JPH01305328A - 光強度検出回路 - 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】 〔産業上の利用分野］ 本発明は、並列キャパシタを備えた電荷蓄積形の光セン
サを用いてそれが受ける光の強度を時間信号の形で検出
する回路、とくにイメージセンサに含まれる各光センサ
が受ける光強度を正確に検出するに適する光強度検出回
路に関する。

〔従来の技術〕

光強度の検出には、周知のようにフォトトランジスタ、
フォトダイオード、または各種の光導電形の光電素子と
してなる光センサないしはそれを集積化したイメージセ
ンサが従来から用いられているが、よく知られているよ
うにこれらの光センサが受ける光強度は非常に広い範囲
１例えばｌ対ｌＯ６もの広範囲で変化し得るので、光電
素子から得られる出力電圧ないしは出力電流そのままの
形では、かかる広範囲に変化する光強度をそれに表現さ
せることは到底できない、このため、光センサを一種の
積分作用をする上述の並列キャパシタを備えた電荷蓄積
形として、光センサからの光強度に比例する光電流によ
ってキャパシタを充電ないしは放電させ、このキャパシ
タの両端電圧が所定量だけ変化する時間によって光強度
を表現させることが従来から行なわれている。この光セ
ンサに並列接続されるキャパシタはふつうごく小さい容
量のものでよく、光電素子に付随して存在する浮遊容量
やその半導体接合がもつ接合容量がこれに利用されるこ
とが多い。第７図はかかる従来例を示すものである。

この例での光センサはイメージセンサ１０内に組み込ま
れているフォトダイオード１１であって、そのダイオー
ド接合容量である並列キャパシタ１２とともに１個の電
荷蓄積形の光センサを構成している。イメージセンサ１
０内のかかる光センサは、すべてそれらの一端が共通に
接続されて固定電位νｄが与えられており、それらの他
端は光センサごとに設けられた検出回路１内のコンパレ
ータ２の一方の入力と接続されている。コンパレータ２
のこの一方の入力はトランジスタ３を介して第１の電位
ν１にも接続されており、その他方の入力には第２の電
位ｖ２が与えられている。第１の電位ｖ１は最も簡単に
は接地電位であり、第２の電位ｖ２はこの接地電位と固
定電位Ｖｄとの間の電位である。

第８図はこの検出回路１の動作を示すもので、この回路
に検出動作を開始させるには、同図（ａ）に示すように
リセットパルスＲをトランジスタ３に与えてそれを導通
させ、コンパレータ２の一方の入力の電位Ｖを同図（ｂ
）に示すように第１の電位ｖ１にセットする。このとき
、フォトダイオード１１の並列キャパシタ１２は固定電
位Ｖｄと第１の電位ｖ１との差の電圧に充電され、これ
によって検出回路ｌがいわば初期化されて、コンパレー
タ２の出力である検出信号Ｓは同図（Ｃ）のようにｒＨ
，から「Ｌ、にリセットされる。以後はフォトダイオー
ド１１が受けている光りに基づくその光電流によりキャ
パシタ１２が放電され、それに応じてコンパレータ２の
一方の入力の電位Ｖが同図（ｂ）のように漸次立ち上が
って行く、容易にわかるように、この立ち上がりの傾斜
ないし速さは、フ、オドダイオード１１が受けている光
の強さに比例する。

電位Ｖが第２の電位ｖ２にまで立ち上がった時、コンパ
レータ２からの検出信号Ｓは同図（Ｃ）に示すようにそ
の状態を１ＬＪからｒＨ，に変えるので、結局この検出
信号Ｓがｔ」である図示の時間Ｔｄが、フォトダイオー
ド１１が受けている光強度を表すことになる。むろん、
この検出信号Ｓが表す時間Ｔｄは光強度に反比例するが
、これをわざわざ比例関係に直す要はとくになく、ふつ
うは検出信号Ｓがそのまま光強度を示す信号として用い
られる。

（発明が解決しようとする＆１Ｉａ） 上述の従来の光強度検出回路は、光センサが受ける光の
強さが前述のように非常に広範囲に変化しても、その検
出信号の表す時間の長短によって原理上は正確に光強度
を測定ないし検出することができるが、高い検出精度が
要求される向きには若干の因子によってその精度が制約
されてしまう問題がある。

制約因子の一つは光センサの暗電流であって、よく知ら
れているようにほとんどの光センサでそうであるが、光
を受けていない状態でも暗電流として知られている一種
の漏れ電流が流れるので、とくに電荷蓄積形の光センサ
では光強度が小さな範囲で検出精度が低下しやすくなる
。第７図の例では、光の検出時間中にこの暗電流により
並列キャパシタ１２が余分に放電されることになり、そ
の分だけ検出信号Ｓが表す検出時間が短くなる。

第９図はこの様子を示し、図中の破線が暗電流がないと
きの電位Ｖの立ち上がりで、これと第２の電位ｖ２との
交点に対応する時間Ｔｒがフォトダイオード１１が実際
に受けている光強度を表す真の検出時間であるが、暗電
流が存在するために電位Ｖの立ち上がりは図の実線のよ
うになり、それと第２の電位との交点によって決まる前
述の検出時間Ｔｄが得られる。この検出時間Ｔｄは真の
検出時間Ｔｒより常に若干短くなり、この差が検出誤差
になるわけである。暗ｉｔ流の値はもちろん小さく、光
センサがフォトダイオードである場合は０．５〜０．６
９Ａ程度に過ぎないが、容易にわかるようにとくに光強
度が弱くて検出時間が長いときに誤差が無視できなくな
る。

もう一つの因子は、コシパレータの動作上の誤差ないし
はオフセットである。第７図の例では、コンパレータ２
は電位Ｖの値が比較基ｉ！電位としての第２の電位ｖ２
と正確に等しくなった時に動作してその出力の状態を変
えるはずであるが、実際には比較基準電位の上下のオフ
セットの範囲内でその動作電位が変動する。このオフセ
ットもふつうは僅かで、比較基準電位のふつうは±１％
以内で、電圧値にして±０．０１　Ｖ程度に過ぎないが
、この場合もとくに検出時間が長いときに誤差が無視で
きなくなる。第９図にはこの様子も示されており、図で
はコンパレータ２のもつ動作上のオフセットがΔνで示
されている。図示のように、このオフセットによって検
出信号Ｓが表す検出時間Ｔｄには、図の最小値Ｔｎと最
大４１ｆ、Ｔｘとの間の変動が生し７うることになる。

本発明は従来技術がもつかかる問題点を解決し２て光強
度検出回路の検出精度を向上するため、検出信号が表す
検出信号時間が暗電流の影響を受けないようにするのを
第１の目的とし、コンパレータのオフセットの影響を受
けないようにするのを第２の目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上述の第１の目的は本発明によれば、並列キャパシタを
備えた電荷蓄積形の光センサが受ける光の強度を検出す
るための回路を、キャパシタを含めて光センサと同構造
の遮光された光センサとして構成されその一端が光セン
サの一端と共通の電位に固定された模擬センサと、光セ
ンサの他端に第１の電位を与える手段と、これと実質的
に同時に模擬センサの他端に第１の電位とは異なる第２
の電位を与える手段と、光センサの他端の電位を模擬セ
ンサの他端の電位と比較する比較回路とで構成し、光セ
ンサおよび模擬センサの他端をそれぞれ第１および第２
の電位にセットしてから光センサの他端の電位が模擬セ
ンサの他端の電位と等しくなるまでの時間を表す信号を
光センサが受けている光強度を表す出力信号として比較
回路から取り出すことによって達成される。

光センサがイメージセンサなどのセンサアレイ内に複数
個設けられる場合には、上記の構成にいう模擬センサは
これら？Ｊｌ数個の光センサに対して共通に設けること
ができる。第１の電位は光強度検出回路の動作上の初期
値を設定するためのもので、第２の電位は比較回路の動
作上いわば比較基準電位の役目を果たすものである。第
１の電位はその第２の電位との差が検出回路に所望の光
強度検出感度が得られるような値に設定される。この第
１の電位と第２の電位との差は少ない程はど検出感度を
上げる上で有利であり、かつ光センサの一端と模擬セン
サの一端が固定される共通の電位と第１の電位ないしは
第２の電位との差よりも充分小さく設定するのが暗を流
に基づく誤差をなくす上で有利である。

前述の第２の目的は本発明によれば、一端が光センナの
一端と共通の電位に固定された時定数回路と、光センサ
の他端に第１の電位を与える手段と、光センサの他端に
第１の電位とは異なる第２の電位を与える手段と、時定
数回路の他端に第２の電位とは異なる第３の電位を与え
る手段と、光センサの他端の電位を時定数回路の他端の
電位と比較する比較回路と、時定数回路の時定数動作を
停止させる停止手段とで光強度検出回路を構成した上で
、光センサの他端を第２の電位に固定しかつ時定数回路
の他端を第３の電位にセットした後に、時定数回路の他
端が光センサの他端とほぼ同電位になったとき比較回路
の出力に基づいて停止手段により時定数回路の動作を停
止させるとともに光センサの他端を第１の電位にセット
し、光センサの他端の電位が第１の電位にセットされて
から時定数回路の他端の電位と等しくなるまでの時間を
表す信号を光センサが受けている光強度を表す出力信号
として比較回路の出力に基づいて取り出すことによって
達成される。

上記の構成にいう時定数回路は最も簡単にはキャパシタ
と抵抗との並列回路として構成するのが望ましく、この
内の抵抗を停止手段により切り離すことによりその動作
が停止されるようにするのが有利である。後述の実施例
で述べるように、この時定数回路のキャパシタのかわり
に並列キャパシタを含む模擬センサを用いることができ
、これによって比較回路のオフセットを補償できるだけ
でなく、光センサの暗電流の影響をも同時に補償できる
ようになる。前述のように第１の電位は検出回路の検出
動作の初期設定用で、第２の電位は比較回路の比較基準
電位の設定用であるが、第３の電位は比較回路にオフセ
ット補償された比較基準電位を設定するための時定数回
路の動作上の初期設定用であって、その値は第２の電位
の値と異なることで足り、第１の電位の値と同じであっ
てもよい。

〔作用〕

以下、理解を容易にするため、図を参照しながら上記構
成のもつ作用を説明する。第１図は暗電流補償機能をも
つ光強度検出回路の回路図で、第２図はその動作を示す
波形図である。

第１図において、光センサ１１は例えば図示のようなフ
ォトダイオードであって、その並列キャパシタ１２とし
てその接合容量が利用されているものとする。模擬セン
サ２１とこれと同構成でかつ同様な並列キャパシタ２２
を備え、アルミ等の遮光膜２３で覆われて受光しない点
のみが光センサの場合と異なる。前述のように、光セン
サ１１がイメージセンサ等の中に複数個設けられる場合
は、模擬センサ２１はそれらの光センサに対し共通に設
けることでよい。光センサ１１および模擬センサ２１の
一端。

図では上端は共通の電位Ｖｄに固定される。

光センサ１１の他端の電位ｖｐおよび模擬センサ２１の
他端の電位ｖｎは、図示のように比較回路６０の一方お
よび他方の入力１図では正および負の入力にそれぞれ与
えられる。光センサ１１の他端にはそれを第１の電位Ｖ
ｌに初期設定するだめの電位付与手段としてのトランジ
スタ３０が接続され、模擬センサ２１の他端には比較回
路６０の比較基準電位を第２の電位ｖ２に初期設定する
だめの別の電位付与手段としてのトランジスタ４０が接
続される。

このように構成された光強度検出回路に動作開始させる
には、電位付与手段としてのトランジスタ３０および４
０にそれぞれリセットパルスＲ１およびＲ２を例えば第
２図（ａ）および（ｂ）に示すように同時に与え、光セ
ンサ１１の他端の電位ｖｐを第２図（Ｃ）に示すように
第１の電位ｖ１に、模擬センサ２０の他端の電位ｖｎを
同図（ｄ）のように第２の電位ｖ２にそれぞれ初期設定
する。模擬センサ２１の他端の電位ｖｎは、前述のよう
に比較回路６０の負側入力に与えられている比較基準電
位であって、第２の電位ｖ２に初期設定された後に模擬
センサの暗電流の値に応じて同図（ｄ）のようにごく緩
やかな傾斜で立ち上がる。

一方、光センサ１１の他端の電位ｖｐは、比較回路６０
の正側の入力に与えられて比較基準電位ｖｎと比較され
る電位であって、第１の電位ｖ１に初期設定された後は
光センサが受けている光に基づ（光電流とその暗電流と
の和に応じた傾斜で同図（Ｃ）のように立ち上がる。

従来回路では、この比較される方の電位ｖｐが第２の電
位ｖ２まで立ち上がった時に比較回路６０がその出力状
態を変えていたのであるが、本発明の場合には比較基準
電位ｖｎが時間的に変化しているので、電位ｖｐが第２
の電位ｖ２を図でΔＶで示す電位ｖｎの立ち上がり分だ
け余分に越えた時に始めて比較回路６０の出力Ｓが状態
を％、からｒＨ，に変化させる。

容易にわかるように、模擬センサ２１の暗電流が光セン
サ１１の暗電流と等しければ、比較回路６０の出力状態
の変化時点は、同図（Ｃ）で破線で示した光センサ１１
の光電流のみに基づく電位の立ち上がりと第２の電位ｖ
２との交点に対応するはずである。つまり、光センサと
同構成の模擬センサの暗電流によって比較基準電位νｎ
を時間的に立ち上がらせることにより、光センサの暗電
流骨を補償して純粋な光電流に基づいたと同じタイミン
グで比較回路６０の出力状態を変化させることができる
わけで、これが本発明によって暗電流補償ができる理由
である。

比較回路６０の出力Ｓはもちろん最初に光センサおよび
模擬センサがそれぞれ第１および第２の電位にセットさ
れた時にｒＨ，から「１にセットされており、従って同
図（ｅ）に示すその出力Ｓが「Ｌ、の状態にある時間Ｔ
ｄが光センサが受けている光強度を表す検出時間になり
、この出力Ｓが光強度検出回路の出力信号とされる。な
お、暗電流の値は光センサや模擬センサに掛かっている
電圧の関数なので、両センサが同構成であっても動作状
態が全く同じでないから、ｆＦｉ密には両センサの暗電
流値が違って来ることになるが、実際の光強度検出回路
の動作状態ではその光検出感度を上げるたぬ、第１の電
位ｖ１と第２の電位ｖ２との差はそれらと固定電位Ｖｄ
との差よりもずっと小さく設定されており、従って両セ
ンサにかかる電圧はほぼ同程度で、暗電流値も同じと見
做して差し支えない、同図（Ｃ）では図示の都合上、第
１の電位と第２の電位との差が誇張されているのを了承
されたい。

第３図は比較回路のオフセット補償機能をもつ光強度検
出回路の回路図であうで、第４図はその動作を示す波形
図である。

第３図において、光センサ１１とその並列キャパシタ１
２とは前と同じであるが、模擬センサのかわりにキャパ
シタ８１と抵抗８２とからなる時定数回路８０が設けら
れている。この例では、この時定数回路８０内にその動
作を停止させるための停止手段７０として、トランジス
タが抵抗８２に直列に接続されている。前と同じく、光
センサ１１と時定数回路８０の一端は共通の電位Ｖｄに
固定され、光センサ１１の他端の電位ｖｐと時定数回路
８０の他端の電位νｎが、それぞれ比較回路６０の正側
および負側の入力に与えられている。しかし前とは異な
り、光センサ１１の他端には、第１の電位ｖ１をそれに
与えるための手段３０としてのトランジスタと、第２の
電位ｖ２を与える手段４０としてのトランジスタとが接
続されている０時定数回路８０の他端には、第３の電位
ｖ３をそれに与えるための手段５０としてトランジスタ
が接続されている。

停止手段としてのトランジスタ７０は比較回路６０の出
力ＳＯを受け、光強度検出回路の出力信号Ｓは比較回路
の出力Ｓｏとトランジスタ４０に対する設定指令Ｒ２と
を受けるオアゲート６１の出力から取り出される。

この光強度検出回路を動作させるには、第４図（ａ）に
示す設定指令Ｒ２をトランジスタ４０に与えて、光セン
サの他端を同図（ｄ）に示すように第２の電位ｖ２に固
定するとともに、この例では同時に同図（ｂ）に示すリ
セットパルスＲ３をトランジスタ５ｏに与えて、時定数
回路８０の他端を同図（ｅ）に示すように第３の電位ｖ
３に初期設定ないしはセットする。これによって比較回
路６０の出力ＳｏはｒＨ」になり、これをうける停止手
段としてのトランジスタ７ｏがオンして時定数回路８０
は動作状態に入る。

これにより、時定数回路８０の他端の電位ｖｎは同図（
ｅ）に示すように立ち上がり、これを負側入力に受ける
比較回路６０は、この電位ｖｎがその正側入力に与えら
れている第２の電位ｖ２に達した時にその出力Ｓｏの状
態を変えるはずであるが、その動作にオフセットΔＶが
あるので、例えばこのオフセットΔＶだけ第２の電位ｖ
２より高い値に時定数回路８ｏの他端の電位ｖｎが達し
た時に、その出力Ｓｏの状態をｒＨ，からｒし」に変え
る。これに応じて停止手段としてのトランジスタ７０が
オフするので、時定数回路８゜の動作はこの時点で停止
され、それ以降はその他端の電位νｉが同図（ｅ）に示
すように第２の電位ｖ２より比較回路６０のオフセット
ΔＶだけずれた電位に固定される。

これかられかるように、以上の動作により比較回路６０
のもつオフセット値ΔＶで補正された第２の電位ｖ２が
時定数回路８０内にその他端の電位の形でいわば記憶さ
れたことになり、以後このオフセット補償された第２の
電位を用いて光センサが受けている光強度が検出される
。

この検出に当たっては、光センサの他端の電位ｖｐがい
ままでの第２の電位ｖ２から第１の電位ｖ１に切り換え
てセットされる。このため、前述の比較回路６０の出力
ＳｏのｒＨ，から「Ｌ、への変化に応じて、第２の電位
用の設定指令Ｒ２が同図（ａ）に示すようにそれまでの
ｒＨ，からｔ、に切り換えられるとともに、リセットパ
ルスＲ１が同図（Ｃ）に示すように第１の電位付与手段
としてのトランジスタ３０に与えられる。

なお、トランジスタ４０に直列に挿入されている抵抗４
１は、設定指令Ｒ２とリセットパルスＲ１が重なる短時
間内に第１の電位と第２の電位との間が短絡されるのを
防止するためのものである。

以上により、光センサ１１の他端の電位ｖｐは同図（ｄ
）に示すように第１の電位ｖ１にセットされた後、光セ
ンサが受けている光強度に応じた傾斜で立ち上がる。こ
の光センサ１１からの電位りの値を正側の入力に受けて
いる比較回路６０は、時定数回路８０からその負側入力
に受けているＪ：述のオフセット補償された第２の電位
ｖ２の値と比較する。この比較回路６０はその負側入力
にすでにオフセット補償された第２の電位ｖ２を受けて
いるので、そのオフセット値のいかんに関せず、その正
側入力に受けている光センサ１１の他端の電位ｖｐが正
確に第２の電位ｖ２に達した時に、同図げ）に示すよう
にその出力Ｓｏの状態を「Ｌ、からｒＨ」に変える。

オアゲート６１はこの出力Ｓｏをその一方の人力に受け
、その他方の入力にはこの例では設定指令Ｒ２を受けて
いるので、その出力信号Ｓは同図（ｇ）に示すように光
センサ１１の他端の電位ｖｐが第１の電位ｖ１にセット
されてから比較回路６０の出力Ｓｏの状態が変化するま
での時間Ｔｄの間だけ「Ｌノの状態を取ることになる。

従ってこの例では、オアゲート６１の出力が光強度検出
回路の検出結果を示す出力信号Ｓとして用いられ、それ
が示す検出時間Ｔｄが光センサが受けている光強度を表
すことになる。

以上かられかるように、この光強度検出回路ではその動
作が２段に分かれ、その前段では第２の電位がオフセッ
ト補正されて時定数回路内に記憶さ力１、その後段では
このオフセント補償された第２の電位を比較回路の比較
基準電位として光センサが受けている光強度が検出され
る。従って、本発明によるこの光強度検出回路によって
比較回路がもつオフセットに影響されずに光強度を常に
正確に検出することができる。

（実施例］ 次に第５図および第６図を参照しながら、本発明の詳細
な説明する。この実施例では時定数回路と模擬センサが
共用されており、従って光センサの暗電流補償機能と比
較回路のオフセット補償機能とが兼備されている。

第５図において、光センサ１１は図の上部に示されたイ
メージセンサ１０内に含まれたフォトダイオードであっ
て、通例のようにその接合容量が並列キャパシタ１２と
して利用される。その下に示された模擬イメージセンサ
２０内には、各光センサ１１に対応して模擬センサ２１
が設けられ、共通の遮光膜２３によって覆われた状態で
その接合容量である並列キャパシタ２２が時定数回路の
キャパシタとして共用される。すべての光センサ１１お
よび模擬センサ２１の一端は共通接続されて一定の電位
Ｖｄに固定される。さらにその下に示された検出回路９
０は光センサ１１と模擬センサ２１との組ごとに設けら
れ、かかる検出回路に共用の固定電位Ｖｄ、第１の電位
ｖ１および第２の電位ｖ２を受ける。第３の電位として
は、この例では検出回路９０の枠内に示された接地電位
Ｅが用いられる。図かられかるようにこの実施例におい
ては、検出回路９０内の電位付与手段として、前のトラ
ンジスタのかわりに主にトランスミソシコンゲートが用
いられている。

光センサ１１の他端の電位νｐおよび模擬センサ２１の
他端の電位νｎは検出回路９０内の比較回路６０の正側
および負側入力にそれぞれ与えられる。この内の光セン
サ１１からの電位ｖｐは、この実施例では第１の電位ｖ
１または第２の電位ν２に固定ないしはセツトされるの
で、比較回路６０の図の左側の正側入力回路には、第１
の電位ｖ１の付与手段としてのトランスミッションゲー
ト３１と第２の電位ｖ２の付与手段としてのトランスミ
ッションゲート４２とが設けられ、さらにこの実施例で
は第１第１よび第２の電位に共用の電位付与手段と１２
で別のトランスミッションゲート９１が設けられ、上記
のトランスミッションゲート３１および４２の相互接続
点と比較回路６０の正側入力との間に挿入されている。

第２の電位ｖ２用のトランスミツシリンゲート４２は前
と同様に設定指令Ｒ２によって制御されるが、この実施
例では第１の電位ｖｌ用のトランスミッションゲート３
１もこの設定指令Ｒ２を利用して制御されるようになっ
ており、このため設定指令Ｒ２がインバータ３２を介し
てこのトランスミフシ５ンゲー）３１に与えられる。第
１および第２の電位に共用のトランスミッションゲート
９１は、いわば検出動作の開始用であって、検出指令Ｒ
４がその制御のために与えられる。この実施例では、こ
の検出指令Ｒ４と比較回路６０の出力Ｓｏとがオアゲー
ト６１に与えられ、このオアゲート６１の出力が検出回
路９０の出力信号Ｓとして取り出される。

一方、模擬センサ２１からの電位ｖｎ用の図の右側に示
された回路には、模擬センサ２１の並列キャパシタ２２
とともに時定数回路を構成する抵抗８２と、回路の切り
離し用のトランスミッションゲート（）２と、時定数回
路の動作を停止させる停止手段としてのトランスミッシ
ョンゲート７１と、第３の電位である接地電位Ｅ用の電
位付与手段としてのトランジスタ５０とが含まれる。前
と同じく、この内の第３の電位設定用のトランジスタ５
０はリセットパルスＲ３により、時定数動作の停止用の
トランスミッションゲート７１は比較回路６０の出力Ｓ
ｏによりそれぞれ制御されるが、切り離し用のトランス
ミッションゲート９２は制御信号Ｒ５によって開閉制御
される。

ついで、第６図の波形図を参照しながらこの実施例回路
の動作を説明する。この実施例では光強度の検出動作に
先立ってまず模擬センサ２１からの電位ｖｎをオフセッ
ト補償された第２の電位にセットする要があるので、第
６図（ａ）に示す回路の動作開始時刻１０の前に、同図
（ｂ）〜（ｄ）に示すように制御信号Ｒ５と設定指令Ｒ
２と開始指令Ｒ４とをすべてｒＨ，の状態にしておく。

これにより、トランスミッションゲート４２と９１とが
オンし、トランスミッションゲート３１がオフするので
、比較回路６０の正側入力への光センサ１１からの電位
ｖｐは、同図（ｅ）に示すように第２の電位ｖ２に固定
される。

この状態で同図（ａ）に示すように、時刻１０に第３の
電位の設定用のリセットパルスＲ３をトランジスタ５０
に与えることにより、模擬センサ２１からの電位νｎを
同図（ｆ）に示すように第３の電位である接地電位已に
セットないしは初期設定する。これにより、比較回路６
０の出力Ｓｏは同図（ｇ）に示すようにｒＨ。

となり、これを受けるトランスミッションゲート７１が
オンし、かつその上のトランスミッションゲート９２も
制御信号Ｒ５によりオンしているので、その上の抵抗８
２と模擬センサ２１の並列キャパシタ２２とで構成され
る時定数回路が同図（ａ）に示す時刻ｔ１から動作開始
する。

この時定数動作により、模擬センサ２１からの電位ｖｎ
は同図（ｆ）に示すように立ち上がり、その値が第２の
電位ｖ２をこの例では比較回路６０のオフセットΔＶだ
け越えた時刻ｔ２に、比較回路６０の出力Ｓｏの状態が
ｒＨ，から「Ｌ」に変化する。これによって停止手段と
してのトランスミッションゲート７１がオフするので、
時定数回路の動作は直ちに停止され、比較回路６０の負
側入力に与えられている模擬センサからの電位νｎが、
比較回路６０のオフセットΔＶだけ補償された第２の電
位ｖ２にセットされる。

また、上の比較回路６０の出力の状態変化に基づいて、
この実施例では同図（ｂ）に示すように時刻ｔ３に制御
信号Ｒ５をｒＨ，から％、に切り換えて、トランスミッ
ションゲート９２をオフさせる。これは後に比較回路６
０の出力Ｓｏの状態が再びｒＨ，に変わったときに、時
定数回路の動作が再開されるのを防止するためだけであ
るから、この制御信号Ｒ５の切り換えはこの時期にする
要はとくにはなく、後述の時１１ｔ６の前に切り換えて
直くようにすれば足りる。光強度の検出に入るには、同
図（Ｃ）に示すように設宇指令Ｒ２を時刻ｔ４にｒＨ，
からｒＬ、に切り換えることにより、第２の電位ｖ２用
のトランスミッションゲート４２をオフさせると同時に
第１の電位ｖｌ用のトランスミッションゲート３１をオ
ンさせて、光センサ１１の他端の電位ｖｐを同図（ｅ）
に示すように第１の電位ｖ１にセットする。

この設定指令Ｒ２の切り換え時刻ｔ４は、原理上はその
前に比較回路６０がその出力Ｓｏの状態を変えた時刻ｔ
２の直後であってよいのであるが、第５図の場合のよう
にイメージセンサ１０内に含まれる複数個の光センサに
対応して設けられた検出回路９０ごとに比較回路６０の
オフセット値が若干界なり、従って時刻ｔ２に検出回路
ごとのばらつきが生じうるので、選定指令Ｒ２を複数個
の検出回路９０に共用できるように時刻ｔ４を時刻ｔ２
から短時間だけ遅らせたものである。

この実施例における検出動作は、前述の時刻ｔ４の後の
ごく短時間後の時刻ｔ５に検出指令Ｒ４をｒＨ，からｒ
ＬＪに切り換えることにより開始される。これにより、
光センサ１１の他端の電位νｐは第１の電位ｖ１から釈
放されて、光セン４１１が受けている光強度に対応する
光電流とその暗電流の和によって決まる傾斜で同図（ｅ
）のように立ち上がる。一方、模擬センサ２１の他端の
電位ｖｎは、時刻ｔ２にオフセット補償された第２の電
位ｖ２にセットされた後、その暗電流値に対応する緩や
かな傾斜で同図（ｆ）のように漸次立ち上がる。従って
、比較回路６０の正側入力に与えられている電位ｖｐが
第２の電位ｖ２を模擬センサ２１の暗電流に基づく電位
νｎの増分ΔＶだけ越えた値に達した時刻ｔ６において
、比較回路６０はその出力Ｓｏの状態を同図（（至）に
示すように「ＬノからｒＨ，に変化させる。

前述のように光センサと模擬センサの暗電流が等しけれ
ば、この時刻ｔ６は、純粋に光センサの光電流に基づい
て電位ｖｐが立ち上がるはずの同図（ｅ）で破線で示さ
れた線が、第２の電位ｖ２と交わる点に対応する時刻と
一致する。検出回路９０の実際の動作上の各電位の設定
値の例としては、固定電位ＶｄがＳ、ＯＶ、第２の電位
ｖ２が２．ＯＶ、第１の電位ｖ１が１．８Ｖ、第３の電
位としての接地電位ＥがＯｖに設定される。従って、前
述の検出動作中に光センサ１１に掛かる電圧は３．０〜
３．２Ｖ、模擬センサ２１に掛かる電圧はほぼ３．ＯＶ
であって、両センサの暗電流はほぼ正確に等しいとして
差し支えない。

この実施例における光強度検出回路の出力信号Ｓは、比
較回路６０の出力Ｓｏと検出指令Ｒ４とを受けるオアゲ
ート６１から取られ、同図（ハ）に示すように検出開始
時刻ｔ５から比較回路６０の出力Ｓｏが状態を変化させ
る検出終了時刻ｔ６までの間に「Ｌ、の状態を取る信号
であって、上述の鮮明かられかるようにその状態が「Ｌ
、である図示の検出時間Ｔｄは、光センサの暗電流によ
って影響されず、かつ比較回路がもつオフセットも補償
済みの、純粋に光センサ１１が受けている光の強度を表
すものである。

以上説明した実施例に限らず、本発明は種々の態様で実
施をすることができる０例えば、光センサや模擬センサ
の他端を所望の電位にセットないしは固定するためのト
ランジスタやトランスミッションゲート等の電位付与手
段の接続態様、およびそれらを開閉制御するためのリセ
ットパルスないしは指令類の波形やそれらを電位付与手
段に与えるタイミングは、光強度を検出する目的やそれ
に要求される検出精度に応じて適宜に選択すべきもので
、本発明の要旨内において公知の技術を組み合わせなが
ら種々の形で構成ないしは実現することが可能である。

〔発明の効果〕

以上に述べたとおり本発明によれば、並列キャパシタを
備えた電荷蓄積形の光センサを用いる光強度検出回路を
改良して、その検出結果が光センサの暗電流の影響を受
けず、あるいはこの検出回路に含まれる比較回路がもつ
オフセットの影響を受けないようにすることができ、こ
れによって光強度の検出精度を従来よりも格段に向上さ
せることができる。

すなわち、光センサの暗ｔｆＬの影響をなくすためには
、キャパシタを含めて光センサと同構造の遮光された光
センサとして構成されその一端が光センサの一端と共通
の電位に固定された模擬センサと、光センサの他端に第
１の電位を与える手段と、これと実質的に同時に模擬セ
ンサの他端に第１の電位とは異なる第２の電位を与える
手段と、光センサの他端の電位を模擬センサの他端の電
位と比較する比較回路とを設け、光センサおよび模擬セ
ンサの他端をそれぞれ第１および第２の電位にセットし
てから光センサの他端の電位が模擬センサの他端の電位
と等しくなるまでの時間を表す信号が比較回路から取り
出される。これにより、模擬センサの他端の電位が光セ
ンサの暗電流と等価な模擬センサの暗電流により時間的
に変化し、光センサの他端の電位の時間的変化に含まれ
る暗電流の影響骨をほぼ完全に消去してしまうので、比
較回路から取り出される検出回路の出力信号が表す時間
は、純粋に光センサの光電流のみに基づく検出時間とな
り、従って光センサが受けている光強度を正確に表現す
ることができる。

つぎに、検出回路内に含まれる比較回路がもつオフセッ
トの影響をなくすには、一端が光センサの一端と共通の
電位に固定された時定数回路と、光センサの他端に第１
の電位を与える手段と、光センサの他端に第１の電位と
は異なる第２の電位を与える手段と、時定数回路の他端
に第２の電位とは異なる第３の電位を与える手段と、光
センサの他端の電位を時定数回路の他端の電位と比較す
る比較回路と、時定数回路の時定数動作を停止させる停
止手段とを設けて置き、まず光センサの他端を第２の電
位にセットしかつ時定数回路の他端を第３の電位に固定
した後に、時定数回路の他端が光センサの他端とほぼ同
電位になったとき比較回路の出力に基づいて停止手段に
より時定数回路の動作を停止させる。これにより、比較
回路のオフセット値によって補正された第２の電位の値
が時定数回路の他端の電位として記憶ないしは保持され
、このオフセット補償済みの第２の電位を比較基準電位
として光センサが受けている光強度が検出される。この
検出に当たっては、光センサの他端を第１の電位にセッ
トした上で、光センサの他端の電位が第１の電位にセッ
トされてから時定数回路の他端の電位と等しくなるまで
の時間を表す信号が比較回路の出力に基づいて検出回路
の出力信号として取り出される。比較回路の比較基準電
位がすでにオフセット補償済みの第２の電位になってい
るので、比較回路はそのオフセット値のいかんに関せず
光センサの他端の電位が正確に第２の電位に達した時に
検出動作を終了させることができ、従って検出回路の出
力信号が表す時間を比較回路のオフセット値に影響され
ずに光センサが受けている光強度を正確に表現した検出
時間とすることができる。

以上の特長をもつ本発明による光強度検出回路は、とく
にイメージセンサ内に組み込まれた各光センサに適用し
て、イメージセンサが受けている対象の映像を表す正確
なアナログデータ群ないしは多ビットのディジタルデー
タ群を得るに適し、通常の光センサを用いてこの映像デ
ータを作った場合、例えば従来はせいぜい１から２ビツ
トのデータが得られる程度の検出精度であったものを、
本発明によれば８ないしは１６ビツトのデータが正確に
得られる精度にまで向上することができ、これによって
映像がもつパターンの認識や特定が非常に正確にできる
ようになる。

また上述の記載かられかるように、本発明は要求に合わ
せて種々な検出精度水準で実施することができ、広範な
用途ないしは目的に通用してその特長を生かして効果を
挙げることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第６図までが本発明に関し、第１図は暗電流
補償機能を備えた本発明による光強度検出回路を例示す
る回路図、第２図はその動作を示す波形図、第３図は比
較回路のオフセット補償機能を備えた本発明による光強
度検出回路を例示する回路図、第４図はその動作を示す
波形図、第５図は本発明の実施例回路図、第６図はその
動作を示す波形図である。第７図以降は従来の技術に関
し、第７図は従来の光強度検出回路を例示する回路図、
第８図はその動作を示す波形図、第９図は従来回路にお
ける検出上の誤差発生の原因を示すための波形図である
。、図において。 １：従来の検出回路、２：コンパレータ、３：トランジ
スタ、工Ｏ：イメージセンサ、１１；光センサ、１２：
並列キャパシタ、２０：模擬イメージセンサ、２ｉ：模
ｕセンサ、２２：並列キャパシタ、２３：遮光膜、３０
：第１の電位付与手段としてのトランジスタ、３１：第
１の電位付与手段としてのトランスミッションゲート、
３２：インバータ、４０：第２の電位付与手段としての
トランジスタ、４１：抵抗器、４２：第２の電位付与手
段としてのトランスミツシコンゲート、５０：第３の電
位付与手段としてのトランジスタ、６０：比較回路、６
１：出力信号用オアゲート、７０：停止手段用トランジ
スタ、７１：停止手段用トランスミフシ５ンゲート、８
０：時定数回路、８１：キャパシタ、８２：抵抗器、９
０：検出回路、９１．９２：　トランスミツシコンゲー
ト、Ｅ：第３の電位としての接地電位、し＝光、Ｒ，Ｒ
１：リセットパルス、Ｒ２：リセットパルスないしは設
定指令、Ｒ３：リセットパルス、Ｒ４：検出指令、Ｒ５
：制御信号、Ｓ：出力信号、Ｓｏ：比較回路の出力、Ｔ
ｄ：検出時間、ｔＯ〜ｔ６；時刻、ｖｄ：固定電位ない
し電源電位、ｖｌ：第１の電位、Ｖｌ第２の電位、ｖ３
：第３の電位、シ、ｖｐ：光センサの他端の電位、ｖｎ
：模擬センサないし時定数回路の他端の電位、ΔＶ：比
較回路のオフセット４Ｍ、Δシ：暗を流に基づく比較基
ｍｉ位の増分、である。 第２図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）並列キャパシタを備えた電荷蓄積形の光センサが受
   ける光の強度を検出する回路であって、キャパシタを含
   めて光センサと同構造の遮光された光センサとして構成
   されその一端が光センサの一端と共通の電位に固定され
   た模擬センサと、光センサの他端に第１の電位を与える
   手段と、これと実質的に同時に模擬センサの他端に第１
   の電位とは異なる第２の電位を与える手段と、光センサ
   の他端の電位を模擬センサの他端の電位と比較する比較
   回路とを備えてなり、光センサおよび模擬センサの他端
   をそれぞれ第１および第２の電位にセットしてから光セ
   ンサの他端の電位が模擬センサの他端の電位と等しくな
   るまでの時間を表す信号を光センサが受けている光強度
   を表す出力信号として比較回路から取り出すことを特徴
   とする光強度検出回路。 ２）並列キャパシタを備えた電荷蓄積形の光センサが受
   ける光の強度を検出する回路であって、その一端が光セ
   ンサの一端と共通の電位に固定された時定数回路と、光
   センサの他端に第１の電位を与える手段と、光センサの
   他端に第１の電位とは異なる第２の電位を与える手段と
   、時定数回路の他端に第２の電位とは異なる第３の電位
   を与える手段と、光センサの他端の電位を時定数回路の
   他端の電位と比較する比較回路と、時定数回路の時定数
   動作を停止させる停止手段とを備えてなり、光センサの
   他端を第２の電位に固定しかつ時定数回路の他端を第３
   の電位にセットした後に、時定数回路の他端が光センサ
   の他端とほぼ同電位になったとき比較回路の出力に基づ
   いて停止手段により時定数回路の動作を停止させるとと
   もに光センサの他端を第１の電位にセットし、光センサ
   の他端の電位が第１の電位にセットされてから時定数回
   路の他端の電位と等しくなるまでの時間を表す信号を光
   センサが受けている光強度を表す出力信号として比較回
   路の出力に基づいて取り出すことを特徴とする光強度検
   出回路。