JPH07327172A - Solid-state image pickup device - Google Patents

Solid-state image pickup device

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Publication number
JPH07327172A
JPH07327172A JP6118457A JP11845794A JPH07327172A JP H07327172 A JPH07327172 A JP H07327172A JP 6118457 A JP6118457 A JP 6118457A JP 11845794 A JP11845794 A JP 11845794A JP H07327172 A JPH07327172 A JP H07327172A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
video signal
gain
solid
timing
control
Prior art date
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Pending
Application number
JP6118457A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroya Ito
浩也 伊藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Sanyo Electric Co Ltd filed Critical Sanyo Electric Co Ltd
Priority to JP6118457A priority Critical patent/JPH07327172A/en
Publication of JPH07327172A publication Critical patent/JPH07327172A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To allow the solid-state image pickup device to smoothly conduct automatic exposure control and automatic gain control. CONSTITUTION:A digital signal processing section 26 implementing various processing to digital data D1 corresponding to a video signal extracts luminance information and an integration circuit 28 integrates the information in the unit of a pattern to obtain an integration value I0. A comparator circuit 29 discriminates whether or not the integral value I0 is in a proper range and provides an output of comparison result C0. An exposure gain control circuit 30 controls the extension/contraction of a charge storage period of a solid-state image pickup element 21 depending on the comparison result C0 and controls the increase/decrease in the gain of a voltage controlled amplifier 24. In this case, either of exposure control and gain control is fixed.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、固体撮像素子に対する
露出制御と映像信号に対する利得制御とを行うようにし
た固体撮像装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid-state image pickup device which controls exposure of a solid-state image pickup device and gain control of a video signal.

【0002】[0002]

【従来の技術】CCD固体撮像素子を用いた固体撮像装
置においては、被写体の輝度変化に対応できるように固
体撮像素子の露出制御機能が設けられる。この露出制御
機能は、特開平3−22768号公報や特開平3−48
586号公報等に開示されているように、固体撮像素子
の電荷蓄積期間の途中で受光画素に蓄積されている情報
電荷を一旦排出した後、新たに蓄積される情報電荷を読
み出して映像信号を得るように構成される。また、固体
撮像素子から得られる映像信号に対しては、自動利得制
御回路が設けられ、映像信号のレベルの平均化が図られ
る。
2. Description of the Related Art In a solid-state image pickup device using a CCD solid-state image pickup device, an exposure control function of the solid-state image pickup device is provided so as to cope with a change in luminance of a subject. This exposure control function is disclosed in JP-A-3-22768 and JP-A-3-48.
As disclosed in Japanese Patent No. 586 or the like, after the information charge accumulated in the light receiving pixel is temporarily discharged during the charge accumulation period of the solid-state image sensor, the newly accumulated information charge is read out to generate a video signal. Configured to get. Further, an automatic gain control circuit is provided for the video signal obtained from the solid-state image sensor, and the level of the video signal is averaged.

【0003】図7は、従来の固体撮像装置の構成を示す
ブロック図である。CCD固体撮像素子1は、行列配置
された複数の受光画素を有し、被写体から照射される光
Lに応答して発生する情報電荷を各受光画素に蓄積す
る。CCD駆動回路2は、多相の転送クロックφnを固
体撮像素子1に供給し、垂直走査期間の途中で受光画素
に蓄積されている電荷を一旦排出した後、その排出タイ
ミングから垂直走査期間の終わりまでの期間に蓄積され
る情報電荷を転送出力して映像信号Y1を得る。サンプ
ルホールド回路3は、固体撮像素子1から出力される映
像信号Y1を固体撮像素子1の駆動タイミングに同期し
てサンプルホールドし、映像信号Y2を出力する。積分
回路4は、固体撮像素子1から出力される映像信号Y1
を1画面単位、即ち、1垂直走査期間単位で積分して積
分値I1を垂直走査期間毎に発生する。比較回路5は、
積分値I1を適正範囲に対応した基準値と比較し、積分
値I1が適正範囲に収まっているか否かを示す比較結果
C1を出力する。露出制御回路6は、比較結果C1に基
づいて固体撮像素子1の電荷の排出タイミングを決定す
るタイミング信号Tを生成し、駆動回路2に供給する。
これにより、固体撮像素子1の電荷を排出するタイミン
グが決定され、電荷の排出から読み出しまでの間に設定
される電荷蓄積期間が光Lの照度に応じて伸縮制御され
る。例えば、光Lが強いとき、映像信号Y1のレベルが
上昇して積分値I1が適正範囲を超えると、比較回路5
から露出を絞るように露出制御回路6に指示が与えら
れ、露出制御回路6が電荷の排出タイミングを遅らせる
ことによって電荷蓄積期間が短縮される。逆に、光Lが
弱く映像信号Y1のレベルが低下して積分値I1が適正
範囲より小さくなると、比較回路5から露出を開くよう
に露出制御回路6に指示が与えられ、露出制御回路6が
電荷の排出タイミングを早めることによって電荷蓄積期
間が伸長される。従って、固体撮像素子1の電荷蓄積期
間が光Lの照度に対応して伸縮制御され、映像信号Y1
のレベルが適正範囲内に維持される。
FIG. 7 is a block diagram showing the structure of a conventional solid-state image pickup device. The CCD solid-state imaging device 1 has a plurality of light receiving pixels arranged in rows and columns, and stores information charges generated in response to the light L emitted from the subject in each light receiving pixel. The CCD driving circuit 2 supplies a multi-phase transfer clock φ n to the solid-state image sensor 1, temporarily discharges the charges accumulated in the light receiving pixels in the middle of the vertical scanning period, and then, from the discharging timing to the vertical scanning period. Information charges accumulated in the period until the end are transferred and output to obtain a video signal Y1. The sample hold circuit 3 samples and holds the video signal Y1 output from the solid-state image sensor 1 in synchronization with the driving timing of the solid-state image sensor 1, and outputs a video signal Y2. The integrating circuit 4 outputs the video signal Y1 output from the solid-state image sensor 1.
Is integrated in one screen unit, that is, in one vertical scanning period unit, and an integrated value I1 is generated for each vertical scanning period. The comparison circuit 5 is
The integrated value I1 is compared with a reference value corresponding to the proper range, and a comparison result C1 indicating whether or not the integrated value I1 is within the proper range is output. The exposure control circuit 6 generates a timing signal T that determines the charge discharge timing of the solid-state image sensor 1 based on the comparison result C1 and supplies the timing signal T to the drive circuit 2.
As a result, the timing of discharging the electric charge of the solid-state imaging device 1 is determined, and the charge accumulation period set between the discharging of the electric charge and the reading is expanded / contracted according to the illuminance of the light L. For example, when the light L is strong and the level of the video signal Y1 rises and the integrated value I1 exceeds the proper range, the comparison circuit 5
From this, an instruction is given to the exposure control circuit 6 to reduce the exposure, and the exposure control circuit 6 delays the discharge timing of the charges, whereby the charge accumulation period is shortened. On the contrary, when the light L is weak and the level of the video signal Y1 is lowered and the integrated value I1 becomes smaller than the appropriate range, the comparison circuit 5 gives an instruction to the exposure control circuit 6 to open the exposure, and the exposure control circuit 6 The charge accumulation period is extended by advancing the charge discharge timing. Therefore, the charge accumulation period of the solid-state image sensor 1 is expanded / contracted according to the illuminance of the light L, and the video signal Y1
Level is maintained within the proper range.

【0004】電圧制御型アンプ7は、印加される制御電
圧VCに対応して利得が可変設定され、映像信号Y2を
所定の利得に応じて増幅して映像信号Y3を出力する。
アナログ信号処理部8は、映像信号Y3に対してガンマ
補正や基準レベルのクランプ等の処理を施し、所定のフ
ォーマットに従う映像信号Y4を出力する。積分回路9
は、積分回路4と同様に、アンプ7から出力される映像
信号Y3を1垂直走査期間単位で積分して積分値I2を
垂直走査期間毎に発生する。比較回路10は、積分値I
2を適正範囲に対応した基準値と比較し、積分値I2が
適正範囲に収まっているか否かを示す比較結果C2を出
力する。利得制御回路11は、比較結果C2を受けて制
御電圧VCを増減し、その制御電圧VCをアンプ7に供給
することでアンプ7の利得を映像信号Y2のレベルに対
応して可変設定する。例えば、映像信号Y3のレベルが
高くなって積分値I2が基準範囲を超えると、比較回路
10から利得を下げるように利得制御回路11に指示が
与えられ、利得制御回路11が制御電圧VCを低下させ
ることによってアンプ7の利得が引き下げられる。逆
に、映像信号Y3のレベルが低くなって積分値I2が適
正範囲より小さくなると、比較回路10から利得を上げ
るように利得制御回路11に指示が与えられ、利得制御
回路11が制御電圧VCを上昇させてアンプ7の利得が
引き上げられる。従って、映像信号Y3のレベルを適正
範囲内に維持するように自動利得制御が実現される。
The voltage-controlled amplifier 7 has its gain variably set according to the applied control voltage V C , amplifies the video signal Y2 according to a predetermined gain, and outputs a video signal Y3.
The analog signal processing unit 8 subjects the video signal Y3 to gamma correction, clamping of a reference level, etc., and outputs a video signal Y4 in accordance with a predetermined format. Integrating circuit 9
In the same manner as the integration circuit 4, integrates the video signal Y3 output from the amplifier 7 in units of one vertical scanning period to generate an integrated value I2 in each vertical scanning period. The comparison circuit 10 calculates the integrated value I
2 is compared with a reference value corresponding to the proper range, and a comparison result C2 indicating whether the integrated value I2 is within the proper range is output. Gain control circuit 11 increases or decreases the control voltage V C receives the comparison result C2, variably set corresponding to the gain of the amplifier 7 to the level of the video signal Y2 by supplying the control voltage V C to the amplifier 7 . For example, when the level of the video signal Y3 rises and the integrated value I2 exceeds the reference range, the comparison circuit 10 gives an instruction to the gain control circuit 11 to lower the gain, and the gain control circuit 11 outputs the control voltage V C. By lowering the gain, the gain of the amplifier 7 is lowered. On the contrary, when the level of the video signal Y3 becomes low and the integrated value I2 becomes smaller than the proper range, the comparison circuit 10 gives an instruction to the gain control circuit 11 to increase the gain, and the gain control circuit 11 causes the control voltage V C to rise. To increase the gain of the amplifier 7. Therefore, automatic gain control is realized so as to maintain the level of the video signal Y3 within the proper range.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】自動露出制御機能と自
動利得制御機能とを有する固体撮像装置においては、図
7に示すように、2系統の帰還ループが設けられてお
り、それぞれの帰還ループで独立に露出制御と利得制御
とが行われる。しかしながら、それぞれの帰還ループの
応答特性が異なるため、最終的に取り出される映像信号
が2次の伝達関数によって与えられることになる。従っ
て、被写体の輝度が変化したときに固体撮像素子の露出
及び映像信号の利得を迅速に対応させることができず、
円滑な制御を行うことは困難である。
In a solid-state image pickup device having an automatic exposure control function and an automatic gain control function, two feedback loops are provided as shown in FIG. Exposure control and gain control are performed independently. However, since the response characteristics of the respective feedback loops are different, the finally extracted video signal is given by the quadratic transfer function. Therefore, when the brightness of the subject changes, the exposure of the solid-state image sensor and the gain of the video signal cannot be quickly responded to,
Smooth control is difficult.

【0006】そこで本発明は、露出制御及び利得制御の
機能を失うことなく、円滑な制御を可能にした固体撮像
素子を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a solid-state image pickup device which enables smooth control without losing the functions of exposure control and gain control.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は、上述の課題を
解決するために成されたもので、その特徴とするところ
は、行列配置される複数の受光画素に被写体映像に対応
する情報電荷を蓄積する固体撮像素子と、この固体撮像
素子の各受光画素に蓄積される情報電荷を第1のタイミ
ングで排出した後に第2のタイミングで転送出力して第
1のタイミングから第2のタイミングまでの間の電荷蓄
積期間に蓄積される情報電荷に対応する映像信号を得る
駆動手段と、上記映像信号に任意の利得を与えて画面単
位の平均レベルを制御する増幅手段と、レベル制御され
た上記映像信号から取り出される輝度情報に基づいて上
記電荷蓄積期間を決定すると共に、上記増幅手段の利得
を決定する制御手段と、を備え、上記制御手段は、上記
電荷蓄積期間が所定の期間に達するまでの間に上記増幅
手段の利得を固定値とし、達した後には上記電荷蓄積期
間を固定して上記レベル制御手段の利得を可変値とする
ことにある。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and is characterized in that a plurality of light-receiving pixels arranged in a matrix have information charges corresponding to a subject image. From the first timing to the second timing after discharging the information charges accumulated in each light receiving pixel of the solid-state imaging element at the first timing and transferring and outputting the information charges at the second timing. Driving means for obtaining a video signal corresponding to the information charge accumulated in the charge accumulation period between the two, an amplifying means for giving an arbitrary gain to the video signal to control the average level of the screen unit, and the level-controlled Control means for determining the charge storage period based on the luminance information extracted from the video signal and for determining the gain of the amplifying means, wherein the control means determines the charge storage period. The gain of the amplifying means to a fixed value, after reaching is to a variable value the gain of said level control means to secure the charge accumulation period until reaching the period.

【0008】[0008]

【作用】本発明によれば、映像信号の輝度情報に基づい
て固体撮像素子の露出と映像信号の利得とを制御する
際、露出制御が限界状態となったところで露出を固定し
て利得制御を行い、逆に、利得制御が限界状態となった
ところで利得を固定して露出制御を行うようにすること
で、帰還ループを1系統とすることができる。このた
め、被写体の輝度が大きく変化したときでも、支障なく
追従させることができる。
According to the present invention, when the exposure of the solid-state image pickup device and the gain of the video signal are controlled based on the luminance information of the video signal, the gain is fixed by fixing the exposure when the exposure control reaches the limit state. On the contrary, when the gain control reaches the limit state, the gain is fixed and the exposure control is performed, so that the feedback loop can be one system. Therefore, even if the brightness of the subject changes significantly, it is possible to follow the subject without any trouble.

【0009】[0009]

【実施例】図1は、本発明の固体撮像装置の構成を示す
ブロック図である。CCD固体撮像素子21は、被写体
からの光Lを受けて情報電荷を発生する複数の受光画素
が行列配置され、CCD駆動回路22は、その固体撮像
素子21に多相の転送クロックφnを供給してパルス駆
動することにより映像信号Y1を出力させる。この固体
撮像素子21及び駆動回路22については、図7と同一
の構成を成している。
1 is a block diagram showing the configuration of a solid-state image pickup device according to the present invention. The CCD solid-state image sensor 21 has a plurality of light-receiving pixels arranged in a matrix to receive light L from a subject and generates information charges. The CCD drive circuit 22 supplies a multi-phase transfer clock φ n to the solid-state image sensor 21. Then, the video signal Y1 is output by pulse driving. The solid-state imaging device 21 and the drive circuit 22 have the same configuration as that of FIG. 7.

【0010】サンプルホールド回路23は、固体撮像素
子1の駆動タイミングに同期して、映像信号Y1の基準
レベルと映像情報レベルとの差を取り込む相関二重サン
プリングを行うように構成され、映像情報のみを表す映
像信号Y2を出力する。電圧制御型アンプ24は、印加
される制御電圧VCに対応して可変設定される利得を映
像信号Y2に与え、所定のレベルに増幅された映像信号
Y3を出力する。これらサンプルホールド回路23及び
アンプ24は、何れもMOSトランジスタ構成とするこ
とが可能であり、後述する制御回路30と同一の半導体
基板上に集積化することは容易である。A/D変換器2
5は、映像信号Y3を1画素分毎にデジタルデータD1
に変換し、デジタル信号処理部26に供給する。デジタ
ル信号処理部26は、データD1に対してガンマ補正や
基準レベルのクランプ、カラー撮像の場合にはホワイト
バランスの調整や高輝度擬信号の抑圧を行い、データD
2を出力する。そして、D/A変換器27は、データD
2をアナログ値に変換して映像信号Y4として出力す
る。
The sample and hold circuit 23 is configured to perform correlated double sampling which takes in the difference between the reference level of the video signal Y1 and the video information level in synchronism with the drive timing of the solid-state image pickup device 1, and only the video information. Output a video signal Y2. The voltage control type amplifier 24 gives the video signal Y2 a gain that is variably set according to the applied control voltage V C , and outputs the video signal Y3 amplified to a predetermined level. The sample-hold circuit 23 and the amplifier 24 can both have MOS transistor configurations, and can be easily integrated on the same semiconductor substrate as the control circuit 30 described later. A / D converter 2
5 is the digital signal D1 for each pixel of the video signal Y3.
And is supplied to the digital signal processing unit 26. The digital signal processing unit 26 performs gamma correction on the data D1, clamps the reference level, adjusts the white balance in the case of color imaging, and suppresses the high-luminance pseudo signal.
2 is output. Then, the D / A converter 27 outputs the data D
2 is converted into an analog value and output as a video signal Y4.

【0011】積分回路28は、デジタル信号処理部26
から取り出される輝度情報を1画面単位、即ち、1垂直
走査期間単位で累加算し、その積分値I0を垂直走査期
間毎に比較回路29に供給する。比較回路29は、積分
値I0を映像信号レベルの適正範囲に対応した基準値と
比較し、積分値I0が適正範囲に収まっているか否かを
示す比較結果C0を出力する。露出利得制御回路30
は、比較結果C0に基づいて固体撮像素子21の電荷蓄
積期間を設定するタイミング信号Tを生成して駆動回路
22に供給し、同時に、アンプ24の利得を制御する制
御電圧VCを生成してアンプ24に供給する。この制御
回路30では、タイミング信号Tあるいは制御電圧VC
の何れか一方のみが比較結果C0に応答して変更される
ように構成され、他方についてはその間固定される。例
えば、固体撮像素子21の電荷蓄積期間が最短となるま
ではアンプ24の利得を最大値に固定した状態で電荷蓄
積期間を伸縮制御し、最短となった後にはタイミング信
号Tを固定して制御電圧VCを比較結果C0に応答して
増減させる。これにより、固体撮像素子21の電荷蓄積
期間が光Lの照度に応じて伸縮されることで自動露出制
御が実現され、且つ、映像信号Y3に与えられる利得が
映像信号Y3のレベルに応じて増減されることで自動利
得制御が個別に実現される。
The integrating circuit 28 includes a digital signal processing section 26.
The luminance information extracted from the screen is cumulatively added in a unit of one screen, that is, in a unit of one vertical scanning period, and the integrated value I0 is supplied to the comparison circuit 29 for each vertical scanning period. The comparison circuit 29 compares the integrated value I0 with a reference value corresponding to the appropriate range of the video signal level, and outputs a comparison result C0 indicating whether the integrated value I0 is within the appropriate range. Exposure gain control circuit 30
Generates a timing signal T for setting the charge accumulation period of the solid-state imaging device 21 based on the comparison result C0 and supplies the timing signal T to the drive circuit 22, and at the same time generates a control voltage V C for controlling the gain of the amplifier 24. It is supplied to the amplifier 24. In this control circuit 30, the timing signal T or the control voltage V C
Is configured to be changed in response to the comparison result C0, and the other is fixed during that period. For example, until the charge accumulation period of the solid-state image sensor 21 becomes the shortest, the charge accumulation period is expanded / contracted while the gain of the amplifier 24 is fixed at the maximum value, and after the shortest, the timing signal T is fixed and controlled. The voltage V C is increased or decreased in response to the comparison result C0. As a result, the charge accumulation period of the solid-state image sensor 21 is expanded / contracted according to the illuminance of the light L, whereby automatic exposure control is realized, and the gain given to the video signal Y3 is increased / decreased according to the level of the video signal Y3. By doing so, automatic gain control is individually realized.

【0012】図2は、露出利得制御回路30の構成を示
すブロック図で、図3は、その動作を説明するタイミン
グ図である。露出制御用のアップダウンカウンタ31
は、比較回路29の比較結果C0に応じてカウント動作
し、駆動回路22が固体撮像素子21の情報電荷を排出
させるタイミングに対応した情報を記憶する。このアッ
プダウンカウンタ31は、カウント値がオーバーフロー
すると、一旦カウント動作を停止し、オーバーフロー信
号を発生する。利得制御用のアップダウンカウンタ32
は、アップダウンカウンタ31から出力されるオーバー
フロー信号を受けて起動し、比較結果C0に応じてカウ
ント動作してアンプ24に供給する制御電圧VCに対応
した情報を記憶する。このアップダウンカウンタ32に
ついても、カウント値がオーバーフローすると、カウン
ト動作を停止してオーバフロー信号を発生する。そし
て、このオーバーフロー信号は、アップダウンカウンタ
31に与えられ、アップダウンカウンタ31を再び起動
させる。ダウンカウンタ33は、垂直走査期間の始まり
にアップダウンカウンタ31のカウント出力をプリセッ
トデータとして取り込み、水平走査信号HDをカウント
してカウント値が「0」となったところでタイミング信
号Tのパルスを立ち上げる。これにより、垂直走査期間
の始まりから固体撮像素子21の情報電荷を排出するタ
イミングまでの期間が水平走査期間数によって計測され
ることになる。そして、水平走査期間の終わりに固体撮
像素子21の情報電荷の読み出しのタイミングを設定す
ることにより、情報電荷の排出タイミングから読み出し
タイミングまでの間に設定される電荷蓄積期間がアップ
ダウンカウンタ31のカウント出力に対応して伸縮制御
される。D/A変換器34は、アップダウンカウンタ3
2のカウント出力をアナログ値に変換し、制御電圧VC
として出力する。これにより、アンプ24の利得がアッ
プダウンカウンタ32のカウント出力に対応して増減制
御される。
FIG. 2 is a block diagram showing the structure of the exposure gain control circuit 30, and FIG. 3 is a timing chart for explaining the operation thereof. Up-down counter 31 for exposure control
Performs a counting operation in accordance with the comparison result C0 of the comparison circuit 29, and stores information corresponding to the timing at which the drive circuit 22 discharges the information charge of the solid-state imaging device 21. When the count value overflows, the up / down counter 31 temporarily stops the counting operation and generates an overflow signal. Up / down counter 32 for gain control
Is activated upon receiving an overflow signal output from the up / down counter 31, counts according to the comparison result C0, and stores information corresponding to the control voltage V C supplied to the amplifier 24. When the count value of the up / down counter 32 overflows, the counting operation is stopped and an overflow signal is generated. Then, this overflow signal is given to the up / down counter 31 to restart the up / down counter 31. The down counter 33 fetches the count output of the up / down counter 31 as preset data at the beginning of the vertical scanning period, counts the horizontal scanning signal HD, and raises the pulse of the timing signal T when the count value becomes “0”. . As a result, the period from the beginning of the vertical scanning period to the timing of discharging the information charges of the solid-state imaging device 21 is measured by the number of horizontal scanning periods. Then, by setting the timing of reading the information charges of the solid-state imaging device 21 at the end of the horizontal scanning period, the charge accumulation period set between the discharge timing of the information charges and the read timing is counted by the up / down counter 31. Expansion / contraction is controlled according to the output. The D / A converter 34 includes the up / down counter 3
The count output of 2 is converted into an analog value and the control voltage V C
Output as. As a result, the gain of the amplifier 24 is controlled to increase or decrease according to the count output of the up / down counter 32.

【0013】ここで、露出制御が動作し、利得制御が停
止しているとすると、積分値I0が適正範囲を超えたと
きには、比較結果C0がまずアップダウンカウンタ31
をカウントアップすることでダウンカウンタ33のプリ
セットデータを大きくし、情報電荷の排出タイミングを
遅らせて電荷蓄積期間を短縮する。そして、アップダウ
ンカウンタ31は、カウント出力が電荷蓄積期間を最短
(1水平走査期間)とする最大値まで達すると、カウン
ト動作を停止してオーバフロー信号をアップダウンカウ
ンタ32に供給する。さらに積分値I0が適正範囲を超
えていれば比較結果C0がアップダウンカウンタ32を
カウントダウンし、制御電圧VCを小さくしてアンプ2
4の利得を引き下げる。逆に、露出制御が停止し、利得
制御が動作しているとすると、積分値が適正範囲より小
さくなったときには、アップダウンカウンタ32をカウ
ントアップし、制御電圧VCを大きくしてアンプ24の
利得を引き上げる。そして、アップダウンカウンタ32
は、カウント出力が最大値まで達すると、カウント動作
を停止してオーバーフロー信号をアップダウンカウンタ
31に供給する。さらに積分値I0が適正範囲より小さ
ければ、比較結果C0がアップダウンカウンタ31をカ
ウントダウンすることでダウンカウンタ33のプリセッ
トデータを小さくし、情報電荷の排出タイミングを早め
て電荷蓄積期間を伸長する。このように2つのアップダ
ウンカウンタ31、32については、何れか一方のみが
動作し、他方は停止している。
Assuming that the exposure control is operating and the gain control is stopped, when the integrated value I0 exceeds the proper range, the comparison result C0 is first the up / down counter 31.
Is increased to increase the preset data of the down counter 33, delay the discharge timing of the information charges, and shorten the charge accumulation period. Then, the up-down counter 31 stops the counting operation and supplies an overflow signal to the up-down counter 32 when the count output reaches the maximum value with the shortest charge accumulation period (one horizontal scanning period). Further, if the integrated value I0 exceeds the proper range, the comparison result C0 causes the up / down counter 32 to count down, and the control voltage V C is reduced to reduce the amplifier 2
Lower the gain of 4. On the contrary, assuming that the exposure control is stopped and the gain control is operating, when the integrated value becomes smaller than the appropriate range, the up / down counter 32 is counted up and the control voltage V C is increased to increase the amplifier 24. Increase the gain. Then, the up / down counter 32
When the count output reaches the maximum value, stops the counting operation and supplies an overflow signal to the up / down counter 31. Further, if the integrated value I0 is smaller than the proper range, the comparison result C0 counts down the up / down counter 31 to reduce the preset data of the down counter 33, to accelerate the discharge timing of information charges and extend the charge accumulation period. As described above, only one of the two up / down counters 31 and 32 is operating and the other is stopped.

【0014】図4は、MOSトランジスタ構成のサンプ
ルホールド回路23の回路図で、図5は、その動作を説
明するタイミング図である。入力信号である映像信号Y
1がバッファ41を介してコンデンサ42の一端に接続
され、このコンデンサ42の他端がバッファ43に接続
される。また、バッファ43の入力側には、第1サンプ
リングパルスP1に応答して動作するスイッチ44を介
して一定の電圧VRが供給される。バッファ43の出力
は、第2サンプリングパルスP2に応答して動作するス
イッチ45を介して他端が接地されたコンデンサ46に
接続される。そして、このコンデンサ46の電圧の変動
が映像信号Y2として取り出される。
FIG. 4 is a circuit diagram of the sample and hold circuit 23 having a MOS transistor structure, and FIG. 5 is a timing chart for explaining its operation. Video signal Y which is an input signal
1 is connected to one end of the capacitor 42 via the buffer 41, and the other end of the capacitor 42 is connected to the buffer 43. Further, to the input side of the buffer 43, a constant voltage V R is supplied via the switch 44 which operates in response to a first sampling pulse P1. The output of the buffer 43 is connected to the capacitor 46 whose other end is grounded via the switch 45 which operates in response to the second sampling pulse P2. Then, the fluctuation of the voltage of the capacitor 46 is taken out as the video signal Y2.

【0015】バッファ41に入力される映像信号Y1
は、図5に示すように、基準レベルと映像情報レベルと
が一定のクロック周期で繰り返される。これは、CCD
固体撮像素子21の出力部において、転送出力される情
報電荷の排出及び蓄積が繰り返されるためであり、情報
電荷が排出された後の出力部の電位が基準レベルとな
り、蓄積される情報電荷の量に応じた電位が映像情報レ
ベルを示している。そこで、映像信号Y1の基準レベル
の期間にタイミングが一致する第1サンプリングパルス
P1に応答してスイッチ44をオンさせると、映像信号
Y1の基準レベルが電圧VRに固定される。このため、
映像信号Y1の基準レベルがノイズ等の影響で変動した
としても、バッファ43には、基準レベルの安定した映
像信号Y1が取り込まれる。そして、映像信号Y1の映
像情報レベルの期間にタイミングが一致する第2サンプ
リングパルスP2に応答してスイッチ45をオンさせる
と、基準レベルと信号レベルとの差に対応する電圧がコ
ンデンサ46に取り込まれる。従って、基準レベルが電
圧VRに固定された上で、映像信号Y1の信号レベル部
分のみが映像信号Y2として出力される。
Video signal Y1 input to the buffer 41
As shown in FIG. 5, the reference level and the video information level are repeated at a constant clock cycle. This is a CCD
This is because the output section of the solid-state imaging device 21 repeatedly discharges and accumulates the information charges transferred and output, and the potential of the output section after the information charges are discharged becomes the reference level, and the amount of the accumulated information charges is increased. Indicates the video information level. Therefore, when the switch 44 is turned on in response to the first sampling pulse P1 whose timing coincides with the period of the reference level of the video signal Y1, the reference level of the video signal Y1 is fixed to the voltage V R. For this reason,
Even if the reference level of the video signal Y1 fluctuates due to noise or the like, the buffer 43 captures the video signal Y1 having a stable reference level. Then, when the switch 45 is turned on in response to the second sampling pulse P2 whose timing coincides with the period of the image information level of the image signal Y1, the voltage corresponding to the difference between the reference level and the signal level is taken into the capacitor 46. . Therefore, the reference level on which is fixed to the voltage V R, only the signal level portion of the video signal Y1 is output as a video signal Y2.

【0016】図6は、電圧制御型のアンプ24の回路図
である。映像信号Y2がバッファ51を介して抵抗52
に接続され、この抵抗52に、Nチャンネル型MOSト
ランジスタ53のドレインが接続される。このMOSト
ランジスタ53のゲートには、ゲイン制御用の制御電圧
Cが印加され、ソースは接地される。また、電源電圧
を抵抗分割して取り出される電圧VDがバッファ54を
介して抵抗55に接続され、この抵抗55にNチャンネ
ル型MOSトランジスタ56のドレインが接続される。
このMOSトランジスタ56のゲートには、MOSトラ
ンジスタ53と共通の制御電圧VCが印加され、ソース
は同様に接地される。このように並列に設けられた2つ
のMOSトランジスタ53、56のドレンイは、それぞ
れMOSトランジスタ構成の差動アンプ60の入力に接
続される。なお、MOSトランジスタ53、56のドレ
インと差動アンプ60との間には、必要に応じてレベル
シフト回路が設けられる。差動アンプ60は、ゲートが
互いに接続された2つのPチャンネル型MOSトランジ
スタ61、62のソースに電源が接続され、そのゲート
がMOSトランジスタ61のドレイン側に接続されると
共に、ソースが接地された2つのNチャンネル型MOS
トランジスタ63、64がMOSトランジスタ61、6
2に直列に接続されて電流ミラー回路を構成している。
そして、MOSトランジスタ63、64のゲートを2つ
の入力とし、MOSトランジスタ53、56のドレイン
側の電位を受けてMOSトランジスタ62のドレイン側
から映像信号Y3を出力する。
FIG. 6 is a circuit diagram of the voltage-controlled amplifier 24. The video signal Y2 passes through the buffer 51 and the resistor 52.
The drain of the N-channel MOS transistor 53 is connected to the resistor 52. A control voltage V C for gain control is applied to the gate of the MOS transistor 53, and the source is grounded. Further, the voltage V D obtained by resistance-dividing the power supply voltage is connected to the resistor 55 via the buffer 54, and the drain of the N-channel MOS transistor 56 is connected to the resistor 55.
A control voltage V C common to the MOS transistor 53 is applied to the gate of the MOS transistor 56, and the source is similarly grounded. The drains of the two MOS transistors 53 and 56 thus arranged in parallel are connected to the inputs of the differential amplifier 60 having a MOS transistor configuration. A level shift circuit is provided between the drains of the MOS transistors 53 and 56 and the differential amplifier 60, if necessary. In the differential amplifier 60, the power sources are connected to the sources of two P-channel type MOS transistors 61 and 62 whose gates are connected to each other, the gates are connected to the drain side of the MOS transistor 61, and the sources are grounded. Two N-channel type MOS
Transistors 63 and 64 are MOS transistors 61 and 6
2 are connected in series to form a current mirror circuit.
Then, the gates of the MOS transistors 63 and 64 are used as two inputs, the potentials on the drain sides of the MOS transistors 53 and 56 are received, and the video signal Y3 is output from the drain side of the MOS transistor 62.

【0017】ここで、MOSトランジスタ53、56の
ゲートに印加される制御電圧VCが高くなると、MOS
トランジスタ53、56がオンする傾向となり、オン抵
抗が低くなってドレイン側の電位が低下する。差動アン
プ60の入力となるMOSトランジスタ53、56のド
レイン側の各電位が低下すると、差動アンプ60のMO
Sトランジスタ63、64がオフする傾向となり、差動
アンプ60のゲインが小さくなる。逆に制御電圧VC
低下すると、MOSトランジスタ53、56がオフする
傾向となり、オン抵抗が高くなってドレイン側の電位が
上昇し、差動アンプ60のゲインが大きくなる。
Here, when the control voltage V C applied to the gates of the MOS transistors 53 and 56 becomes high, the MOS
The transistors 53 and 56 tend to turn on, the on-resistance decreases, and the potential on the drain side decreases. When the potentials on the drain side of the MOS transistors 53 and 56, which are inputs to the differential amplifier 60, decrease, the MO of the differential amplifier 60 is reduced.
The S transistors 63 and 64 tend to turn off, and the gain of the differential amplifier 60 decreases. Conversely, when the control voltage V C decreases, the MOS transistors 53 and 56 tend to turn off, the on-resistance increases, the potential on the drain side increases, and the gain of the differential amplifier 60 increases.

【0018】以上のように、アナログ信号である映像信
号Y1、Y2、Y3を取り扱うサンプルホールド回路2
3及びアンプ24をMOSトランジスタ回路で構成すれ
ば、通常デジタル回路で構成される制御回路30やデジ
タル信号処理部26と同一の半導体基板上に形成するこ
とが容易になる。
As described above, the sample hold circuit 2 that handles the video signals Y1, Y2 and Y3 which are analog signals.
If the MOS transistor circuit 3 and the amplifier 24 are configured by MOS transistor circuits, they can be easily formed on the same semiconductor substrate as the control circuit 30 and the digital signal processing unit 26, which are usually digital circuits.

【0019】[0019]

【発明の効果】本発明によれば、固体撮像素子の露出と
映像信号に対する利得とを単一の帰還ループによって制
御することができるため、被写体の輝度変化に追従させ
易くなり、円滑な制御が可能になる。また、積分回路や
比較回路を1つにすることができることから、回路規模
を縮小させることができ、コストの低減が図れる。
According to the present invention, since the exposure of the solid-state image pickup device and the gain for the video signal can be controlled by a single feedback loop, it is easy to follow the change in the brightness of the subject and smooth control can be performed. It will be possible. Moreover, since the integrating circuit and the comparing circuit can be integrated into one, the circuit scale can be reduced and the cost can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の固体撮像装置の構成を示すブロック図
である。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a solid-state imaging device of the present invention.

【図2】露出利得制御回路のブロック図である。FIG. 2 is a block diagram of an exposure gain control circuit.

【図3】露出利得制御回路の動作を示すタイミング図で
ある。
FIG. 3 is a timing diagram showing the operation of the exposure gain control circuit.

【図4】サンプルホールド回路の回路図である。FIG. 4 is a circuit diagram of a sample hold circuit.

【図5】サンプルホールド回路の動作を示すタイミング
図である。
FIG. 5 is a timing chart showing the operation of the sample hold circuit.

【図6】電圧制御型アンプの回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram of a voltage control type amplifier.

【図7】従来の固体撮像装置の構成を示すブロック図で
ある。
FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of a conventional solid-state imaging device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、21 CCDイメージセンサ 2、22 駆動回路 3、23 サンプルホールド回路 4、9、28 積分回路 5、10、29 比較回路 6 露出制御回路 7、24 電圧制御型アンプ 8 アナログ信号処理部 11 利得制御回路 25 A/D変換器 26 デジタル信号処理部 27 D/A変換器 30 露出利得制御回路 1, 21 CCD image sensor 2, 22 drive circuit 3, 23 sample hold circuit 4, 9, 28 integration circuit 5, 10, 29 comparison circuit 6 exposure control circuit 7, 24 voltage control type amplifier 8 analog signal processing unit 11 gain control Circuit 25 A / D converter 26 Digital signal processing unit 27 D / A converter 30 Exposure gain control circuit

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 行列配置される複数の受光画素に被写体
映像に対応する情報電荷を蓄積する固体撮像素子と、こ
の固体撮像素子の各受光画素に蓄積される情報電荷を第
1のタイミングで排出した後に第2のタイミングで転送
出力して第1のタイミングから第2のタイミングまでの
間の電荷蓄積期間に蓄積される情報電荷に対応する映像
信号を得る駆動手段と、上記映像信号に任意の利得を与
えて画面単位の平均レベルを制御する増幅手段と、レベ
ル制御された上記映像信号から取り出される輝度情報に
基づいて上記電荷蓄積期間を決定すると共に、上記レベ
ル制御手段の利得を決定する制御手段と、を備え、上記
制御手段は、上記電荷蓄積期間が所定の期間に達するま
での間に上記増幅手段の利得を固定値とし、達した後に
は上記電荷蓄積期間を固定して上記増幅手段の利得を可
変値とすることを特徴とする固体撮像装置。
1. A solid-state image sensor for accumulating information charges corresponding to a subject image in a plurality of light-receiving pixels arranged in a matrix, and information charges accumulated in each light-receiving pixel of the solid-state image sensor are discharged at a first timing. After that, the driving means for transferring and outputting at the second timing to obtain a video signal corresponding to the information charge accumulated in the charge accumulation period from the first timing to the second timing, and an arbitrary video signal for the video signal. Amplifying means for giving a gain to control the average level of each screen unit, and control for determining the charge accumulating period on the basis of luminance information extracted from the level-controlled video signal and determining the gain of the level controlling means. The control means sets the gain of the amplifying means to a fixed value until the charge accumulation period reaches a predetermined period, and after the gain reaches the charge accumulation period. Is fixed and the gain of the amplification means is set to a variable value.
【請求項2】 行列配置される複数の受光画素に被写体
映像に対応する情報電荷を蓄積する固体撮像素子と、こ
の固体撮像素子の各受光画素に蓄積される情報電荷を第
1のタイミングで排出した後に第2のタイミングで転送
出力して第1のタイミングから第2のタイミングまでの
間の電荷蓄積期間に蓄積される情報電荷に対応する映像
信号を得る駆動手段と、上記映像信号に任意の利得を与
えて画面単位の平均レベルを制御する増幅手段と、この
増幅手段から出力される映像信号の1画面単位の積分値
の増減に応答して上記電荷蓄積期間を伸縮すると共に、
上記増幅手段が上記映像信号に与える利得を増減する制
御手段と、を備え、上記制御手段は、上記電荷蓄積期間
が最短となったときに上記レベル制御回路が与える利得
の減少を開始し、上記レベル制御回路が与える利得が最
大となったときに上記電荷蓄積期間の伸長を開始するこ
とを特徴とする固体撮像装置。
2. A solid-state imaging device for accumulating information charges corresponding to a subject image in a plurality of light-receiving pixels arranged in a matrix, and information charges accumulated in each light-receiving pixel of the solid-state imaging device are discharged at a first timing. After that, the driving means for transferring and outputting at the second timing to obtain a video signal corresponding to the information charge accumulated in the charge accumulation period from the first timing to the second timing, and an arbitrary video signal for the video signal. Amplifying means for giving a gain to control the average level of each screen unit, and the charge storage period is expanded or contracted in response to an increase or decrease of an integrated value of one screen unit of the video signal output from the amplifying means.
Control means for increasing or decreasing the gain given to the video signal by the amplifying means, wherein the control means starts reduction of the gain given by the level control circuit when the charge storage period becomes shortest, A solid-state imaging device, wherein extension of the charge storage period is started when the gain given by the level control circuit reaches a maximum.
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