JP2668539B2 - イメージセンサーの電荷蓄積時間制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、写真撮影用カメラの焦点検出装置などと
して利用するところのイメージセンサーの電荷蓄積時間
制御装置に関する。

「従来の技術」 オートフォーカス機能を有する最近のカメラは被写体
光をイメージセンサーに入射させ、このビデオ信号（撮
像信号）から合焦検出を行なうようになっている。

イメージセンサーとしてはCCD素子やMOSセンサーを使
用したものが多く、一般には、イメージセンサーの受光
面に設けた基準領域と参照領域とに被写体像を結像さ
せ、基準領域の像に対して参照領域の像を一致させるこ
とにより合焦点を検出する、いわゆる位相差検出方式、
また、合焦時にはイメージセンサーに結像された被写体
像のコントラストが最大になることを利用した、いわゆ
るコントラスト検出方式が採用されている。

第12図は従来例として示したイメージセンサーのブロ
ック図を示している。

イメージセンサーは公知のCCD素子であり、基準領域
と参照領域とを有するセンサーアレイ11、リセットゲー
ト12、シフトゲート13、CCDシフトレジスタ14によって
構成され、また、イメージセンサーは近接させて設けた
モニタ用センサー15によるモニタ電圧Vmにより第13図及
び第14図に示した如く電荷蓄積時間が定められる。

すなわち、モニタ電圧Vmは第13図に示す如く、センサ
ーアレイ11と共にリセットパルスφｒを入力してアンプ
16より出力し、このモニタ電圧Vmが予め定められた設定
電圧Vtに達するまでの間にセンサーアレイ11が電荷を蓄
積する。

このように蓄積した電荷量はシフトパルスφｓの入力
によりCCDシフトレジスタ14に移された後、転送パルス
φ_１、φ_２にしたがいこのシフトレジスタ14から順次送
り出されてプリアンプ17よりビデオ信号電圧Vosが出力
する。

このビデオ信号電圧Vosはアンプ18より出力する補償
電圧Vcsと比較し、その差電圧をA/D変換器によってデジ
タル変換して信号処理回路に送り測距演算を行なう構成
となっている。

「発明が解決しようとする課題」 上記した従来例のような場合、モニタ用センサー15が
センサーアレイ11上の基準領域における平均的な輝度分
布をモニタするため、センサーアレイ11にコントラスト
比の高い像が撮影されたとき、また、画素の一部分に強
い光が当っているときなどには、第15図に示す電荷量曲
線Ａより分かる通り、一部分の画素が飽和してしまい正
確なビデオ信号電圧Vosが得られず、測距演算結果に誤
差が現われる。

この飽和を避けるために、モニタ電圧Vmの設定電圧Vt
を低いレベルに定めることが考えられるが、このように
すると、コントラスト比の低い被写体の検出の場合に電
荷蓄積量が少なくなり、ビデオ信号電圧VosのS/N比が悪
くなると共に、飽和領域から充分余裕をもったレベルで
電荷蓄積量を制限することとなり、イメージセンサーの
能力を効果的に利用せずに、S/N比の低い状態で使用す
ることとなって好ましくない。

また、上記した従来例の場合、モニタ用センサー15が
イメージセンサーと同一の被写体或いは被写体部所の光
を受けないため、被写体によっては意図した電荷蓄積量
のコントロールができないことがある。

一方、センサーアレイ11に投影される被写体像のコン
トラスト比が小さい場合には、ビデオ信号電圧Vosの信
号変化成分−（Vmax−Vmin）がビデオ信号電圧Vosと補
償電圧Vcsとの差電圧−（Vos−Vcs）の平均電圧に比べ
て遥かに小さいために、高分解能のA/D変換器が必要と
なる。

また、第14図より分かる通り、平均出力信号に相当す
るモニタ電圧Vmがリセットパルスφｒの入力された後よ
り一定の設定電圧Vtに達するまでの時間をイメージセン
サーの電荷蓄積時間としているので、上記した差電圧−
（Vos−Vcs）の平均電圧が一定なものとなり、このよう
な電圧を増幅してA/D変換器に入力することになる。ま
た、被写体の明るさが暗くモニタ電圧Vmが規定時間内に
設定電圧Vtに達しないような特殊な場合には、モニタ電
圧Vmのレベルに応じて上記した差電圧−（Vos−Vcs）を
増幅していた。このような場合にも、上記差電圧−（Vo
s−Vcs）の平均電圧に応じた増幅度となるため、明暗差
の少ない被写体の場合には有効にA/D変換することがで
きない。

本発明は上記した課題にかんがみ開発したもので、セ
ンサーアレイ11上の基準領域における平均的な輝度分布
をモニタして電荷蓄積時間を定める上記したような従来
方式に換えて、センサーアレイ11に入射する光のコント
ラスト比に応じて電荷蓄積時間を定めることと、コント
ラスト比が低いときでも有効に電荷蓄積時間を定めるこ
とができるイメージセンサーの電荷蓄積時間制御装置を
開発することを目的とする。

「課題を解決するための手段」 上記目的を達成するために、本発明では、CCD素子、M
OSセンサーなどのイメージセンサーに入射する光のう
ち、最も強い光が入射する画素の蓄積電荷量から最大光
検出信号を、最も弱い光が入射する画素の蓄積電荷量か
ら最小光検出信号を各々求め、これら検出信号の差信号
にもとずいて電荷蓄積時間を定めるイメージセンサーに
おいて、上記差信号が第１規定時間を経過する以前に所
定レベルに達したときには所定レベルに達した時点で電
荷蓄積時間を定めると共に、第１規定時間の経過時点で
所定レベルに達しない条件のもとでは、上記差信号によ
ってイメージセンサーの像判定が可能であるかぎり、こ
の第１規定時間の経過時点をもって、この像判定が適当
でないときには第１規定時間経過後の第２規定時間を経
過する時点もって各々電荷蓄積時間を定める構成とした
ことを特徴とするイメージセンサーの電荷蓄積時間制御
装置を提案する。

「作 用」 イメージセンサーに入射する光が通常のコントラスト
をもっておれば、最大光検出信号と最小光検出信号の差
信号が第１規定時間を経過する以前に所定レベルに達す
る。したがって、イメージセンサー出力により像判定が
充分であるとして所定レベルに達した時点で電荷蓄積動
作を停止させる。また、入射する光の明暗差が少ない場
合には、上記差信号が第１規定時間を経過しても所定レ
ベルに達しない。

この場合には、上記差信号を第１規定時間の経過時点
で判断し、この差信号によってイメージセンサーの像判
断が可能であるとき、第１規定時間を経過した時点で電
荷蓄積時間を停止させる。また、第１規定時間の経過時
点での判断で像判定が適当でないときには、第１規定時
間経過後の第２規定時間の経過時点で最終的に電荷蓄積
時間を停止させる。

「実施例」 次に、本発明の実施例について図面に沿って説明す
る。

第１図は本発明を焦点検出用のイメージセンサーに実
施した一例を示すコントロール回路のブロック図で、21
はセンサーアレイ、22はリセットゲート、23はシフトゲ
ート、24はCCDシフトレジスタであり、これらはイメー
ジセンサーを構成する従来例同様のものである。

このイメージセンサーが駆動制御回路25から送られ
る、リセットパルスφｒ、シフトパルスφｓ、転送パル
スφ_１、φ_２を入力して動作しビデオ信号Vosを出力す
ることについては既に述べたところである。

このイメージセンサーにはセンサーアレイ21に入射す
る光のうち、最も強い光が入射する画素の蓄積電荷量を
電気的に検出する最大光検出回路26と、最も弱い光が入
射する画素の蓄積電荷量を電気的に検出する最小光検出
回路27が設けられている。すなわち、センサーアレイ21
には第５図（ａ）、（ｂ）、第６図（ａ）、（ｂ）、第
７図（ａ）、（ｂ）に示すように蓄積電荷量の最大値と
最小値が現れるから、この最大値と最小値とを上記した
検出回路26、27によって検出する。第２図はこれら検出
回路26、27の具体例を示す回路図である。この具体例で
は、センサーアレイ21の各々の光電素子にゲートを接続
したＮチャンネルのMOS型FET28a、28b、28
c、、、、、、、によって、光電素子に蓄積された電荷
量をソースフォロアとして取り出し最小光に相当するVm
in信号を出力し、また、同様に接続されたＰチャンネル
のMOS型FET29a、29b、29c、、、、、より最大光に相当
するVmax信号を出力する構成としてある。

上記最大光検出回路26によって検出されたVmax信号は
アンプ30を介してサンプル／ホールド回路31に送り、こ
こでサンプリングしたVmax信号及びホールドされたVmax
信号をセレクタ回路32によって選択し差動増幅回路33に
入力する。

上記最小光検出回路27によって検出されるVmin信号は
アンプ34を介して今一つのサンプル／ホールド回路35に
送り、ここでサンプリングされたVmin信号及びホールド
されたVmin信号を差動増幅回路33に入力する。

サンプル／ホールド回路31、35は駆動制御回路25より
送られるサンプル／ホールド信号φshを入力して、サン
プル状態からホールド状態に切り換わる。

また、上記したセレクタ回路32は、セレクタ信号Sel
を入力して動作するアナログスイッチで構成してあり、
セレクタ信号SelがHigh電圧となることで、Vmax信号
を、Low電圧となることでアンプ36を介して送られるCCD
シフトレジスタ24からのビデオ信号Vosを各々選択し差
動増幅回路33に入力させる。

一方、最大光検出回路26のVmax信号は比較回路37に送
られ、予め定めた比較電圧Vtと比較される。

この比較電圧Vtはセンサーアレイ21の蓄積電荷量が飽
和に近づいたときのVmax信号を入力して比較回路37を反
転させるように定めてある。すなわち、センサーアレイ
21に入射する被写体光が明るく、その部分光によって電
荷蓄積が飽和に近づくと、比較回路37がその部分光に応
じたVmax信号により反転する。

例えば、Vmax信号がセンサーアレイ21の飽和レベルの
80％程度となった時、比較回路37が反転する。

比較回路37の反転出力はシフトパルス制御回路38に入
力する。

このシフトパルス制御回路38はシフト選択信号Ssを入
力して切り換わり、この信号SsがLowレベルであると
き、比較回路37の反転出力が入力可能となり、この信号
SsがHighレベルになると、上記反転出力の入力を阻止
し、外部からシフト信号Esを入力する。そして、反転出
力の入力にしたがって、また、シフト信号Esの入力にし
たがってシフト制御信号Scを駆動制御回路25に送る。

シフト信号Esはモニタ動作によって差動増幅回路33の
増幅度が被写体の明暗差にしがって設定された後に、後
述するマイクロコンピュータより送られるもので、シフ
トパルス制御回路38にこのシフト信号Esを入力してシフ
ト制御信号Scを出力している間は比較回路37からの反転
出力の入力が阻止される。この状態で駆動制御回路25に
送られたシフト制御信号Scは適当なパルスに整形され、
シフトパルスφｓとしてシフトゲート23に送られる。

また、被写体の明暗度によって差動増幅回路33の増幅
度が設定される前、すなわち、モニタ動作中に比較回路
37からの反転出力がシフトパルス制御回路38に入力した
ときには、上記同様に駆動制御回路25がシフト制御信号
Scの入力によって上記同様にシフトパルスφｓをシフト
ゲート23に送り、また、シフト制御信号Scが送られたこ
とをシフトモニタ回路39が監視する。シフトモニタ回路
39はシフト制御信号Scを監視してセンサーアレイ21が次
回の電荷蓄積を開始するまで被写体の明暗差モニタを行
なわないように動作する。

上記したイメージセンサーのコントロール回路は第３
図のブロック50のようにマイクロコンピュータ60との間
で各種の信号授受が行なわれる。マイクロコンピュータ
60から入力する信号として、既に説明したシフト選択信
号Ss、シフト信号Esの他に、スタート信号St、増幅度選
択信号Asel、転送制御信号φcntがある。

スタート信号Stはセンサーアレイ21の電荷蓄積の開始
を指令する信号である。

増幅度選択信号Aselは差動増幅回路33の増幅度を設定
する信号である。

転送制御信号φcntはCCDシフトレジスタ24を高速で駆
動する制御信号である。通常時には差動増幅回路33の出
力信号VoがA/D変換できるスピードでこのシフトレジス
タ24の信号取り出しが行なわれるが、ビデオ信号Vosが
不要なときに、このシフトレジスタ24を高速で駆動し、
不要電荷をはき出させる。

マイクロコンピュータ60へ出力する信号としては差動
増幅回路33の出力信号Vo及びA/Dタイミング信号Sadがあ
る。

出力信号Voは、モニタ動作時に出力する被写体の明暗
差に応じた出力信号−Am（Vmax−Vmin）と、イメージセ
ンサーからビデオ信号Vosを入力したときの出力信号−A
s（Vos−Vmin）とがある。

A/Dタイミング信号Sadは、CCDシフトレジスタ24とマ
イクロコンピュータ60に含むA/D変換器のタイミングを
計る信号で、差動増幅回路33の出力信号Voが安定しA/D
変換が可能であることを伝達する信号である。

次に、上記したイメージセンサーのコントロール回路
の動作について第４図に示すタイムチャートを参照しな
がら説明する。

（１） モニタによる増幅度の設定 スタート信号StがHigh電圧として入力することにより
駆動制御回路25からは、Low電圧としてリセット信号φ
ｒが出力しセンサーアレイ21に電荷蓄積を開始させる。
駆動制御回路25はスタート信号Stと共にシフト選択信号
SsがLow電圧として入力することにより、サンプル／ホ
ールド信号φshとセレクト信号Selが共にHigh電圧とし
て出力する。

サンプル／ホールド信号φshはサンプル／ホールド回
路31、35を共にサンプルホールドに保持し、また、セレ
クト信号SelはVmax信号を選択するようにセレクタ回路3
2を切り換える。また、シフトパルス制御回路38がシフ
ト選択信号Ssを入力して比較回路37からの反転出力を入
力する態勢に移る。

なお、差動増幅回路33には各々の回路構成を考慮して
予め定めた増幅度Amに設定するように増幅度選択信号As
elを供給する。

上記の状態でセンサーアレイ21の電荷蓄積が進み、最
大光検出回路26によって検出されたVmax信号と最小光検
出回路27によって検出されたVmin信号が各々サンプル／
ホールド回路31、35によりサンプリングされ差動増幅回
路33に入力する。

したがって、差動増幅回路33からは、 Vm＝−Am（Vmax−Vmin） ……（１） の出力信号Voが送り出される。

上記の出力信号Vo＝VmはA/D変換されてマイクロコン
ピュータ60によってデータ処理され、その出力信号Vo＝
Vm処理値がこのコンピュータ60によって予め定められた
規定時間内に所定レベルに達した時、マイクロコンピュ
ータ60が演算処理した増幅度選択信号Aselが第５図
（ｃ）、（ｄ）、第６図（ｃ）、（ｄ）、第７図
（ｃ）、（ｄ）に示したモニタ信号Vo＝Vmとして送ら
れ、差動増幅回路33の増幅度Amがセンサーアレイ21に投
影された被写体像の明暗差にしたがった一定の増幅度と
して新たに増幅度Asが設定される。

この増幅度Asは、 As＝（Vf/Vm）・Am ｋ ……（２） となるように設定する。なお、VfはA/D変換器のフルス
ケールである。Ｋは定数であり、上記したモニタ動作の
ときと、以下に述べるビデオ信号Vosを出力させるとき
とのセンサーアレイ21の特性の違いを考慮して定めた安
全係数であり、0.8程度に定めることが好ましい。

第５図（ｂ）、第６図（ｂ）、第７図（ｂ）のように
蓄積電荷量が少なく上記出力信号Vo＝Vmの演算処理値が
規定時間内に所定レベルに達しないときには、この規定
時間の経過によって増幅度選択信号Aselが送られ、第５
図（ｄ）、第６図（ｄ）、第７図（ｄ）に示したモニタ
信号Vo＝Vmとして送られ上記出力信号Vo＝Vmの値に応じ
た増幅度として上記増幅度Asが設定される。この場合、
出力信号Vo＝Vm処理値のレベルを判断し、第５図
（ｂ）、第７図（ｂ）のようにA/D変換に不充分である
ときは、差動増幅回路33の出力信号VoがA/D変換に適す
るように増幅度Asが切り換えられる。

増幅度選択信号Aselを３ビットの信号で供給すると仮
定すれば、増幅度Asは次の第１表のようにして設定する
ことができる。

（２） ビデオ信号Vosの出力動作 上記したように、差動増幅回路33の出力信号Vo＝Vmに
相当するモニタ信号によって、この増幅回路33が増幅度
Asに設定された後に、シフト選択信号SsがLow電圧からH
igh電圧に変わり、シフトパルス制御回路38がシフト信
号Esを入力する態勢に移り、これ以後はモニタ動作が再
度行なわれるまで比較回路37の反転出力の入力を禁止す
る。

シフト信号Esはシフト選択信号Ssがhigh電圧となった
後にマイクロコンピュータ60より送られる正パルス信号
であり、この信号Esの入力によってシフトパルス制御回
路38より出力されるシフト制御信号Scが駆動制御回路25
に送られ、既に述べたように、シフトパルスφｓが供給
され、センサーアレイ21の蓄積電荷がCCDシフトレジス
タ24に移される。また、シフトパルスφｓがシフトゲー
ト23に送られると、リセットパルスφｒがLow電圧からH
igh電圧となり、センサーアレイ21の電荷蓄積が中止す
る。このように、シフト信号Esがコントロール回路に供
給された時、つまり、出力信号Vo＝Vm処理値が所定レベ
ルに達した時、また、規定時間を経過した時にセンサー
アレイ21の電荷蓄積が中止されるため、電荷蓄積時間が
−（VmaxーVmin）にしたがって定まり、コントラスト比
が高ければ短い時間となり、コントラスト比が高くなれ
ば長い時間となる。

一方、シフト選択信号SsがLow電圧からHigh電圧に変
わることで、セレクト信号SelがHigh電圧からLow電圧に
変わり、セレクタ回路32がVmax信号を通過させる状態か
ら、ビデオ信号Vosを通過させるように切り換わり、ま
た、サンプル／ホールド信号φshもHigh電圧からLow電
圧に変わり、サンプル／ホールド回路31、35がホールド
状態に保持される。スタート信号Stは所定時間の経過後
にHigh電圧からLow電圧となり、これと同時に転送パル
スφ_１、φ_２がCCDシフトレジスタ24に入力して、この
シフトレジスタ24のデータが順次シリアルに送り出さ
れ、ビデオ信号Vosが出力する。

これより、差動増幅回路33にはビデオ信号Vosとホー
ルドされたVmin信号が入力し、その出力信号Voが Vs＝−As（Vos−Vmin） ……（３） として出力される。

この出力信号Vo＝Vsは転送パルスφ_１、φ_２に同期し
て１画素づつ順次出されA/D変換器に送られ、A/D変換さ
れた画素データが記憶演算部に順次記憶される。

測距演算に必要な全画素データが記憶演算部に格納さ
れると、モニタ増幅度Amを再度設定し、上記したモニタ
動作に移る。

なお、第４図において、Tiは電荷蓄積時間、TsはCCD
シフトレジスタ24からの電荷信号取り出し時間、Toは演
算処理時間を示し、Ti₂は第２回目の電荷蓄積時間であ
る。

上記（２）、（３）式より分かる通り、被写体の最大
明暗差にしたがう増幅度Asでビデオ信号VosとVmin信号
との差が増幅されるので、明暗差の小さい場合には増幅
度Asを大きく、明暗差の大きい場合には増幅度Asが小さ
くなる結果、明暗差の小さい被写体のときでも出力信号
Vsが極めて高精度でA/D変換されるようになる。

例えば、フルスケール4VのA/D変換器を使用したとす
れば、（Vmax−Vmin）が100mVのときは増幅度As＝40、
（Vmax−Vmin）が500mVのときは増幅度As＝８として−
（Vos−Vmin）信号を増幅する。また、ビデオ信号Vosは
第９図に示すように現れるが、このビデオ信号Vosをそ
のまま増幅することなく、−（Vos−Vmin）信号として
真の信号変化成分のみを増幅するので、信号の変化を高
精度で捕らえることができる。

例えば、100:90の被写体光を100の分解能でA/D変換し
ても90〜100の信号を得るものであるが、−（Vos−Vmi
n）信号を10倍増幅してA/D変換すれば、０〜100の信号
を得ることができ、10倍の分解能をもったA/D変換器を
使用したことと同等となって効果的である。

なお、第９図には明暗差の大きい場合を示している
が、カメラの焦点検出ではもっと小さい明暗差となる。

（３） センサーアレイの飽和の監視動作 被写体の明暗差のモニタ中にセンサーアレイ21が電荷
蓄積の飽和レベルに近づいたか否かを比較回路37で検出
する。（第８図参照） 既に述べたように、比較回路37は被写体光が明るくセ
ンサーアレイ21が飽和レベルに近づいたときVmax信号を
入力して反転し、反転出力をシフトパルス制御回路38に
送る。このときシフト選択信号SsはLowとなっており、
シフトパルス制御回路38が上記反転出力を入力してシフ
ト制御信号Scを駆動制御回路25に送る。したがって、上
記の状態がシフトモニタ回路39によって監視されると共
に、CCDシフトレジスタ24へ蓄積電荷が移される。

ただし、この時点では差動増幅回路33の出力信号Vo＝
Vm＝−Am（Vmax−Vmin）のデータ処理値が所定レベルに
達しておらず、規定時間も経過していないからシフト選
択信号SsがLow電圧となっているため、サンプル／ホー
ルド回路31、35がサンプル状態、セレクタ回路32がVmax
信号の選択状態となっている。したがって、この場合に
は、増幅度選択信号Ase1を再度設定し、上記（１）式の
出力信号Vm処理値が所定レベルに達するようにする。こ
れにより、シフト選択信号SsがLow電圧からHigh電圧に
変わることで、サンプル／ホールド回路31、35がホール
ドモード、セレクタ回路32がビデオ信号Vosの選択モー
ドとなり、差動増幅回路33が上記（３）式にしたがった
出力信号Vo＝Vsを出力する。

上記動作の場合には、センサーアレイ21の電荷蓄積時
間が比較回路37の反転出力にしたがって停止する。

（４） 強制的な実行動作 暗黒中のような場合には、規定時間内に明暗差モニタ
の出力信号Vo＝Vm処理値が所定レベルに達せず、また、
比較回路37も反転しない。このときには、マイクロコン
ピュータ60によって規定時間を計測するようにするが、
規定時間には第１規定時間と、この第１規定時間より長
い第２規定時間を設け、第１規定時間を経過した時点で
出力信号Vo＝Vm処理値のレベル判断結果にもとずき、こ
の時点で、シフト選択信号SsをHigh電圧としてシフト信
号Esを有効として入力することにより、CCDシフトレジ
スタ24に蓄積電荷を移す。

例えば、第６図（ｂ）に示したような場合には出力信
号Vo＝Vm処理値が所定レベルの1/4以上あり、被写体パ
ターンによってコントラスト判定、測距演算が可能であ
るとき、或いは、前回取り入れたデータにもとづいたコ
ントラスト判定結果より現在のモニタによる出力信号Vo
＝Vm処理値のレベルでも測距演算可能と判断したとき、
さらには、センサーアレイ21上の被写体像の移動速度が
大きく（レンズ移動中等）これ以上電荷蓄積時間を延長
しても無意味と判断したとき等においては第１規定時間
の経過時点でシフト選択信号SsをHigh電圧としてシフト
信号Es（High）を強制的に与える。

上記した第１規定時間内に蓄積電荷がCCDシフトレジ
スタ24に移されない条件の場合には、第２規定時間まで
電荷蓄積時間を延長し、第２規定時間に達した時無条件
にシフト選択信号SsをHigh電圧としてシフト信号Es（Hi
gh）を送りシフトパルスを発生させ、センサーアレイ21
に蓄積された電荷をCCDシフトレジスタ24に移すように
する。

この場合には、出力信号Vo＝Vmの上昇によってコント
ラスト判定が可能になり、また、コントラスト判定がで
きないこともある。

したがって、上記のような動作となるときには、セン
サーアレイ21の電気蓄積時間が第１または第２の規定時
間によって定まることになる。

第10図は第１図に示す出力回路のフローチャートであ
る。

図示するように、ステップST₂において増幅度Amを設
定し、センサーアレイ21の電荷蓄積を開始させ、その
後、ステップST₃では出力信号Vmが（具体的にはマイク
ロコンピュータ60の演算処理値）所定レベルに達したか
否かが判断されて、所定レベルに達したときにはステッ
プST₆に進み増幅度Asが設定され、次にステップST₇で−
（Vos−Vmin）信号が増幅後にA/D変換される。

測距演算が行なわれた後再度測距するか否かの判断が
ステップST₁₀で行なわれるが、再度測距する場合にはVm
ax信号が比較電圧Vtに達しているか否かをステップST₁₁
で判断し、比較電圧Vtに達しておれば初期のステップST
₁に戻り不要電荷の高速はき出しが行なわれ、その後、
上記のループにしたがう動作となり、比較電圧Vtに達し
ていないときにはステップST₃に戻って出力信号Vm処理
値のレベル判定ステップから進むことになる。

また、ステップST₃で出力信号Vm処理値が所定レベル
に達しておらず、Vmax信号が比較電圧Vtに達すると、電
荷蓄積の飽和の監視にしたがって増幅度Amが再設定され
ステップST₆に移り、さらに、規定時間が経過しても出
力信号Vm処理値が所定レベルに達しないときには同様に
増幅度Amが再設定されステップST₅からステップST₆に移
り、その後、−（Vos−Vmin）信号の増幅、出力信号Vs
のA/D変換が行なわれる。

次に、センサーアレイ21の電荷蓄積開始時点をいろい
ろ変えて実行した例を示すタイムチャートを第11図に示
す。

この図において、フェーズPh₁はVmax信号が比較電圧V
tに達した結果実行された例を示し、Ti₁は電荷蓄積時
間、Ts₁はCCDシフトレジスタ24の信号取り出し時間、To
₁はデータの演算処理時間を各々示している。なお、こ
の場合増幅度AmがAm₁に再設定される。

フェーズPh₂は信号取り出し時間Ts₁が終った後直ちに
電荷蓄積を開始させた例を示し、Ti₂、Ts₂、To₂は同様
に電荷蓄積時間、信号取り出し時間、演算処理時間を示
している。

フェーズPh₃は、信号取り出し時間Ts₂が終わった後直
ちに電荷蓄積を開始させた例で、この場合には、演算処
理時間To₂中にVmax信号が比較電圧Vtに達したため、時
間Teの間に電荷の高速はき出しが行なわれ、その後、フ
ェーズPh₄の電荷蓄積時間Ti₄が開始される。

フェーズPh₄では、シフト時の出力信号Vo＝Vm値によ
り、Vos−Vminの増幅度−As₂を選択しいる。

フェーズPh₅では、電荷蓄積時間Ti₄の終了後、電荷蓄
積時間Ti₅を開始させた例で、演算処理時間To₄中に蓄積
時間Ti₅が終了し、直ちに信号取り出し時間Ts₅に入って
いる。

フェーズPh₆は、電荷蓄積時間Ti₆が規定時間より長く
なり、シフト信号Esが強制的に与えられて実行された例
である。

以上、CCD素子を使用したイメージセンサーを例にと
って説明したが、本発明は他の同様の素子、例えば、MO
Sセンサーを使用したイメージセンサーについても同様
に実施することができる。

「発明の効果」 上記した通り、本発明によれば、イメージセンサーの
電荷蓄積時間が、入射する光の最大明暗差信号が所定レ
ベルに達した時に定まると共に、所定レベルに達しない
ときには第１または第２規定時間の経過時点で上記差信
号にもとずいて定まる。したがって、センサーアレイ上
の平均的な輝度分布をモニタして、モニタ電圧が一定電
圧に達したことを検出して電荷蓄積時間を定める従来の
ものにに比べ、S/N比の高い必要な信号成分のみを取り
出すことが可能になり、また、入射する光が高輝度、低
輝度である場合でも必要な画素データ信号を正確に取り
出すことができる。このことから、カメラの焦点検出な
どに利用して極めて有利なイメージセンサーの電荷蓄積
時間制御装置となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はカメラの焦点検出装置のイメージセンサーコン
トロール回路として本発明を実施したブロック図、第２
図は上記コントロール回路に備えた最大光検出回路と最
小光検出回路の具体例を示す回路図、第３図は上記コン
トロール回路とマイクロコンピュータとの信号授受状態
を示すブロック図、第４図は上記コントロール回路の動
作を示すタイムチャート、第５図、第６図及び第７図
は、モニタでの差動増幅回路出力信号とモニタ信号を、
低輝度、中輝度、高輝度毎に示した説明図、第８図は上
記イメージセンサーが備えるセンサーアレイの電荷蓄積
状態を示す図、第９図は上記イメージセンサーが備える
CCDシフトレジスタから取り出されるビデオ信号を示す
図、第10図は上記コントロール回路のフローチャート、
第11図は上記センサーアレイの電荷蓄積開始点をいろい
ろ変えて実行した例を示すタイムチャート、第12図〜第
15図は従来例を示し、第12図はイメージセンサーのブロ
ック図、第13図はイメージセンサーの動作波形図、第14
図はモニタ電圧を示す説明図、第15図はセンサーアレイ
に蓄積された電荷量を示す図である。 21……センサーアレイ 24……CCDシフトレジスタ 25……駆動制御回路 26……最大光検出回路 27……最小光検出回路 31、35……サンプル／ホールド回路 32……セレクタ回路 33……差動増幅回路 37……比較回路 38……シフトパルス制御回路 39……シフトモニタ回路

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】CCD素子、MOSセンサーなどのイメージセン
   サーに入射する光のうち、最も強い光が入射する画素の
   蓄積電荷量から最大光検出信号を、最も弱い光が入射す
   る画素の蓄積電荷量から最小光検出信号を各々求め、こ
   れら検出信号の差信号にもとずいて電荷蓄積時間を定め
   るイメージセンサーにおいて、上記差信号が第１規定時
   間を経過する以前に所定レベルに達したときには所定レ
   ベルに達した時点で電荷蓄積時間を定めると共に、第１
   規定時間の経過時点で所定レベルに達しない条件のもと
   では、上記差信号によってイメージセンサーの像判定が
   可能であるかぎり、この第１規定時間の経過時点をもっ
   て、この像判定が適当でないときには第１規定時間経過
   後の第２規定時間を経過する時点をもって各々電荷蓄積
   時間を定める構成としたことを特徴とするイメージセン
   サーの電荷蓄積時間制御装置。