JPS6255755B2

JPS6255755B2 -

Info

Publication number: JPS6255755B2
Application number: JP56047612A
Authority: JP
Inventors: Tokuichi Tsunekawa
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1981-03-31
Filing date: 1981-03-31
Publication date: 1987-11-20
Also published as: JPS57162579A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は撮像装置に関し、特には、固体撮像素
子により像を走査する際に、該固体撮像素子より
該固体撮像素子内部で発生する暗電流信号と該暗
電流信号を含む走査信号とを出力せしめ、差動回
路により該走査信号から該暗電流信号を差し引く
ことにより上記像についての撮像信号を得、その
際、積分時間制御回路により該撮像信号のレベル
に基づき、上記固体撮像素子の像信号積分時間を
制御すると共に上記撮像信号を量子化回路によつ
て量子化することにより量子化像データを得る様
に為した撮像装置における更なる改良に係わるも
のである。

近年電荷結合デバイス（CCD）の如き固体撮
像素子が各方面に利用されるようになつて来た
が、CCDの如き固体撮像素子の出力にはその内
部での暗電流によるノイズ成分が含まれ、これに
より素子個有の性能が十分発揮できないことが多
くあつた。従つて固体撮像素子を用いた撮像装置
には上記の如き暗電流によるノイズ成分を検出し
て、これを出力から除去することが必要となり、
これについては既に提案されている。例えば、固
体撮像素子の受光部の一部を遮光して該遮光部に
より撮像素子内部での暗電流成分が得られる様に
し、該得られた暗電流成分を保持してこれを続い
て遮光されざる受光部によつて得られる走査信号
から差し引くことにより所謂暗電流補償を行う様
な技術が既に提案されている。

一方、これとは別に固体撮像素子は入射光の輝
度に対するそのダイナミツク・レンジを拡大する
ためにその電荷蓄積時間、即ち、光信号の積分時
間の制御を行うことが必要であり、これについて
も既に提案されている。例えば、固体撮像素子か
ら得られる走査信号の特定のレベル、例えば、ピ
ーク・レベルを検出してこれが所定の電圧範囲に
対してどの様な関係に在るか、即ち、該電圧範囲
内に納まつているか、或いはこれを上回つている
か又は下回つているかを判別し、上回つている場
合には積分時間をより短かくし、又、下回つてい
る場合にはより長くすることにより走査信号のピ
ーク・レベルが該所定の電圧範囲内に納まる様に
する様な積分時間の制御についての技術が既に提
案されている。

ところでこの様な固体撮像素子からの走査出力
の暗電流補償と走査信号のレベルを基いとするそ
の信号積分時間の制御と云う２つの技術を組合せ
て用いた場合、時として次の様な不都合が危惧さ
れることがある。即ち、それは、例えば、積分時
間制御回路による制御が可能な比較的長い積分時
間の下で固体撮像素子により光信号の積分が行わ
れている状態でその受光部に対する入射光の強度
が急激にしかも極度に増大した様な場合、該受光
部における上記遮光部に対する漏光の強度が増大
して該遮光部での蓄積電荷量が極度に増大し、従
つて、該固体撮像素子からの走査出力の読み出し
に当つて暗電流信号保持回路によつて保持される
暗電流信号のレベルが極端に増大するために続い
て読み出されて来る走査出力の、暗電流信号補償
（又は除去）回路（通常、これは差動回路であ
る）による暗電流成分除去後の走査信号のレベル
は以前と殆んど変わらなくなつてしまい、これに
よりピーク検出回路によつて検出される走査信号
のピーク・レベルも殆んど変化しないために、本
来ならば固体撮像素子の信号積分時間が短時間側
に変更されなければならない処、上記の積分時間
に固定されたままとなると云つた不都合の危惧で
ある。勿論、この様な不都合の危惧は、固体撮像
素子の受光部の一部に暗電流成分検出用の遮光部
を設けた様な場合に限らず、例えば、CCDフオ
ト・センサにおいて電荷転送用のCCDアナロ
グ・シフト・レジスタの内部で生起される電荷を
暗電流成分として検出してこれにより暗電流補償
を行おうとする様な場合でも、受光部に対する入
射光輝度の急激な増大によつて所謂ブルーミング
現象を生じ、この時の拡散による流出電荷が該
CCDアナログ・シフト・レジスタ内に流れ込ん
でしまう様な場合にも、或いは又、この時の光励
起によつて該CCDアナログ・シフト・レジスタ
内自体でも電荷が発生して従つてその暗電流電荷
分が著しく増大してしまう様な場合等にも十分起
り得ることであり、又、積分時間の適否の判定方
法についても、上に例記した走査信号のピーク・
レベルを基いとする方法の外、例えば、その平均
値レベルを基いとする様な方法や、或いは又、例
えば、米国特許第4004852号において開示されて
いる様な該走査信号の２値化処理後の、“１”又
は“０”の計数値を基いとする様な方法の場合等
においても同様に生じ得ることであり、要するに
固体撮像素子の走査出力の暗電流補償とそれによ
つて得られる走査信号を基いとするその信号積分
時間の制御と云う２つの技術を組合せて用いるこ
とによつて不可避的に生ずる不都合である。

ところで上に述べた様な撮像装置として、上記
の走査信号（撮像信号）を量子化（例えば２値
化）することによつて得られる量子化像データを
扱う様にした場合、上述の様な事態、即ち、固体
撮像素子の積分時間が比較的長い状態で受光部に
対する入射光輝度が極度に増大した様な事態に際
しては、遮光されざる受光部の出力は固体撮像素
子の飽和レベルである一定のレベルとなり、従つ
て、暗電流補償した走査信号を例えば所定のレベ
ルでスライスすることによつて得られる量子化像
データは全て同一のデータ（即ち、２値化像デー
タの場合は、全て“１”又は全て“０”のデー
タ）となる。従つて、逆からすれば、量子化像デ
ータが全て同一のデータとなつていないかどうか
を判別し、全て同一のデータとなつていた場合に
は固体撮像素子の積分時間を短時間側に切換える
様にすれば、上述の様な事態が原因してデータが
全て同一のデータとなつている様な場合には斯か
る事態から脱却出来、装置は再び適正な量子化像
データを出力し得る様になるものである。

本発明は以上に述べた様な事情に鑑みて為され
たもので、固体撮像素子からの走査出力の暗電流
補償と走査信号のレベルを基いとするその信号積
分時間の制御と云う２つの技術を組合せて用い、
且つ、量子化された像データを得る様にした撮像
装置、即ち、具体的には、固体撮像素子により像
を走査する際に、該固体撮像素子より該固体撮像
素子内部で発生する暗電流信号と該暗電流信号を
含む走査信号とを出力せしめ、差動回路により該
走査信号から該暗電流信号を差し引くことにより
上記像についての撮像信号を得、その際、積分時
間制御回路により該撮像信号のレベルに基づき、
上記固体撮像素子の像信号積分時間を制御すると
共に、上記撮像信号を量子化回路によつて量子化
することにより量子化像データを得る様に為した
撮像装置として、上述した様な、例えば、比較的
長い像信号積分時間の下で入射光輝度が急激に増
大した様な場合に見られる像信号積分時間制御の
固定化と云う不都合の危惧を確実に解消せしめ
て、斯かる事態に対しても良好な像信号積分時間
制御を持続し得るより有利な改良を提供すること
を目的とし、そして斯かる目的の下で本発明の撮
像装置は、上記量子化回路による量子化像データ
が適正なデータであるかどうかを判別し、不適正
なデータであると判定された場合に、上記積分時
間制御回路によつて設定されるべき上記固体撮像
素子の像信号積分時間をより短かい積分時間にリ
セツトするためのリセツト用回路を備えたことを
特徴とするものである。

尚、以下に説明する本発明の実施例によれば、
上記リセツト用回路を、上記積分時間制御回路に
より上記固体撮像素子の像信号積分時間が制御可
能な比較的長い積分時間に調定されている状態で
上記量子化像データが全て同一のデータであると
判定される状態が所定時間持続した際に該所定時
間の経過と共に上記積分時間制御回路によつて設
定されるべき上記固体撮像素子の像信号積分時間
をより短かい積分時間にリセツトする様、構成す
ることが開示されているが、これは、前述した入
射光輝度の急激な増大が瞬間的なもので従つて次
の回の像の走査に際しては入射光輝度が元のレベ
ルに戻つている様な場合も往々にしてあり、そし
て、この様な場合には無用な積分時間の切換えを
行わない方が好ましいと云う観点に鑑みて施され
た工夫で、特に上述した様な入射光輝度の変動に
対して非常に有益なものである。

又、実施例によれば上記の量子化像データが全
て同一のデータであると判定される状態が、積分
時間制御回路により設定された積分時間に応じた
所定時間持続した際に上記固体撮像素子の像信号
積分時間をより短い積分時間にリセツトする様、
構成することが開示されており、更に、上記リセ
ツト用回路に、積分時間制御回路により積分時間
が切換わるごとに初期状態に戻される時定回路を
備え、積分時間制御回路により設定された積分時
間に応じてより効果的なリセツトを行う様にした
構成も開示されているものである。

因みに、上記リセツト用回路によつてリセツト
されるべき上記のより短かい積分時間とは、実施
例によれば、制御可能な最短の積分時間若しくは
これに近い比較的短かい時間であるが、最短の積
分時間とするものが最も効果的であろう。但し、
これは決して絶対的なものではなく、撮像装置の
使用目的等に応じて適宜決定されるものであるこ
とは勿論のことである。

以下図面によつて本発明の実施例を詳細に説明
する。

先ず第１図は固体撮像素子に対する入射光輝度
及びこれに対するその信号積分時間、即ち、蓄積
時間（ここでは例えばt₁〜t₈の８段階でt₁は最
短、t₈は最長である）と画像信号出力との関係を
示したものである。Ｖ_MAX及びＶ_MINは画像信号出
力の例えばピーク値に対して設定された所定の適
正範囲の上限値及び下限値であり画像信号出力の
ピーク値がこれらの上限及び下限を越えると、即
ち、上限を上回るか、或いは下限を下回ると該適
正範囲内に復するように蓄積時間（t₁〜t₈）が制御
される。

次に第２図は、ブルーミングによる過剰電荷の
流出、或いは光のまわり込み等により生ずる暗電
流信号レベルの変動の様子とこれによる暗電流補
償後の出力の変動の関係を模式的に示したもので
ある。

Ａ，Ｂは固体撮像素子が画像情報を時系列的に
出力する場合の信号波形図であり、D₁〜D₃は暗
電流信号検出のためのダミー画素部の出力S₁〜S₅
…は感光画素部の出力である。ダミー画素部D₁
〜D₃にブルーミングあるいは光漏れを生じてい
ない場合がＡであり、入射光が急激に増大し、感
光画素部の出力が飽和し、ダミー画素部にブルー
ミングあるいは光漏を生じている場合がＢであ
る。Ｃ，Ｄは感光画素部S₁〜S₅…によつて得られ
る暗電流成分を含む画像情報からダミー画素部
D₁〜D₃によつて得られる暗電流信号成分を差し
引いた差動出力の信号波形図である。Ｃは真の画
像に対応する出力波形であり、Ｄは暗電流信号の
増大により真の画像に正確に対応しない出力波形
である。Ｄでは感光画素部の出力が飽和している
ので差動出力信号は単一信号レベルのみとなりコ
ントラストのない均一の物体に対応する撮像信号
と同じになる。また暗電流成分の増大により差動
出力信号のピーク値が上述の適正範囲（Ｖ_MAXと
Ｖ_MINの間）に入ると、感光画素部の出力信号が
飽和しているにもかかわらず積分時間は短時間側
に切換えられることなく、この設定された積分時
間に固定される事になる。

さて、それでは次に斯かる不都合を防止するこ
とを目的とした本発明の実施例について説明す
る。

第３図は本発明の一実施例を示すものであり、
図においてSPはCCDフオト・ダイオード・アレ
イ等の固体撮像素子で、S₁〜Ｓ_oはｎ個の画素か
ら成る感光画素部D₁，D₂は暗電流検出用の例え
ばマスクMSによつて遮光されたダミー画素部で
ある。FA₁，FA₂…，FA_n（ｍ＝ｎ＋２）は感光
画素部S₁〜Ｓ_o及びダミー画像部D₁，D₂に蓄えら
れた電荷を積分クリア信号ICGをハイ・レベルに
することによりクリアするための積分クリアゲー
ト、FB₁，FB₂，…FB_nは感光画素部S₁〜Ｓ_oにそ
の入射光の積分量に対応して蓄えられた電荷及び
ダミー画素部D₁，D₂に蓄えられた暗電流に対応
する電荷を電荷転送用アナログ・シフト・レジス
タCA₁〜CA₂mに移送するための電荷移送用ゲー
トである。アナログ・シフト・レジスタCA₁〜
CA₂mの出力電荷は抵抗R₁，R₂，R₃及びFET
FC₁，FC₂より成る電荷電圧変換回路を介して、
電圧情報として出力される。

AC₁は固体撮像素子SPの出力のうちダミー画
素部D₁，D₂によつて得られる信号のみを取り出
すためのアナログ・ゲートであり、これに続くホ
ールド用コンデンサC₁、抵抗R₄及びバツフア増
幅器BP₁は暗電流信号保持回路を構成する。抵抗
R₄はコンデンサC₁とともにロウ・パス・フイル
ターを形成するための抵抗であり必ずしも必要で
はない。抵抗R₅，R₆，R₇，R₈及び演算増幅器
OP₁は暗電流補償用差動回路としての差動増幅回
路を構成し、感光画素部S₁〜Ｓ_oによつて得られ
る暗電流成分を含む画像情報から上記暗電流信号
保持回路によつて保持されているダミー画素部
D₁，D₂によつて得られた暗電流信号成分を差し
引くことにより、真の画像情報VFを出力する。

AG₂は上記差動増幅回路の出力のうち、感光画
素部S₁〜Ｓ_oに対応した信号のみを取り出すため
のアナログ・ゲート、PDは該アナログ・ゲート
AG₂を通じて得られる信号のピーク直（以下、
VPと記す）を検出するためのピーク検出回路、
PHは該ピーク検出回路で検出されたピーク値VP
をホールドするためのピーク・ホールド回路、
R₉，R₁₀，R₁₁は定電流源CS₁と共に上記の上限及
び下限の基準電圧Ｖ_MAX及びＶ_MINを得るための分
圧抵抗である。CP₁はピーク・ホールド回路PH
のホールド値VPを上限の基準電圧Ｖ_MAXに対して
比較してVP＞Ｖ_MAXでハイ・レベル信号を、VP
≦Ｖ_MAXでロウ・レベル信号を出力するコンパレ
ータ、CP₂は上記ホールド値VPを下限の基準電
圧Ｖ_MINに対して比較してVP＜Ｖ_MINでハイ・レ
ベル信号を、VP≧Ｖ_MINでロウ・レベル信号を出
力するコンパレータでその出力は蓄積時間設定用
のアツプ・ダウン・カウンタUDC（ここでは３
ビツト構成のバイナリ・アツプ・ダウン・カウン
タである）のカウント・モード制御用の信号とし
て該アツプ・ダウン・カウンタUDCに附与され
る。因みに該アツプ・ダウン・カウンタUDCは
ここではコンパレータCP₁の出力のハイによりア
ツプ・カウント・モードとなり、ロウによりダウ
ン・カウント・モードとなる様に設定されてい
る。OR₁はコンパレータCP₁の出力とコンパレー
タCP₂の出力の論理和をとるためのオア・ゲー
ト、EXは上記アツプ・ダウン・カウンタUDCの
３ビツト出力Q₁，Q₂，Q₃と上記コンパレータ
CP₁の出力との排他的論理和をとるためのイクス
クルーシブ・オア・ゲート、AN₁は該オア・ゲー
トOR₁の出力とイクスクルーシブ・オア・ゲート
EXの出力と更に後述するタイミング・コントロ
ール回路TCCからのカウント用パルスＣφ１と
の論理積をとるためのアンド・ゲートで、その出
力は上記アツプ・ダウン・カウンタUDCのカウ
ント・クロツクとして該アツプ・ダウン・カウン
タUDCに附与される。尚、上記イクスクルーシ
ブ・オア・ゲートEXは蓄積時間が最短時間t₁ま
たは最長時間t₈に設定された状態で更に短時間ま
たは長時間側へのシフト情報がコンパレータCP₁
又はCP₂から出力された場合にアツプ・ダウン・
カウンタUDCのリセツトを防止し、蓄積時間を
現在設定されている最短又は最長の蓄積時間に固
定するためのものである。因みに上記アツプ・ダ
ウン・カウンタUDCの３ビツト出力Q₁〜Q₃とこ
れによつて指定される上記８段階の蓄積時間の対
応関係は第４図に示す如くである。

TCCは第５図に示すタイミングチヤートに従
い、各種制御パルス及び制御信号を発生するため
のタイミング・コントロール回路であり、PUC
は電源オン時、固体撮像素子SPの電荷蓄積時間
を最短蓄積時間t₁にイニシヤル・セツトするため
の上記アツプ・ダウン・カウンタUDCに対する
リセツト用パルス、Ｃφ１は固体撮像素子SPの
信号を１回読み出す毎に１回発生するアツプ・ダ
ウン・カウンタUDCのカウント用パルス（即
ち、蓄積時間制御用パルス）Ａφ１は上記アナロ
グ・ゲートAG₁を介して、１回の読み出し毎に暗
電流検出に必要な部分の信号、即ち、上記ダミー
画素部D₁，D₂に対応した信号を取り出すため
の、該アナログ・ゲートAG₁に対するゲート制御
用信号、Ａφ２は上記アナログ・ゲートを介し
て、１回の読み出し毎に上記差動増幅回路の出力
のうち、上記感光画素部S₁〜Ｓ_oに対応した信号
を取り出すための、該アナログ・ゲートAG₂に対
するゲート制御用信号、φＲは例えば各読み出し
の開始の直後に上記ピーク検出回路PDをリセツ
トするためのピーク・リセツト用制御信号、φＨ
は１回の読み出しの終了の度毎に上記のピーク検
出回路PDのリセツトされる以前のピーク検出値
VPをピーク・ホールド回路PHにホールドさせる
ためのピーク・ホールド用制御信号、SHは上記
固体撮像素子SPにおける電荷移送用ゲートFB₁〜
FB_nに対するゲート制御用パルス（シフト・パル
ス）、ICGは同じく積分クリア用ゲートFA₁〜
FA_nに対するゲート制御用信号（積分クリア信
号）、φ_１，φ_２は同じく電荷転送用アナログ・
シフト・レジスタCA₁〜CA_2nに対する転送用ク
ロツク・パルス（即ち、ここではアナログ・シフ
ト・レジスタCA₁〜CA_2nは２相駆動型のもので
ある。又、ここではシフト・パルスSHはφ_１同
期である。）RSは同じく電荷―電圧変換回路
FET FC₁に対するリセツト・パルスである。

尚、該タイミング・コントロール回路TCCは
アツプ・ダウン・カウンタUDCの出力Q₁〜Q₃に
よつて指示される時間情報に基づき固体撮像素子
SPの電荷蓄積時間の制御の機能を司るものであ
るが、具体的には第５図中にｔで示す積分クリア
信号ICGのロウ・レベルへの立下りからシフト・
パルスSHの立上りまでの期間をアツプ・ダウ
ン・カウンタUDCの出力Q₁〜Q₃の状態に応じて
上記のt₁〜t₈の８段階の間で制御することにより
該蓄積時間の制御を具現するものである。従つ
て、ここでは固体撮像素子SPの実際の電荷蓄積
時間は“上記の時間ｔ＋シフト・パルスSHのハ
イ・レベル持続時間△ｔ”と云うことになるもの
である。因みに上記固体撮像素子SPは上述した
様に２相駆動型のものであるが、その各画素の信
号はここではφ_１同期で出力され、且つ、シフ
ト・パルスSHと同期してその出力が開始される
ものである。AFCは撮像信号VFを用いて、自動
焦点検出等を行うための回路であるが、本発明と
は直接関係しないので詳細は省略する。

さて以上の撮像装置の構成に対し、ここでは本
発明による改良に従つて以下に説明する様な蓄積
時間リセツトのための構成が附加されている。即
ち、第３図において抵抗R₁₂，R₁₃はピーク・ホー
ルド回路PHの出力を分圧し、基準電圧Ｖ_SLを生
ずるための抵抗であり、Ｖ_SLと撮像信号VFとが
コンパレータCP₃で比較され撮像信号の量子化信
号が生ずる。従つて、以上が撮像信号の量子化回
路を構成している。コンパレータCP₃からの量子
化信号はクロツク・パルスＣφ２に同期してラツ
チ回路LT₁でラツチされる。ラツチ回路LT₁はＤ
型フリツプ・フロツプ等よりなる回路であり、固
体撮像素子SPの出力がリセツトパルスRSの間な
くなることによる誤動作を防ぐための回路であ
る。ラツチ回路LT₁の出力及びインバータIV₃に
よる反転出力がアンド・ゲートAN₃，AN₂に入力
され、撮像画素を規制するパルスφＡにより規制
された画素の間の論理積がとられる。アンド・ゲ
ートAN₂，AN₃の出力はＲ―Ｓフリツプ・フロツ
プFP₁，FP₂に入力され、量子データラツチ回路
LT₁の出力がハイ・レベルのみの場合、或いはロ
ウ・レベルのみの場合にはフリツプフロツプFP₁
またはFP₂の一方しか反転しないのでアンド・ゲ
ートAN₄の出力はロウのままとなり、カウント用
パルスＣφ１に同期したラツチ回路LT２の出力
もロウ・レベルになる。一方、量子化データがハ
イ及びロウの両方のレベルを有する場合にはフリ
ツプフロツプFP₁，FP₂が共に反転するのでアン
ドゲートAN₄の出力はハイとなり、カウント用パ
ルスＣφ１に同期してラツチ回路LT₂の出力はハ
イ・レベルになる。以上量子化データ判別回路を
構成しているラツチ回路LT₂の出力とアンド・ゲ
ートAN₁の出力の論理和がオア・ゲートOR₃でと
られ後述する時定回路を初期状態に戻すためのト
ランジスタTr₁がその出力により制御される。

アンド・ゲートAN₁の出力がハイ・レベルにな
るのは撮像信号UFが適正電圧範囲外（VF＞
VMAX，VF＜VMIN）になりアツプ・ダウン・
カウンタUDCを介して蓄積時間が切換えられる
場合である。トランジスタTr₁がオフし、抵抗
R₁₈，コンデンサC₂，演算増幅器OP₃からなる時
定数回路の出力が定電流源CS₂，抵抗R₁₉，R₂₀よ
りなる基準電圧Ｖ_STを越えた際にコンパレータ
CP₄がハイ・レベル信号を出力しそしてこれは一
方で上記タイミング・コントロール回路TCCか
らのアツプ・ダウン・カウンタUDCに対するク
リア・パルスPUCを受けるオア・ゲートOR₂を通
じて該アツプ・ダウン・カウンタUDCにリセツ
ト・パルスとして附与される。

更に本実施例では蓄積時間制御用のアツプ・ダ
ウンカウンタUDCの出力端子Q₁，Q₂，Q₃に、そ
の抵抗値が、例えば₄R，₂R，Ｒの抵抗R₁₄，
R₁₅，R₁₆が接続されており、演算増幅器OP₂，抵
抗R₁₇よりなる加算回路を介して積分時間に応じ
た信号電流が時定数回路に流れるので撮像信号の
量子化データが全て同一のデータである状態が蓄
積時間に応じた一定時間持続した場合にアツプ・
ダウンカウンタUDCにより設定される蓄積時間
がより短い時間、例えば最短の時間t₁にリセツト
される。

なお、抵抗R₂₁，R₂₂，トランジスタTr₂，発光
ダイオードLDは被写体が高コントラストの時に
点灯し、低コントラストの時に消灯する警告用表
示回路である。

さて以上の構成において、先ず、装置の電源が
投入されると、この時、タイミング・コントロー
ル回路TCCよりアツプ・ダウン・カウンタUDC
に対するリセツト・パルスPUC（パワー・アツ
プ・クリア・パルス）が出力されてこれはオア・
ゲートOR₂を通じて該アツプ・ダウン・カウンタ
UDCに附与され、そして該アツプ・ダウン・カ
ウンタUDCがリセツトされてその出力Q₁〜Q₃が
全てハイとなることにより固体撮像素子SPの指
定蓄積時間は第４図に示す如く先ず最短蓄積時間
t₁にイニシヤル・セツトされる様になる。例え
ば、パワー・アツプ・クリア信号PUCがハイに
なるとアツプ・ダウン・カウンタUDCがアツ
プ・カウンタ・モードに設定され、次いでカウン
ト・パルスが７個附与されることにより積分時間
は最短のt₁にイニシヤル・セツトされる。一方、
電源の投入によりタイミング・コントロール回路
TCCは更に固体撮像素子SPに対し転送用クロツ
ク・パルスφ_１，φ_２及びリセツト・パルスRS
の出力を開始すると共に、更に積分クリア信号
ICGをハイと為して積分クリア用ゲートFA₁〜
FA_nをオンと為すことによりその画素部D₁，D₂
及びS₁〜Ｓ_oにおける発生電荷の蓄積を禁止する
様になる。この状態で外部トリガ信号が該タイミ
ング・コントロール回路TCCに附与されると、
該タイミング・コントロール回路TCCはこのト
リガ信号に応答して第５図に示す如く積分クリア
信号ICGを直ちにロウと為して積分クリア用ゲー
トFA₁〜FA_nをオフと為すことにより画素部D₁，
D₂及びS₁〜Ｓ_oでの発生電荷の蓄積を開始させる
と共に、この時に上記アツプ・ダウン・カウンタ
UDCの出力Q₁〜Q₃によつて指示されている蓄積
時間（即ち、この場合は最短の時間t₁である）の
計時を開始し、そして、この計時が終了するとシ
フト・パルスSHを出力する様になる。従つて、
この時点で、電荷移送用ゲートFB₁〜FB_nがオン
となることにより上記の計時が行なわれている間
に画素部D₁，D₂及びSD₁〜SD_oに蓄積された電荷
が該電荷移送用ゲートFB₁〜FB_nを通じて電荷転
送用アナログ・シフト・レジスタCA₁〜CA_2nの
各対応するビツトに取り込まれた後、該アナロ
グ・シフト・レジスタCA₁〜CA_2nを通じて電荷
―電圧変換回路へ転送され、ここで電圧変換され
て電圧情報として出力される様になる。尚、タイ
ミング・コントロール回路TCCはシフト・パル
スSHを出力するとその後、再び積分クリア信号
ICGをハイと為して積分クリア用ゲートFA₁〜
FA_nをオンと為すことにより画素部D₁，D₂及び
S₁〜Ｓ_oでの発生電荷の蓄積を禁止する様にな
る。さてこの様にして固体撮像素子SPから走査
信号の出力が開始されると、該走査信号の出力に
際し、タイミング・コントロール回路TCCは第
５図に示す如くダミー画素部D₁，D₂に対応した
信号が出力されるタイミングでアナログゲート
AG₁に対するゲート制御用信号Ａφ１をハイと為
して該アナログ・ゲートAG₁をオンと為し、従つ
て、該ダミー画素部D₁，D₂に対応した信号がコ
ンデンサC₁により固体撮像素子SPの暗電流信号
としてホールドされ、該ホールドされた暗電流信
号はバツフア増幅器BP₁を通じて差動増幅回路の
一方に附与される様になる。従つて、該差動増幅
回路は続いてその他方の入力に感光画素部S₁〜Ｓ
_oに対応した信号を受けることにより該信号から
上記暗電流信号成分を差し引いた信号、即ち、暗
電流補償された画像情報信号VFを出力する様に
なる。一方、この時、タイミング・コントロール
回路TCCは第５図に示す如く固体撮像素子SPか
ら上記感光画素部S₁〜Ｓ_oに対応した信号が出力
される期間、アナログ・ゲートAG₂に対するゲー
ト制御用信号Ａφ２とハイと為すことにより該ア
ナログ・ゲートAG₂をオンと為し、従つて、差動
増幅回路の出力のうち、上記感光画素部S₁〜Ｓ_o
に対応した出力がピーク検出回路PDに附与され
ることになる。該ピーク検出回路PDはタイミン
グ・コントロール回路TCCからの第５図に示す
如きリセツト信号φ_Rにより例えば上記ダミー画
素部D₁，D₂に対応した信号が得られる期間にお
いて既にリセツトされており、そして、アナロ
グ・ゲートAG₂を通じて上記感光画素部S₁〜Snに
対応した差動増幅回路の出力を附与されることに
よりそのピーク値を検出する様になる。そして固
体撮像素子SPからの上記感光画素部S₁〜Ｓ_oに対
応した信号の出力が終了すると、この時点でタイ
ミング・コントロール回路TCCは第５図に示す
如くゲート制御用信号Ａφ_２をロウと為してアナ
ログ・ゲートAG₂をオフと為すことによりピーク
検出回路PDによるピーク値検出を終了させると
共にその後、ピーク・ホールド回路PHに対して
ホールド信号φ_Hを附与してこの時点での該ピー
ク検出回路PDのピーク検出出力VPをホールドさ
せる様になる。該ピーク・ホールド回路PHにピ
ーク値VPがホールドされると、コンパレータ
CP₁及びCP₂は夫々該ホールドされたピーク値VP
を上限及び下限の基準電圧Ｖ_MAX及びＶ_MINに対し
て比較し、その比較結果をハイ又はロウの論理信
号として出力する様になる。即ち、今、例えば、
VP＜Ｖ_MINであつたとするとコンパレータCP₁の
出力はロウ、コンパレータCP₂の出力はハイとな
り、従つてアツプ・ダウン・カウンタUPCがダ
ウン・カウント・モードに設定されると共に、オ
ア・ゲートOR₁の出力がハイとなり、又、この
時、イクスクルーシブ・オア・ゲートEXの出力
もハイとなる。従つて、ピーク・ホールド回路
PHによるピーク検出回路PDのピーク検出出力
VPのホールドの終了後、タイミング・コントロ
ール回路TCCより第５図に示す如くアツプ・ダ
ウン・カウンタUDCに対するカウント・パルス
Ｃφ１が出力されると、該カウント・パルスCP
はアンド・ゲートAN₁を通じて該アツプ・ダウ
ン・カウンタUDCのカウント入力に附与されて
該アツプ・ダウン・カウンタUDCが１つカウン
ト・ダウンし、従つて、その出力Q₁〜Q₃がハ
イ、ハイ、ロウの状態となることにより第４図に
示す如く固体撮像素子SPの指定蓄積時間が最短
時間t₁から次のt₂に切換えられることになる。従
つて、タイミング・コントロール回路TCCは次
回の走査に際しては積分クリア信号ICGのロウ・
レベルへの立下りからシフト・パルスSHの立上
りまでの期間ｔを時間t₂に従つて制御することに
より固体撮像素子SPの蓄積時間を伸長させる様
になり、これより上記差動増幅回路を通じて得ら
れる画像情報信号VFのレベルが上昇させられる
様になる。この蓄積時間の変更動作はＶ_MIN≦VP
≦Ｖ_MAXの状態が得られるまで繰り返され、そし
て最終的にＶ_MIN≦VP≦Ｖ_MAXの状態が得られる
様になると、この時点でコンパレータCP₁及び
CP₂の出力が共にロウとなることによりオア・ゲ
ートOR₁の出力がロウとなつてタイミング・コン
トロール回路TCCからのカウント・パルスCP
の、アツプ・ダウン・カウンタUDCに対する附
与がアンド・ゲートAN₁により禁止され、従つ
て、この時点で蓄積時間の変更が停止されて蓄積
時間はこの適正な時間に維持されることになる。
勿論、該適正な蓄積時間の下で走査が繰り返され
る間に、再びVP＜Ｖ_MINの状態を生ずれば上述の
動作により蓄積時間は更に長い時間へと切換えら
れる様になるし、また、逆にVP＞Ｖ_MAXの状態を
生ずれば、コンパレータCP₁の出力はハイ、コン
パレータCP₂の出力はロウとなつてアツプ・ダウ
ン・カウンタUDCがアツプ・カウント・モード
に設定され、そしてタイミング・コントロール回
路TCCからのカウント・パルスＣφ１によつて
１つカウント・アツプすることにより蓄積時間が
短い時間へと１段切換えられる様になり、斯くし
てこの様な動作を通じて固体撮像素子SPの蓄積
時間は常に適正な時間、即ち、Ｖ_MIN≦VP≦Ｖ_MA
_Ｘと云う適正な画像信号レベルが得られる様な時
間に制御されることになる。

尚、以上の説明において、イニシヤル・セツト
された最短の時間t₁が適正な蓄積時間、即ち、Ｖ
_MIN≦VP≦Ｖ_MAXとなる様な蓄積時間であれば蓄
積時間がこの時間t₁に維持されることは言うまで
もないことであるが、一方、この最短時間t₁の下
でVP＞Ｖ_MAXとなつても、この場合にはコンパレ
ータCP₁の出力がハイ、コンパレータCP₂の出力
がロウでイクスクルーシブ・オア・ゲートEXの
出力もロウとなり、従つて、蓄積時間の変更は行
なわれず、該最短時間t₁に固定されたままとな
る。

さて、以上の様な制御の過程で、例えば、蓄積
時間が比較的長い時間、例えばt₅，t₃に制御され
た状態で、Ｖ_MAX＞VF＞Ｖ_MINで、更に、撮像信
号の量子化データが全て同一のデータである状態
が生じたとすると、既に述べた様に斯かる状態は
物体のコントラストが極めて低いか、或いは、固
体撮像素子SPに対する入射光輝度の極端な増大
により暗電流信号レベルが極度に増大し、感光画
素部の出力が飽和しているかのいずれかである
が、ここでは後者に起因しているものと見做して
以下に述べる様な制御が行なわれる。即ち、この
状態では撮像信号の量子化データが全て同一のデ
ータであるのでラツチ回路LT₂の出力はロウレベ
ル、更にＶ_MAX＞VF＞Ｖ_MINであるのでタイミン
グ・コントロール回路TCCからのカウント・パ
ルスＣφ１の、アツプ・ダウン・カウンタUDC
に対する附与がアンド・ゲートAN₁によつて禁止
されるのでオア・ゲートOR₃の出力はロウレベル
となり、それまで導通状態にあつたトランジスタ
Tr₁が不導通となつてコンデンサC₂が抵抗R₁₈を
通じて充電される様になり、そして、該コンデン
サC₂の端子電圧が抵抗R₁₉，R₂₀によつて設定さ
れている所定の基準電圧VSTを越える様になる
と、即ち、所定の時間が経過すると、この時点で
コンパレータCP₄の出力がロウからハイに変わ
り、従つて、この時の該コンパレータCP₄のハ
イ・レベル出力がオア・ゲートOR₂を通じてアツ
プ・ダウン・カウンタUDCに附与されることに
より該アツプ・ダウン・カウンタUDCがリセツ
トされてその出力Q₁〜Q₃は全てハイとなり、斯
くして固体撮像素子SPの蓄積時間が最短時間t₁に
リセツトされる様になる。尚、この場合、蓄積時
間が比較的長い時間t₅に制御された状態ではアツ
プダウンカウンタUDCの出力はQ₁，Q₂，Q₃がロ
ウ、ハイ、ハイとなつているので抵抗R₁₄〜R₁₇，
演算増幅器OP₂を介して蓄積時間に応じた出力信
号が演算増幅器OP₂の出力に生じ、抵抗R₁₈を介
して、時定数回路の積分電流が制御される様にな
り、斯くして、撮像信号の量子化データが全て同
一のデータである状態が蓄積時間に応じた所定時
間持続した場合には、上述した様に、固体撮像素
子SPに対する入射光輝度の極端な増大による暗
電流信号レベルの極度の増大に起因しているもの
であれば、この蓄積時間のリセツトにより斯かる
状態から脱却させられて適正な画線信号、若しく
はこれに近い画像信号が得られる様になる訳であ
る。

尚、オア・ゲートOR₃の出力のロウによるトラ
ンジスタTr₁の不導通によつてコンデンサC₂の充
電が開始されてその端子電圧が上記の所定の基準
電圧を越える様になる前に次の走査が行なわれ
て、この時に、撮像信号の量子化データが全て同
一の状態が解消されていればラツチ回路LT₂出力
がハイとなるためにオア・ゲートOR₃の出力はハ
イとなり、従つて、トランジスタTr₁が導通する
ことによりコンデンサC₂が直ちに放電させられ
て蓄積時間のリセツトは行なわれない。

又、以上に説明した実施例では上記のリセツト
すべき蓄積時間を最短の時間t₁としていたが確か
に上述した様に入射光輝度の極端な増大が予想さ
れる場合にはこの最短の時間t₁へのリセツトが最
も効果的なものであるが、場合によつては、特に
固体撮像素子SPの特性等によつてはこのリセツ
トすべき蓄積時間を最短の時間t₁とせずにこれに
近い比較的短かい時間、例えば、第４図のt₂，t₃
若しくはt₄等の時間としても良いことは勿論のこ
とであり、そしてそのためには第３図示回路系の
構成の一部を第６図に示す如く変形すれば良いも
のである。即ち、第６図において、TCC′は第３
図示タイミングコントロール回路TCCと同様の
タイミング・コントロール回路であるが、ここで
は第３図示タイミング・コントロール回路TCC
が有する機能の外に更に上記コンパレータCP₄の
ハイ・レベル出力に応答してパワー・アツプ・ク
リア・パルスPUCと同様の単一のクリア・パル
スCLRをアツプ・ダウン・カウンタUDCに対し
て出力することにより該アツプ・ダウン・カウン
タUDCをリセツトさせると共に、更に該クリ
ア・パルスCLRの出力後、直ちに上記カウン
ト・パルスＣφ１と同様の副カウント・パルスＣ
φ１′を所定数出力する機能を備えており、そし
て、該副カウント・パルスＣφ１′は一方で上記
アンド・ゲートAN₁の出力を受けるオア・ゲート
OR₄を通じて上記アツプ・ダウン・カウンタ
UDCのカウント入力に附与される様に為されて
いる。以上の外はオア・ゲートOR₂が不要とされ
ている点を除き第３図示構成と同様の構成であ
る。

斯かる構成によれば、上述した様にコンパレー
タCP₄の出力がハイになると、これに応答してタ
イミング・コントロール回路TCC′は直ちにクリ
ア・パルスCLRを出力してアツプ・ダウン・カ
ウンタUDCをリセツトさせると共に、該クリ
ア・パルスCLRの出力後、直ちに副カウント・
パルスＣφ１′を所定数出力し、そしてこれはバ
ツフア増幅器BP２及びオア・ゲートOR₄を通じ
て該アツプ・ダウン・カウンタUDCに附与され
る。バツフア増幅器BP２は副カウント・パルス
Ｃφ１′を微少時間遅延するためのものであり、
オア・ゲートOR₅を介してアツプ・ダウン・カウ
ンタUDCが副カウント・パルスＣφ１′に同期し
てアツプ・カウント・モードに設定された後、該
アツプ・ダウン・カウンタUDCのＣ端子に附与
される様になつている。即ち、オア・ゲートOR₅
を介して副カウント・パルスＣφ１″に同期して
該アツプ・ダウン・カウンタUDCはアツプ・カ
ウント・モードに設定されるので、従つて、該ア
ツプ・ダウン・カウンタUDCは一度リセツトさ
れた後、該副カウント・パルスＣφ₁″に応答して
その附与数分だけカウント・アツプし、斯くし
て、蓄積時間はこの時の該副カウント・パルスＣ
φ₁″の附与数によつて決まる時間にリセツトされ
ることになる。即ち、例えば蓄積時間がt₅に設定
されており、量子化データが全て同一のデータで
ある状態が所定時間持続し、リセツト回路が作動
した場合、該副カウント・パルスＣφ₁″の附与数
を１とすればこの時のリセツトされるべき蓄積時
間は第４図からも明らかな様にt₄となり、附与数
を２，３，…と増すことによりリセツトされるべ
き蓄積時間はt₃，t₂，…となる訳である。

以上詳述した様に本発明によれば、固体撮像素
子からの走査出力の暗電流補償と走査信号のレベ
ルを基いとするその像信号積分時間の制御と云う
２つの技術を組合せて用い、且つ、量子化された
像データを得る様にした撮像装置、即ち、具体的
には、固体撮像素子により像を走査する際に、該
固体撮像素子より該固体撮像素子内部で発生する
暗電流信号と該暗電流信号を含む走査信号とを出
力せしめ、差動回路により該走査信号から該暗電
流信号を差し引くことにより上記像についての撮
像信号を得、その際、積分時間制御回路により該
撮像信号のレベルに基づき、上記固体撮像素子の
像信号積分時間を制御すると共に、上記撮像信号
を量子化回路によつて量子化することにより量子
化像データを得る様に為した撮像装置として、例
えば、比較的長い像信号積分時間の下で入射光輝
度が急激に増大した様な場合に見られる像信号積
分時間制御の固定化と云う不都合の危惧が確実に
解消されて、斯かる事態に対しても良好な像信号
積分時間制御を持続し得ることにより適正な量子
化像データを得ることが出来る様になるもので、
上述した様な撮像装置において極めて有益なもの
である。

尚、固体撮像素子の像信号積分時間の適否の判
定方法としては実施例では画像信号のピーク・レ
ベルが所定のレベル範囲内に納つているか否かを
判別する如き方法を採用していたが、本発明が斯
かる実施例の形態のみに限られるものではないこ
とは言うまでもないことで、既に述べた様に例え
ば画像信号の平均レベルが所定のレベル範囲内に
納つているか否かを判別する様な方法や、或いは
画像信号を量子化してその量子化の状態を判別す
る様な方法を採用する場合にも十分有効なもので
ある。

同様に固体撮像素子内部に生ずる暗電流信号の
検出方法についても実施例では固体撮像素子は画
素配列の一部をマスク（これは例えばAl蒸着層
の如き手段によつて形成し得るものである）によ
つて遮光することにより該遮光されたダミー画素
部を通じて暗電流信号を得る様にしていたが、こ
の外に感光作用を全く有さない暗電流発生部を設
けてこれにより暗電流信号を得る様にしたり、或
いは又、これらに代えて電荷転送用アナログ・シ
フト・レジスタの一部に空転送部を設定して、該
空転送部により暗電流信号を得る様にしても良い
ものである。即ち、後者の場合には例えば第３図
に示す固体撮像素子SPの構成においてダミー画
素部D₁，D₂に対する電荷移送用ゲート部FB₁，
FB₂等を削除してレジスタ部CA₁〜CA₄等によつ
て得られる信号を暗電流信号として検出する様に
すれば良いものである。

又、実施例では蓄積時間リセツト用回路中に抵
抗R₁₈及びコンデンサC₂から成るCR時定数回路を
設けて、量子化データが全て同一の状態が所定時
間持続した場合にこの所定時間の経過と共に蓄積
時間のリセツトを行なう様にすることにより例え
ばこの所定時間内に上述の様な状態が解消された
場合には蓄積時間のリセツトは行なわない様に配
慮してあるが、この様な配慮を必要としない場合
にはコンパレータCP₄の出力に代えてオア・ゲー
トOR₃の出力を直接オア・ゲートOR₂又は第６図
示変形例の場合にはタイミング・コントロール回
路TCC′に附与する様にしても良いものである。

因みに本発明の撮像装置は例えば本件出願人に
係る特願昭52―505号（特開昭53―85453号）同じ
く特願昭52―506号（特開昭53―85454号）、同じ
く特願昭52―117235号（特開昭54―51556号）等
において提案されている様な距離検出装置、又
は、同じく特願昭53―38566号（特開昭54―
130825号）においてその実施例として開示されて
いる様な距離検出装置、或いは又、前述の米国特
許第4004852号において開示されている様な距離
検出装置等に適用し得るものである。

尚、実施例中のピーク検出回路PD及びピー
ク・ホールド回路PHとしては例えば上記の本件
出願人に係る特願昭53―38566号（特開昭54―
130825号）の実施例中に開示されている様なピー
ク検出回路及びピーク保持回路（サンプル・ホー
ルド回路）の構成を採用し得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は固体撮像素子に対する入射光輝度及び
これに対するその信号積分時間と画像信号出力と
の関係を示す図、第２図は暗電流信号レベルの変
動の様子とこれによる暗電流補償後の出力の変動
の関係を示す図、第３図は本発明の一実施例の回
路系の構成を示す回路図、第４図は第３図示実施
例における蓄積時間（信号積分時間）設定用アツ
プ・ダウン・カウンタの出力とこれによつて指定
される蓄積時間との関係を示す図、第５図は第３
図示実施例の動作を表わすタイミング・チヤー
ト、第６図は第３図示実施例に対する一変形例の
特に変形に係わる要部の回路構成を示す部分回路
図である。 SP…固体撮像素子、D₁，D₂…暗電流検出用ダ
ミー画素部、MS…マスク、S₁〜Ｓ_o…感光画素
部、AG₁，R₄，C₁…暗電流検出及び保持回路の
構成要素、OP₁，R₅〜R₈…暗電流補償用差動回路
の構成要素、PD，PH，R₉〜R₁₁，CP₁，CP₂…信
号積分時間適否判定用回路の構成要素、UDC…
積分時間設定用回路としてのアツプ・ダウン・カ
ウンタ、TC；TCC′…積分時間制御回路としての
タイミング・コントロール回路、CP₃，R₁₂，R₁₃
…量子化回路の構成要素、LT₁，LT₂，FP₁，
FP₂，AN₂〜AN₄，OR₃，OP₂，OP₃，OP₄，
Tr₁，C₂，R₁₄〜R₂₀…リセツト用回路の構成要
素。

Claims

【特許請求の範囲】１固体撮像素子により像を走査する際に、該固
体撮像素子より該固体撮像素子内部で発生する暗
電流信号と該暗電流信号を含む走査信号とを出力
せしめ、差動回路により該走査信号から該暗電流
信号を差し引くことにより上記像についての撮像
信号を得、その際、積分時間制御回路により撮像
信号のレベルに基づき、上記固体撮像素子の像信
号積分時間を制御すると共に、上記撮像信号を量
子化回路によつて量子化することにより量子化さ
れた画像データを得る様にした撮像装置に於て、
上記量子化回路からの量子化された画像データが
適正であるか否かを判別し、不適正であると判定
された場合に上記積分時間制御回路によつて設定
されるべき上記固体撮像素子の像信号積分時間を
より短い積分時間にリセツトするためのリセツト
用回路を備えたことを特徴とする撮像装置。２上記リセツト用回路を、上記の量子化された
画像データが不適正であると判定される状態が所
定時間持続した際に上記積分時間制御回路によつ
て設定されるべき上記固体撮像素子の像信号積分
時間をより短い積分時間にリセツトする様、構成
した特許請求の範囲第１項に記載の撮像装置。３上記リセツト用回路を、上記の量子化された
画像データが不適正であると判定される状態が、
上記積分時間制御回路により設定された積分時間
に応じた所定時間持続した際に上記積分時間制御
回路によつて設定されるべき上記固体撮像素子の
像信号積分時間をより短い積分時間にリセツトす
る様、構成した特許請求の範囲第２項に記載の撮
像装置。