(57)【要約】【課題】撮影画面に於ける主要被写体が存在する領域の輝度を赤外光の影響を受けずに正しく測光し、赤外光成分に影響されずに主要被写体を正しい露出で撮影することである。【解決手段】赤外光を含む分光感度特性を有するフォトダイオードで構成される第１のセンサアレイ５ａと、上記赤外光を含まない分光感度特性を有するフォトダイオードで構成される第２のセンサアレイ５ｂとが、Ｎ型半導体基板４０上に隣接して形成される。そして、上記第１のセンサアレイ５ａで被写体距離検出を行い、その検出結果に基づいて上記第２のセンサアレイ５ｂで被写体の明るさを検出する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板に形成されるもので、赤外光を含む分光感度特性を有する第１のセンサと、
上記第１のセンサと同一の半導体基板に形成されるもので、上記赤外光を含まない分光感度特性を有する第２のセンサと、
を具備し、
上記第１のセンサは被写体距離検出を行い、上記第２のセンサは、上記第１のセンサによる検出結果に基づいて被写体の明るさを検出することを特徴とする測距測光用センサ。
【請求項２】
上記第１及び第２のセンサは、上記半導体基板に隣接して形成されていることを特徴とする請求項１に記載の測距測光用センサ。
【請求項３】
上記第１及び第２のセンサは、上記半導体基板の深さ方向に並べて形成されていることを特徴とする請求項１に記載の測距測光用センサ。
【請求項４】
半導体基板に形成されるもので、赤外感度を有する第１のセンサと、
上記第１のセンサと同一の半導体基板に形成されるもので、上記第１のセンサに比べて赤外感度の低い第２のセンサと、
を具備し、
上記第１のセンサは被写体距離検出を行い、上記第２のセンサは上記第１のセンサの検出結果に基づいて判定された特定被写体について被写体の明るさを検出するようにしたことを特徴とする測距測光用センサ。
【請求項５】
撮影画面内の所定位置に存在する被写体の像信号を検出するセンサと、
上記撮影画面内の平均的な明るさを表す平均測光値を検出する平均測光手段と、
上記センサの出力値と上記平均測光値とを比較して、撮影時の露出制御量を決定する決定手段と、
を具備し、
上記センサは、可視光領域に感度を有する光電変換出力を行う第１のモードと、赤外光を含む領域に感度を有する光電変換出力を行う第２のモードを設定可能であることを特徴とするカメラ。
【請求項６】
上記センサは、上記第２のモードで上記被写体のピント合わせ信号を形成することを特徴とする請求項５に記載のカメラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、撮影する被写体の測光を行う際に、主要被写体の距離や明るさを考慮して正しい露出制御を行うカメラ及び該カメラに使用することが可能な測距測光用センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、カメラで撮影する際に、主要被写体の背後に太陽等の光源がある逆光の撮影シーンに於いては、主要被写体の影となる部分を撮影することになるため、主要被写体が黒く潰れてしまうという現象が発生する。これを防止するために、レフ板による反射光や照明光を用いて、主要被写体の影の部分を明るくしたり、撮影の際にストロボを発光させる、いわゆる、日中シンクロ撮影が行われている。
【０００３】
この逆光判定に際して、撮影画面に対して主要被写体の占める領域が大きければ、容易に判定を行うことができる。しかしながら、主要被写体の領域が小さい撮影シーンでは、輝度差が小さくなるため、逆光とは判定されない場合も発生する。
【０００４】
これに対して、例えば、撮影画面の中央及び周辺の測光を行う測光手段に焦点検出手段（測距手段）を併用した露出制御方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特許番号第２９３４７１２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した特許文献１によると、測距手段となる測距用センサを用いて、主要被写体の逆光状態を検出しようとしているが、測距用センサのＳ／Ｎ比を上昇させ、測距精度を向上させるには、赤外光成分に感度を有したセンサであることが好ましい。しかしながら、測光センサとして利用する場合には、赤外光が測光値の誤差となる。
【０００７】
したがってこの発明は、撮影画面に於ける主要被写体が存在する領域の輝度を、赤外光の影響を受けずに正しく測光し、これと撮影画面の平均輝度の比較により逆光判定を行い、赤外光成分に影響されずに主要被写体を正しい露出で撮影できる測距測光用センサ及びカメラを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
すなわち請求項１に記載の発明は、半導体基板に形成されるもので、赤外光を含む分光感度特性を有する第１のセンサと、上記第１のセンサと同一の半導体基板に形成されるもので、上記赤外光を含まない分光感度特性を有する第２のセンサと、を具備し、上記第１のセンサは被写体距離検出を行い、上記第２のセンサは、上記第１のセンサによる検出結果に基づいて被写体の明るさを検出することを特徴とする。
【０００９】
このように構成することにより、撮影画面に於ける主要被写体が存在する領域の輝度を、赤外光成分に影響されずに正しく検出することができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の測距測光用センサに於いて、上記第１及び第２のセンサは、上記半導体基板に隣接して形成されていることを特徴とする。
【００１１】
このように構成することにより、撮影画面に於ける主要被写体が存在する領域の略同じ部分についての輝度を、赤外光成分に影響されずに正しく検出することができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１に記載の測距測光用センサに於いて、上記第１及び第２のセンサは、上記半導体基板の深さ方向に並べて形成されていることを特徴とする。
【００１３】
このように構成することにより、撮影画面に於ける主要被写体が存在する全く同じ部分の領域の輝度を、赤外光成分に影響されずに正しく検出することができ、更にチップ面積を小さくすることができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明によれば、半導体基板に形成されるもので、赤外感度を有する第１のセンサと、上記第１のセンサと同一の半導体基板に形成されるもので、上記第１のセンサに比べて赤外感度の低い第２のセンサと、を具備し、  上記第１のセンサは被写体距離検出を行い、上記第２のセンサは上記第１のセンサの検出結果に基づいて判定された特定被写体について被写体の明るさを検出するようにしたことを特徴とする。
【００１５】
このように構成することにより、撮影画面に於ける主要被写体が存在する領域の輝度を、赤外光成分に影響されずに正しく検出することができる。
【００１６】
また、請求項５に記載の発明によれば、撮影画面内の所定位置に存在する被写体の像信号を検出するセンサと、上記撮影画面内の平均的な明るさを表す平均測光値を検出する平均測光手段と、上記センサの出力値と上記平均測光値とを比較して、撮影時の露出制御量を決定する決定手段と、を具備し、上記センサは、可視光領域に感度を有する光電変換出力を行う第１のモードと、赤外光を含む領域に感度を有する光電変換出力を行う第２のモードを設定可能であることを特徴とする。
【００１７】
このように構成することにより、撮影画面に於ける主要被写体が存在する領域の輝度を赤外光の影響を受けずに正しく測光し、赤外光成分に影響されずに主要被写体を正しい露出で撮影することができる。
【００１８】
請求項６に記載の発明によれば、請求項５に記載のカメラに於いて、上記センサは、上記第２のモードで上記被写体のピント合わせ信号を形成することを特徴とする。
【００１９】
このように構成することにより、撮影画面に於ける主要被写体が存在する領域の輝度を赤外光の影響を受けずに正しく測光し、赤外光成分に影響されずに主要被写体を正しい露出で撮影することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２１】
先ず、図６を参照して、この発明が適用されるカメラの露出制御システムによる逆光判定の基本的な考え方について説明する。
【００２２】
図６は、カメラの露出制御システムの構成を示したものである。図６に於いて、このカメラの露出制御システムは、測光センサ１と、平均輝度算出部２と、測光逆光判定部３と、測距センサ５と、測距演算部６と、被写体選択部７と、輝度算出部８と、逆光判定部９と、ストロボ発光部１０と、制御部１１とを備えている。
【００２３】
上記測光センサ１は、撮影画面全体の輝度（測光値）を求めるもので、その受光面は、例えば、周辺測光部１ａと中央測光部１ｂとに分割されている。上記平均輝度算出部２では、得られた測光値から画面全体の平均輝度が求められる。上記測光センサ１と平均輝度算出部２とにより、平均測光手段が構成される。
【００２４】
また、上記測光逆校判定部３では、分割された測光センサ１の周辺測光部１ａと中央測光部１ｂの各々の出力が比較されることにより、逆光判定が行われる。この逆光状態の判定は、主要被写体が撮影シーンの中央に存在している場合には有効である。
【００２５】
上記測距センサ５は、撮影画面内の複数の測距ポイントに対して測距動作を行うものである。この測距センサ５は、概念的に、赤外を含む分光感度特性を有する第１のセンサアレイ５ａと、赤外を含まない分光感度特性を有する第２のセンサアレイ５ｂとから構成されている。
【００２６】
上記測距演算部６は、測距動作により得られた測距データから被写体までの距離を求めるものである。また、被写体選択部７は、それら複数の距離結果より例えば、最至近距離に存在するものを主要被写体とし、撮影画面内に於いてその存在位置を測距ポイント（以下、ポイントと称する）として選択するものである。
【００２７】
上記輝度算出部８は、上記被写体選択部７で選択されたポイントに入射する光の量（輝度）を算出する。更に、上記逆光判定部９は、上記選択されたポイントの輝度と上記平均輝度とから、後述する判定方法により逆光状態か否かを判定する。
【００２８】
また、上記ストロボ発光部１０は逆光時に補助光を発光するものであり、上記制御部１１は決定手段としての機能を含みストロボ発光制御を含むカメラ露出制御システム全体の制御を行うものである。
【００２９】
尚、上述した平均輝度算出部２、測光逆光判定部３、測距演算部６、被写体選択部７、輝度算出部８、逆光判定部９、ストロボ発光部１０及び制御部１１は、実際にシステムとして構築した場合に、その演算処理及び制御が１つのマイクロコンピュータ（ＣＰＵ）により実現される。
【００３０】
このような構成の露出制御システムに於いては、図示されないカメラのリレーズスイッチ等のオンにより露出動作が開始され、先ず、測光センサ１により測光が行われる。そして、得られた測光値から平均輝度算出部２により画面全体の平均輝度が求められる。
【００３１】
次に、測距センサ５が赤外にも感度を有するモード（第１のセンサアレイ５ａとして概念的に図示）にて、撮影画面内の複数のポイントに対して順次測距が行われる。これにより、得られた測距データが用いられて測距演算部６にて各ポイントの被写体までの距離が求められる。
【００３２】
被写体選択部７では、各ポイントの被写体距離の中から、例えば、最至近距離のものを主要被写体が存在するポイントとして判定され、ピント合わせするべきポイントとして選択される。更に、輝度算出部８では、選択されたポイントの輝度がモニタされて求められる。このときには、測距センサ５では、モード切換機能により、可視光検出モード（第２のセンサアレイ５ｂとして概念的に図示）にて、赤外光に依存されない測光が行われる。
【００３３】
次に、逆光判定部９では、画面全体の平均輝度と選択されたポイントの輝度とが比較されて、撮影シーンが逆光状態であるか否かが判定される。ここでは、画面全体の平均輝度が選択されたポイントの輝度よりも大きければ、主要被写体よりも周囲が明るい、すなわち、逆光状態であるものと判定される。この逆光状態の撮影シーンが撮影される際には、フィルムのＩＳＯ感度、絞り値及び被写体距離に応じて、ストロボ光がストロボ発光部１０より発光される。
【００３４】
このように、逆光判定部９では、選択されたポイント（主被写体位置）の明るさと画面全体の明るさによって逆光判断が行われ、適切な露出制御が可能となる。一方、平均輝度がポイントの輝度よりも小さければ、主要被写体は逆光状態ではないと判定されて、適宜、露出制御される。
【００３５】
図７は、上述した露出制御システムが適用された、この発明の第１の実施の形態として、カメラの電子回路システムの具体的な構成例を示した図である。
【００３６】
この実施の形態に於けるカメラは、被写体像が光電変換素子により画像データに変換されて、種々の画像処理が行われて記録される、いわゆるデジタルカメラに適用された例である。
【００３７】
このカメラは、被写体１５から、主として、基線長Ｂだけ離れて配置された一対の受光レンズ１６ａ、１６ｂ及び一対のセンサアレイ１７ａ、１７ｂと、で構成される測距部１８と、Ａ／Ｄ変換部１９と、ＡＥレンズ２０と、このＡＥレンズ２０で集光された光を受光する分割型のＡＥセンサ２１ａ、２１ｂと、ＡＥ回路２２と、被写体像を結像する撮影レンズ（ズームレンズ）２４と、ＣＣＤ等で構成される撮像素子２５と、画像処理部２６と、記録部２７と、レンズ駆動部（ＬＤ）２８と、ズーム駆動機構２９と、ストロボ駆動部３０と、ストロボ投光部３１と、演算制御部（ＣＰＵ）３３及びスイッチ入力部３４とから構成されている。
【００３８】
上記測距部１８は、被写体１５までの距離Ｌを測距するためのものである。この測距部１８に於いて、被写体１５の像が、一対の受光レンズ１６ａ、１６ｂを介して一対のセンサアレイ１７ａ、１７ｂにて受光される。そして、センサアレイ１７ａ、１７ｂで光電変換による被写体像信号が生成される。
【００３９】
上記Ａ／Ｄ変換部１９では、上記測距部１８からの被写体像信号がＡ／Ｄ変換されて、デジタル像信号がＣＰＵ３３に出力される。
【００４０】
また、露出用のＡＥレンズ２０で集光された光は、画面内の中央部及び周辺部を測光する分割型のＡＥセンサ２１ａ及び２１ｂに導かれる。これらＡＥセンサ２１ａ、２１ｂに導かれた光は、対数圧縮回路等から成るＡＥ回路２２にて撮影画面内の明るさが測定される。
【００４１】
上記被写体１５の像は、また、撮影レンズ２４によって撮像素子２５に結像される。この撮像素子２５では、上記結像された被写体像による画像データが生成される。そして、この撮像素子２５により得られた画像データは、画像処理部２６に出力されてγ変換や画像圧縮等の画像処理が施される。更に、画像処理が施された画像データは、記録部２７に記録される。
【００４２】
尚、撮影レンズ２４は、レンズ駆動部２８の駆動によってピント合わせが行われる。更に、ズーム駆動機構２９によって、撮影レンズ２４内の図示されない鏡枠が移動されて撮影画角が変更される。
【００４３】
上記ＣＰＵ３３は、このカメラ全体を制御するもので、ワンチップマイクロコンピュータ等から成る。上記スイッチ入力部３４は、撮影者の操作によりＣＰＵ３３に於ける所定のシーケンスを開始させるためのスイッチを有して構成される。
【００４４】
更に、上記ストロボ投光部３１は、被写体１５に補助照明光を投光するためのものであり、ストロボ駆動部３０の駆動制御によって発光が制御される。
【００４５】
尚、このカメラの構成部位に於いては、同実施の形態の要旨に係る部材についてのみ記載しており、その他通常のカメラが有している構成部材は有しているものとして、ここでの説明は省略している。
【００４６】
上記ＣＰＵ３３では、測距部１８の基線長Ｂだけ離れて配置された一対の受光レンズ１６ａ、１６ｂで集光され、一対のセンサアレイ１７ａ、１７ｂによって光電変換され、更にＡ／Ｄ変換部１９でＡ／Ｄ変換された一対のデジタル像信号が比較される。これにより、像入力位置の相対位置差ｘが求められる。このときは、センサアレイ１７ａ、１７ｂでは、Ｓ／Ｎ比の良好な赤外域にも感度を有するモードで像検出が行われる。このモードでは、赤外発光ダイオード等の人物の目に眩しくない補助光も有効に使うことができるので、暗い場所でも眩しくない撮影をすることができる。
【００４７】
これは、図７に示されるような被写体距離Ｌと、受光レンズ１６ａ、１６ｂの焦点距離ｆ、及び基線長Ｂによって、ｘ＝Ｂ・ｆ／Ｌの関係で変化するため、ｘの検出によってピント合わせ距離Ｌを算出することができる。この場合、センサアレイ１７ａ、１７ｂは、水平方向に延出されているので、図８に示されるような撮影シーンを狙った場合には、領域３７ａをモニタする。この領域３７ａは、図９（ａ）に示されるように、７つのブロックに分割され、その各々のブロックの像信号が用いられて上述した検出が行われることによって、画面内の７ポイントの測距が可能となる。得られた７つの測距結果のうち、例えば、一番近い距離を示すものが主被写体距離とされる。
【００４８】
また、撮影レンズ２４がズームレンズであった場合には、画角を望遠側に振ると、図８に示す撮影シーンのうち、画面内の撮影領域３８Ｔのみを撮影することができる。このとき、測距領域が領域３７ａのままであると、画面外のものまで測距してしまう。そのため、望遠時には領域３７ｂに狭めるようにして、図９（ｂ）に示されるように、それぞれが狭められた７つの領域で７点の多点ＡＦ（マルチＡＦ）が行われる。
【００４９】
また、ＡＥ回路２２及びＡＥセンサ２１ａ、２１ｂにより画面全体の明るさが測光され、その測光結果に基づいて、ＣＰＵ３３により露出制御が行われる。これらのＡＥセンサ２１ａ、２１ｂに於いては、撮影レンズ２４のズーミングによる画角変化に合わせて、望遠時は、ＡＥセンサ２１ａの出力、すなわち、図８に示す領域（望遠時）３６が選択されて測光が行われる。一方、広角時はＡＥセンサ２１ａとＡＥセンサ２１ｂの出力の和、すなわち領域（広角時）３５が選択されて測光が行われる。
【００５０】
加えて、図９（ａ）、（ｂ）に７分割で示された測距用の各ポイントは、図９（ｃ）に示されるように、それぞれが複数列に配列された短冊形状の画素から成っている。これは、像の陰影に合わせて、各画素がデータを出力するため、図９（ｄ）に示されるような像データが得られる。これらを平均化すると、各ポイントの平均的な輝度が求められる。
【００５１】
このように、マルチＡＦによって主要主被写体の位置を検出し、更にその位置の輝度が求められるので、図１０に示されるフローチャートによって、主要被写体を重視した露出制御による撮影が可能となる。但し、輝度を求める場合には、赤外光成分が誤差となるので、特徴たる可視光検出モードで像検出が行われる。
【００５２】
先ず、ステップＳ１では、撮影レンズ２４のズーム位置が求められる。次いで、ステップＳ２に於いて、求められたズーム位置から撮影レンズ２４が広角側であるか否かが判定される。
【００５３】
この判定に於いて、広角側であったならば、図８に示される画角３８Ｗとなり、ステップＳ３に移行して、測光範囲３５及び測距範囲３７ａが選択される。一方、広角側ではない、すなわち、望遠側であったならば、図８に示される画角３８Ｔとなり、ステップＳ４に移行して、測光範囲３６及び測距範囲３７ｂが選択される。
【００５４】
次に、ステップＳ５にて、このようにして選択された測距範囲に於ける測距が行われる。この測距ステップでは、ＣＰＵ３３によって、測距部１８は赤外光を含む感度による像検出のモードに切り換えられているものとする。この測距結果から、ステップＳ６にて、主要被写体が存在する最も近い距離を示すポイント（測距ポイント）が選択ポイントとして決定される。
【００５５】
ステップＳ７では、この選択ポイントに於ける像出力の明るさを検出するために、測距のセンサの分光感度が切り換えられて可視光モードとされ、光電流が積分された像信号が再検出される（図４（ｄ）参照）。こうして得られた主要被写体の明るさより、ステップＳ８にて、測光平均値ＳＰＡｖｅ  が算出される。
【００５６】
続いて、ステップＳ９にて、上記ステップＳ４により選択されたＡＥセンサによる測光範囲（撮影画面）に於ける測光が行われる。更に、ステップＳ１０にて、この測光によって得られた出力の平均となる測光平均値ＢＶＡｖｅ  が算出される。
【００５７】
ここで、ステップＳ１１に於いて、上記ステップＳ６で得られた主要被写体距離、フィルムのＩＳＯ感度、及び上記ステップＳ１で求められたズーム位置情報に基づいて、ストロボのガイドナンバが算出され、ストロボ発光が主要被写体まで届くか否かが判定される。
【００５８】
この判定により、ストロボ光が主要被写体まで届くと判定されたならば、ステップＳ１２へ移行して、平均測光値ＢＶＡｖｅ  が所定位置ＢＶＯ  以上であるか否かが判定される。すなわち、得られた主要被写体の測光平均値ＳＰＡｖｅ  の信頼性が、平均測光値を用いて判定される。これは、測距センサの出力が対数圧縮回路を経ていないため、測光のリニアリティ（ダイナミックレンジ）が制限されている。ここでは、平均測光値ＢＶＡｖｅ  が所定位置ＢＶＯ  以上になっているか否かが判定される。
【００５９】
上記ステップＳ１２の判定にて、測光平均値ＢＶＡｖｅ  の方が大きければ、主要被写体測光平均値ＳＰＡｖｅ  が信頼できるものとされる。この場合は、ステップＳ１３へ移行して、主要被写体測光平均値ＳＰＡｖｅ  と測光平均値ＢＶＡｖｅ  とが比較される。そして、測光平均値ＢＶＡｖｅ  の方が大きいか否か、すなわち、逆光か否かが判定される。
【００６０】
一方、上記ステップＳ１１の判定でストロボ発光が主要被写体まで届かない場合、上記ステップＳ１２の判定で平均測光値ＢＶＡｖｅ  が所定値ＢＶＯ  未満である場合、若しくは上記ステップＳ１３の判定で測光平均値ＢＶＡｖｅ  が主要被写体測光平均値ＳＰＡｖｅ  よりも小さい場合は、ステップＳ１４へ移行する。
【００６１】
このステップＳ１４では、主要被写体測光平均値ＳＰＡｖｅ  を考慮せずに平均測光値ＢＶＡｖｅ  による露出制御が行われる。こうして、一連のシーケンスが終了する。
【００６２】
また、上記ステップＳ１３にて、主要被写体測光平均値ＳＰＡｖｅ  よりも測光平均値ＢＶＡｖｅ  の方が大きい場合と判定された場合、すなわち、主要被写体よりも周囲の方が明るい逆光状態の撮影シーンである場合、若しくは、ストロボ発光が必要な撮影シーンである場合は、ストロボ発光による補助光で補いながら露出が行われる。こうして、一連のシーケンスが終了する。
【００６３】
以上説明したように、本実施の形態によれば、撮影画面内のピント合わせのためのポイントと露出合わせのポイントを一致させて、測光値（輝度）を比較して逆光の判定を行うため、撮影者にとっては、レリーズ釦を押すだけの簡単な操作で逆光判定が行われ、その撮影シーンにあった露出が行われるため、美しいピントと露出の写真を撮影することができる。このとき、主被写体の距離を検出し、それを特定する場合には、Ｓ／Ｎ比の良好な赤外を含む分光感度による像検出を行い、測光時には、同じセンサを利用しながら、可視光成分のみを利用した像検出を行うので、高精度のスポット測光が可能となる。
【００６４】
また、ストロボ発光が主要被写体まで適正に届くか否かを考慮しているので、無駄なストロボ発光による電池消費を防ぐことができる。
【００６５】
次に、以上の実施例で利用した分光感度を切り換えられる機能を有する測距用センサの構成について、より詳しく説明する。
【００６６】
図１は、この発明の第１の実施の形態を示すもので、測距用センサアレイに測光用センサアレイを隣接したセンサで、分光感度の切り換えセンサの半導体チップの断面図である。
【００６７】
この実施の形態は、厳密には同一の受光面ではないが、特徴の異なる２つの受光部を隣接させ、同一半導体基板に構成して、略同じ被写体部分を検出可能としたものである。
【００６８】
図中、第１のセンサアレイ（第１のセンサ）５ａは、可視光の他、赤外光にも感度を有した画素部であり、第２のセンサアレイ（第２のセンサ）５ｂは、可視光に感度を有した画素部である。
【００６９】
上記第１のセンサアレイ５ａは、Ｎ型半導体基板（Ｎ−ｓｕｂ  ）４０の表面部にＰ型拡散層（Ｐ＋  ）４２が形成されている。また、第２のセンサアレイ５ｂは、Ｎ型半導体基板４０の上部にＰ型半導体層（Ｐｗｅｌｌ）４１が形成され、更にこのＰ型半導体層４１内の基板表面部にＮ型拡散層（Ｎ＋  ）４３が形成されている。
【００７０】
上記第１のセンサアレイ５ａは、Ｎ型半導体基板４０そのものをＰＮ接合のＮ側に利用しているので、Ｎ型半導体基板４０の深度で発生した光電変換信号までを取り出すことができる。光のうち長波長のもの（赤外成分）は、基板の深度まで到達するので、この第１のセンサアレイ５ａの出力は可視から赤外に渡る分光感度を有することになる。
【００７１】
一方、上記第２のセンサアレイ５ｂは、Ｎ型半導体基板４０の中にＰ型半導体層４１を形成し、更にその中にＮ型拡散層４３を形成して、そのＰＮ接合をフォトダイオードとして利用している。そのため、比較的浅い部分（可視光のみ）の出力信号を取り出すことができ、赤外光成分に依存しにくい構成となっている深い部分で発生した成分は、上記Ｐ型半導体層４１部を接地することにより、グランドラインに除去するようにして、可視光信号に影響を及ぼさないようにしている。尚、図中４４は、電圧値ＶＤＤの電源である。
【００７２】
次に、上述した波長と出力の関係について、図２を参照して、更に詳細に説明する。
【００７３】
図２は、入射する光の波長とシリコン（半導体基板）内の吸収深さの関係を示した特性図である。
【００７４】
入射光が長波長であれば基板の深いところまで浸透し、短波長であれば基板の浅いところまでしか浸透しない。そして、第２のセンサアレイ５ｂに形成されるＰ型半導体層（Ｐｗｅｌｌ）４１とＮ型拡散層（Ｎ＋  ）との間のフォトダイオードでは、基板の深い部分で発生したキャリアが、Ｐｗｅｌｌ４１とＮ型半導体基板（Ｎ−ｓｕｂ  ）４０で形成されたＰＮ接合で吸収されてしまうため、基板の浅い領域で発生されたキャリアのみが検出される。つまり、短波長の光に、より大きな感度を有したフォトダイオードが構成される。
【００７５】
一方、第１のセンサアレイ５ａに形成されるＰ型拡散層（Ｐ＋  ）４２とＮ型半導体基板（Ｎ−ｓｕｂ  ）４０のフォトダイオードでは、基板の深いところで発生されたキャリアもまとめて検出されるため、長波長まで感度を有したフォトダイオードが構成される。
【００７６】
また、図３は、異なる分光感度を有したフォトダイオードの特性図である。２つのタイプのフォトダイオードで光を検出する深さが違うので、分光感度に違いが生じる。
【００７７】
次に、このような構成のセンサを有した測距用像センサの光電変換信号読み出し回路について、図４の回路構成図を参照して説明する。
【００７８】
図１に示されたように、ここでは、光検出深さが異なるフォトダイオードが用いられる。そして、フォトダイオード５１及び６７に、それぞれ読み出し回路が形成されて信号が取り出されるようになっている。つまり、可視光のみのフォトダイオード５１には、ＮＭＯＳトランジスタ５４を基本にしたＮ型の読み出し回路８１ａが設けられている。一方、可視光と赤外光を含むフォトダイオード６７には、ＰＭＯＳトランジスタ６９を基本にしたＰ型の読み出し回路８１ｂが設けられている。
【００７９】
先ず、Ｎ型の読み出し回路について説明する。
【００８０】
図４に於いて、Ｎ型ＭＯＳトランジスタ５４は、そのソースが接地され、ドレインに負荷トランジスタ５３及びコンデンサ５５が接続されることにより、ソース接地型の増幅回路を構成している。そして、このソース接地型増幅回路の入力端子、すなわちＮ型ＭＯＳトランジスタ５４のゲートにフォトダイオード５１が接続され、ソース接地型増幅回路の出力端子、すなわちＮ型ＭＯＳトランジスタ５４のドレインから入力端子（Ｎ型ＭＯＳトランジスタ５４のゲート）にコンデンサ５５を接続して帰還をかけると共に、Ｎ型ＭＯＳトランジスタ５４のゲートの初期電位を設定するためのリセット用Ｎ型ＭＯＳトランジスタ５３がコンデンサ５５と並列に接続される。
【００８１】
この構成のものを基本セル（画素）とし、この基本セルを１次元または２次元的に配列したときに、読み出し画素を選択するための、シフトレジスタパルスで駆動される選択用トランジスタ６３が、Ｎ型ＭＯＳトランジスタ５４のドレインに接続されている（節点５６）。選択用トランジスタ６３がオンされたときに、ＣＤＳ回路６４にＮ型ＭＯＳトランジスタ５４のドレイン電圧が現れるように構成される。ＣＤＳ回路６４にて光に付随した信号成分のみを得ることができる。
【００８２】
ソース接地型増幅回路の負荷は、Ｐ型ＭＯＳトランジスタ５９による能動負荷として構成したものである。負荷用Ｐ型ＭＯＳトランジスタ５９のゲート５８及びソース５７には、それぞれバイアス電圧及び電源電圧が印加されている。尚、５２及び６２は、それぞれリセット端子及び選択端子である。
【００８３】
次に、Ｐ型の読み出し回路について説明する。
【００８４】
Ｐ型の読み出し回路の構成については、基本的に上述したＮ型の読み出し回路のＮ型ＭＯＳトランジスタを、Ｐ型ＭＯＳトランジスタで構成して極性を反転させた構成である。すなわち、Ｐ型ＭＯＳトランジスタ６９は、そのソースが接地され、ドレインに負荷トランジスタ７２及びコンデンサ７０が接続されることにより、ソース接地型の増幅回路を構成している。そして、このソース接地型増幅回路の入力端子、すなわちＰ型ＭＯＳトランジスタ６９のゲートにフォトダイオード６７が接続され、ソース接地型増幅回路の出力端子、すなわちＰ型ＭＯＳトランジスタ６９のドレインから入力端子（Ｐ型ＭＯＳトランジスタ６９のゲート）にコンデンサ７０を接続して帰還をかけると共に、Ｐ型ＭＯＳトランジスタ６９のゲートの初期電位を設定するためのリセット用Ｐ型ＭＯＳトランジスタ７２がコンデンサ７０と並列に接続される。
【００８５】
この構成のものを基本セル（画素）とし、この基本セルを１次元または２次元的に配列したときに、読み出し画素を選択するための、シフトレジスタパルスで駆動される選択用トランジスタ７８が、Ｐ型ＭＯＳトランジスタ６９のドレインに接続されている（節点７３）。選択用トランジスタ７８がオンされたときに、ＣＤＳ回路７９にＰ型ＭＯＳトランジスタ６９のドレイン電圧が現れるように構成される。ＣＤＳ回路７９にて光に付随した信号成分のみを得ることができる。
【００８６】
ソース接地型増幅回路の負荷は、Ｎ型ＭＯＳトランジスタ７５による能動負荷として構成したものである。負荷用Ｎ型ＭＯＳトランジスタ７５のゲート７４には、バイアス電圧が印加されている。尚、６６、７１及び７７は、それぞれ電源電圧端子、リセット端子及び選択端子である。
【００８７】
そして、Ｎ型、Ｐ型の何れのセンサを使用するかは、ＣＰＵがモード切り換え用のアナログスイッチ８０を切り換えて選択することにより、出力端子より分光感度、特性の異った出力を検出することができる。
【００８８】
ここで、ソース接地読み出し方式について説明する。
【００８９】
Ｎ型の読み出し回路を例として、出力信号を式で表すと次式のようになる。
ＶＯＵＴ  ＝ＶＧＳ＋ＩＰ  ・ｔ／｛（１＋１／Ｇ）Ｃｔ＋１／Ｇ・Ｃｄ｝  …（１）
ここで、ＶＧＳはリセット時のＮ型ＭＯＳトランジスタ５４のゲート・ソース間電圧であり、これはリセット時のドレイン電圧でもある。また、Ｇはソース接地型増幅回路のゲイン、Ｃｔは帰還コンデンサ５５の容量値、Ｃｄはフォトダイオード５１の接合容量値、ＩＰ  、ｔは光電流と積分時間である。
【００９０】
上記（１）式からわかるように、光電変換による出力信号の増加分は、ソース接地型増幅回路のゲインＧを上げることにより、フォトダイオード５１の接合容量Ｃｄによる影響を抑えることができる。これにより、帰還コンデンサ５５の容量値Ｃｔを下げることによって、出力電圧ＶＯＵＴ  を大きく、すなわち感度を高くすることができる。
【００９１】
次に、図５を参照して、読み出し回路のパルスタイミングについて説明する。
【００９２】
図５（ａ）はＮ型読み出し回路の駆動方法を説明するタイミングチャートである。
【００９３】
期間Ｔ１は、リセット期間である。ここでは、選択トランジスタ６３とリセットトランジスタ５３がオンされて、フォトダイオード５１の電位が初期電位にされる。そして、期間Ｔ２のリセットレベル読み出し期間にて、選択トランジスタ６３はオンされたままで、リセットトランジスタ５３がオフにされてリセットレベルが読み出される。
【００９４】
次いで、期間Ｔ３にて、リセットトランジスタ５２、選択トランジスタ６３共にオフにされて蓄積状態にされる。更に、期間Ｔ４に於いて、信号レベルが読み出される。
【００９５】
こうして、ＣＤＳ動作により、リセットレベルからの電圧変化として信号を読み出すことができる。
【００９６】
実際には、１次元にライン上に構成してシフトレジスタ等で選択動作を繰り返しながら信号を読み出すものである。
【００９７】
また、図５（ｂ）はＰ型読み出し回路の駆動方法を説明するタイミングチャートである。このＰ型読み出し回路の動作については、上述したＮ型読み出し回路の例と同様であるので説明は省略する。
【００９８】
（第２の実施の形態）
次に、この発明の第２の実施の形態として、赤外及び可視と、可視の感度切り換えセンサの別の構成例について、図１１を参照して説明する。
【００９９】
尚、この第２の実施の形態に於いて、上述した第１の実施の形態と同一の部分には同一の参照番号を付してその説明は省略する。
【０１００】
図１１（ａ）は、第２の実施の形態を示すもので、フォトダイオードを半導体基板内に縦に形成したタイプのフォトダイオードで異なる分光感度を実現する例を示した構成図である。
【０１０１】
図１１（ａ）に示されるように、このセンサは、上述した第１の実施の形態のセンサとは異なり、Ｎ型半導体基板の深さ方向にＰＮ接合を２つ形成し、２段重ねのフォトダイオードとして構成している。すなわち、全く同じ受光面の下で、浅い位置に可視光用のフォトダイオード（第２のセンサアレイ）５ｂが形成され、深い位置に赤外光用のフォトダイオード（第１のセンサアレイ）５ａが形成されている。
【０１０２】
そして、これらのフォトダイオード５ａ及び５ｂの出力は、それぞれＮ型の読み出し回路８１ａ及びＰ型の読み出し回路８１ｂから、アナログスイッチ８０を介して出力される。このように、それぞれのフォトダイオード５１及び６７に、上述した読み出し回路を用いて信号が読み出される。
【０１０３】
図１１（ｂ）は、図１１（ａ）に示された構成のセンサの回路構成を示した図である。Ｎ型の読み出し回路８１ａ側で短波長出力が、Ｐ型の読み出し回路８１ｂで長波長出力が得られるようになっている。
【０１０４】
この縦構造のフォトダイオードでは、上述した横構造タイプの第１の実施の形態と同様の画素構成を実現することができる。この場合、駆動方法は、上述した第１の実施の形態の読み出し回路と同様であるため、説明は省略する。
【０１０５】
この第２の実施の形態は、上述した第１の実施の形態の隣接タイプと異なり、被写体の全く同じ部分を測光することができ、チップ面積を小さくすることができるというメリットがある。
【０１０６】
（第３の実施の形態）
次に、この発明の第３の実施の形態について説明する。
【０１０７】
尚、この第２の実施の形態に於いて、上述した第１の実施の形態と同一の部分には同一の参照番号を付してその説明は省略する。
【０１０８】
この第３の実施の形態は、上述した第２の実施の形態と同様、基板の深さ方向にフォトダイオードを重ねることで、分光感度切換可能なセンサを構成している。
【０１０９】
図１２（ａ）は、第３の実施の形態を示すもので、フォトダイオードを半導体基板内に縦に形成したタイプのフォトダイオードで異なる分光感度を実現する例を示した構成図である。
【０１１０】
図１２（ａ）に示されるように、このセンサは、上述した第２の実施の形態のセンサとは、Ｎ型半導体基板をＰ型半導体基板に代えて、且つＮ型拡散層の下方に形成されていたＰ型拡散層を除いた部分の構成が異なっている。加えて、短波長出力はＮ型の読み出し回路８１ａ側で得られ、長波長出力はＮ型の読み出し回路８２側で得られるようになっている。
【０１１１】
また、図１２（ｂ）に示されるように、Ｎ型の読み出し回路８２の構成は、基本的にＮ型の読み出し回路８１ａと同じであり、フォトダイオード５１が６７ａ、６７ｂとなっている以外は、その構成要素は５３、５４、５５、５６、５９、６３の参照番号を、それぞれ８３、８４、８５、８６、８７、８８に代えるだけである。その他の構成及び動作は、上述した第１、第２の実施の形態と同様であるので、図示及び説明は省略する。
【０１１２】
この第３の実施の形態によれば、一層除いた分だけ、製造工程をより簡便化することができる。
【０１１３】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、撮影画面に於ける主要被写体が存在する領域の輝度を赤外光の影響を受けずに正しく測光し、これと撮影画面の平均輝度の比較により逆光判定を行い、赤外光成分に影響されずに主要被写体を正しい露出で撮影できる測距測光用センサ及びカメラを提供することができる。
【０１１４】
そして、請求項１に記載の発明によれば、撮影画面に於ける主要被写体が存在する領域の輝度を、赤外光成分に影響されずに正しく検出することができる。
【０１１５】
請求項２に記載の発明によれば、撮影画面に於ける主要被写体が存在する領域の略同じ部分についての輝度を、赤外光成分に影響されずに正しく検出することができる。
【０１１６】
請求項３に記載の発明によれば、撮影画面に於ける主要被写体が存在する全く同じ部分の領域の輝度を、赤外光成分に影響されずに正しく検出することができ、更にチップ面積を小さくすることができる。
【０１１７】
請求項４に記載の発明によれば、撮影画面に於ける主要被写体が存在する領域の輝度を、赤外光成分に影響されずに正しく検出することができる。
【０１１８】
また、請求項５に記載の発明によれば、撮影画面に於ける主要被写体が存在する領域の輝度を赤外光の影響を受けずに正しく測光し、赤外光成分に影響されずに主要被写体を正しい露出で撮影することができる。
【０１１９】
請求項６に記載の発明によれば、撮影画面に於ける主要被写体が存在する領域の輝度を赤外光の影響を受けずに正しく測光し、赤外光成分に影響されずに主要被写体を正しい露出で撮影することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施の形態を示すもので、測距用センサアレイに測光用センサアレイを隣接したセンサで、分光感度の切り換えセンサの半導体チップの断面図である。
【図２】入射する光の波長とシリコン（半導体基板）内の吸収深さの関係を示した特性図である。
【図３】異なる分光感度を有したフォトダイオードの特性図である。
【図４】図１の構成の測距用像センサの光電変換信号読み出し回路の構成を示した図である。
【図５】読み出し回路のパルスタイミングについて説明するもので、（ａ）はＮ型読み出し回路の駆動方法を説明するタイミングチャート、（ｂ）はＰ型読み出し回路の駆動方法を説明するタイミングチャートである。
【図６】カメラの露出制御システムの構成を示した図である。
【図７】図６の露出制御システムが適用された、この発明の第１の実施の形態として、カメラの電子回路システムの具体的な構成例を示した図である。
【図８】撮影シーンと撮影領域、測光領域との関係を示した図である。
【図９】（ａ）は図８の領域３７ａの分割されたブロックの例を示した図、（ｂ）は望遠時のマルチＡＦの例を示した図、（ｃ）は（ａ）の分割されたブロックの測距用のポイントを示した図、（ｄ）は（ｃ）の画素から得られた像データを示した図である。
【図１０】この発明の第１の実施の形態に於ける測距及び測光の動作を説明するフローチャートである。
【図１１】（ａ）は第２の実施の形態を示すもので、フォトダイオードを半導体基板内に縦に形成したタイプのフォトダイオードで異なる分光感度を実現する例を示した構成図、（ｂ）は（ａ）に示された構成のセンサの回路構成を示した図である。
【図１２】（ａ）は、第３の実施の形態を示すもので、フォトダイオードを半導体基板内に縦に形成したタイプのフォトダイオードで異なる分光感度を実現する例を示した構成図、（ｂ）は（ａ）に示された構成のセンサの回路構成を示した図である。
【符号の説明】
１…測光センサ、１ａ…周辺測光部、１ｂ…中央測光部、２…平均輝度算出部、３…測光逆光判定部、５…測距センサ、５ａ…第１のセンサアレイ（フォトダイオード）、５ｂ…第２のセンサアレイ（フォトダイオード）、６…測距演算部、７…被写体選択部、８…輝度算出部、９…逆光判定部、１０…ストロボ発光部、１１…制御部、１５…被写体、１６ａ、１６ｂ…受光レンズ、１７ａ、１７ｂ…センサアレイ、１８…測距部、２０…ＡＥレンズ、２１ａ、２１ｂ…ＡＥセンサ、４０…Ｎ型半導体基板（Ｎ−ｓｕｂ  ）、４１…Ｐ型半導体層（Ｐｗｅｌｌ）、４２…Ｐ型拡散層（Ｐ＋  ）、４３…Ｎ型拡散層（Ｎ＋  ）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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