JPS6337782A - 撮像装置 - 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〕 この発明は、撮像装置に関するもので、例えば、光電変
換素子により形成される画素信号をＭＯＳＦＥＴ　（絶
縁ゲート形電界効果トランジスタ）を介して取り出し、
その感度が可変にされる機能を持つ固体撮像装置を用い
たものに利用して有効な技術に関するものである。

〔従来の技術〕

従来より、フォトダイオードとスイッチＭＯ３ＦＥＴと
の組み合わせからなる固体撮像装置が公知である。この
ような固体撮像装置に関しては、例えば特開昭５６−１
５２３８２号公報がある。

上記固体撮像装置を利用した監視用又は家庭用等のテレ
ビジョンカメラでは、光学レンズに自動絞り機構が設け
られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記自動絞り機構部のレンズは、比較的複雑な機械部品
を必要とし、テレビジョンカメラにおけるレンズ部の大
型化及び高コスト化の原因となっている。また、上記自
動絞り機構は、比較的複雑な機械部品からなるため、機
械的機構部分の摩耗による信転性の点で問題がある。

この発明の目的は、電子式の自動絞り機能を持つ撮像装
置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。

〔問題点を解決するための手段〕

本朝において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記の通りである。

すなわち、二次元状に配列された複数個の画素セルの信
号を時系列的に出力させる第１の走査回路に加えて、上
記第１の走査回路による垂直走査方向の選択アドレスと
独立したアドレスにより垂直走査方向の選択動作を行う
第２の走査回路が設けられた固体撮像装置の読み出し信
号を受けて、所定の絞り量に対応した基準信号を参照し
て上記第２走査回路のアドレス指定を行う感度制御回路
を付加するものである。

〔作　用〕

上記した手段によれば、読み出し信号のレベルと所望の
絞り量に対応した基準電圧に応じて読み出し用の垂直走
査に先行する垂直走査を行わせることにより、画像信号
の明るさに応じた自動感度（自動絞り量）設定を行うこ
とができる。

〔実施例〕

第１図には、この発明に係る撮像装置に用いられるＴ　
Ｓ　Ｌ　（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓａｌ　Ｓ　ｉｇｎａｌ　
Ｌ　ｉｎｅ　）方式の感度可変機能が付加された固体撮
像装置の一実施例の要部回路図が示されている。同図の
各回路素子は、公知の半導体集積回路の製造技術によっ
て、特に制限されないが、単結晶シリンコンのような１
個の半導体基板上において形成される。同図の主要なブ
ロックは、実際の幾何学的な配置に合わせて描かれてい
る。

画素アレイＰＤは、４行、２列分が代表として例示的に
示されている。但し、図面が複雑化されてしまうのを防
ぐために、上記４行分のうち、２行分の画素セルに対し
てのみ回路記号が付加されている。１つの画素セルは、
フォトダイオードＤ１と垂直走査線ＶＬＩにそのゲート
が結合されたスイッチＭＯ３ＦＥＴＱＩと、水平走査線
ＨＬＩにそのゲートが結合されたスイッチＭＯ３ＦＥＴ
Ｑ２の直列回路から構成される。上記フォトダイオード
Ｄ１及びスイッチＭＯ３ＦＥＴＱＩ、Ｑ２からなる画素
セルと同じ行（水平方向）に配置される他の同様な画素
セル（Ｄ２．Ｑ３．Ｑ４）等の出力ノードは、同図にお
いて横方向に延長される水平信号線Ｈ３Ｉに結合される
。他の行についても上記同様な画素セルが同様に結合さ
れる。

例示的に示されている水平走査線ＨＬＩは、同図におい
て縦方向に延長され、同じ列に配置される画素セルのス
イッチＭＯ３ＦＥＴＱ２．Ｑ６等のゲートに共通に結合
される。他の列に配置される画素セルも上記同様に対応
する水平走査線ＨＬ２等に結合される。

この実施例では、固体撮像装置に対して実質的な自動絞
り機能を付加するため、言い換えるならば、フォトダイ
オードに対する実質的な蓄積時間を可変にするため、上
記画素アレイを構成する水平信号線Ｈ３ＩないしＨ３４
等の両端に、それぞれス（フチＭＯＳ　Ｆ　Ｅ’Ｔ’Ｑ
　Ｂ、Ｑ９及びＱ２６、Ｑ２８が設けられる。右端側に
配置される上記スイｙチＭＯＳＦＥＴＱ８、Ｑ９は、上
記水平信号ＸＨ３Ｉ、Ｈ３２をそれぞれ縦方向に延長さ
れる出力線ＶＳに結合させる。この出力線ＶＳは、端子
Ｓに結合され、この端子Ｓを介して外部に設けられるプ
リアンプの入力に読み出し信号が伝えられる。また、左
端側に配置される上記スイッチＭＯ３ＦＥＴＱ２６、Ｑ
２Ｂは、上記水平信号線Ｈ３１，ＨＳ２をそれぞれ縦方
向に延長されるダミー（リセット）出力線ＤＶＳに結合
させる。この出力″ＩＩＡＤＶＳは、特に制限されない
が、端子ＲＶに結合され、必要なら上記ダミー出力線Ｄ
ＶＳの信号を外部に送出できるようにしている。

この実施例では、特に制限されないが、上記各行の水平
信号線Ｈ３ＩないしＨ３４には、端子ＲＰから水平帰線
期間において供給されるリセット信号によってオン状態
にされるスイッチＭＯ３ＦＥＴＱ２７、Ｑ２９等が設け
られる。これらのＭＯ３ＦＥＴＱ２７、Ｑ２９等のオン
状態によって、上記ダミー出力線ＲＶから一定のバイア
ス電圧が各水平信号［Ｈ５１ないしＨ３４に与えられる
。

上記のようなリセット用ＭＯ３ＦＥＴＱ２７、Ｑ２９等
が設けられる理由は、次の通りである。上記水平信号線
）（Ｓｔないし）（Ｓ４に結合されるスイッチＭＯＳ　
Ｆ　ＥＴのドレイン等の半導体領域も感光性を持つこと
があり、このような寄生フォトダイオードにより形成さ
れる偽信号（スメア、プルーミング）が、非選択時にフ
ローティング状態にされる水平信号線に蓄積される。そ
こでこの実施例では、上述のように水平帰線期間を利用
して、全ての水平信号′ＩａＨ３１ないしＨ３４を所定
のバイアス電圧ＶＢにリセットするものである。これに
より、選択される水平信号線に関しては、常に上記偽信
号をリセットした状態から画素信号を取り出すものであ
るため、出力される画像信号に含まれる偽信号を大幅に
低減できる。なお、上記偽信号（スメア、プルーミング
）に関しては、例えば、特開昭５７−１７２７６号公報
に詳細に述べられている。

上記水平走査線ＨＬＩないしＨＬ２等には、水平シフト
レジスタＨ３Ｒにより形成された水平走査信号が供給さ
れる。

上記画素アレイＰＤにおける垂直選択動作（水平走査動
作）を行う走査回路は、次の各回路により構成される。

この実施例では、上記画素アレイＰＤの水平信号線ＨＳ
ＩないしＨ３４等の両端に、一対のスイッチＭＯＳＦＥ
１’Ｑ８、Ｑ９等及びスイッチＭＯ３ＦＥＴＱ２６、Ｑ
２８等が設けられることに対応して一対の走査回路が設
けられる。

この実施例では、産業用途にも適用可能とするため、イ
ンタレースモードの他に選択的な２行同時走査、ノンイ
ンクレースモードでの走査を可能にしている０画素アレ
イＰＤの右側には、次のような走査回路が設けられる。

垂直シフトレジスタＶＳＲは、読み出し用に用いられる
出力信号Ｓ■１、ＳＶ２等を形成する。これらの出力信
号ＳＶ１、ＳＶ２等は、インクレースゲート回路ＩＴＧ
及び駆動回路ＶＤを介して上記垂直走査線ＶＬＩないし
ＶＬ４及びスイ７５−　Ｍ　ＯＳ　Ｆ　Ｅ　Ｔ　Ｑ　Ｂ
　、　Ｑ９等のゲートに供給される。

上記インクレースゲート回路ＩＴＧは、インタレースモ
ードでの垂直選択動作（水平走査動作）を行うため、第
１　（奇数）フィールドでは、垂直走査線ＶＬＩないし
ＶＬ４には、隣接する垂直走査線ＶＬＩ、ＶＬ２とＶＬ
３の組み合わせで同時選択される。すなわち、奇数フィ
ールド信号ＦＡによって制御されるスイッチＭＯ３ＦＥ
ＴＱ１８により、垂直シフトレジスタＶＳＲの出力信号
ＳＶｌは、水平信号線）ＩＳｌを選択する垂直走査線Ｖ
ＬＩに出力される。同様に、信号ＦＡによって制御され
るスイッチＭＯ３ＦＥＴＱ２０とＱ２２によって、垂直
シフトレジスタＶＳＲの出力信号ＳＶ２は、水平信号線
Ｈ３２とＨ３３を同時選択するよう垂直走査線ＶＬ２と
ＶＬ３に出力される。

以下同様な順序の組み合わせからなる一対の水平信号線
の選択信号が形成される。

また、第２（偶数）フィールドでは、垂直走査線ＶＬＩ
ないしＶＬ４には、隣接する垂直走査線ＶＬＩとＶＬ２
及びＶＬ３とＶＬ４（７）組み合わせで同時選択される
。すなわち、偶数フィールド信号ＦＢによって制御され
るスイッチＭＯＳ　Ｆ　ＥＴＱ１９とＱ２１により、垂
直シフトレジスタ■ＳＲの出力信号ＳＶ１は、水平信号
線Ｈ３ＩとＨ３２を選択する垂直走査線ＶＬＩとＶＬ２
に出力される。同様に、信号ＦＢによって制御されるス
イッチＭＯ３ＦＥＴＱ２３とＱ２５によって、垂直シフ
トレジスタＶＳＲの出力信号ＳＶ２は、水平信号線ＨＳ
３とＨ３４を同時選択するよう垂直走査１ＶＬ３とＶＬ
４に出力される。以下同様な順序の組み合わせからなる
一対の水平信号線の選択信号が形成される。

上記のようなインタレースゲート回路ＩＴＧと、次の駆
動回路ＤＶとによって、以下に説明するような複数種類
の水平走査動作が実現される。

上記１つの垂直走査４ｉＶＬ１に対応されたインクレー
スゲート回路ＩＴＧからの出力信号は、スイッチＭＯ３
ＦＥＴＱ１４とＱ１５のゲートに供給される。これらの
スイッチＭＯ３ＦＥ’ｌ”Ｑ１４とＱ１５の共通化され
たドレイン電極は、端子Ｖ３に結合される。上記スイッ
チＭＯＳ　Ｆ　ＥＴＱ　１４は、端子Ｖ３から供給され
る信号を上記垂直走査線ＶＬＩに供給する。また、スイ
ッチＭＯ３ＦＥＴＱ１５は、上記端子ｖ３から供給され
る信号を水平信号！Ｈ３Ｉを出力線ＶＳに結合ささるス
イッチＭＯ３ＦＥＴＱ８のゲートに供給される。

また、出力信号のハイレベルがスイッチＭＯ３ＦＥＴＱ
１４、Ｑ１５によるしきい値電圧分だけ低下してしまう
のを防止するため、特に制限されないが、ＭＯ３ＦＥＴ
Ｑ１４のゲートと、ＭＯ３ＦＥＴＱ１５の出力側（ソー
ス側）との間にキャパシタＣ１が設けられる。これによ
って、インタレースゲート回路ＩＴＧからの出力信号が
ハイレベルにされるとき、端子ｖ３の電位をロウレベル
にしておいてキャパシタＣ１にプリチャージを行う。

この後、端子ｖ３の電位をハイレベルにすると、キャパ
シタＣＩによるプートストランプ作用によッテ上記ＭＯ
３ＦＥＴＱＩ　４及びＱ１５のゲート電圧を昇圧させる
ことができる。

上記垂直走査線ＶＬＩに隣接する垂直走査線■Ｌ２に対
応されたインクレースゲート回路ＩＴＧからの出力信号
は、スイッチＭＯ３ＦＥＴＱＩ　６とＱ１７のゲートに
供給される。これらのスイッチＭＯ３ＦＥＴＱＩ　６と
Ｑ１７の共通化されたドレイン電極は、端子■４に結合
される。上記スイッチＭＯ３ＦＥＴＱＩ　６は、端子ｖ
４から供給される信号を上記垂直走査線ＶＬ２に供給す
る。また、スイッチＭＯ３ＦＥＴＱ１７は、上記端子■
４から供給される信号を水平信号線Ｈ３２を出力線■Ｓ
に結合ささるスイッチＭＯ３ＦＥＴＱ９のゲートに供給
される。また、出力信号のハイレベルがスイッチＭＯ３
ＦＥＴＱ１６、Ｑ１７によるしきい値電圧分だけ低下し
てしまうのを防止するため、特に制限されないが、ＭＯ
３ＦＥＴＱ１６のゲートと、ＭＯ３ＦＥＴＱＩ　７の出
力側（ソース側）との間にキャパシタＣ２が設けられる
。これによって、上記同様なタイミングで端子ｖ４の電
位を変化させることによりキャパシタＣ２によるブート
ストラップ作用によって上記ＭＯ５ＦＥＴＱ１６及びＱ
１６のゲート電圧を昇圧させることができる。

上記端子■３は、奇数番目の垂直走査線（水平信号線）
に対応した駆動用のスイッチＭＯＳＦＥＴに対して共通
に設けられ、端子■４は偶数番目の垂直走査線（水平信
号線）に対して共通に設けられる。

以上のことから理解されるように、端子ｖ３とｖ４に択
一的にタイミング信号を供給すること及び上記インタレ
ースゲート回路ＩＴＧによる２行同時選択動作との組み
合わせによって、インタレースモードによる読み出し動
作が可能になる０例えば、奇数フィールドＦＡのとき、
端子ｖ４をロウレベルにしておいて、端子ｖ３に上記垂
直シフトレジスタＶＳＲの動作と同期したタイミング信
号を供給することによって、垂直走査線（水平信号線）
をＶＬＩ　（Ｈ３Ｉ）　、ＶＬ３　（Ｈ３３）の順に選
択することができる。また、偶数フィールドＦＢのとき
、端子■３をロウレベルにしておいて、端子ｖ４に上記
垂直シフトレジスタＶＳＲの動作と同期したタイミング
信号を供給することによって、垂直走査線（水平信号線
）をＶＬ２（Ｈ３２）　、ＶＬ４　（Ｈ３４）の順に選
択することができる。

一方、上記端子■３と■４を同時に上記同様にハイレベ
ルにすれば、上記インタレースゲート回路ＩＴＧからの
出力信号に応じて、２行同時走査を行うことができる。

この場合、上記のように２つのフィールド信号ＦＡとＦ
Ｂによる２つの画面毎に出力される２つの行の組み合わ
せが１行分上下にシフトされるることにより、空間的重
心の上下シフト、言い換えるならば、等価的なインタレ
ースモードが実現される。

さらに、例えばＦＢ信号のみをハイレベルにして、１つ
の垂直走査タイミングで、水平シフトレジスタＨ３Ｒを
２回動作させて、それに同期して端子ｖ３とＶ４をハイ
レベルにさせることによって、ＶＬｌ、ＶＬ２．ＶＬ３
．ＶＬ４の順のようにノンインタレースモードでの選択
動作を実現できる。この場合、より高画質とするために
、水平シフトレジスタＨ５Ｒ及び垂直シフトレジスタ■
ＳＲに供給されるクロックが２倍の周波数にされること
が望ましい、すなわち、端子Ｈ１とＨ２及び端子Ｖ１と
■２から水平シフトレジスタＨ３Ｒ及び垂直シフトレジ
スタＶＳＲに供給されるクロック信号の周波数を２倍の
高い周波数にすることによって、１秒間に６０枚の画像
をノンインタレース方式により読み出すことができる。

なお、端子ＨＩＮ及びＶＩＮは、上記シフトレジスタＨ
３Ｒ，ＶＳＲによってそれぞれシフトされる入力信号を
供給する端子であり、人力信号が供給された時点からシ
フト動作が開始される。このため、上記インクレースゲ
ート回路ＩＴＧ及び入力端子■３、■４に供給される入
力信号の組み合わせによって、上記２行同時読み出し、
インクレース走査、ノンインタレース走査等を行う場合
には、出力信号の垂直方向の上下関係が逆転せぬよう、
上記シフトレジスタＶＳＲの入力信号の供給の際に、タ
イミング的な配慮が必要である。

また、上記各垂直走査線ＶＬＩ及びそれに対応したスイ
ッチＭＯ３ＦＥＴＱ８のゲートと回路の接地電位点との
間には、リセット用ＭＯＳ　Ｆ　ＥＴＱＩＯとＱｌｌが
設けられる。これらのリセット用ＭＯ３ＦＥＴＱＩ　Ｏ
とＱｌｌは、他の垂直走査線及びスイッチＭＯ３ＦＥＴ
に対応して設けられるリセット用ＭＯＳ　Ｆ　ＥＴと共
通に端子ｖ２から供給されるクロック信号を受けて、上
記選択状態の垂直走査線及びスイッチＭＯ３ＦＥＴのゲ
ート電位を高速にロウレベルに引き抜くものである。

この実施例では、前述のように感度可変機能を付加する
ために、感度制御用の垂直シフトレジスタＶ　Ｓ　ＲＥ
、インクレースゲート回路ＩＴＧＥ及び駆動回路ＤＶＥ
が設けられる。これらの感度制御用の各回路は、特に制
限されないが、上記画素アレイＰＤに対して、左側に配
置される。これらの垂直シフトレジスタＶ　Ｓ　ＲＥ、
インクレースゲート回路ＩＴＧ及び駆動回路ＤＶＥは、
上記読み出し用の垂直シフトレジスタＶＳＲ、インタレ
ースゲート回路ＩＴＧ及び駆動回路ＤＶと同様な回路に
より構成される。端子ＶＩＥないしＶ４Ｅ及びＶＩＮＥ
並びにＦＡＥ、ＡＢＥからそれぞれ上記同様なタイミン
グ信号が供給される。この場合、上記読み出し用の垂直
シフトレジスタＶＳＲと上記感度可変用の垂直シフトレ
ジスタＶＳＲＥとを同期したタイミングでのシフト動作
を行わせるため、特に制限されないが、端子ＶＩＥとｖ
ｌ及びＶ２Ｅとｖ２には、同じクロック信号が供給され
る。したがって、上記端子ＶＩＥと■１及びｖ２Ｅと■
２とは、内部回路により共通化するものであってもよい
、上記のように独自の端子ＶＩＥ及びＶ２Ｅを設けた理
由は、この固体撮像装置を手動絞りや従来の機械的絞り
機能を持つテレビジョンカメラに適用可能にするための
ものである。このように感度可変動作を行わない場合、
上記端子ＶＩＢ及びＶ２Ｅを回路の接地電位のようなロ
ウレベルにすること等によって、上記垂直シフトレジス
タＶＳＲＥの無駄な消費電力の発生をおされるよう配慮
されている。

次に、この実施例の固体撮像装置における感度制御動作
を説明する。

説明を階単にするために、上記ノンインタレースモード
による垂直走査動作を例にして、以下説明する０例えば
、感度制御用の垂直シフトレジスタＶＳＲＥ、インクレ
ースゲート回路ＩＴＧＥ及び駆動回路ＤＶＥによって、
読み出し用の垂直シフトレジスタＶＳＲ，インタレース
ゲート回路ｌＴＧ及び駆動回路ＤＶによる第１行目（垂
直走査！％＊ＶＬ１．水平信号線Ｈ３Ｉ）の読み出しに
並行して、第４行目（垂直走査線ＶＬ４、水平信号線Ｈ
Ｓ４）の選択動作を行わせる。これによって、水平シフ
トレジスタＨ３Ｒにより形成される水平走査線ＨＬ１．
ＨＬ２等の選択動作に同期して、出力信号線■Ｓには第
１行目におけるフォトダイオードＤ１、Ｄ２等に蓄積さ
れた光信号が時系列的に読み出される。この読み出し動
作は、端子Ｓから負荷抵抗を介した上記光信号に対応し
た電流の供給によって行われ、読み出し動作と同時にプ
リチャージ（リセット）動作が行われる。同様な動作が
、第４行目におけるフォトダイオードにおいても行われ
る。この場合、上記のような感度可変用の走査回路（Ｖ
ＳＲＥ、ＩＴＧＥ、ＤＶＥ）によって、第４行目の読み
出し動作は、ダミー出力線ＤＶＳに対して行われる。感
度制御動作のみを行う場合、端子ＲＶには端子Ｓと同じ
バイアス電圧が与えられている。これによって、第４行
目の各画素セルに既に蓄積された光信号の掃き出し、言
い換えるならば、リセット動作が行われる。

したがって、上記垂直走査動作によって、読み出し用の
垂直シフトレジスタＶＳＲ，インタレースゲート回路Ｉ
ＴＧ及び駆動回路ＤＶによる第４行目（垂直走査線ＶＬ
４、水平信号線ＨＳ４）の読み出し動作は、上記第１行
ないし第３行の読み出し動作の後に行われるから、第４
行目に配置される画素セルのフォトダイオードの蓄積時
間は、３行分の画素セルの読み出し時間となる。

上記に代えて、感度制御用の垂直シフトレジスタＶＳＲ
Ｅ、インタレースゲート回路ＩＴＧＥ及び駆動回路ＤＹ
Ｅによって、読み出し用の垂直シフトレジスタＶＳＲ，
インタレースゲート回路ＩＴＧ及び駆動回路ＤＶによる
第１行目（垂直走査線ｖＬ１、水平信号線Ｈ３１）の読
み出しに並行して、第２行目（垂直走査線ＶＬ２、水平
信号線Ｈ３２）の選択動作を行わせる。これによって、
水平シフトレジスタＨ３Ｒにより形成される水平走査線
ＨＬＩ、ＨＬ２等の選択動作に同期して、出力信号線■
Ｓには第１行目におけるフォトダイオードＤＩ、Ｄ２等
に蓄積された光信号が時系列的に読み出される。この読
み出し動作は、端子Ｓから負荷抵抗を介した上記光信号
に対応した電流の供給によって行われ、読み出し動作と
同時にプリチャージ（リセット）動作が行われる。同様
な動作が、第２行目におけるフォトダイオードＤ３、Ｄ
４等においても行われる。これによって、上記第１行目
の読み出し動作と並行して第２行目の各画素セルに既に
蓄積された光信号の掃き出し動作が行われる。したがっ
て、上記垂直走査動作によって、読み出し用の垂直シフ
トレジスタＶＳＲ。

インタレースゲート回路ＩＴＧ及び駆動回路ＤＶによる
第２行目（垂直走査ｖＡＶ　Ｌ　２、水平信号線Ｈ３２
）の読み出し動作は、上記第１行の読み出し動作の後に
行われるから、第２行目に配置される画素セルのフォト
ダイオードの蓄積時間は、１行分の画素セルの読み出し
時間となる。これによって、上記の場合に比べて、フォ
トダイオードの実質的な蓄積時間を１／３に減少させる
こと、言い換えるならば、感度を１／３に低くできる。

上述のように、感度制御用の走査回路によって行われる
先行する垂直走査動作によってその行の画素セルがリセ
ットされるから、そのリセット動作から上記技み出し用
の走査回路による実際な読み出しが行われるまでの時間
が、フォトダイオードに対する蓄積時間とされる。した
がって、５２５行からなる画素アレイにあっては、上記
両垂直走査回路による異なるアドレス指定と共通の水平
走査回路による画素セルの選択動作によって、１行分の
読み出し時間を単位（Ｍｋ小）として最大５２５までの
多段階にわたる蓄積時間、言い換えるならば、５２５段
階にわたる感度の設定を行うことができる。ただし、受
光面照度の変化が、上記１画面を構成する走査時間に対
して無視でき、実質的に一定の光がフォトダイオードに
入射しているものとする。なお、最大感度（５２５）は
、上記感度制御用の走査回路は非動作状態のときに得ら
れる。

第２図には、上記固体撮像装置を用いた、自動絞り機能
を持つ撮像装置の一実施例のブロック図が示されている
。

固体邊像装置ＭＩＤは、上記第１図に示したような感度
可変機能を持つものである。この固体損傷装置１Ｍ　Ｉ
　Ｄから出力される読み出し信号は、プリアンプによっ
て増幅される。この増幅信号Ｖｏｕｔは、一方において
図示しない信号処理回路に供給され、例えばテレビジョ
ン用の画像信号とされる。上記増幅信号Ｖｏｕｔは、他
方において自動絞り制御用に利用される。すなわら、上
記増幅信号Ｖｏｕｔは、ロウパスフィルタＬＰＦに供給
され、その平均的な信号レベルに変換される。この信号
は、特に制限されないが、検波回路ＤＥＴに供給され、
ここで直流信号化される。感度制御回路は、上記検波回
路ＤＥＴの出力信号を受けて、所望の絞り量とを比較し
て、量適絞り量に対応した制御信号を形成する。すなわ
ち、感度制御回路は、固体過像装置Ｍ　Ｉ　Ｄに前述の
ような走査タイミングを制御するクロック信号を供給す
る駆動回路からの信号ＶＩＮ、及び■１等を受けて、固
体逼像装置ＭＩＤの読み出しタイミングを参照して、そ
れに実質的に先行する信号ＶＩＮＥを形成する。すなわ
ち、上記タイミング信号ＶＩＮを基準にして、必要な絞
り１１（感度）に対応した先行するタイミング信号ＶＩ
ＮＥを形成するものであるため、実際には上記タイミン
グ信号ＶＩＮに遅れて信号ＶＩＮＥが形成される。しか
しながら、操り返し走査が行われるため、上記信号ＶＩ
ＮＥからみると、次の画面の走査では信号ＶＩＮが遅れ
るものとされる。すなわち、タイミング信号ＶＩＮに対
して１行分遅れてタイミング信号ＶＩＮＥを発生すると
、次の走査画面では、タイミング信号ＶＩＮＥは、タイ
ミング信号ＶＩＮに対して５２４行分先行するタイミン
グ信号とみなされる。上記タイミング信号ＶＩＮ及びＶ
ＩＮＥによって、各垂直シフトレジスタＶＳＲ及びＶＳ
ＲＥのシフト動作が開始されるから、前述のような感度
可変動作が行われる。

感度制御回路は、例えば電圧比較回路によって所望の絞
り量に相当する基準電圧と、上記検波回路ＤＥＴからの
出力電圧とを比較して、その大小に応じて、１段階づつ
絞り量を変化させる。または、応答性を高くするために
、上記５２５段階の絞り量を２値化信号に対応させてお
いて、その最上位ビットから上記電圧比較回路の出力信
号に応じて決定する０例えば、約１／２の絞り量（感度
２５６）を基準にして、検波回路ＤＥＴの信号が基￥、
を圧より大きいときにはＬ／４（感度１２８）に、小さ
いときには３／４（感度３８４）とし、以下、それぞれ
の半分づつの絞り量を決定する。これによって、感度５
２５段階の中から１つの最適絞り量を１０回の設定動作
によって得ることができる。上記絞り￥の設定動作、言
い換えるならば、感度制御用の垂直シフトレジスタＶＳ
ＲＥの初期設定動作（ＶＩＮＥ）を垂直帰線期間におい
て行うものとすると、１０枚分の画面からの読み出し信
号動作に応じて最適絞り量の設定を行うことができる。

この実施例の撮像装置では、感度可変機能が固体撮像装
ｇＭ　Ｉ　Ｄに内戯されていること、及びその読み出し
出力信号のレベルを判定して、電気的に上記感度を制御
するものであるため、上記感度制御回路も半導体集積回
路等により構成できるから、装コの小型軽量化及び高耐
久性を図ることができる。

第３回には、上記感度制御回路に設けられる感度制御用
の信号発生回路の一実施例のブロック図が示されている
。

上記のように５２５段階の感度制御を行うためには、信
号ＶＩＮに対して１ないし５２４行分にわたって位相が
異なるように設定できる信号ＶＩＮＥを形成することが
必要とされる。そして、上記のようにインタレースモー
ドにおける奇数フィールドと偶数フィールドに対応して
、それぞれ上記１ないし５２４行分にわたって位相が異
なるように設定できる信号ＶＩＮＢを形成することが必
要とされる。このため、１０ビツトのバイナリ−カウン
タ回路が２つ必要になってし、すう。

この実施例では、上記感度設定用のカウンタ回路を簡素
化するために、次の各回路が設けられる。

感度制御データＤＡＴＡは、演算回路ＡＵに供給される
。この演算回路ＡＵは、上記指定された感度Ｘから２６
３を減算する。この減算結果が負（Ｘ−２６３＜０）な
ら制御信号Ｃをロウレベルにするとともに上記感度Ｘを
そのまま出力する。

また、このときには、感度制御用の奇数フィールド信号
ＦＡＥをハイレベルにする。一方、減算結果が正（Ｘ−
２６３≧０）なら、上記制御信号Ｃをハイレベルにする
ともとに、その減算結果（Ｘ−２６３）を出力する。ま
た、このときには感度制御用の偶数フィールド信号ＦＢ
Ｅをハイレベルにする。ダウンカウンタ回ｇＤｗｃｔ’
は、上記出力信号Ｘ又はＸ−２６３が初期値として入力
される。このダウンカウンタ回路Ｄ　Ｗ　ＣＴは、９ビ
ツトのカウンタ回路からなり、上記初期値に応じた計数
動作を行う。

上記制御信号Ｃはアンド（Ａ　Ｎ　Ｄ　）ゲート回路Ｇ
１に供給される。このアンドゲート回路Ｇ１の他方の入
力には、読み出し用の奇数フィールド信号ＦＡが供給さ
れる。そして、このゲート回路Ｇｌの出力信号は、スイ
ッチＳＷの切り換えを指示する。すなわち、スイッチＳ
Ｗは、奇数フィールドＦＡのとき、上記減算結果が正な
ら同図に示すように接点す側に接続させる。これに応じ
て、信号ＶＩＮを受ける遅延回路ＤＬによって形成され
る１行分遅れた信号Ｖ　Ｉ　Ｎ’が上記ダウンカウンタ
回路ＤＷＣＴに入力される。また、スイッチＳＷは、上
記制御信号Ｃがロウレベルか、又は偶数フィールドなら
接点ａ側に切り攪える。これに応じて、信号ＶＩＮが上
記ダウンカウンタ回路ＤＷＣＴに供給される。ダウンカ
ウンタ回路ＤＷＣＴは、上記スイッチＳＷを通した信号
Ｖ　Ｉ　Ｎ’又はＶＩＮを受けて、垂直シフトレジスタ
ＶＳＲに供給されるクロック信号ｖ１の計数動作を開始
する。

このダウンカウンタ回路ＤＷＣＴの出力が零にされたタ
イミングで、上記感度制御用の信号ＶＩＮＥが発生され
る。これによって、１０ピントからなるダウンカウンタ
回路ＤＷＣＴにより、奇数及び偶数フィールドに対応し
た感度制御用のタイミング信号Ｖ　Ｔ　Ｎ　Ｅを形成す
ることができる。

次に、第４図に示したタイミング図を参照して、上記第
３図に示したブロック図の感度設定動作を説明する。

例えば、感度Ｘを２６４に設定するとき、演算回路ＡＵ
は、２６４−２６３の減算結果（１）をダウンカンウタ
回路ＤＷＣＴにプリセットする。また、偶数フィールド
ＦＢＥをハイレベルにして偶数フィールドに対応した感
度設定用の垂直シフトレジスタＶＳＲＥに対する入力信
号ＶＩＮＨの設定であることを指示する。すなわち、読
み出し用の奇数フィールド用の入力信号ＶＩＮを用いて
偶数フィールドの感度設定を行うことを指示する。

上記読み出し用の奇数フィールドＦＡの信号によってス
イッチＳＷは接点す側に接続される。それ故、入力信号
ＶＩＮを遅延回路ＤＬによって１行分遅れた信号Ｖ　Ｉ
　Ｎ’が供給されたとき、ダウンカウンタ回路ＤＷＣＴ
は、その計数動作を開始する。したがって、出力信号Ｖ
ＩＮＥは上記計数値１のダウン計数後、言い換えるなら
ば、人力信号ＶＩＮに対して２行分遅れた発生される。

この信号ＶＩＮＢは、上記のように偶数フィールドＦＢ
已に対応したものであるので、それを基準にすると、読
み出し用の偶数フィールドＦＢの入力信号ＶＩＮに対し
て２６３−２−２６１　　（行）先行して感度Ｉ１１御
用垂直シフトレジスタＶＳＲＥがシフト動作を行うもの
となる。これによって、最初の１フレームにおける偶数
フィールドの読み出し動作に対して２６１　　（５２５
−２６４）行分の走査時間に対応した蓄積時間（感度）
の設定が行われる。

また、次のフレームにおける奇数フィールドに対応して
演算回路ＡＵは、２Ｇ４−２６３の減算結果（１）をダ
ウンカンウタ回路ＤＷＣＴにプリセットする。偶数フィ
ールドでは信号ＦＡのロウレベルによってスイッチＳＷ
は接点ａ側に切り換えられる。それ故、ダウンカウンタ
回路ＤＷＣＴは、入力信号ＶＴＮがそのまま供給された
とき、その計数動作を開始する。したがって、出力信号
ＶＩＮＢは入力信号ＶＩＮを基準にして上記計数値１の
ダウン計数後、言い換えるならば、偶数フイールドに対
応した入力信号ＶＩＮに対して１行分遅れて発生される
。この信号ＶＩＮＥを基準にすると、次のフレームにお
ける奇数フィールドＦＡの入力信号ＶＩＮに対して２６
２−１−２６１（行）先行して感度制御用垂直シフトレ
ジスタＶＳＲＥがシフト動作を行うものとなる。すなわ
ち、上記同様に奇数フィールドの読み出し動作に対して
２６１　　（５２５−２６４）行分の走査時間に対応し
た蓄積時間（感度）の設定が行われる。

これに対して、例えば感度Ｘを２６０に設定するとき、
演算回路ＡＵは２６０−２６３の減算結果（−３）が負
であることに応じて、上記感度２６０をそのままダウン
カンウタ回路ＤＷＣＴにプリセットする。また、奇数フ
ィールドＦＡＥをハイレベルにして奇数フィールドに対
応した感度設定用の垂直シフトレジスタＶＳＲＥに対す
る入力信号ＶＩＮＢの設定であることを指示する。すな
わち、読み出し用の奇数フィールド用の入力信号ＶＩＮ
を用いて次のフレームにおける奇数フィールドの感度設
定を行うことを指示する。さらに、上記制御信号Ｃがロ
ウレベルにされる。これによって、スイッチＳＷは接点
ａ側に接続される。それ故、入力信号ＶＩＮが供給され
たとき、ダウンカウンタ回路ＤＷＣＴは、その計数動作
を開始する。したがって、出力信号ＶＩＮＥは上記計数
値２６０のダウン計数後、言い換えるならば、入力信号
ＶＩＮに対して２６０行分遅れた発生される。

この信号ＶＩＮＥを基準にして、次のフレームでの奇数
フィールドＦＡの入力信号ＶＩＮに対して５２５−２６
０−２６５　（行）先行して感度制御用垂直シフトレジ
スタＶＳＲＥがシフト動作を行うものとなる。すなわち
、次のフレームにおける奇数フィールドの読み出し動作
に対して２６５行分の走査時間に対応した蓄積時間（感
度）の設定が行われる。

また、偶数フィールドに対応して演算回路ＡＵは、上記
同様に感度２６０をそのままダウンカンウタ回路ＤＷＣ
Ｔにプリセットする。また、偶数フィールドＦＢＥをハ
イレベルにして偶数フィールドに対応した感度設定用の
垂直シフトレジスタＶＳＲＥに対する入力信号ＶＩＮＥ
の設定であることを指示する。すなわち、読み出し用の
偶数フィールド用の入力信号ＶＩＮを用いて次のフレー
ムにおける偶数フィールドの感度設定を行うことを指示
する。以下の動作は、上記奇数フィールドでの感度設定
と同様であるので、その説明を省略する。

このように、上記設定感度Ｘと、実際の固体逼像装置Ｍ
ＩＤの感度Ｙとは補数（Ｙ−５２５−Ｘ）の関係にある
。

上記の実施例から得られる作用効果は、下記の通りであ
る。

（１）二次元状に配列された複数個の画素セルの信号を
時系列的に出力させる第１の走査回路に加えて、上記第
１の走査回路による垂直走査方向の選択アドレスと独立
したアドレスにより垂直走査方向の選択動作を行う第２
の走査回路を設け、上記第２の走査回路によって第１の
走査回路による垂直走査に対して先行する垂直走査を行
わせることによって、上記２つの垂直走査の時間差に応
じて光電変換素子の蓄積時間を制御することが可能とな
るという効果が得られる。

（２）上記＋１）の固体連像装置の読み出し信号を平均
化して、所望の絞り量に相当する基準電圧との比較によ
り、上記感度可変用のタイミング信号を形成することに
よって、完全電子式の自動絞り機能を持つ描像装置を得
ることができるという効果が得られる。

（３）上記（２）により、レンズに機械的な絞り機構を
用いることなく、電子回路による自動絞り機構を設ける
ことができる。これによって、自動絞り機能を持つテレ
ビジョンカメラの小型軽量化を図ることができるという
効果が得られる。

（４）固体盪像装置の垂直方向の行数分に相当する多段
階にわたる感度制御（絞り制御）が可能になるため、自
動絞りの高品質の画像信号を得ることができるという効
果が得られる。

（５）感度動作を画面の１枚毎に高速に変化させること
ができるから、応答性の高い自動絞り制御が可能になる
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、本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０例えば、第１図の実施例
回路において、インタレースゲート回路や駆動回路は、
その走査方式に応じて種々の実施形態を採ることができ
る。また、水平期間期間を利用して、感度設定用の中間
走査動作を行うようにするものであってもよい。

また、自動絞り量を設定するため、読み出し信号を処理
するアナログ回路の構成は、上記単純に平均値を求める
ものの他、ピーク値を求めてそれとの混合によって絞り
量を設定する等積々の変形を採ることができる。

この発明に係る撮像装置に用いられる固体撮像装置は、
上記ＭＯ３型固体撮像装置の他、例えばＣＯＤ　（電荷
移送素子）を用いたものにも適用できる。すなわち、読
み出しが行われる行に対して先行する行におけるフォト
ダイオードの電荷を掃き出させるリセット回路を付加し
、このリセット回路を感度設定用の走査回路により動作
状態にして感度可変機能が付加されるものであってもよ
い。

この発明は、上記のように感度可変にされる固体撮像装
置を用いた撮像装置に広く利用できる。

〔発明の効果〕

本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである
。すなわち、二次元状に配列された複数個の画素セルの
信号を時系列的に出力させる第１の走査回路に加えて、
上記第１の走査回路による垂直走査方向の選択アドレス
と独立したアドレスにより垂直走査方向の選択動作を行
う第２の走査回路を設け、上記第２の走査回路によって
第１の走査回路による垂直走査に対して先行する垂直走
査を行わせることによって、感度可変にされる固体撮像
装置の読み出し信号を平均化して、所望の絞り量に相当
する基準電圧との比較により、上記感度可変用のタイミ
ング信号を形成することによって、完全電子式の自動絞
り機能を持つ撮像装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明に用いられる固体撮像装置の一実施
例を示す要因回路図、 第２図は、この発明に係る自動絞り機能を持っ撮像装置
の一実施例を示すブロック図、第３図は、その感度制御
回路に用いられる感度設定用の信号発生回路の一実施例
を示すブロック図、 第４図は、その動作の一例を説明するためのタイミング
図である。 ＰＤ・・画素アレイ、ＶＳＲ・・読み出し用垂直シフト
レジスタ、ＩＴＧ・・読み出し用インクレースゲート回
路、ＤＶ・・読み出し用駆動回路、ＶＳＲＩ！、・・感
度設定用垂直シフトレジスタ、ＩＴＧＥ・・感度設定用
インタレースゲート回路、ＤＶＥ・・感度設定用駆動回
路、ＨＳ　Ｒ・・水平シフトレジスタ、ＭＩＤ・・固体
撮像装置、ＬＰＦ・・ロウパスフィルタ、ＤＥＴ・・検
波回路、ＡＵ・・演算回路、ＤＷＣＴ・・ダウンカウン
タ第　２　図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、二次元状に配列された複数個の画素セルの信号を時
   系列的に出力さ甘る第１の走査回路と、上記第１の走査
   回路による垂直走査方向の選択アドレスと独立したアド
   レスにより垂直走査方向の選択動作を行う第２の走査回
   路とを含む固体撮像装置と、上記固体撮像装置の読み出
   し信号を受けて、所定の絞り量に対応した基準信号を参
   照して上記第２走査回路のアドレス指定を行う感度制御
   回路とを具備することを特徴とする撮像装置。 ２、上記読み出し信号は、ロウパスフィルタと検波回路
   を介して上記感度制御回路に供給されるものであること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の撮像装置。 ３、上記固体撮像装置を構成する上記二次元状に配置さ
   れる画素セルは、光電変換素子と垂直走査線にその制御
   端子が結合されるスイッチ素子及び水平走査線にその制
   御端子が結合されるスイッチ素子からなり、同じ行に配
   置された画素セルの出力ノードが共通に結合される水平
   信号線と、上記垂直走査線にその制御端子が結合され、
   上記水平信号線を一対の出力信号線に結合させる一対の
   スイッチ素子からなり、上記第１の走査回路を構成する
   垂直シフトレジスタと上記第２の走査回路を構成する垂
   直シフトレジスタは、上記垂直走査線の両端に上記一対
   のスイッチ素子に対応してそれぞれ配置されるものであ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１又は第２項記載
   の撮像装置。