JPS5887977A - イメ−ジセンサにおける出力信号制御方法 - 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】 本発明は、固体イメージセンサに入力さ扛る光量に応じ
て、当該イメージセンサのフレーム蓄積時間を適正に制
御し、もって出力信号の飽和状態等を防止する方法に関
する。

固体イメージセンサに過大な人力光量を与えると、電荷
蓄積用キヤパシタの蓄積許容値を上まわるため、光電変
換された出力信号は飽和状態となり、正常に使用するこ
とができなくなる難点がある。

従来は、このような状態に対処するため、４メージセン
サに付加さｎている光学系に、機械的絞り機構を設けて
、こｔを調節することにより、入力光量を減少させて、
４メージセンサの出力信号が飽和することを防止してい
る。

しかし、かかる機械的絞り機構は、応答性がおそく、し
かも、絞りを自動的に応答させるためには、常に入力光
量を測光しなけれはならないという欠点がある。

本発明は、上述の欠点を除去し、高速応答性のある出力
信号飽和防止方法に係るもので、その要旨とするところ
は、固体イメージセンサで光電変押された１フレーム当
りの出力信号群中に、固体４メージセンサの飽和レベル
もしくハ該飽和レベルに近接したレベル（以下、飽和レ
ベル等と称する。）において光電変換さｔた信号か、ど
の程度含ま扛るかを足部的に検出し、その検出信号値に
応じて、飽和レベル等で光電変換される信号を増減させ
るように、固体イメージセンサのフレーム蓄積時間を制
御することにあり、以下、具体的実施例の１而に基き詳
述する。

第１図は、１フレーム中に含捷γしるビデオ信号に、固
体イメージセンサの飽和レベル等を超えた信号か、どの
程度含ま扛るかを、テ４ジタル的にｌ′測して、フレー
ム蓄積時間を制御する回路の実施例を示すものである。

固体４メージセンサ（１１は、電荷蓄積モードで作動す
る、１次元もしくは２次元の自己走査形のもので、その
光’＋ｓ、変換さ扛た出力信号（以下、ビデオ信号と称
する。）（ｅｌ）群は、アナログコンパレータ（２）へ
入力さ扛る。

アナログコンパレータ（２、には、例えば、４メーンセ
ンサ（１）における飽和レベル近傍のレベルに相当する
閾値（Ｖｓ）が設定されており、ビデオ信号（ｅｌ）群
は、ｌｌＴｈ次、その閾値（Ｖｓ）と比較され１、ｔｏ
結果、アナログコンパレータ（２＋の出力には、第２図
に示す如く光電変換を扛たビデオ信号（ｅｌ）群のうち
、閾値（Ｖｓ）を超えたビデオ信１ｅ、）に対応するパ
ルス信号（ｇｌ）が得られる。

コノパルス信号（ｇ＋）　ｕ、イメージセンサ（１）の
定食用クロックパルス（Ｃ）と同期させるだめのアンド
ゲート（３）を通過した後に、Ｆ／Ｆ（フリップ・フロ
ップ）回路（４）のセット入力（Ｓ）と、Ｕ／Ｄ　（ア
ップ・ダウン）カウンタ（５）のアップ入力（ＵＰ）を
トリ力する。

一万、ビデオ信号（ｅｌ）群は、ローパスフィルタ（６
）にも入力され、そのローパスフィルタｆ６）　全通過
した平均化ビデオ信号（ｅＬ）は、Ｖ／Ｆ　（電圧・周
波数）変換器）８）に入力さｎる。

Ｖ　／　Ｆ変換器＋８１か１七力するパルス信号（ｇ２
）は、Ｆ／Ｆ回路（４）かりセットきｎているとき開か
れるアンドゲート（９）を通過した後、Ｕ／Ｄカウンタ
（５）のタウン入力（ＤＮ）をトリガする。

Ｕ／Ｄカウンタ（５）には、別のＶ／Ｆ変換器０３）が
クロックパルス（Ｃ）を発生するのに必要な入力電圧を
Ｄ／Ａ変換器（１０）から出力させるだめのイニシャル
プリセット値（ＩＰ）が、ンステムスタート時にロード
さ扛、その後は、アップ入力（ＵＰ）又はダウン入力（
ＤＮ）に加わるパルス信号（ｇ、）又は（ｇ２）に応じ
て、継続的に増又は減計数する。

ここで、Ｕ／Ｄカウンタ（５）のバ１ナリー計数データ
（ｄ）ｕ、フレームカウンタ（１１）が出力するフレー
ムエンド信号（ｇ３）のタイピングをもって、ラッチ回
路（１２）に取り連呼れ、そのときラッチさ扛たテーク
（ｄ）か、Ｄ／Ａ変換器（１０）に入力さ扛る。

ナして、Ｄ　／　Ａ変換器（１０）の出力するアナログ
信号（ｇ、）は、Ｖ／Ｆ変換器（１３１に入力され、こ
のＶ／Ｆ変換器（１３）からの出力パルスは、クロック
パルス（Ｃ）として、〈メーシセンサ（１）の走査速度
を制御する。

フレームカウンタ旧）は、１メージセンサ（１）の走査
開始のときから、センサー（１）の１フレームの転送段
数（Ｎ）’ｅ計数して、１フレームの走査終端でフレー
ムエンド（ｍＭ（ｇ３）を出力し、このフレームエンド
信号（ｇ３）は、Ｆ／Ｆ回路（４）のリセット入力（Ｒ
，）並びにラッチ回路（１２１のラッチ入力（りをトリ
ガする。

Ｖ／Ｆ変換器（１３）は、Ｕ／Ｄカウンタ（５）のくニ
シャルプリセット値（ＩＰ）全り／Ａ変換したときのオ
フセット電圧入力時に、イメージセンサ（１）の標準的
入力光量（Ｌｏ）に適したフレーム蓄積時間（ｔｐ）の
走査速度を与える周波数（ｆｏ）のクロックパルス（Ｃ
）を出力する。

上述の構成において、］フレームの走査期間中に、閾値
（Ｖ８）以上のレベルで光電変換されたビデオ信号（ｅ
ｌ）が生じると、そのフレームの最初に閾値（Ｖｓ）を
超えたビデオ信号（ｅ、）に対してアナログコンパレー
タ（２）が出力するパルス信号（ｇｌ）は、ＦｌＦ回ｊ
！８（４１をセットして、アントゲ−１−（９）を閉じ
る。

その後、このフレームの走査ル１間中に生じた閾値（Ｖ
ｓ）を超えるビデオ信号は、アナログコンパレータ（２
）で検出尽ｆるとともに、その数は、ｕ／Ｄカウンタ（
５）に加算される。

］フレームの走査か開始さ扛てから、閾値（Ｖｓ　）を
超える最初のビデオ信号（ｅ、）が発生する１では、Ｆ
／Ｆ回路（４）ハ、フレームエンド信号（ｇ３）でリセ
ットされているため、アンドゲート（９）が開いており
、Ｖ／Ｆ変換器（８）の出力パルス（ｇ２）は、Ｕ／Ｄ
カウンタ（５）へ送り込１れる。

このように、閾値（Ｖｓ）を超えるビデオ信号（ｅ、）
が多数生じると、■／Ｆ７！Ｊ換器（１３）の入力信号
（ｇ４）が増大するため、クロック周波数（ｆｓ）が高
めら汎、−ｔｉｔにより、フレーム蓄積時間（ｔＦ）が
減少して、閾（ｉｉｆ＋、（Ｖｓ）を超えるビデオ信号
（ｅｌ）の数が減少する。

入力光ｔ（Ｌ）が平均的に減少するか、もしくは、入力
光量（Ｌ）に対してフレーム蓄積時間（ｔＦ）を短かく
すると、ビデオ信号（ｅ、）群は閾値（Ｖｓ）以下とな
る。その結果、平均化ビデオ信号（ｅｌ）は減少するた
め、第６図に示す如き変換特性を有するＶ／Ｆ変換器（
８）の出力パルス（ｇ２）のパルス数か増加し、それに
よりＵ／Ｄカウンタ（５）は減計数さｎて、フレーム蓄
積時間（ｔＦ）が増大するように制御される。

第４図は、前記閾値（Ｖｓ）に対応する上限レベルに加
え、固体イメージセンサの下限レベル以下で、光電変換
されたビデオ信号（ｅｌ）がどの程度含まれているかを
ディジタル的に計測してフレーム蓄積時間を制御する回
路の一実施例を示すものである。

なお、以下のブロック図中、同一機能を有するブロック
は、第１図と同一符号で示し、前出のものは説明を省略
する。

第４図は、第１図のローパスフィルタ（６）に代えて、
別のアナログコンパレータ（１４）を設け、該アナログ
コンパレータ旧）にビデオ信号（ｅｌ）群を入力するよ
うにしたもので、該アナログコンパＶ　−夕１１４ｉＫ
は、低光量側の雑音等の信号レベル直前のレベル値に相
当する閾値（ＶＳ２）が設けてあり、他方のアナログコ
ン、＜レータ（２，１とは、逆極性にビデオ信号（ｅ、
）を比較する。

このアナログコンパレータ（１４ｉの出力は、閾値（Ｖ
　ｓ’　）以下のビデオ信号（ｅ、）が入力したとき、
アンドゲート（＋５）の出力として、そのビデオ信号（
ｅｌ）に対応したパルス信号（ｇ、）がタロツクパルス
（ｃ）ト同期して得られる（第５図参照）。

このパルス信号（ｇ５）は、アナログコンパレータ（２
＋からのパルス信号（ｇｌ）とともに、Ｕ／Ｄカウンタ
（５）のタウン入力（ＤＮ）に送られる。

しかして、Ｕ／Ｄカウンタ（５）は、閾値（ｖｓ）を超
えたビデオ信号（ｅ、）の数と、閾値（ｖｓ’）を超え
たビデオ信号（ｅｌ）の数とを、相互に相殺するように
計数する。

これにより、フレーム蓄積時間（ｔＦ）は、各フレーム
毎に、Ｕ／Ｄカウンタの計数値に基ついて自動平衡制御
さｎ、ビデオ信号（ｅｌ）群は、常に両閾値（Ｖｓ）（
ｖｓ′）内で得らｎる。

第６図及び第８図は、飽オｈレベルもしくは該飽和レベ
ルに近接したレベルで光電変換さ扛たビデオ信号（ｅ、
）群の１フレーム当りの量を、アナログ的に検出する場
合の１＋ｌ［を示すものである。

第６図は、イメージセンサ（１）のビデオ信号（ｅｌ）
群を、積分器（＋８）を通して槓分腰その積分されたビ
デオ信号（ｇ７）を、フレームエンド信号（ｇ３）によ
りサンプリングアンドホールド回路（１７）に、取り込
み、その後、積分器は、リーｙ−ｙトシそ−のサンプル
値（ｇ６）により、Ｖ／Ｆ変換器（１０）を介してクロ
ックパルス（Ｃ）を得ている（第７図参照）。

これにより、ビデオ信号（ｅｌ）群の各値が飽和レベル
又はその近傍に偏ると、積分値が高めら扛てクロック周
波数（ｆｓ）が高くなり、フレーム蓄積時間（ｔＦ）は
短くなる。

捷だ逆に、第４図の閾値（ｖｓ’）に相当する信号レベ
ル又は近傍に、ビデオ信号（ｅｌ）群の各値が偏ると、
積分値が低められて、クロック周波数（ｆｓ）が低くな
り、フレーム蓄積時間（ｔｐ）は長くなる。

この両件用は、不カテブに閉ループを形成して、安定に
自動平衡作動する。

第８図は、第６図の実施例と同じく積分器１１８１ｉ使
用し、該積分器（１８）の積分コンデンサ（１９）を、
フレーム終端で放電するようにしたもので、その他の閉
ループ回路構成、並びに動作は、第６図のものと同じで
ある。たたしこの当実施例には、後述する如き感度ドリ
フト成分補正手段として、乗算器（２０等が設けらｆて
いる（第９図参照）。

なお、コンデンサ（１９１の放％１夕４だングは、サン
プリング後とすることは云うまでもない。

この第８図の実施例は、１フレームの走査期間内のビデ
オ信号（ｅｌ）群の各個の総合計に対応した積分値（ｇ
７）を、１フレーム籾に、そのフレームの終端でアナロ
グ的に求め、この値に応じて、フレーム蓄積時間（ｔｒ
）を制御するものでるる。

上記した各実施例の如く、イメージセンサ（１）のフレ
ーム蓄積時間（ｔＦ）に、閉ループの帰還制御を施した
場合に、」メージセンサ（１）の光感度を各フレーム毎
に制御することになり、そのため、ビデオ信号＜ｅ、）
ｖｃは感度ドリフト成分が重畳する。

第８図の実施例においては、この感度ドリフト成分の補
正手段全付加して示してあり、この補正手段は、第１図
、第４図、第６図に示す各実施例にも適用できるっ 感度ドリフト成分を含むビデオ信号（ｅ＋）ｉｑ、乗算
器（２０）の−万の入力端子へ加えら扛、他方の入力端
子には、Ｖ／Ｆｆ挨器（１ｏ）の入力電圧（Ｖ）に、係
数器（２１）を介して、所要係数（ロ）が掛けら打て加
えら扛る。

乗算器（２０）は、これら内入力信号を乗算して、感度
ドリフト成分を除去し、４メージセンサ（１）の入力光
量（Ｌ）のみに対応しだビデオ信号（ｅｌ）を出力する
、 この関係は、次式のように表わされる。

’、’ｆｓ−αＶ 。、−８０，β−Ｖ−Ｌ−γ°β α Ｌ　入力光量（但し時間Ｔ内での平均出力）Ｔ　光積分
時間（１クロツク毎） ｆｓ：クロック周波数 ｅｌ：センサ出力 ｅｌ：乗算器出力 γ　センサの比例定数 β：係数器（２１）の設定値 Ｖ：Ｖ／Ｆ変換器（１０）の入力端子 α：　Ｖ／Ｆ変換器００）の比例定数 このように、乗ｑ器（２０）の出力するビデオ信号（ｅ
ｌ）は、人力光量（Ｌ）と、各定数（α）、　（Ａ、（
γ）とで衣わき扛る。４メージセンサ（１）の比例定数
（γ）は、クロック周波数の変化（フレーム蓄積時間の
変化）に対して変動率の小さい定数であるため、本発明
の如く、４メージセンサ（１）の光感度へ帰還制御を行
なっても、入力光量（Ｌ）に対応したビデオ信号（ｅｌ
）を得ることができる。

以上の如く、本発明によりは、イメージセンサ（１）の
人力光量に応じて、その光量に最適のフレーム蓄積時間
全自動的に短め、それにより、過大光重入力時の出力信
号の飽第１」状態、又は過小光量人力時の固体１メーン
センサの下限レベル以下での光重変換を、確実にかつ、
高速応答性金もって除去し、よって、広範囲の入力光量
レンジを有する画像処理システムの提供を司能とする。

不Ｘｉへ明における副側１凹路から出力さ扛るビデオ・
信号は、信号周期か一定とならない。従って、ビデオ出
力として一定周期の信引１またい場合には、第１０図の
ような信号周期の補正勘１路を使用することによって、
その目的を達成すること力１丁能となる。

すなわち、本発明による制御回路（３ｏ）からのアナロ
グ出力を、Ａ／Ｄコンバーター（３１）でティジタルに
変換し、こ朴を、選択ス１ツチ（３２）を介して、いす
扛かのフレームメモリー０３）へ送る。

第１のフレームメモリー（３３ａ）は、第１フレーム分
を記憶し、次のフレームメモリー（３３ｂ）　ｕｉ２フ
レーム分を記憶し、この記憶中に第１のフレームメモリ
ー（３３ａ）を読み出す１、なおリードクロック（３４
（には最終のビデオ出力に必要な周期のものを使用する
。

谷フレームメモリー（３３）から選択スイッチ（３５）
及びＤ　／　Ａコンバーター（畑を経て出力するビデオ
信号に比べて、制御回路＋３０１からの出力の周期が早
い場合には、フレームメモ！Ｊ　−Ｃｄ５）は有限の個
値であるため、いずれはいっはいであり、この時には、
１フレ一ム分の入力は中断される。

逆にビデオ信号の出力に比して、制御回路（（０）の出
力が遅い時には、同一のフレームメモｌ）　−Ｃ（３１
からの読みｊ１１シを、２回行なう等して、制御す汀は
よい。

【図面の簡単な説明】

図は、本発明方法を説明するだめのもので、第１図は、
要部をテ４ジタル的に制御する実施例のブロック図、 第２図は、第１図の要部波形の夕１ムチヤード、第６図
（イ）および（ロ）は、そ汎それ第１図のＶ／Ｆ変換器
（１３）および（８）の変換特性を示すグラフ、第４図
は、要部をデ１ンタル的に制御する第１図とは異る実施
例のフロック図、 第５図は、第４図の要部波形の夕」ムナヤート、第６図
は、要部をアナログ的に制御する実施例を示すフロック
図、 第７図は、第６図の要部波形の夕４ムナヤート、第８図
は、要部をアナログ的に制御する第６図とは異る実施例
を示すフロック図、 第９図は、第８図の要部波形の夕４ムナヤート、第１０
図は、信号局ル」の補正回路を示す。 （］ｌ　　／Ｉメージセンサ　　　（２ＸＭｉ　　アナ
ロクコンバレータｆ３１（９ＸＩ５）　　アンドゲート
　　ｆｉｌ　　Ｆ／Ｆ回路（５１Ｕ／Ｄカウンタ　　　
Ｔ６１　　ローパスフィルタＬ８Ｘ１３１　　Ｖ／ＦＫ
ｌｌＪ器　　　（１０）Ｄ／Ａｆ換！（１８）積分器　
　　　　　　（１９）　　積分コンデンサ（２０）乗算
器　　　　　　　（２１）係数器（３０１制御回路　　
　　　　（３］Ｉ　　Ａ／Ｄコンバーター（３２）選択
ス４ツナ　　　　（３３）フレームメモリー（３４１リ
ードクロック　　　（３５）選択スづツチ１３６１Ｄ　
／　Ａコンハーター

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　イメージセンサの制御回路に、該イメージセ
   ンサに入力される光量の上限レベルおよび下限レベルの
   少なくとも一方を設定するとともに、当該イメージセン
   サの１フレーム当りの出力信号群中に、前記レベルを超
   えて光電変換さｎた信号がどの程度含捷れているかを検
   出し、該検出値に基づいて、当該イメージセンサのフレ
   ーム蓄積時間を増減することを特徴とするイメージセン
   サにおける出力信号制御方法。
2. （２）イメージセンサへの入力光量に所要の定数値を乗
   算することによシ、該イメージセンサの感度ドリフト成
   分を補正することを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載のイメージセンサにおける出力信号制御方法。