JP4500849B2 - Solid-state imaging device for AEAF - Google Patents
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Description
本発明は、AEAF用固体撮像装置に係り、とくにAE機能を有したオートフォーカス用固体撮像装置において、コンパクトカメラに用いられる外測方式のオートフォーカスセンサに関する。 The present invention relates to an AEAF solid-state imaging device, and more particularly to an external measurement type autofocus sensor used in a compact camera in an autofocus solid-state imaging device having an AE function.
従来、AE(Auto Exposure)機能を搭載したAF(Auto Focus)センサとして、撮像装置用自動AE装置(例えば、特許文献1参照)が知られている。この装置の回路構成図を図14に示す。 2. Description of the Related Art Conventionally, as an AF (Auto Focus) sensor equipped with an AE (Auto Exposure) function, an automatic AE device for an imaging device (see, for example, Patent Document 1) is known. A circuit configuration diagram of this apparatus is shown in FIG.
図14において、30はAE回路、31は基準部CCD、32は参照部CCD、33は光電変換回路、34は積分時間制御回路、35と36は比較回路、37はAFカウンタ回路、38はAEカウンタ回路、42と43は出力選択回路、44と45はアンプ、46は相関演算回路、47はADコンバータ、48は主制御回路、49はマイコンである。 In FIG. 14, 30 is an AE circuit, 31 is a standard CCD, 32 is a reference CCD, 33 is a photoelectric conversion circuit, 34 is an integration time control circuit, 35 and 36 are comparison circuits, 37 is an AF counter circuit, and 38 is an AE. A counter circuit, 42 and 43 are output selection circuits, 44 and 45 are amplifiers, 46 is a correlation calculation circuit, 47 is an AD converter, 48 is a main control circuit, and 49 is a microcomputer.
この装置において、1つの半導体チップ上に所定距離を隔てて配置され、AFを行うのに適した一対のリニアセンサ(基準部CCD31、参照部CCD32)と、該一対のリニア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(積分時間制御回路34)と、積分制御手段から入射光の強度を算出する第1の露出量検出手段(AFカウンタ回路37、主制御回路48、マイコン49)と、同じ半導体チップ上に配置された光電変換素子を含み、入射光量検出を行うための第2の露出量検出手段(光電変換回路33、比較回路36、AEカウンタ回路38、主制御回路48、マイコン49)を用いて露出量を決定することを特徴としている。
In this apparatus, a pair of linear sensors (a
上記装置によれば、一対のリニアセンサ(基準部CCD31、参照部CCD32)でAFを行うと共に、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(光電変換回路33)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。その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。例えば、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とすると共に、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なる。
最近、マイコンの高性能化、多機能化、低価格化により、ADコンバータ内蔵のマイコンがコンパクトカメラにおいても主流となっている。そのため、AFセンサとAEセンサにオンチップされたADコンバータがあると、チップサイズが小型にできない、コストが下げられない等の不具合が発生する。 Recently, microcomputers with built-in AD converters have become mainstream in compact cameras due to high performance, multi-functionality, and low price of microcomputers. For this reason, if there is an on-chip AD converter in the AF sensor and the AE sensor, problems such as the chip size cannot be reduced and the cost cannot be reduced occur.
しかしながら上記従来例は、以前のADコンバータが内蔵されていないマイコンに適したAEAF用センサであり、最近のADコンバータ内蔵のマイコンには適さなくなっている。また、カウンタ回路37、38や相関演算回路46も必要とするため、チップサイズを縮小できないという大きな欠点も有していた。
However, the above-described conventional example is an AEAF sensor suitable for a microcomputer that does not incorporate a previous AD converter, and is no longer suitable for a recent microcomputer that incorporates an AD converter. Further, since the
さらに上記従来例では、積分時間制御手段からの積分制御信号を用いるため、被写体の輝度により露出制御時間が異なることになる。そのため、光量が非常に微弱な場合には、積分制御手段のコンパレータが反転するのに時間がかかってしまうため、露出が決まるまでの時間が非常に長くなってしまう欠点を有していた。これはカメラのレスポンスを著しく悪化させるため、結果としては撮影者にとって非常に使い勝手の悪いカメラになってしまっていた。 Further, in the above conventional example, since the integration control signal from the integration time control means is used, the exposure control time varies depending on the luminance of the subject. For this reason, when the amount of light is very weak, it takes time for the comparator of the integration control means to invert, so that the time until exposure is determined becomes very long. This greatly deteriorated the response of the camera, and as a result, the camera was very inconvenient for the photographer.
その他にも、AF用のリニアセンサとしてCCDを用いているため、CMOSディジタル回路との整合性が良くないため、製造プロセスが複雑となり、製造コストが高くなるという欠点も有していた。 In addition, since the CCD is used as the linear sensor for AF, the matching with the CMOS digital circuit is not good, so that the manufacturing process is complicated and the manufacturing cost is increased.
本発明は、以上の問題を考慮してなされたもので、ADコンバータ内蔵のマイコンに適したスポットAE機能を搭載したAEAF用固体撮像装置を実現することを第1の目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above problems, and a first object of the invention is to realize an AEAF solid-state imaging device equipped with a spot AE function suitable for a microcomputer incorporating an AD converter.
また本発明は、AEAF用固体撮像装置におけるAE精度と動作速度を向上させることを第2の目的とする。 The second object of the present invention is to improve the AE accuracy and the operation speed in the solid-state imaging device for AEAF.
さらに本発明は、チップサイズが小さく、かつ、低コストのスポットAE機能を搭載したAEAF用固体撮像装置を実現することを第3の目的とする。 A third object of the present invention is to realize an AEAF solid-state imaging device having a small chip size and a low-cost spot AE function.
上記目的を達成するため、本発明に係るAEAF用固体撮像装置は、AF用光電変換素子列と、前記AF用光電変換素子列に蓄積された電荷量に応じた電圧信号を出力する電圧モニタ手段と、AE用光電変換素子を含み且つ該AE用光電変換素子にて光電変換された信号を第1の露出量検出用信号として出力する第1の露出量検出手段と、が同一半導体基板上に形成されているAEAF用固体撮像装置において、前記AF用光電変換素子列から出力されるオートゲインコントロール用のモニタ信号を第2の露出量検出用信号として出力する第2の露出量検出手段を備え、該モニタ信号は非破壊読み出しによりリアルタイムで出力され、前記第2の露出量検出手段は、合焦した時の前記AF用光電変換素子列の信号出力後に前記第2の露出量検出用信号を読み出し、前記AF用光電変換素子と前記AE用光電変換素子がPN接合フォトダイオードであり、該フォトダイオードを成すP型不純物層とそのN型不純物層が同一の不純物濃度と接合深さであることを特徴とする。 In order to achieve the above object, an AEAF solid-state imaging device according to the present invention includes an AF photoelectric conversion element array and a voltage monitoring unit that outputs a voltage signal corresponding to the amount of charge accumulated in the AF photoelectric conversion element array. And a first exposure amount detection means that includes a photoelectric conversion element for AE and outputs a signal photoelectrically converted by the photoelectric conversion element for AE as a first exposure amount detection signal, on the same semiconductor substrate. The formed AEAF solid-state imaging device includes second exposure amount detection means for outputting a monitor signal for auto gain control outputted from the AF photoelectric conversion element array as a second exposure amount detection signal. , the monitoring signal is output in real time by non-destructive readout, the second exposure amount detecting means, the second exposure amount detection after signal outputs of the photoelectric conversion element array for AF when focused The AF photoelectric conversion element and the AE photoelectric conversion element are PN junction photodiodes, and the P-type impurity layer and the N-type impurity layer forming the photodiode have the same impurity concentration and junction depth. It is characterized by being.
好ましくは、前記AF用光電変換素子列、前記電圧モニタ手段、および前記第2の露出量検出手段は、AFのためのAFセンサに搭載され、前記AE用光電変換素子及び前記第1の露出量検出手段は、撮影領域のほぼ全域のAEを行うためのAEセンサ(以下、必要に応じ「ワイドAEセンサ」と呼ぶ)に搭載される。この場合、前記第2の露出量検出用信号は、AFセンサのAGC(オートゲインコントロール)出力を兼用するスポットAE信号(主要被写体に対する露出量検出用信号)であり、前記第1の露出量検出用信号は、ワイドAEセンサのワイドAE信号(主要被写体を含む視野全体に対する露出量検出用信号)であることが好適である。この構成においては、例えば以下の態様が可能である。 Preferably, the AF photoelectric conversion element array, the voltage monitoring unit, and the second exposure amount detection unit are mounted on an AF sensor for AF, and the AE photoelectric conversion element and the first exposure amount are mounted. The detection means is mounted on an AE sensor (hereinafter referred to as “wide AE sensor” as necessary) for performing AE over almost the entire imaging region. In this case, the second exposure amount detection signal is a spot AE signal (exposure amount detection signal for the main subject) that also serves as an AGC (auto gain control) output of the AF sensor, and the first exposure amount detection. The use signal is preferably a wide AE signal of the wide AE sensor (exposure amount detection signal for the entire visual field including the main subject). In this configuration, for example, the following modes are possible.
第1の態様は、AFのためのAFセンサと、撮影領域のほぼ全域のAEを行うための専用のワイドAEセンサとを同一の半導体基板上に設け、AFセンサの蓄積期間中におけるフォトダイオードの電圧モニタ信号をスポットAE用のAE信号として、マイコンのADコンバータへの出力を可能とすることを特徴とする。これによれば、ADコンバータ内蔵のマイコンに適したスポットAEが行えるAEAF用固体撮像装置が実現できる。また、従来において一般的であった専用のスポットAEセンサを別チップで必要としないため、システムとしての小型化と低消費電力化も実現できる。 In the first aspect, an AF sensor for AF and a dedicated wide AE sensor for performing AE in almost the entire imaging region are provided on the same semiconductor substrate, and the photodiode of the photodiode during the accumulation period of the AF sensor is provided. The voltage monitor signal can be output to the AD converter of the microcomputer as an AE signal for spot AE. According to this, it is possible to realize an AEAF solid-state imaging device capable of performing spot AE suitable for a microcomputer with a built-in AD converter. In addition, since a dedicated spot AE sensor, which has been generally used in the past, is not required in a separate chip, it is possible to reduce the size and power consumption of the system.
第2の態様は、非破壊読み出しが可能である増幅型光電変換素子をAFセンサとして用いることにより、リアルタイムAGCとスポットAEが同時に行えることが可能なことを特徴とする。これによれば、蓄積時間制御とスポットAE出力動作が同時に行えるため、高速駆動に対応したAEAF用固体撮像装置が可能となる。 The second aspect is characterized in that real-time AGC and spot AE can be performed simultaneously by using an amplification type photoelectric conversion element capable of nondestructive readout as an AF sensor. According to this, since the accumulation time control and the spot AE output operation can be performed at the same time, an AEAF solid-state imaging device compatible with high-speed driving can be realized.
第3の態様は、ワイドAE用のAEセンサとスポットAEを行うためのAFセンサの分光感度特性が同じであることを特徴とする。ここで「同じ」というのは、AEセンサからの露出値とAFセンサからの露出値の差が、0.3EV(Exposure Value:露出指標)以内となることを意味する。これによれば、スポットAEとワイドAEの色温度依存性を低減できるため、露出精度の向上が可能となる。 The third aspect is characterized in that the spectral sensitivity characteristics of the AE sensor for wide AE and the AF sensor for performing spot AE are the same. Here, "same" means that the difference between the exposure value from the AE sensor and the exposure value from the AF sensor is within 0.3 EV (Exposure Value: exposure index). According to this, since the color temperature dependence of the spot AE and the wide AE can be reduced, the exposure accuracy can be improved.
第4の態様は、全体AE用のAEセンサは光電流の対数圧縮出力、スポットAE用のAGC信号は線形出力であることを特徴とする。これによれば、光電流の対数圧縮によるダイナミックレンジの拡大により、AE範囲を拡大したAEAF用固体撮像装置が可能となる。 The fourth aspect is characterized in that the AE sensor for whole AE has a logarithmically compressed output of photocurrent, and the AGC signal for spot AE has a linear output. According to this, an AEAF solid-state imaging device with an expanded AE range can be realized by expanding a dynamic range by logarithmic compression of photocurrent.
第5の態様は、CMOSプロセスで製造可能なAFセンサとAEセンサであることを特徴とする。これによれば、CMOSプロセスによるマスク枚数の削減と製造工程の簡略化により、低コストのAEAF用固体撮像装置が可能となる。 A fifth aspect is characterized by an AF sensor and an AE sensor that can be manufactured by a CMOS process. According to this, a low-cost AEAF solid-state imaging device can be realized by reducing the number of masks by the CMOS process and simplifying the manufacturing process.
以上説明したように、本発明によれば、ADコンバータ内蔵のマイコンに適したスポットAE機能を搭載し、AE精度と動作速度を向上させ、チップサイズが小さく、かつ、低コストのスポットAE機能を搭載したAEAF用固体撮像装置を実現できる。すなわち、高性能なAE性能とAF性能を有する固体撮像装置が1チップで実現可能となる。このため、本発明を用いたレンズシャッタコンパクトカメラにおいて、カメラの小型化、高性能化、低価格化を実現できる。同様の効果は、コンパクトアナログ(銀塩)カメラのみならず、コンパクトディジタルカメラ等の撮像装置でも期待できる。 As described above, according to the present invention, the spot AE function suitable for the microcomputer with the built-in AD converter is mounted, the AE accuracy and the operation speed are improved, the chip size is small, and the low-cost spot AE function is provided. The mounted AEAF solid-state imaging device can be realized. That is, a solid-state imaging device having high-performance AE performance and AF performance can be realized with one chip. For this reason, in a lens shutter compact camera using the present invention, it is possible to realize a reduction in size, performance and price of the camera. Similar effects can be expected not only in compact analog (silver salt) cameras but also in imaging devices such as compact digital cameras.
以下、本発明に係るAEAF用固体撮像装置の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。 Embodiments of an AEAF solid-state imaging device according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
[第1実施形態]
図1は、本実施形態のAEAF用固体撮像装置の概略回路ブロック図で、本発明の特徴を最もよく表す図面である。また図2は、本装置を成す後述のAFセンサブロック、AEセンサブロック、アナログ系回路、及びディジタルブロックの各配置を説明する概略平面レイアウト図である。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a schematic circuit block diagram of an AEAF solid-state imaging device according to the present embodiment, which best illustrates the features of the present invention. FIG. 2 is a schematic plan layout diagram for explaining the arrangement of AF sensor blocks, AE sensor blocks, analog circuits, and digital blocks, which will be described later, constituting this apparatus.
図1及び図2において、100はSi半導体基板、101は半導体基板100上に形成されるAFセンサブロック(本発明のAF用光電変換素子列、電圧モニタ手段、および第2の露出量検出手段の要部を成す)、102は同一半導体基板100上に形成されるAEセンサブロック(本発明のAE用光電変換素子を含む第1の露出量検出手段の要部を成す)である。
1 and 2, 100 is a Si semiconductor substrate, 101 is an AF sensor block formed on the semiconductor substrate 100 (of the photoelectric conversion element array for AF, voltage monitoring means, and second exposure amount detection means of the present invention).
また、104はマルチプレクサ(MPX)、107はロジック回路であり、両者が半導体基板100上に形成されるディジタルブロックを成す。さらに、103は温度計回路、105はオートゲインコントロール(AGC)回路、106は電源回路、108は信号増幅回路であり、これら各回路が半導体基板100上に形成されるアナログ系回路を成す。
また、109はADコンバータ(ADC)内蔵のマイコン(112はADC)で、Si半導体基板100上のロジック回路107との間で各種制御信号等のディジタル信号を双方向にやり取りすると共に、Si半導体基板100上のMPX104を介して送られてくる後述のAF信号、AE信号(本発明の第1の露出量検出用信号に相当するワイドAE信号:主要被写体を含む視野全体に対する露出量検出用信号)、最大値信号(本発明の第2の露出量用検出信号(本例のスポットAE信号:主要被写体に対するスポット露出量検出用信号)として用いる電圧モニタ信号)等のアナログ信号をADC112にてディジタル信号に変換して入力可能となっている。
以下、AFセンサブロック101(以下、必要に応じて「AFセンサ」と呼ぶ)、AEセンサブロック102(以下、必要に応じて「AEセンサ」又は「ワイドAEセンサ」と呼ぶ)、アナログ系回路、ディジタルブロックの順にその内部構成を説明する。 Hereinafter, an AF sensor block 101 (hereinafter referred to as “AF sensor” as necessary), an AE sensor block 102 (hereinafter referred to as “AE sensor” or “wide AE sensor” as necessary), an analog circuit, The internal configuration will be described in the order of digital blocks.
(AFセンサブロック)
AFセンサブロック101には、三角測距による外測式のオートフォーカスを行うために、図1に示すように、位相差検出型AFセンサ回路110を成すリニアセンサ回路のペア、すなわち一対の基準部AF回路110Aと参照部AF回路110Bとが半導体基板100上で所定の距離隔てて配置される。一対の基準部AF回路110Aと参照部AF回路110Bには、本発明のAF用光電変換子列を成すフォトダイオードと、本発明の電圧モニタ手段及び第2の露出量検出手段を兼用する駆動回路、検出回路、及びシフトレジスタとが含まれる。図1及び図2の例では、このリニアセンサ回路のペアは、それぞれ3列配置されている(図2の例では、基準部AF回路の列1A、2A、3A(図中の左側)と、参照部AF回路の列1B、2B、2C(図中の右側)とがそれぞれペアを成す)。
(AF sensor block)
In the
各リニアセンサ回路(基準部AF回路110A、参照部AF回路110B)のフォトダイオード上には、AF用結像レンズ(後述の図13参照)が設けられ、被写体像は、それぞれのAF用結像レンズを介して各リニアセンサ回路のフォトダイオード上に結像される。その各リニアセンサ回路のフォトダイオード上の結像位置と結像レンズの焦点距離と結像レンズの間隔(基線長)により被写体までの距離が算出される。
An AF imaging lens (see FIG. 13 to be described later) is provided on the photodiode of each linear sensor circuit (the reference
図3は、上記リニアセンサ回路110A、110Bの一例を示す。本例は、以前に本出願人により提案したCMOSリニア型のAFセンサ(例えば、特許文献2等参照)の回路を適用したものである。
FIG. 3 shows an example of the
図3において、1は光電変換を行うpn接合フォトダイオード、2はそのフォトダイオード1の電位を基準電位(VRES)にリセットするリセット用MOSトランジスタ(φRESはリセット用制御信号)、3は差動増幅器(センサアンプ)であり、1〜3によって増幅型光電変換素子を構成する。この増幅型光電変換素子の差動増幅器3の出力側には、最小値検出回路と最大値検出回路が並列に接続される。
In FIG. 3, 1 is a pn junction photodiode that performs photoelectric conversion, 2 is a reset MOS transistor that resets the potential of the
上記最小値検出回路と最大値検出回路において、4はクランプ容量、5はクランプ電位(VGR)を入力するためのMOSスイッチ(φGRはオンオフ制御信号)であり、4と5でクランプ回路(フィードバック型のノイズ除去回路)を構成している。また、6〜9はスイッチ用MOSトランジスタ(φGR、φS1、φN1、φN2、φS2はオンオフ制御信号)、10は最小値検出用差動増幅器、11は最大値検出用差動増幅器であり、それぞれの差動増幅器10、11は電圧フォロワ回路を構成している。12は最小値出力用MOSスイッチ(φBTMはオンオフ制御信号)、13は最大値出力用MOSスイッチ(φPEAKはオンオフ制御信号)である。上記1〜13で構成されるAFセンサユニットがフォトダイオード1毎に複数配置される。
In the minimum value detection circuit and the maximum value detection circuit, 4 is a clamp capacitor, 5 is a MOS switch (φGR is an on / off control signal) for inputting a clamp potential (VGR), and 4 and 5 are clamp circuits (feedback type). Noise elimination circuit).
また、14はOR回路、15は走査回路、16、17は定電流用MOSトランジスタ(φREF1、φREF2はオンオフ制御信号)である。最小値検出回路用には、最終段がNMOSのソースフォロワ回路、最大値検出回路用には、最終段がPMOSのソースフォロワ回路となっている。18は画素からの信号が出力される共通出力線である。
Further, 14 is an OR circuit, 15 is a scanning circuit, 16 and 17 are constant current MOS transistors (φREF1 and φREF2 are on / off control signals). For the minimum value detection circuit, the final stage is an NMOS source follower circuit, and for the maximum value detection circuit, the final stage is a PMOS source follower circuit.
本回路構成において、最大値検出回路と最小値検出回路の前段にフィードバック型のノイズクランプ回路(ノイズ除去回路)を設けることにより、フォトダイオードで発生するリセットノイズと、センサアンプ、最大値検出回路、最小値検出回路で発生するFPN(Fixed Pattern Noise)の除去が可能となっている。 In this circuit configuration, by providing a feedback type noise clamp circuit (noise removal circuit) in front of the maximum value detection circuit and minimum value detection circuit, reset noise generated by the photodiode, sensor amplifier, maximum value detection circuit, FPN (Fixed Pattern Noise) generated in the minimum value detection circuit can be removed.
また、最終出力段がソースフォロワ形式である電圧フォロワ回路を画素毎に構成し、最小値出力時には、各電圧フォロワ回路の出力段の定電流源をオフにして、定電流源に接続された出力線に共通接続することにより、映像信号の最大値を得ることができる。さらに、映像信号出力時には、各電圧フォロワ回路の出力段の定電流源をオンにして、各電圧フォロワ回路を順次、出力線に接続させることにより、シリアルな映像信号を得ることができる。この動作により、最大値検出回路と信号出力回路が兼用となるため、チップの小型化が可能となる。 In addition, a voltage follower circuit in which the final output stage is a source follower type is configured for each pixel, and at the time of minimum value output, the constant current source at the output stage of each voltage follower circuit is turned off, and the output connected to the constant current source By connecting the lines in common, the maximum value of the video signal can be obtained. Further, when outputting a video signal, a serial video signal can be obtained by turning on the constant current source at the output stage of each voltage follower circuit and sequentially connecting each voltage follower circuit to the output line. By this operation, the maximum value detection circuit and the signal output circuit can be used together, so that the chip can be miniaturized.
上記最大値検出回路で兼用される信号出力回路にて得られたAF信号は、信号増幅回路108にて増幅され、MPX104を介してマイコン109のADC112に出力される。また最大値検出回路で検出された最大値信号は、AGC用の電圧モニタ信号として、AGC回路105に出力されると共に、AE時のスポットAE信号として、MPX104を介してマイコン109のADC112に出力される。
The AF signal obtained by the signal output circuit also used as the maximum value detection circuit is amplified by the
(AE回路ブロック)
AE回路ブロック102は、図1に示すように、AE回路121(本発明のAE用光電変換素子を成すPN接合フォトダイオードと、本発明の第1の露出量検出手段の要部を成す対数圧縮型電流電圧変換回路)、Is補償回路122、及び信号増幅回路123から成る。このうち、図4にAE回路122におけるをPN接合フォトダイオードと対数圧縮型電流電圧変換回路を示す回路図を示す。
(AE circuit block)
As shown in FIG. 1, the
図4において、20はCMOS差動増幅器、21はPN接合フォトダイオード(PD)、22はPN接合ダイオード、23は出力用MOSスイッチ(φHAEはオンオフ用制御信号)である。図4に示すように、PN接合フォトダイオード21両端の電位は基準電位(Vc)になるため、両端間の電位はゼロバイアス状態となる。従って、空乏層の広がりが抑えられるため、空乏層からの暗電流の発生が抑えられる。フォトダイオード21で発生した光電流がPN接合ダイオード22を流れることにより、電流電圧変換される。このとき、ダイオードの電流電圧特性により、次式に従う対数変換出力(Vout)が行われる。
In FIG. 4, 20 is a CMOS differential amplifier, 21 is a PN junction photodiode (PD), 22 is a PN junction diode, and 23 is an output MOS switch (φH AE is an on / off control signal). As shown in FIG. 4, since the potential across the
上記AE回路121の出力(Vout)は、出力用MOSスイッチ23を介して所定タイミングで出力され、Is補償回路122にてそのIsが補償され、信号増幅回路123にて増幅され、AE信号(ワイドAE信号)として、MPX104を介して外部のマイコン109のADC112に送られる。
The output (V out ) of the
(アナログ系回路)
アナログ系回路は、AF回路ブロック101のAFセンサ回路110(基準部AF回路110A、参照部AF回路110B)の蓄積時間を制御するためのオートゲインコントロール(AGC)回路105と、基準電位を発生するためのバンドギャップ回路、センサ回路に必要な中間電位(基準電位VRES、Vc、クランプ電位VGR等)を発生するための電源回路106と、AF回路ブロック101からのAF信号を増幅して外部に出力するための信号増幅回路108と、半導体基板100の温度を監視するための温度計回路103とから成る。
(Analog circuit)
The analog circuit generates a reference potential and an auto gain control (AGC)
ここで、図5(a)にAGC回路105の回路図、図5(b)にその動作説明図をそれぞれ示す。図5(a)において、25はバッファアンプ、26はコンパレータである。
Here, FIG. 5A shows a circuit diagram of the
AGC回路105の動作を説明する。まず、前述したようにAFセンサ回路110のフォトダイオードに光が照射されると、フォトダイオードに電子が蓄積される。従って、AGC回路105のバッファアンプ25に入力される信号として、出力電圧が小さい方がPEAK信号(モニタ信号)となる。このPEAK信号が時間経過に従いコンパレータ26のコンパレート電位(VREF)より小さくなると、図5(b)に示すように、ロジック回路107へのコンパレータ出力である蓄積判定信号が論理LowレベルからHighレベルに反転し、この時点でAFセンサ回路110の蓄積動作が終了する。この一連の蓄積動作に関する制御は、ロジック回路107からAFセンサ回路110へ出力される蓄積制御パルス(φCH)により行われる。
The operation of the
(ディジタルブロック)
ディジタルブロックは、AF回路ブロック102(AFセンサ回路110)、AE回路ブロック102、ディジタルブロック、アナログ系回路を所定タイミングで駆動するための駆動パルス(図1中のシフトレジスタ駆動パルスφHs、φH、蓄積制御パルスφCH等)を発生するタイミング発生回路(T/G)と、外部マイコン109との通信を行うための通信回路(I/O)とからなるロジック回路107と、各信号を選択してマイコン109に内蔵されたADコンバータ112へ出力するためのマルチプレクサ(MPX)104とから成る。
(Digital block)
The digital block includes driving pulses for driving the AF circuit block 102 (AF sensor circuit 110), the
上記構成によれば、ロジック回路107からの制御信号に基づいて、MPX104により、複数のアナログ信号、すなわちAF回路ブロック102からのAGC用の電圧モニタ信号であるスポットAE信号(最大値信号)、AE回路ブロック102からの全体AE信号(ワイドAE信号)、AF回路ブロック102からのAF信号、温度計回路103からの温度信号を一線出力で読み出すことが可能となる。
According to the above configuration, based on the control signal from the
次に、図6の動作フローチャートを用いて、本実施形態のAEAF用固体撮像装置の動作を説明する。本動作は、マイコン109からの動作制御に関する制御信号(ディジタル信号)に基づいて、ロジック回路107の処理により制御される。
Next, the operation of the AEAF solid-state imaging device of the present embodiment will be described with reference to the operation flowchart of FIG. This operation is controlled by processing of the
図6において、電源を投入して各回路の初期化を行った後(ステップSt1、St2)、AFセンサ(AF回路ブロック101)による光電荷の蓄積を開始する(ステップSt3)。このAFセンサによる光電荷の蓄積開始と同時にワイドAEセンサ(AE回路ブロック102)の動作(ワイドAE信号読み出し)を開始する(ステップSt4)。 In FIG. 6, after the power is turned on and each circuit is initialized (steps St1 and St2), accumulation of photocharges by the AF sensor (AF circuit block 101) is started (step St3). Simultaneously with the start of photocharge accumulation by the AF sensor, the operation of the wide AE sensor (AE circuit block 102) (reading of the wide AE signal) is started (step St4).
AFセンサの蓄積期間中は、そのフォトダイオードの最大電位をリアルタイムでモニタする。所定の蓄積時間が経過後、各AFセンサのAGC用のモニタ信号である最大値信号をスポットAE信号として、MPX104により順次、マイコン109のADコンバータ112へ出力させる(ステップSt5)。ここで、所定の蓄積時間とは、高輝度(EV18程度)の明るさでAFセンサが飽和しない値で設定されていることが望ましい。
During the accumulation period of the AF sensor, the maximum potential of the photodiode is monitored in real time. After a predetermined accumulation time has elapsed, the
上記スポットAE信号の読み出し後も、AFセンサ回路110によるリアルタイムモニタリングは継続される。これは、本実施形態において非破壊読み出しが可能であるCMOS型増幅センサをAFセンサに用いたことにより可能となったものである。蓄積動作は、先に説明したAFセンサ回路110の最大値モニタ信号がAGC回路105のリファレンス電位を越す(図5のコンパレータ26からのコンパレート信号(蓄積判定信号)が反転する。)までか、システムで設定された最大蓄積時間に到達するまで続けられる(ステップSt6、St7)。
Even after reading out the spot AE signal, real-time monitoring by the
そして、蓄積動作終了後、従来と同様にAF信号の読み出しを行う(ステップSt8、St9)。AFセンサの読み出しが終了した後は、消費電力低減のためにAFセンサのバイアスを切断して回路を非動作状態にすることが好ましい。 Then, after the accumulation operation is completed, the AF signal is read out as in the conventional case (steps St8 and St9). After the reading of the AF sensor is completed, it is preferable that the bias of the AF sensor is cut to make the circuit non-operating in order to reduce power consumption.
その後、AE回路ブロック102(ワイドAEセンサ)からの対数圧縮信号(ワイドAE信号)の出力を行う。そして最後にAFセンサ信号の暗電流ばらつき補正とAEセンサ信号のゲイン補正のための温度信号出力を行う(ステップSt10)。 Thereafter, a logarithmic compression signal (wide AE signal) is output from the AE circuit block 102 (wide AE sensor). Finally, temperature signal output for dark current variation correction of the AF sensor signal and gain correction of the AE sensor signal is performed (step St10).
以上のAE、AF、温度検出の一連の動作(ステップSt1〜St10)を行った後、電源をオフにしてセンサ動作を終了させる(ステップSt11)。ここで温度信号は必ずしも毎回読み出す必要がないため、任意のタイミングで読み出してもよい。また、温度信号はAF信号の出力の前に読み出しても良い。 After performing the above series of AE, AF, and temperature detection operations (steps St1 to St10), the power is turned off to end the sensor operation (step St11). Here, the temperature signal does not necessarily need to be read every time, and may be read at an arbitrary timing. The temperature signal may be read out before the AF signal is output.
本実施形態の回路形式と動作シーケンスにより、多分割AEセンサを必要とせずに、スポットAEとワイドAEを行うことが可能となった。すなわち、本実施形態によれば、CMOS型AFセンサの非破壊読み出しを利用したAGC動作を行い、そのAGC出力をスポットAE信号として兼用すると共に、ワイドAE用の対数圧縮AEセンサを同一基板上に設け、そのワイドAE信号とスポットAE信号との比較で逆光探知を行うため、多分割AEを必要とせずに逆光検知可能なAE搭載AFセンサを実現することが可能になった。 With the circuit format and operation sequence of this embodiment, spot AE and wide AE can be performed without the need for a multi-segment AE sensor. That is, according to the present embodiment, an AGC operation using nondestructive readout of a CMOS AF sensor is performed, and the AGC output is also used as a spot AE signal, and a logarithmic compression AE sensor for wide AE is provided on the same substrate. Since the backlight detection is performed by comparing the wide AE signal and the spot AE signal, it is possible to realize an AE-equipped AF sensor capable of detecting backlight without requiring multi-segment AE.
また、AFセンサのAGC用のモニタ信号をスポットAE信号として兼用することにより、従来例において問題となった回路規模の増大と動作速度の低下を防ぐことが可能となった。すなわち、上記効果に加え、レスポンスが良く、高ダイナミックレンジであるAE機能も同時に実現させることが可能となった。 In addition, by using the AGC monitor signal of the AF sensor as the spot AE signal, it is possible to prevent an increase in circuit scale and a decrease in operation speed, which are problems in the conventional example. That is, in addition to the above effects, it is possible to realize an AE function having a good response and a high dynamic range at the same time.
図7に本実施形態におけるAEAF用固体撮像装置の概略的な断面構造図を示す。図7において、71はN型Si基板、72はN−型エピタキシャル(Epi)層、73はPWL(Pウェル)、74はNWL(Nウェル)、75はN+型不純物層(N+拡散層)であり、PWL73とN+型不純物層75でPN接合フォトダイオードを形成する。
FIG. 7 is a schematic cross-sectional structure diagram of the AEAF solid-state imaging device according to the present embodiment. In FIG. 7, 71 is an N-type Si substrate, 72 is an N− type epitaxial (Epi) layer, 73 is a PWL (P well), 74 is an NWL (N well), and 75 is an N + type impurity layer (N + diffusion layer). The
また、76はゲート酸化膜、77は素子分離領域である厚い酸化膜(LOCOS)、78はMOSトランジスタのゲートを兼ねるPOL配線、79は層間絶縁膜(層間膜)、80はAL配線、82は遮光膜であるAL膜(遮光層)、83は表面保護膜であるSiON膜(表面保護層)である。 Further, 76 is a gate oxide film, 77 is a thick oxide film (LOCOS) which is an element isolation region, 78 is a POL wiring also serving as a gate of a MOS transistor, 79 is an interlayer insulating film (interlayer film), 80 is an AL wiring, and 82 is An AL film (light shielding layer) 83 serving as a light shielding film, and a SiON film (surface protective layer) 83 serving as a surface protective film.
ここでPWL73の不純物濃度は1×1016〜1017cm−3、その接合深さは1〜2μmであり、N+型不純物層75の不純物濃度は1×1018〜1020cm−3、その接合深さは0.2〜0.3μmである。
Here, the impurity concentration of PWL73 is 1 × 10 16 to 10 17 cm −3 , the junction depth is 1 to 2 μm, and the impurity concentration of the N + -
本実施形態のようにAEセンサとAFセンサのフォトダイオードを同じ構造にすることにより、露出値の差が0.3EV以内になるような分光感度特性にすることが可能となる。 By making the photodiodes of the AE sensor and the AF sensor have the same structure as in the present embodiment, it is possible to achieve spectral sensitivity characteristics such that the difference in exposure value is within 0.3 EV.
本実施形態におけるセンサの分光感度特性はPWLの接合深さでほぼ決まるため、AEセンサのフォトダイオードのPWL電位とAFセンサのフォトダイオードのPWL電位は必ずしも同じにする必要はなく、回路の動作点を最適にするために別電位としても良い。例えば、本実施形態の固体撮像装置において、AFセンサのPWL電位はGNDレベル、AEセンサのPWL電位は基準電位Vcと設定している。これはオペアンプの入力電位をGNDでなくVcとすることで、オペアンプの良好な動作領域で動作させる上で有効なことである。 Since the spectral sensitivity characteristic of the sensor in this embodiment is substantially determined by the junction depth of the PWL, the PWL potential of the photodiode of the AE sensor and the PWL potential of the photodiode of the AF sensor do not necessarily have to be the same. In order to optimize this, another potential may be used. For example, in the solid-state imaging device of this embodiment, the PWL potential of the AF sensor is set to the GND level, and the PWL potential of the AE sensor is set to the reference potential Vc. This is effective in operating the operational amplifier in a good operating region by setting the input potential of the operational amplifier to Vc instead of GND.
図8に本実施形態におけるAFセンサとAEセンサの分光感度特性を示す。両センサは、ウェル電位を異ならせているため、若干の分光感度の差はあるが、露出誤差0.3EVに対しては十分実現できる特性となっている。このようにAEセンサとAFセンサを同一の分光感度特性とすることで露出誤差を低減することが可能になった。 FIG. 8 shows spectral sensitivity characteristics of the AF sensor and the AE sensor in the present embodiment. Since both sensors have different well potentials, they have characteristics that can be sufficiently realized for an exposure error of 0.3 EV, although there is a slight difference in spectral sensitivity. Thus, exposure errors can be reduced by setting the AE sensor and the AF sensor to the same spectral sensitivity characteristic.
本実施形態において、それぞれのAEセンサとAFセンサはCMOS回路のみの構成であるため、各種のCMOS回路(アナログ、ディジタル)のオンチップ化との整合性も良く、各種周辺回路オンチップによるインテリジェント化も同時に可能である。また、マスク枚数と製造工数も少ないため、低コスト化に対しても有利である。 In this embodiment, since each AE sensor and AF sensor are configured only by CMOS circuits, the compatibility with on-chip implementation of various CMOS circuits (analog and digital) is good, and intelligentization by various peripheral circuits on-chip. Is possible at the same time. Further, since the number of masks and the number of manufacturing steps are small, it is advantageous for cost reduction.
以上説明したように、本実施形態によれば、高速、高性能、低コストとなるAEAF用固体撮像装置が実現できた。なお、本発明はCMOSセンサのみならず、例えばCCD、BASIS(Base Stored Image Sensor)、SIT(Static Induced Transistor)、CMD(Charge Modulation Device)、AMI(Amplified MOS Intelligent Imager)等にも応用可能である。 As described above, according to the present embodiment, a solid-state imaging device for AEAF having high speed, high performance, and low cost can be realized. The present invention is applicable not only to a CMOS sensor but also to a CCD, a BASIS (Base Stored Image Sensor), a SIT (Static Induced Transistor), a CMD (Charge Modulation Device), an AMI (Amplified MOS Intelligent Imager), and the like. .
[第2実施形態]
図9に、本実施形態のAEAF用固体撮像装置の動作を説明するフローチャートを示す。第1実施形態においては、図6に示すように、スポットAE信号出力後にAF信号を読み出していた(図6中のステップSt5、St9参照)。これに対し、本実施形態では、図9に示すように、AF信号出力後にスポットAE信号を読み出していることを特徴とする(図9中のステップSt5、St9参照)。その他の各ステップSt1〜St11の処理手順及びその処理内容は、第1実施形態(図6)と同様であるので、その説明を省略する。
[Second Embodiment]
FIG. 9 shows a flowchart for explaining the operation of the AEAF solid-state imaging device of the present embodiment. In the first embodiment, as shown in FIG. 6, the AF signal is read after the spot AE signal is output (see steps St5 and St9 in FIG. 6). On the other hand, the present embodiment is characterized in that the spot AE signal is read after the AF signal is output as shown in FIG. 9 (see steps St5 and St9 in FIG. 9). Since the processing procedures and processing contents of the other steps St1 to St11 are the same as those in the first embodiment (FIG. 6), the description thereof is omitted.
本実施形態によれば、全てのAF点のスポットAE信号を読み出すのではなく、先に出力されたAF信号をもとに合焦したAF点のみのスポットAE信号を読み出すことができるため、更なる動作の簡略化と高速化が可能となる。 According to the present embodiment, since spot AE signals for all AF points are not read, spot AE signals for only the AF points that are focused based on the previously output AF signals can be read. The operation can be simplified and speeded up.
[第3実施形態]
図10に本実施形態のAEAF用固体撮像装置の概略回路ブロック図を示す。図10に示すAEAF用固体撮像装置は、上記実施形態(図1参照)と同様の構成、すなわちSi半導体基板100上に形成されたAFセンサブロック101(位相差検出型AFセンサ回路110を成す一対の基準部AF回路110A及び参照部AF回路110B)、AEセンサブロック102(AE回路121、Is補償回路122、信号増幅回路123)、アナログ系の回路(温度計回路103、AGC回路105、電源回路106、信号増幅回路108)、及びディジタルブロック(MPX104、ロジック回路107)を備え、ADC112内蔵のマイコン109に接続されている。
[Third Embodiment]
FIG. 10 is a schematic circuit block diagram of the AEAF solid-state imaging device of the present embodiment. The AEAF solid-state imaging device shown in FIG. 10 has the same configuration as that of the above-described embodiment (see FIG. 1), that is, an
上記第1及び第2実施形態において、スポットAE信号としてAFセンサブロック101のフォトダイオードの最大値信号を用いているが、本実施形態では、最大値信号以外に、図10に示すように、最小値信号も用いることを特徴とする。これによれば、最大値信号と最小値信号の両方を用いることで、更にきめ細かい露出制御が可能となる。
In the first and second embodiments, the maximum value signal of the photodiode of the
[第4実施形態]
図11に本実施形態のAEAF用固体撮像装置の概略回路ブロック図、図12にその概
略平面レイアウト図をそれぞれ示す。
[Fourth Embodiment]
FIG. 11 is a schematic circuit block diagram of the AEAF solid-state imaging device of the present embodiment, and FIG. 12 is a schematic plan layout diagram thereof.
図11及び図12に示すAEAF用固体撮像装置は、上記実施形態(図1参照)と同様の構成、すなわちSi半導体基板100上に形成されたAFセンサブロック101(位相差検出型AFセンサ回路110を成す一対の基準部AF回路110A及び参照部AF回路110B)、AEセンサブロック102(AE回路121、Is補償回路122、信号増幅回路123)、アナログ系の回路(温度計回路103、AGC回路105、電源回路106、信号増幅回路108)、及びディジタルブロック(MPX104、ロジック回路107)を備え、ADC112内蔵のマイコン109に接続されている。
The solid-state imaging device for AEAF shown in FIGS. 11 and 12 has the same configuration as that of the above embodiment (see FIG. 1), that is, an AF sensor block 101 (phase difference detection type AF sensor circuit 110) formed on the
図12において、91は広角系フォトダイオード、92は望遠系フォトダイオードである。このように2分割されたフォトダイオード領域に対応して、AE回路ブロック102には、図11に示すように、2分割されたAE回路121、121が設けられる。
In FIG. 12, 91 is a wide-angle photodiode, and 92 is a telephoto photodiode. As shown in FIG. 11, the
すなわち、本実施形態は、ワイドAEセンサを成すAE回路ブロック102のAE回路121(フォトダイオード領域)を複数に分割したことを特徴とする。このようにAEセンサのフォトダイオード領域を広角系フォトダイオード91と望遠系フォトダイオード92の2つに分割することにより、使用するズームレンズの領域に応じたAEセンサを用いることが可能となり、その結果、より正確なAEが可能となる。例えば、広角ズーム領域においては全てのAEセンサを用い、望遠ズーム領域においては中心のAEセンサのみを用いればよい。また、2分割以上の複数に分割しても同様の効果が得ることができる。
That is, the present embodiment is characterized in that the AE circuit 121 (photodiode region) of the
[第5実施形態]
本実施形態は、上記第1〜第4実施形態のAF回路ブロック及びAE回路ブロックを有するAEAF用固体撮像装置を用いた撮像装置(カメラ)に関する。
[Fifth Embodiment]
The present embodiment relates to an imaging device (camera) using the AEAF solid-state imaging device having the AF circuit block and the AE circuit block of the first to fourth embodiments.
図13は、上記AEAF用固体撮像装置をレンズシャッタディジタルコンパクトカメラ(撮像装置)に用いた場合の一実施形態を示す概略ブロック図である。図13において、201はレンズのプロテクトとメインスイッチを兼ねるバリア、202は被写体の光学像を固体撮像素子204に結像するレンズ、203はレンズ202を通った光量を可変するための絞り、204はレンズ202で結像された被写体を画像信号として取り込むための固体撮像素子である。
FIG. 13 is a schematic block diagram showing an embodiment when the AEAF solid-state imaging device is used in a lens shutter digital compact camera (imaging device). In FIG. 13, 201 is a barrier that serves as a lens switch and a main switch, 202 is a lens that forms an optical image of a subject on the solid-
また、205は上記第1〜第4実施形態で説明したAEAF用固体撮像装置である。ここでは、例えば、上記第1実施形態(図1等参照)と同様のものを用いる。220は、AEAF用固体撮像装置205を搭載したAEAF光学モジュールである。221は、AEAF光学モジュール220に搭載される一対のAF用結像レンズであり、AEAF用固体撮像装置205のAF回路ブロックの一対のリニアセンサ回路(基準部AF回路、参照部AF回路)のそれぞれのフォトダイオード上に入射光を集光させる。222は、AEAF光学モジュール220に搭載されるAE用集光レンズであり、AEAF用固体撮像装置205のAE回路ブロックのフォトダイオード上に入射光を集光させる。
また、206は固体撮像素子204や固体撮像装置205から出力される画像信号、AE信号、AF信号をアナログ−ディジタル変換するA/D変換器、208はA/D変換器207より出力された画像データに各種の補正やデータを圧縮する信号処理部、209は固体撮像素子204、撮像信号処理回路206、A/D変換器207、信号処理部208等に各種タイミング信号を出力するタイミング発生部、210は各種演算とカメラ全体を制御する全体制御・演算部、211は画像データを一時的に記憶するためのメモリ部である。
さらに、212は記録媒体に記録または読み出しを行うためのインターフェース部、213は画像データの記録または読み出しを行うための半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体、214は外部コンピュータ等と通信するためのインターフェース部である。 Further, 212 is an interface unit for recording or reading on a recording medium, 213 is a removable recording medium such as a semiconductor memory for recording or reading image data, and 214 is an interface for communicating with an external computer or the like. Part.
次に、このようなレンズシャッタディジタルコンパクトカメラの撮影時の動作について説明する。バリア201がオープンされるとメイン電源がオンされ、次にコントロール系の電源がオンし、更にA/D変換器207等の撮像系回路の電源がオンされる。
Next, an operation at the time of photographing with such a lens shutter digital compact camera will be described. When the
固体撮像装置205のAF回路ブロックから出力された信号(AF信号)をもとに三角測距法により被写体までの距離の演算を全体制御・演算部210で行う。その後、レンズ202の繰り出し量を算出し、レンズ202を所定の位置まで駆動して合焦させる。
Based on the signal (AF signal) output from the AF circuit block of the solid-
次いで、露光量を制御するために、固体撮像装置205のAE回路ブロックから出力された信号(ワイドAE信号)をA/D変換器207で変換した後、信号処理部208に入力する。このとき、逆光検知等、必要に応じて、前述したAF回路ブロックから出力されたスポットAE信号としてのモニタ信号(最大値信号のみ、又は最大値信号と最小値信号)をA/D変換器207で変換した後、信号処理部208に入力する。これらのデータを基に露出の演算を全体制御・演算部210で行う。このAEを行った結果により明るさを判断し、その結果に応じて全体制御・演算部210は絞り203とシャッタスピードを調節する。
Next, in order to control the exposure amount, a signal (wide AE signal) output from the AE circuit block of the solid-
その後、露光条件が整った後に固体撮像素子204での本露光が始まる。露光が終了すると、固体撮像素子204から出力された画像信号はA/D変換器207でA−D変換され、信号処理部208を通り全体制御・演算部210によりメモリ部211に書き込まれる。その後、メモリ部211に蓄積されたデータは全体制御・演算部210の制御により記録媒体制御I/F部212を通り着脱可能な記録媒体213に記録される。また、外部I/F部214を通り直接コンピュータ等に入力してもよい。
After that, after the exposure conditions are set, the main exposure with the solid-
なお、本実施形態のAEAF用固体撮像装置は、ディジタルコンパクトカメラだけでなく、銀塩カメラ等にも使用できる。また、一眼レフカメラに用いても同様の効果が得られる。 Note that the AEAF solid-state imaging device of the present embodiment can be used not only for a digital compact camera but also for a silver salt camera or the like. The same effect can be obtained even when used for a single-lens reflex camera.
以上本発明の各実施形態について説明したが、本発明の好適な実施の態様を以下のとおり列挙する。
[実施態様1] AFを行うためのAF用光電変換素子列と、前記AF用光電変換素子列に蓄積された電荷量に応じた電圧信号を出力する電圧モニタ手段と、AEを行うためのAE用光電変換素子を含み且つ該AE用光電変換素子にて光電変換された信号を第1の露出量検出用信号として出力する第1の露出量検出手段と、が同一半導体基板上に形成されているAEAF用固体撮像装置において、前記AF用光電変換素子列から出力されるオートゲインコントロール用のモニタ信号を第2の露出量検出用信号として出力する第2の露出量検出手段を備え、該モニタ信号は非破壊読み出しによりリアルタイムで出力されることを特徴とするAEAF用固体撮像装置。
[実施態様2] 前記AF用光電変換素子列は複数であり、それぞれが所定の距離を隔てて配置されていることを特徴とする実施態様1に記載のAEAF用固体撮像装置。
[実施態様3] 前記モニタ信号は、非破壊読み出しによりリアルタイムで出力されることを特徴とする実施態様1に記載のAEAF用固体撮像装置。
[実施態様4] 前記AF用光電変換素子からの光電荷の増幅読み出しを行う電荷増幅手段をさらに備えたことを特徴とする実施態様1に記載のAEAF用固体撮像装置。
[実施態様5] 前記電圧モニタ手段は、前記AF用光電変換素子列の最大値信号をリアルタイムモニタ信号として出力し、前記第2の露出量検出手段は、前記最大値信号を前記第2の露出量検出用信号として出力することを特徴とする実施態様1に記載のAEAF用固体撮像装置。
[実施態様6] 前記電圧モニタ手段は、前記AF用光電変換素子列の最大値信号と最小値信号の2つをリアルタイムモニタ信号として出力し、前記第2の露出量検出手段は、前記最大値信号と前記最小値信号を前記第2の露出量検出用信号として出力することを特徴とする実施態様1に記載のAEAF用固体撮像装置。
[実施態様7] 前記AF用光電変換素子と前記AE用光電変換素子がPN接合フォトダイオードであり、該フォトダイオードを成すP型不純物層とそのN型不純物層が同一の不純物濃度と接合深さであることを特徴とする実施態様1に記載のAEAF用固体撮像装置。
[実施態様8] 前記AF用光電変換素子と前記AE用光電変換素子は、分光感度特性が露出指標で0.3EV以内の露出量になることを特徴とする実施態様7に記載のAEAF用固体撮像装置。
[実施態様9] 多点AFを行うための複数のAF用光電変換素子列と、広い視野のAEを行うためのAE用光電変換素子とを同一半導体基板上に形成した固体撮像装置において、前記AE用光電変換素子にて光電変換された信号を第1の露出量検出用信号として出力する第1の露出量検出手段と、選択されたAF点に対応した前記AF用光電変換素子列からのモニタ信号のみを選択して第2の露出量検出用信号として出力する第2の露出量検出手段とを備えたことを特徴とするAEAF用固体撮像装置。
[実施態様10] 複数の前記各信号を順次出力させるためのタイミング発生回路とマルチプレクサ回路が同一半導体基板上に形成されていることを特徴とする実施態様1乃至9のいずれか1項に記載のAEAF用固体撮像装置。
[実施態様11] 実施態様1乃至10のいずれか1項に記載のAEAF用固体撮像装置と、該AEAF用固体撮像装置により出力される前記第1の露出量検出用信号及び前記第2の露出量検出用信号を元に露光条件を制御する制御手段とを有することを特徴とするカメラ。
Although each embodiment of the present invention has been described above, preferred embodiments of the present invention are listed as follows.
[Embodiment 1] AF photoelectric conversion element array for performing AF, voltage monitoring means for outputting a voltage signal corresponding to the amount of charge accumulated in the AF photoelectric conversion element array, and AE for performing AE A first exposure amount detecting means that includes a photoelectric conversion element and outputs a signal photoelectrically converted by the AE photoelectric conversion element as a first exposure amount detection signal, and is formed on the same semiconductor substrate. The AEAF solid-state imaging device includes a second exposure amount detection unit that outputs a monitor signal for auto gain control output from the photoelectric conversion element array for AF as a second exposure amount detection signal. A signal is output in real time by nondestructive readout, and an AEAF solid-state imaging device.
[Embodiment 2] The AEAF solid-state imaging device according to
[Embodiment 3] The AEAF solid-state imaging device according to
[Embodiment 4] The AEAF solid-state imaging device according to
[Embodiment 5] The voltage monitoring means outputs the maximum value signal of the AF photoelectric conversion element array as a real-time monitor signal, and the second exposure amount detection means outputs the maximum value signal to the second exposure signal. The solid-state imaging device for AEAF according to
[Embodiment 6] The voltage monitoring means outputs two signals, a maximum value signal and a minimum value signal of the AF photoelectric conversion element array, as a real-time monitor signal, and the second exposure amount detection means is configured to output the maximum value. 2. The AEAF solid-state imaging device according to
[Embodiment 7] The AF photoelectric conversion element and the AE photoelectric conversion element are PN junction photodiodes, and the P-type impurity layer and the N-type impurity layer forming the photodiode have the same impurity concentration and junction depth. The solid-state imaging device for AEAF according to the first embodiment, characterized in that:
[Embodiment 8] The AEAF solid according to
[Embodiment 9] In the solid-state imaging device in which a plurality of AF photoelectric conversion element arrays for performing multipoint AF and an AE photoelectric conversion element for performing AE with a wide field of view are formed on the same semiconductor substrate. First exposure amount detection means for outputting a signal photoelectrically converted by the AE photoelectric conversion element as a first exposure amount detection signal; and from the AF photoelectric conversion element array corresponding to the selected AF point. A solid-state image pickup device for AEAF, comprising: a second exposure amount detection means for selecting only a monitor signal and outputting it as a second exposure amount detection signal.
[Embodiment 10] The embodiment according to any one of
[Embodiment 11] The AEAF solid-state imaging device according to any one of
1、21 pnフォトダイオード
2 リセットMOSトランジスタ
3、20 CMOS差動増幅器
4 クランプ容量
5〜9 MOSスイッチ
10 最小値検出用差動増幅器
11 最大値検出用差動増幅器
12、13 MOSスイッチ
14 OR回路
15 走査回路
16、17 定電流MOSトランジスタ
18 共通出力線
22 pnダイオード
25 バッファアンプ
26 コンパレータ
30 AE回路
31、32 CCDアレイ
33 光電変換回路
34 積分回路
35、36 比較回路
37 AF用カウンタ回路
38 AE用カウンタ回路
42、43 出力選択回路
44、45 バッファ
46 相関演算回路
47 ADコンバータ
48 主制御回路
49 ADなしマイコン
71、100 N型Si基板
72 N型エピタキシャル層
73 PWL
74 NWL
75 N+不純物層
76 薄い酸化膜
77 LOCOS
78 POL配線
79 層間絶縁膜
80 AL配線
82 遮光膜
83 保護膜
91 広角系フォトダイオード
92 望遠系フォトダイオード
101 AF回路ブロック
102 AE回路ブロック
103 温度計回路
104 マルチプレクサ
105 AGC回路
106 電源回路
107 ロジック回路
108 信号増幅回路
109 AD内蔵マイコン
110 位相差検出型AFセンサ回路
110A 基準部AF回路
110B 参照部AF回路
112 ADC(ADコンバータ)
121 AE回路
122 Is補償回路
123 信号増幅回路
1, 21
74 NWL
75 N +
78
121
Claims (8)
前記AF用光電変換素子列から出力されるオートゲインコントロール用のモニタ信号を第2の露出量検出用信号として出力する第2の露出量検出手段を備え、該モニタ信号は非破壊読み出しによりリアルタイムで出力され、
前記第2の露出量検出手段は、合焦した時の前記AF用光電変換素子列の信号出力後に前記第2の露出量検出用信号を読み出し、
前記AF用光電変換素子と前記AE用光電変換素子がPN接合フォトダイオードであり、該フォトダイオードを成すP型不純物層とそのN型不純物層が同一の不純物濃度と接合深さであることを特徴とするAEAF用固体撮像装置。 An AF photoelectric conversion element array, a voltage monitoring unit that outputs a voltage signal corresponding to the amount of charge accumulated in the AF photoelectric conversion element array, and an AE photoelectric conversion element, the AE photoelectric conversion element In the AEAF solid-state imaging device in which the first exposure amount detection means for outputting the photoelectrically converted signal as the first exposure amount detection signal is formed on the same semiconductor substrate.
Second exposure amount detection means for outputting a monitor signal for auto gain control output from the photoelectric conversion element array for AF as a second exposure amount detection signal is provided, and the monitor signal is read in real time by nondestructive reading. Output,
It said second exposure amount detecting means read out said second exposure amount detection signal after the signal output of the AF photoelectric conversion element arrays when focused,
The AF photoelectric conversion element and the AE photoelectric conversion element are PN junction photodiodes, and the P-type impurity layer and the N-type impurity layer forming the photodiode have the same impurity concentration and junction depth. A solid-state imaging device for AEAF.
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