JP2580809B2 - イメージセンサ回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は例えばカメラ等の光学器械の自動焦点装置に
用いられるイメージセンサに関連する回路であって、電
荷蓄積形の光センサからなるイメージセンサとその測定
データを取り扱う回路を含むイメージセンサ回路に関す
る。

〔従来の技術〕

上述の自動焦点装置等に用いるイメージセンサでは、
イメージ内の光強度分布を正確に測定する必要があり、
かつその各光センサが受ける光強度が非常に広範囲に変
化するので、光センサを電荷蓄積形にして光強度を電荷
蓄積時間に変換するのが有利である。かかる電荷蓄積形
光センサには例えばフォトダイオードが利用される。す
なわち、フォトダイオードがもつ接合容量を逆バイアス
状態に充電して置き、フォトダイオードが受ける光強度
に応じた光電流によりこれを放電させ、接合容量の両端
電圧がある一定値だけ変化するまでの時間を電荷蓄積時
間とする。

このように電荷蓄積形光センサによって光強度を電荷
蓄積時間に変換した後は、電荷蓄積時間の長さを適宜な
クロックパルスで刻んで計数することができ、かかる手
段によりイメージセンサ内の各光センサが受ける光の強
度を所望のビット数の測定データ，例えば８ビットのデ
ータでそれぞれ表すことができる。ところが、８ビット
のデータで表し得る光強度の段階数は256個であるのに
対して、各光センサが受ける光強度は1:10⁶もの広範囲
内で変化し得る。もちろん、測定データを20ビットにす
ればよいが、ビット数をあまり増やすのは有利でなく実
用上の意味も少ない。

そこで、経時的に周期が変化する測定パルスで電荷蓄
積時間を刻んでデータ化する手段が従来からとられる。
すなわち、時間の経過とともに周期があらかじめ設定さ
れた関数関係でふつうは順次長くなる測定パルスで電荷
蓄積時間を刻むことにより、上述のように広範囲内に変
化する光強度を８ビット以内の短い測定データによって
実用上の意味のある精度で表現できる。

かかる測定パルスの可変周期を指定する関数は回路的
にも設定できるが、用途に応じてこの関数の形を任意に
設定できようにするには、ROM内に表の形で記憶させて
おくのが最も望ましい。イメージセンサ内のすべての光
センサの電荷蓄積時間はもちろん同じ測定パルスを用い
てデータ化される。このようにして得られる測定データ
は、光センサごとに例えばラッチに一時記憶させて置き
必要に応じて読み出される。

なお、以上の電荷蓄積形イメージセンサと電荷蓄積時
間を可変周期測定パルスにより測定データに変換する回
路を含むイメージセンサ回路は、そのすべてないし主要
部が関連回路とともに半導体チップ内に集積化され、例
えば自動焦点調整用に光学器械内に組み込まれる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、かかる従来のイメージセンサ回路はそれを
組み込んだ集積回路装置を試験する際に、試験結果が不
明確になりやすく良否の判定が困難になる問題がある。

この試験では、所定の明暗パターンのイメージないし
は均一光をイメージセンサに与え、その各光センサごと
に測定データを読み出して、所定値であるか否かが判定
される。しかし、イメージセンサに所定のパターンを与
える光学系等に若干の誤差が発生しやすく、その明暗な
いし光強度分布の精度が測定データの例えば８ビットの
精度より必ずしも高くないので、測定データが光センサ
ごとにある程度変動するのは避けられず、これが良否判
定を困難にする一因である。

もう一つの問題点は、測定データが変動した時その原
因がイメージセンサ側なのか，電荷蓄積時間を測定デー
タに変換するデータ化回路側なのかを分離できないこと
である。データ化回路の動作はもちろんあくまで正確で
ある必要があり、それが原因で測定データがたとえ僅か
でも変動しているのであれば必ず不良と判定しなければ
ならないが、イメージセンサ側と原因が分離できないの
ではデータ化回路側のあまり大きくない動作誤差は見落
とされてしまうことになる。

本発明はかかる事情に立脚して、イメージセンサ回路
内の電荷蓄積時間を測定データに変換するデータ化回路
の動作をイメージセンサ側と独立に試験して良否を確定
できるようにし、これによりイメージセンサ回路全体に
対する試験結果を明確化して良否を確定することを目的
とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、上述の目的を達成するため、光強度を電荷
蓄積時間に変換する電荷蓄積形の光センサを複数個含む
イメージセンサと、前記各光センサの電荷蓄積時間をデ
ータ化するため経時的に周期が変化する測定パルスを発
生し、当該測定パルスの発生動作を動作指令に基づいて
開始する測定パルス発生回路と、前記測定パルスを計数
して測定データを発生する計数回路と、前記各光センサ
からの電荷蓄積時間を表す検出信号に応じて測定データ
を読み込んで光センサごとに記憶するラッチ回路と、前
記イメージセンサ内の電荷蓄積時間が最短の光センサか
らの検出信号と試験モード時に与えられる試験指令との
論理和を前記動作指令として出力する始動回路とを備え
ることを特徴としている。

〔作用〕

上記構成中の測定パルス発生回路と計数回路とは前述
のデータ化回路を構成するもので、本発明においては、
イメージセンサ内の電荷蓄積時間が最短の光センサから
の検出信号と試験モード時に与えられる試験指令との論
理和を動作指令として出力する始動回路を設けたので、
試験モード時に、電荷蓄積時間が最短の光センサからの
検出信号が発生される前に試験指令を与える（イメージ
センサを遮光して光センサからの検出信号が発生しない
ようにすることは必ずしも必要ではない）ことにより、
光センサからの検出信号の発生時点の変動に影響される
ことなく、測定パルス発生回路に動作を開始させること
ができる。従って、それにより発生される測定パルスを
計数して測定データを発生する計数回路から測定データ
を読み取ってその経時的変化を調べることにより、イメ
ージセンサに与える明確パターンやイメージセンサ自体
の誤差に惑わされることなく、データ化回路の良否を確
定できるようにしたものである。

本発明によるイメージセンサ回路では、かかるデータ
化回路に対する独立試験用の動作モードのほかに、イメ
ージセンサ回路としての正規の動作モードを選択でき
る。

この正規モードでは、イメージセンサに所定の明暗パ
ターンを与えた状態で、上記構成にいうようにイメージ
センサ内の電荷蓄積時間が最短の光センサの検出信号に
応じて動作指令を始動回路に与えることにより、測定パ
ルス発生回路に動作を開始させてその時に受けている明
暗パターンの光強度分布に最も適した基本周期をもつ測
定パルスを発生させ、光センサごとにこの測定パルスを
用いて電荷蓄積時間から変換されてラッチ回路内に記憶
される測定データが読み取られる。従って、上述の独立
試験モードでデータ化回路の動作が良と判定された場
合、この正規モードで読み取られる測定データからイメ
ージセンサの動作の良否を従来よりも正確に判定でき
る。

〔実施例〕

以下、図を参照しながら本発明の具体実施例を説明す
る。第１図は本発明によるイメージセンサ回路の実施例
のブロック回路図であり、第２図に光センサの具体回路
等が，第３図にその全体動作に関連する波形がそれぞれ
示されている。

第１図に示されたイメージセンサ回路100は前述の光
学器械の自動焦点調整用であって、ふつうは１対のイメ
ージセンサ10が用いられるが、図には簡略化のため１個
のみを示す。ふつう数十個の光センサ11がイメージセン
サ10内に含まれるが、まずこの光センサの内容と動作の
概要を第２図を参照して説明する。

同図（ａ）に２個示す電荷蓄積形の光センサ11の主体
はフォトダイオード11aとその接合容量11bであり、始動
用のトランジスタ11cと直列接続されて電源電圧Ｖを逆
バイアス方向に受ける。トランジスタ11cに同図（ｂ）
のリセットパルスRPを与えてオンさせると、接合容量11
bは電源電圧Ｖに充電され、フォトダイオード11aとトラ
ンジスタ11cの相互接続点の電位ｖは同図（ｃ）に示す
ように０の電位にリセットされる。これ以降は、フォト
ダイオード11aが受けている光の強度に応じてそれが発
生する光電流により接合容量11bが放電されるので、同
図（ｃ）のように電位ｖはこの光強度に応じた傾斜で立
ち上がって行く。

この電位ｖを受ける同図（ａ）のインバータ11dない
しコンパレータはしきい値素子として用いられており、
その出力である同図（ｄ）の光センサ11の検出信号DS
は、リセットパルスRPと同時にこの例では「Ｈ」にセッ
トされて電位ｖがその動作しきい値vtに達したとき
「Ｌ」に立ち下がる。この検出信号DSが立ち下がるまで
の図の時間Ｔが光センサ11の電荷蓄積時間であり、これ
によって光強度が電荷蓄積時間に変換されたことにな
る。

この電荷蓄積時間Ｔの長さを測定するために、第１図
の上半分に示された測定パルス発生回路20が設けられ
る。この実施例での測定パルス発生回路20は、基本クロ
ック発生回路21とカウンタ22とROM23と比較回路24とか
ら構成され、この内の比較回路24から測定パルスMPを発
する。この測定パルスMPを受ける計数回路30は、測定パ
ルス発生回路30とともにデータ化回路を構成するもの
で、測定パルスMPを計数した計数値を測定データＤとし
てバス31上に乗せ、ROM23のアドレス入力Ａとラッチ回
路40とに与える。

本発明によるイメージセンサ回路の試験モード時の動
作は、上述の測定パルス発生回路30と計数回路40からな
るデータ化回路が行なうので、以下これを第３図の波形
図を参照して説明する。

イメージセンサ回路100を動作させるに当たっては、
イメージセンサ10の各光センサ11の動作を前述のように
リセットするための第３図（ａ）に示すリセットパルス
RPがまず与えられ、これが同時に測定パルス発生回路20
の基本クロック発生回路21と計数回路30にも与えられ
る。基本クロック発生回路21はこの段階ではまだ基本ク
ロックBPを発生しないが、リセット後直ちにクロックパ
ルスCPの計数を開始する。

本発明回路の動作を試験モードに入れるには、上述の
リセットパルスRPの後に所定時間が経過した時、第３図
（ｂ）に示す試験指令TSをこの実施例では単一のオアゲ
ートである始動回路60に与える。始動回路60はこれを動
作指令OSとして基本クロック発生回路21に与え、それに
第３図（ｃ）に示す基本クロックBPの発生動作を開始さ
せる。

基本クロック発生回路21は、リセットパルスRPを受け
たのち動作指令OSを受けるまでの時間Teを前述のように
クロックパルスCPを計数することにより見ており、動作
指令OSに基づいてこの時間Teを２つの整数冪乗例えば64
で除した周期をもつ基本クロックBPを直ちに発生する。
カウンタ22は付属のオアゲート22aを介して受けた動作
指令OSによりクリアされており、この基本クロックBPを
計数動作を開始して計数値を比較回路24に与える。この
比較回路24はカウンタ22の計数値とROM23から受けてい
る指定値とを比較し、両値が一致したつど測定パルスMP
を発生して計数回路30に与えるとともに、オアゲート22
aを介してカウンタ22の計数値をクリアする。測定パル
スMPを受ける計数回路30はその計数値を測定データＤと
してバス31に乗せる。ROM23はこの例では測定データＤ
の下位３ビットを除く部分をアドレス入力ADに受けて、
測定パルスMPの周期を経時的に変化させるための関数を
かかる指定アドレスに対応する数値表の形で記憶してい
る。

最も簡単にはこの数値表の値は、測定データＤの０〜
７に対しては8,8〜15に対しては16という具合に測定デ
ータＤが８進むごとに８ずつ等差級数的に増えるように
なっており、かかる表の数値が前述の指定値としてROM2
3のデータ出力DTから比較回路24に与えられる。比較回
路24はかかるROM23からの指定値に対して第３図（ｃ）
の基本クロックBPの計数を繰り返えすカウンタ22からの
計数値を比較し、同図（ｄ）に示すように周期が経時的
にこの例では段階的に増加する測定パルスMPを発する。
また、この測定パルスMPの計数回路30による計数結果で
ある測定データＤは、同図（ｅ）のようにその増加率が
経時的に減少して行く。

試験モードでは、かかる測定データＤを前述のように
読み取ってそれがROM23内に設定された数値表どおりに
正しく経時的に変化するか否かを調べるわけであるが、
この実施例ではチェックを容易にするため測定データＤ
中の第３図（ｆ）のように変化する最下位ビットD0のみ
をバッファ回路32を介して読み出すようにされている。

なお、ROM23内に設定される数値表は実際のイメージ
センサ回路の用途に最も適した関数形とされ、上述より
もさらに細かくかつ複雑に変化するようにされる。

次に正規モードの動作を説明する。この動作にはラッ
チ回路40が関与するので、まずこれを説明する。このラ
ッチ回路40はイメージセンサ10内の光センサ11と同じ個
数のラッチ41からなり、これらのラッチ41はバス31とそ
れぞれ接続され、かつ対応する光センサ11から第２図
（ｄ）の検出信号DSを受けて、この例ではその「Ｈ」か
ら「Ｌ」への立ち下がりに同期してバス31に乗せられて
いる測定データＤを読み込む動作を行なう。

イメージセンサ10には論理回路部12が付属して設けら
れており、そのすべての光センサ11からの検出信号DSを
受けてその内のどれかが「Ｈ」から「Ｌ」に変わるとそ
の出力を「Ｈ」にする。容易にわかるように、かかる動
作はすべての検出信号DSを入力するナンドゲートで作る
ことができ、その出力は最短の電荷蓄積時間を示す最短
信号SEである。

始動回路50は、この最短信号SEを動作指令OSとして基
本クロック回路21に与え、測定パルス発生回路20に動作
を開始させる。前述のように基本クロック回路21はリセ
ットパルスRPを受けた後この動作指令OSを受けるまでの
時間Teを見ており、この時間Teつまり最短電荷蓄積時間
に応じた周期で基本クロックBPを発する。この動作開始
後の測定パルス発生回路20と計数回路30の動作は上述と
同じであり、バス31上の測定データＤが検出信号DSに応
じてラッチ回路40のラッチ41内に光センサごとに読み込
まれて記憶される。

論理回路部12には前述のほかイメージセンサ10内のす
べての光センサ11からの検出信号DSを受ける例えばノア
ゲートが組み込まれており、すべての検出信号DSが
「Ｈ」から「Ｌ」に変わったときに最長の電荷蓄積時間
を示す最長信号SLがこれから発せられる。この最長信号
SLは、基本クロック回路21に与えられてその基本クロッ
クBPの発生動作従ってイメージセンサ回路100の測定動
作を停止させ、かつ終了信号EDとして外部に出力され
る。

この終了信号EDに基づいてラッチ回路40内に記憶され
ている測定データを読み取るには、例えばアドレス指定
回路42に読出指令RSをパルスの形で繰り返えして与え
る。アドレス指定回路42は読出指令RSを受けるつどにラ
ッチ回路40内のラッチ41に対するアドレスを歩進させな
がら、各ラッチ41内の記憶測定データをバス43上に順次
乗せて外部に出力させる。外部接続の簡単化には、バス
43にシフトレジスタに接続してそれから測定データをシ
リアルに出力させる。

以上説明した正規モードはもちろんイメージセンサ回
路100を正規に使用する際の動作モードであるが、試験
モードでデータ化回路の動作を確認した後にこの正規モ
ードに切り換え、イメージセンサ10に試験用の明暗パタ
ーンを与えた状態で測定データを読み取ることにより、
イメージセンサの良否を正確に判定することができる。

なお、以上説明した実施例回路やその動作はあくまで
例示であり、本発明の要旨内で適宜変更した態様で本発
明を実施できる。

〔発明の効果〕

以上のような本発明によれば、イメージセンサ内の電
荷蓄積時間が最短の光センサからの検出信号と試験モー
ド時に与えられる試験指令との論理和を測定パルス発生
回路に動作指令として出力する始動回路を設け、試験モ
ード時に、イメージセンサ内の光センサからの検出信号
の発生時点の変動に影響されることなく、測定パルス発
生回路に動作を開始させ、それにより発生される測定パ
ルスを計数して測定データを発生する計数回路から測定
データを読み取ってその経時的変化を調べることができ
るようにしたので、従来のようにイメージセンサに与え
る試験用のパターンやイメージセンサ自体の誤差に惑わ
されることなく、測定パルス発生回路と計数回路を含む
データ化回路の動作の良否をほかの回路部分とは独立に
従って正確に測定することができる。

さらに本発明では、このデータ化回路の良否の確定後
に動作を正規モードに切り換えることにより、イメージ
センサが受けている試験用パターンの光強度分布に最も
適した基本始期をもつ測定パルスを用いて得られる測定
データから、イメージセンサの動作の良否を正確に判定
できる。

【図面の簡単な説明】

すべての図は本発明に関し、第１図は本発明によるイメ
ージセンサ回路の実施例のブロック回路図、第２図はイ
メージセンサ内の光センサの具体回路図とその動作を示
す波形図、第３図は第１図のイメージセンサ回路の動作
を例示する波形図である。図において、 10:イメージセンサ、11:光センサ、11a:フォトダイオー
ド、11b:フォトダイオードの接合容量、11c:トランジス
タ、11d:インバータ、12:論理回路部、20:測定パルス発
生回路、21:基本クロック発生回路、22:カウンタ、23:R
OM、24:比較回路、30:計数回路、31:測定データ用バ
ス、32:バッファ回路、40:ラッチ回路、41:ラッチ、42:
アドレス指定回路、43:測定データ用出力バス、50:始動
回路、100:イメージセンサ回路、BP:基本クロック、CP:
クロックパルス、D:測定データ、D0:測定データの最下
位ビット、DS:検出信号、ED:終了信号、MP:測定パル
ス、OS:動作指令、RP:リセットパルス、RS:読出指令、S
E:最短信号、SL:最長信号、T:電荷蓄積時間、Te:最短電
荷蓄積時間、TS:試験指令、V:電源電圧、v:光センサ内
の電位、vt:インバータの動作しきい値、である。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光強度を電荷蓄積時間に変換する電荷蓄積
   形の光センサを複数個含むイメージセンサと、前記各光
   センサの電荷蓄積時間をデータ化するため経時的に周期
   が変化する測定パルスを発生し、当該測定パルスの発生
   動作を動作指令に基づいて開始する測定パルス発生回路
   と、前記測定パルスを計数して測定データを発生する計
   数回路と、前記各光センサからの電荷蓄積時間を表す検
   出信号に応じて前記測定データを読み込んで光センサご
   とに記憶するラッチ回路と、前記イメージセンサ内の電
   荷蓄積時間が最短の光センサからの検出信号と試験モー
   ド時に与えられる試験指令との論理和を前記動作指令と
   して出力する始動回路とを備えることを特徴とするイメ
   ージセンサ回路。