JPH11127388A - 光電変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光電変換部の出力が正常であるか異常である
かを判定し、異常である可能性が高い場合には、直ちに
所定の処理を施すことにより、正常出力に戻す機能を持
った光電変換装置を提供する。 【解決手段】 電荷蓄積型のイメージセンサ３と、イメ
ージセンサ３の動作を制御する制御部８とを備えた、イ
メージセンサ３の出力が正常であるか異常であるかを判
定する飽和判定部１３を備え、制御部８は、飽和判定部
１３がイメージセンサ３の出力が異常であると判定した
場合には、次回の蓄積動作において、イメージセンサ３
の蓄積電荷量が少なくなるような所定の制御を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電荷蓄積型の光電
変換装置に関し、特に、カメラの自動焦点検出装置に好
適に用いられる光電変換装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】カメラの自動焦点調節装置は、焦点検出
光学系によって結像された被写体像を電荷蓄積型の光電
変換装置（以下、イメージセンサーと呼ぶ）で受光し、
そのイメージセンサー出力を演算処理して、撮影光学系
の予定焦点面に対する被写体像面のデフォーカス量を検
出し、このデフォーカス量に応じてフォーカシングレン
ズを駆動することにより、撮影光学系を合焦させるもの
が知られている。

【０００３】この自動焦点調節装置において、デフォー
カス量検出の可否や得られたデフォーカス量の信頼性な
どは、被写体の光輝度分布であるコントラストの高さに
大きく依存している。従って、被写体のコントラストを
最適にイメージセンサー出力に反映させる必要がある。
例えば、図１２（ａ）のような絵を見た場合に、図１２
（ｃ）のような出力になるのが望ましい。ここで、Ｖｓ
ａｔは、光電変換素子の飽和電圧レベルを示している。

【０００４】しかし、蓄積時間が短い場合には、図１２
（ｂ）のように、コントラストが低くなってしまう。逆
に、蓄積時間が長い場合には、図１２（ｄ）のように、
本来あるべきコントラストがなくなってしまったりす
る。そこで、適当な大きさのイメージセンサー出力を得
る必要があり、そのために適当な蓄積時間で電荷蓄積し
なければならない。この適当な蓄積時間を求めるため
に、前回の蓄積動作における蓄積時間と、イメージセン
サー出力とに基づいて、次回の蓄積動作における出力の
ピーク値等が適当な値になるような蓄積時間を算出する
方法がある。

【０００５】例えば、図１２（ｂ）のような出力が得ら
れ、そのときの蓄積時間がＴｂ、ピーク出力がＶｂであ
ったとする。この場合は、次回の蓄積動作において、図
１２（ｃ）のような適当な出力を得るには蓄積時間を Ｔｃ＝（Ｖｃ／Ｖｂ）×Ｔｂ …（１） とすればよい。

【０００６】ここで、Ｖｃは、目標値でＶｃ＝Ａ×Ｖｓ
ａｔ、Ａは１未満の正の実数であり、このＡの大きさで
イメージセンサー出力の「適当な大きさ」が決定する。
Ａが小さい場合には、常にイメージセンサー出力のコン
トラストが低くなってしまい、逆に、大きい場合には、
被写体の明るさを少し明るく変化しただけで、すぐにイ
メージセンサー出力が飽和してしまう。ただし、以上の
イメージセンサー出力の大きさには、暗電流等のノイズ
成分は含まれていないものとする。この方法を、以後Ａ
ＧＣ（Ａｕｔｏ Ｇａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌｌ）と略
す。

【０００７】イメージセンサー出力が飽和した場合に、
蓄積電荷がちょうど飽和出力に対応する電荷量になるよ
うな蓄積時間であっても、または、蓄積電荷が飽和出力
に対応する電荷量の倍の電荷量になるような蓄積時間で
あっても、同じ飽和出力しか得られないために、上記数
式１により、次回の蓄積時間Ｔｃを求めても、次回の出
力は、なお飽和する場合もある。そのために、イメージ
センサー出力が飽和電圧に達した場合には、上記数式１
にとらわれずに、蓄積時間を極端に短くするなどして飽
和状態を回避するとよい。

【０００８】図１３は、従来の光電変換装置の一例（例
えば特開昭５７−１３１１７８号公報）を示すブロック
図である。この装置は、光電変換部５１と、光電変換部
５１からの出力が飽和したか否かを検出するサチュレー
ション検出回路５２と、サチュレーション検出回路５２
が飽和を検出した場合に、回路を切り替えるスイッチ５
３と、スイッチ５３が切り替わったときに、出力が反転
するコンパレータ５４と、コンパレータ５４の出力が反
転したときに、光電変換部５１の蓄積時間を短くするよ
うなクロックパルスを出力するクロック発生回路５５等
とを備えている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述した従来
の装置は、光電変換部５１の出力が飽和したか否かをサ
チュレーション検出回路５２で検出するだけであるが、
サチュレーション検出回路５２は、出力が飽和したか否
かを検出するものであって、出力が正常であるか異常で
あるかを判定することができない。

【００１０】例えば、光電変換素子の構成によっては、
光電変換部５１に許容量の１００倍以上の光量が入射す
ると、出力が飽和状態を通り越し、出力値が逆に小さく
なる、いわゆる反転作用が起こるものがある。この反転
作用が起こった場合には、出力値は、飽和状態よりも小
さいために、サチュレーション検出回路５２では出力の
異常を検出できずに、誤った測光情報を出力し続けるこ
とになる。

【００１１】そこで、本発明は、光電変換部の出力が正
常であるか異常であるかを判定し、異常である可能性が
高い場合には、直ちに所定の処理を施すことにより、正
常出力に戻す機能を持った光電変換装置を提供すること
を課題としている。

【００１２】

【発明を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、請求項１の発明は、電荷蓄積型の光電変換部と、前
記光電変換部の動作を制御する制御部とを備えた光電変
換装置において、前記光電変換部の出力が正常であるか
異常であるかを判定する判定部を備え、前記制御部は、
前記判定部が前記光電変換部の出力が異常であると判定
した場合には、次回の蓄積動作において、前記光電変換
部の蓄積電荷量が少なくなるような所定の制御をするこ
とを特徴とする光電変換装置である。

【００１３】請求項２の発明は、請求項１に記載の光電
変換装置において、前記制御部は、前記判定部が前記光
電変換部の出力が異常であると判定した場合には、次回
の電荷蓄積動作の蓄積時間を所定値に設定することを特
徴とする光電変換装置である。

【００１４】請求項３の発明は、請求項１に記載の光電
変換装置において、前記制御部は、前記判定部が前記光
電変換部の出力が異常であると判定した場合には、次回
の電荷蓄積動作の蓄積時間を最小値に設定することを特
徴とする光電変換装置である。

【００１５】請求項４の発明は、請求項１に記載の光電
変換装置において、前記光電変換部は、出力を増幅する
出力増幅部と、前記出力増幅部の増幅率を選択する増幅
率選択部を備え、前記制御部は、前記判定部が前記光電
変換部の出力が異常であると判定した場合には、次回の
電荷蓄積動作において、前記増幅率が所定値になるよう
に、前記増幅率選択部を制御することを特徴とする光電
変換装置である。

【００１６】請求項５の発明は、請求項１に記載の光電
変換装置において、前記光電変換部は、出力を増幅する
出力増幅部と、前記出力増幅部の増幅率を選択する増幅
率選択部を備え、前記制御部は、前記判定部が前記光電
変換部の出力が異常であると判定した場合には、次回の
電荷蓄積動作において、前記増幅率が最小値になるよう
に、前記選択部を制御することを特徴とする光電変換装
置である。

【００１７】請求項６の発明は、請求項１に記載の光電
変換装置において、前記光電変換部は、光電変換部を遮
光した遮光画素を備え、前記判定部は、前記遮光画素出
力と非遮光画素出力とに基づいて、前記光電変換部の出
力が正常であるか異常であるかを判定することを特徴と
する光電変換装置である。

【００１８】請求項７の発明は、請求項６に記載の光電
変換装置において、前記判定部は、前記遮光画素出力と
非遮光画素出力が所定値以下であるか否かに基づいて、
前記光電変換部の出力が正常であるか異常であるかを判
定することを特徴とする光電変換装置である。

【００１９】請求項８の発明は、請求項６に記載の光電
変換装置において、前記判定部は、前記遮光画素出力と
非遮光画素出力が所定値以下の状態が所定回数の蓄積動
作にわたって続いたか否かに基づいて、前記光電変換部
の出力が正常であるか異常であるかを判定することを特
徴とする光電変換装置である。

【００２０】請求項９の発明は、請求項８に記載の光電
変換装置において、前記判定部は、電荷蓄積動作の蓄積
時間が所定値以上かつ前記出力増幅部の増幅率が所定値
以上であるか否かに基づいて、前記光電変換部の出力が
正常であるか異常であるかを判定することを特徴とする
光電変換装置である。

【００２１】請求項１０の発明は、電荷蓄積型の光電変
換部と、前記光電変換部の動作を制御する制御部と、前
記光電変換部の出力が正常であるか異常であるかを判定
する判定部とを備えた光電変換装置において、前記光電
変換部は、出力を増幅する出力増幅部と、前記出力増幅
部の増幅率を選択する増幅率選択部を備え、また更に、
前記光電変換部は、光電変換部を遮光した遮光画素を備
え、前記判定部は、電荷蓄積動作の蓄積時間が所定値以
上かつ前記出力増幅部の増幅率が所定値以上かつ前記遮
光画素出力と非遮光画素出力が所定値以下の状態が所定
回数の蓄積動作にわたって続いたか否かに基づいて、前
記光電変換部の出力が正常であるか異常であるかを判定
し、前記制御部は、前記光電変換部の出力が異常である
と判定した場合には、次回の蓄積動作において、前記光
電変換部の蓄積電荷量が少なくなるような所定の制御を
することを特徴とする光電変換装置である。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、図面などを参照して、本発
明の実施の形態をあげて、さらに詳しく説明する。図１
は、本発明による光電変換装置の実施形態の構成を示す
機能ブロック図である。この光電変換装置は、対物レン
ズ１、焦点検出光学系２、センサーチップ９、Ａ／Ｄ変
換部６、演算部７、駆動制御部１０、モーター１１等を
備えている。

【００２３】被写体からの光束は、対物レンズ１、焦点
検出光学系２を通って、イメージセンサー３上に結像さ
れる。イメージセンサー３の出力は、第１アンプ４と第
２アンプ５を通って増幅され、Ａ／Ｄ変換部６によって
Ａ／Ｄ変換された後に、演算部７に入力される。ここで
は、イメージセンサー３と、第１アンプ４と、第２アン
プ５と、センサー制御部８とは、１つのセンサーチップ
９上に形成されているものとする。

【００２４】演算部７は、焦点検出演算部１２と、飽和
判定部１３と、センサー制御データ算出部１４が含まれ
ている。焦点検出演算部１２は、Ａ／Ｄ変換部６のデー
タに基づいて、焦点検出演算を行い、対物レンズ１のデ
フォーカス量を算出する部分である。駆動制御部１０
は、デフォーカス量に基づいて、モーター１１を駆動
し、対物レンズ１を合焦駆動する。飽和判定部１３は、
Ａ／Ｄ変換部６のデータに基づいて、イメージセンサー
３が飽和状態又は異常飽和状態にあるか否かを判定する
部分である。

【００２５】センサー制御データ算出部１４は、Ａ／Ｄ
変換部６のデータに基づいて、ＡＧＣ動作を行う部分で
ある。このセンサー制御データ算出部１４は、イメージ
センサー３の次回の蓄積時間と、第１アンプ４と第２ア
ンプ５の増幅率に関するデータとを算出して、センサー
制御部８へ出力する。また、センサー制御データ算出部
１４は、飽和判定部１３がイメージセンサー３の出力が
飽和状態又は異常飽和状態にあると判定した場合には、
蓄積時間と、第１アンプ４と第２アンプ５の増幅率に関
するデータとを所定の値に設定する。そして、センサー
制御部８は、このデータに基づいて、イメージセンサー
３を駆動制御して、第１アンプ４と第２アンプ５の増幅
率を切り替える。

【００２６】図２は、本実施形態にかかる光電変換装置
のセンサーチップ９の構成を示す図である。ＰＥ１、Ｐ
Ｅ２・・・ＰＥｎは、電荷蓄積型光電変換素子であり、
全体として電荷蓄積型光電変換素子アレイを構成してい
る。ＯＶＤは、電荷蓄積型光電変換素子アレイに沿って
設けられたオーバーフロードレイン、ＯＶＧは、オーバ
ーフロードレインＯＶＤと電荷蓄積型光電変換素子アレ
イの間に設けられたオーバーフローゲートであり、電荷
蓄積型光電変換素子アレイの非電荷蓄積中は、オーバー
フローゲートＯＶＧを開いて、電荷蓄積型光電変換素子
アレイで発生する電荷をオーバーフロードレインＯＶＤ
に捨てる。

【００２７】ＳＲは、ＣＣＤアナログ転送レジスタ、Ｓ
Ｇは、電荷蓄積型光電変換素子アレイと、転送レジスタ
ＳＲの間に設けられた転送ゲートであり、電荷蓄積型光
電変換素子アレイの電荷蓄積が終了すると、転送ゲート
ＳＧを一旦開いて電荷蓄積型光電変換素子アレイに蓄積
された電荷を転送レジスタＳＲに転送し、以後、電荷
は、転送レジスタＳＲにより左方向にシリアルに転送さ
れて、電荷に対応した電圧に変換された後に、転送レジ
スタＳＲより画像信号として出力される。

【００２８】ＡＭＰ１は、第１アンプ４、ＡＭＰ２は、
第２アンプ５であり、転送レジスタＳＲからの画像信号
を増幅して、信号Ｖｏｕｔとして出力する。出力された
Ｖｏｕｔは、図１のＡ／Ｄ変換部６に供給される。な
お、信号Ｖｏｕｔは、基準電圧Ｖｒｅｆを基準に、０Ｖ
方向を正として出力される。

【００２９】センサー制御回路ＤＲＶは、以下の機能を
果たす回路である。 （１） 転送レジスタＳＲに２相の動作クロックＣＬＫ
１、ＣＬＫ２を供給する。 （２） 電荷蓄積の開始、終了の制御に伴って、オーバ
ーフローゲートＯＶＧを制御するための制御信号ＯＧＰ
を供給する。 （３） 電荷蓄積終了の制御に伴って、転送ゲートＳＧ
を制御するための制御信号ＳＧＰを供給する。 （４） 不図示の外部演算回路から電荷蓄積の開始、終
了の指示をするための蓄積時間制御信号Ｔｍを供給され
る。 （５） 不図示の外部演算回路から第１アンプ４の増幅
率を切り換えるための第１アンプ増幅率制御信号Ｇｎ１
が供給される。 （６） 不図示の外部演算回路から第２アンプ５の増幅
率を切り換えるための第２アンプ増幅率制御信号Ｇｎ２
が供給される。

【００３０】図３は、本実施形態にかかる光電変換装置
の光電変換装置の動作を示すタイミングチャートであ
る。転送レジスタＳＲは、動作クロックＣＬＫ１、ＣＬ
Ｋ２が供給され、常時転送動作を行っている。蓄積時間
制御信号Ｔｍは、時刻ｔ１からｔ２までがＨｉになって
おり、この時間が電荷蓄積型光電変換素子アレイの電荷
蓄積時間である。制御信号ＯＧＰは、時刻ｔ１までＨｉ
であり、オーバーフローゲートＯＶＧが開いているの
で、電荷蓄積型光電変換素子アレイで発生した電荷は、
電荷蓄積型光電変換素子アレイに蓄積されずに、オーバ
ーフロードレインＯＶＤに捨てられている。

【００３１】蓄積時間制御信号Ｔｍが時刻ｔ１にＨｉに
なり、センサー制御回路ＤＲＶに供給されると、センサ
ー制御回路ＤＲＶは、制御信号ＯＧＰをＬｏｗにしてオ
ーバーフローゲートＯＶＧを閉め、電荷蓄積型光電変換
素子アレイでの電荷蓄積を開始させる。

【００３２】不図示の演算部が時刻ｔ２において、蓄積
時間制御信号ＴｍをＬｏｗにすると、センサー制御回路
ＤＲＶは、制御信号ＳＧＰをＨｉにして、転送ゲートＳ
Ｇを開け、電荷蓄積型光電変換素子アレイで蓄積された
電荷を転送レジスタＳＲに転送させる。また、センサー
制御回路ＤＲＶは、時刻ｔ２における第１アンプ増幅率
制御信号Ｇｎ１と第２アンプ増幅率制御信号Ｇｎ２のＨ
ｉ／Ｌｏｗ状態に基づいて、第１アンプ４及び第２アン
プ５の増幅率を切り換える。

【００３３】時刻ｔ２から所定時間経過した時刻ｔ３に
おいて、センサー制御回路ＤＲＶは、制御信号ＳＧＰを
Ｌｏｗにして、転送ゲートＳＧを閉め、制御信号ＯＧＰ
をＨｉにしてオーバーフローゲートＯＶＧを開け、電荷
蓄積型光電変換素子アレイで発生する電荷を再びオーバ
ーフロードレインＯＶＤに捨て始める。

【００３４】一方、転送レジスタＳＲにより転送された
電荷は、電圧に変換され、第１アンプ（ＡＭＰ１）４と
第２アンプ（ＡＭＰ２）５により増幅されて、信号Ｖｏ
ｕｔとして、時刻ｔ４より発生する。時刻ｔ４以降にお
いて、クロックサイクル毎に、ＰＥ１、ＰＥ２・・・Ｐ
Ｅｎで蓄積された電荷量に相当する信号が時系列的な信
号として現れる。時刻ｔ４以前の１パルス分は、後述す
る空送り部の信号である。

【００３５】ここで、第１、第２アンプ４，５は、それ
ぞれＬｏｗとＨｉの２つの増幅率があり、ＨｉのＬｏｗ
に対する増幅率は、第１アンプ４がβ倍、第２アンプ５
がα倍とする。第１、第２アンプ４，５の増幅率の組み
合わせによるトータルの増幅率は、「第１アンプ４の増
幅率がＬｏｗ、第２アンプ５の増幅率がＬｏｗ」を１と
すると、（以後「第１アンプ４の増幅率、第２アンプ５
の増幅率」の順に表記する。）「ＨＬ」がβ倍、「Ｌ
Ｈ」がα倍、「ＨＨ」がα×β倍となる。ここでは、α
はβより大きいとする。

【００３６】また、前記時刻ｔ２において、センサー制
御回路ＤＲＶは、第１アンプ増幅率制御信号Ｇｎ１がＬ
ｏｗであれば、第１アンプ４の増幅率をＬｏｗに、第１
アンプ増幅率制御信号Ｇｎ１がＨｉであれば、第１アン
プ４の増幅率をＨｉにする。同様に、第２アンプ増幅率
制御信号Ｇｎ２がＬｏｗであれば、第２アンプ５の増幅
率をＬｏｗに、第２アンプ増幅率制御信号Ｇｎ２がＨｉ
であれば、第２アンプ５の増幅率をＨｉにする。図３の
時刻ｔ２において、Ｇｎ１はＨｉ、Ｇｎ２はＬｏｗであ
るので、この場合の増幅率は「ＨＬ」である。

【００３７】次に、転送レジスタＳＲ出力の暗電流補正
動作を図４により説明する。図４（ａ）は、図２の転送
レジスタＳＲと出力端子１の間に配置された不図示のク
ランプ回路を通過する前の転送レジスタＳＲ出力であ
り、基準電圧Ｖｒｅｆを基準に０Ｖ方向を正として出力
される。パルス１は、転送レジスタＳＲの光電変換素子
の無い部分（空送り部と呼ぶ）に対応し、このとき出力
される電圧Ｖｐ１は、回路の構成等に起因する電圧であ
り、光電変換素子の暗電流による成分も露光量に応じて
光電変換された電荷による成分も含まれない。また、温
度などによる変化量も小さいので、常に一定の値と考え
て良い。パルス２、３は、遮光された光電変換素子に対
応し、このとき出力される電圧Ｖｐ２、Ｖｐ３は、回路
に起因する成分と光電変換素子の暗電流の成分を含む。

【００３８】パルス４、５は、露光された光電変換素子
に対応し、このとき出力される電圧Ｖｐ４、ＶＰ５は、
回路に起因する成分と光電変換素子の暗電流による成分
と露光量に応じて光電変換された電荷による成分を含
む。今、Ｖｐ５は、光電変換素子の電荷蓄積容量いっぱ
いの電荷相当の電圧とし、Ｖｐ４は、その約半分とす
る。ここで、図７は、本実施形態に係る光電変換装置の
クランプ回路を示す回路図である。パルス１が図７のよ
うなクランプ回路を通過するときに、クランプ回路のリ
セット用トランジスタＲＴ１とＲＴ２を同時にオンにす
ると、パルス１の電圧は基準電圧Ｖｒｅｆにクランプさ
れる。つまり、ポイントＰ１，Ｐ２，Ｐ３全てが基準電
圧Ｖｒｅｆになる。

【００３９】次に、リセット用トランジスタＲＴ１とＲ
Ｔ２を同時にオフにするとパルス１以降の電圧は、Ｖｐ
１との電圧差を基準電圧Ｖｒｅｆを基準として出力する
ようになる。つまり、パルス２が通過するときは、Ｖｐ
１−Ｖｐ２の電圧差相当の電荷がコンデンサＣ１にチャ
ージされてポイントＰ１の電圧も基準電圧Ｖｒｅｆから
Ｖｐ１−Ｖｐ２の電圧差分変動する。そして、ソースフ
ォロアＳＦを介してポイントＰ２も同様に変動し、その
変動がコンデンサＣ２を介してポイントＰ３へ伝えられ
る。

【００４０】したがって、クランプ回路の出力のダイナ
ミックレンジＤＲは、ＤＲ＝Ｖｒｅｆ−Ｖｐ１となる。
上述したように、Ｖｐ１は、ほぼ一定値と考えて良いか
らＤＲも一定値と考えて良い。また、パルス２は、光電
変換素子の暗電流成分のみに応じた電圧Ｖｐ２’にな
る。

【００４１】パルス３が通過するときに、再び、リセッ
ト用トランジスタＲＴ１とＲＴ２を同時にオン、オフし
て、その電圧をクランプすると、パルス４以降は、露光
量に応じて光電変換された電荷による成分のみに応じた
電圧になる。したがって、図４（ｂ）に示すように、暗
電流がＶｐ２’の場合のＶｐ５’は、Ｖｐ５’＝ＤＲ−
Ｖｐ２’である。この遮光画素出力によって変化する飽
和時の電圧を、実質的飽和電圧Ｖｓａｔ’と呼ぶことに
する。

【００４２】ここで、露光量が多くて蓄積容量以上の電
荷が発生した場合を考える。転送開始前に転送レジスタ
ＳＲに電荷が溢れて、図５（ａ）のように、Ｖｐ２、Ｖ
ｐ３が本来よりも大きくなるため、露光量が多いにも拘
わらず、クランプ後の出力は図５（ｂ）のように小さく
なる。すると、従来の技術で述べたＡＧＣ方法では、さ
らに蓄積時間を長くして露光量を増やすという悪循環に
陥ってしまう。したがって、パルス４以降のクランプ後
の出力が実質的飽和電圧Ｖｓａｔ’に達しているか否か
を判断して、達している場合には、見かけの出力が小さ
くても露光量が小さくなるようにしなければならない。

【００４３】ところで、従来技術のＡＧＣ方法で述べた
目標値Ｖｃを求める際には、実質的飽和電圧Ｖｓａｔ’
を使用する必要はない。何故ならば、実質的飽和電圧Ｖ
ｓａｔ’に伴って目標値Ｖｃが小さくなると焦点検出の
精度が悪くなるし、温度や蓄積時間によって発生する暗
電流成分は、ダイナミックレンジＤＲに対して十分小さ
いので、たとえ一時的に図５のように、実質的飽和電圧
Ｖｓａｔ’が目標値Ｖｃを下回っても、異常飽和判定を
行って、次回の蓄積動作で露光量を制御すれば実質的飽
和電圧Ｖｓａｔ’は適度な大きさに戻るからである。し
たがって、目標値Ｖｃの算出に使用する飽和電圧Ｖｓａ
ｔは、予め常温かつ適度な照度の基での最適な蓄積時間
における暗電流の電圧とダイナミックレンジから求めて
おけばよい。

【００４４】しかし、さらに露光量が多くなると、図６
（ａ）のように、転送レジスタＳＲの空送り部まで溢れ
た電荷によって飽和するために、クランプ後の出力の飽
和電圧Ｖｓａｔは、図６（ｂ）のように、０Ｖに等しく
なってしまう。これでは、暗電流が無く、被写体が暗い
場合と判別がつかない。この状態を異常飽和状態と呼
ぶ。

【００４５】異常飽和状態で通常のＡＧＣ算出を行う
と、蓄積時間を長くし、アンプの増幅率を大きくしよう
とするが、却って、飽和状態が悪化するため出力は出な
くなる。これに対して、単に被写体が暗い場合も、やは
り蓄積時間を長くし、アンプの増幅率を大きくしようと
するが、この場合は、徐々に出力が大きくなる。

【００４６】したがって、最長蓄積時間かつ最大アンプ
増幅率の設定による蓄積動作を所定回数繰り返しても、
なおイメージセンサーの出力が小さい場合は、異常飽和
状態の可能性があるとして、蓄積時間、アンプの増幅率
を露光量が少なくなるような所定の設定にすればよい。

【００４７】こうすることにより、異常飽和状態であっ
たならば、その状態から回避して再度のＡＧＣ動作の後
に、最適なイメージセンサー出力を得られようになる。
また、異常飽和状態ではなくて、暗い被写体のために暗
電流も蓄積電荷も小さかった場合であっても、最長蓄積
時間、最大アンプ増幅率でも出力が得られずに、焦点検
出演算は、不能であるのであるから実害はない。

【００４８】図８，図９，図１０は、図１の演算部７の
プログラム例を示したフローチャートである。不図示の
レリーズボタンを半押しすると、図８のメインフローに
示す焦点検出動作が開始される。まず、図８の＃１００
では、イメージセンサー３の電荷蓄積動作のパラメータ
に初期値を与える。Ｇ１は、第１アンプ４の第１増幅
率、Ｇ２は、第２アンプ５の第２増幅率、Ｔは、イメー
ジセンサー３の蓄積時間であり、ここでは第１増幅率は
Ｌｏｗ、第２増幅率もＬｏｗ、蓄積時間はＴ０とする。
明るい被写体にカメラを向けた状態で焦点検出動作が始
まっても飽和状態にならないように、蓄積時間Ｔ０は短
い時間にしておく。

【００４９】次に、＃１０１で、異常飽和判定のための
パラメータＯｖｒＦｌｗＣｎｔとＯｖｒＦｌｗＦｌｇを
０にリセットする。ＯｖｒＦｌｗＣｎｔは、最長蓄積時
間かつ最大アンプ増幅率の設定での蓄積動作を何回続け
て行ったかをカウントするパラメータ、ＯｖｒＦｌｗＦ
ｌｇは、飽和状態又は異常飽和状態にあるか否かの判定
フラグである。

【００５０】各パラメータが決定したら、センサー制御
部８は、そのパラメータに基づいて＃１０２で、イメー
ジセンサー３に電荷蓄積動作を行わせ、イメージセンサ
ー３の出力を第１アンプ４で増幅させ、その出力をさら
に第２アンプ５で増幅させる。演算部７は、前記増幅さ
れた信号をＡ／Ｄ変換部６でＡ／Ｄ変換させてから取り
込む。

【００５１】次に、＃１０３において、イメージセンサ
ー３中の複数の光電変換素子の出力の内のピーク出力を
Ｖに代入しておく。そして、＃１０４において、飽和検
出サブルーチンへ進んで飽和状態又は異常飽和状態であ
るか否かの判定をする。飽和状態又は異常飽和状態の場
合は、ＯｖｒＦｌｗＦｌｇが１に立つので、＃１０５か
ら＃１００へ戻って電荷蓄積動作のパラメータを初期値
へ戻す。

【００５２】飽和状態又は異常飽和状態でない場合は、
＃１０６へ進んで、取り込んだイメージセンサー３の出
力に基づいて、焦点検出演算を行って対物レンズ１のデ
フォーカス量を求める。＃１０７では、そのデフォーカ
ス量に基づいて、対物レンズ１のレンズ駆動を行う。

【００５３】そして、＃１０８へ進んで、ＡＧＣ算出サ
ブルーチン＊１へ飛んで、次回の電荷蓄積動作のための
ＡＧＣ動作に入る。

【００５４】図９は、飽和検出のサブルーチンを示すフ
ローチャートである。まず、＃２００では、イメージセ
ンサー３のピーク出力Ｖが飽和しているか否かを判定す
る。上述したように、実質的飽和電圧Ｖｓａｔ’は、ダ
イナミックレンジＤＲから遮光画素出力Ｖｐ２’を差し
引いた値である。この判定時では、ダイナミックレンジ
ＤＲは溢れた電荷が転送レジスタＳＲの空送り部に入り
込んでいないとして、予め測定してマイコン等に記憶し
ておいた値を使えばよい。また、ここで、所定値Ｓｔｈ
１は、例えば０．９等の係数である。ランダムノイズ等
の影響を考慮して、ピーク出力Ｖが実質的飽和電圧Ｖｓ
ａｔ’のＳｔｈ１倍よりも大きければ飽和状態であると
判定する。

【００５５】ここで、飽和状態であると判定された場合
は、＃２０５へ飛んで、ＯｖｒＦｌｗＦｌｇを１に立て
て、メインルーチンへリターンする。

【００５６】＃２００で飽和状態ではないと判定された
場合は、＃２０１へ進み、ピーク出力Ｖと遮光画素出力
Ｖｐ２’が共に所定値Ｓｔｈ２より小さいか否かを判定
する。異常飽和状態であっても、ランダムノイズ程度の
出力が出た場合に、異常飽和判定がなされないのを防ぐ
ために、Ｓｔｈ２は、ランダムノイズより少し大きめの
値とする。したがって、Ｓｔｈ２は、異常飽和ではなく
て、暗い被写体に対する正常な出力であっても、焦点検
出演算を行うには不適といったレベルである。また、ピ
ーク出力Ｖと遮光画素出力Ｖｐ２’は、それぞれ別々の
所定値と比較してもよい。たとえば、Ｖｐ２’は、その
ときの蓄積時間と温度から予想される本来出力されるべ
き暗電流相当の電圧と比較しても良い。

【００５７】＃２０１でピーク出力Ｖと遮光画素出力Ｖ
ｐ２’の一方でもＳｔｈ２よりも大きければ、異常飽和
状態ではないと判定して、＃２０６でＯｖｒＦｌｗＣｎ
ｔを０へリセットした後メインルーチンへリターンす
る。両方とも小さければ、＃２０２へ進み、蓄積時間が
最長かつアンプの増幅率が最大であるか否かを判定す
る。最長、最大でない場合は、異常飽和状態でない可能
性が高いと判定して、＃２０６でＯｖｒＦｌｗＣｎｔを
０へリセットした後メインフローにリターンする。そし
て、次回は、露光量を増やすようにＡＧＣ算出を行う。

【００５８】＃２０２で、最長、最大であれば、＃２０
３へ進んでＯｖｒＦｌｗＣｎｔを１つインクリメントす
る。そして、＃２０４でＯｖｒＦｌｗＣｎｔが所定値Ｓ
ｔｈ３に達したか否かを判定する。Ｓｔｈ３に達した場
合は、異常飽和状態であると判定して、＃２０５でＯｖ
ｒＦｌｗＦｌｇを１に立てて、メインルーチンへリター
ンする。Ｓｔｈ３に達していなければ、そのままメイン
ルーチンにリターンする。たとえば、Ｓｔｈ３＝１０と
し、蓄積時間が最長かつアンプの増幅率が最大であるに
もかかわらず、ピーク出力Ｖと遮光画素出力Ｖｐ２’が
共にランダムノイズ程度である状態が連続１０回続いた
場合は、異常飽和状態と判定して、蓄積時間とアンプの
増幅率を初期値に戻してみる。こうすることにより、異
常飽和状態であったならば、その状態から回避して、再
度のＡＧＣ動作の後に最適なピーク出力Ｖを得られよう
になる。

【００５９】また、異常飽和状態ではなくて暗い被写体
のためにピーク出力Ｖも遮光画素出力Ｖｐ２’も小さか
った場合であっても、最長蓄積時間、最大アンプ増幅率
でも出力が得られずに焦点検出演算は不能であるのだか
ら実害はない。

【００６０】図１０は、焦点検出用ＡＧＣのサブルーチ
ンを示すフローチャートである。まず、＃３００では、
イメージセンサー３のピーク出力Ｖが適正レベルか否か
を判定する。Ｖｃｓｔは、ＡＧＣの目標出力値であり、
△Ｖｃｓｔは、許容範囲を示す所定値である。Ｖｃｓｔ
がイメージセンサー出力のダイナミックレンジに近いよ
うな大きい値では、被写体の輝度が少し明るくなっただ
けで、すぐ飽和してしまうし、逆に、Ｖｃｓｔが小さす
ぎると、Ｓ／Ｎが悪くなってしまう。

【００６１】イメージセンサー出力が適正レベルである
と判定された場合は、次回の電荷蓄積動作は、前回と同
じパラメータで行えばよいので、メインルーチンへリタ
ーンして＃１０２へ進み、次回の蓄積動作を開始する。

【００６２】適正レベルでないと判定された場合は、＃
３０１で前回の蓄積時間Ｔから次回の蓄積時間をＴ＝
（Ｖｃｓｔ／Ｖ）×Ｔにより求める。ここで、焦点検出
動作の応答性を遅くしないために、蓄積時間がある程度
長くなった場合は、増幅率を高い方へ切り替えて蓄積時
間の短縮を図る。また、一般に、増幅率が上がるとノイ
ズも増幅されてＳ／Ｎが悪くなるが、これを避けるため
に、蓄積時間がある程度短くなった場合は、増幅率を低
い方へ切り替える。

【００６３】これを図１１で説明する。イメージセンサ
ー３をアンプ増幅率「ＬＬ」で使用するのは、蓄積時間
がＴ２以上Ｔ３’以下とし、蓄積時間がＴ３’以上にな
ったら、アンプ増幅率を「ＬＬ」から「ＨＬ」へ切り替
える。そして、増幅率の増加分、蓄積時間を短縮してや
る。逆に、「ＨＬ」のときに、蓄積時間がＴ３以下にな
ったら、アンプ増幅率を「ＨＬ」から「ＬＬ」へ切り替
えて、増幅率の減少分、蓄積時間を延ばしてやる。同様
に「ＬＨ」の場合は、Ｔ４以上Ｔ５’以下、そして「Ｈ
Ｈ」の場合はＴ５以上Ｔ６以下である。Ｔ２は、イメー
ジセンサーの制御可能な最短蓄積時間である。また、Ｔ
６は、焦点検出動作がむやみに長くなるの避けるために
設定した最長蓄積時間である。

【００６４】以下、＃３０１で求めたＴと図１１とに基
づいて、第１及び第２アンプ４，５の増幅率の切り替え
を行う。＃３０２と＃３０３と＃３１０で現在の第１、
第２アンプ４，５の増幅率の組み合わせを判定する。
「ＬＬ」ならば、＃３０４へ進み、蓄積時間ＴがＴ３’
以上か否かを判定する。Ｔ３’以上の場合は、＃３０５
で第１アンプ４の増幅率をＬｏｗからＨｉへ切り替え
て、＃３０６で増幅率の増加分の蓄積時間の短縮を行
う。

【００６５】そして、再び、＃３０２へ戻って、短縮後
のＴが「ＨＬ」の蓄積時間Ｔ３以上Ｔ４’以下の範囲内
か否かを判定する。例えば、被写体輝度が急激に低下し
た場合は、蓄積時間が長くなりすぎて、更なる増幅率の
増加と蓄積時間の短縮が必要になることもある。

【００６６】＃３０４で、ＴがＴ３’以下ならば＊２へ
飛び、＃３１６へ進んで、ＴがＴ２以下か否かを判定す
る。Ｔ２は最短蓄積時間なので、ＴがＴ２以下ならば＃
３１７でＴ＝Ｔ２とする。Ｔ２以上ならば、＃３０１で
求めたＴは適正であるとして、メインルーチンへリター
ンして、＃１０２へ戻って次回の電荷蓄積動作を開始す
る。

【００６７】以下、同様にして、「ＨＬ」の場合は＃３
０７へ進んで、ＴがＴ４’以上ならば＃３０８で、第１
アンプ４の増幅率をＨｉからＬｏｗへ、第２アンプ５の
増幅率をＬｏｗからＨｉへ切り替えて＃３０９でＴを短
縮する。Ｔ４’以下でＴ３以上ならば適正として＃３１
８からメインルーチンへリターンする。Ｔ３以下ならば
＃３１９で第１アンプ４の増幅率をＨｉからＬｏｗへ切
り替えて＃３２０でＴを延ばし、＊６へ進み、＃３０２
へ戻る。

【００６８】「ＬＨ」の場合は、＃３１１へ進んで、Ｔ
がＴ５’以上ならば、＃３１２で第１アンプ４の増幅率
をＬｏｗからＨｉへ切り替えて、＃３１３でＴを短縮す
る。Ｔ５’以下でＴ４以上ならば適正として、＃３２１
からメインルーチンへリターンする。Ｔ４以下ならば、
＃３２２で第１アンプ４の増幅率をＬｏｗからＨｉへ、
第２アンプ５の増幅率をＨｉからＬｏｗへ切り替えて＃
３２３でＴを延ばし、＊６へ進み、＃３０２へ戻る。

【００６９】「ＨＨ」の場合は、＃３１４へ進んで、Ｔ
がＴ６以上ならば＃３１５でＴ＝Ｔ６とする。Ｔ６以下
でＴ５以上ならば適正として、＃３２４からメインルー
チンへリターンする。Ｔ５以下ならば＃３２５で、第１
アンプ４の増幅率をＨｉからＬｏｗへ切り替えて＃３２
６でＴを延ばし、＊６へ進み、＃３０２へ戻る。

【００７０】以上のようにして、次回の電荷蓄積動作に
対する最適なアンプ増幅率、蓄積時間を求めたら、メイ
ンルーチンへリターンして、＃１０２へ戻って次回の電
荷蓄積動作を開始する。

【００７１】

【発明の効果】以上詳しく説明したように、本発明によ
れば、光電変換部の出力が正常であるか異常であるかを
判定部で判定し、異常である可能性が高い場合には、制
御部が直ちに所定の処理を施すので、正常出力に戻す機
能を持たせることができる、という効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態による光電変換装置の構成を示すブ
ロック図である。

【図２】本実施形態による光電変換装置のセンサーチッ
プの構成を示すブロック図である。

【図３】本実施形態による光電変換装置の信号のタイム
チャートである。

【図４】本実施形態による光電変換装置の暗電流補正を
説明する図である。

【図５】本実施形態による光電変換装置の異常飽和状態
を説明する図である。

【図６】本実施形態による光電変換装置の異常飽和状態
を説明する図である。

【図７】本実施形態による光電変換装置のクランプ回路
を説明する図である。

【図８】本実施形態による光電変換装置のアルゴリズム
を説明する図である。

【図９】本実施形態による光電変換装置のアルゴリズム
を説明する図である。

【図１０】本実施形態による光電変換装置のアルゴリズ
ムを説明する図である。

【図１１】アンプの増幅率の切り替えを説明する図であ
る。

【図１２】ＡＧＣを説明する図である。

【図１３】従来技術を説明するブロック図である。

【符号の説明】 １ 対物レンズ ２ 焦点検出光学系 ３ イメージセンサー ４ 第１アンプ ５ 第２アンプ ６ Ａ／Ｄ変換部 ７ 演算部 ８ センサー制御部 ９ センサーチップ １０ 駆動制御部 １１ モーター １２ 焦点検出演算部 １３ 飽和判定部 １４ センサー制御データ算出部

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電荷蓄積型の光電変換部と、 前記光電変換部の動作を制御する制御部とを備えた光電
   変換装置において、 前記光電変換部の出力が正常であるか異常であるかを判
   定する判定部を備え、 前記制御部は、前記判定部が前記光電変換部の出力が異
   常であると判定した場合には、次回の蓄積動作におい
   て、前記光電変換部の蓄積電荷量が少なくなるような所
   定の制御をすることを特徴とする光電変換装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の光電変換装置におい
   て、 前記制御部は、前記判定部が前記光電変換部の出力が異
   常であると判定した場合には、次回の電荷蓄積動作の蓄
   積時間を所定値に設定することを特徴とする光電変換装
   置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の光電変換装置におい
   て、 前記制御部は、前記判定部が前記光電変換部の出力が異
   常であると判定した場合には、次回の電荷蓄積動作の蓄
   積時間を最小値に設定することを特徴とする光電変換装
   置。
4. 【請求項４】 請求項１に記載の光電変換装置におい
   て、 前記光電変換部は、 出力を増幅する出力増幅部と、 前記出力増幅部の増幅率を選択する増幅率選択部を備
   え、 前記制御部は、前記判定部が前記光電変換部の出力が異
   常であると判定した場合には、次回の電荷蓄積動作にお
   いて、前記増幅率が所定値になるように、前記増幅率選
   択部を制御することを特徴とする光電変換装置。
5. 【請求項５】 請求項１に記載の光電変換装置におい
   て、 前記光電変換部は、 出力を増幅する出力増幅部と、 前記出力増幅部の増幅率を選択する増幅率選択部を備
   え、 前記制御部は、前記判定部が前記光電変換部の出力が異
   常であると判定した場合には、次回の電荷蓄積動作にお
   いて、前記増幅率が最小値になるように、前記選択部を
   制御することを特徴とする光電変換装置。
6. 【請求項６】 請求項１に記載の光電変換装置におい
   て、 前記光電変換部は、光電変換部を遮光した遮光画素を備
   え、 前記判定部は、前記遮光画素出力と非遮光画素出力とに
   基づいて、前記光電変換部の出力が正常であるか異常で
   あるかを判定することを特徴とする光電変換装置。
7. 【請求項７】 請求項６に記載の光電変換装置におい
   て、 前記判定部は、前記遮光画素出力と非遮光画素出力が所
   定値以下であるか否かに基づいて、前記光電変換部の出
   力が正常であるか異常であるかを判定することを特徴と
   する光電変換装置。
8. 【請求項８】 請求項６に記載の光電変換装置におい
   て、 前記判定部は、前記遮光画素出力と非遮光画素出力が所
   定値以下の状態が所定回数の蓄積動作にわたって続いた
   か否かに基づいて、前記光電変換部の出力が正常である
   か異常であるかを判定することを特徴とする光電変換装
   置。
9. 【請求項９】 請求項８に記載の光電変換装置におい
   て、 前記判定部は、電荷蓄積動作の蓄積時間が所定値以上か
   つ前記出力増幅部の増幅率が所定値以上であるか否かに
   基づいて、前記光電変換部の出力が正常であるか異常で
   あるかを判定することを特徴とする光電変換装置。
10. 【請求項１０】 電荷蓄積型の光電変換部と、 前記光電変換部の動作を制御する制御部と、 前記光電変換部の出力が正常であるか異常であるかを判
    定する判定部とを備えた光電変換装置において、 前記光電変換部は、 出力を増幅する出力増幅部と、 前記出力増幅部の増幅率を選択する増幅率選択部を備
    え、 また更に、前記光電変換部は、光電変換部を遮光した遮
    光画素を備え、 前記判定部は、電荷蓄積動作の蓄積時間が所定値以上か
    つ前記出力増幅部の増幅率が所定値以上かつ前記遮光画
    素出力と非遮光画素出力が所定値以下の状態が所定回数
    の蓄積動作にわたって続いたか否かに基づいて、前記光
    電変換部の出力が正常であるか異常であるかを判定し、 前記制御部は、前記光電変換部の出力が異常であると判
    定した場合には、次回の蓄積動作において、前記光電変
    換部の蓄積電荷量が少なくなるような所定の制御をする
    ことを特徴とする光電変換装置。