所定のタイミ
ングで順次に入り端子２８へ供給し、ラインセンサ６に
発生した信号を同じタイミングで順次に入力端子２９へ
供給し、いずれもアナログ信号のまま供給する。尚説明
上、該タイミング毎に供給される被演算信号を夫々Ｒ（
ｉ　）、　Ｂ（ｉ　）で示すものとする。

第３図は演算処理のための制御信号Ｉｓ、Ｒ８゜φ　１
．φ２．ｏＧのタイミングチャートであり、適宜の時点
１　−１７における第１の演算領域Ａのポテンシャル・
プロフィールを第４図に、第２の演鈴領１ｔｉＢのポテ
ンシャル・プロフィールを第５図に夫々示している。

まず、演算を開始すると、リセット信号Ｒ３が一定期間
だけ“ト１”レベルに反転しく時刻１＝ｔ　１）、ＭＯ
Ｓトランジスタ３４がオンすることによって７０−ティ
ング・ディフュージョン１９．２６に電圧Ｖｐを印加す
る。これにより、第４図及び第５図に示すように夫々の
フローティング・ディフュージョン１９．２６の下に所
定の深さのポテンシャル井戸１９　ａ、　２６　ａが形
成されろ。次に、被演算信号の最初の組Ｒ（１）、　Ｂ
（１）を入力端子２８．２９に印加すると、第４図（ａ
　）及び第５図（ａ　）に示すように、ゲート層１３．
１４．２０．２１の下に信号Ｒ（１）、Ｂｆｌ）の電圧
レベルに相当する深さのポテンシャル井戸１３　ａ、　
１４　ａ、　２０　ａ、　２１　ａが形成される。

例えば、信号Ｒ（１）、　Ｂｆｌ　）の電圧がＲ（１）
＞Ｂ（１）の関係にある場合には、図示するようにポテ
ン　シャル井戸１４　ａ、　２０　ａがポテンシャル井
戸１３　ａ、　２１　ａよりも深くなる。

次にプリセット信号Ｉｓが所定期間だけ゛Ｌ″レベルに
反転し、フローティング・ディフュージョン１８．２５
の下のポテンシャル井戸１８　ａ、　２５　ａを浅くす
ることにより、このポテンシャル引戸１８ａ。

２５　ａに蓄積されている電荷を、第４図（ｂ）、第５
図（ｂ　）の矢印で示すように、ポテンシャル井戸１３
　ａ、　１４　ａ、　２０　ａ、　２１　ａの側へ流入
させ（時刻ｔ３）、再びプリセット信号Ｉｓをｌ」″レ
ベルにすることによってポテンシャル井戸１８　ａ、　
２５　ａを深くする（時刻ｔ４）。この一連の作用によ
り、演ｑ領域△のポテンシャル井戸１４　ａにはポテン
シャル井戸１３　ａが浅い分だけの電荷ｑ（１）が残留
し、他方の領域Ｂのポテンシャル井戸２０　ａ、　２１
　ａの電荷は全てポテンシャル井戸２５　ａへ戻ること
となる。

即ち、ポテンシャル１ｒ戸１３　ａ、　１４　ａの深さ
は被演算信号Ｒ（１）、　Ｂ（１）の電圧に比例するの
で、残留した電荷ｑ（１）は信号Ｒ（１）、　Ｂ（１）
の差の絶対値に比例したＭとなる。

次に、時刻ｔ５において、ゲート駆動信号φ１がパ１」
”レベルに反転すると、第４図（Ｃ）、第５図（Ｃ）に
示すように、ゲート層１５．２２の下のポテンシャル井
戸１５　ａ、　２２　ａが深くなり、ポテンシャル井戸
１４　ａに残留した電荷ｑ（１）はゲート層１６の下の
ポテンシャル井戸１６　ａへ転送される。尚、第５図（
Ｃ）に示すように第２の演算領域Ｂにおいては転送され
るべき電荷が存在しないのでポテンシャル井戸２３　ａ
は空状態となる。

再びゲート駆動信号φ　１が″「″レベルとなると（時
刻ｔ６）、第４図（ｄ）、第５図（ｄ）に示すようにポ
テンシャル井戸１５　ａ、　２２　ａは浅くなり、電荷
ｑ（１）がボテフシ１フル井戸１６　ａに保持される。

次に、ゲート駆動信号φ２が゛Ｌ″レベル、出力制御信
号ＯＧが“１」”レベルに反転して（Ｉ時刻ｔ７）、ゲ
ート［１７，２４の下のボテシラ１！ル片戸１７　ａ、
　２４　ａが深くなると共にポテンシャル井戸１６　ａ
、　２３　ａが浅くなるので、第４図（ｅ）、第５図（
ｅ　）に示すように電荷ｑ（１）がポテンシャル井戸１
９　ａに転送される。そして制御信号ＩＳ、φ　１゜φ
２．ＯＧが再び時刻ｔ　２と同じ電圧レベルに復帰する
ことにより、ポテンシャル井戸１５　ａ、　１７　ａ。

２２　ａ、　２４　ａが浅くなって遮断状態となるので
、電Ｉｑ（１）はポテンシャル井戸１９　ａに保持され
、他方のポテンシャル井戸２６　ａへの電荷の転送がな
かったこととなる。

第４図（ａ　）〜（ｅ　）と第５図（ａ　）〜（ｅ　）
は被演算信号がＲ（１）＞８（１）の関係にある場合に
ついて示しているが、逆にＲ（１）＜Ｂ（１）の場合に
は、第４図（ａ　）〜（ｅ　）に示したポテンシャル・
プロフィールが第２の演算領域Ｂに対応し、第５図（ａ
　）〜（ｅ　）に示したポテンシャル・プロフィールが
第１の演口領１ｉｉ！Ａのちのとなる。したがって、Ｒ
（１）＜８（１）の場合には、８（１）−Ｒ（１）に比
例する電荷ｑ’（１）がポテンシャル井戸２６　ａへ転
送され、ポテンシャル井戸１９　ａへの電荷の流入は無
くなる。

そして、次のタイミングで入力された被演算信号Ｒ（２
）、　Ｂ（２）についても大小関係に応じて同様に処理
され、その差の絶対値Ｉ　Ｒ（２）−８（２）１に比例
する電荷が先の電荷ｑ（１）又はｑ’（１）に加えられ
、ポテンシャル井戸１９　ａ又は２６　ａに保持される
こととなる。尚、りけット信号Ｒ３は演算のｆｌｉＩ始
時点ｔ１のみで″トじとなるが、所定数の液滴ｎ信号に
ついての相関値演口が完了するまで“ｌ−”レベルであ
るので、フローティング・ディフュージョン１９．２６
の電位は、ポテンシャル井戸１９　ａ、　２６　ａに保
持される電荷量の増加にともなって変化することとなる
。

以トの動作を所定数の組合せの信号Ｒ（１）〜Ｒ（ｎ＞
、Ｂ（１）〜Ｂ　（ｎ）について行なうと次式（２）に
示すようにポテンシャル井戸１９　ａ、　２６　ａに蓄
えられる電荷Ｑ（１）は、Ｑ（１）＝Σ　ｌ　Ｂ（ｉ　）−Ｒ（ｉ　Ｎ　　・・・
・・・（２）ｉ＝１となる。そして、この電荷ｆｆ１Ｑ（１）に比例する電
圧が第１図の共通接点Ｐに発生し、ソースホロワ回路を
構成するＭＯＳトランジスタ３５を介して出力端子３Ｂ
に出力され、この電圧は上記式（１）において１＝１と
した時の相関値Ｈ（１）に等しくなる。

次に、液滴輝信号Ｒ（ｉ　＋、　Ｂ（ｉ　）の相対移動
量を１ずらして同様の演口を行なえば、ポテンシャル井
戸１９　ａ、　２６　ａに蓄えられる電荷Ｑ（２）は、
Ｑ（２）＝Σ　ＩＢ（ｉ）−Ｒ（ｉ−＋−ｇ−１）１ｉ
＝１・・・・・・・・・・・・　（３）となり、上記式（１）において１＝２とした場合の相関
値Ｈ（２）が得られることとなる。したがって相対移動
はを順次更新しつつ同様の演算を繰返えゼば、Ｑ（！Ｊ）＝ Σ　ＩＢ（ｉ）−Ｒ（ｉ十ｇ−１＞１・・・（４）１＝
１となり、上記式（１）に等しい相関値のパターンを出力
端子３６より求めることができる。

このように、この実施例によれば、極めて簡素な構成に
して相関値のパターンを演算することができ、又、従来
のように被演算信号をディジタル信号に変換してから差
と絶対値を求めるための演のをしないので、処理速度が
速く、しかも、ダイナミックレンジを拡げることができ
る。更に半導体集積回路技術を適用して＠ｌ造すれば、
第１．第２の演算領域Ａ、Ｂのマツチングを良くするこ
とができるので、極めて優れた演算精度を得ることがで
きる。

尚、説明の都合上、カメラの自、動態点検出のための位
相差検出装置゛に適用した場合につい゛Ｃ説明したが、
これに限定することなく、２信号の相関値を検出する手
段として広い分野で利用することができることは言うま
でもない。

［発明の効果］以上説明したように本発明によれば、被演算信号が供給
される一対の電荷蓄積素子を有し、電荷蓄積素子に形成
されるポテンシャル井戸に所定の電荷を流入させたとき
に、該ポテンシャル井戸の深さに応じて残留する電荷を
液溜の信号の差の絶対値として検出することができるよ
うにしたので、被演算信号の相関演算をアナログ信号の
ままで処理することが可能となり、その結果、演ｔ’ｒ
速度及び精度の向上を図ることができる。更に構成が極
めて簡素となる等の優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による位相差検出装置の一実施例の構造
を示す上面図、第２図は第１図におけるＸ−Ｘ線矢視縦
断面図、第３図はこの実施例の作動を説明するためのタ
イジングチ１フート、第４図は第１図中の第１のｐｇ領
領域作動を説明するため第３図のタイミングチャートに
対応して示したポテンシャル・プロフィール、第５図は
第１図中の第２の演算領域の作動を説明するため第３図
のタイミングチャートに対応して示したポテンシャル・
プロフィール、第６図は位相差検出装置をカメラの自動
焦点検出装置に適用した場合の従来例を示すブロック図
、第７図は従来の位相差検出装置の構成を示すブロック
図、第８図は第６図の自動焦点検出装置における合焦状
態検出の原理を示す説明図である。１８．２５：インプット・ソース１９．２６：フローティング・ディフコ−ジョン１３〜
１７．２０〜２４：ゲート層２８、２９：入力端子３４、３５：　ＭＯＳ　トランジスタ３６：出力端子１３８〜１９　ａ、　２０　ａ　〜２６　ａ：ポテンシ
ャル井戸代　理　人　　弁理士　（８１０７）佐々木　
清　隆（ばか３名）第３図第　　４　　図第　　５　　図第　６　　図第　　７　　図 ′７Ｘ　８　図ノｌＩＧ手続補正店昭和６２年　８月　６日

Claims

【特許請求の範囲】一対の被演算信号の差の絶対値の総和を相関値として演
算する相関器において、印加電圧に応じてポテンシャル井戸の深さが変化するイ
ンプット・ソースと、ゲート層に印加される信号の電圧に応じてポテンシャル
井戸の深さが変化すると共に該インプット・ソースとの
間で電荷の授受を行なうように連設された第１の電荷蓄
積素子と、ゲート層に印加される電圧に応じてポテンシャル井戸の
深さが変化すると共に該インプット・ソースのフェルミ
レベルとの間で電荷の授受を行なうように連設された第
３の電荷蓄積素子と、ゲート層に印加される電圧に応じ
てポテンシャル井戸の深さが変化すると共に該第３の電
荷蓄積素子のポテンシャル井戸との間で電荷の授受を行
なうように連設された第４の電荷蓄積素子と、該第２、
第４の電荷蓄積素子のポテンシャル井戸より転送される
電荷を蓄積するためのポテンシャル井戸を形成するフロ
ーティング・ディフュージョンとを有し、上記第１、第３の電荷蓄積素子のゲート層に一方の被演
算信号を、他方の被演算信号を上記第２、第４の電荷蓄
積素子のゲート層に夫々供給した後、インプット・ソー
スのフェルミレベルを一時的に第１ないし第４の電荷蓄
積素子のポテンシャル井戸の深さより相対的に浅くして
予め蓄積された電荷を第１ないし第４の電荷蓄積素子の
ポテンシャル井戸へ流入させ、第２又は第４の素子のポ
テンシャル井戸に残留する電荷を上記被演算信号の差の
絶対値として第２のフローティング・ディフュージョン
に蓄積させるように構成されたことを特徴とする相関器
。