JPH01265790A - 撮像装置の露光制御方法 - 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】 （イ）産業上の利用分野 本発明は撮像装置の露光制御づＪ法に関する。

（ロ）従来の技術 撮像装置、例えばテレビカメラの露出制御は、通常アイ
リス制御回路によりレンズ筒内の機械的な絞り機構を制
御しており、コストアップの要因となっていた。

その為、従来から固体撮像素子を用いたテレビカメラの
如き固体撮像装置では、固体撮像素子の駆動原理を活用
して電子的に自動露光制御（オートアイリス）しようと
する試みが゛なされている。

例えば、実願昭６１．−１３９５２７号ではフレームト
ランスファ型のＣＣＤ固体撮像素子に於て、垂直走査線
期間毎の光電変換期間の途中でこの素子の受光エリアに
それまで光電変換して蓄積された画像電荷を画像信号読
出しの為の転送方向とは逆方向に転送排出し、その後の
１画面分の残りの光電変換期間（実効光電変換期間）だ
けで光電変換した画像電荷の蓄積を行う露光制御手段を
設ける事が提案されている。従って、この様な露光制御
手段によれば、電荷の逆転送タイミンクを被写体の明る
さに応して変化さぜる事により最適の露光状態が得られ
る。

この様なオートアイリス機能を備えた本出願人既提案（
特願昭６３−３５６６３号）の固体撮像装置の基本構成
を第２図に示す。

同図に於て、（Ｓ）は受光エリア（１）と蓄積エリア（
２）と水平レジスタ（３）からなるフレームトランスフ
γ型のＣＣＤ固体撮像素子であって、受光エリア（１）
で垂直ブランキング期間毎に一画面単位（フィールド単
位）で光電変換して得た画像電荷を蓄積エリア（２）に
−旦転送蓄積した後、水平走査線期間毎に一走査ライン
単位で水平レジスタ（３）を介し画像信号として出力す
るものである。

そして、このフィールド単位で連続した画像信号は信号
処理回路（４）により→ノーンプルホールド、増幅、カ
ンマ補正等の信号処理が施されてビデオ信号Ｙ（ｔ）と
して外部機器に出力される。

」二記ＣＣＤ固体撮像素子（Ｓ）は駆動回路（Ｄ）でパ
ルス駆動されるものであって、受光エリア（１）には電
荷読出の為の順づｊ向転送パルス必、又は電荷排出の為
の逆方向転送パルスＪＩｌがそれぞれ読出転送パルス発
生回路（１２）又は排出転送パルス発生回路（１３）か
ら供給される。又、蓄積エリア（２）には蓄積転送パル
ス発生回路（１２）からの蓄積転送パルスφ５が供給さ
れ、さらに水平レジスタ〈３〉には出力転送パルス発生
回路（１５）からの出力転送パルスφ□が供給される。

尚、これら各クロック発生回路（１２）、　（１３）、
　（１４）。

（１５）は同一の発振源からの基本クロックに基づいて
り１−ノック作成され、同じくこの基本クロックに基づ
き水平ブランキングパルスＨＤ、垂直ブーｙンキンクバ
ルスＶＤが得られる。

そして、この垂直ブランキンクパルスＶＤの帰線期間の
特定タイミングて読出パルスを持っ読出駆動タイミング
信号ＦＴが読出転送パルス発生回路（１３）に入力され
、また上記水平ブランキングパルスＨＤは後述り−る様
に、排出駆動タイミングＢＴ決定の為のクロックとして
用いられる。

続い−ＣＸ　このυ１出駆動タイミングＢＴ決定の為の
回路構成を説明する。

」二記信号処理回路（５）から得られるビデオ信号Ｙ　
（ｔ）はフィールド単位で積分され、露光量信号として
そのレベルＬが第１及び第２の比較器（６１）（６２）
でそれぞれ比較される。これら第１の比較器（６１）の
比較基準は適正露光範囲の上限値に対応する第１の基準
レベルＬ　ｍａｘであり、第２の比較器（６２）の比較
基準は適正露光範囲の下限値に対応する第２の基準レベ
ルＬｍｉｎ（Ｌｍａｘより小さい）となる。

そして、これ等の比較器（６１）（６２）での大Ｊ＼比
較の結果は、垂直走査線期間Ｖに相当するフィールド毎
の読出駆動タイミングＦＴでそれぞれフリップフロップ
（７１）（７２）に記憶される。

従って、この両ブリップフロップ（７］、）（７２）の
出力は、計２ビットのデータ［ＸＬ　Ｘ２］となるので
、例えば具体的には、 ［０’、　Ｏ］は　Ｌ　　≧Ｌ　ｍａｘ［１，０］は　
Ｌｍａｘ＞Ｌ　　≧Ｌ　ｍｉｎ［１，１］は　Ｌｍｉｎ
　＞　Ｌ を示ず事になる。

この様な３種類の２ビツトデータ［０，０］。

［１，０］及び［１，１］をデコーダ（８）がそれぞれ
１Ｎ光制限信号」、ｒ露光固定信号ヨ及び「露光促進信
号」として解読し、この解読結果に従いカウンタ構成の
タイミングＢＴ発生手段を動作させる。即ち、タイミン
グＢＴ発生手段はＯ〜８をカウントする３ビツトのアッ
プダウンカウンタ（９）、’Ｏ〜２５６を３２単位のス
テップで上位３ビツトが０〜８までカウントアツプでき
るステップカウンタ（１０）　、これら両カウンタ（９
＞、（１０）の出力値の一致検出を行う比較器（１１）
で構成きれる。

従って、タイミングＢＴ発生手段によれば、上記デコー
ダ〈８）は「露光制限信号ヨを解読した時に、アップダ
ウンカウンタ（９）にアップ信号Ｕを入力するので、こ
の値は１だけカウントアツプする。逆に、「露光促進信
号」を解読した時には、アップダウンカウンタ（１０）
にダウン信号りを入力するので、このイ直を１だげカウ
ント夕゛ウンする。

さらに１露光固定信号ヨの時は信号出力は行わすにアッ
プダウンカウンタ（９）の値を継続して保持する。この
様にしてアップダウンカウンタ（９）には垂直走査線期
間Ｖ中の光電変換期間を８スデツプに分割したときのス
テップ番号（露光量に応して増減する）が格納される。

一方、ステップカウンタ（９）は垂直ブランキングパル
スＶＤでリセットされ、その後の光電変換期間Ｅに亘っ
て水平ブランキングパルスＨＤを３２毎に０から８まで
カウントして行く間に、この値がアップダウンカウンタ
（９）のセット値に達する。この時、比較器（１１）は
両カウンタ（９）（１０）の一致を検出して排出駆動タ
イミングＢＴを駆動回路（Ｄ）の排出転送パルス発生回
路（１２）に出力する。

従って、排出転送パルス発生回路（１２）はタイミング
ＢＴでＣＣＤ固体撮像素子（Ｓ）の受光エリア（１）に
逆方向転送パルスφ８を供給し、この逆転速駆動の終了
後から垂直ブランキングパルスＶＤと同期した読出タイ
ミングＦＴでの順転速駆動の開始時点までが受光エリア
〈１）の実効光電変換期間Ｅとなる。

第３図に排出駆動タイミングＢＴと実効光電変換期間Ｅ
との関係を示し、第４図に排出駆動タイミングＢＴに於
る露光量信号しベルＬと照度との関係を示す。

上述の構成の撮像装置に於ては、第３図に示す如く、そ
の実効光電変換期間Ｅは１垂直走査線期間Ｖ中に均等ス
テップ［約ｖ／８］で割り当てられたＥｌからＥ８まで
の８状態が存在する。この場合第４図の如く、上記比較
回路（６１）（６２）の比較基準Ｌ　ｍａｘ　、　Ｌ　
ｍｉｎが８個の各排出駆動タイミングＢＴ（１）〜ＢＴ
（８）に関係無く一定の値に設定されていたので、例え
ば第４図の如く、照度が高く実効光電変換期間Ｅが短く
なってくると、　Ｌ　ｍａｘ、　Ｌ　ｍｉｎ間の適正露
光量範囲中に排出駆動タイミングＢＴで規定された露光
量信号しベルＬが存在できない照度領域（図中ハツチン
グで示す）が生ずる。この様な領域に該当する照度Ｑ［
１ｕｘ］で撮像を行う場合、タイミングＢＴ（７）対応
線上の点（イ）の露光量信号レベルＬでは、Ｉ＝２Ｌｍ
ａｘであるので、約２／Ｖの実効光電変換期間Ｅ７を約
１／Ｖの実効光電変換期間Ｅ８に変更しタイミングＢＴ
（８）対応線上の点（ロ）の露光量信号レベルＬに移行
する。

しかし点（ロ）では逆にＬｍｉｎ；ｉ＝Ｌとなるので、
Ｅ８からまたＥ７になり点（イ）の状態に戻る。

この様な点（イ）（ロ）間の振動は、実効光電変換期間
Ｅの期間長変動を伴うので、被写体の照度に変化が無い
にもかかわらず、再生画像に明暗のちらつき（フリッカ
）を招く原因となる。

この様なフリッカを解消するには、例えは適正露光範囲
を広げる為にＬ　ｍｉｎを１点鎖線のＬ　”ｍｉｎに引
き下げることが考えられるが、この場合は照度が低くて
長い実効光電変換期間Ｅを要するタイミングＢ　Ｔ　（
１）、　（２）、　（３）状態での適正露光量信号レベ
ルＬが冗長になる不都合があった。

（ハ）発明が解決しようとする課題 本発明は撮像装置の適正露光量範囲中に露光量信号レベ
ルが存在するように適正露光量範囲を設定してフリッカ
の無い露光制御方法を実現するものである。

（ニ）課題を解決するための手段 −８〜 本発明の撮像装置の露光制御方法は、撮像素子から得ら
れる画像情報の輝度成分に対応する露光量信号に基づき
撮像素子の光電変換期間Ｅを伸縮制御する撮像装置に於
て、 上記露光量信号レベルＬが比較される適正露光量範囲を
可変設定する適正露光量範囲可変設定手段と、露光量信
号レベルＬが適正露光量範囲の上限レベルＬ　ｍａｘよ
り高いとき上記光電変換期間Ｅの短縮を指示し、該露光
量信号レベルＬが適正露光量範囲の下限レベルＬ　ｍｉ
ｎより低いとき上記光電変換期間Ｅの伸長を指示し、更
に該露光量信号レベルＬが適正露光量範囲にあるとき光
電変換期間Ｅ０″）維持を指示する比較手段を備え、上
記適正露光量範囲設定手段は光電変換期間Ｅの伸長に逆
対応して適正露光量範囲を縮小し、光電変換期間Ｅの短
縮に逆対応して適正露光量範囲を拡大するものである。

（ホ）作用 本発明の撮像装置の露光制御方法によれば、適正露光量
範囲設定手段が光電変換期間Ｅの伸長に逆対応して適正
露光量範囲を縮小し、光電変換期間Ｅの短縮に逆対応し
て適正露光量範囲を拡大するものであるので、第５図及
び第６図に示すように、オートアイリスが可能な範囲で
は露光量信号レベルＬが必ず適正露光量範囲内に存在で
きるようにこの範囲の上限レベルＬｍａｘ、あるいは下
限レベルＬ　ｍｉｎが実効光電変換期間Ｅの関数として
設定される。

（へ）実施例 本発明の撮像装置の露光制御方法を、第２図の撮像装置
に採用する場合につき、露光量信号レベルＬの適正露光
量範囲の下限レベルＬ　ｍｉｎを実効光電変換期間Ｅの
関数１ｍ１ｎ（Ｅ）として作成出力する場合のＬｍｉｎ
（Ｅ）発生回路の具体例を第１図に示す。同図の回路構
成は、第２図の装置の第２の比較器（６２〉の比較基準
Ｌｍｉｎ（Ｅ）を得るものであり、フリップフロップ（
１６）　、検波回路（１７）、及び出力回路（１８）を
基本構成としている。

即ち、フリップフロップ（１６）は、第７図図示の排出
駆動タイミングＢ　Ｔ（ｎ）［ｎ＝１．２．〜８］でセ
ットされ垂直ブランキングパルスＶＤでリセットされる
ので、その反転出力は同図の信号αで示す様に期間Ｖ中
の実効光電変換期間Ｅｎがロー（０ボルト）でその他が
ハイ（例えば５ポルｌ−）のパルス信男となる。

この信号αを検波する検波回路（１７）はダイオードＤ
、抵抗Ｒ１、容量Ｃ１構成の積分回路、及び放電抵抗Ｒ
２からなり、同図の信号βで示す検波信号が得られる。

従って、実効光電変換期間Ｅｎが短縮詐れると図に於て
破線で示す様に検波信号βは例えば５ボルトを限度に上
昇し、逆にＥｎが伸長されると図に於て一点鎖線で示す
ように検波信号βはＯボルトを限度に降下することにな
る。

このような検波信号βは出力回路で増幅された上で」−
限電位が制限され、比較基準Ｌ　ｎｉｍ（Ｅ）が得られ
る。即Ｉら、抵抗Ｒ３とトランジスタＱ１の電源回路で
電流補償し、ｌ・ランジスタＱ２と容量Ｃ２と可変抵抗
Ｒ４とからなるリミット回路で上限電位が決定される。

尚、この上限電位は可変抵抗Ｒ４で調整でき、他方の基
準電位である適正露光量範囲の上限レベルＬ　ｍａｘの
設定値（この場合定数）よりＬｍｉｎ（Ｅ）が高くなる
のを阻止すべく設定される。

第８図は第１図のＬｍｉｎ（Ｅ）発生回路からの出力の
適応変化の様子を示しており、実効光電変換期間Ｅが短
縮される方向に、即ちこの期間がＥｌからＥ８に向かっ
て変化するに従いＬｍｉｎ（Ｅ）のレベルが低下してい
る。このＬｍｉｎ（Ｅ）は、排出駆動タイミングＢＴ（
ｒ）に対応する露光量信号レベルＬのＬ　ｍ１ｎ（Ｅ　
ｒ）が隣接する１ｍ１ｎ（Ｅｒ±１〉と照度軸に対して
重複するように、レベル調整されている。

この様にＬ　ｍ１ｎ（Ｅ　ｒ）が隣接するＬｍｉｎ（Ｅ
ｒ±１）と重複することは、オートアイリス範囲におい
て、固定Ｌｍ８ｘと関数１ｍ１ｎ（Ｅ）とで設定される
適正露光量範囲中に露光量信号レベルＬのとり得る値が
必ず存在する事になり、実効光電変換期間Ｅの振動は無
い。しかも、この適正値が１または２程度に限定されて
いるので、特に照度の低いところでの冗長がなく、より
適した範囲での適正露光量範囲の設定が可能である。

上述の実施例に於ては、実効光電変換期間Ｅが短縮する
に従い低下する関数１ｍ１ｎ（Ｅ）について説明したが
、期間Ｅが短縮するに従い上昇する関数１ｍａｘ（Ｅ）
を採用する場合も同様に適正露光量範囲を拡大できる。

このＬｍａｘ（Ｅ）発生回路としては第１図の１ｍ１ｎ
（Ｅ）発生回路のフリップフロップ（１６）の反転出力
の代わりに正出力を検波する構成にしたものを採用でき
る。

（ｌ・）発明の効果 本発明の撮像装置の露光制御方法は、以上の説明から明
らかな如く、光電変換期間Ｅの伸長に逆対応して適正露
光量範囲を縮ノＪ＼し、光電変換期間Ｅの短縮に逆対応
して適正露光量範囲を拡大するものであるので、適正露
光量範囲と比較される露光量信号レベルＬが照度に関係
なく適正露光量範囲内の値を採り得ることができる。従
って、照度に変化がないのにフリッカ現象が発生ずると
言う従来の欠点を解消したオートアイリス動作を実現で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の撮像装置の露光制御方法を実現するだ
めの要部回路図、第２図は既に提案の撮像装置の構成図
、第３図は第２図装置の排出駆動タイミングを示すタイ
ミング図、第４図は従来づテ法を説明するだめの露光量
信号レベルＬと照度との関係図、第５図、及び第６図は
本発明方法を説明するだめの露光量信号しベルＬと照度
との関係図、第７図は本発明方法の要部の信号波形図、
第８図は本発明方法のＬ　ｍ１ｎ（Ｅ　）の変化特性を
示す露光量信号レベルＬと照度との関係図。 （Ｓ）・・・固体撮像素子、（Ｄ）・・・駆動回路、（
１）・・・受光エリア、（２）・・・蓄積エリア、く３
）・・・水平レジスタ、（４）・・・信号処理回路、く
５）・・・積分回路、（６１）（６２）・・・比較器、
（７１）・・・フリップフロップ、（８）・・・デ′コ
ーダ、（９）（１０）・・・カウンタ、り１６）・・・
フリップフロップ、（１７）・・・検波回路、（１８）
・・・出力回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）撮像素子から得られる画像情報の輝度成分に対応
   する露光量信号に基づき撮像素子の光電変換期間Ｅを伸
   縮制御する撮像装置に於て、 上記露光量信号レベルＬが比較される適正露光量範囲を
   可変設定する適正露光量範囲可変設定手段と、露光量信
   号レベルＬが適正露光量範囲の上限レベルＬｍａｘより
   高いとき上記光電変換期間Ｅの短縮を指示し、該露光量
   信号レベルＬが適正露光量範囲の下限レベルＬｍｉｎよ
   り低いとき上記光電変換期間Ｅの伸長を指示し、更に該
   露光量信号レベルＬが適正露光量範囲にあるとき光電変
   換期間Ｅの維持を指示する比較手段を備え、上記適正露
   光量範囲設定手段は光電変換期間Ｅの伸長に逆対応して
   適正露光量範囲を縮小し、光電変換期間Ｅの短縮に逆対
   応して適正露光量範囲を拡大することを特徴とした撮像
   装置の露光制御方法。