JPS58100807A - 焦点合せ装置 - 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】 発明の技術分野 本発明は固体イメージセンサ全使用した焦点合せ装置に
関する。

発明の技術的背景 最近、写真用カメラやＴＶカメラにおいては電子的な測
距システムを内蔵させ、被写体に対して自動的に焦点を
合せることが行なわれている。かかる測距システムとし
ては従来、第１図に示す構造のものが知られている。図
中の１は光遮蔽の〆ックスであり、この♂ツクスフの前
面開口部には結像光学系の一構成部材である２つの凸レ
ンズ２＊、２ｂｉ：設けられている。これら凸レンズＩ
ｓ、１ｂ（Ｄ後方には夫々第１のミラー３ｍ　、３ｂが
配置されている。これら第１のミラー３ｈ　、３ｂの反
射方向には三角筒体状の第２のミラー４が配置され、か
つこの第２のミラー４０反射方向には固体イメージセン
サ５が配置されている。この固体イメージセンサ５には
該センサ５を駆動するための駆動回路６が接続されてい
ると共に信号処理回路２に接続されている。

上記構成の測距システムの動作を説明すると、ゲックス
１をその凸レンズ２ｍ、２ｂを被写体８に対向するよう
に移動させることにより、被写体８ｔ−凸レンズ２ｍ、
２ｂ、第１のミラーｊｍ。

３ｂ及び第２のミラー４を介して固体イメージセンサ５
に結像させ、この２つの被写体像を固体イメージセンサ
５により電気信号に変換される。なお、２つの被写体像
の間隙は被写体８０位置によって変化する。したがって
、これら被写体像間の変化ｉｔ全信号処理回路７により
計算し、更にこの計算値に基づいてレンズ系から決定さ
れる距離の算出式により距離を算出する。

背景技術の問題点 しかしながら、第１図図示の測距システムからなる焦点
合せ装置は次のような欠点を有する。

（１）　　被写体８の照度が小さい時には、固体イメー
ジセンサ５の出力が小さくな９、ｆｍ号処理に十分な出
力レベルに達せず、誤測距が起きる。

（２）　　上記（１）の解決策として補助光により被￥
体に照射することが考えられる。この補助光が可視光で
ある−と、被写体が局部的に明るくなり、これら写真や
ＴＶ噛像に出てしまうので赤外光を使用することになる
。しかしながら、固体イメージセンサ全赤外光に対して
感度を大きくすると、解像度が低下して明るい被￥体に
対しての測距精度が低下する。

発明の目的 本発明は被写体が明るい状独でも、暗い状態でも精度よ
〈測距でき、焦点合せを行なうこと　　　′が可能な焦
点合せ装置を提供しようとするものである。

発明の概萱 本発明は０Ｉ視光に感度が大きい感光画素列及び赤外光
に感度が大きい感光画素列を有する固体イメージセンサ
と少なくとも被写体の明るさが所定以下のときＭ被写体
に照射するための赤外光源と′を備え、前記被写体の明
るさが所定以上の時、前記イメージセンサ中の可視光に
感度の大きい感光画素列の出力信号を、前記被写体の明
るさが所定以下の時、前記赤外光源から赤外光を該被写
体に照射し前記赤外光に感度の大きい感光画素列の出力
信号音、夫々用いて信号処理することによって既述した
高精度の測距、ひいては高精度の焦点合せ全行なうこと
ができる焦点合せ装Ｍを得るに至ったものである。

発明の実施例 本発明の実施例を第２図〜第４図を参照して説明する。

なお、第１図図示の部材と同様のものけ則付号を付して
説明を省略する。

図中９は凸レンズｊ）ａ　、　２ｂ間の？、り８ノ商に
取付けられた例えばＬｇＤからなる赤外光源であり、こ
の赤外光源９の前方には集光用凸レンズ１０が配置され
ている。また、第２のミラー４０反射方向には第３図及
び第４図図示のりニアＣＣＤセンサ１１が配設されてい
る。このＣＣＤセンサ１１はｐ型半導体基板１２と、こ
の基板１２上に２つの凸レンズ２＊、２ｂｋ結ぶ軸と平
行に延びるように設けられた可視光に大きな感度をもつ
例えば８つ感光画素１３ａ〜１３番からなる感光画素列
と、同基板１２上に該感光画素列と平行に設けられた赤
外光に大きな感度ｔもつ例えば８つの感光画素１４ａ〜
１４ｉからなる感光画素列と、これら各感光画素列から
の電荷を読み出し、出力端子１５．１６から出力する読
出し用ＣＣＤレジスタ１７．１８と全備えている。前記
可視光に大きな感度をもつ感光画素１３ａ〜１３ｇは第
４図に示す如く基板１２表面に設けられフォトダイオー
ドとして作用する島状のｎ型半導体領域１９と、前記基
板１２内に該ＩＩ型半導体領域１９下に位置するように
設けられ電源ｖＤＤにより逆バイアス電圧が印加される
ｎ型半導体層２０とから構成されている。ｎ型半導体層
２０は例えば基板１２表面から２μｍ〜３０μｍの深さ
の基板１２内部に埋設される。また、前記赤外光に大き
な感度ｔもつ感光画素１４＆〜１４４は基板１２表面に
設けられフォトダイオードとして性用する島状のｎ型半
導体領域１９′のみから構成される。つまり、この感光
画素１４１〜１４表全構成する島状のｎ型半導体領域１
９′下の基板１２内部には前記可視光に大きな感度をも
つ感光画素１３ｈ〜１３ｇのようにｎ型半導体層は存在
しない、更に、前記読み出し用ＣＣＤレジスタ１７．１
８は夫々基板１２上の絶縁＠２１に設けられたシフトデ
ート電極２２．２２’と、同絶縁膜１９に設けられた転
送電極２３．２３’等から構成されている。この絶縁＄
１９上には前記ｎ型半導体領域１９　、１９’に対応す
る部分に窓２４．２４’全開口したＡｔａｌからなるシ
ールド膜２５が被楓されている。なお、図中の２６・・
・は基板１２に設けられたｐ型チャンネルストツノ′？
領域である。

上記構成の測距システムを有する焦点合せ装置による被
写体が明るい場合、被４体が暗い場合の動作を以下に説
明する。

〔１〕　　被写体が明るい場合 ♂ツクスフをその凸レンズ２＊＊２ｂが被写体８に対向
するように移動させると、被４体８が凸レンズＪ　ａ　
ｇ　２　ｂ　ｓ第１のミラー３ｍ、３ｂ及び第２のミラ
ー４を介してＣＯＤセンサ月の各感光画素１３ａ〜１３
ｈ。

１４１〜１４ｂの所定箇所に２つの被写体像としてか結
像される。こうして２つの被写体像の光が例え、ば感光
画素１３ｂ、１４ｂと１３・、１４・に入射されると、
感光画素１３ｂにおいてはそのｎ型半導体領域１９にシ
ールド膜２５の窓２４ｔ″通して入射した短波長の光（
可視光）は該領域１９で光電変換されて信号電荷が蓄積
される。この場合、ｎ型半導体領域１９に長波長の光（
赤外光）が入射されると、基板１２に埋込まれたｎ型子
４体層２０内またはそれより深い基板１２部分で電子−
正孔対を発生するが、該ｎｇ半導体層２０とｐ型半導体
基板１２０間に逆バイアスとなる正の直流電圧を電源Ｖ
ＤＤから印加することにより、前記発生した電子はｎ型
半導体層２０に排出され、ｎ型半導体領域１９には集積
されない。つまり、感光画素１３１〜１３ｂは可視光に
対して感度が大きく、赤外光に対して感度が小さい。し
かるに駆動回路６に設けた図示しない切換スイッチによ
りｎＩ視側のＣＯＤレジスメ１７を選択的に動作させる
ことによって、前記可視光に対して大きな感度全もつ感
光画素（例えば１３ｂ、１３・）でＳ槓した信号電荷が
該ＣＣＤレジスタ１７により順次転送され、出力端子１
５より出力される。したがりて出力端子１５より出力さ
れた位相差のある信号全信号処理回路７により処理し、
被写体８の距離に相関する２つの被写体像間の間９Ｉｉ
（変化量）を計算し、更にこの計算値に基づいてレンズ
系から決定される距離の算出式より被写体８の距離を算
出する。

その結果、被４体８が明るい時は解像度の高い可視光に
感度全もつ感光画素１３１〜１３ｂの出力信号で測距す
るので、高精度の自１ＥＩＩ測距が可能となる。

〔１１〕　　被４体が暗い場合 上記〔１〕の操作でｃｉＪ視光測光側ＯＤレジスタ１７
からの出力が低くい場合、つまり被４体８が暗い場合に
は、赤外光源９ｔ一点灯し、集光レンズ１０全通して被
写体８に赤外光を照射する。このように赤外光を照射す
ると、その被写体８は前述と同様な経路を通りてＣＣＤ
センサ１１の各感光画素１３ａ〜１３ｈ。

１４１〜１４ｂの所定箇所に２つの被写体像として結像
される。こうして、２つの被写体像の光が例えば感光画
素１３ｂ、１−４ｂと１３１．１４ｆに入射されると、
感光画素１４ｂにおいては、ｐ型半導体基板１２０表面
に設けられた］型半導体領域１９′のみからなるため、
該半導体領域１９′にシールド膜２５の窓−２４′を通
して入射した長波長の光（赤外光）は半導体基板１２内
部の深い位置で電子−正孔対音発生し、その電子は拡散
効果によりかなりの数がｎ型半導体領域１９′に集積さ
れる。

つま９、感光画素Ｊ４ａ〜１４ｂは赤外光に対して大き
な感度をもつ。しかるに、駆動回路６に設けた図示しな
い切換スイッチを赤外光源９０点灯と同期して切換え、
赤外光側のＣＣＤし・ノスタＩ８を選択的に動作させる
ことによって、前記赤外光に対して大きな感度全もつ感
光画素（例えばｚ４ｂ、１４ｒ）で蓄積した信号電荷が
該ＣＯＤレジスタ１８によ抄順次転送され、出力端子１
６より出力される。

したがって、出力端子１６より出力された位相差のある
信号を信号処理回路７により前述したのと同様に処理す
ることによって、暗い被写体８の距離を高推度で自動測
定できる。

しかして、本発明の焦・点合せ装置によれば上記〔ｌ）
　、　（ｉｔ）の動作により被写体が明るい状態でも、
暗い状態でも高精度で自動焦点合せを行なうことができ
る。

なお、本発明に係る焦点合せ装置は上記実施例の構造に
限定されない。例えば第５図に示す如くがックス１の前
面に信号処理回路７により移動可能な可動レンズ２７′
に設け、このレンズ２１の後方に既述°したリニアＣＣ
Ｄセンサ」を配置すると共にミラー２８ｔ−介して赤外
光源９Ｙｔ設けて焦点合せ装置を構成してもよい、この
ような構成によれはボックス１を１、その可動レンズ２
７を被写体８に対向させるように移動させ、可動レンズ
２７全通してリニアＣＣＤセンサ１１に被写体像を結像
させ、該センサＬ」からの出力、６゜１分。絶対値。、
又２、イ波Ａ、ヶ情報として算出し、可動レンズ２７會
移動してｚヶ情報が最大となるレンズ２７の位置を求め
ることによって、被写体８の距離を測定で色る。

また、こうした構成では可動レンズ２７をＴＶ　　　’
カメラまたは光学カメラのレンズとして兼用すれば、距
１１ｉを算出しなくともそのレンズの位置が被写体と合
焦した位置となる。

また、上記実施例では可視光に大きい感度をもつ感光画
素、赤外光に大きい感度をもつ感光画素を夫々−次元的
に配列したリニアＣＣＤセンサを用いたが、これら各感
光画素を二次元的に配列したリニアＣＣＤ七ンサ全用い
てもよい。この場合、可視光に大きい感度ｔもつ感光画
素と赤外光に大きい感度をもつ感光画素とを分けて配列
してもよく、或いはそれら感光画素を交互に配列しても
よい。

上記実施例では固体イメージセンサとしてリニアＣＣＤ
センサを用いたが、これに限らずＭＯ８型スイ、子回路
とフォトダイオードを組合わせたセンサ等でもよい。

上記実施例では被写体が暗い時に赤外光全点灯させるよ
うにしたが、可視光に大きい感度をもつ感光画素は前記
第３図で説明した如く赤外光による解像度低下を起こさ
ない構成にな、、−Ｃいるため、被写体の明暗に依存せ
ず、常に点灯させてもよい。

上記第２図図示の実施例では赤外光源からの赤外光の指
向性をもなせるために、別のレンズ１０ｆ設けたが、被
写体を固体イメージセンサに結像させるための凸レンズ
２ａ又は２ｂで兼用してもよい。

発明の効果 以上詳述した如く、本発明によれば被写体が明るい状態
でも、暗い状態でも精度よくその被写体の距離を測定で
き、ひいては高１！ＩＩＩｆの自動焦点合せを行なうこ
とができる焦点合せ装置ｔ−提供できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の焦点合せ装置に組込まれる測距システム
の説明図、第２図は本発明の一夾施例全示す焦点合せ装
置に組込まれる測距システムの説明図、第３図は第２図
のリニアＣＣＤセンサの平面図、第４図は第３図のＩＶ
−ＩＶ線に沿う断面図、第５図は本発明の他の実施例を
示す焦点合せ装置に組込まれる測距システムの説明図で
ある。 １・・・光遮蔽が、クス、２ｍ、２ｂ・・・凸レンズ、
３　ａ　ｅ　３　ｂ・・・第１のミラー、４・・パ第２
のミラー、？・・・信号処理回路、８・・・被写体、９
・・・赤外光源、１１・・・リニアＣＣＤセンサ、１２
・・・ｐ型半導体基板、１３１〜１３ｂ・・・可視光に
大きな感度をもつ感光画素、１４　ｍ−１４ｈ・・・赤
外光に大きな感度全もつ感光画素、１７．１８・・・読
み出し用ＣＣＤレジスタ、１９．１９’・・・ｎ型半導
体領域、２０・・・ｎＪｊｊｌ半導体層、２２ｅ２２’
・・・シフトダート、２３．２３’・・・転送電極。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）被￥体が光学系により結像され、可視光に感度が
   大きい感光画素列及び赤外光に感度が大きい感光画素列
   を有する固体イメージセンサと、少なくとも前記被写体
   の明るさが所定以下のとき該被写体に照射するための赤
   外光源と、前記固体イメージセンサの出力信号により被
   写体との距離全測定する距離測定機構とを具備したこと
   全特鍛とする焦点合せ装置１ａ
2. （２）　　固体イメージセンサにおいて、可視光に感度
   が大きい感光画素は第１導電型の半導体基板の表面に設
   けられた第２導電型の半導体領域と、前記基板内に該半
   導体領域下に位置するように埋設され、逆・々イアスミ
   圧が印加される第２導ｉｔ型の半導体層とから構成さπ
   、赤外光に感度が大きい感光画素は前記半導体基板の表
   面に設けられた第２導電型の半導体領域のみから構成さ
   れることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の焦点
   合せ装置。
3. （３）第２導電型の半導体層が第１導電型の半導体基板
   表面より２μｍ〜３０μｍの深さに埋設されていること
   を特徴とする特許請求の範囲第２項記載の焦点合せ装置
   。