(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に設けられたＡＦセンサと、前記ＡＦセンサに光を取り込むレンズとを有するカメラにおいて、
該半導体基板に設けられ、温度に応じて所定の変化を示す第１の特性を有する負荷素子と、
該半導体基板の外部に設けられ、前記レンズの温度変化に応じて所定の変化を示す第２の特性を有する負荷素子と、
該半導体基板に設けられ、前記第１、第２の負荷素子のそれぞれの温度情報を検知する検知手段と、を有し、
前記メガネレンズの温度に応じた形状変化に伴う焦点距離の変化によって生ずる像信号の変化を温度に応じて補正することを特徴としたカメラ。
【請求項２】
前記電気的に検知する回路は、前記第１及び第２の温度特性をもつ負荷素子を同一の回路内にもつ定電流源回路からなり、
前記定電流源回路からの電流をそれぞれ前記第１及び第２の温度特性をもつ負荷素子に流すことで、それぞれの前記第１及び第２の温度特性をもつ負荷素子の端子間に生ずる電位差を測定することで温度を検知する回路であることを特徴とした請求項１記載のカメラ。
【請求項３】
前記第１の温度特性をもつ負荷素子として、抵抗を用いたことを特徴とする請求項１記載のカメラ。
【請求項４】
前記第２の温度特性をもつ負荷素子として、抵抗を用いたことを特徴とする請求項１記載のカメラ。
【請求項５】
前記第１の温度特性をもつ負荷素子として、ダイオードを用いたことを特徴とする請求項１記載のカメラ。
【請求項６】
前記第２の温度特性をもつ負荷素子として、ダイオードを用いたことを特徴とする請求項１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】
本発明は、光電変換装置に関し、例えば焦点距離検出機能を有する光電変換装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
光電変換装置内の半導体集積回路等の半導体部分は、環境温度の変化に応じた補正が必要となる場合に、その温度変化を検知する回路を持つ。とくにオートフォーカスセンサ（以下ＡＦセンサ）など−２０℃ほどから＋６０℃ほどまでの大きな温度の変化幅に対して高精度な処理を行う必要があるものについては、従来、図６のような方法で環境の変化を検知している。図６は従来のカメラのオートフォーカスに関連する部分のみを抜き出した図面である。
【０００３】
図中の６０１は模式的に示されたカメラユニットを表しており、カメラユニット６０１は、パッケージ６０５の外部に設けられた温度計６０２と、パッケージ６０５に設けられた温度計６０３と、光電変換素子６０８を搭載したＡＦセンサＩＣ６０４と、ＡＦセンサＩＣ６０４のパッケージ６０５上に設けられた温度計回路６０３と、対象像からの入射光信号を取り込むレンズ６１０及びメガネレンズ６０６と、像信号を処理するマイクロコンピュータ６０７と、メガネレンズ６０６の位置を制御するメガネレンズ制御部６０９を模式的に示したものである。
【０００４】
このカメラユニット６０１では、対象像信号をメガネレンズ６０６において取り込み、ＡＦセンサＩＣ上の光電変換素子６０８に、メガネレンズ６０６を構成している右レンズ、左レンズに対応したＡ像、Ｂ像を結像させ、その対象像信号をマイクロコンピュータ６０７において相関演算処理し、カメラのレンズ６０６の焦点距離をメガネレンズ制御部６０９によって制御することにより、レンズ６１０から撮影対象までの距離を算出するというものである。
【０００５】
ここで、環境温度の変化が及ぼすカメラユニット６０１ヘの影響としては、まずメガネレンズ６０６の特性変化があげられる。ＡＦセンサＩＣ上の光電変換素子６０８に結像される対象像信号は、メガネレンズ６０６の特性が環境温度によって変化することで、その焦点距離が変化し、温度に依存した変化が現れる。
【０００６】
したがって、マイクロコンピュータ６０７で対象像信号を取り込むと共に、温度計６０２からパッケージ６０５外部の環境温度を取り入れ、光電変換素子６０８が出力する像信号に適切な補正をかけることで、はじめて適切な測距が行える。
【０００７】
また、ＡＦセンサＩＣ６０４そのものの温度変化という環境変化によるＡＦセンサＩＣ６０４自身ヘの影響も考慮しなくてはならない。ＡＦセンサＩＣ６０４内部の光電変換素子６０８のもつ暗電流ノイズの大きさが、ＡＦセンサＩＣ６０４の精度に影響し、ＡＦセンサＩＣ６０４の温度が上昇することで、暗電流ノイズは一定の割合で増加する。パッケージ６０５上の温度計６０３でＡＦセンサＩＣ６０４の温度を測り、その値を対象像信号と共にマイコン６０７に送り、メガネレンズ制御部６０９によってメガネレンズ６０６の焦点をあわせる補正をかけることで測距することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来技術では、まずＡＦセンサＩＣ６０４の温度をパッケージ６０５上で測っているため、ＡＦセンサＩＣ６０４そのものの温度を正確に測定できないという問題があった。ＡＦセンサＩＣ６０４は、通常その電力消費量からパッケージ６０５や、その外部の温度とは異なる温度を示す。具体的には、ＡＦセンサＩＣ６０４の温度は、その動作により発生する熱により、パッケージ６０５等の温度より高温になり、その熱がパッケージ６０５や空気を介して放熱されていく。つまり、パッケージ６０５や、その外部の温度をモニターしていたのではＡＦセンサＩＣ６０４の半導体基板上の温度を測定することはできない。
【０００９】
したがって、高精度な測距をすべく正確に暗電流ノイズを補正するためには、ＡＦセンサＩＣ６０４の半導体基板６０４上の温度を測定する必要がある。
【００１０】
また、パッケージ６０５そのものの温度とその外部の環境温度も異なるため、さらに環境測定用の温度計６０２も設ける必要がある。このように環境測定用の温度計６０２とＡＦセンサＩＣ６０４用の温度計６０３を分割して設ける必要から、部品数の増加、それによるコストの増加にもつながる。
【００１１】
（本発明の目的）
よって上記課題を解決すべく本発明は、温度変化によって特性が変化する負荷素子をＡＦセンサＩＣ半導体基板６０４上と、その外部に持ちながら、その温度変化を電気的に処理する回路をＡＦセンサＩＣ内部のみに持つことで、ＡＦセンサＩＣ内外の正確な温度測定をすることによる高精度な測距を行うこと及び、部品数を削減することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のカメラは、半導体基板上に設けられたＡＦセンサと、前記ＡＦセンサに光を取り込むレンズとを有するカメラにおいて、該半導体基板に設けられ、温度に応じて所定の変化を示す第１の特性を有する負荷素子と、該半導体基板の外部に設けられ、前記レンズの温度変化に応じて所定の変化を示す第２の特性を有する負荷素子と、該半導体基板に設けられ、前記第１、第２の負荷素子のそれぞれの温度情報を検知する検知手段と、を有し、前記メガネレンズの温度に応じた形状変化に伴う焦点距離の変化によって生ずる像信号の変化を温度に応じて補正することを特徴とした。
また、本発明は、対象像からの入射光信号を取り込むレンズと、前記入射光信号を光電変換する光電変換機能を有する半導体集積回路と、該半導体集積回路に前記入射光信号を照射するためのメガネレンズと、前記半導体集積回路を内部に納めるパッケージと、前記半導体集積回路の基板の温度に応じて所定の特性変化をする前記半導体集積回路の基板内に設けた第１の温度特性をもつ負荷素子と、前記レンズの温度に応じて所定の特性変化をする前記半導体集積回路の基板外かつ前記パッケージ内に設けた１または２以上の第２の温度特性をもつ負荷素子もしくは負荷素子群と、前記半導体集積回路の基板上に前記第１および第２の温度特性をもつ負荷素子の温度に応じた特性変化を電気的に検知する回路を有することを特徴とする。
【００１３】
また、前記電気的に検知する回路は、前記第１及び第２の温度特性をもつ負荷素子を同一の回路内に接続する定電流源回路からなり、前記定電流源回路からの電流をそれぞれ前記第１及び第２の温度特性をもつ負荷素子に流すことで、それぞれの前記第１及び第２の温度特性をもつ負荷素子の端子間に生ずる電位差を測定することで温度を検知する回路であることを特徴としている。
【００１４】
さらに、本発明の光電変換装置は、温度特性をもつ負荷素子として、抵抗または、ダイオードを用いたことを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
図１及び図２は、本実施形態を説明する図面である。
【００１６】
図１中の１Ｏ１はカメラのオートフォーカスに関連した部分を抜き出した模式的なカメラユニットであり、カメラユニット１０１は、対象像からの入射光信号を取り込むレンズ１１０及びメガネレンズ１０２、レンズ１１０を制御するレンズ制御部１０９、パッケージ１０６内に納められ光電変換素子１０８を搭載した半導体集積回路基板１０３、該半導体集積回路基板内１０３に設けられた電気的動作に基づく温度計１０４、温度計１０４に接続されておりカメラユニット１０１内に納められた所定の温度特性を持つ負荷素子１０５、測定した温度信号及び半導体基板１０３上の光電変換素子１０８からの信号を取り込むマイクロコンピュータ１０７から構成されている。
【００１７】
次に、本実施形態の動作を説明する。
【００１８】
対象像からの入射光信号をメガネレンズ１０２を通じて取り込み、パッケージ１０６内に納められた半導体集積回路基板１０３の光電変換素子１０８に結像させる。また、ＡＦセンサＩＣ上の温度計１０４でＡＦセンサＩＣの動作時のＡＦセンサＩＣそのものの温度を測定する。
【００１９】
温度計１０４についての詳しい動作は後述するが、温度計１０４は、ＡＦセンサＩＣの動作時の温度を測定し、ＡＦセンサＩＣの温度変化に依存する暗電流ノイズ補正のための温度データとしてマイクロコンピュータ１０７（以下マイコン１０７とする。）に取り込まれる。
【００２０】
従って、従来技術においては、パッケージ６０５に設けた温度計６０３で測定した温度をＡＦセンサＩＣの温度とみなしてメガネレンズ１０２を補正していたが、本実施形態は、半導体集積回路基板１０３内の温度そのものを測定し、その温度データによってメガネレンズ制御部１０９を作動させ、メガネレンズ１０２の補正をかけるため、正確な暗電流ノイズ補正が可能となり、高精度な焦点距離検出を行えることとなる。
【００２１】
また、それと共にメガネレンズ１０２の温度変化によってメガネレンズ１０２の特性が変化し焦点距離がずれた際、光電変換素子１０８上に生ずる像信号にズレが生ずる。そこで、負荷素子１０５に生ずる温度変化に伴う特性変化を検知し、それをカメラユニット１０１内部にあるメガネレンズ１０２そのものの温度とみなしてマイコン１０７に取り込む。一方、マイコン１０７では、その温度の値を基にメガネレンズ１０２の温度変化による焦点距離の変化を予測し、取り込んだ像信号に適切な電気的補正を加え、焦点距離の変化を実効的にキャンセルするため、温度によらない高精度な焦点距離検出を行えることとなる。
【００２２】
図２に実施形態１に使用する温度計１０４の例を示す。
【００２３】
温度計１０４は、所定の温度特性を持つ負荷素子２０２と、カレントミラー回路２０３に電流を流す電流源となる定電流源２０１と、パッケージ１０６外部かつカメラユニット１０１内に設けられた負荷素子１０５と、負荷素子２０２及び１０５に生ずる電圧を測定するための端子２０４及び２０５と、その電圧値を外部に読み出す高入力インピーダンスの増幅器２０６と、いずれの電圧信号を読み出すかを決めるスイッチ２０７，２０８から構成されている。
【００２４】
次に、温度計１０４の動作を説明する。
【００２５】
定電流源２０１は、素子の温度特性が、他の温度測定するための負荷素子２０２等に比べて無視できるほど小さな温度特性をもつ素子から構成されるものであり、例えば、本実施形態ではそれにバンドギャップ参照電圧発生回路を用いて、定電流を流している。  この定電流源２０１から流れる電流は、カレントミラー回路２０３により負荷素子１０５及び２０２に同じ電流として流れる。
【００２６】
なお、ここでは負荷素子に、例として抵抗を用いており、たとえば、この抵抗を純抵抗とするならば、抵抗は温度によって一次関数的に変化するので、端子２０４及び２０５に生ずる電圧も一次関数的に温度に依存することとなり、電圧信号の処理を容易に行うことができる。
【００２７】
端子２０４及び２０５には、それぞれ、定電流源からの電流と抵抗２０２及び１０５の絶対値で決まる電圧が生じ、上記電圧のいずれかは、相補的にＯＮ，ＯＦＦされるスイッチ２０７または２０８を介して、増幅器２０６により増幅され、外部のマイコン１０７に読み出される。
【００２８】
したがって、この温度計１０４は、ＡＦセンサＩＣ基板１０３そのものの温度を測る温度計だけでなく、パッケージ１０６の外部に設けられた負荷素子１０５によってＡＦセンサＩＣ基板１０３外部の温度計としても働くため、上述の高精度な測距を行えることにとどまらず、上記課題であった温度計の部品数を減らすことができ、あわせて装置制作時のコストダウンを図ることができる。
【００２９】
なお、本実施形態では温度計１０４は、定電流源２０１からの電流を負荷素子２０２等で電圧に変換し、その電圧を計測することにより温度を検出する回路構成からなるものを示したが、本実施形態は、少ない部品数でＩＣ基板内外の温度を測定することを特徴としているため、同様の効果が得られる回路であればよく、温度計の回路はこれに限定されるものではない。
【００３０】
よって、たとえばマイクロマシン技術などを用いた、温度による物理変化を電流、電圧に変化する温度計を用いても良い。
【００３１】
また、ここでは温度特性をもつ負荷素子として抵抗を用いているが、この抵抗には限定されず、一定の電流により温度に対応した電圧が得られるような、たとえば、ｐｎ接合を用いたダイオード及び、コレクタ・ベースをショートしたバイポーラトランジスタ、その他半導体素子等のいかなる素子を用いても良い。
【００３２】
さらに、レンズ１１０として単一レンズで構成されるものを例として示しているが、複数枚のレンズ群から構成されたものを用いてもよい。実際のカメラもレンズが複数枚・複数群のレンズを用いていることからも明らかである。
【００３３】
さらにまた、光電変換機能を有する半導体集積回路の例として、ＡＦ機能を有するＡＦセンサＩＣを用いたが、この構成に限定されるものではない。本実施形態は多岐にわたり、たとえば、上記センサの代わりにエリア型イメージセンサなどを用いても良い。本発明の効果が、少ない部品数でＡＦセンサなどに用いられているイメージセンサ自身の温度とカメラユニット１０１の温度を正確に測定することで、上記電圧値を用いて像信号の処理時に各々の温度に応じた補正をかけられるものだからである。
【００３４】
（実施形態２）
図３は実施形態２を示す図面である。
【００３５】
本実施形態の構成は、図２に示す温度計に用いていた抵抗１０５及び２０２の代わりに、ダイオード３０１及び３０２を用いている。そのほかの点は、実施形態１と同様に構成されているため、ここでは省略する。
【００３６】
本実施形態において、抵抗１０５に対応させて、ダイオード３０１をシリコン基板上のｐｎ接合などを用いてＡＦセンサＩＣ内部に作り込み、なおかつ、抵抗２０２に対応させて、外部に外付けでダイオード３０２を設ける。ダイオードの電流−電圧特性は温度依存性を持つため、ダイオード３０１及び３０２に定電流を流すことで温度に１次関数的に依存した電圧が得られるため、電圧信号の処理を容易に行うことができる。
【００３７】
したがって、実施形態１と同様に、上記ダイオード３０１及び３０２によって得られたＡＦセンサＩＣ上の温度を温度信号をマイクロコンピュータ１０７に送り、メガネレンズ制御部１０９を作動させメガネレンズ１０２を制御することで暗電流ノイズ補正と焦点距離の変化補正を適格に行うことができる。
【００３８】
ここで、抵抗は、一般に、およそ０℃〜一５０℃ぐらいのところから温度特性が変化するので、実施形態１のように温度計の負荷素子に抵抗１０５及び２０２を用いている場合には、高温での正しい温度測定を行う場合に有効であるのに対し、本実施形態のように温度計の負荷素子にダイオード用いた場合には、ダイオードが、抵抗に比べて低温での温度特性が良いため、広い温度範囲で正確な温度測定が可能となり、広い温度範囲の環境下においても暗電流ノイズ補正と焦点距離の変化補正をより適格に行うことができ、高精度の測距を実現できる。
【００３９】
（実施形態３）
図４は、第３の実施形態を示す図面である。
【００４０】
本実施形態の構成は、上記実施形態１に記載の発明にもう１つ温度計を加え、温度計を両方のレンズに設けるものであり、そのほかの構成は上記実施形態１または２と同様の構成である。
【００４１】
具体的には、メガネレンズ１０２を構成する左レンズ４０１と右レンズ４０２の個々のレンズの温度を測定することができる程度に近傍なところにそれぞれ温度変化を検知するための負荷素子１０５と４０３が置かれ、それらはチップ内部の温度計４０４に接続されている。
【００４２】
つぎに、本実施形態の動作を説明する。
【００４３】
まず、対象像からの入射光信号をメガネレンズ１０２を構成する左レンズ４０１と右レンズ４０２が取り込み、ＡＦ機能を持つ半導体集積回路基板１０３の光電変換素子に結像させる。また、ＡＦセンサＩＣ内の温度計４０４でＡＦセンサＩＣの動作時のＡＦセンサＩＣそのものの温度を測定する。
【００４４】
なお、温度計４０４の動作については後述する。
【００４５】
上記の温度測定後、上記温度信号をマイコン１０７が取り込み、相関演算処理した信号により、左レンズ４０１と右レンズ４０２の焦点距離をを補正すべくメガネレンズ制御部１０９が適正な作動をする。
【００４６】
また、それと共に左レンズ４０１と右レンズ４０２の温度変化によって生じる左レンズ４０１と右レンズ４０２の特性変化によって、焦点距離のずれに適切な補正をかける必要があるので、左レンズ４０１に対して負荷素子１０５を設け、右レンズ４０２に対して負荷素子４０３を設けて、各々の負荷素子で温度を測定する。
【００４７】
その後、温度信号と光電変換素子１０８からの像信号ををマイコン１０７が取り込み、マイコン１０７は左レンズ４０１及び右レンズ４０２の温度変化による像信号の変化を補正し相関演算処理を行い、レンズを制御する。
【００４８】
したがって、メガネレンズ１０２一体としてではなく、メガネレンズ１０２を構成する左レンズ４０１及び右レンズ４０２の温度を測定することができるようになり、左レンズ４０１と右レンズ４０２によって結像されるＡ像、Ｂ像の各々の像信号に対して別々の補正をかけることができるため、より高精度な測距を行うことができる。
【００４９】
また、本実施形態の特徴は、各々の左右レンズの温度に応じて各々のレンズの焦点距離を補正することにあるため、本実施形態で得られる効果はこの構成には限定されない。従って、たとえば、Ａ像を結像するためのレンズが直列に複数毎ならべられていて、各々のレンズの焦点距離の補正を行いたいときには、それぞれのレンズの直近に温度検知用の負荷素子を置くことで、それぞれのレンズに対する温度の測定ができ、その測定温度に応じた焦点距離の補正を行うことができるため、特にレンズ間の距離が離れている等により、各々のレンズに温度の開きがあるときには、本実施形態の効果は絶大である。
【００５０】
また、図５は温度計４０４の一例を示す図面である。温度計４０４は、実施形態１に掲げた温度計１０４に対して、もう１つ負荷素子５０９を設けた構成になっており、他の構成は温度計１０４と同様であるので、ここでの説明は省略する。
【００５１】
温度計４０４の動作は、ほぼ実施形態１に掲げる温度計１０４と同様であり、定電流源２０１の電流をカレントミラー回路５０１を介して、それぞれ抵抗１０５、及び４０３，５０９に流して、端子５０２、及び５０３，５０４に予め定められた電圧を発生させる。
【００５２】
なお、上記各々の抵抗１０５、及び４０３，５０９を純抵抗とするならば、抵抗が温度によって一次関数的に変化するので、端子２０４及び２０５に生ずる電圧も一次関数的に温度に依存することとなるので、容易に電圧信号の処理を行うことができる。
【００５３】
つぎに、スイッチ５０５、及び５０６，５０７でそれら３種の値のうち一種を排他的に読み出し高インピーダンスのアンプ５０８で受けることで所望の位置（集積回路基板上１０３・左レンズ４０１・右レンズ４０２）の温度を測定することができ、それに応じた温度信号により暗電流ノイズ補正と焦点距離の補正を適格に行うことができ、高精度の測距を実現できる。
【００５４】
なお、本実施形態では、温度変化を持つ負荷素子として抵抗を用いているが、もちろんこれには限定されず、たとえば、実施形態２で説明したようなダイオードを用いる方式によって温度を測定することもできる。
【００５５】
【発明の効果】
本発明によれば、従来技術ではパッケージ６０６の温度を基準にメガネレンズ６０６の補正を行っていたのに対して、ＡＦセンサＩＣ基板１０３内の光電変換装置そのものの温度を基準に補正することができるため高精度な測距を実現することができる。
【００５６】
また、従来に別々に設けていた環境測定用の温度計と、ＡＦセンサ用の温度計を一緒に設けたため、スイッチ操作によりいずれの温度も簡易に測定でき、カメラユニット１０１内の温度を少ない部品点数で測定できるため、装置の低コスト化が図れる。
【００５７】
また、本発明によれば、半導体製造プロセスとの親和性が高い温度計をＩＣ半導体基板内に設けることができる。
【００５８】
さらに、ダイオードを製造することが技術的、コスト的に困難な半導体装置においても抵抗を用いることで、高精度な測距を行うことができるようになり、また、安価な外付け抵抗を用いることで部品コストを節約することができる。
【００５９】
さらにまた、ダイオードを用いることで低温の領域まで正しく温度を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を説明する図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の中にある、温度計を説明する図である。
【図３】本発明の第２の実施形態を説明する図である。
【図４】本発明の第３の実施形態を説明する図である。
【図５】本発明の第３の実施形態の中にある、温度計を説明する図である。
【図６】従来例を説明する図である。
【符号の説明】
１０１，６０１  カメラのユニットを模式的に示したもの
１０２，６０６  メガネレンズ
１０３，６０４  ＡＦセンサ機能を有する半導体集積回路基板
１０４，４０４，６０２，６０３  温度計
１０５，４０３  温度特性をもつ負荷素子
１１０、６１０  レンズ
２０１  温度特性を持たない電流源
２０２，５０９  温度計と同一半導体基板上に作られた抵抗素子
２０３，５０１  カレントミラー回路
２０４，５０４  内部温度電圧出力端子
２０５，５０２，５０３  外部温度電圧出力端子
２０６，５０８  高入力インピーダンスを持つ増幅器
２０７，２０８，５０５，５０６，５０７：スイッチ
３０１  温度計と同一基板上に作られたダイオード
３０２  ダイオード
４０１  左レンズ
４０２  右レンズ
４０５  冷却装置
６０５  ＡＦセンサＩＣパッケージ
６０７  マイクロコンピュータ
【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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