JPH05502309A - 基準レベル設定回路付きオートフォーカスチップ - 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】 基準レベル設定回路付きオートフォーカスチップ技術分野 本発明は、チップ内での変換操作のための基準レベルを設定するカメラ用相関型 オートフす−カスチップに関し、さらに詳しくいえば、高基準レベルと、低基準 レベルとしてセンサで探知されたリセットレベルとを設定するために、変換操作 に電荷結合素子（ＣＣＤ）センサのブライトダイオードからのフルウェル（ｆｕ ｌｌｗｅｌｌ　：電子飽和）信号を使用した装置に関する。

背景技術 相関型オートフォーカスシステムは、リニアセンサと、場面（ンーン）の光レベ ルを探知する方法と、イメージセンサの左側に投影される画像を右側の画像に相 関する手段とを必要とする。一般的には、センサの各ビクセルからの信号は、デ ジタル領域で相関がなされるようにデジタル化される。このデジタル化は、チッ プ上の信号演算回路要素もしくはカメラ上のマイクロプロセッサによってなされ る。相関型オートフォーカスシステムの例は富士電子の＃ＦＢ　６２０　Ｓ、米 国特許３２．８８６．４．８３１．４０５．４．８７３，５４３．４，８７８． ０７９等に見られる。これらのタイプのオートフォーカスシステムは、受動シス テム、つまりンーンごとの光により操作がなされるシステムである。ンーンの光 レベルは前もってわからないので、このシステムでは、光レベルを測定し、十分 な信号レベルが生じるまで集積時間を調整しなければならない。ノイズ率に対す る最大信号のためには、ＣＣＤリニアセンサが発し得るフルウェル（電子飽和） 信号レベルを正確に知る必要がある。

従来のオートフォーカスシステムの操作中、フォトダイオードに蓄積された電子 としての信号電荷は、貯蔵レジスタへ送られ、貯蔵レジスタからクロック発信さ れ、電圧に変換される。電圧はダイオードによって探知された光のデジタル値を 計算するために、コンバータに供給される。この従来の回路では、Ｄ／Ａフンバ ータに供給される高電圧基準と低電圧基準は外部電源、一般には相関演算を行う マイクロプロセッサからの電圧基準から供給される。

前述の富士電子のチップでは、基準はカウンティングによって決定される。しか しながら、いずれの場合もそれぞれのカメラは較正（目盛り合わせ）されねばな らない。これらの電源は、チップ内に起きるいかなる変化とも無関係に電圧を供 給する。例えば、カメラが屋内から屋外へ移動するにつれて、温度浮動が起き、 フォトダイオードの性質ばかりか、電荷を電圧に変えそれをコンバータに使用す るアンプ（増幅器）等の性質をも変えてしまう。製造過程もまた変動の原因とな る。これらの変動の結果、フルウェル（電子飽和）レベルが近似値としてしか得 られず、１ボルト前後の変動かコンバータに起きる。これら基準電圧の変動によ って、チップが環境の変化を探知したために、光の条件が同しであるのに異なる 変換バリュー（明暗度）を生じる等、変換されたバリュー（明暗度）における変 化が引き起こされる。結果として、写真メディアには、通常一枚一枚の写真ごと に焦点精度の差異が生じる。従来のカメラでは、これらの変動を修正するために デジタル信号処理ルーチンが使用されていた。米国特許４，８３１．４０５に述 べられているように、ＣＯＤ出力が検出され、マイクロプロセッサか増幅器の増 幅率を調整して上記の変動を修正していた。

発明の開示 本発明の目的は、種々の環境の変化に対応した変換を行うために、チップ自体の 基準レベルを決定する機能を有するオートフォーカスチップを供給することにあ る。

また、基準レベルの相対的な浮動によって生じる変化を修正するように設計され たデジタル信号処理ルーチンの必要性を除くことも本発明の目的である。

環境要因によって引き起こされる信号変化をなくすことによって結像（イメージ ング）を改善することも本発明の目的である。

さらにまた、最適な明暗度に変換操作するための基準レベルを設定することも本 発明の目的である。

上記目的は、チップの電源からではなく、センサとアンプ電荷レベルとからの基 準レベル（もしくは基準電圧）を生成するシステムによって達成される。高電圧 基準レベルは、ＣＣＤセンサの未使用のフライトダイオードの最大電荷あるいは 飽和（フルウニＪリレベルから導かれ、オートフォーカスチップにおいてＡ／Ｄ コンバータの高基準として使用される。一方低電圧基準は、Ａ／Ｄコンバータの 低ｘ準は、プリアンプ（前置増幅器）によるリセットレベル電圧をストアするこ とによって生み出される。これらの基準を毎回設定することによって回路は作動 される。すなわち、写真が撮られる都度、基準レベルはオートフォーカスチップ によって探知された環境の変化に順応する。

本明細書に添付の図面を参照して本発明の構造と操作をより詳細に述べ、後述で クレームを主張するに従って、これら目的と利点は一層明確にされてゆくであろ う。図面中、全体を通して同様の番号は同様の部分を示している。

図面の簡単な説明 第１図は、本発明の単一集積回路チップのコンポーネント（構成要素）を示す図 である。

好適な実施例の詳細な説明 本発明のチップのリニア・オートフォーカスセンサ１０において、フォトダイオ ード１２は光探知要素として使用されている。従来のセンサでは、残りのダイオ ードをエツジ効果から保護するために、予価のノンライト感光性（ｓｅｎｓｉｔ ｉｖｅ　）ダイオードがセンサの前後に組み込まれている。従来、これらのダイ オードはダークダイオードと呼ばれていた。本発明では、最初のふたつの（前部 ）ダイオードがブライトダイオードに換えられる。もちろん、センサのエツジ効 果を補償する必要のある時は、３つかそれ以上のダイオードが使用される。ブラ イトダイオード１４の後に従来のダークダイオード１６が続く。ブライトダイオ ードは、それが感光性ではなくリセットされないという点を除いては、ダークダ イオードと同一であり、クロック発信方法によって飽和（フッ；ウェル）信号、 すなわち最大電荷を発する。フルウェル信号を発信できるように、ブライトダイ オード１４に接続する転送ゲートに対して個別のクロック信号が供給される。チ ップと、その近傍にあるセンサ１０が作動される前に、非感光性のブライトダイ オード１４が充電される。チップが作動されると、ダイオード１２の電子をＣＣ Ｄレジスタ１８を通って転送することにより、感光ダイオード１２がリセットさ れる。これは、フォトダイオードと集積蓄積ゲー１−　（もしくは蓄積領域）と の間にある転送ゲートと、電荷蓄積領域とＣＣＤレジスタ１８との間の転送ゲー トを開けることによってなされる。その後レジスタ１８は空になるまてンフＩ・ アウトされる。感光ダイオードと電子蓄積領域を空にするまで、転送ゲートを開 けてＬ／ジスタをン７卜するサイクルは数回繰り返される。このリセット周期中 、ブライトダイオードとそれに接続する集積蓄積ゲートは、ＣＣＤ　ｌ／ジスタ １８と集＠蓄積ケ−１・との間の転送ゲー）・は閉しることにより空にされない 。このような個別のコントロール機能を提供するために、１ノジスタ１８とブラ イトダイオードの蓄積領域との間の転送ゲートをコントロールする接続は、感光 ダイオード１２の＆＝ｊ応する転送ゲートへの接続とは別個に設けられる。二の 感光ダイオード１２は、リセット期間中、対応する転送ゲートを開けておく。蓄 積時間中、感光ダイオード１２に当たっている光は、空にされた感光ダイオ−ト １２を再び満たす電子・正孔対を生しる。

前述のように、ブライトダ・ｒオード１４はリセットされず、ブライトダイオー ド１４の全ての電子リザーバー（ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ　）は保存される。フォト ダイオードの配列においては、集積時間中にフォトダイオード１２に捕えられた 電子はフォトダイオードに蓄積されず、代わりにＮ、続的に集積蓄積ゲート・＼ と転送されるように設＝トされている。同様に、ブライ）・ダイオード１４も、 集積時間中は、ブライトダイオード１４の電子はそれぞれ対応する集積蓄積ケー トへと転送される。最初の集積時間か終了すると、ブラーｒ　ｌ−ダイオードＮ ｔ！ケートを含む各集積蓄積Ｊｆ−トに集められた電子は、ＣＣＤレノスタ］８ ０対応するステージに転送される。

種々の転送ケートと蓄積ゲートを含むフォトダイオード（感光性フォトダイオー ド１２、ダーク・フォトダイオ−１・１６及びブライト・フォトダイオード１４ ）の構造と操作の詳ｖｉＢな説明は、ここに引用する、「デュアルケートアンチ ブルーミング（反射波抑制）［もム付きのｔ向結ｔ１イメージヤ−ｊと題された ＬＥＥおよびＥｒｈａｒｄｔによる１９８９年Ｂ月１５０出願の米国特許出願３ εｉ６　、８４３てなさＩている。前述のように、ブライ］・ダイオード１４の ＣＣＤし、すスタに隣接する転送）ｉ　（△５、個別のクロッキング接続（ｔｈ ｅ　！Ｈｅｐａｒａｔｅ　ｅｌｏ＋、！ｉｎｇ　ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）を洪♀ ａすることによって、従来のダークダイオ−１・かブライ］・ダイオ−］・へど 変換さｔする。本文施例ては、上記個別の接続の他に、ブライトダイオード１４ の操作も行われる。

上記米国出願３６Ｂ＝８４３によるブライトダイオードにオーバーフロードレイ ン（アンチブルーミング・ドレイン）とオーバーフローゲート（アンチブルーミ ング・ドレインに接続する転送ゲート）の個別のクロッキング接続か使用された 場合、非感光ブライＩ・ダイオードにおける電子は、電子ソースをオーバーフロ ードレインとクロッキングオーバーフローケートとに適用することにより、再び 充填される。これにより、フライトダイオードが試験される。ダークダイオード は光レベルに関係なく、常に空のウェル信号レベルを生しる。

先に述べたように、センサ１０の通常の作動中、チップか使用可能となったとき に、ブライトダイオード１４を除くすべてのダイオード１２とダークダイオード １６は、ＣＣＤＩＣＣＤレジスタ１８れるものも含めて、電荷が空にされる。従 来相関ダブルサンプリングと呼ばれている操作の間に、フォトダイオードの′ζ 問を測定する場合、リセット信号はアンプ（増幅器）２２のトランジスタ２４に 供給され、これにより１゛ア遊拡散ダイオード２６はリセットレベルＶＤＤにま て電荷か充電される。集積サイクル（フォトダイオードの電荷か転送される前に フォトダイオードに光が当てられている時間）の終了時、ブライトダイオードを 含むダイオードに接続する各蓄積ゲートの電子は、ＣＣＤ　ｌ／ジスタ１８の対 応するステージに転送される。ＣＣＤクロックトライバ２０は、一度にＣＣＤレ ジスタ１８の１ビクセルからます最初に取り除かれたブライ；・ダイオード〕４ と同様に、蓄積された電荷を取り除く。この除去操作中、ダイオード２６におい て設定された５ノセント１ノベルは、低１ノベル信号であり、ブリアンブステー ン２８およびケインステージ３０を通って進行する。ゲインステージ３０はプリ アンプステージ２８とともに１、全体の信号幅にわたる直線性を維持しつつ、信 号を反転させ、１ノヘルンフトし、それを増幅するために働く。リセ７１・ｌ／ ベルは切り替えられたトランジスタもしくは送信ゲート３４を通って基準蓄積ユ ニット３２へ転送され、リセット１ノベルコンデンサ３６に蓄えられ、そこでリ セットレベルをサンプリングし維ｔ１する。ここて論しられている送信ゲート３ ４とその他の送信ゲートは、従来の二相素子であり、この二相素子は、電流の流 れの可能な方向にそれぞれつ当てがわ狛る２つのコントロール１２号をビ・要と する。高入力インピーダンスでアルユニティゲインアンプ（中−利得増幅器）３ ８はコンデンサ３６における電荷からリセットレベル電圧を生み出し、それをＡ ／Ｄコンバータ４０の低基準電圧入力へ供給する。リセット信号は、ＣＣＤビク セルか所望により読み出される度に更新される。

第１のブライトダイオードと関連する信号とり七ノｈレベルは放棄（ｄｉｓｃａ ｒｄ　）される。第２のブライＩ・ダイオードからの信号かプリアンプ２８とゲ インステージ３０とを通過する時、この信号は切り替えられたトランジスタある いは送信ケート４２を通って転送され、ブライトＩノベルコノデンサ４４に蓄積 される。この電圧はバッファアンプ４６によ−、て高基準電圧に変換され、コン バータ４０の高基準入力へ供給される。もちろん適用次第で、フ第１・ダイオー ドのゲイン段階の出力で発生するいかなる出力信号レベルも、ブライト４４ある いはり七ノｈ　３６コンデンサのいずれかで捕獲（ｃａｐｔｕｒｅ　）される。

低高２つの電圧基準は、Ａ／Ｄコンバータ４０におけるデフタル／アナログ・コ ンバーク４８のレノスタ列の上端、下端に適用される。バッファ（ユニティゲイ ンアンプ）３８によって供給される低１ノベルと、バッフ７アンプ４Ｂによって 供給される高レベルとの差異は、フルウェル信号と正確に同訓であり、これは、 フォ１−センサの電荷許容（もしくはプリアンプのゲイン）やゲインステージか らも、温度変化、パワー供給変化等のプロセノ、における変動からも独立してい る。

後に続く通常のフオトダ・ｒオートヱ２か読み込まれる都度、各フォトダイオー ドのリセット電圧し／△、ルはリセノトコンデニサ３６に蓄積され、こうしてノ イズ引き下げのために、相関されたダブルサンプリングを成し遂げる。ダークダ イオード１６及び通常ダイオード１２からの信号は、切り替えられたトランジス タあるいは送信ゲート５４によってサンプル・ホールド回路５０に発送され、コ ンデンサ５２に蓄積される。バッファアンプ（緩衝増幅器）５５は、コンノ＼− 夕４０の中のコンパレーター（比較ａｌｌ定器）６０におけるひとつの入力に適 用される信号を発する。コンバータ４０は、従来の逐時比較’ＩＨＡ／Ｄコンノ ＜−夕であるのか好ましい。この逐時比較型Ａ／Ｄコン・・−夕によって、逐時 比較レジスタ６２は、コンバータ４８からコンパレータＢＯに供給される電圧か ノくノファ５０によって供給される電圧に最大限近イ・ｊくまで、コンバータ４ ８における１／ンスタダリの接続配９すを変化させる。逐時比較サイクルが終わ ると、レジスタ６２の中身はラッチ６４に蓄積され、オートフォーカスチップの 従来のデジタル信号演算タイミング回路６８・＼出力される。

フォ）・ダイオード１２は、前述のクロッキング接続（ｃｌｏｃｋｉｎｇ　ｃｏ ｎｎｅｃｔｉｏｎ　）を除いては実質的にブライ）・ダイオード】４と同一に構 成されており、信号バスは実質的にブライｌ−電圧基準と通常の信号の双方にと って同一あるので、いったん集積時間か正確に設定されたなら、通常のダイオー ド１２がフルウェル許容量に統合集積された場合にこれら２つの信号はまったく 同一になる。リセットレベル及び電圧基準ブライトレｌ＼ルのための増幅バス≠ ）また、実質的に同一である。

同一のバスを使用することにより、温度変化なとによって生しるチップ内のいか なる環境変動も双方のバスで同一ものもとなり、その結果、環境変化による影響 かなくなる。

コンバータ４８内での高電圧基準と低電圧基準との差異電圧は、前述のように飽 和レベルに一致する。このレベル差はコンバータ４０の最高カウントが２５６の 時は２５６となる。感光ダイオード１２からの信号かデンタル化されたなら、そ のカウントはθ〜２５６のいずれかになる。最高からゼロの間での名目上の集積 時間で初期化されるデジタル信号演算回路６８は、すべてのフォトダイオードの 最初のｎ＋定がなされたなら、最高光レベルを受信したフォトダイオードからフ ルウェル信号を発するのに必要な集積時間を容易に計算する。すなわち、ｍｓ回 路６８はすべてのフォトダイオード］２からの最大信号を検出し、読み込み、そ れを２５６のデノタルカウントを有しブライトダイオードの信号１ノベルに一致 する最大可能信号と比較する。信号レベルは集積時間の直線関数であるので、ダ イオードの最高レベルかゼロから最高までの間、最大信号を有するフォトダイオ ード内で最大信号を発するだめの集積時間にお１ブる直線変化を計算する１：と は簡単なことである。フォトダイオード１２のグループの信号レベルに基づいて 集積時間を調整するのにも、同トｌの過程が使用される。すべてのダイオードか 飽和状態になったなら、演舞回路は集積時間をたったひとつのダイオードか最大 電荷を有するまで縮小する。すべてのフォトダイオードに対して信号読み込みか ゼロの場合、集積時間はアンプに許される最大にセットされ、光メータの読み込 みに配慮がなされる。光メータが低いシーン照度を読み込んだ場合、オートフォ ーカスチップは焦点を決定する必要はないだろう。

フルウェルレベル信号に対する集積時間が決定されたなら、オートフォーカスチ ップは例えばここに引用される米国特許４，４９０．０３８の中で詳細に論じら れているような標準あるいは従来のイメージ相関操作を行う。

先に論じたように、ブライトダイオードのひとつにおける電荷はコンバータ４０ の高基準電圧を設定するために使用され、低基準電圧はダイオード２６において 設定されたレベルに基づいて設定される。高基準電圧かブライトダイオード１４ を使用して設定されるように、同様の方法でダークダイオード１６のひとつの出 力を使用して低基準電圧を設定することも可能である。また、バッファアンプ（ 緩衝増幅器）５６が省略されてコンデンサ５２からの電圧か直接コンパレータ６ ０に供給されることも可能である。しか（、なから、前記アンプ５６か省略され たなら、ブライトダイオード信号のパスは基準電圧のパスと同一にはならす、そ れゆえ、パスを同礁にするために何らかの補償をすることにより、チップによっ て占められるスペースが引き下げられることになる。

以上の詳細な説明により、本発明の多数の利点特徴か明らかにされる。これらの 特徴および利点は本発明の意図と範囲に属し添付の請求の範囲てカバーされる。

また、当業者にとって本発明の種々の変形改良が容易であるので、本発明をここ に図示され記載された構造操作それだけに限定するつもりはなく、本発明の範囲 内での適切な改良も認められる。

基準レベル設定回路付きオートフォーカスチップ要約書 本発明はオートフォーカスチップに関するもので、このオートフォーカスチップ は、チップの電源からではなくＣＣＤ電荷ソースからの基準レベルもしくは基準 電圧を生しる。チップのＣＣＤセンサは通常のフォトダイオードとブライトダオ ードとを有する。センサのフライトダイオードのひとつの最大電荷レベルあるい はフルウエルレベルによって高電圧基準が発生し、蓄積ぎれ、チップのＡ／Ｄコ ンバータの高基準として使用される。この基準はフォトダイオードによって生じ るイメージバリューと同一のパスを通る。Ａ／Ｄコンバータの低電圧基準はブラ イトダイオードあるいはそれぞれのピクセルのリセットレベル電圧を蓄積するこ とによって生み出される。Ａ／Ｄコンバータにおける低基準か各ピクセルのリセ ットバリュー（リセットレベル電圧）で更新されるとき、各ピクセルの相関ダブ ルサンプリングかなされる。リセットレベルは画像信号と同一のパスを通る。

チップが使用可能になる都度の高基準レベルと各ピクセルの低基準レベルとを設 定することによって、基準レベルはチップによって探知された環境の変化に順応 される。ブライトダイオードレベルは、オートフォーカス操作中に、ブライトダ イオードの電荷と最大電荷を有するフォトダイオードとを比較することによって センサの集積時間を決定するために使用される。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．カメラのオートフォーカス装置で、この装置は、画像の明暗度（イメージバ リュー）を供給するフォトダイオードおよび飽和（ｆｕｌｌｗｅｌｌ）電荷を供 給するフルウェルダイオードを有するフォトダイオードセンサと、 飽和電荷と同価の基準電圧を蓄積するための基準レベル蓄積手段と、イメージバ リューを基準電圧に基づくデジタル値に変換するための変換手段と、デジタル値 に呼応してイメージ相関操作を行うオートフォーカス手段とからなる。 ２．請求項１に記載の装置で、前記オートフォーカス手段はデジタルタイミング 信号演算回路を含み、前記センサ、基準レベル蓄積手段、変換手段およびデジタ ルタイミング信号演算回路は、単一の集積回路上に形成されることを特徴とする 。 ３．請求項１に記載の装置で、前記オートフォーカス手段は、フルウェル基準電 圧と最大電荷を官するフォトダイオードのひとつからの電圧とを比較することに より、センサ集積時間を決定することを特徴とする。 ４．請求項１に記載の装置で、この装置はさらに、リセットレベルと基準電圧を 供給する増幅手段と、リセットレベルを蓄積し前記変換手段にリセットレベル電 圧と供給するためのリセットレベル蓄積手段とを食み、 前記変換手段は、基準電圧およびリセットレベル電圧双方に呼応するデジタル値 を供給することを特徴とする。 ５．請求項４に記載の装置で、前記増幅器（アンプ）は前記フォトダイオードに よって供給される画像電荷からイメージバリューを決定し、この装置はさらに、 イメージバリューを蓄積し、このイメージバリューを前記変換手段に供給するた めの画像バッファ手段を含むことを特徴とする。 ６．カメラのオートフォーカス装置で、この装置は、フルウェルダイオードとフ ォトダイオードとを有するフォトダイオードセンサと、 前記センサに接続される増幅器（アンプ）と、前記アンプに接続される画像信号 緩衝器と、前記アンプに接続される基準蓄積回路と、前基緩衝器（バッファ）と 蓄積回路とに接続されるアナログ／デジタル変換器（コンバータ）と、 前記センサとアンプとバッファと蓄積回路とコンバータとに接続されるオートフ ォーカス演算回路 とからなる。 ７、請求項６に記載の装置で、前記アンプはセンサがリセットされた後にリセッ トレベル電圧を前記基準蓄積域に供給し、フルウェルダイオードがクロック発信 されると基準電圧を前基基準蓄積域に供給し、フォトダイオードがクロック発信 されると画像電圧を前記バッファに供給することを特徴とし、前記バッファは、 前記アンプに接続される第１の転送ゲートと、前記第１の転送ゲートに接続され 、画像電圧を蓄積する第１のコンデンサと、前記第１のコンデンサとコンバータ の信号入力端との間に接続された第１の緩衝増幅器 とからなり、 前記基準蓄積域は、 前記アンプに接続される第２の転送ゲートと、前記第２の転送ゲートに接続され 、前記基準電圧を蓄積する第２のコンデンサと、 前記第２のコンデンサとコンバータの高基準電圧入力端との間に接続された第２ の緩衝増幅器と、 前記アンプに接続された第３の転送ゲートと、前記第３の転送ゲートに接続され 、前記リセットレベル電圧を蓄積する第３のコンデンサと、 前記第３のコンデンサとコンバータの低基準電圧入力端との間に接続された第３ の援街増幅器 とからなることを特徴とする。 ８．オートフォーカス方法で、この方法は、（ａ）変換操作のために、センサの ブライトダイオードとリセット電圧とから基準レベルを決定し、 （ｂ）前記基準レベルを用いて変換を行い、（ｃ）前記変換に呼応してオートフ ォーカス操作を行うステップからなることを特徴とする。 ９．請求項８に記載の方法で、ステップ（ｃ）は、プライトダイオードと、最大 荷電を有するセンサのフォトダイオードとの電荷レベルから集積時間を決定する ステップを含むことを特徴とする。