JPS6182579A - ピクセルアレイの読み出し方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は一般に固体画像上ンサ、とりわけ電子スチール
カメラに使用するための固体画像センサに関する。

［従来技術］ 第１図は本発明に関連する従来の基本型画像上ンサを示
す。ピクセルアレイ１２は行と列に配置された個々の感
光性ビクセル（画素）のマトリクスとして形成されてい
る。電荷は、画素上の電荷がリセットされた後の、画素
にあたる光線の強さに応じた量でそれぞれのビクセルに
蓄積される。

より詳しく述べると、先ずそれぞれのビクセル中のコン
デンサが所定のレベルに充電され、次にアレイは所定の
期間だけ画像光線に露出される。露出時間中、それぞれ
のビクセル中に当初蓄積された電荷は、露出時間中、ヒ
リセルにあたる光線の強さに比例する量だけ消耗される
。

露出に引続き、垂直ジフトレジスタ１１からの出力線は
連続的に作動して、行ごとにピクセルアレイ１２中に蓄
積された電荷を読出す。すなわち、垂直シフトレジスタ
１１の第１出力線１６はまずパルスの印加により起動せ
しめられる。線１６の起動に引き続き、水平型シフトレ
ジスタ１４は出力スイッチ１３を介して、線１６により
起動されたピクセルアレイ１２の行から抜き出された電
荷を読出すように動作する。垂直シフトレジスタ１１の
次の出力線が起動され、水平型シフトレジスタ１４は再
び循環してピクセルアレイ１２の次の行を続出す。この
プ四セスは、垂直シフトレジスタ１１の最後の出力線１
７が起動しおわるまで継続され、この時点ではピクセル
アレイ１２の全ピクセルの電荷は、出力スイッチ１６を
介して逐次ビデオ出力ｍｉｓへと読出されている。

第２図は、垂直シフトレジスタ１１からビクセ／Ｉ／７
Ｌ／イ１２へのパルスの印加を示す波形図である。上述
したように、露出の前にピクセルアレイ１２を所定の一
様な状態にリセットしておくことが必要である。このこ
とがなされないと、例えば暗電流に帰因する露出前の蓄
積された電荷は、次の露出動作に応じたレベルをそこな
い、ひいては　　　　　。

出力のひずみを生じてしまう。ヒリセルアレイをリセッ
トするため、露出に先立って第２図に示すパターンでピ
クセルアレイ１２を１度または２度走査することが従来
実施されてきた。しかし、アレイを走査するのに要する
総時間は平均的な露出時間と比較して長すぎる。従って
、スチールカメ′うでは、シャッターを押してから、実
際の露出が行なわれるまでかなりの遅延が生ずる。

更に、明画像の存在で、アレイ１２の画素は従来の配置
による固定的な読出し時間の故に飽和状態になってしま
うので、ピクセルアレイ１２にあたる光景を制御するた
めの機械的なシャッタを設けることが必要であった。

［発明が解決すべき問題点及び手段］ 従って本発明の目的は上述の欠点を除去した画像センサ
と、画像センサの作動方法とを提供することである。

この目的は本発明の他の目的とともに、アレイのそれぞ
れの垂直線に、時間的に密接した２つの連続的な起動パ
ルスを印加し、かつ＠２の起動パルスにのみ応答してア
レイから読出された情報を記憶する段階を含むピクセル
アレイの読出し方法によって達成される。有利には、画
像光線の強さ、または少なくともその近似値が検出され
、それぞれの組線上のそれぞれ２つの連続的起動パルス
間の時間間隔は、検出された強度に従って変化する。

本明細書で使用する「時間的に密接した連続的な」とい
う用語は、ピクセルアレイ全体を読出すのに要する総時
間と比較して短かい時間間隔を意味するＯ 更に、本発明の目的は読出しパルスをアレイおよびアレ
イのそれぞれの行のそれぞれの画素位置に連結された複
数個の水平出力線に供給するための複数個の入力線を有
するピクセルアレイと、水平型シフトレジスタと、水平
型シフトレジスタの出力に連結された制御入力およびア
レイの水平線に連結されたデータ入力を有し、水平型シ
フトレジスタからのパルスに応答して一時に１本の水平
線を連続的に出力端子に連結するための出力スイッチと
、アレイのそれぞれの垂直線に連結された出力を双方が
有する第１および第２の垂直シフトレジスタと、第１お
よび第２のシフトレジスタを交番で起動せしめ、所定数
の段を介してパルスをシフトせしめるための装置とを含
む画像センサにより達成される。起動装置の動作はカメ
ラのシャッタボタンを押すと開始される。更に、起動装
置は画像光線の弛さに応答してパルスの所定のタイミン
グを変化させて、アレイの蕗出時間を有効にセットする
。このために、起動装置は検出される画像の光線強度に
従って変化するｆｉｔの信号を発生する光センサと、セ
ンサからの出力信号をデジタル値に変換するためのアナ
ログ−デジタル変換器と、カウンタと、前記アナログ−
デジタル変換器のデジタル出力を前記カウンタの出力と
比較し、かつ、アナログ−デジタル変換器とカウンタの
出力が等しい場合には出力部にパルスを発生するための
デジタル比較器と、比較器の出力部にパルスが発生され
るごとに、第１の垂直シフトレジスタと第２の垂直シフ
トレジスタの間のクロックイ６号の接続を切換えるため
の開閉回路とを含むことができる。更に、本装誼は出力
スイッチの出力部に発生される出力信号をデジタル形式
に変換するためのｔｇ２のアナログ−デジタル変換器と
、第２のアナログ−デジタル変９１３により発生される
デジタル出力を記憶するためのフレームメモリーと、フ
レームメモリをアドレスするためのアドレスカウンタと
、アドレスカウンタにクロックパルスを印加して、アレ
イのそれぞれの垂直線に印加された第２のパルスに応答
してアレイから読出されたデータに関してだけ、ピクセ
ルアレイからのデータをアドレスカウンタに記憶せしめ
るための第２の開閉装置とを有する。

本発明の重要な点は、ピクセルアレイ１２のそれぞれの
垂直線は時間的に密接し連続して２度起動される。第１
の起動により線はクリヤされ、一方第２の起動は実際の
読出し動作に利用される。

各線の２度の起動間の時間間隔を変化させることにより
、実効露出時間が決定される。このことにより、機械的
シャッタは不要となる。

［実施例コ さて第３図の構成図は本発明にもとづき構成された画像
センサの有利な実施例を示すものであり、この第３図を
参照しつつ本発明の詳細な説明する。

ピクセルアレイ１２、出力スイッチ１５および水平型シ
フトレジスタ１４は第１図に示す従来型の構造と構成と
同一のものである。本発明にもとづき、２個の垂直シフ
トレジスタ２１と２２が設けられている。垂直シフトレ
ジスタ２１および２２からの出力線はいずれもピクセル
アレイ１２の同類順序の垂直線に連結されている。すな
わち、双方のシフトレジスタ２１と２２からの１番目の
出力はピクセルアレイ１２の１番目の垂直線に１されて
いる。（′垂直°″という用語は線が物理的に延在する
方向というよりはむしろ、これらの線が走査される方向
を示すために使用されている。）シフトレジスタ駆動回
路６０はシフトレジスタ２１と２２の動作を制御するた
めに設けられている。シフトレジスタ駆動回路６０は光
線強度センサ４１を含み、その出力はデジタル形式に変
換するためにアナログ−デジタル変換器４４に印加され
る。センサ４１の配置は、センサの出力電圧は画例光線
の強度が増すと減少するようになっている。アナログ−
デジタル変換器４４のデジタル出力は比較器４５の１つ
の入力ボートに印加され、比較器４５の別の入力ボート
は２進カウンタ４６（Ｄ　テシ＊ル出力を受ける。カウ
ンタ４３は、シャッタボタンが押されると発生されるパ
ルス信号５ＴＡＲＴによりリセットされ、かつアナログ
−デジタル比較器４４とカウンタ４３からの出力が同一
であることを示すパルスが比較器４５の出力部に発生さ
れるごとにリセットされる。この動作を実施するため、
比較器４５の出力は、ＯＲゲート４２を用いて５ＴＡＲ
Ｔｉ号とともに論理和演算（ｌｏｇｉｃａｌｌｙ　　０
ｒｅｄ）される。比較器４５の出力はトグル型アリツブ
フロップ４６に印加すれ、７リツプフロツプ４６のリセ
ット入力部は５ＴＡＲＴ信号をも受ける。フリップフロ
ップ４６のＱおよびＱ出力はそれぞれＦＩＴスイッチ２
３と２４の制御ゲートに印加され、ＰＥＴスイッチ２３
と２４のリースは第１のクロック信号φ工を受ける。Ｉ
ＭＣＴスイッチ２３および２４のドレンはそれぞれシフ
トレジスタ２１と２２のクロック端子に接続されている
。（スイッチ２３の場合はＦＥＴスイッチ４９を経由） 第２の比較器４７はまたカウンタ４６の第１の人力ボー
トの出力を受ける。比較器４７の第２の入力ポートはア
ナログ−デジタル変換器４４の出力を受ける。しかし、
出力線はその接続部で位置１つぶんだけ下方にシフトさ
れているので、比較器４７の第２の入力ポートは有効に
Ｊの値を受ける。比ｆＬ１９４７の出力はＤ型フリップ
−フロップ４８のクロック入力に連結され、そのＤ入力
は論理的１工”状態に相当する電圧に接続されている。

７リツブー７０ツブのリセット入力は５ＩＴＡＲＴ信号
を受ける。７リツプーフロツブのＱ出力はＦＥＴスイッ
チ２３の制御電流経路（ソースドレン）と直列に連結さ
れた制御電流経路を有するＩＦＥｉＴＦＥＴスイッチ４
９−トに連結されている。

Ｒ−Ｓ７リップフロップのＳ（セット）入力は比較器４
５の出力を受け、一方、そのＲ（ＩＪ上セツト入力はＤ
Ｒアゲート８を経由して比較器４７の出力と５ＴＡＲＴ
信号を受ける。フリップ−７０ツブ６９のＱ出力はＦＥ
Ｔスイッチ６６のゲートに連結され、そのソースはクロ
ック信号Φ２を受ける。ＦＥＴスイッチ６６のドレンは
アドレスカウンタ３４のクロック入力に印加され、その
リセット入力は５ＴＡＲＴ信号線に接続されている。

アナログ−デジタル変換器６７によりデジタル形式に変
換された後、出力スイッチ１６の出力端子にて発生され
、ピクセルのそれぞれの１つの出力に相当する瞬間値を
有するビデオ出力信号は、フレームメモリ６６のデータ
入力部に印加される。

アナログ−デジタル変換器３７からのビデオ信号サンプ
ルがフレームメモリ３６に記憶されるアドレスは、アド
レスカウンタ３４から供給される。

フレームメモリ６６の出力は例えば後に表示されるよう
にデータレコーダに印加されることができる。

カメラのシャッタボタンが押された際の動作においては
、カウンタ４６．７リツプーフロツプ４６゜り ４８、垂直のシフトレジスタ２１．２２およびアドレス
カウンタ３４は、第３図に示すように５ＴＡＲＴ信号を
介して初期状態にリセットされる。

すなわち、カウンタ４６はゼロにリセットされ、７リツ
プー７０ツブ４６の見出力は゛工２状態にあり、垂直の
シフトレジスタ２１と２２は、ピクセルアレイ１２の垂
直線に接続された最下位の出力線の１つ手前の出力線上
に“工゛″がある状態にセットされ、アドレスカウンタ
３４はゼロにリセットされる。シフトレジスタ２１．２
２の場合、データが既にシフトされた後、このようなレ
ジスタを単にクリヤすることは一般に不可能であるため
、真の６リセット状態機能は実際には行なわれない。一
般に、レジスタ２１．２２のりセットは先行するサイク
ルの終端にてレジスタを０空にする”に十分な数のクロ
ックパルスが印加されるよう保証することによって達成
される。始動時に、上述の方法でバエ１がロードされる
。次に、５ＴＡＲＴ信号によりクロックされることによ
りデジタル値２Ｊがアナログ−デジタル変換器４４によ
り出力される。

この状態で、ｌＦＥＴスイッチ２６はＯＮに切換えられ
る。しかし、カウンタ４６の出力のカウント値はいまだ
Ｊ以下であるので、比較器４７によっていまだにパルス
は出力されていないため、７リツプー７０ツブ４８はリ
セット状態に留まり、それによりＦｉｌ：Ｔスイッチ４
９はｏｆｆに切換わり、従ってクロックパルスが垂直の
シフトレジスタ２１のクロック人力に印加されることが
妨げられる。カウンタ４６のデジタル出力値がＪに達す
ると、比較器４７は７リツプープロツプをクロックする
パルスを発生して、ＩＦＩＣ’Ｉ’スイッチ４９の制御
ゲートに１工°゛を印加しかくして垂直シフトレジスタ
２１の入力部に（ｊ）クロックパルス中、を印加するこ
とが可能にされる。ＦＥＴスイッチ４９は走査の動作中
を通して、すなわちシャッターが再度押され、パルス信
号５ＴＡＲＴが発生されるまで、ＯＮ状態に留まる。

カウンタの出力が２ｊの値に達すると、比較器４５に７
リツプープロツプ４６をトグルし、ＤＲアゲート２を経
てカウンタをリセットするパルスを出力する。これによ
りＦＥＴスイッチ２６をｏｆｆに切換え、Ｆｌｕ’スイ
ッチ２４をＯＮに切換える機能も達成され、シフトレジ
スタ２２にクロックパルスを印加することが可能になる
。次に垂直のシフトレジスタ２２は２Ｊ段を面してその
出力線に沿って順次パルスをシフトする。パルスがシフ
トレジスタ２２の２７＠目の段に達すると、すなわち比
較器４５がカウンタの２Ｊカウントへの到達により再び
出力パルスを発生すると、カウンタ４３はリセットされ
、ＰＦｉＴＦＥＴスイッチ６６ｆに切換わり、７１１！
’ｒスイツチ２６は再度ＯＮに切換わり、それによりシ
フトレジスタ２１のＪ＋ｉの段、すなわちシフトが初期
のシフト動作で停止していた段に続く段がらのパルスは
Ｊ十２Ｊ段へとシフトされる。この走査動作はピクセル
７Ｌ、イ１２の全ての垂直線が２つのパル３を受けるま
で継続される。

ピクセルアレイ１２の垂直線が、２番目のパルスを受け
ている時、すなわち２つのシフトレジスタのそれぞれの
各シフト類の前半部に、Ｒ−Ｓフリップ−７０ツブ３９
のｑ出力は、アリツブ７０ツブ６９が比較器４５の出力
によりセットされるので′１′′であり、がくしてＦＥ
Ｔスイッチ６６はＯＮに切換って、アドレスカウンタ６
４へのクロックパルス＋２への印加が可能となる。２つ
のシフトレジスタのそれぞれの、各シフ）　ＩＥ＋の後
半部では、Ｊのカウントに達した時、フリップ−フロッ
プ６９はＯＲゲート６８を経由して比較器４７によりリ
セットされるので、フリップ−７０ツブ３９のｑ出力は
ＯＩＩである。この場合、ＦＥＴスイッチ６６はｏｆｆ
に切換わり、クロックパルス中２のアドレスカウンタ６
４への印加は抑止される。従ってアドレスカウンタ３４
はピクセルアレイ１２の各垂直線の２番目の読出しに関
してだけフレームメモリ３６に前進アドレスを供給する
。

各垂直編上の第１の走査パルスに応答して読出されたデ
ータ（第１垂直シフトレジスタ２１から与えられたデー
タ）は、暗流および所望ではない露出値だけを表わすも
のであり、破棄される。（例えばその上に引続き書込む
ことによって）ヒリセルアレイ１２の垂直線のそれぞれ
に印加された第２のパルスに応答して読出され、実際の
画像を表わすビデオ信号値はフレームメモリ６６に記憶
される。

この走査動作にて作成されるパルスパターンは第４図に
示しである。図では、２Ｊ−６であると仮定しである。

段１内至３は、フリップフロップ４８が７１ＣＴスイツ
チ４９をＯＮに切換えた直後に、第１の垂直シフトレジ
スタ２１により供給されたパルス類５１で第１に走査さ
れる。

段１内至６は次に、パルスＦＪＢ５２で、第２の垂直シ
フトレジスタ２２により走査される。これに引りき、段
４内至９が第１の垂直シフトレジスタ２１により供給さ
れたパルス類５６により走査さｔ’Ｌ６゜この同一の走
査パターンは、ピクセルアレイ１２の全ての垂直線が２
つの走査パルスを受けるまで、パルスＰｃ１５４，５５
ｅｔａにより順次反復される。

光線の強さが変化すると共に、２Ｊのイ（ムは変化する
。すなわち、光線の強さが増すと、２Ｊの値は減少する
。何故ならば、センサ４１の出力電圧は受けた光線の強
さが増すのに応じて減少するからである。この場合、ピ
クセルアレイ１２のｆｔ意の１つの垂直線上の２つのパ
ルスは相互に時間的により接近する。各編上の２つのパ
ルスｔｉ」の時間は実効露出時間を決定するので、露出
時開は検出された光線の強さに応じて変化することが容
易に理解できる。従って、本発明を利用すれば４ｍｈ的
シャッターは不要である。

これで本’ＡＦ’Ａの有利な実施例の説明を終える。

これまで有利な実施例について説明してきたものの、こ
の分野の専門家には、本発明の精神と範囲を逸脱するこ
となく、多くの変更および修正が可能であることは明白
であろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明と関連する、基本型が同一の従来型画偉
センサ回路の構成図、 第２図は、第１図に示す装置のピクセルアレイの垂直線
に印加される起動パルスを示すタイミング図、 弔６図は、本発明にもとづきＭ成された画像上ンサの構
成図、 第４図は、第３図の装置のピクセルアレイへの垂Ｍ　パ
ルスのｈ」加を示すタイミング図である。 図中符号； １２・・ピクセルアレイ １６・・吊刀スイッチ １４・・水平型シフトレジスタ ２１．２２・・重置シフトレジスタ ２３．２４・・７ＩＣＴスイツチ ６０・・シフトレジスタ駆動回路 ６６・・ＦＥＴスイッチ ６４・・アドレスカウンタ ６６・−フレームメモリ ６７・・アナ−デジ変換器 ６８・・ＯＲゲート ６９・・フリップ−７はツブ ４１・・光線強度センサ ４６・・２運カウンタ ４４・・アナ−デジ変換器 ４５．４７−・比較器 ４８・・７リツプーフロツプ ４９・・ＦＥＴスイッチ 代理人　弁理士（８１０７”）佐々木　４ｊ　　隆（ほ
か２名） 第　　１　　図 ］６ 第　　２　　図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）アレイのそれぞれの垂直線に、時間的に密接した
   ２つの連続的な起動パルスを与え、前記起動パルスに応
   答して前記アレイから読出された情報を前記起動パルス
   の第２の起動パルスに関してだけ記憶することを特徴と
   するピクセルアレイの読出し方法。
2. （２）更に入射光線の強さを検出し、かつ検出された入
   射光線に応じて前記２つの連続的な起動パルス間の時間
   間隔を制御する段階を有することを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の方法。
3. （３）ａ）起動パルスを第１組の垂直線に連続的に与え
   、 ｂ）引き続き起動パルスを、少なくとも部分的に前記第
   １組の垂直線と重なる前記第２組の垂直線に与え、 ｃ）各々がより高順位の垂直線を含んでいる連続する第
   １及び第２組の垂直線に於いて、Ｎ番目の垂直線が２つ
   の起動パルスを受けるまで前記ａ）及びｂ）段階を反復
   的に繰り返すことを特徴とする、Ｎ個の垂直線を有する
   ピクセルアレイの読出し方法。
4. （４）更に ｄ）入射光線の強さを検出し、 ｅ）前記第１組及び第２組の垂直線の数を、検出された
   入射光線の強さに応じて、入射光線の強さが減少する時
   は増加するように増加する時は減少するように変化させ
   ること、 を特徴とする特許請求の範囲第３項に記載の方法。
5. （５）後続の前記第１組の垂直線は、前記第１組が部分
   的に前記第２組と重なるのと同様に前記第２組の垂直線
   と部分的に重なることを特徴とする特許請求の範囲第３
   項記載の方法。