JPH02244883A - 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 本発明は自動露光制御手段を備えた固体撮像装置に関す
る。

く口）従来の技術 従来より、ＣＯＤ固体撮像素子を用いた撮像装置に於い
ては、ＣＣＤの動作原理を活用しズ、″Ｉ心−ｆ−的に
自動露光制御を行う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固体撮像素ブに対して、垂直走
査期間毎の充電変換期間の途中↑この素子の受光部にそ
れまで光電変換して蓄積された画像電荷を転送排出し、
残余の光電変換期間だけで光電変換して得た画像電荷の
蓄積を行う露光制御手段が提案されている。

第４図は、上述の如き露光制御手段を備えた固体撮像装
置の構成を示すブロック図であり、第５図はその動作を
示すタイミング図である。

ＣＣＤ固体撮像素子（１）は、撮像部（Ｉ）、蓄積部（
５）及び水平レジスタ（Ｈ）からなるもので、撮像部（
１）で光電変換に依って得られた画像情報が蓄積部（Ｓ
）に−旦転送蓄積された後、蓄積部（Ｓ）から水平レジ
スタ（Ｈ）を介して画像信号Ｙ（ｔ）として出力きれる
。この画像信号Ｙ　（ｔ＞は、信号回路（２）でサンプ
ルホールド、ガンマ補正等の処理が施され外部に出力き
れると共に、積分回路り３）に入力される。積分回路（
３）は、画像信号Ｙ（ｔ）を垂直走査期間単位で積分し
、露光量信号りとして垂直走査期間毎に露光量判定回路
（４）に入力する。この露光量判定回路（４）には、Ｃ
０Ｄ（１）の適正露光量の範囲が設定されており、露光
量信号りがその範囲内にあるか否かが判定されて露光制
限信号ＣＬＯ３Ｅ１露光促進信号０ＰＥＮが出力される
。

一方、ＣＣＤ駆動回路（５）はＣＣＤ（１）をパルス駆
動するものであり、読出クロックφ、或いは排出クロッ
ク≠、を撮像部（Ｉ）に供給し、蓄積クロックφ＄と出
力クロックφＳとを蓄積部＜Ｓ＞と水平レジスタ（Ｈ）
とに夫々供給する。このＣＣＤ駆動回路（５）には、読
出駆動タイミング信号ＦＴ及び排出駆動タイミング言分
ＢＴが供給され、蓄積部（Ｉ）の画像情報の読出駆動タ
イミング及び排出駆動タイミングが設定きれる。読出駆
動タイミング信号ＦＴは、第５図に示す如く垂直走査信
号ＶＤのブランキング期間毎にタイミングパルスを有し
ており、読出駆動タイミング発生回路（６）で垂直走査
信号ＶＤに基づいて作成される。また、排出駆動タイミ
ング信号ＢＴは、垂直走査信号ＶＤの１ｖ期間（１周期
）中の所定のタイミングにタイミングパルスを有してお
り、このタイミングが露光量判定回路（４）から得られ
る露光制限信号ＣＬＯ５Ｅ及び露光促進信号０ＰＥＮに
従って水平走査信号ＨＤのＩＨ期間（１周期）単位で変
更される。即ち、アップダウンカウンタ（７）が露光制
限信号ＣＬＯ８Ｅでカウントアツプ、露光促進信号０Ｐ
ＥＮでカウントダウンきれてアップダウンカウンタ（７
）に電荷排出駆動タイミングが水平走査線番号で記憶さ
れ、このアップダウンカウンタ（７）の出力と垂直走査
信号ＶＤでリセットされ王水平走査信号ＨＤでカウント
アツプされるステップカウンタ（８）の出力とが一致す
るタイミングを比較回路〈９）で検知してタイミングパ
ルスを発生するように構成されている。従って、排出駆
動タイミングは、Ｗ光制限信号ＣＬＯ３Ｅに依ってＩＨ
期間単位で遅れ、露光促進信号０ＰＥＮに依っ１、ＩＨ
期間単位で早くなり、光電変換期間ＥがＩＨ期間単位で
伸縮制御きれる。

（ハ）発明が解決しようとする課題 上述の如き固体撮像装置に於いては、ＮＴＳＣｊ１″式
の場合で光電変換期間がＩＨ〜約２６０Ｈ期間までの２
６０段階に設定可能となる。そこで第６閃に示す如く、
低照度用に最低照度を１０ルクスに設定した場合には１
０ルクスから２６００ルクスまで対応でき、逆に高照度
用として最高照度を１０万ルクスに設定した場合には約
３８０ルクスから１０万ルクスまで対応できる。

しかしながら、撮像装置を取扱う環境は０ルクスから１
０万ルクスまでと広く、上述の撮像装置では対応するこ
とができない。そこで通常は機械的な絞り機構を撮像装
置の光路中に設けてＣＣＤ固体撮像素子に照射される光
量を調整しているが、このような絞り機構は構造が複雑
であり、小型化が困難であると共に、コスト高を招いた
。さらに、絞り機構を動作きせるためには、被写体の照
度を検知する必要があり、この検知方法も問題となる。

即ち、照度検知用のフォトダイオード等をＣＣＤ固体撮
像素子に並設した場合、フォトダイオードの特性やフォ
トダイオードの取付位置のばらつきの影響を受は易く、
第４図に示すような電子的に露光制御手段とのバランス
をとり難くなる。また、ＣＣＤ固体撮像素子から得られ
る画像信号Ｙ　（ｔ）には電子的な露光制御が施されて
いるため、画像信号Ｙ　（ｔ）のレベルから正確な被写
体の照度を検知することはできない。

一方、光電変換期間をＩＨ期間単位で伸縮する場合には
、光電変換期間が短くなったときの１ステツプでの変化
率も問題となる。即ち、光電変換期間が短くなれば、１
ステツプでＩＨ期間変化させると変化率が大きいため、
画像信号Ｙ　（ｔ）のレベルが必要以上に大きく変動す
ることになる。例えば、光電変換期間が２０Ｈ期間から
ＩＨ期間短縮された場合には変化率が５％であるのに対
し、５Ｈ期間からＩＨ期間短縮された場合には変化率が
２０％となることから、光電変換期間が短くなるほど１
ステツプでの変化率が大きくなることが明らかである。

そこで本発明は、対応できる照度範囲が広く、且つ被写
体の照度が高いときでも、１ステツプでの光電変換期間
の変化率を小さく保つことを目的とする。

（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だめのもので、その特徴
とするところは、受光した画像を光電変換することで画
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
固体撮像素子の受光面に照射される光量を少なくとも２
段階で調整可能な調光手段、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
タイミング間の光電変換期間を伸縮制御することで上記
固体撮像素子の露光量を制御する露光制御回路、を備え
、上記露光制御回路は上記固体撮像素子の画像情報から
得られる露光量信号に基づいて電荷排出駆動タイミング
を設定し、この電荷排出駆動タイミングの設定に応じて
上記調光手段を動作させることに依って上記固体撮像素
子の受光面に照射される光量の増減を制御することにあ
る。

（本）作用 本発明に依れば、電子的露光制御手段に加えて撮像素子
の撮像面に照射される光量を調整する調光手段を設け、
この調光手段を電子的露光制御手段の電荷排出駆動タイ
ミングに従って動作きせることで、電子的露光制御手段
に依る光電変換期間が所定の期間より短くなったときに
調光手段が一段階絞られて撮像装置の受光感度が低下せ
しめられる。逆に、光電変換期間が所定の期間より長く
なったとき調光手段が一段階絞られて撮像装置の受光感
度が高くされる。

（へ）実施例 本発明の一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
あり、第２図はその動作を示すタイミング図である。こ
れら図に於いて、ＣＣＤ固体撮像素子（１）、ＣＣＤ駆
動回路（５）及びこの駆動回路（５）の動作タイミング
を決定するための構成は、第４図と同一であり、第４図
と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、ＣＣＤ　（１）の撮像部
（Ｉ）に照射される光量を調整する調光手段としてＬＣ
Ｄ（液晶素子）　（１０）ｔ−ＣＯＤ　（１）＋７）撮
像部（１）を覆うように設けたことにある。このＬＣＤ
　（１０）は、ＬＣＤ駆動回路（１１）に依って駆動さ
れ、光の透過率が２段階に切換えられるもので、この切
換えが排出タイミングに従って行われる。

即ち、ＣＣＤ駆動回路（５）の電荷排出駆動タイミング
が所定のタイミングより遅れたときにＬＣＤ（１０）を
オンして透過率を低くし、電荷排出駆動タイミングが所
定のタイミングより早くなったときにＬ　ＣＤ　（１０
）をオフして透過率を高くするように構成きれている。

ただし、ＬＣＤ（１０）のオン１′□乙タイミングとオ
フするタイミングとを一致させると５　このタイミング
の前後でＬ　ＣＤ　（１０）が短い周期で不規則にオン
、オフを繰り返ｔ、所謂ハンブングが発生するため、透
過率の低くなるタイミングが透過率の高くなるタイミン
グよりも遅れ１］設定されている。

以下Ｌ　ＣＤ　（１０）の動作について説明する。

ＬＣＤ駆動回路（１１）には、“Ｈ“（高レベル）或い
はＬ”（低レベル）となる絞り設定信号■Ｓが供給され
ており、とのＬＣＤＷｊＡ勅回路（１１）は絞り設定信
号Ｉｓが′Ｈ″のときにＬ　ＣＤ　（１０）をオンさせ
、ａＬ″のときに才ブさせる。絞り設定信号ＩＳは、Ｌ
ＣＤ（１０）をオフからオンきせるときの絞り設定信号
ＬＳＩとＬ　ＣＤ　（１０）をオンからオフきせるとき
の絞り設定信号ＩＳ、とのうち一方が切換回路（１２）
で選択され、フリップフロップ（１３）に依って排出駆
動の各タイミングでＬＣＤｆｆ１動回路（１１）に与え
られる。絞り設定信号Ｉｓ、。

ＩＳ、は、夫々絞り設定信号発生回路（１４）　、　（
１５）で作成されるもので、第２図に示す如く１垂直走
査期間中の異なるタイミング１１．ｔ、で′″Ｌ”から
“Ｈ”となり垂直走査信号ＶＤのブランキング期間にリ
セットされてｍＨｎからａ　Ｌ　ｎとなる。

このような絞り設定信号ＩＳ、、ＩＳ！は、例えば、Ｌ
ｎから４　Ｈｎへの立上りタイミング１＋、１ｍを抵抗
と容量とを用いて遅らせることで容易に得られる。切換
回路（１２）での選択は、絞り設定信号ｌＳＩと絞り設
定信号ＩＳ、とが異なる期間、即ち絞吟設定信号ＩＳ、
の立上るタイミングｔ、から絞杓設定信号ＩＳ１の立上
るタイミングｔ、までの期間で問題となるもので、Ｌ　
ＣＤ　＜１０）が才ブからオンするときには絞り設定信
号ＩＳ、が選択され、Ｌ　ＣＤ　（１０）がオンからオ
フするときには絞り設定信号ＩＳｍが選択されるように
構成される。これは、フリップフロップ（１３）のＱ出
力（絞り設定信号ＩＳ）が立上るタイミング及び立下る
タイミングで切換回路（１２）を切換えるように構成す
れば良い、従って、ＬＣＤ（１０）がオフ状態にあると
き、切換回路（１２）は排出駆動のタイミングが絞り設
定信号ＩＳ、の立上りタイミング１．より遅くなるまで
絞り設定信号ＩＳ、を選択しており、１ｖ期間中のタイ
ミングｔ１より早い期間にあるタイミングパルス■に依
ってフリッププロップ（１３）に取込まれる絞り設定信
号ＩＳ＋は“Ｌ”となり、ＬＣＤ　＜１０）はオフ状態
を維持する。そして、タイミングパルス■の如く排出駆
動のタイミングがタイミングｔ□より遅くなると、この
ときには絞り設定官号ＴＳ、が′Ｈ”となっており、フ
リップフロップ（１３）から得られる絞り設定信号Ｉｓ
がｍＨｎとなってＬ　ＣＤ　（１０）がオンする。これ
と同特に、切換回路（１２）が絞り設定信号発生回路（
１５）側に切換えられ、絞り設定信号■Ｓ、が選択きれ
る。この絞り設定信号ＩＳ、は、タイミングｔｌより早
いタイミングｔ、で′Ｌ”から“Ｈ′となっＣいるため
、−旦切換回路（１２）が絞り設定信号ＩＳ、を選択す
ると、排出駆動のタイミングがタイミングｔ、より早く
なっても絞り設定信号ＩＳは、“Ｈ”を維持する。

一方、Ｌ　ＣＤ　（１０）がオン状態にあるとき、切換
［１１路り１２）は排出駆動のタイミングが絞り設定信
号ＩＳ、の立とりタイミングｔ、より早くなるまで絞り
設定信号ＩＳオを選択しており、１ｖ期間中のタイミン
グｔ、より遅い期間にあるタイミングパルス■に依って
ブリップフロップ（１３）に取り込まｔする絞り設定Ｍ
号ＵＳｓは“Ｈ”となり、ＬＣＤ（１０）はオン状態を
維持する。そこで、タイミングパルス■の如く排出駆動
のタイミングがタイミングｔ、より早くなると、ブリッ
ププロップ（１３）から得られる絞り設定信号ＩＳは、
タイミングパルス（■のタイミングで“ＬｎとなってＬ
　ＣＤ　（１ａ）が争゛アする。これと同時に、切換回
路け２）が絞り設定信号発生回路（１４）側に切換えら
れ、絞り設定４６号■Ｓ、が選択されて、タイミングパ
ルス■のとき、・′Ｌ）状態に戻る。

以上のように、Ｌ　ＣＤ　（１０）をオンするタイミン
グとオフするタイミングとを異ならせたことに依り、撮
像装置の感度は光電変換期間の長さに対して第３図の如
きヒステリシス特性を持つようになる。即ち、光電変換
期間がＩＶ期間から徐々に短う）くなり、第２図のタイ
ミングｔ１に対応する充電変換期間Ｅ１に達すると、そ
れまでオフ状態であったＬ　ＣＤ　（１０）がオンする
ことで絞られる光量に応じた分だけ感度が低下する。逆
に光電変換期間がＩ　ＩＩ期間から徐々に長くなり、タ
イミングｔ。

に対応する光電変換期間Ｅ、に達すると、それまでオン
状態であったＬ　ＣＤ　０（１）がオフすることで開か
れる光量に応じた分だけ感度が高くなる。二こで、光電
変換期間Ｅｌに対応する感度ＳＩ及び充電変換期間Ｅ８
に対応する感度Ｓ、について、感度Ｓ、が感度Ｓ、より
高くなると、ＳＩからＳ、の間のｐ！、度げ設定できな
くなるため、感度Ｓ、が感度Ｓ。

より低くなるように、Ｌ　ＣＤ　（１０）のオン状態と
オフ状態との光透過率及びタイミング１＋、１ｇを設定
する必要がある。

尚、本実施例に於いては、調光手段としてＬＣＤを用い
た場合を例示したが、光透過率の異なる光学フィルタ或
いは段階的に動作する機械的な絞り機構を用い、絞り設
定信号ＩＳに従って動作させることも可能である。

また、調光手段を３段階以上で動作可能なように構成し
、これに応じて調光手段の動作タイミングを設定すれば
、撮像装置の対応できる照度範囲（ダイナミックレンジ
）をさらに広くすることができる。

（ト）発明の効果 本発明に依れば、撮像装置の対応できる照度範囲を広く
することができる１例えば、調光手段に依って光量が１
７１０に絞られるように設定しておけば、対応できる照
度範囲が１０倍に広がる。第６図に示す如き装置に採用
した場合、低照度用は１０ルクスから２６０００ルクス
まで、高照度用は３８ルクスから１０万ルクスまで対応
できる。

また、従来の電子的な露光制御手段であれば、光電変換
期間が短かくなって１ステツプでの光電変換期間の変化
の割合が大きくなるような高照度の被写体を撮像する場
合、撮像素子の光電変換期間を長くして撮像が可能なた
め、１ステツプでの光電変換期間の変化の割合を小さく
でき、露光制御時の再生画面の輝度を不自然なく変化さ
せることができる。

さらに、撮像素子の電荷排出駆動タイミングから被写体
の照度を検知していることから、照度検知のため独自の
構成が必要なく、装置の構成を簡略化でき撮像装置の小
型軽量化が図れると共に、装置毎の特性のばらつきが少
ない撮像装置を実現できる。

【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の構成を示すブ
ロック図、第２図はその動作を示すタイミング図、第３
図は光電変換期間と感度との関係を示す図、第４図は従
来の固体撮像装置の構成を示すブロック図、第５図はそ
の動作を示すタイミング図、第６図は従来の固体撮像装
置が対応可能な照度範囲を示す図である。 ＜１）・・・ＣＣＤ固体撮像素子、　（２）・・・信号
処理回路、　（３）・・・積分回路、　（４）・・・露
光量判定回路、（５）・・・ＣＯＤ駆動回路、　（６）
・・・読出駆動タイミング発生回路、　（７）・・・ア
ップダウンカウンタ、（８）・・・ステップカウンタ、
（９）・・・比較回路、（１０）・・・ＬＣＤ調光素子
、　（１１）・・・ＬＣＤ駆動回路、（１２）・・・切
換回路、　（１３）・・・フリップフロップ、（１４）
（１５）・・・絞り設定信号発生回路。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）受光した画像を光電変換することで画像情報を得
   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、 上記固体撮像素子の受光面に照射される光量を少なくと
   も２段階で調整可能な調光手段、 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光電変換期間
   を伸縮制御することで上記固体撮像素子の露光量を制御
   する露光制御回路、 を備え、 上記露光制御回路は上記固体撮像素子の画像情報から得
   られる露光量信号に基づいて電荷排出駆動タイミングを
   設定し、 この電荷排出駆動タイミングの設定に応じて上記調光手
   段を動作させることに依って上記固体撮像素子の受光面
   に照射される光量の増減を制御することを特徴とする固
   体撮像装置。
2. （２）上記電光制御回路の設定する電荷排出駆動タイミ
   ングが第１のタイミングより早くなったときに上記調光
   手段が１段階開かれ、 第１のタイミングから一定期間遅れた第２のタイミング
   より上記電荷排出駆動タイミングが遅れたときに上記調
   光手段が１段階絞られることを特徴とする請求項第２項
   記載の固体撮像装置。