JP3285376B2 - 自動焦点検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】 本発明は、光電変換素子が２次
元的に配されたセンサ手段を使用して例えば撮影装置の
画面内の任意の領域で焦点検出を行うことができる自動
焦点検出装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、カメラの自動焦点検出装置とし
て、撮影画面内の複数点の焦点検出が可能な装置が多数
提案されている。

【０００３】自動焦点検出装置に使用される光電変換素
子であるセンサは、焦点検出点各々に対応した有限個の
センサ列を同一基板上に配置したものであり、これの具
体的な構成としては、たとえば、特開昭６３−１１９０
６号、特開昭６３−１７２２０９号、特開平１−２７１
７１６号公報などに詳しく記載されている。

【０００４】 図７は、従来の自動焦点検出装置の光学
系の構成を示す図である。図７ａに示すように、自動焦
点検出装置の光学系は、フィールドレンズ２５１、多孔
視野マスク２５２、正レンズ二枚を並設した２次結像レ
ンズ２５３、及び、センサ列対が複数配列されたセンサ
チップ２５４から構成される。多孔視野マスク２５２は
不図示の撮影レンズの予定結像面近傍の位置に設けら
れ、多孔視野マスク２５２の開口２５２ａ，２５２ｂ，
２５２ｃは、それぞれ撮影画面中の焦点検出領域を決定
する。２次結像レンズ２５３は開口２５２ａで制限され
た被写体像の一部をセンサ列対２５４ａ，２５４ｂ上に
再結像する。同様に開口２５２ｂ、及び、２５２ｃで制
限された被写体像は、それぞれセンサ列対２５４ｃ，２
５４ｄ、及び、２５４ｅ，２５４ｆ上に再結像される。
各センサ列対の被写体像信号は電気信号として読み出さ
れ、処理装置内で焦点検出演算が実行される。

【０００５】このようにして、各開口２５２ａ，２５２
ｂ，２５２ｃで決定された焦点検出視野内の被写体に対
する撮影レンズの焦点状態が検出される。３個の開口２
５２ａ，２５２ｂ，２５２ｃが決定する焦点検出視野を
撮影画面に当てはめると、たとえば図７ｂに示す撮影画
面２５５の焦点検出視野２５５Ｌ，２５５Ｃ，２５５Ｒ
の位置に相当する。

【０００６】焦点検出視野がたかだか数個程度で、しか
も視野位置が固定の場合には、この例のように、センサ
チップ２５４上に各検出視野位置に対応してセンサ列を
離散的に配置し、センサチップ２５４上の各センサ列の
間の領域にはセンサ駆動用の回路を設ける構成をとるの
が一般的である。

【０００７】しかし、焦点検出視野の数を従来以上に増
やしたい場合や、状況に応じて視野位置を変更したい場
合には、縦横２次元的に光電変換素子を規則正しく配列
させた、いわゆるエリアセンサを使用することが望まし
い。特に視野位置を変更したい場合は、視野マスクとし
ては前述のような焦点検出視野に対応する開口を有する
多孔視野マスク２５２ではなく、図８に示すエリアセン
サ２５７を用いた自動焦点検出装置の光学系における視
野マスク２５８のように、複数の焦点検出視野すべてを
包含する大きな開口２５８Ｒを１つだけ有するものを使
用する。

【０００８】 図８はエリアセンサ２５７を用いた自動
焦点検出装置の光学系の構成を示す図であり、この光学
系の基本原理は図７に示す従来形を踏襲しているので、
同一構成部には同一の番号を付している。視野マスク２
５８は不図示の撮影レンズの予定結像面近傍の位置に設
けられ、単一の広い開口２５８Ｒの制限する領域が焦点
検出が可能な範囲となる。２次結像レンズ２５３の手前
には絞り板２５９が置かれ、絞り孔２５９Ｐ，２５９Ｑ
の各々が２次結像レンズ５３の各正レンズに入射する光
束を規制する。絞り板２５９の位置は、フィールドレン
ズ２５１のパワーにより撮影レンズの射出瞳の位置に略
々結像するような関係に置かれている。

【０００９】１対の正レンズ二枚から成る２次結像レン
ズ２５３は、開口２５８Ｒで決定された被写体像をエリ
アセンサ２５７の受光領域の対２５７Ｐと２５７Ｑ上に
再結像する。エリアセンサ２５７の２つの受光領域２５
７Ｐ，２５７Ｑ上の被写体像信号は電気信号として読み
出され、処理装置内で焦点検出演算が実行される。

【００１０】なお、図８ではエリアセンサ２５７は２個
の隔てられた受光領域２５７Ｐ，２５７Ｑを有するもの
として表されているが、所定の制御性が得られるものな
らば一続きの受光領域であってもよい。

【００１１】一般に撮影画面には主たる被写体と共にそ
の背景が併存しているので、焦点検出の対象となる画面
領域は何らかの形で限定されなければならない。

【００１２】図７に示す従来形の例では、多孔視野マス
ク２５２の各開口２５２ａ，２５２ｂ，２５２ｃが光学
的な領域限定の役目を果たしている。また、それ故に２
次結像レンズ２５３の予定結像面には、各開口２５２
ａ，２５２ｂ，２５２ｃに対応した形状のセンサ列だけ
を配すればよい。

【００１３】しかし、エリアセンサ２５７を使用した図
８のような形態では、光学的に領域を限定する手段を持
たないため、画面領域の限定には電気的な手段を講じな
ければならない。具体的には、たとえばエリアセンサ２
５７の受光領域の一部分の被写体像情報を選択的に読み
出したり、或いは広い範囲で読み出した被写体像情報の
中の特定の領域の情報を選択的に演算処理することによ
って、撮影画面の局所領域における焦点状態の検出を行
う必要がある。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】エリアセンサ２５７を
使用した前述の形態の自動焦点検出装置では、焦点検出
領域を複数有し、かつ、それらの位置を可変にするため
に、視野マスク２５８の開口２５８Ｒを大きくとること
によってエリアセンサ２５７上に広い範囲の被写体像が
結像するようにされており、そのために次のような問題
が生じる可能性がある。即ち、被写体像はエリアセンサ
２５７全体にわたる大きなものとなり、エリアセンサ２
５７の周辺部に結像される像は光学系の収差の影響を受
けて少なからず歪んでくる。一般に焦点検出用の光学系
では、撮影光学系とは異なり系構成上の制約もあって収
差が大きい。

【００１５】図９は焦点検出用光学系の収差を説明する
図である。図９ａに示す撮影画面２６０における長方形
の画面に対応する領域２６０ａ，２６０ｂ，２６０ｃ
は、図９ｂに示すエリアセンサ２５７の受光領域２５７
Ｐ，２５７Ｑ上では、（２５７ａ，２５７ｂ），（２５
７ｃ，２５７ｄ），（２５７ｅ，２５７ｆ）の各領域に
対応し、特に周辺部は緩く弧を描く形となる。勿論、焦
点検出用光学系の構成によっては、この収差は図９ｂに
示す方向と逆方向に曲がるようになることもある。

【００１６】従って、撮影画面上に設定した焦点検出領
域の形状を、そのままエリアセンサ２５７の面上に当て
はめて被写体像情報の選択を行うと、特に画面周辺部の
位置において正しい焦点検出が行われなくなってしま
う。

【００１７】また、撮影画面内の複数の位置或いは任意
の位置における焦点検出を可能とする自動焦点検出装置
については、従来から様々の実用化が行われている。

【００１８】このような自動焦点検出装置の代表的な方
式としては、コントラスト検知方式或いは２像位相差検
知方式を採用して実現できる。いずれにしても、被写体
の光量分布を把えて演算により焦点状態を検出する、い
わゆるパッシブ方式では、光量分布を把えるための光電
センサアレーを使用する。

【００１９】 パッシブ方式を用いて多数の焦点検出位
置で焦点検出を行う技術は、一眼レフカメラにおいて実
用化されている。この場合のセンサの配列としては、焦
点検出点各々に対応してリニアセンサアレーを各々個別
に用意し、これらのリニアセンサアレーをワンチップ上
に集積したものとして構成される。この場合の具体的な
構成方法は、たとえば、特開昭６３−１１９０６、特開
昭６３−１７２２０９、特開平１−２７１７１６などに
詳しく記載されている。

【００２０】図２３は自動焦点検出用光学系を示す図で
ある。フィールドレンズ１０１、多孔視野マスク１０
２、正レンズ二枚を並設した２次結像レンズ１０３、そ
して、光電素子列の対が複数配列されたセンサデバイス
１０４が配置されている。多孔視野マスク１０２は、不
図示の撮影用対物レンズの予定結像面近傍の位置に設け
られ、各スリット１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃはそれ
ぞれ測距視野を決定する。２次結像レンズ１０３は、た
とえばスリット１０２ａで画定された被写体像の一部を
光電素子列の対１０４ａと１０４ｂ上に再結像する。ま
た、スリット１０２ｂ及びスリット１０２ｃで画定され
た被写体像の部分は、それぞれ光電素子列の対１０４ｃ
と１０４ｄ、及び、１０４ｅと１０４ｆ上に再結像され
る。光電素子列の各対の受光情報は電気信号として読み
出され、相関演算が施されて、各スリットで決定された
測距視野内の被写体に対する対物レンズの焦点調節状態
を表す値が算出される。撮影画面１０５に対して、３個
のスリットで画定される測距視野は、たとえば、１０６
Ｌ，１０６Ｃ，１０６Ｒの位置に設定される。

【００２１】焦点検出の位置がこのようにたかだか数個
程度である場合には、上述のセンサデバイス１０４のよ
うに、各焦点検出位置に対応してリニアセンサアレーを
ワンチップ上に離散的に設ける方法が可能である。な
お、離散的に配置される各リニアセンサアレーの間の領
域には、リニアセンサアレーの機能をサポートするロジ
ック回路やアナログ回路を設けられるので、集積度の高
いデバイスが構成できる。

【００２２】しかし、焦点検出位置の配置をより稠蜜に
しようとすると、この方法には限界があり不適切であ
る。その理由は、リニアセンサアレーは各アレー毎に画
像アナログ情報の一時記憶手段（一斉に蓄積終了した光
電荷情報をシリアルに出力するために必要）、シリアル
情報転送系、情報を順次に読み出すためのクロッキング
を行うシフトレジスタなどをセンサ画素以外に必要と
し、かつ、これらの付加回路の方がセンサ画素よりもは
るかに大面積を必要とするので、ワンチップ内に構成で
きるセンサアレーの数は実質的に厳しく制限されること
になる。

【００２３】そこで、従来以上に焦点検出位置を蜜に配
置するためには、縦横２次元的にセンサセルが規則正し
く配列された、いわゆるエリアセンサを用いることが望
ましい。この場合、エリアセンサの受光領域の一部分の
画素情報を選択的に演算処理することにより、特定の被
写体位置における焦点状態を検出できる。テレビカメラ
やＶＴＲ一体型カメラなど、電子的撮像デバイスを内蔵
するカメラでは、撮像用センサと焦点検出用センサの兼
用が可能であるため、多点検出ではないがエリアセンサ
を用いた焦点検出が実用化されている。

【００２４】図２４にその一例を示す。フォーカスレン
ズ１０７は、フォーカスモータ１０８によって駆動可能
に構成され、バイモルフ１０９の中央には固体撮像素子
１１０が取付けられている。固体撮像素子１１０はフォ
ーカスレンズ１０７により結像された光学的画像情報を
光電変換するもので、通例１０万〜５０万画素を有し、
不図示のビデオ信号処理系に導かれて画像信号を出力す
る。バイモルフ１０９はバイモルフ駆動回路１１１から
の交流電圧によって駆動され、固体撮像素子１１０を光
軸の方向に振動させる。固体撮像素子１１０の出力信号
はボケ検出回路１１２に接続されており、ボケ検出回路
１１２は、振動によって前ピン状態（前方にピントが合
っている状態）か後ピン状態（後方にピントが合ってい
る状態）かを検出し、ボケが少なくなる方向へフォーカ
スモータ１０８を回転させ、フォーカスレンズ１０７を
駆動する。

【００２５】一般に撮像の全画面内には、撮影の対象で
ある主要被写体とその背景とが同時に併存しているの
で、ボケ検出回路１１２において演算検出の対象とする
画面の範囲は何らかの形で限定されなければならず、従
来の技術では通例画面中心部に限定することで制御対象
範囲を予め制限している。または、画面中心のまわりに
一定の大きさの枠を設け、その範囲内で最もコントラス
トの高い個所を対象に制御するという手法もよく用いら
れている。

【００２６】画素が縦横２次元的に配列された光電エリ
アセンサを用いた焦点検出装置の場合、従来の技術では
以下に述べるような多くの課題があり、また、多数の焦
点検出点を配列して比較評価し制御するという高度な技
術は、未だ実用化が完熟していない。

【００２７】第１の課題は、一般の撮像用光電エリアセ
ンサでは被写体画像の局部的情報にランダムにアクセス
する方法を採っていないことである。一般に多点焦点検
出では、各検出点の画像情報を速やかにデータ演算処理
し、比較評価した結果をピント調節制御に反映させる必
要があり、この演算処理はマイクロプロセッサをベース
としたハードウエア、または、ＤＳＰなどのディジタル
回路により実行されるので、画像情報をアナログ／ディ
ジタル（Ａ／Ｄ）変換し、ディジタルメモリに蓄積する
手段が必要である。各焦点検出点の情報にランダムアク
セスできると、このようなデータサンプリングは、シス
テムのハードウエア構成、メモリ容量、Ａ／Ｄ変換器の
所要速度などあらゆる面で著しく容易になる。従来のエ
リアセンサでは、焦点検出のための指定ブロックをラン
ダムに読み出す機能が十分でないため、高度な焦点検出
機能の構成が困難であった。特に位相差方式の焦点検出
装置では、異なる光学経路を通過してきた２つの対応す
る光学画像の光電出力を必要とし、互いに離れた対応す
る２ブロックを同期したタイミングで適切に制御出力す
るセンサデバイスを必要とする。通常のエリアセンサで
は、一律の高いクロック速度で全画面を読み出す中で所
要のデータを取り出さねばならず、また、読出しのタイ
ミングがハード上制約されてしまう。このため高速デバ
イスを使用するにもかかわらず、焦点検出結果を得るま
でに時間を要し、システムの能力を高くできないという
問題が起こる。また、焦点検出の位置を撮影レンズの焦
点距離や被写体の種類で変えたい場合もあり、ランダム
に検出点を指定できることは重要な用件である。

【００２８】第２の課題は、各焦点検出点の輝度やコン
トラストが異なる一般的な場面で、各焦点検出点毎に最
適な信号蓄積ができないという大きな問題である。写真
やビデオなどで通例撮像の対象となる人物や風景は光量
の強弱範囲が広く、かつ、必ずしも主要な被写体が最も
明るいとは限らない。たとえば、撮影したい人物の顔よ
りも背景となる風景の方が１０〜１００倍輝度が高い場
合などは頻繁に発生する状況である。また、背景に太陽
の正反射があって主被写体より１０００倍も明るい点が
あったりする。従って、多数の焦点検出点を有するシス
テムにエリアセンサを適用した場合には、各々の焦点検
出点に対して最適の蓄積制御及び読出し時のアンプゲイ
ン指定ができる必要がある。常温で用いる通常のシリコ
ン光電素子は１００〜１０００程度のダイナミックレン
ジしかないため、撮影対象となる広範な輝度変動に対し
て、全画面一律の制御では各検出点の十分なＳ／Ｎ確保
は期待し難い。従来のエリアセンサを用いると、結果と
して輝度が高い位置に対して最適制御されるため、撮影
者の意図には無関係に高輝度物体もしくは高コントラス
ト物体に優先的にピント合わせが行われるようなシステ
ムが構成されてしまう。

【００２９】更に、焦点検出点の配置を稠蜜にすると、
光電センサの画素サイズが小さくなってくるので、各焦
点検出点毎に配分される光量が減少し低輝度側の性能が
悪くなる。従って、従来のエリアセンサをそのまま多点
焦点検出系に使用すると、低輝度限界性能の劣化、補助
光投光時の補助光有効距離の劣化が避けられない。

【００３０】 本発明の目的は、焦点検出領域が画面の
周辺部であっても光学系の特性の影響を受けることなく
正確な焦点検出を可能にする自動焦点検出装置を提供す
ることである。

【００３１】

【００３２】

【課題を解決するための手段】 上記目的を達成するた
めに、本発明は、入射する光を像信号に変換する光電変
換素子が２次元的に配されたセンサ手段と、該センサ手
段に対して像を結像させる光学系と、焦点検出視野に対
応する前記センサ手段上の領域を指定するに際して前記
光学系の特性に応じて前記焦点検出視野の形状とは異な
る形状の領域を指定する指定手段と、該指定手段にて指
定された領域における光電変換素子からの像信号に基づ
いて焦点状態を検出する処理手段とを備えた自動焦点検
出装置とするものである。

【００３３】

【００３４】

【実施例】図１は本発明の第１の実施例である自動焦点
検出装置の構成を示すブロック図であり、本実施例では
撮影装置に組み込まれて用いられる場合を想定してい
る。

【００３５】エリアセンサ２０１にはインタフェイス回
路２０２が接続され、インタフェイス回路２０２は処理
装置であるマイクロコンピュータ２０３に接続されてお
り、前記エリアセンサ２０１はマイクロコンピュ−タ２
０３により領域指定や蓄積制御を行われる。マイクロコ
ンピュータ２０３はＣＰＵ（中央処理部）２０４、ＲＯ
Ｍ２０５、ＲＡＭ２０６、ＥＥＰＲＯＭ（電気的消去可
能プログラマブルＲＯＭ）２０７を有し、ＲＯＭ２０５
に格納されているプログラムに従って焦点検出処理動作
を実行する。

【００３６】ＥＥＰＲＯＭ２０７には、焦点検出用光学
系の収差情報が、調整工程などによって予め格納されて
いる。

【００３７】図２は自動焦点検出装置の焦点検出処理プ
ログラムのフローチャートであり、同プログラムは前述
したようにＲＯＭ２０５に格納されている。

【００３８】マイクロコンピュータ２０３が焦点検出処
理を開始すると、ステップ１０１でセンサ蓄積を実行
し、ステップ１０２でエリアセンサ２０１に蓄積された
被写体像信号の読み出しを行う。

【００３９】ここで、図３は撮影画面２０８及びそれに
対応するエリアセンサ２０１上の領域を示す図であり、
本実施例では、図３ｂに示すエリアセンサ２０１の３対
の領域（２０１ａ，２０１ｂ）、（２０１ｃ，２０１
ｄ）、（２０１ｅ，２０１ｆ）を比較的広くカバーする
領域を指定する。

【００４０】所定の領域の像信号の読み出しが完了する
とステップ１０３に進み、焦点検出領域を決定する。撮
影画面２０８上の焦点検出領域が決定されると、ＥＥＰ
ＲＯＭ２０７に格納されている光学系の収差情報に基づ
いてエリアセンサ２０１上での選択領域を算出する。そ
して、その領域の被写体像信号を焦点検出処理に適した
形に変換する。

【００４１】図３ａに示す撮影画面８上の焦点検出すべ
き領域が仮に領域２０９ａに決定されたものとすると
（ここでの領域の選定は画面中央領域優先や前回の選択
結果優先などのルールがよく使用されるが、領域の選定
に関する説明は省略する）、ＥＥＰＲＯＭ２０７に格納
されている光学系の収差情報から、エリアセンサ２０１
上での対応領域が図３ｂの２０１ｅ，２０１ｆであるこ
とが算出される。なお、ＥＥＰＲＯＭ２０７には画面各
位置について詳細な収差情報を格納してもよく、或い
は、画面上で代表的な何点かの焦点検出領域の位置と形
状を予め想定し、それに対応するエリアセンサ２０１上
での領域の位置と形状を記憶しておいてもよい。

【００４２】ステップ１０３でエリアセンサ２０１上で
の焦点検出領域の形状が算出されると、それに基づいて
ステップ１０４で被写体像信号の加工処理が実施され
る。

【００４３】図４はエリアセンサ２０１の受光領域の一
部２０９（図３ｂ参照）を示す図である。撮影画面２０
８上で長方形の被写体領域は、エリアセンサ２０１の一
部２０９の上では破線で示す領域２１０のように長方形
ではなく、光学系の収差の影響を受けて実線で示す曲が
った形の領域２１１のようになる。従って、画面上で長
方形の被写体領域の焦点を検出しようとするならば、領
域２１１の画素の像信号を処理するようにしなければな
らない。

【００４４】実際の焦点検出処理動作においては、例え
ば位相差検出方式では、１次元方向の位相差を検出する
ものであるから、２次元の方向を有する領域の被写体情
報を１次元の情報に変換する必要がある。そのために
は、図４に示すように、マイクロコンピュータ２０３の
内部でＲＡＭ２０６に格納されている被写体像信号を用
いて、水平方向の画素単位毎に領域内の垂直方向の像信
号を加算して１次元像信号２１２を作ればよく、その結
果、焦点検出処理演算は１次元像信号２１２に対して実
施される。

【００４５】次のステップ１０５で、ステップ１０４で
作られた１次元像信号から、公知の焦点検出処理演算に
より目的とする撮影画面領域の焦点状態が検出される。

【００４６】次に、図１に示すエリアセンサ２０１の内
部構成について説明する。以下の説明では、エリアセン
サ２０１の領域２０１Ｐ，２０１Ｑの内片側について説
明するが、他方の内部構成も同様である。

【００４７】エリアセンサ２０１は次の３つの機能を有
している。

【００４８】・焦点検出を行うべき領域を複数個任意に
指定できる。

【００４９】・指定された領域での光量のピーク値を検
出できる。

【００５０】・ピーク値を検出する画素方向と直交する
方向に光量信号を加算することができる。 （１）全体構成 図５はエリアセンサ２０１のＲ〜R+1 行、ｊ〜j+1 列部
の回路図である。

【００５１】１つの画素の構成要素について、Ｒ行、ｊ
列部に着目して説明する。２１５は焦点領域を指定する
ためのＳＲＡＭ、２１６と２１７はアンプ、２１８はス
イッチ、２１９は垂直方向に並んだ画素の指定された領
域での光量信号のピーク値を検出する出力ラインＰout,
j 、２２０は光電変換用フォトダイオード、２２１と２
２２は電荷転送用ＣＣＤである。

【００５２】アンプ２１６及びアンプ２１７は２２３に
示す電源Ｖ1 に接続され、それぞれのゲートはｊ列部で
共通の垂直ライン２２４，２２５によりそれぞれパルス
φj,1 、パルスφj,2 が印加可能になっている。また、
ＳＲＡＭ２１５へは、垂直ライン２２６によりパルスφ
j,4 、水平ライン２２７によりパルスΦR,1 が印加可能
となっている。光電変換用フォトダイオード２２０は、
アンプ２１６及びアンプ２１７のゲート下のセンシング
チャネル２２８，２２９及び２３０を介して接続されて
いる。更に、アンプ２１７のソース側電極２３１は、水
平読出しライン２３２に接続され、この水平読出しライ
ン２３２には、信号読出し容量ＣT,R がつながり、更に
スイッチ２３３を介して、共通の垂直読出しライン２３
４に接続されている。

【００５３】また、光電変換部用フォトダイオード２２
０の上面には、酸化膜を介して電極２３５が設けられ、
共通の垂直ライン２３６を通してパルスφj,3 が印加さ
れる。電荷転送用ＣＣＤ２２１，２２２には、共通の垂
直ライン２３７，２３８により、それぞれパルスφj,5
、パルスφj,6 が印加される。 （２）素子構造 図６はエリアセンサ１の素子構造を示す断面図である。

【００５４】図６ａは、図５の回路図におけるアンプ２
１６，２１７のゲート直下部と光電変換部の素子断面図
であり、図６ｂは、アンプ２１６，２１７のソース、ゲ
ート、ドレイン部での素子断面図である。

【００５５】２３９はアンプ２１６，２１７のゲート電
極で、ゲート容量低減のため下部のチャネル層との間の
酸化膜厚を約１０００ としている。２４０は光電変換
部（フォトダイオード２２０）上の電極で、２３９，２
４０の両電極に印加するバイアス関係により光電変換部
に蓄積されたキャリアをアンプのセンシングチャネル２
２８，２２９へ転送可能とする。２４１は絶縁層（たと
えばSiO2層）、２４２はSiとSiO2との界面に空乏層が接
することを防止するためのｎ型拡散層で、暗電流の発生
を抑制する。２４３はｐウエル層、２４４はｎ型基板
で、ｐウエル２４３、ｎ型基板２４４間は逆バイアスが
印加されているためｐウエル２４３は空乏化している。
また、２４５はｎ型拡散層２４２より深く形成されたｎ
層で、ｎ層２４５とｐウエル２４３との界面２４６に、
光電変換部で発生したキャリア（電子）２４７が転送さ
れ、このキャリアによりｎ型基板２４４，界面２４６に
示すドレイン、ソース間を流れるキャリア（正孔）２４
８が変調され、これにより増幅機能を持つ。 （３）動作（第１） 図５によりエリアセンサ２０１の動作について説明す
る。第１の動作は、各列によりまず電荷蓄積を行い、そ
のピーク検出を行い、着目している列の信号が不足して
いる場合には信号加算を行う動作である。

【００５６】（ａ）焦点領域の指定 各画素部に設けられたＳＲＡＭ２１５にパルスφj,4 、
ΦR,1 （ｊ，Ｒは選択領域の列番号，行番号）により書
き込みを行う。この書き込まれた画素がＲ行ｊ列の時、
ＳＲＡＭ２１５の出力がスイッチ２１８に接続されてい
るため、アンプ２１６の出力端子２４９がピーク検出用
垂直ライン２１９に接続される。

【００５７】（ｂ）蓄積動作 アンプ２１６のセンシングチャネル２２８がポテンシャ
ルとして最も高くなるようにパルスφj,1 、φj,2 、φ
j,3 、φj,5 、φj,6 を印加する。このポテンシャルに
より光電変換部で発生したキャリアは、すべてピーク検
出用アンプ２１６のセンシングチャネル２２８に流れ込
む。図６ｂに示す原理により、このセンシングチャネル
２２８のキャリアによりアンプ２１６の出力が変調さ
れ、ピーク検出用出力ライン２１９に出力される。この
場合、増幅される正孔と光電変換で発生した電子とは異
なる領域に在り再結合は生じない。

【００５８】（ｃ）蓄積の終了、水平ライン読出し 指定受光領域の画素の列方向のピーク値は、蓄積期間中
に２１９に示す各ピーク検出用出力ラインＰout,j によ
り検出される。従って、焦点領域の内、焦点信号を検出
したい垂直ラインのピーク出力が所望の値に達した時
（たとえば、ｊ列の蓄積を終了した時）、パルスφj,1
、φj,2 、φj,3 によりアンプ２１７のセンシングチ
ャネル２２９のポテンシャルが最も高くなるようにす
る。これにより、アンプ２１６のセンシングチャネル２
２８に蓄積されていた光電変換により発生したキャリア
は、センシングチャネル２３０を介してアンプ２１７の
センシングチャネル２２９に転送され、水平読出しライ
ン２３２を通して、増幅された信号が容量ＣT,R に読み
出される。

【００５９】（ｄ）出力ライン読出し 各容量ＣT,R に読み出された信号は、パルスΦR,2 によ
りスイッチ２３３を介して出力ライン２３４に出力され
る。

【００６０】（ｅ）横方向画素の加算動作 たとえば、焦点信号を検出しようとしていた垂直ライン
のピーク値が、システムで要求される最大の蓄積時間に
おいても十分でない場合は、上記（ｃ）に示す蓄積の終
了と同時に水平ライン読出しを行わず、横方向の画素の
加算を行う。この場合は、蓄積終了後、各画素列の光電
変換用フォトダイオード２２０，２５０に接続された電
荷転送用ＣＣＤ２２２（たとえば、ｊ列の場合は２２２
j に示すＣＣＤ）に、ピーク検出用アンプ２１６のセン
シングチャネル２２８に蓄積していた信号キャリアを転
送する。ｊ列の場合は、パルスφj,1 、φj,3 、φj,5
により実行できる。

【００６１】次に、水平方向のキャリアを加算する。た
とえば、(j+1) 列の信号をｊ列に足し上げる場合、パル
スφj+1,5 、φj+1,6 により(j+1) 列の画素部の電荷転
送用ＣＣＤ222j+1のキャリアをｊ列の電荷転送用ＣＣＤ
222jの方へ転送する。この動作によりｊ列と(j+1) 列の
キャリアが加算される。加算後、パルスφj,1 、φj,2
、φj,3 により読出し用アンプのセンシングチャネル
２２９のポテンシャルを高くし、キャリアをセンシング
チャネル２２９に転送して読出しを行えば、加算信号が
水平読出しライン２１８に出力される。

【００６２】以上、ｊ列と(j+1) 列の信号加算の方法に
ついて説明したが、この信号加算は２列だけでなく、各
ＣＣＤのパルスにより多数列の加算も可能である。 （４）動作（第２） 第２の動作は、指定された領域内で蓄積動作中に信号加
算を行う動作である。 （ｆ）自動焦点領域の指定 各画素部に設けられたＳＲＡＭ２１５にパルスφj,4 、
ΦR,1 により書き込む動作は第１の動作と同様である。

【００６３】（ｇ）蓄積動作 上記（ｆ）により指定された２次元領域において、ｊ列
と(j+1) 列の信号加算を蓄積動作時から行う例について
説明する。

【００６４】パルスφj,1 、φj,2 、φj,3 、φj,5 、
φj,6 、φj+1,1 、φj+1,2 、φj+1,3 、φj+1,5 、φ
j+1,6 により決まる各半導体層のポテンシャルを、それ
ぞれ、Ｖφj,1 、Ｖφj,2 、Ｖφj,3 、Ｖφj,5 、Ｖφ
j,6 、Ｖφj+1,1 、Ｖφj+1,2 、Ｖφj+1,3 、Ｖφj+1,
5 、Ｖφj+1,6 とする。

【００６５】この場合、 Ｖφj,2 ，Ｖφj,3 ＜Ｖφj,1 ………… Ｖφj+1,1 ，Ｖφj+1,2 ＜Ｖφj+1,3 ＜ Ｖφj+1,6 ＜Ｖφj+1,5 ＜Ｖφj,6 ＜Ｖφj,3 ………… 上記の，を満足するように上記のパルスを印加す
る。このようなポテンシャル関係にしておけば、これに
より、光電変換用フォトダイオード２２０，２５０で発
生したキャリアは、すべてアンプ２１６のセンシングチ
ャネル２２８に集められる。これにより、蓄積期間中に
水平方向２画素分の加算信号がピーク出力ライン２１９
に読み出される。

【００６６】（ｈ）蓄積の終了、水平ライン読出し 第１の動作と同じ。

【００６７】（ｉ）出力ライン読出し 第１の動作と同じ。

【００６８】なお、上記第１の実施例では、エリアセン
サ２０１上の選択領域の２次元の被写体像情報を１次元
の像情報に変換する方法として、予め広い範囲で読み出
していた像情報をマイクロコンピュータ３内で加算処理
するという方法を採用しているが、エリアセンサ１を用
いる場合の他の方法としては、前述した画素信号の加算
機能を利用して制御領域を決定し、該エリアセンサ２０
１内で１次元情報として処理して出力させる方法を採用
してもよい。

【００６９】また、以上の説明では、光学系の特性に関
する情報として、光学収差情報を用いたが、光学系の情
報としては、ファインダー内の位置とセンサチップ上の
位置との対応である、いわゆるパララックス調整に関す
る情報を使用することもできる。これは、本来機械的な
調整を必要としていた工程をある程度省略し、残りの調
整量を電気的な調整に置換するものであり、調整工程を
大幅に簡略化することが可能となる。

【００７０】図１０は本発明の第２の実施例である半導
体光電エリアセンサの構成を示す図であり、図１１は同
じく半導体光電エリアセンサの素子構成を立体的に示す
断面図であり、図１２は本発明の第３の実施例である半
導体光電エリアセンサの構成を示す図である。また、図
１３は本発明の各実施例による半導体光電エリアセンサ
を使用した位相差検出方式の自動焦点用光学系を示す図
である。

【００７１】先ず、図１３により自動焦点検出動作の概
要を説明する。

【００７２】図１３ａに示すように、視野マスク板９１
は、不図示の撮影用対物レンズの予定結像面近傍の位置
に設けられ、単一の広い測距視野開口９２の内部が画定
された焦点検出範囲となる。１対のレンズ二枚から成る
２次結像レンズ９３は、測距視野開口９２のスリットで
画定された被写体像を光電エリアセンサ９４の１対の受
光領域９４Ｐ及び９４Ｑ上に再結像する。光電エリアセ
ンサ９４の１対の受光領域９４Ｐ，９４Ｑの受光情報
は、対応する位置の局部的画像情報が電気信号として読
み出され、相関演算が施されて、各位置の被写体に対す
る対物レンズの焦点調節状態を表す値が算出される。

【００７３】２次結像レンズ９３の手前には、絞り板９
５が置かれ、１対の絞り孔９５Ｐ，９５Ｑの各々が各レ
ンズに入射する光束を規制している。絞り板９５の位置
は、フィールドレンズ９６により撮影用対物レンズの射
出瞳の位置に略々結像関係となるように置かれている。

【００７４】光電エリアセンサ９４は次の各機能を有す
る。

【００７５】１）焦点検出を行うべき領域を複数個任意
に指定できる。

【００７６】２）指定された領域での光量のピーク値を
検出できる。

【００７７】３）ピーク値を検出する画素方向と直交す
る画素方向に、光量信号を加算することができる。

【００７８】なお、図１３（ａ）では、光電エリアセン
サ９４は、２個の隔てられた受光領域９４Ｐ，９４Ｑを
有するものとして記載されているが、所定の制御性が得
られるものならば、一続きの受光領域であってもよい。
一般には２像が分離するため、２個の光像の間には光学
的に使用しない境界領域ができることから、この部分に
周辺回路を構成した方がチップサイズを縮小できる点で
有利である。

【００７９】位相差検知方式では、一般に２個の光像の
対応する位置同志で比較相関をとることを原理とするた
め、上記１）の機能により複数個任意に指定する焦点検
出領域の各々は、対応する２個の検出用画素ブロック
を、光電エリアセンサ９４の１対の受光領域９４Ｐ，９
４Ｑ内に各１個有する。たとえば、図１３（ｂ）のよう
に、画素ブロックAREA1PとAREA1Qとは、基本的には同一
の対応する位置に同一形状に、かつ、同時に指定されな
ければならない。同様に、他の焦点検出領域のために画
素ブロックAREA2PとAREA2Qとが対応して指定され、ま
た、画素ブロックAREA3PとAREA3Qとが対応して指定され
なければならない。しかし、異なる焦点検出領域に属す
る画素ブロック間では、たとえば、AREA1PとAREA2Pとで
は、同一性、同時性は要求されない。

【００８０】また、上記３）の加算機能についても、光
電エリアセンサ９４の受光領域９４Ｐ，９４Ｑ各ブロッ
クで同一の取扱いがなされる必要がある。たとえば、AR
EA1PとAREA1Qの３列のアレーを加算するときは、両方同
時に加算操作されなければならない。

【００８１】また、ＡＧＣのための信号は、光電エリア
センサ９４の受光領域９４Ｐ，９４Ｑに跨がる領域で共
通出力されることが望ましい。たとえば、AREA2Pから出
力されるピーク信号と、AREA2Qから出力されるピーク信
号は、オア回路により相対的に大きいものが選択出力さ
れ、その選択された方の１個の出力によってAREA2PとAR
EA2Qとの両方が蓄積制御されるようにする。こうするこ
とで、比較相関をとるべき画素ブロックAREA2PとAREA2Q
の蓄積制御の同時性が維持され、回路要素のバラツキに
よる制御の不一致性が取り除かれる。なお、指定領域数
は３個に限定されず、多ければ多い程その有効性は高
い。

【００８２】次に光電エリアセンサ９４の内部構成を詳
細に説明する。ただし、以下の説明では、簡単のため、
光電エリアセンサ９４の１対の受光領域９４Ｐ，９４Ｑ
の内片側の構造について述べる。 （１）全体構成 図１０は本発明の第２の実施例である自動焦点用光電エ
リアセンサ９４の構成、特に自動焦点用光電エリアセン
サ９４の、ＲＲ〜R+1 行、ｊ〜j+1列部の回路図であ
る。

【００８３】１つの画素の構成要素について、Ｒ行、ｊ
列部に着目して説明する。１は自動焦点領域を指定する
ためのＳＲＡＭ、２と３はアンプ、４はスイッチ、５は
垂直方向に並んだ画素の指定された領域での光量信号の
ピーク値を出力する出力ラインＰout,j 、６は光電変換
用フォトダイオード、７と８は電荷転送用ＣＣＤであ
る。

【００８４】アンプ２及びアンプ３は９に示す電源Ｖ1
に接続され、それぞれのゲートはｊ列部で共通の垂直ラ
イン１０，１１によりそれぞれパルスφj,1 、パルスφ
j,2が印加可能になっている。また、ＳＲＡＭ１へは、
垂直ライン１２によりパルスφj,4 、水平ライン１３に
よりパルスΦR,1 が印加可能となっている。光電変換用
フォトダイオード６は、アンプ２及びアンプ３のゲート
下のセンシングチャネル１４、１５及び１６を介して接
続されている。更に、アンプ３のソース側電極１７は、
水平読出しライン１８に接続され、この水平読出しライ
ン１８には、信号読出し容量ＣT,R がつながり、更にス
イッチ１９を介して、共通の垂直読出しライン２０に接
続されている。

【００８５】また、光電変換用フォトダイオード６の上
面には、酸化膜を介して電極２１が設けられ、共通の垂
直ライン２２を通してパルスφj,3 が印加される。電荷
転送用ＣＣＤ７，８には、共通の垂直ライン２３，２４
によりパルスφj,5 、パルスφj,6 が印加される。 （２）素子構造 図１１（ａ）は、図１０のアンプ２，３のゲート直下部
と光電変換部の素子断面図であり、図１１（ｂ）は、図
１０のアンプ２，３のソース、ゲート、ドレイン部での
素子断面図である。

【００８６】 ２５はアンプ２，３のゲート電極で、ゲ
ート容量低減のため下部のチャネル層との間の酸化膜厚
を約１０００Åとしている。２６は光電変換部上の電極
で、２５，２６の両電極に印加するバイアス関係によ
り、光電変換部（光電変換用フォトダイオード６など）
に蓄積されたキャリアをアンプ２３のセンシングチャネ
ル１４，１５へ転送可能となる。２７は絶縁層（たとえ
ばSiO2層）、２８はSiとSiO2との界面に空乏層が接する
ことを防止するためのｎ型拡散層で、暗電流の発生を抑
制する。２９はｐウエル層、３０はｎ型基板で、ｐウエ
ル２９、ｎ型基板３０間は逆バイアスが印加されている
ためｐウエル部２９は空乏化している。また、３１はｎ
型拡散層２８より深く形成されたｎ層で、ｎ層３１とｐ
ウエル２９との界面３２に、光電変換部で発生したキャ
リア（電子）３３が転送され、このキャリアによりｎ型
基板３０，界面３２に示すドレイン、ソース間を流れる
キャリア（正孔）３４が変調され、これにより増幅機能
を持つ。

【００８７】先ずその１の動作は、各列によりまず蓄積
し、そのピーク検出を行い、着目している列の信号が不
足している場合に加算を行う動作である。

【００８８】（ａ）自動焦点領域の指定 各画素部に設けられたＳＲＡＭ１にパルスφj,4 、ΦR,
1 （ｊ，Ｒは選択領域の列番号，行番号）により書き込
む。この書き込まれた画素がＲ行ｊ列の時、ＳＲＡＭ１
の出力がスイッチ４に接続されているため、アンプ２の
出力端子３５がピーク検出用垂直ライン５に接続され
る。

【００８９】（ｂ）蓄積動作 パルスφj,1 、φj,2 、φj,3 、φj,5 、φj,6 につい
て、アンプ２のセンシングチャネル１４がポテンシャル
として最も高くなるように印加する。このポテンシャル
により光電変換部で発生したキャリアは、すべてピーク
検出用アンプ２のセンシングチャネル１４に流れ込む。
図１１（ｂ）に示す原理により、このセンシングチャネ
ル１４のキャリアによりアンプ２の出力が変調され、ピ
ーク検出用出力ライン５に出力される。この場合、増幅
される正孔と光電変換で発生した電子とは異なる領域に
おり再結合は生じない。

【００９０】（ｃ）蓄積の終了、水平ライン読出し 指定受光領域の画素の列方向のピーク値は、蓄積期間中
に５に示す各ピーク検出用出力ラインＰout,j により検
出される。従って、自動焦点用領域の内、自動焦点信号
を検出したい垂直ラインのピーク出力が所望の値に達し
た時（たとえば、ｊ列の蓄積を終了した時）、パルスφ
j,1 、φj,2 、φj,3 によりアンプ３のセンシングチャ
ネル１５のポテンシャルが最も高くなるようにする。こ
れにより、アンプ２のセンシングチャネル１４に蓄積し
ていた光電変換により発生したキャリアは、センシング
チャネル１６を介してアンプ３のセンシングチャネル１
５に転送され、水平読出しライン１８を通して、増幅さ
れた信号が容量ＣT,R に読み出される。

【００９１】（ｄ）出力ライン読出し 各容量ＣT,R に読み出された信号は、パルスΦR,2 によ
りスイッチ１９を介して出力ライン２０に出力される。

【００９２】（ｅ）横方向画素の加算動作 たとえば、自動焦点信号を検出しようとしていた垂直ラ
インのピーク値が、システムで要求される最大の蓄積時
間においても十分でない場合は、上記（ｃ）に示す蓄積
の終了と同時に水平ライン読出しを行わず、横方向の画
素の加算を行う。この場合は、蓄積終了後、各画素列の
光電変換用フォトダイオードに接続された電荷転送用Ｃ
ＣＤ８（たとえば、ｊ列の場合は８j に示すＣＣＤ）
に、ピーク検出用アンプ２のセンシングチャネル１４に
蓄積していた信号キャリアを転送する。ｊ列の場合は、
パルスφj,1 、φj,3 、φj,5 により実行できる。

【００９３】次に、水平方向のキャリアを加算する。た
とえば、(j+1) 列の信号をｊ列にたし上げる場合、パル
スφj+1,5 、φj+1,6 により(j+1) 列の画素部の電荷転
送用ＣＣＤ（８j+1）のキャリアをｊ列の電荷転送用Ｃ
ＣＤ（８j ）の方へ転送する。この動作によりｊ列と(j
+1) 列のキャリアが加算される。加算後、パルスφj,1
、φj,2 、φj,3 により読出し用アンプ３のセンシン
グチャネル１５のポテンシャルを高くし、キャリアをセ
ンシングチャネル１５に転送して読出しを行えば、加算
信号が水平読出しライン１８に出力される。

【００９４】以上、ｊ列と(j+1) 列の加算の方法につい
て説明したが、この加算は２列だけでなく、ＣＣＤのパ
ルスにより多数列の加算も可能である。 （４）動作（その２） 次にその２の動作は、指定された領域内で蓄積動作中に
加算を行う動作である。

【００９５】（ｆ）自動焦点領域の指定 各画素部に設けられたＳＲＡＭ１にパルスφj,4 、ΦR,
1 により書き込む動作はその１の動作と同様である。

【００９６】（ｇ）蓄積動作 （ｉ）により指定された２次元領域において、ｊ列と(j
+1) 列の加算を蓄積動作時から行う例について説明す
る。

【００９７】パルスφj,1 、φj,2 、φj,3 、φj,5 、
φj,6 、φj+1,1 、φj+1,2 、φj+1,3 、φj+1,5 、φ
j+1,6 により決まる各半導体層のポテンシャルを、それ
ぞれ、Ｖφj,1 、Ｖφj,2 、Ｖφj,3 、Ｖφj,5 、Ｖφ
j,6 、Ｖφj+1,1 、Ｖφj+1,2 、Ｖφj+1,3 、Ｖφj+1,
5 、Ｖφj+1,6 とする。

【００９８】この場合、 Ｖφj,2 ，Ｖφj,3 ＜Ｖφj,1 ………… Ｖφj+1,1 ，Ｖφj+1,2 ＜Ｖφj+1,3 ＜Ｖφj+1,6 ＜Ｖφj+1,5 ＜Ｖφj,6 ＜Ｖφj,3 ………… 上記，を満足するように上記のパルスを印加する。
これにより、光電変換用フォトダイオード６，３６など
で発生したキャリアは、以上のようなポテンシャルの関
係にしておけば、すべてアンプ２のセンシングチャネル
１４に集められる。これにより、蓄積期間中に水平方向
２画素分の加算信号がピーク検出用出力ライン５に読み
出される。

【００９９】（ｈ）蓄積の終了、水平ライン読出し その１の動作と同じ。

【０１００】（ｉ）出力ライン読出し その１の動作と同じ。

【０１０１】図１５は本発明による光電エリアセンサを
使用した場合の自動焦点検出のフローチャートであり、
図１５により図１０に示す光電エリアセンサと図１３に
示す自動焦点用光学系とを用いたカメラにおける自動焦
点検出動作について説明する。なお、ここでは一般のカ
メラを例として説明するが、ビデオカメラやＩＴＶなど
工業的用途に用いるカメラなどの場合も同様である。ま
た、カメラにおけるこれらの動作の制御フローの論理
は、一般にマイクロプロセッサ内にＲＯＭの形で設定さ
れる。また、図１６は測距視野を示す図である。

【０１０２】ステップ１で自動焦点プログラムが開始さ
れ、各種フラッグ類やＲＡＭ内容が初期設定される。ス
テップ２において光電エリアセンサ９４がリセットさ
れ、次いでステップ３で自動焦点領域が指定される。こ
の指定動作は、前述のように光電エリアセンサ９４の各
画素に設けられたＳＲＡＭ１に１ビット情報を書き込む
ことである。たとえば、Ｍ行Ｎ列の画素数を持つセンサ
において、３個の自動焦点領域を指定したい場合は、
（Ｍ１，Ｎ１）〜（Ｍ２，Ｎ１）、（Ｍ１，Ｎ２）〜
（Ｍ２，Ｎ２）、（Ｍ１，Ｎ３）〜（Ｍ２，Ｎ３）の各
画素に自動焦点領域指定ビット１を書き込めばよい。こ
れにより図１６（ａ）に示すような測距視野が指定され
る。

【０１０３】勿論、各列の長さＭ２−Ｍ１は共通である
必要はなく、図１６（ｂ）のように中央のＮ２列の視野
を長く指定してもよい。なお、設定領域数は別に３個に
制約されない。

【０１０４】一般に、望ましい多点焦点領域の分布は、
撮影対物レンズの焦点距離により異なり、また、動体撮
影時には画面内で被写体の位置が動くので、過去の経過
に伴い以降の領域設定を可変することが望ましい。

【０１０５】領域設定を完了するとステップ４で蓄積を
開始させる。本発明による光電エリアセンサは、指定領
域内に範囲を限定した蓄積量モニタピーク信号Ｐout,j
を蓄積動作中常時出力している。選択された領域を含む
センサ列のピーク信号を蓄積終了判定用コンパレータ
（不図示）に入力し、所定レベルに達した時に上記コン
パレータ出力が反転するようにしておけば、コンパレー
タの状態を検出することにより蓄積動作を検知できる。
従って、ステップ５〜ステップ６では、領域指定された
各列のＰout,j を判定するコンパレータ群を繰り返し見
に行くループを設定すればよい。この際、コンパレート
レベルを大小複数レベル用意し、蓄積終了後所定時間経
過した後に、その時の蓄積量によって用いるコンパレー
トレベルを決める技術は公知である。このような方法を
用いると、選択されたコンパレートレベルに応じて読出
し時のアンプゲインを決定することができる。

【０１０６】一つ或いは複数の領域の蓄積終了を検出す
ると、ステップ７で、読出し系アンプのゲインを、たと
えば上記の方法に従って設定し、ステップ８でシリアル
読出しを行う。以降はよく知られた方法により、ステッ
プ９で相関演算を行い、異なる光学経路を通って形成さ
れた２像の位相差を算出する。ステップ１０において、
上記相関演算の結果の信頼度について公知の方法により
判定し、もし、信頼度が十分であればステップ１１でそ
の領域につき自動焦点検出ができたことを示すＯＫフラ
グをセットし、ステップ１２で演算結果を蓄積する。一
方、ステップ１０での自動焦点信頼度判定が不可であれ
ば、ステップ１３で自動焦点検出ができなかったことを
示すＮＧフラグをセットする。

【０１０７】いずれにしても、ステップ１４に進み、最
大蓄積時間フラッグを見て、もし、これがセット状態な
らば、既に蓄積演算シーケンスは終了したものとして、
ステップ１６以降へ進み、また、最大蓄積時間フラグが
リセット状態ならステップ１５に進み、指定した全領域
についての蓄積演算処理が終了したかどうかをチェック
し、終了済ならステップ１６へ進み、また、未了ならス
テップ５に戻り残りの領域について蓄積演算処理を継続
する。

【０１０８】以上によりステップ１６に到達した時点で
は、指定した自動焦点領域のすべてについて自動焦点検
出の可不可、及び、可能の場合には２像位相差情報が得
られている。これらを基に、撮影者が撮りたい主要被写
体が、指定した複数個の自動焦点領域の内どれに該当す
るかを推定する。公知の推定方法がいくつか知られてお
り、たとえば、測距可能であった自動焦点領域の中で最
もカメラに近い位置にあるものを選択する。ステップ１
６で主要被写体と推定された領域の情報に基づき、それ
以降のピント調節制御を行う。

【０１０９】レンズのピント調節制御の具体形は各種の
方法が可能であり、たとえば、デフォーカス量に基づい
て駆動するシステムであれば、ステップ１７で２像位相
差情報をデフォーカス量に換算し、ステップ１８でその
分だけレンズを駆動する。

【０１１０】一方、被写体輝度が暗く、予め設定された
最大蓄積時間を経過しても所定のコンパレータレベルに
到達しない場合には、ステップ１９のインタラプトがか
かり、強制的に蓄積を終了する。最大蓄積時間は撮影モ
ードやカメラの動作状態で定義し直すことがあり、プロ
グラマブル・インタラプトが好ましい。

【０１１１】この強制終了の場合には、一列のセンサア
レーの蓄積電荷量だけでは自動焦点精度が不足すること
が考えられるので、ステップ２０で隣接アレーの信号加
算を行うかどうかを判定する。多くの被写体はセンサ列
方向と直交する行方向にも輝度分布を持っており、隣接
アレー信号を加算混合することは、被写体パターンの特
徴を平滑化し情報を失うことにつながる。しかし、一方
で著しい低輝度の時は、上記被写体パターンがそもそも
電気的ノイズに埋もれてしまっているので、多少の平滑
化であっても信号量の増大効果による改善の方が顕著で
ある。

【０１１２】ステップ２０で加算操作不要と判定される
と、ステップ７の通常シーケンスに制御を戻す。一方、
加算操作を行う方が有利と判定されると、ステップ２１
で加算されるアレーの範囲を指定し、ステップ２２で読
出しアンプのゲインを指定し、ステップ２３で加算読出
しを行う。相関演算以降は通常シーケンスに復帰する。

【０１１３】上記には、最大蓄積時間でも所定信号レベ
ルに達しない低輝度時に加算読出し法を適用するケース
について説明したが、本発明はこのような応用に限定さ
れず、たとえば、補助光使用時に積極的に用いてもよ
い。すなわち、一眼レフの自動焦点補助光はストライプ
状のパターンを投光する設計が多いので、このストライ
プの長手方向に信号加算してもパターンの混合平滑化の
悪さが起こらず、信号加算のメリットだけが得られる。
従って、補助光投光時には信号加算を標準シーケンスと
して設定してもよい。また、補助光に限らず画像信号を
足し上げる方向、つまり、センサアレーとして信号処理
するアレー方向と直交する方向に構造を持たない一次元
的なパターンでは、信号加算読出しによるメリットのみ
が得られ信号加算によるパターンの混合は起こらない。
そこで、被写体パターンの性質が予め既知であるときに
は、これをより強く利用して蓄積時間の短縮を図るなど
の応用も可能である。

【０１１４】また、光電エリアセンサに非破壊読出機能
があるときには、蓄積動作中にいったん読み出して信号
加算の利害得失が演算で評価できる。更に、非破壊読出
機能がなくても、信号加算の可能性のある隣接センサ列
を比較的短い時間で読み出してソフト的に解析し、信号
加算のメリットが推定できれば再度蓄積するというよう
な手続きも実行できる。

【０１１５】次に図１２を用いて本発明による光電エリ
アセンサの第３の実施例について説明する。図１０に示
す第２の実施例と同じ個所については同一番号により記
載する。

【０１１６】第３の実施例の特徴は、加算に用いたＣＣ
Ｄを読出しラインに使用し、出力垂直ラインもＣＣＤと
なっている点にある。 （１）動作（その１） （ｍ）自動焦点領域の指定 第１の実施例と同じ。

【０１１７】（ｎ）蓄積動作 第１の実施例と同じ。

【０１１８】（ｏ）読出し動作 蓄積終了後、パルスφj,1 、φj,3 、φj,6 により、各
パルスが印加される半導体層のポテンシャルＶφj,1 、
Ｖφj,3、Ｖφj,6 を、 Ｖφj,1 ＜Ｖφj,3 ＜Ｖφj,6 ………… となるようにすると、センシングチャネル１４に蓄積期
間中に蓄えられたキャリアが電荷転送用ＣＣＤ８に転送
される。これを水平方向に並んだＣＣＤにより垂直ＣＣ
Ｄ３８に転送し、読出し動作を完了する。

【０１１９】また、この第３の実施例においても、第１
の実施例の「（その２の動作）」と同様に、蓄積中に水
平方向に隣合った画素の加算が可能である。

【０１２０】本発明による異なるタイプのエリアセンサ
を第３の実施例として以下に説明する。基本的な３機
能、すなわち、 １）焦点検出領域を複数個任意に指定できる。

【０１２１】２）指定された領域での光量のピーク値を
検出できる。

【０１２２】３）ピーク値を検出する画素方向と直交す
る方向に光量信号を加算することができる。については
同様である。しかし、センサ画素の基本構成、読出しの
方法、加算読出しの方法などの具体構成において異なっ
ている。 （１）全体構成 図１７に本実施例の構成を示す。ｍ行ｎ列に配置された
各画素４１-1,1〜４１-m,nには、基準電圧発生回路４２
によりリセット電位が、また、駆動回路４３により駆動
パルスが供給される。シフトレジスタ４４の出力４４-1
〜４４-mは、対応する行の全画素にそれぞれ接続されて
いる。各列毎の出力ライン４５-1〜４５-nは、加算ライ
ン選択回路４６に接続される。また、各列毎のピーク出
力ライン４７-1〜４７-nは、蓄積時間制御／加算判定回
路４８に接続される。加算ライン選択回路４６により選
択された列の出力ライン４９-1〜４９-3（ここでは指定
されたラインと隣接した２ラインの加算を可能とする場
合を示すが、加算は２ラインに限られない）は、それぞ
れスイッチ５０-1〜５０-3を介して加算回路５１に接続
される。ここでスイッチ５０-1と５０-3は加算を行う時
加算実行信号５２によりオンするスイッチであり、スイ
ッチ５０-2はスイッチ５０-1及び５０-3とペア性をとる
ために挿入された常時オンのスイッチである。 （２）画素の構成 図１８は本発明の第４の実施例である半導体光電エリア
センサの画素の構成を示す図であり、ｉ〜i+1 行、ｊ〜
j+1 列の画素構成を示す。ｉ行ｊ列目の画素について説
明する。

【０１２３】５３はダブルエミッタ構造のフォトトラン
ジスタで、コレクタは電源Ｖ1 に接続され、ベースはリ
セットＭＯＳ５４を介して基準電圧ＶBBに接続される。
一方のエミッタはリセットＭＯＳ５５を介して基準電圧
AGNDに接続されると共に、転送ＭＯＳ５６を介して蓄積
容量５７に接続され、更に、読出しＭＯＳ５８を介して
ｊ列の読出しライン５９-jに接続される。もう一方のエ
ミッタは領域選択ＭＯＳ６０を介してｊ列のピーク出力
ライン６１-jに接続される。

【０１２４】リセットＭＯＳ５４，５５のゲートには、
それぞれベースリセットパルスφres とエミッタリセッ
トパルスφvrs が印加される。転送ＭＯＳ５６のゲート
には転送パルスφTSj が印加される。６２は読出しライ
ン選択パルスφLSj とシフトレジスタの出力パルスφSR
iのアンドをとって読み出す画素を選択するアンド回路
で、出力は読出しＭＯＳ５８のゲートに接続される。

【０１２５】領域を指定するための記憶回路６３（ＳＲ
ＡＭやシフトレジスタで実現される。ここではＳＲＡＭ
の場合について説明する）には、列選択パルスφSELjと
データラインDATAi が接続される。記憶回路６３の出力
は、領域選択ＭＯＳ６０のゲートに接続される。ｊ列目
のピーク出力ライン６１-jは、ピーク出力ラインリセッ
トＭＯＳ６４-jを介してAGNDに接続され、ｊ列目の読出
しライン５９-jはリセットＭＯＳ６５-jを介してAGNDに
接続される。

【０１２６】ピーク出力ラインリセットＭＯＳ６４-jと
リセットＭＯＳ６５-jのゲートには、それぞれリセット
パルスφvrs とφR が印加される。また、６６，６７は
センサ出力及びピーク出力をそれぞれ低インピーダンス
で出力するバッファである。 （３）加算ライン選択回路 図１９に加算ライン選択回
路４６の構成を示す。加算ライン指定用の記憶回路６８
-1〜６８-nは、たとえばシフトレジスタから構成され、
駆動パルスライン６９、データライン７０が接続されて
いる。ｊ列目について説明する。ｊ列目のセンサの出力
ライン４５-jは、スイッチＭＯＳ７１-j，７２-j，７３
-jを介して、それぞれライン７４，７５，７６に接続さ
れる。一方、スイッチＭＯＳ７１-j〜７３-jのゲートに
は、それぞれ記憶回路６８-(j-1)，６８-j，６８-(j+1)
の出力である７７-(j-1)，７７-j，７７-(j+1)が接続さ
れている。また、ライン７４〜７６と出力ライン４９-1
〜４９-3の間に出力バッファ７８〜８０がそれぞれ設け
られている。 （４）動作 （ｐ）自動焦点領域の指定 各画素部に設けた記憶回路にパルスφSELj、DATAi を印
加し、領域を指定する画素にのみ領域選択ＭＯＳ６０を
オンする電位を記憶する。これにより各列毎に指定され
た画素のエミッタのみがピーク出力ライン６１に接続さ
れ、指定された画素の最大値がピーク出力ライン４７に
出力される。

【０１２７】（ｑ）蓄積動作 φres 、φvrs として図２０に示すパルスを加えること
によりセンサがリセットされ、光電荷蓄積が開始される
と同時に、各列のピーク出力ラインに指定された画素の
最大値が出力される。

【０１２８】φvrs オン時、φTSj をオンにすることに
より、蓄積容量５７がリセットされる。

【０１２９】（ｒ）蓄積の終了 ｊ列目のピーク出力ライン４７-jが所定の電位Ｖref2に
達したところで、φTSj をオンし、その時点でのｊ列目
のセンサ出力をそれぞれ蓄積容量（５７に相当）に読み
出す。この場合は、所定の時間内に十分な信号成分が得
られたものと判断し、信号の加算は行わない。

【０１３０】所定の時間までにピーク出力ライン４７-j
がＶref2に達しなかった場合は、強制的にφTSj をオン
し蓄積を終了する。この際、出力ライン４５-jが第２の
電位Ｖref3（Ｖref3＜Ｖref2）に達せず、隣接する列の
信号を加算しても飽和しない場合は、加算を行うものと
判断する。または、強制終了時の出力ライン４５-(j-
1)，４５-j，４５-(j+1)の隣接する列のピーク値を読
み、その和が飽和レベルを超えないという基準により加
算の可否を判定してもよい。

【０１３１】（ｓ）読出し及び加算 加算を行わない場合は、読出しラインのみをφLSj と加
算ライン選択用記憶回路６８-jで指定し、シフトレジス
タ４４により４４-i(i=1-m) を次々にオンにしていくこ
とにより蓄積容量（５７に相当）に蓄えられた電荷が容
量分割され、読出しライン５９を介して出力ライン４５
-jに出力され、更に、スイッチＭＯＳ７２-jを通り列の
出力ライン４９-2に出力される。この時スイッチ５０-
1，５０-3は加算を行わないためオフとしておくので、
列の出力ライン４９-2の信号はそのまま基準電位Ｖref1
を基準として出力される。

【０１３２】図１２は、信号加算を行う場合のパルスを
示す図であり、図２１に示すように、信号加算を行う
時、加算するラインのライン選択パルス（φLS(j-1) 〜
φLS(j+1))を指定すると同時に、加算する中央のライン
の加算ライン選択用記憶回路６８-jを指定する。シフト
レジスタ４４により４４-i(i=1-m) を次々にオンする
と、j-1,j,j+1 の各列の出力が出力ライン４５-(j-1)，
４５-j，４５-(j+1)にそれぞれ出力される。

【０１３３】この時、スイッチＭＯＳ７１-(j+1)，７２
-j，７３-(j-1)がそれぞれオンしているので、ライン７
４には出力ライン４５-(j+1)の出力が、ライン７５には
出力ライン４５-jの出力が、ライン７６には出力ライン
４５-(j-1)の出力が現れ、バッファ７８〜８０を介して
列の出力ライン４９-1〜４９-3に出力される。加算を行
う場合、スイッチ５０-1，５０-3をオンしておくので、
出力８１（図１７）には列の出力ライン４９-1〜４９-3
の出力の和がＶref1を基準として出力される。

【０１３４】以上説明した第４の実施例を一部変更した
画素構成を図２２に示す。本実施例では、ダブルエミッ
タ構造のフォトダイオードの一方のエミッタは、転送Ｍ
ＯＳ５６を介して読出しＭＯＳ８２のゲートに接続され
る。読出しＭＯＳ８２のドレインは読出し画素選択用Ｍ
ＯＳ８３を介して電源Ｖ1 に接続され、また、ソースは
ｊ列目の読出しライン５９-jに接続される。

【０１３５】読出し画素選択用ＭＯＳ８３のゲートに
は、アンド回路６２の出力が接続される。各列の読出し
ライン５９-jは、それぞれ負荷８４-jを介して地気に接
続され、読出しＭＯＳ８２と負荷８４-jはソースフォロ
ア回路を構成する。

【０１３６】領域指定、蓄積の各動作は、前記実施例と
同じである。蓄積終了動作は、パルスφTSj がオンする
と、そのときのセンサのエミッタ電位は、転送ＭＯＳ５
６を介して読出ＭＯＳ８２のゲートに読み出される。こ
の後φTSj をオフすると、この時のエミッタ電位が転送
ＭＯＳ５６のゲート容量に充電された電荷として保持さ
れる。

【０１３７】加算の判定は前記実施例と同じである。読
出しは、読出しラインをφSELjで指定してシフトレジス
タ４４を動作させると、選択された画素のアンド回路６
２が"Ｈ”（高レベル）を出力し、画素選択用ＭＯＳ８
３がオンし、対応した画素の蓄積終了時の電圧がソース
フォロアで出力ライン４５-jに出力される。これ以降の
動作は前記実施例と同様である。

【０１３８】なお、本発明の適用位相差検出方式に限ら
れるものではなく、コントラスト検出方式など他の自動
焦点検出においても有効に利用可能である。

【０１３９】

【発明の効果】 以上説明したように、本発明によれ
ば、焦点検出領域が画面の周辺部であっても光学系の特
性の影響を受けることなく正確な焦点検出を可能にする
自動焦点検出装置を提供できるものである。

【０１４０】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例である自動焦点検出装置
の構成を示すブロック図である。

【図２】図１の自動焦点検出装置の焦点検出処理プログ
ラムのフローチャートである。

【図３】撮影画面及びそれに対応する図１のエリアセン
サ上の領域を示す図である。

【図４】図１のエリアセンサの受光領域の一部を示す図
である。

【図５】図１のエリアセンサの回路図である。

【図６】図１のエリアセンサの素子構造を示す断面図で
ある。

【図７】従来の自動焦点検出装置の光学系の構成を示す
図である。

【図８】エリアセンサを用いた場合を想定した時の自動
焦点検出装置の光学系の構成を示す図である。

【図９】一般的な焦点検出用光学系の収差について説明
する図である。

【図１０】本発明の第２の実施例である半導体光電エリ
アセンサの構成を示す図である。

【図１１】図１２光電エリアセンサの素子構成を立体的
に示す断面図である。

【図１２】本発明の第３の実施例である半導体光電エリ
アセンサの構成を示す図である。

【図１３】本発明による半導体光電エリアセンサを使用
した位相差検出方式の自動焦点用光学系を示す図であ
る。

【図１４】図１３の光電エリアセンサの画素ブロックを
示す図である。

【図１５】第２の実施例における光電エリアセンサを使
用した場合の自動焦点検出のフローチャートである。

【図１６】第２の実施例に係る測距視野を示す図であ
る。

【図１７】本発明の第４の実施例である半導体光電エリ
アセンサの構成を示す図である。

【図１８】図１７の光電エリアセンサの画素構成を示す
図である。

【図１９】図１７の光電エリアセンサにおける加算ライ
ン選択回路の構成を示す図である。

【図２０】図１７の光電エリアセンサにおける光電荷蓄
積動作開始用パルスを示す図である。

【図２１】図１７の光電エリアセンサにおける信号加算
を行う場合のパルスを示す図である。

【図２２】本発明の第４の実施例である半導体光電セン
サの一部を変更した画素構成を示す図である。

【図２３】従来の自動焦点検出装置の光学系の構成を示
す図である。

【図２４】２次元の光電エリアセンサを撮像素子として
使用される従来の撮影装置の概略構成を示す図である。

【符号の説明】

１ ＳＲＡＭ ２ ピーク検出用アンプ ３ ピーク検出用アンプ ４ スイッチ ５ ピーク検出用出力ライン ６ 光電変換用フォトダイオード ７ 電荷転送用ＣＣＤ ８ 電荷転送用ＣＣＤ １８ 水平読出しライン １９ スイッチ ２０ 垂直読出しライン ２１ 電極 ２２ 垂直ライン ４３ 駆動回路 ４６ 加算ライン選択回路 ４８ 蓄積時間制御・加算判定回路 ５０ スイッチ（５０-1〜５０-3） ２０１ エリアセンサ ２０２ インタフェイス回路 ２０３ マイクロコンピュータ ２０４ ＣＰＵ ２０５ ＲＯＭ ２０６ ＲＡＭ ２０７ ＥＥＰＲＯＭ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 仲山 寿樹 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (56)参考文献 特開 平４−256917（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−221710（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−47711（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−227108（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−221710（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 7/28 - 7/34 G03B 3/00 - 3/12

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入射する光を像信号に変換する光電変換
   素子が２次元的に配されたセンサ手段と、該センサ手段
   に対して像を結像させる光学系と、焦点検出視野に対応
   する前記センサ手段上の領域を指定するに際して前記光
   学系の特性に応じて前記焦点検出視野の形状とは異なる
   形状の領域を指定する指定手段と、該指定手段にて指定
   された領域における光電変換素子からの像信号に基づい
   て焦点状態を検出する処理手段とを備えた自動焦点検出
   装置。
2. 【請求項２】 光学系の特性は、光学収差に関する特性
   であることを特徴とする請求項１記載の自動焦点検出装
   置。
3. 【請求項３】 光学系の特性は、焦点検出視野のパララ
   ックスに関する特性であることを特徴とする請求項１記
   載の自動焦点検出装置。