JPH06317468A

JPH06317468A - 電荷蓄積型イメージセンサ回路

Info

Publication number: JPH06317468A
Application number: JP10464593A
Authority: JP
Inventors: Katsuo Kawamura; 佳津男河村; Jun Hasegawa; 潤長谷川
Original assignee: Fujifilm Microdevices Co Ltd; Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp; Fujifilm Microdevices Co Ltd
Priority date: 1993-04-30
Filing date: 1993-04-30
Publication date: 1994-11-15
Anticipated expiration: 2017-09-17
Also published as: JP3324825B2

Abstract

(57)【要約】【目的】電荷蓄積型受光素子を用いた測光技術に関
し、ストロボ光のような非定常光の場合にも、適用可能
な電荷蓄積形イメージセンサ回路を提供することを目的
とする。【構成】ストロボクロックを生成するストロボクロッ
ク発生手段（１）と、ストロボクロックに同期して、ス
トロボ光を連続発光するストロボ発光手段（２）と、ス
トロボクロック発生手段に接続され、入力する信号のパ
ルス数を計数する計数手段（８）と、対象物からの光を
受光し、受光した光を電気信号に変換する複数の光電変
換手段（ＣＶ）と、各光電変換手段により変換された電
気信号と所定の基準電圧との比較を行い、比較結果信号
を出力する複数の比較手段（ＣＰ）と、比較結果信号が
変化する時の計数手段のパルス数を取り込む記憶手段と
を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は測光技術に関し、特に電
荷蓄積型受光素子を用いた測光技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、カメラ等の光学器械の自動焦点合
わせ方法としては、アクティブ方式とパッシブ方式が実
用化されている。

【０００３】パッシブ方式は、被写体からの反射光を検
出して測距を行なう方式である。したがって、一定の光
量を必要とし、基準値以下の暗さの場合には、測距不可
能である。このような暗い場合にも測距可能とするため
に、赤外線等の補助光を被写体に照射する方法が採用さ
れている。

【０００４】しかし、この方法では、赤外線等の発光装
置が必要となり、自動焦点装置が高価になる。この補助
光の光源としてストロボを使用できれば、自動焦点用測
距に特別の光源を用意する必要がなくなるため、自動焦
点装置の低価格化が可能となる。

【０００５】図９（Ａ）は、従来例（特開平２−６０３
８０号）による電荷蓄積型光センサの回路図である。フ
ォトダイオード５１のカソードが電源電圧Ｖ_DDに、その
アノードがスイッチ５０を介してグランド（接地）電位
Ｅに、逆バイアス方向に接続されている。

【０００６】コンデンサ５２は、フォトダイオード５１
の接合容量である。また、フォトダイオード５１のアノ
ードは、コンパレータ５３の一方の入力に接続され、他
方の入力は基準電圧Ｖｒに接続されている。

【０００７】測定開始にあたっては、スイッチ５０を短
時間閉成し、コンデンサ５２を電源電圧Ｖ_DDに充電す
る。すなわち、フォトダイオードのｐｎ接合に逆バイア
スを印加し、空乏層を拡げてポテンシャル井戸を深くし
た状態にしておく。この際、フォトダイオード５１のア
ノード側電圧Ｖは、一旦接地電位Ｅつまり“０”にリセ
ットされる。

【０００８】スイッチ５０の開放後は、フォトダイオー
ド５１が受けている光Ｌの強度に比例する光電流が、フ
ォトダイオード５１を逆方向に流れることによって、コ
ンデンサ５２が放電される。コンデンサ５２の放電と共
に、フォトダイオードのアノード側電圧Ｖが上昇する。

【０００９】この電圧Ｖは、コンパレータ５３の一方の
入力（図示の場合、非反転入力端子）に与えられ、基準
電圧Ｖｒと比較される。このコンパレータ５３の出力Ｓ
は、スイッチ５０の閉成により、ローの状態にリセット
される。電圧Ｖが上昇して基準電圧Ｖｒに達した時に、
ハイの状態に切り換わる。

【００１０】スイッチ５０を開放した時点からの経過時
間をｔ、フォトダイオード５１を流れる光電流をＩｎ
（ｔ）、コンデンサ５２の静電容量をＣ、フォトダイオ
ード５１のアノード側の電位をＶ（ｔ）、コンデンサ５
２に蓄積された電荷をＱ（ｔ）とすると、

【００１１】

【数１】

【００１２】となる。ここで、Ｉｎ（ｔ）はコンデンサ
５２が充電する方向を正としたため、Ｉｎ（ｔ）の符号
は負になっている。今、フォトダイオード５１が受けて
いる光が定常光とすると、Ｉｎ（ｔ）は時間に依存せ
ず、一定と考えられるため、数式（１）は、

【００１３】

【数２】Ｖ（ｔ）＝Ｉｎ・ｔ／Ｃ …（２）と変形できる。

【００１４】したがって、電位Ｖ（ｔ）が基準電位Ｖｒ
と等しくなるまでの時間をＴｎとすると、

【００１５】

【数３】Ｉｎ＝ＣＶｒ／Ｔｎ …（３）となる。

【００１６】すなわち、コンパレータ５３の出力Ｓがロ
ーの状態になっている時間Ｔｎ（電荷蓄積時間）を測定
することにより、光電流Ｉｎを求めることができる。時
間Ｔｎは、クロックカウンタで容易にディジタル値に変
換することができる。

【００１７】図９（Ｂ）は、図９（Ａ）に示す光センサ
に定常光を入射した時のフォトダイオード５１のアノー
ド側電位Ｖ（ｔ）の時間変化を示す。上述のように、定
常光を入射した場合には、光電流が一定と近似できるの
で、電位Ｖ（ｔ）は時間に比例して変化する。

【００１８】図９（Ｂ）の直線ｐ１は強い光、直線ｐ３
は弱い光、直線ｐ２はその中間の強さの光を入射した場
合の例である。図９（Ｂ）に示すように、直線ｐ１がＶ
＝Ｖｒになる時間をＴ₁とすると、Ｔ₁が前記電荷蓄積
時間Ｔｎに相当する。

【００１９】一方、人物のストロボ撮影を行なうと、ス
トロボ光が目の網膜で反射され、目が赤く写される、い
わゆる赤目現象という問題がある。この赤目現象を防止
するために、ストロボによる撮影の直前に予備発光を行
ない、瞳孔を閉じさせた後に本発光を行なって撮影する
方法が考えられている。

【００２０】この予備発光の時に、前記自動焦点合わせ
を行なうことができれば、自動焦点合わせ用に特別の補
助発光を行なう必要がなくなり、効率よく焦点合わせを
行なうことが可能になる。

【００２１】そこで、ストロボ光の反射光を検出して、
光量信号として取り出すことのできる光センサが要望さ
れている。図９（Ｃ）は、非定常光を入射した時のフォ
トダイオード５１のアノード側電位Ｖ（ｔ）の時間変化
を示す。たとえば、ストロボのようなパルス的な発光の
場合である。図９（Ｃ）の曲線ｑ１は強い光、曲線ｑ３
は弱い光、曲線ｑ２はその中間の強さの光を入射した場
合の電圧Ｖ（ｔ）を示す。

【００２２】この場合には、光電流Ｉｎ（ｔ）が時間の
関数になる。ストロボ発光の光の強度が最大の時には、
光電流Ｉｎ（ｔ）が最大になるため、グラフＶ（ｔ）の
傾きが大きくなる。逆に、光の強度が弱い時には、光電
流Ｉｎ（ｔ）が減少するため、グラフＶ（ｔ）の傾きが
小さくなる。

【００２３】図９（Ｃ）のｔ＝０がストロボ発光開始、
ｔ＝Ｔ_Eが発光終了に対応している。ｔ＝Ｔ_E以後は、
光センサには非常に弱い光しか入射しないため、電圧Ｖ
（ｔ）の上昇は、非常に緩やかである。

【００２４】このように、ストロボ光を使用した場合に
は、電圧Ｖ（ｔ）はストロボの発光と共に急激に立ち上
がり、発光が終了すると、ほとんど一定となる。曲線ｑ
１の場合には、電圧Ｖ（ｔ）はｔ＝Ｔ₁で基準電圧Ｖｒ
に達する。曲線ｑ２の場合には、ストロボ発光が終了し
た時には電圧Ｖ（ｔ）は基準電圧Ｖｒに達しておらず、
その後の非常に弱い光による光電流によってｔ＝Ｔ₂で
基準電圧Ｖｒに達する。

【００２５】このような場合には、電圧Ｖ（ｔ）が基準
電圧Ｖｒに達するまでの時間長は、入射光量に比例しな
い。また、曲線ｑ３のように、いつまで経っても基準電
圧Ｖｒに達しないような場合も起こり得る。

【００２６】したがって、図９（Ａ）に示す電荷蓄積型
光センサは、ストロボ光のような非定常光の場合には適
さない。

【００２７】

【発明が解決しようとする課題】入射光が、ストロボ光
のような非定常光の場合には、光センサの光電流すなわ
ち蓄積電荷の放電電流が一定ではない。そのため、光電
流による電圧上昇が基準電圧に達するまでの時間を測定
することによって光量を推定する方法は、容易ではな
い。そのような方法による電荷蓄積型イメージセンサ
は、ストロボ光のような非定常光に対して、適用困難で
ある。

【００２８】本発明の目的は、ストロボ光のような非定
常光の場合にも、適用可能な電荷蓄積型イメージセンサ
回路を提供することである。

【００２９】

【課題を解決するための手段】本発明の電荷蓄積型イメ
ージセンサ回路は、ストロボクロックを生成するストロ
ボクロック発生手段と、ストロボクロックに同期して、
ストロボ光を連続発光するストロボ発光手段と、ストロ
ボクロック発生手段に接続され、入力する信号のパルス
数を計数する計数手段と、対象物からの光を受光し、受
光した光を電気信号に変換する複数の光電変換手段と、
各光電変換手段により変換された電気信号と所定の基準
電圧との比較を行い、比較結果信号を出力する複数の比
較手段と、比較結果信号が変化する時の計数手段のパル
ス数を取り込む記憶手段とを有する。

【００３０】

【作用】電荷蓄積型イメージセンサにおいて、ストロボ
光を連続発光させることにより、多数回に分割して反射
光を光センサに入射させることができる。これにより、
光センサの電圧上昇が基準電圧に達するまでの発光回数
を測定して、光量を検出することができる。この方法に
よる電荷蓄積型イメージセンサを用いれば、定常光の場
合と同様に、ストロボ光の場合においても光量を検出す
ることができる。

【００３１】

【実施例】図１は、本発明の実施例によるイメージセン
サ回路の構成図である。このイメージセンサ回路は、カ
メラ等の自動測距装置に用いられる。イメージセンサは
ｎ個の画素を有し、各画素に入射する光量の検出を行
う。

【００３２】本実施例では、光量を検出する方法とし
て、２つのモードを有している。１つは、通常モードで
あり、各画素に入射する光が定常光とみなすことができ
る際に用いるモードである。通常モードは、パッシブ方
式であり、従来技術を用いて構成可能である。

【００３３】他方は、ストロボモードであり、測距すべ
き被写体に対してストロボを発光し、その反射光を検出
する際に用いるモードである。前述の通常モードでは、
測距すべき被写体から十分な光量を得られない場合に
は、ストロボモードとして補助光のストロボを発光さ
せ、被写体からの反射光の検出を行う。例えば、悪天候
の日や夜間など光量を十分に得ることができない状況に
おいて、ストロボモードを用いる。すなわち動作上は、
通常モードはパッシブ方式であり、ストロボモードはア
クティブ方式である。

【００３４】以上の通常モードとストロボモードの２つ
のモードの選択は、スイッチ３で行う。モード信号ＭＤ
としてどちらかのモードの信号が送られ、スイッチ３に
入力される。モード信号ＭＤが通常モードの時には、ス
イッチ３は端子３ａに接続される。また、モード信号Ｍ
Ｄがストロボモードの時には、スイッチ３は端子３ｂに
接続される。

【００３５】まず、通常モードにおける光量検出の回路
動作を説明する。イメージセンサ回路は、画素の数に相
当するｎ個の光電変換部ＣＶとｎ個のコンパレータＣＰ
とｎ個のラッチＬＴを有する。

【００３６】光電変換部ＣＶは、各画素毎に入射する光
を受ける光センサを有し、測距を行う被写体からの光信
号を受光する。光電変換部ＣＶに入力された光信号は、
内部の光センサにより、電気信号に変換される。光セン
サには、光強度に応じた電荷が蓄積され、その電荷量に
相当する電圧値が光電変換部ＣＶより出力される。光電
変換部ＣＶより出力された電気信号は、コンパレータＣ
Ｐの＋入力端子に入力され、コンパレータＣＰの−入力
端子に入力された基準電圧Ｖｒと比較される。

【００３７】光電変換部ＣＶの出力電気信号は、光セン
サを初期設定するＲＥＳＥＴ信号によりクリアされた
後、時間の経過と共に、入射される光量に応じて増加し
て行く。やがて、その出力電気信号が基準電圧Ｖｒに達
すると、コンパレータＣＰの出力は、ロー状態からハイ
状態に変化する。したがって、出力電気信号が変化する
までの時間は、入射光量の逆数に比例する。したがっ
て、出力電気信号が変化するまでの時間は、入射光強度
の逆数に比例する。

【００３８】ＯＲゲート７には、コンパレータＣＰ１〜
ＣＰｎの出力信号が入力される。ＯＲゲート７の出力
は、光電変換部ＣＶ１〜ＣＶｎの出力電圧の中のどれか
１つでも基準電圧Ｖｒに達したものがあれば、ロー状態
からハイ状態に変化する。つまり、イメージセンサ中の
ｎ個の画素のうちで最も光強度の強い画素における電気
信号が基準電圧Ｖｒに達した後に、ＯＲゲート７の出力
がハイ状態となる。

【００３９】ＡＮＤゲート６には、ＯＲゲート７の出力
とクロック発生器５において生成されたクロックパルス
が入力される。ＯＲゲート７の出力がハイ状態の間に限
り、クロック発生器５からクロックパルスが、ＡＮＤゲ
ート６を介して通常モードクロック発生回路４に供給さ
れる。

【００４０】通常モードクロック発生回路４は、クロッ
ク発生器５にて生成されたクロックパルスに基づいて、
光電変換部ＣＶの出力電気信号が基準電圧に達するまで
の時間を計測するためのカウンタパルスを生成する。こ
のカウンタパルスは、様々な形に構成することが可能で
ある。例えば、時間の経過と共に周期の長くなるカウン
タパルスを生成することができる。これにより、入射光
量の測定に適したカウントを提供することができる。

【００４１】通常モードクロック発生回路４は、ＯＲゲ
ート７の出力がロー状態からハイ状態に変化した時か
ら、カウンタパルスの生成を開始する。そして、カウン
タパルスは、スイッチ３を介して、カウンタ８において
カウントされる。

【００４２】コンパレータＣＰの出力端子は、ラッチＬ
Ｔに接続され、ラッチ指令信号を供給する。ラッチ指令
信号が発生すると、カウンタ８においてカウントされた
計数値がラッチＬＴにて記憶される。ラッチＬＴに記憶
された計数値は、各光電変換部ＣＶの出力電気信号が基
準電圧Ｖｒに達するまでの時間を表す。

【００４３】シフトレジスタ９はラッチＬＴに接続さ
れ、ラッチＬＴ１〜ＬＴｎ中の対象とするラッチＬＴに
対して、読み出し信号を供給する。このようにして、ラ
ッチＬＴ１〜ＬＴｎ中の所望の計数値がセンサデータＳ
Ｄとして読み出される。このセンサデータＳＤより、各
画素に入射された光強度を算出することができる。

【００４４】図２は、イメージセンサに定常光が入力さ
れた際のセンサ特性を示す。イメージセンサには、複数
の画素が１次元に配列されている。図２（Ａ）は、計測
時間を示す信号波形である。この信号がハイの期間が、
パルスをカウントする期間である。各画素に対応する光
センサに蓄積された電荷に対応するセンサ出力が、基準
電圧に達すれば、その時までの蓄積時間からその画素に
入射された光強度を算出することができる。

【００４５】イメージセンサ中の画素のうちどれか１つ
でも、光センサに蓄積された電荷が基準電圧まで達すれ
ば、信号は立上りハイ状態となる。また、イメージセン
サ中の全ての画素において、光センサに蓄積された電荷
が基準電圧まで達すれば、信号は立下がりロー状態とな
る。この時のハイ状態の継続時間は、１０数ｍｓであ
る。

【００４６】図２（Ｂ）は、時間の経過に対して蓄積さ
れる電荷量の変化を表す。横軸は時間を表し、縦軸は光
センサに蓄積される電荷量を表す。定常光においては、
光センサに蓄積される電荷量は、時間経過に比例して増
加して行く。

【００４７】図２（Ｃ）は、各画素における光強度の分
布を示す。横軸は１次元に配列した画素の位置を表し、
縦軸は０〜２５５レベルの光強度を表す。各画素に入射
された光強度は、イメージセンサ中の画素に所定の電荷
が蓄積されるまでの時間を計測することにより、得られ
る。各画素における光強度は、細かな階調に分解されて
いる。

【００４８】以上の定常光の場合は、パッシブ方式の光
量検出における特性を示すものである。測距を行う被写
体から十分な光量を得られれば、上述のように精度の高
い光量検出を行うことができる。しかし、夜間における
光量検出においては、アクティブ型の光量検出が有効で
ある。そこで、次にストロボ光を用いた光量検出につい
て説明する。

【００４９】図３は、ストロボ単発光の反射光がイメー
ジセンサに入力された際のセンサ特性を示す。カメラに
備え付けられたストロボを１回だけ発光させ、被写体か
らの反射光をイメージセンサに入射させた。

【００５０】図３（Ａ）は、図２（Ａ）と同様に計測時
間を示す信号であり、イメージセンサ中の画素のうちど
れか１つでも、光センサに蓄積された電荷が基準電圧ま
で達すれば、信号は立上り、ハイ状態となる。また、イ
メージセンサ中の全ての画素において、光センサに蓄積
された電荷が基準電圧まで達すれば、信号は立下がり、
ロー状態となる。この時のハイ状態の継続時間は数μｓ
であり、図２（Ａ）に示す定常光に比べて、極めて短い
時間である。

【００５１】図３（Ｂ）は、時間の経過に対して蓄積さ
れる電荷量の変化を表す。横軸は時間を表し、縦軸は光
センサに蓄積される電荷量を表す。ストロボ単発光にお
いては、光センサに蓄積される電荷量は、時間経過に比
例せず、ストロボの発光特性に応じた独特な特性で増加
して行く。そして、短時間の間に蓄積される電荷量は飽
和する。

【００５２】図３（Ｃ）は、各画素における光強度の分
布を示す。横軸は１次元に配列した画素の位置を表し、
縦軸は０〜２５５レベルの光強度を表す。図３（Ｃ）に
おいて用いた被写体は、図２（Ｃ）と同様なものである
ので、本来は図２（Ｃ）のような特性が望まれる。しか
し、ストロボ単発光の場合には、各画素における光強度
は、十分に細かな階調まで分解されるに至っていない。

【００５３】これは、ストロボの発光が極めて短時間の
間に立上りの早い瞬間的な発光を行う特性によるもので
ある。そのために、計測時間が数μｓと短く、この間に
カウンタパルスはたかだか数パルスしか発生しない。こ
のため、光強度の階調の分解能が十分に得られない。

【００５４】次に、ストロボ発光を用いて、光強度の高
階調特性を実現させる方法について説明する。それに
は、ストロボを短期間に大光量を発するのではなく、ス
トロボを複数回に分けて発光を行う。

【００５５】図４は、ストロボ連続発光（１）の反射光
がイメージセンサに入力された際のセンサ特性を示す。
カメラに備え付けられたストロボを複数回連続して発光
させ、被写体からの反射光をイメージセンサに入射させ
た。

【００５６】図４（Ａ）は、計測時間を示す波形であ
る。イメージセンサ中の画素のうちどれか１つでも、光
センサに蓄積された電荷が基準電圧まで達すれば、信号
は立上り、ハイ状態となる。また、イメージセンサ中の
全ての画素において、光センサに蓄積された電荷が基準
電圧まで達すれば、信号は立下がり、ロー状態となる。
この時のハイ状態の継続時間は図３（Ａ）のストロボ単
発光よりも長くなっている。

【００５７】図４（Ｂ）は、時間の経過に対して蓄積さ
れる電荷量の変化を表す。横軸は時間を表し、縦軸は光
センサに蓄積される電荷量を表す。ストロボの連続発光
においては、光センサに蓄積される電荷量は、ストロボ
を連続発光した回数分だけの階段状となって増加して行
く。

【００５８】図４（Ｃ）は、各画素における光強度の分
布を示す。横軸は１次元に配列した画素の位置を表し、
縦軸は０〜２５５レベルの光強度を表す。図４（Ｃ）に
おいて用いた被写体は、図２（Ｃ）と同様なものであ
る。図２（Ｃ）に示す定常光の場合に比べれば、低階調
ではあるが光強度の分布は十分に認識することができ
る。この場合の光強度は、計測時間中に４回のストロボ
発光が生じたことに対応して約４階調により表されてい
る。

【００５９】図５は、ストロボ連続発光（２）の反射光
がイメージセンサに入力された際の他のセンサ特性を示
す。カメラに備え付けられたストロボを複数回連続して
発光させ、被写体からの反射光をイメージセンサに入射
させた。ストロボ発光（２）は、図４のストロボ連続発
光（１）に比べて、１回当りの発光量が少なく、短時間
の間に多くのストロボ発光を繰り返したものである。

【００６０】図５（Ａ）は、計測時間を示す波形であ
る。イメージセンサ中の画素のうちどれか１つでも、光
センサに蓄積された電荷が基準電圧まで達すれば、信号
は立上り、ハイ状態となる。また、イメージセンサ中の
全ての画素において、光センサに蓄積された電荷が基準
電圧まで達すれば、信号は立下がり、ロー状態となる。
この時のハイ状態の継続時間は図４（Ａ）のストロボ連
続発光（１）よりも長くなっている。

【００６１】図５（Ｂ）は、時間の経過に対して蓄積さ
れる電荷量の変化を表す。横軸は時間を表し、縦軸は光
センサに蓄積される電荷量を表す。ストロボの連続発光
においては、光センサに蓄積される電荷量は、ストロボ
を連続発光した回数分だけの階段状となって増加して行
く。この階段状の特性は、図４（Ｂ）のストロボ連続発
光（１）に比べて、細かな階段状となる。

【００６２】図５（Ｃ）は、各画素における光強度の分
布を示す。横軸は１次元に配列した画素の位置を表し、
縦軸は０〜２５５レベルの光強度を表す。図５（Ｃ）に
おいて用いた被写体は、図２（Ｃ）と同様なものであ
る。この特性は、図４（Ｃ）に示すストロボ連続発光
（１）の場合に比べると高階調となっている。この場合
の光強度は、６階調により表されている。つまり、１回
当りのストロボ発光量を少なくし、多数回のストロボ発
光を行って所定光量を得るようにすれば、それに応じて
高階調の光強度が検出できる。

【００６３】図１において、ストロボモードにおける光
量検出の回路動作を説明する。モード信号ＭＤがストロ
ボモードの時には、上述のストロボ連続発光によるアク
ティブ方式の光量検出を行う。ストロボモードにおいて
は、スイッチ３が端子３ｂに接続される。

【００６４】ストロボクロック発生回路１は、ストロボ
クロックを生成する。ＲＥＳＥＴ信号に応じて、光電変
換部ＣＶ中の光センサはクリアされ、同時にストロボク
ロック信号のパルス生成が開始される。ストロボクロッ
クは、スイッチ３を介してカウンタパルスとしてカウン
タ８に入力され、カウントされる。

【００６５】コンパレータＣＰは、ラッチＬＴにラッチ
指令信号を供給する。その時、カウンタ８においてカウ
ントされた計数値がラッチＬＴにて記憶される。ラッチ
ＬＴに記憶された計数値は、ストロボパルスの計数値で
あるので、ストロボが連続発光を開始してから、各光電
変換部ＣＶの出力電気信号が基準電圧Ｖｒに達するまで
の発光パルス数を表す。そして、シフトレジスタ９によ
り、ラッチＬＴ１〜ＬＴｎ中の所望の計数値がセンサデ
ータＳＤとして読み出される。

【００６６】ストロボクロック発生回路１において生成
されたストロボクロックは、ストロボトリガの機能も重
複して持っている。ストロボクロックはストロボ発光回
路２に入力され、ストロボクロックに応じてストロボを
発光する。

【００６７】図６は、ストロボ連続発光によるタイミン
グ波形を示す。ストロボクロックは、ストロボクロック
発生回路１において生成される。例えば、光強度の階調
を０〜２５５の２５６階調で検出したい場合には、スト
ロボ連続発光のうちの１回の発光量が１階調分の光量に
相当するように設定してやれば、２５５のパルスを有す
るストロボクロックで十分となる。

【００６８】また、図６においては、ほぼ同等のストロ
ボ波形を生じさせる場合を示したが、１回当りのストロ
ボ発光量が初期には大きく、次第に少なくなるようにし
てもよい。光強度が小さい時には階調を細かくして、光
強度が大きいときには階調を大きくすることになる。光
強度の階調を人間の視感度に近いものとすることができ
る。

【００６９】−ＲＥＳＥＴ信号は、光量検出を可能とす
る初期設定の信号であり、被写体からの光を受光する光
センサ内の電荷をクリアする。ストロボ波形は、ストロ
ボの放電管を通して流れる電流波形である。ストロボの
発光は、ストロボクロックに同期して行われる。−ＲＥ
ＳＥＴ信号の後に、ストロボ発光が開始される。

【００７０】蓄積電荷量波形は、光センサに入射する光
に応じて変換された電荷の蓄積量を表す。被写体には、
ストロボにより発せられた光が照射され、その反射光が
光センサに入射される。つまり、ストロボ発光を行う毎
にその反射光が光センサにより、電荷に変換される。ス
トロボの連続発光を行うことにより、蓄積電荷量は階段
状に増加して行く。

【００７１】図７は、ストロボの連続発光を行うストロ
ボ補助光回路である。これは、図１に示すストロボ発光
回路２に相当する。ストロボの発光は、本来被写体を撮
影する際に被写体の照度を上げるために用いるものであ
る。そのストロボ本発光を行う前に、光量検出を行うた
めに、ストロボの補助発光としてストロボの連続発光を
行う。

【００７２】まず、通常のストロボ回路部について説明
する。昇圧回路１１は、抵抗Ｒ４、トランジスタＱ２、
スイッチＳ１、トランスＴＲ１およびダイオードＤ１を
有する。スイッチＳ１は、コンデンサＣ２，Ｃ３への充
電を開始させるためのスイッチである。トランジスタＱ
２は、発振の動作制御を行う。ダイオードＤ１は、整流
用のダイオードである。

【００７３】直流電源ＶＤＤは、昇圧回路１１に電源を
供給する。昇圧回路１１は、入力された直流電圧ＶＤＤ
を交流に変換し、トランスＴＲ１で昇圧後ダイオードＤ
１で整流して、コンデンサＣ２，Ｃ３への充電を行う。
ネオン管ＮＥは、コンデンサＣ２，Ｃ３への充電が完了
した事を示す表示用ランプであり、抵抗Ｒ５を介して電
流が供給される。

【００７４】コンデンサＣ２，Ｃ３への充電が完了した
後に、キセノン管Ｘｅへの放電を行うことにより、スト
ロボは発光する。絶縁ゲートバイポーラトランジスタＩ
ＧＢＴは、キセノン管Ｘｅに流れる電流を制御する。ト
ランジスタＩＧＢＴがオン状態の時にキセノン管Ｘｅに
電流が流れ、トランジスタＩＧＢＴがオフ状態の時には
電流が流れない。

【００７５】トランジスタＩＧＢＴがオン状態になる
と、コンデンサＣ３に蓄積された電荷が放電し、トラン
スＴＲ２の１次側コイルに電流が流れる。そして、２次
側コイルに昇圧された高電圧が発生し、キセノン管Ｘｅ
のトリガ電極に印加される。これにより、キセノン管Ｘ
ｅ内部のキセノンガスがイオン化され、キセノン管の内
部抵抗が減少する。そして、コンデンサＣ２に蓄積され
ている電荷が、キセノン管Ｘｅの電極間において放電す
る。

【００７６】ストロボの連続発光は、トランジスタＩＧ
ＢＴのスイッチング動作により制御される。次にトラン
ジスタＩＧＢＴを含むストロボ発光の制御回路部につい
て説明する。図１のストロボクロック発生回路１におい
て生成されたストロボクロックは、ストロボ発光回路２
に入力される。つまり、図７のストロボクロックＩＮと
して入力される。

【００７７】図８（Ａ）にストロボクロックＩＮの電圧
波形を示す。横軸は時間ｔを表す。ストロボクロックＩ
Ｎは、０［Ｖ］のロー状態と５［Ｖ］のハイ状態とから
なるパルス波形である。

【００７８】コンデンサＣ１は、抵抗Ｒ１を介して直流
電源ＶＣＣに接続され、他方からはストロボクロックＩ
Ｎが供給される。コンデンサＣ１は、ストロボクロック
ＩＮの信号に応じて、充電される。直流電源ＶＣＣは＋
５［Ｖ］である。

【００７９】図８（Ｂ）は、トランジスタＱ１のエミッ
タ端子ＮＤ１の電圧波形を示す。エミッタ端子ＮＤ１
は、コンデンサＣ１と接続されている。この電圧波形
は、５［Ｖ］のロー状態と１０［Ｖ］のハイ状態を表
す。

【００８０】トランジスタＱ１のベース端子は、ツェナ
ーダイオードＺＤ１と抵抗Ｒ３を介して接地端子に接続
されている。ツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧
を６．２［Ｖ］位に設定し、ベース電流を制限する。

【００８１】図８（Ｃ）は、トランジスタＱ１のコレク
タ端子ＮＤ２の電圧波形を示す。コレクタ端子は、抵抗
Ｒ２を介して接地端子に接続されている。また、コレク
タ端子は、トランジスタＩＧＢＴのゲート端子に接続さ
れている。電圧波形は、ツェナー電圧６．２［Ｖ］を境
界にして制御され、０［Ｖ］のロー状態と１０［Ｖ］の
ハイ状態とからなる。

【００８２】トランジスタＩＧＢＴは、高入力インピー
ダンス特性と低飽和電圧特性を有するトランジスタであ
る。トランジスタＩＧＢＴのゲート端子はトランジスタ
Ｑ１のコレクタ端子に接続され、コレクタ端子はキセノ
ン管Ｘｅに接続され、エミッタ端子は接地端子に接続さ
れている。ゲート端子にハイ信号１０［Ｖ］が供給され
れば、トランジスタＩＧＢＴはオン状態となり、ロー信
号０［Ｖ］が供給されれば、トランジスタＩＧＢＴはオ
フ状態となる。

【００８３】図８（Ｄ）は、キセノン管Ｘｅを通して、
トランジスタＩＧＢＴのコレクタ端子ＮＤ３に流れ込む
電流波形を示す。トランジスタＩＧＢＴがオフ状態の時
には電流は流れず、オン状態の間にキセノン管Ｘｅの放
電特性に応じた電流が流れる。

【００８４】以上のように、ストロボクロックＩＮの波
形を変更することにより、ストロボを発光させるタイミ
ングを制御することができる。ストロボクロックＩＮの
周期を短くすればストロボ発光の間隔は短くなり、周期
を長くすればストロボ発光の間隔は長くなる。ストロボ
クロックＩＮが時間に対して等間隔のパルスの場合につ
いて説明したが、必ずしも等間隔である必要はない。ス
トロボクロックＩＮは、任意の信号形状に変更可能であ
る。

【００８５】このように、イメージセンサ回路において
通常モードとストロボモードを設けることにより、通常
モードでは十分なセンサ出力を得られない暗い被写体で
あっても、ストロボモードを用いることにより良好なセ
ンサ出力を得ることができる。また、ストロボの連続発
光の回数を変化させることにより、イメージセンサ回路
は所望の階調度を有する光強度を検出することができ
る。

【００８６】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。たとえば、
種々の変更、改良、組合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。

【００８７】

【発明の効果】ストロボ光を連続発光させることによ
り、多数回に分けて反射光を光センサに入射させること
ができる。これにより、例えば、悪天候の日や夜間など
光量を十分に得ることができない状況においても、スト
ロボを用いて、細かな階調レベルによる光量検出を行う
ことができる。また、補助光としてストロボ光を用いる
ことにより、その他特別な光源を必要としない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例によるイメージセンサ回路の構
成図である。

【図２】イメージセンサに定常光が入力された際のセン
サ特性を示すグラフである。図２（Ａ）は計測時間を示
す波形であり、図２（Ｂ）は時間の経過に対して蓄積さ
れる電荷量の変化を表し、図２（Ｃ）は各画素における
光強度を示す。

【図３】ストロボ単発光の反射光がイメージセンサに入
力された際のセンサ特性を示すグラフである。図３
（Ａ）は計測時間を示す波形であり、図３（Ｂ）は時間
の経過に対して蓄積される電荷量の変化を表し、図３
（Ｃ）は各画素における光強度を示す。

【図４】ストロボ連続発光（１）の反射光がイメージセ
ンサに入力された際のセンサ特性を示すグラフであ
る。。図４（Ａ）は計測時間を示す波形であり、図４
（Ｂ）は時間の経過に対して蓄積される電荷量の変化を
表し、図４（Ｃ）は各画素における光強度を示す。

【図５】ストロボ連続発光（２）の反射光がイメージセ
ンサに入力された際のセンサ特性を示すグラフである。
図５（Ａ）は計測時間を示す波形であり、図５（Ｂ）は
時間の経過に対して蓄積される電荷量の変化を表し、図
５（Ｃ）は各画素における光強度を示す。

【図６】ストロボ連続発光によるタイミング波形を示す
グラフである。

【図７】ストロボの連続発光を行うストロボ補助光回路
の回路図である。

【図８】ストロボ補助光回路における回路動作波形を示
すグラフである。

【図９】従来技術による電荷蓄積型光センサの回路図お
よび特性を示すグラフである。図９（Ａ）は電荷蓄積型
光センサの回路図であり、図９（Ｂ）は定常光を入射し
た時のフォトダイオードのアノード電位を表し、図９
（Ｃ）は非定常光を入射した時のフォトダイオードのア
ノード電位を表す。

【符号の説明】

ＣＶ光電変換部ＣＰコンパレータＬＴラッチＭＤモード信号ＳＤセンサデータＶｒ基準電圧１ストロボクロック発生回路２ストロボ発光回路３スイッチ４通常モードクロック発生回路５クロック発生器６ＡＮＤゲート７ＯＲゲート８カウンタ９シフトレジスタ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ストロボクロックを生成するストロボク
ロック発生手段（１）と、前記ストロボクロックに同期して、ストロボ光を連続発
光するストロボ発光手段（２）と、前記ストロボクロック発生手段に接続され、入力する信
号のパルス数を計数する計数手段（８）と、対象物からの光を受光し、受光した光を電気信号に変換
する複数の光電変換手段（ＣＶ）と、前記各光電変換手段により変換された電気信号と所定の
基準電圧との比較を行い、比較結果信号を出力する複数
の比較手段（ＣＰ）と、前記比較結果信号が変化する時の計数手段のパルス数を
取り込む記憶手段とを有する電荷蓄積型イメージセンサ
回路。
【請求項２】さらに、前記複数の比較手段が出力する
最初の比較結果信号変化に応じて通常クロックを生成開
始する通常クロック発生手段（４）と、前記計数手段を前記ストロボクロック発生手段または前
記通常クロック発生手段と選択的に接続する切換え手段
（３）とを有する請求項１記載の電荷蓄積型イメージセ
ンサ回路。
【請求項３】ストロボクロックを生成する工程と、前記ストロボクロックに同期して、ストロボ光を連続発
光する工程と、前記ストロボクロックのパルス数を計数するストロボク
ロック計数工程と前記ストロボ光による反射光を複数の
受光素子に受光し、各受光した光を電気信号に変換する
工程と、前記各電気信号と所定の基準電圧との比較を行い、複数
の比較結果信号を出力する工程と、各比較結果信号が変化する時のストロボクロックのパル
ス数を記憶する工程とを含む電荷蓄積型イメージセンサ
の光量検出方法。