JPS6253076A - 撮像素子制御回路 - 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】 〔技術分野〕 この発明は、撮像素子制御技術さらにはＣＣＤ（電荷結
合素子）などの電荷蓄積型撮像素子の読取感度を制御す
るのに適用して特に有効な技術に関するもので、例えば
レーザダイオードから発せられる光ビームの広がり状態
を測定する検査装置などに利用して有効な技術に関する
ものである。

〔背景技術〕

例えば、レーザダイオードにおいては、そこから発せら
れる光ビームの広がり状態が重要な特性の一つとなって
いる。ここで、本発明者らは、その光ビームの広がり状
態を高ガこ率に測定するためのセンサとして、ＣＯＤな
どの電荷蓄積型撮像素子の利用を検討した、この電荷蓄
積型撮像素子なセンサとして利用することができれば、
センサを固定したままでもって、その光ビームの広がり
状態を画像データとして直ちに読取ることができるよう
になる、 しかしながら、ＣＣＤなとの電荷蓄積型撮像素子は、そ
の入力光量のレベル範囲いわゆる入力ダイナミックレン
ジが狭く、入力光量が過剰になろと、プルーミングやス
ミアなどの飽和現象が生じてしまう。このため、この種
の撮像素子は、通常のテレビカメラなどのような一般的
な１偉撮影の用途にはさほど問題とならないが、例えば
上述した光ビームの広がり状態の測定のように、定量的
な精度が重視される計測への用途には、そのダイナミッ
クレンジの狭さが大きな支障となる、という問題点のあ
ることが本発明者らによって明らかとされた。

一方、ＣＣＤなどの撮像素仔の入力ダイナミックレンジ
の狭さを補う手段として、各株濃度のフィルタを撮像１
子の入党路に介在させろ、ということが従来において行
われていた。しかしながら、フィルタを使うやり方では
、濃四の異なる多種のフィルタを用意しなければならな
いとともに、入力光のレベルに応じてフィルタを頻繁に
交換しなければならない、という煩わしさがあった。

なお、電荷蓄積型撮像素子については、例えば、日経マ
グロウヒル社刊行「日経エレクトロニクス１９８２年３
月１日号嵐２８５Ｊ６４〜７０頁（ＮＥレポート：縦型
オーバーフロー構造で、プルーミングとスミアを抑制し
たＣＣＤ撮像素子）などに記載されている。

〔発明の目的〕

この発明の目的は、例えばＣＣＤなとの電荷蓄積型撮像
素子の入力ダイナミックレンジを、フィルタに依らずに
実質的に拡大させることができるようにし、これにより
その撮像素子を、例えばレーザダイオードにおける光ビ
ームの広がり状態などの測定のように、定量的な精度が
重視されろ計測への用途にも適合させられろようにした
技術を提供することにある。

この発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴に
ついては、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。

〔発明の概要〕

本願において開示される発明のうち代表的なものを簡単
に説明すれば、下記のとおりである、すなわち、ＣＣＤ
なとの電荷蓄積型撮像素子から画素単位で読み出されて
（る画像信号レベルの最大値に基づいて、上記撮像素子
の蓄積時間を負帰還制御する構成により、ＣＣＤなとの
電荷蓄積型撮像素子の入力ダイナミックレンジを、フィ
ルタて依らずに実質的に拡大させ、これによりその撮像
素子を、例えばレーザダイオードにおける光ビームの広
がり状態などの測定のように、定量的な精度が重視され
る計測への用途にも適合させられろようにする、という
目的を達成するものである。

〔実施例〕

以下、この発明の代表的な実施例を図面を参照しながら
説明する。

なお、図面において同一符号は同一あるいは相当部分を
示す。

第１図はこの発明が適用された撮像素子制御回路の一実
施例を示す。

また、第２図は、第１図に示した回路の動作例を示す。

同図に示す撮像素子制御回路は、電荷蓄積型撮像素子１
の読取感度を制御するように構成されている。撮像素子
１としては、いわゆるライセンサと呼ばれる一次元型の
ＣＣＤが使用されている。

この撮像素子１はレーザダイオード８の光学特性、Ｉ￥
ｆｌＣそのレーザダイオードから発せられる元ビームｌ
の広がり状態を測定するため（、その光ビームｌの照射
光像を直接撮像するように配設されている。

先ず、撮像素子１は、ドライブ・クロック発生回路２か
ら発せられるドライブ・クロックφ０によって、画素ご
とく受光光量に応じて蓄積された電荷を転送する。そし
て、この転送された電荷の量に応じた電圧が、画像読出
出力Ａ。ｕｔとして一定周期Δｔごとに画素単位で直列
に出力されるよう罠なっている。このとき、撮像素子１
は、各画素ごとに入力光量に応じた電荷を蓄積する動作
と、各画素ごとに蓄積された電荷をドライブ−クロック
φｏＫよって転送する読出動作とを交互に行う。

すなわち、第２図に示すように、蓄積時間ｔａと読出時
間ｔｃとが交互に置かれる。そして、両時間ｔｃ、ｔａ
の合計（ｔｃ＋ｔａ）が１フレーム周期、いわゆる読出
動作間隔となる５ ここで、上記撮像素子ｌの制御回路には、Ａ／Ｄ変換器
３、ピーク検出手段４、フィードバック手段５、および
インターバル・タイ？−６ｔｘどが設けられている。

ｌ〜／Ｄ変換器３は、上記撮像素子１の読出出力Ａｏｕ
ｔを１ドライブ・クロック周期△ｔごとにデジメル値Ａ
Ｋ変換する。これ以降の処理は、そのデジタル値Ａ［基
づいて行われるようになっている。なお、上記デジタル
値Ａはデジタル画像データとして外部へ導出され、他の
処理系の高速メモリ７などに一旦格納される。

ピーク検出手段４は、デジタル比較回路４１およびピー
クラッチ回路４２などによって構成されろ。このピーク
検出手段４は、撮像素子１から画素単位で読み出されて
変換される上記デジタル値Ａの最大値Ｂを検出する。こ
の最大値Ｂは１フレームを単位にして行われ、フレーム
が変わるごとに新しい最大値Ｂが検出される。

フィードバック手段５は、基準値発生部５１゜差演算回
路５２、累積加算回路５３、および反転回路５４などに
よって構成される。このフィードバック手段は、上記最
大値Ｂと基準値Ｃとの差Ｄ（Ｄ二〇−Ｂ）を演算し、さ
らにその差りの累積値Ｅ（Ｅ＝ΣＤ）を演算する。そし
て、その累積値Ｅを反転させて補数をとり、この補数を
後述するインターバル・タイマー６にプリセット補正値
−Ｅとして与える。

インターバル・タイマー６はプリセッタブルｅカウンタ
を用いて構成される。このインターバル・タイマー６は
、そのプリセット値によって定められる時間（ｔｏ）を
計数する。そして、その計数が完了するごとにタイマー
出力Ｔｏを出力する。

タイマー出力ＴＯは、上記ドライブもクロック発生回路
２にドライブΦクロック発生のスタート制御信号として
与えられるとともＫ、上記補正値−Ｅによって加減補正
されたプリセット値を新たに取り込むロード信号Ｌｏと
して利用される。つまり、インターバル・タイマー６は
、第２図に示すヨウニ、ソのタイマ一時間ｔｏによって
上記フレーム周期（ｔａ＋ｔｃ）を可変制御する。そし
て、そのタイマ一時間ｔｏは、上記最大値Ｂと上記基準
＠Ｂとの差りの累積値Ｅの補数−Ｅｔｃよって増減され
る。

ここで、上記フレーム周期ｔｏの中の読出時間ｔＱを一
定に固定しておくと、上記蓄積時間ｔｃは上記タイマ一
時間ｔｏに依存する。従って、その蓄積時間ｔｃは、上
記最大値Ｂと上記基準値Ｂとの差りの累積値Ｅの補数−
Ｅによって増減される。

これにより、例えば、上記最大値Ｂが上記基準値Ｃを越
えると、つまり撮像素子１の画素単位での入光量が、上
記基準値Ｃに依存する基準レベルを越えると、上記タイ
マ一時間ｔｏが減少して上記蓄積時間ｔｃが短くなる。

これにより、撮像素子１において入光量に対する電荷の
蓄積量が減じせしめられて、その感度が低くなる方向に
抑制されるようになる。

反対に、上記最大値Ｂが上記基準値Ｃを下回ると、つま
り撮像素子１の画素単位での入光量が、上記基準値Ｃに
依存する基準レベルに満たないと、上記タイマ一時間ｔ
ｏが増大して上記蓄積時間ｔｃが長くなる。これＫより
、先の場合とは逆圧、撮像素子１において入光量に対す
る電荷の蓄積量が増大せしめられて、その感度が高くな
る方向に増進されるようになる。

結局、上記撮像素子１の感度は、上記最大値Ｂが上記基
準値Ｃと等しくなる方向に自動的に負帰還制御されるよ
う忙なる。

以上のよ５にして、ＣＣＤなとの電荷蓄積型撮像素子１
０入力ダイナミツクレンジを、フィルタに依らずに実質
的忙拡大させることができる。そして、これにより、そ
の撮像素子１を、例えばレーザダイオード８における光
ビームの広がり状態などの測定のように、定量的な精度
が重視される計測への用途にも適合させることができる
ようになる。

〔効果〕

（１１ＣＯＤなどの電荷蓄積型撮像素子から画素単位で
読み出されてくる画像信号レベルの最大値に基づいて、
上記撮像素子の蓄積時間を負帰還制御する構成により、
ＣＣＤなどの電荷蓄積型撮像素子の入力ダイナミックレ
ンジを、フィルタに依らずに実質的に拡大させることが
でき、これによりその撮像素子を、例えばレーザダイオ
ードにおける光ビームの広がり状態などの測定のように
、定量的な精度が重視される計測への用途にも適合させ
ることができろようになる、という効果が得られる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、この発明は上記実施例に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可
能であることはいうまでもない。例えば、上記撮像素子
１は二次元型のものであってもよい、 〔利用分野〕 以上、本発明者によってなされた発明をその背景となっ
た利用分野であるレーザダイオードの測定技術に適用し
た場合について説明したが、それに限定されるものでは
なく、例えば特定用途のテレビカメラなどにも適用でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による撮像素子制御回路の一実施例を
示すブロック図、 第２図は第１図に示した制御回路てよって制御される撮
像素子の動作例を示すタイミングチャートである。 １・・・電荷蓄積型撮像素子、２・・・ドライブ・クロ
ック発生回路、３・・・Ａ／Ｄ変換器、４・・・ピーク
検出手段、５・・・フィードバック手段、６・・・イン
ターバルタイマー、

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電荷蓄積型撮像素子の読取感度を制御する撮像素子
   制御回路であって、撮像素子から画素単位で読み出され
   る画像信号レベルの最大値を１フレームごとに検出する
   ピーク検出手段と、上記撮像素子のフレーム単位での読
   出動作間隔を制御するインターバル・タイマーと、上記
   最大値と基準値との差に基づいて上記インターバル・タ
   イマーの計時時間を負帰還制御するフィードバック手段
   とを備えたことを特徴とする撮像素子制御回路。 ２、上記撮像素子の読出出力をデジタル値に変換するＡ
   ／Ｄ変換器を備えるとともに、このＡ／Ｄ変換器によっ
   て変換されたデジタル値に基づいて上記インターバル・
   タイマーの計時時間が負帰還制御されるように構成され
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の撮像素
   子制御回路。