JPH03163972A - 光電変換装置 - Google Patents

光電変換装置

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JPH03163972A
JPH03163972A JP1301818A JP30181889A JPH03163972A JP H03163972 A JPH03163972 A JP H03163972A JP 1301818 A JP1301818 A JP 1301818A JP 30181889 A JP30181889 A JP 30181889A JP H03163972 A JPH03163972 A JP H03163972A
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寿樹 仲山
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/28Systems for automatic generation of focusing signals
    • G02B7/36Systems for automatic generation of focusing signals using image sharpness techniques, e.g. image processing techniques for generating autofocus signals

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] 本発明は光電変換装置に係り、特に光電変換された電荷
を蓄積可能な複数の光電変換素子を備えた光電変換装置
に関する。本発明は、例えばカメラのパッシブ方法の焦
点検出装置等に用いられる光電変換装置に好適に用いら
れる。
[従来の技術] 従来、この種の装置としては、例えば本願人による特願
昭63−47644号が既に提案されている。
第7図に、特願昭63−47644号に示される光電変
換素子アレイの等価回路図を示す。
第7図において、1−,〜1−nは蓄積タイプの?ォト
トランジスタアレイ(セル)であり、コレクタには共通
の電源が接続され、制御電極領域(ベース)に光電変換
された電荷を蓄積し、主電■極領域(エミッタ)から読
み出すことのできる構造を有するもので、その具体的内
容は例えば特開昭62−128678号、特開昭62−
113468号、特願昭61−168286号、特願昭
61−219668号、特願昭61−219669号等
に詳細な記載がある。2−1〜2−.はフォトトランジ
スタアレイ1を構成する各バイボーラトランジスタのベ
ースをφresが与えられたときに電源VCに接続して
リセットするためのPMOSスイッチ、3−1〜3−n
はバイボーラトランジスタの各エミッタに接続されて蓄
積された信号をφ1に同期して後段へ取り出すためのN
MOSスイッチ、4−1〜4−llはNMOSスイッチ
3−1〜3−n各々に直列接続されて画像信号を読出し
ライン7に送出するためのNMOSスイッチである。5
−+〜5−llはNMOSスイッチ3−1〜3−nと4
−1〜4−nの各接続点と接地間に接続された各画素ご
との信号を読み出すための蓄積容量、6はNMOSスイ
ッチ4−,〜4−,を順番にオンさせて画像信号を逐次
読み出す為のシフトレジスタである。8はNMOSスイ
ッチ4−1〜4−nの出力端子が共通接続された読出し
ライン7を信号φhrmの与えられたときに接地して初
期化するためのNMOSスイッチ、9は読出しライン7
に出力された画像信号を増幅する出力アンプ、10〜1
0−llはφvrgが与えられたときにフォトトランジ
スタアレイ1−1〜1−、の各エミッタを接地する為の
NMOSスイッチである。107は最大最小値検出回路
であり、最小値検出回路11−,〜1l−ゎ、最大値検
出回路12−,〜12−、、出力アンブ13、14より
構威されている。
第8図に最小値検出回路の一単位の構成を示す。
第8図に示すように、ひとつの最小,値検出回路は、1
個の差動増幅器30と1個のPNP型トランジスタ31
とにより構成される。差動増幅器30は、定電流回路4
11、PMOSトランジスタ407,408、NMOS
トランジスタ?09,410からなる。PNP型トラン
ジスタ31のエミッタラインは差動増幅器30の反転入
力( I ..)に帰還され、非反転入力(I.)には
、フォトトランジスタアレイ1−,〜1−nの各画素列
の各エミッタが入力されている。差動増幅器30の非反
転入力が(I.,)のレベル4s反転入力(In2)の
レベルより高い場合、PNP型トランジスタ31のベー
ス電位をほぼ電源電圧レベルまで変位させ、PNP型ト
ランジスタ3lをオフさせる。したがって第7図に示し
た出力アンブ13の入力には電圧を生じさせない。PN
P型トランジスタ31に出力電圧を生じさせるのは、差
動増幅器30の非反転入力(工、)に最も低い電圧が与
えられた場合であり、最小値検出となる。
第9図に最大値検出回路の一単位の構成■を示す。
第9図に示すように、ひとつの最大値検出回路は、1個
の差動増幅器32と1個のNPN型トランジスタ33と
により構成される。差動増幅器32は、定電流回路40
1、PMOS}ランジス?402,403、NMOSト
ランジスタ404,405からなる。NPN型トランジ
スタ33のエミッタラインは、差動増幅器32の反転入
力(I.■)に帰還され出力ラインとなっている。非反
転入力( r ..)には、各■画素列の各工1ミッタ
が接続されている。差動増幅器32の非反転入力(I0
)が反転入力( I n.)より低い場合、NPN型ト
ランジスタ33のベース電位は、ほぼ負電源の電圧レベ
ルまで下げられ、NPN型トランジスタ33はオフ状態
となる。このNPN型トランジスタ33に出力電圧を生
じさせるのは、差動増幅器32の非反転入力(工、)に
最も高い電圧が与えられた場合であり、最大値検出とな
る。なお、Rは最小値検出回路、最大値検出回路におい
て、ともに負荷抵抗を示す。
第1″O図は第7図の光電変換素子アレイの動作を説明
するタイミングチャートである。
まず、リセットが行なわれる。時間t1〜t2期間にお
いてφ,.をローレベルにし、PMO Sスイッチl.
〜21をオンすることにより、フォ?トランジスタアレ
イ(以下、画素列という)1−1〜1−llのベースが
■cの電位に固定される。
次に、時間t3〜t,期間においてφV■及びφ,をハ
イレベル(O N)にすることにより、NMOSスイッ
チ10−1〜10−o及び3−.〜3−nが導通し、蓄
積容量5−1〜5−.が接地され、残留電荷がリセット
される。この画素列1−,〜1−1のベース及びエミッ
タの各々に対するリセットが終了すると、次に蓄積動作
に入る。
蓄積動作に入ると、光電変換された電荷は画素列1−+
〜1−I,のベース領域に蓄積される。このとき、画素
列のベース及びエミッタはフローティング(容量負荷状
態)になっており、エミッタにはベース電位を反映した
電圧が生じる。
信号の逐次読み出しに際しては、NMOSスイッチ4−
1〜4−llをシフトレジスタ6によって順次ONにし
、蓄積容量5−1〜5−nに蓄積された信号電荷を読出
しライン7へ読み出す。シフトレジスタ6はφ。が入力
されるごとにNMOSスイッチ4−1〜4−nを順次選
択する。このNMO S?イッチ4−1〜4−nを選択
する直前にφhrgによりNMOSスイッチ8をON状
態とし、読出しライン7に残留している電荷をリセット
する。
特願昭63−47644号には、上記のような最大最小
値検出回路を備えた光電変換素子アレイを用いて第11
図や第12図のような光電変換装置を構成することによ
り、被写体のパターンと明部と暗部の差が一定になるよ
うに蓄積時間を制御し、パターンの特徴部分のみをA/
D変換する方法が提案されている。
これらの装置においては、適正レベルまで蓄積が行なわ
れるか否かの判定を光電変換素子アレイの蓄積レベルの
最大値と最小値との差分が基準レベルV r@fに達し
たかどうかにより行なっている。102は■■8とv7
。との差分をとるための差動増幅器であり、103は差
動増幅器102の出力と所定の基準レベルVr.とを比
較し、適正な蓄積レベルに達したことを判定するコンバ
レー夕であって、コンバレータ103の信号φ。。■が
反転することにより、マイクロコン?ューター104は
蓄積が基準レベルまで行なわれたことを検知し、蓄積を
終了するためのパルスφ、を光電変換素子アレイ101
に送出する。同時に記憶回路105に対して信号SHを
送出し蓄積終了時の■■。レベルを記憶する。次に読出
しパルスにφ.及びφhrsが送付され、光電変換素子
より画像(Video)信号が読み出されA/D変換さ
れる。
この際、第11図の例では、A/D変換レンジを画像信
号の範囲に合わせてレベルシフトしており、また第12
図の例では画素信号をA/D変換レンジにあわせてレベ
ルシフトしており、いずれもA/D変換が画像信号の最
大値と最小値の間で行なわれるようにしている。
このようにして得られたデジタル化された画素信号をも
とに、特開昭58−142306号、特開昭59−10
7313号、特開昭60−101513号、あるいは特
願昭61−160824号に開示されている演算を行な
うことにより合焦判定を行なうことができる。
[発明が解決しようとする課題] ?かしながら、上記従来の光電変換装置では画像信号と
光電変換素子アレイの蓄積信号の最大値及び最小値が異
なる読み出し回路を経て出力されるため読み出しゲイン
の違いやアンプ9、13、14のミスマッチ等が原因と
なり、画素信号の実際の最大値や最小値とV m a 
11やV4、の値がずれてしまう場合があり、また第1
1図や第l2図の例のようにV■8とV■。どの差に基
づいて蓄積電荷の制御を行なう場合、画像信号の一部が
A/D変換レンジを越えてしまう場合があった。
なお、読み出しゲインの違いは次のようにして生じる。
例えば、第7図において蓄積容量5−+の容量をC71
,読み出しライン7の寄生容量をCHとすると、フォト
トランジスタ1−1のエミッタ電位VEIを読出しライ
ン7に読み出した場合、C Tl 出力は。T1+。■・V.となり、ゲインが1とはなら
ない。
これに対して、v6ゎやV m a X出力は、ゲイン
1で読み出されるため、ずれが生じてしまう。
[課題を解決するための手段] 本発明の光電変換装置は、光電変換された電荷を蓄積可
能な複数の光電変換素子を備えた光電変換装置において
、 最も強い光の入射している光電変換素子の蓄積信号を検
出する最大値検出手段、最も弱い光の入射している光電
変換素子の蓄積信号を検出する最小値検出手段の少なく
とも一つの検出手段を備え、 前記最大値検出手段又は/及び前記最小値検出手段から
得られる信号を、前記複数の光電変換素子の蓄積信号と
同じ読み出し系を介して読み出す手段を有することを特
徴とする。
また、本発明の光電変換装置は、光電変換された電荷を
蓄積可能な複数の光電変換素子を備えた光電変換装置に
おいて、 最も強い光の入射している光電変換素子の蓄積信号を検
出する最大値検出手段、最も弱い光の入射している光電
変換素子の蓄積信号を検出する最小値検出手段の少なく
とも一つの検出手段と、前記最大値検出手段又は/及び
前記最小値検出手段から得られる信号をもとに演算を行
なう演算手段とを備え、 前記演算手段により得られた信号を、前記複数の光電変
換素子の蓄積信号と同じ読み出し系を介して読み出す手
段を有することを特徴とする。
[作用] 本発明は、最大値検出手段又は/及び前記最小値検出手
段から得られる信号を、複数の光電変換素子の蓄積信号
と同じ読み出し系を介して読み出す手段を設けることに
より、最大値検出信号又は/及び最小値検出信号が読み
出される読み出し系と複数の光電変換素子の蓄積信号が
読み出される読み出し系とを同一なものとし、最大値検
出信号又は/及び最小値検出信号と蓄積信号との間のず
れを無くし、複数の光電変換素子に蓄積された電荷を正
確に反映した信号を得られるようにしたものである。
また本発明は、最大値検出手段又は/及び前記最小値検
出手段から得られる信号をもとに演算を行なう手段を設
け、この演算により得られた信号11 を、複数の光電変換素子の蓄積信号と同じ読み出し系を
介して読み出す手段を設けることにより、演算により得
られた信号が読み出される読み出し系と複数の光電変換
素子の蓄積信号が読み出される読み出し系とを同一なも
のとし、演算により得られた信号と蓄積信号との間のず
れを無くし、複数の光電変換素子に蓄積された電荷を正
確に反映した信号を得られるようにしたものである。
[実施例] 以下、本発明の実施例について図面を用いて詳細に説明
する。
第1図は本発明の光電変換装置の特徴部分となる光電変
換素子アレイの第1実施例の構成を示す回路図である。
なお、第7図に示した構成部材と同一構成部材について
は同一符号を付して説明を省略する。
同図に示すように、本発明にかかわる光電変換素子アレ
イは、第7図に示した従来の光電変換素子アレイに加え
て以下に示す構成部材が設けられる。17.18はそれ
ぞれ最大値検出回路12−112 〜12−。,最小値検出回路1l−1〜11−。の出力
に接続されφ、に同期して最大値と最小値を後段に取り
出すためのNMOSスイッチであり、19.20はNM
OSスイッチ17.18にそれぞれ直列接続され最大値
、最小値を出力ライン7に送出するためのNMOSスイ
ッチ、15.16はNMOSスイッチ17.18及びN
MOSスイッチ19.20の各接続点と接地との間に接
続された最大値、最小値の信号を読み出すための蓄積容
量である。
第2図は上記光電変換素子アレイの動作を説明するタイ
ミングチャートである。
なお、蓄積開始までの動作は第7図〜第10図を用いて
説明した従来・の光電変換素子アレイと同様の動作をす
るため説明を省略するものとする。
蓄積動作に入ると光電変換された電荷は、画素列1−1
〜1−.の制御電極領域(ベース領域)に蓄積される。
このとき画素列1−,〜1−nのベース及びエミッタは
フローティング(容量負荷状態)に?っており、エミッ
タにはベース電位を反映した電圧が生じる。またV■ウ
には画素列1−1〜1−nの最大出力に対応した出力が
現われ、V m lnには画素列1−.〜1−。の最小
出力に対応した出力が現われる。
蓄積の終了時には、転送パルスφ,によりその時点での
最大出力レベル,最小出力レベル,各画素の出力レベル
がそれぞれ蓄積容ffil5,16.5−,〜5−.に
蓄積される。読み出しに際しては、NMOSスイッチ1
9,20.4−1〜4−.をシフトレジスタ6によって
順次ON状態とし、蓄積容量15,.16.5−.〜5
−nに蓄積された信号を読み出しライン7へ読み出す。
シフトレジスタ6は、φ。8が入力されるたびにNMO
Sスイッチ19,20,t.〜4−llを順次選択する
。このNMOSスイッチ19,20.4−1〜4−nを
選択する直前にφhrsによりNMOSスイッチ8をO
N状態とし読み出しライン7に残留している電荷をリセ
ットする。
以上から明らかなように、本実施例においては、蓄積終
了時における光電変換素子アレイの最大出力と最小出力
の信号を各画素と同じ読み出し回路を通して同一の読み
出しラインに読み出すことができるため、読み出しゲイ
ンの差が無く、アンプのミスマッチによる影響もうけず
、光電変換素子アレイの最大出力と最小出力とをより正
確に得ることができる。
第3図及び第4図は、本実施例を用いた具体的な光電変
換装置のブロック図である。
第3図、第4図において、101は第1図に示した光電
変換素子アレイ、102はV maxとV .nとの差
分をとるための差動増幅器、103は差動増幅器102
の出力と所定の基準レベルV refとを比較し、適正
な蓄積レベルに達したことを判定するコンノ、くレータ
、109と111はVideoラインより出力される最
小値と最大値の信号をそれぞれ記憶する記憶回路、11
0は記録回路109の出力とVideoラインより出力
される光電変換素子アレイの出力信号の差をとる差動増
幅器、112は記録回路111と記録回路1 5 ?09との出力の差をとる差動増幅器、104はマイク
ロコンピューターである。マイクロコンピューターは、
CPUコア104a.ROM104b,RAM104c
.A/D変換器104dから構或される。
第3図に示した光電変換装置においては、まず、マイク
ロコンピューター104がリセット信号φr61φvr
sを出力し蓄積を開始する。次にコンパレータ103の
反転信号φ。。.pをうけφえが出力され蓄積を中止す
る。さらにφh■及びφ.が出力され読み出しが行なわ
れる。このとき最小値の出力のタイミングで記憶回路1
09にマイクロコンピューター104からサンプリング
信号SHが送られ最小値が記憶される。引き続き出力さ
れる光電変換素子アレイの出力は差動増幅器110によ
り最小値との差をとった形でA/D変換される。このと
きA/D変換の参照電位Vr1は接地電位、V rhは
V refと設定されているのでA/D変換は光電変換
素子アレイの出力のほぼ最大値と最小値の間で行なわれ
るが、このとき光電変換素? 6 子アレイの出力の基準となる最小値が第11図に示した
従来の光電変換装置に比較し正確に読出されているため
、A/D変換が正確に被写体のコントラスト部分につい
て行なわれる。
第4図に示した光電変換装置においては、マイクロコン
ピューター104は最大値と最小値がVideoライン
より出力されるタイミングにサンプリング信号SHI,
SH2をそれぞれ出力し光電変換素子アレイの最大値と
最小値をそれぞれ記憶回路111、109に記憶する。
引き続き出力される光電変換素子アレイの出力は差動増
幅器110により最小値との差をとった形でA/D変換
器に入力される。このときA/D変換の参照電位Vr1
は接地電位であるがy rhは差動増幅器112により
得られる最大値と最小値の差としている。■..,やV
■8の値は前述のように実際の光電変換素子アレイの最
大値と最小値を必ずしも正確に反映していないため、V
 max  V minがV ratレベルに達したと
ころで蓄積を終了しても、実際の信号の幅がV r e
 tであるとは限らない。したがって第4図の光電変換
装置の例のごとく実際の信号の幅をA/D変換レンジと
することにより、A/D変換レンジを越えることなく有
効にA/D変換レンジを使ってA/D変換が行なえる。
第5図は本発明の光電変換装置の特徴部分となる光電変
換素子アレイの第2実施例の構成を示す回路図である。
なお,第1図に示した構成部材と同一構成部材について
は同一符号を付して説明を省略する。
本実施例の特徴とするところは、光電変換素子アレイの
出力の最大値や最小値だけでなく差動増幅器26を使い
、これらの差分をとって光電変換素子アレイと同じ読み
出しラインがら読み出すようにしたところにある。動作
は第1実施例とほぼ同等であるが光電変換素子アレイの
出カの最大値のかわりに最大値と最小値の差分がφ、に
ょり蓄積容量2lに蓄積され、シフトレジスタ6にょり
NMOSスイッチ23を通して読み出しライン7に読み
出される点が異なる。
この場合第6図の光電変換装置に示すような構成をとる
ことにより、第4図の光電変換装置に示した例と同等の
効果を得られる。即ちVideoラインから読み出され
る最大値と最小値の差及び最小値が出力されるタイミン
グでマイクロコンピューターがサンプリングパルスSH
IとSH2をそれぞれ出力し各信号を記憶回路113と
記憶回路109とに記憶する。記憶回路113の出力は
A/D変換の際と高電位側の参照電位となり、引き続き
出力される光電変換素子アレイの出力は差動増幅器11
0により記憶回路109出力との差をとった形でA/D
変換される。
なおここでは、光電変換素子アレイの蓄積信号の最大値
と最小値の差分を読み出す例をあげたが、後段で行なう
処理の必要に応じて最大値や最小値と光電変換素子アレ
イ中の特定のビット(例えば遮光ビット)との差をとっ
て同じ読み出し系を用いて読み出しても良い。また、後
段での処理の必要に応じて差分に限らず加算や定数倍す
るな1 9 どの演算を行なった結果を同じ読み出し系を用いて読み
出しても良い。
[発明の効果] 以上説明したように、本発明の光電変換装置によれば、
最大値検出手段又は/及び最小値検出手段から得られる
信号と光電変換素子の蓄積信号との間のずれを無くし、
複数の光電変換素子に蓄積された電荷を正確に反映した
信号を得ることができる。
また、本発明の光電変換装置によれば、最大値検出手段
又は/及び最小値検出手段から得られる信号をもとに演
算され得られた信号と光電変換素子の蓄積信号との間の
ずれを無くし、複数の光電変換素子に蓄積された電荷を
正確に反映した信号を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の光電変換装置の特徴部分となる光電変
換素子アレイの第1実施例の構成を示す回路図である。 第2図は上記第1実施例の光電変換素子アレイ2 0 の動作を説明するタイミングチャートである。 第3図及び第4図は、上記第1実施例の光電変換素子ア
レイを用いた具体的な光電変換装置のブロック図である
。 第5図は本発明の光電変換装置の特徴部分となる光電変
換素子アレイの第2実施例の構成を示す回路図である。 第6図は第2実施例の光電変換素子アレイを用いた具体
的な光電変換装置のブロック図である。 第7図は、特願昭63−47644号に示される光電変
換素子アレイの等価回路図である。 第8図は最小値検出回路の一単位の構或を示す回路図で
ある。 第9図は最大値検出回路の一単位の構成を示す回路図で
ある。 第10図は第7図に示した光電変換素子アレイの動作を
説明するタイミングチャートである。 第11図及び第12図は従来の光電変換素子アレイを用
いた具体的な光電変換装置のブロック図である。 1.〜l−n:フォトトランジスタアレイ、2−1〜2
−ll:PMosスイッチ、3−1〜3−.4−,〜4
−.10−,〜10−r,:NMOSスイッチ、 5−1〜5−。:蓄積容量、 6:シフトレジスタ、 7:共通読み出しライン、 8:NMOSスイッチ、 9,13,14:出力アンプ、 1 1 −t 〜1 1−.:最小値検出回路、12−
1〜11..最大値検出回路、 15,16,21 :蓄積容量、 17,18,19,20,22,23:NMOSスイッ
チ、 24.25:バッファ、 26,102,108,110,112:差動増幅器、 30,32:差動増幅器、 31:PNP型トランジスタ、 23 33:NPN型トランジスタ、 101:変換素子アレイ、 103:コンパレー夕、 104:マイクロコンピューター 105,109,111.113:記憶回路、106:
加算器、 107:最大・最小値検出回路、 401,411:定電流回路、 402,403,407.408:PMOSトランジス
タ、 404,405,409,410:NMOS}ランジス
タ。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)光電変換された電荷を蓄積可能な複数の光電変換
    素子を備えた光電変換装置において、最も強い光の入射
    している光電変換素子の蓄積信号を検出する最大値検出
    手段、最も弱い光の入射している光電変換素子の蓄積信
    号を検出する最小値検出手段の少なくとも一つの検出手
    段を備え、 前記最大値検出手段又は/及び前記最小値検出手段から
    得られる信号を、前記複数の光電変換素子の蓄積信号と
    同じ読み出し系を介して読み出す手段を有する光電変換
    装置。
  2. (2)光電変換された電荷を蓄積可能な複数の光電変換
    素子を備えた光電変換装置において、最も強い光の入射
    している光電変換素子の蓄積信号を検出する最大値検出
    手段、最も弱い光の入射している光電変換素子の蓄積信
    号を検出する最小値検出手段の少なくとも一つの検出手
    段と、前記最大値検出手段又は/及び前記最小値検出手
    段から得られる信号をもとに演算を行なう演算手段とを
    備え、 前記演算手段により得られた信号を、前記複数の光電変
    換素子の蓄積信号と同じ読み出し系を介して読み出す手
    段を有する光電変換装置。
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