JPH01238382A - 固体撮像装置 - 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】 （イ）産業上の利用分野 本発明は固体撮像装置に関し、特にＣＯＤの如き固体撮
像素子に対して露出制御を行う固体撮像装置に関する。

（ロ）従来の技術 撮像装置、例えばテレビカメラの露出制御は、通常アイ
リス制御回路によりレンズ筒内の機械的な絞り機構を制
御しており、コストアップの要因となっていた。

その為、従来からＣＣＤ固体撮像素子を用いたテレビカ
メラの如き固体撮像装置では、固体撮像素子の駆動原理
を活用して電子的に自動露光制御（オートアイリス）し
ようとする試みがなされている。

例えば、実願昭６１−１３９５２７号ではフレームトラ
ンスファ型のＣＣＤ固体撮像素子に於て、光電変換期間
の途中でこの素子の受光エリアにそれまで光電変換して
蓄積された画像電荷を画像信号読出しの為の転送方向と
は逆方向に転送排出し、残りの光電変換期間（実効光電
変換期間）だけで画像電荷の蓄積を行う露光制御手段を
設ける事が提案されている。従って、この様な露光制御
手段によれば、電荷の逆転送タイミングを被写体の明る
さに応じて変化させる事により良好な露光状態が得られ
る。

しかしながら、この様な従来装置に於ては、−垂直走査
線期間が一光電変換期間に対応し、この期間ごとに逆転
送タイミングが必ず設定される構成であったので、実効
光電変換期間が一垂直プランキング期間以下に制限され
ていた。

従って、従来装置では、オートアイリス機能を備えてい
るにもかかわらず、暗い被写体の撮像時に結局、露光不
足を招く不都合があった。

（ハ）発明が解決しようとする課題 本発明は上述の不都合に鑑みて成されたものであり、実
効光電変換期間の無制限拡大を可能として露光不足を完
全に解消できるオートアイリス機能を備えた固体撮像装
置を提供するものである。

（ニ）課題を解決するための手段 本発明の固体撮像装置は、受光した画像を光電変換する
ことによって画像信号を得る撮像素子、この固体撮像素
子の光電変換電荷を排出駆動した後に読出駆動する駆動
回路、この該駆動回路の電荷排出駆動タイミングと電荷
読出駆動タイミングを設定して両タイミング間の実効光
電変換期間を制御する制御回路とからなり、この制御回
路は特定の垂直走査線期間中での電荷排出駆動タイミン
グを水平走査線期間番号で可変設定する第１のアップダ
ウンカウンタ、及び電荷排出駆動タイミング後の電荷読
出駆動タイミングまでの垂直走査線期間数が可変設定さ
れる第２のアップダウンカウンタとが備えられ、第２の
アップダウンカウンタはカウントダウン中の第１のアッ
プダウンカウンタの値が最ノ」＼値から最大値に循環し
たときにカウントアツプし、カウントアツプ中の第１の
アップダウンカウンタの値が最大値から最小値に循環し
たときにカウントアツプする構成となっている。

（ホ）作用 本発明によれば、特定の垂直走査線期間中での電荷排出
駆動タイミングを水平走査線期間番号で可変設定する第
１のアップダウンカウンタ、及び電荷排出駆動タイミン
グ後の電荷読出駆動タイミングまでの垂直走査線期間数
が可変設定される第２のアップダウンカウンタとを設け
、第２のアップダウンカウンタはカウントダウン中の第
１のアップダウンカウンタの値が最小値から最大値に循
環したときにカウントアツプし、カウントアツプ中の第
１のアップダウンカウンタの値が最大値から最小値に循
環したときにカウントダウンするので、電荷排出駆動タ
イミングと電荷読出駆動タイミングとの間の期間即ち、
実効光電変換期間を複数の垂直ブランキング期間に亘っ
て長時間設定でき、しかもこの様に複数の垂直ブランキ
ング期間に亘っても水平走査線期間単位、或いは適数水
平走査線期間単位で実効光電変換期間長を伸縮制御でき
る。

（へ）実施例 第１図に本発明の固体撮像装置の一実施例の構成を示す
。

同図に於て、（Ｓ）は受光エリア（１）と蓄積エリア（
２）と水平レジスタ（３）からなるフレームトランスフ
ァ型のＣＣＤ固体撮像素子であって、受光エリア（１）
で一画面単位で光電変換して得た画像電荷を蓄積エリア
（２）に−旦転送蓄積した後、水平ブランキング期間で
一走査ライン単位で水平レジスタ（３）を介して画像信
号として出力するものである。そしてこの画像信号は信
号処理回路（４）でサンプルホールド及び増幅等の信号
処理が施されてビデオ信号として出力される。

上記ＣＣＤ固体撮像素子（Ｓ）はクロックによって駆動
されるものであって、受光エリア（１）には読出転送り
ロック発生回路（５）からの４相の順方向転送りロック
Φ２又は、排出転送りロック発生回路（６）からの４相
の逆方向転送りロックΦ、が所定タイミングで供給され
る。（これらのタイミングに就いては後述する。）　一
方、蓄積エリア（２）には蓄積転送りロック発生回路（
７）からの４相の転送りロックΦ、が供給され、水平レ
ジスタ〈３）には水平転送りロック発生回路（８）から
の２相の転送りロックΦ８が供給される。尚、これ等ク
ロック発生回路（５）（６）（７）（８）は同一の発振
手段（図示せず）からの基本クロックに基づいて動作し
、同じくこの基本クロックに基づき水平ブランキングパ
ルス発生手段（図示せず）が水平ブランキングパルスＰ
ｓｔを発生し、この水平ブランキングパルスＰ８に基づ
き垂直ブランキングパルス発生手段（図示せず）が垂直
ブランキングパルスＰｖを作成する。

さらに、（４０）は上記信号処理回路（４）からの１画
面分の画像信号Ｙ（ｔ）［輝度信号、或いはこれを含む
Ｒ，Ｇ、Ｂ信号の輝度成分］を積分する積分回路であり
、この積分値は第１及び第２の比較回路（９）（１０）
でそれぞれ所定の基準値と比較される。

即ち、第１の比較回路（９）は上記積分値を露光適正範
囲の上限を示す基準値Ｖｒｌと比較して比較結果を第１
のブリッププロップ（１１）に格納する。又第２の比較
回路（１０）は上記積分値を露光適正範囲の下限を示す
基準値Ｖｒ２と比較して比較結果を第２のフリッププロ
ップ（１２）に格納する。

（１３）は上記第１．及び第２のブリップフロップの２
ビツトの格納値をデコードするデコーダであり、露光適
正範囲以上の露光状態のとき露光制限信号ＣＬＯ５Ｅを
出力し、露光適正範囲以下のとき露光促進信号０ＰＥＮ
を出力し、また露光適正範囲内のときには現状維持のた
めに信号出力は行わない。

斯る第１図図示の本発明実施例装置の特徴とするところ
は、上記デコーダからの露光状態検知信号を用いて上記
固体撮像素子（Ｓ）の実効光電変換期間の伸縮を制御す
る制御回路（Ｑ）にある。

該制御回路（Ｑ）は、複数の垂直走査線期間ｎＶに亘る
実効光電変換期間Ｅの垂直走査線期間数ｎ即ち固体撮像
素子（Ｓ）を読出駆動するまでの垂直ブランキングパル
スＰｖの数ｎを設定するアップダウンカウンタ構成の■
レジスタカウンタ（１９）、垂直ブランキングパルスＰ
ｖをカウントするＶカウンタ（２０）、これら両方ウン
タの一致検出を行い読出転送りロック発生回路（５）を
所定期間起動させるための読出駆動タイミング信号Ｔ、
を出力するＶ比較回路（２１）を備え、更に実効光電変
換期間の第１の垂直走査線期間Ｖに於いて固体撮像素子
（Ｓ）を排出駆動する水平ブランキング期間を示す水平
走査線番号ｍを例えばｖ／３２のステップで設定するア
ップダウンカウンタ構成のＨレジスタカウンタ（１４）
、水平ブランキングパルスＰｖをカウントするＨカウン
タ（１５）、これら両カウンタの一致検出を行い排出転
送りロック発生回路く６）を所定期間起動させるための
排出駆動タイミング信号Ｔ３を出力するＨ比較回路（１
６）を備えている。

斯様なカウンタ構成の制御回路（Ｑ）に於ては、デコー
ダ（１３）から得られる露光制限信号ＣＬＯ５Ｅ。

及び露光促進信号０ＰＥＮがそれぞれＨレジスタカウン
タ（１５）のアップ信号Ｕ５及びダウン信号りとなる。

更にこのＨレジスタカウンタ（１５）の値が最大値［Ｆ
　Ｆ］から最小値［００］にカウトアップした時に出力
するリップルキ〜り一信号Ｃと上記露光制限信号ＣＬＯ
５ＥとのＡ　Ｎ　Ｄ　（１８）信号、及び最小値［ＯＯ
コから最大値［ＦＦ］にカウントダウンした時に出力す
るりップルボロー信号Ｂと上記露光促進信号０ＰＥＮと
のＡ　Ｎ　Ｄ　（１７）信号がそろぞれＶレジスタカウ
ンタ（１９）のダウン信号り、及びアップ信号Ｕとなる
。一方、水平ブランキングパルスＰ４をカウントするＨ
カウンタ（１５）並びに垂直ブランキングパルスＰｖを
カウントするＶカウンタ（２０）はいずれも最大値まで
カウントするとこの値を保持したまま停止するアップカ
ウンタであって、上記Ｖ比較回路（２１）から得られる
排出駆動タイミング信号Ｔ、でリセットされる構成とな
っている。尚、このタイミング信号Ｔ、はフリップフロ
ップ（１１）（１２）の信号取込クロックとしても働き
、更に後述するメモリ回路（２３）のライト信号のトリ
ガとしても利用される。

次に、第２図のタイミング図に基づき動作を説明する。

同図の動作例は、始め１垂直走査線期間Ｖより短い実効
光電変換期間Ｅで露光適正範囲にあり、タイミング上０
時に露光不足になり、タイミング上８時に露光不足を検
知して露光促進状態に遷移し、タイミング上２時に１垂
直走査線期間■より長い実効光電変換期間Ｅで露光適正
を検知する場合に就いて示している。また、同図の場合
理解を助ける都合上、Ｈレジスタカウンタ（１４）の値
がＶ／４のステップでアップダウンさせて実効光電変換
期間ＥがＶ／４のステップで伸縮するシステムとしてい
る。

タイミングｔ、までの適正露光状態では期間Ｖ毎の３ｖ
／４に該当する水平走査線番号がＨレジスタカウンタ（
１４）に格納され、■レジスタカウンタには［１］が格
納されており、この状態で安定している。即ち、期間Ｖ
毎の３ｖ／４時点でＨレジスタカウンタ（１４）とＨカ
ウンタ（１５）とが一致してＨ比較回路（１６）が排出
駆動タイミング信号Ｔ。

を出力し、これにより排出転送りロック発生回路（６）
からの逆方向転送りロックΦ３が固体撮像素子（Ｓ）に
供給され、その受光エリア（１）でそれまで光電変換さ
れた撮像電荷が外部に排出され消滅する。そして、Ｖ／
４期間後の垂直ブランキングパルスＰｖでＶカウンタ（
２０）が［０コから［１］にカウントアツプしたとき、
このイ直がＶレジスタカウンタ（１９）の値と一致し、
■比較回路（２１）が読出駆動タイミング信号Ｔ、を出
力し、これによって読出転送りロック発生回路（５）か
らの順方向転送りロックΦ、が固体撮像素子（Ｓ）に供
給され、その受光エリア（１）でＶ／４の実効光電変換
期間Ｅ中に光電変換された撮像電荷が蓄積エリア（２）
に転送されて、次の期間■で水平レジスタ（３）から信
号処理回路（４）を介して適正露光範囲の■波形（イ）
（ロ）で示すビデオ信号Ｙ　（ｔ）が得られる。これら
のＶ波形（イ）（ロ）は適正露光範囲内にあり、その積
分値の比較処理の結果、デコーダ（１３）からは信号出
力が無く、従って両レジスタカウンタ（１４）（１９）
の格納値は増減されない、この結果、次の期間■での期
間Ｅは伸縮せずに、Ｅ＝Ｖ／４が維持される。

この様な露光適正状態に於て、■波形（ロ）の期間ｖ中
のタイミング１６時に被写体の照度が低下して露光不足
となった場合、この次の期間■の■波形くハ）は大幅な
輝度低下となる。

このＶ波形（ハ）に続くタイミングｔ、の垂直ブランキ
ング期間に露光不足が検知され、デコーダク１３）は露
光促進信号０ＰＥＮを出力し、Ｈレジスタカウンタ（１
４）の値をＶ／４分小さくする。これによって、次の期
間Ｖでの排出駆動タイミングＴ、がＶ／４だけ早まるの
で実効光電変換期間Ｅ−Ｖ／２となる。

この様にＨレジスタカウンタ（１４）の値の減少が続い
て実効光電変換期間ＥがＥｗＶｍ迄伸長した時、即ちＨ
レジスタカウンタ（１４）が最小値の［００コから［Ｆ
Ｆ］にカウントダウンした時は、Ｈレジスタカウンタ（
１４）からリップルボロー信号Ｂが出力されＶレジスタ
カウンタ（１９）はカウントアツプされて値［２］とな
る。従って、この後直ちに生ずる第１番目の垂直ブラン
キングパルスＰｖ次点では■比較回路（２１）からは排
出駆動タイミング信号Ｔ、が得られずに、次の第２番目
のパルスＰｖで初めてこの排出駆動タイミング信号Ｔ、
が得られるので、このタイミングで読出転送りロック発
生回路く５）からの＊−ｉ向転送りロックΦ、が固体撮
像素子（Ｓ）に供給される。その結果、受光エリア（１
）で実効光電変換期間Ｅ＝Ｖ中に光電変換された撮像電
荷が蓄積エリアく２）に転送され、次の期間Ｖで水平レ
ジスタ（３）から信号処理回路（４）を介して■波形（
ト）で示すビデオ信号Ｙ　（ｔ）が出力される。尚、上
述の第１番目の垂直ブランキングパルスＰｖ次点では排
出駆動タイミング信号Ｔ、が得られないので、第２番目
のパルスＰｖで排出駆動タイミング信号Ｔ、が得られる
までの期間Ｖに於ては、画像信号の出力がない為に信号
処理回路（４）からのビデオ信号Ｙ　（ｔ）にＶ波形は
存在しない。

さらに露光不足状態が続くと、デコーダ（１３）から露
光促進信号０ＰＥＮが出力される限りＨレジスタカウン
タ（１４）の値はさらにＶ／４分ずつ小さくなって実効
光電変換期間ＥがＶ／４分ずつ伸長される。従って、ビ
デオ信号Ｙ　（ｔ）の■波形のレベルは次第に増大する
ことになる。

今、■波形（チ）が露光適正範囲に達した場合、タイミ
ング１．０垂直ブランキング期間にとのＶ波形（チ）の
露光適正が検知され、デコーダ（１３）は露光促進信号
０ＰＥＮの出力を停止する。従って、Ｈレジスタカウン
タ（１４）の値は３ｖ／２に相当する水平走査線番号を
保持し、さらにＶレジスタカウンタ（１９）も［２］を
保持することになるので、実効光電変換期間Ｅは３Ｖ／
２に設定される。

以上の如く、長時間露光処理されたビデオ信号Ｙ　（ｔ
）の無信号期間ＶはＡ／Ｄ変換器（２２）とメモリ回路
（２３）とＤ／Ａ変換器（２４）からなる補間手段にて
補間される。即ち、メモリ回路（２３）は、読出駆動タ
イミング信号Ｔ１をトリガとして１ｖ期間の■波形を記
憶しつつ各期間Ｖ毎に記憶Ｖ波形を出力するものであり
、この補間処理により第２図のビデオ信号Ｙ　（ｔ）の
Ｖ波形（へ）（））（チ）（す）・・・に続く無信号Ｖ
期間にこれらＶ波形が繰り返し挿入されたビデオ信号Ｙ
’（ｔ）が得られる。

上述の第２図の動作例では、露光不足状態に於てＨレジ
スタカウンタ（１４）のカウントダウン動作に連動して
Ｖレジスタカウンタ（１９）をカウントアツプする場合
について例示したが、露光過多状態では逆にＨレジスタ
カウンタ（１４）のカウントアツプ動作に連動してＶレ
ジスタカウンタ（１９）はカウントダウンされることに
なり、この露光過多状態は解消されることになる。

（ト）発明の効果 本発明の固体撮像素子は、以上の説明から明らかな如く
、電荷排出駆動タイミングと電荷読出駆動タイミングと
の間の期間即ち、実効光電変換期間を複数の垂直走査線
期間に亘って設定でき、しかも複数の垂直走査線期間に
亘る光電変換期間でありながら水平走査線期間単位、或
いは適数水平走査線期間単位でこの期間を制御できる。

従って本発明によれば、極めて暗い被写体から明るい被
写体まで適正にアイリス制御でき、更には垂直走査線期
間より細かいステップでの微妙なアイリス制御が可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の固体撮像装置の１実施例の構成図、第
２図は信号タイミング図である。 （Ｓ）・・・固体撮像素子、（Ｑ）・・・制御回路、（
５）・・・読出転送りロック発生回路、（６）・・・排
出転送りロック発生回路、（７）・・・蓄積転送りロッ
ク発生回路。 （８）・・・水平転送りロック発生回路、　（９）（１
０）・・・比較回路、　（１１）（１２）・・・フリッ
プフロップ、　（１３）・・・デコーダ、　（１４）・
・・Ｈレジスタカウンタ、　（１５）・・・Ｈカウンタ
、　（１６）・・・Ｈ比較回路、　＜１９）・・・Ｖレ
ジスタカウンタ、　（２０）・・・Ｖカウンタ、（２１
）・・・Ｖ比較回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）受光した画像を光電変換することによって画像信
   号を得る撮像素子と、該固体撮像素子の光電変換電荷を
   排出駆動した後に読出駆動する駆動回路と、該駆動回路
   の電荷排出駆動タイミングと電荷読出駆動タイミングを
   設定して両タイミング間の実効光電変換期間を制御する
   制御回路とからなり、 上記制御回路は特定の垂直走査線間中での電荷排出駆動
   タイミングを水平走査線番号で可変設定する第１のアッ
   プダウンカウンタ、及び電荷排出駆動タイミング後の電
   荷読出駆動タイミングまでの垂直走査線期間数が可変設
   定される第２のアップダウンカウンタとが備えられ、第
   ２のアップダウンカウンタはカウントダウン中の第１の
   アップダウンカウンタの値が最小値から最大値に循環し
   たときにカウントアップし、カウントアップ中の第１の
   アップダウンカウンタの値が最大値から最小値に循環し
   たときにカウントアップする事を特徴とした固体撮像装
   置。