JP2006134928A - 光電変換装置、測光自動焦点用光電変換装置、及び撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光電変換装置の電源電圧を変更した場合でも、ダイナミックレンジが狭くならず、測定可能な光量範囲及び温度範囲が狭くならず、高い測定精度及び広い測定範囲を実現する。
【解決手段】光電変換装置は、ＰＮ接合を用いたフォトダイオード１と、フォトダイオード１で発生した光電流を対数圧縮電圧変換する対数変換部Ｃ１と、対数変換部Ｃ１の出力を増幅する反転増幅回路Ｃ２と、反転増幅回路Ｃ２の出力からＰＮ接合のダイオード逆方向飽和電流特性を補正するＩｓ補償回路Ｃ３と、Ｉｓ補償回路Ｃ３の出力を増幅する増幅部Ｃ４とを有する。増幅部Ｃ４は、アナログスイッチ２０〜２３によりゲイン量とＤＣオフセット量を規定する複数の抵抗素子１５〜１９の接続状態を切り替えることにより、基準電圧源４の電源電圧Ｖｃに応じてゲイン量とＤＣオフセット量を２種類の異なるパターンで切り替える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光電変換装置、測光自動焦点用光電変換装置、及び撮像装置に係り、特にカメラの測光装置に用いられる自動焦点測光用光電変換装置及び撮像装置に関する。

光電変換装置には、入力光に対して光信号量が線形となるもののほかに、広いダイナミックレンジを得るために光信号を対数に比例した信号に変換して出力するものが知られている。このような対数圧縮光電変換装置として、ＬＯＧアンプを利用したものがある。対数圧縮にダイオードを用いる場合、飽和電流Ｉｓのばらつきを補償する回路を設けることが一般的であり、Ｉｓ補償回路をセンサ内蔵の温度計として利用する例もある（例えば、特許文献１参照）。以下、図７を用いて、従来技術について説明する。

図７に示す対数圧縮光電変換装置において、１０１は光電流に比例した電流を出力するフォトダイオード、１０２、１０７、１１４、及び１１９はＣＭＯＳ構成の演算増幅器（以下、「第１〜第４オペアンプ」と呼ぶ）、１０３及び１１３はＰＮ接合ダイオードであり、第１及び第３オペアンプ１０２及び１１４では、それぞれ出力端子から帰還してダイオード１０３及び１１３を介して（−）入力端子に至るフィードバックループを形成している。また、１０４はフォトダイオード１０１及び第１〜第４オペアンプ１０２、１０７、１１４、及び１１９の入力端子に接続される基準電圧源であり、１０５、１０６、１０８、１０９、１１５、１１６、１１７、及び１１８は第２〜第４オペアンプ１０７、１１４、１１９のゲイン量及びＤＣ（直流）オフセット量を規定する抵抗素子であり、１１０、１１１は第２オペアンプ１０７の出力端子及び第３オペアンプ１１４の（−）入力端子間、第３オペアンプ１１４の（＋）入力端子及び基準電圧源１０４間のオン・オフ切り替え用のＣＭＯＳアナログスイッチであり、１１２は第３オペアンプ１１４の（−）入力端子に接続される定電流源であり、１２０は本装置の出力端子である。

フォトダイオード１０１が成すＰＮ接合は、ＮＰＮバイポーラトランジスタのベース、エミッタ、コレクタのうちいずれか２つの端子により形成され、残り１つの端子が半導体基板に接続されている。

フォトダイオード１０１は、第１オペアンプ１０２の出力端子から負帰還されてその（−）入力端子にダイオード１０３を介して接続されてなる対数変換部Ｃ１、及び基準電圧源１０４にそれぞれ接続されている。フォトダイオード１０１のカソード端子は、第１オペアンプ１０２の（−）入力端子に接続され、この（−）入力端子の電圧が負帰還をかけた第１オペアンプ１０２の両入力端子が実質的に同電位になるイマジナリーショート（仮想短絡）により基準電圧源１０４の基準入力端子の電圧（以下、「Ｖｃ」とする）と同電位となっており、アノード端子は、基準電圧源１０４に接続され、この電圧Ｖｃと同電位、もしくはそれ以下の電圧となり、このようにしてフォトダイオード１０１はカソード端子側がアノード端子側より電位が高く逆バイアスされた状態で第１オペアンプ１０２及び基準電圧源１０４に接続されている。

これによれば、フォトダイオード１０１に光が入射されると、それに応じた光電流Ｉｐが流れる。この光電流Ｉｐは第１オペアンプ１０２の出力端子から帰還されてダイオード１０３のＰＮ接合を介して第１オペアンプ１０２の（−）入力端子側に供給され、ここからフォトダイオード１０１及び基準電圧源１０４の定電圧入力端子へと流れる。このとき、基準電圧源１０４の定電圧入力端子の基準電圧をＶｃとし、第１オペアンプ１０２の出力端子の電圧をＶ１とすると、電圧Ｖ１の出力は次式で表される。

この式で、Ｉｓはダイオ−ド１０１の逆方向飽和電流（ダイオードに逆方向電圧をかけたときに流れる最大電流）、ｑは電荷素量1.602×10^-19（クーロン）、ｋはボルツマン定数1.38×10^-23（Ｊ／Ｋ）、Ｔは絶対温度（Ｋ）である。

この式から分かるように、フォトダイオード１０１に接続された対数変換部Ｃ１により、電圧Ｖ１の出力は、フォトダイオード１０１における光量／光電流の対数（ＬＯＧ）に比例したものとなっており、これによりダイナミックレンジの広い特性が得られる。

また、対数変換部Ｃ１の後段に接続された抵抗素子１０５（入力抵抗）、１０６（帰還抵抗）、及び第２オペアンプ１０７からなる回路は、反転増幅回路Ｃ２である。ここで、抵抗素子１０５、１０６の抵抗値をＲ５、Ｒ６とし、第２オペアンプ１０７の出力端子の電圧（中間電位の出力）をＶ２とすると、中間電位Ｖ２の出力は、次式で表される。

ここで、抵抗素子１０５、１０６の抵抗値Ｒ５、Ｒ６の関係をＲ５＝Ｒ６とすると、中間電位Ｖ２の出力は、次式で表される。

また、反転増幅回路Ｃ２の後段に接続されたダイオード１１３、第３オペアンプ１１４、及び定電流源１１２からなる回路は、上記ダイオード１０３の逆方向飽和電流Ｉｓのばらつきを補償する回路（以下、「Ｉｓ補償回路Ｃ３」と呼ぶ）である。ここで、定電流源１１２へと流れる電流をＩｒｅｆとし、第３オペアンプ１１４の出力端子の電圧（中間電位）をＶ３とすると、中間電位Ｖ３の出力は、次式で表される。

ここで、上記２つのダイオード１０３及び１１３の特性が等しいとすると、中間電位Ｖ３の出力は、次式で表される。

この式から、対数圧縮された光信号として、上記ダイオード１０３の逆方向電流飽和電流Ｉｓに依存しない中間電位Ｖ３の出力が得られる。

また、アナログスイッチ１１０を開くと、Ｖ２＝０となるため、中間電位Ｖ３の出力は、次式で表される。

この式により、アナログスイッチ１１０を開いた状態では、絶対温度Ｔに比例する温度計の検出信号として中間電位Ｖ３の出力を利用できる。

さらに、Ｉｓ補償回路Ｃ３の後段に接続された抵抗素子１１５、１１６、１１７、１１８、及び第４オペアンプ１１９からなる回路は、上記回路Ｃ１〜Ｃ３を通じて対数圧縮された光信号および温度計の検出信号として利用される中間電位Ｖ３の出力を増幅する増幅部Ｃ４である。ここで、抵抗素子１１５、１１６、１１７、及び１１８の抵抗値をそれぞれＲ１５、Ｒ１６、Ｒ１７、及びＲ１８とし、第４オペアンプ１１９の出力端子の電圧をＶ４とし、この電圧Ｖ４に接続された本装置の出力端子１２０の電圧をＶｏｕｔとすると、電圧Ｖ４の出力、即ち出力電圧Ｖｏｕｔは、次式で表される。

この式において、右辺第一項のＶ３の係数（傾き）が増幅部Ｃ４のゲイン量に、また右辺第二項（切片）が増幅部Ｃ４のＤＣ（直流）オフセット量にそれぞれ対応する。
特開２００３−２４３６９０号公報

しかしながら、上記従来例の対数圧縮光電変換装置では、上記式に示すように増幅部Ｃ４のゲイン量及びＤＣオフセット量が固定されているため、センサの電源電圧を変更した場合に不具合が生じる。例えば、電源電圧を高く変更した場合には、光量あるいは温度に対する出力の傾きは同じであるので測定精度は変わらないものの、電源電圧を低く変更した場合には、ダイナミックレンジが狭くなるので、測定可能な光量範囲及び温度範囲が狭くなる。その結果、従来例の対数圧縮光電変換装置を用いた撮像装置では、高い測定精度及び広い測定範囲を実現困難となっている。

本発明は、このような従来の事情を考慮してなされたもので、光電変換装置の電源電圧を変更した場合でも、ダイナミックレンジが狭くならず、測定可能な光量範囲及び温度範囲が狭くならず、高い測定精度及び広い測定範囲を実現することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、光強度に比例した電流を出力する光電変換部と、ＰＮ接合のダイオード特性を用いて前記光電変換部で発生した光電流を対数に比例した電圧に変換する対数変換部および温度測定部と、それらの信号を増幅する増幅手段とからなる光電変換装置において、前記増幅手段のゲイン量及びＤＣオフセット量を少なくとも２種類の異なるパターンで切り替えられる手段を有することを特徴とする。

本発明による光電変換装置によれば、増幅手段のゲイン量及びＤＣオフセット量を少なくとも２種類の異なるパターンで切り替える構成としたため、電源電圧が高い場合はゲイン量を大きく、電源電圧が低い場合はゲイン量を小さく、また測定範囲の中心が出力ダイナミックレンジの中心と一致するようＤＣオフセット量を調整することができる。その結果、本発明による光電変換装置を搭載した撮像装置においては、光電変換装置の電源電圧が変更された場合でも、高い測定精度及び広い測定範囲を実現することが可能になる。

以下、本発明に係る光電変換装置、測光自動焦点用光電変換装置、及び撮像装置の実施の形態について、図１〜図６を用いて説明する。

図１は、本実施例の光電変換装置の全体構成を説明するものである。

図１に示す光電変換装置において、フォトダイオード１、対数変換部Ｃ１（第１オペアンプ２、ＰＮ接合ダイオード３）、基準電圧源４、反転増幅回路Ｃ２（抵抗素子５、６、第２オペアンプ７）、Ｉｓ補償回路Ｃ３（抵抗素子８、９、ＣＭＯＳアナログスイッチ１０、１１、定電流源１２、ダイオード１３、第３オペアンプ１４）は、前述した図１０に示す従来装置の構成要素１０１〜１１４と同一構成であるため、その構成及び動作の説明を省略する。また、これら構成要素１〜１４に基づく各段の出力電圧Ｖ１〜Ｖ３の各計算式については、前述した各式（［数１］〜［数６］）と同一であるため、その説明を省略する。

図１に示す光電変換装置において、１５、１６、１７、１８、１９は抵抗素子、２０、２１、２２、２３はアナログスイッチ、２４は第４オペアンプ、２５は出力端子であり、これら構成要素１５〜２５からなる回路、即ち増幅部Ｃ４は、アナログスイッチ２０、２１、２２、２３によりゲイン量及びＤＣオフセット量を規定する抵抗素子１５、１６、１７、１８、１９を切り替えすることにより、ゲイン量及びＤＣオフセット量をそれぞれ２つのパターンで切り替え、これによりＩｓ補償回路Ｃ３の第３オペアンプ１４からの出力電圧Ｖ３をゲイン倍及びＤＣオフセットして出力する正転増幅回路（非反転増幅回路）から構成されている。

図１に示す正転増幅回路から成る増幅部Ｃ４においては、第３オペアンプ１４の出力Ｖ３側に抵抗素子１５が接続され、この抵抗素子１５に抵抗素子１６、１７が直列に接続され、抵抗素子１７が第４オペアンプ２４の出力端子に接続され、抵抗素子１５及び抵抗素子１６間の接続点と第４オペアンプ２４の（−）入力端子との間にアナログスイッチ２０が、また抵抗素子１６及び抵抗素子１７間の接続点と第４オペアンプ２４の（−）入力端子との間にアナログスイッチ２１がそれぞれ接続されている。また、アナログスイッチ２０及び第４オペアンプ２４の（−）入力端子間の接続点に抵抗素子１８が接続され、抵抗素子１８とグランド端子との間に抵抗素子１９及びアナログスイッチ２２と、アナログスイッチ２３とが並列に接続されている。アナログスイッチ２０〜２３は図示しない制御部（コントローラ）からの開閉制御指令に応じて開閉可能となっている。

このように構成された増幅部Ｃ４では、アナログスイッチ２０、２１のどちらか一方を閉じることで正転増幅回路の（−）入力端子側の抵抗素子１５、１６、１７の接続関係で可変に規定される抵抗値（入力抵抗値及び帰還抵抗値）を調整してゲイン量を選択し、アナログスイッチ２２、２３のどちらか一方を閉じることで正転増幅回路の（＋）入力端子側の抵抗素子１８、１９の接続関係で可変に規定される抵抗値を調整してＤＣオフセット量を選択することができる。

例えば、抵抗素子１５、１６、１７、１８、１９の抵抗値をそれぞれＲ１５、Ｒ１６、Ｒ１７、Ｒ１８、Ｒ１９とすると、アナログスイッチ２０、２３を閉じた場合、出力端子２５の電圧に対応する第４オペアンプの出力電圧Ｖ４は次式で表される。

この式において、右辺第一項のＶ３の係数（傾き）が増幅部Ｃ４のゲイン量に、また右辺第二項（切片）が増幅部Ｃ４のＤＣオフセット量にそれぞれ対応する。

また、アナログスイッチ２１、２２を閉じた場合、出力電圧Ｖ４は次式に表される。

従って、本実施例によれば、アナログスイッチ２１〜２３の開閉により複数の抵抗素子１５〜１９の接続状態を変更することにより、正転増幅回路から成る増幅部Ｃ４のゲイン量及びＤＣオフセット量をそれぞれ２種類の異なるパターンで切り替えることができるため、光電変換装置の電源電圧が高い場合はゲイン量を大きく、電源電圧が低い場合はゲイン量を小さく、また測定範囲の中心が出力ダイナミックレンジの中心と一致するようＤＣオフセット量を調整することができる。その結果、本光電変換装置をカメラに搭載した場合、光電変換装置の電源電圧が変更されたときでも、高い測定精度及び広い測定範囲を実現することが可能になる。

なお、本実施例ではゲイン量とＤＣオフセット量の切り替えパターンはそれぞれ２つの場合を説明しているが、本発明はこれに限らず、２つ以上であってもよい。例えば、図２に示すように、図１に示す増幅部Ｃ４に、追加の抵抗素子１６ａ〜１６ｃ、１９ａ〜１９ｅとアナログスイッチ２１ａ〜２１ｄ、２２ａ〜２２ｅを繰り返し並列に挿入することでその数量に応じて切り替えパターンを２つ以上に増やすことができる。

図３は、本実施例による光電変換装置の概略回路図を示す。図３において図１に示す実施例１と実質的に同一な構成要素については説明を省略する。

図３に示す光電変換装置において、３１、３２、３３、３４、３５、３６は抵抗素子、３７、３８、３９はアナログスイッチ、４０は第４オペアンプ、４１は出力端子であり、これら構成要素３１〜４１からなる回路、即ち増幅部Ｃ４は、アナログスイッチ３７、３８、３９によりゲイン量及びＤＣオフセット量を規定する抵抗素子３１〜３６を切り替えることにより、ゲイン量及びＤＣオフセット量をそれぞれ２つのパターンで切り替え、これによりＩｓ補償回路Ｃ３の第３オペアンプ１４からの出力電圧Ｖ３をゲイン倍及びＤＣオフセットして出力する反転増幅回路から構成されている。

図３に示す正転増幅回路から成る増幅部Ｃ４においては、第３オペアンプ１４の出力Ｖ３側に入力抵抗を成す抵抗素子３１が接続され、第４オペアンプ２４の（−）入力端子及び出力端子間を接続してなる帰還回路側に、抵抗素子３２と、抵抗素子３３及びアナログスイッチ３３とが互いに並列に接続されている。また、第４オペアンプ２４の（＋）入力端子と基準電圧源４の基準電圧Ｖｃとの間にアナログスイッチ３８、３９を介して抵抗素子３４、３５、３６がそれぞれ接続されている。アナログスイッチ３７〜３９は図示しない制御部（コントローラ）からの開閉制御指令に応じて開閉可能となっている。

このように構成された増幅部Ｃ４では、アナログスイッチ３７を閉じるか閉じないかで反転増幅回路の（−）入力端子及び出力端子間を接続する帰還回路側の抵抗素子３２、３３の接続状態で可変に規定される抵抗値（帰還抵抗値）を変えてゲイン量を選択し、アナログスイッチ３８、３９のどちらか一方を閉じることで反転増幅回路の（＋）入力端子及び基準電圧Ｖｃ間の抵抗素子３４、３５、３６の接続状態で可変に規定される抵抗値を変えてＤＣオフセット量を選択することができる。

例えば、抵抗素子３１、３２、３３、３４、３５、３６の抵抗値をそれぞれＲ３１、Ｒ３２、Ｒ３３、Ｒ３４、Ｒ３５、Ｒ３６とすると、アナログスイッチ３７、３８を閉じてアナログスイッチ３９を開いた場合、出力端子４１の電圧Ｖｏｕｔは次式で表される。

この式において、右辺第一項のＶ３の係数（傾き）が増幅部Ｃ４のゲイン量に、また右辺第二項（切片）が増幅部Ｃ４のＤＣオフセット量にそれぞれ対応する。

また、アナログスイッチ３７、３８を開いてアナログスイッチ３９を閉じた場合、電圧Ｖｏｕｔは次式で表される。

従って、本実施例によれば、上記実施例１と同様に、アナログスイッチ３７〜３９の開閉により複数の抵抗素子３１〜３６の接続状態を変更することにより、反転増幅回路から成る増幅部Ｃ４のゲイン量及びＤＣオフセット量をそれぞれ２種類の異なるパターンで切り替えることができるため、光電変換装置の電源電圧が高い場合はゲイン量を大きく、電源電圧が低い場合はゲイン量を小さく、また測定範囲の中心が出力ダイナミックレンジの中心と一致するようＤＣオフセット量を調整することができる。その結果、本光電変換装置をカメラに搭載した場合、光電変換装置の電源電圧が変更されたときでも、高い測定精度及び広い測定範囲を実現することが可能になる。

なお、本実施例においても、上記実施例１と同様に追加の抵抗素子とアナログスイッチを並列に挿入することで切り替えパターンをさらに増やすことができる。

図４は、本実施例による光電変換装置の概略回路図を示す。図４において、図１に示す実施例１と実質的に同一な構成要素については説明を省略する。

図４に示す増幅部Ｃ４は、上記実施例１の増幅部Ｃ４における第４オペアンプ２４の入力極性を互いに逆にして（−）及び（＋）入力端子のそれぞれの接続端子側を上記実施例１の場合とは入れ替え、（−）入力端子側に基準電圧源４（図１参照）の基準電圧ＶＣが、また（＋）入力端子側に第３オペアンプ１４（図１参照）の出力Ｖ３が接続されるように構成された正転増幅回路と、正転増幅回路の後段に接続され且つゲイン切り替え機能を設けた反転増幅回路とを組み合わせた回路から構成されている。

図４に示す増幅部Ｃ４の反転増幅回路において、４１、４２、４３は抵抗素子、４４、４５はアナログスイッチ、４６は第５オペアンプである。即ち、第４オペアンプ２４の出力側Ｖ４側に抵抗素子４１が接続され、この抵抗素子４１に抵抗素子４２、４３が直列に接続され、抵抗素子４３が第５オペアンプ４６の出力端子に接続され、抵抗素子４１及び抵抗素子４２間の接続点と第５オペアンプ４６の（−）入力端子との間にアナログスイッチ４４が、また抵抗素子４２及び抵抗素子４３間の接続点と第５オペアンプ４６の（−）入力端子との間にアナログスイッチ４５がそれぞれ接続されている。また、第５オペアンプ４６の（＋）入力端子は第４オペアンプ２４の（−）入力端子側に接続されている。アナログスイッチ４４、４５は図示しない制御部（コントローラ）からの開閉制御指令に応じて開閉可能となっている。

このように構成された増幅部Ｃ４において、前段の正転増幅回路における第４オペアンプ２４の出力電圧Ｖ４の出力は、前述した上記実施例１の第４オペアンプ２４の出力電圧Ｖ４の計算式（［数８］、［数９］）において、ＶＣとＶ３を入れ替えた式で表される（式省略）。この場合、出力Ｖ４は光量、あるいは温度に対して負の傾きを持つので、これを次段の反転増幅回路で正の傾きに変換して電圧Ｖｏｕｔとして出力することで上記実施例１と同じ結果が得られる。

従って、本実施例によれば、上記実施例１と同様の効果に加え、後段の反転増幅回路にゲイン切り替え機能を持たせることでゲイン切り替えのパターンを上記実施例１よりもさらに増やすことができ、より一層細かいゲイン設定が可能になる。

本実施例では、上記実施例１〜３による光電変換装置を、測光回路ブロックとして搭載した測光自動焦点用固体撮像装置について説明する。図５は、その測光自動焦点用固体撮像装置の概念的なブロック図である。

図５に示す測光自動焦点用固体撮像装置は、自動焦点回路ブロックとしてのＡＦ（オートフォーカス）回路ブロック１３０、測光回路ブロックとしてのＡＥ（オートエキスポージャ）回路ブロック１４０、アナログ回路ブロック１５０、ロジック回路１６０、及び外部マイコン１７０を備えている。

ＡＦ回路ブロック１３０は、１つの位置でオートフォーカスを行うために、１ペアのＡＦ用リニアセンサＡ１３１及びＢ１３２で構成され、２つのリニアセンサＡ１３１及びＢ１３２を用いて三角自動焦点方式によるオートフォーカスを可能としている。

ＡＥ回路ブロック１４０は、前述した実施例１〜３の光電変換装置を用いて構成され、上記フォトダイオード１及び対数変換部Ｃ１に対応する対数圧縮型のＡＥセンサ１４１と、上記反転増幅回路Ｃ２に対応する反転増幅回路１４２と、上記Ｉｓ補償回路Ｃ３に対応する温度計機能を有するＩｓ補償回路１４３と、上記増幅部Ｃ４に対応する信号増幅回路１４４とから成る。

アナログ回路ブロック１５０は、ＡＦセンサＡ１３１、Ｂ１３２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１５１と、基準電位を発生するための基準電位発生回路（バンドギャップ回路）１５２と、センサ回路に必要な中間電位を発生するための中間電位発生回路（電源回路）１５３と、ＡＦ回路ブロック１３０からのＡＦ信号を増幅して外部に出力するためのＡＦ信号増幅回路１５４とから成る。

ロジック回路１６０は、外部マイコン１７０との通信を行うためのＩ／Ｏ回路から成る。

本実施例によれば、ＡＥ回路ブロック１４０のＡＥ出力及び温度計出力のゲイン量及びＤＣオフセット量を上記実施例１〜３で説明したように２種類以上の異なるパターンで切り替えることで、光電変換装置の電源電圧を変更した際にも高解像度及び広い測定範囲を得ることができる。

なお、本実施例の測光自動焦点用光電変換装置において、ＡＦ回路ブロック１３０で用いるＡＦセンサは、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Sensor）プロセスで製造されるＣＭＯＳセンサであることが好ましいが、ＢＡＳＩＳ（Base−Stored Image Sensor）、ＳＩＴ（Static Induction Transistor）、ＡＭＩ（Amplified MOS Intelligent Imager）、ＣＭＤ（Charge Modulation Device）、あるいはＣＣＤ（Charge-Coupled Device）等の固体撮像素子であっても同様の効果を得ることができる。

本実施例では、上記実施例１〜３による光電変換装置を、測光回路ブロック、自動焦点回路ブロック、及び温度計回路を有する固体撮像素子（測光自動焦点用固体撮像装置）として用いた撮像装置について説明する。

図６は、上記実施例１〜３による光電変換装置を、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例を示すブロック図である。

図６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。

また、２０５は上記実施例１〜３の光電変換装置をＡＥ回路ブロック、ＡＦ回路ブロック、及び温度計回路として搭載した測光自動焦点用固体撮像装置であり、ＡＥ用集光レンズ及びＡＦ用結像レンズと共にＡＥＡＦ光学モジュールを形成している。本実施例では、このＡＥＡＦ光学モジュールの測光自動焦点用固体撮像装置（測光測距用固体撮像装置）２０５として、例えば、図１に示す実施例１の光電変換装置を用いるものとする。測光自動焦点用固体撮像装置２０５を構成するＡＥ回路ブロック、ＡＦ回路ブロック、及び温度計回路は、例えば同一半導体基板上に設けられている。

２０６は固体撮像素子２０４や測光自動焦点用固体撮像装置２０５から出力される画像信号、測光信号、及び自動焦点信号をアナログ−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ー部である。

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ー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。

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。

まず、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。次いで、測光自動焦点用固体撮像装置２０５のＡＦ回路ブロックから出力された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させて合焦させる。次いで、露光量を制御するために、測光自動焦点用固体撮像装置２０５のＡＥセンサ（ＡＥ回路ブロック）から出力された信号をＡ／Ｄ変換器２０７で変換した後、信号処理部２０８に入力し、そのデータを基に露出の演算を全体制御・演算部２１０で行う。この測光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。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２１０によりメモリー部２１１に書き込まれる。その後、メモリー部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。

なお、本実施例の測光自動焦点用固体撮像装置２０５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。

本発明の実施例１に係る光電変換装置の全体構成を示す回路図である。 本発明の実施例１に係る光電変換装置の他の例を示す回路図である。 本発明の実施例２に係る光電変換装置の主要部を示す回路図である。 本発明の実施例３に係る光電変換装置の主要部を示す回路図である。 本発明の実施例４に係る測光自動焦点用固体撮像装置の全体構成を示す概念的ブロック図である。 本発明の実施例５に係る撮像装置の全体構成を示すシステムブロック図である。 従来例の光電変換装置の全体構成を示す回路図である。

符号の説明

１ フォトダイオード
２ 第１オペアンプ
７ 第２オペアンプ
１４ 第３オペアンプ
２４、４０ 第４オペアンプ
４６ 第５オペアンプ
３、１３ ＰＮ接合ダイオード
４ 基準電圧源
５、６、８、９、１５〜１９、１６ａ〜１６ｃ、１９ａ〜１９ｅ、３２〜３６、４１〜４３ 抵抗素子
１０、１１、２０〜２３、２１ａ〜２１ｄ、２２ａ〜２２ｅ、３７〜３９、４４、４５ アナログスイッチ
１２ 定電流源
２５、４１ 出力端子
Ｃ１ 対数変換部
Ｃ２ 反転増幅回路
Ｃ３ Ｉｓ補償回路
Ｃ４ 増幅部

Claims (10)

1. ＰＮ接合を用いた光電変換素子と、
   前記光電変換素子で発生した光電流を対数圧縮電圧変換する対数変換部と、
   前記対数変換部の出力信号から前記ＰＮ接合のダイオード逆方向飽和電流特性を補正し且つ温度検出手段として機能する補正手段と、
   前記補正手段の出力を所定のゲイン量とＤＣオフセット量で増幅する増幅手段とを有し、
   前記増幅手段は、前記ゲイン量とＤＣオフセット量を少なくとも２種類の異なるパターンで切り替えることを特徴とする光電変換装置。
2. 請求項１に記載の光電変換装置において、
   前記補正手段が成す前記温度検出手段は、前記ＰＮ接合の温度特性を利用したものであることを特徴とする光電変換装置。
3. 請求項１又は２に記載の光電変換装置において、
   前記ＰＮ接合は、ＮＰＮバイポーラトランジスタのベース、エミッタ、コレクタのうちいずれか２つの端子により形成し、残り１つの端子が半導体基板に接続されていることを特徴とする光電変換装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の光電変換装置において、
   前記増幅手段は、電源電圧に応じて前記ゲイン量とＤＣオフセット量を切り替えることを特徴とする光電変換装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の光電変換装置において、
   前記増幅手段は、
   前記補正手段の出力を増幅する正転増幅回路と、
   前記正転増幅回路のゲイン量及びＤＣオフセット量を規定し且つそのゲイン量及びＤＣオフセット量をスイッチ切り替えにより可変可能に構成された複数の抵抗素子とを有することを特徴とする光電変換装置。
6. 請求項１から４のいずれか１項に記載の光電変換装置において、
   前記増幅手段は、
   前記補正手段の出力を増幅する反転増幅回路と、
   前記反転増幅回路のゲイン量及びＤＣオフセット量を規定し且つそのゲイン量及びＤＣオフセット量をスイッチ切り替えにより可変可能に構成された複数の抵抗素子とを有することを特徴とする光電変換装置。
7. 請求項１から４のいずれか１項に記載の光電変換装置において、
   前記増幅手段は、
   前記補正手段の出力を増幅する正転増幅回路と、
   前記正転増幅回路のゲイン量及びＤＣオフセット量を規定し且つそのゲイン量及びＤＣオフセット量をスイッチ切り替えにより可変可能に構成された複数の抵抗素子と、
   前記正転増幅回路の出力を増幅する反転増幅回路と、
   前記反転増幅回路のゲイン量を規定し且つそのゲイン量をスイッチ切り替えにより可変可能に構成された複数の抵抗素子とを有することを特徴とする光電変換装置。
8. 請求項１から７のいずれか１項に記載の光電変換装置から構成された測光用光電変換素子と、
   自動焦点を行うための対を成す自動焦点用光電変換素子列とを備えたことを特徴とする測光自動焦点用光電変換装置。
9. 請求項８記載の測光自動焦点用光電変換装置において、
   前記測光用光電変換素子及び自動焦点用光電変換素子列が同一半導体基板上に設けられていることを特徴とする測光自動焦点用光電変換装置。
10. 請求項８又は９記載の測光自動焦点用光電変換装置を備え、
    前記温度測定手段を成す前記補正手段からの出力信号に基づいて、前記自動焦点用光電変換素子列で得られる自動焦点信号の温度補正を行うことを特徴とする撮像装置。