JPS5918904B2 - イメ−ジセンサ−の感度調整方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、イメージセンサーの感度を調整する装置、
詳しくは、イメージセンサーから得られるビデオ信号の
出力レベルの変動を最小にすべく、それを調整する装置
に関するものである。

なお、ここで、イメージセンサーとは、映像を電気信号
に変換する機能と、その電気信号を映像に対応した電気
信号列として取り出す機能とを備えたものであつて、た
とえば、被写体のビデオ信号を半導体によるアナログメ
モリーによつて順序よく直列に取り出すものである。

この被写体の映像を電気信号に変換する素子にはフォト
トランジスターあるいはフォトダイオードが使われ、ア
ナログメモリーにはＭＯＳの技術を使つたＣＣＤ（チャ
ージ・カップル・デバイス）が使われており、ＣＣＤは
ソースとドレインの間に多くのゲートが付いたＭＯＳ型
トランジスターと見ればよく、蓄積と転送の二つの機能
をもつた素子で通常多相のクロックパルスによつて転送
されるシフトレジスターである。またＢＢＤは、ＭＯＳ
型トランジスターをカスケード接続したシフトレジスタ
ーで、その動作機能はＣＣＤと略同じである。このよう
に、イメージセンサーはＣｄＳ等の一般の光電変換素子
と異り、被写体の映像をビデオ信号に変換することがで
きることから、パターン認識およびマークリーダー等に
応用できる。

たとえば、一対のイメージセンサーを横方向に一定距離
だけ離して配置し、両イメージセンサー上に、被写体の
映像をそれぞれ結像させて、各イメージセンサーによつ
て被写体のビデオ信号を取り出し、それぞれのビデオ信
号を比較することによつて、被写体の位置を知ることが
できる。即ち、両イメージセンサーが、固定されている
ものとすると、被写体の位置が変化することによつて、
各イメージセンサー上における被写体像の結像位置が変
化する。したがつて、それぞれのイメージセンサーが被
写体像を同時に走査すると被写体信号の出てくる時間が
、互いにずれてくるので、このずれ量を知ることによつ
て、被写体の位置を知ることができる。その一方法とし
ては、一方のイメージセンサーの走査開始タイミングを
他のそれに対して、被写体の位置の変化量に応じて可変
的に遅延せしめ、その各時点における両イメージセンサ
ーの出力信号波を比較し、両イメージセンサーから同一
の信号波が同期して得られたときの上記走査開始タイミ
ングの遅延量によつて被写体の位置を割り出すようにす
ればよい。ところで、上述のイメージセンサーは対象と
する被写体、即ち、イメージセンサーによつてビデオ信
号化しようとする被写体が、明るい状態のときと、暗い
状態のときとでは、自ずとその出力レベルが違つた値に
なり、その出力を処理する回路等の入力信号および出力
信号のレベルが変化し、上記回路等の動作および感度が
不安定なものになる。

なお、従来、Ｓｅ，．ＣｄＳなどによる一般的な光電変
換素子を用いたものにおいては、上述のような不具合を
解消するために、上記素子の受光面の前に絞り板を置き
、この絞り板を入射する光量に応じて可変せしめたり、
また、このような絞り板を用いない場合には、上記素子
の出力を可変利得アンプに通して増巾し、このアンプの
利得を制御したりして、その出力レベルの変動を最小に
している。しかしながら、この可変利得アンプによつて
前述のイメージセンサーの出力レベルを調整すると、イ
メージセンサーの出力信号が飽和レベルに達した場合に
は、動作しなくなり、また、出力信号のレベルが低いと
きには、ＳＮ比が悪くなる。一方、絞り板によつて入射
光量を可変する方法は、ＳＮのよい信号が得られるので
、比較的優れているが、機構的なものとなるため、配置
等の面で制約を受けたり、経時的に作動誤差が大きくな
る不具合を有している。この発明は、上述の点に鑑みイ
メージセンサー特有の性質を生かして、その感度調整を
行うものであつて、その目的は、イメージセンサーに入
射する光量の変化によつて、入射光の面照度が増加ない
しは減少しても、イメージセンサーの出力レベルが一定
に保たれるようにする装置を提供することにある。

以下、図によつて、この発明を説明する。

被写体の映像を電気信号に変換する素子として知られて
いるフオトトランジスタ一あるいはフオトダイオードの
出力信号の飽和照度はその光蓄積時間を変えることによ
つて、変化し得る。

即ち、受光素子の受光面における面照度が低い場合であ
つても、光蓄積時間が長くなると、その出力信号は飽和
レベルに達し、また、上記の面照度が高くなると、出力
信号が飽和レベルに達するまでの光蓄積時間が短くなる
。ところでイメージセンサーは、その受光領域に蓄積さ
れた電荷をクロツクパルスによつて転送するものである
から、それを走査する周期の長さによつて、上記の受光
領域に蓄積される電荷量が変化する。

即ち、一受光領域について見れば、第１次の走査によつ
て、そこに蓄積された電荷が転送されると、その領域の
電荷量は零になる。したがつて、その領域においては、
一走査が完了した直後に、新たに電荷の蓄積作用が始ま
り、次の走査が行なわれるまで、電荷の蓄積作用が継続
して行なわれるから、その走査周期の長さによつて上述
した光蓄積時間が変化することになる。このことから明
らかなように、イメージセンサーの一走査を行うために
上記必要なりロツクパルスの走査ビツト数が設定されれ
ば、上記の光蓄積時間を上記電荷転送用クロツクパルス
の周波数、即ち走査周波数を変えることによつて変化さ
せることができる。

ここで、イメージセンサーの受光領域の面照度が任意の
基準照度ＬｘＯよりも高い場合と、上記基準照度よりも
低い場合について見るに、いま基準照度ＬｘＯにおいて
、ＦＯなる周波数のクロツクパルスでそのイメージセン
サーを走査した結果、その出力電圧がＶ。であつたとす
ると、上記基準照度ＬｘＯよりも高い面照度ＬＸｌにお
いて、周波数Ｆ。のクロツクパルスで走査すると、その
受光領域の蓄積電荷量は基準照度のときよりも多くなつ
ているから、その出力電圧Ｖ１は上記出力電圧Ｖ。より
も高くなる。同様に、基準照度ＬｘＯよりも低い面照度
ＬＸ２において、周波数Ｆ。のクロツクパルスで走査す
ると、その出力電圧Ｖ２は上記出力電圧。よりも低くな
る。また、基準照度ＬｘＯにおいて、クロツクパルスの
周波数を変えることによつて、第１図に示すように、そ
の出力電圧が変化する。したがつて、上記の各面照度Ｌ
Ｘｌ，ＬＸ２においても、同様にその走査周波数を変え
ることによつて、その出力電圧が変化する（第１図参照
）。そこで、上記の出力電圧Ｖ。を基準電圧とすれば、
第１図から明らかなように、イメージセンサーの面照度
がＬＸｌのときには、周波数ｆ１のクロツクパルスでそ
れを走査すれば、その出力電圧を基準電圧Ｖ。に一致さ
せることができる。同様に、その面照度がＬＸ２のとき
には、周波数Ｆ２のクロツクパルスでそれを走査すれば
、その出力電圧を基準電圧Ｖ。に÷致させることができ
る。この発明は、上述のようなイメージセンサーの特質
を生かして、それに入射する光量、即ち被写体の明るさ
に応じて、その走査周波数を後述の如く自動的に変化さ
せることによつて、このイメージセンサーから得られる
被写体のビデオ信号の出力レベルの変動を最小にして、
その感度調整を行うようにしたものである。

なお、上述の基準電圧Ｖ。

は任意に設定することができるから、イメージセンサー
の出力信号を入力とする回路等の最適入力値にその基準
値を設定しておけば、上記回路等を極めて安定した条件
の基で動作させることができる。また、前述したように
、受光素子の出力信号の飽和レベルは、その光蓄積時間
を変えることによつて、変化するから、イメージセンサ
ーにおいては、その走査周波数を選ぶことによつて、一
走査周波数のみの動作においては、その出力信号が飽和
してしまう場合であつても、それを飽和しないレベルに
することができる。したがつて、この発明によれば、安
定した出力信号を得ることのできる面照度の範囲を、従
来の感度調整方法によるものより、広く取ることができ
る。即ち、可変利得アンプによる方法は、その出力信号
が飽和レベルに達している場合、また、絞り板による方
法は、その面照度が低い場合には、それぞれ用をなさな
いものとなるが、この発明による感度調整によれば電荷
転送用クロツクパルスの周波数を可変してその光蓄積時
間を変化せしめることによつて出力信号の飽和レベルを
任意に設定することができるので、動作し得る面照度の
範囲を広くすることができる。

なお、イメージセンサーを走査する電荷転送用クロツク
パルスの周波数を可変する方法としては、イメージセン
サー自体の出力信号の平均値の大小によつて、その走査
周波数を変化さる方法と、独立して設けられた他の光量
測定器の出力信号によつて、その走査周波数を変化させ
る方法とが考えられる。

第２図のものは、上記前述の方法によるイメージセンサ
ーの感度調整手段の一例を示すものであつて、イメージ
センサー１Ｓの走査を、電圧可変発振器０の発するクロ
ツクパルスで行うようにしておき、イメージセンサー１
Ｓの出力信号をオペアンプ等の積分回路Ｃで積分して、
この積分回路Ｃの出力信号で電圧可変発振器０の発する
電荷転送用クロツクパルスの周波数を変化させるように
したものである。

即ち、積分回路Ｃの出力レベルは、イメージセンサー１
Ｓに入射する光量の変化に応じて変化し、たとえば、面
照度が増加すれば積分回路１Ｃの出力レベルは増加し、
また、面照度が低下すれば、その出力レベルも低下する
。この手段はこの変化を利用して積分回路１Ｃの出力レ
ベルが増加した場合には電圧可変発振器０の発するクロ
ツクパルスの周波数を高めるべく、また、積分回路１Ｃ
の出力レベルが低下した場合には上記周波数を低下させ
るべく、積分回路Ｃの出力信号によつて、電圧可変発振
器０をコントロールするようにしたものである。なお、
第３図に示すものは、上記後述の方法によるイメージセ
ンサーの感度調整手段の一例を示すものであつて、イメ
ージセンサー１Ｓの走査は上記の手段と同様、電圧可変
発振器０の出力信号によつて行い、イメージセンサー１
Ｓへの入射光の」部を、独立して設けられた他の光量測
定器、たとえばＣｄＳなどの受光素子Ｓで受光し、この
受光素子Ｓの出力をアンプＡで増巾し、このアンプＡの
出力信号によつて、電圧可変発振器０をコントロールす
るようにしたものである。なお、この第３図に示した手
段によるものは、受光素子Ｓの出力信号の飽和レベルが
、電圧可変発振器０をコントロールする制御信号レベル
の上限値を決定することになるから、受光素子Ｓをその
出力信号飽和照度がイメージセンサーＳのそれよりも十
分高いものにしておくか、受光素子Ｓの出力信号が飽和
レベルに近くなつたとき、電圧可変発振器０の発振周波
数が最高値になるように設定しておくことによつて、イ
メージセンサー１Ｓの面照度の範囲を広くすることがで
きる。なお、第２図に示した手段によるものは、イメー
ジセンサー１Ｓの出力信号飽和照度を、電圧可変発振器
０の発振周波数によつて任意に設定することができるの
で、その面照度の範囲は、電圧可変発振器０の発振周波
数の範囲によつて決定される。

たとえば、現在の時点で開発されているイメージセンサ
ーの能力によれば、その走査周波数を５ＫＨｚ〜３ＭＨ
ｚまで可変して走査することができるから、受光素子と
してＳｉＯ２を使用した場合の調整可能な面照度の範囲
は、２ルツクス（１ｘ）〜２００ルツクス（１ｘ）であ
る。以上のように本発明によればイメージセンサーの面
照度の基準照度に対する増減を検出しその検出出力によ
り上記イメージセンサーの出力が基準値となるように電
荷転送用クロツクパルス発生装置の上記イメージセンサ
ーに出力する電荷転送用クロツクパルスの周波数を自動
的に制御するので、イメージセンサーの入射光量が変化
してもイメージセンサーの出力レベルを一定に保つこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、イメージセンサーの出力特性図、第２図はこ
の発明によるイメージセンサーの感度調整手段の一例を
示す図、第３図は上記感度調整手段の他の例を示す図で
ある。 ＬｘＯ？Ｌｘｌ？Ｌｘ２ｌｌＯ面照度１ＤＶ１？Ｖ２・
・・・・・出力電圧、ＦＯ，ｆｌ，ｆ２・・・・・・走
査周波数、ＩＳ・・・・・・イメージセンサー、Ｏ・・
・・・・電圧可変発振器、ＩＣ・・・・・・積分回路、
Ｓ・・・・・・受光素子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ イメージセンサーの面照度の基準照度に対する増減
   を検出し、その検出出力により上記イメージセンサーの
   出力が基準値となるように電荷転送用クロックパルス発
   生装置の上記イメージセンサーに出力する電荷転送用ク
   ロックパルスの周波数を自動的に制御する手段を有する
   ことを特徴とするイメージセンサーの感度調整装置。 ２ 前記手段が、イメージセンサーの出力信号を積分す
   る積分回路よりなり、その積分出力により電荷転送用ク
   ロックパルス発生装置のイメージセンサーに出力する電
   荷転送用クロックパルスの周波数を自動的に制御するよ
   うにした特許請求の範囲第１項記載のイメージセンサー
   の感度調整装置。 ３ 前記手段が光量測定手段よりなり、その検出出力に
   より電荷転送用クロックパルス発生装置のイメージセン
   サーに出力する電荷転送用クロックパルスの周波数を自
   動的に制御するようにした特許請求の範囲第１項記載の
   イメージセンサーの感度調整装置。