JPH07112252B2 - 固体撮像装置 - Google Patents
固体撮像装置Info
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- JPH07112252B2 JPH07112252B2 JP59156970A JP15697084A JPH07112252B2 JP H07112252 B2 JPH07112252 B2 JP H07112252B2 JP 59156970 A JP59156970 A JP 59156970A JP 15697084 A JP15697084 A JP 15697084A JP H07112252 B2 JPH07112252 B2 JP H07112252B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/50—Control of the SSIS exposure
- H04N25/53—Control of the integration time
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
- H04N25/701—Line sensors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （発明の技術分野） 本発明は、固体撮像素子への入射光の強度の大小にかか
わらず略一定の光電変換出力を得るように、入射光強度
に応じて固体撮像素子の電荷蓄積時間を制御する固体撮
像装置に関する。
わらず略一定の光電変換出力を得るように、入射光強度
に応じて固体撮像素子の電荷蓄積時間を制御する固体撮
像装置に関する。
（発明の背景） 従来、固体撮像素子のダイナミックレンジを広げるた
め、固体撮像素子の入射光強度に応じ、該素子の電荷蓄
積時間を制御する方式として、例えば特開昭56−154880
号公報に開示されたものがある。
め、固体撮像素子の入射光強度に応じ、該素子の電荷蓄
積時間を制御する方式として、例えば特開昭56−154880
号公報に開示されたものがある。
第１図は、この従来装置の入射光強度Ｌ（平均値）に対
する電荷蓄積時間Tsの関係を、第２図は、この従来装置
の入射光強度Ｌに対する光電変換出力Ｖ（平均値）の関
係をそれぞれ示す。
する電荷蓄積時間Tsの関係を、第２図は、この従来装置
の入射光強度Ｌに対する光電変換出力Ｖ（平均値）の関
係をそれぞれ示す。
この従来装置は、入射光強度Ｌに反比例するように、電
荷蓄積時間Tsの制御を行ない（第１図）、入射光強度の
大小にかかわらず常に一定の光電変換出力Ｖ（第２図）
が得られるようにしているので、光電変換におけるダイ
ナミックレンジが広がるとともに、後段の信号処理回路
の構成が簡単で済むという利点を有する。例えば後段の
信号処理回路が光電変換出力をA/D変換してデジタル信
号処理をする場合には、光電変換出力のレベルをA/D変
換器の入力レンジに適合させる必要があるため、この従
来装置は特に有効である。
荷蓄積時間Tsの制御を行ない（第１図）、入射光強度の
大小にかかわらず常に一定の光電変換出力Ｖ（第２図）
が得られるようにしているので、光電変換におけるダイ
ナミックレンジが広がるとともに、後段の信号処理回路
の構成が簡単で済むという利点を有する。例えば後段の
信号処理回路が光電変換出力をA/D変換してデジタル信
号処理をする場合には、光電変換出力のレベルをA/D変
換器の入力レンジに適合させる必要があるため、この従
来装置は特に有効である。
しかしながら、このような制御装置を各種のカメラに用
いられる焦点検出装置に組み込む場合は、入射光強度、
換言すれば被写体輝度が非常に広範囲にわたって変化す
るため、そのすべての入射光強度で出力を一定に保つこ
とは困難となる。
いられる焦点検出装置に組み込む場合は、入射光強度、
換言すれば被写体輝度が非常に広範囲にわたって変化す
るため、そのすべての入射光強度で出力を一定に保つこ
とは困難となる。
一例を示せば、入射光強度が非常に小さい場合、電荷蓄
積時間Tsは長くなり、暗電流等によるS/N比の劣化ある
いは焦点検出系のレルポンスの低下を招く。従って、感
度を高めるため、比較的大きな面積の光電変換面が必要
とされるとともに、電荷蓄積時間Tsもせいぜい200msec
程度が上限とされる。
積時間Tsは長くなり、暗電流等によるS/N比の劣化ある
いは焦点検出系のレルポンスの低下を招く。従って、感
度を高めるため、比較的大きな面積の光電変換面が必要
とされるとともに、電荷蓄積時間Tsもせいぜい200msec
程度が上限とされる。
一方、入射光強度が大きい時、例えば入射光強度が小さ
い上記に比べ215倍程度の時、露光時間はTs＝200/215≒
６μsec程度となる。
い上記に比べ215倍程度の時、露光時間はTs＝200/215≒
６μsec程度となる。
実際には、第３図に示すように、光電変換された電荷が
CCDレジスタに完全に転送されるのに、ある程度の時間
（光電変換面及び蓄積部の面積が大きい程一般に長く、
数μ〜数10μsec程度の時間）が必要とされるため、そ
のあいだ露光されている光電変換面で発生する電荷もCC
Dレジスタに転送されてしまう所謂露光エラーを生じ、
光電変換出力は第２図の破線に示すように増大し、後段
の信号処理回路に不適合な出力となる恐れがあり、以上
のことがダイナミックレンジを制限する１つの要因とな
っていた。
CCDレジスタに完全に転送されるのに、ある程度の時間
（光電変換面及び蓄積部の面積が大きい程一般に長く、
数μ〜数10μsec程度の時間）が必要とされるため、そ
のあいだ露光されている光電変換面で発生する電荷もCC
Dレジスタに転送されてしまう所謂露光エラーを生じ、
光電変換出力は第２図の破線に示すように増大し、後段
の信号処理回路に不適合な出力となる恐れがあり、以上
のことがダイナミックレンジを制限する１つの要因とな
っていた。
（発明の目的） 本発明の目的は、入射光強度が非常に高い場合であって
も、一定の光電変換出力が得られるようにして後段の信
号処理回路が簡単で済み、しかも低電圧、低消費電力化
を果せる固体撮像装置を得ることにある。
も、一定の光電変換出力が得られるようにして後段の信
号処理回路が簡単で済み、しかも低電圧、低消費電力化
を果せる固体撮像装置を得ることにある。
（発明の概要） この目的を達成するために、本発明の固体撮像装置は、
光電変換面と、該光電変換面で発生した電荷を蓄積する
電荷蓄積部と、該電荷蓄積部の電荷を光電変換電荷とし
て送出するCCDレジスタと、前記電荷蓄積部から前記CCD
レジスタへの電荷転送をクロックパルスで制御する転送
ゲートとを含む固体撮像素子と、前記光電変換面に入射
する光の強度を検出する入射光強度検出手段と、該入射
光強度検出手段の検出レベルの高低に大じて、前記電荷
蓄積部の蓄積時間を設定する電荷蓄積時間設定手段と、
該電荷蓄積設定手段の設定した電荷蓄積時間による電荷
蓄積動作後に発生する前記クロックパルスの幅を前記電
荷蓄積時間に応じて変更する転送ゲートクロック幅制御
手段とを有し、該転送ゲートクロック幅制御手段は該電
荷蓄積時間設定手段の設定した前記電荷蓄積時間が所定
時間より長い場合には前記クロックパルスの幅を第１所
定幅にし、前記電荷蓄積時間が前記所定時間より短い場
合には前記クロックパルスの幅を前記第１所定幅よりも
短くするように制御する。
光電変換面と、該光電変換面で発生した電荷を蓄積する
電荷蓄積部と、該電荷蓄積部の電荷を光電変換電荷とし
て送出するCCDレジスタと、前記電荷蓄積部から前記CCD
レジスタへの電荷転送をクロックパルスで制御する転送
ゲートとを含む固体撮像素子と、前記光電変換面に入射
する光の強度を検出する入射光強度検出手段と、該入射
光強度検出手段の検出レベルの高低に大じて、前記電荷
蓄積部の蓄積時間を設定する電荷蓄積時間設定手段と、
該電荷蓄積設定手段の設定した電荷蓄積時間による電荷
蓄積動作後に発生する前記クロックパルスの幅を前記電
荷蓄積時間に応じて変更する転送ゲートクロック幅制御
手段とを有し、該転送ゲートクロック幅制御手段は該電
荷蓄積時間設定手段の設定した前記電荷蓄積時間が所定
時間より長い場合には前記クロックパルスの幅を第１所
定幅にし、前記電荷蓄積時間が前記所定時間より短い場
合には前記クロックパルスの幅を前記第１所定幅よりも
短くするように制御する。
（実施例） 第４図は本発明の固体撮像装置をカメラの焦点検出装置
へ適用した場合の光学系の概略図であり、具体的な焦点
検出処理系のブロック図を第５図に示す。
へ適用した場合の光学系の概略図であり、具体的な焦点
検出処理系のブロック図を第５図に示す。
第４図において、101は撮影レンズ、102はフィルム面と
等価な位置に配置されたフィールドレンズ、103,104は
再結像レンズ、105a,105bが固体撮像素子であり、この
固体撮像素子105a,105bはフィールドレンズ102と共役な
関係に位置する。
等価な位置に配置されたフィールドレンズ、103,104は
再結像レンズ、105a,105bが固体撮像素子であり、この
固体撮像素子105a,105bはフィールドレンズ102と共役な
関係に位置する。
固体撮像素子105a,105bにはそれぞれ撮影レンズ101の瞳
の異なった領域を通った一対の光束による被写体の光像
が形成されており、撮影レンズ101が焦点整合状態のと
き、固体撮像素子105a,105b上の光像は一致し、焦点整
合状態がずれれば光像は相対的に変移する。即ち、固体
撮像素子105a,105bにおける光像の相対的なズレ量が撮
影レンズ101の焦点整合状態を表わすことになる。
の異なった領域を通った一対の光束による被写体の光像
が形成されており、撮影レンズ101が焦点整合状態のと
き、固体撮像素子105a,105b上の光像は一致し、焦点整
合状態がずれれば光像は相対的に変移する。即ち、固体
撮像素子105a,105bにおける光像の相対的なズレ量が撮
影レンズ101の焦点整合状態を表わすことになる。
次に、第４図の光学系を用いた焦点検出系を第５図を使
って説明すると、105a,105bは第４図に示す一対の固体
撮像素子、120は固体撮像素子105a,105bより送出される
一対の光電変換出力を１データ列に変換するためのスイ
ッチング回路、121はサンプルホールド回路、122はA/D
変換器であり、このA/D変換器122でデジタル変換された
信号出力はマイクロコンピュータ123へ入力される。マ
イクロコンピュータ123では固体撮像素子105a,105bにお
ける光像の相対的なズレ量を算出し、焦点検出処理を実
行する。尚、15はタイミングパルス発生器であり、後の
説明で明らかにするように固体撮像素子105a,105bを駆
動するための各種のタイミングパルスを発生する。
って説明すると、105a,105bは第４図に示す一対の固体
撮像素子、120は固体撮像素子105a,105bより送出される
一対の光電変換出力を１データ列に変換するためのスイ
ッチング回路、121はサンプルホールド回路、122はA/D
変換器であり、このA/D変換器122でデジタル変換された
信号出力はマイクロコンピュータ123へ入力される。マ
イクロコンピュータ123では固体撮像素子105a,105bにお
ける光像の相対的なズレ量を算出し、焦点検出処理を実
行する。尚、15はタイミングパルス発生器であり、後の
説明で明らかにするように固体撮像素子105a,105bを駆
動するための各種のタイミングパルスを発生する。
第６図は本発明の基本構成を示したブロック図であり、
クレーム対応図を成す。
クレーム対応図を成す。
まず構成を説明すると、105は固体撮像素子であり、電
荷蓄積型の光電変換部を有し、具体的にはCCDで構成さ
れている。106は固体撮像素子105に対する入射光強度を
検出する入射光強度検出手段であり、具体的には固体撮
像素子からの時系列信号のレベルを検出する。107は固
体撮像素子105の電荷蓄積時間を入射光強度検出手段106
の検出レベルに応じて設定する電荷蓄積時間設定手段で
あり、固体撮像素子105に対する入射光強度が変化して
も固体撮像素子105から光電変換により得られる時系列
信号レベルが適切なレベルとなるように電荷蓄積時間Ts
を設定する。即ち、光電変換出力にA/D変換を施すよう
な場合、A/D変換器に入力レンジに光電変換出力が適合
するように電荷蓄積時間Tsを設定する。具体的には、光
電変換出力の平均値がA/D変換器の入力レンジの真ん中
付近にあることが望ましく、これには入射光強度検出手
段106で検出した入射光強度Ｌから第１図の対応関係に
従って電荷蓄積時間Tsを定めれば、被写体の輝度が変化
しても常に適正な電荷蓄積時間Tsを得ることができる。
荷蓄積型の光電変換部を有し、具体的にはCCDで構成さ
れている。106は固体撮像素子105に対する入射光強度を
検出する入射光強度検出手段であり、具体的には固体撮
像素子からの時系列信号のレベルを検出する。107は固
体撮像素子105の電荷蓄積時間を入射光強度検出手段106
の検出レベルに応じて設定する電荷蓄積時間設定手段で
あり、固体撮像素子105に対する入射光強度が変化して
も固体撮像素子105から光電変換により得られる時系列
信号レベルが適切なレベルとなるように電荷蓄積時間Ts
を設定する。即ち、光電変換出力にA/D変換を施すよう
な場合、A/D変換器に入力レンジに光電変換出力が適合
するように電荷蓄積時間Tsを設定する。具体的には、光
電変換出力の平均値がA/D変換器の入力レンジの真ん中
付近にあることが望ましく、これには入射光強度検出手
段106で検出した入射光強度Ｌから第１図の対応関係に
従って電荷蓄積時間Tsを定めれば、被写体の輝度が変化
しても常に適正な電荷蓄積時間Tsを得ることができる。
108は閾値時間設定手段であり、これは電荷蓄積時間設
定手段107による入射光強度に応じた電荷蓄積時間Tsの
設定では適正な光電変換出力が保てずに露光エラーを生
じてしまう許容限界時間T1を比較基準として設定する。
即ち、固体撮像素子105で光電変換された電荷がCCDレジ
スタに完全に転送されるのに、ある程度の時間が必要と
されるため、被写体輝度が非常に高くなると、転送の間
露光されている光電変換面で発生する電荷の量（以下、
露光エラーという）が転送前に発生した電荷の量に対し
て無視できない大きさになり、これもCCDレジスタに転
送されてしまうので、第２図に破線で示したように、入
射光強度Ｌの高い領域では電荷蓄積時間を制約している
にも係わらず、光電変換出力が増大し、後段の処理回
路、例えばA/D変換に不適合な出力となる。そこで、露
光エラーが後段の処理回路に対し悪影響を与えない最大
の入所光強度L1に対応する電荷蓄積時間の許容限界値を
閾値時間T1として設定する。
定手段107による入射光強度に応じた電荷蓄積時間Tsの
設定では適正な光電変換出力が保てずに露光エラーを生
じてしまう許容限界時間T1を比較基準として設定する。
即ち、固体撮像素子105で光電変換された電荷がCCDレジ
スタに完全に転送されるのに、ある程度の時間が必要と
されるため、被写体輝度が非常に高くなると、転送の間
露光されている光電変換面で発生する電荷の量（以下、
露光エラーという）が転送前に発生した電荷の量に対し
て無視できない大きさになり、これもCCDレジスタに転
送されてしまうので、第２図に破線で示したように、入
射光強度Ｌの高い領域では電荷蓄積時間を制約している
にも係わらず、光電変換出力が増大し、後段の処理回
路、例えばA/D変換に不適合な出力となる。そこで、露
光エラーが後段の処理回路に対し悪影響を与えない最大
の入所光強度L1に対応する電荷蓄積時間の許容限界値を
閾値時間T1として設定する。
109は、電荷蓄積時間設定手段107で入射光強度に応じて
設定された電荷蓄積時間Tsと、閾値時間設定手段108で
設定された比較基準としての所定の電荷蓄積時間T1を比
較する比較手段である。110は転送ゲートクロック幅制
約手段であり、固体撮像素子105に設けた後の説明で明
らかにする電荷蓄積部の電荷を時系列的な光電変換出力
として送出するCCDレジスタへの電荷転送を制約する転
送ゲートに対する転送ゲートクロックパルスのパルス幅
を比較手段109の比較出力に基づいて制御する。具体的
には比較手段109がTs＞T1となる比較出力が生じたと
き、即ち被写体の輝度が通常以下で露光エラーが無視で
きる程度に小さいとき、転送ゲートクロックパルスφ
TGWのパルス幅を一定のパルス幅とする。一方、Ts≦T1
となる比較出力が得られたとき、即ち被写体の輝度が非
常に高く露光エラーが無視できなくなった場合には、こ
の露光エラーを補正するため、転送ゲートクロックパル
スφTGWを電荷蓄積時間Ts（入射光強度に対応）に応じ
て短くするパルス幅制御を行なう。
設定された電荷蓄積時間Tsと、閾値時間設定手段108で
設定された比較基準としての所定の電荷蓄積時間T1を比
較する比較手段である。110は転送ゲートクロック幅制
約手段であり、固体撮像素子105に設けた後の説明で明
らかにする電荷蓄積部の電荷を時系列的な光電変換出力
として送出するCCDレジスタへの電荷転送を制約する転
送ゲートに対する転送ゲートクロックパルスのパルス幅
を比較手段109の比較出力に基づいて制御する。具体的
には比較手段109がTs＞T1となる比較出力が生じたと
き、即ち被写体の輝度が通常以下で露光エラーが無視で
きる程度に小さいとき、転送ゲートクロックパルスφ
TGWのパルス幅を一定のパルス幅とする。一方、Ts≦T1
となる比較出力が得られたとき、即ち被写体の輝度が非
常に高く露光エラーが無視できなくなった場合には、こ
の露光エラーを補正するため、転送ゲートクロックパル
スφTGWを電荷蓄積時間Ts（入射光強度に対応）に応じ
て短くするパルス幅制御を行なう。
第７図は第６図に示す本発明の基本構成をハードウェア
で実現した具体的な実施例を示した回路ブロック図であ
る。
で実現した具体的な実施例を示した回路ブロック図であ
る。
第７図において、固体撮像素子105はｎ個の光電変換面
２−１〜２−ｎより発生した電荷を蓄積する電荷蓄積部
３−１〜３−ｎ、蓄積された電荷を時系列的な光電変換
信号として出力するCCDレジスタ８、このCCDレジスタ８
への電荷転送制御を行なう転送ゲート７、CCDレジスタ
８に転送された電荷を電圧信号に変換する出力アンプ９
（ここではフローティングディフュージョンアンプとす
る）、不要電荷を排出するオーバーフロードレイン６、
及びオーバーフロードレイン６への電荷流入を制御する
クリアゲート５より構成されている。
２−１〜２−ｎより発生した電荷を蓄積する電荷蓄積部
３−１〜３−ｎ、蓄積された電荷を時系列的な光電変換
信号として出力するCCDレジスタ８、このCCDレジスタ８
への電荷転送制御を行なう転送ゲート７、CCDレジスタ
８に転送された電荷を電圧信号に変換する出力アンプ９
（ここではフローティングディフュージョンアンプとす
る）、不要電荷を排出するオーバーフロードレイン６、
及びオーバーフロードレイン６への電荷流入を制御する
クリアゲート５より構成されている。
固体撮像素子105における電荷蓄積部３−１〜３−ｎに
は共通の蓄積電極４が設けられ、この蓄積電極４には適
切なバイアス電圧Vref 1がMOSトランジスタ10の接続で
供給できるようにしている。また、蓄積電極４にはその
電位を検出するためのフォロワアンプ11が設けられ、そ
の出力V2は電荷蓄積量（露光量）に比例して変化し、こ
の蓄積電極4,バイアス電圧Vref 1を供給するMOSトラン
ジスタ10及びフォロワアンプ１で、第６図に示す入射強
度検出手段を構成している。
は共通の蓄積電極４が設けられ、この蓄積電極４には適
切なバイアス電圧Vref 1がMOSトランジスタ10の接続で
供給できるようにしている。また、蓄積電極４にはその
電位を検出するためのフォロワアンプ11が設けられ、そ
の出力V2は電荷蓄積量（露光量）に比例して変化し、こ
の蓄積電極4,バイアス電圧Vref 1を供給するMOSトラン
ジスタ10及びフォロワアンプ１で、第６図に示す入射強
度検出手段を構成している。
フォロワアンプ11の出力V2は比較器12のインバート端子
に入力され、ノンインバート端子には参照電圧Vref 2が
印加されており、比較器12の出力V3はワンショットマル
チバイブレータ13に入力されると共にリップルキャリー
カウンタ25及びＤ−FF27のクリア端子（負論理）に接続
される。この比較器12の出力V3のレベルが反転するのに
要する時間を検出すれば、入射光強度の大きさを知るこ
とができる。即ち参照電圧Vref 2を適切に設定すること
で光電変換の平均出力レベルがA/D変換器の入力レンジ
の真ん中付近になるような電荷蓄積時間Tsが設定され
る。また、ワンショットマルチバイブレータ13の出力
はリップルキャリーカウンタ25のロード端子に接続され
ている。
に入力され、ノンインバート端子には参照電圧Vref 2が
印加されており、比較器12の出力V3はワンショットマル
チバイブレータ13に入力されると共にリップルキャリー
カウンタ25及びＤ−FF27のクリア端子（負論理）に接続
される。この比較器12の出力V3のレベルが反転するのに
要する時間を検出すれば、入射光強度の大きさを知るこ
とができる。即ち参照電圧Vref 2を適切に設定すること
で光電変換の平均出力レベルがA/D変換器の入力レンジ
の真ん中付近になるような電荷蓄積時間Tsが設定され
る。また、ワンショットマルチバイブレータ13の出力
はリップルキャリーカウンタ25のロード端子に接続され
ている。
タイミングパルス発生回路15はクリアゲート５を開閉す
るクリアパルスφｃ、MOSトランジスタ10を開閉するプ
リセットパルスφｐ、CCDレジスタ８を駆動する２相の
転送クロックパルスφa,φｂ、及び出力アンプ９のリセ
ットを行なうリセットパルスφｒを発生する。発振器16
の出力は適切な分周比に定められた分周器17に入力され
ると共に、リップルキャリーカウンタ25のクロック端子
CKに入力される。分周器17の出力はリップルキャリーカ
ウンタ19のクロック端子CKに入力され、T1時間のカウン
トでリップルキャリー出力を生ずる。このリップルキャ
リーカウンタ19のリップルキャリー出力はＤ−FF20のク
ロック端子に入力される。リップルキャリーカウンタ19
及びＤ−FF20のクリア端子CLはインバータ18を介してプ
リセットパルスφｃの反転出力が共通に接続されてお
り、プリセットパルスφｃがＨレベルのとき、即ちクリ
アゲート５が開かれ、電荷が電荷蓄積部３−１〜３−ｎ
に蓄積されていない間はリップルキャリーカウンタ19及
びＤ−FF20のそれぞれをクリアさせている。Ｄ−FF20の
Ｑ出力なNORゲート21〜24の一方の端子に共通に入力さ
れると共に、Ｄ入力端子は＋Vccに接続され、Ｈレベル
に固定されている。
るクリアパルスφｃ、MOSトランジスタ10を開閉するプ
リセットパルスφｐ、CCDレジスタ８を駆動する２相の
転送クロックパルスφa,φｂ、及び出力アンプ９のリセ
ットを行なうリセットパルスφｒを発生する。発振器16
の出力は適切な分周比に定められた分周器17に入力され
ると共に、リップルキャリーカウンタ25のクロック端子
CKに入力される。分周器17の出力はリップルキャリーカ
ウンタ19のクロック端子CKに入力され、T1時間のカウン
トでリップルキャリー出力を生ずる。このリップルキャ
リーカウンタ19のリップルキャリー出力はＤ−FF20のク
ロック端子に入力される。リップルキャリーカウンタ19
及びＤ−FF20のクリア端子CLはインバータ18を介してプ
リセットパルスφｃの反転出力が共通に接続されてお
り、プリセットパルスφｃがＨレベルのとき、即ちクリ
アゲート５が開かれ、電荷が電荷蓄積部３−１〜３−ｎ
に蓄積されていない間はリップルキャリーカウンタ19及
びＤ−FF20のそれぞれをクリアさせている。Ｄ−FF20の
Ｑ出力なNORゲート21〜24の一方の端子に共通に入力さ
れると共に、Ｄ入力端子は＋Vccに接続され、Ｈレベル
に固定されている。
NORゲート21〜24のもう一方の入力端子はリップルキャ
リーカウンタ19のバイナリー出力Qao〜Qdoが接続され、
NORゲート21〜24の出力はリップルキャリーカウンタ25
のプリセット入力端子がそれぞれに接続されている。
リーカウンタ19のバイナリー出力Qao〜Qdoが接続され、
NORゲート21〜24の出力はリップルキャリーカウンタ25
のプリセット入力端子がそれぞれに接続されている。
更に、リップルキャリーカウンタ25はプリセット値零か
らT2時間（第３図参照）に亘るクロックパルスのカウン
トでリップルキャリー出力を生じ、リップルキャリー出
力はインバータ26を介してＤ−FF27のクリア端子に接続
されている。このＤ−FF27のＱ出力は転送ゲートクロッ
クパルスφTGWとして転送ゲート７に印加されると共に
タイミングパルス発生器15に入力される。以上の各回路
要素において、発振器16,分周器17,インバータ18及びリ
ップルキャリーカウンタ19が第６図の閾値時間設定手段
108に対応し、プリセットパルスφｃがＬレベルになっ
た後、リップルキャリーカウンタ19の出力がＨレベルと
なるまでの時間が露光エラーの許容限界値となるT1時間
を与える。また、Ｄ−FF20が第６図の比較手段109に対
応し、更に発振器16,分周器17,インバータ18,リップル
キャリーカウンタ19,NORゲート21〜24,リップルキャリ
ーカウンタ25,インバータ26及びＤ−FF27が第６図の転
送ゲートクロック幅制御手段110に対応している。この
ようなハードウェア構成により光電変換面２−１〜２−
ｎへの入射光強度が通常の場合、入射光強度に応じて光
電変換面２−１〜２−ｎの電荷蓄積時間Tsを制御し、入
射光強度の如何に係わらず一定レベルの光電変換出力Vo
utを得るようにすると共に、入射光強度が非常に大きい
とき、即ち電荷蓄積時間Tsが非常に短くなり（T1以下の
とき）、転送ゲート７が開かれている時間、即ち転送ゲ
ートクロックパルスφTGWのパルス幅TTGWで定まる時間
が無視できなくなるとき、入射光強度に応じ転送ゲート
クロックパルスφTGWのパルス幅で定まる転送ゲート７
が開かれている時間を短くする制御を行ない、被写体が
非常に明るい場合であっても略一定の光電変換出力を得
るようにしている。
らT2時間（第３図参照）に亘るクロックパルスのカウン
トでリップルキャリー出力を生じ、リップルキャリー出
力はインバータ26を介してＤ−FF27のクリア端子に接続
されている。このＤ−FF27のＱ出力は転送ゲートクロッ
クパルスφTGWとして転送ゲート７に印加されると共に
タイミングパルス発生器15に入力される。以上の各回路
要素において、発振器16,分周器17,インバータ18及びリ
ップルキャリーカウンタ19が第６図の閾値時間設定手段
108に対応し、プリセットパルスφｃがＬレベルになっ
た後、リップルキャリーカウンタ19の出力がＨレベルと
なるまでの時間が露光エラーの許容限界値となるT1時間
を与える。また、Ｄ−FF20が第６図の比較手段109に対
応し、更に発振器16,分周器17,インバータ18,リップル
キャリーカウンタ19,NORゲート21〜24,リップルキャリ
ーカウンタ25,インバータ26及びＤ−FF27が第６図の転
送ゲートクロック幅制御手段110に対応している。この
ようなハードウェア構成により光電変換面２−１〜２−
ｎへの入射光強度が通常の場合、入射光強度に応じて光
電変換面２−１〜２−ｎの電荷蓄積時間Tsを制御し、入
射光強度の如何に係わらず一定レベルの光電変換出力Vo
utを得るようにすると共に、入射光強度が非常に大きい
とき、即ち電荷蓄積時間Tsが非常に短くなり（T1以下の
とき）、転送ゲート７が開かれている時間、即ち転送ゲ
ートクロックパルスφTGWのパルス幅TTGWで定まる時間
が無視できなくなるとき、入射光強度に応じ転送ゲート
クロックパルスφTGWのパルス幅で定まる転送ゲート７
が開かれている時間を短くする制御を行ない、被写体が
非常に明るい場合であっても略一定の光電変換出力を得
るようにしている。
次に、第8,9図のタイミングチャートを参照して、第７
図の実施例の動作を説明する。
図の実施例の動作を説明する。
まず、第８図のタイミングチャートは固体撮像素子の光
電変換面２−１〜２−ｎへの入射光強度がさほど大きく
ない場合、即ちTs＞T1の関係にあって、転送ゲートクロ
ックパルスφTGWにより転送ゲートを開いている時間が
無視できる場合で、一定レベルの光電変換出力が得られ
るように電荷蓄積時間Tsを制御した場合のタイミングチ
ャートである。
電変換面２−１〜２−ｎへの入射光強度がさほど大きく
ない場合、即ちTs＞T1の関係にあって、転送ゲートクロ
ックパルスφTGWにより転送ゲートを開いている時間が
無視できる場合で、一定レベルの光電変換出力が得られ
るように電荷蓄積時間Tsを制御した場合のタイミングチ
ャートである。
第８図において、まず電荷蓄積前ではクリアゲート５に
Ｈレベルのクリアパルスφｃが印加されており、光電変
換面２−１〜２−ｎの不要電荷はオーバーフロードレイ
ン６へ排出されている。続いて、電荷蓄積開始のため、
タイミングパルス発生器15がＨレベルのプリセットパル
スφｐをMOSトランジスタ10のゲートに印加すると、蓄
積電極４にバイアス電圧Vref 1が供給され、蓄積電極４
において電荷蓄積が可能な状態となる。
Ｈレベルのクリアパルスφｃが印加されており、光電変
換面２−１〜２−ｎの不要電荷はオーバーフロードレイ
ン６へ排出されている。続いて、電荷蓄積開始のため、
タイミングパルス発生器15がＨレベルのプリセットパル
スφｐをMOSトランジスタ10のゲートに印加すると、蓄
積電極４にバイアス電圧Vref 1が供給され、蓄積電極４
において電荷蓄積が可能な状態となる。
続いて、プリセットパルスφｐの立下がりに同期してク
リアパルスφｃはＬレベルとなり、クリアゲート５が閉
じられ、電荷蓄積即ち露光が開始される。同時にリップ
ルキャリーカウンタ19及びＤ−FF20のクリア状態がイン
バータ18のＬレベル出力で解除され、リップルキャリー
カウンタ19は分周器17からの分周パルスのカウントを開
始する。
リアパルスφｃはＬレベルとなり、クリアゲート５が閉
じられ、電荷蓄積即ち露光が開始される。同時にリップ
ルキャリーカウンタ19及びＤ−FF20のクリア状態がイン
バータ18のＬレベル出力で解除され、リップルキャリー
カウンタ19は分周器17からの分周パルスのカウントを開
始する。
フローティング状態となった蓄積電極４に接続されたフ
ォロワアンプ11の出力V2は蓄積電極４の下に蓄積された
電荷の総量、即ち光電変換出力の積分値に比例して変化
する。従って、フォロワアンプ11の出力V2が所定値に達
したことを検知して電荷蓄積を停止させることで所望の
出力レベルとなる光電変換出力Voutを得ることができ、
参照電圧Vref2はその所定値に設定されている。さて、
フォロワアンプ11の出力V2が参照電圧Vref2に達する
と、比較器12の出力V3はＨレベルに反転し、同時にＤ−
FF27のＱ出力は、即ち転送ゲートクロックパルスφTGW
をＨレベルとし、蓄積電極４の下に蓄積された電荷をCC
Dレジスタ８へ転送し始める。
ォロワアンプ11の出力V2は蓄積電極４の下に蓄積された
電荷の総量、即ち光電変換出力の積分値に比例して変化
する。従って、フォロワアンプ11の出力V2が所定値に達
したことを検知して電荷蓄積を停止させることで所望の
出力レベルとなる光電変換出力Voutを得ることができ、
参照電圧Vref2はその所定値に設定されている。さて、
フォロワアンプ11の出力V2が参照電圧Vref2に達する
と、比較器12の出力V3はＨレベルに反転し、同時にＤ−
FF27のＱ出力は、即ち転送ゲートクロックパルスφTGW
をＨレベルとし、蓄積電極４の下に蓄積された電荷をCC
Dレジスタ８へ転送し始める。
ここで、光電変換面２−１〜２−２への入射光強度は露
光エラーを無視できる程度であることから、この場合の
電荷蓄積時間Tsは搬送ゲート７を開く転送ゲートクロッ
クパルスφTGWのパルス幅で定まる時間TTGWとの間でTs
＞TTGWとなっている。即ち、リップルキャリーカウンタ
19のリップルキャリー出力がＨレベルとなる時間が露光
エラーの許容限界を与えるT1時間であり、Ts＞T1＞TTGW
の関係にあり、電荷蓄積時間TsがT1時間に達したときＤ
−FF20のＱ出力がＨレベルとなり、NORゲート21〜24の
一方の端子にそれぞれＨレベル入力が印加される。従っ
て、NORゲート21〜24の出力はすべてＬレベルとなり、
比較器12の出力が露光時間Tsへの到達でＨレベルとなっ
たときワンショットマルチバイブレータ13から出力され
るロードパルスによってプリセット値ゼロがリップルキ
ャリーカウンタ25が読み取られる。従って、比較器12の
出力V3がＨレベルとなり、電荷転送が開始された後、リ
ップルキャリーカウンタ25のリップルキャリー出力がＨ
レベルとなるプリセット値零からのカウント時間T2は、
発振器16のクロック周波数によって一義的に定まり、T2
時間経過後、リップルキャリーカウンタ25の出力がＨレ
ベルとなり、インバータ26を介してＤ−FF27をクリア
し、Ｄ−FF27の出力をＬレベルに落とし、転送ゲートク
ロックパルスφTGWの送出を停止し、蓄積電荷のCCDレジ
スタ８への転送を完了させる。
光エラーを無視できる程度であることから、この場合の
電荷蓄積時間Tsは搬送ゲート７を開く転送ゲートクロッ
クパルスφTGWのパルス幅で定まる時間TTGWとの間でTs
＞TTGWとなっている。即ち、リップルキャリーカウンタ
19のリップルキャリー出力がＨレベルとなる時間が露光
エラーの許容限界を与えるT1時間であり、Ts＞T1＞TTGW
の関係にあり、電荷蓄積時間TsがT1時間に達したときＤ
−FF20のＱ出力がＨレベルとなり、NORゲート21〜24の
一方の端子にそれぞれＨレベル入力が印加される。従っ
て、NORゲート21〜24の出力はすべてＬレベルとなり、
比較器12の出力が露光時間Tsへの到達でＨレベルとなっ
たときワンショットマルチバイブレータ13から出力され
るロードパルスによってプリセット値ゼロがリップルキ
ャリーカウンタ25が読み取られる。従って、比較器12の
出力V3がＨレベルとなり、電荷転送が開始された後、リ
ップルキャリーカウンタ25のリップルキャリー出力がＨ
レベルとなるプリセット値零からのカウント時間T2は、
発振器16のクロック周波数によって一義的に定まり、T2
時間経過後、リップルキャリーカウンタ25の出力がＨレ
ベルとなり、インバータ26を介してＤ−FF27をクリア
し、Ｄ−FF27の出力をＬレベルに落とし、転送ゲートク
ロックパルスφTGWの送出を停止し、蓄積電荷のCCDレジ
スタ８への転送を完了させる。
このリップルキャリーカウンタ25のプリセット値零から
リップルキャリー出力を得るまでの時間T2、即ち転送ゲ
ート７を開いている時間は、第３図に示されるように、
蓄積電極４の下の電荷をCCDレジスタ８に充分に転送で
きるT2時間であり、T1＞T2＝TTGW関係にある。
リップルキャリー出力を得るまでの時間T2、即ち転送ゲ
ート７を開いている時間は、第３図に示されるように、
蓄積電極４の下の電荷をCCDレジスタ８に充分に転送で
きるT2時間であり、T1＞T2＝TTGW関係にある。
このように入射光強度がさほど大きくならない通常の状
態では、転送ゲートクロックパルスφTGWにより転送ゲ
ート７が開かれている時間T2は、電荷蓄積時間Tsに比べ
非常に短く、露光エラーは無視できる程度に少なく、略
一定の光電変換出力を得ることができる。
態では、転送ゲートクロックパルスφTGWにより転送ゲ
ート７が開かれている時間T2は、電荷蓄積時間Tsに比べ
非常に短く、露光エラーは無視できる程度に少なく、略
一定の光電変換出力を得ることができる。
次に、第９図のタイミングチャートを参照して入射光強
度が非常に大きくなったときの動作を説明する。即ち、
入射光強度が非常に大きくなると、第１図に示した特性
に基づいて設定される電荷蓄積時間Tsは露光エラーの許
容限界時間T1に対しTs＜T1となり、前述した通常の入射
光強度での転送ゲートクロックパルスφTGWのパルス幅T
TGWとの間でTs≒TTGWとなる。転送ゲートクロックパル
スφTGWの印加で転送ゲート７が開いている間も光電変
換面２−１〜２−ｎが露光されているため、転送ゲート
７が開いている間に発生した電荷の多くは転送ゲート７
を経てCCDレジスタ８に転送され、その電荷量即ち露光
エラーは転送前に発生した電荷量に対して無視できない
量となる。
度が非常に大きくなったときの動作を説明する。即ち、
入射光強度が非常に大きくなると、第１図に示した特性
に基づいて設定される電荷蓄積時間Tsは露光エラーの許
容限界時間T1に対しTs＜T1となり、前述した通常の入射
光強度での転送ゲートクロックパルスφTGWのパルス幅T
TGWとの間でTs≒TTGWとなる。転送ゲートクロックパル
スφTGWの印加で転送ゲート７が開いている間も光電変
換面２−１〜２−ｎが露光されているため、転送ゲート
７が開いている間に発生した電荷の多くは転送ゲート７
を経てCCDレジスタ８に転送され、その電荷量即ち露光
エラーは転送前に発生した電荷量に対して無視できない
量となる。
光電変換出力Voutは所望の値より大きな値となってしま
い、後段の処理回路にA/D変換器等を用いている場合に
はその入力レンジをオーバーしてしまうことがあり、距
離測定が不能となる。
い、後段の処理回路にA/D変換器等を用いている場合に
はその入力レンジをオーバーしてしまうことがあり、距
離測定が不能となる。
このような入射光強度が非常に大きくなって露光エラー
が無視できなくなった場合、本発明においては電荷蓄積
時間Tsに応じ転送ゲートクロックパルスφTGWを短くす
ることで露光エラーを減少して光電変換出力を略一定に
保ち、その結果、ダイナミックレンジを更に拡大するこ
ととなる。
が無視できなくなった場合、本発明においては電荷蓄積
時間Tsに応じ転送ゲートクロックパルスφTGWを短くす
ることで露光エラーを減少して光電変換出力を略一定に
保ち、その結果、ダイナミックレンジを更に拡大するこ
ととなる。
具体的に説明すると、第７図の実施例において、固体撮
像素子105の光電変換面２−１〜２−ｎに対する入射光
強度が大きい場合には第９図のタイミングチャートに示
すように、まずタイミングパルス発生回路15からのプリ
セットパルスφｐの立下がりに同期してクリアパルスφ
ｃもＬレベルとなり、クリアゲート５を閉じることで電
荷蓄積が開始される。同時に、クリアプルスφｃがＬレ
ベルとなることでリップキャリーカウンタ19及びＤ−FF
20のクリアが解除され、リップルキャリーカウンタ19が
分周パルスの計数を開始する。入射光強度が大きい場合
にはリップルキャリーカウンタ19のリップルキャリー出
力で与えられる露光エラーの許容限界値となるT1時間に
達する前にフォロワアンプ11の出力V2が参照電圧Vref 2
に達し、比較器12の出力V3がＨレベルに変化し、ワンシ
ョットマルチバイブレータ13の出力よりリップルキャ
リーカウンタ25にロードパルスが出力される。このロー
ドパルスが得られたタイミングにおいて、リップルキャ
リーカウンタ19のリップルキャリー出力はT1時間に達し
てしないことからＬレベルにあり、電荷蓄積時間Tsに応
じたカウント出力Qao〜QdoをNORゲート20の一方の入力
に与えている。また、リップルキャリーカウンタ19のリ
ップルキャリーが出力がＬレベルであるため、Ｄ−FF20
のＱ出力はＬレベルのままであり、NORゲート21〜24は
リップルキャリーカウンタ19のカウント出力Qao〜Qdoを
反転してリップルキャリーカウンタ25の各プリセット入
力端子に入力している。従って、電荷蓄積時間Tsに達し
たときのワンショットマルチバイブレータ13からのロー
ドパルスを受けてリップルキャリーカウンタ25はそのと
きのリップルキャリーカウンタ19のカウント出力で定ま
るプリセット値を読み込む。ここで、リップルキャリー
カウンタ25がリップルキャリー出力を生ずるカウント値
は通常の入射光強度における転送ゲートクロックパルス
φTGWのパルス幅TTGW＝T2を与えることから、リップル
キャリー出力を生ずるカウントからプリセット値を差し
引いたカウント数に達するとリップルキャリー出力を生
じ、Ｄ−FF27より電荷蓄積時間Tsに応じたパルス幅TTGW
となる転送ゲートクロックパルスφTGWとなる転送ゲー
トクロックパルスφTGWを転送ゲート７に出力する。
像素子105の光電変換面２−１〜２−ｎに対する入射光
強度が大きい場合には第９図のタイミングチャートに示
すように、まずタイミングパルス発生回路15からのプリ
セットパルスφｐの立下がりに同期してクリアパルスφ
ｃもＬレベルとなり、クリアゲート５を閉じることで電
荷蓄積が開始される。同時に、クリアプルスφｃがＬレ
ベルとなることでリップキャリーカウンタ19及びＤ−FF
20のクリアが解除され、リップルキャリーカウンタ19が
分周パルスの計数を開始する。入射光強度が大きい場合
にはリップルキャリーカウンタ19のリップルキャリー出
力で与えられる露光エラーの許容限界値となるT1時間に
達する前にフォロワアンプ11の出力V2が参照電圧Vref 2
に達し、比較器12の出力V3がＨレベルに変化し、ワンシ
ョットマルチバイブレータ13の出力よりリップルキャ
リーカウンタ25にロードパルスが出力される。このロー
ドパルスが得られたタイミングにおいて、リップルキャ
リーカウンタ19のリップルキャリー出力はT1時間に達し
てしないことからＬレベルにあり、電荷蓄積時間Tsに応
じたカウント出力Qao〜QdoをNORゲート20の一方の入力
に与えている。また、リップルキャリーカウンタ19のリ
ップルキャリーが出力がＬレベルであるため、Ｄ−FF20
のＱ出力はＬレベルのままであり、NORゲート21〜24は
リップルキャリーカウンタ19のカウント出力Qao〜Qdoを
反転してリップルキャリーカウンタ25の各プリセット入
力端子に入力している。従って、電荷蓄積時間Tsに達し
たときのワンショットマルチバイブレータ13からのロー
ドパルスを受けてリップルキャリーカウンタ25はそのと
きのリップルキャリーカウンタ19のカウント出力で定ま
るプリセット値を読み込む。ここで、リップルキャリー
カウンタ25がリップルキャリー出力を生ずるカウント値
は通常の入射光強度における転送ゲートクロックパルス
φTGWのパルス幅TTGW＝T2を与えることから、リップル
キャリー出力を生ずるカウントからプリセット値を差し
引いたカウント数に達するとリップルキャリー出力を生
じ、Ｄ−FF27より電荷蓄積時間Tsに応じたパルス幅TTGW
となる転送ゲートクロックパルスφTGWとなる転送ゲー
トクロックパルスφTGWを転送ゲート７に出力する。
即ち、入射光強度に応じて定まる電荷蓄積時間をTs、露
光エラーの許容限界時間をT1（定数）、通常の入射光強
度で転送ゲートを開いている時間をT2（定数）、及び入
射光強度が大きいときに偏光する転送ゲートクロックパ
ルスφTGWのパルス幅をTTGWとすると、 Ts/T1＝TTGW/T2 従って、 TTGW/Ts＝T2/T1＝const. の関係がTs＜T1において成立することになる。例えばT1
＝128μsec,T2＝16μsecとなるように発振器16及び分周
器17を設定すると、入射強度が大きいTs＜T1において露
光エラー量は所望の光電変換出力Voutに対し、概ね、 Vout×（T2/T1）＝Vout×0.125 程度となり、通常の入射光強度の場合と同程度の光電変
換出力を得ることができ、ダイナミックレンジを更に広
げることが可能となる。
光エラーの許容限界時間をT1（定数）、通常の入射光強
度で転送ゲートを開いている時間をT2（定数）、及び入
射光強度が大きいときに偏光する転送ゲートクロックパ
ルスφTGWのパルス幅をTTGWとすると、 Ts/T1＝TTGW/T2 従って、 TTGW/Ts＝T2/T1＝const. の関係がTs＜T1において成立することになる。例えばT1
＝128μsec,T2＝16μsecとなるように発振器16及び分周
器17を設定すると、入射強度が大きいTs＜T1において露
光エラー量は所望の光電変換出力Voutに対し、概ね、 Vout×（T2/T1）＝Vout×0.125 程度となり、通常の入射光強度の場合と同程度の光電変
換出力を得ることができ、ダイナミックレンジを更に広
げることが可能となる。
また、入射光強度が大きいときに転送ゲートクロックパ
ルスφTGWのパルス幅TTGWを小さくして光電変換出力を
制限することは、出力アンプ９等の負担を軽減すること
にも繋がる。つまり、出力アンプ９による電荷−電圧変
換におけるリニアティを保障する範囲が常に限られた狭
い範囲、例えば０〜Vout×３程度でよく、飽和出力を得
る場合に比べ低電圧、且つ低消費電力を実現することが
できる。
ルスφTGWのパルス幅TTGWを小さくして光電変換出力を
制限することは、出力アンプ９等の負担を軽減すること
にも繋がる。つまり、出力アンプ９による電荷−電圧変
換におけるリニアティを保障する範囲が常に限られた狭
い範囲、例えば０〜Vout×３程度でよく、飽和出力を得
る場合に比べ低電圧、且つ低消費電力を実現することが
できる。
尚、第７図の実施例では入射光強度に応じて定まる電荷
蓄積時間Tsが予め定められたT1時間以下となったとき、
転送ゲートクロックパルスφTGWのパルス幅TTGWを電荷
蓄積時間Tsに応じ直線的に比例して短くなるように設定
することで光電変換出力の露光エラーによる増大を防止
したが、必ずしも厳密に比例させて減少させなくてもあ
る程度の効果が得られる。
蓄積時間Tsが予め定められたT1時間以下となったとき、
転送ゲートクロックパルスφTGWのパルス幅TTGWを電荷
蓄積時間Tsに応じ直線的に比例して短くなるように設定
することで光電変換出力の露光エラーによる増大を防止
したが、必ずしも厳密に比例させて減少させなくてもあ
る程度の効果が得られる。
第10図は第７図の実施例に示したハードウェアによる実
時間での電荷蓄積時間Ts及び転送ゲートクロックパルス
φTGWのパルス幅の制御をマイクロコンピュータ等のソ
フトウェアで実現するためのプログラムフローチャート
である。即ち、第６図に示す本発明の基本構成を示した
ブロック図における固体撮像素子105は第７図の実施例
と同様にハードウェアで構成するが、残りの入射光強度
検出手段106,電荷蓄積時間設定手段107,閾値時間設定手
段108,比較手段109及び転送ゲートクロック幅制御手段1
10をプログラム制御で実現するものである。
時間での電荷蓄積時間Ts及び転送ゲートクロックパルス
φTGWのパルス幅の制御をマイクロコンピュータ等のソ
フトウェアで実現するためのプログラムフローチャート
である。即ち、第６図に示す本発明の基本構成を示した
ブロック図における固体撮像素子105は第７図の実施例
と同様にハードウェアで構成するが、残りの入射光強度
検出手段106,電荷蓄積時間設定手段107,閾値時間設定手
段108,比較手段109及び転送ゲートクロック幅制御手段1
10をプログラム制御で実現するものである。
第10図において、スタートパルスの送出により、ブロッ
ク50で電荷蓄積が開始され、次のブロック52で前回設定
された電荷蓄積時間Ts（ｎ）経過後、電荷蓄積終了パル
スを送出し、ブロック54で同じく前回の処理で設定され
たパルス福TTGW（ｎ）の転送ゲートクロックパルスφ
TGWを送出する。
ク50で電荷蓄積が開始され、次のブロック52で前回設定
された電荷蓄積時間Ts（ｎ）経過後、電荷蓄積終了パル
スを送出し、ブロック54で同じく前回の処理で設定され
たパルス福TTGW（ｎ）の転送ゲートクロックパルスφ
TGWを送出する。
続いて、ブロック56でA/D変換された光電変換出力を記
憶し、ブロック58で入射光強度を検知するため、光電変
換出力の平均値Vavを算出する。
憶し、ブロック58で入射光強度を検知するため、光電変
換出力の平均値Vavを算出する。
次に、ブロック58で算出した平均値Vavが適切か否かの
判断を判別ブロック60でVL≦Vav≦VHとして行なう。こ
こでA/D変換器の入力レンジが512mVであったとすると、
VLは100mV、VHは300mV程度に設定される。
判断を判別ブロック60でVL≦Vav≦VHとして行なう。こ
こでA/D変換器の入力レンジが512mVであったとすると、
VLは100mV、VHは300mV程度に設定される。
判別ブロック60で光電変換出力の平均値VavがVL≦Vav≦
VHであるときには、出力データが適切であると見做し、
次のブロック62で焦点検出の演算が起なわれる。続いて
ブロック64で次回の電荷蓄積時間Ts（ｎ＋１）の設定が
行なわれ、このとき、光電変換出力の平均値Vavが適切
であることから、次回の電荷蓄積時間Ts（ｎ＋１）は今
回の電荷蓄積時間Ts（ｎ）と同じ値に設定される。更
に、ブロック66で次回の転送ゲートクロックパルスφ
TGW（ｎ＋１）のパルス福TTGW（ｎ＋１）の設定が行な
われるが、電荷蓄積時間と同様、TTGW（ｎ＋１）＝TTGW
（ｎ）と同じパルス幅の制定が行なわれる。
VHであるときには、出力データが適切であると見做し、
次のブロック62で焦点検出の演算が起なわれる。続いて
ブロック64で次回の電荷蓄積時間Ts（ｎ＋１）の設定が
行なわれ、このとき、光電変換出力の平均値Vavが適切
であることから、次回の電荷蓄積時間Ts（ｎ＋１）は今
回の電荷蓄積時間Ts（ｎ）と同じ値に設定される。更
に、ブロック66で次回の転送ゲートクロックパルスφ
TGW（ｎ＋１）のパルス福TTGW（ｎ＋１）の設定が行な
われるが、電荷蓄積時間と同様、TTGW（ｎ＋１）＝TTGW
（ｎ）と同じパルス幅の制定が行なわれる。
一方、光電変換出力レベルが飽和気味であったり非常に
低い場合、即ちVL≦Vav≦VHを外れ、電荷蓄積時間Ts
（ｎ）が過不足となった場合には適切な電荷蓄積時間を
設定し直すため、ブロック68の処理に移行する。
低い場合、即ちVL≦Vav≦VHを外れ、電荷蓄積時間Ts
（ｎ）が過不足となった場合には適切な電荷蓄積時間を
設定し直すため、ブロック68の処理に移行する。
ブロック68では電荷蓄積時間Tsの再設定が行なわれ、具
体的には次式により演算設定される。
体的には次式により演算設定される。
Ts（ｎ＋１）＝Ts（ｎ）×（Vm/Vav） ここで、平均値Vmは所望の光電変換出力を与える一定値
であり、Vm＝200mV程度の値となる。このブロック68で
再設定された電荷蓄積時間Ts（ｎ＋１）は次の判別ブロ
ック70で露光限界となるT1時間より短いか否かを判定す
る。即ち、再設定した電荷蓄積時間Ts（ｎ＋１）がT1時
間より短い場合にはブロック72で露光エラーの影響を減
ずるように、次に発生する転送ゲートクロックパルスφ
TGW（ｎ＋１）のパルス幅TTGW（ｎ＋１）の再設定を行
ない、具体的には次式にて再設定を行なう。
であり、Vm＝200mV程度の値となる。このブロック68で
再設定された電荷蓄積時間Ts（ｎ＋１）は次の判別ブロ
ック70で露光限界となるT1時間より短いか否かを判定す
る。即ち、再設定した電荷蓄積時間Ts（ｎ＋１）がT1時
間より短い場合にはブロック72で露光エラーの影響を減
ずるように、次に発生する転送ゲートクロックパルスφ
TGW（ｎ＋１）のパルス幅TTGW（ｎ＋１）の再設定を行
ない、具体的には次式にて再設定を行なう。
TTGW（ｎ＋１）＝TTGW（ｎ）×（Ts（ｎ＋１）/T1） 一方、判別ブローク70で再設定した電荷蓄積時間Ts（ｎ
＋１）がT1時間以上の場合はブロック74でTTGW（ｎ＋
１）＝TTGW（ｎ）と同じ値を再設定する。
＋１）がT1時間以上の場合はブロック74でTTGW（ｎ＋
１）＝TTGW（ｎ）と同じ値を再設定する。
以上の処理ルーチンにより被写体輝度の大きさに係わら
ず入射光強度に応じた電荷蓄積時間の設定及び電荷蓄積
時間に対応した転送ゲートクロックパルスのパルス幅の
設定で常に適切な光電変換出力を得ることができる。
ず入射光強度に応じた電荷蓄積時間の設定及び電荷蓄積
時間に対応した転送ゲートクロックパルスのパルス幅の
設定で常に適切な光電変換出力を得ることができる。
尚、スタートパルス及び電荷蓄積終了パルスはマイクロ
コンピュータのポート部より第７図に示したと同様なタ
イミングパルス発生器に入力され、固体撮像素子に対し
プリセットパルス，クリアパルスを出力するようにす
る。また、電荷蓄積時間Ts及び転送ゲートクロックパル
スφTGWのパルス幅TTGWは、マイクロコンピュータ内部
のタイマ及びソフトウェアにより各時間設定が行なわ
れ、同様にタイミングパルス発生器にポート出力を与え
ることで固体撮像素子の蓄積時間制御及び電荷転送制御
を行なう。
コンピュータのポート部より第７図に示したと同様なタ
イミングパルス発生器に入力され、固体撮像素子に対し
プリセットパルス，クリアパルスを出力するようにす
る。また、電荷蓄積時間Ts及び転送ゲートクロックパル
スφTGWのパルス幅TTGWは、マイクロコンピュータ内部
のタイマ及びソフトウェアにより各時間設定が行なわ
れ、同様にタイミングパルス発生器にポート出力を与え
ることで固体撮像素子の蓄積時間制御及び電荷転送制御
を行なう。
更に、電荷蓄積時間Tsが非常に短い時間となり、電荷蓄
積時間Tsの設定が困難な場合にはTs＝T1と設定し、転送
ゲートクロックパルスφTGWのパルス幅TTGWを第３図の
特性に従って極めて短くすることで、所望の光電変換出
力を得ることもできる。
積時間Tsの設定が困難な場合にはTs＝T1と設定し、転送
ゲートクロックパルスφTGWのパルス幅TTGWを第３図の
特性に従って極めて短くすることで、所望の光電変換出
力を得ることもできる。
尚、上記実施例において、比較手段109は電荷蓄積時間
設定手段107と閾値時間設定手段108との出力を直接比較
したが、本発明はこれに限られるものではない。例えば
後段の処理回路に悪影響を与えない最大限度の入射光強
度L1に対応する電圧値を出力する手段（108に相当）
と、光電変換出力の平均値を出力する手段（107に相
当）とを設け、両手段の出力を比較手段で比較すること
により電荷蓄積時間と閾値時間とを間接的に比較して、
その結果に基づき転送ゲートクロック幅制御手段110を
動作させてもよい。
設定手段107と閾値時間設定手段108との出力を直接比較
したが、本発明はこれに限られるものではない。例えば
後段の処理回路に悪影響を与えない最大限度の入射光強
度L1に対応する電圧値を出力する手段（108に相当）
と、光電変換出力の平均値を出力する手段（107に相
当）とを設け、両手段の出力を比較手段で比較すること
により電荷蓄積時間と閾値時間とを間接的に比較して、
その結果に基づき転送ゲートクロック幅制御手段110を
動作させてもよい。
（発明の効果） 以上説明してきたように本発明の固体撮像装置によれ
ば、入射光強度に応じた電荷蓄積時間と転送ゲートクロ
ックパルスのパルス幅制御により通常の被写体輝度は勿
論のこと、露光エラーを生じるような被写体輝度が大き
いときにも常に略一定の光電変換出力を得ることがで
き、後段の信号処理回路に対する適正な光電変換信号レ
ベルを保つことで信号処理回路を簡単に構成でき、更に
ダイナミックレンジを広げることができ、加えて被写体
輝度が大きいときにも飽和出力を生じないことから、後
段の処理回路の低消費電力化を計ることができ、カメラ
等の焦点検出装置に組み込んだ場合、いかなる入射光強
度の場合にも適正な距離検出を正確に行なうことができ
る。
ば、入射光強度に応じた電荷蓄積時間と転送ゲートクロ
ックパルスのパルス幅制御により通常の被写体輝度は勿
論のこと、露光エラーを生じるような被写体輝度が大き
いときにも常に略一定の光電変換出力を得ることがで
き、後段の信号処理回路に対する適正な光電変換信号レ
ベルを保つことで信号処理回路を簡単に構成でき、更に
ダイナミックレンジを広げることができ、加えて被写体
輝度が大きいときにも飽和出力を生じないことから、後
段の処理回路の低消費電力化を計ることができ、カメラ
等の焦点検出装置に組み込んだ場合、いかなる入射光強
度の場合にも適正な距離検出を正確に行なうことができ
る。
第１図は従来装置の入射光強度に対する電荷蓄積時間の
関係を示したグラフ図、第２図は従来装置の入射光強度
に対する光電変換出力の関係を示したグラフ図、第３図
は転送ゲートクロックパルスのパルス幅に対する光電変
換出力の関係を示したグラフ図、第４図は本発明の固定
撮像装置が適用される焦点検出装置の光学系の概要を示
した説明図、第５図は第４図の光学系を用いた焦点検出
装置の概略ブロック図、第６図は本発明の基本構成を示
したブロック図（クレーム対応図）、第７図はハードウ
ェアで構成した本発明の具体的な一実施例を示した回路
ブロック図、第８図は通常の入射光強度における第７図
の実施例の動作を示したタイミングチャート、第９図は
入射光強度が露光エラーを起す程度に大きくなったとき
の第７図の実施例の動作を示したタイミングチャート、
第10図は本発明のマイクロコンピュータ等によるプログ
ラム制御で実現するためのフローチャートである。 ２−１〜２−n:光電変換面 ３−１〜３−n:電荷蓄積部 4:蓄積電極 5:クリアゲート 6:オーバーフロードレイン 7:転送ゲート 8:CCDレジスター 9:出力アンプ 10:MOSトランジスタ 11:フォロワアンプ 12:比較器 13:ワンショットマルチバイブレータ 15:タイミングパルス発生器 16:発振器 17:分周器 18:,26:インバータ 19,25:リップルキャリーカウンタ 20,27:D−FF 21,22,23,24:NORゲート 101:撮影レンズ 102:フィールドレンズ 103,104:再結像レンズ 105、105a,105b:固体撮像素子 106:入射光強度検出手段 107:電荷蓄積時間設定手段 108:閾値時間設定手段 109:比較手段 110:転送ゲートクロック幅制御手段 120:スイッチング回路 121:サンプルホールド回路 122:A/D変換器 123:マイクロコンピュータ
関係を示したグラフ図、第２図は従来装置の入射光強度
に対する光電変換出力の関係を示したグラフ図、第３図
は転送ゲートクロックパルスのパルス幅に対する光電変
換出力の関係を示したグラフ図、第４図は本発明の固定
撮像装置が適用される焦点検出装置の光学系の概要を示
した説明図、第５図は第４図の光学系を用いた焦点検出
装置の概略ブロック図、第６図は本発明の基本構成を示
したブロック図（クレーム対応図）、第７図はハードウ
ェアで構成した本発明の具体的な一実施例を示した回路
ブロック図、第８図は通常の入射光強度における第７図
の実施例の動作を示したタイミングチャート、第９図は
入射光強度が露光エラーを起す程度に大きくなったとき
の第７図の実施例の動作を示したタイミングチャート、
第10図は本発明のマイクロコンピュータ等によるプログ
ラム制御で実現するためのフローチャートである。 ２−１〜２−n:光電変換面 ３−１〜３−n:電荷蓄積部 4:蓄積電極 5:クリアゲート 6:オーバーフロードレイン 7:転送ゲート 8:CCDレジスター 9:出力アンプ 10:MOSトランジスタ 11:フォロワアンプ 12:比較器 13:ワンショットマルチバイブレータ 15:タイミングパルス発生器 16:発振器 17:分周器 18:,26:インバータ 19,25:リップルキャリーカウンタ 20,27:D−FF 21,22,23,24:NORゲート 101:撮影レンズ 102:フィールドレンズ 103,104:再結像レンズ 105、105a,105b:固体撮像素子 106:入射光強度検出手段 107:電荷蓄積時間設定手段 108:閾値時間設定手段 109:比較手段 110:転送ゲートクロック幅制御手段 120:スイッチング回路 121:サンプルホールド回路 122:A/D変換器 123:マイクロコンピュータ
Claims (2)
- 【請求項１】光電変換面と、該光電変換面で発生した電
荷を蓄積する電荷蓄積部と、該電荷蓄積部の電荷を光電
変換電荷として送出するCCDレジスタと、前記電荷蓄積
部から前記CCDレジスタへの電荷転送をクロックパルス
で制御する転送ゲートとを含む固体撮像素子と、 前記光電変換面に入射する光の強度を検出する入射光強
度検出手段と、 該入射光強度検出手段の検出レベルの高低に応じて、前
記電荷蓄積部の蓄積時間を設定する電荷蓄積時間設定手
段と、 該電荷蓄積設定手段の設定した電荷蓄積時間による電荷
蓄積動作後に発生する前記クロックパルスの幅を前記電
荷蓄積時間に応じて変更する転送ゲートクロック幅制御
手段とを有することを特徴とする固体撮像装置。 - 【請求項２】特許請求の範囲第１項において、該転送ゲ
ートクロック幅制御手段は該電荷蓄積時間設定手段の設
定した前記電荷蓄積時間が所定時間より長い場合には前
記クロックパルスの幅を第１所定幅にし、前記電荷蓄積
時間が前記所定時間より短い場合には前記クロックパル
スの幅を前記第１所定幅よりも短くするように制御する
ことを特徴とする固体撮像装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59156970A JPH07112252B2 (ja) | 1984-07-27 | 1984-07-27 | 固体撮像装置 |
| US06/756,641 US4623927A (en) | 1984-07-27 | 1985-07-19 | Solid state image pickup apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59156970A JPH07112252B2 (ja) | 1984-07-27 | 1984-07-27 | 固体撮像装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6135684A JPS6135684A (ja) | 1986-02-20 |
| JPH07112252B2 true JPH07112252B2 (ja) | 1995-11-29 |
Family
ID=15639303
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59156970A Expired - Lifetime JPH07112252B2 (ja) | 1984-07-27 | 1984-07-27 | 固体撮像装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4623927A (ja) |
| JP (1) | JPH07112252B2 (ja) |
Families Citing this family (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6262671A (ja) * | 1985-09-12 | 1987-03-19 | Canon Inc | 固体撮像素子の信号処理回路 |
| NL8602091A (nl) * | 1986-08-18 | 1988-03-16 | Philips Nv | Beeldopneeminrichting uitgevoerd met een vaste-stof beeldopnemer en een elektronische sluiter. |
| JP2563370B2 (ja) * | 1986-12-27 | 1996-12-11 | オリンパス光学工業株式会社 | 焦点検出用光電変換装置 |
| JPH0399589A (ja) * | 1989-09-13 | 1991-04-24 | Toshiba Corp | 固体カメラ |
| US5264940A (en) * | 1990-10-08 | 1993-11-23 | Olympus Optical Co., Ltd. | Image sensing apparatus having exposure level and dynamic range control circuit |
| JP3093781B2 (ja) * | 1990-11-09 | 2000-10-03 | オリンパス光学工業株式会社 | 合焦位置検出装置 |
| JP3257802B2 (ja) * | 1991-05-30 | 2002-02-18 | ソニー株式会社 | 固体撮像装置及び固体撮像素子の駆動方法 |
| US5247367A (en) * | 1991-12-18 | 1993-09-21 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Circuit for controlling the electronic shutter speed of a video camera |
| JPH063580A (ja) * | 1992-06-19 | 1994-01-14 | Nikon Corp | 焦点検出装置 |
| US5214274A (en) * | 1992-07-24 | 1993-05-25 | President And Fellows Of Harvard College | Image sensor array with threshold voltage detectors and charged storage capacitors |
| JP2953297B2 (ja) * | 1994-03-30 | 1999-09-27 | 日本電気株式会社 | 受光素子およびその駆動方法 |
| US5786852A (en) * | 1994-06-20 | 1998-07-28 | Canon Kabushiki Kaisha | Image pick-up apparatus having an image sensing device including a photoelectric conversion part and a vertical transfer part |
| JP3747497B2 (ja) * | 1995-12-13 | 2006-02-22 | 株式会社ニコン | 測光装置 |
| JP3788483B2 (ja) * | 1995-12-25 | 2006-06-21 | ソニー株式会社 | 撮像装置および撮像方法 |
| US6069377A (en) * | 1999-05-13 | 2000-05-30 | Eastman Kodak Company | Image sensor incorporating saturation time measurement to increase dynamic range |
| JP2005109993A (ja) * | 2003-09-30 | 2005-04-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 撮影装置 |
| JP5521441B2 (ja) * | 2008-09-29 | 2014-06-11 | ソニー株式会社 | 固体撮像装置とその駆動方法、並びに電子機器 |
| JP2011107634A (ja) * | 2009-11-20 | 2011-06-02 | Hoya Corp | 焦点検出装置 |
| JP6516204B2 (ja) * | 2016-01-19 | 2019-05-22 | 京セラドキュメントソリューションズ株式会社 | 画像読取装置、画像読取方法、画像形成装置及び制御プログラム |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5933979A (ja) * | 1982-08-20 | 1984-02-24 | Nippon Kogaku Kk <Nikon> | インタ−ライン転送ｃｃｄの駆動方法 |
-
1984
- 1984-07-27 JP JP59156970A patent/JPH07112252B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1985
- 1985-07-19 US US06/756,641 patent/US4623927A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4623927A (en) | 1986-11-18 |
| JPS6135684A (ja) | 1986-02-20 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |