JPS595212A - 蓄積型イメ−ジセンサの駆動回路 - 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】 本発明は蓄積型イメージセンサの駆動回路に関し、特に
被写体像を時系列画像信号に変換する際にこのイメージ
センサの蓄積時間を前記画像信号の出力レベルに応じて
変更しこのイメージセンサのダイナミックレンジを増大
させる蓄積型イメージセンサの駆動回路の改良に関する
。

従来よシ、パターンマツチング、画像計測制御、オート
フォーカス装置等、被写体像を抽出するセンサとして蓄
積型イメージセンサが用いられている。特にカメラのオ
ートフォーカス装置の場合には、基線距離計式の像のズ
レ量あるいは極値式の像の鮮鋭度等の検出のために用い
られるのであるが、現在のイメージセンサのダイナミッ
クレンジは撮影可能な被写体の明るさのレンジに比べ非
常に狭まいため、前記イメージセンサの蓄積時間を被写
体の明るさに応じて変更し、等制約に前記イメージセン
サの感度を変更することによシダイナミックレンジを増
大する技術が知られている。

上記公知技術は、大きく分けて、被写体の輝度レベルを
検出する受光素子を新らたに配置し、この受光素子のし
々ルに応じて前記イメージセンサの蓄積時間を変更する
方式および前記出力レベルの検出に前記イメージセンナ
の被写体像の時系列画像信号を用い、この画像信号レベ
ルに応じて前記イメージセンサの蓄積時間を変更する方
式に分類される。

しかしながら、前者の方式は新らたな受光素子の配置と
いう空間的、経済的問題と共に受光素子の受光面とイメ
ージセンサの受光面のノ臂うラックスの問題が生じ設計
上いまだ解決されるべき問題が多い。

また後者の方式は上記した問題は全く生じないが、一般
にイメージセンサの時系列画像信号のレベル検出として
、イメージセンナの出力レベルのオーツ＋−Ｓ　準レベ
ルとアンダー基準レベルとを設定し、前記画像信号レベ
ルがこれらの基準レベル内にある場合には蓄積時間を変
更せず、前記画像信号レベルがオーバー基準レベルを越
えた場合には前記蓄積時間を短かくシ、前記画像信号レ
ベルがアンダー基準レベルを下まわった場合には前記蓄
積時間を長くする技術手段が用いられている。

しかしながら、この方式においては、前記画像信号レベ
ルが全体に低いレベル（前記アンター基準レベルよシ少
し上のレイル）であっても一部に前記オーバー基準レベ
ルを越える部分があると全体に更にレベルが下がってし
まう現象や、応答が遅くハンチングを起こし易ずいとい
う欠点がある。

このように、被写体輝度レベルに応じイメージセンサの
蓄積時間を変更しイメージセンサのダイナミックレンジ
を拡大する技術は、これを解決する技術手段が未だ不十
分であるため、オートフォーカスカメラとして実用化に
は新らたな解決のための技術手段の開発が必要であった
。

このような実情に鑑みて、本発明は上記した従来の解決
手段の欠点を悉く解消した技術手段を提供することを目
的とする。

この技術手段は、上記した後者の方式を基礎として、前
記画像信号レベルの検出に、積分機能を用い、前記画像
信号を積分し、この積分レベルの基準レベルとの差を算
出すると共にこの算出量に応じてイメージセンサの蓄積
時間を変更するようになしたものである。

以下、本発明を添付図面の望ましい一実施例に基づいて
説明する。

第１図は本発明回路をオートフォーカスカメラに応用し
た場合の概要斜視図を示す。

フォーカスレンズ系およびズームレンズ系からなるアフ
ォーカルレンズ系１を介シた被写体光束は光分割器２に
より撮影用およびフォーカス検出用のそれぞれの光束に
部分される。

撮影用光束は結像レンズ３によってフィルム面あるいは
撮像面４に被写体の光学像を結像する。

フォーカス検出用の光束、％にアフォーカルレンズ系１
のＡ近傍からの光束は、結像レンズ５によって蓄積型イ
メージセンサ（以下「ＣＣＤ」と称す）７の図中左側に
被写体の光学像を結像し、アフォーカルレンズ系１のＢ
近傍からの光束は、結像レンズ６によってＣ０Ｄ７の図
中右側に被写体の光学像を結像する。

ＣＣＤｒ上に結像された２つの光束による２つの被写体
像は、アフォーカルレンズ系１よりの光束が平行光束で
ある場合すなわちフィルム面４上の光学像が正しくフォ
ーカスしている場合には、左右の結像位置が所定位置に
対応し、上記光学像が正しくフォーカスしていない場合
には、上記左右の結像位置がフォーカスのズレの前後に
対応して、前記所定位置からお互いに左右方向にズレを
生じる。

したがって、これら２つの像のズレ量とズレ方向を検出
することによシフオーカス位置が検出される。このフォ
ーカス検出方式は基線距離計式として良く知られている
ものである。

前記ＣＣＤｒ上の２つの光学像は後述するＣＣＤ駆動回
路８よシの転送、シフトパルス等によシ時系列画癲信号
に変換されこの駆動回路８および二値化器９へと入力さ
れる。

二値化器９は入力されたアナログ量としての時系列画像
信号をｒＨＪおよびｒＬＪの二値化信号に変換し相関器
１０に入力する。この二値化処理はフォーカス検出のた
めの演算処理をディジタル的に行ない、高速化と正確さ
を計るもので非常に有効な方式であって、これら画像処
理方式では多用されている。

前記二値化された時系列画像信号は相関器１０に含まれ
る２個のレジスタにより前記光束Ａよりの画像信号と光
束Ｂよりの画像信号とに分離される。この分離された両
画像信号はお互いの合致度を相関信号として演算回路１
１に入力する。

この相関信号は演算回路１１に含まれるピーク値ホール
ド回路によシ最大値が検出され、この演算回路１１によ
ってこの最大値までの基準値からのズレ量が算出され駆
動回路１２に人力される。

この駆動回路１２は前記ズレ量およびズレ方向をもとに
図示せぬ駆動モータを介してアフォーカルレンズ系１内
のフォーカスレンズ系を光軸方向に駆動制御して、フィ
ルム面４上のフォーカスを自動調整するものである。

以上の構成および説明は基線距離計式の一般的オートフ
ォーカス機構の概要であって、例えば特開昭５６−１０
１１１１号公報によって開示されているため詳細な説明
は省略し、以下本発明の主要な特徴とするＣＣＤ駆動回
路８について詳述する。

第２図は前記ＣＯＤ駆動回路８の構成を示すブロック図
である。

ＣＣＤ７よりの時系列画像信号は電圧−電流変換回路８
１より電流に変換された後、積分回路８２にて積分され
る。この積分された出力電圧は適正光量レベルを表わす
基準電圧値８３と比較され、その差に比例した補正量が
蓄積時間可変回路８５へ入力される。ここで蓄積時間可
変回路８５Ｈ入力された補正量に対応したシフトパルス
を発生し、Ｃ０Ｄ７のシフトパルスの周期すなわちＣＣ
Ｄ７の蓄積時間の制御を行なうのである。

第３図は上記したブロック８１ないし８４の詳細な回路
結線図を示す。

ＣＣＤ７からの時系列画像信号は端子Ｔ１に入力される
。この信号はタイミング発生回路８０によって制御され
るアナログスイッチＳ１および抵抗Ｒ１を介してオペア
ンプＯＰＩの負入力端子に入力される。

このオペアンプＯＰＩの正入力端子には被写体の明るさ
が晴黒のときの前記信号レベルに対応した参照電圧Ｖｒ
＠ｆｌが印加されている。

したがって、前記信号はこのオペアンプＯＰ１、抵抗Ｒ
１および参照電圧によシミ流値に変換される。

またオペアンプＯＰＩの負帰還路には積分用コンデンサ
Ｃ１および前記タイミング発生回路８０によって制御さ
れるアナログスイッチＳＳが並設され、前記電流をこの
コンデンサＣＩに積算する。

このオペアンプＯＰＩの出力はコンパレータ ＯＰ４の正入力端子にそれぞれ入力される。

このコンパレータＯＰ言の正入力端子には被写体の明る
さが適正光量レベルに対応した参照電圧Ｖｒ＠ｆｌが印
加されている。

さらにコンパレータＯＰｌの出力はアナログスイッチＳ
ｓおよびインバータＩＮＶ、を介してアナログスイッチ
ｓ４を制御する。

シタがって、コンノ譬し−１０Ｐ＊ｕオペアンプＯＰＩ
の出力が適正光量レベルに対してオーバーかアンダーか
を判定し、その結果で前記スイッチＳｓかＳ４のいずれ
か一方のスイッチをオンさせる。

これらのスイッチＳ３およびＳ４は直列に接続され抵抗
Ｒ２を介して電源Ｋまた抵抗Ｒ８を介してアースにそれ
ぞれ接続されている。

これらのスイッチＳ３およびＳ４の接続点はオペアンプ
ＯＰ８の負入力端子に接続されている。このオペアンプ
ＯＰ３の正入力端子には前記参照電圧Ｖｒｅｆ２が印加
され、負帰還路にはコンデンサＣ２および前記タイミン
グ発生回路８０によって制御されるアナログスイッチＳ
Ｓが並設されている。

しだがって、オペアンプＯＰｓの出力は、前記信号レベ
ルが前記適正光量レベルから正あるいは負の一定の傾き
で変化するもので、この正あるいは負の傾きは前記スイ
ッチＳ３およびＳ４によって決定される。

このオペアンプＯＰ３の出力は正入力端子に前記オペア
ンプＯＰ１の出力が入力されたオペアンプＯＰ４の負入
力端子に入力される。

このオペアンプＯＰ　４の出力はアンド回路ＡＮＤ　、
の一方の入力端子およびインバータＩＮＶ　！　　を介
してアンド回路Ａ　Ｎ　Ｄ　＊の一方の入力端子にそれ
ぞれ入力される。これらアンド回路ＡＮＤＩ　＄−よび
ＡＮＤｚの他方の入力端子は、第４アングＯＰ！の出力
のインバータＩＮＶＩを介した出力およびオペアンプＯ
Ｐ！の出力がそれぞれ入力されている。

またこれらアンド回路Ａ　Ｎ　Ｄ　ｓおよびＡＮＤ２の
出力は抵抗Ｒ４、アナログスイッチＳ・、アナログスイ
ッチＳγおよび抵抗Ｒ６の直列回路の＃記スイッチＳ６
および８７に入力される。

これらスイッチＳ６およびＳ７の接続点とアース間には
コンデンサＣ３が接続され、このコンデンサＣ３の端子
電圧は端子Ｔ鵞として取シ出され、後述する蓄積時間可
変回路８５に入力される。

以下、これらの回路の作用を第４図を参照して説明する
。

第４図は第３図に示す回路結線図の各出力端子のタイム
チャートを示すもので、オペアンプＯＰ１の出力が適正
光量レベルよシ低い場合（１）および高い場合（２）の
それぞれを示す。

・前記Ｔｌ端子からの画像信号は前記スイッチ８１およ
びＳ２がオンした時罠コンデンサＣＩとチャージしオペ
アンプＯＰｉの出力は上昇してくる。この後所定時間の
前記信号をチャージした後圧スイッチ８つがオフする。

このときのオペアンプＯＰｓの出力電圧が適正光量レベ
ルＶｒｅｆ２よシ低い場合には光量が多すぎる場合であ
るから第４図（１）を参照して、オペアンプＯＰ２の出
力電圧は「Ｈ」レベルとなシスイッチＳ、をオンさせス
イッチＳ６も同時にオフされる。したがってオペアンプ
ＯＰｓの出力電圧は参照電圧Ｖｒｅｆｌよシ降下して行
く。またオペアンプＯＰ４の正入力端子は前記オペアン
プＯＰ１の出力電圧が入力されているため、この出力値
まで降下した時点で、オペアンプＯＰ４の出力電圧は「
Ｈ」となる。

したがって、アンド回路ＡＮＤＩの出力電圧はｒＬＪの
まま変わらずアンド回路ＡＮＤ、の出力電圧はオペアン
プＯＰ４が反転するまでｒＨＪ状態を続け、その後ｒＬ
Ｊとなる。前記アンド回路ＡＮＤＩがｒＨＪ状態の間ス
イッチＳ７はオンしコンｙ”’？−〇ｓの出力電圧は降
下する。このようＫしてこのアンド回路ＡＮＤ、のｒＨ
Ｊ状態の時間はオペアン７’ＯＰｔの出力電圧が適正光
量レベルＶｒｅｆｌよシ大きく下回った場合には長く、
差が少ない場合は短かくなシ、画像信号の積分値レベル
と前記適正光量レベルよシの差に応じて端子Ｔ！の出力
電圧は下降制御される。

また前記オペアンプＯＰｓの出力電圧が適正光景レベル
Ｖｒｓｆｌよシ高い場合には光量が少なすぎる場合であ
るから、第４図（２）を参照して、オペアンプＯＰ！の
出力電圧はｒＬＪレベルとなシスイッチＳ４をオンさせ
てスイッチＳ、も同時にオフされる。したがってオペア
ンプＯＰｍの出力電圧は参照電圧Ｖｒｅｆｌよシ上昇し
て行く。またオペアンプｏＰ４の正入力端子は前記オペ
アンプｏｐ、の出力電圧が入力されているため、この出
力値まで上昇した時点で、オペアンプＯＰ４の出力電圧
はｒＬＪとなる。

したがって、アンド回路ＡＮＤ２の出力電圧はｒＬＪの
まま変わらず、アンド回路ＡＮＤ。

の出力電圧はオペアンプＯＰ４が反転スるまでｒＨＪ状
態を続け、その後ｒＬＪとなる。

前記アンド回路Ａ　Ｎ　Ｄ　ｓがｒＨＪ状態の間スイッ
チＳ６はオンしコンデンサＣｓの出力電圧は上昇する。

このよう圧して、画像信号の積分値レベルと両組適正光
量レベルよシの差に応じて端子Ｔ茸の出力電圧は上昇制
御される。

以上の説明において、画像信号出力レベルは被写体の明
るさが暗い程高くなるものとして説明したが、その逆で
あってもわずかの設計変更によシ同様に制御されること
は言うまでもない。

これらの回路によって生じた端子Ｔ！の出力電圧は前記
画像信号の積分値レベルの大小に応じ上昇下降するので
あるから、この出力電圧に比例したＣ０Ｄ７のシフトパ
ルスφＸを形成すれば良いことになる。

第５図はこのシフトパルスφＸを形成する蓄積時間可変
回路８５の一実施例を示す回路結線図である。

前記端子Ｔ２の出力電圧は端子’ｒｓを介してオペアン
プＯＰｓの負入力端子に入力される。このオペアンプｏ
ｐ、の正入力端子には抵抗Ｒ６およびコンデンサＣ４か
らなる時定回路が接続されこのコンデンサＣ４には、シ
フトパルスφＸがペース抵抗Ｒ７を介して入力されてい
るトランジスタＴｒが並設されている。

前記オペアンプＯＰｓの出力信号はアンド回路ＡＮＤ４
を介して単安定マルチバイブレータＭＭのトリが一端子
に入力される。このアンド回路ＡＮＤａは他方の入力と
して転送パルスφ１の数をカウントするカウンタＣＯＵ
の出力信号が入力されている。このカウンタＣＯＵは前
記ＣＣＤ７のピクセルの数に対応したカウント数で出力
を発生するもので、時系列画像信号を送出し終る前にシ
フトパルスが形成されるのを防止するいわゆる安全回路
である。

前記バイブレータＭＭには時間設定のために、抵抗Ｒ８
およびコンデンサＣ６からなる時定数回路が接続され、
このバイブレータＭＭの出力信号ＶｉＤ型フリフリップ
フロップ。

のＤ端子に入力されている。

一方このフリップフロラｆＦＦ、のクロック端子Ｃは発
振器Ｏ８Ｃよシ供給される転送ノ母ルスφ！が入力され
ている。

以上の構成であるだめ、端子ＴｓＫ所定の電圧が供給さ
れると、コンデンサＣ４が充電を開始し、この所定電圧
に達したところでオペアンプＯＰｓの出力電圧はｒＨＪ
となる。

一方転送パルスφ凰がＣＣＤｒ上の画像信号を送出し終
っているものとすればアンド回路ＡＮＤ４の出力電圧は
ｒＨＪとなり、前記バイブレータＭＭを作動し、このバ
イブレータＭＭの出力電圧は所定時間ｒＨＪとなる。し
たがってフリップフロップＦＦＩのＤ端子が「Ｈ」とな
った直後のパルスφｌのｒＨＪ　動作によシこのフリッ
プフロップＦＦＩの出力端子けｒＨＪとなシ、前記所定
時間後前記バイブレータＭＭの出力電圧がｒＬＪとなっ
た直後のパルスφｌの「Ｈ」動作によシ、前記７リツプ
フロツプＦＦＩの出力端子はｒＬＪとなる。

−またこのフリップ７０ツブＦＦ、の出力信号（φＸ）
は前記カウンタおよびコンデンサＣ４をリセットし、上
記した動作を繰シ返す。

このようにしてシフト／４ルスφＸは形成されるが、こ
のシフトパルスφＸの周期は前記コンデンサＣ４が端子
Ｔ３に入力される電圧まで充電される時間となるため、
上記した画像信号の積分値レベルの大小に応じ制御され
ることとなる。

以上説明したように本発明駆動回路によればＣＣＤから
の画像信号の積分レベルが適正光量レベルに対して大き
く離れていれば十分な補正を行い、差が小さければ補正
量も少なくなるため、応答が早くハンチングを行さない
ＣＣＤの蓄積時間の制御が行なわれる。

さらに画像信号の積分レベルによって上記レベルの差を
判別しているため一部分の輝度のバラツキ等によって上
記蓄積時間の制御が左右されることはなくなシ、特に被
写体条件の厳しいオートフォーカスカメラの検出素子と
して用いられるＣＣＤに応用してその利益は非常に大き
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明駆動回路を有するオートフォーカスカメ
ラの概要斜視図、第２図は本発明駆動回路のブロック図
、第３図はこのブロック図におけるブロック８１ないし
８４の回路結線図、第４図は＃Ｉ３図の主要回路の出力
信号のタイムチャートおよび第５図は前記ブロック図に
おけるブロック８５の回路結線図をそれぞれ示す。 １・・・アフォーカルレンズ系　２・・・光分割器３・
・・結像レンズ　４・・・撮像面又はフィルム面５．６
・・・結像レンズ　１・・・イメージセンサ（ＣＯＤ）
　　８・・・ＣＣＤ駆動回路　９・・・二値化器　１０
・・・相関器　１１・・・演算回路１２・・・駆動回路
　８１・・・Ｖ−Ｉ変換回路８２・・・積分回路　８４
・・・検出回路８５・・・蓄積時間可変回路 ５ＩＸＳ２　、ｒｓ　ｚｓａ　、ｓｓ　１Ｓｓ　、Ｓ？
　ｍアナログスイッチ　ＯＰｌ、ＯＰｌ　、ＯＰｓ　％
　ＯＦ２　、ＯＰｓ　・・’オペアンプ　Ｒ１、Ｒ１、
Ｒ１％Ｒ４、Ｒ１１１Ｒ＠　、Ｒ７、Ｒ８”’抵抗Ｃｒ
　、ｃｚ　、ｃｓ　、ｃ４、ｃｌｌ　＋＋コンデンサＣ
ＯＵ・・・カウンタ　ＭＭ・・・単安定マルチバイブレ
ータ　ＦＦ、・・・ＤＷフリッグフロップ出願人　富士
写真光根株式会社 ライトロン株式会社 δ Ｐｊｌ胆 第２０ ＪＰ、４図 ｇ 第５肥

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）被写体像をシフトパルス、転送パルス等の駆動パル
   スによシ時系列画像信号に変換する蓄積型イメージセン
   サとこの時系列画像信号よりフォーカス信号を算出する
   演算処理回路とを有するオートフォーカス装置の前記イ
   メージセンサの駆動回路において、前記イメージセンサ
   からの画像信号を積分する積分回路とこの積分回路の積
   分値の基準値からの変位量を検出する検出回路とこの検
   出回路よシの出力値に応じ前記イメージセンサのシフト
   パルスの周期を変更する蓄積時間可変回路とより構成し
   、前記イメージセンサの出力信号レベルが常に適正値に
   なるような蓄積時間を生成するように構成したことを特
   徴とする蓄積型イメージセンサの駆動回路。