JPH1141527A

JPH1141527A - 固体撮像素子の駆動方法、電子アイリス制御回路およびこれを用いたカメラ

Info

Publication number: JPH1141527A
Application number: JP9195274A
Authority: JP
Inventors: Masanori Yamaguchi; 正則山口
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1997-07-22
Filing date: 1997-07-22
Publication date: 1999-02-12

Abstract

(57)【要約】【課題】垂直ブランキング期間内でシャッターパルス
を細かく変化できるようにしても、垂直ブランキング期
間にかからないシャッターパルスとの間での明るさ変化
量を小さくすることはできない。【解決手段】電子アイリス制御回路９において、検波
回路１０の検波出力に基づいて、シャッターパルス発生
回路１７では１水平期間ごとにシャッターパルスを発生
する一方、読み出しパルス発生回路１９では通常は垂直
ブランキング期間の所定の水平期間内のあるタイミング
で読み出しパルスを発生し、所定のモードではその読み
出しパルスの発生タイミングを１水平期間内で例えばマ
スタークロックの周期で変化させるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固体撮像素子の駆
動方法、電子アイリス制御回路およびこれを用いたカメ
ラに関する。

【０００２】

【従来の技術】固体撮像素子、例えばＣＣＤ(Charge Co
upled Device) タイプの固体撮像素子では、一般に、い
わゆる電子シャッターを用いて露光時間を制御してい
る。この電子シャッターは、各画素ごとに光電変換によ
って蓄積された信号電荷を例えば半導体基板に掃き出す
ことにより、フィールド期間内における電荷蓄積時間、
即ち露光時間を制御するというものである。

【０００３】この電子シャッター動作において、信号電
荷を半導体基板に掃き出す操作のために、電荷排出パル
スとして基板電圧Ｖｓｕｂに高電位のシャッターパルス
が印加される。この高電位のシャッターパルスの印加に
起因して映像信号にノイズが乗るのを回避するために、
画面上に現れない水平ブランキング期間内でのみシャッ
ターパルスを発生するようにしている。

【０００４】ここで、露光時間は、各画素ごとに蓄積さ
れた信号電荷を電荷転送部へ読み出すための読み出しパ
ルスの発生後に１Ｈ（Ｈは水平期間）周期で発生するシ
ャッターパルスのうちの最後のシャッターパルスの発生
時点から次の読み出しパルスの発生時点までの期間とな
る。この露光時間を変化させることによってＣＣＤ固体
撮像素子からの出力信号を明るさに応じて変化させるこ
とが可能であり、よってＣＣＤ固体撮像素子を撮像デバ
イスとして用いたカメラにおける電子式のアイリス制御
として応用が可能である。

【０００５】この電子アイリスは、レンズによるアイリ
ス機能が不要となるために、低コストにてカメラを実現
することが可能となり、よって低価格帯のカメラでは必
須の機能である。ただし、電子アイリス制御の場合、先
述したように、シャッターパルスが水平ブランキング期
間内でのみ発生しなくしてはならないという制約がある
ため、露光時間の変化のステップは１Ｈ単位となる。

【０００６】一方、高速の電子シャッターを使うような
非常に明るい被写体が撮像された場合には、電子アイリ
スを使った制御としての明るさ変化量が大きくなる。す
なわち、図６のタイミングチャートにおいて、露光時間
を（ａ）とすると、明るさ変化量は、〔（ａ）±１Ｈ〕
／（ａ）となるため、露光時間（ａ）が小さな値になれ
ばなるほど、露光時間（ａ）に対する１Ｈの割合が大き
くなるからである。

【０００７】電子アイリス制御としては、この露光時間
（ａ）の上げ下げで目的の明るさに相当する期待値に収
束させる制御を行う訳であるが、その際に、制御による
明るさ変化量以上の大きさ（幅）で制御不感帯を設け、
制御量が期待値に対して上下に振動して止まらない現
象、いわゆるハンチングの発生を防止している。

【０００８】ところが、制御不感帯の幅を広くとること
は、収束精度を落とす結果となるために、逆に不感帯幅
が決定しているシステムでは、ハンチングを発生させな
いように明るさ変化量を抑える必要があり、このことが
高速電子シャッターをきれない原因となる。すなわち、
電子アイリスのダイナミックレンジを広げられないとい
うことにつながる。

【０００９】図７に、電子シャッターを使った場合の電
子アイリス制御による明るさ変化量を示す。同図の例で
は、１Ｈの露光の場合には２００％の輝度変化となって
しまう。また、電子アイリス制御では、上述したハンチ
ングを考慮した不感帯幅を明るさ変化量の最大に合わせ
た結果として、収束精度が下がる問題に加えて、細かな
明るさ変化量が必要な理由してもう一つある。

【００１０】それは、電子アイリス制御として実用的な
明るさ変化量は２０％の変化以下だと言われている。そ
の理由は、制御に伴う明るさ変化量がこの数値以上に大
きくなると、画面の輝度変化が大きくなり過ぎて不自然
な制御画に見えてしまうからである。この意味からも、
電子シャッターを用いた電子アイリスでは、明るさの変
化量を小さく抑える必要性があるのである。

【００１１】上述した問題を解決する従来技術として、
シャッターパルスの変化を垂直ブランキング期間内で細
かく変化させるという技術が既に提案されている（特開
平６−６２３２３号公報参照）。この従来技術では、シ
ャッターパルスに起因するノイズが映像信号に乗らない
ように、通常はシャッターパルスを水平ブランキング期
間内で発生させているが、これに加えて垂直ブランキン
グ期間（画面上に現れない）をも利用してシャッターパ
ルスを発生させるようにしている。

【００１２】そして、この垂直ブランキング期間では、
図８のタイミングチャートに示すように、シャッターパ
ルスを細かに調整できるようにしている（期間Ｘ）。特
に明るさ変化量が大きくなる高速電子シャッター動作に
おいては、シャッターパルスが変化するタイミングは、
垂直ブランキング期間内に入るタイミングであるため
に、このことを利用して垂直ブランキング期間内では明
るさ変化量を小さくするために、シャッターパルスを細
かに変化できるようにしている。

【００１３】したがって、高速シャッターの十分小さい
露光時間（ａ）でも、シャッターパルスの変化タイミン
グもまた、垂直ブランキング期間内において十分に小さ
くできる（間隔Δｔ）ために、明るさ変化量は〔（ａ）
−Δｔ〕／（ａ）として小さい値に抑えることができ
る。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来技術においても、垂直ブランキング期間にかからない
シャッターパルスとの間での明るさ変化量は〔（ａ）−
１Ｈ〕／（ａ）となり、大きな明るさ変化量となる。現
状では、この値がほぼ２０％の明るさ変化量となってお
り、この値で律速している。すなわち、アイリスダイナ
ミックレンジをそれ以上拡大できないことになる。

【００１５】また、デジタルスチルカメラでこの従来技
術を応用する場合には、ＮＴＳＣ，ＰＡＬ等の規格がな
いために、低消費電力を考慮してシステムクロックレー
トを落として使うことが多い。この場合、電子アイリス
制御における１水平期間の時間もシステムクロックレー
トに応じて長くなるために、明るさ変化量もまたこれに
比例して粗くなってしまう。

【００１６】ＮＴＳＣ，ＰＡＬ等の規格でないために、
水平有効期間でもシャッターパルスを変化させるように
して明るさ変化量の増大を抑えることもできるが、そう
すると逆に、ＮＴＳＣ，ＰＡＬ等の規格では使用できな
いという不具合がある。換言すれば、システムクロック
に対する自由度がとりにくくなっている。

【００１７】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、システムクロックレ
ートに依存することなく所望の電子シャッター速度を実
現可能な固体撮像素子の駆動方法を提供することにあ
る。

【００１８】本発明はさらに、アイリスダイナミックレ
ンジをさらに拡大するとともに、システムクロックレー
トに依存することなく所望の電子シャッター速度を実現
可能な電子アイリス制御回路およびカメラを提供するこ
とを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明による固体撮像素
子の駆動方法は、複数の光電変換素子の蓄積電荷量をそ
の電荷蓄積時間を変化させることによって制御する固体
撮像素子の駆動方法であって、複数の光電変換素子から
の信号電荷の読み出しタイミングを１水平期間内で変化
させることによって上記電荷蓄積時間を制御するように
する。

【００２０】固体撮像素子の電荷蓄積時間、即ち露光時
間の制御において、各光電変換素子に蓄積された信号電
荷を例えば半導体基板に掃き捨てるためのシャッターパ
ルスは１水平期間の周期で発生され、最後のシャッター
パルスの発生時点から次の読み出しパルスの発生時点ま
での期間が露光時間となる。これを露光時間の粗調と称
するならば、信号電荷の読み出しタイミング、即ち読み
出しパルスの発生タイミングを１水平期間内で変化させ
るのは微調に当たる。

【００２１】すなわち、露光時間の変化のステップが粗
調の場合には１水平期間ごとであるのに対し、微調の場
合には１水平期間よりも短い任意の周期（例えば、マス
タークロック（システムクロック）の周期）となる。こ
れにより、１水平期間の時間がマスタークロックレート
に依存する場合であっても、このマスタークロックレー
トに依存することなく所望の電子シャッター速度を設定
できる。

【００２２】本発明による電子アイリス制御回路は、固
体撮像素子に印加する電荷排出パルスと電荷読み出しパ
ルスとの間隔を調整することによって露光時間を制御す
る電子アイリス制御回路であって、固体撮像素子の出力
信号を検波する検波回路と、この検波回路の検波出力に
基づいて１水平期間ごとに電荷排出パルスを発生する第
１のパルス発生回路と、垂直ブランキング期間の所定の
水平期間内で電荷読み出しパルスを発生するとともに、
所定のモードでは電荷読み出しパルスの発生タイミング
を１水平期間内で変化させる第２のパルス発生回路とを
備えている。また、本発明によるカメラは、この電子ア
イリス制御回路を備えている。

【００２３】上記構成の電子アイリス制御回路およびこ
れを備えたカメラにおいて、固体撮像素子の各光電変換
素子に蓄積された信号電荷を例えば半導体基板に掃き捨
てるためのシャッターパルス（電荷排出パルス）が第１
のパルス発生回路から１水平期間ごとに発生される。そ
して、最後のシャッターパルスの発生時点から、第２の
パルス発生回路で次に発生される読み出しパルス（電荷
読み出しパルス）の発生時点までの期間が露光時間とな
る。

【００２４】第２のパルス発生回路は、所定のモードで
は読み出しパルスの発生タイミングを１水平期間内で変
化させる。１水平期間内での変化であることから、その
変化の周期は当然のことながら１水平期間よりも短い
（例えば、マスタークロックの周期）。したがって、１
水平期間の周期での調整を粗調とするならば、１水平期
間内での調整は微調となる。これにより、１水平期間以
内の露光時間制御がどの電子シャッター速度においても
実現できる。また、高速電子シャッター時でも明るさ変
化量を小さく抑えることができる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を用いて詳細に説明する。図１は、本発明の一実
施形態を示すブロック図である。

【００２６】図１において、被写体からの入射光は、レ
ンズ１を含む光学系によってＣＣＤ固体撮像素子２の撮
像面上に結像される。ＣＣＤ固体撮像素子２は、各画素
（光電変換素子）に光電変換によって蓄積された信号電
荷を、高電位のシャッターパルス（電荷排出パルス）Ｘ
ＳＵＢが基板電圧Ｖｓｕｂに印加されることで、例えば
半導体基板に掃き出し、また読み出しパルスＸＳＧが読
み出しゲート部（図示せず）に印加されることで、各画
素の信号電荷を垂直電荷転送部（図示せず）に読み出
す。この読み出された信号電荷は、垂直転送および水平
転送された後、電気信号に変換されて出力される。

【００２７】ＣＣＤ固体撮像素子２の出力信号は、サン
プルホールド（Ｓ／Ｈ）回路３で信号成分がサンプルホ
ールドされ、ＡＧＣ(Automatic Gain Control)回路４で
自動的に利得制御がかけられた後、Ａ／Ｄ変換器５でデ
ジタル化されてＤＳＰ(Digital Signal Processor)回路
６に供給される。このＤＳＰ回路６では、入力される信
号に対して種々の信号処理がデジタル的に行われる。そ
して、デジタル映像信号として出力される。

【００２８】本システムにはさらに、水平走査周波数
（１５．７３４ｋＨｚ）の例えば１８２０倍の周波数の
マスタークロックＭＣＫを発生するマスタークロック発
生器７が設けられている。このマスタークロック発生器
７で発生されるマスタークロックＭＣＫはタイミング発
生回路８に与えられる。タイミング発生回路８は、マス
タークロックＭＣＫに基づいて垂直同期信号ＶＤや水平
同期信号ＨＤを、さらにはＣＣＤ固体撮像素子２を駆動
するための各種のタイミング信号を生成する。

【００２９】サンプルホールド回路３の出力信号はさら
に、電子アイリス制御回路９にも供給される。電子アイ
リス制御回路９において、検波回路１０は、サンプルホ
ールド回路３から出力される映像信号を積分し、その映
像信号レベルに応じた直流電圧を出力する。この検波回
路１０の検波出力は、サンプルホールド回路３の出力に
おける映像信号レベルに応じた画面の明るさ（輝度）に
対応している。検波回路１０の検波出力は、コンパレー
タ１１の非反転（＋）入力およびコンパレータ１２の反
転（−）入力となる。

【００３０】コンパレータ１１は、基準電圧Ｖ１を反転
入力とし、検波回路１０の検波出力が基準電圧Ｖ１より
も高いときに高レベルの出力を発生する。コンパレータ
１２は、基準電圧Ｖ２（Ｖ１＞Ｖ２）を非反転入力と
し、検波回路１０の検波出力が基準電圧Ｖ２よりも低い
ときに高レベルの出力を発生する。ここで、基準電圧Ｖ
１，Ｖ２は、後述する不感帯の上限値および下限値にそ
れぞれ対応している。したがって、コンパレータ１１，
１２が共に低レベルの出力を発生したときは、検波回路
１０の検波出力、即ち画面の明るさが不感帯幅内に入っ
ていることを意味する。

【００３１】コンパレータ１１，１２の各比較結果はデ
コーダ１３に与えられる。デコーダ１３は、コンパレー
タ１１，１２の各比較結果に基づいて加算指令信号ある
いは減算指令信号を出力する。具体的には、コンパレー
タ１１の比較結果が高レベルのときは、検波回路１０の
検波出力が不感帯を上側に外れて画面が明るい状態にあ
ることから、デコーダ１３は加算指令信号を出力する。
これは電子シャッター速度をアップさせることにつなが
る。

【００３２】また、コンパレータ１２の比較結果が高レ
ベルのときは、検波回路１０の検波出力が不感帯を下側
に外れて画面が暗い状態にあることから、デコーダ１３
は減算指令信号を出力する。これはシャッター速度をダ
ウンさせることにつながる。そして、コンパレータ１
１，１２の各比較結果が共に低レベルのときは、検波回
路１０の検波出力不感帯幅内に入っていて画面が所望の
明るさにあることから、デコーダ１３は加算指令信号も
減算指令信号も出力しない。

【００３３】デコーダ１３から出力される加算／減算指
令信号は、カウント値指定回路１４に与えられる。この
カウント値指定回路１４は、電子シャッター速度を決定
するパルスカウント値を記憶し、かつデコーダ１３から
の加算／減算指令信号に応じてそのカウント値をアップ
／ダウンする。そして、そのカウント値はカウンタ１５
に与えられる。

【００３４】クロック発生回路１６は、後述する読み出
しパルスＸＳＧが発生すると、タイミング発生回路８で
発生される水平同期信号ＨＤを受けて１５．７３４ｋＨ
ｚのクロックパルスＣＬＫを発生する。このクロックパ
ルスＣＬＫは、カウンタ１５に与えられるとともに、シ
ャッターパルス発生回路１７にも供給される。カウンタ
１５は、読み出しパルスＸＳＧによってカウント内容が
クリアされる、クロック発生回路１６から供給されるク
ロックパルスＣＬＫのカウントを開始し、カウント値指
定回路１４によって指定されたパルスカウント値に達し
たときにリセット信号を発生する。

【００３５】シャッターパルス発生回路１７は、読み出
しパルスＸＳＧを受けるとセット状態になり、カウンタ
１５から出力されるリセット信号によってリセットされ
る。そして、セット状態にある期間では、クロック発生
回路１６から供給される１５．７３４ｋＨｚのクロック
パルスＣＬＫの通過を許容し、リセット状態のときはそ
のパルスの通過を禁止する。このシャッターパルス発生
回路１７を通過した１５．７３４ｋＨｚのクロックパル
スＣＬＫは、シャッターパルスＸＳＵＢとして基板電圧
Ｖｓｕｂに重畳されてＣＣＤ固体撮像素子２に印加され
る。

【００３６】検波回路１０の検波出力はさらに、変化量
検出回路１８にも供給される。この変化量検出回路１８
は、電子アイリス制御時における前回の検波出力と今回
の検波出力との差分から明るさ変化量を検出し、この明
るさ変化量がある設定値を越えたときその旨を示す検出
信号を読み出しパルス発生回路１９に与える。

【００３７】読み出しパルス発生回路１９は、変化量検
出回路１８から検出信号が与えられないときは、垂直同
期信号ＶＤに同期して垂直ブランキング期間におけるあ
る１Ｈ（１水平期間）内のあるタイミングで読み出しパ
ルスＸＳＧを発生し、変化量検出回路１８から検出信号
が与えられたときは、読み出しパルスＸＳＧの発生タイ
ミングをその１Ｈ内で例えばマスタークロックＭＣＫの
周期で変化させる。この読み出しパルスＸＳＧは、ＣＣ
Ｄ固体撮像素子２の読み出しゲート部（図示せず）に印
加される。

【００３８】ここで、上記構成の電子アイリス制御回路
９の回路動作について、図２の不感帯の説明図を参照し
て説明する。

【００３９】検波回路１０の出力電圧が基準電圧Ｖ１よ
りも高いとき、即ち画面が明る過ぎるときは、デコーダ
１３はコンパレータ１１の高レベルの出力に応答してカ
ウント値指定回路１４に対してパルスカウント値（カウ
ンタ１５にカウントさせるカウント値）を増やす旨の指
令（加算指令）を発する。また、検波回路１０の出力電
圧が基準電圧Ｖ２よりも低いとき、即ち画面が暗過ぎる
ときは、デコーダ１３はコンパレータ１２の高レベルの
出力に応答してカウント値指定回路１４に対してパルス
カウント値を減らす旨の指令（減算指令）を発する。

【００４０】図２において、基準電圧Ｖ１と基準電圧Ｖ
２との間は不感帯であり、検波回路１０の出力電圧がこ
の不感帯内であるときは、デコーダ１３はカウント値指
定回路１４に対して加算、減算のいずれの指令も発しな
い。この不感帯を設けることにより、ハンチングを防止
することができる。すなわち、この不感帯の幅が、露光
時間の変化可能な単位時間分に相当するＣＣＤ固体撮像
素子２の出力信号の直流レベルの電圧変動分よりも広け
ればハンチングを防止できる。

【００４１】したがって、この不感帯の幅を広くすれば
する程ハンチング防止効果が大きいといえるが、不感帯
の幅を広くすると電子アイリス制御の制御感度が悪くな
る。すなわち、収束すべき目標値として好ましいのは不
感帯の中心値であるが、不感帯の中に入れば制御不能と
なるので、不感帯が広いと収束すべき目標値から大きく
ずれたところでビデオ出力が安定するということが起き
る可能性がある。このことから、不感帯の幅はハンチン
グを防止できることを前提として、できる限り狭い方が
制御感度を上げることができるため好ましい。

【００４２】クロック発生回路１６は、読み出しパルス
ＸＳＧが発生すると、タイミング発生回路８で発生され
る水平同期信号ＨＤを受けて１５．７３４ｋＨｚのクロ
ックパルスＣＬＫを発生する。このクロックパルスＣＬ
Ｋは、カウンタ１５によってカウントされる。カウンタ
１５によるそのカウント動作は読み出しパルスＸＳＧを
受けたときに開始され、カウントする値はカウント値指
定回路１４により指定される。そして、その指定カウン
ト値が大きいほど電荷蓄積時間（露光時間）は短くな
り、その値が小さくなるほど電荷蓄積時間は長くなる。

【００４３】ところで、シャッターパルス発生回路１７
は、読み出しパルスＸＳＧを受けるとセット状態になっ
てクロック発生回路１６からのクロックパルスＣＬＫの
通過を許容し、シャッターパルスＸＳＵＢとしてＣＣＤ
固体撮像素子２へ供給する。また、カウンタ１５からの
リセット信号を受けるとリセット状態になってクロック
パルスＣＬＫの通過を禁止し、この禁止状態は次の読み
出しパルスＸＳＧが到来するまでの間続く。そして、こ
の禁止期間が電荷蓄積時間、即ち露光時間となる。

【００４４】この電子アイリス制御回路９によれば、画
面が明る過ぎる場合には、カウンタ１５のカウント値が
多くなり、その結果露光時間が長くなり、逆に暗過ぎる
場合には、カウンタ１５のカウント値が減少し、その結
果露光時間が長くなるように制御が行われる。すなわ
ち、ＣＣＤ固体撮像素子２の出力レベルが常に一定にな
るように、即ち不感帯内に収まるようにアイリス制御が
行われる。

【００４５】そして、この電子アイリス制御回路９にお
いて、読み出しパルス発生回路１９は変化量検出回路１
８の検出出力に基づいて、画面の明るさ変化量がある設
定値に達するまでは、垂直同期信号ＶＤに同期して垂直
ブランキング期間におけるある１Ｈ内のあるタイミング
で読み出しパルスＸＳＧを発生し、画面の明るさ変化量
がある設定値を越えたときは、読み出しパルスＸＳＧの
発生タイミングをその１Ｈ内でマスタークロックＭＣＫ
の周期で変化させる。

【００４６】これにより、画面の明るさ変化量がある設
定値に達するまでは、読み出しパルスＸＳＧの発生タイ
ミングは固定であり、これに対してシャッターパルスＸ
ＳＵＢは１Ｈ間隔で発生することから、露光時間の変化
のステップは１Ｈ毎となる。一方、画面の明るさ変化量
がある設定値を越えた場合には、シャッターパルスＸＳ
ＵＢが１Ｈ間隔で発生するのに対して読み出しパルスＸ
ＳＧの発生タイミングが１Ｈ内でマスタークロックＭＣ
Ｋの周期で変化するため、露光時間の変化のステップは
マスタークロックＭＣＫの周期となる。

【００４７】すなわち、画面の明るさ変化量がある設定
値を越えた制御領域では、露光時間の変化のステップが
１Ｈごとの粗調と、露光時間の変化のステップがマスタ
ークロックＭＣＫの周期、即ち１Ｈ（１５．７３４ｋＨ
ｚ）の１８２０分の１の周期の微調を実現できる。この
粗調と微調の組み合わせにより、１Ｈ以内の露光時間の
制御がどの電子シャッター速度においても実現できるこ
とになる。

【００４８】したがって、変化量検出回路１８の検出し
きい値を高速電子シャッター領域に設定し、図３のタイ
ミングチャートに示すように、読み出しパルスＸＳＧを
マスタークロックＭＣＫの周期（刻み）で変化させ、露
光時間差Δｔを実現することで、高速電子シャッター時
でも明るさ変化量、即ち〔（ａ）±Δｔ〕／（ａ）を小
さく抑えることができる。ただし、（ａ）は露光時間で
ある。

【００４９】また、どの電子シャッター速度からも同じ
明るさ変化量を実現でき、どの明るさからもアイリス制
御での変化量を同一とすることができる。図４に、明る
さ変化量が１０％の場合のタイミングチャートを示す。
同図において、（Ａ）は１０Ｈ露光の場合を、（Ｂ）は
１Ｈ露光の場合をそれぞれ示している。

【００５０】１０Ｈ露光の場合（Ａ）は、露光時間を１
Ｈのステップで変化させることによって１０％の明るさ
変化量〔＝（１０Ｈ−９Ｈ）／１０Ｈ〕を実現し、１Ｈ
露光の場合（Ｂ）は露光時間を１Ｈ内でマスタークロッ
クＭＣＫのステップで変化させることによって１０％の
明るさ変化量〔＝（１Ｈ−０．９Ｈ）／１Ｈ〕を実現し
ている。

【００５１】特に、明るさ変化量が大きくなる高速電子
シャッター動作においては、読み出しパルスＸＳＧの発
生タイミングを固定とした従来技術の場合には、図８の
タイミングチャートに示すように、垂直ブランキング期
間にかからないシャッターパルスとの間での明るさ変化
量は〔（ａ）−１Ｈ〕／（ａ）となり、大きな明るさ変
化量となっていた。これに対し、読み出しパルスＸＳＧ
の発生タイミングを１Ｈ内で可変としたことで、垂直ブ
ランキング期間にかからないシャッターパルスとの間で
の明るさ変化量を小さくできる。

【００５２】その結果、電子アイリスのダイナミックレ
ンジをより拡大できる。このダイナミックレンジの拡大
は、微調の際に１Ｈ内で変化する読み出しパルスＸＳＧ
の周期に依存する。本例では、システム内の最大周波数
であるマスタークロックＭＣＫを利用することで、専用
のクロック発生器を設けることなくダイナミックレンジ
の拡大を図っている。ただし、専用のクロック発生器を
設け、マスタークロックＭＣＫよりも周波数の高いクロ
ックを生成し、このクロック周期で読み出しパルスＸＳ
Ｇの発生タイミングを変化させることで、ダイナミック
レンジをより拡大できることは明らかである。

【００５３】上述したように、電子アイリス制御におい
て、読み出しパルスＸＳＧの発生タイミング、即ちＣＣ
Ｄ固体撮像素子２の信号電荷の読み出しタイミングを１
Ｈ内で可変とし、１Ｈのステップで露光時間を変化させ
る粗調に加え、それよりも短いステップ（本例では、マ
スタークロックＭＣＫの周期）で露光時間を変化させる
微調を実現できるようにしたことで、１Ｈ以内の露光時
間の制御がどの電子シャッター速度においても実現でき
るため、高速電子シャッター時でも明るさ変化量を小さ
く抑えることができる。

【００５４】明るさ変化量が小さいということは、ＣＣ
Ｄ固体撮像素子２の出力信号の直流レベルの電圧変動分
が小さいということであるから、図２に示す不感帯の幅
を狭くしてもハンチングの発生を抑えることができる。
これにより、不感帯の幅をより狭く設定でき、これに伴
って電子アイリス制御における制御感度を向上できるこ
とにもなる。

【００５５】本実施形態に係る電子アイリス制御回路９
は、ＮＴＳＣやＰＡＬ等のテレビジョン方式に準拠した
ビデオカメラに適用できる他、デジタルスチルカメラに
も適用できる。このデジタルスチルカメラでは、先述し
たように、ＮＴＳＣ，ＰＡＬ等の規格がないために低消
費電力を考慮してマスタークロックＭＣＫのクロックレ
ートを落として使うことがある。この場合、１水平期間
の時間もマスタークロックＭＣＫのクロックレートに応
じて長くなり、明るさ変化量もまた比例して粗くなる。

【００５６】ところが、本発明では、図５のタイミング
チャートに示すように、読み出しパルスＸＳＧの発生タ
イミングを１水平期間内で例えばマスタークロックＭＣ
Ｋの周期で可変としたことで、マスタークロックＭＣＫ
のクロックレートを落としたときでも、明るさ変化量を
小さく抑えることが可能となるため、高速電子シャッタ
ー速度を実現できることになる。したがって、マスター
クロックＭＣＫのクロックレートを落とすことによって
低消費電力を図ることができる。

【００５７】なお、上記実施形態においては、画面の明
るさ変化量がある設定値を越えたときに粗調と微調の組
み合わせで露光時間の制御を行うとしたが、本発明は、
これに限定されるものではなく、粗調と微調の組み合わ
せに伴う制御の態様は種々考えられる。

【００５８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
固体撮像素子の露光時間の制御において、信号電荷の読
み出しタイミングを１水平期間内で変化させるようにし
たことにより、露光時間の微調が可能となるため、１水
平期間の時間がシステムクロックに依存する場合であっ
ても、このシステムクロックに依存することなく所望の
電子シャッター速度を任意に設定できることになる。

【００５９】また、電子アイリス制御において、１水平
期間ごとにシャッターパルスを発生する一方、読み出し
パルスの発生タイミングを１水平期間内で可変な構成と
したことにより、１水平期間以内の露光時間の制御がど
の電子シャッター速度においても実現できるため、高速
電子シャッター時でも明るさ変化量を小さく抑えること
ができる。また、これに伴って不感帯幅を狭く設定でき
るため、電子アイリス制御における制御感度をより向上
できることもになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示すブロック図である。

【図２】不感帯の説明図である。

【図３】本実施形態に係るタイミングチャートである。

【図４】明るさ変化量が１０％の場合のタイミングチャ
ートである。

【図５】マスタークロックレートを落とした場合のタイ
ミングチャートである。

【図６】露光制御の原理を説明するためのタイミングチ
ャートである。

【図７】電子アイリス制御による明るさ変化量を示すタ
イミングチャートである。

【図８】従来例に係るタイミングチャートである。

【符号の説明】

２…ＣＣＤ固体撮像素子、３…サンプルホールド回路、
６…ＤＳＰ回路、７…マスタークロック発生器、９…電
子アイリス制御回路、１０…検波回路、１１，１２…コ
ンパレータ、１３…デコーダ、１４…カウント値指定回
路、１６…クロック発生回路、１７…シャッターパルス
発生回路、１８…読み出しパルス発生回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の光電変換素子の蓄積電荷量をその
電荷蓄積時間を変化させることによって制御する固体撮
像素子の駆動方法であって、前記複数の光電変換素子からの信号電荷の読み出しタイ
ミングを１水平期間内で変化させることによって前記電
荷蓄積時間を制御することを特徴とする固体撮像素子の
駆動方法。
【請求項２】前記読み出しタイミングをマスタークロ
ックの周期で変化させることを特徴とする請求項１記載
の固体撮像素子の駆動方法。
【請求項３】前記読み出しタイミングを１水平期間ご
とに可変な粗調と、前記読み出しタイミングを１水平期
間内で可変な微調とを選択的にとることを特徴とする請
求項１記載の固体撮像素子の駆動方法。
【請求項４】固体撮像素子に印加する電荷排出パルス
と電荷読み出しパルスとの間隔を調整することによって
露光時間を制御する電子アイリス制御回路であって、前記固体撮像素子の出力信号を検波する検波回路と、前記検波回路の検波出力に基づいて１水平期間ごとに前
記電荷排出パルスを発生する第１のパルス発生回路と、垂直ブランキング期間の所定の水平期間内で前記電荷読
み出しパルスを発生するとともに、所定のモードでは前
記電荷読み出しパルスの発生タイミングを１水平期間内
で変化させる第２のパルス発生回路とを備えたことを特
徴とする電子アイリス制御回路。
【請求項５】前記第２のパルス発生回路は、前記電荷
読み出しパルスの発生タイミングをマスタークロックの
周期で変化させることを特徴とする請求項４記載の電子
アイリス制御回路。
【請求項６】被写体からの入射光を結像させる光学系
と、前記光学系によって撮像面上に結像された像光を画
素単位で光電変換する固体撮像素子と、前記固体撮像素
子に印加する電荷排出パルスと電荷読み出しパルスとの
間隔を調整することによって露光時間を制御する電子ア
イリス制御回路とを具備するカメラであって、前記電子アイリス制御回路は、前記固体撮像素子の出力信号を検波する検波回路と、前記検波回路の検波出力に基づいて１水平期間ごとに前
記電荷排出パルスを発生する第１のパルス発生回路と、垂直ブランキング期間の所定の水平期間内で前記電荷読
み出しパルスを発生するとともに、所定のモードでは前
記電荷読み出しパルスの発生タイミングを１水平期間で
変化させる第２のパルス発生回路とを備えたことを特徴
とするカメラ。
【請求項７】前記第２のパルス発生回路は、前記電荷
読み出しパルスの発生タイミングをマスタークロックの
周期で変化させることを特徴とする請求項６記載のカメ
ラ。