JPH02215288A - 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】 （り産業上の利用分野 本発明は、ＣＣＤ固体撮像素子が搭載され、電子的な露
光制御手段を備えた固体撮像装置に関する。

（ロ）従来の技術 ＣＣＤ固体撮像素子を用いたテレビカメラの如き撮像装
置では、ＣＣＤの動作原理を活用して電予約に自動露光
制御をしようとすることが考えられている。

例えば特開昭６３−２４７６４号公報では、フレームト
ランスファ型のＣＣＤ固体撮像素子に於いて垂直走査期
間毎の光電変換期間の途中でそれまで受光部に蓄積され
た光電荷を読出転送の方向とは逆方向に転送排出し、残
りの光電変換期間だけで光電荷の蓄積を行う露光制御手
段が示されている。このような露光制御手段に依れば、
光電荷の逆転送タイミングが被写体輝度に応じて可変設
定され、光電変換期間を伸縮制御１７て最適の露光状態
を得られる。

ところが上述の露光制御手段では、逆転送タイミングの
１ステップでの変化量が均一であり、光電変換期間の伸
縮が一定期間単位で行われることになるため、光電変換
期間が長い場合と短い場合とでは変化の割合が異なって
しまう。例えば、光電変換期間が８Ｈ（Ｈは１水平走査
期間）単位で短縮されるとすると、光電変換期間が８０
Ｈのときには１０％の短縮であるが、光電変換期間が１
６Ｈのときには５０％の短縮となる。このため、固体撮
像素子から得られる画像信号のレベル変化の割合が不均
一となり、再生画面が見づらくなる。

そこで本願出願人は、光電変換期間を一定の割合で伸縮
させて露光制御を行う固体撮像装置を特願昭６３−１５
０６５１号に提案している。第４図にその構成を示す。

同図に於いて、フレームトランスファ型のＣＣＤ固体撮
像素子（１０）は撮像部（１１）と蓄積部（１２）と水
平転送部（１３）とからなり、撮像部（１１）で垂直走
査期間毎に光電変換して得た画像電荷を一画面単位で蓄
積部（１２）に−旦転送蓄積し、水平走査期間毎に一走
査ライン単位で水平転送部（１３）を介して画像信号Ｙ
　（ｔ）として出力するものである。そして、一画面単
位で連続する画像信号Ｙ　（ｔ）は信号処理回路（１）
でサンプルホールド、ガンマ補正等の処理が施されて外
部に出力される。

駆動回路り２０）は、ＣＣＤ　（１０）をパルス駆動す
るもので、撮像部（１１）には電荷読出のための読出ク
ロックφ、或いは電荷排出のための排出クロックφ、を
夫々読出クロック発生回路（２１）或いは排出クロック
発生回路（２２）から供給する。また、蓄積部（１２）
には蓄積クロック発生回路（２３）から蓄積クロックφ
、を供給し、さらに水平転送部（１３）には出力クロッ
ク発生回路（２４）から出力クロックｄｆｉ、を供給す
る。尚、これら各クロック発生回路（２１）（２２）　
（２３）（２４）は同一の発振源からの基本タロツクに
基づいて作成きれ、同じくこの基本クロックに基づき水
平走査信号ＨＤ、垂直走査信号ＶＤが得られる。

そして、読出クロック発生回路（２１）には、垂直走査
信号ＶＤのブランキング期間の特定タイミングで読出パ
ルスを持つ読出タイミング信号ＦＴが入力され、排出ク
ロック発生回路（２２）には、ＣＣＤ　（１０）の露光
量に応じたタイミングに排出パルスが設定される排出タ
イミング信号ＢＴが入力される。

続いて、この排出タイミング信号ＢＴ作成のための回路
構成を説明する。

ＣＣＤ（１０）から得られる画像信号Ｙ　（ｔ）は積分
回路（２）で垂直走査期間単位で積分され、露光量信号
りとして判定回路（３０）に入力され、第１及び第２の
比較器（３１）（３２）で基準値Ｌｍａｘ、　Ｌｍｉｎ
と夫々比較される。これら基準値Ｌｍａｘ、　Ｌｍｉｎ
はＣＣＤ　（１０）の適正露光量範囲の上限及び下限に
対応するもので、これら基準値Ｌｍａｘ、　Ｌｍｉｎの
間に露光、量信号りがあるときが適正な露光状態となる
。

これら、比較器（３１）（３２）の比較結果は垂直走査
期間に対応する読出駆動タイミングで夫々フリッププロ
ップ（３３）（３４）に記憶される。従って、両フリッ
プフロップ（３３）（３４）の出力は２ビツトのデータ
となり、「ＯｌＯ」、「１，０」及び「１゜１」の何れ
かを示す、即ち２ビツトのデータは、夫々 ’０，０．はＬ≧Ｌ　ｍａｘ ’１，０．はＬｍａｘ＞Ｌ≧Ｌ　ｍｉｎ’１．１．はＬ
ｍｉｎ２：Ｌ を表わすことになる。そしてデコーダ（３５）が各デー
タ’ｏ、ｏ、、、ｒｘ、ｏ、、及び’１，１．を「露光
抑圧信号Ｊ＋’露光固定信号」及び「露光促進信号」と
して解読し、データ’０，０．に対しては光電変換期間
の伸長信号０ＰＥＮを出力し、データ’１，１．に対し
ては短縮信号ＣＬＯ８Ｅを出力する。

排出タイミング発生回路（４０）は、伸長信号０ＰＥＮ
に依ってカウントアツプされ、短縮信号ＣＬＯ５Ｅに依
ってカウントダウンされるアップダウンカウンタ（４１
）、このアップダウンカウンタ（４１）の出力を所定の
バイナリデータにデコードするデコーダ（４２）、一定
周期のクロックＣＫをカウントするステップカウンタ（
４３）及びデコーダ（４２）とステップカウンタ（４３
）との出力の一致を検知する比較回路（４４）からなり
、ステップカウンタ（４３）の出力がデコーダ（４２）
の出力に一致するタイミングに排出パルスを持つ排出タ
イミング信号ＢＴを出力する。従って、４ビツト構成の
場合、アップダウンカウンタ（４１）には垂直走査線期
間を１６ステップに分割したときのステップ番号Ｓ０〜
ＳｔＳが格納され、デコーダにはステップ番号Ｓｘ〜Ｓ
ｔＳに対応する４ビツトのバイナリデータが記憶される
。尚、このバイナリデータについては後に詳述・する、
一方ステップカウンタ（４３）は読出タイミング毎にリ
セットされ、垂直走査期間あたり１６パルスを有するク
ロックＣＫに依ってカウントアツプされる。そして、２
ステップカウンタ（４３）の出力がデコーダ（４２）の
出力に一致すると、比較回路（４４）が排出パルスを発
生する。以上の構成に依ると、アップダウンカウンタ（
４１）がカウントアツプきれる毎に光電変換期間が一定
の割合で伸長され、カウントダウンされる毎に光電変換
期間が一定の割合で伸長される。

光電変換期間の変化の割合を３／４（短縮の場合）に設
定したときの各ステップ番号に対応するアップダウンカ
ウンタ（４１）の出力及びデコーダ（４２）の出力を表
１に示す。

〈以下余白〉 表１ この表に於いて、光電変換期間Ｅは、ステップＳ０のと
きを基準にパーセントで示しである。デコーダ（４２）
の出力する４ビツトのバイナリデータは、垂直走査期間
を１６分割し、各ステップでの差が最小となるようなデ
ータが選ばれているため、光電変換期間が短くなると、
変化量が微少になりステップＳｘ〜ＳＩ！の如くデコー
ダ（４２）の出力が変化しない場合も生ずる。これに対
しては、ステップカウンタ（４３）のビット数を増し、
デコーダ（４２）の出力ビツト数を増せば各ステップで
一定の変化割合を得ることができる。

（拘発明が解決しようとする課題 しかしながら、光電変換期間の変化割合をより均一なも
のとするために、ステップカウンタ（４３）のビット数
を増大させるとデコーダ（４２）のゲート数の増大を伴
ない、回路規模が大きくなる。

また、排出タイミングは予めデコーダ（４２）に設定さ
れたデータに基づいて決定されるため、−度設定した変
化割合の変更はデコーダ（４２）の設定変更が必要とな
り、煩雑な操作を要する。

そこで本発明は、排出タイミング発生回路（４０）の簡
素化を図り、光電変換期間の変化割合の変更が容易に行
うことのできる固体撮像装置の提供を目的とする。

（ニ）課題を解決するための手段 本発明は上述の課題を解決するために成されたもので、
その特徴とするところは、受光した画像を光電変換して
画像情報を得る固体撮像素子、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、上
記画像情報の露光量が上記固体撮像素子の適正露光範囲
内にあるか否かを判定する判定回路、この判定回路の比
較結果に基づいて上記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とを設定して両タイミング
間の実効光電変換期間を伸縮制御するタイミング制御回
路、を備えた固体撮像装置であって、上記タイミング制
御回路は、実効光電変換期間を１ステップでその実効光
電変換期間の１／ｎ（ｎは整数）の期間だけ伸長或いは
短縮せしめることにある。

（ネ）作用 本発明に依れば、電荷排出駆動タイミングを指定するデ
ータが各ステップ毎に演算され、１ステップ毎に一定の
割合で光電変換期間が伸長或いは短縮されることになり
、演算の設定、詳しくはデータを除算する除算値の設定
に依って光電変換期間の伸長或いは短縮の割合が可変設
定される。

（へ）実施例 本発明の実施例を図面に従って説明する。

第１図は本発明固体撮像装置の構成を示すブロック図で
ある。この図に於いて、ＣＣＤ　（１０）、駆動回路（
２０）及び判定回路（３０）は第４図と同一構成であり
、同一部分には同一符号が付しである。

本発明の特徴とするところは、ＣＯＤ　（１０）から得
られる画像信号Ｙ（１）の露光量がＣＣＤ　（１０）の
適正露光範囲の上限より大きいときには実効光電変換期
間をその期間の１　／　ｎ　（ｎは整数）を１ステップ
として短縮し、逆に適正露光範囲の下限より小さいとき
には実効光電変換期間をその期間の１　／　ｎを１ステ
ップとして伸長することにある。

即ち、タイミング制御回路（５０）は、電荷排出駆動の
タイミングを水平走査線番号で指定するステップデータ
Ｓ　Ｘ　（Ｘは正の整数）を記憶するデータホールド回
路（５１）、ステップデータＳｘの１　／　ｎを算出す
る除算回路（５２）、この除算回路（５２）の除算結果
Ｓｘ／ｎとステップデータＳｘとの和或いは差を算出す
る演算回路（５３）、水平走査信号ＨＤでカウントダウ
ンされるステップカウンタ（５４）及び演算回路（５３
）とステップカウンタ（５４）との出力の一致を検知し
て排出パルスを発生する比較回路（５５）で構成されて
いる。演算回路（５３）はデコーダ（３５）から光電変
換期間の伸長信号０ＰＥＮが入力されると両データを加
算し次のステップデータＳ　！＄１としてＳｘ＋Ｓｘ／
ｎを出力し、短縮信号ＣＬＯ３Ｅが入力されるとステッ
プデータＳｘかも除算データＳｘ／ｎを減算し次のステ
ップデータＳｚ＋１としてＳｘ−３，／ｎを出力するも
ので、演算回路（５３）の出力は比較回路（５５）でス
テップカウンタ（５４）の出力と比較されると共に、デ
ータホールド回路（５１）に再び記憶きれる。尚、デコ
ーダ（３５）から伸長信号０ＰＥＮ及び短縮信号ＣＬＯ
３Ｅの何れも入力されなかった場合には、演算回路（５
３）は加算及び減算は行わずにステップデータＳｘをそ
のまま出力する。

従って、比較回路（５３）でステップカウンタ（５４）
の出力と比較されるデータは、 ５ｉｆｔ−５ｔ±Ｓ　ｘ／　ｎ に従って１ステップで１／ｎづつ変化することになり、
このステップデータＳｚ＋１に従って光電変換期間が１
ステップで１／ｎ期間づつ変化する。

例えば、光電変換期間が６４Ｈ（Ｈは１水平走査期間）
の場合にｎ＝８に設定すれば、１ステップで光電変換期
間は７２Ｈ或いは５６Ｈに伸長或いは短縮される。ここ
で、７２Ｈを再び１／８だけ短縮すると６３Ｈとなり、
先の６４Ｈには戻らない、このため光電変換期間は何な
る長さ（ＩＨ単位）にも成り得ることになる。

上述の除算回路（５２）は第２図に示す如く、サンプル
データＳ！の下位ビットにシフトさせるシフタで構成さ
れており、シフトするビット数に依って除算値ｎが決定
される。即ち、サンプルデータＳｘは下位方向にｍビッ
トだけシフトきれ、下位ｍビットを除いた上位ビットを
取り出すことで除算データＳ　ｘ／　２　”　（ｍは整
数）を得ている０例えば、８ビツトのデータ’１０１１
００１０」について１／２を得る場合には下位方向へ１
ビツトシフトして’０１０１１００１．とし、１／８を
得る場合には下位方向へ３ビツトシフトして「０００１
０１１０Ｊとする。ただし、シフト後の下位ｍビットは
除算の余りとして無視する。

従って、サンプルデータＳｘを例えば「１０１１００１
０Ｊとし、ｎ２Ｉ８とすれば次のサンプルデータＳ　ｘ
＋１は’１１００１０００．（光電変換期間を伸長）、
’１００ＩＩ１００Ｊ（光電変換期間を短縮）或いは’
１０１１００１０．（光電変換期間固定）の何れかとな
る。

尚、上述の除算回路（５２）ではステップデータＳｘが
除算値ｎより小さい場合には除算データが「０．となっ
てタイミング制御回路（５０）が動作しなくなることか
ら、その場合には最下位のビットを「１」として出力す
るように除算回路（５２）が構成される０例えば、除算
回路（５２）の出力全ビットの論理和の反転を最下位の
ビットに置換えればよい。

第３図は他の実施例のタイミング制御回路の構成を示す
ブロック図である。この図に於いて、データホールド回
路（５１）、比較回路（５５）及びステップカウンタ（
５４）は第１図と同一であり、同一符号が付しである。

除算回路（５６）は、データホールド回路（５１）から
入力されるステップデータＳｘを除算ｎで除算し、除算
データＳｘ／ｎを選択回路（５８）に入力すると共に、
反転回路（５７〉に入力する０反転回路（５７）は、除
算データＳｘ／ｎに対して正負を反転した負除箕データ
ーＳｘ／ｎを作成するもので、除算データＳ　！／　ｎ
の各ビットを反転して最下位のビットにｒｌ、を加える
ように構成されている。例えば、８ビツトのデータｒ０
００１０１１０Ｊに対しては、′″１１１０１０１０」
を得る０選択回路（５８）はデコーダ（３５）の出力に
従って正除算データＳｘ／ｎ或いは負除算データーＳｘ
／ｎを選択して演算回路（５９）に与える。

演算回路（５９）では選択回路（５８）で選択されたデ
ータＳｘ／ｎ或いは−Ｓｘ／ｎとステップデータＳ！と
が加算される。そして、その加算結果は比較回路（５５
）に入力されると共に、再びデータホールド回路（５１
）に記憶される。即ち、光電変換期間の伸長信号０ＰＥ
Ｎが選択回路（５８）に入力されると正除算データＳｘ
／ｎが選択されて次のステップデータＳ　Ｘ＋１として
Ｓｘ＋Ｓｘ／ｎが得られ、短縮信号ＣＬＯ３Ｅが入力き
れると負除算データーＳｘ／ｎが選択されて次のステッ
プデータＳ　１４１としてＳｘ−３，／ｎが得られる。

例えばサンプルデータＳｘを’１ｏｉｔｏｏｉｏ、とし
、ｎｚ８とすレバ、正除算テータＳｘ／８カ’　０００
１０１１０１、負除算データーＳｘ／８が’１１１０１
０１０」であることから伸長信号０ＰＥＮに対してステ
ップデータＳ！１は’１１００１０００．となり、短縮
信号ＣＬＯ９Ｅに対してステップデータＳい、は’１０
０１１１００．となる。従って第１図の演算回路（５３
）の出力に一致する。

一方、デコーダ（３５）が伸長信号０ＰＥＮ及び短縮信
号ＣＬＯ８Ｅの何れも出力しなかった場合には、選択回
路（５８）は正除算データＳｘ／ｎ及び負除算データー
Ｓｘ／ｎの何れも選択せず、従って演算回路（５９）は
ステップデータＳｘをそのまま出力する。

尚、上述演算回路（５３）（５８）に於いては、演算結
果が出力の最大値より大きくなる場合が生ずるが、この
ような場合には出力が最大値、即ち出力全ビットが１１
」に設定される。

以上の実施例に対しては８ビツト構成を例示しであるが
、８ビツト構成の場合θ〜２５５までしかカウントがで
きず、通常のＮＴＳＣ方式の垂直走査期間の水平走査ｍ
（２６２，５本）を全てカウントできないため、９ビツ
ト必要となる。このような構成に依ると、電荷排出駆動
タイミングを垂直走査期間中のどのタイミングにも限定
できるる、また、光電変換期間が最大から最小まで絞ら
れる場合、ｎ−８の場合には約３０ステップ（約０．５
秒）で達する。

（ト）発明の効果 本発明に依れば、光電変換期間を常に一定の割合で伸長
或いは短縮することができると共に、その割合を容易に
変更することができ、より円滑な露光制御を実現できる
。また、電荷排出のタイミングを指定するデータを演算
に依って得ているため、ゲート数の多いデコーダは必要
なく、回路規模の増大を防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明固体撮像装置の一実施例を示すブロック
図、第２図は除算回路を説明する図、第３図は他の実施
例のタイミング制御回路の構成を示すブロック図、第４
図は従来の固体撮像装置を示すブロック図である。 〈１０）・・・ＣＣＤ固体撮像素子、　（１１）・・・
撮像部、り１２）・・・蓄積部、　（１３）・・・水平
転送部、　（２０）・・・駆動回路、　（２１）・・・
読出クロック発生回路、　（２２）・・・排出クロック
発生回路、　（２３）・・・蓄積クロック発生回路、　
（２４）・・・出力クロック発生回路、　（３０）・・
・判定回路、　（３１）（３２）・・・比較器、　（３
３）（３４）・・・ブリップフロップ、（３５）・・・
デコーダ、（４０）（５０）・・・タイミング制御回路
、　（４１）・・・アップダウンカウンタ、　（４２）
・・・デコーダ、　（４３）（５４）・・・ステップカ
ウンタ、（４４バ５５）・・・比較回路、　（５１）・
・・データホールド回路、　（５２）（５６）・・・除
算回路、（５３’）（５９）・・・演算回路、　（５７
）・・・反転回路、（５８）・・・選択回路。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）受光した画像を光電変換して画像情報を得る固体
   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、 上記画像情報の露光量が上記固体撮像素子の適正露光範
   囲内であるか否かを判定する判定回路、この判定回路の
   判定結果に基づいて上記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とを設定して両タイミン
   グ間の実効光電変換期間を伸縮制御するタイミング制御
   回路、 を備えた固体撮像装置であって、 上記タイミング制御回路は、実効光電変換期間を１ステ
   ップでその実効光電変換期間の１／ｎ（ｎは整数）の期
   間だけ伸長或いは短縮せしめることを特徴とする固体撮
   像装置。
2. （２）上記タイミング制御回路は、 電荷排出駆動タイミングを決定するステップデータＳ＿
   ｘ（ｘは整数）を記憶し、 このステップデータＳ＿ｘを除数ｎで除算して除算デー
   タＳ＿ｘ／ｎを算出した後、 上記ステップデータＳ＿ｘ及び除算データＳ＿ｘ／ｎよ
   り上記判定回路の判定結果に基づきＳ＿ｘ＋Ｓ＿ｘ／ｎ
   或いはＳ＿ｘ−Ｓ＿ｘ／ｎを算出し、 この算出データと一定周期のクロックをカウントするス
   テップカウンタの出力とが一致するタイミングに上記駆
   動回路の電荷排出駆動タイミングを設定することを特徴
   とする請求項第１項記載の固体撮像装置。