JP2706943B2 - イメージセンサー用制御装置 - 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用制御装置に関
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、この画像データ信号
（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17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18図及
び第19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18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より画像データ信号電圧Vosが
出力する。

この画像データ信号電圧Vosはアンプ18より出力する
補償電圧Vos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
比の高い像が投影されたとき、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20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
確な画像データ信号電圧Vosが得られず、測距演算結果
に誤差が現れる。

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に場合に電
荷蓄積量が少なくなり、画像データ信号電圧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蓄積電荷量
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、画像データ信号電圧Vos
の信号変化成分−（Vmax−Vmin）が画像データ信号電圧
Vosと補償電圧Vos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19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
スト比の判断を高精度で行なうようにすることと、電荷
蓄積の繰返し能率を高めることと、イメージセンサーか
ら出力する画像データ信号の処理精度を高めることがで
きるイメージセンサー用制御装置を開発することを主な
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、第１の発明
として、CCD素子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る光検出手段と、上記
最大光検出信号と最小光検出信号とを入力してこれらの
差信号を出力する差動増幅回路手段とを備えると共に、
上記差信号にもとずいて当該差動増幅回路手段の増幅度
を設定した後、この差動増幅回路手段がイメージセンサ
ーから取り出した画像データ信号を増幅するように切り
換える切換手段を備えたことを特徴とするイメージセン
サー用制御装置を提案する。

第２の発明は、第１の発明の制御装置において、イメ
ージセンサーから取り出された画像データ信号を増幅出
力する増幅回路手段の増幅度を上記差動増幅回路手段と
共に上記差信号にもとずいて設定する増幅度設定手段を
含む制御手段を設けたことを特徴とする。

第３の発明として、CCD素子などのイメージセンサー
の電荷蓄積時間Ti、画像データ信号取り出し時間Ts、画
像データ信号の演算処理時間Toの関係が、Ti＞Ts＋Toと
なるときには、先行の電荷蓄積時間Tiの経過後に後行の
電荷蓄積を開始させると共に、Ti＜Ts＋Toとなるときに
は、To＜Ti＜Ts＋Toの条件において先行の取り出し時間
Tsの経過後に、Ti＜Toの条件において先行の演算処理時
間Toの経過後に各々後行の電荷蓄積を開始させる制御手
段を設けたことを特徴とするイメージセンサー用制御装
置を提案する。

第４の発明として、CCD素子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る光検出
手段を含み、上記最大光検出信号と最小光検出信号との
差信号にもとずいて上記イメージセンサーの電荷蓄積を
停止させる第１の停止制御手段と、最も強い光が入射す
る画素の蓄積電荷量が飽和近くになったときの上記最大
光検出信号に応動し、上記第１の停止制御手段に優先し
て上記イメージセンサーの電荷蓄積を停止させる第２の
停止制御手段とを備え、さらに、上記した第２の停止制
御手段による電荷蓄積停止の時点が先行する画像データ
信号の取り出し中またはそのデータ信号の演算処理中で
あるときには、イメージセンサーより蓄積電荷を一旦は
き出させ、先行の演算処理時間の経過後に電気蓄積を開
始させる開始制御手段を設けたことを特徴とするイメー
ジセンサー用制御装置を提案する。

第５の発明は、第４の発明の制御装置において、第２
の停止制御手段による電荷蓄積停止の時点が先行する画
像データ信号の取り出し中またはそのデータ信号の演算
処理中であるときには、イメージセンサーより蓄積電荷
を高速にはき出させ、先行の演算処理時間の経過後に電
荷蓄積を開始させる開始制御手段を設けたことを特徴と
する。

「作 用」 上記制御装置では、イメージセンサーに入射する光の
最大光検出信号と最小光検出信号との差信号にもとづい
て制御するので、コントラスト比が高く一部の画素に強
い光が当るような場合でも正確な画像データ信号を取り
出せる。

また、コントラスト比が低いときには上記差信号の演
算処理のためのA/D変換が困難になるが、差動増幅回路
手段の増幅度がこの差信号に応じて設定され、例えば、
コントラスト比が低いときには大きく、コントラスト比
が高いときには小さく増幅度が定められるため、上記差
信号のA/D変換には高分解能のものを要せず、また、差
信号の演算処理値の判断が正確となる。

上記したところの差動増幅回路手段は、イメージセン
サーの電荷蓄積を停止してモニタした後に切換手段によ
り切り換えて、イメージセンサーより取り出した画像デ
ータ信号を増幅出力させることができ、また、画像デー
タ信号の増幅回路手段を別に設ける場合には、この増幅
回路手段の増幅度を上記したモニタ用の差動増幅回路手
段と共に差信号にもとずいて設定することにより、コン
トラスト比の低いときの画像データ信号についてもA/D
変換が容易に行なわれる。

一方、上記制御装置では、イメージセンサーの電荷蓄
積時間の長短にしたがって、先行の電荷蓄積が終了した
直後、データ信号取り出し直後、或いは演算時間の経過
直後に後行の電荷蓄積を開始させるので、電荷蓄積の繰
り返しが効率的となる。さらに、モニタ中に入射光が急
激に明るくなったとき、すなわち、画素の蓄積電荷量が
飽和するような場合には、第１の停止制御手段に優先し
て第２の停止制御手段により電荷蓄積が停止される。こ
のように停止制御されたとき、その停止時点が先行の演
算時間前となるときには、データ取り込み時のCCD駆動
クロックに比べ高速（高周波数）なCCD駆動クロックに
切り換え高速に電荷をはき出させ、その後、再度電荷蓄
積を開始させる。

「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
施した制御装置のブロック図で、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２点鎖線をもって示すイメ
ージセンサー25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25が駆動制御回路26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を入力して動作し画像データ信号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25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27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28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27、28によって検出する。

第４図はこれら検出回路27、28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FET29
a、29b、29c・・・・・・・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Vmin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FET30a、30b、30c・・・・・・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27によって検出されたVmax信号は
アンプ31を介してサンプル／ホールド回路32に送り、こ
こでサプリングしたVmax信号及びホールドされたVmax信
号をセレクタ回路33によって選択し差動増幅回路34に入
力する。

上記最小光検出回路28によって検出されるVmin信号は
アンプ35を介して今一つのサンプル／ホールド回路36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34に入力する。

サンプル／ホールド回路32、36は駆動制御回路26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、L
ow電圧となることでアンプ37を介して送られるCCDシフ
トレジスタ24からの画像データ信号Vosを各々選択し差
動増幅回路34に入力させる。

上記構成のモニタ装置は、サンプル／ホールド回路3
2、36を共にサンプリングモードに、セレクタ回路33をV
max信号の選択状態に切り換えてモニタ動作させる。

上記の上記状態でセンサーアレイ21に電荷蓄積を開始
させると、入射する被写体光のコントラスト比にしたが
う画素の蓄積電荷量から最大光検出信号（以下、Vmax信
号という）と最小光検出信号（以下、Vmin信号という）
とが各検出回路27、28によって検出される。

Vmax信号はサンプル／ホールド回路32によりサンプリ
ングされた後セレクタ回路33を通って差動増幅回路34に
入力する。

Vmin信号はサンプル／ホールド回路36によってサンプ
リングされて差動増幅回路34に入力する。

これより、差動増幅回路34はその出力信号Voとして−
Am（Vmax−Vmin）を出力する。なお、Amは増幅度であ
る。

上記出力信号Voは演算処理回路（例えば、マイクロコ
ンピュータ）に送られ、A/D変換後に演算処理される。

また、演算処理回路は出力信号Vo（差信号）の演算処
理値に応じた増幅度選択信号Vselを差動増幅回路34に送
る。すなわち、増幅前の出力信号が大きいときには増幅
度を小さく、増幅後の出力信号が小さい場合は増幅度を
大きくするように新たに増幅度Asを設定する。具体的に
は増幅前の出力信号が低いときでもA/D変換が充分可能
になるように出力信号Voを調整する。

このようにして、演算処理値からVmax信号とVmin信号
の差信号がモニタされたときは、センサーアレイ21の蓄
積電荷量から画像判断が可能になるから、演算処理回路
が駆動制御回路26よりシフトパルスφｓを出力するよう
に制御する。これより、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。なお、このときには
センサーアレイ21の電荷蓄積を停止させる。

また、駆動制御回路26が上記のようにモニタされた後
に、サンプル／ホールド回路32、36を共にホールドモー
ドに切り換えると共に、セレクタ回路33が画像データ信
号Vosを選択するように切り換え、この状態で転送パル
スφ_１、φ_２を出力する。

したがって、CCDシフトレジスタ24から取り出された
画像データ信号VosとホールドされたVmin信号を入力し
た差動増幅回路34が出力信号としてVo＝−As（Vos−Vmi
n）を出力する。この出力信号Voが演算処理回路に送ら
れ、A/D変換後に測距演算される。

上記実施例では差信号（Vmax−Vmin）のモニタと画像
データ信号Vosの増幅とで回路切換を行なって一つの差
動増幅回路34を兼用しているが、第２図に示した如く、
モニタ用の差動増幅回路38と、画像データ信号Vosの増
幅用の差動増幅回路39とを設けてもよい。

また、差動増幅回路38の出力信号Vo₁の演算処理値か
ら定まる増幅度選択信号Vselはこれら２つの差動増幅回
路38、39に送り新たに増幅度Asを設定する。この実施例
ではVo₁＝−As（Vmax−Vmin）、Vo₁＝−As（Vos−Vmi
n）となる。

第３図は上記したイメージセンサー25をモニタ用とし
て、このVmax信号とVmin信号の差動増幅回路38より求
め、また、画像データ信号Vosの取り出し用のイメージ
センサー40を別に設け、このデータ信号Vosを差動増幅
回路39によって増幅する構成とした実施例である。この
実施例の場合には、イメージセンサー40に最小光検出回
路41を設け、Vmin信号をサンプル／ホールド回路42によ
ってホールドして差動増幅回路39へ入力する構成とす
る。なお、このように実施する場合には、イメージセン
サー25に換えてホトダイオードなどで構成した受光セン
サーを使用してもよい。

次に、本発明の実施例について詳細に説明する。第８
図は第１図の実施例に、比較回路43、シフトパルス制御
回路44を設けた制御装置である。比較回路43は、Vmax信
号と予め定めた比較電圧Vtとを比較し、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
して反転する。

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画素の蓄積電荷量が飽和に近
づくと、比較回路43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43が反転する。

比較回路43の反転出力はシフトパルス制御回路44に入
力する。

このシフトパルス制御回路44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43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26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34の
増幅度が被写体の明暗差にした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44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43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26
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、被写体の明暗差によって差動増幅回路34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
43からの反転出力がシフトパルス制御回路44に入力した
ときには、上記同様に駆動制御回路26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45が監視する。シフトモニタ回路
45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25の制御装置は第９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、増幅度選
択信号Aselの他に、スタート信号St、転送制御信号φcn
t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。

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34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、画像データ信号Vo
s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34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、既に述べたように、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−Vm
in）と、イメージセンサー25から画像データ信号Vosを
入力したときの出力信号−As（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34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25の制御装置の動作
について第10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26からは、Low電圧としてリセット信号φ
ｒが出力してセンサーアレイ21に電荷蓄積を開始させ
る。駆動制御回路26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32、36を共にサンプルモードに保持し、また、セレク
タ信号SelはVmax信号を選択するようにセレクタ回路33
を切り換える。また、シフトパルス制御回路44はシフト
選択信号Ssを入力して比較回路43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34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27によって検出されたVmax信号と最小光検
出回路28によって検出されたVmin信号が各サンプ／ホー
ルド回路32、26によりサンプリングされた差動増幅回路
34に入力する。

したがって、差動増幅回路34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、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を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が差動増幅回路34に送
られ、その増幅度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、以下に述べる画像データ信号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変換が不充分である
ときは、差動増幅回路34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） 画像データ信号Vosの出力動作 上記したように、差動増幅回路34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34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44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43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44より出力されるシフト制御信号Scが駆動制御回路26
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の電荷蓄積が停止す
る。

（第１の停止制御手段による停止） このように、シフト信号Esが制御装置に供給された
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
−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ければ長い
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33がVmax信号を通過させる状態か
ら、画像データ信号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32、36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Lo
w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、画像データ信号Vo
sが出力する。

これより、差動増幅回路34には画像データ信号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
れた画素データ信号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信号が記憶演算部に格
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10図において、Tiは電荷蓄積時間、TsはCCD
シフトレジスタ24からの画像データ信号取り出し時間、
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、Vmax信号とVmin信号の差
及び画像データ信号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周力信号Vm及び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、画像データ信号Vosは第12図に示すよう
に現われるが、この画像データ信号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−Vmin）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を同等となって効果的
である。

なお、第12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も小さい明暗差とな
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43で検出
する。（第11図参照） 既に述べたように、比較回路43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
入力して反転して、反転出力をシフトパルス制御回路44
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44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26に送る。したがっ
て、上記の状態がシフトモニタ回路45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34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32、36がサンプル状態、セレクタ回路33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Asel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32、36がホールド
モード、セレクタ回路33が画像データ信号Vosの選択モ
ードとなり、差動増幅回路34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43の反転出力にしたがって停止する。（第
２の停止制御手段による停止） （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43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信号にもとずい
て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の電荷蓄積時間が第１または第２の規定時
間によって定まることになる。

第13図は第８図に示す制御装置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が限定され、次にステップST₁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に達したおれば初期のステップST
₂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利値
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SR₅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14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を選択している。

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
なって、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。

上記のようにセンサーアレイ21の電荷蓄積開始時点が
蓄積電荷量に応じていろいろ変わるが、この開始時点に
ついて第15図及び第16図を参照しながら説明する。

開始時点は電荷蓄積時間Tiが長いか短いかによって定
め、先行フェーズの演算処理が終了するまでは、後行フ
ェーズの信号取り出しが開始しないようにする。

すなわち、CCDシフトレジスタ24からの画像データ信
号Vosの取り出し時間Tsと、このデータ信号Vosの演算処
理時間Toとは構成上予め定まる一定の時間となるから、
これらの時間Ts、Toと電荷蓄積時間Tiとマイクロコンピ
ュータ60が比較演算して開始時点を定める。つまり、ス
タート信号Stの発生時点を定める。第15図（ａ）は、Ti
＞Ts＋Toとなるときで、この場合には、先行フェーズの
電荷蓄積が終了した直後に後行フェーズの電荷蓄積が開
始される。図示する如く、先行フェーズの演算処理時間
Toが経過した後に後行フェーズの信号取り出しが開始さ
れている。

第15図（ｂ）は、Ts＋To＞Ti＞Toの条件となる場合で
ある。このときには、先行フェーズの信号が取り出し時
間Tsが経過した後に後行フェーズの電荷蓄積が開始され
る。

第15図（ｃ）は、電荷蓄積時間Tiが短く、Ti＜Ts＋T
o、Ti＜toとなるときである。この場合には、先行フェ
ーズの演算処理時間Toの経過直後に後行フェーズの電荷
蓄積が開始される。

なお、演算処理時間Toは、第15図（ｄ）の如く、出力
信号Vs＝−As（Vos−Vmin）をA/D変換してRAMに取り入
れて信号処理している時間To₁と、レンズの移動量を計
算している時間To₂とに分けて考えることができる。す
なわち、位相差検出方式では、センサーアレイ21のセン
サー例ao〜an（基準領域）と、センサー列bo〜bm＋ｎ
（参照領域）との蓄積電荷信号とを比較し、 の式を計算して像のズレ量を求める。

つまり、上式において、ｘ＝０〜ｘ＝ｍまで順次So〜
Smを求め、さらに、Sxが最小となったときのｘの値か
ら、基準領域と参照領域との像が一致したことを知るよ
うになっている。

そして、上記Sxについて信号処理している時間To₁と
上記ｘを求めてレンズの移動量を計算している時間To₂
とを分けて考えることができる。しかも、後行フェーズ
の信号取り出しが問題になるのはSxについて信号処理し
ているとき、つまり、先行フェーズの時間To₁のときで
あるから、実際には、先行フェーズの信号処理時間To₁
の経過直後に後行フェーズの信号取り出しを開始させる
ようにすることができる。

したがって、第15図（ａ）はTi＞Ts＋To₁、第15図
（ｂ）はTs＋To₁＞Ti＞To₁第15図（ｃ）はTi＜To₁のよ
うに取り扱うことができる。

第16図は蓄積電荷量が高速はき出しされる場合の電荷
蓄積開始時点を示している。

モニタ中に被写体が急激に明るくなり、電荷蓄積が飽
和するようになると、比較回路43の反転によって電荷蓄
積に停止がかかる。

このような場合には、先行フェーズの信号取り出し中
（第16図（ａ））、或いは、演算処理中（第16図
（ｂ））に後行フェーズが信号取り出しに移るおそれが
あるので、このときには後行フェーズの蓄積電荷を高速
にはき出して先行フェーズの演算処理が終了した直後か
ら再度電荷蓄積を開始させる。なお、第16図においても
演算処理時間ToはTo₁、To₂に分けて取り扱うことができ
る。

以上、CCD素子を使用したイメージセンサー25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、
MOS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、本発明に係る制御装置は、最大光検出
信号と最小光検出信号との差信号を求める差動増幅回路
手段の増幅度がこの差信号にもとづいて設定されると共
に、画像データ信号の増幅手段の増幅度が同様に上記差
信号にもとづいて設定されるため、イメージセンサーに
入射する光のコントラスト比が低い場合でもモニタ動作
が確実に行なわれ、かつ、A/D変換し易い画像データの
増幅出力を得ることができる。

さらに、本発明の制御装置は、イメージセンサーの電
荷蓄積時間を判断し、この蓄積時間に応じて後行フェー
ズの電荷蓄積開始時点を定めるので、先行フェーズの信
号取り出し終了後、演算処理の終了後に直ちに後行フェ
ーズの電荷蓄積を開始させることができ、その上、後行
フェーズの電荷蓄積終了が先行フェーズの信号取り出し
中、或いは演算処理中となるときには蓄積電荷を高速に
はき出し、その後に再度電荷蓄積を開始させる構成とし
たので、電荷蓄積の繰り返しが極めて効率的に行なわれ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はモニタ用の差動増幅回路を画像データ信号の増
幅手段に兼用した実施例を示す制御装置のブロック図、
第２図はモニタ用差動増幅回路と画像データ信号の増幅
回路とを設けた実施例を示し制御装置のブロック図、第
３図はモニタ用のイメージセンサーと画像データ信号取
り出し用のイメージセンサーとを設けた実施例を示す制
御装置のブロック図、第４図は最大光検出回路と最小光
検出回路の具体的な回路図、第５図、第６図、第７図は
センサーアレイの蓄積電荷量とモニタ信号を、低輝度、
中輝度、高輝度毎に示した説明図、第８図は具体的に説
明するための制御装置のブロック図、第９図は制御装置
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10図は第８図に示す制御装置の動作を示すタイ
ムチャート、第11図はセンサーアレイの電荷蓄積状態を
示す図、第12図はイメージセンサーのCCDシフトレジス
タから取り出される画像データ信号を示す図、第13図は
第８図に示す制御装置のフローチャート、第14図はセン
サーアレイの電荷蓄積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、第15図及び第16図は電荷蓄積開
始時点を説明するための図、第17図〜第20図は従来例を
示し、第17図はイメージセンサーとモニタ装置を示すブ
ロック図、第18図はイメージセンサーとモニタ装置の動
作波形図、第19図はモニタ電圧を示す説明図、第20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……イメージセンサー 26……駆動制御回路 27……最大光検出回路 28……最小光検出回路 32……サンプル／ホールド回路 33……セレクタ回路 34……差動増幅回路 36……サンプル／ホールド回路 38、39……差動増幅回路 40……イメージセンサー 41……最小光検出回路 42……サンプル／ホールド回路 43……比較回路 44……シフトパルス制御回路 45……シフトモニタ回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−222583（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−222584（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−222585（ＪＰ，Ａ)

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】CCD素子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る光検出手段と、
   上記最大光検出信号と最小光検出信号とを入力してこれ
   らの差信号を出力する差動増幅回路手段とを備えると共
   に、上記差信号にもとずいて当該差動増幅回路手段の増
   幅度を設定した後、この差動増幅回路手段がイメージセ
   ンサーから取り出した画像データ信号を増幅するように
   切り換える切換手段を備えたことを特徴とするイメージ
   センサー用制御装置。
2. 【請求項２】イメージセンサーから取り出された画像デ
   ータ信号を増幅出力する増幅回路手段の増幅度を上記差
   動増幅回路手段と共に上記差信号にもとずいて設定する
   増幅度設定手段を含む制御手段を設けたことを特徴とす
   る請求項（１）記載のイメージセンサー用制御装置。
3. 【請求項３】CCD素子などのイメージセンサーの電荷蓄
   積時間Ti、画像データ信号取り出し時間Ts、画像データ
   信号の演算処理時間Toの関係が、Ti＞Ts＋Toとなるとき
   には、先行の電荷蓄積時間Tiの経過後に後行の電荷蓄積
   を開始させると共に、Ti＜Ts＋Toとなるときには、To＜
   Ti＜Ts＋Toの条件において先行の取り出し時間Tsの経過
   後に、Ti＜Toの条件において先行の演算処理時間Toの経
   過後に各々後行の電荷蓄積を開始させる制御手段を設け
   たことを特徴とするイメージセンサー用制御装置。
4. 【請求項４】CCD素子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
   らの最大光検出信号を、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る光検出手段を
   含み、上記最大光検出信号と最小光検出信号との差信号
   にもとづいて上記イメージセンサーの電荷蓄積を停止さ
   せる第１の停止制御手段と、最も強い光が入射する画素
   の蓄積電荷量が飽和近くになったときの上記最大光検出
   信号に応動し、上記第１の停止制御手段に優先して上記
   イメージセンサーの電荷蓄積を停止させる第２の停止制
   御手段とを備え、さらに、上記した第２の停止制御手段
   による電荷蓄積停止の時点が先行する画像データ信号の
   取り出し中またはそのデータ信号の演算処理中であると
   きには、イメージセンサーより蓄積電荷を一旦はき出さ
   せ、先行の演算処理時間の経過後に電気蓄積を開始させ
   る開始制御手段を設けたことを特徴とするイメージセン
   サー用制御装置。
5. 【請求項５】第２の停止制御手段による電荷蓄積停止の
   時点が先行する画像データ信号の取り出し中またはその
   データ信号の演算処理中であるときには、イメージセン
   サーより蓄積電荷を高速にはき出させ、先行の演算処理
   時間の経過後に電荷蓄積を開始させる開始制御手段を設
   けたことを特徴とする請求項（４）記載のイメージセン
   サー用制御装置。