JPS596677A - 光電変換装置 - 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】 本発明は、カメラ等の光学装置における光学系の自動焦
点検出に用いられる光電変換装置に関するものである。

カメラ等の光学系の焦点合わせを自動的に行なう装置、
または焦点はずれ方向を電気的に検出する装置としては
、従来から電荷結合装置（ＣＯＤ　）あるいはＭＯＳイ
メージセンサ等、蓄積効果を有する自己走査型固体撮像
装置を用いたものが多数提案されている。

それらの装置を用いた光電変換装置では、光電変換素子
の蓄積時間を被写体の明るさに応じて調節する手段が重
要な要素の一つとなっている。なぜならば、前記光電変
換素子の飽和露出量は、１〜０．１１ｕｘ−Ｓ程度であ
るのに対し、一般にスチルカメラが扱う被写体の明るさ
は、室内のフラッシュ撮影時における０、　１　ｌｕｘ
から、晴天の屋外撮影時における敵方ｌｕｘ以上までの
極めて広い範囲に及んでいるため、光電変換素子の蓄積
時間を変化させることによって、被写体の明るさの変化
に対応せざるを得ないからである。

被写体の明るさに応じてその蓄積時間を制御する手段と
して、従来幾つかの方法が提案されている。その−例と
して、第１図に示すように被写体像の結像状態を検出す
る細分化された多数の光電変換素子１−１．１−２．・
・・１−ｎからなる光電変換素子列２の近傍に、その光
電変換素子列２とほぼ同一の長さの長方形の受光面を持
った別の平均光量受光用光電変換素子８を、前記光電変
換素子列２に並行するように配置し、第２図に示すよう
に、その光電変換素子８がらの出力をレベル検出回路４
で検出して、この検出レベルが、所定のレベルに達した
時点で蓄積時間制御回路５を動作させ、これにより前記
光電変換素子列２の各光電変換素子１−１．１−２．・
・・１−ｎにおける蓄積を終了させるようにしたものが
ある。

この従来のものは、別に設けた長方形の平均光量受光用
光電変換素子８が、２で示す光電変換素子列に結像した
被写体像の平均光量に対応した出力を与えるものである
とする考え方に基づいている。しかし、この方法では、
第８図に、光電変換・素子列２の素子番号を横軸にとっ
て当該光電変換素子列２上の光強度分布を示したように
、平均光量レベルに対応する光電変換素子列２の出力レ
ベルＬ０よりも極端に高い光量レベルを部分的に持つ被
写体像については、光電変換素子列２の飽和レベルＬ２
を越えることとなり、不正確な検出結果を与えることに
なる。また、その飽和レベルＬ２を越えないまでも、平
均光量に相当するレベルＬ□を飽和レベルＬ２よりも十
分低いレベルに設定して１．。

おかなければ、光電変換素子列２上の物体像の光強度分
布に対応した出力を精度高く検出し得ないばかりではな
く、平均光量検出位置と、像検出位置との不一致に基づ
く検出精度の低下は避は得ない欠点がある。

また、別の従来例として、第４図Ａ、Ｂに示したように
、光電変換素子列を走査して得られた光電変換出力を高
低二つのレベルｖＨおよびＶ、と比較し、同図Ａのよう
に高レベル■Ｈを越える出力が存在する場合は、次回の
蓄積時間を短かくシ、同図Ｂのように低レベルｖＬを越
える出力が存在しない場合には、次回の蓄積時間を長く
することによって、効率よく光電変換しようとする方法
である。この方法では、蓄積時間の短縮および伸長時間
を、あらかじめ定められた比較的短かい単位時間を単位
に増減し、−回の操作で光電変換出力が■Ｈルベル以下
もしくはＨＬのレベル以上にナラない場合には、さらに
前記単位時間のピッチで蓄積時間を増減する操作を繰り
返すようにしているため、被写体の明るさが急激に変化
した場合には、蓄積時間の増減操作を何回も繰り返さな
ければ、適正な蓄積時間に到達しないという欠点がある
。

本発明は、上述の各従来例における欠点を解消し、被写
体形状および明るさのいかなる変化に対しても高速で追
随し、常に適正な蓄積時間を与えることができる光電変
換装置を提供しようとするものである。

本発明の充電変換装置は、複数の光電変換素子と、それ
ら各充電変換素子に生じた光電流電荷をそれぞれ蓄積す
る手段と、各蓄積手段に蓄積された電荷量に対応した出
力をそれぞれ得るための電荷電圧変換手段と、これらの
電荷電圧変換手段の各出力中の最大出力が所定のレベル
に達したタイミング？検出する手段とからなり、この検
出手段によって検出されたタイミングに関連して前記各
蓄積手段に蓄積された充電流電荷を一斉に読み出すよう
構成したことを特徴とするものである。

以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。

第５図は、本発明の光電変換装置の実施例の構成の一例
を示す回路構成図である。この光電変換装置は、同一半
導体チップ上に高密度に形成されたＮ個の同一構成の光
電変換回路６−１．・・・。

６−Ｎより成るが、各党ｉＨ換回路６−１．・・・。

６−Ｎは同一の動作をするので、ここではそのうちの１
番目とＮ番目の回路構成を図示するにとどめである。ま
た、説明を簡潔にするためそのうちの一個の光電変換回
路６−１についてのみ説明することとする。

光電変換回路６−１は、並列接続した光電変換素子たと
えばホトダイオード７−１とコンデンサ８−１．　ＭＯ
ＳＦＥＴよりなる第１のゲート９−１゜直列接続されそ
れぞれバッファを構成するＭＯＳＦＥＴ　１０−１　、
　１１−１、そのバッファからの出力を取り出すように
介挿したダイオード１２−１゜およびＭＯＳ　ＦＥＴよ
りなる第２のゲート１８−１’を具えている。ホトダイ
オード７−１およびコンデンサ８−１の並列回路は、第
１のゲート９−１を介して直流電源正極側ライン■８ｓ
と負極側ライン（アース′電位ライン）　■ＤＤ間に接
続しである。また、その第１のゲート９−１を構成する
ＭＯＳ　ＦＥＴのゲートは、チャージ信号入力端子１４
に接続しである。一方、ホトダイオード７−１およびコ
ンデンサ８−１と、第１のゲート９−１との接続点Ｘ−
１は、第２のバッファを構成するＭＯＳ　ＦＥＴ１１−
１のゲートに接続するとともに、そのＭＯＳＦＥＴ　１
１−１の池の電極の一方は直流電源負極側ライン■ＤＤ
に、地方の電極は第１のバッファを構成するＭＯＳ　１
１ｉ’ＥＴ　１０−１に接続しである。さらに、そのＭ
ＯＳ　ＦＥＴ　１０−１の地方の電極は、直流電源正極
側ラインＶＳＳに、そのゲートは直流電源負極側ライン
ｖＤＤにそれぞれ接続しである。地方、バッファの出力
点Ｙ−１は、ダイオード１２−１の順方向入力に接続さ
れており、各光電変換回路６−１〜６−Ｎにおける各ダ
イオード１２−１〜１２−Ｎの出力は全て結合されてモ
ニタ出力端子１５から取り出すようになっている。また
、第２のゲー）１８−１の一端は、Ｘ−１点に接続され
、その地端は電荷結合装置（ＣＯＤ　）　１６の対応す
る画素ウェルに接続され、その第２のゲート１８−１を
構成するＭＯＳ　ＦＥＴのゲートには、転送信号入力端
子１７から転送信号が供給されるようになっている。

以上のような構成において、まず図示省略の外部制御回
路より、チャージ信号をチャージ信号入力端子１４から
供給すると、第１のゲート９−１が導通し、コンデンサ
８−１は、電源電圧まで充電される。チャージ信号が途
絶えると、第１のゲ−）９−１は断となるのでコンデン
サ８−１に充電された電荷は、ホトダイオード７−１の
光電流により放電する。従って、Ｘ−１点の電位は時間
とともに上昇し、それに応じてバッファを構成するＭＯ
Ｓ　ＦＥＴのゲート電圧も上昇するので、バッファの出
力点であるＹ−１点の電位も上昇する。その上昇の速度
とレベルはホトダイオード９−１に入射する光の明るさ
に比例する。Ｙ−１点の出力はダイオード１２−１を介
して池の光電変換回路から同様にして得た出力とともに
モニタ出力端子１５から、第６図に示したように比較器
１８に導かれる。

比較器１日の信号入力端子は、図示のように抵抗１９を
介して直流電源負極側ライン（アースライン）■ＤＤに
接続されている。従って、モニタ出力端子１５すなわち
、比較器１８の信号入力端子には、各光電変換回路６−
１〜６−Ｎにおけるバッファ出力点Ｙ−１〜Ｙ−Ｎにお
ける電位のうち、最も高い電位が最初に現われることと
なる。

一方、第６図の比較器１８の地方の入力端子には、所定
の比較レベルを設定するための基準電位源が接続されて
いる。従って、第５図のモニタ出力端子１５に現われる
各光電変換回路６−１〜６−Ｎの出力中、最大Ｈ４力の
ものが比較レベルに達した時点で、その比較器１８の出
力は反転するので、制御回路２ｏではこれを検知し、転
送信号入力端子１７に転送パルスを送給する。この転送
パルスは、第５図示の第２のゲートの１８−１を構成す
るＭＯＳ　ＦＥＴのゲート電極に入力してこれを導通状
態にし、コンデンサ８−１に残っているホトダイオード
の光電流に対応した電荷をＣＯＤ　１６の対応する画素
ウェルに転送する。

以上のような動作は、各光電変換回路６−１〜６−Ｈに
ついて同一タイミングで一斉に行なわれる。すなわち、
各光電変換回路６−１〜６−ＮのＹ−１〜Ｙ−Ｎから得
られた出力中、第６図の比較器１８における比較レベル
に達した出力を検知した時点で、各光電変換回路６−１
〜６−Ｎのコンデンサ８−１〜８−Ｎの電荷が一斉に読
み出され、００Ｄ　１６に転送される。

従って、前記比較器１８における比較レベルを適当に設
定すれば、ホトダイオード７−１〜７−Ｎの飽和レブル
に達する直前に、コンデンサ８−１〜８−Ｎによる蓄積
を終了させるように蓄積時間を制御することができる。

以上のようにしてＯＯＤ　１６に転送された各光電変換
回路６−１〜６−Ｈの各コンデンサ８−１〜８−Ｎの電
荷量は、そのＣＯＤ　１６を外部制御回路によって公知
の方法で駆動することによりビデオ出力端子２１から時
系列信号として順次読み出すことができ、しかもその時
系列信号は光電変換素子蓄積時間の不適切による飽和の
影響を受けていない光電変換出力に相当する。

第７図は、本発明の能の実施例の回路構成を第５図のも
のと同一部分は同一符号を付して示したものである。さ
きの実施例と異なる点は、第２のゲー）１１−１によっ
て読み出した充電流蓄積用コンデンサ８−１の電荷を、
その第２のゲート１３−１と新たに設けた第８のゲー）
２２−１との結合点と、ｖＤＤライン間に介挿した保持
コンデンサ２８−１によって−たん保持し、これを図示
しない外部制御回路によって駆動するシフトレジスタ２
４によって制御される第８のゲート２２−１を介して、
２個のＭＯ８ＦＥＴ２５．２６により構成したバッファ
に導き、電圧に変換してビデオ出力端子２１から時系列
信号として得るようにした点である。

すなわち、この実施例においては、各光電変換回路６−
１〜６−Ｎの各コンデンサ８−１〜８−Ｎに蓄積された
電荷を一斉に読み出して、各保持コンデンサ２８−１〜
２３−Ｎにそれぞれ−たん保持し、この各保持コンデン
サ２３−１〜２８−Ｎの電荷量に対応した電位を、シフ
トレジスタ２４により順次に制御される第３のゲート２
２−１〜２２−Ｎを介してバッファを構成するＭＯ８Ｆ
ＥＴ２５．２６の一方のＭＯＳ　ＦＥＴのゲートに印加
することにより、それら両ＭＯ８ＦＥＴ２５．２６間の
抵抗比を変えるようにして前記保持コンデンサ２３−１
〜２３−Ｎにおける電荷針に対応した時系列信号出力を
得るようにしたものである。

なお、ホールド信号入力端子２７に供給されるホールド
信号は、第６図で説明したさぎの実施例と同様に、モニ
タ出力端子１５からの出力を比較器１８に導いて、その
出力中の最高出力レベルが所定の比較レベルに達した時
点で図示しない制御回路から発生さぜたタイミングの信
号である。その池の動作については、第５図で説明した
さきの実施例と同様であるので説明を省略する。

この第２の実施例の特長は、さきの実施例と同様にホト
ダイオードの光電流の蓄積時間の制御が適正に行なえる
ほか、光電流による電荷層を各光電変換回路６−１〜６
−Ｈの保持コンデンサ２８−１〜２３−Ｎに転送して、
これを電圧として読み出すように構成されているので、
保持コンデンサ２Ｂ−１〜２３−Ｎに保持された電荷層
を、破壊することなく、繰り返し読み出すことが可能な
ことである。

第８図および第９図は、第５図および第７図によって説
明した各実施例をそれぞれ変形した池の興なる実施例の
構成をそれぞれ示したものである。

上記の各実施例においては、何れも各光電変換回路６−
１〜６−Ｎから得られる出力、中の最大値の出力が、ホ
トダイオード７−１〜７−Ｎの出力の蓄積飽和レベル付
近に達したこと２検出する手段として、各光電変換回路
６−１〜６−Ｎの出力を、それぞれダイオ−ｖ１２−１
〜１２−Ｎを力して合成し、これを第６図に示したよう
に比較器１８に導いて検出するようにしているが、第８
図および第９図に示した実施例においては、何れもその
検出手段を、各光電置換回路６−１〜６−Ｎごとに設け
たシュミット回路２８−１〜２８−Ｎと、それらシュミ
ット回路の出力を入力とするオア回路２９とによって構
成したものである。なお、それ以外の部分については、
第８図のものは第５図のものと、また第９図のものは第
７図のものとそれぞれ同一の構成を有しているので、そ
れぞれ同一機能部分については同一符号を付して示しで
ある０ すなわち、第８図および第９図に示した本発明の名実施
例においては、第５図および第７図に示した前記各実施
例の構成において、各光電変換回路６−１−６−Ｎにお
けるダイオード１２−１〜１２−Ｎに代えて、スレツシ
ホールドレベルヲ実質上同一の適当なレベルに設定した
シュミット回路２８−ン〜２８−Ｎを用い、また第６図
の比較器１８に代えてオア回路２９を用い、それらシュ
ミット回路２８−１〜２８−Ｎから得られた各出力をオ
ア回路２９に導いて、それら各出力の論理和をモニタ出
力端子１５から得るようにしたものである。従って、第
８図および第９図において、図示しない外部制御回路か
らチャージ信号入力端子１４に供給されるチャージ信号
により、第１のゲート９−１〜９−Ｎが導通したとき、
各コンデンサ８−１〜８−Ｈに充電された電荷が、その
チャージ信号の途絶えに伴ない、ホトダイオード７−１
〜７−　Ｎの光Ｔｌｆ、流により放電し、これによって
生ずるＹ−１〜Ｙ−Ｎ点の電位上昇により、それら各点
Ｙ−１−Ｙ−Ｎのうち、どこか１箇所でもその電位が各
光電変換回路６二１〜６−Ｎの各シュミット回路２８−
１〜２８−Ｎの何れかにおいてスレッシホールドレベル
を越えると、オア回路２９の出力は高レベルとなり従っ
てモニタ出力端子１５の出力は高レベルとなる。この高
レベルに変る時点を図示省略の外部制御回路で検知し、
第５図および第７図の各実施例と同様に、その外部制御
回路から第８図に示した実施例のものでは転送信号を発
生させて転送信号入力端子１７に供給するようにし、ま
た第９図に示した実施例のものではホールド信号を発生
させてホールド信号入力端子２７に供給するようにした
ものである。このようにして前記シュミット回路２８−
１〜２８−Ｎのスレッシホールドレベルに関連してホト
ダイで、各シュミット回路２８−１〜２８−Ｎにおける
スレッシホールドレベルを適当なレベルに設定すること
によりホトダイオード７−１〜７−Ｎへの入射光量に応
じた適正な蓄積時間を得ることができる。

なお、これら第８図および第９図に示した各実施例にお
けるその池各部の動作については、第８図のものは第５
図で説明した実施例のものと、また第９図のものは第７
図で説明した実施例のものとそれぞれ同じであるので、
重複説明を避けるため説明を省略する。

以上の各実施例の説明から明らかなように、本発明の光
電変換装置によれば、比較的簡単な構成によって多数の
光電変換素子による画素出力の中から、最も出力電位の
高いものの所定のレベルに達したタイミングを検出し、
そのタイミングによって各光電変換素子の光電出力の蓄
積終了時点を制御するように構成したものであるから、
多数の光電変換素子からなる光電変換素子列上に投影さ
れる物体像の最も明るい画素の蓄積状態が、所定の一定
レベルに達した時点で蓄積時間を終了させることかでき
る。従って前記所定レベルを適当なレベルに設定するこ
とにより、前記物体像の形状の変化や、明るさの変化に
かかわりなく、常に適当な蓄積時間が得られる効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、従来の光電変換装置における光
電変換素子の蓄積時間制御手段の概略説明図、 第３図は、その従来例における難点を説明するための被
写体像の光強度分布の一例図、 第４図は、従来の池の蓄積時間制御方法の説明図、第５
図は、本発明の実施例の一例を示す回路構成図、 第６図は、第５図および第７図の各実施例に用いるタイ
ミング検出手段の一例を示す一部構成図、第７図ないし
第９図は、本発明の池それぞれ異なる各実施例をそれぞ
れ示す回路構成図である。 ６−１〜６−Ｎ・・・光電変換回路 ７−１〜７−Ｎ・・・ホトダイオード ８−１〜８−Ｎ・・・コンデンサ ９−１〜９−Ｎ・・・第１のゲート １０−１〜１０−Ｎ・・・第１のバッファ１１−１〜１
１−　Ｎ・・・第２のバッファ１２−１〜１２−Ｎ・・
・ダイオード １３−１〜１３−Ｎ・・・第２のゲート１４・・・チャ
ージ信号入力端子 １５・°°モニタ出力端子　　１６・・・電荷結合装置
１８・・・比較器　　　　　　１９・・・抵抗２０・・
・制御回路　　　　　２１・・・ビデオ出力端子２２−
１〜２２−Ｎ・・・第８のゲート２８−１〜２８−Ｎ・
・・保持コンデンサ２４・・・シフトレジスタ　　２５
．　２６・・・バッファ２７・・・ホールド信号入力端
子 ２８−１〜２８−Ｎ・・・シュミット回路２９・・・オ
ア回路 ｖ８８・・・直流電源正極側ライン ■ＤＤ・・・直流電源負極側ライン 第１図 第２図　　　　　第３図 〃を変讃素子番号 第４図 Ａ　　　　　　　　Ｂ 第５図 第６Ｌズ１ ′第７図 第８図 第９図 手続補正書 ｉｌｌイ和５和平８年７１８日 １、事件の表示 昭和５７年　特　、１′１　　願第１１４・９■（５号
２、発明の名称′ 光電変換装置 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 （０３７）−Ａリンバス光学工業株式会社１明細書第６
頁第７行目中のｒ　ＨＬ　Ｊを「Ｖ、」に１訂正する。 ２同第１０頁第８行目中のｒ　ＭＯＳ　ＦＥＴ　Ｊをｒ
ｈｏｓ　ＦＥＴ　１１．−　Ｉ　Ｊに訂正する。 ８、同第１２頁第１行目中の「飽和レブル」を「飽和レ
ベル」に訂正し、 同頁第１５行口中の「ゲート１１−１によって」を「ゲ
ート１８−１を介して」に訂正する。 ４同第１９頁第１５行目の「Ｉ　０−１−１　ｆｌ　−
Ｎ　−−−第１のバッファ」および第１６行目の「１ｌ
−ＩＮｌｌ−Ｎ−−一第２のバッファ」を削除し、代り
に「ｔｏ−１〜１１１−Ｎ、１１−１へ１１−Ｎ。 ２５．２６−−−バツフアを構成するＭＯＳ　ＦＥＴ　
Ｊを挿入する。 ５、同第２０頁第６行目の「２５．２６−−−バツフア
」を削除する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｌ　複数の光電変換素子と、それら各光電変換素子に生
   じた光電流電荷をそれぞれ蓄積する手段と、各蓄積手段
   に蓄積された電荷量に対応した出力をそれぞれ得るため
   の電荷電圧変換手段と、これらの電荷電圧変換手段の各
   出力中の最大出力が所定のレベルに達したタイミングを
   検出する手段とからなり、この検出手段によって検出さ
   れたタイミングに関連して前記各蓄積手段に蓄積された
   光電流電荷を一斉に読み出すよう構成したことを特徴と
   する光電変換装置。 以　前記検出手段は前記各電荷電圧変換手段の出力を、
   それぞれダイオードを介して合成し、これを比較器に導
   いて、前記所定のレベルと比較するように構成してなる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の光電変
   換装置。 ＆　前記検出手段は、前記各電荷電圧変換手段によって
   得られた各出力をそれぞれ入力とし、かつ前記所定のレ
   ベルに対応したスレッシホールドレベルに設定した複数
   のシュミット回路と、それら各シュミット回路の出力の
   論理和を出力するオア回路とによって構成したことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項に記載の光電変換装置。 表　前記各蓄積手段から一斉に読み出した光電流′心荷
   を電荷結合装置の断電画素ウェルにそれぞれ転送して時
   系列信号として取り出すように構成したことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項、第２項または第８項に記載の
   光電変換装置。 ５、　前記各蓄積手段から一斉に読み出した光電流電荷
   を、各保持コンデンサに−たん保持し、これを所定の順
   序で順次電荷量に対応した電圧として読み出すように構
   成したことを特徴とする特許請求の範囲第１項、第２項
   または第８項に記載の光電変換装置。