JPH0723278A

JPH0723278A - ビデオカメラ

Info

Publication number: JPH0723278A
Application number: JP5187252A
Authority: JP
Inventors: Eiichiro Azuma; 栄一郎東; Akira Tomoyasu; 明友安
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1993-06-29
Filing date: 1993-06-29
Publication date: 1995-01-24

Abstract

(57)【要約】【目的】シャッタ速度の可変幅を拡大せずに撮影の光
量調整範囲を拡大して使用可能な撮影照度範囲を広げ
る。【構成】ＣＣＤ１を光感度が可変設定される感度可変
素子により形成し、アイリス信号に基づく入射光量及び
決定されたシャッタ速度により撮影照度状態を判別し，
判別結果に応じた最適光感度を決定して光感度切換信号
をＣＣＤ１の駆動回路２に供給する感度制御部２４を備
える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＣＣＤ等の固体撮像素
子を用いた可変速電子シャッタ機能付きのビデオカメラ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＣＣＤ等の固体撮像素子構成のビ
デオカメラにおいては、撮像素子の限られたダイナミッ
クレンジを有効に活用して撮影し、適正な画像を再現す
るため、アイリス制御により撮影光量を自動的に適正値
に制御することが行われる。この撮影光量の制御は、従
来はオートアイリスレンズ等を用いた機械的なアイリス
制御で行われていたが、現在は、価格，信頼性等の種々
の面で機械的なアイリス制御より著しく優れた電子的な
アイリス制御で行われる。

【０００３】この電子的なアイリス制御は雑誌「日経マ
イクロデバイス，１９８７年１０月号」（日経ＢＰ社発
行）の６３〜６４頁及び雑誌「テレビ技術，１９８８年
１１月号（通巻４４８号）」（電子技術出版株式会社発
行）の４９〜５４頁等に記載されているように可変速電
子シャッタ機能により撮像素子の信号電荷蓄積時間を可
変調整して行われる。

【０００４】そして、固体撮像素子をフレームトランス
ファ方式のＣＣＤとし、不要電荷を水平ブランキング期
間毎に縦形オーバーフロードレイン（ＶＯＦＤ）と同様
にＣＣＤ基板に掃き出す場合、可変速電子シャッタ機能
はつぎに説明するように動作する。

【０００５】すなわち、ＣＣＤの毎フィールドの撮影出
力は不要成分が除去された後、ＡＧＣ処理，ガンマ補正
等が施されて記録回路等に供給されるとともにアイリス
信号処理回路に供給される。この処理回路は撮影出力の
輝度成分の増幅，反転，検波等によりＣＣＤの撮影光量
（入射光量）に応じた電圧レベルのアイリス信号を形成
し、この信号を電子アイリス制御回路に供給する。

【０００６】この制御回路はアイリス信号及び垂直，水
平ブランキングパルス等のタイミングパルスに基づき、
毎フィールドの撮影光量の過不足を検出してシャッタ速
度の過大（速過ぎ），過小（遅過ぎ）を判別し、この判
別の結果に基づいて適正入射光量のシャッタ速度を決定
し、このシャッタ速度の決定に基づいて毎フィールドの
不要電荷掃出期間を可変し、この期間内の各水平ブラン
キング期間毎に電子シャッタ制御出力を形成して出力す
る。

【０００７】この制御出力に基づき、シャッタ駆動回路
はＣＣＤ駆動に必要な十数Ｖ程度の電子シャッタパルス
をＣＣＤに供給する。そして、この電子シャッタパルス
及びＣＣＤ駆動回路の水平，垂直の駆動パルス，オーバ
フロードレイン（ＯＦＤ）の駆動パルスにより、ＣＣＤ
が毎フィールドに撮影駆動される。

【０００８】このとき、電子シャッタパルスにより毎フ
ィールドの不要電荷掃出期間にＣＣＤの受光電荷が水平
走査期間単位で掃出され、毎フィールドの掃出期間後の
残りの期間（信号蓄積期間）のＣＣＤの受光蓄積電荷が
撮影出力として取出される。

【０００９】そして、電子シャッタパルスが供給される
不要電荷掃出期間の長短により、例えばＮＴＳＣ方式の
場合、シャッタ速度は被写体の明るさに応じて１／６０
秒（１フィールド）〜６３．５μ秒（１水平走査期間）
の範囲で水平走査期間単位で可変され、撮影光量が適正
量になるように閉ループ制御でアイリスが自動制御され
る。なお、シャッタ速度の下限は１／６０秒であるが、
上限はカメラによって異なり、６３．５μ秒は最短時間
である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の可変速電子
シャッタ機能を備えたビデオカメラの場合、つぎに説明
するように機械的なアイリス制御を行うビデオカメラに
比し、撮影の光量調整範囲（ダイナミックレンジ）が極
めて狭い問題点がある。

【００１１】すなわち、従来の機械的なアイリス制御の
場合、オートアイリスレンズの露光量（入射光量）の制
御範囲は、一般に、Ｆ値表記でＦ１．４〜Ｆ１２５（普
及タイプ）或いはＦ１．２〜Ｆ３００（高級タイプ）で
あり、その光量調整範囲は（１２５／１．４）² ≒７９
７２（倍）或いは（３００／１．２）² ≒６２５００
（倍）の広範囲になる。

【００１２】一方、可変速電子シャッタ機能による電子
的なアイリス制御の場合、光量調整範囲はシャッタ速度
の可変幅で決まり、例えばＮＴＳＣ方式の場合、シャッ
タ速度の可変幅は前述したように１／６０秒〜６３．５
μ秒である。そして、シャッタ速度の可変幅を、計算し
易いように１／６０〜１／１００００秒とすると、光量
調整範囲は（１／１００００）／（１／６０）≒１６７
（倍）として求まる。

【００１３】したがって、機械的なアイリス制御の場合
に比し、電子的なアイリス制御の場合は撮影の光量調整
範囲が著しく狭い。そして、光量調整範囲が狭いため、
この種可変速電子シャッタ機能を備えたビデオカメラ
は、従来、使用可能な撮影照度範囲が限られる。

【００１４】なお、この種可変速電子シャッタ機能を備
えたビデオカメラの場合、画面内の高輝度部分の上下に
光の帯が生じる現象（スミア）に基づき、シャッタ速度
の可変幅をさらに拡大することは困難である。すなわ
ち、シャッタ速度を高速化すると、撮影出力中のスミア
の量はシャッタ速度に依存しないが、本来の信号成分の
量がシャッタ速度にしたがって減少するため、相対的な
スミアの量がシャッタ速度にしたがって増加し、スミア
が目立つようになる。

【００１５】そして、シャッタ速度の可変幅を広げるた
め、例えばスミアの量が４％のＣＣＤを１／１００００
０秒の高速シャッタ速度で動作したとすると、相対的な
スミアの量は０．０４×｛（１／６０）／（１／１００
０００）｝≒６７％にも達し、このとき、スミアによる
偽信号と本来の信号とがほぼ同レベルになり、その再生
画面は極めて見苦しくなる。

【００１６】したがって、実際にはスミアの量の面から
もシャッタ速度の可変幅を闇曇に拡大することはできな
い。本発明は、シャッタ速度の可変幅を拡大せずに撮影
の光量調整範囲を拡大して使用可能な撮影照度範囲を広
げることを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明のビデオカメラにおいては、固体撮像素子
を光感度が可変設定される感度可変素子により形成し、
アイリス信号に基づく入射光量及び決定されたシャッタ
速度により撮影照度状態を判別し，判別結果に応じた最
適光感度を決定して光感度切換信号を撮像素子の駆動回
路に供給する感度制御部を備える。

【００１８】

【作用】前記のように構成された本発明のビデオカメラ
の場合、撮影光量（入射光量）及びシャッタ速度により
判別した現在の撮影照度状態に基づき、感度制御部が撮
像素子の最適光感度を決定し、この決定感度に可変設定
する感度切換信号を撮像素子の駆動回路に供給し、この
駆動回路により撮像素子の光感度を決定感度に可変設定
する。

【００１９】この感度の可変設定により、例えばシャッ
タ速度が高速であるにもかかわらず撮影光量が過大にな
る高照度時に撮像素子の光感度が低減補正されて白つぶ
れが防止される。

【００２０】したがって、シャッタ速度の可変と光感度
の可変との組合せにより、従来のシャッタ速度のみを可
変する場合より撮影の光量調整範囲が拡大して使用可能
な撮影照度範囲が広がる。

【００２１】

【実施例】１実施例について、図１ないし図３を参照し
て説明する。図１において、１は固体撮像素子であるフ
レームトランスファー方式のＣＣＤであり、例えば文献
「テレビジョン学会技術報告 ”フレームトランスファ
ー方式ＣＣＤイメージセンサの高感度化”，ＩＴＥＪ
ＴｅｃｈｎｉｃａｌＲｅｐｏｒｔＶｏｌ．１０，Ｎ
Ｏ．５２．ｐｐ．２５〜３０，ＴＥＢＳ’８７−５，’
ＥＤ８７−１０（Ｆｅｂ，１９８７）」等に記載のクロ
スゲート（ＣＧ）構造フレームトランスファーＣＣＤ構
成の感度可変素子からなる。

【００２２】この場合、ＣＣＤ１の撮像部は図２の
（ａ）に示すように、Ｐチャンネルのシリコン基板１ａ
に転送チャンネルとしてのＮ（−）のＮウエル層１ｂ及
びＮ（＋）の横型ＯＦＤ層１ｃが形成され、さらに、基
板１ａ上にＳｉｏ₂ の絶縁膜層１ｄを介してゲート電極
１ｅが形成されている。

【００２３】そして、Ｎウエル層１ｂはゲート電極端子
１ｆからゲート電極１ｅに一定電圧のパルスが印加され
るＣＣＤ１の光蓄積期間に、光電変換により形成された
電荷ｅ（−１）を蓄積し、ゲート電極端子１ｆからゲー
ト電極１ｅにクロックパルスが印加されるＣＣＤ１の転
送期間に、蓄積電荷を後段回路部に転送する。

【００２４】また、ＯＦＤ層１ｃはＯＦＤ電極端子１ｇ
からの電圧印加により、印加電圧に応じた空乏層を形成
して余剰電荷を排出し、余剰電荷が隣接井戸（ウエル）
にあふれ出るブルーミング現象を抑制する。

【００２５】すなわち、ＯＦＤ層１ｃの印加電圧Ｖ_OFD
＝Ｖａ，ゲート電極１ｅの印加電圧Ｖ_G ＝Ｖｂの図２の
（ｂ）の井戸状態を標準とした場合、光蓄積期間のＯＦ
Ｄ層１ｃの印加電圧をα（α＞０）高くしてＶ_OFD ＝Ｖ
ａ＋α，Ｖ_G ＝Ｖｂにすると、ＯＦＤ層１ｃの印加電圧
に基づく空乏層がαに相当する量拡大し、同図の（ｃ）
に示すように転送チャンネルＣＨの感光領域Ｄが同図の
（ｂ）より狭くなり、ブルーミング現象が抑制される。

【００２６】そして、この抑制は等価的に光感度の低減
効果を招来し、この低減効果は一般に２〜３割である。
なお、図２の（ｂ），（ｃ）は同図の（ａ）の断面での
ポテンシャル図であり、図中の丸印で囲んだ負符号は電
荷を示す。

【００２７】また、印加電圧Ｖ_OFD の可変のみを行って
も、この可変に基づく撮影の光量調整範囲の拡大は十分
でない。そして、ＣＣＤ１はＣＣＤ駆動回路２の水平，
垂直駆動部３の水平，垂直の駆動パルス，ＯＦＤ駆動部
４のＯＦＤ駆動パルス及び電子シャッタ駆動回路５のシ
ャッタパルスにより動作制御され、毎フィールドの撮影
出力（画信号）を出力する。

【００２８】そして、ＣＣＤ１の毎フィールドの撮影出
力はサンプル／ホールド回路６により不要成分が除去さ
れた後、ＡＧＣアンプ７，ガンマ補正回路８を介して映
像信号処理回路９に供給され、この処理回路９により映
像信号に加工して、映像出力端子１０から記録回路等の
後段回路に供給される。

【００２９】また、サンプル／ホールド回路６の出力は
アイリス信号処理回路１１にも供給され、この処理回路
１１は信号増幅，反転，検波等によりＣＣＤ１の撮影光
量（入射光量）に応じた電圧レベルのアイリス信号ＩＲ
Ｓを形成し、この信号ＩＲＳをアイリス出力端子１２及
びマイクロコンピュータ構成の電子アイリス制御回路１
３に供給する。

【００３０】そして、制御回路１３はアイリスレベル判
定部１４によりアイリス信号ＩＲＳと基準端子１５，１
６の過大，過小判定用の基準信号Ｖｒ₁ ，Ｖｒ₂ とを比
較し、現在の入射光量の過大，適正，不足を判定する。

【００３１】また、制御回路１３のパルス発生部１７は
タイミング発生回路１８の水平，垂直のブランキングパ
ルスＨＤ，ＶＤ及び露光タイミングパルスＸＳＧに基づ
き、データホールド用のラッチ１９及びシャッタ速度決
定用のアップ／ダウンカウンタ２０，シャッタ制御出力
用のダウンカウンタ２１に動作制御のタイミングパルス
を供給する。

【００３２】そして、判定部１４の毎フィールドの判定
出力はラッチ１９を介してカウンタ２０にアップ／ダウ
ンのデータとして供給され、カウンタ２０は現在のシャ
ッタ速度のデータを供給されたデータに応じてアップ／
ダウンし、判定出力に応じた最適光量のシャッタ速度を
決定し、この速度に相当するＣＣＤ１の蓄積時間のデー
タをダウンカウンタ２１及び異常リセット用のデジタル
比較器２２，シャッタ速度データ出力用のデコーダ２３
に供給する。

【００３３】つぎに、ダウンカウンタ２１は蓄積時間の
データがプリセットされ、このデータをパルス発生部１
７のタイミングパルスによりダウンカウントし、電子シ
ャッタ制御出力として各水平走査期間の蓄積開始タイミ
ング毎にシャッタ制御信号ＳＨＴを発生する。この制御
信号ＳＨＴは駆動回路５に供給され、駆動回路５は制御
信号ＳＨＴのタイミングで電荷蓄積開始指令用の電子シ
ャッタパルスを形成し、このパルスをＣＣＤ１に供給し
て毎フィールドのシャッタ速度を制御する。

【００３４】また、比較器２２は与えられた蓄積時間の
データと設定された基準時間のデータとを比較して蓄積
時間の異常の有無を判別し、異常時にカウンタ２０をリ
セットして誤動作を防止する。さらに、デコーダ２３は
与えられた蓄積時間のデータをシャッタ速度のデータに
変換し、このデータを制御回路１３の感度制御部２４に
供給する。

【００３５】この制御部２４は判定部１７の判定結果と
デコーダ２３の決定されたシャッタ速度のデータとに基
づき、毎フィールドに現在の撮影光量及びシャッタ速度
を識別して光感度可変用の感度切換信号ＳＷを形成し、
この信号ＳＷをＯＦＤ駆動部４に供給する。

【００３６】すなわち、この実施例ではＣＣＤ１の光感
度を標準（高感度），低感度の２段に切換えるため、制
御部２４は撮影光量とシャッタ速度とにより、現在の撮
影照度状態がつぎの（i），（ii）のいずれに該当する
かを判別する。（i）シャッタ速度が最高速になっているにもかかわら
ず撮影光量が過大で明部が白くつぶれる虞れがある。（ii）前記（i）以外の照度状態である。

【００３７】さらに、前記（i）の判別時は感度切換信
号ＳＷをハイレベルにし、前記（ii）の判別時は感度切
換信号ＳＷをローレベルにする。

【００３８】この２値レベル変化の感度切換信号ＳＷが
供給されるＯＦＤ駆動部４は、図３に示すように形成さ
れる。

【００３９】そして、感度切換信号ＳＷがローレベルに
なる通常時は、ナンドゲート４ａの出力が常にハイレベ
ルに保持され、このハイレベルの出力がコンデンサ４
ｂ，抵抗４ｃ，４ｄを介して入力バッファ用のトランジ
スタ４ｅのベースに供給され、このトランジスタ４ｅが
オンする。

【００４０】このとき、電源端子４ｆの＋１６Ｖの電圧
が抵抗４ｇ，トランジスタ４ｅのコレクタ，エミッタに
印加され、トランジスタ４ｅのコレクタ電圧がＯＶのロ
ーレベルになる。

【００４１】さらに、トランジスタ４ｅのコレクタ電圧
が抵抗４ｈを介して出力制御用のトランジスタ４ｉ，４
ｊのベースに並列印加され、トランジスタ４ｅのコレク
タ電圧がローレベルのときは、トランジスタ４ｉがオフ
してトランジスタ４ｊがオンする。

【００４２】そして、このトランジスタ４ｊのオンによ
り、電源端子４ｆの電圧が逆流防止用のダイオード４
ｋ，充放電コンデンサ４ｌ，トランジスタ４ｊのエミッ
タ，コレクタに印加され、コンデンサ４ｌが図中の極性
に充電される。

【００４３】また、コンデンサ４ｌ，トランジスタ４ｊ
の直列回路に並列に出力抵抗４ｍが設けられ、トランジ
スタ４ｊがオンするときは、出力抵抗４ｍの端子間に電
源端子４ｆの＋１６Ｖの電圧が生じ、この電圧が前述の
印加電圧Ｖ_OFD ＝ＶａのＯＦＤ駆動パルスとしてＣＣＤ
１に供給される。

【００４４】このとき、ＣＣＤ１は＋１６Ｖの標準の印
加電圧Ｖ_OFD により、光蓄積期間の感光領域Ｄが図２の
（ｂ）の広い領域になり、高感度状態になる。

【００４５】つぎに、感度切換信号ＳＷがハイレベルに
なる低感度時は、タイミング発生回路１８から駆動部
３，４にハイレベルのタイミングパルスが供給される光
蓄積期間にナンドゲート４ａの出力がローレベルにな
る。

【００４６】そして、このローレベルによりトランジス
タ４ｅがオフしてこのトランジスタ４ｅのコレクタ電圧
が＋１６Ｖのハイレベルになり、このハイレベルにより
トランジスタ４ｉがオンしてトランジスタ４ｊがオフす
る。

【００４７】このとき、電源端子４ｆの＋１６Ｖがトラ
ンジスタ４ｉを介してコンデンサ４ｌの＋１６Ｖの充電
電圧に直列接続され、この直列接続により出力抵抗４ｍ
の端子間の電圧が標準時より約＋１５Ｖ上昇し、ＣＣＤ
１にＯＦＤ駆動パルスとして供給される印加電圧Ｖ_OFD
がＶａからＶａ＋αに上昇する。

【００４８】そして、印加電圧Ｖ_OFD の上昇により、Ｃ
ＣＤ１は光蓄積期間の感光領域Ｄが図２の（ｃ）の狭い
領域になり、光感度が通常時より低感度に可変設定され
る。この感度低下により撮影光量の過大が解消し、シャ
ッタ速度の可変範囲内で適正入射光量になる。

【００４９】したがって、ＣＣＤ１のシャッタ速度の可
変と光感度の可変との組合せにより、シャッタ速度を可
変するのみの場合より大幅に撮影の光量調整範囲が拡大
し、使用可能な撮影照度範囲が広がる。

【００５０】なお、印加電圧Ｖ_OFD を可変してＣＣＤ１
の光感度を切換えるのみの場合より、シャッタ速度も可
変することによって撮影の光量調整範囲が大幅に拡大す
るのは勿論である。

【００５１】そして、図１の構成が従来構成と異なる点
は、ほぼ、制御回路１３に感度制御部２４を付加し、こ
の制御部２４の２値レベル変化する感度切換信号により
ＣＣＤ１のＯＦＤ駆動パルスの電圧を可変するＯＦＤ駆
動部４をＣＣＤ駆動回路２に設けた点である。したがっ
て、安価かつ簡単な構成により、スミアの量の増大等の
不都合なく撮影の光量調整範囲が拡大し、使用可能な撮
影照度範囲が広がり、性能が大幅に向上する。

【００５２】そして、前記実施例ではＣＣＤ１の光感度
を２段階に可変設定したが、３段階以上の多段階に可変
設定してもよい。また、各部の構成等は実施例に限定さ
れるものではなく、固体撮像素子が実施例と異なる転送
方式，構造の感度可変素子であってもよいのは勿論であ
る。

【００５３】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているため、以下に記載する効果を奏する。撮影光量
（入射光量）及びシャッタ速度により判別した現在の撮
影照度状態に基づき、感度制御部２４が撮像素子１の最
適光感度を決定し、この決定感度に可変設定する感度切
換信号を撮像素子１の駆動回路２に供給し、この駆動回
路２により撮像素子１の光感度を決定感度に可変設定
し、この感度の可変設定により、例えばシャッタ速度が
高速であるにもかかわらず撮影光量が過大になる高照度
時に撮像素子１の光感度が低減補正されて白つぶれが防
止される。

【００５４】したがって、シャッタ速度の可変と光感度
の可変との組合せにより、従来のシャッタ速度のみを可
変する場合より撮影の光量調整範囲を拡大して使用可能
な撮影照度範囲を広げることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のビデオカメラの１実施例のブロック図
である。

【図２】（ａ），（ｂ），（ｃ）は図１のＣＣＤの一部
の断面図，標準のポテンシャル図，感度低下時のポテン
シャル図である。

【図３】図１のＣＣＤ駆動回路に設けられたオーバフロ
ードレイン駆動部の詳細なブロック図である。

【符号の説明】

１固体撮像素子としてのＣＣＤ２ＣＣＤ駆動回路５オーバフロードレイン駆動部２４感度制御部

【手続補正書】

【提出日】平成５年８月３１日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００９

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００９】そして、電子シャッタパルスが供給される
不要電荷掃出期間の長短により、例えばＮＴＳＣ方式の
場合、シャッタ速度は被写体の明るさに応じて１／６０
秒（１フィールド）〜その最高シャッタ速度の範囲で水
平走査期間単位で可変され、撮影光量が適正量になるよ
うに閉ループ制御でアイリスが自動制御される。なお、
シャッタ速度の下限は１／６０秒であるが、上限はカメ
ラによって異なる。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１２】一方、可変速電子シャッタ機能による電子
的なアイリス制御の場合、光量調整範囲はシャッタ速度
の可変幅で決まり、例えばＮＴＳＣ方式の場合、シャッ
タ速度の可変幅は前述したように１／６０秒〜その最高
シャッタ速度である。そして、シャッタ速度の可変幅
を、計算し易いように１／６０〜１／１００００秒とす
ると、光量調整範囲は（１／１００００）／（１／６
０）≒１６７（倍）として求まる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固体撮像素子の撮影出力により入射光量
に応じたアイリス信号を形成し、該アイリス信号により
適正入射光量のシャッタ速度を決定し、決定速度に応じ
て前記撮像素子のシャッタ制御タイミングを可変する可
変速電子シャッタ機能を備えたビデオカメラにおいて、前記撮像素子を光感度が可変設定される感度可変素子に
より形成し、前記アイリス信号に基づく入射光量及び決
定されたシャッタ速度により撮影照度状態を判別し，判
別結果に応じた最適光感度を決定して光感度切換信号を
前記撮像素子の駆動回路に供給する感度制御部を備えた
ことを特徴とするビデオカメラ。