JPH06105186B2 - センサアレイの検出値出力方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はセンサアレイの検出値出力方式、とくにカメラ
の自動焦点装置用の光センサアレイなどに適する検出値
の出力方式であって、センサアレイ内の各センサがもつ
検出特性のばらつきを補償した上で検出値を出力する方
式に関する。

〔従来の技術〕

センサアレイは対象のもつ明暗，色相，圧力，温度等の
一次元ないしは二次元パターンの検出に不可欠なもので
あるが、アレイ内のセンサの検出特性にばらつきが出や
すいので、対象の全体的なパターンを捉えることはでき
ても、その中の個々のセンサが本来もつ検出精度を充分
生かし切れない問題がある。例えば最も簡単な構成の光
センサアレイでは、その中の各センサからの検出値を所
定のしきい値と比較して量子化することにより、対象を
白黒の単純なパターンとして捉える。この場合には、セ
ンサアレイ内の各センサからは１ビットの検出データし
か得られないことになる。もちろん、各センサから検出
信号をアナログの形で取り出した上でAD変換器により複
数ビットの検出データに変換することも可能であるが、
かなり良好なセンサアレイの場合でも４ビットの検出デ
ータに変換できればよい方で、それ以上の多ビットに変
換しても元々センサ間に検出特性のばらつきがあるので
あまり意味がない。

そこで、従来はセンサアレイ内の各センサから高精度の
検出値例えば８ビットの検出データを得たい場合には、
アレイ内の光センサや圧力センサの検出特性を揃えるこ
とに主眼が置かれていた。このため例えば各センサに付
属して調整抵抗を設け、各センサの試験結果に応じてそ
の検出値がそれぞれ所定値になるようにこれをトリミン
グすることにより、センサアレイ内の全センサの検出感
度を揃えるわけである。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、センサアレイ内のセンサ数が最近のように少
なくとも数十から多い場合には千個以上にもなって来る
と、アレイ内の全センサの検出感度を上のように揃える
には大変な手間が掛かってしまう。もちろん、例えば上
述の調整抵抗のトリミングを自動化することは可能であ
るが、それ用の試験装置とトリミング装置とが最低必要
で、製作費用がこれに応じて掛かることになる。また、
最近ではセンサアレイを集積回路装置内に作り込むこと
が多く、この場合には集積回路装置を外付けの調整抵抗
アレイと接続しなければならないので、この接続のため
の手間が掛かりかつスペースも余分に要することにな
る。

本発明はかかる問題点に立脚して、センサアレイ内の各
センサの検出感度を調整することなく、各センサから高
精度の検出値を出力させることができるセンサアレイの
検出値出力方式を得ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この目的は本発明によれば、センサアレイに含まれるセ
ンサごとに設けられ各センサの検出値をそれぞれ記憶す
る検出値記憶手段と、センサごとに設けられこのセンサ
の検出値のセンサアレイ内の特定のセンサの検出値との
差値を記憶する検出差値記憶手段と、検出値記憶手段に
記憶された検出値を検出差値記憶手段に記憶された差値
に基づいて補正する検出値補正手段とを用い、センサア
レイ内の全センサに一様な被検出入力を与えた状態での
各センサの検出値の特定センサの検出値との差値を各セ
ンサに対応する検出差値記憶手段にあらかじめ記憶させ
て置いた上で、センサアレイの複数個のセンサに実際の
被検出入力がそれぞれ与えられたとき各センサに対応す
る検出値記憶手段に記憶された演出値を検出値補正手段
によりこのセンサに対応する検出差値記憶手段の記憶内
容に基づいて補正した上でそのセンサの検出値としてそ
れぞれ出力するにしたセンサアレイの検出値出力方式に
よって達成される。

上記の検出差値記憶手段に検出差値を記憶させる際に
は、センサアレイ内の全センサに一様な被検出入力例え
ば一様な光を与えることでよいが、センサが電荷蓄積形
であって電荷蓄積キャパシタの電圧を比較手段で所定の
基準値と比較することにより被検出入力を電荷蓄積時間
に変換してセンサ出力とする場合には、一様な被検出入
力としてキャパシタ電圧と等価な時間に比例して変化す
る試験電圧をセンサアレイ内の比較手段に一斉に与える
ことにより比較手段の動作しきい値のばらつきを補正す
ることができる。この電荷蓄積時間出力形のセンサアレ
イでは、上記構成にいう特定のセンサを電荷蓄積時間が
最短なセンサとし、この特定のセンサが動作してから他
のセンサが動作するまでの時間をそのセンサに対応する
検出差値記憶手段に差値として記憶させるようにすれ
ば、各センサと特定センサとの検出値の差を一々とる必
要をなくすことができる。

光センサアレイの場合のようにその各センサが受ける被
検出入力が非常に広範囲に変動し得る場合には、各セン
サの検出値の対数を検出出力とするようにし、これに応
じて検出値記憶手段および検出差値記憶手段にもこの対
数値に基づいた値を記憶させるようにして置けば、実際
の被検出入力を受けた時の検出値補正手段による検出値
の補正を検出値記憶手段の記憶値から検出差値記憶手段
内の記憶値を単純な減算によってするだけで、補正後の
値によってセンサへの被検出入力値を常に正確に代表さ
せることができる。

なお本発明の実施に当たっては、センサアレイから検出
値をディジタル値で出力するようにし、検出値記憶手段
をラッチ回路により，検出差値記憶手段をラッチ回路ま
たはROMによりそれぞれ構成するのが有利である。

〔作用〕 上記の構成からもわかるように本発明は、センサアレイ
内のセンサの検出感度のばらつきを補正するために、ま
ず全センサに一様な被検出入力を与えた状態で各センサ
の検出値とセンサアレイ内の特定のセンサからの検出
値，例えばアレイ内の最小の検出値との差をセンサごと
に設けられた検出差値記憶手段内にあらかじめ記憶させ
て置き、実際の被検出入力がセンサアレイのセンサにそ
れぞれ与えられたとき、その被検出に基づく各センサか
らの検出値をセンサごとに設けられた検出値記憶手段内
にまず記憶させ、ついでそのセンサに対応する検出差値
記憶手段に記憶されている差値を上記の構成にいう検出
値補正手段に読み出し、この差値に基づいて検出値記憶
手段内の検出値を補正してそのセンサの検出値とするこ
とにより、各センサの検出感度が調整済みで一様に揃っ
たセンサアレイからの検出値と見掛け上同等で、従って
常に正確な検出値が各センサから出力されるようにした
ものである。

〔実施例〕

以下、図を参照しながら本発明の実施例を具体的に説明
する。以下の実施例では、センサアレイはその各センサ
から８ビット構成のディジタル値で表された検出値が出
力される電荷蓄積形の光センサアレイであって、かつこ
の検出値が各センサの電荷蓄積時間の対数値の形で出力
されるものとする。

第１図の上部にはこのセンサアレイ10が一点鎖線で囲ん
で示されている。このセンサアレイは、例えばカメラの
自動焦点装置に適する数十個程度の光センサ20からなる
もので、それ用の集積回路装置内に関連回路とともにふ
つうは１対組み込まれるのであるが、図では本発明の説
明に必要なその内の１個分のみが示されている。各セン
サ20は被検出入力としての光Ｌを受けるフォトダイオー
ド21,実際にはその接合容量である電荷蓄積用のキャパ
シタ22,リセットパルスRPを受けてセンサの検出動作を
開始させるためのトランジスタ23,およびキャパシタ22
の電圧を基準電圧Vrと比較するコンパレータ24とから構
成される。まず、この光センサ20の電荷蓄積原理による
動作を第２図を参照して説明する。

フォトダイオード21とキャパシタ22の並列回路はその一
端に電源電圧Ｖを受け、第２図（ａ）に示す短パルス状
のリセットパルスRPにより電界効果トランジスタ23がオ
ンしたとき、その他端の電圧ｖが第２図（ｂ）に示すよ
うに接地電位Ｅにリセットされ、これと同時にキャパシ
タ22が電源電圧Ｖに充電される。これによって光センサ
20の検出動作が開始され、フォトダイオード21が受ける
光Ｌに基づく光電流によってキャパシタ22が放電される
に従って、キャパシタ電圧ｖが光Ｌの強さに応じた傾斜
で第２図（ｂ）のように立ち上がる。

この電圧ｖはコンパレータ24の一方の入力に与えられ、
その他方の入力に与えられている基準電圧Vrと比較され
るので、コンパレータ24の出力である検出信号Si（ｉ=
１〜ｎ）は、第２図（ｃ）に示すようにリセットパルス
RPと同時に「Ｌ」にリセットされ、電圧ｖが基準電圧Vr
まで立ち上がったときに「Ｈ」に切り換わり、この検出
信号Siが「Ｌ」である期間がセンサ20の電荷蓄積時間Ti
である。容易にわかるように、この電荷蓄積時間Tiは被
検出入力としての光Ｌの強さに逆比例することになる
が、その値によって光の強さを表すことができ、この実
施例ではセンサ20の検出値として用いられる。

この検出信号Siが「Ｌ」になる電荷蓄積時間Tiで表され
た検出値をディジタル化するには、最も簡単にはこの電
荷蓄積時間Tiを適当な周期をもつカウントパルスで計数
すればよいのであるが、この実施例ではセンサアレイ10
が受ける光のレベルに最も適した検出値を得るために、
センサ中の最短電荷蓄積時間Teを表す検出信号を発する
センサを特定のセンサとして、各センサの電荷蓄積時間
Tiとこの特定センサの最短電荷蓄積時間Teとの差がディ
ジタル化される。

第１図の右側部に示されたオアゲート１はこのためのも
ので、光センサアレイ10のｎ個のセンサ20からの検出信
号Siを入力し、その中の第２図（ｄ）に示す特定センサ
からの検出信号Seが「Ｌ」から「Ｈ」に切り換わったと
きに、第２図（ｅ）に示すオア信号Soを発してカウント
パルス発生回路２に与える。カウントパルス発生回路２
はこのオア信号Soに基づいて最も簡単なディジタル化用
には、クロックパルスCKをそのままないしは分周してカ
ウントパルスCvとして出力すればよいのであるが、この
実施例では各センサの検出値の対数をディジタル化する
ために、クロックパルスCKから第２図（ｆ）に示すよう
に周期が等比級数的に増加するカウントパルスCvを作っ
てカウンタ３に与える。このカウンタ３はこの実施例で
は８段のバイナリカウンタであって、前述のリセットパ
ルスRPによりリセットないしはクリアされ、その各段の
出力が８ビットのバス４に乗せられる。

第１図の下部に示されたように、各センサ20に対応して
出力回路50が設けられており、その中の本発明における
検出値記憶手段であるラッチ60が上述のバス４と接続さ
れ、前述の検出信号Siをラッチ指令として受けている。
この検出値記憶手段としてのラッチ60は図で０から７の
数字で示されたように８ビット構成であって、検出信号
Siが「Ｌ」から「Ｈ」に変わったときのバス４上のカウ
ンタ３の計数値を記憶する。以上からわかるように、各
センサ20に対応する検出値記憶手段60内には、そのセン
サの電荷蓄積時間Tiとセンサアレイ10内の最短電荷蓄積
時間Teとの差の対数がディジタル値で記憶される。な
お、この対数は上述のカウントパルスCvの周期が例えば
２の等比級数であるとき、この２を底とする対数にな
る。

各出力回路50内には、本発明にいう検出差値記憶手段70
が含まれており、この実施例ではこの手段70に３ビット
構成のROMが用いられていて、ラッチ60の下位３ビット
の出力を受けている。この検出差値記憶手段70に差値を
記憶させるに際しては、センサアレイ10内の全センサ20
に被検出入力として適宜な強さのただし一様な光Ｌを与
えた状態で、各ROM70に一斉に書込指令WSを単に与えて
検出値記憶手段60からデータをROM70に読み取って記憶
させるだけでよい。

すなわち、ラッチ60内に記憶されている検出値が、前述
のように各センサの電荷蓄積時間と特定のセンサの電荷
蓄積時間の差にすでに基づいて作られているので、ラッ
チ60の記憶内容をそのままROM70に検出差値として記憶
させればよく、また各センサの検出感度差はふつう僅か
であるから、ROM70の記憶容量としてはこの例のように
８ビットの検出値中の下位３ビット分も取っておけば充
分である。

本発明における検出値補正手段80はこの例では機能上は
減算手段であって、その８ビットの加算回路81内の全加
算器のそれぞれの一方の加算入力に検出値記憶手段60か
ら対応するビットデータを受け、下位３ビット分では他
方の加算入力に検出差値記憶手段70の記憶内容の補のビ
ットデータをそれぞれ受けている。最下位ビットの全加
算器のキャリーイン入力Ciには減算用の「Ｈ」が常に与
えられているので、検出値記憶手段としてのラッチ60に
各センサの検出値が記憶されると同時に、この検出値か
ら検出差値記憶手段70に記憶されている差値を差し引い
た値がこの検出値補正手段80内に記憶されることにな
り、これがそのまま補正済み検出値として用いられる。
すなわちこの実施例では、検出値記憶手段60に記憶され
る検出値が前述のように元の検出値の対数なので、容易
にわかるようにその値のいかんに関せず、上のように検
出値記憶手段の記憶内容から検出差値記憶手段70の記憶
内容を差し引くだけで、検出値を常に正確に補正するこ
とが可能である。

なお、加算回路81の下側に示されているアンドゲート群
82は、上述の減算結果がなんらかの原因で負になってし
まってその最上位ビットの全加算器のボロー出力Ｂから
「Ｌ」が出たときに、一斉に閉じて補正済み検出値の全
ビットを０にしてしまうためのものであって、本発明の
本質上ぜひ必要なものではない。

出力回路50内の下部に示されたトランスミッションゲー
ト６は、読取指令Srにより閉じて検出値補正手段80から
補正済み検出値を８ビット構成の読取バス７に乗せるた
めのスイッチである。第１図の右下部には検出値の読取
指令手段としてデコーダないしシフトレジスタ５が設け
られており、センサアレイ内のｎ個のセンサ20のそれぞ
れに対応して設けられた出力回路50内のトランスミッシ
ョンゲート６に送る読取指令SrをシフトパルスSPによっ
て順次進め、これによって各センサからの補正済みの検
出値出力Dcを読取バス７を介して順次取り出せるように
なっている。

以上説明した第１図の実施例では、センサ20内のフォト
ダイオード21の光検出特性とコンパレータ24の動作特性
とに生じうるばらつきを補正することができる。これら
のばらつきは第２図（ｂ）に例示されている。すなわ
ち、フォトダイオード21の暗電流等の影響で電圧ｖの立
ち上がりが図のveで示すように異常に早くなる場合があ
り、またコンパレータ22の動作しきい値に若干の狂いが
あって基準電圧Vrで元来動作すべきものが図のVreで動
作してしまう場合もある。第１図の実施例は、かかるフ
ォトダイオードの光感度特性およびコンパレータのしき
い値動作特性の双方を補正することができるが、そのた
めには被検出入力として一様な光を各センサ20に与えて
やる要があるので、場合によってはコンパレータ24の動
作のばらつきだけを補正したいことがある。第３図はか
かる場合に適する実施例を示すものである。

第３図の各センサ20内のフォトダイオード21とキャパシ
タ22との並列回路の他端とコンパレータ24の一方の入力
との間にはトランスミッションゲート25が挿入されてい
る。電圧発生回路８はフォトダイオード21からの前述の
電圧ｖに等価な直線的に立ち上がる電圧viを発生するも
ので、この電圧viが別のトランスミッションゲート26を
介して各センサ20のコンパレータ24の一方の入力に与え
られる。切換指令SSはトランスミッションゲート26には
そのまま，トランスミッションゲート25にはインバータ
27を介してその補信号が与えられているので、この例で
は切換指令SSが「Ｈ」のとき電圧発生回路８からの電圧
viが，「Ｌ」のときフォトダイオード21からの電圧ｖが
それぞれコンパレータ24の一方の入力に与えられる。コ
ンパレータ24の他方の入力には前と同じく基準電圧Vrが
与えられており、その出力である検出信号Siは前の実施
例と同じく第１図の対応する出力回路50にそれぞれ与え
られる。

この実施例において、検出差値記憶手段70に差値を記憶
させるに際しては、第３図の切換指令SSを「Ｈ」にする
とともに書込指令WSを検出差値記憶手段70に与えること
でよい。容易にわかるように、この際の動作および実際
の検出時の動作は前の実施例の場合と全く同じである。

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。

例えば、上述の実施例では各センサからの検出値の対数
を検出値記憶手段および検出差値記憶手段に記憶させる
ようにしたが、もちろん元の検出値をそのままこれら記
憶手段に記憶させるようにしても差し支えない。ただし
この場合における検出値補正手段には、検出差値記憶手
段に差値を記憶させたときの特定センサの検出値と実際
の検出動作時の各センサの検出値との比と記憶差値とに
基づいて補正動作をさせることになる。

第３図の実施例の場合には検出差値記憶手段にラッチを
用いて、センサアレイの動作開始のつど差値をこれに記
憶させるようにすれば、ROMを用いる要をなくすことが
できる。また、実施例では検出値補正手段をセンサごと
に設けるようにしたが、センサアレイ内の全センサに共
通にこれを設けるようにすることも可能である。

〔発明の効果〕

以上のような本発明によれば、受光強度に応じた光電流
を発生するフォトダイオードと、該フォトダイオードの
光電流を積分するキャパシタと、該キャパシタの積分電
圧を基準電圧と比較し、所定電圧にリセットされた前記
キャパシタの積分電圧が基準電圧に達したときに検出信
号を発生するコンパレータとからなる電荷蓄積形センサ
を複数備えたセンサアレイと、前記複数のセンサの検出
信号の論理和出力を発生するゲート回路と、該ゲート回
路の出力に応答してカウントパルスを発生するカウント
パルス発生回路と、該カウントパルスを計数するカウン
タと、前記複数のセンサのそれぞれに対応して設けら
れ、対応する前記検出信号の発生時点の前記カウンタの
計数値をそれぞれ記憶する検出値記憶手段と、前記複数
のセンサのそれぞれに対応して設けられ、当該複数のセ
ンサに一様な被検出入力を与えた状態で前記検出値記憶
手段に記憶される計数値を予め記憶する検出差値記憶手
段と、該検出差値記憶手段の記憶内容に基づいて前記検
出値記憶手段に記憶される計数値を補正して前記センサ
の検出値として出力する検出値補正手段とを備えるの
で、センサアレイの各センサの検出感度補正を電荷蓄積
形センサに特有な回路を用いて好適に行うことができ
る。

従って、従来のようにセンサアレイ内の全センサの検出
特性が揃うように各センサの感度を一々調整するまでも
なく、センサアレイ内のセンサの検出感度にかなりのば
らつきがあっても、すでに調整済みでセンサの検出感度
が一様に揃ったセンサアレイと見掛け上同等で、従って
常に正確な補正済み検出値を各センサから出力させるこ
とができる。

これによって、各センサに付随して感度調整抵抗を設
け、それらをセンサアレイと接続し、各調整抵抗をトリ
ミングする必要を一切なくすことができ、センサ数の多
いセンサアレイを集積回路内に組み込んでその各センサ
から多ビットの検出値を取り出すに際して、本発明方式
により多大の利便が得られる。

かかる特長をもつ本発明方式は、とくにカメラの自動焦
点装置用の高精度の電荷蓄積形光センサアレイに適用し
てこの種装置の経済性と性能を向上させる上で効果が高
く、さらに実施例に述べたような本発明の有利な実施態
様を利用することによってこの効果を一層高めることが
できる

【図面の簡単な説明】

図はすべて本発明に関し、第１図は本発明によるセンサ
アレイの検出値出力方式を電荷蓄積形光センサアレイに
適用した実施例回路図、第２図はその動作を説明するた
めの主な信号の波形図、第３図は本発明の異なる実施例
におけるセンサアレイ部の回路図である。図において、 1:オアゲート、2:検出値のディジタル化用カウントパル
ス発生回路、3:カウンタ、4:バス、5:検出値読取指令発
生用シフトレジスタ、6:トランスミッションゲート、7:
検出値の読取バス、8:電圧発生回路、10:センサアレ
イ、20:センサないし光センサ、21:フォトダイオード、
22:電荷蓄積用キャパシタ、23:電界効果トランジスタ、
24:コンパレータ、25,26:トランスミッションゲート、2
7:インバータ、50:出力回路、60:検出値記憶手段ないし
はラッチ、70:検出差値記憶手段ないしはROM、80:検出
値補正手段ないしは加算回路、CK:クロックパルス、Cv:
カウントパルス、Dc:補正済み検出値出力、E:接地電
位、RP:検出動作開始用リセットパルス、Se:特定センサ
の検出信号、Si（ｉ=１〜ｎ）：センサの検出信号、So:
オア信号、Sr:読取指令、SP:シフトパルス、SS:切換指
令、Ti:センサの電荷蓄積時間、Te:特定センサの電荷蓄
積時間、V:光センサアレイ用電源電圧、Vr:基準電圧、V
re:コンパレータのしきい値が変動したときの動作基準
電圧、v:センサのフォトダイオードの電荷蓄積電圧、v
e:特定センサのフォトダイオードの電荷蓄積電圧、WS:
書込指令、である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】受光強度に応じた光電流を発生するフォト
   ダイオードと、該フォトダイオードの光電流を積分する
   キャパシタと、該キャパシタの積分電圧を基準電圧と比
   較し、所定電圧にリセットされた前記キャパシタの積分
   電圧が基準電圧に達したときに検出信号を発生するコン
   パレータとからなる電荷蓄積形センサを複数備えたセン
   サアレイと、前記複数のセンサの検出信号の論理和出力
   を発生するゲート回路と、該ゲート回路の出力に応答し
   てカウントパルスを発生するカウントパルス発生回路
   と、該カウントパルスを計数するカウンタと、前記複数
   のセンサのそれぞれに対応して設けられ、対応する前記
   検出信号の発生時点の前記カウンタの計数値をそれぞれ
   記憶する検出値記憶手段と、前記複数のセンサのそれぞ
   れに対応して設けられ、当該複数のセンサに一様な被検
   出入力を与えた状態で前記検出値記憶手段に記憶される
   計数値を予め記憶する検出差値記憶手段と、該検出差値
   記憶手段の記憶内容に基づいて前記検出値記憶手段に記
   憶される計数値を補正して前記センサの検出値として出
   力する検出値補正手段とを備えることを特徴とするセン
   サアレイの検出値出力方式。
2. 【請求項２】請求項１に記載の検出値出力方式におい
   て、前記一様な被検出入力は前記複数のセンサのフォト
   ダイオードに与えられる一様な光であることを特徴とす
   るセンサアレイの検出値出力方式。
3. 【請求項３】請求項１に記載の検出値出力方式におい
   て、時間に比例して直線的に変化する試験電圧を発生す
   る電圧発生回路と、該試験電圧を前記一様な被検出入力
   として前記キャパシタの積分電圧と切り換えて前記コン
   パレータに与える切り換え回路を備えることを特徴とす
   るセンサアレイの検出値出力方式。