JPH03132177A - 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、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間する。

（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、ＣＯＤの動作原理を活用して電子的に自動露光
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ＣＣＤＣＣ固体撮像素子いて垂直走査期
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
りの光電変換期間のみ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し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ステツ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８０Ｈ
のときには１０％の短縮であるが、光１変換期間が１６
Ｈ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といった不具合が生じ
る。

そこで本願出願人は、上述の不具合を解消するために光
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
体撮像装置を特願平１−３６５６０号に提案している。

第４図はそ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。

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Ｘ
　（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ｘ　ｔｔ’）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、
ビデオ信号Ｙ　、ｔ）として外部に出力される。

駆動回路（２０）は、ＣＯＤ　（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、或いは重荷排出のための排出クロックφ３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φ。

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クロ
ックに基づいて作成され、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、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が後述するタイミング制御回路（３０）から夫々
供給される。

また、映像信号Ｘ　（ｔ）は信号処理回路り１）に入力
されると共に積分回路（２）に供給されて垂直走査期間
単位で積分され、その積分値Ｉ　（ｔ）が比較判定回路
（３）に供給きれる。比較判定回路（３）は積分値Ｉ　
（ｔ）を適正露光範囲の上限値Ｌ　ｍａｘ及び下限値Ｌ
　ｍｉｎと比較し、上限値１．　ｒｎａｘより大きけれ
ば露光期間を短縮させる短縮信号ＣＬＯ８Ｅを発生し、
逆に下限値Ｌ　ｍｉｎより小さければ露光期間を伸長す
る伸長信号０ＰＥＮを発生して夫々をタイミング制御回
路（３０）に供給する。

タイミング制御回路（３０）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５Ｘ（
Ｘは正の整数）を記憶するデータホールド回路（３１）
、ステップデータＳｘの１　／　ｎを算出する除算回路
（３２）、この除算回路（３２）の除算結果Ｓ、／ｎと
ステップデータＳ８との和或いは差を算出する演算回路
（３３）、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（３４）及び演算回路（３３）とステッ
プカウンタ（３４）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く３５）に加えて、読出タイミン
グを制御する読出タイミング発生回路（３６）で構成さ
れている。演算回路（３３）は比較判定回路（３）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Ｓｚ＋１としてＳｘ＋Ｓ
ｘ／ｎを出力し、短縮信号ＣＬＯ８Ｅが入力されるとス
テップデータＳ８から除算データＳｘ／ｎを減算し次の
ステップデータＳ　！＋１としてＳ、−Ｓ工／ｎを出力
するもので、演算回路（３３）の出力は比較回路（３５
）でステップカウンタ（３４）の出力と比較されると共
に、データホールド回路（３１）に再び記憶される。

尚、比較判定回路〈３）から伸長信号０ＰＥＮ及び短縮
信号ＣＬＯ８Ｅの何れも入力されなかった場合には、演
算回路（３３）は加算及び減算は行わずにステップデー
タＳ８をそのまま出力する。

従って、比較回路（３３〉でステップカウンタ（３４）
の出力と比較されるデータは、 Ｓ　ｘ＊　ｔ　＝　Ｓ　ｘ±Ｓ、／ｎ に従って１ステツプで１　／　ｎづつ変化することにな
り、このステップデータＳｘに従って排出タイミングが
設定される。

一方、読出タイミング発生回路（３６）は、垂直走査信
号ＶＤに従って動作し、読出タイミングを垂直走査信号
ＶＤのブランキング期間内の所定のタイミングに設定す
る。従って、読出タイミングが固定きれるため、ステッ
プカウタＳ工や、に従って設定される排出タイミングに
依って光電変換期間が決定されることになり、光電変換
期間が１／ｎ期間単位で伸縮制御される。

（ハ）発明が解決しようとする課題 しかしながら、上述の如き固体撮像装置に於いても、光
電変換期間が短くなると、数ステップの量変化量が一定
となり、変化率が均一に保たれないという問題が生じる
。例えば、ｎを８とした場合、光電変換期間が８０Ｈ〜
８７Ｈでは、１ステツプでの変化量がＩＯＨとなり、変
化率が１２．５％〜１１，５％となるのに対し、光電変
換期間が１６Ｈ〜２３Ｈでは、１ステツプでの変化量が
２Ｈとなり、変化率が１２．５％〜８．７％となる。特
に、光電変換期間が１５Ｈ以下になると、変化量はＩＨ
となり、光電変換期間がＩＨ〜１５Ｈで変化率は５０％
〜６．７％となる。

そこで本発明は、光電変換期間が短縮されたときの１ス
テツプでの光電変換期間の変化率を一定の値により近く
設定する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なされたもので、
行列配置された複数の受光画素に映像を受けて各受光画
素に映像パターンに応じた情報電荷を発生する固体撮像
素子と、この固体撮像素子の情報電荷を一旦排出駆動し
た後に読出駆動して画面単位で連続する映像信号を得る
駆動回路と、上記映像信号の信号レベルが上記固体撮像
素子の適正露光範囲内であるか否かを判定する露光判定
回路と、この露光判定回路の判定結果に従い上記駆動回
路の電荷排出駆動タイミング及び電荷読出駆動タイミン
グを設定して両タイミング間の電荷蓄積期間を伸縮制御
するタイミング制御回路と、からなる固体撮像装置であ
って、上記タイミング制御回路は、上記駆動回路の電荷
排出駆動タイミングを指定するデータＳ工をホールドす
る記憶手段と、上記露光判定回路の判定結果に従って上
記データＳ８からＳｘ−５，／ｎ（ｎは整数）或いはＳ
工＋Ｓｘ／ｎを算出する演算手段と、一定周期のクロッ
クでカウントされて経時的に変化するデータＴ！を発生
する計数手段と、上記固体撮像素子の垂直走査のブラン
キング期間中に垂直走査期間より短い周期のクロックを
発生して上記計数手段に供給するクロック発生手段と、
上記データ子工を上記データＳ１±Ｓ工／ｎと比較して
両データの一致を検知する比較手段と、を備え、上記デ
ータＴ１が上記データＳｘ±Ｓ、／ｎと一致するタイミ
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。

（＊）作用 本発明に依れば、駆動回路の電荷排出駆動タイミングを
決定するタイミング制御回路の計数手段が、垂直走査の
ブランキング期間内で垂直走査期間中より短い周期でカ
ウントされるため、ブランキング期間が垂直走査期間よ
り細かく分割纏れて電荷排出駆動タイミングが設定され
る。従って、電荷排出駆動タイミングから電荷読出駆動
タイミングまでの間に設定される光電変換期間がブラン
キング期間内に於いて垂直走査期間より細かく設定され
、光電変換期間が短くなったときでも変化率が均一に保
たれる。

（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
あり、第２図はその動作タイミング図である。同図に於
いて、ＣＣＤ　（１０）及び駆動回路（２０）、そして
信号処理回路（１）、積分回路（２）、比較判定回路＜
３）は第３図と同一であり、同一部分には同一符号を付
し、説明は省略する。

本発明の特徴とするところは、タイミング制御回路（４
０）が駆動回路（２０〉の電荷排出駆動タイミングをＣ
ＯＤ　（１０）の水平走査の周期より短い単位で可変設
定することにある。即ち、ＣＣＤ　（１０）の垂直走査
期間中は、映像信号Ｘ　（ｔ）への排出転送ノイズの重
畳を防止するために水平走査のブランキング期間に排出
転送タイミングが設定きれるが、垂直走査のブランキン
グ期間内に於いては排出転送ノイズが映像信号Ｘ　（ｔ
）に重畳することがないため、排出転送タイミングを任
意のタイミングに設定して１ステツプでの光電変換期間
の変化率をより均一にしている。

タイミング制御回路〈４０）は、電荷排出駆動タイミン
グを指定するデータＳ！（Ｘは整数）を記憶するデータ
ホールド回路（４１）、このデータホールド回路（４１
）から読出されるデータＳ８の１　／　ｎを算出する除
算回路（４２）、除算されたデータＳ８／ｎとデータＳ
８との和、或いは差を算出する演算回路（４３）、周期
の異なる複数のクロックから１つのクロックを選択する
セレクタ（４４）、このセレクタ（４４）で選択された
クロックでカウントダウンされるカウンタ（４５）、演
算回路（４３）とカウンタ（４５）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（４６）及び読出
駆動タイミングを制御する読出タイミング制御回路（４
７）で構成されている。演算回路（４３）は、第４図と
同様に比較判定回路（３）からの伸長信号０ＰＥＮ或い
は短縮信号ＣＬＯ８Ｅに従って加算或いは減算を行い、
次のステップのデータ５８４１としてｓ　ｘ　＋　ｓ　
ｘ／　ｎ或いはＳ　ｘ　−３，／ｎを出力する。また、
セレクタ〈４４〉には、カウンタ〈４５）をカウントす
るクロックＣＫとして水平走査信号ＨＤとこの水平走査
信号の１７２の周期を有する信号２ＨＤとが供給され、
垂直走査信号ＨＤに従って垂直走査期間に信号ＨＤ、垂
直走査のブランキング期間に信号２ＨＤが夫々選択され
てカウンタ（４５）に与えられる。従って、カウンタ（
４５）は、垂直走査期間中は水平走査周期で動作し、垂
直走査のブランキング期間は水平走査の１７２の周期で
動作し、経時的に変化するデータ子工を発生する。この
データ子工は、比較回路〈４６）でデータＳ　ｚ＋１と
比較され、両データが一致するタイミングに排出パルス
が発生するように構成きれている。そして、駆動回路（
２０）は、比較回路（４６）からの排出タイミング信号
ＢＴに従ってＣＣＤ（１０）の画像電荷を排出駆動する
と共に、読出タイミング制御回路（４７）からの読出タ
イミング信号ＦＴに従って画像電荷を読出駆動し、排出
駆動タイミングから読出駆動タイミングまでの間に光電
変換期間りを設定する。

次に、ｎが８に設定され、８ビツト構成の場合を例に動
作を具体的に説明する。ここで、カウンタ（４５）は、
垂直走査のブランキング期間中に水平走査周期の１７２
の周期で動作するものとする。

先ずデータＳ工が’　１０１１００１０ヨの場合、光電
変換期間は１７０Ｈに設定されており、このデータＳ８
を下位方向に３ビツトシフトさせて’０００１０１１０
．（２２Ｈに相当）としてＳ８／８を得る。そこで、伸
長信号０ＰＥＮが与えられるとデータＳ　Ｘ＋１は’１
１００１０００゜となって光電変換期間が１９２Ｈとな
り、短縮信号ＣＬＯ３Ｅが与えられるとデータＳ８や、
は「１００１１１００、となって光電変換期間が１４８
Ｈとなる。データＳ８が’０００１００００」より大き
いときには、光電変換期間がＩＨ短単位設定されるが、
データＳ８が’０００１００００゜より小さくなると、
データＴｘがデータＳｘ＋１と一致するときにカウンタ
（４５）が１７２Ｈ単位で動作することから光電変換期
間が１７２Ｈ単位で設定される。例えば、データＳ　Ｘ
＋１が’００００１０１１」では光電変換期間が５．５
Ｈに設定されており、伸長信号０ＰＥＮ或いは短縮信号
ＣＬＯ３Ｅに対して１／２Ｈ伸長或いは短縮される。

ところで、この実施例では垂直走査のブランキング期間
中にカウンタ（４５）を１７２Ｈ周期で動作させている
が、さらに短い周期で動作させることに依り、ブランキ
ング期間内での電荷排出タイミングの設定をさらに細か
く行うことができる。そして、ブランキング期間の後半
で前半よりもさらに周期の短いクロックをカウンタ（４
５）に与えるように構成し、カウンタ（４５）をブラン
キング期間の後半でさらに高速で動作させることで、光
電変換期間が短くなった場合に対応させることができる
。

また、データＳｘからデータＳｘ、ｌを得る演算回路（
４３）は、第３図に示すように、除算回路（４２）の出
力とこの出力に対してデーターＳ、／ｎを得る負除算回
路（５１）の出力との選択をするセレクタ（４４）及び
、このセレクタ（４４）の選択したデータＳ！／ｎ或い
は−８，／ｎとデータホールド回路〈４１）の出力Ｓｘ
との和を算出する加算回路（５３）に依って同一動作が
可能となる。即ち、負除算回路（５１）では、除算回路
（４２）で得られたデータＳ、／ｎの各ビットを反転さ
せ、最下位ビットに「１．を加えることでデーターＳｘ
／ｎを得るように構成されており、例えばｎが８のとき
、データＳ１が「１０１１００１０」ではデータＳ８／
８は「０００１０１１０、となり、データーＳｘ／８は
「１１１０１０１０」となる。従ってデータＳ８＋ｓｘ
／ｓは’１１００１０００」、データ５ｘＳ８／８は’
１００１１１００．となり、第１図の動作例と一致する
。

尚、本実施例に於いては、ＣＣＤ　（１０）の情報電荷
の排出駆動を逆転速駆動に依って実現する場合を例示し
ているが、ＣＯＤ　（１０）の撮像部〈１１）のオーバ
ーフロードレインに情報電荷を排出する方法や、縦型オ
ーバーフロードレイン構造と呼ばれるＣＣＤで情報電荷
を撮像部から基板側へ排出する方法等でも考えられる。

（ト）発明の効果 本発明に依れば、駆動回路の電荷排出駆動タイミングを
垂直走査のブランキング期間内で細かく設定することが
できるため、電荷排出駆動タイミングと電荷読出駆動タ
イミングとの間に設定される光電変換期間を垂直走査の
ブランキング期間内で所望の期間に設定でき、光電変換
期間が短くなった場合でも１ステツプでの変化率を一定
に保つことができる。従って、被写体の輝度に応じて円
滑な自動露光制御を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明固体撮像装置の構成を示すブロック図、
第２図は第１図の動作を示すタイミング図、第３図は他
の実施例のタイミング制御回路を示すブロック図、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
図は第４図の動作を示すタイミング図である。 （１０）・・・ＣＯＤ、　　（２０＞・・・駆動回路、
　（３０）（４０）・・・タイミング制御回路、　（３
１）（４１）・・・データホールド回路、　（３２）（
４２）・・・除算回路、　（３３）（４３）・・・演算
回路、　（３４）（４５）・・・カウンタ、　（３５）
（４６）・・・比較回路、　（４４）・・・セレクタ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）行列配置された複数の受光画素に映像を受けて各
   受光画素に映像パターンに応じた情報電荷を発生する固
   体撮像素子と、 この固体撮像素子の情報電荷を一旦排出駆動した後に読
   出駆動して画面単位で連続する映像信号を得る駆動回路
   と、 上記映像信号の信号レベル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露光判定回路と、 この露光判定回路の判定結果に従い上記駆動回路の電荷
   排出駆動タイミング及び電荷読出駆動タイミングを設定
   して両タイミング間の電荷蓄積期間を伸縮制御するタイ
   ミング制御回路と、 からなる固体撮像装置であって、 上記タイミング制御回路は、 上記駆動回路の電荷排出駆動タイミングを指定するデー
   タＳｘをホールドする記憶手段と、 上記露光判定回路の判定結果に従って上記データＳｘか
   らＳｘ−Ｓｘ／ｎ（ｎは整数）或いはＳｘ＋Ｓｘ／ｎを
   算出する演算手段と、 一定周期のクロックでカウントされて経時的に変化する
   データＴｘを発生する計数手段と、 上記固体撮像素子の垂直走査のブランキング期間中に垂
   直走査期間より短い周期のクロックを発生して上記計数
   手段に供給するクロック発生手段と、 上記データＴｘを上記データＳｘ±Ｓｘ／ｎと比較して
   両データの一致を検知する比較手段と、を備え、上記デ
   ータＴｘが上記データＳｘ±Ｓｘ／ｎと一致するタイミ
   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固体撮像装置。
2. （２）上記タイミング制御回路の計数手段は、上記固体
   撮像素子の垂直走査期間中に水平走査周期でカウントさ
   れると共に、 垂直走査のブランキング期間中には水平走査周期より短
   い周期でカウントされることを特徴とする請求項第１項
   記載の固体撮像装置。